JP2544801B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ビット線対がゲート入力され、かつドレイ
ン出力が共通接続された2個以上のMOS差動増幅回路を
含む半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device including two or more MOS differential amplifier circuits in which bit line pairs are gate-inputted and drain outputs are commonly connected.

[従来の技術] 第2図はCMOSトランジスタ構成のスタティックRAM(R
andom Access Memory)の読出し系回路の従来例の回路
図、第3図はその動作波形図である。便宜上、2ビット
の例で示してあるが、ビット数が増加しても基本的な回
路構成は同様である。
[Prior Art] FIG. 2 shows a static RAM (R
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional example of a read system circuit of an andom access memory), and FIG. 3 is its operation waveform diagram. For convenience, a 2-bit example is shown, but the basic circuit configuration is the same even if the number of bits increases.

第2図において、201,204はメモリセル、202,205はビ
ット線プリチャージ回路、203はN型MOSトランジスタ20
8〜210で構成される差動増幅回路、206はN型MOSトラン
ジスタ211〜213で構成される差動増幅回路、DB,▲
▼は差動増幅回路203,206の共通出力線、207は共通出力
線DB,▲▼の負荷回路、BL1,▲▼,BL2,▲
▼はビット線、WLはワード線、SE1,SE2は差動増幅回
路203,206の選択信号線を示している。
In FIG. 2, 201 and 204 are memory cells, 202 and 205 are bit line precharge circuits, and 203 is an N-type MOS transistor 20.
A differential amplifier circuit composed of 8 to 210, a differential amplifier circuit 206 composed of N-type MOS transistors 211 to 213, DB, ▲
▼ is a common output line of the differential amplifier circuits 203 and 206, 207 is a common output line DB, a load circuit of ▲ ▼, BL1, ▲ ▼, BL2, ▲
▼ indicates a bit line, W L indicates a word line, and SE1 and SE2 indicate selection signal lines of the differential amplifier circuits 203 and 206.

第2図の回路動作を第3図の動作波形を参照しながら
説明する。時刻toにプリチャージ開始パルスφが立ち
下がると、プリチャージ回路202,205により全ビット線B
L1,▲,▼BL2,▲▼がプリチャージされ、
同時に負荷回路207により共通出力線DB,▲▼の電位
もバランスされる。プリチャージ完了時刻t1に、φ
立ち上がりと共にワード線WLが立ち上がると、ビット線
の一方はメモリセル201,204の駆動によりゆっくり立下
がる。そして、時刻t2に差動増幅回路203の選択信号SE1
が立ち上がると、ビット線BL1,▲▼を入力とする
MOSトランジスタ208,209により共通出力線DB,▲▼
の一方の電位が立下がり、次段に増幅されて情報が伝達
されていく。
The circuit operation of FIG. 2 will be described with reference to the operation waveforms of FIG. When the precharge start pulse φ P falls at time t o , the precharge circuits 202 and 205 cause all bit lines B
L1, ▲, ▼ BL2, ▲ ▼ are precharged,
At the same time, the load circuit 207 also balances the potentials of the common output line DB, ▲ ▼. At the precharge completion time t 1 , when the word line W L rises with the rise of φ P , one of the bit lines slowly falls due to the driving of the memory cells 201 and 204. Then, at time t 2 , the selection signal SE1 of the differential amplifier circuit 203
When bit rises, bit line BL1, ▲ ▼ is input
Common output line DB, ▲ ▼ by MOS transistor 208,209
One of the potentials falls, is amplified to the next stage, and information is transmitted.

[発明が解決しようとする課題] 上述した従来の回路では、複数の差動増幅回路の出力
が共通に接続されているので、以下のような欠点があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described conventional circuit, the outputs of a plurality of differential amplifier circuits are commonly connected, and therefore have the following drawbacks.

第2図の回路において、プリチャージ後選択信号SE1
の立上りにより差動増幅回路203が選択されると、ビッ
ト線BL1,▲▼の微少電位差はMOSトランジスタ20
8,209のコンダクタンスに差を生じさせ、共通出力線DB,
▲▼を増幅していく。一方、非選択の差動増幅回路
206のMOSトランジスタ213は、選択信号SE2が“LOW"であ
るので非導通状態に保たれ、節点Bの電位VBはプリチャ
ージ時の充電電位である。電位VBが、MOSトランジスタ2
11,212のしきい値電圧をVTとしてビット線電位VBL2,V▲
▼に対しVB>VBL2−VTかつVB>V▲▼−VT
の関係を満足していればMOSトランジスタ211,212は非導
通状態を保持する。したがって、差動増幅回路203は、
他の非選択の差動増幅回路206の影響を受けることな
く、すみやかに増幅作用を行う。
In the circuit of FIG. 2, after precharge selection signal SE1
When the differential amplifier circuit 203 is selected due to the rise of, the minute potential difference between the bit lines BL1 and
A difference is generated in the conductance of 8,209, and the common output line DB,
Amplify ▲ ▼. On the other hand, non-selected differential amplifier circuit
Since the selection signal SE2 is "LOW", the MOS transistor 213 of 206 is kept in a non-conductive state, and the potential V B of the node B is the charging potential at the time of precharging. The potential V B is the MOS transistor 2
Bit line potential V BL2 a threshold voltage of 11,212 as V T, V ▲
For ▼, V B > V BL2 −V T and V B > V ▲ ▼ −V T
If the relationship is satisfied, the MOS transistors 211 and 212 maintain the non-conducting state. Therefore, the differential amplifier circuit 203 is
The amplification operation is performed promptly without being affected by the other non-selected differential amplification circuit 206.

しかし、非選択の差動増幅回路206の節点Bの電位VB
がビット線電位VBL2,V▲▼に対し、VB≦VBL2−VT
もしくはVB≦V▲▼−VTの関係になると、非選択
の差動増幅回路206のMOSトランジスタ211もしくは212が
導通状態になり、選択の差動増幅回路203の増幅動作を
妨げることになる。
However, the potential V B of the node B of the non-selected differential amplifier circuit 206
Is the bit line potential V BL2 , V ▲ ▼, V B ≤ V BL2 −V T
Alternatively, when V B ≦ V ▲ ▼ −V T , the MOS transistor 211 or 212 of the non-selected differential amplifier circuit 206 becomes conductive, which hinders the amplification operation of the selected differential amplifier circuit 203. .

例えばMOSトランジスタ211,212が両方導通状態になる
と、選択の差動増幅回路203で増幅した共通出力DB,▲
▼のデータが打ち消され、増幅作用が遅れる。また、
MOSトランジスタ211,212の一方が導通状態になったとき
でも、微少信号を取り扱う差動増幅回路203は、共通出
力線DB,▲▼の一方から節点Bの容量が見えること
になり、本来対称に設計されている共通出力線DB,▲
▼の容量がアンバランスになり、差動増幅回路203の
増幅動作を遅らせることになる。
For example, when both MOS transistors 211 and 212 are turned on, the common output DB amplified by the selected differential amplifier circuit 203, ▲
The data of ▼ is canceled and the amplifying action is delayed. Also,
Even when one of the MOS transistors 211 and 212 is turned on, the differential amplifier circuit 203 that handles a minute signal can see the capacitance of the node B from one of the common output lines DB and ▲ ▼, and is originally designed symmetrically. Common output line DB, ▲
The capacitance of ▼ becomes unbalanced, which delays the amplification operation of the differential amplification circuit 203.

したがって、差動増幅回路を設計するにあたりVB>V
BL2−VTかつVB>V▲▼−VTを満足するように負
荷回路207や差動増幅回路203,206のデイメンジョンを決
定していかなければならない。これはMOSトランジスタ
の製造プロセスのバラツキ等も考慮しなければならず、
回路設計は非常にむずかしいという欠点がある。
Therefore, when designing a differential amplifier circuit, V B > V
The dimensions of the load circuit 207 and the differential amplifier circuits 203 and 206 must be determined so that BL2- V T and V B > V ▲ ▼ -V T are satisfied. This requires consideration of variations in the manufacturing process of MOS transistors,
Circuit design has the drawback of being very difficult.

本発明の目的はかかる欠点を改良し、非選択の差動増
幅回路の影響を受けずに安定した増幅動作を行う差動増
幅回路を有する半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a differential amplifying circuit which improves such drawbacks and performs a stable amplifying operation without being affected by an unselected differential amplifying circuit.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、ビット線対を構成する第1、
第2のビット線がそれぞれゲート接続され、ソースが共
通接続された第1および第2のN型MOSトランジスタ
と、第1および第2のN型MOSトランジスタと接地の間
に接続されゲートに回路を活性する選択信号が印加され
る第3のN型MOSトランジスタとからる第1、第2の差
動増幅回路を含み、第1、第2の差動増幅回路の第1の
N型MOSトランジスタのドレイン同志、第2のN型MOSト
ランジスタのドレイン同志が接続され、これら接続線に
接続された共通出力線を有する半導体装置において、各
差動増幅回路の第1および第2のN型MOSトランジスタ
対の共通ソースと電源の間に、前記選択信号と逆相の選
択信号をゲート入力とする第4のN型MOSトランジスタ
が接続されている。
[Means for Solving the Problem] The semiconductor device of the present invention is configured such that the first,
A circuit is connected to the gate between the first and second N-type MOS transistors whose gates are connected to the second bit lines and whose sources are commonly connected, and between the first and second N-type MOS transistors and the ground. A first N-type MOS transistor of the first and second differential amplifier circuits is included, which includes first and second differential amplifier circuits each including a third N-type MOS transistor to which an active selection signal is applied. In a semiconductor device in which drains and drains of a second N-type MOS transistor are connected to each other and a common output line is connected to these connection lines, a pair of first and second N-type MOS transistors of each differential amplifier circuit is provided. A fourth N-type MOS transistor whose gate input is a selection signal having a phase opposite to the selection signal is connected between the common source and the power source.

[作用] 差動増幅回路は、選択信号を低レベル、逆相の選択信
号を高レベルにすることにより非選択状態を保持する。
この状態において非選択の差動増幅回路の節点の電位は
第4のN型MOSトランジスタが導通することによりVDD
VTに保たれる。
[Operation] The differential amplifier circuit holds the non-selected state by setting the selection signal to the low level and the antiphase selection signal to the high level.
In this state, the potential of the node of the non-selected differential amplifier circuit is V DD − due to the conduction of the fourth N-type MOS transistor.
Kept at V T.

したがって、非選択の差動増幅回路の第1、第2のN
型MOSトランジスタは完全な導通状態に至ることはな
く、選択された差動増幅回路の増幅動作を妨げることは
ない。
Therefore, the first and second N of the non-selected differential amplifier circuit
The type MOS transistor does not reach a complete conductive state and does not interfere with the amplifying operation of the selected differential amplifier circuit.

[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Example Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図はCMOSトランジスタ構成のスタディックRAMの
読出し系回路に本発明を適用した回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram in which the present invention is applied to a read system circuit of a static RAM having a CMOS transistor structure.

第1図中、101,104はメモリセル、102,105はビット線
プリチャージ回路、103,106は差動増幅回路、107は差動
増幅回路の共通出力線DB,▲▼に対する負荷回路で
ある。差動増幅回路103は、SE1を入力とするN型MOSト
ランジスタ109と、▲▼を入力とするN型MOSトラ
ンジスタ108、ビット線BL1,▲▼を入力とするN
型MOSトランジスタ110,111で構成され、各トランジスタ
109,108は節点aで接続されている。差動増幅回路106
は、SE2を入力とするN型MOSトランジスタ113と、▲
▼を入力とするN型MOSトランジスタ112と、ビット
線BL2,▲▼を入力とするN型MOSトランジスタ11
4,115で構成され、各トランジスタ113,112は節点bで接
続されている。また、差動増幅回路103,106は共通出力
線DB,▲▼で接続されている。
In FIG. 1, 101 and 104 are memory cells, 102 and 105 are bit line precharge circuits, 103 and 106 are differential amplifier circuits, and 107 is a load circuit for the common output line DB, ▲ ▼ of the differential amplifier circuit. The differential amplifier circuit 103 includes an N-type MOS transistor 109 having SE1 as an input, an N-type MOS transistor 108 having ▲ ▼ as an input, and an N-type MOS transistor 108 having bit lines BL1 and ▲ as an input.
Type MOS transistors 110 and 111, each transistor
109 and 108 are connected at a node a. Differential amplifier circuit 106
Is an N-type MOS transistor 113 with SE2 as an input,
N-type MOS transistor 112 that inputs ▼, and N-type MOS transistor 11 that inputs bit line BL2, ▲ ▼
The transistors 113 and 112 are connected at a node b. The differential amplifier circuits 103 and 106 are connected by a common output line DB, ▲ ▼.

かかる構成の回路において、差動増幅回路103の選択
は選択信号SE1の立上りおよび▲▼の立下りによ
り行う。まず、▲▼の立下がりにより、MOSトラ
ンジスタ108は非導通状態となり、次に選択信号SE1の立
上りによりMOSトランジスタ109が導通状態となるので、
節点aの電位Vaは立下がり、MOSトランジスタ110,111に
より共通出力線DB,▲▼に増幅されたデータが出力
される。一方、選択信号SE2のLOW(低)レベル、▲
▼のHigh(高)レベル入力により、差動増幅回路106
は非選択状態を保持する。この状態において、非選択の
差動増幅回路106の節点bの電位Vbは、MOSトランジスタ
112が導通することによりVDD−VTに保たれる。したがっ
て、MOSトランジスタ114,115は完全な導通状態に至るこ
とはなく、ビット線BL2もしくは▲▼の電位がVDD
レベルになったときでも、限りなく非導通状態に近いの
で、選択された差動増幅回路103の増幅動作を妨げるこ
とはない。
In the circuit having such a configuration, the selection of the differential amplifier circuit 103 is performed by the rising edge of the selection signal SE1 and the falling edge of ▼. First, the falling of ▲ ▼ brings the MOS transistor 108 into the non-conducting state, and then the rising of the selection signal SE1 brings the MOS transistor 109 into the conducting state.
The potential V a of the node a falls, and the amplified data is output to the common output line DB, ▲ ▼ by the MOS transistors 110 and 111. On the other hand, the LOW level of the selection signal SE2, ▲
Differential amplifier circuit 106 by inputting High level of ▼
Holds the non-selected state. In this state, the potential V b of the node b of the non-selected differential amplifier circuit 106 is the MOS transistor.
Conduction of 112 keeps it at V DD −V T. Therefore, the MOS transistors 114 and 115 do not reach a completely conductive state, and the potential of the bit line BL2 or ▲ ▼ is V DD.
Even when the level is reached, it is as close as possible to the non-conducting state, so that the amplifying operation of the selected differential amplifier circuit 103 is not hindered.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は、差動MOSトランジスタ
対の共通ソースと電源間に、差動増幅回路の選択信号と
逆相の信号をゲート入力とするN型MOSトランジスタを
配置することにより、非選択の差動増幅回路の影響を受
けることなく、選択された差動増幅回路は安定に動作す
る効果があり、さらに、MOSトランジスタの製造プロセ
スでのバラツキに対しても安定な動作を可能にし、差動
増幅回路の設計も容易にできるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the N-type MOS transistor having the gate input of the signal opposite in phase to the selection signal of the differential amplifier circuit is arranged between the common source of the differential MOS transistor pair and the power supply. By doing so, the selected differential amplifier circuit has the effect of operating stably without being affected by the non-selected differential amplifier circuit, and is also stable against variations in the manufacturing process of the MOS transistor. This has the effect of enabling operation and facilitating the design of the differential amplifier circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の半導体装置の回路図、第2
図は従来例の回路図、第3図は第2図の回路の動作説明
図である。 101,104……メモリセル、 102,105……ビット線プリチャージ回路、 107……ビット線センス増幅回路出力負荷回路、 103,106……差動増幅回路、 108〜115……N型MOSトランジスタ、 BL1,▲▼,BL2,▲▼……ビット線、 DB,▲▼……共通出力線、 SE1,▲▼,SE2,▲▼……選択信号、 a,b……節点。
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional example, and FIG. 3 is an operation explanation diagram of the circuit of FIG. 101,104 …… Memory cell, 102,105 …… Bit line precharge circuit, 107 …… Bit line sense amplifier output load circuit, 103,106 …… Differential amplifier circuit, 108 to 115 …… N-type MOS transistor, BL1, ▲ ▼, BL2, ▲ ▼ …… bit line, DB, ▲ ▼ …… common output line, SE1, ▲ ▼, SE2, ▲ ▼ …… selection signal, a, b …… node.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ビット線対を構成する第1、第2のビット
線がそれぞれゲート接続され、ソースが共通接続された
第1および第2のN型MOSトランジスタと、第1および
第2のN型MOSトランジスタと接地の間に接続されゲー
トに回路を活性する選択信号が印加される第3のN型MO
Sトランジスタとからなる第1、第2の差動増幅回路を
含み、第1、第2の差動増幅回路の第1のN型MOSトラ
ンジスタのドレイン同志、第2のN型MOSトランジスタ
のドレイン同志が接続され、これら接続線に接続された
共通出力線を有する半導体装置において、各差動増幅回
路の第1および第2のN型MOSトランジスタ対の共通ソ
ースと電源の間に、前記選択信号と逆相の選択信号をゲ
ート入力とする第4のN型MOSトランジスタが接続され
ていることを特徴とする半導体装置。
1. A first and a second N-type MOS transistor in which first and second bit lines forming a bit line pair are respectively gate-connected and sources are commonly connected, and first and second N-type MOS transistors. Type N-type MO transistor connected between a MOS transistor and ground and having a gate applied with a selection signal for activating the circuit
A first N-type MOS transistor drain and a second N-type MOS transistor drain that include first and second differential amplifier circuits each including an S transistor. In a semiconductor device having a common output line connected to these connection lines, the selection signal is provided between the common source of the first and second N-type MOS transistor pairs of each differential amplifier circuit and the power supply. A semiconductor device, to which a fourth N-type MOS transistor having a gate input of a reverse phase selection signal is connected.
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