JP3805802B2 - 半導体メモリ装置のデータ出力回路 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は半導体メモリ装置に関するもので、特に、センスアンプとデータ出力バッファとの間におけるノードの等化レベルを、出力バッファの論理しきい電圧に一致させることができるようなデータ出力回路を備える半導体メモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体メモリ装置において、メモリセルに記憶されたデータをチップの外部に伝送する際には、まず、ワードライン及びビットラインを選択し、それにより選択されたメモリセルに記憶されているデータをセンスアンプを介して読出した後、データ出力回路を通じてチップ外部に伝送するようになっている。
【0003】
図4は、このようなメモリセルに記憶されたデータをチップ外部に出力するためのデータ出力回路の従来例を示す。この図4に示すように、メモリセル1に記憶されたデータは、センスアンプ2を介して増幅される。そして、センスアンプ2の出力は、それぞれ4個のMOSトランジスタ3a、3b、3c、3d及び5a、5b、5c、5dを用いて構成され、一対の選択制御信号MSi、バーMSiにより制御される選択回路3、5に入力される。
【0004】
この選択回路3、5は、それぞれ、電源電圧Vcc側に連結された二つのPMOSトランジスタ3a、3b及び5a、5bと、接地電圧Vss側に連結された二つのNMOSトランジスタ3c、3d及び5c、5dとで構成され、MOSトランジスタ3a、5aのゲートに選択制御信号バーMSiを、MOSトランジスタ3d、5dのゲートに選択制御信号MSiを、そしてMOSトランジスタ3b、3cのゲートに配線Lのデータを、MOSトランジスタ5b、5cのゲートに配線バーLのデータを、それぞれ受けて動作するようになっている。それにより、選択制御信号MSi及び配線Lのデータが両方とも論理“ハイ”、配線バーLのデータが論理“ロウ”であれば、選択回路3のMOSトランジスタ3a、3c、3dがONとなり、MOSトランジスタ3bがOFFとなる。その結果、第1ノードNO1の電位が論理“ロウ”の状態になり、一方、このとき第2ノードバーNO1の電位は、選択回路5により論理“ハイ”の状態になる。
【0005】
このような図4の回路では、データのセンシング速度を向上させるため、センスアンプ2からの出力データが第1ノードNO1及び第2ノードバーNO1に伝達される前に、これら第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位は、等化トランジスタ11により等化されるようになっている。この等化トランジスタ11は、第1ノードNO1と第2ノードバーNO1との間にチャネルが設けられ、ゲートに印加されるアドレス遷移検出パルスである等化信号PEQに応答して、第1ノードNO1及び第2ノードバーNO1の各電位を等化する。
【0006】
バッファエネーブル信号PIOが論理“ロウ”の場合、NANDゲートで構成された第1、第2出力バッファ13、15は、ディスエーブルの状態とされて論理“ハイ”を出力し、これが、第1、第2出力バッファ13、15の各出力端子に接続されたインバータを介して第3、第4ノードNO2、バーNO2に伝えられる。したがって、第3、第4ノードNO2、バーNO2の電位は論理“ロウ”になり、出力ステージのNMOSトランジスタ17、19(プルアップトランジスタ、プルダウントランジスタ)が両方ともOFFとなって、データ出力はフローティング状態になる。
【0007】
一方、バッファエネーブル信号PIOが論理“ハイ”になると、第1、第2出力バッファ13、15がエネーブルされ、上述のように第1ノードNO1の電位が論理“ロウ”の状態ならば、第1出力バッファ13の出力電位は論理“ハイ”、第2出力バッファ15の出力電位は論理“ロウ”になり、したがって、出力ステージのNMOSトランジスタ17がOFF、NMOSトランジスタ19がONとなって、論理“ロウ”のデータを出力する。このように、第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位は、それぞれ第1、第2出力バッファ13、15を通じて第3、第4ノードNO2、バーNO2に伝達されるようになっている。
【0008】
しかしながら、このような回路においては、第1、第2ノードNO1、バーNO1の等化レベルが、出力バッファ13、15の論理しきい電圧と一致しない場合に問題がある。これを、図5A及びBを参照して具体的に説明する。
【0009】
まず、図5Aを参照して、等化レベルが、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧(トリガレベル)より高い場合について説明する。このような場合、第1、第2ノードNO1、バーNO1の相補電位が等化されても、この等化電位は、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧より高いために論理“ハイ”と認識され得る。このとき、バッファエネーブル信号PIOが論理“ハイ”になると、NMOSトランジスタ17、19がONとなるに従って一時的に出力にノイズが発生し、いわゆるグリッチ(glitch)現象を招くことになってしまう。
【0010】
逆に、等化レベルが、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧より低い場合を、図5Bを参照して説明する。この場合、等化レベルとなった第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位が、センスアンプ2からの出力データにより電位差を生じるときに、第1、第2出力バッファ13、15のうちの該当する出力バッファが論理“ハイ”を認識する時間が、長引くことになる。したがって、バッファエネーブル信号PIOが論理“ハイ”となった後、第1、第2出力バッファ13、15の正常な動作までの時間が長くなり、半導体装置の全体的な動作速度低下の原因となる。尚、図5Bにおいて、このような出力遅延時間を“T”で表しており、その値は通常2ns程度となる。
【0011】
このような問題を解決するためには、第1、第2ノードNO1、バーNO1の等化レベルを、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧と一致させればよいが、この等化レベルと論理しきい電圧との一致については、製造工程中の多様な工程条件に依存するため、従来では、実現することが非常に困難であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、データ読出動作時に、誤動作を防止でき、より高速でデータを出力できるようなデータ出力回路を提供することにある。
【0013】
また、本発明の他の目的は、論理しきい電圧と等化レベルとを簡単に一致させられるようなデータ出力回路を提供することにある。
【0014】
さらに、本発明の他の目的は、データ出力動作時に、グリッチ現象の発生や出力の遅延現象を防止できるようなデータ出力バッファを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明では、データ出力手段と、このデータ出力手段の出力信号及びバッファエネーブル信号を入力とする論理ゲート手段と、を有する半導体メモリ装置において、
前記データ出力手段と前記論理ゲート手段との間に設けられ、前記データ出力手段の出力端における等化レベルを前記論理ゲート手段の論理しきい電圧のレベルに合致させるためのしきい電圧調節手段を備え、
前記しきい電圧調節手段は、
入力端が前記データ出力手段の出力端に接続され、前記論理ゲート手段と同じ動作特性を有する論理ゲートと、
前記論理ゲートの入力端及び出力端とを接続しゲートに等化信号が入力されるトランジスタとを備えてなり、
等化時は前記トランジスタのゲートに前記等化信号を供給して前記トランジスタを導通させることにより、前記論理ゲートの出力を前記論理ゲートの入力に帰還させて、前記データ出力手段の出力端における等化レベルを強制的に前記論理ゲート手段の論理しきい電圧と一致させるように構成されることを大きな特徴とする。
【0017】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
まず、図1、図2A及びBを参照して、本発明によるデータ出力回路の構成例を具体的に説明する。センスアンプ2から出力される相補的出力信号は、選択回路3、5を介して、第1、第2出力バッファ13、15の各一入力端子と、第1、第2しきい電圧調節回路2125、2327とに共通に印加される。
【0019】
等化トランジスタ11は、第1ノードNO1と第2ノードバーNO1との間にチャネルが設けられ、ゲートに等化信号PEQを受けるNMOSトランジスタで構成される。尚、この例では、等化トランジスタ11にNMOSトランジスタを使用しているが、PMOSトランジスタを用いても実施可能である。その場合には、ゲートに、反転させた等化信号バーPEQを印加するようにすればよい。
【0020】
第1しきい電圧調節回路2125は第1ノードNO1に、第2しきい電圧調節回路2327は第2ノードバーNO1に、それぞれ接続されている。この第1、第2しきい電圧調節回路2125、2327は、NMOSトランジスタ21、23とNANDゲート25、27とでそれぞれ構成される。そして、NANDゲート25、27が、第1、第2出力バッファ13、15と同じ規格で、同一の論理しきい電圧を有するように設計されている。NANDゲート25は、第1ノードNO1の電位と電源電圧Vccレベルのチップエネーブル信号CSとを入力とし、NANDゲート27は、第2ノードバーNO1の電位とチップエネーブル信号CSとを入力とする。また、NMOSトランジスタ21、23は、等化信号PEQにより制御されるようになっており、NMOSトランジスタ21のチャネルは第1ノードNO1とNANDゲート25の出力端子との間に、NMOSトランジスタ23のチャネルは第2ノードバーNO1とNANDゲート27の出力端子との間に、それぞれ設けられている。
【0021】
次に、このような構成に基づいて、その動作を説明する。
【0022】
等化信号PEQが論理“ハイ”になると、等化トランジスタ11と、第1、第2しきい電圧調節回路2125、2327のNMOSトランジスタ21、23とが、全部ONとなる。そして、第1ノードNO1の電位が、第1しきい電圧調節回路2125のNANDゲート25の一入力となると共に、第1出力バッファ13の一入力となる。同様に、第2ノードバーNO1の電位が、第2しきい電圧調節回路2327のNANDゲート27と第2出力バッファ15とに入力される。その際、等化信号PEQがエネーブルの状態である場合には、バッファエネーブル信号PIOがディスエーブルされ、第1、第2出力バッファ13、15は非活性化の状態にある。この状態では、第1ノードNO1及び第2ノードバーNO1の各電位は、同じレベルに等化される。
【0023】
このとき、チップエネーブル信号CSが論理“ハイ”になると、NANDゲート25、27は活性化される。そして、NANDゲート25、27の出力が、NMOSトランジスタ21、23のチャネルを通じて、第1、第2ノードNO1、バーNO1に伝達される。したがって、図2に示すように、NMOSトランジスタ21(23)による負荷経路aと、NANDゲート25(27)による負荷経路bとの合流点における電位が、第1ノードNO1(第2ノードバーNO1)の最終的な電位となる。この動作について、次により具体的に説明する。
【0024】
簡単に言えば、NANDゲート25、27は、論理“ハイ”のチップエネーブル信号CSにより、第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位に応じて出力の論理状態の変化が可能とされ、それにより、第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位は、第1、第2しきい電圧調節回路2125、2327での帰還的制御で補正される。
【0025】
すなわち、第1ノードNO1(第2ノードバーNO1)の電位が、NANDゲート25(27)の論理しきい電圧より低いレベルであるときは、NANDゲート25(27)の出力は論理“ハイ”となり、反対に、論理しきい電圧より高いときには、NANDゲート25(27)の出力は論理“ロウ”となる。つまり、NANDゲート25(27)による負荷経路bの電位は、NANDゲート25(27)の論理しきい電圧の周辺で大幅に変化する。一方、NMOSトランジスタ21(23)は、ゲートに等化信号PEQが印加されているので、等化周期中は常にONの状態にあり、負荷経路aでは入力に対して出力が線形的に比例する。ところが、NMOSトランジスタ21(23)のチャネルは、NANDゲート25(27)の入力と出力との間に設けられているため、NANDゲート25(27)の入力が論理しきい電圧より低く、出力が論理“ハイ”の状態となる場合には、この論理“ハイ”の出力が、NMOSトランジスタ21(23)のチャネルを経て、NANDゲート25(27)の入力、すなわち第1ノードNO1(第2ノードバーNO1)側へ伝えられることになり、その電位を上昇させる。この動作は、入力電圧が論理しきい電圧のレベルになるまで続くことになる。このように入力電圧が論理しきい電圧まで上昇すると、NANDゲート25(27)の出力は論理“ロウ”となり、そして、NMOSトランジスタ21のチャネルの両端の電位が一致するようになるとチャネル両端の電位平衡がなされ、第1ノードNO1(第2ノードバーNO1)の電位は安定的になる。
【0026】
この反対に、第1ノードNO1(第2ノードバーNO1)の電位が、NANDゲート25(27)の論理しきい電圧より高いレベルであるときも、同様の帰還的制御により調節されることは、容易に理解できるであろう。
【0027】
上記の説明から分かるように、第1、第2ノードNO1、バーNO1の等化電位は、NANDゲート25、27の論理しきい電圧のレベルに等しく設定されるようになっている。すなわち、図2Bに示す特性曲線Ca、Cbのように、負荷経路a及び負荷経路bの各電位は、交点X、つまりNANDゲート25、27の論理しきい電圧Vthで交差し、この交点Xにおける電位が、第1、第2ノードNO1、バーNO1の等化レベルになる。
【0028】
上述したように、NANDゲート25、27と第1、第2出力バッファ13、15とは、その構成及び動作特性が同じなので、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧と、NANDゲート25、27の論理しきい電圧とは一致している。したがって、上記のようにして等化レベルが設定された後、等化信号PEQ及びチップエネーブル信号CSがディスエーブルされ、バッファエネーブル信号PIOがエネーブルされるとき、第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位は、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧のレベルに維持されている。そのため、センスアンプ2から出力されたデータが、第1ノードNO1及び第2ノードバーNO1に伝達されると、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧と、第1、第2ノードNO1、バーNO1の等化レベルとが一致しているので、問題なく、第1、第2ノードNO1、バーNO1の電位がプルアップトランジスタ17及びプルダウントランジスタ19に伝達され、データが出力される。
【0029】
以上のように、等化レベルと出力バッファの論理しきい電圧とを合致させられるため、従来の回路で問題だったグリッチ現象やデータ論理状態の認識時間の遅れを防止することが可能になる。この関係について容易に理解できるように、本実施例の回路における要部の電位状態を図3に示しておく。
【0030】
上述の実施例においては、しきい電圧調節回路を、NMOSトランジスタ及びNANDゲートを使用して実現しているが、第1、第2出力バッファ13、15の論理しきい電圧と同じ論理しきい電圧を得ることが可能であれば、NORゲート、ANDゲート、ORゲート、インバータ等を使用することもできる。例えば、しきい電圧調節回路2125、2327のNANDゲート25、27の代わりにANDゲートを使用する場合には、適当な箇所にインバータを設け、チップエネーブル信号SCは電源電圧レベルの信号として使用し、一方、NORゲートやORゲートを使用する場合には、反転させてチップエネーブル信号バーSCとし、接地電圧レベルの信号として使用すれば可能である(ORゲートの場合には適当な箇所にインバータを設けるようにする)。
【0031】
また、図2Aに示すように、NANDゲートと並列にNMOSトランジスタを接続するようにしているが、このNMOSトランジスタを、等化時にONとなるようにしたPMOSトランジスタやCMOS回路にすることも可能である。
【0032】
あるいは、上述の実施例においては、しきい電圧調節回路を第1、第2出力バッファ13、15とセンスアンプとの間に配置しているが、本発明はこれに限られるわけではなく、等化信号を入力として予めデータ線を等化するような回路であれば、その入力ステージに適用可能で、例えば、センスアンプとセンスアンプとの間や、センスアンプとマルチプレクサとの間にも適用できる。
【0033】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、等化レベルが工程条件により変わってしまうような場合でも、その等化レベルを、工程条件によることなく、出力バッファの論理しきい電圧のレベルに強制的に合致させられるので、データ出力動作を高速化でき、また、データ出力回路の誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデータ出力回路の構成例を示す回路図。
【図2】Aは、本発明によるしきい電圧調節回路の構成を示す回路図、Bは、そのしきい電圧調節回路の入出力の特性を示すグラフ。
【図3】図1に示すデータ出力回路の動作タイミングを示す波形図。
【図4】データ出力回路の従来例を示す回路図。
【図5】Aは、従来のデータ出力回路において、等化レベルが出力バッファの論理しきい電圧より高い場合、Bは、等化レベルが出力バッファの論理しきい電圧より低い場合の動作タイミングをそれぞれ示す波形図。
【符号の説明】
1 メモリセル
2 センスアンプ(第1データ出力手段)
13、15 出力バッファ(第2データ出力手段)
21、23 MOSトランジスタ
25、27 NANDゲート
2125、2327 しきい電圧調節回路
Claims (8)
- データ出力手段と、このデータ出力手段の出力信号及びバッファエネーブル信号を入力とする論理ゲート手段と、を有する半導体メモリ装置において、
前記データ出力手段と前記論理ゲート手段との間に設けられ、前記データ出力手段の出力端における等化レベルを前記論理ゲート手段の論理しきい電圧のレベルに合致させるためのしきい電圧調節手段を備え、
前記しきい電圧調節手段は、
入力端が前記データ出力手段の出力端に接続され、前記論理ゲート手段と同じ動作特性を有する論理ゲートと、
前記論理ゲートの入力端及び出力端とを接続しゲートに等化信号が入力されるトランジスタとを備えてなり、
等化時は前記トランジスタのゲートに前記等化信号を供給して前記トランジスタを導通させることにより、前記論理ゲートの出力を前記論理ゲートの入力に帰還させて、前記データ出力手段の出力端における等化レベルを強制的に前記論理ゲート手段の論理しきい電圧と一致させるように構成されることを特徴とする半導体メモリ装置。 - 前記データ出力手段及び前記論理ゲート手段が、それぞれ増幅器及びマルチプレクサである請求項1記載の半導体メモリ装置。
- 前記論理ゲートが、電源電圧レベルのチップエネーブル信号を一方の入力端に受けることで出力の論理状態の変化が可能となるNANDゲート又はANDゲートであり、前記トランジスタが、ゲートに等化信号を受けるNMOSトランジスタである請求項1又は2記載の半導体メモリ装置。
- 前記論理ゲートが、接地電圧レベルのチップエネーブル信号を一方の入力端に受けることで出力の論理状態の変化が可能となるNORゲート又はORゲートであり、前記トランジスタが、ゲートに反転された等化信号を受けるPMOSトランジスタである請求項1又は2記載の半導体メモリ装置。
- センスアンプからの出力に基づく相補データを受ける第1及び第2ノードと、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に設けられ、等化信号によりスイッチング動作して前記第1及び第2ノードの電位を等化させる等化トランジスタと、前記第1ノードに一方の入力端が接続され、バッファエネーブル信号を他方の入力端に受ける第1論理ゲート手段と、前記第2ノードに一方の入力端が接続され、前記バッファエネーブル信号を他方の入力端に受ける第2論理ゲート手段と、を有する半導体メモリ装置のデータ出力回路において、
入力端が前記第1ノードに接続され、前記第1論理ゲート手段と同じ動作特性を有する第1の論理ゲートと、
前記第1の論理ゲートの入力端及び出力端とを接続しゲートに前記等化信号が入力される第1のトランジスタと、
入力端が前記第2ノードに接続され、前記第2論理ゲート手段と同じ動作特性を有する第2の論理ゲートと、
前記第2の論理ゲートの入力端及び出力端とを接続しゲートに前記等化信号が入力される第2のトランジスタと、
を用いて構成されたしきい電圧調節手段を備え、
等化時は前記第1及び第2のトランジスタのゲートに前記等化信号を供給して前記第1及び第2のトランジスタを導通させることにより、前記第1及び第2の論理ゲートの出力をそれぞれ前記第1及び第2の論理ゲートの入力に帰還させて、前記第1及び第2ノードの等化レベルを強制的に前記第1論理ゲート手段及び前記第2論理ゲート手段の論理しきい電圧と一致させるように構成されることを特徴とするデータ出力回路。 - 前記しきい電圧調節手段の前記第1及び第2の論理ゲートが、前記第1及び第2論理ゲート手段と同じ論理しきい電圧を有するようにされている請求項5記載のデータ出力回路。
- 前記しきい電圧調節手段の前記第1及び第2の論理ゲートが、電源電圧レベルの制御信号により出力の論理状態の変化が可能となるNANDゲート又はANDゲートであり、前記しきい電圧調節手段の前記第1及び第2のトランジスタが、ゲートに等化信号を受けるNMOSトランジスタである請求項6記載のデータ出力回路。
- 前記しきい電圧調節手段の前記第1及び第2の論理ゲートが、接地電圧レベルの制御信号により出力の論理状態の変化が可能となるNORゲート又はORゲートであり、前記しきい電圧調節手段の前記第1及び第2のトランジスタが、ゲートに反転された等化信号を受けるPMOSトランジスタである請求項6記載のデータ出力回路。
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