JP2016058115A - データ読出し回路 - Google Patents
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Abstract
Description
PMOSトランジスタ11は、ソース端子が高電圧側の電源端子VDDに接続される。不揮発性記憶素子であるPMOS型OTP素子13は、ソース端子がPMOSトランジスタ11のドレイン端子に接続され、ドレイン端子がPMOSトランジスタ12のソース端子に接続される。データ出力端子DOUTには、ラッチ回路20の入出力端子と、PMOSトランジスタ12のドレイン端子と、NMOSトランジスタ14のドレイン端子が接続される。NMOSトランジスタ14は、ソース端子が低電圧側の電源端子VSSに接続される。従来の記憶装置のデータ読出し回路は、電源端子VDDがGND電圧であるとして説明する。
PMOSトランジスタ11、12のゲートには信号Φ1が入力され、NMOSトランジスタ14のゲートには信号Φ2が入力される。
初期状態は、信号Φ1はHigh(VDD)レベル、信号Φ2はLow(VSS)レベルであり、PMOSトランジスタ11、12とNMOSトランジスタ14はオフしている。データ出力端子DOUTの電位はラッチ回路20が保持している前の読出しデータのレベルである。
Vds=|VSS|−(|Vth12|+|Vov12|) ・・・ (1)
ここで、Vth12とVov12はPMOSトランジスタ12のしきい値電圧とオーバードライブ電圧である。一般に、しきい値電圧Vth12は−0.5V、オーバードライブ電圧Vov12は−0.1V程度であり、電源端子VSSの電圧を−1.6Vで動作させると、PMOS型OTP素子13のドレイン・ソース間電圧Vdsは−1Vとなる。
不揮発性記憶素子と、入力インバータと出力インバータとMOSトランジスタを備えたラッチ回路と、不揮発性記憶素子とラッチ回路の間に接続された第一MOSトランジスタと、ラッチ回路と第一電源端子の間に接続された第二MOSトランジスタと、第一MOSトランジスタのゲートをバイアスするための第一バイアス回路と、ラッチ回路のMOSトランジスタをバイアスするための第二バイアス回路と、を備え、不揮発性記憶素子のデータを読出す時に、第一バイアス回路と第二バイアス回路が所定のバイアス電圧を出力する構成にした。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施形態のデータ読出し回路を示す回路図である。
まず、本実施形態のデータ読出し回路の構成素子と接続について説明をする。
本実施形態のデータ読出し回路は、不揮発性記憶素子の一例であるPMOS型OTP素子13と、PMOSトランジスタ11と、PMOSトランジスタ12と、ラッチ回路21と、バイアス回路51及び61を備えている。
バイアス回路51は、デプレション型NMOSトランジスタ52と、NMOSトランジスタ53、54、57と、PMOSトランジスタ55、56、58を備えている。
バイアス回路61は、デプレション型NMOSトランジスタ62と、NMOSトランジスタ63、64と、PMOSトランジスタ65を備えている。
バイアス回路51、61は、信号Φ1がLowレベル(信号Φ1XがHighレベル)の時にイネーブルになり、ノードPBIAS、NBIASへバイアス電圧を出力し、信号Φ1がHighレベル(信号Φ1XがLowレベル)の時にディスエーブル状態になり、ノードPBIAS、NBIASへ電源端子VDDの電圧を出力する。
〔データ1を読出す動作説明〕
t<t1の期間は、信号Φ1はHighレベルかつ信号Φ2はLowレベルであり、PMOSトランジスタ11とNMOSトランジスタ14はオフしている。バイアス回路51及び61はディスエーブル状態であり、ノードPBIAS、NBIASは電源端子VDDの電圧になっている。従って、PMOSトランジスタ12はオフして、データ出力端子DOUTはラッチ回路21が保持しているデータの電圧レベルになっている。
以上の動作により、データ読出し回路はデータ出力端子DOUTからデータ1が読出される。
t<t3の期間は、データ1の読出し動作と同じであるので、動作説明は省略する。
t3<t<t4の期間で、信号Φ1をLowレベルにすることで、PMOSトランジスタ11をオンさせる。バイアス回路51は、イネーブル状態になり、ノードPBIASへ所定のバイアス電圧を出力する。バイアス回路61は、イネーブル状態となり、ノードNBIASへ所定のバイアス電圧を出力する。
PMOS型OTP素子13は、データ0を記憶しているので非導通状態である。従って、データ出力端子DOUTは、Lowレベルを維持する。
以上の動作により、データ読出し回路はデータ出力端子DOUTからデータ0が読出される。
信号Φ1をLowレベルにすることで、バイアス回路51、61はイネーブル状態になる。この時、ノードPBIAS、NBIASは、電源電圧に依存しない所定のバイアス電圧になるので、ラッチ回路21に流れるラッチ電流とPMOS型OTP素子13に流れるOTPオン電流は電源電圧に依存しない。従って、電源電圧が高電圧になった場合においても、データ読出し回路はデータ出力端子DOUTから正常にデータを読み出すことができる。
PMOS型OTP素子13のドレイン・ソース間に印加される電圧Vdsは、式(2)で示される。
Vds=|VPBIAS|−(|Vth12|+|Vov12|) ・・・ (2)
ここで、Vth12、Vov12はそれぞれPMOSトランジスタ12のしきい値電圧、オーバードライブ電圧であり、VPBIASはノードPBIASのバイアス電圧である。一般に、しきい値電圧Vth12は−0.5V、オーバードライブ電圧Vov12は−0.1V程度であり、例えばバイアス電圧VPBIASを−1.2Vに設定すると、PMOS型OTP素子13のドレイン・ソース間電圧は−0.6Vとなる。すなわち、式(2)は電源電圧に依存しておらず、電源電圧に高電圧が印加されてもPMOS型OTP素子13のドレイン・ソース間電圧Vdsは−0.6Vから変化しない。従って、データの読出し期間に静電気などにより電源間に高電圧が印加されても、PMOS型OTP素子13への誤書込みを防止することができる。
図3は、第2の実施形態のデータ読出し回路を示す回路図である。
図1と同じ構成要素については同じ符号で図示している。図1との違いは、バイアス回路51に容量59、バイアス回路61に容量66を備えている点である。
また、バイアスの起動時だけでなく、データ1読出し時に、ラッチ回路21が反転する時にも回路内の寄生容量を介してノードPBIAS、NBIASが変動することがあり、1組のバイアス回路51、61で複数bitを読出す場合に本実施形態はより効果的である。
図4は、第3の実施形態のデータ読出し回路を示す回路図である。
図3と同じ構成要素については同じ符号で図示している。図3との違いは、ラッチ回路21のNMOSトランジスタ33のソース側にNMOSトランジスタ34を備え、そのゲート端子はNMOSトランジスタ42のドレイン端子に接続した点である。これにより、NMOSトランジスタ63とNMOSトランジスタ33で構成するカレントミラー回路のミラー精度が向上し、データ読出し回路をより安定的に動作させることができる。NMOSトランジスタ64とNMOSトランジスタ34のサイズ比は、NMOSトランジスタ63とNMOSトランジスタ33とのサイズ比と同じにするとより効果的である。
図5は、第4の実施形態のデータ読出し回路を示す回路図である。
図4と同じ構成要素については同じ符号で図示している。図4との違いはデータ出力端子をラッチ回路21内のPMOSトランジスタ41とNMOSトランジスタ42で構成されるインバータの出力からデータ出力端子DOUTXとして取り出している点である。
なお、バイアス回路51、61の具体的構成はこれらの実施形態において説明した回路構成に限定されるものではなく、請求項の範囲を逸脱しない範囲で構成されても良い。
21 ラッチ回路
51、61 バイアス回路
Claims (3)
- 不揮発性記憶素子と、
入力インバータと、出力インバータと、前記出力インバータと第一電源端子の間に接続された第三MOSトランジスタと、を備え、前記不揮発性記憶素子のデータを保持するラッチ回路と、
前記不揮発性記憶素子と前記ラッチ回路の間に接続された第一MOSトランジスタと、
前記ラッチ回路と第一電源端子の間に接続された第二MOSトランジスタと、
前記第一MOSトランジスタのゲートをバイアスするための第一バイアス回路と、
前記ラッチ回路の前記第三MOSトランジスタをバイアスするための第二バイアス回路と、を備え、
前記不揮発性記憶素子のデータを読出す時に、前記第一バイアス回路と前記第二バイアス回路が所定のバイアス電圧を出力することを特徴とするデータ読出し回路。 - 前記第一バイアス回路の出力端子と第二電源端子の間に第一容量と、前記第二バイアス回路の出力端子と第一電源端子の間に第二容量と、
を備えことを特徴とする請求項1に記載のデータ読出し回路。 - 前記ラッチ回路の前記入力インバータの出力端子から前記不揮発性記憶素子のデータを読出す、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のデータ読出し回路。
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