JPH04370596A - 高速センシング動作を実行するセンスアンプ - Google Patents

高速センシング動作を実行するセンスアンプ

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JPH04370596A
JPH04370596A JP3316256A JP31625691A JPH04370596A JP H04370596 A JPH04370596 A JP H04370596A JP 3316256 A JP3316256 A JP 3316256A JP 31625691 A JP31625691 A JP 31625691A JP H04370596 A JPH04370596 A JP H04370596A
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sensing
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体メモリー装置、中
でもDRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリー
)に関するもので、特に高速センシング(sensin
g )動作を実行するセンスアンプに関するものである
【0002】
【従来の技術】半導体メモリー装置の高集積化にともな
い、動作電圧の低電圧化や、データアクセス(data
 access )時間の高速化が要求されている。こ
のような要求に対応するメモリー素子の研究が活発に行
われているが、その中でもメモリー素子の高速動作に一
番重要な役割をするビット線のセンシング動作に関連す
る研究が一番活発に行われている状況である。特に、ビ
ット線のセンシング動作はセンスアンプのセンシング能
力及び動作速度により決定され、これはこの分野によく
知られている事実である。このような従来のセンスアン
プについて図3、図4、図5に示した。
【0003】図3に従来のセンスアンプを用いた回路の
例を示す。メモリーセルアレイをブロック化したアレイ
ブロックに接続されたビット線対9、10と、これに接
続されたPMOSトランジスタ5、6から成るセンスア
ンプPS及びNMOSトランジスタ7、8から成るセン
スアンプNSと、、分離トランジスタ1、2と、入出力
トランジスタ3、4と、入出力線対11、12と、から
成っている。
【0004】図3で、ビット線9、10が接続したメモ
リーセルがワード線(図示されていない)によって選択
されると、分離トランジスタ1、2の制御信号である電
圧A2が電源電圧Vccレベルである“ハイ”レベルに
上昇し、そして、センスアンプPS、NSの動作後に入
出力トランジスタ3、4の制御信号である電圧A4が“
ハイ”レベルに上昇して、ビット線9、10のデータが
出力される。
【0005】このような読出し動作について、図3の回
路の読出し動作タイミング図である図4を参照して詳細
に説明する。ただし、メモリーセルが選択される前には
、ビット線9、10は各々VCC/2レベルにプリチャ
ージ(precharge )されており、センスアン
プPSのノードP1及びセンスアンプNSのノードN1
は、電圧A1及び電圧A3によって各々VCC/2レベ
ルにプリチャージされている。
【0006】メモリーセルが選択されると、電圧A1及
びA3はRAS(ロウアドレスストローブ信号)によっ
て各々電源電圧Vccレベル及び接地電圧Vssレベル
を供給する。すると、ノードN1がVCC/2レベルか
ら接地電圧Vssレベルになり、センスアンプNSがビ
ット線9、10の内、電位の低いビット線を接地電圧V
ssレベルに降下させる。そして所定の時間後にセンス
アンプPSが動作して、このときノードP1がVCC/
2レベルから電源電圧Vccレベルになっているので、
ビット線9、10の内、電位の高いビット線を電源電圧
Vccレベルに上昇させる。
【0007】しかし、このような構造においてはビット
線対9、10が初期にVCC/2レベルにプリチャージ
されているので、分離ゲート1、2によって分離されて
いるビット線同士の電荷分配(charge shar
ing)が相当遅延して発生するばかりでなく、ビット
線自体の負荷に因ってビット線対9、10の間の電位差
の変化速度が相当遅くなる。これは、通常、ビット線対
9、10の間の電位差が1V程度となったときにターン
オンする入出力トランジスタ3、4のターンオン時点を
遅延させることとなり、その結果、データアクセス時間
が遅くなる現象を招来する。
【0008】従来のセンスアンプに関する他の実施例を
図5に示した。図5に示した回路は、隣接するアレイブ
ロックがN形センスアンプNSA及び入出力トランジス
タ31、32及び入出力線35、36を共有する構成で
ある。アレイブロック40が選択されたときには、分離
トランジスタ23、24の制御信号である電圧B5を0
Vにして前記の共有する素子からアレイブロック15を
隔離する。同様に、アレイブロック15が選択されたと
きには、分離トランジスタ21、22の制御信号である
電圧B2を0Vにしてアレイブロック40を隔離する。   図5の回路は、図3の回路に比べて集積度は大幅に
向上したが、ビット線のセンシング動作及びデータを入
出力線35、36に伝送する動作が図3の回路と同様の
方式であるため、高速センシング動作に対する問題点は
解決されていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、高集積で且つ高速センシング動作を実現するセン
スアンプを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、多数のメモリーセルから成るメモリ
ーセルアレイをブロック化した複数のアレイブロックと
、隣接したアレイブロックに共通に連結されたビット線
対と、このビット線対上に設置され、所定のメモリーセ
ルが選択されるときに隣接したアレイブロックを分離す
る二つの分離トランジスタ対と、チップ外部とのデータ
の入出力をする入出力線対と、ビット線対と入出力線対
との間に設置された入出力トランジスタと、を有する半
導体メモリー装置において、第1動作時に二つの分離ト
ランジスタ対の間のビット線対を電源電圧レベルにプリ
チャージし、そして、第2動作時にこのビット線対の内
の一方のビット線を電源電圧レベルに維持すると共に他
方のビット線を接地電圧レベルに降下させてビット線対
の間の電位差を増幅するセンスアンプを、二つの分離ト
ランジスタ対の間のビット線対に設置したことを特徴と
する。また、前記の第1動作時が、ビット線対が接続し
ているアレイブロック内の所定のメモリーセルが選択さ
れない時であり、第2動作時が、ビット線対が接続して
いるアレイブロック内の所定のメモリーセルが選択され
た時であることを特徴とする。
【0011】
【作用】以上のような構成とすることで、ビット線から
入出力線へデータを伝送する際の電位差の増幅を迅速に
することができ、その結果、高速センシング動作すなわ
ちデータアクセス時間の短縮が可能となった。
【0012】
【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に
説明する。本発明によるセンスアンプの実施例を図1に
示しており、これによる読出し動作のタイミング図を図
2に示している。では、図1を用いて本発明によるセン
スアンプの実施例を説明する。
【0013】一点鎖線で表示のブロックが本発明に係る
センスアンプブロック100であり、それ以外の残りの
素子(即ち、分離トランジスタ51、52、53、54
、入出力トランジスタ61、62、入出力線65、66
、アレイブロック70、75等)はこの分野における公
知の事項であるので、その説明は省略する。センスアン
プブロック100は大別するとプリチャージ手段100
Aとセンシング手段100Bに分けられる。プリチャー
ジ手段100Aは、ゲートにφPR(プリチャージ信号
)が印加され、チャネルが電源電圧Vcc端とビット線
63との間に連結された第1負荷トランジスタ55と、
ゲートにφPRが印加され、チャネルが電源電圧Vcc
端とビット線64との間に接続された第2負荷トランジ
スタ56と、から構成される。
【0014】ここで、φPRはRAS(ロウアドレスス
トローブ信号、rowaddress strobe)
から発生し、RAS発生時には“ハイ”レベルとなる。
【0015】センシング手段100Bは、LA(第1ク
ロック信号)が印加されるノードPとビット線63との
間にチャネルが連結され、ビット線64にゲートが接続
されたP形第1センシングトランジスタ57と、ノード
Pとビット線64との間にチャネルが連結され、ビット
線63にゲートが接続されたP形第2センシングトラン
ジスタ58と、LA′(第2クロック信号)が印加され
るノードNとビット線63との間にチャネルが連結され
、ビット線64にゲートが接続されたN形第1センシン
グトランジスタ59と、ノードNとビット線64との間
にチャネルが連結され、ビット線63にゲートが接続さ
れたN形第2センシングトランジスタ60と、から構成
される。
【0016】ここで、P形第1及び第2センシングトラ
ンジスタ57、58はP形セスアンプを構成しており、
N形第1及び第2センシングトランジスタ59、60は
N形センスアンプを構成している。
【0017】以下の説明においては分かりやすいように
、便宜上、ビット線63の内の分離トランジスタ51と
53の間の部分を第1センシングノードSANと呼び、
ビット線64の内の分離トランジスタ52と54の間の
部分を第2センシングノードSAN′と呼ぶこととする
【0018】図1から分かるように、第1センシングノ
ードSAN及び第2センシングノードSANはビット線
63、64の電位を伝送する。尚、第1動作時(メモリ
ーセルが選択されてないとき)には、第1センシングノ
ードSAN及び第2センシングノードSANは第1及び
第2負荷トランジスタ55、56によって各々電源電圧
Vccレベルにプリチャージされる。また、第1動作時
には、LA及びLA′は電源電圧Vccレベルであり、
これによりノードP及びNは各々電源電圧Vccレベル
にプリチャージされている。第2動作時(メモリーセル
が選択されたとき)すなわちビット線のセンシング動作
時には、LAは電源電圧Vccレベルを維持し、LA′
は接地電圧Vssレベルに変化する。
【0019】図1の回路の動作特性を図2を参照して説
明する。図1において、第1動作時はアレイブロック7
0から分離トランジスタ51、52まで及びアレイブロ
ック75から分離トランジスタ53、54までの各ビッ
ト線63、64は各々Vcc/2レベルにプリチャージ
され、第1及び第2センシングノードSAN、SAN′
は各々電源電圧Vccレベルにプリチャージされており
、そして、分離トランジスタ51、52、53、54は
すべてターンオフしていることは同図より理解されるで
あろう。
【0020】外部の信号によって読出し動作が開始され
、ワード線WL(図2参照)によって所定のメモリーセ
ルが選択され、このメモリーセルに記憶されているデー
タがこれに接続したビット線対63、64に伝送されて
、ビット線対63、64の間に電位差が発生する。例え
ば、アレイブロック70内のメモリーセルが選択された
とすると、分離トランジスタ51、52に印加されるI
SOL(制御信号)が“ハイ”レベルになる。すると、
ビット線63、64の内の低い電位のビット線に接続し
ている分離トランジスタが先にターンオンする。したが
って、低い電位のビット線と接続しているセンシングノ
ードの電位が低い電位のビット線に伝送されて低くなる
。例えば、ビット線64の方が低電位であったとすると
、分離トランジスタ52が分離トランジスタ51より先
にターンオンして第2センシングノードSAN′とビッ
ト線64との電荷分配が発生し、その結果、第2センシ
ングノードSAN′の電位が低くなる。一方、第1セン
シングノードSANの電位はそのまま維持される。 第2センシングノードSAN′の電位は接地電圧Vss
レベルに変化したノードNに放電し始めるので、さらに
第2センシングノードSAN′の電位が徐々に低電位と
なりN形センスアンプの第1センシングトランジスタ5
9が徐々にターンオフしていき、第1センシングノード
SANの電位はラッチされる。
【0021】これを数式で表現すると次のようになる。 すなわち、メモリーセルの静電容量をCs、センシング
ノードの静電容量をCsnとすると、例えば“0”デー
タのメモリーセルの読出し動作時に、この“0”データ
が、VCC/2レベルにプリチャージされているビット
線に伝送された後に分離トランジスタを介してさらにセ
ンシングノードに伝送されたとする。このとき、ビット
線に電位の変化がないと仮定すると、 Cs・Vcc/2≒(Vcc−Vf)・Csnで表せる
。ここで、Vfはセンシングノードの最終電位で、 Vf=Vcc−(Cs・Vcc)/2Csnとなる。例
えば、Vcc=5V、Csn=3Csであるとすると、
Vf=4.17Vになってセンシングノードには0.8
3Vの電位差が発生する。
【0022】上記の式は分離トランジスタに印加される
ISOLがVcc/2+Vth(Vthは分離トランジ
スタのしきい電圧)のときのものである。これがVcc
/2+Vthより高くなると、それまでターンオフして
いた分離トランジスタ51もターンオンし、これにより
電荷分配していなかった第1センシングノードSANも
電荷分配を開始する。このことは、図2に示すようなI
SOLの電圧の上昇角度を調節することで、分離トラン
ジスタ51、52がターンオンする時間の“ずれ”を制
御できることを意味する。
【0023】しかしながら、既に第1センシングノード
SANには電源電圧Vccレベルの電位がラッチされて
おり、第2センシングノードSAN′にはこれより低電
位がラッチされているので、第1及び第2センシングノ
ードSAN、SAN′の間の増幅された電位差は維持さ
れる。したがって、第2センシングノードSAN′の電
位は接地電圧VssレベルのノードNに放電され続けて
接地電圧Vssへ降下し、これにより、P形センスアン
プの第1センシングトランジスタ57はターンオン、N
形センスアンプの第1センシングトランジスタ59はタ
ーンオフして、第1センシングノードSANの電位は電
源電圧VccレベルのノードPを通じて継続して電源電
圧Vccレベルの電位を維持する。
【0024】このようなセンシング動作は図2に示すよ
うに高速で行われると共に、第1及び第2センシングノ
ードSAN、SAN′の間の電位差も大幅に増幅される
ので、直ちに入出力トランジスタ61、62を通じて入
出力線65、66に充分な電位差をもって伝送可能であ
る。その結果、データのチップ外部への伝送もそれだけ
高速で行える。これは図4に示した従来回路の読出し動
作タイミング図のT1区間と図2に示した本発明による
読出し動作タイミング図のT2区間を比較すれば容易に
理解することができるであろう。
【0025】すなわち、T1区間では入出力線対11、
12の電位差は微弱でデータアクセス時間の短縮を実現
するのは困難であるが、T1区間と同時間で比較したT
2区間では入出力線対65、66の電位差は充分に増幅
されているので、データアクセス時間の短縮が実現でき
る。
【0026】上述の本発明の実施例では、図1のアレイ
ブロック70のメモリーセルが選択される場合を例とし
て説明してきたが、アレイブロック75の場合も上述の
説明と同様に説明できることは容易に理解できるであろ
う。また、本発明に係るセンスアンプブロックは隣接し
たアレイブロックが共有するように設計してあり、高集
積化にも有利なようになっている。
【0027】図1に示した回路は本発明の思想を実現し
た最適の実施例であって、センシングノードを電源電圧
レベルの電位にプリチャージする手段は本発明の技術的
な範疇を外れない限り異なった構成とすることもできる
【0028】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によるセ
ンスアンプは、レイアウトが簡単で高集積化に適し、従
来に比べより高速なセンシング動作が実行でき、しかも
特に低い電源電圧を採択するメモリー素子において効果
が絶大であるので、16メガビット以上の高集積DRA
Mのようにビット線の負荷が大きくなる上に高速動作を
要求するようなメモリー素子に対して大きく貢献できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセンスアンプの実施例を示す回路
図。
【図2】本発明によるセンスアンプを用いた回路の動作
タイミング図。
【図3】従来のセンスアンプの実施例を示す回路図。
【図4】図3の回路の動作タイミング図。
【図5】従来のセンスアンプの別の実施例を示す回路図
【符号の説明】
57  P形第1センシングトランジスタ58  P形
第2センシングトランジスタ59  N形第1センシン
グトランジスタ60  N形第2センシングトランジス
タ63、64  ビット線 65、66  入出力線 100  センスアンプブロック 100A  プリチャージ手段 100B  センシング手段 SAN  第1センシングノード SAN′  第2センシングノード

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  多数のメモリーセルから成るメモリー
    セルアレイをブロック化した複数のアレイブロックと、
    隣接したアレイブロックに共通に連結されたビット線対
    と、このビット線対上に設置され、所定のメモリーセル
    が選択されるときに隣接したアレイブロックを分離する
    二つの分離トランジスタ対と、チップ外部とのデータの
    入出力をする入出力線対と、ビット線対と入出力線対と
    の間に設置された入出力トランジスタと、を有する半導
    体メモリー装置におけるセンスアンプであって、第1動
    作時に二つの分離トランジスタ対の間のビット線対を電
    源電圧レベルにプリチャージし、そして、第2動作時に
    このビット線対の一方のビット線を電源電圧レベルに維
    持すると共に他方のビット線を接地電圧レベルに降下さ
    せてビット線対の間の電位差を増幅する機能を有し、且
    つ二つの分離トランジスタ対の間のビット線対に設置さ
    れるようにして成るセンスアンプ。
  2. 【請求項2】  第1動作時が、ビット線対が接続して
    いるアレイブロック内の所定のメモリーセルが選択され
    ないときであり、第2動作時がビット線対が接続してい
    るアレイブロック内の所定のメモリーセルが選択された
    ときである請求項1記載のセンスアンプ。
  3. 【請求項3】  センスアンプが、ビット線対に設置さ
    れ所定の制御信号によってこのビット線対を電源電圧レ
    ベルにプリチャージするプリチャージ手段と、ビット線
    対に設置されこのビット線対の電位差を増幅するセンシ
    ング手段と、から成る請求項1記載のセンスアンプ。
  4. 【請求項4】  プリチャージ手段が、ゲートに所定の
    制御信号が印加され、ビット線対の一方と電源電圧端と
    の間にチャネルが連結された第1負荷トランジスタと、
    ゲートに前記の所定の制御信号が印加され、ビット線対
    の他方と電源電圧端との間にチャネルが連結された第2
    負荷トランジスタと、から成る請求項3記載のセンスア
    ンプ。
  5. 【請求項5】  センシング手段が、第1クロック信号
    が印加される第1ノードとビット線対の一方との間にチ
    ャネルが連結され、ビット線対の他方にゲートが接続さ
    れたP形第1センシングトランジスタと、ビット線対の
    一方にゲートが接続され、前記の第1ノードとビット線
    対の他方との間にチャネルが連結されたP形第2センシ
    ングトランジスタと、第2クロック信号が印加される第
    2ノードとビット線対の一方との間にチャネルが連結さ
    れ、ビット線対の他方にゲートが接続されたN形第1セ
    ンシングトランジスタと、ビット線対の一方にゲートが
    接続され、前記第2ノードとビット線対の他方にチャネ
    ルが連結されたN形第2センシングトランジスタと、か
    ら成る請求項3記載のセンスアンプ。
  6. 【請求項6】  第1クロック信号がセンシング動作以
    前及びセンシング動作時に継続して電源電圧レベルの信
    号であり、第2クロック信号がセンシング動作以前は電
    源電圧レベルで且つセンシング動作時は接地電圧レベル
    の信号である請求項5記載のセンスアンプ。
  7. 【請求項7】  半導体メモリー装置のメモリーセルに
    接続されたビット線対に設置され、第1状態では同一の
    論理レベルであり、第2状態では相補的な論理レベルと
    なる一対のクロック信号によって動作するセンスアンプ
    において、第1及び第2状態を通じて電源電圧レベルの
    電位に維持される第1センシングノードと、第1状態で
    は電源電圧レベルの電位であり、第2状態では電源電圧
    より低いレベルの電位となる第2センシングノードと、
    をビット線対上に具備したことを特徴とするセンスアン
    プ。
  8. 【請求項8】  第1状態が、ビット線対が選択されな
    いときの状態であり、第2状態が、ビット線対が選択さ
    れたときの状態である請求項7記載のセンスアンプ。
JP31625691A 1991-06-19 1991-11-29 高速センシング動作を実行するセンスアンプ Expired - Fee Related JPH0713866B2 (ja)

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KR1019910010195A KR940008296B1 (ko) 1991-06-19 1991-06-19 고속 센싱동작을 수행하는 센스앰프

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Publication Number Publication Date
JPH04370596A true JPH04370596A (ja) 1992-12-22
JPH0713866B2 JPH0713866B2 (ja) 1995-02-15

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KR (1) KR940008296B1 (ja)

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