JPH10508410A - 電流メモリ - Google Patents
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- G11C27/028—Current mode circuits, e.g. switched current memories
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
平衡した電流入力用の電流メモリは、2個の粗電流メモリセル(M1,M11)と2個の微電流メモリセル(M2,M2)を具え、これら電流メモリセルの各々が、ゲート電極とソース電極との間にスイッチ(S3,S13,S4,S14)を有する電界効果トランジスタ(T1,T11,T2,T12)を具える。トランジスタの反対向きの対のゲート電極とドレイン電極との間に接続したキャパシタ(C31〜C34)により寄生ゲート−ドレイン容量(C3,C13,C4,14)を中和する。別の電流転送誤差は、中和キャパシタ(C31〜C34)の各々に加えた適切な寸法の特別な容量を設けることにより補償することができる。
Description
【発明の詳細な説明】
電流メモリ
本発明は、サンプルされた平衡電流の形態の入力信号を記憶するアナログ電流
メモリに関するものである。
第1の粗電流メモリセルと、第2の微電流メモリセルと、記憶すべき電流を受
け取る入力部と、記憶した電流を取り出す出力部と、クロックサイクルの第1の
時間期間の第1の部分中に入力電流を第1の電流メモリセルに供給する第1のス
イッチ手段と、クロックサイクルの第1の時間期間の第2の部分中に入力電流を
第2の電流メモリセルに供給する第2のスイッチと、クロックサイクルの後の部
分すなわち次のクロックサイクル中に第1及び第2の電流メモリセルの結合され
た出力を電流メモリの出力部に供給する第3のスイッチ手段とを具えるアナログ
電流メモリは、欧州特許出願公開第0608 936号に開示されている。この
ような2個の電流メモリを結合して平衡電流を記憶するのに好適な電流メモリを
形成することができる。このS2I電流メモリとして既知の電流メモリは、切り
換え電流回路用に以前に提案され、1993年にピーター ペリグリナス社から
発行された本「スイッチド カーレント アン アナログ テクニーク フォー
ディジタル テクニーク」シー トマゾウ,ジェ.ビィ.ヒュー,及びエヌ.
シー.バターズバイ著の第36頁の第3.4図に記載されている簡単な電流メモ
リよりも一層良好な性能を与えるが、理想的な性能を達成するに至っていない。
切り換え電流メモリの動作においては、種々の理由により電流転送誤差が発生
し、この誤差の発生は上述した本に既に記載されている。簡単に説明すると、上
記誤差は、メモリトランジスタのドレインコンタクダンス、メモリトランジスタ
のドレイン−ゲート容量及びメモリスイッチからの電荷注入に起因している。こ
れらの効果はメモリに理想的な単位値以下の電流転送ゲインを与えている。積分
器として用いる場合、これらの非理想的なメモリは導入されたダンピングにより
低下したQファクタを与えてしまう。
前述した本に記載されているように、これらの効果を最小にするため種々の技
術が用いられ、最近S2I技術が導入された。このS2I技術は誤差を高い効率で
減少させるが、ドレイン−ゲート容量に起因する誤差を減少させるのにはあまり
有効ではない。そのため、ドレイン−ゲート容量の低減が全てのスイッチド電流
回路に重要な場合、S2Iを利用した試みはあまり行われていない。
本発明の目的は、欧州特許出願公開第0608 936号に記載されているよ
うに2個の電流メモリを結合することによりドレイン−ゲート容量に起因する誤
差が低減された平衡入力電流用のアナログ電流メモリを提供することにある。
本発明は、サンプルされた電流の形態の入力信号を記憶するアナログ電流メモ
リであって、平衡電流サンプルを受け取る第1及び第2の入力部と、記憶した平
衡電流サンプルを出力する第1及び第2の出力部と、前記第1入力部に結合され
ている入力部及び前記第1出力部に結合されている出力部を有する第1の電流メ
モリセルと、前記第2入力部に結合されている入力部及び前記第2出力部に結合
されている出力部を有する第2の電流メモリセルとを具え、前記第1及び第2の
電流メモリセルが粗メモリセル及び微メモリセルをそれぞれ有し、粗メモリセル
が前記入力電流をクロックサイクルの第1の期間の第1の部分中にサンプリング
し、前記第1の電流メモリセルが前記入力電流及び粗メモリセルにより記憶され
た電流を前記クロックサイクルの第1の期間の第2の部分中にサンプリングし、
前記第1及び第2の電流メモリセルが、記憶した出力電流を前記クロックサイク
ルの第2の期間中又は次のクロックサイクル中に発生し、前記記憶された出力電
流を粗メモリセルの出力と微メモリセルの出力との結合された出力とし、粗メモ
リセル及び微メモリセルが、ゲート電極とドレイン電極との間に接続したスイッ
チを有する電界効果トランジスタをそれぞれ具え、前記スイッチがオープンした
とき記憶した出力電流が得られる電流メモリにおいて、前記各粗メモリセルの電
界効果トランジスタのゲート電極を、その粗メモリセルのトランジスタのドレイ
ン−ゲート容量に等しい容量を有するキャパシタを介して他方の粗メモリセルの
トランジスタのドレイン電極に接続し、前記各微メモリセルのトランジスタのゲ
ート電極を、前記ドレイン−ゲート容量に等しい容量を有するキャパシタを介し
て他方の微メモリセルのトランジスタのドレイン電極に接続したことを特徴とす
るアナログ電流メモリを提供する。
中和キャパシタを設けてメモリトランジスタのドレイン−ゲート容量を補償す
ることによりメモリトランジスタのゲート−ソース容量の電荷は出力端子の平衡
した電圧乱れに対してほぼ一定に維持される。
キャパシタの容量を増大してトランジスタ中の別の欠陥を補償できると共にド
レインコンダクタンスに起因する電流転送誤差も付加的に補償するように選択す
ることもできる。
これにより、ドレインコンダクタンスや電荷注入等に起因する別の電流転送誤
差を相殺することができる。後述するように、加えた容量の値はデバイス特性か
ら計算することができる。2個の粗メモリセル又は2個の微メモリセルのトラン
ジスタは基板上で反対向きに配置し各々が2個のサブトランジスタを構成するこ
とができ、この場合一方のトランジスタのゲートポリシリコンは他方のトランジ
スタの2個のドレイン電極間に挟まれるように延在する。2個のドレイン電極は
ゲートポリシリコンの延長部の少なくとも一部上に延在する共通の区域を有する
ことができる。
変形例とし又は付加するものとして、2個の粗メモリセル又は2個の微メモリ
セルは基板上で対抗するように配置し、一方のトランジスタのドレイン、ゲート
及びソースの方向を他方のトランジスタの方向に対して反対とすることができる
。この場合、アクティブ領域はドレイン電極を越えるように延在し、その外縁は
他方のトランジスタのゲートポリシリコンの延長部により規定さる。このように
、キャパシタはメモリトランジスタと同一の技術により形成され、処理の精度に
応じてメモリトランジスタのゲート−ドレイン容量値に追従する。さらに、アク
ティブ領域及び電極の配置は、マスク整列誤差があっても相対容量値が正しくな
るように設定することができる。
本発明の上述した構成及び作用効果は以下の説明から明らかにする。
図1は既知の平衡電流メモリの回路線図である。
図2は浮遊容量の形成を示す電流メモリに用いられるメモリトランジスタの構
造を示す。
図3は本発明の平衡電流メモリの第1実施例の回路線図である。
図4は2個のメモリトランジスタと中和コンデンサの構成を示す。
図5は2個のメモリトランジスタと中和コンデンサの別の構成を示す。
図6は本発明の平衡電流メモリの第2実施例の回路線図である。
図7は図4の構成をいかに変形して図6の回路を構成するかを示す。
図8は図1、3及び6の電流メモリのスイッチを制御するクロック波形を示す
。
図1は、欧州特許出願公開第0608936号に開示された2個のS2I電流
メモリを用いる平衡電流メモリの回路線図である。この平衡電流メモリは、粗メ
モリセルM1と微メモリセルM2とを含む第2の電流メモリと、粗メモリセルM
11と微メモリセルM12とを含む第2の電流メモリとで構成される。この電流
メモリは平衡入力電流が入力する2個の入力部1及び11を有する。入力部1は
スイッチS1を介して加算接続部2に結合する。加算接続部2はスイッチS2を
介して出力部3に接続する。同様に、入力部11はスイッチ11を介して加算接
続部12に接続され、加算接続部12はスイッチS12を介して出力部13に接
続する。第1の電流メモリの一部を構成する粗メモリセルM1はNチャネル電界
効果トランジスタT1を有し、そのソース電極を電源ラインVssに接続し、その
ドレイン電極は加算接続部2に接続する。スイッチS3はトランジスタT1のゲ
ート電極とドレイン電極との間に接続する。微メモリセルM2はPチャネル電界
効果トランジスタT2を有し、そのソース電極は電源ラインVddに接続し、その
ドレイン電極は加算接続部2に接続する。スイッチS4はトランジスタT2のゲ
ート電極とドレイン電極との間に接続し、スイッチS5はトランジスタT2のゲ
ート電極と端子4との間に接続し、この端子4には基準電圧源Vrefを接続する
。同様に、第2の電流メモリは粗メモリセルM11と微メモリセルM12を有す
る。粗メモリセルM11はNチャネル電界効果トランジスタT11を有し、その
ソース電極を電源ラインVssに接続し、そのドレイン電極は加算接続部2に接続
し、トランジスタT12のゲート電極はスイッチS15を介してバイアス基準電
位Vrefに接続する。微メモリセルM12はPチャネル電界効果トランジスタT
12を有し、そのソース電極は電源ラインVddに接続し、そのドレイン電極は加
算接続部2に接続する。スイッチS14はトランジスタT12のゲート電極とド
レイン電極との間に接続し、スイッチS15は端子4とトランジスタT12のゲ
ート電極との間に接続する。
スイッチS1及びS11は波形φ1で制御し、スイッチS2及びS12は波形
φ2により制御する。スイッチS3,S5,S13及びS15は波形φ1aによ
り制御し、スイッチS4及びS14は波形φ1bにより制御する。
前述した刊行物及び欧州特許出願公開第0608936号に記載されているよ
うに、これらスイッチがトランジスタT1,T2,T11及びT12をオープン
に接続すると、これらトランジスタを流れる電流は図1においてキャパシタC1
,C2,C11及びC12として線図的に示すゲートソース容量の電荷として保
持される。これらゲート−ソース容量はpチャネルトランジスタの場合値Cpを
とり、Nチャネルトランジスタの場合NNをとる。さらに、トランジスタT1,
T2,T11,及びT12にトレイン−ゲート容量が存在し、これら容量をキャ
パシタC3,C4,C13及びC14としてそれぞれ線図的に示し、pチャネル
トランジスタの場合値Cdgpとし、Nチャネルトランジスタの場合NdgNとする。
実際には、このメモリセルのトランジスタは通常セルフアラインしたCMOS
IC処理により作られ、寄生ドレイン−ゲート容量が存在する。この理由は、ゲ
ートポリシリコンがドレイン拡散層とオーパラップし、ゲートポリシリコンとド
レイン接点メタライゼーションとの間に浮遊容量が存在するためである。これは
図2に図示し、図2はソース拡散領域21及びドレイン拡散領域22が形成され
ている基板20を示す。基板は酸化層23を有し、この酸化層中にゲートポリシ
リコン層24が形成され、ゲートポリシリコン層はソース拡散領域及びドレイン
拡散領域とオーパラップしている。ソースメタライゼーション25及びドレイン
メラタイゼーション26を形成し、これらの電極とオーミック接続できるように
する。明らかに、ゲートポリシリコンとドレイン拡散領域22との間及びゲート
ポリシリコン24とドレインメタライゼーション26との間に浮遊容量が存在す
る。
出力部のいかなる電圧変化により、微及び粗メモリトランジスタの両方のゲー
ト電圧が乱され、これにより出力電流に誤差が生じてしまう。
図3は、図1に示す電流メモリに基づく本発明の電流メモリを示す。尚、図1
に示す素子と同一の形態及び機能を有する素子には同一符号を付し、図3の実施
例の構造及び動作の説明において誤差だけについて検討する。
図3に示すように、別の図4のキャパシタC31,C32,C33及びC34
を設ける。キャパシタ31はトランジスタT1のゲート電極とトランジスタT1
1のドレイン電極との間に接続し、キャパシタC32はトランジスタT2のゲー
ト電極とトランジスタT12のドレイン電極との間に接続し、キャパシタC33
はトランジスタT11のゲート電極とトランジスタT1のドレイン電極との間に
接続し、キャパシタC34はトランジスタT12のゲート電極とトランジスタT
12のドレイン電極との間に接続する。
キャパシタC31及びC33の値はCdgNと等しくし、キャパシタC32及び
C34の値はCdgpに等しくする。ここで、CdgNはトランジスタT1及びT11
のドレイン−ゲート容量であり、CdgpはトランジスタT2及びT12のドレイ
ン−ゲート容量である。接続部2と12において平衡電圧の乱れが生ずると、大
きさが等しく且つ反対向きの電流がメモリトランジスタのゲート−ソース容量C
1,C2,C11,C12の各々に流れ込む。この結果、メモリトランジスタの
ゲート電圧に対する乱れ、つまりそれらのゲート−ドレインキャパシタに起因す
る出力電流の誤差は最小になる。
最良の性能を得るためには、中和コンデンサが寄生ドレイン−ゲートキャパシ
タと極めて正確に整合する必要がある。これをいかにして達成するかを図示する
ため、偶数個の(本例の場合2個)の並列サブトランジスタを有するNMOSメ
モリトランジスタを用いるメモリトランジスタの構成を図4に示す。
図4に示すように、基板40の堆積された酸化層を有する区域が2個のトラン
ジスタ41及び42を支持し、各トランジスタは2個のサブトランジスタを有す
る。酸化層に窓43及び44を形成し、ゲートポリシリコン層を堆積する。ゲー
ト接続部g1は2個のポリシリコンゲート領域g1a及びg1bまで延在し、これ
らゲート領域は窓43の一部分上に延在する。ゲート領域g1aは窓44の一部
を覆うようにも延在する。ゲート接続部g2は2個のポリシリコンゲート領域g
2a及びg2bまで延在し、これらゲート領域は窓44の一部を覆うように延在し
、ゲート領域g2bは窓43の一部分を覆うようにも延在する。ドレインメタラ
イゼーションd1は窓43のドレイン拡散層上の2個の金属接点d1a及びd1b
まで延在し、これら金属接点はゲート延在部g2bのいずれかの側に位置
する。同様に、ドレインメタライゼーションd2も窓44のドレイン拡散層上の
金属接点d2a及びd2dまで延在し、これら金属接点ゲート延長部g1aのいず
れかの側に位置する。ソースメタライゼーションs1a,s1b,s2a,s2dは
窓43及び44のソース拡散層上に延在し、電源電圧ラインのメタライゼ
必要とするキャパシタC31及びC33は、2個の接続されたドレイン間に挟
まれたトランジスタにより、すなわちd1a,g2d,d1bとd2a,g1a,d
2dにより形成される。各トランジスタはそのソース及びドレインをメモリトラ
ンジスタの二重ドレインで分担し、ゲートはその相補的メモリトランジスタのゲ
ートに接続される。
動作中、S2Iメモリの電圧スィングが過剰にならずメモリトランジスタの飽
和動作に対してノーマリの場合中和トランジスタがカットする領域に残存し、同
一のオーバラップ及びそのゲートのいずれかの端部の浮遊容量に寄与し、この結
果メモリトランジスタを構成する二重サブトランジスタの結合された寄生ドレイ
ン−ゲート容量に全体として整合する。
メモリトランジスタが奇数のサブトランジスタ又は単一のトランジスタで構成
される場合、中和は図5に示す構造により達成される(複数のサブトランジスタ
について適切になるように図4に示す図1又はそれ以上の構造が結合されている
)。図5に示す構造において、アクティブ領域51及び52(破線で示す)はド
レイン領域d1及びd2を超えて延在する。これら延在するアクティブ領域の遠
い側の境界は、ドレイン拡散層の遠い側の境界を規定するマスクとして作用する
ポリシリコン区域g1c及びg2cで覆う。この結果として、ドレイン電極d1及
びd2を有する1対のトランジスタが形成され、これらドレイン電極は、特別な
ポリシリコン区域g1c及びg2cと、それら自身のゲートポリシリコン領域g1
及びg2とオーバラップするのと同一の量だけオーバラップする。これにより、
メモリトランジスタの寄生ドレイン−ゲート容量と整合する外部キャパシタが形
成される。中和は同様に、付加的なポリシリコン区域g1c及びg2cを相補的な
トランジスタのゲートg1及びg2にそれぞれ接続することにより達成される。
特別なポリシリコンの下側に反転層が形成されるのを回避するため、電圧
スィングについて(図4の構成に課せられる制約と)同一の制約が必要である。
いかなる数(奇数又は偶数)のサブトランジスタの場合にも、図4に示す構成
と図5に示す構成とを結合することにより中和キャパシタを形成することができ
る。図示の構成は、メモリトランジスタのドレインと基板との間で特別な容量を
形成せず、メモリトランジスタのゲートに特別なリークも誘導しない利点がある
。さらに、ポリシリコンとドレイン金属領域との間で偏移が生ずるマスク整列誤
差が生じても、寄生ドレイン−ゲート容量と中和キャパシタを等しく変化させる
。
上記説明は、発生する出力電流に対するメモリトランジスタのドレイン−ゲー
ト容量の作用をいかに補償するかについて開示した。ドレインコンダクタンス及
び電荷注入に起因する電流転送誤差の中和について説明する。
図6は、寄生ドレインコンダクタンス及び外部中和キャパシタを有する図3に
示す形態のS2Iメモリセルを示す(寄生ドレイン−ゲート容量は上述したよう
に個別に中和されたものとしているので、これら寄生容量は除外されている)。
粗メモリ及び微メモリの電流転送誤差は以下の式で与えられる。
及び
ここで、gdaNとgdap並びにgmNとgmpはそれぞれ粗メモリトランジスタ及び微
メモリトランジスタのドレインコンダクタンス及びトランジスタコンダクタンス
であり、
ここで、CNはゲート−ソースキャパシタC1及びC11の容量であり、CPはゲ
ート−ソースキャパシタC2及びC12の容量でありCN′は中和キャパシタC
65及びC61の容量であり、Cp′は中和キャパシタC66及びC68の容量
である。
この条件において、粗メモリ及び微メモリのいずれにも電流転送誤差は発生せ
ず、従ってS2Iメモリセルにも電流転送誤差は発生しない。誤差の相殺は、I
Cプロセスの拡がりについて追従しない技術的に類似していないパラメータ(こ
の場合、ドレインコンダクタンス及び特定されていない別の容量)を用いること
により得られた。一方、相殺は、ある特定された処理条件で達成されることがで
きる。フィルタの用途において、例えば通常の条件下でドレインコンダクタンス
効果に起因する誤差のある設計周波数を中心にすることを利用することができる
。
一般に、ドレイン−ゲート容量がすでに中和されているメモリセルにおいて、
ドレインコンダクタンス、電荷注入等により生ずる誤差が結合される結果として
電流転送誤差が生ずる。この課題に対する実際的な試みは、トランジスタレベル
シミュレータ(例えば、スパイス)用いて遷移シミュレーションにより個々の設
計についての全誤差を測定し、以下の式に基づく中和キャパシタを適用すること
である。
ここで、C′及びCはそれぞれ中和容量及びゲート−ソース容量であり、εは非
中和誤差である。S2Iメモリの場合、この中和は粗メモリについてだけ適用さ
れてその誤差を相殺することができる。これは微メモリの誤差を同時に中和する
ことができず、しかも粗メモリが誤差を有していない場合この中和は不要になる
。
付加的な中和キャパシタC65及びC67は、中和ポリシリコン(ドレイン−
ゲート容量を中和するために既に存在する)を十分に覆うようにドレイン金属を
単に延在させることにより形成でき、必要な付加的な浮遊容量が形成される。
図7は、メモリトランジスタのゲート−ドレイン容量を中和することに加えて
ゲートコンダクタンス及び別の効果を中和するために必要な特別の容量を形成す
るために図4の構成をどのように変形するかを示す。図7において、図4の2個
のサブトランジスタから2個のトランジスタ70及び71を形成する。この場合
、2個のドレイン区域d1aとd1b並びにd2aとd2bがリンクして領域d
1及びdを形成すると共にゲートポリシリコン延長部g2b及びg1a上にそれ
ぞれ延在して付加的な容量を形成する。
同一の中和技術を適用して、例えば差動増幅器の入力段を形成するロングテイ
ルペア電圧増幅器のような平衡電流増幅器のミラー容量を中和することができる
。この中和は有用な帯域幅を拡大し安定性を改善する。
本開示内容を読むことにより、当業者にとって他の変形が可能である。このよ
うな変形は設計上既に既知の別の構成及び電気又は電子回路を含み既に説明した
構成に変えて又は共に用いることができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.サンプルされた電流の形態の入力信号を記憶するアナログ電流メモリであっ て、平衡電流サンプルを受け取る第1及び第2の入力部と、記憶した平衡電流サ ンプルを出力する第1及び第2の出力部と、前記第1入力部に結合されている入 力部及び前記第1出力部に結合されている出力部を有する第1の電流メモリセル と、前記第2入力部に結合されている入力部及び前記第2出力部に結合されてい る出力部を有する第2の電流メモリセルとを具え、前記第1及び第2の電流メモ リセルが粗メモリセル及び微メモリセルをそれぞれ有し、粗メモリセルが前記入 力電流をクロックサイクルの第1の期間の第1の部分中にサンプリングし、前記 第1の電流メモリセルが前記入力電流及び粗メモリセルにより記憶された電流を 前記クロックサイクルの第1の期間の第2の部分中にサンプリングし、前記第1 及び第2の電流メモリセルが記憶した出力電流を前記クロックサイクルの第2の 期間中又は次のクロックサイクル中に発生し、前記記憶された出力電流を粗メモ リセルの出力と微メモリセルの出力との結合された出力とし、粗メモリセル及び 微メモリセルが、ゲート電極とドレイン電極との間に接続したスイッチを有する 電界効果トランジスタをそれぞれ具え、前記スイッチがオープンしたとき記憶し た出力電流が得られる電流メモリにおいて、前記各粗メモリセルの電界効果トラ ンジスタのゲート電極を、その粗メモリセルのトランジスタのドレイン−ゲート 容量に等しい容量を有するキャパシタを介して他方の粗メモリセルのトランジス タのドレイン電極に接続し、前記各微メモリセルのトランジスタのゲート電極を 、前記ドレインーゲート容量に等しい容量を有するキャパシタを介して他方の微 メモリセルのトランジスタのドレイン電極に接続したことを特徴とする電流メモ リ。 2.請求項1に記載の電流メモリにおいて、前記キャパシタの容量を増大してト ランジスタの別の欠陥を補償するように構成したことを特徴とする電流メモリ。 3.請求項1又は2に記載の電流メモリにおいて、2個の粗電流メモリセルのト ランジスタ又は2個の微電流メモリセルのトランジスタが基板上で互いに対抗す るように配置されると共にそれぞれ2個のサブトランジスタとして形成され 、一方のトランジスタのゲートポリシリコンが他方のトランジスタの2個のドレ イン電極間に挟まれるように延在する電流メモリ。 4.請求項3に記載の電流メモリおいて、前記2個のドレイン電極がゲートポリ シリコンの延長部の少なくとも一部上に延在する共通の区域を有する電流メモリ 。 5.請求項1から3までのいずれか1項に記載の電流メモリにおいて、2個の粗 電流メモリセルのトランジスタ又は2個の微電流メモリセルのトランジスタが基 板上で互いに対抗するように配置され、一方のトランジスタのドレイン、ゲート 及びソースの方向が他方のトランジスタの方向と対抗し、アクティブ領域がドレ イン領域を越えるように延在し、その外縁が他方のトランジスタのゲートポリシ リコンの延長部により規定されている電流メモリ。 6.添付図面の図3、4、5及び8又は図4から8までに記載の電流メモリ。 7.請求項1から6までのいずれかに記載の発明と同一か否かを問わず本明細書 に内在し又は明確と新規な構成又は新規な構成の組み合わせ。
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