KR920010342B1 - Mdram p.c.p. sensor amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 CMOS감지 증폭기의 구성을 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional CMOS sense amplifier.
제2도는 본 발명의 P.C.P. 감지 증폭기 회로도.2 shows P.C.P. of the present invention. Sense Amplifier Schematic.
제3a,b,c도는 종래 및 본 발명의 감지증폭기의 동작 특성을 나타낸 그래프.3a, b, c are graphs showing the operating characteristics of the conventional and the sense amplifier of the present invention.
본 발명은 메가(mega) DRAM용 감지 증폭기(sense amplifier)에 관한 것으로, 특히 초고집적 대용량 DRAM에 사용되며 새로운 프리차지(precharge) 방식을 발명하여 정보감지(data sensing)에 소요되는 시간을 줄이도록한 메가 DRAM용 감지 증폭기에 관한 것이다. 현재 DRAM에 사용되는 싱글 트랜지스터 메모리 셀(single-transistor memory cell) 구조는 세개의 트랜지스터 메모리 셀(three-transistor memory cell) 구조에 비해 단위 비트당 소자수가 절반 이상 줄었지만 저장된 정보를 읽어낼 경우에 셀의 저장캐패시턴스(Ca)와 비트 라인상에 존재하는 캐패시턴스(Cb)와의 전하 재분배 효과때문에 유효한 정보의 크기는 수십 mV 정도로 감소된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sense amplifier for mega DRAM, and is particularly used for ultra-high-density large-capacity DRAM and invents a new precharge method to reduce the time required for data sensing. A sense amplifier for one mega DRAM. Currently, single-transistor memory cell structures used in DRAMs have more than half the number of elements per unit of structure compared to three-transistor memory cell structures. Because of the charge redistribution effect between the storage capacitance Ca of the capacitor and the capacitance Cb existing on the bit line, the size of the effective information is reduced by several tens of mV.
그리고 셀의 저장 캐패시턴스는 수동소자(passive element)이므로 읽기시에 저장 캐패시터에 저장되어 있는 정보가 파괴되어 버리는 바람직스럽지 못한 결과가 초래된다.In addition, since the storage capacitance of the cell is a passive element, an undesirable result is that the information stored in the storage capacitor is destroyed during reading.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 작은 미세 전압의 차를 감지하여 증폭하고, 셀에 증폭된 신호를 다시 넣어줌으로써 정보가 파괴되는 현상을 방지하도록 한 감지 증폭기를 DRAM에서는 사용하여야 한다. 이렇게 DRAM에서 중요한 역할을 하는 기존의 감지 증폭기 회로는 제1도에 도시한 것과 같이 프리차지와 함께 이퀼라이징(equalizing) 신호가 트랜지스터(Q7),(Q8),(Q9)의 게이트로 인가되면 비트라인(Bit line 및 비트라인(Bit line)가 프리차지 전압으로 프리차지와 이퀼라이징 된다.In order to solve this problem, a sense amplifier that detects and amplifies a small minute voltage difference and puts an amplified signal back into a cell must be used in a DRAM to prevent information from being destroyed. This conventional sense amplifier circuit, which plays an important role in DRAM, has an equalizing signal along with the precharge to the gates of transistors Q 7 , Q 8 , and Q 9 as shown in FIG. When applied, the bit line and bit line are equalized with the precharge voltage with the precharge voltage.
그다음 워드라인(word line)이 선택되면(WL1이 선택되었다 가정하면) 저장 캐패시턴스에 저장된 정보가 비트라인(Bit line)에 인가되어 △V만큼(Cs가 30fp일 경우 약 200mV 정도) 비트라인()과 전압차(△V)가 발생한다.Then, when the word line is selected (assuming WL 1 is selected), the information stored in the storage capacitance is applied to the bit line so that as much as ΔV (about 200 mV when Cs is 30fp), the bit line ( ) And a voltage difference DELTA V.
이 △V는 트랜지스터(Q6)를 ON시켜서 NMOS 래치 트랜지스터(Q4),(Q5)가 동작하면서 △V를 풀다운(pull-down) 시키는 동작과 트랜지스터(Q3)를 ON시켜서 PMOS 래치 트랜지스터(Q1),(Q2)에 의해 원하는 레벨(level)로 완전히 복구하는 풀업(pull-up) 동작에 의해 감지 증폭된다.This ΔV turns on the transistor Q 6 to operate the NMOS latch transistors Q 4 and Q 5 to pull down ΔV and turns on the transistor Q 3 to turn on the PMOS latch transistor. It is sense-amplified by a pull-up operation that completely restores to the desired level by (Q 1 ), (Q 2 ).
그러나 상기와 같이 두 비트라인(Bit line)()을 1/2VDD로 프리차지 하는 기존의 방법은 4메가 비트 DRAM 이후 부터는 소자의 크기를 축소에 감에 따라 소자 신뢰성에 대한 문제가 야기되어, VDD를 5V에서 3.3V로 줄여 나가는 실정이기 때문에 1/2VDD방식은 성능이 저하되는 단점이 있다.However, as above, two bit lines ( The conventional method of precharging) to 1 / 2V DD causes device reliability problems as the size of the device decreases after 4 megabit DRAM, reducing V DD from 5V to 3.3V. Therefore, the 1 / 2V DD method has a disadvantage in that performance is degraded.
그리하여 PMOS 어레이(array)를 사용하는 경우 프리차지 전압은 2/3VDD로, NMOS 어레인 경우 1/3VDD로 프리차지 시키는 방식이 실험적으로 시도되고 있다.Thus, a method of precharging the precharge voltage to 2 / 3V DD in the case of using a PMOS array (array) and 1 / 3V DD in the case of the NMOS array has been experimentally attempted.
그러나 이 방식은 1/2VDD에 센싱속도(sensing speed)는 개선되나 높은 비트라인 캐패시턴스, 전력소비의 증가등 여러가지 문제가 발생하고 비트라인을 프리차지 시키는데 약간의 시간이 더 소요된다.However, this approach improves the sensing speed for 1 / 2V DD , but causes many problems such as high bit line capacitance and increased power consumption, and it takes some time to precharge the bit line.
그리고 앞서 기술한 1/2VDD나 2/3VDD또는 1/3VDD를 프리차지 전압으로 이용하는 종래의 감지 증폭기 기술에 의하여서는 각각 내부의 동작 특성이 장점과 단점을 공히 가가지고 있어 문제점이 있음은 물론 프리차지 전압을 인가하기 위한 배선과 프리차지 정전압을 공급하기 위한 별도의 구성이 부가 되어야 하는 등의 단점이 있었다.In addition, according to the conventional sense amplifier technology using the aforementioned 1 / 2V DD , 2 / 3V DD or 1 / 3V DD as the precharge voltage, the internal operating characteristics have advantages and disadvantages, respectively. Of course, there are disadvantages such as a separate configuration for supplying a precharge voltage and a wiring for applying a precharge voltage.
이에따라 본 발명은 초고집적 대용량의 DRAM에 적용되며 구조가 간단하면서도 정보 감지 속도가 빠른 메가 DRAM용 감지 증폭기중 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위하여 본 발명은 PMOS의 래치 트랜지스터의 단락 전압 레벨(cut-off voltage level)로 이용하여 비트라인과 비트라인을 프리차지함으로써 감지속도는 2/3VDD의 경우보다 빨라지고, 트랜지스터와 배선의 수가 감소되도록 하여 회로의 크기가 감소하고, 또한 프리차지용 정전압 발생기가 필요없도록한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a sense amplifier for a mega DRAM, which is applied to an ultra-high-density large-capacity DRAM and has a simple structure and a fast information sensing speed. To this end, the present invention precharges the bit line and the bit line using the cut-off voltage level of the latch transistor of the PMOS, so that the sensing speed is faster than that of the 2 / 3V DD , and the number of transistors and wirings is reduced. This reduces the size of the circuit and eliminates the need for a precharge constant voltage generator.
본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows.
프리차지와 이퀄라이징 신호가 이퀄라이징 트랜지스터(Q18)와 프리차지 구동 트랜지스터(Q17)의 게이트로 인가되도록 하고, 이퀼라이징 트랜지스터(Q18)의 소오스와, 드레인은 비트라인(Bit line)과 비트라인(Bit line)에 연결하고 프리차지 구동 트랜지스터(Q17)는 NMOS를 사용하여 소오스는 접지에, 드레인은 PMOS 래치 트랜지스터(Q14),(Q15)의 공통 소오스에 연결한다.The precharge and equalizing signals are applied to the gates of the equalizing transistor Q 18 and the precharge driving transistor Q 17 , and the source and drain of the equalizing transistor Q 18 are bit lines and bit lines. The precharge driving transistor Q 17 is connected to the bit line, and the source is connected to the ground using the NMOS, and the drain is connected to the common source of the PMOS latch transistors Q 14 and Q 15 .
또한 PMOS 래치 트랜지스터(Q14),(Q15)는 각각의 게이트를 비트라인(Bit line)과 비트라인()에 연결하고 PMOS 래치 구동 트랜지스터(Q16)는 소오스를 VDD공급선에 연결하고 드레인을 PMOS 래치 공통 소오스에 연결한다. NMOS 래치 트랜지스터(Q11),(Q12)등 다른 트랜지스터들의 연결은 기존의 방법과 같다.In addition, the PMOS latch transistors Q 14 and Q 15 have respective gates connected to bit lines and bit lines. ), And the PMOS latch drive transistor Q 16 connects the source to the V DD supply line and the drain to the PMOS latch common source. The connection of other transistors such as the NMOS latch transistors Q 11 and Q 12 is the same as the conventional method.
이와같이 구성한 본 발명의 P.C.P. 감지 증폭기의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.P.C.P. of the present invention configured in this way The operation of the sense amplifier is described in detail as follows.
처음 비트라인(Bit line)과 비트라인()이 각각 높은 상태(“1”)와 낮은 상태(“1”)로 유지되어 있다고 하면 프리차지와 이퀄라이징 신호가 이퀄라이징 트랜지스터(Q18)와 프라차지 구동 트랜지스터(Q17)의 게이트로 인가되어 두 트랜지스터(Q6)과 (Q7)를 ON시키는데 이때 비트라인(Bit line)의 높은 상태 전압은 이퀄라이징 트랜지스터(Q18)을 통하여 비트라인에()에 프리차지되고 동시에 PMOS 래치 트랜지스터(Q14),(Q15)중 게이트가 비트라인()에 연결된 트랜지스터(Q15)는 ON상태를 유지하여 프라차지 구동 트랜지스터(Q17)를 통하여 방전(discharge)된다. 그러다가 PMOS 래치 트랜지스터의 단락 전압 레벨에서 트랜지스터(Q15)가 OFF되어 비트라인(Bit line)과 비트라인()은 PMOS 래치 전압 레벨로 프리차지와 이퀄라이징 된다.First bit line and bit line ( ) Is maintained at a high state ("1") and a low state ("1"), respectively, and the precharge and equalizing signals are applied to the gates of the equalizing transistor Q 18 and the precharge driving transistor Q 17 . The transistors Q 6 and Q 7 are turned on , and the high state voltage of the bit line is transferred to the bit line through the equalizing transistor Q 18 . ) And the gates of the PMOS latch transistors Q 14 and Q 15 are simultaneously The transistor Q 15 connected to) is maintained in the ON state and discharged through the precharge driving transistor Q 17 . Then, at the short-circuit voltage level of the PMOS latch transistor, transistor Q 15 is turned off to turn off bit line and bit line ( ) Is precharged and equalized to the PMOS latch voltage level.
그 이후 워드라인이 선택되어(WL1이 선택되었다 가정) 비트라인(Bit line)과 비트라인()에 △V가 인가되면 트랜지스터(Q3)과 (Q6)을 ON시켜 NMOS 래치 트랜지스터(Q11),(Q12)와 PMOS 래치 트랜지스터(Q14),(Q15)를 구동하여 감지한 정보를 원하는 레벨까지 증폭한다.After that, the word line is selected (assuming WL 1 is selected) and the bit line and bit line ( ) In △ V is applied when the transistor (Q3) and (Q 6), the ON to detect drives the NMOS latch transistor (Q 11), (Q 12 ) and a PMOS latch transistor (Q 14), (Q 15 ) the information Amplify to the desired level.
따라서 본 발명의 P.C.P. 감지 증폭기는 별도의 프리차지 전압이 1/2VDD로 인가되지 않더라도 정확한 동작이 이루어지도록 한 것임은 물론, 제3a,b,c도에 비교하여 도시한 것과 같이 비트라인(Bit line)이 풀다운 되면서 비트라인() 풀업되는 단락 전압 레벨에 이르는 속도가 1/2VDD의 경우(제3a도)와 2/3VDD의 경우(제3b도)보다 빨라지도록 한 것이다.Therefore, the PCP sense amplifier of the present invention is to ensure the correct operation even if a separate precharge voltage is not applied to 1 / 2V DD, as well as the bit line (Bit) as shown in comparison with FIGS. 3a, b, and c. line is pulled down, The speed up to the pulled-up short-circuit voltage level is faster than that of 1 / 2V DD (Figure 3a) and 2 / 3V DD (Figure 3b).
더구나, 이퀄라이징 신호가 게이트로 인가되는 프리차지 구동 트랜지스터를 2개에서 1개로 줄였으므로 대용량 고밀도의 DRAM에서 가장 문제시 되는 크기와 배선의 수를 줄일 수 있는 효과가 있는 것임을 알 수 있다.In addition, since the precharge driving transistor to which the equalizing signal is applied to the gate is reduced from two to one, it can be seen that the size and number of wirings that are most problematic in large-capacity high-density DRAM can be reduced.
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