JPH0370320B2 - - Google Patents

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JPH0370320B2
JPH0370320B2 JP61185652A JP18565286A JPH0370320B2 JP H0370320 B2 JPH0370320 B2 JP H0370320B2 JP 61185652 A JP61185652 A JP 61185652A JP 18565286 A JP18565286 A JP 18565286A JP H0370320 B2 JPH0370320 B2 JP H0370320B2
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current
current mirror
transistor
load
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Shizuaki Zaima
Norio Ikegami
Tetsuo Nakamura
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    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5621Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using charge storage in a floating gate
    • G11C11/5642Sensing or reading circuits; Data output circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明はn値論理の記憶回路に係り、特に電
流モードでデータの書込み、読出しを行なうよう
にした多値論理記憶回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an n-value logic storage circuit, and particularly to a multi-value logic storage circuit that writes and reads data in current mode. Regarding.

(従来の技術) 半導体メモリ、特にデータを電荷の形で記憶す
るダイナミツク型ランダムアクセスメモリ回路、
いわゆるDRAMの記憶容量は、回路技術、半導
体製造技術などの向上に伴い急激な増加を続けて
いる。しかしながら、素子の微細化による記憶容
量の増加は電荷蓄積用キヤパシタの容量の減少に
つながり、メモリセルにおけるデータの記憶状態
を判断するのが困難になつてきている。
(Prior Art) Semiconductor memories, especially dynamic random access memory circuits that store data in the form of electric charges,
The storage capacity of so-called DRAM continues to increase rapidly as circuit technology, semiconductor manufacturing technology, etc. improve. However, the increase in storage capacity due to miniaturization of elements leads to a decrease in the capacity of charge storage capacitors, making it difficult to determine the storage state of data in memory cells.

これに対し、記憶容量を増加させる一つの手段
として多値論理記憶回路が研究されている。この
多値論理記憶回路は、2値論理記憶回路に比べて
セル当りの情報量を増加させることができるので
実質的な高集積化が行なえる。また、多値回路は
多値の機能を用いた機能デバイスへの応用が期待
される。
In response to this, multivalued logic storage circuits are being researched as a means of increasing storage capacity. This multivalued logic storage circuit can increase the amount of information per cell compared to a binary logic storage circuit, so it can be highly integrated. Furthermore, multilevel circuits are expected to be applied to functional devices that use multilevel functions.

しかしながら、今まで発表された多値論理記憶
回路は電圧モードによる書込み、読出しのものが
ほとんどであり、雑音余裕など2値論理の場合よ
りも様々な不利な点を含んでいる。例えば、従来
の多値論理記憶回路は、メモリセルとしてCCD
(電荷結合デバイス)を用いたものと、2値論理
と同様の1トランジスタ形式のものとがあり、前
者の場合には、電荷転送損失が大きくなるために
低電圧化が難しい、容量性負荷を駆動する必要が
あるため消費電力が大きい、などの問題がある。
また、後者の場合は動作速度が遅いという問題が
ある。
However, most of the multi-valued logic memory circuits announced so far have been written and read in voltage mode, and have various disadvantages, such as noise margin, than those of binary logic. For example, conventional multi-level logic storage circuits use CCDs as memory cells.
(charge-coupled device) and one-transistor type similar to binary logic.In the former case, it is difficult to reduce the voltage due to large charge transfer loss, and the capacitive load is difficult to reduce. There are problems such as high power consumption because it needs to be driven.
Further, in the latter case, there is a problem that the operating speed is slow.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来の多値論理記憶回路では、低電
圧化が難しい、消費電力が大きい、動作速度が遅
いなどの欠点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional multivalued logic memory circuit has drawbacks such as difficulty in reducing the voltage, high power consumption, and slow operation speed.

この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的は簡単な回路構成で大き
な雑音余裕度を得ることができ、しかもデータの
書込みと読出しを高速に行なうことができる多値
論理記憶回路を提供することにある。
This invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a multi-function device that can obtain a large noise margin with a simple circuit configuration, and can also write and read data at high speed. An object of the present invention is to provide a value logic storage circuit.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明の多値論理記憶回路は、駆動回路及び
負荷回路を有する第1のカレントミラー回路と、
上記第1のカレントミラー回路の駆動回路側にn
通りの値の電流を流す電流入力手段と、上記第1
のカレントミラー回路の負荷回路側に接続され、
この負荷回路側に流れる電流に応じた値の電圧を
記憶するメモリセルと、駆動回路及び負荷回路を
有し上記メモリセルに記憶された電圧に応じた電
流が駆動回路側に流れる第2のカレントミラー回
路と、上記第2のカレントミラー回路の負荷回路
側に接続され、この負荷回路側に流れる電流の値
に応じて論理信号を発生する論理信号発生手段と
から構成されている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A multivalued logic storage circuit of the present invention includes a first current mirror circuit having a drive circuit and a load circuit;
n on the drive circuit side of the first current mirror circuit.
a current input means for passing a current of a certain value;
is connected to the load circuit side of the current mirror circuit of
A second current having a memory cell that stores a voltage having a value corresponding to the current flowing to the load circuit side, a drive circuit, and a load circuit, and a current flowing to the drive circuit side according to the voltage stored in the memory cell. It is comprised of a mirror circuit and a logic signal generating means connected to the load circuit side of the second current mirror circuit and generating a logic signal according to the value of the current flowing to the load circuit side.

(作用) この発明の多値論理記憶回路では、データの書
込み時には書込みデータに応じて第1のカレント
ミラー回路の駆動回路側にn通りの値の電流を流
し、負荷回路側に流れる電流に応じた値の電圧を
メモリセルで記憶させる。また、データの読出し
時には上記メモリセルに記憶された電圧に応じた
電流を第2のカレントミラー回路の駆動回路側に
流し、この第2のカレントミラー回路の負荷回路
側に接続された論理信号発生手段によりこのとき
の電流値に応じた論理信号を発生させる。
(Function) In the multivalued logic storage circuit of the present invention, when writing data, currents of n different values are caused to flow to the drive circuit side of the first current mirror circuit according to the written data, and currents of n different values are caused to flow to the drive circuit side of the first current mirror circuit depending on the current flowing to the load circuit side. The value of the voltage is stored in the memory cell. Further, when reading data, a current corresponding to the voltage stored in the memory cell is passed through the drive circuit side of the second current mirror circuit, and a logic signal is generated that is connected to the load circuit side of the second current mirror circuit. The means generates a logic signal corresponding to the current value at this time.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図はこの発明に係る多値論理記憶回路の構
成を示すブロツク図である。図において、11は
第1のカレントミラー回路である。この第1のカ
レントミラー回路11は駆動回路12と負荷回路
13とから構成されており、駆動回路12側には
電流入力回路14が接続されている。この電流入
力回路14は入力端子15に供給される複数ビツ
トの2値論理信号で表現されたn値論理のある値
に対応した電流IWを発生し、この電流IWを駆動回
路12に供給する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a multivalued logic storage circuit according to the present invention. In the figure, 11 is a first current mirror circuit. This first current mirror circuit 11 is composed of a drive circuit 12 and a load circuit 13, and a current input circuit 14 is connected to the drive circuit 12 side. This current input circuit 14 generates a current IW corresponding to a certain value of n-value logic expressed by a multi-bit binary logic signal supplied to an input terminal 15, and supplies this current IW to the drive circuit 12. do.

上記第1のカレントミラー回路11の負荷回路
13側にはメモリセル16が接続されている。こ
のメモリセル16は図示しないXデコーダ(行デ
コーダ)及びYデコーダ(列デコーダ)により選
択駆動される図示しない行線と列線の考差位置に
配置されており、図示しないアドレス信号により
この行線及び列線が選択駆動される際に上記負荷
回路13側に流れる電流に応じた値の電圧をデー
タとして記憶する。このメモリセル16における
電圧の記憶方式は、電荷を一時的に蓄積するダイ
ナミツク型を原則としている。
A memory cell 16 is connected to the load circuit 13 side of the first current mirror circuit 11. This memory cell 16 is arranged at a differential position between a row line (not shown) and a column line, which are selectively driven by an X decoder (row decoder) and a Y decoder (column decoder) (not shown). And a voltage having a value corresponding to the current flowing to the load circuit 13 side when the column line is selectively driven is stored as data. The voltage storage method in this memory cell 16 is based on a dynamic type in which charges are temporarily stored.

また、17は第2のカレントミラー回路であ
る。この第2のカレントミラー回路17は上記第
1のカレントミラー回路11の負荷回路と兼用に
された駆動回路13及び負荷回路18から構成さ
れており、駆動回路13側には上記メモリセル1
6が接続されている。そして、データの読み出し
時に、上記メモリセル16は予め記憶している電
圧値に対応した電流IRを発生し、この電流を上記
第2のカレントミラー回路17の駆動回路13に
供給する。
Further, 17 is a second current mirror circuit. This second current mirror circuit 17 is composed of a drive circuit 13 and a load circuit 18, which are also used as the load circuit of the first current mirror circuit 11, and the drive circuit 13 side includes the memory cell 1.
6 is connected. When reading data, the memory cell 16 generates a current I R corresponding to the voltage value stored in advance, and supplies this current to the drive circuit 13 of the second current mirror circuit 17.

上記第2のカレントミラー回路17の負荷回路
18側には論理信号発生回路19が接続されてい
る。この論理信号発生回路19は読出し制御信号
ROが供給された際に、カレントミラー回路17
の負荷回路18側に流れる電流IR′を検出し、そ
の電流値に応じた2値論理の信号を発生する。そ
して、この論理信号発生回路19で発生された2
値論理信号は出力端子20から出力される。
A logic signal generation circuit 19 is connected to the load circuit 18 side of the second current mirror circuit 17. This logic signal generation circuit 19 generates a read control signal.
When RO is supplied, the current mirror circuit 17
The current I R ' flowing to the load circuit 18 side is detected and a binary logic signal corresponding to the current value is generated. Then, the 2 generated by this logic signal generation circuit 19
The value logic signal is output from the output terminal 20.

このように、上記実施例回路では電流モードに
よるデータの書込み、読出しを行なつているため
に、高速に書込み、読出しが行なえること、雑音
余裕が大きくまた信頼性が高いこと、などの種々
の利点を有するものである。
As described above, since the above embodiment circuit writes and reads data in current mode, it has various advantages such as high speed writing and reading, large noise margin, and high reliability. It has advantages.

第2図は上記実施例回路を具体的に示した回路
図であり、第1図と対応する箇所には同じ符号を
付して説明を行なう。第1のカレントミラー回路
11の駆動回路12は、ソースが正極性の電源電
圧VDDに接続されているPチヤネルMOSトランジ
スタ21と、このトランジスタ21のゲート、ド
レイン間にソース、ドレイン間が接続され、上記
メモリセル16に対してデータの書込みを行なう
際に導通制御されるPチヤネルMOSトランジス
タ22とから構成されている。また、第1のカレ
ントミラー回路11の負荷回路もしくは第2のカ
レントミラー回路17の駆動回路13は、ソース
が正極性の電源電圧VDDに接続されかつゲートが
上記トランジスタ21のゲートに接続されている
PチヤネルMOSトランジスタ23と、このトラ
ンジスタ23のゲート、ドレイン間にソース、ド
レイン間が接続されかつ上記メモリセル16に対
してデータの書込みを行なう際に非導通にされ、
上記メモリセル16からデータの読出しを行なう
際には導通制御されるPチヤネルMOSトランジ
スタ24とから構成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing the circuit of the above embodiment, and parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals for explanation. The drive circuit 12 of the first current mirror circuit 11 includes a P-channel MOS transistor 21 whose source is connected to a positive power supply voltage VDD , and a source and drain connected between the gate and drain of this transistor 21. , and a P-channel MOS transistor 22 whose conduction is controlled when data is written to the memory cell 16. The load circuit of the first current mirror circuit 11 or the drive circuit 13 of the second current mirror circuit 17 has a source connected to the positive power supply voltage V DD and a gate connected to the gate of the transistor 21 . A P-channel MOS transistor 23, whose source and drain are connected between the gate and drain of the transistor 23, and is made non-conductive when writing data to the memory cell 16,
It is composed of a P-channel MOS transistor 24 whose conduction is controlled when reading data from the memory cell 16.

第2のカレントミラー回路17の負荷回路18
は、ソースが正極性の電源電圧VDDに接続されか
つゲートが上記トランジスタ23のゲートに並列
に接続されている複数のPチヤネルMOSトラン
ジスタ25で構成されている。そして、上記出力
端子20は上記各トランジスタ25のドレインに
接続されている。
Load circuit 18 of second current mirror circuit 17
is composed of a plurality of P-channel MOS transistors 25 whose sources are connected to a positive power supply voltage V DD and whose gates are connected in parallel to the gate of the transistor 23 . The output terminal 20 is connected to the drain of each transistor 25.

上記電流入力回路14は、各ドレインが上記第
1のカレントミラー回路11の駆動回路12内の
トランジスタ21のドレインに共通に接続され、
各ソースがアース電圧VSSに共通に接続され、ゲ
ートが上記各入力端子15に接続された複数のN
チヤネルMOSトランジスタ26で構成されてい
る。すなわち、この実施例では電流入力回路14
は2値の論理信号をn値の電流に変換する場合の
ものである。
The current input circuit 14 has each drain commonly connected to the drain of the transistor 21 in the drive circuit 12 of the first current mirror circuit 11,
A plurality of
It is composed of a channel MOS transistor 26. That is, in this embodiment, the current input circuit 14
is for converting a binary logic signal into an n-value current.

上記メモリセル16は、ドレインが上記第1の
カレントミラー回路11の負荷回路13内のトラ
ンジスタ23のドレインに接続されたNチヤネル
MOSトランジスタ27と、ドレインが上記トラ
ンジスタ27のドレインに接続され、ソースが上
記トランジスタ27のゲートに接続されたNチヤ
ネルMOSトランジスタ28とで構成されている。
そして、上記トランジスタ27のソースは1本の
行線29に、上記トランジスタ28のゲートは1
本の列線30に接続されている。なお、上記トラ
ンジスタ28はPチヤネルのものを使用すること
もできる。
The memory cell 16 is an N channel whose drain is connected to the drain of the transistor 23 in the load circuit 13 of the first current mirror circuit 11.
It consists of a MOS transistor 27 and an N-channel MOS transistor 28 whose drain is connected to the drain of the transistor 27 and whose source is connected to the gate of the transistor 27.
The source of the transistor 27 is connected to one row line 29, and the gate of the transistor 28 is connected to one row line 29.
It is connected to the book column line 30. Note that the transistor 28 may be a P-channel transistor.

上記論理信号発生回路19は、ドレインが上記
第2のカレントミラー回路17の負荷回路18内
の各トランジスタ25のドレインに接続され、ソ
ースがアース電圧VSSに共通に接続され、かつゲ
ートに上記読出し制御信号ROが供給される各1
個のNチヤネルMOSトランジスタ31と、ドレ
インが上記第2のカレントミラー回路17の負荷
回路18内の各トランジスタ25のドレインに接
続され、ソースがアース電圧VSSに共通に接続さ
れ、かつゲートが上位ビツトの全ての出力端子2
0にそれぞれ接続されたNチヤネルMOSトラン
ジスタ32とソースがVDDに共通に接続され、ド
レインが上記第2のカレントミラー回路17の負
荷回路18内の各トランジスタ25のドレインに
接続され、上記メモリセル16からのデータ読み
出しの際に導通制御され、トランジスタ25と同
数のNチヤネルMOSトランジスタ33とで構成
されている。そして、上記トランジスタ33が導
通する際に各トランジスタ33には、トランジス
タ25に流れる電流を論理“1”とすると論理
“0.5”に相当する電流が流れるように素子寸法な
どが設定されている。また、この実施例では上記
論理信号発生回路19はn値の電流を2値を論理
信号に変換する場合のものである。
The logic signal generation circuit 19 has a drain connected to the drain of each transistor 25 in the load circuit 18 of the second current mirror circuit 17, a source commonly connected to the ground voltage V SS , and a gate connected to the readout circuit 19. Each one supplied with control signal RO
N-channel MOS transistors 31, whose drains are connected to the drains of each transistor 25 in the load circuit 18 of the second current mirror circuit 17, whose sources are commonly connected to the ground voltage V SS , and whose gates are connected to the upper All output terminals 2 of BIT
N-channel MOS transistors 32 each connected to VDD, their sources are commonly connected to VDD , and their drains are connected to the drains of each transistor 25 in the load circuit 18 of the second current mirror circuit 17, and the memory cell The conduction is controlled when data is read from the transistor 16, and the transistor 25 is made up of the same number of N-channel MOS transistors 33 as the transistor 25. The element dimensions and the like are set so that when the transistor 33 is turned on, a current corresponding to logic "0.5" flows through each transistor 33, assuming that the current flowing through the transistor 25 is logic "1". Further, in this embodiment, the logic signal generation circuit 19 is used to convert n-value current into a binary logic signal.

このような構成において、データの書込みを行
なう場合には、第1のカレントミラー回路11の
駆動回路12内のトランジスタ22を導通させ、
負荷回路13内のトランジスタ24を非導通にす
る。これにより、入力端子15に供給される2値
論理信号に応じて電流入力回路14に流れるn値
のうちの一つの値の電流Inがトランジスタ21を
通して流れる。そして、例えばトランジスタ21
と23のチヤネル寸法が等しく設定されているな
らば、これと同じ値の電流Inがトランジスタ23
に流れ、メモリセル16に供給される。このメモ
リセル16では、データの書込み時にアドレス信
号に応じて行線29がアース電圧に、列線30が
VDD電圧に選択的に設定される。すなわち、トラ
ンジスタ28のゲートが高電位にされて導通す
る。ただし、この場合にトランジスタ28はNチ
ヤネルのものを使用している。すると、トランジ
スタ27のソース、ドレイン間に上記電流Inが流
れ、トランジスタ27のゲート電圧はドレインと
ゲートとの接続状態に応じた電圧に維持される。
すなわち、このときのトランジスタ27のゲート
電圧をVG、閾値電圧をVTとすると、これらの間
には次式が成立する。
In such a configuration, when writing data, the transistor 22 in the drive circuit 12 of the first current mirror circuit 11 is made conductive;
Transistor 24 in load circuit 13 is made non-conductive. As a result, a current In having one of the n values flowing through the current input circuit 14 in accordance with the binary logic signal supplied to the input terminal 15 flows through the transistor 21 . For example, the transistor 21
If the channel dimensions of and 23 are set equal, the same value of current In will flow through transistor 23
and is supplied to the memory cell 16. In this memory cell 16, the row line 29 is set to the ground voltage and the column line 30 is set to the ground voltage according to the address signal when writing data.
Selectively set to V DD voltage. That is, the gate of the transistor 28 is brought to a high potential and becomes conductive. However, in this case, an N-channel transistor is used as the transistor 28. Then, the current In flows between the source and drain of the transistor 27, and the gate voltage of the transistor 27 is maintained at a voltage corresponding to the connection state between the drain and the gate.
That is, when the gate voltage of the transistor 27 at this time is V G and the threshold voltage is V T , the following equation holds between them.

In=β(VG−VT2 ……1 ただし、βは比例定数である。すなわち、デー
タの書込みを行なうと、メモリセル16には上記
1式の関係で与えられる電圧VGがトランジスタ
27のゲートに蓄積される。この後、トランジス
タ28を非導通状態にすれば、トランジスタ27
のゲート電圧はダイナミツク的に保持される。
In=β(V G −V T ) 2 ...1 However, β is a proportionality constant. That is, when data is written, the voltage V G given to the memory cell 16 according to the relationship of equation 1 above is accumulated at the gate of the transistor 27 . After this, if the transistor 28 is made non-conductive, the transistor 27
The gate voltage of is maintained dynamically.

他方、データの読出しを行なう場合には、第1
のカレントミラー回路11の駆動回路12内のト
ランジスタ22を非導通にし、負荷回路13内の
トランジスタ24を導通させる。そしてメモリセ
ル16では行線29がアース電圧に設定される。
すると、トランジスタ27のゲートに蓄積されて
いる電圧によつてn値のうちの一つの値に対応し
た前記と等しい電流Inがトランジスタ27及びト
ランジスタ23に流れる。このとき、論理信号発
生回路19では読出し制御信号ROによつてトラ
ンジスタ31が導通にされ、これにより上記電流
Inに対応した2値論理信号が発生される。
On the other hand, when reading data, the first
The transistor 22 in the drive circuit 12 of the current mirror circuit 11 is made non-conductive, and the transistor 24 in the load circuit 13 is made conductive. In the memory cell 16, the row line 29 is set to the ground voltage.
Then, due to the voltage stored at the gate of the transistor 27, a current In corresponding to one of the n values flows through the transistor 27 and the transistor 23. At this time, in the logic signal generation circuit 19, the transistor 31 is made conductive by the readout control signal RO, so that the above-mentioned current
A binary logic signal corresponding to In is generated.

上記データ読出し時の詳細な動作を、第3図に
示すようにnの値が4のときの、すなわち4値論
理の記憶回路に特定した場合を例にして説明す
る。なお、第4図はこの第3図回路の出力端子2
0,201で得られる2値論理信号D0,D1の電
圧と、電流Iとの関係を示す特性図である。第4
図において、破線の曲線41ないし43はメモリ
セル16の論理値“1”、“2”、“3”に対応した
電流を示すものであり、また実線の曲線44ない
し47はこれらの曲線41ないし43と論理値
“0”の直線に対し、トランジスタ33に流れる
論理“0.5”に相当する分だけ加えた論理値“0”
+“0.5”、“1”+“0.5”、“2”+“0.5”、“3
”+
“0.5”に対応した電流を示すものであり、さらに
実線の曲線48ないし50はトランジスタ310
311単独の、トランジスタ310と32とを並列
接続した場合の静特性をそれぞれ示したものであ
る。そして、これらの特性の交点の電圧が信号
D0,D1として端子200,201から出力される。
The detailed operation at the time of reading the data will be explained by taking as an example the case where the value of n is 4 as shown in FIG. In addition, Fig. 4 shows the output terminal 2 of this Fig. 3 circuit.
2 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltages of binary logic signals D 0 and D 1 obtained at 0 0 and 20 1 and the current I. FIG. Fourth
In the figure, broken line curves 41 to 43 indicate currents corresponding to logical values "1", "2", and "3" of the memory cell 16, and solid line curves 44 to 47 indicate these curves 41 to 43. 43 and the logical value “0”, the logical value “0” is added by the amount equivalent to the logical “0.5” flowing through the transistor 33.
+ “0.5”, “1” + “0.5”, “2” + “0.5”, “3”
”+
The solid curves 48 to 50 indicate the current corresponding to "0.5", and the solid curves 48 to 50 represent the transistors 31 0 ,
The static characteristics of 31 1 alone and when transistors 31 0 and 32 are connected in parallel are shown respectively. Then, the voltage at the intersection of these characteristics is the signal
They are output from terminals 20 0 and 20 1 as D 0 and D 1 .

まず、論理値“0”の記憶データが読出された
とき、信号D0は共に2値論理の“L”となる。
First, when stored data with a logic value of "0" is read out, both signals D0 become "L" of binary logic.

論理値“1”の記憶データが読出されたとき、
信号D0は曲線45と曲線48との交点の電圧、
すなわち2値論理の“H”となり、D1は曲線4
5と曲線49との交点の電圧、すなわち2値論理
の“L”となる。
When stored data with logical value “1” is read,
The signal D 0 is the voltage at the intersection of curve 45 and curve 48,
In other words, it becomes “H” of binary logic, and D 1 is curve 4
5 and the curve 49, that is, the voltage is "L" in binary logic.

論理値“2”の記憶データが読出されたとき、
信号D1は曲線46と曲線49との交点の電圧、
すなわち2値論理の“H”となる。このとき、こ
の信号D1によりトランジスタ32が導通するの
で、他方の信号D0は曲線46とトランジスタ3
0と32を並列接続したときの特性曲線50と
の交点の電圧、すなわち2値論理の“L”とな
る。
When the stored data with logical value “2” is read,
Signal D 1 is the voltage at the intersection of curve 46 and curve 49,
In other words, it becomes "H" of binary logic. At this time, the signal D 1 makes the transistor 32 conductive, so the other signal D 0 is connected to the curve 46 and the transistor 3
The voltage at the intersection with the characteristic curve 50 when 1 0 and 32 are connected in parallel, ie, the binary logic "L".

論理値“3”の記憶データが読出されたとき、
信号D1は曲線47と曲線49との交点の電圧、
すなわち2値論理の“H”となる。このときも、
この信号D1によりトランジスタ32が導通する
ので、他方の信号D0は曲線48と特性曲線50
との交点の電圧、すなわち2値論理の“H”とな
る。
When the stored data with logical value “3” is read,
Signal D 1 is the voltage at the intersection of curve 47 and curve 49,
In other words, it becomes "H" of binary logic. At this time too,
Since this signal D 1 makes the transistor 32 conductive, the other signal D 0 is connected to the curve 48 and the characteristic curve 50.
The voltage at the intersection with , that is, the binary logic "H".

このようにして上記出力端子200,201から
得られた信号D0,D1はインバータを2段直列接
続して構成され、第5図に示すような特性を有す
るバツフア回路に供給してバツフア増幅すること
により、2値論理の“H”はよりVDDに近い値
に、“L”はより0Vに近い値に推移させることが
でき、より大きな雑音余裕で確実にデータを出力
することができる。
The signals D 0 and D 1 obtained from the output terminals 20 0 and 20 1 in this way are supplied to a buffer circuit constructed by connecting two stages of inverters in series and having characteristics as shown in FIG. By buffer amplifying, the "H" of the binary logic can be moved to a value closer to V DD , and the "L" to a value closer to 0V, making it possible to reliably output data with a larger noise margin. I can do it.

第6図は上記第3図の回路における記憶データ
と、これに対応して出力される2値論理信号D0
D1の真理値をまとめて示す図である。
FIG. 6 shows the stored data in the circuit shown in FIG. 3 and the corresponding binary logic signals D 0 ,
FIG. 3 is a diagram collectively showing the truth values of D 1 .

以上説明した4値論理での手法は第1図の実施
例回路におけるn値論理に拡張することができ
る。
The method using the four-value logic explained above can be extended to the n-value logic in the embodiment circuit of FIG.

このように、上記実施例によれば、任意のn値
論理の記憶回路を構成することができる。しか
も、トランジスタの形状のみを考慮すればよく任
意のn値に対して設計及び製造プロセスが簡単で
あるという利点がある。
In this way, according to the above embodiment, a memory circuit of any n-value logic can be configured. Furthermore, there is an advantage that the design and manufacturing process are simple for any n value by considering only the shape of the transistor.

上記実施例回路は、雑音余裕が大きく、信頼性
が高いこと、メモリセルの構成が簡単で占有面積
が小さいこと、アクセス時間が短いなどの利点を
持つている。このような利点は以下の説明で明ら
かになる。
The circuit of the above embodiment has advantages such as a large noise margin, high reliability, a simple memory cell configuration and a small occupied area, and a short access time. These advantages will become clear in the description below.

上記第2図の具体的回路をCMOSプロセス技
術により製造する場合に、メモリセル16内のト
ランジスタ28としてNチヤネルのものを使用し
たときと、Pチヤネルのものを使用したときの特
性の差を調べた。トランジスタ28をNチヤネル
にする場合、メモリセル16を構成する際にウエ
ル領域は不要でありセルの占有面積を小さくする
ことができるが、雑音余裕が低くなる。
When manufacturing the specific circuit shown in Figure 2 above using CMOS process technology, we investigated the difference in characteristics between using an N-channel transistor and a P-channel transistor as the transistor 28 in the memory cell 16. Ta. When the transistor 28 is an N-channel transistor, a well region is not required when configuring the memory cell 16, and the area occupied by the cell can be reduced, but the noise margin is reduced.

第7図は電源電圧VDD5Vに対してNチヤネルま
たはPチヤネルMOSトランジスタでトランジス
タ28を構成した場合の各論理値に対する書込み
電流IW、読出し電流IR及びトランジスタ27のゲ
ート電圧VGの関係をまとめて示す図である。図
示するように、PチヤネルMOSトランジスタで
トランジスタ28を構成した場合の方が書込み電
流IW、読出し電流IR及びゲート電圧VGを大きくす
ることができる。また、トランジスタ28をPチ
ヤネル、Nチヤネルいずれで構成しても書込み電
流IWと読出し電流IRとの値が等しくなり、これが
信頼性を高くできる要素の一つとなつている。
FIG. 7 shows the relationship between write current I W , read current I R and gate voltage V G of transistor 27 for each logic value when transistor 28 is configured with an N-channel or P-channel MOS transistor with power supply voltage V DD 5V. FIG. As shown in the figure, write current I W , read current I R and gate voltage V G can be increased when transistor 28 is configured with a P-channel MOS transistor. Further, regardless of whether the transistor 28 is configured as a P channel or an N channel, the values of the write current I W and the read current I R are equal, and this is one of the factors that can improve reliability.

第8図は上記第7図の各場合、すなわち、トラ
ンジスタ28としてNチヤネルMOSトランジス
タを用いた場合と、PチヤネルMOSトランジス
タを用いた場合とで、それぞれゲート電圧VG
3等分したときと、書込み、読出し電流Iを3等
分したときの特性図である。すなわち、第8図a
はトランジスタ28としてNチヤネルMOSトラ
ンジスタを用いた場合にゲート電圧VGを3等分
したときの特性図であり、第8図bはトランジス
タ28としてNチヤネルMOSトランジスタを用
いた場合に書込み、読出し電流Iを3等分したと
きの特性図であり、さらに第8図cはトランジス
タ28としてPチヤネルMOSトランジスタを用
いた場合にゲート電圧VGを3等分したときの特
性図であり、第8図dはトランジスタ28として
PチヤネルMOSトランジスタを用いた場合に書
込み、読出し電流Iを3等分したときの特性図で
ある。NチヤネルMOSトランジスタを使用した
場合に雑音余裕が小さいのは、トランジスタ28
がバツクゲートバイアス効果によつて実質的な閾
値電圧が上昇し、VDDよりも小さいあるソース電
圧(トランジスタ27のゲート電圧)で非導通状
態になるためである。
FIG. 8 shows the cases shown in FIG. 7 above, that is, when an N-channel MOS transistor is used as the transistor 28, and when a P-channel MOS transistor is used, and when the gate voltage V G is divided into three equal parts. , is a characteristic diagram when the write and read current I is divided into three equal parts. That is, Figure 8a
is a characteristic diagram when the gate voltage V G is divided into three equal parts when an N-channel MOS transistor is used as the transistor 28, and FIG. 8b shows the write and read current when an N-channel MOS transistor is used as the transistor 28. This is a characteristic diagram when I is divided into three equal parts, and FIG. 8c is a characteristic diagram when the gate voltage V G is divided into three equal parts when a P channel MOS transistor is used as the transistor 28. d is a characteristic diagram when the write/read current I is equally divided into three when a P-channel MOS transistor is used as the transistor 28. When using N-channel MOS transistors, transistor 28 has a small noise margin.
This is because the actual threshold voltage increases due to the backgate bias effect and becomes non-conductive at a certain source voltage (gate voltage of transistor 27) lower than V DD .

他方、PチヤネルMOSトランジスタをトラン
ジスタ28に使用した場合には上記のようなバツ
クゲートバイアス効果なく、VDDまでVGを使用す
ることができるので、雑音余裕を大きくとること
ができる。すなわち、書込み、読出し電流Iを3
等分したとき、その雑音余裕は36.5μAと非常に
大きくとることができる。
On the other hand, when a P-channel MOS transistor is used as the transistor 28, there is no back gate bias effect as described above, and V G up to V DD can be used, so a large noise margin can be obtained. In other words, the write and read currents I are set to 3
When divided into equal parts, the noise margin can be as large as 36.5μA.

さらに、上記実施例回路では、論理値“0”、
“1”、“2”、“3”に対するアクセス時間は、最
小線幅を5μmにした場合、それぞれ0ナノ秒、
50ナノ秒、68ナノ秒、28ナノ秒であつた。また、
消費電力は論理値“0”、“1”、“2”、“3”に対
してそれぞれ170μW、465μW、750μW、900μW
であつた。また、最小線幅を1/kにすればアク
セス時間は概略1/k2になること、さらに最適条
件を追及することができること、などを考慮する
と、非常に高速で消費電力が少ない優れた性能を
持つ記憶回路を構成することができる。
Furthermore, in the above embodiment circuit, the logic value "0",
The access time for “1”, “2”, and “3” is 0 nanoseconds, respectively, when the minimum line width is 5 μm.
They were 50 nanoseconds, 68 nanoseconds, and 28 nanoseconds. Also,
Power consumption is 170μW, 465μW, 750μW, and 900μW for logic values “0”, “1”, “2”, and “3”, respectively.
It was hot. In addition, considering the fact that if the minimum line width is set to 1/k, the access time becomes approximately 1/k 2 and that it is possible to pursue optimal conditions, it has excellent performance with very high speed and low power consumption. It is possible to configure a memory circuit with

また、上記実施例回路は通常の2値のCMOS
−LSI技術と全く同じプロセス技術で製造するこ
とができる。
In addition, the above example circuit is a normal binary CMOS
-Can be manufactured using exactly the same process technology as LSI technology.

なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能であることはいうまで
もない。例えば上記実施例回路はMOSトランジ
スタで構成する場合について説明したが、これは
MOSトランジスタが限らずバイポーラトランジ
スタで構成することができることはもちろんであ
る。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that various modifications can be made. For example, the example circuit described above is composed of MOS transistors, but this
It goes without saying that the configuration is not limited to MOS transistors, but can also be configured with bipolar transistors.

また、上記実施例回路では入力信号並びに出力
信号が2値論理信号である場合について説明した
が、これは任意の多値信号であつてもよいことは
もちろんであり、使用する多値信号に応じて電流
入力回路14、論理信号発生回路19の構成を変
更すればよい。
Further, in the above embodiment circuit, the case where the input signal and the output signal are binary logic signals has been explained, but it goes without saying that these may be any multi-value signals, depending on the multi-value signal used. Therefore, the configurations of the current input circuit 14 and the logic signal generation circuit 19 may be changed.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、簡単な
回路構成で大きな雑音余裕度を得ることができ、
しかもデータの書込みと読出しを高速に行なうこ
とができる多値論理記憶回路を提供することがで
きる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a large noise margin can be obtained with a simple circuit configuration.
Moreover, it is possible to provide a multivalued logic storage circuit that can write and read data at high speed.

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

第1図はこの発明の一実施例回路の構成を示す
ブロツク図、第2図は上記実施例回路を具体的に
示す回路図、第3図は上記第2図回路のnの値を
特定し、一部を抜き出して示す回路図、第4図は
上記第3図回路の特性図、第5図は上記第3図回
路で得られる信号をバツフア増幅する場合の入出
力特性図、第6図は上記第3図回路の出力信号の
真理値を示す図、第7図は上記第3図回路の書込
み、読出し電流並びにゲート電圧をまとめて示す
図、第8図は上記第3図回路を説明するための特
性図である。 11……第1のカレントミラー回路、14……
電流入力回路、16……メモリセル、17……第
2のカレントミラー回路、19……論理信号発生
回路、21,22,23,24,25,33……
PチヤネルMOSトランジスタ、26,27,2
8,31,32……NチヤネルMOSトランジス
タ、29……行線、30……列線。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing the circuit of the embodiment described above, and FIG. 3 is a diagram showing the value of n in the circuit shown in FIG. , a partially extracted circuit diagram, FIG. 4 is a characteristic diagram of the circuit shown in FIG. 3 above, FIG. 5 is an input/output characteristic diagram when the signal obtained by the circuit shown in FIG. is a diagram showing the truth value of the output signal of the circuit shown in FIG. 3, FIG. 7 is a diagram collectively showing the write and read currents and gate voltages of the circuit shown in FIG. 3, and FIG. 8 explains the circuit shown in FIG. 3. FIG. 11...first current mirror circuit, 14...
Current input circuit, 16...Memory cell, 17...Second current mirror circuit, 19...Logic signal generation circuit, 21, 22, 23, 24, 25, 33...
P channel MOS transistor, 26, 27, 2
8, 31, 32...N channel MOS transistor, 29...row line, 30...column line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 駆動回路及び負荷回路を有する第1のカレン
トミラー回路と、 データの書き込み時に、上記第1のカレントミ
ラー回路の駆動回路側にn通りの値の入力電流を
供給する電流入力手段と、 ソース・ドレイン間の一端が上記第1のカレン
トミラー回路の負荷回路側に接続され、ソース・
ドレイン間の他端が行線に接続された第1の
MOSトランジスタ及びソース・ドレイン間が上
記第1のMOSトランジスタのドレイン・ゲート
間に挿入され、ゲートが列線に接続された第2の
MOSトランジスタとからなり、上記第1のカレ
ントミラー回路の負荷回路側に流れる電流が供給
され、この電流値に応じた電圧を記憶するメモリ
セルと、 駆動回路及び負荷回路を有し、データの読み出
し時に、上記メモリセルに記憶された電圧に応じ
た電流が駆動回路側に供給される第2のカレント
ミラー回路と、 上記第2のカレントミラー回路の負荷回路側に
流れる電流が供給され、この電流値に応じた論理
信号を発生する論理信号発生手段と を具備したことを特徴とする多値論理記憶回路。 2 前記第1のカレントミラー回路の負荷回路が
前記第2のカレントミラー回路の駆動回路を兼ね
ている特許請求の範囲第1項に記載の多値論理記
憶回路。 3 前記第2のカレントミラー回路の負荷回路側
には、それぞれ一端が電源に接続されたN個(N
=log2n)の負荷素子が設けられており、これら
N個の負荷素子の各他端は複数ビツトからなるビ
ツト信号の各出力端子に接続されており、 前記論理信号発生手段は、 前記第2のカレントミラー回路の上記N個の各
負荷素子の他端にソース・ドレイン間の一端が接
続され、データの読み出し時に導通制御されるN
個の第3のMOSトランジスタと、 上記N個の負荷素子のうち対応するものの他端
にソース・ドレイン間の一端が共通に接続され、
ゲートがそのビツトよりも上位の全てのビツトの
出力端子に接続された少なくとも1個の第4の
MOSトランジスタとから構成されている特許請
求の範囲第1項に記載の多値論理記憶回路。 4 前記論理信号発生手段に、前記第2のカレン
トミラー回路の前記N個の各負荷素子に流れる電
流に対し論理値で換算して0.5に対応する電流を
各負荷素子に付加して流す手段が設けられている
特許請求の範囲第3項に記載の多値論理記憶回
路。
[Scope of Claims] 1. A first current mirror circuit having a drive circuit and a load circuit, and a current that supplies n values of input current to the drive circuit side of the first current mirror circuit when writing data. The input means and one end between the source and drain are connected to the load circuit side of the first current mirror circuit, and the source and drain are connected to the load circuit side of the first current mirror circuit.
The first one whose other end between the drains is connected to the row line
A second MOS transistor whose source and drain is inserted between the drain and gate of the first MOS transistor, and whose gate is connected to the column line.
A MOS transistor is supplied with a current flowing to the load circuit side of the first current mirror circuit, and has a memory cell that stores a voltage corresponding to this current value, a drive circuit, and a load circuit, and has a data readout circuit. At times, a second current mirror circuit supplies a current corresponding to the voltage stored in the memory cell to the drive circuit side, and a current flows to the load circuit side of the second current mirror circuit, and this current 1. A multivalued logic storage circuit, comprising: logic signal generation means for generating a logic signal according to a value. 2. The multivalued logic storage circuit according to claim 1, wherein the load circuit of the first current mirror circuit also serves as a drive circuit of the second current mirror circuit. 3 On the load circuit side of the second current mirror circuit, there are N circuits each having one end connected to the power supply.
= log 2 n) load elements are provided, each other end of each of these N load elements is connected to each output terminal of a bit signal consisting of a plurality of bits, and the logic signal generating means is configured to: One end between the source and drain is connected to the other end of each of the N load elements of the current mirror circuit No. 2, and conduction is controlled when reading data.
one end between the source and drain is commonly connected to the other end of the corresponding one of the N third MOS transistors,
At least one fourth bit whose gate is connected to the output terminals of all bits higher than that bit.
2. The multivalued logic storage circuit according to claim 1, which comprises a MOS transistor. 4. The logic signal generating means includes means for adding and flowing a current corresponding to 0.5 in logical value to each of the N load elements of the second current mirror circuit. A multivalued logic storage circuit as claimed in claim 3 provided.
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