6T SRAM基本工作原理及LTspice仿真
作者：互联网
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前言
LTspice®是一款高性能SPICE仿真软件、原理图采集和波形查看器，集成增强功能和模型，简化了模拟电路的仿真。宏模型也包括在LTspice下载中，适用于大多数ADI开关稳压器、放大器以及用于通用电路仿真的器件库。
提示：以下是本篇文章正文内容，以6T SRAM为例开启寄存器模拟之旅。
一、下载LTspice
在官网ANALOG DEVICES选择【设计资源】-【高级选型设计工具】-【LTspice】进入相应页面，并选择对应系统的型号。（安装不区分32与64位）
下载完成后点击安装包，接受协议后点击install now即可。
二、模拟开始
1. 6T SRAM
6T 的全称是6 transistors，即此SRAM由六个晶体管构成基本结构。
其中，M1、M3、M5、M6四者为NMOS，M2、M4为PMOS。
M1、M2，M3、M4两两构成一个反相器，将信号反转后作为输入到另一反相器中。
这两个反相器通过输入输出接入，共同构成一个锁存器，存储需要的信息。
M5、M6为两个开关，与Word Line相连接，Drain端分别与BL和BLB相连。
BL为Bit Line，为1时BLB为0，代表的是写入信息。
写入：给BL和BLB赋电压值，使存储资料的Q和QB完成使能状态转变。
写入1时，BL = Vdd，BLB = 0；
写入0时，BL = 0，BLB = Vdd。
e.g. bit-cell此时存储为1，将要写入0：初始状态Q = Vdd，QB = 0。令WL = Vdd，bit-cell进入读写状态。BL = 0，BLB = Vdd，通过M5将QB的电压值上拉，通过M6将Q的电压值下拉。通过M1~M4组成的反相器，最终使得bit-cell进入另一个稳态，Q = 0，QB = Vdd。
读出：首先将BL与BLB的压点拉至等电位状态，即 V(BL) = V(BLB)。两者电压稳定并且相等后，可以将其浮接或通过阻抗接入至预充电电压源。此电压为预先充电的电压值，一般情况下为（Vdd）或（Vdd-Vt）大小。随后令WL = Vdd，打开bit-cell读写状态，Q与QB两端分别通过寄生电容与M6、M5分压，BL与BLB接收此不同的电压，产生电压差。随后通过外部的感应放大器（SA）放大二者之间的差异：BL电压下降BLB不降 = 0，BL不降BLB下降 = 1。
总结：
- 读写操作都需要将WL赋值为Vdd；
- 写操作为外部电压源作用改变bit-cell内容；
- 读操作为先将外部BL和BLB电压平衡后，通过bit-cell预先存储的内容改变BL和BLB电压值。bit-cell内部电压变化较小，需要通过感应放大器来将信号放大。
2. LTspice模拟
打开LTspice，根据原理图完成基本结构的绘制：
Arizona State University团队设计了一个PTM模型（Predictive Technology Model），可以为晶体管和互连提供可定制、可预测的模型文件，与标准电路仿真器兼容，并且有多种工艺。
以“45nm PTM LP model: V2.1”为例，仿真“PTM Low Power 45nm Metal Gate / High-K / Strained-Si”。
将网页的选型数据复制，以“.txt”为后缀存储为文本文档。
（将此文档与设计的原理图放在同一目录之下）
点击“Spice Directive”按键，在指定位置键入（具体以存储命名为准）：
.include PTM_Low_Power_45nm_MetalGate.txt
定义完成器件选型之后，右键各个器件完成器件自身参数定义。以电压源为例：
可通过“Advanced”选项完成不同电压波形的定义。
其中，使用较多的为PULSE脉冲波形、SINE正弦波形以及PWL分段线性波形。
PULSE：
| Vinitial[V]：初始时刻电压值 | Von[V]：开启时刻电压值 |
|---|---|
| Tdelay[s]：开始到第一个波形的延时时间 | Trise[s]：波形上升时间 |
| Tfall[s]：波形下降时间 | Ton[s]：电压保持时间 |
| Tperiod[s]：波形周期 | Ncycles：周期循环次数 |
PWL:绘制横轴为时间，纵轴为电压值的分段线性波形图。其中，可以通过“Additional PWL Points”选项卡完成设置多组点值，完成各个分段线性波形。
点击“Run”弹出仿真指令窗，定义停止时间、何时开始存储数据以及最大步长。
三、仿真结果
点击各个节点即可探测各节点的电压波形，点击各个元器件即可探测该器件所在支路的电流值。
Q点与QB点的电压波形如图所示：
参考
标签：波形,BL,SRAM,LTspice,6T,Vdd,电压,BLB 来源： https://blog.csdn.net/qq_41657005/article/details/118864768