在上一篇中，一起了解了片上SRAM的基本構(gòu)造和結(jié)構(gòu)，在本篇中，通過(guò)一些具體的Memory Compiler，一起深入的了解SRAM的具體特點(diǎn)和不同構(gòu)成，閑話(huà)少說(shuō)，Let’s go！

對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)SRAM，除過(guò)最基本的核心部件（memory array ）以外，在對(duì)SRAM進(jìn)行的構(gòu)件中還有多個(gè)部件需要添加，有了這些必要的封裝，SRAM才可以提供一個(gè)友好的使用環(huán)境，提供給用戶(hù)使用。

兩種結(jié)構(gòu)：Register File vs. memory array

常規(guī)的時(shí)序邏輯確實(shí)也具備了memory的存儲(chǔ)方法，如果使用一種特殊的布局方式，可以模擬類(lèi)似于register的高速的pipe級(jí)別的訪(fǎng)問(wèn)，同一個(gè)周期可以完成兩次讀和一次寫(xiě)操作（這里需要內(nèi)部的讀寫(xiě)沖突控制，產(chǎn)生先讀后寫(xiě)操作）


這樣的結(jié)構(gòu)體和通常的memory array的bit cell結(jié)構(gòu)體略有不同，帶來(lái)的好處是在bitline的cap值和同樣大小的memory array會(huì)有減小，可以有效降低訪(fǎng)問(wèn)memory cell時(shí)間，提升memory 速度。但是相應(yīng)的當(dāng)RF的容量逐步擴(kuò)大，這種通過(guò)結(jié)構(gòu)體降低cap的方法，會(huì)變得越來(lái)越不明顯，所以RF的速度優(yōu)勢(shì)只限制在小容量的memory 上。
在近現(xiàn)代的工藝上（60nm 以及以下），RF也是使用bitcell進(jìn)行構(gòu)建，所以從bitcell上來(lái)看，RF和常規(guī)的memory array的基礎(chǔ)期間是一樣大的，這個(gè)從T家的SRAM 文檔中可以看出來(lái)。

SRAM的結(jié)構(gòu)框圖

一個(gè)可操作控制的SRAM通常具有豐富的接口控制，這里呈現(xiàn)出一個(gè)簡(jiǎn)單T家的SRAM框圖

可以看到這里的接口控制管腳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于簡(jiǎn)單的memory array的控制需求，具體每一個(gè)管腳的配置用途詳見(jiàn)下表

電源地：毋庸置疑的必選項(xiàng)，但是由于通常的memory cell都很大，通常都在100um * 100um的區(qū)域范圍，所以電源的連接要比這的兩三句描述更為復(fù)雜。主要是供電需求。此外VDDM和VDD 也無(wú)需完全一樣，可以分布來(lái)自不同的power source，這樣可以構(gòu)建dual rail的memory，提供更多的低功耗控制可能。

除去常見(jiàn)的地址、數(shù)據(jù)、讀寫(xiě)等功能類(lèi)別，還可以根據(jù)場(chǎng)景分為以下幾類(lèi)

• 可以看到memory的PG pin 非常密集，主要分布在中間部分，這也是功耗大戶(hù)memory array分布集中的地方
• BIST測(cè)試：Built-in self-test,，顧名思義，這個(gè)是對(duì)memory 的物理存儲(chǔ)特性進(jìn)行的自測(cè)和錯(cuò)誤標(biāo)記，在遇到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以使用內(nèi)部bypass/mux的方式，將正確地?cái)?shù)據(jù)讀取、寫(xiě)入到其他的地方。這里的BIST是給memory使用，通常也叫做MBIST。所有和BIST測(cè)試相關(guān)的管腳，都是可以MBIST邏輯，對(duì)memory進(jìn)行強(qiáng)制管控。
• 測(cè)試：TSEL pin主要用于良率微調(diào)的時(shí)候進(jìn)行使用，在每一批wafer回片以后，進(jìn)行機(jī)臺(tái)測(cè)試，對(duì)于不同批次的產(chǎn)品可能在性能上會(huì)有些許不同，通過(guò)測(cè)試項(xiàng)目提取出來(lái)合理的調(diào)整值，儲(chǔ)存到芯片的efuse之中，在芯片上電后，efuse的內(nèi)容可以被相應(yīng)邏輯讀取并對(duì)memory 進(jìn)行微操作，確保芯片使用正常。PS：這個(gè)微調(diào)很小，不建議在功能模式下進(jìn)行調(diào)整和使用
• 低功耗：基于memory的使用場(chǎng)景，memory 可以分為shut-down、deep-sleep和normal模式。譬如本級(jí)模塊是一個(gè)可關(guān)斷domain，在關(guān)斷std-cell邏輯之前，需要對(duì)于memory的SD/DSLP進(jìn)行拉高（使能），讓memory進(jìn)入到不同的工作模式以節(jié)省功耗。PS：如果在DSLP模式下，VDDM掉電，memory的內(nèi)容會(huì)丟失

SRAM 冗余修復(fù)（redundancy repair）

在正常的SARM上，可能會(huì)有一定的bitcell的失效比率，基于不同的情形，可以分為column和row類(lèi)型的bitcell損壞，譬如下圖

這里的bit_i (第i列)的bitcell有損壞，這個(gè)時(shí)候，所有寫(xiě)入到bit_i的數(shù)據(jù)依次右移，直至bit_n-1移動(dòng)到redun_1列，這個(gè)時(shí)候，可以通過(guò)redun_1避免整塊memory的失效。
對(duì)應(yīng)的，row and column redundancy 可以使用下圖進(jìn)行描述，

MBIST

MBIST是使用BIST邏輯對(duì)memory進(jìn)行測(cè)試的一種方式，可以定位出SRAM的壞點(diǎn)，并且通過(guò)調(diào)用column/row的redundancy來(lái)進(jìn)行修復(fù)（通常也稱(chēng)為MBISR：SRAM自修復(fù)功能）。MBIST的測(cè)試方法高效，和帶有redundancy bit的memory聯(lián)動(dòng)使用可以有效提升芯片的良率?；驹韴D如下

step_1: 在ATE測(cè)試環(huán)境下，使用MBIST邏輯對(duì)SRAM的每個(gè)bit進(jìn)行測(cè)試
step_2: 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行上報(bào)，同時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸類(lèi)（可修復(fù)，不可修復(fù)，是否可修復(fù)通常是根據(jù)錯(cuò)誤數(shù)量和redundancy bit位來(lái)決斷）
step_3：如果可修復(fù)，在ATE模式下，通過(guò)利用redundancy bit，對(duì)memory 進(jìn)行修復(fù)，如果此時(shí)MBIST的測(cè)試可以通過(guò)，則相關(guān)信息燒錄進(jìn)在EFUSE里邊。
step_4：進(jìn)入用戶(hù)模式，芯片啟動(dòng)，從EFUSE里邊讀取對(duì)應(yīng)的出錯(cuò)的memory ID以及修復(fù)的方式。在使用SRAM的時(shí)候，F(xiàn)ADIO[*] 輸入控制會(huì)被鉗位到對(duì)應(yīng)的位置，確保SRAM使用中可以正確無(wú)誤。對(duì)于大部分的memory，其實(shí)都提供了MBIST的通路，如下圖所示：

但是，考慮到后端實(shí)現(xiàn)的便利性，通常不會(huì)這么應(yīng)用，在使用的時(shí)候，并不去產(chǎn)生MBIST pin，或者直接tie0掉。簡(jiǎn)單連接方法如下：

DFT可測(cè)性

由于SRAM的由外圍邏輯和memory array構(gòu)成。這里的外圍邏輯本質(zhì)上就是一些std-cell搭建的譯碼邏輯。從數(shù)字電路的角度來(lái)看，也是會(huì)有生成風(fēng)險(xiǎn)的可能，所以，使用scan-chain的DFT策略，可以很好的對(duì)這部分邏輯進(jìn)行可測(cè)性分析。
當(dāng)SRAM處于，DFT管控模式的時(shí)候，測(cè)試步驟如下
step1：使用shift mode，將memory 的輸入端口信號(hào)配置成指定值
step2：使用capture mode，將這些端口信號(hào)捕捉到SRAM里內(nèi)建的scan-FF 中
step3：再次使用shift mode，此時(shí)memory array處于bypass 模式下，scan-FF的值被依次shift out
step4：在SOC等DFT 輸出管腳觀(guān)察結(jié)果，和step1的輸入信息進(jìn)行比對(duì)，完成對(duì)SRAM 外圍邏輯的DFT測(cè)試

本章詞匯

【敲黑板劃重點(diǎn)】
SRAM是由數(shù)字邏輯電路（外圍電路）和存儲(chǔ)單元（memory array）組成，所以會(huì)呈現(xiàn)出數(shù)字電路的特性（multi-VT legalize ，掃描鏈等）和存儲(chǔ)單元的特點(diǎn)（MBIST）