Программирование устройств в нашем массиве производится последовательно, т.е. по принципу "устройство за устройством". При первом использовании массива памяти "формируются" все устройства. Для формирования прибора строки i и столбца j, битовая линия BLj, подключенная к нижнему электроду запоминающего устройства, устанавливается на "землю", а текстовая линия WLi устанавливается на напряжение, выбранное для ограничения тока до "значения соответствия" 200 мкА.
На сенсорную линию SLi, подключенную к верхнему электроду запоминающего устройства, накладывается значение темпа напряжения, увеличивающееся с 0 до 3,3 В со скоростью 1000 В/сек. Данная операция формирования производится только один раз в течение срока службы прибора. Для программирования прибора в его LRS (операция SET), битовая линия BLj устанавливается на "землю", а сенсорная линия SLi - на 2V. Смысловая линия WLi снова устанавливается на напряжение, выбранное для ограничения тока до значения соответствия, в диапазоне от 20 до 200 мкА в зависимости от выбранного условия программирования.
Для программирования устройства в HRS (режим работы СБРОС) к устройству должно быть приложено напряжение противоположного знака, при этом соответствие току не требуется. Смысловая линия SLi, таким образом, устанавливается на землю, в то время как текстовая линия WLi устанавливается на значение 3,3 В, а битовая линия BLj - на "напряжение СБРОса" в диапазоне от 1,5 до 2,5 В в зависимости от выбранного условия программирования. Для операций SET и RESET длительность программирования может варьироваться от 0.1 до 100 мкс. Во время операций программирования все битовые, селективные и словесные строки, соответствующие неизбираемым устройствам, за исключением битовой строки комплементарного устройства выбранного устройства: эта строка программируется на то же напряжение, что и строка смысла, чтобы избежать любого возмущающего воздействия на комплементарное устройство.
В нашей изготовленной схеме считывание показаний осуществляется с помощью предусилителей чувствительности (PCSA). Эти схемы отличаются высокой энергоэффективностью, так как работают в двух фазах - предварительная зарядка и разрядка, избегая какого-либо прямого пути между питающим напряжением и землей.
- Сначала сигнал чувствительности (SEN) устанавливается на "землю", а SL - на напряжение питания, что обеспечивает предварительную зарядку двух выбранных дополнительных наноустройств, а также защелку для сравнения при одном и том же напряжении.
- На втором этапе сенсорный сигнал устанавливается на напряжение питания, а напряжения на дополнительных устройствах разряжаются на землю через SL.
Ответвление с наименьшим сопротивлением разряжается быстрее и вызывает разрядку на землю на выходе дополнительного инвертора, который запирает выход дополнительного инвертора на напряжение питания. Таким образом, два выходных напряжения представляют собой сравнение двух величин дополнительного сопротивления. В нашей тестовой микросхеме время считывания составляет примерно 10нс и является результатом высокой емкостной нагрузки, связанной с нашей тестовой установкой датчика. Без этой высокой емкостной нагрузки время переключения определялось бы временем разрешения исходной метастабильности схемы. При использовании масштабируемой технологии это время переключения может достигать 100 пс.
Мы изготовили дифференциальный массив памяти с 2048 устройствами, реализовав таким образом массив килобитной памяти.
Каждый столбец дополнительных наноустройств оснащен предварительным зарядным усилителем чувства, а доступ к строкам и столбцам осуществляется через встроенные КМОП-цифровые декодеры. Подушки матриц не защищены от электростатического разряда, и матрицы были протестированы с помощью коммерческих 22-патронных карт-зондов. Во всех экспериментах напряжения задаются с помощью самодельной печатной платы, а импульсные напряжения генерируются с помощью генераторов импульсов Keysight B1530A. В конструкции опционально можно отключить и обойти усилители предварительной зарядки, что позволяет измерять сопротивление наноустройства непосредственно через внешние прецизионные мониторы источника.