JP2000322896A - Flash memory - Google Patents

Flash memory

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JP2000322896A
JP2000322896A JP12806999A JP12806999A JP2000322896A JP 2000322896 A JP2000322896 A JP 2000322896A JP 12806999 A JP12806999 A JP 12806999A JP 12806999 A JP12806999 A JP 12806999A JP 2000322896 A JP2000322896 A JP 2000322896A
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JP
Japan
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voltage
mos
memory
power supply
circuit
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Application number
JP12806999A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Ogawa
浩章 小川
Shigeyuki Hashimoto
重行 橋本
Junichi Kono
淳一 河野
Hiroyuki Kida
博之 木田
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption by setting the gate voltage of a memory MOS on reading to a value which is detained by clamping a normal power supply voltage being supplied from the outside at most to the sum of the absolute value of the threshold voltage of an N-type depletion MOS and the gate voltage of the N-type depletion MOS. SOLUTION: The drain and source of an N-type depletion MOS 21 are connected in series between a normal power supply voltage Vcc supplied from the outside and a clamp voltage output node VCL, and output Vb of a gate bias circuit 22 is applied to the gate. The clamp voltage output node VCL becomes the sum of the absolute value of Vth of the N-type depletion MOS 21 and the output Vb of the gate bias circuit 22. With the value of the clamp voltage output node VCL, a current sense type sense amplifier circuit senses the presence or absence of a memory MOS current, and assures the data of the memory MOS in write state. Further, the consumption power is that of the gate bias circuit 22 only.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシングルチップマイ
コン等に搭載される単一電源動作のフラッシュメモリに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-power-supply flash memory mounted on a single-chip microcomputer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】単一電源動作のフラッシュメモリでは、
フローティングゲートに電子を注入し、メモリMOSの
しきい値電圧Vthを高くすることを消去と呼び、フロ
ーティングゲートから電子を放出し、メモリMOSのV
thを低くすることを書き込みと呼ぶ(この定義は逆に
設定される場合もある)。読み出し動作では、アドレス
デコーダで選択されたメモリMOSの電流の大小をセン
スアンプ回路にて論理出力に変換する。この時、メモリ
MOSが消去状態であれば“H”、書き込み状態であれ
ば“L”を出力する。また、読み出し動作では、データ
の信頼性を保つため、メモリMOSのゲートを駆動する
電圧を、ワード線ディスターブを起こさないような電圧
とする必要がある他、メモリMOSの電流を稼ぐため、
換言すれば高速動作を実現するため、なるべく高い電圧
としたい。
2. Description of the Related Art In a flash memory operated by a single power supply,
Injecting electrons into the floating gate to raise the threshold voltage Vth of the memory MOS is called erasing.
Reducing th is referred to as writing (this definition may be reversed). In the read operation, the magnitude of the current of the memory MOS selected by the address decoder is converted into a logical output by the sense amplifier circuit. At this time, "H" is output if the memory MOS is in the erase state, and "L" is output if the memory MOS is in the write state. In the read operation, in order to maintain data reliability, the voltage for driving the gate of the memory MOS needs to be a voltage that does not cause word line disturbance, and in order to increase the current of the memory MOS,
In other words, it is desirable to use as high a voltage as possible in order to realize high-speed operation.

【0003】従来、前記メモリセル駆動電圧の生成には
オペアンプ回路を用いていた。図5に特開平10−214496
号公報中の図12にも示されているオペアンプ回路を用
いた読み出し電圧生成回路の構成の概略を示す。この読
み出し電圧生成回路は、基準電圧発生回51,第一の定
電圧発生回路52,第二の定電圧発生回路53より構成
される。
Conventionally, an operational amplifier circuit has been used to generate the memory cell drive voltage. FIG.
FIG. 12 schematically shows a configuration of a read voltage generation circuit using an operational amplifier circuit also shown in FIG. This read voltage generation circuit includes a reference voltage generation circuit 51, a first constant voltage generation circuit 52, and a second constant voltage generation circuit 53.

【0004】基準電圧発生回路51は、電源電圧及び温
度に依存せずにある一定の基準電圧Vrefを発生する
回路である。
The reference voltage generation circuit 51 is a circuit that generates a certain reference voltage Vref independent of the power supply voltage and temperature.

【0005】第一の定電圧発生回路52は、基準電圧V
refを参照電圧として、出力回路をクランプ電圧Vr
efAに負帰還制御する回路である。具体的には、NMOS
Q1と帰還抵抗回路(ラダー抵抗回路)54とによって構
成されたソースフォロア回路を出力回路として備えると
共に、オペアンプOP1を持ち、オペアンプOP1の非
反転入力端子(+)に基準電圧Vrefを受け、オペア
ンプOP1の反転入力端子(−)に出力回路からの帰還
信号を受け、オペアンプOP1の出力によってNMOS
Q1のコンダクタンスを制御する。クランプ電圧Vre
fAは、帰還抵抗回路54の分圧比と基準電圧Vref
とによって定まる一定の電圧になる。このクランプ電圧
VrefAは、論理的には電源電圧Vccに依存しな
い。また、第一の定電圧発生回路52ではプロセスバラ
ツキによる基準電圧Vrefの変動を帰還抵抗回路54
を調整することで補正を行っている。
The first constant voltage generating circuit 52 generates a reference voltage V
ref is used as a reference voltage to set the output circuit to clamp voltage Vr.
This is a circuit for performing negative feedback control on efA. Specifically, NMOS
A source follower circuit constituted by Q1 and a feedback resistor circuit (ladder resistor circuit) 54 is provided as an output circuit, has an operational amplifier OP1, receives a reference voltage Vref at a non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP1, and receives the reference voltage Vref. The feedback signal from the output circuit is received at the inverting input terminal (−) of the
Control the conductance of Q1. Clamp voltage Vre
fA is the division ratio of the feedback resistor circuit 54 and the reference voltage Vref.
And a constant voltage determined by This clamp voltage VrefA does not logically depend on the power supply voltage Vcc. Further, the first constant voltage generation circuit 52 recognizes the fluctuation of the reference voltage Vref due to the process variation by the feedback resistance circuit 54.
Is adjusted by adjusting.

【0006】第二の定電圧発生回路53は、前記クラン
プ電圧VrefAを参照電圧として、出力回路をクラン
プ電圧VfixAに負帰還制御する回路である。具体的
には、NMOSQ2と帰還抵抗R1,R2とによって構
成されたソースフォロア回路を出力回路として備えると
共に、オペアンプOP2を持ち、オペアンプOP2の非
反転入力端子(+)にクランプ電圧VrefAを受け、
オペアンプOP2の反転入力端子(−)に出力回路から
の帰還信号を受け、オペアンプOP2の出力によってN
MOSQ2のコンダクタンスを制御する。クランプ電圧
VfixAは、帰還抵抗R1,R2の分圧比とクランプ
電圧VrefAとによって定まる一定の電圧になる。こ
のクランプ電圧VfixAは、論理的には電源電圧Vc
cに依存しない。
The second constant voltage generating circuit 53 is a circuit that performs negative feedback control of the output circuit to the clamp voltage VfixA using the clamp voltage VrefA as a reference voltage. More specifically, a source follower circuit including an NMOS Q2 and feedback resistors R1 and R2 is provided as an output circuit, has an operational amplifier OP2, and receives a clamp voltage VrefA at a non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP2.
The inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP2 receives a feedback signal from the output circuit, and the output of the operational amplifier OP2 causes N
It controls the conductance of MOSQ2. The clamp voltage VfixA is a constant voltage determined by the voltage division ratio of the feedback resistors R1 and R2 and the clamp voltage VrefA. This clamp voltage VfixA is logically the power supply voltage Vc
does not depend on c.

【0007】前記クランプ電圧VfixAをメモリMO
Sの駆動電圧として使用することにより、ワード線ディ
スターブ電圧以下で可能な限り高い電圧での読み出し動
作が可能となる。
The clamp voltage VfixA is stored in a memory MO
By using it as the drive voltage for S, it is possible to perform a read operation at a voltage as high as possible below the word line disturb voltage.

【0008】一方、オペアンプではバイアス電流を必要
とし、読み出し動作中常に一定の直流電流を流している
(数mA程度)。このため、サブアクティブモード等の
低消費電力モードでも消費電力が小さくならないという
問題を生じる。
On the other hand, an operational amplifier requires a bias current, and a constant DC current always flows during a read operation (about several mA). Therefore, there is a problem that power consumption does not decrease even in a low power consumption mode such as a subactive mode.

【0009】図6に従来使用されている電流電圧変換型
センスアンプ回路(以下I−V変換型センスアンプ回路
と称す)の構成の概略を示す。負荷PMOS61,検出
用インバータ62,ゲートバイアス回路63から構成さ
れ、Yセレクタ110,111,選択MOS102,メモリ
MOS101と接続する。読み出し動作時、ソース電位
制御回路104はメモリMOS101のソースにGND
電位を供給する。メモリMOS101が消去状態である
時は、メモリMOS101の電流が微小となり、負荷P
MOS61とメモリMOS101とで分圧されるノード
cの電位は、検出用インバータ62のロジカルスレッシ
ョルド電圧VLT以上になり、検出用インバータ62は
GND電位レベル“0”を出力する。一方、メモリMO
S101が書き込み状態である時は、メモリMOS10
1の電流が大となり、ノードcの電位は検出用インバー
タ62のロジカルスレッショルド電圧VLT以下にな
り、検出用インバータ62は電源電圧電位レベル“1”
を出力する。
FIG. 6 shows a schematic configuration of a conventional current-voltage conversion type sense amplifier circuit (hereinafter referred to as an IV conversion type sense amplifier circuit). It comprises a load PMOS 61, a detection inverter 62, and a gate bias circuit 63, and is connected to Y selectors 110 and 111, a selection MOS 102, and a memory MOS 101. At the time of a read operation, the source potential control circuit 104 applies GND to the source of the memory MOS 101.
Supply potential. When the memory MOS 101 is in the erased state, the current of the memory MOS 101 becomes very small and the load P
The potential of the node c divided by the MOS 61 and the memory MOS 101 becomes higher than the logical threshold voltage VLT of the detection inverter 62, and the detection inverter 62 outputs the GND potential level “0”. On the other hand, the memory MO
When S101 is in the write state, the memory MOS 10
1 becomes large, the potential of the node c becomes lower than the logical threshold voltage VLT of the detection inverter 62, and the detection inverter 62 becomes at the power supply voltage potential level “1”.
Is output.

【0010】メモリMOS101の駆動電位(図5中の
クランプ電圧VfixA)は理論的には電源電圧Vcc
に依存しないが、実際には電源電圧Vccがクランプ電
圧以下となると、電源電圧Vccを出力する。Vccが
クランプ電圧以下となるような低電圧領域では、メモリ
MOSの駆動電圧がVccとなり、書き込み状態のメモ
リMOS101の電流が減少する。よって、読み出し速
度の劣化または、誤読み出しの可能性を有する。
The driving potential (clamp voltage VfixA in FIG. 5) of the memory MOS 101 is theoretically the power supply voltage Vcc.
In practice, the power supply voltage Vcc is output when the power supply voltage Vcc falls below the clamp voltage. In a low voltage region where Vcc is equal to or lower than the clamp voltage, the drive voltage of the memory MOS becomes Vcc, and the current of the memory MOS 101 in the written state decreases. Therefore, there is a possibility that the reading speed is deteriorated or erroneous reading is performed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低消
費電力化が可能な単一電源動作のフラッシュメモリを提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a single-power-supply flash memory capable of reducing power consumption.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によるフラッシュ
メモリにおいては、通常読み出し時に際しては、メモリ
MOSのゲート駆動電圧生成回路を、外部から供給され
る通常の電源電圧をN型デプレッションMOSのVth
の絶対値と、N型デプレッションMOSのゲート電圧の
和の値以下にクランプするDMOSクランプ回路とす
る。N型デプレッションMOSのVthの絶対値と、N
型デプレッションMOSのゲート電圧の和の値は、消去
状態のメモリMOSのVthと書き込み状態のメモリM
OSのVthの間とし、上限をメモリMOSがワード線デ
ィスターブを起こさないような値とする。一方、消去後
のベリファイ,書き込み後のベリファイに際しては、現
状の消去後のベリファイ用電源、書き込み後のベリファ
イ用電源を用いてベリファイを行う。また、通常読み出
し時のセンスアンプ回路には、書き込み状態のメモリM
OSのVthがメモリMOSのゲート駆動電圧以下、消
去状態のメモリMOSのVthがメモリMOSのゲート
駆動電圧以上であれば正常な値を出力する、換言すれば
メモリMOSの電流の有無を検出する、高速電流センス
型センスアンプ回路を使用する。一方、書き込み後のベ
リファイ,消去後のベリファイに際しては、メモリMO
Sの書き込みレベル及び消去レベルをモニタ可能な現状
の、I−V変換型センスアンプ回路を使用する。
In the flash memory according to the present invention, at the time of normal reading, the gate drive voltage generation circuit of the memory MOS is changed to the normal power supply voltage supplied from outside by the Vth of the N-type depletion MOS.
, And a DMOS clamp circuit that clamps the absolute value of the gate voltage of the N-type depletion MOS to the sum or less. The absolute value of Vth of N-type depletion MOS and N
The sum value of the gate voltage of the depletion type MOS is Vth of the memory MOS in the erased state and the memory M in the written state.
The upper limit is set to a value such that the memory MOS does not cause word line disturbance. On the other hand, at the time of verifying after erasing and verifying after writing, verifying is performed using the current verifying power supply after erasing and the current verifying power supply after writing. In addition, the sense amplifier circuit at the time of normal reading includes the memory M in the written state.
If Vth of the OS is equal to or lower than the gate drive voltage of the memory MOS and Vth of the memory MOS in the erased state is equal to or higher than the gate drive voltage of the memory MOS, a normal value is output. In other words, the presence or absence of the current of the memory MOS is detected. A high-speed current sense type sense amplifier circuit is used. On the other hand, during verification after writing and verification after erasing, the memory MO
An existing IV conversion type sense amplifier circuit capable of monitoring the write level and erase level of S is used.

【0013】前記DMOSクランプ回路は、外部より供
給する電源電圧VccからメモリMOSのゲートを駆動
するゲート駆動電圧を生成する働きがある。更に外部電
源電圧Vccが変動してもゲート駆動電圧を一定の電圧
にクランプする働きを有する。更に前記電流センス型セ
ンスアンプ回路は、メモリMOS電流の有無を検出して
電圧レベルに変換し、論理値“H”又は“L”を出力す
る働きを有する。
The DMOS clamp circuit has a function of generating a gate drive voltage for driving the gate of the memory MOS from a power supply voltage Vcc supplied from the outside. Further, it has a function of clamping the gate drive voltage to a constant voltage even when the external power supply voltage Vcc fluctuates. Further, the current sense type sense amplifier circuit has a function of detecting presence / absence of a memory MOS current, converting it to a voltage level, and outputting a logical value “H” or “L”.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1に本発明の読み
出し回路の概略を示す。通常読み出し用電源105,書
き込み後のベリファイ用電源106及び消去後のベリフ
ァイ用電源107が切り換えスイッチ108を介してワ
ード線駆動用のレベルシフト回路109の電源端子に接
続する。ワード線WLにはメモリMOS101が接続
し、メモリMOS101のソースがソース電位制御回路1
04と接続する。メモリMOS101のドレインは、副
ビット線SBLに接続し、選択MOS102,103を
介してビット線BLに接続する。ビット線BLは、Yセ
レクタ110,111を介してI−V変換型センスアン
プ回路112と電流センス型センスアンプ回路113に
接続する。上記二種類のセンスアンプ回路は、データ線
初期化信号PREとセンスアンプ起動信号SACとモー
ド切り換え信号MODCにて制御され、出力を切り換え
スイッチ114を介してSOUTとして出力する。
(Embodiment 1) FIG. 1 schematically shows a read circuit of the present invention. A power supply 105 for normal reading, a power supply 106 for verification after writing, and a power supply 107 for verification after erasing are connected to a power supply terminal of a word line driving level shift circuit 109 via a changeover switch 108. The memory MOS 101 is connected to the word line WL, and the source of the memory MOS 101 is connected to the source potential control circuit 1.
04. The drain of the memory MOS 101 is connected to the sub-bit line SBL, and is connected to the bit line BL via the selection MOSs 102 and 103. The bit line BL is connected to an IV conversion type sense amplifier circuit 112 and a current sense type sense amplifier circuit 113 via Y selectors 110 and 111. The two types of sense amplifier circuits are controlled by a data line initialization signal PRE, a sense amplifier start signal SAC, and a mode switching signal MODC, and output the output as SOUT via a switch 114.

【0015】消去後のベリファイ及び書き込み後のベリ
ファイに際しては、従来と同様に消去後のベリファイ用
電源107及び書き込み後のベリファイ用電源106に
てメモリMOS101のゲートを駆動し、I−V変換型
センスアンプ回路112を用いて、消去レベル及び書き
込みレベルの設定を行う。
At the time of verifying after erasing and verifying after writing, the gate of the memory MOS 101 is driven by the verifying power supply 107 after erasing and the verifying power supply 106 after writing in the same manner as in the prior art, and the IV conversion type sense is performed. The erasing level and the writing level are set using the amplifier circuit 112.

【0016】一方、通常の読み出しに際しては、通常読
み出し用電源105にてメモリMOS101のゲートを
駆動し、電流センス型センスアンプ回路113を用いて
データを読み出す。
On the other hand, at the time of normal reading, the gate of the memory MOS 101 is driven by the normal reading power supply 105, and data is read using the current sense type sense amplifier circuit 113.

【0017】図1中の通常読み出し用電源105の構成
を図2に示す。本回路は、外部から供給される通常の電
源電圧Vccとクランプ電圧出力ノードVCLとの間に
N型デプレッションMOS21のドレイン・ソースが直
列に接続され、そのゲートにゲートバイアス回路22の
出力Vbが印加される。クランプ電圧出力ノードVCL
は、N型デプレッションMOS21のVthの絶対値と
ゲートバイアス回路22の出力Vbとの和の値となる。
例えば、N型デプレッションMOS21のVthが−
3.0V,Vbが0.5Vの場合、VCLは3.5Vとな
る。
FIG. 2 shows the configuration of the normal read power supply 105 in FIG. In this circuit, the drain and source of an N-type depletion MOS 21 are connected in series between a normal power supply voltage Vcc supplied from the outside and a clamp voltage output node VCL, and the output Vb of the gate bias circuit 22 is applied to the gate thereof. Is done. Clamp voltage output node VCL
Is the sum of the absolute value of Vth of the N-type depletion MOS 21 and the output Vb of the gate bias circuit 22.
For example, when the Vth of the N-type depletion MOS 21 is −
When 3.0V and Vb are 0.5V, VCL becomes 3.5V.

【0018】上記クランプ電圧出力ノードVCLの値
は、電流センス型センスアンプ回路がメモリMOS電流
の有無をセンスする特性と、書き込み状態のメモリMO
Sのデータを保証することより、消去状態のメモリMO
SのVthと書き込み状態のメモリMOSのVthの間
とし、上限をメモリMOSが消去動作を起こさないよう
な値とする。
The value of the clamp voltage output node VCL depends on the characteristic that the current sense type sense amplifier circuit senses the presence or absence of the memory MOS current and the write state of the memory MO.
By guaranteeing the data of S, the memory MO in the erased state
S is set between Vth of S and Vth of the memory MOS in the written state, and the upper limit is set to a value that does not cause the memory MOS to perform an erase operation.

【0019】また、上記クランプ電圧出力ノードVCL
の生成に際し発生する消費電力は、ゲートバイアス回路
22の消費電力のみとなり、ゲートバイアス回路22の
消費電力を抑えることにより、低消費電力化が可能とな
る。
Further, the clamp voltage output node VCL
Only the power consumption of the gate bias circuit 22 is generated at the time of generation of the data, and the power consumption can be reduced by suppressing the power consumption of the gate bias circuit 22.

【0020】図2中のゲートバイアス回路22の構成を
図3に示す。動作クロックCLKによりPMOS31,
32が排他動作を行う。PMOS31がオンすると容量
33の両端電圧が共にVccとなり容量33は放電状態
となる。次いでPMOS32がオンすると、PMOS3
2,NMOS34を介して容量33の充電電流がGNDに
向かって流れ、これによって、NMOS34のゲート・
ソース間電位Vbが確立する。さらにPMOS32がオ
フ,PMOS31がオンとなれば上記初期状態に戻り容
量33は放電モードとなり充電電流をオフする。ここ
で、一旦確立したNMOS34のゲート・ソース間電位
Vbは、NMOS34のサブスレッショルド電流で抜か
れる以外のリークパスがないため、その放電時定数は、
動作クロックCLKの幅に対して十分長くなる。よって
動作クロックにより断続的に容量33の充電電流を供給
することにより電位を維持することができる。本回路
は、VccからGNDへの直流パスがなく、動作クロッ
クCLKの切り換え時にほとんどの電流を消費する。よ
って動作クロックが低速になるほど低消費電力化に効果
を発揮する。例えばこのゲートバイアス回路がマイコン
の低消費電力モードで消費する電流は、数十nA程度と
小さい。
FIG. 3 shows the configuration of the gate bias circuit 22 shown in FIG. PMOS31,
32 performs an exclusive operation. When the PMOS 31 is turned on, both voltages of the capacitor 33 become Vcc, and the capacitor 33 is discharged. Next, when the PMOS 32 is turned on, the PMOS 3
2. The charging current of the capacitor 33 flows toward GND via the NMOS 34, thereby
The source-to-source potential Vb is established. When the PMOS 32 is turned off and the PMOS 31 is turned on, the operation returns to the initial state, and the capacitor 33 is set in the discharging mode to turn off the charging current. Here, since the gate-source potential Vb of the NMOS 34 once established does not have a leak path except for being pulled out by the sub-threshold current of the NMOS 34, the discharge time constant is
It becomes sufficiently longer than the width of the operation clock CLK. Therefore, the potential can be maintained by intermittently supplying the charging current of the capacitor 33 by the operation clock. This circuit has no DC path from Vcc to GND and consumes most of the current when switching the operation clock CLK. Therefore, the lower the operation clock is, the more effective the power consumption is. For example, the current consumed by the gate bias circuit in the low power consumption mode of the microcomputer is as small as about several tens nA.

【0021】図1中のI−V変換型センスアンプ回路1
12の構成を図8に示す。I−V変換型センスアンプ回
路は、第一のデータ線初期化回路81,第二のデータ線
初期化回路82,メモリMOSのドレイン電圧を一定に
保つ電圧クランプ回路83,データ検出部84,消去後
のベリファイ用の負荷PMOS85,書き込み後のベリ
ファイ用の負荷PMOS86,データ線ディスチャージ
NMOS87,88から構成される。図9に動作タイミ
ングを示す。書き込み及び消去後のベリファイ時、起動
信号IVSAC,SACの立ち上がりから1ショットパ
ルスで初期設定信号IVPREを生成し、第一のデータ
線初期化回路81,第二のデータ線初期化回路82でデ
ータ線INの初期化を行う。IVPREの立ち下がりで
初期設定プリチャージ電流はOFFし、書き込み後のベ
リファイ時には負荷PMOS86から、また、消去後の
ベリファイ時には負荷PMOS85からメモリMOSに
向かっての電流を生じる。この時メモリMOSの動作抵
抗と負荷PMOSの動作抵抗の分圧比で定まるノードd
のレベルをデータ検出部84にて論理出力に変換する。
その後、IVSAC,SACが立ち下がりベルファイ動
作を終了すると、データ線ディスチャージNMOS8
7,88がONし、データ線の電位を引き抜く。また、
データ線ディスチャージNMOS87,88は通常読み
出しモードでのディスチャージ動作も兼用しており、読
み出し終了後にデータ線の電位を引き抜いている。
The IV conversion type sense amplifier circuit 1 shown in FIG.
FIG. The IV conversion type sense amplifier circuit includes a first data line initializing circuit 81, a second data line initializing circuit 82, a voltage clamp circuit 83 for keeping the drain voltage of the memory MOS constant, a data detecting section 84, an eraser. It comprises a load PMOS 85 for later verification, a load PMOS 86 for verification after writing, and data line discharge NMOSs 87 and 88. FIG. 9 shows the operation timing. At the time of verification after writing and erasing, an initial setting signal IVPRE is generated with one shot pulse from the rise of the start signals IVSAC and SAC, and the first data line initializing circuit 81 and the second data line initializing circuit 82 use the data line Initialize IN. At the fall of IVPRE, the initially set precharge current is turned off, and a current is generated from the load PMOS 86 during verification after writing, and from the load PMOS 85 to memory MOS during verification after erasure. At this time, a node d determined by a voltage dividing ratio of the operating resistance of the memory MOS and the operating resistance of the load PMOS.
Is converted to a logical output by the data detection unit 84.
After that, when IVSAC and SAC fall and the Belphi operation ends, the data line discharge NMOS 8
7, 88 are turned on to pull out the potential of the data line. Also,
The data line discharge NMOSs 87 and 88 also perform a discharge operation in the normal read mode, and pull out the potential of the data line after the end of the read.

【0022】図10に書き込み時及び消去時のI−V変
換型センスアンプ回路の負荷PMOSとメモリMOSの電流
特性を示す。負荷PMOSは、負荷抵抗として動作し、
また、この時センスアンプ電源電圧がある一定の電圧に
クランプされるため、ある電流値に固定される。一方、
メモリMOSは、ソースがGNDに接続され、ドレイン
が電圧クランプ回路83により、ある一定の値にクラン
プされるので二乗曲線の特性となる。この特性は書き込
み動作を行うと左に平行移動し、消去動作を行うと右に
平行移動する。I−V変換型センスアンプ回路はメモリ
MOSの電流値が負荷PMOSの電流値以下では“L”
を出力し、メモリMOSの電流値が負荷PMOSの電流
値以上では“H”を出力する。よってメモリMOSのV
thを書き込みレベルに設定する場合は、ワード線電位
を設定したい書き込みレベル+ΔV(ΔVは負荷PMO
Sサイズに依存するため、任意に設定可能)として書き
込み動作を行い、I−V変換型センスアンプ回路の出力
が“L”から“H”への切り換わる点をモニタすればよ
い。同様にメモリMOSのVthを消去レベルに設定す
る場合は、ワード線電位を設定したい消去レベル+ΔV
として消去動作を行い、I−V変換型センスアンプ回路
の出力が“H”から“L”への切り換わる点をモニタす
ればよい。このようにI−V変換型センスアンプ回路を
用いることで書き込みレベル及び消去レベルを任意の値
に設定可能である。
FIG. 10 shows current characteristics of the load PMOS and the memory MOS of the IV conversion type sense amplifier circuit at the time of writing and erasing. The load PMOS operates as a load resistor,
At this time, since the sense amplifier power supply voltage is clamped to a certain voltage, it is fixed to a certain current value. on the other hand,
The memory MOS has a square-curve characteristic because the source is connected to GND and the drain is clamped to a certain value by the voltage clamp circuit 83. This characteristic moves parallel to the left when a write operation is performed, and moves parallel to the right when an erase operation is performed. The IV conversion type sense amplifier circuit is "L" when the current value of the memory MOS is equal to or less than the current value of the load PMOS.
And outputs “H” when the current value of the memory MOS is equal to or larger than the current value of the load PMOS. Therefore, V of the memory MOS
When setting th to the write level, the write level + ΔV (ΔV is the load PMO
The write operation may be performed as arbitrarily set because it depends on the S size, and the point at which the output of the IV conversion type sense amplifier circuit switches from “L” to “H” may be monitored. Similarly, when Vth of the memory MOS is set to the erase level, the word line potential is set to the erase level + ΔV
Erase operation is performed, and the point at which the output of the IV conversion type sense amplifier circuit switches from “H” to “L” may be monitored. As described above, by using the IV conversion type sense amplifier circuit, the write level and the erase level can be set to arbitrary values.

【0023】図1中の電流センス型センスアンプ回路1
13の構成を図4に示す。電流センス型センスアンプ回
路はメモリMOSのドレイン電圧を一定に保つ電圧クラ
ンプ回路41,データ検出部42,メモリMOS電流増
幅部43,データ線初期化PMOS44から構成され
る。図7に動作タイミングをしめす。通常読み出し動作
時、モード切り換え信号MODCは“H”となり、起動
信号CSACの立ち上がりから1ショットパルスで初期
設定信号CPREを生成し、データ線初期化PMOS4
4でデータ線INの初期化を行う。CPREの立ち下が
りで初期設定プリチャージ電流はOFFし、書き込み,
消去の状態に応じた電流が経路aに流れる。この電流を
メモリMOS電流増幅部43で増幅し、データ検出部4
2で論理出力に変換する。メモリMOSが消去状態であ
れば経路aに電流が生じないため、ノードbはCPRE
とNMOS45によりGNDレベルとなる。よって、出
力OUTは、“L”を出力する。メモリMOSが書き込
み状態であれば経路aに電流が生じ、メモリMOS電流
増幅部43で増幅され、ノードbは電源電圧Vcc近くの
レベルとなる。よって、出力OUTは、“H”を出力す
る。また、書き込み状態のメモリMOS電流が低電圧領
域で減少してしまったとしても、メモリMOS電流増幅
部43で増幅するため、正常動作を期待できる。以上よ
り、本センスアンプは、メモリMOS電流の有無そのも
のを検出可能であり、ワード線駆動電位が書き込み状態
のメモリMOSのVthと消去状態のメモリMOSのV
thの間の電位であれば、安定した動作を望める。
The current sense type sense amplifier circuit 1 shown in FIG.
FIG. The current sense type sense amplifier circuit includes a voltage clamp circuit 41 for keeping the drain voltage of the memory MOS constant, a data detection unit 42, a memory MOS current amplification unit 43, and a data line initialization PMOS 44. FIG. 7 shows the operation timing. At the time of the normal read operation, the mode switching signal MODC becomes “H”, and the initialization signal CPRE is generated by one shot pulse from the rise of the start signal CSAC, and the data line initialization PMOS 4
In step 4, the data line IN is initialized. At the fall of CPRE, the initial setting precharge current is turned off,
A current corresponding to the erase state flows through the path a. This current is amplified by the memory MOS current amplifying section 43 and the data detecting section 4
The data is converted to a logical output by 2. If the memory MOS is in the erased state, no current is generated in the path a, so that the node b
And the NMOS 45 to the GND level. Therefore, the output OUT outputs “L”. If the memory MOS is in the write state, a current is generated in the path a, amplified by the memory MOS current amplifying unit 43, and the level of the node b becomes close to the power supply voltage Vcc. Therefore, the output OUT outputs “H”. Further, even if the memory MOS current in the written state decreases in the low voltage region, normal operation can be expected because the memory MOS current amplifier 43 amplifies the current. As described above, the present sense amplifier can detect the presence / absence of the memory MOS current, and the Vth of the memory MOS in the write state and the Vth of the memory MOS in the erase state can be detected.
If the potential is between th, stable operation can be expected.

【0024】(実施例2)図11に実施例1のフラッシ
ュメモリのマイクロコンピュータへの搭載例を示す。マ
イクロコンピュータ1101には、フラッシュメモリ1
102,中央処理装置1106,ランダムアクセスメモ
リ1107,タイマ1108,シリアル1109等が内
蔵され、外部から供給される単一の電源電圧Vccを動
作電源とする。フラッシュメモリ1102の通常読み出
し動作では、前記電源電圧Vccを通常読み出し用電源
105により、書き込み状態のメモリMOSのVthと
消去状態のメモリMOSのVthの間の電圧にクランプ
し、ワードドライバ109の電源としてメモリセルアレ
イ1104中のメモリMOSのゲートを駆動する。更に
通常読み出し動作では、メモリMOS電流の有無を検出
する電流センス型センスアンプ回路113にてデータバ
ス1105へのデータ出力を行う。本実施例によれば、
マイクロコンピュータのプログラム実行時での低消費,
低電圧動作が可能となる。
(Embodiment 2) FIG. 11 shows an example of mounting the flash memory of Embodiment 1 on a microcomputer. The microcomputer 1101 has a flash memory 1
102, a central processing unit 1106, a random access memory 1107, a timer 1108, a serial 1109, and the like are built in, and a single power supply voltage Vcc supplied from outside is used as an operation power supply. In the normal read operation of the flash memory 1102, the power supply voltage Vcc is clamped by the normal read power supply 105 to a voltage between Vth of the memory MOS in the write state and Vth of the memory MOS in the erase state, and is used as the power supply of the word driver 109. The gate of the memory MOS in the memory cell array 1104 is driven. Further, in the normal read operation, data is output to the data bus 1105 by the current sense type sense amplifier circuit 113 for detecting the presence or absence of the memory MOS current. According to the present embodiment,
Low consumption of microcomputer program execution,
Low voltage operation becomes possible.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、Vcc=2.2V程度
のような低電圧からVcc=5.5V程度のような高電
圧まで低消費電力化を実現したフラッシュメモリの読み
出し動作が実現できる。
According to the present invention, a read operation of a flash memory which realizes low power consumption from a low voltage such as Vcc = about 2.2 V to a high voltage such as Vcc = about 5.5 V can be realized. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1における通常読み出し用電源の構成。FIG. 2 is a configuration of a normal read power supply in FIG. 1;

【図3】図2におけるゲートバイアス回路の構成。FIG. 3 is a configuration of a gate bias circuit in FIG. 2;

【図4】図1における電流センス型センスアンプ回路の
構成。
FIG. 4 is a configuration of a current sense type sense amplifier circuit in FIG. 1;

【図5】従来の通常読み出し用電源の構成。FIG. 5 shows a configuration of a conventional normal read power supply.

【図6】従来の電流−電圧変換型センスアンプ回路の概
略図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional current-voltage conversion type sense amplifier circuit.

【図7】図4におけるタイミング図。FIG. 7 is a timing chart in FIG. 4;

【図8】図1におけるI−V変換型センスアンプ回路の
構成。
8 is a configuration of an IV conversion type sense amplifier circuit in FIG.

【図9】図8におけるタイミング図。FIG. 9 is a timing chart in FIG. 8;

【図10】図8における負荷PMOSとメモリMOSの
電流特性。
FIG. 10 shows current characteristics of a load PMOS and a memory MOS in FIG.

【図11】図1の実施例のマイクロコンピュータへの応
用を示す概略図。
11 is a schematic diagram showing an application of the embodiment of FIG. 1 to a microcomputer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…メモリMOS、102,103…選択MOS、
104…ソース電位制御回路、105…通常読み出し用
電源、106…書き込み後のベリファイ用電源、107
…消去後のベリファイ用電源、108,114…切り換
えスイッチ、109…レベルシフト回路、110,11
1…Yセレクタ、112…I−V変換型センスアンプ回
路、113…電流センス型センスアンプ回路、WL…ワ
ード線、SBL…副ビット線、BL…ビット線、DL…
データ線、21…N型デプレッションMOS、22…ゲ
ートバイアス回路、31,32…PMOS、33…容
量、34…NMOS、41…電圧クランプ回路、42…
データ検出部、43…メモリMOS電流増幅部、44…
データ初期化PMOS、51…基準電圧発生回路、52
…第一の定電圧発生回路、53…第二の定電圧発生回
路、54…帰還抵抗回路、61…負荷PMOS、62…
検出用インバータ、63…ゲートバイアス回路、81…
第一のデータ線初期化回路、82…第二のデータ線初期
化回路、83…電圧クランプ回路、84…データ検出
部、85…消去後のベリファイ用の負荷PMOS、86
…書き込み後のベリファイ用の負荷PMOS、87,8
8…データ線ディスチャージNMOS、1101…マイ
クロコンピュータ、1102…フラッシュメモリの通常
読み出し回路の概略、1103…電源電圧Vcc、1104
…メモリセルアレイ、1105…データバス、1106
…中央処理装置、1107…ランダムアクセスメモリ、
1108…タイマ、1109…シリアル。
101: memory MOS, 102, 103: selection MOS,
104: source potential control circuit, 105: power supply for normal reading, 106: power supply for verification after writing, 107
... power supply for verification after erasing, 108, 114 ... changeover switch, 109 ... level shift circuit, 110, 11
1 Y selector, 112 IV conversion type sense amplifier circuit, 113 current sense type sense amplifier circuit, WL word line, SBL sub bit line, BL bit line, DL
Data line, 21 ... N-type depletion MOS, 22 ... Gate bias circuit, 31, 32 ... PMOS, 33 ... Capacitance, 34 ... NMOS, 41 ... Voltage clamp circuit, 42 ...
Data detector 43, memory MOS current amplifier 44
Data initialization PMOS, 51 ... reference voltage generation circuit, 52
.., A first constant voltage generating circuit, 53, a second constant voltage generating circuit, 54, a feedback resistor circuit, 61, a load PMOS, 62,.
Inverter for detection, 63 ... gate bias circuit, 81 ...
A first data line initialization circuit, 82 a second data line initialization circuit, 83 a voltage clamp circuit, 84 a data detection unit, 85 a verifying load PMOS after erase, 86
... Verification load PMOS after writing, 87, 8
8 Data line discharge NMOS 1101 Microcomputer 1102 Outline of normal read circuit of flash memory 1103 Power supply voltage Vcc 1104
... memory cell array, 1105 ... data bus, 1106
... Central processing unit, 1107 ... Random access memory,
1108: timer, 1109: serial.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 重行 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 河野 淳一 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 木田 博之 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 Fターム(参考) 5B025 AD03 AD06 AE06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigeyuki Hashimoto 3-2-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Kono 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Hiroyuki Kida 3-1-1 Kochicho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Inside Hitachi Plant Hitachi Plant F-term (reference) 5B025 AD03 AD06 AD06 AE06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外部電源端子に供給される単一の電源電圧
を動作電源とし、読み出し時のメモリMOSのゲート駆
動電圧が、外部から供給される通常の電源電圧を、N型
デプレッションMOSのVthの絶対値と、N型デプレ
ッションMOSのゲート電圧の和の値以下にクランプし
た電圧であることを特徴とするフラッシュメモリ。
A single power supply voltage supplied to an external power supply terminal is used as an operation power supply, and a gate drive voltage of a memory MOS at the time of reading is changed from a normal power supply voltage supplied from the outside to Vth of an N-type depletion MOS. And a voltage clamped to be equal to or less than a sum of an absolute value of the gate voltage of the N-type depletion MOS and a gate voltage of the N-type depletion MOS.
【請求項2】請求項1において、N型デプレッションM
OSのゲート電圧を設定するゲートバイアス回路を有す
ることを特徴とするフラッシュメモリ。
2. The method according to claim 1, wherein the N-type depression M
A flash memory having a gate bias circuit for setting a gate voltage of an OS.
【請求項3】請求項1において、N型デプレッションM
OSのVthの絶対値と、N型デプレッションMOSの
ゲート電圧の和の値が、消去状態のメモリMOSのVt
hと書き込み状態のメモリMOSのVthの間の電圧で
あることを特徴とするフラッシュメモリ。
3. The method according to claim 1, wherein the N-type depression M
The sum of the absolute value of Vth of the OS and the gate voltage of the N-type depletion MOS is equal to the Vt of the memory MOS in the erased state.
a flash memory having a voltage between h and Vth of a memory MOS in a written state.
【請求項4】請求項1において、特性の異なる二種類の
センスアンプ回路とセンスアンプ切り換え手段を有し、
消去後のベリファイ及び書き込み後のベリファイモード
と通常読み出しモードで使い分けていることを特徴とす
るフラッシュメモリ。
4. The device according to claim 1, further comprising two types of sense amplifier circuits having different characteristics and sense amplifier switching means.
A flash memory, wherein a verify mode after erasure, a verify mode after write, and a normal read mode are selectively used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100464951B1 (en) * 2002-03-28 2005-01-06 매그나칩 반도체 유한회사 Apparatus for decreasing power consumption of flash and memory thereof
WO2005007413A1 (en) 2003-07-22 2005-01-27 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head and its manufacture method

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US7758158B2 (en) 2003-07-22 2010-07-20 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet head and its manufacture method
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