基于编程电压阈值非对称特性的读电压方法、电路及芯片与流程

本技术涉及半导体存储器及存内计算，尤其涉及基于编程电压阈值非对称特性的读电压方法、电路及芯片。

背景技术：

1、阻变存储器（rram）的编程电压阈值的范围决定了读出电压的大小，只有在该电压范围内，才能在保证不改变写入数据的情况下，正确读出存储的数据。通过测试发现：阻变存储器编程电压阈值呈现明显的正负不对称性，即正向编程电压阈值（set电压阈值）和负向编程电压阈值（即reset电压阈值）差异较大。

2、相关技术中，为避免由于读电压而导致误编程rram权重，对于较小的编程电压阈值，将读电压限制在远低于编程电压阈值的水平。例如正向编程电压阈值为0.2v，负向编程电压阈值为1v，那么施加在rram两端的正向电压差值（简称为正向读电压）约为 0.1v。然而，该方法将直接限制读出电流的量程。例如对于8bit电流型 adc，当读电压取 0.1v 时，同时受rram可编程电阻范围的限制（约 10k0ω~1250kω），可用读出电流量程仅约±10µa，使得单个code对应的电流分辨率很小，对外围电路的精度要求很高。rram 存在编程后阻值漂移现象（器件在编程完成后的数分钟内电导发生快速漂移并逐渐饱和），且中间电导态尤为明显。当单code电流分辨率较小时，漂移引起的电流变化可能跨越一个甚至多个code边界，从而使编程精度与读出准确性大幅恶化。且噪声对精度的影响会显著提升，对外围读出电路的要求也大幅提升，导致电路的整体功耗和面积较大。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种基于编程电压阈值非对称特性的读电压方法、电路、芯片、电子设备、存储介质及计算机程序产品。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种基于编程电压阈值非对称特性的读电压方法，包括：

3、阵列逻辑控制模块根据接收自现场可编程门阵列的控制指令，将被选中的可编程器件的位线和源线导通；

4、假设电流从位线正端流向源线的方向为正向，若所述可编程器件的正向编程电压阈值小于负向编程电压阈值，位线数据逻辑运算模块对输入的位线电压数据进行解码，根据解码结果控制相应的行、列电压开关导通，以从预先生成的多个基准电压中选通第一电压和第二电压，并在源线和位线负端施加所述第一电压，在位线正端施加所述第二电压，使流过所述可编程器件的电流为负方向；或者；

5、若负向编程电压阈值小于正向编程电压阈值，位线数据逻辑运算模块对输入的位线电压数据进行解码，根据解码结果控制相应的行、列电压开关导通，以从所述多个基准电压中选通第三电压和第四电压，并在位线正端施加所述第三电压，在源线和位线负端施加所述第四电压，使流过所述可编程器件的电流为正方向；

6、其中，所述第一电压与所述第二电压的差值为第一预设偏置电压，所述第一预设偏置电压大于现有的正向读取电压且小于负向编程电压阈值；所述第三电压与所述第四电压的差值为第二预设偏置电压，所述第二预设偏置电压大于现有的负向读取电压且小于正向编程电压阈值。

7、可选地，所述方法还包括：

8、电压基准缓冲器将带隙基准源产生的电压信号进行缓冲和放大，生成多个基准电压。

9、可选地，所述生成多个基准电压，包括：

10、在所述电压基准缓冲器中增加电阻串，以生成包括所述第一电压和第二电压的多个基准电压，或者生成包括所述第三电压和第四电压的多个基准电压。

11、可选地，所述方法还包括：

12、采用负电压电荷泵生成多个基准电压。

13、可选地，所述在源线和位线负端施加所述第一电压，在位线正端施加所述第二电压，包括：

14、在源线和位线负端施加所述第一预设偏置电压，将位线正端接地。

15、可选地，所述可编程器件的正向编程电压阈值为0.2v，所述可编程器件的负向编程电压阈值为1v，现有的正向读取电压为0.1v，第一预设偏置电压为0.7v。

16、可选地，所述可编程器件包括rram。

17、根据本技术的第二方面，提供了一种基于编程电压阈值非对称特性的读电压电路，包括：

18、阵列逻辑控制模块，用于根据接收自现场可编程门阵列的控制指令，将被选中的可编程器件的位线和源线导通；

19、假设电流从位线正端流向源线的方向为正向，若所述可编程器件的正向编程电压阈值小于负向编程电压阈值，位线数据逻辑运算模块，用于对输入的位线电压数据进行解码，根据解码结果控制相应的行、列电压开关导通，以从预先生成的多个基准电压中选通第一电压和第二电压，并在源线和位线负端施加所述第一电压，在位线正端施加所述第二电压，使流过所述可编程器件的电流为负方向；或者；

20、若负向编程电压阈值小于正向编程电压阈值，位线数据逻辑运算模块，用于对输入的位线电压数据进行解码，根据解码结果控制相应的行、列电压开关导通，以从所述多个基准电压中选通第三电压和第四电压，并在位线正端施加所述第三电压，在源线和位线负端施加所述第四电压，使流过所述可编程器件的电流为正方向；

21、其中，所述第一电压与所述第二电压的差值为第一预设偏置电压，所述第一预设偏置电压大于现有的正向读取电压且小于负向编程电压阈值；所述第三电压与所述第四电压的差值为第二预设偏置电压，所述第二预设偏置电压大于现有的负向读取电压且小于正向编程电压阈值。

22、可选地，所述电路还包括：

23、电压基准缓冲器，用于将带隙基准源产生的电压信号进行缓冲和放大，生成多个基准电压。

24、可选地，所述电压基准缓冲器，用于在所述电压基准缓冲器中增加电阻串，以生成包括所述第一电压和第二电压的多个基准电压，或者生成包括所述第三电压和第四电压的多个基准电压。

25、可选地，所述电路还包括：

26、负电压电荷泵，用于生成多个基准电压。

27、可选地，所述位线数据逻辑运算模块具体用于通过下述方式实现在源线和位线负端施加所述第一电压，在位线正端施加所述第二电压：

28、在源线和位线负端施加所述第一预设偏置电压，将位线正端接地。

29、可选地，所述可编程器件的正向编程电压阈值为0.2v，所述可编程器件的负向编程电压阈值为1v，现有的正向读取电压为0.1v，第一预设偏置电压为0.7v。

30、可选地，所述可编程器件包括rram。

31、根据本技术的第三方面，提供了一种芯片，包括第二方面所述的电路。

32、根据本技术的第四方面，提供了一种电子设备，包括第三方面所述的芯片。

33、根据本技术的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。

34、根据本技术的第六方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面所述的方法。

35、本技术实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

36、对于存在不同极性编程电压阈值的可编程器件，将编程电压阈值较大的极性侧施加较大读电压，例如，若正向编程电压阈值小于负向编程电压阈值，直接对可编程器件施加负向偏置电压；若负向编程电压阈值小于正向编程电压阈值，直接对可编程器件施加正向偏置电压。由于偏置电压小于较大的编程电压阈值，这样，在不改变可编程器件写入权重的前提下，提高读出电流量程与单code电流分辨率，在提高了编程精度的同时，也降低了对外围读出电路的要求。同时，使单 code 电流范围足以覆盖编程后阻值漂移所引起的电流变化，从根本上抑制了可编程器件自身阻值漂移对编程精度的影响。同时，降低噪声对精度的影响，降低可编程器件对外围读出电路的要求，在提升整体读出、编程精度的同时，进一步缩减芯片的功耗和面积，使产品更具竞争力。本技术仅在原有架构上调整偏置电压，改动小、成本低，易于在现有的可编程器件上落地。