AM-OLED顯示驅動芯片中內置SRAM的設計

摘要：詳細描述了一種內置于AM-OLED顯示驅動芯片中的單端口SRAM電路的設計方法，提出了一種解決SRAM訪問時序沖突問題的仲裁算法。同時給出了基于0．18μm標準CMOS工藝設計的一款大小為320x240x18位的SRAM電路。通過Hspice仿真結果表明，該結構的動態功耗相對于傳統結構可減小22．8％。
關鍵詞：低功耗位線結構；單端口；靜態隨機存取器；仲裁器；顯示驅動芯片

0 引言
近年來，OLED(有機發光二極管)的低功耗、主動發光和超薄等優勢已具有逐步取代LCD(發光二極管)的趨勢，被認為是未來20年成長最快的新型顯示技術。將SRAM、電源電路、源驅動電路、時序控制和接口邏輯等功能模塊集成在一塊的AM-OLED (有源驅動有機發光二極管)顯示驅動芯片是手機OLED屏和MCU(微控制器)之間的接口驅動電路。而其內置SRAM是整個芯片中一個非常重要的模塊，可用于存儲一幀圖像的數據。但由于它占據整個芯片大部分的硅面積，因此，它對芯片整個的面積有著決定性的影響。
SRAM功耗在整個芯片中占據很大比重。近年來，對低功耗SRAM的研究很多，其中降低動態功耗主要依靠降低寄生電容和限制位線電壓擺幅。事實上，在驅動芯片對SRAM速度要求不高的情況下，以犧牲讀取速度來換取SRAM的功耗和面積是可行的。而另一方面，SRAM又存在訪問時序沖突問題，其傳統方法是采用雙端口SRAM結構來實現同時讀寫功能，但這樣會大大增加內置SRAM的面積。為此，本文采用時分技術來使單端口SRAM具有雙端口結構的功能，并采用仲裁電路來劃分兩種請求信號的優先權，以將外部兩個并行操作信號轉化為內部單端口SRAM的順序執行，從而使兩種請求信號完全處于獨立的時間操作域內。

1 SRAM電路的傳統結構
圖1所示是傳統六管SRAM的電路結構，它主要包括存儲單元、預充電路、寫入驅動和輸出電路。由于是單邊輸出，因而無需靈敏放大器和平衡管。

當圖1電路在讀出數據時，預充信號Prech變低，以把兩邊位線電位拉到高電平，字線WL變高，其中一條位線通過存儲單元放電到低電平，使讀出電路導通，將位線信號讀出鎖存。而在寫入數據時，預充電路也會先對兩條位線充電到高電平，以便讀信號Wen開啟兩個NMOS管，寫驅動電路將其中一條位線電位拉到低電平，然后字線打開，將數據寫入存儲單元。由于在讀寫過程中，預充電路每次都要對兩條位線進行預充電，故會造成功耗的浪費。經過對該電路的具體分析，本文研究并提出了一種低功耗的位線結構。