KR20140006544A - Multi level memory apparatus and its data sensing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 레벨 메모리 셀을 포함하는 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a memory device including a multi-level memory cell.
종래의 DRAM은 캐패시터로 구성된 메모리 셀을 포함하고, 상기 메모리 셀에 전하를 충전하거나 방전하면서 데이터를 저장한다. 그러나, 캐패시터의 특성상 누설전류가 존재하기 때문에, DRAM은 휘발성 메모리라는 단점을 갖는다. DRAM의 단점을 개선하기 위해, 비휘발성이며 데이터의 리텐션이 불필요한 메모리들이 개발되고 있다. 특히, 메모리 셀 구조를 변화시켜 비휘발성을 구현하려는 시도가 계속되고 있으며, 그 중 하나가 저항성 메모리 셀을 포함하는 저항성 메모리 장치이다.A conventional DRAM includes a memory cell composed of a capacitor, and stores data while charging or discharging the memory cell. However, because of the leakage current due to the characteristics of the capacitor, DRAM has the disadvantage of being a volatile memory. To alleviate the shortcomings of DRAMs, memories are being developed that are nonvolatile and do not require data retention. In particular, attempts have been made to implement non-volatility by changing the memory cell structure, one of which is a resistive memory device comprising a resistive memory cell.
도 1은 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1에서, 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치는 메모리 셀(10) 및 트랜지스터(N1)를 포함한다. 메모리 셀(10)은 온도 또는 전류에 따라 저항 값이 변하는 저항성 물질로 구성되어 저장된 데이터에 따라 서로 다른 저항 값을 갖는다. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a resistive memory device according to the related art. In FIG. 1, a resistive memory device according to the prior art includes a
트랜지스터(N1)는 메모리 셀(10)에 저장된 데이터를 센싱하기 위해 센싱 전류를 제공한다. 트랜지스터(N1)는 바이어스 전압(VB)을 제어되어 전원전압(VPPSA)을 센싱 노드(SAI)에 인가한다. The transistor N1 provides a sensing current to sense the data stored in the
종래의 저항성 메모리 장치는 센싱 노드(SAI)의 전압을 변화시킴으로써 메모리 셀(11)에 저장된 데이터를 센싱한다. 트랜지스터(N1)는 바이어스 전압(VB)이 인가되면 턴온되고, 센싱 노드(SAI)로 일정한 양의 전류를 제공하도록 구성된다. 센싱 노드(SAI)에 흐르는 전류는 메모리 셀(10)을 통과하여 흐른다. 따라서, 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨은 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 달라진다. 즉, 메모리 셀(10)의 저항 값이 크면, 센싱 노드(SAI)의 전압은 높은 레벨을 갖고, 메모리 셀(10)의 저항 값이 작으면, 센싱 노드(SAI)의 전압은 낮은 레벨을 갖는다. 위와 같이, 종래의 저항성 메모리 장치는 센싱 노드(SAI)로 일정한 전류를 제공하고, 메모리 셀(10)의 저항 값에 따른 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨의 변화를 이용하여 메모리 셀(10)에 저장된 데이터를 센싱한다. The conventional resistive memory device senses data stored in the memory cell 11 by changing the voltage of the sensing node SAI. The transistor N1 is turned on when the bias voltage VB is applied, and is configured to provide a certain amount of current to the sensing node SAI. The current flowing through the sensing node SAI flows through the
또한, 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 센싱 노드(SAI)의 전압 레벨 변화를 확실하게 감지하기 위해서 전원전압으로 승압전압(VPPSA)을 사용한다. 승압전압(VPPSA)은 일반적으로 외부전원 레벨보다 높은 레벨의 전압으로 펌핑 회로 등을 통해 생성될 수 있다.In addition, the step-up voltage VPPSA is used as the power supply voltage to reliably detect the voltage level change of the sensing node SAI according to the resistance value of the
본 발명은 메모리 셀에 흐르는 넓은 범위의 전류를 효율적으로 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a multi-level memory device capable of efficiently detecting a wide range of currents flowing through a memory cell and a data sensing method thereof.
또한, 본 발명은 메모리 셀에 흐르는 넓은 범위의 전류를 정확하게 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a multi-level memory device and a data sensing method thereof capable of accurately detecting a wide range of currents flowing in a memory cell.
또한, 본 발명은 메모리 셀에 저장된 멀티 레벨 데이터를 신속하게 검출할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치 및 그의 데이터 센싱 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a multi-level memory device and a data sensing method thereof capable of quickly detecting multi-level data stored in a memory cell.
본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치는, 상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로; 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전기적으로 선택적으로 연결되는 메모리 셀; 및 상기 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부를 포함한다.The multi-level memory device of the present invention includes at least two current paths for passing different magnitudes of current; A memory cell electrically connected to the at least two current paths; And a cell current replicating unit configured to copy a cell current flowing through the memory cell.
또한, 상기 셀 전류 복제부는, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전류 미러 타입으로 결합될 수 있다.In addition, the cell current replication unit may be coupled to the at least two current paths and the current mirror type.
또한, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로는, 상기 셀 전류의 제1 범위를 통과시킬 수 있는 제1 전류 구동부; 및 상기 셀 전류의 제1 범위를 벗어난 제2 범위를 통과시킬 수 있는 제2 전류 구동부를 포함한다.The at least two current paths may include: a first current driver configured to pass a first range of the cell current; And a second current driver capable of passing a second range outside the first range of the cell current.
또한, 상기 셀 전류 복제부는 상기 제1 전류 구동부와 동일한 크기의 전류를 통과시킬 수 있다.In addition, the cell current replica may pass a current having the same magnitude as that of the first current driver.
또한, 상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단; 상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부; 상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및 상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부를 더 포함한다.In addition, comparing means for comparing the cell replication current and the comparison replication current flowing through the cell current replication unit; A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison means; A comparison current output unit which outputs a comparison current by using the comparison signal output from the data output unit; And a comparison current replication unit configured to copy the comparison current to output the comparison replication current.
또한, 상기 비교수단은, 상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부를 포함한다.The comparison means may further include: a first step of amplifying a potential difference between a first node on a path through which the cell replication current flows and a second node on a path through which the comparative replication current flows using the cell replication current and the comparative replication current; Comparator; And a second comparison unit configured to compare the first node and the second node as inputs.
또한, 본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치는, 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부; 상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단; 상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부; 상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및 상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부를 포함한다.In addition, the multi-level memory device of the present invention, the cell current replica unit for replicating the cell current flowing through the memory cell; Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current replication unit with a comparison replication current; A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison means; A comparison current output unit which outputs a comparison current by using the comparison signal output from the data output unit; And a comparison current replication unit configured to copy the comparison current to output the comparison replication current.
또한, 본 발명의 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법은, 상이한 크기의 전류를 통과시키는 적어도 두개 이상의 전류 경로 중 어느 하나를 선택하여 상기 전류 경로와 연결된 메모리 셀로 셀전류를 흘리는 단계; 상기 셀전류를 비교하기 위한 비교전류를 소정값으로 설정하는 단계; 상기 셀전류가 상기 소정값보다 크면, 상기 셀전류와 동일 크기로 복제하는 단계; 및 상기 셀전류가 상기 소정값보다 작으면, 상기 셀전류를 소정 배수 증폭하여 복제하는 단계를 포함한다.In addition, the data sensing method of the multi-level memory device of the present invention comprises the steps of flowing a cell current to the memory cell connected to the current path by selecting any one of at least two or more current paths for passing a current of different magnitude; Setting a comparison current for comparing the cell currents to a predetermined value; If the cell current is greater than the predetermined value, replicating the cell current with the same magnitude; And if the cell current is smaller than the predetermined value, replicating the cell current by a predetermined multiple.
또한, 상기 셀전류를 복제하여 셀복제전류를 출력하는 단계; 상기 비교전류를 복제하여 비교복제전류를 출력하는 단계; 상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 비교하여 비교신호를 출력하는 단계; 및 상기 비교신호를 임시 저장하고 디지털적으로 출력하는 단계를 더 포함한다.The method may further include replicating the cell current to output a cell replication current; Copying the comparison current to output a comparison replication current; Outputting a comparison signal by comparing the cell replication current with the comparison replication current; And temporarily storing the comparison signal and digitally outputting the comparison signal.
본 발명에 따르면, 메모리 셀의 저항 값 변화에 따른 넓은 범위의 전류를 정확하게 검출함으로써 메모리 셀에 저장할 수 있는 데이터량을 극대화할 수 있고, 높은 전원전압을 필요로 하지 않는다. According to the present invention, by accurately detecting a wide range of currents caused by a change in the resistance value of the memory cell, the amount of data that can be stored in the memory cell can be maximized, and a high power supply voltage is not required.
도 1은 종래기술에 따른 저항성 메모리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 주요 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 그래프,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치 구성도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도, 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이다. 1 is a view schematically showing a configuration of a resistive memory device according to the prior art;
2 is a main configuration diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph of the operation of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention,
4 is a configuration diagram of a multi-level memory device according to another embodiment of the present invention;
5 is an operation flowchart of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention;
6 is a configuration diagram of a current DAC of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention;
7 is a configuration diagram of a current DAC of a multi-level memory device according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
멀티 레벨 메모리, 예컨대, 저항성 메모리는 소자 특성에 따라 다양한 저항값을 가질 수 있으므로 2진 데이터가 아니라 다양한 데이터를 하나의 메모리 셀에 저장할 수 있다. 예컨대, PCRAM의 경우, 메모리 셀에 최소 100나노암페어(nA)에서 최대 15마이크로암페어(uA)까지의 범위에서 전류가 흐를 수 있다. 즉, 메모리 셀에 흐르는 최소 전류와 최대 전류 간의 차이가 너무 크기 때문에 메모리 셀에 흐르는 전류를 검출하기 위해 사용되는 스위칭 소자의 크기를 최소 전류에 맞추어 설계하면 최대 전류를 흘리지 못하게 되고, 최대 전류에 맞추어 설계하면 최소 전류가 흐를 때에 스위칭 소자가 위크 인버젼(weak inversion) 상태에 놓이게 된다. 한편, 스위칭 소자가 위크 인버젼 상태에 놓이게 되면, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 정확하게 복사할 수 없다.A multi-level memory, for example, a resistive memory, may have various resistance values depending on device characteristics, so various data can be stored in one memory cell instead of binary data. For example, in the case of PCRAM, current may flow in a memory cell in a range of at least 100 nanoamps (nA) to at most 15 microamps (uA). That is, since the difference between the minimum current and the maximum current flowing in the memory cell is too large, if the size of the switching element used for detecting the current flowing in the memory cell is designed to be the minimum current, the maximum current is prevented from flowing, By design, the switching element will be in a weak inversion state when the minimum current flows. On the other hand, if the switching element is placed in the wicked version state, the current flowing in the switching element can not be accurately copied.
따라서, 본 발명에 따르면, 메모리 셀에 흐르는 전류 경로를 다양화함으로써 메모리 셀에 흐르는 전류를 정확하게 복사할 수 있다.
Therefore, according to the present invention, the current flowing in the memory cell can be accurately copied by diversifying the current path through the memory cell.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 주요 구성도로서, 메모리 셀(10), 검출전압생성부(20), 셀전류복제부(31)를 포함한다.2 is a main block diagram of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, and includes a
검출전압생성부(20)는 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 차이를 증폭하여 센싱노드(VSAI)에 일정한 레벨의 전압을 제공한다. 메모리 셀(10)은 센싱 노드(VSAI)에 연결되고, 메모리 셀(10)의 저항값에 따라 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량이 변화한다. 즉, 메모리 셀(10)의 저항값이 작을 때 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량은 메모리 셀(10)의 저항값이 클 때 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류량보다 크다. The
전류의 변화를 감지하는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 다양한 이점을 갖는다. The multi level memory device according to an embodiment of the present invention for detecting a change in current has various advantages.
먼저, 본 발명에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 전류의 변화를 감지하기 때문에 메모리 셀(10)에 넓은 범위의 전압을 제공할 필요가 없으므로 높은 레벨의 전압을 제공할 필요성이 없다. 종래의 저항성 메모리 장치는 메모리 셀(10)의 저항 값에 따라 센싱 노드(SAI)의 전압을 변화시키고, 전압 변화를 감지할 수 있는 임계 치(threshold) 또는 기준치가 필요하다. 따라서, 메모리 셀의 고저항 상태와 저저항 상태를 판별할 수 있도록 넓은 범위의 전압을 제공해야 한다. 따라서, 종래의 저항성 메모리 장치는 도 1과 같이 전원전압을 펌핑하여 승압전압(VPPSA)을 제공할 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치는 전압 임계치를 필요로 하지 않으므로, 넓은 범위의 전압을 형성할 필요성이 없으며, 도 2와 같이 전원전압으로 외부전압(VDD)을 인가하면 충분하다. 따라서, 승압전압 사용에 따른 전류 소모가 감소하고, 고전압 생성을 위한 회로를 제거할 수 있다.First, since the multi-level memory device according to the present invention senses a change in current, it is not necessary to provide a wide range of voltages to the
또한, 전류 변화를 감지하는 특성 상 메모리 셀(10)에 저장된 데이터의 감지 시간이 단축된다. 즉, 빠른 데이터 센싱을 가능하게 한다. 또한, 센싱 노드(VSAI)로 일정한 레벨의 전압을 제공하는 개선된 구조를 채용하여 종래의 클램핑 스위치와 같은 불필요한 소자를 제거할 수 있다.
In addition, the sensing time of data stored in the
본 발명의 일실시예에 따른 검출전압생성부(20)는 비교기(21)와 복수의 구동부(23, 25)를 포함한다. 비교기(21)는 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 차이를 증폭하여 증폭신호(AMP)를 생성하고, 센싱 노드(VSAI)의 전압 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨과 동일해질 때까지 증폭신호(AMP)의 레벨을 점차 하강시킨다. 여기서, 기준전압(VREF)은 예컨대, 전원전압(VDD)의 절반 레벨일 수 있다.The detection
이후, 증폭신호(AMP)에 응답하여 센싱 노드(VSAI)를 전원전압(VDD) 레벨로 점점 강하게 구동한다. 구동부(23, 25) 하강하는 증폭신호(AMP)에 따라 센싱 노드(VSAI)로 제공하는 전압의 크기를 증가시킨다. 기준전압(VREF)과 센싱노드전압(VSAI)의 레벨이 동일해지면, 구동부(23, 25)는 센싱노드전압(VSAI)의 레벨을 고정시킨다. 메모리 셀(10)은 일정 레벨의 전압을 인가받아 그 저항값에 따라 센싱 노드(VSAI)에 흐르는 전류의 크기를 변화시킨다.Thereafter, in response to the amplified signal AMP, the sensing node VSAI is gradually driven to the power supply voltage VDD level. The driving
한편, 메모리 셀(10)의 저항값이 작아 전류가 큰 경우에는 복수의 구동부(23, 25) 중 제1 스위치(SW1)를 턴온시켜 강전류 구동부(23)를 동작시키고, 메모리 셀(10)의 저항값이 커 전류가 작은 경우에는 제2 스위치(SW2)를 턴온시켜 약전류 구동부(25)를 동작시킨다. 예컨대, 메모리 셀에 흐르는 전류가 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)이면 강전류 구동부(23)를, 100나노암페어(nA) 내지 1.2마이크로암페어(uA)이면 약전류 구동부(25)를 동작시킨다. On the other hand, when the resistance value of the
이를 위하여 강전류 구동부(23)는 약전류 구동부(25)의 수배 내지 수십배의 전류를 통과시킬 수 있는 능력을 가질 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 약전류 구동부(25)는 하나의 스위칭소자(예컨대, FET)로 구현되고, 강전류 구동부(23)는 동일 크기의 스위칭 소자 12개가 병렬 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 약전류 구동부(25)와 강전류 구동부(23)는 각각 하나의 스위칭소자로 구현되는 한편, 강전류 구동부(23)의 스위칭소자는 약전류 구동부(25)의 스위칭소자에 비해 12배의 전류를 통과시킬 수 있는 능력을 가질 수 있다.To this end, the strong
본 발명의 일실시예에 따른 셀전류복제부(31)는 강전류 구동부(23)과 동일 크기로 구성되어 배치되고, 구동부(23, 25)를 통해 메모리 셀(10)에 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 셀복제전류(Icell_copy)를 흘린다.The cell
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 그래프로서, 메모리 셀(10)에 흐르는 전류가 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)인 경우에는 강전류 구동부(23)를 동작시키고, 전류 미러인 셀전류복제부(31)에서 강전류 구동부(23)와 동일 크기를 가진 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)의 셀복제전류(Icell_copy)가 출력된다. 한편, 메모리 셀(10)에 흐르는 전류(Icell)가 100나노암페어(nA) 내지 1.2마이크로암페어(uA)인 경우에는 약전류 구동부(25)를 동작시키나, 전류 미러인 셀전류복제부(31)의 스위칭 소자는 약전류 구동부(23)와 대비하여 12배의 전류 증폭 능력을 가지고 있어, 도 3의 점선에 보이는 바와 같이, 셀복제전류(Icell_copy)의 레벨을 1.2 내지 15 마이크로암페어(uA)로 쉬프트시켜 출력한다. 여기서, 리니어 스케일(linear scale)에서의 증폭 동작은 로그 스케일(log scale)에서의 레벨 쉬프트 동작과 같다.3 is an operation graph of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention. When the current flowing in the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치 구성도로서, 메모리 셀(10), 검출전압생성부(20), 전류복제부(30), 제1 비교부(40), 제2 비교부(50), 데이터출력부(60), 비교전류출력부(70)를 포함한다.4 is a block diagram illustrating a multilevel memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. The
메모리 셀(10)과 검출전압생성부(20)는 도 2의 그것들과 동일하다. 전류복제부(30)는 셀전류복제부(31)와 비교전류복제부(33)를 포함한다. 셀전류복제부(31)는 구동부(23, 25)를 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 셀복제전류(Icell_copy)를 흘리고, 비교전류복제부(33)는 후술하는 비교전류출력부(70)를 흐르는 비교전류(Icomp)를 복제하여 비교복제전류(Icomp_copy)를 흘린다.The
제1 비교부(40)는 노드31(N31)와 노드33(N33) 사이에 연결되고, 리셋신호(RESET)에 제어되어 노드31(N31)와 노드33(N33)의 전위를 리셋시키는 리셋부(41)와, 전류복제부(30)의 양단 출력 전압의 차이를 포지티브 피드백 방식으로 비교하는 포지티브 피드백부(43)를 포함한다. 구체적으로, 리셋부(41)의 스위칭 소자가 턴온되어 리셋되면, 노드31(N31)과 노드33(N33)은 동일 전위에 놓이게 되고, 리셋부(41)가 턴오프되면, 노드31(N31)의 전압과 노드33(N33)의 전압은 각각 포지티브 피드백부(43) 내 스위칭소자(431, 432)에 인가된다.The
포지티브 피드백부(43)는 노드31(N31)와 접지 사이에 연결되고, 노드33(N33)의 전압에 제어되는 스위칭 소자(431)와, 노드33(N33)와 접지 사이에 연결되고, 노드31(N31)의 전압에 제어되는 스위칭 소자(432)를 포함한다. 포지티브 피드백부(43)는 노드31(N31)의 전압과 노드33(N33)의 전압을 포지티브 피드백 방식으로 비교하는바, 예컨대, 노드31(N31)에서 접지측으로 흐르는 셀복제전류(Icell_copy)가 노드33(N33)에서 접지측으로 흐르는 비교복제전류(Icomp_copy)보다 크면 노드31(N31)의 전압(VN31)이 노드33(N33)의 전압(VN33)보다 낮아진다. 낮아진 노드31(N31)의 전압(VN31)은 노드33(N33)과 접지 사이에 배치된 스위칭소자(432)의 제어전압으로 인가되어 스위칭 소자(432)는 턴오프상태에 근접한다. 한편, 높아진 노드33(N33)의 전압(VN33)은 노드31(N31)과 접지 사이에 배치된 스위칭 소자(431)의 제어전압으로 인가되어 스위칭 소자(431)는 턴온상태에 근접한다. 이러한 방식으로 포지티브 피드백부(43) 내 스위칭 소자(431, 432)들은 점차 포지티브 방향으로 상태를 벌리게 된다.The
제2 비교부(50)는 노드31(N31)의 전압(VN31)과 노드33(N33)의 전압(VN33)을 비교하여 "H" 또는 "L"를 출력한다.The
데이터출력부(60)는 제2 비교부(50)의 출력을 입력받아 디지털 데이터를 임시 저장하고, 출력하는 디지털 데이터 출력부(61)와 디지털 데이터 출력부(61)로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 변환하는 D/A 컨버터(63)를 포함한다.The
본 발명의 일실시예에 따르면, 디지털 데이터 출력부(61)는 5 비트 레지스터로 구현될 수 있고, D/A 컨버터(63)는 4 비트 D/A 컨버터로 구현될 수 있다. 즉, 디지털 데이터 출력부(61)가 N 비트 레지스터이면, D/A 컨버터는 (N-1) 비트 D/A 컨버터로 구현될 수 있다. 여기서, D/A 컨버터(63)는 메모리 셀(10)의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 메모리 셀(10)의 데이터 값이 순차적으로 증감함에 따라 셀전류가 지수함수적으로 증감한다면, D/A 컨버터(63)의 출력 또한, 지수함수적으로 증감할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 메모리 셀(10)의 데이터 값이 순차적으로 증감함에 따라 셀전류가 선형적으로 증감한다면, D/A 컨버터(63)의 출력 또한, 선형적으로 증감할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the digital
비교전류출력부(70)는 비교전류복제부(33)와 동일 크기의 스위칭 소자들이 동일한 방식으로 배치되고, D/A 컨버터(63)의 출력에 따라 비교전류(Icomp)의 크기를 증감시킨다.
In the comparison
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 동작 흐름도이다.5 is an operation flowchart of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention.
먼저 약전류 구동부의 제2 스위치(SW2)를 턴온시켜 메모리 셀(10)에 셀전류(Icell)를 흘리고, 셀전류복제부(31)는 메모리 셀에 흐르는 셀전류(Icell)를 복제하여 노드31(N31)에 셀복제전류(Icell_copy)를 흘린다. 그리고, 리셋신호(RESET)에 따라 리셋부(41)의 스위칭소자를 턴온시켜 노드31과 노드33의 전압을 동일 전위로 리셋함으로써 5비트 레지스터는 "0000"를 출력한다(S510). First, the second switch SW2 of the weak current driving unit is turned on to flow the cell current Icell to the
리셋부(41)의 스위칭소자를 턴오프시키고, D/A컨버터(63)가 5비트 레지스터가 출력하는 "0000"값을 입력받아 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교전류(Icomp)를 출력하면, 비교전류복제부(33)는 비교전류(Icomp)를 복제한 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)를 출력하고, 제1 비교부(40) 및 제2 비교부(50)는 셀복제전류(Icell_copy)와 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)를 비교함으로써 5비트 레지스터 중 1번째 비트(MSB)를 결정한다(S520).When the switching element of the
셀복제전류(Icell_copy)가 1.2 마이크로암페어(uA)의 비교복제전류(Icomp_copy)보다 크면, 강전류 구동부(23)의 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시킴과 동시에 5비트 레지스터는 "1000"을 출력하여 4.3 마이크로암페어(uA)의 비교전류(Icomp)를 출력한다. 한편, 셀복제전류(Icell_copy)가 비교복제전류(Icomp_copy)보다 작으면, 약전류 구동부(25)의 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시켜 셀전류(Icell)가 100 나노암페어(nA) 내지 1.2 마이크로암페어(uA) 미만인 경우에도 셀복제전류(Icell_copy)는 1.2 마이크로암페어(uA) 내지 15 마이크로암페어(uA)이도록 한다(S530). 여기서, 5비트 레지스터의 출력이 "0000"이면 비교전류(Icomp)가 1.2 마이크로암페어(uA)이다가, 5비트 레지스터의 출력이 "1000"이면 비교전류(Icomp)가 4.3 마이크로암페어(uA)로 변경되는 것은 최단시간 내에 목표값을 찾아내는 통계적 기법을 응용한 것이다. 아울러, 4.3 마이크로암페어는 로그 스케일에서 1.2 와 15 사이의 중간값이다. When the cell replication current Icell_copy is greater than the comparative replication current Icomp_copy of 1.2 microamps (uA), the 5-bit register turns on "1000" while turning on the first switching element SW1 of the strong
이후 다음번째 비트를 결정하고(S540), 그에 따라 D/A컨버터(63)의 출력을 제어하며(S550), 전체 결정 비트수가 레지스터의 비트수와 같으면(S560), 레지스터(61)는 코드값을 출력한다(S570). After that, the next bit is determined (S540), and accordingly, the output of the D /
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이고, 도 6b는 지수함수적으로 변화하는 이진코드 대비 출력전류 그래프이다.6A is a configuration diagram of a current DAC of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a graph of an output current versus a binary code that changes exponentially.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 D/A 컨버터는, 저항성 메모리 셀의 셀 전류가 비선형적으로, 예컨대, 지수함수적으로 변하는 경우에 이를 비교하는 비교전류도 지수함수적으로 변화시키기 위한 구성으로, 레지스터의 출력을 디코딩하는 디코더(631)와, 디코더(631)의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀(633)을 포함한다.In the current D / A converter of the multi-level memory device according to an embodiment of the present invention, when the cell current of the resistive memory cell changes nonlinearly, for example, exponentially, the comparative current comparing the same may also be exponentially. The configuration for changing includes a
예컨대, 레지스터의 출력이 "0000"이면 3*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "0001"이면 3.5*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "1111"이면 32*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시킨다. 여기서, 전류 IDAC는 비교복제전류(Icomp_copy)를 의미한다.
For example, if the output of the resistor is "0000", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that 3 * I flows, and if the output of the register is "0001", the unit current cell in the D / A converter flows 3.5 * I. Turn on and turn on the unit current cell in the D / A converter so that 32 * I flows if the output of the resistor is " 1111 ". Here, the current IDAC means a comparative replication current Icomp_copy.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 DAC 구성도이고, 도 7b는 선형적으로 변화하는 이진코드 대비 출력전류 그래프이다.FIG. 7A is a configuration diagram of a current DAC of a multi-level memory device according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a graph of an output current versus a binary code that varies linearly.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티 레벨 메모리 장치의 전류 D/A 컨버터는, 저항성 메모리 셀의 셀 전류가 선형적으로 변하는 경우에 이를 비교하는 비교전류도 선형적으로 변화시키기 위한 구성으로, 레지스터의 출력을 디코딩하는 디코더(631)와, 디코더(631)의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀(633)을 포함한다.The current D / A converter of a multi-level memory device according to an embodiment of the present invention is configured to linearly change a comparison current comparing a current when a cell current of a resistive memory cell changes linearly. A
예컨대, 레지스터의 출력이 "0000"이면 I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "0001"이면 2*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시키고, 레지스터의 출력이 "1111"이면 16*I가 흐르도록 D/A컨버터 내 단위 전류 셀을 턴온시킨다.
For example, if the output of the register is "0000", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that I flows. If the output of the register is "0001", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that 2 * I flows. If the output of the register is " 1111 ", the unit current cell in the D / A converter is turned on so that 16 * I flows.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.
10: 메모리 셀 20: 검출전압생성부
21: 비교기 23: 강전류 구동부
25: 약전류 구동부 30: 전류복제부
31: 셀전류복제부 33: 비교전류복제부
40: 제1 비교부 41: 리셋부
43, 45: 포지티브 피드백부 50: 제2 비교부
60: 데이터출력부 61: 디지털데이터출력부
63: D/A컨버터 70: 비교전류출력부
Icell: 셀전류 Icell_copy: 셀복제전류
Icomp: 비교전류 Icomp_copy: 비교복제전류10: memory cell 20: detection voltage generation unit
21: comparator 23: strong current drive unit
25: weak current drive unit 30: current replication unit
31: cell current replication unit 33: comparison current replication unit
40: first comparison unit 41: reset unit
43, 45: positive feedback section 50: second comparison section
60: data output unit 61: digital data output unit
63: D / A converter 70: comparison current output unit
Icell: cell current Icell_copy: cell replication current
Icomp: Comparative Current Icomp_copy: Comparative Replication Current
Claims (29)
상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전기적으로 선택적으로 연결되는 메모리 셀; 및
상기 메모리 셀에 흐르는 셀 전류를 복제하는 셀 전류 복제부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.At least two current paths for passing currents of different sizes;
A memory cell electrically connected to the at least two current paths; And
A cell current replica unit for replicating the cell current flowing through the memory cell
/ RTI >
상기 셀 전류 복제부는, 상기 적어도 두개 이상의 전류 경로와 전류 미러 타입으로 결합되는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 1,
The cell current replica unit is coupled to the at least two current paths and the current mirror type multi-level memory device.
상기 셀 전류의 제1 범위를 통과시킬 수 있는 제1 전류 구동부; 및
상기 셀 전류의 제1 범위를 벗어난 제2 범위를 통과시킬 수 있는 제2 전류 구동부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 1, wherein the at least two current paths comprise:
A first current driver capable of passing the first range of cell currents; And
A second current driver capable of passing a second range outside the first range of the cell current
/ RTI >
상기 셀 전류 복제부는 상기 제1 전류 구동부와 동일한 크기의 전류를 통과시킬 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치. The method of claim 3,
The cell current replica unit may pass a current having the same magnitude as the first current driver.
상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단;
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부;
상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및
상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부
를 더 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 1,
Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current replication unit with a comparison replication current;
A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison means;
A comparison current output unit which outputs a comparison current by using the comparison signal output from the data output unit; And
Comparative current replica unit for copying the comparison current to output the comparison replication current
Level memory device.
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및
상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 5, wherein the comparison means,
A first comparison unit amplifying a potential difference between a first node on a path through which the cell replication current flows and a second node on a path through which the comparative replication current flows using the cell replication current and the comparative replication current; And
A second comparing unit comparing the first node and the second node as inputs;
/ RTI >
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 리셋신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 노드의 전위를 일치시키는 리셋부; 및
상기 제1 노드와 제2 노드 사이의 전위차를 포지티브 피드백 방식으로 증폭시키는 포지티브 피드백부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 6, wherein the first comparison unit,
A reset unit connected between the first node and the second node and controlled by a reset signal to match potentials of the first and second nodes; And
Positive feedback unit for amplifying the potential difference between the first node and the second node in a positive feedback method
/ RTI >
상기 제1 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드의 전압에 제어되는 제1 스위칭 소자; 및
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드의 전압에 제어되는 제2 스위칭 소자
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 7, wherein the positive feedback unit,
A first switching element connected between the first node and ground and controlled to a voltage of the second node; And
A second switching element connected between the second node and ground and controlled to the voltage of the first node
/ RTI >
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 임시 저장하는 저장부; 및
상기 저장부로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 출력하는 변환부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 5, wherein the data output unit,
A storage unit for temporarily storing a comparison signal output from the comparison unit; And
Converter for outputting the digital comparison signal output from the storage as an analog comparison signal
/ RTI >
상기 저장부는 N 비트의 레지스터인 멀티 레벨 메모리 장치.10. The method of claim 9,
And the storage unit is an N bit register.
상기 변환부는 (N-1)비트의 디지털/아날로그 컨버터인 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 10,
And the converting portion is a (N-1) bit digital / analog converter.
상기 변환부는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성되는 멀티 레벨 메모리 장치.12. The method of claim 11,
And the converter is configured to correspond to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
상기 변환부의 출력은 지수함수적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.12. The method of claim 11,
And the output of the converter can be exponentially increased or decreased.
상기 변환부의 출력은 선형적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.12. The method of claim 11,
The multi-level memory device capable of linearly increasing or decreasing the output of the converter.
상기 저장부의 출력을 디코딩하는 디코더; 및
상기 디코더의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀
을 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 11, wherein the conversion unit,
A decoder for decoding the output of the storage unit; And
A plurality of unit current cells connected in parallel controlled according to the output of the decoder
Multi-level memory device comprising a.
상기 셀 전류 복제부를 흐르는 셀복제전류와 비교복제전류를 비교하는 비교수단;
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 변환하여 출력하는 데이터 출력부;
상기 데이터 출력부로부터 출력되는 비교신호를 이용하여 비교전류를 출력하는 비교전류출력부; 및
상기 비교전류를 복제하여 상기 비교복제전류를 출력하는 비교전류 복제부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.A cell current replica unit which replicates a cell current flowing in the memory cell;
Comparison means for comparing a cell replication current flowing through the cell current replication unit with a comparison replication current;
A data output unit for converting and outputting a comparison signal output from the comparison means;
A comparison current output unit which outputs a comparison current by using the comparison signal output from the data output unit; And
Comparative current replica unit for copying the comparison current to output the comparison replication current
/ RTI >
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 이용하여 상기 셀복제전류가 흐르는 경로 상의 제1 노드와 상기 비교복제전류가 흐르는 경로 상의 제2 노드 사이의 전위차를 증폭시키는 제1 비교부; 및
상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 입력으로 하여 비교하는 제2 비교부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 16, wherein the comparison means,
A first comparison unit amplifying a potential difference between a first node on a path through which the cell replication current flows and a second node on a path through which the comparative replication current flows using the cell replication current and the comparative replication current; And
A second comparing unit comparing the first node and the second node as inputs;
/ RTI >
상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결되고, 리셋신호에 제어되어 상기 제1 및 제2 노드의 전위를 일치시키는 리셋부; 및
상기 제1 노드와 제2 노드 사이의 전위차를 포지티브 피드백 방식으로 증폭시키는 포지티브 피드백부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 17, wherein the first comparison unit,
A reset unit connected between the first node and the second node and controlled by a reset signal to match potentials of the first and second nodes; And
Positive feedback unit for amplifying the potential difference between the first node and the second node in a positive feedback method
/ RTI >
상기 제1 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제2 노드의 전압에 제어되는 제1 스위칭 소자; 및
상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 노드의 전압에 제어되는 제2 스위칭 소자
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 18, wherein the positive feedback unit,
A first switching element connected between the first node and ground and controlled to a voltage of the second node; And
A second switching element connected between the second node and ground and controlled to the voltage of the first node
/ RTI >
상기 비교수단으로부터 출력되는 비교신호를 임시 저장하는 저장부; 및
상기 저장부로부터 출력되는 디지털 비교신호를 아날로그 비교신호로 출력하는 변환부
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 16, wherein the data output unit,
A storage unit for temporarily storing a comparison signal output from the comparison unit; And
Converter for outputting the digital comparison signal output from the storage as an analog comparison signal
/ RTI >
상기 저장부는 N 비트의 레지스터인 멀티 레벨 메모리 장치.21. The method of claim 20,
And the storage unit is an N bit register.
상기 변환부는 (N-1)비트의 디지털/아날로그 컨버터인 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 21,
And the converting portion is a (N-1) bit digital / analog converter.
상기 변환부는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하도록 구성되는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 22,
And the converter is configured to correspond to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
상기 변환부의 출력은 지수함수적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 22,
And the output of the converter can be exponentially increased or decreased.
상기 변환부의 출력은 선형적으로 증감할 수 있는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 22,
The multi-level memory device capable of linearly increasing or decreasing the output of the converter.
상기 저장부의 출력을 디코딩하는 디코더; 및
상기 디코더의 출력에 따라 제어되는 병렬연결된 복수의 단위 전류 셀
을 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치.The method of claim 22, wherein the conversion unit,
A decoder for decoding the output of the storage unit; And
A plurality of unit current cells connected in parallel controlled according to the output of the decoder
Multi-level memory device comprising a.
상기 셀전류를 비교하기 위한 비교전류를 소정값으로 설정하는 단계;
상기 셀전류가 상기 소정값보다 크면, 상기 셀전류와 동일 크기로 복제하는 단계; 및
상기 셀전류가 상기 소정값보다 작으면, 상기 셀전류를 소정 배수 증폭하여 복제하는 단계
를 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.Selecting one of at least two current paths through which currents of different magnitudes pass, and flowing a cell current to a memory cell connected to the current path;
Setting a comparison current for comparing the cell currents to a predetermined value;
If the cell current is greater than the predetermined value, replicating the cell current with the same magnitude; And
If the cell current is smaller than the predetermined value, replicating the cell current by a predetermined multiple
Data sensing method of a multi-level memory device comprising a.
상기 셀전류를 복제하여 셀복제전류를 출력하는 단계;
상기 비교전류를 복제하여 비교복제전류를 출력하는 단계;
상기 셀복제전류와 상기 비교복제전류를 비교하여 비교신호를 출력하는 단계; 및
상기 비교신호를 임시 저장하고 디지털적으로 출력하는 단계
를 더 포함하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.28. The method of claim 27,
Outputting a cell replication current by copying the cell current;
Copying the comparison current to output a comparison replication current;
Outputting a comparison signal by comparing the cell replication current with the comparison replication current; And
Temporarily storing the comparison signal and digitally outputting the comparison signal
The data sensing method of the multi-level memory device further comprising.
상기 비교복제전류는 상기 메모리 셀의 데이터 값에 따른 전류 변화 특성에 대응하는 멀티 레벨 메모리 장치의 데이터 센싱 방법.29. The method of claim 28,
And the comparative replica current corresponds to a current change characteristic according to a data value of the memory cell.
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