KR20080079053A - A semiconductor memory device - Google Patents

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KR20080079053A
KR20080079053A KR1020070019090A KR20070019090A KR20080079053A KR 20080079053 A KR20080079053 A KR 20080079053A KR 1020070019090 A KR1020070019090 A KR 1020070019090A KR 20070019090 A KR20070019090 A KR 20070019090A KR 20080079053 A KR20080079053 A KR 20080079053A
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signal
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이월진
이희춘
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삼성전자주식회사
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Abstract

A semiconductor memory device is provided to increase a potential difference between global I/O line pair signals by maintaining a discharge state of a global I/O line signal and pulling up a global I/O line bar signal. A memory cell(11) outputs data to a bit line pair. A bit line sense amplifier(13) amplifies a voltage difference between the bit line pairs and outputs the amplified result to a first I/O line pair. A second sense amplifier(15) receives the data from the first I/O line pair, amplifies the voltage difference in response to a first sense amplifier enable signal, and outputs the result to a second I/O line pair. An I/O line precharging unit(16) precharges a second I/O line pair to a precharge voltage level in response to an I/O line precharge signal. An I/O line pull-up circuit(100) receives output signal pairs from the I/O line precharging unit, and pulls up a level of a higher output signal from the output signal pairs of the I/O line precharging unit in response to a second sense amplifier enable signal.

Description

반도체 메모리 장치{A SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE}Semiconductor memory device {A SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE}

도 1은 종래의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a data output path of a conventional semiconductor memory device.

도 2는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 개략적인 블록도이다.2 is a schematic block diagram of a data output path of the semiconductor memory device of the present invention.

도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로 중 로컬 센스 앰프의 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram of a local sense amplifier in the data output path of the semiconductor memory device of the present invention shown in FIG.

도 4는 본 발명의 반도체 메모리 장치 데이터 출력 경로 중 비트 라인 센스앰프의 출력 파형을 나타내는 시뮬레이션 타이밍도이다.4 is a simulation timing diagram illustrating an output waveform of a bit line sense amplifier in the semiconductor memory device data output path of the present invention.

도 5는 본 발명의 반도체 메모리 장치 데이터 출력 경로 중 로컬 입출력 센스앰프의 출력 파형을 종래 기술과 비교하여 나타내는 시뮬레이션 타이밍도이다.5 is a simulation timing diagram illustrating output waveforms of a local input / output sense amplifier in the semiconductor memory device data output path of the present invention in comparison with the prior art.

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 장치 코어의 레이 아웃 면적을 최소화하면서 반도체 메모리 장치의 동작속도가 저하되는 것을 방지하여 안정적으로 동작하도록 하는 로컬 입출력 센스앰프를 구비한 반도체 메모리 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 memory device having a local input / output sense amplifier for stably operating by minimizing the layout area of a semiconductor memory device core while preventing the operation speed of the semiconductor memory device from decreasing. It is about.

반도체 메모리 장치는 복수개의 메모리 셀을 구비하여 이들 메모리 셀에 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 리드하는 동작을 수행한다. 반도체 메모리 장치에서 메모리 셀에 저장되어 있는 데이터를 리드하기 위해서는 작은 신호를 입력받아 전압 또는 전류 레벨을 결정하여 출력 핀으로 전달하기 위하여 센스앰프를 사용하고 있다.The semiconductor memory device includes a plurality of memory cells to store data or read stored data in the memory cells. In the semiconductor memory device, in order to read data stored in a memory cell, a sense amplifier is used to receive a small signal, determine a voltage or current level, and transfer the same to an output pin.

메모리 셀의 데이터는 비트라인을 통하여 비트라인 센스앰프에 입력되고 그 전압레벨이 감지되고 증폭되는데, 일반적으로, 라스바(RASB) 명령에 의하여 하나의 워드라인이 인에이블되면 여기에 연결된 모든 메모리 셀들의 데이터들이 해당 비트라인으로 전송된다. 인에이블된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 데이터들은 비트라인들에 차지 셰어링되면서 비트라인들의 전압 레벨을 조금씩 상승 또는 하강시킨다. The data of the memory cell is input to the bit line sense amplifier through the bit line, and the voltage level is sensed and amplified. Generally, when a word line is enabled by the RASB command, all memory cells connected to the memory cell are connected to the bit line sense amplifier. Data is transferred to the corresponding bit line. Data of the memory cells connected to the enabled word line is charged share to the bit lines to increase or decrease the voltage level of the bit lines little by little.

이들 비트라인에 인접한 각각의 메모리 셀의 비트라인은 "비트라인 바(Bit Line bar)" 라고 불리어지는데, 비트라인 바는 초기 비트라인 전압으로 프리차징된 전압레벨을 유지한다.The bit line of each memory cell adjacent to these bit lines is called a "bit line bar", which maintains the voltage level precharged to the initial bit line voltage.

비트라인과 비트라인 바는 소정의 전압 차를 가지고 비트라인 센스앰프에 연결되고, 비트라인 센스앰프의 동작에 따라 그 전압 차는 더욱 크게 벌어진다. 비트라인 센스앰프의 출력라인들, 즉 비트라인들은 카스바(CASB) 액티브 명령에 의해 활성화되는 칼럼선택회로에 의하여 선택되어 데이터 입출력 라인과 연결된다. 데이 터 입출력라인으로 전달된 비트라인 센스앰프의 출력은 입출력 센스앰프, 예컨대 전류 센스앰프에 의하여 다시 증폭된 후 출력 구동 회로를 통하여 패드로 출력된다.The bit line and the bit line bar are connected to the bit line sense amplifier with a predetermined voltage difference, and the voltage difference becomes wider according to the operation of the bit line sense amplifier. The output lines of the bit line sense amplifiers, that is, the bit lines, are selected by a column selection circuit activated by a CASB active command and are connected to the data input / output lines. The output of the bit line sense amplifier transferred to the data input / output line is amplified again by the input / output sense amplifier, for example, the current sense amplifier, and then output to the pad through the output driving circuit.

도 1은 종래의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 개략적인 블록도로서, 메모리 셀(11), 비트 라인 센스앰프(13), 로컬 입출력 센스앰프(15), 글로벌 입출력 라인 프리차지부(16), 입출력 센스앰프(18), 출력 버퍼(19)를 구비한다. 1 is a schematic block diagram of a data output path of a conventional semiconductor memory device, which includes a memory cell 11, a bit line sense amplifier 13, a local input / output sense amplifier 15, and a global input / output line precharge unit 16. And an input / output sense amplifier 18 and an output buffer 19.

도 1을 참조하여 종래의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 동작을 설명하면 다음과 같다.An operation of a data output path of a conventional semiconductor memory device will be described with reference to FIG. 1.

로우 어드레스를 먼저 인가하여 워드라인을 인에이블시키면 비트 라인 센스앰프(13)는 메모리 셀(11)에 저장되어 있던 전하(charge)에 해당하는 전압을 증폭한다. When the word line is enabled by applying the row address first, the bit line sense amplifier 13 amplifies a voltage corresponding to the charge stored in the memory cell 11.

그 후에 리드 명령어와 함께 칼럼 어드레스가 인가되면 지정된 칼럼 선택라인(CSL)이 인에이블되고 비트 라인 센스앰프(13)는 비트 라인(BL) 쌍에 실린 데이터를 증폭하여 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)으로 출력한다.Subsequently, when a column address is applied together with a read command, the designated column select line CSL is enabled and the bit line sense amplifier 13 amplifies the data carried on the bit line BL pair so that local input / output line pairs LIO and LIOB are amplified. )

로컬 입출력 센스앰프(15)는 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)에 실린 데이터를 인가받아 증폭하여 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)에 출력하면 글로벌 입출력 라인 프리차지부(16)는 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 인가되기 전에 로컬 입출력 센스앰프(15)의 양 출력단을 전원 전압(VCC) 레벨로 미리 충전하여 놓았다가 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 로우 레벨로 인가되면 로컬 입출력 센스앰프(15)의 양 출력을 방전시킨다. When the local I / O sense amplifier 15 receives data amplified in the local I / O line pairs LIO and LIOB, amplifies and outputs the data to the global I / O line pairs GIO and GIOB, the global I / O line precharge unit 16 receives the I / O sense amplifier. Before the enable signal IOSA_EN is applied, both outputs of the local input / output sense amplifier 15 are charged to the power supply voltage VCC level in advance, and when the global input / output line precharge signal GIO_pre is applied to the low level, the local input / output is performed. Both outputs of the sense amplifier 15 are discharged.

입출력 센스앰프(18)는 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)을 통하여 로컬 입출력 센스앰프(15)의 출력을 인가받아 전류 레벨을 증폭하여 출력하고, 출력 버퍼(19)는 전원 전압(VCC) 레벨 및 접지 전압(VSS) 레벨의 입출력 센스앰프(18)의 출력 신호를 인가받아 소정 시간 지연하여 버퍼된 리드 데이터를 데이터 입출력 핀(DQ)으로 출력한다.The input / output sense amplifier 18 receives the output of the local input / output sense amplifier 15 through the global input / output line pairs GIO and GIOB, amplifies the current level, and outputs the output buffer 19 to the power supply voltage VCC level. And the output signal of the input / output sense amplifier 18 having the ground voltage VSS level is delayed by a predetermined time and outputs the buffered read data to the data input / output pin DQ.

이때 로컬 입출력 센스앰프(15)는 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)이 길거나 동작전압이 낮은 반도체 메모리 장치의 경우, 로딩이 비교적 작은 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)과 로딩이 큰 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB) 사이에 추가로 구비되어 로드 미스매치의 문제점을 극복하고 동작속도의 저하를 방지하여 반도체 메모리 장치가 안정적으로 동작하도록 하는 역할을 한다. In this case, the local input / output sense amplifier 15 may be configured to include a relatively small loading local input / output line pair (LIO, LIOB) and a large global input / output line pair in the case of a semiconductor memory device having a long global input / output line pair (GIO, GIOB) or a low operating voltage. It is additionally provided between the pairs GIO and GIOB to overcome the problems of the load mismatch and to prevent the operation speed from decreasing, thereby serving to stably operate the semiconductor memory device.

이러한 로컬 입출력 센스앰프(15)를 사용하는 반도체 메모리 장치에 있어서, 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB) 또는 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)이 충분히 디벨럽(develop)된 후에 각 센스앰프들을 인에이블시켜야 하고, 리드 또는 라이트 동작이 완료된 후 다음 리드 동작을 위해서는 각 입출력 라인쌍들은 반드시 프리차지시켜야 한다. In the semiconductor memory device using the local input / output sense amplifier 15, each of the sense amplifiers is introduced after the global input / output line pairs GIO and GIOB or the local input / output line pairs LIO and LIOB have been sufficiently developed. After the read or write operation is completed, each input / output line pair must be precharged for the next read operation.

그런데, 로컬 입출력 센스앰프(15)은 커패시턴스가 큰 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)에 데이터를 싣기 위해 1차적으로 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB) 상의 데이터를 감지해서 데이터를 최대한 디벨롭시키는데, 종래에 사용되는 입출력 라인 데이터 감지 방식은 대부분 NMOS 차동 증폭기 형태의 방식이었다. However, the local input / output sense amplifier 15 primarily detects the data on the local input / output line pairs LIO and LIOB and develops the data as much as possible to load the data into the global input / output line pairs GIO and GIOB having a large capacitance. Most of the input / output line data sensing methods used in the related art have been in the form of NMOS differential amplifiers.

이 방식은 반도체 메모리 장치 코어의 레이 아웃 면적을 최소화하기위해 NMOS 트랜지스터들만으로 구성되어 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)를 모두 풀 다운(Pull-down) 시키는 방식이다. This method consists of NMOS transistors to minimize the layout area of the semiconductor memory device core and pulls down all the local input / output line pairs (LIO and LIOB).

하지만, 이러한 방식은 CMOS 트랜지스터들을 이용하는 풀 업- 풀 다운(Pull Up-Pull Down) 방식에 비해 데이터가 충분히 디벨롭되는 속도가 느리고 이득도 작으며 충분히 데이터가 디벨롭되지 않은 상태에서 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB) 상의 데이터가 입출력 센스앰프(18)에 인가되므로 입출력 센스앰프(18)의 이득도 저하되는 문제점이 있었다.However, this approach is slower, less gainy, and less expensive than the full up-pull down method using CMOS transistors. Since data on (GIO, GIOB) is applied to the input / output sense amplifier 18, there is a problem that the gain of the input / output sense amplifier 18 is also lowered.

본 발명의 목적은 반도체 메모리 장치 코어의 레이 아웃 면적을 최소화하는 동시에 반도체 메모리 장치의 로컬 입출력 센스앰프에서 1차적으로 전압 레벨이 풀 다운되어 감지 증폭된 데이터를 2차적으로 하나의 입출력 라인의 전압 레벨을 풀 업시켜 데이터 전압차를 최대한 디벨롭시키는 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to minimize the layout area of a semiconductor memory device core and simultaneously pull down the voltage level in a local input / output sense amplifier of a semiconductor memory device to detect and amplify the voltage level of a single input / output line. The present invention provides a semiconductor memory device which pulls up to maximize the data voltage difference.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치는 데이터를 비트 라인쌍에 출력하는 메모리 셀, 비트 라인쌍의 전압차를 증폭하여 제1 입출력 라인쌍으로 출력하는 비트 라인 센스앰프, 제1 입출력 라인쌍의 데이터를 인가받아 제1 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 전압차를 증폭하고 제2 입출력 라인쌍으로 출력하는 제1 센스앰프, 입출력 라인 프리차지 신호에 응답하여 제2 입출력 라인쌍을 프리 차지 전압 레벨로 미리 충전시키는 입출력 라인 프리차지부, 입출력 라인 프 리차지부의 출력 신호쌍을 인가받아 제2 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 입출력 라인 프리차지부의 출력 신호쌍 중 전압 레벨이 높은 출력 신호의 레벨을 풀 업시키는 입출력 라인 풀 업 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a memory cell for outputting data to the bit line pair, a bit line sense amplifier for amplifying the voltage difference between the bit line pair and outputs the first input and output line pair, the first input and output line A first sense amplifier that amplifies the voltage difference in response to the first sense amplifier enable signal by receiving the pair of data and outputs the second sensed signal to the second input / output line pair, and precharges the second input / output line pair in response to the input / output line precharge signal. The level of the output signal having the highest voltage level among the output signal pairs of the input / output line precharge part in response to the second sense amplifier enable signal by receiving the output signal pairs of the input / output line precharge part and the input / output line precharge part which are precharged to the voltage level. And an input / output line pull-up circuit which pulls up.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치는 제1 입출력 라인쌍 신호를 인가받아 칼럼 선택라인 신호에 응답하여 제1 센스앰프에 전달하는 칼럼 선택 회로, 제2 입출력 라인쌍을 통하여 입출력 라인 풀 업 회로의 출력 신호쌍을 인가받아 제2 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 전류 레벨을 증폭하여 출력하는 제2 센스앰프, 제2 센스앰프의 출력 신호를 인가받아 소정 시간 지연하여 버퍼된 리드 데이터를 출력하는 출력 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a column selection circuit for receiving a first input and output line pair signal and transmitting it to the first sense amplifier in response to the column selection line signal, the input and output line pull through the second input and output line pair The output signal of the second sense amplifier and the second sense amplifier, which receives the output signal pair of the up circuit and amplifies and outputs the current level in response to the second sense amplifier enable signal, is delayed by a predetermined time to read the buffered read data. And an output buffer for outputting.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 입출력 라인 프리차지부는 일측이 제2 입출력 라인쌍 중 하나의 라인에 연결되고 타측이 제2 입출력 라인쌍 중 다른 하나의 라인에 연결되는 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들의 직렬 연결, 양측이 각각 제2 입출력 라인쌍에 연결되는 제3 PMOS 트랜지스터를 구비하고, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들의 접점에는 전원 전압이 인가되고 제1 내지 제3 PMOS 트랜지스터들의 게이트 단자에는 레벨이 반전된 입출력 라인 프리차지 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an input / output line precharge part of a semiconductor memory device of the present invention includes: first and second sides connected to one line of a second input / output line pair and the other side connected to the other line of the second input / output line pair; A series of second PMOS transistors, each having a third PMOS transistor connected to a second input / output line pair, wherein a power supply voltage is applied to the contacts of the first and second PMOS transistors, and the first to third PMOS transistors An input / output line precharge signal having an inverted level is applied to the gate terminal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 입출력 라인 풀 업 회로는 일측에 전원 전압이 인가되는 제4 PMOS 트랜지스터, 일측이 제4 PMOS 트랜지스터의 타측에 연결되고 타측이 제2 입출력 라인 쌍 각각에 연결되는 제5 및 제6 PMOS 트랜지스터들을 구비하고, 제4 PMOS 트랜지스터의 게이트 단자에는 레벨 이 반전된 제2 센스앰프 인에이블 신호가 인가되고 제5 및 제6 PMOS 트랜지스터들의 게이트 단자들은 크로스 커플되어 각각 제6 및 제5 PMOS 트랜지스터들의 타측에 연결되는 것을 특징으로 한다.The input / output line pull-up circuit of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a fourth PMOS transistor to which a power supply voltage is applied to one side, one side is connected to the other side of the fourth PMOS transistor, and the other side is a second input / output line pair And fifth and sixth PMOS transistors connected to the second terminal, and a second sense amplifier enable signal of which level is inverted is applied to a gate terminal of the fourth PMOS transistor, and gate terminals of the fifth and sixth PMOS transistors are cross-coupled. It is characterized in that connected to the other side of the sixth and fifth PMOS transistors, respectively.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 제1 센스앰프는 전압 센스앰프이고, 제2 센스앰프는 전류 센스앰프인 것을 특징으로 한다.The first sense amplifier of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a voltage sense amplifier, the second sense amplifier is characterized in that the current sense amplifier.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 개략적인 블록도로서, 메모리 셀(11), 비트 라인 센스앰프(13), 칼럼 선택 회로(14), 로컬 입출력 센스앰프(15), 글로벌 입출력 라인 프리차지부(16), 입출력 라인 풀 업 회로(100), 입출력 센스앰프(18), 출력 버퍼(19)를 구비한다. 2 is a schematic block diagram of a data output path of a semiconductor memory device of the present invention, which includes a memory cell 11, a bit line sense amplifier 13, a column select circuit 14, a local input / output sense amplifier 15, and a global An input / output line precharge unit 16, an input / output line pull-up circuit 100, an input / output sense amplifier 18, and an output buffer 19 are provided.

메모리 셀(11)은 일측이 접지된 커패시터(C)와 일측이 비트 라인(BL)에 연결되고 타측이 커패시터(C)의 타측에 연결되며 게이트 단자에 워드라인(WL)이 인가되는 NMOS 트랜지스터(N)로 구성되고, 칼럼 선택 회로(14)는 비트 라인 센스앰프(13)의 출력 신호쌍(LIO, LIOB) 각각에 일측이 연결되고 게이트 단자에 칼럼 선택라인(CSL)을 인가받는 2개의 NMOS 트랜지스터들(N1, N2)로 구성된다.The memory cell 11 includes an NMOS transistor having one side connected to a grounded capacitor C, one side connected to a bit line BL, the other side connected to the other side of the capacitor C, and a word line WL applied to a gate terminal. N), and the column select circuit 14 has two NMOSs having one side connected to each of the output signal pairs LIO and LIOB of the bit line sense amplifier 13 and receiving the column select line CSL at the gate terminal. It consists of transistors N1 and N2.

글로벌 입출력 라인 프리차지부(16)는 2개의 PMOS 트랜지스터들(P1, P2)의 직렬 연결이 한 개의 PMOS 트랜지스터(P3)와 병렬 연결되어 양측이 각각 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)에 연결된다. 2개의 PMOS 트랜지스터들(P1, P2)의 접점에는 전원 전압(VCC)이 인가되고 각 PMOS 트랜지스터(P1 내지 P3)의 게이트 단자에는 인버터(INV1)를 거친 반전된 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 인가된다.The global input / output line precharge unit 16 is connected in series with two PMOS transistors P1 and P2 in parallel with one PMOS transistor P3 so that both sides are connected to the global input / output line pairs GIO and GIOB, respectively. . The power supply voltage VCC is applied to the contacts of the two PMOS transistors P1 and P2, and the inverted global I / O line precharge signal GIO_pre is passed through the inverter INV1 to the gate terminals of the PMOS transistors P1 to P3. Is applied.

입출력 라인 풀 업 회로(100)는 일측에 전원 전압(VCC)이 인가되는 PMOS 트랜지스터(P4)와 2개의 PMOS 트랜지스터들(P5, P6)의 병렬 연결의 일측이 연결되어 2개의 PMOS 트랜지스터들(P5, P6) 각각의 타측이 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)에 연결된다. 2개의 PMOS 트랜지스터들(P5, P6)의 게이트 단자는 크로스 커플되어 각각 상대방 PMOS 트랜지스터의 타측에 연결되고 PMOS 트랜지스터(P4)의 게이트 단자에는 인버터(INV2)를 거친 반전된 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 인가된다.The input / output line pull-up circuit 100 has two PMOS transistors P5 connected to one side of a parallel connection between a PMOS transistor P4 to which a power supply voltage VCC is applied and two PMOS transistors P5 and P6. , P6) The other side is connected to the global input / output line pairs GIO and GIOB. The gate terminals of the two PMOS transistors P5 and P6 are cross-coupled and connected to the other side of the counterpart PMOS transistor, respectively, and the inverted input / output sense amplifier enable signal through the inverter INV2 is connected to the gate terminal of the PMOS transistor P4. IOSA_EN) is applied.

도 2를 참조하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 각 블록의 기능을 설명하면 다음과 같다.The function of each block of the data output path of the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

메모리 셀(11)은 로우 어드레스의 입력으로 인에이블된 워드라인(WL)을 인가받아 라이트되어 저장되어 있던 데이터를 비트 라인쌍(BL, BLB)에 출력하고, 비트 라인 센스앰프(13)는 비트 라인쌍(BL, BLB)을 통해 메모리 셀(11)의 커패시터(C)에 저장되어 있던 전하(charge)를 인가받아 그에 해당하는 전압을 증폭한다. The memory cell 11 receives the word line WL enabled by the input of the row address, and outputs the data that is written and stored to the bit line pairs BL and BLB, and the bit line sense amplifier 13 bit The charge stored in the capacitor C of the memory cell 11 is applied through the line pair BL and BLB to amplify the corresponding voltage.

칼럼 선택 회로(14)는 외부로부터 리드 명령어와 함께 칼럼 어드레스가 인가되어 하이 레벨로 인에이블된 칼럼 선택라인(CSL)을 인가받아 NMOS 트랜지스터들(N1, N2)을 턴 온시켜 센싱된 비트 라인쌍 신호(BL, BLB)의 데이터를 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)에 전달한다.The column select circuit 14 receives a column address along with a read command from the outside and receives a column select line CSL enabled at a high level to turn on the NMOS transistors N1 and N2 to sense the bit line pairs. The data of the signals BL and BLB are transferred to the local input / output line pairs LIO and LIOB.

로컬 입출력 센스앰프(15)는 로딩이 비교적 작은 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)과 로딩이 큰 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB) 사이에 로드 미스매치(mismatch)의 문제점을 완화하기 위하여 추가로 구비될 수 있는 전압 센스앰프로서, 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)이 길거나 동작 전압이 낮은 반도체 메모리 장치의 경우 동작속도가 저하되는 것을 방지하여 반도체 메모리 장치가 안정적으로 동작하도록 한다.The local input / output sense amplifier 15 is further configured to alleviate the problem of load mismatch between the relatively small loading local input / output line pairs (LIO, LIOB) and the large loading global input / output line pairs (GIO, GIOB). As a voltage sense amplifier that may be provided, the semiconductor memory device may be stably operated by preventing the operation speed of the semiconductor memory device having a long global input / output line pair GIO or GIOB or having a low operating voltage.

글로벌 입출력 라인 프리차지부(16)는 입출력 센스앰프(18)의 제어단에 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 인가되기 전에 로컬 입출력 센스앰프(15)의 양 출력단을 전원 전압(VCC) 레벨로 미리 충전하여 놓았다가 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 로우 레벨로 인가되면 로컬 입출력 센스앰프(15)의 양 출력을 방전시킨다.The global input / output line precharge unit 16 supplies both outputs of the local input / output sense amplifier 15 to the power supply voltage VCC level before the input / output sense enable signal IOSA_EN is applied to the control terminal of the input / output sense amplifier 18. After charging in advance, the global input / output line precharge signal GIO_pre is applied at a low level to discharge both outputs of the local input / output sense amplifier 15.

입출력 라인 풀 업 회로(100)는 글로벌 입출력 라인 프리차지부(16)의 출력을 인가받아 반전된 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)에 응답하여 방전되는 글로벌 입출력 라인 프리차지부의 출력 신호쌍 중 하나의 신호 레벨을 풀 업시켜 출력한다.The input / output line pull-up circuit 100 receives one output signal from the global input / output line precharge unit 16 and discharges one of the output signal pairs of the global input / output line precharge unit discharged in response to the inverted input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN. Pull up the signal level and output.

입출력 센스앰프(18)는 전류 센스앰프로서, 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)을 통하여 입출력 라인 풀 업 회로(100)의 출력을 인가받아 전류 레벨을 증폭하여 출력한다.The input / output sense amplifier 18 is a current sense amplifier, receives an output of the input / output line pull-up circuit 100 through the global input / output line pairs GIO and GIOB, and amplifies and outputs the current level.

출력 버퍼(19)는 입출력 센스앰프(18)로부터 전원 전압(VCC) 레벨 및 접지 전압(VSS) 레벨의 출력 신호를 인가받아 소정 시간 지연하여 버퍼된 리드 데이터를 데이터 입출력 핀(DQ)으로 출력한다.The output buffer 19 receives the output signals of the power supply voltage VCC level and the ground voltage VSS level from the input / output sense amplifier 18 to delay the predetermined time and output the buffered read data to the data input / output pin DQ. .

도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로 중 로컬 센스 앰프의 회로도로서, 7개의 NMOS 트랜지스터들(NM4 내지 NM10)과 인버터(INV)를 구비한다.FIG. 3 is a circuit diagram of a local sense amplifier in the data output path of the semiconductor memory device of FIG. 2 and includes seven NMOS transistors NM4 to NM10 and an inverter INV.

NMOS 트랜지스터(NM4)는 글로벌 입출력 라인(GIO-1)에 연결된 드레인 단자와 반전된 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 인가되는 게이트 단자와 로컬 입출력 라인(LIO)에 연결된 소스 단자를 갖고, NMOS 트랜지스터(NM5)는 글로벌 입출력 라인(GIOB-1)에 연결된 드레인 단자와 NMOS 트랜지스터(NM4)의 게이트 단자에 연결되어 있고 반전된 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 인가되는 게이트 단자와 로컬 입출력 라인(LIOB)에 연결된 소스 단자를 갖는다. The NMOS transistor NM4 has a drain terminal connected to the global input / output line GIO-1, a gate terminal to which the inverted local input / output sense enable signal LIO_SA_EN is applied, and a source terminal connected to the local input / output line LIO. The NMOS transistor NM5 is connected to the drain terminal connected to the global input / output line GIOB-1 and the gate terminal connected to the gate terminal of the NMOS transistor NM4 and to which the inverted local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN is applied. It has a source terminal connected to the input / output line LIOB.

NMOS 트랜지스터(NM9)는 글로벌 입출력 라인(GIO-1)에 연결된 드레인 단자와 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 인가되는 게이트 단자를 갖고, NMOS 트랜지스터(NM6)는 NMOS 트랜지스터(NM9)의 소스 단자에 연결된 드레인 단자와 로컬 입출력 라인(LIO)에 연결된 게이트 단자를 가지며, NMOS 트랜지스터(NM10)는 글로벌 입출력 라인(GIOB-1)에 연결된 드레인 단자와 NMOS 트랜지스터(NM9)의 게이트 단자에 연결되고 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 인가되는 게이트 단자를 갖고, NMOS 트랜지스터(NM7)는 NMOS 트랜지스터(NM10)의 소스 단자에 연결된 드레인 단자와 로컬 입출력 라인(LIOB)에 연 결된 게이트 단자를 갖는다.  The NMOS transistor NM9 has a drain terminal connected to the global input / output line GIO-1, and a gate terminal to which the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN is applied, and the NMOS transistor NM6 is a source of the NMOS transistor NM9. Has a drain terminal connected to the terminal and a gate terminal connected to the local input / output line LIO, and the NMOS transistor NM10 is connected to the drain terminal connected to the global input / output line GIOB-1 and the gate terminal of the NMOS transistor NM9 and is connected locally. The input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN has a gate terminal applied thereto, and the NMOS transistor NM7 has a drain terminal connected to the source terminal of the NMOS transistor NM10 and a gate terminal connected to the local input / output line LIOB.

NMOS 트랜지스터(NM8)는 NMOS 트랜지스터(NM6)의 소스 단자와 NMOS 트랜지스터(NM7)의 소스 단자에 공통으로 연결된 드레인 단자와 접지 전압(VSS)이 인가되는 소스 단자와 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 인가되는 게이트 단자를 갖고, 인버터(INV)는 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)를 인가받아 레벨을 반전시킨 후에 NMOS 트랜지스터(NM5)의 게이트 단자에 인가한다.The NMOS transistor NM8 includes a drain terminal connected in common to the source terminal of the NMOS transistor NM6 and the source terminal of the NMOS transistor NM7, a source terminal to which the ground voltage VSS is applied, and a local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN. Inverter INV receives the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN, inverts the level, and applies it to the gate terminal of the NMOS transistor NM5.

이하, 도 3에 도시된 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로 중 로컬 센스 앰프의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an operation of the local sense amplifier in the data output path of the semiconductor memory device of FIG. 3 will be described.

데이터 리드 동작의 경우에는 로컬 센스 앰프(15)의 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN) 및 반전된 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)는 모두 인에이블 상태이므로 로컬 센스 앰프(15)는 정상적으로 동작하여 로컬 입출력 라인 쌍(LIO, LIOB) 상의 데이터가 글로벌 입출력 라인 쌍(GIO-1, GIOB-1)에 전달된다. In the case of the data read operation, since the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN and the inverted local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN of the local sense amplifier 15 are both enabled, the local sense amplifier 15 normally operates. In operation, data on the local input / output line pairs LIO and LIOB is transferred to the global input / output line pairs GIO-1 and GIOB-1.

데이터 라이트 동작의 경우에는, 로컬 센스 앰프(15)의 반전된 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)는 인에이블 상태이고 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)는 디스에이블 상태이므로 NMOS 트랜지스터(NM8)와 NMOS 트랜지스터(NM9)와 NMOS 트랜지스터(NM10)는 오프된다. In the case of the data write operation, since the inverted local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN of the local sense amplifier 15 is enabled and the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN is disabled, the NMOS transistor NM8 ), The NMOS transistor NM9 and the NMOS transistor NM10 are turned off.

도 4는 본 발명의 반도체 메모리 장치 데이터 출력 경로 중 비트 라인 센스앰프의 출력 파형을 나타내는 시뮬레이션 타이밍도로서, 비트 라인쌍 신호(BL, BLB), 칼럼 선택라인(CSL), 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN), 로컬 입출력 라인쌍 신호(LIO, LIOB)를 구비한다. FIG. 4 is a simulation timing diagram illustrating an output waveform of a bit line sense amplifier in a data output path of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, in which bit line pair signals BL and BLB, column select lines CSL, and local input / output sense amplifiers are enabled. Signal LIO_SA_EN and local input / output line pair signals LIO and LIOB.

도 4를 참조하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로중 비트 라인 센스앰프의 동작에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 4, a simulation result of an operation of a bit line sense amplifier in a data output path of a semiconductor memory device according to the present invention will be described below.

로우 디코더(미도시)가 외부로부터 입력된 로우 어드레스를 분석하여 워드 라인 1개를 선택하여 해당 워드라인 인에이블 신호(WL)가 하이 레벨로 인가되면 선택된 워드 라인에 연결된 메모리 셀(11)의 전하가 해당 비트 라인(BL)에 실린다.When a row decoder (not shown) analyzes a row address input from an external source and selects one word line and the word line enable signal WL is applied at a high level, the charge of the memory cell 11 connected to the selected word line is applied. Is carried on the corresponding bit line BL.

메모리 셀(11)에 로우 레벨의 데이터가 저장되어 있었다고 가정할 때 비트 라인(BL)의 전압은 시점(T1)에서 소정 레벨만큼 낮아지고, 비트 라인 바(BLB)의 전압은 프리차지된 전원 전압 레벨의 1/2 값(Vcc/2)을 유지하므로 비트 라인쌍 신호(BL, BLB)은 디벨롭을 시작하여 전압차가 발생한다. Assuming that low-level data is stored in the memory cell 11, the voltage of the bit line BL is lowered by a predetermined level at the time point T1, and the voltage of the bit line bar BLB is a precharged power supply voltage. Since the half value (Vcc / 2) of the level is maintained, the bit line pair signals BL and BLB start development and a voltage difference occurs.

비트 라인 센스앰프(13)가 시점(T2)에서 인에이블되면 비트 라인(BL)의 전압은 서서히 하강하지만 비트 라인 바(BLB)의 전압은 변화되지 않으므로 비트 라인쌍 신호(BL, BLB)는 전압차가 증폭된다.When the bit line sense amplifier 13 is enabled at the time point T2, the voltage of the bit line BL gradually decreases, but since the voltage of the bit line bar BLB does not change, the bit line pair signals BL and BLB are voltages. The difference is amplified.

비트 라인쌍 신호(BL, BLB)의 전위차가 시점(T3)에서 어느 정도 벌어지면 비트 라인(BL) 신호를 접지 전압(VSS) 레벨로 방전하고 비트 라인 바(BLB) 신호를 전원 전압(VCC) 레벨로 충전하여 센싱 동작을 완료한다. When the potential difference between the bit line pair signals BL and BLB increases to some extent at the time point T3, the bit line BL signal is discharged to the ground voltage VSS level and the bit line bar BLB signal is supplied to the power supply voltage VCC. Charge to level to complete the sensing operation.

센싱 동작이 어느 정도 안정된 시점(T4)에서 외부로부터 리드 명령어와 함께 칼럼 어드레스가 인가되면 지정된 칼럼 선택라인(CSL)이 하이 레벨로 인에이블되어 칼럼 선택 회로(14) 내의 NMOS 트랜지스터들(N1, N2)을 턴 온시켜 센싱된 비트 라 인쌍 신호(BL, BLB)의 데이터가 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)에 전달됨으로써 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)은 디벨롭을 시작하여 양 신호의 전압차가 발생한다.When the column address is applied from the outside together with the read command from the time point T4 when the sensing operation is stabilized to some extent, the designated column select line CSL is enabled to a high level so that the NMOS transistors N1 and N2 in the column select circuit 14 are applied. By turning on), the data of the sensed bit line pair signals BL and BLB are transferred to the local input / output line pairs LIO and LIOB so that the local input / output line pairs LIO and LIOB start development and the voltages of both signals. A difference occurs.

즉, 메모리 셀(11)에서 로우 레벨의 데이터를 리드한다고 하면 로컬 입출력 라인(LIO) 신호는 프리차지 레벨에서 약간 하강된 전위를 가지고 로컬 입출력 라인 바(LIOB) 신호의 전위는 프리차지 레벨을 그대로 유지함으로써 전압차가 발생하는 것이다.That is, if the memory cell 11 reads low-level data, the local input / output line (LIO) signal has a potential slightly lowered at the precharge level, and the potential of the local input / output line bar (LIOB) signal remains at the precharge level. The voltage difference is generated by holding.

그후에 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 시점(T4)에서 하이 레벨로 천이되면 로컬 입출력 센스앰프(15)가 작동을 하여 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB) 사이에 전압차를 증폭시켜 글로벌 입출력 라인쌍의 디벨롭을 개시한다. After that, when the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level at time T4, the local input / output sense amplifier 15 operates to amplify the voltage difference between the local input / output line pairs LIO and LIOB, thereby globalizing. Starts development of an input / output line pair.

도 5는 본 발명의 반도체 메모리 장치 데이터 출력 경로 중 로컬 입출력 센스앰프의 출력 파형을 종래 기술과 비교하여 나타내는 시뮬레이션 타이밍도로서, 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre), 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN), 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN), 글로벌 입출력 라인쌍 신호의 종래의 결과 파형(GIO, GIOB-1) 및 본 발명의 결과 파형(GIO-1, GIOB-1)을 구비한다. FIG. 5 is a simulation timing diagram illustrating output waveforms of a local input / output sense amplifier in the semiconductor memory device data output path of the present invention in comparison with the prior art, and includes a global input / output line precharge signal GIO_pre and a local input / output sense amplifier enable signal ( LIO_SA_EN, the input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN, the conventional result waveforms GIO and GIOB-1 of the global input / output line pair signal, and the result waveforms GIO-1 and GIOB-1 of the present invention.

도 5를 참조하여 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로 중 로컬 입출력 센스앰프의 동작에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하면 다음과 같다.A simulation result of the operation of the local input / output sense amplifier in the data output path of the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 시점(T3)에서 하이 레벨 로 천이되면 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)는 프리차지된 전압 레벨에서 함께 하강하기 시작하여 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 하이 레벨로 천이되는 시점(T5)에서 디벨롭이 시작되어 양 신호의 전위차가 벌어지기 시작한다.When the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level at time T3, the global input / output line pair signals GIO-1 and GIOB-1 begin to fall together at the precharged voltage level to input / output sense amplifiers. At the time point T5 when the enable signal IOSA_EN transitions to the high level, the development starts and the potential difference between the two signals begins to widen.

이때, 종래의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로는 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 하이 레벨로 천이된 시점(T4)으로부터 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 하이 레벨로 천이되는 시점(T6)까지는 하이 레벨로 프리 차지되었다가 방전되는 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO, GIOB) 양 신호를 모두 풀 다운시켜 센싱하여 증폭한 후에 출력하므로 디벨롭되어 벌어진 전위차가 작을 수 밖에 없어 데이터가 충분히 디벨롭되는데 시간이 많이 소요되고 전압 이득도 작다.In this case, the data output path of the conventional semiconductor memory device is the time when the global input / output line precharge signal GIO_pre transitions to the high level from the time T4 when the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level ( T6) pulls down both signals of GIO and GIOB signals that are precharged to high level and discharged, senses them, amplifies them, and outputs them after development. It takes a long time to drop and the voltage gain is small.

반면, 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로는 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 하이 레벨로 천이된 시점(T4)에서는 종래에서와 동일하게 하이 레벨로 프리 차지되었다가 방전되는 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB) 양 신호를 모두 센싱하여 증폭한 후에 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)로 출력한다. 하지만, 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 하이 레벨로 천이되는 시점(T5)부터는 글로벌 입출력 라인 신호(GIO-1)만 방전되는 것을 유지시키고 글로벌 입출력 라인 바 신호(GIOB-1)는 풀 업시켜 센싱하여 증폭한 후에 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)로 출력하므로 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)가 디벨롭되어 벌어진 전위차가 훨씬 커져 데이터가 충분히 디 벨롭되는데 시간이 적게 소요되고 전압 이득도 커지게 된다. On the other hand, the global output I / O of the semiconductor memory device according to the present invention is precharged to the high level and discharged at the time T4 at which the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN is transitioned to the high level. Both signals of the line pair GIO and GIOB are sensed and amplified and then output as the global input / output line pair signals GIO-1 and GIOB-1. However, from the time point T5 when the input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN transitions to the high level, only the global input / output line signal GIO-1 is discharged and the global input / output line bar signal GIOB-1 is pulled up. After sensing, amplifying, and outputting the signals as global input / output line pair signals (GIO-1 and GIOB-1), the potential difference between the global input / output line pair signals (GIO-1 and GIOB-1) is developed so that the data is sufficiently decoded. It takes less time to bevelped and a larger voltage gain.

도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 본 발명의 반도체 메모리 장치의 데이터 출력 경로의 리드 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 2 to 5, the read operation of the data output path of the semiconductor memory device of the present invention will be described below.

로우 어드레스를 먼저 인가하여 워드라인(WL)을 인에이블시키면 메모리 셀(11) 내 NMOS 트랜지스터가 턴 온되어 메모리 셀(11) 내 커패시터(C)에 충전되어 있던 전압이 비트 라인쌍(BL, BLB)에 출력된다. When the word line WL is enabled by applying the row address first, the NMOS transistor in the memory cell 11 is turned on, and the voltage charged in the capacitor C in the memory cell 11 is converted into the bit line pair BL, BLB. )

메모리 셀(11)에 로우 레벨의 데이터가 저장되어 있었다고 가정한다면 비트 라인(BL)의 전압은 시점(T1)에서 소정 레벨만큼 낮아지고, 비트 라인 바(BLB)의 전압은 전단계에서 프리차지된 전원 전압 레벨의 1/2 값(Vcc/2)을 유지하므로 비트 라인쌍 신호(BL, BLB)는 디벨롭을 시작하여 제1 전압차가 발생한다. Assuming that low-level data is stored in the memory cell 11, the voltage of the bit line BL is lowered by a predetermined level at the time point T1, and the voltage of the bit line bar BLB is precharged in the previous step. Since the half level (Vcc / 2) of the voltage level is maintained, the bit line pair signals BL and BLB start development and a first voltage difference occurs.

비트 라인 센스앰프(13)가 시점(T2)에서 인에이블되면 비트 라인 센스앰프(13)는 비트 라인쌍(BL, BLB)에 실린 데이터를 인가받아 증폭하여 디벨롭시켜 제2 전압차를 발생하여 출력한다. When the bit line sense amplifier 13 is enabled at the time point T2, the bit line sense amplifier 13 receives and amplifies and develops a second voltage difference by receiving data loaded on the bit line pairs BL and BLB. Output

비트 라인쌍 신호(BL, BLB)의 전위차가 시점(T3)에서 어느 정도 벌어지면 비트 라인(BL) 신호를 접지 전압(VSS) 레벨로 방전하고 비트 라인 바(BLB) 신호를 전원 전압(VCC) 레벨로 충전하여 센싱 동작을 완료한다. When the potential difference between the bit line pair signals BL and BLB increases to some extent at the time point T3, the bit line BL signal is discharged to the ground voltage VSS level and the bit line bar BLB signal is supplied to the power supply voltage VCC. Charge to level to complete the sensing operation.

이 과정 동안 워드 라인의 전압은 계속 하이 레벨을 유지하고 있으므로 선택된 메모리 셀(11)은 계속 비트 라인(BL)에 연결되어 메모리 셀(11) 데이터 전압이 자동적으로 로우 레벨로 하강하면서 저장되어 있던 데이터를 다시 라이트(rewrite) 한다.During this process, the voltage of the word line continues to be at a high level, so the selected memory cell 11 is continuously connected to the bit line BL so that the data stored in the memory cell 11 data voltage is automatically lowered to a low level. Rewrite.

이때, 외부로부터 리드 명령어와 함께 칼럼 어드레스가 인가되면 지정된 칼럼 선택라인(CSL)이 하이 레벨로 인에이블되어 칼럼 선택 회로(14) 내의 NMOS 트랜지스터들이 턴 온됨에 따라 칼럼 선택 회로(14)는 비트 라인 센스앰프(13)의 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB) 상의 출력 신호들을 인가받아 로컬 입출력 센스앰프(15)의 입력단으로 전달한다.At this time, when a column address is applied together with a read command from the outside, the designated column select line CSL is enabled at a high level, and as the NMOS transistors in the column select circuit 14 are turned on, the column select circuit 14 is a bit line. Output signals on the local input / output line pairs LIO and LIOB of the sense amplifier 13 are received and transferred to the input terminal of the local input / output sense amplifier 15.

그 후에, 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 시점(T4)에서 하이 레벨로 천이되면 로컬 입출력 센스앰프(15)는 로컬 입출력 라인쌍(LIO, LIOB)에 실린 데이터를 전달받아 양 신호의 전압차를 증폭시킨 후에 글로벌 입출력 라인쌍(GIO, GIOB)에 출력한다.Thereafter, when the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level at the time T4, the local input / output sense amplifier 15 receives data carried on the local input / output line pairs LIO and LIOB to receive both signals. The voltage difference is amplified and output to the global input / output line pairs GIO and GIOB.

한편, 글로벌 입출력 라인 프리차지부(16)는 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 하이 레벨로 인가되기 전에는 글로벌 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 하이 레벨로 인가되어 PMOS 트랜지스터들(P1 내지 P3)이 턴 온 상태가 되므로 로컬 입출력 센스앰프(15)의 양 출력단을 전원 전압(VCC) 레벨로 미리 충전하여 놓는다. Meanwhile, the global input / output line precharge unit 16 is applied with the global input / output line precharge signal GIO_pre to a high level before the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN is applied to a high level, thereby providing the PMOS transistors P1 to P1 through I. Since P3 is turned on, both output terminals of the local input / output sense amplifier 15 are charged to the power supply voltage VCC level in advance.

그 후에 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 시점(T3)에서 하이 레벨로 천이되면 상기 입출력 라인 프리차지 신호(GIO_pre)가 로우 레벨로 천이되어 PMOS 트랜지스터들(P1 내지 P3)이 턴 오프 됨으로써 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)에 충전되어 있던 전압이 방전되기 시작한다.After that, when the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level at the time T3, the input / output line precharge signal GIO_pre transitions to the low level so that the PMOS transistors P1 to P3 are turned off. The voltage charged in the global input / output line pair signals GIO-1 and GIOB-1 starts to be discharged.

또한, 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 하이 레벨로 천이되는 시 점(T5)에서 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)는 디벨롭이 시작되어 양 신호의 전위차가 벌어지기 시작한다.In addition, at the time T5 at which the input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN transitions to a high level, the global input / output line pair signals GIO-1 and GIOB-1 begin development and the potential difference between the two signals opens. To start.

한편, 입출력 라인 풀 업 회로(100)는 프리차지된 전압 레벨에서 로컬 입출력 센스앰프 인에이블 신호(LIO_SA_EN)가 하이 레벨로 천이된 시점(T4)부터 함께 하강하기 시작한 글로벌 입출력 라인쌍(GIO-1, GIOB-1)을 인가받아 입출력 센스앰프(15)가 작동을 하지 않고 있는 상태에서는 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 로우 레벨로 인가되어 입출력 라인상의 전압이 풀 업되지 않는다.Meanwhile, the input / output line pull-up circuit 100 may start to descend together from the time point T4 at which the local input / output sense amplifier enable signal LIO_SA_EN transitions to the high level at the precharged voltage level (GIO-1). , The input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN is applied at a low level when the input / output sense amplifier 15 is not operated due to the GIOB-1 being applied and thus the voltage on the input / output line is not pulled up.

그 후에, 입출력 센스앰프(15)가 작동을 시작하여 입출력 센스앰프 인에이블 신호(IOSA_EN)가 하이 레벨로 천이되는 시점(T5)에서 PMOS 트랜지스터(P4)가 턴 온되어 글로벌 입출력 라인 바 신호(GIOB)를 소정의 전압 레벨만큼 풀 업시켜 출력한다.After that, the PMOS transistor P4 is turned on at the time T5 at which the input / output sense amplifier 15 starts to operate and the input / output sense amplifier enable signal IOSA_EN transitions to a high level, thereby turning on the global input / output line bar signal GIOB. ) Is pulled up by a predetermined voltage level and output.

이와같이 입출력 라인 풀 업 회로(100)는 글로벌 입출력 라인 신호(GIO-1)는 방전 상태를 그대로 유지시키고 글로벌 입출력 라인 바 신호(GIOB-1)만 풀 업시켜 센싱하므로 글로벌 입출력 라인쌍 신호(GIO-1, GIOB-1)가 디벨롭되어 벌어진 전위차가 훨씬 커져 데이터가 충분히 디벨롭되는데 시간이 적게 소요되고 전압 이득도 커지게 된다. As described above, the input / output line pull-up circuit 100 maintains the discharge state of the global input / output line signal GIO-1 and senses only the global input / output line bar signal GIOB-1 by pulling up the global input / output line pair signal GIO-. 1, GIOB-1) is developed, the potential difference is much larger, it takes less time for the data to fully develop, and the voltage gain is also increased.

따라서, 글로벌 입출력 라인쌍 신호의 본 발명의 결과 파형(GIO-1, GIOB-1)은 도 5에서 보는 바와 같이 종래의 결과 파형(GIO, GIOB)보다 전압차이가 더 큰 폭으로 증폭되어 데이터가 충분히 디벨롭되는데 걸리는 시간이 단축되고 전압 이득이 커지게 되어 결과적으로 입출력 센스앰프(18)의 이득이 증가하게 된다. Accordingly, the resultant waveforms GIO-1 and GIOB-1 of the present invention for the global input / output line pair signal are amplified by a voltage width larger than that of the conventional resultant waveforms GIO and GIOB as shown in FIG. The time taken to fully develop is shortened and the voltage gain is increased, resulting in an increase in the gain of the input / output sense amplifier 18.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

본 발명에 의할 경우, 반도체 메모리 장치 코어의 레이 아웃 면적을 최소화하는 동시에 입출력 라인쌍 신호의 전압 차이가 증가되어 데이터가 충분히 디벨롭되는데 걸리는 시간이 단축되고 입출력 센스앰프의 이득이 증가하게 된다. According to the present invention, the layout area of the semiconductor memory device core is minimized, and the voltage difference between the input and output line pair signals is increased, thereby reducing the time required for sufficient data to be developed and increasing the gain of the input / output sense amplifier.

Claims (5)

데이터를 비트 라인쌍에 출력하는 메모리 셀; Memory cells for outputting data to bit line pairs; 상기 비트 라인쌍의 전압차를 증폭하여 제1 입출력 라인쌍으로 출력하는 비트 라인 센스앰프; A bit line sense amplifier configured to amplify the voltage difference between the bit line pair and output the amplified voltage to the first input / output line pair; 상기 제1 입출력 라인쌍의 데이터를 인가받아 제1 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 전압차를 증폭하고 제2 입출력 라인쌍으로 출력하는 제1 센스앰프; A first sense amplifier receiving the data of the first input / output line pair and amplifying a voltage difference in response to a first sense amplifier enable signal and outputting the voltage difference to the second input / output line pair; 입출력 라인 프리차지 신호에 응답하여 상기 제2 입출력 라인쌍을 프리 차지 전압 레벨로 미리 충전시키는 입출력 라인 프리차지부; An input / output line precharge unit configured to precharge the second input / output line pair to a precharge voltage level in response to an input / output line precharge signal; 상기 입출력 라인 프리차지부의 출력 신호쌍을 인가받아 제2 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 상기 입출력 라인 프리차지부의 출력 신호쌍 중 전압 레벨이 높은 출력 신호의 레벨을 풀 업시키는 입출력 라인 풀 업 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치. An input / output line pull-up circuit for receiving an output signal pair of the input / output line precharge unit and pulling up a level of an output signal having a high voltage level among the output signal pairs of the input / output line precharge unit in response to a second sense amplifier enable signal; A semiconductor memory device, characterized in that provided. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 메모리 장치는The semiconductor memory device 상기 제1 입출력 라인쌍 신호를 인가받아 칼럼 선택라인 신호에 응답하여 상기 제1 센스앰프에 전달하는 칼럼 선택 회로; A column selection circuit receiving the first input / output line pair signal and transferring the first input / output line pair signal to the first sense amplifier in response to a column selection line signal; 상기 제2 입출력 라인쌍을 통하여 상기 입출력 라인 풀 업 회로의 출력 신호쌍을 인가받아 상기 제2 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 전류 레벨을 증폭하여 출력하는 제2 센스앰프; A second sense amplifier receiving an output signal pair of the input / output line pull-up circuit through the second input / output line pair and amplifying and outputting a current level in response to the second sense amplifier enable signal; 상기 제2 센스앰프의 출력 신호를 인가받아 소정 시간 지연하여 버퍼된 리드 데이터를 출력하는 출력 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.And an output buffer configured to receive the output signal of the second sense amplifier and output a buffered read data with a predetermined time delay. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 입출력 라인 프리차지부는The input / output line precharge unit 일측이 상기 제2 입출력 라인쌍 중 하나의 라인에 연결되고 타측이 상기 제2 입출력 라인쌍 중 다른 하나의 라인에 연결되는 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들의 직렬 연결; A series connection of first and second PMOS transistors having one side connected to one line of the second input / output line pair and the other side connected to the other line of the second input / output line pair; 양측이 각각 상기 제2 입출력 라인쌍에 연결되는 제3 PMOS 트랜지스터를 구비하고,Two sides having a third PMOS transistor connected to the second input / output line pair, respectively; 상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들의 접점에는 상기 전원 전압이 인가되고 상기 제1 내지 제3 PMOS 트랜지스터들의 게이트 단자에는 레벨이 반전된 상기 입출력 라인 프리차지 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.And the power supply voltage is applied to the contacts of the first and second PMOS transistors, and the input / output line precharge signal whose level is inverted is applied to the gate terminals of the first to third PMOS transistors. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 입출력 라인 풀 업 회로는The input and output line pull-up circuit 일측에 상기 전원 전압이 인가되는 제4 PMOS 트랜지스터;A fourth PMOS transistor to which one side of the power supply voltage is applied; 일측이 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 타측에 연결되고 타측이 상기 제2 입출 력 라인 쌍 각각에 연결되는 제5 및 제6 PMOS 트랜지스터들을 구비하고,Fifth and sixth PMOS transistors having one side connected to the other side of the fourth PMOS transistor and the other side connected to each of the second input / output line pairs, 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 게이트 단자에는 레벨이 반전된 상기 제2 센스앰프 인에이블 신호가 인가되고 상기 제5 및 제6 PMOS 트랜지스터들의 게이트 단자들은 크로스 커플되어 각각 제6 및 제5 PMOS 트랜지스터들의 타측에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.The second sense amplifier enable signal whose level is inverted is applied to the gate terminal of the fourth PMOS transistor, and gate terminals of the fifth and sixth PMOS transistors are cross-coupled to the other side of the sixth and fifth PMOS transistors, respectively. A semiconductor memory device, characterized in that connected. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제1 센스앰프는 전압 센스앰프이고, 상기 제2 센스앰프는 전류 센스앰프인 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치.And the first sense amplifier is a voltage sense amplifier, and the second sense amplifier is a current sense amplifier.
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