JP3398722B2 - 読出前にプリチャージ及び平衡化をするメモリ読出回路 - Google Patents

読出前にプリチャージ及び平衡化をするメモリ読出回路

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    • G11C2207/06Sense amplifier related aspects
    • G11C2207/063Current sense amplifiers

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の形の内のメ
モリに関するものであり、更に詳しく言えば、メモリセ
ルの状態を検出するためにに使用することができる読出
回路に関するものである。本発明は、電気的にプログラ
ム可能な不揮発性メモリ(EEPROM、EPROM、
フラッシュEPROM)を参照して説明するが、揮発性
及び不揮発性の他の種類のメモリにも使用できる。
【0002】
【従来の技術】メモリは、同じ列のセルが1つのビット
線に接続され、同じ行のセルが1つのワード線に接続さ
れて、セルのネットワークに組織化されている。ビット
線によって、このビット線と選択したワード線の交点に
位置するメモリセルの状態について情報要素の転送を行
うことができる。読出回路は、1つの同じ読出回路に対
して複数のビット線が存在する場合にはマルチプレクサ
を介して、ビット線に接続されている。下記の説明で
は、説明を単純にするために、1つの読出回路は1つの
ビット線に接続されているものとする。
【0003】読出回路の一般的な原理は図1に示されて
おり、その動作を以下に説明する。メモリはEEPRO
Mメモリであり、セルはその内部を電流が流れるブラン
ク状態と電流の通過を阻むプログラムされた状態を有す
ることができるものとする。情報を読み出すために、読
み出すべきセルに接続されたビット線の充電電流または
放電電流の存在を検出しようとする。このような電流
は、セルがブランクである時に存在し、セルがプログラ
ムされている時は存在しない。
【0004】電流を検出するためには、ビット線に類似
した基準線を使用して、差動モードで動作する。基準線
は、読出段階の間、基準電流を流す。読出段階の前のプ
リチャージ段階の間、ビット線と基準線は、約1V程度
でいい電位にプリチャージされる。次に、読出段階自体
が実行され、ビット線放電電流が基準線放電電流と比較
される。これによって、選択したセルがブランクである
かプログラムされているかを決定することができる。好
ましくは、電流/電圧変換器を使用して、ビット線放電
電流を電圧に変換し、それによって、電圧差動増幅器を
使用して比較を実施することができる。
【0005】図1は、従来技術の読出回路の1例の概略
図である。ワード線WLとビット線BLとの交点に位置
するメモリセルCMはワード線によって選択され、次
に、ビット線に情報要素を送る。ビット線BLは、プリ
チャージ段階で、プリチャージトランジスタT1によっ
て電圧でプリチャージされる。このプリチャージトラン
ジスタT1は、ビット線にプリチャージ電流を与える一
方、プリチャージ電位を所定の値、好ましくは約1Vの
範囲内に制限する機能を有する。
【0006】特に寄生容量の観点からビット線の特性に
極めて類似した特性を有する基準線LRは、また、プリ
チャージトランジスタT2によって約1Vの電圧値にプ
リチャージされる。読出段階の間、この基準線は、ブラ
ンクメモリセルによって消費される電流に等しい電流を
消費する。基準線は、読み出されるべきセルと同じワー
ド線によってアドレスされるブランク基準セルの列のビ
ット線とすることができる。
【0007】トランジスタT1及びT2は、好ましく
は、Nチャネルトランジスタであり、それらのソース
は、ビット線及び基準線にそれぞれ接続されている。説
明を単純にするために、トランジスタT1及びT2のゲ
ートは、バイアス電圧源V1に接続されるものとして図
示されている。電圧V1の値は、線LR及びBLをプリ
チャージする電圧の上限を決定する。
【0008】セルの状態を読み出すために、ビット線に
よって消費された電流と基準電流との間で比較を実施す
る。より詳しく言えば、ビット線によって消費された電
流を通常ブランクセルによって消費される電流の一部で
ある基準電流に比較する。
【0009】このため、トランジスタT1及びT2のド
レインは、コピー比kが1より小さい電流ミラーの2つ
のアームによって給電される。電流ミラーの第1のアー
ムは、コピートランジスタT3を有する。第2のアーム
は、基準トランジスタT4を有する。コピートランジス
タは、基準トランジスタ内を流れる電流をコピーする。
コピー比kは、トランジスタの幾何学的形状の比であ
り、好ましくは、比kは1より小さく、好ましくは、1
/2であると思われる。
【0010】コピートランジスタT3は、ソースが回路
の高電圧供給端子(端子A)に接続されたPチャネルト
ランジスタである。この端子は、通常、低電圧供給端子
より高い約5Vのレベルにある。コピートランジスタの
ドレインは、第1のプリチャージトランジスタT1のド
レインに接続されている。
【0011】同様に、基準トランジスタT4は、Pチャ
ネルトランジスタであり、その幾何学的形状はT3より
大きく、そのソースは端子Aに接続され、ドレインは第
2のプリチャージトランジスタT2のドレインに接続さ
れている。
【0012】トランジスタT3及びT4のゲートは接続
されており、基準トランジスタのゲートはそのドレイン
に接続されている(ダイオードの形)。従って、標準的
な電流ミラー回路となる。
【0013】差動増幅器ADの入力は、トランジスタT
3及びT4のドレインに接続されており、従って、これ
らの2つのドレインでの電位の間の差を測定する。T3
及びT4内の電流比が幾何学的形状比kである時、この
差は0である。電流比がkとは異なると、0とは異な
る。増幅器ADの出力は、電流比がkより大きいか小さ
いかを示す信号を発生させる。
【0014】また、平衡化トランジスタT5は、プリチ
ャージ段階に続いて、読出段階の前に行われる平衡化段
階で、差動増幅器の端子の差動入力電圧を零設定するた
めに備えられる。この平衡化段階によって、前の読出段
階中にメモリセルで読み出された論理状態とは無関係
に、増幅器ADの入力での差動電圧差を可能な限り0に
近い値に減少させることができる。トランジスタT5
は、例えば、平衡化段階EQの間導通されるNチャネル
トランジスタである。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】読出回路に期待される
品質としては、特に、プリチャージ、平衡化及び読出段
階で十分な速度が得られることがあり、この速度はさら
に読出感度、すなわち、電流の小さな変化を検出する回
路の能力に関係する。
【0016】速度と読み出された情報の正確さの必要性
の間でより良好な妥協策を得るために、本発明は、平衡
化回路及びその読出回路の他の部分との関係を変更する
ことによって読出回路を改良せんとするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明によると、メモリ
セルが接続された少なくとも1つのビット線と、差動増
幅器、読出段階の前にビット線をプリチャージする手段
及び読出段階前に差動増幅器の入力電位を平衡させる手
段を備える読出回路とを備える集積回路の形のメモリで
あって、上記平衡化手段は、入力が上記差動増幅器の出
力に接続され、平衡化段階の間差動増幅器の出力電圧を
無効にしようとする方向にビット線内に充電電流を導入
するように接続されるホロワ増幅器を備えることを特徴
とするメモリが提案される。
【0018】言い換えれば、ビット線のプリチャージと
基準線のプリチャージを平衡させて差動増幅器の入力で
零の差動電圧を得るために、平衡化段階で使用するもの
は、差動増幅器の入力間の単純な短絡回路ではなく、差
動増幅器の出力と入力の1つとの間のネガティブフィー
ドバックであって、このネガティブフィードバックはビ
ット線のプリチャージに作用する。
【0019】一般的に、ビット線に類似した基準線と、
第1のビット線プリチャージトランジスタと、第2の基
準線プリチャージトランジスタとがあり、ホロワ増幅器
の出力は、平衡化段階中、第1のプリチャージトランジ
スタに接続される。原則的に、ビット線と基準線は、読
出段階中に、ビット線放電電流と基準線放電電流の比較
を可能にする電流比較手段に接続される。これらの比較
手段は、基準トランジスタ及びコピートランジスタと共
に、1とは異なるコピー比を有する電流ミラーを使用す
ることがある。
【0020】この場合、ゲートが固定電位に接続され、
コピートランジスタと第1のプリチャージトランジスタ
との間に直列接続された第1の中間トランジスタと、ゲ
ートが第1の中間トランジスタと同じ電位に接続され、
基準トランジスタと第2のプリチャージトランジスタと
の間に直列接続された第2の中間トランジスタとを備え
ることが好ましい。これらの中間トランジスタは、それ
らのゲート電位が固定されて、直列接続されており、電
流ミラーのアームの動的抵抗を大きくし、それによっ
て、電流ミラーのアーム内の電流の変化の検出の速度を
速くするために使用される。本発明のその他の特徴及び
利点は、添付図面を参照して行う以下の実施例の説明か
ら明らかになろう。
【0021】
【実施例】図2は、平衡化トランジスタT5が取り除か
れており、ホロワ増幅器ASが加えられている点で図1
とは異なる。このホロワ増幅器の入力は差動増幅器AD
の出力Sに接続されており、その出力はプリチャージト
ランジスタの1つ、好ましくは、読み出されるセルに対
応するビット線に接続されたトランジスタT1のドレイ
ンに接続されている。
【0022】このホロワ増幅器ASは、読出段階LCT
の前に平衡化段階EQの間のみアクティブになる。他の
段階、特に読出段階中、その出力は、高インピーダンス
として作動し、従って、電流ミラーの第1のアームから
電流を取り出すか、または、そこに電流を注入する。ホ
ロワ増幅器のアクティブ化命令は、平衡化段階EQを決
定するクロック信号を受ける。このホロワ増幅器は、差
動増幅器の出力電圧を無効にしようとする方向に、差動
増幅器ADの入力の電位を大きくするまたは小さくする
ようにビット線のプリチャージを変更するネガティブフ
ィードバックループの主構成要素を構成している。
【0023】従って、ネガティブフィードバックループ
は、図1でトランジスタT5に求められる役割を果たそ
うするが、その方法は非常に異なる。すなわち、作用
は、まず第1に差動増幅器の入力からではなく、直接出
力からとられ、第2に作用はビット線の追加的な充電電
流の注入または除去によって行われ、ビット線と基準線
とを短絡させることによってではない。
【0024】ホロワ増幅器ASのアクティブ化は、相補
的なプリチャージ動作として作用すると考えられ、従っ
て、読出段階前に2つの別々な段階(プリチャージ及び
平衡化)を備えることは必ずしも必要ではない。平衡化
段階だけでプリチャージ段階と同様に作用し、同時に平
衡化機能を満たすので、単一の平衡化段階だけにするこ
ともできる。
【0025】このため、T1及びT2の制御ゲートを、
プリチャージ段階中にアクティブにされる回路によって
ではなく、単一の一定のバイアス電位V1によって制御
されるものとして図示した。例えば、線LR及びBLの
電位を約1Vに制限するV1=2ボルトである。トラン
ジスタT1及びT2は、図1のように、ビット線及び基
準線のプリチャージ電圧を約1Vに制限する電圧リミタ
として作用する。
【0026】回路は、下記のように動作する。プリチャ
ージ段階の間、ビット線及び基準線は、約1Vの電位に
される。プリチャージ段階中に印加される電圧V1の値
によって、この電位の値を制御することができる。次
に、平衡化段階中、ホロワ増幅器ASはアクティブにさ
れ、差動増幅器の出力の状態に応じてビット線の電荷を
変更する。ビット線の電荷の変更は、増幅器ADの出力
を零にしようとする。従って、差動増幅器の平衡化が、
読出段階の直前に得られる。この時、増幅器の出力は、
前の読出時のこの出力がとった論理状態とは無関係にほ
とんど零の電圧を与える。
【0027】読出段階中、ホロワ増幅器は、非アクティ
ブ化される(高インピーダンスの出力)。読出電圧のワ
ード線への印加には、下記の2つの効果が考えられる。
読み出されるセルがブランクセルである時、この時、セ
ルはビット線を電流iで放電しようとする。しかし、電
流iは同時に基準線内を流れているので、電流ミラーは
ビット線内に電流k・i(kは1より小さい)を流すよ
うに制御する。トランジスタT1のドレインは、零電位
に降下しようとし、一方、トランジスタT2のドレイン
は、ほとんど、供給電圧Vccより低い閾値電圧のレベル
のままである。差動増幅器ADは、第1の状態に切り換
えられる。読出セルがプログラムされている時、ビット
線放電電流は全く流れないが、コピートランジスタT3
は放電電流をk・iにしようとする。トランジスタT3
は飽和され、T1のドレイン電位をVccまで上昇させよ
うとする。差動増幅器ADは他の方向に切り換えられ
る。
【0028】図3に示した改良した実施例では、追加ト
ランジスタT6が、プリチャージトランジスタT1のド
レインとコピートランジスタT3のドレインとの間に挿
入されている。同様に、トランジスタT7が、プリチャ
ージトランジスタT2と基準トランジスタT4との間に
挿入されている。これらのトランジスタは、直列接続で
ある。すなわち、それらのゲートは、それらトランジス
タを導通状態にさせる固定電位にある。これらのトラン
ジスタは、好ましくは、Pチャネルトランジスタであ
り、そのゲートは回路の給電電圧の低い電位にある(ア
ース端子B)。ホロワ増幅器ADの出力は、プリチャー
ジトランジスタT1と追加のトランジスタT6との接合
点に接続されている。
【0029】これらのトランジスタの利点は、ビット線
と差動増幅器の入力との間に動的モードで高い抵抗イン
ピーダンスを導入することにある。このインピーダンス
は、トランジスタT1(ホロワ増幅器の存在によって高
い寄生容量を有する)のドレイン)と差動増幅器の入力
(低い寄生容量を有する)との間に反結合を設定する。
その結果、読出段階中にビット線に現れる電圧の不均衡
は、高く増幅された状態で、差動増幅器の端子に再転送
される。従って、読出の速度が速くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 公知の技術の読出回路を図示したものであ
る。
【図2】 本発明の1実施例による読出回路を図示した
ものである。
【図3】 別の実施例による読出回路を図示したもので
ある。
【符号の説明】
WL ワード線 BL ビット線 LR 基準線 AD 差動増幅器 AS ホロワトランジスタ T1、T2 プリチャージトランジスタ T3 コピートランジスタ T4 基準トランジスタ T5 平衡化トランジスタ T6、T7 追加トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−252594(JP,A) 特開 昭63−239689(JP,A) 特開 昭63−113889(JP,A) 特開 昭63−900(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 16/06 G11C 11/409 G11C 11/41

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルが接続された少なくとも1つ
    のビット線と、差動増幅器、読出段階の前に上記ビット
    線をプリチャージする手段及び読出段階前に上記差動増
    幅器の入力電位を平衡させる手段を備える読出回路とを
    備える集積回路形のメモリであって、上記平衡化手段
    は、入力が上記差動増幅器の出力に接続され、平衡化段
    階の間に該差動増幅器の出力電圧を無効にしようとする
    方向にビット線内に充電電流を導入するように接続され
    るホロワ増幅器を備えることを特徴とするメモリ。
  2. 【請求項2】 ビット線と同様な基準線と、 第1のビット線プリチャージトランジスタと、 第2の基準線プリチャージトランジスタとを備え、 上記ホロワ増幅器の出力は、平衡化段階の間、第1のプ
    リチャージトランジスタに接続されていることを特徴と
    する請求項1に記載のメモリ。
  3. 【請求項3】 上記プリチャージトランジスタのゲート
    は、プリチャージ段階の間基準電位に接続されているこ
    とを特徴とする請求項2に記載のメモリ。
  4. 【請求項4】 上記ビット線と上記基準線が、読出段階
    中にビット線放電電流と基準線放電電流の比較をするこ
    とができる電流比較手段に接続されていることを特徴と
    する請求項2または3に記載のメモリ。
  5. 【請求項5】 上記比較手段は、上記の第2のプリチャ
    ージトランジスタによって上記基準線に接続された基準
    トランジスタとその基準トランジスタの電流をコピーす
    るトランジスタとを備え、そのコピートランジスタは上
    記第1のプリチャージトランジスタによって上記ビット
    線に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の
    メモリ。
  6. 【請求項6】 ゲートが固定電位に接続された上記第1
    の中間トランジスタは、上記コピートランジスタと上記
    第1のプリチャージトランジスタとの間に直列接続され
    ていることを特徴とする請求項5に記載のメモリ。
  7. 【請求項7】 上記第1の中間トランジスタはPチャネ
    ルトランジスタであり、そのゲートは低い供給電位に接
    続されていることを特徴とする請求項6に記載のメモ
    リ。
  8. 【請求項8】 ゲートが上記の同じ固定電位に接続され
    ている第2の中間トランジスタは、上記基準トランジス
    タと上記第2のプリチャージトランジスタとの間に直列
    接続されていることを特徴とする請求項6又は7に記載
    のメモリ。
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