JP2015019158A - 半導体回路 - Google Patents

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Masatoshi Kono
雅俊 河野
正美 増田
Masami Masuda
正美 増田
幹彦 伊東
Mikihiko Ito
幹彦 伊東
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Masaru Koyanagi
勝 小柳
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Abstract

【課題】半導体回路の動作特性を向上する。
【解決手段】本実施形態の半導体回路は、第1の入力信号Vinが入力される第1の入力部10と、第2の入力信号VREFが入力される第2の入力部11と、入力部10,11に接続され、入力信号Vin,VREFに基づいて、出力信号Voutを生成する出力生成回路30と、出力信号Voutを出力するための出力部20と、入力部10,11と出力生成回路30との接続ノードに接続される電流源190と、を含む。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体回路に関する。
近年、半導体回路は、コンピュータ、ストレージデバイス、車載用の制御チップなど、様々な電子機器に用いられている。
例えば、チップサイズの縮小、動作特性の向上、消費電力の低減などが、半導体回路には求められている。
特開2010−26764号公報
半導体回路の動作速度を向上する技術を提案する。
本実施形態の半導体回路は、第1の入力信号が入力される第1の入力部と、第2の入力信号が入力される第2の入力部と、前記第1及び第2の入力部に接続され、前記第1及び第2の入力信号に基づいて、出力信号を生成する出力生成回路と、前記出力信号を出力するための出力部と、前記第1の入力部と前記出力生成回路との接続ノード、及び、前記第2の入力部と前記出力生成回路との接続ノードに、それぞれ接続される複数の電流源と、を含む。
本実施形態の半導体回路を模式的に示す図。 本実施形態の半導体回路の構成例を示す等価回路図。 本実施形態の半導体回路の動作例を示すフローチャート。 本実施形態の半導体回路の適用例を示すブロック図。
[実施形態]
以下、図1乃至図4を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
(1) 構成例
図1及び図2を参照して、実施形態のアンプ回路の構成について説明する。
図1は、実施形態のアンプ回路の構成例を示す模式図である。図2は、実施形態のアンプ回路の回路構成を示す等価回路図である。
図1に示されるように、本実施形態のアンプ回路1は、入力信号Vinが入力される第1の入力部10と、参照信号VREFが入力される第2の入力部11と、を含んでいる。本実施形態のアンプ回路1は、入力信号Vinと参照信号VREFとから出力信号Voutを生成するための出力生成回路30を含む。本実施形態のアンプ回路1は、出力生成回路30によって生成された出力信号Voutを出力する出力部20を、含んでいる。
本実施形態のアンプ回路1において、入力部10,11と出力生成回路30とを接続する内部端子(ノード)NDに、電流源190が接続されている。アンプ回路1が待機状態から動作状態へ遷移するとき、アンプ回路1の内部端子が、電流源190によって充電又は放電状態にされる。
尚、アンプ回路1の待機状態は、電源が投入される前(又は電源が投入された直後)の状態、駆動電圧V1がアンプ回路に印加される前の状態、又は、入力信号Vinが入力される前の状態などのように、アンプ回路1が入力信号Vinから出力信号Voutを生成する前の動作状態のことである。
図2に示されるように、アンプ回路1の一例として、第1及び第2の入力部10,11は、Nチャネル型電界効果トランジスタ100A,101AとPチャネル型電界効果トランジスタ100B,101Bとを、それぞれ含む。以下では、Nチャネル型電界効果トランジスタのことを、N型トランジスタと表記し、Pチャネル型電界効果トランジスタのことを、P型トランジスタと表記する。電界効果トランジスタは、例えば、MOSトランジスタである。
アンプ回路10において、N型及びP型トランジスタ100A,100Bのゲートが、アンプ回路1の第1の入力部10として、用いられる。入力信号Vinが、N型及びP型トランジスタ100A,100Bのゲートに、供給される。
アンプ回路1において、N型及びP型トランジスタ101A,101Bのゲートが、アンプ回路1の第2の入力部11として、用いられる。参照信号VREFが、N型及びP型トランジスタ101A,101Bのゲートに供給される。
第1の入力部10のN型トランジスタ100Aの電流経路の一端は、P型トランジスタ121Aの電流経路を経由して、電源電圧V1が印加されるノード(以下では、電源線とよぶ)に接続されている。第2の入力部11のN型トランジスタ101Aの電流経路の一端は、P型トランジスタ123Aの電流経路を経由して、電源線に接続されている。P型トランジスタ121A,123Aは、入力部10,11のN型トランジスタ100A,101Aに対して、負荷(負荷トランジスタ)として機能する。
各入力部10,11のN型トランジスタ100A,101Aの電流経路の他端は、電流源190Aの入力端子に接続されている。電流源190Aの出力端子は、グランド電圧が印加されるノード(以下では、グランド線とよぶ)に接続されている。
第1の入力部10のP型トランジスタ100Bの電流経路の一端は、N型トランジスタ124Aの電流経路を経由して、グランド線に接続されている。第2の入力部11のP型トランジスタ101Bの電流経路の一端は、N型トランジスタ122Aの電流経路を経由して、グランド線に接続されている。N型トランジスタ122A,124Aは、入力部10,11のP型トランジスタ100B,101Bに対して、負荷(負荷トランジスタ)として機能する。
各入力部10,11のP型トランジスタ100B,101Bの電流経路の他端は、電流源190Bの出力端子に接続されている。電流源190Aの入力端子は、電源線に接続され、電圧V1が電流源190Aに印加される。
N型トランジスタ100AとN型トランジスタ101Aとが、差動入力部(差動回路)を形成し、P型トランジスタ100BとP型トランジスタ101Bとが、差動入力部(差動回路)を形成している。このように、アンプ回路1は、差動入力部を含み、差動アンプ回路として駆動する。
例えば、参照信号VREFの電位は、入力信号Vinとして入力される“H”レベルの電位と“L”レベルの電位との中間の値に設定されている。
アンプ回路の駆動電圧V1が、3.3Vである場合、例えば、“H”レベルの入力信号Vinに対応する電位が、3.3V程度であり、参照信号VREFの電位は、1.65V程度の大きさを有している。“L”レベルの入力信号Vinに対応する電位は、例えば、0V程度である。尚、入力信号Vinの電位及び参照信号VREFの電位は、アンプ回路1及びアンプ回路を含む半導体回路の仕様に応じて、適宜変更される。例えば、駆動電圧V1は、1.8V程度でもよい。
本実施形態のアンプ回路1は、カレントミラー型の差動アンプ回路である。
本実施形態のアンプ回路1の出力生成回路30は、複数のカレントミラー回路を含む。例えば、本実施形態において、出力生成回路30は、5つのカレントミラー回路300A,300B,300C,300D,300Eから形成されている。
カレントミラー回路300Aが、P型トランジスタ121AとP型トランジスタ121Bとから形成されている。P型トランジスタ121AとP型トランジスタ121Bとからカレントミラー回路300Aは、第1の入力部10のN型トランジスタ100Aに接続されている。
P型トランジスタ121Aはダイオード接続され、P型トランジスタ121Aのゲートは、P型トランジスタ121Aの電流経路の一端に接続されている。P型トランジスタ121Aのゲートは、P型トランジスタ121Bのゲートに接続されている。2つのP型トランジスタ121A,121Bの互いに接続されたゲートによって、カレントミラー回路300Aのノード(入力端子)ND1Aが形成される。P型トランジスタ121A,121Bの電流経路の他端は、電源線V1に接続されている。
第1の入力部10のN型トランジスタ100Aの電流経路の一端が、P型トランジスタ121Aの電流経路の一端に接続されるとともに、P型トランジスタ121A,121Bの互いに接続されたゲート(ノードND1A)に接続されている。
N型トランジスタ100Aの駆動状態に応じて、カレントミラー回路300Aの基準電流の大きさが変動する。その基準電流に応じて、カレントミラー回路300Aは、電流を出力する。
N型トランジスタ122AとN型トランジスタ122Bとが、カレントミラー回路300Bを形成している。N型トランジスタ122AとN型トランジスタ122Bとからなるカレントミラー回路300Bは、第2の入力部11のP型トランジスタ101Bに接続されている。
N型トランジスタ122Aの電流経路の一端は、P型トランジスタ101Bの一端に接続されている。N型トランジスタ122Aの他端は、接地されている。N型トランジスタ122Aはダイオード接続され、N型トランジスタ122Aの電流経路の一端は、N型トランジスタ122Aのゲートに接続されている。N型トランジスタ122Bの電流経路の他端は、グランド線に接続され、接地されている。
N型トランジスタ122Aのゲートは、N型トランジスタ122Bのゲートに接続されている。2つのN型トランジスタ122A,122Bの互いに接続されたゲートによって、カレントミラー回路300Bのノード(入力端子)ND2Bが形成される。
第2の入力部11のP型トランジスタ101Bの電流経路の一端が、N型トランジスタ122Aの電流経路の一端に接続されるとともに、N型トランジスタ122A,122Bの互いに接続されたゲート(ノードND2B)に接続されている。
P型トランジスタ101Bの駆動状態に応じて、カレントミラー回路300Bの基準電流の大きさが変動する。カレントミラー回路300Bは、その基準電流に応じた電流を出力する。
カレントミラー回路300Bの出力端子としてのN型トランジスタ122Bの電流経路の一端は、カレントミラー回路300Aのノード(入力端子)ND1A、すなわち、2つのP型トランジスタ121A,121Bのゲートに接続されている。カレントミラー回路300Bの出力電流が、カレントミラー回路300Aの基準電流の一部として、入力部11のトランジスタ101Bからの電流とともに、カレントミラー回路300Aに供給される。
カレントミラー回路300Cが、P型トランジスタ123A,123Bによって形成される。P型トランジスタ123A,123Bからなるカレントミラー回路300Cが、第2の入力部11のN型トランジスタ101Aに接続されている。
P型トランジスタ123Aのゲートが、P型トランジスタ123Bのゲートに接続される。2つのP型トランジスタ123A,123Bの互いに接続されたゲートによって、カレントミラー回路300CのノードND2Aが形成される。
P型トランジスタ123Aはダイオード接続され、P型トランジスタ123Aの電流経路の一端は、P型トランジスタ123Aのゲートに接続されている。
第2の入力部11のN型トランジスタ101Aの電流経路の一端が、P型トランジスタ123Aの電流経路の一端に接続されるとともに、P型トランジスタ123A,123Bの互いに接続されたゲートに、接続されている。P型トランジスタ123A,123Bの他端は、電源線に接続されている。
N型トランジスタ101Aの駆動状態に応じて、カレントミラー回路300Cの基準電流の大きさが決まる。カレントミラー回路300Cは、その基準電流に応じた電流を出力する。
N型トランジスタ124AとN型トランジスタ124Bとによって、カレントミラー回路300Dが形成されている。第1の入力部11のP型トランジスタ100Bが、N型トランジスタ124AとN型トランジスタ124Bとから形成されるカレントミラー回路300Dが接続されている。
N型トランジスタ124Aはダイオード接続され、N型トランジスタ124Aの電流経路の一端は、N型トランジスタ124Aのゲートに接続されている。N型トランジスタ124A及びN型トランジスタ124Bの電流経路の他端は、グランド線に接続され、接地されている。
N型トランジスタ124Aのゲートは、N型トランジスタ124Bのゲートに接続されている。2つのN型トランジスタ124A,124Bの互いに接続されたゲートによって、カレントミラー回路300BのノードND2Bが形成される。
P型トランジスタ100Bの電流経路の一端が、N型トランジスタ124の電流経路の一端に接続されるとともに、ノードND1Bに接続されている。
P型トランジスタ100Bの駆動状態に応じて、カレントミラー回路300Dの基準電流の大きさが決まる。カレントミラー回路300Dは、その基準電流に応じた電流を出力する。
カレントミラー回路300Dの出力端子、より具体的には、N型トランジスタ124Bの電流経路の一端は、カレントミラー回路300Cのノード(入力端子)ND2A、すなわち、2つのP型トランジスタ123A,123Bのゲートに接続されている。カレントミラー回路300Dの出力電流が、カレントミラー回路300Cの基準電流の一部として、入力部10のトランジスタ100Bからの電流とともに、カレントミラー回路300Cに供給される。
N型トランジスタ125AとN型トランジスタ125Bとによって、カレントミラー回路300Eが形成される。
N型トランジスタ125Aは、ダイオード接続されている。N型トランジスタ125Aの電流経路の一端は、N型トランジスタ125Aのゲートに接続されている。N型トランジスタ125Aの電流経路の他端は、接地されている。
N型トランジスタ125Aのゲートは、N型トランジスタ125Bのゲートに接続されている。N型トランジスタ125Bの電流経路の他端は、接地されている。
N型トランジスタ125Aの電流経路の一端は、P型トランジスタ121Bの電流経路の一端に接続されている。カレントミラー回路300Aの出力電流が、カレントミラー回路300Eの基準電流として、カレントミラー回路300Eに、供給される。
カレントミラー回路300Eの出力端子が、カレントミラー回路300Cの出力端子に接続されている。N型トランジスタ125Bの電流経路の一端は、P型トランジスタ123Bの電流経路の一端に接続されている。
2つのカレントミラー回路300C,300Eの互いに接続された出力端子が、アンプ回路の出力部20となる。
差動入力部10,11に入力される信号Vin,VREFに対する入力部10,11の差動に基づいたカレントミラー回路300C,300Eからの電流によって、N型トランジスタ125BとP型トランジスタ123Bがプッシュプル動作し、アンプ回路1の出力信号Voutが生成される。
このように、本実施形態のアンプ回路1が含む差動入力部と多段に接続された複数のカレントミラー回路とによって、入力信号Vinが差動増幅され、増幅された信が出力信号号Voutとして、出力される。
以下では、アンプ回路1の出力生成回路30を形成するカレントミラー回路300A,300B,300C,300D,300Eを区別しない場合には、カレントミラー回路300と表記する。
本実施形態のアンプ回路1において、入力部10,11と出力生成回路(カレントミラー回路)300A,300B,300C,300Dとを接続する内部端子(接続ノード)において、電流源190A,190B,190C,190Dが接続されている。
電流源190Aが、第1の入力部10のN型トランジスタ100Aとカレントミラー回路300Aとの接続ノードに、接続されている。
電流源190Aは、スイッチ素子としてのN型トランジスタ191Aの電流経路を経由して、ノードND1Aに接続されている。電流源190Aの入力端子が、N型トランジスタ191Aの電流経路を経由して、ノードND1Aに接続されている。電流源190Aの出力端子は、グランド線に接続されている。
N型トランジスタ191Aのオン/オフによって、電流源190AとノードND1Aとの導通状態が制御される。N型トランジスタ191Aのオン/オフは、N型トランジスタ191Aのゲートに供給される制御信号CT1によって、制御される。
電流源190Bは、N型トランジスタ191Bの電流経路を経由して、第2の入力部11のN型トランジスタ101Aとカレントミラー回路300Cとの接続ノードND2Aに接続されている。電流源190Bの入力端子が、N型トランジスタ191Bの電流経路を経由して、ノードND2Aに接続されている。電流源190Aの出力端子は、グランド線に接続されている。
N型トランジスタ191Bのオン/オフによって、電流源190BとノードND2Aとの導通状態が制御される。N型トランジスタ191Bのオン/オフは、N型トランジスタ191Bのゲートに供給される制御信号CT1によって、制御される。
電流源190A,190Bが、オン状態のN型トランジスタ191A,191Bを介して、ノードND1A,ND2Aと導通状態になることによって、ノードND1A,ND2Aは、放電される。
電流源190Cは、P型トランジスタ196Aの電流経路を経由して、第1の入力部10のP型トランジスタ100Bとカレントミラー回路300Dとの接続ノードND1Bに接続されている。電流源190Cの出力端子が、P型トランジスタ196Aの電流経路を経由して、ノードND1Bに接続されている。電流源190Cの入力端子は、電源線に接続されている。
P型トランジスタ196Aのオン/オフによって、電流源190CとノードND1Bとの導通状態が制御される。P型トランジスタ196Aのオン/オフは、N型トランジスタ196Aのゲートに供給される制御信号CT2によって、制御される。
電流源190Dは、P型トランジスタ196Bの電流経路を経由して、第2の入力部11のP型トランジスタ101Bとカレントミラー回路300Bとの接続ノードND2Bに接続されている。電流源190Dの出力端子が、P型トランジスタ196Bの電流経路を経由して、ノードND2Bに接続されている。電流源190Dの入力端子は、電源線に接続されている。
P型トランジスタ196Bのオン/オフによって、電流源190DとノードND2Bとの導通状態が制御される。P型トランジスタ196Aのオン/オフは、N型トランジスタ196Aのゲートに供給される制御信号CT2によって、制御される。
電流源190C,190Dが、オン状態のP型トランジスタ196A,196Bを介して、ノードND1B,ND2Bと導通状態になることによって、ノードND1B,ND2Bは、充電される。
各電流源190A,190B,190C,190Dは、所定の電流値の電流を出力する。
例えば、本実施形態のアンプ回路1が入力信号Vinを取り込む前に、入力部10,11とカレントミラー回路300A,300B,300C,300Dとのノードが、ノードに接続されている素子の特性(例えば、トランジスタの導電型)に応じて、放電又は充電状態にされる。
このように、待機状態から駆動状態に遷移される時に、電流源190A,190B,190C,190Dによって、N型トランジスタから形成されるカレントミラー回路のノードは、あらかじめ放電状態にされ、P型トランジスタから形成されるカレントミラー回路のノードは、あらかじめ充電状態にされる。
以下では、ノードND1A,ND2A,ND1B,ND2Bを放電又は充電状態にするための電流源190A,190B,190C,190Dを区別しない場合には、電流源190を表記する。
尚、ノードND1A,ND2Aの放電を制御するための各トランジスタ191A,191Bは、共通の制御信号CT1に制御されてもよいし、互いに独立な制御信号によって、駆動されてもよい。また、ノードND1B,ND2Bの充電を制御するトランジスタ196A,196Bは、共通の制御信号CT2に制御されてもよいし、互いに独立な制御信号によって、駆動されてもよい。
本実施形態のアンプ回路1は、入力部10,11とカレントミラー回路(出力生成回路)300A,300B,300C,300Dとの接続部に、電流源190が接続されている。これによって、アンプ回路1が待機状態から駆動状態になるときに、電流源190によって、アンプ回路1の内部端子、例えば、入力部10,11とカレントミラー回路300A,300B,300C,300Dとのノードの電位が、制御される。
この結果として、本実施形態のアンプ回路1は、入力信号Vinを取り込む前(アンプ回路1の動作が開始される前)に、カレントミラー回路300A,300C,300D,300Dのノードを、あらかじめ放電状態又は充電状態にでき、アンプ回路の動作の遷移時の遅延を抑制できる。
これによって、本実施形態のアンプ回路は、アンプ回路における入力信号Vinを取り込んでから出力信号Voutの生成が開始されるまでの時間を、短縮でき、アンプの動作を高速化できる。
したがって、本実施形態の半導体回路によれば、回路の動作特性を向上できる。
(2) 動作例
本実施形態のアンプ回路の動作について、図3を用いて、説明する。ここでは、本実施形態のアンプ回路の動作を説明するために、図2も適宜用いる。
図3は、本実施形態のアンプ回路の動作を説明するためのフローチャートである。
図3に示されるように、例えば、本実施形態のアンプ回路1を含む半導体集積回路に対する電源電圧/駆動電圧の印加時や、スリープ状態からの復帰動作の開始時に、本実施形態のアンプ回路1が、待機状態から動作状態へ遷移する(ステップST0)。これによって、本実施形態のアンプ回路1の動作が開始される。
アンプ回路1内において、入力部10,11と内部回路(出力生成回路)300とを接続する内部端子(接続ノード)に接続された電流源190がオン状態にされる。これによって、電流源190とアンプ回路1の内部端子とが導通状態になり、入力部10,11と出力生成回路としてのカレントミラー回路300の接続ノードが、電流源190によって、放電又は充電される(ステップST1)。
図2の実施形態のアンプ回路1に、電源電圧V1が印加された状態で、入力信号Vin及び参照信号VREFが入力される前において、“H”レベルの制御信号CT1が、電流源190A,190Bと内部ノードND1A,ND2Aとの接続を制御するためのN型トランジスタ191A,191Bのゲートに、それぞれ入力される。N型トランジスタ191A,191Bがオンし、電流源190A,190BとノードND1A,ND2Aとが、導通状態にされる。
これによって、電流源190Aによって、入力信号Vin側のカレントミラー回路300AのノードND1Aは、放電状態にされる。また、電流源190Bによって、参照信号VREF側のカレントミラー回路300CのノードND2Aは、放電状態にされる。
制御信号CT1の入力と実質的に同時に、“L”レベルの制御信号CT2が、電流源190C,190DとノードND1B,ND2Bとを接続を制御するためのP型トランジスタ196A,196Bのゲートに、それぞれ入力される。P型トランジスタ196A,196Bがオンし、電流源190C,190DとノードND1B,ND2Bとが、導通状態にされる。
これによって、電流源190Cからノードに供給される電流によって、入力信号Vin側のカレントミラー回路300DのノードND1Bは、充電状態にされる。電流源190Dからの電流によって、参照信号VREF側のカレントミラー回路300BのノードND2Bは、充電にされる。
このように、本実施形態のアンプ回路が、待機状態から入力信号Vinが入力される前までの期間において、入力部10,11とカレントミラー回路300A,300B,300C,300Dとの接続ノードND1A,ND2A,ND1B,ND2Bがある電位に遷移するように、ノードND1A,ND2A,ND1B,ND2Bのそれぞれが、電流源190によって放電又は充電される。
そして、入力電圧Vin及び参照信号VREFが、入力される。本実施形態のアンプ回路1は、入力信号Vinを取得し、入力信号Vin及び参照信号VREFの差動増幅により出力信号Voutを生成する(ステップST2)。
入力信号Vinが“H”レベルである場合、以下のように、本実施形態のアンプ回路1は、駆動する。
“H”レベルの入力信号Vinの電位(例えば、3.3V)は、参照信号VREFの電位(例えば、1.65V)より高い。
それゆえ、“H”レベルの入力信号Vinが入力されるN型トランジスタ100Aの出力電流が増加し、参照信号VREFが入力されるN型トランジスタ101Aの出力電流が減少する。また、“H”レベルの入力信号Vinが入力されるP型トランジスタ100Bの出力電流は、参照信号VREFが入力されるP型トランジスタ101Aの出力電流より小さくなる。
このように、入力部10,11のN型及びP型トランジスタ100A,101A,100B,101Bは、差動状態で駆動する。
入力部10,11のトランジスタ100A,100B,101A,101Bのそれぞれからの電流が、各トランジスタ100A,100B,101A,101Bが接続されたカレントミラー回路300A,300D,300C,300Bに、カレントミラー回路の基準電流として、供給される。
入力信号Vinの電圧値が参照信号VREFの電圧値より大きい場合、カレントミラー回路300Cに供給される電流より大きい電流が、N型トランジスタ100Aによって、カレントミラー回路300Aに、供給される。また、カレントミラー回路300Dに供給される電流より大きい電流が、カレントミラー回路300Bに、P型トランジスタ101Bによって、供給される。
また、カレントミラー回路300Aのノード1Aには、N型トランジスタ100Aからの電流に加えて、カレントミラー回路300Bの出力電流が、基準電流として供給される。カレントミラー回路300CのノードND2Aには、N型トランジスタ101Aからの電流に加えて、カレントミラー回路300Dの出力電流が、基準電流として供給される。
これによって、各カレントミラー回路300A,300B,300C,300DのノードND1A,ND2B,ND2A,ND1Bの電位が、入力部10,11のトランジスタ100A,101B,101A,100Bの電流に起因して、変動する。各カレントミラー回路300は、供給された基準電流の大きさに応じて、電流を出力する。
本実施形態において、アンプ回路1が待機状態から駆動状態になる前(入力信号Vinのサンプリングが開始される前)に、カレントミラー回路300A,300CのノードND1A,ND2Aは、放電され、カレントミラー回路300B,300DのノードND2B,ND1Bは充電されている。それゆえ、入力部10,11のトランジスタ100A,100B,101A,101Bの電流によってノードND1A,ND1B,ND2A,ND2Bの電位が遷移する期間が、短縮される。
カレントミラー回路300Aは、差動入力部10を形成しているN型トランジスタ100Aの電流の大きさとカレントミラー回路300Bの出力電流の大きさとに応じて、出力電流を出力する。カレントミラー回路300Aからの電流は、カレントミラー回路300Eに出力される。カレントミラー回路300Aからの電流は、P型トランジスタ121B電流経路の一端からカレントミラー回路300Eのダイオード接続されたN型トランジスタ125Aの電流経路の一端及びゲートに、供給される。
カレントミラー回路300Eは、カレントミラー回路300Aからの電流を基準電流として、電流を出力する。
カレントミラー回路300Cは、差動入力部11を形成しているP型トランジスタ101Aの電流の大きさとカレントミラー回路300Dの出力電流の大きさとに応じた電流を、出力する。
カレントミラー回路300Cの出力電流及びカレントミラー回路300Eの出力電流によって、出力部20の電位が変化する。
ここで、入力信号Vinの電圧値が参照信号VREFの電圧値より大きい場合、第1の入力部10のN型トランジスタ100Aを流れる電流が、第2の入力部11のN型トランジスタ101Aを流れる電流より大きい。すなわち、カレントミラー回路300CのP型トランジスタ123Bから出力される電流は、カレントミラー回路300EのN型トランジスタ125Bから出力される電流より小さい。
この結果として、P型トランジスタ123BとN型トランジスタ125Bとのプッシュプル動作により、出力部20が接続されたノードの電位は、駆動電圧V1からグランド電圧に低下する。
したがって、“L”レベルの出力信号Voutが、アンプ回路1内のカレントミラー回路からなる出力生成回路30からアンプ回路1の外部へ出力される。
入力信号Vinが“L”レベルである場合、以下のように、本実施形態のアンプ回路1は、駆動する。
“L”レベルの入力信号Vinの電位(例えば、0V)は、参照信号VREFの電位(例えば、1.65Vより低い。
それゆえ、“L”レベルの入力信号Vinが入力されるN型トランジスタ100Aの電流が減少し、参照信号VREFが入力されるN型トランジスタ101Aの電流が増大する。
また、“L”レベルの入力信号Vinが入力されるP型トランジスタ100Bの電流は、参照信号VREFが入力されるP型トランジスタ101Bの電流より大きくなる。
この場合、入力信号Vinが“H”レベルである場合と反対に、カレントミラー回路300Cの出力電流が、カレントミラー回路300Eの出力電流より大きくなるので、出力部20が接続されたノードの電位は、駆動電圧V1になる。
したがって、“H”レベルの出力信号Voutが、アンプ回路1内のカレントミラー回路からなる出力生成回路30からアンプ回路1の外部へ出力される。
このように、本実施形態のカレントミラー回路型のアンプ回路1において、入力信号Vinと参照信号VREFとの差動増幅によって、出力信号Voutが生成される。
生成された出力信号Voutが、アンプ回路1の出力部20からアンプ回路1の外部へ出力される(ステップST3)。
以上のように、本実施形態のアンプ回路1が駆動される。
図3に示されるように、アンプ回路1が待機状態から動作状態に遷移する時に、入力部10,11とカレントミラー回路300(出力生成回路30)との接続ノードに接続された電流源190によって、それらの接続ノードが、入力信号が入力される前(アンプ回路が出力信号を生成する前)に充電又は放電される。
これによって、アンプ回路1が待機状態から駆動状態になるときにおける、アンプ回路1の入力部10,11とカレントミラー回路300とのノードが所定の電位に達するまでの時間(出力信号Voutの生成が開始されるまでの時間)を短縮でき、アンプ回路1の動作を高速化できる。
したがって、本実施形態の半導体回路の動作によれば、半導体回路の動作特性を向上できる。
(3) 適用例
図4を用いて、本実施形態のアンプ回路の適用例について、説明する。
例えば、本実施形態のアンプ回路は、半導体メモリに用いられる。
図4は、本実施形態のアンプ回路を含む半導体メモリの構成の主要部を示すブロック図である。本実施形態の半導体メモリ7は、例えば、NAND型フラッシュメモリである。
フラッシュメモリ7のチップの外部には、コントローラ8及びホスト9が設けられている。コントローラ8は、ホスト8からのデータの読み出し要求又はデータの書き込み要求に基づいて、フラッシュメモリ7に制御信号(コマンド)を送信し、メモリセルに対するデータの書き込み又はデータの読み出しをフラッシュメモリ7に指示する。コントローラ8及びホスト9は、フラッシュメモリ7からの制御信号(ステータス)を受信し、フラッシュメモリ7の動作状況を把握する。
また、コントローラ8及びホスト9は、コマンドとともに書き込むべきデータ及びデータを書き込むロウ及びカラムを示すアドレスをフラッシュメモリ7に送信する。コントローラ8及びホスト9は、コマンドに応じてフラッシュメモリ7から読み出されたデータを受信する。また、コントローラ8及びホスト9は、読み出されたデータに対応するアドレスを受信する。
フラッシュメモリ7とコントローラ8とによって、メモリカードやSSD(Solid State Drive)などのストレージデバイス(メモリシステム)200が、形成される。
フラッシュメモリ7において、メモリセルアレイ70は、複数のメモリセルを含んでいる。メモリセルアレイ1に対して、制御単位としての複数のブロックが設定されている。ブロックは、例えば、消去の最小単位を示している。
1つのブロックは、ロウ方向に並んだ複数のメモリセルユニットMUから構成される。
1つのメモリセルユニットMUは、複数のメモリセルMCから形成されるメモリセルストリングと、メモリセルストリングの一端及び他端に接続されたセレクトトランジスタSTとを含んでいる。メモリセルストリングにおいて、メモリセルMCの電流経路が、カラム方向に沿って直列接続されている。
メモリセルユニットMUの一端に、ソース線SLが接続される。メモリセルユニットMUの他端に、ビット線BLが接続されている。
メモリセルMCは、電荷蓄積層(例えば、浮遊ゲート電極、又は、電子に対するトラップ準位を含む絶縁膜、又はこれらの積層膜)を有するゲート構造の電界効果トランジスタである。カラム方向に隣接する2つのメモリセルMCはソース/ドレインが接続されている。これによって、メモリセルMCの電流経路が直列接続され、メモリセルストリングが形成される。
ワード線WLはロウ方向に延在し、各ワード線WLはロウ方向に沿って配列された複数のメモリセルMCのゲートに共通に接続される。
セレクトゲート線SGLはロウ方向に延び、ロウ方向に沿って配列されたセレクトトランジスタSTのゲートに共通に接続される。
各メモリセルMCは、トランジスタのしきい値電圧の大きさ(しきい値電圧の分布)とデータとが対応づけられることによって、外部からの1bit又は2bit以上のデータを記憶する。データは、同一のワード線WLに接続されたメモリセルMCに対して、一括して書き込まれる、又は、読み出される。データの書き込み/読み出しにおけるメモリセルアレイ1のロウの制御単位は、ページとよばれる。
ロウ制御回路71は、メモリセルアレイ70のロウを制御する。ロウ制御回路71は、メモリセルアレイ70内に設けられたワード線WL及びセレクトゲート線SGLに接続されている。ロウ制御回路71は、アドレスバッファ74から転送されたロウアドレスに基づいて、ブロック及びページ(ワード線WL)を選択し、ワード線WL及びセレクトゲート線SGLの動作(電位)を制御する。例えば、ロウ制御回路71は、ソース線SLの電位を制御する。
カラム制御回路72は、メモリセルアレイ70のカラムを制御する。カラム制御回路72は、アドレスバッファ74から転送されたカラムアドレスに基づいて、メモリセルアレイ70のカラムに対して設定された制御単位を選択し、ビット線BLの動作(電位)を制御する。カラム制御回路72は、センスアンプ回路720、データラッチ回路721及びカラムデコーダ722などを含んでいる。
センスアンプ回路720は、ビット線BLの充電及び放電を制御する、及び、ビット線BLの電位変動を増幅及び検知する。
データラッチ回路721は、外部からのデータ、及び、メモリセルアレイ10からのデータを、一時的に保持する。
カラムデコーダ722は、アドレスバッファ74からのカラムアドレスをデコードし、選択されたビット線(選択ビット線とよぶ)BL又はメモリセルアレイ10のカラムに割り付けられた複数の制御単位をアクティブにする。
電圧生成回路73は、データの書き込み(プログラム)時、データの読み出し時及び消去時に、各ワード線WLに印加される書き込み電圧、読み出し電圧、中間電位及び非選択電位を生成する。電圧生成回路73は、例えば、セレクトゲート線SGLに印加される電位を生成する。電圧生成回路73によって生成された電位は、ロウ制御回路71に転送され、選択/非選択ワード線WL、セレクトゲート線SGLにそれぞれ印加される。電圧生成回路73は、カラム制御回路72に印加される電位、或いは、ソース線SLに印加される電位及びウェル領域に印加される電位を生成する。
データ入出力バッファ75は、データの入出力のインターフェイスとなる。データ入出力バッファ75は、入出力制御回路(I/O制御回路)78を介して入力された外部装置(例えば、コントローラ8又はホスト9)からのデータを、一時的に保持する。データ入出力バッファ75は、メモリセルアレイ70から出力されたデータを一時的に保持し、所定のタイミングで、保持しているデータを、I/O制御回路78を介してフラッシュメモリ7の外部へ出力する。
アドレスバッファ74は、I/O制御回路78を介して入力されたアドレス信号を、一時的に保持する。外部からのアドレス信号は、例えば、物理アドレスであり、物理ロウアドレス及び物理カラムアドレスを含んでいる。
内部制御回路76は、フラッシュメモリ7全体の動作を管理する。内部制御回路76は、I/O制御回路78を経由して供給された制御信号(コマンド)を受信する。内部制御回路76は、フラッシュメモリ7内部の動作状況を示す制御信号(ステータス)を、外部装置8,9に送信する。制御信号としてのコマンド又はステータスは、コマンド/ステータスバッファ79を介して、内部制御回路76とI/O制御回路78との間で、入出力される。
論理制御回路77は、CLE(Command Latch Enable)及びALE(Address Latch enable)等の、外部(ホスト装置又はコントローラ)からの制御信号(例えば、イネーブル信号)を受信し、その信号を、内部制御回路76に転送する。論理制御回路180は、受信した信号(コマンドやデータ)を、I/O制御回路20に出力する。
I/O制御回路78は、フラッシュメモリ7とコントローラ8/ホスト9との間において、データの入出力、コマンドの受信、ステータスの送信などの動作タイミングを制御する。I/O制御回路78は、例えば、インターフェイス処理を実行するための制御ユニット(インターフェイス処理ユニット)を含んでいる。
I/O制御回路78は、例えば、I/O端子及びI/O信号線を介して、コントローラ8に接続される。I/O制御回路78は、各バッファ74,75,79を介して、又は、直接、フラッシュメモリ7内部の各回路71,72,76に接続される。
実施形態のアンプ回路1は、例えば、I/O制御回路78内に設けられる。例えば、フラッシュメモリ7に用いられたアンプ回路1は、外部(例えば、コントローラ8)からの信号を入力信号Vinとして差動増幅し、その信号を出力信号Voutとして、フラッシュメモリ7内部の回路へ出力する。尚、本実施形態のアンプ回路1は、フラッシュメモリ7から外部装置へ信号を出力するためのアンプ回路に用いられてもよい。実施形態のアンプ回路1は、カラム制御回路72や電圧生成回路73など、フラッシュメモリ7内のI/O制御回路78以外の回路に用いられてもよい。
以上のように、本実施形態のアンプ回路1は、半導体メモリ、例えば、NAND型フラッシュメモリに適用できる。
尚、本実施形態のアンプ回路1は、NAND型フラッシュメモリ以外のフラッシュメモリ(例えば、NOR型又はAND型フラッシュメモリ)、DRAM、SRAM、MRAM、PCRAM及びReRAMにも適用できる。本実施形態のアンプ回路1を含むメモリは、3次元構造のメモリセルアレイを有していてもよい。例えば、3次元構造のメモリセルアレイ内において、メモリセルは、電荷蓄積層を含む縦型トランジスタである。本実施形態のアンプ回路1を含む半導体メモリは、クロスポイント型のメモリセルアレイを有していてもよい。本実施形態のアンプ回路1は、ロジック回路及びアナログ回路からなる半導体集積回路、イメージセンサ、システムLSIなどに、適用できる。
以上のように、本実施形態のアンプ回路1を含む半導体集積回路は、データ及び信号の入出力を高速化できる。
[その他]
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1:アンプ回路、10,11:入力部、30:出力生成回路、300A,300B,300C,300D,300E:カレントミラー回路、190,190A,190B,190C,190C:電流源。

Claims (6)

  1. 第1の入力信号が入力される第1の入力部と、
    前記第1の入力部と差動回路を形成し、第2の入力信号が入力される第2の入力部と、
    前記第1及び第2の入力部にそれぞれ接続された複数のカレントミラー回路から形成され、前記第1及び第2の入力信号に基づいて、出力信号を生成する出力生成回路と、
    前記出力信号を出力するための出力部と、
    前記第1の入力部と前記カレントミラー回路との接続ノード、及び、前記第2の入力部と前記カレントミラー回路との接続ノードに、それぞれ接続される複数の電流源と、
    を具備し、
    前記第1の入力部に前記第1の入力信号が入力される前に、
    前記電流源によって、前記接続ノードが、充電又は放電される、
    ことを特徴とする半導体回路。
  2. 第1の入力信号が入力される第1の入力部と、
    第2の入力信号が入力される第2の入力部と、
    前記第1及び第2の入力部に接続され、前記第1及び第2の入力信号に基づいて、出力信号を生成する出力生成回路と、
    前記出力信号を出力するための出力部と、
    前記第1の入力部と前記出力生成回路との接続ノード、及び、前記第2の入力部と前記出力生成回路との接続ノードに、それぞれ接続される複数の電流源と、
    を具備することを特徴とする半導体回路。
  3. 前記第1の入力部に前記第1の入力信号が入力される前に、
    前記電流源によって、前記接続ノードが、充電又は放電される、
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体回路。
  4. 前記第1及び第2の入力部は、差動回路を形成し、
    前記出力生成回路は、複数のカレントミラー回路から形成される、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体回路。
  5. 前記第1の入力部は、前記第1の入力信号が入力されるゲートを有する第1の導電型の第1のトランジスタと、前記第1の入力信号が入力されるゲートを有する第2の導電型の第2のトランジスタとを含み、
    前記第2の入力部は、前記第2の入力信号が入力されるゲートを有する前記1の導電型の第3のトランジスタと、前記第2の入力信号が入力されるゲートを有する前記第2の導電型の第3のトランジスタとを含み、
    前記第1のトランジスタと前記第3のトランジスタとが第1の差動回路を形成し、
    前記第2のトランジスタと前記第4のトランジスタとが第2の差動回路を形成し、
    前記第1のトランジスタの電流経路は、前記第2の導電型のトランジスタから形成される第1のカレントミラー回路に接続され、
    前記第2のトランジスタの電流経路は、前記第1の導電型のトランジスタから形成される第2のカレントミラー回路に接続され、
    前記第3のトランジスタの電流経路は、前記第2の導電型のトランジスタから形成される第3のカレントミラー回路に接続され、
    前記第4のトランジスタの電流経路は、前記第1の導電型のトランジスタから形成される第4のカレントミラー回路に接続され、
    前記第2のカレントミラー回路の出力端子は、前記第3のカレントミラー回路の入力端子に接続され、
    前記第4のカレントミラー回路の出力端子は、前記第1のカレントミラー回路の入力端子に接続され、
    前記第1のカレントミラー回路の出力端子は、前記第1の導電型のトランジスタから形成される第5のカレントミラー回路の入力端子に接続され、
    前記出力部は、前記第3のカレントミラー回路の出力端子と前記第5のカレントミラー回路の出力端子との接続ノードに、接続される、
    ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の半導体回路。
  6. 前記第1のカレントミラー回路と前記第1のトランジスタとの接続ノードは、前記複数の電流源のうち第1の電流源によって、放電され、
    前記第2のカレントミラー回路と前記第2のトランジスタとの接続ノードは、前記複数の電流源のうち第2の電流源によって、充電され、
    前記第3のカレントミラー回路と前記第3のトランジスタとの接続ノードは、前記複数の電流源のうち第1の電流源によって、放電され、
    前記第4のカレントミラー回路と前記第4のトランジスタとの接続ノードは、前記複数の電流源のうち第2の電流源によって、充電される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の半導体回路。
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