DE2361823C3

DE2361823C3 - Method for operating a read and regeneration amplifier constructed in the manner of a clocked flip-flop

Info

Publication number: DE2361823C3
Application number: DE19732361823
Authority: DE
Inventors: Dietbert Dipl.-Phys. 8021 Taufkirchen Essl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-12-12
Publication date: 1977-03-31

Description

schlossen. Erst jetzt kann das Lesesignal an dem Schalttransistor 72 das Flip-Flop beeinflussen, und zwai in der Weise, daß der Schalttransistor 72 früher leitend wird als der Schalttransistor 71, der infolge der Rückkopplung gesperrt bleibt. Entsprechend nimmt die Spannung L Vl ab und die Spannung L Vl zu, bis das Flip-Flop in seinen stabilen Zustand übergeht. Das Lesesignal wird dabei verstärkt und dann zur Regenerierung des ausgelesenen Speicherelementes SE in dieses Speicherelement zurückgeschrieben. Bei dieser bekannten Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Regenerierverstärkers wird das Lesesignal in dem Zustand, in dem es von der Bitieitung kommt, zur Schaltung des Flip-Flops verwendet. Das Lesesignal muß also einen solchen Spannungswert haben, daß es das Flip-Flop auch bei Unsymmetrien infolge von Fertigungstoleranzen in die richtige Lage kippen kann.closed. Only now can the read signal at the switching transistor 72 influence the flip-flop, in such a way that the switching transistor 72 becomes conductive earlier than the switching transistor 71, which remains blocked as a result of the feedback. Accordingly, the voltage L Vl decreases and the voltage L Vl increases until the flip-flop changes to its stable state. The read signal is amplified and then written back to this memory element in order to regenerate the memory element SE that has been read out. In this known mode of operation of the regeneration amplifier shown in FIG. 1, the read signal in the state in which it comes from the bit line is used to switch the flip-flop. The read signal must therefore have such a voltage value that it can tilt the flip-flop into the correct position even in the event of asymmetries due to manufacturing tolerances.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen entsprechend der Fig. 1 aufgebau ten Regenerierverstärker so zu betreiben, daß der Regenerierverstärker noch Lesesignale kleineren Hubes verarbeiten kann, als dies nach der bekannten Betriebsweise möglich ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Vorbereitungszeit die Lasttransistoren leitend gesteuert werden und nach Sperren der in die Rückkopplungszweige eingefügten Transistoren die Arbeitspunkte der nunmehr voneinander entkoppelten Inverter so eingestellt werden, daß diese als Verstärker arbeiten, daß anschließend das jeweils einem der Inverter zugeführte Lesesignal von diesem Inverter vorverstärkt wird und erst nach der Vorverstärkung des Lesesignals die in den Rückkopplung zweigen angeordneten Transistoren leitend gesteuert werden und das dadurch gebildete Flip-Flop in die durch das vorverstärkte Lesesignal festgelegte Lage gebracht wird. The object underlying the invention is to operate a regeneration amplifier built up according to FIG. 1 so that the regeneration amplifier can still process read signals of a smaller stroke than is possible according to the known mode of operation. This object is achieved in that the load transistors are switched on during the preparation time and, after the transistors inserted in the feedback branches have been blocked, the operating points of the inverters now decoupled from one another are set so that they work as amplifiers, so that the read signal subsequently fed to one of the inverters is pre-amplified by this inverter and only after the pre-amplification of the read signal, the transistors arranged in the feedback branches are conductively controlled and the flip-flop thus formed is brought into the position determined by the pre-amplified read signal.

Bei der Erfindung wird also nicht das über die Bitleitung ankommende Lesesignal zum Kippen des Flip-Flops verwendet, sondern das angelieferte Lesesignal wird zuerst vorverstärkt und dann das vorverstärkte Lesesignal zum Kippen des Flip-Flops herangezogen. Das heißt der Inverter, dem das Lesesignal zugeführt wird, wird als Verstärker eingesetzt.In the case of the invention, that is not done via the bit line incoming read signal is used to flip the flip-flop, but the read signal supplied is first pre-amplified and then the pre-amplified read signal is used to toggle the flip-flop. This means that the inverter to which the read signal is fed is used as an amplifier.

Die erfindungsgemäße Betriebsweise des Regenerierverstärkers der Fig. 1 wird an Hand eines Impulsdiagramms der Fig. 3 erläutert. Es sind wiederum Spannungen über der Zeit aufgetragen.The inventive mode of operation of the regeneration amplifier of FIG. 1 is illustrated using a pulse diagram 3 explained. Again, tensions are plotted against time.

Zunächst wird das Flip-Flop zum Lesen vorbereitet. In Fig 3 ist dies der Bereich A. Während dieser Vorbereitungszeit werden die Transistoren 77 und 78 in den Rückkopplungszweigen durch Wegnehmen des Impulses 03 gesperrt, durch Anlegen eines Impulses 01 die Lasttransistoren 73 und 74 leitend gesteuert und durch Anlegen eines Impulses 02 die Transistoren 75 und Γ6 in den leitenden Zustand gebracht Esstel- !-n sich dann an den Punkten 1 und I des Flip-Flops und an den Steuereingängen der Schalttransistoren und Tl Spannungen ein. durch die der Arbeitspunkt der Inverter festgelegt wird. Die Spannungen LV an den Punkten 1 und 2 sind in der letzten Ze₁Ie der Fig 3 gezeichnet. Sie haben ungefähr den gleichen Wert Nach der Einstellung der Arbeitspunkte werden die Transistoren TS und 76 wieder in den Sperrzustand überführt.First the flip-flop is prepared for reading. In Fig. 3 this is the area A. During this preparation time, the transistors 77 and 78 in the feedback branches are blocked by removing the pulse 03, the load transistors 73 and 74 are made conductive by applying a pulse 01 and the transistors 75 and 74 by applying a pulse 02 Γ6 brought into the conductive state Esstel-! -N then at points 1 and I of the flip-flop and at the control inputs of the switching transistors and Tl voltages. through which the operating point of the inverter is determined. The voltages LV at points 1 and 2 are shown in the last Ze ₁ Ie of FIG . They have approximately the same value. After the operating points have been set, the transistors TS and 76 are switched back to the blocking state.

Anschließend folgt die Zeit, in der ein Lescsignal aus einem der Speicherelemente SE zum Stcuerem-παησ fines der Schalttransistoren 71 bzw. 77 der Inverter zugeführt wird (Bereich B). Es sei angenommen, daß die Wortleitung WLX angesteuert wird und damit das Speicherelement SEI ausgewählt wird. Es sei weiter angenommen, daß in dem Speicherelement SEI eine binäre »1« eingespeichert ist. Dann gelangt an den Steuereingang des Schalttransistors Tl (siehe zweitletzte Zeile der Fig. 3) eine Spannung, die das am Steuereingang des Transistors Tl liegende t otential erhöht. Da gleichzeitig der Takt 01 an den Lasti<? transistoren 73 und 74 anliegt, sina diese im leitenden Zustand und der Inverter, bestehend aus den Transi storen 72 und 74, wirkt als Vorverstärker. Das heißt das Lesesignal, das über die Bitleitung DLl gekom men ist, erscheint invertiert verstärkt am Punkt 1. Dies ist in der letzten Zeile der Fig. 3 dargestellt, und zwar in der Kurve 1. Es ist deutlich zu sehen, wie das Potential am Punkt 1 abnimmt. This is followed by the time in which a read signal from one of the memory elements SE is fed to the control element of the switching transistors 71 and 77 of the inverter (area B). It is assumed that the word line WLX is driven and thus the memory element SEI is selected. It is further assumed that a binary "1" is stored in the memory element SEI. Then a voltage is applied to the control input of the switching transistor Tl (see second from last line of FIG. 3) which increases the potential present at the control input of the transistor Tl . Since at the same time the bar 01 at the Lasti <? transistors 73 and 74 are applied, sina these in the conductive state and the inverter, consisting of the transistors 72 and 74, acts as a preamplifier. That is, the read signal that has come via the bit line DLl men appears inverted amplified at point 1. This is shown in the last line of FIG. 3, namely in curve 1. It can be clearly seen how the potential on Point 1 decreases.

Erst nachdem das Lesesignal vorverstärkt worden ist, wird den Transistoren 77 und 78 in den Rück- ao kopplungszweigen ein Taktimpuls 03 zugeführt, durch das diese in den leitenden Zustand überführt werden, so daß die Schaltung als Flip-Flop arbeitet. Das vorverstärkte Lessesignal am Punkt 1 wirkt über den Rückkopplungszweig auf den Steuereingang des »5 Transistors 71 des anderen Inverters ein. Dieser wird in den Sperrzustand überführt und das Potential am Punkt 2 nimmt sehr schnell zu. Das Potential am Punkt 2 wird wiederum über den Transistor 78 auf den Steuereingang des Schalttransistors 72 zurückgekoppelt. Die eben beschriebenen Verhältnisse sind im Bereich C der Fig. 3 dargestellt. Es ist zu sehen, wie das Potential am Punkt 2 sehr schnell zunimmt, während das Potential am Punkt 1 weiter abnimmt. Entsprechend ergibt sich aus der zweitletzten Zeile der Fig. 3, daß das Potential auf der Bitleitung DLl sehr stark abnimmt, dagegen das Potential an der Bitleitung DLl sehr stark ansteigt. Im Zeitraum C wird dann das ausgelesene Speicherelement SEI regeneriert. Only after the read signal has been pre-amplified, the transistors 77 and 78 in the return branch ao coupling a clock pulse 03 supplied, by which these are converted in the conductive state, so that the circuit operates as a flip-flop. The pre-amplified reading signal at point 1 acts via the feedback branch on the control input of the »5 transistor 71 of the other inverter. This is switched to the blocking state and the potential at point 2 increases very quickly. The potential at point 2 is in turn fed back to the control input of switching transistor 72 via transistor 78. The relationships just described are shown in area C of FIG. 3. It can be seen how the potential at point 2 increases very quickly, while the potential at point 1 continues to decrease. Correspondingly, it follows from the penultimate line in FIG. 3 that the potential on the bit line DL1 decreases very sharply, whereas the potential on the bit line DL1 increases very sharply. In time period C, the read memory element SEI is then regenerated.

40 Beim Lesen einer binaren »0« arbeitet der Regenerierverstärker in entsprechender Weise. Das Potential sinkt am Steuereingang des Schalttransistors 72 ab. Entsprechend steigt das Potential am Punkt 1 an. Dies ist eine Vorverstärkung und Negierung des Lesesi-45 gnals. Durch Schließen der Ruckkopplungszweige wird das vorverstarkte Lesesignal wiederum zum Kippen des Flip-Flops verwendet.40 When reading a binary "0", the regeneration amplifier works in a corresponding manner. The potential drops at the control input of the switching transistor 72. The potential at point 1 increases accordingly. This is a pre-amplification and negation of the Lesesi-45 gnals. By closing the feedback branches, the pre-amplified read signal is again toggled of the flip-flop.

In den Bereichen D und E der Fig. 3 ist auch gezeigt, wie das Einschreiben eines Signals in ein Spei-50 cherelement ablaufen kann. Zum Einschreiben einer Information in ein Speicherelement SE wird an die entsprechende Bitleitung DL von außen das entsprechende Potential angelegt. Es muß aber gewährleistet sein, daß der Regnenenerstarker dieses Potential 55 nicht sturen kann. Aus diesem Grunde werden die Transistoren 77 und Γ8 im Ruckkopplungszweig gesperrt Die Potentiale an den Punkten 3 und 4 des Regenerierverstarker können dann von außen beeinflußt werden. Diese Verhältnisse sind in der Fig. 6c durch die gestrichelten Linien dargestellt.In areas D and E of FIG. 3 it is also shown how the writing of a signal into a memory element can take place. To write information into a memory element SE , the corresponding potential is applied to the corresponding bit line DL from the outside. It must be ensured, however, that the person with strong rainfalls cannot control this potential. For this reason, the transistors 77 and Γ8 in the feedback branch are blocked. The potentials at points 3 and 4 of the regeneration amplifier can then be influenced from the outside. These relationships are shown in Fig. 6c by the dashed lines.

Durch die erfindungsgemäße Betriebsweise v-ird erreicht, daß der Regeneritrverstärker zunächst als Vorverstärker für das anliegende Lesesignal arbeite' und daß der Regenerittverstärkei erst nach der Vor-65 verstärkung des Lesesignals ?■<·■ 'einem Flip-Fl'ip zu- ^ammengeschaltLi v. :;d. das vor, j- m vorverstarkten Les.esigr.al gekippt wird Dadurch ha·· der Regenerierverstärker eine größere Anspivchompfindlichkfcit furThe inventive operation v-ill ensures that the Regeneritrverstärker working first as a pre-amplifier for the applied read signal 'and that the Regenerittverstärkei gain only after the pre-65 of the read signal? ■ <* ■' a flip Fl'ip to-^ ammengeschaltLi v. :; d. that is tilted before the pre-amplified Les.esigr.al This means that the regeneration amplifier has a greater sensitivity for sensitivity

die Lesesignale. Das am Flip-Flop abzunehmende Signal wird größer. Die Folge sind größere zulässige Herstellungstoleranzen für das Flip-Flop und damit verbunden eine größere Ausbeute an funktionsfähigen Schaltungen. Weiterhin ermöglichen kleinere Lesesignale eine kleinere Fläche für die Speicherzellen und dadurch einen höheren Integrationsgrad.the reading signals. The signal to be picked up at the flip-flop becomes larger. The result is greater permissible manufacturing tolerances for the flip-flop and thus connected a greater yield of functional circuits. Furthermore, allow smaller reading signals a smaller area for the memory cells and thus a higher degree of integration.

Die Erfindung ist an einem Regenerierverstärker beschrieben worden, bei dem der Arbeitspunkt mit Hilfe von zwei Transistoren für jeden Flip-Flop-Zweig getrennt eingestellt werden kann. Da die Art der Arbeitspunkteinstellung für die Erfindung gleichgültig ist, es nur notwendig ist, daß der Arbeitspunkt eingestellt wird, ist die Erfindung nicht auf die in Fig. 1 dargestellte Art und Weise der Arbeitspunkteinstellung beschränkt.The invention has been described on a regeneration amplifier in which the operating point with Help of two transistors for each flip-flop branch can be set separately. Since the type of operating point setting is indifferent to the invention is, it is only necessary that the operating point is adjusted, the invention is not limited to that in FIG The illustrated way of setting the operating point is limited.

Als Transistoren sind in der Fig. 1 Feldeffekttransistoren verwendet worden.The transistors in FIG. 1 are field effect transistors been used.

Der Aufbau des Speichers aus einzelnen Speicherelementen kann auf bekannte Weise erfolgen.The memory can be built up from individual memory elements in a known manner.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent entitlement:

Method for operating a read and regeneration amplifier constructed in the manner of a clocked flip-flop, which consists of two feedback inverters, each with a switching transistor and a load transistor, to which read signals from transistor storage elements are fed, in which, before the arrival of a read signal (pre- The feedback branches are separated by transistors inserted in the feedback branch and the operating point in the flip-flop branches is set and in which, after the read signal arrives, the transistors arranged in the feedback branches are again made conductive, so that the flip-flop Flop flips into the position determined by the read signal, characterized in that in the preparation time (A) the load transi- »° disturb (73, 74) are controlled conductive and after the transistors (77, TB) inserted in the feedback branches are blocked, the operating points the inverters now decoupled from each other so ei It must be set that these work as amplifiers, that the read signal supplied to one of the inverters is then pre-amplified by this inverter (area B) and only after the pre-amplification of the read signal do the transistors (77, 78) in the feedback branches become conductive be controlled and the thereby formed flip-flop is brought into the position determined by the preamplified read signal.

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The invention relates to a method for operating a clocked flip-flop built-up read and regeneration amplifier, which consists of two feedback inverters, each with one Switching transistor and a load transistor consists, the read signals from transistor storage elements, respectively at the control input of the switching transistors are supplied, in which before the arrival of a read signal (Preparation time) through the transistors inserted in the feedback branch Feedback branches are separated and the operating point is set in the flip-flop branches and in the case of the arrival of the read signal, the transistors arranged in the feedback branches are again controlled conductive, so that the flip-flop in the position determined by the read signal tilts.

Regeneration circuits for the stored signals or read signals from integrated single transistor storage elements are known. Such a regeneration circuit results, for example, from ISSCC Digest of Technical Papers, pages 30 to 31, February 1973. Its structure is also shown in FIG. The regeneration circuit is constructed in the manner of a clocked flip-flop. It consists of two feedback inverters, each made up of a switching transistor and a load transistor. The switching transistor of one inverter is denoted by 71, the load transistor of one inverter is denoted by 73. The switching transistor of the other inverter is named 72 "and the load transistor TA . From the connection point 2 or 1 between switching transistors 71 or 72 and load transistors T3 or 74, a feedback branch leads to the control input of the control transistor of the other inverter Transistors 77 and 78 respectively inserted. The feedback branches can be separated by these transistors 77 and 78. To set the operating point of each flip-flop branch, transistors 75 and 76 are connected between the control input of the switching transistor 71 and 72 and the connection point 2 and 2, respectively. 1. The load transistors are connected to a fixed voltage FDD, they are controlled at their control inputs by a clock 01. A clock 02 operates the transistors 75 and 76, and a clock 03 the transistors 77 and 78 . DLl which lead to storage elements SE are each connected to the control inputs of the Switching transistors 71 and 72 respectively connected. Some memory elements SE are shown as "one-transistor memory elements. The known function of this circuit is described with the aid of the pulse diagram in FIG. 2. In it, voltages are plotted against time t appears the feedback branches are separated by blocking the transistors 77 and 78. (The clock 03 is switched off.) In contrast, the transistors 75 and 76 are brought into the conductive state by applying the clock 02. Since the load transistors 73 and 74 by the clock 01 are controlled to be conductive, the voltages LK1 and LF2 change at points 1 and 2 in the manner shown in Fig. 2. That is, the voltages LV1 and LF2 approach and reach the control inputs of the switching transistors 71 and 72 via the transistors 75 and 76. These become conductive controlled Potentials then arise at points 1 and 2, which are essentially determined by the ratio of the load transistors 7 3 and 74 and the switching transistors 71 and 72, respectively. At the control inputs of the switching transistors 71 and 72, potentials are formed which are determined by the ratio of the load transistors 73 and 74 and the transistors 75 and 76, respectively. Before a read signal is fed to the regeneration amplifier, that is to say before a memory element is activated via the word line WL , the clock 01 disappears from the load transistors 73 and 74, so that these are blocked. Points 1 and 2 discharge to the threshold voltage, since transistors 75 and 76 are conductive. The transistors 75 and 76 are then blocked. Due to the disconnection disturbances, the voltage ar at the control inputs of the switching transistors 71, 72 falls below the threshold voltage, ie the switching transistors

71, 72 lock.
It is assumed that via the transmission line DL1

a read signal is applied to the control input of the switching transistor 72. Let it be a binary "1". so high; Potential. Initially, this read signal cannot influence the regeneration amplifier, since all transistors are blocked. However, the read signal is added to the potential already present at the control input of the switching transistor 72. Now the load transistors 73 and 74 are again a clock 01 trains and then the transistors T and 78 in the feedback branches are turned on and thus the feedback branches ge again