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研究生: 潘欣婷
論文名稱: 嵌入式非揮發性類比記憶體陣列之寫入速度改善及於生物分子感測之應用
Design of an embedded, analog nonvolatile memory array with improved programming speed and its application in biological molecule sensors
指導教授: 陳新
口試委員: 謝志成
鄭桂忠
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電子工程研究所
Institute of Electronics Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 嵌入式非揮發性類比記憶體
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  • 因為一般電子產品的記憶體需先將資料從數位轉成類比,再將類比轉成數位,需耗費面積和時間,若能直接儲存類比資料,則可節省面積和時間。由於目前CMOS製程的類比記憶體儲存時間較長,因此本篇論文為改善類比記憶體的寫入時間並且維持在八位元以上的解析度,並將記憶體單元擴充成陣列的方式,以儲存更多的電流值,另外,由於生物分子感測器的輸入端,會因為電極或表面材料的不穩定,造成錯誤的讀出訊號,因此透過類比記憶體,可校正電極或表面材料的不穩定,讓輸出準確的感測出輸入訊號。
    本篇論文一開始先介紹記憶體的抹除、寫入原理,接著透過測試元件,找出製程參數,使得可以在HSPICE模擬熱載子注入的情形。藉由電流比較器控制記憶體單元開始寫入與停止,當欲儲存的電流等於目標電流,即完成儲存。由於記憶體的寫入時間越快越好,因此加上正向放大器,以減少寫入時間,而生醫晶片的學習結果需解析度為八位元才能有效儲存,因此類比記憶體的解析度須達八位元,且寫入時間越快越好。
    因為有多筆的類比電流值需要儲存,因此將類比記憶體單元擴充成陣列的形式,再加上邏輯閘控制訊號,根據需儲存資料的多寡,選擇記憶體的數量,以儲存這些類比資料。由於0.35微米製程的MOS跨壓最多能承受5V,但因為使用傅勒-諾德翰穿隧需要到8V,因此透過電壓準位平移器,將5V提升到8V,並且讓電晶體的跨壓均小於或等於5V。
    為了讓類比記憶體單元亦可儲存電壓值,因此在第五章類比記憶體的應用部分,使用電壓比較器,控制記憶體單元寫入與停止,此時記憶體寫入的值為電壓值,因此可成功的將電壓值儲存下來,此為類比記憶體應用的部分,而在第六章結論與未來方向中,對於前面提過的電路,使用一些方法以改善電路特性,做出總結,並提出未來的研究方向


    摘要………………………………………………………………………………I 致謝……………………………………………………………………………II 章節目錄………………………………………………………………………III 圖目錄……………………………………………………………………………V 表目錄…………………………………………………………………………VII 第一章 緒論 1.1 研究動機與目標…………………………………………………………1 1.2 研究貢獻…………………………………………………………………1 1.3 章節架構…………………………………………………………………2 第二章 文獻回顧 2.1傅勒-諾德翰穿隧的原理和公式與參數的值…………………………3 2.1.1傅勒-諾德翰穿隧的原理………………………………………3 2.1.2傅勒-諾德翰穿隧的公式………………………………………4 2.1.3傅勒-諾德翰穿隧的Itun0與Vf的值…………………………4 2.2熱載子注入的原理和公式與參數的值和測試元件的結構………………5 2.2.1通道熱電子注入原理和通道熱電子注入閘極電流公式…………5 2.2.2通道熱電洞注入原理和通道熱電洞注入閘極電流公式…………6 2.2.3(a)游離化熱電子注入原理………………………………………7 2.2.3(b)游離化熱電子注入公式………………………………………7 2.2.3(c)熱載子注入的α與β的值………………………………………7 2.2.4游離化熱電洞注入原理和游離化熱電洞注入閘極電流公式……8 2.2.5測試元件的結構……………………………………………………9 2.3 類比記憶體文獻回顧……………………………………………………9 2.3.1自我收斂電流型類比記憶體電路…………………………………9 2.3.2懸浮閘電晶體於0.18μm單層多晶矽CMOS製程之開發與其在類比電路上 的應用………10 2.3.3嵌入式可雙向線性調適之非揮發性類比記憶體…………………12 2.3.4雙向線性寫入之嵌入式非揮發性類比記憶體……………………14 2.3.5高解析度非揮發性類比記憶體單元……………………………………15 2.3.6類比記憶體陣列電路……………………………………………………16 第三章 類比記憶體單元 3.1電路架構……………………………………………………………………18 3.1.1 電流比較器………………………………………………………19 3.1.2 補償時脈饋入……………………………………………………20 3.2正向放大器…………………………………………………………………21 3.3電路模擬圖…………………………………………………………………22 第四章 類比記憶體陣列 4.1電路架構與多工器…………………………………………………………24 4.1.1 緩衝器……………………………………………………………28 4.2電壓準位平移器……………………………………………………………29 4.3電路模擬圖……………………………………………………………….31 4.4晶片佈局圖……………………………………………………………….38 第五章 類比記憶體的應用 5.1 生物分子感測電路………………………………………………………39 5.2 整合類比記憶體與感測電路之架構……………………………………40 5.3 電壓比較器與記憶體單元的電路設計…………………………………41 5.4 電路模擬圖………………………………………………………………43 第六章 結論和未來方向………………………………………………………49 附錄………………………………………………………………………………50 參考文獻…………………………………………………………………………61

    [1] Yuan Tang, Jian Chen, Chi Chang, D. Liu, S. Haddad, Yu
    Sun, A. Wang, M. Ramskey, Ming Kwong, H. Kinoshita, Wei- Han Chan, Jih Lien, “Different Dependence of Band-to- Band and Fowler-Nordheim Tunneling on Source Doping
    Concentration of an N-MOSFET, ”IEEE Journal &
    Magazines, vol. 17, pp. 525-527, 1996.
    [2] 陳珮琳,嵌入式電流模式非揮發性類比記憶體研發,碩士論文,國立清華大學,
    2009。
    [3] Kung-Hong Lee, Ya-Chin King, “New Single-poly EEPROM
    with Cell Size Down to 8F2 for high Density Embedded
    Nonvolatile Memory Applications,” IEEE Conference
    Publications, pp.93-94, 2003.
    [4] K.Rahimi, C. Diorio, C. Hernandez, and M.D.
    Brockhausen,“A Simulation Model for Floating-Gate MOS
    Synapse Transistors, “ IEEE Conference Publication,
    pp.532-535, 2002.
    [5] Simon Tam, P. Ko, Chenming Hu, ”Lucky-electron model
    of channel hot electron injection in MOSFET’s,” IEEE
    Journals & Magazines, vol. 31, no. 9, pp. 1116-1125,
    1984.
    [6] Chorng-Jye Sheu, “Modeling of Electron Subtrate and
    Gate Current for Single-Drain Buried-Channel
    pMOSFETs,” IEEE Conference Publication, pp. 505-508,
    2007.
    [7] W. Weber, and F. Lau, “Hot-carrier Drifts in
    Submicrometer p-channel MOSFET’s,”IEEE Journals &
    Magazines, vol. 8, no. 5, pp. 208-210, 1987.
    [8] C. Diorio, D. Hsu, M. Figueroa, “Adaptive CMOS: from
    Biological Inspiration to Systems on a Chip, ” IEEE
    Journals & Magazines, vol. 90, no. 3, pp. 345-357, 2002.
    [9] 王博平,懸浮閘電晶體於0.18μm單層多晶矽CMOS製程之開發與其在類比電路
    上的應用,碩士論文,國立清華大學,2009。
    [10] 鍾國駿,嵌入式可雙向線性調適之非揮發性類比記憶體,碩士論文,國立清華
    大學,2010。
    [11] Yi-Da Wu, Kok-Choon Cheng, Chih-Cheng Lu, Hsin
    Chen,“Embedded Analog Nonvolatile Memory with
    Bidirectional and Linear Programmability,” IEEE
    Journal & Magazines, vol. 59, no. 2, pp. 88-92, 2012.
    [12] C. Diorio, S. Mahajan, P. Hasler, B. Minch, Mead,
    C., “A High Resolution Non-volatile Analog Memory
    Cell,” IEEE Conference Publication, vol. 3, pp. 2233-
    2236, 1995.
    [13] R.R. Harrison, J.A. Bragg, P. Hasler, B.A. Minch, S.P.
    DeWeerth,“A CMOS Programmable Analog Memory-cell
    Array Using Floating-gate Circuits,”IEEE Journals &
    Magazines, vol. 48, pp. 4-11, 2001.
    [14]闕隆一,嵌入式快閃式記憶體中新型參考電壓和字線解碼電路的設計,碩士
    論文,國立清華大學,2001。
    [15]徐文陽,用於感測DNA放大過程之CMOS場效電晶體感測晶片,碩士論文,
    國立清華大學,2010

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