JP2544802B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2544802B2
JP2544802B2 JP1085222A JP8522289A JP2544802B2 JP 2544802 B2 JP2544802 B2 JP 2544802B2 JP 1085222 A JP1085222 A JP 1085222A JP 8522289 A JP8522289 A JP 8522289A JP 2544802 B2 JP2544802 B2 JP 2544802B2
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mos transistor
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type mos
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Description

【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 to which a bit line pair is gate-input and drain outputs are commonly connected.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のCMOSスタティックRAM(Random Access Memor
y)の差動増幅回路の例としては、第2図のような回路
が用いられていた。第2図では、便宜上2ビットの例で
示してあるが、ビット数が増大しても基本的な構造は同
様である。
Conventional CMOS static RAM (Random Access Memor
As an example of the differential amplifier circuit of y), a circuit as shown in FIG. 2 has been used. Although FIG. 2 shows an example of 2 bits for convenience, the basic structure is the same even if the number of bits is increased.

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
8,209,210で構成される差動増幅回路、206はN型MOSト
ランジスタ211,212,213で構成される差動増幅回路、SE
1,SE2は差動増幅回路の選択信号、BL1,▲▼,BL2,
▲▼はビット線、WLはワード線、DB,▲▼は
複数の差動増幅回路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 8,209,210, 206 is a differential amplifier circuit composed of N-type MOS transistors 211,212,213, SE
1, SE2 is the selection signal of the differential amplifier circuit, BL1, ▲ ▼, BL2,
▲ ▼ is a bit line, W L is a word line, DB, ▲ ▼ are common output lines of the plurality of differential amplifier circuits 203 and 206, and 207 is a load circuit of the common output line DB, ▲ ▼.

従来の回路動作を第3図の動作波形図を基に説明す
る。
The conventional circuit operation will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.

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BL1,▲
▼,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、ブリチャージ
開始パルスφの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を駆動す
ることによりゆっくりレベルを下げていく。そして、時
刻t2に差動増幅回路203の選択回路SE1が立ち上がると、
差動増幅回路203は選択され、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,▲▼の一方の電位レベルが下がっていき、次
段回路へ情報が伝達されていく。一方、この時、選択信
号SE1以外の選択信号であるSE2は立ち上がらず、MOSト
ランジスタ213は駆動されないので、差動増幅回路206は
非選択状態となる。
When the precharge start pulse φ P falls at time t o , all the bit lines BL1, ▲ are set by the precharge circuits 202 and 205.
▼, BL2, ▲ ▼ are precharged, and at the same time, the potential of the common output line DB, ▲ ▼ is balanced by the load circuit 207. At the precharge completion time t 1 , when the word line W L rises with the rise of the precharge start pulse φ P , one of the bit lines slowly lowers the level by driving the memory cells 201 and 204. When the selection circuits SE1 of the differential amplifier circuit 203 rises to time t 2, the
The differential amplifier circuit 203 is selected, and the bit line BL1, ▲ ▼
The potential level of one of the common output lines DB, ▲ ▼ is lowered by the MOS transistors 208 and 209 which receives the input, and information is transmitted to the next stage circuit. On the other hand, at this time, the selection signal SE2 other than the selection signal SE1 does not rise, and the MOS transistor 213 is not driven, so that the differential amplifier circuit 206 is in the non-selected state.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述した従来の差動増幅回路では、複数の差動増幅回
路の出力が共通接続となっていので、以下のような欠点
がある。
The conventional differential amplifier circuit described above has the following drawbacks because the outputs of the plurality of differential amplifier circuits are commonly connected.

第2図の回路において、プリチャージ後、選択信号SE
1の立ち上が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208,209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、非選択となって
いる差動増幅回路206のMOSトランジスタ213は、選択信
号SE2が“LOW"であるため、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レベルである。
電位VBがMOSトランジスタ211,212のしきい値電圧VT,ビ
ット線電位VBL2,V▲▼との間で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。この場
合、差動増幅回路203は、他の非選択差動増幅回路206の
影響を受けることなく、速やかに増幅動作を行う。
In the circuit of FIG. 2, after the precharge, the selection signal SE
When the differential amplifier circuit 203 is selected by the rise of 1,
The slight potential difference between the bit lines BL1 and ▲ ▼ causes a difference in the conductances of the MOS transistors 208 and 209 to amplify the common output line DB and ▲ ▼. On the other hand, the MOS transistor 213 of the non-selected differential amplifier circuit 206 is kept in the non-conductive state because the selection signal SE2 is “LOW”, and the potential V B of the node B is the charging potential at the time of precharging. It is a level.
The potential V B is between the threshold voltage V T of the MOS transistors 211, 212 and the bit line potential V BL2 , V ▲ ▼, and V B > V BL2 −V T
If the relationship of V B > V ▲ ▼ −V T is satisfied, the MOS transistors 211 and 212 maintain the non-conducting state. In this case, the differential amplifier circuit 203 quickly performs the amplification operation without being affected by the other non-selected differential amplifier circuit 206.

しかし、非選択差動増幅回路206の節点Bの電位VB
ビット線電位VBL2,V▲▼に対し、VB≦VBL2−VT
しくはVB≦V▲▼の関係になると、非選択差動増
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、選択されている差動増幅回路203の増幅動作を
妨げてしまう。
However, when the potential V B of the node B of the non-selection differential amplifier circuit 206 has a relation of V B ≦ V BL2 −V T or V B ≦ V ▲ ▼ with respect to the bit line potentials V BL2 and V ▲ ▼, the non-selection The MOS transistor 211 or 212 of the selected differential amplifier circuit 206 becomes conductive, which hinders the amplifying operation of the selected differential amplifier circuit 203.

例えば非選択差動増幅回路206のMOSトランジスタ211,
212が両方共導通状態になると、選択されている差動増
幅回路203で増幅された共通出力線DB,▲▼のデータ
が打ち消され、増幅動作に遅れを生じる。また、MOSト
ランジスタ211,212のどちらか一方が導通状態になった
場合にも、微少信号を増幅できる差動増幅回路203は、
共通出力線DB,▲▼のどちらか一方から節点Bの負
荷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,▲▼の容量にアンバランスを生じ、
差動増幅回路203の増幅動作を遅らせてしまう。
For example, the MOS transistor 211 of the unselected differential amplifier circuit 206,
When both 212 are in the conductive state, the data of the common output line DB, ▲ ▼ amplified by the selected differential amplifier circuit 203 is canceled and the amplifying operation is delayed. Further, even when either one of the MOS transistors 211 and 212 becomes conductive, the differential amplifier circuit 203 capable of amplifying a minute signal is
The load capacity of the node B can be seen from either one of the common output line DB, ▲ ▼, and the capacity of the common output line DB, ▲ ▼ originally designed symmetrically is unbalanced,
The amplification operation of the differential amplifier circuit 203 is delayed.

したがって、差動増幅回路の設計をする場合には、VB
>VBL2−VTかつVB>V▲▼−VTの関係を満足する
ように、負荷回路207や差動増幅回路のディメンジョン
を決定しなければいけない。この場合、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、回路設計が非常に難しいという欠点がある。
Therefore, when designing a differential amplifier circuit, V B
The dimensions of the load circuit 207 and the differential amplifier circuit must be determined so as to satisfy the relationship of> V BL2 −V T and V B > V ▲ ▼ −V T. In this case, variations in the manufacturing process of MOS transistors must be taken into consideration, and there is a drawback that circuit design is extremely 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。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a differential amplifier circuit that improves such a defect and performs a stable amplification operation without being affected by a non-selected differential amplifier circuit.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

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
続されて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、前記選択信号と同相の選択信
号をゲート入力とするP型MOSトランジスタが接続され
ている。
A semiconductor device according to the present invention includes first and second N-type MOS transistors in which first and second bit lines forming a bit line pair are gate-connected, and sources are commonly connected.
First and second differential amplifier circuits comprising first and second N-type MOS transistors and a third N-type MOS transistor connected between the ground and a gate to which a selection signal for activating the circuit is applied The first N-type of the first and second differential amplifier circuits including
In a semiconductor device in which drains of a MOS transistor 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, first and second N-types of each differential amplifier circuit are provided. A P-type MOS transistor whose gate input is a selection signal in phase with the selection signal is connected between the common source of the MOS transistor pair and the power supply.

〔作用〕[Action]

差動増幅回路は、両選択信号をロウレベルとすること
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P型MOSトランジスタが
導通するとにより、VDDに保たれる。
The differential amplifier circuit holds the non-selected state by setting both selection signals to the low level. In this state, the potential of the node of the non-selected differential amplifier circuit is kept at V DD because the P-type MOS transistor becomes conductive. Be drunk

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-type of the non-selected differential amplifier circuit
MOS transistors never reach perfect conduction,
It does not hinder the amplification operation of the selected differential amplifier circuit.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments 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ティック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図において、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103,106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は選択信号SE1をゲ
ート入力とするN型MOSトランジスタ109と、選択信号SE
1と同相である選択信号SE11をゲート入力とするP型MOS
トランジスタ108、ビット線BL1,▲▼をゲート入
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108〜111は節点aで接続されている。差動増
幅回路106は、選択信号SE2をゲート入力とするN型MOS
トランジスタ113と、選択信号SE2と同相である選択信号
SE22をゲート入力とするP型MOSトランジスタ112、ビッ
ト線BL2,▲▼をそれぞれゲート入力とするN型MO
Sトランジスタ114,115で構成され、各トランジスタ112
〜115は節点bで接続されている。さらに、差動増幅回
路103,106は共通出力線DB,DBで接続されている。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の立ち上がりおよび選択信号SE11の立ち上がり
により行う。先ず、選択信号SE11の立ち上がりによりP
型MOSトランジスタ108は非導通状態となり、次に選択信
号SE1と立ち上がりにより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は立ち下がり、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のロウレ
ベル、選択信号SE22のロウレベル電位入力により差動増
幅回路106は非選択状態を保持する。この状態におい
で、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に保たれる。
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 circuits 103, 106. The differential amplifier circuit 103 includes an N-type MOS transistor 109 which receives the selection signal SE1 as a gate input and a selection signal SE.
P-type MOS whose gate input is the selection signal SE11 in phase with 1
It is composed of a transistor 108 and N-type MOS transistors 110 and 111 whose gate inputs are the bit lines BL1 and ▲ ▼, and the transistors 108 to 111 are connected at a node a. The differential amplifier circuit 106 is an N-type MOS whose gate input is the selection signal SE2.
The selection signal that is in phase with the transistor 113 and the selection signal SE2
P-type MOS transistor 112 having SE22 as a gate input, and N-type MO having bit lines BL2 and ▲ ▼ as its gate inputs
Comprised of S-transistors 114 and 115, each transistor 112
~ 115 are connected at a node b. Further, the differential amplifier circuits 103 and 106 are connected by common output lines DB and DB. In the circuit having such a configuration, the differential amplifier circuit 103 is selected by the rising edge of the selection signal SE1 and the rising edge of the selection signal SE11. First, when the selection signal SE11 rises, P
Type MOS transistor 108 becomes non-conductive state, since then the MOS transistor 109 is turned by the selection signal SE1 and rise, the potential V a of the node a falls, the common output line DB by MOS transistors 110 and 111, ▲ ▼ to The amplified data is output. On the other hand, the low level of the selection signal SE2 and the low level potential of the selection signal SE22 input the differential amplifier circuit 106 to hold the non-selected state. In this state, the potential V b of the node b of the non-selected differential amplifier circuit 106 is kept at V DD by the conduction of the MOS transistor 112.

したがって、MOSトランジスタ114,115は完全な導通状態
には至ることなく、ビット線BL2もしくは▲▼の
電位がVDDレベルになったとして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。
Therefore, the MOS transistors 114 and 115 do not reach a completely conductive state, and even if the potential of the bit line BL2 or ▲ ▼ becomes the V DD level, the MOS transistors 114 and 115 are almost in a non-conductive state. Does not interfere with the amplification operation of.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、差動N型MOSトランジ
スタ対の共通ソースと電源の間に差動増幅回路の選択信
号と同相の選択信号をゲート入力とするP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なるという効果もあ
る。
As described above, according to the present invention, by arranging the P-type MOS transistor whose gate input is the selection signal of the same phase as the selection signal of the differential amplifier circuit, between the common source of the differential N-type MOS transistor pair and the power supply. The selected differential amplifier circuit has the effect of operating stably without being affected by the non-selected differential amplifier circuit, and also enables stable operation against variations in the manufacturing process of MOS transistors. Another advantage is that the design of the differential amplifier circuit can be facilitated.

【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……差動増幅回路の負荷回路 103,106……差動増幅回路 108,112……P型MOSトランジスタ 109〜111,113〜115……N型MOSトランジスタ BL1,▲▼,BL2,▲▼……ビット線 DB,▲▼……共通出力線 SE1,SE11,SE2,SE22……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 ...... Differential amplification circuit load circuit 103,106 ...... Differential amplification circuit 108,112 ...... P-type MOS transistor 109-111,113-115 ...... N-type MOS transistor BL1, ▲ ▼, BL2, ▲ ▼ …… Bit line DB, ▲ ▼ …… Common output line SE1, SE11, SE2, SE22 …… 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てゲ
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、前記選択信号と同相の選択信号を
ゲート入力とするP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. Third N-type transistor connected between the MOS transistor and the 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 a MOS 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 P-type MOS transistor having a gate input of an in-phase selection signal is connected.
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