JPH02154392A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH02154392A
JPH02154392A JP63307819A JP30781988A JPH02154392A JP H02154392 A JPH02154392 A JP H02154392A JP 63307819 A JP63307819 A JP 63307819A JP 30781988 A JP30781988 A JP 30781988A JP H02154392 A JPH02154392 A JP H02154392A
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circuit
potential
terminal
output
bipolar
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JP63307819A
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Masaru Tachibana
大 橘
Makoto Suzuki
誠 鈴木
Hisayuki Higuchi
樋口 久幸
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路に係り、特に。
BiCM0SスタティックRAMの高速、低消費電力化
に好適な半導体■路に関する。
〔従来の技術〕
従来のBiCMO3′AタテイックRAMの一例が例え
ば、アイ・ニス・ニス・シー・シー・ダイジェスト・オ
ブ・テクニカル・ペーパーズ第212頁から213頁1
986年2月(ISSCCDigest of]’ec
:hnLcal  Papers   p  2 1 
2 − 2  L  3  ;  Feb、198G)
において論じられている。この従来例では、バイポーラ
の差動アンプとコレクタ・ドツティングを組み合わせる
ことで、データ線対の電位差を高速に検出し、メモリセ
ル内の記憶情報を読み出している。
第6図は、EC,L  IloのBiCM0Sスタティ
ックRAMのセンス、出力回路である。
TTL  Iloの場合も、カレント・スイッチ87の
信号を用いて、その信号をCMOSレベルにまで増幅す
るだけで、同様の回路構成である。
2.3はデータ線あるいはコモン・データillは市の
電源端子、10は負の電源端子、7は定電圧端子、15
は出力端子を表わす、75.76は、共通コレクタ5,
6の電位差を小さく抑えるためのダミー電流源、79,
80はエミッタ・フォロワの電流源、85はカレント・
スイッチ87の電流源を示している。
バイポーラトランジスタ68,69,83゜84はカレ
ント・スイッチを構成する。NMOSトランジスタ70
は、データ線対あるいは、コモンデータ線対2,3を選
択する。16は1選択イ「’j号の入力端子を表わす。
73.74は、定電流d4X75.76とともに、コレ
クタ・ドツティングの5.6の電位差を大きく広げすぎ
ないためのバイポーラトランジスタ71,72,81,
82は抵抗、77.78はエミッタ・フォロワのための
バイポーラトランジスタである。108は68゜69.
70より構成されるカレント・スイッチ、109は10
8と同様のカレント・スイッチである。
以下、簡mに動作を説明する。データ線対あるいはコモ
ンデータ線対2,3は、NMOSトランジスタ70のゲ
ート電極16に高レベルの(tEf号を印加することで
、選択される。このとき、バイポーラ・トランジスタ6
8.69により構成されるカレントスイッチが動き、a
対2,3の電位差がバイポーラトランジスタ68,69
のコレクタ電流の比に変換されろ。この′11i流比を
抵抗71゜72で゛正圧の差に変換し、77.78でレ
ベルシフト後、再びカレント・スイッチ87で増幅し出
力する。
上述のようなバイボ゛−ラ・トランジスタ68゜69か
らなるカレント・スイッチは、入力の電位差が60 m
 Vでもコレクタm流の比は約10:1と高感度なので
、線対2.、、.3.力信号振幅を小さくして高速な動
作が達成できる。
しかしながら、第61タ4に示すように、読み出しに必
要な電流源は、NMO570,電流源75゜76.79
,80.85とその数が多く、出力するデータ数が大き
くなると、これらm&ε源の数は、データ・数分だけ必
・汐なのでセンス回路での消費゛重力の増大が問題とな
る。
一方、CMOSスタティックRAMでは、従来より1例
えば、アイ・ニス・ニス・シー・シー・ダイジェスト・
オブ・テクニカル・ペーパーズ第222頁から223頁
1984年2月(ISSCCDigest of Ts
chnical papers、 p 222−223
 :Feb、 1984 )において論じられているよ
うに、0MO8のアンプを一時的に活性化し、データを
読み出し、記憶回路に読み出したデータを保持した後、
センスアンプを非活性化することで、低消費電力のセン
ス・アンプが実現されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では、BiCM0SスタティックRA M
はバイポーラの差動アンプと、コレクタ・ドツティング
回路を用いて、メモリセルの情報を検出するために、定
常電流を消費し、出力データ数が増すとセンスアンプで
の消費電力が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決するT T
 L  I / O(7)BiCMO8XタテイックR
AMの高速、低消費電力なデータ読み出し回路を提供す
ることにある。
本発明の解決しようとする他の問題点は、出力回路がそ
の出力端子に接続された負荷を駆動するときにひきおこ
すLS IttE源の揺れである。周知のようにLSI
の電源、特に接地m位が変動すると、入力(i−7号の
誤読み込みなどが生じ、誤動作することがある。このた
め、電源変動を所定の範囲に抑えるように負荷の駆動速
度を制限しており、高速〃J作のII!害の一つとなっ
ている。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、 BiCM0SスタティックRAMにおい
ても、CM OSスタティックRAMと同様に、時的に
センス・アンプを活性化し、メモリセル情報を読み出し
、その情報を記憶回路に保持した後、センス・アンプを
非活性化することにより達成される。
データ線あるいはコモンデータ線の(d号は、電流源に
NMO8)−ランジスタを用いたカレント・スイッチに
より検出し、ラッチ回路に記憶した後電流源のNMOS
トランジスタは非導通とする。
ラッチ回路に誤情報を書き込まないために、電流源の電
流をバイポーラ・トランジスタを用いて分流し、イコラ
イズする。ラッチ回路は、ラッチ回路の出カイ日号とパ
ルスの制御信号で、情報反転を容易にする。
また、本発明の第2の[I的で30る電源′Iπ圧変助
の低減は、信号を出力する直t)ηに出力レベルを高、
低出力レベルのほぼ中間におき、しかる後に出方信号を
送出することで、信号の出力時における振幅を半減させ
ることにより低減することができろ。
〔作用〕
メモリセル情報を検出し、記憶回路に保持する期間だけ
、センス回路を活性化することで、低電力化できた。ま
たバイホ゛−ラ・トランジスタを用いてイコライズする
ことで高速にイコライズできた。さらにはラッチ回路を
制御信号で反転しやすくすることで、ラッチ回路への情
9fi書き込みを高速化できた。
また、電源電圧の変動はあらかじめ出力を高、低レベル
のほぼ中間レベルに設定し、しかる後に出力信号を送出
することで電源電位のゆらぎを従来回路の約1/2に低
減できた。
〔実施例〕
第1図、第2ν1を用いて詳細に本発明を説明する。
第1図は、本発明の一実施例の回路図である。
2.3.20.21はデータ線対、あるいはコモンデー
タ線対、5,6は、共通コレクタ、1は正の電源端子、
10は負の電源端子、4は1選択伯号の入力端子、7.
40は定電圧端子、8.9は、ラッチ回路105の入力
端子、11.12は出力端子である。30は22が低レ
ベルのとき7と等電位となる端子22一番上、、J制御
信号端子、120゜126は電流源である。50.51
はカレント・スイッチを構成するバイポーラトランジス
タ、52は、カレント・スイッチの電流源となるNMO
51−ランジスタ、53.54−.123,124は抵
抗、55.56,12L、122はバイポーラトランジ
スタ、57.58はダミーの定電流源。
59は、8.9の電位をイコライズする回路、250は
55,56,121,122の飽和を防ぐクランプ用の
バイポーラトランジスタ、125はNMOSトランジス
タである。105はラッチ回路である。
動作を、第2図を用いて説明する。なお第2図中の数字
は第1図のノード番号と対応している。
時刻tzに線対2,3の情報が反転する場合について説
明する。端子4,22の42号はアドレス48号の切り
かわりを検出した信号(ATD信号)あるいは外部から
供給されるクロック信号より発生した(M号である。2
,3の情報が反転する以前、11に4の1位を高レベル
とすることで、第1図のカレント・スイッチ106を動
作状jMとずろ。
しかしながら、tzの時点では、ラッチ回M 105の
出力端子11.12には、前のアドレスの情報が保持さ
れており、この記憶情報を破壊してはならない。このた
めに、105の入力端子8.9に電位差が生じて105
の記憶情報を破壊することを防ぐ必要がある。
本実施例では、端子7と30の電位を等しく設定するこ
とで、52に流れる電流を55と121あるいは56と
122に等しく分流し22が高レベルどならない限り、
8,9に電位差を生じない特性を実現している0時刻t
zに線対2,3の情報が反転した後、22を高レベルと
し、30の電位を7の電位より低レベルとする。これに
より、8.9に電位差が生じ、それに応じて、ラッチ回
路105の記憶情報が書きかえられ、第2図の場合には
、時刻t3に11と12の電位が反転する。
出力端子11.12の電位が反転した後、時刻t+、t
aに制御端子4,22の電位を低レベルとすることで、
カレントスイッチ106を非活性化し、また、端子30
の電位を端子7と同電位とし、入力端子8,9をイコラ
イズしている。
本実施例の特徴は、従来、定常電流を流していたNMO
Sトランジスタ52を、データ読み出しに必要な時間だ
け活性化すること、入力端子8゜9の電位のイコライズ
を、121,122,124゜126から成るバイポー
ラ回路で実現していること、ラッチ回路105へのデー
タの書き込み時にイコライズ動作を申出する特性を、端
子30の電位をNMO8125を用いて、7より低レベ
ルとすることで実現していることである。
データ線対、あるいはコモンデータ線対2,3の電位差
を検出する回路は、従来のB i CM OSスタティ
ックRAMと同様に、バイポーラのカレント・スイッチ
106であり、、1対2.;3の電位が反転する以前に
、制御端子4の電位を高レベルとし、十分な電流を流し
ているので、線対2,3の微少な電位の変化を高速に検
出できる。また、入力端子8,9の電位のイコライズと
イコライズ中1ヒとのきりかえは、端子30の電位を数
十〜数百mV、変化させるだけでよいので、これも高速
な動作が達成される。さらに5入力端子8,9に付加さ
れるイコライズのための素子はバイポーラトランジスタ
121,122だけで、入力端子8,9の寄生容量は上
記トランジスタ121,122のコレクタ基板8猷、コ
レクタベース容量で、例えば入力端子8,9をPMO8
でイコライズする場合のドレイン・ソースの接合容量の
3分の1程度となり、高速化に寄与する。
第3図、°第4図は第1図の記憶回路105に好適な回
路である。第3図は従来、知られているラッチ回路、第
4図は、本発明のラッチ回路の一実施例である。60〜
63はPJvIMO81ヘランジスタ、64〜67はN
型MOSトランジスタ、8゜9は第1図の回路の出力を
・受ける入力端子、 127 。
128は2人力NAND回路、11..1.2は出力端
子、24は制御端子、1は正の電源端子10は負の電源
端子である。
以下、第3回の回路と第4図の回路を比較しながら説明
する。例えば、入力端子8が高レベル、9が低レベルの
場合、第3図の回路では、11が低レベル、12が高し
ベ/IhJt梼り、第3図のP M OS61.62.
NMO86f3,67で構成されるフリップ・フロップ
回路で、情報が保持されろ。このとき、端子9は低レベ
ルとはいえ、N M OS65のしきい値よりa:Eい
電位にあるので、64゜65はともに導通状態である。
端子8の電位が、高レベルから低レベルへ、端子9の電
位が、低レベルから晶レベルに変化すると、トランジス
タ63.67.61は非導通状態、トランジスタ62.
60,66は導通状態となる。
第3図のラッチ回路が保持している情報が反転するため
には、まず、端子11の電位が高レベルとならなければ
ならないが、このとき、トランジスタ64のゲート電位
が、しきい値よりも高いが、低レベルとなるので、トラ
ンジスタ64の抵抗が大きくなり、端子11の電位上昇
を速めている。
端子11が高レベルとなるに従ってトランジスタ62が
非導通に、トランジスタ67が導通状態になるので、端
子12の電位が低レベルに変化し、ラッチ回路105の
記憶情報が書きかえられろ。
第3図の回路では、以上述べたように、11の電位が低
レベルから高レベルに変化する時64の抵抗が大きくな
ることが、保持情報の反転の速さに大きな意味を持って
いる。
第4図の回路は、トランジスタ64の抵抗の変化をさら
に大きくし、完全に導通と非導通とすることをねらった
回路である。端子11の電位が低レベルから高レベルに
変化する時、端子12の高電位を利用してトランジスタ
64のゲート電位をトランジスタ64が非導通となるよ
う低レベルとする。端子24の電極には、第2図で8と
9の電位が確定した時点で(第2図t2′)高レベルの
電位を印加し、端子11.12の情報が確定するまで、
高レベルを保ち、その後、低レベルとする。
端子12.24が高レベルとなることで、トランジスタ
64のゲート電位は低レベルとなり、非導通となる。ト
ランジスタ64が非導通のとき8が低レベルであれば、
端子11の電位は高速に高レベルとなり、端子8が高レ
ベルであれば、トランジスタ60.61.64は非導通
であり、低レベルが保たれる。端子24が低レベルにも
どるとトランジスタ64は導通状態となるので端子11
は安定な低レベルとなる。
本実施例の特徴は、NAND回路127,128と制御
端子24を用いることで、高速な記憶内容の愕きかえを
達成している点である。
第1図の実施例では、8,9の電位を直接、ラッチ回路
で、CM OSレベルに増幅し、記憶しているが、トラ
ンジスタ55,56,121,122を飽和させない制
限から端子8,9の振幅が大きくとれないような場合に
は、第5図のようなレベルシフト回路とカレント・スイ
ッチを通した後、記憶回路に、大振幅のカレン1−・ス
イッチの出力信号を入力すればよい。
第5回で、129,130,136,137はバイポー
ラ・トランジスタ+ i3t、132はダイオード、1
33〜135はNMO8,138゜139は抵抗、25
.26は入力端子、1は1Fの電源端子、10は負の電
源端子である。端子27には、第1図の4の端子と同一
イa号を人力する。
トランジスタおよびダイオード129〜132でレベル
シフトすることで、端子28.29の振幅を大きくする
ことができる。131,132のレベルシフトダイオー
ドは1段に限らないことは言うまでもない。
本実施例の回路も、端子27に一時的に+Eの電位を印
加することで、読み出しに必要な期間たけ、活性化され
、低電力化が達成される。
第7図は本発明の他の実施例を示す。第7図の回路は第
1図と同様の機能を持っ回路で、第1図と同じ入力端子
、5,6と出力端子8,9を持っている。ここで、70
1から704までは抵抗、705から710まではバイ
ポーラ1〜ランジスタ、711かe)71.5までは定
゛屯流源である。720 。
721は信号出力を制御する端子で相補な信号の入力端
子である。ここで、端子720が低′肛位、端子721
がn電位のときには、抵抗703の電位降下と抵抗70
4の電位降下は等しくなるように設定しておく。
まず、端子720が高電位、端子721が低電位のとき
について説明す衣−lの状態ではバイポーラトランジス
タ707,708のベース電位はバイポーラトランジス
タ705,706より低くなるので遮断状態となり、端
子5.6からの電流はすべてバイポーラトランジスタ7
05,706をMされ、抵抗701,702の電圧降下
として端子8,9に出力される。
一方、端子721が高電位、端子720が低電位のとき
にはバイポーラトランジスタ705がら708までのバ
イポーラトランジスタのベース電位はすべて等しくなる
ので端子5,6からの電流は第1図の説明で述べたよう
に互いに分流されて抵抗701,702の電圧降下はほ
ぼ等しくなる。
ずなわち、端子720が低レベル、端子721が高レベ
ルのときには端子8,9の゛電位は等しくなることは第
1図の回路の機能と同様である。この回路の特徴は端子
710,720の入力信号の振幅が0.5V程度とごく
小さい値で動作することにあり、この特徴によって第7
図に示した回路は高速に出力端子8.9の出カイー号を
制御できる。
第8図は本発明の他の実施例を示す。第8図の回路は第
7図と同様の機能を持つ回路で、第7図と同じ入力端子
5,6と出力端子8,9を持っている。ここで、801
から806までは抵抗、810から815まではバイポ
ーラトランジスタ。
821から825までは定電流源である。824゜82
5は810,811,814..815の飽和を防ぐた
めの定電流源である。830,831は信号出力を制御
する端子で、相補な信号の入力端子である。
ここで、端子830が低電位、端子831が高電位のと
きには、バイポーラトランジスタ810゜811のベー
ス電位はバイポーラトランジスタ814、.815のベ
ース電位より高くなるので端子5,6からの電流は、す
べてバイポーラトランジスタ810,811を流れ抵抗
801,802の電圧降下として端子8,9に出力され
る。一方。
端子830が高゛漱位831が低電位のときにはバイポ
ーラトランジスタ814,815のベース電位がバイポ
ーラトランジスタ810,811のべ一入電位より高く
なるので端子5,6からの電流はすべてバイポーラトラ
ンジスタ814..815に流れ、抵抗801,802
の電位降下はなくなり端子8,9の電位は接地電位とな
る。
すなわち、第7回の回路にくらべろと、端子8゜9の電
位が等しくなることは同じであるが、その電位が第7図
では中間の電位に、第8図の回路では高レベルの接地電
位が端子8,9に出力される。
端子8,9の出力レベルは回路構成によって使いわける
ことが回路性能向上のうえで好ましいことはいうまでも
ない。第8図の回路は第7図の回路と同様に制御端子8
30,831に供給するイij号振幅がOL 5 V程
度と低振幅で動作するので高速に動作する特徴がある。
第9図は本発明の他の実施例を示す。第5〕図の回路は
第5図と同様の機能を得るための回路で、第1Mの出力
端子8,9に端子901,902を接続しバイポーラト
ランジスタ903,904でレベルシフトして出力端子
905,906を第3図の端子8,9に接続する。ここ
で、N型MO8FIE7908〜909は端子907に
供給した定電位によって、定電流を供給するための回路
である。このようにすると第3図のPヤ71’l03F
ET60 、63に供給されろ電位がシフト公約0.9
V だけ低くなり、P型MO5FETの閾値電圧を打ち
消せることと、バイポーラトランジスタ903,904
で負荷駆動能力が向上し高速化が達成される効果がある
第10図は本発明の他の実施例を示す。第10図のP1
7回路は第8図の出力端子8,9を第10図の端”’l
−1001,1002に接続して出力端子1035に!
L!、 c r、レベルの出力信号を出力する回路であ
る。
ここで、1021.1022は抵抗、1010−101
4はバイポーラトランジスタ、1015゜L Oi−6
はダイオード、l O31−1033はNtテIMO8
FE′1、端子1023はN型M OS F E ’r
に定電流をdεすだめの定電圧供給端子である。
この回路を第8図の回路と組合せて用いると、第8図の
830 ′/J’高レベル、8:31が低レベルのとき
は出力電位は出力電位の高レベル電位、低レベル車位の
ほぼ中間レベルの電位が出力され、830が低レベル、
831J<Jレベルのときは出力電位は第8図の端子5
,6の(n号に対応、する出力信号を出力する。すなわ
ち、出力信号を出力する直前に中間レベル出力を出して
おくと、ひきつずく信号出力が高、低レベルであるかに
はかかわらず出力端子1035の<M−吐出力の変化に
要する電位差は出力信号の高低レベル差の1/2となり
4f号の出力に要する時間が短縮されることに加えて、
出力にともなう?11′/JfXW!、圧の揺らぎもほ
ぼ、1/2に低減される効果がある。
第11図は、本発明の他の実施例を示す図である。この
回路は第3図と同様のラッチ機能を持つ回路で端子11
01,1102は第3図の8,9に、端子1131.1
132は第3図の端子11゜12に対応する。また、ラ
ッチ機能を持つP型MO5FET 1122.1123
. N型MO5FET 1126゜1127は第3図の
MOSFET 61.62.66゜67に対応している
この実施例では、入力信号をまずP型MO3[i’ET
1120.1121.N型猷)Sl’ET 1124.
1125で受け、その出力をバイポーラトランジスタt
tio。
1111に心き、バイポーラトランジスタの駆す1能力
によって高速に出力端子1131,1132のいずれか
の端子を引き上げ、さらに、その信号を用いてN型MO
5FETを駆動してラッチ機能を持たせるのが特徴であ
る。このようにすると、端子1101.1102に高レ
ベル−〇、9V、低レベルー2.5vの信号を供給した
とき、ラッチに要する時間は0.5 n s以下の高速
動作かえられた。
〔発明の効果〕
以上ぐ実施例により説明したように、本発明によれば、
高速なバイポーラ回路でラッチ回路の入力をイコライズ
することにより、ラッチ回路への誤情報の臀き込みを防
止している。これにより、従来[CMOSスタティック
RAMのセンス1回路の高速性を損なうことなく、低消
費電力化された。
また、このイコライズ回路を用いてECL出カ出路回路
力電位を制御することにより、高速かっ電源ゆらぎの少
ない状態で出力信号の送出をおこなうことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図、第7図、第8図は本発明の一実施例を示す回路
図、第2図は第1図の回路の各部の信号波形図、第3図
は従来のラッチ回路の一例を示す回路図、第4図、 f
!511図は本発明の実施例のラッチ回路を示す回路図
、第5図、第9図はレベルシフト回路の実施例を示す回
路図、第6回は従来のBiCM0SスタティックRAM
のセンス回路の回路図、第10図は本発明を適用して有
効なE CL出力回路の実施例を示す回路図である。 1・・・正の電源端子、10・・・負の電源端子、50
゜51.55,56,68.69,73,74゜’7’
!、78,83,84,86,121,122゜129
、’1.30,1 、’36..1−37,250・・
・バイポーラトランジスタ、52,64,65,66゜
67.70,125,133,134,135・・・N
MOSトランジスタ、2,3,20,21.・・・デー
タ線対あるいはコモンデータ線対、4.L6゜22.2
4.27・・・制御端子、5,6・・・共通コレクタ、
7.40・・・定電圧端子、57,58,75゜76.
79,80,85,120.12f3・・・定電流源、
53,54,71,72,81,82゜123.124
,138,139・・・抵抗、60゜6.1,62.6
3・・・PMOSトランジスタ、127゜128・・・
NAND回路、8,9,11,12゜13.14,15
,25,26,28.29・・・信号端子、87,10
6,107,108,109・・・カレントスイッチ、
59・・・イコライス回路、105・・・記憶回路。 第 凹 時間− (b) (C) 毛 凹 / 更 図 第 図 / L−?7 L−−−−1 璃 り 図 第 1θ 記 1゜ 第 1/ 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、出力のレベルがTTLあるいは、CMOSレベルの
    BiCM0SスタティックRAMにおいて、センス回路
    が、少なくともメモリセルの情報を読み出すのに必要な
    期間だけ活性化されるバイポーラ・トランジスタの差動
    増幅器と、差動増幅器の電流をバイポーラ・トランジス
    タで分流することで信号線をイコライズする回路と、ラ
    ッチ回路とで構成されることを特徴とする半導体集積回
    路。 2、ラッチ回路は、ラッチ回路の出力信号と、制御信号
    で、情報の反転を容易にしたことを特徴とする請求項第
    1項記載の半導体集積回路。
JP63307819A 1988-12-07 1988-12-07 半導体集積回路 Pending JPH02154392A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710736A (en) * 1996-07-17 1998-01-20 Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. Semiconductor storage device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5710736A (en) * 1996-07-17 1998-01-20 Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. Semiconductor storage device

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