JP2001006372A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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Abstract
ト線リカバリ動作が行われるようにして、タイミングマ
ージンの向上と消費電力低減を図った半導体記憶装置を
提供する。 【解決手段】 SRAMは、メモリセルアレイ1と、ビ
ット線BL,bBLに書き込みデータを転送し、書き込
み後低レベルになったビット線BL,bBLに電位回復
のための高レベル電圧を供給する書き込みドライバ3
と、ビット線BL,bBLに読み出されるデータを検知
増幅するセンスアンプ2と、ビット線BL,bBLに設
けられてビット線電位により自動的にオンオフ制御され
る電流源負荷4とを有する。電流源負荷4は、ビット線
BL,bBLと電源端子VCCの間に設けられたPMOS
トランジスタQP1,QP2と、これらをビット線B
L,bBLの反転電位により制御するインバータI4に
より構成した。
Description
に係り、特にSRAMにおけるビット線の電流源負荷に
関する。
成を示している。メモリセルアレイ1は複数のビット線
対BL,bBL(BL0,bBL0,BL1,bBL
1,…)と複数のワード線WL(WL0,WL1,…)
の各交差部にメモリセルMCを配置して構成される。ビ
ット線対BL,bBLの一端には電流源負荷4としてP
MOSトランジスタQP1,QP2が接続され、他端は
カラムゲート5を介してデータ線対DL,bDLに接続
される。データ線対DL,bDLにはデータ書き込みの
ための書き込みドライバ3が設けられ、またデータ読み
出しのためのセンスアンプ2が設けられる。
き込み信号/WEが“L”になり、書き込みデータDI
Nに応じてデータ線対DL,bDLの一方が“L”、他方
が“H”になる。これがカラムゲート5により選択され
ているビット線対BL,bBLに転送され、ワード線W
Lにより選択されているメモリセルMCに書き込まれ
る。書き込みが終了すると、書き込み信号が/WE=
“H”になり、データ線対DL,bDLはともに“H”
となって、ビット線対BL,bBLを次のデータ読み出
しまたは書き込みに備えて共に“H”レベルにするライ
トリカバリ動作が行われる。リカバリ動作では、プリチ
ャージ信号/PCHが“L”になり、ビット線負荷PM
OSトランジスタQP1,QP2がオンとなる。
びデータ線容量が大きいため、書き込みドライバ3のみ
でリカバリ動作を行うことは、高速性能の点で問題があ
る。このため、リカバリ動作では、図10に示すよう
に、プリチャージ信号/PCHを“L”として、ビット
線源負荷PMOSトランジスタQP1,QP2をオンに
して、ビット線対BL,bBLの充電を加速するように
している。データ書込み及び読出し動作では、プリチャ
ージ信号は/PCH=“H”を保つ。
線リカバリ制御の方式では、書き込みドライバ3のオン
オフとビット線負荷PMOSトランジスタQP1,QP
2のオンオフのタイミングを調整しなければならず、タ
イミングがずれると、書き込みデータの破壊や無駄な電
力消費の原因となる。更にビット線負荷によるリカバリ
は、同一ワード線により選択される全てのビット線に対
して行われるので、負荷のゲート容量の充放電でも多大
の電力が消費される。この発明は、書き込みドライバの
制御のみで自動的にビット線リカバリ動作が行われるよ
うにして、タイミングマージンの向上と消費電力低減を
図った半導体記憶装置を提供することを目的とする。
憶装置は、ビット線とワード線が交差して配設され、そ
の交差部にメモりセルが配置されたメモリセルアレイ
と、前記ビット線に書き込みデータを転送すると共に、
書き込み後低レベルになったビット線に高レベル電圧を
供給してリカバリ動作を行う書き込みドライバと、前記
ビット線に読み出されるデータを検知増幅するセンスア
ンプと、前記ビット線と電源端子との間に設けられてビ
ット線電位により制御され、前記書込みドライバによる
リカバリ動作においてビット線があるレベルまで電位回
復することによりオンしてリカバリ動作を加速する電流
源負荷とを有することを特徴とする。
は、ビット線電位により自動的に制御され、書込みドラ
イバによるリカバリ動作においてビット線があるレベル
まで電位回復することによりオンしてリカバリ動作を加
速するものとしている。従って、書込みドライバとの間
でタイミング調整は要らないため、タイミングマージン
が向上し、負荷の制御で消費されていた無駄な電力も削
減される。
負荷は、ドレインがビット線に接続され、ソースが電源
端子に接続されたPMOSトランジスタと、このPMO
Sトランジスタのゲートにビット線の電位を反転して与
えるインバータとを備えて構成される。これにより、書
込みドライバによるリカバリ動作において、低レベル側
に遷移したビット線の電位がインバータの回路しきい値
まで回復すると自動的にPMOSトランジスタがオンし
て、そのビット線の高レベルへの回復を加速する動作が
行われる。またデータ書込み時は、“L”レベルに遷移
するビット線では、その電位がインバータの回路しきい
値以下になると電流源PMOSトランジスタがオフにな
り、無駄な電流を流すことなく、高速のデータ書込みが
可能になる。
ジスタとインバータに加えて、ドレインがビット線に接
続され、ソースが接地端子に接続され、ゲートに前記イ
ンバータの出力が与えられるNMOSトランジスタを備
えることができる。これは、電流源負荷が、二つのイン
バータの入出力を逆並列接続したフリップフロップを構
成したことになる。この様な電流源負荷を用いると、デ
ータ書込み時、低レベル側に遷移するビット線側でNM
OSトランジスタがオンとなり、そのビット線のレベル
遷移が加速される。従って一層の高速データ書込みが可
能になる。
の実施の形態を説明する。 [実施の形態1]図1は、この発明の実施の形態1によ
るSRAMのコア回路構成を示している。その基本構成
は、従来の図8と同様であり、メモリセルアレイ1は複
数のビット線対BL,bBL(BL0,bBL0,BL
1,bBL1,…)と複数のワード線WL(WL0,W
L1,…)の各交差部にメモリセルMCを配置して構成
される。ビット線対BL,bBLの一端には電流源負荷
4としてPMOSトランジスタQP1,QP2が接続さ
れ、他端はカラムゲート5を介してデータ線対DL,b
DLに接続される。データ線対DL,bDLにはデータ
書き込みのための書き込みドライバ3が設けられ、また
データ読み出しのためのセンスアンプ2が設けられる。
ンバータI11,I12を逆並列に接続してなるフリッ
プフロップによるSRAMセルであり、そのノードN
1,N2はワード線WLにより駆動されるトランスファ
ゲートNMOSトランジスタQN11,QN12を介し
てそれぞれビット線BL,bBLに接続されている。こ
の実施の形態において、電流源負荷4は、ソースを電源
端子VCCに接続し、ドレインをそれぞれビット線対B
L,bBLに接続したPMOSトランジスタQP1,Q
P2と、これらのゲートにそれぞれビット線対BL,b
BLの電位を反転して与えるインバータI4とを備えて
構成される。従って電流源負荷4は、制御端子を持た
ず、後に説明するように、データ書き込み後のリカバリ
動作等において、ビット線対BL,bBLの電位により
自動的にオンオフが制御されて、リカバリ動作を加速す
る動作が行われる。
ドライバ3は、書込み信号/WEにより制御されるNO
RゲートG1,G2を主体として構成される。NORゲ
ートG1,G2には書き込みデータDINとこれをイン
バータI3により反転したデータが入力される。従っ
て、書込み信号/WEが“L”にときに、書込みデータ
DINの“H”,“L”に応じて、データ線対DL,b
DLに一方が“H”で他方が“L”となる相補信号が供
給される。
スアンプ2は、高速の増幅作用のために電流増幅型とす
ることが好ましい。具体的に電流増幅型のセンスアンプ
2は例えば、図3のように構成される。ビット線対の一
方BLに接続されるセンス入力ノードSAIN1と接地
端子VSSの間に、PMOSトランジスタQP31,QP
33が直列接続され、他方bBLに接続されるセンス入
力ノードSAIN2と接地端子VSSの間に、PMOSト
ランジスタQP32,QP34が直列接続される。PM
OSトランジスタQP33,QP34のゲートには活性
化信号/SAが入る。PMOSトランジスタQP31の
ゲートは、PMOSトランジスタQP32とQP34の
接続ノードN12に接続され、PMOSトランジスタQ
P32のゲートは、PMOSトランジスタQP31とQ
P33の接続ノードN11に接続される。接続ノードN
11,N12がセンス出力ノードSAOUT1,SAO
UT2となる。
たメモリセルMCのデータに応じてセンス入力ノードS
AIN1,SAIN2に供給される電流の差が、ノード
N11,N12の電位差となり、これがPMOSトラン
ジスタQP31,QP32に正帰還されることにより、
電流差が増幅される。これにより、センス出力ノードS
AOUT1,SAOUT2に“H”,“L”出力が得ら
れる。
の構成を用いることもできる。これは、センス入力ノー
ドSAIN1,SAIN2と接地端子VSSの間に2系統
の電流検出回路41,42が設けられ、これらの電流検
出回路41,42の出力を反転増幅するインバータ4
3,44が設けられて構成される。一方の電流検出回路
41は、カレントミラーを構成するPMOSトランジス
タQP41,QP42と、これらのドレインと接地端子
VSSの間に設けられたNMOSトランジスタQN41,
QN42により構成される。他方の電流検出回路42は
同様に、カレントミラーを構成するPMOSトランジス
タQP43,QP44と、これらのドレインと接地端子
VSSの間に設けられたNMOSトランジスタQN43,
QN44により構成される。
ノードSAIN1側のPMOSトランジスタQP41の
ゲート・ドレインが接続されているのに対し、電流検出
回路42では逆に、センス入力ノードSAIN2側のP
MOSトランジスタQP43のゲート・ドレインが接続
されている。また、電流検出回路41では、NMOSト
ランジスタQN42のゲート・ドレインが接続され、電
流検出回路42では、NMOSトランジスタQN44の
ゲート・ドレインが接続されている。
ノードSAIN1側の入力電流が大きいとすると、PM
OSトランジスタQP42はPMOSトランジスタQP
41と同じ電流を流そうとする結果、そのソース・ドレ
イン間電圧が大きくなり、ノードN41が電位低下す
る。逆に、センス入力ノードN2側の入力電流が大きい
場合は、ノードN42が電位低下する。これらのノード
N41,N42の電位変化は、それぞれNMOSトラン
ジスタQN41,QN43ドレイン電位変化となり、P
MOSトランジスタQP42,QP44に帰還される。
以上の結果、データに応じてノードN41,N42の一
方が“H”、他方が“L”となり、これらがインバータ
43,44により反転されて出力される。
るSRAMのデータ書込みとその後のリカバリ動作を説
明する。書込み信号/WEが“L”になることにより、
書込みドライバ3は、書き込みデータDINに応じて、
データ線DL,bDLの一方に“H”、他方に“L”を
出力する。この相補信号はカラムゲート5により選択さ
れたビット線対BL,bBLに転送され、ワード線WL
により選択されたメモリセルMCに書き込まれる。ここ
までは従来と変わらない書込み動作である。
対BL,bBLの一方BLが“H”、他方bBLが
“L”なるデータが与えられたとする。このとき、電流
源負荷4のビット線BL側のPMOSトランジスタQP
1はオンを保ち、ビット線BLを“H”に保つ。ビット
線bBLは“H”に充電された状態から電位低下し、そ
の電位がインバータI4の回路しきい値より低くなる
と、インバータI4の出力が“H”、従ってPMOSト
ランジスタQP2はオフになる。即ち、ビット線bBL
は電流源負荷4からの電流供給がなくなり、ほぼ接地電
位VSSまで低下する。
り、ライリカバリ動作が行われる。このとき、書込みド
ライバ3の出力は共に“H”になり、これが書込みで選
択されたビット線対BL,bBLに転送される。“L”
レベル側のビット線bBLは、書込みドライバ3の出力
により電位上昇し、これがインバータI4の回路しきい
値を超えると、PMOSトランジスタQP2がオンす
る。従ってその後は、PMOSトランジスタQP2を通
して電源VCCからビット線bBLに電流が供給されて、
リカバリ動作が加速される。即ち、リカバリ動作は、書
込みドライバ3と電流源負荷4の協働により行われる。
リカバリ終了前にカラムゲート5が閉じても、ビット線
のレベルがインバータの回路しきい値を超えていれば、
PMOSトランジスタQP2がリカバリ動作を継続す
る。
イトリカバリのタイミングは、書込みドライバ3のタイ
ミング制御により自動的に決定され、従来のようにビッ
ト線電流源負荷の制御タイミングと書込みドライバのタ
イミングのズレを心配する必要はない。従ってタイミン
グマージンが大きいものとなる。また、データ書込み
時、“L”レベルに遷移するビット線側では電流源負荷
4が自動的にオフになり、無駄な電流を流すことはな
い。これにより、消費電力削減が図られる。
BLが初期状態で“H”であり、電流源負荷4がオンし
ている。しかし、センスアンプ2として、図3或いは図
4に示したような電流増幅型センスアンプを用いれば、
電流源負荷4をオフにすることなく、確実なデータセン
スが可能である。即ち、選択されたメモリセルMCに流
れ込む電流に応じて、電流源負荷4からビット線対B
L,bBLを介してセンスアンプ2に流入する電流の差
を検知増幅することにより、電流源負荷4をオフにする
ことなく、高速のセンスが可能である。
よるSRAMのビット線電流源負荷4の構成を示してい
る。図1と対応する部分には、図1と同じ符号を付して
ある。また図1におけるメモリセルアレイ1、センスア
ンプ2、書込みドライバ3の部分はこの実施の形態でも
同じであり、図6では省略している。
て、実施の形態1の構成に加えて、NMOSトランジス
タQN5,QN6が設けられている。NMOSトランジ
スタQN5,QN6のドレインはそれぞれビット線対B
L,bBLに接続され、ソースは接地端子VSSに接続さ
れて、ゲートにはインバータI4の出力が与えられる。
この電流源負荷4は、PMOSトランジスタQP1とN
MOSトランジスタQN5とがインバータI5を構成
し、同様にPMOSトランジスタQP2とNMOSトラ
ンジスタQN6とがインバータI5を構成する。これら
のインバータI5はインバータI4と逆並列接続された
ことになり、従ってフリップフロップを構成したことに
なる。
は、基本的に先の実施の形態1と同じである。但しこの
実施の形態の場合、データ書込み時、“L”レベルに遷
移するビット線側では、その電位がインバータI4の回
路しきい値以下になると、NMOSトランジスタQN5
又はQN6がオンとなる。即ち、ビット線の“L”レベ
ルへの遷移がNMOSトランジスタQN5又はQN6に
より加速されるから、高速のデータ書込みが可能にな
る。従ってこの実施の形態によると、先の実施の形態1
と同様の効果が得られる上、より高速書込みが可能にな
るという効果が得られる。
よるSRAMの構成を、図1に対応させて示している。
図1の実施の形態1では、図には示していないが、イン
バータI4は、電源電位VCC−接地電位VSSの電圧振幅
を有する。これに対してこの実施の形態では、接地電位
VSS側に、接地電位VSSより少し高い正電位VSS1を与
えるようにしている。その他の構成は、図1と同じであ
る。
により、データ読み出し時の高速性能が改善される。即
ち、データ読み出し時、メモリセルMCはデータに応じ
てビット線対BL,bBLの一方例えばBLから電流を
引き込み、他方bBLでは電流を引き込みがない。この
とき、電流源負荷PMOSトランジスタQP1,QP2
からビット線対BL,bBLを介して活性化されたセン
スアンプ2に流入する電流は、メモリセルMCの引き込
み電流をicellとして、ビット線対BL,bBL側で
i、bBL側でi−icellとなる。但し、これは電流源
負荷4が理想的な定電流源である場合である。
1,QP2のうち、セル電流icellが流れる側のPMO
SトランジスタQP1では、そのセル電流icellが流れ
る結果として、Δiだけ電流が増大する。即ち、PMO
SトランジスタQP1は、ゲート・ソース間バイアスが
一定であるため、ドレイン・ソース間電圧|Vds|を
増大させることにより、Δiの電流増大を生じる。この
結果、センスアンプ2に流入する電流は、iと、i+Δ
i−icellとなり、理想的な電流源負荷の場合に比べて
電流差が小さくなる。ところがこの実施の形態の場合に
は、PMOSトランジスタQP1,QP2をオンさせる
ゲートの低レベル側電位を正電位VSS1としている。即
ち、これらのPMOSトランジスタQP1,QP2はオ
ンのとき、ゲート・ソース間電圧|Vgs|の小さい領
域で5極管動作をする。この結果、PMOSトランジス
タQP1側でセル電流icellが流れたときのPMOSト
ランジスタQP1による電流増大Δiを抑制することが
でき、センスアンプ2への流入電流の差を大きく保つこ
とができる。以上により、高速のデータ読出しが可能に
なる。
の電流源負荷4を用いる図6の実施の形態においても同
様に、インバータI4の低レベル側電源として、接地電
位VSSより高いVSS1を用いることは有効である。
よるSRAMの構成を、図1に対応させて示している。
この実施の形態では、電流源負荷4として、ドレインを
電源端子VCCに接続し、ソースをビット線対BL,bB
Lに接続したNMOSトランジスタQN01,QN02
を用いている。これらのNMOSトランジスタQN0
1,QN02のゲートは、ビット線対BL,bBLの電
位を2段のインバータI41,I42を介して駆動す
る。この実施の形態によっても、基本的に実施の形態1
と同様の原理で、データ書き込み後の自動的なライトリ
カバリ動作が行われる。但し、ビット線BL,bBLの
充電レベルが、NMOSトランジスタQN01,QN0
2のしきい値電圧により制限される。
例えば実施の形態ではSRAMを説明したが、電流引き
込み有無によりデータ記憶を行うメモリセルを用いるも
のであれば、例えば不揮発性半導体記憶装置等にも同様
にこの発明を適用することができる。
ット線の電流源負荷は、ビット線電位により自動的にオ
ンオフ制御され、データ書き込み動作により低レベルに
遷移したビット線によりオフ、書込みドライバによるリ
カバリ動作においてビット線があるレベルまで電位回復
することによりオンしてリカバリ動作を加速するものと
している。従って、書込みドライバとの間でタイミング
調整は要らず、タイミングマージンが向上する。また書
込動作でビット線電位があるレベルまで低下するとその
ビット線の電流源負荷は自動的にオフになるため、負荷
の制御で消費されていた無駄な電力も削減される。
示す図である。
図である。
示す図である
例を示す図である。
トリカバリ動作のタイミング図である。
流源負荷の構成を示す図である。
成を示す図である。
成を示す図である。
バリの動作タイミングを示す図である。
ドライバ、4…電流源負荷、MC…メモリセル、BL,
bBL…ビット線対、WL…ワード線、QP1,QP2
…PMOSトランジスタ、I4…インバータ。
Claims (5)
- 【請求項1】 ビット線とワード線が交差して配設さ
れ、その交差部にメモりセルが配置されたメモリセルア
レイと、 前記ビット線に書き込みデータを転送すると共に、書き
込み後低レベルになったビット線に高レベル電圧を供給
してリカバリ動作を行う書き込みドライバと、 前記ビット線に読み出されるデータを検知増幅するセン
スアンプと、 前記ビット線と電源端子との間に設けられてビット線電
位により制御され、前記書込みドライバによるリカバリ
動作においてビット線があるレベルまで電位回復するこ
とによりオンしてリカバリ動作を加速する電流源負荷と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記電流源負荷は、ドレインがビット線
に接続され、ソースが電源端子に接続されたPMOSト
ランジスタと、このPMOSトランジスタのゲートにビ
ット線の電位を反転して与えるインバータとを有するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 【請求項3】 前記電流源負荷は、ドレインがビット線
に接続され、ソースが接地端子に接続され、ゲートに前
記インバータの出力が与えられるNMOSトランジスタ
を更に備えたことを特徴とする請求項2記載の半導体記
憶装置。 - 【請求項4】 前記インバータは、出力電圧振幅が抑圧
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶
装置。 - 【請求項5】 前記メモリセルはSRAMセルであり、
前記センスアンプは流れ込む電流差を検知増幅する電流
増幅型センスアンプであることを特徴とする請求項1記
載の半導体記憶装置。
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