JP3426541B2 - プリチャージ制御信号発生回路 - Google Patents
プリチャージ制御信号発生回路Info
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Description
低電圧で動作する半導体メモリのプリチャージ制御信号
発生回路に関する。
る多数のメモリセルは、列方向のビット線対(2本対に
なったビット線)と行方向のワード線によって碁盤の目
のように整列して接続されている。このビット線対は、
プリチャージ制御回路によって、プリチャージ期間中に
所定のプリチャージ電圧に等化される。プリチャージ制
御回路はプリチャージ制御信号によって制御される。こ
の詳細は例えば特開平6−68666号に開示されてい
る。
な従来の技術には、次のような解決すべき課題があっ
た。半導体メモリの電源電圧の低電圧化が進められる
と、プリチャージ制御回路を構成しているNMOSトラ
ンジスタのゲートとソース間の電位差が小さくなる。そ
の結果上記NMOSトランジスタが、オンし難くなり上
記ビット線対を等化するに要する時間が長くなるという
解決すべき課題が残されていた。
するため次の構成を採用する。 〈構成1〉 本発明は、半導体装置のプリチャージ制御信号発生回路
であって、プリチャージ生成信号に基づいてプリチャー
ジ制御信号を出力する相補型増幅器と、装置の電源電圧
を動作電源として相補型増幅器に供給する動作電源供給
用回路と、プリチャージ生成信号の一部を受け入れて電
源電圧よりも所定の値レベルアップさせて動作電源供給
用回路に転送するレベルシフターと、プリチャージ制御
信号を所定の値レベルアップさせるべく、レベルシフタ
ーからの出力に基づいて、相補型増幅器への動作電源を
所定の値ポンピングさせるキャパシタとを備えるプリチ
ャージ制御信号発生回路において、ポンピングされた動
作電源が電源電圧値に戻るまでのタイミングよりも、相
補型増幅器が出力するプリチャージ信号が接地レベルに
切り替わるタイミングを遅延するためのパルス伸長回路
を備えることを特徴とする。
プリチャージ生成信号に基づいてプリチャージ制御信号
を出力する相補型増幅器と、装置の電源電圧を動作電源
として相補型増幅器に供給する動作電源供給用回路と、
プリチャージ生成信号の一部を受け入れて電源電圧より
も所定の値レベルアップさせて動作電源供給用回路に転
送するレベルシフターと、プリチャージ制御信号を所定
の値レベルアップさせるべく、レベルシフターからの出
力に基づいて、相補型増幅器への動作電源を所定の値ポ
ンピングさせるキャパシタとを備えるプリチャージ制御
信号発生回路において、レベルシフターの出力を増幅し
プリチャージ制御信号に加算する増幅器を備えることを
特徴とする。
プリチャージ生成信号に基づいてプリチャージ制御信号
を出力する相補型増幅器と、装置の電源電圧を動作電源
として相補型増幅器に供給する動作電源供給用回路と、
プリチャージ生成信号の一部を受け入れて電源電圧より
も所定の値レベルアップさせて動作電源供給用回路に転
送するレベルシフターと、プリチャージ制御信号を所定
の値レベルアップさせるべく、レベルシフターからの出
力に基づいて、相補型増幅器への動作電源を所定の値ポ
ンピングさせるキャパシタとを備えるプリチャージ制御
信号発生回路において、キャパシタの放電電荷を補償す
べく、レベルシフターの出力の一部を受け入れて更にレ
ベルアップする第2のレベルシフターと、第2のレベル
シフターからの出力に基づいて、電源電圧よりも所定の
値レベルアップした電源電圧を動作電源に加える第2の
動作電源供給用回路とを備えることを特徴とする。
例を用いて説明する。 〈具体例1〉図1は、具体例1のプリチャージ制御信号
発生回路の説明図である。具体例1のプリチャージ制御
信号発生回路の説明をする前に、本発明が適用される半
導体メモリ(一例としてDRAMを挙げる)の概要につ
いて図を用いて説明する。
回路図である。図2より半導体メモリ(DRAM)10
は、データを記憶する多数のメモリセルMCij(i=
1、2、3、4・・・n、j=1、2、3、4、5・・
・m、以後出現する全てのi、jについて同様)と、列
方向に整列した複数のメモリセルMCijに接続される
ビット線対BLj(BLj)と、行方向に整列した複数
のメモリセルMCijに接続されるワード線WLiと、
センス期間中にビット線対BLj(BLj)上の電圧を
増幅するセンスアンプSAjと、図示してない外部装置
とメモリセルMCijを接続するデータバス対DB(D
B)と、ビット線対BLj(BLj)とデータバス対D
B(DB)との間を選択接続するトランスファーゲート
対TGj(TGj)とを備える。
示してない外部装置から列アドレス信号YADDを受け
入れて列選択信号SYjをトランスファーゲート対TG
j(TGj)に送出する列デコーダ12と、図示してな
い外部装置から行アドレス信号XADDを受け入れて行
選択信号SXiをワード線WLiに送出する行デコーダ
11と、を備える。更に、上記ビット線対BLj(BL
j)を構成するビット線BLjとビット線(BLj)を
プリチャージ期間中に所定のプリチャージ電圧HVcc
に設定するプリチャージ制御回路PCjを備える。この
プリチャージ制御回路PCjは図示してないプリチャー
ジ制御信号発生回路によって制御される。このプリチャ
ージ制御信号発生回路が本発明の対象である。
外部から電源電圧Vccと接地電圧Vssが供給され
る。一例として電源電圧Vccは、2±0.2Vが用い
られている。上記メモリセルMCijは、一例としてエ
ンハンスメント型のNチャネル型モストランジスタ(以
後NMOSと記す)13、と容量14によって構成され
ている。NMOS13のゲート電極はワード線に、ドレ
イン電極はビット線BLjに、ソース電極は容量14
に、それぞれ接続される。容量14は、NMOS13の
ソース電極と基準電位との間に接続される。
5、17とエンハンスメント型のPチャネル型モストラ
ンジスタ(以後PMOSと記す)16、18とによって
構成される。NMOS15とPMOS16のゲート電極
はビット線(BLj)に、NMOS16とPMOS18
のゲート電極はビット線BLjにそれぞれ接続される。
極はセンスアンプ活性化供給線SLpにNMOS15と
NMOS17のソース電極はセンスアンプ活性化供給線
SLnにそれぞれ接続される。PMOS16のソース電
極とNMOS15のドレイン電極はビット線BLjに、
PMOS18のソース電極とNMOS17のドレイン電
極はビット線(BLj)にそれぞれ接続される。
PMOS20を介して内部電源電圧IVccに、センス
アンプ活性化供給線SLnは、NMOS19を介して接
地電圧にそれぞれ接続される。PMOS20にセンスア
ンプ制御信号(SA)が、NMOS19にセンスアンプ
制御信号SAがそれぞれ与えられると、センスアンプS
Ajは、ビット線BLjとビット線(BLj)間の電圧
を増幅する部分である。
から行アドレス信号XADDを受け入れてデコードし、
メモリセルアレイの行を選択する。この選択された行の
ワード線WLiに行選択信号SXiを送出する部分であ
る。列デコーダ12は、複数の単位列デコーダYDjか
ら構成される。この列デコーダ12は、図示してない外
部装置から列アドレス信号YADDを受け入れてデコー
ドし、メモリセルアレイの列を選択する。この選択され
た列のビット線対BLj(BLj)にトランスファーゲ
ート対TG1(TG1)を介して列選択信号SYjを送
出する部分である。
は、列選択信号SYjに応じてビット線対BLj(BL
j)上のデータをデータバス対DB(DB)へ転送する
部分である。このデータは、入出力回路を介して図示し
てない外部装置に転送される。以上説明した半導体メモ
リ(DRAM)の動作の概要についてタイムチャートを
用いて説明する。
説明図である。(1)は、RAS(Row Addre
s Strobe)信号を、(2)は、ワード線WLi
上の電圧を、(3)は、ビット線対BLj(BLj)上
の電圧を、(4)は、センスアンプ活性化供給線SLp
及びセンスアンプ活性化供給線SLn上の電圧を、
(5)は、列選択信号を、(6)は、データバス対DB
(DB)上の電圧を、(7)は、入出力回路21の出力
を、(8)は、上記(1)〜(7)までの共通の時刻T
を、それぞれ表している。
AM)の動作の概要について説明する。 時刻T1 RAS信号がLレベルになり、この半導体メモリ(DR
AM)が活性化される。この時刻でビット線対BLjと
ビット線(BLj)は、プリチャージ制御回路PCj
(図2)によって双方ともプリチャージ電圧HVccに
等化されている。このプリチャージ電圧HVccは通常
電源電圧の1/2に設定されている。 時刻T2 行デコーダ11(図2)が図示してない外部装置から行
アドレス信号XADDを受け入れてデコードし、所定の
行のワード線WLi(図2)に行選択信号SXiを送出
する。
Cij(図2)に記憶されたデータがビット線対BLj
(BLj)上に電圧の変化となって現れる。少し遅れて
センスアンプ制御信号SAとセンスアンプ制御信号(S
A)がセンスアンプ活性化供給線SLp及びセンスアン
プ活性化供給線SLn(図2)上に印加されると、セン
スアンプSAj(図2)が活性化される。その結果ビッ
ト線対BLj(BLj)上の電圧が増幅される。
源電圧Vccに近い電圧に、他方の電圧が接地電圧Vs
sまで増幅される。列デコーダ12(図2)は、図示し
てない外部装置から列アドレス信号YADDを受け入れ
てデコードし、所定のビット線対BLj(BLj)に列
選択信号SYjを送出する。その結果トランスファーゲ
ート対TG1(TG1)(図2)がオンしてビット線対
BLj(BLj)とデータバス対DB(DB)(図2)
が接続されてビット線対BLj(BLj)上のデータが
データバス対DB(DB)上へ転送される。
して図示してない外部装置へ出力される。 時刻T6 行選択信号SXiと列選択信号とセンスアンプ制御信号
SAとセンスアンプ制御信号(SA)がそれぞれ除去さ
れてデータ読み出しが終了する。この時(2)、
(4)、(5)、(6)、(7)、(8)については短
時間内に初期状態時刻T1に復帰するが(3)のビット
線対BLi(BLi)は、すぐには初期状態に復帰でき
ない。 時刻T7 ビット線対BLi(BLi)の電圧がプリチャージ電圧
HVccに復帰してデータ読み出し1サイクルが終了す
る。
概要についての説明を終了する。ここで留意すべき点は
以下の通りである。 [留意点]データ読み出し終了後(時刻T6)からビッ
ト線対BLi(BLi)の電圧がプリチャージ電圧HV
ccに復帰してデータ読み出し1サイクルが終了(時刻
T7)するまでに余分な遅れ時間Tsを要している。
進むと、プリチャージ回路Pcjを構成するNMOSト
ランジスタのVgsが小さくなることによりNMOSト
ランジスタのIdsが小さくなり、プリチャージに要す
る時間が増大するからであると考えられる。本発明の目
的は、この余分な遅れ時間Tsの短縮化にある。
の説明を終了したので再度図1に戻って具体例1のプリ
チャージ制御信号発生回路について説明する。図1の
(a)は、プリチャージ制御信号発生回路の回路構成を
表し(b)は回路内各部の動作を表している。
は、レベルシフターK1と、インバータINV1と、イ
ンバータINV2、とキャパシタCpと、NMOSトラ
ンジスタNT1と、NMOSトランジスタNT2と、P
MOSトランジスタPT1を備える。
MOSトランジスタPT1は、相補型増幅器を形成して
いる。また、NMOSトランジスタNT1は、上記相補
型増幅器の動作電源供給用回路になっている。(a)に
示すようにプリチャージ生成信号Spはレベルシフター
K1とインバータINV1に分岐される。レベルシフタ
ーK1は、プリチャージ生成信号SpのレベルをVBO
OSTにレベルアップするインバータである。
2)に印加される電圧であって通常VBOOST=Vc
c+Vt+αに設定される。電源電圧VccよりもVt
+αだけ高く設定されているのは、メモリセルMCij
に蓄積されている電荷を正確に読み取るためである。こ
こでVtはNMOSの閾値電圧であり、αは設計機種に
よって異なる調整値である。
インバータINV2とNMOSトランジスタNT1のゲ
ートに入力される。インバータINV2の出力はキャパ
シタCpに転送される。このキャパシタCpの他方の端
子は、NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインに接続されている。即
ち、キャパシタCpに充電された電荷によってNMOS
トランジスタNT2のソースとPMOSトランジスタP
T1のドレインの電圧が持ち上げられる。通常この状態
をポンピングされる、と言う。
OSトランジスタPT1とNMOSトランジスタNT2
のゲートに入力される。NMOSトランジスタNT2の
ソースは接地電圧Vssに接続され、そのドレインは、
PMOSトランジスタPT1のソースに接続されてい
る。このNMOSトランジスタNT2のドレインとPM
OSトランジスタPT1のソースの接続点からプリチャ
ージ制御信号Spcが出力されプリチャージ制御回路P
Cjに転送される。
トランジスタNT3と、NMOSトランジスタNT4
と、NMOSトランジスタNT5を備える。NMOSト
ランジスタNT3のゲートと、NMOSトランジスタN
T4のゲートと、NMOSトランジスタNT5のゲート
は、一括接続されプリチャージ制御信号Spcを受け入
れる。
ランジスタNT5のドレインには、プリチャージ電圧H
Vccが印加され、NMOSトランジスタNT3とNM
OSトランジスタNT4のソースはビット線BLjに接
続され、NMOSトランジスタNT5のドレインとNM
OSトランジスタNT4のソースはビット線(BLj)
に接続されている。
ジ制御信号Spcを受け入れるとNMOSトランジスタ
NT3、NMOSトランジスタNT4、NMOSトラン
ジスタNT5が全てオンする。その結果ビット線BLj
とビット線(BLj)は、それぞれプリチャージ電圧H
Vccに等化される。
に従って具体例1のプリチャージ制御信号発生回路の動
作について説明する。図1(b)において、(1)は、
プリチャージ生成信号を、(2)は、インバータINV
1の出力を、(3)は、レベルシフターK1の出力を、
(4)は、インバータINV2の出力を、(5)は、P
MOSトランジスタPT1のドレインの電圧を、(6)
は、プリチャージ制御信号Spcを、(7)は、ビット
線対BLj(BLj)の電圧を、(8)は、(1)〜
(7)に共通した時刻をそれぞれ表している。
cを、(3)は、VBOOST電圧Vcc+Vt+α
を、(4)は、接地電圧Vssを、(5)は、電源電圧
Vccを、(6)は、接地電圧Vssを、(7)は、ビ
ット線対BLj(BLj)のどちらか一方が電源電圧V
ccに近い電圧を他方が接地電圧Vssに近い電圧を維
持している。以上の状態は、既に説明した図3の半導体
メモリ(DRAM)の動作説明図の時刻T5〜時刻T6
の間を意味している。
成信号Spを受け入れる。 (2)プリチャージ生成信号Spを受け入れたインバー
タINV1の出力は、少し遅れて接地電圧Vssに向か
って下降を開始する。
タINV1の出力は、接地電圧Vssになる。 (6)PMOSトランジスタPT1とNMOSトランジ
スタNT2のゲートはインバータINV1の出力を受け
入れ増幅し、その出力は電源電圧Vccまで上昇する。 (7)同時にビット線対BLj(BLj)は、プリチャ
ージ電圧HVccに向けて等化を開始する。
フターK1の出力は少し遅れて接地電圧Vssに変化す
る。 (4)このレベルシフターK1の出力を受け入れたイン
バータINV2の出力は電源電圧Vccに向けて上昇を
開始する。
を受け入れるキャパシタCpに充電された電荷によって
NMOSトランジスタNT1のソースとPMOSトラン
ジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+αに向
けて上昇を開始する。このVt+αは予めキャパシタC
pの値によって設定されている。 (6)NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインの電圧の上昇によってプ
リチャージ制御信号Spcも電源電圧VccからVcc
+Vt+αに向けて上昇を開始する。
達して、以後その電圧を維持する。 (5)NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+
αに達して、以後その電圧を維持する。 (6)プリチャージ制御信号Spcは、電圧がVcc+
Vt+αに達して、以後その電圧を維持する。
したのでビット線対BLj(BLj)は、プリチャージ
電圧HVccに向けて等化を加速する。 時刻T5 (7)ビット線対BLj(BLj)の電圧は、プリチャ
ージ電圧HVccに等化を完了する。
生回路の動作の説明を終了する。この動作説明の中で留
意すべき点は以下の通りである。 [留意点] 1.キャパシタCpに充電された電荷によってNMOS
トランジスタNT1のソースとPMOSトランジスタP
T1のドレインの電圧が持ち上げ(ポンピング)られた
ため、プリチャージ信号の電圧が電源電圧Vccより上
昇する。ここでは一例としてVt+α上昇している。
のプリチャージ電圧HVccへの等化時間が短縮され
る。一例として図上の時刻T6で等化完了すべきものが
プリチャージ信号の電圧上昇によって時刻T5まで短縮
することが可能になる。 3.キャパシタCpの入出力間の電位差は初期状態で電
源電圧Vccに維持されており電圧上昇分Vt+αのみ
充電できれば良いため、比較的小容量で済み占有面積が
小さくなる。
ジ制御信号SpcとしてVBOOSTをそのまま用いて
はどうか、という素朴な疑問がわく。しかし、プリチャ
ージ制御信号Spcは、多数のプリチャージ回路Pcj
に入力されるため、その負荷はワード線WLiと同様に
大きく、VBOOST回路がこの2つの信号を受け持つ
ことは困難であり、プリチャージ制御信号Spcを別個
に生成させる必要がある。
る。 [変形例(その1)]図4は、具体例1のプリチャージ
制御信号発生回路の変形例(その1)の説明図である。
図4の(a)は、プリチャージ制御信号発生回路の回路
構成を表し(b)は回路内各部の動作を表している。
シフターK1と、インバータINV1と、インバータI
NV12、とキャパシタCpと、NMOSトランジスタ
NT1と、NMOSトランジスタNT2と、PMOSト
ランジスタPT1を備える。上記変形前の状態(図1)
との差異のみについて説明する。
インバータINV12とNMOSトランジスタNT1の
ゲートに入力される。インバータINV12の出力はキ
ャパシタCpに転送される。このキャパシタCpの他方
の端子は、NMOSトランジスタNT1のソースとPM
OSトランジスタPT1のドレインに接続されている。
即ち、キャパシタCpに充電された電荷によってNMO
SトランジスタNT1のソースとPMOSトランジスタ
PT1のドレインの電圧が持ち上げられる(ポンピング
される)。
は、上記変形前の状態(図1)ではレベルシフターK1
の出力は2分岐されてインバータINV2とNMOSト
ランジスタNT1のゲートに入力されている。このイン
バータINV2の電源電圧はVccであった。一方、変
形例(図4)では、インバータINV2がインバータI
NV12に置換され、このインバータINV12の電源
電圧はVBOOSTになっている。その他の構成は全く
同様である。
ンバータINV12の出力が時刻T3からレベルシフタ
ーK1の出力を受け入れたインバータINV12の出力
はVBOOST電源Vcc+Vt+αに向けて上昇を開
始する。その他の動作は変形前の状態(図1)と全く同
様である。このようにインバータINV12の出力をV
BOOST電源Vcc+Vt+αに変更することによっ
て変形前の状態(図1)よりもキャパシタCpの占有面
積をより一層小さくすることができる。
形例(その2)の説明図である。図5の(a)は、プリ
チャージ制御信号発生回路の回路構成を表し(b)は回
路内各部の動作を表している。具体例1のプリチャージ
制御信号発生回路変形例(その2)は、レベルシフター
K1と、パルス伸長回路Td1と、インバータINV
2、とキャパシタCpと、NMOSトランジスタNT1
と、NMOSトランジスタNT2と、PMOSトランジ
スタPT1を備える。ここでパルス伸長回路Td1は、
インバータINV4〜インバータINV7とノアゲート
NOR1によって構成される。
みについて説明する。(a)に示すようにプリチャージ
生成信号SpはレベルシフターK1とパルス伸長回路T
d1に分岐される。パルス伸長回路Td1の反転出力は
PMOSトランジスタPT1とNMOSトランジスタN
T2のゲートに入力される。その他の構成は上記変形前
の状態(図1)と全く同様である。
ルス伸長回路Td1の出力の立ち上がり時がインバータ
INV4〜インバータINV7による遅延によってTd
1時間遅れている。その他の動作は変形前の状態(図
1)と全く同様である。変形前の状態(図1)では、こ
のTd1時間の間PMOSトランジスタPT1のゲート
と、NMOSトランジスタNT2のゲートの電位は電源
電圧Vccであり(2)、PMOSトランジスタPT1
のドレインの電位はVcc+Vt+αである(5)。従
ってPMOSトランジスタPT1のドレインからNMO
SトランジスタNT1を通って接地電位に至るリーク電
流が流れる。このリーク電流を減らすために変形例(そ
の2)では、インバータINV4〜インバータINV7
の遅延時間によってパルス伸長回路Td1の出力の立ち
上がりをTd1時間(2)遅らせている。つまり、パル
ス伸長回路Td1は、動作電源供給用回路としてのトラ
ンジスタNT1が、前記相補型増幅器のトランジスタP
T1へ供給する動作電源としての電源電圧Vccがポン
ピングされたVcc+Vt+α値からVcc値に戻るま
でのタイミングよりも、相補型増幅器が出力するプリチ
ャージ信号がVssに切り替わるタイミングをTd1
(2)時間分遅延する。
トランジスタPT1とNMOSトランジスタNT2によ
って構成される相補型増幅器の動作電源がポンピングさ
れて、プリチャージ制御信号がレベルアップされる。 2.その結果、ビット線対の等化時間が短縮され半導体
メモリ(例えばDRAM)の高速化が実現できる。 3.更に、パルス伸長回路を備えることによってNMO
SトランジスタNT1がオフするタイミングと相補型増
幅器がオフするタイミングを一致又は遅らせるため電力
消費量を小さくすることができる。
ージ制御信号発生回路の説明図である。図6の(a)
は、プリチャージ制御信号発生回路の回路構成を表し、
(b)は回路内各部の動作を表している。
は、レベルシフターK1と、インバータINV1と、イ
ンバータINV2と、キャパシタCpと、NMOSトラ
ンジスタNT1と、NMOSトランジスタNT2と、イ
ンバータINV3と、NMOSトランジスタNT6と、
PMOSトランジスタPT1とを備える。
SpはレベルシフターK1とインバータINV1に分岐
される。レベルシフターK1は、プリチャージ生成信号
SpのレベルをVBOOSTにレベルアップするインバ
ータである。
2)に印加される電圧であって通常VBOOST=Vc
c+Vt+αに設定される。電源電圧VccよりもVt
+αだけ高く設定されているのは、メモリセルMCij
に蓄積されている電荷を正確に読み取るためである。こ
こでVtはNMOSの閾値電圧であり、αは設計機種に
よって異なる調整値である。
インバータINV2と、NMOSトランジスタNT1の
ゲートと、インバータINV3に入力される。インバー
タINV2の出力はキャパシタCpに転送される。この
キャパシタCpの他方の端子は、NMOSトランジスタ
NT1のソースとPMOSトランジスタPT1のドレイ
ンに接続されている。即ち、キャパシタCpに充電され
た電荷によってNMOSトランジスタNT1のソースと
PMOSトランジスタPT1のドレインの電圧が持ち上
げられる。
OSトランジスタPT1とNMOSトランジスタNT2
のゲートに入力される。NMOSトランジスタNT2の
ソースは接地電圧Vssに接続され、そのドレインは、
PMOSトランジスタPT1のソースに接続されてい
る。このPMOSトランジスタPT1のソースには上記
インバータINV3の出力端が増幅器としてのNMOS
トランジスタNT6のゲートに接続され、該トランジス
タNT6の出力端も、PMOSトランジスタPT1のソ
ースに接続されている。
PMOSトランジスタPT1のソースの接続点からプリ
チャージ制御信号Spcが出力されプリチャージ制御回
路PCjに転送される。プリチャージ制御回路PCj
は、NMOSトランジスタNT3と、NMOSトランジ
スタNT4と、NMOSトランジスタNT5を備える。
NMOSトランジスタNT3のゲートと、NMOSトラ
ンジスタNT4のゲートと、NMOSトランジスタNT
5のゲートは、一括接続されプリチャージ制御信号Sp
cを受け入れる。
ランジスタNT5のドレインには、プリチャージ電圧H
Vccが印加され、NMOSトランジスタNT3とNM
OSトランジスタNT4のソースはビット線BLjに接
続され、NMOSトランジスタNT5のドレインとNM
OSトランジスタNT4のソースはビット線(BLj)
に接続されている。
ジ制御信号Spcを受け入れるとNMOSトランジスタ
NT3、NMOSトランジスタNT4、NMOSトラン
ジスタNT5が全てオンする。その結果ビット線BLj
とビット線(BLj)は、それぞれプリチャージ電圧H
Vccに等化される。
に従って具体例2のプリチャージ制御信号発生回路の動
作について説明する。図6(b)において、(1)は、
プリチャージ生成信号を、(2)は、インバータINV
1の出力を、(3)は、レベルシフターK1の出力を、
(4)は、インバータINV2の出力を、(5)は、P
MOSトランジスタPT1のドレインの電圧を、(6)
は、インバータINV3の出力を、(7)は、プリチャ
ージ制御信号Spcを(8)は、ビット線対BLj(B
Lj)の電圧を、(9)は、(1)〜(8)に共通した
時刻をそれぞれ表している。
cを、(3)は、VBOOST電圧を、(4)は、接地
電圧Vssを、(5)は、電源電圧Vccを、(6)
は、接地電圧Vssを、(7)は接地電圧Vssを、
(8)は、ビット線対BLj(BLj)のどちらか一方
が電源電圧Vccに近い電圧を他方が接地電圧Vssに
近い電圧を維持している。以上の状態は既に説明した図
3半導体メモリ(DRAM)の動作説明図の時刻T5〜
時刻T6の間を意味している。
成信号Spを受け入れる。 (2)プリチャージ生成信号Spを受け入れたインバー
タINV1の出力は、少し遅れて接地電圧Vssに向か
って下降を開始する。
タINV1の出力は、接地電圧Vssになる。 (7)PMOSトランジスタPT1とNMOSトランジ
スタNT2のゲートはインバータINV1の出力を受け
入れ増幅し、その出力は電源電圧Vccまで上昇する。 (8)同時にビット線対BLj(BLj)は、プリチャ
ージ電圧HVccに向けて等化を開始する。
フターK1の出力は少し遅れて接地電圧Vssに変化す
る。 (4)このレベルシフターK1の出力を受け入れたイン
バータINV2の出力は電源電圧Vccに向けて上昇を
開始する。
を受け入れるキャパシタCpに充電された電荷によって
NMOSトランジスタNT1のソースとPMOSトラン
ジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+αに向
けて上昇を開始する。このVt+αは予めキャパシタC
pの値によって設定されている。 (6)同時に、レベルシフターK1の出力を受け入れた
インバータINV3の出力はVBOOSTに向けて上昇
を開始する。
スとPMOSトランジスタPT1のドレインの電圧の上
昇によってプリチャージ制御信号Spcも電源電圧Vc
cからVcc+Vt+αに向けて上昇を開始する。
達して、以後その電圧を維持する。 (5)NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+
αに達して、以後その電圧を維持する。 (6)レベルシフターK1の出力を受け入れたインバー
タINV3の出力は時刻T4から少し遅れてVBOOS
Tに達して、以後その電圧を維持する。 (7)プリチャージ制御信号Spcは、電圧がVcc+
Vt+αに達して、以後その電圧を維持する。
したのでビット線対BLj(BLj)は、プリチャージ
電圧HVccに向けて等化を加速する。 時刻T5 (8)ビット線対BLj(BLj)の電圧は、プリチャ
ージ電圧HVccに等化を完了する。
し、NMOSトランジスタNT1のソースとPMOSト
ランジスタPT1のドレインの電圧がそれまで維持して
いた電圧Vcc+Vt+αから降下を開始する。 (7)同時にプリチャージ制御信号Spcは、それまで
維持していた電圧Vcc+Vt+αから降下を開始す
る。
放電して、NMOSトランジスタNT1のソースとPM
OSトランジスタPT1のドレインの電圧が電源電圧V
ccに降下して以後この電圧を維持する。 (7)同時にプリチャージ制御信号Spcは、それまで
維持していた電圧Vcc+Vt+αから電源電圧Vcc
まで降下する。しかしインバータINV3(6)の出力
がVcc+Vt+αを維持した状態でNMOSトランジ
スタNT6を介してPMOSトランジスタPT1のソー
スに供給される。従って、PMOSトランジスタPT1
のソース電圧はVcc+Vt+αからNMOSトランジ
スタNT6の閾値電圧Vtを減じた値、即ち電源電圧V
ccに近い電圧が維持される。
生回路の動作の説明を終了する。この動作説明の中で留
意すべき点は以下の通りである。 [留意点]レベルシフターK1の出力を受け入れたイン
バータINV3の出力がプリチャージ制御信号Spcに
加算されているため、キャパシタCpに充電された電荷
が放電されてもプリチャージ制御信号Spcは、電源電
圧Vccより降下することが無くなる。
る。 [変形例(その1)]図7は、具体例2のプリチャージ
制御信号発生回路の変形例(その1)の説明図である。
図7の(a)は、プリチャージ制御信号発生回路の回路
構成を表し(b)は回路内各部の動作を表している。
発生回路は、レベルシフターK1と、インバータINV
1と、インバータINV2と、キャパシタCpと、NM
OSトランジスタNT1と、NMOSトランジスタNT
2と、インバータINV3と、NMOSトランジスタN
T6と、PMOSトランジスタPT1とを備える。
ついて説明する。(a)に示すようにプリチャージ生成
信号SpはレベルシフターK1とインバータINV1に
分岐される。レベルシフターK1は、プリチャージ生成
信号SpのレベルをVBOOSTにレベルアップするイ
ンバータである。
インバータINV2と、NMOSトランジスタNT1の
ゲートと、インバータINV3に入力される。このイン
バータINV3の出力が、上記変形前の状態(図6)で
は、NMOSトランジスタNT6を介してPMOSトラ
ンジスタPT1のソースに転送されているが、変形例
(その1)ではPMOSトランジスタPT1のドレイン
に転送されている。その他の構成は具体例2の変形前
(図6)の構成と全く同様である。
に従って具体例2のプリチャージ制御信号発生回路の動
作について説明する。上記変形前の状態(図6)との差
異のみについて説明する。 時刻T7 (5)キャパシタCpは、時刻T4で充電された電荷を
放電して、NMOSトランジスタNT1のソースとPM
OSトランジスタPT1のドレインの電圧が電源電圧V
ccに降下して以後この電圧を維持する。 (7)同時にプリチャージ制御信号Spcは、それまで
維持していた電圧Vcc+Vt+αから電源電圧Vcc
まで降下する。しかしインバータINV3の出力(6)
がVcc+Vt+αを維持した状態でNMOSトランジ
スタNT6を介してPMOSトランジスタPT1のドレ
インに供給される。従って、PMOSトランジスタPT
1のドレインの電圧はVcc+Vt+αからNMOSト
ランジスタNT6の閾値電圧Vtを減じた値、即ち電源
電圧Vccに近い電圧が維持される。その他の動作は具
体例2の変更前の動作と全く同様である。
プリチャージ制御信号発生回路の変形例(その2)の説
明図である。図8の(a)は、プリチャージ制御信号発
生回路の回路構成を表し、(b)は回路内各部の動作を
表している。
発生回路は、レベルシフターK1と、インバータINV
1と、インバータINV2と、キャパシタCpと、NM
OSトランジスタNT1と、NMOSトランジスタNT
2と、レベルシフターK2と、NMOSトランジスタN
T6と、PMOSトランジスタPT1とを備える。
ついて説明する。(a)に示すようにプリチャージ生成
信号SpはレベルシフターK1とインバータINV1に
分岐される。レベルシフターK1は、プリチャージ生成
信号SpのレベルをVBOOSTにレベルアップするイ
ンバータである。
インバータINV2と、NMOSトランジスタNT1の
ゲートと、レベルシフターK2に入力される。具体例2
の変形前(図6)のインバータINV3が、ここでは電
源電圧としてVcc+2Vt+αを供給されているレベ
ルシフターK2に置き換えられている。このレベルシフ
ターK2の出力が、ドレイン電圧としてVcc+2Vt
+αを供給されているNMOSトランジスタNT6を介
してPMOSトランジスタPT1のドレインに転送され
ている。その他の構成は具体例2の変形前(図6)の構
成と全く同様である。
に従って具体例2の変形例(その2)のプリチャージ制
御信号発生回路の動作について説明する。上記変形前の
状態(図6)との差異のみについて説明する。 時刻T3 (3)プリチャージ生成信号Spを受け入れたレベルシ
フターK1の出力は少し遅れて接地電圧Vssに変化す
る。 (4)このレベルシフターK1の出力を受け入れたイン
バータINV2の出力は電源電圧Vccに向けて上昇を
開始する。
を受け入れるキャパシタCpに充電された電荷によって
NMOSトランジスタNT1のソースとPMOSトラン
ジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+αに向
けて上昇を開始する。このVt+αは予めキャパシタC
pの値によって設定されている。 (6)同時に、レベルシフターK1の出力を受け入れた
レベルシフターK2の出力はVcc+2Vt+αに向け
て上昇を開始する。 (7)NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインの電圧の上昇によってプ
リチャージ制御信号Spcも電源電圧VccからVcc
+Vt+αに向けて上昇を開始する。
達して、以後その電圧を維持する。 (5)NMOSトランジスタNT1のソースとPMOS
トランジスタPT1のドレインの電圧がVcc+Vt+
αに達して、以後その電圧を維持する。 (6)レベルシフターK1の出力を受け入れたレベルシ
フターK2の出力は時刻T4から少し遅れてVcc+2
Vt+αに達して、以後その電圧を維持する。 (7)プリチャージ制御信号Spcは、電圧がVcc+
Vt+αに達して、以後その電圧を維持する。 (8)プリチャージ制御信号Spcが上昇したのでビッ
ト線対BLj(BLj)は、プリチャージ電圧HVcc
に向けて等化を加速する。
ージ電圧HVccに等化を完了する。 時刻T6 (5)具体例2の変形前の状態ではキャパシタCpに充
電された電荷が放電を開始し、NMOSトランジスタN
T1のソースとPMOSトランジスタPT1のドレイン
の電圧がそれまで維持していた電圧Vcc+Vt+αか
ら降下を開始したが、ここでは電圧Vcc+Vt+αを
維持し続ける。 (7)具体例2ではプリチャージ制御信号Spcは、そ
れまで維持していた電圧Vcc+Vt+αから降下を開
始したが、ここでは電圧Vcc+Vt+αを維持し続け
る。
と、本来はキャパシタCpに充電されている電荷が放電
を開始し、その結果としてプリチャージ制御信号のレベ
ルは降下する。しかしNMOSトランジスタNT6を介
して相補型増幅器に供給される動作電源によって補償さ
れるためプリチャージ制御信号のレベル降下が無くな
る。
T6を介してプリチャージ制御信号Spに加算すること
によって、プリチャージ区間が長くなってもプリチャー
ジ制御信号Spcのレベルを電源電圧Vccに維持する
ことができるためビット線対BLj(BLj)がフロー
ティング状態になることを防ぐことができる。
はキャパシタCpに充電されている電荷が放電を開始し
するが、レベルシフターK1出力をNMOSトランジス
タNT6を介して相補型増幅器に供給することによっ
て、このキャパシタの放電を補償することが可能にな
る。その結果プリチャージ区間が長くなってもプリチャ
ージ制御信号SpcのレベルをVBOOST電圧に維持
することができるためビット線対BLj(BLj)がフ
ローティング状態になることを防ぐことができる。更
に、Vccが2Vt以下の低電圧の状態においてもビッ
ト線対がフローティング状態になることを防ぐことがで
きる。
明図である。
る。
る。
形例(その1)の説明図である。
形例(その2)の説明図である。
明図である。
形例(その1)の説明図である。
形例(その2)の説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体装置のプリチャージ制御信号発生
回路であって、 プリチャージ生成信号に基づいてプリチャージ制御信号
を出力する相補型増幅器と、 前記装置の電源電圧を動作電源として前記相補型増幅器
に供給する動作電源供給用回路と、 前記プリチャージ生成信号の一部を受け入れて前記電源
電圧よりも所定の値レベルアップさせて前記動作電源供
給用回路に転送するレベルシフターと、 前記プリチャージ制御信号を所定の値レベルアップさせ
るべく、前記レベルシフターからの出力に基づいて、前
記前記相補型増幅器への前記動作電源を所定の値ポンピ
ングさせるキャパシタとを備えるプリチャージ制御信号
発生回路において、 ポンピングされた前記動作電源が前記電源電圧値に戻る
までのタイミングよりも、前記相補型増幅器が出力する
前記プリチャージ信号が接地レベルに切り替わるタイミ
ングを遅延するためのパルス伸長回路を備えることを特
徴とするプリチャージ制御信号発生回路。 - 【請求項2】 半導体装置のプリチャージ制御信号発生
回路であって、 プリチャージ生成信号に基づいてプリチャージ制御信号
を出力する相補型増幅器と、 前記装置の電源電圧を動作電源として前記相補型増幅器
に供給する動作電源供給用回路と、 前記プリチャージ生成信号の一部を受け入れて前記電源
電圧よりも所定の値レベルアップさせて前記動作電源供
給用回路に転送するレベルシフターと、 前記プリチャージ制御信号を所定の値レベルアップさせ
るべく、前記レベルシフターからの出力に基づいて、前
記前記相補型増幅器への前記動作電源を所定の値ポンピ
ングさせるキャパシタとを備えるプリチャージ制御信号
発生回路において、 前記レベルシフターの出力を増幅し前記プリチャージ制
御信号に加算する増幅器を備えることを特徴とするプリ
チャージ制御信号発生回路。 - 【請求項3】 半導体装置のプリチャージ制御信号発生
回路であって、 プリチャージ生成信号に基づいてプリチャージ制御信号
を出力する相補型増幅器と、 前記装置の電源電圧を動作電源として前記相補型増幅器
に供給する動作電源供給用回路と、 前記プリチャージ生成信号の一部を受け入れて前記電源
電圧よりも所定の値レベルアップさせて前記動作電源供
給用回路に転送するレベルシフターと、 前記プリチャージ制御信号を所定の値レベルアップさせ
るべく、前記レベルシフターからの出力に基づいて、前
記前記相補型増幅器への前記動作電源を所定の値ポンピ
ングさせるキャパシタとを備えるプリチャージ制御信号
発生回路において、 前記キャパシタの放電電荷を補償すべく、前記レベルシ
フターの出力の一部を受け入れて更にレベルアップする
第2のレベルシフターと、 該第2のレベルシフターからの出力に基づいて、前記電
源電圧よりも所定の値レベルアップした電源電圧を前記
動作電源に加える第2の動作電源供給用回路とを備える
ことを特徴とするプリチャージ制御信号発生回路。
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KR100517549B1 (ko) * | 2002-09-18 | 2005-09-28 | 삼성전자주식회사 | 차아지 재사용 방법을 이용하는 비트라인 이퀄라이징 전압발생부를 갖는 메모리 장치 |
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