鐵電電容的參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置的製作方法

2023-10-11 04:15:19 2

專利名稱：鐵電電容的參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置，且特別是有關於一種鐵電電容的參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置。
鐵電電容的參考電壓產生方法與其邏輯判斷方式之二為利用兩個不同的寄生電容來做參考電壓。請參照圖2，其是利用不同位線造成電壓偏差量做參考電壓的結構示意圖，並請同時參照圖3，其是根據圖2的鐵電電容中電壓-極化方向變化圖，此作法可充分解決電容特性所產生的邊緣效應的問題。此裝置做參考電壓的方法為假設位線204比位線208多出一段長度，意即寄生電容206大於寄生電容210，且原本就有一待判斷邏輯的數據的極化方向P1存在鐵電電容202中。首先先把鐵電電容202中待判斷邏輯的數據的極化方向P1存放到位線204所產生的寄生電容206，此時會產生電壓V5，且鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即圖3的路線A，由P1到P2。然後再存入代表邏輯為0的極化方向P2到鐵電電容202，此時鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即路線B由P2到P3。再把代表邏輯為0的極化方向P2存放到位線208所產生的寄生電容210，此時鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即路線C由P3到P2。這時寄生電容210會產生一個參考電壓V6。待數據的邏輯判斷完後，再把原來待判斷邏輯的極化方向P1回存到鐵電電容202，此時鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即路線D由P2點經由P3與P4到P1。假設極化方向P1的邏輯為1，在一定的範圍之內，極化方向P1所產生的電壓V5還是會很明顯的大於代表邏輯為0的極化方向P2所產生的參考電壓V6，所以數據的邏輯為1。假設極化方向P1的邏輯為0，因為寄生電容206參考電壓大於寄生電容210參考電壓，所以在一定的範圍之內，極化方向P1所產生的電壓V5會很明顯的小於代表邏輯為0的極化方向P2所產生的參考電壓V6，所以數據的邏輯為0。利用此方法，如此可以很清楚的判斷邏輯，避開電容特性所產生的邊緣效應問題。
簡而言之，利用相同的鐵電電容做2次存取動作，且針對不同寄生電容產生電壓，即利用位線204比位線208多出的那一段長度造成寄生電容的電壓偏差量來避開電容特性所產生的邊緣效應問題，在一定的範圍之內，可以非常正確的判斷邏輯。然而，此種方法雖然避開了邊緣效應的問題，但卻產生一個新的問題，就是增加了整體電路的體積，即那一段多出來的長度。
鐵電電容的參考電壓產生方法與其邏輯判斷方式之三，請參照圖4，其是利用附加裝置做成偏差傳感器(offset sensor)的結構示意圖。此電路是利用附加裝置402來做成一個偏差傳感器，當此偏差傳感器的兩端為同樣的電壓V1的時候，數據判讀為0，而當偏差傳感器兩端的電壓分別為V1和V2的時候，則數據判讀為1。同樣地，此附加裝置402也會增加整體電路的體積。
因此，一般鐵電電容的參考電壓產生方法以及邏輯判斷方式具有下列的問題
1.電容特性所產生的邊緣效應問題；或2.電路體積過大問題。
本發明提出一種鐵電電容的參考電壓產生方法極化鐵電電容，使得鐵電電容產生參考極化方向，而其中參考極化方向界於代表邏輯為1的高極化方向與代表邏輯為0的低極化方向之間，且鐵電電容為存取欲判斷邏輯的數據的鐵電電容。再將參考極化方向存到電容上，使得此電容產生參考電壓。
在本發明的較佳實施例中，此電容為寄生電容。
本發明另外提出一種鐵電電容的邏輯判斷方式，其方式包括下列步驟首先，極化鐵電電容，使得鐵電電容產生參考極化方向，且其中參考極化方向介於代表邏輯為1的高極化方向與代表邏輯為0的低極化方向之間。然後將參考極化方向存到第一電容上，使第一電容產生參考電壓。再極化此鐵電電容，以使此鐵電電容產生數據極化方向；然後將數據極化方向存到第二電容上，使第二電容產生數據電壓。最後比較參考電壓與數據電壓，判斷此數據電壓的邏輯。
本發明更提出一種用於鐵電記憶單元的邏輯判斷裝置，包括鐵電電容、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體、第一位線、第二位線、驅動線、微感測放大器。其中，鐵電電容為記憶單元以及用於產生參考電壓。第一電晶體的第一端耦接至鐵電電容，用於當作開關。第二電晶體的第二端耦接至第一電晶體的第二端，用於當作開關。第三電晶體的第二端耦接至第一電晶體的第二端，用於當作開關。第四電晶體的第一端耦接至第三電晶體的第一端，用於當作開關。第一位線耦接至第二電晶體的第一端，用於當作寄生電容。第二位線耦接至第三電晶體的第一端，用於當作寄生電容。驅動線耦接至鐵電電容的第二端。微感測放大器耦接至第一位線與第二位線，用於放大微小信號做邏輯判斷。其中，第一位線與第二位線長度相等。
綜合上述，本發明所提出的鐵電電容的參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置是利用極化同一個鐵電電容而分別產生參考電壓與數據電壓並作邏輯判斷。且不需使用附加裝置或是使用不同長度的位線。因此，並不會有所謂的邊緣效應而正確判斷出數據邏輯以及有效減少電路體積。
圖6為根據圖5的鐵電電容中電壓-極化方向變化圖；圖7為根據圖5的本發明裝置的各組件的電壓-時間變化圖。
100，101存儲單元102，104仿真單元202，502鐵電電容204，208，503-506位線206，210，516，518寄生電容402附加裝置 508-514電晶體520微感測放大器 550驅動線本發明的概念是利用相同的鐵電電容對待判斷邏輯的數據的極化方向與參考極化方向做存取動作，再利用微感測放大器比較數據電壓與參考電壓的差異後判斷數據的邏輯。此裝置包括鐵電電容502、位線504、位線506、電晶體508、電晶體510、電晶體512、電晶體514、驅動線550、微感測放大器520。其中鐵電電容502為鐵電記憶單元以及用於產生參考電壓。電晶體508的第一端耦接至鐵電電容502的第一端用於當作開關。電晶體510的第二端耦接至電晶體508的第二端用於當作開關。電晶體512的第二端耦接至電晶體508的第二端用於當作開關。電晶體514的第一端耦接至電晶體512的第一端用於當作開關。位線504耦接至電晶體510的第一端用於當作寄生電容。位線506耦接至電晶體512的第一端用於當作寄生電容。驅動線耦接至鐵電電容的第二端。微感測放大器520耦接至位線504與位線506用於放大微小信號做邏輯判斷。
假設原本就有一待判斷邏輯的數據的極化方向(極化方向代表著其電容值的大小)O1存在鐵電電容502中，且兩邊位線長度相等，也就是兩者的寄生電容相等。
首先，把電晶體510打開，其餘的電晶體關上，然後對位線503與位線504充電至一電位vpr，減少往後充放電的時間，以利工作速度的加快，此為T1時間內的動作。當電晶體508打開，預先儲存於位線503與位線504上的電荷對鐵電電容502充電到一電位V1。此時，鐵電電容502、位線503以及位線504的電壓均為V1。然後把電晶體510關上，使得數據電荷存於寄生電容516中。此為T2時間內的操作過程，其鐵電電容502中的極化方向-電壓變化圖即圖6的路線A，由O1到O2。
接下來，再將鐵電電容502作再次極化，即把電晶體512打開，同時對位線503與位線506充電至電位vpr。此時驅動線550也充電至高電位，此為T3時間內的操作過程，而其鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即圖6的路線B由O2點經由O3點到O4。
接著驅動線550會下拉，也就是電位下降至低電位。此時，鐵電電容502、位線503、位線506以及寄生電容518電壓為V2(此為參考電壓)。接著把電晶體512關閉，寄生電容518與位線506儲存參考電壓。此為T4時間內的操作過程，而其鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即圖6的路線C由O4經由O6點到O2。
然後再利用微感測放大器520判斷數據邏輯，此為T5時間內的動作。待數據的邏輯判斷完後，把電晶體508打開，驅動線550被充電至高電位，將位線503已經判別的電壓存回至鐵電電容502中。若此鐵電電容502原先極化方向為邏輯1的方向，則此時鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即圖6的路線D由O2到O3與O4到O5。若此鐵電電容502原先極化方向為邏輯0的方向，則此時鐵電電容中極化方向-電壓變化圖即圖6的路線D由O2到O3。接著驅動線550下拉至低電位，位線503，505也下拉至低電位作恢復動作，此為T6時間內的動作。且參考電壓的極化方向界於代表邏輯為1的電壓與代表邏輯為0的電壓之間，所以很明顯的V1會大於V2，因此V1的邏輯為1。利用此方法，如此可以很清楚的判斷邏輯，避開電容特性所產生的邊緣效應問題，且不會增加了整體電路的體積。
簡而言之，參考電壓與欲判斷邏輯的數據利用相同的鐵電電容做存取動作，以及利用邏輯1的電壓與邏輯0的電壓與參考電壓都有一段很明顯的電壓偏差量，來正確的判斷邏輯，避開電容特性所產生的邊緣效應問題，且不會增加了整體電路的體積。
綜上所述，本發明具有如下的優點1.可以正確的判斷數據的邏輯，避開電容特性所產生的邊緣效應問題；2.毋須增加電路整體的體積。
權利要求
1.一種鐵電電容的參考電壓的產生方式，其特徵是，該方式包括下列步驟極化一鐵電電容，使該鐵電電容產生一參考極化方向，其中該參考極化方向界於代表邏輯為1的極化方向與代表邏輯為0的極化方向之間，且該鐵電電容為存取欲判斷邏輯的數據的鐵電電容；以及將該參考極化方向存到一電容上，使該電容產生一參考電壓。
2.如權利要求1所述的鐵電電容的參考電壓的產生方式，其特徵是，該電容可為一寄生電容。
3.如權利要求1所述的鐵電電容的參考電壓的產生方式，其特徵是，該方式更包括極化該鐵電電容，使該鐵電電容產生該參考極化方向；將一驅動線充電至高電位；將該極化方向存到該電容上，使該電容產生該參考電壓；以及將該驅動線下拉至低電位。
4.一種鐵電電容的邏輯判斷方法，其特徵是，該方法包括下列步驟極化一鐵電電容，使該鐵電電容產生一參考極化方向，其中該參考極化方向界於代表邏輯為1的高極化方向與代表邏輯為0的低極化方向之間；將該參考極化方向存到一第一電容上，使該第一電容產生一參考電壓；極化該鐵電電容，使該鐵電電容產生一數據極化方向；將該數據極化方向存到第二電容上，使該第二電容產生一數據電壓；以及比較該參考電壓與該數據電壓，判斷該數據電壓的邏輯。
5.如權利要求4所述的鐵電電容的邏輯判斷方法，其特徵是，該第一電容與該第二電容可為一寄生電容。
6.一種用於鐵電記憶單元的邏輯判斷裝置，其特徵是，該裝置包括一鐵電電容，該鐵電電容為一記憶單元以及用以產生一參考電壓；一第一電晶體，該第一電晶體的第一端耦接至該鐵電電容，用以當作開關；一第二電晶體，該第二電晶體的第二端耦接至該第一電晶體的第二端，用以當作開關；一第三電晶體，該第三電晶體的第二端耦接至該第一電晶體的第二端，用以當作開關；一第四電晶體，該第四電晶體的第一端耦接至該第三電晶體的第一端，用以當作開關；一第一位線，耦接至該第二電晶體的第一端，用以當作寄生電容；一第二位線，耦接至該第三電晶體的第一端，用以當作寄生電容，其中該第二位線與該第一位線長度相等；一驅動線，耦接至該鐵電電容的第二端；以及一微感測放大器，耦接至該第一位線與該第二位線，用以放大微小信號做邏輯判斷。
7.如權利要求6所述的鐵電記憶單元的邏輯判斷裝置，其特徵是，該第一位線所造成的寄生電容與該第二位線所造成的寄生電容容量相等。
全文摘要
一種鐵電電容的參考電壓產生方法、邏輯判斷方式與裝置。其中，鐵電電容的參考電壓產生方法為，首先對用以存取欲判斷邏輯的數據的鐵電電容充電，使此鐵電電容的極化方向介於代表邏輯為1的極化方向與代表邏輯為0的極化方向間，再將此極化方向轉化為電荷轉存到寄生電容上，即可使此寄生電容產生所需的參考電壓。
文檔編號G11C11/22GK1421867SQ0113962
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月28日 優先權日2001年11月28日
發明者林金溪 申請人:旺宏電子股份有限公司