JPS6160519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は集積回路技術でつくられるレベル感知
回路に関し、更に詳細にいうと、MOSFET読取
り専用メモリ（ROM）アレイ集積回路における
データ感知増巾器として有用なレベル感知回路に
関する。

〔従来技術の説明〕

ROM集積回路装置で用いられるレベル感知性
のデータ感知回路はアドレス可能なスイツチング
装置マトリスクにおけるスイツチング装置の有無
によつて生じるデータ信号を感知するように設計
される。IGFET ROMの場合、アドレスされた
IGFETの有無はビツト・センス線の電位を所定
の電位に保つたままにするか又は一方の電源電圧
レベルに変える。選択されたメモリ・セル・ロケ
ーシヨンをアドレスしビツト・センス線上の状態
を判定するのに要する時間はROMの性能あるい
は利用価値を決める重要な要素である。この時間
は装置の寸法、電源電圧レベル、寄生回路容量及
びデータ感知回路の応答時間などの種々の回路パ
ラメータに依存する。

感知増巾器としては、プリチヤージされるデー
タ・ビツト・センス線あるいはビツト線に簡単な
インバータを結合したもの、あるいはIEEE
Journal of Solid―State Circuits、Vol、SC―
15、August 1980、pp.686〜693、Y.Kitano他に
よる“A4―Mbit Full―Wafer ROM”に示され
るように、プリチヤージされるデータ線をドレイ
ン電源電圧レベルからIGFETのスレシヨルド電
圧まで放電する必要があるクロツク応答性のイン
バータ回路を用いるもの、あるいはもつと複雑な
設計のものとしては、IEEE Journal of Solid―
State Circuits、Vol.SC―14、October 1979、
pp.855〜859、K.Kikuchi他による“Ａ 64 mW
128K EBROM”に示されるように、高い論理ス
レシヨルド・スイツチング点を有するインバータ
を用い、ビツト線が感知の前に完全に放電する必
要がないようにすることによつて比較的長い放電
時間を回避するようにしたものがある。この高ス
レシヨルド・インバータ回路はデータ・ビツト線
の変化を感知するのに必要な時間を減じるが、多
数のクロツク信号を必要とし、データの誤読取り
をなくすためには厳密なシーケンス制御を必要と
する。加えて、付勢パルスが早く立上りすぎると
データ・ビツト線の電圧に関係なく高レベルの信
号が読取られてしまうため、付勢パルスの遷移時
間も厳密に設定される必要がある。他のレベル感
知性のROMアレイ感知回路として、IBM
Technical Disclosure Bulletin、Vol.23、
November 1980、pp.2250〜2254、H.L.Kalter他
による“High Noise Immunity Column
Select／Sense Amplifier Circuit”に示される
ように、レベル感知性のシユミツト・トリガ回路
を論理付勢クロツク・パルスと組合わせることに
よつて適正な回路動作が得られるようにしたもの
がある。

その他のレベル感知性の感知回路としては、米
国特許第3873856号に示されるように、入力
IGFETのソース電極へ反転入力信号をフイード
バツクすることにより、増大する入力信号ではゲ
ート−ソース電圧を高め、従つてドレイン電流の
変化速度を高め、減少する入力信号ではゲート−
ソース電圧を減少させるものがある。

他にも種々のレベル感知性の感知回路が提案さ
れているが、従来の技術は、複雑なクロツク制御
を必要とする、スイツチング速度が遅い、感知レ
ベルが不安定になりやすいなどの問題がある。

〔発明の概要〕

従つて、本発明の目的は複雑なクロツク制御を
必要とすることなく電圧レベルを高速感知できる
レベル感知回路を提供することである。

本発明によるレベル感知回路は高度のヒステリ
シスを有し、入力信号はインバータ増巾器のゲー
ト電極に印加される。この入力インバータ増巾器
は最初少なくとも一方の電源から分離され、入力
信号のレベルが変わつた後にこの電源の選択的に
接続される。回路の性能及び選択性を高めるため
２つのフイードバツク路が設けられる。第１のフ
イードバツク路はソースフオロア増巾器を含み、
この増巾器は入力インバータ増巾器のゲート−ソ
ース電圧を変えることによつて入力インバータ増
巾器のコンダクタンスを変える働きをする。第２
のフイードバツク路は出力インバータ増巾器を含
み、この増巾器は共通のソース・ノードとソース
電源電圧との間に直列に接続された半導体装置の
コンダクタンスを制御する。

〔実施例の説明〕

第１図はＮチヤネルIGFET技術で実施された
本発明のレベル感知回路を例示している。ドレイ
ン電圧Vddと共通のソース電圧ノードＮ１との間
には、デイプリーシヨン・モードFET Ｔ１の形
で設けられたインピーダンスとエンハンスメン
ト・モードFET Ｔ２が直列に結合され、第１の
分岐回路を形成している。FET Ｔ１とＴ２は第
１のインバータ回路として働く。FET Ｔ２のゲ
ートに印加される入力信号Vinは出力端子Voutに
反転して現われる。ドレイン電圧Vddとソース・
ノードＮ１との間には、デイプリーシヨン・モー
ドFET Ｔ５の形で設けられたインピーダンスと
エンハンスメント・モードFET Ｔ６が直列に結
合され、第２の分岐回路を形成している。FET
Ｔ５とＴ６は第２のインバータ回路として働く。
第２のインバータ回路への入力は第１のインバー
タ回路の出力に対応する。第２のインバータ回路
の出力はノードＮ３に現われる。ドレイン電圧
Vddとソース・ノードＮ１との間には、エンハン
スメント・モードFET Ｔ４の形として設けられ
た可変インピーダンスが結合され、第３の分岐回
路を形成している。FET Ｔ４は第１のインバー
タ回路の出力に応答する非反転ソースフオロア増
巾器として働く。共通のソーース・ノードＮ１は
エンハンスメント・モードFET Ｔ３，Ｔ７を介
してソース電源電圧（アース電位にされている）
に結合される。FET Ｔ３の通電電極はノードＮ
１とＮ２の間に結合され、第２のインバータ回路
の出力ノードＮ３における信号に応答する。
FET Ｔ７の通電電極はノードＮ２とアースの間
に結合され、回路エネーブル信号SETに応答す
る。

FET Ｔ２の制御電極即ちゲート電極に印加さ
れる、感知されるべき信号Vinは種々の回路から
与えることができる。一例として、入力信号はド
レイン電圧Vddとアースとの間に直列に結合され
た１対のインピーダンスＺ１，Ｚ２及びスイツチ
SWを含む回路から与えられるものとして示され
ている。入力信号Vinの定常電位即ちDC電位はス
イツチSWが開いているか否か及びインピーダン
スＺ１，Ｚ２の相対的な大きさに依存する。入力
信号Vinの過渡電位即ちAC電位はＺ１，Ｚ２の
値、入力キヤパシタンスCinの大きさ及びSW開
又はSW閉の時点とVin測定時点との間の経過時
間に依存する。POM回路の場合Ｚ１は比較的大
きくＺ２は比較的小さいから、入力信号Vinは比
較的大きな電圧スイングを有する。スイツチSW
の開状態、閉状態はROMアレイのアドレスされ
た部分にトランジスタ・スイツチング装置がある
か否かによつて決まる。

回路は次のように動作する。感知回路を付勢す
る前の期間ではエネーブル入力SETはFET Ｔ７
のスレシヨルド電圧よりも低いレベルに保たれ、
FET Ｔ７を非導通状態に保つ。FET Ｔ１は出
力キヤパシタンスCoutをドレイン電圧Vddに充電
し、FET Ｔ５はノードＮ３と関連する内部ノー
ド・キヤパシタンスＣ３をドレイン電圧Vddに充
電する。スイツチSWは開であるから入力Vinは
インピーダンスＺ１によりVddに充電される。
FET Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６は、そのゲートがすべて
ドレイン電圧Vddに接続されるから、ノードＮ１
と関連する内部ノード・キヤパシタンスＣ１を
（Vdd−Vt）（VtはFETのスレシヨルド電圧降
下）に充電する。内部キヤパシタンスが充電され
てしまうと、すべてのFET Ｔ１〜Ｔ７は非導通
状態にバイアスされ、電流は流れなくなる。

入力Vinのレベルを感知する場合は、エネーブ
ル入力SETは高論理レベルに駆動される。この
ときスイツチSWが開のままであるとすると、次
の動作が生じる。FET Ｔ７がオンになり、ノー
ドＮ２を迅速にアース・レベルに引張る。これに
よりFET Ｔ３のゲート−ソース電圧が増大し、
FET Ｔ３をオンにする。FET Ｔ３はノードＮ
１を放電し始め、FET Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６のゲー
ト−ソース電圧を高めてこれらをオンにする。
FET Ｔ２の導通により出力Voutが低下して
FET Ｔ４，Ｔ６のゲート−ソース・バイアスを
減じ、これらのFETがノードＮ１に与える電流
を減じる。これによりノードＮ１は高速に放電さ
れ、ノードＮ３はドレイン電圧Vddに再充電され
る。ノードＮ１が低下し続けると出力Voutも低
下し、ついにはノードＮ１，Ｎ２及びVoutが実
質的にアース電位まで放電する。FET Ｔ１の寸
法はFET Ｔ２，Ｔ３，Ｔ７の寸法よりも十分に
小さくされており、FET Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ
７がすべて導通のとき出力Voutを実質的にアー
ス電位まで下げると共に出力Voutの放電速度を
高めることができるようにしている。FET Ｔ７
は主としてスイツチとして働くから、他のFET
よりも比較的大きくつくることができる。FET
Ｔ３，Ｔ４は以下に述べるように回路の所望のス
イツチング点によつて決められる寸法比を持つべ
きである。FET Ｔ６を通る電流はFET Ｔ５の
寸法によつて制御できるからFET Ｔ６の寸法は
厳密ではない。

スイツチSWがエネーブル入力SETの印加の前
に閉じられていた場合は、インピーダンスＺ２が
Ｚ１よりも小さいとすると、入力Vinは入力キヤ
パシタンスCinをアースへ放電する。入力Vinが
減少するとFET Ｔ２のゲート−ソース電圧が減
少し、最初の状態よりも深くFET Ｔ２をオフに
バイアスする。エネーブル入力SETが高レベル
になつてFET Ｔ７をオンにすると、ノードＮ２
が放電し、FET Ｔ３のゲート−ソース・バイア
スを増大させてＴ３をオンにする。FET Ｔ３は
ノードＮ１を放電し始め、FET Ｔ４，Ｔ６をオ
ンにする。FET Ｔ２はＴ４又はＴ６よりも強く
オフにされるから、FET Ｔ２は導通せず、出力
VoutはVddのままである。共に飽和状態にバイア
スされているFET Ｔ３，Ｔ４は分圧器として働
き、ノードＮ１がこれらのFETの比によつて定
まる電圧点よりも低い電圧レベルまで放電しない
ようにする。FET Ｔ４，Ｔ３が同じ寸法であれ
ば、ノードＮ１は約Vdd／２で安定化し、従つて
入力レベルを感知するターン・オン点即ちスイツ
チング点を（Vdd／２）＋Vtにする。入力Vinはノ
ードＮ１よりもゆつくり放電するが、Vinはノー
ドＮ１がVdd／２になる前に（Vdd／２）＋Vtよ
りも低い値になり、FET Ｔ２を非導通に保ち、
Voutを最初の値Vddに維持する。ドレイン電圧
Vddが5.0V、スレシヨルド電圧が1.25Vの場合、
入力Vinの状態を正しく感知するためには、入力
VinはノードＮ１がVdd／２になる前に3.75Vまで
即ち１スレシヨルド電圧分だけ放電すればよい。

場合によつては、FET Ｔ４を除去し、FET
Ｔ５及びＴ６によつて所要のフイードバツク及び
分圧作用を与えることもできる。

第２図は第１図のレベル感知回路をIGFET
ROM集積回路に適用した回路例を示している。
ROMアレイはｎ×ｍ個のメモリ・セルのマトリ
クスを含むが、第２図には４つのメモリ・セルの
みが示されている。各メモリ・セルはビツト線
BLT又はBLBと共通の列線CLとの間に通電電極
を結合されたFET装置を含み、ゲート電極は
夫々のワード線WLnに結合される。記憶データ
は、実際には、動作しうるFETがメモリ・セル
に存在するか否かによつて表わされ、例えば実線
で示されたFET１，１及び２，２は実際に存在
することを表わし、破線で示されたFET１，２
及び２，１は実際にはアレイに存在しないことを
表わす。ワード線選択電圧VWnが印加されたと
きは記憶FETが実際に存在する場合のみビツト
線と列線との間に電流が流れる。各ワード線に
は、FET Ｔ１３〜Ｔ１７を含むノイズ低減回路
が結合される。このノイズ低減回路は米国特許第
3810124号に示されているものであるが、これは
選択されないワード線をアースするように働く。
各ビツト線は１対のデイプリーシヨン・モード
FET Ｔ８及びＴ９、又はＴ１１及びＴ１２によ
つてドレイン電源電圧Vddに回復される。FET
Ｔ８，Ｔ１１は待機動作期間に回復パルスＲに応
答する。列線は単一のデイプリーシヨン・モード
FET Ｔ１０によつてVddに回復される。各ビツ
ト線と列線との間には、回復パルスＲに応答する
電荷平衡化FET Ｔ２１，Ｔ１８が結合されてい
る。列又はビツト方向のアドレス動作は交差結合
FET対Ｔ１９，Ｔ２０に印加される、デコード
されたビツト駆動パルスBDによつて行なわれ
る。各ビツト線はビツト駆動パルスBDに応答す
るデイプリーシヨンFET Ｔ２２又はＴ２３を介
して２つの共通データ・バスDBT又はDBBに結
合される。これらのデータ・バスはビツト線と同
様に１対のデイプリーシヨンFET Ｔ２６及びＴ
２７、又はＴ２４及びＴ２５によつて回復され
る。各データ・バスはSAT及びSABと示されて
いる第１図のレベル感知増巾器の入力に結合され
る。増巾器は前に述べたように入力SETに応答
する。各増巾器の出力は真及び補のデータＤ及び
の両方を発生するデータ・アウト・ラツチ
DOLT及びDOLBに結合される。

次に第３図のパルス波形を参照して第２図の回
路動作を説明する。選択されない期間即ち待機期
間には回復パルスＲは高レベルであり、ワード選
択パルスVW及びビツト選択パルスBDは増巾器
制御パルスSETと同様に低レベルである。回復
パルスＲが高レベルの期間にビツト線BLT，
BLB、列線CL、及びデータ・バス線DBT，DBB
はVddに回復される。ワード線WL及びビツト選
択線BDは0V即ちアース電圧に保たれる。集積回
路チツプが選択されるとき回復パルスＲは低レベ
ルになり、アドレスに応答するワード線及びビツ
ト線は高レベル状態に駆動される。例えば、メモ
リ・セル１，１が選択されるべきときはワード線
WL１及び駆動線BDが高レベルに駆動される。ビ
ツト駆動パルスBDはFET Ｔ１９をオンにし列
線CLをアース・クランプする。ゲートに高レベ
ルを受取りソースがアースされたメモリFET
１，１はオンになり、プリチヤージされたビツト
線キヤパシタンスCBLTを放電し始める。メモリ
FET１，２は物理的に存在しておらず、プリチ
ヤージされたビツト線キヤパシタンスCBLBに変
化は生じない。ビツト・スイツチＴ２２，Ｔ２３
は夫々のビツト線の信号を、プリチヤージされた
共通データ・バスへ結合する。ワード・パルス
VW及びビツト駆動パルスBDの立上りから少し
遅れてパルスSETが立上り、感知増巾器SAT，
SABを付勢する。ビツト線BLTの降下する信号
は感知増巾器SATへの低レベル入力として感知
され、データ・アウト・ラツチDOLTはその出力
に適正なレベルを設定する。ビツト線BLBは放電
されないから、下側の感知増巾器SABは高レベ
ル入力を感知し、データ・アウト・ラツチDOLB
に適当な信号を供給する。データ・バスのデータ
信号のレベルが感知された後にパルスSETは低
レベルに戻り、続いてワード・パルスVW及びビ
ツト駆動パルスBDも低レベルに戻る。回復パル
スＲは再び上昇し、別の選択サイクルのために回
路をプリチヤージする。

本発明は良好な実施例について説明されたが、
本発明の回路はＰチヤネル又はCMOSのような別
の形式のIGFET又はバイポーラ・プロセス技術
で実施することもできる。また、ROMのプログ
ラミングは導通を生じさせるのに必要な３つの電
極の任意のものを切断したりあるいはそれを設け
ないようにしたり、又は同じバイアス電圧状態で
選択的に導通状態あるいは非導通状態を示すよう
に装置の構造あるいは動作特性を変えるようにす
ることによつても行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレベル感知回路の実施例を示
す図、第２図は第１図のレベル感知回路をROM
に適用した回路例を示す図、及び第３図は第２図
の回路の動作パルス波形図である。 Ｔ１，Ｔ２…入力インバータFET、Ｔ５，Ｔ
６…出力インバータ・FET、Ｎ１…共通の電圧
ノード、Ｔ３，Ｔ４，Ｔ７…FET。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 夫々電源と第１のノードとの間に結合された
   第１及び第２のインバータ回路であつて、各前記
   インバータ回路はインピーダンス手段及び入力に
   応答する装置を含み、前記第１のインバータ回路
   が入力信号に応答し、前記第１のインバータ回路
   の出力が前記第２のインバータ回路の入力に結合
   されると共に出力端子に結合されているものと、 制御電極及び２つの通電電極を有し、前記制御
   電極が前記第２のインバータ回路の出力に結合さ
   れ、前記通電電極が前記第１のノードと第２のノ
   ードとの間に結合されている第１のスイツチング
   装置と、 制御電極及び２つの通電電極を有し、前記通電
   電極が前記第２のノードと基準電圧との間に結合
   され、前記制御電極に印加される回路エネーブル
   信号に応答して、感知動作の前にオフにされ感知
   動作時にオンにされる第２のスイツチング装置
   と、 制御電極及び２つの通電電極を有し、前記制御
   電極が前記第１のインバータ回路の出力に結合さ
   れ、前記通電電極が前記電源と前記第１のノード
   との間に結合されている半導体装置よりなるイン
   ピーダンス手段と、 を含むレベル感知回路。