DE2805664A1 - Dynamischer lese/schreib-randomspeicher - Google Patents

Description

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.
Kawasaki-shi, Japan

Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher

Die Erfindung betrifft einen dynamischen Lese/Schreib-Random- bzw. -Direktzugriffspeicher, insbesondere einen solchen aus Leiter/Isolator-Halbleiterfeldeffekttransistoren in integrierter Schaltkreisform, der bezüglich des Schwindens der in einer nicht gewählten Speicherzelle gespeicherten elektrischen Energie verbessert ist.

Als Resultat des erheblichen Fortschritts auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie wurden bereits verschiedene Schaltkreise, etwa ein Prozessor und ein Speicher, auf einem Halbleiter(plättchen) integriert.

Ein dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher stellt einen Halbleiterspeicher dar, der nicht nur das Auslesen, sondern auch das Einschreiben von Daten erlaubt. Ein solcher Randomspeicher besitzt eine große Kapazität, weil eine Speicherzelle zur Aufnahme von Daten (gespeicherte elektrische Ladung) aus einigen Transistoren gebildet ist.

Beim dynamischen Randomspeicher werden die Daten im Kondensator (bzw. parasitären Kondensator) eines MOS-FeIdeffekttransistorschaltkreises gespeichert. Die so gespei-

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cherten Daten zeigen eine Tendenz, im Zeitverlauf allmählich zu verschwinden bzw. verloren zu gehen. Zur Vermeidung eines solchen Datenverlusts ist der dynamische Randomspeicher mit einer Erneuerungsschaltung (oder einem Meß- bzw. Fühlverstärker) versehen, um dieselben Daten im Kondensator vor dem vollständigen Verlust derselben zu erneuern. Das Intervall, in welchem die Daten durch die Erneuerungsschaltung erneuert werden sollen, wird in erheblichem Maße durch die Zeitspanne beeinflußt, während welcher die Daten im Kondensator gehalten werden können.

Ein dynamischer Randomspeicher der vorstehend umrissenen Art umfaßt bekanntlich im allgemeinen eine Vielzahl von in Matrixform angeordneten Speicherzellen, eine Vielzahl von Adressenleitungen (Zeilen), die das Auslesen von Daten aus den zu einer zu wählenden Zeile gehörenden Speicherzellen oder das Einschreiben von Daten in diese Speicherzellen ermöglichen, eine Vielzahl von Datenleitungen (Spalten), die das Auslesen von Daten aus einer gewählten Speicherzelle oder das Einschreiben in diese ermöglichen, zwischen die Datenleitungen einerseits und die Eingangs- und Ausgangsschaltungen andererseits geschaltete Datenleitung-Wähltransistoren, Meß- bzw. Fühlverstärker (sense amplifiers) bzw. Erneuerungsschaltungen und andere Schaltkreise.

Schaltungskonstruktionen dieser Art sind aus den US-PSen 3 765 OO3, 3 774 176, 3 969 706, 3 778 783 und 3 778 sowie den JA-PSen 51-74 535, 51-137 339, 51-122 343 und 46-3006 bekannt.

Wenn die Daten aus einer ausgewählten Speicherzelle über eine Datenleitung und einen Ausgangskreis ausgelesen oder über einen Eingangskreis und eine Datenleitung in eine

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ausgewählte Speicherzelle eingeschrieben werden, wird ein Datenleitung-Wähltransistor zunächst aus dem Sperrin den Durchschaltzustand und dann aus dem Durchschaltin den Sperrzustand versetzt.

Wenn bei einem bisherigen dynamischen Randomspeicher die Dateneinheit "O" (entsprechend der Bezugsspannung V„_s) aus einer Speicherzelle ausgelesen wird, zeigt das Potential einer angewählten Datenleitung zeitweilig eine Abweichung &V vom Bezugsspannungsquellenpotential V__g zur negativen Seite hin, so daß sich dieser Randomspeicher fehlerhaft verhält. Da nämlich das Potential der Datenleitung eine Abweichung £V vom Potential V_e_ zur

Du

negativen Seite hin anzeigt, besitzt die Gate-Elektrode eines MOS-Transistors, der eine nicht gewählte, eine Dateneinheit "1" speichernde Speicherzelle darstellt (entsprechend einem positiven Potential V_D_J , ein höheres Potential als der mit der Datenleitung verbundene Anschluß (Source-Elektrode) des Transistors, wobei der MOS-Transistor, der einen schwachen oder starken Inversionsbereich angibt, durchgeschaltet wird. Infolgedessen geht die in der nicht gewählten Speicherzelle gespeicherte Dateneinheit "1" in wesentlich kürzerer Zeit als der durch den Streustrom eines pn-übergangs bestimmten Zeit verloren. Schließlich arbeitet der dynamische Randomspeicher dann fehlerhaft.

Der über den MOS-Transistor fließende Strom beträgt

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zeitweilig das 10 - bis 10 -fache des Streustroms am pn-übergang.

Die Abweichung ^V des Potentials der Datenleitung vom Bezugsspannungsquellenpotential V_gs zur negativen Seite hin ist folgenden Ursachen zuzuschreiben:

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1. Die elektrische Energie der zum Bezugspotential V entladenen Datenleitung wird durch eine Kapazität, die zwischen dem Datenleitung-Wähltransistor und der Datenleitung entsteht, wenn ersterer gesperrt ist, und durch eine andere, mit der Datenleitung verbundene parasitäre Kapazität aufgeteilt.

2. Wenn die Datenleitung entladen wird, tritt ein "Klingeln" (ringing) aufgrund einer Kombination von Induktivität und Kapazität an der Datenleitung auf.

Das genannte Problem, daß nämlich die Datenleitung eine Abweichung ^V vom Bezugsspannungsquellenpotential V„„ zur negativen Seite hin zeigt, wird nicht nur durch das Durchschalten und Sperren des Datenleitung-Wähltransistors, sondern auch durch einen anderen Faktor hervorgerufen, nämlich durch die Durchschalt/Sperr-Betätigung der Eingangsund Ausgangskreise sowie einer Erneuerungsschaltung (Meß- oder Fühlverstärker). Dieses Problem tritt außerdem nicht nur dann auf, wenn der MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET) vom η-Typ ist, sondern auch dann, wenn er vom p-Typ ist. Weiterhin ergibt sich das genannte Problem nicht nur bei Speicherzellen vom Typ mit einem Transistor pro Zelle, sondern auch im Fall von drei oder vier Transistoren pro Zelle .

Der Erfindung liegt damit die Aufgrund zugrunde, einen dynamischen Lese/Schreib-Randomspeicher zu schaffen, der unter stabilen Bedingungen zu arbeiten vermag.

Bei diesem Randomspeicher soll dabei der Verlust oder Schwund der in einer nicht gewählten Speicherzelle gespeicherten elektrischen Energie (Ladung) weitgehend herabgesetzt sein.

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Die Erfindung bezweckt damit auch die Schaffung eines dynamischen Randomspeichers, bei dem auch dann, wenn das Potential der Datenleitung eine Abweichung ßV zeigt, die in einer nicht gewählten Speicherzelle gespeicherten Daten(einheiten) nicht in einer kürzeren als der durch den Streustrom eines pn-tibergangs bestimmten Zeit schwinden.

Bei diesem dynamischen Randomspeicher soll der Verlust der in der nicht gewählten Speicherzelle angesammelten elektrischen Energie einfach durch Hinzufügung einer vergleichsweise kleinen Zahl zuzätzlicher Elemente unterdrückt werden.

Die genannte Aufgabe wird bei einem dynamischen Lese/-Schreib-Randomspeicher der vorstehend umrissenen Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen und durch elektrische Schaltkreise, die so an die Datenleitungen angeschlossen sind, daß sie ein Abweichen des Potentials der Datenleitungen vom Bezugsspannungsquellenpotential in einer Richtung entgegengesetzt zu der eines anderen Stromquellenpotentials verhindern.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert . Es zeigen:

Fig. 1a ein Schaltbild eines dynamischen Lese/Schreib-Randomspeichers gemäß einer typischen Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 1b ein Wellenformdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der verschiedenen Teile des Randomspeichers gemäß Fig. 1a,

Fig. 1c ein Schaltbild einer bevorzugten Schaltungsart eines beim Randomspeicher gemäß Fig. 1a verwendeten fehlerverhindernden Spannungsgenerators,

Fig. 2a ein Schaltbild eines dynamischen Randomspeichers gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2b ein Wellenformdiagraitim zur Erläuterung der Arbeitsweise der verschiedenen Teile des Randomspeichers nach Fig. 2a,

Fig. 2c ein Schaltbild einer bevorzugten Schaltung für die Voraufladung und zur gleichzeitigen Verhinderung des fehlerhaften Verhaltens des dynamischen Randomspeichers gemäß Fig. 2a,

Fig, 3a ein Schaltbild eines erfindungsgemäß verwendbaren Meß- bzw. Fühlverstärkers und

Fig. 3b ein Wellenformdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der verschiedenen Teile desdynamischen Randomspeichers nach Fig. 1a unter Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 3a.

Im folgenden ist anhand von Fig. 1a der Schaltungsaufbau eines dynamischen Randomspeichers gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei sind Speicherzellen MN (M = 1 bis m; N = 1 bis n) in Matrixform von m Zeilen χ η Spalten angeordnet. Jede Speicher-

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zelle MN besteht beispielsweise aus einem MOS-Transistor Tr.__T (M = 1 bis m; N = 1 bis n) und einem Kondensator

C"MN (M = 1 bis m; N = 1 bis n) , der zwischen das eine Ende (Source- oder Drain-Elektrode) des Transistors Tr und eine Klemme bzw. einen Anschluß eingeschaltet ist, an der bzw. dem eine Bezugsspannung V_cc (=Nullpeael bzw. -Potential) liegt. Dieses am einen Ende des Kondensators C anliegende Potential V„_s kann durch ein anderes Potential V_DD ersetzt werden.

Der MOS-Transistor Tr ist beispielsweise ein n-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp. Der Kondensator speichert die Dateneinheit "O" (entsprechend dem Potential V_qs) oder die Dateneinheit "1" (entsprechend dem positiven Stromquellenpotential V_n-J .

Die Gate-Elektroden der jeweiligen MOS-Transistoren Tr_1N (N = 1 bis n) beispielsweise in der ersten Zeile sind mit einer in dieser Zeile angeordneten Adressenleitung AL., verbunden. Die jeweiligen Adressenleitungen AL.. (M = 1 bis m) sind ao ausgelegt, daß sie einen logischen Pegel "1" oder "0" entsprechend einem von einem Zeilendekodierer 20 empfangenen Signal abnehmen und dabei die an die Adressenleitungen AL„ angeschlossenen Transistoren Tr_M„(N=1 - n) durchschalten oder sperren. Die anderen Seiten bzw. Enden (Drain- oder Source-Elektrode) der betreffenden MOS-Transistoren Tr_M1 (M=1 bis m) beispielsweise in der ersten Spalte sind mit einer Datenleitung DL.. in dieser Spalte verbunden. Die einen Enden der betreffenden Datenleitung OI, (N= 1 bis n) sind an die eine Seite (Source- oder Drain-Elektrode) der Datenleitung-Wähl-MOS-Transistoren Tr--, (N=1 bis n) angeschlossen, bei denen es sich z.B. um n-Kanal-MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp handelt.

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Die anderen Enden (Drain- oder Source-Elektrode) der einzelnen Datenleitung-Wähltransistoren Tr_n-. sind gemäß Fig. 1a mit einer Eingangsschaltung 30 zur Lieferung der einzuschreibenden Dateneinheiten zu den betreffenden Speicherzellen MN und mit einer Ausgangsschaltung 35 zur Abnahme der aus den Speicherzellen MN ausgelesenen Daten verbunden. Die Gate-Elektroden dieser Transistoren Tr_QN sind an einen Spaltendekodierer 40 zur Abnahme eines Datenleitungs-Wählsignals 4_Dt_N (N= 1 bis n) angeschlossen. Die Transistoren Tr werden je nach dem vom Spaltendekodierer 4O aufgenommenen Signal durchgeschaltet oder gesperrt, wodurch die Verbindung zwischen den betreffenden Datenleitungen DL^und der Eingangsschaltung 3O oder der Ausgangsschaltung 35 gesteuert wird.

Die Dekodierer 20 und 40 sowie die Schaltungen 30 und 35 entsprechen beispielsweise der Art gemäß der US-PS 3 7 78 784. Bei der dargestellten Ausführungsform entsprechen die Dekodierer 2O und 40 den Dekodierer- und Treiberschaltungen 60 bzw. 40 gemäß Fig. 1 der genannten US-PS. Für die Schaltungen 3O und 35 bei der dargestellten Ausführungsform können die Einschreibdatenpufferschaltung gemäß Fig. 12 bzw. die Datenausgangspufferschaltung gemäß Fig. 13 der genannten US-PS verwendet werden.

Zwischen die jeweiligen Datenleitungen DL,- und die ein positives Stromquellenpotential V tragenden Klemmen bzw. Anschlüsse sind MOS-Transistoren Tr „ (N=1 bis n)

pN

zum Aufladen (z.B. Voraufladen) der betreffenden Datenleitungen DL_n eingeschaltet. Bei diesen MOS-Transistoren Tr _N handelt es sich beispielsweise um n-Kanal-M0S-Transistoren vom Anreicherungstyp, deren Gate-Elektroden gemäß Fig. 1b mit Voraufladesignalen φ (N=1 bis n)

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gespeist werden.

Zwischen jede Datenleitung DL_n und jede Klemme, an der ein positives Stromquellenpotential V_nn liegt, ist ein ein fehlerhaftes Verhalten verhindernder Transistor Tr (N=1 bis n), d.h. eine ein Fehlverhalten verhindernde Schaltung zur Unterdrückung der Abweichung Λ V des Potentials an den Datenleitungen DL_n von der Bezugsspannungsquelle V_qs zur negativen Seite hin eingeschaltet. Diese Anordnung stellt das bedeutsamste Merkmal der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dar. Diese Schutztransistoren Tr_,_N sind beispielsweise n-Kanal-MOS-_Transistoren vom Anreicherungstyp.

Die Gate-Elektroden dieser Transistoren Tr_pN werden gemäß Fig. 1b mit einem Potential V_c (^=vgg⁺ N=1 bis n) gespeist, um eine Abweichung des Potentials der Datenleitungen DL_n vom Bezugsspannungsquellenpotential V_cc zur negativen Seite hin zu verhindern. Mit AV™, ist die Schwellenwertspannung Vth_c (N=1 bis n) beispielsweise des Schutztransistors Tr__N bezeichnet. Wenn dieser Transistor Tr_ durchschaltet, führen die Datenleitungen DL_n ein Potential (V_rN-Vth_rN). Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Drain-Elektrode des ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden Transistors Tr__M mit dem positiven Stromquellenpotential V _D gespeist. Das dem Transistor Tr_CN zugeführte Potential ist jedoch nicht auf V_n_ beschränkt, obgleich letzteres den vorgesehenen Zweck gut erfüllt, sofern es größer ist als das vorher genannte Potential ν__Ν.

Die anderen Seiten der Datenleitungen DL_n sind mit den betreffenden Verstärkern 50 (Fühlverstärker bzw. Erneuerungsschaltungen) verbunden. Jede Verstärker 50 wird als Meß·- bzw. Fühlverstärker zur Feststellung von Potentialänderungen

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an der Datenleitung DL„ und zum Verstärken des Potentials auf das Bezugsspannungsquellenpotential V_oc oder das positive Stromquellenpotential V_nn oder aber als Erneuerungsschaltung für die Erneuerung der in einer Speicherzelle MN gespeicherten Daten verwendet. Der Verstärker 50 besteht aus einer in Fig. 5 der US-PS 3 765 003 mit 18 bezeichneten Schaltung oder aus einem Fühl- bzw. Meßverstärker gemäß Fig. 1 und 2 der US-PS 3 774 176. Wenn bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung als Verstärker 50 ein Verstärker gemäß der US-PS 3 774 176 verwendet wird, empfiehlt es sich, die Speicherzellen zu beiden Seiten dieses Meß- bzw. Fühlverstärkers anzuordnen. Bei Verwendung des Meßverstärkers gemäß Fig. 1 der US-PS 3 774 176 können die Vorauf ladetransxstoren Tr ,₇ aus den den Verstärker

pN

50 bildenden Transistoren bestehen.

Als Verstärker 50 eignet sich auch ein Fühl- bzw. Meßverstärker gemäß Fig. 3a, bei dem es sich um einen unsymmetrischen bzw. unausgeglichenen Verstärker handelt, während der Meßverstärker gemäß Fig. 1 und 2 der US-PS 3 774 176 ein ausgeglichener bzw. symmetrischer Verstärker ist. Bei Verwendung eines solchen unausgeglichenen Verstärkers 50 werden die Speicherzellen an der einen Seite des Verstärkers 50 bzw. gemäß Fig. 3a an der Seite der Datenleitung DL₁ angeordnet. Gemäß Fig. 3a kann der Voraufladetransistor Tr ₁ entweder in den Meßverstärker 50 einbezogen oder nicht in diesen einbezogen sein.

Fig. 3b veranschaulicht die Betriebswellenformen des dynamischen Randomspeichers gemäß Fig. 1a, welcher den Fühl- bzw. Meßverstärker 50 und den Vorauflade-MOS-

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Transistor Tr ^ gemäß Fig. 3a verwendet, Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Wellenformen gemäß Fig. 3b dieselben sind wie diejenigen gemäß Fig. 1b. Dies bedeutet, daß die Schaltung gemäß Fig. 3a praktisch auf dieselbe Weise arbeitet wie die Schaltung gemäß Fig. 1b. Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 3a braucht daher im folgenden nicht näher erläutert zu werden. Zur besseren Verdeutlichung der Arbeitsweise der Schaltungen gemäß Fig. 3a sind jedoch im folgenden die Signale φ¹ .. und ^ gemäß Fig. 3b kurz erläutert.

Die beiden Verzweigungen bzw. Knotenpunkte A und B gemäß Fig. 3a werden bei Eingang der Signale φ ₁ und φ' ₁ mit demselben Potential (V_nn~Vth) beaufschlagt. Dieses letztgenannte Potential an den Knotenpunkten A und B bleibt während der Zeitspanne t₁~t„ gemäß Fig. 3b erhalten. Wenn das Potential an der Datenleitung DL.. nach dem Auslesen der Daten aus den Speicherzellen auf ein niedrigeres als ein vorbestimmtes Potential verringert wird, wird der Fühl- bzw. Meßverstärker 50 bei Eingang des Signals <£, während der Zeitspanne t-.-t.^- betätigt. Dies geschieht deshalb, weil die Kapazität eines Kondensators C_ so vorherbestimmt ist, daß der Meßverstärker 50 zu diesem Zeitpunkt eine "O-Dateneinheit" auf der Datenleitung DL., feststellen kann.

Im folgenden ist anhand von Fig. 1a und 1b die Arbeitsweise eines dynamischen Randomspeichers mit dem vorstehenden beschriebenen Aufbau erläutert.

Beim Auslesen:

Vor dem Auslesen sind die Kondensatoren C-_- der Speicherzellen MN bereits mit Dateneinheiten "1" oder "O" beschickt worden. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei

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angenommen, daß eine mit einer Datenleitung DL₁ verbundene Speicherzelle 11 eine Dateneinheit "O" enthält·, während eine Speicherzelle 21 mit einer Dateneinheit "1" beschickt ist, und daß die Dateneinheit "O" in der Speicherzelle 11 ausgelesen werden soll.

1. Zunächst wird ein niedriges Bezugsspannungsquellenpotent ial Vg₅ an die Gate-Elektroden der Datenleitung-Wähltransistoren Tr_nw und der Transistoren Tr der Speicherzellen MN angelegt, so daß alle diese Transistoren in den Sperrzustand versetzt werden.

2. Zum Zeitpunkt t., wird ein den Gate-Elektroden der Vorauflade trän sis toren Tr „ zugeführtes Voraufladesignal φ „ um φ .. auf einen hohen Pegel von V__n gemäß Fig. 1b erhöht, so daß das Potential der Datenleitung DL„ auf einen Pegel aufgeladen wird, der sich als V_DQ-Vth „ ausdrücken läßt (worin Vth die Schwellenwertspannung der Voraufladetransistoren Tr „ bedeutet).

pN

Obgleich zum Zeitpunkt t« das Potential des Voraufladesignals ^ auf einen niedrigen Pegel von V₃₅ verringert worden ist, behält das Potential an den Datenleitungen aufgrund der Kapazität dieser Datenleitungen den vorher genannten Pegel ^VDD~^vth _DN ^bei·

Zum Zeitpunkt t₃ wird das Potential der an die Speicherzelle 11 angeschlossenen Adressenleitung AL₁ auf einen hohen Pegel von V _D erhöht, so daß der Transistor Tr₁₁ durchschaltet. Da zu diesem Zeitpunkt die Dateneinheit "0" im Kondensator 11 gespeichert ist, erfährt das Potential auf der Datenleitung DL₁ eine Abweichung vom vorher genannten Pegel V_Q -Vth zur negativen

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Zum Zeitpunkt t. wird die genannte, geringfügige Abweichung durch den Verstärker 50 verstärkt. Da nämlich die Datenleitung DL₁ mit der das Bezugspotential V_gg tragenden Klemme über ein im Verstärker 50 enthaltene Schalterelement verbunden ist, welches die Datenleitung DL₁ mit der Klemme Vg_S zu verbinden vermag, ändert sich der logische Pegel der Datenleitung DL₁ auf "0".

Zum Zeitpunkt tj- wird das Potential eines der Gate-Elektrode des Datenleitung-Wähltransistor Tr_Di zugelieferten Datenleitung-Wählsignals <j> _DT1 auf einen hohen Pegel von V_nD erhöht, so daß an der Datenleitung DL₁ ein Signal entsprechend "0" abgegeben wird, das über die Ausgangsschaltung 35 vom dynamischen Randomspeicher nach außen abgegeben werden soll.

Zum Zeitpunkt t_ß wird das Potential des Datenleitung-Wählsignals φ _{D 1} wiederum auf einen niedrigen Pegel von V_q„ verringert, wodurch der Datenleitung-Wähltransistor Tr₁ zum Sperren gebracht wird. Da zu diesem Zeitpunkt eine große, nicht dargestellte Kapazität C_c zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr₀₁ und der Datenleitung DL₁ besteht, wird die in der Datenleitung DL₁ gespeicherte elektrische Energie durch die große Kapazität C_n und eine andere, nicht dargestellte Kapazität C₀₁ der Datenleitung DL₁ aufgeteilt. Außerdem tritt aufgrund einer Kombination von Induktivität und Kapazität an der Datenleitung DL₁ ein "Klingeln" auf. Infolgedessen neigt das Potential der Datenleitung DL₁ zu einem Abweichen bzw. Driften in Richtung auf die negative Seite statt in Richtung auf das Bezugsspannungsquellenpotential V₃₃. Das Gate-Potential des Transistors Tr₃₁ der die Dateneinheit "1" enthaltenden Speicherzelle 21 ist nämlich bestrebt, gegenüber dem Source-Potential des Transistors Tr₃₁ auf ein positives Potential überzugehen, so daß dieser Transistor folglicn zum Durchschalten gebracht wird. Da jedoch die Datenleitung

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DL₁ , wie erwähnt, mit dem ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden Transistor Tr ~* verbunden ist, wird eine Abweichung AV des Potentials der Datenleitung DL₁ vom Bezugspotential V₃₃ zur negativen Seite hin wirksamer verhindert, so daß die im Kondensator C₃₁ gespeicherte Dateneinheit "1" weniger leicht verschwindet als bei dem bisherigen dynamischen Randomspeicher.

Die Gate-Elektrode des ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden bzw. Schutztransistors Tr_c1 wird nämlich mit einem Potential Vp₁ gespeist, und das Potential der Datenleitung DL₁ wird bei Betätigung bzw. beim Durchschalten des Transistors Tr_.. auf einen Pegel von V_c1-Vth_c1 (- V₃₈=O) gehalten. Infolgedessen schaltet der Transistor Tr₃₁ der Speicherzelle 21 nicht durch. Falls überhaupt ein Durchschalten des Transistors Tr₃₁ auftritt, wird dieses in außerordentlich kurzer Zeit beendet, so daß die Dateneinheit "1" weniger leicht verloren geht, weil das Gate-Potential des Transistors Tr₂₁ gegenüber seinem Source-Potential stärker als dann abnimmt, wenn der Schutztransistor Tr_c<i nicht vorhanden ist.

Die der Gate-Elektrode des Transistors Tr₁ aufgeprägte Spannung Δν_.. (=V-,₁-V„_O) erfüllt theoretisch den vorgesehenen Zweck, wenn sie den beiden nachstehenden Bedingungen (a) und (b) genügt:

(a) Wenn die Datenleitung DL₁ auf einen Pegel von "1" aufgeladen werden soll (beispielsweise wenn der Voraufladetransistor Tr _Λ durchschaltet), muß die

p1 '

Datenleitung DL₁ genau auf den Pegel "1" aufgeladen werden (dieser Pegel braucht nicht dem positiven Stromquellenpotential V__D zu entsprechen).

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(b) Wenn die Datenleitung DL₁ auf einen Pegel von "O" entladen werden soll, muß diese Entladung genau auf den Pegel "O" erfolgen, ohne daß das Potential der Datenleitung DL₁ eine Abweichung ^V zur negativen Seite hin zeigt (dieser Pegel "O" braucht nicht dem Bezugsspannungsquellenpotential V₃₃ zu entsprechen).

Wenn jedoch die Spannung AV_C1 unzulässig hoch oder niedrig ist, ergeben sich diefolgenden zu schildernden Probleme. Die Spannung Av_c1 sollte daher vorzugsweise einen Wert besitzen, welcher sich der Schwellenwertspannung Vth_ci des Schutztransistors Tr_c1 nähert.

1. Wenn die Spannung AVp₁ unzulässig hoch ist, steigt der Pegel "0" der Datenleitung DL₁ (entsprechend dem Potential V_c1~Vth ..) über das Bezugspotential V₃₃ hinaus an, wodurch die Spannungsspanne entsprechend verringert wird. Infolgedessen kann die Datenleitung ¹DL₁ nicht über einen breiten Spannungsbereich hinweg betrieben werden, was Schwierigkeiten bezüglich der Auslegung eines dynamischen Randomspeichers aufwirft. Wenn außerdem beispielsweise der Verstärker betätigt wird, ist die Datenleitung DL₁ mit einer Klemme bzw. einem Anschluß verbunden, an der bzw. dem das Bezugsspannungspotential V_ac über den Verstärker 50 anliegt. Infolgedessen wird eine Gleichstromstrecke über den Schutztransistor Tr_c1 zwischen den mit dem positiven Stromquellenpotential V_QD bzw. dem Bezugspotential V_gg beaufschlagten Klemmen gebildet, die einen erhöhten Stromverbrauch zur Folge hat.

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2. Wenn die Spannung AV-,^ zu niedrig ist, wird der Schutztransistor Tr_c1 erst dann betätigt, wenn die Abweichung des Potentials der Datenleitung DL₁ zur negativen Seite über einen bestimmten Wert zugenommen hat. Dabei ist es somit unmöglich, das Schwinden der gespeicherten Dateneinheit "1" aufgrund der Abweichung vollständig zu unterdrücken.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die Spannung AV_C1 vorzugsweise eine solche Größe besitzen sollte, daß dann, wenn die Datenleitung DL₁ ein höheres Potential als das Bezugspotential V„_o führt, der ein fehlerhaftes Verhalten verhindernde bzw. Schutztransistor Tr^₁ gesperrt wird, während dann, wenn das Potential der Datenleitung DL₁ in einem beliebigen oder bestimmten Ausmaß vom Bezugsspannungsquellenpotential V₀₀ zur negativen Seite hin abweicht, der Transistor Tr_c1 durchgeschaltet wird. Dies bedeutet, daß die genannte Spannung einen Pegel entsprechend der Schwellenwertspannung Vth_c1 des Transistors Tr^₁ besitzen sollte.

Wenn die Spannung ^Vp₁ einen Wert bzw. eine Größe besitzt, der bzw. die der Schwellenwert spannung Vth .. entspricht oder nahezu entspricht (im folgenden als "praktisch der Schwellenwertspannung des Transistors Tr_r1 entsprechend" oder ähnlich bezeichnet), wird der Transistor Tr_c1 durchgeschaltet, wenn das Potential der Datenleitung DL₁ zur negativen Seite hin vom Bezugspotential V₅₅ abweicht. Infolgedessen wird die Datenleitung DL₁ auf ein Potential von V_c1-Vth_c1 (^Vg₃=O) aufgeladen, so daß ein Durchschalten des Transistors Tr₃₁ verhindert wird. Selbst wenn die Datenleitung DL₁ mit einer Klemme verbunden ist, an welcher das Bezugspotential V_og beispielsweise aufgrund des aktivierten Verstärkers 50 anliegt, fließt nur wenig Strom durch den Transistor Tr,., der dadurch praktisch im

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Sperrzustand verbleibt und infolgedessen den Stromverbrauch erheblich verringert. Ebenso tritt auch keine Verringerung der Spannungsbreite bzw. -spanne der Datenleitung DL-auf.

Im folgenden ist anhand von Fig. 1c eine Schaltung zur Erzeugung einer Spannung AV_r1 beschrieben, welche der Gate-Elektrode des ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden bzw. Schutztransistors Tr^₁ aufgeprägt werden soll. Bei dieser Schaltung sind zwei Transistoren Tr₁₀₁, Tr. in Reihe zwischen die Klemmen geschaltet, an denen das positive Stromquellenpotential V__D bzw. das Bezugspotential V_ss anliegen. Die beiden Transistoren Tr₁₀₁ und Tr₁₀₂ sind beispielsweise n-Kanal-MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp. Die Gate-Elektrode des ersten Transistors Tr_1n1 wird mit dem positiven Stromquellenpotential V_ß gespeist, während die Gate-Elektrode des zweiten Transistors an die Verzweigung A zwischen beiden Transistoren und Tr-I₀₂ angeschlossen ist. Die Konduktanz bzw. der Leitwert 9^-,_Q2 ^des zweiten Transistors Tr₁₀₂ ist so gewählt, daß sie bzw. er beträchtlich größer ist als die Konduktanz gm-iQ-i des ersten Transistors Tr₁₁. Wie erwähnt, kann eine Ausgangsspannung der Schaltung zur Erzeugung der Spannung Δ^ν™τ praktisch gleich der Schwellenwertspannung Vth_c gewählt werden. Die Schwellenwertspannung Vth.._o2 des zweiten Transistors Tr₁₀₂ ist genau so groß gewählt wie die gewünschte, ein fehlerhaftes Verhalten verhindernde Spannung &V_c1.

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Da auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildete MOS-Transistoren im allgemeinen auch praktisch dieselbe Schwellenwertspannung besitzen, brauchen keine speziellen Maßnahmengetroffen zu werden, um die Schwellenwertspannung der MOS-Transistoren, z.B. die Schwellenwertspannung Vth_1o„ des Transistors Tr₁₀-, einzelnen auf einen Wert von AV (z.B. ^V ) einzustellen, wenn die Schwellenwertspannung Vth_rM (z.B. Vth ..) als Spannung ^V (z.B./^V₀₁) benutzt werden soll.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen, ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden Spannungsgenerator die Gate-Spannung des zweiten Transistors Tr₁₀₂ unter seine Schwellenwertspannung Vth. „ abfällt, wird dieser Transistor Tr₁ _ abgeschaltet bzw. gesperrt, so daß die Spannung an der Verzweigung A praktisch gleich der Schwellenwertspannung Vth.. „ des Transistors Tr_{1 n?} wird. Es empfiehlt sich daher, das Potential an der Verzweigung A als das ein fehlerhaftes Verhalten verhindernde bzw. Schutzpotential V .. zu benutzen.

Wie erwähnt, besitzen auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildete Transistoren im allgemeinen praktisch dieselbe Schwellenwertspannung. Die Potentiale V₁ bis V „ sind daher praktisch identisch, so daß nur eine Schaltung benötigt wird, um das praktisch identische Potential V-, zu liefern.

Wie erwähnt, wird das Potential V__n an die erste Klemme (Drain-Elektrode) und an die Gate-Klemme bzw. -Elektrode des ersten Transistors Tr_in1 angelegt. Es reicht jedoch aus, wenn diese beiden Klemmen bzw. Elektroden des ersten

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Transistors Tr_1n1 mit einem höheren Potential als dem Potential beschickt werden, das der dritten Klemme (Source-Elektrode) des ersten Transistors Tr₁₀₁ aufgeprägt werden soll. Aus diesem Grund können erste Klemme und Gate-Elektrode des Transistors Tr₁₀₁ an eine Schaltung mit einem höheren Potential als demjenigen der dritten Klemme, nicht aber mit dem Potential V_D__r angeschlossen werden. Selbstverständlich brauchen die erste Klemme und die Gate-Elektrode nicht am selben Potential zu liegen.

Im folgenden ist nunmehr die Einschreiboperation des dynamischen Randomspeichers mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert.

Beim Einschreiben:

Hierbei wird die Eingangsschaltung 30 anstelle der Ausgangsschaltung 35 benutzt. Die Einschreiboperation entspricht im wesentlichen dem Auslesevorgang; das grundsätzliche Verfahren hierfür ist allgemein bekannt. Aus diesem Grund ist der Einschreibvorgang im folgenden nicht im einzelnen erläutert.

Wenn die Dateneinheit "O" in eine Speicherzelle 11 eingeschrieben wird, wird die Datenleitung DL₁, die durch den Voraufladetransistor Tr . auf eine" Pegel entsprechend einer Dateneinheit "1" voraufgeladen worden ist, auf den zum Einschreiben der betreffenden Dateneinheit erforderlichen Pegel von "0" durch die Eingangsschaltung 30 und den Datenleitung-Wähltransistor Tr₁ entladen. Die in der auf einen Pegel von "0" entladenen Datenleitung DL₁ enthaltene Dateneinheit wird über einen Transistor Tr₁₁ in einem Kondensator C₁₁ gespeichert.

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Beim Einschreiben weicht das Potential der Datenleitung DL₁ auf dieselbe Weise, wie vorher in Verbindung mit dem Auslesen beschrieben, manchmal vom Bezugsspannungsquellenpotential V_cc in negativer Richtung ab. Da jedoch der ein fehlerhaftes Verhalten verhindernde bzw. Schutztransistor Tr_c1 vorgesehen ist, kann das fehlerhafte Verhalten eines dynamischen Randomspeichers aufgrund des Schwindens der Dateneinheit "1", die in einer nicht gewählten Speicherzelle gespeichert ist, unterdrückt werden.

Wie vorstehend erläutert, wird in typischer Ausführungsform mit der Erfindung ein dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher geschaffen, bei dem die ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden Transistoren Tr_CN an die entsprechenden Datenleitungen DL„ angeschlossen sind. Dabei v/erden die Gate-Elektroden der Transistoren Tr„_N mit der ein fehlerhaftes Verhalten verhindernden bzw. Schutzspannung V_rN beschickt, wodurch ein fehlerhaftes Verhalten, d.h. eine fehlerhafte Arbeitsweise des Randomspeichers aufgrund der Abweichung ΔV des Potentials der Da'tenleitungen DL„ vom Bezugsspannungsquellenpotential V„„ in negativer Richtung verhindert wird.

Im folgenden ist anhand der Fig. 2a bis 2c ein dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Wie aus Fig. 2a hervorgeht, besteht der Unterschied zwischen der vorher beschriebenen Ausführungsform und dieser abgewandelten Ausführungsform darin, daß die bei ersterer benutzten Voraufladetransistoren Tr _N und die Schutztransistoren Tr durch Transistoren . r _rN (N= 1 bis n) ersetzt sind, die sowohl für das

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Voraufladen als auch zur Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens ausgelegt sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2a ist in jeder anderen Hinsicht praktisch genauso ausgeführt wie die vorher beschriebene Ausführungsform. Die den vorher beschriebenen Teilen entsprechenden Teile sind daher mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet und nicht näher erläutert. Der Transistor Tr „„, der für das gleichzeitige Aufladen und für die Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens vorgesehen ist und das wesentliche Merkmal der Ausführungsform gemäß Fig.2a darstellt, ist zwischen die Datenleitungen DL„ und die am positiven Stromquellenpotential V_DD liegenden Klemmen eingeschaltet. Dieser, eine Mehrfachfunktion durchführende Transistor Tr __N kann einer der den Verstärker 50 bildenden Transistoren sein. Als Transistor Tr _CN wird beispielsweise ein n-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp verwendet.

Die Gate-Elektrode des Transistors Tr „„ wird mit einem

pCN

Signal φ „„ (N= 1 bis n) beschickt, das gleichzeitig für das Voraufladen und für die Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens dient. Das Potential dieses Signals j> _CN besitzt, wie bei φ „. in Fig. 2b angedeutet, einen hohen Pegel von V_DD (bzw. einen dicht an diesem Wert liegenden Pegel) oder einen niedrigen Pegel V_gs+ &V _CN (N = 1 bis n). In diesem Fall kann ^V ™ beispielsweise die Schwellenwertspannung Vth _CN (N = 1 bis n) des Mehrfachfunktions-

transistors Tr -,„ sein.
pCN

Im folgenden ist anhand der Fig. 2a und 2b die Arbeitsweise des vorstehend umrissenen dynamischen Randomspeichers gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

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- 28 Beim Auslesen:

Vor dem Auslesen sind die Kondensatoren C._nT der Speicher-

MN ^c

zellen MN bereits mit der Dateneinheit "1" oder "O" beschickt worden. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß die mit der Datenleitung DL₁ verbundene Speicherzelle 11 mit der Dateneinheit "O" beschickt ist, während die Speicherzelle 21 die Dateneinheit "1" enthält und die in der Speicherzelle 11 gespeicherte Dateneinheit "O" ausgelesen werden soll.

1. Zunächst werden die Gate-Elektroden des Datenleitung-Wähltransistors Tr_n., sowie der anderen Transistoren

DN

Tr^ßj mit einem niedrigen Bezugsspannungsquellenpotential V_cc (im folgenden einfach als Bezugspotential bezeichnet) beschickt, wodurch diese Transistoren Tr_DN zum Sperren gebracht werden.

2. Zum Zeitpunkt t* erhöht sich das Potential des Signals-4 _CN/ das den Gate-Elektroden der gleichzeitig für Voraufladung und Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens ausgelegten Transistoren Tr aufgeprägt wird, auf einen hohen Pegel von V_QD, wie bei ψ _.. in Fig. 2b angedeutet, wodurch die Datenleitungen DL„ auf einen Pegel von V_DD~Vth _c„ voraufgeladen werden.

Zum Zeitpunkt t₂ fällt das Potential des Signals ^ ^{auf einen Pegel VOn V}SS^+AVpCN ^ab<

3. Zum Zeitpunkt t₃ erhöht sich das Potential einer mit der Speicherzelle 11 verbundenen Adressenleitung AL₁ auf einen hohen Pegel von V_DD, wodurch der Transistor Tr₁₁ durchgeschaltet wird. Da der Kondensator 11 mit

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809833/096Λ

der Dateneinheit "O" gespeist wird, zeigt das Potential der Datenleitung DL₁ eine Abweichung ^V. in negativer Richtung.

Zum Zeitpunkt t. wird die genannte, sehr kleine Spannungsänderung ^V₀ durch den Verstärker 50 verstärkt, so daß der Pegel der Datenleitung DL₁ durch die Schaltoperation des Verstärkers 50 auf "0" geändert wird.

4. Zum Zeitpunkt t₅ erhöht sich das Gate-Potential Φ _L1 des Datenleitung-Wähltransistors Tr_n1 auf einen hohen Pegel von V_DD, so daß die dem Pegel von "0" entsprechende Dateneinheit der Datenleitung DL₁ über die Ausgangsschaltung 35 aus dem dynamischen Randomspeicher heraus übertragen wird.

Zum Zeitpunkt t,- fällt das Gate-Potential φ_ητΛ wiederum

O UXj I

auf einen niedrigen Pegel von V„„ ab, wodurch der Transistor Tr_D1 gesperrt wird.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Potential der Datenleitung DL₁ wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform bestrebt, vom Bezugspotential V_qs zur negativen Seite hin bzw. in negativer Richtung abzuweichen. Infolgedessen geht der Transistor Tr₂₁ der die Dateneinheit "1" enthaltenden Speicherzelle 21 auf den Durchschaltzustand über. Da jedoch die Datenleitung DL.. mit dem die erwähnte Doppelfunktion durchführenden Transistor Tr _CN verbunden ist, ist es weniger wahrscheinlich, daß das Potential der Datenleitung DL₁ eine merkliche Abweichung Av vom Bezugspotential V_ec, in negativer Richtung zeigt, so daß der Schwund der im Kondensator C₂₁ gespeicherten Dateneinheit "1" wirksamer verringert wird als bei einem bisherigen dynamischen Randomspeicher. Mit anderen Worten: zu diesem Zeitpunkt wird die Gate-

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- 3O -

Elektrode des die Mehrfachfunktion durchführenden

Transistors Tr _. mit einem Potential V.„+Av „_Λ pCl SS pCi

gespeist, und das Potential der Datenleitung DL₁ wird auf einem Pegel V₅₃+ ^V - Vth _c1 (^ V₃₃=O) gehalten, wenn der doppeüJwirkende Transistor Tr _r1 durchgeschaltet wird. Hierdurch wird ein Durchschalten des Transistors Tr₃₁ verhindert. Ein Durchschalten des Transistors Tr₂₁, sofern ein solches überhaupt auftritt, wird in außerordentlich kurzer Zeit beendet, weil das Gate-Potential des Transistors Tr^₁ gegenüber seinem Source-Potential stärker abfällt als dann, wenn der Mehrfachfunktions-Transistor Tr „ nicht vorhanden wäre. Infolgedessen wird ein Schwinden der Dateneinheit "1" stärker unterdrückt.

Der niedrige Pegel ν_ςς+Λν _.. des Signals j) „., das gleichzeitig für das Aufladen und für die Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens vorgesehen ist, vermag den vorgesehen Zweck gut zu erfüllen, vorausgesetzt, daß der niedrige Pegel zum einen ein Aufladen der Datenleitung DL₁ auf den genau den Pegel "1" oder "O" ermöglicht und zum anderen eine Abweichung &V des Potentials der Datenleitung DL₁ in negativer Richtung verhindert, wie dies vorher in Verbindung mit der das fehlerhafte Verhalten verhindernden Spannung V_CN bei der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung der abgewandelten Ausführungsform hervorgeht, sollte das genannte, niedrige Potential V_eo+ ÄV „_Λ im Hinblick auf Spannungsbreite bzw. -spanne und Stromverbrauch vorzugsweise bei ΛVth liegen.

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Nachstehend ist anhand von Fig. 2c eine Schaltung zur Lieferung eines Signals ^ .. beschrieben, das gleichzeitig für ein Aufladen bzw. Voraufladen und für die Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens benutzt wird. Zwischen die Klemmen bzw. Anschlüsse, an die ein positives Stromquellenpotential V_DD bzw. ein Bezugspotential V₀₀ angelegt ist, sind ein dritter, ein vierter und ein fünfter Transistor Tr_2n-., Tr„_₄ bzw. Tr₂₀₅ in der angegebenen Reihenfolge in Reihe geschaltet. Bei diesen Transistoren kann es sich beispielsweise um n-Kanal-MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp handeln. Die Gate-Elektrode des dritten Transistors Tr₂₀₃ wird mit dem noch zu erläuternden Taktsignal 4 beschickt. Die Gate-Elektrode des vierten Transistors Tr₃₀₄ wird mit einem Signal φ gespeist,

dessen Phase gegenüber derjenigen des genannten Taktsignals ψ invertiert ist. Die Gate-Elektrode des fünften Transistors Tr_? ,. ist an die Verzweigung B zwischen viertem und fünftem Transistor Tr₂₀₄ bzw. Tr_?flr angeschlossen.

Gemäß Fig. 2b ist das Taktsignal § als Signal vorgesehen, das ein Potential V"_DD' (das im allgemeinen höher ist als V_nr.) sowie ein Potential V₀₀ in Abhängigkeit

UlJ pb

von dem vorher genannten Signal 4> ^₁ bezeichnet, das gleichzeitig für das Voraufladen und die Verhinderung eines fehlerhaften Verhaltens vorgesehen ist. Die Schwellenwertspannung Vth„_nt- des fünften Transistors Tr₃₀,- wird auf eine Spannung praktisch entsprechend Δ-V _c1 eingestellt.

Bei der vorstehend beschriebenen Schaltung zur Lieferung eines Signals, das gleichzeitig zum Voraufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens dient, ändert sich ein Potential an der Verzweigung C zwischen dem dritten

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und dem vierten Transistor Tr₃ _ bzw. Tr» . wie folgt:

1. Wenn das Taktsignal φ ein hohes Potential entsprechend V_D ' besitzt, schaltet der dritte Transistor Tr₂₀₃ durch, während der vierte Transistor Tr₃₀₄ gesperrt wird. Infolgedessen wird das Potential an der Verzweigung C auf einen hohen Pegel [~ V__D) aufgeladen.

2. Wenn das Taktsignal φ ein niedriges Potential entsprechend Vg_S besitzt, wird der dritte Transistor Tr₃₀-, gesperrt und der vierte Transistor Tr₃₀₄ durchgeschaltet. Wenn die Spannung an der Verzweigung B unter die Schwellenwertspannung Vth- ₅ des fünften Transistors Tr₃₀₅ abfällt, wird letzterer gesperrt bzw. abgeschaltet, so daß sich das Potential an der Verzweigung C praktisch dem vorher genannten niedrigen Potential V_q„+4V /-I₁ angleicht. Infolgedessen empfiehlt es sich, die Potentialänderung an der Verzeigung C als das doppeltwirkende bzw. Mehrfunktionssignal ψ _r1 zu benutzen.

Wie erwähnt, besitzen auf einem einzigen Halbleiterchip ausgebildete Transistoren im allgemeinen praktisch dieselbe Schwellenwertspannung. Infolgedessen ist anstelle der Signale <{> _pc1 bis Φ_ΡΟΝ ^{nur das signal} Φ pe ^nöti9/

und es ist nur eine Schaltung zur Lieferung des Signals 4 _n erforderlich.

Nachstehend ist das Einschreiben von Daten in den dynamischen Randomspeicher gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2a bis 2c erläutert.

Beim Einschreiben:

In diesem Fall wird die Eingangsschaltung 3O anstelle

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der beim Auslesen von Daten wirksamen Ausgangsschaltung 35 benutzt. Das Einschreiben erfolgt praktisch auf dieselbe Weise wie das Auslesen von Daten, so daß sich eine genaue Beschreibung erübrigt. Wenn beispielsweise die Dateneinheit "O" in eine Speicherzelle 11 eingeschrieben ist, wird die durch den für die Mehrfachfunktxon vorgesehenenTransistor Tr_{1 c}- auf einen Pegel "1" vorgeladene Datenleitung DL₁ durch die Eingangsschaltung 30 und den Datenleitung-Wähltransistor Tr „ auf einen Pegel "0" entladen, der für das Einschreiben erforderlich ist. Die in der entladenen Datenleitung DL₁ enthaltene Dateneinheit "0" wird mittels eines Transistors Tr₁₁ in einer Speicherzelle 11 gespeichert.

Beim Einschreiben weicht das Potential der Datenleitung DL₁ ebenfalls zeitweilig vom Bezugspotential V_qq in negativer Richtung ab, wie dies auch beim Auslesen der Fall ist. Da jedoch die Datenleitung DL₁ mit einem entsprechenden Transistor Tr _,.. zum gleichzeitigen Aufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens versehen ist, wird der dynamische Randomspeicher an einer Fehlbetätigung aufgrund des Schwunds der Dateneinheit "1" in einer nicht gewählten Speicherzelle gehindert.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2a bildet einen stabilen dynamischen Lese/Schreib-Randomspeicher, bei dem die Datenleitungen DL_n mit den betreffenden Transistoren Tr _CN für die Durchführung der Mehrfachfunktxon verbunden sind und die Gate-Elektroden dieser doppeltwirkenden Transistoren Tr _CN mit gleichzeitig zum Voraufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens gewählten Signalen £ „„ gespeist werden, so daß die

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Abweichung A V des Potentials der Datenleitungen DL vom Bezugspotential ν_ςς in negativer Richtung unterdrückt wird.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, wird mit der Erfindung also ein dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher geschaffen, der unter stabilen Bedingungen zu arbeiten vermag.

Der in der Beschreibung benutzte Ausdruck "Bezugspofcential'Oder "Bezugsspannungsquellenpotential" bezieht sich auf ein Strom- bzw. Spannungsquellenpotential V (im allgemeinen entsprechend Null), das an die Source-Seite eines arbeitenden MOS-Transistors angelegt wird. Dieses Bezugspotential besitzt bei Verwendung eines n-Xanal-MOS-Transistors die folgende Eeziehurg zu einem anderen Potential:

Bezugspotential K ein anderes Potential.

Bei Verwendung eines p-Kanal-MOS-Transistors gilt die folgende Beziehung:

Bezugspotential }■ ein anderes Potential.

Der Ausdruck "praktisch entsprechend der Schwellenwertspannung" bezieht sich auf eine Spannung, walche dieselbe Größe besitzt wie die Schwellenwertspannung oder einen dicht an dieser liegenden Pegel. Wenn die Schwellenwertspannung 1 V beträgt, kann diese angenäherte Spannung in einem Bereich von bis zu 1,5 V liegen.

Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsform der Erfindung möglich. Während nämlich bei den Geschriebenen Ausführungsformen n-Kanal-MOS-Transistoren verwendet werden, kann ebenso gut ein p-Kanal-MOS-Transistor eingesetzt werden, wenn

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die Polarität eines positiven Stromquellenpotentials V_ und eines Signals φ _N umgekehrt wird.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Konstruktion mit einem Transistor pro Speicherzelle. Die Erfindung ist jedoch auf eine Konstruktion mit drei oder vier Transistoren pro Speicherzelle anwendbar, indem die betreffenden Datenleitungen mit beispielsweise einem ein Fehlverhalten verhindernden Transistor versehen werden. Insgesamt ist die Erfindung also auf einen Speicher für die dynamische Speicherung von Daten anwendbar. Weiterhin ist ersichtlich, daß bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Schwellenwertspannung Vth„_N (M=1 bis m; N=1 bis n) der Transistoren Tr der Speicherzellen MN mit großem Wert gewählt ist, so daß mit der Erfindung ein stabilerer dynamischer Randomspeicher geschaffen wird.

Bei allen offenbarten Ausführungsformen handelt es sich um dynamische Lese/Schreib-Randomspeicher vom Voraufladetyp. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann auf einen entsprechenden Randomspeicher angewandt werden, bei dem die Datenleitungen während einer bestimmten Zeitspanne von dem Zeitpunkt aus (z.B. t. in Fig. 1b) aufgeladen werden, an welchem der Meß- bzw. Fühlverstärker zu arbeiten beginnt. Wenn die Erfindung auf einen derartigen dynamischen Lese/» Schreib-Randomspeicher angewandt wird, wird ein Fühl- bzw. Meßverstärker z.B. der Art gemäß der US-PS 3 774 176 verwendet.

Die vorher erwähnten, ein Fehlverhalten verhindernden Transistoren brauchen nicht unbedingt solche vom Anreicherungstyp zu sein, vielmehr können für die er-

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findungsgemäße Schaltung auch Transistoren vom Verarmungstyp bzw. bipolare Transistoren verwendet werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß der Erfindung ist der Fühl- bzw. Meßverstärker 50 entweder ein symmetrischer bzw. ausgeglichener oder ein unsymmetrischer bzw. unausgeglichener Verstärker. In der Praxis wird jedoch ein ausgeglichener Meßverstärker bevorzugt.

Leerse ite

Claims (13)

1. Patentansprüche

   /Iy Dynamischer Lese/Schreib-Random- bzw. -Direktzugriffspeicher, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen und durch elektrische Schaltkreise, die so an die Datenleitungen angeschlossen sind, daß sie ein Abweichen des Potentials der Datenleitungen vom Bezugsspannungsquellenpotential in einer Richtung entgegengesetzt zu der eines anderen Stromquellenpotentials verhindern.
2. 2. Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die

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   ORIGINAL INSPECTED

   betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen und durch MOS-Transistoren, die zwischen die Datenleitungen und Klemmen bzw. Anschlüsse, welche das Stromquellenpotential führen, eingeschaltet sind und deren Gate-Elektroden mit unterschiedlichen, ein Fehlverhalten verhindernden Potentialen gespeist werden, um ein Abweichen des Potentials der Datenleitungen vom Bezugsspannungsquellenpotential in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Stromquellenpotentials zu verhindern.
3. 3. Randomspeicher nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß der MOS-Transistor vom Anreicherungstyp ist und daß eine praktisch der Schwellenwertspannung entsprechende Spannung als die das Fehlverhalten verhindernde Spannung benutzbar ist.
4. 4. Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen, durch zwischen die Datenleitungen und das Stromquellenpotential führende Klemmen eingeschaltete, ein Fehlverhalten verhindernde bzw. Schutz-MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, durch einen ersten Anreicherungstyp-MOS-Transistor, dessen erste Klemme und Gate-Klemme bzw. -Elektrode mit einer das Stromquellenpotential führenden Klemme verbunden sind und dessen dritte Klemme an die Gate-Klemme bzw. -Elektrode des betreffenden Schutz-MOS-Transistors angeschlossen ist, und durch einen zweiten Anreicherungstyp-MOS-Transistor, dessen erste Klemme und Gate-Klemme bzw. -Elektrode mit der

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   dritten Klemme des betreffenden ersten MOS-Transistors verbunden sind und dessen dritte Klemme mit einer ein Bezugsspannungsquellenpotential führenden Klemme verbunden ist.
5. 5. Randomspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die betreffenden Datenleitungen angeschlossene Ladetransistoren vorgesehen sind.
6. 6. Randomspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die betreffenden Datenleitungen angeschlossene Fühl- oder Meßverstärker vorgesehen sind, die jeweils einen zugeordneten Ladetransistor umfassen.
7. 7. Randomspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen jeweils aus einem MOS-Transistor und einem Kondensator bestehen.
8. 8. Randomspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite MOS-Transistor einen größeren Leitwert bzw. Konduktanz besitzt als der erste MOS-Transistor vom Anreicherungstyp.
9. 9. Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen, durch zwischen die Datenleitungen und das Stromquellenpotential führende Klemmen eingeschaltete MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp zum gleichzeitigen Aufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens und durch an die Gate-Elektroden der MOS-Tran-

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   sistoren angeschlossene elektrische Schaltkreise zur Speisung der Gate-Elektroden mit einem gleichzeitig zum Voraufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens dienenden Signal, dessen Potential auf einen Pegel, bei dem die MOS-Transistoren zum Aufladen der Datenleitungen durchschalten, und auf einen Pegel änderbar ist, bei dem die MOS-Transistoren praktisch sperren, um dabei ein Abweichen des Potentials der Datenleitungen vom Bezugsspannungsquellenpotential in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Stromquellenpotentials zu verhindern.
10. 10. Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen, durch zwischen die Datenleitungen und das Stromquellenpotential führende Klemmen eingeschaltete MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp zum gleichzeitigen Aufladen und zur Verhinderung eines FehlVerhaltens, durch erste MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, die jeweils mit einer ersten Klemme bzw. Elektrode an die das Stromquellenpotential führende Klemme und mit einer zweiten Klemme an die Gate-Klemme bzw. -Elektrode des für gleichzeitiges Aufladen und Verhindern eines Fehlverhaltens ausgelegten MOS-Transistors angeschlossen sind und deren Gate-Klemme bzw. -Elektrode mit einem Taktsignal speisbar ist, durch zweite MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, die jeweils mit einer ersten Klemme an die zweite Klemme des betreffenden ersten MOS-Transistors angeschlossen sind und deren Gate-Klemme bzw. -Elektrode mit einem durch Umkehrung der Phase des Taktsignals erhaltenen

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    ORIGINAL INSPECTED

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    Signal speisbar ist, und durch dritte MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, die jeweils an der ersten Klemme und der Gate-Klemme bzw. -Elektrode mit der zweiten Klemme des betreffenden zweiten MOS-Transistors verbunden und an der zweiten Klemme an die das Bezugsspannungsquellenpotential führende Klemme angeschlossen sind.
11. 11. Randomspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen jeweils aus einem MOS-Transistor und einem Kondensator bestehen.
12. 12. Randomspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin an die betreffenden Datenleitungen angeschlossene Fühl- bzw. Meßverstärker vorgesehen sind, die jeweils einen Transistor zum Aufladen und zur Verhinderung eines Fehlverhaltens aufweisen.
13. 13. Dynamischer Lese/Schreib-Randomspeicher, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Datenleitungen, die entsprechend einer logischen Operation mit elektrischer Energie aufgeladen oder von elektrischer Energie entladen werden, durch eine Vielzahl von an die betreffenden Datenleitungen angeschlossenen Speicherzellen, durch ein Fehlverhalten, d.h. eine fehlerhafte Arbeitsweise verhindernde, zwischen die Datenleitungen und die das Stromquellenpotential führenden Klemmen eingeschaltete MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, durch erste MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp, die einen mit einer ein erstes Potential führenden Klemme verbundenen ersten Anschluß, einen mit einer Klemme mit einem zweiten Potential verbundenen Gate-Anschluß und einen an den Gate-Anschluß des betreffenden, ein Fehlverhalten verhindernden MOS-Transistor angeschlossenen dritten An-

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    schluß aufweisen, der an einem Potential mit einem niedrigeren Absolutwert als dem des ersten und des zweiten Potentials liegt, und durch zweite MOS-Transintoren vom Anreicherungstyp, die jeweils mit einem ersten Anschluß und einem Gate-Anschluß mit dem dritten Anschluß des betreffenden ersten MOS-Transistors verbunden und mit einem dritten Anschluß an eine ein Bezugsspannungsquellenpotential führende Klemme angeschlossen sind.

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