DOI QR코드

DOI QR Code

Design of Subthreshold SRAM Array utilizing Advanced Memory Cell

개선된 메모리 셀을 활용한 문턱전압 이하 스태틱 램 어레이 설계

  • Kim, Taehoon (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University) ;
  • Chung, Yeonbae (School of Electronics Engineering, Kyungpook National University)
  • Received : 2019.09.04
  • Accepted : 2019.09.26
  • Published : 2019.09.30

Abstract

This paper suggests an advanced 8T SRAM which can operate properly in subthreshold voltage regime. The memory cell consists of symmetric 8 transistors, in which the latch storing data is controlled by a column-wise assistline. During the read, the data storage nodes are temporarily decoupled from the read path, thus eliminating the read disturbance. Additionally, the cell keeps the noise-vulnerable 'low' node close to the ground, thereby improving the dummy-read stability. In the write, the boosted wordline facilitates to change the contents of the memory bit. At 0.4 V supply, the advanced 8T cell achieves 65% higher dummy-read stability and 3.7 times better write-ability compared to the commercialized 8T cell. The proposed cell and circuit techniques have been verified in a 16-kbit SRAM array designed with an industrial 180-nm low-power CMOS process.

본 논문에서는 트랜지스터의 문턱전압 보다 낮은 초저전압 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있는 8T SRAM에 대해 기술하였다. 제안한 메모리 셀은 대칭적인 8개의 트랜지스터로 구성되며, 셀 내부의 데이터 저장 래치는 열 방향의 보조라인을 통해 제어된다. 읽기동작 시, 데이터 저장노드와 비트라인이 동적으로 분리되어 비트라인으로부터 교란을 받지 않는다. 또한, 노이즈에 민감한 '0'-노드 전압상승이 낮아 dummy-read 안정도가 높다. 아울러, 제안한 셀은 쓰기능력을 높이기 위해 boosting 전압을 사용한다. 상용화된 8T SRAM 셀과 비교했을 때, 제안한 셀의 dummy-read 마진과 쓰기마진이 0.4 V 전원 전압에서 각각 65%, 3.7배 향상된 안정성을 보이며, 공정변화에 따른 안정도의 내성이 더 우수하다. 활용 예시를 위해 산업체에서 제공하는 180 nm CMOS 공정으로 SRAM 회로를 설계하여 그 동작 및 성능을 검증하였다.

Keywords

References

  1. L. Chang, R. K. Montoye, Y. Nakamura, K. A. Batson, R. J. Eickemeyer, R. H. Dennard, W. Haensch, and D. Jamsek, "An 8T-SRAM for variability tolerance and low-voltage operation in high-performance caches," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.43, no.4, pp.956-963, 2008. DOI: 10.1109/JSSC.2007.917509
  2. T. -H. Kim, J. Liu, J. Keane, and C. H. Kim, "A 0.2 V, 480 kb subthreshold SRAM with 1 k cells per bitline for ultra-low-voltage computing," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.43, no.2, pp. 518-529, 2008. DOI: 10.1109/JSSC.2007.914328
  3. B. H. Calhoun and A. P. Chandrakasan, "A 256-kb 65-nm sub-threshold SRAM design for ultra-low-voltage operation," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.42, no.3, pp.680-688, 2007. DOI: 10.1109/JSSC.2006.891726
  4. S. Pal and A. Islam, "9-T SRAM cell for reliable ultralow-power applications and solving multibit soft-error issue," IEEE Trans. on Device and Materials Reliability, vol.16, no.2, pp.172-182, 2016. DOI: 10.1109/TDMR.2016.2544780
  5. C. B. Kushwah and S. K. Vishvakarma, "A single-ended with dynamic feedback control 8T subthreshold SRAM cell," IEEE Trans. on VLSI Systems, vol.24, no.1, pp.373-377, 2016. DOI: 10.1109/TVLSI.2015.2389891
  6. I. J. Chang, J. -J. Kim, S. P. Park, and K. Roy, "A 32 kb 10T sub-threshold SRAM array with bit-interleaving and differential read scheme in 90 nm CMOS," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.44, no.2, pp.650-658, 2009. DOI: 10.1109/JSSC.2008.2011972
  7. J. P. Kulkarni, K. Kim, and K. Roy, "A 160 mV robust Schmitt trigger based subthreshold SRAM," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.42, no.10, pp. 2303-2313, 2007. DOI: 10.1109/JSSC.2007.897148
  8. L. Atias, A. Teman, R. Giterman, P. Meinerzhagen, and A. Fish, "A low-voltage radiation-hardened 13T SRAM bitcell for ultralow power space applications," IEEE Trans. on VLSI Systems, vol.24, no.8, pp.2622-2633, 2016. DOI: 10.1109/TVLSI.2016.2518220
  9. R. Pelliconi, D. Iezzi, A. Baroni, M. Pasotti, and P. L. Rolandi, "Power efficient charge pump in deep submicron standard CMOS technology," IEEE J. Solid-State Circuits, vol.38, no.6, pp. 1068-1071, 2003. DOI: 10.1109/JSSC.2003.811991