JP3575878B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体記憶装置、特にDRAMに使用される出力バッファ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の出力バッファ回路は、電源と出力端子との間に接続された第1のNチャネル型MOSトランジスタ(以下NMOSという)と、接地と出力端子との間に接続された第2のNMOSとで構成される。この出力バッファ回路の出力端子の電位は、第1および第2のNMOSのゲートに印加される電位に対応して、ハイレベル、ロウレベルおよびハイインピーダンスの場合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成の回路では、出力がハイインピーダンス状態である場合に、出力端子に第1および第2のNMOSの閾値を越える接地電位以下の電位が印加されると第1および第2のNMOSが導通状態となり、電源および接地から出力端子に大電流が流れ込む。このため、基板電位が高くなり、メモリセルのホールドタイムが劣化するという問題点があった。
【0004】
【問題点を解決するための手段】
第1の発明の半導体記憶装置は、第1の電位が印加された第1の電位ノードと、第2の電位が印加された第2の電位ノードと、出力端子と、第1および第2の入力端子と、前記第1の電位ノードと前記出力端子との間に接続された第1のトランジスタと、前記第2の電位ノードと前記出力端子との間に接続された第2のトランジスタと、前記第1の入力端子と前記第1のトランジスタのゲートとの間に接続された第1のインバータと、前記第2の入力端子と前記第2のトランジスタのゲートとの間に接続された第2のインバータと、前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第3のトランジスタと、前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第4のトランジスタとを有する。
【0005】
第2の発明は、第1の発明の半導体記憶装置の前記第1および第2のインバータを、入力部、出力部、電源電位ノード、接地電位ノード、前記電源電位ノードと出力部との間に接続されたPチャネル型MOSトランジスタ、前記出力部に接続された抵抗と、前記抵抗と前記接地電位ノードとの間に接続されたNチャネル型MOSトランジスタとで構成した。
【0006】
第3の発明は、第1の発明の半導体記憶装置に、さらに、前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続された第1の電荷蓄積手段と、前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続された第2の電荷蓄積手段とを設けた。
【0007】
ここで、第1の電位ノードとは、例えば電源で、第2の電位ノードとは、例えばグランドである。また、電荷蓄積手段とは、例えばコンデンサである。
【0008】
【作用】
前記回路構成では、前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第3のトランジスタと、前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第4のトランジスタとを設けたので、出力端子に大電流が流れるのを防止できる。
【0009】
また、前記第1および第2のインバータの出力部とPチャネル型MOSトランジスタとの間に抵抗を設けたので、出力端子に大電流が流れるのを防止できる。
【0010】
さらに、前記第1および第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間にそれぞれ電荷蓄積手段とを設けたので、出力端子に大電流が流れるのを防止できる。
【0011】
【実施例1】
図1は、本発明の第1の実施例の出力バッファ回路である。この出力バッファ回路の構成を、次に説明する。インバータ1は、電源電位VDDと接地電位GNDとの間に直列に接続されたPチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOSという)10とNMOS11とを有する。このインバータ1の入力端子3には、入力信号IN10が入力される。また、このインバータの出力端子は、ノード100に接続されている。インバータ2は、電源電位VDDと接地電位GNDとの間に直列に接続されたPMOS12とNMOS13とを有する。このインバータ2の入力端子4には、入力信号IN10が入力される。また、このインバータの出力端子は、ノード101に接続されている。
【0012】
NMOS14のドレインは電源電位VDDに接続され、ソースは、出力端子OUTに接続され、ゲートはノード100に接続されている。また、NMOS15のドレインは出力端子OUTに接続され、ソースは、接地電位GNDに接続され、ゲートはノード101に接続されている。
【0013】
NMOS16のソースはノード100に接続され、ドレインは出力端子OUTに接続され、ゲートは接地電位GNDに接続されている。また、NMOS17のドレインは出力端子OUTに接続され、ソースはノード101に接続され、ゲートは接地電位GNDに接続されている。
【0014】
次に、図1の出力バッファ回路の動作について説明する。
【0015】
i)出力端子OUTがハイレベルの信号を出力する場合
入力端子3に入力される入力信号IN10がハイレベル(以下Hレベルという)からロウレベル(以下Lレベルという)に遷移し、かつ、入力端子4から入力される入力信号IN11がHレベルに維持されている場合、ノード100がLレベルからHレベルに変化し、ノード101はLレベルを維持する。従って、NMOS14は導通状態となり、NMOS15は非導通状態となるので、出力端子OUTがHレベルにプルアップされる。
【0016】
ii)出力端子OUTがLレベルの信号を出力する場合
入力端子3に入力される入力信号IN10がHレベルに維持され、かつ、入力端子4から入力される入力信号IN11がLレベルからHレベル遷移する場合、ノード100がLレベルに維持され、ノード101はLレベルからHレベルに変化する。従って、NMOS14は非導通状態となり、NMOS15は導通状態となり、出力端子OUTがLレベルにプルダウンされる。
【0017】
iii)出力端子OUTがハイインピーダンス状態となる場合
入力端子3に入力される入力信号IN10および入力端子4に入力される入力信号IN11が共にHレベルの場合は、ノード100およびノード101は共にLレベルとなる。従って、NMOS14およびNMOS15は、共に非導通状態となり、出力端子OUTはハイインピーダンス状態となる。
【0018】
ここで、出力端子がハイインピーダンス状態の場合に、出力端子OUTにNMOS14、15の閾値電位(Vt)を越える接地電位以下の電位(例えば、−Vt)が印加された場合について次に説明する。
【0019】
まず、NMOS14、15、16および17が導通状態となる。NMOS16が導通状態となると、グランドからNMOS11およびNMOS16を介して出力端子OUTに電流i1が流れる。この時、ノード100の電位は、NMOS11のオン抵抗により接地電位以下(−αV)にバイアスされる。従って、NMOS14のゲートとソース間の電位差は、(−Vt+α)Vとなる。ノード101の電位も、NMOS13のオン抵抗により接地電位以下(−βV)にバイアスされ、NMOS15のゲートとドレイン間の電位差は、(−Vt+β)Vとなる。ここで、α、βは正である。また、NMOS11、13およびNMOS16、17のゲート幅は、NMOS14、15のゲート幅に比較して各々1/20および1/10程度と小さくかつNMOS13とNMOS17は接地電位と出力端子間に直列接続されるのでi3、i4よりi1、i2のパス経路のオン抵抗値は大きくなる。接地電位に接続されているためNMOS16、17のオン抵抗は比較的大きい。従って、図5(印加電圧と電流特性との関係を示す図)に示したように、出力端子印加電圧が−3Vの場合、電流i1(i2)は電流i3の1/3程度に、i4の1/2程度になる。ここで、図5は、VDD=6V、W11=W13=40μm、W16=W17=80μm、W14=W15=800μmとした場合のシュミレーション結果である。Wiは、NMOSiのゲート幅である。
【0020】
ここで、比較のために図1のNMOS16および17を含まない回路(図4)について説明する。図1と同様の部分には同符号を付しその説明を省略する。
【0021】
図4において、入力信号IN10およびNI11がそれぞれHレベルの時、出力端子OUTがハイインピーダンス状態となる。この時、NMOS14、15の閾値電位を越える接地電位以下の電位(例えば、−Vt)が出力端子OUTに印加されれば、NMOS14および15が導通状態となり、電源電位VDDおよび接地電位GNDから出力端子OUTにノ電流i5、i6が流れ込む。この場合、ノード100および101が接地電位以下にバイアスされないので、図5に示すように、電流i3の2〜3倍の電流i5、i6が流れる。
【0022】
このように、本発明の第1の実施例の出力バッファ回路によれば、ノード100と出力端子OUTとの間にNMOS16を、ノード101と出力端子OUTとの間にNMOS17を接続し、それぞれのゲートを接地電位に接続したので、出力端子OUTに流れ込む電流を低減できる。従って、出力端子に過電流が流れ込むことによる基板電位の増加を低減でき、ひいては、基板電位の上昇によってメモリセルのトランスファーゲートおよびフィールドトランジスタの閾値が低下し、セル内に蓄積された電荷がリークするのを防止できる。
【0023】
【実施例2】
図2は、本発明の第2の実施例の出力バッファ回路である。この出力バッファ回路の構成を、以下に説明する。図1と同じ構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0024】
NMOS11とノード100との間には抵抗18が接続され、NMOS13とノード101との間には抵抗19が接続されている。
【0025】
次に、図2の出力バッファ回路の動作について説明するが、図1の回路と同様な動作の説明を避け、ここでは、図1と異なる抵抗18、19に関する動作のみについて説明する。
【0026】
出力端子OUTがハイインピーダンス状態となる場合、入力信号IN10およびIN11は共にHレベルである。このHレベルの電位が、電源から供給される場合は、電源電圧の上昇に伴いNMOS11およびNMOS13のオン抵抗による電圧効果(α,βの大きさ)が小さくなりNMOS14を流れる電流i3およびNMOS15を流れる電流i5が大きくなる。しかしながら、図2の回路では、抵抗18、および19が付加されているので、ノード100および101の電位の上昇(α、βが小さくなること)を防止できる。
【0027】
このように、本発明の第2の実施例の出力バッファ回路では、NMOS11とノード100との間に抵抗18を、NMOS13とノード101との間に抵抗19を接続したので、NMOS11およびNMOS13に電源電位が印加され、電源電位の影響を緩和でき、電源電圧動作マージンが拡大する。
【0028】
【実施例3】
図3は、本発明の第3の実施例の電流バッファ回路である。この出力バッファ回路の構成を、以下に説明する。図1と同じ構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0029】
ノード100と出力端子OUTとの間にはコンデンサ20が接続され、ノード101と出力端子OUTとの間にはコンデンサ21が接続されている。
【0030】
次に、図3の出力バッファ回路の動作について説明するが、図1の回路と同様な動作の説明を避け、ここでは、図1と異なるコンデンサ20、21に関する動作のみについて説明する。
【0031】
出力端子OUTがハイインピーダンス状態となる場合に、出力端子OUTにNMOS14、15の閾値電位を越える接地電位以下の電位が過渡的に印加された場合、例えば、入力波形がリンギングを発生するような場合である。
【0032】
この場合、ノード100と出力端子OUTとの間にコンデンサ20が接続されているので、接地電位GNDからNMOS11およびコンデンサ20を介して出力端子OUTに電流i1dが流れる。また、同様にノード101と出力端子OUTとの間にコンデンサ21が接続されているので、グランドからNMOS13およびコンデンサ21を介して出力端子OUTに電流i2dが流れる。
【0033】
従って、出力端子OUTに入力される接地電位以下の信号レベルに瞬時に応答しNMOS14およびNMOS15に流れる電流i3およびi4を小さくできる。
【0034】
このように、本発明の第3の実施例の出力バッファ回路では、ノード100と出力端子OUTとの間にコンデンサ20を接続し、ノード101と出力端子OUTとの間にコンデンサ21を接続したので、出力端子OUTに過渡的にNMOS14、15の閾値電位を越える接地電位以下の電位(−Vt)が印加されても、ノード100および101を接地電位以下の電位にバイアスすることができるので、高周波動作マージンが拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の出力バッファ回路図
【図2】本発明の第2の実施例の出力バッファ回路図
【図3】本発明の第3の実施例の出力バッファ回路図
【図4】比較のための参考出力バッファ回路図
【図5】印加電圧と電流特性との関係を示す図
【符号の説明】
1、2・・・インバータ
3、4・・・入力端子
14、15、16、17・・・NMOSトランジスタ
100、101・・・ノード
OUT・・・出力端子
VDD・・・電源電位
GND・・・接地電位
i1、i2、i3、i4、i1d、i2d・・・電流
18、19・・・抵抗
20、21・・・コンデンサ
Claims (3)
- 第1の電位が印加された第1の電位ノードと、
第2の電位が印加された第2の電位ノードと、
出力端子と、
第1および第2の入力端子と、
前記第1の電位ノードと前記出力端子との間に接続された第1のトランジスタと、
前記第2の電位ノードと前記出力端子との間に接続された第2のトランジスタと、
前記第1の入力端子と前記第1のトランジスタのゲートとの間に接続された第1のインバータと、
前記第2の入力端子と前記第2のトランジスタのゲートとの間に接続された第2のインバータと、
前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続され、そのゲートに前記第2の電位が印加されている第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続された第1の電荷蓄積手段と、
前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子との間に接続された第2の電荷蓄積手段と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1及び第2の電荷蓄積手段は、コンデンサであることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記第1及び第2のトランジスタは、NMOSトランジスタであることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
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