KR100357041B1 - Low Voltage Current Sensing Amplifier - Google Patents

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KR100357041B1
KR100357041B1 KR10-1998-0057231A KR19980057231A KR100357041B1 KR 100357041 B1 KR100357041 B1 KR 100357041B1 KR 19980057231 A KR19980057231 A KR 19980057231A KR 100357041 B1 KR100357041 B1 KR 100357041B1
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Abstract

본 발명은 반도체 메모리에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기에 관한 것이다. 본 발명은 저전압 동작시에도 시간 지연을 최소화하여 빠른 감지를 수행할 수 있는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기에 있어서, 정비트라인 및 부비트라인의 전위를 전류원으로 인가받는 제1 및 제2 커런트 미러를 구비하며, 감지 증폭 인에이블신호에 응답하여 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 전류 레벨을 감지하여 그 결과를 정출력단 및 부출력단으로 출력하는 전류 감지 수단과, 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 전류 감지 수단에서 감지된 신호의 전압 차를 증폭하여 상기 정출력단 및 상기 부출력단으로 피드백하기 위한 피드백 수단을 구비하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기가 제공된다.The present invention relates to a semiconductor memory, and more particularly to a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device capable of performing fast sensing by minimizing time delay even during low voltage operation. According to an aspect of the present invention, in a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device, the bit line sense amplifier includes first and second current mirrors to receive potentials of the positive bit line and the sub bit line as current sources, and to the sense amplification enable signal. A current sensing means for sensing the current levels of the positive bit line and the sub bit line in response and outputting the result to the positive output terminal and the sub output terminal, and a signal sensed by the current sensing means in response to the sense amplification enable signal. There is provided a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device having a feedback means for amplifying a voltage difference of the feedback terminal and feeding it back to the positive output terminal and the negative output terminal.

Description

반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기Bitline Sense Amplifiers in Semiconductor Memory Devices

본 발명은 반도체 메모리에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory, and more particularly to a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device.

비트라인 감지 증폭기(sense amplifier)는 해당 비트라인쌍의 전위를 감지하여 이를 논리 레벨로 증폭하는 고이득, 광대역의 증폭기로서, 대부분 전압 레벨을 감지하여 증폭하는 방식을 사용하고 있다.A bit line sense amplifier is a high-gain, wideband amplifier that senses the potential of a corresponding bit line pair and amplifies it to a logic level. Most of the bit line sense amplifiers sense and amplify voltage levels.

최근 개인 휴대 장비 및 메모리 소자의 저전압화가 일반화됨에 따라 전압 레벨을 감지 증폭하는 방식은 상대적으로 전류 구동 능력이 떨어져 전압 감지를 위한 일정 레벨의 전압을 형성하는데 소요되는 시간이 길어진다. 즉, ΔV = Δt(I/C)에서 전류 I가 감소하고, 커패시터 용량 C가 증가하면 일정한 ΔV를 얻는 데 소요되는 시간 Δt가 증가하고, 그에 따라 데이터 감지 증폭 시간이 길어지는 문제가 있다.Recently, as the low voltage of personal portable equipment and memory devices becomes more common, a method of sensing and amplifying a voltage level has a relatively low current driving capability, and thus, it takes a long time to form a certain level of voltage for voltage sensing. That is, when ΔV = Δt (I / C), the current I decreases, and when the capacitor capacitance C increases, the time Δt required to obtain a constant ΔV increases, thereby increasing the data sensing amplification time.

도 1은 종래의 전압 감지 증폭기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional voltage sense amplifier.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 전압 감지 증폭기는 감지 증폭 인에이블 신호(SAE1)에 응답하여 정비트라인(BIT) 및 부비트라인(BITB)의 전압 레벨을 감지하여 1차 증폭하는 커런트 미러형(current mirror type)의 제1 증폭단(100)과, 감지 증폭 인에이블 신호(SAE2)에 응답하여 제1 증폭단(100)의 출력 신호를 2차 증폭하여 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)으로 출력하는 크로스 커플드형(cross-coupled type)의 제2 증폭단(110)과, 감지 증폭 인에이블 신호(SAE2)에 응답하여 감지 증폭기의 디스에이블시 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)을 프리차지 및 이퀄라이즈 시키는 프리차지 및 이퀄라이즈부(120)로 이루어진다. 여기서, 커런트 미러형의 제1 증폭단(100) 및 크로스 커플드형의 제2 증폭단(110)은 일반적인 감지 증폭기의 구조로 이루어진다.As shown in the figure, the conventional voltage sense amplifier detects the voltage level of the positive bit line (BIT) and the sub bit line (BITB) in response to the sense amplification enable signal SAE1 and performs a first-order amplification. (current mirror type) the first amplification stage 100 and the output signal of the first amplification stage 100 in the second response in response to the sense amplification enable signal (SAE2) by the secondary output terminal (OUT) and the sub-output terminal (OUTB) The second amplifier stage 110 of the cross-coupled type and a sense amplifier enable signal SAE2 are output in response to the sense amplification enable signal SAE2. It is composed of a precharge and equalization unit 120 to precharge and equalize. Here, the current mirror type first amplification stage 100 and the cross coupled second amplification stage 110 have a structure of a general sense amplifier.

상기와 같이 구성된 종래의 전압 감지 증폭기가 저전압 레벨에서 동작할 때, 전압 감지를 위해 정비트라인(BIT) 및 부비트라인(BITB)의 전압 레벨이 일정 레벨의 전압으로 형성되기까지 전압 감지 증폭기의 감지 증폭 동작이 일어나지 않고, 일정 레벨의 전압이 된 이후에야 제1 증폭단(100) 및 제2 증폭단(110)을 통해 감지 증폭 동작이 수행됨으로 인해 전체 데이터 감지 증폭에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.When the conventional voltage sense amplifier configured as described above operates at a low voltage level, the voltage sense amplifier of the voltage sense amplifier is formed until the voltage level of the bit line BIT and the bit line BITB is formed at a constant level for voltage sensing. Since the sensing amplification operation does not occur and the sensing amplification operation is performed through the first amplifying stage 100 and the second amplifying stage 110 only after the voltage reaches a predetermined level, the time required for the entire data sensing amplification is increased. there was.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저전압 동작시에도 시간 지연을 최소화하여 빠른 감지를 수행할 수 있는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device capable of performing fast sensing by minimizing time delay even in a low voltage operation.

도 1은 종래의 비트라인 감지 증폭기의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional bit line sense amplifier.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 감지 증폭기의 회로도.2 is a circuit diagram of a bitline sense amplifier in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3은 상기 도 2의 비트라인 감지 증폭기를 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB) 간의 임의의 전압 차에 대해 시뮬레이션한 결과 파형도.3 is a waveform diagram of a simulation of the bit line sense amplifier of FIG. 2 with respect to an arbitrary voltage difference between a positive bit line and a bit line.

도 4는 상기 도 1의 비트라인 감지 증폭기를 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB) 간의 임의의 전압 차에 대해 시뮬레이션한 결과 파형도.FIG. 4 is a waveform diagram of a simulation of the bit line sense amplifier of FIG. 1 with respect to an arbitrary voltage difference between a positive bit line (BIT) and a sub bit line (BITB). FIG.

도 5는 공급 전압의 변화에 따른 본 발명의 비트라인 감지 증폭기에 대한 시뮬레이션 결과 파형도.5 is a simulation result waveform diagram of a bit line sense amplifier of the present invention according to a change in supply voltage.

도 6은 본 발명에 따른 비트라인 감지 증폭기와 종래의 비트라인 감지 증폭기를 비교 시뮬레이션한 파형도.Figure 6 is a waveform diagram of a comparison simulation of the bit line sense amplifier according to the present invention and the conventional bit line sense amplifier.

도 7은 본 발명에 따른 비트라인 감지 증폭기와 종래의 비트라인 감지 증폭기의 인에이블시 소모되는 전류 소모량을 비교 시뮬레이션한 파형도.7 is a waveform diagram simulating comparison of current consumption when enabling a bit line sense amplifier and a conventional bit line sense amplifier according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

200 : 전류 감지부200: current sensing unit

210 : 피드백부210: feedback unit

220 : 프리차지 및 이퀄라이즈부220: precharge and equalization unit

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기에 있어서, 정비트라인 및 부비트라인의 전위를 전류원으로 인가받는 제1 및 제2 커런트 미러를 구비하며, 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 전류 레벨을 감지하여 그결과를 정출력단 및 부출력단으로 출력하는 전류 감지 수단과, 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 전류 감지 수단에서 감지된 신호의 전압 차를 증폭하여 상기 정출력단 및 상기 부출력단으로 피드백하기 위한 피드백 수단을 구비하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device, comprising a first and second current mirror to receive the potential of the positive bit line and the sub bit line as a current source And current sensing means for sensing current levels of the positive bit line and the sub bit line in response to a sense amplification enable signal, and outputting the results to the positive output terminal and the sub output terminal, and in response to the sense amplification enable signal. A bit line sense amplifier of a semiconductor memory device having a feedback means for amplifying a voltage difference of a signal sensed by the current sensing means and feeding back to the positive output terminal and the sub output terminal is provided.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 감지 증폭기의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a bit line sense amplifier according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 비트라인 감지 증폭기는, 다수의 커런트 미러로 구성되며, 각각의 커런트 미러의 전원 소스로서 정비트라인 및 부비트라인(BIT, BITB)을 인가받고, 감지증폭인에이블신호(SAE)에 응답하여 상기 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB)의 전류 레벨에 대한 감지 동작을 수행하여 그 결과를 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)으로 출력하는 전류 감지부(200)와, 감지증폭인에이블신호(SAE)에 응답하여 전류 감지부(200)에서 감지된 신호에 대한 전압 차를 증폭하여 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)으로 피드백 출력하는 피드백부(210)와, 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)에 응답하여 감지 증폭기가 디스에이블시 상기 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)를 프리차지 및 이퀄라이즈 시키는 프리차지 및 이퀄라이즈부(220)로 이루어진다.Referring to FIG. 2, the bit line sense amplifier according to the present embodiment includes a plurality of current mirrors, and receives a positive bit line and a sub bit line (BIT, BITB) as a power source of each current mirror, and detects the current. In response to the amplification enable signal SAE, a sensing operation is performed on current levels of the bit line BIT and the bit line BITB, and the result is output to the positive output terminal OUT and the negative output terminal OUTB. Amplifies the voltage difference with respect to the signal sensed by the current sensing unit 200 in response to the current sensing unit 200 and the sensing amplification enable signal SAE, and feeds it back to the positive output terminal OUT and the negative output terminal OUTB. Precharge and equalize the pre-charge and equalize the output terminal OUT and the output terminal OUTB when the sense amplifier is disabled in response to the output feedback unit 210 and the sense amplification enable signal SAE. It is made of a part 220.

좀 더 구체적인 구성을 살펴보면, 전류 감지부(200)는 드레인단이 정비트라인(BIT) 및 부비트라인(BITB)에 각각 연결되며 커런트 미러형으로 서로 연결되는PMOS 트랜지스터(P1, P2)와, PMOS 트랜지스터(P1, P2)의 소스단에 각기 연결되며 각각의 게이트로 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N1, N2)와, 드레인단이 정비트라인(BIT) 및 부비트라인(BITB)에 각각 연결되며 커런트 미러형으로 서로 연결되는 PMOS 트랜지스터(P3, P4)와, PMOS 트랜지스터(P3, P4)의 소스단에 각기 연결되며 각각의 게이트로 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N3, N4)를 구비한다. 정출력단(OUT)은 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단이며, 부출력단(OUTB)은 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단이다. 또한, NMOS 트랜지스터(N1)의 소스단 및 NMOS 트랜지스터(N3)의 소스단이 공통 접속되고, NMOS 트랜지스터(N2)의 소스단 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스단이 공통 접속된다.In more detail, the current sensing unit 200 includes a PMOS transistor P1 and P2 having a drain terminal connected to each of the positive bit line BIT and the sub bit line BITB and connected to each other in a current mirror type. NMOS transistors N1 and N2 connected to the source terminals of the PMOS transistors P1 and P2 and receiving the sense amplification enable signal SAE through their respective gates, and the drain terminals include a positive bit line and a bit bit. PMOS transistors P3 and P4, which are connected to the line BITB and are connected to each other in a current mirror type, are connected to source terminals of the PMOS transistors P3 and P4, respectively, and sense amplification enable signals SAE are connected to respective gates. And NMOS transistors N3 and N4 that receive. The constant output terminal OUT is a common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1, and the sub output terminal OUTB is a common connection terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4. The source terminal of the NMOS transistor N1 and the source terminal of the NMOS transistor N3 are commonly connected, and the source terminal of the NMOS transistor N2 and the source terminal of the NMOS transistor N4 are commonly connected.

다음으로, 피드백부(210)는 입력단이 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단에 연결되고 출력단이 NMOS 트랜지스터(N2, N4)의 공통 소스단(B)에 연결되는 인버터(211)와, 입력단이 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단에 연결되고 출력단이 NMOS 트랜지스터(N1, N3)의 공통 소스단(A)에 연결되는 인버터(212)와, 접지전원단에 연결되며 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)에 응답하여 인버터(211, 212)의 전류 소스로 작용하는 NMOS 트랜지스터(N7)를 포함한다. 인버터(211)는 전원전압단 및 NMOS 트랜지스터(N7)의 드레인단 사이에 직렬접속되며 각각의 게이트가 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단에 연결되는 PMOS 트랜지스터(P6) 및 NMOS 트랜지스터(N6)로 구성되며, 인버터(212)는 전원전압단 및 NMOS 트랜지스터(N7)의드레인단 사이에 직렬접속되며 각각의 게이트가 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단에 연결되는 PMOS 트랜지스터(P5) 및 NMOS 트랜지스터(N5)로 구성된다.Next, the feedback unit 210 includes an inverter having an input terminal connected to a common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1, and an output terminal connected to a common source terminal B of the NMOS transistors N2 and N4. 211, an inverter 212 having an input terminal connected to a common connection terminal of the PMOS transistor P4 and an NMOS transistor N4, and an output terminal connected to a common source terminal A of the NMOS transistors N1 and N3, and a ground; And an NMOS transistor N7 coupled to the power supply terminal and serving as a current source of inverters 211 and 212 in response to the sense amplification enable signal SAE. The inverter 211 is connected in series between the power supply voltage terminal and the drain terminal of the NMOS transistor N7, and the PMOS transistor P6 having its gate connected to the common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1, and NMOS transistor (N6), the inverter 212 is connected in series between the power supply voltage terminal and the drain terminal of the NMOS transistor (N7), each gate is a common connection terminal of the PMOS transistor P4 and NMOS transistor (N4) PMOS transistor P5 and NMOS transistor N5 connected to each other.

다음으로, 프리차지 및 이퀄라이즈부(220)는 게이트로 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)를 인가받으며, NMOS 트랜지스터(N1, N3)의 공통 소스단(A) 및 NMOS 트랜지스터(N2, N4)의 공통 소스단(B) 사이에 연결되어 감지 증폭기의 디스에이블 시 상기 공통 소스단(A, B)을 이퀄라이즈하여 안정된 감지 증폭 동작을 보장하기 위한 PMOS 트랜지스터(P7)와, 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)에 응답하여 정출력단(OUT) 및 부출력단(OUTB)를 전원전압 레벨로 각각 프리차지하기 위한 PMOS 트랜지스터(P8, P10)와, 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)에 응답하여 정출력 신호(OUT) 및 부출력 신호(OUTB)를 이퀄라이즈하기 위한 PMOS 트랜지스터(P9)를 포함한다.Next, the precharge and equalization unit 220 receives a sense amplification enable signal SAE through a gate, and the common source terminal A of the NMOS transistors N1 and N3 and the NMOS transistors N2 and N4. A PMOS transistor P7 and a sense amplification enable signal connected between the common source stage B to equalize the common source stages A and B to ensure stable sense amplification operation when the sense amplifier is disabled. In response to SAE, the PMOS transistors P8 and P10 for precharging the positive output terminal OUT and the negative output terminal OUTB to the power supply voltage level, respectively, and the positive output signal in response to the sense amplification enable signal SAE. OUT) and a PMOS transistor P9 for equalizing the negative output signal OUTB.

이하, 상기와 같이 구성된 비트라인 감지 증폭기의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the bit line sense amplifier configured as described above will be described.

설명의 편의를 위하여 정비트라인(BIT)에 하이 레벨(high level)의 데이터가 실리고, 부비트라인(BITB)에 로우 레벨(low level)의 데이터가 전달된다고 가정한다.For convenience of description, it is assumed that high level data is loaded on the bit line BIT and low level data is transferred to the sub bit line BITB.

감지 증폭 인에이블 신호(SAE)가 "로우"에서 "하이"로 천이되는 순간 본 실시예에 따른 전류 감지 증폭기는 감지 동작을 시작하게 된다. 즉, 종래의 전압 감지 증폭기와는 달리 정비트라인(BIT) 및 부비트라인(BITB)의 전압 차에 관계없이 감지 증폭 인에이블 신호(SAE)가 "하이"로 인에이블됨과 동시에 감지 동작을 시작한다. 커런트 미러 형태로 구성된 PMOS 트랜지스터(P1, P2, P3, P4)에 의해 PMOS 트랜지스터(P1, P2, P3, P4)의 각 드레인에 가해지는 전류 레벨에 따라 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단과 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단의 전하량이 결정된다.As soon as the sense amplification enable signal SAE transitions from "low" to "high", the current sense amplifier according to the present embodiment starts a sensing operation. That is, unlike the conventional voltage sense amplifier, the sense amplification enable signal SAE is enabled "high" and starts the sensing operation regardless of the voltage difference between the positive bit line BIT and the sub bit line BITB. do. PMOS transistors P1 and NMOS transistors N1 according to the current levels applied to the respective drains of the PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 by the PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 configured in the current mirror form. The amount of charges at the common connection terminal and the common connection terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4 is determined.

정비트라인(BIT)에 하이 레벨 데이터가 전달되면, PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단에 쌓이는 전하량이 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단에 축적되는 전하량보다 많기 때문에 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단에 입력단이 연결되는 인버터(211)의 NMOS 트랜지스터(N6)가 턴-온된다. 따라서, NMOS 트랜지스터(N2, N4)의 공통 소스단(B) 레벨이 0V로 급격하게 변하여 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단 또한 빠른 속도로 0V로 변하게 된다. 이때, 입력단이 PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단에 연결되는 인버터(212)의 PMOS 트랜지스터(P5)가 턴-온됨으로써 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단이 하이 레벨로 급격히 변하게 된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 전류 감지 증폭기를 통해 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 공통 접속단으로부터 하이 레벨의 출력 신호가 출력되며, PMOS 트랜지스터(P4) 및 NMOS 트랜지스터(N4)의 공통 접속단으로부터 0V의 출력 신호가 출력된다.When high level data is transferred to the positive bit line BIT, the amount of charge accumulated at the common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 is accumulated at the common connection terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4. The NMOS transistor N6 of the inverter 211 whose input terminal is connected to the common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 is turned on because it is larger than the amount of charge. Therefore, the level of the common source terminal B of the NMOS transistors N2 and N4 changes rapidly to 0V, so that the common connection terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4 also changes to 0V at a high speed. At this time, the PMOS transistor P5 of the inverter 212 whose input terminal is connected to the common connection terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4 is turned on so that the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 are common. The connection stage changes rapidly to a high level. As a result, a high level output signal is output from the common connection terminal of the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1 through the current sense amplifier according to the present invention, and the common of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N4. An output signal of 0V is output from the connection terminal.

상기 동작 설명에서와 반대로 정비트라인(BIT)에 로우 레벨의 데이터가, 부비트라인(BITB)에 하이 레벨의 데이터가 각각 실리는 경우 역시 상기 동작과 동일한 방법으로 감지 증폭을 수행하게 된다.Contrary to the operation description, when the low level data is loaded on the bit line BIT and the high level data is loaded on the sub bit line BITB, the sensing amplification is performed in the same manner as the above operation.

도 3은 상기 도 2의 비트라인 감지 증폭기를 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB) 간의 전압 차가 10, 30, 50, 70, 90, 110mV인 경우에 대해 시뮬레이션한 결과 파형도이고, 도 4는 상기 도 1의 비트라인 감지 증폭기를 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB) 간의 전압 차가 10, 30, 50, 70, 90, 110mV인 경우에 대해 시뮬레이션한 결과 파형도이다.FIG. 3 is a waveform diagram of a simulation of the bit line sense amplifier of FIG. 2 when the voltage difference between the bit line BIT and the bit line BITB is 10, 30, 50, 70, 90, or 110 mV. FIG. 4 is a waveform diagram of the bit line sense amplifier of FIG. 1 when the voltage difference between the positive bit line BIT and the sub bit line BITB is 10, 30, 50, 70, 90, and 110 mV.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전류 감지 증폭기가 동일한 사이즈의 종래의 전압 감지 증폭기에 비해 안정된 감지 동작을 수행하며, 또한, 정비트라인(BIT)과 부비트라인(BITB)의 전압 차에 상관없이 빠른 감지 증폭 동작을 수행한다는 것을 알 수 있다.3 and 4, the current sense amplifier according to the present invention performs a stable sensing operation compared to the conventional voltage sense amplifier of the same size, and also, the positive bit line (BIT) and the sub bit line (BITB) It can be seen that a fast sense amplification operation is performed regardless of the voltage difference.

도 5는 공급 전압의 변화에 따른 본 발명의 비트라인 감지 증폭기에 대한 시뮬레이션 파형도로서, 본 발명에 따른 비트라인 감지 증폭기가 1.5V~4V의 공급 전압에서 안정된 감지 증폭 동작을 수행함을 확인할 수 있다.5 is a simulation waveform diagram of the bit line sense amplifier of the present invention according to the change of the supply voltage, it can be seen that the bit line sense amplifier according to the present invention performs a stable sense amplification operation at a supply voltage of 1.5V ~ 4V. .

도 6은 3V의 공급 전압, 100mV의 전압 차에서 동일한 사이즈로 구현된 본 발명에 따른 비트라인 감지 증폭기(도 2 참조)와 종래의 비트라인 감지 증폭기(도 1 참조)의 감지 동작을 비교 시뮬레이션한 파형도로서, 본 발명의 비트라인 감지 증폭기가 종래의 감지 증폭기에 비해 빠른 감지 동작을 수행함을 알 수 있다.FIG. 6 compares and simulates the sensing operation of a bitline sense amplifier (see FIG. 2) and a conventional bitline sense amplifier (see FIG. 1) according to the present invention implemented in the same size at a supply voltage of 3V and a voltage difference of 100mV. As a waveform diagram, it can be seen that the bitline sense amplifier of the present invention performs a faster sensing operation than a conventional sense amplifier.

도 7은 본 발명에 따른 비트라인 감지 증폭기와 종래의 비트라인 감지 증폭기의 인에이블시 소모되는 전류 소모량을 비교 시뮬레이션한 파형도로서, 본 발명의 전류 감지 증폭기가 종래의 감지 증폭기에 비해 45% 이상 전류 소모가 줄어드는것을 확인할 수 있다.FIG. 7 is a waveform diagram comparing and comparing current consumption when enabling a bit line sense amplifier and a conventional bit line sense amplifier according to the present invention. FIG. You can see that the current consumption is reduced.

상기 도 3 내지 도 7의 시뮬레이션 결과를 종합해보면, 본 발명에 따른 전류 감지 증폭기가 저전압, 고속 감지에 적합한 증폭기임을 알 수 있다.Summarizing the simulation results of FIGS. 3 to 7, it can be seen that the current sense amplifier according to the present invention is an amplifier suitable for low voltage and high speed sensing.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 전압 레벨 대신 전류 차를 감지하여 증폭함으로써 감지 증폭 시 소정의 전압 레벨을 위해 필요한 지연 시간을 없애 저전압에서의 빠르고 안정된 감지 증폭 동작을 수행할 수 있는 효과가 있다. 또한, 빠른 감지 증폭 동작으로 메모리 셀에 저장된 데이터를 보다 빨리 액세스할 수 있는 효과가 있으며, 저전력 동작이 요구되는 개인 휴대 장비와 고급화된 메모리 소자에 적용되어 장비 및 소자의 성능 향상에 기여할 수 있다.The present invention as described above, by detecting and amplifying the current difference instead of the voltage level has the effect of performing a fast and stable sense amplification operation at a low voltage by eliminating the delay time required for a predetermined voltage level during the sense amplification. In addition, the fast sense amplification operation has an effect of faster access to the data stored in the memory cell, and can be applied to personal portable equipment and advanced memory devices requiring low power operation may contribute to the improvement of the performance of the equipment and devices.

Claims (6)

반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기에 있어서,In a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device, 정비트라인 및 부비트라인의 전위를 전류원으로 인가받는 제1 및 제2 커런트 미러를 구비하며, 감지 증폭 인에이블신호에 응답하여 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인의 전류 레벨을 감지하여 그 결과를 정출력단 및 부출력단으로 출력하는 전류 감지 수단과,First and second current mirrors receiving potentials of the positive bit line and the sub bit line as current sources, and detecting current levels of the positive bit line and the sub bit line in response to a sense amplification enable signal. Current sensing means for outputting the output to the positive output terminal and the negative output terminal, 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 전류 감지 수단에서 감지된 신호의 전압 차를 증폭하여 상기 정출력단 및 상기 부출력단으로 피드백하기 위한 피드백 수단Feedback means for amplifying a voltage difference of the signal sensed by the current sensing means in response to the sense amplification enable signal and feeding back to the positive output terminal and the sub output terminal; 을 구비하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.And a bit line sense amplifier of the semiconductor memory device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 정출력단 및 상기 부출력단을 프리차지 및 이퀄라이즈하기 위한 프리차지 및 이퀄라이즈 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.And precharging and equalizing means for precharging and equalizing the positive output terminal and the sub-output terminal in response to the sense amplification enable signal. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전류 감지 수단은,The current sensing means, 드레인단이 상기 정비트라인 및 상기 부비트라인에 각각 연결되며 커런트 미러형으로 서로 연결되는 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터;First and second PMOS transistors having drain terminals connected to the positive bit line and the sub bit line, respectively, and connected to each other in a current mirror type; 상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터의 소스단에 각기 연결되며 각각의 게이트로 상기 감지 증폭 인에이블 신호를 입력받는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터;First and second NMOS transistors connected to source terminals of the first and second PMOS transistors, respectively, and receiving the sense amplification enable signal through respective gates; 드레인단이 상기 제1 및 제2 입력 신호에 각각 연결되며 커런트 미러형으로 서로 연결되는 제3 및 제4 PMOS 트랜지스터;Third and fourth PMOS transistors having drain terminals connected to the first and second input signals, respectively, and connected to each other in a current mirror type; 상기 제3 및 제4 PMOS 트랜지스터의 소스단에 각기 연결되며 각각의 게이트로 상기 감지 증폭 인에이블 신호를 입력받는 제3 및 제4 NMOS 트랜지스터를 구비하며,Third and fourth NMOS transistors connected to source terminals of the third and fourth PMOS transistors, respectively, and receiving the sense amplification enable signal through respective gates; 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단이 상기 정출력단에 접속되며,A common connection terminal of the first PMOS transistor and the first NMOS transistor is connected to the constant output terminal, 상기 제4 PMOS 트랜지스터 및 상기 제4 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단이 상기 부출력단에 접속된 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.And a common connection terminal of the fourth PMOS transistor and the fourth NMOS transistor is connected to the sub-output terminal. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 피드백 수단은,The feedback means, 입력단이 상기 제1 PMOS 트랜지스터 및 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단에 연결되고 출력단이 상기 제2 및 제4 NMOS 트랜지스터의 공통 소스단에 연결되는 제1 반전 수단;First inverting means having an input terminal connected to a common connection terminal of the first PMOS transistor and the first NMOS transistor and an output terminal connected to a common source terminal of the second and fourth NMOS transistors; 입력단이 상기 제4 PMOS 트랜지스터 및 상기 제4 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단에 연결되고 출력단이 상기 제1 및 제3 NMOS 트랜지스터의 공통 소스단에 연결되는 제2 반전 수단; 및Second inverting means having an input terminal connected to a common connection terminal of the fourth PMOS transistor and the fourth NMOS transistor and an output terminal connected to a common source terminal of the first and third NMOS transistors; And 접지전원단에 연결되며 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2 반전 수단의 전류 소스로 작용하는 제5 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.And a fifth NMOS transistor connected to a ground power supply terminal and serving as a current source of the first and second inverting means in response to the sense amplification enable signal. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 반전 수단은,The first inverting means, 전원전압단 및 상기 제5 NMOS 트랜지스터의 드레인단 사이에 직렬접속되며 각각의 게이트가 상기 제1 PMOS 트랜지스터와 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단에 연결되는 제5 PMOS 트랜지스터 및 제6 NMOS 트랜지스터를 구비하고,A fifth PMOS transistor and a sixth NMOS transistor connected in series between a power supply voltage terminal and a drain terminal of the fifth NMOS transistor, each gate of which is connected to a common connection terminal of the first PMOS transistor and the first NMOS transistor; and, 상기 제2 반전 수단은,The second inverting means, 전원전압단 및 상기 제5 NMOS 트랜지스터의 드레인단 사이에 직렬접속되며 각각의 게이트가 상기 제4 PMOS 트랜지스터 및 상기 제4 NMOS 트랜지스터의 공통 접속단에 연결되는 제6 PMOS 트랜지스터 및 제7 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.A sixth PMOS transistor and a seventh NMOS transistor connected in series between a power supply voltage terminal and a drain terminal of the fifth NMOS transistor, each gate of which is connected to a common connection terminal of the fourth PMOS transistor and the fourth NMOS transistor; And a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 프리차지 및 이퀄라이즈 수단은,The precharge and equalization means, 게이트로 상기 감지 증폭 인에이블 신호를 인가받으며, 상기 제1 및 제3NMOS 트랜지스터의 공통 소스단 및 상기 제2 및 제4 NMOS 트랜지스터의 공통 소스단 사이에 연결되어 상기 공통 소스단들을 서로 이퀄라이즈하여 안정된 감지 증폭 동작을 보장하기 위한 제5 PMOS 트랜지스터;The sensing amplification enable signal is applied to a gate, and is connected between a common source terminal of the first and third NMOS transistors and a common source terminal of the second and fourth NMOS transistors to equalize the common source terminals to stabilize each other. A fifth PMOS transistor to ensure sense amplification operation; 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 정출력단 및 상기 부출력단를 전원전압 레벨로 각각 프리차지하기 위한 제6 및 제7 PMOS 트랜지스터; 및Sixth and seventh PMOS transistors for precharging the positive output terminal and the sub output terminal to a power supply voltage level in response to the sense amplification enable signal; And 상기 감지 증폭 인에이블 신호에 응답하여 상기 정출력 신호 및 상기 부출력 신호를 이퀄라이즈하기 위한 제8 PMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 비트라인 감지 증폭기.And an eighth PMOS transistor for equalizing the positive output signal and the sub output signal in response to the sense amplification enable signal.
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