【摘 要】
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静态随机存储器(SRAM)是信号处理系统的重要组成部分,是CPU与主存储器之间数据交换的桥梁。近年来半导体工艺已进入超深亚微米甚至纳米阶段,不断缩小的工艺尺寸有利于静态存
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静态随机存储器(SRAM)是信号处理系统的重要组成部分,是CPU与主存储器之间数据交换的桥梁。近年来半导体工艺已进入超深亚微米甚至纳米阶段,不断缩小的工艺尺寸有利于静态存储器朝着更快速度、更高集成度方向发展,同时也使其可靠性及其他性能面临更大的挑战,SRAM等存储设备性能的提高逐渐成为数字信号处理器发展的瓶颈。针对深亚微米工艺条件下对SRAM存储器速度和可靠性要求较高的应用领域需求,本文采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一款存取速度快、可靠性高的512×32bit SRAM。论文在大量研究SRAM存储器理论背景的基础上,根据SRAM存储器总体设计要求,首先确定了存储器的系统架构,并进行阵列划分和外围电路布局。针对高速和高可靠性的设计要求,分别对存储单元和外围电路进行了改进设计。在存储单元的设计中,采用较新的9T单元,通过在单元结构上将读写数据通道分离来获得极高的数据稳定性,并对9T存储单元的尺寸进行了优化设计以综合提高单元的性能。在进行外围电路设计时,根据电路的不同功能对其性能要求的考虑各有侧重。通过对译码延时模型进行分析,以及综合考虑速度、设计成本和面积等因素,选用分级译码和分块译码的方法,完成了高速低功耗译码电路的设计,并精确计算出各级译码输出驱动的尺寸。灵敏放大器电路及数据通路设计实现了电流-电压混合放大模式,该设计方案在具备较快放大速度的同时,避免了普通电流灵敏放大器性能易受器件失配影响的状况。最后,论文对512×32bit SRAM存储器的版图实现进行了研究与设计,提出了全面验证SRAM功能的仿真方法,并对设计进行前、后仿真验证及对比。本文的SRAM存储器在速度、功耗等指标均达到设计参数标准,虽然电路面积偏大,但随着工艺尺寸缩小,SRAM稳定性面临更大考验,对于可靠性要求较高的设备,本文不失为一个切实的SRAM设计方案。
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