DE2719726A1 - Speicheranordnung - Google Patents

Speicheranordnung

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DE2719726A1
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Norihisa Kitagawa
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Description

  • Speicheranordnung
  • Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterspeicheranordnungen, und insbesondere auf einen Leseverstärker für einen N-Kanal-MOS-Speicher mit Speicherzellen, in denen ein Transistor verwendet wird.
  • Bei der Herstellung digitaler Anordnungen, insbesondere Kleinrechner, werden in großem Umfang MOS-Direktzugriffspeicher (RAM) verwendet.D# Fähigkeiten und die Kostenvorteile solcher Speicheranordnungen haben in den letzten Jahren ständig zugenommen. Die Kosten pro Speicherbit nehmen bei MOS-Direktzugriffspeichern in der gleichen Weise ab, wie die Anzahl der Bits oder Speicherzellen pro Baueinheit zunimmt. In der Industrie sind immer größere Direktzugriffspeicher Standardbaueinheiten geworden, beispielsweise 256 Bit-Speicher, 512 Bit-Speicher, 1024 Bit-,peicher und jetzt 4096 Bitspeicher. Ein Direktz#;riffspc-icher mit 4096 Bits ist beispielsweise in der US-PS 3 940 747 beschrieben. Derzeit wird von den tlerstellern von Halbleiterbauelementen versucht, Direktzugriffspeicher mit 16 584 Bits, sogenannte 16K-RAM's herzustel len; d.lZU sei auf die Zeitscfirift "Electronics" vom Februar 1976 Seiten 11 1 1 verwiesen Wenn die Anzahl der Bits in einem Halbleiterchip zunimmt, nimmt die Zellengröße ab, und zwangsläufig wird auch die Größe des Speicherkondensators in jeder Zelle kleiner.
  • Auch die Anzahl der Zellen an einer Stellenleitung in der Zellenmatrix nimmt zu,so daß die Kapazität dieser Leitung ansteigt. Diese Faktoren setzen die Größe des an einer Stellenleitung vorhandenen Datensignals herab. Ein voller digitaler Pegel, d.h. der Unterschied zwischen dem Signalwert 1 und dem Signalwert "O" kann in einer dieser Baueinheiten beispielsweise 10 oder 12 Volt betragen. Die Spannungsdifferenz zwischen einem Signalwert ~1" und einem Signalwert "O" für die an eine Stellenle itung in der Speichermatrix aus der ausgewählten Zelle mit einem Transistor gekoppelten Daten kann jedoch nur ein oder zwei Zehntel eines Volts betragen. Zum Lesen dieser Signale mit niedrigem Pegel sind verschiedene Schaltungen vorgeschlagen worden. Beispielsweise sind Leseverstärker in der oben erwähnten US-PS 3 940 747 , in der US-PS 3 838 404, in der Zeitschrift Electronics, 13. September 1973, Band 46, Nr. 19, Seiten 116 bis 121 und in"IEEE"journal of Solid State Circuits", Oktober 1972, Seite 336 beschrieben.
  • Bei der Anwendung auf Speichervorrichtungen, die eine hohe Packungsdichte, eine hohe Betriebsgeschwindigkeit und eine niedrige Verlustleistung erfordern, wie es bei dem 16 K-Direktzugriffspeicher erforderlich ist, sind die oben vorgeschlagenen Leseverstärker mit Nachteilen verbunden.
  • Manche haben eine hohe Verlustleistung und übermässig lange Ladezeiten für die Stellenleitungen. Andere erfordern einen hohen Momentanstrom und eine kritische Taktzeitsteuerung.
  • Mit Hilfe der Erfindung soll somit ein Leseverstärker für einen MOS-Direktzugriffspeicher geschaffen werden, der eine niedrige Verlustleistung und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
  • Der nach der Erfindung ausgebildete Leseverstärker macht von zwei kreuzweise gekoppelten Treibertransistoren Gebrauch, die als bistabile Schaltung geschaltet sind und in der Mitte jeder Spaltenleitung in der Speichermatrix angeordnet sind. Lasttransistoren für die zwei Treibertransistoren werden nur während eines Teils des Arbeitszyklus getaktet; während dieser Zeit werden die Zellen adressiert. Die Treibertransistoren sind über zwei verschiedene Wege mit Masse verbunden, die von zwei zu unterechiedlichen Zeiten getakteten Transistoren gebildet sind. Während einer anfänglichen Leseperiode wird der Strom durch die Treibertransistoren auf einem niedrigen Wert gehalten, und er kann dann später höher sein, so daß ein Ausgangssignal mit der Größe des vollen digitalen Pegels erzeugt wird.
  • Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen: Fig.1 ein Blockschaltbild einer Halbleiterspeichervorrichtung, in der die Erfindung angewendet werden kann, Fig.2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung von Fig.1 in einem Gehäuse, Fig.3 ein elektrisches Schaltbild einer Speicherzellenmatrix für das System von Fig.1 unter Anwendung der erfindungsgemäßen Leseverstärker, Fig.4a bis Fig.4f graphische Darstellungen der an verschiedenen Ptrnkten des erfindungsgemäßen Systems erscheinenden Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit, Fig.5 eine graphische Darstellung verschiedener Spannungen und Verlustleistungsfaktoren in der erfindungsgemäßen Schaltung in Abhängigkeit von der Bauelementform, Fig.6 eine genaue graphische-Darstellung der Spannung an den Stellenleitungen der Schaltung. von Fig.3 in Abhängigkeit von der Zeit und Fig.7 eine stark vergrößerte Photographie eines Halbleiter-Chips mit dem erfindungsgemäßen System.
  • In Fig.1 ist eine MOS-Speichervorrichtung dargestellt, in der die Erfindung angewendet werden kann. Die Speichervorrichtung kann zwar verschiedene Größen haben, doch ist die Erfindung für die Anwendung bei einem Speicher mit sehr hoher Packungsdichte mit 16 384 Speicherzellen auf einen Silizium-Chip mit einer Fläche von 0,32 cm2 (1/20 inch2) bestimmt, der mittels des N-Kanal-Silizium-Gate-MOS-Verfahrens mit Selbstausrichtung hergestellt ist,das bei der Produktion von 4096 Bit-Speichervorrichtungen gemäß der Zeitschrift Electronics vom 13.September 1973 angewendet wurde, wie oben erwähnt worden ist. Die Speichervorrichtung besteht aus einer Matrix 10 aus 16 384 Speicherzellen, die allgemein in 128 Zeilen und 128 Spalten aufgeteilt sind; jede Zelle ist eine sogenannte Eintransistorzelle, wie sie in der US-PS 3 940 747 oder in der Zeitschriftlectroics vom 13.September 1973 beschrieben ist. In dieser Ausführungsform ist die Matrix 10 in 16 1K-Blöcke unterteilt, die mit 10-1 bis 10-16 bezeichnet sind. Jeweils zwei Blöcke, beispielsweise die Blöcke 10-1 und 10-2 wirken als eine Leseeinheit. Ein Zeilendecodierer 11 wählt eine der 128 Zeilenleitungen aus, die von einer Zeilen- oder X-Adresse bestimmt wird, die in einem 7-Bit-Zeilenadressenpuffer 12 enthalten ist; ein Spaltendecodierer 13 wählt eine von 128 Spaltenleitungen aus, die von einer Spalten- oder Y-Adresse in einem 7-Bit-Spaltenadressenpuffer 14 enthalten ist. Diese Adressen werden über sieben Adressenleitungen 15 an den Halbleiter-Chip im Zeitteilverfahren angelegt. EinZeilenadressenabtasteingang 16 (RAs) gibt den Zeilenadressenpuffer 12 so frei, daß er eine Zeilenadresse annimmt, die Adressenbits AO bis A6 enthält; in der gleichen Weise gibt ein Spaltenadressen-Abtasteingang 17 (CAS) den Spaltenadressenpuffer so frei , daß er eine Spaltenadresse aus den Bits A7 bis A13 von den Leitungen 15 annimmt. Zur eindeutigen Definition eines Bits aus 16 384 Zellen 14 16 384 ) sind 14 Adressenbits erforderlich; eine Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 18 ist über den Spaltendecodierer 13 und Zwischenausgabepuffer 19 an die Natrix 10 angeschlossen; sie arbeitet so, daß von einem Dateneingabestift 20 Daten an die Spaltenleitungen angelegt werden oder daß Daten an den Spaltenleitungen festgestellt und an einen Datenausgabestift 21 unter der Steuerung über einen Lese/Schreib-Eingang 22 (rad) und unter der Steuerung durch verschiedene intern erzeugte Takt- und Logikspannungen angelegt werden. Die Baueinheit benötigt an Stiften 23 mehrere verschiedene Versorgungsspannungen; es sind die Versorgungsspannungen Vbb, Vcc und Vdd sowie Masse Vss. Manche Schaltungen sind natürlich auch so ausgelegt, daß sie mit einer oder mit zwei Versorgungsspannungen anstelle der drei genannten Versorgungsspannungen arbeiten. Typische Spannungswerte sind :Vdd = +12V, Vbb = -5V und Vcc = + 5V. Wie in Fig.2 zu erkennen ist, hat die Baueinheit von Fig.1 die Form eines Silizium-Chips 24, das in einem Gehäuse 25 mit 16 Anschlußstiften 26 entsprechend den oben erwähnten 16 Eingangs- und Ausgangsleitungen untergebracht ist.
  • Dünne Golddrähte verbinden Kontaktflächen auf dem Silizium-Chip 24 mit Innenanschlüssen der Stifte 26.
  • Ein nicht dargestellter Deckel dichtet die Baueinheit ab. Das Gehäuse 25 hat eine Länge von etwa 18 mm (3/4 inch), so daß eine große Anzahl dieser Gehäuse auf einer gedruckten Schaltungsplatte mit Standardgröße angebracht werden kann. Beispielsweise kann ein Kleinrechner auf einer kleinen Schaltungsplatte einen ganzen 32K-oder 64K-Wortspeicher (16 Bits pro Wort) enthalten.
  • In der Speichervorrichtung von Fig.1 sind an einem gegebenen Zeitpunkt nur zwei der 1K-Blöcke 1-10 bis 1-16 ausgewählt. Diese Auswahl wird mit Hilfe eines Decodierers 28 erzielt, der abhängig von den Adressenbits A6, A12 und A13 eine der achtLeitungen 29 (29-1 bis 29-8) auswählt.
  • Der Decodierer 28 empfängt diese drei Adressenbits als Eingangssignale, wobei das Adressenbit A6 von der Zeilenadressen-Speicherschaltung 12 und die Adressenbits A12 und A13 von der Spaltenadressen-Speicherschaltung 13 kommen.
  • Es ist von Bedeutung, daß der Zeilendecodierer 11 in der Mitte der Matrix und nicht an einem Ende angeordnet ist. Der herkömmlich ausgelegte Decodierer 11 bewirkt die Auswahl einer von 128 Zeilenleitungen; eine Zeilenleitung ist eine aus polykristallinem Silizium gebildete Leitung, die sich etwa über die halbe Breite des Silizium-Chips erstreckt und die Gate-Elektroden von 128 MOS-Transistoren in den 128 Speicherzellen ansteuert, die dieser Zeile zugeordnet sind. zweiunddreissig Leitungen 11-1 führen also zu dem Quadrant, der den Block 10-1 enthält, zweiunddreissig Leitungen 11-2 führen zu den Blöcken 10-2 usw., zweiunddreissig Leitungen 11-3 führen zum Quadrant mit dem Block 10-15 und zweiunddreissig Leitungen 11-4 führen zum Quadrant mit dem Block 10-16.
  • Die RC-Verzögerung einer Leitung 11-1, die bis zur halben Breite der Matrix reicht, ist offensichtlich geringer als dann, wenn sie sich über die gesamte Matrixbreite erstrecken würde. Die sieben Adressenbits AO bis A6 im Zeilendecodierer 11 wählen eine Zeilenleitung aus, damit das an ihr liegende Signal einen hohen Wert annimmt. Das Adressenbit A6 wählt die linke oder die rechte Seite aus, d.h. es erlaubt die Aktivierung der Leitungen 11-1, 11-2 oder der Leitungen 11-3, 11-4.
  • Das Adressenbit AS wählt gerade oder ungerade aus; das bedeutet, daß bei einer Auswahl der Leitungen 11-1, 11-2 durch das Adressenbit A6 das Adressenbit AS eine Auswahl zwischen den Leitungen 11-1 und 11-2 trifft.
  • Die Adressenbits AO bis A4 wählen dann eine der zweiunddreissig Leitungen im ausgewählten Quadrant aus. Das Adressenbit AS bestimmt auch die Aktivierung von Blindzellen in der nicht ausgewählten Seite über Blindzellen-Adressierungsleitungen 27, wie noch erläutert wird.
  • Nach der Erfindung enthält die Speichervorrichtung von Fig.1 in der Mitte jeder Spaltenleitung Leseverstärker 30, die den niedrigen Signalwert feststellen, der beim Adressieren einer Zelle an den Spaltenleitungen erzeugt wird, und die diesen niedrigen Signalwert in einen vollen digitalen Pegel umsetzen.
  • In Fig.3 ist ein nach der Erfindung ausgebildeter Leseverstärker 30 in der Matrix 10 dargestellt. Der Leseverstärker 30 besteht grundsätzlich aus einer bistabilen Schaltung, nämlich einem Flipflop, mit zwei kreuzweise gekoppelten Treibertransistoren 31 und 32 mit zugeordneten Lasttransistoren 33 und 34. Zwei Schaltungspunkte 35 und 36 sind an die jeweiligen Heften 37 bzw. 38 der Spaltenleitung angeschlossen. Diese Schaltungspunkte 35 und 36 sind an die Gate-Elektroden der Jeweils anderen Transistoren 31 und 32 angeschlossen, damit die Schaltungsanordnung mit der kreuzweisen Kopplung entsteht.
  • Mit der Leitung 37, die eine Hälfte einer Spaltenleitung ist, sind zweiunddreissig Zellen 40 verbunden; das gleiche gilt für die Leitung 38. Jede Zelle besteht aus einem Transistor 41 und einem Kondensator 42. Die Gate-Elektrode des Transistors 41 wird von einer Zeilenleitung 43 gesteuert, die auch als Wortleitung oder X-Leitung bezeichnet wird; Jede Zeilenleitung ist mit 128 Gate-Elektroden von Transistoren 41 verbunden.
  • In der gesamten Matrix 10 sind 64 Zeilenleitungen 43 vorhanden, von denen jeweils 32 auf einer Seite Jedes Leseverstärkers liegen; es sind natürlich 256 Leseverstärker 30 vorhanden, so daß in Fig.3 nur ein sehr kleiner Teil der Matrix 10 zu erkennen ist. Jeder Leseverstärker weist zwei Blindzellen 44 auf, von denen jeweils eine auf jeder Seite des Verstärkers liegt und mit den Spaltenleitungen 37 und 38 verbunden ist. Die Blindzellen sind ebenso ausgebildet wie die Speicherzellen 40; sie enthalten Transistoren 45 und Kondensatoren 46. Uber Leitungen 47 wird der Transistor 45 in der Blindzellenzeile auf der der ausgewählten Zelle 40 entgegengesetzten Seite des Leseverstärkers eingeschaltet, die vom Adressenbit AS der Zeilenadresse bestimmt wird, was gleichzeitig mit der Adressierung der ausgewählten Speicherzelle 40 erfolgt. Die Spaltenleitungen 37 und 38 sind über einen Transistor 49 an eine Bezugsspannungsleitung 48 gelegt; die Gate-Elektroden dieser Transistoren 49 werden vom Taktsignal 7 angesteuert.Dies bewirkt eine gleiche Aufladung der Leitungen 37 und 38 auf einen Spannungswert, der etwa mit Vdd - 2Vt gewählt ist. Die Lasttransistoren 33 und 34 sind an die Spannung Vdd gelegt, und sie werden von einem Taktsignal #4 gesteuert, das im Zeitdiagramm von Fig.4 dargestellt ist. Das Flipflop mit den Transistoren 31 und 32 kann arbeiten, wenn das Taktsignal #4 positiv wird und die Transistoren 33 und 34 leitend macht und wenn ein an die Drain-Elektroden der Transistoren angeschlossner Schaltungspunkt 50 an Masse gelegt ist.
  • Nach der Erfindung ist der Schaltungspunkt 50 über getrenn.
  • te Wege an Masse gelegt, die in diesem Fall die drei Transistoren 51, 52 und 53 enthalten, die von Taktsignalen #1, #2 und #3 gesteuert werden. Die Transistoren 51, 52 und 53 haben unterschiedliche Abmessungen, so daß der durch sie vom Schaltungspunkt 50 nach Masse fliesende Strom unterschiedlich groß ist, so daß sich damit auch die Spannung am Schaltungspunkt 50 in Abhängigkeit davon ändert, welcher der Transistoren 51, 52 und 53 eingeschaltet ist. Bei diesen drei Transistoren hat der Transistor 51 die kleinsten Abmessungen, während der Transistor 53 die größten Abmessungen hat.
  • Die Vorteile dieser Anordnung werden bei einer Untersuchung der Empfindlichkeits- und Verlustleistungsbeziehungen für den Leseverstärker von Fig.3 erkennbar.
  • Wenn das Taktsignal #4 positiv wird, wird ein Lesevorgang ausgelöst, und das Flipflop geht in einen stabilen Zustand über, bei dem der Transistor 31 leitend und der Transistor 32 gesperrt ist oder umgekehrt. Die Richtung der Umschaltung hängt von der Spannungsdifferenz an den Leitungen 37 und 38 ab, die ihrerseits davon abhängt, ob in der ausgewählten Speicherzelle der Wert "1 noder der Wert "O" gespeichert war. Da an einer der Leitungen 37, 38 ein geringfügig höherer Spannungswert als an der anderen anliegt, ist an der Gate-Elektrode eines der Transistoren 31, 32 ein geringfügig höherer Spannungswert vorhanden, so daß beim Übergang des Taktsignals 4 auf einen positiven Wert ein Transistor mehr Strom leitet als der andere.Eine Empfindlichkeitsgütezahl S des Leseverstärkers von Fig.3 kann mit den Strömen Id und Id' durch die Transistoren 31 und 32 folgendermaßen ausgedrückt werden: was lediglich bedeutet, daß die Empfindlichkeit des Leseverstärkers umso größer ist, Je größer die Differenz der Ströme ist. An einem gegebenen Zeitpunkt t = to kann dies folgendermaßen erweitert werden: dies ist etwa gleich wobei gilt K = K' (W/L) Vt: Schwellenspannung der Transistoren 31 und 32, Vd: Drain-Spannung der Transistoren 31 und 32 an den Schaltungspunkten 35 und 36 Vo: Spannung am Schaltungspunkt 50 W : Kanalbreite der Transistoren 31 und 32 L : Kanallänge der Transistoren 31 und 32.
  • Daraus ist zu erkennen, daß die Empfindlichkeit S bei fester Spannung Vd mit einer Erhöhung der Spannung Vo verbessert wird.
  • In Fig.5 ist dargestellt, wie sich der Wert der Spannung mit dem Breiten/Längen-Verhältnis des Transistors 51 ändert. Wie erwartet ist der Spannungsabfall am Transistor 51 hoch, wenn seine Kanalbreite klein im Vergleich zur Kanallänge ist.
  • Wenn angenommen wird, daß gilt: Vd - Vt = 5 Volt, dann kann die Empfindlichkeitsgütezahl S um 50% verbessert werden, wenn das Breiten/Längen-Verhältnis des Transistors 51 von 0,1 auf 0,05 verringert wird. Bei einem Speicher mit hoher Packungsdichte ist eine Zunahme um 5096 von großer Bedeutung, da der Speicherkqndensator 42 in den Zellen 40 proportionaL vergrößert werden kann, was eine höhere Packungsdichte auf dem Silizium-Chip ergibt.
  • Die Schaltung vonFig.3 ergibt auch eine Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit.Auf Grund einer hohen Spannung Vo versucht die Vorladespannung an den Leitungen 37, 38 oder den-Schaltungspunkten 35, 36 für den Signalwert Pi hoch zu bleiben. Im Gegensatz zu bisher üblichen Leseverstärkern ergibt der Leseverstärker von Fig.3 eine minimale Ladezeit für die Leitungen 37, 38 zur Auffrischung eines Signal werts ~1", da der Schaltungspunkt des Leseverstärkers, der auf dem Wert n1 n bleiben soll, während des Lesevorgangs nicht auf eine niedrige Spannung entladen wird.
  • In Fig.6 ist die Spannung an den Leitungen 37, 38 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, wenn die Taktsignale #1 und p2 eingeschaltet werden. Während der Zeitperiode 54, sind die Spannungen an den Leitungen 37, 38 vor den Hochwerten des Taktsignale 91 auf etwa Vdd-2Vt ausgeglichen, wie durch die Ladung über die Leitung 48 festgelegt wird. Im Zeitpunkt 55 nimmt das Taktsignal #1 einen hohen Wert an, und eine der Leitungen 37, 38 beginnt, sich gegen den Signalwert O zu entladen, während die andere Leitung nur geringfügig entladen wird, wie die Linien 56 und 57 erkennen lassen. Im Verlauf des Zeitintervalls 58 vor dem Einschaltzeitpunkt 59 des Taktsignals #2 entlädt sich der Schaltungspunkt 35 oder der Schaltungspunkt 36, der auf dem Wert ~1" sein soll, nicht sehr weit unter den Wert Vdd-2Vt, und er beginnt bald, sich über den Transistor 33 oder den Transistor 34 wieder auf den Wert 1 aufzuladen, solange das Taktsignal #4 einen hohen Wert hat. Der Wert ~1" liegt bei einer Spannung von etwa Vdd-Vt, und es gibt einen gewissen Pegel 60, der ein annehmbarer Pegel ist, bei dem das Chip-Freigabesignal gesperrt werden kann. Da die Kurve 56 nicht weit nach unten geht, wird der Pegel 60 im Vergleich zu dem Fall sehr schnell erreicht, der eintreten würde, wenn sich die "1"-Seite des Leseverstärkers wie bei bisher verwendeten Schaltungen auf einen niedrigen Wert entladen hätte können.
  • Hinsichtlich der Verlustleistung ergibt der Leseverstärker von Fig.3 eine Verbesserung, da sich die Verlustleistung Ps pro Leseverstärker durch die Beziehung Ps = Vdd ~Id = Vdd . K' (Vd - Vo - Vt)2 (W/L) ausdrücken läßt; Fig.5 gibt die Werte für die Verlustleitung Ps bei einer Änderung des Breiten/Längen-Verhältnisses an. Für ein niedriges Breiten/Längen-Verhältnis hat auch die Verlustleistung Ps einen niedrigen Wert.
  • Die Anwendung eines kleinen Breiten/Längen-Verhältnisses für den Transistor 51 würde zur Folge haben, daß die Verstärkung der #O"-Seite auf Grund der Tatsache, daß die Spannung Vo hoch ist, unzureichend wäre. Aus diesem Grund ist der Transistor 52 vorgesehen, damit eine weitere Verstärkung erzielt wird. Der Transistor 52 wird zu einem späteren Zeitpunkt als der Transistor 51 vom Taktsignal #2 aktiviert, was für den Auffrischvorgang den leitenden Zustand der Lasttransistoren 33 und 34 durch Beendigung des Taktsignals #4 beendet. Auf diese Weise liegt an der Leitung 37, 38, die einen niedrigen Wert annehmen soll, ein guter "O" ~Wert an.
  • Während eines Lese- oder Schreibvorgangs wird der Transistor 53 mit Hilfe des Taktsignals #3 aktiviert; dieser Transistor it wesentlich größer als die Transistoren 51 und 52. Während der #2- und #3-Perioden bleibt das Taktsignal #4 für die Lese /Schreib-Operation hoch, so daß die Lasttransistoren 33 und 34 eingeschaltet werden. Während der Lese- oder Schreibvorgänge treten Störsignale von anderen Schaltungen auf, so daß die Lasttransistoren eingeschaltet bleiben müssen, damit ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet wird. Für die ausgewählte Spaltenleitung 37 wird auch ein Übertragungsglied 65 leitend gemacht, so daß diese Leitung mit einer Sammelleitung 66 verbunden wird, die zu einem Eingabepuffer 67 oder einem Ausgabepuffer 68 der Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 18 führt. Diese Sammelleitung 66 weist angesammelte Kapazitäten und Störsignale auf. Der vom großen Transistor 53 gelieferte hohe digitale Pegel ist daher von großem Vorteil.
  • Wie oben erläutert wurde, ist die Matrix in zwei 8K-Matrizen organisiert, die in Fig.1 dargestellt sind; eine dieser Matrizen enthält dabei die Blöcke 10-1 bis 10-8, während die andere die Blöcke 10-9 bis 10-16 enthält. Der Zeilendecodierer 11 ist zwischen den zwei 8K-Matrizen angeordnet, damit die Länge und somit die RC-Verzögerung der aus polykristallinem Silizium bestehenden Zeilenauswahlleitungen auf ein Minimum verringert wird. Jede 8K-Matrix enthält 128 symmetrische Leseverstärker 30 in der Mitte der jeweiligen Matrix, wobei mit jeder Seite des Leseverstärkers zweiunddreißig Zellen 40 verbunden sind. Während des Betriebs wird über das Adressenbit A6 nur eine 8K-Matrix ausgewählt, so daß nur 128 Leseverstärker aktiv sind; dies bedeutet, daß der Decodierer 28 während der Anfangsperiode 70 von Fig.4b ein Taktsignal #4 nur an vier der Leitungen 29 erzeugt, so daß die Lasttransistoren 33, 34 nur bei den Leseverstärkern auf einerSeite des Zeilendecodierers 11 eingeschaltet werden. Zur Verbesserung der Signalabtastung für die von einem Transistor gebildeten Zellen ist Jede 8K-Matrix in vier 2K-Matrizen (10-1 mit 10-2 usw.) oder in Paare aus 1K-Blöcken weiter unterteilt, wobei Jedes Blockpaar zweiunddreissig Leseverstärker 30 enthält und zusammen mit einem weiteren Blockpaar einen Zwischenausgabepuffer 19 gemeinsam benutzt.
  • Der Zwischenausgabepuffer 19-1 arbeitet beispielsweise mit dem Blockpaar 10-1, 10-2 und dem Blockpaar 10-3, 10-4 zusammen. Die Adressenbits A12 und A13 wählen eine der vier 2K-Matrizen in einem Spaltendecodierer 13 für die Ausgabe über die Leitung 19- 5 und die Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung 18 aus. Die Decodierer 13 in der linken Hälfte sind Duplikate der Decodierer in der rechten Hälfte, da zwei Gruppen aus 128 Spaltenleitungen vorhanden sind; die räumliche Anordnung (lay-out) ist so ausgeführt, daß diese Verdopplung erforderlich ist.
  • Am Anfang eines Lesezyklus werden vier Blockpaare 10-1, 10-2 usw. mittels der Taktsignale #1 und #4 nach Fig.4 eingeschaltet; dadurch werden 128 Bits aufgefrischt, beispielsweise die Bits an einer der Zeilenleitungen 11-1.
  • Da der Transistor 51 ziemlich klein ist, ist die Verlustleistung bei dieser Auffrischoperation auf einen brauchbaren Wert begrenzt. Die Dauer dieser Auffrischoperation ist kurz, da der"1"#Spannungswert 56 an der Zeilenleitung nicht auf einen niedrigen Spannungswert absinkt, wie in Fig.6 zu erkennen ist. Für den Auffrischzyklus werden alle Taktsignale #4 abgeschaltet, wie in Fig.4b während des Zeitintervalls 72 zu erkennen ist, und das Taktsignal #2 nimmt einen hohen Wert an, wie Fig.4d zeigt.
  • In dem speziellen Ausführungsbeispiel erfolgt die Eingabe des Signals CAS über den Anschluß 17. Der zusätzliche Strom durch den Transistor 52 während der Dauer des Taktsignals #2 gewährleistet in kurzer Zeit einen guten "O"-Wert an der Zeilenleitung 37, 38. Wenn die Zeilenleitung 38 mit der großen Kapazität der Eingabe/ Ausgabe-Sammelleitung 66 verbunden wird, die mittels des Y-Auswahlglieds 65 auf Vdd-Vt vorgeladen ist, dann würde der "1"-Spannungswert an der Leitung 37 versuchen, auf Grund der hohen Ubergangsspannung an der Leitung 38 abzusinken; dies könnte eine gespeicherte "1"-Spannung verschlechtern oder vollständig ausfallen lassen. Damit dies vermieden wird, erzeugt für den ausgewählten Block, bei dem das ausgewählte Y-Auswählglied 65 für einen Lese/Schreib-Vorgang eingeschaltet ist, das Signal CAS ein Taktsignal #3, das nach Fig.4e einen hohen Wert annimmt. Dadurch wird der große Transistor 53 eingeschaltet, so daß ein guter Pegel auch dann gewährleistet wird, wenn die Lasttransistoren 33, 34 zur Aufrechterhaltung eines guten"l",Pegels eingeschaltet sind.
  • Fig.4 ist eine stark vergrößerte Photographie des Halbleiter-Chips 24, der die erfindungsgemäße Anordnung enthält; dabei sind die Unterteilung der Matrix 10 und die Orte der Zeilen- und Spaltendecodierer sowie der Leseverstärker dargestellt. Die tatsächliche Größe des Chips beträgt 0,6 x 0,4 mm (1/4 inch x 1/6 inch).
  • Die Form und die Unterteilung wird teilweise von der Gehäusegröße bestimmt, wie in Fig.2 zu erkennen ist.
  • Die Erfindung ist hier im Zusammenhang mit einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben worden.
  • Der Fachmann kann jedoch erkennen, daß im Rahmen der Erfindung ohne weiteres auch Abwandlungen und Änderungen ausgeführt werden können.
  • L e e r s e i te

Claims (12)

  1. Patentans#rUche S Speicheranordnung mit einer Matrix aus in Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen und einem in der Mitte Jeder Spalte angeordneten Leseverstärker mit zwei kreuzweise gekoppelten Treibertransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schalterbauelemente vorgesehen sind, die mit Anschlüssen der Treibertransistoren verbunden sind, die den mit der Spalte verbundenen Anschlüssen gegenüberliegen, daß die Schalterbauelemente so angeschlossen sind, daß sie im aktivierten Zustand die Treibertransistoren an ein Bezugspotential anlegen, und daß Taktsignalvorrichtungen vorgesehen sind, die an Steuerelektroden der Schalterbauelemente an unterschiedlichen Zeitpunkten Aktivierunge spannungen anlegen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibertransistoren und die Schalterbauelemente MOS-Transistoren sind, die als Source-Drain-Stromweg einen Kanal aufweisen und mit einer Gate-Steuerelektrode versehen sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus Kanalbreite und Kanallänge eines der Schaltertransistoren sehr klein im Vergleich zum entsprechenden Verhältnis der Treibertransistoren ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schaltertransistor während einer gegebenen Zeitperiode im Verlauf eines Betriebszyklus vor einem anderen Schaltertransistor eingeschaltet wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Leseverstärker Lasttransistoren aufweist, die während eines Betriebszyklus im Verlauf einer gewissen Zeitperiode nach der gegebenen Zeitperiode in selektiver Weise betätigt werden.
  6. 6. Halbleiter-Speicheranordnung mit einer großen Anzahl von Speicherzellen, die in einer geordneten Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, die in mehrere Zellenblockpaare unterteilt ist, wobei Paare entgegengesetzter Spalten in Jedem Blockpaar von einem von mehreren bistabilen Leseverstärkern getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Leseverstärker zwei Treibertransistoren und zwei Lasttransistoren enthält, daß Zeilen-und Spaltendecodierer vorgesehen sind, die abhängig von einer Adresse eine Zelle zum Lesen oder zum Schreiben von Daten auswählen, und daß ein weiterer Decodierer vorgesehen ist, der abhängig von der Adresse einen Block aus den Blockpaaren auswählt und die Lasttransistoren der Leseverstärker dieses Blocks während einer ausgesählten Zeitperiode in einem Betriebszyklus betätigt.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockpaare zu beiden Seiten eines Zeilendecodierers gleichmässig geteilt sind.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeilendecodierer bei einer gegebenen Adresse nur eine Zeile auf einer Seite auswählt.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Leseverstärker für seine Treibertransistoren wenigstens zwei nach Masse führende Verbindungswege aufweist, von denen der erste wenig Strom und der zweite viel Strom fUhren kann, wobei der zweite Verbindungsweg nur, bei Lese- und Schreibvorgängen, Jedoch nicht bei einem Auffrischvorgang betätigt ist.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß nur bei den auf einer Seite desZeilendecodierers liegenden Leseverstärkern der erste Verbindungsweg bei einer gegebenen Adresse betätigt wird.
  11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasttransistorpaare während eines Betriebszyklus filr die ausgewählte Zeitperiode durch den weiteren Decodierer zur Durchführung eines Lese- oder Schreibvorgangs leitend gemacht werden, und daß diese Lasttransistorpaare durch ein Taktsignalaus dem weiteren Decodierer fllr einen Auffriechvorgang für alle auf einer Seite des Zeilendecodierers liegendenBlöcke leitend gemacht werden.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer nach Masse führend Verbindungsweg fUr die Treibertransistoren vorgesehen ist und daß dieser weitere Verbindungsweg mit Ausnahme nach der Betätigung des ersten Verbindungswegsbei allen Operationen betätigt wird.
DE19772719726 1976-05-03 1977-05-03 Speicheranordnung Granted DE2719726A1 (de)

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