專(zhuān)利名稱(chēng)：估算存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容的方法和電路布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及普遍估算存儲(chǔ)單元、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或相應(yīng)的存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的方法以及電路布置。
在磁阻的寫(xiě)/讀存儲(chǔ)器中，其也稱(chēng)作MRAM存儲(chǔ)器(磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，涉及一種存儲(chǔ)器，在該存儲(chǔ)器中在一個(gè)地址下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且還可以再度讀出數(shù)據(jù)。在通常情況下該存儲(chǔ)器具有一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元(存儲(chǔ)單元域)，其中存儲(chǔ)效應(yīng)在于存儲(chǔ)器的磁可變電阻。
MRAM存儲(chǔ)單元通常具有層組，其包括磁鐵材料和處于鐵磁材料中間的絕緣層的組合。該絕緣層也稱(chēng)作隧道介質(zhì)。
依賴(lài)于存儲(chǔ)單元的磁化狀態(tài)可以平行或釩平行地對(duì)準(zhǔn)在磁層中的磁化方向。按在磁層中的磁化方向存儲(chǔ)單元具有不同的電阻。對(duì)此平行的磁化方向?qū)е略诖鎯?chǔ)單元中較低的電阻，而反平行的磁化方向?qū)е螺^高的電阻。
絕緣層例如可能具有大約2至3nm的厚度。主要通過(guò)一種通過(guò)絕緣層的隧道效應(yīng)確定通過(guò)這個(gè)層系統(tǒng)的電導(dǎo)率。隧道絕緣厚度的變化導(dǎo)致電導(dǎo)率的顯著變化，因?yàn)榻^緣厚度與隧道電流成近似指數(shù)。
通過(guò)電流實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)如此的存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入。為此如此構(gòu)造存儲(chǔ)器單元，及其具有二個(gè)交叉的電導(dǎo)體。在電導(dǎo)體的交叉點(diǎn)上分別預(yù)先規(guī)定一個(gè)如上描述、由磁層和隧道介質(zhì)形成的層組。分別產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流流經(jīng)二個(gè)導(dǎo)體。磁場(chǎng)影響單個(gè)磁層。如果磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，則反復(fù)磁化遭受該場(chǎng)的磁層。
在單個(gè)磁層上作用的磁場(chǎng)的大小一方面依賴(lài)于流過(guò)二個(gè)導(dǎo)體的電流的大小，并且另一方面也依賴(lài)于各自磁層關(guān)于電導(dǎo)體的空間布置。
流過(guò)導(dǎo)體的電流也導(dǎo)致，可以改變?cè)诟鱾€(gè)磁層中的磁化方向。按注入電流的高度實(shí)現(xiàn)單元的各個(gè)層的反復(fù)磁化或不實(shí)現(xiàn)。
例如可以通過(guò)相應(yīng)的編程過(guò)程實(shí)現(xiàn)接下來(lái)讀或者估算存儲(chǔ)單元。這意味著，在存儲(chǔ)單元的電導(dǎo)體中注入如此高的電流，即反復(fù)磁化單個(gè)或多個(gè)磁層。如果在接下來(lái)流經(jīng)單元的電流測(cè)量或者與單元電流相關(guān)的電壓測(cè)量中確定，該值保持不變，這意味著，事先在存儲(chǔ)單元中已經(jīng)存儲(chǔ)信息內(nèi)容。與此相反如果電流值或者電壓值變化，這意味著，存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容改變。有選擇地也能夠通過(guò)單元電阻的測(cè)量證明信息內(nèi)容的改變。
如果要讀單元，則首先測(cè)量電單元電阻。在EP 0 450 912 A2中描述了讀出MRAM的方法，在該方法中在相關(guān)的存儲(chǔ)單元上施加如此指向的激活電流，即由該電流引起的磁場(chǎng)與公共磁化相反指向可磁化的存儲(chǔ)媒介的邊緣。
在相應(yīng)的估算電路中進(jìn)行測(cè)量電流的求值。對(duì)此原則上容易理解從另外存儲(chǔ)器類(lèi)型已知的估計(jì)，測(cè)量的電流值、或者與這個(gè)電流值相關(guān)的電壓值與一個(gè)確定參考值比較。在通常情況下在MRAM存儲(chǔ)器運(yùn)行開(kāi)始之前一次確定該參考值，并且適合于存儲(chǔ)器的所有存儲(chǔ)單元。確定的參考值用作這樣的域值，其按存儲(chǔ)單元的狀態(tài)確定存儲(chǔ)單元的信息狀態(tài)。如果估算電路電路獲得處于確定的參考值之上或之下的電流值或者電壓值，則從中推斷出存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容。
可是存儲(chǔ)單元的這種估算形式具有一串的缺點(diǎn)。如此例如較高和較低的電流或者電壓必須有足夠差別，以便在確定的預(yù)置的相應(yīng)定位的情況下允許存儲(chǔ)單元的安全估算?？墒沁@是特別困難的，因?yàn)殡娏骰蛘唠妷焊淖兒陀纱水a(chǎn)生的電阻改變?cè)趦H僅大約10％的范圍內(nèi)變動(dòng)，并且因此僅僅是相對(duì)的。由于這個(gè)原因參考值必須確定為非常準(zhǔn)確的值。
由于MRAM存儲(chǔ)器通常包括整數(shù)的存儲(chǔ)單元、所謂的存儲(chǔ)單元域，所以必須由一個(gè)單獨(dú)的估算電路估算存儲(chǔ)單元。
可是由于生產(chǎn)技術(shù)的原因在所有存儲(chǔ)單元中和在所有磁層之間的絕緣層不能夠始終準(zhǔn)確具有相同的厚度?；诮^緣厚度的不可防止的改變、可是也由于另外的技術(shù)或物理引起的參數(shù)改變、可能發(fā)生單元電阻的改變并因此也發(fā)生單元電流的改變，這種改變可能妨礙存儲(chǔ)單元信息的安全估算。由于這個(gè)原因也許可能不給出確定的域值或者參考值，以便可以安全估算預(yù)定存儲(chǔ)單元域的所有存儲(chǔ)單元。
以上述技術(shù)狀況為出發(fā)點(diǎn)本發(fā)明基于這個(gè)任務(wù)，提供一種估算存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容的方法以及電路布置，以該方法/布置可以避免所描述的缺點(diǎn)。特別應(yīng)當(dāng)能夠準(zhǔn)確并安全估算存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)單元域。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面通過(guò)估算存儲(chǔ)單元、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的方法解決這個(gè)任務(wù)。根據(jù)本發(fā)明通過(guò)測(cè)量流經(jīng)存儲(chǔ)單元的電流或者與該電流相關(guān)的電壓進(jìn)行該估算，其中測(cè)量的電流或者電壓為了估算存儲(chǔ)單元信息內(nèi)容與參考電流或者參考電壓比較，在參考電流/參考電壓中涉及通過(guò)同一個(gè)存儲(chǔ)單元的參考電流或者參考電壓。
根據(jù)本發(fā)明的方法以這種基本思想為出發(fā)點(diǎn)，流經(jīng)存儲(chǔ)單元的電流或者與該電流相關(guān)的電壓值不再與事先確定的固定參考電流或者參考電壓比較，在現(xiàn)技術(shù)狀況中迄今通常是這樣的。代替這個(gè)方法，現(xiàn)在測(cè)量的值與同樣在同一個(gè)單元中確定的參考值比較。通過(guò)這種方式對(duì)于多個(gè)存儲(chǔ)單元不再使用一個(gè)唯一的參考值，而是對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)單元分別確定一個(gè)自身獨(dú)特的參考值。每個(gè)存儲(chǔ)單元因此有一個(gè)相同的參考值。由此可以消除目前出現(xiàn)的、基于存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)特征表明的缺點(diǎn)。
從屬權(quán)利要求中得出本方法的有益擴(kuò)展形式。對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)、效應(yīng)、作用和工作原理完全就內(nèi)容而言涉及并因此參閱根據(jù)本發(fā)明的電路布置的下面實(shí)施，因?yàn)樵趹?yīng)用如此根據(jù)本發(fā)明的電路布置的情況下可以實(shí)施該方法。
為了能夠估算存儲(chǔ)單元，首先可以測(cè)量并暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者電壓值。緊接著存儲(chǔ)單元可能經(jīng)受比如上述的編程過(guò)程。然后可以測(cè)量并同樣暫時(shí)存儲(chǔ)第二電流值或者電壓值。緊接著二個(gè)測(cè)量的電流值或者電壓值在一個(gè)估算器、例如比較器中彼此進(jìn)行比較。
存儲(chǔ)單元主要可以作為MRAM存儲(chǔ)單元形成，其具有一個(gè)層組，該層組由至少一個(gè)磁軟層和一個(gè)具有在磁入層之間的絕緣層的磁硬層形成，其中層組布置在二個(gè)電導(dǎo)體之間。在這種情況下可以通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娏鲗?shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元的編程過(guò)程。如果流經(jīng)存儲(chǔ)單元的電導(dǎo)體的電流足夠大，該電流產(chǎn)生作用于處在導(dǎo)體之間的磁層的磁場(chǎng)，則可以反復(fù)磁化磁軟層。
下面描述如此方法的示范實(shí)例。
在第一步驟中在第一讀過(guò)程的范圍內(nèi)測(cè)量(讀出)流經(jīng)存儲(chǔ)單元的電流、或者與此相關(guān)的電壓值或相應(yīng)的電阻值并且暫時(shí)存儲(chǔ)關(guān)于此的信息。緊接著存儲(chǔ)單元經(jīng)受相應(yīng)編程過(guò)程。這或者導(dǎo)致存儲(chǔ)單元的轉(zhuǎn)換，或者，如果存儲(chǔ)單元已經(jīng)處于編程過(guò)程的目標(biāo)狀態(tài)，則導(dǎo)致存儲(chǔ)單元的狀態(tài)的較小的改變?，F(xiàn)在再度測(cè)量(第二讀過(guò)程)電流或者電壓或電阻。二個(gè)測(cè)量值在一個(gè)估算器中彼此進(jìn)行比較。如果通過(guò)編程過(guò)程改變了存儲(chǔ)單元的信息，則在第二次測(cè)量時(shí)流過(guò)另外的電流。如果通過(guò)編程過(guò)程沒(méi)有改變存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容，則流過(guò)相同的電流。在編程過(guò)程之前和之后的測(cè)量值也始終直接彼此進(jìn)行比較，可是不與依賴(lài)于此并且普遍確定的參考值比較，該參考值應(yīng)用于所有存儲(chǔ)單元并且例如可以存放在估算電路中。
在估算器中例如可能涉及讀數(shù)放大器的分元件。如此的讀數(shù)放大器本身在現(xiàn)技術(shù)狀況中已經(jīng)了解，如此不再詳細(xì)探討。例如讀數(shù)放大器用于讀出DRAM存儲(chǔ)器(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。按用于估算存儲(chǔ)單元的電路布置的擴(kuò)展，另外簡(jiǎn)單的比較器電路也可以用作估算器。適當(dāng)估算器的不同實(shí)例、特別考慮到根據(jù)本發(fā)明的電路布置、在另外的描述過(guò)程中詳細(xì)闡述。
首先可以不同地加權(quán)第一和第二測(cè)量的電流值或者電壓值，以便如此調(diào)整在估算時(shí)的非對(duì)稱(chēng)性。通過(guò)調(diào)整如此的非對(duì)稱(chēng)性當(dāng)在測(cè)量的電流值或者電壓值中小的差別時(shí)也始終能夠安全并準(zhǔn)確地估算存儲(chǔ)單元。
如果在寫(xiě)過(guò)程之后沒(méi)有改變存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，則非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整是當(dāng)然特別重要的。根據(jù)實(shí)例對(duì)此進(jìn)行解釋。
假設(shè)，為了估算存儲(chǔ)單元分別測(cè)量電壓值。存儲(chǔ)單元的每個(gè)信息狀態(tài)與一個(gè)確定的電壓值一致。如果存儲(chǔ)單元作為具有邏輯信息狀態(tài)“0”和“1”的1位單元形成，則在信息狀態(tài)“0”的情況下例如測(cè)量1.0V的電壓值，并且在信息狀態(tài)“1”的情況下例如測(cè)量1.1V的電壓值。如果存儲(chǔ)單元在輸出狀態(tài)中處于信息狀態(tài)“0”并且緊接著經(jīng)受一個(gè)編程過(guò)程，當(dāng)例如以目標(biāo)數(shù)據(jù)“1”描述該存儲(chǔ)單元時(shí)，根據(jù)二個(gè)、在本實(shí)例中變化10％的電壓值能夠準(zhǔn)確估算信息改變。
與此相反，如果存儲(chǔ)單元在輸出狀態(tài)例如處于信息狀態(tài)“1”并且現(xiàn)在以目標(biāo)數(shù)據(jù)“1”描述該存儲(chǔ)單元，則在第一和第二測(cè)量之后二個(gè)電壓值必須同樣保持不變。根據(jù)在估算時(shí)的測(cè)量準(zhǔn)確性，其例如由于部件和電路的基本存在的噪聲和通過(guò)電路內(nèi)部與外部產(chǎn)生并且在估算電路上串?dāng)_的干擾信號(hào)引起，電路技術(shù)進(jìn)行的判斷、是否二個(gè)測(cè)量信號(hào)是相同的或是細(xì)微不同的、具有較大困難并且非常易受干擾。
為了解決在第一和第二測(cè)量之后測(cè)量值是否相同的判斷的這個(gè)問(wèn)題，不同地加權(quán)測(cè)量值并且在估算二個(gè)值時(shí)調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整。例如可以通過(guò)電路布置的對(duì)稱(chēng)安排調(diào)整該非對(duì)稱(chēng)性。在另外的擴(kuò)展中能夠通過(guò)不同的持續(xù)時(shí)間調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)單元與電路布置有源連接或暫時(shí)存儲(chǔ)已測(cè)量的電流值或者電壓值。對(duì)此這樣的持續(xù)時(shí)間理解為有源連接，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)際讀出存儲(chǔ)單元，或者在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)際測(cè)量并暫時(shí)存儲(chǔ)相應(yīng)的值。
考慮到根據(jù)本發(fā)明的電路布置提供可以實(shí)現(xiàn)如此非對(duì)稱(chēng)性的準(zhǔn)確描述，在這點(diǎn)上完全就內(nèi)容而言對(duì)此涉及并因此參閱下面的實(shí)施。
在上述實(shí)例中例如也可以通過(guò)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整，該電路例如改變第一測(cè)量值，這是通過(guò)該電路給該第一測(cè)量值附加例如5％的電壓值實(shí)現(xiàn)的。
如果存儲(chǔ)單元在第一次測(cè)量時(shí)同樣處于信息狀態(tài)“0”，在這種情況下暫時(shí)不存儲(chǔ)1.0V的電壓值，而是暫時(shí)存儲(chǔ)根據(jù)補(bǔ)償電路提高了5％的1.05V的電壓值。接下來(lái)存儲(chǔ)單元遭受編程過(guò)程，如此該存儲(chǔ)單元然后處于信息狀態(tài)“1”?，F(xiàn)在重新測(cè)量電壓，可是這次沒(méi)有附加補(bǔ)償電路。根據(jù)該實(shí)例在第二次測(cè)量時(shí)電壓值為1.1V。二個(gè)已測(cè)量的電壓值在估算器中進(jìn)行比較。因?yàn)榈谝粶y(cè)量值小于第二測(cè)量值，由此估算電路可以明確識(shí)別，存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容的變換。
如果存儲(chǔ)單元在輸出狀態(tài)中已經(jīng)處于信息狀態(tài)“1”，則基于補(bǔ)償?shù)母郊釉诘谝粶y(cè)量時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)大約1.16V的相應(yīng)提高5％的電壓值。接下來(lái)以目標(biāo)數(shù)據(jù)“1”描述該存儲(chǔ)單元?，F(xiàn)在接受第二測(cè)量值，其基于沒(méi)有進(jìn)行附加補(bǔ)償對(duì)于第二測(cè)量值提供1.1V的電壓值。二個(gè)已測(cè)量或者存儲(chǔ)的電壓值在估算器中進(jìn)行比較。因?yàn)榈谝粶y(cè)量值大于第二測(cè)量值，估算電路由此可以識(shí)別，沒(méi)有改變存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容。
通過(guò)適當(dāng)非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整可以回避這個(gè)問(wèn)題，判斷，是否二個(gè)測(cè)量值是同樣大的。更確切地說(shuō)估算電路僅僅可以識(shí)別，二個(gè)測(cè)量值在相互關(guān)系上分別是大還是小。
本實(shí)例僅僅用于非對(duì)稱(chēng)性的有益調(diào)整基本闡述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于這個(gè)具體的實(shí)例。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一個(gè)電路布置用于估算存儲(chǔ)單元、主要是MRAM存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容，特別是為了在比如前面描述的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明的方法中的應(yīng)用，其中該電路布置經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)、例如位線(xiàn)、與存儲(chǔ)單元連接。該電路布置具有第一電路分支、該分支含有一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電容、以便暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者與其相關(guān)的電壓值，并且具有第二電路分支、該分支含有一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電容、以便暫時(shí)存儲(chǔ)第二電流值或者與其相關(guān)的電壓值，其中電路分支為了比較電流值或者與其相關(guān)的電壓值與估算器連接。
在根據(jù)本發(fā)明的電路布置中，在第一電路分支中暫時(shí)存儲(chǔ)存儲(chǔ)單元的第一讀過(guò)程的電流值或者與其相關(guān)的電壓值。這是通過(guò)相應(yīng)地開(kāi)關(guān)位置實(shí)現(xiàn)的，如此可以對(duì)電容充電。接下來(lái)存儲(chǔ)單元經(jīng)受編程過(guò)程，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)描述。然后再次測(cè)量電流值或者與其相關(guān)的電壓值(存儲(chǔ)單元的第二讀過(guò)程)。這個(gè)值經(jīng)過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)位置暫時(shí)存儲(chǔ)在第二電路分支的電容中。二個(gè)已存儲(chǔ)的值在與二個(gè)電路分支連接的估算器中彼此進(jìn)行比較，該估算器例如可以作為簡(jiǎn)單的比較器形成。由此可以進(jìn)行存儲(chǔ)單元的考慮到根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)描述的估算。
從屬權(quán)利要求中得出根據(jù)本發(fā)明的電路布置的有益實(shí)施形式。附加鑒于根據(jù)本發(fā)明的電路布置的優(yōu)點(diǎn)、效應(yīng)、作用和工作原理完全就內(nèi)容而言涉及并因此參閱根據(jù)本發(fā)明方法的前面的實(shí)施。
有益地可以如此形成該電路布置，對(duì)于第一和第二測(cè)量的電流值或者電壓值調(diào)整或可以調(diào)整不同的加權(quán)，其導(dǎo)致在估算中的非對(duì)稱(chēng)性。正如結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法上面附加已經(jīng)闡述的，如此非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整當(dāng)然是特別有意義的，在寫(xiě)過(guò)程之前和之后不改變單元的數(shù)據(jù)。
為了調(diào)整適當(dāng)?shù)姆菍?duì)稱(chēng)性例如估算器可以作為非對(duì)稱(chēng)元件形成。估算器例如可以支配相應(yīng)補(bǔ)償電路，其以確定的方式改變已測(cè)量的值。根據(jù)上面附加描述的實(shí)例對(duì)此解釋清楚。
在一個(gè)另外的擴(kuò)展中可以如此形成該電路布置，即通過(guò)不同的持續(xù)時(shí)間調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)單元與該電路布置有源連接或測(cè)量的電流值或者電壓值暫時(shí)存儲(chǔ)在電路分支中。
在如此的情況下可以對(duì)稱(chēng)形成估算器，即該估算器例如可以作為簡(jiǎn)單、成本低的比較器電路形成。
如果選擇比如上面附加描述的電路布置，則例如通過(guò)開(kāi)關(guān)的不同長(zhǎng)度的斷開(kāi)時(shí)間可以調(diào)整不同的持續(xù)時(shí)間并因此可以調(diào)整電容的充電時(shí)間。可是在如此的解決方案中要求用于斷開(kāi)與閉合開(kāi)關(guān)的各自定時(shí)脈沖的準(zhǔn)確時(shí)間控制。
為了不依賴(lài)于準(zhǔn)確的時(shí)間控制可以實(shí)施非對(duì)稱(chēng)性的調(diào)整，可以有益地通過(guò)電路布置本身調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。在這種情況下該電路布置與在定時(shí)脈沖的時(shí)間流程中的可能變體相比是實(shí)用的，該定時(shí)脈沖決定存儲(chǔ)電容的壽命。
主要在傳輸線(xiàn)中在這個(gè)在電路布置和存儲(chǔ)單元之間預(yù)先規(guī)定一個(gè)元件用于把存儲(chǔ)單元的電流轉(zhuǎn)換為電壓。該元件可以有益地、可是不唯一地、作為晶體管和/或作為至少一個(gè)電阻、特別是作為線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻形成。在該元件、例如晶體管中，由必須讀出的存儲(chǔ)單元提供的電流轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓在開(kāi)關(guān)的相應(yīng)位置中存儲(chǔ)在不同的電容中。開(kāi)關(guān)必須分別閉合如此長(zhǎng)的時(shí)間，直到可以以此為出發(fā)點(diǎn)，即電容被充電到在晶體管上的電壓完整值。
在另外的擴(kuò)展中可以通過(guò)非對(duì)稱(chēng)的電路分支調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。在這種情況下對(duì)稱(chēng)的估算器可以用于已測(cè)量的值的比較，該估算器例如作為簡(jiǎn)單的比較器電路形成。
例如可以由此實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)電路分支的產(chǎn)生，即在第一和第二電路分支中分別預(yù)先規(guī)定一個(gè)元件用于把存儲(chǔ)單元的電流轉(zhuǎn)換為電壓，并且為元件選擇不同的參數(shù)。例如-可是不是唯一的-元件可以作為晶體管和/或分別作為電阻、特別是作為線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻形成。
在另一個(gè)擴(kuò)展中根據(jù)本發(fā)明的另外方面提供一個(gè)電路布置用于估算存儲(chǔ)單元、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容，該電路布置特別適合于實(shí)施上面附加已描述的根據(jù)本發(fā)明的方法。對(duì)此該電路布置經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)與存儲(chǔ)單元連接。該電路布置具有一個(gè)估算器，其與至少一個(gè)電流鏡像電路電連接，經(jīng)過(guò)該電流鏡像電路對(duì)于二個(gè)電流值或者電壓值的估算調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
通過(guò)如此的電路布置同樣能夠安全并準(zhǔn)確地估算存儲(chǔ)單元。對(duì)本電路的優(yōu)點(diǎn)、效應(yīng)、作用和工作原理同樣完全就內(nèi)容而言涉及并因此參閱根據(jù)本發(fā)明方法的前面描述以及該電路布置的另外擴(kuò)展形式。
在根據(jù)本發(fā)明電路布置的另外實(shí)施形式中應(yīng)用電流鏡像電路，該電流鏡像電路本身在現(xiàn)技術(shù)狀況中已知。如此的電流鏡像電路在其輸出端上提供輸入電流的放大或衰減的副本，該輸入電流作為電流控制的電流源。如此的電路布置例如涉及圖4此外詳細(xì)描述。
該電流鏡像電路有益地可以具有二個(gè)不同選擇參數(shù)的晶體管以及電容，以便暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者與其相關(guān)的電壓值。電容不必作為獨(dú)立的元件形成，而是例如可以作為晶體管之一的柵電容形成。此外可以預(yù)先規(guī)定一定數(shù)目的開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)在測(cè)量第一和第二電流值或者電壓值時(shí)不同地連接。
通過(guò)相應(yīng)調(diào)整各個(gè)開(kāi)關(guān)在第一讀過(guò)程中存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容作為電壓值存儲(chǔ)在電容中。然后存儲(chǔ)單元經(jīng)受相應(yīng)的編程過(guò)程。當(dāng)在存儲(chǔ)單元的編程之后進(jìn)行的第二讀過(guò)程時(shí)如此調(diào)整開(kāi)關(guān)，即電流可以流經(jīng)較大選擇參數(shù)的晶體管。例如這個(gè)晶體管可能具有W+W的寬度，而另一個(gè)、較低選擇參數(shù)的晶體管僅僅有W的寬度。具有較大寬度的晶體管作為電流源工作并且產(chǎn)生這樣的電流，該電流與第一讀過(guò)程的(1+W/W)倍的電流一致。
該電路布置例如可能有增益AA＝gm/gds+1/Rz)其中存儲(chǔ)單元電阻RZ、晶體管的漏極電導(dǎo)率gDS和跨導(dǎo)gm。這個(gè)增益導(dǎo)致在估算器的輸入端上高的幅度，該估算器在這種情況下例如可以作為簡(jiǎn)單的比較器電路(具有大約VDD/2的不臨界參考電壓)實(shí)現(xiàn)。
可以有益地預(yù)先規(guī)定一個(gè)級(jí)聯(lián)的電流鏡像電路，其導(dǎo)致電路的較大增益。
存儲(chǔ)單元主要作為MRAM存儲(chǔ)單元形成，該存儲(chǔ)單元具有分別至少一個(gè)軟磁層和一個(gè)具有布置在軟磁層之間的絕緣層的硬磁層的層組。如此的存儲(chǔ)單元是特別適合的、其結(jié)合現(xiàn)技術(shù)狀況的描述已經(jīng)詳盡闡述，以便通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的電路布置估算。
下面參考附圖根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。圖示

圖1根據(jù)本發(fā)明的電路布置的第一實(shí)施形式；圖2根據(jù)本發(fā)明的電路布置的第二實(shí)施形式；圖3根據(jù)本發(fā)明的電路布置的第三實(shí)施形式；圖4根據(jù)本發(fā)明的電路布置的第四實(shí)施形式；圖5根據(jù)圖4的電路布置的修改的實(shí)施形式。
在圖1至5中描述了電路布置20、40，其用于估算磁阻存儲(chǔ)單元(MRAM)10或相應(yīng)存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容。為了更好地概括結(jié)合唯一的存儲(chǔ)單元10說(shuō)明電路布置20、40或者估算信息內(nèi)容的方法。
MRAM存儲(chǔ)單元10的存儲(chǔ)效應(yīng)基于存儲(chǔ)單元10的磁可變的電阻。為此存儲(chǔ)單元10一般具有沒(méi)有詳細(xì)描述的、分別至少一個(gè)軟磁層和一個(gè)具有布置在軟磁層之間的絕緣層的硬磁層的層組。為了把信息寫(xiě)入存儲(chǔ)單元10或者反復(fù)磁化軟磁層或者不。
按照本發(fā)明的基本思想如此實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元10的讀出或者估算存儲(chǔ)單元10的信息內(nèi)容，即首先測(cè)量并暫時(shí)存儲(chǔ)(存儲(chǔ)單元的第一次讀出)第一、流經(jīng)存儲(chǔ)單元10的電流值或者與這個(gè)電流值相關(guān)的電壓值。接下來(lái)存儲(chǔ)單元10經(jīng)受編程過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程結(jié)束之后軟磁層無(wú)論如何具有與目標(biāo)數(shù)據(jù)一致的磁化方向，或者該單元包含目標(biāo)數(shù)據(jù)作為信息。
現(xiàn)在重新進(jìn)行電流測(cè)量或者電壓測(cè)量(存儲(chǔ)單元第二次讀出)。第一和第二測(cè)量的電流值或者電壓值彼此進(jìn)行比較。如果存儲(chǔ)單元的信息改變，則在第二次測(cè)量時(shí)流過(guò)另外的電流。如果通過(guò)編程過(guò)程存儲(chǔ)單元10的信息沒(méi)有改變，則電流值或者電壓值同樣保持不變。
通過(guò)這樣估算存儲(chǔ)單元電流值或者電壓值能夠始終與通過(guò)該存儲(chǔ)單元10的參考值進(jìn)行比較。由此對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)單元10分別提供一個(gè)獨(dú)特的參考值使用，如此可以避免鑒于現(xiàn)技術(shù)狀況說(shuō)明的缺點(diǎn)。
在電路布置10、40中實(shí)現(xiàn)各個(gè)電流值或者電壓值的暫時(shí)存儲(chǔ)、求值和估算，下面說(shuō)明了幾個(gè)示范的實(shí)施形式。
在圖1中描述一個(gè)電路布置10，其經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)22、例如位線(xiàn)、與存儲(chǔ)單元10連接。該電路布置10具有第一電路分支23和第二電路分支26，二者分別與估算器21連接。
估算器21例如可以是讀數(shù)放大器的一部分，該放大器在實(shí)際中是已知的并且通過(guò)不同的形式例如用于DRAM存儲(chǔ)器的讀出。
二個(gè)電路分支23、26中的每一個(gè)具有一個(gè)開(kāi)關(guān)24、27以及電容25、28。通過(guò)相應(yīng)的控制脈沖29、30實(shí)現(xiàn)該電路布置的控制。
如果測(cè)量電流值或者電壓值，也稱(chēng)作存儲(chǔ)單元10的讀出，則第一讀過(guò)程的狀態(tài)暫時(shí)存儲(chǔ)在該電路布置20的上面分支23中。這通過(guò)對(duì)于確定的預(yù)定持續(xù)時(shí)間閉合開(kāi)關(guān)24實(shí)現(xiàn)并由此引起電容25的充電，其中開(kāi)關(guān)27是斷開(kāi)的。在編程過(guò)程之后，在此期間二個(gè)開(kāi)關(guān)24、27處于斷開(kāi)狀態(tài)，對(duì)于確定的持續(xù)時(shí)間閉合開(kāi)關(guān)27并且對(duì)下面的電容28充電，其中開(kāi)關(guān)24是斷開(kāi)的。接下來(lái)激活估算器21，其比較在二個(gè)電路分支中的電壓并因此進(jìn)行存儲(chǔ)單元10的信息的估算。在根據(jù)圖1的電路布置中要求控制脈沖29、30的準(zhǔn)確的時(shí)間控制。
為了可以安全地估算相同或非常類(lèi)似的電流值/電壓值或者由此引起的估算器21的輸入信號(hào)，這是有益的，該單元獲得擇優(yōu)磁化方。這是可以實(shí)現(xiàn)的，在估算器中對(duì)于電流值或者電壓值的估算調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。如此非對(duì)稱(chēng)估算方案的效應(yīng)和優(yōu)點(diǎn)上面已經(jīng)附加詳盡說(shuō)明。
例如可以通過(guò)估算器21的相應(yīng)非對(duì)稱(chēng)布置實(shí)現(xiàn)該非對(duì)稱(chēng)性。此外也可以考慮，各個(gè)電路分支是非對(duì)稱(chēng)的。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中也可以由此實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)性，即為開(kāi)關(guān)24、27的閉合和與其有關(guān)的電容25、28的充電時(shí)間選擇不同長(zhǎng)度的時(shí)間。
在根據(jù)圖2至5的下面的電路布置中不通過(guò)持續(xù)時(shí)間控制電容的充電時(shí)間和因此控制必須比較的電流值或者電壓值的測(cè)量，而是通過(guò)電路本身控制。由此可以進(jìn)一步改善存儲(chǔ)單元10的估算的實(shí)用性。
在圖2中描述了一個(gè)電路布置10，其基本結(jié)構(gòu)大致與按照?qǐng)D1的電路布置一致。相同的元件因此具備同一參考符號(hào)，對(duì)此放棄實(shí)現(xiàn)鑒于圖1已經(jīng)描述的特征和元件的描述。與圖1不同，按照?qǐng)D2的電路布置20具有一個(gè)晶體管31，其布置在傳輸線(xiàn)22中，通過(guò)該晶體管存儲(chǔ)單元10與電路布置20連接。
在根據(jù)圖2的電路布置20中對(duì)于存儲(chǔ)單元10的第一讀過(guò)程開(kāi)關(guān)27斷開(kāi)并且開(kāi)關(guān)24閉合。對(duì)于第二讀過(guò)程開(kāi)關(guān)24斷開(kāi)并開(kāi)關(guān)27閉合。
如下實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元10的信息內(nèi)容的真正估算。由必須讀出的存儲(chǔ)單元10提供的電流借助于在這種情況下作為二極管連接的晶體管31在柵極-漏極節(jié)點(diǎn)上轉(zhuǎn)換為電壓。該電壓按開(kāi)關(guān)位置暫時(shí)存儲(chǔ)在二個(gè)電容25、28中的一個(gè)電容上。對(duì)此為出發(fā)點(diǎn)，分別足夠長(zhǎng)地選擇這個(gè)時(shí)間、在該時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)24、27閉合，以便電容25、28被充電到在晶體管31上的電壓的完整值。與在控制脈沖29和30的時(shí)間流程的變體相比根據(jù)圖2的電路布置20或者以該電路可以實(shí)施的、估算存儲(chǔ)單元的信息內(nèi)容的方法是實(shí)用的。代替晶體管31例如也可以應(yīng)用一個(gè)線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻。僅僅判斷，存儲(chǔ)單元10的電流值可以轉(zhuǎn)換為電壓。
各個(gè)電壓值可以在估算器21中彼此進(jìn)行比較。為了獲得具有上述優(yōu)點(diǎn)的所希望的非對(duì)稱(chēng)性，在根據(jù)圖2的實(shí)施例中主要非對(duì)稱(chēng)形成該估算器21。
在這個(gè)在圖3中描述的電路布置20中不通過(guò)非對(duì)稱(chēng)的估算器21實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)性，而是通過(guò)非對(duì)稱(chēng)的電路分支23、26實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)性。因此每個(gè)常用的比較器電路可以用作估算器21。
電路布置20不同于圖2的這個(gè)電路布置具有二個(gè)用作開(kāi)關(guān)的晶體管32、33，通過(guò)控制脈沖29、30控制這二個(gè)晶體管。
此外在電路分支23中預(yù)先規(guī)定一個(gè)晶體管35并且在電路分支26中預(yù)先規(guī)定一個(gè)晶體管34。二個(gè)晶體管34、35選擇不同的參數(shù)，以便在電路分支23、26中獲得非對(duì)稱(chēng)性。例如晶體管35具有寬度W+W，而晶體管34僅僅有寬度W。代替晶體管34、35還可以應(yīng)用具有相應(yīng)不同值的電阻。
根據(jù)單元信息通過(guò)晶體管34、35產(chǎn)生不同的電流變換或者電壓變換。這些值暫時(shí)存儲(chǔ)在電容25、28中，并緊接著在估算器21中比較或者估算，該估算器作為簡(jiǎn)單的比較器形成。
在圖4中描述了電路布置40的一個(gè)另外的實(shí)施形式。電路布置40經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)42、例如位線(xiàn)、與存儲(chǔ)單元10連接。該電路布置40具有一個(gè)估算器41，其經(jīng)過(guò)電傳輸線(xiàn)43與電流鏡像電路44連接。電流鏡像電路44具有二個(gè)晶體管45、46，二者選擇不同的參數(shù)，用于暫時(shí)存儲(chǔ)已測(cè)量的值的電容47以及一定數(shù)目的開(kāi)關(guān)、在這種情況下是三個(gè)開(kāi)關(guān)48、49、50。
電路布置40功能如下。對(duì)于存儲(chǔ)單元10的第一讀過(guò)程開(kāi)關(guān)48、49閉合，而開(kāi)關(guān)50斷開(kāi)。存儲(chǔ)單元10的信息作為電壓存儲(chǔ)在電容47中。對(duì)此電容47不必絕對(duì)作為獨(dú)立的元件形成。更確切地說(shuō)該電容例如也可以作為晶體管46的柵電容形成。
在這個(gè)在存儲(chǔ)單元10編程之后實(shí)現(xiàn)的讀過(guò)程中開(kāi)關(guān)50閉合，而二個(gè)另外開(kāi)關(guān)48、49斷開(kāi)。由此電流可以流過(guò)晶體管46。這個(gè)晶體管46與晶體管45相比選擇另外的參數(shù)。例如其可以具有寬度W。晶體管46作為電流源工作并產(chǎn)生電流，該電流與第一讀過(guò)程的電流的(1+W/W)倍一致。根據(jù)圖4的電路布置由一個(gè)確定的增益，該增益導(dǎo)致在估算器的輸入端上高的幅度，該估算器在這種情況下例如可以作為簡(jiǎn)單的比較器電路實(shí)現(xiàn)。
在根據(jù)圖5的電路布置40中涉及按照?qǐng)D4的電路布置40的修改。按照?qǐng)D5的電路布置40具有級(jí)聯(lián)的電流鏡像電路56。根據(jù)圖5的電路布置40擁有比在圖4中描述的電路布置高的增益。
權(quán)利要求
1)通過(guò)測(cè)量流經(jīng)存儲(chǔ)單元的電流或者與該電流相關(guān)的電壓估算存儲(chǔ)單元、特別是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的方法，其中為了估算存儲(chǔ)單元信息內(nèi)容已測(cè)量的電流或者電壓與一個(gè)參考電流或者參考電壓比較，在該參考電流/參考電壓中涉及通過(guò)同一個(gè)存儲(chǔ)單元的參考電流或者與其相關(guān)的參考電壓。
2)按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，按照權(quán)利要求9至21的電路布置用于實(shí)施該方法。
3)按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，首先測(cè)量并暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者電壓值，存儲(chǔ)單元接下來(lái)經(jīng)受編程過(guò)程，然后測(cè)量并也許暫時(shí)存儲(chǔ)第二電流值或者電壓值，并且二個(gè)已測(cè)量的電流值或者電壓值在一個(gè)估算器中彼此進(jìn)行比較。
4)按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，存儲(chǔ)單元作為MRAM存儲(chǔ)單元形成，其具有一個(gè)層組，該層組由至少一個(gè)磁軟層和一個(gè)具有處于磁軟層之間的絕緣層的磁硬層形成。該絕緣層布置在二個(gè)電導(dǎo)體之間，并且通過(guò)如此高的電流流經(jīng)電導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元的編程過(guò)程，即反復(fù)磁化磁軟層。
5)按照權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，對(duì)于第一和第二測(cè)量的電流值或者電壓值調(diào)整不同的權(quán)并因此在估算器中調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
6)按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，通過(guò)電路布置的非對(duì)稱(chēng)安排調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
7)按照權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，通過(guò)不同的持續(xù)時(shí)間調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性，在這個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)單元與電路布置有源連接或暫時(shí)存儲(chǔ)已測(cè)量的電流值或者電壓值。
8)特別是在應(yīng)用按照權(quán)利要求1至7之一的方法的情況下估算存儲(chǔ)單元(10)、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的電路布置，其中該電路布置(20)經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)(22)與存儲(chǔ)單元(10)連接，具有第一電路分支(23)、其含有一個(gè)開(kāi)關(guān)(24)和一個(gè)電容(25)、以便暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者與其相關(guān)的電壓值，具有第二電路分支(26)、其含有一個(gè)開(kāi)關(guān)(27)和一個(gè)電容(28)，以便暫時(shí)存儲(chǔ)第二電流值或者與其相關(guān)的電壓值，其中電路分支(23、24)為了比較電流值或者與其相關(guān)的電壓值與估算器(21)連接。
9)按照權(quán)利要求8的電路布置，其特征在于，如此形成該電路布置，對(duì)于第一和第二測(cè)量的電流值或者電壓值調(diào)整或可以調(diào)整不同的權(quán)，其導(dǎo)致在估算中的非對(duì)稱(chēng)性。
10)按照權(quán)利要求9的電路布置，其特征在于，估算器(21)作為非對(duì)稱(chēng)元件形成。
11)按照權(quán)利要求9或10的電路布置，其特征在于，如此形成該電路布置，通過(guò)不同的持續(xù)時(shí)間調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性，在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)單元(10)與電路布置(20)有源連接或已測(cè)量的電流值或者電壓值暫時(shí)存儲(chǔ)在電路分支(23、26)中。
12)按照權(quán)利要求8至11之一的電路布置，其特征在于，在傳輸線(xiàn)(22)中在電路布置(20)和存儲(chǔ)單元(10)之間預(yù)先規(guī)定一個(gè)元件用于把存儲(chǔ)單元(10)的電流轉(zhuǎn)換為電壓。
13)按照權(quán)利要求12的電路布置，其特征在于，該元件作為晶體管(31)和/或至少一個(gè)電阻、特別是作為線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻形成。
14)按照權(quán)利要求9的電路布置，其特征在于，通過(guò)非對(duì)稱(chēng)的電路分支(23、26)調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
15)按照權(quán)利要求14的電路布置，其特征在于，在第一(23)和第二(26)電路分支中分別預(yù)先規(guī)定一個(gè)元件用于把存儲(chǔ)單元的電流轉(zhuǎn)換為電壓并且元件選擇不同的參數(shù)。
16)按照權(quán)利要求15的電路布置，其特征在于，該元件作為晶體管(34、35)和/或分別作為至少一個(gè)線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻形成。
17)特別是在應(yīng)用按照權(quán)利要求1至7之一的方法的情況下估算存儲(chǔ)單元(10)、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的電路布置，其中該電路布置(40)經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)(42)與存儲(chǔ)單元(10)連接，具有一個(gè)估算器(41)，該估算器與至少一個(gè)電流鏡像電路(44、56)電連接，通過(guò)該電流景象電路對(duì)于第一和/或第二測(cè)量的電流值或者電壓值調(diào)整或可以調(diào)整非對(duì)稱(chēng)性。
18)按照權(quán)利要求17的電路布置，其特征在于，電流鏡像電路(41；56)具有二個(gè)不同選擇參數(shù)的晶體管(45，46)以及電容(47)，以便暫時(shí)存儲(chǔ)第一電流值或者電壓值并且預(yù)先規(guī)定一定數(shù)目的開(kāi)關(guān)(48、49、50)，其在測(cè)量第一和第二電流值或者電壓值是不同地連接。
19)按照權(quán)利要求17或18的電路布置，其特征在于，電流鏡像電路作為級(jí)聯(lián)的電流鏡像電路(56)形成。
20)按照權(quán)利要求8至19之一的電路布置，其特征在于，存儲(chǔ)單元(10)作為MRAM存儲(chǔ)單元形成，其具有分別至少一個(gè)軟磁層和含有布置在軟磁層之間的絕緣層的硬磁層。
全文摘要
描述一種估算存儲(chǔ)單元(10)、主要是MRAM存儲(chǔ)單元、或存儲(chǔ)單元域的信息內(nèi)容的方法和電路布置(20)。為了可以準(zhǔn)確并安全估算存儲(chǔ)單元(10),首先測(cè)量第一流經(jīng)存儲(chǔ)單元(10)的電流值或者與該電流值相關(guān)的電壓值,并且經(jīng)過(guò)具有一個(gè)開(kāi)關(guān)(24)和一個(gè)電容(25)的第一電路分支(23)并且暫時(shí)存儲(chǔ)。接下來(lái)存儲(chǔ)單元(10)經(jīng)受編程過(guò)程。然后在同一個(gè)存儲(chǔ)單元(10)內(nèi)測(cè)量第二電流值或者電壓值,并且經(jīng)過(guò)具有一個(gè)開(kāi)關(guān)(27)和一個(gè)電容(28)的第二電路分支并暫時(shí)存儲(chǔ)在那里。二個(gè)已測(cè)量的值在估算器(21)中彼此進(jìn)行比較。
文檔編號(hào)G11C11/14GK1377503SQ00813742
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2000年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者W·韋伯, R·特維斯 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司