JPH03228282A - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JPH03228282A
JPH03228282A JP2287020A JP28702090A JPH03228282A JP H03228282 A JPH03228282 A JP H03228282A JP 2287020 A JP2287020 A JP 2287020A JP 28702090 A JP28702090 A JP 28702090A JP H03228282 A JPH03228282 A JP H03228282A
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signal
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Katsuhiro Shimohigashi
下東 勝博
Hiroo Masuda
弘生 増田
Kunihiko Ikuzaki
生崎 邦彦
Hiroshi Kawamoto
洋 川本
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Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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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】 本発明は、半導体メモリ、特にMOSFET(Meta
l−Oxide−Semiconductor  Fi
eld−EffectTransistor)で代表さ
れるM I S F E T (MetalInsul
ator Sem1conductor Field 
Effect Transis−tor、以下、MOS
と省略する)で構成された半導体メモリに関する。
なお、以下PチャンネルMO8FET並びにNチャンネ
jL/MO3FETはそれぞれP−MOS。
N−MOSと呼び、両者を組み合わせた相補型(Com
plementary)  M OS F E TはC
MO3と呼ぶ。また、センスアンプに接続された1対の
データ線が互いに平行に形成されているものを折返しデ
ータ線と名付けることにする。
本発明の1つの目的はセンス時に論理パ1”の読出し情
報並びに論理II O+1の読出し情報のいずれに対し
ても両電源電圧に近い出力電位が安定な状態で得られる
センスアンプを提供することである。
本発明の他の目的はメモリセルの情報の読出しスピード
を高速にでき、かつ消費電力を低減できる半導体メモリ
を提供することである。
本発明の他の目的は折返しデータ線に上記安定動作する
センスアンプを接続した。新規かつ雑音を低減できる半
導体メモリを提供することである。
本発明の他の目的は折返しデータ線にコンプリメンタリ
センスアンプを接続してチップレイアウトを効率よく行
なった小型の半導体メモリを提供することである。
本発明の一実施例によればメモリセルをP −MOSに
して、ワード電圧を電源゛電圧VCCと(Vcc−+v
thpl)  の範囲で変化させるだけで、情報tz 
1 p*  u O”の選択が可能となるため、高速動
作可能なメモリが得られる。
本発明の他の実施例によれば、折返しデータ線にコンプ
リメンタリ センスアンプを接続した半導体メモリが提
供される。このようなメモリによればデータ線のピッチ
方向に対して、従来のほぼ2倍のレイアウト上の面積的
余裕がでてくるので高集積化が可能となる。
本発明の他の実施例によれば上記折り返しデータ線をメ
モリセルの論理“1″′とu Onの中間の電位にプリ
チャージする手段を備えた半導体メモリが提供される。
このようなメモリによれば論理“1”と“O”の電位の
半分だけデータ線の電位が変化すれば読出し時間が決ま
るため、高速かつ低消費電力のメモリが得られる。
また、ワード線とデータ線とのカップリングノイズは折
り返しデータ線にそれぞれプラスとマイナスのノイズが
発生するため、相殺される。
さらに、データ線をメモリセルの論理111 TTと1
10 #lの中間の電位にプリチャージして、基準電位
とするため、ダミーセルも不要とすることもでき、チッ
プ面積の小さいメモリが得られる。
本発明の他の実施例によれば上記センスアンプのPチャ
ンネルFET対の正帰還動作とNチャンネルFET対の
正帰還動作の開始時期を異ならせているため、貫通電流
が無くなり、低消費電力のメモリが得られる。
〔ダイナミックメモリシステムの構成及び動作〕ダイナ
ミックメモリシステムの構成を第1図に従って説明する
。まず、点線で囲まれたブロックダイアグラムはダイナ
ミックメモリシステムを示しており、このシステムはD
−RAM  ICARRAY (以下、D−RAMと称
する。)並びに計算機の中央処理装置(以下、CPUと
称する、図示せず、)とD−RAMとの間のインターフ
ェイス回路から構成されている。
次に上記ダイナミックメモリシステムとCPUとの間の
入出力信号を説明する。まず、アドレス信号へ〇〜A、
はD−RAMのアドレスを選択する信号である。REF
GRNTはD−RAMのメモリ情報をリフレッシュさせ
る、リフレッシュ指示信号である。WEはライトイネー
ブル信号であり、D−RAMにおけるデータの読出し及
び書込み命令信号である。MSはD−RAMのメモリ動
作を開始させる、メモリ起動信号である。D4〜D、は
CPUとD−RAMとを結ぶデータバスにおける入出力
データである。REFREQはD−RAMのメモリ情報
のリフレッシュ要求信号である。
次にダイナミックメモリシステムをD−RAMと上記イ
ンターフェイス回路に分けて説明する。
まず、D−RAMはnkビット集積回路(以下、nkと
称する。なお、1にビットは2”=1024ビットを示
している。)を列にm個、行にB個配列し、(nXm)
ワードXBビットのマトリク入構成されたICアレイよ
り成っている。
次にインターフェイス回路を説明する。RARはCPU
から送出されるアドレス信号A0〜A、のうちアドレス
信号A6〜A、を受信し、D−RAMの動作にあったタ
イミングのアドレス信号に変換するロウアドレスレシー
バであり、CARは上記アドレス信号A0〜A、のうち
、 アドレス信号A 、+ t ” A 3を受信し、
D−RAMの動作にあったタイミングのアドレス信号に
変換するカラムアドレスレシーバであり、 ADRは上記アドレス信号A0〜A、のうち、アドレス
信号A、+1〜A、を受信し、D−RAMの動作にあっ
たタイミングのアドレス信号に変換するアドレスレシー
バである。
DCRはD−RAMのチップを選択するためのチップ選
択制御信号(以下、C81〜C8,と称する m = 
2 k−J )を送出するデコーダである。
RAS−CTはD−RAMの動作にあったタイミングの
チップ選択信号及びロウアドレス取込み用信号を送出す
るRASAントロール回路である。
ADMは上記アドレス信号A0〜A、並びにAl4、〜
A、を時系列的に多重化してD−RAMに送出するアド
レスマルチプレクサである。
R2OはD−RAMのメモリ情報をリフレッシュするタ
イミングを決めるリフレッシュ同期発生回路である。
RACはD−RAMのメモリ情報をリフレッシュすめた
めにリフレッシュアドレス信号R8−R1を送出するリ
フレッシュアドレスカウンタである。
DBDはCPUとD−RAMとの間のデータ入出力がW
E倍信号より切換えられるデータバスドライバである。
C−CTは上記RAC,ADM、RAS−CT。
DBD、D−RAMを制御する信号を送出するコントロ
ール回路である。
次にダイナミックメモリシステム内におけるアドレス信
号の働きを説明する。
CPUから送出されるアドレス信号A0〜Akはダイナ
ミックメモリシステム内でアドレス信号A0〜A、とア
ドレス信号AJや、〜A、の2つの機能に分離される。
すなわち、アドレス信号A0〜A、はD−RAMの各チ
ップ内のメモリマトリクスのアドレス信号として使用さ
れる。
また、アドレス信号A j+ (〜AkはD−RAMの
チップからみた場合、そのチップ全体を選ぶか否かのチ
ップ選択信号になる。
ここでアドレス信号A0〜AJはD−RAMのICチッ
プ内のマトリクスに合わせて、アドレス信号A0〜A、
をICチップアレイのロウ選択に、A1+L〜AJをI
CCランプレイのカラム選択に割り当てるように設計さ
れている。
次にダイナミックメモリシステム内における回路動作を
説明する。
はじめにRA茗倍信号RA丁、〜RASユ信号。
RAS、信号、RASbA号はロウ アドレス ストロ
ーブ信号であり、CASA号はカラム アドレス スト
ローブ信号である。
まず、アドレス信号A0〜All AI+1〜A、はそ
れぞれRAR,CARを介してADMに印加される。
ADMにおいて、gAsbA号があるレベルになるとロ
ウアドス信号A0〜A、が送出され、D−RAMのアド
レス端子に印加される。このとき、カラムアドレス信号
A、+L−AJは送出されないようになっている。
次にRAS、信号が上記と逆レベルになるとカラムアド
レス信号A + + l” A 3がADMから送出さ
れ、上記アドレス端子に印加される。このとき、ロウア
ドレス信号A0〜A、はADMから送出されないように
なっている。
このようにして上記アドレス信号A。−A、及びA、や
、〜A、はRAS、信号のレベルにより時系列的にD−
RAMのアドレス端子に印加される。
なお、ADM及びRACにリフレッシュ制御信号Rc、
が印加されていないため、リフレッシュアドレス信号R
0〜R1はADMから送出されないようになっている。
また、チップ選択信号A、+1〜A、はDCRを通して
主としてD−RAM内のチップを選択する、チップ選択
制御信号CS 、〜c S、 (m = 2 K−’ 
)に変換され、さらにRAS、信号によってタイミング
が制御されたRAS□〜RAS。信号に変換され、チッ
プ選択用信号及びロウアドレス取込み用信号として使わ
れる。
次にD−RAMの各列におけるチップ内のアドレスの設
定動作を説明する。
まず、ロウアドレス信号A0〜A、がD−RAMのすべ
てのICチップのアドレス端子に印加される。
その後、RA S t〜RAS 、信号のうち、1つの
信号たとえばRAS を信号があるレベルになると最上
段のB個のICが選択されると仮定する。このとき、上
記I C(I CLL、  I C工2.・・・・・・
ICLll)チップ内のメモリマトリクスアレイのロウ
アドレスに上記ロウアドレス信号A。−A、が取込まれ
る。ここで、上記ロウアドレス信号A0〜A、がRA 
S を信号よりも前に上記ICに印加される理由はrK
茗、信号が上記ロウアドレス信号A0〜A、よりも前に
印加されると、ロウアドレス信号以外の信号を取込む可
能性があるからである。
次にカラムアドレス信号A ++t〜A 、 カD −
RAMのすべてのICチップのアドレス端子に印加され
る。
その後、RAS□信号から遅延したσλ1信号があるレ
ベルになると上記最上段のnk、B個のICチップ内の
メモリマトリクスアレイのカラムアドレスに上記カラム
アドレス信号A、+、〜A、が取込まれる。ここで、上
記カラムアドレス信号AI+1〜A、がσAS信号より
も前に上記ICに印加される理由は上記理由と同様であ
る。
また、6τ茗信号の働きは、ロウアドレス信号A、−A
、あるいはカラムアドレス信号A t + t〜A。
のどちらかの信号を送っているかを区分することにある
以上の動作により、D−RAMの最上段n k vB個
のチップ内アドレスが設定される。
また、D−RAMの最上段を除<ICはRASえ〜RA
S、RAS□信号tのレベルと逆レベルのため選択され
ないようになっている。
次に上記設定されたアドレスにおけるデータの書込み動
作及び読出し動作を説明する。
データの書込み動作及び読出し動作はライトイネーブル
信号(以下、WE倍信号称する。)のAイレベルまたは
ロウレベルによって決定されるように設計されている。
書込み動作は、WE倍信号あるレベルのときに上記設定
されたアドレスにCPUからのデータDIl〜D□、が
印加されることによって行なわれる。
読出し動作は、五信号が上記と逆レベルのときに書込み
を完了している上記それぞれのアドレスのデータD。L
”−D OnがBビットで出力されることによって行な
われる。
〔コントロール信号の働き〕
略号は信号の働きを意味しており、反転記号(バー、 
bar)が略号の上に付けられているものはその信号が
“O” (Lo%t Level)のときに、その略号
のもつ意味の働きを実行し、bar記号がない場合は“
1” ()Iigh Level)のときにそれを実行
することを意味している。
C−CTはCPUからの命令信号すなわちREFGRN
T信号、行信号、MS信号を受け、CAS信号tRAS
、(tljtRAsb (tL WE信号tRc3信号
をそれぞれ送出する。これらの送出されるコントロール
信号の働きを説明する。
στ石倍信号、ロウアドレス信号A0〜A、あるいはカ
ラムアドレス信号A II L〜A、のどちらがD−R
AM内の各チップに送出されているかを区分するための
信号及びICチップのカラムアドレス信号を取込むため
の信号である。
RAS、信号はC3l−CS、信号をタイミングを合わ
せてD−RAM内のICチップアレイに供給するための
信号である。
W1信号はD−RAMのICチップ内のメモリセルから
のデータの読出し及びメモリセルへのデータの書込みを
決定するための信号である。
RC5信号はリフレッシュ動作の開始及びADMにおい
てアドレス信号A0〜AIg AI+1〜A、の送出を
禁止すると共にRACからのリフレッシュアドレス信号
R6−R1を送出するための信号である。
RAS 、信号はADMからロウアドレス信号A。
〜A、及びカラムアドレス信号Al+1〜A、を時系列
多重化信号に変換するための切換えタイミング信号であ
るとともに、RAS(RAS□〜πX1.)信号の1つ
が選択されたとき、ADMからはロウアドレス信号A0
〜A、が出力されているように。
ロウアドレス信号A。−A、とカラムアドレス信号A 
II L〜AJの切換え時期をRAS、信号から遅延さ
せた信号にしている。
次に前記WE倍信号データバスドライバ(DBD)の関
係を説明する。
C−CTから送出されたWE倍信号D−RAM及びDB
Dに印加される0例えばWE倍信号高レベルの時、読出
しモードとなり、D−RAMのデータが出力され、DB
Dを介してCPUへ送出される。このとき、入力データ
はWE倍信号よりDBDからD−RAMに取込まないよ
うに制御されている。またWE倍信号低レベルの時、書
込みモードとなり、D−RAMのデータ入力端子にCP
Uから入力データがDBDを介して印加され、設定され
たアドレスにデータが書込まれる。このときD−RAM
のデータ出力はWπ信号によりDBDから出力されない
ように制御されている。
〔リフレッシュ動作〕
D−RAMのメモリセル回路ではMOSキャパシタにチ
ャージを貯えることにより情報を保持しており、このチ
ャージはリーク電流により時間とともに消失する。 こ
こで問題なのは情報It I II(High Lev
el)のチャージが消失して、情報“1″と“0” (
Low Level)を判別する基準レベルより小さく
なると情報“1″が“0”と判別され、誤動作となって
しまうことである。そこで、情報141 F+を記憶さ
せ続けるには電荷が上記基準レベルより減少する前に電
荷をリフレッシュする必要がある。そして、このリフレ
ッシュ動作はメモリセルの情報蓄積時間内に必ず行なわ
なければならない、従って、このリフレッシュモードは
読出しモードや書込みモードより優先する。
次にリフレッシュ動作を第1図に従って説明する。
まず、リフレッシュ同期発生回路(以下、RSGと称す
る。)はリフレッシュ要求信号(以下、REFREQと
称する。)を(情報蓄積時間)/(リフレッシュサイク
ル数)の周期毎にCPUへ送出している。(なお、リフ
レッシュサイクル数はカラムデータ線につながるワード
線の数と等価である。) CPUでは上記REFREQを受けて、リフレッシュ指
示信号 (以下、REFGRNTと称する。)を送出す
るにのときCPUからはライトイネーブル信号(以下、
W1信号と称する。)及びメモリ起動信号(以下、MS
と称する。)は送出されない、上記REFGRNTがコ
ントロール回路(以下、C−CTと称する。)に印加さ
れると、その出力信号であるリフレッシュ制御信号(以
下、Rc、と称する。)はアドレスマルチプレクサ(以
下、ADMと称する。)及びリフレッシュアドレスカウ
ンタ(以下、RACと称する。)に印加される。そうす
るとADMではRcm信号によってランダム・アクセス
用のアドレス信号A。
〜A、に代えてリフレッシュ専用のアドレス信号R0〜
R8をD−RAMに送る。
D−RAMにおけるリフレッシュ方法は2つに大別され
る。その1つはICチップアレイの各列毎(IC□1.
  ICII+・・・・・・ICtnを1列とする。)
に順番にリフレッシュを行なう方法である。この方法は
リフレッシュに要する消費電力が少なくてすむ利点があ
るが、リフレッシュに要する時間がかかるという欠点が
ある。
もう1つの方法は、D−RAMの全ICチップアレイを
同時にリフレッシュする方法である。この方法は第1図
には図示していないが、アドレスレシーバからのアドレ
ス信号A J + 1〜A * カ7コーダ(以下、D
CRと称する。)を介さずRASコントロール回路(以
下、RAS−CTと称する。)に印加され、RAS−C
Tのすべての出力信号でλ1□〜RAS、があるレベル
になり、D−RAMの全列のICが同時に選択されるこ
とによってリフレッシュを行なうものである。
この利点はリフレッシュに要する時間が少ないというこ
とであり、また欠点は消費電力が多いということである
次にD−RAMのIC内のマトリクスアレイにおけるリ
フレッシュ動作を説明する。
ADMからD−RAMのアドレス端子にリフレッシュア
ドレス信号Ro ”’−R−が印加され、その後RAS
信号があるレベルになり、ICマトリクスアレイの21
+1本のロウアドレスが順次選択される。このとき、C
AS信号は上記と逆レベルとなっている。従って、選択
されたロウアドレスにつながっているメモリセルの情報
をセンスアンプ(図示せず)で′1″及び′O″のレベ
ル差を広げるように増幅することによってリフレッシュ
を行なっている。
なお、WE倍信号リフレッシュ動作時にD−RAM及び
DBDに送出されていないため、DBDからのデータの
入出力は行なわれない。
(RAS系信号及びCAS系信号の働き〕RAS系信号
(以下、RAS−φと称する。)及びCAS系信号(以
下、CAS−φと称する。)の働きを第2図に従って説
明する。
(1)  RAS−φ φ□はアドレスバッファ制御信号であり、これはアドレ
スバッファ(以下、ADHと称する。)に印加され、A
DBにラッチされている、ロウアドレス信号A0〜A、
に対応するレベルa。、5゜・・・・・・al*alを
ロウ・カラムデコーダ(以下、RC−DCRと称する。
)へ送出するか否かを決定する信号である。
φ8はワード線制御信号であり、これはRC−OCRに
印加され、メモリアレイ(以下、M−ARYと称する。
)のロウアドレスを選択するために、選択された1つの
信号をM−ARYへ送出するか否かを決定する信号であ
る。
φP^はセンスアンプ制御信号であり、これはセンスア
ンプに印加され、センスアンプを駆動する信号である。
(2)  CAS−φ φACはアドレスバッファ制御信号であり、これはAD
Bに印加され、ADHにラッチされている、カラムアド
レス信号A L+ l−A 4に対応するレベルat+
tp  at+t v ”””ai、arをRC−DC
Rへ送出するか否かを決定する信号である。
φ1はカラムスイッチ制御信号であり、これはRC−D
CHに印加され、選択された1つの信号によってM−A
RYのカラムデータ線に接続されているカラムスイッチ
を選択する信号である。
φOPはデータ出力バッファ及び出力アンプ制御信号で
あり、これはデータ出力バッファ(以下、DOBと称す
る。)及び出力アンプ(以下、○Aと称する。)に印加
され、M−ARYからの読出しデータを出力データ(D
out)端子へ送出する信号である。
φ□はデータ人力バッファ制御信号であり、これはデー
タ人カパッファ(以下、 DIRと称する。)に印加さ
れ、入力データ(Din )端子からの書込みデータを
M−ARYへ送出させる信号である。
1兜はデータ出力バッファ制御信号であり、これはDO
Bに印加され、書込み動作時にデータをデータ出力(D
out)端子に出力しないようにする信号である。
(D−RAMの構成及び動作〕 D−RAMの構成を第2図に従って説明する。
点線で囲まれたブロックはD−RAMの集積回路(以下
、ICと称する。)を示している。
上記ICにおいて、二点鎖線で囲まれたブロックはタイ
ミングパルス発生ブロックであり、D−RAMの各回路
の動作を制御する信号を発生する回路から構成されてい
る。
次にD−RAMの各回路の動作を第3図のタイミング図
に従って説明する。
ロウアドレス信号A0〜A、がアドレスバッファ(以下
、ADBと称する。)に取込まれ5ラツチされるとロウ
アドレス信号A。−A、より遅れてRAS信号がロウレ
ベルとなる。ここで、RAS信号をロウアドレス信号A
0〜A、より遅らせる理由はメモリアレイにおけるロウ
アドレスとしてロウアドレス信号へ〇〜A、を確実に取
込むためである。
次にRAS信号から遅延した信号φA8がADHに印加
され、上記ラッチされたロウアドレス信号に対応したレ
ベルa(lpao*・・・・・・alp alをロウ・
カラムデコーダ(以下、RC−DCRと称する。)へ送
出する。RC−DCRに上記レベルal+ aQ+al
yal が印加されるとRC−DCRは選択されたもの
だけハイレベルに留り、選択されないものはロウレベル
となる動作を行なう。
そして、上記選択された信号はφA、がら遅延した信号
φ工がRC−DCRに印加されるとM−ARYへ送出さ
れる。ここで、φ工がφ、より遅らせる理由はADHの
動作完了後、RC−DCRを動作させるためである。こ
うしてM−ARYにおけるロウアドレスは、RC−DC
Hの21+1本の出力信号のうち、1本がハイレベルと
なるため、それに対応したM−ARY内の1本のロウア
ドレス線が選択されることによって設定される。
次にM−ARYにおける選択された1本のロウアドレス
線に接続されているメモリセルのul”又は110”の
情報をセンスアンプ(以下、SAと称する。)でそれぞ
れ増幅する。このSAの動作はφ、Aが印加されると開
始する。
その後、カラムアドレス信号A、+1〜A、がADBに
取込まれ、ラッチされるとカラムアドレス信号AI+1
〜A、より遅れてCAS信号がロウレベルとなる。ここ
で、CAS信号をカラムアドレス信号A 、、、〜A、
より遅らせる理由はメモリアレイにおけるカラムアドレ
スとしてカラムアドレス信号を確実に取込むためである
次にσW1信号から遅延した信号φACがADBに印加
されると上記カラムアドレス信号に対応したレベルa 
1411 a i+I+ ””” a Jl a Jを
RC−DCRへ送出する。そしてRC−DCRは上記と
同様の動作を行なう、そして上記選択された信号はφ^
Cから遅延した信号φマがRC−DCRに印加されると
カラムスイッチ(以下、C−5Wと称する。)へ送出さ
れる。こうしてM−ARYにおけるカラムアドレスはA
D−DCHの2j−1本の出力信号のうち、1本がハイ
レベルとなるため、1つのC−5Wが選択され、このC
−5Wに接続されているカラムアドレス線すなわちデー
タ線が選択されることによって設定される。
このようにして、M−ARY内の1つのアドレスが設定
される。
次に上記のように設定されたアドレスに対する読出し及
び書込み動作を説明する。
読出しモードにおいては71信号はハイレベルとなる。
このWE倍信号σW1信号がロウレベルになる前にハイ
レベルになるように設計されている。なぜなら、CAS
信号がロウレベルになると結果的にM−ARYの1つの
アドレスが設定されるため、その前からWE倍信号ハイ
レベルにしておき、読出し動作の準備をして読出し開始
時間を短くするためである。
また、CAS系信号のφOPが出力アンプに印加される
と出力アンプがアクティブになり、上記設定されたアド
レスの情報が増幅され、データ出力バッファ(以下、D
OBと称する。)を介してデータ出力(Dout)端子
に読みだされる。このようにして読出しが行なわれるが
、CAS信号がハイレベルになると読出し動作は完了す
る。
次に書込みモードにおいてはWE倍信号ロウレベルとな
る。このロウレベルのWE倍信号ロウレベルのCAS信
号によりつくられる信号φ□がハイレベルとなってデー
タ人カバソファ(以下、DIBと称する。)に印加され
るとDIBがアクティブになり、入力データ(Din 
)端子からの書込みデータを上記M−ARYの設定され
たアドレスに送出し、書込み動作が行なわれる。
このとき、上記φ□の反転信号、つまりロウレベルの信
号riがDOBに印加され、書込み動作時に、データの
読出しが行なわれないように制御している。
CD−RAM トランジスタ回路の構成と動作〕第4A
図は本発明のD−RAMの回路構成の1実施例を示す、
以下、実施例に基づき本発明を説明する。
1、 メモリセルM−CELの構成 1ビツトのM−CELは情報蓄積用のキャパシタCSと
アドレス選択用のP−MO5QMとからなり、論理“1
” 0”の情報はキャパシタC3に電荷があるか、ない
かの形で記憶される。
P  MO5QMのゲートはワード線に接続され、ソー
ス・ドレインの一方はデータ線に、他方はキャパシタC
sに接続されている。
2、 メモリセルM−CELのスイッチング動作P  
MO5QMのゲート電圧すなわちワード電圧が電源電圧
V。。からしきい値電圧v=h、(p  MO8QMの
しきい値電圧)だけ低下するとP−MOS Ql、がオ
ンし、メモリセルM−CELの選択が可能となる。
またメモリセルにN−MOSを使用した場合(図示せず
)には、ワード電圧をOvから(VccV −h−) 
 (V =b−; N  M OS  Qhsのしきい
値電圧)に変化させた時、N−MO3QMがオンし、メ
モリセルの選択が可能となる。
従って、P −M OS  QAIのスイッチング速度
は■ccと1vthlの間だけで、論理1(l II 
、  ll Q Itの情報を決定できるため、N−M
O5Qstのスイッチング速度よりかなり早い。なお、
P−MO5QMのスイッチング動作の詳細説明は特願5
4−119403に記載しであるので省略する。
3、 センスアンプの構成 センスアンプSAL、SA、はアドレス時に折返しデー
タ線DLL−,,DLL−,に生ずる電位変化の差をタ
イミング信号φp^9口(センスアンプ制御信号)で決
まるセンス期間に拡大するセンスアンプであり、1対の
平行に配置された、折返しデータ線D L 1−1 、
D Lニー□にその入出力ノードが結合されている。
センスアンプS A tとSA、は並列に接続されてお
り1両方で1つのセンスアンプと考えることもできるが
、S A tがN−MO8で構成されているのに対し、
S A tが反対導電型のP−MOSで構成されている
ところが異なっている。それぞれのセンスアンプは正帰
還差動増幅動作をするための1対の交差接続されたFE
Tとそのソース側に接続され、正帰還差動増幅動作を制
御するためのFETとから成る。
センスアンプS A tとSA、は前述したように1つ
のコンプリメンタリ−センスアンプと考えることもでき
るので、隣合わせて配置してもよいが。
配線、トランジスタ、ウェル領域などの配置、形状を考
慮し、効率良く集積するために、第4図Aのようにお互
に離して(例えばM−ARYの両端に)配置することも
できる。
つまり、P−MO5で構成されているセンスアンプSA
、とメモリアレイM−ARYとN−MO8で構成されて
いるセンスアンプSA、とプリチャージ回路PCとを分
離して配置できるため、チップ内の回路配置がP−MO
S部とN−MOS部とで分離可能となり、効率よく集積
することができる。
折り返しデータIIcD L z−t 、 D L 1
−1はA l 、 A u 。
Mo、Ta、W等の金属で形成されている。上記金属は
抵抗値が非常に小さいため、動作時の上記データ線の電
圧降下が小さく、誤動作を生じない。
4、 プリチャージ回路の構成 プリチャージ回路PCは電源電圧Vccの約半分(VI
、p)にプリチャージするための1対のN−MO8QI
、Qjsと両データ線間のプリチャージ電圧のアンバラ
ンスを解消するためのN−MO5Q $1とから成り、
これらのN−MO5は図中木の記号で示したとおり、他
のN−MOSより低いしきい値電圧をもつように設計さ
れている。
折り返しデータ線D L t−t 、 D L +−t
に結合されるメモリセルの数は検出精度を上げるため等
しくされる。各メモリセルは1本のワード線WLと折返
しデータ線の一方との間に結合される。各ワード線WL
は1対のデータ線と交差しているので、ワード線WLに
生じる雑音成分が静電結合によりデータ線にのっても、
その雑音成分は双方のデータ線に等しく現われ、差動型
のセンスアンプSA I、S A zによって相殺され
る。
5、 回路動作 第4A図の回路動作は第4B図の動作波形図を参考にし
ながら説明する。
メモリセルの記憶信号を読みだす前にプリチャージ制御
信号φpcがハイレベルのとき(V c cより高い)
 、 N  MOS  Qst、Qsaが導通し、折返
しデータ、I!DLニーtt DLt−tの浮遊容量C
o、G。
が約τVoにプリチャージされる。 このときN−MO
S  Qs□も同時に導通するのでN−MO8Qsz+
Qssによるプリチャージ電圧にアンバランスが生じて
も折返しデータ線D L t−+、D L l−4は短
絡され同電位に設定される。N−MO3Q、。
乃至Q0はそれぞ九のソース・ドレイン間に電圧損失が
生じないよう本邸のないトランジスタに比べvLhが低
く設定されている。
一方、メモリセル内のキャパシタC5は書込まれた情報
が論理410 IIの場合にほぼ零ポル1−の電位を保
ち、論理It I IIの場合、はぼV。Cの電位を保
っており、データ線のプリチャージ電圧■。、は両記憶
電位の中間に設定されている。
従って、リード線制御信号φ工がハイレベルとなり、所
望のメモリセルをアドレスする場合、メモリセルに結合
される一方のデータ線の電位VD、。
はLt 117の情報が読出さハた時はvl)Pより高
くなり、′0”の情報が読出された時はV p pより
低くなる。上記データ線の電位とV n pの電位を維
持している他方のデータ線の電位と比較することにより
、アドレスされたメモリセルの情報がII I ITで
あるかII OIIであるか判別することができる6上
記センスアンプSAL、SA、の正帰還差動増幅動作は
、F E T QsQ、Q34がタイミング信号(セン
スアンプ制御信号)φp^、1−によって導通し始める
と開始され、アドレシング時に与えられた電位差にもと
づき、高い方のデータ線電位(VH)と低い方のそれ(
V[、)はそれぞれVC(と零電位V a N Dに向
かって変化していき、その差が広がる− N  MOS
 Qst、 Qsa、 QasからなるセンスアンプS
A、はデータ線の電位を零電位Vasf、に下げるのに
寄与しており、またP−MOS  Qs<e Qas、
 QstsからなるセンスアンプSA。
はデータ線の電位をVCCにもち上げるのに寄与してい
る。それぞれのセンスアンプSA、、SA、はソース接
地モードで動作する。
こうして(Vc  VaND)の電位がセンスアンプS
A、のN  MOS  Qsy、Qssのしきい+ji
電圧V25.と等しくなったとき、センスアンプSA、
の正帰還動作が終了する。また(Vcc−V)l)の電
位がセンスアンプSA、のP  MOS  Qse、Q
saのしきい値電圧V tkpと等しくなったとき、セ
ンスアンプSA、の正帰還動作が終了する。最終的には
v、、は零電位に、V HはVCCに到達し、低インピ
ーダンスの状態で安定になる6 なお、センスアンプSA、とSAzは同時に動作を開始
させても、SA、をSA、より先に動作開始させても、
S A tをSA、より先に動作開始させてもどちらで
もよい。読出し速度の点では、SA。
とSA、を同時に動作させた方が高速となるが、貫通電
流が流れるため、消費電力が多くなる。−方、S A 
tまたはSA2の動作開始時期を異ならせることによっ
て、貫通電流がなくなり、消費電力が減少する利点があ
るが、読出し速度の点では上記よりやや劣る。
第4C図は本発明のD−RAMの回路構成の他の実施例
を示す、第4A図と対応する部分は同一符号を付す、第
4A図と相違するところはSA工の正帰還動作制御手段
をN −M OS  Q s e 、Q s t a並
列接続で構成している点である。
センスアンプS A を及びSA、の動作を第4D図に
従って説明する。折り返しデータ線は予め、約1 / 
2 V ccに充電されているものとする。
センスアンプS A tの正帰還動作制御手段のFET
 Qsxoがセンスアンプ制御信号φ、によって導通す
ることによりF E T Q st またはFETQ 
saの1方のみを導通させ、低い方のデータ線の電位(
VL)を零電位VGND方向に低下させる。
このとき、高い方のデータ線の電位(V、)はFETQ
stまたはF E T Q saの1方が非導通のため
、変化しない。なお、FETQs□。のコンダクタンス
はF E T Q seのコンダクタンスよりも小さく
設計されている。
次にセンスアンプ制御信号φPAによってFETQ s
oを導通し始めるとセンスアンプSA、が正帰還動作を
開始し、上記電位■、を零電位V a yt oに向っ
て変化させる。
すなわち、センスアンプ制御信号φ、によって折返しデ
ータ線の電位の差を少し広げてから、センスアンプ制御
信号φ、を印加し、センスアンプS A tの正帰還動
作を行なわせるようにすると。
折返しデータ線の電位差が小さくても、センスアンプS
A、で増幅することが可能となる。言い換えるとセンス
アンプの感度がよくなる。
次にセンスアンプS A zの正帰還差動増幅動作はF
 E T Q 54がセンスアンプ制御信号φ、A又は
φ2によって導通し始めると開始され、高い方のデータ
線の電位(VH)はvccに向って上昇する。
データ線の電位は、最終的にV。は零電位に。
Vuは■。。に到達し、低インピーダンスの状態で安定
になる。
(D−RAMトランジスタ回路の時系列的な動作〕14
A図に従って、D−RAMトランジスタ回路の時系列的
な動作を説明する。
1、読み出し信号量 情報の読み出しはP−MOS  QMをONにしてCs
を共通のカラムデータ線DLにつなぎ、データ線DLの
電位がC8に蓄積された電荷量に応じてどのような変化
がおきるかをセンスすることによって行なわれる。デー
タ線DLの浮遊容量C0に前もって充電されていた電位
を電源電圧の半分、つまり1 / 2 V ccとする
とCsに蓄積されていた情報が11111  (y c
cの電位)であった場合、アドレス時においてデータ線
DLの電位(VD、、)1″はv。C・ (Co+2C
s)/2 (Co+Cs)となり、それが“0″”(o
v)あった場合、(V D L )  “0″はVcc
−Co/2 (Co+Cs)となる。 ここで論理11
1 I+と論理110 I+との間の差すなわち検出さ
れる信号量ΔVsは。
ΔVs= (Vnt、)”1”   (VDL)”O″
′” Vcc−Cs/ (Ca+C5) = (c、/co)−vcc/(i+(cs/co))
となる。
メモリセルを小さくし、かつ共通のデータ線に多くのメ
モリセルをつないでも高集積不容量のメモリマトリクス
にしであるため、c s Cc o、すなわち(Cs 
/ Co )は1に対して殆んど無視できる値となって
いる。従って、上式はΔV s ”= V。C(Cs/
Co)で表わされ、Δv3は非常に微少な信号となって
いる。
2、読み出し動作 プリチャージ 前述のプリチャージ動作と全く同一である。
ロウアドレス タイミング信号(アドレスバッファ制御信号)φAjk
 (第3図参照)のタイミングでアドレスバッファAD
Bから供給されたロウアドレス信号A0ないしA、はロ
ウ・カラムデコーダRC−DCRによってデコードされ
、ワード線制御信号φ工の立上りと同時にメモリセルM
−CELのアドレシングが開始される。
その結果、折返しデータ線DLL−、、DLニー、の間
には前述した通りメモリセルの記憶内容にもとづきほぼ
ΔV、の電圧が生じる・ センシング タイミング信号(センスアンプ制御信号)φ、Aにより
N  MOS  Qseが導通し始めると同時にセンス
アンプSA、は正帰還動作を開始し、アドレス時に生じ
たΔV、の検出信号を増幅する。この増幅動作と同時も
しくは増幅動作開始後タイミング信号φPAによりセン
スアンプS A zが正帰還動作を開始し、論理141
 FjのレベルをVccに回復する。
デニm生 タイミング信号(アドレスバラフッ制御信号)φACに
同期してフドレスバッファADBから送られてきたカラ
ムアドレス信号A I+ 1ないしA、はロウ・カラム
デコーダRC−DCRで解読され1次いでタイミング信
号(カラムスイッチ制御信号)φマによって選択された
カラムアドレスにおけるメモリセルM−CELの記憶情
報がカラムスイッチC−5W□を介してコモン入出力線
CDLI。
CDL工に伝達される。
次にタイミング信号(データ出力バッファ及び出力アン
プ制御信号)φ。、によって出力アンプ・データ出力バ
ッファOA&DOBが動作し、読み取った記憶情報がチ
ップの出力端子D outに送出される。なおこのOA
&DOBは書込み時にはタイミング信号(データ出力バ
ッファ制御信号)φRWにより不動作される。
3、書き込み動作 ロウアドレッシング プリチャージ、アトレッシング、センシング動作は前述
の読み出し動作と全く同しである。従って折返しデータ
線D L t−t、 D L t−tには入力口き込み
情報のDinの論理値にかまわず本来書き込みを行なう
入きメモリセルの記憶情報が読み出される。この読み出
し情報は後述の書き込み動作によって無視されることに
なっているのでここまでの動作は実質的にはロウアドレ
スの選択が行なわれていると考えてよい。
11Lム1肌 読み出し動作と同様タイミング信号(カラムスイッチ制
御信号)φ、に同期して選択されたカラムに位置する折
返しデータ線DL、−□、DLt−1がカラムスイッチ
C−5W工を介してコモン入出力線CD L Lt C
D L Lに結合される。
次にタイミング信号(データ人カバソファ制御信号)φ
、に同期してデータ人カバソファDIBから供給される
相補書き込み入力信号dl++tdl。
がカラムスイッチCSWLを介してメモリセルM−CE
Lに書き込まれる。このとき、センスアンプSAも動作
しているがデータ人カバソファDIBの出力インピーダ
ンスが低いので、折返しデータ線DLニー(、D L 
l−rに現われる情報は入力Dinの情報によって決定
される。
4、リフレッシュ動作 リフレッシュはメモリセルM−C:E Lに記憶された
失なわれつつある情報を一旦カラム共通データ線DLに
読み出し、読み出した情報をセンスアンプSA、、SA
、によって回復したレベルにして再びメモリセルM−C
ELに書き込むことによって行なわれる。従ってリフレ
ッシュの動作は読み出し動作で説明したところのロウア
ドレッシングないしセンシング期間の動作と同様である
。ただしこの場合、カラムスイッチCSW+は不動作に
して全カラム同時にかつ各ロウ順番にリフレッシュが行
なわれる。
【図面の簡単な説明】
第1図はダイナミックメモリシステム図、第2図はD−
RAMブロックダイアグラム、第3図はD−RAMのタ
イミングダイアグラム、第4A図は本発明の一実施例の
D−RAMブロックダイアグラム、第4B図は本発明の
一実施例のD−RAMタイミングダイアグラム、第4C
図は本発明の他の実施例のD−RAMブロックダイアグ
ラム、第4D図は本発明の他の実施例のD−RAMタイ
ミングダイアグラム、である。 SAL、SAz・・・センスアンプ、PC・・・プリチ
ャージ回路、CDL、CDL・・・コモンデータ線5M
−CEL・・・メモリセル、MS・・・メモリ起動信号
。 nk・・・nkビット集積回路、DL、DL・・・デー
タm、WL−・・ワード線、REFGRNT・・・リフ
レッシュ指示信号、REFREQ・・・リフレッシュ要
求信号、WE・・・ライトイネーブル信号、C8,〜C
8,・・・チップ選択制御信号。 第 2 図 第4 図 <A’eAD CYCLE> 3 図 <WP/TεC>’CLE)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、メモリアレイと、複数のデータ一対と、複数のワー
    ド線と、データ線対にあらわれる信号量の差を増幅する
    差動アンプと、上記差動アンプの動作を制御する制御手
    段とを有する半導体メモリにおいて、 上記差動アンプは正帰還動作によってデータ線対にあら
    れれる信号量の差を増幅するPチャンネルFET対と、
    正帰還動作によってデータ線対にあられれる信号量の差
    を増幅するNチャンネルFET対とを有し、各FET対
    の一方のドレインは、上記データ線対の一方に結合され
    他方のドレインは上記データ線対の他方に結合され、か
    っ、上記各FET対はソースが共通結合されてなるとと
    もにドレイン・ゲートが交差結合されてなり、 上記正帰還動作が開始される前において、各データ線対
    をメモリセルに記憶される2値の中間の電位に設定する
    プリチャージ回路を有し、上記制御手段は、電源の一方
    の端子と上記PチャンネルFET対の共通ソースとの間
    に設けられたPチャンネルFETからなる第1制御手段
    と電源の他方の端子と上記NチャンネルFET対の共通
    ソースとの間に設けられたNチャンネルFETからなる
    第2制御手段とを有し、上記第1制御手段と第2制御手
    段との動作タイミングを異ならせたことを特徴とする半
    導体メモリ。 2、上記各ワード線が上記データ線対の両方に交差する
    ようにされてなることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体メモリ。 3、上記データ線とワード線との交点に設けられるメモ
    リセルが情報をキャパシタに保持するダイナミック型の
    メモリセルからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項又は第2項記載の半導体メモリ。 4、上記メモリセルが上記キャパシタと、ワード線によ
    ってスイッチ制御されるMOSFETとからなることを
    特徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導体メモリ。 5、上記制御手段は、電源の他方の端子と上記Nチャン
    ネルFET対の共通ソースとの間に設けられた他のNチ
    ャンネルFETからなる第3制御手段とを有し、上記第
    1制御手段、第2制御手段及び第3制御手段との動作タ
    イミングを異ならせたことを特徴とする第1項乃至第4
    項のうち1つに記載の半導体メモリ。
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