Усилитель чувствительности — это схема, которая используется для усиления и обнаружения слабых сигналов в электронных системах. Он обычно используется в схемах памяти , таких как динамическое запоминающее устройство с произвольным доступом (DRAM) , для чтения и усиления слабых сигналов, хранящихся в ячейках памяти.
В современной компьютерной памяти усилитель считывания является одним из элементов, составляющих схему полупроводниковой микросхемы памяти ( интегральной схемы ); сам термин восходит к эпохе памяти на магнитных сердечниках . [1] Усилитель считывания — это часть схемы чтения, которая используется при чтении данных из памяти; его роль состоит в том, чтобы воспринимать сигналы малой мощности от битовой строки , которая представляет бит данных (1 или 0), хранящийся в ячейке памяти , и усиливать небольшой размах напряжения до распознаваемых логических уровней , чтобы данные могли быть правильно интерпретированы логикой вне памяти. . [2]
Современные схемы усилителей считывания состоят из двух-шести (обычно четырех) транзисторов , тогда как ранние усилители считывания для основной памяти иногда содержали до 13 транзисторов. [3] Для каждого столбца ячеек памяти имеется один усилитель считывания, поэтому на современной микросхеме памяти обычно имеются сотни или тысячи идентичных усилителей считывания. Таким образом, усилители считывания являются одной из немногих оставшихся аналоговых схем в подсистеме памяти компьютера.
Усилитель чувствительности необходим во время операций чтения и обновления данных из соответствующей памяти.
Данные в полупроводниковой микросхеме памяти хранятся в крошечных схемах, называемых ячейками памяти . Усилители чувствительности в основном применяются в ячейках энергозависимой памяти . Ячейки памяти представляют собой ячейки SRAM или DRAM , которые расположены на кристалле в строках и столбцах. Каждая строка привязана к каждой ячейке строки. Линии, проходящие вдоль строк, называются словесными линиями , которые активируются при подаче на них напряжения. Линии, проходящие вдоль столбцов, называются битовыми линиями, и две такие дополнительные битовые линии подключаются к усилителю считывания на краю массива. Количество усилителей считывания соответствует количеству «битовой линии» на чипе. Каждая ячейка находится на пересечении определенной словной линии и битовой строки, которые можно использовать для «адресации» ее. Данные в ячейках считываются или записываются те же битовые строки , которые проходят вдоль верхней части строк и столбцов [4] .
Чтобы прочитать бит из определенной ячейки памяти, включается строка слов вдоль строки ячейки, активируя все ячейки в строке. Сохраненное значение (логический 0 или 1) из ячейки затем поступает в связанные с ней битовые строки. Усилитель считывания на конце двух дополнительных битовых линий усиливает небольшие напряжения до нормального логического уровня. Затем бит из нужной ячейки фиксируется из сенсорного усилителя ячейки в буфер и подается на выходную шину. [5]
Работа усилителя считывания в DRAM очень похожа на работу SRAM, но он выполняет дополнительную функцию. Данные в микросхемах DRAM хранятся в виде электрического заряда в крошечных конденсаторах ячеек памяти. Операция чтения истощает заряд ячейки, уничтожая данные, поэтому после считывания данных усилитель считывания должен немедленно записать их обратно в ячейку, подав на нее напряжение, перезаряжая конденсатор. Это называется обновлением памяти .
В рамках своей конструкции усилители считывания нацелены на минимальную задержку считывания, необходимый уровень усиления, минимальное энергопотребление, возможность размещения в ограниченных пространствах компоновки, а также высокую надежность и устойчивость.
