JPH0752584B2 - MOS type charge / discharge circuit - Google Patents

MOS type charge / discharge circuit

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JPH0752584B2
JPH0752584B2 JP62330086A JP33008687A JPH0752584B2 JP H0752584 B2 JPH0752584 B2 JP H0752584B2 JP 62330086 A JP62330086 A JP 62330086A JP 33008687 A JP33008687 A JP 33008687A JP H0752584 B2 JPH0752584 B2 JP H0752584B2
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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、大容量負荷を充放電するMOS型充放電回路
に関し、特に、充放電電流の立上りやピークを制御する
ことが可能なMOS型充放電回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS type charge / discharge circuit for charging / discharging a large-capacity load, and more particularly to a MOS type charge / discharge circuit capable of controlling rise and peak of charge / discharge current. Charge / discharge circuit

(従来技術) 従来、同期型MOSメモリに於いては、チップ内の大容量
負荷を充電,放電する動作,例えばダイナミック・ラン
ダム・アクセス・メモリのセンス,リストア等の動作が
しばしば営まれる。このような場合、充放電動作に伴う
電源電流の急激な立上りや電源電流の高いピークは、チ
ップ内部の電源ノイズの原因となり、メモリの不良原因
や動作マージンの劣化を招来する。このような事態発生
を防止すべく従来より電源電流の立上りや電源電流の高
いピークを抑制する工夫がなされている。例えば、K.Sh
imohigashi etal.,“A 65ns CMOS DRAM with a Twisted
Drivelin Sense Amplifier",ISSCC87 Digest p.18〜p1
9に於いて見られるような方法がある。これは、第3図
に示す如くセンスアンプ駆動回路に於いて充電を行うMO
SトランジスタをMOSトランジスタQ1,Q2,Q3に分割して、
夫々のトランジスタQ1,Q2,Q3を位相差を有するPチャン
ネルのセンスイネイブル信号SEP1,SEP2,SEP3で駆動す
る。駆動タイミングは、第4図に示す如くに行われ、電
源電流のピークが3つの小さなピークに分割され、重ね
合わされる。
(Prior Art) Conventionally, in a synchronous MOS memory, an operation of charging and discharging a large-capacity load in a chip, for example, an operation of sensing and restoring a dynamic random access memory is often performed. In such a case, a rapid rise of the power supply current and a high peak of the power supply current due to the charging / discharging operation cause power supply noise inside the chip, which causes a defect of the memory and deterioration of the operation margin. In order to prevent such a situation from occurring, measures have been conventionally taken to suppress the rise of the power supply current and the high peak of the power supply current. For example, K.Sh
imohigashi et al., “A 65ns CMOS DRAM with a Twisted
Drivelin Sense Amplifier ", ISSCC87 Digest p.18 ~ p1
There is a method as seen in 9. This is an MO that charges in the sense amplifier drive circuit as shown in FIG.
Divide the S transistor into MOS transistors Q1, Q2, Q3,
The transistors Q1, Q2, Q3 are driven by P-channel sense enable signals SEP1, SEP2, SEP3 having a phase difference. The drive timing is performed as shown in FIG. 4, and the peak of the power supply current is divided into three small peaks, which are superimposed.

(従来技術の問題点) しかし、上記のような方法は以下の如き問題点を有す
る。第1に遅延回路DC1,DC2,DC3等多くの素子を必要と
し、チップ面積が増加する。第2に素子数が多くなるの
で、素子パラメータが多くなり、最適設計が容易でなく
なる。例えば、遅延回路DC1,DC2,DC3の遅延時間と3つ
のMOSトランジスタQ1,Q2,Q3のサイズを巧妙に設計しな
ければならない。第3にデバイスパラメータの変動によ
る影響が大きく、例えばMOSトランジスタのコンダクタ
ンスが大きくなるようにデバイスパラメータが変動した
場合、MOSトランジスタQ1,Q2,Q3に対応するピークは夫
々大きくなり、且つ、Pチャンネルのセンスイネイブル
信号SEP1,SEP2,SEP3の位相差も小さくなることから全体
としての電源電流の波形はより高いピークを示すことと
なる。
(Problems of Prior Art) However, the above method has the following problems. First, many elements such as delay circuits DC1, DC2, and DC3 are required, which increases the chip area. Secondly, since the number of elements increases, the element parameters increase, which makes it difficult to perform optimum design. For example, the delay time of the delay circuits DC1, DC2, DC3 and the sizes of the three MOS transistors Q1, Q2, Q3 must be designed carefully. Thirdly, when the device parameter changes so that the conductance of the MOS transistor becomes large, the peaks corresponding to the MOS transistors Q1, Q2, and Q3 become large, respectively, and the P channel Since the phase difference between the sense enable signals SEP1, SEP2, SEP3 also becomes small, the waveform of the power supply current as a whole shows a higher peak.

(発明の目的) この発明は、上記の問題点を解決すべく為されたもの
で、素子数を少く設計性、制御性に優れ、大容量負荷を
駆動することが可能なMOS型充放電回路を提供すること
を目的とするものである。
(Object of the Invention) The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a small number of elements, excellent designability and controllability, and a MOS type charge / discharge circuit capable of driving a large capacity load. It is intended to provide.

(問題点を解決するための手段) (発明の構成) この発明は、第1及び第2のPチャンネルMOSトランジ
スタのソース端子を電源端子に接続し、第2のPチャン
ネルMOSトランジスタのドレイン端子をセンスアンプよ
り成る負荷回路に接続し、第1のPチャンネルMOSトラ
ンジスタのドレイン端子及びゲート端子と第2のPチャ
ンネルMOSトランジスタのゲート端子とを共通に抵抗を
介して接地端子に接続し、容量素子を第2のPチャンネ
ルMOSトランジスタのゲート端子に接続して成り、第1,
第2PチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧を大略等し
く設定し、第2のPチャンネルMOSトランジスタのチャ
ンネル幅を第1のPチャンネルMOSトランジスタのチャ
ンネル幅のf倍としたものである。
(Means for Solving Problems) (Structure of the Invention) In the present invention, the source terminals of the first and second P-channel MOS transistors are connected to the power supply terminal, and the drain terminals of the second P-channel MOS transistors are connected. A capacitive element is connected to a load circuit including a sense amplifier, and the drain terminal and gate terminal of the first P-channel MOS transistor and the gate terminal of the second P-channel MOS transistor are commonly connected to a ground terminal via a resistor. Is connected to the gate terminal of the second P-channel MOS transistor,
The threshold voltage of the second P-channel MOS transistor is set to be approximately equal, and the channel width of the second P-channel MOS transistor is set to f times the channel width of the first P-channel MOS transistor.

(発明の作用) 上記の様にこの発明は、第1,第2のPチャンネルMOSト
ランジスタの閾値電圧を大略等しく設定し、第2のPチ
ャンネルMOSトランジスタのチャンネル幅を第1のPチ
ャンネルMOSトランジスタのチャンネル幅のf倍として
いるので、第2のPチャンネルMOSを流れる充電電流は
第1のPチャンネルMOSトランジスタと抵抗を流れる電
流のf倍となる。
(Operation of the Invention) As described above, according to the present invention, the threshold voltages of the first and second P-channel MOS transistors are set to be substantially equal, and the channel width of the second P-channel MOS transistor is set to the first P-channel MOS transistor. Therefore, the charging current flowing through the second P-channel MOS transistor is f times the current flowing through the first P-channel MOS transistor and the resistor.

(実施例) この発明による実施例を図面に基ずき説明する。第1図
(a)は、この発明によるMOS型充放電回路の一実施例
を示すものである。PチャンネルMOSトランジスタQ1,Q
2,Q3のソース端子が夫々電源端子に接続され、トランジ
スタQ1のゲート端子は、センスイネイブル端子SENに接
続されている。トランジスタQ3のドレイン端子は複数の
センスアンプS/Aより成る負荷回路LCに接続され、トラ
ンジスタQ1,Q2のドレイン端子とトランジスタQ2,Q3のゲ
ート端子とは、容量素子であるコンデンサCに接続され
ている。トランジスタQ1,Q2のドレイン端子とトランジ
スタQ2,Q3のゲート端子とは、抵抗Rの一端に接続さ
れ、更に、抵抗Rの他端は、Nチャンネルトランジスタ
Q4を介して接地されている。トランジスタQ4のゲート端
子はトランジスタQ1のゲート端子ともにセンスイネイブ
ル端子SENに接続されている。また、センスイネイブル
端子SENは、NチャンネルMOSトランジスタQ5のゲート端
子にも接続されている。負荷回路LCは、Pチャンネル・
コモン・ソース端子SAPを介してトランジスタQ3のドレ
イン端子に接続され、また、Nチャンネル・コモン・ソ
ース端子SANを介してトランジスタQ5のドレイン端子に
接続されている。尚、負荷回路LCを構成するセンスアン
プS/Aは、第1図(b)に示す如くになっている。
(Embodiment) An embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (a) shows an embodiment of a MOS type charge / discharge circuit according to the present invention. P-channel MOS transistor Q1, Q
The source terminals of Q2 and Q3 are connected to the power supply terminal, and the gate terminal of the transistor Q1 is connected to the sense enable terminal SEN. The drain terminal of the transistor Q3 is connected to a load circuit LC composed of a plurality of sense amplifiers S / A, and the drain terminals of the transistors Q1 and Q2 and the gate terminals of the transistors Q2 and Q3 are connected to a capacitor C which is a capacitive element. There is. The drain terminals of the transistors Q1 and Q2 and the gate terminals of the transistors Q2 and Q3 are connected to one end of a resistor R, and the other end of the resistor R is an N-channel transistor.
Grounded through Q4. The gate terminal of the transistor Q4 and the gate terminal of the transistor Q1 are both connected to the sense enable terminal SEN. The sense enable terminal SEN is also connected to the gate terminal of the N-channel MOS transistor Q5. Load circuit LC is P channel
It is connected to the drain terminal of the transistor Q3 via the common source terminal SAP, and is also connected to the drain terminal of the transistor Q5 via the N-channel common source terminal SAN. The sense amplifier S / A forming the load circuit LC is as shown in FIG. 1 (b).

上記構成のこの発明によるMOS型充放電回路の動作につ
いて説明する。第2図に示すタイミングチャートを参照
して説明する。先ず、初期段階に於いては、センスイネ
イブル端子SENは低レベルであり、NチャンネルMOSトラ
ンジスタQ4は、オフ、PチャンネルMOSトランジスタQ1
はオンしている。この時、コンデンサCには電荷がチャ
ージされておりトランジスタQ2,Q3のゲート端子とコン
デンサCの接続点SEPに於ける電位は、高レベルにあ
り、トランジスタQ3,Q4はオフしている。センスイネィ
ブル端子SENが高レベルになるとトランジスタQ4がオン
し、抵抗Rを通してコンデンサCの充電電荷が放電され
る。コンデンサCの充電電荷の放電で接続点SEPの電位
が下降する。接続点SEPの電位の下降によりトランジス
タQ2,Q3がオンし、トランジスタQ2,Q3を流れる電流と抵
抗Rを流れる電流とのバランスがとれた時点で接続点SE
Pの電位は一定となる。接続点SEPに於ける電位が一定と
なる時間はコンデンサCの容量と抵抗Rの抵抗値との積
で決定される。
The operation of the MOS type charge / discharge circuit according to the present invention having the above configuration will be described. This will be described with reference to the timing chart shown in FIG. First, in the initial stage, the sense enable terminal SEN is at a low level, the N-channel MOS transistor Q4 is off, and the P-channel MOS transistor Q1.
Is on. At this time, the capacitor C is charged, and the potential at the connection point SEP between the gate terminals of the transistors Q2 and Q3 and the capacitor C is at a high level, and the transistors Q3 and Q4 are off. When the sense enable terminal SEN becomes high level, the transistor Q4 is turned on and the charge charged in the capacitor C is discharged through the resistor R. The electric charge at the capacitor C is discharged, so that the potential at the connection point SEP drops. The transistors Q2 and Q3 are turned on by the decrease of the potential of the connection point SEP, and when the current flowing through the transistors Q2 and Q3 and the current flowing through the resistor R are balanced, the connection point SE
The potential of P becomes constant. The time during which the potential at the connection point SEP becomes constant is determined by the product of the capacitance of the capacitor C and the resistance value of the resistor R.

このとき、トランジスタQ2,Q4のインピーダンスが抵抗
Rのインピーダンスより充分に小さいものと仮定すれ
ば、接続点SEPに於ける電位は電源電圧VCC,トランジス
タQ2の閾値電圧をVTPとすると、VCC−|VTP|となる。
At this time, assuming that the impedances of the transistors Q2 and Q4 are sufficiently smaller than the impedance of the resistor R, the potential at the connection point SEP is VCC− | VTP, where the power supply voltage VCC and the threshold voltage of the transistor Q2 are VTP. |

従って、トランジスタQ2,抵抗R,トランジスタQ4を流れ
るバイアス電流IBは、 IB=(VCC−|VT|)/R (1) となる。
Therefore, the bias current IB flowing through the transistor Q2, the resistor R, and the transistor Q4 is IB = (VCC- | VT |) / R (1).

一方、トランジスタQ3を流れる充電電流ICは、 IC=IB×(WQ3/WQ2) (2) となる。On the other hand, the charging current IC flowing through the transistor Q3 is IC = IB × (WQ3 / WQ2) (2).

ここに、WQ3は、トランジスタQ3のチャンネル幅、WQ2
は、トランジスタQ2のチャンネル幅である。
Where WQ3 is the channel width of transistor Q3, WQ2
Is the channel width of the transistor Q2.

(2)式が成立するのはトランジスタQ2,Q3のソース電
位(VCC),ゲート電位(SEP)が共通なためである。
The expression (2) is established because the source potential (VCC) and the gate potential (SEP) of the transistors Q2 and Q3 are common.

(1)式,(2)式から明らかなように充電電流ICは、
トランジスタQ2,Q3のチャンネル幅の寸法比,抵抗Rの
抵抗値,電源電圧VCC,トランジスタQ2の閾値電圧VTPの
みで決定される。また、電源電流の立上り波形は抵抗R
とコンデンサCの時定数のみで決定される。尚、実施例
の説明は、トランジスタQ2,Q3がPチャンネルMOSトラン
ジスタの場合について説明したが、この発明は上記のも
のに限定されず、トランジスタQ2,Q3をNチャンネルMOS
トランジスタについて適用することが可能であることは
勿論のことである。
As is clear from the equations (1) and (2), the charging current IC is
It is determined only by the dimensional ratio of the channel widths of the transistors Q2 and Q3, the resistance value of the resistor R, the power supply voltage VCC, and the threshold voltage VTP of the transistor Q2. In addition, the rising waveform of the power supply current is the resistance R
And the time constant of the capacitor C alone. In the description of the embodiment, the case where the transistors Q2 and Q3 are P-channel MOS transistors has been described, but the present invention is not limited to the above, and the transistors Q2 and Q3 are N-channel MOS transistors.
Of course, it can be applied to a transistor.

(発明の効果) この発明によるMOS型充放電回路は、回路素子の数が従
来のものに比較して少なく、チップに於けるパターン面
積が微少化することが出来、また、(1),(2)式か
ら明らかなように抵抗Rの抵抗値とトランジスタQ2,Q3
のチャンネル幅の寸法比を決定することにより、電流ピ
ーク値を精度良く設定することが出来る。また、電流の
立上り特性もコンデンサCの容量を適用な値に設定する
ことにより、精度良く制御することが出来る。
(Effects of the Invention) The MOS type charge / discharge circuit according to the present invention has a smaller number of circuit elements than the conventional one, and can reduce the pattern area in the chip, and (1), ( As is clear from the equation 2), the resistance value of the resistor R and the transistors Q2 and Q3
The current peak value can be set accurately by determining the dimension ratio of the channel width. Further, the rising characteristics of the current can also be controlled accurately by setting the capacitance of the capacitor C to an appropriate value.

更に、この発明によるMOS型充放電回路に於いては、
(2)式は、トランジスタQ2,Q3のチャンネル幅の寸法
比、即ち幾何学的なパターン寸法で決定されており、
(1)式は、抵抗Rの抵抗値とトランジスタQ2,Q3の閾
値電圧に依存するのみであり、デバイスパラメータによ
る変動が少ない。従って、デバイスパラメータの変動に
よる影響を総ど受けない。
Furthermore, in the MOS type charge / discharge circuit according to the present invention,
Equation (2) is determined by the dimension ratio of the channel widths of the transistors Q2 and Q3, that is, the geometric pattern dimension,
The equation (1) only depends on the resistance value of the resistor R and the threshold voltage of the transistors Q2 and Q3, and there is little variation due to device parameters. Therefore, it is not affected by the fluctuation of the device parameters.

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

第1図(a)は、この発明によるMOS型充放電回路の回
路構成図、 第1図(b)は、第1図(a)に於けるセンスアンプの
具体的な回路構成図、 第2図は、第1図(a)に示したこの発明によるMOS型
充放電回路のタイミングチャート、 第3図は、従来のMOS型充放電回路の回路構成図、 第4図は、第3図に示した従来のMOS型充放電回路のタ
イミングチャート である。 Q1,Q2,Q3……PチャンネルMOSトランジスタ、Q4,Q4……
NチャンネルMOSトランジスタ、R……抵抗、LC……負
荷回路、S/A……センスアンプ、C……コンデンサ、SEN
……センスイネィブル端子。
FIG. 1 (a) is a circuit configuration diagram of a MOS type charge / discharge circuit according to the present invention, FIG. 1 (b) is a specific circuit configuration diagram of the sense amplifier in FIG. 1 (a), and FIG. FIG. 1 is a timing chart of the MOS type charge / discharge circuit according to the present invention shown in FIG. 1 (a), FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a conventional MOS type charge / discharge circuit, and FIG. 4 is shown in FIG. 6 is a timing chart of the conventional MOS charge / discharge circuit shown. Q1, Q2, Q3 …… P-channel MOS transistor, Q4, Q4 ……
N-channel MOS transistor, R ... Resistor, LC ... Load circuit, S / A ... Sense amplifier, C ... Capacitor, SEN
...... Sense enable terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1及び第2のMOSトランジスタの一方の
端子を第1の電源端子に接続し、上記第2のMOSトラン
ジスタの他方の端子を負荷回路に接続し、上記第1のMO
Sトランジスタの他方の端子及びゲートと上記第2のMOS
トランジスタのゲートとを共通にインピーダンス素子及
び第1のスイッチング素子を介して上記一方の電源端子
とは異なる第2の電源端子に接続し、容量素子を上記第
2のMOSトランジスタのゲートに接続し、上記第2のMOS
トランジスタのゲートと上記第1の電源端子との間に第
2のスイッチング素子を接続し、上記第1及び第2のMO
Sトランジスタのしきい値電圧を大略等しく設定し、上
記第2のMOSトランジスタのチャネル幅を上記第1のMOS
トランジスタのチャネル幅より大きく設定し、上記イン
ピーダンス素子の抵抗値を上記第1のMOSトランジスタ
のインピーダンスより大きく設定したことを特徴とする
MOS型充放電回路。
1. One of the first and second MOS transistors is connected to a first power supply terminal, the other terminal of the second MOS transistor is connected to a load circuit, and the first MO transistor is connected.
The other terminal and gate of the S transistor and the second MOS
The gate of the transistor is commonly connected to the second power supply terminal different from the one power supply terminal via the impedance element and the first switching element, and the capacitive element is connected to the gate of the second MOS transistor, Second MOS above
A second switching element is connected between the gate of the transistor and the first power supply terminal, and the first and second MO are connected.
The threshold voltage of the S-transistor is set to be approximately equal, and the channel width of the second MOS transistor is set to the first MOS.
The resistance value of the impedance element is set larger than the channel width of the transistor, and the resistance value of the impedance element is set larger than the impedance of the first MOS transistor.
MOS type charge / discharge circuit.
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