JP2006260697A - Read only semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、読み出し時間の短縮化および消費電流の低減を図った読み出し専用半導体メモリに関する。 The present invention relates to a read-only semiconductor memory in which read time is shortened and current consumption is reduced.
従来の読み出し専用の半導体メモリは、例えば、特許文献1に記載されるように構成されている。
つまり、図5に示す読み出し専用の半導体メモリは、データを記憶する複数のメモリセルMC1・MC2・・・と、該メモリセルMC1・MC2・・・に記憶されたデータを読み出すためのセンスアンプ回路11とを備えている。
センスアンプ回路11におけるノードN1は、プリチャージ動作とデータ読み出し動作を切り換える制御信号入力であり、入力された制御信号はインバータINV1によって反転され、Pチャネル型MOSFETで構成されるプリチャージ用スイッチング素子MP1のゲートに入力される。このプリチャージ用スイッチング素子MP1は、ノードN3の電圧を電源電圧Vddに充電するプリチャージ手段となっている。
このノードN3と電源Vddの間には、Pチャネル型MOSFETにて構成される負荷手段MP2が接続されている。
A conventional read-only semiconductor memory is configured as described in
That is, the read-only semiconductor memory shown in FIG. 5 has a plurality of memory cells MC1, MC2,... For storing data and a sense amplifier circuit for reading the data stored in the memory cells MC1, MC2,. 11.
A node N1 in the
Between the node N3 and the power source Vdd, load means MP2 constituted by a P-channel MOSFET is connected.
一方、制御信号は、Pチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MP3とNチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MN1とで構成されるインバータINV2により反転されて読み出し制御信号となり、Nチャネル型MOSFETにて構成されるスイッチング素子MN2のゲートに供給される。このスイッチング素子MN2は、不揮発性のメモリセルMC1〜MCnと前記負荷手段MP2との間の電流パスに挿入されている。 On the other hand, the control signal is inverted by an inverter INV2 composed of a switching element MP3 that is a P-channel MOSFET and a switching element MN1 that is an N-channel MOSFET to become a read control signal, and is composed of an N-channel MOSFET It is supplied to the gate of the switching element MN2. The switching element MN2 is inserted in a current path between the nonvolatile memory cells MC1 to MCn and the load means MP2.
メモリセルMC1〜MCnは、それぞれワード線WL1〜WLnによって制御されており、ハイレベル(“Hi”レベル)とローレベル(“Lo”レベル)の2値データを記憶保持する。メモリセルMC1〜MCnに“Hi”レベルのデータが書き込まれたときには、しきい値電圧が下がり、“Lo”レベルのデータが書き込まれた場合に比べて、多くのセル電流が流れる。
そして、ノードN3の電圧を増幅するインバータINV3が設けられており、メモリセルMC1〜MCnのデータが、この出力インバータINV3から読み出されることとなっている。
The memory cells MC1 to MCn are controlled by the word lines WL1 to WLn, respectively, and store and hold high level (“Hi” level) and low level (“Lo” level) binary data. When "Hi" level data is written in the memory cells MC1 to MCn, the threshold voltage decreases, and a larger cell current flows than when "Lo" level data is written.
An inverter INV3 that amplifies the voltage at the node N3 is provided, and data of the memory cells MC1 to MCn is read from the output inverter INV3.
このように構成されるセンスアンプ回路11は、次のように動作する。
まず、制御信号が“Hi”レベルのとき、ノードN2に出力されるプリチャージ制御信号は“Lo”レベルとなり、プリチャージ用スイッチング素子MP1がオンするとともに、スイッチング素子MN2がオフし、ノードN3がプリチャージされる。
この後、制御信号が“Lo”レベルとなると、ノードN2が“Hi”レベルとなってプリチャージ用スイッチング素子MP1がオフするとともに、スイッチング素子MN2がオンして、読み出し動作を行う。
いま、ワード線WL1が“Hi”レベルになりメモリセルMC1が選択されたとする。
The
First, when the control signal is at the “Hi” level, the precharge control signal output to the node N2 is at the “Lo” level, the precharge switching element MP1 is turned on, the switching element MN2 is turned off, and the node N3 is turned on. Precharged.
Thereafter, when the control signal becomes “Lo” level, the node N2 becomes “Hi” level, the precharge switching element MP1 is turned off, and the switching element MN2 is turned on to perform the read operation.
Now, it is assumed that the word line WL1 is at the “Hi” level and the memory cell MC1 is selected.
メモリセルMC1に“Hi”データが記憶されていた場合には、セル電流はより多く流れるため、負荷手段MP2とメモリセルMC1との抵抗比で定まる、ノードN3における電圧は低くなり、インバータINV3からのデータ出力は“Hi”レベルとなる。
一方、メモリセルMC1に“Lo”データが記憶されていた場合には、セル電流は少なくなるため、反対にノードN3における電圧は高くなり、出力インバータINV3からのデータ出力は“Lo”レベルとなる。
When “Hi” data is stored in the memory cell MC1, the cell current flows more. Therefore, the voltage at the node N3, which is determined by the resistance ratio between the load means MP2 and the memory cell MC1, becomes low. The data output at “Hi” level.
On the other hand, when “Lo” data is stored in the memory cell MC1, since the cell current decreases, the voltage at the node N3 increases, and the data output from the output inverter INV3 becomes the “Lo” level. .
なお、Nチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MN3は、“Lo”データ読み出し時におけるノードN3の電圧の上昇を高速化させる働きをしている。すなわち、この時にはノードN3の電圧が上昇していくが、ノードN5の電圧も高くなっていく。
そして、ノードN5の電圧がスイッチング素子MN3のしきい値電圧より高くなると、このスイッチング素子MN3がオンする。
すると、ノードN4の電圧が低くなって、スイッチング素子MN2がオフすることにより、ノードN3からノードN5へ至る電流パスが遮断され、ノードN3の電圧の上昇が高速化されることとなる。
When the voltage at the node N5 becomes higher than the threshold voltage of the switching element MN3, the switching element MN3 is turned on.
Then, the voltage at the node N4 is lowered and the switching element MN2 is turned off, so that the current path from the node N3 to the node N5 is cut off, and the increase in the voltage at the node N3 is accelerated.
本発明は、前述した従来のセンスアンプ回路において、“Lo”データの読み出し時間が長いという問題と、“Hi”データの読み出し時に動作電流が大きくなるという問題との2つの問題点を解決することを目的としている。
以下に、これらの問題点を詳しく説明する。
The present invention solves the two problems of the above-described conventional sense amplifier circuit, that is, the problem that the reading time of “Lo” data is long and the problem that the operating current increases when reading “Hi” data. It is an object.
Hereinafter, these problems will be described in detail.
(1)“Lo”データの読み出し時間が長いという問題
図6に示すように、従来のセンスアンプ回路11では、読み出し動作の開始時において、スイッチング素子MN2がオンした時点で、ノードN3の電圧がノードN5の電圧0V(Vss)に一旦振られることとなる。
これは、プリチャージ期間にメモリセルと基板との間で生じる接合リーク電流によりノードN5が0V(Vss)にディスチャージされるためである。従って、その後ノードN3が定常値に戻るまで時間がかかり、データ読み出し動作が遅くなってしまう。
(1) Problem that “Lo” Data Read Time is Long As shown in FIG. 6, in the conventional
This is because the node N5 is discharged to 0 V (Vss) due to the junction leakage current generated between the memory cell and the substrate during the precharge period. Accordingly, it takes time until the node N3 returns to the steady value thereafter, and the data reading operation is delayed.
ここで、定常値とは、スイッチング素子MN2のオン抵抗が小さく設計されていれば、負荷手段MP2のサイズ(チャネル幅/チャネル長)とメモリセル電流で決定されるノードN3の電圧である。
なお、ノードN5には複数のメモリセルMC1〜MCnが接続されているため、ノードN5が有する寄生容量はノードN3の有する寄生容量に比べて非常に大きい。このため、読み出し動作の開始時にスイッチング素子MN2がオンすると、ノードN3の電圧が0V(Vss)へ大きく振られることになる。
Here, the steady value is the voltage at the node N3 determined by the size (channel width / channel length) of the load means MP2 and the memory cell current if the on-resistance of the switching element MN2 is designed to be small.
Since the node N5 is connected to the plurality of memory cells MC1 to MCn, the parasitic capacitance of the node N5 is much larger than the parasitic capacitance of the node N3. For this reason, when the switching element MN2 is turned on at the start of the read operation, the voltage of the node N3 is greatly swung to 0 V (Vss).
(2)“Hi”データ読み出し時に動作電流が大きくなるという問題
この問題が生じる原因は、まず、読み出し動作期間にメモリセルに電流が常に流れることである。また、ノードN3も電源電圧Vddと接地電圧Vssとの中間電圧となるため、出力インバータINV3の貫通電流が大きくなっていることである。
また、ノードN5も電源電圧Vddと接地電圧Vssとの中間電圧となるため、スイッチング素子MP3とスイッチング素子MN3との間で貫通電流が流れる。
(2) The problem that the operating current increases when “Hi” data is read out. The cause of this problem is that current always flows through the memory cells during the read operation period. Further, since the node N3 is also an intermediate voltage between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss, the through current of the output inverter INV3 is increased.
Further, since the node N5 is also an intermediate voltage between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss, a through current flows between the switching element MP3 and the switching element MN3.
なお、これらの対策として、負荷手段MP2の負荷抵抗値を高くして、ノードN3及びノードN5の電圧を中間電圧からより低くすることが考えられる。
しかし、負荷手段MP2の負荷抵抗値を高くすると、メモリセルMC1に“Lo”データが記憶されている場合に、データの読み出し動作が遅くなってしまうという欠点がある。
As measures against these, it is conceivable to increase the load resistance value of the load means MP2 and lower the voltages at the nodes N3 and N5 from the intermediate voltage.
However, when the load resistance value of the load means MP2 is increased, there is a disadvantage that the data read operation is delayed when “Lo” data is stored in the memory cell MC1.
上記課題を解決する読み出し専用半導体メモリは、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載の如く、データを記憶するメモリセルと、メモリセルに記憶されたデータを読み出すためのセンスアンプ回路とを備え、該センスアンプ回路が、電源電圧が一端に供給された負荷手段と、メモリセルと前記負荷手段の間の電流パスに挿入され、データ読み出し制御信号に基づいて導通するスイッチング手段と、前記負荷手段の他端とスイッチング手段との間のノードを、プリチャージ制御信号に基づいてデータ読み出し前に電源電圧に充電するプリチャージ手段とを備える読み出し専用半導体メモリであって、前記メモリセルと負荷手段との間の電流パスにおいて、前記スイッチング手段とメモリセルとの間のノードをプルアップする手段を、該スイッチング手段と並列に設けた。
これにより、負荷手段とスイッチング手段との間のノードを電源電圧に保持することができ、メモリセルのデータ“Lo”の読み出しを高速で行うことが可能となる。
A read-only semiconductor memory that solves the above problems has the following characteristics.
That is, according to the first aspect of the present invention, a memory cell for storing data and a sense amplifier circuit for reading the data stored in the memory cell are provided, and the sense amplifier circuit has a load supplied with a power supply voltage at one end. And a switching means inserted in a current path between the memory cell and the load means and made conductive based on a data read control signal, and a node between the other end of the load means and the switching means. Read-only semiconductor memory comprising precharge means for charging a power supply voltage before data reading based on a signal, between the switching means and the memory cell in a current path between the memory cell and the load means A means for pulling up the node is provided in parallel with the switching means.
Thereby, the node between the load means and the switching means can be held at the power supply voltage, and the data “Lo” of the memory cell can be read at a high speed.
また、請求項2記載の如く、前記スイッチング手段の駆動電圧を発生する回路は、“Lo”データ読み出し時に、前記プルアップ手段によりプルアップされた、前記スイッチング手段とメモリセルとの間のノードの電圧と同等の電圧を、該スイッチング手段に対する駆動電圧として付与する。
これにより、Nチャネル型MOSFETで構成されるスイッチング手段のゲート電圧とソース電圧とが同等の電圧になって、該スイッチング手段がオフするため、負荷手段とスイッチング手段との間のノードを電源電圧に保持することができる。
従って、メモリセルのデータ“Lo”の読み出しを高速で行うことが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, the circuit for generating the driving voltage of the switching means is a node of the node between the switching means and the memory cell that is pulled up by the pull-up means at the time of reading “Lo” data. A voltage equivalent to the voltage is applied as a drive voltage for the switching means.
As a result, the gate voltage and the source voltage of the switching means constituted by the N-channel MOSFET become equal to each other and the switching means is turned off, so that the node between the load means and the switching means is set to the power supply voltage. Can be held.
Therefore, it is possible to read data “Lo” of the memory cell at high speed.
また、請求項3記載の如く、前記プルアップ手段は、前記負荷手段の他端とスイッチング手段との間のノードの電圧が、スイッチング手段とメモリセルとの間のノードの電圧よりも一定電圧以上高い場合に導通して、スイッチング手段とメモリセルとの間のノードをプルアップする。
これにより、プルアップ回路は、負荷手段とスイッチング手段との間のノードの電圧と、スイッチング手段とメモリセルとの間のノードの電圧との電圧差が一定電圧より小さくなった場合は、スイッチング手段とメモリセルとの間のノードをプルアップしなくなり、“Hi”データを読み出す際の、負荷手段とスイッチング手段との間のノードは、最終的に5Vから0Vへ低下するため、中間電圧とはならない。
従って、インバータINV3を通じて貫通電流が流れることがなく、消費電流を抑えることができる。
また、読み出し時、スイッチング素子MN1およびスイッチング素子MN3のゲート電圧を0Vにしてオフさせるため、スイッチング素子MP3を通して貫通電流が流れず、消費電流を抑えることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the pull-up means, the voltage at the node between the other end of the load means and the switching means is equal to or higher than the voltage at the node between the switching means and the memory cell. When high, it conducts and pulls up the node between the switching means and the memory cell.
Thereby, the pull-up circuit is configured to switch the switching means when the voltage difference between the voltage of the node between the load means and the switching means and the voltage of the node between the switching means and the memory cell becomes smaller than a certain voltage. The node between the memory cell and the memory cell is no longer pulled up, and the node between the load unit and the switching unit at the time of reading “Hi” data finally decreases from 5V to 0V. Don't be.
Therefore, no through current flows through the inverter INV3, and current consumption can be suppressed.
Further, at the time of reading, since the gate voltages of the switching elements MN1 and MN3 are turned off by setting them to 0V, a through current does not flow through the switching element MP3, and current consumption can be suppressed.
本発明によれば、メモリセルのデータ“Lo”の読み出しを高速で行うことが可能となり、消費電流を抑えることができる。 According to the present invention, data “Lo” in a memory cell can be read at high speed, and current consumption can be suppressed.
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明にかかる読み出し専用の半導体メモリについて説明する。
図1に示す読み出し専用の半導体メモリは同期型半導体メモリに構成されており、データを記憶する複数のメモリセルMC1〜MCnからなるメモリセルアレイ10と、該メモリセルアレイ10の各メモリセルMC1〜MCnに記憶されたデータを読み出すためのセンスアンプ回路11とを備えている。
メモリセルMC1〜MCnは、EPROM、EEPROM、またはフラッシュメモリ等の不揮発性メモリにて構成されている。
A read-only semiconductor memory according to the present invention will be described.
The read-only semiconductor memory shown in FIG. 1 is configured as a synchronous semiconductor memory, and includes a
Memory cells MC1 to MCn are configured by a nonvolatile memory such as an EPROM, an EEPROM, or a flash memory.
センスアンプ回路11は、電源電圧Vddが一端に供給された負荷手段である負荷抵抗R1と、メモリセルMC1〜MCnと前記負荷抵抗R1との間の電流パスに挿入され、データ読み出し制御信号に基づいて導通するスイッチング素子MN2と、前記負荷抵抗R1の他端とスイッチング素子MN2との間のノードN3を、プリチャージ制御信号に基づいてデータ読み出し前に電源電圧Vddに充電するプリチャージ手段としてのプリチャージ用スイッチング素子MP1と、プリチャージ動作およびデータ読み出し動作を切り換える制御信号入力であるノードN1とプリチャージ用スイッチング素子MP1との間に設けられ、該制御信号入力を反転させるインバータINV1と、データ読み出し時に前記ノードN3に生じる電圧を増幅するためのインバータINV3と、前記スイッチング素子MN2のゲート電圧を発生させるゲート電圧発生回路13と、前記メモリセルMC1〜MCnと負荷抵抗R1との間の電流パスにおいて、前記スイッチング素子MN2と並列に設けられ、該スイッチング素子MN2とメモリセルMC1〜MCnとの間のノードN5をプルアップする手段であるプルアップ回路15等とを、備えている。電源電圧Vddは、例えば5Vに設定されている。
The
前記ゲート電圧発生回路13は、Pチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MP3とNチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MN1とで構成されるインバータINV2と、該インバータINV2とスイッチング素子MN2のゲート電極に接続されるノードN4との間に接続される電圧降下回路13aと、ノードN1の制御信号に基づいて、ノードN4とグランドとの接続状態を切り換えるスイッチング素子MN3とで構成されている。
電圧降下回路13aは、ドレインとゲートとを接続したNチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MN4・MN5・MN6を複数直列接続して構成されている。本例では、3個のスイッチング素子MN4・MN5・MN6が直列接続されている。
The gate
The
そして、センスアンプ回路11において、前記ノードN1に入力された制御信号はインバータINV1によって反転され、Pチャネル型MOSFETで構成されるプリチャージ用スイッチング素子MP1のゲートに入力される。前記負荷抵抗R1は、このノードN3と電源Vddの間に接続されている。
In the
また、ノードN1に入力された制御信号は、前記インバータINV2により反転されて読み出し制御信号となり、電圧降下回路13aを通じて、Nチャネル型MOSFETにて構成されるスイッチング素子MN2のゲートに供給される。
The control signal input to the node N1 is inverted by the inverter INV2 to become a read control signal, and is supplied to the gate of the switching element MN2 formed of an N-channel MOSFET through the
前記メモリセルMC1〜MCnは、それぞれワード線WL1〜WLnによって制御されており、ハイレベル(“Hi”レベル)とローレベル(“Lo”レベル)の2値データを記憶保持可能に構成されている。
このメモリセルMC1〜MCnに“Hi”レベルのデータが書き込まれたときには、しきい値電圧が下がり、“Lo”レベルのデータが書き込まれた場合に比べて、多くのセル電流が流れる。
そして、メモリセルMC1〜MCnのデータは、ノードN3の電圧を増幅するインバータINV3から読み出される。
The memory cells MC1 to MCn are controlled by word lines WL1 to WLn, respectively, and are configured to store and hold binary data of high level (“Hi” level) and low level (“Lo” level). .
When "Hi" level data is written in the memory cells MC1 to MCn, the threshold voltage decreases, and a larger cell current flows than when "Lo" level data is written.
The data of the memory cells MC1 to MCn is read from the inverter INV3 that amplifies the voltage at the node N3.
また、スイッチング素子MN2と並列に設けられる前記プルアップ回路15は、ドレインとゲートとを接続したNチャネル型MOSFETであるスイッチング素子MN7・MN8・MN9を複数直列接続して構成されている。本例では、3個のスイッチング素子MN7・MN8・MN9が直列接続されている。
The pull-up
次に、このように構成されるセンスアンプ回路11の動作について説明する。
まず、図2に示すように、読み出し専用半導体メモリにおけるプリチャージ時には、ノードN1には“Hi”レベルの制御信号が入力され、インバータINV1によりノードN2に出力されるプリチャージ制御信号は“Lo”レベルとなるため、プリチャージ用スイッチング素子MP1がオンする。
Next, the operation of the
First, as shown in FIG. 2, at the time of precharging in the read-only semiconductor memory, a “Hi” level control signal is input to the node N1, and the precharge control signal output to the node N2 by the inverter INV1 is “Lo”. Therefore, the precharge switching element MP1 is turned on.
一方、ノードN1の“Hi”レベルの制御信号により、スイッチング素子MP3がオフされるとともに、スイッチング素子MN1およびスイッチング素子MN3がオンする。これにより、スイッチング素子MN2のゲート電極に接続されるノードN4の電位が接地電圧Vss(0V)となって、該スイッチング素子MN2はオフされる。
これにより、ノードN3がプリチャージされ、電源電圧Vddと同電圧の5Vとなる。
On the other hand, the switching element MP3 is turned off and the switching element MN1 and the switching element MN3 are turned on by the “Hi” level control signal of the node N1. As a result, the potential of the node N4 connected to the gate electrode of the switching element MN2 becomes the ground voltage Vss (0 V), and the switching element MN2 is turned off.
As a result, the node N3 is precharged and becomes 5V, which is the same voltage as the power supply voltage Vdd.
また、このプリチャージ時には、Vssのリーク電流によりノードN5は接地電圧Vss(0V)にディスチャージされようとする。
しかし、センスアンプ回路11においては、ノードN3とノードN5との間に、前記プルアップ回路15が接続されているため、ノードN5はプルアップ回路15によりプルアップされて、0Vよりも高い電圧を保持する。
Further, at the time of precharging, the node N5 tends to be discharged to the ground voltage Vss (0 V) due to the leakage current of Vss.
However, in the
つまり、前記プルアップ回路15における、各スイッチング素子MN7・MN8・MN9は、それぞれダイオードと等価的な動作を行うものであり、スイッチング素子MN7・MN8・MN9のドレインおよびゲートがダイオードの陽極に、スイッチング素子MN7・MN8・MN9のソースがダイオードの陰極に相当している。
従って、ノードN5の電圧は、ダイオードの陽極側がノードN3に接続され陰極側がノードN5に接続されるプルアップ回路15により、スイッチング素子MN7・MN8・MN9の直列接続された段数分の閾値電圧だけ、ノードN3の電圧から電圧降下した電圧となる。
That is, the switching elements MN7, MN8, and MN9 in the pull-up
Accordingly, the voltage of the node N5 is equal to the threshold voltage corresponding to the number of stages of the switching elements MN7, MN8, and MN9 connected in series by the pull-up
例えば、各スイッチング素子MN7・MN8・MN9の1段分の閾値電圧を1Vとすると、ノードN5の電圧は、ノードN3の電圧である5Vから3V(1V×3段)電圧降下して2Vとなる。
なお、プルアップ回路15は、負荷抵抗R1とスイッチング素子MN2との間のノードN3の電圧が、スイッチング素子MN2とメモリセルMC1との間のノードN5の電圧よりも一定電圧(本例では3V)以上高い場合に導通して、該ノードN5をプルアップする。
For example, if the threshold voltage for one stage of each of the switching elements MN7, MN8, and MN9 is 1V, the voltage at the node N5 drops to 2V from 5V, which is the voltage at the node N3, by 3V (1V × 3 stages). .
In the pull-up
この後、ノードN1の制御信号が“Lo”レベルとなってメモリセルMC1〜MCnのうちの選択されたメモリセルのデータの読み出しが開始されると、インバータINV1によりノードN2が“Hi”レベルとなってプリチャージ用スイッチング素子MP1がオフする。
一方、ノードN1の“Lo”レベルの制御信号により、スイッチング素子MP3がオンされるとともに、スイッチング素子MN1およびスイッチング素子MN3がオフして、ノードN6の電圧は電源電圧Vddと同じ5Vとなる。
Thereafter, when the control signal of the node N1 becomes “Lo” level and the reading of data of the selected memory cell among the memory cells MC1 to MCn is started, the node N2 is set to “Hi” level by the inverter INV1. Thus, the precharge switching element MP1 is turned off.
On the other hand, the switching element MP3 is turned on by the “Lo” level control signal at the node N1, and the switching element MN1 and the switching element MN3 are turned off, so that the voltage at the node N6 becomes 5V, which is the same as the power supply voltage Vdd.
また、ノードN6とノードN4との間に接続される電圧降下回路13aのスイッチング素子MN4・MN5・MN6も、前記スイッチング素子MN7・MN8・MN9と同様にダイオードと等価的な動作を行うものであり、スイッチング素子MN4・MN5・MN5のドレインおよびゲートがダイオードの陽極に、スイッチング素子MN4・MN5・MN6のソースがダイオードの陰極に相当している。
従って、スイッチング素子MN2の駆動電圧となるノードN4の電圧は、5VとなっているノードN6の電圧から電圧降下回路13aにより3V電圧降下されて、2Vとなる。
The switching elements MN4, MN5, and MN6 of the
Therefore, the voltage at the node N4, which is the drive voltage for the switching element MN2, is lowered by 3V from the voltage at the node N6, which is 5V, by the
ここで、ワード線WL1〜WLnのうち何れかが選択され、選択されたワード線WL1〜WLnの電圧が0Vから5Vとなる。本例では、例えばワード線WL1が選択され“Hi”レベルになったとする(即ち、メモリセルMC1が選択されたとする)。 Here, any one of the word lines WL1 to WLn is selected, and the voltage of the selected word lines WL1 to WLn is changed from 0V to 5V. In this example, for example, it is assumed that the word line WL1 is selected and becomes “Hi” level (that is, the memory cell MC1 is selected).
そして、選択されたメモリセルMC1にデータ“Lo”がメモリされているときは、メモリセルMC1の閾値電圧が高くなっており、該メモリセルMC1のゲート電極に5Vが印加されても、メモリセルMC1はオンしない。
これにより、選択されたメモリセルMC1のデータが“Lo”であった場合には、ノードN5の電圧は前述の2Vを保持する。
When the data “Lo” is stored in the selected memory cell MC1, the threshold voltage of the memory cell MC1 is high, and even if 5V is applied to the gate electrode of the memory cell MC1, the memory cell MC1 does not turn on.
Thereby, when the data of the selected memory cell MC1 is “Lo”, the voltage of the node N5 holds the above-mentioned 2V.
また、スイッチング素子MN2はゲート電圧とソース電圧との差が一定値以内(ゲート電圧−ソース電圧<スイッチング素子MN2の閾値)になるとオフするが、この場合、スイッチング素子MN2のソース電圧となるノードN5の電圧は、プルアップ回路15によりプルアップされて2Vとなっており、ゲート電圧となるノードN4に供給される電圧が2Vであって同等であるので、スイッチング素子MN2はオフする。
従って、ノードN3は5Vを維持することとなり、インバータINV3により反転されてデータ“Lo”が高速に読み出されることとなる。
The switching element MN2 is turned off when the difference between the gate voltage and the source voltage is within a certain value (gate voltage−source voltage <the threshold value of the switching element MN2). In this case, the node N5 that becomes the source voltage of the switching element MN2 Is pulled up by the pull-up
Therefore, the node N3 maintains 5V, and is inverted by the inverter INV3, so that the data “Lo” is read out at high speed.
逆に、モリセルMC1に“Hi”データが記憶されていた場合には、メモリセルMC1の閾値電圧が低くなっており(例えば1.5V程度)、メモリセルMC1はオンする。
メモリセルMC1がオンすることによりノードN5の電圧は低下する。そして、前記スイッチング素子MN2がゲート電圧とソース電圧との差が1V以内であった場合にオフするように構成されている場合、ノードN4の電圧が2Vに維持されているため、ノードN5の電圧が2V〜1Vの範囲内にあるときはスイッチング素子MN2がオフしている。従って、ノードN3の電圧は、プルアップ回路15を通じて、オンしたメモリセルMC1によりプルダウンされる。
On the other hand, when “Hi” data is stored in the memory cell MC1, the threshold voltage of the memory cell MC1 is low (for example, about 1.5 V), and the memory cell MC1 is turned on.
When the memory cell MC1 is turned on, the voltage at the node N5 decreases. When the switching element MN2 is configured to turn off when the difference between the gate voltage and the source voltage is within 1V, the voltage at the node N5 is maintained at 2V. Is in the range of 2V to 1V, the switching element MN2 is off. Therefore, the voltage at the node N3 is pulled down by the turned-on memory cell MC1 through the pull-up
その後、ノードN5の電圧が1Vよりも低くなると、ゲート電圧とソース電圧との差が1Vよりも大きくなってスイッチング素子MN2がオンするため、ノードN3の電圧はスイッチング素子MN2を通じてノード5からプルダウンされる。
この場合、プルアップ回路15は、ノードN3の電圧とノードN5との電圧差が一定電圧(本例では3V)より小さくなると、該ノードN5をプルアップしなくなるため、スイッチング素子MN2を通じてのプルダウンにより、最終的には0Vとなる。
この場合、ノードN3に接続される前記負荷抵抗R1を高抵抗に設定することで、ノードN3のプルダウンは高速で行われる。
従って、ノードN3の電圧はインバータINV3により反転されてデータ“Hi”が高速に読み出されることとなる。
After that, when the voltage at the node N5 becomes lower than 1V, the difference between the gate voltage and the source voltage becomes larger than 1V and the switching element MN2 is turned on. Therefore, the voltage at the node N3 is pulled down from the node 5 through the switching element MN2. The
In this case, the pull-up
In this case, the node N3 is pulled down at high speed by setting the load resistor R1 connected to the node N3 to a high resistance.
Therefore, the voltage of the node N3 is inverted by the inverter INV3, and the data “Hi” is read out at high speed.
また、メモリセルMC1の“Hi”データを読み出す際には、負荷抵抗R1→ノードN3→スイッチング素子MN2→ノードN5→メモリセルMC1→グランドの経路のみで常時電流が流れることとなるが、負荷抵抗R1を高抵抗にすることで、“Hi”データ読み出し時の消費電流を小さくすることができる。例えば、負荷抵抗R1を5MΩとした場合、ノードN3・N5に流れる電流は僅か1μA程度である。
また、本センスアンプ回路11では、スイッチング素子MN3のゲート電極はノードN1と接続されており、ノードN5と接続されていないので、ノードN5が0Vと5Vとの間の中間電圧(例えば2V)となった場合でも、スイッチング素子MP3からスイッチング素子MN3を通じて接地電圧Vssに貫通電流が流れることがなく、消費電流を小さくすることが可能となっている。
Further, when the “Hi” data of the memory cell MC1 is read, a current always flows only through the path of the load resistor R1, the node N3, the switching element MN2, the node N5, the memory cell MC1, and the ground. By making R1 have a high resistance, the current consumption at the time of reading “Hi” data can be reduced. For example, when the load resistance R1 is 5 MΩ, the current flowing through the nodes N3 and N5 is only about 1 μA.
Further, in this
さらに、前述のように、プルアップ回路15は、ノードN3の電圧とノードN5との電圧差が一定電圧より小さくなると、該ノードN5をプルアップしなくなるため、“Hi”データを読み出す際のノードN3は、最終的に5Vから0Vへ低下して中間電圧とはならない。従って、インバータINV3を通じて貫通電流が流れることがなく、消費電流を抑えることができる。
また、読み出し時、スイッチング素子MN1およびスイッチング素子MN3のゲート電圧を0Vにしてオフさせるため、スイッチング素子MP3を通して貫通電流が流れず、消費電流を抑えることができる。
Further, as described above, the pull-up
Further, at the time of reading, since the gate voltages of the switching elements MN1 and MN3 are turned off by setting them to 0V, a through current does not flow through the switching element MP3, and current consumption can be suppressed.
なお、前記電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15は、次のように構成することもできる。
つまり、図3に示すように、電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15を、それぞれ複数(図3では3個)のダイオードD1・D2・D3およびダイオードD4・D5・D6にて構成することも可能である。つまり、ダイオードと同様の作用を示すスイッチング素子MN4・MN5・MN6およびスイッチング素子MN7・MN8・MN9を、それぞれダイオードD1・D2・D3およびダイオードD4・D5・D6に置き換えて、電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15を構成することができる。
センスアンプ回路11は、このように、電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15に、ダイオードD1・D2・D3およびダイオードD4・D5・D6を用いた場合も、スイッチング素子MN4・MN5・MN6およびスイッチング素子MN7・MN8・MN9を用いた場合と同様に動作する。
The
That is, as shown in FIG. 3, the
As described above, the
また、電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15を構成する、スイッチング素子MN4・MN5・MN6およびスイッチング素子MN7・MN8・MN9、またはダイオードD1・D2・D3およびダイオードD4・D5・D6は、複数を直列接続して用いるだけでなく、単数で電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15を構成することもできる。
例えば、図4に示すように、電圧降下回路13aおよびプルアップ回路15を、それぞれ単数のスイッチング素子MN4およびスイッチング素子MN7にて構成することもできる。
図4に示す構成は、例えば、電源電圧Vddを3Vに設定した場合に適用すると、前述の図1に示したセンスアンプ回路11と同様の動作、作用、および効果を奏することとなる。
The switching elements MN4, MN5, and MN6 and the switching elements MN7, MN8, and MN9, or the diodes D1, D2, and D3 and the diodes D4, D5, and D6 that constitute the
For example, as shown in FIG. 4, the
When the configuration shown in FIG. 4 is applied, for example, when the power supply voltage Vdd is set to 3 V, the same operation, operation, and effect as the
10 メモリセルアレイ
11 センスアンプ回路11
13 ゲート電圧発生回路
13a 電圧降下回路
15 プルアップ回路
MC1〜MCn メモリセル
10
13 Gate
Claims (3)
該センスアンプ回路が、
電源電圧が一端に供給された負荷手段と、
メモリセルと前記負荷手段の間の電流パスに挿入され、データ読み出し制御信号に基づいて導通するスイッチング手段と、
前記負荷手段の他端とスイッチング手段との間のノードを、プリチャージ制御信号に基づいてデータ読み出し前に電源電圧に充電するプリチャージ手段とを備える読み出し専用半導体メモリであって、
前記メモリセルと負荷手段との間の電流パスにおいて、前記スイッチング手段とメモリセルとの間のノードをプルアップする手段を、該スイッチング手段と並列に設けたことを特徴とする読み出し専用半導体メモリ。 A memory cell for storing data, and a sense amplifier circuit for reading data stored in the memory cell;
The sense amplifier circuit is
Load means to which a power supply voltage is supplied at one end;
Switching means inserted in a current path between the memory cell and the load means and conducting based on a data read control signal;
A read-only semiconductor memory comprising precharge means for charging a node between the other end of the load means and the switching means to a power supply voltage before data reading based on a precharge control signal,
A read-only semiconductor memory comprising means for pulling up a node between the switching means and the memory cell in parallel with the switching means in a current path between the memory cell and the load means.
The pull-up means is turned on when a voltage of a node between the other end of the load means and the switching means is higher than a voltage of a node between the switching means and the memory cell by a certain voltage or more. 2. The read-only semiconductor memory according to claim 1, wherein a node between the memory cell and the memory cell is pulled up.
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CN100440377C (en) * | 2006-04-28 | 2008-12-03 | 清华大学 | Sensitive amplifier circuit for quickflashing memory |
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