JP3555076B2 - 多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路 - Google Patents
多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は多値記憶半導体記憶装置のワード電圧を2段階目→1段階目→3段階目又は4段階目→2段階目→6段階目→1段階目→3段階目→5段階目→7段階目というような階段状に変化させる半導体記憶装置の読み出し回路に関し、特に、センスアンプ動作時間を短縮することにより消費電力を削減させた多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、多値記憶装置における読み出し方法は各段階夫々のワード電圧ごとに毎回センスアンプを動作させ、多値セルのしきい値電圧VTに応じたON/OFF出力を得る。そして、各段階のワード電圧での出力結果を夫々ラッチ回路でラッチし、更に、夫々のラッチ出力をエンコーダで論理演算してから出力回路にデータを転送する。
【0003】
図8は、従来の読み出し回路の一例を示す回路図、図9はこの回路図の真理値表を示す図、図10はその回路動作を示すタイミングチャート図である。読み出し回路740のセル712の出力はセンスアンプ713に入力され、センスアンプ713からラッチ回路群711に入力される。ラッチ回路群711は、1段目用乃至3段目用ラッチ回路742,741,743を有し、1段目のラッチ回路742及び3段目のラッチ回路743の出力L1,L3はエンコーダ回路717のEOR論理ゲート715に入力され、このEOR論理ゲート 715の出力が上位データB1として、また2段目用ラッチ回路741の出力L2が下位データB0として出力回路718に入力される。
【0004】
次に、上述の従来の読み出し回路の動作について説明する。先ず、図10のT1の区間において、ワード電圧を2段階目に設定する信号φ2が”H”であるため、センスアンプ713はワードレベルが2段階目の時のセル読み出しを行う。図9の真理値表に示されるように、VT1セルは2段階目のワードレベルでONするため、センスアンプ出力は読み出しセルが”ON”したことを示す”L”データを出力する。
【0005】
次に、T1の区間からT2の区間に遷移するとき、ラッチ回路に入力されるφ2信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ713の出力データを2段目用ラッチ回路741がラッチし、エンコーダ回路717を介し、下位データB0として出力回路718に伝達する。つまり、この時点で、図9の真理値表の下位データを決定することになる。また、T2、T3区間までラッチ信号φ2は”L”であるため、ラッチデータL2はT4区間まではずっと”L”が維持される。
【0006】
更に、T2の区間において、ワード電圧を1段階目に設定する信号φ1が”H”であるため、センスアンプ713はワードレベルが1段階目の時のデータを出力する。
【0007】
次に、T2の区間からT3の区間に遷移するとき、ラッチ回路に入力されるφ1信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ713の出力データを1段目用ラッチ回路742がラッチする。上述と同様にして、T3、T4区間までラッチ信号φ1は”L”であるため、ラッチデータL1は次のT5区間まではずっと維持される。
【0008】
更に、T3の区間において、ワード電圧を3段階目に設定する信号φ3が”H”であるため、センスアンプ713はワードレベルが3段階目の時のデータを出力する。
【0009】
次に、T3の区間からT4の区間に遷移するとき、ラッチ回路に入力されるφ3信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ713の出力データを3段目用ラッチ回路742がラッチする。上述と同様にして、T4、T5区間までラッチ信号φ3は”L”であるため、ラッチデータL3は次のT6区間まではずっと維持される。そして、3段目用ラッチ回路を介してエンコーダ回路に伝達され、EOR論理ゲート15により1段目用ラッチ出力L1と演算され、上位データB1が決定され、出力回路に伝達される。つまり、この時点で図9の真理値表の上位データが決定することになる。以上のような回路動作により、この動作例におけるセンスアンプ713は1つのセルを読み出す時に、各段階のワード電圧に対して、常に動作し続けている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回路は以下に示す欠点を有している。即ち、2段階目のセル読み出しの結果でONするセルは、3段階目のワード電圧でもONすることが明らかであり、また、2段階目のセル読み出しの結果でOFFするセルは、1段階目のワード電圧でもOFFすることが明らかだが、センスアンプ動作を常に行なって各ワード電圧でのセンスアンプ出力をラッチすることで、余分な電力を消費している。
【0011】
なお、多値記憶半導体記憶装置の基本的な構成が特開平1−196791号公報に記載され、センスアンプの個数を減少させ、チップ面積の削減を図った多値メモリが特開平7−37393号公報に記載され、データの読み出し速度の高速化を図った多値メモリが特開平10−11982号公報に記載され、微小な多値データの読み出しを行うことができる半導体記憶装置が特開平11−110974号公報に記載されているが、これらの公報に記載された従来技術は、センスアンプの動作に基づく消費電力の低減を図ったものではない。
【0012】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、センスアンプ動作停止手段及びラッチ入力補正手段を用い、余分なセンスアンプ動作を削減し、センスアンプ消費電力を低減することができる多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路は、1つのセルに対して第1段階、第2段階、・・・及び第m(m:自然数)段階からなる複数段階のワード電圧を、最初に第1段階、第2段階、・・・及び第m段階の中の特定段階、次に前記特定段階以外の各段階について与えて各ワード電圧レベル別にラッチする多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路において、セル読み出しを行うセンスアンプと、夫々前記ワード電圧の前記第1段階、第2段階、・・・及び第m段階別に対応する第1の制御信号、第2の制御信号、・・・及び第mの制御信号に応答してラッチを行い且つ前記センスアンプに共通ノードにて共通に接続された複数のラッチ回路と、前記ラッチ回路の出力を2値変換するエンコーダ回路と、前記特定段階にてラッチされたラッチ回路の出力及びその特定段階より下位の段階の前記制御信号に応じて第1の出力信号を生成する第1の論理回路、前記特定段階にてラッチされたラッチ回路の出力及びその特定段階より上位の段階の前記制御信号に応じて第2の出力信号を生成する第2の論理回路、及び前記第1及び第2の出力信号に応答して第3の出力信号を生成する第3の論理回路を有する停止補正回路とを備え、前記第1の出力信号が活性化レベルにあるときに前記共通ノードに第1の電源電位を供給し、前記第2の出力信号が活性化レベルにあるときに前記共通ノードに第2の電源電位を供給し、前記第3の出力信号が活性化レベルにあるときに前記センスアンプの回路動作を停止させることを特徴とする。
【0014】
例えば、1段目用ラッチ回路、2段目用ラッチ回路及び3段目用ラッチ回路の3個のラッチ回路を有する4値セルの場合は、2段目のセルの読み出しの結果でONするセルは、2段目のワード電圧よりもセルしきい値が低く、2段目のワード電圧よりも高い3段目のワード電圧で読み出した時にONすることが明らかであり、2段目のセルの読み出しの結果でOFFするセルは2段目のワード電圧よりもセルしきい値が高く、2段目のワード電圧よりも低い1段目のワード電圧で読み出した時にOFFすることが明らかであることから、本発明においては、この2条件が成立するセル読み出しの場合のみ、センスアンプ動作を停止させる。そして、このセンスアンプの停止期間にセンスアンプ出力が期待されていたデータをラッチ入力補正トランジスタから供給する。これにより、消費電力を低減することができる。
【0015】
前記停止補正回路は、例えば、ワード電圧1段階目の読み出しを行う制御信号φ1が”H”になった時に、前記2段階目の読み出し結果が”OFF”であれば、2段階目のワード電圧よりもセルしきい値が高く、結果が”OFF”であると推定されるため、センスアンプ動作を停止し、ラッチ入力信号線に”OFF”を示す”H”信号を与え、また、ワード電圧3段階目の読み出しを行う制御信号φ3が”H”になった時に、2段階目の読み出し結果が”ON”であれば、2段階目のワード電圧よりもセルしきい値が低く、結果が”ON”であると推定されるため、センスアンプ動作を停止し、ラッチ入力信号線に”ON”を示す”L”信号を与えるものである。
【0016】
具体的には、前記ラッチ回路群は、1段目用、2段目用及び3段目用のラッチ回路を有し、前記特定段目用ラッチ回路は、2段目用ラッチ回路であり、前記停止補正回路は、前記特定段目用ラッチ回路の出力L2及び1段目用ワード電圧制御信号φ1が入力された第1NAND論理ゲートと、一方の入力端に第1インバータを介して特定段目用ラッチ回路出力L2が入力され、他方の入力端に3段目用ワード電圧制御信号φ3が入力された第2NAND論理ゲートと、ラッチ回路群の入力線L0をドレインとし、ソースをVCCレベルとする第1Pchトランジスタと、前記ラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをGNDレベルとする第1Nchトランジスタと、前記第1NAND論理ゲートの出力及び前記第2NAND論理ゲートの出力を入力とする第3NAND論理ゲートと、前記センスアンプへ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとした第2Pchトランジスタと、センスアンプのGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとした第2Nchトランジスタとを有し、前記第3NAND論理ゲートの出力が前記第2Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第3NAND論理ゲートの出力が第2インバータを介して第2Nchトランジスタのゲートに接続され、前記第1NAND論理ゲートの出力が前記第1Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第2NAND論理ゲートの出力が第3インバータを介して前記第1Nchトランジスタのゲートに接続されるように構成される。
【0017】
この場合に、前記エンコーダ回路は、前記1段目用ラッチ回路の出力と前記3段目用ラッチ回路の出力とが入力されるEOR論理ゲートを有し、このEOR論理ゲートの出力を上位データB1として前記出力回路に出力し、前記2段目用ラッチ回路の出力をそのまま下位データB0として前記出力回路に出力するように構成することができる。
【0018】
また、前記ラッチ回路群は1段目用ラッチ回路〜(n−1)段目用ラッチ回路を有し、前記特定段用のラッチ回路は、(n/2)段目用ラッチ回路であると共に、前記停止補正回路は、1段目ワード電圧制御信号φ1〜(n/2−1)段目ワード電圧制御信号φ(n/2−1)が入力される第1のOR論理ゲートと、(n/2+1)段目ワード制御信号φ(n/2+1)〜(n−1)段目ワード電圧制御信号φ(n−1)が入力される第2のOR論理ゲートと、前記(n/2)段目用ラッチ回路の出力L(n/2)及び前記第1のOR論理ゲートの出力が入力された第1NAND論理ゲートと、一方の入力端に第1インバータを介して前記(n/2)段目用ラッチ回路の出力L(n/2)が入力され、他方の入力端に前記第2のOR論理ゲートの出力が入力された第2NAND論理ゲートと、ラッチ回路群の入力線L0をドレインとし、ソースをVCCレベルとする第1Pchトランジスタと、前記ラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをGNDレベルとする第1Nchトランジスタと、前記第1NAND論理ゲートの出力及び前記第2NAND論理ゲートの出力を入力とする第3NAND論理ゲートと、前記センスアンプへ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとした第2Pchトランジスタと、センスアンプのGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとした第2Nchトランジスタとを有し、前記第3NAND論理ゲートの出力が前記第2Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第3NAND論理ゲートの出力が第2インバータを介して第2Nchトランジスタのゲートに接続され、前記第1NAND論理ゲートの出力が前記第1Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第2NAND論理ゲートの出力が第3インバータを介して前記第1Nchトランジスタのゲートに接続されるように構成することができる。
【0019】
更に、前記ラッチ回路は、前記センスアンプの出力がドレインに入力される第1のトランスファトランジスタと、前記第1のトランスファトランジスタのソースに接続された第4のインバータと、前記第1のトランスファトランジスタのNchトランジスタのゲートにラッチパルスφnを入力し、Pchトランジスタのゲートにラッチパルスφnの第5インバータによる反転パルスを入力する手段と、第2のトランスファトランジスタと、この第2のトランスファトランジスタのPchトランジスタのゲートにラッチパルスφnを入力し、Nchトランジスタのゲートにラッチパルスの第5インバータによる反転パルスを入力する手段と、前記第4インバータの出力を第6インバータを介して前記第2トランスファトランジスタのドレインに入力し、前記第1トランスファトランジスタのソースと前記第2トランスファトランジスタのソースとを接続する手段と、を有し、前記第4インバータの出力を出力とするように構成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の第1実施例に係る多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路を示す回路図である。図1を参照すると、読み出し回路40は、セル12に流れる電流を増幅し、ONセル、OFFセルを判定するセンスアンプ13と、センスアンプ13からの出力データをラッチするラッチ回路141、142、143からなるラッチ回路群11と、ラッチされたデータを2値変換するエンコーダ回路17と、エンコードされたデータを出力する出力回路18と、2段目用ラッチ回路141の出力結果により1段階目又は3段階目のセンスアンプ回路の動作を停止させつつ、停止中のセンスアンプ出力が期待されていた信号をラッチ入力信号L0として与える回路31とから構成される。
【0021】
本回路31は、ラッチ入力信号補正及びセンスアンプ回路停止の2つの機能を有する。回路31における前者の機能を有する部分の構成は、2段目用ラッチ回路141の出力L2及び1段目用ワード電圧制御信号φ1が入力されたNAND論理ゲート302と、一方の入力端にインバータ300を介して2段目用ラッチ回路出力L2が入力され、他方の入力端に3段階目ワード電圧制御信号φ3が入力されたNAND論理ゲート301と、ラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをVCCレベルとしたP−chトランジスタ306と、同じくラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをGNDレベルとしたN−chトランジスタ307とを有し、論理ゲート302の出力がトランジスタ306のゲートに接続され、論理ゲート301の出力がインバータ310を介してトランジスタ307のゲートに接続されたものになっている。
【0022】
回路31における後者の機能を有する部分の構成は、論理ゲート302の出力及び論理ゲート301の出力を入力とするNAND論理ゲート303と、センスアンプ回路13へ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとしたP−chトランジスタ304と、センスアンプ13のGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとしたN−chトランジスタ305とを有し、論理ゲート303の出力がトランジスタ304のゲートに接続され、論理ゲート303の出力がインバータ311を介してトランジスタ305のゲートに接続されたものになっている。
【0023】
次に、ラッチ回路141、142、143の構成について図2を用いて詳細に説明する。ラッチ回路141、142、143の回路構成は全く同じで、入力されるラッチ信号が異なるだけなので、n段目用ラッチ回路としてφnが入力される回路について説明する。センスアンプ13からの出力SA(図1ではL0)はトランスファートランジスタ121のPchトランジスタ、Nchトランジスタのドレインに接続される。そのトランスファートランジスタ121のNchトランジスタのゲートにはラッチパルスφnが入力され、トランスファートランジスタ121のPchトランジスタのゲートにはラッチパルスφnのインバータ111による反転パルスが入力されている。また、ラッチパルスφnは、ラッチ部10の開閉を目的とするトランスファートランジスタ122のPchトランジスタのゲートに入力され、また、ラッチパルスφnは、インバータ111により反転されてトランスファートランジスタ122のNchトランジスタのゲートに入力される。トランスファートランジスタ121のソースは、ラッチ部10のインバータ112とラッチ部10の開閉を目的とするトランスファートランジスタ122のソースに接続されている。また、インバータ112の出力はラッチ部10のインバータ113に接続され、インバータ113の出力はトランスファートランジスタ122のドレインに接続されると共に、エンコーダ回路17に接続される。
【0024】
最後に、2値変換を行うエンコーダ回路17の構成を説明する。図1の例では2段階目のラッチ回路141の出力信号L2はそのまま下位データB0とし、1段階目及び3段階目のラッチ回路142,143の出力信号L1,L3はEOR論理ゲート15に入力され、このEOR論理ゲート15において生成されるデータを上位データB1として出力する。即ち、エンコーダ回路17はL1及びL3を入力とするEOR論理ゲート15で構成され、ゲート15の出力端は出力回路に接続され、L2信号はそのまま出力回路に接続される。
【0025】
これにより、2段目用ラッチ回路出力L2の結果により、φ1又はφ3のセンスアンプ回路動作期間のうちどちらを停止できるかを論理ゲート301,302,303で判定し、トランジスタ304,305でセンスアンプ13の回路動作を停止させ、同時に停止期間のラッチ入力信号をトランジスタ306,307で補正することで、センスアンプ13の回路動作時間を削減しつつ、正常なラッチ入力信号をラッチ回路に伝達し、ラッチされた信号は、エンコーダ回路により2値変換を行い、出力回路にデータを伝達する構成になっている。
【0026】
次に、図1の回路の動作について説明する。図3は主要信号のタイミングチャート図であり、図4は真理値表である。ここでは例としてT1〜T3の区間でしきい値VT1のセルの読み出し、T4〜T6の区間でしきい値VT2のセルの読み出しを行うこととする。先ず、T1の区間においてワード電圧を2段階目に設定する信号φ2が”H”であるため、センスアンプ13はワードレベルが2段階目の時のセル読み出しを行う。図4の真理値表に示されるように、VT1セルは2段階目のワードレベルでONするため、センスアンプ13の出力は読み出しセルが”ON”したことを示す”L”データを出力する。次に、T1の区間からT2の区間に遷移するとき、ラッチ回路141に入力されるφ2信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ13の出力データを2段目用ラッチ回路141がラッチし、エンコーダ回路17を介し、下位データB0として出力回路18に伝達する。つまり、この時点で図4の真理値表の下位データは決定することになる。また、T2、T3区間までラッチ信号φ2は”L”であるためラッチデータL2はT4区間まではずっと”L”が維持される。また、このT1の区間においては、φ1及びφ3の信号が”L”であるため、ラッチ入力補正トランジスタ306,307はいずれもOFFで動作しない。また、センスアンプ停止トランジスタ304,305はONのままであり、動作しない。
【0027】
更に、T2の区間においてワード電圧を1段階目に設定する信号φ1が”H”であるため、センスアンプ13はワードレベルが1段階目の時のデータを出力する。次に、T2の区間からT3の区間に遷移するときラッチ回路に入力されるφ1信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ13の出力データを1段目用ラッチ回路142がラッチする。上述と同様にして、T3、T4区間までラッチ信号φ1は”L”であるため、ラッチデータL1は次のT5区間まではずっと維持される。また、このT2の区間においては、2段階目ラッチ回路141の出力L2は”L”であり、φ1信号が”L”から”H”に変化したが、NAND論理ゲート302の出力は変化せず、ラッチ入力補正トランジスタ306,307はいずれもOFFのまま動作しない。また、センスアンプ停止トランジスタ304,305はONのままであり、動作しない。
【0028】
次に、T3の区間においてワード電圧を3段階目に設定する信号φ3が”H”となるが、この場合、ラッチ入力補正トランジスタ306,307及びセンスアンプ停止トランジスタ304,305は動作する。具体的には、2段階目ラッチ回路出力L2は”L”であるため、L2の反転信号が入力されるNAND論理ゲート301の出力が”H”から”L”に変化し、ラッチ入力信号補正トランジスタ307がONし、ラッチ入力信号線L0が”L”に固定される。また、同時に、NANDゲート303の出力も”L”から”H”に変化し、センスアンプ停止回路のトランジスタ304,305がOFFしセンスアンプ13の回路動作を停止させる。次に、このT3の区間において、ラッチ入力信号補正トランジスタ307により”L”に固定されたラッチ入力信号L0はラッチ信号φ3が”H”の間、3段目用ラッチ回路を介してラッチデータL3としてエンコーダ回路に伝達され、EOR論理ゲート15により1段目用ラッチ出力L1と演算され、上位データB1が決定され、出力回路に伝達される。つまり、この時点で図2の真理値表の上位データB1が決定することになる。
【0029】
次に、T4の区間においてT1の区間と同様にセンスアンプ13はワードレベルが2段階目の時のデータ、読み出しセルが”OFF”を示す”H”を出力する。次に、T4の区間からT5の区間に遷移するとき、T1の区間と同様に2段目用ラッチ回路141がラッチし、エンコーダ回路を介し、下位データB0として出力回路18に伝達され、次のT7区間まではずっと”H”が維持される。また、このT4の区間においては、φ1及びφ3信号が”L”であるため、ラッチ入力補正トランジスタ306,307は共にOFFし、センスアンプ停止トランジスタ304,305はONとなり、動作しない。
【0030】
更に、T5の区間においてワード電圧を1段階目に設定する信号φ1が”H”となるが、この場合、ラッチ入力補正トランジスタおよびセンスアンプ停止回路は動作する。具体的には、2段階目ラッチ回路出力L2は”H”であるため、この信号が入力されるNAND論理ゲート302の出力が”H”から”L”に変化し、ラッチ入力信号補正トランジスタ306がONし、ラッチ入力信号線L0が”H”に固定される。また、同時に、NANDゲート303の出力も”L”から”H”に変化し、センスアンプ停止回路トランジスタ304,305がOFFし、センスアンプ回路動作を停止させる。次に、T5の区間からT6の区間に遷移するときT2区間と同様にラッチ入力信号補正トランジスタ306により”H”に固定されたラッチ入力信号L0は1段目用ラッチ回路142がラッチする。上述同様、T6、T7区間までφ1は”L”であるため、ラッチデータL1は次のT8区間まではずっと維持される
更に、T6の区間においてワード電圧を3段階目に設定する信号φ3が”H”であるため、センスアンプ13はワードレベルが3段階目の時のデータを出力する。次に、3段目用ラッチ回路143を介してエンコーダ回路17に伝達され、EOR論理ゲート15により1段目用ラッチ出力L1と演算され、上位データB1が決定され、出力回路に伝達される。また、このT6の区間においては、2段階目ラッチ回路141の出力L2は”H”であり、φ3信号が”L”から”H”に変化したが、NAND論理ゲート301の出力は変化せず、ラッチ入力補正トランジスタ306,307及びセンスアンプ停止トランジスタ304,305は動作しない。
【0031】
以上のような回路動作により、この動作例におけるセンスアンプ動作の停止期間は図3のタイミングチャートに示すようにT1〜T3の間ではT3、T4〜T6の間ではT5であり、4値セル読み出しで必要とするセンスアンプ動作3回のうち1回を停止させ、センスアンプ回路で消費される電力を2/3に低減することができる。
【0032】
次に、本発明の第2実施例に係る半導体記憶装置について説明する。図5は本第2実施例の半導体記憶装置を示す回路図、図6は図5のタイミングチャート図、図7は読み出し真理値表である。なお、図7は一例としてn=8の場合を示している。図5を参照すると、読み出し回路540はセル512に流れる電流を増幅しONセル、OFFセルを判定するセンスアンプ513と、センスアンプ513からの出力データをラッチするラッチ回路群511と、ラッチされたデータをエンコードするエンコーダ回路517と、エンコードされたデータを出力する出力回路518と、(n/2)段目用ラッチ回路の出力結果により1〜(n/2−1)段階目又は(n/2+1)〜(n−1)段階目のセンスアンプ回路動作を停止させつつ、停止中のセンスアンプ出力が期待されていた信号をラッチ入力信号として与える回路531から構成される。
【0033】
本回路531は、ラッチ入力信号補正及びセンスアンプ回路停止の2つ役割を持つ回路で構成される。回路531における前者の機能を有する部分の構成は、1〜(n/2−1)段階目ワード電圧制御信号φ1〜φ(n/2−1)がOR論理ゲート509に入力され、この論理ゲート509の出力と(n/2)段目用ラッチ回路542の出力L(n/2)とが入力されたNAND論理ゲート502と、(n/2+1)〜(n−1)段階目ワード電圧制御信号φ(n/2+1)〜φ(n−1)がOR論理ゲート508に入力され、論理ゲート508の出力と(n/2)段目用ラッチ回路出力L(n/2)からインバータ500を介して入力された信号が入力されたNAND論理ゲート501と、ラッチ入力線L0をドレインとしソースをVCCレベルとしたP−chトランジスタ506と、同じくラッチ入力線L0をドレインとしソースをGNDレベルとしたN−chトランジスタ507と、を有し、論理ゲート502の出力がトランジスタ506のゲートに接続され、論理ゲート501の出力がインバータ510を介してトランジスタ507のゲートに接続された回路になっている。
【0034】
回路531における後者の機能を有する部分の構成は、論理ゲート502の出力及び論理ゲート501の出力を入力とするNAND論理ゲート503と、センスアンプ回路へ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとしたP−chトランジスタ504と、センスアンプ回路のGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとしたN−chトランジスタ505とを有し、論理ゲート503の出力がトランジスタ504のゲートに接続され、論理ゲート503の出力がインバータ514を介してトランジスタ505のゲートに接続されたものになっている。
【0035】
次に、ラッチ回路の構成について説明する。ラッチ回路群511の各ラッチ回路541〜543の構成は図2と全く同じであり、入力されるラッチ信号が異なるだけなので、n段目用ラッチ回路としてφnが入力される回路を説明する。センスアンプからの出力SA(図5ではL0)はトランスファートランジスタ121のPchトランジスタ、Nchトランジスタのドレインに接続される。そのトランスファートランジスタ121のNchのゲートにはラッチパルスφnが接続され、トランスファートランジスタ121のPchにはラッチパルスの反転パルスを入力するためにインバータ111を介して接続してある。また、ラッチパルスφnはラッチ部10の開閉を目的とするトランスファートランジスタ122のPchのゲートに接続され、トランスファートランジスタ122のNchのゲートにはラッチパルスの反転パルスを生成するインバータ111を介して接続される。トランスファートランジスタ121のソースはラッチ部10のインバータ112とラッチ部10の開閉を目的とするトランスファートランジスタ122のソースに接続される。また、インバータ112の出力はラッチ部10のインバータ113に接続され、エンコーダ回路517に接続される。
【0036】
また、ラッチされた信号をエンコードするエンコーダ回路517の詳細回路は省略するが、各ラッチされた信号から図7のように、n=8の場合は3ビットのデータビットを出力する真理値表を満たすようなエンコード機能を備えた回路になっている。
【0037】
次に、図5の回路の動作について説明する。一例として、T1〜Tn−1の区間でVT1セルの読み出しを行うものとする。先ず、T1の区間においてワード電圧を(n/2)段階目に設定する信号φ(n/2)が”H”であるため、センスアンプ513はワードレベルが(n/2)段階目の時のセル読み出しを行う。図7の真理値表に示されるように、VT1セルは(n/2)段階目のワードレベルでONするため(図7の真理値表では、n=8の場合のため、4(=n/2)のワードレベルの時に該当)、センスアンプ出力L0は読み出しセルが”ON”したことを示す”L”データを出力することとする。次に、T1の区間からT2の区間に遷移するときラッチ回路に入力されるφ(n/2)信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ513の出力データを(n/2)段目用ラッチ回路542がラッチし、エンコーダ回路に伝達される。また、T2からT7区間までラッチ信号φ(n/2)は”L”であるため、ラッチデータL(n/2)はT8区間まではずっと”L”が維持される。また、このT1の区間においては、φ1〜φ(n/2−1)及びφ(n/2+1)〜φ(n−1)信号が”L”であるため、ラッチ入力補正トランジスタ506,507はいずれもOFFで動作しない。また、センスアンプ停止トランジスタ504,505はONのままであり、動作しない。
【0038】
更に、T2の区間において、ワード電圧を1段階目に設定する信号φ1が”H”となるため、センスアンプ513はワードレベルが1段階目の時のデータを出力する。次に、T2の区間からT3の区間に遷移するとき、ラッチ回路に入力されるφ1信号が”H”から”L”に変化するため、センスアンプ513の出力データをラッチ回路群511のなかの1段目用ラッチ回路541がラッチする。上述同様、ラッチデータL1は次回φ1信号の入力まで、ラッチ信号φ1は”L”であるため、ずっと維持される。また、このT2の区間においては、(n/2)段階目ラッチ回路出力L2は”L”であり、φ1信号が”L”から”H”に変化したが、NAND論理ゲート502の出力は変化せず、ラッチ入力補正トランジスタ506,507はいずれもOFFで動作しない。また、センスアンプ停止トランジスタ504,505はONのままであり、動作しない。
【0039】
T2の区間と同様にして、T3からT(n/2)の区間までは、T2と同様の動作でφx(x=2〜(n/2−1))段目のワード電圧に応じたセンスアンプ出力Lxを順次ラッチし保持する。また、この区間においては、NAND論理ゲート502の出力は変化せず、ラッチ入力補正トランジスタ506,507は共にOFFで動作しない。また、センスアンプ停止トランジスタ504,505はONのままであり、動作しない。
【0040】
次に、T(n/2+1)〜T(n−1)区間までは、φx(x=(n/2+1)〜(n−1))段目のワード電圧をx段階目に設定する信号φxが”H”となるが、この場合、ラッチ入力補正トランジスタ及びセンスアンプ停止回路のトランジスタが動作する。具体的には、ORゲート508がφxの”H”信号により出力が”L”から”H”に変化し、次段のNAND論理ゲート501に伝達し、かつ、(n/2)段階目ラッチ回路出力L(n/2)は”L”であるため、L(n/2)の反転信号である”H”が同じく論理ゲート501に入力され、結果的にNAND論理ゲート501の出力が”H”から”L”に変化する。そして、ラッチ入力信号補正トランジスタ507がONし、ラッチ入力信号線L0が”L”に固定される。また、同時に、NANDゲート503の出力も”L”から”H”に変化し、センスアンプ停止トランジスタ504,505がOFFし、センスアンプ513の回路動作を停止させる。次に、このT(n/2+1)〜T(n−1)の区間において、ラッチ入力信号補正トランジスタ507により”L”に固定されたラッチ入力信号L0はラッチ信号φxが”H”の間、x段目用ラッチ回路を介してエンコーダ回路517に伝達され、このエンコーダ回路517でエンコードされ、出力回路518に伝達される。
【0041】
以上のような回路動作により、この動作例におけるセンスアンプの動作の停止期間はT1〜T(n−1)の間でT(n/2+1)〜T(n−1)の区間であり、n値セル読み出しで要していたセンスアンプ動作(n−1)回のうち(n/2−1)回を停止させ、センスアンプ回路で消費される電力を低減することができる。本回路による具体的なセンスアンプ動作時間は、8値セルの場合4/7(57.1%)、16値セルの場合8/15(53.3%)にすることができ、センスアンプで消費される電力を大幅に削減することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、センスアンプの消費電力が著しく低減される。例えば、従来の4値セルの読み出しでは、1段階目、2段階目及び3段階目の3つのワード電圧をセルに入力し、合計3回のセンスアンプ動作により読み出しを行うが、本発明では2回のセンスアンプ動作で4値セルを読み出すことができるため、4値セルの場合は、センスアンプ消費電力が2/3に削減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路を示す回路図である。
【図2】本実施例のラッチ回路を示す回路図である。
【図3】本実施例の読み出し動作のタイミングチャート図である。
【図4】本実施例の読み出しの真理値表を示す。
【図5】本発明の第2実施例に係る多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路を示す回路図である。
【図6】本実施例の読み出し動作のタイミングチャート図である。
【図7】本実施例の読み出しの真理値表を示す。
【図8】従来の多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路を示す回路図である。
【図9】従来の回路の真理値表を示す。
【図10】従来の回路の読み出し動作のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
11、511:ラッチ回路群
12、512:セル
13、513:センスアンプ
17、517:エンコーダ回路
18、518:出力回路
31、531:停止補正回路
121,122:トランスファトランジスタ
141,142,143、541,542,543:ラッチ回路
301,302,303、501,502,503:NANDゲート
508,509:OR論理ゲート
Claims (6)
- 1つのセルに対して第1段階、第2段階、・・・及び第m(m:自然数)段階からなる複数段階のワード電圧を、最初に第1段階、第2段階、・・・及び第m段階の中の特定段階、次に前記特定段階以外の各段階について与えて各ワード電圧レベル別にラッチする多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路において、セル読み出しを行うセンスアンプと、夫々前記ワード電圧の前記第1段階、第2段階、・・・及び第m段階別に対応する第1の制御信号、第2の制御信号、・・・及び第mの制御信号に応答してラッチを行い且つ前記センスアンプに共通ノードにて共通に接続された複数のラッチ回路と、前記ラッチ回路の出力を2値変換するエンコーダ回路と、前記特定段階にてラッチされたラッチ回路の出力及びその特定段階より下位の段階の前記制御信号に応じて第1の出力信号を生成する第1の論理回路、前記特定段階にてラッチされたラッチ回路の出力及びその特定段階より上位の段階の前記制御信号に応じて第2の出力信号を生成する第2の論理回路、及び前記第1及び第2の出力信号に応答して第3の出力信号を生成する第3の論理回路を有する停止補正回路とを備え、前記第1の出力信号が活性化レベルにあるときに前記共通ノードに第1の電源電位を供給し、前記第2の出力信号が活性化レベルにあるときに前記共通ノードに第2の電源電位を供給し、前記第3の出力信号が活性化レベルにあるときに前記センスアンプの回路動作を停止させることを特徴とする多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路。
- 前記停止補正回路は、ワード電圧1段階目の読み出しを行う制御信号φ1が"H"になった時に、前記特定段目の読み出し結果が"OFF"であれば、センスアンプ動作を停止し、ラッチ入力信号線に"OFF"を示す"H"信号を与え、また、ワード電圧最高段目の読み出しを行う制御信号φ3が"H"になった時に、前記特定段目の読み出し結果が"ON"であれば、センスアンプ動作を停止し、ラッチ入力信号線に"ON"を示す"L"信号を与えるものであることを特徴とする請求項1に記載の多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路。
- 前記ラッチ回路群は、1段目用、2段目用及び3段目用のラッチ回路を有し、前記特定段目用ラッチ回路は、2段目用ラッチ回路であり、前記停止補正回路は、前記特定段目用ラッチ回路の出力L2及び1段目用ワード電圧制御信号φ1が入力された第1NAND論理ゲートと、一方の入力端に第1インバータを介して特定段目用ラッチ回路出力L2が入力され、他方の入力端に3段目用ワード電圧制御信号φ3が入力された第2NAND論理ゲートと、ラッチ回路群の入力線L0をドレインとし、ソースをVCCレベルとする第1Pchトランジスタと、前記ラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをGNDレベルとする第1Nchトランジスタと、前記第1NAND論理ゲートの出力及び前記第2NAND論理ゲートの出力を入力とする第3NAND論理ゲートと、前記センスアンプへ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとした第2Pchトランジスタと、センスアンプのGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとした第2Nchトランジスタとを有し、前記第3NAND論理ゲートの出力が前記第2Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第3NAND論理ゲートの出力が第2インバータを介して第2Nchトランジスタのゲートに接続され、前記第1NAND論理ゲートの出力が前記第1Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第2NAND論理ゲートの出力が第3インバータを介して前記第1Nchトランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路。
- 前記エンコーダ回路は、前記1段目用ラッチ回路の出力と前記3段目用ラッチ回路の出力とが入力されるEOR論理ゲートを有し、このEOR論理ゲートの出力を上位データB1として前記出力回路に出力し、前記2段目用ラッチ回路の出力をそのまま下位データB0として前記出力回路に出力することを特徴とする請求項3に記載の多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路。
- 前記ラッチ回路群は1段目用ラッチ回路〜(n−1)段目用ラッチ回路を有し、前記特定段用のラッチ回路は、(n/2)段目用ラッチ回路であると共に、前記停止補正回路は、1段目ワード電圧制御信号φ1〜(n/2−1)段目ワード電圧制御信号φ(n/2−1)が入力される第1のOR論理ゲートと、(n/2+1)段目ワード制御信号φ(n/2+1)〜(n−1)段目ワード電圧制御信号φ(n−1)が入力される第2のOR論理ゲートと、前記(n/2)段目用ラッチ回路の出力L(n/2)及び前記第1のOR論理ゲートの出力が入力された第1NAND論理ゲートと、一方の入力端に第1インバータを介して前記(n/2)段目用ラッチ回路の出力L(n/2)が入力され、他方の入力端に前記第2のOR論理ゲートの出力が入力された第2NAND論理ゲートと、ラッチ回路群の入力線L0をドレインとし、ソースをVCCレベルとする第1Pchトランジスタと、前記ラッチ入力線L0をドレインとし、ソースをGNDレベルとする第1Nchトランジスタと、前記第1NAND論理ゲートの出力及び前記第2NAND論理ゲートの出力を入力とする第3NAND論理ゲートと、前記センスアンプへ供給するVCC側電源配線VSをドレインとし、ソースをVCCレベルとした第2Pchトランジスタと、センスアンプのGND側電源配線GSをドレインとし、ソースをGNDレベルとした第2Nchトランジスタとを有し、前記第3NAND論理ゲートの出力が前記第2Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第3NAND論理ゲートの出力が第2インバータを介して第2Nchトランジスタのゲートに接続され、前記第1NAND論理ゲートの出力が前記第1Pchトランジスタのゲートに接続され、前記第2NAND論理ゲートの出力が第3インバータを介して前記第1Nchトランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項2に記載の多値記憶半導体記憶装置の読み出し回路。
- 前記ラッチ回路は、前記センスアンプの出力がドレインに入力される第1のトランスファトランジスタと、前記第1のトランスファトランジスタのソースに接続された第4のインバータと、前記第1のトランスファトランジスタのNchトランジスタのゲートにラッチパルスφnを入力し、Pchトランジスタのゲートにラッチパルスφnの第5インバータによる反転パルスを入力する手段と、第2のトランスファトランジスタと、この第2のトランスファトランジスタのPchトランジスタのゲートにラッチパルスφnを入力し、Nchトランジスタのゲートにラッチパルスの第5インバータによる反転パルスを入力する手段と、前記第4インバータの出力を第6インバータを介して前記第2トランスファトランジスタのドレインに入力し、前記第1トランスファトランジスタのソースと前記第2トランスファトランジスタのソースとを接続する手段と、を有し、前記第4インバータの出力を出力とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の多値記憶半導体装置の読み出し回路。
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