JPH07211082A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPH07211082A
JPH07211082A JP6299286A JP29928694A JPH07211082A JP H07211082 A JPH07211082 A JP H07211082A JP 6299286 A JP6299286 A JP 6299286A JP 29928694 A JP29928694 A JP 29928694A JP H07211082 A JPH07211082 A JP H07211082A
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JP
Japan
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data line
voltage
signal
data
channel
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JP6299286A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Ishibashi
孝一郎 石橋
Kunihiro Komiyaji
邦広 小宮路
Kiyotsugu Ueda
清嗣 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To realize the high speed data amplification by a semiconductor memory device regardless of the variation at the time of manufacture. CONSTITUTION:The potential of a common data line part 8 and 9 is set at a reference voltage Vref by the voltage negative feedback of differential amplifiers 10 and 11 and the signal amplitude of the common data line pair 8 and 9 is reduced. A current DELTAI from a memory cell 1 is converted into a voltage by transistors 41 and 42 in a negative feedback loop. As a result, even if a variation or an offset voltage exists in the differential amplifiers, the signal amplitude of the common data line pair 8 and 9 can be reduced and the high speed data amplification with a low power consumption can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に係り、
特にデータ線の信号振幅を小さくし、メモリセルのデー
タを高速に読み出すことができる半導体記憶装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device,
In particular, the present invention relates to a semiconductor memory device capable of reducing the signal amplitude of a data line and reading data in a memory cell at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】メモリセルに蓄積されているデータを高
速に読み出す従来の半導体記憶装置としては、1992 ア
イ・イー・イー・イー インターナショナル ソリッド
ステートサーキット コンファランス、 ダイジェスト
オブ テクニカル ペーパーズ、208頁から209頁(1
992 IEEE International Solid State Circuit Confere
nce, Digest of Technical Papers, pp.208-209)が知ら
れている。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor memory device for reading data stored in a memory cell at high speed, 1992 iE International Solid
State Circuit Conference, Digest
Of Technical Papers, pp. 208-209 (1
992 IEEE International Solid State Circuit Confere
nce, Digest of Technical Papers, pp.208-209).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】2本、すなわち1対の
データ線を持つ半導体記憶装置のデータ読み出し時間の
高速化の為には、一般にデータ線対の信号振幅を小さく
することが有効である。データ線対の信号振幅をΔV、
データ線の寄生容量をC、データ線を駆動するトランジ
スタの電流をIとすると、データ線の電位を変えるまで
の時間tは次式で与えられる。 t=CΔV/I 従って、信号振幅ΔVを小さくすることによって時間t
が小さくなり、高速動作が可能になる。上記従来の技術
においては、データ線の信号振幅を小さくするためにメ
モリセルの電流をセンスアンプに導入し、その電流をセ
ンスアンプ内で電圧に変換するいわゆる電流センス型の
センスアンプを用いていた。
In order to speed up the data read time of a semiconductor memory device having two data lines, that is, a pair of data lines, it is generally effective to reduce the signal amplitude of the data line pair. . The signal amplitude of the data line pair is ΔV,
When the parasitic capacitance of the data line is C and the current of the transistor that drives the data line is I, the time t until the potential of the data line is changed is given by the following equation. t = CΔV / I Therefore, by reducing the signal amplitude ΔV, the time t
Becomes smaller and high speed operation becomes possible. In the above conventional technique, a so-called current sense type sense amplifier is used in which the current of the memory cell is introduced into the sense amplifier in order to reduce the signal amplitude of the data line and the current is converted into a voltage in the sense amplifier. .

【0004】上記従来例は、半導体記憶装置の高速動作
をある程度実現する上で有効であると言える。しかし、
詳しい検討の結果、上記従来例には以下に示す理由でよ
りいっそうの高速化に限界があることがわかった。すな
わち、上記従来例のセンスアンプにおいては、センスア
ンプを構成しているMOSFETの特性がばらつき、セ
ンスアンプのオフセット電圧が大きくなった場合に遅延
時間が増加する。例えば、センスアンプを構成している
一対のPチャネルMOSFETのしきい値電圧が異なっ
ていた場合には、増幅の遅延時間が大幅に増加する。例
えば20mVのしきい値電圧の差では遅延時間が約2n
s増加し、さらに50mV以上のしきい値電圧差では動
作もしなくなる。通常二つのMOSFETのしきい値電
圧が完全に一致することはなく、平均で20mV程の差
を生じる。従って、従来のセンスアンプでは、しきい値
電圧の差による遅延時間の増加を回避することは困難で
ある。すなわち、上記従来のセンスアンプは理想的なし
きい値電圧差のない時にはデータ線の振幅を小さくして
高速な増幅を実現できるが、オフセット電圧が大きい場
合にはかえって遅延時間が増大してしまう問題があっ
た。
It can be said that the above-mentioned conventional example is effective in realizing the high-speed operation of the semiconductor memory device to some extent. But,
As a result of a detailed study, it was found that the above-mentioned conventional example has a limitation in further speeding up for the following reason. That is, in the sense amplifier of the above conventional example, the delay time increases when the characteristics of the MOSFETs forming the sense amplifier vary and the offset voltage of the sense amplifier increases. For example, if the pair of P-channel MOSFETs forming the sense amplifier have different threshold voltages, the amplification delay time increases significantly. For example, with a difference in threshold voltage of 20 mV, the delay time is about 2n.
s, and the threshold voltage difference of 50 mV or more also causes no operation. Usually, the threshold voltages of the two MOSFETs do not completely match, and a difference of about 20 mV occurs on average. Therefore, it is difficult for the conventional sense amplifier to avoid an increase in delay time due to a difference in threshold voltage. That is, the conventional sense amplifier can realize high-speed amplification by reducing the amplitude of the data line when there is no ideal threshold voltage difference, but the delay time is rather increased when the offset voltage is large. was there.

【0005】本発明の目的は上記従来例の問題点を解決
し、センスアンプのMOSFETのしきい値電圧、オフ
セット電圧の影響なくし、データ線の信号振幅を小さく
することによってメモリセルに蓄積されている情報を高
速に増幅することを可能にすることである。
The object of the present invention is to solve the above problems of the conventional example, eliminate the influence of the threshold voltage and offset voltage of the MOSFET of the sense amplifier, and reduce the signal amplitude of the data line so that the data is stored in the memory cell. It is possible to amplify existing information at high speed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一実施形態(図2参照)によれば、メモリ
セル(1)のデータ線対(2,3)はセレクタスイッチ
(6,7)を通して共通データ線対(8,9)に接続され、
この共通データ線対(8,9)は二つのセンス用MOSF
ET(41,42)のドレインに接続されており、この二
つのセンス用MOSFET(41,42)のゲート電極は
それぞれ共通データ線対(8,9)の電位を設定するため
の差動増幅器(10,11)の出力端子に接続され、この
二つの差動増幅器(10,11)の反転入力端子(−)には
基準電圧(Vref)が入力され、この二つの差動増幅器(1
0,11)の非反転入力端子(+)には共通データ線対
(8,9)が接続されている。また、本実施形態によれ
ば、差動増幅器(10,11)の非反転入力端子(+)に入
力されている基準電圧(Vref)が電源電圧(Vcc)とその
電圧からセンス用MOSFET(41,42)のしきい値
電圧(Vth)を引いた値より大きくする。すなわち、 Vcc−Vth<Vref の条件が満たされ、その結果センス用MOSFET(4
1,42)は飽和領域で動作することを特徴とするもの
である。すなわち、ドレイン電圧の変動によってドレイ
ンコンダクタンスが変動しない領域でセンス用MOSF
ET(41,42)が動作することにより、差動増幅器
(10,11)のオフセット電圧に依存せずにメモリセル
(1)の電流(ΔI)を電圧に変換することが可能となる。
上記の条件はセンス用MOSFET(41,42)のゲー
ト電圧の最大値(すなわち差動増幅器(10,11)の最
大出力値Vcc)からしきい値電圧(Vth)を引いた値(Vcc
−Vth)がセンス用MOSFET(41,42)のドレイ
ン・ソース間電圧VDS(Vref)より大きく、その結果、
センス用MOSFET(41,42)が飽和領域すなわち
五極管領域で動作すると言う条件から導かれる。
To achieve the above object, according to one embodiment of the present invention (see FIG. 2), the data line pair (2, 3) of the memory cell (1) is a selector switch.
Connected to the common data line pair (8, 9) through (6, 7),
The pair of common data lines (8, 9) are two sense MOSFs.
The gate electrodes of the two sensing MOSFETs (41, 42) are connected to the drains of the ETs (41, 42), and the differential amplifiers for setting the potentials of the common data line pair (8, 9) ( 10 and 11), the reference voltage (Vref) is input to the inverting input terminals (-) of the two differential amplifiers (10, 11), and the two differential amplifiers (1
0, 11) non-inverting input terminal (+) has a common data line pair
(8, 9) are connected. Further, according to the present embodiment, the reference voltage (Vref) input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier (10, 11) is based on the power supply voltage (Vcc) and the sense MOSFET (41). , 42) is subtracted from the threshold voltage (Vth). That is, the condition of Vcc-Vth <Vref is satisfied, and as a result, the sensing MOSFET (4
1, 42) is characterized in that it operates in the saturation region. That is, in the region where the drain conductance does not fluctuate due to the fluctuation of the drain voltage, the sense MOSF
ET (41, 42) is operated, the differential amplifier
Memory cell independent of (10,11) offset voltage
It becomes possible to convert the current (ΔI) of (1) into a voltage.
The above conditions are obtained by subtracting the threshold voltage (Vth) from the maximum value of the gate voltage of the sensing MOSFETs (41, 42) (that is, the maximum output value Vcc of the differential amplifier (10, 11) (Vcc).
-Vth) is larger than the drain-source voltage V DS (Vref) of the sensing MOSFETs (41, 42), and as a result,
This is derived from the condition that the sensing MOSFETs (41, 42) operate in the saturation region, that is, the pentode region.

【0007】[0007]

【作用】本発明の代表的な実施形態(図2)では、差動増
幅器(10,11)とセンス用のMOSFET(41,4
2)でフィードバック回路を形成しており、共通データ
線対の(8,9)の電位が基準電圧(Vref)と同じ値に固
定になるようにセンス用のMOSFET(41,42)の
ゲート電圧が制御される。従って、共通データ線対
(8,9)の電位は共に基準電圧(Vref)に近い値に維持
されるようになり、その電位差を極めて小さくすること
ができるので、遅延時間を小さくするのに効果がある。
In the typical embodiment of the present invention (FIG. 2), the differential amplifiers (10, 11) and the sensing MOSFETs (41, 4) are used.
2) forms a feedback circuit, and the gate voltage of the MOSFETs (41, 42) for sensing is fixed so that the potential of (8, 9) of the common data line pair is fixed to the same value as the reference voltage (Vref). Is controlled. Therefore, common data line pairs
Both the potentials (8, 9) are maintained close to the reference voltage (Vref), and the potential difference can be made extremely small, which is effective in reducing the delay time.

【0008】次に、差動増幅器(10,11)のオフセッ
ト電圧に依存せずメモリセル(1)の電流(ΔI)に比例し
て電圧に変換できる作用を説明する。図2においてメモ
リセル(1)に電流(ΔI)が流れていない状態でのデータ
線対(2,3)及び共通データ線対(8,9)及びセンス用
MOSFET(41,42)に流れる電流をIoとする。
ワード線(32)が選択されメモリセル(1)に電流がΔI
が流れると、データ線(2)及び共通データ線(8)及びセ
ンス用MOSFET(41)に流れる電流がIo−ΔIに
変化する。MOSFET(41,42)のコンダクタンス
をβ41、β42、ゲート電圧をV1(VGS41),V2(V
GS42)、しきい値電圧Vth41、Vth42、差動増幅器(1
0,11)のオフセット電圧をVoff10、Voff20とする
と、共通データ線対(8,9)の電位、すなわちMOSF
ET(41,42)のドレイン・ソース間電圧はそれぞれ
Vref+Voff10、Vref+Voff20となる。この時、上述
のようにMOSFET(41,42)は飽和領域すなわち
五極管領域で動作するため、それぞれのドレイン電流
は、ドレイン・ソース間電圧Vref+Voff10、Vref+
Voff20に依存せずに次式で与えられる。
Next, the operation of converting the voltage into a voltage in proportion to the current (ΔI) of the memory cell (1) without depending on the offset voltage of the differential amplifier (10, 11) will be described. In FIG. 2, the current flowing through the data line pair (2, 3), the common data line pair (8, 9) and the sense MOSFET (41, 42) in the state where the current (ΔI) does not flow in the memory cell (1). Is Io.
The word line (32) is selected and the current is ΔI in the memory cell (1).
Flows, the current flowing through the data line (2), the common data line (8) and the sensing MOSFET (41) changes to Io-ΔI. The conductances of the MOSFETs (41, 42) are β 41 , β 42 , and the gate voltages are V1 (V GS41 ), V2 (V
GS42 ), threshold voltage Vth 41 , Vth 42 , differential amplifier (1
If the offset voltage of 0, 11) is Voff 10 and Voff 20 , the potential of the common data line pair (8, 9), that is, MOSF
The drain-source voltages of ET (41, 42) are Vref + Voff 10 and Vref + Voff 20 , respectively. At this time, since the MOSFETs (41, 42) operate in the saturation region, that is, the pentode region, as described above, the drain currents of the MOSFETs (41, 42) are respectively drain-source voltages Vref + Voff 10 and Vref +.
It is given by the following equation without depending on Voff 20 .

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】[0010]

【数2】 [Equation 2]

【0011】従って、MOSFET(41,42)のゲー
ト電圧をV1(=VGS41),V2(=VGS42)は、それぞれ
次式で与えられる。
Therefore, the gate voltages V1 (= V GS41 ) and V2 (= V GS42 ) of the MOSFETs (41, 42) are respectively given by the following equations.

【0012】[0012]

【数3】 [Equation 3]

【0013】[0013]

【数4】 [Equation 4]

【0014】MOSFET41のチャネル長L、チャネ
ル幅WがMOSFET42のチャネル長L、チャネル幅
Wと高精度で一致するようにMOSFET(41,42)
を製造すると、MOSFET(41,42)のコンダクタ
ンスβ41、β42も高精度で一致するようになり、またM
OSFET(41,42)のしきい値の差電圧Vth42−V
th41の値よりも、メモリセル(1)の電流(ΔI)によるM
OSFET41のゲート・ソース間電圧の変化√(2Δ
I/β)が大きくなるようにMOSFET(41,42)
のコンダクタンスβ41、β42=βを十分小さな値に設定
すれば次式が得られる。
MOSFETs (41, 42) so that the channel length L and the channel width W of the MOSFET 41 match the channel length L and the channel width W of the MOSFET 42 with high accuracy.
, The conductances β 41 and β 42 of the MOSFETs (41, 42) can be matched with each other with high accuracy, and M
Threshold voltage difference of OSFET (41, 42) Vth 42 -V
than the value of th 41 , M due to the current (ΔI) of the memory cell (1)
Change in gate-source voltage of OSFET 41 √ (2Δ
MOSFET (41, 42) to increase I / β)
If the conductances β 41 and β 42 = β are set to sufficiently small values, the following equation is obtained.

【0015】[0015]

【数5】 [Equation 5]

【0016】このように、メモリセル(1)の電流(ΔI)
により、MOSFET41、42のゲート・ソース間電
圧の差電圧V2−V1が生じる。さらに、この差電圧V
2−V1は、次段の差動増幅器(45)によって増幅され
ることができる。従って、本発明の代表的な実施形態
(図2)によれば、センスアンプのMOSFETのしきい
値電圧、オフセット電圧の影響なくし、共通データ線対
の信号振幅を小さくでき、メモリセルに蓄積されている
情報を高速に増幅することが可能となる。本発明のその
他の目的と特徴は、以下の実施例から明らかとなろう。
Thus, the current (ΔI) of the memory cell (1) is
As a result, a difference voltage V2-V1 between the gate-source voltages of the MOSFETs 41 and 42 is generated. Furthermore, this difference voltage V
2-V1 can be amplified by the differential amplifier (45) of the next stage. Accordingly, representative embodiments of the present invention
According to FIG. 2, the influence of the threshold voltage and the offset voltage of the MOSFET of the sense amplifier can be eliminated, the signal amplitude of the common data line pair can be reduced, and the information stored in the memory cell can be amplified at high speed. It will be possible. Other objects and features of the present invention will be apparent from the following examples.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の差動増幅器による共通データ
線対の信号振幅を低減する効果の原理を説明するための
回路図である。図1において1はメモリセル、31は電
源端子、32はワード線、2及び3はデータ線対、4及
び5はデータ線対2、3の負荷であるPチャネルMOS
FET、6及び7はセレクタスイッチであるPチャネル
MOSFET、8及び9は共通データ線対、10及び1
1は共通データ線対8、9の電位を設定しその信号振幅
を低減するための差動増幅器、23及び24はメモリセ
ル1の負荷素子、25及び26は転送MOSFET、2
7及び28は駆動MOSFET、29及び30はメモリ
セルの蓄積ノードである。図1の本例においては、デー
タ線対(2、3)はセレクタ(6、7)を通して共通データ
線対(8、9)に接続され、共通データ線対(8、9)は差
動増幅器(10、11)の出力端子に接続されており、こ
の出力端子が差動増幅器(10、11)の反転入力端子
(−)に接続され、差動増幅器(10、11)の非反転入力
端子(+)に基準電圧(Vref)が印加されることによって
フィードバック回路を形成している。すなわち、共通デ
ータ線対(8、9)は差動増幅器(10、11)を用いたい
わゆるヴォルテージフォロワ回路の出力端子になってた
め、共通データ線対(8、9)の電位を差動増幅器(1
0、11)の非反転入力端子(+)に印加されている基準
電圧(Vref)と同じ値に固定することができる。従っ
て、共通データ線対(8、9)及びデータ線(2、3)の信
号振幅を極めてすることができる。一方、図1の本例で
は差動増幅器(10、11)の非反転入力端子(+)に印加
された基準電圧(Vref)がメモリセル(1)のワード線(3
2)の選択状態の電圧(Vw)から転送MOSFET(2
5、26)のしきい値電圧(Vth)を引いた値よりも大き
い値に設定されている。すなわち、次の不等式を満足し
ている。 Vw−Vth<Vref このことにより、差動増幅器(10、11)の非反転入力
端子(+)に印加された基準電圧(Vref)をVw−Vthよ
りも大きい値にすることによって、データ線対(2、3)
の電位をVw−Vthよりも大きい値にすることができ
る。例えばメモリセル(1)内の蓄積ノード(30)が”H
(ハイレベル)”の電圧で情報が蓄積されている時、転送
MOSFET(26)のゲート電極であるワード線(32)
が選択されてVwの値になっても、ソース電極になるデ
ータ線(3)の電位が基準電圧(Vref>VW−Vth)と同じ
条件に保たれている場合はゲート・ソース間電圧はしき
い値電圧以下になる。従って、転送MOSFET(26)
は導通状態にならない。この場合に、転送MOSFET
(26)を通してメモリセル内のHレベルの蓄積ノード
(30)に蓄積されている信号電圧がデータ線に流れるこ
とがない。従って、メモリセル(1)内に蓄積ノード(3
0)に蓄積されている信号電圧が下降して動作余裕を損
なったり、アルファ線によるソフトエラーに対して弱く
なることがなくなる特徴がある。しかし、図1の本例で
は、メモリセル(1)からの電流に比例した電圧を取り出
すことができないので、以下の実施例ではこの点を説明
する。
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the principle of the effect of reducing the signal amplitude of a common data line pair by the differential amplifier of the present invention. In FIG. 1, 1 is a memory cell, 31 is a power supply terminal, 32 is a word line, 2 and 3 are data line pairs, and 4 and 5 are P-channel MOS which are loads of the data line pairs 2 and 3.
FETs, 6 and 7 are P-channel MOSFETs that are selector switches, and 8 and 9 are common data line pairs, 10 and 1.
1 is a differential amplifier for setting the potentials of the common data line pairs 8 and 9 to reduce the signal amplitude thereof, 23 and 24 are load elements of the memory cell 1, 25 and 26 are transfer MOSFETs, 2
7 and 28 are drive MOSFETs, and 29 and 30 are storage nodes of the memory cell. In the present example of FIG. 1, the data line pair (2, 3) is connected to the common data line pair (8, 9) through the selector (6, 7), and the common data line pair (8, 9) is a differential amplifier. It is connected to the output terminal of (10, 11), and this output terminal is the inverting input terminal of the differential amplifier (10, 11).
The feedback circuit is formed by being connected to (-) and applying the reference voltage (Vref) to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier (10, 11). That is, since the common data line pair (8, 9) is an output terminal of a so-called voltage follower circuit using the differential amplifier (10, 11), the potential of the common data line pair (8, 9) is changed to the differential amplifier. (1
It can be fixed to the same value as the reference voltage (Vref) applied to the non-inverting input terminal (+) of 0, 11). Therefore, the signal amplitude of the common data line pair (8, 9) and the data line (2, 3) can be extremely increased. On the other hand, in the present example of FIG. 1, the reference voltage (Vref) applied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier (10, 11) is the word line (3) of the memory cell (1).
From the voltage (Vw) in the selected state of 2), transfer MOSFET (2
5, 26) is set to a value larger than the value obtained by subtracting the threshold voltage (Vth). That is, the following inequality is satisfied. Vw−Vth <Vref As a result, the reference voltage (Vref) applied to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier (10, 11) is set to a value larger than Vw−Vth, so that the data line pair (2, 3)
Can be set to a value larger than Vw-Vth. For example, if the storage node (30) in the memory cell (1) is "H
When information is accumulated at the voltage of "(high level)", the word line (32) which is the gate electrode of the transfer MOSFET (26)
There even when the value of the selected Vw, the voltage between the gate and source when the potential of the data line becomes the source electrode (3) is maintained at the same conditions as the reference voltage (Vref> V W -Vth) is It becomes below the threshold voltage. Therefore, transfer MOSFET (26)
Does not become conductive. In this case, transfer MOSFET
Through (26), the H level storage node in the memory cell
The signal voltage stored in (30) does not flow to the data line. Therefore, the storage node (3
It is characterized in that the signal voltage stored in (0) does not drop and the operating margin is impaired, and the soft error due to alpha rays does not weaken. However, in this example of FIG. 1, a voltage proportional to the current from the memory cell (1) cannot be taken out, so this point will be described in the following embodiments.

【0018】図2は本発明の第1の実施例で本発明をス
タティック型のメモリセル1(図1参照)を持つ半導体記
憶装置(例えばスタティック型ランダムアクセスメモリ)
に適用した回路図である。この図2の基本的な構成と動
作とは、既に説明済みであるので、重複説明を避けるた
め、先に説明してない点のみを下記に説明する。図2で
は、電源電圧端子31とデータ線対2、3の間にはデー
タ線負荷としてのPチャネルMOSFET4、5が接続
され、データ線対2、3はセレクタスイッチ6、7を介
して共通データ線対8、9に接続されている。図示して
いないが、同様に複数のデータ線対が複数のセレクタス
イッチを介して共通データ線対8、9に接続されてい
る。尚、図1の例と同様に、図2の実施例でも差動増幅
器(10、11)の反転入力端子(−)に印加された基準電
圧(Vref)がメモリセル(1)のワード線(32)の選択状
態の電圧(Vw)からメモリセル(1)の転送MOSFET
(25、26)のしきい値電圧(Vth)を引いた値よりも大
きい値に設定されている。その結果、メモリセル(1)内
にハイレベルの蓄積ノード(30)に蓄積されている信号
電圧が下降して動作余裕を損なったり、アルファ線によ
るソフトエラーに対して弱くなることがない。二つの差
動増幅器10、11は複数のMOSFETによって構成
され、基準電圧(Vref)の設定により飽和領域で動作す
るセンス用のNチャネルMOSFET41、42のチャ
ネル長L、チャネル幅Wは互いに等しく設定され、その
コンダクタンスβは極めて小さく設定される。その結
果、センス用のNチャネルMOSFET41、42の上
述の式5で示されるように、メモリセル(1)からの電流
(ΔI)に比例した電圧を取り出すことができる。すなわ
ち、上述の式5に示されるように、センス用のNチャネ
ルMOSFET41、42のドレイン電圧VDS41,V
DS42は差動増幅器10、11で構成するフィードバック
回路により基準電圧(Vref)に固定されており、それぞ
れ異なったドレイン電流Io−ΔI(IDS41)、Io(I
DS42)が流れる。従って、NチャネルMOSFET4
1、42のゲート電圧V1(VGS41)、V2(VGS42)はそ
れらのコンダクタンスとドレイン電流の差分(ΔI)とに
応じた電位差を生ずることになる。ここで、Nチャネル
MOSFET41、42のコンダクタンスβを極めて小
さく設定すると、上述の式からも明らかなように、ドレ
イン電流(IDS41、IDS42)の変化量(ΔI)に対してゲー
ト電圧V1(VGS41)、V2(VGS42)の変化量(ΔV)が大
きくなる。従って、NチャネルMOSFET41、42
自体の利得は減少するが差動増幅器の利得(あるいは、
出力として取り出せる電位差)は大きくなる。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, in which the present invention is a semiconductor memory device having a static type memory cell 1 (see FIG. 1) (for example, a static random access memory).
It is a circuit diagram applied to. Since the basic configuration and operation of FIG. 2 have already been described, only points that have not been described above will be described below to avoid redundant description. In FIG. 2, P-channel MOSFETs 4 and 5 as data line loads are connected between the power supply voltage terminal 31 and the data line pairs 2 and 3, and the data line pairs 2 and 3 are connected to common data via selector switches 6 and 7. It is connected to line pairs 8 and 9. Although not shown, a plurality of data line pairs are similarly connected to the common data line pairs 8 and 9 via a plurality of selector switches. As in the example of FIG. 1, in the embodiment of FIG. 2, the reference voltage (Vref) applied to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier (10, 11) is the word line of the memory cell (1). 32) Transfer MOSFET of the memory cell (1) from the selected voltage (Vw)
It is set to a value larger than the value obtained by subtracting the threshold voltage (Vth) of (25, 26). As a result, the signal voltage stored in the high-level storage node (30) in the memory cell (1) does not drop to impair the operating margin, and it is not vulnerable to a soft error due to alpha rays. The two differential amplifiers 10 and 11 are composed of a plurality of MOSFETs, and the channel length L and the channel width W of the N-channel MOSFETs 41 and 42 for sensing which operate in the saturation region are set equal to each other by setting the reference voltage (Vref). , Its conductance β is set to be extremely small. As a result, the current from the memory cell (1) is expressed by the above-mentioned equation 5 of the N-channel MOSFETs 41 and 42 for sensing.
A voltage proportional to (ΔI) can be taken out. That is, as shown in the above equation 5, the drain voltages V DS41 , V of the N-channel MOSFETs 41, 42 for sensing are
The DS42 is fixed to the reference voltage (Vref) by the feedback circuit composed of the differential amplifiers 10 and 11, and has different drain currents Io-ΔI (I DS41 ) and Io (I).
DS42 ) flows. Therefore, the N-channel MOSFET 4
The gate voltages V1 (V GS41 ) and V2 (V GS42 ) of Nos. 1 and 42 generate a potential difference according to their conductance and the drain current difference (ΔI). Here, when the conductance β of the N-channel MOSFETs 41 and 42 is set to be extremely small, as is apparent from the above equation, the gate voltage V1 (V1 The change amount (ΔV) of GS41 ) and V2 (V GS42 ) becomes large. Therefore, the N-channel MOSFETs 41, 42
Although the gain of itself decreases, the gain of the differential amplifier (or
The potential difference that can be taken out as the output becomes large.

【0019】また、一般にMOSFETのゲート長を大
きくするとプロセスバラツキなどによるしきい値電圧
(Vth)の変動を小さく押さえることができる。従って、
上述のようにコンダクタンスが小さくてよいNチャネル
MOSFET41、42はそのゲート長を大きくとるこ
とができ、プロセスばらつき等によるしきい値電圧(V
th)の変動などを小さくおさえた構成とすることができ
る。反対に、差動増幅器10、11はNチャネルMOSFE
T41、42を駆動するため比較的大きなコンダクタン
スが必要とされ、差動増幅器10、11を構成するMOSF
ETのゲート長も比較的小さくされるが、そのしきい値
電圧、オフセット電圧の影響は本願発明の構成をとるこ
とで解消できるため、コンダクタンスを十分に大きくと
ることが可能となる。
Further, generally, when the gate length of the MOSFET is increased, the threshold voltage due to process variations or the like is caused.
The fluctuation of (V th ) can be suppressed small. Therefore,
As described above, the N-channel MOSFETs 41 and 42, which may have a small conductance, can have a large gate length, and the threshold voltage (V
It is possible to reduce the fluctuation of th ). On the contrary, the differential amplifiers 10 and 11 are N-channel MOSFE.
A relatively large conductance is required to drive the T41 and T42, and the MOSF that constitutes the differential amplifiers 10 and 11 is required.
Although the gate length of ET is also made relatively small, the influence of its threshold voltage and offset voltage can be eliminated by adopting the configuration of the present invention, so that the conductance can be made sufficiently large.

【0020】尚、二つの差動増幅器10、11と二つの
センス用のNチャネルMOSFET41、42によって
電圧に変換された信号は、さらに差動増幅器45で増幅
してデータバスやデータ出力バッファに出力すれば、最
終的なデータ信号を得ることができる。
The signal converted into a voltage by the two differential amplifiers 10 and 11 and the two N-channel MOSFETs 41 and 42 for sensing is further amplified by the differential amplifier 45 and output to a data bus or a data output buffer. Then, the final data signal can be obtained.

【0021】図3は本発明の図2の第1の実施例の効果
を従来方式と比較したシミュレーション結果を示した図
である。シミュレーション条件は電源電圧を2.5V、
センスアンプ消費電流を1.1mAとした。図3は本発
明の図2の第1の実施例の差動増幅器10、11に用い
たPチャネルMOSFET及び従来の方式のセンスアン
プのPチャネルMOSFETのうちの1つのしきい値電
圧をそれぞれ変化させた場合の遅延時間の変化を示した
ものである。従来の方式ではしきい値電圧の変化ΔVth
が大きくなると遅延時間が増加し、しきい値電圧の変化
が40mVよりも大きくなるとついには動作しなくな
る。それに対し、本発明の第1の実施例の方式において
はしきい値電圧が変化しても遅延時間の増加がほとんど
なく、少なくとも50mVのしきい値電圧の変化に対し
て問題なく動作している。また、共通データ線の信号振
幅も極めて小振幅にできることから、従来方式に比べて
同じ消費電力で高速に動作できることが示される。
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result comparing the effect of the first embodiment of FIG. 2 of the present invention with the conventional method. The simulation conditions are a power supply voltage of 2.5V,
The current consumption of the sense amplifier was 1.1 mA. FIG. 3 shows changes in the threshold voltage of one of the P-channel MOSFET used in the differential amplifiers 10 and 11 of the first embodiment of FIG. 2 of the present invention and the P-channel MOSFET of the conventional sense amplifier. It shows a change in delay time when the delay time is changed. In the conventional method, the change in threshold voltage ΔVth
Becomes larger, the delay time increases, and when the change in the threshold voltage becomes larger than 40 mV, it finally stops operating. On the other hand, in the system of the first embodiment of the present invention, there is almost no increase in the delay time even if the threshold voltage changes, and it operates without problems even if the threshold voltage changes by at least 50 mV. . In addition, since the signal amplitude of the common data line can be made extremely small, it is shown that it can operate at high speed with the same power consumption as compared with the conventional method.

【0022】図4は本発明の図2の第1の実施例のより
具体的な実施例であり、差動増幅器10、11の内部構
成等を詳細に説明したもので、図2の実施例と特に異な
る点を以下に説明する。図4において、70はデータ線
対2、3の電位差を縮小するためのイコライズPチャネ
ルMOSFET、51、52は共通データ線対8、9の
負荷であるPチャネルMOSFETである。Pチャネル
MOSFET53、54とNチャネルMOSFET5
5、56とはカレントミラー型の差動増幅器である図2
の差動増幅器10を構成し、PチャネルMOSFET5
8、59とNチャネルMOSFET60、61とはカレ
ントミラー型の差動増幅器である図2の差動増幅器11
を構成し、NチャネルMOSFET57は図2の二つの
差動増幅器10、11に共通の定電流源を構成する。
FIG. 4 is a more specific embodiment of the first embodiment of FIG. 2 of the present invention, which illustrates in detail the internal configuration of the differential amplifiers 10 and 11, and the embodiment of FIG. Differences from the above will be described below. In FIG. 4, 70 is an equalizing P-channel MOSFET for reducing the potential difference between the data line pairs 2 and 3, and 51 and 52 are P-channel MOSFETs that are the loads of the common data line pairs 8 and 9. P-channel MOSFETs 53 and 54 and N-channel MOSFET 5
Reference numerals 5 and 56 are current mirror type differential amplifiers.
The differential amplifier 10 of the P-channel MOSFET 5
8, 59 and N-channel MOSFETs 60, 61 are current mirror type differential amplifiers.
And the N-channel MOSFET 57 constitutes a constant current source common to the two differential amplifiers 10 and 11 in FIG.

【0023】PチャネルMOSFET65、66とNチ
ャネルMOSFET67とは基準電圧発生回路を構成し
て、基準電圧Vrefを発生する。尚、PチャネルMOS
FET65、66はデプレッション型であり、そのしき
い値電圧は負である。差動対のNチャネルMOSFET
62、63と定電流源のNチャネルMOSFET64と
は電流スイッチ型の差動増幅器を構成して、第2の共通
データ線対であるデータバス68、69を駆動する。こ
の図4の本実施例では、差動増幅器53、54、55、
56、57、58、59、60、61の働きで共通デー
タ線8、9の電位差を極めて小さくできるが、セレクタ
のMOSFET6、7が抵抗として働くのでデータ線対
2、3の電位差すなわち信号振幅は共通データ線8、9
ほど電位差を小さくできない。このような場合には本実
施例のデータ線対2、3のイコライズMOSFET70
を用いてデータ線対2、3の電位差を小さくできる。す
なわち、データ読み出しの期間(本例では書き込み制御
信号(/WE)がハイレベルで、その反転信号(WE)がロ
ウレベルの間)において、データ線イコライズ信号SE
1をロウレベルにし、PチャネルMOSFET70をオ
ン状態とすることによりデータ線対2、3の電位差を小
さくすることできる。このデータ線イコライズ信号SE
1はデータ読みだし期間中にPチャネルMOSFET70
をオン状態に制御できる信号であればよく、たとえば書
き込み制御信号(/WE)を反転させることによって形成
できる。この場合にも、本発明の特徴を損なうことはな
い。また、センスアンプ53、54、55、56、5
7、58、59、60、61とMOSFET41,42
とで電圧に変換された信号は、本実施例のようにMOS
FET62、63、64で構成された電流スイッチ型の
差動増幅器で再度電流に変換してデータバス68、69
に出力してもよい。
The P-channel MOSFETs 65 and 66 and the N-channel MOSFET 67 form a reference voltage generating circuit and generate a reference voltage Vref. In addition, P channel MOS
The FETs 65 and 66 are depletion type, and their threshold voltage is negative. Differential pair N-channel MOSFET
62 and 63 and the N-channel MOSFET 64 of the constant current source constitute a current switch type differential amplifier to drive the data buses 68 and 69 which are the second common data line pair. In this embodiment of FIG. 4, the differential amplifiers 53, 54, 55,
The potential difference between the common data lines 8 and 9 can be made extremely small by the action of 56, 57, 58, 59, 60 and 61, but since the MOSFETs 6 and 7 of the selector act as a resistance, the potential difference between the data line pairs 2 and 3, that is, the signal amplitude is Common data lines 8, 9
The potential difference cannot be reduced as much. In such a case, the equalize MOSFET 70 of the data line pairs 2 and 3 of the present embodiment.
Can be used to reduce the potential difference between the data line pairs 2 and 3. That is, during the data read period (while the write control signal (/ WE) is at the high level and its inverted signal (WE) is at the low level in this example), the data line equalize signal SE
By setting 1 to low level and turning on the P-channel MOSFET 70, the potential difference between the data line pairs 2 and 3 can be reduced. This data line equalize signal SE
1 is P-channel MOSFET 70 during the data reading period
Any signal can be used as long as it can control the ON state, and can be formed by inverting the write control signal (/ WE). Even in this case, the features of the present invention are not impaired. In addition, sense amplifiers 53, 54, 55, 56, 5
7, 58, 59, 60, 61 and MOSFETs 41, 42
The signal converted into the voltage by the
The data bus 68, 69 is converted to a current again by a current switch type differential amplifier composed of FETs 62, 63, 64.
May be output to.

【0024】また、基準電圧発生回路を構成するMOS
FET67、カレントミラー型差動増幅器の定電流源を
構成するMOSFET57、電流スイッチ型差動増幅器
の定電流源を構成するMOSFET64には書き込み動
作時に上記MOSFETをオフ状態にするセンスアンプ
制御信号SSが入力される。このような構成とするとメ
モリへの書き込み時に、読み出しデータの増幅に用いら
れる上記差動増幅器などをオフ状態とすることができ、
書き込み時に流れる消費電流を低減することができる。
センスアンプ制御信号SSは、データの書き込み期間中
にセンスアンプを非活性にできる信号であればよく、例
えばチップ選択信号(/CS)や書き込み制御信号(/W
E)から形成した信号を用いることができる。
Further, a MOS constituting the reference voltage generating circuit
The sense amplifier control signal SS for turning off the MOSFET is inputted to the FET 67, the MOSFET 57 which constitutes the constant current source of the current mirror type differential amplifier, and the MOSFET 64 which constitutes the constant current source of the current switch type differential amplifier. To be done. With such a configuration, the differential amplifier or the like used for amplifying read data can be turned off when writing to the memory,
It is possible to reduce the current consumption that flows during writing.
The sense amplifier control signal SS may be any signal as long as it can inactivate the sense amplifier during the data writing period, and for example, the chip selection signal (/ CS) and the write control signal (/ W
The signal formed from E) can be used.

【0025】図5は図4のデータバス68、69の信号
振幅を低減する効果の原理を説明するための回路図であ
る。本例において、電流スイッチ62、63、64は図
4と同一であり、図4のセンスアンプ53、54、5
5、56、57、58、59、60、61で増幅された
信号D、/Dを電流に変換してデータバス68、69に
出力する。図5においては、ボルテージフォロワ形式に
負帰還接続された差動増幅器70、71を用いてデータ
バス68、69の電位設定を行い、データバス68、6
9の振幅を小さくしている。これによって、図1の例と
同様にデータバス68、69の遅延時間を小さくできる
効果がある。しかし、図5の本例では、メモリセルから
の電流に比例した電圧を取り出すことができないので、
以下ではこの点を説明する。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the principle of the effect of reducing the signal amplitude of the data buses 68 and 69 of FIG. In this example, the current switches 62, 63, 64 are the same as in FIG. 4, and the sense amplifiers 53, 54, 5 in FIG.
The signals D, / D amplified by 5, 56, 57, 58, 59, 60, 61 are converted into currents and output to the data buses 68, 69. In FIG. 5, the potentials of the data buses 68 and 69 are set using the differential amplifiers 70 and 71 that are negatively feedback-connected in the voltage follower format, and the data buses 68 and 6 are set.
The amplitude of 9 is reduced. This has the effect of reducing the delay time of the data buses 68 and 69 as in the example of FIG. However, in the present example of FIG. 5, a voltage proportional to the current from the memory cell cannot be taken out, so
This point will be described below.

【0026】図6は図4のデータバス68、69の信号
振幅を低減するとともにデータバス68、69にメモリ
セルからの電流に比例した電圧を取り出すことが可能な
回路図と動作波形を示す図であり、最終的にデータバス
68、69の信号をチップのデータ出力端子110に出
力することができる。図6において、80、81はデー
タバス68、69の電位差を縮小するためのをイコライ
ズMOSFETであり、PチャネルMOSFET82、
83とNチャネルMOSFET84、85、86とはカ
レントミラー型の差動増幅器を形成するとともに、Nチ
ャネルMOSFET84のドレイン・ゲート間の接続に
よってこのカレントミラー型の差動増幅器はボルテージ
フォロワとして動作する。その結果、データバス69
は、PチャネルMOSFET95、96とNチャネルM
OSFET97とにより構成された基準電圧発生回路か
らの基準電圧とほぼ等しい電位に設定される。図4の電
流スイッチ62、63、64によりデータバス69の電
位は微小に変化する。プッシュプルバッファのNチャネ
ルMOSFET92はこの微小信号に応答する一方、P
チャネルMOSFET92はこの微小信号と同相でカレ
ントミラーのPチャネルMOSFET82、83のゲー
トの信号に応答し、増幅信号電圧V1を出力する。
FIG. 6 is a diagram showing a circuit diagram and operation waveforms capable of reducing the signal amplitude of the data buses 68 and 69 of FIG. 4 and taking out a voltage proportional to the current from the memory cell to the data buses 68 and 69. Finally, the signals of the data buses 68 and 69 can be finally output to the data output terminal 110 of the chip. In FIG. 6, reference numerals 80 and 81 denote equalizing MOSFETs for reducing the potential difference between the data buses 68 and 69, and P-channel MOSFETs 82 and 81.
83 and the N-channel MOSFETs 84, 85, 86 form a current mirror type differential amplifier, and the drain-gate connection of the N-channel MOSFET 84 causes the current mirror type differential amplifier to operate as a voltage follower. As a result, the data bus 69
Is a P-channel MOSFET 95, 96 and an N-channel M
The potential is set to be substantially equal to the reference voltage from the reference voltage generating circuit configured by the OSFET 97. The electric potential of the data bus 69 is minutely changed by the current switches 62, 63 and 64 of FIG. The N-channel MOSFET 92 of the push-pull buffer responds to this minute signal, while P-channel MOSFET 92
The channel MOSFET 92 outputs the amplified signal voltage V1 in response to the signals of the gates of the P-channel MOSFETs 82 and 83 of the current mirror in phase with this minute signal.

【0027】同様に、PチャネルMOSFET87、8
8とNチャネルMOSFET89、90とはカレントミ
ラー型の差動増幅器を形成するとともに、NチャネルM
OSFET90のドレイン・ゲート間の接続によってこ
のカレントミラー型の差動増幅器はボルテージフォロワ
として動作する。その結果、データバス68は、Pチャ
ネルMOSFET95、96とNチャネルMOSFET
97とにより構成された基準電圧発生回路からの基準電
圧とほぼ等しい電位に設定される。図4の電流スイッチ
62、63、64によりデータバス68の電位は微小に
変化する。プッシュプルバッファのNチャネルMOSF
ET94はこの微小信号に応答する一方、PチャネルM
OSFET93はこの微小信号と同相でカレントミラー
のPチャネルMOSFET87、88のゲートの信号に
応答し、増幅信号電圧/V1を出力する。例えば、電流
スイッチ型差動増幅器のデータバス68に接続されたM
OSFET63のゲート電極がハイレベルとされた場
合、VccからPチャネルMOSFET88のソース/
ドレイン経路を通りデータバス68へと電流が流れる。
データバス68は差動増幅器70により基準電圧(VR
EF)と同じ電位にされているが、図4の電流スイッチ
62、63、64によりデータバス68の電位は微小に
変化する。そして、PチャネルMOSFET88のゲー
ト電圧は、データバス68の電位を基準電圧(VREF)
に保とうとするために低下する。従ってPチャネルMO
SFET88のゲート電極にそのゲート電極が接続され
たPチャネルMOSFET93のゲート電圧も下がり、
ハイレベルの増幅信号電圧/V1を出力する。
Similarly, P-channel MOSFETs 87, 8
8 and N-channel MOSFETs 89 and 90 form a current mirror type differential amplifier, and N-channel M
Due to the connection between the drain and the gate of the OSFET 90, this current mirror type differential amplifier operates as a voltage follower. As a result, the data bus 68 includes P-channel MOSFETs 95 and 96 and N-channel MOSFETs.
The reference voltage is set to a potential substantially equal to the reference voltage from the reference voltage generating circuit constituted by 97. The electric potential of the data bus 68 is minutely changed by the current switches 62, 63 and 64 shown in FIG. N-channel MOSF of push-pull buffer
The ET94 responds to this small signal while the P channel M
The OSFET 93 outputs the amplified signal voltage / V1 in response to the signals of the gates of the P-channel MOSFETs 87 and 88 of the current mirror in the same phase as this minute signal. For example, M connected to the data bus 68 of the current switch type differential amplifier
When the gate electrode of the OSFET 63 is set to the high level, from Vcc to the source / source of the P-channel MOSFET 88.
Current flows through the drain path to the data bus 68.
The data bus 68 has a reference voltage (VR
Although the potential is the same as that of (EF), the potential of the data bus 68 is slightly changed by the current switches 62, 63 and 64 of FIG. The gate voltage of the P-channel MOSFET 88 is the reference voltage (VREF) based on the potential of the data bus 68.
To lower to try to keep. Therefore, P channel MO
The gate voltage of the P-channel MOSFET 93 whose gate electrode is connected to the gate electrode of the SFET 88 also drops,
It outputs a high level amplified signal voltage / V1.

【0028】この増幅信号電圧V1、/V1は負荷クロ
スカップル接続の負荷PチャネルMOSFET98、9
9と差動対NチャネルMOSFET100、101と定
電流源のNチャネルMOSFET102とからなる差動
増幅器で増幅された後、NOR回路105、106、イ
ンバータ107を介して最終出力段のPチャネルMOS
FET108とNチャネルMOSFET109のゲート
に伝達される。また、本実施例では、データの読みだし
期間中にデータバス68、69をイコライズするために
NチャネルMOSFET80とPチャネルMOSFET
81とを有している。これらNチャネルMOSFET8
0とPチャネルMOSFET81はそれぞれデータバス
イコライズ信号SE2、/SE2(/SE2はSE2の
反転信号)により制御される。また同様に、本実施例で
は、増幅信号電圧V1、/V1とをイコライズするため
のNチャネルMOSFET112とPチャネルMOSF
ET111とを有している。PチャネルMOSFET1
11とNチャネルMOSFET112とはそれぞれメイ
ンアンプイコライズ信号SE3、/SE3により制御さ
れる。また同様に、本実施例では、負荷がクロスカップ
ルされた差動増幅器111の増幅信号電圧V2、/V2
とをイコライズするためのNチャネルMOSFET10
4とPチャネルMOSFET103とを有し、それぞれ
メインアンプイコライズ信号SE4、/SE4により制
御される。
The amplified signal voltages V1 and / V1 are applied to load cross-coupled load P-channel MOSFETs 98 and 9.
9 and a differential pair N-channel MOSFETs 100 and 101 and a constant current source N-channel MOSFET 102. After being amplified by a differential amplifier, the P-channel MOS of the final output stage is passed through NOR circuits 105 and 106 and an inverter 107.
It is transmitted to the gates of the FET 108 and the N-channel MOSFET 109. Further, in this embodiment, in order to equalize the data buses 68 and 69 during the data reading period, the N-channel MOSFET 80 and the P-channel MOSFET are arranged.
And 81. These N-channel MOSFET8
The 0 and P-channel MOSFETs 81 are controlled by data bus equalize signals SE2 and / SE2 (/ SE2 is an inverted signal of SE2). Similarly, in this embodiment, the N-channel MOSFET 112 and the P-channel MOSF for equalizing the amplified signal voltages V1 and / V1 are used.
It has ET111. P-channel MOSFET 1
11 and N-channel MOSFET 112 are controlled by main amplifier equalize signals SE3 and / SE3, respectively. Similarly, in the present embodiment, the amplified signal voltages V2 and / V2 of the differential amplifier 111 whose loads are cross-coupled.
N-channel MOSFET 10 for equalizing and
4 and a P-channel MOSFET 103, which are controlled by main amplifier equalizing signals SE4 and / SE4, respectively.

【0029】図6の動作波形図でも示すようにデータバ
ス68、69等にイコライズをかけることによって、イ
コライズをかけずにデータを反転させるよりもいっそう
の高速化が図れる効果がある。
As shown in the operation waveform diagram of FIG. 6, by equalizing the data buses 68, 69, etc., there is an effect that the speed can be further increased as compared with the case of inverting the data without equalizing.

【0030】また、本実施例では、差動増幅器70、7
1、120の電流源であるNチャネルMOSFET8
6、102を制御することにより、データの書き込み期
間中は差動増幅器70、71、120の動作を止め無駄
な消費電流を低減する構成としている。NチャネルMO
SFET86、102を制御するメインアンプ制御信号
SMは、データの書き込み期間中に差動増幅器70、7
1、120の動作を止めることができる信号であればよ
く、データバスイコライズ信号SE2,/SE2を用い
ることもできる。
Further, in this embodiment, the differential amplifiers 70, 7
N-channel MOSFET 8 which is a current source of 1 and 120
By controlling 6 and 102, the operation of the differential amplifiers 70, 71 and 120 is stopped during the data writing period to reduce unnecessary current consumption. N channel MO
The main amplifier control signal SM for controlling the SFETs 86, 102 is the differential amplifiers 70, 7 during the data writing period.
Any signal can be used as long as it can stop the operations of 1 and 120, and the data bus equalize signals SE2 and / SE2 can also be used.

【0031】また、動作波形で示すようにデータバス6
8、69にMOSFET80、81によりイコライズを
かけるので、イコライズをかけずにデータを反転させる
よりもいっそうの高速化が図れる効果がある。
Further, as shown by the operation waveform, the data bus 6
Since the MOSFETs 8 and 69 are equalized by the MOSFETs 80 and 81, there is an effect that a higher speed can be achieved as compared with the case where the data is inverted without the equalization.

【0032】図7は図6の実施例の効果を示し、消費電
流に対する遅延時間を動作周波数をパラメータにしてシ
ミュレーションにより求めたものである。図7に示すよ
うに、従来方式では動作周波数が高くなるほど消費電流
が大きくなる。これはデータバスの振幅が大きく、交流
電流の成分が大きいためである。これに対して、本方式
では動作周波数が高くなっても消費電流の増加はほとん
どない。従って、本方式では、電流増加を伴うことなく
動作周波数を高くできる効果がある。
FIG. 7 shows the effect of the embodiment of FIG. 6, in which the delay time with respect to the current consumption is obtained by simulation using the operating frequency as a parameter. As shown in FIG. 7, in the conventional method, the higher the operating frequency, the larger the current consumption. This is because the amplitude of the data bus is large and the AC current component is large. On the other hand, in this method, the consumption current hardly increases even if the operating frequency becomes high. Therefore, this method has an effect of increasing the operating frequency without increasing the current.

【0033】図8は、本発明のセンスアンプ、メインア
ンプを半導体記憶装置(とくに、スタティック型ランダ
ムアクセスメモリ)に適用した場合の実施例を示す。
FIG. 8 shows an embodiment in which the sense amplifier and the main amplifier of the present invention are applied to a semiconductor memory device (in particular, a static random access memory).

【0034】90は半導体記憶装置であり、単一の半導
体基板上に形成されている。MCはデータの記憶単位と
なるメモリセルであり、図1に示したようなスタティッ
ク型の記憶回路により形成される。MM1はメモリマッ
トであり、複数のメモリセルMCがマトリックス状に配
置されている。とくに制限されないが半導体記憶装置9
0には複数のメモリマット(MM1、MM2)が形成され
ている。
Reference numeral 90 denotes a semiconductor memory device, which is formed on a single semiconductor substrate. MC is a memory cell that serves as a data storage unit, and is formed by a static memory circuit as shown in FIG. MM1 is a memory mat, and a plurality of memory cells MC are arranged in a matrix. The semiconductor memory device 9 is not particularly limited.
At 0, a plurality of memory mats (MM1 and MM2) are formed.

【0035】メモリセルMCに記憶されている情報を読
みだす場合には、情報を読みだしたいメモリセルMCに
対応するXアドレスAx及びYアドレスAyがXアドレ
ス端子91及びYアドレス端子92に入力される。入力
されたXアドレスAxはXアドレスバッファXADBに
より相補アドレス信号ax,/axに変換されXデコー
ダXDECに供給される。XデコーダXDECは入力さ
れた相補アドレス信号ax,/axをデコードし、入力
されたXアドレスAxに対応して単一のワード線WLを
選択する。ワード線WLが選択されるとワード線WLに
接続された複数のメモリセルMCが活性化し、それぞれ
のメモリセルMCが接続されているデータ線対DL,/
DLにデータを出力する。複数のデータ線対DL,/D
Lに出力されたデータは、カラム選択回路YSELによ
り選択的に共通データ線対CDL,/CDLに接続され
る。カラム選択回路YSELによる選択は、Yアドレス
端子92に入力されたYアドレスAyに対応して、Xア
ドレスAxの場合と同様にYアドレスバッファYAD
B、YデコーダYDECを通して行われる。
When reading the information stored in the memory cell MC, the X address Ax and the Y address Ay corresponding to the memory cell MC from which the information is to be read are input to the X address terminal 91 and the Y address terminal 92. It The input X address Ax is converted into complementary address signals ax, / ax by the X address buffer XADB and supplied to the X decoder XDEC. The X decoder XDEC decodes the input complementary address signals ax, / ax and selects a single word line WL corresponding to the input X address Ax. When the word line WL is selected, the plurality of memory cells MC connected to the word line WL are activated, and the data line pair DL, / to which each memory cell MC is connected is activated.
Output data to DL. Multiple data line pairs DL, / D
The data output to L is selectively connected to the common data line pair CDL, / CDL by the column selection circuit YSEL. The selection by the column selection circuit YSEL corresponds to the Y address Ay input to the Y address terminal 92, and is similar to the case of the X address Ax, in the Y address buffer YAD.
This is performed through the B and Y decoder YDEC.

【0036】共通データ線対CDL1,/CDL1に出
力されたデータ信号は、本発明のセンスアンプSA1に
伝達され、増幅される。このセンスアンプSA1は、例
えば図2に示した差動増幅器10,11,45、MOS
FET41,42で構成され、具体的には図4に示した
回路で構成される。センスアンプSA1により増幅され
たデータ信号はさらにデータバスDB、/DBに伝達さ
れ、本発明のメインアンプMAによりさらに増幅され、
出力バッファDOBを介して出力端子96から半導体記
憶装置の外部に出力される。このメインアンプMAは例
えば図5に示した差動増幅器70,71で構成され、具
体的には図6に示した回路で構成される。とくに制限さ
れないが、センスアンプ(SA1,SA2)はメモリマッ
ト(MM1,MM2)毎に配置され、同じくメモリマット
(MM1,MM2)毎に配置された共通データ線対(CD
L1,/CDL1,CDL2,/CDL2)に選択的に
出力されるデータ信号を増幅するように構成されてい
る。また、各センスアンプ(SA1,SA2)の出力は共
通にデータバスDB,/DBに接続されるように構成さ
れている。
The data signal output to the common data line pair CDL1, / CDL1 is transmitted to and amplified by the sense amplifier SA1 of the present invention. This sense amplifier SA1 is, for example, the differential amplifiers 10, 11, 45 shown in FIG.
It is composed of the FETs 41 and 42, and specifically is composed of the circuit shown in FIG. The data signal amplified by the sense amplifier SA1 is further transmitted to the data buses DB and / DB, and further amplified by the main amplifier MA of the present invention,
It is output from the output terminal 96 to the outside of the semiconductor memory device via the output buffer DOB. The main amplifier MA is composed of, for example, the differential amplifiers 70 and 71 shown in FIG. 5, specifically, the circuit shown in FIG. Although not particularly limited, the sense amplifiers (SA1, SA2) are arranged for each memory mat (MM1, MM2), and the memory mats are also the same.
Common data line pair (CD
L1, / CDL1, CDL2, / CDL2) are selectively amplified. The outputs of the sense amplifiers (SA1, SA2) are commonly connected to the data buses DB, / DB.

【0037】この半導体記憶装置では、本発明のセンス
アンプ及びメインアンプを用いているため、共通データ
線対、データバスの信号振幅を押さえることができ、高
速なデータ信号の読みだしを行うことができる。
In this semiconductor memory device, since the sense amplifier and the main amplifier of the present invention are used, the signal amplitude of the common data line pair and the data bus can be suppressed, and high-speed reading of the data signal can be performed. it can.

【0038】また、各データ線対に接続されたデータ線
イコライズ回路DEQは図4で示したように、例えばデ
ータ線対を選択的に短絡させるトランジスタ(図4の7
0)で構成される。データバスに接続されたデータバス
イコライズ回路DBEQは例えば図6に示されたデータ
バスを選択的に短絡させるトランジスタ(図6の80,
81)により構成される。これら、データ線イコライズ
回路DEQ及びデータバスイコライズ回路DBEQは、
それぞれデータ線イコライズ信号SE1,/SE1、デ
ータバスイコライズ信号SE2,/SE2により、デー
タの書き込み期間中にデータ線対DL,/DL、データ
バスDB,/DBをイコライズするように制御されるこ
とにより、データ読みだし時のデータ線対DL,/DL
及びデータバスDB,/DBの電位差を解消し、データ
信号の読みだし時間を短縮することができる。
As shown in FIG. 4, the data line equalize circuit DEQ connected to each data line pair is, for example, a transistor (7 in FIG. 4) which selectively short-circuits the data line pair.
0). The data bus equalize circuit DBEQ connected to the data bus is, for example, a transistor (80 in FIG. 6, 80, which selectively short-circuits the data bus shown in FIG. 6).
81). These data line equalize circuit DEQU and data bus equalize circuit DBEQ are
The data line equalize signals SE1, / SE1 and the data bus equalize signals SE2, / SE2 are controlled so as to equalize the data line pair DL, / DL and the data bus DB, / DB during the data writing period. , Data line pair DL, / DL when reading data
Also, the potential difference between the data buses DB and / DB can be eliminated, and the reading time of the data signal can be shortened.

【0039】また、各センスアンプ(SA1,SA2)に
は、センスアンプ制御信号SSが供給され、図4に示し
たようにデータ信号の書き込み期間の間センスアンプを
非活性にするよう制御される。同様に、メインアンプM
Aには、メインアンプ制御信号SMが供給され、図6に
示したようにデータ信号の書き込み期間の間メインアン
プを非活性にするよう制御される。
A sense amplifier control signal SS is supplied to each of the sense amplifiers (SA1, SA2), and the sense amplifiers are controlled to be inactive during the data signal writing period as shown in FIG. . Similarly, the main amplifier M
The main amplifier control signal SM is supplied to A and is controlled to inactivate the main amplifier during the data signal writing period as shown in FIG.

【0040】制御回路CONTは、半導体記憶装置90
の外部から供給される書き込み制御信号/WE、チップ
セレクト信号/CS、アウトプットイネーブル信号/O
E及びアドレス変化検出回路ATDの出力信号を受け、
データ線対等のイコライズを制御するデータ線イコライ
ズ信号SE1、データバスイコライズ信号SE2やセン
スアンプ等を制御するセンスアンプ制御信号SS、メイ
ンアンプ制御信号SMなどの内部制御信号を発生する。
とくに制限されないが、データ線イコライズ信号SE1
は書き込み制御信号/WEに基づき形成され、データバ
スイコライズ信号SE2及びセンスアンプ制御信号SS
及びメインアンプ制御信号SMは書き込み制御信号/W
E及びアドレス変化検出回路ATDの出力信号に基づき
形成される。センスアンプ制御信号SSに関してはは書
き込み制御信号/WE及びアドレス変化検出回路ATD
の出力信号の他にYアドレスをデコードして得られるマ
ット選択信号を用いて形成することもできる。なお、外
部から基準クロックが供給されるタイプのメモリでは、
ATDの出力信号に変わり基準クロック信号を用いるこ
ともできる。
The control circuit CONT is a semiconductor memory device 90.
Write control signal / WE, chip select signal / CS, output enable signal / O
E and the output signal of the address transition detection circuit ATD,
Internal control signals such as a data line equalize signal SE1 for controlling equalization of a data line pair, a data bus equalize signal SE2, a sense amplifier control signal SS for controlling sense amplifiers, and a main amplifier control signal SM are generated.
The data line equalize signal SE1 is not particularly limited.
Are formed on the basis of the write control signal / WE, and include the data bus equalize signal SE2 and the sense amplifier control signal SS.
And the main amplifier control signal SM is a write control signal / W
It is formed based on E and the output signal of the address change detection circuit ATD. Regarding the sense amplifier control signal SS, the write control signal / WE and the address transition detection circuit ATD
In addition to the output signal of, the mat selection signal obtained by decoding the Y address can be used. In addition, in the type of memory to which the reference clock is supplied from the outside,
A reference clock signal may be used instead of the ATD output signal.

【0041】上本発明の実施例を説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の
範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもな
い。例えば、図9に示すようにセンス用の二つのトラン
ジスタ41、42はバイポーラトランジスタでも良い。
しかし、この場合には、NPN型のバイポーラトランジ
スタ41、42が非飽和領域で動作するように、ベース
電位(トランジスタ41、42のベース・エミッタ間電
圧VBE)がコレクタ電位(Vref)より低くなるよう、次式
の関係に基準電圧(Vref)を設定する必要がある。 VBE<Vref このようにNPN型のバイポーラトランジスタ41、4
2が非飽和領域で動作すると、バイポーラトランジスタ
41、42のコレクタ電流はそれぞれ次式で与えられ
る。
Although the embodiment of the present invention has been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment and various modifications can be made within the scope of the technical idea thereof. For example, as shown in FIG. 9, the two sensing transistors 41 and 42 may be bipolar transistors.
However, in this case, the base potential (base-emitter voltage V BE of the transistors 41 and 42) is lower than the collector potential (V ref ) so that the NPN bipolar transistors 41 and 42 operate in the non-saturation region. Therefore, it is necessary to set the reference voltage (V ref ) according to the following equation. V BE <V ref Thus, NPN type bipolar transistors 41, 4
When 2 operates in the non-saturation region, the collector currents of the bipolar transistors 41 and 42 are given by the following equations.

【0042】[0042]

【数6】 [Equation 6]

【0043】[0043]

【数7】 [Equation 7]

【0044】ただし、Kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、Isは飽和電流である。
Here, K is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and Is is the saturation current.

【0045】従って、バイポーラトランジスタ41、4
2のベースの差電圧は次式で与えられる。
Therefore, the bipolar transistors 41, 4
The differential voltage of the base of 2 is given by the following equation.

【0046】[0046]

【数8】 [Equation 8]

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、セ
ンスアンプのMOSFETのしきい値電圧、オフセット
電圧の影響が小さく、データ線の信号振幅を小さくする
ことによってメモリセルに蓄積されている情報を高速に
増幅することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the influence of the threshold voltage and the offset voltage of the MOSFET of the sense amplifier is small, and the signal amplitude of the data line is reduced so that the data is stored in the memory cell. Information can be amplified at high speed.

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

【図1】図1は本発明の差動増幅器による共通データ線
対の信号振幅を低減する効果の原理を説明するための回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the principle of the effect of reducing the signal amplitude of a common data line pair by the differential amplifier of the present invention.

【図2】図2は本発明の第1の実施例で本発明をスタテ
ィック型のメモリセルを持つ半導体記憶装置に適用した
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of the first embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a semiconductor memory device having static type memory cells.

【図3】図3は本発明の図2の第1の実施例の効果を従
来方式と比較したシミュレーション結果を示した図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result comparing the effect of the first embodiment of FIG. 2 of the present invention with a conventional method.

【図4】図4は図2の第1の実施例のより具体的な実施
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a more specific example of the first example of FIG.

【図5】図4のデータバス68、69の信号振幅を低減
する効果の原理を説明するための回路図である。
5 is a circuit diagram for explaining the principle of the effect of reducing the signal amplitude of the data buses 68 and 69 of FIG.

【図6】図4の実施例のデータバスの信号振幅を低減す
るとともに、データバスにメモリセルからの電流に比例
した電圧を取り出すことが可能な回路図と動作波形を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a circuit diagram and an operation waveform capable of reducing a signal amplitude of the data bus of the embodiment of FIG. 4 and taking out a voltage proportional to a current from a memory cell to the data bus.

【図7】図6の実施例の効果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an effect of the embodiment of FIG.

【図8】図8は本発明を半導体記憶装置に適用した場合
の実施例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor memory device.

【図9】本発明の変形実施例による回路を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit according to a modified embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…メモリセル、2、3…データ線対、8、9…共通デ
ータ線対、10、11…差動増幅器、41、42…MO
SFET、68、69…データバス、110…出力端
子。
1 ... Memory cell, 2, 3 ... Data line pair, 8, 9 ... Common data line pair, 10, 11 ... Differential amplifier, 41, 42 ... MO
SFET, 68, 69 ... Data bus, 110 ... Output terminal.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のメモリセルと、 上記複数のメモリセルに接続された複数のデータ線対
と、 上記複数のデータ線対に接続された共通データ線対と、 上記共通データ線対の一方の線にその非反転入力端子が
接続され、その反転入力端子に基準電圧が印加された第
1の差動増幅器と、 上記共通データ線対の他方の線にその非反転入力端子が
接続され、その反転入力端子に上記基準電圧が印加され
た第2の差動増幅器と、 上記第1の差動増幅器の出力にその入力電極が接続さ
れ、その出力電極が上記共通データ線対の上記一方の線
に接続された第1のトランジスタと、 上記第2の差動増幅器の出力にその入力電極が接続さ
れ、その出力電極が上記共通データ線対の上記他方の線
に接続された第2のトランジスタとを具備したことを特
徴とする半導体記憶装置。
1. A plurality of memory cells, a plurality of data line pairs connected to the plurality of memory cells, a common data line pair connected to the plurality of data line pairs, and one of the common data line pairs. The non-inverting input terminal is connected to the line of No. 1, the first differential amplifier to which the reference voltage is applied to the inverting input terminal, and the non-inverting input terminal is connected to the other line of the common data line pair, A second differential amplifier having the reference voltage applied to its inverting input terminal and an input electrode thereof connected to the output of the first differential amplifier, the output electrode of which is connected to the one of the common data line pair. A first transistor connected to the line, and a second transistor having its input electrode connected to the output of the second differential amplifier and its output electrode connected to the other line of the common data line pair. And is equipped with Conductor memory device.
【請求項2】上記第1のトランジスタと上記第2のトラ
ンジスタとはMOSFETであり、上記基準電圧は所定
の値に設定されることにより各MOSFETは飽和領域
で動作することを特徴とする請求項1の半導体記憶装
置。
2. The first transistor and the second transistor are MOSFETs, and when the reference voltage is set to a predetermined value, each MOSFET operates in a saturation region. 1. The semiconductor memory device of 1.
【請求項3】上記第1のトランジスタと上記第2のトラ
ンジスタとはバイポーラトランジスタであり、上記基準
電圧は所定の値に設定されることにより各バイポーラト
ランジスタは非飽和領域で動作することを特徴とする請
求項1の半導体記憶装置。
3. The first transistor and the second transistor are bipolar transistors, and when the reference voltage is set to a predetermined value, each bipolar transistor operates in a non-saturation region. The semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項4】上記第1のトランジスタの上記入力電極と
上記第2のトランジスタの上記入力電極とには第3の差
動増幅器の二つの入力端子が接続されてなることを特徴
とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の半
導体記憶装置。
4. The two input terminals of a third differential amplifier are connected to the input electrode of the first transistor and the input electrode of the second transistor. The semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3.
JP6299286A 1993-12-03 1994-12-02 Semiconductor memory device Pending JPH07211082A (en)

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JP30376693 1993-12-03
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525936A (en) * 2004-12-28 2008-07-17 スパンジョン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Sense amplifier with high voltage swing

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