DE4435760A1

DE4435760A1 - Niederleistungs-Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker

Info

Publication number: DE4435760A1
Application number: DE4435760A
Authority: DE
Inventors: Seong Jun Jang
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2014-10-07
Also published as: DE4435760C2; KR960008456B1; JPH07153278A; KR950012467A; JP2572557B2; US5436866A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Meßverstärker, der zum Einlesen von Daten aus einer Zelle eines statischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) verwendet wird, und insbesondere einen Meßverstärker, der stabil mit hoher Geschwindigkeit und mit niedrigem Energieverbrauch arbeitet.

Um Daten aus einer Zelle eines SRAM auszulesen, mißt ein Meßverstärker üblicherweise zwei Signale von Bit- und Bitsammelleitungen, die an die Speicherzelle angeschlossen sind, und verstärkt diese. Die Bitleitung ist im aktiven Zustand auf hohem Potential, wogegen die Bitsammelleitung im aktiven Zustand auf niedrigem Potential liegt.

In Fig. 6 ist ein Schaltbild eines SRAMs dargestellt, bei welchem ein konventioneller Meßverstärker vorgesehen ist. In dieser Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 11 eine Zelle, 12 eine Bitleitung, 12′ eine Bitsammelleitung, 13 eine Wortleitung, 14 eine Hochziehschaltung, 15 eine Transfer- Gate-Schaltung, 16 eine Zellendaten-Busleitung, 16′ eine Zellendaten-Bussammelleitung, 17 eine Freischaltsignal-SAE- Versorgungsleitung, 18 und 18′ ein Paar von Stromspiegel- Meßverstärkerschaltungen, und 19 eine Spannungsmeßverstärkerschaltung.

Wenn die Bit- und Bitsammelleitungen 12 und 12′ in der Nähe einer Versorgungsspannung durch PMOS-Transistoren von der Hochziehschaltung 14 betrieben werden, so werden die betreffenden Spannungen auf die Datenbus- und Datenbussammelleitungen 16 und 16′ über die Transfer-Gate- Schaltung 15 übertragen, und dann an die Gates von NMOS Transistoren N11, N12, N14 und N15 des Paars der Stromspiegel-Meßverstärkerschaltungen 18 und 18′. Die übertragenen Spannungen werden hauptsächlich durch das Paar der Stromspiegel-Meßverstärkerschaltungen 18 und 18′ verstärkt, und sekundär durch die Spannungsmeßverstärkerschaltung 19. Dies führt dazu, daß die Spannungsmeßverstärkerschaltung 19 das verstärkte, endgültige Ausgangssignal Sout zur Verfügung stellt.

Falls NMOS-Transistoren in der Hochziehschaltung 14 anstelle der PMOS-Transistoren verwendet werden, so führt der Bedarf von deren Schwellenspannungen zu einer Spannungsverringerung. Um eine derartige Spannungsverringerung zu verhindern, werden die PMOS-Transistoren in der Hochziehschaltung 14 verwendet, ohne daß die NMOS-Transistoren verwendet werden. Wird nämlich der SRAM durch die NMOS-Transistoren hochgezogen, so tritt die Spannungsverringerung nämlich durch den Bedarf der Schwellenspannungen der NMOS-Transistoren auf. Diese Spannungsverringerung ist nicht akzeptabel bei einem SRAM, der einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen soll.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Betriebscharakteristik des konventionellen Meßverstärkers in Fig. 6. Wie aus dieser Zeichnung hervorgeht, sinkt die Versorgungsspannung von 5 V (Leitungen A) auf 3,3 V (Leitungen B) ab, durch die PMOS- Transistoren der Hochziehschaltung, was dazu führt, daß das endgültige Ausgangssignal Sout des Meßverstärkers eine Verstärkung (Kurve C′) aufweist, die kleiner ist als jene (Kurve C) von 5 V, und darüber hinaus eine hohe Verzögerungszeit aufweist. Dies führt dazu, daß die Spannungsverstärkungs-Charakteristik des Meßverstärkers instabil wird. Zur Lösung dieser Schwierigkeit muß eine zusätzliche Adressenübergangs-Erfassungsschaltung (ATD) vorgesehen werden, um einen Entzerrerimpuls zu erzeugen. Die Verwendung der zusätzlichen ATD-Schaltung führt zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs.

Daher wurde die vorliegende Erfindung angesichts der voranstehenden Schwierigkeit entwickelt, und ihr Vorteil besteht in der Bereitstellung eines Hochgeschwindigkeits- Meßverstärkers mit geringem Energieverbrauch, bei welchem Spannungen auf Datenbus- und Datenbussammelleitungen durch eine Spannungsverschiebungseinrichtung verringert werden, Verstärkungen der verringerten Spannungen durch eine Strommeß-Verstärkungsschaltung erhöht werden, und die sich ergebenden Spannungen durch einen Spannungsmeßverstärker gemessen werden, so daß der Betrieb stabil verläuft, und eine Verzögerungszeit verringert ist, selbst bei Verwendung von PMOS-Transistoren einer Hochziehschaltung bei einer niedrigen Versorgungsspannung, wodurch ermöglicht wird, daß der Betrieb mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, jedoch bei einem geringen Energieverbrauch.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die voranstehenden und weitere Vorteile durch Bereitstellung eines Hochgeschwindigkeits-Meßverstärkers mit geringem Energieverbrauch für eine Speichervorrichtung mit zumindest einer Speicherzelle erreicht, wobei eine Spannungsverschiebungseinrichtung zur Eingabe von Spannungen von Datenbus- und Datenbussammelleitungen vorgesehen ist, die an Bit- bzw. Bitsammelleitungen angeschlossen sind, die mit der Speicherzelle verbunden sind, und - in Reaktion auf ein Meßverstärker-Freischaltsignal - zur Verringerung der eingegebenen Spannungen und zum Verschieben der verringerten Spannungen; eine Strommeßverstärkungseinrichtung vorgesehen ist, die auf das Meßverstärker-Freischaltsignal reagiert, um den Strom einer Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung zu messen, um deren Verstärkung zu erhöhen; und eine Spannungs- Meßverstärkungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung und einer Ausgangsspannung von der Strommeßverstärkungseinrichtung zu messen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 6 ein Schaltbild eines SRAM, bei welchem ein konventioneller Meßverstärker vorgesehen ist;

Fig. 7 ein Diagramm der Betriebscharakteristik des konventionellen Meßverstärkers in Fig. 6;

Fig. 1 ein Schaltbild eines SRAMs, bei welchem ein Meßverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist; und

Fig. 2 bis 5 Diagramme zur Erläuterung der Betriebscharakteristik des Meßverstärkers in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild eines SRAMs vorgesehen, bei welchem ein Meßverstärker der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie aus dieser Figur hervorgeht, weist der Meßverstärker eine Spannungsverschiebungseinrichtung 28 zum Verschieben von Spannungen auf Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′ auf, welche von Bit- und Bitsammelleitungen 22 und 22′ an die Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′ durch eine Transfer-Gate- Schaltung 24 übertragen werden, wenn sie in der Nähe einer Versorgungsspannung durch PMOS-Transistoren einer Hochziehschaltung 24 betrieben werden, weist weiterhin eine Strommeßverstärkungsschaltung 28′ auf, um die Stromverstärkung einer Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 zu erhöhen, und weist eine Spannungsmeßverstärkungsschaltung 29 auf, um eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 und einer Ausgangsspannung von der Strommeßverstärkungsschaltung 28′ zu verstärken, und das endgültige, sich ergebende Ausgangssignal Sout zur Verfügung zu stellen.

Die Spannungsverschiebungseinrichtung 28, die an die Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′ angeschlossen ist, wird in Reaktion auf ein Meßverstärker- Freischaltsignal SAE von einer Meßverstärker- Freischaltsignal-Versorgungsleitung 27 betrieben, um die Spannungen auf den Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′ zu verringern, und die verringerten Spannungen zu verschieben. Die Strommeßverstärkungsschaltung 28′ wird ebenfalls in Reaktion auf das Meßverstärker-Freischaltsignal SAE betrieben, um den Strom der Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 zu messen, um deren Verstärkung zu erhöhen.

Die sich ergebenden Ausgangsspannungen S1 und /S1 von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 und der Strommeßverstärkungsschaltung 28′ führen zu einer großen Differenz zwischen den Spannungen auf den Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′, zum Lesen von Information von einer Zelle. Dann werden die sich ergebenden Ausgangsspannungen S1 und /S1 von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 und der Strommeßverstärkungsschaltung 28′ gemessen und verstärkt durch die Spannungsmeßverstärkungsschaltung 29.

Die voranstehend geschilderte Konstruktion und der entsprechende Betriebsablauf des Meßverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit mehr Einzelheiten erläutert.

Die Spannungsverschiebungseinrichtung 28 weist ein Paar von NMOS-Transistoren N21 und N22 auf, die als variabler Widerstand arbeiten. Die NMOS-Transistoren N21 und N22 sind mit Gates zur Eingabe der Spannungen auf die Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′ versehen. Dies führt dazu, daß die NMOS-Transistoren N21 und N22 so ausgebildet sind, daß sie die Strommenge steuern, welche durch einen Eigenstrompfad fließt, entsprechend den Gate-Spannungen. Die Spannungsverschiebungseinrichtung 28 weist weiterhin ein Paar von PMOS-Transistoren P21 und P22 auf, die als fester Widerstand, als Stromquelle arbeiten. Bei den PMOS- Transistoren P21 und P22 sind die Drains an die Drains der NMOS-Transistoren N21 bzw. N22 angeschlossen, die Gates gemeinsam an eine Massespannung Vss angeschlossen, und die Sources gemeinsam an die Versorgungsspannung Vcc angeschlossen. Weiterhin weist die Spannungsverschiebungseinrichtung 28 einen NMOS-Transistor N23 auf, der als Diode arbeitet. Bei dem NMOS-Transistor N23 sind der Drain und das Gate gemeinsam an eine gemeinsame Source der NMOS-Transistoren N21 und N22 angeschlossen. Weiterhin weist die Spannungsverschiebungseinrichtung 28 einen NMOS-Transistor N24 auf, der als Schalter zum Einschalten/Ausschalten eines Stromweges der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 arbeitet. Bei dem NMOS- Transistor N24 ist der Drain an die Source des NMOS- Transistors N23 angeschlossen, dient das Gate zur Eingabe des Meßverstärker-Freischaltsignals SAE, und ist die Source an die Massespannung Vss angeschlossen. Infolge dieses Aufbaus verringert die Spannungsverschiebungseinrichtung 28 die Spannungen auf den Datenbus- und Datenbussammelleitungen 26 und 26′, und verschiebt die verringerten Spannungen.

Die Strommeßverstärkungsschaltung 28′ weist ein Paar von NMOS-Transistoren N25 und N26 auf, die als variabler Widerstand arbeiten. Bei dem NMOS-Transistor N26 dient der Drain zur Eingabe von Strom, der zwischen dem NMOS-Transistor N21 und dem PMOS-Transistor P21 fließt, und das Gate zur Eingabe einer Rückkopplungs-Drainspannung des NMOS- Transistors N25. Bei dem NMOS-Transistor N25 dient der Drain zur Eingabe von Strom, der zwischen dem NMOS-Transistor N22 und dem PMOS-Transistor P22 fließt, und das Gate zur Eingabe einer Rückkopplungs-Drainspannung des NMOS-Transistors N26. Dies führt dazu, daß die NMOS-Transistoren N25 und N26 dazu ausgebildet sind, die Menge des Stroms zu steuern, der durch einen Eingestrompfad fließt, entsprechend den Gatespannungen. Weiterhin weist die Strommeßverstärkungsschaltung 28′ einen NMOS-Transistor N27 auf, der als Schalter zum Einschalten/Ausschalten eines Strompfades der Strommeßverstärkungsschaltung 28′ dient. Bei dem NMOS- Transistor N27 ist der Drain an eine gemeinsame Source der NMOS-Transistoren N25 und N26 angeschlossen, die Source mit der Massespannung Vss verbunden, und dient das Gate zur Eingabe des Meßverstärker-Freischaltsignals SAE.

Die Spannungsmeßverstärkungsschaltung 29 ist so ausgebildet, daß sie das Ausgangssignal S1 von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28 und das Ausgangssignal /S1 von der Strommeßverstärkungsschaltung 28′ annimmt, und das verstärkte, endgültige Ausgangssignal Sout liefert. Der Aufbau und Betrieb der Spannungsmeßverstärkungsschaltung 29 sind im Stand der Technik wohl bekannt, und daher wird hier auf entsprechende Einzelheiten verzichtet.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen Diagramme zur Erläuterung der Betriebscharakteristik des Meßverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt die Spannungen auf den Bit- und Bitsammelleitungen 22 und 22′, das Ausgangssignal S1 von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28, das Ausgangssignal /S1 von der Strommeßverstärkungsschaltung 28′, und das endgültige Ausgangssignal Sout des Meßverstärkers unter der Bedingung, daß die Versorgungsspannung Vcc gleich 5 V ist, und die Temperatur -10°C beträgt. Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Spannungen auf den Bit- und Bitsammelleitungen 22 und 22′, das Ausgangssignal S1 von der Spannungsverschiebungseinrichtung 28, das Ausgangssignal /S1 von der Strommeßverstärkungsschaltung 28′, und das endgültige Ausgangssignal Sout des Meßverstärkers unter den Bedingungen, daß die Versorgungsspannung Vcc gleich 4,3 V, bzw. 3,3 V, bzw. 2,7 V ist, und die Temperatur 90°C, bzw. 25°C, bzw. 90°C beträgt.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Meßverstärker mit geringerem Energieverbrauch betrieben werden, ohne Verwendung einer ATD-Schaltung zur Erzeugung des Entzerrerimpulses. Obwohl die Spannungsdifferenz gering ist, ist daher der Energieverbrauch minimalisiert, die Verzögerungszeit verkürzt, und die Ausschlagbereite der Bitleitung verringert. Dies führt dazu, daß die Verzögerungszeit der Bitleitung verringert wird, und die Bit-Entzerrung weggefallen ist.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Erläuterungszwecken beschrieben wurden, wird Fachleuten auf diesem Gebiet deutlich werden, daß verschiedene Änderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der Anmeldeunterlagen ergeben und von den Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims

1. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch für eine Speichervorrichtung mit zumindest einer Speicherzelle, gekennzeichnet durch:
eine Spannungsverschiebungseinrichtung zur Eingabe von Spannungen von Datenbus- und Datenbussammelleitungen, die an Bit- bzw. Bitsammelleitungen angeschlossen sind, die mit der Speicherzelle verbunden sind, und in Reaktion auf ein Meßverstärker-Freischaltsignal die eingegebenen Spannungen verringert und die verringerten Spannungen verschiebt;
eine Strommeßverstärkungseinrichtung, die auf das Meßverstärker-Freischaltsignal reagiert, um den Strom einer Ausgangsspannung von der Spannungsverschiebungseinrichtung zu messen, um deren Verstärkung zu erhöhen; und
eine Spannungsmeßverstärkungseinrichtung zum Messen einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Spannungsverschiebungseinrichtung und einer Ausgangsspannung der Strommeßverstärkungseinrichtung.

2. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverschiebungseinrichtung umfaßt:
eine erste variable Widerstandseinrichtung zum Steuern einer Strommenge, die durch einen Eigenstromweg fließt, entsprechend den Spannungen von den Datenbus- und Datenbussammelleitungen;
eine Festwiderstandseinrichtung, die in Reihe zwischen die variable Widerstandseinrichtung und eine erste Energiequellenklemme geschaltet ist, um als Stromquelle zu dienen;
eine Diodeneinrichtung, die an die variable Widerstandseinrichtung angeschlossen ist, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten; und
eine erste Schalteinrichtung, die auf das Meßverstärker- Freischaltsignal reagiert, um einen Strompfad zwischen der Diodeneinrichtung und einer zweiten Energiequellenklemme ein-/auszuschalten.

3. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßverstärkungseinrichtung umfaßt:
eine zweite variable Widerstandseinrichtung, die an einen Strompfad zwischen der ersten variablen Widerstandseinrichtung und der festen Widerstandseinrichtung in der Spannungsverschiebungseinrichtung angeschlossen ist, zum Steuern einer Strommenge, die durch einen Eigenstrompfad fließt, entsprechend Spannungen, die von dem angeschlossenen Strompfad erzeugt werden; und
eine zweite Schalteinrichtung, die auf das Meßverstärker-Freischaltsignal reagiert, um einen Strompfad zwischen der zweiten variablen Widerstandseinrichtung und der zweiten Energiequellenklemme ein-/auszuschalten.

4. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste variable Widerstandseinrichtung umfaßt:
ein Paar erster NMOS-Transistoren, die Gates zur Eingabe der Spannungen von den Datenbus- bzw. Datenbussammelleitungen aufweisen.

5. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwiderstandseinrichtung umfaßt:
ein Paar erster PMOS-Transistoren, deren Drains an die Drains des ersten Paars jeweils der ersten NMOS- Transistoren angeschlossen sind, deren Gates gemeinsam an die zweite Energiequellenklemme angeschlossen sind, und deren Sources gemeinsam an die erste Energiequellenklemme angeschlossen sind.

6. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodeneinrichtung umfaßt:
einen zweiten NMOS-Transistor, dessen Drain und Gate gemeinsam an eine gemeinsame Source des ersten Paars der ersten NMOS-Transistoren angeschlossen sind.

7. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung umfaßt:
einen dritten NMOS-Transistor, dessen Drain an die Source des zweiten NMOS-Transistors angeschlossen ist, dessen Gate zur Eingabe des Meßverstärker- Freischaltsignals dient, und dessen Source mit der zweiten Energiequellenklemme verbunden ist.

8. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite variable Widerstandseinrichtung umfaßt:
ein Paar vierter NMOS-Transistoren, wobei bei einem der vierten NMOS-Transistoren der Drain zur Eingabe des Stroms dient, der zwischen einem der Transistoren des Paars der ersten NMOS-Transistoren und einem der Transistoren des Paars der ersten PMOS-Transistoren in der Spannungsverschiebungseinrichtung fließt, und das Gate zur Eingabe einer Rückkopplungs-Drainspannung des anderen der vierten NMOS-Transistoren dient, und bei dem anderen der vierten NMOS-Transistoren der Drain zur Eingabe des Stroms dient, der zwischen dem anderen Transistor des Paars der ersten NMOS-Transistoren und dem anderen Transistor des Paars der ersten PMOS- Transistoren fließt, und das Gate zur Eingabe einer Rückkopplungs-Drainspannung des einen der ersten vierten NMOS-Transistoren dient.

9. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schalteinrichtung umfaßt:
einen fünften NMOS-Transistor, dessen Drain an eine gemeinsame Source des Paars der vierten NMOS- Transistoren angeschlossen ist, dessen Source mit der zweiten Energiequellenklemme verbunden ist, und dessen Gate zur Eingabe des Meßverstärker-Freischaltsignals dient.

10. Hochgeschwindigkeits-Meßverstärker mit geringem Energieverbrauch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Energiequellenklemme eine Versorgungsspannungsklemme ist, und daß die zweite Energiequellenklemme eine Massespannungsklemme ist.