Устройство с пассивной матричной адресацией и способ считывания информации из этого устройства

Изобретение относится к способу считывания информации из устройства с пассивной матричной адресацией и может быть применено в сенсорных устройствах с индивидуально адресуемыми ячейками на основе поляризуемого материала. Техническим результатом является устранение мешающих напряжений и токов утечки при деструктивном считывании ячеек и обеспечение параллельного считывания из нескольких ячеек. Устройство с пассивной матричной адресацией индивидуальных ячеек содержит электрически поляризуемый материал, обладающий гистерезисом, первый и второй наборы параллельных электродов, формирующих управляющие шины и шины данных, которые в зонах скрещивания в объеме поляризуемого материала образуют ячейки, содержащие структуры типа конденсатора, а также содержит средства управления и средства детектирования. Способ описывает процесс считывания данных из указанного устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству с пассивной матричной адресацией, в особенности к запоминающему или сенсорному устройству с индивидуально адресуемыми ячейками, предназначенными для хранения логической величины, представляемой уровнем заряда в ячейке. Устройство содержит электрически поляризуемый материал, обладающий гистерезисом, предпочтительно ферроэлектрический материал, а также первый и второй наборы параллельных электродов, которые формируют соответственно управляющие шины и шины данных указанного устройства. Управляющие шины и шины данных расположены взаимно ортогонально и контактируют с противолежащими поверхностями поляризуемого материала. В результате ячейки устройства представляют собой структуры типа конденсатора, образующиеся в объеме поляризуемого материала в зонах скрещивания управляющих шин и шин данных. Каждая подобная ячейка может быть приведена в одно из двух состояний поляризации или переключена из одного состояния в другое путем приложения напряжения V_s, превышающего коэрцитивное напряжение V_c для поляризуемого материала, между управляющей шиной и шиной данных, через которые производится адресация данной ячейки. Каждая шина данных присоединена к средству детектирования. Настоящее изобретение относится также к способу считывания информации, используемому в указанном устройстве с пассивной матричной адресацией.

Способ по изобретению предусматривает использование протокола подачи импульсного напряжения, содержащего цикл считывания и цикл записи/обновления, причем каждое средство детектирования во время цикла считывания производит детектирование зарядов, протекающих между шиной данных, подключенной к указанному средству, и ячейками, присоединенными к указанной шине данных.

Уровень техники

Настоящее изобретение, как оно описано выше, преимущественно относится к считыванию данных из всех ячеек, включенных между выбранной управляющей шиной и всеми скрещивающимися с ней параллельными шинами данных, т.е. к способу считывания полной строки (или к так называемому "считыванию полного информационного слова"). Подобное считывание описано, в частности, в патенте США №6157578, который относится к устройству и к способу считывания строки данных в полупроводниковом запоминающем устройстве в ходе единственной операции, т.е. параллельно.

В качестве примера, характеризующего состояние техники в отношении устройств с матричной адресацией, можно привести ссылку на статью А.Sheikholeslami and P.Glenn Gulak. "Survey of Circuit Innovations in Ferroelectric Random-Access Memories", Proceedings of the IEEE, volume 88, no.5, pp.667-689, May 2000. В данной статье описаны активные запоминающие устройства и способы их адресации, в частности активные ферроэлектрические запоминающие устройства указанного типа, в которых каждая ячейка реализована в виде структуры типа конденсатора, подключенной последовательно к так называемому входному транзистору, управляющему доступом к конденсатору. В указанной структуре типа конденсатора находится ферроэлектрический материал, который может быть поляризован и который обладает гистерезисом. Такие активные запоминающие ячейки, которые присоединены к транзистору, называются ячейками типа 1Т-1С. Однако подобные ячейки могут содержать также два транзистора и два конденсатора и т.д. В некоторых вариантах большее количество (n) конденсаторов может быть присоединено к единственному транзистору. Подобная активная ячейка памяти именуется ячейкой типа 1Т-nC. Использование подобных схем связано с тем, что с их помощью конденсатор ячейки памяти, когда эта ячейка не адресуется, может быть отключен, чтобы он не подвергался влияниям со стороны паразитной емкости, которая может создавать помехи и токи утечки в процессе адресации другой ячейки матрицы.

Устройства с матричной адресацией, содержащие активные ячейки, имеют очевидные преимущества, но также и недостатки. Использование входных (или ключевых) транзисторов увеличивает потребление энергии и приводит к снижению пространственной плотности, что, в свою очередь, может привести, например, к снижению плотности хранения данных в запоминающих устройствах.

В запоминающих устройствах с пассивной матричной адресацией все ячейки, входящие в состав матричной памяти, постоянно подключены к сети, образованной электродами, которые обычно именуются управляющими шинами и шинами данных матрицы. При этом каждая ячейка находится в зоне скрещивания управляющей шины с шиной данных и, следовательно, представляет собой структуру типа конденсатора. Индивидуальная ячейка подобного типа адресуется путем подачи напряжения на соответствующую ей управляющую шину и/или на шину данных, так что между этими электродами возникает потенциал, приложенный к ячейке памяти. Тем самым обеспечивается возможность оказания на ячейку соответствующего воздействия, зависящего от уровня разности потенциалов. В частности, ячейке может быть придана постоянная положительная или постоянная отрицательная поляризация. В случае приложения достаточно большой разности потенциалов, соответствующей напряжению V_s, превышающему коэрцитивное напряжение V_c для ферроэлектрического материала, оказывается возможным переключить поляризацию из одного состояния в другое.

Запись данных в ячейку описанного типа включает перевод исходной ("свежей") ячейки, которая до этого не была поляризована, в одно из двух состояний постоянной поляризации, или изменение знака поляризации, которая ранее была придана ячейке, на обратный, т.е. перевод ячейки из состояния постоянной положительной поляризации в состояние постоянной отрицательной поляризации или наоборот. В процессе считывания соответствующим образом производится определение состояния поляризации. Например, напряжение на управляющей шине устанавливается на уровне V_s, тогда как соответствующая шина данных удерживается под нулевым потенциалом. В зависимости от текущего состояния поляризации это состояние либо сохраняется, либо переключается, причем подобные состояния соответствуют низкому или высокому уровню зарядного тока, текущего по шине данных. При этом может быть проведено детектирование текущего значения тока, и по этому уровню может быть считано логическое состояние ячейки, соответствующее логическому нулю или логической единице, в зависимости от ее полярности. Данный метод считывания, который оказался единственным практически реализуемым методом, является деструктивным. Это означает, что он разрушает данные, содержавшиеся в ячейке, когда ее исходное состояние поляризации переключается на состояние с обратной поляризацией. Подобный процесс обеспечивает надежное детектирование логического значения, но подразумевает, что в случае необходимости это первоначальное логическое значение должно быть повторно записано в ячейку посредством операции записи, рассмотренной выше.

Как при записи в ячейку, так и при считывании из нее необходимо использовать довольно значительную разность потенциалов. Как следствие, при выполнении операций адресации в пассивной матрице возникают мешающие напряжения и токи утечки в пассивной сети, образованной ячейками, способные влиять на состояния поляризации ячейки. Если имеет место параллельная адресация нескольких ячеек, например всех ячеек, подсоединенных к одной управляющей шине, проблема помех в пассивной сети с матричной адресацией обостряется, особенно в случае больших матриц, например, содержащих несколько миллионов ячеек.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит, следовательно, в преодолении проблем, связанных с деструктивным считыванием данных из ячеек в устройстве с пассивной матричной адресацией. При этом конкретная задача заключается в устранении мешающих напряжений и токов утечки, которые оказывают влияние на неадресуемые ячейки в устройстве с пассивной матричной адресацией во время выполнения операции считывания. Еще одна задача состоит в том, чтобы обеспечить параллельное считывание из нескольких ячеек и, прежде всего, считывание полной строки таким образом, чтобы все ячейки, связанные с одной управляющей шиной в устройствах с пассивной матричной адресацией, считывались параллельно, но с минимальными возмущениями для неадресуемых ячеек.

Наконец, задачей, решаемой изобретением, является также преодоление проблем, связанных с записью в подобные ячейки в сети с пассивной матричной адресацией и особенно с повторной записью, после завершения считывания, в ячейки, из которых было произведено считывание, таким образом, чтобы восстановить исходное состояние поляризации, имевшее место до считывания, и, соответственно, хранившиеся в ячейках логические величины или данные.

Решение перечисленных задач, а также новые свойства и преимущества обеспечиваются согласно изобретению созданием устройства с пассивной матричной адресацией, которое характеризуется тем, что содержит средства управления, соединенные с управляющими шинами и шинами данных и выполненные с возможностью:

координированного во времени управления электрическими потенциалами на всех управляющих шинах и шинах данных в соответствии с правилом выбора одной трети напряжения,

выполнения протокола подачи импульсного напряжения с четырьмя уровнями напряжения, соответствующими 0, V_s/3, 2V_s/3 и V_s, измеряемыми относительно нулевого потенциала, с приложением электрических потенциалов ко всем управляющим шинам и шинам данных в виде согласованных временных последовательностей,

активации выбранной управляющей шины и выбранных шин данных во время, по меньшей мере, части цикла считывания и активации выбранной управляющей шины и всех шин данных во время цикла повторной записи/обновления таким образом, что логические значения, хранящиеся во всех ячейках, присоединенных к управляющей шине, могут быть определены путем детектирования во время цикла считывания, а все логические значения, уничтоженные во время считывания, могут быть повторно установлены или повторно записаны в цикле повторной записи/обновления.

При этом желательно, чтобы поляризуемый материал в устройстве по изобретению представлял собой ферроэлектрический полимер.

Желательно также, чтобы средства детектирования представляли собой считывающие усилители.

Решение перечисленных задач, а также новые свойства и преимущества обеспечиваются согласно изобретению и созданием способа считывания информации из устройства с пассивной матричной адресацией. Способ по изобретению характеризуется тем, что включает координированное во времени управление электрическими потенциалами на всех управляющих шинах (линиях) и шинах (линиях) данных в соответствии с правилом выбора одной трети напряжения. Способ по изобретению включает также выполнение протокола подачи импульсного напряжения с четырьмя уровнями напряжения, соответствующими 0, V_s/3, 2V_s/3 и V_s и измеряемыми относительно нулевого потенциала. Данный протокол предусматривает приложение электрических потенциалов ко всем управляющим шинам и шинам данных в виде согласованных временных последовательностей. Указанные временные последовательности включают активацию цикла считывания для выбранной управляющей шины путем:

(а1) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, по меньшей мере, равного V_s; на все шины данных, скрещенные с указанной управляющей шиной, напряжения, равного нулю; а на все неактивные управляющие шины напряжения, равного 0 или V_s, или, альтернативно,

(а2) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, равного нулю; на все шины данных, скрещенные с указанной управляющей шиной, напряжения, по меньшей мере, равного V_s; а на все неактивные управляющие шины, напряжения, равного 0 или V_s.

В результате логическое значение, хранящееся в каждой ячейке, присоединенной к активной управляющей шине, может быть определено путем детектирования количества заряда, поступившего в соответствующую шину данных, посредством ассоциированного с ней средства детектирования.

Осуществляют также повторную запись информации, которая была потеряна во время цикла считывания. Эту повторную запись осуществляют путем возвращения в исходное состояние любой ячейки, состояние поляризации которой было изменено в процессе цикла считывания, посредством еще одной активации выбранной управляющей шины для выполнения цикла записи/обновления путем:

(в1.1) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, по меньшей мере, равного V_s; на все шины данных, присоединенные к ячейкам, подлежащим возвращению в исходное состояние, напряжения, равного нулю; а на все неактивные управляющие шины и на все неактивные шины данных напряжения, равного соответственно V_s/3 и 2V_s/3 или 2V_s/3 и V_s/3, или, альтернативно,

(в1.2) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, равного нулю; на все шины данных, присоединенные к ячейкам, подлежащим возвращению в исходное состояние, напряжения, по меньшей мере, равного V_s; а на все неактивные управляющие шины и на все неактивные шины данных напряжения, равного соответственно V_s/3 и 2V_s/3 или 2V_s/3 и V_s/3.

Альтернативно, повторную запись осуществляют путем активации ранее невыбранной управляющей шины и переписывания данных, которые были утеряны во время цикла считывания, в соответствующим образом выбранные ячейки, присоединенные к указанной шине. При этом используют протокол подачи импульсного напряжения и уровни напряжения, аналогичные используемым при осуществлении операции возвращения ячеек в исходное состояние.

Для способа по настоящему изобретению представляется предпочтительным использование в качестве средств детектирования считывающих усилителей.

Далее изобретение будет описано более подробно, с представлением общих предпосылок для реализации устройств с пассивной матричной адресацией. Будет пояснено также, каким образом производится адресация подобных устройств в соответствии с изобретением; кроме того, со ссылками на прилагаемые чертежи будут в качестве примеров описаны конкретные варианты изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана кривая гистерезиса для поляризуемого, в частности ферроэлектрического, материала.

Фиг.2 схематично иллюстрирует устройство с пассивной матричной адресацией.

На фиг.3 представлен первый вариант протокола подачи импульсного напряжения для считывания полной строки с последующим циклом повторной записи/обновления.

На фиг.4 представлен второй вариант протокола подачи импульсного напряжения для считывания полной строки с последующим циклом повторной записи/обновления.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлена кривая гистерезиса для поляризуемого материала. Данная кривая является типичной для ферроэлектрических и электретных материалов. Точки на кривой гистерезиса, расположенные на уровнях -Р_г и +Р_г, соответствуют отрицательной и положительной остаточной поляризации, тогда как точка P_s соответствует так называемой поляризации насыщения. Через V_c обозначено коэрцитивное напряжение, тогда как через V_s обозначено выбранное напряжение переключения, которое превышает коэрцитивное напряжение V_c. Напряжение, обозначенное как V_s/3, соответствует дробной части V_s, которая согласно настоящему изобретению используется в протоколе импульсных напряжений, как это будет описано далее. Если принять, что поляризуемый материал первоначально находится в неполяризованном состоянии, то он поляризуется путем подачи на него напряжения, существенно превышающего V_c и предпочтительно соответствующего V_s. При этом поляризация будет изменяться от нулевого значения до тех пор, пока она не достигнет точки P_s на гистерезисной кривой. Эта точка соответствует поляризации насыщения для ферроэлектрика или электрета, так что дальнейшее повышение напряжения не имеет смысла. Когда приложенное напряжение снимается, поляризация начинает дрейфовать в обратном направлении к точке +Р_г, соответствующей остаточной поляризации, т.е. к точке, в которой кривая гистерезиса пересекает ось у. Соответственно, для того чтобы поляризовать материал до уровня, соответствующего состоянию остаточной поляризации -Р_г, к нему должно быть приложено большое отрицательное напряжение -V_s. Таким образом, состояние поляризации может быть изменено от +Р_г до -Р_г подачей напряжения -V_s и от -Р_г до +Р_г подачей большого положительного напряжения +V_s.

Подобный выбор подаваемых напряжений соответствует протоколу записи и считывания в устройстве с пассивной матричной адресацией, которое содержит поляризуемый материал рассматриваемого типа. При этом должно быть очевидно, что для того чтобы реализовать описанные переключения, разность потенциалов, созданная на ячейке, имеющей структуру типа конденсатора, должна соответствовать используемым уровням напряжения +V_s или -V_s. Это требование обеспечивается подачей указанного напряжения на управляющую шину при поддержании нулевого потенциала на одной или более шинах данных. Если считывание должно производиться только для одной ячейки, связанной с активной управляющей шиной, необходимо проследить за тем, чтобы остальные шины данных, которые контактируют с неадресуемыми ячейками, находились под тем же напряжением, что и активная управляющая шина. В этом случае разность потенциалов, приложенная к данным ячейкам, становится равной нулю.

На фиг.2 схематично представлен вариант выполнения устройства с пассивной матричной адресацией. Первый набор электродов состоит из параллельных электродов, которые образуют управляющие шины WL (word lines) в составе матрицы. Количество таких управляющих шин WL может быть равно, например, m. Второй набор электродов состоит из параллельных электродов, которые пересекают управляющие шины WL под прямым углом. Эти электроды являются шинами BL данных (BL=bit lines); их количество может, например, равняться n. В результате формируется матрица размерностью m×n. Каждый из наборов электродов расположен в одной из двух взаимно параллельных плоскостей, а поляризуемый материал может представлять собой цельный слой, расположенный в виде "сэндвича" между наборами электродов. Возможно также расположение данного слоя над наборами электродов, если управляющие шины WL и шины BL данных выполнены в виде сопряженной схемы при наличии промежуточного изолирующего слоя в зоне скрещивания этих шин.

Перечисленные элементы образуют устройство с матричной адресацией, в котором каждая ячейка задается в активном материале, точнее в его объеме, расположенном в зоне взаимного скрещивания между управляющей шиной WL и шиной BL данных. Подобная матрица с пассивной адресацией представляет собой матрицу с количеством ячеек, равным m×n (разумеется, при m=n матрица будет являться квадратной). Для осуществления выбора ячеек и адресации как управляющие шины, так и шины данных присоединены к драйверным и управляющим контурам. На фиг.2 эти контуры не изображены, однако их использование в устройствах с активной и пассивной матричной адресацией хорошо известно специалистам в рассматриваемой области техники. Поэтому в их графическом представлении нет необходимости. Кроме того, каждая шина BL данных присоединена к соответствующему считывающему средству. Подобное считывающее средство на практике целесообразно реализовать в виде считывающего усилителя SA.

Для осуществления адресации производится выбор управляющей шины и подача на нее заданного напряжения. Такая управляющая шина представлена на фиг.2 в виде активной управляющей шины AWL (active word line), тогда как все остальные управляющие шины WL, показанные на данной фигуре, являются неактивными управляющими шинами IWL (inactive word lines). Если существует разность потенциалов между активной управляющей шиной AWL и шинами BL данных, которые скрещиваются с указанной управляющей шиной, обеспечивается возможность адресации к ячейке данных, находящейся в зоне скрещивания управляющей шины AWL и шин BL данных. В так называемом режиме адресации к полной строке (т.е. считывания всей строки) одинаковая разность потенциалов имеет место на всех ячейках, которые контактируют с активной управляющей шиной AWL. При этом считывание (детектирование) токов, текущих в данном случае через шины BL данных, производится соответствующими считывающими средствами, т.е. считывающими усилителями SA.

В предпочтительном варианте выполнения устройства с пассивной матричной адресацией согласно настоящему изобретению поляризуемый материал является ферроэлектрическим полимером. При этом может быть использован любой ферроэлектрический полимерный материал, включая поливинилидендифторид (ПВДФ), но не ограничиваясь им. Так, в качестве других вариантов могут быть упомянуты полиамиды (найлоны с нечетным номером марки, т.е. с нечетным количеством атомов углерода в основном исходном мономерном звене), цианополимеры, сополимеры винилиденфторида (ВДФ) и трифторэтилена (ТрФЭ), полимочевины, политиомочевины, биополимеры, такие как полипептиды и цианоэтилцеллюлозы. Тонкая пленка ферроэлектрического полимера может быть нанесена с помощью хорошо известных методов, таких как центрифугирование (например, применительно к сополимеру П(ВДФ-ТрФЭ) (75/25) с соответствующим растворителем, таким как диметилформамид (ДМФ), циклогексан или метилэтилкетон (МЭК)).

Далее будут рассмотрены различные варианты осуществления способа по настоящему изобретению. Первый вариант иллюстрируется графиками, представленными на фиг.3, которые соответствуют протоколу подачи импульсного напряжения при уровнях напряжения, лежащих между 0 и V_s. В верхней части фигуры приведены временные метки с номерами от 1 до 6. В соответствии с протоколом подачи импульсного напряжения по фиг.3 в отсутствие каких-либо операций адресации (когда не производится запись в какую-либо ячейку или считывание из нее) все управляющие шины WL и шины BL данных находятся под напряжением покоя, равным 0 В. Во время цикла считывания на активную шину AWL в интервале времени между временными метками 1 и 2 подают напряжение V_s, в то время как неактивные управляющие шины IWL находятся под нулевым потенциалом. Подача большого положительного напряжения +V_s на ячейку, которая находится в состоянии остаточной поляризации +Р_г, не приведет к существенному изменению поляризации данной ячейки. Поэтому по контактирующей с ней шине BL данных не будет протекать какого-либо значительного тока; возможно протекание лишь слабого тока, соответствующего разности между поляризацией P_s насыщения и остаточной поляризацией +Р_г (см. фиг.1).

Если же ячейка находилась в состоянии остаточной поляризации -Р_г, ее состояние в соответствии с протоколом переключится на состояние +P_s, что приведет к появлению большого зарядного тока на соответствующей ей шине BL данных и, следовательно, к выработке средством детектирования большого выходного сигнала. Если ячейка находилась в состоянии +Р_г, которое соответствует, например, логическому нулю, нет никакой необходимости в дополнительной операции обновления (повторной записи). Однако для ячейки, которая находилась в состоянии остаточной поляризации -Р_г, считывание приведет к переключению ячейки в состояние положительной остаточной поляризации +Р_г. В таком случае исходное логическое значение в ячейке должно быть восстановлено путем повторной записи в ячейку. Эта задача решается путем удерживания активной управляющей шины под нулевым потенциалом и приложения к соответствующей шине BL данных потенциала, который соответствует подаче на данную ячейку напряжения, равного -V_s. Во время этого цикла записи все неактивные управляющие шины IWL удерживаются под потенциалом 2V_s/3, а неактивные шины BL данных - под потенциалом V_s/3. В этом случае только разность потенциалов между активной управляющей шиной AWL и шиной BL данных, активированной для обновления данных, будет равна V_s, тогда как все неактивные управляющие шины IWL будут находиться под потенциалом 2V_s/3, а все неактивные шины BL данных - под потенциалом V_s/3. Таким образом, разность потенциалов между неактивной управляющей шиной и активными шинами данных существенно меньше V_s. Такая ситуация способствует уменьшению мешающих напряжений или емкостных связей и других нежелательных эффектов в матрице при осуществлении операции адресации с целью повторной записи.

Как можно видеть, согласно протоколу подачи импульсного напряжения, представленному на фиг.3, используются четыре уровня напряжения, а именно 0, V_s/3, 2V_s/3 и V_s. Использование дробных уровней напряжения V_s, а именно V_s/3 и 2V_s/3, вытекает из так называемого правила (схемы) выбора напряжений. Данное правило было применено для модифицирования протокола подачи напряжения с выбором значений напряжения в пределах от 0 до V_s/3 для того, чтобы ослабить мешающие напряжения и токи утечки, а также другие факторы, способные оказать неблагоприятное влияние на состояние поляризации ячеек памяти. В рассматриваемом случае было применено так называемое "правило выбора одной трети напряжения". При этом можно показать, что напряжение V_s/3 соответствует минимальному среднему уровню напряжения, которое может присутствовать на всех управляющих шинах и шинах данных в матрице во время выполнения операций адресации.

В отношении теоретических основ применения протоколов подачи импульсного напряжения и правил выбора напряжений можно привести ссылку на патент Норвегии №312699, принадлежащий заявителю настоящего изобретения. В этом патенте (аналогичном международной заявке WO 02/05287) рассмотрены теория протоколов подачи импульсного напряжения и их использование независимо от того, производится ли адресация к индивидуальным ячейкам или параллельно к нескольким ячейкам в крупных запоминающих устройствах с пассивной матричной адресацией на основе ферроэлектрического или электретного запоминающего материала.

На фиг.4 проиллюстрирован другой протокол подачи импульсного напряжения, соответствующий изобретению. Этот протокол тоже использует четыре уровня напряжения в интервале от 0 до V_s, а также так называемое правило выбора одной трети напряжения. При этом протокол по фиг.4 отличается от протокола по фиг.3 тем, что напряжение покоя, под которым находятся все управляющие шины и шины данных, когда не производится считывание или запись в какой-либо ячейке матрицы, теперь составляет V_s/3. Достоинство такого выбора состоит в том, что при выполнении операции адресации с целью считывания или записи уровень прикладываемого напряжения в любом случае (т.е. применительно и к активной управляющей шине AWL, и к активной шине BL данных) будет существенно ниже V_s. В крайнем случае, этот уровень будет составлять 2V_s/3. В результате будет реализован несомненный выигрыш в отношении мешающих напряжений и токов утечки в сети. Одновременно сократится время доступа.

Таким образом, напряжение на активной управляющей шине в цикле считывания в рамках данного протокола в момент, соответствующий временной метке 2, переключается с уровня V_s/3 на V_s, а напряжение на шинах BL данных - с уровня V_s/3 до нуля. Одновременно на все неактивные управляющие шины IWL подают нулевое напряжение; как следствие, будет иметь место нулевая разность потенциалов между неактивными управляющими шинами IWL и неактивными шинами BL данных. После завершения цикла считывания, который может выполняться в параллельном режиме, выполняют обновление путем подачи на все управляющие шины и шины данных напряжения покоя V_s/3. Затем в цикле повторной записи или обновления на активную управляющую шину AWL подают нулевое напряжение, тогда как к активным шинам BL данных, используемым для адресации ячейки, в которых нужно установить исходное значение, прикладывают разность потенциалов V_s. Подразумевается, что это приложение производится с учетом полярности для того, чтобы обеспечить восстановление именно исходного значения.

Неактивные шины данных, т.е. шины, контактирующие с ячейками, которые не требуют никакого обновления, продолжают оставаться под напряжением V_s/3, тогда как напряжение на неактивных управляющих шинах устанавливают равным 2V_s/3. Разность потенциалов между неактивными управляющими шинами и неактивной шиной данных составляет в этом случае V_s/3, причем аналогичная разность между неактивными управляющими шинами и активной шиной данных также составит V_s/3. В то же время разность потенциалов между активной управляющей шиной и активной шиной данных для осуществления повторной записи будет, разумеется, равна V_s (или, возможно, -V_s). Разность потенциалов между активной управляющей шиной AWL и неактивной шиной данных, которая не используется при повторной записи, будет составлять V_s/3.

Протокол подачи импульсного напряжения, показанный на фиг.3, позволяет обеспечить очень простое считывание из устройства с матричной адресацией. Это означает, что не изображенные на чертежах драйверные контуры для управляющих шин и шин данных WL, BL могут быть сделаны относительно простыми. Несколько более сложный протокол подачи импульсного напряжения в варианте по фиг.4 требует, чтобы потенциалы на всех управляющих шинах и шинах данных изменялись одновременно в соответствии с протоколом. Вместе с тем в этом случае существенно улучшается устойчивость схемы к мешающим напряжениям и к токам утечки. Должно быть понятно, что во время цикла записи реальный потенциал на активных шинах данных может быть положительным или отрицательным в зависимости от логических значений, которые должны быть записаны, и от исходного состояния ячеек после операции деструктивного считывания. Следует также отметить, что временные метки, показанные на чертежах для пояснения последовательности импульсов, могут задаваться достаточно свободно. В частности, допустимо, чтобы временные интервалы 2-1 и 4-3 на фиг.4 были нулевыми или отрицательными. Кроме того, временные параметры могут выбираться также с учетом динамических свойств поляризуемого материала, например постоянной времени кривой гистерезиса для выбранного материала.

Должно быть также понятно, что абсолютные значения уровней напряжения и само количество уровней напряжения в рамках протокола подачи импульсного напряжения могут выбираться достаточно свободно при условии выполнения вышеупомянутого условия считывания полной строки, т.е. приложения разности потенциалов V_s к каждой ячейке на активной управляющей шине и нулевого напряжения на неадресуемых ячейках, связанных с неактивными управляющими шинами IWL. При этом возможна, с целью активации ячеек, подача напряжения, значительно превышающего значение V_s, которое при этом не будет оказывать влияния на состояние остаточной поляризации запоминающего материала. В этом контексте можно также упомянуть, что проблемы считывания данных из ячеек могут существенно усложняться под влиянием такого явления, как усталость, т.е. постепенное снижение уровня остаточной поляризации в ячейках памяти. Кроме того, возможно проявление так называемого "импринтинга", состоящего в том, что ячейка, которая в течение длительного периода времени находилась в конкретном состоянии поляризации, будет проявлять тенденцию к сохранению данного состояния. Как следствие, при осуществлении возможной операции адресации подобная ячейка потребует более высокого напряжения или более длинных импульсов напряжения.

Таким образом, считывание полной строки производится, когда все шины BL данных в пассивной матрице считываются во время одного цикла считывания с применением соответствующего протокола подачи импульсного напряжения. Другими словами, в данный период времени активными являются только одна из m управляющих шин и все n шин BL данных. Для того чтобы реализовать данный режим, каждая шина данных в составе матрицы должна быть подключена к считывающему усилителю. Режим считывания полной строки может использоваться, когда матрица по какой-то причине разбита на некоторое количество подматриц (частичных матриц). Следовательно, концепция считывания полной строки в контексте данного описания охватывает ситуацию, когда все ячейки, связанные с одной управляющей шиной подматрицы, считываются в течение одного цикла считывания. Режим считывания полной строки дает ряд преимуществ по сравнению со считыванием применительно к части строки или к единственной ячейке, в том числе:

а) в процессе цикла считывания все неадресуемые ячейки находятся под нулевым потенциалом, что приводит к уменьшению количества мешающих сигналов, которые могли бы привести к потере информационного содержимого (т.е. логического значения); кроме того, устраняются все помехи, которые могли бы привести к фоновым токам;

б) скорость переноса данных будет максимально допустимой для данного количества шин данных в матрице или подматрице;

в) значение V_s напряжения считывания может быть выбрано значительно более высоким, чем коэрцитивное напряжение, без риска частичного переключения неадресуемых ячеек; это означает, что скорость переключения будет максимально возможной для используемого поляризуемого материала ячеек;

г) схема считывания совместима с крупными матрицами и группами матриц.

Для осуществления считывания разность потенциалов между активной управляющей шиной AWL и шинами BL данных устанавливается соответствующей потенциалу V_s, что приводит к появлению тока из ячеек к контактирующим с ними шинам данных. Количество заряда (или сила тока) зависит от состояния поляризации в каждой ячейке; эта величина детектируется считывающими усилителями, по одному на каждую шину данных. В результате, за счет использования соответствующего измерительного контура, может быть определено логическое состояние каждой ячейки.

Как было отмечено в разделе "Область техники", устройство с пассивной матричной адресацией может представлять собой запоминающее устройство, предназначенное для хранения данных, так что состояние поляризации в каждой ячейке представляет логическую единицу или логический ноль. Альтернативно, данное устройство может использоваться в качестве сенсорного устройства (датчика). В этом случае логические величины, хранящиеся в каждой ячейке, представляют значения, соответствующие каждому отдельному чувствительному элементу сенсорного устройства. Однако при этом то или иное выполнение устройства не будет приводить к каким-либо различиям в способе считывания или обновления данных, хранящихся в каждой ячейке.

1. Способ считывания информации из устройства с пассивной матричной адресацией, в особенности из запоминающего или сенсорного устройства с индивидуально адресуемыми ячейками, предназначенными для хранения логической величины, представляемой уровнем заряда в ячейке, причем указанное устройство содержит электрически поляризуемый материал, обладающий гистерезисом, предпочтительно ферроэлектрический материал, а также первый и второй наборы параллельных электродов, которые формируют соответственно управляющие шины (WL) и шины (BL) данных указанного устройства, расположенные взаимно ортогонально и контактирующие с противолежащими поверхностями поляризуемого материала с формированием в составе устройства, в объеме поляризуемого материала в зонах скрещивания управляющих шин и шин данных, ячеек, содержащих структуры типа конденсатора, при этом каждая ячейка устройства может быть приведена в одно из двух состояний поляризации или переключена из одного состояния в другое путем приложения напряжения V_s, превышающего коэрцитивное напряжение V_c для поляризуемого материала, между управляющей шиной (WL) и шиной (BL) данных, через которые производится адресация данной ячейки, а каждая шина (BL) данных присоединена к средству детектирования, причем указанный способ включает выполнение протокола подачи импульсного напряжения, содержащего цикл считывания и цикл записи/обновления, а каждое средство детектирования во время цикла считывания производит детектирование зарядов, протекающих между шиной (BL) данных, подключенной к средству считывания, и ячейками, присоединенными к указанной шине (BL) данных, отличающийся тем, что включает координированное во времени управление электрическими потенциалами на всех управляющих шинах и шинах данных в соответствии с правилом выбора одной трети напряжения, а также выполнение протокола подачи импульсного напряжения с четырьмя уровнями напряжения, соответствующими 0, V_s/3, 2V_s/3 и V_s и измеряемыми относительно нулевого потенциала, причем указанный протокол предусматривает приложение электрических потенциалов ко всем управляющим шинам и шинам данных в виде согласованных временных последовательностей, включающих:

(А) активацию цикла считывания для выбранной управляющей шины путем (а1) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, по меньшей мере, равного V_s, на все шины данных, скрещенные с указанной управляющей шиной, напряжения, равного нулю, а на все неактивные управляющие шины напряжения, равного 0 или V_s, или, альтернативно, (а2) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, равного нулю, на все шины данных, скрещенные с указанной управляющей шиной, - напряжения, по меньшей мере, равного V_s, а на все неактивные управляющие шины, напряжения, равного 0 или V_s, с определением логического значения, хранящегося в каждой ячейке, присоединенной к активной управляющей шине, путем детектирования количества заряда, поступившего в соответствующую шину данных, посредством ассоциированного с ней средства детектирования, (В) осуществление повторной записи информации, которая была потеряна во время цикла считывания, путем:

(в1) либо возвращения в исходное состояние любой ячейки, состояние поляризации которой было изменено в процессе цикла считывания, посредством еще одной активации выбранной управляющей шины для выполнения цикла записи/обновления путем:

(в1.1) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, по меньшей мере, равного V_s, на все шины данных, присоединенные к ячейкам, подлежащим возвращению в исходное состояние, напряжения, равного нулю, а на все неактивные управляющие шины и на все неактивные шины данных напряжения, равного соответственно V_s/3 и 2V_s/3 или 2V_s/3 и V_s/3, или, альтернативно,

(в1.2) подачи на выбранную управляющую шину напряжения, равного нулю; на все шины данных, присоединенные к ячейкам, подлежащим возвращению в исходное состояние, напряжения, по меньшей мере, равного V_s, а на все неактивные управляющие шины и на все неактивные шины данных напряжения, равного соответственно V_s/3 и 2V_s/3 или 2V_s/3 и V_s/3,

(в2) либо активации ранее невыбранной управляющей шины и переписывания данных, которые были утеряны во время цикла считывания, в соответствующим образом выбранные ячейки, присоединенные к указанной шине, с использованием протокола подачи импульсного напряжения и уровней напряжения, аналогичных используемым при осуществлении операции возвращения ячеек в исходное состояние.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства детектирования используют считывающий усилитель.

3. Устройство с пассивной матричной адресацией индивидуальных ячеек, предназначенных для хранения логической величины, представляемой уровнем заряда в ячейке, содержащее электрически поляризуемый материал, обладающий гистерезисом, предпочтительно ферроэлектрический материал, а также первый и второй наборы параллельных электродов, которые формируют соответственно управляющие шины (WL) и шины (BL) данных, расположенные взаимно ортогонально и контактирующие с противолежащими поверхностями поляризуемого материала с формированием в объеме поляризуемого материала в зонах скрещивания управляющих шин и шин данных, ячеек, содержащих структуры типа конденсатора, при этом каждая ячейка может быть приведена в одно из двух состояний поляризации или переключена из одного состояния в другое путем приложения напряжения V_s, превышающего коэрцитивное напряжение V_c для поляризуемого материала, между управляющей шиной (WL) и шиной (BL) данных, через которые производится адресация данной ячейки, а каждая шина (BL) данных присоединена к средству детектирования, отличающееся тем, что содержит средства управления, соединенные с управляющими шинами и шинами данных (WL, BL) и выполненные с возможностью координированного во времени управления электрическими потенциалами на всех управляющих шинах и шинах данных в соответствии с правилом выбора одной трети напряжения, выполнения протокола подачи импульсного напряжения с четырьмя уровнями напряжения, соответствующими 0, V_s/3, 2V_s/3 и V_s, измеряемыми относительно нулевого потенциала, с приложением электрических потенциалов ко всем управляющим шинам и шинам данных в виде согласованных временных последовательностей, активации выбранной управляющей шины (WL) и выбранных шин (BL) данных во время, по меньшей мере, части цикла считывания и активации выбранной управляющей шины (WL) и всех шин (BL) данных во время цикла повторной записи/обновления таким образом, что логические значения, хранящиеся во всех ячейках, присоединенных к управляющей шине (WL), могут быть определены путем детектирования во время цикла считывания, а все логические значения, уничтоженные во время считывания, могут быть повторно установлены или повторно записаны в цикле повторной записи/обновления.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поляризуемый материал представляет собой ферроэлектрический полимер.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средства детектирования представляют собой считывающие усилители (SA).