Circuitos Integrados Digitais ELT017

Amplificadores Sensores Aula 8 Amplificadores Sensores ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Amplificadores Sensores Componentes mais crítico em uma célula de memória (depois da célula de memória em si) Se assemelha muito a um amplificador diferencial MOS com carga ativa Será visto um modelo de amplificador sensor diferencial com realimentação positiva Pode ser utilizado diretamente em SRAM (linhas B e B ) Para ser utilizando em uma DRAM precisa do uso da técnica da “célula fictícia” (dummy cell) ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Amplificador Sensor Diferencial Suponha que a célula de memória gera uma saída diferencial entre B e B 30mV a 500mV Amplificador sensor gera um sinal lógico de chaveamento pleno (0 a VDD) Neste caso, terminais de entrada e saída são os mesmos. ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Amplificador Sensor com Realimentação Positiva (1) Amplificador sensor é um latch formado pelo acoplamento cruzado de dois inversores CMOS Inversor 1: Q1 e Q2 Inversor 2: Q3 e Q4 Q6 e Q5 são utilizados para ligar o amplificador sensor Conectam o amplificador apenas quando uma operação de sensoriamento é necessária Quando фs é baixo o amplificador é desligado Função de economia de energia (um circuito amplificador para cada coluna) ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Amplificador Sensor com Realimentação Positiva (2) Terminais x e y são entrada em saída (E/S) Conectados às linhas B e B Amplificador deve detectar a pequena diferença de tensão que surge entre B e B Amplificar essa diferença e fornecer um sinal pleno em B e B Exemplo: leitura de 1 Surge pequena diferença positiva entre vB e v B Amplificador faz com que vB suba até VDD e v B desça a 0 Essa saída 1 é direcionada para o pino de E/S da saída ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Amplificador Sensor com Realimentação Positiva (3) Exemplo: leitura de 1 Surge pequena diferença positiva entre vB e v B Amplificador faz com que vB suba até VDD e v B desça a 0 Essa saída 1 é direcionada para o pino de E/S da saída Ao mesmo tempo é usada para reescrever 1 na célula DRAM (restauração) ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Circuito de Pré-carga e Equalização Formado pelos transistores Q7, Q8 e Q9 Operação Quando фp está em alto os três transistores conduzem Q8 e Q9 elevam a tensão das linhas B e B até VDD/2 Q7 acelera o processo e tem a função crítica de equalizar as tensões nas linhas B e B Qualquer diferença de tensão entre B e B pode implicar na leitura errônea do amplificador sensor ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Sequência de Operação (1) Sinal фp vai para nível alto e o circuito de pré-carga e equalização colocar as linhas B e B em VDD/2. фp vai para nível baixo A linha de palavra vai para nível alto conectando a célula de memória às linhas B e B . Surge uma diferença de tensão: vB > v B nível lógico 1 vB < v B nível lógico 0 Sinal фs vai para alto e Q5 e Q6 ligam o amplificador sensor. A diferença entre vB e v B ocorre no ponto de equilíbrio instável do latch ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Sequência de Operação (2) Diferença entre vB e v B gera um pequeno incremento (ou decremento) de tensão no latch. Com a realimentação positiva o latch irá para um dos pontos de operação estável (vB = 0 ou vB = VDD) *Curvas para v B são complementares às apresentadas ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Operação do Amplificador Sensor para DRAM

Operação do Amplificador Sensor para DRAM (1) Linhas de bits são divididas em duas metades Adicionalmente é inserido uma célula fictícia em cada metade da linha de bit ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Operação do Amplificador Sensor para DRAM (2) Célula fictícia possui um capacitor CD = CS controlado por фD Quando uma célula do lado direito é selecionada a célula fictícia do lado esquerdo é acionada formando o par necessário para a operação do amplificador sensor ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Operação do Amplificador Sensor para DRAM (3) Célula fictícia funciona como outra metade de uma célula DRAM Os dois capacitores das células fictícias são carregados em VDD/2 ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Sequência de Operação (1) Capacitor CD e as duas metades de linhas são carregadas em VDD/2 Linha de palavra é selecionada e a célula fictícia da outra metade é habilitada ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Sequência de Operação (2) A célula selecionada gerará um incremento (ou decremento) de tensão na linha de bit. Essa variação de tensão na linha de bit irá iniciar o processo de realimentação positiva no amplificador sensor ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Sequência de Operação (3) Finalmente, o latch irá convergir para um ponto de operação estável (VDD ou 0) ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Problemas ELT017 - Circuitos Integrados Digitais

Problemas Problema 11.9 – Equipe Problema 11.10 – Equipe Exercício 11.12 – Equipe Exercício 11.13 – Equipe ELT017 - Circuitos Integrados Digitais