一种概率器件的读写电路、方法以及阵列与流程

    技术2024-11-03  10


    本申请涉及集成电路设计,尤其涉及一种概率器件的读写电路、方法以及阵列。


    背景技术:

    1、随着集成电路产业的高速发展,概率计算在人工智能、大数据、物联网领域应用越来越广泛。现阶段常用量子计算系统进行概率计算,但量子计算系统的基础单元量子比特的状态很难维持,且对工作环境要求较高,很难实现大规模集成。

    2、由于磁隧道结(mtj,magnetic tunnel junction)具有响应速度高、低功耗、耐用性长、等优良特性,因此将其作为磁性随机存储器(mram,magnetic random accessmemory)的基础单元并广泛应用。将mtj应用到概率计算中,通过调整mtj偏置电压的方法来调控概率,可有效解决概率计算中的速度和可靠性问题。

    3、但调整mtj的偏置电压也会导致mtj的读取电压受到影响,目前还无法提供一个稳定的电信号可以使mtj的状态在任何偏置电压下都能被正常读取。


    技术实现思路

    1、本申请提供一种概率器件的读写电路、方法以及阵列,用于提供一种能够防止写入操作对读取操作干扰,确保正确读取概率器件的阻态,以实现同时读写的技术方案。

    2、第一方面,本申请提供一种概率器件的读写电路,包括概率器件、偏置模块、初始化基底电压模块以及监测模块。

    3、所述偏置模块连接所述概率器件的第一端,所述初始化基底电压模块的第一端连接所述概率器件的第二端,第二端与所述监测模块连接。

    4、所述偏置模块用于向所述概率器件提供写入电流;所述概率器件在所述写入电流的作用下,偏置到对应的阻态;所述初始化基底电压模块用于生成初始化电压,并向所述概率器件提供读取电流使其产生读取电压,所述初始化基底电压模块还用于根据所述读取电压和所述初始化电压生成比较电压,输出至所述监测模块;所述监测模块用于根据所述比较电压,生成所述概率器件的阻态。

    5、在一种可选的实施方式中,所述初始化基底电压模块包括读取单元以及初始化电压单元。

    6、所述读取单元用于向所述概率器件提供读取电流。

    7、所述初始化电压单元的第一端与初始化电压端连接,第二端与所述概率器件的第二端连接,第三端与所述监测模块的第一端连接,用于产生所述初始化电压,并将根据所述读取电压和所述初始化电压产生的比较电压,输出至所述监测模块。

    8、在一种可选的实施方式中,所述初始化电压单元包括开关元件和过滤元件,所述开关元件的第一端用于连接初始化电压端,第二端与所述过滤元件的第一端和所述监测模块的第一端连接,控制端与控制信号端连接,所述过滤元件的第二端与所述概率器件的第二端连接。

    9、所述开关元件用于在所述控制信号端产生的信号的控制下改变所述过滤元件两端的电压。

    10、在一种可能的实现方式中,所述概率器件在不同所述写入电流的作用下偏置到对应的阻态的概率不同。

    11、所述概率器件为对磁隧道结经过特殊处理得到的器件,所述特殊处理方式包括:改变所述概率器件的自由层厚度、改变所述概率器件的长短轴之比。

    12、在一种可能的实现方式中,所述初始化基底电压模块还与电源电压端连接,以产生所述读取电流;所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第一阻值所得的电压之和,小于或等于所述电源电压端提供的电源电压。

    13、在一种可能的实现方式中,所述偏置模块包括数模转换器,所述数模转换器与所述概率器件的第一端连接,用于将输入的偏置参数转换为所述写入电流;所述写入电流基于所述偏置参数的变化数值发生变化。

    14、在一种可能的实现方式中,所述监测模块包括比较器。

    15、所述比较器的第一输入端与所述初始化基底电压模块的第二端连接,所述比较器的第二输入端连接参考电压端,用于根据所述比较电压与参考电压确定所述概率器件的阻态。

    16、在一种可能的实现方式中,所述参考电压的范围为大于所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第二阻值所得的电压之和,小于所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第一阻值所得的电压之和。

    17、第二方面,本申请还提供了一种读写阵列,包括:阵列排布的多个如第一方面中任一项所述的读写电路;所述读写阵列中的多个所述概率器件可实现并行读写。

    18、第三方面,本申请还提供了一种概率器件的读写方法,包括以下步骤:

    19、向所述概率器件提供写入电流,所述概率器件在所述写入电流的作用下,偏置到对应的阻态。

    20、向所述概率器件提供读取电流,所述概率器件根据所述读取电流和所述对应的阻态,生成读取电压。

    21、根据所述读取电压和初始化电压,生成比较电压,并根据所述比较电压确定所述概率器件的阻态。

    22、本申请提供的技术方案,偏置模块用于为概率器件提供不同的写入电流,将概率器件偏置在对应的阻态,产生不同的基底电压。该不同的基底电压会对之后的读取操作产生影响,基于此,本申请中的初始化基底电压模块用于提供初始化电压,并利用该初始化电压将不同基底电压进行统一。初始化基底电压模块还用于向概率器件提供读取电流,该概率器件根据读取电流与对应的阻态在其第二端产生读取电压,并根据读取电压和上述初始化电压生成比较电压,所述监测模块用于根据所述比较电压,生成所述概率器件的阻态。应理解,由于读取电压与概率器件的阻态相关,因此,通过读取电压生成的比较电压能反映概率器件的阻态,故根据比较电压和监测模块中的参考电压比较之后,进行逻辑输出,能够准确的确定出概率器件的阻态。

    23、基于以上描述,本申请能够将不同写入电流生成的不同基底电压统一为初始化电压,将波动的基底电压过滤掉,有效避免了概率器件的写入操作对读取操作的干扰,能够实现概率器件的同时读写。



    技术特征:

    1.一种概率器件的读写电路,其特征在于,包括偏置模块、概率器件、初始化基底电压模块以及监测模块;

    2.根据权利要求1所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述初始化基底电压模块包括读取单元以及初始化电压单元;

    3.根据权利要求2所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述初始化电压单元包括开关元件和过滤元件,所述开关元件的第一端与初始化电压端连接,第二端与所述过滤元件的第一端和所述监测模块的第一端连接,控制端与控制信号端连接,所述过滤元件的第二端与所述概率器件的第二端连接;

    4.根据权利要求1所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述初始化基底电压模块还与电源电压端连接,以产生所述读取电流,所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第一阻值所得的电压之和,小于或等于电源电压端提供的电源电压。

    5.根据权利要求1-4任一项所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述概率器件在不同所述写入电流的作用下偏置到对应的阻态的概率不同;

    6.根据权利要求1-4任一项所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述偏置模块包括数模转换器,所述数模转换器与所述概率器件的第一端连接,用于将输入的偏置参数转换为所述写入电流;所述写入电流基于所述偏置参数的变化数值发生变化。

    7.根据权利要求1-4任一项所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述监测模块包括比较器;

    8.根据权利要求7所述的概率器件的读写电路,其特征在于,所述参考电压的范围为大于所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第二阻值所得的电压之和,小于所述初始化电压与所述读取电流乘以所述概率器件的第一阻值所得的电压之和。

    9.一种读写阵列,其特征在于,包括:阵列排布的多个如权利要求1-8任一项所述的读写电路;

    10.一种概率器件的读写方法,其特征在于,包括以下步骤:


    技术总结
    本申请提供了概率器件的读写电路、方法以及阵列,涉及集成电路设计技术领域。包括偏置模块、概率器件、初始化基底电压模块及监测模块。偏置模块连接概率器件的第一端,初始化基底电压模块的第一端连接概率器件的第二端,第二端与监测模块连接。偏置模块用于向概率器件提供写入电流;概率器件在写入电流的作用下,偏置到对应的阻态;初始化基底电压模块用于生成初始化电压,并向概率器件提供读取电流,概率器件根据读取电流和对应的阻态,在其第二端产生读取电压,初始化基底电压模块还用于根据读取电压和初始化电压生成比较电压,输出至监测模块;监测模块用于根据比较电压,输出概率器件的阻态。本申请能够防止写入操作对读取操作干扰。

    技术研发人员:王远,王戈飞
    受保护的技术使用者:致真存储(北京)科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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