最近對存儲器單元比較好奇，學習一下。

靜態隨機存取存儲器（Static Random Access Memory，SRAM）是一種隨機存取存儲器，只要保持通電，儲存的數據就可以保持。而動態隨機存取存儲器（DRAM）所儲存的數據就需要周期性地刷新。
“隨機存取”意味著在 SRAM 單元陣列中，每個單元都可以按任何順序讀取或寫入，無論最后訪問哪個單元。

1.6T-SRAM cell

常見的SRAM的結構為6T-SRAM
其實等價于SR鎖存器

6T，即由6個晶體管所組成，單元的核心由兩個 CMOS 反相器（M1、M2、M3、M4）構成，其中每個反相器的輸出電位作為輸入饋送到另一個反相器。連接到M5、M6的gate信號是word line(縮寫成WL)，是用來控制SRAM bit-cell的開關信號，M5、M6一起打開或關閉。M5、M6的Drain端是讀出或寫入的bit line(縮寫成BL)。

如圖所示，由M1、M2組成一個inverter，由M3、M4組成另一個inverter，這兩個inverter的output分別接到另一個inverter的input，構成一個latch，從而可以將數據鎖住。從這里可以看出與SR鎖存器實際是等價的。

SRAM的基本單元有3種狀態:standby (電路處于空閑),reading(讀)與writing(修改內容). SRAM的讀或寫模式必須分別具有"readability"（可讀）與"write stability"（寫穩定).

2.Standby

如果字線沒有被選為高電平,那么作為控制用的M5與M6兩個晶體管處于斷路，把基本單元與位線隔離。由M1-M4組成的兩個反相器繼續保持其狀態，只要保持與高、低電平的連接。

3.Reading

讀出bit-cell存儲單元時，先將BL和BL’拉到等電位，這個電位通常為pre-charge voltage電壓，一般為VDD(或VDD-Vth)，當BL及BL’兩端電位相等之后可以將之浮接(floating)或通過阻抗接至pre-charge voltage電壓源，然后將WL打開，利用Q及Q’的寄生電容通過M6、M5與BL、BL’產生charge sharing及分壓的效果從而讓BL與BL’產生電壓差，最后利用外部的sense amplifier將差異信號放大從而讀出0或1。

假定存儲的內容為1,即在Q處的電平為高.
讀周期之初，兩根位線預充值為邏輯1,隨后字線WL充高電平，使得兩個訪問控制晶體管M5與M6通路。第二步是保存在Q與Q’的值傳遞給位線BL在它預充的電位，而瀉掉BL’預充的值，這是通過M1與M5的通路直接連到低電平使其值為邏輯0 (即Q的高電平使得晶體管M1通路).在位線BL一側，晶體管M4與M6通路，把位線連接到Vdd所代表的邏輯1(M4作為P溝道場效應管，由于柵極加了Q的低電平而M4通路).

如果存儲的內容為0,相反的電路狀態將會使BL’為1而BL為0.只需要BL’與BL有一個很小的電位差，讀取的放大電路將會辨識出哪根位線是1哪根是0.敏感度越高，讀取速度越快。

4.Writing

當bit-cell存儲的內容為1而要寫入0，即Q的電壓值為VDD，此時只需要將WL電壓值提高到VDD且BL為0，那么Q電壓值將通過M6被拉低，Q’的電壓值將通過M5被拉高，再由M1/M2，M3/M4兩個反相器推挽，bit-cell存儲的內容就從1變成0了。此時WL電壓拉低即可完成數據鎖存。

寫周期之初，把要寫入的狀態加載到位線。如果要寫入0，則設置BL’為1且BL為0。隨后字線WL加載為高電平，位線的狀態被載入SRAM的基本單元。這是通過位線輸入驅動被設計為比基本單元相對較弱的晶體管更為強壯，使得位線狀態可以覆蓋基本單元交叉耦合的反相器的以前的狀態

簡言之，6T SRAM的寫是利用外部電壓改變bit-cell的鎖存電荷值，而讀是bit-cell的內部鎖存電荷值去驅動外部相同電位的BL、BL’，bit-cell的驅動能力有限，因此需要sense amplifier來放大。

補充

除了6管的SRAM，其他SRAM還有8管、10管甚至每個位元使用更多的晶體管的實現。這可用于實現多端口(port）的讀寫訪間，如顯存或者寄存器堆的多口SRAM電路的實現。
一般說來，每個基本單元用的晶體管數量越少，其占用面積就越小。由于硅芯片( siliconwafer）的生產成本是相對固定的，因此SRAM基本單元的面積越小，在硅芯片上就可以制造更多的位元存儲，每位元存儲的成本就越低。
內存基本單元使用少于6個晶體管是可能的—如3管甚至單管，但單管存儲單元是DRAM，不是SRAM。
訪問SRAM時，字線( Word Line)加高電平，使得每個基本單元的兩個控制開關用的晶體管M5與M6導通，把基本單元與位線（Bit Line）連通。位線用于讀或寫基本單元的保存的狀態。雖然不是必須兩條取反的位線，但是這種取反的位線有助于改善噪聲容限.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SRAM cell 详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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