K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路及其构建方法转让专利
申请号 : CN201110280840.4
文献号 : CN102324249B
文献日 : 2013-10-30
发明人 : 方振贤 , 刘莹 , 方倩
申请人 : 黑龙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路的构建方法,其特征在于:所述的二多转换电路是一种将2值信号转换为K值信号的二多转换电路BMVCK,由选通信号形成电路、二极管接通控制电路和电源三部分组成,二多转换电路BMVCK有一位K值输出YWRj和k+1位
2值输入bj+k、……bj+2、bj+1、bj,输入信号为2-K进制码:(0)2、(1)2、(2)2、……、(F-1)2、(F)2;该K个2-K进制码(0)2~(F)2依次为采用k+1位2进制码来表示K个正整数0~F,k k kF=K-1=2+r,k=2,3,4……,r=0,1,2……(2-2),(2-1);K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路BMVCK的构建方法为:①对2-K进制码除全0的(0)2外,按数值从小到大的顺序写出F个2-K进制码(1)2~
(F)2,依次表示为bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj=000…0001、000…0010、000…0011、000…
0100、000…0101、000…0110、000…0111、000…1000、………、Num;其中Num为2-K进制码k
最大值(F)2,当r=0时,Num=(2)2=100…0000,即最高位是1,其余低位全是0,当r=k k
1时,Num=(2+1)2=100…0001,当r=2时,Num=(2+2)2=100…0010,………,当rk k+1 k k+1
=(2-2)时,Num=(2 -2)2=1111…1110,当r=(2-1)时,Num=(2 -1)2=1111…
1111,即k+1位全是1;
②对上述写出的每个2-K进制码,将bj+kbj+k-1…bj+3bj+2bj+1bj按位考虑,凡是2-K进制码中1的位对应的变量都保留,其余变量删去,由此根据上述写出的2-K进制码从小到大的顺序依次得出F个积项S1~SF为:S1=bj、S2=bj+1、S3=bj+1bj、S4=bj+2、S5=bj+2bj、S6=bj+2bj+1、S7=bj+2bj+1bj、S8=bj+3、……………、SF=S(Num);当r=0时,S(Nurm)=bj+k,当r=1时,S(Num)=bj+kbj,即除最高位bj+k外的其余低位变量和Sr变量相同,其中Sr=S1,以下有同样的特点,当r=k
2时,S(Num)=bj+kbj+1,…………,当r=(2-2)时,S(Num)=bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1,k当r=(2-1)时,S(Num)=bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj,此bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj有从bj到bj+k全部k+1位变量;
③依次对S1~SF取反,得出F个选通门的逻辑式fj1~fjF为:
当r=0时, 当r=1时, 当r
k
=2时, ……………,当r=(2-2)时, 当
k
r=(2-1)时, 此 即非运算
下有从bj到bj+k全部k+1位变量;上述F个逻辑式fj1~fjF各自为数码(1)2~(F)2派生逻辑式;
④F个选通门的逻辑式fj1~fjF形成F个选通门fj1~fjF,选通信号形成电路由F个选通门fj1~fjF构成;选通门fj1~fjF各自为数码(1)2~(F)2派生选通门;F个选通门具有
1∶0阶梯特性输出,所述的1∶0阶梯特性输出就是:当输入信号为2-K进制码(U)2时,对小于K的任意正整数V>U,任意数码(V)2派生选通门fjv的输出全都是高电平,而数码(U)2派生选通门fjU的输出是低电平,即输出fjF=1,fjF-1=1,……fjU+2=1,fjU+1=1,fjU=0;其中等于1的式的个数为F-U,F-U为选通门fjU的1∶0长度nd,上述等式表明输出fjF依次到fjU+1共nd个输出都为1,紧接着fjU输出为0,简述为输出fjF依次到fjU所呈现的由nd个1到0,称此为1∶0阶梯特性输出;选通门fjF的nd为0,选通门fj(F-1)的nd为
1,选通门fj(F-2)的nd为2,…………选通门fj3的nd为F-3,选通门fj2的nd为F-2,选通门fj1的nd为F-1;
⑤选通信号形成电路输出F个选通信号fj1~fjF,并输送到二极管接通控制电路,二极管接通控制电路中有一列串联二极管,F个选通信号按1∶0阶梯特性输出用开关方式控制VDC和YWRj间接通串联二极管的数量nd,nd=0,1,2,3……(F-2),(F-1),电源VDC经过nd个导通状态的串联二极管连接到YWRj,二极管导通压降为Vd,于是YWRj输出电压VYWRj=VDC-ndVd;
F个nd决定YWRj有F个输出值,此外还有VDC与YWRj间开路得出VYWRj=VSS,所以YWRj输出电压VYWRj总共有F+1=K个,其中VDC为最高电源电压,VSS为最低电源电压,VDC-VSS=FVd+Δ,Δ为K值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;由此完成BMVCK的K个2-K进制码输入产生YWRj的K值输出。
2.根据权利要求1所述的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路的构建方法形
成的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路,其特征在于:所述的二多转换电路BMVCK由选通信号形成电路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括F-1个串联二极管Da2~DaF和F个PMOS管Qa1~QaF,形成一个梯形网络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,F-1,F;二极管导通压降为Vd,管QaF的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVCK输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流Ij由YWRj流向VSS;管Qa1~QaF的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~QaF的栅极各自接F个选通门输出fj1~fjF,VDC和VSS满足VDC-VSS=FVd+Δ,Δ为K值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;F个选通门按各自逻辑式得出:门fj1是输入为bj的非门,门fj2是输入为bj+1的非门,门fj3是输入为bj+1、bj的与非门,门fj4是输入为bj+2的非门,门fj5是输入为bj+2、bj的与非门,门fj6是输入为bj+2、bj+1的与非门,门fj7是输入为bj+2、bj+1、bj的与非门,门fj8是输入为bj+3的非门,……………,门fjF;当r=0时,门fjF是输入为bj+k的非门,当r=1时,门fjF是输入为bj+k、bj的与非门,当r=2时,门fjF是输入为kbj+k、bj+1的与非门,……………,当r=(2-2)时,门fjF是k个输入为bj+k、bj+k-1、bj+k-2、…k
bj+3、bj+2、bj+1的与非门,当r=(2-1)时,门fjF是k+1个输入为bj+k、bj+k-1、bj+k-2、…bj+3、bj+2、bj+1、bj的与非门;基于F个选通门具有1∶0阶梯特性输出,BMVCK输入输出关系为:①当输入bj+k…bj+1bj为(0)2时,fjF=fjF-1=……=fj2=fj1=1,F个PMOS管Qa1~QaF截止,得出YWRj输出电压VYWRj=VSS,②当输入bj+k…bj+1bj为(1)2时,fjF=fjF-1=……=fj3=fj2=1,fj1=0,管Qa1导通,F-1个管Qa2~QaF截止,VDC经F-1个导通状态的串联二极管Da2~DaF接通YWRj,得出VYWRj=VDC-(F-1)Vd,③当输入bj+k…bj+1bj为(U)2时,U=2~(F-1),则fjF=fjF-1=……=fjU+2=fjU+1=1,fjU=0,管QaU导通,nd个管QaU+1~QaF截止,VDC经nd个导通状态的串联二极管接通YWRj,得出VYWRj=VDC-ndVd,nd=(F-U)=(F-2)~1,④当输入bj+k…bj+1bj为(F)2时,fjF=0,管QaF导通,VDC直接连通YWRj,得出VYWRj=VDC;YWRj输出电压VYWRj总共有K个:VSS,VDC-(F-1)Vd,VDC-(F-2)Vd,…………,VDC-2Vd,VDC-Vd,VDC,由此完成‘由BMVCK的K个2-K进制码输入产生YWRj的K值输出’的功能。
3.根据权利要求2所述的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路,其特征在于:
所述的二多转换电路BMVCK中取K=10,得出2-10转换电路BMVC10,BMVC10由选通信号形成电路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括8个串联二极管Da2~Da9和9个PMOS管Qa1~Qa9,形成一个梯形网络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,8,9,其中管Qa9的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVC10输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流Ij由YWRj流向VSS;管Qa1~Qa9的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~Qa9的栅极各自接9个选通门输出fj1~fj9,VDC-VSS=9Vd+Δ,二极管导通压降为Vd,Δ为10值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;9个选通门按各自逻辑式得出:门fj1是输入为bj的非门,门fj2是输入为bj+1的非门,门fj3是输入为fj+1、fj的与非门,门fj4是输入为bj+2的非门,门fj5是输入为bj+2、bj的与非门,门fj6是输入为bj+2、bj+1的与非门,门fj7是输入为bj+2、bj+1、bj的与非门,门fj8是输入为bj+3的非门,门fj9是输入为bj+3、bj的与非门;基于9个选通门具有1∶0阶梯特性输出,BMVC10输入输出关系为:①当输入bj+3bj+2bj+1bj为0000时,fj9=fj8=……=fj2=fj1=1,9个PMOS管Qa1~Qa9截止,得出YWRj输出电压VYWRj=VSS,②当输入bj+3bj+2bj+1bj为0001时,fj9=fj8=……=fj3=fj2=1,fj1=0,管Qa1导通,8个管Qa2~Qa9截止,VDC经8个导通状态的串联二极管Da2~Da9接通YWRj,得出VYWRj=VDC-8Vd,③当输入bj+3bj+2bj+1bj为(U)2时,U=
2~8,即(U)2=0010~1000,则fj9=fj8=……=fjU+2=fjU+1=1,fjU=0,管QaU导通,nd个管QaU+1~QaF截止,VDC经nd个导通状态的串联二极管接通YWRj,得出VYWRj=VDC-ndVd,nd=(9-U)=7~1,④当输入bj+3bj+2bj+1bj为1001时,fj9=0,管Qa9导通,输出YWRj直接连通VDC,得出VYWRj=VDC;YWRj输出电压VYWRj总共有10个:VSS,VDC-8Vd,VDC-7Vd,…………VDC-2Vd,VDC-Vd,VDC;由此完成‘由BMVC10的10个2-10进制码输入产生YWRj的10值输出’的功能。
4.根据权利要求2所述的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路,其特征在于:
所述的二多转换电路BMVCK中取K=16,得出2-16转换电路BMVC16,BMVC16由选通信号形成电路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括14个串联二极管Da2~Da15和15个PMOS管Qa1~Qa15,形成一个梯形网络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,14,15,其中管Qa15的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVC16输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流Ij由YWRj流向VSS;管Qa1~Qa15的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~Qa15的栅极各自接15个选通门输出fj1~fj15,VDC-VSS=15Vd+Δ,二极管导通压降为Vd,Δ为16值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;15个选通门按各自逻辑式得出:门fj1是输入为bj的非门,门fj2是输入为bj+1的非门,门fj3是输入为bj+1、bj的与非门,门fj4是输入为bj+2的非门,门fj5是输入为bj+2、bj的与非门,门fj6是输入为bj+2、bj+1的与非门,门fj7是输入为bj+2、bj+1、bj的与非门,门fj8是输入为bj+3的非门,门fj9是输入为bj+3、bj的与非门,门fj10是输入为bj+3、bj+1的与非门,门fj11是输入为bj+3、bj+1、bj的与非门,门fj12是输入为bj+3、bj+2的与非门,门fj13是输入为bj+3、bj+2、bj的与非门,门fj14是输入为bj+3、bj+2、bj+1的与非门,门fj15是输入为bj+3、bj+2、bj+1、bj的与非门;基于15个选通门具有1∶0阶梯特性输出,BMVC16输入输出关系为:①当输入bj+3bj+2bj+1bj为0000时,fj15=fj14=……=fj2=fj1=1,15个PMOS管Qa1~Qa15截止,得出YWRj输出电压VYWRj=VSS,②当输入bj+3bj+2bj+1bj为0001时,fj15=fj14=……=fj3=fj2=1,fj1=0,管Qa1导通,14个管Qa2~Qa15截止,VDC经14个导通状态的串联二极管Da2~Da15接通YWRj,得出VYWRj=VDC-14Vd,③当输入bj+3bj+2bj+1bj为(U)2时,U2=2~
14,即(U)2=0010~1110,则fj15=fj14=……=fjU+2=fjU+1=1,fjU=0,管QaU导通,nd个管QaU+1~Qa15截止,VDC经nd个导通状态的串联二极管接通YWRj,得出VYWRj=VDC-ndVd,nd=(15-U)=13~1,④当输入bj+3bj+2bj+1bj为1111时,fj15=0,管Qa15导通,VDC直接连通YWRj,得出VYWRj=VDC;YWRj输出电压VYWRj总共有16个:VSS,VDC-14Vd,VDC-13Va,………VDC-2Va,VDC-Vd,VDC;由此完成‘由BMVC16的16个2-16进制码输入产生YWRj的16值输出’的功能。
5.根据权利要求2所述的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路,其特征在于:
所述的二多转换电路BMVCK中取VDC=1.5V,VSS=1.5V-FVd-Δ。
6.根据权利要求2所述的一种K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路,其特征在于:
所述的二多转换电路BMVCK中取Δ=0,得出输出YWRj为等阶梯的K值信号,阶梯电压为Vd。
说明书 :
K值存储单元嵌入DRAM的二多转换电路及其构建方法
技术领域
硅片面积;在可编程逻辑器件(如FPGA和CPLD)中也需有大量可编程内部连线(包括可
编程连接开关,如熔丝型开关、反熔丝型开关、浮栅编程元件等),将各逻辑功能块或输入/输出连接起来,完成特定功能的电路,布线(包括编程连接开关)占了材料很大的成本。减少布线成本的比重成为十分重要的问题。②从信息传输方面看,采用多值信号可减少连线数;对每根连线传输数字信息,二值信号是携带信息量最低的一种,多值信号携带信息量大于二值信号。③从信息存储方面看,采用多值信号可提高信息存储密度,特别是利用MOS管栅极电容存储信息(用于动态随机存取存储器DRAM中),因同一电容存储信息量多值比二
值大,多值DRAM比二值DRAM可大大提高信息存储密度。目前多值器件的研制已广泛开展,
2
东芝与Sandisk公司通过70nm的CMOS技术和2bit/单元的多值技术相配合,在146mm 的
芯片上实现了8Gbit的存储容量;东芝与美国SanDisk发表了通过采用43nm工艺和2bit/
单元多值技术实现的16gbitNAND闪存。三星开发的8Gbit产品采用63nm的CMOS技术和
2bit/单元的多值技术。4值存储器的研制成功和商品化是多值研究的重要的一步,但需要控制或改变管的开关阈值Vtn,改变阈值方法是在半导体制造工艺中用多级离子注入技术,或控制浮游栅极存储的电子量等方法控制阈值。尚未发现有多于4值的DRAM的研制成功。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)两种。DRAM存储信息的原理是基于MOS管栅极电
容的电荷存储效应。由于栅极存储电容的容量很小(通常至多几皮法),而漏电流又不可能绝对等于零,所以电荷保存的时间有限;为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失,必须定时给栅极存储电容补充电荷,通常将这种操作称为刷新或再生,DRAM工作时必须辅以必要的刷新控制电路。DRAM是由大的矩形存储单元阵列与用来对阵列读和写的支持性逻辑电路,以及维持存储数据完整性的刷新电路等组成。在DRAM中最简单的可用单管动态存储单元。存储单元是按行、列排成矩阵式结构,用两个译码电
元经读/写控制电路进行读写操作,并且在每次读出数据的同时完成了对存储单元原来所存数据的恢复。DRAM读写控制电路控制数据信息输入输出.外界对存储器的控制信号有读信号RD、写信号WR和片选信号CS等等。DRAM的输入输出数据的位数有1位,2位,4位或N
位。除多位输入输出外,为了提高集成度的同时减少器件引脚的数目,大容量DRAM常常采用1位输入、1位输出和地址分时输入的方式,相应的有输入缓冲器,输出缓冲器和输出锁存器等。
因不在K值存储单元本身;而在于多值信号读出和写入,特别是将K值存储单元嵌入二值
DRAM中,不能按习惯方法单纯考虑结构极简单的K值存储单元,要在保持二值DRAM基本特长不变的前提下,考虑支持K值存储单元嵌入二值DRAM存储矩阵的二值-多值转换电路和
多值-二值转换电路的构建方法,及其与二值DRAM存储矩阵相配合的问题。
发明内容
由选通信号形成电路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,BMVCK有一位K值输出YWRj和k+1位2值输入bj+k、……bj+2、bj+1、bj,输入信号为2-K进制码:(0)2、(1)2、(2)2、……、(F-1)2、(F)2;该K个2-K进制码(0)2~(F)2依次为采用k+1位2进制码来表示K个正整
k k k
数0~F,F=K-1=2+r,k=2,3,4……,r=0,1,2………(2-2),(2-1);所述的K值
存储单元嵌入DRAM的二多转换电路BMVCK的构建方法为:
000…0100、000…0101、000…0110、000…0111、000…1000、…………、Num;其中Num为k
2-K进制码最大值(F)2,当r=0时,Num=(2)2=100…0000,即最高位是1,其余低位
k k
全是0,当r=1时,Num=(2+1)2=100…0001,当r=2时,Num=(2+2)2=100…
k k+1 k
0010,………,当r=(2-2)时,Num=(2 -2)2=1111…1110,当r=(2-1)时,Num=
k+1
(2 -1)2=1111…1111,即k+1位全是1;
当r=(2-1)时,S(Num)=bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj,此bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj有从bj到bj+k全部k+1位变量(简述为k+1位变量全有);
k
时, ……………,当r=(2-2)时, 当r
=(2k-1)时, 此 即非运算
下有从bj到bj+k全部k+1位变量(简述为非运算下的k+1位变量全有);上述F个逻辑式
fj1~fjF各自为数码(1)2~(F)2派生逻辑式);
1,fjU=0;其中等于1的式的个数为F-U,F-U为选通门fjU的1∶0长度nd,上述等式表明输出fjF依次到fjU+1共nd个输出都为1,紧接着fjU输出为0,简述为输出fjF依次到fjU所呈现的由nd个1到0,称此为1∶0阶梯特性输出(即上述输出fjF依次到fjU所呈现的由nd
个1到0即为1∶0阶梯特性输出;注:只考虑输出依次为nd个1到第1个输出为0);选
通门fjF的nd为0,选通门fj(F-1)的nd为1,选通门fj(F-2)的nd为2,…………选通门fj3的nd为F-3,选通门fj2的nd为F-2,选通门fj1的nd为F-1;
输入产生YWRj的K值输出;
电路BMVCK由选通信号形成电路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括F-1个串联二极管Da2~DaF和F个PMOS管Qa1~QaF,形成一个梯形网
络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,F-1,F;二极管导通压降为Vd,管QaF的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVCK输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流Ij由YWRj流向VSS;管Qa1~QaF的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~QaF的栅极各自接F个选通门输出fj1~fjF,VDC和VSS满足VDC-VSS=FVd+Δ,Δ为K值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;F个选通门按各自逻辑式得出:门fj1是输入为bj的非门,门fj2是输入为bj+1的非门,门fj3是输入为bj+1、bj的与非门,门fj4是输入为bj+2的非门,门fj5是输入为bj+2、bj的与非门,门fj6是输入为bj+2、bj+1的与非门,门fj7是输入为bj+2、bj+1、bj的与非门,门fj8是输入为bj+3的非门,……………,门fjF;当r=0时,门fjF是输入为bj+k的非门,当r=1时,门fjF是输入为bj+k、bj的与非门,当r=2时,门k
fjF是输入为bj+k、bj+1的与非门,……………,当r=(2-2)时,门fjF是k个输入为bj+k、k
bj+k-1、bj+k-2、…bj+3、bj+2、bj+1的与非门,当r=(2-1)时,门fjF是k+1个输入为bj+k、bj+k-1、bj+k-2、…bj+3、bj+2、bj+1、bj的与非门;基于F个选通门具有1∶0阶梯特性输出,BMVCK输入输出关系为:①当输入bj+k…bj+1bj为(0)2时,fjF=fjF-1=……=fj2=fj1=1,F个PMOS管Qa1~QaF截止,得出YWRj输出电压VYWRj=VSS,②当输入fj+k…bj+1bj为(1)2时,fjF=fjF-1=……=fj3=fj2=1,fj1=0,管Qa1导通,F-1个管Qa2~QaF截止,VDC经F-1个导通状态的串联二极管Da2~DaF接通YWRj,得出VYWRj=VDC-(F-1)Vd,③当输入bj+k…bj+1bj为(U)2时,U=2~(F-1),则fjF=fjF-1=……=fjU+2=fjU+1=1,fjU=0,管QaU导通,nd个管QaU+1~QaF截止,VDC经nd个导通状态的串联二极管接通YWRj,得出VYWRj=VDC-ndVd,nd=(F-U)=(F-2)~1,④当输入bj+k…bj+1bj为(F)2时,fjF=0,管QaF
路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括8个串联二极管Da2~Da9和9个PMOS管Qa1~Qa9,形成一个梯形网络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,8,9,其中管Qa9的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVC10输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流IJ由YWRj流向VSS;管Qa1~Qa9的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~Qa9的栅极各自接9个选通门输出fj1~fj9,VDC-VSS=9Vd+Δ,二极管导通压降为Vd,Δ为10
2-10进制码输入产生YWRj的10值输出’的功能。
路和二极管接通控制电路及电源三部分组成,所述的二极管接通控制电路包括14个串联
二极管Da2~Da15和15个PMOS管Qa1~Qa15,形成一个梯形网络:二极管Dai的正极接管Qai-1的漏极,二极管Dai的负极接管Qai的漏极,i=2,3,4,……,14,15,其中管Qa15的漏极接电流源Ij的一端,该连接处为BMVC16输出YWRj,Ij的另一端接最低电源电压VSS,电流Ij由YWRj流向VSS;管Qa1~Qa15的源极接最高电源电压VDC,管Qa1~Qa15的栅极各自接15个选通门输出fj1~fj15,VDC-VSS=15Vd+Δ,二极管导通压降为Vd,Δ为16值存储单元电路特性要求补偿的偏移量;15个选通门按各自逻辑式得出:门fj1是输入为bj的非门,门fj2是输入为bj+1的非门,门fj3是输入为bj+1、bj的与非门,门fj4是输入为
该K个2-K进制码的前Ks个为:(0)2、(1)2、(2)2、……、(Fs-1)2、(Fs)2,其中Fs=Ks-1,满足Ks<K。
中选取前Fs个、从步骤③已得出的F个选通门的逻辑式中选取前Fs个,分别作
DRAM原有特点,又嵌入K值存储单元。主要用于FPGA、CPLD、半或全制定ASIC和存储器等VLSI及其它数字IC技术领域。
附图说明
出依次为t/hj4、t/hj5、thj5、thj6,输入Vx为三角形波bin时的输入输出波形图;
出依次为thj4、thj5、t/hj5、t/hj6,输入Vx为三角形波bin时的输入输出波形图;
具体实施方式
阵),K值存储单元电路主要部分是NMOS管源极跟随器,电路极简单,随K值增大源极跟随器改动不大;重要的是:为实现二值DRAM中嵌入K值存储单元(取代2值存储单元),要有
二多转换电路BMVCK支持,还要有多二转换电路MBVCK支持(实施例5已描述了8-2转换
电路MBVC8,参照图9所示的MBVC8,用类似方法去构成MBVCK),因此基于本发明方法很容易实现K值存储单元嵌入DRAM的存储矩阵;K为2的幂或非2的幂,BMVCK习惯用K为2的幂
k+1 k k
(即K=2 ,如K=8,16,32等),但非2的幂的K(K=2+r+1,r≠2-1)也是实际需要
3
的,例如K=2+2=10,十进制数(2-10进制码,即BCD码)是人最常用的,十进制数的数
据量常常很大,诸如人工输入输出数据,测量仪表输出和显示数据等都是十进制数,需要存储大量十进制数,因此嵌入10值存储单元是非常实际和必要的,在DRAM的存储矩阵中可以大部分或全部分嵌入10值存储单元;参看图1,当行选择线Xi是高电平,从存储矩阵中选中该行所有的存储单元电路(打开传输门TG1和TG2);当列选择线Yj是高电平,从上述选中
的一行中再选出Yj列的Lw位存储单元电路,字长Lw≥k+1,使这些被选中的单元经读/写
控制电路,与数据输入/输出端接通;最好选取Lw是k+1的整数倍n(满足存储2-K进制数
的数据的要求),即Lw=n(k+1),则按二进制数最低位开始,每k+1位为一组,共n组,按图
1所示,每组接有一个K值存储单元电路,选中Xi行Yj列共有n个K值存储单元电路,每一
写位线有一个BMVCK,每一读位线有一个MBVCK,每一列有n个BMVCK和n个MBVCK(对所有
行);如果Lw不是k+1的整数倍n,Lw=n(k+1)+s,s≤k(每列存储有n个2-K进制数的数
s-1
据,余下s个非2-K进制数的数据),记Ks=2 <K,除嵌入n个K值存储单元电路外,余
下的s位用一个Ks值存储单元和二多转换电路BMVCKs及多二转换电路MBVCKs支持(注:Ks
值存储单元和K值存储单元结构基本相同,主要部分都是NMOS管源极跟随器),其中BMVCKs可按照下述(二)中可叠加的特点①所述的方法快速构成;显然,s位也可保持用原s个2
值存储单元。Xi为高电平时除Yi为高电平的一列在读数据时兼刷新,其余Yi为低电平的列也在读数据时刷新;对Xj为高电平和Yi为低电平的列则全进行刷新;通过读写控制电路除完成K值存储信息的读和写功能之外,还可完成K值存储信息的刷新功能,保持二值DRAM
原有特点,K值存储单元电路结构极简单,用于存储量非常大的DRAM。
可为2的整数幂(K=2 ,如K=16,得出2-16进制码,即4位二进制码)或非2的整数
k
幂(K=2+r+1,如K=10,得出2-10进制码,即BCD码),电路结构具有可叠加的特点;①
如果已构建出二多转换电路BMVCK,但K大于实际需求值K1,K-K1=me,则只要将BMVCK中删去me个二极管DaF-me+1~DaF(用一导线短路DaF-me+1~DaF),删去me个管QaF-me+1~QaF和删去me个选通门fjF-me+1~fjF,就可得出实际需求的BMVCK1;②反之,如果已构建出二多转换电路BMVCK,但K小于实际需求值K2,K2-K=md,则只要将BMVCK中增加md个二极管DaF+1~DaF+md,增加md个管QaF+1~QaF+md和增加md个选通门输出fjF+1~fjF+md,就可得出实际需求的BMVCK2;
例如,已构建出BMVC16(图23),但实际需求BMVC10,16-10=6,只要将BMVC16中删去6个二极管Da10~Da15(用一导线短路Da10~Da15),删去6个管Qa10~Qa15和删去6个选通门输出fj10~fj15,就可得出实际需求的BMVC10(图24),反之(已构建BMVC10,实际需求BMVC16),实现也十分方便。为保持二值DRAM原有特点,最好选取VDC=1.5V(或VDC=1.8V),VSS=
1.5V-FVd-Δ(或VSS=1.8V-FVd-Δ),其中1.5(或1.8V)为常规二值DRAM采用的直流电源
电压,显然取VDC为其它电压也可行,如VDC=3.0V等,而Δ稍大点并不影响结果。注:根据MOS管的特点,PMOS管的衬底接最高电源电压VDC,NMOS管的衬底接最低电源电压VSS,为简便,DRAM的存储矩阵等电路中略去衬底不画。
①中2-K进制码为只写有效位:(1)2=1,(2)2=10,(3)2=11,(4)2=100,(5)2=101,(6)2=110,(7)2=111,(8)2=1000,(9)2=1001,…………(高位0略去),其中变量
bj+kbj+k-1bj+k-2…bj+3bj+2bj+1bj从最低位(最右)开始计算(按1的位对应的变量写出,其余变量删去)。另外,方法很熟练后还可略去②F个积项S1~SF,直接写出F个逻辑式fj1~
fjF,甚至还可直接画出F个选通门fj1~fjF。
(V)2的bj+L=1,(U)2的bj+L=0;(V)2的bj+L=1表明数码(V)2派生选通门输入必含有变量bj+L;现在输入2-K进制码为(U)2,即输入2-K进制码中bj+L为0,也就是(V)2派生选通门的输入bj+L为低电平,而(V)2派生选通门只有与非门和非门二种形式,所以该(V)2派生选通门输出必为高电平;对所有2-K进制码(V)2>(U)2,所有(V)2派生选通门fjv的输出
全都是高电平(即fjv=1);而输入2-K进制码为(U)2,显然数(U)2派生选通门fjU的所有
输入全是高电平,fjU输出必是低电平(即fjU=0),得出fjF=1,fjF-1=1,………=fjU+3=1,fjU+2=1,fjU+1=1,fjU=0;选通门fjU的nd=F-U;(2)设U=F,输入2-K进制码为(F)2,则fjF=0,即选通门fjF的nd=0。F个选通门具有1∶0阶梯特性输出是二多转换
电路及其构建方法和电路实现的基础,利用式fjF=fjF-1=………=fjU+3=fjU+2=fjU+1=
1和fjU=0证明BMVCK功能的实现;注:①因为已规定输入K个2-K进制码是(0)2~(F)2,
所以输入2-K进制码的上限是(F)2,下限是(0)2;②当输入2-K进制码为(0)2时,fjF=fjF-1=………=fj3=fj2=fj1=1,而fj0不存在,不存在的输出fj0可取随意值,不妨取fj0=
0,于是有fjF=fjF-1=…………=fj3=fj2=fj1=1,fj0=0;当输入2-K进制码为(F)2时,fjF=0。
方式2-K进制码也可只写有效位,则K个2-K进制码的前Ks个实为Ks个2-Ks进制码(如
同尖塔形的上部仍是尖塔形,表明电路结构具有可叠加的特点)。
1001时,fj9=0,fj9低电平送到PMOS管Qa9栅极,管Qa9导通,VDC直接连通YWRj,YWRj输出电压VYWRj=VDC(逻辑9);②当bj+3bj+2bj+1bj=1000时,fj9=1和fj8=0,fj9高电平送到管Qa9栅极,管Qa9截止,fj8低电平送到管Qa8栅极,管Qa8导通,VDC经过1个二极管Da9接通YWRj,VYWRj=VDC-Vd(逻辑8);③当bj+3bj+2bj+1bj=0111时,fj9=fj8=1和fj7=0,fj9、fj8高电平各自送到管Qa9、Qa8栅极,2个管Qa9、Qa8截止,fj7低电平送到管Qa7栅极,管Qa7导通,VDC经过2个二极管Da9和Da8接通YWRj,VYWRj=VDC-2Vd(逻辑7);④当bj+3bj+2bj+1bj=0110时,fj9=fj8=fj7=1和fj6=0,fj9~fj7高电平各自送到管Qa9~Qa7栅极,3个管Qa9~Qa7截止,fj6低电平送到管Qa6栅极,管Qa6导通,VDC经过3个二极管Da9~Da7接通YWRj,VYWRj=VDC-3Vd(逻辑6);………,⑤当bj+3bj+2bj+1bj=0010时,fj9=fj8=fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=1和fj2=0,fj9~fj3高电平各自送到管Qa9~Qa3栅极,7个管Qa9~Qa3截止,fj2低电平送到管Qa2栅极,管Qa2导通,VDC经过7个二极管Da9~Da3接通YWRj,VYWRj=VDC-7Vd(逻辑2);⑥当bj+3bj+2bj+1bj=0001时,fj9=fj8=fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=fj2=1和fj2=0,fj9~fj2高电平各自送到管Qa9~Qa2栅极,8个管Qa9~Qa2截止,fj1送低电平到管Qa1栅极,管Qa1导通,VDC经过8个二极管Da9~Da2接通YWRj,VYWRj=VDC-8Vd(逻辑1);⑦当bj+3bj+2bj+1bj=0000时,fj9=fj8=fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=fj2=fj1=1,fj9~fj1高电平各自送到管Qa9~Qa1栅极,9个管Qa9~Qa1全都截止,VYWRj与VDC断开,VYWRj=VSS(逻辑0);示如图10~12中的YWRj,二进制数码0000~1001对应十进制数码为0~9,当输
入bj+3bj+2bj+1bj=0000~1001时,YWRj输出电压VYWRj有10个逻辑电平v(0)~v(9),各自表示逻辑0~9,其中v(0)=VSS,v(k)=VDC-(9-k)Vd,k=1~9。
管Qa9和Qa8(断开则Qa9和Qa8不起作用,即删去),删去选通门fj9和fj8;BMVC8有三位输入bj+2bj+1bj,①当bj+2bj+1bj=111时,fj7=0,fj7低电平送到PMOS管Qa7栅极,管Qa7导通,YWRj输出电压VYWRj=VDC(逻辑7);②当bj+2bj+1bj=110时,fj7=1和fj6=0,fj7高电平送到管Qa7栅极,管Qa7截止,fj6低电平送到管Qa6栅极,管Qa6导通,VDC经过1个二极管Da7接通YWRj,VYWRj=VDC-Vd(逻辑6);③当bj+2bj+1bj=101时,fj7=fj6=1和fj5=0,fj7、fj6高电平各自送到管Qa7、Qa6栅极,2个管Qa7、Qa6截止,fj5低电平送到管Qa5栅极,管Qa5导通,VDC经过2个二极管Da7、Da6接通YWRj,VYWRj=VDC-2Vd(逻辑5);………④当bj+2bj+1bj=010时,fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=1和fj2=0,fj7~fj3低电平各自送到管Qa7~Qa3栅极,5个管
Qa7~Qa3截止,fj2低电平各自送到管Qa2栅极,管Qa2导通,VDC经过5个二极管Da7~Da3接通YWRj,VYWRj=VDC-5Vd(逻辑2);⑤当bj+2bj+1bj=001时,fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=fj2=1和fj2=0,fj7~fj2高电平各自送到管Qa7~Qa2栅极,6个管Qa7~Qa2截止,fj1低电平送到管Qa1栅极,管Qa1导通,VDC经过6个二极管Da7~Da2接通YWRj,VYWRj=VDC-6Vd(逻辑
1);⑥当bj+2bj+1bj=000时,fj7=fj6=fj5=fj4=fj3=fj2=fj1=1,fj7~fj1高电平各自送到管Qa7~Qa1栅极,7个管Qa7~Qa1全都截止,VDC与VYWRj断开,VYWRj=VSS(逻辑0),示如图13和图15中的YWRj;当输入bj+2bj+1bj=000~111时,YWRj输出电压VYWRj有8个逻辑电平V(0)~V(7),各自表示逻辑0~7,其中v(0)=VSS,v(k)=VDC-(7-k)Vd,k=1~
7。
bj+3bj+2bj+1bj=0000~1111时,YWRj输出电压VYWRj有16个逻辑电平v(0)~v(15),各自表示逻辑0~15,其中v(0)=VSS,v(k)=VDC-(15-k)Vd,k=1~15。所用二极管为硅二极
管(也可用其它二极管),为降低功耗和提高性能,恒流源Ij电流取较小值。
个),由图11看出,在fj9~fj1作用下(下上面9个),得出BMVC10输出YWRj有10值(0~
9)(上面第1个),满足BMVC10规定的功能;图12为10值存储单元电路嵌入2值DRAM存储
矩阵的BMVC10和MBVC10在Xi、Yj为高电平和输入bj+3bj+2bj+1bj为0000~1001时,bj+3、bj+2、bj+1、bj、YWRj、YRDj、mj+3、mj+2、mj+1、mj先后上下分立的波形图;由图12看出,当BMVC10的输入bj+3bj+2bj+1bj=0000~1001(上面4个波形)时,BMVC10输出YWRj为10值信号(第5个波
形),该10值信号经10值存储单元得出的YRDj(第6个波形),YRDj输入到MBVC10,最后MBVC10输出mj+3mj+2mj+1mj=0000~1001(下面4个波形),MBVC10的4位2值输出mj+3mj+2mj+1mj波形与BMVC10的4位2值输入bj+3bj+2bj+1bj波形相同;BMVC10中可取二极管Da2~Da9为硅二极管Da2~Da9,VDC=1.5V,VSS=-5.5V,VD=0V。注:Xi和Yi的高电平和低电平各自为近VDC和0;因TG1和TG2是传输10值信号,其控制信号幅度要和10值信号幅度一致,所以由Xi产生另一个同相的幅度增加的行选择线X0i,X0i的高电平和低电平各自为VDC和VSS;当行选择线Xi是高电平时,对应X0i也是高电平,为简便,附图均按Xi为高低电平来说明。
1.8V,VSS=-3.5V,VD=0V;图13为Xi和Yj为高电平时,bj+2、bj+1、bj、YWRj、YRDj、mj+2、mj+1、mj按顺序先后上下分立的波形图,由图13看出,当BMVC8的输入bj+2bj+1bj=000~111(上面3个波形)时,BMVC8输出YWRj为8值信号(第4个波形),该8值信号经8值存储单元
得出的YRDj(第5个波形),YRDj输入到MBVC8,最后MBVC8输出mj+2mj+1mj=000~111(下面
3个波形),MBVC8的3位2值输出mj+2mj+1mj波形与BMVC8的3位2值输入bj+2bj+1bj波形相
同;注:Xi和Yi的高电平和低电平各自为近VDC和0;因TG1和TG2是传输8值信号,所以由Xi产生另一个同相的幅度增加的行选择线X0i,X0i的高电平和低电平各自为VDC和VSS当行选择线Xi是高电平时,对应X0i也是高电平,附图均按Xi为高低电平来说明;
平v(0)~v(7),各自对应逻辑0~7(上面第1个波形),YWRj传输到FS的输入DMCij,DMcij有相同的8个逻辑电平(上面第2个波形);图16为8-2转换电路MBVC8(图9)在Xi和Yj
为高电平时,DMij、YRDj、thj4、thj5、tbj0、tbj1、tbj2、tbj3、thj6先后上下分立的波形图,DMCij经FS形成波形相接近的8值射极输出DMij(上面第1个波形),DMij经导通的TG2向外输出YRDj,YRDj波形与DMij波形相同(上面第2个波形);MBVC8在YRDj作用下生成4个带通阈信号tbj0、tbj1、tbj2、tbj3(下面倒数第2~5个波形),生成3个高通阈信号thj4、thj5、thj6(正数第
3、4个波形和下面倒数第1个波形);图17为8-2转换电路MBVC8在Xi和Yj为高电平时,
mj+2、mj+1、mj、thj4、thj5、tbj0、tbj1、tbj2、tbj3、thj6先后上下分立的波形图,在阈信号thj4、thj5、tbj0、thb1、tbj2、tbj3、thj6作用下(下面倒数第1~7个波形),得出MBVC8输出mj+2、mj+1、mj的波形(上面第1~3个波形);可以看出,MBVC8输出mj+2、mj+1、mj的波形和上述BMVC8输入bj+2、bj+1、bj的波形相同,BMVC8将3位2值输入转换为8值信号YWRj,存入8值存储单元,
8值存储单元产生YRDj,MBVC8又将8值信号YRDj转换为3位2值信号输出;注:MBVC8中VDC=1.8V,VSS=-3.5V,VD=0V。
(<Vex0),th和t/h各自称为高通阈和低通阈。
阈,带阻阈,高通阈和低通阈中直流电源VDC=5.5V,VSS=0V,VD=4.0V,VDC-VSS=5.5V,常规PMOS管的衬底接电源电压VDC(最高电位),NMOS管的衬底接地(最低高电位);一般Vx
是相对地(0V)的输入电压,若取VDC=1.8V,VSS=-3.5V,VD=0V,VDC-VSS=5.3V,则PMOS管的衬底接电源电压VDC(最高电位),NMOS管的衬底接VSS(最低高电位),参考电压范围改为在VDC和VSS间取值。注:PMOS管QPMOS的导通和截止取决于QPMOS栅极相对源极电位差(负值),考虑QPMOS源极接VDC,QPMOS栅极接输入Vx,则由Vx-VDC决定QPMOS的导通和截止;当Vx变化时,着重观察Vx相对VDC之差值Vx-VDC。
是三角形波bin。所有曲线顶(最大值)接近VDC。以相对VDC的降幅Vx-VDC刚到Vtp为准查
看负脉冲和正脉冲,Vtp为PMOS管QR0和QB1的阈值。图18上部4个曲线中低于VDC的负脉
冲均处在三角形波bin线性上升区或线性下降区内,表明QB1在带区间内(Vex1>Vx-VDC>Vex0)导通;图19上部4个曲线中接近VDC的正脉冲均处在三角形波bin线性上升区或线性
下降区内,表明QR0在带区间内截止,满足的带通、带阻功能。注:图6、7、8中VDC=5.5V,VSS=0V,VD=4.0V。
角形波bin时,管QR0和QB1刚导通时刻的输入差Vx-VDC瞬时值就分别是Vex0和Vex1,由
图18和图19可依次查出各参考电压下的Vex0和Vex1实测值为:-2.95V和-2.0V、-3.45V
和-2.0V、-4.45V和-2.0V、-4.45V和-0.85V。在各参考电压下按Vex0和Vex1值计算公式
Vex1=Vref1-VDC+Vtn1+|Vtp2|和Vex0=Vref0-VDC-Vtn3-|Vtp4|计算理论值,计算得出Vex0和Vex1理论值依次为:-2.8V和-2.15V、-3.35V和-2.15V、-4.45V和-2.15V、-4.45V和-1.05V。理论值和实测值接近,有微小差别(0.2V内)。
形波bin高区间(覆盖三角形波脉冲顶全部分);图20第1、2个曲线和图21第3、4个曲
线中低于VDC的负脉冲均处在三角形波bin低区间(覆盖三角形波脉冲底全部分),表明各
自控制PMOS管在高区间和低区间导通;满足的高通、低通功能。
和-2.02V,Vex0实测值为:-5.0V和-3.42V。在各参考电压下按Vex0和Vex1值计算公式Vex1=Vrefl-VDC+Vtn1+|Vtp2|和Vex0=Vref0-VDC-Vtn3-|Vtp4|计算理论值,计算得出Vex1理论值依次为:-0.5V和-2.15V,Vex0理论值依次为:-5.0V和-3.35V。计算表明,理论值和实测值接近,二者有微小差别(0.2V内)。注:PMOS管QPMOS的导通和截止取决于QPMOS栅极相对源极电
位差(负值),考虑QPMOS源极接VDC,QPMOS栅极接输入Vx,则由Vx-VDC决定QPMOS的导通和截止;
当Vx变化时,着重观察Vx相对VDC之差值Vx-VDC。
流取较小值(如88μA);门fj7~fj1和逻辑式fj7~fj1通常是同一功能的2个表达形式,
fj7~fj1就是逻辑式fj7~fj1的输出,也即门fj7、fj6、fj5、fj4、fj3、fj2、fj1的输出,用fj7~fj1前加‘门’和‘式’来区分门和逻辑式2个形式(其前加英文字母和加中文字母有同样区分效果,但后者易懂)。