聊一聊IC領(lǐng)域中的SRAM

在IC領(lǐng)域，SRAM（Static Random-Access Memory）是一種靜態(tài)的隨機存取存儲器?！办o態(tài)”是相對于動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）而言，只要系統(tǒng)不斷電，里面儲存的數(shù)據(jù)就可以一直保持。而DRAM里面用電容儲存的數(shù)據(jù)就需要周期性地刷新。

為什么要聊一聊SRAM，因為比較大一點的IC芯片中都可能有SRAM的電路。如CPU中的 caches，或者一些芯片中用作緩存大量的數(shù)據(jù)（如果用常規(guī)的LATCH 或者 DFFP存大量數(shù)據(jù)，那所耗費的面積就太大了），或者作為IP用在ASIC和FPGA中。而且SRAM的基本原理相對比較簡單，好掌握。

其實常用的SRAM的架構(gòu)也很簡單,下圖就是包含6個晶體管的CMOS SRAM最基本單元。

兩個反相器的輸入、輸出Q，Q非交叉連接，再加上2個控制管M5和M6。

網(wǎng)上隨便找了一個SRAM的datasheet，截了一張功能塊的圖：

這個SRAM的容量就是8M bit ，就是8M X 6管基本單元。 左上是一個地址譯碼電路 產(chǎn)生6管單元中的WL/BL 信息。 中間的I/O DATA CIRCUIT 和 COLUMN I/O就是用來寫數(shù)據(jù)的bus線輸入以及讀數(shù)據(jù)bus線的輸出。最下面的CONTROL CIRCUIT是讀寫的控制電路。

SRAM有3種工作狀態(tài)：空閑standby , 讀 reading ，寫 writing .

• Standby

  如果WL都沒選中，那么控制管M5與M6斷開，由M1 – M4組成的兩個反相器作為latch一直保持自己的狀態(tài)。

• Reading

  假設SRAM一開始存的內(nèi)容為 0 , Q點的電位為低, Q非點為高。讀操作開始后，有上拉信號將BL/BL非這2條線拉為高電壓VDD，隨后譯碼選出的WL電壓變成VDD， 使得控制管M5與M6導通，因為BL和BL非連到一個SA（放大器）的兩端，只要BL與BL有電位差，SA就會把這種差異放大，得到最終的輸出結(jié)果。當然這邊要注意這幾個管子的size，如果M6管比較強，BL在被拉低的過程中，Q點會被充電，電壓有可能會變高到超過M1的閾值電壓，從而導致這個latch存的值被沖掉。所以這邊M3 M6存在管子的size要求，簡單而言M3 > M6。具體的計算方法一些教科書上都有。

• Writing

  寫操作開始后，同樣也會有上拉信號將BL/BL非 拉為高電壓VDD，選中的WL電壓變成VDD，使得控制管M5與M6導通，寫控制電路會驅(qū)動BL和BL非。假設現(xiàn)在要寫0，原來存的是1, 那BL和BL非就會被驅(qū)動成0和1，M6 與M4管開始fighting，直到Q點的電壓降到低于M1管的閾值電壓，M1關(guān)斷，SRAM存儲的值才能翻轉(zhuǎn)。同樣這邊管子M4 M6存在特定的size要求，簡單而言M6 > M4，不然M6 fighting 不過 M4，無法寫入數(shù)據(jù)。具體的size計算方法一些教科書上都有。

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  上面2張圖是我從SRAM datasheet里面找的AC特性，可以看出讀寫量級都是幾十ns的量級，不過這個時間應該跟SRAM的容量有很大的關(guān)系，容量小的更快一點，大家設計的時候可以參考一下