JPS5916194A - センス回路方式 - Google Patents

センス回路方式

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JPS5916194A
JPS5916194A JP57124340A JP12434082A JPS5916194A JP S5916194 A JPS5916194 A JP S5916194A JP 57124340 A JP57124340 A JP 57124340A JP 12434082 A JP12434082 A JP 12434082A JP S5916194 A JPS5916194 A JP S5916194A
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transistor
potential
circuit
sense
mos
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JP57124340A
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Shigeto Koda
幸田 成人
Shigenobu Sakai
酒井 重信
Kiyoshi Masuda
清 増田
Yoshitaka Kitano
北野 良孝
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路技術を用いて形成された電荷移
送形のセンス回路に関する。
半導体集積回路技術を用いて製造される半導体記憶装置
や半導体受光装置では、メモリセルや受光セルからビッ
ト/センス線に転送された微小な信号を受信し、ディジ
タル信号に変換するだめのセンス回路が重要な役割をは
たす。ことにセンス回路が1lljl 、 IIQ”を
識別できる最小の電位変化量すなわちセンス感度は、信
号の読出し速度やセルの小型化を支配する要因となる。
MO8型集積回路では、これまで高感度なセンス回路と
して、センス回路の信号入力端子と、電位変化を検出し
ディジタル信号を出力する増幅回路の入力ノードとの間
を、入力ノード側をドレインとして飽和領域で動作する
MOB )ランジスタを介して接続した、電荷移送形の
センス回路が提案されている。
第1図(a)は従来の電荷移送形センス回路の一例であ
シ、スタンバイ状態および信号電荷転送時のビット/セ
ンス線方向の電位分布を(b) l (C)に併記した
。なお斜線は電荷を模擬的に示している。
図において1はビット/センス線、2はセンス回路、3
は増幅回路、4は飽和領域で動作するnチャネルMO9
形トランジスタで、ゲート電極には電圧V。を印加する
。5は人力ツードロ及びビット/センスHxのプリチャ
ージ用nチャネルMO8形トランジスタで、タイミング
信号φ(振巾V。。)によって制御される。なおり0゜
は電源電圧である。
いま各トランジスタの閾値電圧をVTとすると、スタン
バイ状態での入力ツードロの電位は■。O’Tである。
従って■。〈vooとするとトランジスタ4のチャネル
表面電位V。−■、は入力ツードロの電位よりも高くな
り、トランジスタ4は飽和領域で動作スる。従ってスタ
ンバイ状態のビット/センス線lの電位はこのチャネル
表面電位で支配され、V、、 −VTとなる。いまメモ
リセルや受光セルから信号電荷mQsがビット/センス
線上に転送されると、ここでCBはビット/センス線1
の静電容量である。
トランジスタ4のチャネル表面電位は相変らずV。
−V、であるから、ビット/センス線1上の過剰電荷は
人力ツードロの電位の井戸7内に流れ込む。
人力ツードロの静電容量C1をCBに比べ十分小さく設
定しておけば、ビット/センス線1の微小電位変化に対
し、人力ツードロには大きな電位変化Qs/’02が生
じる。従って増幅回路3の電位検出レベルをV。。−v
Tよりわずかに高く設定すれば高感度なセンス回路を実
現できる。このような電荷移送形センス回路は、ビット
/センス線電位のわずかな電位上昇に対して、入力ツー
ドロには大きな電位変化が生じる利点がある反面、ビッ
ト/センスmiのブリチャーシネ足、静電誘導、リーク
電流等の原因による雑音電荷も信号電荷と同様に検出し
てしまう欠点がある。すなわち従来の電荷移送形センス
回路は、センス感度は高いものの雑音に対しては著しく
弱い欠点があった。
本発明は、ビット/センス線上に発生した雑音電荷の入
力による電荷移送形センス回路の誤動作を防止するため
、増幅回路の入力ノードの電位が雑音電荷に対しては変
化せず、信号電荷によってのみ変化するように回路を提
供することを目的とするものである。
前記の目的を達成するため、本発明は信号入力端子と増
幅回路の入力ノードとの間を、該人力ノード側をドレイ
ンとし、信号入力端子側をソースとして飽和領域で動作
する第1のMOB)フンジスタを介して接続した電荷移
送形のセンス回路において、第1のMOB )ランジス
タのドレインと前記入力ノード間に、夫々ソースおよび
ドレインを接続してなる第2のMOB )ランジスタを
介在させ、該第2のMOB )ランジスタのチャネル表
面電位を、前記第1のMOB )ランジスタのド1/イ
ン電位より高くしたことを特徴とするセンス回路方式を
発明の要旨とするものである。
さらに本発明は信号入力端子と増幅回路の入力ノードと
の間を、該入力ノード側をドレインとし、信号入力端子
側をソースとして飽和領域で動作する第1のMOB)ラ
ンジスタを介して接続し、かつ前記入力ノードにプリチ
ャージ用の第3のMOB トランジスタを接続してなる
電荷移送形のセンス回路において、前記センス回路と同
一構成のダミーのセンス回路を設け、かつ該ダミーのセ
ンス回路中の増幅回路の人力ノードのプリチャージ電位
を検査し、所望の電位にない場合には信号を発生する第
3の回路を設け、該信号によって、前記第3のMOB1
 )ランジスタを導通させ、前記人力ノードを再プリチ
ャージすることを特徴とするセンス回路方式を発明の要
旨とするものである。
次に本発明の実施例を65附図面について説明する。な
お実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱し
ない範囲内で、種々の変更あるいは改良を行いうろこと
は云うまでもない。
第2図(a)は本発明の一実施例であ゛つて図において
、11はビット/センス線、12はセンス回路、13は
増幅回路、14は飽和領域で動作するnチャネ/I/M
O8形トランジスタ、15は本発明の構成要素である電
位障壁形成用のnチャネルMO8形トランジスタで、ゲ
ート電極には電圧■1を印加する。
16.17はそれぞれ中間ノード18及び増幅回路13
の入力ノード19のプリチャージ用りチャネルMO8形
トランジスタであり、振幅■。0の制御信号φによって
ノード18.19をV。Ov、までプリチャージする。
またトランジスタ14のゲート電極には電圧To(<v
a。)を印加し、ビット/センス線11をVo−V、ま
でプリチャージする。この状態を第2図(b)に示す。
いまv8をV。<vl〈Vo。 なる範囲に設定すると
、トランジスタ15のチャネル表面電位v、−vTは、
ノード1g 、19の電位よシ高く、ビット/センス線
11の電位よシ低くなる。すなわちビット/センス線1
1側からみて増巾回路13の人力ノード19の手前に電
荷に対する電位障壁20を形成したことになる。このよ
うに構成された電荷移送型センス回路では、一定量以下
の雑音電荷がビット/センス線11からトランジスタ1
4を介してセンス回路に流れ込んでも、中間ノード18
の電位の井戸にトラップされ、入力ノード19の電位に
は影響を与えない。このときの条件を次に示す。いま信
号電荷k Q6 +雑音電荷量 QN +中間ノード1
8の静電容址Cre人力ノード19の静電容’M 02
とすると、雑音電荷が電位障壁20を越えない条件は、 で与えられる。この状態を第2図(c)に示す。次に信
号電荷のみが転送された場合、入力ノード19を△V以
上変化させるのに必要な条件は、で与えられる。この状
態を第2図(、i)に示す。(1)式と(2)式よシ許
容される最大雑音電荷は、QNmax ” Q8−Ct
△V  −−−−=−=  (3)であシ、C□、Vl
(<Vo。)は(2)式を満足する範囲で任意に選べば
よい。通常信号電荷量Q8は雑音電荷量QNに比べ十分
大きく設定するし、またC7は十分小さく設計すること
ができるので、電位障壁20を形成したことによる信号
電荷の転送時間の遅れは無視できる程小さく、読出し速
度に影響を与えない。
以上説明したように、従来の電荷移送形センス回路に電
位障壁形成用のトランジスタ15を付加するだけで、ビ
ット/センス線上の雑音電荷によるセンス回路の誤動作
を防止できる。なお電位障壁形成用トランジスタは1個
に限ることはなく、雑音電荷をトラップするための中間
ノードを複数個形成することも可能である。またプリチ
ャージ用トランジスタ16または17の一方を除去し、
トランジスタ15のゲートにタイミング信号を印加して
、ノード18及びノード19をプリチャージすることも
可能である。また本回路を相補形MO8回路を用いて形
成し、プリチャージ用トランジスタをPチャネルトラン
ジスタで形成すれば、ノード18.19はV。ofでプ
リチャージされる。
この場合の前記(1)式及び(2)式に相当する条件も
容易に導くことができる。このように本発明は一定箪以
下の雑音電荷の影響を防止するのに、簡単で有効な手段
である。
第3図は本発明の他の実施例を示すもので、21はビッ
ト/センス線、22はセンス回路、23U増幅回路、2
4は飽和領域で動作するnチャネルMO8形トランジス
タ、25は増幅回路の人力ノード26をプリチャージす
るためのnチャネルMO8形トランジスタでタイミング
信号φ1(振幅V。。)によって制御される。31はビ
ット/センスH21と同一構成であるが、常に読出され
る信号電荷はゼロに設定されているダミーのビット/セ
ンス線、32はダミーのビット/センス線31に接続さ
れたダミーのセンス回路で、センス回路22と全く同一
の回路構成要素からなる。37は増幅回路33の人力ノ
ード36のプリチャージ電圧を常時監視し、これが許容
電圧V。以下になると、プリチャージ状態を表示する信
号φ、を・・イレペルにする信号発生回路であり、例え
ばvoを参照電圧とする差動増巾回路や、voをしきい
値電圧とするインバータ型剤中回路で構成される。38
はφ2と本回路外から供給されるプリチャージ制御信号
φ。との論理和回路であシ、タイミング信号φ1を出力
する。
次に第4図のタイミングチャートを用いて動作を説明す
る。時刻t0でプリチャージ制御信号φ。がロウレベル
となシ、トランジスタ25.35がカットオフになると
、増幅回路の入力ノード26及び36は浮遊状態となる
。ダミーのビット/センス線に雑音電荷が無ければ入力
ノード36は40で示す如くプリチャージ電圧を保つが
、雑音電荷が存在すると入力ノード36の電圧は低下す
る。
例えばダミーのビット/センス#1131のプリチャー
ジが不十分な場合は入力ノード36は41で示すように
徐々に低下する。あるいは時刻t1のように他のタイミ
ング信号の変化に訪導されてダミーのビット/センス線
に雑音電荷が発生し、42で示すように入力ノード36
の電圧を下げる場合もある。このような入力ノード36
の電圧低下は同一構成の他のセンス回路22の入力ノー
ド26でも発生するはずであシ、増幅回路23はロウレ
ベルを出力し誤動作の原因となる。本発明では信号発生
回路37によシ入カノード36の電圧が許容電圧以下に
なるとφ、はノ・イレベルになる。従ってφ1もハイレ
ベルとなりトランジスタ25.35は再び導通して入力
ノード26.36をプリチャージする。人力ノード26
.36のプリチャージが完了すればφ2はP)びロウレ
ベルとな#)読出し可能な状態になる。
以上の説明かられかるように、本発明の特徴はダミーの
ビット/センス軸及びダミーのセンス回路を用いて、雑
音電荷の発生をシミュレートすることと、雑音電荷の存
在を検査し、もし存在が認められれば馬プリチャージに
よってこれを除去しようとすることにある。従って本実
施例では雑音電荷の大きさに制限なくこれを除去できる
。特に最初のプリチャージが不十分な場合、あるいは全
くプリチャージがされてない場合でも、本発明を用いる
ことによシブリチャージが完了するまで読み出し動作を
停止させることもできる。本発明の場合信号電荷量は無
限であるようなセルを有する半導体装置の場合特に有用
である。例えばスタティックなセルをもつRAMやRO
Mでは、入力ノード26が再プリチャージされてもただ
ちに信号電荷によって補給、されるからである。これに
対しダイナミックなセルをもつRAMやCCDでは信号
電荷量が一定であるため、再プリチャージ時に入力ノー
ド26に信号電荷が存在することは許されない。
この場合には、雑音電荷が完全に除去されたことを確認
した後にセルからの読出しを行うことによシ同様の効果
を得ることができる。
以上の説明にはnチャネルMO8形トランジスタを用い
た回路構成を用いたが、pチャネルMO8形トランジス
タや相補形MO8回路を用いても同様に構成できること
は明らかである。本実施例と前記第1の実施例を組合せ
て構成することも可能であシ、よシ効果的な雑音除去を
実現できる。
以上説明したように、本発明を用いれば電荷移送形セン
ス回路の本質的な高密度性を損うことなく、ビット/セ
ンス線上に発生した雑音電荷による誤動作を防止できる
。これによシ高速で信頼性゛ に豊んだセンス回路が実
現でき、半導体記憶装置や半導体受光装置の高性能化を
はかれる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は従来の電荷移送形センス回路の
一例、第2図は本発明の一実施例でfa)は回路図、(
b)〜(d)は回路内部の電位分布図、第3図は本発明
の他の実施例のセンス回路、第4図φ。〜φ、は第3図
の実施例の動作を説明するためのタイミングチャートで
ある。 1.11.21・・ビット/センス線、12.22・・
・センス回路、3,13.23・・・増幅回路、4゜1
4.24.34・・・飽和領域で動作するトランジスタ
、5.16.17.25.35・・・プリチャージ用ト
ランジスタ、15・・・電位障壁形成用トランジスタ、
18.19・・中間ノード、31・・・ダミーのビット
/センスa、32・・・ダミーのセンス回路、36・・
・入力ノード、37・・・信号φ3発生回路、38・・
・論理和回路 特許出願人 手続補正書く方刻 昭和57年11月22日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願 第124340号2、発明の
名称 センス回路方式 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称  (422)日本電信電話会社4、代  理 
 人   〒160 住  所   東京都新宿区西新宿7丁目5番10号第
2ミゾタビルディング7階 5、補正命令の日付 昭和57年10月7日(発送日昭和57年10月26日
)6、補正の対象 明細−の「図面の簡単な説明」の欄 7、補正の内容 別紙のとおり 1、明細書第14頁第10行の「φ′6〜φ、」を「φ
。、ノード36.φ2.φ1」と訂正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)信号入力端子と増幅回路の入力ノードとの間を、
    該人力ノード側をドレインとし、信号入力端子側をソー
    スとして飽和領域で動作する第1のMOS )ランジス
    タを介して接続した電荷移送形のセンス回路において、
    第1のMOS )ランジスタのドレインと前記人力ノー
    ド間に、夫々ソースおよびドレインを接続してなる第2
    のMOS )ランジスタを介在させ、該第2のMOS)
    ランジスタのチャネル表面電位を、前記第1のMOS 
    )ランジスタのドレイン電位よシ高くしたことを特徴と
    するセンス回路方式。
  2. (2)信号入力端子と増幅回路の入力ノードとの間を、
    該入力ノード側をドレインとし、信号入力端子側をソー
    スとして飽和領域で動作する第1のMOS )ランジス
    タを介して接続し、かつ前記人力ノードにプリチャージ
    用の第3のMOS )ランジスタを接続してなる電荷移
    送形のセンス回路において、前記センス回路と同一構成
    のダミーのセンス回路を設け、かつ該ダミーのセンス回
    路中の増幅回路の入力ノードのプリチャージ電位を検査
    し、所望の重囲にない場合には信号を発生する第3の回
    路を設け、該信号によって、前記第3のMOS )ラン
    ジスタを導通させ、前記入力ノードを再プリチャージす
    ることを特徴とするセンス回路方式。
JP57124340A 1982-07-19 1982-07-19 センス回路方式 Granted JPS5916194A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5545188A (en) * 1978-09-27 1980-03-29 Nec Corp Dynamic random access memory unit

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