KR910002961B1 - Charging and equalizing circuit for semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 비트라인 충전 및 등화회로.1 is a conventional bit line charging and equalization circuit.
제2도는 본 발명에 따른 비트라인 부하 트랜지스터의 게이트 조정을 위한 회로.2 is a circuit for gate adjustment of a bit line load transistor according to the present invention.
제3도는 본 발명에 따른 비트라인 충전 및 등화회로.3 is a bit line charging and equalizing circuit according to the present invention.
제4도는 본 발명에 따른 비트라인 충전 및 등화회로의 타이밍도.4 is a timing diagram of a bit line charging and equalizing circuit according to the present invention.
본 발명은 반도체 메모리장치의 충전 및 등화회로에 관한 것으로, 특히 스태틱 램(Static Random Access Memory : SRAM)의 비트라인을 충전 및 등화하는 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a charging and equalizing circuit of a semiconductor memory device, and more particularly to a circuit for charging and equalizing a bit line of a static random access memory (SRAM).
일반적으로 스태틱 램의 메모리 셀은 전원 공급전압과 접지 사이에 직렬로 연결된 부하수단 및 구동모오스 트랜지스터 한쌍과, 상기 부하수단과 구동 모오스 트랜지스터의 접속노드와 비트라인 사이에 소오스와 드레인이 접속되고 워드라인에 게이트가 접속된 전송모오스 트랜지스터로 구성되며, 상기 접속노드와 구동모오스 트랜지스터의 게이트는 서로 교차 접속되어 플립플롭을 형성한다.In general, a memory cell of a static RAM includes a pair of load means and driving transistors connected in series between a power supply voltage and ground, and a source and a drain are connected between a connection node and a bit line of the load means and driving transistor. And a transfer mode transistor connected to a gate thereof, and the gates of the connection node and the drive mode transistor are connected to each other to form a flip-flop.
64k비트 스태틱 램 이후 고속동작과 저전력소모를 위하여 어드레스 신호변화를 검출하여 펄스를 발생시키는 어드래스 변동검출기(Addres Transition Detector : 이하 ATD 라 칭한다)를 사용하고 있다. 상기 ATD 회로는 각 어드레스의 입력에 설치하여 그 출력의 논리합을 취해 내부 펄스신호로 함으로써 어드레스 입력중 하나라도 변화가 발생하면 펄스가 발생하고, 또 어드레스 입력간의 오차가 있더라도 그것을 흡수하여 정상적인 내부 펄스를 발생시킨다. 상기 ATD 회로의 펄스를 사용하여 스태틱 램의 비트라인을 소정의 전압레벨로 등화 및 프리차아지시켜 리드동작 또는 라이트동작을 하기 때문에 메모리 셀에 기억된 데이타를 고속으로 억세스하거나 기억시킬 수 있어 메모리 동작의 고속화를 꾀할 수 있고, 또한 워드라인이 ATD 펄스를 받아 일정기간 동안만 고레벨로 되어 그 동면판 메모리셀로 전류가 흘러 들기 때문에 메모리 셀의 소비 전력을 적게 할 수 있다.Since 64kbit static RAM, an address change detector (hereinafter referred to as ATD) that detects an address signal change and generates a pulse is used for high speed operation and low power consumption. The ATD circuit is installed at the input of each address and takes the logical sum of the outputs and makes an internal pulse signal. When a change occurs in any one of the address inputs, a pulse is generated. Generate. Since the bit line of the static RAM is equalized and precharged to a predetermined voltage level using a pulse of the ATD circuit to perform a read operation or a write operation, data stored in a memory cell can be accessed or stored at a high speed. In addition, since the word line receives an ATD pulse and becomes a high level only for a certain period of time, current flows into the copper plate memory cell, thereby reducing power consumption of the memory cell.
제1도는 종래의 비트라인 충전 및 등화회로로서, 게이트와 드레인에 전원공급전압(Vcc)이 인가되고 소오스가 비트라인()에 접속된 제1및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)와, 상기 제1및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)의 게이트와 소오스에 각각 드레인과 소오스가 접속되고 게이트에 ATD 회로로 부터 발생되는 펄스가 인가된 제3 및 제4엔모오스 트랜지스터(3,4)로 구성되는 충전회로(9)와, 상기 전원공급전압과 비트라인 사이에 직렬접속되어 제1게이트에는 상기 전원공급 전압이 인가되고 제2게이트에는 상기 ATD 회로로 부터 발생되는 펄스가 인가되는 제5, 제7 및 제6, 제8엔모오스 트랜지스터(5,7,6,8)로 구성되는 등화회로(10)로 구성된다.1 is a conventional bit line charge and equalization circuit, in which a power supply voltage Vcc is applied to a gate and a drain, and a source is And a drain and a source are respectively connected to a gate and a source of the first and
어드레스의 변화에 의하여 상기 ATD 회로로 부터 펄스가 발생하면 상기가 모두 하이레벨이 되므로 상기 충전회로(9)의 제1, 제2, 제3, 제4엔모오스 트랜지스터(1,2,3,4)와 상기 등화회로(10)의 제5, 제6, 제7, 제8엔모오스 트랜지스터(5,6,7,8)이 모두 턴온(Tum-On) 상대가 된다. 그리하여 리드동작 또는 라이트 동작을 하기전에 상기 비트라인을 소정을 전압레벨로 충전 및 등화시킨다.If a pulse is generated from the ATD circuit due to a change in address, the Are all at the high level, so that the first, second, third and
통상적으로 리드동작시에는 상기 ATD 펄스에 의해 워드라인이 고레벨로 된 직후부터 리드동작을 수행하여 리드동작이 끝나면 워드라인을 디스에이블 시킨다. 그러므로써 비트라인에서 메모리 셀로 빠지는 비트라인 전류를 차단하여 소비전력을 줄이게 된다.In general, during the read operation, the read operation is performed immediately after the word line becomes a high level by the ATD pulse. When the read operation is finished, the word line is disabled. This reduces the power consumption by blocking the bit line current from the bit line to the memory cell.
한편 라이트 동작은 외부에서 정보를 기입하는 것이기 때문에 워드라인이 항상 인에이블 되어 있어야 한다.On the other hand, since the write operation is to write information from the outside, the word line must be enabled at all times.
통상적으로 라이트 동작시에 펄스가 로우상태이므로 상기 제3, 제4, 제7 및 제8엔모오스 트랜지스터(3,4,7,8)가 턴오프(Turn-off)가 되고 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)는 턴온된다. 따라서 라이트 동작시에는 비트라인 전류가 전적으로 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)의 구동능력에 의존하며, 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)에 의해 비트라인 누설전류가 보상된다. 통상적으로 비트라인 누설전류는 수십 피코암페어(Pico ampere)정도이므로 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)의 구동능력을 크게 줄이더라도 비트라인 누설전류를 보상하기에는 충분하다.Typically pulse during write operation Since the third, fourth, seventh and
상술한 설명에서 알 수 있는 바와같이 종래의 비트라인 충전 및 등화회로에서는 라이트 동작시의 메모리셀의 소비전력을 줄이기 위하여 비트라인 전류를 최대한으로 감소시키는 한편 비트라인의 누설전류를 보상해 주기 위한 최소한의 전류만을 흘릴 수 있도록 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)의 크기를 조정하는 방법외에는 달리 방법이 없다.As can be seen from the above description, in the conventional bit line charging and equalizing circuit, the bit line current is reduced as much as possible in order to reduce the power consumption of the memory cell during write operation, while at the same time, at least to compensate for the leakage current of the bit line. There is no method other than the method of adjusting the sizes of the first and
비트라인 전류를 감소시키기 위하여 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)의 채널폭을 좁히는 방법과 채널 길이를 증가시키는 방법이 모두 사용되고 있다. 상기 채널폭을 좁히는 데에는 사진식각 공정시의 마스크 패턴의 해상도 한계가 있음으로 해서 그 한계값 이하로 채널폭을 좁히는 것은 불가능하다. 따라서 일정값의 채널폭에 대하여 채널길이를 증가시키기 않으면 안된다. 그러나 채널길이를 증가시킬 경우에는 상기 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)가 차지하는 면적이 커진다는 문제점이 있었다. 즉, 스태틱 램 메모리 셀은 동작원리상 각각의 비트라인 쌍마다 각각의 비트라인 충전 및 등화회로가 필요하게 되는데 상기 각각의 비트라인 충전 및 등화회로의 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(1,2)가 차지하는 면적이 증가하면 메모리 칩 전체로 볼 때는 엄청난 면적이 증가하게 되어 고집적화 및 소형화의 추세에 부응할 수 없다는 문제점이 있었다.In order to reduce the bit line current, both the method of narrowing the channel width and the channel length of the first and
또한, 라이트 동작후 리드동작시에 비트라인이 로우레밸에서 하이레벨로의 큰 폭으로 충전 및 등화가 이루어지기 때문에 피크전류가 크다는 문제점이 있었다.In addition, since the bit line is charged and equalized from the low level to the high level in the read operation after the write operation, there is a problem in that the peak current is large.
따라서 본 발명의 목적은 반도체 메모리 장치의 비트라인 충전 및 등화회로에 있어서 라이트 동작시, 면적이 증가없이도 비트라인 전류를 최소하함과 동시에 비트라인 누설전류의 보상이 가능한 비트라인 충전 및 등화회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a bit line charging and equalizing circuit capable of compensating for bit line leakage current while at the same time minimizing the bit line current without increasing the area in the bit line charging and equalizing circuit of a semiconductor memory device. Is in.
본 발명의 또다른 목적은 반도체 메모리 장치의 비트라인 충전 및 등화회로에 있어서 라이트 동작후 리드동작시 피크전류를 감소시키는 비트라인 충전 및 등화회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a bit line charging and equalizing circuit which reduces peak current during a read operation after a write operation in a bit line charging and equalizing circuit of a semiconductor memory device.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명에 따른 비트라인 부하트랜지스터의 게이트 전압을 조정하기 위한 회로이다.2 is a circuit for adjusting the gate voltage of a bit line load transistor according to the present invention.
상기 제2도에 도시한 바와같이 라이트 인에이블신호 XWE를 입력으로 하여 상기 XWE 신호를 반전출력하기 위한 반전수단(11)과, 상기 XWE 신호를 버퍼링하기 위한 버퍼수단(12)과, 상기 반전수단(11) 및 버퍼수단(12)의 출력과 비트라인 충전 및 등화회로(30) 사이에 접속되어 상기 비트라인 충전 및 등화회로(30)의 부하 트랜지스터의 게이트를 제어하는 펄스 VWEBL를 발생하는 펄스발생수단(20)으로 구성한다. 여기서 상기 반전수단(11) 및 버퍼수단은 씨모오스 인버어터로 구성한다. 여기서 상기 펄스 VWEBL은 메모리셀 어레이(13)의 각 메모리 셀에 접속된 각 비트라인 충전 및 등화회로 BL1, BL2·‥BLn의 입력신호이다.As shown in FIG. 2, inverting means 11 for inverting and outputting the XWE signal by inputting the write enable signal XWE, buffer means 12 for buffering the XWE signal, and inverting means (11) and a pulse connected between the output of the buffer means 12 and the bit line charging and equalizing
또한 상기 펄스발생수단(20)은 상기 반전수단(11)의 출력을 게이트 입력으로 하고 드레인이 전원공급 전압에 접속된 제1엔모오스 트랜지스터(21)와, 상기 버퍼수단(12)의 출력을 게이트 입력으로 하고 상기 제1엔모오스 트랜지스터(21)와 직렬접속된 제2엔모오스 트랜지스터(22)와, 게이트에 전원공급 전압이 인가되고 상기 제2엔모오스 트랜지스터(22)와 병렬접속된 전압강하용 제3엔모오스 트랜지스터(23)로 구성된다.In addition, the pulse generating means 20 is a gate input to the output of the inverting means 11, the drain is connected to the power supply voltage, the
제3도는 본 발명에 따른 비트라인 충전 및 등화회로도이다.3 is a bit line charging and equalization circuit diagram in accordance with the present invention.
ATD 회로로부터 발생되는 펄스의 반전상태WE 펄스를 게이트 입력으로 하고 전원공급 전압과 비트라인(BL,BL) 사이에 소오스와 드레인이 접속되어 상기 비트라인을 충전하기 위한 제1 및 제2피모오스 트랜지스터(31,32)와, 상기WE 펄스를 게이트 입력으로 하고 상기 비트라인 쌍 사이에 접속되어 상기 비트라인 쌍을 등화하기 위한 제3피모오스 트랜지스터(33)와, 상기 제1 및 제2피모오스 트랜지스터(31,32)와 병렬접속되고 상기 펄스 발생수단(20)의 출력신호 VWEBL을 게이트 입력으로 하는 제4 및 제5 부하용 피모오스 트랜지스터(34,35)로 비트라인 충전 및 등화회로(30)를 구성한다.Pulses from ATD Circuit Inversion of First and second PMOS transistors 31 and 32 for charging the bit line by connecting a source and a drain between the power supply voltage and the bit lines BL and BL with the WE pulse as a gate input; A third PMOS transistor 33 for equalizing the bit line pair, connected between the bit line pairs with a WE pulse as a gate input, and in parallel with the first and second PMOS transistors 31 and 32. The bit line charging and equalizing
상기 제2도와 같은 명칭에 해당하는 것은 같은 번호를 사용하였다. 여기서 상기 비트라인 충전 및 등화회로(30)는 워드라인(WL)과 비트라인 사이에 접속된 하나의 메모리 셀(14)에 접속되어 있으며, 사이 메모리 셀(14)은 공지의 스태틱 램 회로이다.The same numbers as those in FIG. 2 are used. Here, the bit line charging and equalizing
제4(A)-(E)도는 본 발명에 따른 타이밍도로서, 상기 제4(A)도는 어드레스 신호이고, 상기 제4(B)도는 하이상태일 때 리드동작을 하게 하고 로우상태일 때 라이트 동작을 하게 하는 라이트 인에이블 신호이며, 상기 제4(C)도는 상기 제2도의 비트라인 부하 트랜지스터의 게이트 조정회로의 출력펄스 VWEBL이고, 상기 제4(D)도는 ATD로 부터 발생되는 비트라인 등화펄스이며 상기 제4(E)도는 비트라인의 상태를 나타내는 파형도이다.4 (A)-(E) are timing diagrams according to the present invention. The fourth (A) is an address signal, and the fourth (B) is a read operation in a high state and a write in a low state. Light enable signal to activate 4C is an output pulse V WEBL of the gate adjustment circuit of the bit line load transistor of FIG . 2, and FIG . 4D is a bit line equalization pulse generated from ATD. 4E is a waveform diagram showing the state of the bit line.
이하 상기 제4도의 타이밍도를 참조하여 상기 제2 및 제3도외 동작관계를 상세히 설명한다.Hereinafter, the second and third non-degree operation relations will be described in detail with reference to the timing diagram of FIG. 4.
상기 제4(A)도의 어드레스 신호가 t1시간에서 변화하면 상기 제4(B)도의 라이트 인에이블 신호가 하이상태에서 로우상태로 천이하여 상기 로우상태의 XEW 펄스가 상기 제2도의 반전수단(11)과 버퍼수단(12)으로 입력된다.When the address signal of FIG. 4A changes in time t1, the write enable signal of FIG. 4B is changed. Transitions from the high state to the low state, and the XEW pulse of the low state is input to the inverting means 11 and the buffer means 12 of FIG.
그리하여 서로 상반된 신호가 상기 펄스발생수단(20)의 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(21,22)의 게이트로 입력된다. 즉, 하이상태의 게이트 입력에 의해 상기 제1엔모오스 트랜지스터(21)는 턴온되고, 로우상태의 게이트 입력에 의해 제2엔모오스 트랜지스터(22)는 턴오프된다.Thus, signals opposite to each other are input to the gates of the first and
한편 상기 제3도의 비트라인 충전 및 등화회로(30)의 제4 및 제5피모오스 트랜지스터(34,35)가 턴온이되기 위해서는 그 게이트 전압인 VWEBL이 VCC-VTP(VTP는 피모오스 트랜지스터의 드레쉬홀드 레벨임)보다 작아야 한다는 조작이 필요하다.Meanwhile, in order for the fourth and
상기한 바와같은 조건을 만족하기 위하여 상기 제2도의 제1 및 제2엔모오스 트랜지스터(21,22)의 접속 노드점 WEBL접지사이에, 게이트가 전원공급 전압에 접속된 제3엔모오스 트랜지스터{23)를 병렬접속한다. 상기 제3엔모오스 트랜지스터(23)가 없는 경우에는 VWEBL=Vcc-VTN'이나 트랜지스터(23)가 있음으로해서 상기 트랜지스터(23)의 드레쉬 홀드 전압 즉 VD23만큼 더 전압강하되어 VWEBL=Vcc-VTN'-VD23이된다. 그리하여 VWEBL의 전압레밸이 Vcc-VTP보다 작아야 한다는 조건을 충족시키게 된다. Vcc-VTP'-VD23 Vcc-|VTP|로 부터 VD23의 조건을 다음과 같다. 즉 VD23 |VTP|-VTN'의 조건을 만족하도록 상기 제3엔모오스 트랜지스(23)의 크기를 결정하여 비트라인 부하트랜지스터의 게이트를 조정한다. (VTN' 은 엔모오스 트랜지스터의 보다 효과(Body Effect)를 고려한 드레쉬 홀드 레벨임)In order to satisfy the conditions as described above, a third NMOS transistor having a gate connected to a power supply voltage between a connection node point WE BL ground of the first and
그 결과 t1시간에서 제3도의 제4 및 제5피모오스 트랜지스터(34,35)는 턴온이 되는 시점이 있게 된다.As a result, at the time t1, the fourth and
그리하여 t2시간에 ATD 회로로 부터 펄스가 발생하여 상기펄스가 로우상태일 때, 즉 실제로라이트 동작이 수행되는 t3시간에서 t5시간 동안 비트라인 누설전류를 보사할 수 있는 정도의 전류를 흘리게 됨으로써 라이트 사이클시의 동작전류를 줄일 수 있다. t4시간에서 라이트 인에이볼신호가 반전되면 WEBL의 전압은 상기 제2도의 제2엔모오스 트랜지스터(22)의 턴온에 의해 급속히 로우레벨로 천이되고, 그에 따라 상기 제4 및 제5트랜지스터(34,35)를 완전히 온시킴으로써 비트라인을 1차적으로 등화시키게 된다. 그후 t5시간에펄스를 상기 제1, 제2 및 제3피모오스 트랜지스터(31,32,33)에 인가하여 상기 트랜지스터들을 턴온시킴에 의해 상기 비트라인 쌍의 충전 및 등화를 마무리지어 다음 리드동작을 수행한다.Thus a pulse from the ATD circuit at t2 hours Caused by When the pulse is in a low state, that is, a current capable of compensating for the bit line leakage current for t5 hours from t3 time at which the write operation is actually performed, the operating current during the light cycle can be reduced. Light enable signal at t4 hours When is inverted, the voltage of WE BL is rapidly shifted to the low level by the turn-on of the
다시 말하면, t1시간에 어드레스 신호가 변화하여 라이트 신호가 들어오더라도 t2시간에펄스가 들어오기 전까지 리드동작을 수행하고, t2시긴에서펄스가 인가되면, 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5피모오스 트랜지스터(31, 32, 33, 34, 35)가 턴온됨으로써 라이트 동작전 비트라인을 미리 Vcc레벨로 충전 및 등화시키게 된다. 그 후 라이트 동작시에는 로우상태의에 의해 VWEBL이 Vcc-VTN'-VD23외 레벨로 되어 상기 제4 및 제5피모오스 트랜지스타(34,35)가 턴온되는 시점에 있게 되고 로우상태의펄스에 의해 상기 제1, 제2 및 제3피모오스 트랜지스턴(31,32,33)은 턴오프됨으로써 상기 제4 및 제5피모오스 트랜지스터(34,35)에 의해 비트라인 누설전류를 보상할 수 있을 정도의 최소한 비트전류를 비트라인에 공급하게 된다.In other words, even if the address signal changes at time t1 and the write signal comes in, at time t2 Perform read operation until the pulse comes in, and at t2 When a pulse is applied, the first, second, third, fourth, and
그 다음 t4시간에서신호가 하이상태로 천이함에 의하여 VWEBL의 레벨이 로우상태로 되어 감에 따라 상기 제4 및 제5피모오스 트랜지스터(34,35)는 완전히 턴온상태가 되어 비트라인의 레벨을 수정레벨로끌어 올림으로써 1차적인 충전 및 등화가 이루어진다.Then at t4 hours As the level of V WEBL goes low as the signal transitions to the high state, the fourth and
그 다음 t5시간에서펄스가 인가되면 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5피모오스 트랜스터(31,32,33,34,35)가 모두 턴온됨으로써 비트라인 Vcc레벨로 되어 완전히 충전 및 등화가 이루어진다.Then at t5 hours When a pulse is applied, the first, second, third, fourth, and
상술한 바와같이 본 발명은 비트라인의 충전 및 등화회로에 있어서 라이트 동작시 비트라인 부하 트랜지스터인 제4 및 제 5 피모오스 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압 VWEBL을 드레쉬 홀드 전압 부근에 놓음으로써 비트라인 전류를 최소화하여 비트라인 전류에 의한 전력소모를 감소시킴과 동시에 비트라인 누설전류를 보상할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the bit line charging and equalizing circuit, the present invention places the voltage V WEBL applied to the gates of the fourth and fifth PMOS transistors, which are the bit line load transistors, in the write operation, near the threshold hold voltage. By minimizing the line current, the power consumption due to the bit line current is reduced and the bit line leakage current can be compensated for.
또한 본 발명은 라이트 동작후 리드 동작시에 비트라인의 충전 및 등화단계로 두단계로 나누어 실시함으로서 비트라인의 피크전류를 감소시키는 효과가 있다. 그에 따라 메모리 셀의 안정된 동작을 얻을 수 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the peak current of the bit line by performing in two stages of charging and equalizing the bit line during the read operation after the write operation. As a result, stable operation of the memory cell can be obtained.
또한 본 발명은 비트라인 충전 및 등화회로부에 비트라인 누설전류를 보상하는 기능을 함께 묶어 단순화함으로써 종래에 비해 메모리 칩의 면적을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 그에 따라 소자의 고집적화 및 소형화를 용이하게 구현할 수 있다.In addition, the present invention has the effect of significantly reducing the area of the memory chip compared to the prior art by tying together and simplifying the function of compensating for bit line leakage current in the bit line charging and equalizing circuit unit. Accordingly, high integration and miniaturization of the device can be easily realized.
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |