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감지 증폭기

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1. 개요

감지 증폭기는 메모리에서 데이터를 읽고 새로 고치는 데 필요한 회로이다. 메모리 칩의 데이터는 메모리 셀에 저장되며, 감지 증폭기는 주로 휘발성 메모리 셀에 적용된다. SRAM 및 DRAM 셀에서 워드라인과 비트라인을 통해 데이터를 읽고 쓰며, 비트라인 끝에 있는 감지 증폭기는 작은 전압을 증폭한다. DRAM에서는 데이터를 읽은 후 셀에 전압을 가하여 축전기를 재충전하는 메모리 리프레시를 수행한다. 감지 증폭기는 최소 감지 지연, 증폭 수준, 전력 소비, 레이아웃 영역, 높은 신뢰성 및 허용 오차를 목표로 설계된다.

2. 기본 구조

그림 1(a)


감지 증폭기는 메모리에서 데이터를 읽고 새로 고치는 동작에 필요하다.

분류
회로 유형동작 모드
차동전압 모드
비차동전류 모드


3. 메모리 칩 동작

반도체 메모리 칩의 데이터는 메모리 셀이라는 작은 회로에 저장된다. 감지 증폭기는 주로 휘발성 메모리 셀에 적용된다. 메모리 셀은 칩의 행과 열에 배열된 SRAM 또는 DRAM 셀이다. 각 행은 행의 각 셀에 연결되며, 행을 따라 이어지는 선은 전압을 가하여 활성화되는 '워드라인'이라고 한다. 열을 따라 이어지는 선은 '비트라인'이라고 하며, 두 개의 보완 비트라인이 어레이 가장자리의 감지 증폭기에 연결된다. 감지 증폭기의 수는 칩의 비트라인 수와 같다. 각 셀은 특정 워드라인과 비트라인의 교차점에 위치하며, 이를 사용하여 해당 셀을 어드레싱할 수 있다. 셀의 데이터는 행과 열의 상단을 따라 이어지는 동일한 비트라인에 의해 읽거나 쓰여진다.[4]

3. 1. SRAM 동작

특정 메모리 셀에서 비트를 읽으려면 셀의 행을 따라 워드선을 켜서 해당 행의 모든 셀을 활성화한다. 그런 다음 셀에 저장된 값(논리 0 또는 1)이 연결된 비트 라인으로 전달된다. 두 개의 상호 보완적인 비트 라인 끝에 있는 감지 증폭기는 작은 전압을 일반적인 논리 레벨로 증폭한다. 원하는 셀의 비트는 셀의 감지 증폭기에서 버퍼로 래치된 다음 출력 버스에 배치된다.[5]

3. 2. DRAM 동작

DRAM에서 감지 증폭기의 작동은 SRAM과 매우 유사하지만, 추가적인 기능을 수행한다. DRAM 칩의 데이터는 메모리 셀 내의 작은 축전기전하 형태로 저장된다.[4] 읽기 작업은 셀의 전하를 소모하여 데이터를 파괴하므로, 데이터를 읽은 후 감지 증폭기는 셀에 전압을 가하여 축전기를 재충전함으로써 즉시 데이터를 다시 써야 한다.[4] 이를 메모리 리프레시라고 한다.[4]

4. 설계 목표

감지 증폭기는 최소 감지 지연, 필요한 증폭 수준, 최소 전력 소비, 제한된 레이아웃 영역에의 적합성, 높은 신뢰성 및 허용 오차를 목표로 설계된다.

참조

[1] 문서 PDP-8 Maintenance Manual https://archive.org/[...] Digital Equipment Corporation 1966-02-01
[2] 논문 A Low-Power SRAM Using Bit-Line Charge-Recycling for Read and Write Operations https://ieeexplore.i[...] IEEE Journal of Solid-State Circuits 2010
[3] 문서 PDP-8 Maintenance Manual https://archive.org/[...] Digital Equipment Corporation 1966-02-01
[4] 논문 Characterization of SRAM sense amplifier input offset for yield prediction in 28nm CMOS https://ieeexplore.i[...] Custom Integrated Circuits Conference (CICC), 2011 IEEE 2011
[5] 웹사이트 Sense Amplifier for SRAM https://web.archive.[...] Prof: Der-Chen Huang, National Chung Hsing University
[6] 문서 PDP-8 Maintenance Manual https://archive.org/[...] Digital Equipment Corporation 1966-02-01
[7] 논문 A Low-Power SRAM Using Bit-Line Charge-Recycling for Read and Write Operations https://ieeexplore.i[...] IEEE Journal of Solid-State Circuits 2010
[8] 문서 PDP-8 Maintenance Manual https://archive.org/[...] Digital Equipment Corporation 1966-02-01



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