CN102013267B

CN102013267B - 存储器和灵敏放大器

Info

Publication number: CN102013267B
Application number: CN 200910195610
Authority: CN
Inventors: 杨光军
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: CN102013267A

Abstract

一种存储器和灵敏放大器，所述灵敏放大器包括：预充电单元、位线调整单元、电流镜单元、比较单元、反灌单元、偏置单元和输出单元，所述反灌单元连接在所述电流镜单元的输入端和输出端之间，耦合所述数据线节点的电压和数据节点的电压；所述偏置单元，在位线预充电时，将所述数据节点的电压偏置到预设电压值。所述存储器和灵敏放大器解决了在位线预充电结束时，因数据电压升高而引起输出数据错误的问题。

Description

存储器和灵敏放大器

技术领域

本发明涉及存储器电路，特别涉及一种存储器和灵敏放大器。

背景技术

灵敏放大器(SA，Sense Amplifier)是存储器的一个重要组成部分，直接影响存储器的读取速度。灵敏放大器感应位线(bit-line)上的小信号变化并通过放大所述小信号变化来得到存储单元上储存的数据。在感应位线(bit-line)上的小信号变化前，灵敏放大器的位线调整单元会将位线电压调整至固定值，以使位线电压尽快稳定，进而可在读取时感应到稳定的位线电流。

图1是现有的一种存储器的灵敏放大器的电路图，包括：预充电单元11、位线调整单元12、电流镜单元13、比较单元14、输出单元15和下拉单元16。

在读取存储单元前，预充电控制信号PRE设置为低电平，预充电单元11(包括预充电晶体管m_P)对数据线d1进行预充电，位线调整单元12(包括可变增益放大器A1和调整晶体管m2)对位线b1进行预充电，即位线节点VD的电压(位线电压)随数据线节点VE的电压(数据线电压)升高而被快速充电至高电平。当位线节点VD的电压升高至一预定值时，反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，将调整晶体管m2关闭。

在读取存储单元时，预充电控制信号PRE设置为高电平，由译码单元21选中的存储单元22的电压被读到位线节点VD上，调整晶体管m2处于不完全关断状态，其电流值被钳位到与位线b1的电流(位线电流)相同的值，位线电流经电流镜单元13的输入晶体管mr和镜像晶体管m1，获得镜像电流I_m1，比较单元14根据对镜像电流I_m1与参考电流I_ref进行比较的结果，对数据节点VF进行充电或放电，升高或降低数据节点VF的电压(数据电压)，输出单元15根据数据电压输出数据DQ为1或0。下拉单元16(包括下拉晶体管md)在预充电控制信号PRE为低电平时将数据节点VF的电压下拉至0。

然而，图1所示的电路在预充电结束时会引起电路输出错误的数据，请参考图2，在预充电结束时，即预充电控制信号PRE由低电平转为高电平时，由于预充电晶体管m_P还没有完全关闭，预充电晶体管m_P的电流I_mp缓慢降低，当预充电时间不够时，数据线节点VE的电压会有瞬时的降低，导致输入晶体管mr的电流I_mr和镜像电流I_m1升高，对数据节点VF充电(即升高数据节点VF的电压)，在这种情况下，尤其是在预充电结束时数据节点VF的电流还不稳定，在输出数据DQ的信号线上会产生错误脉冲(如图2的虚线部分所示)。

为解决上述问题，现有的一种方法是在预充电时将数据节点VF的电压偏置到VDDQ/2，以使数据节点VF的电流尽快稳定，但由于镜像电流I_m1对输入晶体管mr的电流I_mr有放大作用，而使得数据节点VF的电压对调整晶体管m2的电流噪声会更敏感，因此，这种解决方法会增加预充电时间和影响读取速度，并不适用于高速电流感应的存储器电路。

发明内容

本发明解决的是现有的灵敏放大器在位线预充电结束时，因数据电压升高而引起输出数据错误的问题。

为解决上述问题，本发明实施方式提供一种灵敏放大器，包括：

预充电单元，在位线预充电时，对数据线节点进行充电；

位线调整单元，在位线预充电时，由所述数据线节点对位线节点进行充电，在位线预充电后，输出位线电流；

电流镜单元，输入端连接所述数据线节点，输出端连接数据节点，对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流；

比较单元，在所述镜像电流大于参考电流时升高所述数据节点的电压，在镜像电流小于参考电流时降低所述数据节点的电压；

反灌单元，连接在所述电流镜单元的输入端和输出端之间，将所述数据节点的电压反灌至所述数据线节点。

可选的，所述灵敏放大器还包括偏置单元，在位线预充电时，将所述数据节点的电压偏置到预设电压值。

可选的，所述灵敏放大器还包括输出单元，输出对应所述数据节点的电压的输出数据。

为解决上述问题，本发明实施方式还提供一种包括上述灵敏放大器的存储器。

与现有技术相比，上述技术方案在灵敏放大器中加入了反灌单元，将数据节点的电压反灌到数据线节点上，以耦合数据节点的电压和数据线节点的电压，从而使得影响输出数据的数据节点的电压和影响位线电流的数据线节点的电压相互作用，当位线预充电结束时，即使数据线节点的电压降低会引起数据节点的电压升高，反灌单元也可以抑制数据节点的电压升高。因此，上述技术方案可以解决现有技术在位线预充电结束时，因数据节点的电压升高而引起输出数据错误的问题。

偏置单元不仅可以在位线预充电时使数据节点的电流尽快稳定；也可以在读取存储单元时，缩短数据节点的充电时间，提高灵敏放大器的读取速度，并且使得反灌单元不会影响灵敏放大器的读取速度。

附图说明

图1是现有的一种存储器的灵敏放大器的电路图；

图2是图1所示灵敏放大器的各信号变化的实例示意图；

图3是本发明实施例的灵敏放大器的电路图；

图4是图3所示灵敏放大器的各信号变化的实例示意图。

具体实施方式

本发明实施方式采用电压反灌(kick back)的方式，将影响输出数据的数据电压和影响位线电流的数据线电压耦合，当位线预充电结束时，即使数据线电压降低会引起数据电压升高，数据电压的升高也会因数据电压和数据线电压的相互作用而被抑制。

本发明实施方式的灵敏放大器包括：

预充电单元，在位线预充电时，对数据线节点进行充电。

位线调整单元，在位线预充电时，由所述数据线节点对位线节点进行充电；在位线预充电后，输出位线电流。

电流镜单元，输入端连接所述数据线节点，输出端连接数据节点，对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流。

比较单元，在所述镜像电流大于参考电流时升高所述数据节点的电压，在所述镜像电流小于参考电流时降低所述数据节点的电压。

反灌单元，连接在数据线节点和数据节点之间，即连接在电流镜单元的输入端和输出端之间，将所述数据节点的电压反灌至数据节点。

可选的，所述灵敏放大器还包括：偏置单元，在位线预充电时，将数据节点的电压偏置到预设电压值。

可选的，所述灵敏放大器还包括：输出单元，输出对应所述数据节点的电压的输出数据。

下面结合附图和实施例对本发明实施方式进行详细的说明。请参考图3，本实施例的灵敏放大器包括：预充电单元11、位线调整单元12、电流镜单元13、比较单元14、反灌单元17、偏置单元18和输出单元15。

预充电单元11，在位线预充电(读取存储单元前)时，对数据线d1进行充电，即升高数据线节点VE的电压(数据线电压)。

预充电单元11包括预充电晶体管m_P，预充电晶体管m_P的栅极输入预充电控制信号PRE，源极输入高电压源VDDQ，漏极连接数据线节点VE(或者说，连接数据线d1)，即输出数据线电压。

位线调整单元12，在位线预充电时，反馈放大位线节点VD的电压(位线电压)，获得反馈电压，在所述反馈电压的控制下，由预充电单元11输出的数据线电压调整所述位线电压；在位线预充电后，输出位线电流。

位线调整单元12包括可变增益放大器A1和调整晶体管m2。可变增益放大器A1的输入端连接位线节点VD(或者说，连接位线b1)，即输入位线电压；输出端连接反馈节点VC，即输出反馈电压。调整晶体管m2包括控制端(栅极)、第一端(源极或漏极)和第二端(漏极或源极)。调整晶体管m2的控制端输入反馈电压，即与反馈节点VC连接；第一端的电压为数据线电压，即与数据线节点VE连接；第二端的电压为位线电压，即与位线节点VD连接。也就是说，调整晶体管m2的控制端与可变增益放大器A1的输出端连接，第一端与预充电单元11的预充电晶体管m_P的漏极连接，第二端与可变增益放大器A1的输入端连接。

在位线预充电时，位线节点VD的电压升高，可变增益放大器A1的增益为0，反馈节点VC的电压(反馈电压)升高；当位线节点VD的电压升高至一预定电压值时，可变增益放大器A1的增益突变为一预定增益值，使得反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，将调整晶体管m2关闭，预充电结束后，可变增益放大器A1的增益保持为预定增益值。可变增益放大器A1的增益应尽可能的大，以提高预充电速度，缩短预充电时间，使得位线节点VD的电压尽快稳定，通常，可变增益放大器A1的预定增益值可以大于等于5。在位线预充电结束后，位线调整单元12的调整晶体管m2的电流被钳位至位线电流。

电流镜单元13，对位线调整单元12输出的位线电流进行镜像，获得镜像电流I_m1。电流镜单元13的输入端连接数据线节点VE，输出端连接数据节点VF。

电流镜单元13包括栅极相连接的输入晶体管mr和镜像晶体管m1，输入晶体管mr和镜像晶体管m1的源极连接高电压源VDDQ；输入晶体管mr的漏极、栅极和镜像晶体管m1的栅极连接数据线节点VE，并连接位线调整单元12的调整晶体管m2的第一端，即输入位线电流；镜像晶体管m1的漏极连接数据节点VF，输出镜像电流I_m1。输入晶体管mr的漏极电压、栅极电压和镜像晶体管m1的栅极电压为数据线电压，镜像晶体管m1的漏极电压为数据电压。

在位线预充电结束后，位线调整单元12的调整晶体管m2的电流被钳位至位线电流，电流镜单元13的输入晶体管mr的电流与调整晶体管m2的电流相同，即等于位线电流。位线电流与镜像电流的比值为输入晶体管mr的沟道长宽比与镜像晶体管m1的沟道长宽比的比值。

比较单元14，比较电流镜单元13输出的镜像电流I_m1与参考电流I_ref，在镜像电流I_m1大于参考电流I_ref时对数据节点VF进行充电，升高数据电压；在镜像电流I_m1小于参考电流I_ref时对数据节点VF进行放电，降低数据电压。

反灌单元17，连接在数据线节点VE和数据节点VF之间，将数据节点VF的电压反灌至数据线节点VE，以耦合所述数据电压和数据线电压。反灌单元17连接在电流镜单元13的输入端和输出端之间，使数据线节点VE的电压和数据节点VF的电压相互作用或影响。

反灌单元17包括反灌晶体管m3，反灌晶体管m3的栅极连接数据线节点VE，源极和漏极连接数据节点VF。反灌晶体管m3相当于连接在数据线节点VE和数据节点VF之间的电容，使得数据线节点VE的电压和数据节点VF的电压相互影响：当数据线节点VE的电压下降而使镜像电流I_m1升高，数据节点VF充电使得数据节点VF的电压上升时，数据节点VF的电压通过反灌晶体管m3反灌到镜像晶体管m1的栅极，即升高了数据线节点VE的电压和降低了镜像电流I_m1，从而降低了数据节点VF的电压上升速度。

偏置单元18，在位线预充电时，将数据电压偏置到预设电压值Vset。偏置单元18包括偏置晶体管m4，偏置晶体管m4的栅极输入预充电控制信号PRE的反相信号

，源极输入预设电压值Vset，漏极与数据节点VF连接(即与镜像晶体管m1的漏极连接)。预设电压值Vset大于0，并且不能太大，以使调整晶体管m2的电流噪声不会影响数据节点VF的电压。通常，根据晶体管的电压特性，预设电压值Vset可以为0.2～0.6V。

偏置单元18在位线预充电时，将数据电压偏置到大于0的预设电压值Vset，可以在位线预充电时使数据节点VF的电流尽快稳定；并且可以在读取存储单元时，缩短数据节点VF的充电时间(数据节点VF的电压是从Vset充到高电平，而不是从0充到高电平)，从而提高灵敏放大器的读取速度。此外，在读取存储单元时，由于数据节点VF的电压已偏置到预设电压值Vset，该预设电压值Vset使得反灌晶体管m3的电容值很小，因此反灌晶体管m3也不会影响灵敏放大器的读取速度。

输出单元15，输出对应所述数据电压的输出数据。输出单元15包括整形缓冲器15a和驱动缓冲器15b，整形缓冲器15a对带数据电压的信号进行整形，驱动缓冲器15b根据整形后的信号驱动输出数据DQ的输出垫。

请结合参考图3和图4，在预充电结束时，即预充电控制信号PRE由低电平转为高电平时，由于预充电晶体管m_P还没有完全关闭，预充电晶体管m_P的电流I_mp缓慢降低，数据线节点VE的电压会有瞬时的降低，使得输入晶体管mr的电流I_mr和镜像电流I_m1升高，数据节点VF充电，即数据节点VF的电压升高，数据节点VF的电压通过反灌晶体管m3反灌到镜像晶体管m1的栅极，即升高了数据线节点VE的电压和降低了镜像电流I_m1，从而降低了数据节点VF的电压上升速度。简单来说，数据线电压的降低使得数据电压升高，而由于反灌晶体管m3的作用，数据电压的升高又使得数据线电压升高，进而抑制了数据电压的上升，最终在输出数据DQ的信号线上就不会产生错误脉冲(如图4的虚线部分所示)。

本发明实施例还提供一种存储器，如图3所示，包括：译码单元21、存储单元22和上述的灵敏放大器。

在读取存储单元前，对位线进行预充电，预充电控制信号PRE设置为低电平，灵敏放大器的预充电单元11对数据线节点VE进行预充电，位线调整单元12对位线节点VD进行充电，即位线节点VD的电压随数据线节点VE的电压升高而被快速充电至高电平，当位线节点VD的电压升高至一预定值时，反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，将调整晶体管m2关闭。

在读取存储单元时，预充电控制信号PRE设置为高电平，由译码单元21选中的存储单元22的电压被读到位线节点VD上，灵敏放大器的位线调整单元12输出位线电流；位线电流经灵敏放大器的电流镜单元13，获得镜像电流I_m1；灵敏放大器的比较单元14根据镜像电流I_m1与参考电流I_ref的比较结果，对数据节点VF进行充电或放电，升高或降低数据节点VF的电压；灵敏放大器的输出单元15根据数据节点VF的电压输出数据DQ为1或0。

灵敏放大器的反灌单元17将数据节点VF的电压反灌到数据线节点VE上，以在位线预充电结束时抑制数据节点VF的电压升高。偏置单元18在预充电控制信号PRE为低电平时，将数据节点的电压偏置到预设电压值，以在位线预充电时使数据节点VF的电流尽快稳定；并且在读取存储单元时，缩短数据节点VF的充电时间。

综上所述，上述技术方案在灵敏放大器中加入了反灌单元，将数据节点的电压反灌到数据线节点上，以耦合数据电压和数据线电压，从而使得影响输出数据的数据电压和影响位线电流的数据线电压相互作用，当位线预充电结束时，即使数据线电压降低会引起数据电压升高，反灌单元也可以抑制数据电压的升高。因此，上述技术方案可以解决现有技术在位线预充电结束时，因数据电压升高而引起输出数据错误的问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种灵敏放大器，包括：

预充电单元，在位线预充电时，对数据线节点进行充电；

位线调整单元，在位线预充电时，由所述数据线节点对位线节点进行充电，在位线预充电后，由所述数据线节点输出位线电流；

电流镜单元，输入端连接所述数据线节点以输入位线电流，输出端连接数据节点，对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流；

比较单元，在所述镜像电流大于参考电流时升高所述数据节点的电压，在镜像电流小于参考电流时降低所述数据节点的电压，

其特征在于，还包括：

反灌单元，连接在所述数据线节点和所述数据节点之间，耦合所述数据线节点的电压和所述数据节点的电压，使所述数据线节点的电压和所述数据节点的电压相互影响；所述反灌单元包括反灌晶体管，栅极连接所述数据线节点，源极和漏极连接所述数据节点。

2.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，还包括：偏置单元，在位线预充电时，将所述数据节点的电压偏置到预设电压值。

3.如权利要求2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述偏置单元包括偏置晶体管，栅极输入预充电控制信号的反相信号，源极输入预设电压值，漏极连接所述数据节点。

4.如权利要求2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述预设电压值为0.2～0.6V。

5.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述预充电单元包括预充电晶体管，栅极输入预充电控制信号，源极输入高电压源，漏极连接所述数据线节点。

6.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述位线调整单元包括可变增益放大器和具有控制端、第一端和第二端的调整晶体管，可变增益放大器的输入端连接所述位线节点，输出端连接调整晶体管的控制端；调整晶体管的第一端连接所述数据线节点，第二端连接所述位线节点。

7.如权利要求6所述的灵敏放大器，其特征在于，所述可变增益放大器的增益大于等于5。

8.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述电流镜单元包括输入晶体管和镜像晶体管，输入晶体管和镜像晶体管的源极连接高电压源，输入晶体管的漏极、栅极和镜像晶体管的栅极连接所述数据线节点，镜像晶体管的漏极连接所述数据节点。

9.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，还包括：输出单元，输出对应所述数据节点的电压的输出数据。

10.一种包括权利要求1至9中任一项所述的灵敏放大器的存储器。