SRAM的基本結(jié)構(gòu)原理和floorplan時(shí)memory如何擺放？

SRAM是靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。我們常用的memory就是SRAM。

常見的SRAM的基礎(chǔ)單元是六管結(jié)構(gòu)（六T結(jié)構(gòu)）（六個(gè)晶體管組成bit cell，多個(gè)bit cell組成memory array）。如圖中的M1、M2、M3、M4、M5、M6。SRAM中的每一bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管（M1，M2，M3，M4）構(gòu)成的兩個(gè)交叉耦合的反相器中。另外兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管（M5，M6）是存儲(chǔ)基本單元到用于讀寫的位線(Bit Line)的控制開關(guān)。另外字線WL是控制bit cell的讀入和寫出的通路的。

具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意如下：

SRAM的基本單元有3種狀態(tài)：standby(電路處于空閑)，reading(讀)和writing(寫)。

SRAM不與外界交互時(shí)，WL字線置0，M5和M6都是NMOS管，此時(shí)都斷開；由M1、M2、M3、M4組成的鎖存器電路接續(xù)保持原來(lái)的電路狀態(tài)。

寫入數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，WL字線置1，M5和M6打開，假設(shè)預(yù)存的是數(shù)據(jù)1，此時(shí)內(nèi)部的鎖存器開始通過(guò)M5和M6向外部放電。

由于單元管的尺寸很小，而位線通過(guò)單元管放電的速度很慢，為了提高讀出速度，只要在位線上建立起一定的電壓差就可以了，而不必等到一邊位線下降到低電平。通過(guò)列譯碼器控制的列開關(guān)，把選中的單元位線讀出的微小信號(hào)差送到公共數(shù)據(jù)線，再通過(guò)公共數(shù)據(jù)線送到差分放大器，把微小的信號(hào)差放大為合格的高低電平，最后通過(guò)緩沖器轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)輸出。

寫周期之開始前，要寫入的數(shù)據(jù)load到位線上。如果要寫入1，則設(shè)置^BL為0且BL為1。隨后字線WL加載為高電平，位線的狀態(tài)被傳遞到SRAM的bit cell。一般M1和M5兩個(gè)晶體管會(huì)選用驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)的晶體管，以便使得BL上的信號(hào)可以覆蓋6T結(jié)構(gòu)中兩個(gè)反相器之前的狀態(tài)。SRAM的bit cell經(jīng)常會(huì)做成陣列結(jié)構(gòu)，多個(gè)存儲(chǔ)單元共用一根字線WL。

一個(gè)可操作控制的SRAM通常具有豐富的接口控制，如下是一個(gè)T家的常見SRAM接口示意圖。

可以看到這里的接口控制管腳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于簡(jiǎn)單的memory array的控制需求，具體每一個(gè)管腳的配置用途詳見下表。

SRAM接口部分參考自如下鏈接，作者“艾思芯片設(shè)計(jì)”：

https://blog.csdn.net/i_chip_backend/article/details/121662466

1、根據(jù)design spec或data-flow決定，根據(jù)mem讀寫邏輯的位置，對(duì)稱性，IO等因素來(lái)決定；

2、考慮macro和位置固定的cell的連接關(guān)系，例如某些特殊的cell會(huì)bound在IO附近；

3、在先進(jìn)工藝中對(duì)poly的方向、poly的間距以及每個(gè)豎列的poly數(shù)量有要求；因此memory的orientation等會(huì)有限制。

4、一般會(huì)在memory四周加一些placement halo，應(yīng)該是主要是擔(dān)心外部standard cell和macro本身的物理DRC規(guī)則檢查不一致，規(guī)避潛在DRC；另外應(yīng)該就是不要讓standard cell靠macro太近從而搶占routing source和供電電流。

5、一般會(huì)在memory四周加一些routing ?blockage，因?yàn)閙emory的IO pin非常多，需要較多繞線資源；

6、使macro以外的空間盡可能四方開闊；

7、Memory之間是否需要留space：如果channel間想擺放cell，要確保memory之間有對(duì)應(yīng)的power srap，否則會(huì)導(dǎo)致rail floating。留大了浪費(fèi)面積，留小了導(dǎo)致繞線資源不足，rail floating等問題；

8、有的soc會(huì)對(duì)memory進(jìn)行串鏈操作，例如SD鏈，從而節(jié)省功耗，這些鏈路會(huì)用到always-on BUFFER，需要留足channel空間以便相關(guān)cell能放的進(jìn)去。

9、Channel中盡可能不要擺放寄存器，一是引起繞線問題；二是clock latency會(huì)很長(zhǎng)，影響cts優(yōu)化；三是后期如果有IR drop等問題，修復(fù)起來(lái)周圍的繞線資源比較有限；