CN102290087B

CN102290087B - 存储器和灵敏放大器

Info

Publication number: CN102290087B
Application number: CN201110103217.1A
Authority: CN
Inventors: 杨光军
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: CN102290087A

Abstract

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，所述位线调整单元包括：具有控制端、第一端和第二端的反馈晶体管，其控制端连接位线节点，其第一端连接电压源；阻抗元件，其一端接地，另一端连接反馈晶体管的第二端；具有控制端、第一端和第二端的调整晶体管，其控制端连接反馈晶体管的第二端，第一端连接数据线节点，第二端连接位线节点。本发明在预充电结束时，可以通过调节位线调整单元，通过反馈及时的将调整晶体管关闭，以防止过充。

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，SenseAmplifier)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，在位线预充电时，对数据线节点进行充电，包括：预充电晶体管mp，其控制端(栅极)连接预充电控制信号PRE，其第一端(源极)连接工作电压源VDDQ，其第二端(漏极)连接数据线节点VE；

位线调整单元12，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，包括：PMOS晶体管m3和NMOS晶体管m4组成的可变增益放大器和具有控制端(栅极)、第一端(源极或漏极)和第二端(漏极或源极)的调整晶体管m2，可变增益放大器的输入端连接位线节点VD，输出端连接反馈节点VC；调整晶体管m2的控制端输入反馈电压，即连接反馈节点VC；第一端的电压为数据线电压，即连接数据线节点VE；第二端的电压为位线电压，即连接位线节点VD；

电流镜单元13，输入端连接所述数据线节点VE，输出端连接数据节点VF，对所述位线电流进行镜像，获得镜像电流，包括：输入晶体管mr和镜像晶体管m1；

比较单元14，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，包括：参考电源Iref，其一端接地，另一端连接数据节点VF；

输出单元15，输出对应所述数据节点VF电压的输出数据，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；

偏置单元16，包括：偏置晶体管md，在预充电控制信号PRE为低电平时将数据节点VF的电压偏置到预设电压值Vset。

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对数据线dl进行预充电，位线调整单元12对位线bl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bl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。偏置单元16在预充电控制信号PRE为低电平时将数据节点VF的电压偏置到预设电压值Vset。

但是，随着半导体技术的发展，在例如深亚微米CMOS技术条件下，设计高速低功耗灵敏放大器的主要挑战在于，随着特征尺寸的不断减小，工作电压源VDDQ的电压取值范围也必然随之不断减小。由于工作电压源VDDQ电压取值范围的减小，必然导致读取存储单元时位线节点VD的电压也随之减小。在位线预充电结束时，随着位线节点VD电压升高至一预定值，NMOS晶体管m4应导通，从而反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，将调整晶体管m2关闭，但当位线节点VD的电压随工作电压源VDDQ的减小而减小到一定程度时，位线节点VD和反馈节点VC之间的电压差就会小于NMOS晶体管m4的开启电压，NMOS晶体管m4处于关闭状态，从而可变增益放大器就不能发挥反馈作用，此时反馈节点VC的电压为固定值VDD，即调整晶体管m2的栅极电压为固定值VDD，不能将调整晶体管m2关闭，这样一方面会造成过充，从而对读‘1’(即位线有电流的状态)不利；另一方面由于调整晶体管m2不能关断，从而对读‘0’(即位线没有电流的状态)也不利。

发明内容

本发明解决的问题是：提供一种存储器和灵敏放大器，在位线预充电结束时，虽然位线节点的电压随着电源电压的减小而减小，但仍然保证调整晶体管能及时关闭，使位线调整单元输出位线电流。

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；包括：具有控制端、第一端和第二端的反馈晶体管，其控制端连接所述位线节点，其第一端连接电压源；阻抗元件，其一端接地，另一端连接所述反馈晶体管的第二端；具有控制端、第一端和第二端的调整晶体管，其控制端连接所述反馈晶体管的第二端，第一端连接所述数据线节点，第二端连接所述位线节点；

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。

可选地，所述电压源为稳压电源。

可选地，所述电压源的电压范围包括：0.8V～2V。

可选地，所述阻抗元件为电阻。

可选地，所述阻抗元件为具有控制端、第一端和第二端的阻抗晶体管，其第一端连接所述反馈晶体管的第二端，第二端接地，控制端连接所述反馈晶体管的第二端。

可选地，所述阻抗元件为具有控制端、第一端和第二端的阻抗晶体管，其第一端连接所述反馈晶体管的第二端，第二端接地，控制端连接电压源。

可选地，所述灵敏放大器还包括：偏置单元，其输入端连接所述数据节点和接收预设电压，在位线预充电时，将数据节点的电压偏置到预设电压值。

可选地，所述灵敏放大器还包括：输出单元，其输入端连接所述数据节点，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，本发明具有以下优点：

1)本发明提供的灵敏放大器中的可变增益放大器由反馈晶体管和阻抗元件代替，在预充电结束时，即使位线电压的电压比较小，也可以通过反馈晶体管的栅极电压的变化使反馈晶体管导通能力变弱，从而反馈晶体管能很好地发挥反馈作用，使得反馈电压从高电平转为低电平，及时的将调整晶体管关闭；

2)使用稳压电源为反馈晶体管提供电压，从而使得反馈晶体管工作状态稳定，且减小了噪声的干扰；

3)位线调整单元中的阻抗元件既可以是一个电阻，也可以是一个阻抗晶体管；当阻抗元件是阻抗晶体管时，其控制端既可以连接反馈节点，也可以连接电源，故实现方式灵活多变。

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是本发明实施例提供的灵敏放大器一种实施方式的电路图；

图3是本发明实施例提供的灵敏放大器另一种实施方式的电路图；

图4是本发明实施例提供的灵敏放大器第三种实施方式的电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有的灵敏放大器预充电结束时，当位线节点VD的电压随工作电压源VDDQ的减小而减小到一定程度时，位线调整单元就不能发挥反馈作用，不能将调整晶体管及时关闭。

因此，在灵敏放大器预充电结束时，为防止上述缺陷的产生，本发明提供的灵敏放大器中的可变增益放大器由反馈晶体管和阻抗元件代替，在预充电结束时，即使位线电压的电压比较小，也可以通过反馈晶体管的栅极电压的变化使反馈晶体管处于关闭状态，从而反馈晶体管能很好地发挥反馈作用，使得反馈电压从高电平转为低电平，及时的将调整晶体管关闭；同时使用稳压电源为反馈晶体管的源极提供电压，从而使得反馈晶体管工作状态稳定，且减小了噪声的干扰。

下面结合附图对本发明实施方式进行详细说明。

参见图2所示，本实施例提供的灵敏放大器包括：预充电单元11、位线调整单元12、电流镜单元13、比较单元14、输出单元15和下拉单元16。

预充电单元11，在位线预充电(读取存储单元前)时，对数据线dl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mp，预充电晶体管mP的栅极输入预充电控制信号PRE，源极输入工作电压源VDDQ，漏极连接数据线节点VE(或者说，连接数据线dl)，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：稳压电源Vreg、反馈晶体管m3、阻抗晶体管m4和调整晶体管m2。反馈晶体管m3、阻抗晶体管m4和调整晶体管m2都包括控制端(栅极)、第一端(源极或漏极)和第二端(漏极或源极)。稳压电源Vreg的输出端与反馈晶体管m3的第一端相连，稳压电源Vreg为反馈晶体管m3的第一端提供工作电压；反馈晶体管m3的第二端连接反馈节点VC，即输出反馈电压；反馈晶体管m3的控制端与位线节点VD相连，即输入位线电压；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；调整晶体管m2的第二端的电压为数据线电压，即与数据线节点VE连接；调整晶体管m2第一端的电压为位线电压，即与位线节点VD相连；阻抗晶体管m4的第一端接地；阻抗晶体管m4的控制端和第二端同时输入反馈电压，即阻抗晶体管m4的控制端和第二端都与反馈节点VC连接。

其中，所述稳压电源Vreg的电压范围包括：0.8V～2V。在本发明的其他实施例中，可以省去稳压电源Vreg，而使所述反馈晶体管m3的源极直接连接工作电压源VDDQ，所述工作电压源VDDQ的电压范围也包括：0.8V～2V。

在位线预充电时，反馈晶体管m3和阻抗晶体管m4均处于导通状态，调整晶体管m2也处于导通状态，位线节点VD的电压开始升高，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，反馈晶体管m3的栅极电压升高，从而反馈晶体管m3栅源极间的电压小于反馈晶体管m3的开启电压，此时反馈晶体管m3处于关闭状态，而阻抗晶体管m4处于开启状态，反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，将调整晶体管m2也关闭；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的源极和镜像晶体管m1的源极均连接工作电压源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，包括：参考电源Iref，所述参考电源Iref提供参考电源。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。

偏置单元16，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16包括偏置晶体管md，偏置晶体管md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16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。

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。

在本发明的另一种实现方式中，参见图3所示，灵敏放大器的位线调整单元12中的阻抗晶体管m4的控制端的连接方式发生变化，此时，阻抗晶体管m4的控制端不是与反馈节点VC相连，而是与工作电压源VDDQ相连，其余均与图2相同。在图3所示的灵敏放大器中，在预充电结束时，不管位线节点VD的电压多小，通过反馈晶体管m3的栅极电压变化使得反馈晶体管m3导通能力变弱，反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，调整晶体管m2被及时关闭。

在本发明的第三种实现方式中，参见图4所示，灵敏放大器的位线调整单元12中的阻抗晶体管m4被电阻R所代替，电阻R的一端连接反馈节点VC，另一端接地，其余均与图2相同。在图4所示的灵敏放大器中，在预充电结束时，不管位线节点VD的电压多小，通过反馈晶体管m3的栅极电压变化使得反馈晶体管m3导通能力变弱，反馈节点VC的电压从高电平转为低电平，调整晶体管m2被及时关闭。

本发明实施例还提供一种存储器，如图2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。

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，输出位线电流；

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，所述位线调整单元包括：

具有控制端、第一端和第二端的反馈晶体管，其控制端连接所述位线节点，其第一端连接电压源；阻抗元件，其一端接地，另一端连接所述反馈晶体管的第二端；具有控制端、第一端和第二端的调整晶体管，其控制端连接所述反馈晶体管的第二端，第一端连接所述数据线节点，第二端连接所述位线节点。

2.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述电压源为稳压电源。

3.如权利要求1或2所述的灵敏放大器，其特征在于，所述电压源的电压范围包括：0.8V～2V。

4.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件为电阻。

5.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件为具有控制端、第一端和第二端的阻抗晶体管，其第一端连接所述反馈晶体管的第二端，第二端接地，控制端连接所述反馈晶体管的第二端。

6.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件为具有控制端、第一端和第二端的阻抗晶体管，其第一端连接所述反馈晶体管的第二端，第二端接地，控制端连接电压源。

7.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述灵敏放大器还包括：偏置单元，其输入端连接所述数据节点和接收预设电压，在位线预充电时，将数据节点的电压偏置到预设电压值。

8.如权利要求1所述的灵敏放大器，其特征在于，所述灵敏放大器还包括：输出单元，其输入端连接所述数据节点，输出对应所述数据节点的电压的输出数据。

9.一种包括权利要求1至8中任一项所述的灵敏放大器的存储器。