SRAMの書き込み動作を理解する：福田昭のデバイス通信 ARMが語る、最先端メモリに対する期待（15）（1/2 ページ）

ここ数回にわたり「SRAMについて知っておくべきこと」を紹介している。今回は、SRAMの書き込み動作について説明していこう。

[福田昭，EE Times Japan]

SRAMセルのトランジスタ回路と書き換え動作

　国際会議「IEDM」のショートコースで英国ARM ResearchのエンジニアRob Aitken氏が、「System Requirements for Memories（システムがメモリに要望する事柄）」と題して講演した内容を紹介するシリーズの第15回である。

　前回は、SRAMの消費電力と設計課題を解説した。今回は、SRAMの書き込み動作を説明しよう。

　SRAMセルは、トランジスタ回路として見るとフリップフロップそのものである。出力として2本のビット線（「BL」と「BLB」）が存在し、入力として1本のワード線（WL）が存在する。ワード線とビット線を接続するトランジスタが2個、論理値の「高」と「低」を維持するフリップフロップ用トランジスタが4個ある。フリップフロップ用のトランジスタ回路は、2個のCMOSインバーターの出力をお互いの入力に帰還（フィードバック）する構成となっている。合計6個のトランジスタで1個のSRAMセルが完成する。

図1：SRAMセルのトランジスタ回路と書き換え動作 出典：ARM

　このトランジスタ回路でデータの書き換え動作を説明しよう。左右のCMOSインバーターの左側に「1」（論理値「高」）、右側に「0」（論理値「低」））を格納している状態を仮定する。始めはビット線の選択である。選択された2本のビット線（ビット線対）の電位を両方とも「1」に持ち上げる（プリチャージ、図1の左上）。ワード線は「0」（低電位、非選択）に保持しておく。

　続いて書き込むデータの状態に合わせてビット線の電位を変更する。ここでは「BL」を「0」に、「BLB」を「1」にする（データアサーション、図1の右上）。具体的にはこれから、フリップフロップの値を反転させる。

　それからワード線を選択する。選択されたワード線の値が「1」となる（ライトアサーション、図1の右下）。すると左側のCMOSインバーターはビット線（BL、値「0」）に電流が流れて電位が下がり、右側のCMOSインバーターはビット線（BLB、値「1」）から電流が流れて電位が上がる。そして左右の論理値が反転する（セルフリップ、図1の左下）。左側が「0」、右側が「1」となっている。