保护MRAM数据的装置的制作方法

保护mram数据的装置
技术领域
1.本发明涉及mram存储器技术领域，尤其涉及一种保护mram数据的装置。

背景技术：

2.mram的存储单元，通常为具有多个强磁性体叠层的结构。信息的记录，是将存储器单元内的自由层的磁化方向通过磁场激励或电流激励配置为与参考层磁化方向平行或反平行的状态，对应于二进制的信息“0”、“1”而进行的。 mram具有对环境磁场和环境温度敏感的特点，长期处于磁场或高温环境会降低mram单元的数据保持参数，同时有可能导致mram单元数据位出现意外的翻转。

技术实现要素：

3.本发明提供的保护mram数据的装置，能够实时的监测环境，并依据环境状态，对mram数据进行特定周期的刷新重写，从而确保mram单元中存储的数据的正确性。
4.本发明提供一种保护mram数据的装置，包括：
5.环境监测模块，包括至少一个mtj监测子模块和至少一个与所述mtj监测子模块电连接的监测电路，所述监测电路用于依据所述mtj监测子模块的状态产生对应的时钟周期和使能信号；
6.重写模块，与所述环境监测模块通信连接，所述重写模块用于依据所述使能信号和所述时钟周期对所述mram数据进行重写刷新。
7.可选地，所述环境监测模块包括两个以上的mtj监测子模块，所述两个以上的mtj监测子模块在发生状态变化时分别对应于两个以上的环境阈值。
8.可选地，所述mtj监测子模块包括两组以上的mtj单元、两个以上的与门电路以及一个或门电路，所述两个以上的与门电路的输出端连接在或门电路的两个以上的输入端，每个所述与门电路的两个以上的输入端与一组所述mtj单元连接。
9.可选地，同一mtj监测子模块中的mtj单元翻转所需磁场强度相同；多个 mtj监测子模块中mtj单元翻转所需磁场强度依次递增。
10.可选地，所述mtj监测子模块包括mtj单元、参考电阻和比较器，所述比较器的其中一个输入端与所述mtj单元电连接，所述比较器的另一个输入端与所述参考电阻电连接。
11.可选地，所述mtj监测子模块包括两个以上的mtj单元，所述两个以上的 mtj单元串联设置。
12.可选地，所述mtj监测子模块中的mtj单元随温度升高阻值下降；同一 mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度相同，多个mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度依次递增。
13.可选地，所述mtj监测子模块中的mtj单元与mram中用于存储的mtj 单元排列在同一阵列中。
14.可选地，所述监测电路包括编译码电路、与所述编译码电路通信连接的多个时钟
生成电路以及与所述时钟生成电路通信连接的周期选择电路；其中，
15.所述编译码电路与所述至少一个mtj监测子模块电连接；所述编译码电路用于依据所述mtj监测子模块的状态向所述多个时钟生成电路输出编码；
16.所述时钟生成电路依据所述编码向所述周期选择电路发出周期信号；
17.所述周期选择电路依据所述编码选择对应的周期信号并生成重写使能信号，所述周期选择电路将所述周期信号和所述重写使能信号发送给重写模块，以使所述重写模块依据所述周期信号和所述重写使能信号对所述mram数据进行重写刷新。
18.可选地，所述重写模块包括纠错电路，所述纠错电路与mram的读电路和写电路通讯连接，所述纠错电路用于依据所述使能信号和时钟周期，通过所述读电路读取所述mram数据，并对所述mram数据进行纠错后通过写电路写入mram中。
19.在本发明的实施方式中，将环境对mram数据的非有利程度进行监测，并依据环境对于mram数据的非有利程度确定对mram数据的重写刷新的周期，从而，当环境影响较低时，以较低的刷新周期进行重写刷新，能够降低存储器的功耗；而当环境影响较高时，以较高的刷新周期进行重写刷新，能够确保数据的准确性。
附图说明
20.图1为本发明一实施例保护mram数据的装置的结构示意图；
21.图2为本发明另一实施例保护mram数据的装置的mtj监测子模块的结构示意图；
22.图3为本发明另一实施例保护mram数据的装置的mtj监测子模块的结构示意图；
23.图4为采用本发明一实施例保护mram数据的装置的工作流程图；
24.图5为采用本发明一实施例保护mram数据的装置的工作过程中的数据流向示意图；
25.图6为采用本发明一实施例保护mram数据的装置的工作过程中的数据流向示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明实施例提供一种保护mram数据的装置，如图1所示，包括：
28.环境监测模块，包括至少一个mtj监测子模块和至少一个与所述mtj监测子模块电连接的监测电路，所述监测电路用于依据所述mtj监测子模块的状态产生对应的时钟周期和使能信号；在一些实施例中，环境监测模块用来检测当前环境对于mram数据的非有利程度；作为优选的实施方式，所述环境监测模块包括两个以上的mtj监测子模块，所述两个以上的mtj监测子模块在发生状态变化时分别对应于两个以上的环境阈值。以图1中的实施方式为例，四个mtj监测子模块的输出信号可以如下表：表中，环境状态1～4依次表示的环境状态对mram 数据的非有利程度依次递增，子模块1～4对环境状态的非有利程度的耐受能力依次递增。因此可见，在环境状态1下，所有子模块均不发生状态变化，因此，此时可以认
为mram中的mtj单元的存储状态也不发生变化，可以近似认为被永久保存，因此，不需要对mram数据进行重写刷新。此时使能信号为1，表示重写模块不需要进行工作，周期标识为no。当环境状态为2时，环境状态的非有利程度超过了子模块1的耐受阈值，此时，子模块1发生了阻值变化，即子模块1 的输出变为0，其他的子模块输出状态为1，此时，各个子模块的输出结果经编译码电路进行编译后即输出0111，此时对应的周期为1，并且使能信号变更为0，即重写模块需要进行工作，并且其工作的时钟周期为周期1。同理，由于环境状态的非有利程度越高，对mram的影响越严重，因此，随着发生状态变化的子模块的数量增加，周期将越短。
29.环境状态子模块1子模块2子模块3子模块4周期使能信号11111no12011110300112040001305000040
30.重写模块，与所述环境监测模块通信连接，所述重写模块用于依据所述使能信号和所述时钟周期对所述mram数据进行重写刷新。在一些实施例中，重写模块主要包括纠错电路，例如ecc纠错电路。重写模块在接收到使能信号为0 时，即通过mram存储器的读电路对mram的存储数据以及对应的ecc数据进行读取，当ecc数据表示当前的数据有误时，对数据进行纠错后再通过mram 存储器的写电路写回原数据位。
31.在本实施方式中，将环境对mram数据的非有利程度进行监测，并依据环境对于mram数据的非有利程度确定对mram数据的重写刷新的周期，从而，当环境影响较低时，以较低的刷新周期进行重写刷新，能够降低存储器的功耗；而当环境影响较高时，以较高的刷新周期进行重写刷新，能够确保数据的准确性。上述实施方式中采用多个mtj检测子模块进行环境非有利程度的检测，但是本领域技术人员应当能够理解，也可以采用单个的mtj检测子模块进行环境非有利程度的检测，当采用单个的mtj检测子模块时，能够对不刷新重写与刷新重写两种状态进行触发，也可以对较短周期刷新重写和较长周期刷新重写两种状态进行触发。
32.作为一种可选的实施方式，如图2所示，所述mtj监测子模块包括两组以上的mtj单元、两个以上的与门电路以及一个或门电路，所述两个以上的与门电路的输出端连接在或门电路的两个以上的输入端，每个所述与门电路的两个以上的输入端与一组所述mtj单元连接。在本实施方式中，以图2为例进行说明，图2 中，采用两组mtj单元，每组mtj单元有3个，3个mtj单元与一个与门电路的输入端进行连接；两个与门电路的输出则连接在一个或门电路的输入端。从而，当两组mtj单元中均有mtj单元发生翻转时，两个与门电路输出变为0，从而，或门电路的输出则变为0，表示当前的环境会对mram数据造成影响。采用3个 mtj单元连接在与门电路上，是为了及时的发现环境的非有利影响。而将两个与门电路连接在或门电路上是为了避免由于其中一个错误动作导致对环境影响的错误判断。
33.作为一种可选的实施方式，同一mtj监测子模块中的mtj单元翻转所需磁场强度相同；多个mtj监测子模块中mtj单元翻转所需磁场强度依次递增。同一子模块中的mtj单元翻转所需的磁场强度相同，是为了采用多个mtj单元对环境的非有利程度进行准确的监测，从
而做到既能够及时发现，又不会产生错误动作。而多个子模块中的mtj单元翻转所需磁场强度递增则是为了对多种磁场强度进行监测，从而依据环境中的磁场强度确定不同的重写刷新周期。
34.作为一种可选的实施方式，如图3所示，所述mtj监测子模块包括mtj单元、参考电阻和比较器，所述比较器的其中一个输入端与所述mtj单元电连接，所述比较器的另一个输入端与所述参考电阻电连接。在一些实施例中，环境温度的升高会导致mtj单元的电阻下降，为了监测mtj单元的电阻下降，将一个mtj 单元与一个参考电阻连接到比较器进行比较，即能够监测电阻的变化。例如，在初始状态下，mtj单元处于高阻态，当随着温度的变化，mtj单元的阻值下降至与参考电阻相等，此时，比较器的输出则由1变为0，表明当前的环境温度对 mram数据的非有利程度达到了需要对mram数据进行刷新重写的程度。
35.作为一种可选的实施方式，继续如图3所示，所述mtj监测子模块包括两个以上的mtj单元，所述两个以上的mtj单元串联设置。两个串联的mtj单元在受到温度影响发生阻值变化时，会使总阻值发生的变化更快，从而，能够提高对温度监测的灵敏度。
36.作为一种可选的实施方式，所述mtj监测子模块中的mtj单元随温度升高阻值下降；同一mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度相同，多个mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度依次递增。与监测环境磁场强度的mtj监测子模块类似，在本实施方式中，同一子模块中为了提高监测的准确性及灵敏度，采用相同的mtj单元。而为了对多种环境温度进行监测，不同的子模块中采用不同的mtj单元。
37.作为一种可选的实施方式，如图4所示，所述mtj监测子模块中的mtj单元与mram中用于存储的mtj单元排列在同一阵列中。在本实施方式中，mtj监测子模块中的mtj单元能够与用于存储的mtj单元一同制成，从而，无需对原有的制备工艺进行复杂的改进，同时，还能够节省mtj监测子模块所占的空间。当然，本领域技术人员应当能够理解，还可以对mtj监测子模块中的mtj单元进行单独的阵列设置。
38.作为一种可选的实施方式，所述监测电路包括编译码电路、与所述编译码电路通信连接的多个时钟生成电路以及与所述时钟生成电路通信连接的周期选择电路；其中，
39.所述编译码电路与所述至少一个mtj监测子模块电连接；所述编译码电路用于依据所述mtj监测子模块的状态向所述多个时钟生成电路输出编码；
40.所述时钟生成电路依据所述编码向所述周期选择电路发出周期信号；
41.所述周期选择电路依据所述编码选择对应的周期信号并生成重写使能信号，所述周期选择电路将所述周期信号和所述重写使能信号发送给重写模块，以使所述重写模块依据所述周期信号和所述重写使能信号对所述mram数据进行重写刷新。
42.在本实施方式中，通过编译码电路、时钟生成电路和周期选择电路，使监测模块可根据阵列结构输出的数字化信号输出周期时钟信号和重写使能信号。
43.作为一种可选的实施方式，所述重写模块包括纠错电路，所述纠错电路与 mram的读电路和写电路通讯连接，所述纠错电路用于依据所述使能信号和时钟周期，通过所述读电路读取所述mram数据，并对所述mram数据进行纠错后通过写电路写入mram中。
44.上述的各实施例中，以mtj单元作为环境监测模块的感应组件表征芯片所处环境的非有利程度，可兼容主阵列mtj工艺。以组合的mtj单元作为监测模块，可避免由于工艺稳定性导致的误使能或不使能操作。
45.如图5～6所示，采用上述的装置监测mram阵列时，其过程如下：
46.1、首先对环境监测模块中的mtj单元进行初始化，使其处于高阻态；
47.2、随着温度的升高或者磁场强度的增加，多个mtj监测子模块中的至少部分mtj单元发生了翻转或者阻值下降，导致一个或者多个mtj监测子模块的输出发生了变化；
48.3、编译码电路将当前的多个mtj监测子模块进行编码，将编码发送至周期选择电路，周期选择电路选择对应的时钟生成电路产生时钟信号，并把时钟信号以及使能信号发送给重写模块；
49.4、重写模块按照获取的周期向主阵列发送读使能信号，然后读取主阵列信号，根据ecc结果判断数据位并纠错后重新写入主阵列。
50.本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory， rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
51.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种保护mram数据的装置，其特征在于，包括：环境监测模块，包括至少一个mtj监测子模块和至少一个与所述mtj监测子模块电连接的监测电路，所述监测电路用于依据所述mtj监测子模块的状态产生对应的时钟周期和使能信号；重写模块，与所述环境监测模块通信连接，所述重写模块用于依据所述使能信号和所述时钟周期对所述mram数据进行重写刷新。2.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述环境监测模块包括两个以上的mtj监测子模块，所述两个以上的mtj监测子模块在发生状态变化时分别对应于两个以上的环境阈值。3.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述mtj监测子模块包括两组以上的mtj单元、两个以上的与门电路以及一个或门电路，所述两个以上的与门电路的输出端连接在或门电路的两个以上的输入端，每个所述与门电路的两个以上的输入端与一组所述mtj单元连接。4.根据权利要求3所述保护mram数据的装置，其特征在于，同一mtj监测子模块中的mtj单元翻转所需磁场强度相同；多个mtj监测子模块中mtj单元翻转所需磁场强度依次递增。5.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述mtj监测子模块包括mtj单元、参考电阻和比较器，所述比较器的其中一个输入端与所述mtj单元电连接，所述比较器的另一个输入端与所述参考电阻电连接。6.根据权利要求5所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述mtj监测子模块包括两个以上的mtj单元，所述两个以上的mtj单元串联设置。7.根据权利要求6所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述mtj监测子模块中的mtj单元随温度升高阻值下降；同一mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度相同，多个mtj监测子模块中的mtj单元阻值下降到预定阈值的温度依次递增。8.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，包括：所述mtj监测子模块中的mtj单元与mram中用于存储的mtj单元排列在同一阵列中。9.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述监测电路包括编译码电路、与所述编译码电路通信连接的多个时钟生成电路以及与所述时钟生成电路通信连接的周期选择电路；其中，所述编译码电路与所述至少一个mtj监测子模块电连接；所述编译码电路用于依据所述mtj监测子模块的状态向所述多个时钟生成电路输出编码；所述时钟生成电路依据所述编码向所述周期选择电路发出周期信号；所述周期选择电路依据所述编码选择对应的周期信号并生成重写使能信号，所述周期选择电路将所述周期信号和所述重写使能信号发送给重写模块，以使所述重写模块依据所述周期信号和所述重写使能信号对所述mram数据进行重写刷新。10.根据权利要求1所述保护mram数据的装置，其特征在于，所述重写模块包括纠错电路，所述纠错电路与mram的读电路和写电路通讯连接，所述纠错电路用于依据所述使能信号和时钟周期，通过所述读电路读取所述mram数据，并对所述mram数据进行纠错后通过写电路写入mram中。

技术总结

本发明提供一种保护MRAM数据的装置，包括：环境监测模块，包括至少一个MTJ监测子模块和至少一个与所述MTJ监测子模块电连接的监测电路，所述监测电路用于依据所述MTJ监测子模块的状态产生对应的时钟周期和使能信号；重写模块，与所述环境监测模块通信连接，所述重写模块用于依据所述使能信号和所述时钟周期对所述MRAM数据进行重写刷新。本发明能够实时的监测环境，并依据环境状态，对MRAM数据进行特定周期的刷新重写，从而确保MRAM单元中存储数据的正确性。据的正确性。据的正确性。