JP4108875B2 - Semiconductor circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路に係り、特にその相補信号線プリチャージ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は従来例を示す図であり、従来の半導体回路の構成を示す。相補信号線対SP/SNをプリチャージする相補信号線プリチャージ回路、SP/SNの一方を放電する放電回路で構成され、プリチャージ回路はPMOSトランジスタMP1〜MP3で構成される。なお、MP1〜MP3のゲート幅はそれぞれW1〜W3であり、W3=W2=W1である。SPにはSN以外に対するSPの配線容量とSPに接続する素子(MP1、MP3、放電回路を構成する素子など)の寄生容量との合成容量である容量C1が等価的に接続されていると見なせ、SNにはSP以外に対するSNの配線容量とSNに接続する素子(MP2、MP3、放電回路を構成する素子など)の寄生容量との合成容量である容量C2が等価的に接続されているとみなせ、C2の容量値はC1と等しいと見なせ(C2=C1)、SPとSNとの間には配線間結合容量である容量C3が等価的に接続されていると見なせる。なお、C1およびC2の他端は電源VSSとなっているが、電源VDD、他の電源、SP/SN以外の低インピーダンスで電位一定の信号線でも同様である。
【0003】
以上の構成において、図1の従来回路の動作を図2を用いて説明する。クロック信号CKがVDDの電位に等しい判定期間(t2〜t10)で、SPは放電回路により放電されVDDよりΔVL低い電位になる。この時、SNはC3による結合ノイズによりVDDよりΔVD低い電位になる。CKがVSSの電位に等しいプリチャージ期間(t10〜t18)で、SP/SNはMP1〜MP3によってプリチャージされ、VDDの電位に等しくなる。ここで、プリチャージ開始からVDDとSPとの電位差がある電位差ΔVPに達するまでの時間をプルアップ時間(t10〜t16)、プリチャージ開始からSNとSPとの電位差がΔVPに達するまでの時間をイコライズ時間(t10〜t13)、プルアップ時間とイコライズ時間とで大きい方をリカバリ時間と定義する。図2の場合、プルアップ時間の方が大きいので、リカバリ時間はプルアップ時間と等しくなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
半導体回路の高速化は動作サイクル時間の短縮によって達成できる。図2において半導体回路の動作サイクル時間(時刻t2〜t18)は判定期間(時刻t2〜t10)とプリチャージ期間(時刻t10〜t18)とにより決まる。したがって、動作サイクル時間を短縮するには判定期間、プリチャージ期間の少なくとも一方を短縮する必要がある。ここで、プリチャージ期間を短縮する場合について考える。プリチャージ期間はリカバリ時間(t10〜t16)とマージン(t16〜t18)とから決まる。マージンは電源、温度、回路を構成する素子の特性等がばらついても確実にプリチャージできるようにするために短縮できない。したがって、プリチャージ期間を短縮するためにはSP/SNのリカバリ時間を短縮する必要がある。
【0005】
しかしながら、従来の半導体回路では、リカバリ時間を短縮するためC1に対するC3の容量の比である結合容量比kc(=C3/C1)に関係なく、MP1およびMP2に対するMP3のコンダクタンスの比、すなわちW1およびW2(=W1)に対するW3の比kg(=W3/W1)を1と一定にしたままW1〜W3の和WTを大きくしていた。しかし、WTを大きくするとCKを駆動する駆動回路の負荷が大きくなるためプリチャージ期間の開始が遅くなる、すなわち判定期間が長くなり動作サイクル時間としては逆に長くなる場合があるという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、相補信号線対をプリチャージする相補信号線プリチャージ回路と前記相補信号線対の一方を放電する放電回路とを有し、判定時に相補信号線対の一方の信号線が放電される際に他方の信号線で結合ノイズによる電位降下が起きる半導体回路において、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、動作サイクル時間を短縮することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、CKを駆動する駆動回路の負荷を一定、すなわちW1〜W3の和WTを一定にして、コンダクタンス比kgを結合容量比kcに対してSP/SNのリカバリ時間が最短になるとみなせる最適範囲に設定する。
【0008】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の第1の実施例を示す図であり、図1に示す従来の半導体回路と回路構成は同じであるが、唯一異なる点はコンダクタンス比kg(=W3/W1)が1ではなく、結合容量比kcに対してSP/SNのリカバリ時間が最短になるとみなせる最適範囲の値をとることである。
【0009】
以上の構成におけるkcとkgの最適範囲との関係式を図3の等価回路である図4を用いて導き出す。相補信号線プリチャージ回路の等価回路はコンダクタンスG1〜G3、スイッチSW1、SW2で構成される。G1〜G3はそれぞれMP1〜MP3のゲート電位がVSSの電位に等しい時の等価素子で、SW1、SW2は同期して動作するスイッチで、それぞれが開くと判定状態で、それぞれが閉じるとプリチャージ状態になる。一方、放電回路の等価回路はコンダクタンスG4、G5、スイッチSW3、SW4で構成される。G4、G5は相補信号線SP、SNをそれぞれ放電する素子の等価素子で、SW3、SW4は非活性時には両方が開いており、活性時には一方が閉じる。C1〜C3は容量で、それぞれ図3のC1〜C3に相当する。v1、v2はそれぞれVSSに対するSP、SNの電位で、v3はSPに対するSNの電位である。図4の回路は図5に示すように動作し、各時刻における関係式からkcとkgの最適範囲の関係式を導出する過程を以下に示す。
【0010】
時刻t<0は判定期間でSW1、SW2はそれぞれ開いており、t<td1の時、つまり放電前のv1〜v3は数1〜数3で表せる。
【0011】
v1(t<td1)=VDD−VSS 数1
v2(t<td1)=VDD−VSS 数2
v3(t<td1)=0 数3
時刻t=td1の時にSW3が閉じ放電回路は活性になりSPは放電され、t=td2の時にSW3が開き放電回路は非活性になり放電が完了する。td2≦t<0の時、つまり放電後のv1〜v3は数4〜数6で表せる。
【0012】
v1(td2≦t<0)=VDD−ΔVL−VSS 数4
v2(td2≦t<0)=VDD−ΔVD−VSS 数5
v3(td2≦t<0)=ΔVL−ΔVD 数6
ここで、放電前(t<td1)と放電後(td2≦t<0)とでC2、C3に蓄えられている電荷の和は不変であることから、数7が成り立つ。
【0013】
C2・v2(t<td1)+C3・v3(t<td1)
=C2・v2(td2≦t<0)+C3・v3(td2≦t<0) 数7
時刻t≧0はプリチャージ期間でt=0の時にSW1、SW2がそれぞれ閉じるとプリチャージが開始し、SP/SNはG1〜G3によってプリチャージされVDDの電位に等しくなる。ここで、プルアップ時間tuをt=0からv1がVDD−ΔVP−VSSに等しくなるまでの時間、イコライズ時間teをt=0からv3がΔVPに等しくなるまでの時間と定義する。なお、ΔVPはプルアップおよびイコライズが完了したと判断する基準である。また、t≧0の過渡応答については数8〜数16の節点方程式が成り立つ。
【0014】
C1・dv1(t)/dt=i1(t) 数8
C2・dv2(t)/dt=i2(t) 数9
C3・dv3(t)/dt=i3(t) 数10
G1・(VDD−VSS−v1(t))=i4(t) 数11
G2・(VDD−VSS−v2(t))=i5(t) 数12
G3・v3(t)=i6(t) 数13
v3(t)=v2(t)−v1(t) 数14
i1(t)=i3(t)+i4(t)+i6(t) 数15
i5(t)=i2(t)+i3(t)+i6(t) 数16
さらに、数1〜数16の式の変数および定数の間には数17〜数24の関係式が成り立つとする。なお、数17は図3の回路においてW1〜W3の和は一定にするという条件式であり、数23はΔVLがVDD−VSSのkv倍であることを示しており、数24はΔVPがΔVLのkp倍であることを示している。
【0015】
GT=G1+G2+G3 (GTは定数) 数17
G2=G1=G 数18
G3=kg・G1=kg・G (kg≧0) 数19
C2=C1=C (Cは定数) 数20
C3=kc・C1=kc・C (kc≧0) 数21
VDD−VSS=V (Vは定数) 数22
ΔVL=kv・(VDD−VSS) (0<kv≦1) 数23
ΔVP=kp・ΔVL (0<kp<1) 数24
数1〜数24を解くと、v1(t)〜v3(t)は数25〜数31で表せる。
【0016】

Figure 0004108875
プルアップ時間tu、イコライズ時間teについてはそれぞれ数32、数33の関係式が成り立ち、数22〜数31を用いると数34、数35を得る。なお、数34、数35はkv、Vに依存しない。したがって、数34、数35においてkpを設定し定数C、GTを与えると、任意のkc、kgに対するtu、teを求めることができる。また、リカバリ時間はtu、teの大きい方で決まるので、任意のkcに対してリカバリ時間が最短になるkgの最適値を求めることもできる。また、逆に任意のリカバリ時間からkgの値を求めることもできる。なお、kgの最適値はkpを設定すればC、GTに依存せずkcだけに対して決まる。以上により、図4の回路におけるkcとkgの最適範囲の関係式を求めることができる。
【0017】
v1(tu)=VDD−ΔVP−VSS 数32
v3(te)=ΔVP 数33
2・kp・(1+kc)
=(1+2・kc)・exp(α・tu)+exp(β・tu) 数34
kp・(1+kc)=exp(β・te) 数35
図6は図3の回路のシミュレーション結果で、VDD−VSS=1.8V、ΔVL=1.8V、ΔVP=50mV、C=1pF、MP1〜MP3のゲート幅の和WTをWT=15umと一定にし、kc=0.05、0.20、0.80に対してkgを変化させた時のtu、teを示している。図6からリカバリ時間が最短になるkgの最適値はkc=0.05、0.20、0.80に対してそれぞれkg=0.26、0.33、0.61になる。なお、kgの最適値はC、WTを変えても不変である。
【0018】
図7は図4の回路の解析結果で数34、数35の式においてkp(=ΔVP/ΔVL)=1/36、C=1pF、GT=0.002Sとし、kc=0.05、0.20、0.80に対してkgを変化させた時のtu、teを示している。図7からリカバリ時間が最短になるkgの最適値はkc=0.05、0.20、0.80に対してそれぞれkg=0.21、0.29、0.52になる。なお、kgの最適値はC、GT、kvを変えても不変である。
【0019】
図8は図3の回路、図4の回路のそれぞれの場合についてkcに対するkgの最適値kg(0%)、kg=kg(0%)の時よりリカバリ時間が1%大きくなる時のkgの値kg(1%+)、kg(1%−)を図6、図7から求めた結果で、kc=0.10、0.40の場合のデータも追加している。なお、kg(1%−)<kg(0%)<kg(1%+)である。また、回帰分析によりkcに対するkg(0%)、kg(1%+)、kg(1%−)の関係式を求めた。図3の回路における関係式をそれぞれ数36〜数38に、図4の回路における関係式をそれぞれ数39〜数41に示す。
【0020】
kg(0%) =0.47・kc+0.23 数36
kg(1%+)=0.46・kc+0.38 数37
kg(1%−)=0.59・kc+0.10 数38
kg(0%) =0.41・kc+0.20 数39
kg(1%+)=0.47・kc+0.31 数40
kg(1%−)=0.49・kc+0.08 数41
これから、図4の回路においてリカバリ時間が最短になるとみなせるkgの最適範囲は数40、数41を用いて数42で表せる。また、図3の回路のkg(0%)、kg(1%−)は数42に含まれることがわかる。したがって、kv(=ΔVL/(VDD−VSS))=1の時数42は図3の回路においてもリカバリ時間が最短になるとみなせるkgの最適範囲になる。
【0021】
0.49・kc+0.08≦kg≦0.47・kc+0.31 数42
図9は図8と同様にして求めた結果で、VDD−VSS=1.8V、ΔVL=0.18V、ΔVP=5mVとした場合を示している。図3の回路における関係式をそれぞれ数43〜数45に示す。図4の回路における関係式はkvに依存しないので数39〜数41と同じである。
【0022】
kg(0%) =0.41・kc+0.20 数43
kg(1%+)=0.47・kc+0.31 数44
kg(1%−)=0.49・kc+0.08 数45
これから、数43〜数45はそれぞれ数39〜数41に一致することがわかる。したがって、kv=0.1の時も数42は図3の回路においてリカバリ時間が最短になるとみなせるkgの最適範囲になる。
【0023】
以上のことから、図4の回路同様、図3の回路ではkvに関係なく数42がリカバリ時間が最短になるとみなせるkgの最適範囲になる。
【0024】
以上述べてきたように、W1〜W3の和WTが一定の下でW1〜W3を数42を満たすkgで決めることによりSP/SNのリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、動作サイクル時間を短縮できる。
【0025】
図10は、本発明の第2の実施例を示す図で、図3において放電回路を差動入力形のNMOS論理回路で構成した場合である。IP1/IN1〜IPn/INnは相補論理入力対、SP/SNは相補論理出力対が接続する相補信号線対である。SPにはSN以外に対するSPの配線容量とSPに接続する素子(MP1、MP3およびNMOS論理回路を構成する素子)の寄生容量との合成容量である容量C1が等価的に接続しているとみなせ、SNにはSP以外に対するSNの配線容量とSNに接続する素子(MP2、MP3およびNMOS論理回路を構成する素子)の寄生容量との合成容量である容量C2が等価的に接続しているとみなせ、C2の容量値はC1と等しいとみなせ(C2=C1)、SPとSNとの間に配線間結合容量である容量C3が等価的に接続されているとみなせ、
C3=kc・C1である。なお、C1およびC2の他端はVSSとなっているが、VDD、他の電源、SP/SN以外の低インピーダンスで電位一定の信号線でも同様である。
【0026】
以上の構成において、W1〜W3の和WTが一定の下でW1〜W3を数42を満たすkgで決めることによりSP/SNのリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、動作サイクル時間を短縮できる。
【0027】
図11は、図10のNMOS論理回路の構成例を示す図である。MNP1/MNN1〜MNPn/MNNnはNMOSトランジスタである。IP1/IN1〜IPn/INnは相補論理入力対、SP/SNは相補論理出力対でSPにはIP1〜IPnのNOR論理信号が出力され、SNにはIP1〜IPnのOR論理信号が出力される。
【0028】
図12は、本発明の第3の実施例を示す図で、半導体メモリ装置のビット線対に適用した場合を示している。MC[1、k−1]〜MC[1、k+1]、MC[2、k−1]〜MC[2、k+1]はメモリセル、WL1、WL2はワード線、BL[k−1]/BR[k−1]〜 BL[k+1]/BR[k+1]はビット線対、PC[k−1]〜PC[k+1]はビット線プリチャージ回路、CK[k−1]〜CK[k+1]はビット線プリチャージ信号である。ビット線プリチャージ回路はPMOSトランジスタMP1〜MP3で構成される。BL[k]にはBR[k−1]、BR[k]以外に対するBL[k]の配線容量と、BL[k]に接続する素子(PC[k]のMP1、MP3、MC[1、k]およびMC[2、k]内のそれぞれのMN1など)の寄生容量との合成容量であるCb1が等価的に接続されているとみなせる。BR[k]にはBL[k]、BL[k+1]以外に対するBR[k]の配線容量と、BR[k]に接続する素子(PC[k]のMP2、MP3、MC[1、k]およびMC[2、k]内のそれぞれのMN2など)の寄生容量との合成容量であるCb2が等価的に接続されているとみなせ、Cb2はCb1と等しいとみなせる(Cb2=Cb1)。BL[k]とBR[k]との間には配線間結合容量であるCb3が等価的に接続されているとみなせる。BR[k−1]とBL[k]との間には配線間結合容量であるCb4が等価的に接続されているとみなせる。BR[k]とBL[k+1]との間には配線間結合容量であるCb5が等価的に接続されているとみなせ、Cb5はCb4と等しいとみなせる(Cb5=Cb4)。なお、Cb1、Cb2の他端はVSSとなっているが、VDD、他の電源、ビット線以外の低インピーダンスで電位一定の信号線でも同様である。
【0029】
以上の構成において、MC[1、k]に対して読み出しを行う場合について説明する。最初CK[k−1]〜CK[k+1]、WL1、WL2はVSSの電位と等しく、BL[k−1]/BR[k−1]〜BL[k+1]/BR[k+1]は全てVDDの電位と等しいプリチャージ状態にある。読み出し時になると、WL1、CK[k]がVDDの電位と等しくなり、BL[k]/BR[k]では判定状態になる。ただし、BL[k−1]/BR[k−1]、BL[k+1]/BR[k+1]ではCK[k−1]、CK[k+1]がVSSの電位と等しいためプリチャージ状態である。次にBL[k]/BR[k]で一方のビット線がMC[1、k]により放電され電位差が生じ読み出しが行われる。なお、この時他方のビット線は結合ノイズによりVDDより低電位になる。読み出し終了後にはCK[k]、WL1はVSSの電位と等しくなりプリチャージ状態になるため、BL[k]/BR[k]はVDDの電位と等しくなる。
【0030】
以上の構成および動作において、BL[k]/BR[k]は図3のSP/SNに相当し、PC[k]は図3の相補信号線プリチャージ回路に相当し、CK[k]は図3のCKに相当し、MC[1、k]は図3の放電回路に相当する。また、Cb1+Cb4は図3のC1に相当し、Cb2+Cb5は図3のC2に相当し、Cb3は図3のC3に相当し、C2=C1、kc=C3/C1である。
【0031】
したがって、MP1〜MP3のゲート幅の和WTが一定の下で、MP1〜MP3のゲート幅W1〜W3を数42を満たすkgで決めることにより、BL[k]/BR[k]のリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、半導体メモリ装置の動作サイクル時間を短縮できる。
【0032】
図13は、本発明の第4の実施例を示す図で、図12の半導体メモリ装置の各ビット線対にビット線書き込み回路を設け、ビット線対に適用した場合を示している。WC[k−1]〜WC[k+1]はビット線書き込み回路、YW[k−1]〜YW[k+1]は書き込みY選択信号、DIはデータ入力信号である。
【0033】
なお、Cb1、Cb2にはWC[k]を構成しBL[k]、BR[k]にそれぞれ接続する素子の寄生容量が含まれ、Cb2はCb1と等しいとみなせる(Cb2=Cb1)。
【0034】
以上の構成において、MC[1、k]に対して読み出しおよび書き込みを行う場合について説明する。最初CK[k−1]〜CK[k+1]、WL1、WL2はVSSの電位と等しく、BL[k−1]/BR[k−1]〜BL[k+1]/BR[k+1]は全てVDDの電位と等しいプリチャージ状態にある。読み出し時および書き込み時になると、WL1、CK[k]がVDDの電位と等しくなり、BL[k]/BR[k]では判定状態になる。ただし、BL[k−1]/BR[k−1]、BL[k+1]/BR[k+1]ではCK[k−1]、CK[k+1]がVSSの電位と等しいためプリチャージ状態である。次に、読み出し時にはBL[k]/BR[k]で一方のビット線がMC[1、k]により放電され電位差が生じ読み出しが行われる。また、書き込み時にはBL[k]/BR[k]の一方がWC[k]により放電され、MC[1、k]に書き込みが行われる。なお、この時、読み出しおよび書き込みのいずれにおいても他方のビット線は結合ノイズによりVDDより低電位になる。読み出し終了後および書き込み終了後にはCK[k]、WL1はVSSの電位と等しくなりプリチャージ状態になるため、BL[k]/BR[k]はVDDの電位と等しくなる。
【0035】
以上の構成および動作において、BL[k]/BR[k]は図3のSP/SNに相当し、PC[k]は図3の相補信号線プリチャージ回路に相当し、CK[k]は図3のCKに相当し、読み出し時にはMC[1、k]、また書き込み時にはWC[k]は図3の放電回路に相当する。また、Cb1+Cb4は図3のC1に相当し、Cb2+Cb5は図3のC2に相当し、Cb3は図3のC3に相当し、C2=C1、kc=C3/C1である。したがって、MP1〜MP3のゲート幅の和WTが一定の下で、MP1〜MP3のゲート幅W1〜W3を数42を満たすkgで決めることにより、BL[k]/BR[k]のリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、半導体メモリ装置の動作サイクル時間を短縮できる。
【0036】
図14は、本発明の第5の実施例を示す図で、図12、図13のメモリセルの構成例でスタティック形の場合を示している。INV1、INV2はインバータで、MN1、MN2はNMOSトランジスタである。INV1、INV2はフリップフロップを構成している。メモリセルは、WLがVSSの電位と等しい非選択時にBL/BRをいずれも高インピーダンスにし、WLがVDDの電位と等しい選択時に記憶している情報に応じてBL/BRの一方を放電し他方を高インピーダンスにする。
【0037】
図15は、本発明の第6の実施例を示す図で、図14のメモリセルの構成例を示している。MN1、MN2、MND1、MND2はNMOSトランジスタ、MPL1、MPL2はPMOSトランジスタ、WLはワード線、BL/BRはビット線対である。MND1、MPL1で構成されるインバータは図14のINV1に相当し、MND2、MPL2で構成されるインバータは図14のINV2に相当する。
【0038】
図16は、本発明の第7の実施例を示す図で、図12の半導体メモリ装置の各ビット線対にY選択回路を設け、コモンデータ線対、コモンデータ線プリチャージ回路、コモンデータ線書き込み回路を設け、コモンデータ線対に適用した場合を示している。
【0039】
YS[k−1]〜YS[k+1]はY選択回路、Y[k−1]〜Y[k+1]はY選択信号、BL[k−1]/BR[k−1]〜BL[k+1]/BR[k+1]はビット線対、DL/DRはコモンデータ線対、CKはコモンデータ線プリチャージ信号、MP1〜MP5はPMOSトランジスタ、WEは書き込み制御信号、DIはデータ入力信号である。コモンデータ線プリチャージ回路はMP1〜MP3で構成され、Y選択回路はMP4、MP5で構成される。DLにはDR以外に対するDLの配線容量とDLに接続する素子(MP1、MP3、YS[k−1]〜YS[k+1]内のそれぞれのMP4、コモンデータ線書き込み回路を構成する素子など)の寄生容量との合成容量であるC1が等価的に接続されているとみなせる。DRにはDL以外に対するDRの配線容量とDRに接続する素子(MP2、MP3、YS[k−1]〜YS[k+1]内のそれぞれのMP5、コモンデータ線書き込み回路を構成する素子など)の寄生容量との合成容量であるC2が等価的に接続されているとみなせ、C2はC1と等しいとみなせる(C2=C1)。DLとDRとの間には配線間結合容量であるC3が等価的に接続されているとみなせ、C3=kc・C1である。なお、C1およびC2の他端はVSSとなっているが、VDD、他の電源、DL/DR以外の低インピーダンスで電位一定の信号線でも同様である。
【0040】
以上の構成において、BL[k]/BR[k]に対して読み出しおよび書き込みを行う場合について説明する。最初CKはVSSの電位と等しく、Y[k−1]〜Y[k+1]はVDDの電位と等しく、DL/DRはVDDの電位と等しいプリチャージ状態にある。読み出し時および書き込み時になると、CKがVDDの電位と等しく、Y[k]がVSSの電位と等しくなりDL/DRは判定状態になる。次に、読み出し時にはBL[k]/BR[k]で一方のビット線が選択されたメモリセルにより放電され電位差が生じ、それに伴いDL/DRにも電位差が生じ読み出しが行われる。また、書き込み時にはDL/DRの一方がコモンデータ線書き込み回路により放電され、それに伴いBL[k]/BR[k]の一方が低電位になり、BL[k]/BR[k]で選択されたメモリセルに書き込みが行われる。なお、この時、読み出しおよび書き込みのいずれにおいても他方のコモンデータ線は結合ノイズによりVDDより低電位になる。読み出し終了後および書き込み終了後にはY[k]がVDDの電位と等しくなり、CKがVSSの電位と等しくなりプリチャージ状態になるため、DL/DRはVDDの電位と等しくなる。
【0041】
以上の構成および動作において、DL/DRは図3のSP/SNに相当し、コモンデータ線プリチャージ回路は図3の相補信号線プリチャージ回路に相当し、読み出し時には選択されたメモリセル、また書き込み時にはコモンデータ線書き込み回路は図3の放電回路に相当する。また、C1〜C3はそれぞれ図3のC1〜C3に相当し、C2=C1、kc=C3/C1である。したがって、MP1〜MP3のゲート幅の和WTが一定の下で、MP1〜MP3のゲート幅W1〜W3を数42を満たすkgで決めることにより、DL/DRのリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、半導体メモリ装置の動作サイクル時間を短縮できる。
【0042】
図17は、本発明の第8の実施例を示す図で、図13の半導体メモリ装置の各ビット線対にY選択回路を設け、コモンデータ線対、コモンデータ線プリチャージ回路を設け、コモンデータ線対に適用した場合の構成を示している。
【0043】
YS[k−1]〜YS[k+1]はY選択回路、Y[k−1]〜Y[k+1]はY選択信号、BL[k−1]/BR[k−1]〜BL[k+1]/BR[k+1]はビット線対、DL/DRはコモンデータ線対、CKはコモンデータ線プリチャージ信号、MP1〜MP5はPMOSトランジスタである。コモンデータ線プリチャージ回路はMP1〜MP3で構成され、Y選択回路はMP4、MP5で構成される。DLにはDR以外に対するDLの配線容量とDLに接続する素子(MP1、MP3、YS[k−1]〜YS[k+1]内のそれぞれのMP4など)の寄生容量との合成容量であるC1が等価的に接続されているとみなせる。DRにはDL以外に対するDRの配線容量とDRに接続する素子(MP2、MP3、YS[k−1]〜YS[k+1]内のそれぞれのMP5など)の寄生容量との合成容量であるC2が等価的に接続されているとみなせ、C2はC1と等しいとみなせる(C2=C1)。DLとDRとの間には配線間結合容量であるC3が等価的に接続されているとみなせ、C3=kc・C1である。なお、C1およびC2の他端はVSSとなっているが、VDD、他の電源、DL/DR以外の低インピーダンスで電位一定の信号線でも同様である。
【0044】
以上の構成において、BL[k]/BR[k]に対して読み出しを行う場合について説明する。最初、CKはVSSの電位と等しく、Y[k−1]〜Y[k+1]はVDDの電位と等しく、DL/DRはVDDの電位と等しいプリチャージ状態にある。読み出し時になると、CKがVDDの電位と等しく、Y[k]がVSSの電位と等しくなりDL/DRは判定状態になる。次にBL[k]/BR[k]で一方のビット線が選択されたメモリセルにより放電され電位差が生じ、それに伴いDL/DRにも電位差が生じ読み出しが行われる。なお、この時他方のコモンデータ線は結合ノイズによりVDDより低電位になる。読み出し終了後にはY[k]がVDDの電位と等しくなり、CKがVSSの電位と等しくなりプリチャージ状態になるため、DL/DRはVDDの電位と等しくなる。
【0045】
以上の構成および動作において、DL/DRは図3のSP/SNに相当し、コモンデータ線プリチャージ回路は図3の相補信号線プリチャージ回路に相当し、選択されたメモリセルは図3の放電回路に相当する。また、C1〜C3はそれぞれ図3のC1〜C3に相当し、C2=C1、kc=C3/C1である。したがって、MP1〜MP3のゲート幅の和WTが一定の下で、MP1〜MP3のゲート幅W1〜W3を数42を満たすkgで決めることにより、DL/DRのリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、半導体メモリ装置の動作サイクル時間を短縮できる。
【0046】
図18は、本発明の第9の実施例を示す図で、図13(図16)のビット線(コモンデータ線)書き込み回路の構成例を示している。INVはインバータ、MNW1〜MNW4はNMOSトランジスタ、YW(WE)は書き込みY選択信号(書き込み制御信号)、DIはデータ入力信号、BL(DL)/BR(DR)はビット線対(コモンデータ線対)である。YW(WE)がVDDの電位が等しい時に書き込み動作を行い、DIがVSSの電位と等しい場合BR(DR)が放電され、DIがVDDの電位と等しい場合BL(DL)が放電される。
【0047】
なお、以上の実施例において、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを逆にし、VDDとVSSとを入れ替え各電位の高低関係を逆にしても、全く同様であることは明らかである。
【0048】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の回路では、相補信号線対をプリチャージする相補信号線プリチャージ回路を有し、判定時に相補信号線対の一方の信号線が放電される際に他方の信号線で結合ノイズによる電位降下が起きる場合に、相補信号線プリチャージ回路を構成するPMOSトランジスタMP1〜MP3のゲート幅の和WTが一定の下で、相補信号線対の結合容量比kcに対して数42で決まるコンダクタンス比kgの範囲でMP1〜MP3のゲート幅W1〜W3を決めることにより、相補信号線対のリカバリ時間をほぼ最短にでき、判定期間を長くすることなくプリチャージ期間を短縮し、動作サイクル時間を短縮できる。例えばkc=0.05の場合ではkgは0.105≦kg≦0.334になり従来(kg=1)に比べリカバリ時間を13〜14%短縮でき、リカバリ時間の短縮分だけプリチャージ期間、動作サイクル時間をそれぞれ短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例を示す図。
【図2】図1の動作波形を示す図。
【図3】本発明の第1の実施例を示す図。
【図4】図3の等価回路で、t=td1〜td2の時にSPが放電され、t=0の時にプリチャージが開始する場合を示す図。
【図5】図4の動作波形を示す図。
【図6】図3の回路におけるコンダクタンス比kgとプルアップ時間およびイコライズ時間との関係を示す図。
【図7】図4の回路におけるコンダクタンス比kgとプルアップ時間およびイコライズ時間との関係を示す図。
【図8】図3及び図4の回路における相補信号線対の結合容量比kcとコンダクタンス比kgの最適値との関係を示し、VDD−VSS=1.8V、ΔVL=1.8V、ΔVP=50mVの場合の図。
【図9】図3及び図4の回路における相補信号線対の結合容量比kcとコンダクタンス比kgの最適値との関係を示し、VDD−VSS=1.8V、ΔVL=0.18V、ΔVP=5mVの場合の図。
【図10】本発明の第2の実施例を示し、図3において放電回路を差動入力形のNMOS論理回路で構成した図。
【図11】図10のNMOS論理回路の構成例を示す図。
【図12】本発明の第3の実施例を示し、半導体メモリ装置のビット線対に適用した図。
【図13】本発明の第4の実施例を示し、図12において各ビット線対にビット線書き込み回路を設け、ビット線対に適用した図。
【図14】本発明の第5の実施例を示し、図12、図13のメモリセルの構成例でスタティック形の場合を示す図。
【図15】本発明の第6の実施例を示し、図14のメモリセルの構成例を示す図。
【図16】本発明の第7の実施例を示し、図12において各ビット線対にY選択回路を設けた他、コモンデータ線対、コモンデータ線プリチャージ回路及びコモンデータ線書き込み回路を設け、コモンデータ線対に適用した場合の図。
【図17】本発明の第8の実施例を示し、図13において各ビット線対にY選択回路を設けた他、コモンデータ線対及びコモンデータ線プリチャージ回路を設け、コモンデータ線対に適用した場合の図。
【図18】本発明の第9の実施例を示し、図13のビット線・図16のコモンデータ線の各書き込み回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
MP1〜MP3……PMOSトランジスタ、C1〜C3……容量、
VDD、VSS……電源、CK……クロック信号、SP/SN……相補信号線対、W1〜W3……MP1〜MP3のゲート幅、
kg……MP1に対するMP3のコンダクタンス比(=W3/W1)、
kc……C1に対するC3の容量比(=C3/C1)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor circuit, and more particularly to a complementary signal line precharge circuit thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a diagram showing a conventional example, and shows a configuration of a conventional semiconductor circuit. A complementary signal line precharge circuit for precharging the complementary signal line pair SP / SN and a discharge circuit for discharging one of SP / SN are formed, and the precharge circuit is composed of PMOS transistors MP1 to MP3. The gate widths of MP1 to MP3 are W1 to W3, respectively, and W3 = W2 = W1. The SP is assumed to be equivalently connected to a capacitance C1 that is a combined capacitance of the wiring capacitance of the SP other than SN and the parasitic capacitance of the elements (MP1, MP3, elements constituting the discharge circuit, etc.) connected to the SP. At the same time, a capacitance C2 that is a combined capacitance of the wiring capacitance of the SN other than the SP and the parasitic capacitance of the elements (MP2, MP3, elements constituting the discharge circuit, etc.) connected to the SN is equivalently connected to the SN. It can be considered that the capacitance value of C2 is equal to C1 (C2 = C1), and it can be assumed that a capacitance C3 which is a coupling capacitance between wirings is equivalently connected between SP and SN. The other ends of C1 and C2 are the power supply VSS. However, the same applies to signal lines with a low impedance and a constant potential other than the power supply VDD, other power supplies, and SP / SN.
[0003]
With the above configuration, the operation of the conventional circuit of FIG. 1 will be described with reference to FIG. In the determination period (t2 to t10) in which the clock signal CK is equal to the potential of VDD, SP is discharged by the discharge circuit and becomes a potential that is ΔVL lower than VDD. At this time, SN becomes a potential lower by ΔVD than VDD due to coupling noise caused by C3. In a precharge period (t10 to t18) in which CK is equal to VSS, SP / SN is precharged by MP1 to MP3 and becomes equal to VDD. Here, the time from the start of precharge until the potential difference ΔVP reaches a certain potential difference ΔVP is pulled up (t10 to t16), and the time from the start of precharge until the potential difference between SN and SP reaches ΔVP The larger of the equalization time (t10 to t13), the pull-up time and the equalization time is defined as the recovery time. In the case of FIG. 2, since the pull-up time is longer, the recovery time becomes equal to the pull-up time.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The speeding up of the semiconductor circuit can be achieved by shortening the operation cycle time. In FIG. 2, the operation cycle time (time t2 to t18) of the semiconductor circuit is determined by a determination period (time t2 to t10) and a precharge period (time t10 to t18). Therefore, in order to shorten the operation cycle time, it is necessary to shorten at least one of the determination period and the precharge period. Here, consider a case where the precharge period is shortened. The precharge period is determined from the recovery time (t10 to t16) and the margin (t16 to t18). The margin cannot be shortened in order to ensure precharge even if the power supply, temperature, characteristics of elements constituting the circuit, etc. vary. Therefore, in order to shorten the precharge period, it is necessary to shorten the SP / SN recovery time.
[0005]
However, in the conventional semiconductor circuit, the MP3 conductance ratio to MP1 and MP2, that is, W1 and W1, regardless of the coupling capacitance ratio kc (= C3 / C1) which is the ratio of the capacitance of C3 to C1 in order to shorten the recovery time. While the ratio kg (= W3 / W1) of W3 to W2 (= W1) was kept constant at 1, the sum WT of W1 to W3 was increased. However, when WT is increased, the load on the driving circuit for driving CK increases, so that the start of the precharge period is delayed, that is, the determination period becomes longer and the operation cycle time may be longer. .
[0006]
An object of the present invention is to have a complementary signal line precharge circuit that precharges a complementary signal line pair and a discharge circuit that discharges one of the complementary signal line pairs. In a semiconductor circuit in which a potential drop due to coupling noise occurs in the other signal line when discharged, the precharge period is shortened and the operation cycle time is shortened without lengthening the determination period.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the load of the drive circuit for driving CK is constant, that is, the sum WT of W1 to W3 is constant, and the conductance ratio kg is set to the shortest recovery time of SP / SN with respect to the coupling capacitance ratio kc. Set to the optimum range that can be considered.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. The circuit configuration is the same as that of the conventional semiconductor circuit shown in FIG. 1, except that the conductance ratio kg (= W3 / W1) is 1. Rather, it is to take a value in the optimum range where the SP / SN recovery time can be regarded as the shortest with respect to the coupling capacity ratio kc.
[0009]
The relational expression between kc and kg optimum range in the above configuration is derived using FIG. 4 which is an equivalent circuit of FIG. An equivalent circuit of the complementary signal line precharge circuit includes conductances G1 to G3 and switches SW1 and SW2. G1 to G3 are equivalent elements when the gate potentials of MP1 to MP3 are equal to the potential of VSS, respectively. SW1 and SW2 are synchronously operated switches. When they are opened, they are in a judgment state, and when each is closed, a precharge state is established. become. On the other hand, the equivalent circuit of the discharge circuit is composed of conductances G4 and G5 and switches SW3 and SW4. G4 and G5 are equivalent elements of elements for discharging the complementary signal lines SP and SN, respectively. SW3 and SW4 are both open when inactive, and one is closed when active. C1 to C3 are capacities and correspond to C1 to C3 in FIG. v1 and v2 are the potentials of SP and SN with respect to VSS, respectively, and v3 is the potential of SN with respect to SP. The circuit of FIG. 4 operates as shown in FIG. 5, and the process of deriving the relational expression of the optimum range of kc and kg from the relational expression at each time is shown below.
[0010]
At time t <0, SW1 and SW2 are open during the determination period, and when t <td1, that is, v1 to v3 before discharging can be expressed by equations 1 to 3.
[0011]
v1 (t <td1) = VDD−VSS number 1
v2 (t <td1) = VDD−VSS number 2
v3 (t <td1) = 0 number 3
At time t = td1, SW3 is closed and the discharge circuit is activated and SP is discharged. At t = td2, SW3 is opened and the discharge circuit is deactivated and discharge is completed. When td2 ≦ t <0, that is, v1 to v3 after discharge can be expressed by Equations 4 to 6.
[0012]
v1 (td2 ≦ t <0) = VDD−ΔVL−VSS number 4
v2 (td2 ≦ t <0) = VDD−ΔVD−VSS number 5
v3 (td2 ≦ t <0) = ΔVL−ΔVD Number 6
Here, since the sum of charges stored in C2 and C3 is unchanged before discharge (t <td1) and after discharge (td2 ≦ t <0), Equation 7 is established.
[0013]
C2 · v2 (t <td1) + C3 · v3 (t <td1)
= C2 · v2 (td2 ≦ t <0) + C3 · v3 (td2 ≦ t <0) Equation 7
Time t ≧ 0 is a precharge period, and when t = 0, when SW1 and SW2 are closed, precharge starts, and SP / SN is precharged by G1 to G3 and becomes equal to the potential of VDD. Here, the pull-up time tu is defined as the time from t = 0 until v1 becomes equal to VDD-ΔVP-VSS, and the equalization time te is defined as the time from t = 0 to v3 equal to ΔVP. Note that ΔVP is a reference for determining that pull-up and equalization have been completed. For the transient response of t ≧ 0, the nodal equations of Equations 8 to 16 are established.
[0014]
C1 · dv1 (t) / dt = i1 (t) Number 8
C2 · dv2 (t) / dt = i2 (t) Number 9
C3 · dv3 (t) / dt = i3 (t) Equation 10
G1 · (VDD−VSS−v1 (t)) = i4 (t) Equation 11
G2 · (VDD−VSS−v2 (t)) = i5 (t) Equation 12
G3 · v3 (t) = i6 (t) Equation 13
v3 (t) = v2 (t) −v1 (t) Equation 14
i1 (t) = i3 (t) + i4 (t) + i6 (t) Equation 15
i5 (t) = i2 (t) + i3 (t) + i6 (t) Equation 16
Furthermore, it is assumed that the relational expressions of Formulas 17 to 24 hold between the variables and constants of Formulas 1 to 16. Equation 17 is a conditional expression that the sum of W1 to W3 is constant in the circuit of FIG. 3, Equation 23 shows that ΔVL is kv times VDD−VSS, and Equation 24 expresses ΔVP as ΔVL. It is shown that it is kp times.
[0015]
GT = G1 + G2 + G3 (GT is a constant)
G2 = G1 = G Number 18
G3 = kg · G1 = kg · G (kg ≧ 0) Equation 19
C2 = C1 = C (C is a constant) Number 20
C3 = kc · C1 = kc · C (kc ≧ 0) Equation 21
VDD-VSS = V (V is a constant) Formula 22
ΔVL = kv · (VDD−VSS) (0 <kv ≦ 1) Equation 23
ΔVP = kp · ΔVL (0 <kp <1) Number 24
Solving Equations 1 to 24, v1 (t) to v3 (t) can be expressed by Equations 25 to 31.
[0016]
Figure 0004108875
For the pull-up time tu and the equalization time te, the relational expressions of Expressions 32 and 33 are established, respectively, and Expressions 34 and 35 are obtained when Expressions 22 to 31 are used. Note that Equations 34 and 35 do not depend on kv or V. Therefore, when kp is set in Equations 34 and 35 and constants C and GT are given, tu and te for arbitrary kc and kg can be obtained. In addition, since the recovery time is determined by the larger of tu and te, it is possible to obtain the optimum value of kg that minimizes the recovery time for an arbitrary kc. Conversely, the value of kg can be obtained from an arbitrary recovery time. Note that the optimum value of kg is determined only for kc without depending on C and GT if kp is set. From the above, the relational expression of the optimum range of kc and kg in the circuit of FIG. 4 can be obtained.
[0017]
v1 (tu) = VDD−ΔVP−VSS number 32
v3 (te) = ΔVP number 33
2 ・ kp ・ (1 + kc)
= (1 + 2 · kc) · exp (α · tu) + exp (β · tu) Number 34
kp · (1 + kc) = exp (β · te) number 35
FIG. 6 is a simulation result of the circuit of FIG. 3. VDD−VSS = 1.8 V, ΔVL = 1.8 V, ΔVP = 50 mV, C = 1 pF, and the gate width sum WT of MP1 to MP3 is kept constant at WT = 15 μm. , Kc = 0.05, 0.20, 0.80, tu and te when kg is changed are shown. As shown in FIG. 6, the optimum values of kg that give the shortest recovery time are kg = 0.26, 0.33, and 0.61 for kc = 0.05, 0.20, and 0.80, respectively. Note that the optimum value of kg does not change even if C and WT are changed.
[0018]
FIG. 7 is an analysis result of the circuit of FIG. 4. In the equations of Equations 34 and 35, kp (= ΔVP / ΔVL) = 1/36, C = 1 pF, GT = 0.002S, kc = 0.05, 0. Tu and te when kg is changed with respect to 20, 0.80 are shown. From FIG. 7, the optimum values of kg that give the shortest recovery time are kg = 0.21, 0.29, and 0.52 for kc = 0.05, 0.20, and 0.80, respectively. Note that the optimum value of kg does not change even if C, GT, and kv are changed.
[0019]
FIG. 8 shows the optimum value of kg with respect to kc in the case of the circuit of FIG. 3 and the circuit of FIG. 4 (0%), kg when the recovery time is 1% larger than when kg = kg (0%). The values kg (1% +) and kg (1% −) are obtained from FIG. 6 and FIG. 7, and data for kc = 0.10 and 0.40 are also added. Note that kg (1% −) <kg (0%) <kg (1% +). Moreover, the relational expression of kg (0%), kg (1% +), and kg (1% −) with respect to kc was obtained by regression analysis. The relational expressions in the circuit of FIG. 3 are shown in Expressions 36 to 38, respectively, and the relational expressions in the circuit of FIG. 4 are shown in Expressions 39 to 41, respectively.
[0020]
kg (0%) = 0.47 · kc + 0.23 Number 36
kg (1% +) = 0.46.kc + 0.38 Number 37
kg (1%-) = 0.59.kc + 0.10 Number 38
kg (0%) = 0.41 · kc + 0.20 Number 39
kg (1% +) = 0.47 · kc + 0.31 Number 40
kg (1%-) = 0.49.kc + 0.08 Number 41
From this, the optimum range of kg that can be regarded as the shortest recovery time in the circuit of FIG. 4 can be expressed by Equation 42 using Equations 40 and 41. Further, it can be seen that kg (0%) and kg (1% −) of the circuit of FIG. Therefore, the number of hours 42 when kv (= ΔVL / (VDD−VSS)) = 1 is the optimum range of kg that can be regarded as the shortest recovery time even in the circuit of FIG.
[0021]
0.49 · kc + 0.08 ≦ kg ≦ 0.47 · kc + 0.31 Number 42
FIG. 9 shows the results obtained in the same manner as in FIG. 8, and shows a case where VDD−VSS = 1.8V, ΔVL = 0.18V, and ΔVP = 5 mV. The relational expressions in the circuit of FIG. Since the relational expression in the circuit of FIG. 4 does not depend on kv, it is the same as Expressions 39 to 41.
[0022]
kg (0%) = 0.41 · kc + 0.20 Number 43
kg (1% +) = 0.47 · kc + 0.31 Number 44
kg (1%-) = 0.49.kc + 0.08 Number 45
From this, it can be seen that Equations 43 to 45 coincide with Equations 39 to 41, respectively. Therefore, even when kv = 0.1, Equation 42 is in the optimum range of kg that can be regarded as the shortest recovery time in the circuit of FIG.
[0023]
From the above, as in the circuit of FIG. 4, in the circuit of FIG. 3, Equation 42 is the optimum range of kg that can be regarded as the shortest recovery time regardless of kv.
[0024]
As described above, when the sum WT of W1 to W3 is constant and W1 to W3 are determined by kg satisfying Equation 42, the recovery time of SP / SN can be made almost shortest, without increasing the determination period. The precharge period can be shortened and the operation cycle time can be shortened.
[0025]
FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and shows a case where the discharge circuit in FIG. 3 is constituted by a differential input type NMOS logic circuit. IP1 / IN1 to IPn / INn are complementary logic input pairs, and SP / SN is a complementary signal line pair to which a complementary logic output pair is connected. The SP can be regarded as equivalently connected to a capacitance C1 which is a combined capacitance of the wiring capacitance of the SP other than SN and the parasitic capacitance of the elements connected to the SP (elements constituting the MP1, MP3 and NMOS logic circuit). , SN is connected to a capacitance C2, which is a combined capacitance of the wiring capacitance of SN with respect to other than SP and the parasitic capacitance of elements connected to SN (elements constituting MP2, MP3 and NMOS logic circuit). It can be considered that the capacitance value of C2 is equal to C1 (C2 = C1), and it can be considered that a capacitance C3 which is a coupling capacitance between wirings is equivalently connected between SP and SN.
C3 = kc · C1. The other ends of C1 and C2 are VSS, but the same applies to a signal line having a low impedance and a constant potential other than VDD, another power source, and SP / SN.
[0026]
In the above configuration, the SP / SN recovery time can be substantially minimized by determining W1 to W3 with kg satisfying Equation 42 under the condition that the sum WT of W1 to W3 is constant, and precharging is performed without lengthening the determination period. The period can be shortened and the operation cycle time can be shortened.
[0027]
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the NMOS logic circuit of FIG. MNP1 / MNN1 to MNPn / MNNn are NMOS transistors. IP1 / IN1 to IPn / INn are complementary logic input pairs, SP / SN is a complementary logic output pair, and NOR logic signals of IP1 to IPn are output to SP, and OR logic signals of IP1 to IPn are output to SN. .
[0028]
FIG. 12 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and shows a case where it is applied to a bit line pair of a semiconductor memory device. MC [1, k−1] to MC [1, k + 1], MC [2, k−1] to MC [2, k + 1] are memory cells, WL1 and WL2 are word lines, and BL [k−1] / BR [K−1] to BL [k + 1] / BR [k + 1] are bit line pairs, PC [k−1] to PC [k + 1] are bit line precharge circuits, and CK [k−1] to CK [k + 1] are This is a bit line precharge signal. The bit line precharge circuit is composed of PMOS transistors MP1 to MP3. BL [k] includes the wiring capacity of BL [k] relative to other than BR [k−1] and BR [k], and the elements connected to BL [k] (PC1, MP3, MC [1,. Cb1, which is a combined capacitance with the parasitic capacitance of each of MN1 and the like in k] and MC [2, k], can be regarded as equivalently connected. In BR [k], the wiring capacity of BR [k] with respect to other than BL [k] and BL [k + 1] and the elements connected to BR [k] (PC2, MP3, MC [1, k] of PC [k]) Cb2 that is a combined capacitance with the parasitic capacitance of each MN2 in MC [2, k] and the like can be regarded as equivalently connected, and Cb2 can be regarded as equal to Cb1 (Cb2 = Cb1). Between BL [k] and BR [k], it can be considered that Cb3 which is a coupling capacitance between wirings is equivalently connected. Between BR [k−1] and BL [k], it can be considered that Cb4, which is a coupling capacitance between wirings, is equivalently connected. Between BR [k] and BL [k + 1], it can be considered that Cb5, which is a coupling capacitance between wirings, is equivalently connected, and Cb5 can be regarded as equal to Cb4 (Cb5 = Cb4). The other ends of Cb1 and Cb2 are VSS, but the same applies to a signal line having a low impedance and a constant potential other than VDD, another power source, and a bit line.
[0029]
A case where reading is performed on MC [1, k] in the above configuration will be described. First, CK [k−1] to CK [k + 1], WL1, and WL2 are equal to the potential of VSS, and BL [k−1] / BR [k−1] to BL [k + 1] / BR [k + 1] are all VDD. The precharge state is equal to the potential. At the time of reading, WL1 and CK [k] are equal to the potential of VDD, and a determination state is set at BL [k] / BR [k]. However, in BL [k−1] / BR [k−1] and BL [k + 1] / BR [k + 1], CK [k−1] and CK [k + 1] are precharged because they are equal to the potential of VSS. Next, at BL [k] / BR [k], one bit line is discharged by MC [1, k], a potential difference is generated, and reading is performed. At this time, the other bit line becomes lower than VDD due to coupling noise. After reading is completed, CK [k] and WL1 are equal to the potential of VSS and are in a precharged state, so that BL [k] / BR [k] is equal to the potential of VDD.
[0030]
In the above configuration and operation, BL [k] / BR [k] corresponds to SP / SN in FIG. 3, PC [k] corresponds to the complementary signal line precharge circuit in FIG. 3, and CK [k] 3 corresponds to CK in FIG. 3, and MC [1, k] corresponds to the discharge circuit in FIG. Cb1 + Cb4 corresponds to C1 in FIG. 3, Cb2 + Cb5 corresponds to C2 in FIG. 3, Cb3 corresponds to C3 in FIG. 3, and C2 = C1 and kc = C3 / C1.
[0031]
Therefore, the recovery time of BL [k] / BR [k] is determined by determining the gate widths W1 to W3 of MP1 to MP3 with kg satisfying Equation 42 under the constant sum WT of the gate widths of MP1 to MP3. The precharge period can be shortened without lengthening the determination period, and the operation cycle time of the semiconductor memory device can be shortened.
[0032]
FIG. 13 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, and shows a case where a bit line write circuit is provided in each bit line pair of the semiconductor memory device of FIG. 12 and applied to the bit line pair. WC [k−1] to WC [k + 1] are bit line write circuits, YW [k−1] to YW [k + 1] are write Y selection signals, and DI is a data input signal.
[0033]
Note that Cb1 and Cb2 include WC [k] and include parasitic capacitances of elements connected to BL [k] and BR [k], respectively. Cb2 can be regarded as equal to Cb1 (Cb2 = Cb1).
[0034]
A case where reading and writing are performed on MC [1, k] in the above configuration will be described. First, CK [k−1] to CK [k + 1], WL1, and WL2 are equal to the potential of VSS, and BL [k−1] / BR [k−1] to BL [k + 1] / BR [k + 1] are all VDD. The precharge state is equal to the potential. At the time of reading and writing, WL1 and CK [k] are equal to the potential of VDD, and a determination state is set at BL [k] / BR [k]. However, in BL [k−1] / BR [k−1] and BL [k + 1] / BR [k + 1], CK [k−1] and CK [k + 1] are precharged because they are equal to the potential of VSS. Next, at the time of reading, one bit line is discharged by MC [1, k] at BL [k] / BR [k], and a potential difference is generated and reading is performed. At the time of writing, one of BL [k] / BR [k] is discharged by WC [k], and writing is performed on MC [1, k]. At this time, in both reading and writing, the other bit line becomes a potential lower than VDD due to coupling noise. After reading and writing, CK [k] and WL1 are equal to the potential of VSS and in a precharged state, so that BL [k] / BR [k] is equal to the potential of VDD.
[0035]
In the above configuration and operation, BL [k] / BR [k] corresponds to SP / SN in FIG. 3, PC [k] corresponds to the complementary signal line precharge circuit in FIG. 3, and CK [k] 3 corresponds to CK in FIG. 3, and MC [1, k] at the time of reading and WC [k] at the time of writing correspond to the discharging circuit of FIG. Cb1 + Cb4 corresponds to C1 in FIG. 3, Cb2 + Cb5 corresponds to C2 in FIG. 3, Cb3 corresponds to C3 in FIG. 3, and C2 = C1 and kc = C3 / C1. Therefore, the recovery time of BL [k] / BR [k] is determined by determining the gate widths W1 to W3 of MP1 to MP3 with kg satisfying Equation 42 under the constant sum WT of the gate widths of MP1 to MP3. The precharge period can be shortened without lengthening the determination period, and the operation cycle time of the semiconductor memory device can be shortened.
[0036]
FIG. 14 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and shows a static type configuration example of the memory cell of FIG. 12 and FIG. INV1 and INV2 are inverters, and MN1 and MN2 are NMOS transistors. INV1 and INV2 constitute a flip-flop. The memory cell sets BL / BR to a high impedance when WL is not equal to the potential of VSS, and discharges one of BL / BR according to the information stored when WL is equal to the potential of VDD. To high impedance.
[0037]
FIG. 15 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention, and shows a configuration example of the memory cell of FIG. MN1, MN2, MND1, and MND2 are NMOS transistors, MPL1 and MPL2 are PMOS transistors, WL is a word line, and BL / BR is a bit line pair. The inverter composed of MND1 and MPL1 corresponds to INV1 in FIG. 14, and the inverter composed of MND2 and MPL2 corresponds to INV2 in FIG.
[0038]
FIG. 16 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention, wherein each bit line pair of the semiconductor memory device of FIG. 12 is provided with a Y selection circuit, a common data line pair, a common data line precharge circuit, a common data line. A case where a writing circuit is provided and applied to a common data line pair is shown.
[0039]
YS [k−1] to YS [k + 1] are Y selection circuits, Y [k−1] to Y [k + 1] are Y selection signals, and BL [k−1] / BR [k−1] to BL [k + 1]. / BR [k + 1] is a bit line pair, DL / DR is a common data line pair, CK is a common data line precharge signal, MP1 to MP5 are PMOS transistors, WE is a write control signal, and DI is a data input signal. The common data line precharge circuit is composed of MP1 to MP3, and the Y selection circuit is composed of MP4 and MP5. DL includes the wiring capacitance of DL other than DR and elements connected to DL (MP1, MP3, MP4 in YS [k−1] to YS [k + 1], elements constituting a common data line writing circuit, etc.) It can be considered that C1, which is the combined capacitance with the parasitic capacitance, is equivalently connected. DR includes the wiring capacitance of DR other than DL and the elements connected to DR (MP2, MP3, MP5 in YS [k-1] to YS [k + 1], elements constituting the common data line writing circuit, etc.) It can be considered that C2, which is a combined capacitance with the parasitic capacitance, is equivalently connected, and C2 can be regarded as equal to C1 (C2 = C1). It can be considered that C3 which is a coupling capacitance between wirings is equivalently connected between DL and DR, and C3 = kc · C1. The other ends of C1 and C2 are VSS, but the same applies to signal lines having a low impedance and a constant potential other than VDD, other power supplies, and DL / DR.
[0040]
A case where reading and writing are performed on BL [k] / BR [k] in the above configuration will be described. First, CK is equal to the potential of VSS, Y [k−1] to Y [k + 1] are equal to the potential of VDD, and DL / DR is in a precharge state equal to the potential of VDD. At the time of reading and writing, CK is equal to the potential of VDD, Y [k] is equal to the potential of VSS, and DL / DR enters a determination state. Next, at the time of reading, one bit line is discharged by BL [k] / BR [k] and a potential difference is generated, and accordingly, a potential difference is also generated in DL / DR and reading is performed. At the time of writing, one of DL / DR is discharged by the common data line writing circuit, and accordingly, one of BL [k] / BR [k] becomes a low potential and is selected by BL [k] / BR [k]. Data is written to the memory cell. At this time, in both reading and writing, the other common data line becomes lower than VDD due to coupling noise. After reading and writing are finished, Y [k] becomes equal to the potential of VDD, CK becomes equal to the potential of VSS, and a precharge state is established, so DL / DR becomes equal to the potential of VDD.
[0041]
In the above configuration and operation, DL / DR corresponds to SP / SN in FIG. 3, the common data line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit in FIG. 3, and the memory cell selected at the time of reading, At the time of writing, the common data line writing circuit corresponds to the discharging circuit of FIG. C1 to C3 correspond to C1 to C3 in FIG. 3, respectively, and C2 = C1 and kc = C3 / C1. Therefore, by determining the gate widths W1 to W3 of MP1 to MP3 with kg satisfying Equation 42 under the constant gate width WT of MP1 to MP3, the DL / DR recovery time can be substantially shortened and the determination is made. The precharge period can be shortened without lengthening the period, and the operation cycle time of the semiconductor memory device can be shortened.
[0042]
FIG. 17 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention. In the semiconductor memory device of FIG. 13, each bit line pair is provided with a Y selection circuit, a common data line pair and a common data line precharge circuit are provided, A configuration when applied to a data line pair is shown.
[0043]
YS [k−1] to YS [k + 1] are Y selection circuits, Y [k−1] to Y [k + 1] are Y selection signals, and BL [k−1] / BR [k−1] to BL [k + 1]. / BR [k + 1] is a bit line pair, DL / DR is a common data line pair, CK is a common data line precharge signal, and MP1 to MP5 are PMOS transistors. The common data line precharge circuit is composed of MP1 to MP3, and the Y selection circuit is composed of MP4 and MP5. DL has a capacitance C1 which is a combined capacitance of the wiring capacitance of DL other than DR and the parasitic capacitance of the elements (MP1, MP3, MPS in YS [k−1] to YS [k + 1], etc.) connected to DL. It can be regarded as equivalently connected. DR includes C2 which is a combined capacitance of the wiring capacitance of DR other than DL and the parasitic capacitance of elements connected to DR (MP2, MP3, MPS in YS [k−1] to YS [k + 1], etc.). It can be regarded as being equivalently connected, and C2 can be regarded as being equal to C1 (C2 = C1). It can be considered that C3 which is a coupling capacitance between wirings is equivalently connected between DL and DR, and C3 = kc · C1. The other ends of C1 and C2 are VSS, but the same applies to signal lines having a low impedance and a constant potential other than VDD, other power supplies, and DL / DR.
[0044]
A case where reading is performed on BL [k] / BR [k] in the above configuration will be described. Initially, CK is equal to the potential of VSS, Y [k−1] to Y [k + 1] are equal to the potential of VDD, and DL / DR is in a precharge state equal to the potential of VDD. At the time of reading, CK is equal to the potential of VDD, Y [k] is equal to the potential of VSS, and DL / DR enters a determination state. Next, one bit line at BL [k] / BR [k] is discharged by the memory cell selected to generate a potential difference, and accordingly, a potential difference is also generated at DL / DR and reading is performed. At this time, the other common data line has a potential lower than VDD due to coupling noise. After reading is completed, Y [k] becomes equal to the potential of VDD, CK becomes equal to the potential of VSS, and the precharge state is established. Therefore, DL / DR becomes equal to the potential of VDD.
[0045]
In the above configuration and operation, DL / DR corresponds to SP / SN in FIG. 3, the common data line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit in FIG. 3, and the selected memory cell is in FIG. It corresponds to a discharge circuit. C1 to C3 correspond to C1 to C3 in FIG. 3, respectively, and C2 = C1 and kc = C3 / C1. Therefore, by determining the gate widths W1 to W3 of MP1 to MP3 with kg satisfying Equation 42 under the constant gate width WT of MP1 to MP3, the DL / DR recovery time can be substantially shortened and the determination is made. The precharge period can be shortened without lengthening the period, and the operation cycle time of the semiconductor memory device can be shortened.
[0046]
FIG. 18 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention, and shows a configuration example of the bit line (common data line) write circuit of FIG. 13 (FIG. 16). INV is an inverter, MNW1 to MNW4 are NMOS transistors, YW (WE) is a write Y selection signal (write control signal), DI is a data input signal, BL (DL) / BR (DR) is a bit line pair (common data line pair) ). A write operation is performed when YW (WE) has the same VDD potential. When DI is equal to VSS, BR (DR) is discharged, and when DI is equal to VDD, BL (DL) is discharged.
[0047]
In the above-described embodiments, it is clear that even if the NMOS transistor and the PMOS transistor are reversed and VDD and VSS are exchanged and the level relationship of each potential is reversed, the same is true.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the circuit of the present invention has the complementary signal line precharge circuit for precharging the complementary signal line pair, and when one signal line of the complementary signal line pair is discharged at the time of determination, When a potential drop due to coupling noise occurs in the signal line, the gate width sum WT of the PMOS transistors MP1 to MP3 constituting the complementary signal line precharge circuit is constant, with respect to the coupling capacitance ratio kc of the complementary signal line pair. By determining the gate widths W1 to W3 of MP1 to MP3 within the conductance ratio kg determined by Equation 42, the recovery time of the complementary signal line pair can be made the shortest, and the precharge period can be shortened without lengthening the judgment period. The operation cycle time can be shortened. For example, in the case of kc = 0.05, kg is 0.105 ≦ kg ≦ 0.334, so that the recovery time can be reduced by 13 to 14% compared to the conventional case (kg = 1), and the precharge period, Each operation cycle time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a conventional example.
FIG. 2 is a diagram illustrating operation waveforms of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a case where SP is discharged when t = td1 to td2 and precharge is started when t = 0 in the equivalent circuit of FIG. 3;
5 is a diagram showing operation waveforms of FIG. 4;
6 is a diagram showing the relationship between conductance ratio kg, pull-up time, and equalization time in the circuit of FIG. 3;
7 is a diagram showing the relationship between conductance ratio kg, pull-up time, and equalization time in the circuit of FIG. 4;
8 shows the relationship between the coupling capacitance ratio kc of the complementary signal line pair and the optimum value of the conductance ratio kg in the circuits of FIG. 3 and FIG. 4, and VDD−VSS = 1.8V, ΔVL = 1.8V, ΔVP = The figure in the case of 50 mV.
9 shows the relationship between the coupling capacitance ratio kc of the complementary signal line pair and the optimum value of the conductance ratio kg in the circuits of FIG. 3 and FIG. 4, and VDD−VSS = 1.8V, ΔVL = 0.18V, ΔVP = The figure in the case of 5 mV.
10 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which the discharge circuit in FIG. 3 is configured by a differential input type NMOS logic circuit. FIG.
11 is a diagram showing a configuration example of the NMOS logic circuit of FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a third embodiment of the present invention applied to a bit line pair of a semiconductor memory device.
13 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, in which a bit line write circuit is provided in each bit line pair in FIG. 12 and applied to the bit line pair.
14 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention and showing a static type in the configuration example of the memory cell of FIGS. 12 and 13; FIG.
15 is a diagram showing a configuration example of the memory cell of FIG. 14 according to the sixth embodiment of the present invention.
16 shows a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 12, each bit line pair is provided with a Y selection circuit, and a common data line pair, a common data line precharge circuit, and a common data line write circuit are provided. The figure when applied to a common data line pair.
17 shows an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 13, each bit line pair is provided with a Y selection circuit, a common data line pair and a common data line precharge circuit are provided, and the common data line pair is provided. Figure when applied.
18 is a diagram showing a configuration example of each write circuit of the bit line in FIG. 13 and the common data line in FIG. 16 according to the ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
MP1 to MP3: PMOS transistor, C1 to C3: capacitance,
VDD, VSS: power supply, CK: clock signal, SP / SN: complementary signal line pair, W1 to W3: gate widths of MP1 to MP3,
kg ... Conductance ratio of MP3 to MP1 (= W3 / W1)
kc: Capacity ratio of C3 to C1 (= C3 / C1).

Claims (9)

第1の信号線と第2の信号線とで構成される相補信号線対をプリチャージする相補信号線プリチャージ回路と、該相補信号線対のいずれか一方の信号線を放電又は充電する回路(以下、充放電回路)と、第1及び第2の電源とを有する半導体回路であって、
第1の信号線には第2の信号線以外に対する第1の信号線の配線容量と第1の信号線に接続する素子の寄生容量との合成容量である第1の容量が等価的に接続されていて、第2の信号線には第1の信号線以外に対する第2の信号線の配線容量と第2の信号線に接続する素子の寄生容量との合成容量である第2の容量が等価的に接続されていて、第1の信号線と第2の信号線との間には配線間結合容量である第3の容量が等価的に接続されていて、
前記相補信号線プリチャージ回路は、クロック信号をゲート入力とし一端が第1の信号線に接続され他端が第2の電源に接続される第1のPMOS(又はNMOS)トランジスタと、前記クロック信号をゲート入力とし一端が第2の信号線に接続され他端が第2の電源に接続される第2のPMOS(又はNMOS)トランジスタと、前記クロック信号をゲート入力とし一端が第1の信号線に接続され他端が第2の信号線に接続される第3のPMOS(又はNMOS)トランジスタとで構成され、
前記充放電回路で前記相補信号線対に接続される出力対は、非活性時には両方の出力が高インピーダンスになり、活性時にはいずれか一方の出力が放電(又は充電)されて他方の出力が高インピーダンスになり、
前記クロック信号が第1の電源の電位とほぼ等しいプリチャージ時には前記充放電回路は非活性で前記相補信号線プリチャージ回路によって前記相補信号線対の両方の信号線は第2の電源の電位とほぼ等しくなっており、前記クロック信号が第2の電源の電位とほぼ等しい判定時に前記充放電回路が活性になると、前記相補信号線対の一方の信号線は該充放電回路により放電(又は充電)され第2の電源の電位よりそれぞれ低い又は高い電位になり、且つ、他方の信号線は第3の容量による結合ノイズにより第2の電源よりそれぞれ低いまたは高い電位になり、且つ、前記相補信号線対の一方の信号線よりそれぞれ高い又は低い電位になり、前記充放電回路が非活性になり前記クロック信号が第1の電源の電位とほぼ等しいプリチャージ時には前記相補信号線プリチャージ回路によって前記相補信号線対の両方の信号線は第2の電源の電位とほぼ等しくなり、
第1の容量と第2の容量とがほぼ等しいと見なせ、且つ、第1のPMOS(又はNMOS)トランジスタのコンダクタンスと第2のPMOS(又はNMOS)トランジスタのコンダクタンスとがほぼ等しいと見なせる場合には、
第1のPMOS(又はNMOS)トランジスタに対する第3のPMOS(又はNMOS)トランジスタのコンダクタンスの比をkgとし、第1の容量に対する第3の容量の比をkcとするとき、
0.49・kc+0.08≦kg≦0.47・kc+0.31
とすることを特徴とする半導体回路。
A complementary signal line precharge circuit for precharging a complementary signal line pair composed of a first signal line and a second signal line, and a circuit for discharging or charging any one of the complementary signal line pairs (Hereinafter, a charge / discharge circuit) and a first and second power source,
A first capacitor, which is a combined capacitor of the wiring capacitance of the first signal line and the parasitic capacitance of the element connected to the first signal line, other than the second signal line is equivalently connected to the first signal line. The second signal line has a second capacitance that is a combined capacitance of the wiring capacitance of the second signal line other than the first signal line and the parasitic capacitance of the element connected to the second signal line. A third capacitor, which is an inter-wiring coupling capacitor, is equivalently connected between the first signal line and the second signal line.
The complementary signal line precharge circuit includes a first PMOS (or NMOS) transistor having a clock signal as a gate input, one end connected to a first signal line and the other end connected to a second power supply, and the clock signal As a gate input, a second PMOS (or NMOS) transistor having one end connected to a second signal line and the other end connected to a second power supply, and the clock signal as a gate input and one end being a first signal line And a third PMOS (or NMOS) transistor whose other end is connected to the second signal line.
In the output pair connected to the complementary signal line pair in the charge / discharge circuit, both outputs have a high impedance when inactive, and when activated, one of the outputs is discharged (or charged) and the other output is high. Become impedance,
When the clock signal is precharged approximately equal to the potential of the first power supply, the charge / discharge circuit is inactive, and the complementary signal line precharge circuit causes both signal lines of the complementary signal line pair to be at the potential of the second power supply. When the charge / discharge circuit is activated when it is determined that the clock signal is substantially equal to the potential of the second power supply, one signal line of the complementary signal line pair is discharged (or charged) by the charge / discharge circuit. And the potential of the second power source is lower or higher than the potential of the second power source, and the other signal line is lower or higher than the potential of the second power source due to the coupling noise caused by the third capacitor, and the complementary signal. When the voltage becomes higher or lower than one signal line of the line pair, the charge / discharge circuit becomes inactive, and the clock signal is precharged substantially equal to the potential of the first power supply. Both the signal lines of the complementary signal line pair by the complementary signal-line precharge circuit is approximately equal to the second power supply potential,
When the first capacitor and the second capacitor can be regarded as approximately equal, and the conductance of the first PMOS (or NMOS) transistor and the conductance of the second PMOS (or NMOS) transistor can be regarded as approximately equal. Is
When the conductance ratio of the third PMOS (or NMOS) transistor to the first PMOS (or NMOS) transistor is kg and the ratio of the third capacitance to the first capacitance is kc,
0.49 · kc + 0.08 ≦ kg ≦ 0.47 · kc + 0.31
A semiconductor circuit characterized by the above.
前記充放電回路は、前記相補信号線対を相補論理出力対とする差動入力形のNMOS(又はPMOS)論理回路である請求項1記載の半導体回路。2. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the charge / discharge circuit is a differential input type NMOS (or PMOS) logic circuit having the complementary signal line pair as a complementary logic output pair. 前記半導体回路は、行方向と列方向とに行列状に配置された複数のメモリセルで構成されるメモリセルアレイを有する半導体メモリ装置を含み、
各メモリセル行には該行に対応するメモリセルを選択する1本のワード線が設けられ、各メモリセル列には該列に対応するメモリセルの情報を伝達する1組のビット線対と該ビット線対をプリチャージするビット線プリチャージ回路とが設けられ、
該ビット線プリチャージ回路で該ビット線対に接続される出力対は、判定時には両方の出力が高インピーダンスになり、プリチャージ時には両方の出力が第2の電源の電位とほぼ等しくなり、
前記メモリセルで前記ビット線対に接続される出力対は、非選択時には両方の出力が高インピーダンスになり、選択時にはいずれか一方の出力が放電(又は充電)され他方の出力が高インピーダンスになり、
読み出し前には前記メモリセル行とメモリセル列とは非選択で前記メモリセルは非選択で前記メモリセル列において前記ビット線プリチャージ回路はプリチャージ状態であるため前記ビット線対は第2の電源の電位とほぼ等しくなっており、読み出し時に唯一選択された前記メモリセル列では前記ビット線プリチャージ回路が判定状態になり、さらに唯一の前記メモリセル行が選択されると唯一の前記メモリセルが選択され、唯一選択された前記メモリセル列において前記ビット線対の一方のビット線は唯一選択された前記メモリセルにより放電(又は充電)され読み出しが行われ、読み出し終了後には前記メモリセル行と前記メモリセル列とが非選択になり前記メモリセルが非選択になり前記ビット線プリチャージ回路がプリチャージ状態になる結果として前記ビット線対の両方のビット線が第2の電源の電位とほぼ等しくなる場合に、
唯一選択された前記メモリセル列では、機能的に、前記ビット線対は前記相補信号線対に相当し、前記ビット線プリチャージ回路は前記相補信号線プリチャージ回路に相当し、唯一選択された前記メモリセルは前記充放電回路に相当する、請求項1記載の半導体回路。
The semiconductor circuit includes a semiconductor memory device having a memory cell array including a plurality of memory cells arranged in a matrix in a row direction and a column direction,
Each memory cell row is provided with one word line for selecting a memory cell corresponding to the row, and each memory cell column has a set of bit line pairs for transmitting information of the memory cell corresponding to the column. A bit line precharge circuit for precharging the bit line pair;
In the output pair connected to the bit line pair in the bit line precharge circuit, both outputs become high impedance at the time of determination, and both outputs become substantially equal to the potential of the second power source at the time of precharge,
As for the output pair connected to the bit line pair in the memory cell, both outputs have high impedance when not selected, and when selected, either output is discharged (or charged) and the other output becomes high impedance. ,
Before reading, the memory cell row and the memory cell column are not selected, the memory cell is not selected, and the bit line precharge circuit is in a precharged state in the memory cell column. In the memory cell column selected at the time of reading, the bit line precharge circuit is in the determination state, and when only one memory cell row is selected, the only memory cell is almost equal to the power supply potential. Is selected, one bit line of the pair of bit lines in the only selected memory cell column is discharged (or charged) by the only selected memory cell, and reading is performed. And the memory cell column are deselected, the memory cell is deselected, and the bit line precharge circuit is in a precharged state. If made as a result the pair of bit lines both bit lines is substantially equal to the second power supply potential,
Functionally, in the only selected memory cell column, the bit line pair corresponds to the complementary signal line pair, the bit line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit, and is only selected. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the memory cell corresponds to the charge / discharge circuit.
前記メモリセル列には、各々対応する前記ビット線対のうちいずれか一方のビット線を充放電するビット線書き込み回路が設けられ、
該ビット線書き込み回路で前記ビット線対に接続される出力対は、非活性時には両方の出力が高インピーダンスになり、活性時にはいずれか一方の出力が充放電されて他方の出力が高インピーダンスになり、
読み出し前および書き込み前には前記メモリセル行と列とは非選択で、前記メモリセルは非選択になり、前記メモリセル列において前記ビット線書き込み回路は非活性で前記ビット線プリチャージ回路はプリチャージ状態であるため前記ビット線対は第2の電源の電位とほぼ等しくなっており、読み出し時および書き込み時に選択された前記メモリセル列では前記ビット線プリチャージ回路が判定状態になり、さらに唯一の前記メモリセル行が選択されると前記メモリセルが選択され、読み出し時には唯一選択された前記メモリセル列において前記ビット線対の一方のビット線は唯一選択された前記メモリセルにより放電(又は充電)され読み出しが行われ、また書き込み時には唯一選択された前記メモリセル列において前記ビット線書き込み回路が活性になり前記ビット線対の一方のビット線を放電(又は充電)し唯一選択された前記メモリセルに対して書き込みが行われ、読み出し終了後および書き込み終了後には前記メモリセル行と前記メモリセル列とが非選択で、前記メモリセルが非選択になり前記ビット線書き込み回路が非活性になり前記ビット線プリチャージ回路はプリチャージ状態になるため前記ビット線対の両方のビット線は第2の電源の電位とほぼ等しくなる場合に、
唯一選択された前記メモリセル列では、機能的に、前記ビット線対は前記相補信号線対に相当し、前記ビット線プリチャージ回路は前記相補信号線プリチャージ回路に相当し、読み出し時に唯一選択された前記メモリセルは前記充放電回路に相当し、また書き込み時には前記ビット線書き込み回路は前記充放電回路に相当する、請求項3記載の半導体回路。
Each of the memory cell columns is provided with a bit line write circuit for charging / discharging any one of the corresponding bit line pairs.
The output pair connected to the bit line pair in the bit line write circuit has both outputs in a high impedance state when inactive, and when activated, either one of the outputs is charged / discharged and the other output has a high impedance. ,
Before reading and writing, the memory cell row and column are not selected, the memory cell is not selected, the bit line write circuit is inactive, and the bit line precharge circuit is not preselected in the memory cell column. Since the bit line pair is almost equal to the potential of the second power supply because it is in the charged state, the bit line precharge circuit is in the determination state in the memory cell column selected at the time of reading and writing. When the memory cell row is selected, the memory cell is selected, and at the time of reading, one bit line of the pair of bit lines in the only selected memory cell column is discharged (or charged) by the selected memory cell. The bit line is written in the memory cell column selected only at the time of reading and writing. The circuit becomes active, and one bit line of the bit line pair is discharged (or charged), and writing is performed on the only selected memory cell. After reading and writing, the memory cell row and the memory cell row Since the memory cell column is not selected, the memory cell is not selected, the bit line write circuit is inactivated, and the bit line precharge circuit is in a precharge state, so that both bit lines of the bit line pair are When it is almost equal to the potential of the second power supply,
In the only selected memory cell column, functionally, the bit line pair corresponds to the complementary signal line pair, and the bit line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit. 4. The semiconductor circuit according to claim 3, wherein the memory cell thus formed corresponds to the charge / discharge circuit, and the bit line write circuit corresponds to the charge / discharge circuit at the time of writing.
前記メモリセルは第1及び第2のインバータ、第4及び第5のNMOS(又はPMOS)トランジスタで構成されるスタティック形メモリセルで、第1のインバータの出力は第2のインバータの入力に接続され、第2のインバータの出力は第1のインバータの入力に接続され、第4のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力が前記メモリセルに対応する前記ワード線に接続され、一端が前記メモリセルに対応する前記ビット線対の一方に接続され、他端が第1のインバータの出力に接続され、第5のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力が前記メモリセルに対応する前記ワード線に接続され、一端が前記メモリセルに対応する前記ビット線対の他方に接続され、他端が第2のインバータの出力に接続される、請求項3または4記載の半導体回路。The memory cell is a static memory cell composed of first and second inverters and fourth and fifth NMOS (or PMOS) transistors, and the output of the first inverter is connected to the input of the second inverter. The output of the second inverter is connected to the input of the first inverter, the fourth NMOS (or PMOS) transistor has a gate input connected to the word line corresponding to the memory cell, and one end connected to the memory cell. One of the corresponding bit line pairs is connected, the other end is connected to the output of the first inverter, and a fifth NMOS (or PMOS) transistor has a gate input connected to the word line corresponding to the memory cell. One end is connected to the other of the bit line pair corresponding to the memory cell, and the other end is connected to the output of the second inverter. 3 or 4 semiconductor circuit according. 前記第1のインバータは、第1のインバータの入力をゲート入力とし一端が第1の電源に接続され、他端が第6のPMOS(又はNMOS)トランジスタの一端に接続される第7のNMOS(又はPMOS)トランジスタと第1のインバータの入力をゲート入力とし他端が第2の電源に接続される第6のPMOS(又はNMOS)トランジスタとで構成され、
前記第2のインバータは、第2のインバータの入力をゲート入力とし一端が第1の電源に接続され、他端が第8のPMOS(又はNMOS)トランジスタの一端に接続される第9のNMOS(又はPMOS)トランジスタと第2のインバータの入力をゲート入力とし他端が第2の電源に接続される第8のPMOS(又はNMOS)トランジスタとで構成される、請求項5記載の半導体回路。
The first inverter has a gate input as an input of the first inverter, one end connected to the first power supply, and the other end connected to one end of a sixth PMOS (or NMOS) transistor. Or a PMOS) transistor and a sixth PMOS (or NMOS) transistor having the input of the first inverter as the gate input and the other end connected to the second power supply,
The second inverter has a gate input as an input of the second inverter, one end connected to the first power supply, and the other end connected to one end of an eighth PMOS (or NMOS) transistor. The semiconductor circuit according to claim 5, further comprising: an eighth (PMOS) transistor and an eighth PMOS (or NMOS) transistor having the input of the second inverter as a gate input and the other end connected to a second power supply.
前記メモリセル列には各々Y選択回路が設けられ、前記メモリセルアレイには1組のコモンデータ線対が設けられ、該コモンデータ線対にはコモンデータ線プリチャージ回路とコモンデータ線書き込み回路が設けられ、
前記Y選択回路は第1の入出力対と第2の入出力対を有し、第1の入出力対は対応する前記ビット線対に接続され、第2の入出力対は前記コモンデータ線対に接続され、非選択時には第1の入出力対と第2の入出力対との間のインピーダンスを高くし、選択時には第1の入出力対と第2の入出力対との間のインピーダンスを低くし、
前記コモンデータ線プリチャージ回路で前記コモンデータ線対に接続される出力対は、判定時には両方の出力が高インピーダンスになり、プリチャージ時には両方の出力が第2の電源の電位とほぼ等しくなり、
前記コモンデータ線書き込み回路で前記コモンデータ線対に接続される出力対は非活性時には両方の出力が高インピーダンスになり、活性時にはいずれか一方の出力が放電(又は充電)されて他方の出力が高インピーダンスになり、
読み出し前および書き込み前には前記Y選択回路は非選択で前記コモンデータ線プリチャージ回路はプリチャージ状態であるため前記コモンデータ線対は第2の電源の電位とほぼ等しくなっており、読み出し時および書き込み時に唯一の前記メモリセル列、唯一の前記メモリセル行が選択され、選択されたメモリセル行に対応するY選択回路が選択されて前記コモンデータ線プリチャージ回路が判定状態になり、読み出し時には前記コモンデータ線対の一方のコモンデータ線は唯一選択された前記メモリセルにより放電(又は充電)され読み出しが行われ、書き込み時には前記コモンデータ線書き込み回路が活性になり前記コモンデータ線対の一方を放電(又は充電)し、さらに唯一選択された前記メモリセル列の前記ビット線対の一方のビット線を放電(又は充電)し、唯一選択された前記メモリセルに対して書き込みが行われ、読み出し終了後及び書き込み終了後には前記Y選択回路が非選択になり前記コモンデータ線プリチャージ回路はプリチャージ状態になるため前記コモンデータ線対の両方のコモンデータ線は第2の電源の電位とほぼ等しくなる場合に、
機能的に、前記コモンデータ線対は前記相補信号線対に相当し、前記コモンデータ線プリチャージ回路は前記相補信号線プリチャージ回路に相当し、読み出し時には唯一選択された前記メモリセルは前記充放電回路に相当し、書き込み時には前記コモンデータ線書き込み回路は前記充放電回路に相当する、請求項3記載の半導体回路。
Each of the memory cell columns is provided with a Y selection circuit, the memory cell array is provided with a common data line pair, and the common data line pair includes a common data line precharge circuit and a common data line write circuit. Provided,
The Y selection circuit has a first input / output pair and a second input / output pair, the first input / output pair is connected to the corresponding bit line pair, and the second input / output pair is connected to the common data line. Connected to the pair, the impedance between the first input / output pair and the second input / output pair is increased when not selected, and the impedance between the first input / output pair and the second input / output pair is selected when selected. Lower
In the output pair connected to the common data line pair in the common data line precharge circuit, both outputs become high impedance at the time of determination, and both outputs become substantially equal to the potential of the second power source at the time of precharge,
The output pair connected to the common data line pair in the common data line writing circuit has a high impedance when it is inactive, and when activated, one of the outputs is discharged (or charged) and the other output is Become high impedance,
Before reading and writing, the Y selection circuit is not selected and the common data line precharge circuit is in a precharged state, so that the common data line pair is substantially equal to the potential of the second power supply. In addition, only one memory cell column and only one memory cell row are selected at the time of writing, and a Y selection circuit corresponding to the selected memory cell row is selected, and the common data line precharge circuit enters a determination state, and reading is performed. Sometimes one common data line of the common data line pair is discharged (or charged) by the only selected memory cell to perform reading, and at the time of writing, the common data line writing circuit becomes active and the common data line pair One is discharged (or charged), and one bit of the bit line pair of the selected memory cell column is selected. The data line is discharged (or charged), and the only selected memory cell is written, and after reading and writing, the Y selection circuit is deselected and the common data line precharge circuit When both common data lines of the common data line pair are substantially equal to the potential of the second power supply because of the precharge state,
Functionally, the common data line pair corresponds to the complementary signal line pair, the common data line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit, and the memory cell selected only at the time of reading is the charge cell. The semiconductor circuit according to claim 3, wherein the semiconductor circuit corresponds to a discharge circuit, and the common data line write circuit corresponds to the charge / discharge circuit during writing.
前記メモリセル列には各々前記Y選択回路が設けられ、前記メモリセルアレイには1組の前記コモンデータ線対が設けられ、前記コモンデータ線対には前記コモンデータ線プリチャージ回路が設けられ、
読み出し前には前記Y選択回路は非選択で前記コモンデータ線プリチャージ回路はプリチャージ状態であるため前記コモンデータ線対は第2の電源の電位とほぼ等しくなっており、読み出し時に唯一の前記メモリセル列、唯一の前記メモリセル行が選択され、唯一の前記メモリセルが選択されると対応する前記Y選択回路が選択されて前記コモンデータ線プリチャージ回路が判定状態になり、前記コモンデータ線対の一方のコモンデータ線は唯一選択された前記メモリセルにより放電(又は充電)されて読み出しが行われ、読み出し終了後には前記Y選択回路が非選択になり前記コモンデータ線プリチャージ回路はプリチャージ状態になるため前記コモンデータ線対の両方のコモンデータ線は第2の電源の電位とほぼ等しくなる場合に、
機能的に、前記コモンデータ線対は前記相補信号線対に相当し、前記コモンデータ線プリチャージ回路は前記相補信号線プリチャージ回路に相当し、唯一選択された前記メモリセルは前記充放電回路に相当する、請求項4記載の半導体回路。
Each of the memory cell columns is provided with the Y selection circuit, the memory cell array is provided with one set of the common data line pair, and the common data line pair is provided with the common data line precharge circuit,
Before reading, the Y selection circuit is not selected and the common data line precharge circuit is in a precharged state, so that the common data line pair is substantially equal to the potential of the second power supply. When the memory cell column and the only memory cell row are selected, and the only memory cell is selected, the corresponding Y selection circuit is selected, and the common data line precharge circuit enters the determination state, and the common data One common data line of the line pair is discharged (or charged) by the selected memory cell, and reading is performed. After the reading is completed, the Y selection circuit is deselected and the common data line precharge circuit is When both common data lines of the common data line pair are substantially equal to the potential of the second power supply because of the precharge state,
Functionally, the common data line pair corresponds to the complementary signal line pair, the common data line precharge circuit corresponds to the complementary signal line precharge circuit, and the only selected memory cell is the charge / discharge circuit. The semiconductor circuit according to claim 4, corresponding to.
前記ビット線書き込み回路または前記コモンデータ線書き込み回路は、第3のインバータ、第10〜13のNMOS(又はPMOS)トランジスタで構成され、第10のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力が前記ビット線書き込み回路または前記コモンデータ線書き込み回路を活性化する書き込み制御信号であり、一端が対応する前記ビット線対または前記コモンデータ線対の一方に接続され、他端が第11のNMOS(又はPMOS)トランジスタの一端に接続され、第11のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力がデータ入力信号であり、他端が第1の電源に接続され、第12のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力が前記書き込み制御信号であり、一端が対応する前記ビット線対または前記コモンデータ線対の他方に接続され、他端が第13のNMOS(又はPMOS)トランジスタの一端に接続され、第13のNMOS(又はPMOS)トランジスタはゲート入力が前記データ入力信号の反転信号であり、他端が第1の電源に接続される請求項4または7記載の半導体回路。The bit line writing circuit or the common data line writing circuit includes a third inverter and tenth to thirteenth NMOS (or PMOS) transistors, and a tenth NMOS (or PMOS) transistor has a gate input as the bit line. A write control signal for activating the write circuit or the common data line write circuit, one end of which is connected to one of the corresponding bit line pair or the common data line pair, and the other end is an eleventh NMOS (or PMOS). The eleventh NMOS (or PMOS) transistor is connected to one end of the transistor, the gate input is a data input signal, the other end is connected to the first power supply, and the twelfth NMOS (or PMOS) transistor has a gate input. The write control signal, one end corresponding to the bit line pair or The other end of the common data line pair is connected, the other end is connected to one end of a thirteenth NMOS (or PMOS) transistor, and the gate input of the thirteenth NMOS (or PMOS) transistor is an inverted signal of the data input signal. The semiconductor circuit according to claim 4, wherein the other end is connected to the first power source.
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