JP3112019B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3112019B2
JP3112019B2 JP02146283A JP14628390A JP3112019B2 JP 3112019 B2 JP3112019 B2 JP 3112019B2 JP 02146283 A JP02146283 A JP 02146283A JP 14628390 A JP14628390 A JP 14628390A JP 3112019 B2 JP3112019 B2 JP 3112019B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に微細素子で構成され、電池
動作可能な半導体集積回路に好適な低電圧で動作する高
速、高集積の半導体装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a high-speed, highly-integrated semiconductor device which is composed of fine elements and operates at a low voltage suitable for a semiconductor integrated circuit which can operate on a battery. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路(LSI=Large Scale Integration)の
集積度向上は、その構成素子であるMOSトランジスタの
微細化により進められてきた。素子の寸法が0.5ミクロ
ン以下のいわゆるディープサブミクロンLSIになると、
素子の耐圧の低下とともにLSIの消費する電力の増大が
問題になってくる。このような問題に対しては、素子の
微細化にともなって動作電源電圧を低下させることが有
効な手段であると考えられる。現在のLSIの電源電圧と
しては5Vが主流であるため、微細な素子でLSIを構成す
る手段として、LSIチップ上に外部電源電圧を降圧する
電圧変換回路を搭載する技術が、アイ・イー・イー・イ
ー・ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート・サーキッ
ツ、第21巻、第5号、第605〜第611頁(1986)(IEEE J
ounal of Solid−State Circuits,vol.21,No.5,pp.605
−611,October 1986)において論じられている。この場
合の外部電源電圧と内部電源電圧の値は、それぞれ5Vと
3.5Vである。このように、LSIの中でも最高集積度のダ
イナミックRAM(DRAM=Dynamic Random Access Memor
y)で消費電力の問題が顕在化しつつある。こうした傾
向に合わせて、LSIの外部電圧そのものを下げようとい
う動きもある。例えば、0.3ミクロンの加工技術を用い
る64メガビットDRAMでは外部電源電圧は3.3V程度に低下
される予定である。集積度の向上にしたがって、外部電
源電圧はさらに低下する可能性がある。
2. Description of the Related Art The integration degree of a semiconductor integrated circuit (LSI = Large Scale Integration) has been improved by miniaturization of a MOS transistor as a constituent element thereof. When the element size becomes a so-called deep submicron LSI of 0.5 micron or less,
As the withstand voltage of the element decreases, an increase in power consumed by the LSI becomes a problem. To solve such a problem, it is considered that reducing the operating power supply voltage as the element is miniaturized is an effective means. As the current LSI power supply voltage is 5 V, the technology of mounting a voltage conversion circuit that steps down the external power supply voltage on an LSI chip has been developed as a means to configure the LSI with fine elements.・ E-Journal of Solid State Circuits, Vol. 21, No. 5, pp. 605-611 (1986) (IEEE J
ounal of Solid-State Circuits, vol. 21, No. 5, pp. 605
-611, October 1986). In this case, the value of the external power supply voltage and the value of the internal power supply
3.5V. Thus, the most highly integrated dynamic RAM (DRAM = Dynamic Random Access Memory)
In y), the problem of power consumption is becoming apparent. In response to this trend, there is a movement to reduce the external voltage of the LSI itself. For example, in a 64-Mbit DRAM using a 0.3 micron processing technology, the external power supply voltage will be reduced to about 3.3V. As the degree of integration increases, the external power supply voltage may further decrease.

また近年、可搬型電子機器の普及に伴い、電池動作
や、電池での情報保持が可能な低電圧・低消費電力のLS
Iに対する需要が高まってきている。このような用途に
対しては、最小1〜1.5Vで動作するLSIが必要とされ
る。特に、ダイナミックメモリの場合、その集積度は既
にメガビット級に達しており、従来では磁気ディスク装
置しか使用できなかった大容量記憶装置の分野にもその
半導体メモリを利用しようという動きがでてきている。
そのためには、電源をきってもデータが消えないよう電
池でバックアップする必要がある。このバックアップの
期間は、通常数週間から数年間保証する必要がある。こ
のため、メモリの消費電流は極力小さくする必要があ
る。低電力化のためには、動作電圧を低減することが有
効であるが、これを1.5V近辺とすればバックアップ用電
源としては乾電池1個で済むためコストも安くまた占有
スペースも小さくなる。
In recent years, with the spread of portable electronic devices, low-voltage, low-power LSs that can operate on batteries and retain information in batteries
The demand for I is increasing. For such an application, an LSI operating at a minimum of 1 to 1.5 V is required. In particular, in the case of a dynamic memory, the degree of integration has already reached the megabit level, and there has been a movement to use the semiconductor memory also in the field of large-capacity storage devices, which could only use magnetic disk devices in the past. .
For that purpose, it is necessary to back up with a battery so that data is not lost even if the power is turned off. This backup period usually needs to be guaranteed for weeks to years. For this reason, it is necessary to reduce the current consumption of the memory as much as possible. To reduce the power, it is effective to reduce the operating voltage. However, if the operating voltage is set to around 1.5 V, only one dry battery is required as a backup power source, so that the cost is low and the occupied space is small.

インバータや各種デジタル論理回路だけから構成され
るCMOS(Complementary MOS)LSI、例えばプロセッサな
どにおいては、電源電圧を1.5V程度まで低下させても、
MOSトランジスタの定数としきい値電圧さえ適切に選べ
ば、大幅な性能低下を招くことなく、1.5V程度の低い電
源電圧で動作させることが可能である。しかしながら、
外部電源電圧(VCCまたはVSS)の他に、それらの中間電
圧やそれらの範囲を越えた電圧をLSI上で発生させ、そ
れを動作に用いるLSIでは、電源電圧の低下は、決定的
な性能低下をもたらしていた。こうしたLSIの代表がDRA
Mである。したがって、プロセッサやメモリなどの複数
種類のLSIで、低電圧で動作する情報機器を構成する場
合には、DRAMに代表されるように、LSI上で電源電圧以
外の電圧を発生して動作に用いるLSIの低電圧動作が必
須である。
In CMOS (Complementary MOS) LSIs consisting only of inverters and various digital logic circuits, such as processors, even if the power supply voltage is reduced to about 1.5 V,
With proper selection of the MOS transistor constant and threshold voltage, it is possible to operate at a low power supply voltage of about 1.5 V without causing a significant performance drop. However,
In addition to the external power supply voltage (VCC or VSS), an intermediate voltage between them or a voltage exceeding those ranges is generated on the LSI, and in an LSI that uses it, the drop in the power supply voltage causes a decisive decrease in performance Had been brought. The representative of such LSI is DRA
M. Therefore, when configuring an information device that operates at a low voltage with a plurality of types of LSIs such as a processor and a memory, a voltage other than the power supply voltage is generated on the LSI and used for the operation as represented by a DRAM. Low voltage operation of LSI is essential.

DRAMを低電圧で動作させた場合、主に従来用いられて
いた以下の3つで問題が生じる。
When the DRAM is operated at a low voltage, problems occur mainly in the following three types which have been conventionally used.

(1)メモリセルから読出された微小な信号を読出す回
路。
(1) A circuit for reading a small signal read from a memory cell.

(2)メモリセルを構成するMOSトランジスタを十分高
い導通状態にして、損失無く信号を伝達するために必要
なワード線駆動用高電圧を発生する回路。
(2) A circuit for generating a high voltage for driving a word line necessary for transmitting a signal without loss by setting a MOS transistor constituting a memory cell to a sufficiently high conductive state.

(3)メモリセル蓄積容量のプレート電極、さらにはメ
モリセルからの読み出し信号の検出に際する参照電圧と
なる中間電圧(VCC/2)を発生する回路。
(3) A circuit for generating an intermediate voltage (VCC / 2) serving as a reference voltage for detecting a plate electrode of a memory cell storage capacitor and a read signal from a memory cell.

これらの従来例を、以下順に説明する。 These conventional examples will be described below in order.

(1)については以下のとおりである。LSIの高集積
化、大規模化にともなつて、信号配線の寄生容量が増大
するため、動作速度が低下するという問題が顕現化しつ
つある。ダイナミツク・メモリの場合には、各メモリセ
ルからデータ線上に読み出された微小な信号をセンスア
ンプにより増幅する速度、および、選択されたデータ線
から情報を読み出す入出力制御線(コモンI/O線)の動
作速度が、メモリ全体の動作速度の大きな割合を占めて
おり、これらを高速化する技術がメモリの性能向上のた
めに不可欠である。従来の入出力制御回路としては、た
とえばアイ・イー・イー・イー,ジヤーナル・オブ・ソ
リツド・ステート・サーキツツ,エス・シー22(1987
年)第663頁から第667頁(IEEE,Journal of Solid−Sta
te Circuits,Vol.SC−22,No.5,October,1987,pp663−66
7)において述べられているように、2つのMIS(Metal
Insulator Semiconductor)型のFET(Field Effect Tra
nsistor)を用い、選択信号をそれらのゲート電極に印
加して、データ線対とコモンI/O線対との接続を制御す
る方式が一般的であつた。
(1) is as follows. As the integration and scale of LSIs increase, the problem that the operating speed decreases due to an increase in the parasitic capacitance of signal wiring is becoming apparent. In the case of dynamic memory, the speed at which a small signal read from each memory cell onto a data line is amplified by a sense amplifier, and an input / output control line (common I / O line) for reading information from a selected data line. The operation speed of the line occupies a large proportion of the operation speed of the entire memory, and a technology for increasing the operation speed is indispensable for improving the performance of the memory. Conventional input / output control circuits include, for example, IEE, Journal of Solid State Circuits, SC22 (1987)
Years 663 to 667 (IEEE, Journal of Solid-Sta)
te Circuits, Vol.SC-22, No.5, October, 1987, pp663-66
As mentioned in 7), two MISs (Metal
Insulator Semiconductor (FET) Field Effect Tra
In general, a selection signal is applied to those gate electrodes to control the connection between the data line pair and the common I / O line pair.

(2)についての従来例を第9図に示す。これはDRAM
のメモリセルアレー(MA)とワードドライバ(WD)関連
の回路を示したものである。また、第10図は各部の波形
を示している。この回路は、例えばIEEE JOURNAL OF
SOLID−STATE CIRCUITS,VOL.sc−21,NO.3,JUNE 198
6,pp.381−387に示されている。
FIG. 9 shows a conventional example of (2). This is DRAM
1 shows circuits related to a memory cell array (MA) and a word driver (WD). FIG. 10 shows the waveform of each part. This circuit is, for example, IEEE JOURNAL OF
SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.sc-21, NO.3, JUNE 198
6, pp. 381-387.

(3)についての従来例は以下のとおりである。デー
タ線をVCC/2電圧にプリチャージするDRAM方式は、高速
性、低消費電力、耐雑音性といった特徴によって、CMOS
回路とともに1メガビット以降のDRAMの主流になってい
る。このVCC/2電圧を発生させる従来の中間電圧発生回
路の例は、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ
・ソリッド・ステート・サーキッツ、第21巻、第5号、
第643〜第648頁(1986)(IEEE Jounal of Solid−Stat
e Circuits,vol.21,No.5,pp.643−648,October 1986)
に述べられている 〔発明が解決しようとする課題〕 以上の従来例に対して、本発明が解決しようとする課
題は以下のとおりである。
The conventional example of (3) is as follows. The DRAM method that precharges the data line to VCC / 2 voltage has the features of high speed, low power consumption, and noise immunity.
DRAM is the mainstream of 1 megabit and later along with circuits. Examples of conventional intermediate voltage generating circuits for generating this VCC / 2 voltage are described in IEEJ Journal of Solid State Circuits, Vol. 21, No. 5,
643-648 (1986) (IEEE Jounal of Solid-Stat)
e Circuits, vol.21, No.5, pp.643-648, October 1986)
[Problem to be Solved by the Invention] The following describes the problem to be solved by the present invention with respect to the conventional example described above.

まず(1)の従来例については以下のとおりである。
従来方式の例を第2図(a)および(c)に示す。この
方式では必要最低限の数のトランジスタで構成できるた
め、メモリ全体の面積低減には有効であるが、一方、以
下のような欠点がある。
First, the conventional example (1) is as follows.
FIGS. 2A and 2C show examples of the conventional system. This method is effective in reducing the area of the entire memory because it can be constituted by a minimum number of transistors, but has the following disadvantages.

(a)データ線(D0,▲▼)の信号電圧が十分に増
幅されないうちにI/O制御用のMIS−FET(T50,T51)を導
通状態にすると、センスアンプSA0の動作が阻害されて
誤動作を起こす。
(A) If the MIS-FETs (T50, T51) for I / O control are made conductive before the signal voltage of the data line (D0, ▲ ▼) is sufficiently amplified, the operation of the sense amplifier SA0 is hindered. Causes malfunction.

(b)上記理由により、センスアンプが動作してから選
択信号Y01を投入して上記MIS−FETを導通させるまでに
時間遅れ(タイミング・マージン)を置く必要が生じ、
動作速度の低下をきたす(第2図(c))。
(B) For the above-mentioned reason, it is necessary to provide a time delay (timing margin) from when the sense amplifier operates to when the selection signal Y01 is input and the MIS-FET is turned on,
The operating speed is reduced (FIG. 2 (c)).

(c)このような誤動作を防ぐために、上記MIS−FETの
チヤネルコンダクタンス(ドレイン・ソース間の導電
率)とセンスアンプを構成するMIS−FETのチヤネルコン
ダクタンスの比には、設計上の制約が発生する。一般的
には、前者を後者よりも小さくする必要があり、コモン
I/O線(IO0,▲▼)の駆動能力を大きくとること
が難しい。そのため、(b)に加え、さらに動作速度が
低下する。
(C) In order to prevent such an erroneous operation, a design constraint is imposed on the ratio between the channel conductance of the MIS-FET (conductivity between the drain and the source) and the channel conductance of the MIS-FET constituting the sense amplifier. I do. In general, the former must be smaller than the latter,
It is difficult to increase the driving capability of the I / O line (IO0, ▲ ▼). Therefore, in addition to (b), the operation speed further decreases.

(d)メモリの集積度向上に伴つて、消費電力低減、お
よび素子の耐圧低下に対処するため、内部電源電圧は低
下する傾向にある。したがつて、上記MIS−FETの駆動能
力がさらに低下し、より動作速度が低下する。
(D) As the degree of integration of memories increases, the internal power supply voltage tends to decrease in order to cope with a reduction in power consumption and a decrease in withstand voltage of elements. Accordingly, the driving capability of the MIS-FET is further reduced, and the operation speed is further reduced.

(e)主に、上記(c)の理由により、ひとつのコモン
I/O線と、それにつながる複数のデータ線との間で、並
列に書込み、あるいは読み出しを行うことが難しく、並
列度など、テスト機能の面で制約を受ける。
(E) One common, mainly for the reason (c) above
It is difficult to write or read in parallel between an I / O line and a plurality of data lines connected to the I / O line, and there are restrictions on test functions such as the degree of parallelism.

これらのため、従来の入出力回路方式では、低電圧で
も高速に動作する高集積メモリに適した回路方式を供す
ることができなかつた。
For these reasons, the conventional input / output circuit system cannot provide a circuit system suitable for a highly integrated memory that operates at high speed even at a low voltage.

次に、(2)の従来例については以下のとおりであ
る。第9図に示すようにワードドライバはトランジスタ
QD、QTから構成される。ここでXデコーダ出力N1がHigh
レベル(VL)になるとQTを通してQDのゲートN2が充電さ
れQDがオン状態となる。このとき、N2の電圧はVL−VTと
なる。次に周辺回路FXで作られたワード線駆動信号φX
(振幅はVL+VT以上)がHighレベルになるとQDのドレイ
ンからソースに電流が流れワード線WをHighレベルにす
る。このときQTのゲートとN1の間の電位差は0、N2とは
VtであるからQTはカットオフ状態となっている。従っ
て、φXが上昇するときN2の電圧はQDのゲート、ソース
間容量によるカップリングでφXと共に上昇する。ここ
で、φXが最大値に達したときQDのゲート、ソース間電
圧がVT以上なら、ワード線の電圧はφXと等しくなる。
一方、φXが上昇していく途中でそれがVT以下となった
場合は、QDのゲート、ソース間容量が0となるのでその
時点でN2の上昇はとまり、第4図に示すようにVL−VT+
α(VL−2VT)/(1−α)となる。またワード線の電
圧は(VDL−2VT)/(1−α)となる。ここで、αはQD
のゲート容量とノードN2の全容量の比である。
Next, the conventional example of (2) is as follows. As shown in FIG. 9, the word driver is a transistor
It consists of QD and QT. Here, the X decoder output N1 is High
When the level (VL) is reached, the gate N2 of the QD is charged through the QT, and the QD is turned on. At this time, the voltage of N2 becomes VL-VT. Next, the word line drive signal φX generated by the peripheral circuit FX
When (amplitude is VL + VT or more) becomes high level, a current flows from the drain to the source of QD, and the word line W is made high level. At this time, the potential difference between the gate of QT and N1 is 0,
Since it is Vt, QT is cut off. Therefore, when φX rises, the voltage of N2 rises with φX due to the coupling between the gate and source capacitances of QD. Here, when the gate-source voltage of QD is equal to or higher than VT when φX reaches the maximum value, the voltage of the word line becomes equal to φX.
On the other hand, if φX becomes lower than VT while rising, the capacitance between the gate and the source of QD becomes 0, and the rise of N2 stops at that point, and VL− VT +
α (VL−2VT) / (1−α). The voltage of the word line is (V DL −2V T ) / (1−α). Where α is QD
And the total capacitance of the node N2.

ここで、VLが電池の消耗で1.1Vまで低下した場合を考
える。α=0.9、VT=0.5(V)とすれば上式よりN2の電
圧は1.5Vとなる。従って、ワード線の電圧は1.0Vまでし
か上昇しない。通常、メモリセルのスイッチトランジス
タQSのしきい値電圧は周辺回路のそれよりも高く0.5V以
上になるのでメモリセルに蓄えられる電荷量は最大値
(CS×1.1)の半分以下の(CS×0.5)となりソフトエラ
ー耐性、センスアンプのS/Nの著しい低下が生ずる。す
なわち、保存データの破壊が起こりやすくなる。
Here, consider a case where VL drops to 1.1 V due to battery consumption. If α = 0.9 and VT = 0.5 (V), the voltage of N2 is 1.5 V from the above equation. Therefore, the word line voltage only rises to 1.0V. Normally, the threshold voltage of the switch transistor QS of the memory cell is higher than that of the peripheral circuit and is 0.5 V or more, so the amount of charge stored in the memory cell is less than half (CS × 0.5) of the maximum value (CS × 1.1). ), Which significantly reduces soft error resistance and S / N of the sense amplifier. That is, the stored data is likely to be destroyed.

以上のように、DRAMを従来の技術で電池動作させよう
とした場合、電池の起電力がMOSトランジスタのしきい
値電圧VTの2倍近くにまで低下すると、ワードドライバ
の動作不良によりメモリセルへの書き込み電圧が低下し
てデータの破壊が起こりやすくなるという問題があり、
その解決を要する課題があった。
As described above, when an attempt is made to operate a DRAM with a battery using the conventional technique, if the electromotive force of the battery drops to almost twice the threshold voltage VT of the MOS transistor, the operation of the memory cell due to a malfunction of the word driver may occur. There is a problem that the write voltage of the data is lowered and data is likely to be destroyed.
There was a problem that needed to be solved.

また、(3)に関して、低電圧化と高集積化により、
従来の中間電圧発生回路では以下の二つの問題が生じ
る。(a)電源電圧の低下に伴い、電圧設定精度が低下
し、信号対雑音(S/N)比が悪化する。
Regarding (3), by lowering the voltage and increasing the integration,
The conventional intermediate voltage generating circuit has the following two problems. (A) As the power supply voltage decreases, the voltage setting accuracy decreases, and the signal-to-noise (S / N) ratio deteriorates.

(b)素子がソース・フォロワ・ワードで動作するので
応答速度がトランジスタの駆動能力と負荷容量の値で決
まることになり、このため、高集積化による負荷容量の
増大と、さらには低電圧化による素子の駆動能力の低下
により、応答速度が遅くなる。
(B) Since the element operates with the source follower word, the response speed is determined by the value of the drive capacity and the load capacity of the transistor. Therefore, the load capacity is increased by the high integration, and the voltage is further reduced. As a result, the response speed decreases due to the reduction in the driving capability of the element.

第19図はDRAM用中間電圧発生回路の従来例を示すもの
である。以下、第19図を用いて上記の問題点を説明す
る。第19図において、TN5、TN6はNチャンネルのMIS型F
ET、TP5、TP6はPチャンネルのMIS型FET、R1、R2は抵
抗、CLは負荷容量である。第19図の回路は一種のコンプ
リメンタリ・プッシュプル回路で、TN6とTP6は電源電圧
VCC(VSSは接地電位とする)をHVCの中間電圧に分圧す
る分圧回路を構成し、これらのゲートにバイアス電圧を
与えるためのTN5とTP5がバイアス回路を構成している。
VCC/2プリチャージ方式のDRAMにおいては、負荷容量は
全データ線容量にほぼ等しく、4メガビットDRAMでは5
〜10nF(ナノ・ファラッド)、16メガビットDRAMでは20
〜40nF、64メガビットDRAMでは80〜160nF程度の値であ
る。この回路においては、各FETに微小な電流を常時流
すことによって、出力が一定の電圧になるように安定化
される。電流が微小であれば、端子20と端子22の電圧差
すなわちV(20)−V(22)はほぼFQT TN5のしきい値
電圧VTNに、また端子22と端子21の電圧差すなわちV(2
2)−V(21)はほぼFET TP5のしきい値電圧の絶対値V
TPに等しくなる。また、FET TN6およびTP6のゲート幅
対ゲート長比 W/Lは、それぞれTN5およびTP5のW/Lの数
倍から数10倍になるように選ばれる。したがって、TN6
のバイアス電流はTN5のバイアス電流の数倍から数10倍
になる。
FIG. 19 shows a conventional example of a DRAM intermediate voltage generating circuit. Hereinafter, the above problem will be described with reference to FIG. In FIG. 19, TN5 and TN6 are N-channel MIS type Fs.
ET, TP5 and TP6 are P-channel MIS type FETs, R1 and R2 are resistors, and CL is a load capacitance. The circuit in Fig. 19 is a kind of complementary push-pull circuit, where TN6 and TP6 are the power supply voltage.
A voltage divider that divides VCC (VSS is set to ground potential) to an intermediate voltage of HVC is configured, and TN5 and TP5 for applying a bias voltage to these gates configure a bias circuit.
In the DRAM of the VCC / 2 precharge method, the load capacity is almost equal to the capacity of all data lines, and in the case of the 4 Mbit DRAM, the load capacity is 5 times.
~ 10nF (nano farad), 20 for 16Mbit DRAM
The value is about 80 to 160 nF in the case of up to 40 nF and 64 megabit DRAM. In this circuit, a small current is constantly supplied to each FET, so that the output is stabilized to a constant voltage. If the current is small, the voltage difference between terminal 20 and terminal 22, ie, V (20) −V (22), is almost equal to the threshold voltage VTN of FQT TN5, and the voltage difference between terminal 22 and terminal 21, ie, V (2
2) -V (21) is almost the absolute value V of the threshold voltage of FET TP5.
Equals TP. Further, the gate width to gate length ratio W / L of the FETs TN6 and TP6 is selected to be several times to several tens times the W / L of TN5 and TP5, respectively. Therefore, TN6
Is several times to several tens times the bias current of TN5.

はじめに第一の問題点について説明する。今、FET対T
N5とTN6、およびTP5とTP6の間の素子特性(例えば、し
きい値電圧、単位ゲート幅あたりのチャネル・コンダク
タンス等)に差が無いと仮定すると、出力HVCには、端
子22の電圧に等しい電圧が得られる。出力電圧の と表される。ここでVSSは接地電位にあるとする。標準
条件下でVTNとVTPの値がほぼ等しく、R1=R2となるよう
に設計すると、 すなわち、VTNとVTPの値の差がVCCの値に比べて無視で
きる場合には となる。一般に、素子のしきい値電圧のばらつきは、高
集積化によっても小さくならず、一定であると考えられ
るため、VCCを低くするにしたがっって、V(HVC)の設
定精度は低下する。例えば、VTNとVTPがそれぞれ標準値
に対して±0.1V変動すると仮定すると、電源電圧が5V
(HVCが2.5V)のときには、中間電圧の変動は約±4%
であるのに対して、電源電圧が1.5V(HVCが0.75V)のと
きには、中間電圧の変動は約±13%に達し、メモリの安
定な動作に支障がでる。
First, the first problem will be described. Now, FET vs T
Assuming that there is no difference in device characteristics (eg, threshold voltage, channel conductance per unit gate width, etc.) between N5 and TN6 and TP5 and TP6, the output HVC is equal to the voltage at terminal 22 A voltage is obtained. Output voltage It is expressed as Here, it is assumed that VSS is at the ground potential. Under the standard conditions, if the values of VTN and VTP are almost equal and R1 = R2, In other words, if the difference between VTN and VTP is negligible compared to VCC, Becomes In general, the variation in the threshold voltage of the element is considered to be constant and not reduced even with high integration, so that the setting accuracy of V (HVC) decreases as VCC is lowered. For example, assuming that VTN and VTP each fluctuate ± 0.1 V from the standard value, the power supply voltage becomes 5 V
(HVC is 2.5V), the fluctuation of the intermediate voltage is about ± 4%
On the other hand, when the power supply voltage is 1.5 V (HVC is 0.75 V), the fluctuation of the intermediate voltage reaches about ± 13%, which hinders the stable operation of the memory.

次に、第二の問題点について説明する。負荷の充放電
に際し、出力のMISFETは飽和領域で動作するため、その
ドレンイン電流IDは と表される。ここに、VGSはゲート・ソース間電圧、VT
はMISFETのゲートしきい値電圧、βは素子の構造や寸法
によって決まる定数である。今、従来回路において負荷
(負荷容量=CL)の電圧を0Vから中間電圧VCC/2の90%
まで立ち上げるのに要する時間trと表される。一つのデータ線に接続されるメモリセルの
数を256、一つのデータ線あたりの容量値を0.5pF、と仮
定する。メモリの高集積化に伴ってこれらの値はほぼ一
定であるから、負荷容量の値は世代毎に4倍ずつ大きく
なる。例えば、4MビットDRAMではCL≒8.2nF、16Mビット
ではCL≒33nF、64MビットではCL≒131nFとなる。これに
対して、電源電圧が5V→3.3V→1.5Vと世代毎に低下する
と、MISFETのβが10mA/V2で一定の場合、立上り時間tr
は5.9μs→36μs→314μsと世代毎に約10倍ずつ増え
ることになる。応答速度を一定に保つためには、MISFET
のβを世代毎に10倍にしていく必要があるが、レイアウ
ト面積の増大や、定常電流の増大を招くという副作用が
あるため、実際には立上り時間trを一定に保つのは不可
能である。
Next, the second problem will be described. Since the output MISFET operates in the saturation region when charging and discharging the load, its drain-in current ID is It is expressed as Where VGS is the gate-source voltage, VT
Is a gate threshold voltage of the MISFET, and β is a constant determined by the structure and dimensions of the device. Now, in the conventional circuit, the voltage of the load (load capacity = CL) is changed from 0V to 90% of the intermediate voltage VCC / 2.
The time required to start up t r is It is expressed as It is assumed that the number of memory cells connected to one data line is 256, and the capacitance value per data line is 0.5 pF. Since these values are almost constant as the memory becomes more highly integrated, the value of the load capacity increases by four times for each generation. For example, CL ≒ 8.2 nF for a 4 Mbit DRAM, CL ≒ 33 nF for a 16 Mbit, and CL ≒ 131 nF for a 64 Mbit. On the other hand, when the power supply voltage decreases from 5 V to 3.3 V to 1.5 V for each generation, when the MISFET β is constant at 10 mA / V 2 , the rise time tr
Is about 5.9 μs → 36 μs → 314 μs, which is increased about 10 times for each generation. To keep the response speed constant, MISFET
Although the β it is necessary to ten times for each generation, increase in the layout area, because of the side effect of causing an increase in steady state current, in practice to maintain a constant rise time t r is not is there.

以上述べた従来の問題を解決し、低電圧でも高速に、
かつ安定に動作する半導体装置を提供することが本発明
の目的である。より具体的には以下の3つを目的として
いる。
Solving the conventional problems described above, even at low voltage,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that operates stably. More specifically, the following three objects are aimed.

(1)低電圧でも高速で動作し、かつ動作安定性に優
れ、さらには並列テスト機能を併せ持つた、超高集積の
メモリの入出力制御回路の方式を提供すること。
(1) To provide a method of an input / output control circuit for an ultra-highly integrated memory, which operates at high speed even at a low voltage, has excellent operation stability, and has a parallel test function.

(2)電池の起電力が低下してもデータ破壊が生じない
ように、充分に高いワード線電圧を発生することができ
る回路を提供すること。
(2) To provide a circuit capable of generating a sufficiently high word line voltage so that data destruction does not occur even when the electromotive force of the battery decreases.

(3)高集積、低電源電圧のLSIにおいても高精度で、
かつ高速に動作する電圧供給回路(電圧フォロワ)を提
供すること。
(3) High accuracy even in LSI with high integration and low power supply voltage,
Provide a voltage supply circuit (voltage follower) that operates at high speed.

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

前述した(1)の目的を達成するため、データ線から
の情報の読み出し、あるいは、データ線への情報の書込
みを行う入出力制御回路を、メモリアレーの左右に交互
に配置し、かつ、コモンI/O線をとデータ線の間の伝達
インピーダンスを、情報の読み出し時と書込み時とで変
化させるような回路構成とした。また、読出し線(RO
線)の信号を検出するセンス回路として、選択用のMISF
ETと相補のMISFETによる電流電圧変換手段を設けた。本
手段は、低電圧でも高速に動作するようにするためのも
のである。
In order to achieve the above-mentioned object (1), input / output control circuits for reading information from the data lines or writing information to the data lines are alternately arranged on the left and right sides of the memory array, and The circuit configuration is such that the transfer impedance between the I / O line and the data line is changed between when reading and writing information. Also, read lines (RO
Line) is selected as a sense circuit to detect
A current-voltage conversion means using a MISFET complementary to the ET is provided. This means is to operate at high speed even at a low voltage.

また(2)の目的を達成するため、特許請求の範囲に
記載のように、次の手段を講じた。すなわち、 (a)メモリセルアレーとデータ線に印加する最低の動
作電圧としてメモリセルアレーのスイッチトランジスタ
のしきい値電圧の1.5乃至2倍の電圧をデータ線に与え
るデータ線電源の出力とワードドライバとを有する半導
体集積回路において、データ線電源電圧を、データ線電
圧よりメモリセルアレーのスイッチトランジスタのしき
い値電圧分以上高い電圧に変換する電圧変換回路と、該
電圧変換回路の出力を電源として動作するスタティック
型ワードドライバとを備えてワード線駆動をすることと
した。
In order to achieve the object of (2), the following measures are taken as described in the claims. (A) The output of the data line power supply and the word driver, which apply a voltage 1.5 to 2 times the threshold voltage of the switch transistor of the memory cell array to the data line as the minimum operating voltage applied to the memory cell array and the data line And a voltage conversion circuit for converting the data line power supply voltage to a voltage higher than the data line voltage by the threshold voltage of the switch transistor of the memory cell array, and using the output of the voltage conversion circuit as a power supply. A word line drive is provided with an operating static word driver.

(b)上記第1項の手段の電圧変換回路は、チャージポ
ンプ回路と整流回路との構成を備えることとした。
(B) The voltage conversion circuit according to the first aspect includes a charge pump circuit and a rectifier circuit.

(c)上記第2項の手段におけるチャージポンプ回路
は、第1、第2、第3、第4のMOSトランジスタと第
1、第2のコンデンサを含み、該第2、第3、第4のMO
Sトランジスタのドレインは電源に、第2のMOSトランジ
スタのゲートは第4のMOSトランジスタのソースに、第
3のMOSトランジスタのソースは第2のMOSトランジスタ
のソースに、第3、第4のMOSトランジスタのゲートは
電源に接続され、第1のコンデンサの1つの端子は第4
のMOSトランジスタのソースに、第2のコンデンサの1
つの端子は第2のMOSトランジスタのソースに接続さ
れ、該第1、第2のコンデンサの他の1端はそれぞ逆相
のパルスが入力されるようになされたチャージポンプ回
路において、さらに第1のMOSトランジスタのドレイン
を電源に、ソースを第4のMOSトランジスタのソース
に、ゲートを第2のMOSトランジスタのソースに結合す
ることとした。
(C) The charge pump circuit according to the second aspect includes first, second, third, and fourth MOS transistors and first and second capacitors, and the second, third, and fourth capacitors are provided. MO
The drain of the S transistor serves as a power supply, the gate of the second MOS transistor serves as the source of the fourth MOS transistor, the source of the third MOS transistor serves as the source of the second MOS transistor, and the third and fourth MOS transistors. Is connected to the power supply, and one terminal of the first capacitor is connected to the fourth terminal.
Of the second capacitor is connected to the source of the MOS transistor
One terminal is connected to the source of the second MOS transistor, and the other terminal of the first and second capacitors is connected to the other end of the charge pump circuit. The source of the MOS transistor is connected to the power supply, the source is connected to the source of the fourth MOS transistor, and the gate is connected to the source of the second MOS transistor.

本手段は低電源電圧でもチャージポンプ回路の立ち上
げを一層速め、またその出力電圧を一層高くするもので
ある。
This means is to further speed up the rise of the charge pump circuit even at a low power supply voltage, and to further increase the output voltage.

(d)上記第2項の手段における整流回路は、整流素子
がMOSトランジスタにより構成され、該MOSトランジスタ
のドレインを入力、ソースを出力とし、該入力には上記
第3項記載のチャージポンプ回路、ソースには該出力か
ら電荷を伝達する回路とその電荷を蓄えるコンデンサお
よびその電荷を電源に伝達する回路が接続され、該入力
の電圧が高レベルの時は該コンデンサの1端を高レベル
にして該MOSトランジスタのゲート電圧を入力電圧とMOS
トランジスタのしきい値電圧の和以上にし、該入力の電
圧が低レベルの時は該コンデンサの1端を低レベルにす
ると同時に該MOSトランジスタのゲート電圧を電源電圧
にすることとした。
(D) The rectifier circuit according to the above item (2), wherein the rectifying element is constituted by a MOS transistor, the drain of which is an input and the source is an output, and the input is the charge pump circuit according to the item (3). The source is connected to a circuit for transmitting electric charge from the output, a capacitor for storing the electric charge, and a circuit for transmitting the electric charge to a power supply. When the voltage of the input is at a high level, one end of the capacitor is set to a high level. The gate voltage of the MOS transistor is determined by the input voltage and the MOS.
When the input voltage is low, the voltage at one end of the capacitor is set to a low level, and at the same time, the gate voltage of the MOS transistor is set to the power supply voltage.

本手段は整流用トランジスタの電圧降下を低減させ高
い出力電圧を得るものである。
This means is to obtain a high output voltage by reducing the voltage drop of the rectifying transistor.

(e)上記第1項乃至第2項の手段において、メモリセ
ルアレーとワードドライバと電圧変換回路に用いるMOS
トランジスタのしきい値を3種類とし、メモリセルアレ
ーのものを最も高く、ワードドライバのものを中間に、
電圧変換回路のものを最も低くすることとした。
(E) In the above-mentioned means (1) or (2), the MOS used for the memory cell array, the word driver, and the voltage conversion circuit may be used.
The threshold value of the transistor is set to three types, the memory cell array is the highest, the word driver is the middle,
The voltage conversion circuit was determined to be the lowest.

本手段は低電源電圧においても集積回路としてさらに
一層の安定化、高速化、低消費電力化を達成するもので
ある。
The present means achieves further stabilization, higher speed, and lower power consumption as an integrated circuit even at a low power supply voltage.

さらに、前記(3)の目的を達成するため、本発明の
半導体装置では、中間電圧に等しい基準電圧の入力と、
同一負荷に対して出力を並列接続する少なくとも二つの
第1および第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回路
と、基準電流を増幅して出力するプッシュプル電流増幅
回路とを備え、第一のコンプリメンタリ・プッシュプル
回路は、そのバイアス回路に、上記基準電圧の入力と該
入力に付加するバイアス電圧源を備えて、該プッシュプ
ル回路の分圧用トランジスタのゲートにバイアス電圧を
印加するとともに、該プッシュプル回路の分圧回路は上
記電流増幅回路の基準電流回路を形成し、かつ該電流増
幅回路の出力端を上記第二のコンプリメンタリ・プッシ
ュプル回路のバイアス回路に接続することを特徴とす
る。
Further, in order to achieve the object of (3), in the semiconductor device of the present invention, an input of a reference voltage equal to the intermediate voltage;
A first complementary push-pull circuit comprising at least two first and second complementary push-pull circuits for connecting outputs in parallel to the same load, and a push-pull current amplifier circuit for amplifying and outputting a reference current The circuit includes an input of the reference voltage and a bias voltage source added to the input to the bias circuit. The bias circuit applies a bias voltage to the gate of the voltage dividing transistor of the push-pull circuit. The voltage circuit forms a reference current circuit of the current amplification circuit, and an output terminal of the current amplification circuit is connected to a bias circuit of the second complementary push-pull circuit.

すなわち、中間電圧に等しい基準電圧の発生部をコン
プリメンタリ・プッシュプル回路のバイアス回路から分
けて独立に設けるとともに、少なくとも二つのコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路で並列に負荷を駆動するす
るようにし、出力電圧と入力電圧の差を一つのプッシュ
プル回路に流れる電流として検出し、かつ、その電流に
ほぼ比例する増幅電流でもう一方のプッシュプル回路を
駆動するものである。
That is, a generator of the reference voltage equal to the intermediate voltage is provided separately and independently from the bias circuit of the complementary push-pull circuit, and the load is driven in parallel by at least two complementary push-pull circuits, so that the output voltage and The difference between the input voltages is detected as a current flowing through one push-pull circuit, and the other push-pull circuit is driven by an amplified current substantially proportional to the current.

ここで上記第一および第二のコンプリメンタリ・プッ
シュプル回路のバイアス電圧は、該電圧を印加する該プ
ッシュプル回路のトランジスタのゲートしきい値電圧に
ほぼ等しくすることが好ましい。このことは定常状態に
おいてこれらのトランジスタを流れる電流を低い値に抑
えるものである。
Here, it is preferable that the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the push-pull circuit to which the voltage is applied. This suppresses the current flowing through these transistors to a low value in a steady state.

あるいは上記電流増幅回路をカレントミラー型のプッ
シュプル増幅回路によることにすれば、簡単な回路構成
で高い駆動能力がばらつきが少なく容易にえられる。
Alternatively, if the current amplifying circuit is a current mirror type push-pull amplifying circuit, a high driving capability with a simple circuit configuration and little variation can be easily obtained.

またあるいは、上記第一および第二のコンプリメンタ
リ・プッシュプル回路を電界効果トランジスタにより構
成することが低い電源電圧で動作させられるので好まし
い。
Alternatively, it is preferable to configure the first and second complementary push-pull circuits with field effect transistors because they can be operated at a low power supply voltage.

前記(3)の目的をさらに効果的に達成するための本
発明の半導体装置では、中間電圧に等しい基準電圧の入
力と、同一負荷に対して出力を並列接続する少なくとも
二つの第一および第二のコンプリメンタリ・プッシュプ
ル回路およびトライステート駆動回路と、基準電流を増
幅して出力するプッシュプル電流増幅回路とを備え、第
一のコンプリメンタリ・プッシュプル回路は、そのバイ
アス回路に、上記基準電圧の入力と該入力に付加するバ
イアス電圧源を備えるとともに、該プッシュプル回路の
分圧回路は上記電流増幅回路の基準電流回路を形成し、
かつ該電流増幅回路の出力端を上記第二のコンプリメン
タリ・プッシュプル回路のバイアス回路に接続するこ
と、さらに上記トライステート駆動回路は、上記入力の
電圧よりも低い第一の判定電圧と上記入力の電圧よりも
高い第二の判定電圧とを備え、出力電圧が第一の判定電
圧よりも低いときには出力を充電し、出力電圧が第二の
判定電圧よりも高いときには出力を放電する手段を備え
ることを特徴とする。
According to the semiconductor device of the present invention for achieving the object (3) more effectively, an input of a reference voltage equal to the intermediate voltage and at least two first and second outputs connected in parallel to the same load. Complementary push-pull circuit and tri-state drive circuit, and a push-pull current amplifier circuit for amplifying and outputting a reference current, the first complementary push-pull circuit, the bias circuit, the input of the reference voltage And a bias voltage source added to the input, and the voltage dividing circuit of the push-pull circuit forms a reference current circuit of the current amplifying circuit.
And an output terminal of the current amplifier circuit is connected to a bias circuit of the second complementary push-pull circuit. The tri-state drive circuit further includes a first determination voltage lower than the input voltage and the input of the input. A second judgment voltage higher than the first judgment voltage, and means for charging the output when the output voltage is lower than the first judgment voltage, and discharging the output when the output voltage is higher than the second judgment voltage. It is characterized by.

すなわち本発明ではトライステート駆動回路をコンプ
リメンタリ・プッシュプル回路とともに負荷に対して並
列に接続してプッシュプル回路による駆動能力を補うも
のである。
That is, in the present invention, the tri-state drive circuit is connected in parallel to the load together with the complementary push-pull circuit to supplement the driving capability of the push-pull circuit.

ここで、上記第一および第二のコンプリメンタリ・プ
ッシュプル回路のバイアス電圧は、該電圧を印加する該
プッシュプル回路のトランジスタのゲートしきい値電圧
にほぼ等しい電圧にすること、あるいは上記電流増幅回
路をカレントミラー型のプッシュプル増幅回路とするこ
と、あるいは上記第一および第二のコンプリメンタリ・
プッシュプル回路を電界効果トランジスタにより構成す
ることが好ましいことは前述のとうりである。
Here, the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is set to a voltage substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the push-pull circuit to which the voltage is applied, or the current amplifier circuit Is a current mirror type push-pull amplifier circuit, or the first and second complementary
As described above, it is preferable that the push-pull circuit is formed of a field effect transistor.

ここで、上記の入力および出力の電圧を電源電圧の二
分の一にすれば、DRAMのような回路への適用上好まし
い。
Here, it is preferable for application to a circuit such as a DRAM to set the input and output voltages to one half of the power supply voltage.

さらに、複数の同種のブロックを少なくとも含み、動
作時においては、ブロック選択信号によって選択した一
つまたは複数のブロックを動作状態にする集積回路(LS
I)と、ブロックを負荷として電圧供給し駆動する手段
を有する半導体装置の場合においては、高速応答を達成
するために、ブロックを駆動する上記駆動手段として、
第一および第二の駆動回路と、各ブロック毎に設けられ
動作状態にあるブロックを第一の駆動回路に、非常動作
にあるブロックを第二の駆動回路に、それぞれ接続する
切換手段とを備えることとする。
Furthermore, an integrated circuit (LS) including at least a plurality of blocks of the same type, and activating one or a plurality of blocks selected by a block selection signal during operation.
I) and, in the case of a semiconductor device having means for supplying a voltage and driving the block as a load, in order to achieve a high-speed response, the driving means for driving the block includes:
First and second drive circuits, and switching means provided for each block to connect an operating block to the first drive circuit and an emergency operation block to the second drive circuit, respectively. It shall be.

このような手段は、大容量のダイナミックメモリのよ
うな集積回路に対して好適である。
Such a means is suitable for an integrated circuit such as a large-capacity dynamic memory.

そのような場合に、上記ブロックはメモリセルアレー
を少なくとみ含み、かつ上記負荷としてはメモリセル蓄
積容量の対向電極およびメモリセルから信号検知回路に
信号を伝達するデータ線のプリチャージ電圧供給線とを
少なくとも含むようにするのがよい。
In such a case, the block includes at least a memory cell array, and the load includes a counter electrode of a memory cell storage capacitor and a precharge voltage supply line of a data line transmitting a signal from the memory cell to a signal detection circuit. Should be included at least.

ここで上記駆動回路を電源電圧の二分の一の電圧を発
生するものとすることがDRAMへの適応上好ましい。
Here, it is preferable for the application to the DRAM that the driving circuit generate half the power supply voltage.

さらに上記駆動回路として本発明の半導体装置を用い
れば、大容量のLSIに対しても高精度化、高速化を達成
できる。
Further, if the semiconductor device of the present invention is used as the driving circuit, high accuracy and high speed can be achieved even for a large-capacity LSI.

〔作用〕[Action]

(1)については、上記構成により、入出力制御回路
を、データ線ピツチの2倍のピツチでレイアウトできる
ため、従来に比べて、チツプ面積を大きく増大させるこ
となく、最適な入出力回路構成をとることができる。こ
れにより、入出力回路の動作マージンが格段に向上し、
低い電圧でも、安定かつ高速に動作させることができ
る。また、並列に書込み、読み出しを行つても安定に動
作するため、高い並列度の並列テストが可能となる。
Regarding (1), with the above configuration, the input / output control circuit can be laid out with twice the pitch of the data line pitch, so that the optimum input / output circuit configuration can be achieved without greatly increasing the chip area as compared with the prior art. Can be taken. This greatly improves the operating margin of the input / output circuit,
Even at a low voltage, stable and high-speed operation can be achieved. Further, since the operation is stable even when writing and reading are performed in parallel, a parallel test with a high degree of parallelism can be performed.

(2)については、スタティック型のワードドライバ
は電源側にはPチャネルトランジスタ、グランド側には
Nチャネルトランジスタが接続されている。このため、
ワード線駆動時にゲートをグランドレベル(0V)にすれ
ば、電源電圧がしきい値電圧VT以上であればPチャネル
トランジスタが常にオン状態になり、その出力電圧は電
源電圧まで上昇する。このように上記スタティック型の
ワードドライバは、ドライブトランジスタのゲート電圧
がLowレベルで動作するので低電源電圧に対しても安定
に動作する。
Regarding (2), in the static word driver, a P-channel transistor is connected to the power supply side, and an N-channel transistor is connected to the ground side. For this reason,
If the gate is set to the ground level (0 V) when driving the word line, if the power supply voltage is equal to or higher than the threshold voltage VT, the P-channel transistor is always on, and its output voltage rises to the power supply voltage. As described above, the static word driver operates with the gate voltage of the drive transistor at a low level, and thus operates stably even with a low power supply voltage.

したがってワードドライバの電源として上記電圧変換
回路の出力を用いることにより、ワード線電圧としてデ
ータ線電圧よりメモリセルアレーのスイッチトランジス
タのしきい値電圧分以上高い電圧を印加することが可能
になり、これにより、電源電圧が1V程度にまで低下して
もメモリ動作を安定にすることが可能になる。
Therefore, by using the output of the voltage conversion circuit as the power supply of the word driver, it becomes possible to apply a voltage higher than the data line voltage by the threshold voltage of the switch transistor of the memory cell array by at least the threshold voltage of the memory cell array. This makes it possible to stabilize the memory operation even when the power supply voltage drops to about 1V.

さらに本発明のチャージポンプ回路は、その出力電圧
をプリチャージトランジスタに帰還するもので、これを
電圧変換回路に用いることにより、低い電源電圧に対し
ても速い立上りと高い出力電圧を得ることが可能にな
る。
Furthermore, the charge pump circuit of the present invention feeds back its output voltage to the precharge transistor. By using this in a voltage conversion circuit, it is possible to obtain a fast rise and a high output voltage even with a low power supply voltage. become.

また上記手段の第4項の整流回路は、整流用トランジ
スタのゲート電圧をチャージポンプ回路の出力電圧と同
期させ、その出力がすなわちトランジスタのドレイン電
圧がHighレベルのときはゲート電圧をそれよりしきい値
電圧分以上高くし、Lowレベルのときは両者同レベルに
するもので、これにより整流用トランジスタの電圧降下
を低減させ、電荷の逆流も防ぐことが可能になる。
The rectifier circuit according to the fourth aspect of the present invention synchronizes the gate voltage of the rectifying transistor with the output voltage of the charge pump circuit. The voltage is increased by the value voltage or more, and when the signal is at the low level, the voltage is set to the same level. This makes it possible to reduce the voltage drop of the rectifying transistor and to prevent the backflow of electric charge.

トランジスタのしきい値電圧を低電圧化すると一般に
トランジスタの駆動能力が増大する。したがって上記手
段の第5項のように、規模のあまり大きくない電圧変換
回路にはこのようなトランジスタを用いると効果があ
る。しかし後述するように、ワードドライバのように多
量のトランジスタを用いるようなものの場合は逆に、ト
ランジスタのオフ状態で流れる漏れ電流が無視できなく
なるのでしきい値電圧として標準のものを用いる。また
メモリセルアレーのトランジスタを低しきい値電圧化す
ると後述のようにリフレッシュ間隔を短くすることから
消費電力の増加を招くことになり、したがって、これは
標準より高いものを用いるのが好ましい。
When the threshold voltage of a transistor is reduced, the driving capability of the transistor generally increases. Therefore, it is effective to use such a transistor in a voltage conversion circuit that is not so large, as described in item 5 of the above means. However, as will be described later, in the case where a large number of transistors are used, such as a word driver, the leakage current flowing when the transistor is in the off state cannot be ignored. Therefore, a standard threshold voltage is used. Further, when the threshold voltage of the transistor of the memory cell array is reduced, the refresh interval is shortened as described later, which leads to an increase in power consumption. Therefore, it is preferable to use a transistor higher than the standard.

すなわち上記手段の第5項は、低電源電圧においても
集積回路を一層安定化し、高速化し、低消費電力化する
よう作用するものである。
That is, the fifth term of the above-described means operates to further stabilize the integrated circuit even at a low power supply voltage, to increase the speed, and to reduce the power consumption.

(3)については、中間電圧に等しい基準電圧の発生
部をコンプリメンタリ・プッシュプル回路のバイアス回
路から分けることにより、バイアス回路とは独立して電
圧を設定することができ、中間電圧の出力を高精度化す
ることが可能になる。
Regarding (3), by dividing the generation section of the reference voltage equal to the intermediate voltage from the bias circuit of the complementary push-pull circuit, the voltage can be set independently of the bias circuit, and the output of the intermediate voltage can be increased. It is possible to improve accuracy.

また、入力と出力の電圧差を上記第一のコンプリメン
タリ・プッシュプル回路のトランジスタを介して電流に
変換し、その電流に比例する増幅電流で第二のコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路を駆動することにより、入
出力間に電圧差がある間は、プッシュプル回路の駆動能
力を高くして、高速に負荷容量に対して充放電を行なう
ことになる。またその際の充電と放電の駆動能力を揃え
ることができ、したがって低電圧でも、高速かつ安定に
動作する電圧供給回路(電圧フォロワ)を提供すること
が可能になる。
Also, by converting the voltage difference between the input and the output to a current through the transistor of the first complementary push-pull circuit, and driving the second complementary push-pull circuit with an amplified current proportional to the current, As long as there is a voltage difference between the input and output, the driving capability of the push-pull circuit is increased to charge and discharge the load capacitance at high speed. In addition, the charging and discharging driving capacities at that time can be made uniform, so that it is possible to provide a voltage supply circuit (voltage follower) that operates stably at high speed even at a low voltage.

さらに上記のようにコンプリメンタリ・プッシュプル
回路のバイアス電圧を電圧印加トランジスタのしきい値
電圧にほぼ等しくして該プッシュプル回路の電流を低い
値に抑えれば、これにより半導体装置の定常時電力を小
さくしながら、出力電圧の変動時には高い駆動能力を得
るようにすることが可能になる。
Further, as described above, if the bias voltage of the complementary push-pull circuit is substantially equal to the threshold voltage of the voltage application transistor and the current of the push-pull circuit is suppressed to a low value, the steady-state power of the semiconductor device is thereby reduced. While it is small, it is possible to obtain a high driving capability when the output voltage fluctuates.

また電流増幅回路にカレントミラー型の増幅回路を用
いれば、簡単な回路構成で電流増幅が可能になるだけで
なく、同一の特性を要するミラー回路相互のトランジス
タに同種の素子を用いることにより、高い駆動能力をば
らつき少なく容易に得ることが可能になる。
Also, if a current mirror type amplifier circuit is used for the current amplifier circuit, current amplification can be performed with a simple circuit configuration, and the same type of element is used for the mirror circuit transistors that require the same characteristics. Driving capability can be easily obtained with little variation.

電界効果トランジスタは不純物濃度を制御することに
よってゲートしきい値電圧を下げることができるので、
第一および第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回路
を電界効果トランジスタで構成することにより、電源電
圧が低くなっても所要の動作が得やすくなる。
Since the field effect transistor can lower the gate threshold voltage by controlling the impurity concentration,
By configuring the first and second complementary push-pull circuits with field effect transistors, required operations can be easily obtained even when the power supply voltage is reduced.

さらにトライステート駆動回路をコンプリメンタリ・
プッシュプル回路とともに負荷に対して並列に接続する
上記の手段によれば、入出力間の電圧誤差が上記の判定
電圧以上に大きくなった場合には負荷容量を充電または
放電することにより電圧誤差を判定電圧以内に収束する
よう動作し、これによりプッシュプル回路動作を補って
過渡時の応答速度をさらに高めるよう作用することにな
る。
In addition, a tri-state drive circuit is
According to the above-described means connected in parallel to the load together with the push-pull circuit, when the voltage error between the input and the output becomes larger than the above-described determination voltage, the voltage error is reduced by charging or discharging the load capacitance. The operation is performed so as to converge within the determination voltage, thereby acting to supplement the operation of the push-pull circuit and further increase the response speed in the transient state.

また集積回路の中に複数の同種のブロックを含み、そ
の一部を動作させる場合に、動作状態のブロックのみを
負荷として選択するよう切り換える本発明の手段によれ
ば、大容量のDRAMのような場合にもその一部の負荷を実
質的に担うことになるため大きな過渡電流を流すことな
く高速応答が可能になる。そのうえ、この駆動回路に本
発明の装置を用いれば、前記したようにさらに効果的に
高精度高速応答性を得ることが可能になる。
According to the means of the present invention, in which a plurality of blocks of the same type are included in an integrated circuit, and when a part of the blocks is operated, only a block in an operating state is switched to be selected as a load, such as a large-capacity DRAM, In this case as well, a part of the load is substantially carried, so that a high-speed response is possible without flowing a large transient current. Furthermore, if the device of the present invention is used in this drive circuit, it is possible to more effectively obtain high-accuracy high-speed response as described above.

〔実施例〕〔Example〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。なお、
以下の説明では、本発明をダイナミツクメモリ(DRAM)
に適用した例について説明するが、これ以外の、例え
ば、スタテイツクメモリ(SRAM)やリード・オンリ・メ
モリ(ROM)についても同様に適用できる。また、MIS型
のFET素子を用いたメモリ以外にも、バイポーラ素子を
用いたメモリ、バイポーラ素子とMIS−FETとを組み合わ
せた、いわゆるBiCMOS型のメモリ、さらには、シリコン
以外の半導体材料を用いたメモリについても、同様に適
用することができる。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples. In addition,
In the following description, the present invention relates to a dynamic memory (DRAM).
In the following, an example in which the present invention is applied will be described. However, the present invention can be similarly applied to, for example, a static memory (SRAM) and a read-only memory (ROM). In addition to the memory using the MIS type FET element, a memory using a bipolar element, a so-called BiCMOS type memory combining a bipolar element and an MIS-FET, and further, a semiconductor material other than silicon is used. The same can be applied to a memory.

第1図は本発明のメモリ回路の一実施例である。第1
図中、MAは1つのMIS−FETと1つの蓄積容量からなるメ
モリセルを二次元的に複数個配列したメモリセルアレ
ー、CKT0,CKT1はメモリセル信号を検知したり、読出し
線または書込み線を通して、メモリ外部と情報をやりと
りするための入出力制御回路、D0と▲▼、D1と▲
▼はメモリセルと上記入出力制御回路の間で信号の伝
送を行うためのデータ線対、WDはメモリセルアレーのう
ちの行アドレスを指定して1本のワード線に駆動信号を
与えるためのワード線駆動回路、W0〜Wmはワード線、YD
はメモリセルアレーのうちの列アドレスを指定するため
のY(列)デコーダ、Y01は列選択信号線、をそれぞれ
表している。また、入出力制御回路の中で、SA0、SA1は
データ線上の微小な信号電圧を検知するための検知回路
(センスアンプ)、CSN0とCSP0、CSN1とCSP1は、それぞ
れ検知回路SA0、SA1の駆動信号線、CD0あるいはCD1は検
知回路の駆動信号発生回路、PR0,PR1は、非動作状態に
おいて、データ線対を短絡するとともにセンスアンプの
動作に都合の良い電圧に設定するためのプリチヤージ回
路、RG0あるいはRG1はデータ線対に現れた信号(電圧
差)をメモリアレー外部に読みだすための読みだしゲー
ト、T1〜T4は読みだしゲートを構成するNチャネルMIS
−FET、WG0あるいはWG1は外部の情報に従つてデータ線
を駆動する書き込みゲート、T5〜T8は1つの書き込みゲ
ートを構成するNチヤネルMIS−FET,RO0,▲▼,RO
1,▲▼は読みだし線、WI0,▲▼,WI1,▲
▼は書き込み線、RCS0,▲▼,RCS1,▲
▼は読みだし制御線、WR0,▲▼,WR1,▲
▼は書込み制御線、をそれぞれ示している。また、SW
R0,SWR1は読みだし線から共通の読みだし線CRO,▲
▼へ接続するためのスイツチ回路、SWW0,SWW1は書き
込み線と共通の書き込み線CWI,▲▼を接続するた
めのスイツチ回路、SEL0,SEL1は左右いずれかのスイツ
チを選択する信号。AMPは▲▼,CROへ現れた信号
を検知増幅するためのセンス増幅器、DOBは出力バツフ
ァ、DIBは入力バツファである。本実施例では、入出力
制御回路CKT0,CKT1をデータ線対毎にメモリセルアレー
の左右に交互に配置しており、かつ入出力制御回路内の
I/O線を読みだし線(RO線)と書き込み線(WI線)に分
離している。以下これらの具体的な構成と効果を説明す
る。
FIG. 1 shows an embodiment of the memory circuit of the present invention. First
In the figure, MA is a memory cell array in which a plurality of memory cells each composed of one MIS-FET and one storage capacitor are two-dimensionally arranged, and CKT0 and CKT1 detect a memory cell signal or read through a read line or a write line. , An input / output control circuit for exchanging information with the outside of the memory, D0 and ▲ ▼, D1 and ▲
▼ is a data line pair for transmitting a signal between the memory cell and the input / output control circuit, and WD is for specifying a row address of the memory cell array and supplying a drive signal to one word line. Word line drive circuit, W0 to Wm are word lines, YD
Represents a Y (column) decoder for designating a column address in the memory cell array, and Y01 represents a column selection signal line. In the input / output control circuit, SA0 and SA1 are detection circuits (sense amplifiers) for detecting minute signal voltages on data lines, CSN0 and CSP0, and CSN1 and CSP1 are driving detection circuits SA0 and SA1, respectively. A signal line, CD0 or CD1 is a drive signal generation circuit of a detection circuit, and PR0 and PR1 are precharge circuits for short-circuiting a data line pair and setting a voltage convenient for operation of a sense amplifier in a non-operation state, RG0. Alternatively, RG1 is a read gate for reading a signal (voltage difference) appearing on the data line pair to the outside of the memory array, and T1 to T4 are N-channel MISs constituting the read gate.
FET, WG0 or WG1 are write gates for driving data lines according to external information, and T5 to T8 are N-channel MIS-FETs, RO0, ▲ ▼, RO constituting one write gate.
1, ▲ ▼ is the reading line, WI0, ▲ ▼, WI1, ▲
▼ is a write line, RCS0, ▲ ▼, RCS1, ▲
▼ is a read control line, WR0, ▲ ▼, WR1, ▲
▼ indicates a write control line. Also, SW
R0 and SWR1 are common read lines CRO, ▲
A switch circuit for connecting to ▼, SWW0 and SWW1 are switch circuits for connecting a write line and a common write line CWI, ▲ ▼, and SEL0 and SEL1 are signals for selecting one of right and left switches. AMP is a sense amplifier for detecting and amplifying the signal appearing on the CRO, DOB is an output buffer, and DIB is an input buffer. In this embodiment, the input / output control circuits CKT0 and CKT1 are alternately arranged on the left and right sides of the memory cell array for each data line pair, and
I / O lines are separated into read lines (RO lines) and write lines (WI lines). Hereinafter, specific configurations and effects thereof will be described.

第1図(b)には読みだしゲートおよび書き込みゲー
ト回路の平面レイアウト図を示す。一般的には、メモリ
の高集積化が進むとともに入出力制御回路Ciをデータ線
ピツチでレイアウトすることが困難になつてくる。しか
し本実施例のように入出力制御回路をメモリセルアレー
の左右に交互に配置することで入出力制御回路のレイア
ウトピツチはデータ線対ピツチの2倍、すなわち、2dy
にできるのでチツプ面積を大きく増大させること無しに
レイアウトが可能になる。高集積メモリにおいては、た
とえばアイ・イー・イー・イー,ジヤーナル・オブ・ソ
リツド・ステート・サーキツツ,23(1988年)第1113頁
から1119頁(IEEE,Journal of Solid−State Circuits,
vol.23,No.5,October 1988,pp1113−1119)に述べられ
ているように、隣接するデータ線間の容量結合により信
号対雑音比が著しく低下するという問題がある。メモリ
セルアレー部分の容量結合雑音はデータ線をメモリセル
アレーの途中で交差する等の方法により低減できること
は知られているが、入出力制御回路部においては隣接デ
ータ線間の結合容量が場所により不均一であるため雑音
を低減することが十分に行えなかつた。本実施例では入
出力制御回路のデータ線対間にシールド用の配線を配す
ることにより、従来に比べて著しく線間容量結合雑音を
低減することができる。以下、これについて説明する。
第1図(b)に示すような入出力制御回路部のレイアウ
トにおいて、データ線対間にデータ線と同時に形成され
る他の信号配線を配置している。ここでは、例えば、読
みだしゲートRGi部でデータ線と直行して配線された読
みだし線RO,▲▼及び読みだし制御線RCS,▲
▼はスルーホールを通してデータ線と同時に形成される
配線材に接続され、データ線と平行に配置される。この
ようにすることで、データ線と隣接データ線間の寄生容
量を低減することができ、読みだし動作に伴う雑音を最
低限に抑え、安定な動作を期すことができる。
FIG. 1B shows a plan layout diagram of the read gate and the write gate circuit. In general, as the degree of integration of the memory increases, it becomes more difficult to lay out the input / output control circuit Ci with the data line pitch. However, by arranging the input / output control circuits alternately on the left and right sides of the memory cell array as in the present embodiment, the layout pitch of the input / output control circuit is twice the data line pair pitch, that is, 2dy.
Therefore, the layout can be performed without greatly increasing the chip area. In a highly integrated memory, for example, IEE, Journal of Solid State Circuits, 23 (1988), pp. 1113 to 1119 (IEEE, Journal of Solid-State Circuits,
vol.23, No.5, October 1988, pp.1131-1119), there is a problem that the signal-to-noise ratio is significantly reduced due to capacitive coupling between adjacent data lines. It is known that the capacitance coupling noise of the memory cell array can be reduced by crossing the data lines in the middle of the memory cell array, but in the input / output control circuit, the coupling capacitance between adjacent data lines may vary. Due to the non-uniformity, noise cannot be sufficiently reduced. In this embodiment, by arranging a shield wiring between the data line pairs of the input / output control circuit, the line-to-line capacitive coupling noise can be significantly reduced as compared with the conventional case. Hereinafter, this will be described.
In the layout of the input / output control circuit section as shown in FIG. 1B, another signal wiring formed simultaneously with the data line is arranged between the data line pair. Here, for example, for example, the read lines RO and ▲ ▼ and the read control lines RCS and ▲
▼ is connected to a wiring material formed at the same time as the data line through the through hole, and is arranged in parallel with the data line. By doing so, the parasitic capacitance between the data line and the adjacent data line can be reduced, the noise accompanying the read operation can be minimized, and a stable operation can be expected.

次に、読出しスイッチSWR0、書込みスイッチSWW0、セ
ンス増幅回路AMOの具体的な構成を説明する。
Next, specific configurations of the read switch SWR0, the write switch SWW0, and the sense amplifier circuit AMO will be described.

第1図(c)は読出しスイッチSWRi(i=0,1)の構
成例である。この回路は、複数の読出し線ROi、▲
▼の内の1つを共通読出し線CRO、▲▼に選択
的に接続するとともに、選択されたメモリブロックの読
出し制御線RCSi、▲▼の電圧を制御して、読出
し線に信号を取り出すようにしている。同図において、
T10〜T17はNチャネルMISFET、INV100はインバータ、NA
ND1は入力が共に高レベルの組合せのときのみ低レベル
を出力する2入力の反転論理積回路、をそれぞれ示して
いる。メモリブロックが選択されて選択信号SELiが高レ
ベル、かつメモリが読出し状態にあって書込み信号WEが
高レベルになると、MISFET T10〜T13が導通、T14〜T17
が非導通となる。したがって、読出し線ROi、▲
▼はそれぞれ共通読出し線CRO、▲▼に接続され
るとともに、読出し制御線RCSi、RCSiは接地される。こ
れにより、例えば第1図(a)において列選択信号Y01
が高レベルになると、T3およびT4が導通し、データ線対
D0,▲▼の電圧差に応じて読出し線RO0、▲▼0
から読出し制御線RCS0、▲▼に流れる電流の差
として信号が得られる。ここで、読出し制御線RCS0、▲
▼は、読出し動作だけを考えると、必ずしも分
離する必要はないが、後述するように並列テストを行な
う場合には、分離が不可欠である。
FIG. 1C shows a configuration example of the read switch SWRi (i = 0, 1). This circuit includes a plurality of read lines ROi, ▲
One of ▼ is selectively connected to the common read line CRO, ▲ ▼, and the voltage of the read control line RCSi, ▲ ▼ of the selected memory block is controlled to take out a signal to the read line. ing. In the figure,
T10 to T17 are N-channel MISFET, INV100 is inverter, NA
ND1 indicates a two-input NAND circuit that outputs a low level only when both inputs are a combination of a high level. When a memory block is selected and the selection signal SELi is at a high level, and the memory is in a read state and the write signal WE is at a high level, the MISFETs T10 to T13 are turned on and T14 to T17
Becomes non-conductive. Therefore, the read lines ROi, ▲
▼ are connected to the common read lines CRO and ▲ ▼, respectively, and the read control lines RCSi and RCSi are grounded. Thereby, for example, the column selection signal Y01 in FIG.
Is high, T3 and T4 conduct and the data line pair
Read line RO0, ▲ ▼ 0 according to the voltage difference between D0, ▲ ▼
, A signal is obtained as the difference between the currents flowing through the read control lines RCS0 and ▲ ▼. Here, the read control line RCS0, ▲
In the case of ▼, it is not always necessary to separate them when only the reading operation is considered. However, when performing a parallel test as described later, the separation is indispensable.

メモリブロックが非選択となり、選択信号SELiが低レ
ベル、またはメモリが書込み状態にあって書込み信号▲
▼が低レベルになると、MISFET T10〜T13が非導
通、T14〜T17が導通となる。したがって、読出し線RO
i、▲▼および読出し制御線RCSi、▲▼
は同一の電圧(ここでは中間電圧HVL)に接続される。
これにより、例えば第1図(a)において列選択信号Y0
1が高レベルになってT3およびT4が導通しても、読出し
線ROi、▲▼から読出し制御線RCSi、▲
▼に電流が流れることがないため、例えば第4図におい
て述べるように、1本の列選択信号線で複数のメモリブ
ロック(選択ブロックと非選択ブロックを含む)の列ア
ドレスを選択するような場合に都合がよい。
When the memory block is not selected and the selection signal SELi is low or the memory is in the write state and the write signal
When ▼ goes low, the MISFETs T10 to T13 are non-conductive and T14 to T17 are conductive. Therefore, read line RO
i, ▲ ▼ and read control line RCSi, ▲ ▼
Are connected to the same voltage (here, the intermediate voltage HVL).
As a result, for example, the column selection signal Y0 in FIG.
Even if T3 and T4 conduct when 1 goes high, the read control lines RCSi, ▲
Since current does not flow in ▼, for example, as shown in FIG. 4, a case where a column address of a plurality of memory blocks (including a selected block and an unselected block) is selected by one column selection signal line It is convenient.

第1図(d)は書込みスイッチSWWi(i=0,1)の構
成例である。この回路は、複数の書込み線WIi、▲
▼内の1つを共通書込み線CWI、▲▼に選択的
に接続するとともに、選択されたメモリブロックの書込
み制御線WRiを高レベルにして、書込みを行なうように
している。同図において、T20,T23〜T26はNチャネルMI
SFET、T21,T22はPチャネルMISFET、INV101〜INV103は
インバータ、NAND2は2入力の反転論理積回路、をそれ
ぞれ示している。メモリブロックが選択されて選択信号
SELiが高レベル、かつメモリが書込み状態にあって書込
み信号WEが高レベルになると、MISFET T20〜T23が導
通、T24〜T26が非導通となる。したがって、書込み線WI
i、▲▼はそれぞれ共通書込み線CWI、▲▼
に接続されるとともに、書込み制御線WRiには高レベル
が出力される。これにより、例えば第1図(a)におい
て列選択信号Y01が高レベルになると、T5およびT6が導
通し、データ線対D0,▲▼は書込み線WI0、▲
▼に接続され、書込み線上の書込み情報はデータ線に書
き込まれる。
FIG. 1D shows a configuration example of the write switch SWWi (i = 0, 1). This circuit includes a plurality of write lines WIi, ▲
One of ▼ is selectively connected to the common write line CWI, ▲ ▼, and the write control line WRI of the selected memory block is set to a high level to perform writing. In the figure, T20, T23 to T26 are N-channel MIs.
SFETs, T21 and T22 denote P-channel MISFETs, INV101 to INV103 denote inverters, and NAND2 denotes a two-input inverted AND circuit. Memory block is selected and select signal
When SELi is at a high level and the memory is in a write state and the write signal WE is at a high level, the MISFETs T20 to T23 become conductive and T24 to T26 become nonconductive. Therefore, the write line WI
i, ▲ ▼ are common write line CWI, ▲ ▼
And a high level is output to the write control line Wri. Thus, for example, when the column selection signal Y01 goes high in FIG. 1 (a), T5 and T6 become conductive, and the data line pair D0, ▲ ▼ becomes the write lines WI0, ▲.
The write information on the write line is written to the data line.

メモリブロックが非選択となり、選択信号SELiが低レ
ベル、またはメモリが読出し状態にあって書込み信号WE
が低レベルになると、MISFET T20〜T23が非導通、T24
〜T26が導通となる。したがって、書込み線WIi、▲
▼は同一の電圧(ここでは中間電圧HVL)に接続され
るとともに、書込み制御線WRiは低レベルになる。これ
により、例えば第1図(a)において列選択信号Y01が
高レベルになってT5およびT6が導通しても、データ線と
書込み線とは導通しないため、例えば第4図において述
べるように、1本の列選択信号線で複数のメモリブロッ
ク(選択ブロックと非選択ブロックを含む)の列アドレ
スを選択するような場合に都合がよい。
When the memory block is not selected and the selection signal SELi is low or when the memory is in the read state and the write signal WE is
Is low, MISFETs T20-T23 are non-conductive, T24
T26 becomes conductive. Therefore, the write lines WIi, ▲
▼ is connected to the same voltage (here, the intermediate voltage HVL), and the write control line Wri goes low. Thereby, for example, even if the column selection signal Y01 goes high in FIG. 1 (a) and T5 and T6 become conductive, the data line and the write line do not conduct. For example, as shown in FIG. This is convenient when column addresses of a plurality of memory blocks (including a selected block and a non-selected block) are selected by one column selection signal line.

次に、第1図(e)は共通読出し線CRO,▲▼に
読みだされた信号を増幅するためのセンス増幅回路の構
成を示している。同図において、amp1は共通読出し線CR
O,▲▼を入力し、d1,d1を出力とする第一のセン
ス増幅回路、amp2はd1,▲▼を入力、d2,▲▼を
出力とする第二のセンス増幅回路、amp3はd2,▲▼
を入力、d3,▲▼を出力とする第三のセンス増幅回
路、T42,T43は第三のセンス増幅回路を動作前に初期化
するためのMISFETである。第一のセンス増幅回路amp1は
同じ構成の2つので流電圧変換回路で構成される。電流
電圧変換回路は差動増幅回路AD1、PチャネルMISFET T
30、NチャネルMISFET T31とからなる。また、第二の
センス増幅回路amp2は同じ構成の2つの差動増幅回路DA
3,DA4で構成される。第三のセンス増幅回路amp3は2つ
の反転論理和回路MOR1,NOR2、2つのインバータINV105,
INV106で構成される。
Next, FIG. 1 (e) shows a configuration of a sense amplifier circuit for amplifying a signal read on the common read line CRO, ▲ ▼. In the figure, amp1 is a common read line CR.
O, ▲ ▼ is input, d1, d1 is the first sense amplifier circuit to output, amp2 is d1, ▲ ▼ input, the second sense amplifier circuit is d2, ▲ ▼ output, amp3 is d2, ▲ ▼
T42, T43 are MISFETs for initializing the third sense amplifier circuit before operation. The first sense amplifier circuit amp1 is composed of two current-voltage conversion circuits having the same configuration. The current-voltage converter is a differential amplifier AD1, a P-channel MISFET T
30 and an N-channel MISFET T31. The second sense amplifier circuit amp2 is composed of two differential amplifier circuits DA having the same configuration.
It is composed of 3, DA4. The third sense amplifier circuit amp3 includes two inverting OR circuits MOR1, NOR2 and two inverters INV105,
It is composed of INV106.

次に、本実施例の動作を第1図(f)および(g)の
動作波形を用いて説明する。なお、ここでは、データ線
D0,▲▼に読出された情報を読出したり、外部から
の情報をD0,▲▼に書き込む場合の例について説明
するが、同様の動作はメモリアレー内の全てのメモリセ
ルに対して選択的に行なうことができるのは自明であ
る。また、ここでは動作電圧が1.5Vの場合について説明
しているが、これに限らず他の電圧で動作させても、本
発明は同様に適用でき、かつ同様の効果を得ることがで
きる。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the operation waveforms of FIGS. 1 (f) and 1 (g). Note that here, the data line
An example will be described in which information read out to D0, ▲ ▼ is read and information from the outside is written to D0, ▲ ▼. The same operation is performed selectively for all memory cells in the memory array. It is self-evident that you can do it. Although the case where the operation voltage is 1.5 V is described here, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied and the same effect can be obtained even if the operation is performed at another voltage.

まずはじめに読出し動作を第1図(f)により説明す
る。プリチヤージ回路部PR0の制御信号PCが時間t0で立
ち下がり、データ線への予備充電動作が終了する。続い
て選択されたワード線W0がt1で立上り、メモリセルから
データ線D0,▲▼に信号が読みだされる。次に、t3
にセンスアンプ駆動信号CSPを中間電位からHighレベル
へ、CSNを中間電位からLowレベルにし、センスアンプSA
0を駆動する。これにより、データ線に読みだされた信
号がセンスアンプによりHigh,Lowに増幅される。ここ
で、本実施例では、データ線は読みだしゲートRG0中の
トランジスタT1,T2のゲートに接続され、トランジスタT
3,T4を通して、読出し線RO0,▲▼へ接続してあ
る。選択された入出力回路CKT0の読出し制御線RCS0,▲
▼はt1においてLowに駆動される。この構成に
よりデータ線と読出し線は分離されるため、データ線が
High,Lowレベルに確定する前の増幅途中において、ここ
ではt3において、列選択信号線Y01を入力してもデータ
線の情報を破壊することがない。したがって、データ線
の情報を破壊すること無しに読出し線へ伝達することが
できるので、読みだし動作の高速化が図れる。なお、従
来に比べて高速化できる理由、および効果については後
で詳しく述べる。ここで、読出し線および共通読出し線
の信号電圧、すなわちRO0と▲▼およびCROと▲
▼の電圧差は約20mV程度、第一のセンス増幅回路の
出力信号振幅(d1と▲▼の電圧差)は約200mV程
度、第二のセンス振幅回路の出力信号振幅(d2と▲
▼の電圧差)は1〜1.5V程度である。すなわち、第一の
センス増幅回路の電圧増幅率は約10程度、第二のセンス
増幅回路の電圧増幅率は約5〜7程度である。第三のセ
ンス増幅回路の電圧増幅率は1〜2程度である。但し、
第三のセンス増幅回路には出力情報を記憶する機能、い
わゆるラッチ機能がある。すなわち、入力の信号を増幅
した後に入力をともにlowにすることにより、次の入力
が入るまでは先の入力に応じた出力が保持される。これ
により、第一から第三の増幅回路の全てを常に動作状態
にする必要がなく、出力された後には、第一あるいは第
二あるいはその両方の増幅回路を非動作状態として、消
費電力を低減することができる。
First, the read operation will be described with reference to FIG. The control signal PC of the precharge circuit unit PR0 falls at time t0, and the precharging operation for the data line ends. Subsequently, the selected word line W0 rises at t1, and a signal is read from the memory cell to the data line D0, ▼. Then, t3
The sense amplifier drive signal CSP from the intermediate potential to the high level, and CSN from the intermediate potential to the low level.
Drive 0. Thereby, the signal read out to the data line is amplified to High and Low by the sense amplifier. Here, in this embodiment, the data line is connected to the gates of the transistors T1 and T2 in the read gate RG0,
3, connected to read lines RO0, ▲ ▼ through T4. Read control line RCS0, ▲ of selected input / output circuit CKT0
▼ is driven low at t1. With this configuration, the data line and the read line are separated, so that the data line
In the middle of amplification before the High and Low levels are determined, the information of the data line is not destroyed even if the column selection signal line Y01 is input at t3 here. Therefore, since the information on the data line can be transmitted to the read line without destroying the data line, the speed of the read operation can be increased. The reason why the speed can be increased as compared with the related art and the effect will be described later in detail. Here, the signal voltages of the read line and the common read line, that is, RO0 and ▲ ▼ and CRO and ▲
The voltage difference of ▼ is about 20 mV, the output signal amplitude of the first sense amplifier circuit (voltage difference between d1 and ▲ ▼) is about 200 mV, and the output signal amplitude of the second sense amplifier circuit (d2 and ▲
▼) is about 1 to 1.5V. That is, the voltage gain of the first sense amplifier is about 10 and the voltage gain of the second sense amplifier is about 5 to 7. The voltage amplification rate of the third sense amplifier circuit is about 1-2. However,
The third sense amplifier circuit has a function of storing output information, a so-called latch function. That is, by amplifying the input signal and setting both inputs low, an output corresponding to the previous input is held until the next input is input. Thus, it is not necessary to always put all of the first to third amplifier circuits into operation, and after output, the first or second or both amplifier circuits are brought into a non-operation state to reduce power consumption. can do.

この図では、一つの情報の読出しの後、列アドレスを
切り換えて他の情報を読出すようにした、いわゆるスタ
ティックカラム動作の例も示している。すなわち、列選
択信号Y01の次にY23を立ち上げて情報を読出している。
本実施例によれば、後述するようにセンス増幅回路の入
力を電流とすることにより、読出し線および共通読出し
線の電圧振幅は20mVと従来の1/10に低減している。これ
により、読出し線および共通読出し線の寄生容量の充放
電に要する時間を約1/10に短縮することができ、アドレ
スを切り換えてから情報を出力するまでの遅延を極めて
小さくすることができる。
This figure also shows an example of a so-called static column operation in which a column address is switched and another information is read after reading one piece of information. That is, the information is read out by raising Y23 next to the column selection signal Y01.
According to this embodiment, the voltage amplitude of the read line and the common read line is reduced to 20 mV, which is 1/10 of the conventional voltage, by using the input of the sense amplifier circuit as a current as described later. As a result, the time required for charging and discharging the parasitic capacitance of the read line and the common read line can be reduced to about 1/10, and the delay from switching the address to outputting the information can be extremely reduced.

つぎに、読出し動作に続いて書き込み動作を行なう場
合の例を第1図(g)を用いて説明する。同図におい
て、最初の読出し動作は第1図(f)と同じである。t4
においてWEがhighになると列選択信号線Y01がHighのま
まで、RG0の制御信号線RCS0がHVL(0.75V)、書き込み
ゲートWG0の制御信号線WR0がHighになる。これとともに
書き込み用の入出力線WI0,▲▼に書き込みのデー
タを与えると、書き込みゲートWG0内のトランジスタT
5、T7、およびT6、T8を通してデータ線D0,▲▼へデ
ータが書き込まれる。
Next, an example in which a write operation is performed following a read operation will be described with reference to FIG. In the figure, the first read operation is the same as in FIG. 1 (f). t4
In, when WE goes high, the column selection signal line Y01 remains high, the control signal line RCS0 of RG0 goes to HVL (0.75V), and the control signal line WR0 of the write gate WG0 goes high. At the same time, when write data is given to the write I / O lines WI0, ▲ ▼, the transistor T
Data is written to data lines D0, ▲ ▼ through 5, T7, and T6, T8.

以上の例に示したように、書き込み動作と読みだし動
作でI/O線とデータ線間の伝達インピーダンスを変化さ
せる一手段として、読みだし線と書き込み線を分離する
ことで、読みだし動作マージンと書き込み動作マージン
をおのおの個別に設定することができるので、低電圧動
作においても動作の高速化及び安定化を図ることができ
る。
As shown in the above example, as a means to change the transfer impedance between the I / O line and the data line in the write operation and the read operation, the read operation margin is separated by separating the read line and the write line. And the write operation margin can be individually set, so that the operation can be speeded up and stabilized even at a low voltage operation.

次に、本実施例で用いたセンス増幅回路の効果を第2
図により説明する。第2図(a)は従来のセンス増幅回
路、(b)は本発明によるセンス増幅回路の構成を模式
的に示したものである。また第2図(c)は従来のセン
ス増幅回路と、本発明によるセンス増幅回路の動作波形
を模式的に示したものである。従来回路では、メモリセ
ルMCから、データ線(D0,▲▼)に読出された微小
信号は、センスアンプSA0で増幅された後、列選択信号Y
01で制御されるMISFET T50,▲▼をオンにして、
読出し線(IO0,▲▼)に伝えられていた。従来回
路には、高速化を妨げる2つの問題がある。1つは、セ
ンスアンプで十分に増幅された後、MISFETをオンにする
必要があることである。そうしないと、データ線(CD約
0.3pF)と読出し線(CR約8pF)に,数10倍の容量差があ
るため、大きな電荷が読出し線から流れ込んで、せっか
く増幅しかけた情報が破壊されてしまうためである。も
う1つは、駆動能力の小さなセンスアンプで、大きな寄
生容量の読出し線を200mVという大きな電圧まで増幅す
る必要があることである。これは、次段の第二のセンス
増幅回路の信号検出感度のためである。
Next, the effect of the sense amplifier circuit used in this embodiment will be described in the second.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 2 (a) schematically shows a configuration of a conventional sense amplifier circuit, and FIG. 2 (b) schematically shows a configuration of a sense amplifier circuit according to the present invention. FIG. 2 (c) schematically shows operation waveforms of the conventional sense amplifier circuit and the sense amplifier circuit according to the present invention. In the conventional circuit, the minute signal read from the memory cell MC to the data line (D0, ▲ ▼) is amplified by the sense amplifier SA0, and then the column selection signal Y is amplified.
Turn on the MISFET T50, ▲ ▼ controlled by 01,
It was transmitted to the read line (IO0, ▲ ▼). Conventional circuits have two problems that hinder speeding up. One is that it is necessary to turn on the MISFET after it has been sufficiently amplified by the sense amplifier. Otherwise, the data line (CD approx.
This is because there is a difference of several tens of times between the readout line (CR about 8 pF) and the readout line (CR about 8 pF), so that a large charge flows from the readout line, and the information that has been prematurely amplified is destroyed. The other is that it is necessary to amplify a read line having a large parasitic capacitance to a large voltage of 200 mV with a sense amplifier having a small driving capability. This is due to the signal detection sensitivity of the second sense amplifier circuit in the next stage.

そこで、本発明では、データ線の信号をゲートで受け
たNMOSトランジスタT1,T2を設け、センスアンプと読出
し線を分離した。これによって、データ線が十分増幅さ
れるのを待たずに、列選択信号で制御されるMISFET T
3,T4をオンにできるため、データ線の電圧情報を、電流
情報に変換して、高速に読みだすことができる。さら
に、低電圧動作に適するように、PチャネルのMISFETと
増幅回路により構成した、電流センス回路を設け、電流
入力に比例した電圧出力を得られるようにした。電流入
力とすることにより、信号線の電圧増幅は、従来に比べ
て、約1桁(200mV→20mV)小さく抑えることができ、
寄生容量CRの充放電に要する時間が大幅に短縮されて高
速化される。
Therefore, in the present invention, the NMOS transistors T1 and T2 which receive the signal of the data line at the gate are provided, and the sense amplifier and the read line are separated. This allows the MISFET T controlled by the column select signal without waiting for the data line to be sufficiently amplified.
3. Since T4 can be turned on, the voltage information of the data line can be converted into current information and read at high speed. Further, a current sense circuit constituted by a P-channel MISFET and an amplifier circuit is provided so as to be suitable for low-voltage operation, so that a voltage output proportional to a current input can be obtained. By using current input, the voltage amplification of the signal line can be suppressed by about one digit (200mV → 20mV) smaller than before,
The time required for charging and discharging the parasitic capacitance CR is greatly reduced, and the speed is increased.

第2図(d)は、従来のセンス増幅回路と本発明によ
るセンス増幅回路の動作速度を計算機シミュレーション
結果をもとに比較したものである。ここでセンス時間と
は、センスアンプを起動するための信号CSN,CSPが投入
されてから、I/O線に200mVの信号電圧が得られるまで
(従来の場合)の遅延時間、あるいは第一のセンス増幅
回路の出力に200mVの出力が得られるまで(本発明の場
合)の遅延時間で定義している。本発明の回路により、
1.5Vで従来に比べて20ns高速化されることから、本発明
が低電圧でかつ高速に動作することが示された。
FIG. 2 (d) compares the operating speeds of the conventional sense amplifier circuit and the sense amplifier circuit according to the present invention based on computer simulation results. Here, the sense time is a delay time from when the signals CSN and CSP for starting the sense amplifier are applied to when a signal voltage of 200 mV is obtained on the I / O line (in the case of the related art), or the first time. It is defined as a delay time (in the case of the present invention) until an output of 200 mV is obtained as the output of the sense amplifier circuit. With the circuit of the present invention,
Since the speed is increased by 20 ns at 1.5 V as compared with the related art, it was shown that the present invention operates at low voltage and at high speed.

以上述べたように本実施例では、入出力制御回路をメ
モリセルアレーの左右に交互に配置し、かつ読みだし用
と書き込み用の入出力線を分離することで、低電圧動作
においても動作の高速化及び安定化を図ることができ
る。さらには、読出し線の信号を検出する第一のセンス
増幅回路を電流電圧変換回路で構成し、かつ読出し線駆
動用のMISFETとデータ線の電圧を読出し線の電流に変換
するためのMISFETを相補の構成とすることにより、1〜
2V程度の低い電源電圧でも高速に動作するセンス増幅回
路を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the input / output control circuits are alternately arranged on the left and right sides of the memory cell array, and the input / output lines for reading and writing are separated, so that the operation can be performed even at the low voltage operation. Speeding up and stabilization can be achieved. Further, the first sense amplifier circuit for detecting the signal on the read line is constituted by a current-voltage conversion circuit, and the MISFET for driving the read line and the MISFET for converting the voltage of the data line to the current of the read line are complemented. By adopting the configuration of 1 to
A sense amplifier circuit that operates at high speed even with a low power supply voltage of about 2 V can be provided.

第3図はさらに動作の安定化を図るための実施例であ
る。前に述べたように、入出力制御回路部ではデータ線
間の寄生容量を低減することができた。ここではメモリ
セルアレー部においてデータ線間の寄生容量のバランス
をとることによりさらに動作の安定化を図つている。す
なわちデータ線を一線対ごとにメモリセルアレーの中央
部において交差させる。D1,▲▼とデータ線▲
▼間の寄生容量はそれぞれCc01L、Cc01Rであるが、Cc01
LとCc01Rは一致するのでD1,▲▼とデータ線▲
▼間の寄生容量は等しくできる。同様にD1,▲▼と
データ線D2間の寄生容量も等しくできるので、対となる
データ線同志で隣接データ線との寄生容量のバランスを
とることができる。したがつて、メモリセルアレー内に
おいてもさらに読みだし動作の安定化を図ることができ
る。
FIG. 3 shows an embodiment for further stabilizing the operation. As described above, in the input / output control circuit section, the parasitic capacitance between the data lines could be reduced. Here, the operation is further stabilized by balancing the parasitic capacitance between the data lines in the memory cell array section. That is, the data lines intersect at the center of the memory cell array for each line pair. D1, ▲ ▼ and data line ▲
▼ The parasitic capacitances between are Cc01 L and Cc01 R , respectively.
Since L and Cc01 R match, D1, ▲ ▼ and data line ▲
The parasitic capacitance between ▼ can be equal. Similarly, the parasitic capacitance between D1, ▲ ▼ and the data line D2 can be equalized, so that the parasitic capacitance between adjacent data lines can be balanced between the paired data lines. Therefore, the reading operation can be further stabilized in the memory cell array.

第4図は複数のメモリセルアレーが存在した場合の実
施例であり、ここでは読みだし動作を説明する。入出力
制御回路CKTijは左右のメモリセルアレーで共用し、CKT
ijと各メモリセルアレーの間にはT60〜T63で示すスイツ
チトランジスタが接続され、それらのゲートにはメモリ
セルアレーの選択信号であるSHRijが入力される。SWRi
は読みだし線ROと複数のRO線で共有する共通読出し線CR
Oへ接続するスイツチであり、このスイツチへもメモリ
セルアレーの選択信号SHRijが入力される。SHRijはあら
かじめHighにセツトされており、たとえばメモリセルア
レーMA2が選択されると、SHR1R,SHR3LのみをLowにす
る。ここで、列選択信号Y01が選択されたとするとデー
タ線D1,▲▼、およびD0,▲▼へ読みだされた信
号は入出力制御回路CKT12,CKT23を通してRO12,▲
▼,RO23,▲▼へ読みだされる。これらは、さ
らにスイツチSWR1,SWR2を通して、共通のI/O線CRO0,▲
▼,CRO1,▲▼へ読みだされる。このよ
うに、複数のメモリセルアレーが存在した場合にも、入
出力制御回路をメモリセルアレーの左右に交互配置し左
右のメモリセルアレーで共用することはチツプ面積を大
きく増加させることなく、これまで述べてきた特性の改
善が実現できる。
FIG. 4 shows an embodiment in which a plurality of memory cell arrays exist, and the reading operation will be described here. The input / output control circuit CKTij is shared by the left and right memory cell arrays,
Switch transistors T60 to T63 are connected between ij and each memory cell array, and SHRij, which is a selection signal of the memory cell array, is input to their gates. SWRi
Is the common readout line CR shared by the readout line RO and multiple RO lines
This switch is connected to O, and the selection signal SHRij of the memory cell array is also input to this switch. SHRij is set to High in advance. For example, when the memory cell array MA2 is selected, only SHR1 R and SHR3 L are set to Low. Here, assuming that the column selection signal Y01 is selected, the signals read out to the data lines D1, ▲ ▼ and D0, ▲ ▼ are passed through the input / output control circuits CKT12, CKT23 to RO12, ▲ ▼.
Read to ▼, RO23, ▲ ▼. These are connected to the common I / O lines CRO0, ▲ through switches SWR1 and SWR2.
Read out to ▼, CRO1, ▲ ▼. In this way, even when a plurality of memory cell arrays exist, it is possible to arrange input / output control circuits alternately on the left and right sides of the memory cell array and to share the input / output control circuits with the left and right memory cell arrays without greatly increasing the chip area. The improvement in characteristics described above can be realized.

第5図(a)は本発明を用いた並列テストの実施例で
ある。並列テストは列選択信号を同時に複数選択(多重
選択)することによつて行う。すなわち、並列テスト時
にはテスト信号TESTにより、列選択信号を多重に選択す
る。これにより、読みだし動作では、多重度に応じてデ
ータ線の読みだし信号が読みだし線に同時に読みだされ
る。同時に読みだされたデータ線の情報がすべて一致し
ていれば、読みだし線ROと▲▼は一方が読みだし情
報に応じて“High"の電圧レベル、他方が“Low"の電圧
レベルになる。もし1つでも誤情報が読みされたとする
とROと▲▼共に“Low"の電圧レベルになる。一方、
書き込み動作では、書き込み用の入出力線から選択され
た書き込みゲートに接続されたデータ線に書き込まれ
る。ここで、本発明では並列テストの場合にも新たにテ
スト用のI/O線を設けること無しに並列テストが行え、
通常のテストと同様にデータ線からAMPへ情報が伝えら
れる。また、読みだし用の信号線と書き込み用の信号線
を分離しているので、前述したように読みだし動作と書
き込み動作で各々個別に動作マージンを設定でき、多重
度を増やす上での制限は無くなり、高度の並列読出し/
書込みが可能になる。同図で、読みだしゲートRGの駆動
信号RCSは対線とし、読みだし動作において読出し線RO,
▲▼へ接続されるRCSを分離している。これは多重
度を増やしたときにも1つの誤読みだしを判別するため
に有効な手段である。多重度を増やすとROからRCSへ流
れる電流を増やす必要がある。一方RCSからGNDへ流れる
電流は読出し線の配線抵抗によりある一定で飽和する。
いいかえれば、RCSの電位が上昇する。そのためRCSを分
離しないと誤読みだしがあつた側のI/O線の信号電流は
多重度の情操と共に低下し検出が困難になる。RCSを分
離することにより誤読みだしを行つた側のRCSの電位は
上昇せずROからRCSへ流れる電流のみを検出すればよい
のでより精度の高い検出ができる。以上述べたように、
本発明は高度な並列テストを可能にするのでテスト時間
の大幅な短縮を実現できる。
FIG. 5A shows an embodiment of a parallel test using the present invention. The parallel test is performed by simultaneously selecting a plurality of column selection signals (multiple selection). That is, at the time of the parallel test, the column selection signal is multiplexed by the test signal TEST. As a result, in the read operation, the read signals of the data lines are simultaneously read to the read lines according to the multiplicity. If all the information of the data lines read at the same time coincides, one of the read lines RO and ▲ ▼ has a “High” voltage level and the other has a “Low” voltage level according to the read information. . If at least one erroneous information is read, both RO and ▲ ▼ are at the “Low” voltage level. on the other hand,
In a write operation, data is written to a data line connected to a write gate selected from input / output lines for writing. Here, in the present invention, even in the case of a parallel test, the parallel test can be performed without providing a new test I / O line,
Information is transmitted from the data line to the AMP as in a normal test. In addition, since the read signal line and the write signal line are separated, the operation margin can be set individually for the read operation and the write operation as described above, and the limitation in increasing the multiplicity is limited. Lost, advanced parallel reading /
Writing becomes possible. In the figure, the drive signal RCS of the read gate RG is a pair line, and in the read operation, the read lines RO,
RCS connected to ▲ ▼ is separated. This is an effective means for determining one erroneous reading even when the multiplicity is increased. When the multiplicity is increased, it is necessary to increase the current flowing from the RO to the RCS. On the other hand, the current flowing from RCS to GND saturates at a certain constant due to the wiring resistance of the read line.
In other words, the potential of RCS rises. Therefore, if the RCS is not separated, the signal current of the I / O line on the side where the erroneous reading has occurred decreases with the multiplicity of operation, making detection difficult. By separating the RCS, the potential of the RCS on the side where the erroneous reading was performed does not increase, and only the current flowing from the RO to the RCS need be detected, so that more accurate detection can be performed. As mentioned above,
The present invention enables a highly parallel test, so that the test time can be significantly reduced.

第5図(b)は多重度を決定する具体的回路の実施例
である。列デコーダYDへは通常Y0からYn−1が入力され
る。Yn−1は列方向を2分割し、Yn−2はさらにそれぞ
れを2分割し、以下同様である。Y0は列選択信号ごとに
“0"(Low)、“1"(High)を繰り返す。ここではテス
ト信号TESTをHighにし、▲▼、Yn−1とTESTと
のORゲート出力信号をAYn−1、AYn−1′とし、これを
▲▼、Yn−1のかわりに列デコーダに入力する
ことでYn−1のHigh、LowにかかわらずにAYn−1、AYn
−1′ともにHighにでき列選択信号を2本選択できるの
で多重度を2にできる。
FIG. 5 (b) shows an embodiment of a specific circuit for determining the multiplicity. Normally, Y0 to Yn-1 are input to the column decoder YD. Yn-1 divides the column direction into two, Yn-2 further divides each into two, and so on. Y0 repeats "0" (Low) and "1" (High) for each column selection signal. Here, the test signal TEST is set to High, and the OR gate output signals of ▲ ▼, Yn−1 and TEST are set to AYn−1, AYn−1 ′, which are input to the column decoder instead of ▲ ▼, Yn−1. AYn-1, AYn regardless of Yn-1 High or Low
-1 'can be made high and two column selection signals can be selected, so that the multiplicity can be made two.

第5図(c)は多重度を4にした実施例である。Yn−
1とYn−2のNANDゲート出力をTESTとともにNANDゲート
に入力し、それらの出力をAYn−2 0から3とし、そ
れらを列デコーダに入力すれば多重度を4にできる。以
上、第5図(b)および(c)に示した実施例をもとに
並列テスト時は列デコーダを多重に選択でき、通常のテ
スト時にはテスト信号TESTをLowにすることによつて1
本の列選択信号を選択できる。第5図(d)は並列テス
トを実現するためのセンス増幅回路の実施例である。並
列テスト時のテスト結果を出力する方法について同図に
より説明する。通常の読出し動作に際しては、amp2Tを
構成する2つの差動増幅回路DA4,DA5の反転および非反
転入力には、電流電圧変換後の出力をそのまま入力し、
それらの出力をamp3に入力する。並列テスト時には2つ
の差動増幅回路DA4,DA5の非反転入力には基準電圧とし
てVRTを入力する。並列テストにおいて、多重に選択さ
れたデータ線に1つでも誤情報が含まれている場合は、
RO,▲▼にはともに電流が流れる。したがつて、第
一のセンス増幅回路amp1の電流電圧変換出力d1,▲
▼は共に低いレベルになる。一方、基準電圧VRTを電流
電圧変換出力の高レベルと低レベルの間の電圧に設定し
ておく。こうすれば、1つでも誤情報が含まれている場
合は、2つの差動増幅回路DA4,DA5の出力には高レベル
が出力される。すなわち、d2,d2共に高レベルの場合に
は並列に読出した情報が誤情報を含んでいると判定でき
る訳である。並列テスト時には▲▼をLowにす
ることによつてこれらの出力を判定回路TEJに取り込
む。TEJはd2,▲▼の出力電圧に応じてERRにHighま
たはLowを出力する。すなわち、並列テストの結果がす
べて正しければ、ERRはLowを出力し、1つでもまちがつ
ていればHighを出力する。このようにして多重度をあげ
た並列テスト結果の判別も本発明による入出力回路方式
ならびにセンス増幅回路を用いて行うことができる。
FIG. 5C shows an embodiment in which the multiplicity is set to 4. Yn−
If the NAND gate outputs of 1 and Yn-2 are input to the NAND gate together with TEST, their outputs are set to AYn-20 to 3, and if they are input to the column decoder, the multiplicity can be set to 4. As described above, based on the embodiment shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), the column decoder can be multiplexed at the time of the parallel test, and the test signal TEST is set to low at the time of the normal test.
The column selection signal of the book can be selected. FIG. 5D shows an embodiment of a sense amplifier circuit for realizing a parallel test. A method of outputting a test result at the time of the parallel test will be described with reference to FIG. During a normal read operation, the output after current-voltage conversion is directly input to the inverting and non-inverting inputs of the two differential amplifier circuits DA4 and DA5 constituting the amp2T.
Input those outputs to amp3. During parallel test to the non-inverting inputs of the two differential amplifier circuit DA4, DA5 inputs the V RT as the reference voltage. In the parallel test, if at least one erroneous information is included in the multiple data lines selected,
A current flows through both RO and ▲ ▼. Accordingly, the current-voltage conversion output d1, ▲ of the first sense amplifier circuit amp1
▼ are both low levels. On the other hand, the reference voltage VRT is set to a voltage between the high level and the low level of the current-voltage conversion output. In this way, when at least one erroneous information is included, a high level is output to the outputs of the two differential amplifier circuits DA4 and DA5. That is, when both d2 and d2 are at a high level, it can be determined that the information read in parallel contains erroneous information. At the time of the parallel test, these outputs are taken into the judgment circuit TEJ by setting ▲ ▼ to Low. TEJ outputs High or Low to ERR according to the output voltage of d2, ▲ ▼. That is, if all the results of the parallel test are correct, ERR outputs Low, and if at least one is wrong, it outputs High. The determination of the parallel test result with the multiplicity increased as described above can be performed using the input / output circuit system and the sense amplifier circuit according to the present invention.

第5図(e)は並列テストに用いる基準電圧VRT発生
回路の実施例である。同図においても前に述べた電流−
電圧変換回路を用いており、並列テスト時には並列テス
ト信号TESTをHighにすることでVRTを発生している。こ
の回路においては、電流電圧変換回路の入力に信号電流
の約半分に相当する基準電流を与えている。これにより
両方のRO線に信号電流が流れると、変換後の電圧はVRT
より小さくなる。また、並列テストの結果が正しければ
一方の変換後の電圧はVRTよりも大きくなる。したがつ
て、変換後の電圧をVRTと比較することにより、テスト
結果の判別が可能になる。
FIG. 5E shows an embodiment of the reference voltage VRT generating circuit used for the parallel test. In the same figure, the current-
And using the voltage conversion circuit, and generates a V RT by the High parallel test signal TEST during parallel test. In this circuit, a reference current corresponding to about half of the signal current is applied to the input of the current-voltage conversion circuit. As a result, when a signal current flows through both RO lines, the converted voltage becomes V RT
Smaller. In addition, if the result of the parallel test is correct, the voltage after one conversion becomes larger than VRT . Therefore, the test result can be determined by comparing the converted voltage with VRT .

第5図(f)は書き込みスイツチSWWの具体的実施例
である。WEは書き込み信号である。本実施例は第4図に
基づいて複数のメモリセルアレーが存在した場合であ
り、SWWの右側のメモリセルアレーが動作すると仮定す
る(SELRがHigh、SELLがLow)。並列テスト時はTESTがL
owである。読みだし動作時はWEがLowであり回路WSTによ
りWI,▲▼を同電位にしておく。書き込み動作が開
始されると、WEがHighになる。GRに入力する信号は読み
だし動作においてはすべてHighになるので、WERはLow
に、一方のWELはHighになる。したがつて、書き込み制
御信号WRはHighになるとともに、NチヤネルMISFET T7
7,T78およびPチヤネルMISFET T75,T76をとおしてCWI,
CWIからWI,▲▼へデータが書き込まれる。
FIG. 5 (f) shows a specific embodiment of the write switch SWW. WE is a write signal. The present embodiment is based on FIG. 4 where a plurality of memory cell arrays exist, and it is assumed that the memory cell array on the right side of SWW operates (SELR is high and SELL is low). TEST is L during parallel test
ow. During the read operation, WE is low, and WI and ▲ ▼ are set to the same potential by the circuit WST. When the write operation starts, WE goes high. Since the signals input to GR are all high during the read operation, WER is low.
Then, one WEL becomes High. Accordingly, the write control signal WR goes high and the N-channel MISFET T7
CWI through 7, T78 and P-channel MISFET T75, T76
Data is written from CWI to WI, ▲ ▼.

第6図はメモリセルからデータ線へ読みだされた信号
を検知増幅するセンスアンプの高電圧側の電源線の電圧
レベルを任意に設定できるようにした実施例である。メ
モリセルへ“1"を書き込むときの書き込み電圧レベルは
センスアンプの高電圧側の電源線の電圧レベルである。
したがつて、高電圧側の電源線の電圧レベルを任意に設
定できればよい。ここでは高電圧側の電源配線を2種類
設け、一方の電源配線をVDLとして通常の書き込みに用
いる。他方の電源配線VDMはたとえばチツプ外部より任
意に設定できるようにする。これにより、信号MT0,MT1
をLowにすればセンスアンプの駆動信号CSPはVDL、反対
に信号MT0,MT1をHighにすればセンスアンプの駆動信号C
SPはVDMにできる。本実施例によれば、情報“1"の電圧
レベルのみを任意に設定できる。さらに、情報“1"の電
圧レベルを一対おきに変えて設定することもできる。し
たがつて、データ線間の結合雑音をテストする時のよう
に、一対おきに、情報が反転するぎりぎりの電圧を書き
込むことができ、マージンテストを行いたい場合に有効
である。また、メモリセルの情報保持特性などのテスト
時間の短縮も図れるなどの効果もある。
FIG. 6 shows an embodiment in which a voltage level of a power supply line on a high voltage side of a sense amplifier for detecting and amplifying a signal read from a memory cell to a data line can be arbitrarily set. The write voltage level for writing “1” to the memory cell is the voltage level of the power supply line on the high voltage side of the sense amplifier.
Therefore, it is only necessary that the voltage level of the power supply line on the high voltage side can be arbitrarily set. Here, two types of power supply lines on the high voltage side are provided, and one of the power supply lines is used as a VDL for normal writing. Other power supply line V DM is to be arbitrarily set from outside the chip, for example. As a result, the signals MT0, MT1
Is low, the sense amplifier drive signal CSP is V DL , and conversely, if the signals MT0 and MT1 are high, the sense amplifier drive signal C is
SP can be VDM . According to the present embodiment, only the voltage level of the information “1” can be set arbitrarily. Further, the voltage level of the information “1” can be changed and set every other pair. Therefore, as in the case of testing the coupling noise between data lines, a voltage can be written as soon as information is inverted every other pair, which is effective when a margin test is desired. In addition, there is an effect that the test time for the information retention characteristics of the memory cell can be shortened.

第7図および第8図に、本発明によるワード駆動回路
の1実施例を示す。本実施例の特徴は、従来のダイナミ
ック型のワードドライバに変えてQD1、QD2、QP、QTから
なるスタティック型のワードドライバを用いたことであ
る。またその電源として常に、データ線電圧VLよりメモ
リセルのスイッチトランジスタQSのVT分以上高い電圧を
発生する電圧変換回路VCHGを設けたことである。以下、
本実施例の動作を説明する。
7 and 8 show an embodiment of the word drive circuit according to the present invention. The feature of this embodiment is that a static word driver including QD1, QD2, QP, and QT is used instead of the conventional dynamic word driver. Further, a voltage conversion circuit VCHG that always generates a voltage higher than the data line voltage VL by VT of the switch transistor QS of the memory cell is provided as the power supply. Less than,
The operation of this embodiment will be described.

まず、アドレス信号AiによりXデコーダXDが選択され
るとその出力N1がLowレベルになる。そうするとトラン
ジスタQTを通してN2のノードの電荷が引き抜かれN2もLo
wレベルとなる。そうするとトランジスタQD1がオンしワ
ード線WをVCHのレベルにまで立ち上げる。VCHのレベル
はVL+VT(QS)以上であるからメモリセルCSには最大VL
の電圧が書き込まれる。
First, when the X decoder XD is selected by the address signal Ai, its output N1 goes low. Then, the charge of the node of N2 is extracted through the transistor QT, and N2 is also Lo.
It becomes w level. Then, the transistor QD1 turns on and the word line W rises to the level of VCH. Since the level of VCH is higher than VL + VT (QS), the maximum VL
Is written.

次に、プリチャージサイクルでは、まずPがLowレ
ベルとなりこれによりQPがオンしノードN2をVCHにす
る。そうすると、QD1がオフしQD2がオンするからワード
線WはLowレベルとなりメモリセルには電荷が保持され
る。
Next, in the precharge cycle, P first goes low, which turns on QP and sets node N2 to VCH. Then, since QD1 is turned off and QD2 is turned on, the word line W is at the low level, and the charge is held in the memory cell.

以上のように、本実施例ではドライブトランジスタの
ゲート電圧がLowレベルで動作するので電源電圧が低く
なってもワードドライバして安定に動作する。
As described above, in the present embodiment, since the gate voltage of the drive transistor operates at the low level, the word driver operates stably even when the power supply voltage becomes low.

第11図は、第7図のワード線用電圧変換回路VCHGの具
体的実施例を示している。また第12図はその回路の起動
時の内部波形と入力タイミングを示している。本実施例
の特徴は、低電源電圧でも速い立上りと高い出力電圧を
得るため、チャージポンプ回路において、その出力電圧
をプリチャージトランジスタ(第11図のQB)に帰還して
いることである。以下動作を説明する。
FIG. 11 shows a specific embodiment of the word line voltage conversion circuit VCHG of FIG. FIG. 12 shows an internal waveform and input timing at the time of starting the circuit. The feature of this embodiment is that the output voltage is fed back to the precharge transistor (QB in FIG. 11) in the charge pump circuit in order to obtain a fast rise and a high output voltage even at a low power supply voltage. The operation will be described below.

まず、入力パルスφ、がそれぞれHigh、Lowの場合
を考える。この時ノードBの電圧はVLからQCを通して充
電されるためVL−VTとなる。一方ノードAはコンデンサ
CA、CDに蓄えられていた電荷とφの振幅で決まる値とな
る。本実施例では、この電圧をVLと仮定している。次
に、φ、の電圧が入れ替わるとノードBはCBにより昇
圧されVL−VT+αVLとなる。ここで、αはCBとノードB
の全容量の比である。このときノードAの電圧はBの電
圧からQAのVTだけ下がった電圧VL−2VT+αVLとなる。
First, consider the case where the input pulse φ is High and Low, respectively. At this time, since the voltage of the node B is charged from VL through QC, it becomes VL-VT. On the other hand, node A is a capacitor
The value is determined by the charge stored in CA and CD and the amplitude of φ. In this embodiment, this voltage is assumed to be VL. Next, when the voltage of φ is replaced, the node B is boosted by CB and becomes VL−VT + αVL. Where α is CB and node B
Is the ratio of the total capacity. At this time, the voltage at the node A becomes a voltage VL-2VT + αVL lower than the voltage at B by VT of QA.

次に、再びφ、の電圧が入れ替わるとノードAは再
び昇圧される。もし、このときそれがVLよりδだけ高い
と、ノードBの電圧はQCによりVL−VTにプリチャージさ
れているから、QBがオンしノードBの電圧をさらにδだ
け上げる。従って、次のサイクルでノードBはさらに高
く昇圧され、ノードAの電圧もさらに高くなる。以上の
ことを繰返しながらノードAの電圧は上昇し、最終的に
はVLと2VDLの間を往復するようになる。
Next, when the voltage of φ is switched again, the voltage of the node A is boosted again. At this time, if it is higher than VL by δ, the voltage at node B is precharged to VL-VT by QC, so QB turns on and the voltage at node B is further raised by δ. Therefore, in the next cycle, the voltage of the node B is further increased, and the voltage of the node A is further increased. By repeating the above, the voltage of the node A rises, and finally, reciprocates between VL and 2VDL.

この出力に、2で示す整流回路すなわちダイオード接
続したMOSトランジスタQDを接続し、さらにその出力に
平滑コンデンサCDをいれると、昇圧された直流電圧VCH
となる。この出力電圧は、無負荷状態で2VL−VTとな
る。
To this output, a rectifier circuit indicated by 2, that is, a diode-connected MOS transistor QD is connected, and a smoothing capacitor CD is further added to the output.
Becomes This output voltage becomes 2VL-VT in a no-load state.

ここで、QAとCAを接続した回路を二つに分け、それぞ
れの回路の出力点、すなわちQAとCAとの接続点の一方を
整流回路2に、もう一方をQBのゲートに接続すればQBの
ゲートは負荷回路と分離されるので、ゲート電圧は負荷
回路に電流が流れないぶん高くなりさらに速くノードA
の電圧を立ち上げることができる。
Here, the circuit connecting QA and CA is divided into two, and one of the output points of each circuit, that is, one of the connection points between QA and CA, is connected to the rectifier circuit 2 and the other is connected to the gate of QB. Is separated from the load circuit, the gate voltage becomes high enough that no current flows through the load circuit, and the node A
Voltage can be raised.

本回路の特徴は、先に述べたように出力電圧をプリチ
ャージ回路に帰還することによりプリチャージ電圧を高
くし低電源電圧でも高い出力電圧を得ることができるこ
とである。例えば、VL=0.8(V)、VT=0.5(V)とす
れば、帰還がない場合つまりQBがない場合、ノードBの
電圧は最大1.1V(α=1のとき、2VL−VT)までしか上
がらずその結果ノードAは1.4V(3VL−2VT)、VCHは0.9
V(3VL−3VT)となる。それにたいしてQBがある場合
は、それぞれ1.6V(2VL)、1.6(2VL)、1.1V(2VL−V
T)といずれも前者より高くなる。
The feature of this circuit is that the precharge voltage is increased by feeding back the output voltage to the precharge circuit as described above, and a high output voltage can be obtained even with a low power supply voltage. For example, assuming that VL = 0.8 (V) and VT = 0.5 (V), when there is no feedback, that is, when there is no QB, the voltage of the node B is only up to 1.1V (2VL-VT when α = 1). As a result, node A is 1.4V (3VL-2VT) and VCH is 0.9
V (3VL-3VT). If there is a QB, 1.6V (2VL), 1.6 (2VL), 1.1V (2VL-V
T) and both are higher than the former.

第17図は、帰還用トランジスタQBがある場合(本発
明)と、ない場合(従来方式)との昇圧率を計算機シミ
ュレーションにより比較した結果である。ここで、実線
はトランジスタのしきい値電圧が標準のもの、破線はそ
れが低いものを示している。この図から、従来方式では
いずれも電源電圧が1〜1.5Vで急激に低下しているのに
対し、本発明では0.8Vまで一定であり、低電源電圧でも
安定に動作することがわかる。なお、ここで整流回路で
はトランジスタのしきい値電圧による電圧降下はないも
のとした。
FIG. 17 shows the results of a computer simulation comparing the step-up ratios when there is a feedback transistor QB (the present invention) and when there is no feedback transistor (the conventional method). Here, a solid line indicates a transistor having a standard threshold voltage, and a broken line indicates a transistor having a low threshold voltage. From this figure, it can be seen that the power supply voltage drops sharply from 1 to 1.5 V in the conventional method, while it is constant up to 0.8 V in the present invention, and operates stably even at a low power supply voltage. Here, it is assumed that there is no voltage drop due to the threshold voltage of the transistor in the rectifier circuit.

第13図および第14図に示す実施例は、さらに高い出力
電圧を得るための回路である。本実施例の特徴は、整流
用トランジスタでの電圧降下を低減させるためそのゲー
ト電圧をチャージポンプ回路の出力電圧と同期させて、
出力がHighレベル(2VL)のときはそれよりVT以上高
く、Lowレベル(VL)のときはVLとしたことである。
The embodiment shown in FIGS. 13 and 14 is a circuit for obtaining a higher output voltage. The feature of this embodiment is that the gate voltage is synchronized with the output voltage of the charge pump circuit to reduce the voltage drop in the rectifying transistor,
When the output is at the high level (2VL), it is higher by VT or more, and when the output is at the low level (VL), it is set to VL.

第13図においてCPとQDは前述のチャージポンプ回路と
整流回路である。また、Q1〜E19、C1〜C4が追加した素
子で、Q1は整流用トランジスタ、Q3〜Q10、C1〜C3がQ1
のゲート電圧を制御する回路、Q11〜Q13、Q15〜Q18、C4
がゲート昇圧用コンデンサC3の充電回路、Q19がVCHの立
上りを早めるためのプリチャージトランジスタである。
また、PA、▲▼はチャージポンプ回路の、PB、▲
▼はゲート電圧制御回路の制御信号である。以下に動
作を説明する。
In FIG. 13, CP and QD are the aforementioned charge pump circuit and rectifier circuit. In addition, Q1 to E19 and C1 to C4 are added elements, Q1 is a rectifying transistor, and Q3 to Q10 and C1 to C3 are Q1.
Circuit to control the gate voltage of Q11-Q13, Q15-Q18, C4
Is a charging circuit for the gate boosting capacitor C3, and Q19 is a precharge transistor for accelerating the rise of VCH.
PA and ▲ ▼ are PB and ▲ of the charge pump circuit.
▼ is a control signal of the gate voltage control circuit. The operation will be described below.

1は、先に述べたチャージポンプでPA、PAが交互にHi
gh、LowとなることによってノードAの電圧は昇圧されV
LとβVL(β≒2)の間を往復するようになる。このと
き、PA、▲▼は第8図に示すようにHighの期間がお
互いに重複しないようにする。これは、第5図で上記▲
▼に相当するが0Vに下がりきらずに、ノードBの
電圧がまだVL+VT以上になっているときに、上記PAに相
当するφが立上りノードAの電圧が上昇するとQAはオン
状態であるからQAを通して電源側にCAに貯えられた電荷
がもれてしまうからである。
1 is the charge pump described above in which PA and PA are alternately Hi.
gh and Low, the voltage of node A is boosted and V
It reciprocates between L and βVL (β ≒ 2). At this time, PA and ▲ ▼ are set so that the High periods do not overlap each other as shown in FIG. This is shown in FIG.
When the voltage at the node B is still higher than VL + VT and the voltage at the node B is still higher than VL + VT, the φ corresponding to the PA rises and the voltage at the node A rises. This is because the charge stored in the CA leaks to the power supply side.

次に、整流回路であるがPA、PBがLow、▲▼、▲
▼がHighのときQ4のゲートはC1によりVL+VT以上に
昇圧されているからQ1のゲートGの電圧はVLに等しくな
っている。このときノードAはVLだからVCHからノード
Aへの逆流はない。また、Q11のゲートは、Q13、Q18に
よりC4をVCH(2VL)−VTにプリチャージしたのち▲
▼(VL)で昇圧するので、3VL−VTとなる。従って、VL
≧2VTならばVCH(2VL)+VT以上に昇圧されノードCはV
CHとなる。このとき、Q10のゲート、ソース間電圧はVCH
−VLでVTを越えているからオンしQ9のゲート電圧はノー
ドCと等しくなる。したがって、Q9はオフしノードCか
らノードGへ電流が流れることはない。
Next, for the rectifier circuit, PA and PB are Low, ▲ ▼, ▲
When ▼ is High, the voltage of the gate G of Q4 is equal to VL since the gate of Q4 is boosted to VL + VT or more by C1. At this time, since node A is VL, there is no backflow from VCH to node A. After the gate of Q11 precharges C4 to VCH (2VL) -VT by Q13 and Q18,
Since the voltage is boosted by (VL), it becomes 3VL-VT. Therefore, VL
If ≧ 2VT, the voltage is raised to VCH (2VL) + VT or more, and node C
CH. At this time, the voltage between the gate and source of Q10 is VCH
Since the voltage exceeds -VT at -VL, the transistor turns on, and the gate voltage of Q9 becomes equal to that of the node C. Therefore, Q9 turns off and no current flows from node C to node G.

次に、PA、PBがHigh、▲▼、▲▼がLowとな
るとノードAは2VL、ノードCはVL+VCHとなる。一方、
Q7のゲートはC3によりVL+VT以上に昇圧されるからその
ソースはVLとなる。すなわちQ9のゲートはVLとなるから
そのゲート、ソース間電圧はVCHとなりQ9はオンしQ1の
ゲートはVL+γVCH(γ≒1)となる。従って、第11図
の実施例のようにVTだけ降下することなく2VLがそのま
ま出力される。
Next, when PA and PB become High and ▲ and ▼ become Low, the node A becomes 2VL and the node C becomes VL + VCH. on the other hand,
Since the gate of Q7 is boosted to VL + VT or more by C3, its source is VL. That is, since the gate of Q9 becomes VL, the voltage between its gate and source becomes VCH, Q9 turns on, and the gate of Q1 becomes VL + γVCH (γ ≒ 1). Therefore, 2VL is output as it is without lowering by VT as in the embodiment of FIG.

なお、この実施例ではPBはPAより先にLowレベルとな
るようになっているが、これはQ1のゲート電圧がまだVL
+VT以上のときにPAがLowになりノードAの電圧がVLと
なり出力からノードAに電荷が逆流するのを防ぐためで
ある。また、Q4、Q7のソースうのようにゲート制御回路
の最低電位をVLとしているのは、トランジスタの電極間
の電位差を小さくするためである。これにより電極間の
電位差は2VL以下となり他の部分と同じ微細トランジス
タが使用可能となる。
In this embodiment, PB is set to a low level before PA, but this is because the gate voltage of Q1 is still VL.
This is to prevent PA from going low when the voltage is equal to or higher than + VT, causing the voltage at the node A to become VL, and preventing the electric charge from flowing back to the node A from the output. The reason why the minimum potential of the gate control circuit is set to VL like the sources of Q4 and Q7 is to reduce the potential difference between the electrodes of the transistors. As a result, the potential difference between the electrodes becomes 2 VL or less, and the same fine transistor as other portions can be used.

以上が第13図に示した実施例の特徴であるが、同図に
おいて、Q7、Q10を削除し、Q9のゲートをQ4のゲートに
接続しても同様な効果が得られる。例えば、PBがVL、▲
▼が0のときはノードCがVCH+VL、Q4、Q9のゲー
トはVLとなるから、Q4はオフ、Q9はオンし、ノードGは
VCH+VLとなる。一方、PBが0、▲▼がVLのとき
は、ノードCがVCH(2VL)、Q4、Q9のゲートは2VLとな
るから、Q4がオン、Q9がオフし、ノードGはVLとなる。
The above is the feature of the embodiment shown in FIG. 13. In FIG. 13, the same effect can be obtained by deleting Q7 and Q10 and connecting the gate of Q9 to the gate of Q4. For example, PB is VL, ▲
When ▼ is 0, node C is at VCH + VL, and the gates of Q4 and Q9 are at VL, so Q4 is off, Q9 is on, and node G is
VCH + VL. On the other hand, when PB is 0 and ▼ is VL, node C is VCH (2VL), and the gates of Q4 and Q9 are 2VL, so Q4 is on, Q9 is off, and node G is VL.

第15図、第16図は第14図のタインミングを発生するた
めの回路である。第15図においてインバータI5〜I8、抵
抗R2、コンデンサC2、NANDゲートNA2、NORゲートNO1はP
A、▲▼の重複を防ぐための回路、I2、I3、R1、C1
はPAとPBの立ち下がりの遅延時間を決めるための回路、
I9〜I13、NA3はPAとPBの立ち下がり時の遅延をつくる回
路である。また、I14〜I25はバッファ用のインバータで
ある。これは、段数の奇遇さえ同じなら何段あってもよ
く、負荷の大きさに応じて調整すれば良い。第16図は前
記回路の入力パルスOSCを発生するための回路例であ
る。この回路は一般にリングオシレータと呼ばれてい
る。本回路の特徴は発振周波数の電源電圧による変動を
抑えるためにR、Cの時定数をインバータの遅延時間よ
りも充分大きくなるようにしたことである。このため、
トランジスタのVTと電源電圧の比が1対3以下でインバ
ータの遅延時間の電源電圧依存性が大きくても発振周波
数は安定になる。
FIGS. 15 and 16 show circuits for generating the timing shown in FIG. In FIG. 15, inverters I5 to I8, resistor R2, capacitor C2, NAND gate NA2, and NOR gate NO1 are P
A, circuit to prevent duplication of ▲ ▼, I2, I3, R1, C1
Is a circuit to determine the delay time of the fall of PA and PB,
I9 to I13 and NA3 are circuits that create a delay when PA and PB fall. I14 to I25 are buffer inverters. This may be any number of steps as long as the odd number of steps is the same, and may be adjusted according to the magnitude of the load. FIG. 16 is an example of a circuit for generating the input pulse OSC of the circuit. This circuit is generally called a ring oscillator. The feature of this circuit is that the time constants of R and C are made sufficiently larger than the delay time of the inverter in order to suppress the fluctuation of the oscillation frequency due to the power supply voltage. For this reason,
Even if the ratio of the VT of the transistor to the power supply voltage is 1: 3 or less and the power supply voltage dependence of the delay time of the inverter is large, the oscillation frequency becomes stable.

以上の対策に加えて、第11図、第13図の実施例のトラ
ンジスタのVTを低くすることによりさらに低電圧での動
作が安定になる。これは、低VT化によりトランジスタの
駆動能力が増加するためでる。低VT化によりサブスレッ
ショルド電流も増加するが、電圧変換回路の素子数は高
々数10個程度なのでチップ全体で見るとほとんど無視で
きる。一方、ワードドライバ、メモリセルも低VT化によ
り駆動能力が増加するが、前者はMビット級のDRAMで10
3〜104個も使用するためトランジスタのオフ状態で流れ
る漏れ電流が無視できなくなる。また、後者では電荷の
保持時間が短くなりリフレッシュの間隔を短くしなけれ
ばならないという問題が生ずる。これは、最も消費電力
の増加につながる。従って、VTは電圧変換回路は低く、
ワードドライバは標準、メモリセルは標準より高く設定
するのが最も良いことになる。
In addition to the above countermeasures, by lowering the VT of the transistor of the embodiment shown in FIGS. 11 and 13, the operation at a lower voltage becomes more stable. This is because the driving capability of the transistor is increased by lowering the VT. Although the sub-threshold current increases with the reduction in VT, the number of elements of the voltage conversion circuit is at most several tens, so that it can be almost ignored when viewed on the entire chip. On the other hand, the driving capability of word drivers and memory cells also increases due to the lower VT, but the former is an M-bit class DRAM.
Since 3 to 10 4 transistors are used, the leakage current flowing when the transistor is off cannot be ignored. In the latter case, there is a problem that the charge holding time is shortened and the refresh interval must be shortened. This leads to the highest power consumption. Therefore, VT has a low voltage conversion circuit,
It is best to set the word driver as standard and the memory cells higher than the standard.

以上のように本実施例によれば整流用トランジスタの
ゲート電圧をそのドレイン電圧よりしきい値電圧VT以上
高くでき、さらに電荷の逆流も防ぐことができるのでそ
の出力電圧は倍電圧発生回路の論理値である2VLにまで
高めることができる。また、RC遅延を利用した発振回路
およびタイミング発生回路を用いることにより発振周波
数、タイミング相互の遅延時間が電源電圧変動に対し安
定になるので電圧変換効率を常に最良の状態にしておく
ことができる。また、トランジスタのVTを3種設け、電
圧変換回路は低く、ワードドライバは標準、メモリセル
は標準より高くすることにより低電圧での安定化と高速
化、低消費電力化を図ることができる。従って、電源電
圧が電池1個分の起電力でも安定に動作する半導体集積
回路を実現できる。
As described above, according to the present embodiment, the gate voltage of the rectifying transistor can be made higher than the drain voltage by the threshold voltage VT or more, and the backflow of electric charge can be prevented. The value can be increased to 2VL. In addition, by using an oscillation circuit and a timing generation circuit using an RC delay, the delay time between the oscillation frequency and the timing becomes stable with respect to the power supply voltage fluctuation, so that the voltage conversion efficiency can always be kept in the best state. In addition, by providing three types of transistors VT, the voltage conversion circuit is low, the word driver is standard, and the memory cell is higher than standard, so that low voltage stabilization, high speed, and low power consumption can be achieved. Therefore, a semiconductor integrated circuit that operates stably even when the power supply voltage is the electromotive force of one battery can be realized.

次に、本発明を中間電圧発生回路に適用した実施例を
説明する。なお、以下の実施例の説明の中で、高いほう
の電源電圧を表す記号としてVCCを用いているが、今ま
で用いているVLと異なる必要はなく、そのままVLで置き
換えてもなんら差し支えない。また、中間電圧を表す記
号としてHVCを用いているが、今まで用いているHVLと異
なる必要はなく、そのままHVLで置き換えてもなんら差
し支えない。第18図は本発明による電圧フォロワ回路の
構成例である。この回路は、入力に印加された電圧にほ
ぼ等しい電圧を出力し、大きい負荷容量を駆動するよう
にしたものである。同図(a)で1は第一のコンプリメ
ンタリ・プッシュプル回路であり、NチャネルMOSトラ
ンジスタTN2とPチャネルMOSトランジスタTP2、および
バイアス用電圧源VN1、VP1により構成される。2はカレ
ントミラー型のプッシュプル増幅回路であり、カレント
ミラー回路を成すNチャネルMOSトランジスタ対TN1とTN
3、PチャネルMOSトランジスタ対TP1とTP3、とから構成
される。3は第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回
路であり、NチャネルMOSトランジスタTN4とPチャネル
MOSトランジスタTP4、およびバイアス用電圧源VN2、VP2
により構成される。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to an intermediate voltage generating circuit will be described. In the following description of the embodiment, VCC is used as a symbol representing the higher power supply voltage. However, it does not need to be different from the VL used so far, and may be replaced with VL as it is. Although HVC is used as a symbol representing the intermediate voltage, it does not need to be different from the HVL used so far, and may be replaced with HVL as it is. FIG. 18 is a configuration example of a voltage follower circuit according to the present invention. This circuit outputs a voltage substantially equal to the voltage applied to the input, and drives a large load capacitance. In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a first complementary push-pull circuit, which is composed of an N-channel MOS transistor TN2, a P-channel MOS transistor TP2, and bias voltage sources VN1 and VP1. Reference numeral 2 denotes a current mirror type push-pull amplifier circuit, which includes a pair of N-channel MOS transistors TN1 and TN forming a current mirror circuit.
3. P-channel MOS transistor pair TP1 and TP3. Reference numeral 3 denotes a second complementary push-pull circuit, which includes an N-channel MOS transistor TN4 and a P-channel MOS transistor TN4.
MOS transistor TP4 and bias voltage sources VN2, VP2
It consists of.

この回路の各種トランジスタや電圧源の定数設定と定
常状態における動作を説明する。電圧源VN1とVP1の値
は、それぞれトランジスタTN2とTP2のゲートしきい値電
圧にほぼ等しくなるように選んでいる。これにより、ど
の様な動作条件下においてもトランジスタTN2とTP2の両
方が同時にカットオフすることがないようにしている。
このため、出力インピーダンスが高くなって、電位が定
まらなかったり、負荷条件によって出力電圧がふらつい
たりするのを防ぐことができる。電圧源の値をトランジ
スタのゲートしきい値電圧にほぼ等しくすることによ
り、定常状態において二つのトランジスタを貫通して流
れる電流を低い値に抑え、集積回路の待機時の電力を小
さくしながら、高い負荷駆動能力を得るようにしてい
る。このようなバイアス条件での動作は一般にAB級動作
と称される。さて、TN2とTP2に流れる電流値を、それぞ
れIC1、ID1とすると、これらの電流は、それぞれPチャ
ネルMOSトランジスタ対TP1とTP3、NチャネルMOSトラン
ジスタ対TN1とTN3とからなるカレントミラー回路によ
り、TP3を流れる電流IC2、TN3を流れる電流ID2に変換さ
れる。IC1とIC2の電流比は、トランジスタTP1とTP3のβ
比に、ID1とID2の電流比(ミラー比)は、トランジスタ
TN1とTN3のβ比に、それぞれほぼ等しくなる。すなわ
ち、 である。この比を1以上の値にすることにより、電流を
増幅し、次段の負荷(端子6、7)の駆動能力を高める
ことができる。本発明では、この比を1〜10程度の値に
選んでいる。電圧源VN2とVP2の値は、第一のプッシュプ
ル回路と同様、それぞれトランジスタTN4とTP4のゲート
しきい値電圧にほぼ等しくなるようにしている。これに
より、第二のプッシュプル回路もAB級動作を行なうよう
にしている。
The constant setting of various transistors and voltage sources of this circuit and the operation in a steady state will be described. The values of voltage sources VN1 and VP1 are chosen to be approximately equal to the gate threshold voltages of transistors TN2 and TP2, respectively. This prevents both transistors TN2 and TP2 from being simultaneously cut off under any operating conditions.
For this reason, it is possible to prevent the output impedance from becoming high and the potential from being unstable or the output voltage from fluctuating depending on the load condition. By making the value of the voltage source substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor, the current flowing through the two transistors in the steady state is suppressed to a low value, and the standby power of the integrated circuit is reduced while the power is increased. The load drive capability is obtained. Operation under such a bias condition is generally called class AB operation. Now, assuming that the current values flowing through TN2 and TP2 are IC1 and ID1, respectively, these currents are converted into TP3 by a current mirror circuit including P-channel MOS transistor pairs TP1 and TP3 and N-channel MOS transistor pairs TN1 and TN3. Is converted to a current ID2 flowing through TN3 and a current IC2 flowing through TN3. The current ratio between IC1 and IC2 is β of transistors TP1 and TP3.
The current ratio (mirror ratio) between ID1 and ID2 is
It is almost equal to the β ratio of TN1 and TN3. That is, It is. By setting this ratio to a value of 1 or more, the current can be amplified and the driving capability of the next stage load (terminals 6 and 7) can be increased. In the present invention, this ratio is selected to a value of about 1 to 10. Like the first push-pull circuit, the values of the voltage sources VN2 and VP2 are set to be substantially equal to the gate threshold voltages of the transistors TN4 and TP4, respectively. Thereby, the second push-pull circuit also performs the class AB operation.

さて、第一のプッシュプル回路が定常状態すなわちIC
1=ID1が成り立っている状態からずれた場合にどうなる
かを説明する。出力電圧を定常状態から強制的に電圧δ
Vだけ変えたときの電流値は、以下のように表される。
Now, the first push-pull circuit is in the steady state,
A description will be given of what happens when the state deviates from the state where 1 = ID1 holds. Force the output voltage from steady state to voltage δ
The current value when V is changed is expressed as follows.

ここに、βとβはそれぞれトランジスタTN2とTP2の
βを、Iは定常状態において第一のプッシュプル回路に
流れる電流(すなわちI=IC1=ID1)をそれぞれ示して
いる。
Here, β N and β P represent β of the transistors TN2 and TP2, respectively, and I represents a current flowing in the first push-pull circuit in a steady state (that is, I = IC1 = ID1).

今、簡単のために、TN2とTP2の特性がほぼそろってお
り、βとβが等しい(β=β=β)と仮定する
と、上式は となる。また、二つのカレントミラー回路のミラー比が
等しい(M=MN=MP)とすると、 となる。
Now, for simplicity, are aligned substantially the characteristics of TN2 and TP2, beta N and beta when P is assumed to be equal (β = β N = β P ), the above equation Becomes Also, assuming that the mirror ratio of the two current mirror circuits is equal (M = M N = M P ), Becomes

例えば、M=5、β=1mA/V2、I=0.2μAとする
と、出力電圧が0.1V低下したとき(δV=−0.1V)に
は、IC2−ID2=20μAとなる。
For example, if M = 5, β = 1 mA / V 2 , and I = 0.2 μA, when the output voltage decreases by 0.1 V (δV = −0.1 V), IC 2 −ID 2 = 20 μA.

すなわち、出力電圧の0.1Vの微小な変化に対してもIC
2とID2の定常電流1、μA(0.2μA×5)に対して十
分大きな20μAの駆動電流が得られる。したがって、出
力電圧のわずかな変化に対しても端子6を最小VSSま
で、また端子7を最大VCCまで、電源電圧範囲の限界ま
で駆動することができる。駆動する方向は、出力電圧が
低下したときには端子7がVCCに、出力電圧が上昇した
ときには端子6がVSSに駆動される。これにより、出力
電圧に誤差がある場合には、誤差を増幅した信号で第二
のプッシュプル回路を駆動し、出力電圧の誤差を無くす
ように動作する。したがって、従来例のように単にソー
スフォロワ回路で駆動する場合に比べて、格段に高い駆
動能力を持たせることができる。また、定常状態のバイ
アス電流を十分低い値に抑えても、誤差を増幅すること
により高い駆動電流を得ることができる。また、この回
路は上式からも容易にわかるように、誤差の方向に対し
て対称に動作するため、出力の充電と放電に対して同じ
駆動能力を得ることができる。
In other words, the IC can respond to minute changes of 0.1V
A sufficiently large drive current of 20 μA is obtained with respect to a steady current of 2 and ID2 of 1, μA (0.2 μA × 5). Therefore, the terminal 6 can be driven to the minimum VSS and the terminal 7 can be driven to the maximum VCC even for a slight change in the output voltage, to the limit of the power supply voltage range. In the driving direction, the terminal 7 is driven to VCC when the output voltage decreases, and the terminal 6 is driven to VSS when the output voltage increases. Thus, when there is an error in the output voltage, the second push-pull circuit is driven by the signal obtained by amplifying the error, and the operation is performed to eliminate the error in the output voltage. Therefore, it is possible to provide a much higher driving capability than in the case of simply driving with a source follower circuit as in the conventional example. Further, even if the bias current in the steady state is suppressed to a sufficiently low value, a high drive current can be obtained by amplifying the error. Further, as can be easily understood from the above equation, this circuit operates symmetrically with respect to the direction of the error, so that the same driving capability can be obtained for the charging and discharging of the output.

次に、本回路の電圧フォロワとしての精度について説
明する。本回路は、出力電圧の誤差を第一のプッシュプ
ル回路で検出し、それを増幅した信号で第二のプッシュ
プル回路を駆動するようにしている。したがって、出力
電圧精度(入出力電圧差)は第一のプッシュプル回路の
電圧精度(入出力電圧差)で決定される。第一のプッシ
ュプル回路において、定常状態すなわちIC1=ID1が成り
立つ条件を求めると、入力電圧V(IN)と出力電圧V
(OUT)の関係が得られ、次式のようになる。
Next, the accuracy of the present circuit as a voltage follower will be described. In this circuit, an error in the output voltage is detected by the first push-pull circuit, and the amplified signal is used to drive the second push-pull circuit. Therefore, the output voltage accuracy (input / output voltage difference) is determined by the voltage accuracy (input / output voltage difference) of the first push-pull circuit. In the first push-pull circuit, when the steady state, that is, the condition that IC1 = ID1 is satisfied, is obtained, the input voltage V (IN) and the output voltage V
(OUT) is obtained, and becomes as follows.

ここに、 であり、またVTNとVTPはそれぞれNチャネルおよびPチ
ャネルMOSトランジスタのゲートしきい値電圧の絶対値
である。この式から明らかなように、VN1とVP1にそれぞ
れVTNとVTPの変化に追従して変化する特性をもたせ、か
つトランジスタのβを適正に選ぶことにより、製造プロ
セスのばらつき等によりNチャネルトランジスタとPチ
ャネルトランジスタの素子特性が独立に変化しても、出
力と入力の電圧差を零にすることができる。上述したよ
うな電圧源は、次の実施例で説明するように、各チャネ
ル導電型のOMSトランジスタのゲートとドレインを接続
し、それに所定の電流を流す異により容易に構成するこ
とができる。一般に、異なる導電形の素子間では特性に
ばらつきがあっても、同じ導電型のトランジスタは同じ
製造工程を経るため、素子間の特性差は十分小さな値に
抑えることができる。特に、加工形状のばらつきなどに
対しては、ゲート幅やゲート長を加工精度に比べて十分
大きな値で設計することにより、さらに、素子対間の特
性差を小さなものにすることができる。例えば、ゲート
しきい値電圧を例にとると、同じ導電型の素子対間での
差は、容易に20〜30mV程度以下にすることができるが、
異なる導電型の素子間では、その差のばらつきが最大20
0mV程度と、約一桁も大きな値になるのが通例である。
以上説明したとおり、第一のプッシュプル回路の電圧精
度(入出力電圧差)は、トランジスタ対のしきい値電圧
差で決まる20〜30mV程度と従来方式の約一桁低い値に抑
えられる。
here, VTN and VTP are the absolute values of the gate threshold voltages of the N-channel and P-channel MOS transistors, respectively. As is apparent from this equation, by giving VN1 and VP1 characteristics that change in accordance with changes in VTN and VTP, respectively, and appropriately selecting the β of the transistor, the N-channel transistor and P Even if the element characteristics of the channel transistor change independently, the voltage difference between the output and the input can be made zero. As described in the next embodiment, the voltage source as described above can be easily configured by connecting the gate and the drain of the OMS transistor of each channel conductivity type and flowing a predetermined current to the OMS transistor. In general, even if there are variations in characteristics between elements of different conductivity types, since the transistors of the same conductivity type go through the same manufacturing process, the characteristic difference between the elements can be suppressed to a sufficiently small value. In particular, with respect to variations in the processing shape and the like, by designing the gate width and gate length to be sufficiently large compared to the processing accuracy, the characteristic difference between the element pairs can be further reduced. For example, taking the gate threshold voltage as an example, the difference between pairs of elements of the same conductivity type can be easily reduced to about 20 to 30 mV or less.
Variation in the difference between elements of different conductivity types is up to 20
In general, the value is about one digit, which is about 0 mV.
As described above, the voltage accuracy (input / output voltage difference) of the first push-pull circuit is suppressed to about 20 to 30 mV, which is determined by the threshold voltage difference between the transistor pair, which is about one digit lower than the conventional method.

さて、次の過渡時の動作を同図(b)を用いて説明す
る。今、入力電圧V(IN)が時刻t0からt1にかけて降下
し、時刻t4からt5にかけて上昇した場合を考える。入力
電圧が降下した直後は出力がすぐに追従しないので、ト
ランジスタTN2は時刻t1からt2にかけてカットオフ状態
となり、電流IC1の値はほぼ0となる。これに対してID1
が増大し、端子6の電圧V(6)をほぼVSS(0V)まで
引き落す。これにより、トランジスタTP4の駆動能力が
増加し、出力OUTを高速に放電する。時刻t2を過ぎて、
出力電圧と入力電圧の差が小さくなるとトランジスタTN
2が導通し始め、最終的に入出力間の電圧差が無くなる
時刻t2においてIC1=ID1となり、定常状態になる。入力
電圧が上昇する時には、これと対称に端子7の電圧がVC
Cまで上昇し、出力を高速に充電する。
Now, the operation during the next transition will be described with reference to FIG. Now, consider a case where the input voltage V (IN) decreases from time t0 to t1 and increases from time t4 to t5. Since the output does not immediately follow immediately after the input voltage drops, the transistor TN2 is cut off from the time t1 to t2, and the value of the current IC1 becomes almost zero. ID1
Increases, and the voltage V (6) at the terminal 6 is reduced to approximately VSS (0V). As a result, the driving capability of the transistor TP4 increases, and the output OUT is discharged at high speed. After time t2,
When the difference between the output voltage and the input voltage decreases, the transistor TN
2 starts to conduct, and at time t2 when the voltage difference between the input and the output finally disappears, IC1 = ID1, and a steady state is established. When the input voltage rises, symmetrically, the voltage at terminal 7 becomes VC
It rises to C and charges the output at high speed.

以上説明したように、本発明によれば、製造工程のば
らつきがあっても、入出力電圧間の誤差が少なく、過渡
時においては、大容量の負荷を高速に充放電することの
できる電圧フォロワを提供することができる。なお、本
回路は電圧フォロワとしての応用以外にも、出力端子OU
Tに信号電流を入力し、端子6か7から出力を取り出す
ことにより、高性能な電流検出回路として用いることも
可能である。
As described above, according to the present invention, even if there is a variation in the manufacturing process, the error between the input and output voltages is small, and the voltage follower that can charge and discharge a large-capacity load at high speed in a transient state. Can be provided. This circuit can be used not only as a voltage follower, but also as an output terminal OU
By inputting a signal current to T and extracting an output from the terminal 6 or 7, it can be used as a high-performance current detection circuit.

次に第20図を用いて、先に示した回路をダイナミック
メモリの中間電圧(VCC/2)発生回路に適用した実施例
を説明する。第20図(a)は本発明による中間電圧発生
回路の構成例である。同図において、30は基準電圧発生
回路、31は第一のコンプリメンタリ・プッシュプル回
路、32はカレントミラー型増幅回路、33は第二のコンプ
リメンタリ・プッシュプル回路である。基準電圧発生回
路は、等しい抵抗値を有する二つの抵抗R3とR4とにより
電源電圧を半分に分圧することにより、端子34に中間電
圧を発生している。抵抗R3とR4に同種の素子を用いるこ
とにより、中間電圧には、かなり精度の高い値を得るこ
とができる。なお、中間電圧を得るための素子は抵抗に
限らず、例えばMOSトランジスタ等を用いても同様の回
路が構成できることは自明である。第一のプッシュプル
回路は、基本的に第18図(a)に示したプッシュプル回
路1と同じである。ここで、電圧源VN1の代わりに、抵
抗R5とNチャネルMOSトランジスタTN10を、電圧源VP1の
代わりに、抵抗R6とPチャネルMOSトランジスタTP10
を、それぞれ用いている。こうすることにより、先の実
施例でも説明したように、常に端子35の電圧を入力端子
34に対して、ほぼNチャネルMOSトランジスタのゲート
しきい値電圧分だけ高い値に自動的に設定することがで
きる。なお、R5やR6を流れる電流が、R3やR4を流れる電
流の数分の一から十分の一程度の小さな値になるよう
に、抵抗値を選んでいる。これは、Nチャネルトランジ
スタとPチャネルトランジスタの特性が独立にばらつい
て、プッシュプル回路から基準電圧発生回路に流入(あ
るいは流出)する電流値が変動しても、端子34の電圧が
影響を受けて変動しないようにするためである。32のカ
レントミラー型増幅回路は第18図(a)に示したカレン
トミラー型増幅回路2と全く同じ構成である。第二のプ
ッシュプル回路は、基本的に第18図(a)に示したプッ
シュプル回路3と同じである。ここでは、電圧源VN2の
代わりに、NチャネルMOSトランジスタTN14を、電圧源V
P2の代わりに、PチャネルMOSトランジスタTP14を、そ
れぞれ用いている。こうすることにより、第一のプッシ
ュプル回路の場合と同様、プッシュプル回路に流れるバ
イアス電流の値が、トランジスタのしきい値電圧の変化
に対して変動しないようにしている。以上のような回路
構成とすることにより、出力HVCには精度の高い中間電
圧を得ることができ、かつ負荷容量CLを高速に充放電す
ることができる。
Next, an embodiment in which the above-described circuit is applied to an intermediate voltage (VCC / 2) generating circuit of a dynamic memory will be described with reference to FIG. FIG. 20 (a) is a configuration example of an intermediate voltage generating circuit according to the present invention. In the figure, 30 is a reference voltage generating circuit, 31 is a first complementary push-pull circuit, 32 is a current mirror type amplifier circuit, and 33 is a second complementary push-pull circuit. The reference voltage generation circuit generates an intermediate voltage at the terminal 34 by dividing the power supply voltage in half by two resistors R3 and R4 having the same resistance value. By using the same type of elements for the resistors R3 and R4, a fairly accurate value can be obtained for the intermediate voltage. Note that the element for obtaining the intermediate voltage is not limited to a resistor, and it is obvious that a similar circuit can be formed using, for example, a MOS transistor or the like. The first push-pull circuit is basically the same as the push-pull circuit 1 shown in FIG. Here, a resistor R5 and an N-channel MOS transistor TN10 are used instead of the voltage source VN1, and a resistor R6 and a P-channel MOS transistor TP10 are used instead of the voltage source VP1.
Are used respectively. By doing so, as described in the previous embodiment, the voltage of the terminal 35 is always applied to the input terminal.
34, it can be automatically set to a value which is higher by approximately the gate threshold voltage of the N-channel MOS transistor. The resistance value is selected so that the current flowing through R5 or R6 becomes a small value that is a fraction to one-tenth of the current flowing through R3 or R4. This is because even if the characteristics of the N-channel transistor and the P-channel transistor vary independently, and the current value flowing (or flowing) from the push-pull circuit to the reference voltage generating circuit fluctuates, the voltage at the terminal 34 is affected. This is to prevent fluctuation. The current mirror type amplifier circuit 32 has exactly the same configuration as the current mirror type amplifier circuit 2 shown in FIG. The second push-pull circuit is basically the same as the push-pull circuit 3 shown in FIG. Here, instead of the voltage source VN2, an N-channel MOS transistor TN14 is connected to the voltage source VN.
A P-channel MOS transistor TP14 is used instead of P2. By doing so, similarly to the case of the first push-pull circuit, the value of the bias current flowing through the push-pull circuit is kept from changing with the change in the threshold voltage of the transistor. With the above circuit configuration, an intermediate voltage with high accuracy can be obtained for the output HVC, and the load capacitance CL can be charged and discharged at high speed.

第20図(a)に示した本回路方式と第19図に示した従
来回路方式の性能比較を計算機解析により求めた結果を
第20図(b)および(c)に示す。第20図(b)におい
て、横軸はNチャネルトランジスタとPチャネルトラン
ジスタのゲートしきい値電圧の絶対値の差、縦軸は中間
電圧の値である。この結果より、従来回路においては、
しきい値電圧差が±0.2V変動したときには、出力電圧が
約±100mV(0.75Vに対して約±13%)変動するのに対し
て、本発明の回路では出力電圧変動は約±8mV(0.75Vに
対して約±1%)と、従来に比べて一桁以上低減するこ
とができる。第20図(c)は電源投入後の出力電圧の立
上り時間を電源電圧に対してプロットしたものである。
立上り時間は、出力の電圧が定常値の90%に達する時間
で定義している。また、負荷容量の値には、64MビットD
RAMのビット線プリチャージ電源およびプレート電極の
総容量を想定している。この解析結果からもわかるよう
に、本発明の回路によれば、従来回路に比べて約一桁短
い時間で負荷を立ち上げることができる。
20 (b) and 20 (c) show the results obtained by computer analysis of the performance comparison between the present circuit system shown in FIG. 20 (a) and the conventional circuit system shown in FIG. In FIG. 20 (b), the horizontal axis represents the difference between the absolute values of the gate threshold voltages of the N-channel transistor and the P-channel transistor, and the vertical axis represents the value of the intermediate voltage. From this result, in the conventional circuit,
When the threshold voltage difference fluctuates by ± 0.2 V, the output voltage fluctuates by about ± 100 mV (about ± 13% with respect to 0.75 V), whereas in the circuit of the present invention, the output voltage fluctuates by about ± 8 mV ( (Approximately ± 1% with respect to 0.75V), which can be reduced by one digit or more compared to the conventional case. FIG. 20 (c) plots the rise time of the output voltage after the power is turned on against the power supply voltage.
The rise time is defined as the time when the output voltage reaches 90% of the steady state value. Also, the value of the load capacity is 64 Mbit D
The total capacity of the bit line precharge power supply and plate electrode of the RAM is assumed. As can be seen from this analysis result, according to the circuit of the present invention, it is possible to raise the load in about an order of magnitude shorter than the conventional circuit.

第21図(a)は本発明の他の一実施例を示す回路構成
図である。同図において、40はコンプリメンタリ・プッ
シュプル型の電圧フォロワ回路、41はトライステート・
バッファである。電圧フォロワ回路は、基本的には第18
図(a)のプッシュプル回路1と同じである。ここで
は、プッシュプル回路の駆動能力を補うようにトライス
テート・バッファが動作する。トライステート・バッフ
ァは負荷駆動用のPチャネルトランジスタTP21とNチャ
ネルトランジスタTN21、これらトランジスタを駆動する
二つの差動型増幅回路(コンパレータ)AMP1とAMP2、お
よび、オフセット量の設定のための二つの電圧源VOSLと
VOSHとから構成される。この回路の動作は次の三つの電
圧の条件のいずれにあてはまるかによってきまる。
FIG. 21 (a) is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. In the figure, 40 is a complementary push-pull voltage follower circuit, and 41 is a tri-state voltage follower circuit.
It is a buffer. The voltage follower circuit is basically the 18th
This is the same as the push-pull circuit 1 in FIG. Here, the tri-state buffer operates so as to supplement the driving capability of the push-pull circuit. The tri-state buffer is a P-channel transistor TP21 and an N-channel transistor TN21 for driving a load, two differential amplifier circuits (comparators) AMP1 and AMP2 for driving these transistors, and two voltages for setting an offset amount. With source VOSL
VOSH. The operation of this circuit depends on which of the following three voltage conditions applies.

(1)V(OUT)>V(IN)+VOSH (2)V(IN)+VOSH>V(OUT)>V(IN)−VOSL (3)V(IN)−VOSL>V(OUT) (1)の電圧条件においては、端子43の電圧よりも出力
OUTの電圧が高くなり端子45の電圧は高い電圧レベル(V
CC)になる。また、端子44の電圧も高い電圧レベル(VC
C)になる。したがって、NチャネルトランジスタTN21
が導通、PチャネルトランジスタTP21がカットオフとな
り、負荷を放電する。(2)の電圧条件においては、端
子43の電圧よりも出力OUTの電圧が低くなり端子45の電
圧は低い電圧レベル(VSS)になる。また、端子44の電
圧は高い電圧レベル(VCC)を保つ。したがって、二つ
のトランジスタTN21とTP21は共にカットオフとなり、出
力は高インピーダンス状態になる。(3)の電圧条件に
おいては、端子42の電圧よりも出力OUTの電圧が低くな
り端子44の電圧は低い電圧レベル(VSS)になる。ま
た、端子45の電圧は低い電圧レベル(VSS)を保つ。し
たがって、NチャネルトランジスタTN21がカットオフ、
PチャネルトランジスタTP21が導通となり、負荷を充電
する。このように、出力の電圧が入力の電圧を中心とし
たある一定範囲を越えて大きくなると放電、一定範囲を
越えて小さくなると充電、一定範囲内にあれば充電も放
電もしないという三つの状態(トライステート)を有す
る駆動回路を実現できる。この回路の過渡時の動作を同
図(b)に示す。今、入力電圧V(IN)が時刻t0で降下
し、時刻t2で上昇した場合を考える。立ち下がり時にお
いては、時刻t0から出力の電圧が「(定常状態での電
圧)+VOSH」に等しくなる時刻t1まで端子45の電圧がVC
Cになり、トランジスタTN21を導通させ、負荷を放電す
る。また、立ち上がり時においては、時刻t2から出力の
電圧が「(定常状態での電圧)−VOSL」に等しくなる時
刻t3まで端子44の電圧がVSSになり、トランジスタTP21
を導通させ、負荷を充電する。
(1) V (OUT)> V (IN) + VOSH (2) V (IN) + VOSH> V (OUT)> V (IN) -VOSL (3) V (IN) -VOSL> V (OUT) (1) Under the voltage condition, the output voltage is higher than the voltage at terminal 43.
The voltage at OUT rises and the voltage at terminal 45 rises to a higher voltage level (V
CC). Also, the voltage of terminal 44 is high (VC
C). Therefore, N-channel transistor TN21
Is turned on, the P-channel transistor TP21 is cut off, and the load is discharged. Under the voltage condition (2), the voltage of the output OUT becomes lower than the voltage of the terminal 43, and the voltage of the terminal 45 becomes a low voltage level (VSS). In addition, the voltage of the terminal 44 maintains a high voltage level (VCC). Therefore, the two transistors TN21 and TP21 are both cut off, and the output is in a high impedance state. Under the voltage condition (3), the voltage of the output OUT becomes lower than the voltage of the terminal 42, and the voltage of the terminal 44 becomes a low voltage level (VSS). Further, the voltage of the terminal 45 maintains a low voltage level (VSS). Therefore, the N-channel transistor TN21 is cut off,
P-channel transistor TP21 becomes conductive and charges the load. Thus, there are three states (discharge when the output voltage increases beyond a certain range around the input voltage, charging when the output voltage decreases below the certain range, and neither charging nor discharging if within the certain range) ( (Tri-state). The operation of this circuit during a transition is shown in FIG. Now, consider the case where the input voltage V (IN) drops at time t0 and rises at time t2. At the time of the fall, the voltage of the terminal 45 is VC from the time t0 to the time t1 when the output voltage becomes equal to “(voltage in a steady state) + VOSH”.
C, the transistor TN21 is turned on, and the load is discharged. At the time of rising, the voltage of the terminal 44 becomes VSS until the time t3 when the output voltage becomes equal to “(voltage in a steady state) −VOSL” from the time t2, and the transistor TP21
To conduct and charge the load.

このように、プッシュプル回路にトライステート・バ
ッファを組合せることにより、入出力間の電圧誤差があ
る程度以上大きくなった時には、駆動能力の高いトラン
ジスタを導通させることにより、過渡時の応答速度を高
めることができる。オフセット量の設定のための二つの
電圧源VOSLとVOSHの値はなるべく小さな値にしたほうが
設定電圧への収束を速めることができるが、誤動作を避
けるために、差動型増幅回路(コンパレータ)AMP1とAM
P2の入力オフセット電圧よりも十分大きな値にする必要
がある。MOSトランジスタで回路を構成する場合には、
この値は50mV以上にするのが望ましい。なお、トライス
テート・バッファの回路構成は、ここに示した例に限ら
ず、同様の機能を実現するものであれば、他の方式であ
っても差し支えない。
As described above, by combining the push-pull circuit with the tri-state buffer, when the voltage error between the input and the output becomes larger than a certain level, the transistor having a high driving capability is turned on to increase the response speed in the transient state. be able to. Setting the values of the two voltage sources VOSL and VOSH for setting the offset amount to a value as small as possible can speed up the convergence to the set voltage. However, in order to avoid malfunction, a differential amplifier circuit (comparator) AMP1 is used. And AM
The value must be sufficiently larger than the input offset voltage of P2. When configuring a circuit with MOS transistors,
This value is preferably set to 50 mV or more. Note that the circuit configuration of the tristate buffer is not limited to the example shown here, and any other system may be used as long as the same function is realized.

次に第22図を用いて、トライステート・バッファを用
いた電圧フォロワをダイナミックメモリの中間電圧(VC
C/2)発生回路に適用した実施例を説明する。第22図
(a)は本発明による中間電圧発生回路の構成例であ
る。第22図(a)において、50は基準電圧発生回路、51
は第18図で説明した電圧フォロワ回路、52はトライステ
ート・バッファである。これは、第20図(a)に示した
中間電圧発生回路にトライステート・バッファを付加す
ることにより、入出力間の電圧の誤差が大きくなったと
きの復元能力を高めている。以下、トライステート・バ
ッファの構成と動作について説明する。本実施例の特徴
は、第一のプッシュプル回路をそのまま利用し、カレン
トミラー回路のミラー比の差を利用して誤差電圧を検出
しトライステートバッファを起動する点にある。第22図
(a)において、TP36とTP37はPチャネルMOSトランジ
スタ、TN36とTN37はNチャネルMOSトランジスタ、INV1
とINV2はインバータ、TP38はインバータINV1の出力で負
荷を駆動するようにしたPチャネルMOSトランジスタ、T
N38はインバータINV2の出力で負荷を駆動するようにし
たNチャネルMOSトランジスタを、それぞれ示してい
る。TP32とTP36、TP32とTP37、TN32とTN36、TN32とTN37
とが、それぞれカレントミラー回路を構成している。
今、トランジスタTN31に流れる電流をIC1、トランジス
タTP31に流れる電流をID1、トランジスタTN36に流れる
電流をID2、トランジスタTP36に流れる電流をIC2、とそ
れぞれ置く。出力電圧の誤差δVとIC1、ID1の関係は、
先に説明したように、 と近似することができる。カレントミラー回路のミラー
比を、 とすると、下式のようになる。
Next, referring to FIG. 22, a voltage follower using a tri-state buffer is connected to an intermediate voltage (VC
C / 2) An embodiment applied to a generation circuit will be described. FIG. 22 (a) is a configuration example of an intermediate voltage generating circuit according to the present invention. In FIG. 22 (a), 50 is a reference voltage generation circuit, 51
Is a voltage follower circuit described in FIG. 18, and 52 is a tri-state buffer. This enhances the restoring ability when a voltage error between input and output becomes large by adding a tri-state buffer to the intermediate voltage generating circuit shown in FIG. 20 (a). Hereinafter, the configuration and operation of the tri-state buffer will be described. The feature of this embodiment lies in that the first push-pull circuit is used as it is, an error voltage is detected using the difference in the mirror ratio of the current mirror circuit, and the tri-state buffer is activated. In FIG. 22 (a), TP36 and TP37 are P-channel MOS transistors, TN36 and TN37 are N-channel MOS transistors, INV1
And INV2 are inverters, TP38 is a P-channel MOS transistor that drives a load with the output of inverter INV1, T
N38 denotes an N-channel MOS transistor in which a load is driven by the output of the inverter INV2. TP32 and TP36, TP32 and TP37, TN32 and TN36, TN32 and TN37
Form a current mirror circuit.
Now, the current flowing through the transistor TN31 is denoted by IC1, the current flowing through the transistor TP31 is denoted by ID1, the current flowing through the transistor TN36 is denoted by ID2, and the current flowing through the transistor TP36 is denoted by IC2. The relationship between the output voltage error δV and IC1, ID1 is
As explained earlier, Can be approximated. The mirror ratio of the current mirror circuit is Then, the following equation is obtained.

今、出力にオフセット電圧Vosを印加したときに、IC2
=1D2となるとし、その時の電流値をI2と置くと、オフ
セット電圧Vosは と表される。ここで、 またβは第一のプッシュプル回路を構成するトランジス
タのβ、I1は定常状態において第一のプッシュプル回路
に流れる電流である。例えば、I1=0.2μA、I2=1μ
A、β=1mA/V2、MN1=1、MP1=0.2とすると、オフセ
ット電圧Vosの値は−100mVとなる。すなわち、出力電圧
が定常値から100mV以上低下すると、インバータINV1の
入力電圧は低レベルから高レベルに、出力電圧は高レベ
ルから低レベルに遷移して駆動用のPチャネルMOSトラ
ンジスタTP38を導通させ、負荷を充電する。これと同様
に、トランジスタTP37とTN37の定数を適当に選ぶことに
より、所定のプラス側のオフセットがあったときに、N
チャネルMOSトランジスタTN38を導通させ、負荷を放電
するようにすることができる。
Now, when the offset voltage Vos is applied to the output, IC2
= A becomes 1D2, placing the current value at that time and I 2, the offset voltage Vos is It is expressed as here, The β is β of the transistors constituting the first push-pull circuit, I 1 is the current flowing in the first push-pull circuit in steady state. For example, I 1 = 0.2 μA, I 2 = 1 μ
A, if β = 1 mA / V 2 , M N1 = 1, M P1 = 0.2, the value of the offset voltage Vos is −100 mV. That is, when the output voltage drops from the steady value by 100 mV or more, the input voltage of the inverter INV1 changes from the low level to the high level, the output voltage changes from the high level to the low level, and the driving P-channel MOS transistor TP38 is turned on. Charge the load. Similarly, by appropriately selecting the constants of the transistors TP37 and TN37, when there is a predetermined positive offset, N
The channel MOS transistor TN38 can be turned on to discharge the load.

以上、説明したように、本実施例に示したような回路
構成をとることにより、第21図に示したのと同様な機能
を実現することができる。また、この回路方式では、カ
レントミラー回路のミラー比によってオフセット量を決
めているため、トランジスタ対の特性差が小さくなるよ
うに配慮すれば、オフセット量を精度良く設定すること
ができる。さらに、高精度の差動型増幅回路を別に設け
る必要がないため、消費電力が小さく、かつ簡単な構成
で高い性能を実現することができる。
As described above, by adopting the circuit configuration as shown in this embodiment, the same function as that shown in FIG. 21 can be realized. Further, in this circuit method, since the offset amount is determined by the mirror ratio of the current mirror circuit, the offset amount can be accurately set if care is taken to reduce the characteristic difference between the transistor pair. Further, since there is no need to separately provide a high-precision differential amplifier circuit, high performance can be realized with low power consumption and a simple configuration.

本回路方式と第19図に示した従来回路方式の性能比較
を計算機解析により求めた結果を第22図(b)に示す。
第22図(b)は電源投入後の出力電圧の立上り時間を電
源電圧に対してプロセットしたものである。立上り時間
は、出力の電圧が定常値の90%に達する時間で定義して
いる。また、負荷容量の値には、64MビットDRAMのビッ
ト線プリチャージ電源およびプレート電極の総容量を想
定ている。この解析結果からもわかるように、本発明の
回路によれば、先に第20図(a)で示した実施例より
も、さらに立上り時間を約半桁短縮することができる。
従来回路に比べると約一桁半短い時間で負荷を立ち上げ
ることができる。以上説明したように、プッシュプル回
路にトライステート・バッファを組合せることにより、
さらに高速に入力に追従することの可能な電圧フォロワ
回路を供することができるようになる。なお、電圧の設
定精度はプッシュプル回路によって決まるため、先の実
施例の場合と同様、入出力間の電圧誤差を極めて小さな
値にすることができる。
FIG. 22 (b) shows the result obtained by computer analysis of the performance comparison between the present circuit system and the conventional circuit system shown in FIG.
FIG. 22 (b) shows the rise time of the output voltage after the power is turned on preset to the power supply voltage. The rise time is defined as the time when the output voltage reaches 90% of the steady state value. The value of the load capacitance is assumed to be the total capacitance of the bit line precharge power supply and the plate electrode of the 64-Mbit DRAM. As can be seen from this analysis result, according to the circuit of the present invention, the rise time can be further reduced by about half an order as compared with the embodiment shown in FIG.
The load can be started in about one and a half digits shorter than the conventional circuit. As described above, by combining a tri-state buffer with a push-pull circuit,
Further, it is possible to provide a voltage follower circuit capable of following an input at a higher speed. Since the setting accuracy of the voltage is determined by the push-pull circuit, the voltage error between the input and the output can be made extremely small as in the case of the previous embodiment.

以上の実施例では、集積回路(LSI)中の大容量負荷
を高速で駆動する回路構成について説明した。しかしな
がら、さらに高速に駆動しようとすると、充放電に際し
ての過渡電流が大きな問題になる。例えば、64Mビット
程度のDRAMの中間電圧発生回路の負荷容量は115nF程度
になるが、これを5μsの間に振幅1Vで駆動したときの
電流値は23mAに達する。これは、DRAMの消費電流値に匹
敵する大きさであり、これ以上高速に駆動することは、
主たる回路特性への影響、例えば電源線の雑音発生や、
駆動信号配線の信頼性低下などを招く危険があるため、
好ましくない。一般に、超高集積のLSI、特にメモリに
おいてはLSI全体を同種の複数のブロックで構成し、動
作時においては、それらブロックの内の一部のみを活性
化するような構成をとることが多い。こうしたLSIにお
いては、以下に述べる実施例を適用することが有効であ
る。
In the above embodiment, the circuit configuration for driving a large-capacity load in an integrated circuit (LSI) at high speed has been described. However, when driving at a higher speed, a transient current at the time of charging and discharging becomes a serious problem. For example, the load capacitance of the intermediate voltage generation circuit of a DRAM of about 64 Mbits is about 115 nF, and the current value when driving this with an amplitude of 1 V for 5 μs reaches 23 mA. This is comparable to the current consumption of a DRAM.
Influence on main circuit characteristics, such as power line noise generation,
Because there is a risk of lowering the reliability of the drive signal wiring,
Not preferred. Generally, in an ultra-highly integrated LSI, particularly in a memory, the entire LSI is often composed of a plurality of blocks of the same type, and at the time of operation, a configuration is often adopted in which only a part of the blocks is activated. In such an LSI, it is effective to apply the embodiments described below.

第23図はダイナミック・メモリ(DRAM)の中間電圧供
給方式に本発明を適用した実施例を示している。同図
(a)において、MB0、MB1〜MBiはi+1個のメモリ・
ブロック、60〜62はワード線選択回路、68〜70は各メモ
リ・ブロックからの中間電圧引出線、76と77は二組の中
間電圧発生回路、74と75は二組の中間電圧発生回路から
各メモリ・ブロックに中間電圧HVC1とHVCを供給する信
号線、71〜73は二つの信号線の内のいずれかをメモリ・
ブロックに供給するように各ブロック毎に設けたスイッ
チである。また、メモリ・ブロックMB0は、メモリセル
を二次元に配列したメモリセルアレーMA0、メモリセル
から読出した信号を増幅して外部に出力したり外部から
の信号をメモリセルに書き込んだりする入出力制御回路
ブロックMC0、入出力回路67等から構成される。DL0、▲
▼、DLj、▲▼はメモリセルに信号を伝送
するデータ線、63は蓄積容量の対向電極を成すプレート
電極、64は非選択時にデータ線を中間電圧にするために
配されたプリチャージ電圧供給線、PCはプリチャージ信
号線、SA0〜SAjはメモリセルから読出した信号を検知増
幅するセンスアンプ、65と66は入出力回路67と各データ
線との間の信号伝送を行なう共通入出力線対、IO0〜IOj
はアドレス指定信号によって選択されたデータ線対と共
通入出力線対との間の接続を制御するIOゲートである。
FIG. 23 shows an embodiment in which the present invention is applied to an intermediate voltage supply system of a dynamic memory (DRAM). In FIG. 3A, MB0, MB1 to MBi are i + 1 memories
Blocks, 60 to 62 are word line selection circuits, 68 to 70 are intermediate voltage lead lines from each memory block, 76 and 77 are two sets of intermediate voltage generation circuits, and 74 and 75 are two sets of intermediate voltage generation circuits. Signal lines for supplying the intermediate voltages HVC1 and HVC to each memory block, and 71 to 73 are used to store one of the two signal lines
This is a switch provided for each block so as to be supplied to the block. The memory block MB0 is a memory cell array MA0 in which memory cells are arranged two-dimensionally, an input / output control for amplifying a signal read from the memory cell and outputting the amplified signal to the outside or writing an external signal to the memory cell. It comprises a circuit block MC0, an input / output circuit 67 and the like. DL0, ▲
▼, DLj, ▲ ▼ are data lines for transmitting signals to memory cells, 63 is a plate electrode forming the opposite electrode of the storage capacitor, and 64 is a precharge voltage supply arranged to set the data line to an intermediate voltage when not selected. Line, PC is a precharge signal line, SA0 to SAj are sense amplifiers for detecting and amplifying signals read from memory cells, and 65 and 66 are common input / output lines for transmitting signals between the input / output circuit 67 and each data line. Vs. IO0 to IOj
Is an IO gate for controlling connection between the data line pair selected by the address designation signal and the common input / output line pair.

今、仮にi+1個のメモリ・ブロックの内、一つのブ
ロックMB0のみが選択され、動作状態になる場合を考え
る。この時、ワード線選択回路60によってMA0の中の一
本のワード線が選択され、高レベルに遷移する。と同時
に、スイッチ71が制御され、中間電圧引出線68は中間電
圧供給用の信号線75に接続される。一方、非選択状態に
あるメモリ・ブロックMB1〜MBiからの引出線69や70は、
中間電圧供給用の信号線74に接続される。このようにす
ると、中間電圧発生回路76にはi個のメモリ・ブロック
の負荷が接続されるのに対して、中間電圧発生回路77に
は一つのメモリ・ブロックの負荷しか接続されない。例
えば、i=15とすると、中間電圧発生回路77が駆動する
負荷容量は、中間電圧発生回路76が駆動する負荷容量の
15分の1になる。したがって、仮に76と77に同じ回路を
用いても、選択されたブロックMB0の中間電圧は非選択
ブロックの中間電圧に比べて15倍高速に動作するように
なる。回路の性能の点からは、非選択のメモリ・ブロッ
クの応答速度はメモリの性能には無関係であるから、過
渡電流をほとんど増大させることなく、メモリ全体の性
能向上を図ることができる。第23図(b)はメモリ動作
の間に電源電圧が変動した場合の中間電圧の時間変化を
示している。すなわち、時刻t0からt2の間に電圧VCCが
低下したとする。また、時刻t0からt1の間および時刻t3
以後はメモリ・ブロックMB0が、時刻t1からt3の間はメ
モリ・ブロックMB1が選択されるとする。時刻t0からt1
の間は、ブロックMB1は非選択であるため、中間電圧V
(69)はゆっくり応答しているのに対して、ブロックMB
0は選択されているため、中間電圧V(68)は高速に追
従している。時刻t1でブロックMB1が選択、ブロックMB0
が非選択に切り替わると、今度はV(69)が設定すべき
電圧に向け、速やかに変化する。このように、本実施例
によれば、ダイナミックメモリの中間電圧のような大容
量の負荷を、過渡電流をほとんど増大させることなく、
実質的に高速に駆動することが可能になる。なお、この
例では、ダイナミックメモリの中間電圧に本発明を適用
した例について説明したが、適用範囲はこれに限るもの
ではなく、同種のブロックで構成され、動作時はその内
の一部が活性化されるような集積回路一般に適用するこ
とができる。
Now, let us consider a case where only one block MB0 is selected from the (i + 1) memory blocks to be in an operation state. At this time, one word line in MA0 is selected by the word line selection circuit 60, and transitions to a high level. At the same time, the switch 71 is controlled, and the intermediate voltage lead line 68 is connected to the intermediate voltage supply signal line 75. On the other hand, the lead lines 69 and 70 from the unselected memory blocks MB1 to MBi are:
It is connected to a signal line 74 for supplying an intermediate voltage. In this way, the load of i memory blocks is connected to the intermediate voltage generating circuit 76, whereas the load of only one memory block is connected to the intermediate voltage generating circuit 77. For example, when i = 15, the load capacitance driven by the intermediate voltage generation circuit 77 is equal to the load capacitance driven by the intermediate voltage generation circuit 76.
It becomes 1/15. Therefore, even if the same circuit is used for 76 and 77, the intermediate voltage of the selected block MB0 operates 15 times faster than the intermediate voltage of the non-selected block. From the viewpoint of the circuit performance, the response speed of the unselected memory block is independent of the performance of the memory. Therefore, the performance of the entire memory can be improved with almost no increase in transient current. FIG. 23 (b) shows a temporal change of the intermediate voltage when the power supply voltage fluctuates during the memory operation. That is, it is assumed that the voltage VCC has dropped between time t0 and time t2. Also, between time t0 and t1 and at time t3
Hereinafter, it is assumed that the memory block MB0 is selected and the memory block MB1 is selected from the time t1 to t3. From time t0 to t1
During the period, since the block MB1 is not selected, the intermediate voltage V
(69) responds slowly, whereas block MB
Since 0 is selected, the intermediate voltage V (68) follows at high speed. At time t1, block MB1 is selected, block MB0
Is switched to non-selection, this time, V (69) quickly changes toward the voltage to be set. As described above, according to the present embodiment, a large-capacity load such as an intermediate voltage of a dynamic memory can be supplied without substantially increasing a transient current.
It becomes possible to drive at a substantially high speed. In this example, an example in which the present invention is applied to an intermediate voltage of a dynamic memory has been described. However, the application range is not limited to this. The present invention can be applied to an integrated circuit in general.

以上、各実施例によって本発明の詳細を説明したが、
本発明の適用範囲はこれらに限定されるものではない。
例えば、ここではCMOSトランジスタによりLSIを構成す
る場合を主に説明したが、バイポーラトランジスタを用
いたLSI、接合型FETを用いたLSI、CMOSトランジスタと
バイポーラトランジスタを組合せたBiCMOS型のLSI、さ
らにはシリコン以外の材料、例えばガリウム砒素などの
基板に素子を形成したLSIなどでも、そのまま適用でき
る。
As described above, the details of the present invention have been described with reference to the embodiments.
The scope of the present invention is not limited to these.
For example, here, the case where an LSI is composed of CMOS transistors has been mainly described, but an LSI using a bipolar transistor, an LSI using a junction type FET, a BiCMOS type LSI combining a CMOS transistor and a bipolar transistor, and a silicon Other materials, for example, LSI in which elements are formed on a substrate such as gallium arsenide can be applied as they are.

また本実施例の中では電流増幅回路としてカレントミ
ラー回路を用いたが、他の電流増幅回路を用いることも
できる。
In this embodiment, the current mirror circuit is used as the current amplifier circuit, but another current amplifier circuit can be used.

以上、本願発明にかかる半導体装置の特徴をまとめる
と以下の通りである。
The features of the semiconductor device according to the present invention are summarized as follows.

(1)第一の電源電圧(VSS)および、それよりも高い
第二の電源電圧(VCC)を外部から与えて動作する半導
体装置であって、第一および第二の電源電圧と異なる第
三の電源電圧を発生する手段を装置上に有し、かつ該第
二と第一の電源電圧の差が2V以下で動作させる。
(1) A semiconductor device which operates by externally applying a first power supply voltage (VSS) and a second power supply voltage (VCC) higher than the first power supply voltage (VSS), and which is different from the first and second power supply voltages. Means for generating the power supply voltage is provided on the device, and is operated when the difference between the second and first power supply voltages is 2 V or less.

(2)(1)おいて、上記第三の電源電圧と第一の電源
電圧の差は上記第二の電源電圧と第一の電源電圧の差の
1.5倍以上である。
(2) In (1), the difference between the third power supply voltage and the first power supply voltage is the difference between the second power supply voltage and the first power supply voltage.
1.5 times or more.

(3)(1)において、上記第三の電源電圧は上記第一
の電源電圧と上記第二の電源電圧の中間の電圧である。
(3) In (1), the third power supply voltage is an intermediate voltage between the first power supply voltage and the second power supply voltage.

(4)第一の電源電圧(VSS)および、それよりも高い
第二の電源電圧(VCC)を外部から与えて動作する半導
体装置であって、第一および第二の電源電圧と異なる第
三の電源電圧と第四の電源電圧を発生する手段を装置上
に有し、かつ該第二と第一の電源電圧の差が2V以下で動
作し、上記第三の電源電圧と第一の電源電圧の差は上記
第二の電源電圧と第一の電源電圧の差の1.5倍以上であ
り、上記第四の電源電圧は上記第一の電源電圧と上記第
二の電源電圧の中間の電圧である。
(4) A semiconductor device which operates by externally applying a first power supply voltage (VSS) and a second power supply voltage (VCC) higher than the first power supply voltage (VSS), and which is different from the first and second power supply voltages. Means for generating a power supply voltage and a fourth power supply voltage on the device, and operates at a difference between the second and first power supply voltages of 2 V or less, and the third power supply voltage and the first power supply voltage. The voltage difference is at least 1.5 times the difference between the second power supply voltage and the first power supply voltage, and the fourth power supply voltage is an intermediate voltage between the first power supply voltage and the second power supply voltage. is there.

(5)(1)から(4)のいずれかにおいて、入力信号
電圧をMISFETのゲートへ接続し、信号線の電流に変換す
る電圧/電流交換手段と、その電流を出力信号電圧に再
変換する電流/電圧手段を有し、少なくとも該電圧/電
流変換手段の電流経路を第一導電形のMISFETで形成し、
該電流/電圧変換手段の電流経路を第一導電形と相補の
第二導電形のMISFETで形成する。
(5) In any one of (1) to (4), a voltage / current exchange means for connecting the input signal voltage to the gate of the MISFET and converting the current into a signal line current, and reconverting the current into an output signal voltage Having current / voltage means, and forming at least a current path of the voltage / current conversion means with a MISFET of a first conductivity type;
The current path of the current / voltage conversion means is formed of a second conductivity type MISFET complementary to the first conductivity type.

(6)(5)において、上記信号線の電圧は上記第一の
電源電圧と上記第二の電源電圧の中間の電圧である。
(6) In (5), the voltage of the signal line is an intermediate voltage between the first power supply voltage and the second power supply voltage.

(7)(6)において、上記一つの信号線に対して、複
数の電圧/電流変換手段と一つの電流/電圧手段と、該
複数の電庄/電流変換手段のうちの一つを信号線に接続
する選択手段を有する。
(7) In (6), for the one signal line, a plurality of voltage / current converting means, one current / voltage means, and one of the plurality of voltage / current converting means are connected to a signal line. And selection means for connecting to

(8)(1)から(7)のいずれかにおいて、一部にダ
イナミックメモリを含む。
(8) In any one of (1) to (7), a dynamic memory is partially included.

(9)(8)において、上記ダイナミックメモリは複数
のデータ線対群、ワード線群及びデータ線とワード線と
の交点に配置されたメモリセル群とから構成される少な
くとも一つのメモリセルアレー、データ線からの情報を
少なくとも2対のデータ線で共用する信号線へ読みだ
す、あるいは信号線からデータ線へ情報を書き込むため
の列アドレス選択される入出力制御回路群を有する半導
体メモリにおいて、メモリセルアレーのデータ線に接続
される入出力制御回路はメモリセルアレーの左右に交互
に配置され、かつ読みだし動作と書き込み動作におい
て、データ線と人出力制御回路の信号線との伝達インピ
ーダンスを変化させる。
(9) In (8), the dynamic memory includes at least one memory cell array including a plurality of data line pair groups, a word line group, and a memory cell group arranged at an intersection of the data line and the word line. A semiconductor memory having an input / output control circuit group for selecting a column address for reading information from a data line to a signal line shared by at least two pairs of data lines or writing information from the signal line to the data line, Input / output control circuits connected to the data lines of the cell array are arranged alternately on the left and right sides of the memory cell array, and change the transfer impedance between the data lines and the signal lines of the human output control circuit during read and write operations. Let it.

(10)(9)おいて、入出力制御回路の伝達インピーダ
ンスを変化させる手段としては、読みだし動作に称する
信号線と書き込み動作に使用する信号線を独立して設け
る。
(10) In (9), as means for changing the transfer impedance of the input / output control circuit, a signal line called a reading operation and a signal line used for a writing operation are provided independently.

(11)(10)において、信号線を独立して設ける手段と
して、入出力制御回路の読みだし動作に用いる信号線と
データ線との間には少なくとも1個の絶縁ゲート(MI
S)形トランジスタを有し、そのトランジスタのゲート
にはデータ線が接続され、そのソース側に信号線が接続
されている、また入出力制御回路の書き込み動作に用い
る信号線とデータ線との間には少なくとも1個の絶縁ゲ
ート(MIS)形トランジスタを有し、そのドレンイン側
にデータ線が接続され、そのソース側に信号線が接続さ
れている。
(11) In (10), as means for independently providing a signal line, at least one insulating gate (MI) is provided between the signal line and the data line used for the read operation of the input / output control circuit.
S) type transistor having a gate connected to a data line and a source connected to a signal line, and between a signal line and a data line used for a write operation of an input / output control circuit. Has at least one insulated gate (MIS) transistor, a data line is connected to its drain-in side, and a signal line is connected to its source side.

(12)(10)において、読みだし用の入出力制御回路に
は信号線への接続を制御する制御線を有し、入出力制御
回路の読みだし動作に用いる信号線と制御線の電位は、
その入出力制御回路を非選択時には同じ電位に設定し、
選択時には信号線を信号検出手段とし、制御線を非選択
時の電位とは異なる他の電位に変化させる。
(12) In (10), the read input / output control circuit has a control line for controlling connection to the signal line, and the potential of the signal line and the control line used for the read operation of the input / output control circuit is ,
When the input / output control circuit is not selected, it is set to the same potential,
At the time of selection, the signal line is used as signal detection means, and the control line is changed to another potential different from the potential at the time of non-selection.

(13)(9)において、左右の入出力制御回路は少なく
ともデータ線対ピツチの2倍で配置する。
(13) In (9), the left and right input / output control circuits are arranged at least twice the data line pair pitch.

(14)(9)において、データ線対は一対ごとにメモリ
セルアレー内で交差している。
(14) In (9), the data line pairs cross each other in the memory cell array.

(15)(9)において、該入出力制御回路のデータ線対
間にデータ線と同時に形成され、かつデータ線以外の配
線を配置する。
(15) In (9), a wiring other than the data line is formed between the data line pair of the input / output control circuit and the data line at the same time.

(16)(9)において、メモリの動作試験時には1つの
列アドレスで複数個の入出力制御回路を選択できる機能
を持ち、並列テストを可能にする。
(16) In (9), a function of selecting a plurality of input / output control circuits with one column address at the time of an operation test of a memory is provided to enable a parallel test.

(17)(16)において、読みだし用の入出力制御回路の
制御線は線対である。
(17) In (16), the control lines of the input / output control circuit for reading are line pairs.

(18)(16)において、メモリセルからデータ線に読み
だされた信号を検知増幅する手段であるセンスアンプの
高電圧側の電源線の電圧レベルを任意に設定可能にでき
る手段を有する。
(18) In (16), there is provided a means capable of arbitrarily setting the voltage level of the power supply line on the high voltage side of the sense amplifier, which is means for detecting and amplifying a signal read from the memory cell to the data line.

(19)(8)において、上記ダイナミックメモリはチッ
プ上にデータ線、ワード線、メモリセル、およびスイッ
チトランジスタから成るメモリセルアレーと、上記デー
タ線に印加する最低の動作電圧として上記スイッチトラ
ンジスタのしきい値電圧の1.5乃至2倍の電庄を与える
データ線電源の出力と、該データ線電源電圧を基に上記
ワード線に所要の電圧を出力するワードドライバとの構
成を有して、上記スイッチトランジスタのゲートにワー
ド線電圧を印加してゲート線からのデータをメモリセル
に取り込むようになされた半導体集積回路において、上
記データ線電源電圧を、データ線電圧より上記スイッチ
トランジスタのしきい値電圧分以上高い電圧に変換する
電圧変換回路と、該電庄変換回路の出力を電源として動
作するスタティック型ワードドライバとを備える。
(19) In the constitution (8), the dynamic memory comprises a memory cell array comprising a data line, a word line, a memory cell and a switch transistor on a chip, and a switch transistor as a minimum operating voltage applied to the data line. An output of a data line power supply for providing a voltage of 1.5 to 2 times the threshold voltage, and a word driver for outputting a required voltage to the word line based on the data line power supply voltage; In a semiconductor integrated circuit in which a word line voltage is applied to a gate of a transistor to take in data from a gate line into a memory cell, the data line power supply voltage is deviated from a data line voltage by a threshold voltage of the switch transistor. A voltage conversion circuit for converting the voltage to a higher voltage, and a static operation which operates using the output of the voltage conversion circuit as a power supply. And a word driver.

(20)(19)において、上記電庄変換回路は、チャージ
ボンブ回路と整流回路との構成を備える。
(20) In (19), the electric conversion circuit has a configuration of a charge bomb circuit and a rectifier circuit.

(21)(20)において、上記チャージポンプ回路は、第
1、第2、第3、第4のMOSトランジスタと第1、第2
のコンデンサを含み、該第2、第3、第4のMOSトラン
ジスタのドレインは電源に、第2のMOSトランジスタの
ゲートは第4のMOSトランジスタのソースに、第3のMOS
トランジスタのソースは第2のMOSトランジスタのソー
スに、第3、第4のMOSトランジスタのゲートは電源に
接続され、第1のコンデンサの1つの端子は第4のMOS
トランジスタのソースに、第2のコンデンサの1つの端
子は第2のMOSトランジスタのソースに接続され、該第
1、第2のコンデンサの他の1端はそれぞれ逆相のパル
スが入力されるようになされたチャージポンプ回路にお
いて、さらに第1のMOSトランジスタのドレインを電源
に、ソースを第4のMOSトランジスタのソースに、ゲー
トを第2のMOSトランジスタのソースに結合する。
(21) In (20), the charge pump circuit includes first, second, third, and fourth MOS transistors and first and second MOS transistors.
, The drains of the second, third and fourth MOS transistors are connected to the power supply, the gate of the second MOS transistor is connected to the source of the fourth MOS transistor, and the third MOS transistor
The source of the transistor is connected to the source of the second MOS transistor, the gates of the third and fourth MOS transistors are connected to the power supply, and one terminal of the first capacitor is connected to the fourth MOS transistor.
One terminal of the second capacitor is connected to the source of the transistor, and one terminal of the second capacitor is connected to the source of the second MOS transistor. In the charge pump circuit, the drain of the first MOS transistor is connected to the power supply, the source is connected to the source of the fourth MOS transistor, and the gate is connected to the source of the second MOS transistor.

(22)上記整流回路は、整流素子がMOSトランジスタに
より構成され、該MOSトランジスタのドレインを入力、
ソースを出力とし、該入力には上記第3項記載のチャー
ジポンプ回路、ソースには該出力から電荷を伝達する回
路とその電荷を蓄えるコンデンサおよびその電荷を電源
に伝達する回路が接続され、該入力の電圧が高レベルの
時は該コンデンサの1端を高レベルにして該MOSトラン
ジスタのゲート電庄を入力電圧とMOSトランジスタのし
きい値電圧の和以上にし、該入力の電圧が低レベルの時
は該コンデンサの1端を低レベルこすると同時に該MOS
トランジスタのゲート電圧を電源電圧にする。
(22) In the rectifier circuit, the rectifier element is constituted by a MOS transistor, and a drain of the MOS transistor is input,
The source is an output, the input is connected to the charge pump circuit according to the above item 3, the source is connected to a circuit for transmitting charges from the output, a capacitor for storing the charges, and a circuit for transmitting the charges to a power supply. When the input voltage is at a high level, one end of the capacitor is set to a high level to make the gate voltage of the MOS transistor equal to or higher than the sum of the input voltage and the threshold voltage of the MOS transistor. When rubbing one end of the capacitor to low level,
The gate voltage of the transistor is set to the power supply voltage.

(23)(20)において、上記メモリセルアレーとワード
ドライバと電圧変換回路に用いるMOSトランジスタのし
きい値を3種類とし、メモリセルアレーのものを最も高
く、ワードドライバのものを中間に、電圧変換回路のも
のを最も低くする。
(23) In (20), the threshold values of the MOS transistors used in the memory cell array, the word driver, and the voltage conversion circuit are set to three types. The threshold value of the memory cell array is the highest, and that of the word driver is intermediate. The conversion circuit is the lowest.

(24)(1)から(4)のいずれかにおいて、電圧端子
間に接続したトランジスタを介して端子間電圧を分圧し
て出力する分圧回路と、該トランジスタのゲートにバイ
アス電圧を印加するバイアス回路とを含むコンプリメン
タリ・プッシュプル回路を有して、電源電圧をその中間
電圧に変換して負荷に出力する半導体装置において、上
記中間電圧に等しい基準電圧の入力と、同一負荷に対し
て出力を並列接続する少なくとも二つの第一および第二
のコンプリメンタリ・プッシュプル回路と、基準電流を
増幅して出力するプッシュプル電流増幅回路とを備え、
第一のコンプリメンタリ・プッシュプル回路は、そのバ
イアス回路に、上記基準電圧の入力と該入力に付加する
バイアス電庄源を備えるとともに、該プッシュプル回路
の分圧回路は上記電流増幅回路の基準電流回路を形成
し、かつ該電流増幅回路の出力端を上記第二のコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路のバイアス回路に接続す
る。
(24) In any one of the constitutions (1) to (4), a voltage dividing circuit for dividing and outputting a voltage between terminals via a transistor connected between voltage terminals, and a bias for applying a bias voltage to a gate of the transistor. A semiconductor device having a complementary push-pull circuit including a circuit and converting a power supply voltage into an intermediate voltage thereof and outputting the intermediate voltage to a load, wherein an input of a reference voltage equal to the intermediate voltage and an output to the same load are output. At least two first and second complementary push-pull circuits connected in parallel, and a push-pull current amplifier circuit that amplifies and outputs a reference current,
The first complementary push-pull circuit includes, in its bias circuit, an input of the reference voltage and a bias voltage source added to the input, and a voltage dividing circuit of the push-pull circuit includes a reference current of the current amplifying circuit. A circuit is formed, and an output terminal of the current amplifying circuit is connected to the bias circuit of the second complementary push-pull circuit.

(25)(24)において、上記第一および第二のコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路のバイアス電圧は、該電圧
を印加する該プッシュプル回路のトランジスタのゲート
しきい値電圧にほぼ等しい電圧である。
(25) In (24), the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the push-pull circuit to which the voltage is applied.

(26)(1)又は(25)において、上記電流増幅回路は
カレントミラー型のプッシュ増幅回路である。
(26) In (1) or (25), the current amplifier circuit is a current mirror type push amplifier circuit.

(27)(24)から(26)において、上記第一および第二
のコンプリメンタリ・プッシュプル回路を電界効果トラ
ンジスタにより構成する。
(27) In the constitutions (24) to (26), the first and second complementary push-pull circuits are constituted by field effect transistors.

(28)電圧端子間に接続したトランジスタを介して端子
間電庄を分庄して出力する分圧回路と、該トランジスタ
のゲートにバイアス電庄を印加するバイアス回路とを含
むコンプリメンタリ・プッシュプル回路を有して、電源
電圧をその中間電圧に変換して負荷に出力する半導体装
置において、上記中間電庄に等しい基準電圧の入力と、
同一負荷に対して出力を並列接続する少なくとも二つの
第一および第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回路
およびトライステート駆動回路と、基準電流を増幅して
出力するプッシュプル電流増幅回路とを備え、第一のコ
ンプリメンタリ・プッシュプル回路は、そのバイアス回
路に、上記基準電圧の人力と該入力に付加するバイアス
電庄源を備えるとともに、該プッシュプル回路の分圧回
路は上記電流増幅回路の基準電流回路を形成し、かつ該
電流増幅回路の出力端を上記第二のコンプリメンタリ・
プッシュプル回路のバイアス回路に接続すること、さら
に上記トライステート駆動回路は、上記入力の電圧より
も低い第一の判定電圧と上記入力の電圧よりも高い第二
の判定電圧とを備え、出力電圧が第一の判定電圧よりも
低いときには出力を充電し、出力電圧が第二の判定電圧
よりも高いときには出力を放電する手段を備える。
(28) A complementary push-pull circuit including a voltage dividing circuit for dividing and outputting a voltage between terminals via a transistor connected between voltage terminals and a bias circuit for applying a bias voltage to a gate of the transistor. A semiconductor device that converts a power supply voltage to an intermediate voltage and outputs the intermediate voltage to a load; and
At least two first and second complementary push-pull circuits and a tri-state drive circuit that connect outputs in parallel to the same load, and a push-pull current amplifier circuit that amplifies and outputs a reference current, Complementary push-pull circuit has a bias circuit including a manual input of the reference voltage and a bias voltage source to be added to the input, and a voltage dividing circuit of the push-pull circuit includes a reference current circuit of the current amplifying circuit. And the output end of the current amplifier circuit is connected to the second complementary
Connected to a bias circuit of a push-pull circuit, the tristate drive circuit further includes a first determination voltage lower than the input voltage and a second determination voltage higher than the input voltage, and an output voltage Means for charging the output when the output voltage is lower than the first determination voltage, and discharging the output when the output voltage is higher than the second determination voltage.

(29)(28)において、上記第一および第二のコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路のバイアス電圧は、該電圧
を印加する該プッジュプル回路のトランジスタのゲート
しきい値電圧にほぼ等しい電圧である。
(29) In (28), the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is a voltage substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the pulp-pull circuit to which the voltage is applied.

(30)(5)又は(29)において、上記電流増幅回路は
カレントミラー型のプッシュプル増幅回路である。
(30) In (5) or (29), the current amplifier circuit is a current mirror type push-pull amplifier circuit.

(31)(28)から(30)のいずれかにおいて、上記第一
および第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回路を電
界効果トランジスタにより構成する。
(31) In any one of the constitutions (28) to (30), the first and second complementary push-pull circuits are constituted by field effect transistors.

(32)(24)から(31)のいずれかにおいて、上記の入
力および出力の電圧は電源電圧の二分の一である。
(32) In any one of the constitutions (24) to (31), the input and output voltages are one half of the power supply voltage.

(33)複数の同種のブロックを少なくとも含み、動作時
においては、ブロック選択信号によって選択した一つま
たは複数のブロックを動作状態にする集積回路(LSI)
と、ブロックを負荷として電圧供給し駆動する手段を有
する半導体装置において、ブロックを駆動する上記駆動
手段として、第一および第二の駆動回路と、各ブロック
毎に設けられ動作状態にあるブロックを第一の駆動回路
に、非動作状態にあるブロックを第二の駆動回路に、そ
れぞれ接続する切換手段とを備える。
(33) An integrated circuit (LSI) that includes at least a plurality of blocks of the same type and, when in operation, activates one or more blocks selected by a block selection signal
And a means for supplying and driving a voltage by using the block as a load, wherein the driving means for driving the block include first and second driving circuits, and a block provided for each block and in an operating state. One drive circuit includes switching means for connecting a block in a non-operating state to the second drive circuit.

(34)(33)において、上記集積回路がダイナミックメ
モリである。
(34) In (33), the integrated circuit is a dynamic memory.

(35)(34)において、上記ブロックはメモリセルアレ
ーを少なくとも含み、かつ上記負荷としてはメモリセル
蓄積容量の対向電極およびメモリセルから信号検知回路
に信号を伝達するデータ線のブリチャージ電庄供給線と
を少なぐとも含む。
(35) In the above (34), the block includes at least a memory cell array, and the loads include a counter electrode of a memory cell storage capacitor and a data line for transmitting a signal from a memory cell to a signal detection circuit. Including at least lines.

(36)(35)において、上記駆動回路は電源電庄の二分
の一の電圧を発生する手段である。
(36) In (35), the drive circuit is a means for generating a half voltage of the power supply voltage.

(37)(36)上記駆動回路が(24)から(32)の何れか
に記載の装置である。
(37) (36) The drive circuit according to any one of (24) to (32).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は以上説明したように、データ線とI/O線とを
接続する入出力制御回路をメモリセルアレーの左右に交
互に配置し、かつ、データ線とI/O線との伝達インピー
ダンスを読みだし動作と書き込み動作とで変化させる回
路構成にしたことで、低電圧でも高速にしかも安定に動
作させることができる。
As described above, the present invention arranges input / output control circuits for connecting data lines and I / O lines alternately on the left and right sides of a memory cell array, and reduces the transfer impedance between the data lines and I / O lines. By adopting a circuit configuration that changes between the reading operation and the writing operation, it is possible to operate stably at high speed even at a low voltage.

また、本発明は並列テストにも適しており、テスト時
間の大幅な短縮が実現できる。
Further, the present invention is also suitable for a parallel test, and can greatly reduce the test time.

さらに、本発明によればワード線のドライブトランジ
スタは、そのゲート電圧がLowレベルで動作するので、
電源電圧が低下してもワードドライバとして安定に動作
する。またデータ線電圧VLを、常に、データ線電圧VLよ
りメモリセルのスイッチトランジスタのしきい値電圧VT
分以上高い電圧VCHに昇圧してワードドライバの電源と
して動作している電圧変換回路は、その整流用トランジ
スタのゲート電圧をそのドレイン電圧よりしきい値電圧
以上高くでき、さらに電荷の逆流も防ぐことができるの
でその出力電圧を倍電圧発生回路の論理値である2VLに
まで高めることができる。また、RC遅延を利用した発振
回路およびタイミング発生回路を用いることにより発振
周波数、タイミング相互の遅延時間が電源電圧変動に対
し安定になるので電圧変換効率を常に最良の状態にして
おくことができる。さらにトランジスタのしきい値電圧
を3種に選択することにより、低電圧での安定化、高速
化、低消費電力化を図ることができる。そしてこれらに
よって、電源電圧が電池1個分の起電力でも安定に動作
する半導体集積回路を実現できる。
Furthermore, according to the present invention, the drive transistor of the word line operates at a low gate voltage, so that
Even if the power supply voltage drops, it operates stably as a word driver. Further, the data line voltage VL is always higher than the data line voltage VL by the threshold voltage VT of the switch transistor of the memory cell.
A voltage conversion circuit that operates as a word driver power supply by boosting the voltage to a voltage VCH that is more than one minute higher can raise the gate voltage of the rectifying transistor by more than the threshold voltage than its drain voltage, and also prevent charge backflow. Therefore, the output voltage can be increased to 2VL, which is the logical value of the voltage doubler generation circuit. In addition, by using an oscillation circuit and a timing generation circuit using an RC delay, the delay time between the oscillation frequency and the timing becomes stable with respect to the power supply voltage fluctuation, so that the voltage conversion efficiency can always be kept in the best state. Further, by selecting three kinds of threshold voltages of the transistor, stabilization at low voltage, high speed, and low power consumption can be achieved. Thus, a semiconductor integrated circuit that operates stably even when the power supply voltage is the electromotive force of one battery can be realized.

また、さらに本発明によれば、超高集積のLSIにおい
て、高い電圧精度で大きな負荷容量を高速に駆動する回
路構成、あるいは、大きな過渡電流を流すことなく、大
きな負荷容量を高速に駆動する回路方式を提供できる。
例えば、従来回路ではトランジスタのしきい値電圧差が
0.2Vあると出力電圧が0.75Vに対して約13%変動するよ
うな場合に、本発明によれば約1%に抑制されるという
ように電圧精度が一桁以上向上し、また、電源投入後の
出力電圧の立上り時間が従来回路に対しても約一桁以上
改善されるように高速応答性が得られる。
Further, according to the present invention, in a highly integrated LSI, a circuit configuration for driving a large load capacitance with high voltage accuracy and high speed, or a circuit for driving a large load capacitance at high speed without flowing a large transient current We can provide a method.
For example, in a conventional circuit, the threshold voltage difference between transistors is
In the case where the output voltage fluctuates by about 13% with respect to 0.75V when there is 0.2V, according to the present invention, the voltage accuracy is improved by one digit or more so as to be suppressed to about 1%. High-speed response is obtained so that the subsequent rise time of the output voltage is improved by about one digit or more compared to the conventional circuit.

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

第1図は本発明の第1の実施例を示す図、第2図は本発
明の効果を示す図、第3図は第1図を用いたことによる
効果を更に高めた実施例を示す図、第4図は複数のメモ
リセルアレーが存在した場合の実施例を示す図、第5図
は並列テストの実施例を示す図、第6図はメモリセルへ
任意の書き込み電圧を書き込むための実施例を示す図、
第7図、第11図、第13図、第15図、第16図は本発明の実
施例、第8図、第12図、第14図はそれらのタイミングチ
ャート、第9図、第10図は従来例とそのタイミングチャ
ートである。また第17図は第11図の実施例の効果を示す
図、第18図(a)は本発明の基本概念を説明する実施
例、第18図(b)はその過渡時の動作を説明する図、第
19図はDRAM用中間電圧発生回路の従来例、第20図(a)
は本発明をDRAMの中間電圧発生回路に適用した具体的実
施例、第20図(b)および第20図(c)は本発明の効果
を説明する図、第21図(a)は本発明の他の基本概念を
説明する実施例、第21図(b)はその動作を説明する
図、第22図(a)はそれをDRAMの中間電圧発生回路に適
用した具体的実施例、第22図(b)はその効果を説明す
る図、第23図(a)は本発明の他の基本概念をDRAMの中
間電圧駆動方式に適用した具体的実施例を説明する図、
第23図(b)はメモリ動作の間に電源電圧が変動した場
合の同図(a)の実施例の中間電圧変化を説明する図で
ある。 MA……メモリセルアレー、CKT……入出力制御回路、RG
0,RG1……読み出しゲート、 WG0,WG1……書き込みゲート、 SA0,SA1……センスアンプ、 SWR0,SWR1……読みだしスイツチ、 SWW0,SWW1……書き込みスイツチ、 RO,▲▼……読みだし線、 WI,▲▼……書き込みI/O線、 dy……データ線ピツチ、 WD……ワードドライバ、 XD……Xデコーダ、 VLG……メモリアレー用電圧変換回路、 VCHG……ワード線用電圧変換回路、 W……ワード線、 P……プリチャージ信号、 FX……ワード線駆動パルス発生回路、 φX……ワード線駆動パルス、 CP……チャージポンプ回路、RECT……整流回路、 VL……データ線電圧あるいは内部(アレー用)電源電
圧、VCH……ワード線用電圧変換回路出力電圧、 φ、、PA、▲▼、PB、▲▼……ワード線用電
圧変換回路用昇圧パルス、 OSC……リングオシレータ出力パルス、 C、C1、C2、C3、C4、CA、CB、CD……コンデンサ、 R、R1、R2……抵抗、 QD1、QP、Q9,Q10……PチャネルMOSトランジスタ、 QT、QD2、QS、QD、QA、QB、QC、QP、Q1、Q8、Q11、Q19
……NチャネルMOSトランジスタ、 I1、I25、I30、I33……インバータ、 NA1、NA2……NAND回路、 NO1……NOR回路、VEXT……外部電源電圧 1、31、40……第一のコンプリメンタリ・プッシュプル
回路、 2、32……カレントミラー型プッシュプル増幅回路、 3、33……第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回
路、30、50……基準電圧発生回路、 41、52……トライステート・バッファ、 AMP1、AMP2……差動型増幅回路、 MB0〜MBi……メモリ・ブロック、 60〜62……ワード線選択回路、 71〜73……スイッチ、 76、77……中間電圧発生回路(駆動回路)、 MA0……メモリセルアレー、 MC0……信号増幅および入出力制御回路群、 SA0〜SAj……検知増幅回路(センスアンプ)、 IO0〜IOj……入出力ゲート、 67……入出力回路
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the effect of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing an embodiment in which the effect of using FIG. 1 is further enhanced. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which a plurality of memory cell arrays are present, FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a parallel test, and FIG. 6 is an embodiment for writing an arbitrary write voltage to a memory cell. Diagram showing an example,
FIG. 7, FIG. 11, FIG. 13, FIG. 15, and FIG. 16 are embodiments of the present invention, FIG. 8, FIG. 12, and FIG. 7 shows a conventional example and its timing chart. FIG. 17 is a diagram showing the effect of the embodiment of FIG. 11, FIG. 18 (a) is an embodiment illustrating the basic concept of the present invention, and FIG. 18 (b) is a description of the transitional operation. Figure, No.
FIG. 19 is a conventional example of a DRAM intermediate voltage generating circuit, and FIG.
FIG. 20 (b) and FIG. 20 (c) are diagrams for explaining the effect of the present invention, and FIG. 21 (a) is a diagram showing a specific embodiment in which the present invention is applied to an intermediate voltage generating circuit of a DRAM. FIG. 21 (b) is a diagram for explaining its operation, and FIG. 22 (a) is a specific embodiment in which it is applied to a DRAM intermediate voltage generating circuit. FIG. 23 (b) is a diagram for explaining the effect, FIG. 23 (a) is a diagram for explaining a specific embodiment in which another basic concept of the present invention is applied to an intermediate voltage driving method for a DRAM,
FIG. 23 (b) is a diagram for explaining a change in the intermediate voltage in the embodiment of FIG. 23 (a) when the power supply voltage fluctuates during the memory operation. MA: Memory cell array, CKT: Input / output control circuit, RG
0, RG1 …… Read gate, WG0, WG1 …… Write gate, SA0, SA1 …… Sense amplifier, SWR0, SWR1 …… Read switch, SWW0, SWW1… Write switch, RO, ▲ ▼ …… Read line , WI, ▲ ▼: Write I / O line, dy: Data line pitch, WD: Word driver, XD: X decoder, VLG: Voltage conversion circuit for memory array, VCHG: Voltage conversion for word line Circuit, W: Word line, P: Precharge signal, FX: Word line drive pulse generation circuit, φX: Word line drive pulse, CP: Charge pump circuit, RECT: Rectifier circuit, VL: Data Line voltage or internal (array) power supply voltage, VCH …… Word line voltage conversion circuit output voltage, φ, PA, ▲ ▼, PB, ▲ …… Word line voltage conversion circuit boost pulse, OSC …… Ring oscillator output pulse, C, C1, C2, C3, C4, CA, CB, CD… Capacitor, R, R1, R2 ...... resistance, QD1, QP, Q9, Q10 ...... P-channel MOS transistor, QT, QD2, QS, QD, QA, QB, QC, QP, Q1, Q8, Q11, Q19
… N-channel MOS transistor, I1, I25, I30, I33… Inverter, NA1, NA2… NAND circuit, NO1… NOR circuit, VEXT… External power supply voltage 1, 31, 40… First complementary Push-pull circuit, 2, 32 ... current mirror type push-pull amplifier circuit, 3, 33 ... second complementary push-pull circuit, 30, 50 ... reference voltage generating circuit, 41, 52 ... tri-state buffer , AMP1, AMP2 ... differential amplifier circuit, MB0-MBi ... memory block, 60-62 ... word line selection circuit, 71-73 ... switch, 76, 77 ... intermediate voltage generation circuit (drive circuit) ), MA0: Memory cell array, MC0: Signal amplification and input / output control circuit group, SA0 to SAj: Detection amplification circuit (sense amplifier), IO0 to IOj: Input / output gate, 67: Input / output circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 均 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 渡辺 泰 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 久米 英治 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 礒田 正典 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 山崎 英治 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−155589(JP,A) 特開 平1−98189(JP,A) 特開 平2−350(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/4091 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hitoshi Tanaka 5-20-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside Hitachi Ultra-LSE Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Watanabe Tokyo 5-20-1, Kamimizuhoncho, Kodaira-shi Within Hitachi Ultra-SII Engineering Co., Ltd. ) Inventor, Masanori Isoda 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Inside Hitachi Ultra-SII Engineering Co., Ltd. (72) Eiji Yamazaki 5--20, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo No. 1 Inside Hitachi Ultra-SII Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-1-155589 (JP, A) JP-A 1-98189 (JP, A) JP flat 2-350 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G11C 11/4091

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】信号増幅手段を有する半導体装置であっ
て、 前記信号増幅手段は、 信号源にそのゲートが結合された第1導電形の第1MISFE
Tを含み前記信号源の出力する電圧信号を変換するため
の電圧/電流変換手段と、 前記第1電流信号を伝達するための信号線と、 前記第1信号線がそのソース・ドレイン経路に接続され
る第2導電形の第2MISFETと、前記第1電流信号及び基
準電圧を受けて電圧信号を出力すると共に前記第2MISFE
Tのゲートを制御する差動増幅回路とを含む電流/電圧
変換手段とを有し、 前記半導体装置は、外部から供給される電圧が2V以下で
あることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having signal amplifying means, wherein said signal amplifying means comprises a first conductivity type first MISFE having a gate coupled to a signal source.
Voltage / current conversion means for converting a voltage signal output from the signal source including T, a signal line for transmitting the first current signal, and the first signal line connected to its source / drain path A second MISFET of the second conductivity type, receiving the first current signal and the reference voltage, outputting a voltage signal, and outputting the second MISFET.
Current / voltage conversion means including a differential amplifier circuit for controlling a gate of T; wherein the semiconductor device has an externally supplied voltage of 2 V or less.
【請求項2】複数のデータ線と複数のワード線の交点に
設けられた複数のメモリセルと、 前記複数のデータ線のそれぞれに対応して設けられ、そ
のゲートが対応するデータ線に接続された第1導電形の
複数の第1MISFETと、 前記複数の第1MISFETのそれぞれに対応して設けられ、
一端が対応する前記第1MISFETのソース・ドレイン経路
の一端に接続された複数の第1スイッチと、 前記複数の第1スイッチの他端に共通に接続された第1
信号線と、 前記信号線に結合される増幅回路とを有し、 前記増幅回路は、前記第1信号線を伝達した第1電流信
号をそのソース・ドレイン経路に受ける第2導電形の第
2MISFETと、 前記第1信号線が接続される第1ノード、基準電圧が接
続される第2ノード及び出力ノードを含む差動増幅回路
とを有し、 前記第2MISFETのゲートは、前記出力ノードに接続さ
れ、 前記半導体装置は、外部から供給される電圧が2V以下で
あることを特徴とする半導体装置。
A plurality of memory cells provided at intersections of a plurality of data lines and a plurality of word lines; and a plurality of memory cells provided corresponding to each of the plurality of data lines, and a gate connected to the corresponding data line. A plurality of first MISFETs of the first conductivity type, and a plurality of first MISFETs provided for each of the plurality of first MISFETs;
A plurality of first switches each having one end connected to one end of a corresponding source / drain path of the first MISFET; and a first switch commonly connected to the other end of the plurality of first switches.
A signal line; and an amplifier circuit coupled to the signal line, wherein the amplifier circuit has a second conductivity type receiving a first current signal transmitted through the first signal line in a source / drain path thereof.
2MISFET, a first node to which the first signal line is connected, a second node to which a reference voltage is connected, and a differential amplifier circuit including an output node, wherein the gate of the second MISFET is connected to the output node. A semiconductor device, wherein a voltage supplied from the outside is 2 V or less.
【請求項3】請求項2において、 前記半導体装置は、前記複数のデータ線のそれぞれに対
応して設けられ、ドレインとゲートが交差結合された一
対のN型MISFETと一対のP型MISFETとをそれぞれ含む複
数のセンスアンプを更に含み、 前記メモリセルからの信号の読み出しの際に、対応する
前記データ線上で前記メモリセルから読み出された信号
が前記センスアンプにより十分増幅される前に、前記複
数の第1スイッチの一つを選択して前記増幅回路に読み
出し信号を伝達することを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device includes a pair of N-type MISFETs and a pair of P-type MISFETs provided corresponding to each of the plurality of data lines and having a drain and a gate cross-coupled. A plurality of sense amplifiers each including: when reading a signal from the memory cell, before a signal read from the memory cell on the corresponding data line is sufficiently amplified by the sense amplifier, A semiconductor device, wherein one of a plurality of first switches is selected and a read signal is transmitted to the amplifier circuit.
【請求項4】請求項2又は3において、 前記半導体装置は、前記複数のデータ線のそれぞれに対
応して設けられ、一端が対応する前記データ線に接続さ
れた複数の第2スイッチと、 前記複数の第2スイッチの他端に共通に結合された第2
信号線とを更に具備し、 前記第1信号線は前記メモリセルからの信号読み出し用
とされとともに、前記第2信号線は前記メモリセルへの
書き込み用とされることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is provided corresponding to each of the plurality of data lines, and a plurality of second switches each having one end connected to the corresponding data line. A second switch commonly connected to the other ends of the plurality of second switches;
And a signal line, wherein the first signal line is used for reading signals from the memory cells, and the second signal line is used for writing to the memory cells.
【請求項5】請求項3又は4のいずれかにおいて、 前記半導体装置は、前記複数の第1MISFETのソース・ド
レイン経路の他端に共通に接続された制御線を更に具備
し、 前記制御線は、非読み出し状態時には、前記センスアン
プにより増幅された第1電位とそれより高い第2電位と
の中間の電位とされ、読み出し状態時には、前記第1電
位とされることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a control line commonly connected to the other ends of the source / drain paths of the plurality of first MISFETs. A non-read state, a potential intermediate between the first potential amplified by the sense amplifier and a second potential higher than the first potential; and a read potential, the first potential.
【請求項6】請求項2から5のいずれかにおいて、 前記複数のメモリセルのそれぞれは、ダイナミック型メ
モリセルであることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 2, wherein each of the plurality of memory cells is a dynamic memory cell.
【請求項7】請求項1から6のいずれかにおいて、 前記第1導電形はN型であり、前記第2導電形はP型で
あることを特徴とする半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first conductivity type is N-type and said second conductivity type is P-type.
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