오늘은 DRAM의 동작원리에 대해 쉽게 이해해 보겠습니다.
일단 DRAM의 cell 하나가 어떻게 구성되었는지 알아야 합니다.
바로 1T1C 구조라고 불리는!!
하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터로 구성됩니다.
바로 이렇게 구성되어 있습니다.
capacitor의 역할은 정보를 저장하는 것입니다.
0 또는 1의 정보를 저장하죠.
트랜지스터는 전류가 흐르는 통로를 open 시키거나 short 시킬 수 있습니다.
트랜지스터나 capacitor의 동작원리는 mosfet을 정리할 때 자세히 다루겠습니다.
자!!
그러면 트랜지스터는 통로를 열거나 닫고, capacitor는 0과 1의 정보를 저장한다..
DRAM이 어떻게 정보를 저장하는지 감이 오시나요?
저 그림 1에서 보이는 Select line은 흔히 word line이라고 불립니다.
그리고 Data line은 Bit line이라고 불립니다.
저런 cell 여러 개가 행렬형태로 이어져 있습니다.
그래서 word line을 켜주면 Data line과 capacitor가 연결된다고 생각하시면 됩니다.
이제 DRAM cell 하나가 어떻게 정보를 읽고 쓰는지 알려드릴게요!
그전에! 알아야 할 내용!
Bit line이라고 불리는 곳에는 항상 1/2 Vcc가 인가되어 있습니다.
Vcc는 cap에 1이 써진 전압값입니다.
이유는 read동작을 하기 위해서죠!
아래서 설명드릴게요!
1. READ
그림 2에서 왼쪽은 capacitor가 1을 저장하고 있고, 오른쪽은 0을 저장하고 있습니다.
자, wordline에 전압을 인가해서 트랜지스터를 켜주면 어떻게 될까요?
cap과 bit line이 연결됩니다!
그럼 전류가 흐르고, 전압값이 바뀝니다.
이를 전하량 보존 법칙을 이용하면, 수식을 통해 얼마나 변하는지 구할 수 있습니다.
우리는 일단 원리만 이해해 볼게요!
cap과 bit line이 연결되었을 때!
그림 2의 왼쪽과 같이 cap에 1이 저장되어 있으면 bit line에는 1/2가 저장되어 있기 때문에
전압이 cap에서 bit line 쪽으로 이동하게 되고,
bit line의 전압값이 1/2 + △Vbl으로 증가합니다.
이를 sense amplifier에서 증폭시켜서 1을 read 하게 됩니다.
그리고 다시 bit line 전압을 1/2로 바꿔주면 됩니다.
그럼 궁금증이 생기죠!
cap의 전압값이 빠졌기 때문에 정보가 손실되는 것이 아닌가요?
맞습니다!!
그래서 sense amplifier가 bit line 뿐 아니라 cap까지 1로 증폭시킵니다.
그래서 다시 cap에는 1이 저장되고, bit line에서는 1을 읽어가게 되는 거죠.
0을 읽을 때는 반대로 하시면 됩니다!
bit line의 전압이 1/2 - △Vbl이 되어서 sense amplifier를 사용하죠.
2. write
자 cap에 정보를 쓸 때는 어떻게 할까요?
Read보다 훨씬 간단합니다.
word line을 켜주고 bit line에 원하는 전압값(0 또는 1)을 인가해주면 됩니다!
그러면 cap에 원하는 0 또는 1의 전압값이 저장되죠!
write를 한 후에는?
Bit line 전압값을 1/2로 바꿔줘야 합니다!!
이유는 위에서 봤죠?
DRAM cell을 여러개 행렬로 붙이면 이렇게 됩니다!
이에 관한 내용은 따로 포스팅 해볼게요!
자! 그러면 DRAM의 cell 동작을 봤을 때,
중요한 게 뭘까요?
바로 변화량!!!! △Vbl입니다!
이게 커야 sensing을 잘할 수 있게 되는 거죠!제가 Sense Amplifier를 통해서 증폭시킨다고 했지만, Sense Amplifier도 변화량을 보고 1로 증폭할지, 0으로 증폭할지를 결정하기 때문에Bit line 전압의 변화량이 중요한 것입니다.
세 가지 방법을 소개하겠습니다.
1. Cell capacitance를 늘린다.
cell cap값을 늘리면 charge sharing이 발생했을 때더 많은 전압이 이동할 수 있기 때문에 변화량이 커집니다.
2. Bit line capacitance를 줄인다.
Bit line의 cap을 줄이면 Cell capacitance값이 조금만 변해도 변화량이 큽니다.이는 식으로 이해하는 게 편해요Q = CV 이기 때문에 전하량 보존 법칙을 사용하면 C값이 작을 때 V값의 변화량이 커집니다.
3. Vcc 전압 인가를 많이 해준다.
이는 전력소모가 크기 때문에 잘 사용하지는 않습니다.
식으로 정리하면 이렇게 나와요!
이것은 전하보존 법칙을 써서 유도한 식입니다.
많은 내용을 전달하려다 보니 내용이 잘 이해되셨는지 모르겠네요ㅜㅜ
혹여나 궁금한 점이 있으시다면 답글 남겨주세요 ㅎㅎ
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