JPH0738278B2 - Sense amplifier circuit - Google Patents

Sense amplifier circuit

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JPH0738278B2
JPH0738278B2 JP4791988A JP4791988A JPH0738278B2 JP H0738278 B2 JPH0738278 B2 JP H0738278B2 JP 4791988 A JP4791988 A JP 4791988A JP 4791988 A JP4791988 A JP 4791988A JP H0738278 B2 JPH0738278 B2 JP H0738278B2
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data line
memory cell
potential
circuit
output
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泰裕 堀田
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、半導体記憶装置におけるセンス増幅回路に
関する。
The present invention relates to a sense amplifier circuit in a semiconductor memory device.

〈従来の技術〉 一般に、各メモリセルが1個のMOSトランジスタで構成
される半導体装置では、メモリセルであるMOSトランジ
スタのしきい電圧を変化させることによって、メモリセ
ルにデータを書き込むようにしている。そして、上記メ
モリセルに書き込んだデータを、センス増幅回路によ
り、メモリセルの電流能力と負荷MOSトランジスタの電
流能力により電圧変換し、検出するようになっている。
<Prior Art> Generally, in a semiconductor device in which each memory cell is composed of one MOS transistor, data is written in the memory cell by changing the threshold voltage of the MOS transistor which is a memory cell. . Then, the data written in the memory cell is voltage-converted by the sense amplifier circuit according to the current capacity of the memory cell and the current capacity of the load MOS transistor to be detected.

このようなセンス増幅回路としては、従来、第3図に示
すようなものがある。このセンス増幅回路は、データ線
31にコラムセレクタ32を介してメモリセル33の出力線で
あるビット線34を接続している。
As such a sense amplifier circuit, there is a conventional one as shown in FIG. This sense amplifier circuit is
A bit line 34, which is an output line of the memory cell 33, is connected to 31 through a column selector 32.

いま、コラムデコーダ35およびワードライン36の電位が
Vddになると、メモリセル33が選択される。そして、メ
モリセル33の高しきい電圧のとき、メモリセル33は殆ど
電流を流さない為、データ線31(ビット線34)が“Low"
レベル状態においては、第1インバータ37および第2イ
ンバータ38がデータ線31の電位を検出し、その出力を
“High"レベルにする。そうすると、NMOSトランジスタ4
1,42,43を介して充電が行われ、データ線31(ビット線3
4)が電位Vaに達すると、NMOSトランジスタ42,43がオフ
になる。そして、引き続きNMOSトランジスタ41を介して
充電が行われ、データ線31(ビット線34)の電位がVbに
達するとNMOSトランジスタ41もオフとなり、結果的にデ
ータ線31の電位(Vdata)はVbで“High"レベルとなって
安定し、Voutは“High"レベルを出力する。ここで、第
1インバータ37の反転レベルは第2インバータ38の反転
レベルより若干高めに設定されている。
Now, the potentials of the column decoder 35 and the word line 36 are
When it reaches Vdd, the memory cell 33 is selected. When the memory cell 33 has a high threshold voltage, almost no current flows through the memory cell 33, so that the data line 31 (bit line 34) is "Low".
In the level state, the first inverter 37 and the second inverter 38 detect the potential of the data line 31 and bring its output to the "High" level. Then, the NMOS transistor 4
Charging is performed via 1,42,43 and data line 31 (bit line 3
When 4) reaches the potential Va, the NMOS transistors 42 and 43 are turned off. Then, charging is continued through the NMOS transistor 41, and when the potential of the data line 31 (bit line 34) reaches Vb, the NMOS transistor 41 is also turned off, and as a result, the potential (Vdata) of the data line 31 is Vb. It becomes stable at "High" level, and Vout outputs "High" level. Here, the inversion level of the first inverter 37 is set slightly higher than the inversion level of the second inverter 38.

一方、メモリセル33が低しきい電圧のとき、データ線31
(ビット線34)が“High"レベルであればメモリセル33
によって放電され、データ線31(ビット線34)が“Low"
レベルであればインバータ37,38によりNMOSトランジス
タ41,42,43を介して充電される。その結果として、デー
タ線31(ビット線34)の電位はインバータ37,38およびP
MOS負荷トランジスタ44,45,46によって決まる電位Vcに
安定する。この時メモリセル33の電流はPMOS負荷トラン
ジスタ44,45,46の能力比によって分割されて流れる。こ
こで、電流検出用負荷トランジスタであるPMOS負荷トラ
ンジスタ46の能力は、このときVoutが“Low"レベルとな
る様に設定されている。
On the other hand, when the memory cell 33 has a low threshold voltage, the data line 31
If (bit line 34) is at "High" level, memory cell 33
Is discharged by the data line 31 (bit line 34) is "Low"
If it is at a level, it is charged by the inverters 37, 38 via the NMOS transistors 41, 42, 43. As a result, the potential of the data line 31 (bit line 34) is changed by the inverters 37, 38 and P.
It stabilizes at the potential Vc determined by the MOS load transistors 44, 45, 46. At this time, the current of the memory cell 33 flows by being divided according to the capacity ratio of the PMOS load transistors 44, 45, 46. Here, the capacity of the PMOS load transistor 46, which is a current detection load transistor, is set so that Vout is at a "Low" level at this time.

以上のことを総合すると、このセンス増幅回路の特性は
第4図に示すようになる。すなわち、メモリセル33が高
しきい電圧のときは、データ線31には電流特性(ア)に
示すように電流が流れ、データ線31の電位VdataはVaか
らVbになって安定する。そして、出力電圧Voutは電圧特
性(イ)に従ってVddとなり安定する。一方、メモリセ
ルが低しきい電圧のときはデータ線31の電位は、上記電
流特性(ア)と低しきい電圧時におけるメモリセル電流
特性(ウ)との交点における電位Vcに安定する。
Summarizing the above, the characteristics of this sense amplifier circuit are as shown in FIG. That is, when the memory cell 33 has a high threshold voltage, a current flows through the data line 31 as shown by the current characteristic (A), and the potential Vdata of the data line 31 becomes stable from Va to Vb. Then, the output voltage Vout becomes Vdd according to the voltage characteristic (a) and becomes stable. On the other hand, when the memory cell has a low threshold voltage, the potential of the data line 31 is stabilized at the potential Vc at the intersection of the current characteristic (a) and the memory cell current characteristic (c) at the low threshold voltage.

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記従来のセンス増幅回路は、データ線31
(ビット線34)が“High"レベルにある時の雑音余裕度
(ΔVh=Vb−Va)をある一定値得るために、インバータ
38より反転レベルの若干高いインバータ37を用いている
が、このため、消費電流が増大し、占有面積が大きくな
るという問題やΔVhの製造バラツキに対する依存度が大
きくなるという問題がある。また、データ線31(ビット
線34)が過充電状態の場合、メモリセルのみの放電のた
め、高速性が損なわれるという問題がある。
<Problems to be Solved by the Invention> By the way, the conventional sense amplifier circuit described above has a data line 31
To obtain the noise margin (ΔVh = Vb−Va) when the (bit line 34) is at “High” level, a certain value
Although the inverter 37 having an inversion level slightly higher than that of 38 is used, this causes a problem that current consumption increases, an occupied area increases, and a dependency of ΔVh on manufacturing variation increases. In addition, when the data line 31 (bit line 34) is overcharged, only the memory cell is discharged, which impairs high speed.

そこで、この発明の目的は、消費電流を少なくすると共
に占有面積を小さくし、また、ΔVhの製造バラツキに対
する依存度を小さくし、高速性を損なうことがないセン
ス増幅回路を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a sense amplifier circuit that consumes less current, occupies a smaller area, and has less dependence on the manufacturing variation of ΔVh, and that does not impair high speed.

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明のセンス増幅回路
は、メモリセルの出力線であるビット線を選択回路を介
して接続したデータ線を入力とするインバータから成る
電位検出回路と、ゲート端が上記電位検出回路の出力に
接続され、ソース端が上記データ線に接続された電流検
出用NMOSトランジスタに電流検出用負荷デバイスを直列
に接続した電流検出回路と、ゲート端が上記電流検出回
路の出力に接続されたNMOSトランジスタを上記電位検出
回路の出力と上記データ線との間に接続したデータ線安
定化トランジスタ回路とを備えたことを特徴としてい
る。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the sense amplifier circuit of the present invention is composed of an inverter having a data line connected to a bit line, which is an output line of a memory cell, through a selection circuit as an input. A potential detection circuit, a current detection circuit in which a gate end is connected to the output of the potential detection circuit, a source end is connected to the data line, and a current detection load device is connected in series to the current detection NMOS transistor, and a gate A data line stabilizing transistor circuit having an NMOS transistor whose end is connected to the output of the current detection circuit and connected between the output of the potential detection circuit and the data line is provided.

〈作用〉 上記構成により、メモリセルが選択された場合、データ
線の電位が“Low"レベルのときは電位検出回路が“Hig
h"レベルを出力し、この“High"レベルをゲート端にう
けた電流検出用NMOSトランジスタと充電用NMOSトランジ
スタとを介してデータ線が充電される。一方、メモリセ
ルが低しきい電圧にあってデータ線の電位が“High"レ
ベルのときはメモリセルによって放電される。また、デ
ータ線が過充電状態の場合はメモリセルおよびデータ線
安定化トランジスタ回路を介して放電される。このよう
に、インバータが1つでよいため、消費電流が少なく、
占有面積が小さくなり、ΔVhの製造バラツキに対する依
存度が小さくなる。また、データ線が過充電状態の場合
にメモリセルとデータ線安定化トランジスタ回路の両方
を介して放電されるので高速性が損なわれることがな
い。
<Operation> With the above configuration, when the memory cell is selected and the potential of the data line is at the “Low” level, the potential detection circuit becomes “Hig.
The data line is charged through the current detection NMOS transistor and the charging NMOS transistor, which outputs the "h" level and receives the "High" level at the gate end. On the other hand, the memory cell has a low threshold voltage. When the potential of the data line is "High" level, it is discharged by the memory cell, and when the data line is overcharged, it is discharged through the memory cell and the data line stabilizing transistor circuit. Since only one inverter is required, the current consumption is low,
The occupied area is reduced, and the dependence of ΔVh on manufacturing variations is reduced. Further, when the data line is overcharged, it is discharged through both the memory cell and the data line stabilizing transistor circuit, so that high speed performance is not impaired.

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。<Example> Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to illustrated examples.

第1図は本実施例の回路図であり、データ線1にコラム
セレクタ2を介してメモリセル3の出力線であるビット
線4を接続している。
FIG. 1 is a circuit diagram of this embodiment, in which a bit line 4 which is an output line of a memory cell 3 is connected to a data line 1 via a column selector 2.

いま、コラムデコーダ5およびワードライン6の電位が
Vddになるとメモリセル3が選択される。そして、メモ
リセル3が高しきい電圧のとき、メモリセル3は殆ど電
流を流さない為、データ線1(ビット線4)が“Low"レ
ベル状態においては、インバータ7がデータ線1の電位
を検出し、出力を“High"レベルにする。そうすると、
充電用NMOSトランジスタ8と電流検出用NMOSトランジス
タ9とを介して充電が続けられ、データ線1(ビット線
4)が電位Vaに達すると、NMOSトランジスタ8,9がオフ
になる。このときVoutがVddレベルとなり、安定化トラ
ンジスタ10,11を介して充電が続けられ、データ線1
(ビット線4)の電位がVbに達すると安定化トランジス
タ10,11からの充電を終了し、結果的にデータ線1の電
位(Vdata)はVbで“High"レベルとなって安定し、Vout
はVddレベルとなっている。
Now, the potentials of the column decoder 5 and the word line 6 are
When it reaches Vdd, the memory cell 3 is selected. When the memory cell 3 has a high threshold voltage, almost no current flows through the memory cell 3. Therefore, when the data line 1 (bit line 4) is in the “Low” level state, the inverter 7 changes the potential of the data line 1. Detect and set output to "High" level. Then,
Charging is continued via the charging NMOS transistor 8 and the current detecting NMOS transistor 9, and when the data line 1 (bit line 4) reaches the potential Va, the NMOS transistors 8 and 9 are turned off. At this time, Vout becomes Vdd level, and charging is continued via the stabilizing transistors 10 and 11, and the data line 1
When the potential of the (bit line 4) reaches Vb, the charging from the stabilizing transistors 10 and 11 is completed, and as a result, the potential (Vdata) of the data line 1 stabilizes at "High" level at Vb, and Vout
Is at Vdd level.

一方、メモリセル3が低しきい電圧のとき、データ線1
(ビット線4)が“High"レベルであればメモリセル3
によって放電され、データ線1(ビット線4)が“Low"
レベルであればインバータ7によりNMOSトランジスタ8,
9を介して充電される。その結果として、データ線1
(ビット線4)の電位はインバータ7,充電用負荷デバイ
スとしてのPMOS負荷トランジスタ12と電流検出用負荷デ
バイスとしてのPMOS負荷トランジスタ13によって決まる
電位Vcに安定する。この時メモリセル3の電流はPMOS負
荷トランジスタ12,13の能力比によって分割されて流れ
る。ここで、電流検出用負荷トランジスタであるPMOS負
荷トランジスタ13の能力は、このときVoutが“Low"レベ
ルとなる様に設定されている。
On the other hand, when the memory cell 3 has a low threshold voltage, the data line 1
If (bit line 4) is at "High" level, memory cell 3
Is discharged by data line 1 (bit line 4) is "Low"
If it is a level, the inverter 7 will turn on the NMOS transistor 8,
Charged through 9. As a result, data line 1
The potential of (bit line 4) stabilizes at a potential Vc determined by the inverter 7, the PMOS load transistor 12 as a charging load device and the PMOS load transistor 13 as a current detecting load device. At this time, the current of the memory cell 3 flows divided according to the capacity ratio of the PMOS load transistors 12 and 13. Here, the capacity of the PMOS load transistor 13, which is a current detection load transistor, is set so that Vout is at a "Low" level at this time.

以上のことを総合すると、このセンス増幅回路の特性は
第2図に示すようになる。すなわち、メモリセル3が高
しきい電圧のときは、データ線1には電流特性(A)に
示すように電流が流れ、データ線1の電位VdataはVaか
らVbになって安定する。そして、出力電圧Voutは電圧特
性(B)に従ってVddとなり安定する。一方、メモリセ
ルが低しきい電圧のときはデータ線1の電位は、上記電
流特性(A)と低しきい電圧時におけるメモリセル電流
特性(C)との交点における電位Vcに安定する。
Summarizing the above, the characteristics of this sense amplifier circuit are as shown in FIG. That is, when the memory cell 3 has a high threshold voltage, a current flows through the data line 1 as shown in the current characteristic (A), and the potential Vdata of the data line 1 becomes stable from Va to Vb. Then, the output voltage Vout becomes Vdd according to the voltage characteristic (B) and becomes stable. On the other hand, when the memory cell has a low threshold voltage, the potential of the data line 1 is stabilized at the potential Vc at the intersection of the current characteristic (A) and the memory cell current characteristic (C) at the low threshold voltage.

このように、従来例に比べてインバータを1つ少なくで
きるので、消費電流が少なくなり占有面積が少なくてよ
い。また、ΔVhは従来例ではインバータ37,38およびNMO
Sトランジスタ41,42,43の特性に依存しているが、本実
施例ではインバータ7およびNMOSトランジスタ8,9に依
存するだけであるので、ΔVhの製造バラツキに対する依
存度を小さくできる。更に、データ線1(ビット線4)
が過充電状態の場合において、メモリセル3および安定
化トランジスタ10,11を介して放電されるので、高速性
を損なうことなくデータの読み出しが行われる。
As described above, the number of inverters can be reduced by one compared with the conventional example, so that the current consumption is reduced and the occupied area can be reduced. In addition, ΔVh is the inverter 37, 38 and NMO in the conventional example.
Although it depends on the characteristics of the S transistors 41, 42, 43, in the present embodiment, it depends only on the inverter 7 and the NMOS transistors 8 and 9, so that the dependence of ΔVh on the manufacturing variation can be reduced. Furthermore, data line 1 (bit line 4)
In the overcharged state, the data is discharged through the memory cell 3 and the stabilizing transistors 10 and 11, so that the data can be read without impairing the high speed.

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明のセンス増幅回路
は、インバータから成る電位検出回路が1つでよいた
め、消費電流および占有面積を低減することができ、Δ
Vhの製造バラツキに対する依存度を小さくすることがで
きる。また、データ線が過充電状態の場合に、メモリセ
ルおよびデータ線安定化トランジスタ回路を介して放電
されるので、高速性を損なうことがなくデータの読み出
しを行うことができる。
<Effects of the Invention> As is apparent from the above, the sense amplifier circuit of the present invention requires only one potential detection circuit composed of an inverter, so that the current consumption and the occupied area can be reduced, and Δ
It is possible to reduce the dependency of Vh on manufacturing variations. Further, when the data line is overcharged, the data line is discharged through the memory cell and the data line stabilizing transistor circuit, so that data can be read without impairing the high speed.

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

第1図はこの発明のセンス増幅回路の一実施例の回路
図、第2図は上記実施例の特性を示す図、第3図は従来
のセンス増幅回路の回路図、第4図は上記従来例の特性
を示す図である。 1…データ線、2…コラムセレクタ、3…メモリセル、
4…ビット線、7…インバータ、8,9,11…NMOSトランジ
スタ、10,12,13…PMOSトランジスタ。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the sense amplifier circuit of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing characteristics of the above embodiment, FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional sense amplifier circuit, and FIG. It is a figure which shows the characteristic of an example. 1 ... Data line, 2 ... Column selector, 3 ... Memory cell,
4 ... bit line, 7 ... inverter, 8,9,11 ... NMOS transistor, 10,12,13 ... PMOS transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】メモリセルの出力線であるビット線を選択
回路を介して接続したデータ線を入力とするインバータ
から成る電位検出回路と、 ゲート端が上記電位検出回路の出力に接続され、ソース
端が上記データ線に接続された電流検出用NMOSトランジ
スタに電流検出用負荷デバイスを直列に接続した電流検
出回路と、 ゲート端が上記電流検出回路の出力に接続されたNMOSト
ランジスタを上記電位検出回路の出力と上記データ線と
の間に接続したデータ線安定化トランジスタ回路と、 ゲート端が上記電位検出回路の出力に接続され、ソース
端が上記データ線に接続された充電用NMOSトランジスタ
に充電用負荷デバイスを直列に接続した充電回路とを備
えたことを特徴とするセンス増幅回路。
1. A potential detection circuit comprising an inverter having a data line connected to a bit line which is an output line of a memory cell through a selection circuit as an input, and a gate terminal connected to the output of the potential detection circuit and having a source A current detection circuit in which a current detection load device is connected in series to a current detection NMOS transistor whose end is connected to the data line, and an NMOS transistor whose gate end is connected to the output of the current detection circuit is connected to the potential detection circuit. And a data line stabilizing transistor circuit connected between the output and the data line, the gate end is connected to the output of the potential detection circuit, and the source end is connected to the data line A sense amplifier circuit comprising: a charging circuit in which load devices are connected in series.
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