JPH07262785A - センス回路 - Google Patents
センス回路Info
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- JPH07262785A JPH07262785A JP6076311A JP7631194A JPH07262785A JP H07262785 A JPH07262785 A JP H07262785A JP 6076311 A JP6076311 A JP 6076311A JP 7631194 A JP7631194 A JP 7631194A JP H07262785 A JPH07262785 A JP H07262785A
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- voltage
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- transistors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入力信号レベルが高くても大きな出力振幅
を得られるようにする。 【構成】 差動接続されたMOS入力トランジスタの
負荷としてカレントミラー回路を接続したセンス回路に
おいて、該MOS入力トランジスタとして高しきい値の
MOSトランジスタを使用した。
を得られるようにする。 【構成】 差動接続されたMOS入力トランジスタの
負荷としてカレントミラー回路を接続したセンス回路に
おいて、該MOS入力トランジスタとして高しきい値の
MOSトランジスタを使用した。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体MOSメモリの
メモリセルから出力される微小信号を検出増幅するセン
ス回路に係るものであり、特にその検出感度を向上させ
て微小な入力信号に対して大きな出力振幅が得られるよ
うにしたセンス回路に関するものである。
メモリセルから出力される微小信号を検出増幅するセン
ス回路に係るものであり、特にその検出感度を向上させ
て微小な入力信号に対して大きな出力振幅が得られるよ
うにしたセンス回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のセンス回路の構成を図5に示す。
Q1、Q2はカレントミラー接続されたPchMOSトラ
ンジスタ、Q3、Q4は差動接続されたNchMOSトラ
ンジスタ、Q5はその差動回路を制御するNchMOSト
ランジスタである。また、VRは参照電圧、VINは入力
電圧、VOUT は出力電圧、φSAはセンス回路全体を活性
状態/非活性状態に制御する制御信号、Vccは正極性
電源である。
Q1、Q2はカレントミラー接続されたPchMOSトラ
ンジスタ、Q3、Q4は差動接続されたNchMOSトラ
ンジスタ、Q5はその差動回路を制御するNchMOSト
ランジスタである。また、VRは参照電圧、VINは入力
電圧、VOUT は出力電圧、φSAはセンス回路全体を活性
状態/非活性状態に制御する制御信号、Vccは正極性
電源である。
【0003】ランダムアクセスメモリのように、メモリ
セルから差動信号が得られる場合、参照電圧VR にはメ
モリセル出力信号のうち、入力電圧VINと相補の関係あ
る信号が用いられる。トランジスタQ3、Q4は参照電
圧VR を含めて入力信号が印加されることから、以下の
説明では特に入力トランジスタと呼ぶ。カレントミラー
回路を構成するトランジスタQ1、Q2は入力トランジ
スタQ3、Q4の能動負荷として用いられる。トランジ
スタQ5は制御信号φSAによって導通状態/非導通状態
が制御されるスイッチであり、センス回路はこの制御信
号(電圧)φSAが高電位のとき活性状態、低電位のとき
非活性状態に制御される。
セルから差動信号が得られる場合、参照電圧VR にはメ
モリセル出力信号のうち、入力電圧VINと相補の関係あ
る信号が用いられる。トランジスタQ3、Q4は参照電
圧VR を含めて入力信号が印加されることから、以下の
説明では特に入力トランジスタと呼ぶ。カレントミラー
回路を構成するトランジスタQ1、Q2は入力トランジ
スタQ3、Q4の能動負荷として用いられる。トランジ
スタQ5は制御信号φSAによって導通状態/非導通状態
が制御されるスイッチであり、センス回路はこの制御信
号(電圧)φSAが高電位のとき活性状態、低電位のとき
非活性状態に制御される。
【0004】図5に示したセンス回路の動作は次ように
行なわれる。入力電圧VINと参照電圧VR の丁度中間の
電位をVOSET、差動入力電圧量を2ΔVSIG とおき、入
力電圧VINと参照電圧VR の組を次のように表記する。 (VIN、VR )=VOSET±ΔVSIG ・・・(1)
行なわれる。入力電圧VINと参照電圧VR の丁度中間の
電位をVOSET、差動入力電圧量を2ΔVSIG とおき、入
力電圧VINと参照電圧VR の組を次のように表記する。 (VIN、VR )=VOSET±ΔVSIG ・・・(1)
【0005】まず、入力電圧VINが中間電圧VOSETより
ΔVSIG だけ電位が上昇し、参照電圧VR が中間電圧V
OSETよりΔVSIG だけ電位が下降した場合について動作
を説明する。このとき、制御信号(電圧)φSAが高電位
であり、簡単のため、トランジスタQ5による電圧降下
は十分小さく無視し得るものとする。
ΔVSIG だけ電位が上昇し、参照電圧VR が中間電圧V
OSETよりΔVSIG だけ電位が下降した場合について動作
を説明する。このとき、制御信号(電圧)φSAが高電位
であり、簡単のため、トランジスタQ5による電圧降下
は十分小さく無視し得るものとする。
【0006】トランジスタQ4のゲート・ソース間電圧
は増大するので、その導通抵抗は減少するが、トランジ
スタQ3についてはゲート・ソース間電圧が減少するの
で導通抵抗が大きくなり、そのトランジスタQ3のドレ
イン電圧は上昇する。これは、トランジスタQ1とQ2
のゲート電極の電位上昇をもたらすので、トランジスタ
Q2のゲート・ソース間電圧はその絶体値において小さ
くなる。すなわち、参照電圧VR の変化(低下)によっ
てトランジスタQ2は導通抵抗が大きくなるように制御
される。これに対して、トランジスタQ4は入力電圧V
INの変化(上昇)により導通抵抗が小さくなるように制
御されるので、結果的に出力電圧VOUTは低電位(LOW
レベル)になる。
は増大するので、その導通抵抗は減少するが、トランジ
スタQ3についてはゲート・ソース間電圧が減少するの
で導通抵抗が大きくなり、そのトランジスタQ3のドレ
イン電圧は上昇する。これは、トランジスタQ1とQ2
のゲート電極の電位上昇をもたらすので、トランジスタ
Q2のゲート・ソース間電圧はその絶体値において小さ
くなる。すなわち、参照電圧VR の変化(低下)によっ
てトランジスタQ2は導通抵抗が大きくなるように制御
される。これに対して、トランジスタQ4は入力電圧V
INの変化(上昇)により導通抵抗が小さくなるように制
御されるので、結果的に出力電圧VOUTは低電位(LOW
レベル)になる。
【0007】一方、入力電圧VINが中間電圧VOSETより
ΔVSIG だけ電位が下降し、参照電圧VR が中間電圧V
OSETよりΔVSIG だけ電位が上昇した場合には、上記の
説明と全く逆の変化が起こり、差動入力信号の変化を助
長する形で出力電圧VOUT は高電位(HIGHレベル)へと
変化する。このとき、出力振幅(高電位の出力電圧と低
電位の出力電圧の差分)は、入力される差動信号量(2
ΔVSIG )の10倍程度である。
ΔVSIG だけ電位が下降し、参照電圧VR が中間電圧V
OSETよりΔVSIG だけ電位が上昇した場合には、上記の
説明と全く逆の変化が起こり、差動入力信号の変化を助
長する形で出力電圧VOUT は高電位(HIGHレベル)へと
変化する。このとき、出力振幅(高電位の出力電圧と低
電位の出力電圧の差分)は、入力される差動信号量(2
ΔVSIG )の10倍程度である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図6は図5の従来のセ
ンス回路の入出力特性図であって、差動入力信号量(2
ΔVSIG )を一定として、入力レベル(中間電位
VOSET)の変化に対するセンス回路の出力レベル(出力
電圧VOUT )の変化を示したものである。VR >VINの
条件で中間電位VOSETが変化するときは「HIGHレベル」
出力特性となり、VIN>VR の条件で中間電位VOSETが
変化するときは「LOW レベル」出力特性となり、「HIGH
レベル」と「LOW レベル」の差分が「出力振幅」とな
る。
ンス回路の入出力特性図であって、差動入力信号量(2
ΔVSIG )を一定として、入力レベル(中間電位
VOSET)の変化に対するセンス回路の出力レベル(出力
電圧VOUT )の変化を示したものである。VR >VINの
条件で中間電位VOSETが変化するときは「HIGHレベル」
出力特性となり、VIN>VR の条件で中間電位VOSETが
変化するときは「LOW レベル」出力特性となり、「HIGH
レベル」と「LOW レベル」の差分が「出力振幅」とな
る。
【0009】センス回路が動作するには、トランジスタ
Q3、Q4が導通状態になることが必要であり、これに
は参照電圧VR を含めて、入力レベルはこのトランジス
タQ3、Q4のしきい値電圧VTHN-L (例えば0.2
V)よりも高くなくてはならない。この条件下で、出力
振幅は入力信号レベルがしきい値電圧VTHN-L 近傍のと
きに最大値をとり、あとは入力信号レベルの上昇ととも
に減少する。
Q3、Q4が導通状態になることが必要であり、これに
は参照電圧VR を含めて、入力レベルはこのトランジス
タQ3、Q4のしきい値電圧VTHN-L (例えば0.2
V)よりも高くなくてはならない。この条件下で、出力
振幅は入力信号レベルがしきい値電圧VTHN-L 近傍のと
きに最大値をとり、あとは入力信号レベルの上昇ととも
に減少する。
【0010】この理由は次のように説明される。トラン
ジスタQ3又はQ4において、入力信号のレベルがΔV
SIG だけ変化した際、そのトランジスタの導通抵抗の変
化率は次の式(2)に従う。入力信号の変化量(ΔV
SIG )が一定であっても、入力信号レベル(VOSET)が
上昇すると分母の値が大きくなり、変化量(ΔVSIG )
の寄与の程度が低下するのである。 ΔVSIG /(VOSET−VTHN-L ) ・・(2)
ジスタQ3又はQ4において、入力信号のレベルがΔV
SIG だけ変化した際、そのトランジスタの導通抵抗の変
化率は次の式(2)に従う。入力信号の変化量(ΔV
SIG )が一定であっても、入力信号レベル(VOSET)が
上昇すると分母の値が大きくなり、変化量(ΔVSIG )
の寄与の程度が低下するのである。 ΔVSIG /(VOSET−VTHN-L ) ・・(2)
【0011】上述のような特性を有するカレントミラー
形センス回路ではあるが、入力信号のレベルには制約が
あることが多い。すなわち、ランダムアクセスメモリで
は、メモリセルからのデータ読出し時に記憶内容が破壊
されないようにノイズマージンを稼ぐ必要があり、その
ためには、メモリセルからの出力信号レベル(センス回
路への入力レベル)を高く設定しなければならない。こ
の結果、図6中にその入力レベルを「動作点」として示
すように、出力振幅の小さい領域でセンス回路を動作さ
せることになり、微小信号を検出増幅する回路として
は、かなり非効率的であった。
形センス回路ではあるが、入力信号のレベルには制約が
あることが多い。すなわち、ランダムアクセスメモリで
は、メモリセルからのデータ読出し時に記憶内容が破壊
されないようにノイズマージンを稼ぐ必要があり、その
ためには、メモリセルからの出力信号レベル(センス回
路への入力レベル)を高く設定しなければならない。こ
の結果、図6中にその入力レベルを「動作点」として示
すように、出力振幅の小さい領域でセンス回路を動作さ
せることになり、微小信号を検出増幅する回路として
は、かなり非効率的であった。
【0012】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、入力信号レベルが高くても、
出力振幅の大きな領域で動作するようにしたセンス回路
を提供することである。
ものであり、その目的は、入力信号レベルが高くても、
出力振幅の大きな領域で動作するようにしたセンス回路
を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、差動接
続された2個のMOS入力トランジスタと、該MOS入
力トランジスタと反対極性で低しきい値電圧のMOSト
ランジスタで構成され上記MOS入力トランジスタの能
動負荷として機能するカレントミラー回路とからなるセ
ンス回路において、上記MOS入力トランジスタに上記
低しきい値電圧より高い高しきい値電圧のMOSトラン
ジスタスタを使用したことを特徴とするセンス回路によ
って達成される。
続された2個のMOS入力トランジスタと、該MOS入
力トランジスタと反対極性で低しきい値電圧のMOSト
ランジスタで構成され上記MOS入力トランジスタの能
動負荷として機能するカレントミラー回路とからなるセ
ンス回路において、上記MOS入力トランジスタに上記
低しきい値電圧より高い高しきい値電圧のMOSトラン
ジスタスタを使用したことを特徴とするセンス回路によ
って達成される。
【0014】
【作用】本発明では、入力信号レベルとMOS入力トラ
ンジスタのしきい値電圧の差分できまる実効ゲート・ソ
ース間電圧が小さくなるので、入力信号の変化に対する
入力MOSトランジスタの導通抵抗の変化率が大きくな
り、大きな出力振幅が得られる。
ンジスタのしきい値電圧の差分できまる実効ゲート・ソ
ース間電圧が小さくなるので、入力信号の変化に対する
入力MOSトランジスタの導通抵抗の変化率が大きくな
り、大きな出力振幅が得られる。
【0015】
【実施例】第1図は本発明の第1の実施例のセンス回路
を示す図である。上述した図5で説明したものと同一の
ものには同一の符号を付した。電源電圧Vccは1・0
〜1.2Vである。本実施例では、差動接続されるPch
MOS入力トランジスタQ6、Q7に前述のトランジス
タQ3、Q4のしきい値電圧VTHN-L (例えば、0・2
V)よりも高い高しきい値電圧VTHN-H (例えば、0・
6V)のものを使用する。なお、トランジスタQ1、Q
2のしきい値電圧VTHP-L は例えば、0.2Vである。
また、Q5のしきい値電圧は上記のVTHN-L である。
を示す図である。上述した図5で説明したものと同一の
ものには同一の符号を付した。電源電圧Vccは1・0
〜1.2Vである。本実施例では、差動接続されるPch
MOS入力トランジスタQ6、Q7に前述のトランジス
タQ3、Q4のしきい値電圧VTHN-L (例えば、0・2
V)よりも高い高しきい値電圧VTHN-H (例えば、0・
6V)のものを使用する。なお、トランジスタQ1、Q
2のしきい値電圧VTHP-L は例えば、0.2Vである。
また、Q5のしきい値電圧は上記のVTHN-L である。
【0016】図2は入力電圧VINと参照電圧VR の差動
入力信号量(2ΔVSIG )を一定として、入力レベル
(中間電位VOSET)を変化させたときの出力特性を示す
図である。メモリセルからの出力信号レベルできまるセ
ンス回路の動作点は、従来技術の説明で用いた図6にけ
る点と同一(例えば、0.7〜0.8V)である。
入力信号量(2ΔVSIG )を一定として、入力レベル
(中間電位VOSET)を変化させたときの出力特性を示す
図である。メモリセルからの出力信号レベルできまるセ
ンス回路の動作点は、従来技術の説明で用いた図6にけ
る点と同一(例えば、0.7〜0.8V)である。
【0017】この図2に示すように、入力トランジスタ
Q6、Q7として高しきい値電圧のMOSトランジスタ
を使用することによって、出力振幅が最大になる点を図
6に示す特性に比べて右方向に移動させることができる
ので、動作点を出力振幅の大きい領域に設定できる。こ
の結果、大きな出力振幅を得ることができる。
Q6、Q7として高しきい値電圧のMOSトランジスタ
を使用することによって、出力振幅が最大になる点を図
6に示す特性に比べて右方向に移動させることができる
ので、動作点を出力振幅の大きい領域に設定できる。こ
の結果、大きな出力振幅を得ることができる。
【0018】これは、入力信号レベルとMOS入力トラ
ンジスタのしきい値電圧の差分できまる実効ゲート・ソ
ース間電圧[前述の式(2)の分母に相当する]が小さ
くなるので、入力信号の変化に対する入力MOSトラン
ジスタの導通抵抗の変化率が大きくなるためである。
ンジスタのしきい値電圧の差分できまる実効ゲート・ソ
ース間電圧[前述の式(2)の分母に相当する]が小さ
くなるので、入力信号の変化に対する入力MOSトラン
ジスタの導通抵抗の変化率が大きくなるためである。
【0019】図3は第2の実施例のセンス回路を示す回
路図である。ここで、カレントミラー回路にNchMOS
トランジスタQ8、Q9を使用し、入力トランジスタに
PchMOSトランジスタQ10、Q11を使用する。セ
ンス回路の活性/非活性を制御するトランジスタにはP
chMOSトランジスタQ12を使用する。電源電圧は−
Vcc、参照電圧は−VR 、入力電圧は−VIN、制御電
圧は−φSAであり、いずれも負極性である。入力トラン
ジスタQ10、Q11には図1にけおる入力トランジス
タQ4、Q5と同様に高しきい値電圧VTHP-H (例え
ば、0.6V)のものを使用し、カレントミラー接続ト
ランジスタQ8、Q9には低しきい値電圧VTHN-L のも
のを使用する。
路図である。ここで、カレントミラー回路にNchMOS
トランジスタQ8、Q9を使用し、入力トランジスタに
PchMOSトランジスタQ10、Q11を使用する。セ
ンス回路の活性/非活性を制御するトランジスタにはP
chMOSトランジスタQ12を使用する。電源電圧は−
Vcc、参照電圧は−VR 、入力電圧は−VIN、制御電
圧は−φSAであり、いずれも負極性である。入力トラン
ジスタQ10、Q11には図1にけおる入力トランジス
タQ4、Q5と同様に高しきい値電圧VTHP-H (例え
ば、0.6V)のものを使用し、カレントミラー接続ト
ランジスタQ8、Q9には低しきい値電圧VTHN-L のも
のを使用する。
【0020】図4はこの第2の実施例のセンス回路の入
出力特性を示す図である。図2に示した特性と同様に、
出力振幅が最大になる点が動作点に近付いている。ただ
し、出力電圧のHIGHレベル、LOW レベルの関係は、負極
性の電源を使用するので逆転して、GNDレベルに近い
方がHIGHレベルになる。
出力特性を示す図である。図2に示した特性と同様に、
出力振幅が最大になる点が動作点に近付いている。ただ
し、出力電圧のHIGHレベル、LOW レベルの関係は、負極
性の電源を使用するので逆転して、GNDレベルに近い
方がHIGHレベルになる。
【0021】なお、以上の第1、第2の実施例におい
て、トランジスタQ5、Q12には低しきい値電圧V
THN-L 、VTHP-L のMOSトランジスタを使用したが、
これらはセンス回路の活性/非活性を制御するスイッチ
として機能しているので、高しきい値電圧VTHN-H 、V
THP-H のMOSトランジスタの適用も可能である。第
1、第2の実施例にける作用効果に違いはない。
て、トランジスタQ5、Q12には低しきい値電圧V
THN-L 、VTHP-L のMOSトランジスタを使用したが、
これらはセンス回路の活性/非活性を制御するスイッチ
として機能しているので、高しきい値電圧VTHN-H 、V
THP-H のMOSトランジスタの適用も可能である。第
1、第2の実施例にける作用効果に違いはない。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力信号
レベルを高くしても出力振幅を大きくすることができる
ので、ランダムアクセスメモリのようにメモリセルの制
約から出力される信号レベルが高い場合であっても、微
小信号入力に対して大きな増幅利得を得ることができ、
感度が高くなるという利点がある。
レベルを高くしても出力振幅を大きくすることができる
ので、ランダムアクセスメモリのようにメモリセルの制
約から出力される信号レベルが高い場合であっても、微
小信号入力に対して大きな増幅利得を得ることができ、
感度が高くなるという利点がある。
【図1】 本発明の第1の実施例のセンス回路の回路図
である。
である。
【図2】 第1の実施例のセンス回路の入出力特性図で
ある。
ある。
【図3】 本発明の第2の実施例のセンス回路の回路図
である。
である。
【図4】 第2の実施例のセンス回路の入出力特性図で
ある。
ある。
【図5】 従来のセンス回路の回路図である。
【図6】 従来のセンス回路の入出力特性図である。
Q1、Q2、Q12:低しきい値電圧PchMOSトラン
ジスタ、 Q3、Q4、Q8、Q9、Q5:低しきい値電圧NchM
OSトランジスタ、 Q6、Q7:高しきい値電圧NchMOSトランジスタ Q10、Q11:高しきい値電圧PchMOSトランジス
タ。
ジスタ、 Q3、Q4、Q8、Q9、Q5:低しきい値電圧NchM
OSトランジスタ、 Q6、Q7:高しきい値電圧NchMOSトランジスタ Q10、Q11:高しきい値電圧PchMOSトランジス
タ。
Claims (1)
- 【請求項1】 差動接続された2個のMOS入力トラン
ジスタと、該MOS入力トランジスタと反対極性で低し
きい値電圧のMOSトランジスタで構成され上記MOS
入力トランジスタの能動負荷として機能するカレントミ
ラー回路とからなるセンス回路において、 上記MOS入力トランジスタに上記低しきい値電圧より
高い高しきい値電圧のMOSトランジスタスタを使用し
たことを特徴とするセンス回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6076311A JPH07262785A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | センス回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6076311A JPH07262785A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | センス回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07262785A true JPH07262785A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13601831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6076311A Withdrawn JPH07262785A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | センス回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07262785A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130084991A (ko) * | 2012-01-18 | 2013-07-26 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 전압 레귤레이터 |
WO2019073883A1 (ja) * | 2017-10-11 | 2019-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 差動増幅器、画素回路および固体撮像装置 |
US10886939B2 (en) | 2019-03-19 | 2021-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sample-hold circuit and AD converter |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP6076311A patent/JPH07262785A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130084991A (ko) * | 2012-01-18 | 2013-07-26 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 전압 레귤레이터 |
JP2013149031A (ja) * | 2012-01-18 | 2013-08-01 | Seiko Instruments Inc | ボルテージレギュレータ |
WO2019073883A1 (ja) * | 2017-10-11 | 2019-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 差動増幅器、画素回路および固体撮像装置 |
CN111201708A (zh) * | 2017-10-11 | 2020-05-26 | 浜松光子学株式会社 | 差动放大器、像素电路及固体摄像装置 |
EP3696971A4 (en) * | 2017-10-11 | 2021-07-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | DIFFERENTIAL AMPLIFIER, PIXEL CIRCUIT AND SOLID STATE IMAGING DEVICE |
US11258976B2 (en) | 2017-10-11 | 2022-02-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Differential amplifier, pixel circuit and solid-state imaging device |
CN111201708B (zh) * | 2017-10-11 | 2023-08-01 | 浜松光子学株式会社 | 差动放大器、像素电路及固体摄像装置 |
US10886939B2 (en) | 2019-03-19 | 2021-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sample-hold circuit and AD converter |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |