KR101158751B1 - Sram using charge recycling - Google Patents

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KR101158751B1
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이용규
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치는, 데이터 버스라인쌍에 제 1 스윙전압을 제공하는 쓰기 드라이버, 상기 데이터 버스라인쌍을 입력 어드레스에 따라 선택된 비트라인쌍에 연결하는 컬럼 선택회로, 및 상기 선택된 비트라인쌍에 연결된 복수의 서브블록들을 포함하되, 상기 복수의 서브블록들 각각은, 상기 선택된 비트라인쌍의 상기 제 1 스윙 전압을 감지 증폭하여 제 2 스윙 전압을 생성하는 쓰기 감지기, 및 상기 제 2 스윙 전압을 제공받는 서브비트라인쌍에 연결되고, 상기 서브비트라인쌍의 상기 제 2 스윙 전압에 따라 데이터가 저장되는 복수의 메모리 셀들을 포함할 것이다.

Figure R1020090028882

반도체 메모리 장치, 전하 재활용, 읽기, 쓰기

In an embodiment, a semiconductor memory device may include a write driver providing a first swing voltage to a data bus line pair, a column selection circuit connecting the data bus line pair to a bit line pair selected according to an input address, and A plurality of subblocks connected to a selected bit line pair, each of the plurality of subblocks being configured to sense and amplify the first swing voltage of the selected bit line pair to generate a second swing voltage; And a plurality of memory cells connected to a sub-bit line pair receiving a second swing voltage and storing data according to the second swing voltage of the sub-bit line pair.

Figure R1020090028882

Semiconductor memory devices, charge recycling, reading, writing

Description

전하 재활용을 이용한 반도체 메모리 장치{SRAM USING CHARGE RECYCLING}Semiconductor memory device using charge recycling {SRAM USING CHARGE RECYCLING}

본 발명은 전하 재활용 방법을 이용한 저전력 반도체 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low power semiconductor memory device using a charge recycling method.

본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호 : 2008-F-024-01, 과제명 : 모바일 플렉시블 입출력 플랫폼]The present invention is derived from a study conducted as part of the IT source technology development of the Ministry of Knowledge Economy. [Task management number: 2008-F-024-01, Task name: Mobile flexible input and output platform]

에스램(SRAM, static random access memory)은 반도체 메모리 장치의 한 종류이다. 주기적으로 내용을 갱신해 주어야 하는 디램(DRAM)과는 달리 메모리 장치에 전원이 공급되는 한 그 내용이 계속 보존된다. 반도체 메모리 장치는 임의 접근 기억 장치(random access memory)이므로 데이터의 쓰고 읽기가 이루어지는 주소와 관계없이 입출력에 걸리는 시간이 일정하다.Static random access memory (SRAM) is a type of semiconductor memory device. Unlike DRAM, which must be updated periodically, its contents are preserved as long as power is supplied to the memory device. Since the semiconductor memory device is a random access memory, the time taken for input / output is constant regardless of the address at which data is written and read.

일반적으로 에스램에서 각각의 비트들은 네 개의 트랜지스터로 이루어진 두 쌍의 인버터에 저장된다. 두 쌍의 인버터가 0과 1의 값을 안정된 상태로 유지하고 두 개의 접근 트랜지스터가 읽기와 쓰기 기능을 수행한다. 따라서 한 개의 비트를 저장하기 위해 일반적으로 여섯 개의 트랜지스터를 필요로 한다.Typically, each bit in SRAM is stored in two pairs of inverters of four transistors. Two pairs of inverters keep the values of 0 and 1 stable, and two access transistors perform read and write functions. Thus, six transistors are usually required to store one bit.

고속 에스램은 디램보다 고속이므로, 중앙처리장치 내부의 기억 장치(파이프라인과 프로세서 레지스터, 캐시 등)와 같은 속도를 중요시하는 부분에서 많이 사용된다. 외부 캐시나 디램 버스트 모드 회로, 디지털 신호처리 회로 등에서도 사용된다. 저속의 저용량 에스램은 배터리로 작동하는 백업 메모리처럼 저전력과 낮은 비용이 중요한 부분에서 많이 사용된다. 에스램은 디램에 비해 집적도가 낮기 때문에 개인용 컴퓨터의 메인 메모리와 같은 고용량의 값싼 기억 장치에는 적당하지 않다.Fast SRAMs are faster than DRAMs, so they are often used in speed-sensitive parts such as memory inside the CPU (pipeline, processor registers, cache, etc.). It is also used in external caches, DRAM burst mode circuits, and digital signal processing circuits. Low-speed, low-capacity SRAMs are used where low power and low cost are critical, such as battery-backed backup memory. SRAMs are less dense than DRAMs and are therefore not suitable for high-capacity, cheap storage devices such as main memory in personal computers.

에스램의 전력 소모는 클록 주파수에 많이 의존한다. 고속 반도체 메모리 장치는 디램보다 훨씬 전력 소모가 크고, 설계에 따라 최고 수 와트까지 소모할 수 있다. 반면에, 개인용 컴퓨터 메인보드의 CMOS 메모리 같은 곳에 사용되는 에스램은 입출력이 없는 상태에서는 수 마이크로와트 정도의 적은 전력만으로도 내용을 유지할 수 있다.The power consumption of SRAM depends a lot on the clock frequency. High-speed semiconductor memory devices consume more power than DRAM and can consume up to several watts, depending on the design. On the other hand, SRAMs, such as CMOS memory on personal computer motherboards, can maintain content with as little as a few microwatts of power without input and output.

에스램은 셀에 데이터를 저장, 읽기 동작 시 매 동작마다 비트라인을 주기적으로 충,방전시켜야 한다. 비트라인은 큰 캐패시턴스를 갖고 있기 때문에 충, 방전하기 위해서는 큰 전력이 소모된다. 또한, 안정적인 동작을 하기 위해서는 에스램 셀이 충분한 읽기 안정성(Stability)과 쓰기 마진(Margin)를 가질 필요가 있다.SRAM must charge and discharge the bit line periodically every time data is stored and read in the cell. Since the bit line has a large capacitance, a large power is consumed to charge and discharge. In addition, in order to operate stably, the SRAM cell needs to have sufficient read stability and write margin.

본 발명의 목적은 읽기 혹은 쓰기 동작시 전력 소비를 줄일 수 있는 반도체 메모리 장치을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that can reduce power consumption during a read or write operation.

본 발명의 또 다른 목적은 읽기 혹은 쓰기 동작시 공급 전압 및 스윙 전압을 낮출 수 있는 반도체 메모리 장치을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of lowering a supply voltage and a swing voltage during a read or write operation.

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치는, 데이터 버스라인쌍에 제 1 스윙전압을 제공하는 쓰기 드라이버, 상기 데이터 버스라인쌍을 입력 어드레스에 따라 선택된 비트라인쌍에 연결하는 컬럼 선택회로, 및 상기 선택된 비트라인쌍에 연결된 복수의 서브블록들을 포함하되, 상기 복수의 서브블록들 각각은, 상기 선택된 비트라인쌍의 상기 제 1 스윙 전압을 감지 증폭하여 제 2 스윙 전압을 생성하는 쓰기 감지기, 및 상기 제 2 스윙 전압을 제공받는 서브비트라인쌍에 연결되고, 상기 서브비트라인쌍의 상기 제 2 스윙 전압에 따라 데이터가 저장되는 복수의 메모리 셀들을 포함할 것이다.In an embodiment, a semiconductor memory device may include a write driver providing a first swing voltage to a data bus line pair, a column selection circuit connecting the data bus line pair to a bit line pair selected according to an input address, and A plurality of subblocks connected to a selected bit line pair, each of the plurality of subblocks being configured to sense and amplify the first swing voltage of the selected bit line pair to generate a second swing voltage; And a plurality of memory cells connected to a sub-bit line pair receiving a second swing voltage and storing data according to the second swing voltage of the sub-bit line pair.

실시 예에 있어서, 상기 제 1 스윙 전압은 상기 제 2 스윙 전압보다 낮을 것이다.In example embodiments, the first swing voltage may be lower than the second swing voltage.

제 1 항에 있어서, 상기 반도체 메모리 장치는, 읽기 동작시 상기 복수의 메모리 셀들 중에서 활성화된 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 선택된 비트라인쌍으로 제 3 스윙 전압을 제공하는 읽기 드라이버, 및 상기 컬럼 선택회로에 의 해 상기 선택된 비트라인쌍과 상기 데이터 버스라인쌍이 연결되고, 상기 데이터 버스라인쌍의 상기 제 3 스윙 전압을 감지 증폭하여 제 4 스윙 전압을 생성하는 읽기 감지기를 더 포함할 것이다.The read driver of claim 1, wherein the semiconductor memory device comprises: a read driver configured to provide a third swing voltage to the selected bit line pair according to data stored in an activated memory cell among the plurality of memory cells during a read operation; The circuit may further include a read detector connected to the selected bit line pair and the data bus line pair to sense and amplify the third swing voltage of the data bus line pair to generate a fourth swing voltage.

실시 예에 있어서, 상기 제 3 스윙 전압은 상기 제 4 스윙 전압보다 낮을 것이다.In example embodiments, the third swing voltage may be lower than the fourth swing voltage.

실시 예에 있어서, 상기 비트라인쌍은 계층 구조의 비트라인으로 구현될 것이다.In an embodiment, the pair of bit lines may be implemented as a bit line of a hierarchical structure.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 메모리 셀들은 래치 구조로 구현될 것이다.In example embodiments, the plurality of memory cells may be implemented in a latch structure.

본 발명의 실시 예에 따른 또 다른 반도체 메모리 장치는, 제 1 비트라인쌍에 연결된 제 1 메모리 셀, 상기 제 1 비트라인쌍과 이웃하는 제 2 비트라인쌍에 연결된 제 2 메모리셀, 상기 제 1 비트라인쌍에 쓰기 전압을 제공하기 위한 제 1 쓰기 드라이버, 및 상기 제 2 비트라인쌍에 쓰기 전압을 제공하기 위한 제 2 쓰기 드라이버를 포함하되, 쓰기 동작시 상기 제 1 쓰기 드라이버에서 사용된 전하가 상기 제 2 쓰기 드라이버에서 재활용되도록 상기 제 1 비트라인쌍 중 어느 하나는 상기 제 2 비트라인쌍 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 것이다.Another semiconductor memory device may include a first memory cell connected to a first bit line pair, a second memory cell connected to a second bit line pair adjacent to the first bit line pair, and the first memory cell. A first write driver for providing a write voltage to the bit line pair, and a second write driver for providing a write voltage to the second bit line pair, wherein a charge used in the first write driver during a write operation is Any one of the first bit line pairs will be electrically connected to any one of the second bit line pairs to be recycled in the second write driver.

실시 예에 있어서, 상기 제 1 메모리 셀에 연결되고, 상기 제 1 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 제 1 비트라인쌍으로 읽기 전압을 제공하기 위한 제 1 읽기 드라이버, 및 상기 제 2 메모리 셀에 연결되고, 상기 제 2 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 제 2 비트라인쌍으로 읽기 전압을 제공하기 위한 제 2 읽기 드라이버를 포함하되, 읽기 동작시 상기 제 1 읽기 드라이버에서 사용된 전하가 상 기 제 2 읽기 드라이버에서 재활용되도록 상기 제 1 비트라인쌍 중 어느 하나는 상기 제 2 비트라인쌍 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 것이다.In an embodiment, a first read driver coupled to the first memory cell and configured to provide a read voltage to the first pair of bit lines according to data stored in the first memory cell, and a second read driver connected to the second memory cell. And a second read driver for providing a read voltage to the second pair of bit lines according to the data stored in the second memory cell, wherein the charge used in the first read driver during the read operation is the second. Any one of the first bitline pairs will be electrically connected to either one of the second bitline pairs for recycling in a read driver.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.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.

본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 읽기 혹은 쓰기 동작시 전하 재활용(Charge Recycle) 기법으로 비트라인 및 데이터 버스라인을 제어함으로써 공급 전압 및 스윙 전압의 레벨을 낮출 수 있게 될 것이다. 그 결과로써, 본 발명의 반도체 메모리 장치는 종래의 그것과 비교하여 전력 소비가 줄어들게 될 것이다. In the semiconductor memory device according to the present invention, the level of the supply voltage and the swing voltage may be lowered by controlling the bit line and the data bus line by a charge recycle technique during a read or write operation. As a result, the semiconductor memory device of the present invention will have reduced power consumption compared with that of the conventional one.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 프리디코더(120), 워드라인 디코더(130), 컬럼 선택회로(140), 제어회로(150), 입출력회로(160), 및 보상회로(170)을 포함할 것이다. 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)은 읽기/쓰기 동작시 전하 재활용 기법으로 비트라인 혹은 데이터 버스라인이 충/방전되게 하는 메모리 셀 어레이(110) 및 입출력회로(160)를 구비할 것이다.1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the semiconductor memory device 100 may include a memory cell array 110, a predecoder 120, a word line decoder 130, a column selection circuit 140, a control circuit 150, and an input / output circuit 160. ), And a compensation circuit 170. The semiconductor memory device 100 of the present invention may include a memory cell array 110 and an input / output circuit 160 for charging / discharging a bit line or a data bus line by a charge recycling method during a read / write operation.

도 1에 도시된 반도체 메모리 장치(100)은 에스램(SRAM)이다. 그러나 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)이 반드시 에스램에 국한될 필요는 없다. 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)는 전하 재활용 기법을 이용하여 비트라인 혹은 데이터 버스라인을 충/방전할 수 있는 메모리 장치이면 될 것이다.The semiconductor memory device 100 shown in FIG. 1 is an SRAM. However, the semiconductor memory device 100 of the present invention is not necessarily limited to the SRAM. The semiconductor memory device 100 of the present invention may be a memory device capable of charging / discharging bit lines or data bus lines using a charge recycling technique.

메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(MB1~MBR)을 포함할 것이다. 각 메모리 블록들(MB1~MBR)은 제어회로(150)으로부터 생성된 타이밍 제어 신호에 의해 제어될 것이다.The memory cell array 110 may include a plurality of memory blocks MB1 to MBR. Each of the memory blocks MB1 to MBR may be controlled by a timing control signal generated from the control circuit 150.

메모리 블록들(MB1~NBR) 각각은 복수의 비트라인 유닛들(BU1~BUN)을 포함할 것이다. 비트라인 유닛들(BU1~BUN) 각각은 비트라인쌍들((BL1,/BL1) ~(BLN,/BLN)) 각각에 연결된 복수의 서브 블록들(SB1~SBM)을 포함할 것이다.Each of the memory blocks MB1 to NBR may include a plurality of bit line units BU1 to BUN. Each of the bit line units BU1 to BUN may include a plurality of sub blocks SB1 to SBM connected to each of the bit line pairs (BL1, / BL1) to (BLN, / BLN).

아래에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 서브블록(SB1)에 대하여 설명하도록 하겠다. 서브 블록(SB1)은 쓰기 감지기(111), 읽기 드라이버(112), 및 복수의 메모리 셀들을 포함할 것이다. 여기서, 복수의 메모리 셀들은 래치 구조로 구현될 것이다.Hereinafter, for convenience of description, one subblock SB1 will be described. The sub block SB1 may include a write detector 111, a read driver 112, and a plurality of memory cells. Here, the plurality of memory cells will be implemented in a latch structure.

쓰기 감지기(111)는 비트라인(BL1)과 상보 비트라인(/BL1) 사이에 연결될 것이다. 쓰기 감지기(111)는 워드 단위의 데이터에 대한 쓰기 동작시 비트라인(BL1)과 상보 비트라인(/BL1) 사이의 스윙 전압을 감지하고, 상기 감지된 스윙 전압을 증폭하여 서브비트라인(SBL1) 및 상보 서브비트라인(/SBL1)에 전송할 것이다. 즉, 쓰기 감지기(111)는 쓰기 동작시 비트라인들(BL1,/BL1)으로 낮은 전압으로 스윙하더라도, 데이터가 안정적으로 메모리 셀에 저장될 것이다.The write detector 111 may be connected between the bit line BL1 and the complementary bit line / BL1. The write detector 111 detects a swing voltage between the bit line BL1 and the complementary bit line / BL1 during a write operation on data in a word unit, and amplifies the detected swing voltage to subsubline SBL1. And to the complementary subbit line / SBL1. That is, even if the write detector 111 swings to the bit lines BL1 and / BL1 at a low voltage during a write operation, the data may be stably stored in the memory cell.

읽기 드라이버(112)는 비트라인(BL1)과 상보 비트라인(/BL1) 사이에 연결될 것이다. 본 발명의 읽기 드라이버(112)는 인접한 비트라인 유닛(BU2)의 읽기 드라이버에 전기적으로 연결될 것이다. 이로써, 비트라인 유닛들(BU1~BUN)의 읽기 드라이버들이 서로 전하 재활용을 할 수 있게 될 것이다. 자세한 설명은 도 5에서 하도 록 하겠다.The read driver 112 may be connected between the bit line BL1 and the complementary bit line / BL1. The read driver 112 of the present invention will be electrically connected to the read driver of the adjacent bit line unit BU2. As a result, the read drivers of the bit line units BU1 to BUN will be able to charge-charge each other. Detailed description will be made with reference to FIG. 5.

프리디코더(120)는 외부로부터 K(여기서 K는 정수) 비트의 어드레스(ADDR)를 입력받아 블록 디코딩을 수행하여 블록 어드레스를 생성할 것이다. 즉, 프리디코더(120)는 어드레스(ADDR)을 입력받아 활성화될 메모리 블록을 결정할 것이다.The predecoder 120 receives an address ADDR of K bits (where K is an integer) from the outside and performs block decoding to generate a block address. That is, the predecoder 120 receives an address ADDR to determine a memory block to be activated.

워드라인 디코더(130)는 프리디코더(120)로부터 생성된 블록 어드레스 및 제어회로(150)의 제어신호를 입력받아 복수의 블록들(BLK1~BLKR) 중 어느 하나의 워드라인을 선택할 것이다.The word line decoder 130 receives a block address generated from the predecoder 120 and a control signal of the control circuit 150 to select one word line among the plurality of blocks BLK1 to BLKR.

컬럼 선택회로(140)는 제어회로(150)의 제어에 따라 선택된 블록의 비트라인들((BL1,/BL1)~(BLN,/BLN))과 데이터 버스라인들((DB1~/DB1)~(DBN,/DBN))을 연결할 것이다.The column select circuit 140 may include the bit lines (BL1, / BL1) to (BLN, / BLN) and the data bus lines (DB1 to / DB1) to the selected block under the control of the control circuit 150. (DBN, / DBN)).

제어회로(150)는 반도체 메모리 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 것이다.The control circuit 150 may control the overall operation of the semiconductor memory device 100.

입출력회로(160)는 쓰여질 데이터 혹은 읽혀진 데이터를 임시로 저장할 것이다. 입출력회로(160)는 복수의 쓰기 드라이버들 및 복수의 읽기 감지기들을 포함할 것이다.The input / output circuit 160 may temporarily store data to be written or data to be read. The input / output circuit 160 may include a plurality of write drivers and a plurality of read detectors.

아래에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 읽기 감지기(161) 및 쓰기 드라이버(162)에 대하여 설명하도록 하겠다.Hereinafter, one read detector 161 and a write driver 162 will be described for convenience of description.

읽기 감지기(161)는 데이터 버스라인(DB1) 및 상보 데이터 버스라인(/DB1) 사이에 연결될 것이다. 읽기 감지기(161)는 읽기 동작시 상기 데이터 버스라인(DB1) 및 상보 데이터 버스라인(/DB1) 사이의 전압을 감지 증폭하는 역할을 수행 할 것이다. 이때, 상기 데이터 버스라인들(DB1,/DB1) 각각은 컬럼 선택회로(140)에 따라 선택된 비트라인들과 연결될 것이다. 결과적으로, 읽기 감지기(161)은 이렇게 선택된 비트라인들로 스윙하는 전압을 감지 증폭할 것이다.The read detector 161 will be connected between the data busline DB1 and the complementary data busline / DB1. The read detector 161 detects and amplifies a voltage between the data bus line DB1 and the complementary data bus line / DB1 during a read operation. In this case, each of the data bus lines DB1 and / DB1 may be connected to bit lines selected by the column select circuit 140. As a result, the read detector 161 will sense amplify the voltage swinging on the selected bit lines.

쓰기 드라이버(161)은 데이터 버스라인(DB1) 및 상보 데이터 버스라인(/DB1) 사이에 연결될 것이다. 쓰기 드라이버(162)는 입력 데이터 패턴에 따라 데이터 버스라인들(DB1,/DB1)을 낮은 전압으로 스윙할 것이다. 또한, 쓰기 드라이버(162)는 전하 재활용 동작을 위해 인접한 쓰기 드라이버와 연결됨으로써 전하를 재활용할 수 있을 것이다. 자세한 설명은 도 3에서 하도록 하겠다.The write driver 161 may be connected between the data bus line DB1 and the complementary data bus line / DB1. The write driver 162 will swing the data bus lines DB1 and / DB1 to a low voltage according to the input data pattern. In addition, the write driver 162 may be connected with an adjacent write driver for charge recycling operation to thereby recycle charge. Detailed description will be made with reference to FIG. 3.

보상회로(170)는 전하 재활용 동작을 위한 기준 전압들을 생성하고, 일정하게 유지되도록 할 것이다.The compensation circuit 170 generates reference voltages for the charge recycling operation and keeps them constant.

본 발명의 반도체 메모리 장치(100)은 비트라인의 커패시턴스를 줄이기 위해서 비트라인들이 계층구조(Hierarchical architecture)로 구현될 것이다. 이러한 계층 구조를 사용함으로써, 비트라인 커패시턴스가 줄어들게 될 것이다. 종래의 반도체 메모리 장치의 비트라인 커패시턴스는 메탈로 구성된 비트라인 커패시턴스와 비트라인에 연결된 트랜지스터의 드레인 커패시턴스의 합이었다. 하지만, 본 계층 구조의 비트라인이 사용되면, 비트라인의 커패시턴스는 메탈 커패시턴스로만 구성될 것이다. 이 때문에 전체적인 비트라인 커패시턴스가 줄어들 것이다.In the semiconductor memory device 100 of the present invention, the bit lines are implemented in a hierarchical architecture to reduce the capacitance of the bit lines. By using this hierarchy, the bit line capacitance will be reduced. The bit line capacitance of a conventional semiconductor memory device is the sum of the bit line capacitance made of metal and the drain capacitance of a transistor connected to the bit line. However, if the bit line of the present hierarchical structure is used, the capacitance of the bit line will consist only of metal capacitance. This will reduce the overall bit line capacitance.

또한, 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)에서는 큰 커패시턴스를 갖는 비트라인에서는 낮은 스윙 전압으로 동작하고, 낮은 커패시턴스를 갖는 서브비트라인에서는 높은 스윙 전압으로 동작할 것이다. 이로써, 본 발명의 반도체 메모리 장 치(100)은 전력 소모가 줄어들 것이다.Further, in the semiconductor memory device 100 of the present invention, the operation will be performed at a low swing voltage on the bit line having a large capacitance and at a high swing voltage on a sub bit line having a low capacitance. As a result, the semiconductor memory device 100 of the present invention will reduce power consumption.

전하 재활용 기법을 사용하기 위해서는, 본 발명에서는 각 전압들의 기준이 될 기준 전압들이 필요하다. 시뮬레이션을 통해 전력 소모가 적으며, 정확하고 빠른 동작을 위한 전하 재활용 회수는 8번임이 확인되었다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여, 전하 재활용 회수(N)는 8개의 기준 전압들을 사용하여 전하 재활용 기법을 사용하는 반도체 메모리 장치에 대하여 설명하도록 하겠다. 다른 말로, 본 발명의 반도체 메모리 장치에서는 8번의 전하 재활용 동작이 수행되고, 전력 소비는 1/82 =1/64만큼 줄어들게 될 것이다. 추가된 드라이버(읽기 드라이버,쓰기 드라이버)의 전력소모가 있지만, 그것은 크지 않다.In order to use the charge recycling technique, the present invention requires reference voltages to be the reference of the respective voltages. Simulations show low power consumption and eight charge recycling times for accurate and fast operation. Hereinafter, for convenience of description, the charge recycling recovery N will be described with reference to a semiconductor memory device using a charge recycling technique using eight reference voltages. In other words, in the semiconductor memory device of the present invention, eight charge recycling operations are performed, and power consumption will be reduced by 1/8 2 = 1/64. There is power consumption of the added driver (read driver, write driver), but it is not large.

본 발명에 따른 반도체 메모리 장치(100)은 쓰기/읽기 동작시 전하 재활용을 할 수 있도록 읽기 드라이버 및 쓰기 드라이버를 구비할 것이다. 이로써, 비트라인들 및 데이터 버스라인들에 제공되는 전압 레벨을 낮출 수 있게 될 것이다. 그 결과로써, 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)은 전력 소비가 줄어들게 될 것이다.The semiconductor memory device 100 according to the present invention may include a read driver and a write driver to enable charge recycling during a write / read operation. This will lower the voltage level provided to the bit lines and data bus lines. As a result, the semiconductor memory device 100 of the present invention will reduce power consumption.

도 2는 본 발명의 기준 전압들을 생성하는 보상회로에 대한 실시 예이다. 도 2를 참조하면, 보상회로(170)는 기준 전압들을 일정하게 생성되도록 할 것이다. 예를 들어, 기준 전압이 흔들릴 때마다 기준 발생기들(171~17N) 각각에 포함된 엔모스 트랜지스터(NM) 및 피모스 트랜지스터(PM)가 동작하여 전압이 일정하게 유지되도록 구현될 것이다.2 is an embodiment of a compensation circuit for generating reference voltages of the present invention. Referring to FIG. 2, the compensation circuit 170 may allow the reference voltages to be generated constantly. For example, whenever the reference voltage is shaken, the NMOS transistor NM and the PMOS transistor PM included in each of the reference generators 171 to 17N may operate to maintain a constant voltage.

전하 재활용 동작을 위해 기준 전압이 일정하게 유지되어야 할 것이다. 기준 전압이 흔들릴 경우에는 엔모스 트랜지스터(NM) 및 피모스 트랜지스터(PM)가 동작함으로써 전압이 유지될 것이다. 예를 들어, 전압이 올라갈 경우에는 피모스 트랜지스터(PM)이 턴온됨으로써 전압이 떨어지게 될 것이고, 전압이 낮아질 경우에는 엔모스 트랜지스터(NM)이 턴온됨으로써 전압이 올라가게 될 것이다.The reference voltage must be kept constant for charge recycling operation. When the reference voltage is shaken, the NMOS transistor NM and the PMOS transistor PM operate to maintain the voltage. For example, when the voltage is increased, the voltage will be lowered by turning on the PMOS transistor PM, and when the voltage is lowered, the voltage will be increased by turning on the NMOS transistor NM.

쓰기 동작시, 출력 회로를 통해 8비트의 데이터가(1 혹은 0)가 쓰기 드라이버(162)로 입력될 것이다. 각 데이터는 데이터의 패턴에 따라 쓰기 변화 재생 활성화 신호(WCRE)와 조합됨으로써, 비트라인에 '1' 및 '0' 중 어느 하나의 데이터가 전송될 지가 결정될 것이다. 여기서 기준 전압들(VCR<N>~VCR<N>)은 데이터 버스라인의 공급전압으로 사용된다. 전원전압(VDD) 사용시 K번째 기준 전압(VCR<K>)은 {1-(K-0.5)/N} > VDD 이다. 전원전압(VDD)는 1.8V이고 N이 8일 때, 근접한 기준전압의 차이는 대략 200mV이고, 전하 재활용에 의한 비트라인들 및 데이터 버스라인들의 스윙 전압은 200mV가 될 것이다. 8번의 전하 재활용에 맞춰 8개의 기준 전압들이 만들어졌고, 각 기준 전압들은 전하 재활용을 위한 기준 전압으로 사용될 것이다.In the write operation, 8 bits of data (1 or 0) will be input to the write driver 162 through the output circuit. Each data is combined with the write change reproduction activation signal WCRE according to the pattern of the data, thereby determining whether one of '1' and '0' data is to be transmitted to the bit line. The reference voltages VCR <N> to VCR <N> are used as supply voltages of the data bus lines. When the power supply voltage VDD is used, the K-th reference voltage VCR <K> is {1- (K-0.5) / N}> VDD. When the power supply voltage VDD is 1.8V and N is 8, the difference between adjacent reference voltages is approximately 200mV, and the swing voltages of the bit lines and data bus lines by charge recycling will be 200mV. Eight reference voltages were created for eight charge recycling cycles, and each reference voltage would be used as the reference voltage for charge recycling.

만약, 데이터 '1'일 경우에는 비트라인이 높은 기준 전압과 연결됨으로 '1'의 데이터를 갖게 되고, 데이터 '0'일 경우에는 비트라인이 낮은 기준 전압과 연결되어 '0'의 데이터를 갖게 될 것이다.If the data is '1', the bit line is connected to a high reference voltage to have data of '1'. If the data is '0', the bit line is connected to a low reference voltage to have data of '0'. Will be.

사용된 전하가 재활용되기 위해서는 다음 단계로 이동해야 할 것이다. 이를 위해 이 기준 전압을 다음 셀 블록과 서로 공유함으로써 전하가 다음 단계에서 재활용될 수 있는 것이다.The used charge will have to move to the next stage in order to be recycled. To this end, the reference voltage is shared with the next cell block so that charge can be recycled in the next step.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 쓰기 드라이버를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 쓰기 드라이버(162)는 다음과 같이 동작할 것이다.3 is a diagram illustrating a write driver according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the write driver 162 will operate as follows.

쓰기 전하 재활용 활성신호(WCRE:Write Charge Recycle Enable)가 활성화되면, 입력 데이터(DIN)의 값에 따라서 트랜지스터들(M1~M4)가 턴온될 것이다. 만약, 입력 데이터(DIN)가 '1'이면, 제 1 및 제 4 트랜지스터들(M1,M4)가 턴온될 것이다. 이에 데이터 버스라인(DB1)은 기준 전압(VCR<1>)에 연결되고, 상보 데이터 버스라인(/DB1)은 기준 전압(VCR<2>)에 연결될 것이다. 그 결과로써, 데이터 버스라인(DB1)과 데이터 버스라인(/DB1)은 VCR<1>와 VCR<2>의 낮은 전압 레벨로 스윙할 것이다.When the write charge recycle enable signal WCRE is activated, the transistors M1 to M4 are turned on according to the value of the input data DIN. If the input data DIN is '1', the first and fourth transistors M1 and M4 will be turned on. Accordingly, the data bus line DB1 may be connected to the reference voltage VCR <1>, and the complementary data bus line / DB1 may be connected to the reference voltage VCR <2>. As a result, data busline DB1 and data busline / DB1 will swing to the low voltage levels of VCR <1> and VCR <2>.

만약, 입력 데이터(DIN)가 '0'이면, 제 2 및 제 3 트랜지스터들(M2,M3)가 턴온될 것이다. 이에 데이터 버스라인(DB1)은 기준 전압(VCR<2>)에 연결되고, 상보 데이터 버스라인(/DB1)은 기준 전압(VCR<1>)에 연결될 것이다. 그 결과로써, 데이터 버스라인(DB1)과 데이터 버스라인(/DB1)은 VCR<2>와 VCR<1>의 낮은 전압 레벨로 스윙할 것이다.If the input data DIN is '0', the second and third transistors M2 and M3 will be turned on. Accordingly, the data bus line DB1 may be connected to the reference voltage VCR <2>, and the complementary data bus line / DB1 may be connected to the reference voltage VCR <1>. As a result, data busline DB1 and data busline / DB1 will swing to the low voltage levels of VCR <2> and VCR <1>.

본 발명의 쓰기 드라이버는 쓰기 동작시 입력 데이터에 따라 데이터 버스라인 혹은 상보 데이터라인 중 어느 하나가 인접한 쓰기 드라이버의 데이터 버스라인 혹은 상보 데이터 버스라인 중 어느 하나에 연결될 것이다. 이로써, 쓰기 드라이버에서 사용된 전하가 인접한 쓰기 드라이버에서 사용되도록 구현될 것이다.According to the write driver of the present invention, either a data bus line or a complementary data line may be connected to either the data bus line or the complementary data bus line of an adjacent write driver according to input data during a write operation. Thus, the charge used in the write driver will be implemented to be used in the adjacent write driver.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 쓰기 감지기를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 쓰기 감지기(161)는 다음과 같이 동작할 것이다.4 is a diagram illustrating a write detector according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the write detector 161 will operate as follows.

쓰기 감지기(161)는 비트라인들(BL1,/BL1)에 스윙하는 전압을 증폭하여 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)으로 전송할 것이다. 이로써, 증폭된 데이터가 셀에 안정적으로 저장될 것이다.The write detector 161 may amplify and transmit the voltage swinging on the bit lines BL1 and / BL1 to the sub bit lines SBL1 and / SBL1. In this way, the amplified data will be stably stored in the cell.

아래에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 비트라인 유닛(BU1)에 속하는 메모리 셀에 대한 쓰기 동작에 한정하여 설명하도록 하겠다.For convenience of explanation, the following description will be limited to the write operation on the memory cell belonging to the first bit line unit BU1.

입력 데이터에 따라 비트라인은 낮은 스윙 전압으로 스윙될 것이다. 이때 쓰기 감지기(111)는 비트라인들(BL,/BL1)에 스윙되는 전압을 감지 증폭하여 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)에 전송할 것이다. 그 결과로써 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)은 높은 스윙전압을 스윙할 것이다. 이때 워드라인 디코더(130)에 의해서 워드라인(WL)이 활성화될 것이다. 활성화된 워드라인에 의해 선택된 메모리 셀은 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)에 스윙되는 높은 스윙전압에 따른 데이터가 저장될 것이다. 이로써, 데이터가 보다 안정적으로 저장될 것이다.Depending on the input data, the bitline will swing to a low swing voltage. In this case, the write detector 111 senses and amplifies a voltage swinging on the bit lines BL and / BL1 and transmits the amplified voltage to the sub bit lines SBL1 and / SBL1. As a result, the sub bit lines SBL1 and / SBL1 will swing a high swing voltage. In this case, the word line WL may be activated by the word line decoder 130. In the memory cell selected by the activated word line, data according to a high swing voltage swinging on the sub bit lines SBL1 and / SBL1 may be stored. In this way, the data will be stored more stably.

도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 읽기 드라이버를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 읽기 드라이버(112)는 도 3에 도시된 쓰기 드라이버와 비슷하게 구현될 것이다. 5 is a diagram illustrating a read driver according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the read driver 112 may be implemented similarly to the write driver shown in FIG. 3.

읽기 전하 재활용 활성신호(RCRE:Read Charge Recycle Enable)가 활성화되면, 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)의 값에 따라서 트랜지스터들(M1~M4)가 턴온될 것이다. 만약, 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)으로부터 감지된 데이터가 '1'이면, 제 1 및 제 4 트랜지스터들(M1,M4)가 턴온될 것이다. 이에 비트라인(BL1)은 기준 전압(VCR<1>)에 연결되고, 상보 비트라인(/BL1)은 기준 전압(VCR<2>)에 연결될 것이 다. 그 결과로써, 비트라인(BL1)과 비트라인(/BL1)은 VCR<1>과 VCR<2>의 낮은 전압 레벨로 스윙할 것이다.When the read charge recycle enable signal RCRE is activated, the transistors M1 to M4 are turned on according to the values of the sub bit lines SBL1 and / SBL1. If the data sensed from the sub-bit lines SBL1 and / SBL1 is '1', the first and fourth transistors M1 and M4 may be turned on. The bit line BL1 is connected to the reference voltage VCR <1>, and the complementary bit line / BL1 is connected to the reference voltage VCR <2>. As a result, the bit lines BL1 and / BL1 will swing to the low voltage levels of VCR <1> and VCR <2>.

만약, 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)으로부터 감지된 데이터가 '0'이면, 제 2 및 제 3 트랜지스터들(M2,M3)가 턴온될 것이다. 비트라인(BL1)은 기준 전압(VCR<2>)에 연결되고, 상보 비트라인(/BL1)은 기준 전압(VCR<1>)에 연결될 것이다. 그 결과로써, 비트라인(BL1)과 비트라인(/BL1)은 VCR<2>과 VCR<1>의 낮은 전압 레벨로 스윙할 것이다.If the data sensed from the sub bit lines SBL1 and / SBL1 is '0', the second and third transistors M2 and M3 may be turned on. The bit line BL1 is connected to the reference voltage VCR <2>, and the complementary bit line / BL1 is connected to the reference voltage VCR <1>. As a result, the bit lines BL1 and / BL1 will swing to the low voltage levels of VCR <2> and VCR <1>.

만약, 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)으로부터 감지된 데이터가 '0'이면, 비트라인(BL1)과 상보 비트라인(/BL1) 사이의 전압 차이는 0V가 될 것이다.If the data sensed from the sub bit lines SBL1 and / SBL1 is '0', the voltage difference between the bit line BL1 and the complementary bit line / BL1 will be 0V.

본 발명의 읽기 드라이버는 읽기 동작시 데이터에 따라 비트라인 혹은 상보 비트라인 중 어느 하나가 인접한 읽기 드라이버의 비트라인 혹은 상보 비트라인 중 어느 하나에 연결될 것이다. 이로써, 읽기 드라이버에서 사용된 전하가 인접한 읽기 드라이버에서 사용되도록 구현될 것이다.According to the read driver of the present invention, either one of a bit line or a complementary bit line may be connected to one of a bit line or a complementary bit line of an adjacent read driver according to data during a read operation. Thus, the charge used in the read driver will be implemented to be used in the adjacent read driver.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 읽기 감지기를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 읽기 감지기(161)는 도 4에 도시된 쓰기 감지기와 비슷하게 구현될 것이다.6 is a diagram illustrating a read detector according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the read detector 161 will be implemented similarly to the write detector shown in FIG. 4.

아래에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 비트라인 유닛(BU1)의 메모리 셀에 대한 읽기 동작으로 한정하여 설명하도록 하겠다. 읽기 감지기(161)는 읽기 활성화 신호(RSAE)에 응답하여 데이터 라인들(DB1,/DB1)을 감지 증폭하여 읽혀진 데이터(DOUT)를 출력할 것이다.Hereinafter, for convenience of description, the description will be limited to a read operation on the memory cell of the first bit line unit BU1. The read detector 161 senses and amplifies the data lines DB1 and / DB1 in response to the read activation signal RSAE and outputs the read data DOUT.

본 발명의 반도체 메모리 장치(100)에서는 동시에 12비트의 어드레스가 로우 디코더와 컬럼 디코더로 입력되고, 이를 앤드 조합히야 사용될 메모리 셀의 로우 어드레스가 결정될 것이다. 8개의 로우 디코더 입력 데이터는 총 256개의 워드라인 중 하나를 결정해줄 것이다. 4개의 컬럼 디코더 입력 데이터는 16개의 블록 열 중에서 어느 하나를 결정해줄 것이다.In the semiconductor memory device 100 of the present invention, 12-bit addresses are simultaneously input to the row decoder and the column decoder, and the row addresses of the memory cells to be used are determined by combining them. The eight row decoder input data will determine one of a total of 256 word lines. The four column decoder input data will determine any of the sixteen block columns.

읽기 동작은 워드라인이 활성화되면, 셀에 저장된 데이터가 높은 스윙전압으로 데이터가 서브비트라인(SBL1,/SBL1)에 전송될 것이다. 전하 재활용 읽기 드라이버(112)가 동작하면서 서브비트라인들(SBL1,/SBL1)의 데이터 패턴에 따라 비트라인들(BL1,/BL1)을 낮은 스윙전압으로 동작시킬 것이다. 전하 재활용 쓰기 드라이버(162)와 마찬가지로 비트라인들(BL1,/BL1)에서 사용된 전하를 인접한 블록에서 재활용하도록 연결되어 있을 것이다.In the read operation, when the word line is activated, the data stored in the cell will be transmitted to the sub-bit lines SBL1 and SBL1 with a high swing voltage. The charge recycling read driver 112 may operate to operate the bit lines BL1 and / BL1 at low swing voltages according to the data patterns of the sub bit lines SBL1 and / SBL1. Like the charge recycling write driver 162, the charges used in the bit lines BL1 and / BL1 may be connected to be recycled in an adjacent block.

비트라인들(BL1,/BL1)에 데이터가 전송되고(스윙 전압이 인가됨) 컬럼 선택회로(140)가 동작하면, 비트라인들(BL1,/BL1)과 데이터 버스라인들(DB1,/DB1)이 서로 연결될 것이다. 이때 데이터 버스라인들(DB1,/DB1)은 읽기 감지기(161)와 연결됨으로써, 데이터가 높은 스윙전압으로 증폭되어 출력될 것이다.When data is transferred to the bit lines BL1 and / BL1 (a swing voltage is applied) and the column select circuit 140 operates, the bit lines BL1 and / BL1 and the data bus lines DB1 and / DB1 are applied. ) Will be connected to each other. In this case, the data bus lines DB1 and / DB1 are connected to the read detector 161 so that data is amplified and output by a high swing voltage.

상술 된 바와 같이, 본 발명에 따른 읽기/쓰기 동작은 비트라인들 혹은 데이터 버스라인들이 낮은 전압으로 스윙되도록 구현될 것이다.As described above, the read / write operation according to the present invention will be implemented such that the bit lines or data bus lines swing to a low voltage.

도 7은 본 발명의 쓰기 동작시 제어 신호의 동작 파형도의 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 7을 참조하면, 반도체 메모리 장치(100)의 쓰기 동작은 다음과 같이 진행될 것이다.7 is a view showing an embodiment of an operation waveform diagram of a control signal during a write operation of the present invention. 1 to 7, the write operation of the semiconductor memory device 100 will proceed as follows.

쓰기 동작시 데이터(DIN)가 입력된 후, 쓰기 전하 재활용 활성화 신호(WCRE)가 활성화될 것이다. 이에 비트라인들((BL1,/BL1)...(BLN,/BLN))은 낮은 전압으로 스윙할 것이다. 비트라인((BL1,/BL1)...(BLN,/BLN))에 쓰여질 데이터가 완전히 로딩 된 후에는, 쓰기 감지 증폭 활성화 신호(WSAE:Write Sense Amplifier Enable)가 활성화될 것이다. 이에, 서브비트라인(SBL<1:N>,/SBL<1:N>)은 높은 전압으로 스윙될 것이다. 이때 워드라인이 활성화된 셀에 입력된 데이터(DIN)가 저장될 것이다.After the data DIN is input in the write operation, the write charge recycling activation signal WCRE will be activated. The bit lines (BL1, / BL1) ... (BLN, / BLN) will swing to a low voltage. After the data to be written to the bit lines (BL1, / BL1) ... (BLN, / BLN) is completely loaded, the write sense amplification enable signal (WSAE) will be activated. Accordingly, the sub bit lines SBL <1: N> and / SBL <1: N> will swing to high voltages. In this case, the data DIN stored in the cell where the word line is activated will be stored.

도 8은 본 발명의 읽기 동작시 제어 신호의 동작 파형도의 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 6 및 도 8을 참조하면, 반도체 메모리 장치(100)의 읽기 동작은 다음과 같이 진행될 것이다.8 is a diagram illustrating an embodiment of an operation waveform diagram of a control signal during a read operation of the present invention. 1 to 6 and 8, the read operation of the semiconductor memory device 100 will proceed as follows.

비트라인(((BL1,/BL1)...(BLN,/BLN))과 서브비트라인(SBL<1:N>,/SBL<1:N>) 은 제어 신호에 의해 제어될 것이다. 읽기 동작시 셀에 저장된 데이터(A, B)는 워드라인(WL)이 활성화될 때 미리 충전되어있는 서브비트라인으로 로딩될 것이다. 이때 서브비트라인은 높은 전압으로 스윙될 것이다.The bit lines (((BL1, / BL1) ... (BLN, / BLN)) and the subbit lines SBL <1: N>, / SBL <1: N> will be controlled by control signals. In operation, the data A and B stored in the cell will be loaded into a pre-charged sub bit line when the word line WL is activated, which will swing to a high voltage.

데이터가 완전히 로딩될 때, 읽기 전하 재활용 활성화 신호(RCRE)가 활성화될 것이다. 이에, 비트라인는 낮은 전압으로 스윙될 것이다.When the data is fully loaded, the read charge recycling activation signal RCRE will be activated. As a result, the bit line will swing to a low voltage.

비트라인에 데이터가 완전히 로딩된 후에, 읽기 감지 증폭 활성화 신호(RCSA)가 활성화될 것이다. 이에, 읽기 감지기(161)에 의해 읽혀진 데이터(DOUT)가 출력될 것이다.After the data is completely loaded into the bitline, the read sense amplification enable signal (RCSA) will be activated. Accordingly, the data DOUT read by the read detector 161 will be output.

반도체 메모리 장치(100)은 매 동작마다 주기적으로 큰 커패시턴스를 갖는 비트라이과 데이터 버스라인을 충/방전해야 한다. 이때문에, 비트라인과 데이터 버 스라인에서의 전력소모가 매우 큰 메모리이다.The semiconductor memory device 100 needs to charge / discharge the bit line and the data bus line having a large capacitance periodically in every operation. Because of this, the power consumption in the bit line and data bus line is very large.

본 발명의 반도체 메모리 장치(100)은 쓰기 동작시 혹은 읽기 동작시 비트라인과 데이터 버스라인에서 전하 재활용 기법을 이용함으로써 전력 소모를 줄일 수 있게 될 것이다. 종래의 반도체 메모리 장치에서는 전하를 한번만 사용하고 버렸으나, 본 발명의 전하 재활용 기법은 한번 사용한 전하를 다른 셀을 동작시키는데 다시 사용할 것이다. 이로써, 비트라인과 데이터 버스라인 사이의 전력 소모가 크게 줄어들 것이다. The semiconductor memory device 100 of the present invention may reduce power consumption by using charge recycling techniques in bit lines and data bus lines during a write operation or a read operation. In the conventional semiconductor memory device, the charge is used only once and then discarded. However, the charge recycling technique of the present invention may be used again to operate another cell. This will greatly reduce power consumption between the bitline and the data busline.

또한, 본 발명의 반도체 메모리 장치(100)은 쓰기 동작시 필요한 부분에서만 높은 스윙 전압을 사용함으로써, 데이터가 안정적으로 저장될 것이다. 이는 성능은 유지하면서 전력 소모를 줄일 수 있다는 이점이 될 것이다.In addition, the semiconductor memory device 100 of the present invention may stably store data by using a high swing voltage only in a portion necessary for a write operation. This would be an advantage of reducing power consumption while maintaining performance.

본 발명에 따른 전하 재활용 기법은 반도체 메모리 장치에 국한되지 않을 것이다. 본 발명의 전하 재활용 기법은 다양한 디지털 집적회로에서 저전력으로 동작하는 회로 설계에 적용될 수 있을 것이다.The charge recycling technique according to the present invention will not be limited to semiconductor memory devices. The charge recycling technique of the present invention may be applied to circuit designs that operate at low power in various digital integrated circuits.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the claims of the following.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 보상회로에 대한 실시 예를 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the compensation circuit shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 쓰기 드라이버를 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating a write driver according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 쓰기 감지기를 보여주는 도면이다.4 is a diagram illustrating a write detector according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 읽기 드라이버를 보여주는 도면이다.5 is a diagram illustrating a read driver according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 읽기 감지기를 보여주는 도면이다.6 is a diagram illustrating a read detector according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 쓰기 방법을 보여주는 파형도이다.7 is a waveform diagram illustrating a writing method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 읽기 방법을 보여주는 파형도이다.8 is a waveform diagram illustrating a reading method according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100: 반도체 메모리 장치 110: 메모리 셀 어레이100: semiconductor memory device 110: memory cell array

120: 프리디코더 130: 워드라인 디코더120: predecoder 130: word line decoder

140: 컬럼 선택회로 150: 제어회로140: column selection circuit 150: control circuit

160: 입출력 버퍼 170: 보상회로160: input and output buffer 170: compensation circuit

111: 쓰기 감지기 112: 읽기 드라이버111: write detector 112: read driver

161: 읽기 감지기 162: 쓰기 드라이버161: read detector 162: write driver

Claims (8)

데이터 버스라인쌍에 제 1 스윙전압을 제공하는 쓰기 드라이버;A write driver providing a first swing voltage to a pair of data bus lines; 상기 데이터 버스라인쌍을 입력 어드레스에 따라 선택된 비트라인쌍에 연결하는 컬럼 선택회로; 및 A column selection circuit connecting the data bus line pair to a bit line pair selected according to an input address; And 상기 선택된 비트라인쌍에 연결된 복수의 서브블록들을 포함하되,A plurality of subblocks connected to the selected bit line pair; 상기 복수의 서브블록들 각각은,Each of the plurality of subblocks, 상기 선택된 비트라인쌍의 상기 제 1 스윙 전압을 감지 증폭하여 제 2 스윙 전압을 생성하는 쓰기 감지기; 및A write detector for sensing and amplifying the first swing voltage of the selected bit line pair to generate a second swing voltage; And 상기 제 2 스윙 전압을 제공받는 서브비트라인쌍에 연결되고, 상기 서브비트라인쌍의 상기 제 2 스윙 전압에 따라 데이터가 저장되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 반도체 메모리 장치.And a plurality of memory cells connected to the sub-bit line pair receiving the second swing voltage and storing data according to the second swing voltage of the sub-bit line pair. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 스윙 전압은 상기 제 2 스윙 전압보다 낮은 반도체 메모리 장치.And the first swing voltage is lower than the second swing voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 메모리 장치는,The semiconductor memory device, 읽기 동작시 상기 복수의 메모리 셀들 중에서 활성화된 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 선택된 비트라인쌍으로 제 3 스윙 전압을 제공하는 읽기 드라 이버; 및A read driver configured to provide a third swing voltage to the selected bit line pair according to data stored in an activated memory cell among the plurality of memory cells during a read operation; And 상기 컬럼 선택회로에 의해 상기 선택된 비트라인쌍과 상기 데이터 버스라인쌍이 연결되고, 상기 데이터 버스라인쌍의 상기 제 3 스윙 전압을 감지 증폭하여 제 4 스윙 전압을 생성하는 읽기 감지기를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.And a read detector coupled to the selected bit line pair and the data bus line pair by the column select circuit, and configured to sense and amplify the third swing voltage of the data bus line pair to generate a fourth swing voltage. Device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 3 스윙 전압은 상기 제 4 스윙 전압보다 낮은 반도체 메모리 장치.And the third swing voltage is lower than the fourth swing voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비트라인쌍은 계층 구조의 비트라인으로 구현되는 반도체 메모리 장치.The bit line pair is a semiconductor memory device implemented as a bit line of a hierarchical structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 메모리 셀들은 래치 구조로 구현되는 반도체 메모리 장치.And the plurality of memory cells have a latch structure. 제 1 비트라인쌍에 연결된 제 1 메모리 셀;A first memory cell coupled to the first bit line pair; 상기 제 1 비트라인쌍과 이웃하는 제 2 비트라인쌍에 연결된 제 2 메모리셀;A second memory cell connected to the second bit line pair adjacent to the first bit line pair; 상기 제 1 비트라인쌍에 쓰기 전압을 제공하기 위한 제 1 쓰기 드라이버; 및A first write driver for providing a write voltage to the first pair of bit lines; And 상기 제 2 비트라인쌍에 쓰기 전압을 제공하기 위한 제 2 쓰기 드라이버를 포함하되,A second write driver for providing a write voltage to the second bit line pair; 쓰기 동작시 상기 제 1 쓰기 드라이버에서 사용된 전하가 상기 제 2 쓰기 드 라이버에서 재활용되도록 상기 제 1 비트라인쌍 중 어느 하나는 상기 제 2 비트라인쌍 중 어느 하나에 전기적으로 연결되는 반도체 메모리 장치.And any one of the first pair of bit lines is electrically connected to one of the pair of second bit lines so that the charge used in the first write driver is recycled in the second write driver during a write operation. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 메모리 셀에 연결되고, 상기 제 1 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 제 1 비트라인쌍으로 읽기 전압을 제공하기 위한 제 1 읽기 드라이버; 및A first read driver coupled to the first memory cell and configured to provide a read voltage to the first pair of bit lines according to data stored in the first memory cell; And 상기 제 2 메모리 셀에 연결되고, 상기 제 2 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 상기 제 2 비트라인쌍으로 읽기 전압을 제공하기 위한 제 2 읽기 드라이버를 포함하되,A second read driver connected to the second memory cell and configured to provide a read voltage to the second bit line pair according to data stored in the second memory cell, 읽기 동작시 상기 제 1 읽기 드라이버에서 사용된 전하가 상기 제 2 읽기 드라이버에서 재활용되도록 상기 제 1 비트라인쌍 중 어느 하나는 상기 제 2 비트라인쌍 중 어느 하나에 전기적으로 연결되는 반도체 메모리 장치.And one of the first pair of bit lines is electrically connected to one of the pair of second bit lines so that the charge used in the first read driver is recycled in the second read driver during a read operation.
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