JP2002117678A - 電流センスアンプのセンシング利得の調節可能な半導体メモリ装置 - Google Patents
電流センスアンプのセンシング利得の調節可能な半導体メモリ装置Info
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Abstract
能な半導体メモリ装置を提供する。 【解決手段】 データ入出力ライン及び相補データ入出
力ラインの電流差を感知増幅する電流センスアンプは、
センシングトランジスタ、ロード抵抗、付加抵抗及びス
イッチングトランジスタを含む。センシングトランジス
タはデータ入出力ラインと相補データ入出力ラインとの
それぞれにそのソースが連結され、そのゲートとドレイ
ンとが互いに交差接続され、データ入出力ラインと相補
データ入出力ラインとの電流差を感知増幅する。ロード
抵抗はセンシングトランジスタのドレインに各々連結さ
れ、付加抵抗はロード抵抗の両端に並列に連結され、セ
ンシング信号に応答して電流経路を形成する。スイッチ
ングトランジスタはセンシングイネーブル信号に応答し
てデータ入出力ラインと相補データ入出力ラインとの電
流を接地に流す。
Description
係り、特にデータ入出力ラインに連結された電流センス
アンプの利得を調節可能な半導体メモリ装置に関する。
備え、これらメモリセルにデータを貯蔵したり、貯蔵さ
れたデータを読出す動作を行う。メモリセルのデータは
ビットラインを介してビットラインセンスアンプに伝送
され、その電圧レベルが感知増幅される。
1本のワードラインがイネーブルされると、これに連結
された全てのメモリセルのデータが該当ビットラインに
伝送される。イネーブルされたワードラインに連結され
たメモリセルのデータはビットラインにチャージシェア
リングされつつビットラインの電圧レベルを徐々に上昇
/下降させる。これらビットラインに各々隣接したメモ
リセルのビットラインはいわゆる“相補ビットライン”
と称されるが、相補ビットラインは初期ビットライン電
圧としてプリチャージングされた電圧レベルを保つ。
インとは所定の電圧差を有してビットラインセンスアン
プに連結され、ビットラインセンスアンプの動作によっ
てその電圧差はさらに大きくなる。ビットラインセンス
アンプの出力ライン、すなわちビットラインはカス(/CA
S)アクティブ命令により活性化されるコラム選択回路に
よって選択され、データ入出力ラインと連結される。こ
こで、ラス(/RAS)アクティブ命令とカス(/CAS)アクティ
ブ命令との間の時間をtRCD(/RAS to /CAS delay time)
と称する。データ入出力ラインに伝送されたビットライ
ンセンスアンプの出力はデータラインセンスアンプ、例
えば、電流センスアンプによって再び感知増幅された
後、出力バッファを介してパッドに出力される。
の一部を示す図である。これを参照すれば、ビットライ
ンセンスアンプ110によってセンシングされたビット
ラインBLと相補ビットライン/BLのデータはコラム選択
信号CSLに応答してデータ入出力ライン対DIO、/DIOに各
々伝送される。データ入出力ライン対DIO、/DIOは入出
力MUX部140を介して電流センスアンプ150に連結
される。電流センスアンプ150はデータラインセンス
アンプの一種であって、データ入出力ライン対DIO、/DI
Oの電流を感知増幅してデータ入出力ライン対の電圧レ
ベルを決定する。入出力MUX部140は電流センスアン
プ150が2以上のメモリブロックに共有される場合、
電流センスアンプ150を何れのメモリブロックに連結
させるかを決定する。
源であるロードトランジスタ部130によって所定の電
流i1、i2が各々供給される。例えば、ビットラインセ
ンスアンプ110の動作結果、ビットラインBLの電圧レ
ベルが論理ハイであり、相補ビットライン/BLの電圧レ
ベルは論理ローである場合、ローディング信号LOADに応
答して第1ロードトランジスタ131を介して流れる電
流は第2ロードトランジスタ132のそれよりも小さ
い。なぜなら、第1ロードトランジスタ131のドレイ
ン・ソース間電圧Vdsが第2ロードトランジスタ132
のVdsより小さいために第1ロードトランジスタ131
のドレイン・ソース間電圧Idsが第2ロードトランジス
タ132のIdsより小さいからである。第1ロードトラ
ンジスタ131を介して流れる電流と第2ロードトラン
ジスタ132を介して流れる電流とは、データ入出力ラ
インDIOと相補データ入出力ライン/DIOとに各々流れる
ことになる。
示す回路図である。これを参照すれば、電流センスアン
プ150はセンシングトランジスタ201、202とロ
ード抵抗203、204及びスイッチングトランジスタ
205を具備する。センシングトランジスタ201、2
02は同じ電気的特性を有し、ソースはデータ入出力ラ
インDIO、/DIOに各々連結され、そのゲートとドレイン
とは互いに交差接続されている。そして、それぞれのド
レインは電流センスアンプ150の出力V1、V2とな
る。ロード抵抗203、204はダイオード接続された
トランジスタで構成され、同じ電気的特性、特に同じ抵
抗値を有する。スイッチングトランジスタ205はセン
シングイネーブル信号PIOSEの活性化に応答して、前述
した図6のロードトランジスタ131、132によって
供給される一定量の電流を接地に流す電流経路を提供す
る。
は次の通りである。まず、スイッチングトランジスタ2
05はセンシングイネーブル信号に応答してターンオン
された状態である。第1ロードトランジスタ131と第
2ロードトランジスタ132とによって流れるデータ入
出力ラインDIOの電流i1と相補データ入出力ライン/DIO
の電流i2とは前述したようにビットラインセンスアン
プの動作結果のビットラインBLと相補ビットライン/BL
の電圧差によって相異なる。データ入出力ラインDIOの
電流i1が相補データ入出力ライン/DIOの電流i2より小
さい場合、第1出力電圧V1は下降し、第2出力電圧V2
は上昇する。これはローディング抵抗203、204に
かかる電圧値となり、電流センスアンプ150のセンシ
ング結果となる。次いで、電流センスアンプ150の第
1出力電圧V1と第2出力電圧V2とはラッチ型センスア
ンプに伝送され、その電圧レベルがラッチされることに
なる。
電流センスアンプ150は、tRCDの間にビットラインセ
ンスアンプによってビットラインと相補ビットラインと
の電圧差がある程度大きくなった後、その動作上安定化
される。すなわち、図8に示すように、t2時間のビッ
トラインと相補ビットラインとの電圧差が電流センスア
ンプ150のセンシングマージンのために適切である。
もし、ビットラインと相補ビットラインとの電圧差がtR
CDの間に大きくならない状態、すなわち、図8のt1時
間で電流センスアンプ150が動作すると、電流センス
アンプ150はデータ入出力ラインDIOと相補データラ
イン/DIOとの電流差を感知増幅するのに長時間かかる。
また、第1及び第2出力電圧V1、V2の差も小さくてラ
ッチ型センスアンプの誤動作を誘発する恐れがある。
補ビットラインとの電圧差が小さくても電流センスアン
プの利得を調整してこの電圧差を安定的に感知増幅しう
る半導体メモリ装置が必要とされる。本発明の目的は、
ビットラインと相補ビットラインとの電圧差が小さくて
もこれを感知増幅しうる電流センスアンプを有する半導
体メモリ装置を提供することである。
の本発明の半導体メモリ装置は、複数のメモリセルが配
列される多数のメモリバンクと、メモリセルのビットラ
イン及び相補ビットラインのデータを感知増幅するビッ
トラインセンスアンプと、ビットラインセンスアンプの
出力を選択してデータ入出力ライン及び相補データ入出
力ラインに伝送するコラム選択回路と、データ入出力ラ
イン及び相補データ入出力ラインの電圧レベルによって
データ入出力ライン及び相補データ入出力ラインに電流
を供給するロードトランジスタ部と、データ入出力ライ
ン及び相補データ入出力ラインの電流差を感知増幅する
電流センスアンプを具備する。
インと相補データ入出力ラインのそれぞれにそのソース
が連結され、そのゲートとドレインとが互いに交差接続
され、データ入出力ラインと相補データ入出力ラインと
の電流差を感知増幅するセンシングトランジスタと、セ
ンシングトランジスタのドレインに各々連結されるロー
ド抵抗と、ロード抵抗の両端に並列に連結され、センシ
ング信号に応答して電流経路を形成する付加抵抗と、セ
ンシングイネーブル信号に応答してデータ入出力ライン
と相補データ入出力ラインとの電流を接地に流すスイッ
チングトランジスタを具備する。
出力ラインと相補データ入出力ラインのそれぞれにその
ソースが連結され、そのゲートとドレインとが互いに交
差接続され、データ入出力ラインと相補データ入出力ラ
インとの電流差を感知増幅するセンシングトランジスタ
と、センシングトランジスタのドレインに各々連結され
るロード抵抗と、センシングトランジスタのドレインと
接地との間に各々連結され、第1センシング信号及び第
2センシング信号に応答する利得制御部と、ロード抵抗
の両端に並列に連結され、利得制御部の出力に応答して
電流経路を形成する付加抵抗と、センシングイネーブル
信号に応答してデータ入出力ラインと相補データ入出力
ラインの電流を接地に流すスイッチングトランジスタと
を具備する。
び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解す
るためには、本発明の望ましい実施の形態を例示する添
付図面及び添付図面に記載された内容を参照しなければ
ならない。以下、添付した図面に基づいて本発明の望ま
しい実施の形態を説明することによって、本発明を詳し
く説明する。各図面において、同じ部材番号は同じ部材
であることを示す。
流センスアンプ400を示す図面である。これを参照す
れば、電流センスアンプ400は図7の電流センスアン
プ150とは異なって、第1ロード抵抗403の両端に
第1付加抵抗405を、そして第2ロード抵抗404の
両端に第2付加抵抗406をさらに具備する。第1及び
第2付加抵抗405、406はセンシング信号SE1に応
答するNMOSトランジスタで構成される。センシング信号
SE1はビットラインセンスアンプの活性化時に、論理ハ
イレベルに活性化されて所定のパルス幅を有する信号で
ある。
1出力電圧V1と第2出力電圧V2のレベルによってその
抵抗値が変化する。例えば、前述した第1出力電圧V1
が下降し、第2出力電圧V2が上昇する場合に、低い第
1出力電圧V1により第1付加抵抗405のVdsは小さく
なり、高い第2出力電圧V2により第2付加抵抗406
のVdsは大きくなる。図2に示すように、NMOSトランジ
スタの電気的特性は線形領域と飽和領域との境界でVds
が高くなると、ドレイン・ソース間の抵抗値rdsは大き
くなり、Vdsが低くなるとrdsは小さくなる。したがっ
て、低い第1出力電圧V1により第1付加抵抗405の
抵抗値は小さくなり、高い第2出力電圧V2により第2
付加抵抗406の抵抗値は大きくなる。
1ロード抵抗403と小さな抵抗値の第1付加抵抗40
5の並列接続関係によってその抵抗値がさらに低くな
る。高い第2出力電圧V2は、第2ロード抵抗404と
大きな抵抗値の第2付加抵抗406との並列関係により
その抵抗値がさらに高くなる。したがって、電流センス
アンプ400はその利得がさらに大きくなる。
は、ビットラインセンスアンプが活性化される時、セン
シング信号SE1に応答する付加抵抗405、406を
介する電流経路をさらに有する。これはビットラインセ
ンスアンプによりビットラインと相補ビットラインとの
電圧差がある程度大きくならない状態でも、付加抵抗4
05、406を介する電流経路によって電流センスアン
プの利得が大きくなるということを意味する。したがっ
て、電流センスアンプ400は、たとえビットラインと
相補ビットラインとの電圧差がある程度大きくならない
状態でもその電圧差を感知増幅しうることを意味する。
センスアンプ600を示す図である。これを参照すれ
ば、電流センスアンプ600はセンシングトランジスタ
601、602と、ロード抵抗603、604と、スイ
ッチングトランジスタ613とを具備するという点で図
7の電流センスアンプ150と同一である。但し、利得
制御部605、609と付加抵抗608、612とをさ
らに具備するという点では異なる。
スタ606と第2制御トランジスタ607とを含む。第
1制御トランジスタ606は第1センシング信号SE2
に応答し、第2制御トランジスタ607は第2センシン
グ信号SE3に応答して、第1付加抵抗608の抵抗値
を調節する。第1センシング信号SE2はビットライン
センスアンプの活性化時に、論理ハイレベルに活性化さ
れて所定のパルス幅を有する。第2センシング信号SE
3は第1センシング信号の反転信号であって、第1セン
シング信号SE2が論理ハイレベルのパルス信号である
とき、第2センシング信号SE3は論理ローレベルのパ
ルス信号である。
2に応答して第1制御トランジスタ606がターンオン
され、論理ローレベルの第2センシング信号SE3に応
答して第2制御トランジスタ607がターンオフされ
る。ターンオンされた第1制御トランジスタ606は第
1付加抵抗608を第1ロード抵抗603と同一のダイ
オード接続型トランジスタとして形成する。
ラインセンスアンプが活性化される時、ロード抵抗60
3と第1センシング信号SE2に応答した付加抵抗60
8とを介する2つの電流経路を有するが、この時、付加
抵抗608を流れる電流は第1の実施の形態における図
1の付加抵抗405を流れる電流に比べて小さい。これ
により、電流センスアンプ600でスイッチングトラン
ジスタ613を流れる全体電流量は図1のスイッチング
トランジスタ407を流れる全体電流量より小さい。し
たがって、電流センスアンプ600はより大きな利得を
有することになって、ビットラインセンスアンプにより
ビットラインと相補ビットラインとの電圧差がある程度
大きくならない状態でもビットラインと相補ビットライ
ンとの電圧差を感知増幅しうる。
1、SE2が発生するタイミングを概略的に示す図であ
る。これを参照すれば、ラス信号/RASのローレベルへの
活性化とカス信号/CASのローレベルへの活性化後に、所
定のバンク選択パルス信号が一定のパルス幅で発生す
る。このパルス幅はビットラインと相補ビットラインと
がビットラインセンスアンプの動作によって完全には行
われない区間、例えば図8のt1区間に該当する。選択
されたバンクの読出し信号が論理ハイレベルに活性化さ
れると所定のパルス幅、すなわちバンク選択パルス信号
のパルス幅に該当するセンシング信号SE1、SE2が
発生する。特に、センシング信号SE1、SE2は図5
に示すセンシング信号発生回路によって発生する。
数のバンクに共有される電流センスアンプを前提とす
る。Aバンク選択パルス信号とAバンク読出し信号とに応
答する2-入力ANDゲート801の出力、Bバンク選択パ
ルス信号とBバンク読出し信号とに応答する2-入力AND
ゲート802の出力及びCバンク選択パルス信号とCバン
ク読出し信号とに応答する2-入力ANDゲート803の出
力が3-入力ORゲート804に入力される。すなわち、
各バンクに関する選択信号と読出し信号に対して生じる
3-入力ORゲート804の出力がセンシング信号SE1
又はSE2となる。センシング信号SE1は図1のセン
シング信号となり、センシング信号SE2は図3の第1
センシング信号となる。
スアンプによれば、ビットラインセンスアンプの動作に
よりビットラインと相補ビットラインとの電圧差が完全
に広がっていない区間でも、電流利得を調節してビット
ラインと相補ビットラインとの電圧差を感知増幅しう
る。本発明は図面に示された実施の形態に基づいて説明
したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこ
れより多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であ
ることを理解しうる。したがって、本発明の真の保護範
囲は特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まるべ
きである。
ンプを示す図である。
る。
ンプを示す図である。
ミング図である。
信号発生回路を示す図である。
置の一部を示す図である。
形図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 データ入出力ラインに伝達されたメモリ
セルデータを感知増幅する電流センスアンプにおいて、 前記データ入出力ラインと相補データ入出力ラインのそ
れぞれにそのソースが連結され、そのゲートとドレイン
とが互いに交差接続され、前記データ入出力ラインと前
記相補データ入出力ラインとの電流差を感知増幅するセ
ンシングトランジスタと、 前記センシングトランジスタの前記ドレインに各々連結
されるロード抵抗と、 前記ロード抵抗の両端に並列に連結され、センシング信
号に応答して電流経路を形成する付加抵抗と、 センシングイネーブル信号に応答して前記データ入出力
ラインと前記相補データ入出力ラインの電流を接地に流
すスイッチングトランジスタを備えることを特徴とする
電流センスアンプ。 - 【請求項2】 前記ロード抵抗は、 ダイオード接続されたトランジスタであることを特徴と
する請求項1に記載の電流センスアンプ。 - 【請求項3】 前記付加抵抗は、 前記センシング信号がそのゲートに供給されるトランジ
スタであることを特徴とする請求項1に記載の電流セン
スアンプ。 - 【請求項4】 前記センシング信号は、 ビットラインセンスアンプの活性化時に活性化され、所
定のパルス幅を有する信号であることを特徴とする請求
項1に記載の電流センスアンプ。 - 【請求項5】 データ入出力ラインに伝達されたメモリ
セルデータを感知増幅する電流センスアンプにおいて、 前記データ入出力ラインと相補データ入出力ラインのそ
れぞれにそのソースが連結され、そのゲートとドレイン
とが互いに交差接続され、前記データ入出力ラインと前
記相補データ入出力ラインとの電流差を感知増幅するセ
ンシングトランジスタと、 前記センシングトランジスタの前記ドレインに各々連結
されるロード抵抗と、 前記センシングトランジスタの前記ドレインと接地との
間に各々連結され、第1センシング信号及び第2センシ
ング信号に応答する利得制御部と、 前記ロード抵抗の両端に並列連結され、前記利得制御部
の出力に応答して電流経路を形成する付加抵抗と、 センシングイネーブル信号に応答して前記データ入出力
ラインと前記相補データ入出力ラインの電流を接地に流
すスイッチングトランジスタとを具備することを特徴と
する電流センスアンプ。 - 【請求項6】 前記利得制御部は、 前記第1センシング信号がそのゲートに供給され、前記
センシングトランジスタのドレインにそのドレインが連
結される第1トランジスタと、 前記第2センシング信号がそのゲートに供給され、前記
第1トランジスタのソースにそのドレインが連結され、
そのソースは前記接地に連結される第2トランジスタと
を具備することを特徴とする請求項5に記載の電流セン
スアンプ。 - 【請求項7】 前記第1センシング信号は、 ビットラインセンスアンプの活性化時に活性化され、所
定のパルス幅を有する信号であり、 前記第2センシング信号は、 前記第1センシング信号の反転信号であることを特徴と
する請求項5に記載の電流センスアンプ。 - 【請求項8】 前記ロード抵抗は、 ダイオード接続されたトランジスタであることを特徴と
する請求項5に記載の電流センスアンプ。 - 【請求項9】 前記付加抵抗は、 前記利得制御部の出力がそのゲートに供給されるトラン
ジスタであることを特徴とする請求項5に記載の電流セ
ンスアンプ。 - 【請求項10】 複数個のメモリセルが配列される多数
のメモリバンクと、前記メモリセルのビットライン及び
相補ビットラインのデータを感知増幅するビットライン
センスアンプと、 前記ビットラインセンスアンプの出力を選択してデータ
入出力ライン及び相補データ入出力ラインに伝送するコ
ラム選択回路と、 前記データ入出力ライン及び前記相補データ入出力ライ
ンの電圧レベルによって前記データ入出力ライン及び前
記相補データ入出力ラインに電流を供給するロードトラ
ンジスタ部と、 前記データ入出力ライン及び前記相補データ入出力ライ
ンの電流差を感知増幅する電流センスアンプとを備え、 前記電流センスアンプは、 前記データ入出力ラインと相補データ入出力ラインのそ
れぞれにそのソースが連結され、そのゲートとドレイン
とが互いに交差接続され、前記データ入出力ラインと前
記相補データ入出力ラインとの電流差を感知増幅するセ
ンシングトランジスタと、 前記センシングトランジスタの前記ドレインに各々連結
されるロード抵抗と、 前記ロード抵抗の両端に並列に連結され、センシング信
号に応答して電流経路を形成する付加抵抗と、 センシングイネーブル信号に応答して前記データ入出力
ラインと前記相補データ入出力ラインの電流を接地に流
すスイッチングトランジスタとを備えることを特徴とす
る半導体メモリ装置。 - 【請求項11】 前記センシング信号は、 メモリバンク選択信号及び前記メモリバンク選択信号に
よって選択された前記メモリバンクの読出し信号に応答
して発生する信号であることを特徴とする請求項10に
記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項12】 複数個のメモリセルが配列される多数
のメモリバンクと、 前記メモリセルのビットライン及び相補ビットラインの
データを感知増幅するビットラインセンスアンプと、 前記ビットラインセンスアンプの出力を選択してデータ
入出力ライン及び相補データ入出力ラインに伝送するコ
ラム選択回路と、 前記データ入出力ライン及び前記相補データ入出力ライ
ンの電圧レベルによって前記データ入出力ライン及び前
記相補データ入出力ラインに電流を供給するロードトラ
ンジスタ部と、 前記データ入出力ライン及び前記相補データ入出力ライ
ンの電流差を感知増幅する電流センスアンプとを備え、 前記電流センスアンプは、 前記データ入出力ラインと相補データ入出力ラインのそ
れぞれにそのソースが連結され、そのゲートとドレイン
とが互いに交差接続され、前記データ入出力ラインと前
記相補データ入出力ラインとの電流差を感知増幅するセ
ンシングトランジスタと、 前記センシングトランジスタの前記ドレインに各々連結
されるロード抵抗と、 前記センシングトランジスタの前記ドレインと接地との
間に各々連結され、第1センシング信号及び第2センシ
ング信号に応答する利得制御部と、 前記ロード抵抗の両端に並列に連結され、前記利得制御
部の出力に応答して電流経路を形成する付加抵抗と、 センシングイネーブル信号に応答して前記データ入出力
ラインと前記相補データ入出力ラインの電流を接地に流
すスイッチングトランジスタとを具備することを特徴と
する半導体メモリ装置。 - 【請求項13】 前記利得制御部は、 前記第1センシング信号がそのゲートに供給され、前記
センシングトランジスタのドレインにそのドレインが連
結される第1トランジスタと、 前記第2センシング信号がそのゲートに供給され、前記
第1トランジスタのソースにそのドレインが連結され、
そのソースは前記接地に連結される第2トランジスタと
を具備することを特徴とする請求項12に記載の半導体
メモリ装置。 - 【請求項14】 前記第1センシング信号は、 メモリバンク選択信号及び前記メモリバンク選択信号に
よって選択された前記メモリバンクの読出信号に応答し
て発生し、 前記第2センシング信号は、 前記第1センシング信号の反転信号であることを特徴と
する請求項12に記載の半導体メモリ装置。
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