JPS5947391B2 - 電位差検出回路 - Google Patents

電位差検出回路

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JPS5947391B2
JPS5947391B2 JP55006008A JP600880A JPS5947391B2 JP S5947391 B2 JPS5947391 B2 JP S5947391B2 JP 55006008 A JP55006008 A JP 55006008A JP 600880 A JP600880 A JP 600880A JP S5947391 B2 JPS5947391 B2 JP S5947391B2
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transistors
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capacitance
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JP55006008A
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眞男 田口
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電位差検出回路に関するもので、独立したコン
バーター回路としても用いることができるが、MIS(
Metal−Insulator−Semicondu
ctor)または狭義にはMOS(Metal−Oxi
de−Semiconductor)ダイナミックラン
ダムアクセスメモリーのセンスアンプとして好適な回路
である。
以下主としてセンスアンプを対象として説明する。MO
Sダイナミックランダムアクセスメモリー(以下RAM
と略す)のセンスアンプは近年の高集積密度、高集積ビ
ット数素子においては消費電力の減少を図るためのダイ
ナミック動作のフリップフロップ回路を用いている。
第1図は従来の最も基本的なセンスアンプ回路を示した
もので、この動作を述べると、田クロックφpによって
トランジスタQ。、Q、をオンさせてビット線B1、B
2及び交差接続トランジスタQ、、Q。のゲートを電源
VDDからプリチヤージする。(2)ワード線(図示せ
ず)の駆動でメモリーセル(図示せず)の情報として蓄
えられた電荷がビット線B1、B。に現われ、電荷の再
分配によってビット線B、、B2間に微小電位差が生じ
る。(3)クロックφSによってトランジスタQ。が導
通し、トランジスタQ1、Q2の共通ソース電位を引下
げる。このときQ1、Q。のうち、わずかにゲート電圧
の高い方のトランジスタ、例えばQ1はソース電位の降
下でその導通が促進され、ドレイン電流によつてビット
線B1のプリチヤージ電荷を引抜く。一方、対になる他
方のトランジスタQ2はゲート電位の低下によつて高イ
ンピーダンス状態にありビット線B2のプリチヤージ電
荷の減少は少い。この動作によつて一方のビット線B1
はほぼ接地電位となるのに対して他方のビット線B2は
高電位を保つており、微小電位差は増幅されたことにな
る。この回路が感知できる最小電位差、即ち・センスア
ンプの感度はトランジスタQ4、Q2の利得定数β、、
β。、ドレイン容量Cl、C2及びしきい値電圧V+れ
1、V+れ2に依存する。β1、β2はΨμCoxで表
わされる。ここでWはトランジスタのゲート幅、Lはゲ
ート長、μはチャンネルのキャリア移動度、フCoxは
ゲートの入力静電容量である。これらの値を用いると、
感度Sは文献(家田ほか「64にビットMOORAMの
回路設計」電電公社研究実用化報告第27巻9号p、1
915〜p、1932)によれば75■A暦1△βクβ
2−ΔClビC21+1V+れ1−V+れ21 と表わされる。
Aは定数、には共通ソースの電圧降下速度であり、であ
る。
ここでC。,βoはC1とC2ならびにβ1とβ2の設
計値である。この式の意味するところはトランジスタの
利得定数、センス節点に接続される容量さえバランスし
ていれば、第1項は影響をもたず、トランジスタQl,
Q2のしきい値電圧差だけがセンス感度を決定する。即
ち、適切な設計によつてビツト線寄生容量、利得定数を
充分に均衡させることは可能であるにもかかわらず、し
きい値電圧は基板不純物濃度の局所的な分布、短チヤネ
ル効果によるしきい値電圧のゲート長依存性等のため1
0mV以下に抑えることは容易ではないことが実験的に
明らかになつており、センスアンプ感度はしきい値電圧
差で結局制限されてしまう。本発明はこの点に鑑みフリ
ツプフロツプを構成するトランジスタのしきい値電圧の
差を実質的に無関係に微小信号電位差を検出し得る電位
差検出回路を提供することを目的としている。そしてこ
の目的は、本発明によれば、ゲートが互いのドレインに
接続されている一対の交差接続MISトランジスタ及び
該MISトランジスタのそれぞれのソースに直列接続さ
れた静電容量を具備し、該静電容量を通して前記MIS
トランジスタのゲート・ソース間をそれぞれのMISト
ラン.ジスタのしきい値電圧にプリチヤージし、該静電
容量の結合節点を駆動することにより前記MISトラン
ジスタのドレイン間電位差を増幅することを特徴とする
電位差検出回路を提供することによつて達成される。
以下本発明の一実施例を図面により詳述する。
第2図は本発明の一実施例を示すものであり、通常のい
わゆる閉じ込め型フリツプフロツプ構成のセンスアツプ
に対して静電容量2個(CIO,C2O)トランジスタ
2個(Ql,,Ql6)が追加されている。,第3図は
第2図の回路の動作を説明するためのタイムチヤートで
あり、各クロツクφP,φT,φSl,φS2の動作波
形を示す。第2図においてトランジスタQ,,,Ql2
は節点Nl,N2の微小電位差を増幅するフリツプフロ
ツプ(交・差接続)回路を構成する。
トランジスタQ,。,Q,4はビット線B,,B。及び
トランジスタQ,,,Ql2のゲート(N,,N2)を
プリチヤージするための制御トランジスタである。この
回路の動作は、まずクロックφp及びφTによつてトラ
ンジスタQ,3,Ql4及びトランジスタQl7,Ql
8をオンさせることによりビツト線Bl,B2をプリチ
ヤージすることから始まる。このときトランジスタQl
5,Ql6はオフしており、トランジスタQ2Oはオン
している。トランジスタQ2Oのソースまたはドレイン
の一方の電極に結合される基準電位VMは接地電位と電
源電位VDDの間の任意の電位であるが、なるべく電源
電圧VDDに近い高い値の方がよい。
なお、上記プリチヤージを行う際、クロツクパルスφP
,φTは電源電圧VDDよりも更にトランジスタQ,,
またはQ,。
のしきい値電圧以上高いパルス波高値とすることが望ま
しい。これによつてトランジスタQ,。,Q,。,Q,
,,Q,,は非飽和領域で導通し、ビツト線Bl,B2
、節点Nl,N2を電源VDDと同じ値までプリチヤー
ジできる。トランジスタQll,Ql2のソース電位は
この結果それぞれVDD−VTH,,,VDD−VTH
l2となるまで、静電容量Cl。,C2Oは充電され、
トランジスタQll,Ql2は丁度カツトオフ状態にな
る。この理由はトランジスタQll,Ql2それぞれの
ゲート及びドレイン電圧はVDDであり、いわゆるダイ
オード接続となつた状態で順方向動作(;よつて静電容
量C,。,C。。を充電するためである。従つてプリチ
ヤージ完了後静電容量Cl。,C2。の対極板間電圧は
それぞれVDD−VTH,,−VM,VDD−VTHl
2−VMとなQて’)る。また、トランジスタQ,,,
Q,2はそれぞれのしきい値VTH,,,VTH,。に
ゲート・ソース間がバイアスされ、丁度カツトオフと飽
和領域の境界にあり、次のセンス動作でわずかなドレイ
ン電圧の差が生じたときトランジスタQll,Ql2の
しきい値電圧VTH,,,VTH,。の不揃いに関係な
く微小電圧が検出できるわけである。プリチヤージ完了
後φpは接地電位に下附させ、これを終了する。次にワ
ード線が駆動され、ビツト線B,,B2のプリチヤージ
電荷とメモリーセルの間で電荷再分配が起り、節点Nl
,N2の電位にわずかな違いが生じる。
ここでは仮に節点N1の電位がわずかに低下したと仮定
しよう。この状態でクロツクφTを接地電位まで下降さ
せ、トランジスタQ,,,Q,,をオフとし、ビツト線
B,,B。とセンスアンプを切り離す。本発明の回路の
動作にトランジスタQ,,,Q,。は必ずしも絶対必要
なものではなく、センスアンプとビット線Bl,B2は
接続されたままでもかまわない。しかし切り離した方が
後述する理由によつてはるかに良好な結果が得られる。
次にクロツクφ,1が立上り、トランジスタQl9が導
通される。
これは従来のセンスアンプ回路ではトランジスタQll
,Ql2の共通ソースに接続されていたものであるが、
本発明では静電容量ClO,C2Oを介してトランジス
タQll,Ql2が駆動される。先に述べたように節点
N1の電位は節点N2に対してわずかに低下したため当
初トランジスタQl2は完全にカツトオフ領域に入つて
いる。この状態で卜1ランジスタQl,が導通を始める
とトランヅスタQllはソース電位のわずかな降下で導
通が促進され、節点N1の蓄積電荷を放電する。節点N
1の電荷は事実上トランジスタQl2のゲート蓄積電荷
にほぼ等しい。こうして節点N1の放電電荷はトランジ
スタQllを通じて流れるため静電容量ClOに充電さ
れる。従つて節点N1の接地点に対する寄生容量が静電
容量ClOに対して無視できる程度の場合、静電容量C
lOは当該動作中に充電されると言つてもその対極板間
電位はそれほど変化しない。仮に,静電容量ClOが小
さいか、もしくは節点N1の対地容量が大きい場合、ト
ランジスタQl9の導通に伴い静電容量ClOの接地側
電極電位は降下しても対極電位は充電によつてそれ程降
下せず、このためトランジスタQllのゲート・ソース
間のバイアス5が増大せず、その導通を妨げる働きをす
る。このため節点N1の電位は降下しなくなり、逆にト
ランジスタQl2側のゲート・ソース間電位を増大させ
て、その導通を促してしまう。トランジスタQl7,Q
l8を用いてビット線Bl,B2とセンスアンプを切り
離した理由はこのためであり、節点N1の寄生容量を当
該動作中極力減少させることを目的としている。従つて
、静電容量ClO,C2Oがビット線容量に対して充分
大とすることができればトランジスタQl7,Ql8に
よる切り離しは不要となる。このように静電容量がCl
O,C2Oが節点Nl,N2の寄生容量に対して充分大
きければ、トランジスタQl9によリプルダウン動作を
行うと静電容量ClO,C2Oの電極間電位はほぼ一定
のままトランジスタQll,Ql2のソースをプルダウ
ンスる。この動作によつて節点Nl,N2間の微小電位
差はトランジスタQl9のドレイン電位の低下分相当ま
で増幅される。これをプリンセス動作と称することにす
る。次にクロツクφS2の立上りによつてトランジスタ
Ql5,Ql6を導通させ、トランジスタQll,Ql
2のソース電位を接地電位まで引下げ、確実にラツチを
行う。
以上の動作でセンスは終了し、クロツクφTによつてト
ランジスタQl7,Ql8を再びオンし、センス結果を
ビツト線Bl,B2に伝えてセル記憶内容のリフレツシ
ユを完了する。
プリセンス終了後トランジスタQll,Ql2のソース
電位を接地電位まで下降させる際、トランジスタQl5
,Ql6の内部抵抗に著しい差があると、一方のソース
が速くプルダウンされ、プリセンス動作後のトランジス
タQll,Ql2のドレイン電位差が充分に大きくない
場合、誤反転する可能性もある。
このような場合はプリセンス後のトランジスタQWQl
2のソース電位を等しくするためにトランジスタQll
,Q,2のソースを結ぶトランジスタを1つ追加すれば
良い。このような誤動作を防ぐには第1にプリセンスの
利得を大きくすることが大事で、静電容量ClO,C2
Oを節点Nl,N2の容量に対して充分大きくし、かつ
基準電位、を高くすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図はセンスアンプとして用いた従来の電位差検出回
路の構成を示す図、第2図はセンスアンプとして用いた
本発明の一実施例による電位差検出回路の構成を示す図
、第3図は第2図の回路の動作を説明するためのタイム
チヤートである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲートが互いのドレインに接続されている一対の交
    差接続MISトランジスタ及び該MISトランジスタの
    それぞれのソースに直列接続された静電容量を具備し、
    該静電容量を通して前記MISトランジスタのゲート・
    ソース間をそれぞれのMISトランジスタのしきい値電
    圧にプリチヤージし、該静電容量の結合節点を駆動する
    ことにより前記MISトランジスタのドレイン間電位差
    を増幅することを特徴とする電位差検出回路。 2 前記静電容量にそれぞれ並列に共通制御信号で制御
    されるMISトランジスタを具備したことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の電位差検出回路。
JP55006008A 1980-01-22 1980-01-22 電位差検出回路 Expired JPS5947391B2 (ja)

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JPS56105389A JPS56105389A (en) 1981-08-21
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JPS6247897A (ja) * 1985-08-28 1987-03-02 Sony Corp 読み出し増幅器
JPS62252597A (ja) * 1986-04-24 1987-11-04 Sony Corp センスアンプ
US5297097A (en) 1988-06-17 1994-03-22 Hitachi Ltd. Large scale integrated circuit for low voltage operation
USRE40132E1 (en) 1988-06-17 2008-03-04 Elpida Memory, Inc. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation

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