JPH0777080B2 - センス増幅回路 - Google Patents

センス増幅回路

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JPH0777080B2
JPH0777080B2 JP9688185A JP9688185A JPH0777080B2 JP H0777080 B2 JPH0777080 B2 JP H0777080B2 JP 9688185 A JP9688185 A JP 9688185A JP 9688185 A JP9688185 A JP 9688185A JP H0777080 B2 JPH0777080 B2 JP H0777080B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置におけるセンス増幅回路に関す
る。
〔発明の概要〕
本発明はセンス増幅回路において、メモリセルに流れる
電流とダミー用MOSトランジスタの電流を比較し、かつ
メモリセル及びダミー用MOSトランジスタの電流を比例
増幅して比較することにより、安定した動作と高速度を
実現したものである。
〔従来の技術〕
一般にメモリセルが1コのMOSトランジスタで構成され
る半導体記憶装置では、半導体製造工程上、もしくは、
フローティングゲート構造のメモリセル等では、そのゲ
ートに電子を注入する等によって、メモリセルであるMO
Sトランジスタのシキイ値電圧を変化させることによっ
てメモリセルのデータを書き込んでいる。又、メモリセ
ルとその出力線を接続するか否かによってデータを書き
込む場合であっても、MOSトランジスタが接続されてい
るか否かで、前記シキイ値電圧の変化と同等の動作でデ
ータを読み出す構成となっている。
従来このような半導体記憶装置では、1982IEEEソリッド
−ステート サーキット コンファレンス ダイジェス
ト P182に示されているようにメモリセルの能力と負荷
MOSトランジスタの能力により電圧変換して検出する構
成となっている。前記従来例を説明するためその主要部
を第2図に示す。ここで、メモリセル2はNチャネルMO
Sトランジスタで構成されている場合の例である。第2
図において、1は電源端子、3はメモリセル2を選択す
るワード線、4はビット線15を選択するNチャネルMOS
トランジスタ、5はデコーダの出力線、6,10はNチャネ
ルMOSトランジスタ、7はビット線15を充電するための
PチャネルMOSトランジスタ、8はビット線15をメモリ
セルのデータに対して安定化するための検出用Nチャネ
ルMOSトランジスタ、9は前記安定化検出回路の負荷用
PチャネルMOSトランジスタ、17はその帰還信号、11は
メモリセルのデータ検出用負荷PチャネルMOSトランジ
スタ、13はデータ検出用MOSインバータを構成するPチ
ャネルMOSトランジスタ、14は同様にNチャネルMOSトラ
ンジスタ、16はデータ検出端子、18は出力端子である。
今、メモリセル2が低シキイ値状態にあり、ワード線3
及びデコーダ出力線5が高レベルとなり、メモリセル2
が選択されると、ビット線15の電位が低い場合、ビット
線電位検出回路の出力17が高レベルとなりNチャネルMO
Sトランジスタ6を介してPチャネルMOSトランジスタ7
によってビット線が充電される。そして、ビット線電位
検出回路及びNチャネルMOSトランジスタ6,10によって
決まる電位に安定化し、この時、メモリセルの電流はN
チャネルMOSトランジスタ6及び10のサイズ比によって
分割されて流れる。NチャネルMOSトランジスタ10の能
力はそのソース電位とゲート電位17及びサイズによって
決まり、負荷用PチャネルMOSトラジスタ11はこの時の
NチャネルMOSトランジスタ10の能力より低く設定され
ているため検出端子16は低レベル側に移動し、出力端子
18は高レベルとなる。次にメモリセル2のシキイ値電圧
が高くOFF状態にあると、前記ビット線の電位状態から
さらに充電され、ビット線電位安定化回路の出力17が下
り、NチャネルMOSトランジスタ6及び10が、基板効果
によってOFFとなる電位で安定する。この時NチャネルM
OSトランジスタ10はOFFであり、データ検出点16は負荷
用MOSトランジスタ11によって高レベル側に引き上げら
れ、出力端子18は低レベルとなる。このように、メモリ
セルに書き込まれたシキイ値電圧の状態に対して、デー
タを検出するものである。
〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕
しかし、前述のセンス増幅回路では、データ検出点16に
は、メモリセルに流れる電流をNチャネルMOSトランジ
スタ6及び10で分割された値しか流れない。又、検出点
16の振幅は、メモリセル2がOFF時のNチャネルMOSトラ
ンジスタ10のソース電位とほぼ等しい値から電源電位ま
でしか振れず、しかも、前記OFF時の電位をビット線電
位安定化回路の設定により下げていくと、メモリセルが
ON時のビット線電位も下り、メモリセルに流れる電流が
小さくなってしまう。その結果、検出点の振幅はどうし
ても電源電位よりに設定されてしまう。そしてこの検出
点の電位を検出するMOSインバータの反転電圧は、検出
点の振幅のほぼ中間に設定され、その結果PチャネルMO
Sトランジスタ13はNチャネルMOSトランジスタ14より非
常に大きなサイズとなってしまう。そして、検出点16の
負荷容量の増大となり、前述の検出点16の電流と合わ
せ、動作速度が遅くなってしまう。又、NチャネルMOS
トランジスタ10の能力、すなわちメモリセル2の能力と
PチャネルMOSトランジスタ11の能力比較となるため、
製造上のバラツイに対して充分な余裕が必要となり、そ
の結果、PチャネルMOSトランジスタ11の能力は小さく
設定する必要があり、検出点16の高レベルへの動作がさ
らに遅くなってしまう。
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、メモリセルの電流に制限される
ことなく、検出点での電流を増大させ、又、検出点の負
荷容量を小さくし、高速化をはかることにあり、さらに
は、製造時のバラツキに対しても安定に動作するセンス
増幅回路を得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のセンス増幅回路は、メモリセルは、前記メモリ
セルに接続されるビット線と、前記ビット線の電位に応
じて導通状態が制御される第1のトランジスタと、電源
端子と前記ビット線との間に接続され、前記第1のトラ
ンジスタを介して前記ビット線の電流を検出する第2の
トランジスタと、前記第2のトランジスタと並列に接続
され、前記第1のトランジスタを介して前記ビット線を
充電する第3のトラジスタと、前記メモリセルと同等の
特性を有するダミーセルと、電源端子と前記ダミーセル
との間に接続され、前記ダミーセルに流れる電流を検出
する第4のトランジスタと、前記第2のトランジスタと
共に第1のカレントミラー回路を構成する第5のトラン
ジスタと、前記第4のトランジスタと共に第2のカレン
トミラー回路を構成する第6のトランジスタとを有し、
前記第5のトランジスタと前記第6のトランジスタに流
れる電流を比較するカレントミラー型の差動増幅回路と
を備えることを特徴とする。
〔実施例〕
第1図に本発明の実施例を示す。第1図において、19は
メモリセル2の電流検出用PチャネルMOSトランジス
タ、20は前記電流検出用PチャネルMOSトラジスタ19の
電圧レベルを変換するためのPチャネルMOSトランジス
タ、21は同様にNチャネルMOSトランジスタ、25はメモ
リセル2と同等の特性を有するダミーMOSトランジス
タ、24はダミーMOSトランジスタ25の電流検出用Pチャ
ネルMOSトランジスタ、23は電流比較回路を構成するP
チャネルMOSトランジスタ、22は同様にNチャネルMOSト
ランジスタである。第1図において、従来例第2図と同
一の番号の素子及び接点は同一の働きをするものとす
る。
今、メモリセル2のシキイ値電圧が低い場合で、ビット
線15が低レベルにあった時、ワード線3及びデコーダ出
力線5が高レベルとなり、メモリセル2が選択される
と、ビット線安定化回路の帰還用端子17は高レベルとな
り、NチャネルMOSトランジスタ6を介してPチャネルM
OSトランジスタ19によってビット線15を充電する。そし
てビット線安定化回路によって決まる電位にビット線電
位がなり、この時PチャネルMOSトランジスタ19にはメ
モリセル2と同じ電流が流れ、その電流に相当するゲー
トソース間電位が電源端子1との間に発生する。次にP
チャネルMOSトランジスタ20のゲート−ソース間電位も
PチャネルMOSトランジスタ19と同じになり、Pチャネ
ルMOSトランジスタ20には、MOSトランジスタのサイズ比
に相当する電流が流れる。ここで、PチャネルMOSトラ
ジスタ19,20はメモリセル2より電流能力として充分大
きく設定されているものとする。例えば、PチャネルMO
Sトランジスタ20が、19に対してチャネル長が等しく、
チャネル幅が2倍であって、同特性のMOSトランジスタ
である場合、PチャネルMOSトランジスタ20にはメモリ
セル2の2倍の電流が流れる。そして、NチャネルMOS
トランジスタ21によって、前記電流が置き換えられ、さ
らにNチャネルMOSトランジスタ22に前記と同様にMOSト
ランジスタ21の電流に対して比例する電流が流れ、結果
として、NチャネルMOSトラジスタ22はメモリセル2の
比例倍の電流能力となる。同様に、ダミーMOSトランジ
スタ25の電流は、PチャネルMOSトランジスタ24,23のサ
イズ比によって、PチャネルMOSトランジスタ23の電流
能力として与えられ、PチャネルMOSトランジスタ23の
電流能力がNチャネルMOSトランジスタ22の電流能力よ
り小さくなるように設定されているため、その出力端子
は低レベルとなり、出力端子26は高レベルとなる。メモ
リセル2のシキイ値電圧が高い場合、同様な動作によっ
て、出力端子26が低レベルになることは容易に理解でき
るであろう。第1図において、PチャネルMOSトランジ
スタ20は19と同程度の大きさでよく、NチャネルMOSト
ランジスタ21は、その移動度の高さから小さいMOSトラ
ンジスタサイズでよく、NチャネルMOSトランジスタ21
から22への比を大きくしても負荷容量を増やすことなく
電流能力の増大ができ、その結果、動作速度の高速化が
可能である。又、メモリセル2から電流比較回路のNチ
ャネルMOSトランジスタ22までの電流比は、それぞれ同
特性のMOpトランジスタのサイズ比だけで決まり、同様
にダミーMOSトランジスタ25からPチャネルMOSトランジ
スタ23までの電流比も、同特性のMOSトランジスタのサ
イズ比で決まることから、製造上のバラツキをほとんど
考慮することなく安定に作ることが可能である。
第3図に本発明の他の実施例を示す。27はビット線を充
電するためのNチャネルMOSトランジスタであり、その
他は第1図の同一番号の素子と同一機能をする。第3図
においては、PチャネルMOSトランジスタの働きは、メ
モリセル2の電流検出機能だけとなり、第1図の実施例
に対して充分電流能力を小さくすることが可能であり、
その結果、PチャネルMOSトランジスタ20の電流能力を
小さくすることができる。ここで、PチャネルMOSトラ
ンジスタ19,20の電流能力は低下するが、このMOSトラン
ジスタに流れる電流はメモリセル2の電流で決まること
から、電流値は第1図のそれに対して変化せず、電流能
力すなわちサイズの低下によって負荷容量をさらに低減
することが可能であり、さらにNチャネルMOSトランジ
スタ21,22についても同様なことが言えるため、電流値
を換えることなく負荷容量を低下することが可能であ
り、さらに高速化ができる。
実施例の電流比較回路は、メモリセルの電流検出後、電
圧レベル変換なしに差動増幅回路でも可能であり、又ダ
ミーMOSトランジスタから電流検出回路に至る回路をメ
モリセルのそれと一致させ、メモリセルが選択された時
の初期状態を一定化することで、ビット線電位が安定す
る前に比較出力を得ることも可能である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、メモリセル及びダミーMO
Sトランジスタの電流検出を行ない、それを比例増幅し
て比較回路に入力することによって、比較回路部での電
流を大きくすることができ、高速化が可能である。又、
従来例はメモリセルの電流を取り出すためにNチャネル
MOSトランジスタ10のソース及びゲートの2本の信号が
必要であるが、本発明のよれば、電流検出端子の1本の
信号でよく、センス増幅回路部に選択機能をもたせる場
合等ではパターン化が容易に行なえる。さらに、メモリ
セルとダミーMOSトランジスタを同等の特性とすること
で、比較回路での電流能力とメモリセル及びダミーMOS
トランジスタを同等の特性とすることで、比較回路での
電流能力とメモリセル及びダミーMOSトランジスタの電
流能力は同一の特性のMOSトランジスタのサイズ比だけ
で決まり、バラツキ等をほとんど考慮することなく安定
に作ることができる。
また、充電用のトランジスタを設けることにより、各ト
ランジスタの負荷容量を低減できるために、高速化が可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるセンス増幅回路の一例図 第2図は従来のセンス増幅回路図 第3図は本発明によるセンス増幅回路の一例図 2……メモリセル 25……ダミーMOSトランジスタ 8,9……ビット線電位安定化回路を構成するMOSトランジ
スタ 10,11……データ検出用MOSトランジスタ 20,21……電圧レベル変換用MOSトランジスタ 22,23……電流比較回路を構成するMOSトランジスタ 19,24……電流検出用MOSトランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メモリセルと、 前記メモリセルに接続されるビット線と、 前記ビット線の電位に応じて導通状態が制御される第1
    のトランジスタと、 電源端子と前記ビット線との間に接続され、前記第1の
    トランジスタを介して前記ビット線の電流を検出する第
    2のトランジスタと、 前記第2のトランジスタと並列に接続され、前記第1の
    トランジスタを介して前記ビット線を充電する第3のト
    ランジスタと、 前記メモリセルと同等の特性を有するダミーセルと、 電源端子と前記ダミーセルとの間に接続され、前記ダミ
    ーセルに流れる電流を検出する第4のトランジスタと、 前記第2のトランジスタと共に第1のカレントミラー回
    路を構成する第5のトランジスタと、前記第4のトラン
    ジスタと共に第2のカレントミラー回路を構成する第6
    のトランジスタとを有し、前記第5のトランジスタと前
    記第6のトランジスタに流れる電流を比較するカレント
    ミラー型の差動増幅回路と、 を備えることを特徴とするセンス増幅回路。
JP9688185A 1985-05-08 1985-05-08 センス増幅回路 Expired - Lifetime JPH0777080B2 (ja)

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