KR100976407B1 - Semiconductor memory device and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풀업 구동라인과 풀다운 구동라인을 통해 전원을 인가받아 데이터 라인에 전달되는 데이터를 감지하여 증폭하기 위한 감지증폭수단, 외부전원 전압이 높아짐에 따라 전압레벨이 낮아지는 특성을 갖는 고전위전압을 생성하기 위한 고전위전압 생성수단, 상기 고전위전압으로 활성화되는 오버드라이빙 제어신호에 응답하여 상기 풀업 구동라인을 외부전원 전압으로 구동하기 위한 오버드라이빙 구동수단, 및 풀다운 제어신호에 응답하여 상기 풀다운 구동라인을 접지 전원전압으로 구동하기 위한 풀다운 구동수단을 구비하는 반도체 메모리 장치를 제공한다.According to the present invention, a sensing amplifier means for sensing and amplifying data transmitted to a data line by receiving power through a pull-up driving line and a pull-down driving line, and a high potential voltage having a characteristic that a voltage level decreases as an external power supply voltage increases. A high potential voltage generating means for generating a voltage, an overdriving driving means for driving the pull-up driving line to an external power supply voltage in response to an overdriving control signal activated by the high potential voltage, and the pull-down in response to a pull-down control signal Provided is a semiconductor memory device having pull-down driving means for driving a driving line to a ground power supply voltage.
오버드라이빙, 풀업 전원 라인, 풀다운 전원 라인, 감지 증폭부 Overdriving, Pullup Power Line, Pulldown Power Line, Sense Amplifier
Description
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 데이터 라인을 통해 전달된 데이터를 감지하고 이를 증폭하는 데 있어서 오버 드라이빙(over driving) 방식을 채택한 감지 증폭기(sense amplifier)를 구비하는 반도체 메모리 장치와 그의 구동 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM)을 비롯한 반도체 메모리 장치는 데이터를 저장하기 위한 수천 만개 이상의 메모리 셀(memory cell)을 구비하고 있으며, 중앙처리장치(CPU)에서 요구하는 명령에 따라 데이터를 저장하거나 데이터를 출력한다. 즉, 중앙처리장치에서 쓰기 동작을 요구하는 경우 중앙처리장치로부터 입력되는 주소(address)에 대응하는 메모리 셀에 데이터를 저장하고, 읽기 동작을 요구하는 경우 중앙처리장치로부터 입력되는 주소에 대응하는 메모리 셀에 저장된 데이터를 출력한다. 다시 말하면, 쓰기 동작시 외부에서 입력 되는 데이터는 입출력 패드(data pad)를 통해 데이터 입력 경로를 거쳐 메모리 셀에 입력되고, 읽기 동작시 메모리 셀에 저장된 데이터는 데이터 출력 경로를 거쳐 입출력 패드를 통해 외부로 출력된다.In general, semiconductor memory devices, including DDR Double Data Rate Synchronous DRAM (DDR SDRAM), have more than tens of millions of memory cells for storing data, and the data is processed according to the instructions required by the CPU. Save or output the data. That is, when the CPU requests a write operation, the CPU stores data in a memory cell corresponding to an address input from the CPU, and when the CPU requests a read operation, the memory corresponds to an address input from the CPU. Output the data stored in the cell. In other words, data input from an external device during a write operation is input to a memory cell via a data input path through an input / output pad, and data stored in the memory cell during an read operation is input through an input / output pad via a data output path. Is output.
한편, 요즈음 반도체 메모리 장치는 점점 고 집적화되고 있으며 이에 따라 내부 회로를 설계하는 데 있어서 서브-미크론(sub-micron)급 이하의 디자인-롤(design-rule)이 적용되고 있다. 메모리 셀 역시 이에 맞게 설계되고 있으며, 여기에 저장되는 전하(chage)량은 매우 적게 된다. 때문에, 이렇게 적은 전하량을 외부에서 판단하기 위해서는 이를 감지하여 증폭하기 위한 회로가 필요하며, 이러한 역할은 반도체 메모리 장치 내부에 탑재되어 있는 감지 증폭기가 수행한다.On the other hand, semiconductor memory devices have become increasingly integrated these days, and sub-micron or lower design-rules are applied to design internal circuits. Memory cells are also designed accordingly, and the amount of charge stored therein is very small. Therefore, in order to determine such a small amount of charge externally, a circuit for sensing and amplifying it is required, and this role is performed by a sense amplifier mounted inside the semiconductor memory device.
도 1 은 반도체 메모리 장치의 일반적인 읽기 동작 및 쓰기 동작을 설명하기 위한 도면이다. 참고로, 반도체 메모리 장치 내에는 수천 만개 이상의 메모리 셀이 설계되고 있으며, 설명의 편의를 위하여 하나의 메모리 셀을 도시하고, 여기에 '110'이라는 도면 부호를 부여하였다.1 is a diagram for describing a general read operation and a write operation of a semiconductor memory device. For reference, more than tens of millions of memory cells are designed in the semiconductor memory device. For convenience of description, one memory cell is illustrated and a reference numeral '110' is assigned thereto.
도 1 을 참조하여 반도체 메모리 장치의 간단한 읽기 동작을 살펴보기로 한다.A simple read operation of the semiconductor memory device will be described with reference to FIG. 1.
우선, 외부 커맨드신호에 따라 입력되는 로우 어드레스(row address)를 디코딩하여 선택된 워드라인(Word Line, WL)이 활성화되면, 메모리 셀(110)의 셀 트렌지스터(cell transistor, T1)가 턴 온(turn on)되고, 셀 커패시터(cell capacitor, C1)에 저장된 데이터가 프리차징된 정/부 비트 라인(BL, /BL)에 차지 쉐어링된다. 정 비트 라인(BL)과 부 비트 라인(/BL)은 차지 쉐어링 동작을 통해 미소한 전위 차 이를 갖게 된다. 참고로 프리차징되는 전압 레벨은 내부 전원전압인 코어(core) 전압의 ½ 전압 레벨을 갖는다.First, when a selected word line WL is activated by decoding a row address input according to an external command signal, a cell transistor T1 of the
이어서, 비트 라인 감지 증폭부(bit line sense amplifier, 120)는 정 비트 라인(BL)과 이에 대응하는 부 비트 라인(/BL)의 미소한 전위를 감지하여 이를 증폭한다. 다시 말하면, 정 비트 라인(BL)의 전위가 부 비트 라인(/BL)의 전위보다 높은 경우 정 비트 라인(BL)은 풀업 전원 라인(RTO)에 인가되는 풀업 전원전압으로 증폭되고 부 비트 라인(BL)은 풀다운 전원 라인(SB)에 인가되는 풀다운 전원전압으로 증폭된다. 반대로, 정 비트 라인(BL)의 전위가 부 비트 라인(/BL)의 전위보다 낮은 경우 정 비트 라인(BL)은 풀다운 전원전압으로 증폭되고 부 비트 라인(/BL)은 풀업 전원전압으로 증폭된다.Subsequently, the bit line sense amplifier 120 senses and amplifies a small potential of the positive bit line BL and the corresponding sub bit line / BL. In other words, when the potential of the positive bit line BL is higher than the potential of the negative bit line / BL, the positive bit line BL is amplified by the pull-up power supply voltage applied to the pull-up power line RTO and the negative bit line ( BL) is amplified by the pull-down power supply voltage applied to the pull-down power supply line SB. On the contrary, when the potential of the positive bit line BL is lower than the potential of the negative bit line / BL, the positive bit line BL is amplified by the pull-down power supply voltage and the negative bit line / BL is amplified by the pull-up power supply voltage. .
한편, 외부 커맨드신호에 따라 입력되는 컬럼 어드레스(column address)를 디코딩하여 선택된 컬럼 선택신호(YI)가 활성화되면, 컬럼 선택부(130)가 활성화되어 정/부 비트 라인(BL, /BL)과 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)이 연결된다. 즉, 정 비트 라인(BL)에 증폭된 데이터가 정 세그먼트 입출력 라인(SIO)으로 전달되고, 부 비트 라인(/BL)에 증폭된 데이터가 부 세그먼트 입출력 라인(/SIO)으로 전달된다. Meanwhile, when the selected column select signal YI is decoded by decoding a column address input according to an external command signal, the
이어서, 입출력 제어신호(CTR_IO)에 응답하여 입출력 스위칭부(140)가 활성화되면 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)과 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)이 연결된다. 즉, 정 세그먼트 입출력 라인(SIO)에 전달된 데이터는 정 로컬 입출력 라인(LIO)에 전달되고, 부 세그먼트 입출력 라인(/SIO)에 전달된 데이터는 부 로컬 입출력 라인(/LIO)에 전달된다. 읽기 드라이빙부(150)는 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)을 통해 전달된 데이터에 따라 글로벌 입출력 라인(GIO)을 구동한다. Subsequently, when the input /
결국, 메모리 셀(110)에 저장된 데이터는 정/부 비트 라인(BL, /BL)에서 증폭되어 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)으로 전달되고, 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)에 전달된 데이터는 컬럼 선택신호(YI)에 응답하여 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)으로 전달되고, 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)에 전달된 데이터는 입출력 제어신호(CTR_IO)에 응답하여 글로벌 입출력 라인(GIO)으로 전달된다. 이렇게 전달된 데이터는 최종적으로 해당하는 입출력 패드(도시되지 않음)를 통해 외부로 출력된다.As a result, the data stored in the
한편, 쓰기 동작시 외부에서 인가되는 데이터는 읽기 동작과 반대 방향으로 전달된다. 즉, 입출력 패드를 통해 인가된 데이터는 글로벌 입출력 라인(GIO)에서 쓰기 드라이빙부(160)를 통해 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)으로, 정/부 로컬 입출력 라인(LIO, /LIO)에서 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)으로, 정/부 세그먼트 입출력 라인(SIO, /SIO)에서 정/부 비트 라인(BL, /BL)으로 전달된다. 이렇게 전달된 데이터는 최종적으로 메모리 셀 (110)에 저장된다.On the other hand, the data applied from the outside during the write operation is transferred in the opposite direction to the read operation. That is, data applied through the input / output pad is positive / negative local I / O lines (LIO, / LIO) from the global input / output line (GIO) through the write
한편, 반도체 메모리 장치는 보다 빠른 동작을 수행하기 위한 방향으로 발전하고 있다. 반도체 메모리 장치의 동작 속도를 올리기 위한 가장 일반적인 방법은 외부에서 인가되는 외부 클럭신호의 주파수를 높여주는 방법이 있다. 하지만, 이 방법은 반도체 메모리 장치의 내부 동작시 어쩔 수 없이 지연되어야 하는 시간으로 인하여 어느 정도 한계에 다다르고 있다. 때문에, 요즈음에는 반도체 메모리 장치 내부 동작을 개선하여 보다 빠른 동작을 보장받기 위한 노력이 진행 중이며, 그 중 하나가 오버 드라이빙 방법이다. 이러한 오버 드라이빙 방법은 풀업 전원 라인(RTO)에 사용되고 있다. 이러한 오버 드라이빙 방법을 사용하는 또 다른 이유는 아래에서 다시 살펴보기로 한다.On the other hand, semiconductor memory devices have evolved in order to perform faster operations. The most common method for increasing the operation speed of a semiconductor memory device is to increase the frequency of an external clock signal applied from the outside. However, this method has reached a certain limit due to the time inevitably delayed in the internal operation of the semiconductor memory device. Therefore, in recent years, efforts are being made to improve the internal operation of the semiconductor memory device to ensure faster operation, one of which is an overdriving method. This overdriving method is used for pull-up power lines (RTO). Another reason for using this overdriving method will be discussed below.
도 2 는 도 1 의 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)을 구동하는데 관련된 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram for describing a configuration related to driving the pull-up power line RTO and the pull-down power line SB of FIG. 1.
도 2 에는 구동제어부(210)와, 전원라인 구동부(230)와, 내부전원 전압생성부(250)와, 비트라인 감지증폭부(270), 및 워드라인 구동부(290)가 도시되어 있다.2 illustrates a
구동제어부(210)는 제1 내지 제4 활성화신호(EN1, EN2, EN3, EN4)에 응답하여 풀업 제어신호(SAP1)와, 풀다운 제어신호(SAN)와, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ), 및 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 생성한다. 여기서, 제1 내지 제4 활성화신호(EN1, EN2, EN3, EN4)는 반도체 메모리 장치의 액티브(active) 동작시 정해진 시점에 활성화되는 신호이다.The
전원라인 구동부(230)는 풀업 제어신호(SAP1)와, 풀다운 제어신호(SAN)와, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ), 및 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 제어를 받아 예정된 동작을 수행하기 위한 것으로, 전원라인 구동부(230)는 풀업 제어신호(SAP1)와 풀다운 제어신호(SAN)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO) 및 풀다운 전원 라인(SB)의 풀 업(pull up) 동작 및 풀 다운(pull down) 동작을 수행하고, 비트라 인 균등화 제어신호(BLEQ)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)의 균등화 동작 - 프리차지(precharge) 동작을 수반함 - 을 수행하며, 오버드라인빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 오버드라이빙 동작을 수행한다.The
한편, 구동제어부(210)와 전원라인 구동부(230)에는 여러 가지 내부 전원전압이 인가된다. 참고로, 반도체 메모리 장치는 내에는 내부전원 전압생성회로가 탑재되어 있으며, 반도체 메모리 장치는 여기서 생성되는 다양한 전압레벨의 내부 전원전압을 이용하여 보다 효율적인 전력 소모 및 보다 안정적인 회로 동작을 보장받는다. 이러한 내부 전원전압에는 외부전원 전압을 다운 컨버팅(down converting)하여 생성하는 코어 전압(core voltage)과 페리 전압(peri voltage)과 프리차지 전압(precharge voltage) 등이 있으며, 외부전원 전압 및 접지 전원전압을 펌핑(pumping)하여 생성하는 고 전위전압인 펌핑 전압(pumping voltage) 및 저 전위전압인 기판 바이어스 전압(substrate vias voltage) 등이 있다.Meanwhile, various internal power supply voltages are applied to the
내부전원 전압생성부(250)는 프리차지전원 전압(VBLP)을 생성하는 프리차지전원 전압생성부(252)와, 코어전원 전압(VCORE)을 생성하는 코어전원 전압생성부(254), 및 펌핑전원 전압(VPP)을 생성하는 펌핑전원 전압생성부(256)를 구비한다. 내부전원 전압생성부(250)에서 생성되는 프리차지전원 전압(VBLP)과, 코어전원 전압(VCORE), 및 펌핑전원 전압(VPP)은 구동제어부(210)와, 전원라인 구동부(230), 및 워드라인 구동부(290)에 인가된다.The internal power
비트라인 감지증폭부(270)는 동작에 따라 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)에 인가되는 전원을 이용하여 정/부 비트 라인(BL, /BL)에 전달되는 데 이터를 감지하여 증폭하기 위한 것으로, 비트라인 감지증폭부(270)의 구성은 도 1 의 120 에 도시되어 있다.The bit
마지막으로, 워드라인 구동부(290)는 펌핑전원 전압(VPP)을 인가받아 워드 라인(WL)을 구동한다.Finally, the
도 3 은 도 2 의 구동제어부(210)를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating the
도 3 을 참조하면, 구동제어부(210)는 제1 활성화신호(EN1)에 응답하여 풀업 제어신호(SAP1)를 생성하기 위한 제1 제어신호 생성부(310)와, 제2 활성화신호(EN2)에 응답하여 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 생성하기 위한 제2 제어신호 생성부(330)와, 제3 활성화신호(EN3)에 응답하여 풀다운 제어신호(SAN)를 생성하기 위한 제3 제어신호 생성부(350), 및 제4 활성화신호(EN4)에 응답하여 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)를 생성하기 위한 제4 제어신호 생성부(370)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the
여기서, 제1 및 제2 제어신호 생성부(310, 330)는 펌핑전원 전압(VPP)과 접지전원 전압(VSS)을 인가받기 때문에, 풀업 제어신호(SAP1)와 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 펌핑전원 전압(VPP)과 접지전원 전압(VSS)에 대응하는 전압레벨을 가진다. 그리고, 제3 및 제4 제어신호 생성부(350, 370)는 외부전원 전압(VDD)과 접지전원 전압(VSS)을 인가받기 때문에, 풀다운 제어신호(SAN)와 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)는 외부전원 전압(VDD)과 접지전원 전압(VSS)에 대응하는 전압레벨을 가진다.Here, since the first and second
도 4 는 도 2 의 전원라인 구동부(230)를 설명하기 위한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating the
도 4 를 참조하면, 전원라인 구동부(230)는 풀업 구동부(410)와, 오버드라이 빙 구동부(430)와, 풀다운 구동부(450), 및 균등화부(470)를 구비한다.Referring to FIG. 4, the
풀업 구동부(410)는 풀업 제어신호(SAP1)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)을 코어전원 전압(VCORE)으로 구동하고, 오버드라이빙 구동부(430)는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)을 외부전원 전압(VDD)으로 구동한다.The pull-up
이어서, 풀다운 구동부(450)는 풀다운 제어신호(SAN)에 응답하여 풀다운 전원 라인(SB)을 접지전원 전압(VSS)으로 구동하고, 균등화부(470)는 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)을 프리차지전원 전압(VBLP)으로 구동한다.Subsequently, the pull-down
이하, 전원라인 구동부(230)의 프리차징 동작, 오버 드라이빙 동작, 노말 드라이빙 동작을 살펴보기로 한다.Hereinafter, the precharging operation, the overdriving operation, and the normal driving operation of the
우선, 오버 드라이빙 동작은 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)이 외부전원 전압(VDD)으로 구동되고, 풀다운 전원 라인(SB)은 접지전원 전압(VSS)으로 구동된다. 이때, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)는 논리'로우(low)'가 되기 때문에 균등화부(470)는 비활성화된다.First, in the overdriving operation, the pull-up power line RTO is driven to the external power supply voltage VDD in response to the overdriving control signal SAP2, and the pull-down power supply line SB is driven to the ground power supply voltage VSS. At this time, since the bit line equalization control signal BLEQ is logic 'low', the
다음으로, 노말 드라이빙 동작은 풀업 제어신호(SAP1)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)이 코어전원 전압(VCORE)으로 구동되고, 풀다운 전원 라인(SB)은 접지전원 전압(VSS)으로 구동된다. 이때, 역시 균등화부(470)는 비활성화된다.Next, in the normal driving operation, the pull-up power line RTO is driven by the core power supply voltage VCORE in response to the pull-up control signal SAP1, and the pull-down power supply line SB is driven by the ground power supply voltage VSS. At this time, the
마지막으로, 프리차징 동작은 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)이 프리차지전원 전압(VBLP)으로 구동 된다. 이때, 풀업 제어신호(SAP1)와 오버드라이빙 제어신호(SAP2)와 풀다운 제어신호(SAN)는 모두 논리'로우'가 되기 때문에 풀업 구동부(410)와 오버드라이빙 구동부(430)와 풀다운 구동부(450)는 비활성화된다.Finally, in the precharging operation, the pull-up power supply line RTO and the pull-down power supply line SB are driven with the precharge power supply voltage VBLP in response to the bit line equalization control signal BLEQ. In this case, since both the pull-up control signal SAP1, the overdriving control signal SAP2, and the pull-down control signal SAN become logic 'low', the pull-up
결국, 풀업 전원 라인(RTO)은 오버 드라이빙 동작을 통해 초기 일정 구간 동안 오버드라이빙 레벨인 외부전원 전압(VDD)으로 구동되고, 이후 노말드라이빙 레벨인 코어전원 전압(VCORE)으로 구동된다. 다시 도 2 를 참조하면, 결국 정 비트 라인(BL)과 부 비트 라인(/BL)은 데이터에 따라 오버 드라이빙 구간에 오버드라이빙 레벨로 구동되고, 노말 드라이빙 구간에서 노말 드라이빙 레벨로 구동된다. 이러한 오버드라이빙 동작은 위에서 설명한 바와 같이 반도체 메모리 장치의 보다 빠른 동작을 보장하기 위한 것이다. 즉, 정 비트 라인(BL)과 부 비트 라인(/BL)이 증폭하는데 있어서 초기에는 오버드라이빙 레벨로 증폭시켜 줌으로써 해당하는 비트 라인이 보다 빠르게 증폭되고, 이는 반도체 메모리 장치의 보다 빠른 동작을 보장해 줄 수 있다.As a result, the pull-up power line RTO is driven to the external power supply voltage VDD which is an overdriving level for an initial predetermined period through an overdriving operation, and then to the core power supply voltage VCORE that is a normal driving level. Referring to FIG. 2 again, the positive bit line BL and the sub bit line / BL are driven at an overdriving level in an overdriving period according to data, and at a normal driving level in a normal driving period. This overdriving operation is to ensure faster operation of the semiconductor memory device as described above. In other words, when the positive bit line BL and the sub bit line / BL are initially amplified to an overdriving level, the corresponding bit line is amplified faster, which ensures faster operation of the semiconductor memory device. Can be.
이러한 오버 드라이빙 방법을 사용하는 또 다른 이유는 비교적 낮은 외부전원 전압(VDD)을 사용하는 반도체 메모리 장치의 경우, 비트라인 감지증폭부(270)의 증폭 동작시 발생하는 과도한 전류를 코어전원 전압(VCORE)만으로는 감당하기 어렵기 때문이다. 즉, 초기 일부 구간에서 외부전원 전압(VDD)이 비트라인 감지증폭부(270)를 구동하기 위한 충분한 전류를 공급해주고 이후 코어전원 전압(VCORE)이 전류를 공급해 줌으로써, 보다 안정적인 동작을 보장받을 수 있다.Another reason for using such an overdriving method is that in the case of a semiconductor memory device using a relatively low external power supply voltage VDD, excessive current generated during the amplification operation of the bit
하지만, 이러한 오버드라이빙 동작은 비교적 높은 외부전원 전압(VDD)을 사 용하는 반도체 메모리 장치에서도 동일하게 수행된다. 즉, 낮은 외부전원 전압(VDD)을 인가받는 반도체 메모리 장치에서는 풀업 전원 라인(RTO)에 적당한 양의 전류가 공급된다면, 이보다 높은 외부전원 전압(VDD)을 인가받는 반도체 메모리 장치에서는 풀업 전원 라인(RTO)에 과도한 양의 전류가 공급된다. 이러게 과도하게 흐르는 전류는 불필요한 전력소모를 의미할 뿐 아니라, 반도체 메모리 장치의 불량을 유발하는 문제점이 있다.However, this overdriving operation is similarly performed in a semiconductor memory device using a relatively high external power supply voltage VDD. That is, if a suitable amount of current is supplied to the pull-up power line RTO in the semiconductor memory device receiving the low external power supply voltage VDD, a pull-up power line (V) in the semiconductor memory device receiving the higher external power supply voltage VDD is applied. RTO) is supplied with an excessive amount of current. This excessively flowing current not only means unnecessary power consumption, but also causes a defect of the semiconductor memory device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 외부전원 전압이 높아짐에 따라 오버드라이빙 동작시 사용되는 전류 양을 제어할 수 있는 반도체 메모리 장치와 그의 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device and a driving method thereof capable of controlling the amount of current used in an overdriving operation as the external power supply voltage increases.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 메모리 장치는, 풀업 구동라인과 풀다운 구동라인을 통해 전원을 인가받아 데이터 라인에 전달되는 데이터를 감지하여 증폭하기 위한 감지증폭수단; 외부전원 전압이 높아짐에 따라 전압레벨이 낮아지는 특성을 갖는 고전위전압을 생성하기 위한 고전위전압 생성수단; 상기 고전위전압으로 활성화되는 오버드라이빙 제어신호에 응답하여 상기 풀업 구동라인을 외부전원 전압으로 구동하기 위한 오버드라이빙 구동수단; 및 풀다운 제어신호에 응답하여 상기 풀다운 구동라인을 접지 전원전압으로 구동하기 위한 풀다운 구동수단을 구비한다.In accordance with an aspect of the present invention, a semiconductor memory device includes: amplifying means for sensing and amplifying data transmitted to a data line by receiving power through a pull-up drive line and a pull-down drive line; High-potential voltage generating means for generating a high-potential voltage having a characteristic of decreasing a voltage level as the external power supply voltage is increased; Overdriving driving means for driving the pull-up driving line to an external power supply voltage in response to an overdriving control signal activated by the high potential voltage; And pull-down driving means for driving the pull-down driving line to a ground power supply voltage in response to a pull-down control signal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 반도체 메모리 장치의 구동 방법은, 외부전원 전압이 높아짐에 따라 전압레벨이 낮아지는 특성의 고전위전압을 생성하는 단계; 상기 고전위전압의 전압레벨을 갖는 오버드라이빙 제어신호에 응답하여 풀업 구동라인을 초기 일정 구간동안 오버드라이빙 레벨로 구동하는 단계; 상기 초기 일정 구간 이후 상기 풀업 구동라인을 상기 오버드라이빙 레 벨보다 낮은 노말드라이빙 레벨로 구동하는 단계; 및 상기 풀업 구동라인에 인가된 전원으로 데이터를 증폭하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a semiconductor memory device, the method comprising: generating a high potential voltage having a characteristic in which a voltage level decreases as an external power supply voltage increases; Driving a pull-up driving line to an overdriving level for an initial predetermined period in response to an overdriving control signal having a voltage level of the high potential voltage; Driving the pull-up driving line to a normal driving level lower than the overdriving level after the initial predetermined period; And amplifying data with power applied to the pull-up driving line.
본 발명은 외부전원 전압이 높아짐에 따라 오버드라이빙 동작시 사용되는 전원의 전류 양을 제어함으로써, 비교적 높은 외부전원 전압(VDD)을 사용하는 반도체 메모리 장치에서도 원하는 동작 속도를 유지하면서 풀업 전원 라인에 인가되는 오버드라이빙 레벨을 개선할 수 있다.The present invention is applied to a pull-up power line while maintaining a desired operating speed even in a semiconductor memory device using a relatively high external power supply voltage (VDD) by controlling the amount of current used in an overdriving operation as the external power supply voltage increases. The overdriving level can be improved.
본 발명은 외부전원 전압에 무관하게 예정된 오버드라이빙 레벨을 확보할 수 있음으로써, 원하는 동작 속도를 유지하면서 소모되는 전력을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention can secure the predetermined overdriving level irrespective of the external power supply voltage, thereby obtaining an effect of minimizing power consumption while maintaining a desired operating speed.
또한, 안정적인 오버드라이빙 레벨을 확보하여 기존에 발생하던 반도체 메모리 장치의 불량 요인을 제거할 수 있음으로써, 반도체 메모리 장치의 보다 안정적인 동작을 보장받을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to secure a stable overdriving level to eliminate the defects of the conventional semiconductor memory device, it is possible to obtain an effect that can ensure a more stable operation of the semiconductor memory device.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .
도 5 는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 일부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a part of a configuration of a semiconductor memory device according to the present invention.
도 5 를 참조하면, 반도체 메모리 장치는 구동제어부(510)와, 전원라인 구동부(530)와, 내부전원 전압생성부(550)와, 비트라인 감지증폭부(570), 및 워드라인 구동부(590)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 5, the semiconductor memory device may include a
구동제어부(510)는 제1 내지 제4 활성화신호(EN1, EN2, EN3, EN4)에 응답하여 풀업 제어신호(SAP1)와, 풀다운 제어신호(SAN)와, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ), 및 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 생성한다. 여기서, 제1 내지 제4 활성화신호(EN1, EN2, EN3, EN4)는 반도체 메모리 장치의 액티브 동작시 정해진 시점에 활성화되는 신호이다. 이후에 설명하겠지만, 본 발명에서의 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 외부전원 전압(VDD)의 전압레벨이 높아짐에 따라 점점 낮아지는 전압레벨을 가진다.The driving
전원라인 구동부(530)는 풀업 제어신호(SAP1)와, 풀다운 제어신호(SAN)와, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ), 및 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 제어를 받아 예정된 동작을 수행하기 위한 것으로, 전원라인 구동부(530)는 풀업 제어신호(SAP1)와 풀다운 제어신호(SAN)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO) 및 풀다운 전원 라인(SB)의 풀 업(pull up) 동작 및 풀 다운(pull down) 동작을 수행하고, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)의 균등화 동작 - 프리차지 동작을 수반함 - 을 수행하며, 오버드라인빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 오버드라이빙 동작을 수행할 수 있다.The
내부전원 전압생성부(550)는 내부전원 전압인 프리차지전원 전압(VBLP)을 생성하기 위한 프리차지전원 전압생성부(552)와, 코어전원 전압(VCORE)을 생성하기 위한 코어전원 전압생성부(554)와, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 생성하기 위한 제1 펌핑전원 전압생성부((556), 및 제2 펌핑전원 전압(VPP2)을 생성하기 위한 제2 펌핑전원 전압생성부(558)를 구비할 수 있다.The internal power supply
본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 내부전원 전압생성부(550)는 도 2 와 비교하여 제1 펌핑전원 전압생성부(556)가 추가로 구성되었으며, 설명의 편의를 위하여 제1 펌핑전원 전압생성부(556) 이외의 구성에 대하여는 설명을 생략하기로 한다. 참고로, 도 5 의 제2 펌핑전원 전압생성부(558)는 도 2 의 펌핑전원 전압생성부(256)에 대응된다.The internal power
도 6 은 도 5 의 제1 펌핑전원 전압생성부(556)를 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the first pumping
도 6 을 참조하면, 제1 펌핑전원 전압생성부(556)는 외부전원 전압(VDD)에 대응하는 목표전압레벨을 기준으로 펌핑 동작을 통해 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 생성하기 위한 것으로, 전압 검출부(610)와, 발진신호 생성부(630), 및 펌핑부(650)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 6, the first pumping power supply
전압 검출부(610)는 외부전원 전압(VDD)에 대응하는 목표전압레벨에 따라 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 검출하여 발진 활성화신호(EN_OSC)로서 출력할 수 있다. 여기서, 발진 활성화신호(EN_OSC)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)이 목표전압레벨보다 낮은 경우 발진신호 생성부(630)의 발진 동작을 활성화시키고, 제1 펌핑전원 전 압(VPP1)이 목표전압레벨보다 높은 경우 발진신호 생성부(630)의 발진 동작을 비활성화시킬 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 목표전압레벨은 외부전원 전압(VDD)이 높아질수록 낮아지는 특성을 갖는다. 이에 대한 설명은 도 7 과 도 8 에서 보다 자세히 살펴보기로 한다.The
발진신호 생성부(630)는 발진 활성화신호(EN_OSC)에 응답하여 발진 동작을 통해 발진신호(OSC)를 생성할 수 있다. 발진신호 생성부(630)는 위에서 설명한 바와 같이, 발진 활성화신호(EN_OSC)에 따라 활성화되어 발진 동작을 수행하거나, 비활성화되어 수행하지 않게 된다.The
펌핑부(650)는 발진신호(OSC)에 응답하여 외부전원 전압(VDD)을 펌핑한 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 생성할 수 있다. The
결국, 제1 펌핑전원 전압생성부(556)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)이 목표전압레벨보다 낮은 경우 펌핑 동작을 수행하여 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 높여주고, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)이 목표전압레벨보다 낮은 경우 펌핑 동작을 수행하지 않게 된다.As a result, the first pumping power supply
도 7 은 도 6 의 전압 검출부(610)를 설명하기 위한 회로도이다.7 is a circuit diagram illustrating the
도 7 을 참조하면, 전압 검출부(610)는 전압분배부(710)와, 제1 및 제2 입력부(730)와, 활성화부(750)와, 제1 및 제2 전원공급부(770), 및 출력부(790)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
전압분배부(710)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)를 분배하기 위한 것으로, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)단과 접지 전원전압단(VSS) 사이에 직렬 연결된 제1 및 제2 저 항(R1, R2)을 구비할 수 있다. 제1 및 제2 저항(R1, R2) 사이의 공통 노드는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 분배한 전압레벨을 갖는 분배전압(DIV)이 출력된다.The
제1 및 제2 입력부(730)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)에 대응하는 분배전압(DIV)과 기준전압(VREF)을 차동으로 입력받기 위한 것으로, 제1 입력부는 A 노드와 활성화부(750) 사이에 소오스-드레인 경로가 연결되고 분배전압(DIV)을 게이트로 입력받는 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)를 구비할 수 있고, 제2 입력부는 검출신호(DET)가 출력되는 출력단과 활성화부(750) 사이에 소오스-드레인 경로가 형성되고 기준전압(VREF)을 게이트로 입력받는 제2 NMOS 트랜지스터(NM2)를 구비할 수 있다.The first and
활성화부(750)는 제1 및 제2 입력부(730)의 공통 노드와 접지전원 전압(VSS) 사이에 소오스-드레인 경로가 형성되고 활성화신호(EN)를 게이트로 입력받는 제3 NMOS 트랜지스터(NM3)를 구비할 수 있다. 여기서, 활성화신호(EN)는 반도체 메모리 장치의 파워 업 동작에 대응되는 신호일 수 있으며, 제1 및 제2 입력부(730)는 활성화신호(EN)에 응답하여 분배전압(DIV)과 기준전압(VREF)을 입력받을 수 있다.The
제1 및 제2 전원공급부(770)는 제1 및 제2 입력부(730)의 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)와 제2 NMOS 트랜지스터(NM2) 각각에 대응되며, 외부전원 전압(VDD)을 제1 및 제2 입력부(730)에 공급해 줄 수 있다. 여기서, 제1 전원공급부는 외부전원 전압(VDD)단과 A 노드 사이에 소오스-드레인 경로가 형성되고 A 노드가 게이트로 연결되어 다이오드 타입으로 접속된 제1 PMOS 트랜지스터(PM1)를 구비할 수 있고, 제2 전원공급부는 외부전원 전압(VDD)단과 검출신호(DET)가 출력되는 출력단 사이에 소오스-드레인 경로가 형성되고 A 노드가 게이트에 연결된 제2 PMOS 트랜지스터(PM2)를 구비할 수 있다.The first and second
출력부(790)은 제2 PMOS 트랜지스터(PM2)와 제2 NMOS 트랜지스터(NM2) 사이의 출력단으로부터 출력되는 검출신호(DET)에 응답하여 발진 활성화신호(EN_OSC)를 출력하기 위한 것으로, 검출신호(DET)를 입력받아 버퍼링하여 발진 활성화신호(EN_OSC)로서 출력하는 인버터(INV)를 구비할 수 있다.The
도 8 은 도 7 의 전압 검출부(610)의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서는 발진 활성화신호(EN_OSC)의 활성화 시점을 알아보기 위한 것이 때문에 제1 펌핑전원 전압(VPP1)은 계속 상승한다고 가정하기로 한다.FIG. 8 is a graph for describing an operation of the
도 7과 도 8 을 참조하면, 전압 검출부(710)의 동작은 외부전원 전압(VDD)의 전압레벨에 따라 세 가지 경우를 살펴볼 수 있다. 첫 번째는 외부전원 전압(VDD, 도시되지 않음)이 기준전압(VREF)에 의한 목표전압레벨에 대응하여 예정된 전압레벨을 가지는 경우이고, 두 번째는 외부전원 전압(VDD)이 첫 번째 경우 보다 높은 전압레벨을 가지는 경우이고, 세 번째는 외부전원 전압(VDD)이 첫 번째 경우 보다 낮은 낮은 전압레벨을 가지는 경우이다.7 and 8, three operations of the
첫 번째 경우는 외부전원 전압(VDD, 도시되지 않음)이 목표전압레벨에 대응하는 전압레벨을 가지기 때문에, 발진 활성화신호(EN_OSC)는 T1 시점에 논리'하이'에서 논리'로우'로 천이(도시되지 않음)할 수 있다.In the first case, since the external power supply voltage VDD (not shown) has a voltage level corresponding to the target voltage level, the oscillation activation signal EN_OSC transitions from logic 'high' to logic 'low' at the time T1 (shown). Can not be used).
두 번째 경우는 외부전원 전압(VDD)이 첫 번째 경우 보다 높은 전압레벨을 가지게 되므로, A 노드(도 7 참조)의 전압레벨은 외부전원 전압(VDD)에 대응하여 비교적 높은 전압레벨을 가지게 된다. 때문에, 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)는 유효 채널 길이 변화(channal length modulation)에 의하여 유효 채널 길이가 짧아지게 된다. 이는 분배전압(DIV)이 첫 번째 경우보다 조금 낮더라도 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 온(turn on) 동작을 수행하게 됨을 의미한다. 즉, 분배전압(DIV)이 기준전압(VREF)에 비하여 높지 않더라도 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 온되어 발진 활성화신호(EN_OSC)가 천이 될 수 있다. 다시 말하면, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)이 T1 보다 낮은 T2 의 전압레벨이 되더라도 발진 활성화신호(EN_OSC)가 논리'하이'에서 논리'로우'로 천이할 수 있다.In the second case, since the external power supply voltage VDD has a higher voltage level than the first case, the voltage level of the node A (see FIG. 7) has a relatively high voltage level corresponding to the external power supply voltage VDD. Therefore, the effective channel length of the first NMOS transistor NM1 is shortened by effective channel length modulation. This means that the first NMOS transistor NM1 performs a turn on operation even if the distribution voltage DIV is slightly lower than the first case. That is, even if the distribution voltage DIV is not higher than the reference voltage VREF, the first NMOS transistor NM1 may be turned on to cause the oscillation activation signal EN_OSC to transition. In other words, the oscillation activation signal EN_OSC may transition from logic 'high' to logic 'low' even when the first pumping power supply voltage VPP1 reaches a voltage level of T2 lower than T1.
세 번째 경우는 외부전원 전압(VDD)이 첫 번째 경우 보다 낮은 전압레벨을 가지게 되므로, 두 번째 경우와 마찬가지로 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)는 유효 채널 길이 변화에 의하여 유효 채널 길이가 길어지게 된다. 이는 분배전압(DIV)이 기준전압(VREF)에 비하여 어느 정도 높더라도 제1 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 오프(turn off) 되어 있다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)이 T1 보다 높은 T3 의 전압레벨이 되어서야 발진 활성화신호(EN_OSC)가 논리'하이'에서 논리'로우'로 천이할 수 있다.In the third case, since the external power supply voltage VDD has a lower voltage level than the first case, as in the second case, the first NMOS transistor NM1 has a long effective channel length due to the effective channel length change. This means that the first NMOS transistor NM1 is turned off even if the distribution voltage DIV is somewhat higher than the reference voltage VREF. In other words, the oscillation activation signal EN_OSC may transition from logic 'high' to logic 'low' only when the first pumping power supply voltage VPP1 becomes a voltage level of T3 higher than T1.
결국, 전압 검출부(610)의 목표전압레벨은 외부전원 전압(VDD)에 따라 T1, T2, T3 로 변하게 되고, 이에 따라 발진 활성화신호(EN_OSC)의 천이 시점 역시 T1, T2, T3 로 변하게 된다. 다시 말하면, 목표전압레벨은 외부전원 전압(VDD)의 전압레벨이 높아짐에 따라 낮아지게 되며, 발진 활성화신호(EN_OSC)의 천이 시점 역시 외부전원 전압(VDD)의 전압레벨이 높아짐에 따라 보다 낮은 제1 펌핑전원 전 압(VPP1)의 전압레벨을 검출하게 된다. As a result, the target voltage level of the
이어서, 발진 활성화신호(EN_OSC)는 위에서 설명하였듯이 발진신호 생성부(630, 도 6 참조)의 발진 동작 수행 여부를 결정하는 신호이다. 때문에, 본 발명에 따른 펌핑부(650)는 외부전원 전압(VDD)이 높은 경우 위에서 설명한 두 번째 경우와 같이 동작하여 발진신호 생성부(630)의 발진 동작을 첫 번째 경우보다 미리 비활성화시켜 줄 수 있고, 외부전원 전압(VDD)이 낮은 경우 위에서 설명한 세 번째 경우와 같이 동작하여 제1 발진시호 생성부(414)의 발진 동작을 첫 번째 경우보다 길게 활성화시켜 줄 수 있다. 때문에, 본 발명에 따른 제1 펌핑전원 생성부(556, 도 5 참조)는 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 전압레벨이 낮아지는 부 특성을 갖는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 생성할 수 있다.Subsequently, the oscillation activation signal EN_OSC is a signal that determines whether the oscillation signal generator 630 (see FIG. 6) performs an oscillation operation as described above. Therefore, the
다시 도 5 를 참조하면, 내부전원 전압생성부(550)에서 생성되는 프리차지전원 전압(VBLP)과, 코어전원 전압(VCORE), 제1 펌핑전원 전압(VPP1), 및 제2 펌핑전원 전압(VPP2)을 생성하여, 구동제어부(510)와, 전원라인 구동부(530), 및 워드라인 구동부(590)에 인가될 수 있다.Referring to FIG. 5 again, the precharge power supply voltage VBLP generated by the internal power supply
여기서, 구동제어부(510)의 설명에 앞서, 비트라인 감지증폭부(570)와 워드라인 구동부(590)에 대하여 간단히 살펴보기로 한다. 비트라인 감지증폭부(570)는 동작에 따라 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)에 인가되는 전원을 이용하여 정/부 비트 라인(BL, /BL)에 전달되는 데이터를 감지하여 증폭할 수 있고, 워드라인 구동부(590)는 펌핑전원 전압(VPP)을 인가받아 워드 라인(WL)을 구동할 수 있다.Before describing the driving
도 9 는 도 5 의 구동제어부(510)를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 9 is a block diagram illustrating the driving
도 9 를 참조하면, 구동제어부(510)는 제1 활성화신호(EN1)에 응답하여 풀업 제어신호(SAP1)를 생성하기 위한 제1 제어신호 생성부(910)와, 제2 활성화신호(EN2)에 응답하여 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 생성하기 위한 제2 제어신호 생성부(930)와, 제3 활성화신호(EN3)에 응답하여 풀다운 제어신호(SAN)를 생성하기 위한 제3 제어신호 생성부(950), 및 제4 활성화신호(EN4)에 응답하여 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)를 생성하기 위한 제4 제어신호 생성부(970)를 구비한다.Referring to FIG. 9, the driving
여기서, 제1 제어신호 생성부(910)는 제2 펌핑전원 전압(VPP2)과 접지전원 전압(VSS)을 인가받기 때문에, 풀업 제어신호(SAP1)는 이에 해당하는 전압레벨을 가질 수 있고, 제2 제어신호 생성부(930)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)과 접지전원 전압(VSS)을 인가받기 때문에, 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 이에 해당하는 전압레벨을 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 제1 펌핑전원 전압(VPP1)의 특성인 외부전원 전압(VDD)에 대응하는 부 특성을 가질 수 있다.Here, since the first
이어서, 제3 제어신호 생성부(950, 970)는 외부전원 전압(VDD)과 접지전원 전압(VSS)을 인가받기 때문에, 풀다운 제어신호(SAN)와 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)는 외부전원 전압(VDD)과 접지전원 전압(VSS)에 대응하는 전압레벨을 가질 수 있다.Subsequently, since the third
다시 도 5 를 참조하면, 전원라인 구동부(530)는 위에서 설명한 바와 같이 풀업 제어신호(SAP1)와, 풀다운 제어신호(SAN)와, 비트라인 균등화 제어신 호(BLEQ), 및 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 제어를 받아 예정된 동작을 수행할 수 있다. 전원라인 구동부(530)는 도 4 와 유사한 구성을 가지기 때문에 별도의 도면을 생략하고 도 4 를 참조하여 설명하기로 한다. 기존의 동작과 관련하여 본 발명에서 가장 크게 달라진 점은 오버드라이빙 동작에 있다.Referring to FIG. 5 again, the
이하, 도 4 를 참조하여 본 발명에 따른 오버드라이빙 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 참고로, 노말 드라이빙 동작과 프리차징 동작은 종래와 동일하게 수행되기 때문에 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an overdriving operation according to the present invention will be described with reference to FIG. 4. For reference, since the normal driving operation and the precharging operation are performed in the same manner as in the related art, description thereof will be omitted.
오버 드라이빙 동작은 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)이 외부전원 전압(VDD)으로 구동되고, 풀다운 전원 라인(SB)은 접지전원 전압(VSS)으로 구동된다. 이때, 비트라인 균등화 제어신호(BLEQ)는 논리'로우(low)'가 되기 때문에 균등화부(470)는 비활성화된다.In the overdriving operation, the pull-up power line RTO is driven by the external power supply voltage VDD and the pull-down power supply line SB is driven by the ground power supply voltage VSS in response to the overdriving control signal SAP2. At this time, since the bit line equalization control signal BLEQ is logic 'low', the
이때, 오버드라이빙 구동부(430)는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)을 외부전원 전압(VDD)으로 구동하기 위한 것으로, 외부전원 전압(VDD)단과 풀업 전원 라인(RTO) 사이에 소오스-드레인 경로가 형성되고 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 게이트로 입력받는 NMOS 트랜지스터를 구비할 수 있다. 여기서, NMOS 트랜지스터는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 전압레벨이 높아지면 그만큼 작은 로딩 값을 가지게 되고, 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 전압레벨이 낮아지면 그만큼 높은 로딩 값을 가지게 된다. 즉, 동일한 외부전원 전압(VDD)을 인가받는 상태에서 NMOS 트랜지스터의 로딩 값이 작아진다는 것은 그만큼 많은 전류가 풀업 전원 라인(RTO)으로 흐를 수 있다는 의미가 되며, NMOS 트랜지스터의 로 딩 값이 커진다는 것은 그만큼 적은 전류가 풀업 전원 라인(RTO)으로 흐를 수 있다는 의미가 된다.In this case, the overdriving
다시 말하면, 오버드라이빙 구동부(430)는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 로딩 값이 조절되고, 이에 따라 외부전원 전압(VDD)에서 풀업 전원 라인(RTO)에 인가되는 전류가 제어될 수 있다. 기존의 구성에서는 오버드라이빙 구동부(430)를 제어하는 신호가 외부전원 전압(VDD)에 무관하게 동작하였기 때문에, 오버드라이빙 동작시 풀업 전원 라인(RTO)으로 과도한 양의 전류가 공급되는 문제점이 발생하였다. In other words, the overdriving
하지만, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 오버드라이빙 구동부(430)가 외부전원 전압(VDD)에 대하여 부 특성을 가지는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 동작하기 때문에, 반도체 메모리 장치에 비교적 높은 외부전원 전압(VDD)이 인가되는 경우 오버드라이빙 구동부(430)의 로딩 값을 크게 하여 원하는 전류 양을 풀업 전원 라인(RTO)으로 전달할 수 있으며, 비교적 낮은 외부전원 전압(VDD)이 인가되는 경우 오버드라이빙 구동부(430)의 로딩 값을 작게 하여 마찬가지로 원하는 전류 양을 풀업 전원 라인(RTO)으로 전달할 수 있다. However, in the semiconductor memory device according to the present invention, since the overdriving
결국, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 전압레벨이 낮아지는 특성의 제1 펌핑전원 전압(VPP1)을 생성하고, 제1 펌핑전원 전압(VPP1)의 전압레벨을 갖는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 생성함으로써, 이 오버드라이빙 제어신호(SAP2)를 이용하여 초기 일정 구간 동안 풀업 전원 라인(RTO)을 오버드라이빙 레벨로 구동할 수 있다. 이어서, 오버드라이빙 이후에는 풀업 제어신호(SAP1)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)이 노말드라이빙 레벨인 코어전원 전압(VCORE)으로 구동될 수 있으며, 정/부 비트 라인(BL, /BL)의 데이터는 풀업 전원 라인(RTO)에 인가된 전원으로 증폭될 수 있다. As a result, the semiconductor memory device according to the present invention generates the first pumping power supply voltage VPP1 having a characteristic in which the voltage level decreases as the external power supply voltage VDD increases, and the voltage level of the first pumping power supply voltage VPP1. By generating the overdriving control signal SAP2 having a, the pull-up power line RTO can be driven to an overdriving level during an initial predetermined period by using the overdriving control signal SAP2. Subsequently, after overdriving, the pull-up power line RTO may be driven to the core power voltage VCORE at the normal driving level in response to the pull-up control signal SAP1, and the positive and negative bit lines BL and / BL may be driven. The data may be amplified by the power applied to the pull-up power line RTO.
여기서, 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 예정된 구간 동안 활성화되는 펄스 신호이고, 풀업 제어신호(SAP1)는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)의 활성화 구간 이후를 포함하며, 이는 설계에 따라 달라질 수 있다.Here, the overdriving control signal SAP2 is a pulse signal that is activated during a predetermined period, and the pull-up control signal SAP1 includes after the activation period of the overdriving control signal SAP2, which may vary according to design.
도 10 은 본 발명의 오버드라이빙 제어신호(SAP2)와 풀업 전원 라인(RTO)을 설명하기 위한 시뮬레이션이다.10 is a simulation for explaining the overdriving control signal SAP2 and the pull-up power line RTO of the present invention.
도 10 을 참조하면, 기존의 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 외부전원 전압(VDD)에 상관없이 동일한 전압 레벨을 유지했지만, 본 발명에 따른 오버드라이빙 제어신호(SAP2)는 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 점점 낮아지는 특성(부 특성)을 갖는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 10, although the conventional overdriving control signal SAP2 maintains the same voltage level regardless of the external power supply voltage VDD, the overdriving control signal SAP2 according to the present invention is an external power supply voltage VDD. It can be seen that the characteristics (sub-characteristics) gradually decrease as the height increases.
그리고, 기존의 풀업 전원 라인(RTO)은 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 점점 높아졌지만, 본 발명에 따른 풀업 전원 라인(RTO)은 외부전원 전압(VDD)이 높아지더라도 예정된 목표전압레벨에 대응하여 거의 일정한 전압레벨을 유지하는 것을 볼 수 있다.In addition, although the conventional pull-up power line RTO is gradually increased as the external power supply voltage VDD is increased, the pull-up power supply line RTO according to the present invention has a predetermined target voltage level even when the external power supply voltage VDD is increased. Correspondingly, it can be seen to maintain a nearly constant voltage level.
또한, 기존에는 오버드라이빙 제어신호(SAP2)에 응답하여 풀업 전원 라인(RTO)으로 흐르는 전류가 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 높아지는 특성을 가졌지만, 본 발명에서는 풀업 전원 라인(RTO)으로 흐르는 전류가 외부전원 전압(VDD)이 높아짐에 따라 낮아지는 특성을 가지는 것을 볼 수 있다.In addition, although the current flowing to the pull-up power line RTO in response to the overdriving control signal SAP2 has a characteristic of increasing as the external power voltage VDD increases, in the present invention, the pull-up power line RTO is used. It can be seen that the flowing current is lowered as the external power supply voltage VDD is increased.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 풀업 전원 라인(RTO)이 외부전원 전압(VDD)의 전압레벨에 상관없이 목표전압레벨을 유지할 수 있다. 때문에, 원하는 동작 속도를 유지하면서 소모되는 전력을 최소화할 수 있으며, 안정적인 오버드라이빙 레벨을 확보할 수 있음으로써, 반도체 메모리 장치의 보다 안정적인 동작을 보장받을 수 있다.As described above, in the semiconductor memory device according to the present invention, the pull-up power line RTO may maintain the target voltage level regardless of the voltage level of the external power supply voltage VDD. Therefore, power consumption can be minimized while maintaining a desired operating speed, and a stable overdriving level can be ensured, thereby ensuring more stable operation of the semiconductor memory device.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 이상에서 설명한 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 여러 가지 치환, 변형 및 변경으로 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
뿐만 아니라, 전술한 실시예에서 예시한 논리 게이트 및 트랜지스터는 입력되는 신호의 극성에 따라 그 위치 및 종류가 다르게 구현되어야 할 것이다.In addition, the position and type of the logic gate and the transistor illustrated in the above-described embodiment should be implemented differently according to the polarity of the input signal.
도 1 은 반도체 메모리 장치의 일반적인 읽기 동작 및 쓰기 동작을 설명하기 위한 도면.1 is a diagram for explaining general read and write operations of a semiconductor memory device;
도 2 는 도 1 의 풀업 전원 라인(RTO)과 풀다운 전원 라인(SB)을 구동하는데 관련된 구성을 설명하기 위한 도면.FIG. 2 is a view for explaining a configuration related to driving the pull-up power line RTO and the pull-down power line SB of FIG.
도 3 은 도 2 의 구동제어부(210)를 설명하기 위한 블록도.3 is a block diagram illustrating the driving
도 4 는 도 2 의 전원라인 구동부(230)를 설명하기 위한 회로도.4 is a circuit diagram illustrating the
도 5 는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 일부 구성을 설명하기 위한 블록도.5 is a block diagram for explaining a part of a configuration of a semiconductor memory device according to the present invention;
도 6 은 도 5 의 제1 펌핑전원 전압생성부(556)를 설명하기 위한 회로도.FIG. 6 is a circuit diagram for describing the first pumping power supply
도 7 은 도 6 의 전압 검출부(610)를 설명하기 위한 회로도.FIG. 7 is a circuit diagram for describing the
도 8 은 도 7 의 전압 검출부(610)의 동작을 설명하기 위한 그래프.FIG. 8 is a graph for describing an operation of the
도 9 는 도 5 의 구동제어부(510)를 설명하기 위한 블록도.FIG. 9 is a block diagram illustrating the driving
도 10 은 본 발명의 오버드라이빙 제어신호(SAP2)와 풀업 전원 라인(RTO)을 설명하기 위한 시뮬레이션.10 is a simulation for explaining the overdriving control signal SAP2 and the pull-up power line RTO of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
510 : 구동제어부 530 : 전원라인 구동부510: drive control unit 530: power line drive unit
550 : 내부전원 전압생성부 570 : 비트라인 감지증폭부550: internal power voltage generator 570: bit line detection amplifier
590 : 워드라인 구동부590: word line driver
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