JPS63146292A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPS63146292A
JPS63146292A JP61292484A JP29248486A JPS63146292A JP S63146292 A JPS63146292 A JP S63146292A JP 61292484 A JP61292484 A JP 61292484A JP 29248486 A JP29248486 A JP 29248486A JP S63146292 A JPS63146292 A JP S63146292A
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differential amplifier
bit line
semiconductor memory
memory device
flop
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Yasushi Sakui
康司 作井
Tsuneaki Fuse
布施 常明
Shigeyoshi Watanabe
重佳 渡辺
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To realize the low power consumption of a semiconductor memory by adding a BICMOS differential amplifier to a bit line sense amplifier part and providing a C<2>MOS inverter between a pair of bit wires and the differential amplifier. CONSTITUTION:A bit line sense amplifier consists of a CMOS flip-flop 1 and a BICMOS differential amplifier 2. The flip-flop 1 contains p channel MOS transistor TRQP1-QP3 and n channel MOS TRQN1-QN3 and the nodes of these TR are connected directly to a pair of bit lines BL and the inverse of BL. The amplifier 2 includes bipolar TRT11-T14, p channel MOS TRQP4 and QP5, and (n) channel MOS TRQN8. A clocked CMOS (C<2>MOS) inverter is provided between the pair of bit lines and the amplifier 2 to cut DC. Thus the power consumption of a semiconductor memory can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、高集積化と高速化を図ったダイナミック型半
導体記憶装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a dynamic semiconductor memory device that achieves high integration and high speed.

(従来の技術) MO8型半導体記憶装置は、素子の微細化、高集積化が
著しい。大型コンピュータのキュッシュ・メモリのよう
に特に高速性が要求される分野では現在、4にあるいは
16にビットのスタティックRAM (sRAM)が多
く使用されている。
(Prior Art) In MO8 type semiconductor memory devices, elements are becoming increasingly finer and highly integrated. Currently, 4-bit or 16-bit static RAM (sRAM) is often used in fields where particularly high speed is required, such as cache memory in large computers.

しかしMOSトランジスタのゲート長が0.5μm程度
迄微細化されると、素子の信頼性を確保するため外部電
源を下げなければならず、これまでのような微細化によ
る高速化はもはや不可能になる。そこでsRAMでは、
MOS)−ランジスタより電流駆動能力の大きいバイポ
ーラトランジスタを導入することにより、高速化を図る
ことが行われている。例えばビット線センスアンプに、
バイポーラトランジスタをドライバとし、CMOS素子
と組合せた差動増幅回路が用いられる。この様なCMO
S素子とバイポーラトランジスタを組合せた回路は、8
10M08回路と呼ばれる。
However, when the gate length of a MOS transistor is miniaturized to about 0.5 μm, the external power supply must be lowered to ensure the reliability of the device, and it is no longer possible to increase speed through miniaturization as in the past. Become. Therefore, in sRAM,
MOS) - Attempts are being made to increase speed by introducing bipolar transistors, which have a larger current drive capability than transistors. For example, in a bit line sense amplifier,
A differential amplifier circuit using a bipolar transistor as a driver in combination with a CMOS element is used. CMO like this
The circuit combining S element and bipolar transistor is 8
It is called the 10M08 circuit.

SRAMに比べて高集積化が容易であるダイナミックR
AM (dRAM)に対しても、同様の考えでB I 
0M08回路を用いることにより高速化を図ることが提
案されている。dRAMの場合はsRAMと異なり、再
書込みを必要とする。このため、センスアンプとしてバ
イポーラトランジスタを用いた差動増幅器と別に再書込
み用に例えばCMOS型フリップフロップを設けること
が必要である。またdRAMセルは本質的に破壊読み出
し型であるため、ビット線を直接バイポーラトランジス
タを用いた差動増幅器に接続することはできない。ビッ
ト線とバイポーラトランジスタを用いた差動増幅器の間
を直流的にカットする手段として、MOSトランジスタ
を用いたカレントミラー回路を設けることが既に提案さ
れている。
Dynamic R is easier to achieve high integration than SRAM.
The same idea applies to AM (dRAM) as well.
It has been proposed to increase the speed by using a 0M08 circuit. Unlike sRAM, dRAM requires rewriting. Therefore, it is necessary to provide, for example, a CMOS type flip-flop for rewriting, in addition to a differential amplifier using a bipolar transistor as a sense amplifier. Furthermore, since the dRAM cell is essentially a destructive read type, the bit line cannot be directly connected to a differential amplifier using bipolar transistors. It has already been proposed to provide a current mirror circuit using MOS transistors as a means for cutting direct current between a bit line and a differential amplifier using bipolar transistors.

しかしこのようなビット線センスアンプ構成では、特に
カレントミラー回路の動作時の直流電流があり、複数の
ビット線対のデータを同時に読み出すx4.x8等の構
成の時に消費電流が増大してしまう。
However, in such a bit line sense amplifier configuration, there is a DC current especially when the current mirror circuit operates, and the x4. When using a configuration such as x8, current consumption increases.

(発明が解決しようとする問題点) 以上のように、dRAMへのBICMO8回路導入には
、消費電流の増大を伴うという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the introduction of the BICMO8 circuit into dRAM has the problem of increased current consumption.

本発明はこの様な問題を解決したdRAMを提供するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to provide a dRAM that solves these problems.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明にがかるdRAMは、ビット線センスアンプとし
てCMOSフリップフロップと、バイポーラトランジス
タとMOSトランジスタを用いたBICMO8差動増幅
器とを有し、CMOSフリップフロップはビット線対に
直接接続し、B I CMO8!!動増幅器にはクロッ
クドCMO8(02MOS)インバータを介してビット
線対を接続して構成したことを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) A dRAM according to the present invention has a CMOS flip-flop as a bit line sense amplifier, and a BICMO8 differential amplifier using a bipolar transistor and a MOS transistor. The flip-flop is connected directly to the bit line pair and B I CMO8! ! The dynamic amplifier is characterized in that a bit line pair is connected to the dynamic amplifier via a clocked CMO8 (02MOS) inverter.

(作用) この様な構成とすれば、電流駆動能力の大きいB I 
CMO8差動増幅器の導入により高速動作を可能とした
高集積化dRAMを実現することができる。しかも本発
明では、ビット線対とB I CMO3差動増幅器の間
に02 MOSインバータを設けて直流カットを行なう
ため、低消費電力化が図られる。
(Function) With such a configuration, B I with large current drive ability
By introducing the CMO8 differential amplifier, a highly integrated dRAM capable of high-speed operation can be realized. Furthermore, in the present invention, since a 02 MOS inverter is provided between the bit line pair and the B I CMO3 differential amplifier to cut off DC, power consumption can be reduced.

(実施例) 以下、本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below.

第1図は一実施例のdRAMの要部構成を示す等価回路
である。図では、それぞれ−個のMOSトランジスタと
一個のキャパシタにより構成される一個のメモリセルM
Cと一個のダミーセルDC1及びその情報を読み取るビ
ット線センスアンプ部を示している。ビット線センスア
ンプは、CMOSフリップフロップ1とBICMO8差
動増幅器2とから構成される。CMOSフリップフロッ
プ1は、pチャネルMOSトランジスタQpt〜QP3
とnチャネルMO8トランジスタQNI〜QN3により
構成され、そのノードは直接ビット線対BL、BLに接
続されている。
FIG. 1 is an equivalent circuit showing the main structure of a dRAM according to an embodiment. In the figure, one memory cell M is composed of - MOS transistors and one capacitor, respectively.
C, one dummy cell DC1, and a bit line sense amplifier section for reading the information thereof. The bit line sense amplifier is composed of a CMOS flip-flop 1 and a BICMO8 differential amplifier 2. CMOS flip-flop 1 includes p-channel MOS transistors Qpt to QP3.
and n-channel MO8 transistors QNI-QN3, whose nodes are directly connected to the bit line pair BL, BL.

B I CMO8差動増幅器2は、バイポーラトランジ
スタTrt〜T14、DチャネルMOSトランジスタQ
p 41 Qp 5及びnチャネルMOSトランジスタ
QN8により構成されている。ビット線対BL、BLと
B I CMO8差動増幅器2の間には、02 MOS
インバータ3t 、32が設けられている。一方の02
 MOSインバータ31は、pチャネルMOSトランジ
スタQP6.0P7とnチャネルMOSトランジスタQ
N41ON5により構成され、他方のO2MOSインバ
ータ32はpチャネルMOSトランジスタQpa、Qp
!IとnチャネルMOSトランジスタQN s 、 Q
N 7により構成されている。
B I CMO8 differential amplifier 2 includes bipolar transistors Trt to T14, D channel MOS transistor Q
p 41 Qp 5 and an n-channel MOS transistor QN8. Bit line pair BL, 02 MOS between BL and B I CMO8 differential amplifier 2
Inverters 3t and 32 are provided. One 02
MOS inverter 31 includes p-channel MOS transistor QP6.0P7 and n-channel MOS transistor Q.
The other O2MOS inverter 32 is composed of p-channel MOS transistors Qpa and Qp.
! I and n-channel MOS transistors QN s , Q
It is composed of N7.

第2図はこのdRAMの主要ノードの動作波形タイミン
グ図である。先ず、アクティブサイクルで、ロウアドレ
ス信号によりワード線WLとダミーワード線DWLが選
択され、ドレイン電源電圧VDOの中間電位(1/2)
Vccにプリチャージされていたビット線対BL、BL
にメモリセルMCとダミーセルDCに蓄えられていたデ
ータが転送される。次にカラムアドレス信号によりカラ
ム選択線C3LA、C3LA、C3LBが選択されると
、C2CMOSインバータ3t 、32が働き、B I
 CMO8差動増幅器2が活性化される。
FIG. 2 is an operational waveform timing diagram of the main nodes of this dRAM. First, in the active cycle, the word line WL and the dummy word line DWL are selected by the row address signal, and the intermediate potential (1/2) of the drain power supply voltage VDO is selected.
The bit line pair BL, BL that was precharged to Vcc
The data stored in memory cell MC and dummy cell DC is then transferred. Next, when the column selection lines C3LA, C3LA, and C3LB are selected by the column address signal, the C2CMOS inverters 3t and 32 operate, and the B I
CMO8 differential amplifier 2 is activated.

これによりビット線対BL、BLに転送された情報はB
 I CMO8差動増幅器2で増幅されて入出力線I1
0.I10に転送される。
As a result, the information transferred to the bit line pair BL, BL is
I Amplified by CMO8 differential amplifier 2 and connected to input/output line I1
0. Transferred to I10.

情報の再書込みは、クロックφP、φ、が順次入力され
、CMOSフリップフロップ1が活性化されることによ
り行われる。もし、読み出したメモリセルMCの内容が
論理“1”の場合、ビット線BLはドレイン電源電圧V
DDに、BLはソース電源電圧Vssになり、メモリセ
ルのキャパシタにはVooが1込まれる。このメモリセ
ルの再書込みは、カラム選択信号とは無関係にワード線
が選択された後、ある所定時間経過すると選択されたワ
ード線に関して全CMOSフリップフロップが活性化さ
れるようにしておく。
Rewriting of information is performed by sequentially inputting clocks φP and φ and activating the CMOS flip-flop 1. If the read content of the memory cell MC is logic “1”, the bit line BL is connected to the drain power supply voltage V
In DD, BL becomes the source power supply voltage Vss, and 1 is loaded into the capacitor of the memory cell. This memory cell rewriting is performed so that all CMOS flip-flops are activated for the selected word line after a certain predetermined time has elapsed after the word line is selected regardless of the column selection signal.

この実施例によれば、dRAMの高集積化という性能を
生かしながら、sRAM並の高速動作可能なdRAMを
得ることができる。
According to this embodiment, it is possible to obtain a dRAM that can operate at a high speed comparable to that of an sRAM while taking advantage of the high integration performance of the dRAM.

第3図は、16MビットdRAMでのアクセスタイムを
各種構成について比較して示したものである。CMOS
のみの構成ではアクセスタイムt*Ac−96nSeC
であり、ビット線センスアンプ以外の部分にBICMO
8構成を導入した場合にはこれが57 n seaにな
るが、これはCMOSのみの場合の7割に過ぎない。こ
れに対し、ビット線センスアンプを他の部分と共にBI
CMO8化することにより、アクセイタイムをCMOS
のみの場合に比べて1/2程度まで短縮することができ
る。
FIG. 3 shows a comparison of access times in a 16 Mbit dRAM for various configurations. CMOS
Access time t*Ac-96nSeC in the configuration of
BICMO is installed in the parts other than the bit line sense amplifier.
If 8 configuration is introduced, this will be 57 n sea, but this is only 70% of the case with only CMOS. On the other hand, the bit line sense amplifier along with other parts
By converting to CMO8, the acquisition time can be changed to CMOS.
The time can be reduced to about 1/2 compared to the case where only

また従来の一般的なdRAMのセンスアンプでは、その
感度はビット線容量CBとセル容ff1csの比で決り
、動作マージンとの関係でCoを40fF以下にするこ
とはできなかった。本発明では、ビット線センスアンプ
が電流増幅型であるため、セル容」が20fF以下でも
充分に動作する。現在、4M以上の高集積化(JRAM
では、40fF以上の容量を確保するために、メモリセ
ル製造工程が複雑になり、これが歩留り低下やコストア
ップにつながっている。この点本発明ではセル容量が小
さくてよいので、メモリセル製造工程を複雑にすること
必要がなく、ビット当りのコスト低下が図られる。
Furthermore, in a conventional general dRAM sense amplifier, its sensitivity is determined by the ratio of the bit line capacitance CB to the cell capacitance ff1cs, and it is not possible to reduce Co to 40 fF or less due to the relationship with the operating margin. In the present invention, since the bit line sense amplifier is of a current amplification type, it can operate satisfactorily even if the cell capacitance is 20 fF or less. Currently, high integration of 4M or more (JRAM
In order to secure a capacitance of 40 fF or more, the memory cell manufacturing process becomes complicated, which leads to a decrease in yield and an increase in cost. In this respect, in the present invention, since the cell capacity can be small, there is no need to complicate the memory cell manufacturing process, and the cost per bit can be reduced.

なお実施例では、ロウアドレス信号が入力してワード線
が選ばれ、その後カラムアドレス信号が入力してB I
 CMO8差助増幅器が活性化される場合を説明した。
In this embodiment, a row address signal is input to select a word line, and then a column address signal is input to select a B I
The case where the CMO8 differential amplifier is activated has been described.

これとは逆に、カラムアドレス信号をロウアドレス信号
より先に入力し、BICMO8差肋増幅器をワード線が
選択される前に活性化してもよい。このようにすれば、
ワード線とダミーワード線が選択されるや否や、ビット
線に読み出された情報がそのまま入出力線まで転送され
、より高速の読出しが可能となる。
Conversely, the column address signal may be input before the row address signal and the BICMO8 differential amplifier may be activated before the word line is selected. If you do this,
As soon as a word line and a dummy word line are selected, the information read onto the bit line is transferred as is to the input/output line, allowing higher-speed reading.

また第4図は、入出力線を、読出し用入出力線110R
,l10Rと書込み用入出力線I/○W。
In addition, FIG. 4 shows the input/output line as the readout input/output line 110R.
, l10R and write input/output line I/○W.

1 / Owとに分離した場合のdRAM構成であり、
この場合にも本発明は有効である。
This is the dRAM configuration when separated into 1/Ow,
The present invention is also effective in this case.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、ビット線センスアン
プ部にB I CMO8差動増幅器を導入することによ
り高速化を図ったdRAMを実現することができる。特
に本発明ではB I CMO8差動増幅器の導入に当り
、ビット線対とBICMO8差動増幅器の間に02 M
OSインバータを介在させることにより、低消費電力化
が実現できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a dRAM with increased speed can be realized by introducing a B I CMO8 differential amplifier into the bit line sense amplifier section. In particular, in the present invention, when introducing the BICMO8 differential amplifier, 02M between the bit line pair and the BICMO8 differential amplifier is introduced.
By interposing the OS inverter, lower power consumption can be achieved.

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

第1図は本発明の一実施例のdRAMの要部構成を示す
等価回路図、第2図はその動作タイミング図、第3図は
この実施例のdRAMのアクセイタイムを従来例と比較
して示す図、第4図は他の実施例のdRAMの要部構成
を示す等価回路図である。 1・・・CMOSフリップフロップ、2・・・B I 
CMO8差動増幅器、31.32・・・C” MOSイ
ンバータ、MC・・・メモリセル、DC・・・ダミーセ
ル、BL、BL・・・ビット線対、WL・・・ワード線
、DWL・・・ダミーワード線。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 時間 第2図
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the main structure of a dRAM according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation timing diagram thereof, and FIG. 3 is a comparison of the access time of the dRAM of this embodiment with that of a conventional example. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing the main part configuration of a dRAM according to another embodiment. 1...CMOS flip-flop, 2...B I
CMO8 differential amplifier, 31.32...C'' MOS inverter, MC...memory cell, DC...dummy cell, BL, BL...bit line pair, WL...word line, DWL... Dummy word line. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Time Figure 2

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板にdRAMセルが集積形成された半導
体記憶装置において、dRAMセルの情報を読み取るビ
ット線センスアンプとして、CMOS型フリップフロッ
プと、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタを
組合わせた差動増幅器とを備え、前記CMOS型フリッ
プフロップにはビット線対が直接接続され、前記差動増
幅器にはクロックドCMOSインバータを介してビット
線対が接続されていることを特徴とする半導体記憶装置
(1) In a semiconductor memory device in which dRAM cells are integrated on a semiconductor substrate, a CMOS flip-flop and a differential amplifier combining bipolar transistors and MOS transistors are used as bit line sense amplifiers that read information from dRAM cells. A semiconductor memory device comprising: a bit line pair directly connected to the CMOS type flip-flop, and a bit line pair connected to the differential amplifier via a clocked CMOS inverter.
(2)前記差動増幅器はカラム選択信号により制御され
、選択されたカラムに対応するもののみ活性化される特
許請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
(2) The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said differential amplifier is controlled by a column selection signal and only one corresponding to a selected column is activated.
(3)前記差動増幅器はアクティブ動作時にロウ選択信
号によりワード線が選択される前にカラム選択信号によ
り活性化される特許請求の範囲第1項記載の半導体記憶
装置。
(3) The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the differential amplifier is activated by a column selection signal before a word line is selected by a row selection signal during active operation.
(4)前記dRAMセルは一個のMOSトランジスタと
一個のキャパシタにより構成される特許請求の範囲第1
項記載の半導体記憶装置。
(4) The dRAM cell is constituted by one MOS transistor and one capacitor.
The semiconductor storage device described in 1.
JP61292484A 1986-12-10 1986-12-10 Semiconductor memory device Expired - Lifetime JPH0810552B2 (en)

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JPH0810552B2 JPH0810552B2 (en) 1996-01-31

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6102481A (en) * 1997-08-25 2000-08-15 Araco Kabushiki Kaisha Vehicle seat

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62117190A (en) * 1985-11-15 1987-05-28 Hitachi Ltd Semiconductor memory device
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