JPH1116384A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH1116384A
JPH1116384A JP16934297A JP16934297A JPH1116384A JP H1116384 A JPH1116384 A JP H1116384A JP 16934297 A JP16934297 A JP 16934297A JP 16934297 A JP16934297 A JP 16934297A JP H1116384 A JPH1116384 A JP H1116384A
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JP
Japan
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bit line
sense amplifier
transistor
memory cell
circuit
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JP16934297A
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Ryuhei Sasagawa
隆平 笹川
Toshihiko Mori
俊彦 森
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、マスクROMの回路構成に関する
もので、消費電力を抑えながら、これに伴って起きる高
速性喪失の問題を解決することを目的とする。 【構成】 ビット線に接続されたメモリセルとセンスア
ンプ回路との間に、電流端子が接続されたチャージトラ
ンスファ用のトランジスタを設け、センスアンプ回路と
チャージトランスファ用トランジスタの接続点と電源と
の間に、ビット線をプリチャージするプリチャージトラ
ンジスタを設けることで、選択されたビット線のみをプ
リチャージして消費電力を抑える。さらに、ビット線を
常にプルダウンさせる回路を設けることで電位下降に要
する時間を早め、センスアンプの読み出し速度を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
マスクROMの回路において、微小なセル電流を増幅し
て電圧出力する読み出し系の回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マスクROMで使われるメモリセルは、
各々1個のトランジスタで構成され、製造工程において
必要な記憶情報が書き込まれる。このメモリセルの記憶
情報は、読み出し系の回路を使って増幅し読みだされ
る。
【0003】図7は、従来のマスクROMに用いられる
読み出し系回路の一例であり、電流を電圧に変換する型
のセンスアンプ回路を用いている。図において、BL1
〜4はビット線、WLはワード線、MC1〜4はメモリ
セル、110〜113は各メモリセルMC1〜4を構成
するnチャネルMOSトランジスタ、114〜117は
ビット線のプリチャージ用のnチャネルMOSトランジ
スタ、118〜121はチャージトランスファ用のnチ
ャネルMOSトランジスタ、122はセンスアンプSA
の入力ノードSAINをプリチャージするためのnチャ
ネルMOSトランジスタを示す。118〜121はビッ
ト線選択用のトランジスタの機能も兼ねる。また、SA
はセンスアンプ、123、124はセンスアンプSAを
構成するpチャネルトランジスタ、125はセンスアン
プSAを構成するnチャネルトランジスタであって、セ
ンスアンプを最適に動作させるための所定電位を与える
基準電圧VR をゲートに接続したトランジスタである。
また、OUTは出力信号、SEL1〜4はビット線選択
信号、RSTはリセット信号を示す。
【0004】図7の例では、複数のメモリセルから構成
されるメモリアレイにおいて、1つのワード線WLに4
つのメモリセルMC1〜4が共通につながり、各メモリ
セルMC1〜4は、ワード線WLとビット線BL1〜4
との交点に配置されている。なお、メモリセルMC1に
おけるX印は、ビット線BL1とメモリセルMC1が電
気的に導通していないことを示す。これはこのメモリセ
ルMC1に情報1が記憶されていることに相当する。一
方、他のメモリセルMC2〜4ではビット線BL2〜4
とメモリセルMC2〜4の各々が電気的に導通してい
る。これはメモリセルMC2〜4に情報0が記憶されて
いることに相当する。
【0005】次に、図7及び図8を用いて、図7に示す
従来の回路の動作を説明する。ここでは各メモリセルM
C1〜4の記憶情報を読み出す動作を、メモリセルMC
2が選択された場合を例にとって説明する。まず、リセ
ット信号RSTが立ち上がることで、nチャネルトラン
ジスタであるプリチャージ用トランジスタ114〜11
7の全てが導通するため、ビット線BL1〜4は、電源
電圧VCCによって所定電位にプリチャージされる。同
時に、nチャネルトランジスタであるプリチャージトラ
ンジスタ122も導通するため、センスアンプの入力ノ
ードSAINの電位も上昇する。
【0006】次にRST信号がLowとなり、プルアッ
プは解除され、ビット線とSAINは所定のプリチャー
ジ電位を維持する。次にワード線WLが選択され、nチ
ャネルトランジスタであるメモリセルMC1〜4のトラ
ンジスタ110〜113が導通する。トランジスタ11
0〜113のソースは接地されているため、導通するこ
とにより対応するドレインの電位が下がる。このとき、
メモリセルMC2〜4の場合は、トランジスタ111〜
113のドレインがビット線BL2〜4と導通している
ので、対応するビット線BL2〜4の電位はトランジス
タ111〜113の接地側への放電により低下する。一
方、MC1の場合は、トランジスタ110のドレインが
ビット線BL1と導通していないので対応するビット線
BL1の電位の低下は起こらない。
【0007】ビット線BL1〜4の電位の変位は、チャ
ージトランスファ用トランジスタ118〜121を介し
てセンスアンプSAに伝わる。チャージトランスファ用
トランジスタ118〜121はビット線選択信号SEL
1〜4によって選択されたもののみが導通する。例え
ば、SEL2によってビット線BL2が選択されると、
ビット線選択用トランジスタ119が導通し、メモリセ
ルMC2の記憶情報に応じた電位がセンスアンプの入力
ノードSAINに伝わる。このとき、メモリセルMC2
の記憶情報は0なので、ビット線BL2の電位の下降が
SAINに伝わる。SAINにおける電圧の下降は、セ
ンスアンプSAを構成するトランジスタ123、124
のゲートの電位を下降させ、pチャネルMOSトランジ
スタである123、124が導通する。このとき、VR
の適切な設定により、電源電圧VCCの半分程度まで増
幅された出力信号OUTがセンスアンプSAから出力さ
れる。これとは反対に、メモリセルMC2の記憶情報が
1の場合は、SAINの電位は下降せず、センスアンプ
SAのトランジスタ123、124は導通しないため、
接地されたトランジスタ125のため接地電圧VSSに
まで下降した出力信号OUTがセンスアンプから出力さ
れる。以上の出力信号OUTの振幅は、さらにインバー
タ一段を通すことにより電源電圧VCCまで増幅され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】マスクROM等の半導
体メモリでは、読み出しの高速化が強く要求されてお
り、その一方で消費電力の低減化をも必要としている
が、図7、8で説明した従来のマスクROMのセンスア
ンプ回路では、その要求に充分応えることは困難であっ
た。
【0009】すなわち、従来のセンスアンプ回路で、本
来動作させたいのは、上記の例をとるとメモリセルMC
2のビット線BL2のみであるにもかかわらず、その他
の非選択ビット線BL1、BL3、BL4にもプリチャ
ージを行うため、消費電力が全体として高くなってい
た。また、図7、8で説明した従来の電流電圧変換型の
センスアンプでは、特に記憶情報0を読みだす時に電源
VCC対接地VSSで貫通電流が流れるので、この点に
おいても常に消費電力が高くなっていた。
【0010】そこで、センスアンプの方式を、従来の電
流−電圧変換型からその他の方式、例えばインバータ方
式にすると消費電力は抑えられるが、読み出しの低速化
という他の問題がおきる。すなわち、メモリセルに電流
が流れた場合において、ビット線の電位が変化を開始し
た後、インバータのしきい電圧以上になる時間だけ、読
み出しに要する時間がかかり、高速性が損なわれるとい
う問題があった。
【0011】本発明の目的は、センスアンプの省電力化
と、これに伴って起きる高速性喪失の問題を解決するこ
との二点にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記問題点は、ビット線
に接続されたメモリセルと、センスアンプ回路と、前記
メモリセルと前記センスアンプ回路との間に設けられた
チャージトランスファ用のトランジスタと、前記センス
アンプ回路と前記チャージトランスファ用トランジスタ
の接続点と電源との間に設けられ、ビット線をプリチャ
ージするプリチャージトランジスタとを有し、前記ビッ
ト線を常にプルダウンさせる回路を設けることを特徴と
する半導体集積回路により解決される。
【0013】すなわち、本発明では、メモリセルとプリ
チャージ用トランジスタとの間にチャージトランスファ
用トランジスタを設けたため、ビット線選択信号で選択
されたビット線のみがプリチャージされ、消費電力の低
減を図ることができる。また、センスアンプを電流−電
圧変換型からインバータ方式に変えることで生じる読み
出し速度の低下の問題は、ビット線を常時プルダウンさ
せる回路を設けることで解決される。すなわち、メモリ
セルに情報0が記憶されている場合のビット線BLの電
位低下速度を早め、読み出しの高速化を図ることができ
る。また、このビット線常時プルダウン回路は、インバ
ータ方式のセンスアンプ以外、例えばダミーセル比較方
式のセンスアンプにおいても読み出し速度を高速化する
という効果がある。
【0014】図1は、本発明の原理を説明するための回
路図である。図1において、BLはビット線、WLはワ
ード線、MCはメモリセル、1はメモリセルMCを構成
するnチャネルMOSトランジスタ、2はビット線常時
プルダウン回路であるnチャネルMOSトランジスタ、
3はビット線のプリチャージ用のpチャネルMOSトラ
ンジスタ、4はチャージトランファ用のnチャネルMO
Sトランジスタ、5、6はセンスアンプSAを構成する
トランジスタ、SAINはセンスアンプの入力ノード、
OUTは出力信号を示す。また、SELはビット線選択
信号、RSTはリセット信号を示す。図に示すように、
この回路では、メモリセルMCが接続されるビット線B
Lは、プリチャージ用のトランジスタ3とチャージトラ
ンスファ用のトランジスタ4からなるプリアンプ回路を
介してインバータ方式のセンスアンプSAに接続されて
いる。
【0015】まず、リセット信号RSTが立ち下がるこ
とで、プリチャージ用トランジスタ3が導通し、電源電
圧VCCによってノードSAINは所定電圧にプリチャ
ージされる。しかし、ビット線BLとの間にはチャージ
トランスファ用トランジスタ4があるため、全てのビッ
ト線ではなく、次にビット線選択信号SELにより選択
されたビット線のみが所定電位にチャージアップされ
る。ここで、リセット信号RSTは立ち上がり、プルア
ップは終了する。
【0016】そこへワード線WLが選択されると、メモ
リセルMCのトランジスタ1が導通する。このとき、メ
モリセルMCに情報0が記憶されている場合には、トラ
ンジスタ1のドレインはBLに接続されているから、ビ
ット線BLの電位はトランジスタ1、2の接地側への放
電により低下する。一方、メモリセルMCに情報1が記
憶されている場合には、トランジスタ2による常時プル
ダウン強度の最適化により、トランジスタ2の接地側へ
の放電によるビット線BLの電位の低下を微量にでき
る。
【0017】次に、チャージトランジスタ用トランジス
タ4がビット線選択信号SELによって選択され導通し
ているため、メモリセルMCの記憶情報に対応するビッ
ト線BLの電位の変位が、増幅されてセンスアンプの入
力ノードSAINに伝わる。インバータ型のセンスアン
プSAは、メモリセルMCの記憶情報に対応する入力信
号SAINを電源電圧VCCまで増幅し、出力信号OU
Tとして出力する。図2は、かかる本発明のセンスアン
プ回路の動作波形図である。
【0018】最初に、メモリセルMCに記憶情報0が入
っている場合を説明する。まず、リセット信号RSTが
立ち下がり、かつビット線選択信号SELが立ち上がる
ことにより、ビット線BLの電位が上昇する。次に、R
STが立ち上がり、ワード線WLが選択されることで、
ビット線BLの電位が低下し、センスアンプSAの入力
ノードSAINも急速に降下していき、インバータセン
スアンプのしきい電圧に達すると、電位下降が検出さ
れ、出力信号OUTが立ち上がる。このとき、セルと並
列にビット線の電位を下降させるというビット線常時プ
ルダウン回路の効果により、インバータセンスアンプの
しきい電圧まで電位が下降するのに要する時間が早ま
る。従って、読み出し速度が早くなる。
【0019】次に、メモリセルMCに記憶情報1が入っ
ている場合を説明する。まず、リセット信号RSTが立
ち下がり、かつビット線選択信号SELが立ち上がるこ
とにより、ビット線BLの電位が上昇する。次に、RS
Tが立ち上がり、ワード線WLが選択されると、ビット
線BLの電位は若干下降する。これは、ビット線常時プ
ルダウン回路の作用によるが、この回路は小さく、常時
プルダウン強度を適切に弱めている。よって、SAIN
の電位がインバータセンスアンプのしきい値まで下がら
ないため、信号OUTには殆ど影響がない。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に本発明の第1の実施の形態
を図3を参照しながら説明する。以下の図において、図
1と共通するものは、同じ記号を用いて表す。図3は、
複数のメモリセルから構成されるメモリアレイにおい
て、共通する1つのワード線WLにつながる4つのメモ
リセルを表す。各メモリセルMC1〜4は、各々対応す
るビット線BL1〜4とワード線WLとの交点に配置さ
れている。ビット線BL1〜4には、各ビット線を常時
プルダウンさせるためのトランジスタでありメモリセル
のトランジスタよりも小さなnチャネルMOSトランジ
スタ44〜47が設けられている。メモリセルMC1〜
4はnチャネルMOSトランジスタ40〜43から構成
され、各メモリセルMCとセンスアンプSAとの間に
は、チャージトランスファプリアンプであるnチャネル
MOSトランジスタ49〜52が設けられている。この
トランジスタ49〜52は、ビット線選択信号SEL1
〜4で選択される。また、センスアンプSAはインバー
タ型である。
【0021】次に、各メモリセルMC1〜4の記憶情報
を読み出す動作を、メモリセルMC1(記憶情報1)な
らびにMC2(記憶0)の選択を例にとって説明する。
まず、リセット信号RSTが立ち下がることで、プリチ
ャージ用トランジスタ48が導通する。メモリセルMC
1〜4とセンスアンプSAの間にはチャージトランスフ
ァ用トランジスタ49〜52が設けられている。このう
ち1個のトランジスタがビット線選択信号SEL1〜4
によって選択されて導通し、この選択されたビット線B
L1〜4のうち1本のみが、プリチャージ用トランジス
タ48により所定電圧にプリチャージされる。そして、
RSTを立ち上げ、ワード線WLを選択すると、メモリ
セルMC1〜4のトランジスタ40〜43が各々導通さ
れる。ビット線選択信号SEL1でビット線BL1を選
択し、メモリセルMC1の記憶情報1を読みだす場合に
は、トランジスタ40のドレインはBL1と切り離され
ているため、ビット線BL1の電位は常時プルダウンn
MOSトランジスタ44の接地側への放電により若干下
降するのみである。一方、ビット線選択信号SEL2で
ビット線BL2を選択し、メモリセルMC2の記憶情報
0を読みだす場合には、トランジスタ41のドレインは
BL2と接続されているため、ビット線BL2の電位が
トランジスタ41、45の接地側への放電により急速に
低下する。このようにして、SEL1〜4によってビッ
ト線BL1〜4のうち1本が選択されると、選択された
ビット線に対応するメモリセルMC1〜4の記憶情報に
応じた電位が、センスアンプSAの入力SAINの電位
となり、インバータ型センスアンプSAから反転された
出力信号OUTが出力される。
【0022】次に第2の実施の形態を図4を用い説明す
る。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と似た構成
であるが、各インバータ型センスアンプSA1〜4の出
力を一つにまとめ出力OUTとしている点に特徴があ
る。また、インバータ型センスアンプSAの接地側には
トランジスタ76〜79が1つづつ設けられ、このトタ
ンジスタのゲートにセンスアンプ選択信号SAS1〜4
が入力される。センスアンプ選択信号SAS1〜4は、
センスアンプSA1〜4の中から1つのセンスアンプを
選択するための信号である。各メモリセルMC1〜4
は、対応するビット線BL1〜4とワード線WL1との
交点に配置されている。ビット線BL1〜4に、各ビッ
ト線を常時プルダウンさせるためのトランジスタである
比較的小さなnチャネルMOSトランジスタ64〜67
が接続されている点は、第1の実施の形態と同様であ
る。第1の実施の形態では読み出し速度の高速化を図っ
たが、第2の実施の形態では、さらに、多数のビット線
から1本を選んで情報を読みだすとき、必要なセンスア
ンプのみを動作させることで、消費電力の低減を図って
いる。この方法で、高速性と低消費電力を同時に満たす
ことが可能となる。
【0023】次に第3の実施の形態を図5、図6を用い
説明する。図5では、ダミーセルを用いた方式のセンス
アンプに本発明を適用した例を示す。同図において、セ
ンスアンプSAは、nチャネルMOSトランジスタ9
4、96を含むnMOSクロスカップルと電源電圧VC
Cに接続されたプリチャージ用の負荷トランジスタ9
3、95とからなる。センスアンプSAの接地側には、
nMOSトランジスタ99が接続されており、制御クロ
ックCLKによりセンスアンプSAの動作のON/OF
Fを制御する。また、センスアンプSAの両側にビット
線選択信号SELで選択されるトランスファーゲート9
2、97が設けられ、これを介してビット線BLとリフ
ァレンスビット線REFBLが左右に設けられている。
また、ビット線BLにはメモリセルMCが、リファレン
スビット線REFBLにはメモリセルMCと同じ電流能
力を有するダミーメモリセルDCが各々設けられてい
る。メモリセルMCの方にはビット線常時プルダウン回
路91が設けられているが、ダミーセルDCの方には設
けられていない。リファレンスビット線REFBLに設
けられたダミーセルDCからの電位はセンスアンプSA
のN1ノードに伝わるが、メモリーセルMC、ダミーセ
ルDCの約半分の電流能力を持つよう常時プルダウン回
路を設定すると、リファレンスビット線REFBLから
センスアンプSAへの入力電位N1は、ビット線BLか
らのセンスアンプSAへの入力電位N0の0読みと1読
みの中間値となる。
【0024】図6は、図5の回路の動作を説明する図で
ある。まず、リセット信号RSTが立ち下がることによ
り、ノードN0とN1を電源電位まで上昇させる。ここ
でビット線選択信号SELを立ち上げ、BL、REFB
Lともにプリチャージする。次に、RSTを立ち上げ、
ワード線選択信号WLを立ち上げる。ここで、メモリセ
ルMCの記憶情報が0の場合には、ビット線BLの電位
はトランジスタ90、91の接地側への放電により降下
するが、リファレンスビット線REFBLの電位降下は
BLより小さい。その結果、ビット線BL側では、トラ
ンスファゲート用トランジスタ92を介してノードN0
からビット線BLに向かって急速に電荷が移動し、電荷
供給路がないノードN0の電位は急速に降下する。同時
に、リファレンスビット線REFBL側でも、トランス
ファゲート用トランジスタ97を介してノードN1から
リファレンスビット線REFBLに向かって電荷が移動
し、N1の電位が降下するが、その降下速度は常時プル
ダウン回路が無い分、N0の電位より小さい。
【0025】一方、メモリセルMCの記憶情報が1の場
合には、常時プルダウン回路91の作用により、N0ノ
ードの電位は若干下降するが、その降下速度はN1の電
位より小さい。このセンスアンプは、ノード線N0とN
1との比較によって、1、0が判別され、信号OUTへ
出力されるが、具体的な動作は以下のとおりである。N
0、N1ノードの電位がある程度降下し電位差が生じた
時点で制御クロックCLKを立ち上げると、nMOSト
ランジスタ99が導通し、nMOSトランジスタ94、
96からなるクロスカップルが動作する。このとき、N
0、N1のうち電位の低い方のノードの電位は、クロス
カップルの動作により接地VSS付近まで急速に降下す
る。もう一方の高い方のノードの電位はそのまま保たれ
るので、クロスカップルの動作により、N0、N1の電
位差が増幅される。ここで、N0、N1のうちの片方、
例えば、N0を取り出しインバータ100を介して出力
OUTに接続すると、OUTでは電源電圧VCCの振幅
まで増幅された信号を得ることができる。
【0026】以上、本発明の具体的な実施の形態につい
て説明したが、本発明は、これら具体例のみに限定され
るべきものではなく、種々の態様で実施することがで
き、多くの変形が可能である。
【0027】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、選択され
たビット線だけにプリチャージがなされるため電力を消
費しない構成を有し、且つ、ビット線を常時プルダウン
する回路を設けることにより、低消費電力でありなが
ら、高速性を失わないセンスアンプの提供が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する図(その1)である。
【図2】本発明の原理を説明する図(その2)である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を説明する図であ
る。
【図4】本発明の第2の実施の形態を説明する図であ
る。
【図5】本発明の第3の実施の形態を説明する図(その
1)である。
【図6】本発明の第3の実施の形態を説明する図(その
2)である。
【図7】従来の回路図である。
【図8】従来の回路の動作波形図である。
【符号の説明】
MC1〜4 メモリセル DC ダミーセル BL1〜4 ビット線 REFBL リファレンスビッ
ト線 WL ワード線 SA センスアンプ SEL1〜4 ビット線選択信号 RST リセット信号 CLK センスアンプ動作
制御クロック 1、40〜43、110〜113 メモリセルのトラ
ンジスタ 60〜63、90 メモリセルのトラ
ンジスタ 2、44〜47、64〜67、91 ビット線常時プル
ダウン回路 3、48、72〜75、122 プリチャージ用ト
ランジスタ 114〜117 プリチャージ用ト
ランジスタ 4、49〜52、118〜121 ビット線選択用ト
ランジスタ 68〜71、92、97 ビット線選択用ト
ランジスタ 98 ダミーセルのトラ
ンジスタ 99 センスアンプの動
作制御トランジスタ 100 センスアンプ出力
信号増幅用インバータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビット線に接続されたメモリセルと、セ
    ンスアンプ回路と、前記メモリセルと前記センスアンプ
    回路との間に設けられたチャージトランスファ用のトラ
    ンジスタと、 前記センスアンプ回路と前記チャージトランスファ用ト
    ランジスタの接続点と電源との間に設けられ、ビット線
    をプリチャージするプリチャージトランジスタとを有
    し、前記ビット線を常にプルダウンさせる回路を設ける
    ことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 複数の前記センスアンプ回路の出力をO
    R接続し、各々の前記センスアンプ回路の接地側に前記
    センスアンプ回路を選択する信号を受け取るトランジス
    タを有し、前記センスアンプ回路を選択する信号により
    前記複数のセンスアンプ回路の一が選択されることを特
    徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
JP16934297A 1997-06-26 1997-06-26 半導体集積回路 Withdrawn JPH1116384A (ja)

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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