DE2724032A1 - DIGITAL STORAGE CELL - Google Patents

DIGITAL STORAGE CELL

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DE2724032A1
DE2724032A1 DE19772724032 DE2724032A DE2724032A1 DE 2724032 A1 DE2724032 A1 DE 2724032A1 DE 19772724032 DE19772724032 DE 19772724032 DE 2724032 A DE2724032 A DE 2724032A DE 2724032 A1 DE2724032 A1 DE 2724032A1
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DE
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mosfet
memory cell
inverter
drain
input
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DE19772724032
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Richard Gary Daniels
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Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber τ d-s yonchen 71 Dipl.-Phys. OE Weber τ ds yonchen 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47 Patent attorney Hofbrunnstrasse 47

Telefon: (089)7915050Telephone: (089) 7915050

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Digitale SpeicherzelleDigital memory cell

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Die Erfindung betrifft allgemein digitale Speicherzellen und bezieht sich insbesondere auf eine statische MOSFET-Speicherzelle, welche für monolitische integrierte Schaltungen geeignet ist.The invention relates generally to digital memory cells and more particularly relates to a static MOSFET memory cell, which is suitable for monolithic integrated circuits.

Bei digitalen Systemen ist es zweckmäßig, bistabile Speicherelemente oder Speicherzellen zu verwenden, welche ihren Zustand oder Status in Reaktion auf ein binäres Eingangssignal ändern. Eine große Vielfalt von verschiedenen Typen von Speicherzellen sind bekannt, die auch als Flip-Flops oder als Kippstufen bezeichnet werden. Komplizierte moderne digitale Systeme erfordern große Anzahlen von Speicherzellen, welche derart angeordnet sind, daß sie gemeinsam digitale Information speichern und austauschen. Solche Speicherzellen bilden oft den größten Anteil an den gesamten Bauelementen, welche für ein solches System erforderlich sind. Dies trifft insbesondere für digitale Systeme wie Mikroprozessoren zu, welche unter Verwendung von MOSFET-Einrichtungen in einer monolitischen integrierten Schaltung aufgebaut werden. Diese integrierten Schaltungen von Mikroprozessoren enthalten in der Regel große Anzahlen von Speicherzellen, die als Datenregister arbeiten, welche digitale Informationen über entsprechende Datenkanäle untereinander austauschen. Somit wäre es außerordentlich wünschenswert, eine einfache MOSFET-Speicherzelle zur Verfügung zu haben, welche nur eine minimale Anzahl von Bauelementen verwendet und welche nur eine besonders geringe Fläche auf einem Halbleiterplättchen einnimmt. Wegen der großen Anzahl von Speicherzellen, die erforderlich sind, und aufgrund der Probleme bei dem Entwurf entsprechender Schaltungsverbindungen zwischen einzelnen Zellen kann die Verwendung einer einfacher aufgebauten Speicherzelle, welche nur weniger Bauelemente erfordert und welche einfachere Anschlüsse benötigt, dazu führen, daß der Gesamtflächenbedarf auf einem Halbleiter-Plättchen oder einem Halbleiter-Chip stark reduziert wird, so daß dieIn digital systems it is expedient to use bistable memory elements or memory cells, which change their state or status in response to a binary input signal. A great variety of different Types of memory cells are known which are also referred to as flip-flops or trigger stages. Complicated modern digital systems require large numbers of memory cells which are so arranged are that they store and exchange digital information together. Such memory cells often form the largest share of the total components that are required for such a system. This is true especially for digital systems such as microprocessors, which use MOSFET devices in a monolithic integrated circuit. These integrated circuits from microprocessors usually contain large numbers of memory cells that function as data registers which contain digital information exchange with each other via corresponding data channels. So it would be extremely desirable to have a simple MOSFET memory cell available which uses only a minimal number of components and which only takes up a particularly small area on a semiconductor wafer. Because of the large number of memory cells that are required and because of problems in designing related circuit connections between individual cells the use of a more simply structured memory cell, which only requires fewer components and which requires simpler connections, lead to the Total area requirement on a semiconductor wafer or a semiconductor chip is greatly reduced, so that the

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Herstellungskosten einer entsprechenden monolitisehen integrierten Schaltung entsprechend vermindert werden.Manufacturing costs of a corresponding monolith integrated circuit can be reduced accordingly.

, In bistabilen Speicherzellen ist der gespeicherte Binärstatus durch den Leitungszustand der kreuzgekoppelten Elemente definiert, welche derart angeordnet sind, daß der durchlässige Zustand eines Elementes den gesperrten Zustand des anderen Elementes garantiert. Bei der Herstellung eines Systems, in welchem eine digitale Information zwischen Bereichen identischer Speicherzellen dieses Typs ausgetauscht wird, muß die Arbeitsweise der einzelnen Speicherzelle gewährleisten, daß ein angelegtes Eingangssignal über die internen Elemente der Zelle dominiert, um den endgültigen Speicherstatus zu bestimmen. Bei integrierten Schaltungen, welche MOSFET-Elemente verwenden, haben Speicherzellen zusätzliche Schalt-oder Übertragungselemente, welche durch Taktsignale gesteuert werden, um zu gewährleisten, daß die oben genannte Bedingung erfüllt ist. Diese zusätzlichen Einrichtungen zusammen mit der entsprechend komplizierten Leitungsführung zu den zugehörigen Taktsignaleinrichtungen und zu Einrichtungen innerhalb der Zelle haben dazu geführt, daß die benötigte Fläche auf einem Halbleiter-Plättchen oder einem Halbleiter-Chip entsprechend groß ist und haben dadurch die Herstellungskosten für die Fertigung solcher Zellen in den integrierten Schaltungen erhöht. , In the bistable memory cells of the stored binary state is defined by the conduction state of the cross-coupled elements, which are arranged such that the transmissive state of an element guarantees the locked state of the other element. In making a system in which digital information is exchanged between areas of identical memory cells of this type, the operation of the individual memory cells must ensure that an applied input signal dominates the internal elements of the cell to determine the final memory status. In integrated circuits which use MOSFET elements, memory cells have additional switching or transmission elements which are controlled by clock signals in order to ensure that the above-mentioned condition is met. These additional devices together with the correspondingly complicated wiring to the associated clock signal devices and to devices within the cell have resulted in the required area on a semiconductor wafer or a semiconductor chip being correspondingly large and thus having the manufacturing costs for the production of such cells increased in the integrated circuits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine MOSFET-Speicherzelle der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, welche mit einer außerordentlich geringen Zahl von Leitungsverbindungen und einer besonders geringen Fläche auf einem Halbleiter-Plättchen auskommt. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.The invention is based on the object of a MOSFET memory cell to create the type explained in more detail, which with an extremely low Number of line connections and a particularly small one Area on a semiconductor wafer. The im Patent application laid down features.

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Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird somit eine statische MOSFET-Speicherzelle geschaffen, welche aus kreuzgekoppelten Invertern gebildet ist, in welchen eine Widerstandsrückführeinrichtung kontinuierlich den Speicherzelleneingang und -Ausgang miteinander verbindet, wobei eine Isolation des Speicherzellenausgangs gegen den Speicherzelleneingang gewährleistet ist, um zu ermöglichen, daß ein momentan angelegtes Eingangssignal den gespeicherten Status der Zelle ändert und den durchlässigen Status der Zelle dann beibehält, wenn das momentan angelegte Eingangssignal abgeschaltet wird.According to the basic idea of the invention, a static MOSFET memory cell is thus created, which is formed from cross-coupled inverters in which a resistance feedback device continuously connects the memory cell input and output with one another, with an isolation of the Memory cell output against the memory cell input is guaranteed to enable a momentary applied input signal changes the stored status of the cell and the permeable status of the Cell is retained when the currently applied input signal is switched off.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer Schaltung, welche eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes repräsentiert.The invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows the only one Fig. A schematic representation of a circuit which a particularly preferred embodiment of the Subject of the invention represented.

In der Zeichnung ist ein repräsentativer Ausschnitt eines digitalen Systems veranschaulicht, welches eine erfindungsgemäße statische MOSFET-Speicherzelle 10 aufweist. Zur Terminologie sei bemerkt, daß durch die Abkürzung MOSPET alle Feldeffekttransistoren und logischen Verknüpfungsglieder mit einem isolierten Gate angesprochen sind. Es dürfte bekannt sein, daß ein MOSFET entweder als P-Kanal-Element oder als N-Kanal-Element ausgebildet sein kann. Bei der Beschreibung der Arbeitsweise der hier erläuterten Sphaltung wird angenommen, daß N-Kanal-MOSFET-Elemente verwendet werden, obwohl grundsätzlich auch P-Kanal-MOSFET-Elemente verwendet werden könnten. Weiterhin ist ansich bekannt, daß ein MOSFET eine bilaterale Einrichtung ist, welche zwei Hauptelektroden aufweist, die austauschbar als Source- oder als Brain-Elektrode arbeiten, was davon abhängt, an welcher Elektrode dasIn the drawing, a representative section of a digital system is illustrated, which a having static MOSFET memory cell 10 according to the invention. Regarding the terminology, it should be noted that the Abbreviation MOSPET all field effect transistors and logic gates with an isolated Gate are addressed. It should be known that a MOSFET can be used either as a P-channel element or as a N-channel element can be formed. In the description The operation of the circuit discussed here assumes that N-channel MOSFET elements may be used, although basically P-channel MOSFET elements as well could be used. It is also known per se that a MOSFET is a bilateral device which has two main electrodes that work interchangeably as source or brain electrodes, which depends on which electrode the

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stärker positive Potential liegt. Für die vorliegende Beschreibung wird vereinbart, daß die Hauptelektrode entweder als Source oder als Drain bezeichnet wird, obwohl grundsätzlich während der Arbeitsweise der Schaltung eine als Source bezeichnete Elektrode vorübergehend auch als Drain arbeiten kann. MOSFET-Einrichtungen können auch als angereicherte Einrichtungen oder als verarmte Einrichtungen ausgebildet sein. Obwohl bei der hier beschriebenen Anordnung angereicherte Einrichtungen bevorzugt werden, können auch verarmte Einrichtungen und insbesondere solche Einrichtungen verwendet werden, bei welchen eine Verbindung zwischen Gate und Source dazu dient, eine Eigenvorspannung zu erzeugen. stronger positive potential. For the present description it is agreed that the main electrode referred to as either a source or a drain, although basically during the operation of the circuit an electrode called the source can temporarily also function as a drain. MOSFET devices can also be designed as enriched facilities or as depleted facilities. Although at the arrangement described here enriched facilities are preferred, can also be impoverished Facilities and in particular those facilities are used in which a connection between Gate and source serve to generate a self-bias.

Gemäß der Darstellung in der Zeichnung ist ein erster Datenkanal 12 an die Drain des Übertragungs-MOSFET 14 angeschlossen, dessen Source mit dem Eingang der Speicherzelle 10 über die Leitung 16 verbunden ist. Das Gate des MOSFET 14 ist mit einer Steuerleitung 18 verbunden, welche die digitalen Signale liefert, welche dazu erforderlich sind, Daten von dem Datenkanal 12 zu dem Eingang der Speicherzelle 10 zu übertragen. Ein zweiter Datenkanal 20 ist mit der Drain des übertragungs-MOSFET 22 verbunden, dessen Source mit dem Eingang der Speicherzelle 10 über die Leitung 16 verbunden ist. Das Gate des Übertragungs-MOSFET 22 ist mit der Steuerleitung 24 verbunden, welche die digitalen Signale liefert, welche für die Datenübertragung von dem zweiten Datenkanal 20 zu dem Eingang der Speicherzelle 10 erforderlich sind. Die Leitung 26, welche den Ausgang der Speicherzelle 10 darstellt, ist mit der Source des Übertragungs-MOSFET 28 verbunden, dessen Drain mit dem ersten Datenkanal 12 verbunden ist. Das Gate des Übertragungs-MOSFET 28 ist mit der Steuerleitung 30 verbunden, welche die digitalen Signale liefert, welche für die Übertragung digitaler Information von der Speicherzelle 10 zu den As shown in the drawing, a first data channel 12 is connected to the drain of the transmission MOSFET 14, the source of which is connected to the input of the memory cell 10 via the line 16. The gate of the MOSFET 14 is connected to a control line 18, which supplies the digital signals which are required to transmit data from the data channel 12 to the input of the memory cell 10. A second data channel 20 is connected to the drain of the transmission MOSFET 22, the source of which is connected to the input of the memory cell 10 via the line 16. The gate of the transmission MOSFET 22 is connected to the control line 24, which supplies the digital signals which are required for the data transmission from the second data channel 20 to the input of the memory cell 10. The line 26, which represents the output of the memory cell 10, is connected to the source of the transmission MOSFET 28, the drain of which is connected to the first data channel 12. The gate of the transmission MOSFET 28 is connected to the control line 30, which supplies the digital signals necessary for the transmission of digital information from the memory cell 10 to the

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ersten Datenkanal 12 erforderlich sind. Die Leitung 26 verbindet auch den Ausgang der Speicherzelle 10 mit der Drain des ttbertragungs-MOSFET 32, dessen Source mit dem zweiten Datenkanal 20 verbunden ist. Das Gate des Übertragungs-MOSFET 32 ist mit der Leitung 34 verbunden, welche die digitalen Steuersignale liefert, die für eine Übertragung von Information aus der Speicherzelle 10 zu dem zweiten Datenkanal 20 erforderlich sind.first data channel 12 are required. The line 26 also connects the output of the memory cell 10 the drain of the transmission MOSFET 32, the source of which is connected to the second data channel 20. The gate of transmission MOSFET 32 is connected to line 34, which supplies the digital control signals necessary for a transfer of information from the memory cell 10 to the second data channel 20 are required.

Gemäß der Darstellung in der Zeichnung weist die Speicherzelle 10 einen ersten MOSFET-Inverter auf, welcher durch die MOSFET-Elentente 36 und 38 gebildet wird, und sie hat weiterhin einen zweiten MOSFET-Inverter, welcher durch die MOSFET-Elemente AO und 42 gebildet wird, und sie weist schließlich eine Widerstandsrückführung auf, welche durch den MOSFET 44 gebildet wird. Die Eingansleitung 16 der Speicherzelle 10 stellt eine Verbindung zu dem Gate des MOSFET 36 und zu der Source des MOSFET 44 her. Die Source des MOSFET 36 ist mit einer ersten Energieversorgungsleitung verbunden, welche das Massepotential bei dieser bestimmten Ausführung darstellt. Die Drain des MOSFET 36 ist mit der Leitung 46 verbunden, welche mit der Source des MOSFET 38 verbunden ist und an das Gate des MOSFET 40 angeschlossen ist. Die Drain des MOSFET 38 ist mit einer zweiten Energieversorgungsleitung 48 verbunden, welche bei dieser bevorzugten AusfUhrungsform auf dem Potential VDD liegt. Das Gate des MOSFET 38 ist auch mit VDD verbunden, so daß der MOSFET 38 eine mit einer Eigenvorspannung versehenen Lasteinrichtung für diesen ersten MOSFET-Inverter darstellt. Die Source des MOSFET 40 ist mit der ersten Energieversorgungsleitung (Masse) verbunden, und die Drain des MOSFET 40 ist mit der Leitung 26 verbunden, welche an die Drain des MOSFET 44 angeschlossen ist, sowie an die Source des MOSFET 42 und welche den Ausgang der Speicherzelle 10 darstellt. Das Gate und die Drain des MOSFET 42 sind an die mit VDD bezeichnete Leitung 48 angeschlossen,As shown in the drawing, the memory cell 10 has a first MOSFET inverter, which is formed by the MOSFET elements 36 and 38, and it also has a second MOSFET inverter, which is formed by the MOSFET elements AO and 42 , and finally it has a resistance feedback which is formed by the MOSFET 44. The input line 16 of the memory cell 10 connects to the gate of the MOSFET 36 and to the source of the MOSFET 44. The source of the MOSFET 36 is connected to a first power supply line which is the ground potential in this particular embodiment. The drain of MOSFET 36 is connected to line 46, which is connected to the source of MOSFET 38 and is connected to the gate of MOSFET 40. The drain of the MOSFET 38 is connected to a second power supply line 48, which in this preferred embodiment is at the potential V DD . The gate of MOSFET 38 is also connected to V DD so that MOSFET 38 is a self-biased load device for this first MOSFET inverter. The source of the MOSFET 40 is connected to the first power supply line (ground), and the drain of the MOSFET 40 is connected to the line 26, which is connected to the drain of the MOSFET 44 and to the source of the MOSFET 42 and which is the output of the Represents memory cell 10. The gate and drain of MOSFET 42 are connected to line 48 labeled V DD,

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so daß der MOSFET 42 für den zweiten MOSFETV»Inverter eine mit einer Eigenvorspannung versehenen Lasteinrichtung darstellt. Das Gate des MOSFET 44 ist mit einer Bezugsspannuni? verbunden, welche für die in der Zeichnung dargestellte bevorzugte Ausführungsform die mit VDD bezeichnete Leitung 48 ist. Es ist zu bemerken, daß trotz der Tatsache, daß die MOSFET-Elemente 38,42 und 44 angereicherte Elemente sind, der MOSFET 38 und/ oder der MOSFET 42 auch als verarmte Lasteinrichtungen ausgebildet sein könnten (wobei eine Verbindung zwischen Gate und Source zur Eigenvorspannung dienen könnte), und es könnte auch der MOSFET 44 als verarmte Einrichtung ausgebildet sein.so that the MOSFET 42 represents a self - biased load device for the second MOSFETV inverter. The gate of MOSFET 44 is connected to a reference voltage. connected, which is the line 48 labeled V DD for the preferred embodiment shown in the drawing. It should be noted that despite the fact that the MOSFET elements 38, 42 and 44 are enriched elements, the MOSFET 38 and / or the MOSFET 42 could also be implemented as depleted load devices (with a connection between gate and source for self-biasing could serve), and the MOSFET 44 could also be designed as a depleted device .

Die Arbeitsweise der statischen MOSFET-Speicherzelle wird anhand der Zeichnung erläutert, indem angenommen wird, daß der MOSFET 40 durchlässig ist. Weiterhin wird angenommen, daß die Steuerleitungen 18,24,30 und 34 zunächst alle auf einem logischen Pegel 0 liegen, so daß die Übertragungs-MOSFET-Elemente 14,22,28 und 32 alle gesperrt sind. Da das Gate des MOSFET 44 mit einer Bezugsspannung beaufschlagt ist (VDD), ist der MOSFET immer durchlässig und verbindet somit den logischen Pegel 0 auf der Leitung 26 in der Weise mit den übrigen Bauelemente, daß auf der Leitung 60 und an dem Gate des MOSFET 36 ein logischer Pegel 0 vorhanden ist. Weil dadurch der MOSFET 36 gesperrt ist, besteht die Möglichkeit, daß der MOSFET 38 die Leitung 46 auf einen logischen Pegel 1 bringt, so daß der MOSFET 40 durchlässig bleibt und die Zelle 10 in einem stabilen Zustand gehalten wird (wobei sie eine logische 11O" speichert). Um den MOSFET 36 gesperrt zu halten, ist es nur erforderlich, daß durch den MOSFET 44 ein hinreichend star ker Strom fließt, um einen Spannungsaufbau am Gate des MOSFET 36 aufgrund von Leckströmen oder aufgrund von Störströmen zu verhindern. Diese Bedingung kann dadurch erfüllt werden, daß der MOSFET 44 als hin- The operation of the static MOSFET memory cell will be explained with reference to the drawing, assuming that the MOSFET 40 is permeable . It is also assumed that the control lines 18, 24, 30 and 34 are initially all at a logic level 0, so that the transmission MOSFET elements 14, 22, 28 and 32 are all blocked. Since the gate of the MOSFET 44 has a reference voltage applied to it (V DD ), the MOSFET is always permeable and thus connects the logic level 0 on the line 26 with the other components in such a way that on the line 60 and at the gate of the MOSFET 36 a logic level 0 is present. Characterized because the MOSFET 36 is blocked, there is a possibility that the MOSFET 38 brings the line 46 to a logic level 1, so that the MOSFET remains permeable 40 and the cell is maintained in a stable state 10 (where it is a logical 11 O "stores). in order to keep the MOSFET 36 locked, it is only required that through the MOSFET 44, a sufficiently star ker current flows, a voltage build-up at the gate of MOSFET 36 due to leakage currents or due to prevent interference currents. This condition can be fulfilled in that the MOSFET 44 as a back

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reichend kleines Element ausgebildet wird, welches im durchlässigen Zustand eine verhältnismäßig hohe Impedanz aufweist. Weiterhin wird angenommen, daß der Speicherzustand der Zelle 10 von einer logischen 0 auf eine logische 1 geändert werden soll. Diese Veränderung wird dadurch ausgelöst, daß ein logischer Pegel 1 an den Eingang der Speicherzelle 10 über die Leitung 16 angelegt wird. Dieser logische Pegel 1 kann von dem ersten Kanal 12 oder von dem zweiten Kanal 20 herkommen, und er wird an den Eingang der Speicherzelle 10 über die Übertragungs-MOSFET-Elemente 14 bzw. 22 geführt, und zwar in Reaktion darauf, daß Steuersignale mit einer logischen 1 auf den Steuerleitungen 18 oder 24 vorhanden sind. Gemäß den obigen Erläuterungen bleibt der vorhergehende Status der Zelle 10 (wobei eine logische 0 gespeichert ist) dadurch erhalten, daß die logische 0 auf der Leitung 26 vorhanden ist, welche an das Gate des MOSFET 36 über den MOSFET 44 angeschlossen ist. Um eine Veränderung des Status der Zelle 10 herbei zuführen, muß eine neu angelegte logische 1, welche auf der Leitung 16 erscheint, über die logische 0 dominieren, welche auf der Leitung 26 vorhanden ist, so daß der MOSFET 36 aus dem gesperrten Zustand in den durchlässigen Zustand überführt werden kann. Bei bekannten MOSFET- Speicherzeölen sind Schaltelemente, welche durch Takt eignale gesteuert werden, dazu verwendet worden, die interne Rückführung der Speicherzelle zu unterbrechen, um einem angelegten Eingangssignal die Möglichkeit zu schaffen, daß es den Speicherzustand der Zelle ändert. Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt hauptsächlich in der Tatsache, daß eine Widerstandseinrichtung in den internen Rückführpfad der Speicherzelle eingebaut ist, welche ein derartiges Ergebnis auf wesentlich einfachere Weise erzielen kann, wobei eine geringere Anzahl von MOSFET-Elementen benötigt werden und außerdem die mit der Verwendung von Taktsteuereinrichtungen verbundenen Schaltungsprobleme vermieden werden. Mit anderen Worten läßt sich der Kern der Erfindung sufficiently small element is formed, which has a relatively high impedance in the permeable state . It is also assumed that the memory state of cell 10 is to be changed from a logical 0 to a logical 1 . This change is triggered by the fact that a logic level 1 is applied to the input of the memory cell 10 via the line 16. This logic level 1 can come from the first channel 12 or from the second channel 20, and it is fed to the input of the memory cell 10 via the transfer MOSFET elements 14 and 22, respectively, in response to control signals having a logical 1 on the control lines 18 or 24 are present. As explained above, the previous status of cell 10 (with a logic 0 stored) is retained by virtue of the logic 0 being present on line 26 which is connected to the gate of MOSFET 36 via MOSFET 44. In order to bring about a change in the status of the cell 10 , a newly applied logic 1, which appears on the line 16, must dominate the logic 0, which is present on the line 26 , so that the MOSFET 36 from the blocked state to the permeable state can be transferred. In known MOSFET memory cells , switching elements which are controlled by clock signals have been used to interrupt the internal feedback of the memory cell in order to provide an applied input signal with the possibility of changing the memory state of the cell. The gist of the present invention resides mainly in the fact that a resistor device is built into the internal return path of the memory cell, which can achieve such a result in a much simpler manner, requiring a smaller number of MOSFET elements and also those with use circuit problems associated with clock control devices are avoided. In other words, the essence of the invention

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dadurch beschreiben, daß auf die Tatsache hingevi pspn wird, daß eine einfache statische MOSFET-Speicherzelle dadurch erreicht wird, daß eine Widerstandseinrichtuner dazu verwendet wird, sowohl eine Kooplur.gs- als auch eine En tkopp lungs funk ti on auszufahren. .Aus der anhand der Zeichnung erläuterten bevorzugten Ausführungsform ist ersichtlich, daß ein logischer Pegel "1", welcher dem Gate des MOSFET 7i£> über die Eingangsleitunecen 16 zugeführt wird, den MOSFET ?6 dazu bringt, in den durchlässigen Zustand überzugehen, weil die verhältnismäßig hohe Impedanz des MOSFET 44 den logischen Pegel "1" auf der Eingangsleitunp 16 von dem logischen Pegel "0" auf der Leitung 26 entkoppelt. Der durchlässige Zustand des MOSFET 36 bewirkt, daß die Leitung 46 von einer logischen 1 auf eine logische 0 übergeht, so daß eine logische 0 dem Gate des MOSFET 40 zugeführt wird. Diese logische 0 am Gate des MOSFET 40 ermöglicht, daß die Drain des MOSFET 40 (Leitung 26) von der logischen 0 auf die logische 1 übergeht. Im normalen Betrieb tritt die logische 1, welche dem Eingang der Speicherzelle 10 über den Übertragungs-MOSFET 14 oder über den Übertragungs-MOSFET 22 zugeführt wird, nur momentan auf, und zwar mit einer Dauer, welche durch die zeitliche Folge der Steuersignale auf den Leitungen 18 oder 24 festgelegt wird. Wenn die Übertragungs-MOSFET-Elemente gesperrt werden, muß die logische 1 auf der Leitung 16 beibehalten werden, wenn die Speicherzelle 10 in einem stabilen Zustand bleiben soll, in welchem sie eine logische 1 speichert. Diese Bedingung wird durch den MOSFET 44 erfüllt, welcher nunmehr eine Kopplungsfunktion bei der übertragung der logischen 1 auf der Leitung 26 zu dem Gate des MOSFET 36 übernimmt. Somit ist ersichtlich, daß eine Widerstandseinrichtung, wie sie durch den MOSFET 44 bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Zeichnung dargestellt wird, sowohl eine Entkopplungs- als auchby referring to the fact that a simple static MOSFET memory cell is achieved by using a resistor device to perform both a cooperation and an uncoupling function. From the preferred embodiment explained with reference to the drawing, it can be seen that a logic level "1", which is fed to the gate of the MOSFET 7 via the input lines 16, causes the MOSFET 6 to go into the conductive state because the relatively high impedance of the MOSFET 44 decouples the logic level “1” on the input line 16 from the logic level “0” on the line 26. The conductive state of the MOSFET 36 causes the line 46 to change from a logic 1 to a logic 0, so that a logic 0 is fed to the gate of the MOSFET 40. This logic 0 at the gate of MOSFET 40 enables the drain of MOSFET 40 (line 26) to transition from logic 0 to logic 1. In normal operation, the logic 1, which is fed to the input of the memory cell 10 via the transfer MOSFET 14 or via the transfer MOSFET 22, occurs only momentarily, and with a duration which is determined by the time sequence of the control signals on the lines 18 or 24 is set. When the transfer MOSFET elements are turned off, the logic 1 must be maintained on the line 16 if the memory cell 10 is to remain in a stable state in which it stores a logic 1. This condition is fulfilled by the MOSFET 44, which now takes on a coupling function in the transmission of the logic 1 on the line 26 to the gate of the MOSFET 36. Thus, it can be seen that a resistive device, as represented by MOSFET 44 in the preferred embodiment of the drawing, is both decoupling and decoupling

eine Kopplungsfunktion ausüben kann und dadurch die 70 9 8 U9/1112 can exercise a coupling function and thereby the 70 9 8 U 9/1112

Möglichkeit schafft, eine wesentlich einfacher aufgebaute statische MOSFET-Speicherzelle zu schaffen, welche nur eine minimale Anzahl von Bauelementen benötigt. Bei monolitischen integrierten Schaltungen ist es ein außerordentlich großer Vorteil, wenn keine Notwendigkeit besteht, Verbindungsleitungen zu Taktsteuereinrichtungen zu verwenden, weil bei der gerätetechnischen Ausführung einer entsprechenden Schaltung die gesamte Anordnung aufgrund der vereinfachten Leitungsführung wesentlich kleiner und einfacher wird. Die entsprechende Einsparung an Zellenfläche kann ein bedeutender Faktor dabei sein, die Gesamtfläche eine: entsprechenden Halbleiter-Plättchens zu vermindern und dadurch die Herstellungskosten einer monolitischen Schaltung für komplexe Systeme wie Mikroprozessor-Systeme beträchtlich zu vermindern, da sehr große Anzahlen von Speicherzellen für die Bildung von Registern erforderlich sind.Creates the possibility of creating a static MOSFET memory cell with a much simpler structure, which only requires a minimal number of components. For monolithic integrated circuits, it is a Extremely great advantage when there is no need to have connecting lines to clock control devices to use, because in the technical implementation of a corresponding circuit, the entire Arrangement due to the simplified cable routing becomes much smaller and simpler. The corresponding savings in cell area can be a significant factor be in the process of reducing the total area of a corresponding semiconductor chip and thereby reducing the Manufacturing costs of a monolithic circuit for complex systems such as microprocessor systems are considerable to reduce, since very large numbers of memory cells are required for the formation of registers.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird die in der Zeichnung veranschaulichte Konfiguration der Schaltung für Registerspeicherzellen in einem Mikroprozessor verwendet. Bei dieser Anwendung ist der erste Kanal 12 ein Adressenkanal, und der zweite Kanal 20 ist ein Datenkanal. Bei einer entsprechenden gerätetechnischen Ausführungsform hatten die MOSFET-Einrichtungen der Speicherzelle 10 folgende Werte für das Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge (B/L):In a preferred embodiment of the subject matter of the invention, that illustrated in the drawing Configuration of the circuit used for register memory cells in a microprocessor. In this application the first channel 12 is an address channel and the second channel 20 is a data channel. With a corresponding In terms of device technology, the MOSFET devices of the memory cell 10 had the following values for the ratio of channel width to channel length (W / L):

B/L-VerhältnisW / L ratio

(1,4/0,25 mils) (0,4/0,88 mils) (4,8/0,25 mils) (0,4/0,6 mils) (0,4/1,32 mils)(1.4 / 0.25 mils) (0.4 / 0.88 mils) (4.8 / 0.25 mils) (0.4 / 0.6 mils) (0.4 / 1.32 mils)

7 0 98 4 9/1 1127 0 98 4 9/1 112

BauelementComponent 0,036/0,0060.036 / 0.006 mmmm 3636 0,010/0,0220.010 / 0.022 mmmm 3838 0,122/0,0060.122 / 0.006 mmmm 4040 0,010/0,1520.010 / 0.152 mmmm 4242 0,010/0,0340.010 / 0.034 mmmm 4444

272A032272A032

Unter Verwendung· dieser Verhältniszahlen wird eine wesentlich kompaktere Anordnung ermöglicht, da die Leitunpsverbindungen für die Taktsteuerungen nicht benötigt werden, so daß gegenüber einer bekannten Speicherzelle, welche einen Flächenbedarf von etwa 1,^r mm2// square mils) hatte, gemäß der Erfindung nur noch eine Fläche von etwa 0,76 mm (30 square mils) benötigt wurde. Da bei einer entsprechenden Geräteeinrichtung von einen Mikroprozessor insgesamt 72 Registerzellen erforderlich waren, konnte der Gesamtflächenbedarf für den Registerabschnitt auf nahezu 5096 vermindert werden.Using · these ratios will allow a much more compact arrangement, because the Leitunpsverbindungen are not needed for clock control, so that compared to a conventional memory cell which had a footprint of about 1, ^ r mm 2 // square mils), according to the invention only about 0.76 mm (30 square mils) was required. Since a total of 72 register cells were required with a corresponding device set up by a microprocessor, the total area required for the register section could be reduced to almost 5096.

709849/1112709849/1112

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Claims (7)

PatentansprücheClaims Statische MOSFET-Speicherzeile mit einem Eingang und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Inverter (36,38) -vorgesehen ist, der einen Eingang aufweist, welcher mit dem Eingang der Speicherzelle verbunden ist, und der einen Ausgang (46) hat, daß weiterhin ein zweiter Inverter (40,42) vorhanden ist, der einen Eingang aufweist, welcher mit dem Ausgang (46) des ersten Inverters verbunden ist, und der einen Ausgang hat, welcher mit dem Ausgang (26) der Speicherzelle verbunden ist, daß weiterhin eine Widerstandsrückführeinrichtune1 (44) vorgesehen ist, welche kontinuierlich den Eingang (16) der Speicherzelle und den Ausgang (26) der Speicherzelle miteinander verbindet, um den Ausgang (26) der Speicherzelle von dem Eingang (16) der Speicherzelle zu isolieren, damit ein momentan angelegtes Ei η pranks signal den durchlässigen Zustand des ersten Inverters ändern kann und den durchlässigen Zustand des ersten Inverters aufrechterhalten kann, wenn das momentan zugeführte Signal abgeschaltet wird.Static MOSFET memory line with an input and an output, characterized in that a first inverter (36, 38) is provided which has an input which is connected to the input of the memory cell and which has an output (46), that there is also a second inverter (40, 42) which has an input which is connected to the output (46) of the first inverter and which has an output which is connected to the output (26) of the memory cell, that Furthermore, a resistance feedback device 1 (44) is provided which continuously connects the input (16) of the memory cell and the output (26) of the memory cell to one another in order to isolate the output (26) of the memory cell from the input (16) of the memory cell, thus a momentarily applied egg η pranks signal can change the permeable state of the first inverter and can maintain the permeable state of the first inverter when the currently supplied signal a b is switched. 2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wirierstandsrückführeinrichtung eine MOSFET-Rückführeinrichtung (44) aufweist, welche ein Drain hat, die mit dem Ausgang des zweiten Inverters verbunden ist, wobei weiterhin eine Source vorhanden ist, die mit dem Eingan? des ersten Inverters verbunden ist, und wobei ein Gate vorhanden ist, welches mit der Bezugsspannuns1 (4R) verbunden ist.2. Memory cell according to claim 1, characterized in that the Wirierstandsrückführeinrichtung comprises a MOSFET feedback device (44) which has a drain which is connected to the output of the second inverter, wherein there is also a source that is connected to the input? of the first inverter, and there is a gate connected to the reference voltage 1 (4R). 3. Speicherzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zv/eite Inverter ,jeweils mit einer ersten (Masse) und einer zweiten (48) Energieversorgungsleitung verbunden sind.3. Memory cell according to claim 2, characterized in that the first and the second inverter , are each connected to a first (ground) and a second (48) power supply line. 709849/1 1 12709849/1 1 12 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 4. Speicherzelle nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Gate der MOSFET-Rückführeinrichtung (44) mit der zweiten Energieversorgungs leitung (48) verbunden ist.4. Memory cell according to claim 3 » characterized in that the gate of the MOSFET feedback device (44) is connected to the second power supply line (48). 5. Statische MOSFET-Speicherzelle, welche durch eine Kreuzkopplung aus einem ersten und einem zweiten Inverter besteht, dadurch gekennzeich net , daß die Kreuzkopplung dadurch gebildet ist, daß der Ausgang (46) des ersten Inverters (36,38) direkt mit dem Eingang des zweiten Inverters (40,42) verbunden ist und daß der Ausgang des zweiten Inverters mit dem Eingang des ersten Inverters über eine Widerstandsrückführeinrichtung (44) verbunden ist.5. Static MOSFET memory cell, which consists of a cross coupling of a first and a second inverter, characterized in that the cross coupling is formed in that the output (46) of the first inverter (36,38) directly to the input of the second inverter (40,42) is connected and that the output of the second inverter is connected to the input of the first inverter via a resistance feedback device (44). 6. Speicherzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandsriickführeinrichtung eine MOSFET-Rückführeinrichtung (44) aufweist, die eine Drain hat, welche mit dem Ausgang des zweiten Inverters verbunden ist, welche weiter hin eine Source aufweist, die mit dem Eingang des ersten Inverters verbunden ist und welche ein Gate hat, welches mit der Bezugsspannung (48) verbunden ist.6. A memory cell according to claim 5, characterized in that the resistance return device has a MOSFET return device (44) which has a drain which is connected to the output of the second inverter , which further has a source connected to the input of the first inverter is connected and which has a gate which is connected to the reference voltage (48) . 7. Digitale Speicherzelle, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Energieversorgungsleitung vorgesehen ist, daß weiterhin eine zweite Energieversorgungsleitung (48) vorhanden ist, daß weiterhin ein erster MOSFET (36) vorgesehen ist, der ein Gate hat, welches mit der Eingangsklemme (16) der Speicherzelle verbunden ist, der weiterhin eine Source hat, welche mit der ersten Energieversorgungsleitung verbunden ist, und der eine Drain hat, daß weiterhin ein zweiter MOSFET (38) vorhanden ist, der eine Source hat, welche mit der Drain des ersten MOSFET (36) verbunden 7. Digital memory cell, characterized in that a first power supply line is provided, that a second power supply line (48) is also present , that a first MOSFET (36) is provided which has a gate which is connected to the input terminal (16) of the Memory cell is connected, which further has a source which is connected to the first power supply line, and which has a drain that further a second MOSFET (38) is present which has a source which is connected to the drain of the first MOSFET (36) tied together 7 Q 9 8 4 9 / 1 1 1 27 Q 9 8 4 9/1 1 1 2 ist, und der eine Drain hat, welche mit der zweiten Energieversorgungsleitung verbunden ist, daß weiterhin ein dritter MOSFET (40) vorgesehen ist, der ein Gate hat, welches mit der Drain des ersten MOSFET (36) verbunden ist, der weiterhin eine Source hat, welche mit dem ersten Energieversorgunfcstransistor verbunden ist, und der eine Drain hat, welche mit der Ausgangsklemme (26) der Speicherzelle verbunden ist, daß weiterhin ein vierter MOSFET (42) vorhanden ist, der eine Source hat, welche mit der Drain des dritten MOSFET (40) verbunden ist, und der eine Drain hat, welche mit der zweiten Energieversorgungsleitung verbunden ist, und daß ein fünfter MOSFET (44) vorgesehen ist, der ein Gate hat, welches mit der zweiten Energieversorgungsleitung (48) verbunden ist, der eine Drain hat, welche mit der Drain des dritten MOSFET (40) verbunden ist, und der eine Source hat, welche mit dem Gate des dritten MOSFET (36) verbunden ist.and which has a drain connected to the second power supply line that further a third MOSFET (40) is provided which has a gate which connects to the drain of the first MOSFET (36), which further has a source connected to the first power supply transistor and which has a drain connected to the output terminal (26) of the memory cell is that there is also a fourth MOSFET (42) which has a source which is connected to the drain of the third MOSFET (40) is connected, and which has a drain connected to the second power supply line is connected, and that a fifth MOSFET (44) is provided which has a gate which is connected to the second Power supply line (48) is connected, which has a drain which is connected to the drain of the third MOSFET (40) is connected, and which has a source connected to the gate of the third MOSFET (36) is. 709849/1112709849/1112
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DE3435752A1 (en) * 1984-09-28 1986-04-10 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München CIRCUIT FOR THE STORAGE OF DIGITAL SIGNALS

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