KR101905746B1 - Multi level memory apparatus and its data sensing method - Google Patents

Multi level memory apparatus and its data sensing method Download PDF

Info

Publication number
KR101905746B1
KR101905746B1 KR1020120073759A KR20120073759A KR101905746B1 KR 101905746 B1 KR101905746 B1 KR 101905746B1 KR 1020120073759 A KR1020120073759 A KR 1020120073759A KR 20120073759 A KR20120073759 A KR 20120073759A KR 101905746 B1 KR101905746 B1 KR 101905746B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
comparison
cell
unit
node
Prior art date
Application number
KR1020120073759A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140006544A (en
Inventor
류승탁
권지욱
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사, 한국과학기술원 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020120073759A priority Critical patent/KR101905746B1/en
Priority to US13/935,407 priority patent/US9159411B2/en
Publication of KR20140006544A publication Critical patent/KR20140006544A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101905746B1 publication Critical patent/KR101905746B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/003Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5621Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using charge storage in a floating gate
    • G11C11/5642Sensing or reading circuits; Data output circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/0038Power supply circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021Auxiliary circuits
    • G11C13/004Reading or sensing circuits or methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Abstract

본 발명은 메모리 셀에 흐르는 넓은 범위의 전류를 효율적으로 정확하게 검출할 수 있는 저항성 메모리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 저항성 메모리 장치는, 상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로; 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전기적으로 선택적으로 연결되는 저항성 메모리 셀; 및 상기 저항성 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부를 포함한다.
The present invention can provide a resistive memory device capable of efficiently and accurately detecting a wide range of current flowing in a memory cell.
The resistive memory device of the present invention comprises at least two current paths for passing current of different magnitudes; A resistive memory cell electrically connected to said at least two current paths; And a cell current replicating unit for replicating a cell current flowing in the resistive memory cell.

Description

멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법{MULTI LEVEL MEMORY APPARATUS AND ITS DATA SENSING METHOD}[0001] MULTI LEVEL MEMORY APPARATUS AND ITS DATA SENSING METHOD [0002]

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 레벨 메모리 셀을 포함하는 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a memory device including multi-level memory cells.

종래의 DRAM은 캐패시터로 구성된 메모리 셀을 포함하고, 상기 메모리 셀에 전하를 충전하거나 방전하면서 데이터를 저장한다. 그러나, 캐패시터의 특성상 누설전류가 존재하기 때문에, DRAM은 휘발성 메모리라는 단점을 갖는다. DRAM의 단점을 개선하기 위해, 비휘발성이며 데이터의 리텐션이 불필요한 메모리들이 개발되고 있다. 특히, 메모리 셀 구조를 변화시켜 비휘발성을 구현하려는 시도가 계속되고 있으며, 그 중 하나가 저항성 메모리 셀을 포함하는 저항성 메모리 장치이다.A conventional DRAM includes a memory cell composed of a capacitor, and stores data while charging or discharging the memory cell. However, since there is a leakage current due to the characteristics of the capacitor, the DRAM has a disadvantage that it is a volatile memory. In order to improve the disadvantages of the DRAM, memories which are nonvolatile and which do not require retention of data are being developed. In particular, attempts have been made to implement non-volatility by changing the memory cell structure, one of which is a resistive memory device comprising a resistive memory cell.

도 1은 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1에서, 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치는 메모리 셀(10) 및 트랜지스터(N1)를 포함한다. 메모리 셀(10)은 온도 또는 전류에 따라 저항 값이 변하는 저항성 물질로 구성되어 저장된 데이터에 따라 서로 다른 저항 값을 갖는다. 1 is a schematic view showing a configuration of a conventional resistive memory device. 1, a resistive memory device according to the prior art includes a memory cell 10 and a transistor N1. The memory cell 10 is composed of a resistive material whose resistance value changes according to temperature or current, and has different resistance values depending on stored data.

트랜지스터(N1)는 메모리 셀(10)에 저장된 데이터를 센싱하기 위해 센싱 전류를 제공한다. 트랜지스터(N1)는 바이어스 전압(VB)을 제어되어 전원전압(VPPSA)을 센싱 노드(SAI)에 인가한다. The transistor N1 provides a sensing current to sense the data stored in the memory cell 10. The transistor N1 controls the bias voltage VB to apply the power supply voltage VPPSA to the sensing node SAI.

종래의 저항성 메모리 장치는 센싱 노드(SAI)의 전압을 변화시킴으로써 메모리 셀(11)에 저장된 데이터를 센싱한다. 트랜지스터(N1)는 바이어스 전압(VB)이 인가되면 턴온되고, 센싱 노드(SAI)로 일정한 양의 전류를 제공하도록 구성된다. 센싱 노드(SAI)에 흐르는 전류는 메모리 셀(10)을 통과하여 흐른다. 따라서, 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨은 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 달라진다. 즉, 메모리 셀(10)의 저항 값이 크면, 센싱 노드(SAI)의 전압은 높은 레벨을 갖고, 메모리 셀(10)의 저항 값이 작으면, 센싱 노드(SAI)의 전압은 낮은 레벨을 갖는다. 위와 같이, 종래의 저항성 메모리 장치는 센싱 노드(SAI)로 일정한 전류를 제공하고, 메모리 셀(10)의 저항 값에 따른 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨의 변화를 이용하여 메모리 셀(10)에 저장된 데이터를 센싱한다. A conventional resistive memory device senses data stored in the memory cell 11 by changing the voltage of the sensing node SAI. The transistor N1 is turned on when the bias voltage VB is applied, and is configured to provide a certain amount of current to the sensing node SAI. The current flowing through the sensing node SAI flows through the memory cell 10. [ Therefore, the voltage level of the sensing node SAI depends on the resistance value of the memory cell 10. [ That is, when the resistance value of the memory cell 10 is large, the voltage of the sensing node SAI has a high level, and when the resistance value of the memory cell 10 is small, the voltage of the sensing node SAI is low . As described above, the conventional resistive memory device provides a constant current to the sensing node SAI, and is applied to the memory cell 10 using a change in the voltage level of the sensing node SAI according to the resistance value of the memory cell 10. [ Sensing the stored data.

또한, 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨 변화를 확실하게 감지하기 위해서 전원전압으로 승압전압(VPPSA)을 사용한다. 승압전압(VPPSA)은 일반적으로 외부전원 레벨보다 높은 레벨의 전압으로 펌핑 회로 등을 통해 생성될 수 있다.In addition, the step-up voltage VPPSA is used as the power supply voltage to reliably detect the voltage level change of the sensing node SAI according to the resistance value of the memory cell 10. [ The step-up voltage VPPSA can be generated through a pumping circuit or the like at a voltage generally higher than the external power supply level.

본 발명은 메모리 셀에 흐르는 넓은 범위의 전류를 효율적으로 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a multilevel memory device capable of efficiently detecting a wide range of currents flowing through a memory cell and a method of data sensing thereof.

또한, 본 발명은 메모리 셀에 흐르는 넓은 범위의 전류를 정확하게 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a multilevel memory device and a method of sensing the data, which can accurately detect a wide range of current flowing in a memory cell.

또한, 본 발명은 메모리 셀에 저장된 멀티 레벨 데이터를 신속하게 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a multilevel memory device capable of quickly detecting multilevel data stored in a memory cell and a method of sensing the data.

본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치는, 상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로; 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전기적으로 선택적으로 연결되는 메모리 셀; 및 상기 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부를 포함한다.The multilevel memory device of the present invention includes at least two current paths for passing current of different magnitudes; A memory cell electrically connected to the at least two current paths; And a cell current replica unit for replicating a cell current flowing in the memory cell.

또한, 상기 셀 전류 복제부는, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전류 미러 타입으로 결합될 수 있다.In addition, the cell current replica section may be coupled with the current mirror type with the at least two or more current paths.

또한, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로는, 상기 셀 전류의 제1 범위를 통과시킬 수 있는 제1 전류 구동부; 및 상기 셀 전류의 제1 범위를 벗어난 제2 범위를 통과시킬 수 있는 제2 전류 구동부를 포함한다.The at least two current paths may include a first current driver capable of passing a first range of the cell current; And a second current driver capable of passing a second range out of the first range of the cell current.

또한, 상기 셀 전류 복제부는 상기 제1 전류 구동부와 동일한 크기의 전류를 통과시킬 수 있다.The cell current replica unit may pass a current having the same magnitude as the first current driver.

또한, 상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단; 상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부; 상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및 상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부를 더 포함한다.Comparison means for comparing a cell replica current flowing through the cell current replica portion with a comparison replica current; A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison unit; A comparison current output unit for outputting a comparison current by using a comparison signal output from the data output unit; And a comparison current replicating unit for replicating the comparison current and outputting the comparison replication current.

또한, 상기 비교수단은, 상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부를 포함한다.The comparison means may be configured to compare the cell replica current and the comparison replica current with each other to amplify a potential difference between a first node on a path through which the cell replica current flows and a second node on a path through which the comparison replication current flows, A comparator; And a second comparator for comparing the first node and the second node as inputs.

또한, 본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치는, 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부; 상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단; 상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부; 상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및 상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부를 포함한다.Further, the multilevel memory device of the present invention includes: a cell current replicating unit for replicating a cell current flowing in a memory cell; Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current duplication section with a comparison replication current; A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison unit; A comparison current output unit for outputting a comparison current by using a comparison signal output from the data output unit; And a comparison current replica unit for replicating the comparison current to output the comparison replica current.

또한, 본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법은, 상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로 중 어느 하나를 선택하여 상기 전류 경로와 연결된 메모리 셀로 셀전류를 흘리는 단계; 상기 셀전류를 비교하기 위한 비교전류를 소정값으로 설정하는 단계; 상기 셀전류가 상기 소정값보다 크면, 상기 셀전류와 동일 크기로 복제하는 단계; 및 상기 셀전류가 상기 소정값보다 작으면, 상기 셀전류를 소정 배수 증폭하여 복제하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of sensing data in a multi-level memory device, comprising: flowing a cell current through a memory cell connected to the current path by selecting one of at least two current paths for passing a current having a different magnitude; Setting a comparison current for comparing the cell current to a predetermined value; If the cell current is greater than the predetermined value, replicating the same size as the cell current; And amplifying and replicating the cell current by a predetermined multiple if the cell current is less than the predetermined value.

또한, 상기 셀전류를 복제하여 셀복제전류를 출력하는 단계; 상기 비교전류를 복제하여 비교복제전류를 출력하는 단계; 상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 비교하여 비교신호를 출력하는 단계; 및 상기 비교신호를 임시 저장하고 디지털적으로 출력하는 단계를 더 포함한다.Generating a cell replication current by replicating the cell current; Replicating the comparison current to output a comparison replication current; Comparing the cell replication current with the comparison replication current and outputting a comparison signal; And temporarily storing and digitally outputting the comparison signal.

본 발명에 따르면, 메모리 셀의 저항 값 변화에 따른 넓은 범위의 전류를 정확하게 검출함으로써 메모리 셀에 저장할 수 있는 데이터량을 극대화할 수 있고, 높은 전원전압을 필요로 하지 않는다. According to the present invention, it is possible to maximize the amount of data that can be stored in a memory cell by accurately detecting a wide range of current according to the resistance value change of the memory cell, and does not require a high power supply voltage.

도 1은 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 주요 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 그래프,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치 구성도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도, 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically shows the construction of a resistive memory device according to the prior art; FIG.
2 is a main configuration diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention,
3 is a graph of the operation of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention,
4 is a block diagram of a multi-level memory device according to another embodiment of the present invention;
5 is a flowchart illustrating an operation of a multi-level memory device according to an exemplary embodiment of the present invention,
6 is a current DAC configuration diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, and
7 is a current DAC configuration diagram of a multi-level memory device according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

멀티 레벨 메모리, 예컨대, 저항성 메모리는 소자 특성에 따라 다양한 저항값을 가질 수 있으므로 2진 데이터가 아니라 다양한 데이터를 하나의 메모리 셀에 저장할 수 있다. 예컨대, PCRAM의 경우, 메모리 셀에 최소 100나노암페어(nA)에서 최대 15마이크로암페어(uA)까지의 범위에서 전류가 흐를 수 있다. 즉, 메모리 셀에 흐르는 최소 전류와 최대 전류 간의 차이가 너무 크기 때문에 메모리 셀에 흐르는 전류를 검출하기 위해 사용되는 스위칭 소자의 크기를 최소 전류에 맞추어 설계하면 최대 전류를 흘리지 못하게 되고, 최대 전류에 맞추어 설계하면 최소 전류가 흐를 때에 스위칭 소자가 위크 인버젼(weak inversion) 상태에 놓이게 된다. 한편, 스위칭 소자가 위크 인버젼 상태에 놓이게 되면, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 정확하게 복사할 수 없다.A multi-level memory, for example, a resistive memory, may have various resistance values depending on device characteristics, so various data can be stored in one memory cell instead of binary data. For example, in the case of PCRAM, current can flow in a memory cell in a range of at least 100 nanoamperes (nA) up to 15 microamperes (uA). That is, since the difference between the minimum current and the maximum current flowing in the memory cell is too large, if the size of the switching element used for detecting the current flowing in the memory cell is designed to be the minimum current, the maximum current is prevented from flowing, By design, the switching element will be in a weak inversion state when the minimum current flows. On the other hand, if the switching element is placed in the wicked version state, the current flowing in the switching element can not be accurately copied.

따라서, 본 발명에 따르면, 메모리 셀에 흐르는 전류 경로를 다양화함으로써 메모리 셀에 흐르는 전류를 정확하게 복사할 수 있다.
Therefore, according to the present invention, the current flowing in the memory cell can be accurately copied by diversifying the current path through the memory cell.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 주요 구성도로서, 메모리 셀(10), 검출전압생성부(20), 셀전류복제부(31)를 포함한다.FIG. 2 is a main configuration diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, which includes a memory cell 10, a detection voltage generation unit 20, and a cell current copy unit 31.

검출전압생성부(20)는 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 차이를 증폭하여 센싱노드(VSAI)에 일정한 레벨의 전압을 제공한다. 메모리 셀(10)은 센싱 노드(VSAI)에 연결되고, 메모리 셀(10)의 저항값에 따라 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량이 변화한다. 즉, 메모리 셀(10)의 저항값이 작을 때 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량은 메모리 셀(10)의 저항값이 클 때 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량보다 크다. The detection voltage generator 20 amplifies the difference between the reference voltage VREF and the sensing node voltage VSAI and provides a voltage of a constant level to the sensing node VSAI. The memory cell 10 is connected to the sensing node VSAI and the amount of current flowing to the sensing node VSAI changes depending on the resistance value of the memory cell 10. [ That is, the amount of current flowing to the sensing node VSAI when the resistance value of the memory cell 10 is small is larger than the amount of current flowing to the sensing node VSAI when the resistance value of the memory cell 10 is large.

전류의 변화를 감지하는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 다양한 이점을 갖는다. A multilevel memory device according to an embodiment of the present invention that senses a change in current has a variety of advantages.

먼저, 본 발명에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 전류의 변화를 감지하기 때문에 메모리 셀(10)에 넓은 범위의 전압을 제공할 필요가 없으므로 높은 레벨의 전압을 제공할 필요성이 없다. 종래의 저항성 메모리 장치는 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 센싱 노드(SAI)의 전압을 변화시키고, 전압 변화를 감지할 수 있는 임계 치(threshold) 또는 기준치가 필요하다. 따라서, 메모리 셀의 고저항 상태와 저저항 상태를 판별할 수 있도록 넓은 범위의 전압을 제공해야 한다. 따라서, 종래의 저항성 메모리 장치는 도 1과 같이 전원전압을 펌핑하여 승압전압(VPPSA)을 제공할 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 전압 임계치를 필요로 하지 않으므로, 넓은 범위의 전압을 형성할 필요성이 없으며, 도 2와 같이 전원전압으로 외부전압(VDD)을 인가하면 충분하다. 따라서, 승압전압 사용에 따른 전류 소모가 감소하고, 고전압 생성을 위한 회로를 제거할 수 있다.First, since the multilevel memory device according to the present invention senses a change in current, it is not necessary to provide a wide range of voltages to the memory cell 10, so there is no need to provide a high level voltage. A conventional resistive memory device requires a threshold or reference value that can change the voltage of the sensing node SAI according to the resistance value of the memory cell 10 and sense the voltage change. Therefore, it is necessary to provide a wide range of voltages to discriminate between the high resistance state and the low resistance state of the memory cell. Therefore, the conventional resistive memory device needs to supply the boost voltage VPPSA by pumping the power supply voltage as shown in Fig. However, since the multilevel memory device according to the embodiment of the present invention does not require a voltage threshold, there is no need to form a wide range of voltage, and it is sufficient to apply the external voltage VDD at the power source voltage as shown in FIG. 2 . Therefore, the current consumption due to the use of the boosted voltage is reduced, and the circuit for generating a high voltage can be eliminated.

또한, 전류 변화를 감지하는 특성 상 메모리 셀(10)에 저장된 데이터의 감지 시간이 단축된다. 즉, 빠른 데이터 센싱을 가능하게 한다. 또한, 센싱 노드(VSAI)로 일정한 레벨의 전압을 제공하는 개선된 구조를 채용하여 종래의 클램핑 스위치와 같은 불필요한 소자를 제거할 수 있다.
Also, the sensing time of data stored in the memory cell 10 is shortened due to the characteristic of sensing a current change. That is, it enables fast data sensing. Further, an unnecessary element such as a conventional clamping switch can be removed by employing an improved structure that provides a certain level of voltage to the sensing node (VSAI).

본 발명의 일실시예에 따른 검출전압생성부(20)는 비교기(21)와 복수의 구동부(23, 25)를 포함한다. 비교기(21)는 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 차이를 증폭하여 증폭신호(AMP)를 생성하고, 센싱 노드(VSAI)의 전압 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨과 동일해질 때까지 증폭신호(AMP)의 레벨을 점차 하강시킨다. 여기서, 기준전압(VREF)은 예컨대, 전원전압(VDD)의 절반 레벨일 수 있다.The detection voltage generator 20 according to an embodiment of the present invention includes a comparator 21 and a plurality of drivers 23 and 25. The comparator 21 amplifies the difference between the reference voltage VREF and the sensing node voltage VSAI to generate the amplified signal AMP and makes the voltage level of the sensing node VSAI equal to the level of the reference voltage VREF The level of the amplified signal AMP is gradually lowered. Here, the reference voltage VREF may be, for example, half of the power supply voltage VDD.

이후, 증폭신호(AMP)에 응답하여 센싱 노드(VSAI)를 전원전압(VDD) 레벨로 점점 강하게 구동한다. 구동부(23, 25) 하강하는 증폭신호(AMP)에 따라 센싱 노드(VSAI)로 제공하는 전압의 크기를 증가시킨다. 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 레벨이 동일해지면, 구동부(23, 25)는 센싱노드전압(VSAI)의 레벨을 고정시킨다. 메모리 셀(10)은 일정 레벨의 전압을 인가받아 그 저항값에 따라 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류의 크기를 변화시킨다.Thereafter, in response to the amplified signal AMP, the sensing node VSAI is gradually and strongly driven to the power supply voltage VDD level. And increases the magnitude of the voltage supplied to the sensing node VSAI according to the amplified signal AMP descending from the driving units 23 and 25. [ When the levels of the reference voltage VREF and the sensing node voltage VSAI become equal to each other, the driving units 23 and 25 fix the level of the sensing node voltage VSAI. The memory cell 10 receives a voltage of a certain level and changes the magnitude of the current flowing to the sensing node VSAI according to the resistance value.

한편, 메모리 셀(10)의 저항값이 작아 전류가 큰 경우에는 복수의 구동부(23, 25) 중 제1 스위치(SW1)를 턴온시켜 강전류 구동부(23)를 동작시키고, 메모리 셀(10)의 저항값이 커 전류가 작은 경우에는 제2 스위치(SW2)를 턴온시켜 약전류 구동부(25)를 동작시킨다. 예컨대, 메모리 셀에 흐르는 전류가 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)이면 강전류 구동부(23)를, 100나노암페어(nA) 내지 1.2마이크로암페어(uA)이면 약전류 구동부(25)를 동작시킨다. On the other hand, when the resistance value of the memory cell 10 is small and the current is large, the first switch SW1 of the plurality of drivers 23 and 25 is turned on to operate the strong current driver 23, And the second switch SW2 is turned on to operate the weak current driving part 25. In this case, For example, if the current flowing through the memory cell is 1.2 to 15 microamperes (uA), the strong current driver 23 is operated, and if the current flowing through the memory cell is between 100 nanoamperes (nA) and 1.2 microamperes (uA), the weak current driver 25 is operated.

이를 위하여 강전류 구동부(23)는 약전류 구동부(25)의 수배 내지 수십배의 전류를 통과시킬 수 있는 능력을 가질 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 약전류 구동부(25)는 하나의 스위칭소자(예컨대, FET)로 구현되고, 강전류 구동부(23)는 동일 크기의 스위칭 소자 12개가 병렬 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 약전류 구동부(25)와 강전류 구동부(23)는 각각 하나의 스위칭소자로 구현되는 한편, 강전류 구동부(23)의 스위칭소자는 약전류 구동부(25)의 스위칭소자에 비해 12배의 전류를 통과시킬 수 있는 능력을 가질 수 있다.For this purpose, the strong current driver 23 may have the ability to pass a current of several to several tens of times that of the weak current driver 25. According to an embodiment of the present invention, the weak current driver 25 is implemented by one switching device (e.g., FET), and the strong current driver 23 may be connected in parallel with twelve switching devices of the same size. According to another embodiment of the present invention, the weak current driving unit 25 and the strong current driving unit 23 are implemented as one switching device, while the switching device of the strong current driving unit 23 is implemented by the weak current driving unit 25 Of the switching element of the first embodiment.

본 발명의 일실시예에 따른 셀전류복제부(31)는 강전류 구동부(23)과 동일 크기로 구성되어 배치되고, 구동부(23, 25)를 통해 메모리 셀(10)에 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 셀복제전류(Icell_copy)를 흘린다.The cell current replica unit 31 according to an embodiment of the present invention is constructed and arranged to have the same size as that of the strong current driver 23 and has a cell current Icell ) To flow the cell replication current (Icell_copy).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 그래프로서, 메모리 셀(10)에 흐르는 전류가 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)인 경우에는 강전류 구동부(23)를 동작시키고, 전류 미러인 셀전류복제부(31)에서 강전류 구동부(23)와 동일 크기를 가진 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)의 셀복제전류(Icell_copy)가 출력된다. 한편, 메모리 셀(10)에 흐르는 전류(Icell)가 100나노암페어(nA) 내지 1.2마이크로암페어(uA)인 경우에는 약전류 구동부(25)를 동작시키나, 전류 미러인 셀전류복제부(31)의 스위칭 소자는 약전류 구동부(23)와 대비하여 12배의 전류 증폭 능력을 가지고 있어, 도 3의 점선에 보이는 바와 같이, 셀복제전류(Icell_copy)의 레벨을 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)로 쉬프트시켜 출력한다. 여기서, 리니어 스케일(linear scale)에서의 증폭 동작은 로그 스케일(log scale)에서의 레벨 쉬프트 동작과 같다.FIG. 3 is a graph illustrating the operation of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention. When the current flowing in the memory cell 10 is 1.2 to 15 microamperes (uA) A cell replica current (Icell_copy) of 1.2 to 15 microamperes (uA) having the same size as that of the strong current driver 23 is output from the cell current replica 31 as a current mirror. If the current Icell flowing through the memory cell 10 is in the range of 100 nA to 1.2 A, the weak current driving unit 25 is operated. However, the cell current replica unit 31, which is a current mirror, The switching element of the current drive unit 23 has a current amplification capability of 12 times as compared with the weak current driving unit 23 so that the level of the cell replica current Icell_copy is set to 1.2 to 15 microamperes uA, Shift the output. Here, the amplifying operation on the linear scale is the same as the level shifting operation on the log scale.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치 구성도로서, 메모리 셀(10), 검출전압생성부(20), 전류복제부(30), 제1 비교부(40), 제2 비교부(50), 데이터출력부(60), 비교전류출력부(70)를 포함한다.4 is a block diagram of a multilevel memory device according to another embodiment of the present invention. The memory cell 10, the detection voltage generator 20, the current duplicator 30, the first comparator 40, A comparison unit 50, a data output unit 60, and a comparison current output unit 70.

메모리 셀(10)과 검출전압생성부(20)는 도 2의 그것들과 동일하다. 전류복제부(30)는 셀전류복제부(31)와 비교전류복제부(33)를 포함한다. 셀전류복제부(31)는 구동부(23, 25)를 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 셀복제전류(Icell_copy)를 흘리고, 비교전류복제부(33)는 후술하는 비교전류출력부(70)를 흐르는 비교전류(Icomp)를 복제하여 비교복제전류(Icomp_copy)를 흘린다.The memory cell 10 and the detection voltage generation unit 20 are the same as those in Fig. The current duplication unit 30 includes a cell current duplication unit 31 and a comparison current duplication unit 33. [ The cell current replica section 31 replicates the cell current Icell flowing through the driving sections 23 and 25 to flow the cell replica current Icell_copy and the comparison current replica section 33 replaces the cell current Icell with the comparison current output section 70 And the comparative replica current Icomp_copy is passed.

제1 비교부(40)는 노드31(N31)와 노드33(N33) 사이에 연결되고, 리셋신호(RESET)에 제어되어 노드31(N31)와 노드33(N33)의 전위를 리셋시키는 리셋부(41)와, 전류복제부(30)의 양단 출력 전압의 차이를 포지티브 피드백 방식으로 비교하는 포지티브 피드백부(43)를 포함한다. 구체적으로, 리셋부(41)의 스위칭 소자가 턴온되어 리셋되면, 노드31(N31)과 노드33(N33)은 동일 전위에 놓이게 되고, 리셋부(41)가 턴오프되면, 노드31(N31)의 전압과 노드33(N33)의 전압은 각각 포지티브 피드백부(43) 내 스위칭소자(431, 432)에 인가된다.The first comparator 40 is connected between the node 31 (N31) and the node 33 (N33) and is controlled by the reset signal RESET to reset the potential of the node 31 (N31) and the node 33 And a positive feedback section 43 for comparing the difference between the output voltages at both ends of the current replica section 30 in a positive feedback manner. Specifically, when the switching element of the reset section 41 is turned on and reset, the node 31 (N31) and the node 33 (N33) are at the same potential. When the reset section 41 is turned off, And the voltage of the node 33 (N33) are applied to the switching elements 431 and 432 in the positive feedback section 43, respectively.

포지티브 피드백부(43)는 노드31(N31)와 접지 사이에 연결되고, 노드33(N33)의 전압에 제어되는 스위칭 소자(431)와, 노드33(N33)와 접지 사이에 연결되고, 노드31(N31)의 전압에 제어되는 스위칭 소자(432)를 포함한다. 포지티브 피드백부(43)는 노드31(N31)의 전압과 노드33(N33)의 전압을 포지티브 피드백 방식으로 비교하는바, 예컨대, 노드31(N31)에서 접지측으로 흐르는 셀복제전류(Icell_copy)가 노드33(N33)에서 접지측으로 흐르는 비교복제전류(Icomp_copy)보다 크면 노드31(N31)의 전압(VN31)이 노드33(N33)의 전압(VN33)보다 낮아진다. 낮아진 노드31(N31)의 전압(VN31)은 노드33(N33)과 접지 사이에 배치된 스위칭소자(432)의 제어전압으로 인가되어 스위칭 소자(432)는 턴오프상태에 근접한다. 한편, 높아진 노드33(N33)의 전압(VN33)은 노드31(N31)과 접지 사이에 배치된 스위칭 소자(431)의 제어전압으로 인가되어 스위칭 소자(431)는 턴온상태에 근접한다. 이러한 방식으로 포지티브 피드백부(43) 내 스위칭 소자(431, 432)들은 점차 포지티브 방향으로 상태를 벌리게 된다.The positive feedback section 43 includes a switching element 431 connected between the node 31 (N31) and ground and controlled by the voltage of the node 33 (N33), a node 43 connected between the node 33 (N33) And a switching element 432 controlled by the voltage of the node N31. The positive feedback section 43 compares the voltage of the node 31 (N31) with the voltage of the node 33 (N33) by a positive feedback method. For example, the cell replica current Icell_copy flowing from the node 31 (N31) The voltage VN31 of the node 31 (N31) becomes lower than the voltage (VN33) of the node 33 (N33) if the comparison replication current Icomp_copy flowing from the node N33 (N33) to the ground side is larger. The voltage VN31 of the lowered node 31 (N31) is applied to the control voltage of the switching device 432 disposed between the node 33 (N33) and the ground, so that the switching device 432 is close to the turn-off state. On the other hand, the voltage VN33 of the node 33 (N33) increased is applied to the control voltage of the switching device 431 disposed between the node 31 (N31) and the ground, so that the switching device 431 is close to the turn-on state. In this way, the switching elements 431 and 432 in the positive feedback section 43 gradually become open in the positive direction.

제2 비교부(50)는 노드31(N31)의 전압(VN31)과 노드33(N33)의 전압(VN33)을 비교하여 "H" 또는 "L"를 출력한다.The second comparator 50 compares the voltage VN31 of the node 31 (N31) with the voltage VN33 of the node 33 (N33) and outputs "H" or "L".

데이터출력부(60)는 제2 비교부(50)의 출력을 입력받아 디지털 데이터를 임시 저장하고, 출력하는 디지털 데이터 출력부(61)와 디지털 데이터 출력부(61)로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 변환하는 D/A 컨버터(63)를 포함한다.The data output unit 60 receives the output of the second comparison unit 50 and temporarily stores the digital data and outputs the digital comparison signal output from the digital data output unit 61 and the digital data output unit 61 And a D / A converter 63 for converting the signal into an analog comparison signal.

본 발명의 일실시예에 따르면, 디지털 데이터 출력부(61)는 5 비트 레지스터로 구현될 수 있고, D/A 컨버터(63)는 4 비트 D/A 컨버터로 구현될 수 있다. 즉, 디지털 데이터 출력부(61)가 N 비트 레지스터이면, D/A 컨버터는 (N-1) 비트 D/A 컨버터로 구현될 수 있다. 여기서, D/A 컨버터(63)는 메모리 셀(10)의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 메모리 셀(10)의 데이터 값이 순차적으로 증감함에 따라 셀전류가 지수함수적으로 증감한다면, D/A 컨버터(63)의 출력 또한, 지수함수적으로 증감할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 메모리 셀(10)의 데이터 값이 순차적으로 증감함에 따라 셀전류가 선형적으로 증감한다면, D/A 컨버터(63)의 출력 또한, 선형적으로 증감할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the digital data output unit 61 may be implemented as a 5-bit register, and the D / A converter 63 may be implemented by a 4-bit D / A converter. That is, if the digital data output section 61 is an N-bit register, the D / A converter can be implemented as an (N-1) bit D / A converter. Here, the D / A converter 63 may be configured to correspond to the current change characteristic according to the data value of the memory cell 10. [ For example, if the cell current exponentially increases or decreases as the data value of the memory cell sequentially increases or decreases, the output of the D / A converter 63 can also increase or decrease exponentially. According to another embodiment of the present invention, if the cell current linearly increases or decreases as the data value of the memory cell 10 sequentially increases or decreases, the output of the D / A converter 63 also increases or decreases linearly .

비교전류출력부(70)는 비교전류복제부(33)와 동일 크기의 스위칭 소자들이 동일한 방식으로 배치되고, D/A 컨버터(63)의 출력에 따라 비교전류(Icomp)의 크기를 증감시킨다.
The comparison current output section 70 is arranged in the same manner as the switching elements of the same size as the comparison current replicating section 33 and increases or decreases the magnitude of the comparison current Icomp according to the output of the D / A converter 63.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an operation of a multi-level memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저 약전류 구동부의 제2 스위치(SW2)를 턴온시켜 메모리 셀(10)에 셀전류(Icell)를 흘리고, 셀전류복제부(31)는 메모리 셀에 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 노드31(N31)에 셀복제전류(Icell_copy)를 흘린다. 그리고, 리셋신호(RESET)에 따라 리셋부(41)의 스위칭소자를 턴온시켜 노드31과 노드33의 전압을 동일 전위로 리셋함으로써 5비트 레지스터는 "0000"를 출력한다(S510). The cell current Icell is supplied to the memory cell 10 by turning on the second switch SW2 of the weak current driving unit and the cell current replica unit 31 replicates the cell current Icell flowing in the memory cell, (Icell_copy) to the cell N31. The 5-bit register outputs "0000" (S510) by turning on the switching element of the reset unit 41 and resetting the voltages of the node 31 and the node 33 to the same potential in accordance with the reset signal RESET.

리셋부(41)의 스위칭소자를 턴오프시키고, D/A컨버터(63)가 5비트 레지스터가 출력하는 "0000"값을 입력받아 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교전류(Icomp)를 출력하면, 비교전류복제부(33)는 비교전류(Icomp)를 복제한 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)를 출력하고, 제1 비교부(40) 및 제2 비교부(50)는 셀복제전류(Icell_copy)와 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)를 비교함으로써 5비트 레지스터 중 1번째 비트(MSB)를 결정한다(S520).When the switching element of the reset section 41 is turned off and the D / A converter 63 receives the value "0000" output from the 5-bit register and outputs a comparison current Icomp of 1.2 microamperes (uA) The comparison current replica section 33 outputs a comparison replica current Icomp_copy of 1.2 microamperes (uA) replicating the comparison current Icomp, and the first comparison section 40 and the second comparison section 50 output the comparison current Icomp_copy The first bit (MSB) of the 5-bit register is determined by comparing the copy current Icell_copy with the comparison current Icomp_copy of 1.2 microamperes (uA) (S520).

셀복제전류(Icell_copy)가 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)보다 크면, 강전류 구동부(23)의 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시킴과 동시에 5비트 레지스터는 "1000"을 출력하여 4.3 마이크로암페어(uA)의 비교전류(Icomp)를 출력한다. 한편, 셀복제전류(Icell_copy)가 비교복제전류(Icomp_copy)보다 작으면, 약전류 구동부(25)의 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 셀전류(Icell)가 100 나노암페어(nA) 내지 1.2 마이크로암페어(uA) 미만인 경우에도 셀복제전류(Icell_copy)는 1.2 마이크로암페어(uA) 내지 15 마이크로암페어(uA)이도록 한다(S530). 여기서, 5비트 레지스터의 출력이 "0000"이면 비교전류(Icomp)가 1.2 마이크로암페어(uA)이다가, 5비트 레지스터의 출력이 "1000"이면 비교전류(Icomp)가 4.3 마이크로암페어(uA)로 변경되는 것은 최단시간 내에 목표값을 찾아내는 통계적 기법을 응용한 것이다. 아울러, 4.3 마이크로암페어는 로그 스케일에서 1.2 와 15 사이의 중간값이다. If the cell replica current Icell_copy is greater than 1.2 microamperes (uA) compare replica current Icomp_copy, the first switching device SW1 of the strong current driver 23 is turned on and the 5 bit register is set to "1000" And outputs a comparison current (Icomp) of 4.3 microamperes (uA). On the other hand, when the cell replica current Icell_copy is smaller than the comparative replica current Icomp_copy, the second switching device SW2 of the weak current driver 25 is turned on, so that the cell current Icell becomes 100 nanoamperes (nA) The cell replica current Icell_copy is from 1.2 microamperes (uA) to 15 microamperes (uA) (S530) even when the cell current is less than the microamperes (uA). Here, if the output of the 5-bit register is "0000", the comparison current Icomp is 1.2 microamperes (uA). If the output of the 5-bit register is "1000", the comparison current Icomp is 4.3 microamperes What is changed is to apply a statistical technique to find the target value in the shortest time. In addition, the 4.3 microampere is a median value between 1.2 and 15 on the logarithmic scale.

이후 다음번째 비트를 결정하고(S540), 그에 따라 D/A컨버터(63)의 출력을 제어하며(S550), 전체 결정 비트수가 레지스터의 비트수와 같으면(S560), 레지스터(61)는 코드값을 출력한다(S570). The register 61 determines the next bit in step S540 and controls the output of the D / A converter 63 in step S550. If the total number of decision bits is equal to the number of bits in the register in step S560, (S570).

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이고, 도 6b는 지수함수적으로 변화하는 이진코드 대비 출력전류 그래프이다.FIG. 6A is a current DAC configuration diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a graph of an output current versus an exponentially changing binary code.

본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 D/A 컨버터는, 저항성 메모리 셀의 셀 전류가 비선형적으로, 예컨대, 지수함수적으로 변하는 경우에 이를 비교하는 비교전류도 지수함수적으로 변화시키기 위한 구성으로, 레지스터의 출력을 디코딩하는 디코더(631)와, 디코더(631)의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀(633)을 포함한다.The current D / A converter of the multi-level memory device according to an embodiment of the present invention is characterized in that when the cell current of the resistive memory cell changes non-linearly, for example, exponentially, A decoder 631 for decoding the output of the register and a plurality of unit current cells 633 connected in parallel controlled according to the output of the decoder 631.

예컨대, 레지스터의 출력이 "0000"이면 3*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "0001"이면 3.5*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "1111"이면 32*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시킨다. 여기서, 전류 IDAC는 비교복제전류(Icomp_copy)를 의미한다.
For example, when the output of the register is "0000 ", the unit current cells in the D / A converter are turned on so that 3 * I flows and when the output of the register is & And the unit output cell in the D / A converter is turned on so that 32 * I flows when the output of the register is "1111 ". Here, the current IDAC means the comparison replica current Icomp_copy.

도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이고, 도 7b는 선형적으로 변화하는 이진코드 대비 출력전류 그래프이다.FIG. 7A is a current DAC configuration diagram of a multi-level memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a graph of output current versus a linearly changing binary code.

본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 D/A 컨버터는, 저항성 메모리 셀의 셀 전류가 선형적으로 변하는 경우에 이를 비교하는 비교전류도 선형적으로 변화시키기 위한 구성으로, 레지스터의 출력을 디코딩하는 디코더(631)와, 디코더(631)의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀(633)을 포함한다.The current D / A converter of the multilevel memory device according to an embodiment of the present invention is configured to linearly change the comparison current for comparing the cell current of the resistive memory cell when the cell current changes linearly. And a plurality of unit current cells 633 connected in parallel controlled in accordance with the output of the decoder 631. [

예컨대, 레지스터의 출력이 "0000"이면 I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "0001"이면 2*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "1111"이면 16*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시킨다.
For example, when the output of the register is "0000 ", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that I flows, and when the output of the register is" 0001 & And when the output of the register is "1111 ", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that 16 * I flows.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

10: 메모리 셀 20: 검출전압생성부
21: 비교기 23: 강전류 구동부
25: 약전류 구동부 30: 전류복제부
31: 셀전류복제부 33: 비교전류복제부
40: 제1 비교부 41: 리셋부
43, 45: 포지티브 피드백부 50: 제2 비교부
60: 데이터출력부 61: 디지털데이터출력부
63: D/A컨버터 70: 비교전류출력부
Icell: 셀전류 Icell_copy: 셀복제전류
Icomp: 비교전류 Icomp_copy: 비교복제전류
10: memory cell 20: detection voltage generating unit
21: comparator 23:
25: weak current drive unit 30: current replica unit
31: cell current replica unit 33: comparison current replica unit
40: first comparison unit 41: reset unit
43, 45: positive feedback section 50: second comparing section
60: Data output unit 61: Digital data output unit
63: D / A converter 70: comparison current output section
Icell: cell current Icell_copy: cell replication current
Icomp: Comparison current Icomp_copy: Comparison replication current

Claims (29)

상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로;
상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전기적으로 선택적으로 연결되는 메모리 셀; 및
상기 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부;
상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단;
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부;
상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및
상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
At least two current paths for passing currents of different sizes;
A memory cell electrically connected to the at least two current paths; And
A cell current replica unit for replicating a cell current flowing in the memory cell;
Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current duplication section with a comparison replication current;
A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison unit;
A comparison current output unit for outputting a comparison current by using a comparison signal output from the data output unit; And
A comparative current replica unit for replicating the comparison current and outputting the comparison replica current,
/ RTI >
제1항에 있어서,
상기 셀 전류 복제부는, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전류 미러 타입으로 결합되는 멀티 레벨 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cell current replica portion is coupled in a current mirror type to the at least two or more current paths.
제1항에 있어서, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로는,
상기 셀 전류의 제1 범위를 통과시킬 수 있는 제1 전류 구동부; 및
상기 셀 전류의 제1 범위를 벗어난 제2 범위를 통과시킬 수 있는 제2 전류 구동부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
The method of claim 1, wherein the at least two current paths comprise:
A first current driver capable of passing a first range of the cell current; And
And a second current driver capable of passing a second range out of the first range of the cell current,
/ RTI >
제3항에 있어서,
상기 셀 전류 복제부는 상기 제1 전류 구동부와 동일한 크기의 전류를 통과시킬 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.
The method of claim 3,
Wherein the cell current replica unit is capable of passing a current of the same magnitude as that of the first current driver.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 비교수단은,
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및
상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
2. The apparatus according to claim 1,
A first comparator for amplifying a potential difference between a first node on a path through which the cell replication current flows and a second node on a path through which the comparison replication current flows using the cell replication current and the comparison replication current; And
And a second comparison unit for comparing the first node and the second node,
/ RTI >
제6항에 있어서, 상기 제1 비교부는,
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 리셋신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 노드의 전위를 일치시키는 리셋부; 및
상기 제1 노드와 제2 노드 사이의 전위차를 포지티브 피드백 방식으로 증폭시키는 포지티브 피드백부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
7. The apparatus of claim 6,
A reset unit coupled between the first node and the second node, the reset unit being controlled by a reset signal to match the potentials of the first and second nodes; And
A positive feedback section for amplifying the potential difference between the first node and the second node by a positive feedback method,
/ RTI >
제7항에 있어서, 상기 포지티브 피드백부는,
상기 제1 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드의 전압에 제어되는 제1 스위칭 소자; 및
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드의 전압에 제어되는 제2 스위칭 소자
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
8. The apparatus of claim 7, wherein the positive feedback section comprises:
A first switching element connected between the first node and ground, the first switching element being controlled by the voltage of the second node; And
A second switching element coupled between the second node and ground, the second switching element being controlled by a voltage at the first node,
/ RTI >
제1항에 있어서, 상기 데이터 출력부는,
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 임시 저장하는 저장부; 및
상기 저장부로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 출력하는 변환부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
The data output apparatus according to claim 1,
A storage unit for temporarily storing a comparison signal output from the comparison unit; And
And a conversion unit for outputting the digital comparison signal output from the storage unit as an analog comparison signal,
/ RTI >
제9항에 있어서,
상기 저장부는 N 비트의 레지스터인 멀티 레벨 메모리 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the storage unit is an N-bit register.
제10항에 있어서,
상기 변환부는 (N-1)비트의 디지털/아날로그 컨버터인 멀티 레벨 메모리 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the converting unit is a (N-1) bit digital / analog converter.
제11항에 있어서,
상기 변환부는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성되는 멀티 레벨 메모리 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the conversion unit is configured to correspond to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
제11항에 있어서,
상기 변환부의 출력은 지수함수적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.
12. The method of claim 11,
And the output of the conversion unit can be increased or decreased exponentially.
제11항에 있어서,
상기 변환부의 출력은 선형적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.
12. The method of claim 11,
And the output of the conversion unit can be linearly increased or decreased.
제11항에 있어서, 상기 변환부는,
상기 저장부의 출력을 디코딩하는 디코더; 및
상기 디코더의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀
을 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
12. The image processing apparatus according to claim 11,
A decoder for decoding the output of the storage unit; And
A plurality of unit current cells connected in parallel controlled according to an output of the decoder;
/ RTI >
메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부;
상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단;
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부;
상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및
상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
A cell current replicating unit for replicating a cell current flowing in the memory cell;
Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current duplication section with a comparison replication current;
A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison unit;
A comparison current output unit for outputting a comparison current by using a comparison signal output from the data output unit; And
A comparative current replica unit for replicating the comparison current and outputting the comparison replica current,
/ RTI >
제16항에 있어서, 상기 비교수단은,
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및
상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
17. The apparatus according to claim 16,
A first comparator for amplifying a potential difference between a first node on a path through which the cell replication current flows and a second node on a path through which the comparison replication current flows using the cell replication current and the comparison replication current; And
And a second comparison unit for comparing the first node and the second node,
/ RTI >
제17항에 있어서, 상기 제1 비교부는,
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 리셋신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 노드의 전위를 일치시키는 리셋부; 및
상기 제1 노드와 제2 노드 사이의 전위차를 포지티브 피드백 방식으로 증폭시키는 포지티브 피드백부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
18. The apparatus of claim 17,
A reset unit coupled between the first node and the second node, the reset unit being controlled by a reset signal to match the potentials of the first and second nodes; And
A positive feedback section for amplifying the potential difference between the first node and the second node by a positive feedback method,
/ RTI >
제18항에 있어서, 상기 포지티브 피드백부는,
상기 제1 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드의 전압에 제어되는 제1 스위칭 소자; 및
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드의 전압에 제어되는 제2 스위칭 소자
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
19. The image pickup apparatus according to claim 18,
A first switching element connected between the first node and ground, the first switching element being controlled by the voltage of the second node; And
A second switching element coupled between the second node and ground, the second switching element being controlled by a voltage at the first node,
/ RTI >
제16항에 있어서, 상기 데이터 출력부는,
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 임시 저장하는 저장부; 및
상기 저장부로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 출력하는 변환부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
The data output apparatus according to claim 16,
A storage unit for temporarily storing a comparison signal output from the comparison unit; And
And a conversion unit for outputting the digital comparison signal output from the storage unit as an analog comparison signal,
/ RTI >
제20항에 있어서,
상기 저장부는 N 비트의 레지스터인 멀티 레벨 메모리 장치.
21. The method of claim 20,
Wherein the storage unit is an N-bit register.
제21항에 있어서,
상기 변환부는 (N-1)비트의 디지털/아날로그 컨버터인 멀티 레벨 메모리 장치.
22. The method of claim 21,
Wherein the converting unit is a (N-1) bit digital / analog converter.
제22항에 있어서,
상기 변환부는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성되는 멀티 레벨 메모리 장치.
23. The method of claim 22,
Wherein the conversion unit is configured to correspond to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
제22항에 있어서,
상기 변환부의 출력은 지수함수적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.
23. The method of claim 22,
And the output of the conversion unit can be increased or decreased exponentially.
제22항에 있어서,
상기 변환부의 출력은 선형적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.
23. The method of claim 22,
And the output of the conversion unit can be linearly increased or decreased.
제22항에 있어서, 상기 변환부는,
상기 저장부의 출력을 디코딩하는 디코더; 및
상기 디코더의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀
을 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.
23. The apparatus according to claim 22,
A decoder for decoding the output of the storage unit; And
A plurality of unit current cells connected in parallel controlled according to an output of the decoder;
/ RTI >
상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로 중 어느 하나를 선택하여 상기 전류 경로와 연결된 메모리 셀로 셀전류를 흘리는 단계;
상기 셀전류를 비교하기 위한 비교전류를 소정값으로 설정하는 단계;
상기 셀전류가 상기 소정값보다 크면, 상기 셀전류와 동일 크기로 복제하는 단계; 및
상기 셀전류가 상기 소정값보다 작으면, 상기 셀전류를 소정 배수 증폭하여 복제하는 단계
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.
Selecting one of at least two current paths for passing current of different magnitudes and flowing a cell current to a memory cell connected to the current path;
Setting a comparison current for comparing the cell current to a predetermined value;
If the cell current is greater than the predetermined value, replicating the same size as the cell current; And
If the cell current is smaller than the predetermined value, amplifying and replicating the cell current by a predetermined multiple
Wherein the data sensing method comprises the steps of:
제27항에 있어서,
상기 셀전류를 복제하여 셀복제전류를 출력하는 단계;
상기 비교전류를 복제하여 비교복제전류를 출력하는 단계;
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 비교하여 비교신호를 출력하는 단계; 및
상기 비교신호를 임시 저장하고 디지털적으로 출력하는 단계
를 더 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.
28. The method of claim 27,
Replicating the cell current to output a cell replica current;
Replicating the comparison current to output a comparison replication current;
Comparing the cell replication current with the comparison replication current and outputting a comparison signal; And
Temporarily storing the comparison signal and digitally outputting the comparison signal
Further comprising the steps of:
제28항에 있어서,
상기 비교복제전류는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the comparison replica current corresponds to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
KR1020120073759A 2012-07-06 2012-07-06 Multi level memory apparatus and its data sensing method KR101905746B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120073759A KR101905746B1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Multi level memory apparatus and its data sensing method
US13/935,407 US9159411B2 (en) 2012-07-06 2013-07-03 Multi-level memory apparatus and data sensing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120073759A KR101905746B1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Multi level memory apparatus and its data sensing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140006544A KR20140006544A (en) 2014-01-16
KR101905746B1 true KR101905746B1 (en) 2018-10-08

Family

ID=50141446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120073759A KR101905746B1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Multi level memory apparatus and its data sensing method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101905746B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102155060B1 (en) * 2014-10-24 2020-09-11 에스케이하이닉스 주식회사 Multi level memory device and its data sensing method
KR102643712B1 (en) * 2016-10-26 2024-03-06 에스케이하이닉스 주식회사 Sense amplifier, non-volatile memory apparatus and system including the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080094913A1 (en) * 2006-10-24 2008-04-24 Fasoli Luca G Memory device for protecting memory cells during programming

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080094913A1 (en) * 2006-10-24 2008-04-24 Fasoli Luca G Memory device for protecting memory cells during programming

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140006544A (en) 2014-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4565283B2 (en) Voltage adjustment system
US7483294B2 (en) Read, write, and erase circuit for programmable memory devices
US20230113231A1 (en) Methods and systems of operating a neural circuit in a non-volatile memory based neural-array
US9159411B2 (en) Multi-level memory apparatus and data sensing method thereof
KR101355225B1 (en) Bit symbol recognition method and structure for multiple bit storage in non-volatile memories
US10305457B2 (en) Voltage trimming circuit and integrated circuit including the voltage trimming circuit
EP1023731A1 (en) Sense amplifier for flash memories
US20100061141A1 (en) Non-volatile memory device and storage system including the same
US7515493B2 (en) Sensing circuit for semiconductor memories
US9583186B2 (en) Non-volatile memory apparatus sensing current changing according to data stored in memory cell
KR102497616B1 (en) Device and method for reading data in memory
JP2001523034A (en) Sensor circuit for a floating gate storage device where each cell has multiple levels of storage states
CN108198587B (en) Reference current generating circuit and reference current generating method
KR101905746B1 (en) Multi level memory apparatus and its data sensing method
KR102155060B1 (en) Multi level memory device and its data sensing method
US20230282278A1 (en) Memory circuit and method of operating the same
US10613571B2 (en) Compensation circuit for generating read/program/erase voltage
US7881129B2 (en) High voltage regulator for non-volatile memory device
KR102013633B1 (en) Multi level memory device and its data sensing method
CN114765044A (en) Memory device for in-memory operation and data weight state judgment method
KR102285408B1 (en) Nonvolatile memory cevice and its data sensing method
US10692549B1 (en) Memory array structure, in-memory computing apparatus and method thereof
US20230177319A1 (en) Methods and systems of operating a neural circuit in a non-volatile memory based neural-array
KR20140080944A (en) Non-volatile memory apparatus
US20230263078A1 (en) Memory device, method for configuring memory cell in n-bit memory unit, and memory array

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant