JPS5821359B2 - 記憶装置 - Google Patents

記憶装置

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JPS5821359B2
JPS5821359B2 JP54099800A JP9980079A JPS5821359B2 JP S5821359 B2 JPS5821359 B2 JP S5821359B2 JP 54099800 A JP54099800 A JP 54099800A JP 9980079 A JP9980079 A JP 9980079A JP S5821359 B2 JPS5821359 B2 JP S5821359B2
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volts
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    • G11C11/418Address circuits

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半嗜体メモリ配列に関し、特にメモリ配列の
セルに容易に情報を書入れる手段とセルの内容を非破壊
的に読出す手段とに関する。
大きなメモリ配列の設計における重要因子は1個の基板
上に配置し得るメモリセルの最大個数すなわち充填密度
である。
この充填密度を高めるにはメモリセル1個当りの素子数
を少なくし、力1つそのセルの呼出し用信号線の数もで
きるだけ少なくしなければならない。
このような一般的条件を満足させる周知の静的メモリセ
ルは、例えば米国特許第3521242号明細書第5図
に示すように1個のセルに5個のトランジスタを含み、
その5個中4個はフリップ・フロップを形成するように
接続されている。
ここでゲートトランジスタと呼ばれている5番目のトラ
ンジスタは伝送ゲートとして働らく。
この5番目のトランジスタはその梼電路がフリップ・フ
ロップへの信号入出力点と入出力線との間に接続され、
そのセルの状態の検出またはそのセルへの情報の書入れ
に使用される。
このセルは小型で、ゲートトランジスタの制御電極に接
続された1本のワード線によって選択され、1本の入出
力線によって情報を書入れたりその内容を検出したりす
ることができる等の多くの利点を有する。
し力)しこれらの利点は多くの問題や矛盾する設計条件
を伴なっている。
このセルに書入れるためには書入れ動作中ゲートトラン
ジスタのインピーダンスをできるだけ低くしてセルが状
態を変化し、新しい情報を受入れ得るようにしなければ
ならないが、このセルに含まれている情報を読出すとき
は入出力線上の残留電圧がこのメモリセルの内容に重畳
してこれを変えないようにゲートトランジスタのインピ
ーダンスは比較的高くする必要がある。
しかじゲートトランジスタが高インピーダンスであれば
セルへの書入れ能力が特に電源電圧の低い場合に著しく
制限される。
上記の問題を最小にするための技術が従来から開発され
ていて、その1つにゲートトランジスタのインピーダン
スを高くしてセルを非破壊的に読出すことができるよう
にしたものがある。
このセルに情報を書入れたい場合には種々の方法を使用
でき、たとえば米国特許第3521242号明細書には
、ゲートトランジスタの制御電極を過駆動してその導電
路のインピーダンスを低くし、結合度を確実に上げるこ
とが記載されているが、これには高電位を入手し得るこ
とすなわちメモリセルの動作電位よりも更に高い電位を
発生することが必要である。
読出しと書入れに異った電圧を発生させねばならないと
いう問題のほかに、選択されたゲートトランジスタの制
御電極にその読出し電圧および書入れ電圧を供給すると
いう問題がある。
この発明を実施した回路では、これら問題が次のげ)と
仲)との絹合せによって独創的に解決されている。
(1′)読出し電圧またはこれより著しく振幅の太きい
書入れ電圧を選択的にその出力に生成する電圧増幅回路
、仲)この電圧増幅回路の出力を選択されたゲートトラ
ンジスタの制御電極に供給する読出しまたは書入れ電圧
で動作し得るレベルシフト解読回路。
以下この発明を図面を参照して詳細に説明する。
この発明を実施する場合使用が望ましい能動素子は絶縁
ゲート電界効果トランジスタ(以後IGFETと呼ぶ)
として周知の部類のものであん依ってこの回路はこのI
GFETを使用したものとして図示説明するが、これは
他の連光な素7の使用を明げるものではなく、このため
上記特許請求の範囲で使用する「トランジスタ」という
用語は特記のない限り広い意味で用いるものとする。
各図においてPn電型のエンハンスメント型IGFET
は引用数字の前にPを付して表わし、N!電型のエンハ
ンスメント型IGFETは引用数字の前にNを付して表
わす。
IGFETの特性は周知であるから詳細に説明する必要
はないが、以下の説明をより明確に理解するために、こ
の発明に関係のある定義と特徴とを次に述べる。
(1)各IGFBTはその導電路の両端を限る第1およ
び第2の電極と、その導電路の梼電度を決定する電位を
受ける制御電極とを有し、その第1および第2の電極を
それぞれソースおよびドレン電極と呼ぶ。
P型IG’FETではこの第1および第2の電極の中よ
り正の(より高い)電位が印加される方をソース電極と
し、N型IGFETではより負の(より低い)電位が印
加される方をソース電極とする。
(2)ゲート・ソース間にそのトランジスタを導通させ
る方向に所定値より高い電位を印加すると導通が生じる
とき、この所定値をこのトランジスタのしきい値(VT
)と定義する。
P型トランジスタを導通させるにはそのゲート電圧(V
G)をそのソース電圧(Vs )より少なくともvTだ
け負にしなければならず、N型トランジスタを導通させ
るにはそのvGをそのVsよりvTだけ正にしなければ
ならない。
(3) IGFETが双方向性の場合、付勢信号を制
御電極に印加すると、電流は第1および第2の電極によ
って限られた導電路をどちらの方向にも流れることがで
きる。
すなわちソースとドレンとを交播できる。
以下の説明では接地電位またはこれに近い電位を便宜と
論理値「0」または「低」状態とし、電源電位十VDD
すなわち+Vボルトまたはこれに近い電位を便宜上論理
値「l」または「高」状態とする。
第1図はそのワード線(W、 xWo)がレベルシフト
解読器(DI〜Do)を介して読出し書入れ電圧線10
に選択的に接続されるセル8のワード組織メモリ配列1
を含んでいる。
この電圧線10に印加される電圧は出力14をこの電圧
線10に接続した電圧逓倍回路12によって生成される
゛。
第1図の電圧逓倍回路12は配列7の読出し期間中(す
なわちメモリ配列7の内容を読出しているとき)は電圧
線10に+VDDボルトを印加し、書入れ期間中(すな
わち情報をセルに書入れているとき)は約+2VDDボ
ルトを供給する働らきをする。
この電圧逓倍回路12は米国特許第4000412号明
細書の第3図に示された回路と同様である。
これらの電位(+VDDボルトと+2VDDボルト)の
発生の必要はまずこのメモリセルの若干の特性を考察す
ることによってもつともよく理解されるメモリセル8は
そのゲートトランジスタN3の制御電極にVDDボルト
を印加したときその記憶素−79が状態を変化しない(
すなわち書入れ間違いを犯さない)ように設計されてい
る。
これを第2図を参照してさらに詳細に説明する。
フリップ・フロップの記憶素子は交差接続された2個の
相補型インバータ11.12を含んでいる。
各インバータはそれぞれソース・ドレン電路をVDDと
大地との間に直列に接続した相補導電型の2個のIGF
ETを含んでいる。
インバータ11を形成するIGFETPl、N1の相互
接続されたドレンは、丁GFETP2 、N2の相互接
続されたゲ゛−トと共にフリップ・フロップの入出力点
Aに共通に接続され、インバータ12を形成するP2.
N2の相互接続されたドレンは、Pl。
N1の相互接続されたゲートに接続されている。
各インバータの相互接続されたゲートはそのインバータ
の信号入力点をなし、かつ各インバータの相互接続され
たドレンはそのインバータの信号出力点をなす。
ゲー1−IGFETN3の導電路はビット線とも称する
入出力線とフリップ・フロップの入出力点との間に接続
されている。
ワード線(すなわちアドレス線)はN3の制御(ゲート
)電極に接続され、ワード線上の電位はN3の導電度を
制御する。
IGFETの導電路のインピーダンスは、そのゲート・
ソース電圧VGSの関数である。
これらトランジスタに同一振幅のVGSがその導通方向
に印加された場合、ゲートトランジスタN3の導電路の
導通インピーダンス(ZN3 )はトランジスタN2の
導通インピーダンス(ZN2)より大きく、同時にトラ
ンジスタP1の導通インピーダンス(Zpl)よりも太
きいと仮定すると共にインバータ11または12のフリ
ップ(反転)点がvDD/2であると仮定する。
すなわちインバータ11または12への人力が■DD/
2より正の場合、その出力は「0」すなわち「低」状態
と仮定し、入力が■DD/2より負の場合、その出力は
r+vDDJまたはr高1状態と仮定する。
次に上述の条件においてワード線電圧がVDD(フリッ
プ・フロップ9の供給電圧と同じ動作電圧)のときはセ
ルの状態を変えることができず、すなわち書入れができ
ないことを説明する。
ここでメモリに影響を及ぼし得る2つの条件についてこ
のメモリセルの動作を考察する。
その1つの条件はセル中に論理値「1」が記憶され(P
l、N2が導通でNl、P2が非導通)、このビット線
容量の充電電圧がOボルトのときであって、この条件で
はPi、N3の導電路はVDDと大地との間に直列に接
続されていると考えられ(第2b図参照)、両トランジ
スタは共通ソースモードで梼通している。
Zo3がZPI よりも大きいので、接続点Aの電圧v
AはVDD/2以上に維持され、フリップ・フロップ9
には論理値「1」が記憶されている。
今1つの変動条件はセルに論理値「0」が記憶され(P
I、N2が非導通でN1.P2が梼通)、ビット線容量
の充電電圧がVDDボルトのときである。
VDDボルトがN3のゲートに印加されるとN3は導通
するが、この信号状態ではN3はソースホロワモードで
梼通し、Z n 3がZn1よりも明らかに太きいため
、N3が導通したときVAがVDD/2以下に維持され
てセルに影響はない。
し力1しこのセルは特に低供給電圧(例えばVDD=2
または3ボルト)において「高」状態を書入れる場合は
その書入れが困難である。
この条件ではゲートトランジスタがソースホロワモード
で嗜通し、そのゲート、ソース間にはしきい値電圧(V
T)の差がある。
従ってもしVTがVDDに等しければこのセルへの書入
れはできないが、vTが(N3のゲートに印加された)
VDDより若干低くてもN3のインピーダンスは高くて
このセルの書入れ速度は極めて遅い。
従って高信頼度でセルに書入れるためにはN3のインピ
ーダンスを書入れ期間中に低下させなければならない。
これは情報をメモリセルに書入れるときにゲートトラン
ジスタのゲートを過駆動してこれを導通させることによ
ってなされる。
■DsくVT(すなわち線形動作領域)では、IGFE
Tの導電路のインピーダンスZは次式によって表わされ
る。
■Ds〉VT(すなわち飽和動作領域)では、IGFE
Tの導電路のZは次式で表わされる。
(1)式からVGSを2倍に(VDDを2vDDに)す
るとvTが比較的一定なため′711ま2倍以上低下す
ることが判り、(2)式からVOSを2倍にするとZは
4倍以上低下することが判る。
すなわちゲートを大きく過駆動すると情報をメモリセル
に書入れ得る供給電圧範囲が拡大する。
全電圧2■DDをワー曜に印加したときZ。
3 がZPlまたはZNtよりも実質的に小さいと仮定
する。
この条件において、ビット線上に+VDDがあると入出
力点AにはVDD/2より大きな電圧が印加され、また
ビット線上に零ボルトがあると入出力点AにはVDD/
2よりも小さな電圧が印加されることになる。
すなわち明らかにビット線上の2進情報はこのセルに書
入れられる。
2■DDボルトをワード線に印加することによりこのワ
ード線に接続されたすべてのゲートトランジスタが制御
電極を過駆動されて導通ずる。
従って選択された列の選択されたセルは簡単に書入れら
れるが、選択されないセルに誤って書入れられることも
ある。
この問題はメモリセルのフリップ点(すなわちセルの接
続点Aに電流の出入がない電位点で例えばVDD/2と
することもできる)にほぼ等しい電位まで選択されない
セルのビット線を(読み書き前に)予め充電することに
よって解決される。
この機能は各ビット線に接続された中間点事前充電回路
72によって行われる。
この回路12はVDDと接地点との間に接続された多く
の分圧回路の中の任意の1つで、その出力点にVDDの
二部を生成すると共にその出力点電位を1つのビット線
に選択的に印加し得るものとすることができる。
この問題はまたワード線電圧の印加速度の調節によって
解決することもできる。
ワード線電圧を徐々に上昇させるとメモリセルは影響を
受けずにその付属ビット線を充電することができる。
上記2つの方法では特に事前充電法が好ましいが、その
何れを用いても上述の説明で仮定した給体書入れ不能状
態に要するレベル以下にN3のインピーダンス。
を低下することができる。
上記の説明では簡単のためにメモリセルに印加された動
作電圧の節回内(0から+■DDまで)にあるビット線
およびワード線上の信号の任意の紹合せに対してそのセ
ルが給体書入れ不能に(誤った書入れがされないように
)なるようにそのメモリセルを形成するトランジスタの
インピーダンスが選定されていると仮定したが、各書入
れ期間前に選択されないセルのビット線を予めVDD/
2まで充電することおよび各読出し期間前にその配列の
全ビット線を充電することにより、N3のインピーダン
スを低下することができ、これによって誤った書入れや
破壊的な読出しの問題を生じることなくセルの応答時間
を改善することができる。
また選択された装置のゲート電極に2VDDを印加する
と、ゲートトランジスタがソースホロワモードで導通ず
るような2進入力値(例えばビット線上の高レベル)で
もその情報を確実に低VDD電圧でセルに書入れること
ができる。
第1図の電圧逓倍回路12とレベルシフト解読回路の組
合せにより、ゲートトランジスタの制御電極が接続され
ている選択されたワード線にVDDボルトまたは2VD
Dボルトの印加が可能になる。
(書入れ期間中、選択されないメモリセルのビット線は
中間点事前充電回路12によってVDD/2に復帰され
て選択されないセルの破壊を防止する。
)次に電圧逓倍回路12の構成および動作を簡単に説明
する。
この電圧増幅回路12はトランジスタP10およびN1
0からなる相補型インバータ110を含む。
PIOはそのソースを端一716に、ドレンを端718
に接続され、NIOはそのドレンを端−F18に、ソー
スを端720に接続されている。
この回路はまたトランジスタP20゜N20.P2Oお
よびコンデンサCを含んでいる。
P2Oはそのソースを端一714に、ドレンをN20の
ドレンおよびP2Oのゲートに接続され、N20はその
ソースを端720に接続され、P2Oのソース・ドレン
電路は端−Tf16.14間に接続されている。
またPIO,P2O,N10およびN20のゲートは電
圧逓倍回路12の入力制御線22に共通に接続されてい
る。
コンデンサCの一方の極板Xは端一718に接続され、
他方の極板yは端714に接続されている。
コンデンサCの値は線路10の容量の約5倍に選定され
、この容量比によって確実に+2VDDの電圧パルスを
発生してこれを大きな減衰なく線路10に印加すること
ができ、またこの電圧レベルをパルス期間中維持するこ
とができる。
このコンデンサは同じ回路板上の集積素子としても、回
路板外の個別素子としてもよい。
端子16と接続点14との間にはダイオード11が接続
され、VDDを接続点14に印加したときの結合を確実
にし、P30遮断時に接続点14が浮くのを防止してい
る。
端+16には+VDDボルトの電位が印加され、端一7
20には大地電位(0ボルト)が印加される。
電圧逓倍回路12は出力端子Z。
が人力線22に接続された2人力ナンドゲート40によ
って制御される。
このナントゲート40の2つの入力は「書入れ」および
「付勢」と図示され、通常「低」状態(論理値「0」)
にある。
電圧逓倍回路12の動作は米国特許第 4000412号明細書に詳細に説明されているからこ
こで詳細に説明する必要はなく、ただ書入れおよび付勢
の入力が「低」状態のときZ。
が「高」状態になってトランジスタNIO,N20が導
通ずることおよびN20が梼通することによってトラン
ジスタP30が導通することを言えば充分である。
P2Oが梼通すると接続点14およびコンデンサCの極
板yは+VDDボルトに固定される。
NIOが導通のときはいっでもコンデンサCの極板Xは
大地電位にあり、+VDDボルトが増強された電圧線1
0に印加される。
これは読出しおよび事前充電の期間中存在する条件であ
る。
メモリに情報を書入れるためには、ナントゲート40に
供給される書入れおよび付勢の信号が「高」状態(論理
値「l」)にあってZ。
が「低」状態(論理値「0」)にされなければならない
これは第3図の波形図に示す通りである。
Zoが「低」状態になるとトランジスタNIO,N20
が遮断され、トランジスタPIO,P20が導通する。
トランジスタP10の導通によって極板Xに+VDDボ
ルトの正の階段状電圧が印加されるが。
コンデンサCの端7間電位は瞬時に変化することができ
ないため極板yの電位は+VDDボルトから+2VDD
ボルトに向って上昇する。
導通中のP2Oは極板yの+2VDDボルトを遮断途中
または遮断完了後のトランジスタP30のゲートに印加
する。
このようにZ。が「低」状態になるときは常に接続点1
4の電位(V14)が+VDDボルトから+2VDDボ
ルトに変化し、Zoが1低」状態の間2VDDに留まる
電圧逓倍回路12はこの発明の実施に極めて適している
が、通常出力端7に例えば+VDDボルトの動作電位が
印加され、選択的にパルス駆動されて出力に動作電圧の
倍数出力(例えば+2VDDボルト)を生成し得る他の
任意適当な電圧逓倍回路を代用することもできる。
第3図では完全な書入れおよび付勢のパルスと同時に+
2VDDの書入れパルスが印加されているが、この増強
書入れ電圧(+2VDD)は書入れパルスまたは付勢パ
ルスの制御または描業者に公知の他の適当な調整によっ
て書入れパルス期間中の任意の時点においてまたは書込
みパルスの後縁においてさえ印加し得ることが判る。
線路10の電圧は配列1のワード線W1〜Wnに解読器
D1〜Dnによって選択的に印加される。
各解読器D1(ただしl≦i≦n)は湧電路を接続点O
Diと大地との間に直列に接続されたr個のN型トラン
ジスタ(N t s〜N1r)よりなる解読回路を含ん
でいる。
これら解読トランジスタ(Ni。〜N−)の各ゲート電
極は2進符号情報を伝送するr個のアドレス線(A、1
−Ar i )にそれぞれ接続されている。
これら解読回路のゲート電極に印加されたすべての信号
が「高」状態のときトランジスタNi1〜Nirが梼通
し、出力接続点ODiが大地電位に固定される。
各解読器は交差接続された2つのトランジスタPDit
およびPDi2を含んでいる。
この両トランジスタのソース線路10に接続されている
が、トランジスタPDi1のドレンはその解読器の出力
接続点ODiに接続され、トランジスタPD i 2の
ドレンはその相補型解読器の出力接続点ODiに接続さ
れている。
各接続点ODiと!−720との間には放電トランジス
タ(NAi)が接続され、この放電トランジスタのゲー
トに印加された正向きの事前充電パルスに応動して、接
続点OD1および各ワード線が大地電位に放電される。
これら解読器は構造と動作とが同一であるため簡単のた
めに解読器D1の動作だけを説明する。
配列7のワード線W1のメモリセルが書入れまたは読出
しのために選択されたものとする。
解読器D1はそのアドレス人力Al、〜KTのすべてが
「高」状態のとき選択される。
この状態が生じるとトランジスタN11〜N1rが梼通
し、接続点σiが「低」状態に駆動されてトランジスタ
PDoを飽和させ、PD12を遮断する。
PDllは共通ソースモードで湧通し、接続点OD+お
よびワード線w1を線路10の電位に固定する。
このように線路10の電位はそれがVDDボルトでも2
VDDボルトでもPD1□の低インピーダンス導電路を
介して選択されたワード線W1に印加される。
このレベルシフト解読器はDlに印加されたアドレス入
力の1つが「低」状態になるか放電トランジスタNA1
が導通ずるまで、PDnが導通でP Dl2が非導通の
状態を維持する。
Dlに対する1つ以上のアドレス入力が「低」状態のと
きはDlは選択されない。
事前充電パルスを放電トランジスタNA+に周期的に供
給すると仮定すると、接続点OD+は「低」状態になっ
てそれを保持する。
するとPD12が導通して接続点OD1は線路10の電
圧に固定され、PDIIのVOSが本質的に零になって
PDt□が遮断され、それを保持する。
この解読器のレベルは、入力アドレス線電圧は零ボルト
(「低」状態肋)らVDDボルト(「高」状態)に変化
できるが解読器の出力は零ボルト、VDDボルト、2V
DDボルトまたは線路10の印加電圧の何れかになり得
るように遷移する。
従ってこの発明を実施した回路では、単独の電圧逓倍回
路を用いて2つの電圧の一方を発生し、その出力端子に
生成された電圧を1絹のレベルシフト解読器によって選
択されたワード線に供給する。
前述のように、増張書入れ電圧によって配列のセルに情
報が安全にかつ迅速に書入れられ、通常の読出し電圧に
よってそのメモリ内容が非破壊的に読出される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を実施したメモリ配列の回路図、第2
A図は第1図のメモリ配列に使用するメモリセルの回路
図、第2B図および第2C図はある動作状態におけるメ
モリセルの等価回路図、第3図は第1図の配列の各回路
接続点において発生する波形を示す図である。 8・・・・・・メモリセル、N3・・・・・・ゲートト
ランジスタ、A・・・・・・入出力点、BL・・・・・
・ビット線、16゜20・・・・・・第1および第2の
電力端7.12・・・・・・電圧逓倍回路、14・・・
・・・出力接続点、Dl・・・・・・レベルシフト回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 人出力点およびこの人出力点とビット線路との間に
    湧電路が接続されその博電路の梼電度力雌1.制御電極
    に供給される電圧によって制御されるようにされた単一
    のゲートトランジスタを有するメモリセルと、該メモリ
    セルへの情報の書入れ中は第ルベルの書入れ電圧を上記
    制御電極へ供給し、また上記メモリセルの内容を非破壊
    的に読出すために上記書入れ電圧よりも低い第2レベル
    の読出し電圧を上記制御電極へ供給する手段と、を備え
    上記書入れおよび読出しの手段には、動作電位を受取る
    ための第1および第2の電力端7と、読出し動作中は上
    記動作電位と同じ大きさの上記第2レベルの読出し電圧
    を、また書入れ動作中は上記第2レベルの電圧と同じ極
    性の上記第ルベルの電圧を選択的に生成する出力端7と
    を有する電圧逓倍回路と、上記電圧逓倍回路の出力端子
    と上記ゲートトランジスタの上記制御電極との間に接続
    されていて、選択された時に、上記出力端子に生成され
    た電圧を上記ゲートトランジスタの制御電極に供給する
    ための選択解読式レベルシフト回路とが含まれている、 記憶装置。
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