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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Lesen von Widerstands-basierten
Speichervorrichtungen wie von MRAM Vorrichtungen (MRAM = Magnetwiderstands
Direktzugriffsspeicher), die logische Werte als Widerstandszustände in einer
Speicherzelle speichern.
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1 zeigt
ein Beispiel einer Widerstands-basierten Speicher-Array Architektur,
genannt ein Matrix Array. Das Speicher Array 8 beinhaltet
eine Mehrzahl von Reihenleitungen 6, die orthogonal zu
einer Mehrzahl von Spaltenleitungen 12 angeordnet sind.
Jede Reihenleitung ist über
eine entsprechende Widerstandsspeicherzelle 14 an jede
der Spaltenleitungen gekoppelt. Der Widerstandswert jeder Speicherzelle
speichert einen von zwei oder mehr logischen Werten, je nachdem
welcher Wert einer Mehrzahl von Widerstandswerten für die Anzeige programmiert
ist. Ein Merkmal des Matrix Arrays, das Widerstandszellen 14 mit
daran angeschlossenen Reihen- und Spaltenleitungen aufweist, besteht
darin, dass das Array keine Speicherzellenzugriffstransistoren enthält.
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Eine
MRAM Vorrichtung ist ein Ansatz zum Implementieren eines Widerstands-basierten
Speichers. In einem MRAM beinhaltet jede Widerstandsspeicherzelle
eine „gepinnte" Magnetschicht (Pinned magnetic
Layer), eine gelesene Magnetschicht und eine Tunnelbarrierenschicht
zwischen den gepinnten und den gelesenen Schichten. Die gepinnte
Schicht weist eine fixierte magnetische Ausrichtung auf, und eine
magnetische Ausrichtung der gelesenen Schicht kann für verschiedene
Orientierungen programmiert werden. Der Widerstand der Zelle variiert
je nach Ausrichtung der gelesenen Schicht. Ein Widerstandswert,
zum Beispiel ein höherer
Wert, dient zum Bezeichnen einer logischen „Eins", während
ein anderer Widerstandswert, zum Beispiel ein niedrigerer Wert,
dazu dient, eine logische „Null" zu bezeichnen. Die
gespeicherten Daten werden gelesen, indem die entsprechenden Widerstandswerte
der Zellen gelesen und die gelesenen Widerstandswerte als logische
Zustände
der gespeicherten Daten interpretiert werden.
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Zum
Lesen des binären
Logikzustands muss die absolute Größe des Speicherzellenwiderstands nicht
unbedingt bekannt sein; es muss lediglich bekannt sein, ob der Widerstand über oder
unter einem Schwellenwert zwischen den logischen Eins- und den logischen
Null-Widerstandswerten liegt. Trotzdem ist das Lesen des logischen
Zustands eines MRAM Speicherelements schwierig, weil die Technologie
der MRAM Vorrichtung zahlreiche Einschränkungen auferlegt.
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Ein
MRAM Zellenwiderstand wird an der Spaltenleitung der adressierten
Zelle gelesen. Um die Zelle zu lesen, wird typisch eine an diese
Zelle angeschlossene Reihenleitung geerdet, während die restlichen Reihenleitungen
und Spaltenleitungen auf einer bestimmten Spannung gehalten werden.
Durch Reduzieren oder Beseitigen der Transistoren aus einer Speicherzelle
ist es möglich,
die „Real
Estate" Anforderungen
der Zelle zu reduzieren, die Speicherdichte zu erhöhen und
die Kosten zu reduzieren. Eine Zelle eines Matrix Arrays, wie sie
oben besprochen wurde, beinhaltet keine Transistoren. Dies wird
dadurch erreicht, dass man jedem resistiven Element erlaubt, jederzeit
an die entsprechenden Reihen- und Spaltenleitungen gekoppelt zu
bleiben. Dies hat zur Folge, dass beim Lesen einer Speicherzelle
diese auch auf einem Nebenweg mit signifikantem Kriechstrom durch
die anderen Speicherzellen der adressierten Reihenleitung geführt wird.
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In
einer konventionellen MRAM Vorrichtung beträgt der differenzielle Widerstand
zwischen einer logischen Eins und einer logischen Null typisch ungefähr 50 KΩ oder 5
Skalenprozent. Dementsprechend variiert eine Lesespannung an der
gelesenen MRAM Vorrichtung um ungefähr 5 Skalenprozent zwischen den
logischen Eins- und logischen Nullzuständen.
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Ein
Ansatz zum Lesen des MRAM Widerstands besteht dann, einen Strom
entsprechend einer Lesespannung im Zeitverlauf zu integrieren, und die
resultierende integrierte Spannung nach einer gegebenen Zeitperiode
zu lesen. Dies kann dadurch geschehen, dass man eine Spannung an
einen Eingang eines Transkonduktanz Verstärkers anlegt und einen vom
Verstärker
ausgegebenen Strom in einem Kondensator kumuliert.
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2 veranschaulicht
die theoretische Veränderung
in der Spannung an einem solchen Kondensator im Zeitverlauf. Das
Zeitintervall tm, das die Kondensatorspannung
braucht, um von einer Anfangsspannung V bis auf eine Bezugsspannung
Vref zu steigen, ist auf die Spannung bezogen,
die an den Eingang des Transkonduktanz Verstärkers angelegt wurde.
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Wie
jedoch in 3 gezeigt, ist das Lesesystem
für stochastische
Geräusche
anfällig.
Eine Geräuschkomponente
auf der integrierten Spannung kann leicht das gemessene Signal überwinden.
Die resultierende Messung erzeugt ein fehlerhaftes Ergebnis, wenn
das Geräusch-Spannungs-Signal
den Schwellenwert der Bezugsspannung (V) zur Zeit terr kreuzt.
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EP 1096501 offenbart ein ähnliches
System in dem ein Leseverstärker
die Integrationszeit eines Signals auf einem Integrator misst, um
den Zustand der MRAM-Zelle zu bestimmen. Das System kann also unter
der Wirkung des stochastischen Geräusches leiden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Lesen eines Widerstandszustands
einer resistiven Speicherzelle dar, umfassend: Führen eines Stroms durch die
Speicherzelle zur Erzeugung einer Spannung an der Speicherzelle;
Koppeln der Spannung über
mindestens einen integrierenden Verstärker an einen digitalen Zähler; wiederholtes
Zunehmen und Abnehmen einer digitalen Zählerzählung des digitalen Zählers derart,
dass ein gleitender Durchschnittswert der Zählung, im Zeitverlauf betrachtet,
sich mit einer Geschwindigkeit ändert,
die zu der Größe der an
der resistiven Speicherzelle anliegenden Spannung in Beziehung steht;
und Beziehen eines Momentanwerts der zu einem bestimmten Zeitpunkt
gelesenen Zählung
auf den Widerstandszustand der resistiven Speicherzelle.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden verständlicher
beim Lesen der folgenden ausführlichen
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt
einen Teil der konventionellen MRAM Vorrichtung, bei der ein Matrix
Array zum Einsatz kommt;
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2 zeigt
ein idealisiertes Zeit-Spannungsdiagramm einer integrierten Spannung
gemäß eines Verfahrens
zum Lesen des MRAM Zellenwiderstands;
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3 zeigt
ein idealisiertes Zeit-Spannungsdiagramm gemäß 2 mit einer
zusätzlichen
Spannungsgeräusch-Komponente;
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4 zeigt
einen Teil einer erfindungsgemäßen magnetischen
Direktzugriffsspeichervorrichtung;
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5 zeigt
einen Teil der Vorrichtung von 4 während des
Zellenlesens;
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6 zeigt
eine erfindungsgemäße Leseschaltung
in Form eines Blockdiagramms;
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7A bis 7D zeigen
Zeitverlaufdiagramme für
ein Spannungssignal der Schaltung von 6 mit Nulleingang
und verwandten Werten;
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8A bis 8C zeigen
Zeitverlaufdiagramme für
ein idealisiertes Spannungssignal der Schaltung von 6 mit
einem ersten Nichtnulleingang und verwandten Werten;
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9A und 9B zeigen
Zeitverlaufdiagramme für
ein idealisiertes Spannungssignal der Schaltung von 6 mit
einem zweiten unterschiedlichen Nichtnulleingang und verwandten
Werten;
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10A bis 10D zeigen
Zeitverlaufdiagramme für
ein Spannungssignal gemäß 8A und 8B mit
einer zusätzlichen
Geräuschkomponente;
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Leseschaltung;
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12A bis 12B zeigen
Zeitverlaufdiagramme gemäß 9A und 9B entsprechend der
Schaltung von 11;
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13 zeigt
ein beispielhaftes digitales System, das eine Speichervorrichtung
mit einer Leseschaltung gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Signal an einem digitalen Zähler empfangen, welches Signal
einen programmierten Widerstandszustand einer resistiven Speicherzelle
darstellt. Ein nach einem Lesezeitintervall gelesener resultierender
digitaler Zählungswert
stellt den Widerstandszustand der Speicherzelle dar. Weil der Zählungswert digitalisiert
ist und über
eine längere
Zeitdauer erworben wurde, wird das stochastische HF-Geräusch im System
ausgefiltert.
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4 zeigt
als schematische Übersicht
einen Teil der Speichervorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung.
Ein Matrix Array von resistiven Speicherzellen ist derart konfiguriert,
dass der Widerstand einer bestimmten Speicherzelle durch eine Lesespannung
dargestellt werden kann. Die Vorrichtung 5 beinhaltet ein
Array 8 von MRAM Zellen 14, eine Mehrzahl von
beabstandeten elektrisch leitenden Reihenleitungen 6 und
eine Mehrzahl von beabstandeten elektrisch leitenden Spaltenleitungen 12. Die
Mehrzahl der Reihenleitungen 6 ist im wesentlichen orthogonal
zu der Mehrzahl von Spaltenleitungen 12 angeordnet, definierend
eine Mehrzahl von überlappenden
Regionen an den entsprechenden Kreuzungen. In anderen Ausführungsformen
können die
Reihen- und Spaltenleitungen in schräger beabstandeter Beziehung
zueinander angeordnet sein. Jede Reihenleitung ist über eine
entsprechende Mehrzahl von resistiven MRAM Zellen 14 an
jede der Mehrzahl von Spaltenleitungen angeschlossen. Eine Mehrzahl
von Schaltgeräten 51,
die typisch durch Transistoren implementiert werden, sind jeweils
an eine entsprechende Leitung der Reihenleitungen 6, eine
erste Quelle mit konstanten Potential (Erde) 20 und eine
zweite Quelle mit konstantem Potential (Array Spannung Va) 24 gekoppelt. Eine Steuerschaltung 61 beinhaltet
einen Reihen-Dekodierer und ist, wie bei 62 dargestellt,
an jede der Mehrzahl von Schaltgeraten 51 gekoppelt. Die
Schaltgeräte 51 sind darauf
eingerichtet, die Reihenleitungen 6 abwechselnd an Erde 20 und
an eine Spannungsquelle Va 24 unter
Steuerung der Steuerschaltung 61 anzuschließen. Die Steuerschaltung 61 hält jede
der Mehrzahl von Schaltgeräten 51 in
einem geerdeten Standard-Reihenleitungs-Zustand. Das Schaltgerät 52 veranschaulicht
den Zustand von Schaltgerät 51, wenn
die Reihe 54 während
eines Lesezyklus ausgewählt
wird. Eine Mehrzahl von Leseschaltungen 50 sind jeweils
an die Mehrzahl von Spaltenleitungen 12 angeschlossen.
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Eine
Stromversorgung stellt eine elektrische Spannungsquelle bereit,
die die verschiedenen elektrischen Potentiale liefert, mit der die
Schaltung arbeitet. Die Stromversorgung definiert drei Potentiale
einschließlich
eines Erdungspotentials 20, einer Betriebsspannung Vcc
für die
Schaltungselemente und der Spannung Va 24,
die wie oben beschrieben angeschlossen sind. Gemäß eines Aspekts der Erfindung ist
die Spannung Va 24 ungefähr 5 Volt.
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In 5 ist
dargestellt, dass die ausgewählte Reihenleitung 54 über das
ausgewählte
Schaltgerät 52 an
die Spannung Va 24 gekoppelt ist.
Eine bestimmte adressierte Spaltenleitung 30 der Mehrzahl von
Spaltenleitungen 12 ist ebenfalls dargestellt Die bestimmte
Speicherzelle 38, die die ausgewählte Reihenleitung 54 und
die bestimmte Spaltenleitung 30 miteinander verbindet,
ist ebenfalls dargestellt. Eine entsprechende Leseschaltung 130 ist
betrieblich an die Spaltenleitung 30 angeschlossen, um
die Spannung der Spaltenleitung 30 mit Bezug auf Erde 20 zu
lesen.
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Wie
dargestellt, sind zwischen der Spaltenleitung 30 und einer
entsprechenden Mehrzahl von Reihenleitungen 6 Nebenweg-Speicherzellen,
wie beispielsweise 34, 40, 42, 44, 46 eingefügt, die
einen Subsatz der Mehrzahl von Speicherzellen 14 bilden. Jede
Reihenleitung 6, außer
der an die gelesene Zelle 38 angeschlossene Leitung, ist
durch ein entsprechendes Schaltgerät 51 geerdet. Somit
wird durch die parallelen Kombinationen von Nebenwegzellen, wie
beispielsweise 34, 40, 42, 44, 46,
ein Spannungsteiler gebildet, der mit einer bestimmten Widerstandszelle 38,
die gelesen wird, in Reihe geschaltet ist. Spaltenleitung 30 definiert
einen Leseknoten zwischen den Nebenwegzellen und der gelesenen Zelle 38.
Die Lesespannung an Spaltenleitung 30 ist an die Leseschaltung 130 gekoppelt.
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In
einer Ausführungsform
liegt der Widerstand der ausgewählten
resistiven Speicherzelle 38 in einem Bereich von ungefähr 900 KΩ bis ungefähr 1,1 MΩ. Bei verschiedenen
bereitgestellten Ausführungsformen,
die gängige
Technologie verwenden, kann der Speicherzellenwiderstand im Bereich
von 900 KΩ bis
ungefähr
1 MΩ im
niedrigen Widerstandszustand und in einem Bereich von ungefähr 950 KΩ bis ungefähr 1,1 MΩ im hohen
Widerstandszustand liegen. In einer bestimmten Vorrichtung überlappen die
niedrigen und hohen Bereiche sich nicht. Es versteht sich, dass
Fortschritte in der Technologie der resistiven Zelle andere Widerstandswerte
ergeben könnten,
auf die jedoch die vorliegende Erfindung wirksam angewendet werden
kann.
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6 veranschaulicht
eine erfindungsgemäße Ausführungsform,
in der eine Leseschaltung 200 einen Eingangsknoten 210 aufweist,
der an eine Spaltenleitung 30 einer resistiven Speichervorrichtung
angeschlossen ist. Die Leseschaltung beinhaltet einen Transkonduktanz
Verstärker 212.
Der Transkonduktanz Verstärker 212 weist
eine Transfer-Funktion auf, derart, dass ein an einem Ausgangsknoten 216 des
Verstärkers
ausgegebener Strom 214 auf eine Spannung bezogen ist, die
an einen Eingangsknoten 218 des Verstärkers angelegt wird. Der Ausgangsknoten 216 des
Verstärkers
ist an eine erste Platte 220 eines Kondensators 222,
an einen ersten Eingang 224 eines getakteten Komparators 226,
an einen Eingang 228 einer Stromversorgungsschaltung 230 und
(wahlweise) an einen Ausgang 232 einer analogen voreingestellten
Schaltung 234 angeschlossen. Es ist zu beachten, dass die
Funktion der analogen voreingestellten Schaltung von einem korrekt
konfigurierten Transkonduktanz Verstärker 212 ausgefürt werden
kann, so dass sich eine separate analoge voreingestellte Schaltung
erübrigt.
Die Stromversorgungsschaltung 230 ist darauf eingerichtet,
einen Strom abwechselnd an die erste Kondensatorplatte 220 zu
liefern bzw. von dieser abzuziehen, entsprechend des Zustands eines
Steuersignals, das an einen Steuereingang 236 der Stromquelle 230 angelegt
wird. Der getaktete Komparator 226 beinhaltet einen zweiten
Eingang 238, der durch eine Bezugsspannungsquelle 240 auf
einer Bezugsspannung Vref 312 (7A)
gehalten wird, einen Takteingang 242, der darauf eingerichtet ist,
ein Taktsignal zu empfangen, und einen Ausgang 244. Der
Ausgang 244 des Komparators 226 ist an einen Aufwärts/Abwärts-Eingang 246 eines
getakteten Zählers 248 und
an den Steuereingang 236 der Stromversorgungsschaltung 230 gekoppelt.
Der getaktete Zähler 248 beinhaltet
einen Takteingang 250, einen voreingestellten Eingang 252 und
einen digitalen Zählungsausgang 254 einschließlich einer
Mehrzahl von digitalen Ausgangsleitungen 256.
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Im
Betrieb wird durch die analoge voreingestellte Schaltung 234 eine
voreingestellte Spannung 311 (7A) am
Kondensator 222 aufgebaut. Am Ausgang 254 des
Zählers 248 wird
durch einen an den digitalen voreingestellten Eingang 252 angelegten
Signalübergang
ein digitaler voreingestellter Wert eingerichtet.
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In
der Annahme, dass die voreingestellte Spannung 311 am Kondensator 222 unter
der Bezugsspannung Vref 312 liegt,
die an den zweiten Eingang 238 des Komparators 226 angelegt
wurde, legt der Ausgang 244 des Komparators 226 einen
einem „Aufwärts" Eingang entsprechenden
ersten Wert an den Eingang 246 des digitalen Zählers 248 an,
sobald der Takteingang 242 des Komparators 226 einen
Taktsignalübergang
empfängt.
Der von dem Komparator ausgegebene erste Wert wird auch an den Steuereingang 236 der
Stromversorgungsschaltung 230 angelegt. Dementsprechend
fließt
Strom 262 vom Eingang 228 der Stromversorgungsschaltung 230,
um die Spannung am Kondensator 222 über seine voreingestellte Spannung 311 hinaus
zu erhöhen.
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7A zeigt
das resultierende Spannungssignal 302 am Kondensator 222,
wenn keine Spannung an den Eingang 218 des Verstärkers 212 angelegt
wird.
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Die
Spannung 302 am Kondensator 222 steigt über die
Spannungsschwelle hinaus an, die durch die Bezugsspannung 312 definiert
wurde, die an den Eingang 238 des Komparators 226 angelegt wurde.
Danach steigt die Spannung am Kondensator 222 weiter an,
bis ein Taktübergang
von Taktsignal 306 (7C) am
Takteingang 242 des Komparators 226 detektiert
wird. Nach Detektion eines Taktübergangs
schaltet der logische Zustand des Ausgangs 244 von Komparator 226 um
(zum Beispiel von „Aufwärts" nach „Abwärts"). In Reaktion darauf ändert die Stromversorgungsschaltung 230 den
Zustand, um mit dem Abziehen von Strom 260 vom Kondensator 222 zu
beginnen. Während
Strom 260 aus dem Kondensator heraus fließt, fällt die
Spannung am Kondensator zuerst bis auf und dann unter den Bezugsspannungs
Vref Pegel ab. Danach, wenn das Taktsignal 306 am
Eingang 242 von Komparator 226 den Zustand wechselt,
schaltet der Komparatorausgang wieder um.
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Die
resultierende Spannung 302 des Kondensators 222 oszilliert
mit einer symmetrischen dreieckigen Wellenform.
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7B zeigt
das Zählertaktsignal 304,
das an den Takteingang 250 des Zählers 248 angelegt wird.
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7C zeigt
das Komparator-Taktsignal als 306, das an den Takteingang 242 des
Taktkomparators 226 angelegt wird.
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7D zeigt
einen Ausgangszählungswert 308,
der am Ausgang 254 des Zählers 248 angezeigt wird.
Man beachte, dass die Ausgangszählung 308 mit
einem digitalen voreingestellten Wert 310 beginnt.
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Der
Zähler
zählt zyklisch
weg vom voreingestellten Wert und wieder zu diesem zurück. Folglich zählt der
Zähler
abwechselnd aufwärts
und abwärts, und
der Zeitdurchschnittswert der digitalen Zählerzählung bleibt weitgehend konstant
(nahe des digitalen voreingestellten Werts). Stochastische Geräusche am
Eingang des Komparators können
bewirken, dass der Wert am Zähler
zunimmt, wenn er nicht zunehmen sollte. Im Laufe der Zeit tendieren
Zufallsgeräusche
jedoch dazu zu bewirken, dass der Zähler so viele zufälligen Abwärtszählungen
wie Aufwärtszählungen
ausführt.
Die Geräusche
heben sich gegenseitig auf. Der Zähler bewirkt also, dass Hochfrequenzgeräusche im
System ausgefiltert werden.
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Wenn
das an den Eingang 218 von Verstärker 212 angelegte
Eingangs Spannungssignal nicht Null ist, wird ein entsprechender
Nicht-Null-Strom 214 an die erste Platte 220 des
Kondensators 222 angelegt. 8A zeigt
die resultierende Spannungswellenform an der ersten Platte 222 des
Kondensators 220, wenn eine erste Spannung an den Eingang 218 des
Verstärkers 212 angelegt
wird.
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Der
Strom 214 vom Verstärker 212 wird
zu den Strömen 260, 262 der
Stromversorgungsschaltung hinzuaddiert. Wenn zum Beispiel die Bewegungsrichtung
des aus dem Verstärker 212 kommenden
Stroms 214 dazu tendiert, den Kondensator 222 zu
laden, lädt
der Kondensator 222 ein bisschen schneller und entlädt sich
ein bisschen langsamer als in dem Fall für das Signal 302 von 7A.
Folglich tendiert in der Zeit zwischen den Übergängen des Komparator-Taktsignals 306 die
Spannung am Kondensator 222 dazu, in der unmittelbar darauffolgenden
Zwischenübergangszeit
etwas mehr zu steigen als zu fallen. Das Ergebnis ist, dass die
Durchschnittsspannung am Kondensator im Laufe der Zeit mehr und
mehr steigt, bis die uberschüssige
Ladung am Kondensator auf einen Punkt angestiegen ist, an dem die
während
eines Taktintervalls eintretende Entladung nicht mehr ausreicht,
die Spannung des Kondensators unter die Bezugsspannung Vref 312 abzusenken. Folglich liegt
die Spannung 320 am Kondensator 222 aber der Bezugsspannung 312 für zwei aufeinanderfolgende Übergänge t9, t10 des Taktsignals 307 (wie
in 8C dargestellt), das an den Takteingang 242 des
getakteten Komparators 226 angelegt ist. Dies spiegelt
sich in der digitalen Zählung
am nächsten
darauffolgenden Übergang
des Taktsignals wider, das an den Eingang 250 des Zählers 248 angelegt
ist. Wie dargestellt, ändert
sich der Zeitdurchschnittswert des Zählerausgangs von einem ersten Wert 324 in
einen zweiten Wert 326.
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Da
Strom 214 aus dem Verstärker 212 in
den Kondensator 222 fließt, wiederholt sich diese Situation
regelmäßig, und
die zeitliche Durchschnittszählung
am digitalen Zähler
steigt mit einer Geschwindigkeit, die der Größe der Spannung entspricht,
die am Eingang 218 des Verstärkers 212 anliegt.
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8B veranschaulicht
grafisch den Wertausgang des digitalen Zählers 248, der dem
Spannungssignal von 8A entspricht. Die vertikale Achse
zeigt einen digitalen Wert, wie er am Ausgang 254 des getakteten
Zählers 248 angezeigt
wird. Die horizonale Achse zeigt die Zeit.
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Die
Grafik von 8B zeigt somit bei Zeit t0 einen Zählungswert 310,
der gleich dem „digitalen voreingestellten
Wert" ist. Danach
steigt der Zählungswert
um eine Einheit auf („digitaler
voreingestellter Wert” +
1) 325 und fallt wieder zurück auf den digitalen voreingestellten
Wert 310. Dies tritt wiederholt auf, bis bei Zeit t10 die Zählung
von dem digitalen voreingestellten Wert 310 bei 329 um
eine zusätzliche
Einheit auf („digitaler
voreingestellter Wert” – 1) 327 zurückfällt. Eine
Zeitlang danach schwankt der Zählerausgang
im Zeitverlauf zwischen („digitaler voreingestellter
Wert” – 1) 327 und
digitalem voreingestellten Wert 310.
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9A zeigt
das resultierende Spannungssignal 340 am Kondensator 222,
wenn eine andere (beispielsweise eine größere) Spannung an den Eingang 218 des
Verstärkers 212 angelegt
wird. Wie im Falle von 6A steigt die
Durchschnittsspannung am Kondensator mit der Zeit. Da jedoch der
vom Verstärker 212 gelieferte
Strom 214 größer als
im Falle von 8A ist, ist die Geschwindigkeit
dieses Anstiegs in der mittleren Kondensatorspannung schneller als
die in 8A. Folglich treten, wie in 9B dargestellt,
zwei aufeinanderfolgende Abwärtszählungen 342, 344 häufiger auf
als im Falle von 6A. Das Ergebnis
ist, dass der digitale Zähler 248 schneller
vom digitalen voreingestellten Wert 310 zurückzählt, da
eine höhere
Spannung an den Eingang 218 des Verstärkers 212 angelegt
wird.
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9B veranschaulicht
grafisch den Zählungswertausgang
des digitalen Zählers 248 entsprechend
des Spannungssignals von 9A.
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10A ist eine Reproduktion der Grafik von 8A,
mit der Ausnahme, dass eine Geräuschkomponente
zum Spannungssignal 320 am Kondensator 220 hinzuaddiert
wurde. Wie zu sehen ist, kann ein solches Geräusch bewirken, dass die digitale Zählung den
Zustand etwas vor (10C) oder etwas nach (10D) der Übergangszeit
tt, eines geräuschlosen Systems (10B) wechselt. Ein derartiger früher oder
später Übergang
hat jedoch keine wesentliche Auswirkung
auf die endgültige
Zählung nach
einer relativ langen Abtastdauer.
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11 zeigt
einen weiteren Aspekt der Erfindung, in der eine zweite Verstärkerstufe
verwendet wird, um die Signalempfindlichkeit weiter zu erhöhen. Wie
in 6 beinhaltet der Spannungsteiler 33 die Spaltenleitung 30,
die sowohl an ein erstes Ende der gelesenen Speicherzelle 38 als
auch an ein erstes Ende des Nebenweg-Widerstands 39 gekoppelt
ist. Ein Eingangsknoten 210 der Leseschaltung ist ebenfalls
an die Spaltenleitung 30 gekoppelt. Bin zweites Ende des
Nebenweg-Widerstands 39 ist an Erdpotential 20 gekoppelt,
und ein zweites Ende der gelesenen Speicherzelle 38 ist
an eine Quelle der Array Spannung (Va) 22 gekoppelt.
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Wie
bei der Schaltung von 6 beinhaltet 11 einen
Transkonduktanz Verstärker 212 mit
einem an den Eingangsknoten 210 zu Spaltenleitung 30 gekoppelten
Eingang 218 und einem an die erste Platte 220 des
ersten Kondensators 222 gekoppelten Ausgang 216.
Anstatt jedoch direkt an einen Eingang des getakteten Komparators 226 gekoppelt
zu sein, ist die Kondensatorplatte 220 an einen Eingang 518 eines
weiteren Transkonduktanz Verstärkers 512 gekoppelt.
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Ein
Ausgang 516 des weiteren Transkonduktanz Verstärkers 512 ist
an eine zweite Platte 520 eines zweiten Kondensators 522 sowie
an den Eingang 224 des getakteten Komparators 226 gekoppelt.
Der Ausgang 224 des getakteten Komparators 226 ist
an den Eingang 246 des Zählers 248 sowie an den
Eingang 528 einer zweiten Stromversorgungsschaltung 530 gekoppelt.
Der Ausgang 224 des getakteten Komparators 226 ist
ferner über
einen Inverter 503 an einen Eingang 536 der zweiten
Stromversorgungsschaltung 530 gekoppelt.
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Die
Stromversorgungsschaltung 530 arbeitet somit gegenphasig
zu Stromversorgungsschaltung 230, so dass die Schaltung 530 der
Kondensatorplatte 520 Strom 260 zur gleichen Zeit
entzieht, wie die Stromversorgungsschaltung 230 Strom 262 an
die Kondensatorplatte 220 liefert (und umgekehrt).
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In
einer anderen Ausführungsform
könnte eine
einzelne Stromversorgungsschaltung dazu benutzt werden, entsprechende
Ströme
an beide Kondensatoren 222 und 522 zu liefern.
Ferner ist zu sehen, dass eine weitere voreingestellte analoge Schaltung 534 am
Ausgang 532 der Kondensatorplatte 520 gekoppelt
ist. Ein in der Technik bewanderter Fachmann kann aus dem oben Gesagten
ohne weiteres eine Schaltung ableiten, in der eine einzelne analoge
voreingestellte Schaltung zum Einrichten einer voreingestellten
Spannung an beiden Kondensatoren 222 und 522 benutzt
wird. Die Alternative ist, wie oben besprochen, eine gewünschte analoge
Voreinstellung über
die Verstärkerschaltungen 212, 512 einzurichten,
so dass keine separate analoge voreingestellte Schaltung benötigt wird.
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Gemäß eines
Aspekts der Erfindung zeigt der Verstärker 212 eine positive
Verstärkung,
während
der Verstärker 512 eine
negative Verstärkung zeigt.
Während
also die an den Eingang 518 angelegte Spannung zunimmt,
nimmt der aus dem Eingang 516 abfließende Strom 514 ab
(oder nimmt im negativen Sinne zu). Im Betrieb tendiert daher die Schaltung
in 11 dazu, ausgehend von einem digitalen voreingestellten
Wert aufwärts,
nicht abwärts zu
zählen.
Ein Beispiel dieses Verhaltens ist in den 12A und 12B dargestellt.
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12A zeigt die Spannung an einem Kondensator 522 im
Zeitverlauf. Die tatsächliche
Spannungsgrafik würde
sich aus Kurven zweiter Ordnung, nicht Segmenten von Linien zusammensetzen.
Die dargestellte Grafik wurde zur Vereinfachung der Darstellung
mit Segmenten von Linien approximiert.
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12B zeigt, wie der digitale Zähler 248 ausgehend
von einem digitalen voreingestellten Wert 310 mit Bezug
auf den Betrieb der Schaltung von 11 aufwärts zählt.
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Es
ist zu beachten, dass der Zeitdurchschnittswert der von der Stromversorgung 230 der Schaltung
von 6 gelieferte Nettostrom gleich dem Zeitdurchschnittswert
von Strom 214, gemessen über den gleichen Zeitraum,
ist. Des weiteren kann der Zeitdurchschnittswert des Zählerausgangs auf
einen Aufwärtstrend
oder einen Abwärtstrend eingerichtet
werden, abhängig
von der routinemäßigen Auswahl
der Schaltungsparameter. Es ist ferner zu beachten, dass in einem
Aspekt der Eingangsknoten 210 der Leseschaltung 200 auf
Wunsch seriell durch einen Kondensator an die Spaltenleitung 30 gekoppelt
werden kann, um eine DC-Komponente der Eingangsspannung auszufiltern.
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In
einer typischen Ausführungsform
werden während
eines einzelnen Widerstandsmessungs-Ereignisses hunderte, ja tausende von
Taksignal 306 Zyklen an den Takteingang 242 angelegt.
Zum Beispiel würde
ein Minimum von 500 Taktzyklen eine Auflösung von 0,2 Nanoamperes mit
Bezug auf den Strom 214 ergeben. Wie ein in der Technik
bewanderter Fachmann sofort erkennen wird, ist die Auswahl von Taktfrequenzen
und die Beziehung zwischen den Taktfrequenzen eine Sache des routinemäßigen Designs.
Zum Beispiel ist es nicht erforderlich, aber natürlich möglich, dass die Komparatoruhr und
die Zähleruhr
mit der gleichen Frequenz laufen.
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13 veranschaulicht
ein beispielhaftes Verarbeitungssystem 900, welches eine
Speichervorrichtung 17 verwendet, in der eine erfindungsgemäße Zellenwiderstands
Leseschaltung 200 zum Einsatz kommt. Das Verarbeitungssystem 900 beinhaltet
einen oder mehrere Prozessoren 901, die an einen lokalen
Bus 904 gekoppelt sind. Ein Speichersteuergerät 902 und
eine primäre
Busbrücke 903 sind
ebenfalls an den lokalen Bus 904 gekoppelt. Das Verarbeitungssystem 900 könnte mehrere
Speichersteuergeräte 902 und/oder
mehrere primiäre
Busbrücken 903 enthalten.
Das Speiehersteuergerät 902 und
die primären
Busbrücken 903 könnten als
einzelnes Gerät 906 integriert
werden.
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Das
Speichersteuergerät 902 ist
ferner an einen oder mehrere Speicherbusse 907 gekoppelt.
Jeder Speicherbus akzeptiert Speicherkomponenten 908, die
mindestens eine Speichervorrichtung 17 mit dem erfindungsgemäßen resistiven
Lesesystem beinhalten. Die Speicherkomponenten 908 könnten eine
Speicherkarte oder ein Speichermodul sein. Beispiele von Speichermodulen
beinhalten einzelne Inline-Speichermodule
(SIMMs) und doppelte Inline Speichermodule (DIMMs). Die Speicherkomponenten 908 beinhalten
ein oder mehrere zusätzlichen Gerate 909.
Zum Beispiel könnte
in einem SIMM oder einem DIMM das zusätzliche Gerät 909 ein Konfigurationsspeicher,
wie ein SPD (Serial Presence Detect) Speicher sein. Das Speichersteuergerät 902 könnte ferner
an einen Cachespeicher 905 gekoppelt sein. Der Cachespeicher 905 könnte der
einzige Cachespeicher im Verarbeitungssystem sein. Aber auch andere
Gerate, zum Beispiel die Prozessoren 901, könnten Cachespeicher
enthalten, die zusammen mit dem Cachespeicher 905 eine
Cache-Hierarchie bilden. Wenn das Verarbeitungssystem 900 periphere Geräte oder
Steuergeräte
enthält,
die Bus-Masters sind oder die Direktspeicherzugriff (DMA) ermöglichen,
könnte
das Speichersteuergerät 902 ein
Cache-Kohärenz
Protokoll implementieren. Wenn das Speichersteuergerät 902 an
eine Mehrzahl von Speicherbussen 907 gekoppelt ist, könnte für jeden Speicherbus 907 Parallelbetrieb
vorgesehen werden, oder verschiedene Adressbereiche könnten auf
verschiedene Speicherbusses 907 abgebildet werden.
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Die
primäre
Busbrücke 903 ist
an mindestens einen peripheren Bus 910 gekoppelt. Verschiedene
Geräte,
wie periphere Geräte
oder zusätzliche Busbrücken, könnten an
den peripheren Bus 910 gekoppelt sein. Diese Gerate könnten ein
Speichersteuergerät 911,
ein I/O-Gerät 914 fit
diverse Zwecke, eine sekundäre
Busbrücke 915,
ein Multimedienprozessor 918 und eine alte Geräteschnittstelle 920 sein.
Die primäre
Busbrücke 903 könnte ferner an
einen oder mehrere Spezialzweck-Hochgeschwindigkeitsports 922 gekoppelt
sein. In einem Personalcomputer zum Beispiel könnte der Spezialzweckport der
AGP (Accelerated Graphics Port) sein, der für die Kopplung einer Hochleistungs-Videokarte
an das Verarbeitungssystem 900 benutzt wird.
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Das
Speichersteuergerät 911 koppelt
ein oder mehrere Speichervorrichtungen 913 über einen Speicherbus 912 an
den peripheren Bus 910. Zum Beispiel könnte das Speichersteuergerät 911 ein SCSI
Steuergerät
sein und die Speichervorrichtungen 913 könnten SCSI
Disks sein. Das I/O-Gerät 914 könnte jede
beliebige Art von Peripheriegerät
sein. Zum Beispiel konnte das I/O-Gerät 914 eine lokale Schnittstelle
wie eine Ethernet-Karte sein. Die sekundäre Busbrücke könnte die Schnittstelle zu zusätzlichen
Geräten über einen
anderen Bus zum Verarbeitungssystem bilden. Zum Beispiel könnte die
sekundäre
Busbrücke
ein USB-Steuergerät
sein (USB = Universeller serieller Port), der zur Kopplung von USB-Geräten 917 an
das Verarbeitungssystem 900 dient. Der Multimedienprozessor 918 könnte eine Soundkarte,
eine Video Capture Karte oder jeder andere Typ von Medienschnittstelle
sein, die auch an ein zusätzliches
Gerät wie
an die Lautsprecher 919 gekoppelt sein könnte. Die
alte Schnittstelle 920 dient zur Kopplung von alten Geräten, Tastaturen
und Mäusen älteren Stils
an das Verarbeitungssystem 900.
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Das
in 13 veranschaulichte Verarbeitungssystem 900 ist
lediglich ein beispielhaftes Verarbeitungssystem, mit dem die Erfindung
verwendet werden kann. Obwohl 13 eine
Verarbeitungsarchitektur veranschaulicht, die insbesondere für einen Allzweckcomputer,
wie einen Personalcomputer oder eine Workstation, geeignet ist,
sollte man sich dessen bewusst sein, dass gut bekannte Modifikationen vorgenommen
werden können,
um das Verarbeitungssystem 900 so zu konfigurieren, dass
es eine bessere Eignung zum Einsatz in einer Vielfalt von Anwendungen
erlangt. Zum Beispiel könnten
viele elektronischen Geräte,
die Verarbeitung erfordern, mit einer einfacheren Architektur implementiert
werden, der eine an die Speicherkomponenten 908 und/oder die
Speichervorrichtungen 100 gekoppelte CPU 901 zugrunde
liegt. Solche elektronischen Geräte
sind zum Beispiel Audio/Video-Prozessoren
und Aufnahmegeräte,
Spielkonsolen, digitale Fernseher, drahtgebundene oder drahtlose
Telefone, Navigationsgeräte
(einschließlich
Systemen, die auf GPS basieren, und/oder Trägheitsnavigation) und digitale
Fotoapparate und/oder Rekorder, usw. Die Modifikationen könnten zum
Beispiel beinhalten: Eliminierung unnötiger Komponenten, Hinzufügung von
spezialisierten Geräten
oder Schaltungen und/oder Integration einer Mehrzahl von Geräten.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung in der obigen Darstellung beschrieben wurden, versteht
es sich, dass es sich um erfindungsgemäße Beispiele handelt, und die
Erfindung nicht auf diese begrenzt ist. Hinzufügungen, Löschungen, Substitutionen und
andere Modifikationen können vorgenommen
werden, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Dementsprechend ist die Erfindung als nicht auf die obige Beschreibung
beschränkt
zu betrachten, sondern nur durch den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt.