JP4518234B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体記憶装置に関し、特にデータを記憶する半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
SRAM(Static Random Access Memory)の読み出し動作は、一般に、クロック信号を受けてアドレス信号をデコードし、ワード線を選択する。選択されたワード線に接続されたメモリセルは、記憶していたデータ信号を相補ビット線に出力する。センスアンプ回路は、相補ビット線に出力されたデータ信号の差を増幅して出力する。
【0003】
図8は、従来のSRAMの回路ブロック図である。図に示すSRAM100は、コントロール回路(CT)101、アドレスデコーダ回路(DC)102、メモリセル(MC)103aa〜103mn、センスアンプ回路(SA)104a〜104nから構成されている。
【0004】
コントロール回路101は、アドレス信号IAとクロック信号CKを受信し、アドレスデコーダ回路102に送る。また、コントロール回路101は、受信したクロック信号CKを所定時間遅延し、読み出し信号RSとしてセンスアンプ回路104a〜104nに出力する。
【0005】
アドレスデコーダ回路102は、クロック信号CKを受信して、アドレス信号IAをデコードし、メモリセル103aa〜103mnのワード線WLを選択する。選択されたワード線WLに接続されたメモリセル103aa〜103mnは、記憶していたデータ信号を相補ビット線BL,XBLに出力する。
【0006】
センスアンプ回路104a〜104nは、読み出し信号RSを受信して、相補ビット線BL,XBLに出力されているデータ信号の電位差を増幅してメモリデータとして出力する。
【0007】
ところで、センスアンプ回路104a〜104nは、相補ビット線BL,XBLに出力されるデータ信号が所定の電位差を持たないと、データ信号を正しく増幅することができない。
【0008】
図9は、相補ビット線に出力されるデータ信号を示す。図に示すように、相補ビット線BL,XBLに出力されるデータ信号の電位差は、メモリセル103aa〜103mnが選択されてから、時間の経過とともに大きくなる。
【0009】
そのため、コントロール回路101は、センスアンプ回路104a〜104nがデータ信号を正しく増幅できるように、クロック信号CKを遅延させた読み出し信号RSを出力する。このクロック信号CKの遅延は、遅延バッファ回路によって行われる。
【0010】
図10は、コントロール回路を示す図で、(a)はコントロール回路のブロック図、(b)は遅延バッファ回路の回路図を示す。
図10(a)に示すように、コントロール回路101は、パルスジェネレータ(pulse generator)101aと、遅延バッファ回路101ba〜101bnを有している。コントロール回路101のパルスジェネレータ101aは、クロック信号CKを整形し、遅延バッファ回路101baに送る。
【0011】
遅延バッファ回路101baは、図10(b)に示すように、PチャネルMOSトランジスタTr7、NチャネルMOSトランジスタTr8から構成されるインバータ回路で、クロック信号CKを所定時間遅延させる。遅延バッファ回路101bb〜101bnは、遅延バッファ回路101baと同じ回路構成である。
【0012】
クロック信号CKは、遅延バッファ回路101ba〜101bnの多段接続によって所定時間遅延され、読み出し信号RSとして、センスアンプ回路104a〜104nへ出力される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アドレス信号IA、クロック信号CKがコントロール回路101に入力されてから、メモリセル103aa〜103mnが選択されるまでの選択時間は、SRAM100に供給される電源電圧に依存する。また、遅延バッファ回路101ba〜101bnがクロック信号CKを遅延する遅延時間は、SRAM100に供給される電源電圧に依存する。そして、選択時間、遅延時間の両者の電源依存度は、基本的に同じである。
【0014】
図11は、電源電圧と選択時間、遅延時間、及びデータ信号の電位差の関係を示す図である。図に示す波形C1は、電源電圧とアドレス信号IA、クロック信号CKがコントロール回路101に入力されてから、メモリセル103aa〜103mnが選択されるまでの選択時間との関係を示す。波形C2は、電源電圧と遅延バッファ回路101ba〜101bnがクロック信号CKを遅延する遅延時間との関係を示す。波形C3は、電源電圧と相補ビット線BL,XBLに出力されるデータ信号の電位差との関係を示す。波形C1,C2に示すように、選択時間と遅延時間は、電源電圧の低下に伴って同じように多くなる。データ信号の電位差は、波形C3に示すように、電源電圧の低下に伴って小さくなる。
【0015】
電源電圧の許容範囲内の低電圧側においてSRAM100を動作させた場合、メモリセル103aa〜103mnが選択されるまでの選択時間が遅延するとともに、データ信号の電位差は小さくなる。このため、データ信号がセンスアンプ回路104a〜104nによって増幅することができる電位差を持つまで、クロック信号CKの遅延時間をより遅延させる必要がある。
【0016】
従って、動作を保証するため、電源電圧の許容範囲内の最低電圧において、データ信号がセンスアンプ回路104a〜104nによって増幅することができる電位差を持つまで、クロック信号CKを遅延させる必要がある。そのため、遅延バッファ回路を追加接続する必要がある。
【0017】
しかし、電源電圧の許容範囲内の標準電圧、高電圧側では、必要以上の遅延時間を持ってしまい、データ信号の読み出しの高速化の妨げになる。特開平9−251793に示す半導体記憶装置及びデータ処理装置によって、この高速化の妨げを解消することも可能であるが、デプレッションタイプ・トランジスタでは、しきい電圧制御用のイオン注入工程など特別プロセスを必要とするため、高コストになるという問題点があった。
【0018】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、特別プロセスを用いることなく低コストで、データ信号の読み出し動作の高速化ができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、データを記憶する半導体記憶装置において、複数のメモリセルから出力されるデータ信号を、読み出し信号を受けて増幅し出力するセンスアンプ回路と、外部から入力されるクロック信号を遅延して前記読み出し信号を出力するための遅延インバータ回路と、前記遅延インバータ回路に供給される電源電圧を低く設定し、前記読み出し信号の遅延時間の電源電圧依存と、前記複数のメモリセルから出力される前記データ信号の出力時間の電源電圧依存とに差を生じさせ、前記電源電圧が高電圧側に近づくにつれて、前記読み出し信号の遅延時間と前記データ信号の出力時間の時間差を減少させる、前記遅延インバータ回路と電源の間に接続されるエンハンスメントタイプ・トランジスタ回路と、を有することを特徴とする半導体記憶装置が提供される。
【0020】
このような半導体記憶装置によれば、エンハンスメントタイプ・トランジスタ回路によって、遅延インバータ回路の電源を低く設定し、読み出し信号の遅延時間の電源電圧依存とメモリセルから出力されるデータ信号の出力時間の電源電圧依存とに差を生じさせることにより、特別なプロセスを用いることなく、低コストで電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照して説明する。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るSRAMの回路ブロック図を示す。SRAM10は、コントロール回路(CT)20、アドレスデコーダ回路(DC)30、メモリセル(MC)40aa〜40mn、センスアンプ回路(SA)50a〜50nから構成されている。
【0022】
コントロール回路20は、外部からのアドレス信号IA、クロック信号CK1を受信し、アドレスデコーダ回路30に送る。また、コントロール回路20は、受信したクロック信号CK1を所定時間遅延し、読み出し信号RSnとしてセンスアンプ回路50a〜50nに出力する。
【0023】
アドレスデコーダ回路30は、クロック信号CK1を受信して、アドレス信号IAをデコードし、メモリセル40aa〜40mnのワード線WLを選択する。選択されたワード線WLに接続されたメモリセル40aa〜40mnは、記憶していたデータ信号を相補ビット線BL,XBLに出力する。
【0024】
センスアンプ回路50a〜50nは、読み出し信号RSnを受信して、相補ビット線BL,XBLに出力されているデータ信号の電位差を増幅してメモリデータとして出力する。
【0025】
センスアンプ回路50a〜50nは、相補ビット線BL,XBLに出力されるデータ信号が所定の電位差を持たないと、データ信号を正しく増幅することができない。そのため、コントロール回路20は、アドレス信号IA、クロック信号CK1が入力されてから、相補ビット線BL,XBLに、センスアンプ回路50a〜50nがデータ信号を増幅できる電位差が出力されるまで、クロック信号CK1を遅延する。すなわち、相補ビット線BL,XBL間に、所定の電位差が生じたときに、読み出し信号RSnがセンスアンプ回路50a〜50nに出力される。
【0026】
図3は、コントロール回路の回路ブロック図を示す。図に示すように、コントロール回路20は、パルスジェネレータ(pulse generator)21と、遅延バッファ回路22a〜22nを有している。
【0027】
コントロール回路20のパルスジェネレータ21は、クロック信号CK1を整形し、クロック信号CK2を遅延バッファ回路22a〜22nに送る。遅延バッファ回路22aは、クロック信号CK2を遅延し、読み出し信号RS1を出力する。以下、遅延バッファ回路22b〜22nは、読み出し信号RS1を読み出し信号RS2〜RSnと遅延して出力する。遅延バッファ回路が直列に多く接続されているほど、クロック信号CK2は、より遅延される。
【0028】
図1は、遅延バッファ回路の回路図を示す。図に示すように遅延バッファ回路22aは、エンハンスメントタイプのPチャネルMOS(PMOS)トランジスタTr1,Tr3、エンハンスメントタイプのNチャネルMOS(NMOS)トランジスタTr2から構成される。
【0029】
PMOSトランジスタTr3のソースは、SRAMに供給されている電源VDDに接続されている。PMOSトランジスタTr3のゲートとドレインは接続されており、PMOSトランジスタTr3のソース−ドレイン間は、ダイオードと同じ作用をする。
【0030】
PMOSトランジスタTr1のソースは、PMOSトランジスタTr3のゲート、ソースに接続されている。
NMOSトランジスタTr2のドレインは、PMOSトランジスタTr1のドレインに接続されている。NMOSトランジスタTr2のゲートは、PMOSトランジスタTr1のゲートに接続されている。NMOSトランジスタTr2のソースは、SRAM1に供給される電源VSSに接続されている。なお、電源VDD,VSSの電圧には、電源VDD>電源VSSの関係がある。例えば、電源VDDは、電源の正極で、電源VSSは、グランドである。
【0031】
PMOSトランジスタTr1、NMOSトランジスタTr2によって、遅延インバータ回路22aaが構成される。そして、遅延インバータ回路22aaに供給される電源VDDが、ダイオード接続されたPMOSトランジスタTr3によって下げられる。すなわち、PMOSトランジスタTr1、NMOSトランジスタTr2によって構成された遅延インバータ回路22aaは、電源VDD,VSSで駆動したときよりも低い電源電圧で駆動されることになり、クロック信号CK2を遅延する遅延時間が長くなる。
【0032】
なお、遅延バッファ回路22b〜22nは、遅延バッファ回路22aと同じ回路構成であり、その説明は省略する。
図4は、電源電圧と選択時間、遅延時間、及びデータ信号の電位差の関係を示す図である。
【0033】
図に示す波形A1は、電源電圧とアドレス信号IA、クロック信号CK1がコントロール回路20に入力されてから、メモリセル40aa〜40mnが選択されるまでの選択時間との関係を示す。
【0034】
波形A2aは、電源電圧と遅延バッファ回路22a〜22nがクロック信号CK1を遅延する遅延時間との関係を示す。
波形A2bは、電源電圧と図1においてPMOSトランジスタTr3が接続されない場合の遅延バッファ回路(従来の遅延バッファ回路)がクロック信号CK1を遅延する遅延時間との関係を示す。
【0035】
波形A3は、電源電圧と遅延時間のタイミング調整がおこなわれた遅延バッファ回路22a〜22nがクロック信号CK1を遅延する遅延時間の関係を示す。
波形A4は、電源電圧と相補ビット線BL,XBLに出力されるデータ信号の電位差との関係を示す。
【0036】
遅延バッファ回路22a〜22nは、供給される電源VDDをダイオード接続されたPMOSトランジスタTr3によって下げられる。これにより、従来の遅延インバータ回路に対し、信号を遅延する遅延時間が長くなる。すなわち、波形A2aは、波形A2bを電源電圧の高い方へ(図中において右方)シフトさせた状態となる。
【0037】
このままでは、遅延時間がかかりすぎなので、遅延バッファ回路22a〜22nの接続数を減らすなどをして、遅延時間のタイミング調整を行う。遅延バッファ回路22a〜22nの接続数を減らした場合、波形A3に示すように、波形A2は、遅延時間が減る方向(図中において下方)へシフトされる。
【0038】
ここで、波形A1と波形A3を比較すると、矢印B1,B2に示すように、電圧電源が低くなるに連れて、波形A3の遅延時間と波形A1の選択時間との時間差は大きくなる。
【0039】
すなわち、電源電圧の許容範囲内の低電圧側においては、アドレス信号IAがコントロール回路20に入力されてからメモリセル40aa〜40mnが選択されるまでの選択時間より、クロック信号CK1は、十分遅延される。そして、電源電圧が高電圧側に近づくにつれて、遅延時間と選択時間の時間差は、減少される。
【0040】
このように、特別なプロセスを必要としないエンハンスメントトランジスタを用いて、遅延インバータ回路の電源電圧を低く設定したことにより、電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化することができる。
【0041】
次に本発明の第2の実施の形態を図面を参照して説明する。第2の実施の形態では、第1の実施の形態に対し図1に示した遅延バッファ回路22aの構成が一部異なり、以下では遅延バッファ回路のみを説明する。
【0042】
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。図1に示した構成要素と同じ要素は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。図に示す遅延バッファ回路61は、遅延インバータ回路22aa、エンハンスメントタイプのNチャネルMOS(NMOS)トランジスタTr4から構成される。
【0043】
NMOSトランジスタTr4のソースは、電源VSSに接続されている。NMOSトランジスタTr4のゲートとドレインは、遅延インバータ回路22aaのNMOSトランジスタTr2のソースに接続されている。NMOSトランジスタTr4のソース−ドレイン間は、ゲートとドレインの接続によってダイオードと同じ作用をする。
【0044】
遅延インバータ回路22aaのPMOSトランジスタTr1のソースは、電源VDDに接続されている。
このように、ダイオード接続されたNMOSトランジスタTr4を、遅延インバータ回路22aaと電源VSSの間に接続することにより、遅延バッファ回路61は、電源VDD,VSSで駆動したときよりも低い電源電圧で駆動されることになり、クロック信号CK2を遅延する遅延時間が長くなる。
【0045】
すなわち、特別なプロセスを必要としないエンハンスメントトランジスタを用いて、遅延インバータ回路の電源電圧を低く設定したことにより、低コストで電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化することができる。
【0046】
次に本発明の第3の実施の形態を図面を参照して説明する。第3の実施の形態では、第1の実施の形態に対し図1に示した遅延バッファ回路の構成が一部異なり、以下では遅延バッファ回路のみを説明する。
【0047】
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。なお、図1に示した構成要素と同じ要素は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。図に示す遅延バッファ回路62は、遅延インバータ回路22aa、エンハンスメントタイプのNチャネルMOS(NMOS)トランジスタTr5から構成される。
【0048】
NMOSトランジスタTr5のゲート、ドレインは、電源VDDに接続されている。NMOSトランジスタTr5のソース−ドレイン間は、ゲートとドレインの接続によってダイオードと同じ作用をする。NMOSトランジスタTr5のソースは、遅延インバータ回路22aaのPMOSトランジスタTr1のソースに接続されている。
【0049】
遅延インバータ回路22aaのNMOSトランジスタTr2のソースは、電源VSSに接続されている。
このように、ダイオード接続されたNMOSトランジスタTr5を、遅延インバータ回路22aaと電源VDDの間に接続することにより、遅延バッファ回路62は、電源VDD,VSSで駆動したときよりも低い電源電圧で駆動されることになり、クロック信号CK2を遅延する遅延時間が長くなる。
【0050】
すなわち、特別なプロセスを必要としないエンハンスメントトランジスタを用いて、遅延インバータ回路の電源電圧を低く設定したことにより、低コストで電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化することができる。
【0051】
次に本発明の第4の実施の形態を図面を参照して説明する。第4の実施の形態では、第1の実施の形態に対し図1に示した遅延バッファ回路の構成が一部異なり、以下では遅延バッファ回路のみを説明する。
【0052】
図7は、本発明の第4の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。なお、図1に示した構成要素と同じ要素は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。図に示す遅延バッファ回路63は、遅延インバータ回路22aa、エンハンスメントタイプのPチャネルMOS(PMOS)トランジスタTr6から構成される。
【0053】
PMOSトランジスタTr6のゲートとドレインは、電源VSSに接続されている。PMOSトランジスタTr6のソース−ドレイン間は、ゲートとドレインの接続によってダイオードと同じ作用をする。PMOSトランジスタTr6のソースは、遅延インバータ回路22aaのNMOSトランジスタTr2のソースに接続されている。
【0054】
遅延インバータ回路22aaのPMOSトランジスタTr1のソースは、電源VDDに接続されている。
このように、ダイオード接続されたNMOSトランジスタTr6を、遅延インバータ回路22aaと電源VSSの間に接続することにより、遅延バッファ回路62は、電源VDD,VSSで駆動したときよりも低い電源電圧で駆動されることになり、クロック信号CK2を遅延する遅延時間が長くなる。
【0055】
すなわち、特別なプロセスを必要としないエンハンスメントトランジスタを用いて、遅延インバータ回路の電源電圧を低く設定したことにより、低コストで電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化することができる。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、遅延インバータ回路に供給される電源電圧を低く設定し、読み出し信号の遅延時間の電源電圧依存と、複数のメモリセルから出力されるデータ信号の出力時間の電源電圧依存とに差を生じさせ、電源電圧が高電圧側に近づくにつれて、読み出し信号の遅延時間とデータ信号の出力時間の時間差を減少させる、遅延インバータ回路と電源の間に接続されるエンハンスメントタイプ・トランジスタ回路を備えるようにした。
【0057】
これにより、特別なプロセスを用いることなく低コストで電源電圧の許容範囲内における標準電圧、高電圧側において、データ信号の読み出しを高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】遅延バッファ回路の回路図を示す。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るSRAMの回路ブロック図を示す。
【図3】コントロール回路の回路ブロック図を示す。
【図4】電源電圧と選択時間、遅延時間、及びデータ信号の電位差の関係を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係る遅延バッファ回路の回路図を示す。
【図8】従来のSRAMの回路ブロック図である。
【図9】相補ビット線に出力されるデータ信号を示す。
【図10】コントロール回路を示す図で、(a)はコントロール回路のブロック図、(b)は遅延バッファ回路の回路図を示す。
【図11】電源電圧と選択時間、遅延時間、及びデータ信号の電位差の関係を示す図である。
【符号の説明】
10 SRAM
20 コントロール回路
22a〜22n,61〜63 遅延バッファ回路
22aa 遅延インバータ回路
30 アドレスデコーダ
40aa〜40mn メモリセル
50 センスアンプ回路
Tr1,Tr3,Tr6,Tr7 PチャネルMOSトランジスタ
Tr2,Tr4,Tr5,Tr8 NチャネルMOSトランジスタ
Claims (5)
- データを記憶する半導体記憶装置において、
複数のメモリセルから出力されるデータ信号を、読み出し信号を受けて増幅し出力するセンスアンプ回路と、
外部から入力されるクロック信号を遅延して前記読み出し信号を出力するための遅延インバータ回路と、
前記遅延インバータ回路に供給される電源電圧を低く設定し、前記読み出し信号の遅延時間の電源電圧依存と、前記複数のメモリセルから出力される前記データ信号の出力時間の電源電圧依存とに差を生じさせ、前記電源電圧が高電圧側に近づくにつれて、前記読み出し信号の遅延時間と前記データ信号の出力時間の時間差を減少させる、前記遅延インバータ回路と電源の間に接続されるエンハンスメントタイプ・トランジスタ回路と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記エンハンスメントタイプ・トランジスタ回路は、ゲートとドレインとが接続されたPチャネルMOSトランジスタであり、前記遅延インバータ回路と前記電源の高電圧側との間に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記エンハンスメントタイプ・トランジスタ回路は、ゲートとドレインとが接続されたNチャネルMOSトランジスタであり、前記遅延インバータ回路と前記電源の低電圧側との間に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記エンハンスメントタイプ・トランジスタ回路は、ゲートとドレインとが接続されたNチャネルMOSトランジスタであり、前記遅延インバータ回路と前記電源の高電圧側との間に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記エンハンスメントタイプ・トランジスタ回路は、ゲートとドレインとが接続されたPチャネルMOSトランジスタであり、前記遅延インバータ回路と前記電源の低電圧側との間に接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
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