SRAM工作原理及设计

　　SRAM（Static Random Access Memory），即静态随机存取存储器。它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。

　　SRAM六管结构的工作原理

　　

　　注：其实CMOS静态反相器等价于一个非门！SRAM cell 6T等价于SR锁存器（也就是RS触发器）

　　6T：指的是由六个晶体管组成，如图中的M1、M2、M3、M4、M5、M6.

　　SRAM中的每一bit存储在由4个场效应管（M1， M2， M3， M4）构成两个交叉耦合的反相器中。另外两个场效应管（M5， M6）是存储基本单元到用于读写的位线（Bit Line）的控制开关。

　　

　　SRAM的设计

　　一个SRAM基本单元有0 and 1两个电平稳定状态。

　　SRAM基本单元由两个CMOS反相器组成。两个反相器的输入、输出交叉连接，即第一个反相器的输出连接第二个反相器的输入，第二个反相器的输出连接第一个反相器的输入。这实现了两个反相器的输出状态的锁定、保存，即存储了1个位元的状态。

　　除了6管的SRAM，其他SRAM还有8管、10管甚至每个位元使用更多的晶体管的实现。 这可用于实现多端口（port）的读写访问，如显存或者寄存器堆的多口SRAM电路的实现。

　　一般说来，每个基本单元用的晶体管数量越少，其占用面积就越小。由于硅芯片（silicon wafer）的生产成本是相对固定的，因此SRAM基本单元的面积越小，在硅芯片上就可以制造更多的位元存储，每位元存储的成本就越低。

　　内存基本单元使用少于6个晶体管是可能的— 如3管［5］［6］ 甚至单管，但单管存储单元是DRAM，不是SRAM。

　　访问SRAM时，字线（Word Line）加高电平，使得每个基本单元的两个控制开关用的晶体管M5与M6开通，把基本单元与位线（Bit Line）连通。位线用于读或写基本单元的保存的状态。虽然不是必须两条取反的位线，但是这种取反的位线有助于改善噪声容限。

　　SRAM的操作

　　SRAM的基本单元有3种状态：standby （电路处于空闲）， reading （读）与writing （修改内容）。

　　SRAM的读或写模式必须分别具有“readability”（可读）与“write stability”（写稳定）。

　　Standby

　　如果字线（Word Line）没有被选为高电平， 那么作为控制用的M5与M6两个晶体管处于断路，把基本单元与位线隔离。由M1 – M4组成的两个反相器继续保持其状态，只要保持与高、低电平的连接。

　　Reading

　　假定存储的内容为1， 即在Q处的电平为高。 读周期之初，两根位线预充值为逻辑1， 随后字线WL充高电平，使得两个访问控制晶体管M5与M6通路。第二步是保存在Q的值传递给位线BL在它预充的电位，而泻掉（BL非）预充的值，这是通过M1与M5的通路直接连到低电平使其值为逻辑0 （即Q的高电平使得晶体管M1通路）。 在位线BL一侧，晶体管M4与M6通路，把位线连接到VDD所代表的逻辑1 （M4作为P沟道场效应管，由于栅极加了（Q非）的低电平而M4通路）。 如果存储的内容为0， 相反的电路状态将会使（BL非）为1而BL为0. 只需要（BL非）与BL有一个很小的电位差，读取的放大电路将会辨识出哪根位线是1哪根是0. 敏感度越高，读取速度越快。

　　Writing

　　写周期之初，把要写入的状态加载到位线。如果要写入0，则设置（BL非）为1且BL为0。随后字线WL加载为高电平，位线的状态被载入SRAM的基本单元。这是通过位线输入驱动（的晶体管）被设计为比基本单元（的晶体管）更为强壮，使得位线状态可以覆盖基本单元交叉耦合的反相器的以前的状态！