JP2780481B2 - 半導体スタチックメモリ - Google Patents

半導体スタチックメモリ

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JP2780481B2
JP2780481B2 JP2291575A JP29157590A JP2780481B2 JP 2780481 B2 JP2780481 B2 JP 2780481B2 JP 2291575 A JP2291575 A JP 2291575A JP 29157590 A JP29157590 A JP 29157590A JP 2780481 B2 JP2780481 B2 JP 2780481B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体スタチックメモリに関し、特にフリッ
プフロップ型の記憶セル部を備え、キャッシュメモリ等
に使用される半導体スタチックメモリに関する。
〔従来の技術〕
最近、CPUの高速化に伴い、CPUと主記憶装置との間で
使用されるキャッシュメモリに要求されるスピードはま
すます高速なものとなっている。そのキャッシュメモリ
として使用される高速の半導体スタチックメモリは、一
般的に第3図(a),(b)に示すような構成となって
いる。
第3図(a)において、高抵抗の抵抗素子R1とNチャ
ネルMOS型のトランジスタQ1で第1のインバータを形成
し、同様に高抵抗の抵抗素子R2とNチャネルMOS型のト
ランジスタQ2で第2のインバータを形成しこれら各イン
バータの入力端,出力端を互いに交差接続してフリップ
フロップ型の記憶セル部1を構成する。
これら各インバータの入力端,出力端が記憶セル部1
の記憶ノードとしての第1及び第2の入出力端N1,N2
なり、各入出力端N1,N2はワード線WL1をゲートに接続し
た信号伝達用のNチャネルMOS型のトランジスタQ3,Q4を
介して第1及び第2のビット線BL1,BL2にそれぞれ対応
して接続されている。
第3図(b)は上述した記憶セル部1で構成された半
導体スタチックメモリの一般的な回路を示す。
第3図(b)において、PチャネルMOS型のトランジ
スタQ11,Q12はビット線BL1,BL2を電源電圧VCC近傍にプ
ルアップする働きをし、PチャネルMOS型のトランジス
タQ15は前のサイクルで読出していたデータを打ち消し
て次に選択されたセル情報を読出しやすくするため、ビ
ット線BL1,BL2を等電位化する働きをし、またPチャネ
ルMOS型のトランジスタQ13,Q14は書込み直後の読出し動
作を高速に行うためにビット線BL1,BL2をプリチャージ
する働きをし、これらトランジスタQ11〜Q15でプリチャ
ージ回路3を形成している。
NチャネルMOS型のトランジスタQ16,Q17及びPチャネ
ルMOS型のトランジスタQ18,Q19はYセレクト信号Y1によ
って制御され、ビット線BL1,BL2とデータバスDB1,DB2
をそれぞれ対応して接続するYスイッチ回路4を形成す
る。
また、データバスDB1,DB2には読出しセンス増幅器5
及び書込み回路6が接続されている。
この半導体スタチックメモリにおいて、ビット線BL1,
BL2を電源電圧VCC近傍にプルアップしておく理由は、ビ
ット線BL1,BL2の平衡レベルが下がり過ぎる(例えばVCC
/2以下)とワード線WL1が選択レベルになったとき記憶
セル部1の入出力端N1,N2の高レベルの電荷がビット線
(BL1,BL2)側に引き抜かれてしまい、記憶セル部1自
身がもつアンバランスで不安定になり記憶データの読出
し破壊が起こる危険性があるからである。
もしビット線BL1,BL2の平衡レベルをVCC/2以下に下げ
ることができれば、後段の読出しセンス増幅器5の感度
が良くなり、スピードアップできることは良く知られて
いる。
一方、読出し時の記憶セル部1の安定性を保つたに
は、トランジスタQ1とトランジスタQ3、もしくはトラン
ジスタQ2とトランジスタQ4の電流能力比は通常約3対1
ぐらいに設定する。これは読出し時にワード線WL1が選
択レベルとなったとき、ビット線(BL1,BL2)から記憶
セル部1の低レベルの入出力端(N1,N2)に向かって電
流が流れ、低レベルの入出力端(N1,N2)のレベルが上
昇するのを極力抑え、記憶セル部1の安定性を損わない
様にするためである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の半導体スタチックメモリは、ビット線
BL1,BL2が電源電圧VCC近傍にプリチャージされる構成と
なっているので、後段の読出しセンス増幅器5の感度を
上げることができず高速化をはかるのが困難であるとい
う欠点があり、また、記憶セル部1のトランジスタQ1,Q
2と信号伝達用のトランジスタQ3,Q4の電流能力比が約3
対1となっているので、読出し時に記憶セル部1の入出
力端N1,N2のデータが伝達する速度はトランジスタQ3,Q4
により制限され、高速化が困難であるという欠点があっ
た。
本発明の目的は、読出しセンス増幅器の感度及び記憶
データの伝達速度を上げることができ、全体の動作速度
を向上させることができる半導体スタチックメモリを提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体スタチックメモリは、第1及び第2の
電源供給端子間に設けられ、第1及び第2の入出力端を
もつフリップフロップ型の記憶セル部と、書込み専用の
第1及び第2の書込みビット線と、前記記憶セル部を選
択するためのワード線と、それぞれゲートを前記ワード
線と接続しソース,ドレインを前記記憶セル部の第1及
び第2の入出力端と前記第1及び第2の書込みビット線
との間にそれぞれ対応して接続し前記ワード線のレベル
に応じてオン,オフし前記記憶セル部の第1及び第2の
入出力端と前記第1及び第2の書込みビット線との間の
データ伝達を制御する第1及び第2のトランジスタと、
ゲートを前記記憶セル部の第1及び第2の入出力端の一
方と接続しソースを前記第1の電源供給端子と接続する
第3のトランジスタ、並びにこの第3のトランジスタの
ドレインと前記第2の電源供給端子との間に接続された
抵抗素子を備えた読出しセル部と、読出し専用の読出し
ビット線と、ゲートと前記ワード線と接続しソース,ド
レインを前記第3のトランジスタのドレインと前記読出
しビット線との間に接続し前記ワード線のレベルに応じ
てオン,オフし前記読出しセル部と前記読出しビット線
との間のデータ伝達を制御する第4のトランジスタとを
有している。
また、ゲートを記憶セル部の第1及び第2の入出力端
の他方と接続しソースを第1の電源供給端子と接続する
第5のトランジスタ、並びにこの第5のトランジスタの
ドレインと第2の電源供給端子との間に接続された第2
の抵抗素子を備えた第2の読出しセル部と、読出し専用
の第2の読出しビット線と、ゲートをワード線と接続し
ソース,ドレインを前記第5のトランジスタのドレイン
と前記第2の読出しビット線との間に接続し前記ワード
線のレベルに応じてオン,オフし前記第2の読出しセル
部と前記第2の読出しビット線との間のデータ伝達を制
御する第6のトランジスタとを設けて構成される。
〔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。
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図である。
この実施例は、トランジスタQ1,Q2と抵抗素子R1,R2と
を含んで第1の電源供給端子(接地端子)と第2の電源
供給端子(電源電圧VCC)との間に設けられ、第1及び
第2の入出力端N1,N2をもつフリップフロップ型の記憶
セル部1と、書込み専用の第1及び第2の書込みビット
線BLW1,BLW2と、記憶セル部1を選択するためのワード
設WL1と、それぞれゲートをワード線WL1と接続しソー
ス,ドレインを記憶セル部1の第1及び第2の入出力端
N1,N2と第1及び第2の書込みビット線BLW1,BLW2との間
にそれぞれ対応して接続しワード線WL1のレベルに応じ
てオン,オフし記憶セル部1の第1及び第2の入出力端
N1,N2と第1及び第2の書込みビット線BLW1,BLW2との間
のデータ伝達を制御する第1及び第2のトランジスタQ
3,Q4と、ゲートを記憶セル部1の第2の入出力端N2と接
続しソースを第1の電源供給端子の接地端子と接続する
第3のトランジスタQ5、並びにこのトランジスタQ5のド
レインと第2の電源供給端子との間に接続された抵抗素
子R3を備えた読出しセル部2と、読出し専用の読出しビ
ット線BLR1と、ゲートをワード線WL1と接続しソース,
ドレインをトランジスタQ5のドレインと読出しビット線
BLR1との間に接続しワード線WL1のレベルに応じてオ
ン,オフし読出しセル部2と読出しビット線BLR1との間
のデータ伝達を制御する第4のトランジスタQ6とを有す
る構成となっている。ここで抵抗素子R3の役割は、非選
択時に読出しセル部2内のノードN3がフローティングに
なって不安定なレベルにならない様に電源電圧VCCにプ
ルアップするためである。
この実施例においては、読出しビット線BLR1と記憶セ
ル部の入出力端N2との間に、トランジスタQ6と読出しセ
ル部2とが接続されているため、読出しビット線BLR1
平衡レベルがVCC/2以下に下がっても記憶セル部1の記
憶情報が破壊されることはない。もちろん、記憶セル部
1のトランジスタQ1,Q2と信号伝達用トランジスタQ3,Q4
の電流能力比は従来通り約3対1ぐらいに設定してお
く。従って読出しビット線BLR1の平衡レベルをVCC/2近
傍もしくはそれ以下に設定できるので、後段の読出しセ
ンス増幅器(図示省略)の感度が良くなり読出し速度を
速くすることができる。
一方、読出しセル部2のトランジスタQ5と信号伝達用
のトランジスタQ6の電流能力比は自由に設定できるの
で、従来例の様に、信号伝達用のトランジスタでデータ
伝達の速度が制限されることはない。従って読出しセル
部2のトランジスタQ5と信号伝達用のトランジスタQ6の
寸法を適切に設定すれば、従来例より十分速い読出し速
度を得ることができる。
第2図は本発明の第2の実施例を示す回路図である。
この実施例は、第1の実施例に、読出しセル部2と同
一構成で記憶セル部1の入出力端N1のデータを取出す第
2の読出しセル部2Aと、第2の読出しビット線BLR2と、
読出しセル部2Aと読出しビット線BLR2との間のデータ伝
達の制御を行うトランジスタQ8とを追加し、読出しビッ
ト線を書込みビット線と同様に対にしたもので、安定し
た読出し動作マージンが得られるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明は、読出し用のビット線と書
込み用のビット線とを分離し、新たに設けられた読出し
セル部及び伝達用のトランジスタを介して記憶セル部の
データを読出しビット線に伝達する構成とすることによ
り、読出しビット線の平衡レベルをVCC/2近傍もしくは
それ以下に設定できるので、後段の読出しセンス増幅器
の感度が良くなり読出し速度を速くすることができると
いう効果があり、また読出しセル部のトランジスタと信
号伝達用のトランジスタの寸法比を自由に設定できるの
で読出しデータの伝達速度を速くすることができ、従っ
て全体動作速度を速くすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明の第1及び第2の実
施例を示す回路図、第3図(a),(b)は従来の半導
体スタチックメモリの一例を示す回路図である。 1……記憶セル部、2,2A……読出しセル部、3……プリ
チャージ回路、4……Yスイッチ回路、5……読出しセ
ンス増幅器、6……書込み回路、BL1,BL2……ビット
線、BLR1,BLR2……読出しビット線、BLW1,BLW2……書込
みビット線、DB1,DB2……データバス、Q1〜Q8,Q11…Q19
……トランジスタ、R1〜R4……抵抗素子、WL1……ワー
ド線。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2の電源供給端子間に設けら
    れ、第1及び第2の入出力端をもつフリップフロップ型
    の記憶セル部と、書込み専用の第1及び第2の書込みビ
    ット線と、前記記憶セル部を選択するためのワード線
    と、それぞれゲートを前記ワード線と接続しソース,ド
    レインを前記記憶セル部の第1及び第2の入出力端と前
    記第1及び第2の書込みビット線との間にそれぞれ対応
    して接続し前記ワード線のレベルに応じてオン,オフし
    前記記憶セル部の第1及び第2の入出力端と前記第1及
    び第2の書込みビット線との間のデータ伝達を制御する
    第1及び第2のトランジスタと、ゲートを前記記憶セル
    部の第1及び第2の入出力端の一方と接続しソースを前
    記第1の電源供給端子と接続する第3のトランジスタ、
    並びにこの第3のトラジスタのドレインと前記第2の電
    源供給端子との間に接続された抵抗素子を備えた読出し
    セル部と、読出し専用の読出しビット線と、ゲートを前
    記ワード線と接続しソース,ドレインを前記第3のトラ
    ンジスタのドレインと前記読出しビット線との間に接続
    し前記ワード線のレベルに応じてオン,オフし前記読出
    しセル部と前記読出しビット線との間のデータ伝達を制
    御する第4のトランジスタとを有することを特徴とする
    半導体スタチックメモリ。
  2. 【請求項2】ゲートを記憶セル部の第1及び第2の入出
    力端の他方と接続しソースを第1の電源供給端子と接続
    する第5のトランジスタ、並びにこの第5のトランジス
    タのドレインと第2の電源供給端子との間に接続された
    第2の抵抗素子を備えた第2の読出しセル部と、読出し
    専用の第2の読出しビット線と、ゲートをワード線と接
    続しソース,ドレインを前記第5のトランジスタのドレ
    インと前記第2の読出しビット線との間に接続し前記ワ
    ード線のレベルに応じてオン,オフし前記第2の読出し
    セル部と前記第2の読出しビット線との間のデータ伝達
    を制御する第6のトランジスタとを設けた請求項1記載
    の半導体スタチックメモリ。
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