SRAM随机存储器的特点及结构

英尚微电子

随着微电子技术的迅猛发展，SRAM存储器逐渐呈现出高集成度、快速及低功耗的发展趋势。在半导体存储器的发展中，静态存储器(SRAM)由于其广泛的应用成为其中不可或缺的重要一员。下面由英尚微电子详细介绍关于SRAM随机存储器的特点及结构。

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/ K+ o2 ]& G! u8 H随机存储器最大的特点就是可以随时对它进行读写操作，但当电源断开时，存储信息便会消失。随机存储器依照数据存储方式的不同，主要可以分为动态随机存储器（DRAM）与静态随机存储器（SRAM）两大类。DRAM 以电容上存储电荷数的多少来代表所存储的数据，电路结构十分简单（采用单管单电容1T-1C的电路形式），因此集成度很高，但是因为电容上的电荷会泄漏，为了能长期保存数据，它需要定期的刷新操作。这不但使DRAM 的读写控制变得复杂，而且也降低了它的读写速度。DRAM 主要用作主存储器。SRAM 是依靠一对反相器以闭环形式连接的存储电路，它的代码的读出是非破坏性的，并不需要相应的刷新电路，因此它的存取速度比DRAM 要快。但是，SRAM 需要用更多的晶体管来存储一位的信息（采用六管单元或四管两电阻单元储存一位数据），因而其位密度比其它类型的低，造价也高。静态存储器多用于二级高速缓存。

SRAM随机存储器的结构
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图2.1 给出了SRAM的一般结构[1]，主要包括存储阵列、译码器、时序控制、输入输出缓冲、输入输出控制等。存储阵列由存储单元构成，用于保存数据，存储阵列的布局对整个存储器的面积、功耗、可靠性等有着非常重要的影响；由于存储阵列是按行、列分开组织的，因此，译码器也分为行译码器和列译码器，并且地址译码之前，需要对地址进行缓存；输入输出缓冲是存储阵列与外部数据交换的接口，用于放大存储单元读出的信号，以及将输入信号写入到存储阵列之中；输入输出控制模块根据控制信号的时序要求，控制存储器的读出、写入等操作；电源控制是一个可选的电路单元，主要是为了低功耗的要求，当整个存储器不需要进行读写操作时，通过电源控制可以控制内部无效的翻转操作，从而节省功耗。完整的存储结构中可能还包括测试电路模块，例如内部监测电路、BIST电路等等。

5 n! i2 F- L' t0 x$ i2 G1 T图1.1 SRAM 结构

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1 S: H: @) U8 B4 e- |+ P/ w* [图1.2 存储器的功能模型    图1.3 存储器的关键路径

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2 |" E1 R1 M  y& @图1.2 是SRAM的功能模型，图1.3 给出了SRAM的关键路径，也就是从地址输入开始到数据输出之间影响读出操作的通路。为了更好地理解SRAM的关键路径，首先对SRAM的读写过程进行初步的分析。以读出操作为例，首先是读信号和地址信号有效，然后在内部时序电路的控制下，对存储阵列中的位线进行预充电，接下来行、列译码器输出，选中相应的存储单元的字线和位线，数据经灵敏放大器后到输出缓冲器中，就完成了读出操作的全过程。显然图1.3 的关键路径就充分反映了这个过程。
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图1.4 给出了SRAM存储器的读写时序。在读出操作中，访问时间(access time)就是指从地址有效算起，到有效数据输出的时间；图1.4 (b)中t1 是从地址和使能信号稳定到写信号有效所需的最小时间，t2 是写信号无效之前必须保持的最小时间，t3是写信号无效之后地址信号仍需保持的最小时间。t1、t2、t3 相加就是一个写周期时间。
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图1.4 存储器的读写时序

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以上英尚微电子对SRAM的结构、操作进行了简单地介绍和分析。

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随机存储器最大的特点就是可以随时对它进行读写操作，但当电源断开时，存储信息便会消失。随机存储器依照数据存储方式的不同，主要可以分为动态随机存储器（DRAM）与静态随机存储器（SRAM）两大类。DRAM 以电容上存储电荷数的多少来代表所存储的数据，电路结构十分简单（采用单管单电容1T-1C的电路形式），因此集成度很高，但是因为电容上的电荷会泄漏，为了能长期保存数据，它需要定期的刷新操作。这不但使DRAM 的读写控制变得复杂，而且也降低了它的读写速度。DRAM 主要用作主存储器。SRAM 是依靠一对反相器以闭环形式连接的存储电路，它的代码的读出是非破坏性的，并不需要相应的刷新电路，因此它的存取速度比DRAM 要快。但是，SRAM 需要用更多的晶体管来存储一位的信息（采用六管单元或四管两电阻单元储存一位数据），因而其位密度比其它类型的低，造价也高。静态存储器多用于二级高速缓存。