KR20050064709A - Data input/output circuit of semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
반도체 메모리 장치의 데이터 입출력 회로가 개시된다. 데이터 입출력 회로는 복수개의 메모리 뱅크들 각각에 연결된 복수개의 비트 라인(BL, BLB) 쌍, 복수개의 비트 라인 쌍들 각각의 데이터를 증폭하기 위한 복수개의 비트 라인 센스 앰프(sense amplifier), 복수개의 블록 선택 신호들(BDCAi, BDCAj, BDCAiB, BDCAjB)에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL)의 신호를 칼럼 디코더 신호(CDi, CDj) 라인으로 출력하는 셀프 부스팅 회로 및 칼럼 디코더 신호 라인의 신호들에 응답하여 복수개의 비트 라인 신호 쌍(BL, BLB)들의 데이터를 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력하는 복수개의 트랜지스터들을 구비한다. 본 발명에 따른 데이터 입출력 회로는, 셀프 부스트 되는 칼럼 선택 라인 신호를 이용하는 회로 구조를 통해 반도체 설계시 레이아웃 면적을 최소화 할 수 있으며, 데이터가 이동하는 트랜지스터의 수를 줄일 수 있어 데이터의 입출력 속도를 빠르게 한다.A data input / output circuit of a semiconductor memory device is disclosed. The data input / output circuit includes a plurality of pairs of bit lines (BL, BLB) connected to each of the plurality of memory banks, a plurality of bit line sense amplifiers for amplifying data of each of the plurality of bit line pairs, and a plurality of block selections. In response to the signals BDCAi, BDCAj, BDCAiB, and BDCAjB, a plurality of self-boosting circuits and a column decoder signal line outputting the signal of the column selection line CSL to the column decoder signal CDi and CDj lines are provided. A plurality of transistors are configured to output data of four bit line signal pairs BL and BLB to a local data input / output line LIO pair. The data input / output circuit according to the present invention can minimize the layout area when designing a semiconductor through a circuit structure using a self-boosted column select line signal, and can reduce the number of transistors to which data moves, thereby increasing data input / output speed. do.
Description
본 발명은 반도체 메모리(Memory) 장치에 관한 것으로서, 특히 레이아웃의 면적을 최소화하면서 데이터의 입출력속도를 빠르게 한 센스 증폭기를 가진 반도체 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor device having a sense amplifier which speeds up the input / output speed of data while minimizing the layout area.
DRAM의 동작특성 중에서 가장 빠른 속도가 요구되는 부분 중의 하나는 칼럼(Column)과 관련된 회로들이다. 일반적으로 로(Row)와 관련된 회로들은 수십 ns 의 동작 속도를 필요로 한다. 하지만, 칼럼과 관련된 회로에서의 타이밍(timing constant)은 수 ns를 요구하고 있다.One of the fastest parts of DRAM's operating characteristics is the circuits associated with columns. Typically, circuits associated with a row require operating speeds of tens of ns. However, the timing constant in the circuit associated with the column requires a few ns.
칼럼과 관련된 동작은 복수개의 메모리 뱅크로부터 출력되고 비트 라인(B/L) 센스 앰프(S/A)를 통해 증폭된 데이터 중에서 정해진 칼럼의 데이터를 칼럼 선택 스위치를 통해 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍 및 글로벌 데이터 입출력 라인(GIO) 쌍으로 출력되고, 데이터 입출력 센스 앰프(I/O S/A)에서 시모스(CMOS) 레벨의 데이터(RD)로 전환하는 과정에 관련되는 것들이다.The operation related to the column is output from a plurality of memory banks and the data of a predetermined column among the data amplified through the bit line (B / L) sense amplifier (S / A) is connected to a local data input / output line (LIO) pair through a column select switch. And output to a global data input / output line (GIO) pair and related to a process of converting the data input / output sense amplifier (I / OS / A) from the CMOS level to the data RD.
도 1은 종래의 계층적 칼럼 선택 라인 회로를 구비하는 반도체 메모리 장치의 개략적인 블록도를 나타내고 있다. 1 shows a schematic block diagram of a semiconductor memory device having a conventional hierarchical column select line circuit.
다수의 메모리 뱅크(Bank)들을 구비하는 메모리 어레이(Array) 구조를 가지는 반도체 메모리 장치에 있어서는 워드 라인(Word Line)을 구동하는 로 디코더(Row Decoder)와 비트 라인(Bit Line)을 구동하는 칼럼 디코더(Column Decoder)를 배치할 때, 각 뱅크마다 로 디코더와 칼럼 디코더를 각각 배치하거나 각 뱅크에 대한 블록 정보(Information)를 가지는 로 디코더와 칼럼 디코더를 사용해서 설계한다. In a semiconductor memory device having a memory array structure having a plurality of memory banks, a row decoder driving a word line and a column decoder driving a bit line When arranging (Column Decoder), a low decoder and a column decoder are arranged for each bank, or a low decoder and a column decoder having block information for each bank are designed.
각 뱅크에 대한 블록 정보를 가지는 로 디코더와 칼럼 디코더를 사용하는 반도체 메모리 장치는 블록 정보를 가지는 칼럼 선택 라인 회로를 사용하는 계층적 칼럼 선택 라인 회로를 구비하고 있다. A semiconductor memory device using a row decoder having a block information for each bank and a column decoder has a hierarchical column selection line circuit using a column selection line circuit having block information.
도 1을 참조하면, 종래의 계층적 칼럼 선택 라인 회로를 구비하는 반도체 장치는 메모리 뱅크들(110,140), 비트 라인들(BLSi,BLSiB,BLSj,BLSjB), 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL), 전원 라인(VSSL), 및 칼럼 디코더(170)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device having a conventional hierarchical column select line circuit includes memory banks 110 and 140, bit lines BLSi, BLSiB, BLSj, and BLSjB, a global column select line GCSL, and a power supply line. (VSSL), and a column decoder 170.
비트 라인들(BLSi,BLSiB)은 메모리 뱅크(110)에 대하여 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL) 회로를 인에이블 시키기 위한 것이다.The bit lines BLSi and BLSiB are for enabling the global column select line GCSL circuit with respect to the memory bank 110.
비트 라인들(BLSj,BLSjB)은 메모리 뱅크(110)에 대하여 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL) 회로를 인에이블 시키기 위한 것이다.The bit lines BLSj and BLSjB are for enabling the global column select line GCSL circuit with respect to the memory bank 110.
칼럼 디코더(170)는 칼럼 어드레스(CAi)를 입력하여 이에 따라 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL,...) 중에서 해당되는 글로벌 칼럼 선택 라인을 인에이블 시킨다.The column decoder 170 inputs a column address CAi to enable the corresponding global column selection line among the global column selection lines GCSL,...
글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL)은 메모리 뱅크들(110,140)을 구성하고 있는 메모리 셀 어레이 블록들에 대한 정보를 가진다. 즉, 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL)은 각각, 메모리 뱅크들(110,140)을 구성하고 있는 메모리 셀 어레이 블록들 중에서 특정 메모리 셀 어레이 블록에 대하여 해당되는 로칼 칼럼 선택 라인(LCSLi)을 인에이블 시키기 위한 것이다.The global column select line GCSL has information on the memory cell array blocks constituting the memory banks 110 and 140. That is, the global column select line GCSL is for enabling a local column select line LCSLi corresponding to a specific memory cell array block among the memory cell array blocks constituting the memory banks 110 and 140, respectively. .
전원 라인(VSS)은 메모리 뱅크들(110,140)을 구성하고 있는 메모리 셀 어레이 블록들과 별도로 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL)을 구성하고 있는 회로에 접지 전원(VSS)을 인가하기 위한 것이다.The power line VSS is to apply the ground power VSS to a circuit configuring the global column selection line GCSL separately from the memory cell array blocks forming the memory banks 110 and 140.
메모리 뱅크(110)는 메모리 셀 어레이들(112,122), 센싱 블록들(114,116,124,126), 워드 라인들(WL,...), 로칼 칼럼 선택 라인(LCSLi), 및 로 디코더(100)를 구비한다.The memory bank 110 includes memory cell arrays 112 and 122, sensing blocks 114, 116, 124 and 126, word lines WL,..., A local column select line LCSLi, and a low decoder 100.
로 디코더(100)는 외부로부터 입력되는 로 어드레스(Row Address)를 입력하여 이에 따라 워드 라인들(WL,...) 중에서 해당되는 워드 라인을 인에이블 시킨다.The row decoder 100 inputs a low address input from the outside and thus enables the corresponding word line among the word lines WL,...
메모리 셀 어레이들(112,122)은 각각, 워드 라인들(WL,...)과 비트 라인들(BLi,BLiB) 사이에 접속되어 있는 다수의 메모리 셀들로써 구성되어 있다. 메모리 셀들은 각각 하나의 셀 트랜지스터와 셀 커패시터로 구성되어 있다. 메모리 셀들은 각각 대응되는 어드레스에 의해서 엑세스 되며, 대응되는 셀 커패시터에 차징 되어 있는 전하량의 형태로써 데이터를 보유하고 있다. 셀 트랜지스터는 해당되는 워드 라인에 의해서 게이팅 되고 셀 커패시터에 저장되어 있는 전하를 해당되는 비트 라인으로 스위칭하는 기능을 가진다.The memory cell arrays 112 and 122 are constituted by a plurality of memory cells connected between word lines WL,... And bit lines BLi and BLiB, respectively. Each memory cell is composed of one cell transistor and one cell capacitor. Each of the memory cells is accessed by a corresponding address and holds data in the form of a charge amount charged in the corresponding cell capacitor. The cell transistor has the function of switching the charge stored in the cell capacitor and gated by the corresponding word line to the corresponding bit line.
비트 라인들(BLi,BLiB)은 해당되는 메모리 셀에 대해서 비트 라인(BL) 및 반전 비트 라인(/BL)으로 작용한다. 즉 정보의 독출을 위하여 선택되는 메모리 셀이 비트 라인(BLi)에 연결되어 있으면, 비트 라인(BLi)이 비트 라인(BL)이 되고 비트 라인(BLiB)은 반전 비트 라인(/BL)이 된다. 그리고 정보의 독출을 위하여 선택되는 메모리 셀이 비트 라인(BLiB)에 연결되어 있으면, 비트 라인(BLiB)이 비트 라인(BL)이 되고 비트 라인(BLi)은 반전 비트 라인(/BL)이 된다. The bit lines BLi and BLiB serve as bit lines BL and inverted bit lines / BL with respect to the corresponding memory cells. That is, when a memory cell selected for reading information is connected to the bit line BLi, the bit line BLi becomes a bit line BL and the bit line BLiB becomes an inverted bit line / BL. When the memory cell selected for reading information is connected to the bit line BLiB, the bit line BLiB becomes the bit line BL and the bit line BLi becomes the inverted bit line / BL.
센싱 블록들(114,116,124,126)은 각각, 해당되는 비트 라인들(BLi,BLiB)의 레벨 차이를 감지하고 이를 증폭하여 전송한다. The sensing blocks 114, 116, 124, and 126 sense the level difference between the corresponding bit lines BLi and BLiB and amplify and transmit the level differences.
로칼 칼럼 선택 라인(LCSLi)은 해당되는 글로벌 칼럼 선택 라인(GCSL)에 의해서 인에이블 되어 해당되는 비트 라인들(BLi,BLiB)에 실려있는 해당되는 메모리 셀의 데이터를 입출력 라인(IO)으로 전송한다.The local column select line LCSLi is enabled by the corresponding global column select line GCSL and transmits data of a corresponding memory cell on the corresponding bit lines BLi and BLiB to the input / output line IO. .
메모리 뱅크(140)는 메모리 셀 어레이들(142,152), 센싱 블록들(144,146,154,156), 워드 라인들(WL,...), 로칼 칼럼 선택 라인(LCSLj), 및 로 디코더(130)를 구비한다. 메모리 셀 어레이들(142,152), 센싱 블록들(144,146,154,156), 워드 라인들(WL,...), 로칼 칼럼 선택 라인(LCSLj), 및 로 디코더(130)는 각각, 메모리 뱅크(110)를 구성하고 있는 메모리 셀 어레이들(112,122), 센싱 블록들(114,116,124,126), 워드 라인들(WL,...), 로칼 칼럼 선택 라인(LCSLi), 및 로 디코더(100)와 동일한 구성을 갖는다.The memory bank 140 includes memory cell arrays 142 and 152, sensing blocks 144, 146, 154 and 156, word lines WL,..., A local column select line LCSLj, and a low decoder 130. The memory cell arrays 142 and 152, the sensing blocks 144, 146, 154, 156, the word lines WL,..., The local column select line LCSLj, and the row decoder 130 each constitute a memory bank 110. The memory cell arrays 112, 122, the sensing blocks 114, 116, 124, 126, the word lines WL,..., The local column select line LCSLi, and the row decoder 100 have the same configuration.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이아웃의 면적을 최소화하기 위한 다수개의 독립적인 메모리 뱅크를 가지는 반도체 메모리 장치에서의 데이터 입출력 회로를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a data input / output circuit in a semiconductor memory device having a plurality of independent memory banks for minimizing the layout area.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 데이터가 출력되는 스위치의 수를 줄여 데이터 입출력 속도가 우수한 반도체 메모리 장치의 데이터 입출력 회로를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a data input / output circuit of a semiconductor memory device having excellent data input / output speed by reducing the number of switches for outputting data.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 특징에 의하면, 복수개의 메모리 뱅크들로부터 대응되는 데이터를 입출력하기 위한 반도체 메모리 장치의 데이터 입출력 회로는, 복수개의 메모리 뱅크들 각각에 연결된 복수개의 비트 라인(BL, BLB) 쌍, 복수개의 비트 라인 쌍들 각각의 데이터를 증폭하기 위한 복수개의 비트 라인 센스 앰프(sense amplifier), 복수개의 블록 선택 신호들(BDCAi, BDCAj, BDCAiB, BDCAjB)에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL)의 신호를 칼럼 디코더 신호(CDi, CDj) 라인으로 출력하는 셀프 부스팅 회로 및 칼럼 디코더 신호 라인의 신호들에 응답하여 복수개의 비트 라인 신호 쌍(BL, BLB)들의 데이터를 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력하는 복수개의 트랜지스터들을 구비한다.According to an aspect of the present invention, a data input / output circuit of a semiconductor memory device for inputting / outputting corresponding data from a plurality of memory banks is connected to each of the plurality of memory banks. A plurality of bit line BL, BLB pairs, a plurality of bit line sense amplifiers for amplifying data of each of the plurality of bit line pairs, and a plurality of block selection signals BDCAi, BDCAj, BDCAiB, and BDCAjB. In response, the data of the plurality of bit line signal pairs BL and BLB in response to the signals of the column decoder signal line and the self-boosting circuit outputting the signal of the column selection line CSL to the column decoder signal CDi and CDj lines. Is provided with a plurality of transistors for outputting to a local data input / output line (LIO) pair.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로의 셀프 부스팅 회로는, 제1 블록 선택(BDCAi) 신호에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL) 신호를 제1 칼럼 디코더(CDi) 라인으로 출력하고, 제2 블록 선택(BDCAj) 신호에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL) 신호를 제2 칼럼 디코더(CDj) 라인으로 출력한다.Preferably, the self-boosting circuit of the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention outputs a column select line (CSL) signal to the first column decoder (CDi) line in response to the first block select (BDCAi) signal. In response to the second block selection BDCAj signal, the column selection line CSL signal is output to the second column decoder CDj line.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로의 셀프 부스팅 회로는, 제1 반전 블록 선택(BDCAiB) 신호에 응답하여 접지 전압 레벨을 제1 칼럼 디코더(CDi) 라인으로 출력하고, 제2 반전 블록 선택(BDCAjB) 신호에 응답하여 접지 전압 레벨을 제2 칼럼 디코더(CDj) 라인으로 출력한다.More preferably, the self-boosting circuit of the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention outputs a ground voltage level to the first column decoder CDi line in response to a first inverted block select signal BDCAiB. The ground voltage level is output to the second column decoder CDj line in response to the two inverted block select signal BDCAjB.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로는, 제1 또는 제2 블록 선택(BDCAij) 신호에 응답하여 로컬 데이터 입출력 라인 쌍과 글로벌 데이터 입출력 라인 쌍과의 연결시키는 다수개의 트랜지스터들을 더 구비한다.Preferably, the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention further comprises a plurality of transistors for connecting the local data input / output line pair and the global data input / output line pair in response to a first or second block selection (BDCAij) signal. Equipped.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로는, 글로벌 데이터 라인 쌍의 데이터를 증폭하기 위한 입출력 센스 앰프(I/O S/A), 입력되는 데이터를 글로벌 데이터 라인 쌍으로 드라이빙 하기 위한 입출력 드라이버(I/O DRV)를 더 포함할 수 있다.Preferably, the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention includes an input / output sense amplifier (I / OS / A) for amplifying data of a global data line pair, and an input / output for driving input data to a global data line pair. The driver may further include an I / O DRV.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로는, 부스팅 회로로 입력되는 각각의 블록 선택 신호 라인은 인접하는 다른 메모리 뱅크와 공유될 수 있다.Preferably, in the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention, each block select signal line input to the boosting circuit may be shared with another adjacent memory bank.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로를 구성하는 복수개의 트랜지스터들 각각은 NMOS로 구성될 수 있다.Preferably, each of the plurality of transistors constituting the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention may be composed of NMOS.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치 데이터 입출력 회로는 제1 반전 블록 선택(BDCAiB) 신호와 제2 반전 블록 선택(BDCAjB) 신호는 동일한 신호를 사용할 수 있다.More preferably, in the semiconductor memory device data input / output circuit according to the present invention, the first inverted block select signal BDCAiB and the second inverted block select signal BDCAjB may use the same signal.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the advantages of the operability of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 2는 도 1에 있어서 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 나타내는 부분 회로도이다.FIG. 2 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line at a CMOS level in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 다수의 메모리 뱅크(201i, 201j)에서 출력된 데이터는 각각 대응되는 감지 증폭기(Sense Amplifier; 203i, 203j)를 통해 데이터가 증폭된다. 하지만, 하나의 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍에 대응되는 메모리 뱅크는 다수개가 존재한다. 따라서, 이 다수개의 메모리 뱅크로부터 출력된 데이터 중 정해진 칼럼의 데이터만을 출력하기 위해서 블록 선택 스위치(205i, 205j) 및 칼럼 선택 스위치(207)가 필요하다. Referring to FIG. 2, data output from the plurality of memory banks 201i and 201j is amplified by corresponding sense amplifiers 203i and 203j, respectively. However, there are a plurality of memory banks corresponding to one local data input / output line (LIO) pair. Therefore, block select switches 205i and 205j and column select switch 207 are required to output only data of a predetermined column among data output from the plurality of memory banks.
제1 블록 선택 신호(BDCAi)가 하이 레벨로 천이되고, 제2 블록 선택 신호(BDCAj)가 로우 레벨이면, 스위치(205i)는 턴 온되고, 스위치(205j)는 턴 오프된다. 따라서, 로컬 데이터 입출력 라인 쌍(LIO pair)의 윗 부분에 존재하는 메모리 뱅크(201i)에 저장된 데이터가 선택된다. 그리고 칼럼 선택 스위치(207)는 칼럼 선택 라인(CSL) 신호에 응답하여 로컬 입출력 데이터 라인 쌍의 윗 부분에 존재하는 다수의 메모리 뱅크로부터 출력된 데이터 중 원하는 칼럼의 데이터만을 출력한다.When the first block select signal BDCAi is transitioned to the high level and the second block select signal BDCAj is at the low level, the switch 205i is turned on and the switch 205j is turned off. Therefore, data stored in the memory bank 201i existing above the local data input / output line pair (LIO pair) is selected. The column select switch 207 outputs only data of a desired column among data output from the plurality of memory banks existing in the upper portion of the local input / output data line pair in response to the column select line (CSL) signal.
이렇게 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력된 데이터는 데이터 입출력 스위치(209)를 통해 글로벌 입출력 라인(GIO)로 출력된다. 데이터 입출력 스위치(209)는 뱅크 선택 신호(BDDAij)에 의해 제어된다. The data output as the local data input / output line (LIO) pair is output to the global input / output line GIO through the data input / output switch 209. The data input / output switch 209 is controlled by the bank select signal BDDAij.
도 2에 도시된 바와 같이 메모리 뱅크에서 출력된 데이터가 비트 라인 센스 앰프(B/L S/A)에서 데이터 입출력 센스 앰프(I/O S/A)까지 전달되어 CMOS 레벨의 데이터로 전환되기까지는 세 개의 직렬 연결 스위치들(205ij, 207, 209)을 통과해야 한다. 상술한 동작을 통해 메모리 뱅크에서의 약한 아날로그 데이터가 전파되는 속도는 직렬로 연결되는 스위치의 개수와 스위치 트랜지스터의 크기에 의해 결정된다.As shown in FIG. 2, data output from the memory bank is transferred from the bit line sense amplifier (B / LS / A) to the data input / output sense amplifier (I / OS / A) and converted into CMOS level data. Pass through series-connected switches 205ij, 207, 209. The speed at which weak analog data propagates in the memory bank through the above operation is determined by the number of switches connected in series and the size of the switch transistor.
상술한 바와 같이 DRAM의 동작 특성 중에서 칼럼과 관련된 회로는 수 ns의 타이밍 컨스턴스(timing constant)를 요구하기 때문에 데이터 입출력 속도에 한계가 있게 된다.As described above, the circuit related to the column among the operating characteristics of the DRAM requires a timing constant of several ns, thereby limiting the data input / output speed.
상술한 세 개의 직렬 연결 스위치 중에서 블록 선택 스위치(205i, 205j)와 칼럼 선택 스위치(207)는 셀 어레이의 정해진 피치(pitch)에 따라 그려야 하기 때문에 그 크기를 축소하는 데에는 제한이 있다. 따라서 비트 라인 센스 앰프(103i, 103j)에서 데이터 입출력 센스 앰프(I/O S/A)까지의 신소 전달은 상당히 지연되게 된다.Of the three series-connected switches described above, the block select switches 205i and 205j and the column select switch 207 have to be drawn according to a predetermined pitch of the cell array. Therefore, the transfer of the signals from the bit line sense amplifiers 103i and 103j to the data input / output sense amplifiers I / O S / A is considerably delayed.
또한 대역폭(bandwidth)를 높이기 위해서 프리펫치(prefetch) 비트 수가 증가하고 있어서, 하나의 칼럼 선택(CSL) 신호에 이해 4 내지 8 개의 I/O 쌍에 동시에 데이터가 전달되어야 하기 때문에 이 회로를 레이아웃 하는 것도 상당히 복잡하게 된다.In addition, the number of prefetch bits is increasing in order to increase the bandwidth, so that data must be simultaneously transmitted to 4 to 8 I / O pairs in one column select (CSL) signal. It is also quite complicated.
예를 들어, 하나의 칼럼 선택 라인(CSL)에 8 개의 데이터 입출력 라인(I/O)이 연결된 경우를 살펴보면, 두 종류의 블록 선택 신호(BDCAi 및 BDCAj)와 칼럼 선택 라인(CSL)의 직렬 트랜지스터 8개를 좁은 영역에 설계하는 것이 쉽지 않다. 도 2에 도시된 두 개의 비트 라인 센스 앰프(B/L S/A) 가 로컬 데이터 입출력 라인(LIO)를 공유하지 않으면, 연결이 용이해 질 수도 있지만, 로컬 입출력 라인(LIO)을 위한 공간확보에 면적이 소모되고, 또한 칼럼 선택 라인(CSL)의 커패시터를 충전하는데 걸리는 양(capacitive loading)도 두 배로 늘어나는 문제점이 발생한다.For example, when eight data input / output lines I / O are connected to one column select line CSL, a series transistor of two types of block select signals BDCAi and BDCAj and a column select line CSL is illustrated. It is not easy to design eight in a narrow area. If the two bit line sense amplifiers (B / LS / A) shown in FIG. 2 do not share a local data input / output line (LIO), the connection may be easy, but space for the local input / output line (LIO) may be increased. The problem is that the area is consumed and the capacitive loading of charging the capacitor of the column select line CSL also doubles.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 보여주는 부분 회로도이다.3 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line of a CMOS level according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 데이터 입출력 회로는 칼럼 선택 라인(CSL) 신호와 블록 선택 신호(BDCAij)에 따라 메모리 뱅크로부터의 데이터 추력을 제어하는 셀프 부스팅 회로(300)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a data input / output circuit according to the present invention includes a self-boosting circuit 300 that controls data thrust from a memory bank according to a column select line CSL signal and a block select signal BDCAij.
또한, 본 발명에 따른 데이터 입출력 회로는 셀프 부스팅 회로(300)에서 출력되는 칼럼 선택 라인(CSL) 신호를 비트 라인 쌍으로 출력시키는 칼럼 디코더 라인(CDi, CDj)을 갖는다. 또한, 칼럼 디코더 라인 신호에 응답하여 메모리 뱅크에서 출력된 데이터 중 정해진 칼럼의 데이터를 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력하기 위한 칼럼 디코더 스위치(305i, 305j)를 포함한다.In addition, the data input / output circuit according to the present invention has column decoder lines CDi and CDj for outputting a column select line CSL signal output from the self-boosting circuit 300 as a bit line pair. Also, column decoder switches 305i and 305j are configured to output data of a predetermined column among data output from the memory bank in response to the column decoder line signal as a pair of local data input / output lines (LIO).
셀프 부스팅 회로(300)의 구성을 살펴보면, 노드(31)로 칼럼 선택 라인(CSL) 신호가 입력된다. 그리고, 노드(31)와 노드(32) 사이에는 제1 블록 선택 신호(BDCAi)에 응답하여 제어되는 NMOS 트랜지스터(37)가 연결된다. 제1 블록 선택 신호(BDCAi)는 NMOS 트랜지스터(35)를 통해 트랜지스터(37)의 게이트에 연결된다.Looking at the configuration of the self-boosting circuit 300, the column select line (CSL) signal is input to the node (31). The NMOS transistor 37 controlled in response to the first block selection signal BDCAi is connected between the node 31 and the node 32. The first block selection signal BDCAi is connected to the gate of the transistor 37 through the NMOS transistor 35.
노드(31)와 노드(33) 사이에는 제2 블록 선택 신호(BDCAj)에 응답하여 제어되는 NMOS 트랜지스터(38)가 연결된다. 제2 블록 선택 신호(BDCAj)는 NMOS 트랜지스터(36)를 통해 트랜지스터(38)의 게이트에 연결된다. 트랜지스터(35, 36)의 게이트에는 전원 전압이 연결된다. An NMOS transistor 38 controlled in response to the second block select signal BDCAj is connected between the node 31 and the node 33. The second block select signal BDCAj is connected to the gate of the transistor 38 through the NMOS transistor 36. A power supply voltage is connected to the gates of the transistors 35 and 36.
노드(32)와 노드(34) 사이에는 제1 반전 블록 선택 신호(BDCAiB)에 응답하여 제어되는 NMOS트랜지스터(39)가 연결된다. 노드(33)와 노드(34) 사이에는 제2 반전 블록 선택 신호(BDCAjB)에 응답하여 제어되는 NMOS 트랜지스터(40)가 연결된다. 노드(34)에는 접지 전원이 연결된다.An NMOS transistor 39 controlled in response to the first inverted block select signal BDCAiB is connected between the node 32 and the node 34. An NMOS transistor 40 controlled in response to the second inversion block select signal BDCAjB is connected between the node 33 and the node 34. The node 34 is connected to a ground power source.
노드(32)에 연결되는 제1 칼럼 디코더 라인(CDi)은 제1 블록 선택 신호(BDCAi)에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL) 신호를 칼럼 디코더 스위치(305i)로 전달한다.The first column decoder line CDi connected to the node 32 transfers the column select line CSL signal to the column decoder switch 305i in response to the first block select signal BDCAi.
조드(33)에 연결되는 제2 칼럼 디코더 라인(CDj)은 제2 블록 선택 신호(BDCAj)에 응답하여 칼럼 선택 라인(CSL) 신호를 칼럼 디코더 스위치(305j)로 전달한다.The second column decoder line CDj connected to the jode 33 transfers the column select line CSL signal to the column decoder switch 305j in response to the second block select signal BDCAj.
칼럼 디코더 스위치들(305i, 305j)은 비트 라인 쌍에 연결된 2쌍의 NMOS 트랜지스터들로 구성되어 있으며, 각각 대응되는 칼럼 디코더 신호들(CDi, CDj)을 입력받아 데이터를 출력한다.The column decoder switches 305i and 305j are composed of two pairs of NMOS transistors connected to a pair of bit lines. The column decoder switches 305i and 305j receive data corresponding to the corresponding column decoder signals CDi and CDj.
셀프 부스팅 회로(300)의 동작을 살펴보면, 제1 블록 선택 신호(BDCAi)가 하이 레벨로 천이되고, 제2 블록 선택 신호(BDCAj)가 로우 레벨이면, 트랜지스터(37)은 턴 온 되고 트랜지스터(38)는 턴 오프되어, 노드(31)의 칼럼 선택 라인(CSL) 신호가 노드(32)로 전달된다. 만일 칼럼 선택 라인 신호가 로우 레벨이면, 셀브 부스팅 회로(300)는 로우 레벨의 신호가 출력되고, 이 칼럼 선택 라인 신호에 대응되는 메모리 뱅크의 데이터는 판독되거나 기록되지 않는다.Referring to the operation of the self-boosting circuit 300, when the first block selection signal BDCAi transitions to a high level and the second block selection signal BDCAj is at a low level, the transistor 37 is turned on and the transistor 38 is turned on. ) Is turned off, so that the column select line (CSL) signal of node 31 is transmitted to node 32. If the column select line signal is at the low level, the self-boosting circuit 300 outputs a low level signal, and data of the memory bank corresponding to the column select line signal is not read or written.
즉, 칼럼 선택 라인 신호(CSL)가 하이 레벨이고, 제1 블록 선택 신호(BDCAi)가 하이 레벨일 경우, 노드(32)가 하이 레벨로 천이된다. 그러면, 제1 칼럼 디코더 라인(CDi)이 하이 레벨이 되고, 제1 칼럼 디코더 스위치(305i)가 턴 온 된다. 그러면, 제1 블록 선택 신호(BDCAi)에 대응되는 메모리 뱅크(301i)로부터의 데이터가 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력된다.That is, when the column select line signal CSL is at a high level and the first block select signal BDCAi is at a high level, the node 32 transitions to a high level. Then, the first column decoder line CDi is at a high level, and the first column decoder switch 305i is turned on. Then, data from the memory bank 301i corresponding to the first block selection signal BDCAi is output to the local data input / output line LIO pair.
칼럼 선택 라인 신호(CSL)가 하이 레벨이고, 제2 블록 선택 신호(BDCAj)가 하이 레벨일 경우, 노드(33)가 하이 레벨로 천이된다. 그러면, 제2 칼럼 디코더 라인(CDj)이 하이 레벨이 되고, 제2 칼럼 디코더 스위치(305j)가 턴 온 된다. 그러면, 제2 블록 선택 신호(BDCAj)에 대응되는 메모리 뱅크(301j)로부터의 데이터가 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 쌍으로 출력된다.When the column select line signal CSL is at a high level and the second block select signal BDCAj is at a high level, the node 33 transitions to a high level. Then, the second column decoder line CDj is at a high level, and the second column decoder switch 305j is turned on. Then, data from the memory bank 301j corresponding to the second block selection signal BDCAj is output to the local data input / output line LIO pair.
또한, 제1 블록 선택 신호(BDCAi)가 로우 레벨이면, 제1 반전 블록 선택 신호(BDCAiB)는 하이 레벨이 되어 노드(32)를 로우 레벨로 유지하고, 제2 블록 선택 신호(BDCAj)가 로우 레벨이면, 제2 반전 블록 선택 신호(BDCAjB)는 하이 레벨이 되어 노드(33)를 로우 레벨로 유지시킨다. In addition, when the first block selection signal BDCAi is at a low level, the first inversion block selection signal BDCAiB is at a high level to maintain the node 32 at a low level, and the second block selection signal BDCAj is at a low level. If the level is high, the second inverted block select signal BDCAjB goes high and keeps the node 33 low.
제1 블록 선택 신호(BDCAi) 또는 제2 블록 선택 신호(BDCAj)가 하이 레벨이면 데이터 입출력 스위치(307)는 턴 온 되어 로컬 데이터 입출력 라인(LIO)의 데이터를 글로벌 데이터 입출력 라인(GIO) 쌍으로 출력한다.If the first block selection signal BDCAi or the second block selection signal BDCAj is at a high level, the data input / output switch 307 is turned on to transfer data from the local data input / output line LIO to the global data input / output line GIO pair. Output
글로벌 데이터 입출력 라인(GIO) 쌍에는 출력된 데이터를 증폭하기 위한 데이터 입출력 센스 앰프(I/O S/A) 및 입력되는 데이터를 상기 글로벌 데이터 라인 쌍으로 드라이빙 하기 위한 입출력 드라이버 회로를 더 포함한다.The global data input / output line (GIO) pair further includes a data input / output sense amplifier (I / O S / A) for amplifying the output data and an input / output driver circuit for driving the input data to the global data line pair.
본 발명에 따른 셀프 부스팅 회로(300)를 구비한 데이터 입출력 회로는 칼럼과 블록을 선택하는 신호에 응답하여 정해진 메모리 뱅크의 데이터를 반도체 메모리 장치의 외부로 출력할 수 있게 된다. The data input / output circuit having the self-boosting circuit 300 according to the present invention may output data of a predetermined memory bank to the outside of the semiconductor memory device in response to a signal for selecting a column and a block.
또한, 본 발명에서 제시하는 셀프 부스팅 회로를 이용하면 데이터 경로가 종래의 3개의 스위치에서 2개의 스위치, 즉, 칼럼 디코더 스위치(305i, 305j) 와 데이터 입출력 스위치(307)로 줄어들게 되어, 데이터 입출력 속도가 증가하게 된다. In addition, using the self-boosting circuit proposed in the present invention, the data path is reduced from two conventional switches to two switches, that is, the column decoder switches 305i and 305j and the data input / output switch 307, thereby providing a data input / output speed. Will increase.
또한, 8개의 데이터 입출력 회로가 하나의 칼럼 선택 라인(CSL) 신호에 연결된 경우, 공유된 로컬 데이터 입출력 라인(LIO) 때문에 그 중에 4 쌍의 데이터 입출력 회로가 메모리 뱅크의 윗부분에 연결되고, 나머지 4쌍은 아래로 연결된다. 본 발명에 따른 데이터 입출력 회로에 의하면 상기 4쌍의 데이터 입출력 회로에서 각각 2개의 트랜지스터가 줄어들고 6개의 트랜지스터로 구성된 셀프 부스팅 회로가 추가되어 전체적으로 트랜지스터의 개수가 줄어든다. 다라서, 전체적인 트랜지스터의 개수가 줄어들면서 빠른 데이터의 전달 속도를 얻을 수가 있으며, 이와 동시에 반도체 메모리 장치의 레이아웃 면적을 최소화 할 수 있다.In addition, when eight data input / output circuits are connected to one column select line (CSL) signal, four pairs of data input / output circuits are connected to the upper portion of the memory bank because of the shared local data input / output line (LIO). The pairs are connected down. According to the data input / output circuit according to the present invention, two transistors are reduced in each of the four pairs of data input / output circuits, and a self-boosting circuit including six transistors is added to reduce the number of transistors as a whole. As a result, as the number of transistors is reduced, a faster data transfer rate can be obtained, and at the same time, the layout area of the semiconductor memory device can be minimized.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 보여주는 부분 회로도이다.4 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line at a CMOS level according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 데이터 입출력 회로는 제1 반전 블록 선택 신호(BDCAiB)와 제2 반전 블록 선택 신호(BDCAjB)를 하나로 합친 셀프 부스팅 회로(400)를 구비한다.Referring to FIG. 4, the data input / output circuit includes a self-boosting circuit 400 in which the first inversion block selection signal BDCAiB and the second inversion block selection signal BDCAjB are combined into one.
본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 입출력 회로의 다른 구성요소는 도 3에 도시된 회로와 동일하기 때문에 다른 설명은 생략한다.Since other components of the data input / output circuit according to another embodiment of the present invention are the same as those shown in FIG. 3, other descriptions thereof will be omitted.
제1 반전 블록 선택 신호(BDCAiB)와 제2 반전 블록 선택 신호(BDCAjB)를 하나로 합쳐 반전 블록 선택 신호(BDCAijB)로 사용함으로써 컨정션(conjuctin) 영역에 있는 로컬 드라이버의 개수도 줄어들게 된다. 또한, 줄어든 신호 라인으로 인해 입출력 회로에서 발생하는 버싱(busing)도 줄어드는 효과가 있다.The number of local drivers in the conjuctin region is also reduced by combining the first inverted block selection signal BDCAiB and the second inverted block selection signal BDCAjB as one inverted block selection signal BDCAijB. In addition, due to the reduced signal line has the effect of reducing the busing (busing) generated in the input and output circuit.
도 5는 도 4에 도시된 셀프 부스팅 회로의 레이아웃을 나타내는 도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a layout of the self-boosting circuit shown in FIG. 4.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 입출력 회로의 셀프 부스팅 회로(400)의 레이아웃을 살펴보면, 셀프 부스팅 회로(400)는 제1 블록 선택 신호(BDCAi)와 연결되는 제1 N 웰 영역(501)과 제2 블록 선택 신호(BDCAj)와 연결되는 제2 N 웰 영역(503)을 형성한다. Referring to FIG. 5, referring to a layout of a self boosting circuit 400 of a data input / output circuit according to another exemplary embodiment of the present disclosure, the self boosting circuit 400 may include a first N connected to a first block selection signal BDCAi. A second N well region 503 connected to the well region 501 and the second block selection signal BDCAj is formed.
그리고, 제1 및 제2 N 웰 영역 상에 전원 전압(VDD)과 연결되는 제1 게이트 영역(521)을 형성한다.A first gate region 521 is formed on the first and second N well regions to be connected to the power supply voltage VDD.
제1 및 제2 N 웰 영역 아래 부분에 제3 N 웰 영역(505)을 형성하고, 제1 N 웰 영역(501) 영역의 타단에서 제1 게이트(521)를 지난 영역과 연결되고, 제3 N 웰 영역(505)을 가로질러서 제2 게이트(523)가 형성된다. A third N well region 505 is formed below the first and second N well regions, and is connected to a region past the first gate 521 at the other end of the first N well region 501. A second gate 523 is formed across the N well region 505.
또한, 제2 N 웰 영역(503) 영역의 타단에서 제1 게이트(521)를 지난 영역과 연결되고, 제3 N 웰 영역(505)을 가로질러서 제3 게이트(525)가 형성된다. In addition, at the other end of the second N well region 503, the third gate 525 is formed across the third N well region 505. The third gate 525 is formed across the third N well region 505.
제3 N 웰 영역 (505) 아래부분에는 접지 전압(VS)과 연결되는 제4 N 웰 영역(507)이 형성되고, 제3 N 윌 영역(505)의 일단과 제4 N 웰 영역의 일단(507)을 연결하는 제5 N 웰 영역(509)와, 제3 N 웰 영역(505)의 타단과 상기 제4 N 웰 영역의 타단(507)을 연결하는 제6 N 웰 영역(511)이 형성된다.A fourth N well region 507 is formed below the third N well region 505 to be connected to the ground voltage VS, and one end of the third N will region 505 and one end of the fourth N well region (505). A fifth N well region 509 connecting 507, and a sixth N well region 511 connecting the other end of the third N well region 505 and the other end 507 of the fourth N well region 505. do.
그리고, 제5 N 웰 영역(509) 및 제6 N 웰 영역(511) 상을 가로질러 반전 블록 선택신호(BDCAijB)가 입력되는 제 4 게이트 영역(527)이 형성된다A fourth gate region 527 is formed to receive the inverted block selection signal BDCAijB across the fifth N well region 509 and the sixth N well region 511.
제3 N 웰 영역(505) 중 제2 게이트 영역(523)과 제3 게이트 영역(525)이 형성되는 사이의 영역에는 칼럼 선택 라인 신호(CSL)가 입력되고, 제2 게이트 영역(523)의 좌측으로는 제1 칼럼 디코더 라인(CDi)이 연결되며, 제3 게이트 영역(525)의 우측으로는 제2 칼럼 디코더 라인(CDj)이 연결된다.The column select line signal CSL is input to a region between the second gate region 523 and the third gate region 525 of the third N well region 505 and the second gate region 523 The first column decoder line CDi is connected to the left side, and the second column decoder line CDj is connected to the right side of the third gate region 525.
본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 입출력 회로의 셀프 부스팅 회로 레이아웃을 보면, 인접 메모리 셀 어레이 블록과 센스 앰프를 공유하는 경우, 센스 앰프 양단의 데이터 로딩(loading)을 균형있게 하며, 데이터 버싱(busing)이 줄어들게 된다.In the self-boosting circuit layout of the data input / output circuit according to an embodiment of the present invention, when the sense amplifier is shared with an adjacent memory cell array block, the data loading across the sense amplifier is balanced and data busing is performed. ) Will be reduced.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 데이터 입출력 회로에 따르면, 셀프 부스트 되는 칼럼 선택 라인 신호를 이용하는 회로 구조를 통해 반도체 설계시 레이아웃 면적을 최소화 할 수 있으며, 데이터가 이동하는 트랜지스터의 수를 줄일 수 있어 데이터의 입출력 속도가 빨라지게 된다.According to the data input / output circuit of the semiconductor memory device according to the present invention, a circuit structure using a self-boosted column select line signal can minimize the layout area when designing a semiconductor and can reduce the number of transistors to which data moves. Speed of input / output is increased.
도 1은 종래의 계층적 칼럼 선택 라인 회로를 구비하는 반도체 메모리 장치의 개략적인 블록도를 나타내고 있다. 1 shows a schematic block diagram of a semiconductor memory device having a conventional hierarchical column select line circuit.
도 2는 도 1에 있어서 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 나타내는 부분 회로도이다.FIG. 2 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line at a CMOS level in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 보여주는 부분 회로도이다.3 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line of a CMOS level according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비트 라인에서 시모스 레벨의 데이터 입출력 라인까지의 데이터 입출력 경로를 보여주는 부분 회로도이다.4 is a partial circuit diagram illustrating a data input / output path from a bit line to a data input / output line at a CMOS level according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 셀프 부스팅 회로의 레이아웃을 나타내는 도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a layout of the self-boosting circuit shown in FIG. 4.
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KR100855572B1 (en) * | 2007-04-04 | 2008-09-01 | 삼성전자주식회사 | Bit line sense amplifier layout structure for semiconductor memory device |
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