JP3483634B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微小差電圧信号を高速
に感知・増幅する半導体集積回路に関し、詳しくは、ど
のような微小差電圧信号であっても誤動作することな
く、高速に感知・増幅することができる電流検出型セン
スアンプに関する。
【0002】
【従来の技術】微小差電圧信号を高速に感知・増幅する
半導体集積回路として、従来より様々な形式のセンスア
ンプが用いられている。特に、DRAM、SRAM、C
AM(内容アドレス式メモリ)などのメモリに用いられ
るセンスアンプとしては、高速動作や高感度であること
が要求されるため、一般的に相補信号を用いる差動形セ
ンスアンプ等がある。差動形センスアンプには同期型と
非同期型とがあり、同期型の差動形センスアンプの代表
的なものにはラッチ型センスアンプ、非同期型の差動形
センスアンプの代表的なものにはカレントミラー型セン
スアンプがある。次に、図示例を用いて、これらの差動
型センスアンプについて説明する。
【0003】図5はラッチ型センスアンプの一例の構成
回路図である。このラッチ型センスアンプ50は、P型
MOSトランジスタ(以下、PMOSと記述する)52
a,52bと、N型MOSトランジスタ(以下、NMO
Sと記述する)54a,54bとを有し、PMOS52
aおよびNMOS54aと、PMOS52bおよびNM
OS54bとはともにCMOSインバータを構成する。
これらのインバータの入力端および出力端は互いにクロ
スカップル接続、即ち、PMOS52bおよびNMOS
54bのゲート端とPMOS52aおよびNMOS54
aのドレイン端は、互いに短絡されてデータ線に接続さ
れ、同様に、PMOS52aとNMOS54aのゲート
端およびPMOS52bとNMOS54bのドレイン端
は、互いに短絡されて反転データ線に接続されている。
また、PMOS52a,52bのソース端はともにセン
ス線に接続され、NMOS54a,54bのソース端は
ともに反転センス線に接続されている。
【0004】次に、このラッチ型センスアンプ50を用
いてデータを読み出す際の動作を説明する。まず、セン
ス線、反転センス線をハイレベルにした後、データ線お
よび反転データ線をともに同電位、例えば電源電位にプ
リチャージしてフローティングハイ状態にする。この状
態ではPMOS52a,52bおよびNMOS54a,
54bはいずれもオフ状態である。続いて、所定メモリ
セルから相補データ信号、即ち、データ信号および反転
データ信号を、それぞれデータ線および反転データ線に
読み出す。この時、データ線および反転データ線は、デ
ータ信号および反転データ信号に応じてそれぞれ電位が
変化し、例えばデータ信号および反転データ信号とし
て、それぞれハイレベルおよびロウレベルが読み出され
たとすると、反転データ線の電位はデータ線の電位より
も低下する。続いて、反転センス線を徐々にロウレベル
にしていくと、NMOS54bのゲート端(データ線)
およびソース端(反転センス線)間の電位差がしきい値
を上回った時、NMOS54bはオン状態となり、その
ドレイン端、即ち、PMOS52aのゲート端はロウレ
ベルとなる。一方、NMOS54aのゲート端およびソ
ース端間の電位差は、ゲート端(反転データ線)の電位
がNMOS54bのゲート端の電位と比較して低下して
いるため、NMOS54bがオン状態となる反転センス
線の電位ではオフ状態であり、そのドレイン端、即ち、
PMOS52bのゲート端はハイレベルとなる。最後
に、反転センス線の電位を接地電位にすることにより、
PMOS52a,52bのゲート端はそれぞれロウレベ
ルおよびハイレベルであり、それぞれオン状態およびオ
フ状態となるため、所定メモリセルから読み出された微
小差電圧信号であるデータ信号および反転データ信号
を、それぞれ電源電位および接地電位に増幅してラッチ
し、それぞれデータ線および反転データ線に出力するこ
とができる。
【0005】上述するデータ線および反転データ線は複
数のワードメモリの同一ビットに共通に接続されている
ため、メモリセルから読み出されるデータ信号および反
転データ信号、即ち、微小差電圧信号を出力するドライ
ブ能力の小さい素子では、データ線および反転データ線
の電位を瞬時に変化させることはできない。従って、ラ
ッチ型センスアンプ50は、データ線および反転データ
線の間に充分な電位差がついてから動作を開始させなけ
れば誤動作、即ち、間違ったデータをラッチしてしまう
恐れがあるため、データ信号および反転データ信号を読
み出してからセンスアンプを動作させるまでに時間的な
余裕を設ける必要がある。
【0006】また、図6はカレントミラー型センスアン
プの一例の構成回路図である。このカレントミラー型セ
ンスアンプ60は、カレントミラー形負荷であるPMO
S62a,62bと、微小差電圧信号の入力用のNMO
S64a,64bと、定電流源となるNMOS66とを
有する。ここで、PMOS62a,62bのソース端は
ともに電源電位に接続され、そのゲート端は互いに短絡
されてPMOS62aのドレイン端に接続され、データ
出力線がPMOS62bのドレイン端に接続されてい
る。また、NMOS64a,64bのゲート端にはそれ
ぞれデータ線および反転データ線が入力され、そのドレ
イン端はそれぞれPMOS62a,62bのドレイン端
に接続され、そのソース端は互いに短絡されてNMOS
66のドレイン端に接続されている。また、NMOS6
6のゲート端はセンス線が接続され、そのソース端は接
地電位に接続されている。
【0007】カレントミラー型センスアンプ60は、負
荷となるPMOS62a,62bのゲート端に同じバイ
アス電圧を印加することにより、これらのドレイン電流
が等しくされている。また、センス線は常にハイレベル
で、NMOS66が常にオン状態である。また、データ
線および反転データ線のプリチャージレベルは、センス
アンプの利得の点から電源電位よりも多少低いハイレベ
ルにあり、データ線および反転データ線の微小電圧差に
より高速に増幅されたデータが非同期にデータ出力線に
出力される。なお、図6に示すカレントミラー型センス
アンプ60では、出力の論理レベルが電源電位〜接地電
位にはならないため、通常多段で構成したり、レベルシ
フター等を用いる。また、通常図6に示すカレントミラ
ー型センスアンプ60をペアで用い、他方のセンスアン
プのデータ線および反転データ線を入れ換えて、反転デ
ータ出力線を得るよう構成するのが一般的である。
【0008】次に、このカレントミラー型センスアンプ
60を用いてデータ信号を読み出す際の動作を説明す
る。まず、反転データ線の電位がデータ線の電位(プリ
チャージレベル)より下がり始めると、NMOS64b
の電流駆動能力gm (ドレイン電流としても良い)がゲ
ート電圧の低下により減少し、データ出力線の電位が上
昇するとともに、NMOS66のドレイン端の電位が低
下する。データ線の電位は変化しないが、NMOS64
aのゲート・ソース間電圧VGSが増えるため、そのドレ
イン電流が増加し、そのドレイン端の電位が降下する。
このため、PMOS62bの電流駆動能力gm が上昇
し、さらに増幅が加速され、急速にデータ出力線の電位
を上昇させる。同様に、データ線の電位が反転データ線
の電位(プリチャージレベル)より下がり始めると、N
MOS64aの電流駆動能力gm が減少し、NMOS6
4aのドレイン端の電位が上昇するため、PMOS62
bの電流駆動能力gm が低下する。また、NMOS66
のドレイン端の電位が低下することにより、NMOS6
4bのゲート・ソース間電圧VGSが増加し、そのドレイ
ン電流が増える。データ出力線の電位は、PMOS62
b,NMOS64b,NMOS66を流れる電流(各ト
ランジスタの電流駆動能力gm の比あるいは抵抗比)に
より決まるため、その電位は低下する。さらに、データ
線の電位が下がると、増幅が加速される。
【0009】このカラントミラー型センスアンプ60
は、上述するラッチ型センスアンプ50とは異なり、セ
ンスアンプへの入力信号、即ち、データ信号および反転
データ信号がラッチされないので、誤動作する心配はな
い。しかし、入力信号の振幅が小さくても、定電流源で
あるNMOS66の電流値により高速動作が可能である
という利点がある反面、上述するように常時電流が流
れ、消費電流が大きくなるため、多数ビットが同時に読
み出されると消費電力が増大し、好ましくないという問
題点がある。
【0010】上述するラッチ型センスアンプ50やカレ
ントミラー型センスアンプ60の欠点を解消するため
に、例えば特開平5−242686号公報に開示された
電流検出型センスアンプがある。
【0011】図7は、同公報に開示された電流検出型セ
ンスアンプの一例の構成回路図である。この電流検出型
センスアンプ70は、PMOS20a,20bおよびN
MOS22a,22bを有する電流駆動型ラッチ回路1
2と、NMOS24a,24b,24cを有する電流駆
動回路14とを備えている。ここで、電流駆動型ラッチ
回路12を構成するPMOS20aおよびNMOS22
aとPMOS20bおよびNMOS22bとはともにC
MOSインバータを構成し、インバータの入力端および
出力端は互いにクロスカップル接続、即ち、PMOS2
0aおよびNMOS22aのゲート端とPMOS20b
およびNMOS22bのドレイン端は、互いに短絡され
てデータ出力線に接続され、同様に、PMOS20bお
よびNMOS22bのゲート端とPMOS20aおよび
NMOS22aのドレイン端は、互いに短絡されて反転
データ出力線に接続されている。また、PMOS20
a,20bのソース端は短絡されて電源電位に接続され
ている。また、電流駆動回路14のNMOS24a,2
4bのゲート端はそれぞれデータ線および反転データ線
に接続され、そのドレイン端はそれぞれ電流駆動型ラッ
チ回路12のNMOS22a,22bのソース端に接続
され、そのソース端は互いに短絡されてNMOS24c
のドレイン端に接続されている。また、NMOS24c
のゲート端はセンス線に接続され、そのソース端は接地
電位に接続されている。なお、NMOS22a,22b
のドレイン端をそれぞれ接点AおよびBとし、そのソー
ス端をそれぞれ接点aおよびbとし、NMOS24cの
ドレイン端を接点cとして、以下の説明を行う。
【0012】次に、図8に示すグラフを用いて、この電
流検出型センスアンプ70を用いてデータ信号を読み出
す際の動作を説明する。なお、図8においては、説明を
容易にするために、センスアンプ動作開始点における接
点aおよびb間の電位差ΔV(=Vb −Va )が実際よ
りも大きく示されている。まず、センス線をロウレベル
とした後、データ線および反転データ線をともに同電
位、例えば接地電位にディスチャージしてフローティン
グロウ状態とし、接点AおよびBと接点aおよびbをと
もに電源電位にプリチャージしてフローティングハイ状
態にする。この状態ではPMOS20a,20b、NM
OS22a,22bおよびNMOS24a,24b,2
4cはいずれもオフ状態である。続いて、所定メモリセ
ルからデータ信号および反転データ信号を、それぞれデ
ータ線および反転データ線に読み出す。この時、データ
線および反転データ線は、データ信号および反転データ
信号に応じてそれぞれ電位が変化する。続いて、センス
線をハイレベルにするとNMOS24cがオン状態とな
り、NMOS24a,24bにはそれぞれデータ線およ
び反転データ線の電位に応じたドレイン電流が流れ、そ
れぞれのドレイン端(接点aおよびb)の電位が引き抜
かれる。例えば、データ信号および反転データ信号とし
て、それぞれハイレベルおよびロウレベルが読み出され
たとすると、NMOS24bよりもNMOS24aのド
レイン端の電位が早く降下し、NMOS22aのゲート
端(接点B)およびソース端(接点a)間の電位差がし
きい値を上回った時、NMOS22aはオン状態となる
ため、反転データ出力線(接点A)の電位はロウレベル
となる。また、接点Aがロウレベルになると、NMOS
22bはオフ状態となるため、データ出力線(接点B)
の電位はハイレベルを維持する。このように、所定メモ
リセルから読み出された微小差電圧信号であるデータ信
号および反転データ信号を、それぞれ電源電位および接
地電位に増幅してラッチし、それぞれデータ出力線およ
び反転データ出力線に出力することができる。
【0013】この電流検出型センスアンプ70は、微小
差電圧信号の高速感知、増幅および消費電力等の点にお
いて、上述するラッチ型センスアンプ50やカレントミ
ラー型センスアンプ60よりも優れている。しかしなが
ら、NMOS22aのゲート端およびソース端間の電位
差と、NMOS22bのゲート端およびソース端間の電
位差との差、即ち、電流駆動型ラッチ回路12の動作余
裕は、図8のグラフに示すように、接点aおよびb間の
微小差電圧ΔVだけで決定されているため、また、ラッ
チ型センスアンプ50の場合と同様に、データ信号およ
び反転データ信号がラッチされるため、データ線および
反転データ線の間に充分な電位差がついてからセンスア
ンプの動作を開始させなければ、即ち、NMOS22
a,22bのいずれか一方がオン状態となる時に、接点
aおよびbに充分な差電圧がついていないと、センスア
ンプの動作タイミングによっては、あるいはノイズ等の
影響を受けて誤動作に至る可能性が全くないとは言い切
れなかった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく種々の問題点をかえりみて、微小差電
圧信号と、これが増幅され、ラッチされて出力されるデ
ータ出力信号との間に容量を接続し、微小差電圧信号の
電位に応じてデータ出力信号の電位を変化させることに
より、動作余裕を増加することができ、微小差電圧信号
を高速かつ安定に感知・増幅することができる半導体集
積回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入力端および出力端が互いにクロスカッ
プル接続された1対のインバータを有し、これらのイン
バータの高電位電源端は短絡されて高電位電源に接続さ
れ、低電位電源端に入力される1対の微小差電圧信号を
増幅してラッチし、それぞれデータ出力線および反転デ
ータ出力線に出力する電流駆動型ラッチ回路と、前記1
対のインバータの出力端および低電位電源端を同一高電
位にプリチャージするプリチャージ回路と、データ線お
よび反転データ線の電位に応じて、それぞれ前記1対の
インバータの低電位電源端にプリチャージされた電荷を
ディスチャージし、前記1対のインバータの低電位電源
端に前記1対の微小差電圧信号を供給する電流駆動回路
と、前記1対のインバータ毎に、その出力端および低電
位電源端間に接続された容量とを備えることを特徴とす
る半導体集積回路を提供するものである。
【0016】ここで、前記1対のインバータの出力端を
プリチャージするプリチャージ回路は、前記1対のイン
バータの高電位電源端と高電位電源との間に電圧降下手
段を有し、前記1対のインバータの出力端のプリチャー
ジ電位をその低電位電源端のプリチャージ電位よりも低
い電位にプリチャージするのが好ましい。
【0017】
【発明の作用】本発明の半導体集積回路は、データ線お
よび反転データ線に出力される1対の微小差電圧信号を
感知・増幅する電流検出型センスアンプである。プリチ
ャージ回路により、電流駆動型ラッチ回路の1対のイン
バータの出力端および低電位電源端を同一の高電位にプ
リチャージした後、データ線および反転データ線を介し
て電流駆動回路に入力される1対の微小差電圧信号の電
位に応じて、電流駆動型ラッチ回路の1対のインバータ
の低電位電源端にプリチャージされた電荷がディスチャ
ージされ、容量を介して電流駆動型ラッチ回路の1対の
インバータの出力端の電位も、低電位電源端の電位に応
じてカップリングにより引き落とされる。即ち、電流駆
動型ラッチ回路の1対のインバータにおいて、一方のイ
ンバータの低電位電源端および他方のインバータの出力
端間の電位差と、一方のインバータの出力端および他方
のインバータの低電位電源端間の電位差との差、つまり
電流駆動型ラッチ回路の動作余裕を大きくすることがで
きるため、一方のインバータが動作を開始する段階にお
いて、他方のインバータが動作を開始できるまでには時
間的な余裕がある。このため、本発明の半導体集積回路
によれば、どのような微小差電圧信号であっても誤動作
することなく、高速に感知・増幅することができる。ま
た、電流駆動型ラッチ回路の1対のインバータの出力端
と高電位電源との間に電圧降下手段を備えることによ
り、1対のインバータの出力端のプリチャージ電位を低
電位電源端のプリチャージ電位よりも低い電位にプリチ
ャージすることができる。このため、電流駆動型ラッチ
回路の動作余裕をさらに大きくすることができ、本発明
の半導体集積回路をさらに安定して動作させることがで
きる。
【0018】
【実施例】以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づ
いて、本発明の半導体集積回路を詳細に説明する。
【0019】図1は、本発明の半導体集積回路の一実施
例の構成回路図である。同図に示す半導体集積回路10
は電流検出型センスアンプであって、電流駆動型ラッチ
回路12と、電流駆動回路14と、プリチャージ回路1
6と、容量18a,18bとを有している。
【0020】ここで、電流駆動型ラッチ回路12は、P
MOS20a,20bと、NMOS22a,22bとを
有し、このPMOS20aおよびNMOS22aとPM
OS20bおよびNMOS22bとはともにCMOSイ
ンバータを構成する。また、これらのインバータの入力
端および出力端は互いにクロスカップル接続、即ち、P
MOS20aおよびNMOS22aのゲート端とPMO
S20bおよびNMOS22bのドレイン端は、互いに
短絡されてデータ出力線に接続され、同様に、PMOS
20bおよびNMOS22bのゲート端とPMOS20
aおよびNMOS22aのドレイン端は、互いに短絡さ
れて反転データ出力線に接続されている。また、PMO
S20a,20bのソース端(高電位電源端)は短絡さ
れて電源電位に接続される。
【0021】また、電流駆動回路14はNMOS24
a,24b,24cを有し、これらのNMOS24a,
24bのゲート端はそれぞれデータ線および反転データ
線に接続され、これらのドレイン端はそれぞれ電流駆動
型ラッチ回路12のNMOS22a,22bのソース
(低電位電源端)に接続され、これらのソース端は互い
に短絡されてNMOS24cのドレイン端に接続されて
いる。また、NMOS24cのゲート端はセンス線に接
続され、そのソース端は接地電位に接続されている。こ
こで、NMOS24cを2個用いて、それぞれNMOS
22a,22bに接続するように構成しても良い。な
お、NMOS22a,22bのドレイン端をそれぞれ接
点AおよびBとし、そのソース端をそれぞれ接点aおよ
びbとし、NMOS24cのドレイン端を接点cとし
て、以下の説明を続ける。
【0022】また、プリチャージ回路16はPMOS2
6a,26b,28a,28bを有し、これらのPMO
S26a,26b,28a,28bのゲート端は全てセ
ンス線に接続され、これらのソース端は全て電源電位に
接続され、これらのドレイン端はそれぞれ接点A、B、
aおよびbに接続されている。また、容量18a,18
bの一方の端子はそれぞれ電流駆動型ラッチ回路12の
NMOS22a,22bのドレイン端に接続され、その
他方の端子はそれぞれNMOS22a,22bのソース
端に接続されている。
【0023】次に、図3に示すグラフを用いて、この電
流検出型センスアンプを用いてデータを読み出す際の動
作を説明する。なお、図3においては、説明を容易にす
るため、センスアンプ動作開始点における接点Aおよび
B間の電位差ΔV1 (=VB−VA )、接点aおよびb
間の電位差ΔV2 (=Vb −Va )が大きく示されてい
る。
【0024】まず、センス線をロウレベルにすると、電
流駆動回路14のPMOS26a,26b,28a,2
8bが全てオン状態となるから、接点A、B、aおよび
bは全て電源電位にプリチャージされ、同時に容量18
a,18bも電源電位にプリチャージされる。また、デ
ータ線および反転データ線を同電位、例えば接地電位に
ディスチャージする。なお、これとは逆にデータ線およ
び反転データ線を電源電位にプリチャージしても良い。
この状態では電流駆動型ラッチ回路12のPMOS20
a,20bおよびNMOS22a,22b、電流駆動回
路14のNMOS24a,24b,24cはいずれもオ
フ状態である。
【0025】続いて、データ線および反転データ線のデ
ィスチャージを終了し、これらをフローティングロウ状
態にした後、所定メモリセルからデータ信号および反転
データ信号を、それぞれデータ線および反転データ線に
読み出す。この時、データ線および反転データ線は、デ
ータ信号および反転データ信号の電位に応じてそれぞれ
電位が変化し、データ線および反転データ線間に微小差
電圧が生じる。
【0026】続いて、センス線をハイレベルにすると、
プリチャージ回路16のPMOS26a,26b,28
a,28bが全てオフ状態となるから、接点A、B、a
およびbは全てフローティングハイ状態となる。同時
に、電流駆動回路14のNMOS24cがオン状態とな
るから、NMOS24a,24bには、それぞれデータ
線および反転データ線の電位に応じてドレイン電流が流
れ、このドレイン電流に応じてそれぞれ接点aおよびb
にプリチャージされた電荷がディスチャージされ、これ
らの電位が降下する。また、接点AおよびBは、それぞ
れ接点aおよびbと容量を介して接続されているため、
接点aおよびbの電位が降下するとともに、接点aおよ
びbの電位に応じて容量カップリングによりそれぞれ接
点AおよびBの電位も降下する。
【0027】このため、一方のNMOSのゲート端およ
びソース端間の電位差が、そのしきい値を越える時に、
他方のNMOSのゲート端およびソース端間の電位差を
小さくすることができ、電流駆動型ラッチ回路12の動
作余裕は、図3のグラフに示すように、接点AおよびB
間の差電圧ΔV1 と、接点aおよびb間の差電圧ΔV 2
とで決定される。従って、本発明の半導体集積回路10
においては、従来の電流検出型センスアンプと比較し
て、接点AおよびB間の差電圧ΔV1 だけ動作余裕を増
加することができるため、誤動作を防止することがで
き、より安定した動作が可能となる。
【0028】例えば、データ信号および反転データ信号
として、それぞれハイレベルおよびロウレベルが読み出
されたとすると、データ線の電位は反転データ線の電位
よりも微小電圧だけ高くなる。このため、接点aにプリ
チャージされた電荷は接点bにプリチャージされた電荷
よりも早くディスチャージされ、接点aの電位は接点b
の電位よりも早く降下するとともに、接点Aの電位は接
点Bの電位よりも早く降下し、接点Bおよびa間の電位
差は、接点Aおよびb間の電位差よりも早く大きくな
る。
【0029】上述するように、NMOS22aのゲート
端(接点B)およびソース端(接点a)間の電位差は、
NMOS22bのゲート端(接点A)およびソース端
(接点b)間の電位差よりも早く大きくなるため、NM
OS22aのゲート端およびソース端間の電位差の方
が、NMOS22bのゲート端およびソース端間の電位
差よりも早くしきい値を越え、NMOS22aの方がN
MOS22bよりも早くオン状態になる。なお、この時
のNMOS22bのゲート端およびソース端間の電位差
は、接点Aの電位が降下しているため、図7に示す従来
の電流検出型センスアンプの場合と比較して小さくする
ことができる。このため、接点Aおよびa間および接点
Bおよびb間にそれぞれ容量18a,18bを接続すれ
ば、センスアンプの動作余裕を増加することができ、誤
動作を防止することができることが判る。
【0030】続いて、NMOS22aがオン状態になる
と、反転データ出力線の電位はロウレベルになるため、
PMOS20bおよびNMOS22bはそれぞれオン状
態およびオフ状態になり、データ出力線の電位はハイレ
ベルになるため、PMOS20aおよびNMOS22a
はそれぞれオフ状態およびオン状態が確定し、データの
読み出しを完了する。このように、所定メモリセルから
読み出された微小差電圧信号であるデータ信号および反
転データ信号を、それぞれ電源電位および接地電位に増
幅してラッチし、それぞれデータ出力線および反転デー
タ出力線に出力することができる。なお、データ信号お
よび反転データ信号として、それぞれハイレベルおよび
ロウレベルが読み出された場合を例として説明したが、
これとは逆にデータ信号および反転データ信号として、
それぞれロウレベルおよびハイレベルが読み出された場
合の動作についても全く同様であるから、その説明は省
略する。
【0031】次に、図2に、本発明の半導体集積回路の
別の実施例の構成回路図を示す。同図に示す半導体集積
回路30と、図1に示す半導体集積回路10との相違点
は、電圧降下手段であるNMOS32を有する点だけで
あるから、同一の構成要素には同一の符号を付し、その
詳細な説明は省略する。即ち、図1に示す半導体集積回
路10においては、電流駆動型ラッチ回路12およびプ
リチャージ回路16のPMOS20a,20b,26
a,26bのソース端は全て電源電位に接続されていた
が、図2に示す半導体集積回路30においては、電流駆
動型ラッチ回路12およびプリチャージ回路16のPM
OS20a,20b,26a,26bのソース端は全て
NMOS32のソース端に接続され、NMOS32のゲ
ート端およびドレイン端はともに電源電位に接続されて
いる。
【0032】図2に示す半導体集積回路30は、図1に
示す半導体集積回路10と全く同様に動作することは言
うまでもないが、NMOS32のゲート端は電源電位に
接続されているため、常にオン状態であり、NMOS3
2のソース端の電位は、電源電位よりもNMOS32の
しきい値だけ降下した値になる。このため、図2に示す
半導体集積回路30においては、接点AおよびBのプリ
チャージされる電位が、図1に示す半導体集積回路10
と比較して、NMOS32のしきい値だけ降下した値と
なる。従って、NMOS32を設けることにより、電流
駆動型ラッチ回路12のNMOS22aあるいはNMO
S22bがオン状態になるタイミングが遅延するととも
に、接点Aおよびb間の電位差と、接点Bおよびa間の
電位差との差がさらに大きくなるため、センスアンプの
動作余裕をさらに大きくすることができる。なお、NM
OS32の目的は、接点AおよびBのプリチャージ電位
を下げることであって、この目的を達成することができ
れば、例えばトランジスタ、抵抗素子、ダイオードな
ど、どのような素子や回路を用いても良い。
【0033】最後に、本発明の半導体集積回路の動作原
理について説明する。図4は、本発明の半導体集積回路
の主要部分の等価回路図である。この等価回路は、電流
駆動型ラッチ回路12のインバータを構成するNMOS
22と、このNMOS22のドレイン端(接点A)およ
びソース端(接点a)間に接続された容量18と、NM
OS22のドレイン端、即ち、反転データ出力線の負荷
容量34とを有している。なお、容量18および負荷容
量34の静電容量値は、それぞれCL およびC B である
ものとする。
【0034】同図に示す等価回路において、センスアン
プの動作開始前、即ち、時間t=0における接点Aおよ
びaの電位VA およびVa は、 VA =VA (0) =Vcc(電源電位) Va =Va (0) =Vcc であり、従って、接点Aにおける電荷Qは、 Q=CL ・VA (0) +CB ・(VA (0) −Va (0) ) =CL ・Vcc ・・・(式1) である。同様に、センスアンプの動作中、即ち、NMO
S22がオン状態になる直前までの時間tにおける接点
Aおよびaの電位VA およびVa は、 VA =VA (t) Va =Va (t) であり、従って、接点Aにおける電荷Qは、 Q=CL ・VA (t) +CB ・(VA (t) −Va (t) ) ・・・(式2) である。
【0035】ここで、NMOS22がオン状態になる直
前までは、電荷保存則から上記式1および式2は等価で
あるから、 CL ・VA (t) +CB ・(VA (t) −Va (t) )=CL
・Vcc が成り立つ。従って、NMOS22がオン状態になる直
前までの時間tにおける接点Aの電位VA は、
【数1】 となる。従って、時間t経過後における接点Aの差電位
ΔVA は、
【数2】 である。
【0036】例えば、電源電位Vccが5V、NMOS2
2がオン状態になる時のゲート電圧が1.5Vであると
すると、時間tにおける接点aの電位Va は、 Va (t) =5V(Vcc)−1.5V(ゲート電圧)=
3.5V であるから、上記の時間t経過後における接点Aの差電
位ΔVA は、
【数3】 となる。これにより、NMOS22がオン状態になる
前、即ち、センスアンプが動作を開始する前に、例えば
接点Aにおいて150mVの差電圧を余分につけたい場
合、容量18の静電容量値CB を負荷容量34の静電容
量値CL の約10分の1程度に設定すれば良いことが判
る。このように、容量18および負荷容量34の静電容
量値との比により、センスアンプの動作余裕が決定され
る。
【0037】以上、本発明の半導体集積回路を実施例に
基づいて説明したが、本発明の半導体集積回路は上述す
る実施例だけに限定されるものではない。従来技術の問
題点は、センスアンプ動作時において1対の微小差電圧
信号(実施例においては接点aおよびb)間に充分な差
電圧がついていないことである。従って、従来技術の問
題点の解決方法は、センスアンプが動作を開始する前
に、1対の微小差電圧信号間に、センスアンプを誤動作
させないだけの充分な差電圧をつけることであり、例え
ば以下の改善策が考えられる。 (1)微小差電圧信号線をシールドし、他の信号線によ
るカップリングノイズを防止する。 (2)1対のインバータの出力端のプリチャージ電位を
低電位電源端のプリチャージ電位よりも低くしたり、1
対のインバータを構成するNMOSのしきい値を他のP
MOSおよびNMOSよりも高くして、センスアンプの
動作タイミングを遅らせることにより、微小差電圧信号
間に充分な差電圧をつける。 (3)センスアンプの動作開始前に、1対のインバータ
の出力端にも微小差電圧信号に応じた差電圧をつけ、実
質的な差電圧を増加させる。
【0038】
【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の半導
体集積回路は、電流検出型ラッチ回路と、プリチャージ
回路と、電流駆動回路と、容量とを備え、1対の微小差
電圧信号を感知・増幅する電流検出型センスアンプであ
る。電流駆動型ラッチ回路の1対のインバータ毎に、そ
の出力端および低電位電源端間に容量を接続したことに
より、電流駆動型ラッチ回路の動作余裕を大きくするこ
とができる。従って、本発明の半導体集積回路によれ
ば、どのような微小差電圧信号であっても誤動作するこ
となく、高速に感知・増幅することができる。また、本
発明の半導体集積回路によれば、電流駆動型ラッチ回路
の1対のインバータの出力端と高電位電源との間に電圧
降下手段を備えることにより、電流駆動型ラッチ回路の
動作余裕をさらに大きくすることができ、本発明の半導
体集積回路をさらに安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体集積回路の一実施例の構成回路
図である。
【図2】本発明の半導体集積回路の別の実施例の構成回
路図である。
【図3】図1に示す本発明の半導体集積回路の動作を示
す一実施例のグラフである。
【図4】本発明の半導体集積回路の一実施例の主要部等
価回路図である。
【図5】従来のラッチ型センスアンプの一例の構成回路
図である。
【図6】従来のカレントミラー型センスアンプの一例の
構成回路図である。
【図7】従来の電流検出型センスアンプの一例の構成回
路図である。
【図8】図6に示す従来の電流検出型センスアンプの動
作を示す一例のグラフである。
【符号の説明】
10、30 半導体集積回路 12 電流駆動型ラッチ回路 14 電流駆動回路 16 プリチャージ回路 18、18a、18b 容量 20a、20b PMOS(P型MOSトランジスタ) 26a、26b、28a、28b PMOS 22a、22b NMOS(N型MOSトランジスタ) 24a、24b、32 NMOS 34 負荷容量 50 ラッチ型センスアンプ 52a、52b PMOS 54a、54b NMOS 60 カレントミラー型センスアンプ 62a、62b PMOS 64a、64b、66 NMOS 70 電流検出型センスアンプ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力端および出力端が互いにクロスカップ
    ル接続された1対のインバータを有し、これらのインバ
    ータの高電位電源端は短絡されて高電位電源に接続さ
    れ、低電位電源端に入力される1対の微小差電圧信号を
    増幅してラッチし、それぞれデータ出力線および反転デ
    ータ出力線に出力する電流駆動型ラッチ回路と、前記1
    対のインバータの出力端および低電位電源端を同一高電
    位にプリチャージするプリチャージ回路と、データ線お
    よび反転データ線の電位に応じて、それぞれ前記1対の
    インバータの低電位電源端にプリチャージされた電荷を
    ディスチャージし、前記1対のインバータの低電位電源
    端に前記1対の微小差電圧信号を供給する電流駆動回路
    と、前記1対のインバータ毎に、その出力端および低電
    位電源端間に接続された容量とを備えることを特徴とす
    る半導体集積回路。
  2. 【請求項2】前記1対のインバータの出力端をプリチャ
    ージするプリチャージ回路は、前記1対のインバータの
    高電位電源端と高電位電源との間に電圧降下手段を有
    し、前記1対のインバータの出力端のプリチャージ電位
    をその低電位電源端のプリチャージ電位よりも低い電位
    にプリチャージする請求項1に記載の半導体集積回路。
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