JPH0831178A - Semiconductor memory - Google Patents

Semiconductor memory

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Publication number
JPH0831178A
JPH0831178A JP6161815A JP16181594A JPH0831178A JP H0831178 A JPH0831178 A JP H0831178A JP 6161815 A JP6161815 A JP 6161815A JP 16181594 A JP16181594 A JP 16181594A JP H0831178 A JPH0831178 A JP H0831178A
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JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
power supply
vcc
supply voltage
potential
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6161815A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Takasugi
恒一 高杉
Koichiro Ishibashi
孝一郎 石橋
Masataka Minami
正隆 南
Kiyotsugu Ueda
清嗣 植田
Kunihiro Komiyaji
邦広 小宮路
Takahiro Nagano
隆洋 長野
Hiroshi Toyoshima
博 豊嶋
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 ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority to JP6161815A priority Critical patent/JPH0831178A/en
Publication of JPH0831178A publication Critical patent/JPH0831178A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To suppress increasing of power consumption by operating a sense amplifier provided for amplifying a read-out signal of a common data-line to which a bit line is connected through a transfer gate with power supply voltage. CONSTITUTION:In a control circuit 22, an input signal of a terminal 23a is made a H level, an input signal of a terminal 23b is made a L level, and a memory mat block is selected. Then, a signal line controlling gate electrodes of (n) type MOS transistors Q9, Q10 connected to a power supply terminal 3 of which a source electrode is 0V is made approximately 0.5Vcc, pairs of bit line 4a, 4b are previously charged to approximately 0.5Vcc by transistors Q', Q9 and Q8, Q10 of a control circuit 20. In a non-selection memory mat block, an input signal of the terminal 23a is made a L level, an input signal of the terminal 23b is made a H level, a signal line 21 is made a L level, and pairs of bit lines 4a, 4b are previously charged to approximately Vcc. Thereby, a DC current flowing between a terminal 1 and 3 is cut off, and power consumption is reduced.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は低電圧動作が要求される
スタチック型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 static semiconductor memory device which requires low voltage operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7(a)は、従来技術における読み出
し動作時のビット線電圧レベルを示す。読み出し動作に
先行して行われるビット線プリチャージ動作では、ビッ
ト線はメモリセルの電源電圧Vcc、あるいはn型MO
Sトランジスタのしきい値電圧Vth程度低い電圧Vc
c−Vthにプリチャージされ、ビット線読み出し信号
電圧レベルはプリチャージ電圧の近傍である設計となっ
ていた。
2. Description of the Related Art FIG. 7A shows a bit line voltage level during a read operation in the prior art. In the bit line precharge operation performed prior to the read operation, the bit line is the power supply voltage Vcc of the memory cell or the n-type MO.
Voltage Vc that is lower than the threshold voltage Vth of the S transistor
It was precharged to c-Vth and the bit line read signal voltage level was designed to be near the precharge voltage.

【0003】図8に示す60および61はそれぞれビッ
ト線対44a,44bを電源電圧VccおよびVcc−
Vthにプリチャージするビット線電圧制御回路であ
る。
Reference numerals 60 and 61 shown in FIG. 8 connect bit line pairs 44a and 44b to power supply voltages Vcc and Vcc-, respectively.
A bit line voltage control circuit that precharges to Vth.

【0004】図7(b)はメモリマット部を示す。高抵
抗,ポリシリコンPMOS、あるいは基板上に形成され
たPMOSトランジスタを負荷素子とするフリップフロ
ップ(F.F.)と転送MOSトランジスタからなるメモ
リセル51をM行N列に配置したメモリセルアレーと、
カラム方向にメモリセルを選択するワード線48、およ
びワード線を選択するワード線駆動回路47がM個と、
メモリセルに情報の書き込み,読み出しを行うためのビ
ット線対44a,44b、およびロウ方向にビット線を
選択するトランスファーゲート対45a,45bがN個
と、各ビット線対に設けられたビット線電圧制御回路4
2とビット線電圧制御回路を制御するための相補信号線
50a,50b,複数のビット線がトランスファーゲー
トを介して接続されるコモンデータ線対49a,49b
群と、読み出し信号を増幅するセンスアンプ46群から
構成される。
FIG. 7B shows a memory mat portion. A memory cell array in which memory cells 51 each including a flip-flop (FF) using a high resistance, polysilicon PMOS, or a PMOS transistor formed on a substrate as a load element and a transfer MOS transistor are arranged in M rows and N columns. ,
M word lines 48 for selecting memory cells in the column direction and M word line driving circuits 47 for selecting word lines;
Bit line pairs 44a and 44b for writing and reading information to and from the memory cells, and N transfer gate pairs 45a and 45b for selecting bit lines in the row direction, and a bit line voltage provided for each bit line pair. Control circuit 4
2 and complementary signal lines 50a and 50b for controlling the bit line voltage control circuit, and a common data line pair 49a and 49b to which a plurality of bit lines are connected via a transfer gate.
And a group of sense amplifiers 46 for amplifying a read signal.

【0005】従来技術では、メモリセル51内の記憶ノ
ードN3にハイ情報が、N4にロウ情報が書き込まれて
いるものとするとき、ビット線44a,44bを電源電
圧Vccから転送MOSトランジスタQ30およびQ3
1のしきい値電圧Vth分以上に低い電圧にプリチャー
ジした後、ワード線48にVccが加えられてメモリセ
ル51に対する読み出し動作が開始されると、転送MO
SトランジスタQ30がオンすることによってハイノード
N3からビット線へ電流が流れ、ハイ記憶ノードN3の
電圧が低下してメモリセル51の記憶情報が破壊され
る。これは、高抵抗セルやポリPMOSセルでは負荷素
子である高抵抗およびポリシリコンPMOSがハイ記憶ノー
ドN3に供給できる電流が、転送MOSトランジスタの
リーク電流に比べて小さいためである。しかし、高抵抗
およびポリPMOSの電流供給能力を増大させること
は、メモリアレー部全体の待機時電流を増加させるため
に現実的ではない。
In the prior art, when it is assumed that high information is written in storage node N3 in memory cell 51 and row information is written in N4, bit lines 44a and 44b are transferred from power supply voltage Vcc to transfer MOS transistors Q30 and Q3.
After precharging to a voltage lower than the threshold voltage Vth of 1 or more and then Vcc is applied to the word line 48 to start the read operation for the memory cell 51, the transfer MO is transferred.
When the S transistor Q30 is turned on, a current flows from the high node N3 to the bit line, the voltage of the high storage node N3 drops, and the stored information in the memory cell 51 is destroyed. This is because, in the high resistance cell or the poly-PMOS cell, the current that can be supplied to the high storage node N3 by the high resistance and the polysilicon PMOS which are load elements is smaller than the leak current of the transfer MOS transistor. However, increasing the high resistance and the current supply capacity of the poly-PMOS is not realistic because it increases the standby current of the entire memory array section.

【0006】基板上に形成されたPMOSトランジスタ
を負荷素子に用いるフルCMOSセルであっても、電源
電圧Vccに5V程度では、ハイノードからビット線へ
のリーク電流による消費電力が大きいこと、およびリー
ク電流に比べて十分に大きな電流をハイノードN3に供
給できる負荷素子であるp型MOSトランジスタがセル
面積を大きくすることなどの欠点があり現実的ではな
い。このため、読み出し時におけるビット線電圧を0.
5Vcc 程度に設計することは、実際上は不可能であ
る。
Even in a full CMOS cell in which a PMOS transistor formed on a substrate is used as a load element, when the power supply voltage Vcc is about 5 V, the power consumption due to the leak current from the high node to the bit line is large, and the leak current is large. However, the p-type MOS transistor, which is a load element capable of supplying a sufficiently large current to the high node N3, has the drawback of increasing the cell area and is not realistic. Therefore, the bit line voltage during reading is set to 0.
Designing to about 5 Vcc is practically impossible.

【0007】一方、3.3V 以下の低電源電圧動作で
は、従来技術におけるビット線読み出し信号電圧レベル
がVccに近接していることが、センスアンプの感度を
低下させ、アクセス時間を増大させる原因となってい
る。さらに、書き込み動作終了後に行われる読み出し動
作では、書き込み動作時に引き抜かれたほぼ0Vの電圧
を有するビット線をVcc付近にプリチャージする期間
はメモリセルに対する読み出し動作は行えず、プリチャ
ージ動作に要するライトリカバリ時間はスタチック型メ
モリの動作の高サイクル化の制約となっている。
On the other hand, in low power supply voltage operation of 3.3 V or less, the fact that the bit line read signal voltage level in the prior art is close to Vcc causes the sensitivity of the sense amplifier to decrease and the access time to increase. Has become. Furthermore, in the read operation performed after the end of the write operation, the read operation for the memory cell cannot be performed during the period in which the bit line having the voltage of about 0 V extracted during the write operation is precharged to near Vcc, and the write operation required for the precharge operation is not performed. The recovery time is a constraint for increasing the cycle of static memory operation.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電源電圧
3.3V 以下の低電圧動作時において、ビット線プリチ
ャージ電圧レベル、および読み出し信号電圧レベルが電
源電圧Vcc近傍に設計されていることによるセンス時
間の増加を低減すること、および書き込み動作時のライ
トリカバリ時間を低減して、スタチック型メモリの高速
アクセス,高サイクル動作を実現することを課題とす
る。
The present invention is based on the fact that the bit line precharge voltage level and the read signal voltage level are designed in the vicinity of the power supply voltage Vcc in the low voltage operation of the power supply voltage 3.3 V or less. It is an object to reduce an increase in sense time and to reduce a write recovery time during a write operation to realize a high speed access and a high cycle operation of a static memory.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】メモリセルの駆動素子、
転送素子、および負荷素子をMOSトランジスタから構
成し、読み出し時にビット線の電圧を電源電圧Vccの
1/2程度にすることによって、上記の課題を解決す
る。
A driving element for a memory cell,
The above problem is solved by forming the transfer element and the load element from MOS transistors and setting the voltage of the bit line to about 1/2 of the power supply voltage Vcc during reading.

【0010】[0010]

【作用】読み出し時のビット線電圧を0.5Vcc 程度
に設計することによって、センスアンプを感度が高い領
域で動作させることでき、高速動作が可能になる。ま
た、書き込み動作終了後におけるビット線のライトリカ
バリ時間を低減して、高サイクル動作を可能にする作用
を有する。
By designing the bit line voltage at the time of reading to be about 0.5 Vcc, the sense amplifier can be operated in a high sensitivity region, and high speed operation becomes possible. Further, it has an effect of reducing the write recovery time of the bit line after the end of the write operation and enabling a high cycle operation.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の第一の実施例を図1ないし図3に示
す。図1(a)は、読み出し動作時のビット線電圧レベ
ルを示す。読み出し動作時のビット線電圧レベルは、3.
3V以下の電源電圧Vccに対して0.5Vcc±0.5
Vの範囲に設計する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1A shows the bit line voltage level during the read operation. The bit line voltage level during read operation is 3.
0.5 Vcc ± 0.5 for power supply voltage Vcc of 3 V or less
Design within the V range.

【0012】図1(b)は、メモリマット部周辺の構成
を示す。メモリマット部は、駆動素子Q1,Q2,転送
素子Q3,Q4、である4個のn型MOSトランジスタ
と負荷素子Q5,Q6である2個のp型MOSトランジ
スタからなるメモリセル11をM行N列に配置したメモ
リセルアレー部と、カラム方向にメモリセルを選択する
ワード線8、およびワード線を選択するワード線駆動回
路7がM個と、メモリセルに情報の書き込み,読み出し
を行うためのビット線対4a,4b、およびロウ方向に
ビット線を選択するトランスファーゲート対5a,5b
がN個と、各ビット線対に設けられたビット線電圧制御
回路2とビット線電圧制御回路を制御するための相補信
号線10a,10b,複数のビット線がトランスファー
ゲートを介して接続されるコモンデータ線対9a,9b
群と、読み出し信号を増幅するセンスアンプ6群から構
成される。1は電圧Vccの電源端子、3は電圧0Vの
電源端子である。
FIG. 1B shows the configuration around the memory mat portion. The memory mat portion has M rows and N rows of memory cells 11 each including four n-type MOS transistors which are drive elements Q1 and Q2, transfer elements Q3 and Q4, and two p-type MOS transistors which are load elements Q5 and Q6. There are M memory cell array portions arranged in columns, M word lines 8 for selecting memory cells in the column direction, and M word line driving circuits 7 for selecting word lines, for writing and reading information to and from the memory cells. Bit line pair 4a, 4b and transfer gate pair 5a, 5b for selecting a bit line in the row direction
, N, complementary signal lines 10a and 10b for controlling the bit line voltage control circuit 2 and the bit line voltage control circuit provided in each bit line pair, and a plurality of bit lines are connected via a transfer gate. Common data line pair 9a, 9b
And a group of sense amplifiers 6 for amplifying a read signal. Reference numeral 1 is a power supply terminal of voltage Vcc, and 3 is a power supply terminal of voltage 0V.

【0013】図2(a)に示す20は、図1(a)に示
すビット線電圧レベルを実現するビット線電圧制御回路
である。22はメモリマットブロックごとに設けられた
制御回路で、端子23aの入力信号がハイとなり端子2
3bの入力信号がロウとなって、メモリマットブロック
が選択されると、ソース電極が0Vの電源端子3に接続
されたn型MOSトランジスタQ9,Q10のゲート電
極を制御する信号線21が0.5Vcc 程度となり、ビ
ット線対4a,4bは制御回路20のMOSトランジス
タQ7とQ9およびQ8とQ10によって0.5Vcc
程度にプリチャージされる。
Reference numeral 20 shown in FIG. 2A is a bit line voltage control circuit for realizing the bit line voltage level shown in FIG. 22 is a control circuit provided for each memory mat block, and the input signal of the terminal 23a becomes high and the terminal 2
When the input signal of 3b becomes low and the memory mat block is selected, the signal line 21 for controlling the gate electrodes of the n-type MOS transistors Q9 and Q10 connected to the power supply terminal 3 whose source electrode is 0V is set to 0. It becomes about 5 Vcc, and the bit line pair 4a, 4b is set to 0.5 Vcc by the MOS transistors Q7 and Q9 and Q8 and Q10 of the control circuit 20.
It is precharged to the extent.

【0014】非選択メモリマットブロックでは、端子2
3aの入力信号はロウで端子23bの入力信号はハイで
あり、信号線21がロウとなってビット線4a,4bは
Vcc付近にプリチャージされる。このため、非選択メモ
リマットブロックでは制御回路20の電源端子1と3の
間に流れるDC電流が遮断され、消費電力が低減され
る。
In the non-selected memory mat block, terminal 2
The input signal of 3a is low, the input signal of the terminal 23b is high, the signal line 21 is low, and the bit lines 4a and 4b are low.
Precharged near Vcc. Therefore, in the non-selected memory mat block, the DC current flowing between the power supply terminals 1 and 3 of the control circuit 20 is cut off, and the power consumption is reduced.

【0015】図2(b)に示す24は、図1(a)に示
すビット線電圧レベルを実現する第二のビット線電圧制
御回路である。ビット線4a,4bはMOSトランジス
タQ17,Q20およびQ19,Q22によって0.5
Vcc にプリチャージされる。このとき、ビット線電
圧制御回路24の電源端子1と3の間に流れるDC電流
は、電源端子1から抵抗R1,MOSトランジスタQ1
8,Q21,抵抗R2を経由して電源端子3に流れる電
流によって決定され、R1およびR2を適切に選択する
ことで制御回路20の動作時に比べて小さくできるた
め、低消費電力化が可能である。
Reference numeral 24 shown in FIG. 2 (b) is a second bit line voltage control circuit for realizing the bit line voltage level shown in FIG. 1 (a). Bit lines 4a and 4b are set to 0.5 by MOS transistors Q17 and Q20 and Q19 and Q22.
Precharged to Vcc. At this time, the DC current flowing between the power supply terminals 1 and 3 of the bit line voltage control circuit 24 is from the power supply terminal 1 to the resistor R1 and the MOS transistor Q1.
It is determined by the current flowing through the power supply terminal 3 via 8, Q21 and the resistor R2, and can be made smaller than that during the operation of the control circuit 20 by appropriately selecting R1 and R2, so that the power consumption can be reduced. .

【0016】図3は、ワード線およびビット線の動作信
号波形を示す。一対のビット線の電圧がほとんど0Vと
Vccとなる書き込み動作30が終了して、期間31に
ビット線対4a,4bはイコライズ制御信号10a,1
0bによって、Q11およびQ12、あるいはQ23お
よびQ24がオンすることによって同電位になるのとほ
ぼ同時に、ビット線プリチャージ動作によって0.5V
cc レベルにプリチャージされ、続いて期間32でメ
モリセルの記憶情報が読みだされる。このとき、メモリ
セルのロウ記憶ノード側のビット線はメモリセルの引き
抜き電流によって電圧が降下し、ハイ記憶ノード側のビ
ット線はメモリセルの充電電流によって電圧が上昇す
る。期間33は、期間32での読み出し情報とは逆情報
を記憶しているメモリセルを連続して読み出した場合の
ビット線信号波形である。
FIG. 3 shows operation signal waveforms of the word line and the bit line. The write operation 30 in which the voltage of the pair of bit lines becomes almost 0 V and Vcc is completed, and the bit line pair 4a, 4b is equalized with the equalize control signals 10a, 1 during the period 31.
Almost at the same time when Q11 and Q12 or Q23 and Q24 are turned on by 0b to be at the same potential, the bit line precharge operation causes 0.5V.
It is precharged to the cc level, and then the stored information of the memory cell is read in the period 32. At this time, the voltage of the bit line on the row storage node side of the memory cell drops due to the drawing current of the memory cell, and the voltage of the bit line on the high storage node side rises due to the charging current of the memory cell. A period 33 is a bit line signal waveform in the case where the memory cells storing the reverse information to the read information in the period 32 are continuously read.

【0017】図4に本実施例におけるメモリセルのスタ
チックノイズマージン(SNM)を示す。縦軸は本実施
例のスタチックノイズマージン(Vbit=0.5Vc
c)を従来技術(Vbit=Vcc)に対する相対値で
示し、横軸はメモリセル電源電圧およびワード線電圧V
ccである。駆動素子,転送素子、および負荷素子をM
OSトランジスタで構成するフルCMOSセルは、高抵
抗を負荷素子に用いた高抵抗セル、およびポリシリコン
PMOSトランジスタを負荷素子に用いたポリPMOS
セルとは異なり、Vcc=3.3V で、従来技術(Vb
it=Vcc)の60%,Vcc=2.5Vで80%,
Vcc=1.5Vでほぼ100%のノイズマージンを持
ち、低電圧化に伴ってノイズマージンが回復する。
FIG. 4 shows the static noise margin (SNM) of the memory cell in this embodiment. The vertical axis represents the static noise margin of this embodiment (Vbit = 0.5Vc
c) is shown as a relative value with respect to the prior art (Vbit = Vcc), and the horizontal axis shows the memory cell power supply voltage and the word line voltage V
It is cc. M drive element, transfer element, and load element
The full CMOS cell composed of OS transistors includes a high resistance cell using a high resistance as a load element and a poly PMOS using a polysilicon PMOS transistor as a load element.
Unlike the cell, Vcc = 3.3V,
60% of it = Vcc), 80% at Vcc = 2.5V,
When Vcc = 1.5V, it has a noise margin of almost 100%, and the noise margin recovers as the voltage becomes lower.

【0018】また、図5に本実施例(Vbit=0.5
Vcc)のスタチックノイズマージンの絶対値をフルC
MOSセル,ポリPMOSセル,高抵抗セルで比較した
結果を示す。読み出し時のビット線プリチャージ電圧レ
ベルが0.5Vcc 時においても、フルCMOSセル
は、高抵抗セル,ポリPMOSセルに比べて、大きなノ
イズマージンを有し、電源電圧1.5V 程度までは低電
圧化に伴いノイズマージンが増大する。
Further, FIG. 5 shows the present embodiment (Vbit = 0.5).
The absolute value of the static noise margin of Vcc) is set to full C
The results of comparison between a MOS cell, a poly-PMOS cell, and a high resistance cell are shown. Even when the bit line precharge voltage level during reading is 0.5 Vcc, the full CMOS cell has a larger noise margin than the high resistance cell and the poly-PMOS cell, and the low voltage up to the power supply voltage of about 1.5 V. The noise margin increases with the increase in the number.

【0019】図4および図5は、フルCMOSセルで
は、電源電圧3.3V 以下においてビット線プリチャー
ジ電圧レベルを0.5Vcc に設計した場合、メモリセ
ル安定動作に必要なノイズマージンが確保できることを
示している。
FIGS. 4 and 5 show that in a full CMOS cell, when the bit line precharge voltage level is designed to be 0.5 Vcc at a power supply voltage of 3.3 V or less, a noise margin necessary for stable operation of the memory cell can be secured. Shows.

【0020】図6は、カレントミラー型センスアンプに
おける入力信号レベルと利得の関係を示す。入力信号レ
ベルが電源電圧のロウレベルあるいはハイレベルに接近
するほど利得が急激に減少している。このため、入力信
号レベルを0.5Vcc 程度に設計することによって、
入力信号レベルがVcc近傍である従来技術に比べて1
0倍以上の利得で動作させることが可能となる。本実施
例では、コモンデータ線9a,9bのプリチャージ電圧
レベルおよび読み出し信号電圧レベルをビット線4a,
4bと同様に0.5Vcc 程度にすることによって、電
源電圧Vccで動作するセンスアンプ6を高利得状態で
動作させることができる。
FIG. 6 shows the relationship between the input signal level and the gain in the current mirror type sense amplifier. The gain sharply decreases as the input signal level approaches the low level or the high level of the power supply voltage. Therefore, by designing the input signal level to about 0.5 Vcc,
1 compared to the prior art in which the input signal level is near Vcc
It is possible to operate with a gain of 0 times or more. In the present embodiment, the precharge voltage level and the read signal voltage level of the common data lines 9a and 9b are set to the bit line 4a,
By setting it to about 0.5 Vcc as in the case of 4b, the sense amplifier 6 operating at the power supply voltage Vcc can be operated in a high gain state.

【0021】図9は本発明における第二の実施例を示
す。70はスタチック型メモリチップを示す。外部電源
端子71と72の間には電圧Vccが供給され、電圧変
換回路73は、外部電圧Vccに対して0.5Vcc を
発生させる。74は0V,75は0.5Vcc ,76は
Vccのチップ内電源配線である。デコーダ等の周辺回
路部77には0VとVccが供給され、メモリマット部
78には0V,Vccのほか、0.5Vcc が電圧変換
回路から供給されており、ビット線プリチャージ電圧と
して使用されており、読み出し時のビット線電圧を0.
5Vcc 程度に保持する設計となっている。
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. Reference numeral 70 denotes a static memory chip. The voltage Vcc is supplied between the external power supply terminals 71 and 72, and the voltage conversion circuit 73 generates 0.5 Vcc with respect to the external voltage Vcc. Indicated by 74 is 0 V, 75 is 0.5 Vcc, and 76 is Vcc in-chip power supply wiring. The peripheral circuit section 77 such as a decoder is supplied with 0V and Vcc, and the memory mat section 78 is supplied with 0V, Vcc and 0.5Vcc from the voltage conversion circuit, which is used as a bit line precharge voltage. And the bit line voltage during reading is 0.
It is designed to be maintained at about 5Vcc.

【0022】図10は本発明における第三の実施例を示
す。回路システム80は複数個の演算装置88,89群
と複数個のスタチック型メモリ装置87,90群から構
成され、外部電源端子81と82の間には電圧Vccが
供給されている。電圧変換回路83は、システム内の電
源線84に0V,85に0.5Vcc ,86にはVccを
供給し、システム内の演算装置群およびスタチック型メ
モリ装置群には各装置で必要な電圧が供給されている。
たとえば、演算装置89には0V,Vccが供給され、
スタチック型メモリ装置87,90、および演算処理装
置88には、0V,0.5Vcc ,Vccが供給され、
スタチック型メモリ装置では、ビット線プリチャージ電
圧として0.5Vcc が使用され、読み出し時のビット
線電圧を0.5Vcc 程度に保持する設計となってい
る。
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. The circuit system 80 is composed of a plurality of arithmetic units 88 and 89 and a plurality of static memory units 87 and 90, and a voltage Vcc is supplied between external power supply terminals 81 and 82. The voltage conversion circuit 83 supplies 0 V to the power supply line 84 in the system, 0.5 Vcc to 85, and Vcc to 86, so that the arithmetic unit group and the static memory unit group in the system have the voltage required by each unit. Is being supplied.
For example, 0 V and Vcc are supplied to the arithmetic unit 89,
0V, 0.5Vcc and Vcc are supplied to the static type memory devices 87 and 90 and the arithmetic processing device 88,
The static memory device uses 0.5 Vcc as a bit line precharge voltage, and is designed to hold the bit line voltage at the time of reading at about 0.5 Vcc.

【0023】図11は本発明における第四の実施例を示
す。100はスタチック型メモリチップを示す。10
1,102,103は外部電源端子で、それぞれ0V,
0.5Vcc,Vccの電圧が外部から供給されてい
る。デコーダ等の周辺回路104には0VとVccが供
給され、メモリマット部105には0V,Vccのほか
0.5Vcc が供給されており、ビット線プリチャージ
電圧として使用され、読み出し時のビット線電圧を0.
5Vcc 程度に保持する設計となっている。
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention. Reference numeral 100 indicates a static memory chip. 10
1, 102 and 103 are external power supply terminals, 0 V,
The voltages of 0.5 Vcc and Vcc are supplied from the outside. The peripheral circuit 104 such as a decoder is supplied with 0V and Vcc, and the memory mat section 105 is supplied with 0V, Vcc and 0.5Vcc, which is used as a bit line precharge voltage and is used as a bit line voltage at the time of reading. 0.
It is designed to be maintained at about 5Vcc.

【0024】図12は本発明における第二,第三,第四
の実施例におけるスタチック型メモリ内のメモリアレー
部分を示す。電源端子114,115にはそれぞれVc
c,0Vの電源電圧が供給され、ビット線の負荷素子で
あるp型MOSトランジスタQ40,Q41のソース端
子110には0.5Vcc の電圧が供給されており、ビ
ット線対116a,116bはQ40,Q41により
0.5Vcc にプリチャージされ、読み出し時のビット
線電圧を0.5Vcc 程度に保持する設計となってい
る。111,112はビット線イコライズ制御信号端
子、113はワード線である。
FIG. 12 shows a memory array portion in the static type memory in the second, third and fourth embodiments of the present invention. Vc is applied to the power supply terminals 114 and 115, respectively.
A power supply voltage of c, 0 V is supplied, a voltage of 0.5 Vcc is supplied to the source terminals 110 of the p-type MOS transistors Q40, Q41, which are load elements of the bit line, and the bit line pair 116a, 116b has a voltage of Q40, It is designed to be precharged to 0.5 Vcc by Q41 and hold the bit line voltage at the time of reading at about 0.5 Vcc. 111 and 112 are bit line equalize control signal terminals, and 113 is a word line.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明は3.3V 以下の低電圧で動作す
るスタチック型メモリにおいて、アクセス時間を低減す
る効果、高サイクル動作を可能とするため、および高サ
イクル化に伴う消費電力の増加を抑制する。
According to the present invention, in a static memory that operates at a low voltage of 3.3 V or less, the effect of reducing the access time, enabling a high cycle operation, and increasing the power consumption accompanying a high cycle are achieved. Suppress.

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

【図1】第一の実施例におけるビット線電圧レベルおよ
びメモリマット部の説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a bit line voltage level and a memory mat portion in a first embodiment.

【図2】本発明の第一の実施例におけるビット線電圧制
御回路図。
FIG. 2 is a bit line voltage control circuit diagram in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例における動作信号の波形
図。
FIG. 3 is a waveform diagram of an operation signal in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第一の実施例におけるSNM(Vbi
t=0.5Vcc )と従来技術におけるSNM(Vbi
t=Vcc)の相対比の電源電圧依存性の特性図。
FIG. 4 is a diagram illustrating an SNM (Vbi) according to the first embodiment of the present invention.
t = 0.5 Vcc) and SNM (Vbi in the prior art)
The characteristic view of the power supply voltage dependence of the relative ratio of t = Vcc).

【図5】本発明の第一の実施例におけるSNM(Vbi
t=0.5Vcc )の電源電圧依存性の特性図。
FIG. 5 shows SNM (Vbi in the first embodiment of the present invention.
The characteristic view of the power supply voltage dependence of t = 0.5 Vcc).

【図6】本発明の第一の実施例におけるカレントミラー
型センスアンプ利得の入力信号レベル依存性の特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram of input signal level dependency of current mirror type sense amplifier gain in the first embodiment of the present invention.

【図7】従来技術におけるビット線電圧レベルおよびメ
モリマット部の説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a bit line voltage level and a memory mat portion in the conventional technique.

【図8】従来技術におけるビット線電圧制御回路図。FIG. 8 is a conventional bit line voltage control circuit diagram.

【図9】本発明の第二の実施例における説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第三の実施例における説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第四の実施例における説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of the fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第二,第三,第四の実施例における
メモリセルアレー部分の説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a memory cell array portion in the second, third and fourth embodiments of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電源電圧Vcc端子、2…ビット線電圧制御回路、
3…GND端子、4a,4b…ビット線、5a,5b…
トランスファーゲート、6…センスアンプ、7…ワード
線駆動回路、8…ワード線、9a,9b…コモンデータ
線、10a,10b…ビット線電圧制御回路制御信号
線、11…メモリセル。
1 ... Power supply voltage Vcc terminal, 2 ... Bit line voltage control circuit,
3 ... GND terminal, 4a, 4b ... Bit line, 5a, 5b ...
Transfer gate, 6 ... Sense amplifier, 7 ... Word line drive circuit, 8 ... Word line, 9a, 9b ... Common data line, 10a, 10b ... Bit line voltage control circuit control signal line, 11 ... Memory cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 孝一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 南 正隆 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 植田 清嗣 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小宮路 邦広 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 長野 隆洋 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 豊嶋 博 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Koichiro Ishibashi 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi Ltd. (72) Masataka Minami 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Institute (72) Inventor Kiyotsugu Ueda 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Institute (72) Inventor Kunihiro Komiji 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Central Research Institute (72) Inventor Takahiro Nagano 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Hiroshi Toyoshima 5-2-1, Kamisuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo I Engineering Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】駆動素子,転送素子、および負荷素子がM
OSトランジスタから構成されるメモリセルを有し、少
なくともメモリセル、前記メモリセルを選択するワード
線が電源電圧Vccで動作するスタチック型メモリであ
って、前記メモリセルの記憶ノードに情報の書き込み、
あるいは読み出しを行うために設けられた2個の転送M
OSトランジスタ各々のソース電極、あるいはドレイン
電極である拡散層領域に接続された一対のビット線の電
位が、メモリセル記憶情報の読み出し時に前記電源電圧
Vccと、前記メモリセルを構成する転送MOSトラン
ジスタであるn型MOSトランジスタのしきい値電圧V
thに対して、Vcc−Vthより低電位にあり、前記
ビット線あるいは前記ビット線がトランスファーゲート
を介して接続されるコモンデータ線の読み出し信号を増
幅するために設けられたセンスアンプが前記電源電圧V
ccで動作することを特徴とする半導体記憶装置。
1. A drive element, a transfer element, and a load element are M
A static memory having a memory cell composed of an OS transistor, at least a memory cell and a word line selecting the memory cell operating at a power supply voltage Vcc, and writing information to a storage node of the memory cell,
Alternatively, two transfer M provided for reading
The potentials of the pair of bit lines connected to the diffusion layer region, which is the source electrode or drain electrode of each OS transistor, are the same as the power supply voltage Vcc at the time of reading the memory cell storage information, and the transfer MOS transistor constituting the memory cell. Threshold voltage V of a certain n-type MOS transistor
A sense amplifier, which has a potential lower than Vcc-Vth with respect to th and is provided for amplifying a read signal of the bit line or a common data line to which the bit line is connected via a transfer gate, is the power supply voltage. V
A semiconductor memory device operating in cc.
【請求項2】駆動素子,転送素子、および負荷素子がM
OSトランジスタから構成されるメモリセルを有し、少
なくともメモリセル、前記メモリセルを選択するワード
線が電源電圧Vccで動作するスタチック型メモリであ
って、前記メモリセルの記憶ノードに情報の書き込み、
あるいは読み出しを行うために設けられた2個の転送M
OSトランジスタ各々のソース電極、あるいはドレイン
電極である拡散層領域に接続された一対のビット線の電
位が、メモリセル記憶情報の読み出し時に前記電源電圧
の低電位側電位より高く高電位側電位より低い電位であ
って、0.5Vcc−0.5V以上,0.5Vcc+0.5V
以下の範囲にあり、前記ビット線あるいは前記ビット線
がトランスファーゲートを介して接続されるコモンデー
タ線の読み出し信号を増幅するために設けられたセンス
アンプが前記電源電圧Vccで動作することを特徴とす
る半導体記憶装置。
2. The drive element, the transfer element, and the load element are M
A static memory having a memory cell composed of an OS transistor, at least a memory cell and a word line selecting the memory cell operating at a power supply voltage Vcc, and writing information to a storage node of the memory cell,
Alternatively, two transfer M provided for reading
The potentials of the pair of bit lines connected to the diffusion layer region, which is the source electrode or the drain electrode of each OS transistor, are higher than the low-potential side potential of the power supply voltage and lower than the high-potential side potential when the memory cell storage information is read. Potential, 0.5Vcc-0.5V or more, 0.5Vcc + 0.5V
In the following range, a sense amplifier provided for amplifying a read signal of the bit line or a common data line to which the bit line is connected via a transfer gate operates at the power supply voltage Vcc. Semiconductor memory device.
【請求項3】駆動素子,転送素子、および負荷素子がM
OSトランジスタから構成されるメモリセルを有し、少
なくともメモリセル、前記メモリセルを選択するワード
線が電源電圧Vccで動作するスタチック型メモリであ
って、前記メモリセルの記憶ノードに情報の書き込み、
あるいは読み出しを行うために設けられた2個の転送M
OSトランジスタ各々のソース電極、あるいはドレイン
電極である拡散層領域に接続された一対のビット線の電
位が、メモリセル記憶情報の読み出し時に前記電源電圧
Vccと、前記メモリセルを構成する転送MOSトラン
ジスタであるn型MOSトランジスタのしきい値電圧V
thに対して、Vcc−Vthより低電位にあることを
特徴とする半導体記憶装置。
3. The drive element, the transfer element, and the load element are M
A static memory having a memory cell composed of an OS transistor, at least a memory cell and a word line selecting the memory cell operating at a power supply voltage Vcc, and writing information to a storage node of the memory cell,
Alternatively, two transfer M provided for reading
The potentials of the pair of bit lines connected to the diffusion layer region, which is the source electrode or drain electrode of each OS transistor, are the same as the power supply voltage Vcc at the time of reading the memory cell storage information, and the transfer MOS transistor constituting the memory cell. Threshold voltage V of a certain n-type MOS transistor
A semiconductor memory device having a potential lower than Vcc-Vth with respect to th.
【請求項4】駆動素子,転送素子、および負荷素子がM
OSトランジスタから構成されるメモリセルを有し、少
なくともメモリセル、前記メモリセルを選択するワード
線が電源電圧Vccで動作するスタチック型メモリであ
って、前記メモリセルの記憶ノードに情報の書き込み、
あるいは読み出しを行うために設けられた2個の転送M
OSトランジスタ各々のソース電極、あるいはドレイン
電極である拡散層領域に接続された一対のビット線の電
位が、メモリセル記憶情報の読み出し時に前記電源電圧
の低電位側電位より高く高電位側電位より低い電位であ
って、0.5Vcc−0.5V以上,0.5Vcc+0.5V
以下の範囲にあることを特徴とする半導体記憶装置。
4. The drive element, the transfer element, and the load element are M
A static memory having a memory cell composed of an OS transistor, at least a memory cell and a word line selecting the memory cell operating at a power supply voltage Vcc, and writing information to a storage node of the memory cell,
Alternatively, two transfer M provided for reading
The potentials of the pair of bit lines connected to the diffusion layer region, which is the source electrode or the drain electrode of each OS transistor, are higher than the low-potential side potential of the power supply voltage and lower than the high-potential side potential when the memory cell storage information is read. Potential, 0.5Vcc-0.5V or more, 0.5Vcc + 0.5V
A semiconductor memory device characterized by being in the following range.
【請求項5】駆動素子,転送素子、および負荷素子がM
OSトランジスタから構成されるメモリセルを有するス
タチック型メモリであって、前記メモリセルの記憶ノー
ドに情報の書き込み、あるいは読み出しを行うために設
けられた2個の転送MOSトランジスタ各々のソース電
極、あるいはドレイン電極である拡散層領域に接続され
た一対のビット線の電位が、メモリセル記憶情報の読み
出し時に前記ビット線あるいは前記ビット線がトランス
ファーゲートを介して接続されるコモンデータ線の読み
出し信号を増幅するセンスアンプを動作させる電源電圧
Vccの低電位側電位より高く高電位側電位より低い電
位であって、0.5Vcc−0.5V以上,0.5Vcc
+0.5V以下の範囲にあることを特徴とする半導体記
憶装置。
5. The drive element, the transfer element, and the load element are M
A static type memory having a memory cell composed of an OS transistor, wherein a source electrode or a drain of each of two transfer MOS transistors provided for writing or reading information to or from a storage node of the memory cell The potentials of the pair of bit lines connected to the diffusion layer regions, which are electrodes, amplify the read signal of the bit line or the common data line to which the bit line is connected via the transfer gate when the memory cell storage information is read. The power supply voltage Vcc for operating the sense amplifier is higher than the low-potential side potential and lower than the high-potential side potential, and is 0.5 Vcc-0.5 V or more, 0.5 Vcc
A semiconductor memory device characterized by being in a range of +0.5 V or less.
【請求項6】請求項1,2,3,4または5において、
前記読み出し時に前記ビット線がトランスファーゲート
を介して接続されるコモンデータ線の電位が、前記メモ
リセルあるいは前記ワード線あるいは前記センスアンプ
を動作させる電源電圧Vccの低電位側電位より高く高
電位側電位より低い電位であって、0.5Vcc−0.5V
以上,0.5Vcc+0.5V以下の範囲にある半導体記
憶装置。
6. The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
During reading, the potential of the common data line to which the bit line is connected via a transfer gate is higher than the low potential side potential of the power supply voltage Vcc for operating the memory cell, the word line or the sense amplifier, and the high potential side potential. Lower potential, 0.5Vcc-0.5V
Above, a semiconductor memory device in the range of 0.5 Vcc + 0.5 V or less.
【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6におい
て、前記電源電圧Vccが3.3V以下である半導体記
憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the power supply voltage Vcc is 3.3 V or less.
【請求項8】請求項7において、基板上に形成された六
つのMOSトランジスタから構成されるメモリセルを有
するスタチック型メモリである半導体記憶装置。
8. A semiconductor memory device according to claim 7, which is a static type memory having memory cells composed of six MOS transistors formed on a substrate.
JP6161815A 1994-07-14 1994-07-14 Semiconductor memory Withdrawn JPH0831178A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022032A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Freescale Semiconductor Inc Sram bit cell with reduced bit line pre-charge voltage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022032A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Freescale Semiconductor Inc Sram bit cell with reduced bit line pre-charge voltage

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