KR960013400B1 - Sense-amplifier of semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 감지 증폭리를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a sense amplifier of the present invention.
제2도는 제1도의 출력 파형도.2 is an output waveform diagram of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 제1감지 증폭부 12 : 제2감지 증폭부11: first detection amplification unit 12: second detection amplification unit
13 : 제3감지 증폭부13: third sensing amplifier
본 발명은 반도체 기억소자의 감지 증폭기(sense amplifier)에 관한 것으로, 특히 감지 증폭기를 세 부분으로 나누어 구성한 후에 각 부분의 출력을 전원전압에서 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)을 뺀 전압 보다 약간 낮은 전압에서 동작시키거나 문턱전압 보다 약간 높은 전압에서 동작 시키도록 함으로써, 가장 적은 전력 소모로 빠른 동작 속도를 실현한 감지 증폭기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sense amplifier of a semiconductor memory device. In particular, after the sense amplifier is divided into three parts, the output of each part is slightly lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the transistor from the power supply voltage. The present invention relates to a sense amplifier that realizes a fast operation speed with the lowest power consumption by operating at or operating at a voltage slightly higher than the threshold voltage.
일반적으로, 감지 증폭기는 반도체 기억소자의 셀 어레이(cell array)에 저장되어 있는 데이타를 리드하여 감지·증폭한 후에 데이타 출력버퍼로 전달하기 위한 회로로서, 셀에서 전달된 데이타의 작은 전위치를 정확히 감지하여 단시간 내에 증폭하여 다음 회로로 전달해 주도록 설계된다.In general, a sense amplifier is a circuit for reading, sensing, and amplifying data stored in a cell array of a semiconductor memory device, and then transferring the data to a data output buffer. It is designed to sense, amplify in a short time and deliver to the next circuit.
종래 기술에 의한 감지 증폭기에는 많은 종류가 있는데, 그 중에서도 주로 이퀄라이즈 펄스(equalize pulse)를 이용하는 종류가 많이 있다. 그러나, 상기 이퀄라이즈 펄스를 사용하는 종래 기술에서는 이퀄라이즈 펄스를 출력하기 위한 회로가 필요하므로 회로 구성이 복잡해지고 회로간의 시간차로 인해 감지 증폭기의 동작 속도가 저하되는 등 많은 문제점이 있었다.There are many kinds of sense amplifiers according to the prior art, and among them, there are many kinds which mainly use equalize pulses. However, in the prior art using the equalizing pulse, there is a problem in that a circuit for outputting the equalizing pulse is required, and thus the circuit configuration becomes complicated and the operation speed of the sense amplifier is lowered due to the time difference between the circuits.
따라서, 본 발명에서는 종래 기술에서처럼 이퀄라이즈 펄스를 사용하지 않고, 감지 증폭기를 세 부분으로 나누어 구성한 다음, 각 부분의 출력을 전원전압에서 통상적인 트랜지스터의 문턱전압을 뺀 전압보다 약간 낮은 전압에서 동작시키거나 문턱전압 보다 약간 높은 전압에서 동작시키도록 함으로써 가장 적은 전력 소모로 빠른 동작 속도를 실현할 수 있는 감지 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, without using an equalizing pulse as in the prior art, the sense amplifier is divided into three parts, and then the output of each part is operated at a voltage slightly lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of a typical transistor from the power supply voltage. It is an object of the present invention to provide a sense amplifier capable of operating at a voltage slightly higher than the threshold voltage, thereby achieving a high operating speed with the lowest power consumption.
상기 목적달성을 위한 본 발명의 감지 증폭기는, 메모리 셀로부터 리드(read)된 데이타(DB/DB)를 입력으로 하여, 일정한 전위차를 유지하면서 통상적인 트랜지스터의 문턱전압 보다 높은 전압을 갖는 신호를 출력하기 위한 제1, 제2출력단(S1,/S1)을 구비하는 제1감지 증폭부와, 상기 제1감지 증폭부의 제1, 제2출력단을 통해 출력되는 신호를 입력으로 하여, 일정한 전위치를 유지하면서 전원전압에서 트랜지스터의 문턱전압를 뺀 전압 보다 낮은 전압을 갖는 신호를 출력하기 위한 제3, 제4출력단(S2,/S2)을 구비하는 제2감지 증폭부와, 상기 제2감지 증폭부의 제3,제4출력단을 통해 출력되는 신호를 입력으로 하여, 감지·증폭된 리드 데이터를 출력하기 위한 제5출력단(SOUT)을 구비하는 제3감지 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sense amplifier of the present invention for achieving the above object, as a data (DB / DB) read from the memory cell as an input, and outputs a signal having a voltage higher than the threshold voltage of a conventional transistor while maintaining a constant potential difference The first sensing amplifier having first and second output stages S1 and / S1 and a signal output through the first and second output stages of the first sensing amplifier are used as inputs. A second sensing amplifier having third and fourth output terminals S2 and / S2 for outputting a signal having a voltage lower than a voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the transistor from the power supply voltage; and the second sensing amplifier of the second sensing amplifier. And a third sensing amplifier having a fifth output terminal SOUT for outputting sensed and amplified read data using the signal output through the third and fourth output terminals as an input.
상술한 구성에서 본 발명의 감지 증폭기의 각 부분을 통해 흐르는 전류량을 최소화하기 위해서는, 각 감지 증폭기에 흐르는 전류를 I0+△I라 가정하면 In는 PMOS형 트랜지스터의 경우에는 출력이 Vcc-Vt(Vcc : 전원전압, Vt : 트랜지스터의 문턱전압)이 될 때, NMOS형 트랜지스터의 경우에는 출력이 Vt일 때에 최소가 되기 때문에 본 발명의 감지 증폭기에서 각 부분의 출력을 Vcc-V 이하 또는 Vt 이상에서 동작시킨다.In order to minimize the amount of current flowing through each part of the sense amplifier of the present invention in the above-described configuration, assuming that the current flowing through each sense amplifier is I 0 + ΔI, In denotes that the output is Vcc-Vt ( Vcc: power supply voltage, Vt: transistor threshold voltage), and in case of NMOS transistor, the output becomes minimum when Vt, so the output of each part in the sense amplifier of the present invention is below Vcc-V or above Vt. Operate.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기억소자의 감지 증폭기를 도시한 회로도로서, 제1감지 증폭부(11), 제2감지 증폭부(12) 및 제3감지 증폭부(13)의 세 부분으로 이루어진다.FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the first sense amplifier 11, the second sense amplifier 12, and the third sense amplifier 13 are separated from each other. Consists of parts.
우선, 제1감지 증폭부(11)는 각각의 드레인이 공통 접속되고 게이트로 셀 데이타 신호(DB/DB)가 각각 입력되는 트랜지스터(Q4,Q5)와, 상기 트랜지스터(Q4)의 소오스와 접지전압 사이에 접속되고 게이트가 상기 트랜지스터(Q5)의 소오스에 연결된 트랜지스터(Q8)과, 상기 트랜지스터(Q5)이 소오스와 접지전압 사이에 접속되고 게이트가 상기 트랜지스터(Q4)의 소오스에 연결된 트랜지스터(Q9)와, 전원전압과 상기 트랜지스터(Q4,Q5)의 공통 드레인 사이에 접속되고 게이트로 반전된 감지 증폭기 인에이블 신호(/SAE)가 인가되는 트랜지스터(Q3)로 구성되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q4,Q5)의 소오스단인 출력노드(S1,/S1)은 제2도의 출력 파형도에 도시된 바와 같이 로우 레벨은 약 0.8V, 하이 레벨은 약 1.1V의 전압을 유지하게 된다.First, the first sense amplifier 11 includes transistors Q4 and Q5 to which the respective drains are commonly connected and the cell data signals DB / DB are input to the gates, and the source and the ground voltage of the transistor Q4. A transistor Q8 connected between and having a gate connected to the source of the transistor Q5, and a transistor Q9 having the transistor Q5 connected between the source and the ground voltage and a gate connected to the source of the transistor Q4 And a transistor Q3 connected between a power supply voltage and a common drain of the transistors Q4 and Q5 and to which a sense amplifier enable signal / SAE inverted to a gate is applied, and the transistors Q4 and Q5. As shown in the output waveform diagram of FIG. 2, the output nodes S1 and / S1, which are the source stages of N2, maintain a voltage of about 0.8V and a high level of about 1.1V.
제2감지 증폭부(12)는 드레인과 게이트가 서로 크로스 커플(cross coupled)되고 소오스가 전원전압에 접속된 트랜지스터(Q1,Q2)와, 드레인이 서로 공통 접속되고 게이트가 상기 제1감지 증폭부(11)의 출력노드(S1,/S1)에 연결되며 각각의 소오스가 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 드레인에 각각 접속된 트랜지스터(Q6,Q7)와, 상기 트랜지스터(Q6,Q7)의 공통 드레인과 접지전압 사이에 접속되고 게이트로 감지 증폭기 인에이블 신호(SAE)가 인가되는 트랜지스터(Q10)으로 구성되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q6,Q7)의 소오스단의 출력노드(S2,/S2)는 제2도의 출력 파형도에 도시된 바와 같이 로우 레벨은 약 1.7V, 하이 레벨은 약 2.2V의 전압을 유지하게 된다.The second sense amplifier 12 includes transistors Q1 and Q2 having a drain and a gate cross coupled to each other, and a source connected to a power supply voltage, and a drain connected to each other and a gate connected to the first sense amplifier. Transistors Q6 and Q7 connected to the output nodes S1 and S1 of (11) and each source connected to the drains of the transistors Q1 and Q2, respectively, and a common drain of the transistors Q6 and Q7. And a transistor Q10 connected between a ground signal and a ground voltage and to which a sense amplifier enable signal SAE is applied to a gate, and output nodes S2 and S2 of the source terminals of the transistors Q6 and Q7 are formed. As shown in the output waveform diagram of 2 degrees, the low level maintains a voltage of about 1.7V and the high level of about 2.2V.
상기 제2감지 증폭부(12)의 출력 S2,/S2는 Vcc-Vt보다 약간 낮은 전압에서 두 출력 간의 전위치(△V)를 유지한다.The outputs S2 and / S2 of the second sensing amplifier 12 maintain the previous position ΔV between the two outputs at a voltage slightly lower than Vcc-Vt.
제3감지 증폭부(13)는 커런트 미러(current mirror) 구조를 이루고 있는 트랜지스터(Q13,Q14)와 전원전압과 상기 트랜지스터(Q13,14)의 드레인 사이에 각각 접속되며 게이트가 상기 제2감지 증폭부(12)의 출력노드(S2,/S2)에 각각 연결된 트랜지스터(1QQ,Q12)와 상기 트랜지스터(Q13,Q14)의 공통 소오스와 접지전압 사이에 접속되고 게이트로 감지 증폭기 인에이블 신호(SAE)가 인가되는 트랜지스터(Q15)로 구성되어 있으며, 상기 트랜지스터(Q12)와 트랜지스터(Q14)가 접속된 노드인 출력(SOUT)는 제2도에 도시된 바와 같이 셀 데이타 신호(DB,/DB)가 인가된 후, 약 2ns의 시간이 경과된 이후에 출력된다.The third sensing amplifier 13 is connected between a transistor Q13 and Q14 having a current mirror structure, a power supply voltage, and a drain of the transistors Q13 and 14, respectively, and a gate of the third sensing amplifier 13 is amplified. The sense amplifier enable signal SAE is connected to a gate and is connected between the transistors 1QQ and Q12 connected to the output nodes S2 and / S2 of the unit 12 and the common source and ground voltages of the transistors Q13 and Q14, respectively. And an output SOUT, which is a node to which the transistor Q12 and Q14 are connected, has a cell data signal DB, / DB as shown in FIG. After being applied, it is output after a time of about 2 ns has elapsed.
제2도에 도시된 출력 파형은 전원전압이 3V이고, 온도가 90℃에서의 결과이다.The output waveform shown in FIG. 2 is the result at the power supply voltage of 3V and the temperature at 90 ° C.
상기 출력(SOUT)의 파형은 와전한 CMOS 레벨이 아니므로 반전 게이트(Q16)을 통해 원하는 CMOS 레벨로 파형을 변환시켜 출력단(/SOUT)으로 출력한다.Since the waveform of the output SOUT is not an exhaustive CMOS level, the waveform is converted to a desired CMOS level through the inversion gate Q16 and output to the output terminal / SOUT.
상기 트랜지스터(Q10,Q15)는 각 감지 증폭부의 파우어(power) 트랜지스터이고, 각각 감지 증폭기 인에이블 신호(SAE)에 의해 제어되어 감지 증폭기의 동작을 제어하게 된다.The transistors Q10 and Q15 are power transistors of the sense amplifiers, and are controlled by the sense amplifier enable signal SAE to control the operation of the sense amplifier.
이하에서는 제2도의 출력 파형도를 참조하여 제1도에 도시된 감지 증폭기의 동작을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, an operation of the sense amplifier illustrated in FIG. 1 will be described in more detail with reference to the output waveform diagram of FIG. 2.
먼저 반도체 기억소자의 메모리 셀에 저장되어 있는 데이타가 하이 데이타라고 하면 DB,/DB는 하이, 로우 레벨(상대적인 값임)을 갖게 되고, 이에 따라 트랜지스터(Q4)가 트랜지스터(Q5)에 비해 더 많은 양의 전류를 출력노드(S1)에 전달해 주므로 제1감지 증폭부(11)의 출력(S1)은 하이, 출력(/S)는 로우 레벨을 갖게 된다.First, if the data stored in the memory cell of the semiconductor memory device is high data, the DB, / DB has a high, low level (relative value), so that the transistor Q4 is larger than the transistor Q5 Since the current is transmitted to the output node S1, the output S1 of the first sensing amplifier 11 has a high level and the output S has a low level.
이어서, 하이, 로우 레벨을 갖는 출력(S1,/S1)에 의해, 트랜지스터(Q6)에 비해 트랜지스터(Q7)이 더 강하게 턴-온되면 제2감지 증폭부(12)의 출력(S2)는 하이 레벨, 출력(/S2)는 로우 레벨을 갖게 된다.Subsequently, when the transistor Q7 is turned on more strongly than the transistor Q6 by the outputs S1 and / S1 having high and low levels, the output S2 of the second sensing amplifier 12 is high. Level, output (/ S2) will have a low level.
또한, 상기 하이, 로우 레벨을 갖는 출력(S2,/S2)에 의해, 트랜지스터(Q11)에 비해 트랜지스터(Q12)가 더 강하게 턴-온 되면 제3감지 증폭부(13)의 출력(SOUT)는 레벨을 갖게 되고, 반전신호(/SOUT)는 로우 레벨을 갖게 된다.In addition, when the transistor Q12 is turned on more strongly than the transistor Q11 by the outputs S2 and / S2 having high and low levels, the output SOUT of the third sensing amplifier 13 is Level, and the inversion signal / SOUT has a low level.
한편, 셀에 저장되어 있는 데이타가 로우 데이타인 경우에는 상기의 하이 데이타일 때와는 반대의 동작이 이루어져 출력(SOUT)에 로우 데이타를 출력하게 된다.On the other hand, in the case where the data stored in the cell is low data, the opposite operation as in the case of the high data is performed to output the low data to the output SOUT.
제2도는 셀로부터 전달된 데이타가 하이 데이타에서 로우 데이타로 변환하는 경우의 출력 파형을 도시한 것이다.2 shows an output waveform when data transferred from a cell is converted from high data to low data.
이상, 제1도 및 제2도에서 설명한 본 발명의 감지 증폭기를 사용하여 셀 어레이에 저장되어 있는 데이타를 리드하게 되면, 낮은 전원전압에서 동작하는 기억소자에서 소모되는 전력을 최소한으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 가장 빠른 감지 속도를 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, when the data stored in the cell array is read using the sense amplifier of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2, the power consumption of the memory device operating at a low power supply voltage can be reduced to a minimum. Rather, it has the effect of obtaining the fastest detection speed.
또한, 종래와 같이 각 노드를 이퀄라이즈 시키는 트랜지스터가 필요없기 때문에 회로를 구성하는 트랜지스터의 수도 훨씬 줄일 수 있다.In addition, since there is no need for a transistor to equalize each node as in the prior art, the number of transistors constituting the circuit can be even reduced.
본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구 범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.Preferred embodiments of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, substitutions, and additions through the spirit and scope of the present invention as set forth in the appended claims.
Claims (4)
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KR950020721A KR950020721A (en) | 1995-07-24 |
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KR100299522B1 (en) * | 1999-06-28 | 2001-11-01 | 박종섭 | High-Speed sense amplifier |
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