KR100434967B1 - 센스 앰프 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 메모리 소자의 센스앰프 구동장치에 관한 것으로, 특히 내부전압원을 채택한 메모리 소자에서 비트라인 센싱시 공통적으로 안고 있는 과잉전력소모 및 파워라인 노이즈 문제를 해결하기 위한 센스앰프 구동장치에 관한 것으로, 이를 위해 외부전압 입력단자와 비트라인 센스앰프 전원단자 사이에 외부전압 연결부 제어신호에 의해 동작하여 비센싱동작시 상기 외부전압의 전달을 차단하고 센싱동작시 상기 외부전압을 전달하는 외부전압 연결수단과, 상기 외부전압 연결수단 출력단에 연결되고 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호에 의해 동작하여 센싱동작시 상기 비트라인 센스앰프 전원단 전위레벨이 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 턴오프되어 과잉전력소모와 파워라인 노이즈를 제거하는 센스앰프 동작전압 조정수단을 구비하므로써 저전력소모와 안정된 파워라인을 구현하여 수율향상과 제품의 경쟁력을 향상시킬 수가 있다.

Description

센스앰프 구동장치
본 발명은 반도체 메모리 소자의 센스앰프 구동장치에 관한 것으로, 특히 내부전압원을 채택한 메모리 소자에서 비트라인 센싱시 공통적으로 안고 있는 과잉전력소모 및 파워라인 노이즈 문제를 해결하기 위한 센스앰프 구동장치에 관한 것이다.
내부전압 동작방식을 채택한 메모리에서 비트라인 센스 앰플리파이어(Bitline Sense Amplifier, 이하 "BLSA"라 한다)에 외부전압원(Vext)으로부터 파워를 공급해주기 위한 기존의 센스앰프 구동회로의 한 예가 도 1에 도시되어 있다.
그 구성을 간단히 살펴보면, 외부전압원(Vext)과 노드 1 사이에 연결된 외부전압 연결부(10)와, 내부전압원(Vint)과 상기 노드 1 사이에 연결된 센스앰프 동작전압 조정부(12)와, 상기 노드 1와 접지전압 연결부(18) 사이에 연결된 복수개의 비트라인 센스앰프들로 이루어진 비트라인 센스앰프 어레이(14)와, 상기 노드 1의 전위와 내부전압원(Vint)의 전위를 상호 비교하여 상기 외부전압 연결부(10) 및 상기 센스앰프 동작전압 조정부(12)를 제어하는 제어신호를 출력하는 비교기(16)로 이루어진다.
상기 외부전압 연결부(10)는 게이트로 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)가 인가되는 제1 피모스형 트랜지스터로 이루어진다.
상기 센스앰프 동작전압 조정부(12)는 게이트로 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vintex)가 인가되는 제2 피모스형 트랜지스터로 이루어진다.
상기 접지전압 연결부(18)는 게이트로 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)가 인가되는 제1 엔모스형 트랜지스터로 이루어진다.
상기한 구성으로 이루어진 기존의 센스앰프 구동회로의 동작관계를 살펴보면, 먼저, 센스앰프를 구동시키지 않을 때는 외부전압 연결부 제어신호(Vextex) 및 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vintex)는 로직 "하이" 상태로 만들고, 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)는 로직 "로우" 상태로 만든다.
이제 비트라인 센싱동작을 하려면, 상기 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)는 로직 "하이" 상태로 만들고 상기 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)를 "로우'로 만든다.
그러면, 비트라인 센스앰프들은 제1 피모스형 트랜지스터를 통하여 외부전압원(Vext) 으로부터 파워를 공급받아 센싱동작을 일으킨다.
그러면, 센스앰프 한쌍의 비트라인 중에서 하나는 접지전압으로 되고 하나는 노드 1의 전위까지 올라간다.
그런데, 이 장치는 내부전압 레벨로 동작해야 하므로 센싱결과의 로직 "하이"는 내부전압 Vint이어야 한다.
따라서, 노드 1의 전위는 Vint까지만 올라가야 한다.
이를 위해 노드 1의 전위값을 내부전압 Vint와 비교기(16)에서 비교하여 노드 1의 전압레벨이 내부전압값보다 낮으면 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)를 "로우", 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vintex)를 "하이" 상태로 유지하여 계속 외부전압원(Vext)으로부터 파워를 상기 노드 1로 공급하고, 상기 노드 1의 전위값이 내부전압값보다 높아지면 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)를 로직 "하이", 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vintex)를 로직 "로우" 상태로 만들어 외부전압으로부터의 파워공급을 차단하고 대신에 제2 피모스형 트랜지스터를 통하여 상기 노드 1에 내부전압원(Vint)을 연결시켜 노드 1의 전압레벨을 내부전압 레벨로 유지시킨다.
즉, 종래의 기술은 노드 1의 전압레벨을 피드백받아 어떤 회로의 입력으로 사용하고 그 결과를 다시 외부전압 연결부(10)와 센스앰프 동작전압 조정부(12)의 동작여부 결정에 사용한다.
그런데, 이러한 종래의 기술은 다음과 같은 문제점들이 존재한다.
하나는, 상기 노드 1의 전압레벨을 내부전압 레벨에 정확히 맞추기 어렵다는 것이다.
왜냐하면, 노드 1의 전압레벨을 피드백받아 내부전압 레벨과 비교하고 그 결과를 다시 외부전압 연결부(10)의 동작여부에 반영하므로 비교기(16)가 동작하는 시간과 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)의 부하로 인하여 실제로 노드 1의 전압레벨이 내부전압 레벨에 도달한 후 일정한 시간 후에야 외부전압 연결부(10)의 동작을 멈출 수 있어 노드 1의 전압레벨은 그 시간차이 동안 계속 외부전압원(Vext)으로부터 파워를 공급받아 전압레벨이 내부전압 레벨보다 훨씬 높아지게 되기 때문이다.
하나는, 외부전압 연결부(10)의 구동능력은 매우 크게 설계되어지므로, 비록 센스앰프들에서 파워를 소모하고 있는 동안에도(센스앰프의 동작이 끝나지 않아도) 노드 1의 전압레벨이 내부전압 레벨에 다다른다.
따라서, 외부전압으로부터의 파워공급은 차단되고 그 이후로 센스앰프들이 소모하는 파워를 내부전압원(Vint)으로부터 공급받아야 한다.
그러나, 보통 내부전압원(Vint)은 외부전압원(Vext)보다 훨씬 구동능력이 떨어지므로 노드 1과 내부전압원(Vint)의 전압레벨이 동시에 낮아지게 된다.
즉, 상당한 양의 파워라인 노이즈를 발생시켜 다른 부분의 회로동작에도 영향을 주게 된다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 외부전압원과 엔모스형 트랜지스터의 동작특성을 이용하여 원하는 레벨의 전위가 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 외부전압원으로부터 파워공급이 차단되고, 원하는 레벨의 전위가 내부전압원과 같아져도 외부전압 연결부 제어신호를 센스앰프의 동작이 끝날 때까지 인에이블시켜 센스앰프에서 소모되는 모든 파워를 외부전압원으로부터만 공급받게 하므로써 과잉전력소모를 방지하고 파워라인 노이즈를 제거한 센스앰프 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 비트라인 센스앰프로의 외부전원 공급장치를 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 센스앰프로의 외부전원 공급장치를 나타낸 회로도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10, 20 : 외부전압 연결부
12, 22 : 센스앰프 동작전압 조정부
28 : 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생부
14, 24 : 비트라인 센스앰프 어레이 16 : 비교기
18, 26 : 접지전압 연결부 Vext: 외부전압원
Vint: 내부전압원
Vextex: 외부전압 연결부 제어신호
Vintex, Vint+Vtn: 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호
Vssez: 접지전압 연결부 제어신호
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 센스앰프 구동장치는 비트라인 센스앰프 전원단 전위로 내부전압을 사용하는 센스앰프 구동장치에 있어서;
센싱동작시 과잉전력소모를 줄이고 파워라인 노이즈를 제거하기 위하여,
외부전압 입력단자와 상기 비트라인 센스앰프 전원단자 사이에 외부전압 연결부 제어신호에 의해 동작하여 비센싱동작시 상기 외부전압의 전달을 차단하고 센싱동작시 상기 외부전압을 전달하는 외부전압 연결수단과,
상기 외부전압 연결수단 출력단에 연결되고 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호에 의해 동작하여 센싱동작시 상기 비트라인 센스앰프 전원단 전위레벨이 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 턴오프되어 과잉전력소모와 파워라인 노이즈를 제거하는 센스앰프 동작전압 조정수단과,
상기 센스앰프 동작전압 조정수단을 제어하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호를 출력하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생수단을 구비함을 특징으로 한다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센스앰프 구동회로를 나타낸 것으로, 외부전압원(Vext) 단자에 일측단자가 연결되고 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)에 의해 동작하여 비센싱동작시 상기 외부전압의 전달을 차단하고 센싱동작시 상기 외부전압을 전달하는 외부전압 연결부(20)와, 일측단자가 상기 외부전압 연결부(20) 출력단에 연결되고 타측단자가 노드 1에 연결되며 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vint+Vtn)에 의해 동작하여 센싱동작시 상기 노드 1의 전위레벨이 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 턴오프되어 과잉전력소모와 파워라인 노이즈를 방지하는 센스앰프 동작전압 조정부(22)와, 상기 센스앰프 동작전압 조정부를 제어하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호를 출력하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생부(28)와, 상기 노드 1과 접지전압 연결부(26) 일측단자 사이에 연결되는 비트라인 센스앰프 어레이(24)로 구성된다.
상기 외부전압 연결부(20)는 제3 피모스형 트랜지스터로 이루어진다.
상기 센스앰프 동작전압 조정부(22)는 제2 엔모스형 트랜지스터로 이루어진다.
상기 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생부(28)는 외부전압 단자에 연결된 저항과, 상기 저항과 내부전압 단자 사이에 연결된 엔모스형 다이오드로 이루어진다.
상기 접지전압 연결부(26)는 제3 엔모스형 트랜지스터로 이루어진다.
이하에서는 상기한 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 센스앰프 구동회로에 대한 동작관계를 살펴본다.
여기서, Vtn은 제2 엔모스형 트랜지스터의 임계전압이며, 동작설명의 편의를 위하여 트랜지스터가 이상적으로 동작한다고 가정한다.
먼저, 비트라인 센스앰프들을 구동시키지 않을 때는 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)는 로직 "하이" 상태로 만들고, 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)는 로직 "로우" 상태로 만든다.
다음으로, 비트라인 센스앰프들을 동작시키고자 할 때는 상기 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)는 로직 "로우", 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)는 로직 "하이" 상태로 만든다.
그러면, 비트라인 센스앰프들은 센싱동작을 시작하고 노드 1의 전압레벨은 계속 올라간다.
상기 노드 1의 전압레벨이 내부전압 레벨 Vint까지 올라가면 제2 엔모스형 트랜지스터의 게이트와 소오스간의 전압차이가 상기 제2 엔모스형 트랜지스터의 임계전압 Vtn보다 작게되어 상기 제2 엔모스형 트랜지스터는 더이상 전류를 통과시키지 않으므로 상기 노드 1의 전압레벨은 내부전압 레벨인 Vint이상을 올라가지 않는다.
한편, 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)는 종래와는 달리 비트라인 센스앰프의 동작이 끝날 때까지 로직 "로우"를 계속 유지시켜 비트라인 센스앰프들에서 소모되는 파워를 계속 공급하도록 한다.
센싱이 완전히 끝나면 상기 외부전압 연결부 제어신호(Vextex)와 접지전압 연결부 제어신호(Vssez)는 각각 로직 "하이"와 로직 "로우"로 만들어 비트라인 센스앰프를 비동작모드로 만든다.
여기서, 센스앰프 동작전압 조정부(22)를 구성하는 제2 엔모스형 트랜지스터의 게이트로 인가되는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호(Vint+Vtn)는 센싱동작시 내부전압 레벨(Vint)과 상기 제2 엔모스형 트랜지스터의 임계전압(Vtn)을 합한 전압이다.
본 발명에서는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생부(28)의 구현예로 엔모스로 이루어진 다이오드와 저항을 이용하였다.
본 발명에서는 상기 제2 엔모스형 트랜지스터가 노멀 엔모스형 트랜지스터로 가정한 것으로, 이는 외부전압원(Vext)이 낮아지면 내부전압원이 상기 외부전압원(Vext)으로부터 발생될 때의 특성 때문에 노드 1의 전위가 내부전압 Vint까지 올라가지 못할 수도 있다.
따라서, 이런 경우를 대비하여 상기 노멀 엔모스형 트랜지스터 대신에 낮은 임계전압을 갖는 엔모스형 트랜지스터나 디플리션형 엔모스형 트랜지스터 등을 사용할 수 있음을 밝혀둔다.
요약하면, 본 발명은 엔모스형 트랜지스터를 이용하여 기존의 센스앰프 구동회로가 갖는 두가지의 문제점을 해결하였다.
즉, 노드 1 전압의 피드백 루프를 제거하면서 엔모스형 트랜지스터의 동작원리를 이용하여 상기 노드 1 전압레벨이 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 외부전압원(Vext)으로부터 파워공급을 차단시키고, 또한 노드 1과 내부전압원(Vint)의 연결장치를 제거하고 노드 1의 전압이 내부전압 레벨과 같아져도 외부전원 연결부의 동작을 제어하는 외부전원 연결부 제어신호를 비트라인 센스앰프의 동작이 끝날때까지 "로우" 상태를 유지시켜 비트라인 센스앰프에서 소모되는 모든 파워를 외부전압원(Vext)으로부터만 공급받게 하므로써 과잉전력소모와 파워라인 노이즈를 방지하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 피드백 루프 없이도 비트라인 센스앰프 전원단 전위레벨이 원하는 내부전압 레벨에 도달하면 자동으로 이를 감지하고 그 레벨을 유지, 제어하도록 하여 불필요한 파워소모를 대폭 감소시키고 내부전압원과 비트라인 센스앰프 전원단을 연결하지 않아 내부전압원의 파워라인 노이즈를 원천적으로 제거하므로써 저전력소모와 안정된 파워라인을 구현하여 수율향상과 제품의 경쟁력을 향상시킬 수가 있다.
본 발명은 내부전압 동작방식을 갖는 모든 반도체 메모리 소자에 적용가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 비트라인 센스앰프 전원단 전위로 내부전압을 사용하는 센스앰프 구동장치에 있어서;
    센싱동작시 과잉전력소모를 줄이고 파워라인 노이즈를 제거하기 위하여,
    외부전압 입력단자와 상기 비트라인 센스앰프 전원단자 사이에 외부전압 연결부 제어신호에 의해 동작하여 비센싱동작시 상기 외부전압의 전달을 차단하고 센싱동작시 상기 외부전압을 전달하는 외부전압 연결수단과,
    상기 외부전압 연결수단 출력단에 연결되고 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호에 의해 동작하여 센싱동작시 상기 비트라인 센스앰프 전원단 전위레벨이 내부전압 레벨과 같아지면 자동으로 턴오프되어 과잉전력소모와 파워라인 노이즈를 제거하는 센스앰프 동작전압 조정수단과,
    상기 센스앰프 동작전압 조정수단을 제어하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호를 출력하는 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생수단을 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부전압 연결부 제어신호는 센싱동작시 계속적으로 상기 외부전압 연결수단을 턴온시키는 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부전압 연결수단은 모스 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외부전압 연결수단은 피모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호는 상기 비트라인 센스앰프 전원단의 내부전압과 모스 트랜지스터의 임계전압을 합한 전압레벨인 것을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정수단은 모스 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정수단은 엔모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하느 센스앰프 구동장치.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정수단은 임계전압이 낮은 엔모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정수단은 디플리션형 엔모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센스앰프 동작전압 조정부 제어신호 발생수단은 외부전압 단자와 내부전압 단자 사이에 직렬접속되는 저항과 엔모스형 다이오드를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 센스앰프 구동장치.
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