JP2022000831A - センスアンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビット線のデータを感知する(読み出す)ためのセンスアンプ装置を提供する。【解決手段】センスアンプ装置は、第1センスアンプと、第2センスアンプと、第3センスアンプとを含む。第1センスアンプの入力端子は、第1ビット線に接続される。第2センスアンプの入力端子は、第2ビット線に接続される。第3センスアンプは、差動入力対と差動出力対を有し、差動入力対の第1入力端子は、第1センスアンプの出力端子に接続され、差動入力対の第2入力端子は、第2センスアンプの出力端子に接続され、差動出力対の第1出力端子は、第1センスアンプの入力端子に接続され、差動出力対の第2出力端子は、第2センスアンプの入力端子に接続される。【選択図】図4
Description
本発明は、信号増幅回路に関するものであり、特に、センスアンプ装置に関するものである。
図1は、DRAM(dynamic random access memory)100内のメモリセルアレイ(memory cell array)の回路ブロック概略図である。DRAM100のメモリセルアレイは、複数のサブアレイ(sub-array)110〜140を含む。サブアレイ110〜140のそれぞれは、複数のビット線(bit-line)BL0とBL1、複数のワード線(word line、図示せず)、および複数のメモリセル(memory cell、図示せず)を有する。設計要求に応じて、これらのサブアレイ110〜140は、周知のメモリセルまたはその他のメモリセルであってもよいため、ここでは詳しく説明しない。
図1に示したDRAM100は、さらに、複数のセンスアンプ(sense amplifier, SA)を含む。2つのサブアレイのビット線は、1つのセンスアンプを共有する。これらのセンスアンプのそれぞれは、差動信号アンプである。すなわち、これらのセンスアンプのそれぞれは、差動対を有する。前記差動対の第1端子と第2端子は、それぞれ異なるサブアレイの1本のビット線に接続される。例えば、センスアンプ150の差動対の第1端子は、サブアレイ110のビット線BL0に接続され、センスアンプ150の差動対の第2端子は、サブアレイ120のビット線BL1に接続される。
図1に示したセンスアンプ150の前記差動対の第1端子と第2端子は、等しいビット線容量を有し、高精度な差動センシング(differential sensing)のために負荷容量がマッチングしている。エッジサブアレイ(edge sub-array、例えば、サブアレイ110または140)の一側には、負荷容量マッチングができないため、センスアンプがない。エッジサブアレイ110または140は、ダミービット線(dummy bit-line、破線で示される)およびダミービット線に接続された複数のダミーメモリセル(dummy memory cell、図示せず)を含む。一般的に、ダミーメモリセルは、アイドリングの不要なメモリセルである。したがって、エッジサブアレイのうちの半分のメモリセルは、使用不可(unavailable)である。
図2は、図1に示したセンスアンプ150、ビット線BL0、およびビット線BL1を示したものである。図3は、図2に示したワード線WL、制御信号CSP、制御信号CSN、データSN、ビット線BL0、およびビット線BL1の波形概略図である。図3の横軸は、時間を示し、縦軸は、信号のレベルを示す。図2および図3を参照されたい。図2に示したセンスアンプ150の第1電源端子は、制御信号CSPを受信し、センスアンプ150の第2電源端子は、制御信号CSNを受信する。図2に示したコンデンサCBLは、ビット線BL0とビット線BL1の寄生容量を示す。図2に示したメモリセルMCは、サブアレイ120においてビット線BL1に接続された複数のメモリセスのうちの1つを示す。メモリセルMCは、等価回路を示し、スイッチSWと記憶素子CSNを含む。スイッチSWの第1端子は、ビット線BL1に接続される。スイッチSWの第2端子は、記憶素子CSNに接続される。スイッチSWの制御端子は、サブアレイ120内の複数のワード線のうちの1本のワード線WLに接続される。ワード線WLがスイッチSWをオン(turn-on)した時、センスアンプ150は、ビット線BL1によりメモリセルMCのデータSNを感知し(読み出し)、データSNのレベルを増幅する。感知信号(ビット線BL0とビット線BL1の間のレベル差)は、
で表すことができる。
センスアンプ150はNMOS対(NMOS pair)とPMOS対(PMOS pair)を含む。プロセスのばらつきにより、センスアンプ150において対になったトランジスタの間のVthミスマッチ(mismatch)が生じる。感知信号dVSIGがVthミスマッチよりも大きくなければ、センスアンプ150は、感知信号dVSIGを正確に感知することができない。しかしながら、プロセスが縮小すると、セル記憶ノード(cell storage node, CSN)の容量が減少し、感知信号dVSIGが小さくなる。また、チップ上のセンスアンプの数量が増加するにつれ、Vthミスマッチも、統計上、増加する。したがって、プロセスが縮小するにつれて、感知信号マージン(sense signal margin)が減少します。
注意すべきこととして、「先行技術」の段落の内容は、本発明を理解しやすくするためのものである。「先行技術」の段落が開示する内容(または全ての内容)は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が知っている周知の技術ではない可能性がある。「先行技術」の段落が開示する内容は、当該内容が本発明の出願前に本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって既に知られていることを表すものではない。
本発明は、ビット線のデータを感知する(読み出す)ためのセンスアンプ装置を提供する。
本発明の1つの実施形態において、上述したセンスアンプ装置は、第1センスアンプと、第2センスアンプと、第3センスアンプとを含む。第1センスアンプの入力端子は、第1ビット線に接続される。第2センスアンプの入力端子は、第2ビット線に接続される。第3センスアンプは、差動入力対と差動出力対を有し、差動入力対の第1入力端子は、第1センスアンプの出力端子に接続され、差動入力対の第2入力端子は、第2センスアンプの出力端子に接続され、差動出力対の第1出力端子は、第1センスアンプの入力端子に接続され、差動出力対の第2出力端子は、第2センスアンプの入力端子に接続される。
以上のように、本発明の実施形態の第1センスアンプおよび(または)第2センスアンプは、ビット線上の小信号を増幅することができる。上述した第3センスアンプは、増幅された差動信号を受信することができる。したがって、このセンスアンプ装置は、ビット線のデータを感知する(読み出す)ことができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
本願の明細書全文(請求項を含む)において使用している「接続(連接)」という語句は、直接的または間接的ないかなる接続手段も指すことができる。例を挙げて説明すると、文中において、第1装置が第2装置に接続(連接)されると記述されている場合、当該第1装置が直接当該第2装置に接続されていると解釈してもよく、あるいは当該第1装置がその他の装置またはある種の接続手段により間接的に当該第2装置に接続されていると解釈してもよい。また、可能な限り、図面および実施形態において、同じ符号の素子/部材/ステップを使用して同じ、または類似する部分を表すものとする。異なる実施形態において同じ符号を使用する、あるいは同じ用語の素子/部材/ステップを使用することにより、相互に関連説明を参照することができる。
図4は、本発明の1つの実施形態に係るセンスアンプ装置400の回路ブロック(circuit block)概略図である。センスアンプ装置400は、二段センスアンプ(2 stages sense amplifier)であってもよい。図4の実施形態において、センスアンプ装置400は、センスアンプ410〜430とを含む。センスアンプ410の入力端子は、ビット線BLaに接続される。センスアンプ420の入力端子は、ビット線BLbに接続される。ビット線BLaとビット線BLbは、図1と図2に示したビット線(bit-line)BL0とビット線BL1の関連説明を参照して類推することができる。
ビット線BLaは、DRAM(dynamic random access memory)内のメモリセルアレイ(memory cell array)の1つのサブアレイ(sub-array)の中の複数のメモリセル(memory cell、例えば、メモリセルMC1)に接続され、ビット線BLbは、前記メモリセルアレイの別のサブアレイの中の複数のメモリセル(例えば、メモリセルMC2)に接続される。前記サブアレイは、図1に示したサブアレイ110〜140の関連説明を参照して類推することができ、メモリセルMC1とメモリセルMC2は、図2に示したメモリセルMCの関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。
センスアンプ410およびセンスアンプ420は、非差動信号アンプ(シングルエンド信号アンプ)または任意の適切な種類のアンプであってもよい。センスアンプ410は、ビット線BLa上の信号を感知して増幅し、増幅された信号をノードSEN0に出力することができ、センスアンプ420は、ビット線BLb上の信号を感知して増幅し、増幅された信号をノードSEN1に出力することができる。センスアンプ410がビット線BLa上の信号に対応する増幅された信号をノードSEN0に出力した時、センスアンプ420は、ノードSEN1を基準電圧VSEN1のレベル(例えば、1.2V)に設定することができる。センスアンプ420がビット線BLb上の信号に対応する増幅された信号をノードSEN1に出力した時、センスアンプ410は、ノードSEN0を基準電圧VSEN0のレベル(例えば、1.2V)に設定することができる。
センスアンプ430は、差動信号アンプであってもよい。センスアンプ430は、差動入力対と差動出力対を有する。前記差動入力対の第1入力端子は、ノードSEN0を介してセンスアンプ410の出力端子に接続され、前記差動入力対の第2入力端子は、ノードSEN1を介してセンスアンプ420の出力端子に接続される。センスアンプ430の差動出力対は、ビット線BLaとビット線BLbに対する感知結果を次段回路(例えば、A/Dコンバータ)に提供することができる。また、前記差動出力対の第1出力端子は、センスアンプ410の入力端子に接続され、前記差動出力対の第2出力端子は、センスアンプ420の入力端子に接続される。したがって、センスアンプ430は、ノードSEN0とノードSEN1の間の差動電圧(differential voltage)を感知して増幅し、増幅された信号をビット線BLaとビット線BLbに出力することができる。
上述した二段センスアンプ(センスアンプ装置400)において、ビット線(ビット線BLaまたはBLb)上の小信号が第1段センスアンプ(センスアンプ410または420)に増幅された後、増幅された信号を第2段センスアンプ(センスアンプ430)に出力する。したがって、センスアンプ430が受信した差動信号の強度は、図1に示したセンスアンプ(例えば、センスアンプ150)が受信した差動信号の強度よりも大きい。したがって、プロセスの縮小にもかかわらず、図4に示した実施形態は、十分な感知信号マージン(sense signal margin)を実現することができる。したがって、センスアンプ装置400は、ミスマッチに対する耐性(immunity to mismatch)を有する。また、正確なビット線容量マッチング(bit-line capacitance match)を必要としない。したがって、エッジサブアレイ(edge sub-array、例えば、図1に示したサブアレイ110または140)は、両側においてセンスアンプ装置400を配置することができ、エッジサブアレイのメモリセルを使用することができる。
図5は、本発明の1つの実施形態に係るセンスアンプ500の回路概略図である。センスアンプ500は、図4のセンスアンプ410および420に適している。図5に示した基準電圧VSENは、図4に示した基準電圧VSEN0または基準電圧VSEN1と比較することができる、図5に示したビット線BLは、図4に示したビット線BLaおよびビット線BLbと比較することができる、図5に示したノードSENは、図4に示したノードSEN0またはノードSEN1と比較することができる。図5に示した基準電圧VSEN、制御信号SENC、および制御信号BLCは、その他の装置(図示せず、例えば、コントローラ、基準電圧生成回路等)により提供することができる。
図5に示したセンスアンプ500は、トランジスタ510と、トランジスタ520とを含む。図5の実施形態において、トランジスタ510は、PMOS(p-channel metal oxide semiconductor)トランジスタまたはその他のトランジスタを含み、トランジスタ520は、NMOS(n-channel metal oxide semiconductor)トランジスタまたはその他のトランジスタを含む。トランジスタ510の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSENに接続される。トランジスタ510の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ500の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN)をノードSENに出力する。トランジスタ510の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENCにおいて制御される。トランジスタ520の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ500の入力端子に接続され、ビット線BLのデータ信号を受信する。トランジスタ520の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ510の第2端子に接続される。トランジスタ520の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLCにおいて制御される。
図6は、本発明の1つの実施形態に係る図5に示した信号を説明するシーケンス概略図である。図6の横軸は、時間を示し、縦軸は、信号のレベルを示す。図6は、ワード線WL上の制御信号を示す。ワード線WL上の制御信号が高論理レベルの期間を、ワード線イネーブル期間WLEと称す。ワード線WL上の制御信号が高論理レベルの時、ビット線BLに接続された複数のメモリセルのうちの1つの対応するメモリセルが選択され、この選択された対応するメモリセルは、データをビット線BLに出力する。
図5および図6を参照されたい。ビット線プリチャージ(pre-charge)期間PCにおいて、制御信号SENCがトランジスタ510をオン(turn on)し、制御信号BLCがトランジスタ520を駆動して、ビット線BLに対してプリチャージ(pre-charge)を行う。制御信号BLCは、トランジスタ520を駆動して、ビット線BLのレベルを適切なプリチャージレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。
続いて、ワード線イネーブル期間WLEの初期化期間601の前に、制御信号SENCがトランジスタ510を導通し、制御信号BLCがトランジスタ520を切断(turn off)する。トランジスタ510は、初期化期間601において、ノードSENのレベルをプリチャージレベル(基準電圧VSEN)に設定することができる。トランジスタ520が切断された後、ワード線イネーブル期間WLEの初期化期間601において、ワード線WLは、読み出したいメモリセルを開く(turn on)ため、読み出したいメモリセルは、プリチャージされたビット線BL上にデータを出力することができる。データが「1」の状況において、ビット線BLのレベルは、プリチャージレベルよりも高くなる。データが「0」の状況において、ビット線BLのレベルは、プリチャージレベルよりも低くなる。
初期化期間601が終了すると、制御信号SENCは、トランジスタ510を切断する。初期化期間601の後のワード線イネーブル期間WLEの感知期間602において、制御信号SENCがトランジスタ510を切断し、制御信号BLCがトランジスタ520を駆動して、ビット線BLを感知する。感知期間602、且つビット線BLのデータが第1論理状態(例えば、「1」)の状況において、トランジスタ520が切断されるため、ノードSENをプリチャージレベル(例えば、1.2V)に保持することができる。感知期間602、且つビット線BLのデータが第2論理状態(例えば、「0」)の状況において、トランジスタ520がオンする。ノードSENの容量(capacitance)は、ビット線BLの容量よりも小さいため、ノードSENは、ビット線BLのレベルに近づくまで放電される。
図7は、本発明の別の実施形態に係るセンスアンプ700の回路概略図である。センスアンプ700は、図4のセンスアンプ410および420に適している。図7に示した基準電圧VSENは、図4に示した基準電圧VSEN0または基準電圧VSEN1と比較することができる、図7に示したビット線BLは、図4に示したビット線BLaおよびビット線BLbと比較することができる、図7に示したノードSENは、図4に示したノードSEN0またはノードSEN1と比較することができる。図7に示した基準電圧VSEN、制御信号SENC、制御信号PBLCS、基準電圧VREF_BLC、および制御信号NBLCSは、その他の装置(図示せず、例えば、コントローラ、基準電圧生成回路等)により提供することができる。設計の要求に応じて、基準電圧VREF_BLCは、固定電圧であってもよい。
図7に示したセンスアンプ700は、制御回路710と、トランジスタ720と、トランジスタ730とを含む。図7に示したトランジスタ720およびトランジスタ730は、図5に示したトランジスタ510およびトランジスタ520の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。トランジスタ720の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSENに接続される。トランジスタ720の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ700の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN)をノードSENに出力する。トランジスタ720の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENCにおいて制御される。トランジスタ730の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ700の入力端子に接続され、ビット線BLのデータ信号を受信する。トランジスタ730の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ720の第2端子に接続される。トランジスタ730の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLCにおいて制御される。
制御回路710の入力端子は、センスアンプ700の入力端子に接続され、ビット線BLのデータ信号を受信する。制御回路710は、制御信号BLCを生成してトランジスタ730の制御端子に供給することができる。制御回路710は、センスアンプ700の入力端子のレベル(ビット線BLのデータ信号のレベル)に基づいて、制御信号BLCを動的に調整することができる。
図7の実施形態において、制御回路710は、トランジスタ711と、トランジスタ712とを含む。図7の実施形態において、トランジスタ711は、PMOSトランジスタまたはその他のトランジスタを含み、トランジスタ712は、NMOSトランジスタまたはその他のトランジスタを含む。トランジスタ711の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号PBLCSを受信する。トランジスタ711の第2端子(例えば、ドレイン)は、制御回路710の出力端子に接続され、制御信号BLCを生成してトランジスタ730の制御端子に供給する。トランジスタ711の制御端子(例えば、ゲート)は、基準電圧VREF_BLCにおいて制御される。トランジスタ712の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号NBLCSを受信する。トランジスタ712の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ711の第2端子に接続される。トランジスタ712の制御端子(例えば、ゲート)は、制御回路710の入力端子に接続され、ビット線BLのデータ信号を受信する。
図8は、本発明の1つの実施形態に係る図7に示した信号を説明するシーケンス概略図である。図7および図8を参照されたい。ビット線プリチャージ期間PCにおいて、制御信号PBLCSがプルアップされるため、トランジスタ711がオンし、制御信号BLCをプルアップする。ビット線プリチャージ期間PCにおいて、制御信号SENCがトランジスタ720をオン(turn on)し、制御信号BLCがトランジスタ730を駆動して、ビット線BLに対してプリチャージを行う。トランジスタ730は、ビット線BLのレベルを適切なプリチャージレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。ビット線BLのこのプリチャージレベルは、トランジスタ712の制御端子にフィードバックされるため、トランジスタ712は、ビット線BLのレベルに基づいて、制御信号BLCのレベルを動的に調整することができる。
ビット線プリチャージ期間PCが終了すると、制御信号PBLCSがプルダウンされるため、トランジスタ711が切断されて、制御信号BLCがトランジスタ712によってプルダウンされる。続いて、ワード線イネーブル期間WLEの初期化期間801において、制御信号SENCがトランジスタ720をオンし、制御信号BLCがトランジスタ730を切断(turn off)する。トランジスタ720は、初期化期間801において、ノードSENのレベルをプリチャージレベル(基準電圧VSEN)に設定することができる。トランジスタ730が切断された後、ワード線WLは、読み出したいメモリセルをオンし、プリチャージされたビット線BL上にデータを出力することができる。
初期化期間801が終了すると、制御信号SENCがトランジスタ720を切断する。ワード線イネーブル期間WLEの感知期間802において、制御信号PBLCSが再度プルアップされるため、トランジスタ711が導通し、制御信号BLCをプルアップする。感知期間802において、制御信号SENCがトランジスタ720を切断し、制御信号BLCがトランジスタ730を駆動して、ビット線BLを感知する。感知期間802、且つビット線BLのデータが第1論理状態(例えば、「1」)の状況において、トランジスタ730が切断されるため、ノードSENをプリチャージレベル(例えば、1.2V)に保持することができる。感知期間802、且つビット線BLのデータが第2論理状態(例えば、「0」)の状況において、トランジスタ730がオンするため、ノードSENは、ビット線BLのレベルに近づくまで放電される。ビット線BLのレベル(データ電圧のレベル)は、トランジスタ712の制御端子にフィードバックされるため、トランジスタ712は、ビット線BLのレベルに基づいて、制御信号BLCのレベルを動的に調整することができる。
ビット線プリチャージ期間PCおよび感知期間802において、制御回路710は、ビット線BLのレベルに基づいて、制御信号BLCを動的に制御することができる。したがって、センスアンプ700は、高速ビット線プリチャージおよびセンシングを実現することができる。
図9は、本発明のさらに別の実施形態に係る電圧発生回路の回路概略図である。図9に示した供給電圧VP、バイアス電圧VBLP、および基準電圧VSSは、その他の装置(図示せず、例えば、コントローラ、基準電圧生成回路等)により提供することができる。バイアス電圧VBLPは、ビット線プリチャージレベルターゲット(例えば、0.5V)であってもよい。図9に示す電圧発生回路は、制御回路710に電圧を供給することができ、すべてのセンスアンプが電圧発生回路を共有する。図9に示す電圧発生器では、供給電圧VPのレベルは制御信号PBLCSの高論理レベルと同じであり、出力電圧VNのレベルは制御信号NBLCSの低論理レベルと同じである。バイアス電圧VBLPは、基準電圧VREF_BLCのレベルおよび出力電圧VNのレベルを制御することができ、ビット線プリチャージレベルは、バイアス電圧VBLPのレベルと同じになる。
トランジスタ913の第1端子(例えば、ソース)は、供給電圧VPを受信する。トランジスタ913の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ913の制御端子(例えば、ゲート)に接続され、基準電圧VREF_BLCを提供する。トランジスタ914の第1端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ913の第2端子に接続される。トランジスタ914の第2端子(例えば、ソース)は、電流源IBLCに接続され、出力電圧VNを提供する。トランジスタ914の制御端子(例えば、ゲート)は、バイアス電圧VBLPを受信する。電流源IBLCは、さらに、基準電圧VSSに接続される。電流源IBLCは、センスアンプの制御回路710内の電流消費(current consumption)を制御することができる。
図10は、本発明のさらに別の実施形態に係る図4に示したセンスアンプ410〜430を説明する回路概略図である。図4に示したセンスアンプ410、センスアンプ420、およびセンスアンプ430は、図10の関連説明を参照して類推することができる。図10に示した基準電圧VSEN0〜VSEN1、制御信号SENC0〜SENC1、制御信号BLC0〜BLC1、電圧PCS、電圧NCS、および制御信号EQは、その他の装置(図示せず、例えば、コントローラ、基準電圧生成回路等)により提供することができる。
図10に示したセンスアンプ410は、トランジスタ411〜412とを含む。トランジスタ411の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSEN0に接続される。トランジスタ411の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ410の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN0)をノードSEN0に出力する。トランジスタ411の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENC0において制御される。トランジスタ412の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ410の入力端子に接続され、ビット線BLaのデータ信号を受信する。トランジスタ412の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ411の第2端子に接続される。トランジスタ412の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLC0において制御される。図10に示したセンスアンプ410、トランジスタ411、およびトランジスタ412は、図5に示したセンスアンプ500、トランジスタ510、およびトランジスタ520の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。
図10に示したセンスアンプ420は、トランジスタ421と、トランジスタ422とを含む。トランジスタ421の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSEN1に接続される。トランジスタ421の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ420の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN1)をノードSEN1に出力する。トランジスタ421の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENC1において制御される。トランジスタ422の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ420の入力端子に接続され、ビット線BLbのデータ信号を受信する。トランジスタ422の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ421の第2端子に接続される。トランジスタ422の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLC1において制御される。図10に示したセンスアンプ420、トランジスタ421、およびトランジスタ422は、図5に示したセンスアンプ500、トランジスタ510、およびトランジスタ520の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。
図10に示したセンスアンプ430は、トランジスタ431〜435とを含む。トランジスタ435の第1端子および第2端子(例えば、ソースおよびドレイン)は、それぞれビット線BLaおよびビット線BLbに接続される。トランジスタ435の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号EQにおいて制御される。
トランジスタ431の第1端子(例えば、ソース)およびトランジスタ432の第1端子(例えば、ソース)は、電圧PCSに接続される。電圧PCSのレベルは、設計要求に基づいて決定することができる。トランジスタ431の第2端子(例えば、ドレイン)およびトランジスタ432の制御端子(例えば、ゲート)は、センスアンプ430の第1出力端子に接続される。センスアンプ430の上述した第1出力端子は、増幅された信号をセンスアンプ410の入力端子にフィードバックすることができる。トランジスタ431の制御端子(例えば、ゲート)およびトランジスタ432の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ430の第2出力端子に接続される。センスアンプ430の上述した第2出力端子は、増幅された信号をセンスアンプ420の入力端子にフィードバックすることができる。
トランジスタ433の第1端子(例えば、ソース)およびトランジスタ434の第1端子(例えば、ソース)は、電圧NCSに接続される。電圧NCSのレベルは、設計要求に基づいて決定することができる。トランジスタ433の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ430の第1出力端子に接続される。センスアンプ430の上述した第1出力端子は、増幅された信号をセンスアンプ410の入力端子にフィードバックすることができる。トランジスタ433の制御端子(例えば、ゲート)は、センスアンプ430の第2出力端子に接続され、ノードSEN1から増幅された信号(または基準電圧VSEN1)を受信する。トランジスタ434の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ430の第2出力端子に接続される。センスアンプ430の上述した第2出力端子は、増幅された信号をセンスアンプ420の入力端子にフィードバックすることができる。トランジスタ434の制御端子(例えば、ゲート)は、センスアンプ430の第1入力端子に接続され、ノードSEN0から増幅された信号(または基準電圧VSEN0)を受信する。
図11は、本発明の1つの実施形態に係る図10に示した信号を説明するシーケンス概略図である。図11において、点線の波形は、添え字0をもつ信号(例えば、SENC0、VSEN0、BLC0、およびSEN0)を示し。実線の波形は、添え字1をもつ信号(例えば、SENC1、VSEN1、BLC1、およびSEN1)を示す。図10および図11を参照されたい。ビット線プリチャージ期間PCにおいて、電圧PCSおよび電圧NCSがプルアップされ(例えば、0.3Vから0.5Vにプルアップされ)、基準電圧VSEN0が高レベル(例えば、1.3V)になり、基準電圧VSEN1が低レベル(例えば、0.5V)になり、制御信号SENC0および制御信号SENC1がいずれも低レベル(例えば、0V)になり、制御信号BLC0が高レベルになり、制御信号BLC1が低レベルになる。したがって、ビット線プリチャージ期間PCにおいて、トランジスタ412は、ビット線BL0に対してプリチャージを行うことができ(例えば、0.3Vから0.5Vにプリチャージする)、トランジスタ411は、ノードSEN0を基準電圧VSEN0のレベル(例えば、1.3V)に設定することができ、トランジスタ421は、ノードSEN1を基準電圧VSEN1のレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。
ビット線プリチャージ期間PCが終了すると、制御信号BLC0がプルダウンされるため、トランジスタ412が切断される。トランジスタ412および422が切断された後、ワード線WLは、読み出したいメモリセルをオンにするため、読み出したいメモリセルは、プリチャージされたビット線BLa上にデータを出力することができる。続いて、ワード線イネーブル期間WLEの初期化期間1101において、制御信号SENC0およびSENC1がトランジスタ411および421をオンし、制御信号BLC0およびBLC1がトランジスタ412および422を切断する。トランジスタ411および421は、初期化期間1101において、ノードSEN0およびSEN1のレベルを基準電圧VSEN0およびVSEN1のレベルに設定することができる。
初期化期間1101が終了すると、制御信号BLC0がプルアップされ(例えば、0Vから1.3Vにプルアップされ)、トランジスタ411を切断する。ワード線イネーブル期間WLEの感知期間1102において、制御信号SENC0が高レベル(例えば、1.3V)になり、制御信号SENC1が低レベル(例えば、0V)になるため、センスアンプ410がビット線BLa上の信号に対応する増幅された信号をノードSEN0に出力した時、トランジスタ421は、ノードSEN1を基準電圧VSEN1のレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。感知期間1102において、制御信号BLC0が再度プルアップされ、制御信号BLC1が低レベルを維持するため、トランジスタ422が切断され、トランジスタ412は、ビット線BLaを感知することができる。センスアンプ410がビット線BLaを感知する期間において、ノードSEN1がトランジスタ421をオンし、制御信号BLC1がトランジスタ422を切断する。
図12は、本発明のさらに別の実施形態に係る図4に示したセンスアンプ410〜430を説明する回路概略図である。図12に示したセンスアンプ430およびトランジスタ431〜435は、図10の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。図12に示した基準電圧VSEN0〜VSEN1、制御信号SENC0〜SENC1、制御信号PBLCS0〜PBLCS1、基準電圧VREF_BLC、制御信号NBLCS0〜NBLCS1、電圧PCS、電圧NCS、および制御信号EQは、その他の装置(図示せず、例えば、コントローラ、基準電圧生成回路等)により提供することができる。
図12に示したセンスアンプ410は、トランジスタ411〜414とを含む。トランジスタ411の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSEN0に接続される。トランジスタ411の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ410の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN0)をノードSEN0に出力する。トランジスタ411の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENC0において制御される。トランジスタ412の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ410の入力端子に接続され、ビット線BLaのデータ信号を受信する。トランジスタ412の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ411の第2端子に接続される。トランジスタ412の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLC0において制御される。トランジスタ413の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号PBLCS0を受信する。トランジスタ413の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ412の制御端子に接続され、制御信号BLC0を提供する。トランジスタ413の制御端子(例えば、ゲート)は、基準電圧VREF_BLCおいて制御される。トランジスタ414の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号NBLCS0を受信する。トランジスタ414の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ413の第2端子に接続される。トランジスタ414の制御端子(例えば、ゲート)は、ビット線BLaに接続される。図12に示したセンスアンプ410およびトランジスタ411〜414は、図7に示したセンスアンプ700、トランジスタ720、トランジスタ730、トランジスタ711、およびトランジスタ712の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。
図12に示したセンスアンプ420は、トランジスタ421〜424とを含む。トランジスタ421の第1端子(例えば、ソース)は、基準電圧VSEN1に接続される。トランジスタ421の第2端子(例えば、ドレイン)は、センスアンプ420の出力端子に接続され、増幅された信号(例えば、基準電圧VSEN1)をノードSEN1に出力する。トランジスタ421の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号SENC1において制御される。トランジスタ422の第1端子(例えば、ソース)は、センスアンプ420の入力端子に接続され、ビット線BLbのデータ信号を受信する。トランジスタ422の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ421の第2端子に接続される。トランジスタ422の制御端子(例えば、ゲート)は、制御信号BLC1において制御される。トランジスタ423の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号PBLCS1を受信する。トランジスタ423の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ422の制御端子に接続され、制御信号BLC1を提供する。トランジスタ423の制御端子(例えば、ゲート)は、基準電圧VREF_BLCおいて制御される。トランジスタ424の第1端子(例えば、ソース)は、制御信号NBLCS1を受信する。トランジスタ424の第2端子(例えば、ドレイン)は、トランジスタ423の第2端子に接続される。トランジスタ424の制御端子(例えば、ゲート)は、ビット線BLbに接続される。図12に示したセンスアンプ420およびトランジスタ421〜424は、図7に示したセンスアンプ700、トランジスタ720、トランジスタ730、トランジスタ711、およびトランジスタ712の関連説明を参照して類推することができるため、ここでは説明を省略する。
図13は、本発明の1つの実施形態に係る図12に示した信号を説明するシーケンス概略図である。図13において、点線の波形は、添え字0をもつ信号(例えば、SENC0、VSEN0、PBLCS0、BLC0、およびSEN0)を示し。実線の波形は、添え字1をもつ信号(例えば、SENC1、VSEN1、PBLCS1、BLC1、およびSEN1)を示す。図12および図13を参照されたい。ビット線プリチャージ期間PCにおいて、電圧PCSおよび電圧NCSがプルアップされ(例えば、0.3Vから0.5Vにプルアップされ)、基準電圧VSEN0が高レベル(例えば、1.3V)になり、基準電圧VSEN1が低レベル(例えば、0.5V)になり、制御信号SENC0および制御信号SENC1がいずれも低レベル(例えば、0V)になり、制御信号PBLCS0が高レベル(例えば、1.3V)になり、制御信号PBLCS1が低レベル(例えば、0V)になり、制御信号NBLCS0およびNBLCS1がいずれも低レベルになる。したがって、ビット線プリチャージ期間PCにおいて、制御信号BLC0がプルアップされるため、トランジスタ412は、ビット線BL0に対してプリチャージを行うことができ(例えば、0.3Vから0.5Vにプリチャージする)、制御信号BLCが低レベル(例えば、0V)を維持するため、トランジスタ422を切断することができる。ビット線プリチャージ期間PCにおいて、トランジスタ411は、ノードSEN0を基準電圧VSEN0のレベル(例えば、1.3V)に設定することができ、トランジスタ421は、ノードSEN1を基準電圧VSEN1のレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。
ビット線プリチャージ期間PCが終了すると、制御信号BLC0がプルダウンされるため、トランジスタ412が切断される。トランジスタ412および422が切断された後、ワード線WLは、読み出したいメモリセルをオンにするため、読み出したいメモリセルは、プリチャージされたビット線BLa上にデータを出力することができる。続いて、ワード線イネーブル期間WLEの初期化期間1301において、制御信号SENC0およびSENC1がトランジスタ411および421をオンし、制御信号BLC0およびBLC1がトランジスタ412および422を切断する。トランジスタ411および421は、初期化期間1301において、ノードSEN0およびSEN1のレベルを基準電圧VSEN0およびVSEN1のレベルに設定することができる。
初期化期間1301が終了すると、制御信号SENC0がプルアップされ(例えば、0Vから1.3Vにプルアップされ)、トランジスタ411を切断する。ワード線イネーブル期間WLEの感知期間1302において、制御信号SENC0が高レベル(例えば、1.3V)になり、制御信号SENC1が低レベル(例えば、0V)になるため、センスアンプ410がビット線BLa上の信号に対応する増幅された信号をノードSEN0に出力した時、トランジスタ421は、ノードSEN1を基準電圧VSEN1のレベル(例えば、0.5V)に設定することができる。感知期間1302において、制御信号BLC0が再度プルアップされ、制御信号BLC1が低レベルを維持するため、トランジスタ422が切断され、トランジスタ412は、ビット線BLaを感知することができる。センスアンプ410がビット線BLaを感知する期間において、ノードSEN1がトランジスタ421をオンし、制御信号BLC1がトランジスタ422を切断する。
以上のように、上述した実施形態は、二段センスアンプ(センスアンプ装置400)を開示する。センスアンプ装置400において、ビット線BLaまたはBLbの小信号(データ信号)が第1段センスアンプ(センスアンプ410または420)に増幅された後、増幅された信号を第2段センスアンプ(センスアンプ430)に出力する。センスアンプ430は、増幅された差動信号(センスアンプ410およびセンスアンプ420が提供する増幅された信号および基準電圧)を受信し、この増幅された差動信号に対して第二段増幅操作を行うことができる。したがって、センスアンプ装置400は、ビット線BLaおよび(または)ビット線BLbのデータを感知する(読み出す)ことができる。センスアンプ430が受信した差動信号の強度は、図1に示したセンスアンプ(例えば、センスアンプ150)が受信した差動信号の強度よりも大きい。製造プロセスは縮小されるが、センスアンプ装置400は、十分な感知信号マージン(sense signal margin)を実現することができる。したがって、センスアンプ装置400は、正確なビット線容量マッチング(bit-line capacitance match)を必要としない。エッジサブアレイ(edge sub-array、例えば、図1に示したサブアレイ110または140)は、両側においてセンスアンプ装置400を配置することができ、エッジサブアレイのメモリセルを使用することができる。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
100 DRAM
110、120、130、140 サブアレイ
150、410、420、430、500、700 センスアンプ
400 センスアンプ装置
411、412、413、414、421、422、423、424、431、432、433、434、435、510、520、711、712、720、730、913、914 トランジスタ
601、801、1101、1301 初期化期間
602、802、1102、1302 感知期間
710 制御回路
BL、BL0、BL1、BLa、BLb ビット線
BLC、BLC0、BLC1、CSP、CSN、EQ、NBLCS、NBLCS0、NBLCS1、PBLCS、PBLCS0、PBLCS1、SENC、SENC0、SENC1 制御信号
CBL コンデンサ
CSN 記憶素子
IBLC 電流源
MC、MC1、MC2 メモリセル
NCS、PCS 電圧
PC ビット線プリチャージ期間
SEN、SEN0、SEN1 ノード
SN データ
SW スイッチ
VBLP バイアス電圧
VN 出力電圧
VP 供給電圧
VREF_BLC、VSEN、VSEN0、VSEN1、VSS 基準電圧
WL ワード線
WLE ワード線イネーブル期間
110、120、130、140 サブアレイ
150、410、420、430、500、700 センスアンプ
400 センスアンプ装置
411、412、413、414、421、422、423、424、431、432、433、434、435、510、520、711、712、720、730、913、914 トランジスタ
601、801、1101、1301 初期化期間
602、802、1102、1302 感知期間
710 制御回路
BL、BL0、BL1、BLa、BLb ビット線
BLC、BLC0、BLC1、CSP、CSN、EQ、NBLCS、NBLCS0、NBLCS1、PBLCS、PBLCS0、PBLCS1、SENC、SENC0、SENC1 制御信号
CBL コンデンサ
CSN 記憶素子
IBLC 電流源
MC、MC1、MC2 メモリセル
NCS、PCS 電圧
PC ビット線プリチャージ期間
SEN、SEN0、SEN1 ノード
SN データ
SW スイッチ
VBLP バイアス電圧
VN 出力電圧
VP 供給電圧
VREF_BLC、VSEN、VSEN0、VSEN1、VSS 基準電圧
WL ワード線
WLE ワード線イネーブル期間
Claims (11)
- 第1ビット線に接続される入力端子を有す第1センスアンプと、
第2ビット線に接続される入力端子を有す第2センスアンプと、
差動入力対と差動出力対を有し、前記差動入力対の第1入力端子が、前記第1センスアンプの出力端子に接続され、前記差動入力対の第2入力端子が、前記第2センスアンプの出力端子に接続され、前記差動出力対の第1出力端子が、前記第1センスアンプの前記入力端子に接続され、前記差動出力対の第2出力端子が、前記第2センスアンプの前記入力端子に接続された第3センスアンプと、
を含むセンスアンプ装置。 - 前記第1センスアンプおよび前記第2センスアンプのそれぞれが、非差動信号アンプであり、前記第3センスアンプが、差動信号アンプである請求項1に記載のセンスアンプ装置。
- 前記第1センスアンプが、
第1端子が、第1基準電圧に接続され、第2端子が、前記第1センスアンプの前記出力端子に接続され、制御端子が、第1制御信号において制御される第1トランジスタと、
第1端子が、前記第1センスアンプの前記入力端子に接続され、第2端子が、前記第1トランジスタの前記第2端子に接続され、制御端子が、第2制御信号において制御される第2トランジスタと、
を含む請求項1に記載のセンスアンプ装置。 - 前記第1トランジスタが、PMOSトランジスタを含み、前記第2トランジスタが、NMOSトランジスタを含む請求項3に記載のセンスアンプ装置。
- ワード線イネーブル期間前のビット線プリチャージ期間において、前記第1制御信号が、前記第1トランジスタをオンし、前記第2制御信号が、前記第2トランジスタを駆動して、前記第1ビット線をプリチャージし、
前記ワード線イネーブル期間の初期化期間において、前記第1制御信号が、前記第1トランジスタをオンし、前記第2制御信号が、前記第2トランジスタを切断し、
前記初期化期間後の前記ワード線イネーブル期間の感知期間において、前記第1制御信号が、前記第1トランジスタを切断し、前記第2制御信号が、前記第2トランジスタを駆動して、前記第1ビット線を感知する請求項3に記載のセンスアンプ装置。 - 前記感知期間、且つ前記第1ビット線のデータが第1論理状態の状況において、前記第2トランジスタが切断され、
前記感知期間、且つ前記第1ビット線のデータが第2論理状態の状況において、前記第2トランジスタがオンする請求項5に記載のセンスアンプ装置。 - 前記第2センスアンプが前記第2ビット線を感知する期間において、前記第1制御信号が、前記第1トランジスタをオンし、前記第2制御信号が、前記第2トランジスタを切断する請求項3に記載のセンスアンプ装置。
- 前記第1センスアンプが、さらに、
入力端子が、前記第1センスアンプの前記入力端子に接続され、前記第2制御信号を生成して、前記第2トランジスタの前記制御端子に供給するために使用され、前記第1センスアンプの前記入力端子のレベルに基づいて、前記第2制御信号を動的に調整する制御回路を含む請求項3に記載のセンスアンプ装置。 - 前記制御回路が、
第1端子が、第3制御信号を受信し、第2端子が、前記制御回路の出力端子に接続され、前記第2制御信号を生成して、前記第2トランジスタの前記制御端子に供給し、制御端子が、第2基準電圧において制御される第3トランジスタと、
第1端子が、第4制御信号を受信し、第2端子が、前記第3トランジスタの前記第2端子に接続され、制御端子が、前記制御回路の前記入力端子に接続された第4トランジスタと、
を含む請求項8に記載のセンスアンプ装置。 - 前記第3トランジスタが、PMOSトランジスタを含み、前記第4トランジスタが、NMOSトランジスタを含む請求項9に記載のセンスアンプ装置。
- 前記第3センスアンプが、
第1端子が、第1電圧に接続され、第2端子が、前記第3センスアンプの前記第1出力端子に接続され、制御端子が、前記第3センスアンプの前記第2出力端子に接続された第1トランジスタと、
第1端子が、前記第1電圧に接続され、第2端子が、前記第3センスアンプの前記第2出力端子に接続され、制御端子が、前記第3センスアンプの前記第1出力端子に接続された第2トランジスタと、
第1端子が、第2電圧に接続され、第2端子が、前記第3センスアンプの前記第1出力端子に接続され、制御端子が、前記第3センスアンプの前記第2入力端子に接続された第3トランジスタと、
第1端子が、前記第2電圧に接続され、第2端子が、前記第3センスアンプの前記第2出力端子に接続され、制御端子が、前記第3センスアンプの前記第1入力端子に接続された第4トランジスタと、
を含む請求項1に記載のセンスアンプ装置。
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