基于磁隧道结的电路及基于磁隧道结的器件制造技术

本发明专利技术提供了一种基于磁隧道结的电路及基于磁隧道结的器件。该基于磁隧道结的电路包括存储阵列模块、多路位线选择器、自适应补偿模块及灵敏放大模块。该基于磁隧道结的电路能够根据一参考电压对灵敏放大模块的输入端所需的电压信号进行自适应补偿，以加快所述灵敏放大模块输出稳定的电压差或者比较结果的速度，缩短预充电的时间和数据读取周期，保证能正确地读取出存储阵列模块中相应的数据，提高器件数据读取速度，且进一步使得存储阵列模块能用于数据的逻辑运算，且能保证逻辑运算的正确进行，由此实现存算一体功能，还能提升器件的逻辑运算速度和数据吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
基于磁隧道结的电路及基于磁隧道结的器件
本专利技术涉及磁隧道结
，特别涉及一种基于磁隧道结的电路及基于磁隧道结的器件。
技术介绍
磁性隧道结(MTJ)在不同的工作条件下呈现出不同的组态：高阻态和低阻态，且断电会保持之前的状态，因此在灵敏放大器、读头、磁性随机存储器(MRAM)、磁性传感器等方面中具有良好的应用前景。现有的一种基于磁性隧道结的灵敏放大器，如图1a所示，主要由存储阵列模块11、多路位线选择器12、灵敏放大模块15组成。其中，存储阵列模块11中的每个存储单元均具有一个磁隧道结，如磁隧道结M01等，每个磁隧道结有平行(Parallel)和反平行(Antiparallel)两种状态(平行记为P，反平行记为AP)，在用于读写数据时可以代表两种信息状态。存储阵列模块11将各个磁性隧道结的信息状态(高阻态或者低阻态)转换成相应的电压信号VBL或VBLB。多路位线选择器12选择开通存储阵列模块11的哪条位线来接入灵敏放大模块15中。灵敏放大模块15感应两边输入端的电压信号VBL、VBLB，并将感应到的小的电压信号VBL、VBLB放大至全摆幅的高低电平，最后输出结果OUT。图1a所述的传统灵敏放大器的两种工作波形图1b和1c所示，所述的传统灵敏放大器的工作过程如下：预充电阶段(T0～T1)：对包括BL、BLB在内的各条位线BL、BLB上的寄生电容充电，使得各位线上的电压充电为供电电压Vdd的一半(或者自己设定预充电电压为多少)。多路位线选择器12的用于选择开通哪根位线BL的开关，受控于一控制信号EN_read，控制信号EN_read在预充电阶段(即T0～T1)使得多路位线选择器12的用于选择开通哪根位线BL、BLB的开关关闭。由于各个存储单元的位线BL、BLB上的寄生电阻和电容比较大，所以T0～T1预充电阶段通常需要较长时间。比较阶段(T1～T2)：控制信号EN_read在T1～T2阶段使得多路位线选择器12的用于选择开通哪根位线BL、BLB的开关导通，由此选择相应的位线BL和参考位线BLB，在相应的电压信号VBL和参考电压信号VBLB都达到稳定以后，VBL和VBLB之间会形成电压差，灵敏放大模块15比较VBL和VBLB的大小，最后输出相应的比较结果。数据输出锁存(T2～T3)：灵敏放大模块15是锁存型的灵敏放大模块，只要供电电压Vdd不断开，就会保持输出的结果一段时间，足够下一步的处理。虽然上述传统的方案能够实现对存储单元的读取功能，但是还是存在以下的缺点：1)上述方案读取的成功率不高，由于存内计算需要VBL和VBLB稳定，由此稳定的电压差才能被更可靠的读取出来，但是传统的灵敏放大器在进行存内计算操作的时候，位线BL和参考位线BLB上的寄生电阻和寄生电容的存在会导致VBL和VBLB不稳定，甚至不足以形成电压差，进而导致读取数据失败。2)由于VBL和VBLB不稳定，因此导致形成电压差的时间加长，即使能够读取数据，读取数据的速度也非常慢；3)由于VBL和VBLB不稳定，导致上述灵敏放大器无法实现存内计算。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于磁隧道结的电路及基于磁隧道结的器件，以能够保证读取结果的正确性，且进一步地还能够实现存算一体功能，并能提高读取和存内计算的速度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于磁隧道结的电路，包括：存储阵列模块，所述存储阵列模块包括多个阵列排布的信息位，每个所述信息位具有一个磁隧道结，同一列所述信息位连接同一条位线，同一行所述信息位连接同一条字线，所述存储阵列模块用于数据的读写和/或逻辑运算；路位线选择器，连接所述存储阵列模块的每条位线，所述多路位线选择器用于选通所述存储阵列模块中相应的至少两条位线，以将所选通的位线上相应的信息位所对应的电信号分别传输至灵敏放大模块的相应的输入端；自适应补偿模块，用于根据一参考电压对所述多路位线选择器传输至所述灵敏放大模块的相应的输入端的电信号分别进行自适应补偿，以使得各个所述电信号稳定；灵敏放大模块，用于对所接收到的稳定后的所述电信号进行大小比较，并输出相应的比较结果。可选地，当所述存储阵列模块用于数据的读取时，所述多路位线选择器所选通的两条位线中的一条位线作为参考位线，该参考位线所连接的信息位中的磁隧道结的信息状态已知。可选地，每个所述信息位主要由一个晶体管和连接所述晶体管的漏端的一个磁隧道结组成，每行所述信息位上的晶体管的栅极连接同一条字线，同一列所述信息位上的晶体管的源端连接同一条位线，同一列所述信息位上的所述磁隧道结的另一端连接同一条源线。可选地，当所述存储阵列模块用于数据的读取时，各条所述源线均接地。可选地，当所述存储阵列模块用于逻辑运算时，各个所述信息位中的磁隧道结的信息状态均已知，且同一行字线上的两个信息状态相反的磁隧道结能用于实现“与”运算和“或”运算。可选地，所述灵敏放大模块具有两个输入端，所述自适应补偿模块包括设置在所述灵敏放大模块的每个输入端和所述多路位线选择器的相应的输出端之间的自适应补偿电路，所述自适应补偿电路包括一开关管和一运算放大器；所述运算放大器的第一输入端接入所述参考电压，所述运算放大器的第二输入端连接所述多路位线选择器的相应的输出端，以接收相应的信息位所对应的电信号，所述运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端，所述开关管的开关通路一端作为所述自适应补偿电路的输出端和反馈端，分别连接所述灵敏放大模块的相应的一个输入端和所述运算放大器的第二输入端。可选地，所述开关管的开关通路的另一端通过一负载元件接入一供电电压，所述负载元件包括负载晶体管和/或负载电阻。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种基于磁隧道结的器件，包括本专利技术所述的基于磁隧道结的电路。可选地，所述基于磁隧道结的器件用于组成读头、灵敏放大器、磁存储器、磁传感器或者存算一体式芯片。可选地，当所述基于磁隧道结的器件用于组成磁存储器或存算一体芯片时，所述基于磁隧道结的器件包含但不仅含：地址解码器，用于将输入地址解码为行地址和列地址，并基于行地址从所述存储阵列模块的所有字线中选择至少一条字线，并基于列地址产生用于使得多路位线选择器能从所述存储阵列模块中的所有位线中选通至少两条位线的位线选择信号；控制电路，用于响应外部发送的命令或控制信号来控制所述基于磁隧道结的电路和所述地址解码器的操作，以实现所述基于磁隧道结的电路的存储阵列模块中的数据的读取、写入或计算。与现有的技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：1、能够根据一参考电压对灵敏放大模块的输入端所需的电压信号进行自适应补偿，以使得输入到所述灵敏放大模块的电压信号稳定，由此所述灵敏放大模块能输出稳定的电压差或者比较结果，进而在存储阵列模块用于数据的读取时，保证能正确地读取出存储阵列模块中相应的数据，并进一步使得存储阵列模块能用于数据的逻辑运算，且能保证逻辑运算的正确进行，由此实现存算一体功能。2、由于能够对输入到所述灵敏放大模块的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁隧道结的电路，其特征在于，包括：/n存储阵列模块，所述存储阵列模块包括多个阵列排布的信息位，每个所述信息位具有一个磁隧道结，同一列所述信息位连接同一条位线，同一行所述信息位连接同一条字线，所述存储阵列模块用于数据的读写和/或逻辑运算；/n多路位线选择器，连接所述存储阵列模块的每条位线，所述多路位线选择器用于选通所述存储阵列模块中相应的至少两条位线，以将所选通的位线上相应的信息位所对应的电信号分别传输至灵敏放大模块的相应的输入端；/n自适应补偿模块，用于根据一参考电压对所述多路位线选择器传输至所述灵敏放大模块的相应的输入端的电信号分别进行自适应补偿，以使得各个所述电信号稳定；/n灵敏放大模块，用于对所接收到的稳定后的所述电信号进行大小比较，并输出相应的比较结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁隧道结的电路，其特征在于，包括：
存储阵列模块，所述存储阵列模块包括多个阵列排布的信息位，每个所述信息位具有一个磁隧道结，同一列所述信息位连接同一条位线，同一行所述信息位连接同一条字线，所述存储阵列模块用于数据的读写和/或逻辑运算；
多路位线选择器，连接所述存储阵列模块的每条位线，所述多路位线选择器用于选通所述存储阵列模块中相应的至少两条位线，以将所选通的位线上相应的信息位所对应的电信号分别传输至灵敏放大模块的相应的输入端；
自适应补偿模块，用于根据一参考电压对所述多路位线选择器传输至所述灵敏放大模块的相应的输入端的电信号分别进行自适应补偿，以使得各个所述电信号稳定；
灵敏放大模块，用于对所接收到的稳定后的所述电信号进行大小比较，并输出相应的比较结果。


2.如权利要求1所述的基于磁隧道结的电路，其特征在于，当所述存储阵列模块用于数据的读取时，所述多路位线选择器所选通的两条位线中的一条位线作为参考位线，该参考位线所连接的信息位中的磁隧道结的信息状态已知。


3.如权利要求1或2所述的基于磁隧道结的电路，其特征在于，每个所述信息位主要由一个晶体管和连接所述晶体管的漏端的一个磁隧道结组成，每行所述信息位上的晶体管的栅极连接同一条字线，同一列所述信息位上的晶体管的源端连接同一条位线，同一列所述信息位上的所述磁隧道结的另一端连接同一条源线。


4.如权利要求3所述的基于磁隧道结的电路，其特征在于，当所述存储阵列模块用于数据的读取时，各条所述源线均接地。


5.如权利要求1所述的基于磁隧道结的电路，其特征在于，当所述存储阵列模块用于逻辑运算时，各个所述信息位中的磁隧道结的信息状态均已知，且同一行字线上的两个信息状态相反的磁隧道结能用于实现“与”运算和“或”运算。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王少昊，张世琳，吴巍，徐征，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35