TWI739494B - 感測放大裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種感測放大裝置。感測放大裝置包括第一感測放大器、第二感測放大器以及第三感測放大器。第一感測放大器的輸入端耦接至第一位元線。第二感測放大器的輸入端耦接至第二位元線。第三感測放大器具有差動輸入對與差動輸出對,其中差動輸入對的第一輸入端耦接至第一感測放大器的輸出端,差動輸入對的第二輸入端耦接至第二感測放大器的輸出端,差動輸出對的第一輸出端耦接至第一感測放大器的輸入端,以及差動輸出對的第二輸出端耦接至第二感測放大器的輸入端。
Description
本發明是有關於一種訊號放大電路,且特別是有關於一種感測放大裝置。
圖1繪示了動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory,DRAM)100內的記憶胞陣列的電路方塊示意圖。DRAM 100的記憶胞陣列包括多個子陣列110~140。子陣列110~140的每一個具有多條位元線BL0與BL1、多條字元線(未繪示)以及多個記憶胞(未繪示)。依照設計需求,這些子陣列110~140可以是習知的記憶胞陣列是其他記憶胞陣列,故不再贅述。
圖1所示DRAM 100還包括多個感測放大器。兩個子陣列的位元線共享一個感測放大器。這些感測放大器的每一個是差動訊號放大器。亦即,這些感測放大器的每一個具有差動對。所述差動對的第一端與第二端分別耦接至不同子陣列的一條位元線。例如,感測放大器150的差動對的第一端耦接至子陣列110的位元線BL0,而感測放大器150的差動對的第二端耦接至子陣列120的位元線BL1。
圖1所示感測放大器150的差動對的第一端與第二端具有相同的位元線電容。負載電容匹配可以用於精確差分感測。如圖1所示,因為邊緣子陣列(例如子陣列110或140)的一側沒有感測放大器,所以位元線電容匹配是不可能的。邊緣子陣列110與140中包括有偽位元線(dummy bit-line,以虛線表示),以及連接至偽位元線的多個偽記憶胞(dummy memory cell,未繪出)。一般而言,偽記憶胞是被閒置不用的記憶胞。因此,在邊緣子陣列中的一半記憶胞為不可用(unavailable)。
圖2繪示了圖1所示感測放大器150、位元線BL0與位元線BL1。圖3繪示了圖2所示字元線WL、控制訊號CSP、控制訊號CSN、資料SN、位元線BL0與位元線BL1的波形示意圖。圖3所示橫軸表示時間,而縱軸表示訊號的準位。請參照圖2與圖3。圖2所示感測放大器150的第一電源端接收控制訊號CSP,而感測放大器150的第二電源端接收控制訊號CSN。圖2所示電容器C
BL表示位元線BL0與位元線BL1的寄生電容。圖2所示記憶胞MC表示在子陣列120中耦接至位元線BL1的多個記憶胞中的一個。記憶胞MC繪示了等效電路,包括開關SW與記憶元件C
SN。開關SW的第一端耦接至位元線BL1。開關SW的第二端耦接至記憶元件C
SN。開關SW的控制端耦接至在子陣列120中多條字元線中的一條字元線WL。當字元線WL開啟開關SW時,感測放大器150可以經由位元線BL1去感測(讀取)記憶胞MC的資料SN,進而放大資料SN的準位。感測信號(位元線BL0與位元線BL1之間的準位差)可以表示為
。
感測放大器150包括NMOS對(pair)和PMOS對。由於製程變異會導致在感測放大器150中成對的電晶體之間的Vth失配(mismatch)。故感測信號dV
SIG必須大於Vth失配,感測放大器150才能正確檢測到感測信號dV
SIG。然而,隨著製程微縮,胞儲存節點(cell storage node,CSN)的電容減小並且感測信號dV
SIG變小。另外,隨著在晶片上的感測放大器的數量增加,Vth失配在統計上也會增加。因此,感測信號容限(margin)隨製程微縮而減小。
須注意的是,「先前技術」段落的內容是用來幫助了解本發明。在「先前技術」段落所揭露的部份內容(或全部內容)可能不是所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在「先前技術」段落所揭露的內容,不代表該內容在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知悉。
本發明提供一種感測放大裝置,以感測(讀取)位元線的資料。
在本發明的一實施例中,上述的感測放大裝置包括第一感測放大器、第二感測放大器以及第三感測放大器。第一感測放大器的輸入端耦接至第一位元線。第二感測放大器的輸入端耦接至第二位元線。第三感測放大器具有差動輸入對與差動輸出對,其中差動輸入對的第一輸入端耦接至第一感測放大器的輸出端,差動輸入對的第二輸入端耦接至第二感測放大器的輸出端,差動輸出對的第一輸出端耦接至第一感測放大器的輸入端,以及差動輸出對的第二輸出端耦接至第二感測放大器的輸入端。
基於上述,本發明諸實施例所述第一感測放大器與(或)第二感測放大器可以放大在位元線上的小信號。所述第三感測放大器可以接收經放大的差動信號。因此,所述感測放大裝置可以感測(讀取)位元線的資料。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接(或連接)」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言,若文中描述第一裝置耦接(或連接)於第二裝置,則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置,或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。
圖4是依照本發明的一實施例所繪示的一種感測放大裝置400的電路方塊示意圖。感測放大裝置400可以是兩級(2 stages)的感測放大器。在本實施例中,感測放大裝置400包括感測放大器410~430。感測放大器410的輸入端耦接至位元線BLa。感測放大器420的輸入端耦接至位元線BLb。位元線BLa與位元線BLb可以參照圖1與圖2所示位元線BL0與BL1的相關說明來類推。
位元線BLa耦接至在DRAM內的記憶胞陣列的一個子陣列中的多個記憶胞(例如記憶胞MC1),而位元線BLb耦接至在所述記憶胞陣列的另一個子陣列中的多個記憶胞(例如記憶胞MC2)。所述子陣列可以參照圖1所示子陣列110~140的相關說明來類推,而記憶胞MC1與記憶胞MC2可以參照圖2所示記憶胞MC的相關說明來類推,故不再贅述。
感測放大器410與420可以是非差動訊號放大器(單端訊號放大器)或是任何合適類型的放大器。感測放大器410可以感測並放大在位元線BLa上的訊號,並將經放大訊號輸出到節點SEN0,而感測放大器420亦可以感測並放大在位元線BLb上的訊號,並將經放大訊號輸出到節點SEN1。當感測放大器410將對應於在位元線BLa上的訊號的經放大訊號輸出到節點SEN0時,感測放大器420可以將節點SEN1設置為參考電壓VSEN1的準位(例如1.2V)。當感測放大器420將對應於在位元線BLb上的訊號的經放大訊號輸出到節點SEN1時,感測放大器410可以將節點SEN0設置為參考電壓VSEN0的準位(例如1.2V)。
感測放大器430可以是差動訊號放大器。感測放大器430具有差動輸入對與差動輸出對。所述差動輸入對的第一輸入端通過節點SEN0耦接至感測放大器410的輸出端,而所述差動輸入對的第二輸入端通過節點SEN1耦接至感測放大器420的輸出端。感測放大器430的差動輸出對可以提供針對位元線BLa與位元線BLb的感測結果給下一級電路(例如類比數位轉換器)。此外,所述差動輸出對的第一輸出端耦接至感測放大器410的輸入端,以及所述差動輸出對的第二輸出端耦接至感測放大器420的輸入端。因此,感測放大器430可以感測並放大節點SEN0與SEN1之間的差動電壓,並將經放大訊號輸出到位元線BLa與BLb。
在感測放大裝置400中,在位元線BLa與BLb上的小信號分別被第一級的感測放大器410與420放大,然後將經放大訊號輸出給第二級的感測放大器430。因此,感測放大器430所接收到的差動訊號的強度大於圖1所示感測放大器150所接收到的差動訊號的強度。因此,儘管製程發生微縮,圖4所示實施例仍可以實現足夠的感測信號容限。因此,感測放大裝置400具有失配耐性(immunity to mismatch)。另外,它不需要精確的位元線電容匹配。因此,邊緣子陣列可以在兩側都配置有感測放大裝置400,並且邊緣子陣列的所有記憶胞都可以被使用。
圖5是依照本發明的一實施例所繪示的一種感測放大器500的電路示意圖。感測放大器500適用於圖4的感測放大器410與420。圖5中,參考電壓VSEN可以被類比為圖4的參考電壓VSEN0或VSEN1,位元線BL可以被類比為圖4的位元線BLa或BLb,而節點SEN可以被類比為圖4的節點SEN0或SEN1。圖5的參考電壓VSEN、控制訊號SENC與控制訊號BLC可以是由其他裝置(未繪示,例如控制器、參考電壓產生電路等)來提供。
請參照圖5,感測放大器500包括電晶體510與520。電晶體510包括PMOS電晶體或是其他電晶體。電晶體520包括NMOS電晶體或是其他電晶體。電晶體510的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN。電晶體510的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器500的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN)至節點SEN。電晶體510的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC。電晶體520的第一端(例如源極)耦接至感測放大器500的輸入端,以接收位元線BL的資料訊號。電晶體520的第二端(例如汲極)耦接至電晶體510的第二端。電晶體520的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC。
圖6是依照本發明的一實施例說明圖5所示訊號的時序示意圖。圖6所示橫軸表示時間,而縱軸表示訊號的準位。圖6繪示了在字元線WL上的控制訊號。在字元線WL上的控制訊號為高邏輯準位的期間被稱為字元線致能期間WLE。當在字元線WL上的控制訊號為高邏輯準位時,耦接至位元線BL的多個記憶胞中的一個對應記憶胞會被選擇,而此被選擇的對應記憶胞會將資料輸出至位元線BL。
請參照圖5與圖6。在位元線預充電期間PC,控制訊號SENC開啟(turn on)電晶體510,控制訊號BLC驅動電晶體520以對位元線BL進行預充電。控制訊號BLC可以驅動電晶體520,以將位元線BL的準位設置為適當的預充電準位(例如0.5V)。
接著,在字元線致能期間WLE的初始化期間601之前,控制訊號SENC開啟電晶體510以及控制訊號BLC截止(turn off)電晶體520。電晶體510可以在初始化期間601將節點SEN的準位設置為預充電準位(參考電壓VSEN)。在電晶體520被截止後,在字元線致能期間WLE的初始化期間601中,字元線WL開啟欲讀取的記憶胞,致使欲讀取的記憶胞將資料輸出至經預充電的位元線BL上。在資料為「1」的情況下,位元線BL的準位變得高於預充電準位。在資料為「0」的情況下,位元線BL的準位變得低於預充電準位。
在初始化期間601結束後,控制訊號SENC截止電晶體510。接著,在字元線致能期間WLE的感測期間602,控制訊號SENC截止電晶體510,以及控制訊號BLC驅動電晶體520以感測位元線BL。在感測期間602且在位元線BL的資料為第一邏輯態(例如為「1」)的情況下,電晶體520為截止,使得節點SEN保持於預充電準位(例如1.2V)。在感測期間602且在位元線BL的資料為第二邏輯態(例如為「0」)的情況下,電晶體520為開啟。由於節點SEN的電容(capacitance)遠小於位元線BL的電容,因此節點SEN被放電至接近位元線BL的準位。
圖7是依照本發明的另一實施例所繪示的一種感測放大器700的電路示意圖。感測放大器700適用於圖4的感測放大器410與420。圖7中,參考電壓VSEN可以被類比為圖4的參考電壓VSEN0或VSEN1,位元線BL可以被類比為圖4的位元線BLa或BLb,而節點SEN可以被類比為節點SEN0或SEN1。圖7的參考電壓VSEN、控制訊號SENC、控制訊號PBLCS、參考電壓VREF_BLC與控制訊號NBLCS可以是由其他裝置(未繪示,例如控制器、參考電壓產生電路等)來提供。依照設計需求,參考電壓VREF_BLC可以是固定電壓。
請參照圖7,感測放大器700包括控制電路710、電晶體720與電晶體730。電晶體720與730可以參照圖5的電晶體510與520的相關說明來類推,故不再贅述。電晶體720的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN。電晶體720的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器700的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN)至節點SEN。電晶體720的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC。電晶體730的第一端(例如源極)耦接至感測放大器700的輸入端,以接收位元線BL的資料訊號。電晶體730的第二端(例如汲極)耦接至電晶體720的第二端。電晶體730的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC。
控制電路710的輸入端耦接至感測放大器700的輸入端,以接收位元線BL的資料訊號。控制電路710可以產生控制訊號BLC給電晶體730的控制端。控制電路710可以依據感測放大器700的輸入端的準位(位元線BL的資料訊號的準位)而動態調整控制訊號BLC。
圖7所述實施例中,控制電路710包括電晶體711與電晶體712。電晶體711包括PMOS電晶體或是其他電晶體。電晶體712包括NMOS電晶體或是其他電晶體。電晶體711的第一端(例如源極)接收控制訊號PBLCS。電晶體711的第二端(例如汲極)耦接至控制電路710的輸出端,以產生控制訊號BLC給電晶體730的控制端。電晶體711的控制端(例如閘極)受控於參考電壓VREF_BLC。電晶體712的第一端(例如源極)接收控制訊號NBLCS。電晶體712的第二端(例如汲極)耦接至電晶體711的第二端。電晶體712的控制端(例如閘極)耦接至控制電路710的輸入端,以接收位元線BL的資料訊號。
圖8是依照本發明的一實施例說明圖7所示訊號的時序示意圖。請參照圖7與圖8,在位元線預充電期間PC,控制訊號PBLCS被拉升,因此電晶體711為開啟而拉高控制訊號BLC。在位元線預充電期間PC,控制訊號SENC開啟電晶體720,以及控制訊號BLC驅動電晶體730以對位元線BL進行預充電。電晶體730可以將位元線BL的準位設置為適當的預充電準位(例如0.5V)。位元線BL的這個預充電準位被回饋至電晶體712的控制端,使得電晶體712可以依照位元線BL的準位去動態調整控制訊號BLC的準位。
在位元線預充電期間PC結束後,控制訊號PBLCS被拉降,因此電晶體711為截止,使得控制訊號BLC被電晶體712拉降。接著,在字元線致能期間WLE的初始化期間801,控制訊號SENC開啟電晶體720以及控制訊號BLC截止電晶體730。電晶體720可以在初始化期間801將節點SEN的準位設置為預充電準位(參考電壓VSEN)。在電晶體730被截止後,字元線WL開啟欲讀取的記憶胞,致使資料輸出至經預充電的位元線BL上。
在初始化期間801結束後,控制訊號SENC截止電晶體720。接著,在字元線致能期間WLE的感測期間802,控制訊號PBLCS再一次被拉升,因此電晶體711為開啟而拉高控制訊號BLC。在感測期間802,控制訊號SENC截止電晶體720,以及控制訊號BLC驅動電晶體730以感測位元線BL。在感測期間802且在位元線BL的資料為第一邏輯態(例如為「1」)的情況下,電晶體730為截止,使得節點SEN保持於預充電準位(例如1.2V)。在感測期間802且在位元線BL的資料為第二邏輯態(例如為「0」)的情況下,電晶體730為開啟,因此節點SEN被放電至接近位元線BL的準位。位元線BL的準位(資料電壓的準位)被回饋至電晶體712的控制端,使得電晶體712可以依照位元線BL的準位去動態調整控制訊號BLC的準位。
在位元線預充電期間PC和感測期間802,控制電路710可以依據位元線BL的準位而動態控制所述控制訊號BLC。因此,感測放大器700可以實現高速位元線預充電和感測。
圖9是依照本發明的一實施例所繪示的一種電壓產生電路的電路示意圖。圖9所示電源電壓VP、偏壓電壓VBLP與參考電壓VSS可以是由其他裝置(未繪示,例如控制器、參考電壓產生電路等)來提供。偏壓電壓VBLP可以是位元線預充電準位目標(例如0.5V)。圖9所示電壓產生電路可以提供電壓給控制電路710,並且所有感測放大器共享一個電壓產生電路。在圖9所示電壓發生器中,電源電壓VP的準位相同於控制訊號PBLCS的高邏輯準位,並且輸出電壓VN的準位相同於控制訊號NBLCS的低邏輯準位。偏壓電壓VBLP可以控制參考電壓VREF_BLC的準位和輸出電壓VN的準位,並且位元線預充電準位變為相同於偏壓電壓VBLP的準位。
電晶體913的第一端(例如源極)接收電源電壓VP。電晶體913的第二端(例如汲極)耦接至電晶體913的控制端(例如閘極),以及提供參考電壓VREF_BLC。電晶體914的第一端(例如汲極)耦接至電晶體913的第二端。電晶體914的第二端(例如源極)耦接至電流源IBLC,以及提供輸出電壓VN。電晶體914的控制端(例如閘極)接收偏壓電壓VBLP。電流源IBLC還耦接至參考電壓VSS。電流源IBLC可以控制在感測放大器的控制電路710中的電流消耗。
圖10是依照本發明的又一實施例說明圖4所示感測放大器410~430的電路示意圖。圖10所示參考電壓VSEN0~VSEN1、控制訊號SENC0~SENC1、控制訊號BLC0~BLC1、電壓PCS、電壓NCS與控制訊號EQ可以是由其他裝置(未繪示,例如控制器、參考電壓產生電路等)來提供。
請參照圖10,感測放大器410包括電晶體411~412。電晶體411的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN0。電晶體411的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器410的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN0)至節點SEN0。電晶體411的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC0。電晶體412的第一端(例如源極)耦接至感測放大器410的輸入端,以接收位元線BLa的資料訊號。電晶體412的第二端(例如汲極)耦接至電晶體411的第二端。電晶體412的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC0。圖10所示感測放大器410、電晶體411與電晶體412可以參照圖5所示感測放大器500、電晶體510與電晶體520的相關說明來類推,故不再贅述。
感測放大器420包括電晶體421與422。電晶體421的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN1。電晶體421的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器420的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN1)至節點SEN1。電晶體421的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC1。電晶體422的第一端(例如源極)耦接至感測放大器420的輸入端,以接收位元線BLb的資料訊號。電晶體422的第二端(例如汲極)耦接至電晶體421的第二端。電晶體422的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC1。圖10所示感測放大器420、電晶體421與電晶體422可以參照圖5所示感測放大器500、電晶體510與電晶體520的相關說明來類推,故不再贅述。
感測放大器430包括電晶體431~435。電晶體435的第一端與第二端(例如源極與汲極)分別耦接至位元線BLa與BLb。電晶體435的控制端(例如閘極)受控於控制訊號EQ。
電晶體431的第一端(例如源極)與電晶體432的第一端(例如源極)耦接至電壓PCS。電壓PCS的準位可以依照設計需求來決定。電晶體431的第二端(例如汲極)與電晶體432的控制端(例如閘極)耦接至感測放大器430的第一輸出端,其中感測放大器430的所述第一輸出端可以將經放大訊號回饋給感測放大器410的輸入端。電晶體431的控制端(例如閘極)與電晶體432的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器430的第二輸出端,其中感測放大器430的所述第二輸出端可以將經放大訊號回饋給感測放大器420的輸入端。
電晶體433的第一端(例如源極)與電晶體434的第一端(例如源極)耦接至電壓NCS。電壓NCS的準位可以依照設計需求來決定。電晶體433的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器430的第一輸出端,其中感測放大器430的所述第一輸出端可以將經放大訊號回饋給感測放大器410的輸入端。電晶體433的控制端(例如閘極)耦接至感測放大器430的第二輸入端,以從節點SEN1接收經放大訊號(或參考電壓VSEN1)。電晶體434的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器430的第二輸出端,其中感測放大器430的所述第二輸出端可以將經放大訊號回饋給感測放大器420的輸入端。電晶體434的控制端(例如閘極)耦接至感測放大器430的第一輸入端,以從節點SEN0接收經放大訊號(或參考電壓VSEN0)。
圖11是依照本發明的一實施例說明圖10所示訊號的時序示意圖。在圖11中,虛線的波形表示具有標示「0」的信號(例如SENC0、VSEN0、BLC0與SEN0),實線表示具有標示「1」的信號(例如SENC1、VSEN1、BLC1與SEN1)。請參照圖10與圖11。在位元線預充電期間PC,電壓PCS與NCS被拉升(例如從0.3 V拉升至0.5 V),參考電壓VSEN0為高準位(例如1.3 V),參考電壓VSEN1為低準位(例如0.5 V),控制訊號SENC0與SENC1均為低準位(例如0 V),控制訊號BLC0為高準位,控制訊號BLC1為低準位(例如0 V)。因此在位元線預充電期間PC,電晶體412可以對位元線BL0進行預充電(例如從0.3 V預充電至0.5 V),電晶體411可以將節點SEN0設置為參考電壓VSEN0的準位(例如1.3 V),而且電晶體421可以將節點SEN1設置為參考電壓VSEN1的準位(例如0.5 V)。
在位元線預充電期間PC結束後,控制訊號BLC0被拉降,因此電晶體412為截止。在電晶體412與422被截止後,字元線WL開啟欲讀取的記憶胞,致使欲讀取的記憶胞將資料輸出至經預充電的位元線BLa上。接下來,在字元線致能期間WLE的初始化期間1101,控制訊號SENC0與SENC1開啟電晶體411與421,以及控制訊號BLC0與BLC1截止電晶體412與422。電晶體411與421可以在初始化期間1101將節點SEN0與SEN1的準位設置為參考電壓VSEN0與VSEN1的準位。
在初始化期間1101結束後,控制訊號SENC0被拉升(例如從0 V拉升至1.3 V)以截止電晶體411。接著,在字元線致能期間WLE的感測期間1102,控制訊號SENC0為高準位(例如1.3 V)而控制訊號SENC1為低準位(例如0 V),致使當感測放大器410將對應於在位元線BLa上的訊號的經放大訊號輸出到節點SEN0時,電晶體421可以將節點SEN1設置為參考電壓VSEN1的準位(例如0.5 V)。在感測期間1102,控制訊號BLC0再一次被拉升而控制訊號BLC1維持低準位,因此電晶體422為截止而電晶體412可以感測位元線BLa。在感測放大器410感測位元線BLa的期間,控制訊號SENC1開啟電晶體421以及控制訊號BLC1截止電晶體422。
圖12是依照本發明的再一實施例說明圖4的感測放大器410~430的電路示意圖。圖12的感測放大器430與電晶體431~435可以參照圖10實施例的相關說明來類推,故不再贅述。圖12所示參考電壓VSEN0~VSEN1、控制訊號SENC0~SENC1、控制訊號PBLCS0~PBLCS1、控制訊號NBLCS0~NBLCS1、電壓PCS、電壓NCS、參考電壓VREF_BLC與控制訊號EQ可以是由其他裝置(未繪示,例如控制器、參考電壓產生電路等)來提供。
請參照圖12,感測放大器410包括電晶體411~414。電晶體411的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN0。電晶體411的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器410的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN0)至節點SEN0。電晶體411的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC0。電晶體412的第一端(例如源極)耦接至感測放大器410的輸入端,以接收位元線BLa的資料訊號。電晶體412的第二端(例如汲極)耦接至電晶體411的第二端。電晶體412的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC0。電晶體413的第一端(例如源極)接收控制訊號PBLCS0。電晶體413的第二端(例如汲極)耦接至電晶體412的控制端,以提供控制訊號BLC0。電晶體413的控制端(例如閘極)受控於參考電壓VREF_BLC。電晶體414的第一端(例如源極)接收控制訊號NBLCS0。電晶體414的第二端(例如汲極)耦接至電晶體413的第二端。電晶體414的控制端(例如閘極)耦接至位元線BLa。圖12的感測放大器410與電晶體411~414可以參照圖7的感測放大器700、電晶體720、電晶體730、電晶體711與電晶體712的相關說明來類推,故不再贅述。
感測放大器420包括電晶體421~424。電晶體421的第一端(例如源極)耦接至參考電壓VSEN1。電晶體421的第二端(例如汲極)耦接至感測放大器420的輸出端,以輸出經放大訊號(或參考電壓VSEN1)至節點SEN1。電晶體421的控制端(例如閘極)受控於控制訊號SENC1。電晶體422的第一端(例如源極)耦接至感測放大器420的輸入端,以接收位元線BLb的資料訊號。電晶體422的第二端(例如汲極)耦接至電晶體421的第二端。電晶體422的控制端(例如閘極)受控於控制訊號BLC1。電晶體423的第一端(例如源極)接收控制訊號PBLCS1。電晶體423的第二端(例如汲極)耦接至電晶體422的控制端,以提供控制訊號BLC1。電晶體423的控制端(例如閘極)受控於參考電壓VREF_BLC。電晶體424的第一端(例如源極)接收控制訊號NBLCS1。電晶體424的第二端(例如汲極)耦接至電晶體423的第二端。電晶體424的控制端(例如閘極)耦接至位元線BLb。圖12的感測放大器420與電晶體421~424可以參照圖7所示感測放大器700、電晶體720、電晶體730、電晶體711與電晶體712的相關說明來類推,故不再贅述。
圖13是依照本發明的一實施例說明圖12所示訊號的時序示意圖。在圖13中,虛線的波形表示具有標示「0」的信號(例如SENC0、VSEN0、PBLCS0、BLC0與SEN0),實線表示具有標示「1」的信號(例如SENC1、VSEN1、PBLCS、BLC1與SEN1)。請參照圖12與圖13。在位元線預充電期間PC,電壓PCS與NCS被拉升(例如從0.3 V拉升至0.5 V),參考電壓VSEN0為高準位(例如1.3 V),參考電壓VSEN1為低準位(例如0.5 V),控制訊號SENC0與SENC1均為低準位(例如0 V),控制訊號PBLCS0為高準位(例如1.3 V),控制訊號PBLCS1為低準位(例如0 V),控制訊號NBLCS0與NBLCS1均為低準位。因此在位元線預充電期間PC,控制訊號BLC0被拉高使得電晶體412可以對位元線BL0進行預充電(例如從0.3 V預充電至0.5 V),而控制訊號BLC1維持於低準位(例如0 V)使得電晶體422為截止。在位元線預充電期間PC,電晶體411可以將節點SEN0設置為參考電壓VSEN0的準位(例如1.3 V),而且電晶體421可以將節點SEN1設置為參考電壓VSEN1的準位(例如0.5 V)。
在位元線預充電期間PC結束後,控制訊號BLC0被拉降,因此電晶體412為截止。在電晶體412與422被截止後,字元線WL開啟欲讀取的記憶胞,致使欲讀取的記憶胞將資料輸出至經預充電的位元線BLa上。接下來,在字元線致能期間WLE的初始化期間1301,控制訊號SENC0與SENC1開啟電晶體411與421,以及控制訊號BLC0與BLC1截止電晶體412與422。電晶體411與421可以在初始化期間1301將節點SEN0與SEN1的準位設置為參考電壓VSEN0與VSEN1的準位。
在初始化期間1301結束後,控制訊號SENC0被拉升(例如從0 V拉升至1.3 V)以截止電晶體411。接著,在字元線致能期間WLE的感測期間1302,控制訊號SENC0為高準位(例如1.3 V)而控制訊號SENC1為低準位(例如0 V),致使當感測放大器410將對應於在位元線BLa上的訊號的經放大訊號輸出到節點SEN0時,電晶體421可以將節點SEN1設置為參考電壓VSEN1的準位(例如0.5 V)。在感測期間1302,控制訊號BLC0再一次被拉升而控制訊號BLC1維持低準位,因此電晶體422為截止而電晶體412可以感測位元線BLa。在感測放大器410感測位元線BLa的期間,控制訊號SENC1開啟電晶體421以及控制訊號BLC1截止電晶體422。
綜上所述,本發明揭露了兩級的感測放大器(感測放大裝置400)。在感測放大裝置400中,位元線BLa或BLb的小信號(資料訊號)被第一級的感測放大器410或420放大,然後將經放大訊號輸出給第二級的感測放大器430。感測放大器430可以接收經放大差動信號,以及對所述經放大差動信號進行第二階段放大操作。因此,感測放大裝置400可以感測位元線BLa與(或)BLb的資料。感測放大器430所接收到的差動訊號的強度大於圖1所示感測放大器150所接收到的差動訊號的強度。儘管製程發生微縮,感測放大裝置400仍可以實現足夠的感測信號容限。因此,感測放大裝置400可以不需要精確的位元線電容匹配。邊緣子陣列(例如圖1所示子陣列110或140)可在兩側都配置感測放大裝置400,並且邊緣子陣列的所有記憶胞都可以被使用。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:動態隨機存取記憶體
110~140:子陣列
150、410、420、430、500、700:感測放大器
400:感測放大裝置
411~414、421~424、431~435、510~520、711~712、720、730、913~914:電晶體
601、801、1101、1301:初始化期間
602、802、1102、1302:感測期間
710:控制電路
BL、BL0、BL1、BLa、BLb:位元線
BLC、BLC0、BLC1、CSP、CSN、EQ、NBLCS、NBLCS0、NBLCS1、PBLCS、PBLCS0、PBLCS1、SENC、SENC0、SENC1:控制訊號
C
BL:電容器
C
SN:記憶元件
IBLC:電流源
MC、MC1、MC2:記憶胞
NCS、PCS:電壓
PC:位元線預充電期間
SEN、SEN0、SEN1:節點
SN:資料
SW:開關
VBLP:偏壓電壓
VN:輸出電壓
VP:電源電壓
VREF_BLC、VSEN、VSEN0、VSEN1、VSS:參考電壓
WL:字元線
WLE:字元線致能期間
圖1繪示了在動態隨機存取記憶體內的記憶胞陣列的電路方塊(circuit block)示意圖。
圖2繪示了圖1所示感測放大器與位元線。
圖3繪示了圖2所示字元線、控制訊號、資料與位元線的波形示意圖。
圖4是依照本發明的一實施例所繪示的一種感測放大裝置的電路方塊示意圖。
圖5是依照本發明的一實施例所繪示的一種感測放大器的電路示意圖。
圖6是依照本發明的一實施例說明圖5所示訊號的時序示意圖。
圖7是依照本發明的另一實施例所繪示的一種感測放大器的電路示意圖。
圖8是依照本發明的一實施例說明圖7所示訊號的時序示意圖。
圖9是依照本發明的又一實施例所繪示的一種電壓產生電路的電路示意圖。
圖10是依照本發明的又一實施例說明圖4所示感測放大器的電路示意圖。
圖11是依照本發明的一實施例說明圖10所示訊號的時序示意圖。
圖12是依照本發明的再一實施例說明圖4所示感測放大器的電路示意圖。
圖13是依照本發明的一實施例說明圖12所示訊號的時序示意圖。
400:感測放大裝置
410、420、430:感測放大器
BLa、BLb:位元線
MC1、MC2:記憶胞
SEN0、SEN1:節點
VSEN0、VSEN1:參考電壓
Claims (10)
- 一種感測放大裝置,包括:一第一感測放大器,具有一輸入端耦接至一第一位元線;一第二感測放大器,具有一輸入端耦接至一第二位元線;以及一第三感測放大器,具有一差動輸入對與一差動輸出對,其中該差動輸入對的一第一輸入端耦接至該第一感測放大器的一輸出端,該差動輸入對的一第二輸入端耦接至該第二感測放大器的一輸出端,該差動輸出對的一第一輸出端耦接至該第一感測放大器的該輸入端,以及該差動輸出對的一第二輸出端耦接至該第二感測放大器的該輸入端,其中該第一感測放大器包括:一第一電晶體,具有一第一端耦接至一第一參考電壓,其中該第一電晶體的一第二端耦接至該第一感測放大器的該輸出端,以及該第一電晶體的一控制端受控於一第一控制訊號;以及一第二電晶體,具有一第一端耦接至該第一感測放大器的該輸入端,其中該第二電晶體的一第二端耦接至該第一電晶體的該第二端,以及該第二電晶體的一控制端受控於一第二控制訊號。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中該第一感測放大器與該第二感測放大器的每一個為一非差動訊號放大器,以及該第三感測放大器為一差動訊號放大器。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中該第一電晶體包括一PMOS電晶體,以及該第二電晶體包括一NMOS電晶體。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中,在一字元線致能期間前的一位元線預充電期間,該第一控制訊號開啟該第一電晶體以及該第二控制訊號驅動該第二電晶體以預充電該第一位元線;在該字元線致能期間的一初始化期間,該第一控制訊號開啟該第一電晶體以及該第二控制訊號截止該第二電晶體;以及在該初始化期間後的該字元線致能期間的一感測期間,該第一控制訊號截止該第一電晶體以及該第二控制訊號驅動該第二電晶體以感測該第一位元線。
- 如請求項4所述的感測放大裝置,其中,在該感測期間且在該第一位元線的資料為一第一邏輯態的情況下,該第二電晶體為截止;以及在該感測期間且在該第一位元線的資料為一第二邏輯態的情況下,該第二電晶體為開啟。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中,在該第二感測放大器感測該第二位元線的期間,該第一控制訊號開啟該第一電晶體以及該第二控制訊號截止該第二電晶體。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中該第一感測放大器更包括:一控制電路,具有一輸入端耦接至該第一感測放大器的該輸入端,用以產生該第二控制訊號給該第二電晶體的該控制端,其中該控制電路依據該第一感測放大器的該輸入端的準位而動態調整該第二控制訊號。
- 如請求項7所述的感測放大裝置,其中該控制電路包括:一第三電晶體,具有一第一端接收一第三控制訊號,其中該第三電晶體的一第二端耦接至該控制電路的一輸出端以產生該第二控制訊號給該第二電晶體的該控制端,以及該第三電晶體的一控制端受控於一第二參考電壓;以及一第四電晶體,具有一第一端接收一第四控制訊號,其中該第四電晶體的一第二端耦接至該第三電晶體的該第二端,以及該第四電晶體的一控制端耦接至該控制電路的該輸入端。
- 如請求項8所述的感測放大裝置,其中該第三電晶體包括一PMOS電晶體,以及該第四電晶體包括一NMOS電晶體。
- 如請求項1所述的感測放大裝置,其中該第三感測放大器包括:一第一電晶體,具有一第一端耦接至一第一電壓,其中該第一電晶體的一第二端耦接至該第三感測放大器的該第一輸出端,以及該第一電晶體的一控制端耦接至該第三感測放大器的該第二 輸出端;一第二電晶體,具有一第一端耦接至該第一電壓,其中該第二電晶體的一第二端耦接至該第三感測放大器的該第二輸出端,以及該第二電晶體的一控制端耦接至該第三感測放大器的該第一輸出端;一第三電晶體,具有一第一端耦接至一第二電壓,其中該第三電晶體的一第二端耦接至該第三感測放大器的該第一輸出端,以及該第三電晶體的一控制端耦接至該第三感測放大器的該第二輸入端;以及一第四電晶體,具有一第一端耦接至該第二電壓,其中該第四電晶體的一第二端耦接至該第三感測放大器的該第二輸出端,以及該第四電晶體的一控制端耦接至該第三感測放大器的該第一輸入端。
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US20020048187A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-25 | Stmicroelectronics S.R.I. | Small size, low consumption, multilevel nonvolatile memory |
TW565850B (en) * | 2001-07-17 | 2003-12-11 | Ibm | Duty-cycle-efficient SRAM cell test |
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