JPH0256799A - Memory circuit - Google Patents

Memory circuit

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JPH0256799A
JPH0256799A JP63206472A JP20647288A JPH0256799A JP H0256799 A JPH0256799 A JP H0256799A JP 63206472 A JP63206472 A JP 63206472A JP 20647288 A JP20647288 A JP 20647288A JP H0256799 A JPH0256799 A JP H0256799A
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JP
Japan
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circuit
output
sense circuit
pull
input
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JP63206472A
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Japanese (ja)
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Shintaro Shibata
信太郎 柴田
Junzo Yamada
順三 山田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To reduce the energy consumption of a sense circuit by using a conductive MOS transistor for selecting a memory cell different from an MOS transistor for input and an MOS transistor for pullup or pulldown. CONSTITUTION:At a memory circuit for reading data, a gate input type MOS sense circuit SA, static memory cells #1-#N and a pulldown circuit PD of a bit line are provided. For MOS transistors QT1-QTN for selecting a memory cell in memory cells #1-#N, inverting QT1-QTN, and MOS transistors Q6 and Q7 for pulldown in the circuit PD, the conductive different from MOS transistors Q2 and Q3 for input in the circuit SA is used. Thus, at the action point having small energy consumption and having large output amplitude, the sensing circuit can be operated and a sense action time can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、スタティック形MOSメモリ等で用いられる
ゲート入力形センス回路に関するものであり、特にセン
ス回路の消費電力を低減する技術に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a gate input type sense circuit used in a static MOS memory, etc., and particularly relates to a technique for reducing power consumption of the sense circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体メモリは、データを記憶するメモリセルを縦横に
配置したメモリセルアレイと、メモリセルアレイに対し
てデータを読み書きする周辺回路とから構成される。そ
して−セル当りの占有面積は、半導体メモリの記憶容量
に多大な影響を与えることから、メモリセルは最小のデ
ザインルールで設計されることが多い。その為、メモリ
セルの負荷駆動能力は一般に低く、出力信号電圧が一定
の論理振幅に達するまでにかなりの時間を要する。
A semiconductor memory is composed of a memory cell array in which memory cells for storing data are arranged vertically and horizontally, and peripheral circuits for reading and writing data from and to the memory cell array. Since the area occupied by each cell has a great influence on the storage capacity of a semiconductor memory, memory cells are often designed using the minimum design rule. Therefore, the load driving ability of memory cells is generally low, and it takes a considerable amount of time for the output signal voltage to reach a certain logic amplitude.

したがってメモリセルに記憶されたデータを高速にメモ
リ外部に読み出すには、メモリセルの出力信号電圧を一
定の論理振幅まで増幅する機能が周辺回路に必要であり
、この機能を果たす回路を特にセンス回路と呼んでいる
。このセンス回路の動作は、出力節点の負荷容量が小で
あるほど高速である。
Therefore, in order to read data stored in memory cells to the outside of the memory at high speed, peripheral circuits must have a function to amplify the output signal voltage of the memory cells to a certain logic amplitude. It is called. The operation of this sense circuit is faster as the load capacitance of the output node is smaller.

スタティック形メモリ等ではlMo5トランジスタのゲ
ートに信号を印加するタイプのセンス回路が用いられる
。−例として、カレントミラー回路を負荷に用いたゲー
ト入力形センス回路を第2図に示す。
In static type memories and the like, a sense circuit of the type that applies a signal to the gate of an lMo5 transistor is used. - As an example, a gate input type sense circuit using a current mirror circuit as a load is shown in FIG.

第2図において、Elは出力電圧がVccなる直流定電
圧電源、C1は2レベル信号φ、を出力するクロック発
生回路、T 1n工とT t n 2は一対の入力端子
、Toutは出力端子である。またQ1〜Q3はN−c
hMOsトランジスタ、Q4−Q5はP−chMOSト
ランジスタである。なおN −c hMOSトランジス
タはゲート電圧が高いほど導通抵抗が低く、P−chM
OSトランジスタはゲート電圧が低いはど導通抵抗が低
い。またQ4およびQ5はカレントミラー回路を構成し
ており、MOSトランジスタQ2およびQ3の負荷とし
て用いている。
In Figure 2, El is a DC constant voltage power supply with an output voltage of Vcc, C1 is a clock generation circuit that outputs a two-level signal φ, T1n and Ttn2 are a pair of input terminals, and Tout is an output terminal. be. Also, Q1 to Q3 are N-c
The hMOS transistors Q4 and Q5 are P-chMOS transistors. Note that the higher the gate voltage of the N-ch MOS transistor, the lower the conduction resistance;
OS transistors have low gate voltage and low conduction resistance. Q4 and Q5 constitute a current mirror circuit, and are used as loads for MOS transistors Q2 and Q3.

上記の回路においては、差動信号、すなわち−方が他方
に比べて相対的にHIGHまたはLOvとなる微小信号
電圧を入力端子T s n□とTin2に印加すること
により、増幅された単一出力信号が出力端子TOutに
得られる。また、N−chMO5l−ランジスタQ1は
スイッチとして用いており、センス回路を動作させない
時には、上記Q1を非導通状態に切り換えることにより
、センス回路の消費電力を零にすることが出来る。
In the above circuit, by applying a differential signal, that is, a small signal voltage in which the - side is relatively HIGH or LOv compared to the other, to the input terminals Tsn□ and Tin2, the amplified single output A signal is available at the output terminal TOut. Further, the N-chMO5l-transistor Q1 is used as a switch, and when the sense circuit is not operated, the power consumption of the sense circuit can be reduced to zero by switching the transistor Q1 to a non-conductive state.

第2図に示したセンス回路を動作させる時は。When operating the sense circuit shown in FIG.

制御信号φ、をHIGHレベルに切り換え、Qlを導通
状態に設定する。Qlのゲートに十分高い電圧を印加す
ることにより、節点N1の電位は接地電位近傍まで低下
するので、節点N2の電位はQ4とQ2の導通抵抗の比
でほぼ決まる。同様の理由で、節点N3の電位もQ5と
Q3の導通抵抗の比でほぼ決まる。そして入力端子Tt
。、の印加電圧V l n 1と入力端子T、。2の印
加電圧V ln 2を等しくVAに設定した場合には1
節点N2とN3の電位は等しくなり、電源電圧Vccと
接地電位との中間の値をとる。
The control signal φ is switched to HIGH level, and Ql is set to a conductive state. By applying a sufficiently high voltage to the gate of Ql, the potential at node N1 drops to near the ground potential, so the potential at node N2 is approximately determined by the ratio of the conduction resistances of Q4 and Q2. For the same reason, the potential of node N3 is also determined approximately by the ratio of conduction resistances of Q5 and Q3. and input terminal Tt
. , the applied voltage V l n 1 and the input terminal T,. If the applied voltage V ln 2 of 2 is set equal to VA, then 1
The potentials of nodes N2 and N3 become equal and take an intermediate value between power supply voltage Vcc and ground potential.

上記の回路において、差動信号電圧、Vtn1”VA+
Vstg/2とV tn2= VA  Vstg/ 2
とを、入力端子T ln□とT、。2とにそれぞれ印加
した場合は以下のように動作する。
In the above circuit, the differential signal voltage, Vtn1”VA+
Vstg/2 and Vtn2= VA Vstg/2
and the input terminals T ln□ and T,. When both are applied, the operation is as follows.

すなわち、V r n工がVs□/2だけ上昇したこと
により、Q2の導通抵抗は減少し、節点N2の電位は低
下する。これにより、Q4およびQ5の導通抵抗が減少
する。一方、■、。2がvslt/2だけ下降したこと
により、Q3の導通抵抗は増大する。
That is, since V r n has increased by Vs□/2, the conduction resistance of Q2 decreases, and the potential of node N2 decreases. This reduces the conduction resistance of Q4 and Q5. On the other hand, ■. 2 has decreased by vslt/2, the conduction resistance of Q3 increases.

節点N3の電位はQ5とQ3の導通抵抗の比でほぼ決ま
るので、結果的にN3の電位は上昇し、出力端子T o
 u tには、旧GHレベル信号が出力される。
Since the potential of node N3 is approximately determined by the ratio of the conduction resistance of Q5 and Q3, the potential of N3 increases as a result, and the output terminal T o
The old GH level signal is output to ut.

一方、差動信号電圧、Vtn1 = VA  Vsrt
/ 2とVtn2=V^+Vst*/2とを、TIJと
T In 2にそれぞれ印加した場合は以下のように動
作する。
On the other hand, the differential signal voltage, Vtn1 = VA Vsrt
/2 and Vtn2=V^+Vst*/2 are respectively applied to TIJ and T In 2, the operation is as follows.

すなわち、vi□、がVstg/2だけ下降したことに
より、Q2の導通抵抗は上昇し、節点N2の電位は増大
する。これにより、Q4およびQ5の導油抵抗が増加す
る。一方、Vtn2がVszt/2だけ上昇したことに
より、Q3の導通抵抗は低下する。
That is, since vi□ has decreased by Vstg/2, the conduction resistance of Q2 increases and the potential of node N2 increases. This increases the oil guide resistance of Q4 and Q5. On the other hand, since Vtn2 has increased by Vszt/2, the conduction resistance of Q3 decreases.

節点N3の電位はQ5とQ3の導通抵抗の比でほぼ決ま
るので、結果的にN3の電位は下降し、出力端子T o
 u tには、 LOWレベル信号が出力される。
Since the potential of node N3 is approximately determined by the ratio of the conduction resistances of Q5 and Q3, the potential of N3 falls as a result, and the output terminal T o
A LOW level signal is output to ut.

上記のごとく、入力端子T1o工の入力信号Vlnユが
IIIG)Iの場合は、出力端子T。utには増幅され
た旧GHレベル信号が出力され、入力信号vin1がL
Oすの場合は出力端子には増幅されたLOWレベル信号
が出力される。
As mentioned above, if the input signal Vln of the input terminal T1o is IIIG)I, the output terminal T. The amplified old GH level signal is output to ut, and the input signal vin1 is L.
In the case of OFF, an amplified LOW level signal is output to the output terminal.

なお、差動信号を入力した時、N2の電位の変化割合は
N3の電位の変化割合に比べて十分水である。これは、
差動信号がQ5とQ3では一方の導通抵抗を増大させ他
方を減少させるように働くのに対して、Q4とQ2では
共に導通抵抗を増大させるか減少させるように働くから
である。その為、入力電圧V In 1と共にQ4とQ
5の導通抵抗の値が変化しても、導通抵抗比の変化は小
となり、N2の電位変化の割合はN3に比べて小となる
Note that when a differential signal is input, the rate of change in the potential of N2 is much smaller than the rate of change in the potential of N3. this is,
This is because the differential signal acts to increase the conduction resistance of one of Q5 and Q3 and decrease the other, whereas it acts to increase or decrease the conduction resistance of both Q4 and Q2. Therefore, along with the input voltage V In 1, Q4 and Q
Even if the value of the conduction resistance of N2 changes, the change of the conduction resistance ratio becomes small, and the rate of change in the potential of N2 becomes smaller than that of N3.

第3図は上記第2図の回路の動作特性図であり、入力信
号v1n1およびv02の電圧レベルと出力V o u
 tとの関係を信号量Vstg= l V+□x  V
tn2 l一定の条件で示したものである。
FIG. 3 is a diagram showing the operating characteristics of the circuit shown in FIG. 2, and shows the voltage levels of the input signals v1n1 and v02 and the output V o u
The relationship with t is the signal amount Vstg = l V + □x V
tn2l is shown under constant conditions.

なお、VoutlはV * nz > V + nzの
時の出力電圧、VoutzはvInl〈v1□2の時の
出力電圧を表す。また、Vt□1およびVt。の電圧レ
ベルも併記している。
Note that Voutl represents the output voltage when V*nz>V+nz, and Voutz represents the output voltage when vInl<v1□2. Also, Vt□1 and Vt. The voltage level is also listed.

第3図において、一定の信号量V s Igが入力端子
T In 1と’ran2との間に印加された時、セン
ス回路の出力振幅はIVoutニーVoutzlで表さ
れる。
In FIG. 3, when a constant signal amount V s Ig is applied between the input terminals T In 1 and 'ran2, the output amplitude of the sense circuit is represented by IVout knee Voutzl.

センス回路の出力振幅は大なるほど望ましい。しかし、
第3図に示したように、出力振幅は入力信号レベルが上
昇し電源電圧Vceに近づくにつれて減少する。そして
前述のように、出力振幅はQ5とQ3の導通抵抗比の変
化に強く依存する。その為、入力信号レベルが上昇して
Q3の導通抵抗がQ5に比べて小となると、V 111
2でQ3の導通抵抗を変調しても導通抵抗比の変化が少
なくなるので出力振幅が減少するのである。
The larger the output amplitude of the sense circuit, the more desirable. but,
As shown in FIG. 3, the output amplitude decreases as the input signal level increases and approaches power supply voltage Vce. As described above, the output amplitude strongly depends on the change in the conduction resistance ratio of Q5 and Q3. Therefore, when the input signal level rises and the conduction resistance of Q3 becomes smaller than that of Q5, V 111
Even if the conduction resistance of Q3 is modulated by 2, the change in the conduction resistance ratio is reduced, so the output amplitude is reduced.

また、センス回路単体の消費電力は、出力端子Taut
をオープンにした状態で、Q4およびQ2を流れる電流
とQ5およびQ3を流れる電流の和で決まる。Q4とQ
2そしてQlを介してElから接地へ流れる電流は、入
力信号V t n□のレベル上昇に伴ってQ4およびQ
2の導通抵抗が低下するので増加する。Q5とQ3そし
てQlを介してElから接地に流れる電流は、v1n工
およびVIntのレベルが低い時は、殆ど零であるが入
力信号レベルの上昇に伴って増大する。すなわち、入力
信号V In 1およびV i n 2のレベルが上昇
すると、Elから接地へ流れる電流が増加し、消費電力
は増大する。
In addition, the power consumption of a single sense circuit is determined by the output terminal Tau
is determined by the sum of the currents flowing through Q4 and Q2 and the currents flowing through Q5 and Q3 with Q4 and Q2 open. Q4 and Q
2, and the current flowing from El to ground via Ql increases from Q4 and Q as the level of input signal V tn□ rises.
It increases because the conduction resistance of 2 decreases. The current flowing from El to ground via Q5, Q3 and Ql is almost zero when the levels of V1n and VInt are low, but increases as the input signal level rises. That is, when the levels of the input signals V In 1 and V in 2 rise, the current flowing from El to the ground increases, and power consumption increases.

第4図は、上記第2図のセンス回路を用いた従来のスタ
ティック形メモリ回路の一例図であり。
FIG. 4 is an example of a conventional static memory circuit using the sense circuit shown in FIG. 2.

メモリセルから出力バッファに至る読出し回路系の構成
を示す図である(例えば、アイ イーイーイージャーナ
ルオブソリッドステートサーキットIEEE、 Jou
rnal of 5olid 5tate C1rcu
itVo1.5C−22Na5. Oct 1987 
p722  に記載)。
1 is a diagram showing the configuration of a read circuit system from a memory cell to an output buffer (for example, IEEE Journal of Solid State Circuits IEEE, Jou
rnal of 5olid 5tate C1rcu
itVo1.5C-22Na5. Oct 1987
(described on page 722).

第4mにおいて、#1′〜#N′はスタティック形メモ
リセル、WL(n)(ただしn=1.・・・N)はワー
ド線、BLとBLは対となるビット線。
In the 4th m, #1' to #N' are static memory cells, WL(n) (where n=1...N) is a word line, and BL and BL are paired bit lines.

PUはビット線のプルアップ回路、MPXはマルチプレ
クサ、SAはセンス回路、BUFは出カバソファである
。なお、ワード線はメモリセル選択信号を伝送する線路
、ビット線は記憶データに対応してメモリセルから出力
される差動信号をセンス回路へ伝送する線路である。こ
の例では、ワード線の電位は、メモリセル選択時にHI
G11レベル。
PU is a bit line pull-up circuit, MPX is a multiplexer, SA is a sense circuit, and BUF is an output sofa. Note that the word line is a line for transmitting a memory cell selection signal, and the bit line is a line for transmitting a differential signal outputted from a memory cell corresponding to stored data to a sense circuit. In this example, the potential of the word line is HI when selecting a memory cell.
G11 level.

非選択時にLOWレベルである。また、マルチプレクサ
MPXは、複数のビット線対から一対のピッ1〜&@を
選択してセンス回路に接続する回路である。
It is at LOW level when not selected. Further, the multiplexer MPX is a circuit that selects a pair of pins 1 to &@ from a plurality of bit line pairs and connects it to the sense circuit.

第4図では、選択状態にある一対のビット線だけを示し
た。また、上記各回路ブロックにおいて、Ql、Q2、
Q3、Q6’ 、Q7’ 、Qt’ (n)およびQ丁
’ (n)(ただしn=1.−、N)はN−chMOs
トランジスタ、Q4とQ5はP−chMOsトランジス
タ、1〜4はインバータ、ElとE2は出力電圧がVc
cなる正の直流定電圧電源、C1とC2’はクロック発
生回路である。
In FIG. 4, only a pair of bit lines in a selected state are shown. In addition, in each of the above circuit blocks, Ql, Q2,
Q3, Q6', Q7', Qt' (n) and Qding' (n) (where n=1.-, N) are N-chMOs
Transistors, Q4 and Q5 are P-ch MOS transistors, 1 to 4 are inverters, and El and E2 have output voltages of Vc.
C is a positive DC constant voltage power supply, and C1 and C2' are clock generation circuits.

このクロック発生回路C1はφ工なる2レベル信号を出
力し、クロック発生回路C2’はφ2′なる2レベル信
号を出力する。また、ビット線プルアップ回路PUを構
成するN−chMOsトランジスタQ6’ とQ7’は
、これらのトランジスタを介して電′rAE?′から選
択メモリセル#n′に電流が吸い込まれた時に、その両
端に所定の電圧降下を生じるようにlMOSトランジス
タのサイズおよび動作時のゲート電圧(HIGHレベル
)が設定される。なお、動作時におけるQ6’およびQ
、7′のゲート電圧は、電源E2’ と等しくVccに
設定することが多い。
The clock generation circuit C1 outputs a two-level signal φ2, and the clock generation circuit C2' outputs a two-level signal φ2'. Further, the N-ch MOs transistors Q6' and Q7' forming the bit line pull-up circuit PU supply the current 'rAE?' through these transistors. The size of the IMOS transistor and the gate voltage (HIGH level) during operation are set so that when a current is sucked from ' into the selected memory cell #n', a predetermined voltage drop occurs across the selected memory cell #n'. In addition, Q6' and Q during operation
, 7' are often set to Vcc, which is equal to the power supply E2'.

第4図に示した読出し回路系を動作させる時は、制御信
号φ2′をHIGHレベル(VCCレベル)に切り換え
、Q6’ とQ7’ を導通状態に設定する。
When operating the readout circuit system shown in FIG. 4, control signal φ2' is switched to HIGH level (VCC level) and Q6' and Q7' are set in a conductive state.

この時、ビット線BLおよびBLの寄生容量に対して電
源E2’から電荷の充電が行われる。N −chMOS
トランジスタの閾値電圧をV丁11Nとすると、全ての
ワード線WL(n)(ただしn=1゜・・・、N)が非
選択状態の場合に、ビット線BLとBLは等しく (V
cc −VTHN)となる。
At this time, the bit lines BL and the parasitic capacitance of BL are charged with electric charge from the power source E2'. N-chMOS
Assuming that the threshold voltage of the transistor is V11N, when all the word lines WL(n) (where n=1°...,N) are in the non-selected state, the bit lines BL and BL are equal (V
cc -VTHN).

また、スタティック形メモリセル#n′(ただしn=1
.・・・、N)は相補信号を出力する構成になっている
ので、−本のワード線W L (n )が選択されると
、LOIIIレベル側のメモリセル選択トランジスタQ
t’ (n)またはQt’(n)を介して、一方のビッ
ト線から電流がメモリセル#nに吸い込まれる。その結
果、プルアップ用トランジスタQ6’ またはQ7’で
電圧降下が発生し、ビット線の電位は一定のレベルまで
低下する。)IIGHレベル側のメモリセル選択トラン
ジスタQr’(n)またはQr’(n)については、電
流の吸込みが起らないので、ビット線の電位は(Vcc
−VTHN)を維持する。
Also, static type memory cell #n' (where n=1
.. ..., N) are configured to output complementary signals, so when - word lines W L (n) are selected, the memory cell selection transistor Q on the LOIII level side
Current is sucked into memory cell #n from one bit line via t'(n) or Qt'(n). As a result, a voltage drop occurs in the pull-up transistor Q6' or Q7', and the potential of the bit line decreases to a certain level. )IIGH level side memory cell selection transistor Qr'(n) or Qr'(n) does not sink current, so the potential of the bit line is (Vcc
-VTHN).

上記のビット線BLとBLの電位差は、差動信号として
マルチプレクサMPXを介してセンス回路SAに入力さ
れる。このビット線間の差動信号は、前記第2図で説明
したようにセンス回路SAで検出増幅され、単一出力信
号として出力バッファBUFを介して外部に出力される
The potential difference between the bit lines BL and BL is input as a differential signal to the sense circuit SA via the multiplexer MPX. This differential signal between the bit lines is detected and amplified by the sense circuit SA as explained in FIG. 2, and is outputted to the outside via the output buffer BUF as a single output signal.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記の動作説明から明らかなように、従来のスタティッ
ク形メモリでは、ビット線のプルアップレベル(V c
c −V THN )からの電位低下分を差動信号とし
てセンス回路SAに入力している。すなわち、前記第3
図のB点でセンス回路を動作させていることになるので
、センス回路の出力振幅は小であり、センス回路単体の
消費電力は大である。
As is clear from the above explanation of the operation, in conventional static memory, the bit line pull-up level (V c
The potential drop from c-V THN ) is input to the sense circuit SA as a differential signal. That is, the third
Since the sense circuit is operating at point B in the figure, the output amplitude of the sense circuit is small and the power consumption of the sense circuit alone is large.

また、後続の出カバソファBUF内のインバータ1につ
いては、入力となるセンス回路の出力振幅が小であるほ
ど、出力が旧GHまたはLOVに十分に切り替わらない
だけでなく、インバータ1の中を電源から接地へ流れる
貫通電流が形成されて消費電力が増大する。
In addition, for inverter 1 in the subsequent output cover sofa BUF, the smaller the output amplitude of the sense circuit that serves as the input, the less the output will not switch sufficiently to the old GH or LOV, and the inside of inverter 1 will be disconnected from the power supply. A through current is formed that flows to ground, increasing power consumption.

上記のセンス回路SAおよび出力バッファBUFは、半
導体メモリの出力ビツト幅に対応した数だけ搭載する必
要があることから、特に出力ビツト幅が大なる半導体メ
モリにおいて、これらの回路の消費電力が問題になる。
Since the sense circuit SA and output buffer BUF described above need to be installed in a number corresponding to the output bit width of the semiconductor memory, the power consumption of these circuits becomes a problem, especially in semiconductor memories with a large output bit width. Become.

本発明の目的は、上述の問題点を解決するべく、消費電
力が少なく出力振幅が大なる動作点でセンス回路を動作
させることを可能にする、データ読出し用のメモリ回路
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a memory circuit for reading data that enables a sense circuit to operate at an operating point with low power consumption and a large output amplitude. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するため、本発明においては、ゲート
入力形MOSセンス回路と、スタティック形メモリセル
と、ビット線のプルアップまたはプルダウン回路とを構
成要素に備えたデータ読出し用のメモリ回路において、
上記メモリセル内のメモリセル選択用MoSトランジス
タおよび上記プルアップまたはプルダウン回路内のプル
アップまたはプルダウン用MOSトランジスタとして、
上記ゲート入力形MOSセンス回路の入力用MOSトラ
ンジスタと導電型の異なるMOSトランジスタを用いる
ように構成している0例えば、メモリセル選択用MOS
トランジスタおよびプルアップまたはプルダウン用Mo
SトランジスタとしてN−chMOSトランジスタを用
い、センス回路の入力用MOSトランジスタとしてP−
chMOSトランジスタを用いる構成、或いはその逆の
構成を用いるものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a data reading memory circuit comprising a gate input type MOS sense circuit, a static type memory cell, and a bit line pull-up or pull-down circuit as components.
As a memory cell selection MoS transistor in the memory cell and a pull-up or pull-down MOS transistor in the pull-up or pull-down circuit,
For example, a memory cell selection MOS configured to use a MOS transistor of a different conductivity type from the input MOS transistor of the gate input type MOS sense circuit.
Mo for transistor and pull-up or pull-down
An N-ch MOS transistor is used as the S transistor, and a P-ch MOS transistor is used as the input MOS transistor of the sense circuit.
A configuration using chMOS transistors or the opposite configuration is used.

従来技術とは、ビット線プルダウンまたはプルアップ用
MOSトランジスタの導電形に応じて。
The conventional technology depends on the conductivity type of the bit line pull-down or pull-up MOS transistor.

プルダウンまたはプルアップ用電源の出力電圧を、Vs
s(接地電位)またはVcc(正電位)に設定すること
により、消費電力が少なく出力振幅が大なる動作点でセ
ンス回路を動作させ得る点が異なる。
The output voltage of the pull-down or pull-up power supply is set to Vs
The difference is that by setting it to s (ground potential) or Vcc (positive potential), the sense circuit can be operated at an operating point where power consumption is low and output amplitude is large.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例図であり、スタティック形メ
モリ回路の実施例として、メモリセルから出力バッファ
に至る読出し回路系の構成を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, and is a diagram showing the configuration of a read circuit system from a memory cell to an output buffer as an embodiment of a static type memory circuit.

第1図において、#1〜#Nはスタティック形メモリセ
ル、WL(n)(ただしn =1 g ・= v N 
)はワード線、BLとBLは対となるビット線、PDは
ビット線のプルダウン回路、MPXはマルチプレクサ、
SAはセンス回路、BUFは出カバソファである。上記
の各回路ブロックの機能は、前記第4図に示した従来例
と同様である。なお、プルダウン回路PDは、第4図の
プルアップ回路PUに相当し、Q6、Q7はプルダウン
用トランジスタである。
In FIG. 1, #1 to #N are static type memory cells, WL(n) (where n = 1 g ・= v N
) is a word line, BL and BL are paired bit lines, PD is a bit line pull-down circuit, MPX is a multiplexer,
SA is a sense circuit, and BUF is an output sofa. The functions of each of the circuit blocks described above are similar to those of the conventional example shown in FIG. 4 above. Note that the pull-down circuit PD corresponds to the pull-up circuit PU in FIG. 4, and Q6 and Q7 are pull-down transistors.

また、上記各回路ブロックにおいて、Q6.Q7、Q丁
(n) 4Qt(n)(ただしn = 1 、− 、 
N )として、センス回路SA内の入力用MOSトラン
ジスタQ2、Q3と導電形が異なるP −c h M 
0Sトランジスタを用いること、ビット線ディスチャー
ジ用電源E2として出力電圧がVss(接地電位)なる
直流定電圧電源を用いること、出力極性()IIGHま
たはLOWレベル)が前記C2’ とは逆のクロック発
生回路C2を用いること、ワード線選択信号に選択時L
OWレベルとなる信号を用いることが、前記第4図の従
来例と異なる。なお、クロック発生回路C2はφ2なる
2レベル信号を出力する。
Furthermore, in each of the above circuit blocks, Q6. Q7, Qt(n) 4Qt(n) (however, n = 1, -,
N), P-ch M whose conductivity type is different from that of the input MOS transistors Q2 and Q3 in the sense circuit SA.
A clock generation circuit whose output polarity (IIGH or LOW level) is opposite to that of C2' is used. C2 should be used, and the word line selection signal should be L when selected.
The difference from the conventional example shown in FIG. 4 is that a signal having an OW level is used. Note that the clock generation circuit C2 outputs a two-level signal φ2.

次に作用を説明する。Next, the effect will be explained.

サイクル時間を短縮して半導体メモリを高速動作させる
には、メモリセルの選択時と非選択時とにおけるビット
線の電位変化がセンス回路で検出可能な範囲で小である
ほど有効である。前記第2図に示したようなN −c 
h M OSゲート入力形センス回路の場合、有効な信
号量はN−chMOsトランジスタの閾値電圧V TH
N以上の信号成分である。製造時においては、V TH
Nの値はP−chMOSトランジスタの閾値電圧V T
HPと同程度に設定することが多い。したがって、Q6
、Q7、Qt(n) 、Qt(n)としてP−chMO
sトランジスタを用い、ビット線電位がVrop以下に
低下することを抑えることにより、有効な信号成分の減
少を抑えてビット線の電位変化を小に設定することが出
来る。なお、Q6とQ7は、これらのMOSトランジス
タを介して選択メモリセル#nから電源E2に電流が供
給された時に、その両端に所定の電圧が発生するように
lMOSMOSトランジスタズおよび動作時のゲート電
圧(LOVレベル)を設定する。ここでは、ゲート電圧
を電源E2と等しくVssに設定する。
In order to shorten the cycle time and operate the semiconductor memory at high speed, it is more effective if the change in potential of the bit line between when a memory cell is selected and when it is not selected is as small as possible within a range that can be detected by a sense circuit. N-c as shown in FIG.
h In the case of a MOS gate input type sense circuit, the effective signal amount is the threshold voltage V TH of the N-ch MOS transistor.
N or more signal components. At the time of manufacturing, V TH
The value of N is the threshold voltage V T of the P-ch MOS transistor.
It is often set to the same level as HP. Therefore, Q6
, Q7, Qt(n) , P-chMO as Qt(n)
By using the s-transistor to prevent the bit line potential from dropping below Vrop, it is possible to suppress the reduction in effective signal components and set the bit line potential change to a small value. Note that Q6 and Q7 are connected to the MOS MOS transistors and the gate voltage during operation so that when a current is supplied from the selected memory cell #n to the power supply E2 through these MOS transistors, a predetermined voltage is generated across the MOS transistors. (LOV level). Here, the gate voltage is set to Vss, which is equal to the power supply E2.

また、MOSトランジスタは、製造時に特性がばらつく
ことが多い。特性ばらつきは導電形が異なるMOSトラ
ンジスタ間で大であり、導電形が同じMoSトランジス
タ間で小となる性質がある。
Furthermore, the characteristics of MOS transistors often vary during manufacture. Characteristic variations tend to be large between MOS transistors of different conductivity types, and small between MoS transistors of the same conductivity type.

第1図の実施例の場合、センス回路動作に必要な信号量
を確保するには、メモリセル#nから出力されるlI 
I G 11レベル信号の電圧レベルを保証する必要が
ある。 HIGHレベル信号は、メモリセル内のインバ
ータ3を構成するP−chMOsトランジスタとQ7と
Qr(n)の導通抵抗比、およびメモリセル内のインバ
ータ4を構成するP −c h M OSトランジスタ
とQ6とQT(n)の導通抵抗比で決まる。従って、こ
れらのMOSトランジスタとして導電形が同じMOSト
ランジスタを用いることにより、lD造時の特性ばらつ
きによるIIIGHレベル信号の電圧レベルのばらつき
を少なく抑えることが可能となる。
In the case of the embodiment shown in FIG. 1, in order to secure the signal amount necessary for the sense circuit operation, it is necessary to
It is necessary to guarantee the voltage level of the IG11 level signal. The HIGH level signal is determined by the conduction resistance ratio between the P-ch MOS transistor Q7 and Qr(n) that constitute the inverter 3 in the memory cell, and between the P-ch MOS transistor Q6 and the P-ch MOS transistor that constitutes the inverter 4 in the memory cell. It is determined by the conduction resistance ratio of QT(n). Therefore, by using MOS transistors having the same conductivity type as these MOS transistors, it is possible to suppress variations in the voltage level of the IIIGH level signal due to variations in characteristics during LD manufacturing.

第1図に示した読出し回路系を動作させる時は。When operating the readout circuit system shown in FIG.

制御信号φ2をLOWレベル(Vssレベル)に切り換
え、Q6とQ7を導通状態に設定する。この時、ビット
!IjABLおよびBLの寄生容量に蓄えられた電荷が
電源E2に放電される。P−chMOSトランジスタの
閾値電圧をVTHPとすると、全てのワード線WL(n
)(ただしn = L H・=e N)が非選択状態の
場合、ビット線BLとBLは等しくV THPとなる。
Control signal φ2 is switched to LOW level (Vss level), and Q6 and Q7 are set to conductive state. At this time, bit! The charges stored in the parasitic capacitances of IjABL and BL are discharged to power supply E2. If the threshold voltage of a P-ch MOS transistor is VTHP, all word lines WL(n
) (where n=LH·=eN) is in a non-selected state, the bit lines BL and BL are equally at V THP.

スタティック形メモリセル#n(ただしn=1゜・・・
、N)は相補信号を出力する構成になっているので、−
本のワード線WL(n)が選択されると、HIGHレベ
ル側のメモリセル選択トランジスタQr(n)またはQ
r(n)を介して、一方のビット線に電流がメモリセル
#nから供給される。その結果、プルダウン用トランジ
スタQ6またはQ7の両端に電圧が発生し、ビット線の
電位は一定のレベルまで上昇する。LOWレベル側のメ
モリセル選択トランジスタQT(n )またはQt(n
 )については、電流の供給が起らないので、ビット線
の電位はVTHPを維持する。ビット線BLとBLの電
位差は、差動信号としてマルチプレクサMPXを介して
センス回路SAに入力される。ビット線間の差動信号は
、前記第2図で説明したようにセンス回路SAで検出増
幅され、単一出力信号として出力バッフ7BUFを介し
て外部に出力される。
Static memory cell #n (where n=1°...
, N) are configured to output complementary signals, so -
When the main word line WL(n) is selected, the memory cell selection transistor Qr(n) or Q on the HIGH level side
A current is supplied from memory cell #n to one bit line via r(n). As a result, a voltage is generated across the pull-down transistor Q6 or Q7, and the potential of the bit line rises to a certain level. LOW level side memory cell selection transistor QT(n) or Qt(n
), since no current is supplied, the potential of the bit line remains at VTHP. The potential difference between the bit lines BL and BL is input as a differential signal to the sense circuit SA via the multiplexer MPX. The differential signal between the bit lines is detected and amplified by the sense circuit SA as described in FIG. 2, and is outputted to the outside via the output buffer 7BUF as a single output signal.

上記の動作説明から明らかなように、本発明のスタティ
ック形メモリでは、ビット線のプルダウンレベルVTI
(Pからの電位上昇分を差動信号としてセンス回路SA
に入力している。すなわち、第3図のA点でセンス回路
を動作させていることになるので、センス回路の出力振
幅は大であり、センス回路単体の消費電力をB点に比べ
て1/3〜1/4程度に低減することが可能である。
As is clear from the above operation description, in the static memory of the present invention, the bit line pull-down level VTI
(The sense circuit SA uses the potential increase from P as a differential signal.
is being input. In other words, since the sense circuit is operating at point A in Figure 3, the output amplitude of the sense circuit is large, and the power consumption of the sense circuit alone is 1/3 to 1/4 compared to point B. It is possible to reduce it to a certain extent.

また、バッファ回路BUF内のインバータ1については
、入力となるセンス・回路の出力振幅を大に設定したこ
とにより、インバータ1の中を電源から接地へ流れる貫
通電流は殆ど零となる。従って、第4図に示した従来の
構成に比べて、貫通電流による電力だけ消費電力を低減
することが出来る。
Furthermore, with respect to the inverter 1 in the buffer circuit BUF, the output amplitude of the sense circuit serving as the input is set to be large, so that the through current flowing through the inverter 1 from the power supply to the ground becomes almost zero. Therefore, compared to the conventional configuration shown in FIG. 4, power consumption can be reduced by the amount of power generated by the through current.

なお、本発明のメモリ回路では、Q5またはQ3の導通
抵抗が比較的高い領域でセンス回路を動作させているの
で、負荷容量の駆動能力は第4図の従来例に比べると低
くなる。しかし、出力バッファBUF:の入力段を構成
するインバータ1を小形化して入力容量を低減すると共
に、レイアラ1−でセンス回路に近接配置して寄生容量
を低減することにより、速度性能の低下を最小限に抑え
つつ、センス回路の低消費電力化が可能である。
In the memory circuit of the present invention, since the sense circuit operates in a region where the conduction resistance of Q5 or Q3 is relatively high, the driving ability of the load capacitance is lower than that of the conventional example shown in FIG. However, by downsizing the inverter 1 that makes up the input stage of the output buffer BUF: to reduce its input capacitance, and by placing the layerer 1 close to the sense circuit to reduce parasitic capacitance, we can minimize the drop in speed performance. It is possible to reduce the power consumption of the sense circuit while keeping the power consumption to a minimum.

また、第1図の実施例では、Q1〜Q3にN−chMO
8l−ランジスタを用い、Q4〜Q7にP−chMOs
トランジスタを用いる構成を示したが、各MoSトラン
ジスタに逆タイプの導電形を用いた構成、すなわちQ1
〜Q3にP −c h M OSトランジスタを用い、
Q4〜Q7にN−chMoSトランジスタを用いる構成
ももちろん可能である。この場合、電源E2の出力電圧
をVcc、電源E1の出力電圧をVss(接地電位)に
設定し、Qlのソースを接地する代りに正の定電圧電源
(例えば出力電圧Vcc)に接続し、クロック発生回路
C1およびC2の出力極性(HIGHおよびLOII 
)を入れ換えることにより、第1図の実施例と同等の効
果を得ることが出来る。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, N-chMO is applied to Q1 to Q3.
Using 8l-transistors, P-chMOs are installed in Q4 to Q7.
Although a configuration using transistors has been shown, a configuration using opposite conductivity types for each MoS transistor, that is, Q1
~Using a P-ch MOS transistor in Q3,
Of course, a configuration in which N-ch MoS transistors are used for Q4 to Q7 is also possible. In this case, the output voltage of power supply E2 is set to Vcc, the output voltage of power supply E1 is set to Vss (ground potential), the source of Ql is connected to a positive constant voltage power supply (for example, output voltage Vcc) instead of being grounded, and the Output polarity of generation circuits C1 and C2 (HIGH and LOII
), the same effect as the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、センス回路には、抵抗負荷、MoSトランジスタ
負荷など、カレントミラー回路以外の負荷を用いたセン
ス回路も適用可能であり、同等の効果を得ることが出来
る。
Note that a sense circuit using a load other than a current mirror circuit, such as a resistive load or a MoS transistor load, can also be applied to the sense circuit, and the same effect can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明のメモリ回路は、メモリセ
ル選択用MOSトランジスタおよびプルダウンまたはプ
ルアップ用MoSトランジスタとして、センス回路の入
力用MOSトランジスタと導電型が異なるMoSトラン
ジスタを用いることにより、消費電力が少なく出力振幅
が大なる動作点でセンス回路を動作させることが出来る
という利点がある。さらにビット線でのプリチャージレ
ベルが上記プルダウンまたはプルアップ用MOSトラン
ジスタの閾値レベルに設定されるため、センス動作の時
間短縮化が図れる。
As explained above, the memory circuit of the present invention uses MoS transistors having a different conductivity type from the input MOS transistor of the sense circuit as the memory cell selection MOS transistor and the pull-down or pull-up MoS transistor, thereby reducing power consumption. This has the advantage that the sense circuit can be operated at an operating point where the output amplitude is small and the output amplitude is large. Furthermore, since the precharge level on the bit line is set to the threshold level of the pull-down or pull-up MOS transistor, the sensing operation time can be shortened.

半導体メモリでは出力ビット幅相当数のセンス回路を搭
載する必要があることから、特に出力ビツト幅が大なる
半導体メモリに本発明のメモリ回路を適用すれば、出力
ビツト幅と共に増大する消*電力を低減することが出来
るので、その効果は大である。
Since a semiconductor memory needs to be equipped with a number of sense circuits corresponding to the output bit width, if the memory circuit of the present invention is applied to a semiconductor memory with a particularly large output bit width, it is possible to reduce power consumption, which increases with the output bit width. Since it can be reduced, the effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例図、第2図はカレントミラー
回路を負荷とするゲート入力形センス回路の一例図、第
3図は第2図のセンス回路の入出力特性を示す図、第4
図は従来のメモリにおける読出し回路系の構成を示す図
である。 〈符号の説明〉 #1〜#N・・・メモリセル SA・・・センス回路   PU・・・プルアップ回路
PD・・・プルダウン回路 MPX・・・マルチプレク
サSA・・・センス回路   BUF・・・出力バッフ
ァWL(n)(ただしn=1.・・・、N)・・・ワー
ド線BL、BL・・・ビット線 1.2.3.4・・・インバータ Ql、Q2、Q3、Q6’ 、Q7’ 、QT’ (n
)、QT’(n)(ただしn=1.−、N)・・・N−
chMOsトランジスタ Q6.QT、QT(n)、QT(n)(ただしn=1゜
・・・、N)・・・P−chMOsトランジスタE1、
E2、E2’・・・定電圧直流電源C1、C2、C2’
・・・クロック発生回路φいφ2.φ2・・・制御クロ
ック T Inユ、T t n 2、・・・入力端子  T 
o u t・・・出力端子N1、N2、N3・・・節点 特許出願人  日本電信電話株式会社 代理人弁理士  中 村 純 之 助
1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of a gate input type sense circuit with a current mirror circuit as a load, and FIG. 3 is a diagram showing input/output characteristics of the sense circuit of FIG. 2. Fourth
The figure shows the configuration of a read circuit system in a conventional memory. <Explanation of symbols>#1 to #N...Memory cell SA...Sense circuit PU...Pull-up circuit PD...Pull-down circuit MPX...Multiplexer SA...Sense circuit BUF...Output Buffer WL(n) (n=1...,N)...Word lines BL, BL...Bit lines 1.2.3.4...Inverters Ql, Q2, Q3, Q6', Q7', QT' (n
), QT'(n) (where n=1.-, N)...N-
chMOs transistor Q6. QT, QT(n), QT(n) (where n=1°..., N)...P-ch MOs transistor E1,
E2, E2'... Constant voltage DC power supply C1, C2, C2'
...Clock generation circuit φ2. φ2...Control clock TInU, Ttn2,...Input terminal T
o u t...Output terminals N1, N2, N3...Node patent applicant Junnosuke Nakamura, patent attorney representing Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  ゲート入力形MOSセンス回路と、スタティック形メ
モリセルと、ビット線のプルアップまたはプルダウン回
路とを構成要素に備えたデータ読出し用のメモリ回路に
おいて、上記メモリセル内のメモリセル選択用MOSト
ランジスタおよび上記プルアップまたはプルダウン回路
内のプルアップまたはプルダウン用MOSトランジスタ
として、上記ゲート入力形MOSセンス回路の入力用M
OSトランジスタと導電型の異なるMOSトランジスタ
を用いたことを特徴とするメモリ回路。
A memory circuit for reading data comprising a gate input type MOS sense circuit, a static type memory cell, and a bit line pull-up or pull-down circuit as constituent elements; As a pull-up or pull-down MOS transistor in a pull-up or pull-down circuit, an input M of the gate input type MOS sense circuit is used.
A memory circuit characterized by using a MOS transistor having a conductivity type different from that of an OS transistor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5418749A (en) * 1992-11-18 1995-05-23 Nec Corporation Semiconductor memory device
JP2011103648A (en) * 2002-09-10 2011-05-26 Nec Corp Differential amplifier circuit, semiconductor device, and display device
KR20200080192A (en) 2018-12-26 2020-07-06 나부테스코 가부시키가이샤 Variable pitch propeller control system and control method of variable pitch propeller

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