JP2003151276A - データラインが安定したプリチャ−ジ電圧を有する半導体メモリ装置 - Google Patents
データラインが安定したプリチャ−ジ電圧を有する半導体メモリ装置Info
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Abstract
プリチャージを行って、書き込み時の電流の消耗を減少
させる半導体記憶装置を提供する。 【解決手段】 等化及びプリチャージ部400は、入出
力等化信号(IOEQ)に応答するプルダウン等化及びプリチ
ャ−ジ部420と、入出力等化バー信号(IOEQZ)に応答
するプルアップ等化及びプリチャ−ジ部410とを含
む。また、ローカルデータライン上のデータを増幅する
ローカルデータラインセンスアンプと、増幅された前記
データをローカルデータラインからグローバルデータラ
イン40に伝送することを制御する第1スイッチング手
段と、グローバルデータラインに接続された入/出力セ
ンスアンプ600と、グローバルデータライン40に接
続された等化及びプリチャ−ジ手段400と、前記等化
及びプリチャ−ジ手段に並列に前記グローバルデータラ
イン40に接続された書き込みドライバ500とを含
む。
Description
関し、特に、低電力及び低電圧で動作する半導体記憶装
置の読み出し/書き込みを効率的に行なうことに好適と
なるように改善された周辺回路を有する半導体記憶装置
に関する。
場合、半導体記憶装置の動作において速度の遅延が発生
するため、データラインのプリチャ−ジレベルをデータ
ラインのセンシング速度を向上させるために、半導体記
憶装置内の外部印加電源電圧VD Dを用いるか周辺電圧V
PERIを用いた。しかし、この場合書き込み動作時のデー
タラインをグラウンド電圧VSSレベルまで下げ、再度プ
リチャ−ジする時、外部印加の電源電圧VDD、またはV
PERIレベルまで上昇させなければならないので、バース
ト書き込みの時、電流の消耗が非常に大きくなる。特
に、高密度メモリのようにデータラインの寄生キャパシ
タンスが非常に大きい場合とDDR(Double Data Rate)の
ようにデータラインが多い場合において、電流の消耗は
より一層大きくなる。ここで、半導体記憶装置内の周辺
部は、入/出力センスアンプ、等化器及び書き込みドラ
イバ等から構成された部分であり、コア部はメモリセル
からなる部分を意味し、周辺部とコア部とは別の電源電
圧を備えることになる。その理由は、大体周辺部、特
に、バッファでは入出力されるデータ量が多いためノイ
ズが大きいので、このようなノイズがメモリセルに影響
を及ぼすことを避けるためである。
に内部のデータラインの間のスイッチの動作劣化によ
り、データラインの信号量確保が困難となり、従って入
/出力センスアンプの安定した動作が難しくなる。
ア電圧(1/2 Vcore)、または1/2電源電圧(1/2VDD)
で前記データラインをプリチャ−ジするためのプリチャ
−ジ回路が最近、速い書き込み及び読み出し動作のため
に用いられている。
ブロック図である。前記半導体メモリ素子は、複数個の
ローカルデータラインセンスアンプ110、複数個のロ
ーカルデータライン対160A及び160B、複数個のグ
ローバルデータライン対170A及び170B、スイッチ
ング部120、入出力センスアンプ(IOSA)130、等化
及びプリチャ−ジ部150及び書き込みドライバを含
む。
10は、前記ローカルデータライン160A及び160B
上のデータを増幅する。前記スイッチング部120は、
前記増幅されたデータが前記ローカルデータライン16
0A及び160Bから前記グローバルデータライン170
A及び170Bへの伝達を制御する。前記グローバルデー
タライン170A及び170Bに接続された前記入出力セ
ンスアンプ(IOSA)130は、半導体メモリ素子の外部回
路データを出力するためにメモリセル(図示せず)から読
み出されたデータを増幅する。
記グローバルデータライン170A及び170Bに1/2
コア電圧(VBLP)を供給して等化及びプリチャ−ジする。
前記書き込みドライバ140は、前記グローバルデータ
ライン170A及び170Bに接続されメモリセルにデー
タを書き込むために用いられる。
ライン170A及び170Bをプリチャ−ジするためにNM
OSトランジスタのみを用いた一例の等化及びプリチャ−
ジ部150を示す回路図である。
記グローバルデータライン170A及び170Bをプリチ
ャ−ジするために直列にグローバルデータライン170
A及び170Bに接続される第1NMOSトランジスタNT1及
び第2NMOSトランジスタNT2及び入出力等化信号IOEQに
応答して等化のための第3NMOSトランジスタNT3を含
む。前記グローバルデータライン170A及び170B
は、前記第1NMOSトランジスタNT1及び前記第2NMOSト
ランジスタNT2に印加されたVBLPにプリチャ−ジされ
る。前記入出力等化信号IOEQは、各NMOSトランジスタNT
1、NT2及びNT3のゲートに印加される。前記入出力等
化信号IOEQがプリチャ−ジ動作のために電源電圧VDDに
イネーブルされると、前記第1及び第3NMOSトランジス
タNT1及びNT3はターンオンされ、その後前記第2NMOS
トランジスタNT2がターンオンされる。すなわち、バー
スト書き込み動作が完了した後、プリチャ−ジ動作が再
度なされる場合、グローバルデータライン170A及び
170Bのプリチャ−ジ電圧レベルが以前プリチャ−ジ
電圧レベルより少しずつ低くなるようになる。したがっ
て、前記バースト書き込み動作を繰り返せば繰り返すほ
ど前記グローバルデータライン170A及び170Bのプ
リチャ−ジ電圧レベルが次第に接地電圧VSSレベルに落
ちることになる。
ジ部150のプリチャ−ジ動作のシミュレーション結果
を示す波形図であって、バースト書き込み動作がWRITE
1からWRITE4に繰り返えされることに伴って、プリチ
ャ−ジ電圧レベルは接地電圧VSSレベルに低くなってい
る。
170A及び170Bをプリチャ−ジするためにPMOSトラ
ンジスタのみを用いた他の一例の等化及びプリチャ−ジ
部150を示す回路図である。
記グローバルデータライン170A及び170Bをプリチ
ャ−ジするために直列にグローバルデータライン170
A及び170Bに接続される第1PMOSトランジスタPT1及
び第2PMOSトランジスタPT2及び入出力等化バー信号(I
OEQZ)に応答して等化するための第3PMOSトランジスタP
NT3を含む。前記グローバルデータライン170A及び
170Bは、前記第1PMOSトランジスタPT1及び前記第
2PMOSトランジスタPT2の間に印加されたVB LPにプリチ
ャ−ジされる。前記入出力等化バー信号(IOEQZ)は、各P
NMOSトランジスタPT1、PT2及びPNT3のゲートに印加
される。前記入出力等化バー信号(IOEQZ)がプリチャ−
ジ動作のために0Vにイネーブルされると、前記第2及
び第3PMOSトランジスタPT2及びPT3は、ターンオンさ
れ、以後前記第1PMOSトランジスタPT1がターンオンさ
れる。すなわち、バースト書き込み動作が完了された
後、プリチャ−ジ動作が再度なされる場合、グローバル
データライン170A及び170Bのプリチャ−ジ電圧レ
ベルが以前プリチャ−ジ電圧レベルより少しずつ高くな
る。したがって、前記バースト書き込み動作を繰り返せ
ば繰り返すほど前記グローバルデータライン170A及
び170Bのプリチャ−ジ電圧レベルが次第にメモリコ
ア電圧(Vcore)レベルに上昇することになる。
ジ部150のプリチャ−ジ動作のシミュレーション結果
を示す波形図であって、バースト書き込み動作がWRITE
1からWRITE4に繰り返されることに伴って、プリチャ
−ジ電圧レベルは接地電圧(Vc ore)レベルに上昇するこ
とになる。
ータラインをプリチャ−ジする時、バースト書き込み動
作が繰り返されつつ前記プリチャ−ジ電圧レベルがVBLP
に維持されない。したがって、電流消費が増加し動作速
度が遅くなる問題点がある。
入/出力センスアンプとして既存の差動増幅器形態を用
いる場合、アクセス時間の遅延が生じるし、読み出し電
流も大きい。このような現象は、低電圧であるほど大き
く発生する。
来の技術の問題に鑑みてなされたものであって、その目
的は、本発明では電源電圧の中間レベルによりデータラ
インのプリチャ−ジを行って、書き込み時の電流の消耗
を減少させる半導体記憶装置を提供することである。
トラインセンスアンプと同じ類型のセンスアンプを入/
出力センスアンプに採用することによって、プリチャ−
ジレベルを下げることよって発生し得る読み出しの時の
アクセス時間遅延を除去し、動作電流を減少させる半導
体記憶装置を提供することに他の目的がある。
するため、本発明は、入出力等化信号(IOEQ)に応答し
て、データラインを等化及びプリチャ−ジするためのプ
ルダウン等化及びプリチャ−ジ部と、入出力等化バー信
号(IOEQZ)に応答して、データラインを等化及びプリチ
ャ−ジするためのプルアップ等化及びプリチャ−ジ部と
を含む。
本発明は、ローカルデータライン上のデータを増幅する
ローカルデータラインセンスアンプと、増幅された前記
データをローカルデータラインからグローバルデータラ
インに伝送することを制御する第1スイッチング手段
と、メモリセルから読み出したデータを半導体記憶装置
の外部に出力するために増幅する前記グローバルデータ
ラインに接続された入/出力センスアンプと、前記グロ
ーバルデータラインを迅速に等化及びプリチャ−ジする
ために第1等化及びプリチャ−ジ部及び第2等化及びプ
リチャ−ジ部とを含んで前記グローバルデータラインに
接続された等化及びプリチャ−ジ手段と、前記メモリセ
ルにデータを書き込むために、前記等化及びプリチャ−
ジ手段に並列に前記グローバルデータラインに接続され
た書き込みドライバとを含む。
例を添付する図を参照しながら説明する。
の主要部に対する具体的な回路図であって、前記半導体
記憶装置は、入出力センスアンプ(IOSA)600、書き込
みドライバ500及び等化及びプリチャ−ジ部400を
含む。また、前記半導体記憶装置は、図1の従来の半導
体記憶装置のようにスイッチ部を介してローカルデータ
ラインに接続されたグローバルデータライン40A及び
40Bを含む。前記ローカルデータラインは、メモリセ
ルを含むメモリコアに接続される。
ンプ(IOSA)600、前記等化及びプリチャ−ジ部400
及び前記書き込みドライバ500は、前記グローバルデ
ータライン40A及び40Bに接続される。前記等化及び
プリチャ−ジ部400は、プルアッププリチャ−ジ部4
10及びプルダウンプリチャ−ジ部420を含む。前記
プルアッププリチャ−ジ部410は、第1、第2及び第
3PMOSトランジスタMP0、MP1及びMP2からなり、第1
PMOSトランジスタMP0は、グローバルデータライン40
A及び40Bの等化のためのものであり、第2及び第3PM
OSトランジスタMP1及びMP2は、前記グローバルデータ
ライン40A及び40Bをプリチャ−ジするためのもので
ある。前記第2及び第3PMOSトランジスタMP1及びMP3
は、グローバルデータライン40A及び40Bに直列に接
続され、前記第2及び第3PMOSトランジスタMP1及びMP
2の間にVBLPが印加される。
第1、第2及び第3NMOSトランジスタMN0、MN1及びMN
2からなり、第1NMOSトランジスタMP0は、グローバル
データライン40A及び40Bの等化のためのものであ
り、第2及び第3NMOSトランジスタMN1及びMN2は、前
記グローバルデータライン40A及び40Bをプリチャ−
ジするためのものである。前記第2及び第3NMOSトラン
ジスタMN1及びMN3は、グローバルデータライン40A
及び40Bに直列に接続され、前記第2及び第3NMOSト
ランジスタMN1及びMN2の間にVBLPが印加される。
40Bをプリチャ−ジすることにおいて、プリチャ−ジ
用電源にVBLPあるいは1/2VDDを用いることによって、
プリチャ−ジレベルをVBLPあるいは1/2VDDに維持しつ
つ、書き込みの時には書き込みドライバ500が書き込
みイネーブル信号と書き込みデータ信号とを組み合わせ
てプルアップトランジスタ、あるいはプルダウントラン
ジスタを駆動することによって、グローバルデータライ
ン40A及び40Bをプリチャ−ジレベルであるVB LP、あ
るいは1/2VDDから各々グラウンド電圧VSSとコア電圧V
core、またはVDDに駆動する。再度プリチャ−ジする場
合には、グローバルデータライン40A及び40Bは、等
化トランジスタMN0、MP0を介して短絡されてVBLPレベ
ルにプリチャ−ジされる。
Q、IOEQZ)をゲート制御信号に用いてVBLPあるいは1/2
VDDにプリチャ−ジするトランジスタMN1、MN2、MP1
及びMP2は、プリチャ−ジ電圧レベルを維持する役割を
し、プリチャ−ジ用トランジスタMN1とMN2あるいはMP
1とMP2のチャージシェアリングによりプリチャ−ジが
行なわれるので、バースト書き込み機能を行なう場合に
書き込み/プリチャ−ジ電流が減少する。
タラインをプリチャ−ジするために、前記プルアッププ
リチャ−ジ部410及び前記プルダウンプリチャ−ジ部
420を用いることによって、書き込み動作が完了した
後、前記グローバルデータラインのプリチャ−ジレベル
はVBLPあるいは1/2VDDに正確に再度プリチャ−ジされ
る。すなわち、書き込み動作を繰り返しながら前記グロ
ーバルデータラインのプリチャ−ジ電圧のレベルは、V
BLPあるいは1/2VDDに維持される。
1/2VDD電圧を用いることによって、書き込みドライバ
動作の時とプリチャ−ジ動作の時に発生するピック電流
によるパワーノイズを減少させる。
存の方式と類似しているが、VBLPあるいは1/2VDD電圧
レベルにプリチャ−ジを行なうという点とVBLPあるいは
1/2VDDプリチャ−ジレベルの使用によるアクセス速度
遅延を防止するために、ビットラインセンスアンプと類
似した形態の提案されたクロスカップル形態の入/出力
センスアンプ610を用いるという点に相違点がある。
既存のハーフセル電圧を用いるビットラインセンスアン
プと同じ類型のクロスカップル形態のセンスアンプを採
用することによって、等化及びプリチャ−ジ部400に
おけるプリチャ−ジレベルを下げることによって発生で
きる読み出しの時のアクセス時間遅延を除去し動作電流
を減少させる。
プリチャ−ジ部400のシミュレーション結果を示す波
形図であって、書き込み動作が連続して続けて行なわれ
ても、前記グローバルデータラインのプリチャ−ジ電圧
レベルはVBLPあるいは1/2V DDに維持される。
み及びプリチャ−ジ動作の波形図である。
間遅延した後アドレス入力により指定されたアドレスの
データがローカルデータラインからグローバルデータラ
インを介して伝達される。この時の電圧レベルは、VBLP
あるいは1/2VDDから始まる。信号量が確保されるまで
の遅延時間があった後、入/出力センスアンプ600が
駆動信号によって駆動されて、データをデータ出力バッ
ファ(図示せず)に伝送する。読み出し動作を行なった後
のプリチャ−ジは書き込みの後のプリチャ−ジと同じ動
作で行われる。また、読み出し、または書き込みバース
ト動作の時、読み出しプリチャ−ジまたは書き込み・プ
リチャ−ジを繰り返し行い、これは既存回路の動作と同
様である。
のピーク値電流及び実効値電流の消耗を比較した例示図
である。
消耗される実効電流を、図6Bは書き込み-プリチャ−ジ
動作の時消耗されるピーク値電流を各々示す。本発明の
プリチャ−ジと本発明の入/出力センスアンプを用いる
と、既存のプリチャ−ジと本発明の入/出力センスアン
プを用いることに比べて、実効値電流、ピーク値電流の
消耗が共に35%が減少されることが分かる。
消耗される実効値電流を、図6Dは、読み出しプリチャ
−ジ動作の時消耗されるピーク値電流を各々示す。本発
明のプリチャ−ジと本発明の入/出力センスアンプを用
いると、既存のプリチャ−ジと既存の入/出力センスア
ンプを用いることに比べて、実効値電流は54%、ピー
ク値電流は41%程度電流消耗が減少されることが分か
る。
実施形態によって具体的に記述されたが、上記した実施
形態はその説明のためのものであって、その制限のため
のものでないことに留意されるべきである。また、本発
明の技術分野における通常の専門家であるならば、本発
明の技術思想の範囲内で種々の実施形態が可能であるこ
とを理解されるべきである。
VBLPあるいは1/2VDDからVSSまたはV core(または、
VDD)に駆動され、プリチャ−ジの時グローバルデータラ
インは、等化トランジスタを介して短絡されてVBLPある
いは1/2VDDレベルにプリチャ−ジされ、プリチャ−ジ
の時、電流を使用せずグローバルデータラインの間のチ
ャージシェアリングによりプリチャ−ジが行なわれるの
で、バースト書き込みを行なう時、書き込み/プリチャ
−ジ電流が従来に比べて約60%程度に大幅に減少す
る。また、書き込みドライバ動作の時及びプリチャ−ジ
動作の時発生するピック電流によるパワーノイズを減少
させることによって、動作の安定化が可能となる。読み
出し動作を行なう時、VBLPあるいは1/2VDDプリチャ−
ジレベル使用に伴うアクセス速度遅延を防止するため
に、ビットラインセンスアンプと類似した形態のクロス
カップル形態の入/出力センスアンプを用いる。この形
態の入/出力センスアンプは、既存の差動増幅器に比べ
て動作電流を減少させることができ、VB LPあるいは1/
2VDDプリチャ−ジによるアクセス時間の遅延をなくす
ことができる。
ータライン及びグローバルデータラインが待機時、全部
同じレベルにプリチャ−ジされているので、漏れ電流を
低減できるので、待機電流が減少する効果がある。
る。
50の一例を示す回路図である。
動作シミュレーション結果を示す波形図である。
0の他の例を示す回路図である。
動作シミュレーション結果を示す波形図である。
路図である。
00の動作シミュレーション結果を示す波形図である。
プリチャ−ジ動作を示すタイミング図である。
及び実効値電流の消耗を比較した例示図である。
及び実効値電流の消耗を比較した例示図である。
及び実効値電流の消耗を比較した例示図である。
及び実効値電流の消耗を比較した例示図である。
レイデータライン
Claims (12)
- 【請求項1】 入出力等化信号(IOEQ)に応答して、デー
タラインを等化及びプリチャ−ジするためのプルダウン
等化及びプリチャ−ジ部と、 入出力等化バー信号(IOEQZ)に応答して、データライン
を等化及びプリチャ−ジするためのプルアップ等化及び
プリチャ−ジ部とを含むことを特徴とする等化及びプリ
チャ−ジ回路。 - 【請求項2】 前記データラインは、1/2コア電圧(1
/2 Vcore)、または1/2電源電圧(1/2 VDD)にプリチ
ャ−ジされることを特徴とする請求項1に記載の等化及
びプリチャ−ジ回路。 - 【請求項3】 前記プルダウン等化及びプリチャ−ジ部
は、前記データラインに直列に接続され、入出力等化信
号に応答して前記データラインをプリチャ−ジするため
の第1及び第2NMOSトランジスタと、 前記データラインに接続し、前記入出力等化信号に応答
して前記データラインを等化するための第3NMOSトラン
ジスタとを含むことを特徴とする請求項1に記載の等化
及びプリチャ−ジ回路。 - 【請求項4】 前記プルアップ等化及びプリチャ−ジ部
は、前記データラインに直列に接続され、入出力等化バ
ー信号に応答して前記データラインをプリチャ−ジする
ための第1及び第2PMOSトランジスタと、 前記データラインに接続され入出力等化バー信号に応答
して前記データラインを等化するための第3PMOSトラン
ジスタとを含むことを特徴とする請求項1に記載の等化
及びプリチャ−ジ回路。 - 【請求項5】 ローカルデータライン上のデータを増幅
するローカルデータラインセンスアンプと、 増幅された前記データをローカルデータラインからグロ
ーバルデータラインに伝送することを制御する第1スイ
ッチング手段と、 メモリセルから読み出したデータを半導体記憶装置の外
部に出力するために増幅する前記グローバルデータライ
ンに接続された入/出力センスアンプと、 前記グローバルデータラインを迅速に等化及びプリチャ
−ジするために第1等化及びプリチャ−ジ部及び第2等
化及びプリチャ−ジ部とを含んで前記グローバルデータ
ラインに接続された等化及びプリチャ−ジ手段と、 前記メモリセルにデータを書き込むために、前記等化及
びプリチャ−ジ手段に並列に前記グローバルデータライ
ンに接続された書き込みドライバとを含むことを特徴と
する半導体記憶装置。 - 【請求項6】 前記グローバルデータラインは、1/2
コア電圧(Vcore)または1/2電源電圧(1/2 VDD)にプ
リチャ−ジされることを特徴とする請求項5に記載の半
導体記憶装置。 - 【請求項7】 前記第1等化及びプリチャ−ジ部は、 前記グローバルデータラインの間に接続されると共に入
/出力等化バー信号(IOEQZ)がゲートに入力されるPMOSト
ランジスタと、 前記グローバルデータラインの間に接続されると共に入
/出力等化バー信号(IOEQZ)がゲートに入力され、かつ直
列に接続される複数のPMOSトランジスタとを含み、 前記複数のPMOSトランジスタの中央部は、1/2VDDまた
は1/2Vcoreと接続することを特徴とする請求項6に記
載の半導体記憶装置。 - 【請求項8】 前記第2等化及びプリチャ−ジ部は、 前記グローバルデータラインの間に接続されると共に入
/出力等化信号(IOEQ)がゲートに入力されるNMOSトラン
ジスタと、 前記グローバルデータラインの間に接続されながら入/
出力等化信号(IOEQ)がゲートに入力され直列に接続され
る複数のNMOSトランジスタとを含み、 前記複数のNMOSトランジスタの中央部は、1/2電源電
圧(VDD)または1/2コア電圧(Vcore)と接続されること
を特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。 - 【請求項9】 前記書き込みドライバは、ドレインは電
源電圧と接続され、ソースは前記グローバルデータライ
ンと各々接続された複数のPMOSトランジスタにおいて、 前記グローバルデータラインの中、一個のグローバルデ
ータラインに接続されたPMOSトランジスタのゲートには
プルアップ信号(PU)が印加され、 前記グローバルデータラインの中、他の一個のグローバ
ルデータラインに接続されたPMOSトランジスタのゲート
にはプルアップバー信号(PUZ)が印加され、 ドレインは、前記グローバルデータラインと接続され、
ソースは、グラウンド電圧と各々接続された複数のNMOS
トランジスタにおいて、 前記グローバルデータラインの中、一個のグローバルデ
ータラインに接続されたNMOSトランジスタのゲートには
プルダウン信号(PD)が印加され、 前記グローバルデータラインの中、他の一個のグローバ
ルデータラインに接続されたNMOSトランジスタのゲート
にはプルダウンバー信号(PDZ)が印加されることを特徴
とする請求項5ないし8のいずれかに記載の半導体記憶
装置。 - 【請求項10】 前記入/出力センスアンプは、 前記一対のグローバルデータラインの微細電圧差を増幅
して出力するクロスカップル型増幅器であることを特徴
とする請求項5に記載の半導体記憶装置。 - 【請求項11】 前記入/出力センスアンプは、 グローバルデータラインに入力されるデータが半導体記
憶装置の外部に出力されることを制御する第2スイッチ
ング手段を含むことを特徴とする請求項10に記載の半
導体記憶装置。 - 【請求項12】 前記第2スイッチング手段は、 入/出力センスアンプ転換信号をゲート入力とするトラ
ンスファートランジスタであることを特徴とする請求項
11に記載の半導体記憶装置。
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