JPH08195086A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH08195086A
JPH08195086A JP7259968A JP25996895A JPH08195086A JP H08195086 A JPH08195086 A JP H08195086A JP 7259968 A JP7259968 A JP 7259968A JP 25996895 A JP25996895 A JP 25996895A JP H08195086 A JPH08195086 A JP H08195086A
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JP
Japan
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potential
transistor
node
mos transistor
sense amplifier
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Application number
JP7259968A
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English (en)
Inventor
Hideto Hidaka
秀人 日高
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カレントミラーの消費電流が大きい。 【解決手段】 カレントミラーを構成するPチャネルM
OSトランジスタQP2とアース電位ノードとの間に電
流制限用のPチャネルMOSトランジスタQP4を接続
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体集積回路に
関し、特にカレントミラーを有する半導体集積回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、ダイナミック型またはスタティッ
ク型のMOSRAM(Metal Oxide Semiconductor Random Acce
ss Memory)などの高集積メモリ素子において、メモリの
データ線上の微小信号電圧を高速かつ高感度に検知し増
幅する増幅器、すなわちセンスアンプ回路の重要性が増
大しつつある。図4は、CMOS(Complementary MOS) 回路
系で構成した、カレントミラー型の従来の高感度センス
アンプ回路の回路図である。
【0003】まず、図4を参照して従来のカレントミラ
ー型のセンスアンプの構成について説明する。図4にお
いて、左側のNチャネルMOSトランジスタQN1とPチ
ャネルMOSトランジスタQP1とが第1のスタティック
インバータ1を形成し、右側のNチャネルMOSトラン
ジスタQN2とPチャネルMOSトランジスタQP2とが第
2のスタティックインバータ2を形成する。なお、Pチ
ャネルのMOSトランジスタQP1,QP2はカレントミラ
ー(負荷側)を構成している。MOSトランジスタQN1
のゲート電極とMOSトランジスタQN2のゲート電極と
には、それぞれ、互いに相補的関係にある入力データD
INと/DINとが印加される。
【0004】さらに、第1のスタティックインバータ1
を構成するMOSトランジスタQP1およびMOSトラン
ジスタQN1は、NチャネルのMOSトランジスタQN3
介して、アース電位とVCC(=5.0V)との間に接続
され、第2のスタティックインバータ2を構成するMO
SトランジスタQP2およびMOSトランジスタQN2もま
た、MOSトランジスタQN3を介してアース電位とVCC
(=5.0V)との間に接続されている。このMOSト
ランジスタQN3は、外部から印加されるハイレベルのセ
ンス開始信号φS に応答して導通し、第1のスタティ
ックインバータ1および第2のスタティックインバータ
2をアース電位に接続する。さらに、第1のスタティッ
クインバータ1の出力電圧Vが基準電位として第2
のスタティックインバータ2のMOSトランジスタQP2
のゲート電極に与えられる。そして、この基準電位V
1 と/DINとの差の電圧がセンス出力DOUT として第
2のスタティックインバータ2から出力される。
【0005】次に、図5は、図4に示した従来のセンス
アンプ回路を構成する各インバータ段の負荷特性および
ドライバ特性を示す図である。さらに、図6は、図4に
示した従来のセンスアンプ回路の入出力特性を示す図で
あり、図7は、このセンスアンプ回路の総消費電流を示
す図である。
【0006】次に、図5、図6および図7を参照して、
図4のセンスアンプ回路の動作について説明する。図4
のセンスアンプ回路において、まず、入力データの検知
開始時には、センス開始信号φS がハイレベルになって
MOSトランジスタQN3が導通し、第1のスタティック
インバータ1はVCCとアース電位との間に直列に接続さ
れ、第2のスタティックインバータ2はVCCとアース電
位との間に直列に接続されることになる。そしてスタテ
ィックインバータ1のMOSトランジスタQN1のゲート
電極には一方の入力データDINが入力され、スタティッ
クインバータ2のMOSトランジスタQN2のゲート電極
には他方の入力データ/DINが入力される。ここで、M
OSトランジスタQP1は、飽和領域で動作するので、M
OSトランジスタQP2およびQN1からなる第1のスタテ
ィックインバータ1の負荷曲線は、図5中の曲線aのよ
うになる。ここで、第1のスタティックインバータ1の
MOSトランジスタQN1のドライバ特性は、図5中の曲
線bのようになり、これらの特性曲線aとbとはV1
=Aにおいて交わる。
【0007】さらに、第2のスタティックインバータ2
のMOSトランジスタQP2のゲート電圧は、QP1のゲー
ト電圧と同じA=V1 なので、MOSトランジスタQ
P2およびQN2からなる第2のスタティックインバータ2
の負荷曲線は、図5中の曲線cとなる。そして、DIN
/DINの場合は、MOSトランジスタQN2のドライバ特
性は、QN1の場合と同様に曲線bとなり、したがって、
特性曲線bとcとはDOU T =Aにおいて交わる。しかし
ながら、曲線bとcは共に5極管領域で交わっているの
で/DINがわずかに増減しても、MOSトランジスタQ
N2のドライバ特性曲線bは図5中の曲線dまたはeのよ
うに変化し、第2のスタティックインバータ2の負荷曲
線cとの交点も、図5中のDOUT =B〜DOUT =Cと
大きく変動する。したがって、図6の入出力特性図に示
したように、第2のスタティックインバータ2の論理し
きい値がDINになるように第1のスタティックインバー
タ1が基準電圧V1 を調整しているということができ
る。
【0008】そして、図6に示すように、入力電圧DIN
が低い方が入出力特性曲線の傾きが大きく、したがって
センスアンプ回路の感度が良好であり、また図7に示す
ように、回路の総消費電流が小さい。一方、入力電圧D
IN,/DINが共に比較的高い領域、すなわち2V〜3V
の領域になると、図6に示すように、入出力特性曲線の
傾き、すなわちセンスアンプ回路の感度が急激に低下
し、また図7に示すように回路の総消費電流が著しく増
大する。このような現象は、DIN,/DINが2V〜3V
の領域では、MOSトランジスタQP1,QN1からなる第
1のスタティックインバータ1に流れる定常電流が増大
し、かつMOSトランジスタQP2およびQN2からなる第
2のスタティックインバータ2においてMOSトランジ
スタQN2によるアース電位への引き下げが強くなり、M
OSトランジスタQP1およびQP2からなるカレントミラ
ーが飽和領域の動作から外れることによるものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のセンスアンプ回
路は、以上のように構成されているので、カレントミラ
ーを流れる消費電流が大きいという問題点があった。
【0010】この発明は、上述のような問題点に鑑みて
なされたものであり、カレントミラーの消費電流が抑制
されたカレントミラー回路を備える半導体集積回路を得
ることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体集
積回路は、第1の電位が印加される第1の電位ノードと
第1の電位と異なる第2の電位が印加される第2の電位
ノードとの間に接続される第1の負荷トランジスタ、第
1の電位ノードと第1のノードとの間に接続され、第1
の負荷トランジスタとでカレントミラーを構成する第2
の負荷トランジスタ、および第1のノードと第2の電位
ノードとの間に接続され、第1のノードと第2の電位ノ
ードとの間に流れる電流を所定値以下に保つための第1
の電流制限トランジスタを有するカレントミラー回路を
備えるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施の形態
であるセンスアンプ回路を示す回路図である。まず、図
1を参照してこの発明の一実施の形態の構成について説
明する。図1において、NチャネルMOSトランジスタ
N3は、図1のQN3と同様に外部から印加されるハイレ
ベルのセンス開始信号φS に応答して導通し、左側の
スタティックインバータ3および右側のスタティックイ
ンバータ4をVCCとアース電位との間に接続する。左側
のスタティックインバータ3は、図4の従来のセンスア
ンプ回路におけるスタティックインバータ1と同様にV
CC側に設けられたPチャネルMOSトランジスタQ
P1と、アース電位側に設けられたNチャネルMOSトラ
ンジスタQN1とを含んでいるが、さらに、これら2つの
MOSトランジスタ間に新たにPチャネルMOSトラン
ジスタQP3が直列に挿入されている点で図4の従来のセ
ンスアンプ回路と異なっている。
【0013】一方、右側のスタティックインバータ4
は、図4の従来のセンスアンプ回路におけるスタティッ
クインバータ2と同様に、VCC側に設けられたPチャ
ネルMOSトランジスタQP2と、アース電位側に設けら
れたNチャネルMOSトランジスタQN2とを含んでいる
が、さらに、これら2つのMOSトランジスタ間に新た
にPチャネルMOSトランジスタQP4が直列に挿入され
ている点で図4の従来のセンスアンプ回路と異なってい
る。これらの新たに追加されたMOSトランジスタ
P3,QP4のゲート電極には、Vref (3.0V〜
4.0V)なる基準電位が印加されている。なお、Pチ
ャネルMOSトランジスタQP1,QP2はカレントミラー
(負荷側)を構成している。また、MOSトランジスタ
N1のゲート電極とMOSトランジスタQN2のゲート電
極とには、それぞれ、図4のセンスアンプ回路と同様に
互いに相補的関係にある入力データDINと/DINとが印
加され、スタティックインバータ3の出力電圧V1
基準電位としてスタティックインバータ4のMOSトラ
ンジスタQP2のゲート電極に与えられ、そしてこの基準
電位V1 と/DINとの差の電圧がセンス出力DOUT
してスタティックインバータ4から出力される。
【0014】次に、図2は、図1に示したこの発明の一
実施の形態であるセンスアンプ回路の入出力特性を示す
図であり、図3にはこのセンスアンプ回路の総消費電流
を示す図である。次に、図2および図3を参照して、図
1に示したこの発明の一実施の形態の動作について説明
する。まず、入力データの検知開始時には、センス開始
信号φS がハイレベルになってMOSトランジスタQ
N3が導通し、左側のスタティックインバータ3はVCC
アース電位との間に接続され、右側のスタティックイン
バータ4はVCCとアース電位との間に接続されることに
なる。そして、スタティックインバータ3のMOSトラ
ンジスタQN1のゲート電極には一方の入力データDIN
与えられ、スタティックインバータ4のMOSトランジ
スタQN2のゲート電極には他方の入力データ/DINが与
えられる。ここで、DIN,/DINが共に比較的低い電圧
レベルにある場合には、図4ないし図7に示した従来の
センスアンプ回路の場合と同様に、MOSトランジスタ
P1とQP2とからなるカレントミラーは、飽和領域内で
動作する。
【0015】したがって、図2および図3から明らかな
ように、入力データDIN,/DINのレベルが低い場合に
は、入出力特性の傾きが大きく、したがってセンスアン
プ感度が良好であり、さらに各インバータを流れる定常
電流も小さく、したがって回路の総消費電流も小さい。
一方、DIN,/DINが共に比較的高い電圧レベル、すな
わち2V〜3Vの領域になると、図4に示した従来のセ
ンスアンプ回路では、図2または図3中において比較の
ために破線で示したようにセンスアンプ感度が急激に低
下し、同時に総消費電流が著しく増大していた。しかし
ながら、図1に示した実施の形態によれば、新たに追加
されたMOSトランジスタQP3およびQP4のゲート電極
に、VCCとアース電位との中間電位であるVref
3.0〜4.0Vが印加されているので、従来大きな電
源電流が流れた入力条件下においても、すなわちDIN
/DINが共に比較的高いレベルにある場合においても、
MOSトランジスタQP3,QP4は飽和領域で動作する。
【0016】したがって、これらのMOSトランジスタ
P3,QP4はそれら自身を介して流れる電流をほぼ一定
値に保つ電流制限要素として機能することになる。これ
によって、入力データレベルの高低にかかわらず、回路
を流れる電流は一定値以下に保たれ、総消費電流の増大
を抑制することが可能となる。
【0017】また、図1中において、MOSトランジス
タQP3のしきい値電圧をVTHとすると、基準電位V1
は、入力データDIN,/DINのレベルが高い場合でも、
ref+|VTH|以下には下がらない。このため、MO
SトランジスタQP1,QP2からなるカレントミラーは、
入力条件が高くなってもほとんど飽和領域からずれて動
作することがなくなり、したがって図2に示すように、
入出力特性が急激に劣化し、センスアンプ感度が低下す
ることはない。
【0018】なお、上述の実施の形態では、カレントミ
ラーの負荷側をPチャネルMOSトランジスタQP1およ
びQP2で構成した場合について説明したが、これらをN
チャネルMOSトランジスタで構成した場合にも同様の
効果を得ることができる。なお、この場合には、電流制
限要素はNチャネルMOSトランジスタでなければなら
ない。
【0019】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、カレン
トミラーを構成している第2の負荷トランジスタと第2
の電位ノードとの間に設けられる第1の電流制限トラン
ジスタを有しているので、カレントミラーにおける第2
の負荷トランジスタを流れる電流が抑制され、消費電流
の小さいカレントミラー回路が得られるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態のセンスアンプ回路
の回路図である。
【図2】 この発明の一実施の形態のセンスアンプ回路
の入出力特性を示す図である。
【図3】 この発明の一実施の形態のセンスアンプ回路
の総消費電流を示す図である。
【図4】 従来のセンスアンプ回路の回路図である。
【図5】 従来のセンスアンプ回路の負荷特性およびド
ライバ特性を示す図である。
【図6】 従来のセンスアンプ回路の入出力特性を示す
図である。
【図7】 従来のセンスアンプ回路の総消費電流を示す
図である。
【符号の説明】
P1 Pチャネルトランジスタ、 QP2 Pチャネルト
ランジスタ QP3 Pチャネルトランジスタ、 QP4 Pチャネルト
ランジスタ QN1 Nチャネルトランジスタ、 QN2 Nチャネルト
ランジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電位が印加される第1の電位ノー
    ドと前記第1の電位と異なる第2の電位が印加される第
    2の電位ノードとの間に接続される第1の負荷トランジ
    スタ、前記第1の電位ノードと第1のノードとの間に接
    続され、前記第1の負荷トランジスタとでカレントミラ
    ーを構成する第2の負荷トランジスタ、および前記第1
    のノードと前記第2の電位ノードとの間に接続され、前
    記第1のノードと第2の電位ノードとの間に流れる電流
    を所定値以下に保つための第1の電流制限トランジスタ
    を有するカレントミラー回路を備える半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 第1の負荷トランジスタは、第1の負荷
    トランジスタと第2の電位ノードとの間に流れる電流を
    所定値以下に保つための第2の電流制限トランジスタを
    介して第2の電位ノードに接続される請求項1記載の半
    導体集積回路。
  3. 【請求項3】 第1の負荷トランジスタは、ゲートに第
    1の入力電位を受ける第1の入力トランジスタを介して
    第2の電位ノードに接続され、 第1の電流制限トランジスタは、ゲートに第2の入力電
    位を受ける第2の入力トランジスタを介して前記第2の
    電位ノードに接続される請求項1記載の半導体集積回
    路。
JP7259968A 1995-10-06 1995-10-06 半導体集積回路 Pending JPH08195086A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS632193A (ja) * 1986-06-20 1988-01-07 Mitsubishi Electric Corp センスアンプ回路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS632193A (ja) * 1986-06-20 1988-01-07 Mitsubishi Electric Corp センスアンプ回路

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