Brevet FR2956516A1 — publié le 20110819

B10083 - 01-GR1-460 1 CELLULE DE MÉMOIRE VIVE SRAM A DIX TRANSISTORS Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les mémoires vives en circuit intégré de type SRAM (Static Random Access Memory). L'invention concerne de telles mémoires que celles-ci soient autonomes ou embarquées dans un circuit électronique comportant d'autres fonctions tel que, par exemple, un microcontrôleur. Exposé de l'art antérieur Généralement, une cellule de mémoire vive SRAM est basée sur l'utilisation de circuits bistables en technologie CMOS. Plusieurs cellules sont agencées dans un réseau matriciel en étant reliées à des lignes de bits et des lignes de mots. La plupart du temps ces cellules comportent six 15 transistors. Le circuit bistable est généralement composé de quatre transistors et deux transistors d'accès relient ce circuit bistable aux lignes de bits en étant commandés par une ligne de mot. Plus récemment, on a cherché à baisser la tension 20 d'alimentation en proposant une cellule fonctionnant sous une tension d'alimentation plus faible par rapport aux niveaux 10 B10083 - 01-GR1-460 2 communément utilisés pour la technologie dans laquelle les cellules sont fabriquées. Un exemple d'une telle cellule est décrit dans l'article "A 32kb 10T Subthreshold SRAM Array with Bit- Interleaving and Differential Read Scheme in 90nm CMOS", de ROY K. et al., paru dans Solid-State Circuits Conference, Digest of Technical Papers. IEEE International , vol., no., pp.388-622, 3-7 Feb. 2008. Cette cellule comporte dix transistors et un étage de commutation entre le bistable et chaque transistor d'accès à la ligne de bits, chacun des étages de commutation comportant un premier transistor additionnel d'accès entre le bistable et chaque transistor d'accès, et un second transistor additionnel entre le transistor d'accès et un potentiel variable en fonction de l'opération de lecture ou d'écriture. Le transistor additionnel d'accès est commandé par un signal supplémentaire. Le potentiel variable est fourni par un circuit dans une technologie de transistor qui conduit à limiter le fonctionnement de la cellule aux seules faibles tensions. Un inconvénient des différentes SRAM connues est qu'en 20 lecture, le contenu du bistable est altéré. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une cellule de mémoire vive à dix transistors palliant tout ou partie des inconvénients des 25 circuits connus. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une solution réduisant les fuites de la cellule pendant une opération de lecture. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que 30 d'autres, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un dispositif mémoire de type SRAM, comprenant : un circuit bistable ; et deux circuits de commutation reliant respectivement deux bornes d'accès du circuit bistable à deux lignes de bits 35 complémentaires, chaque circuit de commutation comportant : B10083 - 01-GR1-460 3 un premier interrupteur et un deuxième interrupteur en série entre une des lignes de bits et une desdites bornes d'accès, - un troisième interrupteur entre le point milieu de ladite association en série et une borne d'application d'un potentiel de référence, une borne de commande du troisième interrupteur étant reliée à l'autre desdites bornes d'accès. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la borne de commande du premier interrupteur en série est reliée à une ligne de mots. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la borne de commande du deuxième interrupteur en série est reliée à une ligne de commande de mots connectés en colonne. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un circuit bistable est composé d'un premier inverseur formé d'un premier transistor MOS d'un premier type de canal et d'un premier transistor MOS d'un second type de canal, et d'un second inverseur formé d'un second transistor MOS d'un premier type de canal et d'un second transistor MOS d'un second type de canal. Selon les transistors Selon ledit potentiel Selon 25 ledit potentielun mode de réalisation de la présente invention, et interrupteurs sont de type CMOS. un mode de réalisation de la présente invention, de référence est fixe. un mode de réalisation de la présente invention, de référence est un potentiel variable. On prévoit également une mémoire vive comportant un réseau matriciel de dispositifs. On prévoit également un procédé de commande d'un dispositif mémoire dans lequel, quelle que soit la phase de 30 fonctionnement, l'un des troisièmes interrupteurs est fermé et l'autre ouvert. On prévoit également un procédé selon lequel : pour une opération d'écriture : les premiers et deuxièmes interrupteurs sont fermés, l'un des troisièmes 35 interrupteurs étant fermé et l'autre ouvert ; B10083 - 01-GR1-460 4 pour une opération de lecture : les premiers interrupteurs sont fermés, les deuxièmes interrupteurs sont ouverts, l'un des troisièmes interrupteurs étant fermé et l'autre ouvert ; et dans une phase de maintien d'état, les premiers et deuxièmes interrupteurs sont ouverts, l'un des troisièmes interrupteurs étant fermé et l'autre ouvert. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un exemple de cellule de mémoire vive SRAM basée sur l'utilisation de circuits bistables en technologie CMOS ; la figure 2 représente un schéma électrique détaillé d'une cellule de mémoire vive SRAM ; et les figures 3A à 3E représentent, sous formes d'inter- rupteurs, l'état des transistors d'une cellule de mémoire vive dans des opérations d'écriture, de maintien des données et de lecture selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention. Description détaillée De même éléments ont été désignés par des mêmes références aux différentes figures qui ont été tracées sans respect d'échelle. Pour des raisons de clarté, seuls les étapes et les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. L'invention sera décrite en relation avec des transistors en technologie CMOS. L'invention est toutefois applicable à toute autre technologie de transistor ou à une combinaison de différentes technologies. La figure 1 représente sous forme de bloc une cellule 35 de mémoire vive SRAM comprenant : 30 B10083 - 01-GR1-460 une paire de ligne de bits complémentaires BLT et BLF ; une ligne de mots WL ; une ligne de commande de mots en colonne WCL ; 5 un circuit bistable 10 (CROSS COUPLED MEMORY CELL) destiné à stocker une information binaire et comprenant des première 20G et deuxième 20D bornes d'accès complémentaires de lecture et d'écriture ; et deux circuits de commutation 15G, 15D (SWITCH) reliant respectivement les deux bornes d'accès du circuit bistable 20G, 20D aux deux lignes de bits complémentaires. Les circuits 15 permettent l'accès sélectif au bistable selon l'opération d'écriture ou de lecture à effectuer. Les cellules décrites dans la figure 1 sont agencées dans un réseau matriciel avec des fonctions additionnelles telles que de décodage d'adresse ou d'amplification pour réaliser une mémoire vive SRAM. La figure 2 est une représentation plus détaillée d'un mode de réalisation d'une cellule de mémoire vive SRAM. De façon usuelle, le bistable 10 est basé sur le principe de deux inverseurs couplés de façon croisée. Un inverseur dit arbitrairement de gauche est composé de deux transistors : Un 25 transistor PMOS 30 et un transistor NMOS 31, les grilles de commande de ces 2 transistors étant communes, et connectées à la borne d'accès 20D. Un inverseur dit arbitrairement de droite est composé d'un transistor PMOS 32 et d'un transistor NMOS 33, les grilles de commande de ces 2 transistors étant communes, et 30 connectées à la borne d'accès 20G. Une donnée, formée de deux valeurs logiques complémentaires 1, 0 ou 0, 1 est stockée sur les deux noeuds de sortie 20G et 20D des inverseurs. 20 B10083 - 01-GR1-460 6 Selon le mode de réalisation décrit, chaque bloc de commutation 15 (15G, 15D) comporte trois interrupteurs, de préférence trois transistors : - un premier transistor d'accès 40 (40G, 40D) connecté entre l'une des lignes de la paire de lignes de bits BLT, BLF et un noeud intermédiaire 42 (42G, 42D), la grille de commandes du transistor 40 étant connectée à la ligne de mots WL ; - un second transistor d'accès 44 (44G, 44D) connecté entre le noeud 42 (42G, 42D) et une des bornes 20 (20G, 20D) du bistable, la grille de commande du transistor 44 étant connectée à la ligne de mots en colonne WCL ; et - un transistor 46 (46G, 46D) de tirage (pull-down) de la valeur du noeud 42, connecté entre le noeud 42 et une borne d'application d'un potentiel de référence, la grille, ou borne de commande du transistor 46 étant connectée à la grille commune de l'inverseur opposé du bistable. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le potentiel de référence est fixe et est la masse. Les figures 3A et 3B décrivent des opérations d'écriture dans une cellule de mémoire vive SRAM selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention. Pour écrire une donnée dans le bistable 10, on précharge tout d'abord les deux lignes de bits BLT et BLF à un potentiel haut (Vdd). On ferme (rend passant) ensuite les quatre transistors 40G, 40D, 44G, 44D, en maintenant au potentiel Vdd la ligne de mots et la ligne de mots d'écriture non visibles aux figures 3A et 3B. La figure 3A illustre l'écriture d'un état 1 dans le noeud 20G et d'un état 0 dans le noeud 20D. La ligne de bits BLF est tirée à la masse et la ligne de bits BLT est maintenue au potentiel Vdd. Comme les transistors 40D et 44D sont fermés, le potentiel bas de la ligne BLF est transféré sur la grille de B10083 - 01-GR1-460 7 commande du transistor 46G, et l'ouvre (rend bloqué). Le potentiel Vdd de la ligne BLT est alors transféré sur le noeud 20G, le positionnant à l'état haut. Le potentiel haut de la ligne BLT est transféré sur la grille de commande du transistor 46D et le ferme, tirant à la masse le noeud 42D. Le noeud 20D est alors positionné à l'état bas. La figure 3B illustre l'écriture d'un état 0 dans le noeud 20G et d'un état 1 dans le noeud 20D. La ligne de bits BLF est maintenue au potentiel Vdd et la ligne de bits BLT est tirée à la masse. Comme les transistors 40G et 44G sont fermés, le potentiel bas de BLT est transféré sur la grille de commande du transistor 46D, et l'ouvre. Le potentiel haut de BLF est alors transféré sur le noeud 20D, le positionnant à l'état haut. Le potentiel haut de BLF est transféré sur la grille de commande du transistor 46G et le ferme, tirant à la masse le noeud 42G. Le noeud 20G est alors positionné à l'état bas. La figure 3C décrit les polarités appliquées à une cellule de mémoire vive SRAM pour conserver (mode Hold) les données écrites selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention. Pour conserver une donnée dans le bistable 10, les deux lignes de bits BLT et BLF sont tirées à Vdd. On ouvre ensuite les quatre transistors 40G, 40D, 44G, 44D, en maintenant à la masse la ligne de mots et la ligne de mots d'écriture non visibles à la figure 3C. Cette configuration permet d'éviter les fuites de courant du bistable vers les lignes de bits à travers les quatre transistors d'accès. La figure 3C illustre le maintien d'un état 0 dans le noeud 20G et d'un état 1 dans le noeud 20D. L'état 0 du noeud 20G est transféré sur la grille de commande du transistor 46D, et l'ouvre, l'état 1 du noeud 20D est transféré sur la grille de commande du transistor 46G, et le ferme, sans effet sur la polarité des noeuds de sortie. De manière symétrique, si on conserve un état 1 dans 35 le noeud 20G et un état 0 dans le noeud 20D, l'état 1 ferme le B10083 - 01-GR1-460 8 transistor 46D et l'état 0 ouvre le transistor 46G, sans changer la polarité des noeuds de sortie. Les figures 3D et 3E décrivent des opérations de lecture dans une cellule de mémoire vive SRAM selon un mode de 5 mise en oeuvre de la présente invention. Pour lire une donnée dans le bistable 10, on précharge tout d'abord les deux lignes de bits BLT et BLF au potentiel Vdd. On ferme ensuite les deux transistors 40G et 40D en maintenant au potentiel Vdd la ligne de mots, non visible aux 10 figures 3D et 3E. Les deux transistors 44G, 44D sont ouverts en tirant à la masse la ligne de mots d'écriture, non visible aux figures 3D et 3E. Cette configuration permet d'isoler le bistable et de réduire les fuites de courant au travers des transistors d'accès. 15 La figure 3D illustre la lecture d'un état 0 dans le noeud 20G et d'un état 1 dans le noeud 20D. Les lignes de bits sont déconnectées de Vdd pour arrêter la précharge. La valeur logique 0 se propage du noeud de sortie 20G vers la grille de commande du transistor 46D et ouvre ce transistor. La valeur de 20 tension de la ligne BLF n'est donc pas modifiée. L'état 1 se propage du noeud de sortie 20D vers la grille de commande du transistor 46G et ferme ce transistor, tirant à la masse le noeud 42G et la valeur de tension de la ligne de bits BLT. L'état complémentaire des deux transistors 46 provoque une 25 différence de courant entre les deux lignes de bits, sans connexion directe avec les noeuds de sortie. Cette différence de courant entre les deux lignes de bits est amplifiée de façon classique dans un amplificateur, soit en courant soit en tension, situé au bas de la colonne du plan-mémoire et contenant 30 la cellule, et la donnée ainsi lue. La figure 3E illustre la lecture d'un état 1 dans le noeud 20G et d'un état 0 dans le noeud 20D. Les lignes de bits sont déconnectées du potentiel Vdd pour arrêter la précharge. L'état 1 se propage du noeud de sortie 20G vers la grille de 35 commande du transistor 46D et ferme ce transistor. La tension de B10083 - 01-GR1-460 9 la ligne BLF est donc tirée à la masse. L'état 0 se propage du noeud de sortie 20D vers la grille de commande du transistor 46G et ouvre ce transistor, sans modifier la tension de la ligne de bits BLT. Comme précédemment, la différence de courant entre les deux lignes de bits est amplifiée pour ensuite lire la donnée, sans connexion directe avec les noeuds de sortie. La cellule mémoire décrite dans le mode de réalisation ci-dessus présente les avantages suivants : - elle fonctionne avec une faible tension d'ali- mentation par rapport aux niveaux communément utilisés pour la technologie dans laquelle les cellules sont fabriquées ; - les transistors d'accès 40 et 44 connectés en série limitent les fuites de courant ; et - la lecture est réalisée à travers les transistors de 15 tirage 46 (46G, 46D), sans décharge du bistable, protégeant ainsi les données stockées. Un autre avantage du mode de réalisation décrit est qu'il est compatible avec une variation du potentiel de référence, au prix d'une augmentation de la surface de la 20 mémoire pour générer le potentiel intermédiaire entre les potentiels Vdd et de masse. Un autre avantage du mode de réalisation décrit est que les grilles de commande des transistors de tirage sont connectées aux grilles communes des inverseurs opposés. En 25 particulier cela permet d'effectuer une lecture indirecte sans intervenir sur les noeuds de sortie du bistable. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modification apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en 30 relation avec un exemple de cellule où les transistors reliés au potentiel haut sont à canal P, ceux reliés au potentiel bas sont à canal N et les interrupteurs des circuits de commutation sont à canal N, le type de canal de tout ou partie des transistors pourra être inversé pourvu d'adapter les signaux de commande. REVENDICATIONS1. Dispositif mémoire de type SRAM, comprenant : un circuit bistable (10) ; et deux circuits de commutation (15G, 15D) reliant respectivement deux bornes d'accès (20G, 20D) du circuit bistable à deux lignes de bits complémentaires (BLT, BLF), chaque circuit de commutation comportant : - des premier (40G, 40D) et deuxième interrupteurs (44G, 44D) en série entre une des lignes de bits et une desdites bornes d'accès, - un troisième interrupteur (46G, 46D) entre le point milieu de ladite association en série et une borne d'application d'un potentiel de référence, une borne de commande du troisième interrupteur étant reliée à l'autre desdites bornes d'accès. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la borne de commande du premier interrupteur en série est reliée à une ligne de mots (WL). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la borne de commande du deuxième interrupteur en série est reliée à une ligne de commande de mots connectés en colonne (WCL). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un circuit bistable est composé d'un premier inverseur formé d'un premier transistor MOS d'un premier type de canal (30) et d'un premier transistor MOS d'un second type de canal (31), et d'un second inverseur formé d'un second transistor MOS d'un premier type de canal (32) et d'un second transistor MOS d'un second type de canal (33). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les transistors et 30 interrupteurs sont de type CMOS. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit potentiel de référence est fixe. 2956516 B10083 --- 01-GR1-460 11 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit potentiel de référence est un potentiel variable. 8. Mémoire vive comportant un réseau matriciel de 5 dispositifs conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Procédé de commande d'un dispositif mémoire conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, quelle que soit la phase de fonctionnement, l'un des 10 troisièmes interrupteurs (46G, 46D) est fermé et l'autre ouvert. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel : pour une opération d'écriture : les premiers (40G, 40D) et deuxièmes (44G, 44D) interrupteurs sont fermés, l'un des troisièmes interrupteurs (46G, 46D) étant fermé et l'autre 15 ouvert ; pour une opération de lecture : les premiers interrupteurs (40G, 40D) sont fermés, les deuxièmes interrupteurs (44G, 44D) sont ouverts, l'un des troisièmes interrupteurs (46G, 46D) étant fermé et l'autre ouvert ; et 20 dans une phase de maintien d'état, les premiers (40G, 40D) et deuxièmes (44G, 44D) interrupteurs sont ouverts, l'un des troisièmes interrupteurs (46G, 46D) étant fermé et l'autre ouvert.