CN102148051A - 存储器和灵敏放大器 - Google Patents

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一种存储器和灵敏放大器。所述灵敏放大器包括：位线调整单元，在位线预充电时，由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，与数据线节点相连，包括控制端相连的输入晶体管和输出晶体管，所述电流镜单元对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流，所述输入晶体管的控制端与输入端之间具有限压单元，用于限制所述输入晶体管的控制端与输入端之间的电压。所述灵敏放大器提高了存储器在低电源电压下的读取速度。

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：位线调整单元12、电流镜单元13、比较单元14、输出单元15。
在读取存储单元前，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)随调整晶体管m2输入端的电压升高而被快速充电至高电平。调整晶体管m2输入端通常还接有预充电单元(图未示)，以对调整晶体管m2输入端电压进行控制。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，由译码单元21选中的存储单元(图未示)的电流Icell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Icell(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Im1，比较单元14根据对镜像电流Im1与参考电流Iref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Dout为1或0。
然而，在目前的存储器应用中发现，随着存储器的工作电压降低，即例如图1所示电路中的电源电压VDDQ的降低，存储器的读取速度也受到影响而降低，影响了存储器的性能。
发明内容
本发明解决现有技术存储器因工作电压降低而致使存储器读取速度降低的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种灵敏放大器，包括：
位线调整单元，在位线预充电时，由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，与数据线节点相连，包括控制端相连的输入晶体管和输出晶体管，所述电流镜单元对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流，所述输入晶体管的控制端与输入端之间具有限压单元，用于限制所述输入晶体管的控制端与输入端之间的电压。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：上述灵敏放大器通过限压单元将输入晶体管的控制端与输入端之间的电压限制在较小的电压下，相应增大了所述输入晶体管的输入端电压，也即增大了位线节点的电压，从而增大了位线上的电流，因此提高了存储器的读取速度。
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是本发明灵敏放大器的第一种实施例的电路图；
图3是本发明灵敏放大器的第二种实施例的电路图。
具体实施方式
通过对例如图1所示的现有灵敏放大器的进一步分析可以发现，当电源电压VDDQ降低时，位线节点的初始电压也随之降低，导致位线上电流减小而使得读取速度变慢。基于此，本发明灵敏放大器通过在同等电源电压条件下，增大位线节点的电压，以增加位线上的电流。根据本发明灵敏放大器的一种实施方式，其包括：
位线调整单元，在位线预充电时，由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，与数据线节点相连，包括控制端相连的输入晶体管和输出晶体管，所述电流镜单元对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流，所述输入晶体管的控制端与输入端之间具有限压单元，用于限制所述输入晶体管的控制端与输入端之间的电压。
以下结合附图对本发明灵敏放大器进一步举例说明。参照图2所示，本发明灵敏放大器的第一种实施例包括：位线调整单元120、电流镜单元130、比较单元140和输出单元150。
位线调整单元120，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(图未示)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120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的输出端连接，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120的调整晶体管m2的电流被钳位至位线电流。
电流镜单元130，对位线调整单元120输出的位线电流进行镜像，获得镜像电流Im1。电流镜单元130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130包括控制端(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的第二端(源极)连接电源VDDQ；输入晶体管mr的第一端(漏极)连接数据线节点VE，输入晶体管mr和镜像晶体管m1的控制端(栅极)经由限压单元连接数据线节点VE，并连接位线调整单元120的调整晶体管m2的第一端，即输入位线电流；镜像晶体管m1的第一端(漏极)连接数据节点VF，输出镜像电流Im1。输入晶体管mr的漏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。
其中，限压单元包括阻抗元件Rc和电流源Ib，所述阻抗元件Rc位于输入晶体管mr的栅极和漏极之间，所述电流源Ib连接于输入晶体管mr和镜像晶体管m1的栅极。通过所述连接，输入晶体管mr的控制端(栅极)和第一端(漏极)间的电压就被限定在阻抗元件Rc两端的电压上。此后，通过将阻抗元件Rc两端的电压限制在较小电压下，就可使得输入晶体管mr的控制端(栅极)和第一端(漏极)间的电压也限制在较小电压下。
将阻抗元件Rc两端的电压限制在较小电压下可以通过将阻抗元件Rc的阻值限制在较小值上实现，或者将阻抗元件Rc上的电流限制在较小值上实现。例如，限制电流源Ib提供的电流在5μA～20μA之间，由于阻抗元件Rc上的电流必然小于电流源Ib提供的电流，则阻抗元件Rc两端的电压也必然小于电流源Ib提供的电流与阻抗元件Rc的阻值乘积。假定电流源Ib提供的电流为10μA，则阻抗元件Rc两端的电压值小于10μA×Rc。则输入晶体管mr的控制端(栅极)和第一端(漏极)间的电压值也小于10μA×Rc。
此外，阻抗元件Rc可以为电阻器，或者也可以将PMOS管/NMOS管的栅、漏相接，并将栅电压分别偏置至0或VDD进行替代。
基于对电流镜单元130的说明可以看到，由于输入晶体管mr的控制端(栅极)和第一端(漏极)间的电压被限制在较小电压下，因此输入晶体管mr上的电压降也较小。由此可得，数据线节点VE的初始电压在同等低电源电压VDDQ的条件下相对于现有技术的灵敏放大器的数据线节点更高，从而位线节点VD的初始电压也更高。因此，在低电源电压VDDQ的条件下，所述位线相对于现有技术上可以得到更大的位线电流Icell。
在位线预充电结束后，位线调整单元120的调整晶体管m2的电流被钳位至位线电流Icell，电流镜单元130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。由于位线电流变大，相应地，电流镜单元130输出的镜像电流Im1也更大。
比较单元140，比较电流镜单元130输出的镜像电流Im1与参考电流Iref，在镜像电流Im1大于参考电流Iref时对数据节点VF进行充电，升高数据电压；在镜像电流Im1小于参考电流Iref时对数据节点VF进行放电，降低数据电压。基于此前的说明，由于镜像电流Im1更大，因而比较单元140对数据节点VF充放电的速度也更快。
从而，输出单元150也可以更快地基于数据节点VF上的数据电压输出对应的输出数据，即存储器的读取速度得到了提高。
本发明实施例还提供一种存储器，继续参照图2所示，包括：译码单元210、存储单元(图未示)和上述的灵敏放大器。
参照图3所示，本发明灵敏放大器的第二种实施例与第一种实施例的结构大致相同，其区别在于：在镜像晶体管m1的第一端(漏极)也连接有电流源Ib。本实施例灵敏放大器相对于第一种实施例而言具有更好的电路匹配性。
综上所述，上述两种灵敏放大器的实施例中，通过在电流镜单元中加入限压单元，将输入晶体管的控制端与输入端之间的电压限制在较小的电压下，相应增大了所述输入晶体管的输入端电压，也即增大了位线节点的电压，从而减小了存储器读取前的预充电时间，提高了存储器的读取速度。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种灵敏放大器，包括：
位线调整单元，在位线预充电时，由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，与数据线节点相连，包括控制端相连的输入晶体管和输出晶体管，所述电流镜单元对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流，
其特征在于，所述输入晶体管的控制端与输入端之间具有限压单元，用于限制所述输入晶体管的控制端与输入端之间的电压。
2.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述限压单元包括所述输入晶体管的控制端与输入端之间的阻抗元件，以及连接于输入晶体管的控制端的电流源。
3.如权利要求2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件为电阻器。
4.如权利要求2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件为栅、漏相接，且栅极电压偏置至0的PMOS管，或栅、漏相接，且栅极电压偏置至VDD的NMOS管。
5.如权利要求2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述电流源提供的电流为5μA～20μA。
6.一种包括权利要求1至5任一项所述的灵敏放大器的存储器。
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