JP3589861B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に係り、例えばメモリのワード線のような大きな負荷を有する信号線を高速に駆動するのに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、メモリの高集積化に伴い、ワード線及びビット線に接続されるメモリセル数が増大し、ワード線及びビット線の浮遊容量が大きくなってきている。メモリのアクセス時間を短縮するためにはこれら浮遊容量の充放電時間を短縮することが重要である。このため、バイポーラRAM(Random Access Memory)では、特開昭59−132490号公報に記載のような高速のワード線放電回路が多数提案されている。しかし、これらの放電回路はワード線の信号が高電位の時、常にワード線に電流を流す回路形式であるため、ワード線の電位が低下する問題があった。
【0003】
この問題を解決するため、発明者らは既に図7に示す半導体集積回路を提案している(特開平2−265095号)。同図において、Wはワード線、QWはワード線駆動用トランジスタ、QDCは放電用トランジスタ、MNは該放電用トランジスタQDCのオン・オフを制御するスイッチ用MOSトランジスタ、IDCは放電電流用の電流源であり複数の該放電用トランジスタQDCのエミッタが接続されている。DRは上記ワード線駆動用トランジスタQW及びスイッチ用MOSトランジスタMNを駆動する論理ゲートである。ここで、該論理ゲートDRは相補信号(OR,NOR)を出力するECL(Emitter Coupled Logic)回路を例として示している。そして、出力信号NORで上記ワード線駆動用トランジスタQWを駆動し、出力信号ORで上記スイッチ用MOSトランジスタMNを駆動する回路構成である。
【0004】
従来回路の動作電位を図8に示す。図7及び図8を用いて従来回路の動作を説明する。条件としてワード線の信号振幅が2V、論理ゲートの相補出力の信号振幅が2V、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧が0.8V、MOSトランジスタの耐圧が3.0Vとする。ここで論理ゲートDRの入力XD1,XD2が低電位(例えば−2.8V)の時、ワード線Wは高電位(−0.8V)となり、MOSトランジスタMNのゲートは低電位(−2.0V)で駆動されオフとなるため、放電用トランジスタQDCもオフとなり放電電流はワード線に流れない。一方、ワード線Wが高電位から低電位に切り換わる時及びワード線が低電位(−2.8V)の時、MOSトランジスタMNは高電位(0V)で駆動されオンとなるため、放電用トランジスタQDCもオンとなり放電電流がワード線に流れる。
【0005】
以上のようにワード線が高電位の時、ワード線には放電電流が流れないため、選択されたワード線の電位が低下するという問題が生じない。しかも、ワード線が高電位から低電位に切り換わる時は放電電流が流れるので、ワード線の高電位から低電位への切り換わりを高速化することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図8に示すように、従来の半導体集積回路ではワード線Wが低電位(−2.8V)の時、MOSトランジスタMNのゲート・ドレイン間にかかる電圧は2.8Vと大きい。これに対しMOSトランジスタの耐圧が2.8V以上であれば問題はない。ところが近年、MOSトランジスタの負荷駆動性能を向上するために(スイッチング動作を高速化するために)、ゲート酸化膜厚を薄くする傾向にある。これに伴いMOSトランジスタの耐圧が小さくなる傾向にあり、例えばMOSトランジスタの耐圧が2.8V以下の場合は図7の構成を有する従来の半導体集積回路の使用が困難となる。対策として、ワード線の信号振幅を小さくする方法があるが、この場合、メモリセルの書き込み特性の高速化が難しくなる。また、MNのような一部のMOSトランジスタに対してだけ特別な高耐構造を採用することも可能であるが、それには製造に用いるフォトマスク数の増大など製造プロセスを複雑化しなければならないから、回路的な手段を講ずることができない場合にだけプロセス的な手段を講ずるのが得策である。
【0007】
上述のMOSトランジスタMNによるワード線ディスチャージの構成は、ビット線を選択するカラムスイッチの制御線に対するディスチャージの構成にも採用され、この場合も上記同様にスイッチMOSトランジスタの耐圧の問題が有る。
【0008】
本発明の目的は、ワード線等の信号線の信号振幅を小さくせずに、信号線を選択的にディスチャージするためのスイッチの制御信号の信号レベルを上記スイッチの耐圧よりも低くし、しかも、上記信号線の非ディスチャージ期間には当該信号線に放電電流が流れないことを保証することにある。
【0009】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0011】
すなわち、エミッタが電流源(IDC)に接続され、コレクタが負荷(W)に接続された第1のバイポーラトランジスタ(QDC)と、一端が上記負荷に接続され他端が上記トランジスタのベースに接続されたスイッチ(MN)と、上記スイッチのオン・オフを制御することで上記第1のバイポーラトランジスタを介して上記負荷に流れる電流を制御する論理回路(DR)とを含む半導体集積回路において、上記論理回路の出力を受けるレベルシフト回路(LS)を設け、レベルシフト回路の出力を前記スイッチの制御端子に接続する。上記スイッチには、第1のMOSトランジスタ(MN)を採用することができる。上記負荷は、メモリセルの選択端子が接続されたワード線、又はメモリセルのデータ端子が接続されたビット線を選択するカラムスイッチの選択制御線などの信号線とされる。上記レベルシフト回路は、例えば、上記論理回路の出力とスイッチの制御端子との間に配置された第2のMOSトランジスタ(MN2)と、上記スイッチの制御端子にアノードが接続されたダイオード(QD)と、上記ダイオードのカソードに接続されたバイアス用電流源(IDC2)とを含んで構成することができる。前記ダイオードは、自らのドレインとゲートを接続した所謂ダイオード接続された第3のMOSトランジスタに置き換えることも可能である。
【0012】
上記した手段によれば、ワード線等の信号線を選択的にディスチャージするためのスイッチの制御信号の信号レベルは、レベルシフト回路によって低くされ、第1のMOSトランジスタのようなスイッチのゲート・ドレイン間電圧を当該トランジスタの耐圧よりも低くするように作用する。このとき、ワード線等の信号線の信号振幅を小さくする必要はない。上記信号線の非ディスチャージ期間には当該信号線に放電電流が流れないことを保証するから、選択レベルに駆動されたワード線に代表されるように、選択レベルにされた信号線の電位が不所望に低下するという問題を生じない。また、ワード線に代表される信号線が選択レベルである高電位から非選択レベルである低電位に切り換わる時は前記第1のバイポーラトランジスタを介して放電電流が流れるので、ワード線等の信号線の高電位から低電位(即ち選択レベルから非選択レベル)への切り換わりを高速化することができる。このため、本発明を半導体メモリのワード線に適用する場合には、メモリのアクセス時間を短縮化することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図6には本発明に係る半導体集積回路の一例であるバイポーラRAMのような半導体メモリが全体的に示される。同図に示される半導体メモリ1は、メモリセルアレイ2、ロウデコーダ及びワードドライバ3、ロウアドレスバッファ4、センス回路5、カラムデコーダ及びドライバ6、カラムアドレスバッファ7、読み出し書き込み制御回路8、出力バッファ9を有する。メモリセルアレイ2は、選択端子がワード線に、データ入出力端子が相補ビット線に接続された多数のメモリセルを有し、それらメモリセルはマトリクス状に配置されている。ロウアドレスバッファ4はロウアドレス信号を内部相補アドレス信号に変換し、これを受けるロウデコーダ及びワードドライバ3が内部相補アドレス信号を解読し、それによって選ばれるワード線を選択レベルに駆動する。カラムアドレスバッファ7はカラムアドレス信号を内部相補アドレス信号に変換し、これをカラムデコーダ及びドライバ6で解読する。相補ビット線は、カラムデコーダ及びドライバ6による解読結果にしたがって選択される。このようにして、ロウアドレス信号およびカラムアドレス信号で指定されるメモリセルが選択されることになる。
【0014】
前記読み出し書き込み制御回路は、ライトイネーブル信号WEb及びデータ入力信号DIに応答して、前記選択されたメモリセルに対して、読み出し、又は書き込みの制御を行う。選択されたメモリセルから読み出された信号は、センス回路5及び出力バッファ9を経てデータ出力信号DOとしてメモリの外部に出力される。チップ選択信号CSbは、チップ非選択時には読み出し書き込み制御回路8及び出力バッファ9を介して読み出し及び書き込みを禁止する。
【0015】
図6の例ではDI,DOが1ビットのように図示されているが、実際にはメモリセルアレイ2は複数群に分割されており、各群毎にDI,DOが設けられているものと理解されたい。
【0016】
上記半導体メモリ1は、単結晶シリコンのような1個の半導体基板に形成されている。
【0017】
図1には図6の半導体メモリにおけるワード線駆動回路の詳細な一例が示される。ワード線駆動回路は前記ロウデコーダ及びワードドライバ3に内蔵されており、図1ではワード線1本分の構成が例示されている。図7の構成に比べてレベルシフト回路LSが追加されている。
【0018】
図1において、Wはワード線、QWはワード線駆動用トランジスタ(npnバイポーラトランジスタ)、QDCは放電用トランジスタ(npnバイポーラトランジスタ)、MNは該放電用トランジスタQDCのオン・オフを制御するnチャンネル型のスイッチ用MOSトランジスタ、IDCは放電電流用の電流源であり複数の該放電用トランジスタQDCのエミッタが接続されている。DRは上記ワード線駆動用トランジスタQW及びスイッチ用MOSトランジスタMNを駆動する論理回路としての論理ゲートである。該論理ゲートDRは相補信号(OR,NOR)を出力するECL(Emitter Coupled Logic)回路として示されている。即ち、この論理ゲートDRはnpn型バイポーラトランジスタQ1〜Q3と、負荷抵抗RCL,RCRと、電流源ICSとから構成され、入力XD1,XD2に対して論理和と負論理和を採り、夫々の結果を信号OR,NORとして出力する。そして、出力信号NORで上記ワード線駆動用トランジスタQWを駆動し、出力信号ORを受けるレベルシフト回路LSの出力信号ORsで上記スイッチ用MOSトランジスタMNを駆動する。尚、前記信号XD1,XD2は1本のワード線Wに対応されたロウアドレス信号のデコード信号として位置付けることができ、特に制限されないが、信号振幅は−2.8V〜−2.2Vとされる。
【0019】
前記レベルシフト回路LSの構成を説明する。MN2はMOSトランジスタ、QDはダイオード、IDC2はバイアス電流源である。ここでMOSトランジスタMN2のソース(或はドレイン)は、論理ゲートDRの出力信号OR出力に接続され、ドレイン(或はソース)は、前記スイッチ用MOSトランジスタMNのゲートに接続され、ゲートはグランドGNDに接続されている。また、レベルシフト回路LSの出力信号はORsとして図示されている。前記MOSトランジスタMN2のドレイン(或いはソース)にはダイオードQDのアノードが接続され、バイアス電流源IDC2にはダイオードQDのカソードが複数個接続されている構成である。
【0020】
図2には図1の回路の動作電位の一例が示される。図1及び図2を用いてレベル回路LSの動作を説明する。条件としてワード線Wの信号振幅が2V、論理ゲートDRの相補出力OR,NORの信号振幅が2V、バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧が0.8Vとする。これは従来例の時と同様であるが、MOSトランジスタの耐圧は従来の3.0Vから2.0Vに小さくなった場合を想定する。
【0021】
ここで論理ゲートDRの入力XD1,XD2が低電位(例えば−2.8V)の時、ワード線Wは高電位(−0.8V)となる。さらに、論理ゲートDRの出力信号ORは該論理ゲートDRの駆動電流ICSにより低電位(−2.0V)となる。同時にスイッチ用MOSトランジスタMNのゲート電位(出力信号ORsのレベル)は、MOSトランジスタMN2を介して駆動電流ICSにより放電されるため低電位(−2.0V)となる。したがって、スイッチ用MOSトランジスタMNはオフとなるため、放電用トランジスタQDCもオフとなり放電電流はワード線に流れない。
【0022】
一方、ワード線Wが高電位から低電位に切り換わる時及びワード線が低電位(−2.8V)の時、論理ゲートDRの出力信号ORは高電位(0V)となる。この時、バイアス電流IDC2によりMOSトランジスタMN2のゲート・ソース間には、当該MOSトランジスタMN2の閾値電圧0.8V分の電位差を生ずる。このためスイッチ用MOSトランジスタMNのゲートレベル(出力信号ORsのレベル)は、高電位(−0.8V)となる。ここで、前記従来例の場合、このスイッチ用MOSトランジスタMNのゲート電位は0Vであるため、ゲート・ドレイン間にかかる電圧は2.8Vとなり、MOSトランジスタの耐圧2.0Vを満足することができない。しかし図1の構成を採用すれば、スイッチ用MOSトランジスタMNのゲート・ドレイン間にかかる電圧は2.0Vであるため、耐圧2.0Vを満足することができる。またこの場合も、スイッチ用MOSトランジスタMNはオンとなるため、放電用トランジスタQDCもオンとなり放電電流がワード線に流れる。
【0023】
以上のように、図1の構成によればスイッチ用MOSトランジスタMNのゲート・ドレイン間にかかる電圧は2.0Vであり、MOSトランジスタの耐圧2.0Vを満足することができる。しかも、ワード線が高電位の時、ワード線には放電電流が流れず、選択されたワード線の電位が低下するという問題が生じない。また、ワード線が高電位から低電位に切り換わる時は放電電流が流れるので、ワード線の高電位から低電位への切り換わりを高速化することができる。
【0024】
尚、前述のダイオードQDは、自らのゲートとドレインを短絡した所謂ダイオード接続されたMOSトランジスタに置き換え、当該MOSトランジスタのソースにバイアス用電流源(或は任意の電圧源)を接続する構成を採用してもよい。
【0025】
図3には図6の半導体メモリにおけるワード線駆動回路の更に別の例が示される。図3の構成は、図1に比べてレベルシフト回路LSの構成が相違される。図3に示されるレベルシフト回路LSは、npn型のバイポーラトランジスタQEFのベースが論理ゲートDRの出力信号ORを受け、エミッタが電流源IDC3に接続され、当該エミッタから前記信号ORsを出力する。すなわち、エミッタフォロア回路でスイッチ用MOSトランジスタMNのゲートを駆動する。この構成ではワード線と同数の電流源IDC3が必要であり、ワード線数が多いとエミッタフォロア電流による消費電流は大きくなることに注意しなければならない。図3の回路構成によれば、トランジスタQEFのベース・エミッタ間電圧(0.8V)により、スイッチ用MOSトランジスタMNのゲート(ORs出力)の高電位は、図1の構成と同様、−0.8Vとなり、それと同様の動作及び効果が得られる。
【0026】
尚、電流源IDC3は抵抗でもよい。また、ダイオード接続されたMOSトランジスタを用いてもよく、トランジスタQEFのエミッタにゲートとドレインが接続され、ソースに任意の電圧源が接続された構成でもよい。また、エミッタフォロア電流による消費電流を低減するために、エミッタフォロア電流をできるだけ小さくし、ベースとエミッタの間にスピードアップ用容量を設けた構成にしてもよい。
【0027】
図4にはレベルシフト回路LSの更に別の例が示される。図4の回路構成は、図1の回路構成とほとんど同じである。異なる点は、新たにnチャンネル型のMOSトランジスタMN3が設けられていることである。MOSトランジスタMN3のドレインは放電用トランジスタQDCのベースに接続され、そのゲートはワード線Wに接続され、ソースは任意の電圧源(例えば−3Vの電圧源)に接続されている。
【0028】
図4の構成においても図1と同様の動作及び効果が得られることは明らかである。更に、ワード線Wが高電位の時、MOSトランジスタMN3がオンとなるため、放電用トランジスタQDCのベース部は低インピーダンスとなり、ノイズ耐性が強くなる。即ち、ワード線Wが高電位のとき、例えば図1の回路構成ではMOSトランジスタMNのソースからトランジスタQDCのベースまではフローティング状態(高インピーダンス状態)にされ、クロストークなどによるノイズの影響でトランジスタQDCのベース電圧が不所望に高くされる事が有る。これに対して、図4の構成では、ワード線Wが高電位のとき、MOSトランジスタMNのソースからトランジスタQDCのベースはMOSトランジスタMN3によって−3Vのような電源に接続され低インピーダンス状態にされているから、クロストークなどによるノイズの影響を受け難い。尚、上記MOSトランジスタMN3は図3の回路構成にも適用することができる。
【0029】
図5にはレベルシフト回路LSのその他の例が示される。今まで説明した回路構成では、論理ゲートDRは相補出力を発生する回路とした。これに対して図5では、論理ゲートDRの出力は一つの極性の信号ORとされる。この場合、論理ゲートDRの出力信号ORがレベルシフト回路LSの入力にされることは前記の回路構成と同じである。しかしながら、図1乃至図4の説明で明らかなように、ワード線駆動用トランジスタQWはレベルシフト回路LSの入力と逆極性の信号で駆動される必要がある。このため、論理ゲートDRの出力信号OR出力をインバータINVで反転させてワード線駆動用トランジスタQWを駆動している。このインバータINVは、例えばコンプリメンタリMOSトランジスタで形成されたインバータである。以上により、ワード線駆動用トランジスタQW及びレベルシフト回路LSは、図1の構成と同じ条件での駆動が可能となる。従って、図1の回路構成を採用した場合と同様の動作及び効果が得られる。
【0030】
尚、以上説明した回路に示されるMOSトランジスタはnチャンネル型、バイポーラトランジスタはnpn型としたが、トランジスタの導電型はそれに限定されず、回路構成と共に適宜変更可能である。また、以上の説明では、本発明をメモリのワード線放電回路に適用した例を述べてきたが、本発明は、これに限るものでなく、大きな負荷を駆動する回路に同様に適用できる。例えば、相補ビット線をセンス回路に選択的に接続するスイッチトランジスタの制御線を駆動する回路等に適用する事ができる。本発明は、バイポーラRAMに適用される場合に限定されず、MOSメモリ、マイクロコンピュータなどの論理LSIにオンチップされた半導体メモリ等に広く適用することができる。
【0031】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0032】
すなわち、ワード線等の信号線の信号振幅を小さくしなくても、ワード線等の信号線を選択的にディスチャージするためのスイッチの制御信号の信号レベルを、レベルシフト回路によって低くでき、第1のMOSトランジスタのようなスイッチのゲート・ドレイン間電圧を当該トランジスタの耐圧よりも低くすることができる。上記信号線の非ディスチャージ期間には当該信号線に放電電流が流れないことを保証するから、選択レベルに駆動されたワード線に代表されるように、選択レベルにされた信号線の電位が不所望に低下するという問題を生じない。また、ワード線に代表される信号線が選択レベルである高電位から非選択レベルである低電位に切り換わる時は前記第1のMOSトランジスタを介して放電電流が流れるので、ワード線等の信号線の高電位から低電位(即ち選択レベルから非選択レベル)への切り換わりを高速化することができる。このため、本発明を半導体メモリのワード線に適用する場合にはメモリのアクセス時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体集積回路の一例であるバイポーラRAMのような半導メモリに含まれるワード線駆動回路のレベルシフト回路の第1の例を示す回路図である。
【図2】図1の回路の動作電位の一例を示す電位図である。
【図3】ワード線駆動回路に含まれるレベルシフト回路にエミッタフォロア回路を用いた第2の例を示す回路図である。
【図4】ワード線駆動回路に含まれるワード線ディスチャージ回路の別の例を示す回路図である。
【図5】ワード線駆動回路に含まれる論理回路の別の例を示す回路図である。
【図6】本発明に係る半導体集積回路の一例であるバイポーラRAMのような半導体メモリを全体的に示すブロック図である。
【図7】従来のワード線駆動回路の一例を示す回路図である。
【図8】図7に示される回路の動作電位を示す電位図である。
【符号の説明】
LS レベルシフト回路
MN スイッチ用MOSトランジスタ
W ワード線
QW ワード線駆動用トランジスタ
QDC 放電用トランジスタ
IDC 放電電流用の電流源
DR 論理ゲート
1 半導体メモリ
2 メモリセルアレイ
3 ロウデコーダ及びワードドライバ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a technique effectively applied to drive a signal line having a large load such as a word line of a memory at a high speed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in memory integration, the number of memory cells connected to word lines and bit lines has increased, and stray capacitances of word lines and bit lines have increased. In order to shorten the memory access time, it is important to reduce the charge / discharge time of these stray capacitances. For this reason, in a bipolar RAM (Random Access Memory), many high-speed word line discharge circuits as described in JP-A-59-132490 have been proposed. However, these discharge circuits are of a circuit type in which a current is always supplied to the word line when the signal of the word line is at a high potential, so that the potential of the word line is reduced.
[0003]
In order to solve this problem, the inventors have already proposed a semiconductor integrated circuit shown in FIG. 7 (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 2-265095). In the figure, W is a word line, QW is a word line driving transistor, QDC is a discharging transistor, MN is a switching MOS transistor for controlling on / off of the discharging transistor QDC, and IDC is a current source for discharging current. And the emitters of the plurality of discharging transistors QDC are connected. DR is a logic gate for driving the word line driving transistor QW and the switching MOS transistor MN. Here, the logic gate DR shows an ECL (Emitter Coupled Logic) circuit that outputs complementary signals (OR, NOR) as an example. The output signal NOR drives the word line driving transistor QW, and the output signal OR drives the switching MOS transistor MN.
[0004]
FIG. 8 shows the operating potential of the conventional circuit. The operation of the conventional circuit will be described with reference to FIGS. The conditions are as follows: the signal amplitude of the word line is 2 V, the signal amplitude of the complementary output of the logic gate is 2 V, the base-emitter voltage of the bipolar transistor is 0.8 V, and the withstand voltage of the MOS transistor is 3.0 V. Here, when the inputs XD1 and XD2 of the logic gate DR are at a low potential (for example, -2.8V), the word line W is at a high potential (-0.8V), and the gate of the MOS transistor MN is at a low potential (-2.0V). ), The discharge transistor QDC is also turned off, and no discharge current flows to the word line. On the other hand, when the word line W switches from the high potential to the low potential and when the word line is at the low potential (−2.8 V), the MOS transistor MN is driven at the high potential (0 V) and turned on. QDC is also turned on, and a discharge current flows to the word line.
[0005]
As described above, when the word line is at a high potential, no discharge current flows through the word line, so that there is no problem that the potential of the selected word line decreases. In addition, since the discharge current flows when the word line switches from the high potential to the low potential, the switching of the word line from the high potential to the low potential can be speeded up.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 8, in the conventional semiconductor integrated circuit, when the word line W is at a low potential (−2.8 V), the voltage applied between the gate and the drain of the MOS transistor MN is as large as 2.8 V. On the other hand, there is no problem if the withstand voltage of the MOS transistor is 2.8 V or more. However, in recent years, there is a tendency to reduce the thickness of the gate oxide film in order to improve the load driving performance of the MOS transistor (to speed up the switching operation). Accordingly, the withstand voltage of the MOS transistor tends to decrease. For example, when the withstand voltage of the MOS transistor is 2.8 V or less, it becomes difficult to use the conventional semiconductor integrated circuit having the configuration shown in FIG. As a countermeasure, there is a method of reducing the signal amplitude of the word line, but in this case, it is difficult to speed up the write characteristics of the memory cell. It is also possible to adopt a special high withstand structure only for some MOS transistors such as MN, but this requires a complicated manufacturing process such as an increase in the number of photomasks used for manufacturing. It is advisable to take process measures only when circuit measures cannot be taken.
[0007]
The above-described configuration of the word line discharge by the MOS transistor MN is also employed in the configuration of the discharge to the control line of the column switch for selecting the bit line. In this case, there is also the problem of the withstand voltage of the switch MOS transistor as described above.
[0008]
An object of the present invention is to reduce the signal amplitude of a signal line such as a word line without reducing the signal level of a control signal of a switch for selectively discharging a signal line lower than the withstand voltage of the switch, and It is to ensure that no discharge current flows through the signal line during the non-discharge period of the signal line.
[0009]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0011]
That is, a first bipolar transistor (QDC) having an emitter connected to the current source (IDC), a collector connected to the load (W), and one end connected to the load and the other end connected to the base of the transistor. A logic circuit (DR) that controls a current flowing to the load via the first bipolar transistor by controlling on / off of the switch. A level shift circuit (LS) for receiving an output of the circuit is provided, and an output of the level shift circuit is connected to a control terminal of the switch. The switch can employ a first MOS transistor (MN). The load is a signal line such as a word line to which a selection terminal of a memory cell is connected or a selection control line of a column switch for selecting a bit line to which a data terminal of the memory cell is connected. The level shift circuit includes, for example, a second MOS transistor (MN2) disposed between an output of the logic circuit and a control terminal of a switch, and a diode (QD) having an anode connected to the control terminal of the switch. And a bias current source (IDC2) connected to the cathode of the diode. The diode can be replaced by a so-called diode-connected third MOS transistor having its own drain and gate connected.
[0012]
According to the above means, the signal level of the switch control signal for selectively discharging the signal line such as the word line is lowered by the level shift circuit, and the gate / drain of the switch such as the first MOS transistor is lowered. It works so that the inter-voltage is lower than the withstand voltage of the transistor. At this time, it is not necessary to reduce the signal amplitude of a signal line such as a word line. Since it is guaranteed that no discharge current flows through the signal line during the non-discharge period of the signal line, the potential of the signal line set to the selected level is not changed, as represented by the word line driven to the selected level. There is no problem of a desired reduction. Further, when a signal line represented by a word line switches from a high potential which is a selection level to a low potential which is a non-selection level, a discharge current flows through the first bipolar transistor. Switching of the line from a high potential to a low potential (that is, a selected level to a non-selected level) can be speeded up. Therefore, when the present invention is applied to a word line of a semiconductor memory, the access time of the memory can be reduced.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 6 shows a semiconductor memory such as a bipolar RAM as an example of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. The semiconductor memory 1 shown in FIG. 1 includes a memory cell array 2, a row decoder and word driver 3, a row address buffer 4, a sense circuit 5, a column decoder and driver 6, a column address buffer 7, a read / write control circuit 8, and an output buffer 9. Having. The memory cell array 2 has a large number of memory cells whose selection terminals are connected to word lines and whose data input / output terminals are connected to complementary bit lines, and these memory cells are arranged in a matrix. The row address buffer 4 converts the row address signal into an internal complementary address signal, and the row decoder and the word driver 3 receiving the signal decode the internal complementary address signal and drive the word line selected thereby to a selected level. The column address buffer 7 converts the column address signal into an internal complementary address signal, which is decoded by the column decoder and driver 6. The complementary bit line is selected according to the result of decoding by the column decoder and driver 6. Thus, the memory cell specified by the row address signal and the column address signal is selected.
[0014]
The read / write control circuit performs read or write control on the selected memory cell in response to a write enable signal WEb and a data input signal DI. The signal read from the selected memory cell is output to the outside of the memory as a data output signal DO via the sense circuit 5 and the output buffer 9. The chip selection signal CSb inhibits reading and writing via the read / write control circuit 8 and the output buffer 9 when the chip is not selected.
[0015]
Although DI and DO are shown as one bit in the example of FIG. 6, it is understood that the memory cell array 2 is actually divided into a plurality of groups, and DI and DO are provided for each group. I want to be.
[0016]
The semiconductor memory 1 is formed on one semiconductor substrate such as single crystal silicon.
[0017]
FIG. 1 shows a detailed example of a word line drive circuit in the semiconductor memory of FIG. The word line drive circuit is incorporated in the row decoder and word driver 3, and FIG. 1 illustrates a configuration for one word line. A level shift circuit LS is added as compared with the configuration of FIG.
[0018]
In FIG. 1, W is a word line, QW is a word line driving transistor (npn bipolar transistor), QDC is a discharging transistor (npn bipolar transistor), and MN is an n-channel type that controls on / off of the discharging transistor QDC. The switching MOS transistor IDC is a current source for discharging current, and the emitters of a plurality of discharging transistors QDC are connected. DR is a logic gate as a logic circuit for driving the word line driving transistor QW and the switching MOS transistor MN. The logic gate DR is shown as an ECL (Emitter Coupled Logic) circuit that outputs complementary signals (OR, NOR). That is, the logic gate DR is composed of npn-type bipolar transistors Q1 to Q3, load resistors RCL and RCR, and a current source ICS, and calculates a logical sum and a negative logical sum with respect to the inputs XD1 and XD2. Are output as signals OR and NOR. Then, the word line driving transistor QW is driven by the output signal NOR, and the switching MOS transistor MN is driven by the output signal ORs of the level shift circuit LS receiving the output signal OR. The signals XD1 and XD2 can be positioned as decode signals of a row address signal corresponding to one word line W, and are not particularly limited, but the signal amplitude is -2.8V to -2.2V. .
[0019]
The configuration of the level shift circuit LS will be described. MN2 is a MOS transistor, QD is a diode, and IDC2 is a bias current source. Here, the source (or drain) of the MOS transistor MN2 is connected to the output signal OR output of the logic gate DR, the drain (or source) is connected to the gate of the switching MOS transistor MN, and the gate is ground GND. It is connected to the. The output signal of the level shift circuit LS is shown as ORs. The drain (or source) of the MOS transistor MN2 is connected to the anode of a diode QD, and the bias current source IDC2 is connected to a plurality of cathodes of the diode QD.
[0020]
FIG. 2 shows an example of the operating potential of the circuit of FIG. The operation of the level circuit LS will be described with reference to FIGS. The conditions are as follows: the signal amplitude of the word line W is 2 V, the signal amplitude of the complementary outputs OR and NOR of the logic gate DR is 2 V, and the base-emitter voltage of the bipolar transistor is 0.8 V. This is the same as in the conventional example, but it is assumed that the withstand voltage of the MOS transistor is reduced from 3.0 V in the prior art to 2.0 V.
[0021]
Here, when the inputs XD1 and XD2 of the logic gate DR have a low potential (for example, -2.8 V), the word line W has a high potential (-0.8 V). Further, the output signal OR of the logic gate DR becomes low potential (−2.0 V) by the drive current ICS of the logic gate DR. At the same time, the gate potential (level of the output signal ORs) of the switching MOS transistor MN becomes low potential (−2.0 V) because it is discharged by the driving current ICS through the MOS transistor MN2. Therefore, since the switching MOS transistor MN is turned off, the discharging transistor QDC is also turned off, and no discharging current flows to the word line.
[0022]
On the other hand, when the word line W switches from the high potential to the low potential and when the word line is at the low potential (−2.8 V), the output signal OR of the logic gate DR becomes the high potential (0 V). At this time, a potential difference corresponding to the threshold voltage of the MOS transistor MN2 of 0.8 V is generated between the gate and the source of the MOS transistor MN2 due to the bias current IDC2. Therefore, the gate level (level of the output signal ORs) of the switching MOS transistor MN becomes a high potential (-0.8 V). Here, in the case of the conventional example, since the gate potential of the switching MOS transistor MN is 0 V, the voltage applied between the gate and the drain is 2.8 V, which cannot satisfy the withstand voltage of the MOS transistor of 2.0 V. . However, if the configuration of FIG. 1 is adopted, the voltage applied between the gate and the drain of the switching MOS transistor MN is 2.0 V, so that the withstand voltage of 2.0 V can be satisfied. Also in this case, since the switching MOS transistor MN is turned on, the discharging transistor QDC is also turned on, and a discharging current flows to the word line.
[0023]
As described above, according to the configuration of FIG. 1, the voltage applied between the gate and the drain of the switching MOS transistor MN is 2.0 V, which can satisfy the withstand voltage of the MOS transistor of 2.0 V. In addition, when the word line is at a high potential, the discharge current does not flow through the word line, and there is no problem that the potential of the selected word line decreases. Further, when a word line switches from a high potential to a low potential, a discharge current flows, so that the switching of the word line from a high potential to a low potential can be speeded up.
[0024]
The diode QD is replaced with a so-called diode-connected MOS transistor having its own gate and drain short-circuited, and a bias current source (or any voltage source) is connected to the source of the MOS transistor. May be.
[0025]
FIG. 3 shows still another example of the word line drive circuit in the semiconductor memory of FIG. The configuration of FIG. 3 is different from that of FIG. 1 in the configuration of the level shift circuit LS. In the level shift circuit LS shown in FIG. 3, the base of the npn-type bipolar transistor QEF receives the output signal OR of the logic gate DR, the emitter is connected to the current source IDC3, and the signal ORs is output from the emitter. That is, the gate of the switching MOS transistor MN is driven by the emitter follower circuit. In this configuration, the same number of current sources IDC3 as the number of word lines are required, and it should be noted that when the number of word lines is large, the current consumption due to the emitter follower current increases. According to the circuit configuration of FIG. 3, the high potential of the gate (ORs output) of the switching MOS transistor MN is set to −0. 8V, and the same operation and effect can be obtained.
[0026]
Note that the current source IDC3 may be a resistor. Further, a diode-connected MOS transistor may be used, and the transistor QEF may have a configuration in which the gate and the drain are connected to the emitter, and an arbitrary voltage source is connected to the source. Also, in order to reduce the current consumption due to the emitter follower current, the emitter follower current may be reduced as much as possible, and a configuration may be adopted in which a speed-up capacitor is provided between the base and the emitter.
[0027]
FIG. 4 shows still another example of the level shift circuit LS. The circuit configuration of FIG. 4 is almost the same as the circuit configuration of FIG. The difference is that an n-channel MOS transistor MN3 is newly provided. The drain of the MOS transistor MN3 is connected to the base of the discharging transistor QDC, the gate is connected to the word line W, and the source is connected to an arbitrary voltage source (for example, a -3V voltage source).
[0028]
It is clear that the same operation and effect as those of FIG. 1 can be obtained in the configuration of FIG. Further, when the word line W is at a high potential, the MOS transistor MN3 is turned on, so that the base of the discharging transistor QDC has low impedance and noise resistance is enhanced. That is, when the word line W is at a high potential, for example, in the circuit configuration of FIG. 1, the source from the MOS transistor MN to the base of the transistor QDC is in a floating state (high impedance state), and the transistor QDC May be undesirably increased. On the other hand, in the configuration of FIG. 4, when the word line W is at a high potential, the source of the MOS transistor MN is connected to a power source such as -3 V by the MOS transistor MN3 from the source of the MOS transistor MN3 to be in a low impedance state. Therefore, it is hardly affected by noise due to crosstalk. The MOS transistor MN3 can be applied to the circuit configuration shown in FIG.
[0029]
FIG. 5 shows another example of the level shift circuit LS. In the circuit configuration described so far, the logic gate DR is a circuit that generates a complementary output. On the other hand, in FIG. 5, the output of the logic gate DR is a signal OR of one polarity. In this case, the output signal OR of the logic gate DR is input to the level shift circuit LS as in the above-described circuit configuration. However, as is clear from the description of FIGS. 1 to 4, the word line driving transistor QW needs to be driven by a signal having a polarity opposite to that of the input of the level shift circuit LS. Therefore, the output signal OR output of the logic gate DR is inverted by the inverter INV to drive the word line driving transistor QW. The inverter INV is, for example, an inverter formed of complementary MOS transistors. As described above, the word line driving transistor QW and the level shift circuit LS can be driven under the same conditions as the configuration in FIG. Therefore, the same operation and effect as in the case where the circuit configuration of FIG. 1 is adopted can be obtained.
[0030]
Although the MOS transistor shown in the above-described circuit is an n-channel type and the bipolar transistor is an npn type, the conductivity type of the transistor is not limited thereto and can be changed as appropriate with the circuit configuration. In the above description, an example in which the present invention is applied to a word line discharge circuit of a memory has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be similarly applied to a circuit that drives a large load. For example, the present invention can be applied to a circuit for driving a control line of a switch transistor for selectively connecting a complementary bit line to a sense circuit. The present invention is not limited to the case where the present invention is applied to a bipolar RAM, but can be widely applied to a semiconductor memory on-chip in a logic LSI such as a MOS memory and a microcomputer.
[0031]
【The invention's effect】
The following is a brief description of an effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application.
[0032]
That is, the signal level of the control signal of the switch for selectively discharging the signal line such as the word line can be reduced by the level shift circuit without reducing the signal amplitude of the signal line such as the word line. The gate-drain voltage of a switch such as the MOS transistor can be made lower than the withstand voltage of the transistor. Since it is guaranteed that no discharge current flows through the signal line during the non-discharge period of the signal line, the potential of the signal line set to the selected level is not changed, as represented by the word line driven to the selected level. There is no problem of a desired reduction. Further, when a signal line represented by a word line switches from a high potential which is a selected level to a low potential which is a non-selected level, a discharge current flows through the first MOS transistor. Switching of the line from a high potential to a low potential (that is, a selected level to a non-selected level) can be speeded up. Therefore, when the present invention is applied to a word line of a semiconductor memory, the access time of the memory can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first example of a level shift circuit of a word line drive circuit included in a semiconductor memory such as a bipolar RAM, which is an example of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a potential diagram showing an example of an operating potential of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second example in which an emitter follower circuit is used for a level shift circuit included in a word line drive circuit.
FIG. 4 is a circuit diagram showing another example of the word line discharge circuit included in the word line drive circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of the logic circuit included in the word line drive circuit.
FIG. 6 is a block diagram generally showing a semiconductor memory such as a bipolar RAM as an example of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a conventional word line drive circuit.
FIG. 8 is a potential diagram showing an operating potential of the circuit shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
LS Level shift circuit MN Switching MOS transistor W Word line QW Word line driving transistor QDC Discharging transistor IDC Discharge current source DR Logic gate 1 Semiconductor memory 2 Memory cell array 3 Row decoder and word driver
Claims (2)
コレクタが高電位電源に接続され、エミッタが上記複数の信号線のうちの対応する信号線に接続された該対応する信号線のチャージ用の第1のバイポーラトランジスタと、
エミッタが共通の電流源に接続され、コレクタが該対応する信号線に接続された該対応する信号線のディスチャージ用の第2のバイポーラトランジスタと、
一端が上記対応する信号線に接続され、他端が上記第2のバイポーラトランジスタのベースに接続されたスイッチと、
上記スイッチをオン・オフ制御することにより上記第2のバイポーラトランジスタを介して上記対応する信号線のディスチャージ動作を制御するための肯定出力端子と、上記第1バイポーラトランジスタをオン・オフ制御することにより上記対応する信号線のチャージ動作を制御する否定出力端子とを有する論理回路と、
上記論理回路の肯定出力端子と上記スイッチの制御端子との間に配置されたMOSトランジスタと、アノードが上記スイッチの制御端子に接続され、カソードが共通のバイアス用電流源に接続されたダイオードとで構成されるレベルシフト回路と、を有することを特徴とする半導体集積回路。A semiconductor integrated circuit including a switch circuit connected to each of the plurality of signal lines to selectively discharge and drive one of the plurality of signal lines to a low potential, wherein each of the switch circuits is
A first bipolar transistor for charging a corresponding one of the plurality of signal lines, a collector connected to the high potential power supply, and an emitter connected to the corresponding one of the plurality of signal lines;
A second bipolar transistor for discharging the corresponding signal line whose emitter is connected to a common current source and whose collector is connected to the corresponding signal line;
A switch having one end connected to the corresponding signal line and the other end connected to the base of the second bipolar transistor;
A positive output terminal for controlling a discharge operation of the corresponding signal line via the second bipolar transistor by controlling on / off of the switch; and controlling on / off of the first bipolar transistor by controlling on / off of the first bipolar transistor. A logic circuit having a negative output terminal for controlling the charging operation of the corresponding signal line,
A MOS transistor disposed between the positive output terminal of the logic circuit and the control terminal of the switch, and a diode having an anode connected to the control terminal of the switch and a cathode connected to a common bias current source. And a level shift circuit configured.
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