KR960009956B1 - 반도체 소자의 감지 증폭기 - Google Patents

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Abstract

요약없음

Description

반도체 소자의 감지 증폭기
제1도는 종래 기술에 의한 감지 증폭기의 개략도.
제2도는 본 발명에 의한 감지 증폭기의 실시예도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 전원전압 검출기12 : 풀-업 구동단
13 : 풀-다운 구동단
본 발명은 반도체 소자의 감지 증폭기(sense amplifier)에 관한 것으로 특히, 감지 증폭기의 풀-업(pull-up), 풀-다운(pull-down) 구동단을 두개 이상의 트랜지스터로 구현하고 전원전압 검출기를 이용하여 전원전압(Vcc)의 전위에 따라 그 동작 상태를 조절함으로써, 칩 내부의 전원선에서 발생하는 잡음(noise)을 감소시켜 안정된 데이타 리드/라이트(read/write) 동작을 설현한 감지 증폭기에 관한 것이다.
반도체 기억소자에서 셀 데이타를 리드하는 과정에서 비트라인 감지 증폭기를 사용하여 미세한 셀 데이타를 증폭시키는 감지 동작이 필요한데, 이때 동작 전류의 약 30% 이상의 전류가 소모되며 피크 전류(peak current) 또한 최대에 이른다. 뿐만 아니라, 순간적으로 많은 양의 전류가 칩의 전원선에 흐르므로 전원전압선 및 접지전압선에 심각한 잡음이 발생하게 된다. 특히, 리프레쉬(refresh)되는 데이타량이 증가함에 따라 동시에 인에블되는 워드라인의 수가 증가하므로 전원선의 잡음은 이에 비례하여 큰 폭으로 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 데이타 감지 동작시의 잡음을 감소시키기 위하여, 감지 증폭기를 구동하는 감지 증폭기 구동단을 복수 개로 분리한 다음, 하나의 구동 트랜지스터 감지 동작시 전원전압(Vcc)의 전위에 관계없이 동작시키고 나머지는 전원전압 검출기를 사용하여 그 출력으로 동작 상태를 제어하도록 함으로써, 저전위의 전원전압에서는 구동단을 구성하는 모든 트랜지스터가 동작하여 감지 속도를 향상시키고, 고전위의 전원전압에서는 하나의 구동트랜지스터가 동작하여 칩의 잡음 발생을 억제하도록 하였다.
제1도는 종래 기술에 의한 감지 증폭기의 개략도를 도시한 것으로, 제1감지 증폭기 제어신호(øSEP)에 의해 그 동작이 제어되는 풀-업 구동단인 PMOS형 트랜지스터(MP1)과, 제2감지 증폭기 제어신호(øSEN)에 의해 그 동작이 제어되는 풀-다운 구동단인 NMOS형 트랜지스터(MN1)과, 비트라인(BL,/BL)에 크로스 커플드 래치(cross coupled latch) 구조로 접속되어 있는 트랜지스터(MP2,MP3,MN2,MN3)으로 이루어져 있다.
점선으로 접속되어 있는 캐패시터(CBL, C/BL)은 각각 비트라인(BL,/BL)의 기생 캐패시터를 모델링한 것이다.
상기 비트라인(BL, /BL) 간의 전위차가 수십 mV 이상인 상태에서 감지 증폭기 제어신호(øSEP,øSEN)가 인에이블 되면 풀-업 구동 트랜지스터(MP1)은 전원전압(Vcc)로부터 감지 증폭기로 전류를 공급하고, 풀-다운 구동 트랜지스터(MN1)은 감지 증폭기로부터 접지전압(Vss)로 전류를 방전하게 되며, 래치 구조의 트랜지스터(MP2,MP3,MN2,MN3)은 래치 동작에 의해 비트라인(BL, /BL) 간의 전위차를 증폭하게 된다. 여기서, 풀-업 구동 트랜지스터(MP1)과 풀-다운 구동 트랜지스터(MN1)은 전원전압(Vcc)의 전위에 관계없이 감지 증폭기 제어신호(øSEP,øSEN)에 따라 각각 동작하므로 고전위의 전원전압(Vcc)에서는 많은 양의 전류가 풀-업, 풀-다운 구동단을 통해 흐르게 된다.
특히, 리프레쉬율(refresh rate)이 4K에서 2K, 1K로 증가함에 따라 동시에 동작하는 감지 증폭기의 갯수가 4K 리프레쉬 경우에 비해 2배, 4배로 증가하므로, 제1도에 도시된 바와 같은 종래의 감지 증폭기를 사용하에되면 감지 증폭기 동작시에 소모되는 피크 전류의 값 또한 이에 비례해서 증가하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 전원전압(Vcc)의 전위에 따라 감지 증폭기에서 소모되는 전류량을 조절하도록 회로를 구성하여 종래 기술의 문제점을 제거하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 감지 증폭기를 구동하는 감지 증폭기 구동수단을 복수 개로 분리한 다음, 하나의 구동 트랜지스터는 감지 동작시 전원전압(Vcc)의 전위에 관계없이 동작시키고 나머지는 전원전압 검출기를 사용하여 그 출력으로 동작 상태를 제어하도록 하였다.
제2도에 도시된 감지 증폭기의 실시예를 참조하여 본 발명에 관한 상세히 설명하기로 한다.
제2도에 도시된 본 발명의 감지 증폭기는 종래와 같은 크로스 커플드 래치 구조의 트랜지스터(MP13,MP14,MN13,MN14)와, 두 개로 분리된 풀-업 구동단(MP11,MP12)(12)와, 두 개로 분리된 풀-다운 구동단(MN11,MN12)(13)으로 구성되어 있으며, 상기 두 개로 분리된 풀-업 구동단(12) 중의 하나는 제1감지 증폭기 제어신호(øSEP)에 의해 제어되고 나머지 하나는 제1감지 증폭기 제어신호(øSEP)와 전원전압 검출기(11)의 출력(øPWR)에 의해 동시에 제어된다. 또한, 상기 두 개로 분리된 풀-다운 구동단(13) 중의 하는 제2감지 증폭기 제어신호(øSEN)에 의해 제어되고 나머지 하나는 제2감지 증폭기 제어신호(øSEN)와 전원전압 검출기(11)의 출력(øPWR)에 의해 동시에 제어된다.
점선으로 접속되어 있는 캐패시터(CBL, C/BL)은 상기 제1도에서와 마찬가지로 각각 비트라인(BL, /BL)의 기생 캐패시터를 모델링한 것이다.
제2도의 동작을 살펴보면 우선, 전원전압(Vcc)의 전위가 낮은 경우에는 전원전압 검출기(11)의 출력(øPWR)은 하이 상태가 되어 풀-업 구동단(MP11,MP12)(12)가 모드 제1감지 증폭기 제어신호(øSEP)에 의해 인에이블되고 풀-다운 구동수단(MN11,MN12)(13)은 제2감지 증폭기 제어신호(øSEN)에 의해 모두 인에이블되게 된다.
반면에, 전원전압(Vcc)의 전위가 어느 임계값 보다 높은 경우에는 전원전압 검출기(11)의 출력(øPWR)은 로우 상태가 되어 풀-업 트랜지스터(MP12)의 게이트 노드(A)는 하이 상태, 풀-다운 트랜지스터(MN12)의 게이트 노드(B)는 로우 상태가 되어 트랜지스터(MP12)와 트랜지스터(MN12)는 디스에이블 되고, 제1 및 제2감지 증폭기 제어신호(øSEP,øSEN)에 의해서만 제어되는 트랜지스터(MP11,MN11)만이 인에이블 된다.
즉, 전원전압(Vcc)의 전위가 임계값 보다 낮은 경우에는 다수 개의 풀-업 구동단(12)과 다수 개의 풀-다운 구동단(13)을 모두 동작시켜 감지 증폭기의 전류 구동 능력을 높여 주고, 전원전압(Vcc)의 전위가 임계값 보사 높은 경우에는 다수 개의 풀-업 구동단(12)와 출-다운 구동단(13) 중의 일부만을 동작시켜 감지 증폭기의 전류 구동 능력을 낮춤으로써, 전원선에 잡음이 발생하는 것을 방지하고 전력 소모 또한 줄이도록 하였다.
따라서, 본 발명의 감지 증폭기를 사용하게 되면 전원전압(Vcc)의 전위에 따라 감지 증폭기에서 소모되는 전류량을 조절할 수 있으므로, 비트라인 감지 동작시에 칩 내부의 전원선에서 발생하는 잡음을 감조시켜 안정된 데이타 리드/라이트 동작을 실현할 수 있고, 특히 싸이클 타임(cycle time)이 빨라짐에 따라 잡음의 소멸 시간이 단축되는 현상 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 크로스 커플드 래치(cross coupled latch) 구조를 이루고 있는 감지 증폭기에 있어서, 전원전압(Vcc)의 전위에 따라 소모되는 전류량을 조절하기 위하여, 감지 증폭기에 전원전압(Vcc)를 인가하는 다수 개의 트랜지스터로 구성된 풀-업 구동단과, 감지 증폭기를 접지전압(Vss)에 접속시키는 다수 개의 트랜지스터로 구성된 풀-다운 구동단을 포함하며, 상기 풀-업, 풀-다운 구동단은 전원전압(Vcc)를 감지한 전원전압 검출기의 출력과 감지 증폭기 제어신호에 의해 각각의 동작 상태가 제어되는 것을 특징으로 하는 감지 증폭기.
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