JPH02301100A - センスアンプ回路 - Google Patents

センスアンプ回路

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JPH02301100A
JPH02301100A JP1121927A JP12192789A JPH02301100A JP H02301100 A JPH02301100 A JP H02301100A JP 1121927 A JP1121927 A JP 1121927A JP 12192789 A JP12192789 A JP 12192789A JP H02301100 A JPH02301100 A JP H02301100A
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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】 (発明の概要) 半導体記憶装置の読出し回路特に読出し専用メモリのセ
ンスアンプ回路に関し、 ビット線容量への過剰なチャージアップを防止し1、高
速動作するセンスアンプを実現することを目的とし、 メモリセルが接続するビット線にコラムゲートを介して
トランジスタを接続し、該トランジスタは負荷を介して
電源へ接続し、該トランジスタのゲートはインバータを
介してビット線へ接続した、読取り専用メモリのセンス
アンプ回路において、ビット線の電位が正常値を越える
とき検出出力を生じる過剰チャージ検出回路と、該回路
の出力により動作してビット線電荷を放電させ、ビット
線電位を正常値へ戻す過剰チャージ放電回路とを備える
よう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体記憶装置の読出し回路特に読出し専用
メモリのセンスアンプ回路に関する。
近年の読み出し専用メモリには、高速かつ大容量の製品
が要求されている。大容量化を実現させるためには、セ
ルトランジスタの電流駆動能力が低下するとしてもそれ
に構わずセル面積を縮小させることが多く、その為少な
いセル電流でも動作するセンスアンプを開発する必要が
ある。
〔従来の技術) 読出し専用メモリ(ROM)は第6図に示す如き構成を
している。lOはメモリセルアレイで、多数のワード線
WLとビットvABLおよびこれらの各交点部に配設さ
れるメモリセル(図示しない)を有する。ワード線WL
は行デコーダ11により選択され、またビア、ト線BL
は列デコーダ12により選択され、これらの行、列デコ
ーダへはアドレスバッファ13を介してアドレス信号が
入力する。列デコーダで選択されたビット線BLの読出
し出力はセンスアンプ14で増幅され、出力バッファ1
5を通して外部へ出力される。
センスアンプ14の部分は第7図に示すように負荷21
、トランジスタQ + +およびメモリセル20を直列
にして電源Vcc、グランドGND間に接続し、負荷2
1とトランジスタQ、との接続点の電位を電圧判定回路
22により検出するようにしている。トランジスタQ、
のゲートへは、該Q1のソース電位V、をインバータ2
3により反転して加える。メモリセル20は、詳しくは
第8図(a)(b)に示すように複数のメモリセル20
a、20b。
・・・・・・からなる。(a)は直列型、(b)は並列
型である。
本例ではトランジスタであるメモリ20a、20b2・
・・・・・は直列型の場合エンハンスメント型かディプ
リーション型かによりデータl、0を記憶する。並列型
の場合、しきい値の高低によりデータ1.0を記憶する
第8図(a)の場合は非選択ワード線はHレベル、選択
ワード線はLレベルにする。今ワード線WLbを選択し
たとすると、他のワード線WLa、WLc、 ・・・・
・・はHレベルであり、トランジスタ2゜a、20c、
・・・・・・は記憶データのl、Oに関係なくオンであ
り、トランジスタ20bのみがディプリーションならオ
ン、エンハンスメントならオフである。従ってメモリセ
ル20bの記憶データl。
0に従ってビット線BLaに電流が流れ、または流れな
い。このビット線電流(ice1)が流れる/流れない
で、第7図の負荷21とトランジスタQ1との接続点の
電位vcが変わり、電圧判定回路22はこれを検出して
読出しデータ出力を生じる。
第8図(b)の場合は選択ワード線はHレベル、非選択
ワード線はLレベルである。従って非選択ワード線に属
するメモリセルは記憶データの1. 0に関係なくオフ
であり、選択ワード線に属するメモリセルのみ記憶デー
タ1.0に従って、オン、オフする。このオン/オフで
ビット線BLaに電流が流れまたは流れず、これにより
電圧vcが変わり、電圧判定回路22はこれを検出して
読出しデータ出力を生じる。
デコーダ12の出力によりオン/オフするコラム選択ゲ
ートはトランジスタQ、とビット線(セル群)との間に
ある。
インバータ23はビット線電圧vつがビット線電流1c
elのオン/オフで余り変動しないようにする。第10
図を参照して説明すると、セルONのとき即ちビット線
電流が流れるとき電圧V、は下るが、インバータ23の
出力V、は上り、トランジスタQ1はオン側に駆動され
、電圧V、は持トげられ、こうしてV、の変動幅が小さ
くされる。
これは高速動作に有効である。電圧vcは、負荷21の
抵抗をRとしてVcc −R−icelであり、セル0
N10FFで図示のように変る。
インバータ23としては第9図に示すように各種ある。
(a)はE−D型、[有])はE7E型、(C)(d)
はCMO3型で、Qaはnチャネルエンハンスメント型
MOSトランジスタ、Qbはnチャネルディプリージョ
ン型MOSトランジスタ、QdはpチャネルMO3)ラ
ンジスタである。(e)〜(h)は負荷部のみ示す。p
チャネルトランジスタQdのゲートは(C)(g)では
グランドへ接続するが、(d)では入力INへ、(h)
ではドレイン(出力0UT)へ接続する。
インバータ23の入出力特性は第11図に示す如くで、
入力電圧V、がL(ロー)のとき出力電圧V、はH(ハ
イ)、■、がHのとき■、はLであり、これらの中間で
は図示のように比例的変化をする。第7図の電圧V、の
変化幅ΔV、はこの比例範囲にとってあり、図示の変化
幅ΔV、に対し拡大されたvlの変化ΔV、が得られる
。トランジスタQ1がオン/オフする境界はVthl 
を該トランジスタの闇値としてVb  V@=Vth+
 である。P、はセルがオンのときのバランス点、P!
はセルがオフのときのバランス点である。図示のように
電圧v1の変化は小さい。
多値論理の時は電流量が何段階かに分れているが、2値
論理のときは電流が流れる、流れないの2状態であるこ
とが多い。こ\では電流が流れる/流れない、の2段階
を例にする。
前述のように、インバータ23の出力がトランジスタQ
1を介してインバータの入力に帰還されているので、イ
ンバータ入力V、の変動範囲は僅かである。メモリセル
が電流を流す状態から流さない状態へ変化して行くと、
Vb−v、がQlの■いになったところで電流は流れな
くなる(P。
点)。メモリセルが電流を流すと、トランジスタQ1に
流れる電流とセル電流が一致するまでVb−v、が変化
する(Pt点)。
セルとセンスアンプとの間にはコラム選択ゲートが接続
されており、これは比較的大きな容量成分を持つ。これ
を第12図に示すまた第13図に示すようにビット線B
Lとワード線WLの間にも寄生容量CWllがある。C
11Lはビット線BLとグランドとの間の寄生容量であ
る。ビット線電位はは<V、に等しく、V、が変化する
ということはビット線電位が変化するということ、従っ
てビット線容量C,L、C,1mに蓄えられている電荷
の量が変化するということであり、セルが電流を流す時
はセルはセンス電流の他にビット線容量の電荷の放電電
流も流さなければならない。この放電電流分だけ、セル
に流れている電流とセンスしている電流との間に差が生
じ、アクセス遅れの1要因になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
■、の変化が小さいということはビット線電位の変化が
小さいということであり、ビット線容量に蓄えられてい
る電荷の変化が少く、放電電流による速度(アクセス)
遅れが少なくなるため、速度の面で有利な点である。
ところが、何らかの原因でビット線電位が通常の動作範
囲を超えて上昇すると、セルトランジスタが過剰なビッ
ト線電位の電荷を放電した後でないとセンスアンプは動
作しない。上記の原因としては、ワード線−ビット線間
の寄生容量C6Imによってワード線の電位変動がビッ
ト線に反映される現象や、ノイズ等による電源電位変動
によってセンスアンプの動作点が変動することなどが挙
げられる。
電源電圧変動による過剰チャージアップを第14図、第
15図で説明するに、電源電圧VccでセルOFF状態
の定常状I(第14図の状態A)から電源電圧がVcc
+ΔVに変化すると、インバータ23の入力端子V、は
、新しい電源電圧のもとでは見かけ上紙下したように検
知されるため、■。
が上昇する(第14図の状態B、第15図のa−+b)
。その結果トランジスタQ、を通して電流が流れ、ビッ
ト線容量をチャージアップし、その結果V、が一上昇し
、Vl、が下降して、Vcc+Δ■のもとての新しい定
常状態になる(状態C1b→C)。
この状態から電源電圧がVccにもどった場合、見かけ
上V、が上昇したように検知され、■、が下降する(状
態り、c−d)。ところが、vbがいくら下降したとし
ても、vb  vb−vth+以下ではトランジスタQ
1がOFFするだけであり、電流の供給が断たれるだけ
である。そのため、ビット線容量によってV、は、その
ままの電位を保持してしまう(状JilE、d)、ここ
でセルの状態がOFFからONへ変化すると、セルトラ
ンジスタを通して過剰にチャージアップされている電荷
がディスチャージされてゆき、vlの電位が下降し、■
、が上昇してゆく(状態F、d−+a)。そして、Vb
−V、>vい、となるまで過剰な電荷をディスチャージ
した後、通常のセンス動作が行われる(状態G、a−+
e)。従来のセルトランジスタの電流駆動能力では、状
態F、a−eの時間遅れはあまり問題にならなかったが
、微細化によりセルの電流駆動能力が弱くなると、この
部分での時間遅れが大になり、アクセスタイムに大きな
影響を及ぼすことになる。
本発明はか−る点を改善しようとするもので、ビット線
容量への過剰なチャージアップを防止し、高速動作する
センスアンプを実現することを「(的とするものである
〔課題を解決するための手段] 第1図に示すように本発明では、ビット線の過剰チャー
ジアップを検出する回路24と、該検出回路の出力によ
り動作する過剰チャージ放電回路25を設ける。
過剰チャージアップは電位上昇として検出できる。そこ
で第1図(a) (b)では過剰チャージ検出回路24
はビット線電位v1を受け、これにより過剰チャージア
ップを検出する。また第1図(C)では過剰チャージ検
出回路24はインバータ23の出力電圧Vb (1−ラ
ンジスタQ1のゲート電圧)を受け、第1°図(d)で
はこれら両方の電圧va+  vbを受ける。
〔作用〕
この構成では、過剰チャージ検出回路24によってビッ
ト線の過剰チャージが検出されると、過剰チャージ放電
回路25が動作してピント線の過剰チャージを放電する
。この放電でビット線電位が下がり、過剰チャージアッ
プ状態から脱すると、放電回路25は動作を停止する。
これで第15図のdからaへ戻り、セルONで直ちにa
からeへ移動し、センスを開始することができて、第1
4図の状態Fを除き高速動作することができる。
第2図に示すようにvb  v、=VLhlの直線とイ
ンバータの入出力特性との交点Pがセルオフでの定常点
であり、これよりV、の高い範囲、Vbの低い範囲が過
剰チャージ状態OCである。第1図(a)、 (b)、
 (C)の過剰チャージ検出回路はこのv&+■b +
  vb   Vmの異常を検出する。
[実施例] 第3図および第4図に本発明の実施例を示す。
全図を通してそうであるが、他の図と同じ部分には同じ
符号が付しである。
第3図(a)では過剰チャージ検出回路24は電圧V、
の判定回路24aであり、過剰チャージ放電回路25は
ビット線とグランド間を接続するトランジスタ25aで
ある。電圧判定回路24aにはインバータまたはコンパ
レータを使用でき、前者なら電圧V、が該インバータの
闇値を越えるが否かで、また後者なら電圧V、がコンパ
レータに与えた基準電圧を越えるか否かで過剰チャージ
を検出する。ビット線電圧V、が1記閾値または基準電
圧を越えると電圧判定回路24aの出力はHレベルにな
り、トランジスタ25aをオンにしてビット線電荷を放
電させる。この放電でピッ1−線電圧V、が下ると電圧
判定回路24aの出力はLになり、トランジスタ25a
はオフになって放電を停止する。
第3図(b)では電圧判定回路24aはインバータ出力
■、を監視し、それが低下して上記の如き闇値または基
準電圧以下になるときトランジスタ25aをオンにする
第4図(a)(b)は第3図(a)(b)に類似である
が、第3図ではnチャネルトランジスタ25aを使用し
ているのに対し、pチャネルトランジスタ25bを使用
している。他は第3図と同様である。
第4図(C)では、過剰チャージ検出回路24と過剰チ
ャージ放電回路25カ月つのトランジスタ25cで構成
される。このトランジスタ25cはダイオード接続され
ており、その闇値をv thzとしてv、−Vb≧v 
thzでオンになり、放電を流す。
従ってv、−vゎ=■い2に修正される。この状態を第
5図(d)に示す。正常状態から見るとP、−Pだけ修
正不足であるが、回路は簡単である。
第4図(d)では過剰チャージ検出回路24と過剰チャ
ージ放電回路25をnチャネルトランジスタ24b、2
4c、25dで構成する。トランジスタ24bと24c
の直列接続点の電圧を■4とすると、v、−v4≧Vt
h2でトランジスタ25dはオンになり、トランジスタ
24cは常時オンであるから、ビット線過剰チャージを
放電することができる。放電限界はVm  va=vt
hであり、これを第5図(b)に示す。■4はV、より
トランジスタ24bの閾値Vい、だけ低いから、第4図
(c)より21点をP点へ近付けることができる。
第4図(e)では過剰チャージ検出回路24はnチャネ
ルトランジスタ24b、24d、24cで構成し、過剰
チャージ放電回路25はpチ中ネルトランジスタ25b
で構成する。この回路では、トランジスタ25bの閾値
■い、として、v、−v4≦Ll、zで該トランジスタ
25bはオンになり、ビット線過剰チャージを放電する
。■4は、トランジスタ24b、24dの閾値を■い3
 +  ■Lh4として、Va=Vb  Vthz  
Vい、であるから第5図(C)に示すように23点を一
層P点へ近付けることができる。vl r  vb間に
Vb=−Av。
十Bなる関係があるとすると(A、Bはインバータのリ
ニア部分の特性yの勾配と定数)、■、。=−Av、。
+B V b + =  A V a 1 + BV bo 
= V mo +V LhtVbl””Vml+VLb
3+Vth4  Vth2’−’ テV tkl =V
 LkN+ V Lh2 + V Lh4  V Lh
t =V thllとおき、整理すると、 VIA@   Vbt= vaQ  v、+ VLhN
   VLh$1”’ A (V @I  V no) 従って Val  vso= (Vtbs  Vthp)/(1
+A)Vbo  vb+=A(νthNVthp)/(
1+A)#Vzhs−シLhPとなり、■い、4−■い
、なら(一般にこの差は数100mV)VmtL=、V
mo+  VB”:Vyである。
〔発明の効果〕
以−F説明したように本発明によれば、ビット線電位が
一定以トに過剰チャージアップされるのを制限すること
ができるので、過剰チャージ放電のためのセンス時間遅
れを低減することができ、電流駆動能力が弱いセルでも
高速にセンスすることができ、高集積化に寄与するとこ
ろが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図、 第2図は過剰チャージ状態の説明図、 第3図及び第4図は本発明の各種実施例の回路図、 第5図は第4図の動作説明図、 第6図は読取り専用メモリのブロック図、第7図はセン
スアンプ回路の説明図、 第8図はメモリセルアレイの説明図、 第9図は各種インバータの回路図、 第10図はセンスアンプの動作説明図、第11図はセン
スアンプの動作説明図、第12図はビット線寄生容量の
説明図、第13図はワード線とビット線との間の容量の
説明図、 第14図および第15図は電源電圧変動があった場合の
センス動作の説明図である。 第1図でQlはトランジスタ、23はインバータ、■、
はビット線電圧、■、はインバータ出力電圧である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、読み取り専用メモリのセンスアンプ回路において、
    ビット線の電位(V_a)が正常値を越えるとき検出出
    力を生じる過剰チャージ検出回路(24)と、 該回路の出力により動作してビット線電荷を放電させ、
    ビット線電位を正常値へ戻す過剰チャージ放電回路(2
    5)とを備えることを特徴とするセンスアンプ回路。 2、メモリセルが接続するビット線にコラムゲートを介
    してトランジスタ(Q_1)を接続し、該トランジスタ
    は負荷(21)を介して電源へ接続し、該トランジスタ
    のゲートはインバータ(23)を介してビット線へ接続
    した、読取り専用メモリのセンスアンプ回路において、
    過剰チャージ検出回路は、ビット線電位、インバータ出
    力電圧、ビット線電位とインバータ出力電圧、のいずれ
    かにより動作するようにされてなることを特徴とするセ
    ンスアンプ回路。 3、過剰チャージ放電回路は、ビット線とグランド間に
    接続されたnチャネルまたはpチャネルMOSトランジ
    スタであることを特徴とする請求項1記載のセンスアン
    プ。
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