KR100275112B1 - 고속감지증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 동작을 요하는 제품에 유용하게 적용가능한 고속 동작을 위한 감지증폭기를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 제1 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 정입력신호 및 부입력신호를 각각 감지 및 증폭하여 서로 상보적인 제1 신호와 제2 신호를 출력하는 감지증폭부; 제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제1 풀업 소자와 제1 풀다운 소자를 구비하여 상기 제1 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제1 풀업 소자의 사이즈가 상기 제1 풀다운 소자 보다 상대적으로 큰 제1 반전 및 버퍼링부; 상기 제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제2 풀업 소자 및 제2 풀다운 소자를 구비하여 상기 제2 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제2 풀다운 소자의 사이즈가 상기 제2 풀업 소자 보다 상대적으로 큰 제2 반전 및 버퍼링부; 상기 제1 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '하이' 신호와 상기 제2 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '로우' 신호를 각각 전달하는 신호전달부; 및 상기 신호전달부로부터 전달된 신호를 버퍼링하여 외부로 출력하는 출력부를 포함하여 이루어진다.

Description

고속 감지증폭기{high speed sense amplifier}

본 발명은 반도체 메모리 소자의 감지증폭기에 관한 것으로, 특히 고속 동작을 위한 감지증폭기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 메모리 소자의 감지증폭기는 메모리 소자의 라이트(write) 구동시 메모리 셀로부터의 데이터를 비트라인 및 데이터 버스를 통해 입력받아 증폭한 후 출력버퍼를 통해 외부로 출력하도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 감지증폭기 회로도로서, 3개의 제1, 제2 및 제3 전류미러형 감지증폭부(10, 20, 30)와 출력부(40)로 구성되어 있음을 알 수 있다.

도 1을 참조하면, 제1 전류미러형 감지증폭부(10)는 정입력신호(sai)와 부입력신호(saib)가 각각 게이트에 인가되는 감지증폭용 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(11, 12)와, 상기 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(11, 12)의 드레인과 전원전압 사이에 연결된 전류미러용 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터(13, 14)와, 게이트에는 제1 센스인에이블신호(pse1i)가 인가되며, 상기 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(11, 12)의 공통 접속된 소스와 접지사이에 연결되어 전류 소스로 작용하는 제3 NMOS 트랜지스터(15)를 포함한다. 제1 전류미러형 감지증폭부(10)의 출력신호(sa1o-old)는 상기 제2 NMOS 트랜지스터(12)와 상기 제2 PMOS 트랜지스터(14)의 공통 드레인단으로부터 출력된다.

유사하게, 제2 전류미러형 감지증폭부(20)는 부입력신호(saib)와 정입력신호(sai)가 각각 게이트에 인가되는 감지증폭용 제4 및 제5 NMOS 트랜지스터(21, 22)와, 상기 제4 및 제5 NMOS 트랜지스터(21, 22)의 드레인과 전원전압 사이에 연결된 전류미러용 제3 및 제4 PMOS 트랜지스터(21, 22)와, 게이트에는 상기 제1 센스인에이블신호(pse1i)가 인가되며, 상기 제4 및 제5 NMOS 트랜지스터(21, 22)의 공통 접속된 소스와 접지사이에 연결되어 전류 소스로 작용하는 제6 NMOS 트랜지스터(25)를 포함한다. 제2 전류미러형 감지증폭부(20)의 출력신호(sa1ob-old)는 상기 제5 NMOS 트랜지스터(22)와 상기 제4 PMOS 트랜지스터(24)의 공통 드레인단으로부터 출력된다.

유사하게, 제3 전류미러형 감지증폭부(20)는 제2 전류미러형 감지증폭부(20)의 출력신호(sa1ob-old)와 제1 전류미러형 감지증폭부(10)의 출력신호(sa1o-old)를 각각 게이트에 인가되는 감지증폭용 제7 및 제8 NMOS 트랜지스터(31, 32)와, 상기 제7 및 제8 NMOS 트랜지스터(31, 32)의 드레인과 전원전압 사이에 연결된 전류미러용 제5 및 제6 PMOS 트랜지스터(33, 34)와, 게이트에는 제2 센스인에이블신호(pse2i)가 인가되며 상기 제7 및 제8 NMOS 트랜지스터(33, 34)의 공통 접속된 소스와 접지사이에 연결되어 전류 소스로 작용하는 제9 NMOS 트랜지스터(35)를 포함한다. 제3 전류미러형 감지증폭부(30)의 출력신호(sa2ob-old)는 상기 제8 NMOS 트랜지스터(32)와 상기 제6 PMOS 트랜지스터(34)의 공통 드레인단으로부터 출력된다.

출력부(40)는 제3 전류미러형 감지증폭부(30)의 출력신호(sa2ob-old)를 비반전 버퍼링하여 최종 출력신호(sa3ob-old)를 출력하는 제1 및 제2 인버터(41, 42)와, 역시 제3 전류미러형 감지증폭부(30)의 출력신호(sa2ob-old)를 반전 버퍼링하여 최종 출력신호(sa3o-old)를 출력하는 제3 내지 제5 인버터(43, 44, 45)를 포함한다. 제1 및 제5 인버터는 제어신호(psoi, psoib)에 의해 제어받는 인에이블 또는 디스에이블된다.

상기와 같은 구조를 갖는 종래의 전류미러형 감지증폭기의 동작을 간단히 살펴보면, 먼저 제1 및 제2 전류미러형 감지증폭부(10, 20)가 제1 센스인에이블신호(pse1i)에 의해 인에이블되어 정 및 부입력신호(sai, saib)를 1차 감지증폭하고, 이어서 제2 센스인에이블신호(pse2i)에 의해 제3 전류미러형 감지증폭부(30)가 인에이블되어 제1 및 제2 전류미러형 감지증폭부(10, 20)의 출력신호(sa1o-old, sa1ob-old)를 2차 감지증폭한 다음, 출력부(40)를 통해 최종 출력신호(sa3o-old, sa3ob-old)를 출력한다.

그러나, 이와 같은 종래의 감지증폭기는 고속화를 요하는 제품에서 필요한 만큼의 센싱 속도를 가지고 있지 않아 더욱 고속 동작을 요하는 감지증폭기가 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 요구 사항에 의해 안출된 것으로서, 고속 동작을 요하는 제품에 유용하게 적용가능한 고속 동작을 위한 감지증폭기를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 반도체 메모리 소자의 감지증폭기의 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 감지증폭기의 회로도.

도 3은 각 입력 및 제어신호에 대한 도 1과 도 2의 출력 결과를 나타내는 파형도.

도 4는 도 3의 "A" 지점에서 도 1과 도 2의 출력 결과를 나타내는 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 감지증폭부 200 : 제1 반전 및 버퍼링부

300 : 제 반전 및 버퍼링부 400 : 신호전달부

500 : 출력부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 정입력신호 및 부입력신호를 각각 감지 및 증폭하여 서로 상보적인 제1 신호와 제2 신호를 출력하는 감지증폭부; 제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제1 풀업 소자와 제1 풀다운 소자를 구비하여 상기 제1 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제1 풀업 소자의 사이즈가 상기 제1 풀다운 소자 보다 상대적으로 큰 제1 반전 및 버퍼링부; 상기 제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제2 풀업 소자 및 제2 풀다운 소자를 구비하여 상기 제2 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제2 풀다운 소자의 사이즈가 상기 제2 풀업 소자 보다 상대적으로 큰 제2 반전 및 버퍼링부; 상기 제1 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '하이' 신호와 상기 제2 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '로우' 신호를 각각 전달하는 신호전달부; 및 상기 신호전달부로부터 전달된 신호를 버퍼링하여 외부로 출력하는 출력부를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감지증폭기를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 감지증폭기는 감지증폭부(100)와, 제1 및 제2 반전 및 버퍼링부(200, 300), 신호전달부(400), 및 출력부(500)로 이루어진다.

감지증폭부(100)는 커런트 미러형 감지증폭기로서, 제1 센스인에이블신호(pse1i)에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 정입력신호(sai) 및 부입력신호(saib)를 각각 감지 및 증폭하여 서로 상보적인 제1 신호(sa1o)와 제2 신호(sa1ob)를 각각 출력한다.

제1 반전 및 버퍼링부(200)는 제2 센스인에이블신호(pse2i)를 게이트로 입력받고 소스가 접지단에 접속된 NMOS 트랜지스터(201)와, 상기 제1 신호(sa1o)를 게이트로 입력받고 소스가 상기 NMOS 트랜지스터(201)의 드레인에 접속되는 풀다운 소자용 NMOS 트랜지스터(203), 및 상기 제1 신호(sa1o)를 게이트로 입력받고 소스가 전원전압단에 접속되며 드레인이 상기 NMOS 트랜지스터(203)의 드레인에 접속된 풀업 소자용 PMOS 트랜지스터(202)를 포함하여, 상기 제2 센스인에이블신호(pse2i)에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 상기 제1 신호(sa1o)를 반전 증폭시키되, 상기 풀업 소자(202)의 사이즈가 상기 풀다운 소자(201) 보다 상대적으로 커서 제2 반전 및 버퍼링부(300)에 비해 상대적으로 큰 '하이' 신호를 출력한다.

상기 제2 센스인에이블신호는 상기 제1 센스인에이블신호보다 소정시간 지연된 지연신호이다.

제2 반전 및 버퍼링부(300)는 상기 제2 센스인에이블신호(pse2i)를 게이트로 입력받고 소스가 접지단에 접속된 NMOS 트랜지스터(301)와, 상기 제2 신호(sa1ob)를 게이트로 입력받고 소스가 상기 NMOS 트랜지스터(301)의 드레인에 접속되는 풀다운 소자용 NMOS 트랜지스터(303), 및 상기 제2 신호(sa1ob)를 게이트로 입력받고 소스가 전원전압단에 접속되며 드레인이 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 풀업 소자용 PMOS 트랜지스터(302)를 포함하여, 상기 제2 센스인에이블신호(pse2i)에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 상기 제2 신호(sa1ob)를 반전 증폭시키되, 상기 풀다운 소자(301)의 사이즈가 상기 풀업 소자(302) 보다 상대적으로 커서 제1 반전 및 버퍼링부(200)에 비해 상대적으로 큰 '로우' 신호를 출력한다.

신호전달부(400)는 상기 제2 반전 및 버퍼링부(300)로부터의 출력신호를 인버터(403)에 의해 반전시켜 게이트로 입력받아 상기 제1 반전 및 버퍼링부(200)로부터의 논리 '하이' 신호를 출력부(500)로 전달하는 PMOS 트랜지스터(401), 및 상기 제1 반전 및 버퍼링부(200)로부터의 출력신호를 게이트로 입력받아 상기 제2 반전 및 버퍼링부(300)로부터의 논리 '로우' 신호를 상기 출력부로 전달하는 NMOS 트랜지스터(402)를 포함한다.

출력부(500)는 신호전달부(400)로부터의 출력신호(sa2o)를 비반전 버퍼링하여 최종 출력신호(sa3o)를 출력하는 제1 및 제2 인버터(501, 502)와, 역시 신호전달부(400)로부터의 출력신호(sa2o)를 반전 버퍼링하여 최종 출력신호(sa3ob)를 출력하는 제3 내지 제5 인버터(501, 502, 503)를 포함한다. 제2 및 제5 인버터는 제어신호(psoi, psoib)에 의해 제어받아 인에이블 또는 디스에이블된다.

도 3은 본 발명의 감지증폭기 회로를 실시했을 때 종래의 회로에서 응답 시간과 비교하여 도시한 타이밍도이다. 본 발명의 감지 증폭기 최종 출력 신호 sa3o 및 sa3ob 와 종래의 감지 증폭기 최종 출력 신호 sa3o_old 및 sa3ob_old를 비교하여 볼 수 있다. 도 3에서도 각 출력 신호의 응답 시간이 차별화되어 있음을 볼 수 있으나, 이를 더 확대하여 보면 명확해 질 것이다.

도 4는 도 3의 타이밍도중 각 감지 증폭기의 출력 신호가 나타나는 부분("A")을 확대하여 도시한 도면이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 종래의 감지 증폭기 회로에는 최종 출력 신호를 감지하는데 173.5 ns가 소요됨을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 감지 증폭기를 실시하므로 최종 출력 신호를 감지하는데 167.7 ns 내지 167.8 ns가 소요됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명을 실시하므로 종래의 기술과 비교하여 지연 시간을 약 30% 까지 개선시킬 수 있어서 감지 속도를 향상시키고 전력 소모를 줄이게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 소자의 감지증폭기는, 전류미러형 감지증폭기를 이용하여 데이터버스 라인의 정데이타 및 부데이타를 일차적으로 차동증폭시키고, 이어 인버터형 증폭기를 통해 이차적으로 증폭시키므로써, 센싱속도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (6)

1. 제1 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 정입력신호 및 부입력신호를 각각 감지 및 증폭하여 서로 상보적인 제1 신호와 제2 신호를 출력하는 감지증폭부;

   제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제1 풀업 소자와 제1 풀다운 소자를 구비하여 상기 제1 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제1 풀업 소자의 사이즈가 상기 제1 풀다운 소자 보다 상대적으로 큰 제1 반전 및 버퍼링부;

   상기 제2 센스인에이블신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되고, 제2 풀업 소자 및 제2 풀다운 소자를 구비하여 상기 제2 신호를 반전 증폭시키되, 상기 제2 풀다운 소자의 사이즈가 상기 제2 풀업 소자 보다 상대적으로 큰 제2 반전 및 버퍼링부;

   상기 제1 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '하이' 신호와 상기 제2 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '로우' 신호를 각각 전달하는 신호전달부; 및

   상기 신호전달부로부터 전달된 신호를 버퍼링하여 외부로 출력하는 출력부

   를 포함하여 이루어진 반도체 메모리 소자의 감지증폭기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 센스인에이블신호는 상기 제1 센스인에이블신호보다 소정시간 지연된 지연신호인 것을 특징으로 하는 감지증폭기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 감지증폭부는 커런트 미러형 감지증폭기를 포함하는 반도체 메모리 소자의 감지증폭기.
4. 제1항에 있어서,

   제1 반전 및 버퍼링부는,

   상기 제2 센스인에이블신호를 게이트로 입력받고, 소스가 접지단에 접속된 제1 NMOS 트랜지스터;

   상기 제1 신호를 게이트로 입력받고, 소스가 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되는 상기 제1 풀다운 소자용 제2 NMOS 트랜지스터;

   상기 제1 신호를 게이트로 입력받고, 소스가 전원전압단에 접속되며, 드레인이 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 상기 제1 풀업 소자용 PMOS 트랜지스터를 포함하는 감지증폭기.
5. 제1항에 있어서,

   제2 반전 및 버퍼링부는,

   상기 제2 센스인에이블신호를 게이트로 입력받고, 소스가 접지단에 접속된 제1 NMOS 트랜지스터;

   상기 제2 신호를 게이트로 입력받고, 소스가 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되는 상기 제2 풀다운 소자용 제2 NMOS 트랜지스터;

   상기 제2 신호를 게이트로 입력받고, 소스가 전원전압단에 접속되며, 드레인이 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속된 상기 제2 풀업 소자용 PMOS 트랜지스터를 포함하는 감지증폭기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 신호전달부는,

   상기 제2 반전 및 버퍼링부로부터의 반전된 출력신호를 게이트로 입력받아 상기 제1 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '하이' 신호를 상기 출력부로 전달하는 PMOS 트랜지스터; 및

   상기 제1 반전 및 버퍼링부로부터의 출력신호를 게이트로 입력받아 상기 제2 반전 및 버퍼링부로부터의 논리 '로우' 신호를 상기 출력부로 전달하는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 감지증폭기.

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