JPS59203296A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS59203296A
JPS59203296A JP58076459A JP7645983A JPS59203296A JP S59203296 A JPS59203296 A JP S59203296A JP 58076459 A JP58076459 A JP 58076459A JP 7645983 A JP7645983 A JP 7645983A JP S59203296 A JPS59203296 A JP S59203296A
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transistor
amplifier
mos
trs
constant current
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順一 宮本
Shinji Saito
伸二 斎藤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
    • G11C7/06Sense amplifiers; Associated circuits, e.g. timing or triggering circuits
    • G11C7/062Differential amplifiers of non-latching type, e.g. comparators, long-tailed pairs
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/09448Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]

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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】 この発明は、半導体記憶装置に関するもので、特[CM
OS構成のランダムアクセスメモリ(RAM)における
ビットライン電位のセンスアンプに係るものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、CMOS  RAMにおけるビットライン電位の
センスアンプとして、第1図に示すよ・うなバイポーラ
トランジスタを用いたものが提案されている。この回路
は、バイポーラトランジスタの高速動作特性と高感度特
性とをCMOSRAMに適用したもので、ダーリントン
接続されたNPN形のバイポーラトランジスタQ 、t
Q2およびQ3.tQ4、負荷抵抗R1−R2、抵抗R
3,R4、電流源として働(N P N形のトランジス
タQ、と負荷抵抗R6との直列回路、および入力端が前
記トランジスタQ2.Q、のコレクタに接続されるMO
Sトランジスタ構成の差動増幅器1)とから成る。上記
I・ランジスタQ、、QsのベースにはビットラインB
L。
、BL2が接続される。上記差動増幅器11は出力信号
レベルをMO8回路のレベルに合わせるだめのもので、
例えばビットラインBL、。
BL2の信号振幅レベルを500 mV程度とすると、
このレベルが上a己バイポーラトランジスタQ1〜Q4
から成る差動増幅器によって16V程度寸で増幅され、
その出力が差動増幅器1ノによって電源電圧程度′まで
増幅された差動出力OU T Iが得られるようになっ
ている。
上記第1図の回路において、ダーリントン接続を用いて
いるのは、ヒツトラインBL、。
BL2の振幅はMOSの出力であり、ベース電流を充分
に供給でへないため、また差動増幅器りQ2.Q4が飽
和しないためにはこのトランジスタQ2.Q4のベース
電流を下げる必要があるためである。なお、スタンドバ
イ時には、カレントソーストランジスタQ5のベースを
ローLzヘル((設定してこのトランジスタ。5をオフ
状態にすることにより、このセンスアンプの消費電力を
零にできる。
第2図(a) 、 (b)は、ダーリントン接続の差動
増幅器と、一段の差動増幅器とを示している。一段の差
動増幅器の最大振幅にRcieであり、感tfii、/
12 け eXp  −(Vl −V2 ) 、= eXpz;7
−kT               kTである。今
、たとえばトランジスタ。6.Q7のベース印加電圧V
1とV2との差ΔVが100r/LVとすれば、11 
/ 12 ”’ 54であり、2%程度の誤差で最大振
幅Rcie  と等しくなる。これに対し、(a)図に
示すダーリントン接続の差動増幅器における最大振幅は
、片側のダーリントン接続されたトランジスタが両方と
も完全なオフ状態であってもRc  (i e −Vf
/Re)  Lかとれない。ここでVfはP N接合の
順方向電圧である。
この回路の感度解析を行なうと、R6=ooで各トラン
ジスタの電流増幅率βが等しいとすると、1 + / 
i 2 = exp −−一ΔVkT と計算される。今、前記と同様にΔV=100mVとす
れば、i、/i2 =7.1となり、ΔVが大きい領域
では、出力振幅差ΔVoutがΔV out =Rc 
i e (−’−ニー1−) となるのでほとんど問題
とはなα+1 らないが、低入力振幅では感度が低下する。
Reが有限の値の場合、例えばRc=Re−10にΩ、
1e=240μAにおける入力゛電圧と出力電圧との関
係を第3図に示す。実線が第2図(a)の回路の特性で
あり、破線が第2図(b)の回路の特性である。図示す
るように、感度、増幅率ともに第2図(a) (0回路
は第2図(b)の回路に及ばない。しかし、第2図(b
)の回路は0MO8RAMのセンスアンプとしては適当
ではない。それは前述したように、例えば1e=240
μAの時、電流増幅率β−50とすると、5μAの電流
を必要とし、ヒツトラインのハイレベルの電圧降下を引
き起こし、メモリ自身の電源電圧マージンの不足を引き
起こすためである。また、ビット線電位のハイレベルを
BLHとすルト、出力振幅(はVcc−BLH程度しか
とれない等の欠点があるためである。
このような欠点を改善するーっの手段として、第4図に
示すようにエミッタフォロワの電流としてie、i6’
を流すものがある。この方法は、トランジスタQ2− 
Q4から成る差動増幅器の入力として、ビット線電位v
、、v2のie。
le′で決捷るV 、fだけ下がった電圧がそれぞれ印
加されるため、前記第2図(b)と同程度の感度および
増幅率が得られる。さらに、スタンドバイ時にはトラン
ジスタQ、、Q、およびQ、のベース電位をローレベル
に設定することにより、消費電力を零にできる。
しかし、上記のような構成では、メモリセルへの情報の
書き込みの際、トランジスタQ、のベースに接続される
ビット線BL、の電位V1ヲG N D l/ベル、ト
ランジスタQ3のベースに接続されるビット線BL2の
電位■2をVDD1/ベル((設定する必要があり、そ
の過程においてトランジスタQ8が飽和してしまう。こ
のことはバイポーラトランジスタのみで構成されている
メモリにおいては特に大きな問題とはならないが、CM
OSメモリニおいてはラフチアツブの要因となる0この
現象(ラッチアップ)を避けるためには、書き込み時に
このトランジスタQ8をオフしてしまえば良いが、書き
込み−読み出し−書き込みというサイクルの速度低下を
招く。しかも、このトランジスタQ8をオフさせる信号
のタイミングの設定も難しい。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高感度。
高性能でしかもスタンドバイ時には消費電力を零にでき
、かつ書き込み動作時Vζも問題のないすぐれた半導体
記憶装置を提供することである。
〔発明の概要〕
MOSトランジスタで構成され情報を記憶するメモリセ
ルのビットラインに、動作時には定電流源として働きス
タンドバイ時に遮断きれる手段を負荷とするエミッタフ
ォロワ増幅器の入力端を接続するとともに、このエミッ
タフォロワ増幅器の出力端にエミッタカップルされた差
動増幅器の入力端を接続する。さらに、上記差動増幅器
の出力端にその出力レベルをMO3信号レベルに増幅す
るMO8I−ランジスタ構成の増幅器を設けたものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第5図において、前記第1図と同一構成部には同
じ符号を付してその説明は省略する。図において、12
Ht 122 t・・・はCMO3構成のスタティック
メモリセルで、このメモリセル121,122.・・・
は、ヒツトラインBL、、BL2.・・・とワードライ
ンWL、。
WL2.・・・との各交差位置に配設される013はビ
ットラインBL、、BL、上の信号を転送するカラムト
ランス7アゲート、14.15はMOSトランジスタ、
16.17は動作時には定電流源として働きスタンドバ
イ時に遮断される手段として働くMOSトランジスタで
、このMO8I−ランジスタ16.1’7はチップイネ
ーブル信号に対応してオン・オフ制御される。
第6図は、トランジスタQ、のベース駆動回路を示して
いる。前記MO8)ランジスタ16.17はセレクトレ
ベルが例えば5V、ディセレクトレベルがOVであるの
で、チップイネーブル信号を2段のインバータ回路を介
してそのゲートに印加すれば良いが、トランジスタQ5
はセレクトレベルが例えば1,2V、ディセレクト1ノ
ベルがOVであるので、図示するようなレベル変換回路
によって駆動する必要がある0チツプイネ一ブル信号C
Eはインバータ回路18を介してPチャネル形のMOS
トランジスタ19およびNチャネル形のMOSトランジ
スタ20のゲートに供給される。これらMOSトランジ
スター19.20は一端が共通接続されており、”MO
Sトランジスタ19の他端は抵抗R9、NPN形トラン
ジスタQ、。のコレクタ・エミッタ間および抵抗R,o
、R,,を介して上記MOSトランジスタ20の他端に
接続される。
このトランジスタ20のソース、ドレイン間にはNPN
形トランジスタQ、□のコ1/クタ、エミッタが並列接
続され、このトランジスタQoのベースは抵抗R9とR
1,との接続点に接続され、上記トランジスタQ、oの
ベースはトランジスタQoのコレクタに接続される。そ
して、トランジスタQIoのエミッタからトランジスタ
Q5の駆動信号が出力される〇 上記のような構成において動作を説明する。
読み出し動作の場合は、ビットラインBL、。
B L 2の信号はカラムトランスファゲート13を介
してセンスラインB L Ia+ B L 2aに伝達
され、エミッタフォロワ回路を介してレベルシフトおよ
び増幅がなされ、その出力は差動増幅器に入力される。
その出力信号を増幅器で電源電位までフルスイングさせ
て出力信号oUT2を得る。
一方、書き込み動作の場合は、MoSトランジスタ14
.15のうちいずオしか一方がオンし、ビットラインの
電1vをGNDレベル、他方をVDD 近傍凍て上昇さ
せる。この時たとえば、センスラインBL2aのレベル
は、GNDIノベルからVDD レベルまで変化する可
能性があるが、そのいずれのレベルに対してもMOSト
ランジスタ17を介して基準電流が多量に流れ、ラッチ
アップを起こすことはない。
第7図は、上記第5図の回路における時間と出力電圧と
の関係のシュミレーショノ波形を示すもので、破線で示
している。実線は前記第1図の回路のし/ユミレーショ
ン波形である。所定の時間にアドレス信号ADが入力さ
れると、ヒツトラインBL、、BL2 (センスライン
BL1a、BL2aもほぼ同じ)は図にBLで示すよう
になる。時間に対する傾斜が緩やかなのは、ビットライ
ンおよびセンスラインに付随する寄生6最が太きいため
である。センスアンプ出力時の波形をSA、(第5図の
回路)および5A2(第1図の回路)で示す。領域t1
はディレーで、前記第1図の回路において(はセンス感
度が特に低電位差の領域で悪いことに起因する。
OUT+ 、0UT2がそれぞ)Lの出力波形である。
ディレーt2がt、より若干大きい理由は、第1段目の
センスアンプの出力振幅が大きく、シかも立ち上がりが
急峻なことによる。
第8図はこの発明の他の実施例を示すもので、要部のみ
示している。すなわち、前記第5図の回路におけるMO
Sトランジスタ16.17に加えてさらにこのトランジ
スタ16.17VC直列に抵抗R,2,R,3を設けた
ものである。ここでMOSトランジスタ16.17は、
スタンドパイ時の電流を遮断するスイッチとして働く。
そして、抵抗R,2,R,3が定電流源として働く0こ
のような構成においても上記実施例と同様な効果が得ら
れるのはもちろんである。
〔発明の効果〕
以上説明したよ・うに、この発明しこよ几ε・、Y高l
盛度、高11叱でしかもスタンドバイ時には消費電力を
零にでき、かつ書き込み動作時にも問題のないすぐれた
半導体記憶装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ従来の半導体記憶装置に
おけるセンスアンプを説明するための図、第3図は上記
第2図の回路の入出力特性を示す図、第4図は従来のバ
イポーラECL回路を示す図、第5図はこの発明の一実
施例1(係る半導体記憶装置を説明する/ヒめの図、第
6図は上記第5図の回路における這流源トランジスタの
・\−ス駆動回路を示す図、第7図は従来および本発明
のシュミレーション波形図、第8図はこの発明の他の実
施例説明するだめの図である0 1)・・・増幅器、121 w 122  ・・メモリ
セル、16.17・・・MO3+−ランジスタ、BL、
。 BL、・・・ビットライン、Q1〜Q5・・・NPN形
バイポーラトランジスタ。 出願人代理人 弁理士 銘  江  武  彦第3図 第4図 弔つ °°] 第 6図 第 7 図 B分間□ 手続補正書 昭和58V、、 、C,月10日 特許庁長官 若杉和夫  ” ■、事件の表示 特願昭5B−764,59号 2・ 発明の名称 半導体記憶装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)東京芝浦電気株式会社 4、代理人 住所 東京都港区虎ノ門1丁目26番5づ 第17森ビ
ル6、補正の対象

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)MOS)ランジスタで構成され情報を記(慮する
    メモリセルと、このメモリセルのビットラインが入力端
    に接続され、動作時には定電流源として働きスタンドバ
    イ時に遮断される手段を負荷とするエミッタフォロワ増
    幅器と、このエミッタフォロワ増幅器の出力端に入力端
    が接続され、るエミッタカップルされた差動増幅器と、
    MOSトランジスタで構成され上記差動増幅器の出力レ
    ベルをIVlfO8信号レヘルに増しする増幅器とを具
    備したことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. (2)  前記動作時には定電流源として働きスタンド
    バイ時に遮断される手段1d1チップイネ−フル信号で
    導通制御されるMos+−ランジスタから成ることを特
    徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の半導体記憶装
    置。
  3. (3)   前記動作時には定電流源として働きスタン
    ドハイ時に遮断される手段は、チップイネ−フル信号で
    導通制御されるMOSトランジスタと、このMOSトラ
    ンジスタに直列接続される抵抗とから成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第(1)項記載の半導体記憶装置。
JP58076459A 1982-12-28 1983-04-30 半導体記憶装置 Granted JPS59203296A (ja)

Priority Applications (3)

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JP58076459A JPS59203296A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 半導体記憶装置
US06/563,501 US4604533A (en) 1982-12-28 1983-12-20 Sense amplifier
DE19833346529 DE3346529A1 (de) 1982-12-28 1983-12-22 Leseverstaerker

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JP58076459A JPS59203296A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 半導体記憶装置

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JPH0241112B2 JPH0241112B2 (ja) 1990-09-14

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60136084A (ja) * 1983-12-26 1985-07-19 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
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US4984207A (en) * 1987-07-10 1991-01-08 Hitachi, Ltd. Semiconductor memory device
JP2013520133A (ja) * 2010-02-15 2013-05-30 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 正確な電流ステアリングを備えた低電力高速差動ドライバ

Cited By (5)

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