KR100337202B1 - Multilevel sensing circuit and method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 메모리 장치의 멀티레벨 메모리 셀 센스 증폭기에 관한 것으로, 특히 멀티레벨 센스 증폭기 회로에서 2차 센싱 입력 노드를 완전히 분리시켜서 2차 센싱 입력의 효과적인 변형과 그 입력 이득을 좋게 확보할 수 있도록, 센싱 동작과 리스토어동작 사이에 비트라인 또는 비트라인 바를 선택적으로 이등분하는 스위칭소자, 메모리셀에 저장된 제1 데이터값을 독출하는 제1 센스 증폭기, 상기 메모리셀에 저장된 제2 데이터값을 독출하는 제2 센스 증폭기, 상기 메모리셀의 커패시터의 전하가 상기 비트라인과 상기 비트라인바에 실린 결과 그 전압차가 일정전압 이하인 경우 상기 제2 센스 증폭기의 입력단의 전압차를 역전하는 피드백 소자, 및 상기 제2 센스 증폭기와 연결되어 상기 독출된 제1 데이터값 및 제2 데이터값을 비교하여 서로 다른 경우 상기 비트라인과 상기 비트라인바를 연결하여 전하를 분배하도록 동작하는 멀티레벨 센싱 회로 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilevel memory cell sense amplifier of a semiconductor memory device. In particular, the secondary sensing input node can be completely separated from the multilevel sense amplifier circuit so that the effective variation of the secondary sensing input and its input gain can be secured. A switching element for selectively dividing a bit line or a bit line bar between a sensing operation and a restore operation, a first sense amplifier reading a first data value stored in a memory cell, and reading a second data value stored in the memory cell. Is a second sense amplifier, a feedback element for inverting the voltage difference between the input terminal of the second sense amplifier when the voltage difference is less than a predetermined voltage as a result of the charge of the capacitor of the memory cell loaded on the bit line and the bit line bar; 2 sense amplifiers are connected to each other by comparing the read first data value and the second data value. In other cases, the present invention relates to a multilevel sensing circuit and a method of operating the bit line and the bit line bar to distribute charge.

Description

멀티레벨 센싱 회로 및 그 방법Multilevel sensing circuit and method

본 발명은 반도체 메모리 장치의 멀티레벨 메모리 셀 센스 증폭기에 관한 것으로, 특히 멀티레벨 센스 증폭기 회로에서 2차 센싱 입력 노드를 완전히 분리시켜서 2차 센싱 입력의 효과적인 변형과 그 입력 이득을 좋게 확보할 수 있도록 한, 멀티레벨 센싱 회로 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilevel memory cell sense amplifier of a semiconductor memory device. In particular, the secondary sensing input node can be completely separated from the multilevel sense amplifier circuit so that the effective variation of the secondary sensing input and its input gain can be secured. The present invention relates to a multilevel sensing circuit and a method thereof.

일반적으로, 디램(DRAM)이 고집적화 되어 가면서 셀(Cell) 및 그 공정을 계속 미세화하여도 그 칩(Chip) 사이즈를 줄이는 그 한계에 도달했을 때 현재의 방법으로 즉, 셀에 Vcc 또는 Vss를 저장하는 방법으로는 칩 사이즈를 더 이상 줄일 수 없게 된다.In general, when DRAM reaches a limit that reduces the chip size even though the cell and its process continue to be miniaturized as the DRAM becomes more integrated, the current method, that is, Vcc or Vss is stored in the cell. The chip size can no longer be reduced.

이때, Vcc, 2/3Vcc, 1/3Vcc, Vss를 셀에 저장하고 읽어낼 수 있으면 현재의 방법으로 필요한 셀 수 보다 그 셀 수를 반으로 줄일 수 있다.At this time, if Vcc, 2 / 3Vcc, 1 / 3Vcc, Vss can be stored and read in a cell, the number of cells can be reduced by half than the number of cells required by the present method.

멀티레벨 센스 증폭기(Multilevel Sense Amplifier)를 구체적으로 살펴 보면 도 1 에 도시된 바와 같이, 일반적 디램의 비트 라인(Bit line)과 셀(2, 4) 구조에 비트 라인당 추가로 센스 증폭기(1, 7), 비트 라인당 피드백 소자(Feedback Element)(6), 기준 비트 라인을 2 등분하는 스위칭 트랜지스터(3), 비트 라인당 배타적 오아 게이트로 이루어진 비교기(5) 등이 추가로 필요하다. 상기의 멀티레벨 센스 증폭기는 누람 테크놀로지 인코포레이티드(NuRam Technology, Inc.)가 특허받은 미국 특허 5,684,736호 "다중레벨 메모리 셀 센스앰프 시스템(multilevel memory cell sense amplifier system)"에 개시된 바 있다.Referring to the multilevel sense amplifier in detail, as shown in FIG. 1, in addition to the bit line and cell 2 and 4 structures of a general DRAM, a sense amplifier 1, 7), a feedback element 6 per bit line, a switching transistor 3 dividing the reference bit line into two, a comparator 5 consisting of an exclusive oar gate per bit line, and the like are further required. Such multilevel sense amplifiers have been disclosed in US Pat. No. 5,684,736, "Multilevel Memory Cell Sense Amplifier System," patented by NuRam Technology, Inc.

기존의 센스 증폭기에서 1셀에 VCC("1" 데이터) 또는 VSS("0" 데이터)를 저장하고 읽고 하던 것을 멀티레벨 센스 증폭기에서는, 1셀에 VCC("1.1" 데이터 ; Strong one), 2/3VCC("1.0" 데이터 ; Weak one), 1/3VCC("0.1" 데이터 ; Weak Zero), VSS("0.0" 데이터 ; Strong Zero)를 저장하고 읽고 하는 기술이다.Conventional sense amplifiers store and read VCC ("1" data) or VSS ("0" data) in one cell. In a multilevel sense amplifier, VCC ("1.1" data; Strong one), 2 in one cell. / 3VCC ("1.0" data; Weak one), 1 / 3VCC ("0.1" data; Weak Zero), VSS ("0.0" data; Strong Zero) technology to store and read.

첫번째로, 도 2 의 (가)에 도시된 바와 같이, 프리차지 구간(Precharge Period)에서 이퀄라이즈 신호(EQU)가 전원 전압(VCC)으로 있으면서 엔모스 트랜지스터(N7 -N9)가 모두 턴-온되어 있어, 비트라인(BLL, BLR)과 비트라인 바(BLLB, BLRB)를 모두 하프 전원전압(half VCC 이하 HVCC 라 칭함)으로 프리차지 (Precharge) 시킨다.First, as shown in (a) of FIG. 2, all of the NMOS transistors N7-N9 are turned on while the equalizing signal EQU is the power supply voltage VCC in the precharge period. The bit lines BLL and BLR and the bit line bars BLB and BLRB are both precharged to the half supply voltage (hereinafter referred to as HVCC below half VCC).

이때, VCT1과 VCT2 모두 도 2 의 (다) 및 (라)에 도시된 바와 같이 고전압 (VCC+ = VPP)에 있으므로, 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S3, S4)도 하프 전원전압(HVCC)으로 만든다.At this time, since both VCT1 and VCT2 are at a high voltage (VCC + = VPP) as shown in FIGS. 2C and 2D, the sensing input nodes S3 and S4 of the second sense amplifier 7 also have a half power supply voltage. (HVCC)

여기에서, 비교기(5)의 노드(X4)는 엔모스 트랜지스터(N22)가 엔모스 트랜지스터(N23)를 통해 프리차지 되어, 그 엔모스 트랜지스터(N23)의 게이트 전압도 하프 전원전압(HVCC)이고 소오스 전압도 하프 전원전압(HVCC)이므로, 상기 노드(X4)는 HVCC-Vt 전압밖에 도달하지 않아 2차 데이터 리드(Read) 동작때 문제를 일으킨다.Here, the node X4 of the comparator 5 has the NMOS transistor N22 precharged through the NMOS transistor N23, and the gate voltage of the NMOS transistor N23 is also the half power supply voltage HVCC. Since the source voltage is also the half power supply voltage HVCC, the node X4 reaches only the HVCC-Vt voltage, which causes a problem in the secondary data read operation.

두번째로, 리드(Read) 또는 라이트(Write) 구간에서 제 1 워드라인(wl1)이 도 2 의 (나)에 도시된 바와 같이 고전압(VCC+ = VPP)으로 턴-온되면, 엔모스 트랜지스터(N10)가 턴-온되어 비트라인(BLL, BLR)에 셀의 데이터 차지가 분배(DataCharge Share)되어 실리고, 그 실린 데이터는 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S3)로 전달된 후, VCT2를 도 2 의 (라)에 도시된 바와 같이 접지 전원(VSS)으 로 하여 엔모스 트랜지스터(N26, N27)를 턴-오프 시켜, 비트라인(BL)과 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S3), 비트라인 바(BLB)와 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S4)를 분리(Isolation) 시킨다.Second, when the first word line wl1 is turned on to the high voltage VCC + = VPP as shown in FIG. 2B in a read or write period, the NMOS transistor N10. ) Is turned on and the data charge of the cell is distributed (DataCharge Share) to the bit lines BLL and BLR, and the carried data is transferred to the sensing input node S3 of the second sense amplifier 7, As shown in FIG. 2D, the NMOS transistors N26 and N27 are turned off using the ground power supply VSS to sense the bit line BL and the second sense amplifier 7. The input node S3, the bit line bar BLB, and the sensing input node S4 of the second sense amplifier 7 are isolated.

그 후, 도 2 의 (마)에 도시된 바와 같이 VSP1과 VSN1B로 센싱 입력 노드 (S1)와 센싱 입력 노드(S2)에 매달린 제 1 센스 증폭기(1)를 활성화 시켜 첫 번째 데이터를 읽어내고, 피드백 전압(VFB)을 도 2 의 (바)에 도시된 바와 같이 전원 전압(VCC)으로 가하여, 엔모스 트랜지스터(N24, N25)를 통하여 우측 비트라인(BLR) 과 우측 비트라인 바(BLRB)의 전압 즉, 엔모스 트랜지스터(N24, N25)의 게이트 전압에 따라 콘덴서(C9, C10)의 커플링(Coupling) 양을 조절함으로써, 2차 센싱의 입력인 센싱 입력 노드(S3)와 센싱 입력 노드(S4)에 변형을 가한 후, VSP2과 VSN2B를 도 2 의 (사)에 도시된 바와 같이 동작시켜 제 2 센스 증폭기(7)를 활성화 시켜, 두 번째 데이터를 읽어낸다.Thereafter, as shown in FIG. 2E, the first sense amplifier 1 suspended from the sensing input node S1 and the sensing input node S2 is activated with VSP1 and VSN1B to read the first data. The feedback voltage VFB is applied to the power supply voltage VCC as shown in FIG. 2 (bar) to pass through the NMOS transistors N24 and N25 to the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB. By adjusting the coupling amount of the capacitors C9 and C10 according to the voltage, that is, the gate voltages of the NMOS transistors N24 and N25, the sensing input node S3 and the sensing input node (the input of the second sensing) After modification to S4), VSP2 and VSN2B are operated as shown in Fig. 2G to activate the second sense amplifier 7 to read the second data.

세번째로, 리스토어(Restore) 구간에서 도 2 의 (아)에 도시된 바와 같이, VMT0는 VCC+로 그대로 있고 VMT1은 접지 전원(VSS)으로 되어 왼쪽 비트라인 바(BLLB)를 격리시킨 후, 리스토어 전압(VRST)을 도 2 의 (자)에 도시된 바와 같 이 VCC+로 가하여 노드(X4)의 전위에 따라, 상기 노드(X4)가 "하이"면 엔모스 트랜지스터(N21)가 턴-온 되어, 노드(X1)를 VCC+로 만들어 엔모스 트랜지스터(N2)를 통하여 좌측 비트라인(BLL)의 차지와 우측 비트라인(BLR)의 차지 및 우측 비트라인 바(BLRB)의 차지가 모두 분배(Share) 되므로서, 특정 전압(2/3VCC, 1/3VCC)을 만들어 좌/우측 메모리 셀(2, 4)에 리스토어한다.Third, as shown in (a) of FIG. 2 in the restore section, VMT0 remains VCC + and VMT1 becomes the ground power supply VSS to isolate the left bit line bar BLB, and then restore voltage. When the node X4 is "high", the NMOS transistor N21 is turned on according to the potential of the node X4 by applying the VRST to VCC + as shown in FIG. Since the node X1 is made VCC +, the charge of the left bit line BLL, the charge of the right bit line BLR, and the charge of the right bit line bar BLRB are shared through the NMOS transistor N2. Then, specific voltages (2 / 3VCC, 1 / 3VCC) are generated and restored to the left and right memory cells 2 and 4.

위에서 기존의 멀티 센싱(Multi Sensing)의 개략적인 리드(Read)와 라이트 (Write)의 동작을 살펴보았다.In the above, the read and write operations of the existing multi-sensing have been described.

이제 기존의 멀티 센싱(Multi Sensing) 동작에서 노드(X4)가 HVCC로 프리차지(Precharge) 되지 않고, HVCC-Vtn으로 프리차지된 경우 문제가 발생되는 것에 대하여 살펴보자.Now, the problem occurs when the node X4 is not precharged by HVCC but is precharged by HVCC-Vtn in the conventional multi-sensing operation.

셀의 데이터가 (1, 0)인 경우 즉, 셀에 2/3VCC가 저장되어 있다가 리드되는 경우를 살펴보면 (결국에는 S1=VCC, S2=VSS, S3=VSS, S4=VCC의 데이터가 실려야 올바른 동작임), 도 4 의 (가)에 도시된 바와 같이 이퀄라이즈 신호(EQU)가 "로우"로 디스에이블(Disable) 되어 비트라인(BL)과 비트라인 바(BLB)를 모두 프리차지 시킨 후 턴-오프 된다.If the data of the cell is (1, 0), that is, 2/3 VCC is stored and read in the cell (finally S1 = VCC, S2 = VSS, S3 = VSS, and S4 = VCC must be loaded). The equalization signal EQU is disabled as "low" as shown in FIG. 4A, thereby precharging both the bit line BL and the bit line bar BLB. After turn-off.

이때, 노드(X4)도 HVCC로 프리차지 되어 있다고 생각하고 워드라인(WL1)이 도 4 의 (나)에 도시된 바와 같이 턴-온되어 2/3VCC를 가지고 있던 좌/우측 메모리 셀(2, 4)의 데이터가 차지가 분배(Charge Sharing)으로 비트라인(BL)에 실리고 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S3)에도 실린다.At this time, it is assumed that the node X4 is also precharged with the HVCC, and the word line WL1 is turned on as shown in (b) of FIG. 4 to have 2/3 VCCs. The data of 4) is loaded on the bit line BL by charge sharing and is also loaded on the sensing input node S3 of the second sense amplifier 7.

이때 비트라인(BL)과 센싱 입력 노드(S3)에 실린 데이터는 "HVCC+△V"이고, 도 4 의 (라)에 도시된 바와 같이 VCT2가 "로우"로 제 2 센스 증폭기(7)의 센싱 입력 노드(S3, S4)를 비트라인(BL)과 비트라인 바(BLB)로 부터 분리시킨 후, 도 4 의 (마)에 도시된 바와 같이 VSP1과 VSN1B에 의해 제 1 센스 증폭기(1)를 활성화(active)시켜, 1차 센싱으로 "하이" 데이터(S1=VCC, S2=VSS)를 읽어낸다.At this time, the data loaded on the bit line BL and the sensing input node S3 is “HVCC + ΔV”, and the sensing of the second sense amplifier 7 with VCT2 “low” as shown in (d) of FIG. 4. After the input nodes S3 and S4 are separated from the bit line BL and the bit line bar BLB, the first sense amplifier 1 is connected by VSP1 and VSN1B as shown in FIG. Activate to read "high" data (S1 = VCC, S2 = VSS) with primary sensing.

이때, 델타(Delta) V10(셀의 데이터가 (1,0)인 경우의 비트라인의 전압차)은 도 4 의 (타)에 도시된 바와 같이 좌/우측 메모리 셀(2, 4)에 VCC가 저장돼 있을 때 보다는 센싱 입력 마진이 줄어든 것은 당연하다.At this time, the delta V10 (voltage difference of the bit line when the data of the cell is (1,0)) is set to VCC in the left and right memory cells 2 and 4 as shown in (ta) of FIG. Obviously, the sensing input margin is reduced compared to when is stored.

이때, 피드백 전압(VFB)의 동작으로 도 4 의 (바)에 도시된 바와 같이 2차 센싱 입력 레벨에 변화를 주게 되는데, 그때 VFB 동작 타이밍은 센싱 입력 노드 (S3, S4)의 변화에 큰 영향을 미친다.At this time, the operation of the feedback voltage VFB changes the secondary sensing input level as shown in FIG. 4B, where the VFB operation timing greatly affects the change of the sensing input nodes S3 and S4. Crazy

여기서, 피드백 전압(VFB)의 동작으로 S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V" 로 변형돼야 정상적인 2차 센싱이 가능하다.Here, normal secondary sensing is possible only when the feedback voltage VFB is modified to S3 = "HVCC- DELTA V" and S4 = "HVCC + DELTA V".

그러나, 그 과정에서 실제로는 문제가 발생되는데 그것은 우측 비트라인 (BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 벌어지면서 엔모스 트랜지스터(N22, N23)의 접합 캐패시터(Junction Cap)가 커플링(Coupling)으로 작용하여 센싱 입력 노드(S3, S4)에 원하지 않는 변형이 일어나기 시작한다.However, a problem actually occurs in the process, in which the junction caps of the NMOS transistors N22 and N23 are coupled as the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are opened. In this manner, unwanted deformations start to occur at the sensing input nodes S3 and S4.

이때, 그 변형의 정도는 도 4 의 (카)에 도시된 비와 같이 우측 비트라인 (BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 벌어질수록 그 변형은 심하게 일어난다.At this time, the degree of the deformation occurs as the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are widened as shown in the ratio (c) of FIG. 4.

그러므로, 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 최소로 벌어질 때 피드백 전압(VFB)을 동작시키면 원하지 않는 변형은 최소화할 수 있다.Therefore, the unwanted deformation can be minimized by operating the feedback voltage VFB when the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are opened to the minimum.

그러나, 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 아직 벌어지지 않은 상태에서 피드백 전압(VFB)을 동작시키면, 선별적 데이터 변형을 할 수 없게 된다.However, if the feedback voltage VFB is operated while the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are not open yet, selective data transformation cannot be performed.

즉, 우측 비트라인(BLR)이 "하이"로 인식되어 엔모스 트랜지스터(N24)를 통하여 콘덴서(C9)에 커플링(Coupling)이 많이 일어나고, 우측 비트라인 바(BLRB)가 "로우"로 엔모스 트랜지스터(N25)를 통하여 콘덴서(C10)에 커플링(Coupling)이 적게 일어나야 하는데, 그런 현상이 일어나지 않게 되어 원하는 상태(S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V)로 센싱 입력 노드(S3, S4)에 변형을 가할 수 없게 된다.That is, the right bit line BLR is recognized as "high" and a lot of coupling occurs to the capacitor C9 through the NMOS transistor N24, and the right bit line bar BLRB is "low". The coupling (Coupling) should be less to the capacitor (C10) through the MOS transistor (N25), such a phenomenon does not occur so that the sensing input in the desired state (S3 = HVCC- DV, S4 = HVCC + D) Deformation cannot be applied to the nodes S3 and S4.

이런 이유로 피드백 전압(VFB) 동작 타이밍의 최적화는 엔모스 트랜지스터 (N22, N23)에 의한 원하지 않는 변형은 적고, 엔모스 트랜지스터(N24, N25)의 선별적 동작이 가능한 시점이다.For this reason, the optimization of the feedback voltage VFB operation timing is a time point at which the unwanted modifications of the NMOS transistors N22 and N23 are small and the NMOS transistors N24 and N25 can be selectively operated.

즉, 우측 비트라인(BLR)이 "HVCC+Vt" , 우측 비트라인 바(BLRB)가 "HVCC-Vt" 일 때 정도이다.That is, when the right bit line BLR is "HVCC + Vt" and the right bit line bar BLRB is "HVCC-Vt".

도 8 에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션에서 VCC=3.3V일 때 우측 비트라인 (BLR)이 2.28V이고 우측 비트라인 바(BLRB)가 0.89V일 때 이다.As shown in FIG. 8, the right bit line BLR is 2.28V and the right bit line bar BLRB is 0.89V when VCC = 3.3V in the simulation.

여기서, 피드백 전압(VFB) 동작의 최적화를 한다고 하여도 아래에서 설명할 노드(X4)에 의한 원치않는 변형으로 각 데이터( "11" , "10" , "1" , "0" )에 대한 정상적인 동작은 어렵다.Here, even if the feedback voltage (VFB) operation is optimized, it is normal for each data "11", "10", "1", and "0" due to an unwanted deformation by the node X4 described below. The operation is difficult.

여기서, 노드(X4)에 대하여 생각해 보자.Here, consider node X4.

노드(X4)가 어떤 전위(HVCC)로 프리차지되어 있는 것은 2차 센싱의 입력 레벨에 큰 영향을 준다.The precharge of node X4 to some potential HVCC greatly affects the input level of secondary sensing.

그것은 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)이 VCC로, 우측 비트라인 바(BLRB)가 VSS로 벌어지기 시작하면, 우측 비트라인(BLR)이 엔모스 트랜지스터(N22)의 게이트 전압으로 작용하여 엔모스 트랜지스터(N22)를 턴-온 시키기 시작하므로서, 노드(X4)와 노드(S4)를 같게(Equalize) 시키기 시작하여 원하지 않는 변형이 생긴다.In the first sense, when the right bit line BLR becomes VCC and the right bit line bar BLRB begins to spread to VSS, the right bit line BLR acts as a gate voltage of the NMOS transistor N22, which causes By starting to turn on the MOS transistor N22, the node X4 and the node S4 begin to equalize, thereby causing undesired deformation.

그러나, 여기서 실제로 노드(X4)는 "HVCC-Vt" 밖에 프리차지 되지 못하므로 문제가 발생된다.However, here, a problem occurs because the node X4 is actually precharged only "HVCC-Vt".

즉, 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)이 VCC로, 우측 비트라인 바(BLRB)가 VSS로 벌어지다가 우측 비트라인(BLR)이 "HVCC+Vt" 이 되면, 엔모스 트랜지스터 (N22)의 게이트 전압으로 작용하여 엔모스 트랜지스터(N22)를 턴-온시켜 노드(X4)와 센싱 입력 노드(S4)를 이퀄라이즈(Equalize) 시키기 시작하여, 센싱 입력 노드 (S4)가 도 12 에 도시된 바와 같이 크게 떨어진다.That is, when the right bit line BLR becomes VCC, the right bit line bar BLRB becomes VSS, and the right bit line BLR becomes “HVCC + Vt” by primary sensing, the NMOS transistor N22 The NMOS transistor N22 is turned on to act as a gate voltage to start to equalize the node X4 and the sensing input node S4, so that the sensing input node S4 is shown in FIG. 12. Falls greatly together.

상기와 같이 크게 떨어진 레벨은, 피드백 전압(VFB)의 동작으로 엔모스 트랜지스터(N24)를 통하여, 도 4 의 (타)에 도시된 바와 같이 처럼 센싱 입력 노드(S4)가 노드(S3)보다 높게 뒤집어져야 하는데 즉, S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V" 이렇게 되야 하는데 그런 동작이 일어날 수 없게 되어 2차 센싱 데이터는 불량(Fail)이 발생된다.As shown in FIG. 4 (ta), the sensing input node S4 is higher than the node S3 through the NMOS transistor N24 by the operation of the feedback voltage VFB. In other words, S3 = "HVCC- DELTA V", S4 = "HVCC + DELTA V", and so on, such an operation cannot be performed, causing secondary sensing data to fail.

위에서 서술한 피드백 전압(VFB) 동작의 최적화가 이루어 지더라도 노드 (X4)에 의한 문제점이 합쳐져, 도 3 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 각 데이터( "11" , "10" , "01" , "00" )에 대한 정상적인 동작은 어렵다.Even if the above-described optimization of the feedback voltage VFB operation is made, the problems caused by the node X4 add up, and as shown in FIGS. 3 to 6, the respective data "11", "10", "01", Normal operation for " 00 "

여기서, 각 데이터에 따른 불량(Fail) 현상을 살펴 보자.Here, let's look at the failure phenomenon according to each data.

첫 번째 ; "11" 데이터인 경우 도 7 에 도시된 바와 같이, 첫 데이터는 "하이 ( S3="HVCC+△V" , S4="HVCC-△V" )" 두번째 데이터도 "하이 ( S3="HVCC+△V", S4="HVCC-△V" )" 이어야 한다.first ; In the case of " 11 " data, as shown in Fig. 7, the first data is " high (S3 = "HVCC + ΔV", S4 = "HVCC-ΔV") "and the second data is" high (S3 = "HVCC + ΔV"). ", S4 =" HVCC- DELTA V ").

여기서 전술한 동작 방법으로 그 데이터에 따라 생각해 보면, 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 HVCC에서 VCC, VSS쪽으로 벌어지기 시작하면서 엔모스 트랜지스터(N22)가 턴-온되기 시작하여, 노드(X4, S4)를 이퀄라이즈(Equalize) 시키기 시작하여 센싱 입력 노드(S4)의 전위를 높이면서 피드백 전압(VFB)의 동작으로 엔모스 트랜지스터(N24)와 콘덴서(C9)의 커플링 (Coupling)으로 노드(S4)의 전위를 더욱 높이게 된다.According to the above-described operation method according to the data, the NMOS transistor N22 is turned while the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB start to spread from the HVCC to the VCC and VSS by the first sensing. Starts on, equalizes nodes X4 and S4, increases the potential of sensing input node S4, and operates the feedback voltage VFB to operate NMOS transistor N24 and capacitor C9. ), The potential of the node S4 is further increased.

여기서, 노드(X4, S4)의 이퀄라이즈(Equalize) 동작은 "11" 데이터인 경우 2차 센싱 입력 마진(margin)을 더욱 나쁘게 하는 요소로 작용한다.Here, the equalization operation of the nodes X4 and S4 serves as a factor for worsening the second sensing input margin in the case of "11" data.

또한, "11" 데이터인 경우에 지속적인 엔모스 트랜지스터(N22)를 통한 노드 (S4)에 대한 지속적인 커플링으로 2차 센싱때 데이터의 반전이 생겨 불량(Fail)으로 만든다.In addition, in the case of the "11" data, the continuous coupling to the node S4 through the continuous NMOS transistor N22 causes inversion of the data during the second sensing, which causes a failure.

두 번째 ; "10" 데이터인 경우 도 8 에 도시한 바와 같이, 첫 데이터는 "하이 ( S3="HVCC+△V" , S4="HVCC-△V" )" 두번째 데이터는 "로우 ( S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V" )" 이어야 한다.second ; In the case of "10" data, as shown in FIG. 8, the first data is "high (S3 =" HVCC + ΔV ", S4 =" HVCC-ΔV ")" and the second data is "low (S3 =" HVCC-Δ). V ", S4 =" HVCC + ΔV ")".

여기서 전술한 동작 방법으로 그 데이터에 따라 생각해 보면, 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 HVCC에서 VCC, VSS쪽으로 벌어지기 시작하면서 엔모스 트랜지스터(N22)가 턴-온되기 시작하여, 노드(X4, S4)를 이퀄라이즈(Equalize) 시켜서 센싱 입력 노드(S4)의 전위를 높이면서 피드백 전압 (VFB)의 동작으로 엔모스 트랜지스터(N24)와 콘덴서(C9)의 커플링(Coupling)으로센싱 입력 노드(S4)의 전위를 더욱 높이게 된다.According to the above-described operation method according to the data, the NMOS transistor N22 is turned while the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB start to spread from the HVCC to the VCC and VSS by the first sensing. Starts on, equalizes nodes X4 and S4 to increase the potential of sensing input node S4 and operates feedback voltage VFB to operate NMOS transistor N24 and capacitor C9. Coupling further increases the potential of the sensing input node S4.

여기서, 노드(X4, S4)의 이퀄라이즈(Equalize) 동작은 "10" 데이터인 경우 2차 센싱 입력 마진(margin)을 더욱 좋게 하는 요소로 작용한다.Here, the equalizing operation of the nodes X4 and S4 serves as an element for further improving the second sensing input margin in the case of "10" data.

또한, "10" 데이터인 경우에 지속적인 엔모스 트랜지스터(N22)를 통한 노드 (S4)에 대한 지속적인 커플링으로 2차 센싱 입력 마진은 더욱 좋게 만들어 문제를 발생 시키지 않는다.In addition, in the case of "10" data, the continuous coupling to the node S4 through the continuous NMOS transistor N22 makes the secondary sensing input margin even better and does not cause a problem.

세 번째 ; "01" 데이터인 경우 도 9 에 도시한 바와 같이, 첫 데이터는 "로우 ( S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V" )" 두번째 데이터는 "하이 ( S3="HVCC+△V" , S4="HVCC-△V" )" 이어야 한다.third ; In the case of "01" data, as shown in FIG. 9, the first data is "low (S3 =" HVCC-ΔV ", S4 =" HVCC + ΔV ")" and the second data is "high (S3 =" HVCC + ΔV). ", S4 =" HVCC-ΔV ")".

여기서 전술한 동작 방법으로 그 데이터에 따라 생각해 보면, 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 HVCC에서 VCC, VSS쪽으로 벌어지기 시작하면서 엔모스 트랜지스터(N23)가 턴-온되기 시작하여, 노드(X4, S4)를 이퀄라이즈(Equalize) 시켜서 센싱 입력 노드(S4)의 전위를 높이면서 피드백 전압 (VFB)의 동작으로 엔모스 트랜지스터(N25)와 콘덴서(C10)의 커플링(Coupling)으로 센싱 입력 노드(S4)의 전위를 더욱 높이게 된다.According to the above-described operation method according to the data, the NMOS transistor N23 is turned while the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB start to spread from the HVCC to the VCC and VSS in the first sensing. It starts to turn on, and equalizes the nodes X4 and S4 to increase the potential of the sensing input node S4 while operating the feedback voltage VFB to operate the NMOS transistor N25 and the capacitor C10. Coupling further increases the potential of the sensing input node S4.

여기서, 노드(X4, S4)의 이퀄라이즈(Equalize) 동작은 "01" 데이터인 경우 2차 센싱 입력 마진(margin)을 더욱 좋게 하는 요소로 작용한다.Here, the equalization operation of the nodes X4 and S4 serves as an element for further improving the second sensing input margin in the case of "01" data.

또한, "01" 데이터인 경우에 엔모스 트랜지스터(N23)를 통한 센싱 입력 노드 (S3)에 대한 지속적인 커플링으로 2차 센싱 입력 마진은 더욱 좋게 만들어 문제를 발생 시키지 않는다.In addition, in the case of "01" data, the secondary sensing input margin is further improved due to continuous coupling to the sensing input node S3 through the NMOS transistor N23, thereby not causing a problem.

네 번째; "00" 데이터인 경우 도 10 에 도시한 바와 같이, 첫 데이터는 "로우( S3="HVCC- △V" , S4="HVCC+△V" )" 두번째 데이터도 "로우 ( S3="HVCC-△V" , S4="HVCC+△V" )" 이어야 한다.fourth; In the case of "00" data, as shown in Fig. 10, the first data is " low (S3 = " HVCC- DELTA V "), and the second data is " low " S3 = " HVCC- D " V ", S4 =" HVCC + ΔV ")".

여기서 전술한 동작 방법으로 그 데이터에 따라 생각해 보면, 1차 센싱으로 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 HVCC에서 VCC, VSS쪽으로 벌어지기 시작하면서 엔모스 트랜지스터(N23)가 턴-온되기 시작하여, 노드(X4, S4)를 이퀄라이즈(Equalize) 시켜서 노드(S4)의 전위를 높이면서 피드백 전압(VFB)의 동작으로 엔모스 트랜지스터(N25)와 콘덴서(C10)의 커플링(Coupling)으로 센싱 입력 노드(S4)의 전위를 더욱 높이게 된다.According to the above-described operation method according to the data, the NMOS transistor N23 is turned while the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB start to spread from the HVCC to the VCC and VSS in the first sensing. Coupling of the NMOS transistor N25 and the capacitor C10 by the operation of the feedback voltage VFB while increasing the potential of the node S4 by equalizing the nodes X4 and S4. Coupling further increases the potential of the sensing input node S4.

여기서, 노드(X4, S4)의 이퀄라이즈(Equalize) 동작은 "00" 데이터인 경우 2차 센싱 입력 마진(margin)을 더욱 나쁘게 하는 요소로 작용한다.Here, the equalizing operation of the nodes X4 and S4 acts as a factor worsening the secondary sensing input margin in the case of "00" data.

또한, "00" 데이터인 경우에 엔모스 트랜지스터(N23)를 통한 센싱 입력 노드 (S3)에 대한 지속적인 커플링으로 2차 센싱 입력 마진을 더욱 나쁘게 만들어 문제를 발생 시킨다.In addition, in the case of "00" data, the continuous coupling to the sensing input node S3 through the NMOS transistor N23 makes the secondary sensing input margin worse and causes a problem.

위에서 살펴 본 각각의 데이터에 따른 동작에서 엔모스 트랜지스터(N22, N23)에 의한 우측 비트라인(BLR), 우측 비트라인 바(BLRB)와 센싱 입력 노드(S3, S4) 사이의 지속적인 커플링은 2차 센싱 입력 마진에 불균형한 작용으로 불량 (Fail)을 유발한다.In the operation according to the data described above, the continuous coupling between the right bit line BLR, the right bit line bar BLRB and the sensing input nodes S3 and S4 by the NMOS transistors N22 and N23 is 2; An unbalanced action on the secondary sensing input margin causes a failure.

한편, 리스토어(Restore)때 데이터가 "10"인 경우에 BLL=VCC, BLLB= VSS, BLR=VCC, BLRB=VSS 이고, 노드(X4)는 VCC이다.On the other hand, when data is "10" at the time of restore, BLL = VCC, BLLB = VSS, BLR = VCC, BLRB = VSS, and node X4 is VCC.

이때 VMT0=VCC+, VTM1=VSS 이고 VRST가 VCC+로 올라가면 VCC이던 노드(X4)의 전위가 부우스팅(Boosting)되어 "VCC+"+△V 전위가 되므로, 노드(X1)도 VCC+ 전위가 되어 좌측 비트라인(BLL), 우측 비트라인(BLR), 우측 비트라인 바(BLRB)가 차지 분배(Charge Share)하여 (2/3)*VCC 전위가 리스토어(Restore) 되어야 한다.At this time, if VMT0 = VCC +, VTM1 = VSS, and VRST goes up to VCC +, the potential of node X4, which was VCC, is boosted to become “VCC +” + ΔV potential, so node X1 becomes VCC + potential and left bit. The line BLL, the right bit line BLR, and the right bit line bar BLRB are charged share so that the (2/3) * VCC potential must be restored.

그러나, 이 동작에서 실제로는 VSS 로 있던 우측 비트라인 바(BLRB)가 차지 분배(Charge Share)하면서 (2/3)*VCC 까지 올라간다.However, in this operation, the right bitline bar (BLRB), which was actually at VSS, goes up to (2/3) * VCC with charge sharing.

이 과정에서 엔모스 트랜지스터(N23)가 턴-오프 상태로 있던 것이 턴-온 상태로 바뀌게 된다.In this process, the NMOS transistor N23 is turned off and is turned on.

이렇게 되므로써, "VCC+"+△V 로 있던 노드(X4)와 VSS로 있던 센싱 입력 노드(S3)가 이퀄라이즈(Equalize) 되어 노드(X4)의 전위를 떨어뜨려 리스토어 동작을 불안정하게 만든다.In this way, the node X4 at " VCC + " + DELTA V and the sensing input node S3 at VSS are equalized to lower the potential of the node X4, making the restore operation unstable.

전체적으로 기존의 멀티 센싱 회로는, 위에서 말한 피드백 전압(VFB) 동작의 문제점, 그 타이밍의 최적화에 따른 어려움과 노드(X4)에 기인한 문제점, 엔모스 트랜지스터(N22, N23)에 의한 우측 비트라인(BLR), 우측 비트라인 바(BLRB)와 센싱 입력 노드(S3, S4) 사이의 지속적인 커플링에 기인한 2차 센싱 입력 마진의 데이터에 따른 불균형한 작용으로 실제 동작은 제대로 동작하는 경우(데이터 "10, 01")와 불량(Fail)이 나는 경우(데이터 "11, 00")가 발생하는 문제점이 있다.In general, the conventional multi-sensing circuit has a problem of the above-mentioned operation of the feedback voltage VFB, difficulty in optimizing the timing and problems caused by the node X4, and the right bit line by the NMOS transistors N22 and N23. BLR), unbalanced action due to data in the secondary sense input margin due to continuous coupling between the right bitline bar (BLRB) and the sensing input nodes (S3, S4). 10, 01 ") and a failure (data" 11, 00 ") occur.

또한, 리스토어(Restore)때 노드(X4)의 불안정한 문제가 있다.In addition, there is an unstable problem of node X4 at restore time.

즉, 비교기(5)와 노드(X4)가 2차 센싱 때 그 센싱 입력 노드(S3, S4)에 원하지 않는 간섭 현상이 발생되어 문제점이 생기는 것이다.That is, when the comparator 5 and the node X4 sense the secondary, an unwanted interference phenomenon occurs at the sensing input nodes S3 and S4, thereby causing a problem.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점 들을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 멀티레벨 센스 증폭기 회로에서 2차 센싱 입력 노드를 완전히 분리시켜서 2차 센싱 입력의 효과적인 변형과 그 입력 이득을 좋게 확보할 수 있도록 한, 멀티레벨 센싱 회로 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems. The second sensing input node is completely separated from the multilevel sense amplifier circuit, so that the effective modification of the second sensing input and its input gain can be secured. It is an object of the present invention to provide a multilevel sensing circuit and a method thereof.

도 1 은 일반적인 멀티레벨 센스 증폭기의 구성 회로도,1 is a configuration circuit diagram of a general multilevel sense amplifier;

도 2 는 도 1 에 따른 리드와 리스토어 동작의 타이밍도,2 is a timing diagram of a read and restore operation according to FIG. 1;

도 3 은 도 1 에 따른 데이터가 Strong One(1, 1)인 경우의 리드와 리스토어 동작때의 내부 타이밍도,3 is an internal timing diagram during read and restore operations when data according to FIG. 1 is Strong One (1, 1);

도 4 는 도 1 에 따른 데이터가 Weak One(1, 0)인 경우의 리드와 리스토어 동작때의 내부 타이밍도,4 is an internal timing diagram during read and restore operations when data according to FIG. 1 is Weak One (1, 0);

도 5 는 도 1 에 따른 데이터가 Weak Zero(0, 1)인 경우의 리드와 리스토어 동작때의 내부 타이밍도,FIG. 5 is an internal timing diagram during read and restore operation when data according to FIG. 1 is Weak Zero (0, 1); FIG.

도 6 은 도 1 에 따른 데이터가 Strong Zero(0, 0)인 경우의 리드와 리스토어 동작때의 내부 타이밍도,6 is an internal timing diagram during read and restore operations when data according to FIG. 1 is Strong Zero (0, 0);

도 7 은 도 1 에 따른 데이터가 Strong One(1, 1)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,7 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when data according to FIG. 1 is Strong One (1, 1);

도 8 은 도 1 에 따른 데이터가 Weak One(1, 0)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,8 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when the data according to FIG. 1 is Weak One (1, 0).

도 9 는 도 1 에 따른 데이터가 Weak Zero(0, 1)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,9 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when the data according to FIG. 1 is Weak Zero (0, 1).

도 10 은 도 1 에 따른 데이터가 Strong Zero(0, 0)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,10 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when data according to FIG. 1 is Strong Zero (0, 0);

도 11 은 본 발명에 따른 멀티레벨 센싱 회로의 구성도,11 is a block diagram of a multilevel sensing circuit according to the present invention;

도 12 는 도 11 에 따른 리드와 리스토어 동작의 타이밍도,12 is a timing diagram of a read and restore operation according to FIG. 11;

도 13 은 도 11 에 따른 데이터가 Weak One(1, 0)인 경우의 리드와 리스토어 동작때의 내부 타이밍도,FIG. 13 is an internal timing diagram during read and restore operations when data according to FIG. 11 is Weak One (1, 0); FIG.

도 14 는 도 11 에 따른 데이터가 Strong One(1, 1)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,14 is a diagram illustrating a second sensing simulation result when the data according to FIG. 11 is Strong One (1, 1);

도 15 는 도 11 에 따른 데이터가 Weak One(1, 0)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,15 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when the data according to FIG. 11 is Weak One (1, 0);

도 16 은 도 11 에 따른 데이터가 Weak Zero(0, 1)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도,16 is an exemplary diagram illustrating a second sensing simulation result when the data according to FIG. 11 is Weak Zero (0, 1).

도 17 은 도 11 에 따른 데이터가 Strong Zero(0, 0)인 경우의 2차 센싱 시뮬레이션 결과 예시도이다.FIG. 17 is an exemplary view illustrating a second sensing simulation result when data according to FIG. 11 is Strong Zero (0, 0).

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 : 제 1 센스 증폭기 20 : 좌측 메모리 셀10: first sense amplifier 20: left memory cell

30 : 스위칭 트랜지스터 40 : 우측 메모리 셀30: switching transistor 40: right memory cell

50 : 비교기 60 : 피드백 소자50: comparator 60: feedback element

70 : 제 2 센스 증폭기 80 : 분리용 트랜지스터70 second sense amplifier 80 separation transistor

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 센싱동작과 리스토어 동작 사이에 비트라인 또는 비트라인 바를 선택적으로 이등분하는 스위칭소자. 메모리셀에 저장된 제1 데이터값을 독출하는 제1 센스 증폭기, 상기 메모리셀에 저장된 제2 데이터값을 독출하는 제2 센스 증폭기, 상기 메모리셀의 커패시터의 전하가 상기 비트라인과 상기 비트라인바에 실린 결과 그 전압차가 일정전압 이하인 경우 상기 제2센스 증폭기의 입력단의 전압차를 역전하는 피드백 소자, 및 상기 제2 센스 증폭기와 연결되어 상기 독출된 제1 데이터값 및 제2 데이터값을 비교하여 서로 다른 경우 상기 비트라인과 상기 비티라인바를 연결하여 전하를 분배하는 비교기를 구비한 멀티레벨 센스 증폭기에 있어서, 상기 비교기와 상기 제2 센스 증폭기 사이에 분리용 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a switching element for selectively dividing a bit line or a bit line bar between a sensing operation and a restore operation. A first sense amplifier reading a first data value stored in a memory cell, a second sense amplifier reading a second data value stored in the memory cell, and a charge of a capacitor of the memory cell in the bit line and the bit line When the voltage difference is less than a predetermined voltage, the feedback device for reversing the voltage difference between the input terminal of the second sense amplifier and the second sense amplifier are connected to compare the read first data value and the second data value. A multilevel sense amplifier having a comparator for distributing charges by connecting the bit line and the bit line bar when different from each other, the multi-level sense amplifier further comprising a separating transistor between the comparator and the second sense amplifier. It further comprises a level sensing circuit.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 멀티레벨로 데이터를 저장할 수 있는 디램에서 메모리 셀의 데이터를 저장하고 읽어내는 센싱 방법에 있어서, 비교기(50)와 제 2 센스 증폭기(70)의 입력 및 울력단위 센싱 입력노드(S3,S4)를 임의로 격리 혹은 연결시킬 수 있도록 동작하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a comparator 50 and a second sense amplifier 70 in a sensing method of storing and reading data of a memory cell in a DRAM capable of storing data at a multilevel. It is characterized in that it operates so as to arbitrarily isolate or connect the input and the force unit sensing input nodes (S3, S4).

본 발명에 따른 동작 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 의한 멀티레벨 센싱 회로는 도 11 에 도시한 바와 같이, 일반적 디램의 비트 라인(Bit line)과 좌/우측 메모리 셀(20, 40) 구조에 비트 라인당 제 1, 2 센스 증폭기(10, 70), 비트 라인당 피드백 소자(Feedback Element)(60), 기준 비트 라인을 분할하는 스위칭 트랜지스터(30), 비트 라인상에 형성된 비교기(50)를 구비한 멀티레벨 센스 증폭기에 있어서, 상기 비교기(50)와 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3, S4) 사이에 엔모스 트랜지스터(N34, N35)로 이루어진 분리용 트랜지스터(80)를 접속하여 구성한다.As shown in FIG. 11, the multilevel sensing circuit according to the present invention includes first and second sense amplifiers 10 per bit line in a bit line and a left and right memory cells 20 and 40 of a general DRAM. 70. A multilevel sense amplifier having a feedback element 60 per bit line, a switching transistor 30 for dividing a reference bit line, and a comparator 50 formed on the bit line. A separation transistor 80 composed of NMOS transistors N34 and N35 is connected between 50 and the sensing input nodes S3 and S4 of the second sense amplifier 70.

상기 분리용 트랜지스터(80)에서 엔모스 트랜지스터(N34)의 소오스는 센싱 입력 노드(S4)에, 드레인은 비교기(50)에, 게이트에는 1차 센싱 후 인에이블 되는 신호(VaftSA)를 연결한다.In the isolation transistor 80, the source of the NMOS transistor N34 is connected to the sensing input node S4, the drain is connected to the comparator 50, and a signal VaSA is enabled to the gate after the first sensing.

상기 엔모스 트랜지스터(N35)도 엔모스 트랜지스터(N34)와 동일한 구조로, 엔모스 트랜지스터(N35)의 소오스는 센싱 입력 노드(S3)에, 드레인은 비교기(50)에, 게이트에는 1차 센싱 후 인에이블 되는 신호(VaftSA)를 연결한다.The NMOS transistor N35 has the same structure as that of the NMOS transistor N34. The source of the NMOS transistor N35 is sensed at the sensing input node S3, the drain is provided at the comparator 50, and the gate is first sensed. Connect the enabled signal VaftSA.

첫번째로, 도 12 의 (가)에 도시된 바와 같이, 프리차지 구간(Precharge Period)에서 이퀄라이즈 신호(EQU)가 전원 전압(VCC)으로 있으면서 엔모스 트랜지스터(N7 -N9)가 모두 턴-온되어 있어, 비트라인(BLL, BLR)과 비트라인 바(BLLB, BLRB)를 모두 하프 전원전압(half VCC 이하 HVCC 라 칭함)으로 프리차지(Precharge) 시킨다.First, as shown in (a) of FIG. 12, all of the NMOS transistors N7-N9 are turned on while the equalizing signal EQU is the power supply voltage VCC in the precharge period. The bit lines BLL and BLR and the bit line bars BLB and BLRB are both precharged to the half supply voltage (hereinafter referred to as HVCC below half VCC).

이때, VCT1과 VCT2 모두 도 12 의 (다) 및 (라)에 도시된 바와 같이 고전압 (VCC+ = VPP)에 있으므로, 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3, S4)도 하프 전원전압(HVCC)으로 만든다.At this time, since both VCT1 and VCT2 are at a high voltage (VCC + = VPP) as shown in FIGS. 12C and 12D, the sensing input nodes S3 and S4 of the second sense amplifier 70 are also half power supply voltages. (HVCC)

두번째로, 리드(Read) 또는 라이트(Write) 구간에서 제 1 워드라인(wl1)이 도 12 의 (나)에 도시된 바와 같이 고전압(VCC+ = VPP)으로 턴-온되면, 엔모스 트랜지스터(N10)가 턴-온되어 비트라인(BLL, BLR)에 셀의 데이터 차지 몫(Data Charge Share)으로 실리고, 그 실린 데이터는 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3)로 전달된 후, VCT2를 도 12 의 (라)에 도시된 바와 같이 접지 전원(VSS)으로 하여 엔모스 트랜지스터(N26, N27)를 턴-오프 시켜, 비트라인(BL)과 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3), 비트라인 바(BLB)와 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S4)를 분리(Isolation) 시킨다.Second, when the first word line wl1 is turned on to the high voltage VCC + = VPP as shown in FIG. 12B in the read or write period, the NMOS transistor N10. ) Is turned on and loaded on the bit lines BLL and BLR as a data charge share of the cell, and the data is transferred to the sensing input node S3 of the second sense amplifier 70. As shown in (d) of FIG. 12, the NMOS transistors N26 and N27 are turned off using the ground power supply VSS to sense the sensing inputs of the bit line BL and the second sense amplifier 70. The node S3, the bit line bar BLB, and the sensing input node S4 of the second sense amplifier 70 are isolated.

그 후, 도 12 의 (마)에 도시된 바와 같이 VSP1과 VSN1B로 센싱 입력 노드 (S1)와 센싱 입력 노드(S2)에 매달린 제 1 센스 증폭기(10)를 활성화 시켜 첫 번째 데이터를 읽어내고, 피드백 전압(VFB)을 도 12 의 (바)에 도시된 바와 같이 전원 전압(VCC)으로 가하여, 엔모스 트랜지스터(N24, N25)를 통하여 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)의 전압 즉, 엔모스 트랜지스터(N24, N25)의 게이트 전압에 따라 콘덴서(C9, C10)의 커플링(Coupling) 양을 조절하므로서, 2차 센싱의 입력인 센싱 입력 노드(S3)와 센싱 입력 노드(S4)에 변형을 가한 후, VSP2과 VSN2B를 도 12 의 (사)에 도시된 바와 같이 동작시켜, 제 2 센스 증폭기(70)를 활성화 시키므로서 두 번째 데이터를 읽어낸다.Thereafter, as shown in FIG. 12E, the first sense amplifier 10 suspended between the sensing input node S1 and the sensing input node S2 is activated with VSP1 and VSN1B to read the first data. The feedback voltage VFB is applied to the power supply voltage VCC as shown in (bar) of FIG. 12, so that the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are connected through the NMOS transistors N24 and N25. By adjusting the coupling amount of the capacitors C9 and C10 according to the voltage, that is, the gate voltages of the NMOS transistors N24 and N25, the sensing input node S3 and the sensing input node (the input of the second sensing) After modification to S4), VSP2 and VSN2B are operated as shown in Fig. 12G to activate the second sense amplifier 70 to read the second data.

여기서, 상기 1차 센싱 후 인에이블 되는 신호(VaftSA)는 도 12 의 (차) 및 도 13 의 (파)에 도시한 바와 같이, 평상시 그라운드(GND) 접지 전압으로 엔모스 트랜지스터(N34, N35)를 턴-오프 상태로 유지한다.Here, the signal VaftSA that is enabled after the primary sensing is normally a ground (GND) ground voltage as shown in FIGS. 12A and 13B, and the NMOS transistors N34 and N35. To be turned off.

이렇게 되면, 2차 센싱의 입력 신호인 센싱 입력 노드(S3, S4)에 피드백 전압(VFB) 동작 타이밍의 최적화도 쉬워진다.In this case, it is also easy to optimize the timing of the feedback voltage VFB operation to the sensing input nodes S3 and S4 which are input signals for secondary sensing.

즉, 우측 비트라인(BLR)과 우측 비트라인 바(BLRB)가 최대로 벌어졌을 때 피드백 전압(VFB)의 동작 효율은 최대가 된다.That is, when the right bit line BLR and the right bit line bar BLRB are maximized, the operation efficiency of the feedback voltage VFB becomes maximum.

위에서 서술한 피드백 전압(VFB) 동작의 최적화가 이루어져, 도 14 내지 도 17 에 도시된 바와 같이 각 데이터( "11" , "10" , "01" , "00" )에 대하여 정상적으로 동작한다.Optimization of the feedback voltage VFB operation described above is made, and as shown in Figs. 14 to 17, the data is normally operated with respect to each of the data "11", "10", "01", and "00".

또, 노드(X4)에 기인한 센싱 입력 노드(S3, S4)와 노드(X4)와의 이퀄라이즈 문제점도 없어진다.In addition, the problem of equalization between the sensing input nodes S3 and S4 and the node X4 caused by the node X4 is also eliminated.

또한, 엔모스 트랜지스터(N22, N23)에 의한 우측 비트라인(BLR), 우측 비트라인 바(BLRB)와 센싱 입력 노드(S3, S4) 사이의 지속적인 커플링에 기인한 2차 센싱 입력 마진의 데이터에 따른 불균형한 작용도 차단되어 보이지 않는다.In addition, the data of the second sensing input margin due to the continuous coupling between the right bit line BLR, the right bit line bar BLRB and the sensing input nodes S3 and S4 by the NMOS transistors N22 and N23. The disproportionate action caused by this is not blocked.

세번째로, 리스토어(Restore) 구간에서 도 12 의 (아)에 도시된 바와 같이, VMT0는 VCC+로 그대로 있고 VMT1은 접지 전원(VSS)으로 되어 왼쪽 비트라인 바(BLLB)를 격리시킨 후, 리스토어 전압(VRST)을 도 12 의 (자)에 도시된 바와 같이 VCC+로 가하여 노드(X4)의 전위에 따라, 상기 노드(X4)가 "하이"면 엔모스 트랜지스터(N21)가 턴-온 되어, 노드(X1)를 VCC+로 만들어 엔모스 트랜지스터(N21)를 통하여 좌측 비트라인(BLL)의 차지와 우측 비트라인(BLR)의 차지 및 우측 비트라 인 바(BLRB)의 차지가 모두 분배(Share) 되므로서, 특정 전압(2/3VCC, 1/3VCC)을 만들어 좌/우측 메모리 셀(20, 40)에 리스토어한다.Third, as shown in (a) of FIG. 12 in the restore section, VMT0 remains VCC + and VMT1 becomes the ground power supply VSS to isolate the left bit line bar BLB, and then restore voltage. When the node X4 is "high", the NMOS transistor N21 is turned on according to the potential of the node X4 by applying the VRST to VCC + as shown in FIG. Since the charge of the left bit line BLL, the charge of the right bit line BLR and the charge of the right bit line bar BLRB are shared through the NMOS transistor N21 by making (X1) VCC +. Then, specific voltages (2 / 3VCC, 1 / 3VCC) are generated and restored to the left and right memory cells 20 and 40.

여기서 도 12 의 (차) 및 도 13 의 (파)에 도시한 바와 같이, 1차 센싱 후 인에이블 되는 신호(VaftSA)가 VCC로 엔모스 트랜지스터(N34, N35)를 턴-온 시키는 타이밍은 2차 센싱이 끝난 후이다.Here, as shown in FIG. 12 (difference) and FIG. 13 (wave), the timing for turning on the NMOS transistors N34 and N35 with VCC is the signal VaftSA that is enabled after the first sensing. After tea sensing is over.

반면에, 턴-오프 시키는 타이밍은 도 12 의 (자) 및 도 13 의 (자)에 도시한 바와 같이, 리스토어 전압(VRST)이 VCC+로 동작하기 직전이다.On the other hand, the timing for turning off is as immediately as the restore voltage VRST operates as VCC +, as shown in FIG. 12 and FIG. 13.

따라서, 2차 센싱이 시작될 때는 그 센싱 입력인 센싱 입력 노드(S3, S4)에 불량(Fail)을 만드는 요소들을 완전히 차단할 수 있다.Therefore, when the second sensing is started, elements that make a fail in the sensing input nodes S3 and S4 which are the sensing inputs can be completely blocked.

여기서 셀의 데이터가 (1, 0)인 경우 즉, 셀에 2/3VCC가 저장되어 있다가 리드되는 경우를 살펴보면 (결국에는 S1=VCC, S2=VSS, S3=VSS, S4=VCC의 데이터가 실려야 올바른 동작임), 도 13 의 (가)에 도시된 바와 같이 이퀄라이즈 신호(EQU)가 "로우"로 디스에이블(Disable) 되어 비트라인(BL)과 비트라인 바(BLB)를 모두 프리차지 시킨 후 턴-오프 된다.Here, if the data of the cell is (1, 0), that is, 2/3 VCC is stored and read in the cell (finally S1 = VCC, S2 = VSS, S3 = VSS, and S4 = VCC). The equalization signal EQU is disabled as low as shown in FIG. 13A to precharge both the bit line BL and the bit line bar BLB. Then turn off.

이때, 노드(X4)도 HVCC로 프리차지 되어 있다고 생각하고 워드라인(WL1)이 도 13 의 (나)에 도시된 바와 같이 턴-온되어 2/3VCC를 가지고 있던 좌/우측 메모리 셀(20, 40)의 데이터가 차지 몫(Charge Sharing)으로 비트라인(BL)에 실리고 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3)에도 실린다.At this time, it is assumed that the node X4 is also precharged with the HVCC, and the word line WL1 is turned on as shown in (b) of FIG. 13 to have 2/3 VCCs. The data of 40 is loaded on the bit line BL as charge sharing and is also loaded on the sensing input node S3 of the second sense amplifier 70.

이때 비트라인(BL)과 센싱 입력 노드(S3)에 실린 데이터는 "HVCC+△V"이고, 도 13 의 (라)에 도시된 바와 같이 VCT2가 "로우"로 제 2 센스 증폭기(70)의 센싱 입력 노드(S3, S4)를 비트라인(BL)과 비트라인 바(BLB)로 부터 분리시킨 후, 도 13 의 (마)에 도시된 바와 같이 VSP1과 VSN1B에 의해 제 1 센스 증폭기(10)를 활성 화(active)시켜, 1차 센싱으로 "하이" 데이터(S1=VCC, S2=VSS)를 읽어낸다.At this time, the data loaded on the bit line BL and the sensing input node S3 is “HVCC + ΔV”, and the sensing of the second sense amplifier 70 with VCT2 “low” as shown in (d) of FIG. 13. After the input nodes S3 and S4 are separated from the bit line BL and the bit line bar BLB, the first sense amplifier 10 is connected by VSP1 and VSN1B as shown in FIG. Activate to read "high" data (S1 = VCC, S2 = VSS) with primary sensing.

이때, 델타(Delta) V10은 도 13 의 (타)에 도시된 바와 같이 좌/우측 메모리 셀(20, 40)에 VCC가 저장돼 있을 때 보다는 센싱 입력 마진이 줄어든 것은 당연하다.At this time, it is natural that the delta V10 has a reduced sensing input margin than when the VCC is stored in the left and right memory cells 20 and 40, as shown in (ta) of FIG. 13.

또한, 센싱 입력 노드(S3, S4)가 fully VCC 혹은 fully VSS로 벌어진 후 동작 시키므로 노드(X4)가 정확한 동작을 할 수 있으며, 리스토어 때 노드(X4) 전위가 센싱 입력 노드(S3)로 빠져나가는 현상(예; 데이터 "10" 일 때)을 방지하여 충분한 리스토어 동작을 해낼 수 있다.In addition, since the sensing input nodes S3 and S4 operate after being fully VCC or fully VSS, the node X4 can operate correctly, and the potential of the node X4 exits to the sensing input node S3 when restoring. Sufficient restore operation can be achieved by preventing the phenomenon (eg, when data is "10").

각 데이터에 따른 불량이 발생하는 원인인 엔모스 트랜지스터(N22, N23)를 통한 지속적인 커플링도, 분리용 트랜지스터(80)의 엔모스 트랜지스터(N34, N35)가 턴-오프 상태로 있기 때문에, 2차 센싱의 입력단인 센싱 입력 노드(S3, S4)와 격리되어 전혀 영향을 줄 수 없어 완전한 2차 센싱이 가능하다.The continuous coupling through the NMOS transistors N22 and N23, which is the cause of the failure according to each data, also indicates that the NMOS transistors N34 and N35 of the isolation transistor 80 are turned off. It is isolated from the sensing input nodes S3 and S4, which are the input stages of the secondary sensing, and thus has no effect at all, thus enabling complete secondary sensing.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 멀티레벨 센스 증폭기 회로에서 2차 센싱 입력 노드를 완전히 분리시켜서 2차 센싱 입력의 변형을 효과적으로 할 수 있으며, 이로 인하여 그 입력 이득을 좋게 확보할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can effectively deform the secondary sensing input by completely separating the secondary sensing input node in the multilevel sense amplifier circuit, and thus, the effect of securing the input gain can be effectively obtained. have.

본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, and the like within the spirit and scope of the present invention, and such modifications and changes should be regarded as belonging to the following claims. something to do.

Claims (7)

각각의 메모리셀에 제1 데이터값과 제2 데이터값으로 구성되는 2비트의 정보를 (1,1)인 경우 Vcc, (1,0)인 경우 2/3Vcc, (0,1)인 경우 1/3Vcc를 저장하기 위하여,워드라인이 활성화되어 상기 메모리셀의 정보가 비트라인에 실린 후 제2 센스 증폭기를 격리하는 제2 격리수단, 메모리셀에 저장된 상기 제1 데이터값을 독출하는 제1 센스증폭기, 상기 제2 센스입력단의 두 입력단 중에서 낮은 입력단의 전위를 (1,1) 및 (0,0)인 경우의 상기 두 입력단의 전위차보다는 낮고 (1,0) 및 (1,0)인 경우의 전위차보다는 높은 전위차로 상승시키는 피드백 소자, 상기 피드백 소자의 피드백 작용 후 상기 제2 데이터값을 독출하는 상기 제2 센스증폭기, 상기 제2 센스증폭기의 센싱 후 상기 제1 센스증폭기를 분리하는 제1 격리수단, 상기 제1 격리수단에 의한 상기 제1 센스증폭기가 분리된 후 선택적으로 좌우측 상기 비트라인 또는 상기 비트라인바를 이등분하는 스위칭소자 및 상기 제2 센스 증폭기와 연결되어 독출된 상기 제1 데이터값 및 상기 제2 데이터값을 비교하여 서로 다른 경우 상기 비트라인 전체와 상기 분리된 비트라인바 중 어느 하나 도는 상기 비트라인바 전체와 상기 분리된 비트라인 중 어느 하나를 연결하여 전하를 분배하는 비교기를 구비하느 멀티레벨 센스 증폭기에 있어서,In each memory cell, two bits of information consisting of a first data value and a second data value have V cc for (1,1) and 2 / 3V cc , (0,1) for (1,0). In order to store 1 / 3V cc , the word line is activated so that the second isolation means for isolating the second sense amplifier after the information of the memory cell is loaded on the bit line, and reading the first data value stored in the memory cell. Is lower than the potential difference between the two input terminals in the case of (1,1) and (0,0) among the two input terminals of the first sense amplifier and the second sense input terminal, and (1,0) and (1, A feedback element that rises to a potential difference higher than the potential difference in the case of 0), the second sense amplifier reading the second data value after the feedback action of the feedback element, and the first sense amplifier after sensing the second sense amplifier. First isolation means for separating the, the first sense amplifier by the first isolation means The first data value and the second data value, which are connected to the switching element and the second sense amplifier, which are selectively bisected into the left and right bit lines or the bit line bars after being compared with each other. In the multi-level sense amplifier having any one of the separated bit line bar or a comparator for distributing charge by connecting any one of the entire bit line bar and the separated bit line, 상기 비교기와 상기 제2 센스 증폭기 사이에 위치하는 분리용 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱회로.And a separation transistor positioned between the comparator and the second sense amplifier. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리용 트랜지스터는,The separation transistor, 상기 제2 센스 증폭기에 의한 2차 센싱이 충분히 된 후에 상기 비교기와 상기 제2 센스 증폭기를 연결하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 회로.And controlling the coupling of the comparator and the second sense amplifier after the second sensing by the second sense amplifier is sufficient. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리용 트랜지스터는,The separation transistor, 리스토어 동작을 하기 위하여 상기 비트라인 또는 상기 비트라인바를 선택적으로 이등분한 후 리스토어 전압(VRST)을 동작시키기 직전에 격리되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 회로.And selectively dividing the bit line or the bit line bar for a restore operation, and controlling to isolate the bit line or the bit line bar immediately before operating the restore voltage VRST. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분리용 트랜지스터는,The separation transistor, 엔모스(NMOS) 트랜지스터로 구성한 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 회로.A multilevel sensing circuit comprising NMOS transistors. 각각의 메모리셀에 제1 데이터값과 제2 데이터값으로 구성되는 2비트의 정보를 (1,1)인 경우 Vcc,(1,0)인 경우 2/3Vcc,(0,1)인 경우 1/3Vcc를 저장하기 위하여, 워드라인이 활성화되어 상기 메모리셀의 정보가 비트라인에 실리는 제1 단계, 제2 격리수단에 의하여 제2 센스증폭기를 격리하는 제2 단계, 제1 센스 증폭기에 의하여 상기 메모리셀에 저장된 상기 제1 데이터값을 독출하는 제3 단계, 피드백 소자에 의하여 상기 제2 센스입력단의 두 입력단 중에서 낮은 입력단의 전위를 (1,1) 및 (0,0)인 경우의 상기 두 입력단의 전위차보다는 낮고 (1,0) 및 (1,0)인 경우의 전위차보다는 높은 전위차로 상승시키는 제4 단계, 상기 제2 센스 증폭기에 의하여 상기 제2 데이터값을 독출하는 제5 단계, 제1 격리수단에 의하여 상기 제1 센스증폭기를 분리하는 제6 단계, 스위칭소자에 의하여 선택적으로 좌우측 상기 비트라인 또는 상기 비트라인바를 이등분하는 제7 단계, 비교기에 의하여 독출된 상기 제1 데이터값 및 상기 제2 데이터값을 비교하여 서로 다른 경우 상기 비트라인 전체와 상기 분리된 비트라인바 중 어느 하나 또는 상기 비트라인바 전체와 상기 분리된 비트라인 중 어느 하나를 연결하여 전하를 분배하는 제8 단계로 이루어지는 멀티레벨 센싱 방법에 있어서,Each memory cell has two bits of information consisting of a first data value and a second data value of V cc for (1,1) and 2 / 3V cc , (0,1) for (1,0). In this case, in order to store 1 / 3V cc , a word line is activated so that information of the memory cell is loaded on a bit line, a second step of isolating a second sense amplifier by a second isolation means, and a first sense. A third step of reading out the first data value stored in the memory cell by an amplifier; and (1,1) and (0,0) the potential of the lower input terminal of the two input terminals of the second sense input terminal by a feedback element. A fourth step of raising the potential difference lower than the potential difference between the two input terminals in the case of (1,0) and higher than the potential difference in the case of (1,0), and reading out the second data value by the second sense amplifier. In a fifth step, a sixth step of separating the first sense amplifier by a first isolation means, switching station A seventh step of selectively dividing the left and right bit lines or the bit line bars into two parts; comparing the first data value and the second data value read by a comparator, and comparing the entire bit lines with the separated bits In the multi-level sensing method comprising the eighth step of distributing charge by connecting any one of the line bar or the entire bit line bar and the separated bit line, 제 5단계이후에 상기 비교기와 상기 제2 센스 증폭기를 임의로 격리 혹은 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 방법.And optionally isolating or connecting the comparator and the second sense amplifier after the fifth step. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 연결 동작은,The connection operation, 상기 2차 센스 증폭기에 의한 2차 센싱이 충분히 된 후에 동작하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 방법.And operating after the second sensing by the second sense amplifier is sufficient. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 격리 동작은,The isolation operation is 리스토어 동작을 하기 위하여 상기 비트라인 또는 비트라인바를 선택적으로 이등분한 후 리스토어 전압(VRST)을 동작시키기 직전에 동작하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 센싱 방법.And a step of selectively dividing the bit line or the bit line bar for a restore operation and immediately before operating a restore voltage VRST.
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