KR100205530B1

KR100205530B1 - 감지 증폭기

Info

Publication number: KR100205530B1
Application number: KR1019960012701A
Authority: KR
Inventors: 서용석; 임흥수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1999-07-01
Also published as: KR970071820A; US5856748A; JPH1069787A; TW464867B

Abstract

1.청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 :

반도체 메모리 장치의 감지 증폭기에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 :

데이터 독출시 감지 속도 및 감도를 향상시킬 수 있는 감지 증폭기를 제공함에 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지 :

입력전압이 유기되는 감지라인과, 상기 입력전압과 비교될 기준전압이 유기되는 기준라인을 구비하여 상기 입력전압과 상기 기준전압을 비교하여 증폭하는 반도체 메모리 장치의 감지 증폭기에 있어서: 상기 감지라인과 상기 기준라인에 각기 연결된 제1,2부하트랜지스터를 동일전압레벨로 제어하여 대응되는 상기 감지라인과 상기 기준라인에 일정레벨의 전압을 제공하는 것을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도 :

반도체 메모리 장치에 적합하게 사용된다.

Description

감지 증폭기

제1도는 종래의 기술에 따라 구성된 감지 증폭기의 구체적인 회로도.

제2도는 제1도에 대한 출력 파형도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따라 구성된 감지 증폭기의 구체적인 회로도.

제4도는 제3도에 대한 출력 파형도.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 따라 구성된 감지 증폭기의 구체적인 회로도.

제6도는 제5도에 대한 출력 파형도.

본 발명은 반도체 메모리 장치에서 독출(Read)동작시 기준전압과 독출된 데이터신호에 응답하는 입력전압을 비교하여 증폭하기 위한 감지 증폭기에 관한 것이다.

지난 수 년간 반도체 메모리 장치의 고집적화를 위해 수행된 메모리 셀 트랜지스터 디자인 룰(Rule)의 지속적인 축소는 필연적으로 메모리 셀 전류의 감소를 가져왔다. 또한 이와 더불어 포켓용 제품의 저 전압 동작을 위해 포켓용 제품에 사용되는 반도체 메모리 장치의 저 전압 동작이 요구됨에 따라 데이터 센싱시 요구되는 메모리 셀 전류는 더욱 감소하게 되었다.

상기한 바와 같은 이유들에 의해 메모리 셀 전류가 감소하는 경우, 종래의 감지 증폭기들은 감소된 셀 전류에 비례하여 감지 속도가 느려져, 반도체 메모리 장치의 전체적인 동작 속도를 떨어 뜨렸다. 이러한 반도체 메모리 장치에 있어서, 상기 감지 증폭기는 메모리 셀에서 흐르는 셀 전류에 의해 설정되는 입력전압과 상기 감지 증폭기의 감지 동작을 위해 별도로 만들어 놓은 기준 전류에 의해 설정되는 기준전압과의 레벨차이를 감지하여 증폭하기 위한 회로이다.

그러나, 상기 감지 증폭기는 상기 입력전압과 상기 기준전압과의 레벨차가 크면 클수록 센싱속도를 증가시킬 수 있는데 반해, 현재 추세는 전술한 바와 같이 저 전압으로 동작하는 반도체 메모리 장치를 요구하고 있기에 상기 입력전압과 상기 기준전압의 레벨차가 줄게 되었다. 이에 상기 두 전압의 레벨차를 확대하여 반도체 메모리 장치의 전반적인 동작속도를 증가시키려는 노력이 활발히 진행되고 있다.

제1도는 종래의 기술에 따라 구성된 감지 증폭기의 구체적인 회로도이다.

제1도를 참조하여 구성을 살펴보면, 상기 감지 증폭기는 메모리 셀드로 부터 독출(Read)된 데이터신호에 응답하여 감지노드에 입력전압을 제공하는 감지전압 발생회로부(200)와, 상기 입력전압과 비교하기 위한 기준전압을 제공하는 기준전압 발생회로부(100)와, 상기 입력전압과 상기 기준전압의 레벨 차이를 증폭하여 출력하는 차동증폭기(300)로 구성된다. 이러한 구성에 있어 공지된 사항이므로 상세한 구성 설명은 생략한다.

먼저, 상기 기준전압 발생회로(100)의 동작에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다. 제어신호가 하이레벨에서 로우레벨로 천이되어 상기 피모오스 트랜지스터(101)는 활성화되고 엔모오스 트랜지스터(102)가 비활성화되면, 노드 N1의 전압은 하이레벨로 상승하게 된다. 이때 상기 제어신호가의 천이와 동시에 신호 ψPRE가 로우레벨에서 하이레벨로 천이되면, 엔모오스 트랜지스터(103)가 활성화 되어 기준노드 N2의 전압이 상승하게 된다.

상기한 바와 같이 상기 노드 N1과 상기 기준노드 N2의 전압이 상승하게 되면, 상기 엔모오스 트랜지스터(105)의 활성화에 의해 기준노드 N2로부터 노드 N3로 전류가 공급되어, 상기 노드 N3의 정전 용량인 C1을 충전시켜 노드 N3의 전압이 상승하게 된다. 이와 함께 노드 N3에 의해 게이트가 제어되는 엔모오스 트랜지스터(106)가 활성화되면, 노드 N1의 전압은 피모오스 트랜지스터(101)에 의한 전류공급능력과 엔모오스 트랜지스터(106)에 의한 전류방출능력의 균형이 이루어 지는 지점에서 고정되게 된다. 상기 제어신호및 신호 φPRE의 활성화에 의해 상기 기준전압 발생회로부 (100)의 각 노드들 N1??N3의 전압이 고정되고 난 후, 상기 신호 φPRE가 비활성화되어 하이레벨에서 로우레벨로 천이되면, 상기 엔모오스 트랜지스터(103)에 의한 전류공급이 끝나고 전류의 공급은 피모오스 트랜지스터(104)에 의해서만 이루어 진다. 이때 기준전류원(107)에 의해 전류를 방출하고 있으므로 상기 피모오스 트랜지스터(104)에 의한 공급 전류와 기준 전류원(107)에 의한 방출 전류의 차이에 의해 상기 노드 N2의 전압이 결정되어 기준전압으로서 상기 차동 증폭기(300)의 한 입력단자에 입력된다.

그리고, 상기 감지전압 발생회로(200)의 구성과 동작은 상기 기준전압 발생회로(100)의 구성 및 동작과 전반적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 그러나 다른점은 상기 감지전압 발생회로(200)의 신호 φPRE가 비활성화 즉 하이레벨에서 로우레벨로 천이되면, 피모오스 트랜지스터(204)에 의한 공급전류와 셀전류원(207)에 의한 방출 전류의 차이에 의해 감지노드 N20의 전압이 결정되어 감지 전압으로서 상기 차동 증폭기(300)의 한 입력단자에 입력된다.

이때, 상기 기준전류원(107)은 통상적으로 "온" 셀 전류의 약 1/2로 고정되어 있으므로, 상기 기준노드 N2의 기준전압은 "온" 상태의 셀을 판독할 때와 "오프" 상태의 셀을 판독할 때의 중간전압으로 유지된다.

전술한 바와 같이, 상기 감지 증폭기가 동작할 때의 감지노드 N20과 기준노드 N2의 전압 변화를 제2도에 나타내었다.

제2도를 통하여 동작상태를 상세히 살펴보면, 상기 감지 증폭기에서 기준 전류원(107)에 의한 전류 방출시 전류 공급원으로 사용되는 피모오스 트랜지스터(104)의 게이트와 드레인을 공통으로 기준노드 N2에 연결하여 사용하므로써 출력전압에 의해 입력전압이 다시 제어되는 귀환 회로로 동작을 한다. 또한 셀 전류원(207)에 의한 전류 방출시 전류 공급원으로 사용되는 피모오스 트랜지스터(204)도 역시 게이트와 드레인이 공통으로 감지노드 N20에 연결되어 있으므로 귀환회로로 동작을 하게 된다. 이렇게 상기 전류 공급원들 즉 피모오스 트랜지스터들(104,204)을 귀환형으로 구성하여 사용할 때의 동작은 다음과 같다.

우선, 오프 상태의 셀을 판독하는 경우에 대해 설명하며, 오프 상태의 셀은 셀에서 방출하는 전류가 없으므로 전류 공급원인 상기 피모오스 트랜지스터(204)가 전류를 계속 공급하여 상기 감지노드 N20의 전압이 빨리 상승하기를 바라지만 어느 일정전압을 상승하게 되면 상기 피모오스 트랜지스터(204)는 차단 상태로 동작하게 된다. 따라서, 상기 감지노드 N20의 전압은 이미 어떠한 변화없이 감지 동작을 시작하기 직전의 전압으로 유지된다.

또한, 온 상태의 셀을 판독하는 경우에는 온 상태의 셀이 방출하는 전류에 의해 상기 감지노드 N20의 전압이 빨리 감압되기를 바라지만, 감지노드 N20의 전압이 감압됨에 따라 전류 공급원인 피모오스 트랜지스터(204)가 도통 상태로 동작하므로서 상기 감지노드 N20의 전압 변화의 폭이 작아지게 된다. 즉 상기 감지전압은 어느 일정전압이상으로 상승할 수가 없게 된다.

결론적으로, 상기 감지 증폭기에 의한 데이터 독출동작은 상기 기준노드 N2와 상기 감지노드 N20의 전압차이를 상기 차동증폭기(300)가 증폭하므로써 이루어지는데, 상기 차동증폭기(300)의 감지 속도 및 감도를 좋게 하기 위해서는 기준노드 N2와 감지노드 N20의 전압 차이를 크게해 주느게 중요한데, 상기한 바와 같이 차동증폭기(300)가 감지 동작을 수행하는 동안에 전류 공급원으로 사용되는 상기 기준전압발생회로(100)와 감지전압발생회로(200)가 귀환 회로로 동작을 하게 되면, 어느 일정전압이상 또는 이하로 설정될 수 없기 때문에 전압의 변동폭이 작아지게 되어 결과적으로 증폭기의 감지 속도 및 감도의 저하를 초래하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 감지되는 두 전압차를 확대시킬 수 있는 감지 증폭기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 감지 속도 및 감도를 향상시킬 수 있는 감지 증폭기를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 반도체 메모리 장치의 감지 증폭기에 있어서: 기준노드로 기준신호를 공급하기 위한 제1전류원과; 상기 반도체 메모리 장치내의 선택된 메모리 셀의 상태에 응답하여 감지신호를 생성하기 위해 감지노드에서의 감지 라인에 연결된 제2전류원과; 상기 감지신호와 상기 기준신호사이의 차이를 증폭하기 위해 상기 제1,2전류원들에 연결된 차동증폭기를 구비하고; 상기 제1전류원과 상기 제2전류원은 상기 제1,2전류원 및 상기 기준노드 또는 감지노드에 연결된 공통라인상의 공통제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1전류원은 제1트랜지스터이고, 상기 제2전류원은 제2트랜지스터이며, 상기 제1,2트랜지스터들은 전류미러를 형성하기 위해 연결 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다.

도면들중 동일한 구성요소 및 부분들은 가능한한 어느곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.

본 발명에서 사용되는 감지 증폭기는 메모리 셀에서 흐르는 셀 전류에 의해 결정되는 입력전압과 기준전류에 의해 결정되는 기준전압과의 차이를 감지하는 회로이다. 이때 통상적으로 상기 기준전류는 셀 전류의 약 1/2로 설정된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 셀 전류를 상기 기준전류보다 2배 이상의 전류로 사용할 수도 있다는 것에 주목하여야 한다.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따라 구성된 감지증폭기의 구체적인 회로도이고, 제4도는 제3도에 대한 출력파형도이다.

제3도와 제4도를 참조하여 구성 및 동작을 살펴보면, 본 발명의 제1실시예에 따른 감지 증폭기의 구성에 있어서는 제1도에 도시된 감지증폭기와 전반적으로 동일한 구조를 가지면서 전류공급을 행하는 제1,2전류원인 피모오스 트랜지스터들(104,204)의 게이트를 통해 입력되는 제어신호를 다르게 하였다. 즉, 상기 기준 전류의 전류원으로서 동작하는 피모오스 트랜지스터(104)는 드레인과 게이트가 동일하게 상기 기준노드 N2에 연결되어 사용되고, 셀 전류의 전류 공급원으로 동작하는 피모오스 트랜지스터(204)의 드레인은 상기 감지노드 N20에 연결되어 있으나 그의 게이트는 상기 기준전압 발생회로(100)내의 피모오스 트랜지스터(104)의 게이트와 동일하게 도선 L100을 통하여 상기 기준노드 N2에 연결하였다. 여기서, 상기 피모오스 트랜지스터(104)는 상기 기준신호를 공급하기 위한 제1전류원에 대응되고, 상기 피모오스 트랜지스터(204)는 상기 제2전류원에 대응됨을 알 수 있고 또한, 상기 제2전류원은 상기 반도체 메모리 장치내의 선택된 메모리 셀의 상태에 응답하여 감지신호를 생성하기 위해 감지노드 N20에서의 감지 라인에 연결되는 것이 보여진다.

전술한 바와 같이, 상기 기준전류의 전류 공급원이 피모오스 트랜지스터(104)의 제어신호와 셀 전류의 전류 공급원인 피모오스 트랜지스터(204)의 제어신호를 동일하게 하면, 상기 두 트랜지스터들(104,204)은 전류 미러와 같은 동작을 하여 항상 동일한 전류를 공급하게 된다.

제3도에 도시된 감지증폭기의 동작을 살펴보면, 우선 오프 상태의 셀을 판독하는 경우에 대해 설명하면, 상기 제2전류원인 피모오스 트랜지스터(204)에 의해 제공되는 입력전압은 오프 상태의 셀에서 방출하는 전류가 없으므로(엔모오스 트랜지스터(205)에 의해 전류경로가 차단되므로) 노드 N20에서 방출되는 전류는 없는 반면, 상기 기준 전류의 전류 공급원인 상기 제1전류원 즉, 피모오스 트랜지스터(104)가 공급하는 전류와 동일한 양의 전류를 계속 공급하므로 빠르게 상승하게 된다. 한편, 상기 기준전압은 종래와 동일하게 유지되게 된다. 즉 상기 기준전압은 상기 엔모오스 트랜지스터(105)가 턴온됨에 따라 기준전류원(107)에 의해 방전되기 때문이다.

따라서, 상기 입력전압과 상기 기준전압은 종래보다 더 큰 전압차를 가질 수 있게 된다.

또한, 온 상태의 셀을 판독하는 경우에, 상기 감지노드 N20의 입력전압은 상기 노드 N1에 제공되는 전압에 의해 제어를 받는 상기 전류공급원인 피모오스 트랜지스터(204)에 의해 공급되는 전류를 상기 셀 전류원(207)에 의해 방전되게 되어 빠르게 하강한다.

그러나, 상기 기준전압 즉 기준노드 N2에 인가되는 전압은 종래의 기준전압과 동일하게 방전되게 된다.

따라서, 상기 기준전압과 입력전압은 더욱 큰 전압차를 가지게 된다.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 따라 구성된 감지 증폭기의 구체적인 회로도이고 제6도는 제5도에 대한 출력 파형도이다.

제5도와 제6도를 참조하여 구성 및 동작을 살펴보면, 본 발명의 제2실시예에 따른 감지 증폭기의 구성에 있어서는 제3도에 도시된 감지증폭기와 전반적으로 동일한 구조를 가지면서 상기 전류공급원인 피모오스 트랜지스터들(104,204)의 게이트를 통해 입력되는 제어신호를 다르게 하였다. 즉, 상기 기준 전류의 전류 공급원으로 동작하는 피모오스 트랜지스터(104)의 게이트는 상기 감지노드 N20에 연결되고, 셀 전류의 전류 공급원으로 동작하는 피모오스 트랜지스터(204)의 드레인과 게이트는 공통제어 라인 L200을 통해 상기 감지노드 N20에 연결하였다.

제5도에 도시된 감지 증폭기를 제3도에 도시된 감지 증폭기와 유사한 방법으로 제어신호를 동일하게 하면, 상기 두 트랜지스터들(104,204)은 전류 미러와 같은 동작을 하여 항상 동일한 전류를 공급하게 된다.

제5도에 도시된 감지증폭기의 동작중에서, 우선 오프 상태의 셀을 판독하는 경우에 대해 설명하면, 상기 피모오스 트랜지스터(204)에 의해 제공되는 입력전압은 오프 상태의 셀에서 방출하는 전류가 없으므로(엔모오스 트랜지스터(205)에 의해 전류경로가 차단되므로) 즉 상기 감지노드 N20에서 방출되는 전류는 없기에 종래와 동일하게 상승한다. 한편, 이러한 입력전압과 비교하기 위한 기준전압 즉 노드 N2 인가되는 전압은 상기 감지노드 N20에 인가되는 전압에 의해 제어되므로 상기 피모오스 트랜지스터(104)가 턴오프되어 종전보다 더 많은 전류를 방전하게 된다.

또한, 온 상태의 셀을 판독하는 경우에, 상기 감지노드 N20의 입력전압은 상기 전류공급원인 피모오스 트랜지스터(204)에 의해 공급되는 전류를 상기 셀 전류원(207)에 의해 방전되게 되어 하강한다. 이것은 전술한 종래의 입력전압과 동일한 전압값을 가진다.

그러나, 상기 기준전압 즉 기준노드 N2에 인가되는 전압은 상기 감지 노드 N20에 공급되는 전류공급량과 동일한 전류가 인가되는 반면, 상기 기준전류원(107)에 의한 전류만큼만 방전되기에 계속 상승하게 된다.

전술한 바와 같이 감지 증폭기에 의한 정보의 판독은 기준노드 N2와 감지노드 N20의 전압 차이를 차동 증폭기가 증폭하므로써 이루어지므로 상기 감지 증폭기의 감지 속도 및 감도를 좋게 하기 위해서는 기준노드 N2와 감지노드 N20의 전압 차이를 크게해 주는게 중요한데, 상기한 바와 같이 감지 증폭기가 감지 동작을 수행하는 동안에 전류 공급원으로 사용되는 회로 부분이 전류 미러형으로 동작을 수행하는 동안에 전류 공급원으로 사용되는 회로 부분이 전류 미러형으로 동작을 하게 되면, 전압의 변동 폭이 크게 되어 결과적으로 감지 증폭기의 감지 속도가 빨라지고 감도가 좋아지게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 감지 증폭기의 감지속도 및 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기한 본 발명은 도면은 중심으로 예를들어 한정되었지만, 그 동일한 것은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변화와 변형이 가능함이 본 분야의 숙련된 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims

반도체 메모리 장치의 감지 증폭기에 있어서: 기준노드로 기준신호를 공급하기 위한 제1전류원과; 상기 반도체 메모리 장치내의 선택된 메모리 셀의 상태에 응답하여 감지신호를 생성하기 위해 감지노드에서의 감지 라인에 연결된 제2전류원과; 상기 감지신호와 상기 기준신호사이의 차이를 증폭하기 위해 상기 제1,2전류원들에 연결된 차동 증폭기를 구비하고; 상기 제1전류원과 상기 제2전류원은 상기 제1,2전류원 및 상기 기준노드에 연결된 공통라인상의 공통제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 감지 증폭기.
제 1항에 있어서, 상기 제1전류원은 제1트랜지스터이고, 상기 제2전류원은 제2트랜지스터이며, 상기 제1,2트랜지스터들은 전류미러를 형성하기 위해 연결됨을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 감지 증폭기.
반도체 메모리 장치의 감지 증폭기에 있어서: 기준노드로 기준신호를 공급하기 위한 제1전류원과; 상기 반도체 메모리 장치내의 선택된 메모리 셀의 상태에 응답하여 감지신호를 생성하기 위해 감지노드에서의 감지 라인에 연결된 제2전류원과; 상기 감지신호와 상기 기준신호사이의 차이를 증폭하기 위해 상기 제1,2전류원들에 연결된 차동 증폭기를 구비하고; 상기 제1전류원과 상기 제2전류원은 상기 제1,2전류원 및 상기 감지노드에 연결된 공통라인상의 공통제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 감지 증폭기.