铁电存储器的存储单元读写时序

       图 2-4 所示波形便是铁电存储单元读写波形，图 2-4(a)是写入波形，图 2-4(b)是读出波形。图 2-5 与图 2-6 分别是存储单元中两个铁电电容的极化强度随着写、读时序的变化示意图。下面将仔细分析铁电存储单元的写入与读出时序。

       在写入数据前，先假定两个铁电电容均处于未被极化状态，即极化强度为 0。之后将 WL 拉高，同时将 PL、BL 拉高，BLN、SA（SenseAmplifier）保持为低电平。此时 Fcap1 电容两端电压差为 0，未被极化，极化强度保持为 0；而 Fcap2 连 接 PL 的一端电压为 VDD，另一端连接 BLN，电压为 0，所以 Fcap2 两端电压差为+VDD，Fcap2 被极化到“+Pm”。之后将 PL 电压变为 0，其余信号保持不变。此时 Fcap1 连接 BL 一端电压为 VDD，连接 PL 一端电压为 0，Fcap1 两端电压差为-VDD，所以 Fcap1 被极化至“-Pm”；而 Fcap2 两端电压差变为 0，其极化强度变为剩余极化强度“+Pr”。再之后将 BL 电压变为 0，此时 Fcap1 两端电压差也变为 0，其极化强度变为剩余极化强度“-Pr”。zui后关闭 WL，便完成了一次向存储单元中写入一个数据的过程。在此过程结束后，存储单元中的两个铁电电容分别被极化至“-Pr”和“+Pr”，也就是说两个铁电电容中被存储了两个相反的数据，以方便后续读取。

 在读出数据时，外部电路停止驱动 BL 及 BLN，之后将 WL 变为高电平，同时 PL 也变为高电平。此时两个铁电电容两端的电压差均为+VDD，于是两个铁电电容均被极化至“+Pm”。但是由于在之前写入数据时，Fcap1 被极化至“-Pr”，Fcap2被极化至“+Pr”，并且极化强度可以等效为电容的电荷密度，所以 Fcap1 释放到 BL上的电荷量可以表示为“Pm+Pr”，而 Fcap2 释放到 BLN 上的电荷量可以表示为“PmPr”。所以 Fcap1 释放到 BL 上的电荷量要比 Fcap2 释放到 BLN 上的电荷要多，也就导致了 BL 上的电压大于 BLN 上的电压。之后开启灵敏放大器 SA，BL 上的电压被放大至 VDD，BLN 上的电压被缩小至 0，此时代表数据被正确读出。但是可以看到我们在这个读出过程中，将两个 Fcap 的极化强度都变为了“+Pm”，也就是说在读出过程中破坏了存储单元原本保存的数据，那么在成功将数据读出后必然要将原本的数据写回存储单元。所以在成功读取数据之后，保持灵敏放大器 SA 开 启，将 PL 变为低电平，此时 Fcap2 两端电压差变为 0，其极化强度变为“+Pr”；而Fcap1 两端电压差为-VDD，所以 Fcap1 被极化至“-Pm”。再之后关闭灵敏放大器SA，BL 上的电压变为 0，此时 Fcap1 两端电压差变为 0，其极化强度变为“-Pr”。这时该存储单元所存储数据均已恢复，之后将 WL 电压变为 0，便完成了一次读取过程。

      由以上分析我们可以得知，铁电存储器存储数据的根本原理就是要将铁电电容极化到各种不同的状态，从而达到存储数据、更改数据的目的。而为了完成以上的一系列操作，我们就需要一系列相关电路的辅助，来实现对铁电电容的各种极化操作。