【11】證書號數：I545564 【45】公告日： 中華民國 105 (2016) 年 08 月 11 日 【51】Int. Cl.： G11C11/413 G06F12/16 (2006.01) (2006.01) G11C7/24 G06F11/14 (2006.01) (2006.01) 發明 全 10 頁 【54】名 稱：一種非揮發性靜態隨機存取記憶體 A NON-VOLATILE SRAM 【21】申請案號：104109437 【22】申請日： 中華民國 104 (2015) 年 03 月 24 日 【72】發 明 人： 邱瀝毅 (TW) CHIOU, LIH YIH；簡才淦 (TW) CHIEN, TSAI KAN；鄒亦淞
(TW) TSOU, YI SUNG
【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY 臺南市東區大學路 1 號 【74】代 理 人： 洪蘭心 【56】參考文獻： TW I453745 US 2004/0008542A1 US 2013/0120925A1 WO 2010/093356A1 US 8503236B2 US 2013/0070513A1 US 2014/0362635A1 審查人員：謝紀明 [57]申請專利範圍 1. 一種非揮發性靜態隨機存取記憶體，該非揮發性靜態隨機存取記憶體具有一操作模式、 一資料備份模式及一資料回復模式，其中該非揮發性靜態隨機存取記憶體包括：一記憶 細胞，該記憶細胞係導接至一字線、一位元線、一互補位元線、一備份訊號線、一備份 訊號傳輸線及一備份設定線，且該記憶細胞包括：一栓鎖器；一組栓鎖開關單元，係在 該操作模式且該栓鎖開關單元受該字線傳輸的訊號驅動呈導通時，令該位元線及該互補 位元線導接至該栓鎖器，供該栓鎖器接收該位元線或該互補位元線寫入一資料並儲存； 一組備份記憶單元，具有一節點電壓，該備份記憶單元係導接該備份訊號傳輸線，且該 備份記憶單元係供儲存一備份資料，當該備份資料與該栓鎖器儲存的該資料不相同時， 該備份記憶單元於節點電壓產生一備份驅動訊號，並由該備份訊號傳輸線輸出該節點電 壓的備份驅動訊號；一組備份啟動單元，係在該資料備份模式及該資料回復模式且該備 份啟動單元受該備份訊號線傳輸的訊號驅動呈導通時，導接該備份記憶單元及該栓鎖 器，該備 份記憶單元依據該位元線的電位與栓鎖器的資料寫入該資料改變儲存的該備份 資料；一備份設定單元，係在該資料備份模式及該資料回復模式且該備份啟動單元被驅 動呈導通時，導接該位元線及該備份記憶單元；及一驅動訊號傳輸單元，係設置在該備 份訊號傳輸線及該備份記憶單元之間，並在該資料備份模式及該資料回復模式且驅動訊 號傳輸單元被驅動呈導通時，導通該備份訊號傳輸線；及一節能模組，係由該備份訊號 傳輸.線導接至該備份記憶單元，在該驅動訊號傳輸單元呈導通時，接收該備份驅動訊 號，其中該節能模組包括：一控制開關單元，係在操作模式時，受該字線傳輸的訊號驅 動呈導通，並導接該備份訊號傳輸線至一參考電位，在該資料備份模式及該資料回復模
號驅動該備份設定單元呈導通；及一回復開關單元，係在資料回復模式時，驅動該備份 設定單元呈導通。 2. 如申請專利範圍第 1 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該備份記憶單元包括 一第一電阻記憶元件及一第二電阻記憶元件，該備份驅動訊號是該第一電阻記憶元件及 該第二電阻記憶元件之間的該節點電壓。 3. 如申請專利範圍第 2 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該栓鎖開關單元包括 一第一控制電晶體及一第二控制電晶體，該備份啟動單元包括一第三控制電晶體及一第 四控制電晶體，該驅動訊號傳輸單元包括一第五控制電晶體，該備份設定單元包括一第 六控制電晶體，該栓鎖開關單元、該備份啟動單元、該驅動訊號傳輸單元及該備份設定 單元的每一個電晶體皆具有一第一源/汲極、一第二源/汲極與一閘極，該栓鎖器包括一第 一傳輸節點及一第二傳輸節點，該第一電阻記憶元件及該第二電阻記憶元件皆具有一設 置端及一重置端；其中該第一控制電晶體及該第二控制電晶體的各該閘極係電性耦接該 字線，該第一控制電晶體的該第一源/汲極係電性耦接該位元線，該第二源/汲極係電性耦 接該第一傳輸節點，該第二控制電晶體的該第一源/汲極係電性耦接該第二傳輸節點，該 第二源/汲極係電性耦接該互補位元線；其中該第三控制電晶體、該第四控制電晶體及該 第五控 制電晶體的各該閘極係電性耦接該備份訊號線，該第三控制電晶體的該第一源/汲 極係電性耦接該第一傳輸節點，該第二源/汲極係電性耦接該第一電阻記憶元件的該重置 端，該第四控制電晶體的該第一源/汲極係電性耦接該第二傳輸節點，該第二源/汲極係電 性耦接該第二電阻記憶元件的該重置端，該第五控制電晶體的該第一源/汲極係電性耦接 該第二電阻記憶元件的該設置端，該第二源/汲極係電性耦接該備份訊號傳輸線；其中該 第六控制電晶體的該閘極係電性耦接該節能模組的備份判斷單元及該回復開關單元，該 第一源/汲極係電性耦接該位元線，該第二源/汲極係電性耦接該第一電阻記憶元件的該設 置端；其中該第一電阻記憶元件及該第二電阻記憶元件的各該設置端係相互電性耦接。 4. 如申請專利範圍第 3 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該栓鎖器儲存的該資 料與該備份記憶單元儲存的該備份資料相反時，該備份啟動單元的該第三控制電晶體及 該第四控制電晶體與該備份設定單元的該第六控制電晶體被驅動呈導通，該第一電阻記 憶元件的該設置端接收該位元線寫入的該資料，由該第一電阻記憶元件的該重置端輸出 至該栓鎖器的該第一傳輸節點，且當該第二傳輸節點傳輸該資料 至該第二電阻記憶元件 的該重置端時，該位元線給予輸入電位為 0V，使該第二電阻記憶元件從該重置端接收的 該資料由該設置端輸出至該位元線。 5. 如申請專利範圍第 3 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該非揮發性靜態隨機 存取記憶體在呈該操作模式前，更具有一成型模式，當該非揮發性靜態隨機存取記憶體 呈該成型模式時，該第一控制電晶體及該第二控制電晶體受該字線傳輸的訊號驅動呈導 通，該第六控制電晶體受該回復開關單元傳輸的驅動訊號呈導通，該栓鎖器從該第二傳 輸節點接收該互補位元線寫入的該資料，並由該第一傳輸節點將該資料從該位元線輸 出，再停止導通該第一控制電晶體及該第二控制電晶體，由該備份訊號線傳輸訊號並驅 動該第三、四及五控制電晶體，並藉由呈導通的該第六控制電晶體傳輸該位元線寫入的 該資料，再由該第一電阻記憶元件的該設置端接收該資料，再由該重置端輸出該資料， 並藉由呈導通的該第三控制電晶體傳輸至該栓鎖器的該第一傳輸節點，反之，當栓鎖器 內儲存的該資料在該第一傳輸節點時，該位元線所寫入的該資料由該第二電阻記憶元件 的該設置端接收，再由該重置端輸出該資料，並藉由呈導通的該第四控制電晶體傳輸至 該栓鎖器的該第二傳輸節點，使該第一電阻記憶元件與該第二電阻記憶元件皆呈低阻值 狀態。
6. 如申請專利範圍第 5 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該第一電阻記憶元件 及該第二電阻記憶元件皆具有可轉態的一高阻態及一低阻態，每一該電阻記憶元件的該 設置端接收該資料時，該電阻記憶元件呈低阻態，該重置端接收該資料時，該電阻記憶 元件呈高阻態。 7. 如申請專利範圍第 6 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該第一電阻記憶元件 與該第二電阻記憶元件在該成型模式皆呈低阻態。 8. 如申請專利範圍第 6 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該非揮發性靜態隨機 存取記憶體在呈該成型模式後及在該操作模式前，更具有一初始化模式，當成型操作後 該第一電阻記憶元件及該第二電阻記憶元件的各該設置端皆接收該資料並呈低阻態時， 該位元線停止寫入該資料，使該栓鎖器的該第一傳輸節點的資料藉由呈導通的該第三控 制電晶體傳輸至該第一電阻記憶元件的該重置端，再由該設置端輸出該資料，並藉由呈 導通的該第六控制電晶體傳輸至該位元線，令該第一電阻記憶元件轉態呈高阻態。 9. 如申請專利範圍第 2 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶 體，其中該控制開關單元包括 一第一節能電晶體，該備份判斷單元包括一第二節能電晶體、一第三節能電晶體、一第 四節能電晶體、一第五節能電晶體、一第六節能電晶體、一第七節能電晶體、一第八節 能電晶體、一第九節能電晶體、一第十節能電晶體及一第十一節能電晶體，該回復開關 單元包括一第十二節能電晶體，該控制開關單元、備份判斷單元及該回復開關單元的每 一個電晶體皆具有一第一源/汲極、一第二源/汲極與一閘極，且該第二、四、六、八、十 一及十二節能電晶體為 P 型，該第一、三、五、七、九及十節能電晶體為 N 型；其中該 第一、三、五、七及九節能電晶體的各該第二源/汲極係電性耦接至該參考電位，該第二 及四節能電晶體的各該第一源/汲極係電性耦接至一第一電壓源，該第六及八節能電晶體 的各該第一源/汲極係電性耦接至一第二電壓源，該第十及十二節能電晶體的各該閘極係 電性耦接至該第二電壓源，該第十一節能電晶體的該閘極係電性耦接至反相的該第二電 壓源，該第二及三節能電晶體的各該閘極係電性耦接至該備份訊號傳輸線，該第二節能 電晶體的該第二源/汲極與該第三節能電晶體的該第一源/汲極係電性耦接至該第四及五節 能電晶體的各該閘極，該第四節能電晶體的該第二源/汲極與該第五節能電晶體的該第一 源/汲極係電性耦接至該第七電晶體的該閘極，該第六電晶體的閘極係電性耦接 至一預充 電訊號，該第六節能電晶體的該第二源/汲極與該第七節能電晶體的該第一源/汲極係電性 耦接至該第八及九節能電晶體的各該閘極，該第八節能電晶體的該第二源/汲極與該第九 節能電晶體的該第一源/汲極係電性耦接至該第十及十一節能電晶體的各該第一源/汲極， 該第十及十一節能電晶體的各該第二源/汲極係電性耦接至該備份設定單元，該第十二節 能電晶體的該第一源/汲極係電性耦接至一第三電壓源，該第二源/汲極係電性耦接至該備 份設定單元。 10. 如申請專利範圍第 9 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該節點電壓具有一高 準位及一低準位，該備份判斷單元係依據該高準位驅動該備份設定單元，以及依據該低 準位停止驅動該備份設定單元。 11. 如申請專利範圍第 10 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該備份判斷單元的該 第六節能電晶體在資料備份模式時接收該預充電訊號，使該第六節能電晶體的第二源/汲 極及第七節能電晶體的第一源/汲極節點被預先受第二電壓源充電一充電電壓，當該節點 電壓呈高準位且該第三、四、七、八、十及十一節能電晶體被驅動呈導通、該充電電壓 受該第七節能電晶體放電至該參考電位時，使該第二電壓源輸出至該備份設定單元，令 該備份設定單元受 該第二電壓源驅動呈導通；當該節點電壓呈低準位且該第二、五、十
12. 如申請專利範圍第 11 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該備份判斷單元更包 括一回授反向器，該回授反向器具有一個輸入端及一個輸出端，該回授反向器的該輸入 端係電性耦接至該第九節能電晶體的該第一源/汲極，該回授反向器的該輸出端係電性耦 接至該第六節能電晶體的該第二源/汲極。 13. 如申請專利範圍第 9 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該回復開關單元的該 第十二電晶體在資料回復模式時，受該第二電壓源驅動呈導通，並使該第三電壓源輸出 至該備份設定單元，使該備份設定單元受該第三電壓源驅動呈導通。 14. 如申請專利範圍第 9 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該第一電壓源、該第 二電壓源、該第三電壓源，可依據選用的製程技術改變以上電壓源的電位。 15. 如申請專利範圍第 2 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該第一與第二電阻記 憶元件可用任何非揮發性記憶元件做取代。 16. 如申請專利範圍第 1 項所述的非揮發性靜態隨機存取記憶體，其中該節能模組為該記憶 細胞所使用，其依據該備份訊號傳輸線所傳輸的訊號做判斷是否備份，以及透過該備份 設定線設定備份，該節能模組依此原理涵蓋任何電路架構所呈現。 圖式簡單說明 圖 1A 是根據本案一實施例之非揮發性靜態隨機存取記憶體的電路圖；圖 1B 是圖 1A 之 非揮發性靜態隨機存取記憶體包含有節能模組之電路架構的電路圖；圖 2 是圖 1A、B 之非揮 發性靜態隨機存取記憶體呈一般操作模式儲存資料的電路導通示意圖；圖 3 是圖 1A、B 之非 揮發性靜態隨機存取記憶體呈一般操作模式時儲存另一資料型態的電路導通示意圖； 圖 4 是 圖 1A、B 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈資料備份模式前，進行備份資料是否需備份之判 定的電路導通示意圖；圖 5 是圖 4 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈資料備份模式且判定需 備份，使備份記憶單元的第一電阻記憶元件做儲存的電路導通示意圖；圖 6 是圖 4 之非揮發 性靜態隨機存取記憶體呈資料備份模式並使備份記憶單元的第二電阻記憶元件做儲存的電路 導通示意圖；圖 7 是圖 4 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈資料備份模式並判定不需備份時 的電路導通示意圖；圖 8 是圖 1A、B 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈資料回復模式的電路 導通示意圖；圖 9 是圖 1A、B 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈成型模式前的電路導通示意 圖；圖 10 是圖 9 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈成型模式對第一電阻記憶元件做成型的電 路導通示意圖；圖 11 是圖 9 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈成型模式對第二電阻記憶元件 做成型的電路導通示意圖；圖 12 是圖 1A、B 之非揮發性靜態隨機存取記憶體呈進行初始化 模式的電路導通示意圖；及圖 13 是根據本案另一實施例之非揮發性靜態隨機存取記憶體 的 電路圖。
