JPS62281196A - 半導体メモリ駆動方式 - Google Patents

半導体メモリ駆動方式

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JPS62281196A
JPS62281196A JP61124469A JP12446986A JPS62281196A JP S62281196 A JPS62281196 A JP S62281196A JP 61124469 A JP61124469 A JP 61124469A JP 12446986 A JP12446986 A JP 12446986A JP S62281196 A JPS62281196 A JP S62281196A
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JP
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current
capacitance
line
sense amplifier
voltage
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JP61124469A
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English (en)
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Eiji Kume
久米 英治
Ryoichi Hori
堀 陵一
Jun Eto
潤 衛藤
Katsuhiro Shimohigashi
下東 勝博
Katsutaka Kimura
木村 勝高
Yoshiki Kawajiri
良樹 川尻
Kiyoo Ito
清男 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体メモリ駆動方式に関し、特に1個のト
ランジスタと1個のキャパシタからなるメモリセルに対
し、過渡電流の低減化を計ることができるダイナミック
形ランダムアクセスメモリ(以下、DRAMと記す)の
駆動方式に関するものである。
〔従来の技術〕
DRAMは、複数個のメモリセルが接続された複数本の
データ線と、所定のメモリセルを選択するためのワード
線および列選択線と、データ線に読出された信号を増幅
するセンスアンプ等がら構成される。このような構成の
DRAMでは、複数本のデータ線が一度に充放電される
ため、チップ内の雑音が増大する。従って、この充放電
時の過S電流(ピーク値)を低減することは、チップ内
の雑音を小さく抑えて、高S/Nチップを設計するため
にも、またユーザがメモリカード上にチップ伝収容した
メモリパッケージを多数実装する際の実装設計を容易に
するためにも、極めて重要である。特に最近はメモリの
大容量化が進んでおり、よく知られたリフレッシュサイ
クルとの関係から、一度に充放電するデータ線の数が増
加するので、上述の過渡電流を低減することは、ますま
す重要な事項となってきている。この過渡電流を、図面
によりさらに詳しく説明する。
第2図は、従来のCMO3を用いたDRAMの構成側図
であり、第3図は第2図における動作タイムチャートで
ある。第2図において、MCはメモリセル、DMCはダ
ミーセル、XDEC,YDECはX方向デコーダ、Y方
向デコーダ、SAはセンスアンプ、ARはアクティブリ
ストア回路。
MCAはメモリセルアレー、RWCは読出し/書込み制
御回路、SARはセンスアンプおよびアクティブリス)
・ア回路である。
第2図においては、メモリセルMCとして、Nチャネル
MO3(NMO3)で構成された周知の折り返し形(F
olded  Daヒa L 1ne)セルMCを用い
、またデータ線DO”Dllに読出された微小信号電圧
を増幅するセンスアンプSAとして、通常のNM OS
のフリップフロップを用いている。さらに、センスアン
プSAで増幅した後に、高レベル側の電圧を十分な高電
圧に持ち上げるためのいわゆるアクティブリストア(A
cしive  Re5jore、AR)回路としては、
PチャンネルMO3(PMOS)が用いられている。こ
のメモリアレーMCAの動作を、第3図により詳述する
外部クロックRA S (Ro w  Address
  Sヒrobe) (図示省略)がチップに入力する
と、それに対応したアドレス(複数信号のax)により
選択されたメモリアレーMCA内のワード線WO並びに
対応するダミーワード線DWに、電源電圧VCC(通常
5V)以上のパルス電圧(例えば7V)が印加される。
その時には、既に全データ線は、プリチャージ信号φP
によりVcc/2(2,5V)にプリチャージが完了し
ているので、全データ線は2.5vのフローティング(
floajin区)状態となっている。上述のようにワ
ード線Wo、ダミーワードiDWにパルスが印加される
と、ワード線WOに接続される全メモリセルMCから対
応する全データ対線に、それぞれのMC内のキャパシタ
C3に蓄積されていた情報電圧に応じて、読出し信号電
圧が出力される。同時に、対線の他側には、ダミーセル
DMCから参照電圧が出力され、この参照電圧を基準に
して各センスアンプSAは各データツ、1線の信号電圧
を差動増幅する。このセンスアンプの起動は、端子φS
をオンすることにより行われる。次に、外部クロックC
AS (ColuIIInAddress  S jr
obe) (図示省略)によってストローブされた複数
のY系のアドレス信号ayにより、列別択線φ”10〜
φynのうちの1つ(ここでは、φyo)が選択され、
それにより選択されたデータ線の信号電圧のみが■/○
対線に出力される。
そして、読出し/書込み制御回路R,WCよりデータ出
力I)ou”rとして出力される。
なお、第2図では、ダミーセルDMCは、1個のトラン
ジスタのみで構成されているが、場合によっては周知の
ように、1個のトランジスタと1個のキャパシタで構成
されてもよい。啓込み動作の場合にも、前述と同じよう
に、書込み制御信号WEとデータ入力D i nを用い
て、前述と逆の経路を介して行われる。ここで、各デー
タ線DO〜Dnに接続されているアクティブリストアA
Rは。
メモリセルMC内のキャパシタcsへの再書込み電圧が
5vになるように、昇圧する回路である。
φSとφAとを同時にオンすることにより、センスアン
プSAとアクティブリストアARを同時に動作させるこ
とも可能であるが、SAとARを貫通する電流が増大す
るので、通常はセンスアンプS Aにより多少増幅した
後にアクティブリストアARをオンして、上述の貫通電
流の増大を抑止している。なお、このようなりRAMに
ついては、例えば、特願昭58−105710号明細書
、および特願昭58−153308号明細書に詳述され
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述のように、従来の技術においては、センスアンプS
AとアクティブリストアARをオンする場合に、各々過
大な過渡電流iAが禿れ、しかもアクティブリストアA
Rをオンするとき、それらの電流iAにSAとARを貫
通して流れる電流(第3図の電流iA中の破線で示す値
)が重なる。
このように過大な過渡電流(ピーク値)は、チップ内に
雑音電圧を誘起するので、高S/N設計を困難にしてい
る。また、このような過大電流に見合って、電源配線の
抵抗を低くするために、広いアルミニウム配gを使用せ
ざるを得なくなり、チップ面積を増大させる結果を招く
本発明の目的は、このような従来の問題を改善し、セン
スアンプとアクティブリストアの駆動時に流れる過大な
@流を低減し、チップ内の雑音電圧を少なくして、高S
/N設計を容易にするとともに、チップ面積を減少させ
ることが可能な半導体メモリ駆動方式を提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の半導体メモリ駆動方
式は、第1と第2の端子間の信号電圧を差動増幅するた
めに5該第1.第2の端子と電源線間に設けられた第1
の差動増幅器、および該第1、第2の端子と接地線間に
設けられた第2の差動増幅器を備えた半導体メモ1月5
おいて、上記第1、第2の端子と電源線間の容量、およ
び上記第1、第2の端子と接地線間の容量の大小により
上記第1と第2の差動増幅器を駆動する際に1両者間に
時間差を持たせることに特徴がある。
〔作  用〕
本発明においては、過渡電流のピーク値の低減を、デー
タ線容量の構成内容に応じてセンスアンプSAとアクテ
ィブリストアARの駆動タイミンクを変えて、放電、充
電および貫通の3つの?l!流のピークの発生する時間
を変えることにより実現する。すなわち、過渡電流を分
析すると、データ線容量の放電、充電における電流と、
SA、ARを貫通して流れる貫通電流の3つに分けられ
る。
これらの電流のうち、放電と充電の電流の大きさは、デ
ータ線容量の構成内容、つまり対電源線容量、対接地線
容量の大きさにより決定される。また、放電時の電流の
ピークはセンスアンプSAの駆動時に発生し、充電時の
電流のピークはアクティブリストアARの駆動時に発生
する。一方、貫通電流は、センスアンプSAとアクティ
ブリストアARが共に駆動状態になったときに発生する
従って、これらの電流のタイミングを変えることにより
、ピーク値を低減させる。
放電時の電流のピークが充電時のピークより大きい場合
には、先ずセンスアンプSAを駆動して放電電流を流し
、後からアクティブリストアARを駆動して、充電電流
と貫通電流とを同時に流す。
充電時の電流のピークが放電時のピークより大きい場合
には、先ずアクティブリストアARを駆動して充電電流
を流し、後からセンスアンプSAを駆動して放電電流を
同時に流す。これにより、上述の過ff電流が平均化さ
れ、ピーク値を低減できる。従って、チップ内の雑音型
゛圧の誘起による高S/N設計の困難さを解消すること
ができ、また、過11電流の低減に見合って、配線幅も
細くできるので、チップ面積を減少させることができる
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
第4図と第5図は、本発明の動作原理を示すもので、デ
ータ線波形の図である。
センスアンプSAはNチャネルMO3−FET(以下、
NMO3)で構成され、アクティブリストアARIよP
チャネルMO8−FET (以下、PMO8)で構成さ
れる。そして、センスアンプSAで接地レベル(0■)
に向って放電する方向に増幅し、アクティブリストアA
Rにより電源レベル(Vcc)に充電する。しかし、第
2図におけるセンスアンプSAとアクティブリストアA
Rは、回路形式が全く同一であるため、電圧の陽性を考
慮すると、NMO3とP M OSはいずれも増幅動作
を行っていると考えられる6 次に、その理由を述へる。第4図のデータ線波形で示す
ように、NMO3で構成されたSAがオンすることによ
り、メモリセル信号が読出されてデータ対線上の微小信
号電圧差が差動増幅される。
つまり、対線の低レベル側だけが接地レベル(OV)に
向って放電される形で、増幅されることになる。この場
合、周知のように、対線め高レベル側のデータ線電圧は
、プリチャージ電圧であるVc c / 2にほぼ維持
されたままである。一方、メモリセルMCに蓄積された
信号が読出され、データ対線上に微小信号電圧が出力さ
れた状態において、PuO2で構成されたアクティブリ
ストアARをオンする場合を考えてみる。この場合には
、第5図のデータ線波形で示すように、データ対線の低
レベル側はほぼV c c / 2の電圧を維持したま
まで、高レベル側はVCCに向って充電される形で増幅
される。このように、従来に比べて、増幅動作の定義に
柔軟性を持たせることにより、アクティブリストアAR
で十分に増幅した後にセンスアンプSAをオンし、低レ
ベル側の電圧を接地レベル(OV)に放電し動作させる
ことができる。
第1図は、本発明の第1の実施例を示すメモリアレー増
幅部の構成図、および回路の駆動方法を示す図である。
第1図(a)は、第2図に示すアレーの増幅部(SAの
QS+ ARのQA)と同じものを示しており、C1,
C2は第2図に示すデータ線の寄生容量CDを、その接
続されるノード別に分けて示したものである。QAl 
+ QA2はARを構成し、QSl + QS2はSA
を構成しており、スイッチSWI、SW2はQ A r
 Q Sにそれぞれ対応している。また、C1はデータ
線と電源線間の寄生容量、C2はデータ線と接地線間の
寄生容量を、それぞれ示している。
第1図(b)では、CL>02の場合における(a)の
回路の駆動方法を示している。C,>C2の場合には、
先ず、スイッチSW2をオンしてセンスアンプSAを駆
動した後に、スイッチSWIをオンしてアクティブリス
トアARを駆動する。
一方、C1くC2の場合には、先ずスイッチsw1をオ
ンしてARを駆動した後、次にスイッチSW2をオンし
てSAを駆動する。これによって、過渡電流のピークを
低減できる。なお、(b)のスイッチ、ノード電圧、電
流の状態の左側が本発明の方法であり、右側が逆の操作
を行った場合の現象を示している。(b)に示すように
2本発明の方法で操作した場合には、電流iが2つに分
けられて平均化されるが、逆の操作を行った場合には、
電流iが重畳されてピーク値が高くなる。
先ず、(a)において、ノードNlの電圧がノードN2
の電圧より高い場合を考えると、スイッチSW1がオン
することによって低電位ノードに接続されたゲートを持
つQAlが導通状態となり。
ノードN1に接続されたCL+C2は電源電圧VCCに
充電される。このとき、QA2はカットオフ状態となる
ため、ノードN2に接続されたC I + C2は殆ん
ど充電されない。スイッチSW2をオンすると、高電位
ノードに接続されたゲートを持つQS2が導通状態とな
り、ノードN2に接続されたC1 r C2は接地電圧
VSSに放電される。このとき、Qslはカットオフ状
態となるため、ノードN1に接続されたC1は殆んど放
電されない。なお、スイッチSWI、SW2が共にオン
状態になったときには、QAIIQS□あるいはQA2
1QS2に周知の貫通電流が流れる。
第1図(b)の方法を、第6図を用いて説明する。
第6図(a)は電流の経路を示す図、第6図(b)はセ
ンスアンプSAを先に駆動した場合と、アクティブリス
トアARを先に駆動した場合における各信号波形のタイ
ムチャートである。
第6図(a)において、破線はCMOSセンスアンプを
駆動した時に流れる電流の経路を示している。先ず、セ
ンスアンプSAを先に駆動した場合(つまり、NMO3
を先に駆動)における電流について、述べる。信号φS
がLOWがらHighになり、トランジスタQSI Q
S2がオンした場合(N1の電位〉N2の電位であるた
め、QS2がオン、QSlはオフとなる)、N2はプリ
チャージレベルからVSSのレベルに変化する。このと
き、N2に接続されたキャパシタC2はトランジスタQ
 s+ Q s 2により短絡され、短U電流12が流
れる。さらに、N2のキャパシタc1に印加されている
電圧が変化するため、変位電流ilが流れる。その後、
φAがHighからLowになり、トランジスタQAI
 QAlがオンすると(Nlの電位> N 2の電位で
あるため、Q A 1がオン、QA2がオフとなる)、
NlはプリチャージレベルからVCCレベルに変化する
。このとき、N1に接続されたキャパシタC1はトラン
ジスタQ A +Q A tにより短終され、短絡電流
i4が流れる。
さらに、N1のキャパシタC2に充1!電流i3が流れ
る。また、このとき、トランジスタQ S TQS2 
+ QAI QA2が同時にオンとなる状態が生じるた
め、貫通電流i6が流れる。従って、同図(b)の[N
MO3先]に示すように、電源電流iは、先ず11が流
れ、次に13と16の和の電流が流れる。一方、[NM
O3後〕では、先ずi3が流れ、次に11と16の和の
電流が流れることになる。このように、センスアンプS
A(NMOS)とアクティブリストアAR(PMOS)
の駆動タイミングを変えることにより、lL+  ’3
+  45の流れる時間を変えることができるため、そ
れらの和となる電源電流のピーク値は、’l+’3+!
6を組み合せることにより低減することができる。
ここで、11と13の大きさは、C1とC2の大きさに
比例することから、第ε図(a)の例ではCs < <
 C2であるため、電流値は’ t << 13となる
。従って、この場合、アクティブリストアARを先に駆
動させ、その後にセンスアンプSAを駆動する方法(N
 M OS後)が、過渡電流のピーク値の低減に効果が
ある。次に、 Cs >>C2の場合を考えると、i□
〉〉i3となるため、前述の場合とは逆にセンスアンプ
SAを先に駆動させ、その後にアクティブリス1へアA
Rを駆動する方法(NMOS先)が、過渡電流のピーク
値の低減に効果的となる。
以上の説明で明らかなように、第6図(1))はC1<
<C2の場合であって、このときには〔NMO3後〕に
示すように、アクティブリストアARを先に駆動させ、
その後にセンスアンプSAを駆動させると、ピーク電流
を低減できる。これに対して、第1図(b)は、C1〉
C2の場合であるため5逆にセンスアンプSAを先に駆
動し、アクティブリストアARを後に駆動すると、ピー
ク電流を低減できる。つまり、データ線の電源電位に対
するキャパシタと、接地電位に対するキャパシタとの容
量の大きさにより、いずれを先に駆動するかを決定すれ
ばよい。これにより、チップ内の雑音電圧の誘起による
高S/N設計の困難さを解消できるとともに、過渡電流
に見合って配線幅を細くできるので、チップ面積を減少
させることができる。なお、どちらをどの程度光に駆動
させるかは、対象となるDRAMの構成によってそれぞ
れ異なってくるため、その都度、キャパシタ容量と時定
数を計算して駆動時刻を決定する。
次に、実際のDRA〜1に対して、本発明を適用する場
合を説明する。DRAMにおいて、上記のC1はデータ
線と電源線との間の寄生容量であり、C2はデータ線と
接地線間の寄生容量である9これらの容量の大小関係は
、メモリセルの設計方式によって決定される。すなわち
、第7図に示すように、データ線容量はワード線・デー
タ線間容量CW D +データ線・プレート(メモリセ
ルを構成する電極)間容量CD P rワード線・プレ
ート間容量CW P rデータ線・基板間容量CDSの
各寄生容量から成る。ここで、プレートは、プレート電
圧発生回路VPLに、ワード線の殆んどは非選択状態で
あるため、ラッチ回路V W Lに、基板は基板電圧発
生回路VSUBにそれぞれ接続されている。従って、C
1とC2の大きさ“は、これらの各回路方式によって決
定される。
第8図は、本発明の第2の実施例を示すDRAMの等価
回路図と信号タイムチャートである。ここでは、メモリ
セルMCのスイッチングMO3をNMOSで構成したD
RAIIJが示されている。この場合、基板は、基板電
圧発生回路vsusを通。
して接地MVSSに接続される。ワード線Wは、ラッチ
回路VWLで接地線VSSに接続される。
プレートは、プレート電圧発生回路vPLを通してVC
CまたはVSS線に接続されるが、このときの等測的な
抵抗RPLは抵抗RWLに比べて非常に大きく設計され
る。従ってプレートがVSSに接続されても、VCCに
接続されても、Cよく< C2となる。なお、第8図(
a)では、VSSに接続されている例を示す。
従って、この場合には、第8図(b)に示すように、先
にφAによりアクティブリストアARを駆動し、後にφ
SによりセンスアンプSAを駆動することにより、ピー
ク電流を低減できる。その結果、チップ内の雑音電圧の
誘起による高S/N設計の困難さを解消でき、また過渡
電流の低減に見合って配線幅を細くできるため、チップ
面積を減少させることができる。
第9図は、本発明の第3の実施例を示すDRAMの等価
回路図と信号タイムチャートである。ここでは、メモリ
セルのスイッチングMO3をPMO8で構成したDRA
Mが示されている。この場合、基板は5第2の実施例と
は逆に電源線VCCに接続される。非選択ワード線Wは
、ランチ回路VWLで1trA線VCCに接続される。
このときの抵抗RwLは、第2の実施例と同じく、小さ
いと考えられる。従って、プレートがVCCに接続され
ても、VSSに接続されても、CL>>C2となるため
、第9図(b)に示すように、第2の実施例とは逆に、
先にφSによりセンスアンプSAを駆動し、後にφAに
よりアクティブリストアARを駆動することによって、
ピーク電流を低減する ・ことができる、従って、チッ
プ内の雑音電圧の誘起による高S/N設計の困難さを解
消でき、また過渡電流の低減に見合って、配線幅を細く
できるため、チップ面積は減少する。
なお、上記プレート電圧発生回路、基板電圧発生回路、
非選択ワード線ラッチ回路については、前述の特願昭5
8−105710号明m書および特願昭58−1533
08号明細香に詳述されている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、データ線と電源
線間の容量と、データ線と接地線間の容量との比較によ
り、センスアンプとアクティブリストアのいずれか一方
を先に駆動し、他方を後に駆動するので、センスアンプ
とアクティブリストアの駆動時に流れる過大な過渡1!
流(ピーク値)を低減でき、その結果、チップ内の雑音
電圧の誘起による高S/N設計の困難さを解消すること
ができ、また過渡S流の低減に見合って、配線幅を細く
することができるので、チップ面積を減少することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すセンスアンプとア
クティブリストアの回路構成とその動作説明図、第2図
は従来のDRAMの回路構成図。 第3図は第2図の信号タイムチャート、第4図、第5図
は本発明の動作原理を示す波形図、第6図は第1図の具
体的説明図、第7図は同じく第1図におけるDRAMの
各線間容量を示す図、@8図は本発明の第2の実施例を
示すDRAMの構成と信号タイムチャート、第9図は本
発明の第3の実施例を示すDRAMの構成と信号タイム
チャートである。 ARニアクチイブリストア、SA:センスアンプ、MC
:メモリセル、MCA?メモリセルアレー C1+ C
2:浮遊容量、SWI、SW2 :スイッチ、Nl r
 N2 :ノード、QA、QA□、QA21 QSIQ
st r QS2 : MOS hランジスタ、Vcc
:電源電圧、V、gs:接地電圧、VSUB二基板型基
板電圧発生回路Lニブレート電圧発生回路、VwL:非
選択ワード線ラッチ回路。 ・、−/ 第     1     図 第     2     図 第     3     図 第    Φ    図 第    6    図 (a)        vcc 第     6     図 (b) 第     7     図 第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1と第2の端子間の信号電圧を差動増幅するため
    に、該第1、第2の端子と電源線間に設けられた第1の
    差動増幅器、および該第1、第2の端子と接地線間に設
    けられた第2の差動増幅器を備えた半導体メモリにおい
    て、上記第1、第2の端子と電源線間の容量、および上
    記第1、第2の端子と接地線間の容量の大小により、上
    記第1と第2の差動増幅器を駆動する際に、両者間に時
    間差を持たせることを特徴とする半導体メモリ駆動方式
    。 2、上記第1、第2の端子と電源線間の容量、および上
    記第、第2の端子と接地間の容量は、前者が後者より大
    きいときには、第2の差動増幅器を先行させ、後者が前
    者より大きいときには、第1の差動増幅器を先行させて
    、駆動することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体メモリ駆動方式。 3、上記第1の差動増幅器と第2の差動増幅器は、それ
    ぞれPMOSフリップフロップ、NMOSフリップフロ
    ップで構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第2項記載の半導体メモリ駆動方式。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03144993A (ja) * 1989-10-30 1991-06-20 Matsushita Electron Corp 半導体メモリ装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03144993A (ja) * 1989-10-30 1991-06-20 Matsushita Electron Corp 半導体メモリ装置

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