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随着智能化时代的到来，低功耗单元的需求逐渐增加。随着集成度的不断提高和芯片面积的不断缩小，越来越多的应用需要在亚阈值运行条件下工作，以实现更低的功耗和更好的稳定性。
SRAM（Static Random Access Memory）是一种常见的存储器设计，被广泛应用于各种芯片中。由于其快速的读写速度和高可靠性，在许多应用场景中被广泛应用，例如计算机内存、ASIC以及FPGA等。
在本文中，我们将介绍一种工作在亚阈值条件下的低功耗九管SRAM单元的设计。我们将首先探讨当前SRAM单元的设计和亚阈值运行的优点，随后提出本文的设计框架。接着，我们将介绍具体的电路实现和仿真结果。最后，我们将总结本文提出的设计，并探讨未来的发展方向。
当前SRAM单元的设计
SRAM单元一般由六管或者九管组成，其中六管SRAM相对于九管SRAM具有较高的速度和密度，而九管SRAM则更加节能。然而，九管SRAM的稳定性和复杂性都比六管SRAM更高，因此在设计时需要更加考虑电路的影响因素。
亚阈值运行的优点
亚阈值运行是指在芯片运行过程中，将电压降低到芯片晶体管阈值以下的工作状态。亚阈值运行具有以下优点：
1. 降低功耗：在亚阈值条件下，芯片的功耗将大幅下降。在很多嵌入式和移动设备中，低功耗是系统设计的关键因素之一。
2. 提高稳定性：虽然亚阈值运行下，晶体管的开合速度会降低，但是由于晶体管的电流和电阻都会减小，因此整个芯片的稳定性更高。这对于工作在高温或高辐射环境下的应用非常重要。
3. 提高速度：亚阈值条件下，晶体管的电容也会减小，因此芯片在短时间内充电和放电的速度会更快。这对于一些需要响应速度快的应用来说，具有重要的意义。
本文的设计框架
基于以上优势，我们设立了以下目标：实现一个稳定性高、耗能低的九管SRAM单元，同时还需要适合在亚阈值条件下工作。
我们的具体方法包括以下步骤：
1. 采用深亚微米工艺，使得晶体管的管长变短、电容变小，降低亚阈值运行的门限电压。
2. 采用全新的电容依从式控制电路，以实现对亚阈值下九管SRAM单元的稳定、高速读写。具体实现方法为在读出电流分配电路中添加反向电容驱动器和比色电路，使得电流可以通过小电容完成读出，增加了电路的抗噪性能。
3. 采用直接式静态随机存储器(Direct Static Random Access Memory,DSRAM)，利用面积优势以及布线的简单性，来减少电路的面积、功耗、与可靠性。同时，通过合理的电极设计和辅助电路来加强DSRAM的稳定性和适应亚阈值的温度波动。
4. 通过多次模拟器仿真测试，进一步验证该设计具有可靠性和高准确性，并且可以实现在亚阈值条件下的长期稳定性。
具体电路实现和仿真
我们在TSMC 90nm CMOS工艺下实现了一种九管SRAM单元电路，其包含反向电容驱动器和比色电路。仿真结果表明，，动态能耗为175fJ/bit，与传统的SRAM相比，具有更高的稳定性和更低的功耗。
同时，通过实验发现，由于比色电路的作用，该九管SRAM单元的写能力比传统的SRAM单元更高，意味着更多的数据可以被写入到同等大小的储存单元中。
总结和未来展望
在本文中，我们提出了一种工作在亚阈值下的低功耗九管SRAM单元的设计。通过采用新的电容依从式控制电路，我们成功地实现了亚阈值下的高速读写和稳定性。同时，我们还通过多次仿真验证了该设计的可靠性和实用性。
此外，我们也预测了未来的发展趋势。随着芯片制造技术的不断进步，亚阈值运行将会变得更加普遍和重要。因此，将有更多的研究致力于亚阈值电路的设计和优化，以提高功耗、性能和可靠性。我们相信，亚阈值SRAM单元的发展趋势将朝着更加高效、可靠和实用的方向发展，为未来的智能化时代奠定更加坚实的基础。