DE69524579T2 - High speed differential current sense amplifier with positive feedback - Google Patents

High speed differential current sense amplifier with positive feedback

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DE69524579T2 DE1995624579 DE69524579T DE69524579T2 DE 69524579 T2 DE69524579 T2 DE 69524579T2 DE 1995624579 DE1995624579 DE 1995624579 DE 69524579 T DE69524579 T DE 69524579T DE 69524579 T2 DE69524579 T2 DE 69524579T2
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Technisches GebietTechnical area

Diese Erfindung ist auf Leseverstärker für Halbleiterspeicher gerichtet, und insbesondere auf einen verbesserten Differentialstrom-Leseverstärker der Art gemäß der Präambel des Anspruchs 1 und ein Verfahren, wie in der Präambel des Anspruchs 9 definiert.This invention is directed to sense amplifiers for semiconductor memories, and more particularly to an improved differential current sense amplifier of the type according to the preamble of claim 1 and a method as defined in the preamble of claim 9.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Halbleiterspeicher werden zum Speichern von Informationen verwendet, oftmals in Verbindung mit Mikroprozessoren. Typische Speicherbausteine umfassen ein Array von Speicherzellen zusammen mit verschiedenen "peripheren" Schaltungen. Jede Speicherzelle kann gewöhnlich nur einen Richtwert, typischerweise in Binärformat, speichern, nämlich eine "1" oder "0". Die Speicherzellen sind in Reihen und Spalten angeordnet. Jede Speicherzellenreihe entspricht einer und ist durch eine Wortleitung zugänglich, und jede Speicherzellenspalte entspricht und ist durch Bit-Leitungen, oftmals ein Paar Bit-Leitungen, zugänglich. An oder nahe jedem Schnittpunkt jeder Reihe und Bit-Leitung im Array befindet sich jeweils eine Speicherzelle. Um eine spezifische Speicherzelle zu beschreiben oder davon abzulesen, muss der Speichervorrichtung mitgeteilt werden, auf welche Zelle sie zugreifen soll. Das wird durch das Ablesen einer Adresse und das Decodieren derselben in eine Reihenadresse und eine Spaltenadresse bewerkstelligt. Die Reihenadresse wird dazu verwendet, die Wortleitung, entlang welcher die spezifische Speicherzelle liegt, zu lokalisieren und zu aktivieren. Durch das Aktivieren der Wortleitung werden alle mit der Reihe verbundenen Speicherzellen mit ihren jeweiligen Bit-Leitungen gekoppelt. Die Spaltenadresse gestattet dann nur der Bit-Leitung (Paar) für die ausgewählte Speicherzelle, mit dem Datenleitungspaar gekoppelt zu werden, wobei die entsprechenden Daten zwischen den beiden übertragen werden. Im Fall einer Speicherablesung werden die Daten von den Speicherzellen zu den Daten-Leitungen übertragen. Im Fall einer Speicherbeschreibung werden die Daten von den Daten-Leitungen zur Speicherzelle übertragen. Auf diese Weise wird eine spezifische Speicherzelle während eines Speicherzugriffs mit den Daten-Leitungen gekoppelt.Semiconductor memories are used to store information, often in conjunction with microprocessors. Typical memory devices include an array of memory cells along with various "peripheral" circuitry. Each memory cell can usually only store one value, typically in binary format, namely a "1" or a "0." The memory cells are arranged in rows and columns. Each row of memory cells corresponds to and is accessible by a word line, and each column of memory cells corresponds to and is accessible by bit lines, often a pair of bit lines. At or near each intersection of each row and bit line in the array is a memory cell. To write to or read from a specific memory cell, the memory device must be told which cell to access. This is accomplished by reading an address and decoding it into a row address and a column address. The row address is used to locate and activate the word line along which the specific memory cell lies. By activating the word line, all memory cells connected to the row are coupled to their respective bit lines. The column address then allows only the bit line (pair) for the selected memory cell to be coupled to the data line pair, with the corresponding data being transferred between the two. In the case of a memory read, the data is transferred from the memory cells to the data lines. In the case of a memory write, the data is transferred from the data lines to the memory cell. In this way, a specific memory cell is coupled to the data lines during a memory access.

Während einer Speicherablesung erzeugt das von einer Speicherzelle abgelesene Signal ein Spannungsdifferential. Das Spannungsdifferential ist klein, typischerweise im Bereich von 100-200 mV. Weil das Differential klein ist, muss es verstärkt werden, bevor es von den Logikschaltelementen in den darauffolgenden Stufen verwendet werden kann. Die Verstärkung wird, oftmals in mehreren Stufen, mittels Leseverstärker erzielt. Wenn die Verstärkereingänge mit den Daten-Leitungen verbunden sind, wird der Verstärker als Leseverstärker bezeichnet. Sind die Verstärkereingänge mit Bit-Leitungen verbunden, ist der Verstärker ein häufig als Präsenz-Verstärker bezeichneter Leseverstärker.During a memory read, the signal read from a memory cell creates a voltage differential. The voltage differential is small, typically in the range of 100-200 mV. Because the differential is small, it must be amplified before it can be used by the logic circuits in subsequent stages. The amplification is achieved, often in multiple stages, by means of sense amplifiers. When the amplifier inputs are connected to the data lines, the amplifier is called a If the amplifier inputs are connected to bit lines, the amplifier is a sense amplifier, often referred to as a presence amplifier.

Herkömmliche Leseverstärker lesen das Spannungsdifferential zwischen den zwei Eingangsleitungen ab und verstärken es. Weil jedoch Bit-Leitungen und Daten-Leitungen kapazitiv geladen sind, gibt es eine Verzögerung beim Übertragen eines Klemmenspannungsdifferentials zu den Leseverstärkern. Daraus resultiert insgesamt eine Zunahme der für das Ablesen von Daten von einer Speicherzelle benötigten Zeit.Conventional sense amplifiers read and amplify the voltage differential between the two input lines. However, because bit lines and data lines are capacitively charged, there is a delay in transmitting a terminal voltage differential to the sense amplifiers. This results in an overall increase in the time required to read data from a memory cell.

Während die Spannung langsam reagiert, ändert sich der Strom beinahe auf der Stelle. Deswegen wurden Differentialstrom-Leseverstärker entwickelt, die Stromdifferentiale zwischen zwei Eingangsleitungen lesen, im Gegensatz zu Spannungsdifferentialen. Auf diese Weise können Schaltungen viel schneller auf Änderungen an Bit-Leitungen oder Daten-Leitungen reagieren. Eine gute Beschreibung von Differentialstrom-Leseverstärkern ist in der im Besitz der Inmos Corporation befindlichen US-A-4 766 333 mit dem Titel "Current Sensing Differential Amplifiers" ("Differentialstrom-Leseverstärker") zu finden, welche die Merkmale der Präambel der Ansprüche offenbart. Aus diesem Dokument des Standes der Technik sind ein Leseverstärker und ein Verfahren der oben definierten Art bekannt. Der Leseverstärker gemäß diesem Dokument sieht zwei Schaltungspfade zwischen VCC und Erde vor, wobei jeder den Source-Drain-Pfad eines entsprechenden Primärtransistors einschließt. Zwei Impedanztransistoren sind mit jeweiligen Eingängen gekoppelt. Die Primärtransistoren werden in Sättigung gehalten, so dass das Spannungsdifferential zwischen den Eingängen minimiert wird, aber ein großes Spannungdifferential an in den zwei Schaltungspfaden angeordneten Ausgängen gebildet wird. Sekundärtransistoren sind enthalten, um Spannungsänderungen an jedem Eingang nachzuahmen.While the voltage responds slowly, the current changes almost instantaneously. For this reason, differential current sense amplifiers have been developed that read current differentials between two input lines, as opposed to voltage differentials. In this way, circuits can respond much more quickly to changes in bit lines or data lines. A good description of differential current sense amplifiers can be found in US-A-4 766 333, owned by Inmos Corporation, entitled "Current Sensing Differential Amplifiers", which discloses the features of the preamble to the claims. From this prior art document, a sense amplifier and method of the type defined above are known. The sense amplifier according to this document provides two circuit paths between VCC and ground, each including the source-drain path of a corresponding primary transistor. Two impedance transistors are coupled to respective inputs. The primary transistors are kept in saturation so that the voltage differential between the inputs is minimized, but a large voltage differential is formed at outputs arranged in the two circuit paths. Secondary transistors are included to mimic voltage changes at each input.

Die US-A-4 823 031 offenbart einen einpolig geerdeten Leseverstärker, der unter Verwendung von fünf FET-Transistoren in einer Konfiguration aufgebaut ist, welche zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Spannungsänderung am Verstärkerausgang positive Rückkopplung benutzt.US-A-4 823 031 discloses a single-ended sense amplifier constructed using five FET transistors in a configuration that uses positive feedback to increase the rate of voltage change at the amplifier output.

Die GB-A-2 250 842 offenbart einen quergekoppelten Differential-Leseverstärker mit zwei Ausgangsklemmen, der sowohl eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit als auch eine hohe Spannungsverstärkung aufweist, wobei mindestens eine der Ausgangsklemmen dazu angepaßt ist, in Erwiderung auf ein von der anderen Ausgangsklemme rückgekoppeltes Signal geladen und entladen zu werden. In diesem Dokument sind die Eingänge des Leseverstärkers nur mit Gate-Elektroden von FET verbunden, niemals mit Drain oder Source.GB-A-2 250 842 discloses a cross-coupled differential sense amplifier with two output terminals having both high operating speed and high voltage gain, wherein at least one of the output terminals is adapted to be charged and discharged in response to a signal fed back from the other output terminal. In this document, the inputs of the Sense amplifier only connected to gate electrodes of FET, never to drain or source.

Fig. 1 zeigt einen Differentialstrom-Leseverstärker im Stand der Technik und ist eine Verbesserung gegenüber anfänglichen Differentialstrom-Leseverstärkern. Fig. 1 zeigt eine Verstärkerschaltung 10, welche eine Bezugsspannung-Schaltung 11, eine erste Eingangsklemme 12, eine zweite Eingangsklemme 14, einen ersten Gegenkopplungstransistor 30 und einen zweiten Gegenkopplungstransistor 32 umfaßt, wobei der übrige Teil der Schaltung im allgemeinen als Spannungsverstärker fungiert.Figure 1 shows a prior art differential current sense amplifier and is an improvement over initial differential current sense amplifiers. Figure 1 shows an amplifier circuit 10 which includes a reference voltage circuit 11, a first input terminal 12, a second input terminal 14, a first negative feedback transistor 30 and a second negative feedback transistor 32, with the remainder of the circuit generally functioning as a voltage amplifier.

Die Eingangsklemme 12 ist mit den Sources der P-Kanal-Transistoren 22 und 24 gekoppelt. Eingang 14 ist mit den Sources der P-Kanal-Transistoren 26 und 28 gekoppelt. Die Gates der Transistoren 22, 34, 26 und 44 und die Drains der Transistoren 26 und 44 sind mit einem ersten Knoten 48 verbunden. Die Gates der Transistoren 24, 28, 36 und 42 und die Drains der Transistoren 24 und 42 sind mit einem zweiten Knoten 46 verbunden. Der Drain des Transistors 22 ist durch einen Last-Transistor 36 gegen Erde (eine Quellenspannung) und mit einer ersten Ausgangsklemme 38 gekoppelt. Ebenso ist der Drain des Transistors 28 durch einen Last-Transistor 36 gegen Erde und mit einer zweiten Ausgangsklemme 40 gekoppelt. Knoten 46 ist durch einen Last-Transistor 42 gegen Erde gekoppelt. Knoten 48 ist gleichermaßen durch einen Last-Transistor 44 gegen Erde gekoppelt. Die Schaltung 10 umfaßt zusätzlich zwei P-Kanal-Transistoren 30 und 32. Transistor 30 koppelt die erste Eingangsklemme 12 mit VCC (eine Quellenspannung). Transistor 32 koppelt die zweite Eingangsklemme 14 mit VCC. Die Transistoren 30 und 32 dienen als Impedanzlast, um die an der Eingangsklemme 12 und 14 aufgebrachten Änderungen im Speicher-Array zu lesen. Die Gates der Transistoren 30 und 32 sind mit der Ausgangsklemme 38 bzw. 40 gekoppelt. Dadurch, dass die Gates beider Transistoren 30 und 32 mit den Ausgangsklemmen gekoppelt werden, sorgen beide Transistoren 30 und 32 für Gegenkopplung, um zu sichern, dass beide Eingangsklemmen bezüglich Spannung relative nahe beieinander gehalten werden. Gegenkopplung wird weiter unten ausführlicher diskutiert werden.Input terminal 12 is coupled to the sources of P-channel transistors 22 and 24. Input 14 is coupled to the sources of P-channel transistors 26 and 28. The gates of transistors 22, 34, 26 and 44 and the drains of transistors 26 and 44 are connected to a first node 48. The gates of transistors 24, 28, 36 and 42 and the drains of transistors 24 and 42 are connected to a second node 46. The drain of transistor 22 is coupled through a load transistor 36 to ground (a source voltage) and to a first output terminal 38. Likewise, the drain of transistor 28 is coupled through a load transistor 36 to ground and to a second output terminal 40. Node 46 is coupled to ground through a load transistor 42. Node 48 is similarly coupled to ground through a load transistor 44. Circuit 10 additionally includes two P-channel transistors 30 and 32. Transistor 30 couples first input terminal 12 to VCC (a source voltage). Transistor 32 couples second input terminal 14 to VCC. Transistors 30 and 32 serve as an impedance load to read the changes applied to input terminals 12 and 14 in the memory array. The gates of transistors 30 and 32 are coupled to output terminals 38 and 40, respectively. By coupling the gates of both transistors 30 and 32 to the output terminals, both transistors 30 and 32 provide negative feedback to ensure that both input terminals are kept relatively close to each other in voltage. Negative feedback will be discussed in more detail below.

Sowohl die relative Größe der Transistoren 22, 24, 26 und 28 als auch die relative Größe der Transistoren 34, 36, 42 und 44 ist von Bedeutung. Die Kanäle der Transistoren 22, 24, 26 und 28 sind ziemlich groß, damit sie in Sättigung vorbelastet werden können, viel Strom aufnehmen können und gegenüber Strom- und Spannungsschwankungen quer durch ihre Drains und Sources unempfindlich sein können. Die Kanäle der Transistoren 34, 36, 42 und 44 sind kleiner, so dass sie gegenüber Strom- und Spannungsänderungen über ihren Drains und Sources empfindlich sind.Both the relative size of transistors 22, 24, 26, and 28 and the relative size of transistors 34, 36, 42, and 44 are important. The channels of transistors 22, 24, 26, and 28 are fairly large so that they can be biased into saturation, can sink a lot of current, and can be insensitive to current and voltage variations across their drains and sources. The channels of transistors 34, 36, 42, and 44 are smaller so that they are sensitive to current and voltage variations across their drains and sources.

Die Strom-Leseverstärker-Schaltung 10 wird durch den Empfang von Signalen (als Eingaben) von einem Paar Daten-Leitungen (oder Bit-Leitungen) in Betrieb gesetzt. Angenommen, ein Anfangszustand von Daten "0" ist zu Beginn auf den Daten-Leitungen vorhanden. Die Spannung des Eingangs 12 ist geringer als die Spannung des Eingangs 14. Wenn sich der Datenzustand aufgrund einer Adreßänderung oder eines ähnlichen Ereignisses ändert, wird die Spannung des Eingangs 12 versuchen zu steigen oder größer zu werden als die Spannung des Eingangs 14, welche versuchen wird abzufallen. Die Spannungsänderung wird aufgrund einer auf den Daten-Leitungen vorhandenen großen Leitungskapazität langsam sein. Wenn der Leseverstärker auf eine Spannungsänderung reagieren sollte, würde der Ausgang ebenso langsam ansprechen. Während sich die Spannungen sehr langsam ändern, ändern sich die von den Daten-Leitungen getriebenen Ströme beinahe auf der Stelle.The current sense amplifier circuit 10 is put into operation by receiving signals (as inputs) from a pair of data lines (or bit lines). Assume an initial state of data "0" is initially present on the data lines. The voltage of input 12 is less than the voltage of input 14. When the data state changes due to an address change or similar event, the voltage of input 12 will attempt to rise or become greater than the voltage of input 14, which will attempt to fall. The voltage change will be slow due to a large line capacitance present on the data lines. If the sense amplifier were to respond to a voltage change, the output would respond equally slowly. While the voltages change very slowly, the currents driven by the data lines change almost instantly.

Wenn die Spannung an der mit Eingang 14 verbundenen Daten-Leitung abzufallen versucht, wird ein Stromfluss von der Verstärkerschaltung in die Daten-Leitung verursacht. Da die Spannung aufgrund der Kapazität am Eingang 14 unverändert bleibt, bleiben die Spannung von Drain zu Source und die Spannung von Gate zu Source unverändert. Folglich wird durch den Transistor 32 gelieferter Strom ebenfalls unverändert bleiben. Der von der Schaltung durch Eingang 14 abgezogene zusätzliche Strom führt zu einem geringeren Stromfluss durch die Transistoren 26 und 28. Der Stromfluss durch den Transistor 44 wird ebenso abfallen, weil der Strom durch den Transistor 44 dem Strom durch den Transistor 26 gleichkommt.When the voltage on the data line connected to input 14 attempts to drop, current is caused to flow from the amplifier circuit into the data line. Since the voltage remains unchanged due to the capacitance at input 14, the drain to source voltage and the gate to source voltage remain unchanged. Consequently, current supplied by transistor 32 will also remain unchanged. The additional current drawn from the circuit by input 14 will result in less current flowing through transistors 26 and 28. Current flowing through transistor 44 will also drop because the current through transistor 44 is equal to the current through transistor 26.

Die Schaltung 10 wurde so ausgelegt, dass die Größe der Transistoren 36 und 44 kleinere Kanäle besitzt, welche sowohl für Strom- als auch für Spannungsänderungen empfindlicher sind. Das heißt, ihr Breite/Länge-Verhältnis ist kleiner. Das kleinere Verhältnis verleiht einem Transistor eine höhere Impedanz beim Leiten. Wegen der höheren Impedanz im Transistor 44 wird die Spannung über dem Transistor 44 in Erwiderung auf einen Stromabfall in einem größeren Maß abfallen. Dies führt dazu, dass die Spannung des internen Bezugsknoten 48 abfällt. Da der Transistor 26 relativ groß ist, in Sättigung betrieben wird, kann der interne Bezugsknoten 48 einen großen Betrag verlieren, ohne den Strom durch den Transistor 26 oder die Spannung am Eingang 14 zu beeinflussen.The circuit 10 has been designed so that the size of transistors 36 and 44 has smaller channels which are more sensitive to both current and voltage changes. That is, their width to length ratio is smaller. The smaller ratio gives a transistor a higher impedance when conducting. Because of the higher impedance in transistor 44, the voltage across transistor 44 will drop to a greater extent in response to a current drop. This causes the voltage of internal reference node 48 to drop. Since transistor 26 is relatively large, operating in saturation, internal reference node 48 can leak a large amount without affecting the current through transistor 26 or the voltage at input 14.

Wenn die Spannung des internen Bezugsknotens 48 abnimmt, nimmt auch die Gate-zu- Source-Spannung des Transistors 34 ab. Dies lässt die Spannung des Ausgangs 38 ansteigen. Die Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 22 steigt an, aber sie bleibt in Sättigung, da der Transistor 22 von relativ großer Größe ist, und die Spannung des Ausgangs 38 kann ohne Funktionsbeeinträchtigung des Transistors 22 ansteigen.As the voltage of internal reference node 48 decreases, the gate-to-source voltage of transistor 34 also decreases. This causes the voltage of output 38 to increase. The gate-to-source voltage of transistor 22 increases, but it remains in saturation because the transistor 22 is of relatively large size, and the voltage of output 38 can increase without affecting the operation of transistor 22.

Ähnlich wie die Spannung des Eingangs 14 wird sich die Spannung des Eingangs 12 wegen der mit den Daten-Leitungen verbundenen hohen Kapazität langsam ändern. Das führt dazu, dass Transistor 30 fortfährt, denselben Strombetrag zu liefern. Der vom herabgesetzten Stromverbrauch des Eingangs 12 verfügbare zusätzliche Strom wird an die Transistoren 22 und 24 geliefert. Der Stromanstieg im Transistor 24 wird einen Anstieg im Strom des Transistors 42 verursachen. Die Größenbemessung des Kanals von Transistor 42 wird die Spannung des internen Bezugsknotens 46 dazu veranlassen anzusteigen. Der Spannungsanstieg am internen Bezugsknoten 46 wird zur Folge haben, dass Ausgang 40 durch den Transistor 36 stärker gegen Erde gekoppelt wird.Similar to the voltage of input 14, the voltage of input 12 will change slowly due to the high capacitance associated with the data lines. This will cause transistor 30 to continue to supply the same amount of current. The additional current available from the reduced current consumption of input 12 will be supplied to transistors 22 and 24. The increase in current in transistor 24 will cause an increase in the current of transistor 42. The sizing of the channel of transistor 42 will cause the voltage of internal reference node 46 to increase. The increase in voltage at internal reference node 46 will cause output 40 to be more coupled to ground through transistor 36.

Auf diese Weise wird ein Spannungsdifferential an den Ausgängen 38 und 40 in Reaktion auf Stromänderungen an den Eingängen 12 und 14 gesehen.In this way, a voltage differential is seen at outputs 38 and 40 in response to current changes at inputs 12 and 14.

Die Schaltung 10 umfaßt zusätzlich eine Gegenkopplung, welche von den Transistoren 30 und 32 geliefert wird. Wenn zum Beispiel die Spannung des Ausgangs 40 als Folge des vermehrten Stromabzugs des Eingangs 14 abnimmt, steigt die Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 32 an. Dies lässt den Transistor 32 stärker durchsteuern, was die Spannung des Eingangs 14 nach oben beeinflusst. Dies ist dem von den Daten-Leitungen ausgeübten Einfluss entgegengesetzt. Dies hält das Spannungsdifferential zwischen dem Eingang 12 und dem Eingang 14 auf einem Minimum. Dadurch, dass das Spannungsdifferential der Eingänge 12 und 14 auf einem Minimum gehalten wird, finden zukünftige Änderungen schneller und leichter statt.The circuit 10 additionally includes negative feedback provided by transistors 30 and 32. For example, if the voltage of output 40 decreases as a result of the increased current sink of input 14, the gate-to-source voltage of transistor 32 increases. This causes transistor 32 to conduct more, which drives the voltage of input 14 upward. This is opposite to the influence exerted by the data lines. This keeps the voltage differential between input 12 and input 14 to a minimum. By keeping the voltage differential of inputs 12 and 14 to a minimum, future changes occur more quickly and easily.

Der Schaltung 10 wohnen jedoch Eigenschaften inne, welche die Schaltleistung mindern. Wärend des oben beschriebenen Schaltens nimmt die Spannung des internen Bezugsknotens 46 als Ergebnis des erhöhten Stroms durch den Transistor 42 zu. Wenn die Spannung des internen Bezugsknotens 46 zunimmt, steigt die Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 42. Dies veranlasst den Transistor 42, härter durchzuschalten, wobei der Widerstand durch den Transistor 42 verringert wird, mit welchem der interne Bezugsknoten 46 gegen Erde gekoppelt ist. Dies ist eine mit den internen Bezugsknoten verbundene Gegenkopplung und dies verringert die Geschwindigkeit, mit welcher die Schaltung schalten kann, dadurch, dass die Geschwindigkeit begrenzt wird, mit welcher die Spannung des internen Bezugsknotens 46 ansteigen kann. Der interne Bezugsknoten 48 wird in der Gegenrichtung ebenso beeinflusst.However, circuit 10 has inherent characteristics that reduce switching performance. During the switching described above, the voltage of internal reference node 46 increases as a result of the increased current through transistor 42. As the voltage of internal reference node 46 increases, the gate-to-source voltage of transistor 42 increases. This causes transistor 42 to switch harder, reducing the resistance through transistor 42 to which internal reference node 46 is coupled to ground. This is negative feedback associated with the internal reference nodes and reduces the speed at which the circuit can switch by limiting the speed at which the voltage of internal reference node 46 can increase. Internal reference node 48 is also affected in the opposite direction.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Strom-Leseverstärker und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die dafür ausgelegt sind, die Verstärker-Schaltzeiten zu beschleunigen.It is an object of the invention to provide an improved current sense amplifier and a method of the type mentioned above, which are designed to accelerate the amplifier switching times.

Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention

Das obige Ziel wird erfindungsgemäß durch einen wie in Anspruch 1 definierten Verstärker und ein wie in Anspruch 9 definiertes Verfahren erreicht. Die vorliegende Erfindung ist besonders gut zum Ablesen von Stromdifferentialen in Bit-Leitungen und Daten-Leitungen von Halbleiterspeichern geeignet.The above object is achieved according to the invention by an amplifier as defined in claim 1 and a method as defined in claim 9. The present invention is particularly well suited for reading current differentials in bit lines and data lines of semiconductor memories.

Die vorliegende Erfindung integriert positive Rückkopplung während der Zeit, in der die Schaltung in Reaktion auf das Ablesen eines unterschiedlichen Werts schaltet. Dies ermöglicht eine viel schnellere Reaktion auf Stromdifferentiale am Schaltungseingang. In einer spezifischeren Anwendung auf dem Gebiet der Halbleiterspeicher kann die vorliegende Erfindung zum Ablesen von Stromdifferentialen auf Bit-Leitungspaaren und Daten- Leitungspaaren genutzt werden, wobei viel schnellere Speicherablesungen zugelassen werden.The present invention incorporates positive feedback during the time the circuit is switching in response to the reading of a different value. This allows for a much faster response to current differentials at the circuit input. In a more specific application in the field of semiconductor memories, the present invention can be used to read current differentials on bit line pairs and data line pairs, allowing for much faster memory readings.

Eines der wichtigen Kennzeichen der Erfindung ist, dass ein schnellerer Schaltungsbetrieb ohne Erhöhung des Leistungsbedarfs der Schaltung erzielt wird.One of the important features of the invention is that faster circuit operation is achieved without increasing the power requirements of the circuit.

Ein Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt Schritte zum Entwickeln eines Spannungsdifferentials an zwei Ausgangsklemmen basierend auf einem Stromdifferential an zwei Eingangsklemmen. Das Stromdifferential an den zwei Eingängen resultiert aus der mit dem Zustand einer angesprochenen Speicherzelle zusammenhängenden Impedanz. Die Verursachung des Spannungsdifferential an den zwei Ausgängen wird durch positive Rückkopplung beschleunigt und seine Größe durch Gegenkopplung gesteuert.A method aspect of the present invention includes steps for developing a voltage differential at two output terminals based on a current differential at two input terminals. The current differential at the two inputs results from the impedance associated with the state of a memory cell being addressed. The causation of the voltage differential at the two outputs is accelerated by positive feedback and its magnitude is controlled by negative feedback.

Kurzbeschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird auf die angeschlossene Zeichnung Bezug genommen, wobei:In describing the present invention, reference is made to the attached drawings, in which:

Fig. 1 ein Schaltplan eines Strom-Leseverstärkers gemäß Stand der Technik ist;Fig. 1 is a circuit diagram of a current sense amplifier according to the prior art;

Fig. 2 ein Schaltplan ist, der einen verbesserten Strom-Leseverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; undFig. 2 is a circuit diagram illustrating an improved current sense amplifier according to the present invention; and

Fig. 3 ein ausführlicheres Prinzipschaltbild ist, das einen besonders gut zur Anwendung in Halbleiterspeichervorrichtungen geeigneten, verbesserten Strom- Leseverstärker veranschaulicht.Fig. 3 is a more detailed schematic diagram illustrating an improved current sense amplifier particularly well suited for use in semiconductor memory devices.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Fig. 2 zeigt einen Differentialstrom-Leseverstärker 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung der Fig. 2 basiert auf Fig. 1 und in Fig. 2 sind gleiche Bestandteile mit denselben Ziffern wie in Fig. 1 gezeigt bezeichnet. Im Großen und Ganzen wurde die Schaltung zur Einbeziehung positiver Rückkopplung modifiziert. Die Transistoren 42 und 44 sind rekonfiguriert, und zwar mittels wahlweiser Kopplung ihrer Drains. Der Drain des Transistors 42 ist vom internen Bezugsknoten 46 entkoppelt und mit dem internen Bezugsknoten 48 gekoppelt. Ebenso ist der Drain des Transistors 44 vom internen Bezugsknoten 48 entkoppelt und mit dem internen Bezugsknoten 46 gekoppelt.Fig. 2 shows a differential current sense amplifier 20 according to an embodiment of the present invention. The circuit of Fig. 2 is based on Fig. 1 and in Fig. 2, like components are designated by the same numerals as shown in Fig. 1. In general, the circuit has been modified to include positive feedback. Transistors 42 and 44 are reconfigured by selectively coupling their drains. The drain of transistor 42 is decoupled from internal reference node 46 and coupled to internal reference node 48. Likewise, the drain of transistor 44 is decoupled from internal reference node 48 and coupled to internal reference node 46.

Der allgemeine Schaltungsbetrieb der Schaltung 20, dargestellt in Fig. 2, ist derselbe wie der allgemeine Schaltungsbetrieb der Schaltung 10 des Standes der Technik, dargestellt in Fig. 1. Die Änderung ist jedoch bedeutsam bei der Überwindung der in der Schaltung 10 vorhandenen inhärenten Grenzen beim Schalten. Die Schaltung 10 beinhaltet die mit den Transistoren 42 und 44 verbundenen unerwünschten Beschränkungen. Wie in der Schaltung 10 angeordnet, schränken sich die Transistoren 42 und 44 selbst in ihrer Fähigkeit ein, die internen Bezugsknoten 46 und 48 zu modifizieren. Dies führt zu langsameren Schaltgeschwindigkeiten für den Verstärker.The general circuit operation of circuit 20, shown in Fig. 2, is the same as the general circuit operation of prior art circuit 10, shown in Fig. 1. However, the change is significant in overcoming the inherent switching limitations present in circuit 10. Circuit 10 includes the undesirable limitations associated with transistors 42 and 44. As arranged in circuit 10, transistors 42 and 44 limit themselves in their ability to modify internal reference nodes 46 and 48. This results in slower switching speeds for the amplifier.

In der Schaltung 10 des Standes der Technik steigt die Spannung des internen Bezugsknotens 46 an, wenn der Strom im Transistor 24 zunimmt. Dies veranlasst den Transistor 42 aufgrund des Anstiegs der Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 42 härter durchzuschalten. Der Transistor 42 besitzt die Wirkung, dass er die Spannung des internen Bezugsknotens 46 nach unten beeinflusst. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die Spannung des internen Bezugsknotens 46 ansteigt, mit dem Effekt, dass der Transistor 36 härter durchgeschaltet wird. Dies würde zu einer schnelleren Ansprechzeit für den Leseverstärker führen. Zwar steigt letztendlich im Stand der Technik die Spannung des internen Bezugsknotens 46 an, doch steigt die Spannung aufgrund der Beeinflussung nach unten viel langsamer.In the prior art circuit 10, the voltage of the internal reference node 46 increases as the current in the transistor 24 increases. This causes the transistor 42 to turn on harder due to the increase in the gate to source voltage of the transistor 42. The transistor 42 has the effect of biasing the voltage of the internal reference node 46 downward. However, it is preferable for the voltage of the internal reference node 46 to increase, with the effect of biasing the transistor 36 downward. This would result in a faster response time for the sense amplifier. Although the voltage of the internal reference node 46 does ultimately increase in the prior art, the voltage increases much more slowly due to the downward bias.

In der Schaltung 20, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist der Drain des Transistors 42 mit dem internen Bezugsknoten 48 verbunden. Wenn die Spannung am Knoten 46 ansteigt, schaltet der Transistor 42 härter durch, aber er koppelt den Knoten 46 nicht gegen Erde, wie es im Stand der Technik geschah. Statt dessen schaltet der Transistor 42 härter durch, wobei er den Knoten 48 stärker gegen Erde koppelt. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Knoten 48 mit der Gate-Elektrode des Transistors 34 verbunden. Also fördert das Koppeln des Knotens 48 gegen Erde die Geschwindigkeit, mit welcher der Transistor 34 abschaltet, und lässt damit die Spannung des Ausgangs 38 ansteigen.In circuit 20, an embodiment of the present invention, the drain of transistor 42 is connected to internal reference node 48. As the voltage at node 46 increases, transistor 42 turns on harder, but it does not couple node 46 to ground as was done in the prior art. Instead, transistor 42 turns on harder, coupling node 48 more strongly to ground. As shown in Fig. 2, node 48 is connected to the gate of transistor 34. Thus, this promotes Coupling node 48 to ground increases the rate at which transistor 34 turns off, thereby increasing the voltage at output 38.

Die Verbindung des Drains des Transistors 44 auf den internen Bezugsknoten 46 (wie in Fig. 2) umzuschalten, erhöht ebenso die Schaltgeschwindigkeiten der Schaltung. Wenn die Spannung des internen Bezugsknotens 48 abnimmt, schaltet der Transistor 44 herunter (näher zum Aus). Anstelle die Stärke, mit welcher der Knoten 48 gegen Erde gekoppelt ist, zu verringern (wie im Stand der Technik), verringert der Transistor 44 nunmehr die Stärke, mit welcher er den internen Bezugsknoten 46 gegen Erde zieht. Dies fördert die Geschwindigkeit, mit welcher der Verstärker schaltet, und zwar durch Beschleunigen, wie schnell der Transistor 36 durchsteuert, wobei der Ausgang 40 näher gegen Erde gekoppelt wird. Die Verwendung positiver Rückkopplung erhöht die Schaltgeschwindigkeiten des Verstärkers 20 und erlaubt damit schnellere Datenzugriffe in Halbleiterspeicher. Der Begriff "positive Rückkopplung" wird aus folgendem Grund verwendet. Wenn der Knoten 12 (seine Spannung) abfällt, (a) veranlasst das den Knoten 46 abzufallen. Dies veranlasst (b) die Gate- Source-Spannung des Elements 42 abzunehmen. Dies veranlasst (c) die Spannung am Knoten 48 zu steigen. Wenn Knoten 48 steigt, (d) erhöht sich die Gate-Source-Spannung des Elements 44. Wenn das passiert, veranlasst dies (e) die Spannung des Knotens 46 zu fallen.Switching the drain of transistor 44 to internal reference node 46 (as in Figure 2) also increases the switching speeds of the circuit. As the voltage of internal reference node 48 decreases, transistor 44 switches down (closer to off). Instead of decreasing the strength with which node 48 is coupled to ground (as in the prior art), transistor 44 now decreases the strength with which it pulls internal reference node 46 to ground. This increases the speed at which the amplifier switches by speeding up how quickly transistor 36 turns on, coupling output 40 closer to ground. The use of positive feedback increases the switching speeds of amplifier 20, allowing faster data accesses to semiconductor memories. The term "positive feedback" is used for the following reason. When node 12 (its voltage) drops, (a) this causes node 46 to drop. This causes (b) the gate-source voltage of element 42 to decrease. This causes (c) the voltage at node 48 to increase. When node 48 rises, (d) the gate-source voltage of element 44 increases. When this happens, this causes (e) the voltage of node 46 to drop.

Da das Ergebnis (e) dasselbe ist wie (a), ist dies eine Rückkopplungsschleife, die dazu neigt, ihre Wirkung zu verstärken, und daher sollte es "positive Rückkopplung" genannt werden. Positive Rückkopplung kann gefährlich sein. Die Verstärkung kann so groß sein, dass es zu einer Schaltungsinstabilität führt, wenn rückgekoppelt wird: eine Situation, in welcher die Schaltung so stark schaltet, dass sie nicht zurückschalten kann. Die Transistoren 30 und 32 sorgen für Gegenkopplung, die eine potentielle Schaltungsinstabilität verhindert. Wie früher beschrieben, sorgen die Transistoren 30 und 32 für Gegenkopplung, welche die Eingänge 12 und 14 daran hindert, sich signifikant in der Spannung zu unterscheiden. Wenn die Ausgänge 38 und 40 versuchen zu weit zu schalten, wird entweder der Transistor 30 oder der Transistor 32 härter durchschalten, um den Vorgang zu beenden.Since the result (e) is the same as (a), this is a feedback loop that tends to amplify its effect, and so it should be called "positive feedback." Positive feedback can be dangerous. The gain can be so large that it will lead to circuit instability when fed back: a situation in which the circuit switches so hard that it cannot switch back. Transistors 30 and 32 provide negative feedback that prevents potential circuit instability. As described earlier, transistors 30 and 32 provide negative feedback that prevents inputs 12 and 14 from differing significantly in voltage. If outputs 38 and 40 try to switch too far, either transistor 30 or transistor 32 will switch harder to stop the process.

Obwohl die von den Transistoren 30 und 32 erzeugte Gegenkopplung die Schaltungsstabilität erhöht, wirkt sie sich nicht nachteilig auf die Geschwindigkeit aus, mit welcher der Verstärker schaltet. Der Grund dafür ist, dass die Gegenkopplung die Spannungen an den Eingängen 12 und 14 regelt, nicht die Ströme. Die positive Rückkopplung beginnt, wenn die Schaltung als Folge von Stromunterschieden anfängt zu schalten, bevor ein signifikanter Spannungsunterschied an den Eingängen 12 und 14 auftritt. Die Gegenkopplung beginnt erst, wenn es einen Spannungsunterschied gibt. Dies sorgt für eine vorteilhafte Mischung von positiver Rückkopplung, zum Fördern und Beschleunigen des eigentlichen Schaltens, und Gegenkopplung, zur Erhaltung der Schaltungsstabilität und zur Herabsetzung des Spannungsdifferentials der Eingänge für schnellere Schaltvorgänge in der Zukunft. Die Gegenkopplung ist in erster Linie nach Stattfinden des Schaltens aktiv.Although the negative feedback created by transistors 30 and 32 increases circuit stability, it does not adversely affect the speed at which the amplifier switches. This is because the negative feedback regulates the voltages at inputs 12 and 14, not the currents. The positive feedback begins when the circuit begins to switch as a result of current differences before a significant voltage difference occurs at inputs 12 and 14. The negative feedback does not begin until there is a voltage difference. This provides a beneficial mix of positive feedback to promote and accelerate the actual switching, and negative feedback to maintain circuit stability and reduce the voltage differential of the inputs for faster switching in the future. The negative feedback is primarily active after the switching has taken place.

Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung, wie sie in der oben erwähnten, nicht beschränkenden Ausführungsform zum Ausdruck gebracht wurde, alternativ mit N-Kanal- Transistoren als Ersatz für die P-Kanal-Transistoren, mit P-Kanal-Transistoren als Ersatz für die N-Kanal-Transistoren und mit getauschter Polarität der Quellenspannungen konfiguriert werden.Of course, the present invention as expressed in the above-mentioned non-limiting embodiment may alternatively be configured with N-channel transistors replacing the P-channel transistors, with P-channel transistors replacing the N-channel transistors, and with the polarity of the source voltages reversed.

Fig. 3 zeigt einen Differentialstrom-Leseverstärker 80 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der besonders gut zur Anwendung in Halbleiterspeichervorrichtungen geeignet ist. Die Schaltung von Fig. 3 basiert auf Fig. 2 und in Fig. 3 sind gleiche Schaltungsbestandteile mit denselben Ziffern wie in Fig. 2 gezeigt bezeichnet. Die Schaltung 80 umfaßt einen sowohl mit der Schreibfreigabe als auch der Lesefreigabe verbundenen zusätzlichen Schaltkreis.Fig. 3 shows a differential current sense amplifier 80 according to an embodiment of the present invention, which is particularly well suited for use in semiconductor memory devices. The circuit of Fig. 3 is based on Fig. 2 and in Fig. 3, like circuit components are designated with the same numerals as shown in Fig. 2. The circuit 80 includes additional circuitry connected to both the write enable and the read enable.

Fig. 3 bekommt zusätzlich drei Signale, nämlich READ-EN 76, /RBAD-EN 77 und /WRITE-EN 78. Das Signal READ-EN 76 ist aktiv hoch, wenn der Speicherzellenarray zum Ablesen freigegeben ist. Das Signal /READ-EN 77 ist das Komplement von Signal READ- EN 76. Das Signal /READ-EN 77 ist niedrig, wenn der Speicherzellenarray zum Ablesen freigegeben ist. Das Signal /WRITE-EN ist niedrig, wenn der Speicherzellenarray zum Schreiben freigegeben ist.Fig. 3 receives three additional signals, namely READ-EN 76, /RBAD-EN 77 and /WRITE-EN 78. The READ-EN 76 signal is active high when the memory cell array is enabled for reading. The /READ-EN 77 signal is the complement of the READ-EN 76 signal. The /READ-EN 77 signal is low when the memory cell array is enabled for reading. The /WRITE-EN signal is low when the memory cell array is enabled for writing.

Fig. 3 umfaßt zusätzlich elf Transistoren und ein NAND-Gate. Sechs Transistoren, nämlich 50, 52, 54, 56, 58 und 60, sind mit den Signalen READ-EN 76 und /READ-EN 77 verbunden. Vier Transistoren, nämlich 64, 66, 68 und 70, sind mit dem Signal /WRITE-EN 78 verbunden. Das NAND-Gate 72 wird dazu verwendet, zu bestimmen, wann die Speicherzelle nicht zum Ablesen oder Beschreiben freigegeben ist, und wird zur Steuerung des Transistors 62 verwendet.Fig. 3 additionally includes eleven transistors and a NAND gate. Six transistors, namely 50, 52, 54, 56, 58 and 60, are connected to the signals READ-EN 76 and /READ-EN 77. Four transistors, namely 64, 66, 68 and 70, are connected to the signal /WRITE-EN 78. The NAND gate 72 is used to determine when the memory cell is not enabled for reading or writing and is used to control the transistor 62.

Die zusätzlichen Transistoren und das NAND-Gate modifizieren die Schaltung 20 der vorher beschriebenen Fig. 2 auf folgende Weise. Das Gate des Transistors 42 ist nicht mehr direkt mit dem internen Bezugsknoten 46 gekoppelt. Das Gate des Transistors 42 ist nunmehr durch den Transistor 54 mit dem internen Bezugsknoten 46 gekoppelt und das Gate des Transistors 42 ist durch den Transistor 50 gegen Erde gekoppelt. Ebenso ist das Gate des Transistors 44 durch den Transistor 56 mit dem internen Bezugsknoten 48 gekoppelt und das Gate des Transistors 44 ist durch den Transistor 52 gegen Erde gekoppelt. Die Gates der beiden Transistoren 50 und 52 sind mit dem Signal /READ-EN 77 gekoppelt. Die Gates der beiden Transistoren 54 und 56 sind mit dem Signal READ-EN 76 gekoppelt. Der Interne Bezugsknoten 48 ist durch den Transistor 60 mit VCC gekoppelt. Der interne Bezugsknoten 46 ist durch den Transistor 58 mit VCC gekoppelt. Die Gates der beiden Transistoren 58 und 60 sind mit dem Signal READ-EN 76 gekoppelt. Das Gate des Transistors 30, welcher für Gegenkopplung sorgt, ist durch den Transistor 64 mit dem Ausgang 38 gekoppelt und durch den Transistor 66 mit VCC gekoppelt. Das Gate des Transistors 32, welcher auch für Gegenkopplung sorgt, ist durch den Transistor 70 mit dem Ausgang 40 gekoppelt und durch den Transistor 68 mit VCC gekoppelt. Die Gates der Transistoren 64, 66, 68 und 70 sind mit dem Signal /WRITE-EN 77 gekoppelt. Und schließlich ist der Eingang 12 durch den Transistor 62 mit dem Eingang 14 gekoppelt. Das Gate des Transistors 62 ist mit dem Ausgang des NAND-Gate 72 gekoppelt. Das NAND-Gate 72 hat einen Eingang mit /WRITE-EN 78 gekoppelt und den anderen Eingang mit /READ-EN 77 gekoppelt.The additional transistors and the NAND gate modify the circuit 20 of the previously described Fig. 2 in the following way. The gate of the transistor 42 is no longer directly coupled to the internal reference node 46. The gate of the transistor 42 is now coupled to the internal reference node 46 through the transistor 54 and the gate of the transistor 42 is coupled to ground through the transistor 50. Likewise, the gate of the Transistor 44 is coupled to the internal reference node 48 through transistor 56 and the gate of transistor 44 is coupled to ground through transistor 52. The gates of both transistors 50 and 52 are coupled to the /READ-EN signal 77. The gates of both transistors 54 and 56 are coupled to the READ-EN signal 76. The internal reference node 48 is coupled to VCC through transistor 60. The internal reference node 46 is coupled to VCC through transistor 58. The gates of both transistors 58 and 60 are coupled to the READ-EN signal 76. The gate of transistor 30, which provides negative feedback, is coupled to the output 38 through transistor 64 and coupled to VCC through transistor 66. The gate of transistor 32, which also provides negative feedback, is coupled to output 40 through transistor 70 and to VCC through transistor 68. The gates of transistors 64, 66, 68 and 70 are coupled to the /WRITE-EN signal 77. And finally, input 12 is coupled to input 14 through transistor 62. The gate of transistor 62 is coupled to the output of NAND gate 72. NAND gate 72 has one input coupled to /WRITE-EN 78 and the other input coupled to /READ-EN 77.

Die Leseverstärker-Schaltung 80 braucht, ähnlich wie die oben beschriebene Schaltung 20, nur zu arbeiten, wenn eine Speicherzelle abgelesen wird. Wenn also eine Speicherzelle abgelesen werden soll, geht das Signal READ-EN 76 hoch und das Signal /READ-EN 77 geht nieder. Während eines Lesevorgangs ist das Signal /WRITE-EN 78 hoch. Dies hält die Transistoren 66 und 68, welche P-Kanal-Transistoren sind und ihre Gates mit dem Signal /WRITE-EN gekoppelt haben, in einem ausgeschalteten Zustand. Die Transistoren 50, 52, 58, 60 und 62 sind ebenso ausgeschaltet. Die Transistoren 54, 56, 64 und 70 sind an. Während eines Lesevorgangs ist die Schaltung 80 funktional äquivalent zur Schaltung 20.The sense amplifier circuit 80, similar to the circuit 20 described above, only needs to operate when a memory cell is being read. Thus, when a memory cell is to be read, the signal READ-EN 76 goes high and the signal /READ-EN 77 goes low. During a read operation, the signal /WRITE-EN 78 is high. This keeps the transistors 66 and 68, which are P-channel transistors and have their gates coupled to the signal /WRITE-EN, in an off state. Transistors 50, 52, 58, 60 and 62 are also off. Transistors 54, 56, 64 and 70 are on. During a read operation, the circuit 80 is functionally equivalent to the circuit 20.

Während eines Schreibvorgangs wird die Leseverstärker-Schaltung 80 nicht gebraucht, um den in der angesprochenen Speicherzelle gespeicherten Stromwert zu lesen. Die angesprochene Speicherzelle wird beschrieben und ihr Stromwert auf den neuesten Stand gebracht. Wenn eine Speicherzelle beschrieben wird, geht das Signal /WRITE-EN 78 nieder. Das Signal READ-EN 76 ist niedrig und das Signal /READ-EN 77 ist hoch. Das bringt den Leseverstärker in einen inaktiven oder Standby-Modus. Die Ausgangssignale 38 und 40 sind beide gegen Erde gekoppelt. Die Transistoren 58 und 60 sind eingeschaltet und koppeln die beiden internen Bezugsknoten 46 und 48 mit VCC. Das schaltet die Transistoren 22, 24, 26 und 28 aus und schaltet die Transistoren 34 und 36 ein. Durch das Einschalten der Transistoren 34 und 36 werden die beiden Ausgangssignale 38 und 40 gegen Erde gekoppelt. Die Transistoren 54 und 56 sind aus und entkoppeln die Gates der Transistoren 42 und 44 von ihrem jeweiligen internen Bezugsknoten 48 bzw. 46. Die Transistoren 50 und 52 sind an und koppeln die Gates der Transistoren 42 und 44 gegen Erde. Als Folge davon sind die Transistoren 42 und 44 aus. Die Eingangsklemmen 12 und 14 sind vom Rest der Schaltung entkoppelt. Die Transistoren 70 und 64 sind aus und entkoppeln das Gate der Transistoren 30 und 32 von den Ausgangsklemmen 38 und 40. Die Transistoren 66 und 68 sind an und koppeln die Gates der beiden Transistoren 30 und 32 mit VCC. Durch das Koppeln der Gates der Transistoren 30 und 32 mit VCC werden die Transistoren 30 und 32 ausgeschaltet. Der Transistor 62 ist als Folge davon, dass der Ausgang des NAND-Gate 72 hoch ist, aus.During a write operation, the sense amplifier circuit 80 is not needed to read the current value stored in the addressed memory cell. The addressed memory cell is written to and its current value is updated. When a memory cell is written to, the /WRITE-EN signal 78 goes low. The READ-EN signal 76 is low and the /READ-EN signal 77 is high. This places the sense amplifier in an inactive or standby mode. The output signals 38 and 40 are both coupled to ground. Transistors 58 and 60 are on and couple the two internal reference nodes 46 and 48 to VCC. This turns off transistors 22, 24, 26 and 28 and turns on transistors 34 and 36. Turning on transistors 34 and 36 couples both output signals 38 and 40 to ground. Transistors 54 and 56 are off and decouple the gates of transistors 42 and 44 from their respective internal reference nodes 48 and 46, respectively. Transistors 50 and 52 are on and couple the gates of transistors 42 and 44 to ground. As a result, transistors 42 and 44 are off. Input terminals 12 and 14 are decoupled from the rest of the circuit. Transistors 70 and 64 are off and decouple the gate of transistors 30 and 32 from output terminals 38 and 40. Transistors 66 and 68 are on and couple the gates of both transistors 30 and 32 to VCC. Coupling the gates of transistors 30 and 32 to VCC turns transistors 30 and 32 off. Transistor 62 is off as a result of the output of NAND gate 72 being high.

Zusammenfassend ist der Strom-Leseverstärker während eines Schreibvorgangs wirksam vom Speicherzellenarray isoliert. Die Eingangsklemmen 12 und 14 sind von der restlichen Strom-Leseverstärker-Schaltung 80 entkoppelt. Die Ausgangsklemmen 38 und 40 sind gegen Erde gekoppelt.In summary, the current sense amplifier is effectively isolated from the memory cell array during a write operation. Input terminals 12 and 14 are decoupled from the rest of the current sense amplifier circuit 80. Output terminals 38 and 40 are coupled to ground.

Weder während einer Speicherablesung noch während einer Speicherbeschreibung ist das Signal READ-EN 76 niedrig und sind beide Signale /READ-EN 77 und /WRITE-EN 78 hoch. In diesem Fall sind beide Eingaben zum NAND-Gate 72, nämlich /READ-EN 77 und /WRITE-EN 78, hoch, was zu einer Ausgabe führt, deren Wert niedrig ist. Der Transistor 62 ist eingeschaltet und koppelt Eingangsklemme 12 mit Eingangsklemme 14. Dies beseitigt wirksam jeden Spannungsunterschied zwischen den beiden Eingangsklemmen 12 und 14 und erlaubt während der nächsten Speicherablesung eine schnellere Ablesung.During neither a memory read nor a memory write, the READ-EN 76 signal is low and both /READ-EN 77 and /WRITE-EN 78 signals are high. In this case, both inputs to NAND gate 72, namely /READ-EN 77 and /WRITE-EN 78, are high, resulting in an output whose value is low. Transistor 62 is on and couples input terminal 12 to input terminal 14. This effectively eliminates any voltage difference between the two input terminals 12 and 14 and allows a faster reading during the next memory read.

Sowohl Fig. 2 als auch Fig. 3 stellen einen verbesserten Strom-Leseverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Es wird darauf hingewiesen, dass eines der Schaltungsmerkmale ein schnelleres Lesen von Stromdifferentialen ohne eine Erhöhung des Leistungsbedarfs gestattet.Both Fig. 2 and Fig. 3 illustrate an improved current sense amplifier in accordance with the present invention. Note that one of the circuit features allows for faster reading of current differentials without increasing power requirements.

Zwar wurde diese Erfindung in Bezug auf eine erläuternde Ausführungsform beschrieben, doch ist verständlicherweise nicht beabsichtigt, dass diese Beschreibung in einem beschränkenden Sinn auszulegen ist, sondern sie soll alle Ersatzmittel im Rahmen der Erfindung einschließen. Verschiedene Modifikationen der erläuternden Ausführungsform sowie andere Ausführungsformen werden dem Fachmann unter Verweis auf diese Beschreibung ersichtlich werden. Die Erfindung soll in den folgenden Ansprüchen dargelegt werden.While this invention has been described with respect to an illustrative embodiment, it is to be understood that this description is not intended to be construed in a limiting sense, but is intended to include all substitutions within the scope of the invention. Various modifications of the illustrative embodiment, as well as other embodiments, will become apparent to those skilled in the art upon reference to this description. The invention is intended to be set forth in the following claims.

Claims (11)

1. Verstärker (20; 80) für eine Halbleiterschaltung, umfassend1. Amplifier (20; 80) for a semiconductor circuit, comprising einen ersten und einen zweiten Eingang (12, 14);a first and a second input (12, 14); einen ersten und einen zweiten Ausgang (38, 40);a first and a second output (38, 40); einen ersten und einen zweiten Schaltungspfad (22, 30, 34; 28, 32, 36), von denen jeder zwischen einer ersten Quellenspannung (VCC) und einer zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt ist;first and second circuit paths (22, 30, 34; 28, 32, 36), each of which is coupled between a first source voltage (VCC) and a second source voltage (ground); worin der erste Schaltungspfad einen ersten, einen zweiten und einen dritten Transistor (22, 30, 34) umfaßt,wherein the first circuit path comprises a first, a second and a third transistor (22, 30, 34), wobei der erste Transistor (22) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem ersten Eingang (12) und dem ersten Ausgang (38) gekoppelt hat;wherein the first transistor (22) has its source-drain path coupled between the first input (12) and the first output (38); der zweite Transistor (30) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem ersten Eingang (12) und der ersten Quellenspannung (VCC) gekoppelt hat undthe second transistor (30) has its source-drain path coupled between the first input (12) and the first source voltage (VCC) and der dritte Transistor (34) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem ersten Ausgang (38) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt hat;the third transistor (34) has its source-drain path coupled between the first output (38) and the second source voltage (ground); worin der zweite Schaltungspfad einen vierten, einen fünften und einen sechsten Transistor (28, 32, 36) umfaßt,wherein the second circuit path comprises a fourth, a fifth and a sixth transistor (28, 32, 36), wobei der vierte Transistor (28) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem zweiten Eingang (14) und dem zweiten Ausgang (40) gekoppelt hat,wherein the fourth transistor (28) has its source-drain path coupled between the second input (14) and the second output (40), der fünfte Transistor (32) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem zweiten Eingang (14) und der ersten Quellenspannung (VCC) gekoppelt hat undthe fifth transistor (32) has its source-drain path coupled between the second input (14) and the first source voltage (VCC) and der sechste Transistor (36) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem zweiten Ausgang (40) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt hat; undthe sixth transistor (36) has its source-drain path coupled between the second output (40) and the second source voltage (ground); and worin der erste, der zweite, der vierte und der fünfte Transistor (22, 30, 28, 32) einem ersten Kanal-Typus angehören und der dritte und der sechste Transistor (34, 36) einem zweiten Kanal-Typus angehören, der sich vom ersten Kanal-Typus unterscheidet;wherein the first, second, fourth and fifth transistors (22, 30, 28, 32) belong to a first channel type and the third and sixth transistors (34, 36) belong to a second channel type different from the first channel type; dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that eine Bezugsspannung-Schaltung (11) vorgesehen ist, welche einen ersten und einen zweiten Bezugsknoten (48, 46) und einen dritten und einen vierten Schaltungspfad (24, 44; 26, 42) umfaßt;a reference voltage circuit (11) is provided which comprises a first and a second reference node (48, 46) and a third and a fourth circuit path (24, 44; 26, 42); worin der dritte Schaltungspfad (24, 44) der Bezugsschaltung (11) zwischen dem ersten Eingang (12) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt ist und einen ersten Scheinwiderstand (24) und einen siebenten Transistor (44) umfaßt,wherein the third circuit path (24, 44) of the reference circuit (11) is coupled between the first input (12) and the second source voltage (ground) and comprises a first resistance (24) and a seventh transistor (44), wobei der erste Scheinwiderstand (24) zwischen dem ersten Eingang (12) und dem zweiten Bezugsknoten (46) gekoppelt ist undwherein the first impedance (24) is coupled between the first input (12) and the second reference node (46) and der siebente Transistor (44) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem zweiten Bezugsknoten (46) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt hat, wobei seine Steuerelektrode mit dem ersten Bezugsknoten (48) gekoppelt ist, um eine positive Rückkopplung zu liefern;the seventh transistor (44) has its source-drain path coupled between the second reference node (46) and the second source voltage (ground), with its control electrode coupled to the first reference node (48) to provide positive feedback; worin der vierte Schaltungspfad (26, 42) der Bezugsschaltung (11) zwischen dem zweiten Eingang (14) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt ist und einen zweiten Scheinwiderstand (26) und einen achten Transistor (42) umfaßt,wherein the fourth circuit path (26, 42) of the reference circuit (11) is coupled between the second input (14) and the second source voltage (ground) and comprises a second impedance (26) and an eighth transistor (42), wobei der zweite Scheinwiderstand (26) zwischen dem zweiten Eingang (14) und dem ersten Bezugsknoten (48) gekoppelt ist undwherein the second impedance (26) is coupled between the second input (14) and the first reference node (48) and der achte Transistor (42) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem ersten Bezugsknoten (48) und der zweiten Quellenspannung (Erde) gekoppelt hat, wobei seine Steuerelektrode mit dem zweiten Bezugsknoten (46) gekoppelt ist, um eine positive Rückkopplung zu liefern;the eighth transistor (42) has its source-drain path coupled between the first reference node (48) and the second source voltage (ground), with its control electrode coupled to the second reference node (46) to provide positive feedback; worin der siebente und der achte Transistor (44, 42) dem zweiten Kanal-Typus angehören;wherein the seventh and eighth transistors (44, 42) are of the second channel type; die Steuerelektroden des ersten und des dritten Transistors (22, 34) mit dem ersten Bezugsknoten (48) gekoppelt sind, die Steuerelektroden des vierten und des sechsten Transistors (28, 36) mit dem zweiten Bezugsknoten (46) gekoppelt sind; undthe control electrodes of the first and third transistors (22, 34) are coupled to the first reference node (48), the control electrodes of the fourth and sixth transistors (28, 36) are coupled to the second reference node (46); and die Steuerelektroden des zweiten und des fünften Transistors (30, 32) mit dem ersten Ausgang (38) bzw. dem zweiten Ausgang (40) gekoppelt sind, um eine Gegenkopplung zu liefern.the control electrodes of the second and fifth transistors (30, 32) are coupled to the first output (38) and the second output (40), respectively, to provide negative feedback. 2. Verstärker nach Anspruch 1, worin der erste Scheinwiderstand aus einem neunten Transistor (24) und der zweite Scheinwiderstand aus einem zehnten Transistor (26) gebildet ist;2. Amplifier according to claim 1, wherein the first impedance is formed from a ninth transistor (24) and the second impedance is formed from a tenth transistor (26); wobei der neunte Transistor (24) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem ersten Eingang (12) und dem zweiten Bezugsknoten (46) gekoppelt hat und seine Steuerelektrode mit dem zweiten Bezugsknoten (46) gekoppelt hat undwherein the ninth transistor (24) has its source-drain path coupled between the first input (12) and the second reference node (46) and has its control electrode coupled to the second reference node (46) and der zehnte Transistor (26) seinen Source-Drain-Pfad zwischen dem zweiten Eingang (14) und dem ersten Bezugsknoten (48) gekoppelt hat und seine Steuerelektrode an den ersten Bezugsknoten (48) gekoppelt hat.the tenth transistor (26) has its source-drain path coupled between the second input (14) and the first reference node (48) and has its control electrode coupled to the first reference node (48). 3. Verstärker nach Anspruch 2, worin der erste, der zweite, der vierte, der fünfte, der neunte und der zehnte Transistor (22, 30, 28, 32, 24, 26) P-Kanal-Transistoren sind; und3. Amplifier according to claim 2, wherein the first, second, fourth, fifth, ninth and tenth transistors (22, 30, 28, 32, 24, 26) are P-channel transistors; and worin der dritte, der sechste, der siebente und der achte Transistor (34, 36, 44, 42) N- Kanal-Transistoren sind.wherein the third, sixth, seventh and eighth transistors (34, 36, 44, 42) are N-channel transistors. 4. Verstärker nach Anspruch 2, worin der erste, der zweite, der vierte, der fünfte, der neunte und der zehnte Transistor (22, 30, 28, 32, 24, 26) N-Kanal-Transistoren sind; und worin der dritte, der sechste, der siebente und der achte Transistor (34, 36, 44, 42) P- Kanal-Transistoren sind.4. The amplifier of claim 2, wherein the first, second, fourth, fifth, ninth and tenth transistors (22, 30, 28, 32, 24, 26) are N-channel transistors; and wherein the third, sixth, seventh and eighth transistors (34, 36, 44, 42) are P-channel transistors. 5. Verstärker nach Anspruch 3 oder 4, worin dem ersten, dem vierten, dem neunten und dem zehnten Transistor (22, 28, 24, 26) eine Größe gegeben wird, so dass sie in Sättigung arbeiten und gegenüber Spannungsänderungen zwischen ihren Drains und Sources unempfindlich sind.5. An amplifier according to claim 3 or 4, wherein the first, fourth, ninth and tenth transistors (22, 28, 24, 26) are sized so that they operate in saturation and are insensitive to voltage changes between their drains and sources. 6. Verstärker nach Anspruch 3 oder 4, worin dem dritten, dem sechsten, dem siebenten und dem achten Transistor (34, 36, 44, 42) eine Größe gegeben wird, so dass sie sowohl kleinen Stromänderungen als auch Spannungsänderungen zwischen ihren Drains und Sources gegenüber empfindlich sind.6. An amplifier according to claim 3 or 4, wherein the third, sixth, seventh and eighth transistors (34, 36, 44, 42) are sized so that they are sensitive to both small current changes and voltage changes between their drains and sources. 7. Verstärker nach Anspruch 1, worin der erste und der zweite Eingang (12, 14) mit einem Paar Bit-Leitungen gekoppelt sind.7. The amplifier of claim 1, wherein the first and second inputs (12, 14) are coupled to a pair of bit lines. 8. Verstärker nach Anspruch 1, worin der erste und der zweite Eingang (12, 14) mit einem Paar Daten-Leitungen gekoppelt sind.8. The amplifier of claim 1, wherein the first and second inputs (12, 14) are coupled to a pair of data lines. 9. Verfahren zum Abtasten eines Zustands einer Speicherzelle, umfassend die Schritte des Entwickelns unterschiedlicher Ströme an zwei Eingängen (12, 14) eines Verstärkers (20; 80) bezogen auf die mit dem Zustand der Speicherzelle verbundenen Scheinwiderstände;9. A method for sensing a state of a memory cell, comprising the steps of developing different currents at two inputs (12, 14) of an amplifier (20; 80) related to the impedances associated with the state of the memory cell; des Entwickelns von Spannungsübergängen im Verstärker (20; 80) entsprechend dem Paar unterschiedlicher Ströme unddeveloping voltage transitions in the amplifier (20; 80) corresponding to the pair of different currents and des Entwickelns von Differenzialspannungen an zwei Ausgängen (38, 40) des Verstärkers (20; 80) bezogen auf das Paar unterschiedlicher Ströme;developing differential voltages at two outputs (38, 40) of the amplifier (20; 80) related to the pair of different currents; gekennzeichnet durchmarked by das Beschleunigen der Spannungsübergänge im Verstärker (20; 80) durch positive Rückkopplung, wobei die positive Rückkopplung auf die an den zwei Eingängen (12, 14) entwickelten unterschiedlichen Ströme reagiert; undaccelerating the voltage transitions in the amplifier (20; 80) by positive feedback, the positive feedback responding to the different currents developed at the two inputs (12, 14); and das Steuern der Spannungen an den Eingängen (12, 14) durch Gegenkopplung, wobei die Ausgangsspannungen zu den Eingangsspannungen rückgekoppelt werden.controlling the voltages at the inputs (12, 14) by negative feedback, whereby the output voltages are fed back to the input voltages. 10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die zwei Eingänge (12, 14) mit einem Paar Bit- Leitungen gekoppelt sind.10. The method of claim 9, wherein the two inputs (12, 14) are coupled to a pair of bit lines. 11. Verfahren nach Anspruch 9, worin die zwei Eingänge (12, 14) mit einem Paar Daten- Leitungen gekoppelt sind.11. The method of claim 9, wherein the two inputs (12, 14) are coupled to a pair of data lines.
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