JPH10144084A - センス回路およびこれを具備する半導体記憶装置 - Google Patents

センス回路およびこれを具備する半導体記憶装置

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JPH10144084A
JPH10144084A JP8302214A JP30221496A JPH10144084A JP H10144084 A JPH10144084 A JP H10144084A JP 8302214 A JP8302214 A JP 8302214A JP 30221496 A JP30221496 A JP 30221496A JP H10144084 A JPH10144084 A JP H10144084A
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JP
Japan
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sense circuit
node
electrode connected
circuit
type transistor
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JP8302214A
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Katsumi Okina
勝美 翁
Yasunobu Tokuda
泰信 徳田
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】ビットラインを”Vdd”レベルまでプリ
チャージする回路を配した上で、センス回路へのデータ
入力端子をP型トランジスタ、ラッチ負荷をN型トラン
ジスタで構成したことを特徴とするラッチ型センス回
路、または前記ラッチ型センス回路上に、データ出力
を”Vss”レベルにイコライズするN型トランジスタ
を配したことを特徴とするラッチ型センス回路。 【効果】メモリセルの出力によってセンス回路が動作を
始めるため、制御が容易で誤動作を防止できるという効
果がある。また、ビットラインが”Vdd−Vthp”
レベルまで低下しない限りセンス回路は動作しないた
め、ノイズマージンが確保され誤動作を防止できるとい
う効果がある。また、センス動作開始時にはデータ入力
用P型トランジスタは”オフ”状態にあるため、消費電
流が低減できるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスタティック型の半
導体記憶装置のセンス回路に関するものであり、特に相
補型トランジスタを用いたセンス回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、センス回路を具備する半導体記
憶装置の一般的な例を示す機能ブロック図である。図6
において、(B1)はアドレスデコーダを、(B2)は
コントロール回路を、(B3)はメモリセルを、(B
4)はセンス回路を、(B5)はI/O回路をそれぞれ
示す。周知の通りセンス回路は、ビット線に現れるメモ
リセル(B3)の微弱な出力を増幅し、データ出力とし
てI/O回路(B5)へ伝達する機能を有するものであ
り、その動作はアドレスデコーダ(B1)およびコント
ロール回路(B2)によってタイミング制御されるのが
一般的である。
【0003】図4は、従来のセンス回路の一例を示す回
路図である。図4に示す回路は、ビットラインプリチャ
ージ用のP型トランジスタである(TrA)、(Tr
B)とセンス回路のデータ入力用のN型トランジスタで
ある(TrE)、(TrF)と、ラッチ負荷として作用
するP型トランジスタである(TrC)、(TrD)
と、センス回路全体の動作または待機状態の制御を行う
ためのN型トランジスタである(TrG)と、データラ
インイコライズ用のN型トランジスタである(TrH)
から構成されるラッチ型のセンス回路である。(H1)
はプリチャージ制御端子、(H2)はセンス回路制御端
子、(H3)はビットラインイコライズ制御端子であ
る。ノード(M1)、(M2)はメモリーセルの出力端
子へ、ノード(M3)、(M4)はセンス回路のデータ
出力端子へ接続される。
【0004】図5は、図4の従来のセンス回路の動作に
関する時刻−電圧特性を表すものである。(M1)、
(M2)はセンス回路の入力端子に接続するビットライ
ンノードの電位変化を、(H2)はセンス回路制御端子
の電位変化を、(M3)、(M4)はセンス回路のデー
タ出力ノードの電位変化をそれぞれ表す。ここで図5に
従って図4の従来回路の動作を説明する。
【0005】時刻(t0)に於いて、ビットラインM
1、M2は”1”レベルにプリチャージされている。ま
た、データラインM3、M4は一般的にイコライズされ
て同電位となっている。 時刻(t1)に於いて、メモ
リーセルのデータがビットラインに読み出され始め、こ
れと前後してビットラインのプリチャージおよびデータ
ラインのイコライズを終了する。ノード(M1)に”
1”レベル、(M2)に”0”レベルデータが読み出さ
れるとした場合、(M1)の電位は”1”レベルに固定
され、一方(M2)の電位は下降する。(M1)−(M
2)間の電位差がある程度発生する時刻(t2)に於い
て、入力端子(H2)へのセンス制御信号を立ち上げ、
(TrG)を”オン”状態にする。この時、N型トラン
ジスタ(TrE)および(TrF)は同時に”オン”状
態となるが、(M2)の電位が(M1)の電位より低く
なるため、(TrF)のコンダクタンス(以下gmと略
記)が減少し(TrE)のgmが増加する。よってノー
ド(M4)の電位が上昇し、逆に(M3)の電位が下降
するが、(TrD)、(TrC)の帰還抵抗としての作
用により(TrD)のgmが増加し(TrC)のgmが
減少する。
【0006】時刻(t2)以降、(M2)電位が下降し
続けること、および(TrD)、(TrC)の帰還作用
により、(M3)が”0”レベルに、(M4)が”1”
レベルに瞬時に固定されセンス動作は終了する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
センス回路ではビットラインのプリチャージ後のセンス
回路の動作開始が早すぎると、つまり図4に於けるセン
ス回路への入力データとなるノード(M1)−(M2)
間の電位差が微少な時点に於いて、センス制御入力端子
(H2)の電位が上昇し(TrG)が”オン”状態にな
った場合データ入力用N型トランジスタまたはラッチ負
荷であるP型トランジスタのアンバランス等の要因によ
り誤動作を起こし易いという欠点を有する。また、セン
ス動作開始の直前に回路内にノイズが侵入した場合、入
力データが反転する可能性があり、その状態でセンス制
御信号が”オン”状態になると、反転データが増幅・ラ
ッチされ、セットされたデータは元に戻らないため、回
路の誤動作につながるという欠点を有する。このように
従来のセンス回路は、ノイズの影響を受けやすく、また
入力データの電位差に対するセンス動作開始タイミング
の制御が難しく、従ってその周辺回路も複雑になるとい
う欠点があった。
【0008】更にセンス動作開始時に於いて、データ入
力端子用N型トランジスタが両方とも”オン”状態とな
り、データの増幅・ラッチ動作の間貫通電流が流れるた
め、消費電力の低減が難しいという欠点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
したセンス回路は、ソース電極が電源電圧端子に接続さ
れ、ドレイン電極が第1ノードに接続され、ゲート電極
が第1入力端子に接続される第1のP型トランジスタ
と、ソース電極が前記電源電圧端子に接続され、ドレイ
ン電極が第2ノードに接続され、ゲート電極が前記第1
入力端子に接続される第2のP型トランジスタと、ソー
ス電極が前記電源電圧端子に接続され、ゲート電極が第
2入力端子に接続される第3のP型トランジスタと、ソ
ース電極が該第3のP型トランジスタのドレイン電極に
接続され、ドレイン電極が第3ノードに接続され、ゲー
ト電極が前記第1ノードに接続される第4のP型トラン
ジスタと、ソース電極が前記第3のP型トランジスタの
ドレイン電極に接続され、ドレイン電極が第4ノードに
接続され、ゲート電極が前記第2ノードに接続される第
5のP型トランジスタと、ソース電極が基準電圧端子に
接続され、ドレイン電極が前記3第ノードに接続され、
ゲート電極が前記第4ノードへ接続される第6のN型ト
ランジスタと、ソース電極が前記基準電圧端子に接続さ
れ、ドレイン電極が前記4第ノードに接続され、ゲート
電極が前記第3ノードへ接続される第7のN型トランジ
スタからなり、前記第1および第2ノードが、メモリー
セルの出力端子にそれぞれ接続されることを特徴とす
る。
【0010】本発明の請求項2に記載したセンス回路
は、請求項1記載のセンス回路において、ソース電極が
前記基準電源電圧端子に接続され、ドレイン電極が前記
第3ノードに接続され、ゲート電極が第3入力端子に接
続される第8のN型トランジスタと、ソース電極が前記
基準電源電圧端子に接続され、ドレイン電極が前記第4
ノードに接続され、ゲート電極が前記第3入力端子に接
続される第9のN型トランジスタとを備えたことを特徴
とする。
【0011】本発明の請求項3に記載した半導体記憶装
置は、請求項1又は2記載のセンス回路を具備すること
を特徴とする。
【0012】
【作用】本発明のセンス回路及び半導体記憶装置は、ビ
ットラインを”Vdd”レベルまでプリチャージし、セ
ンス回路へのデータ入力端子にP型トランジスタを配
し、ラッチ負荷にN型トランジスタを配したラッチ型セ
ンス回路であり、実質的なセンス動作開始制御をメモリ
セルの出力によって行うため誤動作防止の観点から見た
動作制御が容易となり、かつビットラインが”Vdd−
Vthp”レベルまで低下しない限りセンス回路は動作
しないので、入力端子に於いて”Vthp”分のノイズ
マージンが確保され、かつセンス動作開始時には入力用
P型トランジスタは”オフ”状態にあるため消費電流の
低減が可能になる。
【0013】更にデータ出力を”Vss”レベルにイコ
ライズすることで、出力端子が”Vss+Vthn”レ
ベルまで上昇しない限りセンス回路は動作しないので、
入力端子のノイズマージンに加えて、出力端子に於い
て”Vthn”分のノイズマージンが確保され、かつセ
ンス動作中には入力用P型トランジスタの片方および反
対経路側のラッチ負荷用N型トランジスタが”オフ”状
態にあるためセンス回路全体としての貫通電流が全く流
れず、従って消費電流の更なる低減が可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係わるセンス回路
に用いられるセンス回路の第1の実施の形態を示す回路
図である。図1に於いて、(Tr1)、(Tr2)、
(Tr3)、(Tr4)、(Tr5)はP型トランジス
タ、(Tr6)、(Tr7)はN型トランジスタであ
る。P型トランジスタとしては、たとえばPチャンネル
型のFET、好ましくはMOSFETまたはMISFE
Tが望ましい。また、N型トランジスタとしては、たと
えばNチャンネル型のFET、好ましくはMOSFET
またはMISFETが望ましい。(N1)、(N2)、
(N3)、(N4)はノード、(I1)、(I2)は入
力端子を表す。
【0015】図1からも解るように、本センス回路では
ビットラインプリチャージ用にP型トランジスタである
(Tr1)、(Tr2)を配し、データ入力用にP型ト
ランジスタである(Tr4)、(Tr5)を配し、ラッ
チ負荷にN型トランジスタである(Tr6)、(Tr
7)を配し、センス回路全体制御用にP型トランジスタ
である(Tr3)を配している。また(I1)はプリチ
ャージ制御端子、(I2)はセンス回路制御端子であ
る。またノード(N1)、(N2)はメモリーセルの出
力端子へ、ノード(N3)、(N4)はセンス回路のデ
ータ出力端子へ接続される。尚、ここでは一般的な回路
技術に基づいて、データ出力ラインに初期状態を与える
ためのイコライズ回路(図示せず)が(N3)、(N
4)に接続されているものとして説明を進める。
【0016】図3は図1の回路動作に関する時刻−電圧
特性を表すものである。図3に於いて、(N1)、(N
2)は図1に於けるセンス回路の入力端子に接続するビ
ットラインノードの電位変化を、(I2)はセンス回路
制御端子の電位変化を(N3)、(N4)はセンス回路
のデータ出力ノードの電位変化をそれぞれ表す。ここ
で、図3に従って、図1の本発明の回路動作を説明す
る。尚、説明文中の”1”または”0”レベルは、次段
トランジスタに対する相対的な電位のレベルを意味し、
通常Vdd=5V時では、”1”レベル=3.5V以
上、”0”レベル=2.5V以下程度を表すものとす
る。
【0017】時刻(t0)−(t1)間で、(N1)が
(Tr1)を通じて、また(N2)が(Tr2)を通じ
て”Vdd”レベルにプリチャージされると、(Tr
4)および(Tr5)は”オフ”状態になる。この時
(N3)および(N4)はデータ出力側からイコライズ
されるものとする。またセンス回路全体を動作状態また
は待機状態に制御する為の入力端子(I2)は、”1”
レベルであり、従って(Tr3)は”オフ”状態にあ
る。
【0018】時刻(t1)に於いてメモリーセルの出力
によりノード(N1)に”1”レベル、(N2)に”
0”レベルが出力される場合、(N1)が”Vdd”レ
ベルのままで(N2)が”Vdd”レベルから立ち下が
り始める。一般的に(N1)、(N2)は、複数のメモ
リセルまたはカラム制御ゲートが接続することに伴うト
ランジスタのゲートまたはドレイン容量、および配線容
量により高負荷となっており、ノード(N2)の波形は
図3(N2)の様に緩やかになる。
【0019】時刻(t2)で、ノード(N2)の電位が
(Tr5)のスレッショルド電圧値”Vthp”分だけ
下がり”Vdd−Vthp”になると、(Tr5)が”
オン”し始める。一方時刻(t2)に於いて、センス回
路制御入力(I2)を”0”レベルとし(Tr3)を”
オン”させる。一般的には、時刻(t2)前後で、ビッ
トラインプリチャージおよびデータラインのイコライズ
は終了しており、従って時刻(t2)に於いてセンス動
作が開始さる。この時(Tr3)−(Tr5)を通じて
(Tr6)のゲートが充電されると同時に、ノード(N
4)の電位は上昇を始め、ノード(N3)の電位は下降
を始めるため、(Tr6)のgmは増加し、また(Tr
7)のgmは減少する。
【0020】時刻(t2)以降(N2)の電位が更に低
下することと、(Tr6)、(Tr7)の帰還抵抗とし
ての作用により、(Tr6)のgmは更に増加し、(T
r7)のgmは更に減少するため、時刻(t3)に於い
て(Tr6)は完全に”オン”状態となり、(N3)
は”0”レベルに、また(Tr7)は”オフ”状態とな
り、(N4)は”1”レベルにそれぞれ瞬時に固定され
センス動作が終了する。
【0021】ここで、センス回制御端子(I2)の電位
が(I2a)の如く、時刻(t2)に対して(t1)よ
りにシフトした場合、センス回路の動作はノード(N
2)の電位によって支配されるため、センス動作の開始
は時刻(t2)となり、動作タイミングは(I2)がシ
フトする前と変わらない。つまりセンス動作開始時の
(N1)−(N2)間の電位差はシフト前と変わらない
為、データミスラッチの可能性もシフト前と全く変わら
ない。
【0022】逆にセンス回路制御端子(I2)の電位が
(I2b)の如く、時刻(t3)よりにシフトした場合
はセンス回路の動作は(I2b)によって支配されるた
め、センス動作の開始は時刻(t2)よりも遅くなる
が、センス動作開始時の(N1)−(N2)間の電位差
はシフト前よりも更に広がるため、データミスラッチの
可能性は更に低くなる。
【0023】従って、誤動作を防止するといった観点で
のセンス回路制御が、従来回路に比べて非常に容易とな
るという利点がある。
【0024】また時刻(t0)−(t1)間に於いて回
路内にノイズが侵入した場合、(N1)または(N2)
のプリチャージ電位が”Vdd”レベルである前提に於
いて、(N2)が”Vdd−Vthp”まで振れない限
り(Tr5)は”オン”状態にならずセンス動作には移
行しないので、センス回路として”Vthp”分の入力
端子のノイズマージンが得られると言う利点がある。
【0025】更にセンス動作開始時に於いて、データ入
力端子用P型トランジスタ(Tr4)が”オフ”状態に
あるため、(Tr3)−(Tr4)−(Tr6)の経路
では、データの増幅・ラッチ動作の間、貫通電流が流れ
ないため消費電力の低減が図れるという利点がある。
【0026】図2は本発明に係わるセンス回路に用いら
れるセンス回路の第2の実施の形態を示す回路図であ
る。図2から判るようにこの場合、第1の実施の形態に
加えてデータ出力ノード(N3)および(N4)のイコ
ライズレベルを”Vss”レベルとするための2つのN
型トランジスタである(Tr8)、(Tr9)を配して
いる。また、(I3)はイコライズ制御端子である。
【0027】センス動作開始前に於いて、データ出力ノ
ード(N3)、(N4)は”Vss”レベルにあり、
(Tr6)、(Tr7)は共に”オフ”状態にある。こ
れらのN型トランジスタは、(N3)、(N4)の電位
が自己のスレッショルド電圧値”Vthn”だけ上が
り、”Vss+Vthn”にならない限り”オン”状態
にはならず、従ってセンス回路としては待機状態を保っ
ていることになるため、センス回路として”Vthn”
分の出力端子のノイズマージンが得られると言う利点が
ある。
【0028】更にセンス動作中も(Tr6)と(Tr
5)または(Tr7)と(Tr4)のどちらかの組み合
わせが、”オフ”状態にあるため、(Tr3)−(Tr
4)−(Tr6)の経路および(Tr3)−(Tr5)
−(Tr7)の経路では、データの増幅・ラッチ動作の
間貫通電流が流れず、従ってセンス回路全体を通じての
直流電流は全く流れないという利点がある。
【0029】尚、図3ではメモリーセルの出力が(N
1)に対して”1”レベル、(N2)に対して”0”レ
ベルを与えるものと仮定しているが、逆の場合でも動作
は同様である。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るセン
ス回路によれば、センス回路のデータ入力をP型トラン
ジスタ、ラッチ負荷をN型トランジスタとし、ビットラ
インを”Vdd”レベルまでプリチャージすることによ
り、実質的なセンス回路の動作開始制御をメモリセルの
出力で行うことになるため動作開始制御が非常に容易に
なり、誤動作を起こし難いという効果を有する。またビ
ットラインが”Vdd−Vthp”レベルまで低下しな
ければ、センス回路は待機状態を保持しているため、入
力端子に於いて”Vthp”分のノイズマージンが得ら
れ、誤動作を起こし難いという効果を有する。
【0031】更に、センス動作開始時に於いてデータ入
力端子用P型トランジスタの片方が”オフ”状態にある
ため、データの増幅・ラッチ動作の間貫通電流を低減す
ることが可能となり、消費電力の低減が図れるという効
果を有する。
【0032】また、データ出力を”Vss”レベルにイ
コライズすることにより、データ出力が”Vss+Vt
hn”レベルまで上昇しなければ、センス回路は待機状
態を保持しているため、入力端子のノイズマージンに加
えて、出力端子に於いて”Vthn”分のノイズマージ
ンが得られ、非常に誤動作を起こし難いという効果を有
する。
【0033】更に、センス動作開始時に於いてラッチ負
荷用N型トランジスタの両方が”オフ”状態となり、セ
ンス動作中の貫通電流をなくすことが可能であるため、
消費電流の更なる低減が図れるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセンス回路の第1の実施の形態を表す
回路図。
【図2】本発明のセンス回路の第2の実施の形態を表す
回路図。
【図3】図1の回路動作概要を示す波形図。
【図4】従来例を示す回路図。
【図5】図4の回路動作概要を示す波形図。
【図6】半導体記憶装置のブロック図。
【符号の説明】
B1、B2、B3、B4、B5 半導体記
憶装置の各機能ブロック Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5 P型トラ
ンジスタ Tr6、Tr7、Tr8、Tr9 N型トラ
ンジスタ N1、N2、N3、N4 ノード I1、I2、I3 入力端子 S1 ビットラ
インの波形 S2、S2a、S2b センス制
御信号の入力波形 S3、S4 センス回
路のデータ出力波形 TrA、TrB、TrC、TrD P型トラ
ンジスタ TrE、TrF、TrG、TrH N型トラ
ンジスタ M1、M2、M3、M4 ノード H1、H2、H3 入力端子 R1 ビットラ
インの波形 R2 センス制
御信号の入力波形 R3、R4 センス回
路のデータ出力波形

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソース電極が電源電圧端子に接続され、ド
    レイン電極が第1ノードに接続され、ゲート電極が第1
    入力端子に接続される第1のP型トランジスタと、ソー
    ス電極が前記電源電圧端子に接続され、ドレイン電極が
    第2ノードに接続され、ゲート電極が前記第1入力端子
    に接続される第2のP型トランジスタと、ソース電極が
    前記電源電圧端子に接続され、ゲート電極が第2入力端
    子に接続される第3のP型トランジスタと、ソース電極
    が該第3のP型トランジスタのドレイン電極に接続さ
    れ、ドレイン電極が第3ノードに接続され、ゲート電極
    が前記第1ノードに接続される第4のP型トランジスタ
    と、ソース電極が前記第3のP型トランジスタのドレイ
    ン電極に接続され、ドレイン電極が第4ノードに接続さ
    れ、ゲート電極が前記第2ノードに接続される第5のP
    型トランジスタと、ソース電極が基準電圧端子に接続さ
    れ、ドレイン電極が前記3第ノードに接続され、ゲート
    電極が前記第4ノードへ接続される第6のN型トランジ
    スタと、ソース電極が前記基準電圧端子に接続され、ド
    レイン電極が前記4第ノードに接続され、ゲート電極が
    前記第3ノードへ接続される第7のN型トランジスタか
    らなり、前記第1および第2ノードが、メモリーセルの
    出力端子にそれぞれ接続されることを特徴とするセンス
    回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載のセンス回路において、ソー
    ス電極が前記基準電源電圧端子に接続され、ドレイン電
    極が前記第3ノードに接続され、ゲート電極が第3入力
    端子に接続される第8のN型トランジスタと、ソース電
    極が前記基準電源電圧端子に接続され、ドレイン電極が
    前記第4ノードに接続され、ゲート電極が前記第3入力
    端子に接続される第9のN型トランジスタとを備えたこ
    とを特徴とするセンス回路。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載のセンス回路を具備す
    ることを特徴とする半導体記憶装置。
JP8302214A 1996-11-13 1996-11-13 センス回路およびこれを具備する半導体記憶装置 Withdrawn JPH10144084A (ja)

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