JP3053562B2 - 半導体メモリ装置のビット線感知回路 - Google Patents

半導体メモリ装置のビット線感知回路

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JP3053562B2
JP3053562B2 JP7331607A JP33160795A JP3053562B2 JP 3053562 B2 JP3053562 B2 JP 3053562B2 JP 7331607 A JP7331607 A JP 7331607A JP 33160795 A JP33160795 A JP 33160795A JP 3053562 B2 JP3053562 B2 JP 3053562B2
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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ装置
におけるビット線電圧の感知回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、主メモリ装置として用いられる
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)は、
低ビットコスト(bit cost)が要求されるので1トランジ
スタ&1キャパシタのメモリセル構造をもつ。従って、
小容量のキャパシタに記憶したデータを読出し出力する
ために、通常、NMOSトランジスタを用いたN形セン
スアンプとPMOSトランジスタを用いたP形センスア
ンプで構成されるビット線感知回路(センスアンプ)が
用いられる。このようなDRAMではアクセスタイムの
高速化に伴い、ビット線感知時間がそのアクセスタイム
に占める割合が増えてきている。このため、できるだけ
感知時間を短縮することが好ましいが、この場合には、
感知時に発生するピーク電流が大きくなり電源線へノイ
ズが発生して誤動作要因の1つとなるので、注意が必要
である。即ち、できるだけピーク電流を抑えながら感知
速度を上げることを考えなければならない。
【0003】図1に一般的なDRAMのメモリセルアレ
イの要部構成を示し、その動作特性について図4に示
す。尚、この図4の信号波形は、活性対象のアレイブロ
ックを指定する信号であるブロック選択信号BLSkB
の発生から後を示している。ブロック選択信号BLSk
Bの活性前の状態を簡単に説明しておくと、このときに
は等化信号φEQBが論理“ハイ”なので、プリチャー
ジ回路111及び等化回路112により、各ビット線B
Li,BLiB(このときの“B”は相補関係を示す、
またi=0〜n)はプリチャージ電圧VBLレベルにプ
リチャージ・等化されている。この場合のプリチャージ
電圧VBLは、電源電圧Vccの中間レベルとされる。
【0004】ブロック選択信号BLSkBが論理“ロ
ウ”に活性化されると、これに伴い等化信号φEQBが
論理“ロウ”へ遷移し、選択メモリブロックでビット線
感知動作が開始される。即ち、等化信号EQBの論理
“ロウ”に従いプリチャージ回路111及び等化回路1
12がOFFしてビット線BLi,BLiBが互いに分
離され、そして選択ワード線に対し、電源電圧Vccよ
り高いレベルの昇圧電圧(Vcc+α)としたワード線
エネーブル信号WLが提供される。ワード線エネーブル
信号WLが提供されると対応するメモリセル113のア
クセストランジスタのONでキャパシタに記憶したデー
タがビット線BLiへ伝達されることになり、ビット線
BLiとの間で電荷分配(charge sharing)が起こる。従
って図4に示すように、メモリセル113のデータに応
じてビット線BLi,BLiBの間にΔVBL0(φ)
の電圧差が発生する。尚、図4に示すのは、データ
“1”読出の場合である。以下、データ“1”読出を例
にして説明する。
【0005】このようにして発生するビット線BLi,
BLiB間の電圧差ΔVBL0は、そのままでは小さず
ぎて送り出せないので、P形センスアンプ114及びN
形センスアンプ115によるビット線感知回路を経るこ
とで高電位のビット線BLiを電源電圧Vccへそして
低電位のビット線BLiBを接地電圧Vssへ電位展開
させ、増幅して出力することになる。この感知動作は、
ワード線エネーブル信号WLの発生による第1,第2感
知信号φS,φSBの活性化に基づいてプルダウン制御
信号LANG及びプルアップ制御信号LAPGを発生す
ることで制御される。このとき通常は、P形センスアン
プ114をエネーブルさせるプルアップ電圧LAを制御
するプルアップ制御信号LAPGよりも、N形センスア
ンプ116をエネーブルさせるプルダウン電圧LABを
制御するプルダウン制御信号LANGを先に発生するよ
うにしている。即ち、N形センスアンプ116を先動作
の第1センスアンプとし、P形センスアンプ114を後
動作の第2センスアンプとして使用する。図2に、プル
ダウン制御信号LANGを発生するプルダウン制御信号
発生回路の構成を、図3に、プルアップ制御信号LAP
Gを発生するプルアップ制御信号発生回路の構成を、そ
れぞれ示す。
【0006】図2に示すプルダウン制御信号発生回路
は、インバータ311で反転させたブロック選択信号B
LSkBと第1感知信号φSとをNANDゲート312
で演算するようにしている。そして、これら入力信号が
論理“ハイ”で入力される時点(つまり第1感知信号φ
Sが論理“ハイ”へ遷移する時点)でNANDゲート3
12から出力される論理“ロウ”の信号をインバータ3
13を介することで、論理“ハイ”のプルダウン制御信
号LANGを発生する。このプルダウン制御信号LAN
Gが発生されるとプルダウン電源駆動手段であるプルダ
ウントランジスタ122が導通し、N形センスアンプ1
16に対しVssレベルのプルダウン電圧LABが供給
されてエネーブルとなる。第1センスアンプであるN形
センスアンプ116がエネーブルになると、ΔVBL0
ほど電位レベルの高い方のビット線BLiへゲート電極
が接続されたNMOSトランジスタが強く導通するの
で、接地電圧Vssへ展開すべき方のビット線BLiB
がプルダウンされる。
【0007】図3に示すプルアップ制御信号発生回路
は、第1感知信号φSよりも若干遅れて発生される第2
感知信号φSBとブロック選択信号BLSkBとをNO
Rゲート211で演算するようにしている。そして、こ
れら入力信号が論理“ロウ”で入力される時点(つまり
第2感知信号φSBが論理“ロウ”へ遷移する時点)で
NORゲート211から出力される論理“ハイ”の信号
をインバータ212〜214を通じて駆動することで、
論理“ロウ”のプルアップ制御信号LAPGを発生す
る。このプルアップ制御信号LAPGが発生されるとプ
ルアップ電源駆動手段であるプルアップトランジスタ1
21が導通し、P形センスアンプ114に対しVccレ
ベルのプルアップ電圧LAが供給されてエネーブルとな
る。P形センスアンプ114がエネーブルになると、N
形センスアンプ116によるプルダウン途中でVBL−
βとなっているビット線BLiBの方へゲート電極が接
続されたPMOSトランジスタが強く導通するので、電
源電圧Vccへ展開すべき方のビット線BLiがプルア
ップされる。
【0008】このようにしてプルダウン電圧LAB及び
プルアップ電圧LAを供給することによるビット線感知
回路の動作で、ΔVBL0の電圧差からビット線BL
i,BLiBが電源電圧Vcc及び接地電圧Vssのレ
ベルに電位展開され、増幅される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなビット線
感知動作においては次のような調整が行われる。即ちま
ず、図3に示すプルアップ制御信号発生回路のインバー
タサイズを大きくして駆動能力を上げることにより、図
4に実線で示すようにプルアップ制御信号LAPGの遷
移を急峻にする調整が可能である。この場合、プルアッ
プトランジスタ121の導電性が高まりP形センスアン
プ114が迅速に動作できるので、感知速度及びメモリ
セルのリストアには有効である。反面、プルダウン電圧
LABによるビット線BLiBのプルダウン途中の早期
にプルアップ電圧LAによるビット線BLiのプルアッ
プが開始される、つまりN形センスアンプ116とP形
センスアンプ114とがビット線電位展開のまだ小さい
うちに同時動作することになるため、ピーク電流が大き
くなってしまい、メモリ装置に瞬間的誤動作を生じさせ
得る電源雑音が発生する可能性がある。
【0010】これとは逆に、図3に示すプルアップ制御
信号発生回路のインバータサイズを小さくして駆動能力
を抑えることにより、図4に点線427で示すようにプ
ルアップ制御信号LAPGの遷移を緩慢にする調整が可
能である。この場合、プルアップトランジスタ121の
導通性を低くしてP形センスアンプ114の動作を遅ら
せることができるので、ピーク電流を小さくすることが
可能になり電源雑音を抑制できる。その反面今度は、ビ
ット線感知速度が遅くなるうえ、メモリセルのリストア
が十分に遂行できずに次の感知動作でΔVBL0を小さ
くする結果となる。
【0011】このような従来技術に鑑みて本発明では、
高速感知と電源雑音抑制を両立させ、ビット線電圧を高
速安定感知できるようなビット線感知回路を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では、プルアップ
制御信号の遷移制御を行うことで、高速感知と電源雑音
抑制を両立させるようにする。即ち、プルダウン制御信
号によるプルダウン電源駆動手段の導通でプルダウン電
圧を受け動作する第1センスアンプと、プルアップ制御
信号によるプルアップ電源駆動手段の導通でプルアップ
電圧を受け動作する第2センスアンプと、を有してなる
ビット線感知回路を備えた半導体メモリ装置において、
ビット線感知回路の感知動作の際に、前記プルアップ制
御信号を緩慢遷移から急峻遷移させてこれに従い前記プ
ルアップ電源駆動手段を導通させるようにすることを特
徴とする。上記のようにプルアップ電源駆動手段がソー
ス電極に電源電圧を受けると共にゲート電極にプルアッ
プ制御信号を受けるPMOSトランジスタで構成される
場合には、ソース電極に電源電圧を受けると共にゲート
電極にプルアップ電圧を受けるPMOSトランジスタ
と、該PMOSトランジスタのドレイン電極にドレイン
電極を接続したダイオード形のNMOSトランジスタ
と、を備え、前記NMOSトランジスタのソース電極を
プルアップ制御信号へつないで使用するものとする。
【0013】或いは本発明によれば、プルダウン電圧を
受けて動作する第1センスアンプと、プルアップ電圧を
受けて動作する第2センスアンプと、を有してなるビッ
ト線感知回路を備えた半導体メモリ装置において、前記
プルアップ電圧のレベルを感知するプルアップ電圧感知
手段をもち、前記第2センスアンプの感知動作時に該プ
ルアップ電圧感知手段の遷移制御により緩慢遷移してか
ら急峻遷移するプルアップ制御信号を発生するプルアッ
プ制御信号発生回路と、前記プルアップ制御信号による
導通制御で、該プルアップ制御信号の緩慢遷移時には緩
慢増加する前記プルアップ電圧を出力すると共に前記プ
ルアップ制御信号の急峻遷移時には急峻増加する前記プ
ルアップ電圧を出力するプルアップ電源駆動手段と、を
備えることを特徴した半導体メモリ装置が提供される。
この場合にも、プルアップ電源駆動手段が電源電圧をソ
ース電極に受けると共にプルアップ制御信号をゲート電
極に受けるPMOSトランジスタで構成されるのであれ
ば、プルアップ制御信号発生回路のプルアップ電圧感知
手段は、プルアップ電圧をゲート電極に受けると共に電
源電圧をソース電極に受けるPMOSトランジスタと、
該PMOSトランジスタのドレイン電極にドレイン電極
を接続し、ソース電極をプルアップ制御信号につなげた
ダイオード形のNMOSトランジスタと、から構成する
ものとすればよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付の
図面を参照して詳細に説明する。
【0015】図5に、本発明によるプルアップ制御信号
発生回路とプルアップ電源駆動手段の実施形態について
その構成を示す。プルアップ制御信号発生回路は、ブロ
ック選択信号BLSkB及び第2感知信号φSBをNO
Rゲート511で演算し、該NORゲート511の出力
を直列接続のインバータ512〜514で駆動するよう
になっている。そして更に、電源電圧Vccから直列接
続したPMOSトランジスタ516及びNMOSトラン
ジスタ515を設け、該トランジスタ515のソース電
極を、インバータ514の出力端につながるノード52
1に接続してある。PMOSトランジスタ516のゲー
ト電極は、ノード523へ接続してプルダウン電圧LA
を入力するようにし、該PMOSトランジスタ516
を、プルアップ電圧LAのレベルに従って抵抗値の変化
する可変抵抗素子として用いている。またNMOSトラ
ンジスタ515は、ドレイン電極及びゲート電極を接続
したダイオード形の電圧降下素子として用いている。こ
のNMOSトランジスタ515は、可変抵抗素子の素子
特性によっては省略することも可能である。そして、こ
れらPMOSトランジスタ516及びNMOSトランジ
スタ515により、プルアップ電圧LAのレベルを感知
して後述のようにプルアップ制御信号LAPGの遷移制
御を行うプルアップ電圧感知手段が構成されている。
【0016】プルアップ電源駆動手段はPMOSのプル
アップトランジスタ121とされ、そのゲート電極をノ
ード521へ接続させてあり、このプルアップトランジ
スタ121の出力側にノード523が設けられている。
プルアップトランジスタ121の導通により出力される
プルアップ電圧LAはP形センスアンプ114へ供給さ
れる。
【0017】図6には、このようなプルアップ制御信号
発生回路を用いた場合のビット線感知回路の動作特性を
示す。尚、このときのプルダウン制御信号発生回路とし
ては前述の図2の回路を用いてある。また、第1,第2
感知信号φS,φSB発生までは従来と同様につき省略
している。この例においても、データ“1”読出の場合
について図示してある。
【0018】ワード線選択前には等化によりビット線B
Li,BLiBともプリチャージ電圧VBL(通常、V
ccの1/2)にプリチャージされており、またこのと
きプルアップトランジスタ121は当然OFFで、プル
アップ電圧LAの供給線も同じくプリチャージ電圧VB
Lにプリチャージされる。従ってノード523もプリチ
ャージ電圧VBLを維持する。この場合、ノード523
にゲート電極が接続されたPMOSトランジスタ516
は導通可能となるが、ブロック選択信号BLSkBと第
2感知信号φSBが非活性状態にありプルアップ制御信
号LAPGが論理“ハイ”(=Vccレベル)を維持す
るため、PMOSトランジスタ516及びNMOSトラ
ンジスタ515を経由する電流経路は形成されない。
【0019】ワード線エネーブル信号WLが発生する
と、前述のようにメモリセル113とビット線BLiと
の電荷分配が発生し、ビット線BLi,BLiB間に電
圧差ΔVBL0が発生する。そしてワード線エネーブル
信号WLの発生により第1,第2感知信号φS,φSB
が活性化されると、これに従ってプルダウン制御信号L
ANG及びプルアップ制御信号LAPGが活性化される
ことになる。
【0020】プルダウン制御信号LANGについては前
述同様に発生される。これにより、プルダウントランジ
スタ122が導通してN形センスアンプ116へVss
レベルのプルダウン電圧LABが供給され、エネーブル
となる。そして、N形センスアンプ116において、V
BL+ΔVBL0となったビット線BLiにゲート電極
が接続されたNMOSトランジスタが導通することによ
り、Vssレベルへ展開されるべきビット線BLiBが
プルダウンされる。
【0021】一方、プルアップ制御信号LAPGは、次
のように発生される。ブロック選択信号BLSkB及び
第2感知信号φSBを入力するNORゲート511は、
両入力信号が論理“ロウ”で入力される時点(第2感知
信号φSBが論理“ロウ”へ遷移する時点)で論理“ハ
イ”の信号を出力し、これがインバータ512〜514
を経ることでプルアップ制御信号LAPGが論理“ロ
ウ”へ遷移することになる。この際、論理“ハイ”のV
ccレベルにあったプルアップ制御信号LAPGのレベ
ルが下がるにつれて、PMOSトランジスタ516及び
NMOSトランジスタ515によるノード521への電
流通路が形成されることになるので、プルアップ制御信
号LAPGは、始めのうちVccレベルに近いレベルに
設定される。このレベルはMOSFETによる電圧降下
の影響があるので電源電圧Vccよりは低くく、従って
このときのプルアップトランジスタ121は、導通性の
低い状態で導通する状態となる。その結果プルアップ電
圧LAが若干増加するので、これによりPMOSトラン
ジスタ516は若干非導通の方へ移る状態になり、これ
に従ってプルアップ制御信号LAPGのレベルが低くな
る。するとプルアップトランジスタ121の導通性がこ
れに合わせて高くなり、プルアップ電圧LAのレベルが
増加する。即ち、プルアップ制御信号LAPGは始めの
うち図6に示すように緩慢遷移611をとって遷移して
いき、これに伴いプルアップ電圧LAは、図6に示すよ
うに緩慢増加621をもって徐々に増加していくことに
なる。
【0022】従って、P形センスアンプ114の動作時
期を早めても、始めのうちはプルアップ制御信号LAP
Gが緩慢遷移で提供されるので、ピーク電流を抑えなが
ら感知動作を行うことが可能になる。
【0023】プルアップ制御信号LAPGの緩慢遷移に
従ってプルアップ電圧LAが徐々に増加していき、電源
電圧Vccとの差がPMOSトランジスタ516のしき
い値電圧よりも小さくなると、PMOSトランジスタ5
16はOFFする。その結果、NMOSトランジスタ5
15による電流経路が遮断されてプルアップ制御信号L
APGは図6に示すように急峻遷移612をとって論理
“ロウ”へ遷移し、これに従いプルアップトランジスタ
121の導通性が一気に高まり完全ONの状態になる。
従って、プルアップ電圧LAは、図6に示すように急峻
増加622をもって急上昇し、これにより、ビット線B
Liが素早くVccレベルへ展開されることになる。
【0024】このときには、電源雑音につながらない程
度までビット線BLi,BLiBのプルアップ・プルダ
ウンが行われているので、素早くビット線展開を行って
も問題ない。しかも、メモリセルのリストアに十分な電
位展開を行える。
【0025】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
感知初期にはP形センスアンプへ徐々にプルアップ電圧
を供給してピーク電流を抑えながら感知動作を遂行して
おいた後に一気に素早く電位展開させるようにできるの
で、P形センスアンプの動作時期を早めてもピーク電流
が抑制される。従って、ピーク電流抑制と高速感知動作
の両立、そしてメモリセルのリストアに十分な電位展開
を実現でき、安定且つ高速のビット線感知を行えるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体メモリ装置におけるビット線感知回路の
構成を示すメモリセルアレイの要部回路図。
【図2】従来におけるプルダウン制御信号発生回路の回
路図。
【図3】従来におけるプルアップ制御信号発生回路の回
路図。
【図4】図3のプルアップ制御信号発生回路を使用した
場合における関連信号の電圧波形図。
【図5】本発明によるプルアップ制御信号発生回路の回
路図。
【図6】図5のプルアップ制御信号発生回路を使用した
場合における関連信号の電圧波形図。
【符号の説明】
121 プルアップトランジスタ(プルアップ電源駆動
手段) 122 プルダウントランジスタ(プルダウン電源駆動
手段) 114 P形センスアンプ(第2センスアンプ) 116 N形センスアンプ(第1センスアンプ) LA プルアップ電圧 LAB プルダウン電圧 LAPG プルアップ制御信号 LANG プルダウン制御信号 φS 第1感知信号 φSB 第2感知信号

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プルダウン制御信号によるプルダウン電
    源駆動手段の導通でプルダウン電圧を受け動作する第1
    センスアンプと、プルアップ制御信号によるプルアップ
    電源駆動手段の導通でプルアップ電圧を受け動作する第
    2センスアンプと、を有してなるビット線感知回路を備
    えた半導体メモリ装置において、前記プルアップ電圧のレベルに従って抵抗値の変化する
    可変抵抗素子により前記プルアップ制御信号の遷移制御
    を行うプルアップ電圧感知手段をビット線感知回路に有
    し、 感知動作の際に、前記プルアップ制御信号を緩慢遷
    移から急峻遷移させてこれに従い前記プルアップ電源駆
    動手段を導通させるようになっていることを特徴とする
    半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 プルダウン電圧を受けて動作する第1セ
    ンスアンプと、プルアップ電圧を受けて動作する第2セ
    ンスアンプと、を有してなるビット線感知回路を備えた
    半導体メモリ装置において、前記プルアップ電圧のレベルに従って抵抗値の変化する
    可変抵抗素子を用いた プルアップ電圧感知手段をもち、
    前記第2センスアンプの感知動作時に該プルアップ電圧
    感知手段の遷移制御により緩慢遷移してから急峻遷移す
    るプルアップ制御信号を発生するプルアップ制御信号発
    生回路と、前記プルアップ制御信号による導通制御で、
    該プルアップ制御信号の緩慢遷移時には緩慢増加する前
    記プルアップ電圧を出力すると共に前記プルアップ制御
    信号の急峻遷移時には急峻増加する前記プルアップ電圧
    を出力するプルアップ電源駆動手段と、を備えたことを
    特徴する半導体メモリ装置。
  3. 【請求項3】 プルアップ電圧感知手段は、電源電圧か
    らプルアップ制御信号へ直列接続した可変抵抗素子及び
    電圧降下素子からなる請求項1又は請求項2記載の半導
    体メモリ装置。
  4. 【請求項4】 プルアップ電圧感知手段は、プルアップ
    電圧をゲート電極に受けると共に電源電圧をソース電極
    に受けるPMOSトランジスタと、該PMOSトランジ
    スタのドレイン電極にドレイン電極を接続し、ソース電
    極をプルアップ制御信号につなげたダイオード形のNM
    OSトランジスタと、から構成される請求項3記載の半
    導体メモリ装置。
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