JPS5935116B2 - sense amplifier - Google Patents

sense amplifier

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JPS5935116B2
JPS5935116B2 JP52035802A JP3580277A JPS5935116B2 JP S5935116 B2 JPS5935116 B2 JP S5935116B2 JP 52035802 A JP52035802 A JP 52035802A JP 3580277 A JP3580277 A JP 3580277A JP S5935116 B2 JPS5935116 B2 JP S5935116B2
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JP
Japan
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transistor
gate
node
transistors
potential
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JP52035802A
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Japanese (ja)
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JPS53120236A (en
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正日出 高田
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/4063Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
    • G11C11/407Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
    • G11C11/409Read-write [R-W] circuits 
    • G11C11/4091Sense or sense/refresh amplifiers, or associated sense circuitry, e.g. for coupled bit-line precharging, equalising or isolating

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下単
にMOSTと呼ぷ。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate field effect transistor (hereinafter simply referred to as MOST).

)によつて構成された増幅回路、特に集積化メモリなど
に使用される感知増幅器に関するものである。なお、以
下の説明はすべてNチャンネル MOSTで行なうが、PチャンネルMOSTでも、又他
の絶縁ゲート型電界効果トランジスタでも本質的に同様
である。
), and particularly relates to sense amplifiers used in integrated memories and the like. Although the following explanation will be made for an N-channel MOST, it is essentially the same for a P-channel MOST or other insulated gate field effect transistors.

集積化メモリでは、メモリが大容量化するのに従い、メ
モリセルの面積がもつとも小さくなる1トランジスタ型
メモリセルが広く使用されている。
In integrated memories, one-transistor type memory cells are widely used because the area of the memory cell becomes smaller as the capacity of the memory increases.

こうした1トランジスタ型メモリでは、メモリセルのス
トレージ容量に貯わえられた電荷を選択ゲートであるス
イッチングトランジスタを介してビット線に伝え、その
微小信号を高感度の感知増幅器で増幅し、出力信号とし
て送り出すと同時に当該メモリセルに増幅された信号を
再書き込みする、方式がとられているのが普通である。
従来、このような微小信号を増幅する回路としては、第
1図に示したものが広く使用されている。
In such a one-transistor memory, the charge stored in the storage capacity of the memory cell is transmitted to the bit line via a switching transistor, which is a selection gate, and the minute signal is amplified by a highly sensitive sense amplifier and output signal. Usually, a method is used in which the amplified signal is rewritten into the memory cell at the same time as it is sent out.
Conventionally, the circuit shown in FIG. 1 has been widely used as a circuit for amplifying such minute signals.

即ち、従来の感知増幅器は、スイッチングトランジスタ
Q1とQ2及び負荷トランジスタQ3とQ4から成るフ
リップフロップで構成され、その出力節点1及び2はそ
れぞれメモリ回路のビット線3及び3’に各々接続され
、この両者の負荷容量は等しくされている。各ビット線
には信号を蓄えるメモリセル4及び4’と基準電位発生
回路5及び5’が接続されており、ビット線3に接続さ
れたメモリセル4が読出される時にはビット線3’に、
また逆にビット線3’にメモリ信号が読み出される時に
はビット線3に、それぞれ基準電圧発生回路5’あるい
は5が高低2値レベルの中間の電圧を発生して供給し、
両ビット線の間に約100mV程度の電圧差が生じるよ
うにしてある。第2図に示したのは第1図の回路に使わ
れる各クロック信号及び両ビット線の電圧波形である。
That is, the conventional sense amplifier consists of a flip-flop consisting of switching transistors Q1 and Q2 and load transistors Q3 and Q4, the output nodes 1 and 2 of which are respectively connected to the bit lines 3 and 3' of the memory circuit. Both have the same load capacity. Memory cells 4 and 4' for storing signals and reference potential generation circuits 5 and 5' are connected to each bit line, and when the memory cell 4 connected to the bit line 3 is read, the bit line 3'
Conversely, when a memory signal is read out to the bit line 3', the reference voltage generating circuit 5' or 5 generates and supplies a voltage intermediate between high and low binary levels to the bit line 3.
A voltage difference of about 100 mV is created between both bit lines. FIG. 2 shows the voltage waveforms of each clock signal and both bit lines used in the circuit of FIG. 1.

以下、同図の波形を利用して第1図の回路動作を述べる
。ビツト線3及び3′は、時刻t1までにクロツクφ3
によつてトランジスタQ6及びQ7を介してそれぞれ等
しい一定電圧にプリチヤージされている。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described below using the waveforms shown in the same figure. Bit lines 3 and 3' are connected to clock φ3 by time t1.
are precharged to the same constant voltage through transistors Q6 and Q7, respectively.

次に、アドレス信号により、例えばアドレス線6が選択
されてメモリセル4の情報が読出されると、ビツト線3
″には基準電圧発生回路5′によつて基準電圧が発生さ
れ、時刻T2までにビツト線3及び3″の間に約100
mV程度の電圧差が生じる。時刻T2にクロツク信号φ
1を高レベルにし、トランジスタQ5をゆつくりと導通
させると、交差結合したトランジスタQ1及びQ2の正
帰還作用により入力信号は増幅される。この結果、トラ
ンジスタQ1もしくはQ2のいずれか一方は非導通、他
方は導通に近い状態になる。次いで時刻T3でクロツク
信号φ2を高レベルにし、一度低くなつたビツト線を負
荷トランジスタQ3及びQ4で再度高レベルにすること
によつて、ビツト線の信号は更に増幅され、増幅が完了
する。しかし、第1図の従来の感知増幅器では、クロツ
ク信号φ2が高レベルにある間常にトランジスタQ3又
はQ4に直流電流が流れるため、各ビツト線にこのよう
な増幅器を設けると大電力を要することとなり、メモリ
実現に際しての大きな障壁となつていた。本発明の目的
は、消費電力の少ない感知増幅器を提供することであり
、更に他の目的は回路中に直流通路の生じない完全ダイ
ナミツク感知増幅器を提供することにある。
Next, when, for example, the address line 6 is selected by the address signal and the information in the memory cell 4 is read out, the bit line 3
'', a reference voltage is generated by the reference voltage generating circuit 5', and by time T2, approximately 100 voltage is generated between the bit lines 3 and 3''.
A voltage difference of about mV occurs. At time T2, the clock signal φ
1 is set high and transistor Q5 is slowly turned on, the input signal is amplified by the positive feedback action of cross-coupled transistors Q1 and Q2. As a result, either transistor Q1 or Q2 becomes non-conductive, and the other becomes nearly conductive. Next, at time T3, the clock signal φ2 is set to a high level, and the bit line, which once went low, is set to a high level again by the load transistors Q3 and Q4, whereby the signal on the bit line is further amplified, and the amplification is completed. However, in the conventional sense amplifier shown in Figure 1, DC current always flows through transistor Q3 or Q4 while clock signal φ2 is at a high level, so providing such an amplifier for each bit line would require a large amount of power. , which was a major barrier to the realization of memory. It is an object of the present invention to provide a sense amplifier with low power consumption, and a further object of the invention is to provide a fully dynamic sense amplifier with no DC paths in the circuit.

本発明によれば、一方のドレインに他方のゲートを互い
に接続した第1及び第2のトランジスタ、ゲートを第2
のクロツク線に接続し、前記第1のトランジスタのドレ
インに接続されている第1の節点と第1のビツト線を結
合する第3のトランジスタ、同じくゲートを第2のクロ
ツク線に接続し、前記第2のトランジスタのドレインに
接続されている第2の節点と第2のビツト線を結合する
第4のトランジスタ、ゲートを前記第1の節点に接続し
、第2の節点と第7のトランジスタのゲートとを結合す
る第5のトランジスタ、ゲートを前記第2の節点に接続
し、第1の節点と第8のトランジスタのゲートとを結合
する第6のトランジスタ、ドレインを第1及び第2のビ
ツト線にそれぞれ接続し、第4のクロツク線にゲートを
接続した第9のトランジスタを介してそれぞれのソース
を接地している第7及び第8のトランジスタ、ゲートを
第3のクロツク線に接続し、電源と第7及び第8のトラ
ンジスタのゲートとをそれぞれ結合する第10及び第1
1のトランジスタ、ゲートを第1のクロツク線に接続し
、前記第1及び第2のトランジスタのソースを接地する
第12のトランジスタから構成される感知増幅器を得る
According to the present invention, the first and second transistors have one drain connected to the other gate, and the gate connected to the second transistor.
a third transistor, also having its gate connected to the second clock line, coupling the first bit line to a first node connected to the drain of the first transistor; a fourth transistor whose gate is connected to the first node and whose gate is connected to the second node and the second bit line, which is connected to the drain of the second transistor; a fifth transistor whose gate is connected to the second node; a sixth transistor whose gate is connected to the second node; a sixth transistor whose drain is connected to the first and second bits; seventh and eighth transistors each having their respective sources connected to ground through a ninth transistor having its gate connected to the fourth clock line and having its gate connected to the third clock line; tenth and first transistors coupling the power supply to the gates of the seventh and eighth transistors, respectively;
and a twelfth transistor whose gate is connected to a first clock line and whose sources of the first and second transistors are grounded.

本発明による感知増幅器は、増幅回路中に直流電流通路
がなく、又、ダイナミツク動作が可能であり、電力消費
を少なくすることができる点で充分に前記目的を達成す
るものである。
The sense amplifier according to the present invention satisfactorily achieves the above object in that there is no direct current path in the amplifier circuit, dynamic operation is possible, and power consumption can be reduced.

以下、本発明をよりよく理解するために、実施の一例を
用いて詳述する。
Hereinafter, in order to better understand the present invention, the present invention will be explained in detail using an example of implementation.

第3図は本発明の一実施例を示したものである。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.

互いにドレインとゲートを交差結合したトランジスタQ
1とQ2により構成されるフリツプフロツプの出力節点
1は、トランジスタQ3を介してビツト線3及びトラン
ジスタQ7のドレインに接続され、出力節点2は、トラ
ンジスタQ4を介してビツト線3′及びトランジスタQ
8のドレインに接続される。トランジスタQ3及びQ4
のゲートにはクロツク信号φ2が接続される。ゲートが
節点1に接続しているトランジスタQ5は、ソースが節
点2に又ドレインがトランジスタQ7のゲート4に接続
されている。ゲートが節点2に接続しているトランジス
タQ6は、ソースが節点1に、又ドレインがトランジス
タQ8のゲート5に接続される。又、トランジスタQ7
及びQ8のソースは共通接続され且つクロツク信号φ4
がゲートに印加されているトランジスタQ9を介して接
地されている。同様にトランジスタQ1及びQ2のソー
スは、共通接続され且つクロツク信号φ1がゲートに印
加されているトランジスタQl2を介して接地される。
更に、トランジスタQ7及びQ8のゲート(節点4及び
5)はそれぞれ、クロツク信号φ3がゲートに印加され
たトランジスタQlO及びQllを介して、電源VDD
に接続されている。なお第3図には、クロツク信号φ3
がゲートに印加され、節点1と2を結合するトランジス
タQl3が記されているが、この第13のトランジスタ
は節点1,2及びビツト線3,3″を等しいレベルに保
持するためのものであり、プリチャージされるレペルよ
りプリチヤージ用クロツク信号及びクロツク信号φ2,
φ3が充分に高ければ必要としない。次に、第3図の回
路動作を第4図に示す動作波形を用いて説明する。
Transistor Q with drain and gate cross-coupled to each other
Output node 1 of the flip-flop constituted by transistor Q1 and Q2 is connected to bit line 3 and the drain of transistor Q7 through transistor Q3, and output node 2 is connected to bit line 3' and transistor Q through transistor Q4.
Connected to the drain of 8. Transistors Q3 and Q4
A clock signal φ2 is connected to the gate of the clock signal φ2. Transistor Q5 has its gate connected to node 1, its source connected to node 2, and its drain connected to gate 4 of transistor Q7. Transistor Q6, whose gate is connected to node 2, has its source connected to node 1, and its drain connected to gate 5 of transistor Q8. Also, transistor Q7
The sources of Q8 and Q8 are commonly connected and connected to the clock signal φ4.
is applied to the gate of transistor Q9. Similarly, the sources of transistors Q1 and Q2 are connected to ground through a transistor Q12, which is commonly connected and has a clock signal φ1 applied to its gate.
Further, the gates of transistors Q7 and Q8 (nodes 4 and 5) are connected to the power supply VDD through transistors QlO and Qll, respectively, to which the clock signal φ3 is applied.
It is connected to the. In addition, in FIG. 3, the clock signal φ3
is applied to the gate and a transistor Ql3 is shown which couples nodes 1 and 2. This 13th transistor is for maintaining nodes 1 and 2 and bit lines 3 and 3'' at the same level. , a precharge clock signal and a clock signal φ2 from the level to be precharged,
It is not necessary if φ3 is sufficiently high. Next, the operation of the circuit shown in FIG. 3 will be explained using the operation waveforms shown in FIG. 4.

時刻t1以前には、クロツク信号φ3により、ビツト線
3及び3″、節点1及び2、節点4及び5がそれぞれ所
定の電位にプリチヤージされる。
Before time t1, bit lines 3 and 3'', nodes 1 and 2, and nodes 4 and 5 are precharged to predetermined potentials, respectively, by clock signal φ3.

このプリチヤージレベルは高電位であるのが望ましい。
又、この時クロツク信号φ2は高レベルにある。プリチ
ヤージ用クロツク信号φ3が低レベルになつた後、時刻
t1にアドレス線に信号が印加されると、ビツト線3,
31及び節点1,2にメモリセル情報が読み出される。
時刻T2にクロツク信号φ2を高レベルから低レベルに
すると、メモリセル情報は節点1及び2に局在化される
。以下の説明をわかりやすくするため、ビツト線3が3
″の電位より高い、すなわち、節点1が2の電位より高
い場合を仮に考えることにする。すると、時刻T3に至
つてクロツク信号φ1を高レベルにしフリツプフロツプ
回路を活性化すると、節点1及び2の電位差が増幅され
る。節点1及び2の電位差が閾値電圧以上になると、節
点1の電位は節点2より高レベルであるので、トランジ
スタQ5が導通し、節点4の電荷が引き抜かれて節点4
の電位は低レベルになる。一方、節点2の電位は低レベ
ルであるので、トランジスタQ6は非導通のままに保た
れ、節点5の電位はプリチヤージレベル(高レベル)を
保持する。次に、時刻T4に至つてクロツク信号φ4を
高レベルにすると、トランジスタQ7は非導通状態トラ
ンジスタQ8は導通状態となり、ビツト線3″の電位は
低レベルに落ちる。一方、ビツト線3の電位はプリチヤ
ージ電位に保持され続ける。この結果、この感知増幅器
の増幅動作の終了時点において、ピツト線の高電位側の
電位はプリチヤージレベルに、又低電位側の電位は接地
電位になる。従つて、本発明による感知増幅器の増幅率
を高めるためには、ビツト線のプリチヤージ電位を高レ
ベルにすればよいことがわかる。
It is desirable that this precharge level is at a high potential.
Also, at this time, the clock signal φ2 is at a high level. After the precharge clock signal φ3 becomes low level, when a signal is applied to the address line at time t1, the bit lines 3,
31 and nodes 1 and 2, memory cell information is read out.
When clock signal φ2 is changed from high level to low level at time T2, memory cell information is localized to nodes 1 and 2. To make the following explanation easier to understand, bit line 3 is
Let us temporarily consider the case where the potential of node 1 is higher than the potential of node 2, that is, the potential of node 1 is higher than that of node 2. Then, when the clock signal φ1 is set to high level at time T3 and the flip-flop circuit is activated, the potential of nodes 1 and 2 becomes higher. The potential difference is amplified. When the potential difference between nodes 1 and 2 becomes equal to or higher than the threshold voltage, the potential at node 1 is at a higher level than node 2, so transistor Q5 becomes conductive, and the charge at node 4 is extracted, and the electric charge at node 4 is drawn out.
potential becomes low level. On the other hand, since the potential at node 2 is at a low level, transistor Q6 remains non-conductive, and the potential at node 5 remains at a precharge level (high level). Next, when clock signal φ4 is set to high level at time T4, transistor Q7 becomes non-conductive and transistor Q8 becomes conductive, and the potential of bit line 3'' falls to a low level.On the other hand, the potential of bit line 3 It continues to be held at the precharge potential. As a result, at the end of the amplification operation of this sense amplifier, the potential on the high potential side of the pit line becomes the precharge level, and the potential on the low potential side becomes the ground potential. , it can be seen that in order to increase the amplification factor of the sense amplifier according to the present invention, it is sufficient to increase the precharge potential of the bit line to a high level.

以上の回路動作の説明かられかるように、本発明は直流
電流通路のない、完全ダイナミツクな低消費電力型感知
増幅器を提供する。
As can be seen from the above description of circuit operation, the present invention provides a fully dynamic low power consumption sense amplifier without a direct current path.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のメモリ回路における感知増幅器を示す回
路図、第2図は第1図の回路の動作波形図、第3図は本
発明の典型的な実施例を示す感知増幅器の回路図、第4
図は第3図の回路の動作波形図である。 図において、Qはトランジスタ、Cは容量、φはクロツ
ク信号、VDDは電源、3,3′はビツト線、をそれぞ
れ示す。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a sense amplifier in a conventional memory circuit, FIG. 2 is an operating waveform diagram of the circuit in FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of a sense amplifier showing a typical embodiment of the present invention. Fourth
The figure is an operational waveform diagram of the circuit of FIG. 3. In the figure, Q is a transistor, C is a capacitor, φ is a clock signal, VDD is a power supply, and 3 and 3' are bit lines.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一方のドレインに他方のゲートを互いに接続した第
1及び第2のトランジスタ、ゲートを第2のクロック線
に接続し、前記第1のトランジスタのドレインに接続さ
れている第1の節点と第1のビット線とを結合する第3
のトランジスタ、同じくゲートを第2のクロック線に接
続し、前記第2のトランジスタのドレインに接続されて
いる第2の節点と第2のビット線とを結合する第4のト
ランジスタ、ゲートを前記第1の節点に接続し、第2の
節点と第7のトランジスタのゲートとを結合する第5の
トランジスタ、ゲートを前記第2の節点に接続し、第1
の節点と第8のトランジスタのゲートとを結合する第6
のトランジスタ、ドレインを第1及び第2のビット線に
それぞれ接続し、第4のクロック線にゲートを接続した
第9のトランジスタを介してそれぞれのソースを接地し
ている第7及び第8のトランジスタ、ゲートを第3のク
ロック線に接続し、電源と第7及び第8のトランジスタ
のゲートとをそれぞれ結合する第10及び第11のトラ
ンジスタ、ゲートを第1のクロック線に接続し、前記第
1及び第2のトランジスタのソースを接地する第12の
トランジスタ、から構成される感知増幅器。
1 first and second transistors having one drain connected to the other gate; a first node having the gate connected to a second clock line; and a first node connected to the drain of the first transistor; The third bit line that connects
a fourth transistor, also having its gate connected to a second clock line, and a fourth transistor coupling a second bit line to a second node connected to the drain of said second transistor; a fifth transistor connected to the second node and coupling the second node to the gate of the seventh transistor;
and the gate of the eighth transistor.
seventh and eighth transistors whose drains are connected to the first and second bit lines, respectively, and whose respective sources are grounded via a ninth transistor whose gate is connected to the fourth clock line; , tenth and eleventh transistors having their gates connected to the third clock line and coupling the power supply to the gates of the seventh and eighth transistors, respectively; and a twelfth transistor having a source of the second transistor grounded.
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