JP2001189080A - センスアンプ、増幅器、およびセンスアンプの作動方法 - Google Patents

センスアンプ、増幅器、およびセンスアンプの作動方法

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JP2001189080A
JP2001189080A JP37570099A JP37570099A JP2001189080A JP 2001189080 A JP2001189080 A JP 2001189080A JP 37570099 A JP37570099 A JP 37570099A JP 37570099 A JP37570099 A JP 37570099A JP 2001189080 A JP2001189080 A JP 2001189080A
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bit line
voltage
sense amplifier
coupled
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Gerhard Mueller
ミュラー ゲールハルト
Heinz Hoenigschmid
ヘーニッヒシュミット ハインツ
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Infineon Technologies North America Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 センスアンプの能力または機能性を低下させ
ることなくセンスアンプのサイズを低減する。 【解決手段】 第1のビット線および第2のビット線に
結合されたラッチと、入力側およびラッチに接続された
出力側を有するドライバとを有しており、このドライバ
はドライバを活性化するアクティブ入力信号を受信する
ように作動され、このアクティブ入力信号によりオーバ
ードライブ電圧が増加され、ドライバが増幅されたオー
バードライブモードで作動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、センスアンプ、増
幅器、およびセンスアンプの作動方法に関する。本発明
は特に集積回路例えばメモリICで使用されるセンスア
ンプのサイズを低減する手段に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路例えばメモリICでは、
センスアンプが例えばメモリセルにおける情報の読み出
し、書き込みおよび再生に使用されている。センスアン
プはメモリICのビット線対ごとに設けられている。動
作中センスアンプはビット線対の各ビット線間の差電圧
を読み出して増幅する。この差電圧は選択されたメモリ
セルに蓄積された電荷がロジック1であるかロジック0
であるかを表す。
【0003】高い集積度と低い製造コストへの止むこと
のない要求により、より小さいチップを作成すべきであ
るというIC製造にかかるプレッシャーは増大してい
る。センスアンプ(典型的にはメモリIC内のセンスア
ンプ)はチップサイズの約10%を占めているので、セ
ンスアンプのサイズを縮小できればチップサイズ全体の
著しい低減が達成できる。
【0004】一般にセンスアンプは相互結合されたラッ
チを有しており、このラッチはビット線対における差電
圧を読み出すために使用される。センスアンプはさらに
ラッチを駆動するドライバを有しており、これにより読
み出された差電圧が増幅される。ドライバは比較的大き
く、センスアンプのサイズに大きく関わっている。
【0005】ドライバのサイズを低減することによりセ
ンスアンプのサイズを著しく低減することができる。し
かしドライバは設計要求による最小寸法を必要とする。
ドライバのサイズをこの最小寸法よりも小さく低減して
しまうとドライバの能力が低下することがあり、これは
集積回路の能力または機能性に悪影響を与える。
【0006】センスアンプのサイズを低減する技術の1
つとして、ドライバを一般的なセンスアンプ領域の外側
に配置することが挙げられる。例えばドライバはステッ
チされたワード線アーキテクチャのセンスアンプ間のス
テッチギャップ領域に配置されるか、またはセグメント
分割されたワード線アーキテクチャのセンスアンプ間の
ローカルなワード線ドライバ領域に配置される。ドライ
バを配置することのできる他のエリアには行デコーダ領
域が含まれる。ただしグラウンドルールが小さくなると
ステッチギャップの表面エリアまたはローカルなワード
線のドライバ領域が低減され、ドライバを適応化させる
ことが困難になる。
【0007】前述の説明からわかるように、センスアン
プの能力または機能性を低下させたりこれに影響を与え
たりすることなくセンスアンプのサイズを低減すること
が望ましい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、セン
スアンプの能力または機能性を低下させることなくセン
スアンプのサイズを低減することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題は、第1のビッ
ト線および第2のビット線に結合されたラッチと、入力
側およびラッチに接続された出力側を有するドライバと
を有しており、このドライバはドライバを活性化するア
クティブ入力信号を受信するように作動され、このアク
ティブ入力信号によりオーバードライブ電圧が増加さ
れ、ドライバが増幅されたオーバードライブモードで作
動される構成により解決される。課題はまた、第1のソ
ースおよび第1のドレインを有する第1のトランジスタ
と第2のソースおよび第2のドレインを有する第2のト
ランジスタとを含む相互結合されたラッチを有してお
り、第1のソースと第2のソースとが結合されており、
第1のソースおよび第2のソースに結合された出力側を
有するドライバを有しており、ドライバの入力側の活性
信号によりドライバのゲートのオーバードライブ電圧が
増加され、ドライバが増幅されたオーバードライブモー
ドで作動される構成により解決される。課題はまた、第
1のビット線と第2のビット線の間の差電圧を読み出
し、ドライバの出力側を前記差電圧が正の差電圧である
かまたは負の差電圧であるかに依存して第1のビット線
または第2のビット線のいずれか一方に結合し、ドライ
バをドライバアクティブ入力信号により活性化し、ドラ
イバアクティブ入力信号によりドライバのゲートのオー
バードライブ電圧を増加させ、ドライバをオーバードラ
イブモードで作動する方法により解決される。
【0010】
【発明の実施の形態】センスアンプは半導体集積回路に
おいて使用される。これは例えばランダムアクセスメモ
リRAMであり、ダイナミックランダムアクセスメモリ
DRAM、例えばランバスDRAMおよびSLDRAM
などの高速のDRAM、強誘電性ランダムアクセスメモ
リFRAM、シンクロナスダイナミックランダムアクセ
スメモリSDRAM、または組み込み型DRAMロジッ
クチップ(エンベデッドDRAM)を含む。他のタイプ
のメモリICまたはロジックICにもセンスアンプが使
用されることがある。
【0011】
【実施例】図1には本発明の実施例によるセンスアンプ
101が示されている。このセンスアンプはビット線1
20、121に結合されている。選択されたセルを含む
ビット線は典型的には“真のビット線”と称され、他方
のビット線は“補のビット線”と称される。
【0012】一般にはイコライゼーション回路(図示し
ない)によりビット線がメモリアクセス前にイコライズ
される。ビット線はほぼVbleqに等しい電圧までイコラ
イズされる。典型的にはVbleqはVblh/2に等しく、
ここでVblhはビット線の上方の電圧値である。ビット
線がイコライズされた後、セルがビット線対の一方のビ
ット線から選択される。選択されたメモリセルに蓄積さ
れている電荷は真のビット線の電圧レベルに正または負
で影響し、一方補のビット線の電圧レベルはVbl h/2
に留まる。真のビット線と補のビット線の間の差が増幅
される。
【0013】センスアンプはpラッチ130およびnラ
ッチ150を有しており、これらはビット線対の各ビッ
ト線に結合されている。pラッチはビット線120、1
21間の差電圧を読み出す。正の差電圧が読み出された
場合には、pラッチは真のビット線をpドライバ110
に結合し、補のビット線をpドライバから分離する。ビ
ット線120、121間で負の差電圧が読み出された場
合には、pラッチが補のビット線をpドライバ110に
結合し、真のビット線をpドライバから分離する。nラ
ッチに関しては、正の差電圧がビット線対に存在する場
合には補のビット線がnドライバ140に結合され、真
のビット線がnドライバから分離される。負の差電圧が
読み出された場合には、nラッチは真のビット線をnド
ライバに結合し、補のビット線をnドライバから分離す
る。
【0014】pドライバ110は入力側115およびp
ラッチに結合された出力側116を有する。入力側11
5でのpドライバアクティブ入力信号はpドライバを活
性化し、出力側に接続された負荷を上方のパワーレール
117の電圧にほぼ等しい電圧へチャージする。上方の
パワーレールはほぼVblhに等しい電圧を有する。Vb lh
は例えば約1.6Vである。1つの実施例ではpドライ
バ入力信号はアクティブロー信号である。
【0015】nドライバ140は入力側145およびn
ラッチに結合された出力側146を有する。入力側14
5のnドライバアクティブ入力信号はnドライバを活性
化し、出力側に接続された負荷を下方のパワーレール1
17の電圧に等しい値へチャージする。下方のパワーレ
ールは典型的にはグラウンドに等しい電圧を有する。1
つの実施例ではnドライバ入力信号はアクティブハイ信
号である。
【0016】相互結合されたラッチをドライバを有する
センスアンプにおいて駆動するコンセプトは充分に確立
されている。例えばLu et al., IEEE Journal of Sold
State Circuits, Vol. SC-19, No.4, Aug. 1984, P451-
454 をここで参照のために引用しておく。NFETドラ
イバおよびPFETドライバの作動を制御する信号は
“センスアンプのラッチ動作を制御するクロック”と称
される。
【0017】pドライバおよびnドライバは典型的には
複数のセンスアンプを駆動する。駆動の要求を満たすた
めには比較的大きなドライバが必要である。このような
大きなドライバはセンスアンプのサイズに大きく関わっ
ている。
【0018】本発明によればドライバは増幅されたオー
バードライブモードで作動されるようにコンフィグレー
ションされている。増幅されたオーバードライブモード
はドライバにアクティブ入力信号を供給することにより
達成される。このアクティブ入力信号によりドライバの
オーバードライブ電圧の大きさが増加される。オーバー
ドライブ電圧が増加されることによりドライバの能力が
ブーストされ、より小さいドライバを使用して同じ能力
を達成できる。ドライバがチップサイズに大きく関わっ
ているので、本発明によりセンスアンプのサイズの著し
い低減が達成される。
【0019】1つの実施例ではpドライバが増幅された
オーバードライブモードで作動される。これはアクティ
ブローのpドライバ入力信号を供給することにより行わ
れ、この信号はpドライバのオーバードライブ電圧を増
加させる。アクティブローのpドライバ入力信号はグラ
ウンドに対して負の信号を有する。1つの実施例ではア
クティブローのpドライバ入力信号はほぼ−0.2V〜
−1.0Vに等しい。別の実施例ではアクティブローの
pドライバ入力信号は約−0.5Vである。有利にはア
クティブローのpドライバ入力信号はワード線の負のロ
ー電圧にほぼ等しい。ワード線の負の電圧は例えば約−
0.5Vである。ワード線の負の電圧の使用は有利には
負の電圧源を形成し、これによりドライバは付加的な電
圧源を必要とせずに増幅されたオーバードライブモード
で作動される。他の負の電圧、例えばウェルごとに存在
している負のバイアス電圧(アレイウェルまたはアレイ
逆バイアス電圧など)を設計要求および設計限界に依存
してアクティブローのpドライバ入力信号として使用す
ることもできる。
【0020】1つの実施例ではアクティブハイのnドラ
イバ入力信号が供給され、この信号hsnドライバのオ
ーバードライブ電圧を増加させる。アクティブハイのn
ドライバ入力信号はVintよりも大きい信号を有してお
り、ここでVintはIC回路に対する上方の電源であ
る。Vintは例えばほぼ1.5V〜3Vに等しい。1つ
の実施例ではVintは約2.2Vである。別の実施例で
はアクティブハイのnドライバ入力信号はVppにほぼ等
しく、ここではVppはワード線のブースト電圧であり、
典型的には約3.5Vである。Vintよりも大きい他の
電圧も使用可能である。
【0021】図2には本発明の1つの実施例が示されて
いる。図示されているようにセンスアンプは相互結合さ
れたpラッチ130を有しており、このラッチは第1の
トランジスタ220および第2のトランジスタ230を
有している。これらのトランジスタは1つの実施例では
pFETである。第1のトランジスタは第1の端子22
1、第2の端子222、およびゲート223を有してい
る。同様に第2のトランジスタは第1の端子231、第
2の端子232、およびゲート233を有している。第
1のトランジスタの第2の端子は第2のトランジスタの
第1の端子に結合されている。第1のトランジスタのゲ
ート端子223は一方のビット線120に結合されてお
り、第1のトランジスタの第1の端子221は他方のビ
ット線121に結合されている。第2のトランジスタの
第2の端子は一方のビット線120に結合されており、
ゲート端子233は他方のビット線121に結合されて
いる。
【0022】pドライバ110には入力側115と、p
ラッチの第1のトランジスタおよび第2のトランジスタ
の共通の端子に結合された出力側116とが設けられて
いる。pドライバはドライバトランジスタ211を有し
ており、このトランジスタは第1の端子212、第2の
端子213、およびゲート214を有している。1つの
実施例ではドライバトランジスタはpFETを有してい
る。第1の端子は上方の電圧源117に結合されてお
り、第2の端子は出力側に結合されている。上方の電圧
源はほぼVblhに等しい。活性信号をゲートに供給する
ことによりドライバトランジスタは導通され、上方の電
圧源が出力側に結合される。1つの実施例では活性信号
はロジック0である。
【0023】動作中、相互結合されたpラッチはビット
線120、121間の差を読み出す。最初にこれらのビ
ット線はVbleqにイコライズされている。メモリセルは
次にビット線対の一方のビット線すなわち真のビット線
から選択される。選択されたメモリセルのキャパシタに
蓄積されている電荷がビット線に結合される。この電荷
がロジック1を表しているかロジック0を表しているか
に依存して、真のビット線はプルアップされるかまたは
プルダウンされる。例えば真のビット線は約±0.15
Vだけプルアップまたはプルダウンされ、これにより真
のビット線はV bleq±0.15となる。補のビット線は
bleqに留まる。
【0024】本発明の1つの実施例では、ビット線対の
間の負の差電圧は選択されたメモリセルがロジック0を
有することを表している。これにより一方のpラッチト
ランジスタはpドライバと補のビット線との間に導通路
を形成し、他方のトランジスタは真のビット線をpドラ
イバから分離する。これに対してビット線対の間の正の
差電圧は選択されたメモリセルがロジック1を有するこ
とを表している。これによりpラッチは真のビット線を
pドライバに接続し、補のビット線をpドライバから分
離する。pドライバのアクティブ入力信号はpドライバ
を活性化し、その出力側が接続されているビット線をほ
ぼVblhの電圧レベルまでチャージする。
【0025】本発明の1つの実施例によれば、アクティ
ブローのpドライバ信号はオーバードライブ電圧の大き
さを増加させる信号として供給される。オーバードライ
ブ電圧はゲートソース電圧とドライバトランジスタの閾
値電圧の間の差である。アクティブローのpドライバ入
力信号はグラウンドに対して負の信号を有する。1つの
実施例ではアクティブローのpドライバ入力信号はほぼ
−0.2V〜−1.0Vに等しい。有利にはこのアクテ
ィブローのpドライバ信号は負のワード線電圧または負
のウェルバイアス電圧にほぼ等しい。典型的には負のワ
ード線電圧は約−0.5Vである。他の負の電圧も、設
計要求および設計限界に依存してアクティブローのpド
ライバ入力信号として使用することができる。
【0026】Vblhが約1.6Vであり、Vbleqが約
0.8Vであり、ドライバトランジスタのゲート閾値電
圧が約0.7Vである場合、pドライバをグラウンドに
等しい従来のアクティブロー信号で活性化すると約0.
9Vのオーバードライブ電圧|(VGS−VT)|が形成
される。ただしpドライバを本発明の実施例による負の
アクティブロー信号、例えば約−0.5Vの信号で活性
化すると約1.4Vのオーバードライブ電圧が形成され
る。
【0027】ゲートのオーバードライブ電圧が増加され
ることにより、ドライバトランジスタの幅を相応に低減
することができ、これにより著しくコンパクトなコア回
路レイアウトを得ることができる。コア回路例えばセン
スアンプはピッチ通りに配置されるので、これによりチ
ップサイズが大幅に縮小化できる。このことは有利には
ウェハ当たりのチップ数を増加させ、チップ当たりのコ
ストを低減させることにつながる。
【0028】センスアンプはさらに相互結合されたnラ
ッチ150を有する。このラッチは第1のトランジスタ
250および第2のトランジスタ260を有しており、
これらは例えばnFETである。第1のトランジスタは
第1の端子251、第2の端子252、およびゲート2
53を有している。第2のトランジスタは第1の端子2
61、第2の端子262、およびゲート263を有して
いる。これらのトランジスタは、第1のトランジスタの
第2の端子が第2のトランジスタの第1の端子に接続さ
れるようにコンフィグレーションされている。第1のト
ランジスタのゲート端子253は一方のビット線120
に結合されており、第1のトランジスタの第1の端子2
51は他方のビット線121に結合されている。第2の
トランジスタの第2の端子は一方のビット線120に結
合されており、ゲート端子263は他方のビット線12
1に結合されている。
【0029】nドライバ140は入力側145および出
力側146を有している。nラッチのトランジスタの共
通の端子はnドライバの出力を受信する入力側として使
用される。nドライバはドライバトランジスタ211を
有しており、このトランジスタは第1の端子242、第
2の端子243、およびゲート244を有している。ド
ライバトランジスタは例えばnFETを有している。第
1の端子は出力側に結合されており、第2の端子は下方
のパワーレール147に結合されている。下方のパワー
レールは典型的にはほぼグラウンドに等しい電圧を有す
る。活性信号をゲートに供給することによりドライバト
ランジスタが導通され、下方の電圧源が出力側に結合さ
れる。1つの実施例では活性信号はロジック1の信号で
ある。
【0030】動作中にnラッチはビット線120、12
1間の差を読み出す。1つの実施例ではビット線対の各
ビット線間の負の差電圧は選択されたメモリセルがロジ
ック0を表す電荷を有することを表している。この場合
適切なnラッチのトランジスタがオンに切り換えられ、
真のビット線をnドライバに接続し、他方のnラッチト
ランジスタが補のビット線をnドライバから分離する。
【0031】ビット線対の各ビット線間に正の差電圧が
ある場合、選択されたメモリセルがロジック1を表す電
荷を有することを表している。これによりnラッチは補
のビット線をnドライバに接続し、真のビット線をnド
ライバから分離する。これは適切なnラッチのトランジ
スタをオンオフ切り替えすることにより行われる。nド
ライバのアクティブ入力信号はnドライバを活性化し、
その出力側が結合されているビット線をほぼグラウンド
のレベルまで放電する。
【0032】本発明の1つの実施例によれば、アクティ
ブハイのnドライバ入力信号はオーバードライブ電圧を
増加させる信号として供給され、nドライバは増幅され
たオーバードライブモードで作動される。アクティブハ
イのnドライバ入力信号はV intよりも大きい信号を有
し、ここでVintはIC回路の上方の電圧源である。典
型的にはVintはほぼ2.1Vに等しい。1つの実施例
ではこのアクティブハイのnドライバ入力信号はほぼV
ppに等しく、典型的には約3.5Vである。 Vi ntより
も大きい他の電圧レベルも、設計要求および設計限界に
依存して使用することができる。
【0033】Vintが約2.1Vであり、ドライバトラ
ンジスタのゲート閾値電圧が約0.6Vである場合、n
ドライバをVintに等しい従来のアクティブハイ信号で
活性化すると約1.5Vのオーバードライブ電圧(VGS
−VT)が形成される。ただしnドライバを本発明の実
施例によるアクティブハイ信号、例えばVppに等しい約
3.5Vの信号で活性化すると約2.9Vのオーバード
ライブ電圧が形成される。
【0034】ドライバ能力のブーストはドライバのオー
バードライブ電圧を増加させることにより達成される。
これによりドライバトランジスタのサイズが例えば50
%低減される。ドライバトランジスタのサイズが低減さ
れることにより、一層効率的なレイアウトが可能とな
り、より小さいチップサイズが得られる。例えば小さい
ドライバは狭いステッチギャップまたはローカルなワー
ド線ドライバ領域に配置することができる。これに代え
て Mueller et al の米国特許第5831912号明細
書に記載されているように、ドライバをセンスアンプの
バンク全体にわたって分布させることもできる。参照の
ためにここで引用しておく。このためにセンスアンプの
サイズが増大されても、小さいドライバにより従来のセ
ンスアンプにおけるドライバの使用に比べてエリアの不
都合が低減される。
【0035】本発明をここに種々の実施例に即して図示
および説明したが、当業技術者には本発明の概念および
観点から離れない修正および変更が可能であることを理
解すべきである。本発明の範囲は上述の説明に関連する
だけでなく、添付の請求の範囲およびこれに対応する全
ての態様に関連して決定されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回路のブロック回路図である。
【図2】本発明の実施例を示す図である。
【符号の説明】
101 センスアンプ 120、121 ビット線 110 pドライバ 115 入力側 116 出力側 117 パワーレール 130 pラッチ 140 nドライバ 145 入力側 146 出力側 150 nラッチ 221、251 第1の端子 222、252 第2の端子 223、253 ゲート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年5月11日(2000.5.1
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399035836 1730 North First Stre et、San Jose、CA、USA (72)発明者 ゲールハルト ミュラー アメリカ合衆国 ニューヨーク ワッピン ガーズ フォールズ タウン ヴュー ド ライヴ 168 (72)発明者 ハインツ ヘーニッヒシュミット ドイツ連邦共和国 シュタルンベルク ザ ントスター ナンバー3 Fターム(参考) 5B024 AA07 BA09 CA07 5B025 AD06 AE00

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のビット線および第2のビット線に
    結合されたラッチと、 入力側および前記ラッチに接続された出力側を有するド
    ライバとを有しており、該ドライバはドライバを活性化
    するアクティブ入力信号を受信するように作動され、 該アクティブ入力信号によりオーバードライブ電圧が増
    加され、ドライバが増幅されたオーバードライブモード
    で作動される、ことを特徴とするセンスアンプ。
  2. 【請求項2】 前記ラッチにより第1のビット線と第2
    のビット線の間の差電圧が読み出される、請求項1記載
    のセンスアンプ。
  3. 【請求項3】 前記ラッチにより差電圧が正の差である
    場合には第1のビット線がドライバの出力側に結合さ
    れ、または差電圧が負の差である場合には第2のビット
    線がドライバの出力側に結合される、請求項2記載のセ
    ンスアンプ。
  4. 【請求項4】 ドライバが活性化されると、ドライバの
    出力側に結合された第1のビット線または第2のビット
    線が電源の電圧レベルまでチャージされる、請求項3記
    載のセンスアンプ。
  5. 【請求項5】 前記ラッチはドライバトランジスタを有
    しており、該トランジスタは第1の端子、第2の端子お
    よびゲート端子を有しており、第1の端子は電源に結合
    されており、第2の端子はドライバの出力側に結合され
    ており、ゲート端子はドライバの入力側に結合されてい
    る、請求項1記載のセンスアンプ。
  6. 【請求項6】 アクティブ入力信号によりドライバのド
    ライバトランジスタのサイズが低減される、請求項5記
    載のセンスアンプ。
  7. 【請求項7】 第1のソースおよび第1のドレインを有
    する第1のトランジスタと第2のソースおよび第2のド
    レインを有する第2のトランジスタとを含む相互結合さ
    れたラッチを有しており、前記第1のソースと前記第2
    のソースとが結合されており、 前記第1のソースおよび前記第2のソースに結合された
    出力側を有するドライバを有しており、 ドライバの入力側の活性信号によりドライバのゲートの
    オーバードライブ電圧が増加され、ドライバが増幅され
    たオーバードライブモードで作動される、ことを特徴と
    する増幅器。
  8. 【請求項8】 第1のビット線と第2のビット線の間の
    差電圧を読み出し、ドライバの出力側を前記差電圧が正
    の差電圧であるかまたは負の差電圧であるかに依存して
    第1のビット線または第2のビット線のいずれか一方に
    結合し、 ドライバをドライバアクティブ入力信号により活性化
    し、ドライバアクティブ入力信号によりドライバのゲー
    トのオーバードライブ電圧を増加させ、ドライバをオー
    バードライブモードで作動する、ことを特徴とするセン
    スアンプの作動方法。
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