KR100300035B1 - 전하재활용센스앰프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센싱시에 소모되는 전하를 프리차지시에 재활용하여 전력소모를 줄일 수 있는 전하재활용 센스앰프에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 풀-업증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압보다 높은 전압레벨을 갖는 데이터라인쌍과, 풀다운증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압보다 낮은 전압레벨을 갖는 데이터라인쌍을 구비하여, 프리차지시 상기 두 개의 데이터라인쌍을 전기적으로 접속하여 센싱시에 사용했던 전하를 재활용한다.

Description

전하재활용 센스앰프{CHARGE RECYCLING SENSE AMPLIFIER}
본 발명은 센스앰프에 관한 것으로서, 특히 저전력용 메모리소자에 적당한 전하재활용 센스앰프에 관한 것이다.
종래의 센스앰프는 도 1에 도시된 바와같이, 풀-다운증폭기(10),(11), 프리차지부(12) 및 이퀄라이징부(13)로 구성된다.
풀-다운증폭기(10),(11)는 1쌍의 입력단자와 1쌍의 출력단자를 갖고, 1쌍의 출력단자는 데이터라인(DL0),(DL0b)과 데이터라인(DL0),(DL0b)에 각각 접속되며, 프리차지부(12)와 이퀄라이징부(13)는 각각 데이터라인(DL0),(DL0b),(DL1),(DL1b)에 접속된다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 종래 센스앰프의 일실시예이다.
풀-다운증폭기(10),(11)는 출력단의 전압을 프리차지전압(PV)보다 낮게 센싱하는 증폭기를 말한다.
풀-다운증폭기(10)는 센스앰프인에이블신호(SAEN)에 의해 인에이블되어, 엔모스트랜지스터(NM1),(NM2)로 메모리셀(미도시)에서 리드된 데이타(IN0),(IN0b)를 센싱하여 데이터라인(DL0),(DL0b)으로 출력하고, 풀-다운증폭기(11)는 센스앰프인에이블신호(SAEN)에 의해 인에이블되어, 메모리셀(미도시)에서 리드된 데이타(IN1),(IN1b)를엔모스트랜지스터(NM4),(NM5)로 센싱하여 데이터라인(DL1),(DL1b)으로 출력한다.
프리차지부(12)는 이퀄라이징신호(DLEQ)에 따라, 공급된 프리차지전압(PV)으로 데이터라인(DL0,DL0b), (DL1,DL1b)을 프리차지하며, 이퀄라이징부(13)는 이퀄라이징신호(DLEQ)에 따라 데이터라인(DL0,DL0b), (DL1,DL1b)을 전기적으로 접속시켜 동일한 전압으로 만든다.
이와같이 구성된 종래 센스앰프의 동작을 첨부된 도 1내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 프리차지주기에서, 로우레벨의 이퀄라이징신호(DLEQ)에 의해 프리차지부(12)의 피모스트랜지스터(PM1-PM4) 및 이퀄라이징부(12)의 피모스트랜지스터(PM5-PM6)가 턴온되면, 각각 데이터라인(DL0),(DL0b) 및 데이터라인(DL1), (DL1b)은 이퀄라이징부(12)에 의해 전기적으로 연결됨과 함께 프리차지부(12)에 의해 모두 프리차지전압(PV)으로 프리차지된다. 그 결과, 데이터라인(DL0),(DL0b) 및 데이터라인(DL1), (DL1b)은 모두 동일한 전압레벨이 되고, 이후, 프리차지동작이 완료되면 프리차지부(12)와 이퀄라이징부(13)는 디스에이블된다.
그리고, 센싱주기가 되면, 풀-다운증폭기(10),(11)는 센스앰프인에이블신호(SAEN)에 의해 인에이블되어, 풀-다운증폭기(10)는 메모리셀에서 리드된 데이타(IN0),(IN0b)를 엔모스트랜지스터(NM1),(NM2)를 통하여 센싱하고, 풀-다운증폭기(11)는 메모리셀의 리드된 데이타(IN1),(IN1b)를 엔모스트랜지스터(NM4),(NM5)를 통하여 센싱한다.
따라서, 풀-다운증폭기(10),(11)에 연결된 데이터라인(DL0),(DL0b)과 데이터라인(DL1),(DL1b)은 도 3a 및 도3b에 도시된 바와같이, 프리차지전압(PV)과 동일하거나 또는 낮은 전압이 된다.
이후, 상기와 같은 프리차지동작과 센싱동작이 반복적으로 이루어지면서, 메모리셀에서 리드된 데이터가 풀-다운증폭기(10),(11)에서 증폭된 후 데이터라인(DL0),(DL0b)과 데이터라인(DL1),(DL1b)을 통하여 출력됨으로써, 메모리셀로부터의 리드동작이 수행된다.
그러나, 종래의 센스앰프는 프리차지동작과 센싱동작시 모두 전류를 소모하기 때문에 전력소모가 많아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 센싱시에 소모되는 전하를 프리차지시에 재활용함에 의해 전력소모를 줄일 수 있는 전하재활용 센스앰프를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 풀-업증폭기의 출력단자와 접속되고, 센싱시 풀-업증폭기의 센싱동작에 의해, 프리차지전압 및 프리차지전압보다 높은 전압레벨을 갖는 1쌍의 데이터라인과, 풀-다운증폭기의 출력단자에 접속되고, 센싱시 풀-다운증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압 및 프리차지전압보다 낮은 전압레벨을 갖는 1쌍의 데이터라인을 구비하여, 프리차지시 상기 두 개의 데이터라인쌍을 전기적으로 접속시켜 센싱시에 사용했던 전하를 재활용하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 센스앰프의 블록구성도.
도 2는 도 1에 도시된 센스앰프의 일 실시예.
도 3은 각 데이터라인의 전압레벨을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전하재활용 센스앰프의 블록 구성도.
도 5는 도 4에 도시된 전하재활용 센스앰프의 일 실시예.
도 6은 각 데이터라인의 전압레벨을 나타낸 도면.
***** 도면의주요부분에대한부호설명*****
20 : 풀-업 증폭기 21 : 풀-다운증폭기
22 : 프리차지부 23 : 이퀄라이징부
DL0,DL0b,DL1,DL1b : 데이터라인
도 4는 본 발명에 따른 전하재활용 센스앰프의 블록구성도이다.
풀-업증폭기(20)는 1쌍의 입력단자와 1쌍의 출력단자를 구비하여, 메모리셀(미도시)에서 리드된 데이타(IN0),(IN0b)를 센싱하여 출력단자의 전압을 프리차지전압(PV) 및 프리차지전압(PV) 보다 높게 만들고, 풀-다운증폭기(21)는 1쌍의 입력단자와 1쌍의 출력단자를 구비하여, 메모리셀(미도시)에서 리드된 데이타(IN1),(IN1b)를 센싱하여 출력단자의 전압을 프리차지전압(PV) 및 프리차지전압(PV) 보다 낮게 만들며, 프리차지부(22)와 이퀄라이징부(23)의 구성 및 동작은 기본적으로 종래와 동일하다.
그리고, 도 5는 상기 도 4에 도시된 전하재활용 센스앰프의 일실시예이다.
풀-업증폭기(20)는 소오스에 전원전압(VDD), 게이트에는 반전된 센스앰프인에이블신호(SAENb)가 입력되는 피모스트랜지스터(PM11)와, 소오스는 상기 피모스트랜지스터(PM11)의 드레인에 연결되고, 게이트는 각각 메모리셀에서 리드된 데이터(IN0b),(IN0)를 입력받으며, 드레인은 각각 데이터라인(DL0),(DL0b)에 접속된 피모스트랜지스터(PM12),(PM13)로 구성된다.
풀-다운증폭기(21)는 종래의 풀-다운증폭기(11)의 구성과 동일하며, 프리차지부(22)와 이퀄라이징부(23)는 종래의 프리차지부(12)와 이퀄라이징부(13)에서 피모스트랜지스터를 엔모스트랜지스터로 대체하여 구성한다.
이와같이 구성된 종래 센스앰프의 동작을 도 4내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
프리차지주기가 되면, 이퀄라이징신호(DLEQ)에 의해 프리차지부(22)의 엔모스트랜지스터(NM14-NM16)와 이퀄라이징부(23)부의 엔모스트랜지스터(NM17-NM20)가 턴온되어, 데이터라인(DL0,DL0b), (DL1,DL1b)은 모두 프리차지전압(PV)으로 프리차지된다.
이후, 센싱주기가 되면 프리차지부(22)와 이퀄라이징부(23)부는 디스에이블되고, 풀-업증폭기(20)는 반전된 센스앰프인에이블신호(SAENb), 풀-다운증폭기(21)는 센스앰프인에이블신호(SAEN)에 의해 인에이블된다.
따라서, 풀-업증폭기(20)의 피모스트랜지스터(PM12),(PM13)는 메모리셀에서 리드된 데이타(IN0),(IN0b)를 센싱하여, 도 6a에 도시된 바와같이 데이터라인(DL0),(DL0b)을 프리차지전압(PV)과 동일하거나 프리차지전압(PV)보다 높은 전압(PV+△V)으로 만들고, 풀-다운증폭기(21)의 엔모스트랜지스터(NM11),(NM12)는 메모리셀에서 리드된 데이타(IN1),(IN1b)를 센싱하여 도 6b에 도시된 바와같이 데이터라인(DL1),(DL1b)을 프리차지전압(PV)과 동일하거나 프리차지전압(PV)보다 낮은 전압(PV-△V)으로 만든다.
그리고, 다시 프리차지주기가 되면 이퀄라이징부(23)를 인에이블시켜 데이터라인(DL0),(DL0b)과 데이터라인(DL1),(DL1b)이 전기적으로 서로 접속된 프리차지상태로 만들어, 센싱시에 사용했던 전하를 프리차지시에 재활용하게 된다. 이때, 프리차지시에에 흐르는 전류는 거의 무시할 만하며, 전류는 주로 센싱시에만 흐르게 된다.
일예로, 프리차지전압(pv)을 1.25V(종래는 2.5V)로 설정하고,데이터라인이 각각 150mV만큼 전압차가 날 때, 표 1과 같은 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다.
센싱시 흐르는 전류 프리차지시 흐르는 전류 총 전류
종래 기술 6.2mA 7.7mA 13.9mA
본 발명 6.2mA ∼ 0 6.2mA
따라서, 본 발명은 센싱시와 프리차지시에 모두 전력이 소모되는 종래기술에 비하여, 단지 센싱시에만 전력이 소모되기 때문에 종래 기술에 비하여 50%이상의 전력소모를 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명은 1쌍의 출력단자를 가진 증폭기 뿐만아니라 하나의 출력단자만을 가지고 있는 증폭기에서도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시예는 단지 한 예로서 청구범위를 한정하지 않으며, 여러가지의 대안, 수정 및 변경들이 통상의 지식을 갖춘자에게 자명한 것이 될 것이다.
상기에서 상세히 설명한 바와같이, 본 발명은 프리차지시 두 개의 데이터라인쌍을 전기적으로 접속시킴으로써 센싱시에 사용했던 전하를 재활용하여 전력소모를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 풀-업증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압 및 프리차지전압 보다 높은 전압레벨을 갖는 데이터라인쌍과, 풀-다운증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압 및 프리차지전압 보다 낮은 전압레벨을 갖는 데이터라인쌍을 구비하여, 프리차지시 상기 두 개의 데이터라인쌍을 전기적으로 접속시킴으로써 센싱시에 사용했던 전하를 재활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 풀-업증폭기의 출력단자와 접속되고, 센싱시 그 풀-업증폭기의 센싱동작에 의해, 프리차지전압 및 프리차지전압보다 높은 전압레벨을 갖는 1쌍의 데이터라인과,
    풀-다운증폭기의 출력단자에 접속되고, 센싱시 그 풀-다운증폭기의 센싱동작에 의해 프리차지전압 및 프리차지전압보다 낮은 전압레벨을 갖는 1쌍의 데이터라인을 구비하여,
    프리차지시 상기 두 개의 데이터라인쌍을 이퀄라이징부를 통해 전기적으로 모두 접속시켜 센싱시에 사용했던 전하를 재활용하게 구성된 것을 특징으로 하는 전하재활용 센스앰프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 풀-업증폭기 및 풀-다운증폭기는 한쌍 또는 하나의 출력단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 전하재활용 센스앰프.
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