节省功率的基于静态的比较器电路和方法以及使用其的内容可寻址存储器(cam)电路的制作方法.docx

节省功率的基于静态的比较器电路和方法以及使用其的内容可寻址存储器(cam)电路的制作方法专利名称：节省功率的基于静态的比较器电路和方法以及使用其的内容可寻址存储器(cam)电路的制作方法技术领域：本发明的技术一般涉及比较器电路和内容可寻址存储器(CAM)电路，以及相关系统和方法背景技术：内容可寻址存储器(CAM)为尤其适用于高速搜索应用中的计算机存储器类型不同于标准随机存取存储器(RAM)(其中供应存储器地址且RAM返回存储于此存储器地址处的数据字)，CAM实施查找表功能查找表功能确定所供应的比较数据是否存储于CAM中的任何存储器位置处如果是，则返回数据字或CAM中的含有与所供应的比较数据匹配的数据的一个或一个以上存储器位置的列表CAM提供对数据的高速存取，因为CAM通常使用专用比较器电路来在单一时钟循环内执行查找功能CAM还称为关联存储器或关联性存储装置，因为CAM提供硬件中的关联性阵列图1说明示范性CAM 10的方框图CAM 10包括多个条目的阵列所述多个条目包含一个或一个以上标签数据字段12，以及一个或一个以上对应的比较器14和RAM数据字段16每一标签数据字段12包括一(1)位数据或多位数据以形成标签数据。

在图1中所说明的CAM 10中，标签数据字段12包含0到M位，以形成长度为M+1个位的标签数据字 提供大小为0到N的的N+1个物理寄存器(每一者包含标签数据字段12以及对应的比较器14和RAM数据字段16)的阵列，以在CAM 10中提供多个标签数据条目在比较器14中为标签数据字段12中的每一位提供独立的比较器电路当在CAM 10中执行读取功能时， 提供比较数据18且将其输入到每一比较器14中，以将比较数据18与存储于每一标签数据字段12中的标签数据进行比较对于与任一标签数据字段12中的标签数据匹配的每一比较数据18，对应比较器14在对应的匹配线20上产生指示匹配的信号因为在CAM 10中的不同标签数据字段12中通常含有同一标签数据的多个副本，所以通过有效位(VLD) 22来标记正确的标签数据字段12在CAM中可使用基于静态逻辑的比较器(“基于静态”)或基于动态的比较器在基于动态的比较器中，为标签数据的每一位提供动态比较器电路动态比较器电路使用两对晶体管，所述晶体管在匹配线上实施下拉路径在动态比较器电路中的任一者中，标签数据的位与比较数据的对应位之间的不匹配激活匹配线上的下拉路径到接地标签数据的所有位与对应的比较数据的所有位之间的匹配使匹配线与接地去耦。

动态比较器电路一般比基于静态的比较器电路快，因为其通过接通晶体管以对已预充电的节点放电来进行评估 基于静态的比较器使用互补金属氧化物半导体(CM0Q逻辑(其中状态转变取决于关闭一晶体管的同时接通另一晶体管)，且通常比基于动态的比较器电路慢然而，基于动态的比较器电路消耗比基于静态的比较器电路多的功率静态电路在电路的输入改变引起对应的输出改变时消耗动态功率，而动态电路归因于预充电阶段而每时钟循环消耗动态功率，即使在无输入或输出切换活动时也是如此对于包括于电池供电的电子装置中的CAM来说，归因于由于无效标签数据的不必要的比较器电路切换而增加的功率耗散可为尤其不合意的增加的功率耗散导致较快的电池耗竭和较短的电池寿命因此，可需要在CAM中使用基于静态的比较器电路以降低功率消耗发明内容具体实施方式中所揭示的实施例包括比较器以及相关电路和方法所述比较器接收至少一个有效性指示符来作为输入，所述至少一个有效性指示符指示将与对应的比较数据的一个或一个以上位进行比较的数据的一个或一个以上位的有效性提供基于静态的比较器，且其经配置以响应于所述数据与比较数据的比较和所述至少一个有效性指示符而选择性地切换耦合到匹配线的至少一个比较器输出。

如果所述有效性指示符指示有效数据， 则所述基于静态的比较器进行切换以驱动比较器输出，所述比较器输出指示所述数据与对应的比较数据之间的匹配或不匹配如果所述有效性指示符指示无效数据，则所述基于静态的比较器对比较器输出提供不匹配而不将功率耗散在切换上，而不管所述数据与对应的比较数据之间是否存在匹配以此方式，所述基于静态的比较器经配置以不将功率耗散在响应于比较数据的改变而针对标记为无效的数据来切换所述比较器输出上通过提供经配置以在数据标记为无效时不将功率耗散在切换比较器输出上的基于静态的比较器，可实现功率节省，且电路和/或其关键路径具有最小性能降级或无性能降级在所揭示的实施例中，可在内容可寻址存储器(CAM)中使用所述基于静态的比较器，以用于存取存储于所述CAM中的标签数据所述CAM针对所述CAM中的标签数据的每一位而包括一基于静态逻辑(“基于静态”)的比较器在所述CAM中还提供有效性指示符， 其指示给定标签数据是否有效通过改变提供到所述CAM的所述比较数据而在所述CAM中执行数据查找所述CAM中的每一基于静态的比较器经配置以响应于对应的标签数据与所述比较数据的比较和所述标签数据的所述有效性指示符而选择性地切换比较器输出。

在具体实施方式中所揭示的实施例中，所述基于静态的比较器包括比较器电路，所述比较器电路包括互补金属氧化物半导体(CM0Q门，所述CMOS门包括具有共同比较器输出的一对互补通过门(pass-gate)所述比较器电路经配置以在对应的标签数据标记为无效时对两个通过门的输入提供相同逻辑值，以防止响应于比较数据的改变而切换所述比较器输出另外，为标签数据的每一位提供多个基于静态的比较器，以在CAM中容纳多个读取端口、写入端口或读取端口与写入端口两者图1为示范性内容可寻址存储器(CAM)的方框图；图2为CAM的示范性基于静态逻辑(“基于静态”)的比较器电路的门图；图3为使用基于静态的比较器的示范性CAM的电路图；图4为图3的CAM中的基于静态的比较器的逻辑表，其用以响应于对应的标签数据的比较和指示标签数据的有效性的有效性指示符而控制对比较器输出的切换；图5为示范性CAM的电路图，所述CAM的基于静态的比较器根据图4的逻辑表而操作；图6为替代示范性CAM的电路图，所述CAM的基于静态的比较器根据图4的逻辑表而操作；图7为另一替代示范性CAM的电路图，所述CAM的基于静态的比较器根据图4的逻辑表而操作；图8为用于图5到图7的CAM中的基于静态的比较器的门数的表格图；图9为示范性CAM的示意图，所述CAM具有标签数据阵列且针对标签数据的每一位使用多个基于静态的比较器以支持多个输入端口 ；以及图10为示范性基于微处理器的系统的方框图，所述系统使用根据具体实施方式中所揭示的实施例的CAM。

具体实施例方式现参看各图式，描述本发明的若干示范性实施例在本文中使用词“示范性”以指 “充当实例、例子或说明”没有必要将本文中描述为“示范性”的任何实施例解释为比其它实施例优选或有利具体实施方式中所揭示的实施例包括比较器以及相关电路和方法所述比较器接收至少一个有效性指示符来作为输入，所述至少一个有效性指示符指示将与对应的比较数据的一个或一个以上位进行比较的数据的一个或一个以上位的有效性提供基于静态的比较器，且其经配置以响应于所述数据与比较数据的比较和所述至少一个有效性指示符而选择性地切换耦合到匹配线的至少一个比较器输出如果有效性指示符指示有效数据，则基于静态的比较器进行切换以驱动比较器输出，所述比较器输出指示所述数据与对应的比较数据之间的匹配或不匹配如果有效性指示符指示无效数据，则基于静态的比较器对比较器输出提供不匹配而不将功率耗散在切换上，而不管所述数据与对应的比较数据之间是否存在匹配以此方式，基于静态的比较器经配置以不将功率耗散在响应于比较数据的改变而针对标记为无效的数据来切换比较器输出上通过提供经配置以在数据标记为无效时不将功率耗散在切换比较器输出上的基于静态的比较器，可实现功率节省，且电路和/或其关键路径具有最小性能降级或无性能降级。

在所揭示的实施例中，可在内容可寻址存储器(CAM)中使用所述基于静态的比较器，以用于存取存储于所述CAM中的标签数据所述CAM针对所述CAM中的标签数据的每一位而包括一基于静态逻辑(“基于静态”)的比较器在所述CAM中还提供有效性指示符， 其指示给定标签数据是否有效通过改变提供到所述CAM的比较数据而在所述CAM中执行数据查找所述CAM中的每一基于静态的比较器经配置以响应于对应的标签数据与比较数据的比较和所述标签数据的所述有效性指示符而切换比较器输出在论述使用不将功率耗散在为无效标签数据切换比较器输出上的基于静态的比较器的CAM实施例之前，首先论述将功率耗散在为无效标签数据切换比较器输出上的CAM 的实例图2和图3说明此些实施例图2为针对CAM中的一个标签数据字段的基于静态的比较器对的门图如图2中所说明，将来自包含M+1个位的标签数据字段沈的每一位输入到专用“同或” (XNOR)门28,30,32,34,36中进入每一 XNOR门28,30,32,34,36的另一输入为来自比较数据38的对应位如果标签数据字段沈的给定位与比较数据38的对应位匹配，则从XNOR门28、30、32、34、36输出逻辑高(“1”)到输出线40、42、44、46、48。

在组合逻辑49中组合输出线40、42、44、46、48上的来自XNOR门沘、30、32、34、36的信号 在所说明的实例中，组合逻辑49包含一个或一个以上NAND门52、54，其接收输出信号40、 42、44、46、48且产生输出信号，所述输出信号接着经由NOR门56而一起NOR以提供耦合到匹配线的匹配线输出58如果标签数据字段沈的所有位与比较数据38的所有对应位匹配，则匹配线输出58将作为逻辑高(“1”)而产生以指示匹配通过以有效数据(VLD)线 60的形式提供的有效性指示符来另外门控匹配线输出58，所述VLD线60在与输出信号40、 42、44、46、48中的一者或一者以上组合之前输入到缓冲器62中如果VLD线60指示无效数据，则将产生匹配线输出58以指示不匹配，而不管标签数据字段沈中的标签数据是否与比较数据38匹配虽然图2中的基于静态的比较器M提供优于基于动态的比较器的功率节省，但功率节省可由于在XNOR门观、30、32、34、36和NAND门52中发生的切换而减少即使输入到基于静态的比较器M中的标签数据字段沈中的标签数据不有效，XNOR门观、30、32、34、36 和NAND门52仍将随着比较数据38的每一改变而进行切换以执行与比较数据38的比较。

此通过图3中所说明的示范性CAM 74来进一步说明将图3中的CAM 74说明为电路图 CAM 74包括存储器76，所述存储器76耦合到基于静态的比较器78基于静态的比较器是用于静态逻辑中的比较器，其不使用时钟信号来评估比较器中的组合逻辑存储器76包括一个或一个以上存储器单元(其一般称为元件80)每一存储器单元80经配置以存储标签数据的一个位标签数据为存储于CAM 74中的数据，其与搜索或比较数据(CD)98进行比较当从存储器单元80读取数据时，在驱动线92上断言读取数据且将其馈送到静态CMOS 反相器94( “反相器94”)反相器94的输出提供标签数据输出96将标签数据输出96标记为标签到标签，其中M和N为0或大于0的任何整数此记法表示在CAM 74中提供M+1 个存储器单元80 (即，0到M)以提供长度为M+1个位的标签数据此记法还表示在CAM 74 中提供标签数据的N+1阵列(即，0到N)，每一标签数据在长度上包含M+1个位因此，尽管图3中展示两个存储器单元80，但应理解，提供多达“M+1”个存储器单元80的一个或一个以上任何数目的存储器单元80，以形成标签数据的位或字可提供任何数目的存储器单元80的阵列以提供标签数据的阵列。

在于CAM 74中的查找期间，将从存储器单元80读取的标签数据提供于标签数据输出96上，且将其提供到比较。