JPS6044748B2 - ダイナミツクmos記憶器に対する読出し増幅回路 - Google Patents

ダイナミツクmos記憶器に対する読出し増幅回路

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JPS6044748B2
JPS6044748B2 JP52060391A JP6039177A JPS6044748B2 JP S6044748 B2 JPS6044748 B2 JP S6044748B2 JP 52060391 A JP52060391 A JP 52060391A JP 6039177 A JP6039177 A JP 6039177A JP S6044748 B2 JPS6044748 B2 JP S6044748B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はダイナミツクMOS記憶器に対する読出し増
幅回路において、それぞれスイツチングトランジスタお
よび負荷トランジスタから成る2個の分岐が、各分岐の
スイツチングトランジスタと負荷トランジスタとの接続
点を、他方の分岐のスイツチングトランジスタの制御電
極と接続することにより反結合され、各分岐の接続点に
ビツト線のそれぞれ部分区間と接続され、両分岐の接続
j点がトランジスタを経て相互に接続され、スイツチン
グトランジスタのソース電極は節点と接続され、この節
点はサイクル開始前に充電され、しかして読出し信号の
評価のため下記のように放電する、すなわち読出し信号
に原因する電圧変化が現・われるドレイン電極を持つス
イツチングトランジスタが導通制御されるように放電す
る如くなる読出し増幅回路に係る。
ダイナミツクMOS記憶器の読出し信号の評価のため、
各ビツト線を2個の部分区間に分割し、゛しかして両部
分区間の間にフリツプフロツプとして構成された読出し
増幅回路を配置することは公知である(例えばIEEE
(7)JOurrlalOfSOlldStateCi
rcuits巻SC7,NO.5,l9η年10月、3
36乃至340頁参照)。
かかる読出し増幅回路は制御されるフリツプフロツプの
形式に構成される。この読出し増幅回路の重要な性質は
、対称性、パラメータ変化への依存性が小、記憶された
信号の自動再生にある。かかる読出し増幅回路は特にM
OS記憶器において使用され、各個の記憶セルは1トラ
ンジスタ記憶セルから成る。MOS記憶器技術の発展に
より、記憶器構成単位当りの記憶器密度は益々高められ
てきた。このため読出し信号が小さくなり、構成素子パ
ラメータの変化が大きくなる。かかるMOS記憶器から
読出し信号を評価するため、例えばIEEEJOurn
alOfSOIid−StateCircuite巻S
C8,NO.5,l973年10月、310乃至318
頁、および巻9+NO.2,l97詳4月、49乃至5
4頁に記載されているような増幅回路が一層適当である
。この読出し増幅回路においてフリツプフロツプの負荷
トランジスタは、負荷トランジスタとスイツチングトラ
ンジスタとの間の接続点におけるビツト線の部分区間の
予備充電のみに役立つ。読出し信号の評価過程の期間中
負荷トランジスタは閉塞されたままである。記憶セルか
ら情報の読出し後にビツト線の部分区間上に信号電圧が
設定されたとき、続いてスイツチングトランジススタの
ソース電極間の接続点において電圧が緩慢に低下する。
之によリスイツチングトランジスタの一方のみ、すなわ
ちそのドレイン電極に読出し信号が印加されたもののみ
か導通制御される如く成る。この動作仕方においてフリ
ツプフロツプの増幅度は極めて大きく、トランジスタの
幾何およびビツト線の容量の変化は殆んど影響しない。
この読出し増幅回路は評価時間が比較的長いのが欠点で
ある。スイツチングトランジスタのソース電極の接続点
における電圧を、最適な形の曲線に対応して低下させる
研究が行われた。その際曲線は、スイツチングトランジ
スタの一方が正確に閉塞限界にあり、或は電流が一定で
ある所の弱い導通状態て動作するように算定される。こ
の方法により得られる評価時間は短縮される。それにも
拘らず評価時間はなお比較的長い。この発明の目的は上
記の特徴の読出し増幅回路を、評価確実性を損うこと無
しに、読出し信号の゛評価時間が著しく短縮されるよう
に構成し動作させることにある。
この目的を達成するためこの発明によれば、節点の充電
後負荷トランジスタは遮断されるが、両分岐の接続点の
間に存在するトランジスタは導通状態にあり、よつて節
点から与えられる電圧は分岐の接続点上に同じ仕方で作
用し、その際接続点の間に存在するトランジスタは遮断
され、読出し信号の続いての評価の際節点の放電曲線は
、一時的に他のスイツチングトランジスタも導通状態に
達する如きものである。
公知技術においては評価過程中スイツチングトランジス
タの一方のみが導通状態にもたらされるのに対し、この
発明によれば節点の放電曲線は、読出し信号の評価時間
中、情報が読出されないビツト線区間がドレイン電極に
存在する所のスイツチングトランジスタも短時間導通状
態に達する如きものである。
その際放電曲線は、読出し増幅回路のフリツプフロツプ
が再び、評価されるべき情報に対応する状態に転換され
るまで更に経過する。接続点間のトランジスタが遮断さ
れたとき、このトランジスタの寄生容量の結果、両分岐
の接続点における電圧は低下する。
之によりこの過程の終了後フリツプフロツプの両スイツ
チングトランジスタは如何なる場合にも、スイツチング
トランジスタがどんなしきい値電圧を持つとも、および
ビツト線の部分区間の容量がどんな大きさを持つても同
じように閉塞される。次に図示実施例によつてこの発明
を説明する。
第1図は放電曲線発生用の関数発生器を持つ読出し増幅
回路の実施例、第2図は関数発生器の第1実施例、第3
図は第2図の関数発生器に使用されるインバータ回路の
特性、第4図は第1図の読出し増幅回路のパルスダイヤ
グラム、第5図は関数発生器の他の実施例、第6図は第
5図の回路の動作のための部分回路、第7図は第6図の
回路の動作のための他の部分回路を示す。第1図の読出
し増幅回路はフリツプフロツプFFおよび関数発生器F
Gから成る。
フリップフロップ下Fはそれぞれ負荷トランジスタTL
およびスイツチングトランジスタ胚から成る2つの分岐
から成る。
一方の分岐は負荷トランジスタTLlおよびスイツチン
グトランジスタ丁Iを包含し、第2の分岐は負荷トラン
ジスタTL2およびスイツチングトランジスタTS2を
包含する。スイツチングトランジスタTSおよび負荷ト
ランジスタTLの接続点に、それぞれビツト線Bの部分
区間BLが接続される。トランジスタTLlとTSlと
の接続点p1にビツト線の部分区間BLがあり、トラン
ジスタTL2とTS2との接続点P2にビツト線の部分
区間BRが接続され゛る。更に接続点Pl,p2はトラ
ンジスタTO(対称トランジスタと呼ぶ)を介して接続
される。スイツチングトランジスタTSl,TS2のソ
ース電極の接続点を節点Kと呼ぶことにする。負荷トラ
ンジスタTLl,TL2はクロツク信号S2・の補助に
より制御される。負荷トランジスタTLl,TL2には
更に固定電圧VDDが印加される。関数発生器FGは放
電回路EおよびインバータIから構成することができる
(第2図)。放電回路EはトランジスタTl,T2,T
3およびコンノデンサC1から成り、節点Kに接続され
る。その際クロツク信号S1により制御されるトランジ
スタT3は、節点KとトランジスタT1およびコンデン
サC1の並列接続との間に存在する。トランジスタT1
はその制御電極をもつて更にインバー夕1の出力と接続
される。クロツク信号S2により制御されるトランジス
タT2は、節点Kを他の固定電圧SSと接続する。コン
デンサC1およびトランジスタT1はやはりこの固定電
圧VSSにある。インバータIはトランジスタT5、お
よびダイオードとして結線された2個のトランジスタT
4,T6から成る。
トランジスタT5の制御電極に節点Kが接続される。節
点Kには電圧U3が形成される。インバータIの出力は
放電回路EのトランジスタT1と接続される。ダイオー
ドT6には固定電DD、ダイオードT4には固定電圧S
Sが印加される。第3図および第4図と関連して第1図
の読出し増幅回路の作用を説明する。
その際トランジスタとしてnチヤネルトランジスタを使
用することから出発する。それにより第4図に示された
電圧は正電圧である。ビツト線区叩L,BRに印加され
た読出し信号が評価され得る前に、読出し増幅回路が予
備充電されねばならない。
そのために対称トランジスタTOが導通制御され、信号
S3が導入される。負荷トランジスタTLl,TL2が
やはりクロツク信号S2の印加により導通状態にされる
。第3図に示すように節点Kにはこの場合なお低い電圧
が存在する。この状態においてビツト線区旧?L,BR
は電圧[JDD−UTに充電される。ここでUTは負荷
トランジスタTLl或はTL2のしきい値電圧である。
もちろんビツト線区附?L,BRを図示しないトランジ
スタを介して、このトランジスタに信号SO(第4図)
を印加することにより充電することも可能である。その
際ビツト線区附猥R,BLを電圧例えはUDD−2UT
に充電することが可能である。この理由から第4図にお
いて信号S2は予備充電中鎖線で示すのみである。スイ
ツチングトランジスタTSl,TS2はいづれにせよ導
通状態であるので、節点Kも殊にほぼ電圧U3=LID
D−UT−(UT+ΔUT..〜)に充電される。ここ
でΔUTma,,は節点Kに接続された全スイツチング
トランジスタLの最大のしきい値電圧差である。時間t
1乃至T2にわたる予備充電相の終りに節点Kは充電さ
れ、予備充電のための信号SO或はS2は遮断される。
このことは負荷トランジスタTLl,TL2が閉塞状態
に移行したことを意味する。予備充に読出し準備のため
の時間範囲が続き、之は時間範囲T2乃至T3およびT
3乃至T4から形成される。
時間範囲T2乃至T3に対称トランジスタTOになおり
ロツク信号S3が存在し、このトランジスタはなお導通
制御され、ビツト線区叩L,BRがなお互に接続される
。更にスイッチングトランジスタMl,Ts2が導通状
態にある。T3乃至T4の時間範囲にクロツク信号S3
が遮断され、対称トランジスタTOが閉塞される。
従つてビツト線区間BR,BLが分離される。更にクロ
ツク信号S3の低下の結果、ビツト線区間BR,BLの
電圧が対称トランジスタTlOの寄生容量により低下す
ることになる。之によりスイツチングトランジスタTS
l,TS2は時間T4後確実に閉塞される。T4乃至T
5の範囲において情報が記憶セルから読出され、対応し
て両ビツト線半部に読出し信号Usigの電圧差が設定
される。
このことはビツト線区間BL或はBRにおける電圧[J
BL或はUBRにおいて、時間範囲T4乃至T5中の第
4図の2個の矢印で示す。之はビツト線区間BR,BL
上に電圧差USi8が設定されたと見らるべきである。
フリップフロップ下FのスイツチングトランジスタTS
l,′YS2は更に閉塞される。時間T5に評価過程が
始まる。
まず信号S1により放電回路EのトランジスタT3が接
続される。節点Kの電圧U3は第3図の特性を持つイン
バータIを経て、トランジスタT1の制御電極における
電圧U4を決定する。その際トランジスタT1は始めな
お導通状態にある。第3図からこの位置においてインバ
ータIから与えられる電圧U4はほぼUTの2倍であり
、ここでUTはダイオードT4およびトランジスタT5
のしきい値電圧である。すなわちトランジスタT5は電
圧U3により導通状態にある。さてトランジスタT3に
信号S1が印加されたとき、之は導通し、節点Kから電
流がトランジスタT3およびコンデンサC1を経て流れ
る。
之により最初に節点Kにおける電圧は急激に低下する(
第4図の電圧U3を参照)。さてこのことによりフリツ
プフロツプFFにおいて、情報の読出しにより生じる電
圧変化が印加されたドレイン電極を持つスイツチングト
ランジスタが導通制御されることになる。ビツト線区間
BLに存在する記憶セルが読出されると仮定するとき、
スイツチングトランジスタπIが導通制御される。従つ
てこのトランジスタTSlを経て電流が流れる(スイツ
チングトランジスタTSl,TS2を経る電流はやはり
第4図に示してある)。時間T6乃至T7の間節点Kの
電圧U3は極めて緩慢にのみ低下し、ほぼ一定のままで
ある。
この理由は放電回路のトランジスタT1が第3図の特性
が示すように同じ状態のままであることによる。節点K
は益々放電され、インバータIにより増強された過程を
とる。
時間範囲T7乃至T8においてU4は急峻に上昇する特
性(第3図)に対応して極めて急峻に変化し、対応して
トランジスタT1は迅速に導通状態になる。その結果特
性(第3図)の傾斜の増大と共に電圧U3が低下する。
今まで閉塞されたスイツチングトランジスタ例え−は′
YS2は導通する(第4図の電圧UBL,UBRおよび
電流11.および122の経過参照)。しかし電圧U3
の低下の曲線は、スイツチングトランジスタ′ISl,
TS2の幾何およびビツト線区間BR,BLの容量の差
にも拘らず、すなわち不満足な条件の下でフリツプフロ
ツプは再びその転換点に達し、すなわちスイツチングト
ランジスタTS2は再ぼ閉塞されるようにされる。この
状態は時間T8で与えられる。対応してスイツチングト
ランジスタ′TS2を通る電流は減少する。それに反し
ビツト線区間の電圧差は迅速に増加する。時刻T9にク
ロツク信号S2が負荷トランジスタTLl,TL2およ
び放電回路のトランジスタT2に印加され、これらは導
通制御される。その結果ビツト線区叩R,BLぱ゜0゛
或は“1゛レベルに設定される。トランジスタT2によ
り更に節点Kの放電が一層促進される。節点は時刻Tl
Oまで放電され、対応してインバータIのトランジスタ
T5は閉塞される。読出し信号が現われたビツト線区間
例えばBRに、読出された記憶セルを再生するのに使用
することができる所のレベルが設定される。時刻TlO
にクロツク信号S1が遮断され、従つてフリップフロッ
プ下Fから放電回路が分離される。
時刻Tllに読出しおよび再生過程が終了する。第5,
6,7図から関数発生器の他の実施例が与えられる。
その際第2図のインバータIは省略される。第5および
7図の回路は、双方が節点Kに存在し、かつ共通に関数
発生器を構成するように総合される。その際第7図の回
路は、第4図の時間範囲T5乃至T6において節点中の
電圧が極めて迅速に低下し、それに対し節点Kの残りの
放電過程は、第5図の回路により決定される。第7図の
ステツプ関数発生器はコンデンサClOおよびトランジ
スタT8の並列接続から成る。この並列接続に直列にト
ランジスタT9が存在する。トランジスタT9はクロツ
ク信号T1により制御される。更に第7図に節点Kの寄
生容量C3が示される。第7図のステツブ関数発生器の
接続点P5は時間範囲T2乃至T3に、節点Kの電圧U
3に充電され、殊にトランジスタT8が導通制御される
ことにより充電される。
評価過程の始めにクロツク信号S1によりトランジスタ
T9が導通制御され、之に反しトランジスタT8は閑塞
される。しかしトランジスタT9が導通制御される場合
、之は節点Kの容量C3と容量ClOとの間の電荷平衡
を可能にする。その際第4図に時間範囲T5およびT6
に示すように節点Kで飛躍が生じる。更に節点Kに第5
図の回路が接続され、之は制御される電圧源ど呼ぶべき
である。之は制御される区間が並列なトランジスタTl
O,Tll,T)12から成る。クロツク信号S1は第
1トランジスタTlOに直接に、しかして遅延回路VS
l2を経てトランジスタTllに、他の遅延回路S23
を経てトランジスタTl2に導かれる。従つてクロツク
信号S1の印加の際まずトランジスタYTlOが導通制
御され、その際節点KがトランジスタTlOを経て放電
される。遅延回路Sl2の遅延時間の経過後、付加的に
トランジスタTllが導通状態にされ、之により放電過
程が促進される。遅延回路VS23の遅延時間を更に経
過しフた後最後のトランジスタTl2も導通制御され、
よつて今や全3個のトランジスタTlO,Tll,Tl
2が導通状態にある。トランジスタTlO,Tll,T
l2の比Yの対応する選択により放電曲線の形が決定さ
れる。ここでWはトランジスタのチヤネルの巾、Lはチ
ヤネルの長さである。例えばトランジスタTlOに対し
比Y=5、トランジスタTllに対し201トランジス
タTl2に対し200に選定すると良い。更に放電曲線
の形は遅延回路Sl2,VS23の遅延時間により影響
される。第6図は遅延回路の構成を示し、トランジスタ
T2O,T2l,T22,T23,T24から成る。
トランジスタT22にクロツク信号℃R1、トランジス
タT23にクロツク信号CEが印加される。トランジス
タT2Oには入力信号腫が導かれ、遅延時間の経過後に
この入力信号は出力信号UAとして出力に現われる。遅
延時間自体はトランジスタT2Oにより、殊にその比Y
により決定される。遅延回路の入力に信号が印加されな
いとき、トランジスタT23は導通制御され、節点P4
は充電される。対応してトランジスタT24は導通し、
出力電圧UAはほぼ大地電位に対応する。トランジスタ
T2Oの入力に信号が印加され、クロツク信号CEが切
替えられた場合、節点P4は放電され、或る時間後トラ
ンジスタT24は閉塞される。
次に電圧UAが上昇する。従つて第5乃至7図の関数発
生器によりやはり第4図に対応して放電曲線が形成され
る。
節点Kの時間範囲t1乃至T2における充電過程、およ
び節点の充電と放電との間の節点Kの電圧の経過.も、
第1図の説明で示したような関係に完全に対応する。節
点Kの放電を開始させたい場合、やはりク咄ンク信号S
1を関数発生器に印加し、従つて第7図のステツプ関数
発生器および第5図の制御される電圧源を接続する。ス
テツプ関数発生器.の補助により時間範囲T5乃至T6
において節点の電圧は極めて迅速に低下し、続いて制御
される電源はトランジスタTlO,Tll,Tl2の時
間的に段階的な接続により、節点Kの放電曲線が下記の
ような形を得るように考慮される。すなわち時間範囲T
7乃至T9においてフリツプフロツプFFの両スイツチ
ングトランジスタTSが導通状態にあり、しかしこ時間
範囲の経過後フリツプフロツプは、ビツト線区間上の読
出し信号により決・定される状態に転換されることを保
証する如き放電曲線を得るのである。この発明はnチヤ
ネルトランジスタについての実施例で説明したが、もち
ろんpチヤネルトランジスタによつても実現可能である
この発明の読出し増幅回路の利点は、評価時間が極めて
短縮されたことにある。
この改善は読出し信号の評価の間フリツプフロツプの両
トランジスタが全く所定の時間範囲において導通制御さ
れることによつて与えられる。節点Kの対応する放電曲
線の実現のため極めて簡単な回路を提案した。
【図面の簡単な説明】
第1図は放電曲線を生じるための関数発生器を持つ読出
し増幅回路の実施例、第2図は関数発生器の第1実施例
、第3図は第2図の関数発生器に使用されるインバータ
回路の特性、第4図は第1図の読出し増幅回路のインパ
ルスダイヤグラム、第5図は関数発生器の他の実施例、
第6図は第5図の回路の動作のための部分回路、第7図
は第6図の回路の動作のための他の部分回路を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 それぞれ1個のスイッチングトランジスタおよび1
    個の負荷トランジスタから成る2つの分岐が各分岐のス
    イッチングトランジスタと負荷トランジスタとの間の接
    続点と他方の分岐のスイッチングトランジスタの制御電
    極との間の接続により交差結合されており、各分岐の接
    続点が1つのビット線のそれぞれ1つの部分区間と接続
    され、また1つのトランジスタを介して互いに接続され
    ており、スイッチングトランジスタのソース電極が、読
    出しサイクル開始前に充電され且つその後の読出し信号
    の評価の際に当該スイッチングトランジスタをを導通状
    態に切換えてその制御電極に読出し信号の評価に必要な
    電圧変化を与えるように放電される1つの節点と接続さ
    れているダイナミックMOS記憶器用読出し増幅回路に
    おいて、節点にの充電がスイッチングトランジスタTS
    1,TS2を介して行われ、節点にの充電後は負荷トラ
    ンンジスタTL1,TL2は遮断されており、しかし両
    接続点p1,p2を接続するトランジススタT0は導通
    状態にあり、その結果、節点に与えられた電圧が両分岐
    の接続点p1,p2に作用し、それにより両接続点p1
    ,p2の間に位置するトランジスタT10が遮断され、
    またそれに続く読出し信号の評価の際に節点Kの放電が
    、節点Kに接続されている関数発生器FGの作用により
    、一時的に他のスイッチングトランジスタをも導通状態
    に達せしめるような放電曲線に従つて行われることを特
    徴とするダイナミックMOS記憶器用読出し増幅回路。 2 読出し信号の評評価後に負荷トランジスタTL1,
    TL2が導通状態に切換られ、その結果、ビット線部分
    区間BR,BL上に、2値状態の1または0に相当する
    電圧が現れることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の読出し増幅回路。3 関数発生器が1個の放電回路
    Eと節点Kに接続された1個のインバータ I とから構
    成されており、放電回路は、節点にと接続されており評
    価時間中は導通状態に切換られる1個の第3のトランジ
    スタT3と、一方では第3のトランジスタT3とまた他
    方では固定電圧VSSと接続されている1個の第4のト
    ランジスタT1および1個のコンデンサC1の並列回路
    であつて第4のトランジスタT1の制御電極でインバー
    タIの出力端と接続されている並列回路と、節点にと固
    定電圧VSSとの間に位置しており負荷トランジスタT
    L1,TL2の導通状態への切換と同時に導通状態に切
    換えられる1個の第4のトランジスタT2とから成つて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項記載の読出し増幅回路。 4 インバータIが、制御電極で節点Kに、被制御電流
    路の一方の電極でダイオードとして接続された1個のト
    ランジスタT4を介して1つの固定電圧VSSに、また
    他方の電極でダイオードとして接続された1個のトラン
    ジスタT6を介して第2の固定電圧VDDに接続された
    1個の第6のトランジスタT5を含んでおり、前記他方
    の電極がインバータの出力端をなしていることを特徴と
    する特許請求の範囲第3項記載の読出し増幅回路。 5 関数発生器が放電の開始時における節点の迅速な放
    電のための1個のステップ関数発生器と、残りの放電の
    ための1個の制御される電圧源とを有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項または第2項記載の読出し増
    幅回路。 6 ステップ関数発生器が1個の第8のトランジスタT
    8および1個のコンデンサC10の並列回路と、この並
    列回路と固定電圧VSSとのあいだに位置する1個の第
    9のトランジスタT9とから成つており、該並例回路が
    他方では節点Kに接続されており、第8のトランジスタ
    T8は節点の充電とと放電との間の時間中は導通状態に
    切換えられており、また第9のトランジスタT9は評価
    時間中は導通状態に切換えられていることを特徴とする
    特許請求の範囲第5項記載の読出し増幅回路。 7 制御される電圧源が、被制御電流路が固定電圧VS
    Sと節点Kとの間に位置しておりまた制御電極に1つの
    クロック信号S1を与えられる1個の第10のトランジ
    スタT10と、入力端に同じクロック信号S1を与えら
    れる1個の第1の遅延回路VS12と、被制御電流路が
    固定電圧VSSと節点Kとの間に位置しておりまた制御
    電極で第1の遅延回路VS12の出力端と接続されてい
    る1個の第11のトランジスタT11と、第1の遅延回
    路VS12の出力端に接続されている第2の遅延回路V
    S23と、被制御電流路が固定電圧VSSと節点Kとの
    間に位置しておりまた制御電極で第2の遅延回路VS2
    3の出力端に接続されている1個の第12のトランジス
    タT12とから成つており、第10のトランジスタT1
    0のW/L比は第11のトランジスタT11のそれより
    も小さく、また第11のトランジスタT11のそれは第
    12のトランジスタT12のそれよりも小さいことを特
    徴とする特許請求の範囲第5項記載の読出し増幅回路。
JP52060391A 1976-05-24 1977-05-24 ダイナミツクmos記憶器に対する読出し増幅回路 Expired JPS6044748B2 (ja)

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DE2623219.9 1976-05-24

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FR2353116A1 (fr) 1977-12-23
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