JPH02276094A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH02276094A
JPH02276094A JP2008254A JP825490A JPH02276094A JP H02276094 A JPH02276094 A JP H02276094A JP 2008254 A JP2008254 A JP 2008254A JP 825490 A JP825490 A JP 825490A JP H02276094 A JPH02276094 A JP H02276094A
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Katsuhiro Shimohigashi
下東 勝博
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孝一郎 石橋
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明はメモリ装置すなわちメモリセルが集積化された
半導体集積回路に係り、特にメモリセルから読み出され
た微小な電位差を有する一対の相補信号を高速かつ大き
な増幅率で増幅するセンスアンプ回路技術に関する。
【従来の技術】
メモリセルからの読み出し信号を増幅するための従来の
センス回路の一例としては、特開昭52−8734号は
第3図に記載のように、相補対入力信号d、dがセンス
アンプ回路の2つの駆動MOSトランジスタQ 131
 Q14のゲートおよびトレインにたすきがけに接続さ
れており、上記2つの駆動MOS Qls、 Q14の
ドレインが、それぞれ相補対出力信号り、Dとなってい
る。 また、米国特許筒4 、335 、44−9号は第4図
に記載のように、2つの負荷MOSトランジスタQxI
+Qx□をたすきかけに接続し、駆動トランジスタQ 
23 、 Q x <にバイポーラトランジスタを用い
、2つの駆動バイポーラトランジスタQ 23 + Q
 x <のベースに、相補的対入力信号d、dが接続さ
れる。 [発明が解決しようとする課題] 上記特開昭52−8734号(第3図参照)は、相補対
入力信号d、dが、センスアンプ回路中の駆動MOS 
Qls、Q14のゲートとドレインの両方に接続されて
おり、かつ入力信号線d、dと出力信号線り、Dとが直
接接続されているため、出力信号線り、Dの負荷容量が
非常に大きい場合には、高速で増幅できないと言う欠点
と、正帰還動作のために、相補対入力および出力信号の
反転が遅いと言う欠点を有することが本願発明者の検討
により明らかとされた。 また、上記米国特許4,335,449号(第4図参照
)は、バイポーラトランジスタQ 231 Q24を用
いて、出力信号線の負荷容量を駆動しているが、相補対
入力信号d、dの電位差が小さい場合は、この入力電位
差に応答したバイポーラトランジスタQ 231 Q1
4の動作電流がたすきかけ接続された負荷MOSトラン
ジスタQ 211 Q x zに流れている正帰還保持
電流に対して弱く微小な入力信号に応答してバイポーラ
トランジスタQ x a + Q 2 <と負荷MO8
I−ランジスタQ2□、Q8.とが反転できず、微小な
入力信号に対する高速センス動作が困難であると言う欠
点を有することも本願発明者の検討により明らかとされ
た。 従って、本発明の目的は上述の従来技術の欠点を克服し
、高速動作可能なセンスアンプ回路を提供することにあ
る。
【課題を解決するための手段1 上記したように、メモリセルから読み出された微小な入
力信号に対する高速センス動作を可能とするため、ゲー
トとドレインとがクロスカップル接続された負荷MOS
トランジスタに接続された一対のトランジスタの相補出
力間に第1スイッチング手段を接続し、上記読み出し信
号に応答して上記一対のトランジスタが反転する際この
第1スイッチング手段を第1制御信号により導通せしめ
、しかる後上記第1スイッチング手段を非導通状態に制
御させるものである。 一方、上述したように、負荷容量が非常に大きいセンス
アンプの出力信号線を高速に駆動するため、プリアンプ
はその入力信号線とその出力信号線とが直結された回路
形式を有してなり、メモリセルからの信号読み出しを開
始するためプリアンプとセンス増幅器とを活性状態に制
御して、メモリセルから読み出された相補信号をプリア
ンプで増幅し、このプリアンプの相補増幅出力信号をさ
らに後段のセンスアンプで増幅し、このセンスアンプの
相補出力信号によってセンスアンプの出力信号線の重負
荷容量を駆動する如き多段増幅回路構成とするとともに
、後段のセンスアンプの増幅動作がほぼ終了した時点(
メモリセルからの信号読み出し開始から所定時間経過後
)で前段のプリアンプを非活性状態に制御し、後段のセ
ンス増幅器を活性状態に維持するものである。 [作用] 第1制御信号により第1スイッチング手段が導通状態と
なると、クロスカップル接続された負荷MOSIーラン
ジスタの正帰還保持動作が解消されるので、微小な入力
信号に応答して一対のトランジスタは高速の反転動作を
することが可能となる。 一方、後段のセンスアンプの増幅動作がほぼ終了した時
点で前段のプリアンプが非活性状態に制御されるので、
プリアンプの相補入出力すなわちセンスアンプの相補入
力の電位差が必要量以上に拡大されることが無くなり、
次の反転読み出しを高速に実行することが可能となる。 また、プリアンプが非活性状態に制御されても、メモリ
セルから読み出された信号は非活性状態のプリアンプの
入力信号線と出力信号線との間の直結径路を介して活性
状態に制御されたセンス増幅器の入力に伝達され増幅さ
れるので、センス増幅器の増幅出力の消失を回避するこ
とができる。 【実施例】 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。Q.
、Q2,Q6,Q.はpチャネルMOSトランジスタ(
以下pMOSと称する) 、Q.、Q4。 Q5,Q?,Q−はnチャネルMOSI−ランジスタ(
以下n M O Sと称する)であり、d,dは本実施
例のセンス回路に入力する一対の相補信号でありメモリ
セルからの相補読出信号が伝達され。 D,Dは本センス回路から出力する一対の相補信号、φ
1,φ1,φ2,φ2は、それぞれトランジスタQ6,
Q7,Q..Q.を駆動するパルス信号、N M O 
S Q sのゲート端子に印加されるSACは本センス
アンプの活性化信号であり、これらの信号のタイミング
は第2図に示すが、特に、P M O S Q 1,Q
 2はクロスカップル接続された負荷MOS,NMOS
Qs,Q4は差動トランジスタ、P M O S Q 
aとNMOSQoとは第1スイッチング手段として動作
し、パルス信号φ8.φ2は第1制御信号である。 尚、差動トランジスタQ3.Q4はnpnバイポーラト
ランジスタによって置換されることも可能である。又、
トランジスタQ6.Q7はどちらか一方のみでもよく、
トランジスタQ、、Q、についてもどちらか一方のみで
動作可である。 d、dはスタテック型メモリセルから読み出される微小
電位差を有するセンスアンプの一対の相補入力信号で、
信号遷移期間中にパルス信号φ1゜φ、により相補入力
信号電位差縮小用MOSトランジスタQ6.Q、が導通
され、d、dが同電位とされ、反転読み出しが高速化さ
れる。続いて、パルス信号φ2.φ2により相補出力信
号電位差縮小用MOSトランジスタQ、、Q、が導通さ
れ、補相出力信号り、Dが同電位にされるともに、クロ
スカップル接続された負荷MO8I−ランジスタQt+
Q、の正帰還保持動作が弱められるので、反転読出しが
高速化される。次に、一対の相補信号がメモリセルより
d、dに読み出されはじめるのと同時に、Q6.Q?が
非導通とされ、d、d間の電位差が広がる。続いて、Q
6.Q9も非導通とされる。 今、第2図のタイミング図の時間軸において、時刻t、
からt、へ遷移した時点を考える。このとき、dの電位
は下降し、dの電位は上昇するが。 ノードN1とN2はまだ同電位である。したがって、Q
、のドレイン電流は減少し、Q、のドレイン電流は増加
し、その後ノードN1の電位は上昇しノードN2の電位
は下降し始める。このため、Qlのドレイン電流が増加
しQ、のトレイン電流が減少し、さらにノードNlの電
位が上昇しノードNxの電位が下降する。これがさらに
、Qlのドレイン電流を増加させQ2のトレイン電流を
減少させ、ノードNIの電位を上昇させノードN2の電
位を下降させる方向に働く。すなわち、本センスアンプ
のノードN、、N、には正帰還が働き、急速に電位差を
広げる効果があり、きわめて高速のセンスアンプを実現
することができる。 すなわち、相補入力信号d、dに差動トランジスタQ3
.Q、が応答するとともに、負荷MO5I−ランジスタ
Q、、Q2がこの差動トランジスタQ。 Q、に応答するため、負荷容量の大きい相補出力補出力
り、Dを高速で充電もしくは放電することができる。 本センスアンプにおいて、Q6.Q7.Q8.Q。 はきわめて重要な役割を果たしている。すなわち相補入
力信号d、d問および相補出力信号り、D間を、信号遷
移期間中に短絡し、信号遷移を速やかに行なわせる働き
をしている。Q s + Q 71 Q a rQ9を
用いない場合のd、dおよびり、Dのタイミングを第2
図に破線で示している。このとき、負荷MO8トランジ
スタQ、、Q、の正帰還回路の作用により相補出力信号
り、Dの遷移が妨げられ、相補入力信号電位差が大きく
なる時刻t、に至ってやっとり、Dの遷移が生じる。す
なわち、センス速度が大幅に遅くなる。あるいは、相補
入力信号d、dの最大電位差が小さい場合は、相補出力
信号り、Dの遷移が生じない、すなわち正しいデータが
読みだされない場合が生じ得る。 以」二のように、本実施例によれば、微小な電位差をも
つ一対の相補入力信号を、きわめて高速かつ大きな増幅
率で増幅する効果がある。 本発明の他の実施例を第5図に示す。第5図の実施例は
、第一の実施例(第1図)において、p、Mo2とn 
M OSの役割が入れ替わった構成となっており、第1
図と同様にきわめて高速かつ大増幅率で増幅する効果が
ある。 本実施例においてもMO8I−ランジスタQ 36と0
37はどちらか一方でもよく、Q 3gとQ 39のど
ちらか一方でも所望の動作が可能である。 第6図もまた、本発明の他の実施例である。第6図は、
第1図の回路を2段縦続接続した構成になっており、2
段縦続接続することにより増幅率をさらに大きくでき、
相補出力信号り、Dの電位差を電源電圧いっばいまで広
げることができる。 また、第6図の回路では2段目センスアンプ部のトラン
ジスタQ46〜Q soのサイズを大きくして、負荷駆
動能力を強力化し、D、Dに大きな負荷容量が接続され
る場合、この負荷容量を高速に駆動することができる。 第7図も本発明の他の実施例である。第7図の回路は、
従来からよく知られたNMO8差動Q、3゜Q 44.
 Q43  、 Q44’ およびPMOSカレントミ
ラーQ4工+ Q42+ Q4L’ + Q42′ か
らなるセンスアンプを初段とし、第1図の回路を2段目
のセンスアンプとして縦続接続した構成となっている。 本発明は、相補出力り、Dを出力するところのいわゆる
ダブル・エンドセンス増幅器に関係するものである。カ
レントミラー負荷を使用する場合は、相補出力を得るた
めには二つのカレントミー負荷回路が必要である。第7
図の第1段目のカレントミラー負荷回路型センスアンプ
は高速であるものの、第7図の第2段のクロスカップル
接続負荷回路型センスアンプはどは高速では無い。また
、第2段目のトランジスタ数が5であるのに対して第1
段目のトランジスタ数が9であると言う欠点がある。 しかし、第7図においては第1段目にカレントミラー負
荷回路型センスアンプを用いることによって、下記の如
き利点を生じるものである。 すなわち、メモリ装置を高速とするためには、メモリ装
置のワード線選択のためのワード線駆動信号の印加の時
点からセンスアンプからの出力までの時点までの遅延T
Dを小さくすることが重要である。一方、上記のワード
線駆動信号の印加の時点からMOSトランジスタQ51
1 Q5□1Q531Q 541 Q 55r Q S
 6の非導通による相補信号線間の電位差縮小動作終了
までの時点までの遅延TEが存在する。 第21図の横軸は後者の遅延TEを示し、その縦軸は前
者の遅延Toを示し、第21図中で実線は第7図の実施
例の特性を示し、破線は第6図の実施例の特性を示して
いる。 いずれの特性においても、ワード線駆動信号の印加の時
点から相補信号線間の電位差縮小動作終了までの時点ま
での遅延TEが短すぎると、センスアンプ中の差動トラ
ンジスタもしくは負荷トランジスタの対となっているト
ランジスタのしきい値電圧などの電気的特性差によって
、センスアンプの第1段目の相補入力信号の振幅が微小
である=15− 間に、センスアンプの第1段目の差動トランジスタの相
補出力から誤情報が一時的に出力されてしまい、第1段
目の差動トランジスタの相補出力から正しい情報を得る
ために遅れが生じることとなる。この遅れが、上記ワー
ド線駆動信号の印加の時点からセンスアンプからの出力
までの時点までの遅延TDを支配的に決定することとな
る。 第6図の実施例のセンスアンプの第1段目の正帰還負荷
の増幅率が大きいため、この第1段目の出力から大きな
振幅で誤情報が出力されることになる。一方、第7図の
実施例のセンスアンプの第1段目のカレントミラー負荷
の増幅率は第6図の正帰還負荷の増幅率と比較して小さ
いので、第7図の実施例のセンスアンプの第1段目の出
力から生じる誤情報の振幅は小さなものとなり、第7図
の遅延TDは小さなものとなる。 以上のように第6図の実施例と比較して第7図の実施例
は負荷回路の増幅率が小さいので、上記の電位差縮小動
作終了に関係する遅延T8が短くなっても、上記のセン
スアンプ出力に関係する遅延TDはそれほど大きくなる
ことは無い。 従って、第7図の実施例によれば、電位差縮小動作終了
に関係する遅延T8の最小値は第6図の実施例と比較し
て1.3nS小さくすることが可能となって、この遅延
時間Tつに関するタイミング・マージンを大きくするこ
とができる。 第8図も本発明の他の実施例である。第8図の回路は、
接地電圧の如き固定電圧がゲートに印加されたP M 
OS Q < 1. Q 4□を負荷とする差動アンプ
を初段とし、第1図の回路を2段目センスアンプとして
縦続接続した構成となっている。 第7図、第8図の構成においても、2段目の正帰還型セ
ンスアンプにより、データバスD、Dの大きな負荷容量
を高速で駆動することができる。 第9図の回路は、公知のセンス回路であり、カレントミ
ラー型アンプを2ヶ並列接続したアンプを2段縦接続し
た構成となっている。 第10図は、本発明の一実施例である第6図のセンス回
路と従来例である第9図のセンス回路の遅延時間をセン
スアンプ平均電流に対して示したグラフである。第10
図より、本発明の一実施例である第6図のセンス回路は
、従来例である第9図のセンス回路に比べて2倍以上の
高速性を有することが明らかである。 第11図は本発明のもう一つの実施例であり、スタテッ
ク型ランダムアクセスメモリ(SRAM)を構成する。 第11図においてSRAMセルからの読出し信号を増幅
するためのSAとして第6図のセンスアンプ回路が使用
され、MAとしては第1図のセンスアンプ回路にトライ
ステート出力コントロール用2閘OSトランジスタQ7
11072を′付加したメインアンプ回路である。 第12図は本願発明者等によって出願前に検討された集
積回路の一例であるが、第11図の実施例は第12図に
比べてトランジスタ数が大幅に低減しており、消費電流
およびレイアウト面積がほぼ半分となっている。 その」二、第11図の回路を用いると大幅に高速化が可
能となり、メモリセル情報がD outに到達するまで
の時間が、第12図の回路を用いた場合の約半分にまで
減少することが、回路解析により確認されている。 これは第]−2図の回路においては負荷PMOSトラン
ジスタがカレン1−ミラー接続されているため負荷MO
8の利得が小さいのに対して、第11図の回路において
は負荷PMO8)−ランジスタが正帰還クロスカップル
接続されているため負荷MO8の利得が大きいことに起
因している。 第13図は、第11図のセンス回路をIMビットSRA
Mに適用した際の回路解析による動作波形を示す。第1
3図において、コモンデータ線d、dの微小な電位差が
、初段および2段目のセンスアンプ(第11図のSA、
)で高速に増幅され、CMOSレベルの信号S2,82
が得られる。信号S2.S2は大きな配線容量を有する
データバスを伝播した後、メインアンプ(第1.1図の
MA)の入力端においてなまった波形(第13図り、D
)となるが、D、Dに微小電位差が生じるやいなやメイ
ンアンプで増幅することにより高速なメインアンプ出力
信号Di、Diが得られ、インバータINVI、INV
2を経て出力1ヘランジスタQ76゜Q 76を駆動す
る。このように、第1−1図の回路構成によれば、セン
スアンプ初段、2段目およびメインアンプの動作をin
s程度の遅延で行なわれることができ、きわめて高速で
出力Doutを得ることができる。第13図の例におい
ては、コモンデータ線d、dに電位差が生じ始めてから
3ns程度で出力D outが得られている。 さらに、第12図では、データ出力制御信号DOCに応
答してメインアンプMAの後に出力端Doutの高イン
ピーダンス状態を決定するための出力制御回路DBを用
いているのに対し、第1月図の実施例においては、デー
タ出力制御信号DOCにより制御されるNMOSトラン
ジスタQ 70によりメインアンプMAの活性状態ある
いは非活性状態を制御する一方、出力端D outを高
インピーダンス状態にするためのPMOSトランジスタ
Q ? t + Q ? xをメインアンプMAの出力
に並列接続しDOCにより制御することにより、第12
図の出力制御回路DBに相当する回路を省略でき、出力
バッファ内の信号伝達時間を短縮することができる。 第14図も本発明の他の実施例であり、初段および2段
目のセンスアンプSAに第7図のセンス回路を用いて構
成した。 第15図も本発明の他の実施例であり、初段および2段
目のセンスアンプSAに第8図のセンス回路を用いて構
成した。 第16図もまた本発明の他の実施例(スタティックRA
Mのセンス回路)であり、第11図の実施例において、
コモンデータ、I!d、dにCMOS正帰還プリアンプ
回路P F B 1 (Q204. Qxos。 Q226〜Q、、、)を付加した構成となっている。第
17図は第16図の実施例の動作を示す波形図であり、
以下第17図を用いて第16図を説明する。 スタティックRAMメモリセルから読み出されコモンデ
ータ線d、dに伝達された電位差は通常0.1〜0.2
v程度であり、この微小電位差をいかに高速に増幅する
かが高速化の鍵である。d。 dの信号遷移期間にφ。DQ+ φ。ooにパルスを印
加してMO8I−ランジスタQ x o x r Q 
x o 3を一時的に導通させ、d、dの信号遷移を速
やかに行なわせる。次に、新たに選択されたメモリセル
による信号電位差がd、dに生じ始めると同時に、パル
スφCDA r φCDAによりMOS)−ランジスタ
Q!04+Q zo5を導通せしめ、入力信号線と出力
信号線とが直接接続されたCMO8正帰還プリアンプ回
路PFBIを動作させる。PFBIは、d、dの電位差
を正帰還増幅し最大0.5v程度の電位差を得る(ΔV
+)。PFBI(7)効果は、d、d(7)電位差を速
く大きくすることにより、次段のセンス回路を速く安定
に動作させることにある。 次段以降でのセンス動作が終了後は、Q、。、。 Q x O6は、φCDA + φ。I)Aにより非導
通とされPFBI−は動作せず、SRAMメモリセルか
らY方向スイッチMOSトランジスタを介して読み出さ
れた信号はCMO8正帰還プリアンプ回路PFB 1に
よって増幅されることなく、このプリアンプ回路PFB
Iの入力信号と出力信号線との間の直接接続を介して、
コモンデータ線d、dに伝達されるようになる。このよ
うに、d、dの電位差が必要以上に大きくなることはな
く、次第に定常状態の電位差Δvz (0,1〜0.2
v)に変化する。すなわち、コモンデータ線cl、dの
電位差が大きく開きすぎて、次のメモリセル情報の読み
出しが遅れることがない。センスアンプ初段(SAI)
出力Sl、SLはMOSトランジスタQ 201z Q
zo7をパルスφ、。1.φ5EQ1より、センスアン
プ2段目(SA2)出力S2.τfはMOS)−ランジ
スタQ、。a、(Loeをパルスφ、。2.φB□。、
により、信号遷移期間導通せしめ、やはり信号遷移を速
やかに行なわせる。その後、コモンデータ線d、dに電
位差が生じると同時にQ 20i Qzo7+ Qxo
s+ Qxoeを非導通とし、制御信号Y−8ACによ
リセンスアンプS A 1 、 S A、 2動作せし
め、既に述べたようにPMO8正帰還動作によりきわめ
て高速で増幅された信号s〕。 SlおよびS2.S2が得られる。 センスアンプ2段目出力S2.S2とデータバスD、D
を接続するトランフファーゲートを構=23− 成するMOS)−ランジスタQ x Iy、 + Q 
z□5rQxl<*Q21.は、S2.S2に信号が出
力する前に導通せしめておき、また、MOSトランジス
タQ2□0゜Q x I 11 Q x Ie + Q
 x t 7をパルスφBEQ21 φ8EQ2 rφ
BEQr φ、EQにより信号遷移期間導通せしめ、S
2.S2に電位差を生じると同時にQ z 1o rQ
 x I 11 Q z t 6r Q z 17を非
導通とする。センスアンプ2段目SA2で増幅された信
号S2.S2は、大きな負荷容量を有するデータバスを
伝播する間になだらかになまった波形(第17図り、D
)となる。 メインアンプ出力M、Mは、信号遷移期間に、コントロ
ール信号DOCによりMOSトランジスタQ2□8を非
導通とし、Q 2 > e I Q z z oを導通
せしめ、またφMARQ r φMAIIQ信号により
MOSトランジスタQ x x t r Q z z□
を導通せしめることにより、M、Mの電位を一時的に電
源電圧Vcc電位とする。 したがってこの期間は、出力用NMOSトランジスタQ
2□aHQzx<が共に非導通となり、出力信号D o
utがII OIIから“1”あるいは“1”からrr
 Onへ遷移する期間に出方トランジスタ0221Q 
xx<に貫通して流れる電流がなく、低消費電力かつ低
雑音の動作を行なわせることができる。次に、D、Dに
電位差が生じる前にDOC信号によりQ x r mを
導通、Q2□’QrQ22゜を非導通とし、引続きり、
Dに電位差が生じると同時にQ 22工。 Q ax□を非導通とすると、メインアンプMALによ
り高速に増幅された信号波形M、Mが得られる。 これらの信号は、インバータエNVI、INV2を経て
出力トランジスタQ2□31Q224を即動し出力D 
outが得られる。 このように、コモンデータ線d、dの微小な電位差を順
次高速に増幅することにより、きわめて高速に出力波形
Doutが得られる。 本発明の他の実施例として、第16図の初段および2段
目のセンス回路部SAとして第7図あるいは第8図ある
いは第9図を用いた回路構成も考えられ、これらいずれ
の実施例も既に述へた動作と同様の動作より高速で出方
が得られる。 第18図も本発明の他の実施例である。第18図は、第
16図の実施例にPMO5正帰還回路PFB2が付加さ
れた構成となっている。 PFB2の効果は、ビット線対す、bの電位差を高速に
大きくし、第16図の実施例に比ベコモンデータ線d、
dの電位差をいっそう速く大きくシ。 センスアンプSAの動作をさらに速めて、なおいっそう
の高速増幅を可能にしたことにある。 本発明の他の実施例として、第18図の初段および2段
目のセンス回路部SAとして第7図あるいは第8図ある
いは第9図を用いた回路構成も考えられ、これらいずれ
の実施例も第18図と同様高速のセンス増幅を実現でき
る。 第19図は本発明の他の実施例を示しており、Q a 
o + r Q a o a + Q s 1o r 
Q s t 1+ Q a 、sはPチャネルMOSト
ランジスタを示し、030m+ Qio3+Q a04
+ Q3051 Qzo6r Q30?l Qzo++
+ Q3□x+Q a 1+I+ Q 31 < + 
Q 31eはNチャネルMO5I−ランジスタを示して
いる。 この第19図の回路においては、二種類のセンスアンプ
が従属接続されており、第1段目のセンスアンプはQ 
303I Q3o<+ Q305I Q3Q61 Q3
07と全てNチャネルMOSトランジスタで構成されて
おり、Q 31 Q I Q 2 t + r Q 3
12 I Q 31 s + 03 t 4力ゝら構成
さ九たところの第1図のセンスアンプが第2段目のセン
スアンプとして使用されている。 MOSトランジスタQ s o r + Q s o 
p、が相補線d。 dの間に接続され、MOSトランジスタQ3081Q 
30 aが相補線D+、D+の間に接続され、MOSト
ランジスタQ s l 51 Q 3Ieが相補線り、
Dの間に接続されている。 相補線d、dの入力信号に応答して相補信号D 1. 
D +が対となったソースフォロワ動作のNチャネルM
O8I−ランジスタQ3oa、 Qao4によって得ら
れた後、さらにゲートとドレインがクロスカップル接続
されたNチャネルMOSトランジスタQ 3o s r
 Q 3o tsによって高速に増幅される。 この相補信号り、、D、はトランジスタQ s + o
 rQ 3111 Q 312+ Q 3□3IQ3+
4のサイズを大きくして負荷駆動能力を強力化して、D
、Dに大きな負荷容量が接続されている場合でも、この
負荷容量を高速に駆動することができる。 第20図も本発明の他の実施例を示しており、Q 4o
ly Q<oar Qaoイr Qaost Q4oe
p Q4071Q < o n r Q 4101 Q
 4 t 11 Q 416はPチャネルMOSトラン
ジスタを示し、Q < o x 、 Q 4091 Q
 41111Q 413104□41Q416はNチャ
ネルMOSトランジスタを示している。 この第20図の回路においては、二種類のセンスアンプ
が従属接続されており、第1段目のセンスアンプはQ 
4021 Q 40 < r Q 4 o s + Q
 406* Q 407と金てPチャネルMOSトラン
ジスタで構成されており、Q < 1a r Q 41
1 I Q < 1 z + Q 41 s + Q 
414から構成されたところの第1図のセンスアンプが
第2段目のセンスアンプとして使用されている。 MOSトランジスタQ 4011 Q 40 xが相補
線d、dの間に接続され、MO5hラントランジスタ 
081Q 40 eが相補線り、、D工の間に接続され
、MOSトランジスタQ 4 (6、Q 41eが相補
線り、Dの間に接続されている。 相補線d、dの入力信号に応答して相補信号Dr、D□
が対となったソースフォロワ動作のPチャネルMo5t
〜ランジスタQ < 03 y Q < o <によっ
て得られた後、さらにゲートとドレインがクロスカップ
ル接続されたPチャネルMos+−ランジスタQ < 
o s + Q 4゜6によって高速に増幅される。 この相補信号り、、DlはトランジスタQ 41゜。 Q < +□r Q < r x r Q < 1s 
t 0414のサイズを大きくして負荷駆動能力を強力
化して、D、Dに大きな負荷容量が接続されている場合
でも、この負荷容量を高速に駆動することができる。 以上説明したように、この第19図の実施例中のセンス
アンプの第1段目のNチャネルMo8t〜ランジスタQ
 so3+ Qao<および第20図の実施例中のセン
スアンプの第1段目のPチャネルMOSトランジスタQ
 403. Q 404はそれぞれ電圧利得が1以下の
ソースフォロワ−として動作し、第19図の実施例中の
センスアンプの第1段目のゲートとドレインがクロスカ
ップル接続されたNチャネルMOSトランジスタQ 3
 oa 、 Q 3 o 6および第20図の実施例中
のセンスアンプの第1段目のゲー1〜とドレインがクロ
スカップル接続されたPチャネルMOSトランジスタQ
 405 、 Q 4゜6は上記ソースフォロワ−のソ
ース負荷回路として動作し、このクロスカップル接続負
荷回路の電圧利得は1よりはるかに大きい。 第19図および第20図の実施例においては、以前の実
施例と同様にパルス信号φ2.φ2に応答してMOSト
ランジスタQ s o n r Q 3o e r Q
 4 (l a +Q 40 eが導通することによっ
て、クロスカップル接続された負荷MOSトランジスタ
Q s Q 61 Q s o e +Q 405 r
 Q <。6の正帰還動作が解消される。 また、本発明はSRAMに限定されるものではなく、D
RAM、FROM、EPROM等のメモリ装置全般に適
用することが可能である。 さらに本発明は」二記した具体的実施例に限定されるも
のでは無く、その基本的技術思想に従って種々の変形が
可能であることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は第1
図の回路を動作させるのに好適なタイミング図、第3図
及び第4図は従来技術を示す回路図、第5図、第6図、
第7図、第8図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回
路図、第9図は従来のセンス回路を示す回路図、第10
図は本発明の一実施例(第6図)および従来のセンス回
路例(第9図)のセンス増幅に要する遅延時間のセンス
アンプ平均電流依存性を示す特性図、第11図は本発明
の他の実施例を示す回路図、第12図は本願発明者等に
よって出願前に検討された回路を示す回路図、第13図
は第11図の実施例の動作波形図、第14図、第15図
、第16図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図
、第17図は第16図の実施例の動作を説明するための
動作波形図、第18図は本発明の他の実施例を示す回路
図、第19図および第20図は本発明の他の実施例を示
す回路図、第21図は第6図の実施例と第7図の実施例
の特性の相違を示す図である。 トイ)ビ ー94゜ 、、□ ″qで1 伜℃1づQIQ G csす。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、メモリセルと、該メモリセルからの読み出し信号を
    増幅するためのセンス増幅器とを具備してなるメモリ装
    置であって、 上記センス増幅器は; (1)上記読み出し信号に応答して相補出力を発生する
    一対のトランジスタと、 (2)上記一対のトランジスタの上記相補出力に接続さ
    れるとともにゲートとドレインとがクロスカップル接続
    された第1と第2の負荷 MOSトランジスタと、 (3)上記一対のトランジスタの上記相補出力間に接続
    されるとともに第1制御信号によつて第1スイッチング
    手段とを有してなり、 上記読み出し信号に応答して上記一対のトランジスタが
    反転する際上記第1制御信号によって上記第1スイッチ
    ング手段を導通状態に制御し、しかる後上記第1スイッ
    チング手段を非導通状態に制御することを特徴とするメ
    モリ装置。 2、上記一対のトランジスタはそのソースが結合された
    差動トランジスタであることを特徴とする請求項1記載
    のメモリ装置。 3、上記一対のトランジスタは一対のソース・フォロワ
    回路を構成することを特徴とする請求項1記載のメモリ
    装置。 4、上記差動トランジスタは上記第1と第2の負荷MO
    Sトランジスタと反対導電型の第3と第4のMOSトラ
    ンジスタであることを特徴とする請求項2記載のメモリ
    装置。 5、上記第1スイッチング手段は上記第1と第2の負荷
    MOSトランジスタと反対導電型の第5のMOSトラン
    ジスタと上記第1と第2の負荷MOSトランジスタと同
    一導電型の第6の MOSトランジスタとの並列接続によって構成されてい
    ることを特徴とする請求項1または2記載のメモリ装置
    。 6、上記一対のトランジスタの入力端子間に接続される
    とともに第2制御信号によって制御される第2スイッチ
    ング手段とを有してなり、上記読み出し信号に応答して
    上記差動トランジスタが反転する際上記第2制御信号に
    よつて上記第2スイッチング手段を導通状態に制御し、
    しかる後上記第2スイッチング手段を非導通状態に制御
    することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載
    のメモリ装置。 7、上記第2スイッチング手段は上記第1と第2の負荷
    MOSトランジスタと反対導電型の第7のMOSトラン
    ジスタと上記第1と第2の負荷MOSトランジスタと同
    一導電型の第8の MOSトランジスタとの並列接続によって構成されてい
    ることを特徴とする請求項6記載のメモリ装置。 8、メモリセルと、該メモリセルからの読み出し信号を
    増幅するための多段接続センス増幅器とを具備してなる
    メモリ装置であって、 該多段接続センス増幅器中の一段の増幅器は少なくとも
    請求項1乃至7に記載されてなる回路形式を有してなる
    ことを特徴とするメモリ装置。 9、メモリセルと、該メモリセルからの読み出し信号を
    増幅するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を増幅
    するセンス増幅器とを具備してなるメモリ装置であって
    、 上記プリアンプはその入力信号線とその出力信号線とが
    直結された回路形式を有してなり、上記メモリセルから
    の信号読み出しを開始するため上記プリアンプと上記セ
    ンス増幅器とを活性状態に制御し、 上記メモリセルからの信号読み出し開始から所定時間経
    過後に上記プリアンプを非活性状態に制御する一方、上
    記センス増幅器を活性状態に維持することを特徴とする
    メモリ装置。 10、上記所定時間経過後は上記メモリセルからの読み
    出し信号は非活性状態のプリアンプの上記入力信号線と
    上記出力信号線との間の直結経路を介して上記センス増
    幅器の入力に伝達され増幅されることを特徴とする請求
    項9記載のメモリ装置。 11、請求項9もしくは10に記載のメモリ装置であっ
    て、 上記センス増幅器は多段接続増幅回路の形式で構成され
    、 該多段接続センス増幅器中の一段の増幅器は少なくとも
    請求項1乃至5に記載されてなる回路形式を有してなる
    ことを特徴とするメモリ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000026920A1 (fr) * 1998-10-29 2000-05-11 Hitachi, Ltd. Dispositif de circuit integre semi-conducteur
US6542424B2 (en) 2001-04-27 2003-04-01 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device using static memory cells with bit line pre-amplifier and main amplifier
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WO2004077443A1 (ja) * 2003-02-27 2004-09-10 Fujitsu Limited 半導体記憶装置

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US6552611B2 (en) 2000-03-27 2003-04-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Differential amplifier and filter circuit using the same
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WO2004077443A1 (ja) * 2003-02-27 2004-09-10 Fujitsu Limited 半導体記憶装置

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