KR20020089608A - Static random access memory device capable of reducing power consumption - Google Patents

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KR20020089608A
KR20020089608A KR1020010028372A KR20010028372A KR20020089608A KR 20020089608 A KR20020089608 A KR 20020089608A KR 1020010028372 A KR1020010028372 A KR 1020010028372A KR 20010028372 A KR20010028372 A KR 20010028372A KR 20020089608 A KR20020089608 A KR 20020089608A
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Abstract

PURPOSE: A static random access memory device for reducing power consumption is provided to reduce power consumption by minimizing the amount of discharge current of a plurality of bit lines to a plurality of memory cells. CONSTITUTION: A memory cell array(100) is formed with a plurality of memory cells(MC). The memory cells(MC) of each row are commonly connected with corresponding word lines(WL0 to WLi). The memory cells(MC) of each column are connected in parallel between corresponding bit line couples(BLO to BLj,BL0B to BLjB). Each memory cell(MC) has a structure of an SRAM cell. A row selection circuit(120) is used for selecting one of the word lines(WL0 to WLi) in response to row address information. A column selection circuit(140) is used for some of bit line couples(BLO to BLj,BL0B to BLjB) in response to column address information. The selected bit line couples are connected with a sense amplifier and write circuit(160). A bit line precharge circuit(180) is used for applying a precharge voltage to the bit line couples(BLO to BLj,BL0B to BLjB) in response to a bit line precharge signal(PRECLK). A regulator circuit(200) is used for controlling a supply voltage(VDD) and applying the precharge voltage to the bit line precharge circuit(180).

Description

전력 소비를 줄일 수 있는 스태틱 랜덤 액세스 메모리 장치{STATIC RANDOM ACCESS MEMORY DEVICE CAPABLE OF REDUCING POWER CONSUMPTION}STATIC RANDOM ACCESS MEMORY DEVICE CAPABLE OF REDUCING POWER CONSUMPTION}

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 소모 전력을 줄일 수 있는 랜덤 액세스 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a random access memory device capable of reducing power consumption.

반도체 메모리 장치의 전력 소비를 줄이기 위해서, 일반적으로, 단일 반도체 메모리 장치 (또는 칩)의 동작 전압 또는 칩 내부의 메모리 모듈의 동작 전압을 낮추는 기술들이 제안되어 왔다. 동작 전압이 낮아짐에 따라 반도체 메모리 장치와 외부 시스템과의 인터페이스에 문제가 생기고 내부의 낮은 전압으로 인한 문제도 발생하게 된다. 외부 시스템과의 인터페이스 문제는 메모리 장치와 외부 시스템과의 동작 전압 차이로 인해 별도의 레귤레이터나 인터페이스 회로를 필요로 한다는 점이다. 그러한 인터페이스 회로의 추가적인 구현은 면적 및 전력 소비의 증가 원인이 된다. 내부의 낮은 전압으로 인한 문제는 공정 및 설계로 인해서 발생하는데, 내부 소자를 낮은 전압에서 동작시킴에 따라 생기는 낮은 드레솔드 전압의 영향으로 인해 서브 드레솔드 누설 전류가 생성되고, 브레이크다운 전압의 저하에 따른 신뢰성이 저하되고 그리고 잡음 특성 약화로 인해 안정도가 떨어진다는 점이다.In order to reduce the power consumption of semiconductor memory devices, in general, techniques for lowering the operating voltage of a single semiconductor memory device (or chip) or the operating voltage of a memory module inside the chip have been proposed. As the operating voltage is lowered, there is a problem in the interface between the semiconductor memory device and the external system and a problem due to the internal low voltage. The problem with interfacing external systems is that they require a separate regulator or interface circuit due to the difference in operating voltages between the memory device and the external system. Further implementation of such interface circuits causes an increase in area and power consumption. Problems due to internal low voltages are caused by processes and designs, which are caused by low threshold voltages caused by operating internal devices at low voltages, resulting in sub-dress leakage currents and reduced breakdown voltages. The reliability decreases and the stability decreases due to the weakening of the noise characteristics.

메모리 장치의 전력 소비를 개선시키기 위해서는, 그러므로, 앞서 언급된 문제점으로 인해 동작 전압을 낮추는 방법 대신에, 메모리 자체의 전력 소비를 줄이는 방법에 지금까지 연구의 초점이 맞추어져 왔다. 현재까지 발표된 메모리 장치 자체의 전력 소비를 감소시키는 방법에는, 메모리 출력단의 증폭기 구조를 개선하는 방법, 저전압 스윙 버스를 사용하는 방법, 다수로 분할된(multi-divided) 모듈을 사용하는 방법, 메모리 면적을 줄이는 방법, 등이 그것이다. 그 외에 메모리 데이터의 출력단을 양쪽에 배치하여 비트 라인 커패시턴스를 줄임으로써 동작 속도를 향상시키는 방법도 제시되었다.In order to improve the power consumption of a memory device, therefore, research has focused on reducing the power consumption of the memory itself instead of the method of lowering the operating voltage due to the above-mentioned problems. To reduce the power consumption of the memory device itself to date, methods for improving the amplifier structure of the memory output stage, using a low voltage swing bus, using a multi-divided module, memory How to reduce the area, and so on. In addition, a method of increasing the operation speed by reducing the bit line capacitance by disposing an output terminal of the memory data on both sides has been proposed.

비트 라인 프리챠지시 소모되는 전력을 줄이기 위한 다양한 기술들이 U.S. Patent No. 4,972,373에 "PRECHARGE SYSTEM IN A SRAM" (assigned to Samsung Semiconductor & Telecommunications Co., Ltd.)라는 제목으로, U.S. Patent No. 5,047,984에 "INTERNAL SYNCHRONOUS STATIC RAM"라는 제목으로 (assigned to NEC corporation), U.S. Patent No. 5,677,889에 "STATIC TYPE SEMICONDUCTOR DEVICE OPERABLE AT A LOW VOLTAGE WITH SMALL POWER CONSUMPTION" (assigned to Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha)라는 제목으로 각각 게재되어 있다.Various techniques to reduce power consumption when precharging bit lines are provided in U.S. Patent No. 4,972,373 entitled "PRECHARGE SYSTEM IN A SRAM" (assigned to Samsung Semiconductor & Telecommunications Co., Ltd.), U.S. Patent No. 5,047,984 entitled "INTERNAL SYNCHRONOUS STATIC RAM" (assigned to NEC corporation), U.S. Patent No. 5,677,889, entitled "STATIC TYPE SEMICONDUCTOR DEVICE OPERABLE AT A LOW VOLTAGE WITH SMALL POWER CONSUMPTION" (assigned to Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha).

도 6은 종래 기술에 따른 반도체 메모리 장치를 보여주는 블럭도이다. 반도체 메모리 장치에는 메모리 셀 어레이 (10)가 제공되며, 상기 어레이 (10)는 행들과 열들로 배열된 메모리 셀들 (MC)로 구성된다. 각 행의 메모리 셀들 (MC)은 대응하는 워드 라인 (WLm) (m=0-i)에 공통으로 연결된다. 각 열의 메모리 셀들 (MC)은 대응하는 쌍의 비트 라인들 (BLn, BLnB) (n=0-j) 사이에 병렬로 배열된다. 각 메모리 셀은, 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 6개의 트랜지스터들로 이루어진 스태틱 랜덤 액세스 메모리 셀로 구성된다. 도 7에서, 메모리 셀에는 3개의 신호 라인들 즉, 비트 라인 (BL, 2), 상보 비트 라인 (BLB, 3) 그리고 워드 라인 (4)이 연결된다. 2개의 입력 트랜지스터들 (6, 7)이 워드 라인 (4)에 의해서 제어되며 비트라인들 (2, 3)에 각각 연결된다.6 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to the prior art. The semiconductor memory device is provided with a memory cell array 10, which is composed of memory cells MC arranged in rows and columns. The memory cells MC of each row are commonly connected to the corresponding word line WLm (m = 0-i). The memory cells MC in each column are arranged in parallel between the corresponding pair of bit lines BLn and BLnB (n = 0-j). Each memory cell is composed of, for example, a static random access memory cell consisting of six transistors, as shown in FIG. In Fig. 7, three signal lines, that is, bit lines BL and 2, complementary bit lines BLB and 3 and word lines 4 are connected to the memory cell. Two input transistors 6, 7 are controlled by word line 4 and are connected to bit lines 2, 3, respectively.

다시 도 6을 참조하면, 상기 워드 라인들 (WLm) 중 어느 하나가 행 어드레스에 응답하여 동작하는 행 선택 회로 (20)에 의해서 선택된다. 상기 비트 라인 쌍들 (BLn, BLnB)은 열 선택 회로 (30)에 연결되며, 기입/독출 동작시에 일부의 비트 라인 쌍들이 열 어드레스에 따라 열 선택 회로 (30)에 의해서 선택된다. 그렇게 선택된 비트 라인 쌍들 (BL0, BL0B)-(BLj, BLjB)은 대응하는 데이터 라인 쌍들을 통해 감지 증폭 및 기입 회로 (40)에 연결된다. 감지 증폭 및 기입 회로 (40)에는 데이터 라인 쌍들에 각각 대응하는 감지 증폭기들 및 기입 드라이버들로 구성됨은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.Referring again to FIG. 6, one of the word lines WLm is selected by the row select circuit 20 that operates in response to a row address. The bit line pairs BLn and BLnB are connected to the column select circuit 30, and in the write / read operation, some bit line pairs are selected by the column select circuit 30 according to the column address. The bit line pairs BL0, BL0B-BLj, BLjB so selected are connected to the sense amplification and writing circuit 40 via corresponding data line pairs. It is apparent to those skilled in the art that the sense amplification and writing circuit 40 is comprised of sense amplifiers and write drivers corresponding respectively to pairs of data lines.

상기 비트 라인 쌍들 (BL0, BL0B)-(BLj, BLjB)에는 비트 라인 프리챠지 회로 (50)가 연결되며, 상기 비트 라인 프리챠지 회로 (50)는 비트 라인 쌍 당 3개의 PMOS 트랜지스터들 (MP1, MP2, MP3)이 배치된다. PMOS 트랜지스터들 (MP1, MP2)은 전원 전압과 대응한 비트 라인들 (BLn, BLnB) 사이에 각각 형성된 전류 통로들을 갖는다. 상기 PMOS 트랜지스터 (MP3)는 상기 비트 라인들 (BLn, BLnB) 사이에 형성된 전류 통로를 갖는다. 상기 PMOS 트랜지스터들 (MP1, MP2, MP3)은 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)에 공통으로 제어된다. 즉, 상기 PMOS 트랜지스터들 (MP1, MP2, MP3)은 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)의 전압 레벨에 따라 동시에 턴 온/오프된다.A bit line precharge circuit 50 is connected to the bit line pairs BL0 and BL0B to BLj and BLjB, and the bit line precharge circuit 50 includes three PMOS transistors MP1, MP2 and MP3) are arranged. The PMOS transistors MP1 and MP2 have current paths respectively formed between the bit voltages BLn and BLnB corresponding to the power supply voltage. The PMOS transistor MP3 has a current path formed between the bit lines BLn and BLnB. The PMOS transistors MP1, MP2, and MP3 are commonly controlled to the bit line precharge signal PRECLK. That is, the PMOS transistors MP1, MP2, and MP3 are turned on / off at the same time according to the voltage level of the bit line precharge signal PRECLK.

일반적으로, 메모리 셀 어레이 블럭의 전력 소비가 칩 전체의 전력 소비의 약 85%을 차지한다. 이러한 원인은 다음과 같다. 선택되었는 지의 여부에 관계없이모든 비트 라인 쌍들 (BLn, BLnB)이 전원 전압 (VDD)을 이용한 비트 라인 프리챠지 회로 (50)에 의해서 프리챠지된다. 그리고, 워드 라인이 선택될 때, 프리챠지된 비트 라인들 상의 전류가 상기 선택된 워드 라인의 메모리 셀 방향으로 형성된 전류 통로들을 통해 흐른다. 이때, 모든 비트 라인들이 프리챠지된 상태에서, 다이내믹 전류 (또는 방전 전류)가 클럭 주기마다 전원 전압 (VDD)에서 메모리 셀 방향으로 생성되어 전력을 소비하게 된다. 이는 비트 라인 프리챠지 회로 (50)를 구성하는 PMOS 트랜지스터들 (MP1, MP2, MP3)이 클럭에 동기된 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)에 의해서 제어되기 때문이다. 그러므로, 상기 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)가 로우 레벨로 유지되는 동안, 방전 전류가 생성되며, 이는 전력 소비의 원인이 된다.In general, the power consumption of a memory cell array block accounts for about 85% of the power consumption of the entire chip. These causes are as follows. All bit line pairs BLn and BLnB are precharged by the bit line precharge circuit 50 using the power supply voltage VDD, whether or not it is selected. When the word line is selected, current on the precharged bit lines flows through current paths formed in the memory cell direction of the selected word line. At this time, in the state in which all the bit lines are precharged, the dynamic current (or discharge current) is generated in the direction of the memory cell at the power supply voltage VDD every clock cycle to consume power. This is because the PMOS transistors MP1, MP2, and MP3 constituting the bit line precharge circuit 50 are controlled by the bit line precharge signal PRECLK synchronized with the clock. Therefore, while the bit line precharge signal PRECLK is kept at a low level, a discharge current is generated, which causes power consumption.

본 발명의 목적은 비트 라인에서 메모리 셀 방향으로 흐르는 방전 전류를 줄일 수 있는 반도체 메모리 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of reducing the discharge current flowing from the bit line toward the memory cell.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치를 보여주는 블럭도;1 is a block diagram showing a semiconductor memory device according to the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압을 설명하기 위한 단면도;FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cut-off voltage of the depletion type NMOS transistor illustrated in FIG. 1;

도 3은 컷-오프 전압에 대한 평균 동작 전류 소비량을 보여주는 도면;3 shows the average operating current consumption for a cut-off voltage;

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 독출 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도;4A to 4D are operation timing diagrams for explaining a read operation of the semiconductor memory device according to the present invention;

도 4e는 종래 기술에 따른 비트 라인 프리챠지 전류를 보여주는 파형도;4E is a waveform diagram showing a bit line precharge current according to the prior art;

도 5는 종래 기술과 본 발명에서 비트 라인 쌍 당 메모리 셀 수에 따른 평균 동작 전류 소비량을 보여주는 도면;5 shows average operating current consumption according to the number of memory cells per pair of bit lines in the prior art and the present invention;

도 6은 종래 기술에 따른 반도체 메모리 장치를 보여주는 블럭도; 그리고6 is a block diagram showing a semiconductor memory device according to the prior art; And

도 7은 도 6에 도시된 에스램 셀을 보여주는 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the SRAM cell illustrated in FIG. 6.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 100 : 메모리 셀 어레이20, 120 : 행 선택 회로10, 100: memory cell array 20, 120: row selection circuit

30, 140 : 열 선택 회로40, 160 : 감지 증폭 및 기입 회로30, 140: column selection circuit 40, 160: sense amplification and writing circuit

50, 180 : 비트 라인 프리챠지 회로200 : 레귤레이터 회로50, 180: bit line precharge circuit 200: regulator circuit

(구성)(Configuration)

상술한 제반 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 스태틱 랜덤 액세스 메모리 장치는 행들과 열들로 배열된 메모리 셀들의 어레이를 포함한다. 각 열에 대응하는 메모리 셀들은 각 쌍의 비트 라인들 사이에 병렬 연결되고 각 행에 대응하는 메모리 셀들은 대응하는 워드 라인들에 각각 배열된다. 상기 비트 라인 쌍들에 비트 라인 프리챠지 회로가 연결되며, 상기 비트 라인 프리챠지 회로는 비트 라인 프리챠지 신호에 응답하여 상기 비트 라인 쌍들을 소정의 프리챠지 전압으로 충전한다. 상기 비트 라인 프리챠지 회로와 전원 전압 사이에 레귤레이터 회로가 연결되며, 상기 레귤레이터 회로는 상기 전원 전압을 조절하여 상기 전원 전압보다 낮은 상기 프리챠지 전압을 상기 비트 라인 프리챠지 회로로 공급한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a static random access memory device includes an array of memory cells arranged in rows and columns. Memory cells corresponding to each column are connected in parallel between each pair of bit lines, and memory cells corresponding to each row are arranged in corresponding word lines, respectively. A bit line precharge circuit is connected to the bit line pairs, and the bit line precharge circuit charges the bit line pairs to a predetermined precharge voltage in response to a bit line precharge signal. A regulator circuit is connected between the bit line precharge circuit and a power supply voltage, and the regulator circuit regulates the power supply voltage to supply the precharge voltage lower than the power supply voltage to the bit line precharge circuit.

이 실시예에 있어서, 상기 레귤레이터 회로는 상기 각 쌍의 비트 라인들에 대응하는 공핍형 NMOS 트랜지스터들로 구성되며, 각 트랜지스터는 상기 전원 전압과 상기 비트 라인 프리챠지 회로 사이에 형성된 전류 경로와 접지된 게이트를 갖는다.In this embodiment, the regulator circuit is composed of depletion NMOS transistors corresponding to the pair of bit lines, each transistor being grounded with a current path formed between the power supply voltage and the bit line precharge circuit. Has a gate.

이 실시예에 있어서, 상기 프리챠지 전압은 상기 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압이다.In this embodiment, the precharge voltage is a cut-off voltage of the depletion NMOS transistor.

(작용)(Action)

이러한 장치에 의하면, 비트 라인들이 전원 전압보다 낮은 전압으로 충전된다.With this arrangement, the bit lines are charged to a voltage lower than the supply voltage.

(실시예)(Example)

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 참조 도면들에 의거하여 상세히 설명된다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치를 보여주는 블럭도이다. 본 발명의 반도체 메모리 장치는 스태틱 랜덤 액세스 메모리 장치 (이하, "SRAM" 이라 칭함)이며, 데이터 정보를 저장하기 위한 메모리 셀 어레이 (100)를 포함한다. 상기 메모리 셀 어레이 (100)는 행들과 열들의 매트릭스 형태로 배열된 복수 개의 메모리 셀들 (MC)로 구성된다. 구체적으로, 각 행의 메모리 셀들 (MC)은 대응하는 워드 라인 (WLm) (m=0-i)에 공통으로 연결된다. 각 열의 메모리 셀들 (MC)은 대응하는 쌍의 비트 라인들 (BLn, BLnB) (n=0-j) 사이에 병렬로 배치된다. 각 메모리 셀 (MC)은, 예를 들면, 도 7에 도시된 SRAM 셀 구조를 갖는다.1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to the present invention. The semiconductor memory device of the present invention is a static random access memory device (hereinafter referred to as " SRAM ") and includes a memory cell array 100 for storing data information. The memory cell array 100 includes a plurality of memory cells MC arranged in a matrix of rows and columns. Specifically, the memory cells MC of each row are commonly connected to the corresponding word line WLm (m = 0-i). The memory cells MC in each column are arranged in parallel between the corresponding pair of bit lines BLn and BLnB (n = 0-j). Each memory cell MC has, for example, an SRAM cell structure shown in FIG.

계속해서 행 선택 회로 (120)는 상기 워드 라인들 (WLm)에 연결되며, 행 어드레스 정보에 응답하여 상기 워드 라인들 (WL0-WLi) 중 어느 하나의 워드 라인을 선택한다. 상기 비트 라인 쌍들 (BLO, BL0B)-(BLj, BLjB)의 일측에는 열 선택 회로 (140)가 연결되고, 열 선택 회로 (140)는 열 어드레스 정보에 응답하여 상기 비트 라인 쌍들 중 일부를 선택한다. 그렇게 선택된 비트 라인 쌍들은 대응하는 데이터 라인 쌍들을 통해 감지 증폭 및 기입 회로 (160)에 연결된다. 감지 증폭 및 기입 회로 (160)가 데이터 라인 쌍들에 각각 연결된 감지 증폭기들 및 기입 드라이버들로 구성됨은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.The row select circuit 120 is connected to the word lines WLm and selects any one of the word lines WL0-WLi in response to row address information. A column select circuit 140 is connected to one side of the bit line pairs BLO and BL0B to BLj and BLjB, and the column select circuit 140 selects some of the bit line pairs in response to column address information. . The bit line pairs so selected are connected to the sense amplification and writing circuit 160 via corresponding data line pairs. It is apparent to those of ordinary skill in the art that the sense amplification and writing circuit 160 consists of sense amplifiers and write drivers respectively coupled to data line pairs.

상기 비트 라인 쌍들 (BLO, BL0B)-(BLj, BLjB)의 타측에는 비트 라인 프리챠지 회로 (180)가 연결되고, 프리챠지 회로 (180)는 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)에 응답하여 모든 비트 라인 쌍들 (BLO, BL0B)-(BLj, BLjB)을 프리챠지 전압을 충전한다. 여기서, 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)는 클럭 신호에 동기된 신호이다. 비트 라인 프리챠지 회로 (180)에는 비트 라인 쌍 당 3개의 PMOS 트랜지스터들이 배치된다. 예를 들면, 비트 라인 쌍 (BL0, BL0B)에 있어서, PMOS 트랜지스터들 (MP10, MP12)은 레귤레이터 회로 (200)와 대응하는 비트 라인들 (BL0, BL0B) 사이에 각각 형성된 전류 통로들 및 상기 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)에 연결된 게이트들을 갖는다. PMOS 트랜지스터 (MP14)는 비트 라인들 (BL0, BL0B) 사이에 형성된 전류 통로 및 비트 라인 프리챠지 신호 (PRECLK)에 연결된 게이트를 갖는다.A bit line precharge circuit 180 is connected to the other side of the bit line pairs BLO and BL0B to BLj and BLjB, and the precharge circuit 180 controls all bits in response to the bit line precharge signal PRECLK. Line pairs (BLO, BL0B)-(BLj, BLjB) charge the precharge voltage. Here, the bit line precharge signal PRECLK is a signal synchronized with a clock signal. In the bit line precharge circuit 180, three PMOS transistors are arranged per pair of bit lines. For example, in the bit line pair BL0, BL0B, the PMOS transistors MP10, MP12 are the current paths and the bit formed between the regulator circuit 200 and the corresponding bit lines BL0, BL0B, respectively. It has gates connected to the line precharge signal PRECLK. The PMOS transistor MP14 has a current path formed between the bit lines BL0 and BL0B and a gate connected to the bit line precharge signal PRECLK.

상기 레귤레이터 회로 (200)는 전원 전압 (VDD)과 비트 라인 프리챠지 회로 (180) 사이에 연결되며, 상기 전원 전압 (VDD)을 조절하여 전원 전압 (VDD)보다 낮은 상기 프리챠지 전압을 비트 라인 프리챠지 회로 (180)로 공급한다. 레귤레이터 회로 (200)는 비트 라인을 프리챠지하는 데 필요한 전압을 전원 전압보다 낮춤으로써 비트 라인에서 메모리 셀 방향으로 흐르는 다이나믹 전류 또는 방전 전류를 감소시키기 위한 것이다. 레귤레이터 회로 (200)는 복수 개의 공핍형 NMOS 트랜지스터들 (DMN2, DMN4, …, DMN6, DMN8)로 구성된다. 예를 들면, 공핍형 NMOS 트랜지스터 (DMN2)는 전원 전압 (VDD)과 비트 라인 프리챠지 회로 (180) 사이에 형성된 전류 통로를 가지며, 그것의 게이트는 접지된다.The regulator circuit 200 is connected between a power supply voltage VDD and a bit line precharge circuit 180, and adjusts the power supply voltage VDD to bit-preset the precharge voltage lower than the power supply voltage VDD. Supply to charge circuit 180. The regulator circuit 200 is to reduce the dynamic current or discharge current flowing from the bit line toward the memory cell by lowering the voltage necessary to precharge the bit line to the power supply voltage. The regulator circuit 200 is composed of a plurality of depletion NMOS transistors DMN2, DMN4,..., DMN6, DMN8. For example, the depletion type NMOS transistor DMN2 has a current path formed between the power supply voltage VDD and the bit line precharge circuit 180, the gate of which is grounded.

이러한 레귤레이터 회로 (200)에 의하면, 비트 라인을 프리챠지하기 위한 전압 즉, 프리챠지 전압은 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압이 된다. 공핍형 NMOS 트랜지스터의 단면도를 보여주는 도 2를 참조하면, 드레인 전압이 전원 전압 (VDD) (예를 들면, 3.3V)이고, 게이트 전압이 0V이고, 소오스가 부유 상태일 때, 소오스는 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압 (Vcut-off)에 있게 된다. 이러한 이유로, 비트 라인 전압은 전원 전압 (VDD)보다 낮은 컷-오프 전압 (Vcut-off)으로 조정된다. 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압은 공핍층의 농도에 의해서 정해진다. 예를 들면, 공핍층의 농도가 클수록 컷-오프 전압은 커지고, 공핍층의 농도가 낮으면 낮을수록 컷-오프 전압은 낮아진다. 컷-오프 전압이 크면 클수록 비트 라인 전압 강하가 낮아지며 컷-오프 전압이 낮으면 낮을수록 비트 라인 전압 강하는 커진다.According to the regulator circuit 200, the voltage for precharging the bit line, that is, the precharge voltage, becomes the cut-off voltage of the depletion type NMOS transistor. Referring to FIG. 2, which shows a cross-sectional view of a depletion type NMOS transistor, when the drain voltage is the supply voltage VDD (eg, 3.3V), the gate voltage is 0V, and the source is floating, the source is a depletion NMOS. It is at the cut-off voltage (Vcut-off) of the transistor. For this reason, the bit line voltage is adjusted to a cut-off voltage Vcut-off lower than the power supply voltage VDD. The cut-off voltage of the depletion type NMOS transistor is determined by the concentration of the depletion layer. For example, the higher the concentration of the depletion layer, the larger the cut-off voltage, and the lower the concentration of the depletion layer, the lower the cut-off voltage. The larger the cut-off voltage, the lower the bit line voltage drop. The lower the cut-off voltage, the larger the bit line voltage drop.

상기 컷-오프 전압 (Vcut-off)에 따른 평균 동작 전류 변화를 보여주는 도 3은 25℃의 동작 온도, 33MHz의 동작 주파수 그리고 3.3V의 동작 전압 하에서 측정된 것이다. 상기 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압 (Vcut-off)이 낮으면 낮을수록, 도 3에서 알 수 있듯이, 평균 동작 전류 (㎂)는 낮아진다. 이는 컷-오프 전압 또는 비트 라인 프리챠지 전압이 낮아짐에 따라 비트 라인에서 메모리 셀 방향으로 흐르는 방전 전류가 감소됨을 의미한다. 즉, 방전 전류로 인한 전력 소모가 감소된다.FIG. 3 showing the average operating current change with the cut-off voltage Vcut-off is measured under an operating temperature of 25 ° C., an operating frequency of 33 MHz and an operating voltage of 3.3 V. FIG. The lower the cut-off voltage Vcut-off of the depletion type NMOS transistor is, the lower the average operating current is, as shown in FIG. 3. This means that as the cut-off voltage or the bit line precharge voltage decreases, the discharge current flowing from the bit line toward the memory cell decreases. That is, power consumption due to the discharge current is reduced.

비트 라인 쌍들 (BLn, BLnB)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 레귤레이터 회로 (200)에 의해서 조절된 컷-오프 전압 (약 2.2V)을 이용하여 비트 라인 프리챠지 회로 (180)에 의해서 된다. 이후, 워드 라인이 선택됨에 따라(도 4a 참조) 각 쌍의 비트 라인들 (BLn, BLnB)은 메모리 셀에 저장된 데이터에 따라 디벨러프된다. 선택된 메모리 셀들의 데이터는 선택된 비트 라인 쌍들을 통해 감지 증폭 및 기입 회로의 감지 증폭기들은 열 선택 회로 (140)에 의해서 감지된다(도 4c 참조).The bit line pairs BLn and BLnB are made by the bit line precharge circuit 180 using the cut-off voltage (about 2.2V) regulated by the regulator circuit 200, as shown in FIG. 4B. . Then, as the word line is selected (see FIG. 4A), each pair of bit lines BLn and BLnB is developed according to the data stored in the memory cell. Data of the selected memory cells is sensed by the column select circuit 140 via the selected bit line pairs and the sense amplifiers of the sense amplification and writing circuit (see FIG. 4C).

상기 비트 라인 쌍들 (BLn, BLnB)을 전원 전압 (약 3.3V)으로 프리챠지하는 종래 기술과 비교하여 볼 때, 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 경우 비트 라인에서 메모리 셀 방향으로 흐르는 전류가 감소됨을 알 수 있다.Compared with the conventional technique of precharging the bit line pairs BLn and BLnB to a power supply voltage (about 3.3 V), as shown in FIGS. 4D and 4E, in the present invention, the direction of the memory cell in the bit line is shown. It can be seen that the current flowing to the wall is reduced.

도 5는 메모리 셀 수에 대한 비트 라인 전력 소비량을 보여주는 도면이다.메모리 셀 수에 대한 비트 라인 전력 소비량은 25℃의 동작 온도, 33MHz의 동작 주파수 그리고 3.3V의 동작 전압 하에서 측정된 것이다. 비트 라인들 사이에 연결된 메모리 셀들의 수가 증가함에 따라, 종래 기술의 경우 소모 전류가 급격하게 증가하는 반면에, 본 발명의 경우 소모 전류는 완만하게 증가된다.Figure 5 shows the bit line power consumption for the number of memory cells. The bit line power consumption for the number of memory cells is measured under an operating temperature of 25 ° C, an operating frequency of 33 MHz and an operating voltage of 3.3V. As the number of memory cells connected between the bit lines increases, the current consumption increases drastically in the prior art, while the current consumption slowly increases in the present invention.

이상에서, 본 발명에 따른 회로의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the circuit according to the present invention has been shown in accordance with the above description and drawings, but this is only an example, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Of course.

상술한 바와 같이, 비트 라인을 프리챠지하기 위한 전압을 전원 전압보다 낮게 조절함으로써 비트 라인에서 메모리 셀 방향으로 흐르는 전류가 감소되고, 전력 소비가 감소된다.As described above, by adjusting the voltage for precharging the bit line lower than the power supply voltage, the current flowing from the bit line to the memory cell direction is reduced, and power consumption is reduced.

Claims (8)

행들과 열들로 배열된 메모리 셀들의 어레이와;An array of memory cells arranged in rows and columns; 각 열에 대응하는 메모리 셀들은 각 쌍의 비트 라인들 사이에 병렬 연결되고 각 행에 대응하는 메모리 셀들은 대응하는 워드 라인들에 각각 배열되며;Memory cells corresponding to each column are connected in parallel between each pair of bit lines and memory cells corresponding to each row are respectively arranged in corresponding word lines; 상기 비트 라인 쌍들에 연결되며, 비트 라인 프리챠지 신호에 응답하여 상기 비트 라인 쌍들을 소정의 프리챠지 전압으로 충전하는 비트 라인 프리챠지 회로와; 그리고A bit line precharge circuit connected to the bit line pairs and charging the bit line pairs to a predetermined precharge voltage in response to a bit line precharge signal; And 상기 비트 라인 프리챠지 회로와 전원 전압 사이에 연결되며, 상기 전원 전압을 조절하여 상기 전원 전압보다 낮은 상기 프리챠지 전압을 상기 비트 라인 프리챠지 회로로 공급하는 레귤레이터 회로를 포함하는 반도체 메모리 장치.And a regulator circuit coupled between the bit line precharge circuit and a power supply voltage, the regulator circuit configured to supply the precharge voltage lower than the power supply voltage to the bit line precharge circuit by adjusting the power supply voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레귤레이터 회로는 상기 각 쌍의 비트 라인들에 대응하는 공핍형 NMOS 트랜지스터들로 구성되며, 각 트랜지스터는 상기 전원 전압과 상기 비트 라인 프리챠지 회로 사이에 형성된 전류 경로와 접지된 게이트를 갖는 반도체 메모리 장치.The regulator circuit is composed of depletion NMOS transistors corresponding to the pair of bit lines, each transistor having a current path and a grounded gate formed between the power supply voltage and the bit line precharge circuit. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리챠지 전압은 상기 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압인 반도체 메모리 장치.The precharge voltage is a cut-off voltage of the depletion type NMOS transistor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 각 메모리 셀은 스태틱 랜덤 액세스 메모리 셀인 반도체 메모리 장치.Wherein each memory cell is a static random access memory cell. 행들과 열들로 배열된 메모리 셀들의 어레이와;An array of memory cells arranged in rows and columns; 행 어드레스에 응답하여 상기 행들 중 어느 하나의 행을 선택하는 행 선택 회로와;A row selection circuit for selecting any one of the rows in response to a row address; 열 어드레스에 응답하여 상기 열들 중 일부를 선택하는 열 선택 회로와;A column selection circuit for selecting some of the columns in response to a column address; 상기 열들에 연결되며, 프리챠지 신호에 응답하여 상기 열들을 소정의 프리챠지 전압으로 충전하는 비트 라인 프리챠지 회로와; 그리고A bit line precharge circuit coupled to said columns and charging said columns to a predetermined precharge voltage in response to a precharge signal; And 전원 전압과 상기 비트 라인 프리챠지 회로 사이에 연결되며, 상기 프리챠지 전압이 전원 전압보다 낮아지도록 상기 전원 전압을 조절하여 상기 비트 라인 프리챠지 회로로 공급하는 수단을 포함하는 랜덤 액세스 메모리 장치.And means for regulating the power supply voltage to supply the bit line precharge circuit such that the precharge voltage is lower than the power supply voltage and connected between a power supply voltage and the bit line precharge circuit. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 메모리 셀들 각각은 스태틱 랜덤 액세스 메모리 셀로 구성되는 랜덤 액세스 메모리 장치.And each of the memory cells is composed of a static random access memory cell. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 프리챠지 전압을 공급하는 수단은 상기 열들에 각각 대응하는 공핍형NMOS 트랜지스터로 구성되며, 상기 공핍형 NMOS 트랜지스터는 상기 전원 전압과 상기 비트 라인 프리챠지 회로 사이에 형성된 전류 경로와 접지된 게이트를 갖는 랜덤 액세스 메모리 장치.The means for supplying the precharge voltage consists of a depletion type NMOS transistor corresponding to each of the columns, the depletion type NMOS transistor having a current path formed between the power supply voltage and the bit line precharge circuit and a grounded gate. Random access memory device. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 프리챠지 전압은 상기 공핍형 NMOS 트랜지스터의 컷-오프 전압인 랜덤 액세스 메모리 장치.And the precharge voltage is a cut-off voltage of the depletion type NMOS transistor.
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