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Die
Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterspeicherschaltung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein zugehöriges Betriebsverfahren.
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In
einem dynamischen Speicherbaustein mit direktem Zugriff (DRAM) wird
ein Stromabtastverstärker
gewöhnlich
benutzt, um Informationen auszulesen, die mit einem Bitleitungsabtastverstärker abgetastet
werden. Der Stromabtastverstärker
kann schneller abtasten als ein Spannungsabtastverstärker, so
dass die Anwendung des Stromabtastverstärkers stärker verbreitet ist. Der Stromabtastverstärker tastet
ein Stromsignal ab, das über
eine Übertragungsleitung
eingegeben wird, verstärkt
das Stromsignal und gibt es als Spannungssignal aus. Der Stromabtastverstärker kann
erforderlich sein, um das Stromsignal effektiv über die Übertragungsleitung zu empfangen,
so dass Daten von der Übertragungsleitung
fehlerfrei abgetastet werden können.
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Normalerweise
kann ein Arbeitspunkt einer Stromabtastschaltung unter Benutzung
einer passiven Lastschaltung festgelegt werden. Da die passive Lastschaltung
einen relativ kleinen Eingangswiderstand hat, kann es jedoch vorkommen,
dass das Stromsignal verlustbehaftet ist und die Daten nicht fehlerfrei
abgetastet werden.
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Um
den Verlust des Stromsignals zu reduzieren, kann der Eingangswiderstand
der passiven Lastschaltung erhöht
werden. Die kann jedoch dazu führen,
dass die Daten langsamer übertragen
werden. Dieses Problem kann sich mit größerer Länge der Übertragungsleitung und größerem Abstand
zwischen der Stromabtastschaltung und eines Lastwiderstandes noch
verschlechtern. Zur Lösung
des Problems wurde bereits vorgeschlagen, dass der Arbeitspunkt
der Stromabtastschaltung durch eine ideale Stromquelle festgelegt
wird. Dieser Vorschlag kann jedoch dazu führen, dass die Schaltung sehr groß wird und
schwierig zu steuern ist.
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1 zeigt
ein Schaltbild eines Halbleiterspeicherbausteins 100 mit
einer herkömmlichen
passiven Lastschaltung 130, die mit einem Datenleitungspaar
GIO und GIOB verbunden ist. Von einem Bitleitungsabtastverstärker 110 abgetastete
und verstärkte
Daten werden über Übertragungsleitungen,
d. h. über
das Datenleitungspaar GIO und GIOB, zu einem Stromabtastverstärker 140 übertragen.
Wird ein Übertragungsgatter 120 durch
Benutzung einer Spaltenauswahlleitung CSL leitend geschaltet, dann
werden die vom Bitleitungsabtastverstärker 110 abgetasteten
Daten auf das Datenleitungspaar GIO und GIOB geladen, und es tritt
eine kleine Veränderung
in Stromsignalen I1, I2 des Datenleitungspaares GIO und GIOB auf.
Der Stromabtastverstärker 140 tastet diese
Veränderung
der Stromsignale I1 und I2 ab, verstärkt sie und erzeugt in Abhängigkeit
der Stromsignale I1 und I2 Ausgabespannungen DO und DOB.
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Die
herkömmliche
passive Lastschaltung 130 umfasst einen ersten PMOS-Transistor
P1 und einen zweiten PMOS-Transistor P2. Der erste PMOS-Transistor
P1 ist zwischen einer Versorgungsspannung und der Datenleitung GIO
eingeschleift. Der zweite PMOS-Transistor P2 ist zwischen der Versorgungsspannung
und der komplementären
Datenleitung GIOB eingeschleift. Die erste und der zweite PMOS-Transistor
P1 und P2 werden durch ein ergänzendes
Datenfreigabesignal ONB leitend bzw. sperrend geschaltet. Speziell
sind der erste und der zweite PMOS-Transistor P1 und P2 leitend geschaltet,
wenn ein Freigabesignal, d. h. das ergänzende Datenfreigabesignal
ONB, auf einem niedrigen logischen Pegel ist. Da der Spannungspegel
des zusätzlichen
Datenfreigabesignals ONB konstant auf dem niedrigen logischen Pegel
ist, ist ein jeweiliger Einschaltwiderstand des ersten und des zweiten PMOS-Transistors P1 und
P2 konstant. Deshalb können
der erste und der zweite PMOS-Transistor als passive Elemente mit
jeweils einem relativ konstanten Widerstand fungieren.
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Wenn
die vom Bitleitungsabtastverstärker 110 abgetasteten
Daten den Wert „0" haben und das Übertragungsgatter 120 leitend
geschaltet wird, erhöht
sich der Spannungspegel auf der Datenleitung GIO. Zudem tritt eine Änderung
des Stromsignals in der Datenleitung GIO auf. Mit abnehmendem Spannungspegel
auf der Datenleitung GIO erhöht
sich die Spannung, die über
den ersten PMOS-Transistor P1 anliegt, und dadurch kann sich der
Stromfluss von der Versorgungsspannung über den ersten PMOS-Transistor
P1 zur Datenleitung GIO erhöhen. Entsprechend
nimmt die Veränderung
des Stromsignals I1 ab, das in den Stromabtastverstärker 140 fließt. Das
bedeutet, dass Verluste in den Stromsignalen I1 und I2 auftreten
können,
die in den Stromabtastverstärker 140 fließen. Der
Stromabtastverstärker 140 ist
deshalb möglicherweise
nicht in der Lage, die Daten richtig abzutasten.
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In
der Patentschrift
US 5.299.165 ist
eine integrierte Halbleiterspeicherschaltung offenbart, die normale
Speicherzellen und zugeordnete Dummy-Speicherzellen und dementsprechend
normale Daten-/Bitleitungen und zugehörige Dummy-Datenleitungen sowie Abtastdifferenzverstärkungsmittel aufweist,
die Differenzsignale zwischen je einer normalen Datenleitung und
einer Dummy-Datenleitung abtasten und verstärken. Diese Anordnung ist insbesondere
für Mehrpegel-Speicherzellen
gedacht. Die Differenzverstärkermittel
beinhalten unter anderem für
die jeweilige Datenleitung einen Stromkomparator, der aus einer
aktiven Lastschaltung mit vier PMOS-Transistoren und einem als Spannungskomparator
aufgebauten CMOS-Differenzverstärker besteht.
Die PMOS-Transistoren der aktiven Lastschaltung sind dabei einerseits
an eine Spannungsversorgung und andererseits paarweise an je einen
Ausgang von zwei parallelen Differenzverstärkern angekoppelt, die ihrerseits
Signale auf zugehörigen
Datenleitungen und Dummy-Datenleitungen abtasten, wobei zudem das
Gate eines von zwei gepaarten Transistoren an den gleichen Verstärkerausgang
wie der Source-Drain-Pfad dieser Transistoren und das Gate des anderen
Transistors an den anderen Verstärkerausgang
angekoppelt ist.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
35 20 025 A1 ist ein statischer Speicher mit direktem Zugriff (SRAM)
offenbart, der eine an komplementäre Datenleitungen einerseits
und eine Spannungsversorgung andererseits angekoppelte Lastschaltung
mit vier PMOS-Transistoren
aufweist, von denen zwei in einer Latch-Konfiguration verschaltet
sind und die beiden anderen in Abhängigkeit von einem Schreib-/Lesesteuersignal
gesteuert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine integrierte Halbleiterspeicherschaltung
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die
oben beschriebenen Unzulänglichkeiten
herkömmlicher
solcher Schaltungen wenigstens teilweise vermeidet und eine vergleichsweise
sichere und zuverlässige Datenabtastfunktion
aufweist, und ein zugehöriges Betriebsverfahren
anzugeben.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine integrierte Halbleiterspeicherschaltung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Betriebsverfahren
für eine
integrierte Halbleiterspeicherschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
17.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte,
herkömmliche
Ausführungsbeispiel
sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
Schaltbild eines Halbleiterspeicherbausteins mit einer herkömmlichen
passiven Lastschaltung;
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2 ein
Schaltbild eines Halbleiterspeicherbausteins mit einer aktiven Lastschaltung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 ein
Schaltbild eines Halbleiterspeicherbausteins mit einer aktiven Lastschaltung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 ein
Diagramm mit Stromsignalverläufen,
die von einem Stromabtastverstärker
mit einer herkömmlichen
passiven Lastschaltung und von einem solchen mit einer erfindungsgemäßen aktiven Lastschaltung
abgetastet wurden; und
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5 ein
Diagramm von Pegelunterschieden der Stromsignale der herkömmlichen
passiven Lastschaltung und der erfindungsgemäßen aktiven Lastschaltung entsprechend 4.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
erläutert.
Dabei sind zum einfacheren Verständnis
und der Übersichtlichkeit
halber funktionell äquivalente,
nicht zwingend identische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen,
und unter den Begriffen „verbunden" oder „gekoppelt" ist jeweils zu verstehen,
dass zwei betreffende Elemente direkt oder unter Zwischenschaltung
eines oder mehrerer anderer Elemente miteinander verbunden sein
können.
Letzteres wird vorliegend auch als „indirekt" verbunden bezeichnet. Im Gegensatz
dazu werden Elemente, die ohne Zwischenschaltung von anderen Elementen miteinander
verbunden sind, als „direkt
gekoppelt" oder
als „direkt
verbunden" bezeichnet.
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2 zeigt
ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbausteins 200 mit
einem ersten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen aktiven
Lastschaltung 230. Wie aus 2 ersichtlich
ist, umfasst der Halbleiterspeicherbaustein 200 ein Speicherzellenfeld 210,
einen Bitleitungsabtastverstärker 220,
ein Datenleitungspaar GIO und GIOB, die aktive Lastschaltung 230 und
einen Stromabtastverstärker 240.
Das Speicherzellenfeld 210 umfasst eine Mehrzahl von Zeilen
und Spalten mit Speicherzellen.
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Der
Bitleitungsabtastverstärker 220 tastet über ein
Bitleitungspaar BL und BLB vom Speicherzellenfeld 210 ausgegebene
Daten ab und verstärkt sie.
Die abgetasteten und verstärkten
Daten werden über Übertragungsgatter
TG1 und TG2 zu einem Datenleitungspaar GIO und GIOB übertragen.
Die Übertragungsgatter
TG1 und TG2 werden in Abhängigkeit von
einem Spaltenauswahlsignal CSL leitend oder sperrend geschaltet.
Mit anderen Worten werden die vom Bitleitungsabtastverstärker 220 abgetasteten und
verstärkten
Daten über Übertragungsleitungen
in Form des Datenleitungspaares GIO und GIOB übertragen.
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Der
Stromabtastverstärker 240 ist
mit dem Datenleitungspaar GIO und GIOB verbunden, um die vom Bitleitungsabtastverstärker 220 ausgegebenen Daten
abzutasten und zu verstärken.
Die aktive Lastschaltung 230 ist mit dem Datenleitungspaar
GIO und GIOB verbunden, um einen Arbeitspunkt des Stromabtastverstärkers 240 festzulegen.
Insbesondere umfasst die aktive Lastschaltung 230 ein erstes Lastelement
PL1, ein zweites Lastelement PL2, einen ersten Steuertransistor
ML1, einen zweiten Steuertransistor ML2, eine erste Diode PL3, eine
zweite Diode PL4 und einen Betriebssteuertransistor ML3.
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Das
erste Lastelement PL1 ist elektrisch mit der Datenleitung GIO verbunden
und sein Stromfluss kann in Abhängigkeit
vom Spannungspegel auf der Datenleitung GIO gesteuert werden. Das
zweite Lastelement PL2 ist elektrisch mit der komplementären Datenleitung
GIOB verbunden und sein Stromfluss kann in Abhängigkeit vom Spannungspegel
auf der komplementären
Datenleitung GIOB gesteuert werden. Das erste Lastelement PL1 kann
als PMOS-Transistor ausgeführt
sein, dessen Sourceanschluss mit einer Versorgungsspannung VCC und dessen
Drainanschluss mit der Datenleitung GIO verbunden ist und dessen
Gateanschluss ein erstes Steuersignal CV1 empfängt. Das zweite Lastelement PL2
kann als PMOS-Transistor ausgeführt
sein, dessen Sourceanschluss mit der Versorgungsspannung VCC und
dessen Drain anschluss mit der komplementären Datenleitung GIOB verbunden
ist und dessen Gateanschluss ein zweites Steuersignal CV2 empfängt.
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Der
erste Steuertransistor ML1 erzeugt in Abhängigkeit vom Spannungspegel
auf der Datenleitung GIO das erste Steuersignal CV1 zum Steuern des
ersten Lastelements PL1. Der zweite Steuertransistor ML2 erzeugt
in Abhängigkeit
vom Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung GIOB das zweite
Steuersignal CV2 zum Steuern des zweiten Lastelements PL2. Der erste
Steuertransistor ML1 kann als NMOS-Transistor ausgeführt sein, dessen Gateanschluss
mit der Datenleitung GIO, dessen Drainanschluss mit einem Gateknoten
N1 des ersten Lastelements PL1 und dessen Sourceanschluss mit einem
gemeinsamen Knoten N3 verbunden ist. Der zweite Steuertransistor
ML2 kann als NMOS-Transistor ausgeführt sein, dessen Gateanschluss
mit der komplementären
Datenleitung GIOB, dessen Drainanschluss mit einem Gateknoten N2
des zweiten Lastelements PL2 und dessen Sourceanschluss mit dem
gemeinsamen Knoten N3 verbunden ist.
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Verkleinert
sich der Spannungspegel auf der Datenleitung GIO, dann erhöht sich
der Spannungspegel des ersten Steuersignals CV1. Dadurch erhöht sich
ein Einschaltwiderstand des ersten Lastelements PL1, so dass ein
durch das erste Lastelement PL1 fließender Strom abnimmt. Bei der
herkömmlichen
passiven Lastschaltung 130 aus 1 kann sich
der Stromfluss durch das erste Lastelement PL1 erhöhen, wenn
der Spannungspegel auf der Datenleitung GIO abnimmt. Verkleinert
sich der Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung GIOB, dann
erhöht
sich der Spannungspegel des zweiten Steuersignals CV1. Dadurch erhöht sich
ein Einschaltwiderstand des zweiten Lastelements PL2, so dass ein
durch das zweite Lastelement PL2 fließender Strom abnimmt.
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Die
erste Diode PL3 ist zwischen der komplementären Datenleitung GIOB und dem
ersten Steuertransistor ML1 eingeschleift und reduziert die Spannung
des ersten Steuersignals CV1 auf einen Pegel, der durch eine Subtraktion
eines Schwellwertspannungspegels der ersten Diode PL3 vom Spannungspegel
der komplementären
Datenleitung GIOB berechnet wird. Die zweite Diode PL4 ist zwischen der
Datenleitung GIO und dem zweiten Steuertransistor ML2 eingeschleift
und reduziert die Spannung des zweiten Steuersignals CV2 auf einen
Pegel, der durch eine Subtraktion eines Schwellwertspannungspegels
der zweiten Diode PL4 vom Spannungspegel der Datenleitung GIO berechnet
wird.
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Die
Spannungspegel auf dem Datenleitungspaar GIO und GIOB sind ähnlich dem
Pegel der Versorgungsspannung VCC. Deshalb steuern die erste und
die zweite Diode PL3 und PL4 die Spannungspegel des ersten und des
zweiten Steuersignals CV1 und CV2 so, dass sie niedriger sind als
jeder der Spannungspegel, die durch die Subtraktion der Schwellwertspannung
der jeweiligen Diode von der Versorgungsspannung VCC berechnet werden,
so dass das erste und zweite Lastelement PL1 und PL2 weiterhin leitend
geschaltet bleiben.
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Die
erste Diode PL3 ist als PMOS-Transistor ausgeführt, dessen Sourceanschluss
mit der komplementären
Datenleitung GIOB und dessen Gate- und Sourceanschluss mit dem Gateknoten
N1 des ersten Lastelements PL1 verbunden ist. Die zweite Diode PL4
ist als PMOS-Transistor
ausgeführt,
dessen Sourceanschluss mit der Datenleitung GIO und dessen Gate-
und Sourceanschluss mit dem Gateknoten N2 des zweiten Lastelements
PL2 verbunden ist.
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Der
Betriebssteuertransistor ML3 schaltet in Abhängigkeit von einem Freigabesignal
ON den Gesamtbetrieb der aktiven Lastschaltung 230 an oder ab.
Ist das Freigabesignal ON aktiviert, dann wird der Betriebssteuertransistor
ML3 in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals ON leitend
geschaltet und die aktive Lastschaltung 230 beginnt deshalb
zu arbeiten. Der Steuertransistor kann als NMOS-Transistor ausgeführt sein,
dessen Drainanschluss mit dem gemeinsamen Knoten N3 und dessen Sourceanschluss
mit einer Massespannung VSS verbunden ist und dessen Gateanschluss
das Freigabesignal ON empfängt.
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Der
Stromabtastverstärker 240 ist
mit dem Datenleitungspaar GIO und GIOB verbunden und tastet die
vom Bitleitungsabtastverstärker 220 ausgegebenen
Daten ab und verstärkt
sie. Insbesondere umfasst der Stromabtastverstärker 240 einen ersten Abtasttransistor
PA1, einen zweiten Abtasttransistor PA2, Lasttransistoren MA1 und
MA2, die als Lastwiderstände
fungieren, und einen Schalttransistor MA3. Hierbei sind der erste
und der zweite Abtasttransistor PA1 und PA2 als PMOS-Transistoren und die
Lasttransistoren MA1 und MA2 und der Schalttransistor MA3 als NMOS-Transistoren
ausgeführt.
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Der
erste und der zweite Abtasttransistor PA1 und PA2 bilden eine Zwischenspeicherstruktur und
sind so über
Kreuz gekoppelt, dass ein Drainanschluss des ersten Abtasttransistors
PA1 mit einem Gateanschluss des zweiten Abtasttransistors PA2 und
ein Drainanschluss des zweiten Abtasttransistors PA2 mit einem Gateanschluss
des ersten Abtasttransistors PA1 verbunden ist. Die Drainanschlüsse des
ersten und zweiten Abtasttransistors PA1 bzw. PA2 sind zusätzlich mit
einem Ausgabeknoten N4 bzw. einem invertierten Ausgabeknoten N5
verbunden. Eine Ausgabespannung DO wird am Ausgabeknoten N4 und
eine invertierte Ausgabespannung DOB wird am Ausgabeknoten N5 ausgegeben.
Die Lasttransistoren MA1 und MA2 sind als Dioden mit dem gleichen
Widerstandswert verschaltet, wobei ihre Drainanschlüsse mit
ihren jeweiligen Gateanschlüssen
verbunden sind. Der Schalttransistor MA3 wird durch Benutzung des
Freigabesignals ON leitend oder sperrend geschaltet. Das heißt, dass
der Schalttransistor MA3 in Abhängigkeit von
der Aktivierung des Freigabesignals ON leitend geschaltet wird, wodurch
der Stromabtastverstärker 240 zu
arbeiten beginnt.
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Der
Stromabtastverstärker 240 tastet
eine Pegeldifferenz der Stromsignale ab, die über das Datenleitungspaar GIO
und GIOB übertragen
werden, und verstärkt
die Differenz. Wenn die auf die Datenleitung GIO geladenen Daten
gleich „0" sind und deshalb
der Spannungspegel auf der Datenleitung GIO kleiner als der Spannungspegel
auf der komplementären
Datenleitung GIOB wird, nimmt das Stromsignal I1 ab, das in den
ersten Abtasttransistor PA1 fließt. Daraus resultiert eine
Differenz in den Pegeln der Stromsignale I1 und I2. Da die Lasttransistoren MA1
und MA2 den gleichen Widerstandswert haben, resultiert daraus eine
Differenz zwischen den über den
Lasttransistoren MA1 und MA2 liegenden Spannungen. Das bedeutet,
dass der Spannungspegel DO am Ausgabeknoten N4 niedriger wird als
der Spannungspegel DOB am invertierten Ausgabeknoten N5. Da der
Ausgabeknoten N4 und der invertierende Ausgabeknoten N5 über Kreuz
mit dem ersten und zweiten Abtasttransistor PA1 und PA2 verbunden
sind, wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgabeknoten N4
und dem invertierenden Ausgabeknoten N5 durch den ersten und zweiten
Abtasttransistor PA1 und PA2 verstärkt.
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Entsprechend
kann eine Stromänderung
im Datenleitungspaar GIO und GIOB gemäß den vom Bitleitungsabtastverstärker 220 ausgegebenen
Daten mit einem reduzierten Datenverlust für die Stromänderung zum Stromabtastverstärker 240 übertragen
werden, so dass der Stromabtastverstärker 240 die Daten
richtig abtasten und verstärken
kann. Gehen bei der Übertragung
zum Stromabtastverstärker 240 in
der Stromänderung
enthaltene Daten verloren, dann kann der Stromabtastverstärker 240 das Stromsignal
nicht richtig abtasten und die Verlässlichkeit der abgetasteten
Daten nimmt ab.
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Die
erfindungsgemäße aktive
Lastschaltung 230 des ersten Ausführungsbeispiels steuert einen Widerstand
in Abhängigkeit
von den Spannungspegeln auf dem Datenleitungspaar GIO und GIOB,
um die Veränderung
der Stromsignale in den Datenleitungen GIO und GIOB mit reduziertem
Datenverlust effizient zum Stromabtastverstärker 240 zu übertragen.
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Die
Funktionsweise des Halbleiterspeicherbausteins wird nachfolgend
in Verbindung mit 2 beschrieben. Wird das Spaltenauswahlsignal
CSL aktiviert, dann werden die Übertragungsgatter
TG1 und TG2 leitend geschaltet. Dadurch werden vom Bitleitungsabtastverstärker 220 abgetastete
Daten auf das Datenleitungspaar GIO und GIOB geladen. Es sei angenommen,
das die Daten den Wert „0" haben. Haben die
Daten den Wert „0", dann nimmt der Spannungspegel
auf der Datenleitung GIO ab, und der Widerstand des vom Spannungspegel
der Datenleitung GIO gesteuerten ersten Steuertransistors ML1 steigt
an. Dadurch steigt der Spannungspegel des ersten Steuersignals CV1
an und deshalb steigt der Widerstand des vom ersten Steuersignal
CV1 gesteuerten ersten Lastelements PL1 an. Entsprechend nimmt der
Strom ab, der von der Versorgungsspannung VSS in die Datenleitung
GIO fließt.
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Das
bedeutet, dass der Widerstand des zwischen der Versorgungsspannung
VCC und der Datenleitung GIO eingeschleiften ersten Lastelements PL1
zunimmt, wenn der Spannungspegel auf der Datenleitung GIO abnimmt,
wodurch der Stromfluss in die Datenleitung GIO von der Versorgungsspannung VCC über das
erste Lastelement PL1 abnimmt. Dadurch werden Änderungen im Stromsignal der
Datenleitung GIO auf das Stromsignal I1 reflektiert, das mit reduziertem
Verlust an Daten gemäß Änderungen
im Stromsignal zum Stromabtastverstärker 240 übertragen
wird.
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Für den Fall,
dass vom Bitleitungsabtastverstärker 220 abgetastete
Daten gleich „1" sind, kann die aktive
Lastschaltung 230 auf die gleiche oben beschriebene Weise
den Verlust von in der Stromsignaländerung enthaltenen Daten reduzieren.
Haben die Daten den Wert „1", dann nimmt der
Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung GIOB ab, und
der spannungsgesteuerte Widerstand des zweiten Steuertransistors
ML2 steigt an. Dadurch steigt der Spannungspegel des zweiten Steuersignals
CV2 an. Zusätzlich
steigt der Widerstand des vom zweiten Steuersignal CV2 gesteuerten
zweiten Lastelements PL2 an und der Stromfluss von der Versorgungsspannung
VSS zur komplementären
Datenleitung GIOB nimmt ab.
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Das
bedeutet, dass der Widerstand des zwischen der Versorgungsspannung
VCC und der komplementären
Datenleitung GIOB eingeschleiften zweiten Lastelements PL2 zunimmt,
wenn der Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung GIOB abnimmt,
wodurch der Stromfluss in die komplementäre Datenleitung GIOB von der
Versorgungsspannung VCC über
das zweite Lastelement PL2 abnimmt. Dadurch werden Änderungen
im Stromsignal der komplementären
Datenleitung GIOB auf das Stromsignal I2 reflektiert, das mit reduziertem
Verlust an in Stromsignaländerungen
enthaltenen Daten zum Stromabtastverstärker 240 übertragen
wird.
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Wie
oben beschrieben ist, kann durch die erfindungsgemäße aktive
Lastschaltung 230 das kleine, vom Bitleitungsabtastverstärker 220 auf
das Bitleitungspaar GIO und GIOB geladene Stromsignal mit einem
reduzierten Verlust an Daten in dem kleinen Stromsignal an den Stromabtastverstärker 240 übertragen
werden, so dass der Stromabtastverstärker 240 die Daten
richtig abtasten kann.
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3 zeigt
ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen aktiven Lastschaltung 300.
Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst die
aktive Lastschaltung 300 zusätzlich zur aktiven Lastschaltung 230 des
ersten Ausführungsbeispiels
eine Vorladeschaltung 310. Im übrigen wird zu den Strukturen
der aktiven Lastschaltung 300, die den Strukturen der aktiven
Lastschaltung 230 aus 2 entsprechen,
auf deren obige Beschreibung verwiesen.
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Die
Vorladeschaltung 310 lädt
das erste und zweite Steuersignal CV1 und CV2 auf einen ersten Spannungspegel
vor, der hier einem hohen logischen Pegel entspricht, wenn die aktive
Lastschaltung 230 abgeschaltet ist. Insbesondere umfasst
die Vorladeschaltung 310 einen ersten Vorladetransistor
PL5 und einen zweiten Vorladetransistor PL6, die jeweils in Abhängigkeit
vom Freigabesignal ON das erste Steuersignal CV1 bzw. das zweite
Steuersignal CV2 vorladen.
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Der
erste Vorladetransistor PL5 ist ein PMOS-Transistor, dessen Sourceanschluss
mit der Versorgungsspannung VCC und dessen Drainanschluss mit dem
Gateknoten N1 des ersten Lastelements PL1 verbunden ist und dessen
Gateanschluss das Freigabesignal ON empfängt. Der zweite Vorladetransistor
PL6 ist ein PMOS-Transistor, dessen Sourceanschluss mit der Versorgungsspannung VCC
und dessen Drainanschluss mit dem Gateknoten N2 des zweiten Lastelements
PL2 verbunden ist und dessen Gateanschluss das Freigabesignal ON empfängt.
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Der
erste und zweite Vorladetransistor PL5 und PL6 werden leitend geschaltet,
wenn das Freigabesignal ON auf einen niedrigen Pegel deaktiviert wird,
und sie laden dann die Spannungspegel des ersten und zweiten Steuersignals
CV1 und CV2 auf den hohen logischen Pegel. Dadurch werden das erste
und zweite Lastelement PL1 und PL2 sperrend geschaltet, die vom
ersten und zweiten Steuersignal CV1 und CV2 gesteuert werden. Das
bedeutet, dass wenn die aktive Lastschaltung 230 in Reaktion
auf die Deaktivierung des Freigabesignal ON abgeschaltet wird, das
erste und zweite Lastelement PL1 und PL2 durch den ersten und zweiten
Vorladetransistor PL5 und PL6 sperrend geschaltet werden. Wird die aktive
Lastschaltung 230 in Reaktion auf die Aktivierung des Freigabesignals
ON eingeschaltet, dann werden der erste und zweite Vorladetransistor
PL5 und PL6 sperrend geschaltet.
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4 zeigt
ein Diagramm mit Stromsignalverläufen,
die von einem Stromabtastverstärker
mit einer herkömmlichen
passiven Lastschaltung und mit erfindungsgemäßen aktiven Lastschaltungen
abgetastet wurden. In 4 sind Signalverläufe der Stromsignale
I1 und I2 des Stromabtastverstärkers 140 bei
der herkömmlichen
passiven Lastschaltung 130 aus 1 gestrichelt
wiedergegeben und mit dem Bezugszeichen (a) markiert, und Signalverläufe der
Stromsignale I1 und I2 des Stromabtastverstärkers 240 bei den
erfindungsgemäßen aktiven
Lastschaltungen 230 bzw. 300 sind durchgezogen
wiedergegeben und mit dem Bezugszeichen (b) markiert. Wie aus 4 ersichtlich
ist, ist die Pegeldifferenz I1–I2
der Stromsignale für
die Signalverläufe
(b) größer als
für die
Signalverläufe
(a).
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5 zeigt
ein Diagramm von Signaldifferenzen der Stromsignale I1 und I2, d.
h. der Differenz I1–I2,
für die
Fälle (a)
und (b) aus 4. Das bedeutet, dass in 5 die
gestrichelte Kurve (a) die Differenz der Stromsignale I1 und I2,
d. h. I1–I2,
des Stromabtastverstärkers 140 bei
der herkömmlichen passiven
Lastschaltung 130 von 1 bezeichnet und
die durchgezogene Kurve (b) die Differenz der Stromsignale I1 und
I2, d. h. I1–I2,
des Stromabtastverstärkers 240 bei
den erfindungsgemäßen aktiven Lastschaltungen 230, 300 bezeichnet.
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Wie
aus 5 ersichtlich ist, ist die Amplitude der Differenz
im Fall (b) größer als
im Fall (a). Mit größerer Differenz
der Stromsignale im Stromabtastverstärker kann dieser die Daten
einfacher abtasten und deshalb wird die Verlässlichkeit der ausgegebenen
Daten erhöht.
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Wie
oben bereits ausgeführt
ist, können durch
die erfindungsgemäßen aktiven
Lastschaltungen 230, 300 die kleinen Stromsignale
mit reduzierten Verlusten von Daten in den Stromsignalen über das
Datenleitungspaar GIO und GIOB zum Stromabtastverstärker 240 übertragen
werden, so dass der Stromabtastverstärker 240 die vom Bitleitungsabtastverstärker 220 ausgegebenen
Daten effektiver abtasten und verstärken kann. Entsprechend kann
die Verlässlichkeit
der vom Halbleiterspeicher ausgegebenen Daten erhöht werden.
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Entsprechend
den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist ein Halbleiterspeicherbaustein mit einer aktiven Lastschaltung
in der Lage, eine effektivere Übertragung
eines Stromsignals über
ein Datenleitungspaar zu einem Stromabtastverstärker durchzuführen. Entsprechend
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
umfasst der Halbleiterspeicherbaustein einen mit einer Bitleitung
verbundenen Bitleitungsabtastverstärker zum Abtasten und Verstärken von
Daten aus einer Speicherzelle, ein Datenleitungspaar zum Übertragen
von vom Bitleitungsabtastverstärker
ausgegebenen Daten, einen Stromabtastverstärker zum Abtasten und Verstärken von
Daten vom Datenleitungspaar und eine aktive Lastschaltung. Die aktive
Lastschaltung umfasst ein erstes Lastelement, das elektrisch mit
einer Datenleitung des Datenleitungspaares verbunden ist und in dem
der Stromfluss in Abhängigkeit
vom Spannungspegel auf der Datenleitung gesteuert werden kann. Die
aktive Lastschaltung umfasst zusätzlich
ein zweites Lastelement, das elektrisch mit einer komplementären Datenleitung
des Datenleitungspaares verbunden ist und in dem der Stromfluss
in Abhängigkeit vom
Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung gesteuert
werden kann.
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Ein
Einschaltwiderstand des ersten Lastelements kann mit abnehmendem
Spannungspegel auf der Datenleitung ansteigen und ein Einschaltwiderstand
des zweiten Lastelements kann mit abnehmendem Spannungspegel auf
der komplementären
Datenleitung ansteigen. Die aktive Lastschaltung kann zusätzlich einen
ersten Steuertransistor, der ein erstes Steuersignal in Abhängigkeit
vom Spannungspegel auf der Datenleitung erzeugt, um das erste Lastelement
zu steuern, und einen zweiten Steuertransistor umfassen, der ein
zweites Steuersignal in Abhängigkeit
vom Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung erzeugt, um
das zweite Lastelement zu steuern.
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Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
umfasst ein Halbleiterspeicherbaustein ein Speicherzellenfeld mit
einer Mehrzahl von Speicherzellen, einen Bitleitungsabtastverstärker zum
Abtasten und Verstärken
von Daten, die vom Speicherzellenfeld über ein Bitleitungspaar ausgegeben
werden, und ein Datenleitungspaar zum Übertragen der vom Bitleitungsabtastverstärker abgetasteten
und verstärkten
Daten. Der Halbleiterspeicherbaustein umfasst zudem einen Stromabtastverstärker, der
mit dem Datenleitungspaar verbunden ist und die Daten vom Bitleitungsabtastverstärker abtastet
und verstärkt,
und eine aktive Lastschaltung, die mit dem Datenleitungspaar verbunden
ist. Die aktive Lastschaltung bestimmt einen Arbeitspunkt des Stromabtastverstärkers und
umfasst ein erstes Lastelement, das elektrisch mit einer Datenleitung
des Datenleitungspaares verbunden ist und in dem der Stromfluss
durch ein erstes Steuersignal in Abhängigkeit vom Spannungspegel
auf der Datenleitung gesteuert werden kann. Die aktive Lastschaltung
umfasst zudem ein zweites Lastelement, das elektrisch mit einer
komplementären
Datenleitung des Datenleitungspaares verbunden ist und in dem der
Stromfluss durch ein zweites Steuersignal in Abhängigkeit vom Spannungspegel
auf der komplementären
Datenleitung gesteuert werden kann. Ein Einschaltwiderstand des
ersten Lastelements kann mit abnehmendem Spannungspegel auf der
Datenleitung ansteigen und ein Einschaltwiderstand des zweiten Lastelements
kann mit abnehmendem Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung ansteigen.
Die aktive Lastschaltung kann zusätzlich einen ersten Steuertransistor,
der ein erstes Steuersignal in Abhängigkeit vom Spannungspegel
auf der Datenleitung erzeugt, um das erste Lastelement zu steuern,
und einen zweiten Steuertransistor umfassen, der ein zweites Steuersignal
in Abhängigkeit vom
Spannungspegel auf der komplementären Datenleitung erzeugt, um
das zweite Lastelement zu steuern. Der Stromabtastverstärker kann
ein an ihn übertragenes
Stromsignal zur Ausgabe abtasten und verstärken.
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Zusätzlich kann
das erste Lastelement ein PMOS-Transistor sein, der zwischen einer
ersten Versorgungsspannung und der Datenleitung eingeschleift ist
und dessen Gateanschluss das erste Steuersignal empfängt. Das
zweite Lastelement kann ein PMOS-Transistor sein, der zwischen der ersten
Versorgungsspannung und der komplementären Datenleitung eingeschleift
ist und dessen Gateanschluss das zweite Steuersignal CV2 empfängt. Der
erste Steuertransistor kann ein NMOS-Transistor sein, der zwischen einem
Gateknoten des ersten Lastelements und einem gemeinsamen Knoten
eingeschleift ist und dessen Gateanschluss mit der Datenleitung
verbunden ist, und der zweite Steuertransistor kann ein NMOS-Transistor sein,
der zwischen einem Gateknoten des zweiten Lastelements und dem gemeinsamen
Knoten eingeschleift ist und dessen Gateanschluss mit der komplementären Datenleitung
GIOB verbunden ist.
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Die
aktive Lastschaltung kann zudem einen Betriebssteuertransistor umfassen,
der zwischen dem gemeinsamen Knoten und einer zweiten Versorgungsspannung
eingeschleift ist, wobei der Betriebssteuertransistor in Abhängigkeit
von einem Freigabesignal leitend oder sperrend geschaltet wird.