JPH05347098A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH05347098A
JPH05347098A JP4058488A JP5848892A JPH05347098A JP H05347098 A JPH05347098 A JP H05347098A JP 4058488 A JP4058488 A JP 4058488A JP 5848892 A JP5848892 A JP 5848892A JP H05347098 A JPH05347098 A JP H05347098A
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JP4058488A
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Koichi Yokomizo
幸一 横溝
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 より高速な読出しが可能になる半導体記憶装
置の提供 【構成】 読出し回路は、第1センスアンプSA11〜SA14
の出力が接続された相補共通データ線DL,-DLと、データ
線DL,-DLが入力された電流センス回路IV2 と、回路IV2
の出力E,-Eが入力された第3センスアンプ回路SA3 とを
有している。回路IV2 は、電流−電圧変換回路IVM1と、
エミッタフォロア回路EM1,EM2 と、電圧増幅回路AMP1と
を有している。変換回路IVM1は、バイポーラT21,T22 、
抵抗R1,R2、定電流源I11,I12 を有している。EM1,EM2
は、バイポーラT23,T24 、定電流源I13,I14 を有してい
る。AMP1は、バイポーラT31,T32 、NMOSM31 を有し
ている。増幅回路AMP1の入力であるT31,T3のベースは、
回路EM1,EM2 の相補出力(E,-E)に接続され、AMP1の相
補出力であるT31,T32 のコレクタは、変換回路IVM1の相
補出力であるF,-Fに帰還接続されている。NMOSM31
ゲートには、制御信号AEが入力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に関
し、特に、バイポーラ・CMOS技術等により製造され
るスタティック・ランダム・アクセスメモリなどに好適
な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ・CMOS(以下、BiCM
OSと称する)型のスタティック・ランダム・アクセス
メモリ(以下、SRAMと称する)は、そのメモリセル
を例えば、NチャネルMOSFET(以下、NMOSと
称する)と高抵抗負荷によって構成し、そのメモリ周辺
回路をバイポーラトランジスタおよびCMOS(相補型
MOSFET)により構成することで、回路の高集積化
と低消費電力化が合わせて実現できる。
【0003】また、この種のSRAMでは、その読出し
回路が電流センス型とされ、読出し信号の振幅が圧縮さ
れることで、読出し動作の高速化が図れることも知られ
ている。このようなBiCMOS・SRAMの読出しセ
ンス回路は、例えば、「1991Symposium on VLSI Circui
ts Digest of Technical Papers」pp.19 〜20に開示さ
れている。
【0004】図2は、上記文献に記載されているBiC
MOS・SRAMの読出し回路を示している。この図に
示す読出し回路は、相補共通データ線DL,−DL(以
下、相補関係にある信号の一方に−を付して現す)に接
続された複数個の第1センスアンプSA11〜SA14
と、相補共通データ線DL,−DLに接続された電流セ
ンス回路IV1と、電流センス回路IV1に接続された
第2センスアンプSA2と、その相補出力に接続された
第3センスアンプSA3とから構成されている。
【0005】なお、図2では省略しているが、第1セン
スアンプSA11〜SA14のそれぞれの入力BL11
〜BL14には、複数のメモリセルが直接もしくはスイ
ッチを介して接続されている。第1センスアンプSA1
1〜SA14は、選択信号SAE11〜SAE14に従
って択一的に動作状態となり、同時刻に選択されている
メモリセルから出力される電圧信号が相補入力されるこ
とにより、その電圧信号を電流信号に変換して、変換さ
れた電流信号が相補共通データ線DL,−DLを介して
電流センス回路IV1に伝達される。
【0006】そして、この電流信号は、電流センス回路
IV1により電圧信号に変換され、第2センスアンプS
A2に送られる。第2センスアンプSA2では、電流セ
ンス回路IV1より出力された相補電圧信号を所定のレ
ベルまで増幅し、その相補出力を第3センスアンプSA
3に送出する。
【0007】第3センスアンプSA3では、第2センス
アンプSA2から入力された相補電圧信号をCMOS論
理レベル(5V振幅)の相補電圧信号に増幅することに
より読出しが行われ、CMOS論理レベルの読出し信号
が得られる。図2の読出し回路では、所定の電圧Vre
fがベース端子に入力されたバイポーラトランジスタ
(以下、バイポーラと略す)T21,T22により相補
共通データ線DL,−DLの電位がほぼ一定電圧にクラ
ンプされており、第1センスアンプSA11〜SA14
は、動作状態時に相補共通データ線DL,−DLを電流
駆動するため、相補共通データ線DL,−DLの信号振
幅は圧縮された状態で電流センス回路IV1に伝達され
る。
【0008】一般的に相補共通データ線DL,−DL
は、比較的大負荷容量であるが、上記の動作により、相
補共通データ線DL,−DLが電圧駆動される読出し回
路に対して、第1センスアンプSA11〜SA14がセ
ンス動作をしてから相補共通データ線DL,−DLおよ
び電流センス回路IV1を介して第2センスアンプSA
2に信号が到達するまでの伝達遅延時間が短縮される。
【0009】また、次の読出しのための読出し後の相補
共通データ線DL,−DLの等電位化動作(一般に読出
し回復動作という)のための時間が短縮化され、高速動
作が実現される。しかしながら、このような従来の読出
し回路には、特に、さらに読出し動作を高速化する際
に、以下に説明する技術的課題があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記文献の
読出し回路では、相補共通データ線DL,−DLは、バ
イポーラT21,T22によりほぼ一定の電圧にクラン
プされているものの、データ線DL,−DL自体の寄生
抵抗により、これを電流駆動した場合に電位差が発生
し、相補共通データ線DL,−DLに電圧振幅が発生す
る。
【0011】上記文献によると、電流センス回路IV1
の相補出力電圧の振幅を小さくすることにより、前述し
た電圧振幅の影響を排除しつつ、高速な読出し動作およ
び読出し回復動作が得られると説明されているが、この
場合には、電流を電圧に変換する際の利得が低下する。
本発明者らの検討によると、このような読出し方法によ
って高速性を維持しつつ、電流センス回路IV1の許容
できる相補出力電圧の振幅は、例えば、1Mbitクラ
スのBiMOS・SRAMにおいては、300mV以下で
ある必要がある。
【0012】一方、CMOS論理レベルの出力信号を得
るための第3センスアンプSA3は、高速性を維持しつ
つ所定の増幅動作を実現するためには、その相補入力信
号として800 mV以上の電圧振幅が必要であり、この理
由により、ECL(エミッタカップルドロジック)回路
で構成される第2センスアンプSA2が必要になる。と
ころが、このような理由により第2センスアンプSA2
を設けると、CMOS論理レベルの読出し信号を得るた
めに3段のセンスアンプが必要になり、センスアンプの
段数が多いため、読出し動作の高速化に限界があった。
【0013】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、よ
り高速な読出しが可能になる半導体記憶装置を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、それぞれの入力に対応する相補入力信号
を受ける差動アンプを含み、所定の選択信号に従って択
一的に動作状態にされる複数のセンスアンプと、前記差
動アンプの一方の出力と他方の出力とがそれぞれ共通接
続された相補共通データ線と、前記相補共通データ線か
ら相補入力信号を受け所定の電圧振幅に増幅する電流セ
ンス回路と、前記電流センス回路の相補出力を受け、こ
れを論理レベルに増幅して出力するセンスアンプ回路と
を有する半導体記憶装置であって、前記電流センス回路
は、前記相補共通データ線の電流信号を電圧信号に変換
して相補出力を送出する電流−電圧変換回路と、前記電
流−電圧変換回路の相補出力にそれぞれ接続された2組
のエミッタフォロア回路と、前記エミッタフォロア回路
の相補出力を相補入力とし、前記電流−電圧変換回路の
相補出力に相補出力が接続され、前記エミッタフォロワ
回路の相補出力の送出と同時刻に制御信号で駆動され、
前記電流−電圧変換回路の相補出力振幅を増幅する電圧
増幅回路とを有することを特徴とする。
【0015】前記電流−電圧変換回路は、それぞれのエ
ミッタが前記相補共通データ線に接続され、それぞれの
ベースに所定の定電圧が印加された第1,第2のバイポ
ーラトランジスタと、前記第1,第2のバイポーラトラ
ンジスタのそれぞれのコレクタと電源電圧との間に接続
された第1,第2の抵抗とで構成することができる。
【0016】前記電圧増幅回路は、それぞれのベースに
前記エミッタフォロア回路の相補出力が入力され、それ
ぞれのエミッタが共通接続され、それぞれのコレクタか
ら相補出力が送出される第3,第4のバイポーラトラン
ジスタと、前記第3,第4のバイポーラトランジスタの
エミッタと接地との間に接続されたスイッチ手段とを有
する差動アンプを含むことができる。
【0017】
【作用】上記構成の半導体記憶装置によれば、特に、電
流センス回路は、相補共通データ線の電流信号を電圧信
号に変換して相補出力を送出する電流−電圧変換回路
と、前記電流−電圧変換回路の相補出力にそれぞれ接続
された2組のエミッタフォロア回路と、前記エミッタフ
ォロア回路の相補出力を相補入力とし、前記電流−電圧
変換回路の相補出力に相補出力が接続され、前記エミッ
タフォロワ回路の相補出力の送出と同時刻に制御信号で
駆動され、前記電流−電圧変換回路の相補出力振幅を増
幅する電圧増幅回路とを有しているので、電流−電圧変
換回路の相補出力を電圧増幅回路で帰還的に増幅して、
その相補出力をセンスアンプ回路に送出する。
【0018】
【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照にして詳細に説明する。図1は、本発明にかかわ
る半導体記憶装置の一実施例を示している。なお、以下
の説明においては、従来例と同一若しくは相当する部分
に同一符号を付している。同図に示す半導体記憶装置
は、本発明をBiCMOS・SRAMに適用したもので
あり、図1には、その読出し回路を部分的に示してお
り、読出し回路以外の回路構成は、公知のものが採用さ
れる。
【0019】図1に示した読出し回路は、4個の第1セ
ンスアンプSA11〜SA14と、各センスアンプSA
11〜SA14のそれぞれの相補出力が接続された相補
共通データ線DL,−DLと、この相補共通データ線D
L,−DLが入力された電流センス回路IV2と、この
電流センス回路IV2の相補出力E,−Eが入力された
第3センスアンプ回路SA3とを有しており、第3セン
スアンプ回路SA3から相補出力D,−Dが外部に送出
される。
【0020】第1センスアンプSA11は、差動アンプ
を構成する一対のバイポーラT11,T12と、NMO
SトランジスタM1とを有し、相補入力BL11,BL
12がそれぞれバイポーラT11,T12のベースに接
続され、バイポーラT11と同T12のエミッタが共通
接続され、エミッタはNMOSM1のソース−ドレイン
を介して接地(GND)されている。
【0021】バイポーラT11,T12のコレクタ(第
1センスアンプSA11の相補出力)は、それぞれ相補
共通データ線DL,−DLに接続されている。NMOS
M1のゲートには、選択信号SAE11が入力されてい
る。相補入力BL,−BLは、図1には示していない
が、直接もしくはスイッチを介して複数のメモリセルの
相補関係にあるポートに接続されている。他の3個の第
1センスアンプSA12〜SA14は、第1センスアン
プSA11と同様な構成になっている。
【0022】本発明では、第1センスアンプSA11〜
SA14の個数や構成に制限はないが、少なくとも選択
的に動作状態になり、複数のメモリセルからの相補関係
にある読出し信号に基づき、相補共通データ線DL,−
DLを電流駆動する機能を持つ必要がある。
【0023】電流センス回路IV2は、電流−電圧変換
回路IVM1と、2組のエミッタフォロア回路EM1,
EM2と、電圧増幅回路AMP1とで構成されている。
電流−電圧変換回路IVM1は、その相補入力となる相
補共通データ線DL,−DLにエミッタがそれぞれ接続
されたバイポーラT21,T22と、電源電圧(VD
D)とバイポーラT21,22のコレクタ間にぞれぞれ
接続された抵抗R1,R2と、バイポーラT21,T2
2のエミッタと接地(GND)との間にそれぞれ接続さ
れた定電流源I11,I12とにより構成されている。
【0024】バイポーラT21,T22のベースには、
所定の電圧Vrefが印加されている。エミッタフォロ
ワ回路EM1,EM2は、それぞれのコレクタが電源に
接続されたバイポーラT23,T24と、バイポーラT
23,T24の各エミッタと接地(GND)との間に接
続された定電流源I13,I14とにより構成されてい
る。
【0025】バイポーラT23,T24の各ベースは、
電流−電圧変換回路IVM1の相補出力であるバイポー
ラT21,T22のコレクタ(F,−F)に接続されて
いる。そして、バイポーラT23,T24のエミッタ
は、電流センス回路IV2の相補出力E,−Eにそれぞ
れ接続されている。
【0026】電圧増幅回路AMP1は、エミッタが共通
接続されたバイポーラT31,T32と、バイポーラT
31,T32のエミッタと接地(GND)との間に接続
されたNMOSM31とを有し、これらにより差動アン
プを構成している。
【0027】電圧増幅回路AMP1の入力であるバイポ
ーラT31,T32のベースは、それぞれエミッタフォ
ロワ回路EM1,EM2の相補出力(E,−E)に接続
されている。電圧増幅回路AMP1の相補出力であるバ
イポーラT31,T32のコレクタは、電流−電圧変換
回路IVM1の相補出力であるF,−Fに帰還接続され
ている。NMOSトランジスタM31のゲートには、制
御信号AEが入力される。電流センス回路IV2の相補
出力E,−Eは、第3センスアンプ回路SA3に入力さ
れている。
【0028】第3センスアンプ回路SA3は、この実施
例ではPチャネルMOSFET(以下、PMOSと略
す)M11,M12,M15,M16およびNMOSM
13,M14,M17,M18で構成された2組のCM
OS差動増幅器と、その動作状態を制御するNMOSM
19により構成している。
【0029】次に、以上のように構成された読出し回路
の動作について説明する。読出し動作では、まず、4個
の第1センスアンプSA11〜SA14のうち、読出し
選択されたメモリセルに対応した1つの第1センスアン
プが択一的に動作状態になる。この状態は、選択信号S
AE11〜SAE14のいずれかが”High”状態に
なることにより選択される。
【0030】いま、例えば、選択信号SAE11が”H
igh”状態になり、第1センスアンプSA11が動作
状態になったとすると、第1センスアンプSA11は、
メモリセルからBL11,BL12を介して伝達された
相補電圧信号の電位差を検出し、この電位差により、バ
イポーラT11,T12のコレクタ電流に差が生じ、こ
の電流によって相補共通データ線DL,−DLは電流駆
動される。
【0031】このようなバイポーラT11,T12のコ
レクタ電流の差は、相補共通データ線DL,−DLを介
して電流センス回路IV2の電流−電圧変換回路IVM
1に伝達される。相補共通データ線DL,−DLの電流
差を受けた電流−電圧変換回路IVM1では、抵抗R
1,R2により、オームの法則に基づき、電圧の振幅信
号として検出され、F,−Fに相補的に出力される。
【0032】ここで、F,−Fとして出力される信号の
振幅は、従来技術の項で説明した理由により、例えば、
1MbitクラスのBiCMOS・SRAMの場合、約
300mV以下にする。そして、このF,−Fの電圧信号
は、エミッタフォロア回路EM1,EM2を介して電流
センス回路IV2の相補出力E,−Eとして送出され
る。
【0033】一方、このE,−Eに信号が送出される同
時刻において、制御信号AEを”High”状態とする
ことにより、差動アンプを構成する電圧増幅回路AMP
1が作動状態になり、300 mV以下であったF,−Fの
振幅を帰還的に増幅し、例えば、F,−Fの振幅を800
mV以上に急速に増大させる。このように増幅された信
号は、電流センス回路IV2の相補出力E,−Eに伝達
される。そして、E,−Eの相補出力信号は、第3セン
スアンプ回路SA3に伝達され、そのCMOS型差動増
幅器の作動により、CMOS論理レベル(5V振幅)の
信号振幅に変換され、読出し回路の相補出力DO,−D
Oに出力される。
【0034】さて、以上のような読出し回路によれば、
図2に示した従来の回路では、電流センス回路IV1か
ら300 mV以下の振幅の相補出力しか得られなかったの
に対して、本実施例では、電圧増幅回路AMP1を付加
し、これを電流センス回路IV2から相補出力が送出さ
れる時刻と同時刻に動作状態にすることにより、電流セ
ンス回路IV2より800 mV以上の振幅の相補出力が第
3センスアンプ回路SA3に供給され、図2に示した第
2センスアンプSA2が不要になり、読出し回路の相補
共通データ線DL,−DLから出力DO,−DOまでの
センスアンプの段数が削減される。
【0035】従って、図2の第2センスアンプSA2を
構成するECL回路1段分に相当する伝達遅延時間を短
縮することができる。また、図1に示した読出し回路で
は、電流−電圧変換動作に対する加速効果がある。
【0036】すなわち、電圧増幅回路AMP1を構成す
る差動アンプは、その相補入力の信号電位差が100 mV
以下で十分な増幅作用があるため、電流センス回路IV
2の相補出力E,−Eの信号振幅が0mVより例えば30
0 mVに変移していく途中において、適格なタイミング
で制御信号AEを”High”とし、電圧増幅器AMP
1を動作状態にすることにより、電流センス回路IV2
は、自律的かつ急速にその出力E,−Eを800 m以上の
出力振幅に増幅するため、電流センス回路IV2自体も
従来例のものよりも高速に動作する。
【0037】さらに、以上のことから第1センスアンプ
SA11〜SA14の電流駆動に基づく電流センス回路
IV2の出力電圧振幅を小さくできるため、読出し動作
と読出し回復動作のより高速化が期待できる。なお、制
御信号AEは、例えば、第1センスアンプSA11〜S
A14の制御信号SAE11〜SAE14と同期したタ
イミングなどを使用することで比較的容易に発生させる
ことが可能である。
【0038】また、電流センス回路IV2は、上記実施
例で示したもの限定されることはなく、例えば、定電流
源I11,I12は、他の回路構成により必ずしも必要
としない。さらに、エミッタフォロワ回路EM1,EM
2の低電流源I13,I14は、抵抗手段もしくはMO
SFETによっても構成できる。さらにまた、エミッタ
フォロワ回路EM1,EM2は、カスケード接続のバイ
ポーラを含む回路でも構成できるし、電圧増幅回路AM
P1のMOSM31は、バイポーラとしても構成でき
る。また、本発明は、BiCMOS・SRAM回路の読
出し用だけでなく、例えば、バイポーラRAMにも適用
することができる。
【0039】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
この発明にかかる半導体記憶装置によれば、読出し回路
のセンスアンプの段数が削減されるとともに、電流セン
ス回路の動作が高速化されるので、読出し伝達遅延時間
の短縮が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体記憶装置の一実施例を示
す回路図である。
【図2】従来の半導体記憶装置の一例を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
SA11〜SA14 第1センスアンプ DL,−DL 相補共通データ線 IV2 電流センス回路 SA3 第3センスアンプ回路 IVM1 電流−電圧変換回路 EM1,EM2 エミッタフォロワ回路 AMP1 電圧増幅回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれの入力に対応する相補入力信号
    を受ける差動アンプを含み、所定の選択信号に従って択
    一的に動作状態にされる複数のセンスアンプと、 前記差動アンプの一方の出力と他方の出力とがそれぞれ
    共通接続された相補共通データ線と、 前記相補共通データ線から相補入力信号を受け所定の電
    圧振幅に増幅する電流センス回路と、 前記電流センス回路の相補出力を受け、これを論理レベ
    ルに増幅して出力するセンスアンプ回路とを有する半導
    体記憶装置であって、 前記電流センス回路は、前記相補共通データ線の電流信
    号を電圧信号に変換して相補出力を送出する電流−電圧
    変換回路と、 前記電流−電圧変換回路の相補出力にそれぞれ接続され
    た2組のエミッタフォロア回路と、 前記エミッタフォロア回路の相補出力を相補入力とし、
    前記電流−電圧変換回路の相補出力に相補出力が接続さ
    れ、前記エミッタフォロワ回路の相補出力の送出と同時
    刻に制御信号で駆動され、前記電流−電圧変換回路の相
    補出力振幅を増幅する電圧増幅回路とを有することを特
    徴とする。
  2. 【請求項2】 前記電流−電圧変換回路は、それぞれの
    エミッタが前記相補共通データ線に接続され、それぞれ
    のベースに所定の定電圧が印加された第1,第2のバイ
    ポーラトランジスタと、 前記第1,第2のバイポーラトランジスタのそれぞれの
    コレクタと電源電圧との間に接続された第1,第2の抵
    抗とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶
    装置。
  3. 【請求項3】 前記電圧増幅回路は、それぞれのベース
    に前記エミッタフォロア回路の相補出力が入力され、そ
    れぞれのエミッタが共通接続され、それぞれのコレクタ
    から相補出力が送出される第3,第4のバイポーラトラ
    ンジスタと、 前記第3,第4のバイポーラトランジスタのエミッタと
    接地との間に接続されたスイッチ手段とを有する差動ア
    ンプを含むことを特徴とする請求項1または2のいずれ
    か1項に記載の半導体記憶装置。
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