KR20060114485A - Semiconductor memory device having bit line over driving scheme - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 오버 드라이빙 방식을 채택한 DRAM 코어의 구성을 나타낸 도면.1 is a diagram illustrating a configuration of a DRAM core employing an overdriving scheme.
도 2는 상기 도 1의 회로의 동작 파형을 시뮬레이션한 도면.2 is a diagram simulating the operation waveform of the circuit of FIG.
도 3은 상기 도 1의 회로의 주요 신호의 파형을 나타낸 타이밍 다이어그램.3 is a timing diagram showing waveforms of main signals of the circuit of FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
p1: 스위칭 PMOS 트랜지스터p1: switching PMOS transistor
p2: 오버 드라이버 PMOS 트랜지스터p2: over-driver PMOS transistor
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 비 트라인 오버 드라이빙 제어에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 메모리 칩을 구성하는 선폭 및 셀 사이즈의 지속적인 스케일링 다운이 진행됨에 따라 전원전압의 저전압화가 가속되고 있으며, 이에 따라 저전압 환경에서 요구되는 성능을 만족시키기 위한 설계 기술이 요구되고 있다.As the continuous scaling down of the line width and the cell size constituting the semiconductor memory chip proceeds, the voltage reduction of the power supply voltage is accelerated, and accordingly, a design technique for satisfying the performance required in a low voltage environment is required.
현재 대부분의 반도체 메모리 칩은 외부전압(전원전압)을 인가 받아 내부전압을 발생시키기 위한 내부전압 발생회로를 칩 내에 탑재하여 칩 내부회로의 동작에 필요한 전압을 자체적으로 공급하도록 하고 있다. 그 중에서도 DRAM과 같이 비트라인 감지증폭기를 사용하는 메모리 소자의 경우, 셀 데이터를 감지하기 위하여 코어전압(VCORE)을 사용하고 있다.Currently, most semiconductor memory chips are provided with an internal voltage generator circuit for generating an internal voltage by receiving an external voltage (power supply voltage) to supply a voltage necessary for the operation of the chip internal circuit. In particular, in the case of a memory device using a bit line sense amplifier such as DRAM, a core voltage VCORE is used to detect cell data.
로우 어드레스에 의해서 선택된 워드라인이 활성화되면 그 워드라인에 연결된 다수개의 메모리 셀의 데이터가 비트라인에 전달되고, 비트라인 감지증폭기는 비트라인 쌍의 전압 차이를 감지 및 증폭하게 된다. 이러한 수천 개의 비트라인 감지증폭기가 한꺼번에 동작하게 되는데, 이때 비트라인 감지증폭기의 풀업 전원 라인(통상, RTO 라인이라 함)을 구동하는데 사용되는 코어전압단(VCORE)으로부터 많은 양의 전류가 소모된다. 그런데, 동작 전압이 낮아지는 추세에서는 코어전압(VCORE) 역시 상대적으로 낮아질 수밖에 없으며, 이러한 코어전압(VCORE)을 이용하여 짧은 시간에 많은 셀의 데이터를 증폭하는데는 무리가 따른다.When the word line selected by the row address is activated, data of a plurality of memory cells connected to the word line is transferred to the bit line, and the bit line sense amplifier senses and amplifies the voltage difference between the pair of bit lines. Thousands of these bit line sense amplifiers operate at a time, consuming a large amount of current from the core voltage stage (VCORE) used to drive the pull-up power line (commonly referred to as the RTO line) of the bit line sense amplifier. However, in the trend of lowering the operating voltage, the core voltage VCORE must also be relatively low, and it is difficult to amplify data of many cells in a short time by using the core voltage VCORE.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 비트라인 감지증폭기의 동작 초기(메모리 셀과 비트라인간 전하공유 직후)에 비트라인 감지증폭기의 RTO 라인을 일정 시간 동안 코어전압(VCORE)보다 높은 전압(통상적으로 전원전압(VDD))으로 구동하는 비 트라인 감지증폭기 오버드라이빙 방식을 채택하게 되었다.In order to solve this problem, the RTO line of the bit line sense amplifier is initially higher than the core voltage VCORE for a predetermined time (typically the power supply voltage) at the beginning of operation of the bit line sense amplifier (just after the charge sharing between the memory cell and the bit line). (VDD), a bitline sense amplifier overdriving scheme is adopted.
도 1은 오버 드라이빙 방식을 채택한 DRAM 코어의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a DRAM core employing an overdriving scheme.
도 1을 참조하면, DRAM 코어에는 오버 드라이빙의 채택 여부와 관계없이 비트라인 감지증폭기(30)와, 상위 비트라인 분리부(10) 및 하위 비트라인 분리부(50)와, 비트라인 이퀄라이즈/프리차지부(20)와, 컬럼 선택부(40)와, 비트라인 감지증폭기 전원라인 구동부(60)가 배치된다.Referring to FIG. 1, the DRAM core has a bit
여기서, 상위 비트라인 분리부(10)는 상위 분리신호(BISH)에 응답하여 상위 메모리 셀 어레이와 감지증폭기(30)를 분리/연결하기 위한 것이며, 하위 비트라인 분리부(50)는 하위 분리신호(BISL)에 응답하여 하위 메모리 셀 어레이와 감지증폭기(30)를 분리/연결하기 위한 것이다.Here, the upper bit
그리고, 비트라인 감지증폭기(30)는 인에이블 신호가 활성화되어 SB 전원라인 및 RTO 전원라인이 예정된 전압 레벨로 구동되면 비트라인 쌍(BL, BLB) - 전하공유 상태로 미세한 전압차를 가짐 - 의 전압차를 감지하여, 하나는 접지전압(VSS)으로 하나는 코어전압(VCORE)으로 증폭한다.When the enable signal is activated and the SB power line and the RTO power line are driven at a predetermined voltage level, the bit
또한, 비트라인 이퀄라이즈/프리차지부(20)는 비트라인에 대한 감지/증폭 및 재저장 과정을 종료한 후에 비트라인 이퀄라이즈 신호(BLEQ)에 응답하여 비트라인 쌍(BL, BLB)을 비트라인 프리차지 전압(VBLP) - 통상 VCORE/2 - 으로 프리차지하기 위한 것이다.In addition, the bit line equalizer / precharge unit 20 bits the bit line pairs BL and BLB in response to the bit line equalization signal BLEQ after completing the sensing / amplification and restoring process for the bit line. It is for precharging to the line precharge voltage VBLP-usually VCORE / 2.
그리고, 컬럼 선택부(40)는 리드 커맨드가 인가되면 컬럼 선택신호(YI)에 응답하여 감지증폭기(30)에 의해 감지/증폭된 데이터를 세그먼트 데이터 버스(SIO, SIOB)에 전달한다.When the read command is applied, the
한편, 비트라인 감지증폭기 전원라인 구동부(60)는 제1 전원라인 구동 제어신호(SAP)에 응답하여 코어전압단(VCORE)에 걸린 전압으로 RTO 전원라인을 구동하기 위한 제1 노말 드라이버 트랜지스터(M2)와, 제2 전원라인 구동 제어신호(SAN)에 응답하여 접지전압(VSS)으로 SB 전원라인을 구동하기 위한 제2 노말 드라이버 트랜지스터(M3)와, 액티브 커맨드를 받아 생성된 오버 드라이빙 신호(OVD)를 인가 받아 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP) - 오버 드라이버 제어신호 - 를 생성하기 위한 오버 드라이빙 펄스 생성부(64)와, 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)에 응답하여 코어전압단(VCORE)을 전원전압(VDD)으로 구동하기 위한 오버 드라이버 트랜지스터(M1)와, 비트라인 이퀄라이즈 신호(BLEQ)에 응답하여 비트라인 감지증폭기(30)의 RTO 전원라인 및 SB 전원라인을 비트라인 프리차지 전압(VBLP)으로 프리차지하기 위한 비트라인 감지증폭기 전원라인 이퀄라이즈/프리차지부(62)를 구비한다.Meanwhile, the bit line sense amplifier
여기에서는, 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)를 하이 액티브 펄스로 규정하고 오버 드라이버 트랜지스터(M1)를 NMOS 트랜지스터로 구현하는 경우를 예시하고 있으나, 풀업 구동에 보다 유리한 PMOS 트랜지스터를 사용할 수도 있다.Here, the case where the over driving pulse SAOVDP is defined as a high active pulse and the over driver transistor M1 is implemented as an NMOS transistor is illustrated. However, a PMOS transistor more advantageous for pull-up driving may be used.
도 2는 상기 도 1의 회로의 동작 파형을 시뮬레이션한 도면이며, 도 3은 상기 도 1의 회로의 주요 신호의 파형을 나타낸 타이밍 다이어그램으로서, 이하 이를 참조하여 상기 도 1의 회로의 동작을 간단하게 살펴본다.FIG. 2 is a simulation diagram of an operation waveform of the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a timing diagram showing a waveform of a main signal of the circuit of FIG. 1. Referring to this, the operation of the circuit of FIG. Take a look.
우선 액티브 커맨드가 인가되어 워드라인이 활성화되고 셀에 저장된 데이터가 전하공유에 의해 비트라인 쌍(BL, BLB)에 각각 유기된 후, 일정 시간 이후에 제 1 및 제2 전원라인 구동 제어신호(SAP, SAN)가 논리레벨 하이로 활성화된다. 곧이어, 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)가 논리레벨 하이로 활성화되고 이에 따라 RTO 전원라인이 오버 드라이빙 된다. 즉, 제1 및 제2 전원라인 구동 제어신호(SAP, SAN), 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)가 모두 논리레벨 하이로 활성화되면 트랜지스터 M1, M2, M3가 모두 턴온되어 RTO 전원라인을 전원전압(VDD)으로 구동하고 SB 전원라인을 접지전압(VSS)으로 구동하게 된다.First, an active command is applied to activate a word line, and data stored in a cell is induced in the bit line pair BL and BLB by charge sharing, respectively, and after a predetermined time, the first and second power line driving control signals SAP , SAN) is activated to a logic level high. Soon, the overdriving pulse SAOVDP is activated to a logic level high, thereby overdriving the RTO power line. That is, when both of the first and second power line driving control signals SAP and SAN and the overdriving pulse SAOVDP are activated at logic level high, the transistors M1, M2, and M3 are all turned on to supply the RTO power line with the power supply voltage (VDD). ) And the SB power line to ground voltage (VSS).
이후, 일정 시간이 지나면 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)가 논리레벨 로우로 비활성화되어 제1 및 제2 전원라인 구동 제어신호(SAP, SAN)가 논리레벨 로우로 비활성화될 때까지 RTO 전원라인을 코어전압(VCORE)으로 구동하게 된다.Thereafter, after a predetermined time, the RTO power line is turned on until the overdrive pulse SAOVDP is deactivated to a logic level low until the first and second power line driving control signals SAP and SAN are deactivated to a logic level low. VCORE).
상기와 같은 비트라인 오버 드라이빙 방식을 블라인드 방식이라 부르고 있는데, 오버 드라이빙 펄스(SAOVDP)의 펄스 구간동안 코어전압단(VCORE)과 전원전압단(VDD)을 단락시키는 것이 특징이다.The bit line over-driving method is called a blind method, and the core voltage terminal VCORE and the power supply voltage terminal VDD are short-circuited during the pulse period of the over-driving pulse SAOVDP.
이 경우, 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)이 단락되면서 전원전압단(VDD)으로부터 코어전압단(VCORE)으로 전류가 유입되어 코어전압(VCORE)의 전위를 불안정하게 하며, 이는 결국 파워 노이즈로 나타나게 된다.In this case, as the power supply voltage terminal VDD and the core voltage terminal VCORE are short-circuited, current flows from the power supply voltage terminal VDD to the core voltage terminal VCORE, thereby making the potential of the core voltage VCORE unstable. The result is power noise.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비트라인 오버 드라이빙에 따른 파워 노이즈 발생을 방지할 수 있는 반도체 메모리 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device capable of preventing the generation of power noise due to bit line overdriving.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전원라인 구동 제어신호에 응답하여 비트라인 감지증폭기 풀업 전원 라인을 코어전압으로 구동하기 위한 노말 드라이버; 오버 드라이빙 펄스에 응답하여 상기 노말 드라이버에 전원전압을 전달하기 위한 오버 드라이버; 및 상기 오버 드라이빙 펄스의 반전신호에 응답하여 상기 오버 드라이버와 코어전압단의 연결을 제어하기 위한 스위칭 수단을 구비하는 반도체 메모리 소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a normal driver for driving the bit line sense amplifier pull-up power line to the core voltage in response to the power line driving control signal; An over driver for transmitting a power supply voltage to the normal driver in response to an over driving pulse; And switching means for controlling the connection of the over driver and the core voltage terminal in response to the inversion signal of the overdriving pulse.
본 발명에서는 오버 드라이빙 구간 동안 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)을 단락시키지 않고 분리시킴으로써 파워 노이즈 발생을 방지한다. 이를 위해 본 발명에서는 코어전압단(VCORE)과 오버 드라이버 사이에 오버 드라이빙 펄스에 제어 받는 스위치를 추가적으로 배치하였으며, 이 스위치는 오버 드라이빙 구간에서 오프되어 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)이 분리되도록 한다.In the present invention, power noise is prevented by separating the power supply voltage terminal VDD and the core voltage terminal VCORE without shorting during the overdriving period. To this end, in the present invention, a switch controlled by an overdriving pulse is additionally disposed between the core voltage terminal VCORE and the over driver, and the switch is turned off in the overdriving period so that the power supply voltage terminal VDD and the core voltage terminal VCORE are turned off. To be separated.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced so that those skilled in the art can more easily implement the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면 본 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는, 전원라인 구동 제어신호(SAN)에 응답하여 비트라인 감지증폭기 풀업 전원 라인을 코어전압(CORE)으 로 구동하기 위한 노말 드라이버 PMOS 트랜지스터(도시되지 않음)와, 하나의 인버터를 통과한 오버 드라이빙 펄스(saovdp)에 응답하여 노말 드라이버 PMOS 트랜지스터에 전원전압(VDD)을 전달하기 위한 오버 드라이버 PMOS 트랜지스터(p2)와, 2개의 인버터를 통과한 오버 드라이빙 펄스(saovdp)에 응답하여 오버 드라이버 PMOS 트랜지스터와 코어전압단(VCORE)의 연결을 제어하기 위한 스위칭 PMOS 트랜지스터(p1)를 구비한다.Referring to FIG. 4, a semiconductor memory device according to the present exemplary embodiment includes a normal driver PMOS transistor for driving a bit line sense amplifier pull-up power line to a core voltage CORE in response to a power line driving control signal SAN. And an over-driver PMOS transistor (p2) for transferring the power supply voltage (VDD) to the normal driver PMOS transistor in response to an overdriving pulse (saovdp) passing through one inverter, and an over-pass through two inverters. And a switching PMOS transistor p1 for controlling the connection of the over driver PMOS transistor and the core voltage terminal VCORE in response to the driving pulse saovdp.
즉, 본 실시예는 종래기술과 비교할 때, 오버 드라이빙 구간 동안 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)을 분리시키기 위한 스위칭 PMOS 트랜지스터(p1)를 추가적으로 배치한 것이다.That is, the present embodiment additionally arranges the switching PMOS transistor p1 for separating the power supply voltage terminal VDD and the core voltage terminal VCORE during the overdriving period as compared with the prior art.
상기와 같이 스위칭 PMOS 트랜지스터(p1)를 배치하면, 오버 드라이빙 펄스(saovdp)가 논리레벨 하이로 활성화되면 오버 드라이버 PMOS 트랜지스터(p2)가 턴온되어 오버 드라이빙을 수행하게 된다. 이때, 노말 드라이버 PMOS 트랜지스터 역시 턴온된 상태이다.When the switching PMOS transistor p1 is disposed as described above, when the overdriving pulse saovdp is activated at a logic level high, the over driver PMOS transistor p2 is turned on to perform overdriving. At this time, the normal driver PMOS transistor is also turned on.
종래에는 이 두 트랜지스터가 동시에 턴온되면 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)이 단락되는 상황이 발생하였으나, 본 실시예에는 스위칭 PMOS 트랜지스터(p1)가 턴오프된 상태이므로 전원전압단(VDD)과 코어전압단(VCORE)이 단락되지 않게 된다.Conventionally, when the two transistors are turned on at the same time, the power supply voltage terminal VDD and the core voltage terminal VCORE are short-circuited. However, in this embodiment, since the switching PMOS transistor p1 is turned off, the power supply voltage terminal ( VDD) and the core voltage terminal VCORE are not shorted.
따라서, 본 실시예를 적용하면, 오버 드라이빙 구간에서 전원전압단(VDD)으로부터 코어전압단(VCORE)으로의 전류 유입을 차단할 수 있으며, 이로 인하여 코어전압(VCORE) 라인의 파워 노이즈를 방지할 수 있다.Therefore, by applying the present embodiment, it is possible to block the current inflow from the power supply voltage terminal VDD to the core voltage terminal VCORE in the overdriving period, thereby preventing power noise of the core voltage VCORE line. have.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
예컨대, 전술한 실시예에서는 RTO 라인 드라이버 트랜지스터 및 스위칭 트랜지스터로 PMOS 트랜지스터를 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이를 NMOS 트랜지스터와 같은 다른 종류의 트랜지스터로 대체하는 경우에도 적용된다. 뿐만 아니라, 전술한 실시예에서 예시한 인버터 등은 입력되는 신호의 극성에 따라 추가로 사용되거나 사용되지 않을 수도 있다.For example, in the above-described embodiment, the case where the PMOS transistor is used as the RTO line driver transistor and the switching transistor has been described as an example, but the present invention is also applied to the case where the transistor is replaced with another type of transistor such as an NMOS transistor. In addition, the inverter and the like exemplified in the above-described embodiments may or may not be additionally used depending on the polarity of the input signal.
전술한 본 발명은 코어전압(VCORE) 라인의 파워 노이즈를 방지하는 효과가 있으며, 이로 인하여 반도체 메모리 소자의 동작 특성을 개선하는 효과를 기대할 수 있다.The present invention described above has an effect of preventing power noise of the core voltage VCORE line, and thus, an effect of improving the operating characteristics of the semiconductor memory device can be expected.
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