KR0179787B1 - Sense amp circuit of wide voltage region - Google Patents
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Abstract
본 발명은 넓은 전압영역에서의 센스앰프회로에 관한 것으로, 종래에는 낮은 레벨의 전원전압을 입력받아 한 쌍의 데이타신호를 풀다운시키게 되면, 메모리셀에 영향을 미쳐 잘못된 데이타가 셀에 저장되어서 메모리디바이스의 오동작이 발생될 수 있고, 낮아진 전압만큼 검출속도가 매우 늦어지게 되는 단점이 있었다. 따라서, 본 발명은 낮은 전원전압을 감지하여, 낮은 전원전압에서는 풀다운을 억제하고 전류를 제한하기 위한 피모스트랜지스터의 크기를 크게함으로써, 넓은 전압영역에서 전압에 관계없이 안정되고 빠르게 데이타신호를 검출하여 증폭할 수 있는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sense amplifier circuit in a wide voltage range. In the related art, when a pair of data signals are pulled down by receiving a low power supply voltage, the memory cells are affected and wrong data is stored in the cells. Malfunctions may occur, and the detection speed becomes very slow by the lowered voltage. Therefore, the present invention senses a low power supply voltage, and by increasing the size of the PMOS transistor for limiting the current at a low power supply voltage, thereby increasing the size of the PMOS transistor to detect a stable and fast data signal regardless of the voltage in a wide voltage range It can be amplified.
Description
제1도는 종래의 센스앰프회로의 구성도.1 is a block diagram of a conventional sense amplifier circuit.
제2도는 본 발명의 센스앰프회로의 구성도.2 is a block diagram of a sense amplifier circuit of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10, 40 : 풀다운부 20, 50 : 전류제한부10, 40: pull-down part 20, 50: current limiting part
30 : 저전압감지부 SE : 센스앰프인에이블신호30: low voltage detection unit SE: sense amplifier enable signal
LV : 저전압감지신호 DATA, DATAB : 데이타신호LV: Low voltage detection signal DATA, DATAB: Data signal
본 발명은 센스앰프에 관한 것으로, 특히 전원전압이 높거나 낮거나에 관계없이 넓은 영역의 전원전압에서, 메모리셀로 부터 출력된 데이타를 빠르게 검출하여 증폭할 수 있는 센스앰프회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sense amplifier, and more particularly, to a sense amplifier circuit capable of quickly detecting and amplifying data output from a memory cell at a wide range of power supply voltages regardless of whether the power supply voltage is high or low.
종래의 센스앰프회로는 제1도에 도시된 바와 같이, 센스앰프인에이블신호(SE)에 따라 한 쌍의 데이타신호(DATAB),(DATA)를 풀다운(pull down)시키는 풀다운부(10)와, 전원전압(VCC)에 의한 전류를 제한하는 전류제한부(20)와, 메모리셀로 부터 인가된 데이타신호(DATA)를 게이트로 입력받고, 드레인이 상기 전류제한부(20)와 연결된 엔모스트랜지스터(MN1)와, 메모리셀로 부터 인가된 데이타신호(DATAB)를 게이트로 입력받고, 드레인이 상기 전류제한부(20)와 연결되어 증폭된 데이타(SOUT)를 출력하는 엔모스트랜지스터(MN2)와, 센스앰프인에이블신호(SE)를 게이트로 입력받고, 소스가 접지된 엔모스트랜지스터(MN3)로 구성된다.The conventional sense amplifier circuit includes a pull-down unit 10 which pulls down a pair of data signals DATAB and DATA according to the sense amplifier enable signal SE, as shown in FIG. A current limiter 20 for limiting the current by the power supply voltage VCC and the data signal DATA applied from the memory cell are input to the gate, and an NMOS drain connected to the current limiter 20. EnMOS transistor MN2 that receives a transistor MN1 and a data signal DATAB applied from a memory cell as a gate, and has a drain connected to the current limiter 20 to output amplified data SOUT. And the NMOS transistor MN3 having the sense amplifier enable signal SE input to the gate and grounded.
상기 풀다운부(10)는 센스앰프인에이블신호(SE)를 게이트로 입력받고, 데이타신호(DATA)를 소스로 입력받으면, 소스가 접지된 엔모스트랜지스터(MN4)와, 센스앰프인에이블신호(SE)를 게이트로 입력받고, 데이타신호(DATA)를 소스로 입력받으며, 소스가 접지된 엔모스트랜지스터(MN5)로 구성된다.When the pull-down unit 10 receives the sense amplifier enable signal SE as a gate and receives the data signal DATA as a source, the pull-down unit 10 includes the NMOS transistor MN4 having the source grounded and the sense amplifier enable signal ( SE) is inputted to the gate, and the data signal DATA is inputted to the source, and the source is composed of the NMOS transistor MN5 grounded.
상기 전류제한부(20)는 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고, 드레인 및 게이트가 엔모스트랜지스터(MN1)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP1)와, 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고, 게이트가 피모스트랜지스터(MP1)의 드레인 및 게이트와 공통연결되고, 드레인이 엔모스트랜지스터(MN2)의 드레인과 연결되는 피모스트랜지스터(MP2)로 구성된다.The current limiter 20 receives a power supply voltage VCC as a source, a drain transistor and a gate connected to the drain of the NMOS transistor MN1, and a power supply voltage VCC as a source. The gate is connected to the drain and the gate of the PMOS transistor MP1 in common, and the drain is configured to the PMOS transistor MP2 to be connected to the drain of the NMOS transistor MN2.
이와 같이 구성된 종래의 센스앰프회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional sense amplifier circuit configured as described above is as follows.
하이레벨의 센스앰프인에이블신호(SE)에 의해 인에이블된 센스앰프회로는 데이타신호(DATA),(DATAB)의 차이를 검출하여 증폭한다.The sense amplifier circuit enabled by the high level sense amplifier enable signal SE detects and amplifies the difference between the data signals DATA and DATAB.
즉, 메모리셀로 부터 출력된 한 쌍의 데이타신호(DATA),(DATAB)가 엔모스트랜지스터(MN4),(MN5)의 드레인에 각각 인가되고, 이때 하이레벨의 센스앰프인에이블신호(SE)가 엔모스트랜지스터(MN4),(MN5)에 입력되면, 데이타신호(DATA),(DATAB)는 전원전압(VCC)보다 낮은 소정의 레벨로 풀다운된다. 또한, 하이레벨의 센스앰프인에이블신호(SE)에 의해 엔모스트랜지스터(MN3)도 턴온된다.That is, a pair of data signals DATA and DATAB output from the memory cell are applied to the drains of the NMOS transistors MN4 and MN5, respectively, and at this time, a high level sense amplifier enable signal SE is applied. Is input to the NMOS transistors MN4 and MN5, the data signals DATA and DATAB are pulled down to a predetermined level lower than the power supply voltage VCC. In addition, the NMOS transistor MN3 is also turned on by the high level sense amplifier enable signal SE.
이어서, 데이타신호(DATA)의 레벨이 데이타신호(DATAB)의 레벨보다 높으며, 출력데이타(SOUT)의 레벨은 하이가 되고, 반대로 데이타신호(DATA)의 레벨이 데이타신호(DATAB)의 레벨보다 낮으면, 출력데이타(SOUT)의 레벨은 로우가 된다.Subsequently, the level of the data signal DATA is higher than the level of the data signal DATAB, the level of the output data SOUT becomes high, and conversely, the level of the data signal DATA is lower than the level of the data signal DATAB. If it is, the level of output data SOUT goes low.
또한, 로우레벨의 센스앰프인에이블신호(SE)가 입력되면, 센스앰프회로는 디스에이블되어 동작되지 않는다.When the low level sense amplifier enable signal SE is input, the sense amplifier circuit is disabled and does not operate.
그러나, 상기와 같은 종래의 센스앰프회로는 높은 레벨의 전원전압을 입력받을 경우, 한 쌍의 데이타신호를 풀다운시켜 빠른 증폭속도를 얻을 수 있지만, 낮은 레벨의 전원전압을 입력받아 한 쌍의 데이타신호를 풀다운시키게 되면, 메모리셀에 영향을 미쳐 잘못된 데이타가 셀에 저장되어서 메모리디바이스의 오동작이 발생될 수 있다. 또한, 낮아진 전압만큼 검출속도가 매우 늦어지게 된다. 즉, 낮은 레벨의 전원전압에서도 안정되게 동작되기 위해서는 데이타신호는 풀다운되지 못하고, 대신에 전원전압의 레벨정도로 증폭될 수 있도록, 전원전압을 입력받는 피모스트랜지스터의 크기가 증가되어야 한다. 그러나, 이러한 경우 높은 전원전압에서는 큰 전류가 흐르게 되어 소비전류가 많아지는 단점이 있게된다.However, in the conventional sense amplifier circuit as described above, when a high level power supply voltage is input, a pair of data signals can be pulled down to obtain a fast amplification speed. However, a pair of data signals can be received by receiving a low level power supply voltage. Pulling down may affect the memory cell, causing wrong data to be stored in the cell, causing a malfunction of the memory device. In addition, the detection speed becomes very slow by the lowered voltage. That is, in order to operate stably even at a low level power supply voltage, the data signal cannot be pulled down, but instead, the size of the PMOS transistor receiving the power supply voltage must be increased so that the data signal can be amplified to the level of the power supply voltage. However, in this case, a large current flows at a high power supply voltage, which leads to a disadvantage in that the current consumption increases.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 전원전압에서는 데이타신호를 풀다운시켜, 센스앰프회로의 크기를 증가시키지 않고 소비전류를 줄일 수 있고, 낮은 전원전압에서는 풀다운을 억제하고 전류를 제한하기 위한 피모스트랜지스터의 크기를 크게함으로써, 넓은 전압영역에서 전압에 관계없이 안정되고 빠르게 데이타신호를 검출하여 증폭할 수 있는 센스앰프회로를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to pull down the data signal at a high power supply voltage, to reduce the current consumption without increasing the size of the sense amplifier circuit, and to suppress the pulldown and to limit the current at a low power supply voltage. By increasing the size, it is possible to provide a sense amplifier circuit capable of detecting and amplifying a data signal stably and rapidly regardless of voltage in a wide voltage range.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전원전압레벨의 변화에 따라, 저전압감지신호를 출력하는 저전압감지수단과, 그 저전압감지수단으로 부터 출력된 저전압감지신호 및 센스앰프의 구동을 위한 센스앰프인에이블신호에 따라, 메모리셀로 부터 인가된 데이타신호들의 레벨을 소정의 레벨로 풀다운시키는 풀다운수단과, 상기 저전압감지수단으로 부터 출력된 저전압감지신호를 양측으로 입력받아, 상기 전원전압에 의한 출력전류를 제한하는 전류제한수단과, 게이트가 상기 데이타신호들 중에서 한 데이타신호를 입력받고, 드레인이 상기 전류제한수단의 한 출력단자와 연결된 제1엔모스트랜지스터와, 게이트가 상기 데이타신호들 중에서 다른 데이타신호를 입력받고, 드레인이 상기 전류제한수단의 다른 출력단자와 연결된 제2엔모스트랜지스터와, 게이트가 상기 센스앰프인에이블신호를 입력받고, 드레인이 상기 제1 및 제2엔모스트랜지스터의 소스와 공통연결되며, 소스가 접지전압을 입력받는 제3엔모스트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, a low voltage sensing means for outputting a low voltage sensing signal, a low voltage sensing signal output from the low voltage sensing means and a sense amplifier enable for driving the sense amplifier According to the signal, the pull-down means for pulling down the level of the data signals applied from the memory cell to a predetermined level, and the low voltage detection signal output from the low voltage sensing means to both sides to receive the output current by the power supply voltage A current limiting means for limiting, a first NMOS transistor whose gate is input with one of the data signals, and whose drain is connected with one output terminal of the current limiting means; A second NMOS transistor connected to the other output terminal of the current limiting means The gate is input to the sense amplifier enable signal, the drain is commonly connected to the source of the first and second NMOS transistor, characterized in that the source is composed of a third NMOS transistor receiving the ground voltage. .
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 넓은 전압영역에서의 센스앰프회로는 제2도에 도시된 바와 같이, 전원전압(VCC)의 변화에 따라, 저전압감지신호(LV)를 출력하는 저전압감지부(30)와, 그 저전압감지부(30)로 부터 출력된 저전압감지신호(LV) 및 센스앰프의 구동을 위한 센스앰프인에이블신호(SE)에 따라, 메모리셀로 부터 인가된 데이타신호들(DATA),(DATAB)의 레벨을 소정의 레벨로 풀다운시키는 풀다운부(40)와, 상기 저전압감지부(30)로 부터 출력된 저전압감지신호(LV)를 양측으로 입력받아, 상기 전원전압(VCC)에 의한 출력전류를 제한하는 전류제한부(50)와, 게이트가 데이타신호(DATA)를 입력받고, 드레인이 상기 전류제한부(50)의 한 출력단자와 연결된 엔모스트랜지스터(MN1)와, 게이트가 데이타신호(DATAB)를 입력받고, 드레인이 상기 전류제한부(50)의 다른 출력단자와 연결되어 증폭된 데이타(SOUT)를 출력하는 엔모스트랜지스터(MN2)와, 게이트가 센스앰프인에이블신호(SE)를 입력받고, 드레인이 상기 엔모스트랜지스터(MN1),(MN2)의 소스와 공통연결되며, 소스가 접지전압을 입력받는 엔모스트랜지스터(MN3)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the sense amplifier circuit in the wide voltage range according to the present invention includes a low voltage sensing unit 30 for outputting a low voltage sensing signal LV according to a change in the power supply voltage VCC, and According to the low voltage detection signal LV output from the low voltage detection unit 30 and the sense amplifier enable signal SE for driving the sense amplifier, data signals DATA and DATAB applied from the memory cell. The pull-down unit 40 which pulls down the level of the signal to a predetermined level, and the low voltage detection signal LV output from the low voltage detection unit 30 are input to both sides, and output current by the power supply voltage VCC is received. The limiting current limiter 50, the gate is inputted with the data signal DATA, the drain is connected to one output terminal of the current limiter 50, the NMOS transistor MN1, and the gate is the data signal DATAB. ) Is inputted and the drain is connected to the other output terminal of the current limiting section 50 to increase An NMOS transistor MN2 for outputting the data SOUT, a gate thereof receives a sense amplifier enable signal SE, and a drain thereof is commonly connected to a source of the NMOS transistors MN1 and MN2, The source consists of an EnMOS transistor (MN3) that receives a ground voltage.
상기 풀다운부(40)는 데이타신호(DATAB),(DATA)를 드레인으로, 센스앰프인에이블신호(SE)를 게이트로 각각 입력받는 엔모스트랜지스터(MN4),(MN5)와, 그 엔모스트랜지스터(MN4),(MN5)와 서로 직렬연결되고, 저전압감지신호(LV)를 게이트로 입력받으며, 접지전압을 소스로 각각 엔모스트랜지스터(MN6),(MN7)로 구성된다.The pull-down unit 40 includes NMOS transistors MN4 and MN5 that receive data signals DATAB and DATA as drains and sense amplifier enable signals SE as gates, respectively, and the NMOS transistors thereof. The MN4 and MN5 are connected in series with each other, receive the low voltage detection signal LV as a gate, and are composed of NMOS transistors MN6 and MN7 as ground sources.
상기 전류제한부(50)는 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고 게이트 및 드레인이 상기 엔모스트랜지스터(MN1)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP1)와, 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고 게이트가 상기 엔모스트랜지스터(MN1)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP3)와, 소스가 상기 피모스트랜지스터(MP3)의 드레인과 연결되고 상기 저전압감지부(30)로 부터 출력된 저전압신호(VL)를 게이트로 입력받으며 게이트가 상기 엔모스트랜지스터(MN1)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP5)와, 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고 게이트 및 드레인이 상기 엔모스트랜지스터(MN2)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP2)와, 전원전압(VCC)을 소스로 입력받고 게이트가 상기 엔모스트랜지스터(MN2)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP4)와, 소스가 상기 피모스트랜지스터(MP4)의 드레인과 연결되고 상기 저전압감지부(30)로 부터 출력된 저전압신호(LV)를 게이트로 입력받으며 게이트가 상기 엔모스트랜지스터(MN2)의 드레인과 연결된 피모스트랜지스터(MP6)로 구성된다.The current limiter 50 receives a power supply voltage VCC as a source, a PMOS transistor MP1 having a gate and a drain connected to the drain of the NMOS transistor MN1, and a power supply voltage VCC as a source. A low voltage signal outputted from the low voltage sensing unit 30, the PMOS transistor MP3 connected to the drain of the NMOS transistor MN1 and the source connected to the drain of the PMOS transistor MP3. VL) is input to the gate, the gate of which is connected to the drain of the NMOS transistor MN1, the PMOS transistor MP5 and the power supply voltage VCC as a source, and the gate and the drain of the NMOS transistor MN2 are input. PMOS transistor MP2 connected to the drain, PMOS transistor MP4 connected to the drain of the NMOS transistor MN2 by receiving a power supply voltage VCC as a source, and a source of the PMOS transistor Is connected to the drain of the transmitter MP4 and receives the low voltage signal LV output from the low voltage sensing unit 30 as a gate, and the gate is connected to the PMOS transistor MP6 connected to the drain of the NMOS transistor MN2. It is composed.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 넓은 전압영역에서의 센스앰프회로의 동작 및 효과를 설명하면 다음과 같다.The operation and effects of the sense amplifier circuit in the wide voltage region according to the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 높은 전원전압에서 저전압감지부(30)는 하이레벨의 저전압신호(LV)를 출력한다. 이에 따라 종래와 같이 풀다운부(40)는 한 쌍의 데이타신호(DATA),(DATAB)를 풀다운시키고, 엔모스트랜지스터(MN1),(MN2)의 게이트에 각각 인가되는 데이타신호(DATA),(DATAB)의 차에 따라, 증폭된 데이타(SOUT)가 외부로 출력된다.First, at a high power supply voltage, the low voltage detection unit 30 outputs a high level low voltage signal LV. Accordingly, as in the prior art, the pull-down unit 40 pulls down a pair of data signals DATA and DATAB, and applies data signals DATA and DATA which are applied to the gates of the NMOS transistors MN1 and MN2, respectively. According to the difference of DATAB, the amplified data SOUT is output to the outside.
한편, 낮은 전원전압에서 저전압감지부(30)는 로우레벨의 저전압신호(LV)를 출력한다. 따라서, 풀다운부(40)의 엔모스트랜지스터(MN6),(MN7)는 턴오프되어 데이타신호(DATA),(DATAB)는 풀다운되지 않고, 전류제한부(50)의 피모스트랜지스터(MP5),(MP6)는 턴온되어, 전원전압(VCC)에 의한 전류가 엔모스트랜지스터(MN1),(MN2)의 드레인에 많이 흐르게 된다. 따라서, 낮은 전원전압에서도 빠른 증폭속도가 얻어지게 된다.Meanwhile, at a low power supply voltage, the low voltage detection unit 30 outputs a low level low voltage signal LV. Accordingly, the nMOS transistors MN6 and MN7 of the pull-down unit 40 are turned off so that the data signals DATA and DATAB are not pulled down, but the PMOS transistors MP5 and the current limiter 50 are pulled down. The MP6 is turned on so that a large amount of current due to the power supply voltage VCC flows to the drains of the enMOS transistors MN1 and MN2. Therefore, a fast amplification speed can be obtained even at a low power supply voltage.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 높은 전원전압에서는 데이타신호를 풀다운시키므로, 센스앰프회로의 크기를 크게 할 필요가 없어 소비전류를 줄일 수 있고, 낮은 전원전압에서는 메모리셀에 영향을 주는 풀다운을 억제하고, 대신에 전류를 제한하는 피모스트랜지스터의 크기를 크게 함으로써, 전원전압의 레벨에서 높은 이득을 얻어 빠른 속도로 데이타신호를 증폭할 수 있다. 즉, 본 발명은 넓은 전압영역에서 전압의 레벨에 관계없이 안정되고 빠르게 메모리셀로 부터 출력된 데이타신호를 검출하여 증폭할 수 있다.As described above, the present invention pulls down the data signal at a high power supply voltage, thereby eliminating the need to increase the size of the sense amplifier circuit, thereby reducing the current consumption, and suppressing the pulldown affecting the memory cell at a low power supply voltage. Instead, by increasing the size of the PMOS transistor that limits the current, it is possible to obtain a high gain at the level of the power supply voltage and to amplify the data signal at a high speed. That is, the present invention can detect and amplify the data signal output from the memory cell stably and rapidly regardless of the voltage level in a wide voltage range.
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