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JPS59162688A - Differential amplifier circuit - Google Patents

Differential amplifier circuit

Info

Publication number
JPS59162688A
JPS59162688A JP58036024A JP3602483A JPS59162688A JP S59162688 A JPS59162688 A JP S59162688A JP 58036024 A JP58036024 A JP 58036024A JP 3602483 A JP3602483 A JP 3602483A JP S59162688 A JPS59162688 A JP S59162688A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fet
normally
circuit
type
sense amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58036024A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsue Kanazawa
金澤 克江
Nobuyuki Toyoda
豊田 信行
Akimichi Hojo
北條 顕道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58036024A priority Critical patent/JPS59162688A/en
Publication of JPS59162688A publication Critical patent/JPS59162688A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To heighten sensitivity of detection and enable to drive succeeding output buffer perfectly by making current capacity of a normally on type FET of a differential circuit that constitutes a sense amplifier smaller than current capacity of a normally off type FET by a specified quantity. CONSTITUTION:Current capacity of a normally off type E.FET is made 70N100% that of a normally on type D.FET. However, threshold value voltage of each FET is so controlled that current capacity per unit area of E.FET and D.FET become nearly equal. A differential amplifier 42 is of conventional type. In this circuit which is made a sense amplifier added with level shift circuits 41, 43, output potential V01, V02 is level shifted by -0.74V by diodes 46a, 46b, and V01 becomes -0.04V and V02 becomes 1.04V. D.FET 47a, 47b are connected to diodes 46a, 46b to make the output circuit on, off completely. For input voltage difference, even when the difference is -0.1V, output voltage difference becomes -0.6V, and the sensitivity is -3 times compared with conventional inverter type sense amplifier.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は半導体集積回路に用いられる差動アンプ回路に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a differential amplifier circuit used in a semiconductor integrated circuit.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

近年砒化ガリウム結晶からなる電界効果トランジスタ(
Ga’AsFET)を用いた高速集積回路(IC)が注
目を集めている。(}aAs ICにはノーマリオン型
GaAs FET (以下D.FET )を用いたもの
と、ノーマリオフ型GaAs F’BT (以下E.F
ET’ )を用いたものがある。後者は前者に比べ回路
構成が簡単で、rcやLSIとして適しており、この回
路方式による高速高密度メモリも開発されている。
In recent years, field effect transistors made of gallium arsenide crystals (
High-speed integrated circuits (ICs) using Ga'AsFETs are attracting attention. (}aAs ICs include those using normally-on GaAs FETs (hereinafter referred to as D.FETs) and those using normally-off type GaAs F'BTs (hereinafter referred to as E.FETs).
There is one using ET'). The latter has a simpler circuit configuration than the former and is suitable for RC and LSI, and high-speed, high-density memory using this circuit system has also been developed.

半導体メモリは幾つかの回路ブロックから構成されるが
、性能を左右する最も重要な回路はメモリセルから微小
信号を検出するセンスアンプである。シリコン結晶(S
i)からなる絶縁ゲート電界効果トランジスタ( MO
SFET )を用いたメモリでは多種のセンスアンプ回
路が提案されている。一方、上記のGaAsメモリに関
してみると開発が始って間もないためでもあるが、セン
スアンプ回路の提案例は少い。GaA sメモリといえ
どもセンスアンプ回路に対する基本的な考え方は同じで
ある。しかし、Si  メモリとは電源電圧、信号振幅
などが違うためS1メモリに使われているセンス回路を
そのまま利用することはできない。
A semiconductor memory is composed of several circuit blocks, but the most important circuit that affects performance is a sense amplifier that detects minute signals from memory cells. Silicon crystal (S
i) an insulated gate field effect transistor (MO
Various types of sense amplifier circuits have been proposed for memories using SFETs. On the other hand, regarding the above-mentioned GaAs memory, there are few proposals for sense amplifier circuits, partly because development has just begun. Even though it is a GaAs memory, the basic concept for the sense amplifier circuit is the same. However, since the power supply voltage, signal amplitude, etc. are different from Si memory, the sense circuit used in S1 memory cannot be used as is.

半導体メモリの機能別回路ブロック図を第1図に示す。FIG. 1 shows a functional circuit block diagram of a semiconductor memory.

X、Yのアドレス(lla、1lb)の信号によりメモ
リセルアレイ(12内の信号が呼び出されるが、H:q
h側倍信号V■H1L□w側信号をy IT、とすると
、その差△Vr (=V■−Vl )  を検出して増
幅するのがセンスアンプ回路叫である。従っていかに小
さい△■■を検出できるかがセンスアンプ回路0に求め
られる第1位の要求項目である。次にセンスアンプ回路
α東から出る信号、■o、Vo  が出力バッファ回路
■を完全に駆動させることができることが第2位の要求
項目である。
The signals in the memory cell array (12) are called by the signals at the X and Y addresses (lla, 1lb), but the H:q
Assuming that the h-side doubled signal V■H1L□w-side signal is yIT, the sense amplifier circuit detects and amplifies the difference ΔVr (=V■-Vl). Therefore, the number one requirement for the sense amplifier circuit 0 is how small Δ■■ can be detected. Next, the second most important requirement is that the signals ①o and Vo output from the sense amplifier circuit α east can completely drive the output buffer circuit ②.

センスアンプ回路α沸は普通差動アンプ形式をとる。G
aAsメモリにおいても同様であり、これまで使われて
いるものを第2図に示す。
The sense amplifier circuit α-type usually takes the form of a differential amplifier. G
The same applies to aAs memory, and the one that has been used so far is shown in FIG.

この第2図から明らかのようにこの種の差動アンプ回路
はり、FET (21a、21b)とE、FET (2
2a)、(22b)。
As is clear from FIG. 2, this type of differential amplifier circuit consists of FETs (21a, 21b), E, FET (2
2a), (22b).

(22C)とから構成されている。そしてこの種の回路
ノ入出力伝達特性は、FET’ (21a)、(22a
)及び(22c)の電流容量の大きさくWa) 、 (
Wb) 、 (We)で大きく変化する。但しWa 、
 Wb 、 Wcの単位あたりの電流容量は同じと仮定
する。第3図を用いて入出力伝達特性が変化する概要を
説明する。通常センスアンプではWA、WB < Wo
  とすることが多く、問題となるのはWA  とWB
 の大小関係である。WA<WBと、通常のインバータ
に近い場合の動作点けf3)図の黒丸(A曲線)で示す
ような点をたどる。ここで■8  は共通ソース電位を
意味する。この図からも明らかなように入力電圧差△■
I(=vI−VI)が小さい場合の動作点の動きは鈍く
、出力信号はなかなか分離されない。この様子を示した
ものがfb1図。実線(A)である。WA〜WBの場合
には入力電圧差が小さくても出力信号はすぐ分離する。
(22C). The input/output transfer characteristics of this type of circuit are FET' (21a), (22a
) and (22c), the current capacity is Wa), (
Wb) and (We) vary greatly. However, Wa,
It is assumed that Wb and Wc have the same current capacity per unit. An overview of how the input/output transfer characteristics change will be explained using FIG. In normal sense amplifiers, WA, WB < Wo
In many cases, the problem is WA and WB.
It is a size relationship. When WA<WB, the operating point is similar to that of a normal inverter f3) Trace the point shown by the black circle (curve A) in the figure. Here, ■8 means a common source potential. As is clear from this figure, the input voltage difference △■
When I (=vI-VI) is small, the operating point moves slowly and the output signals are difficult to separate. The fb1 diagram shows this situation. This is a solid line (A). In the case of WA to WB, the output signals are separated immediately even if the input voltage difference is small.

この様子を示したものが+ai図の8曲線のケースと、
(1))図の破線面である。WA>WBとなる((a)
図のC曲線、(b)図の07曲線)とアンプとしての動
作をしな°^。
This situation is shown in the case of 8 curves in the +ai diagram.
(1)) This is the dashed line surface in the figure. WA>WB ((a)
(C curve in the figure, 07 curve in the figure (b)) and operates as an amplifier.

このように入力信号に対する感度というセンスアンプに
要求きれる第1位の点からみると、fb1図から明らか
なようにWA%WBのケースがよい。しかし、WA〜W
Bとすると、出力信号のLowレベル、Vo  が上昇
してくる。いま、センスアンプのあとに継がる出カバソ
ファ回路を駆動するに必要なLOwレベル電位をv7 
 とすると、WA−WBのケースではVb<Voとなっ
てしまう。こうした理由からこれまでのGaAsメモリ
センスアンプでハ検出感度を犠牲にしてWA<WBと、
インバータ的な構成としているのが普通であった。
In this way, from the viewpoint of sensitivity to input signals, which is the first requirement for a sense amplifier, the case of WA%WB is better, as is clear from the fb1 diagram. However, WA~W
When it is set to B, the low level of the output signal, Vo, increases. Now, set the LOW level potential necessary to drive the output cover sofa circuit that follows the sense amplifier to v7.
Then, in the case of WA-WB, Vb<Vo. For these reasons, with conventional GaAs memory sense amplifiers, WA<WB at the expense of detection sensitivity.
It was common to have an inverter-like configuration.

〔発明の口約〕[Promise of invention]

本発明はこうした従来の差動アンプ回路の欠点を克服す
べく為されたもので、検出感度が高く、かつ次の出力バ
ッファ回路を完全に駆動できるよう工夫した差動アンプ
回路を提供するものである。
The present invention has been made to overcome these drawbacks of conventional differential amplifier circuits, and provides a differential amplifier circuit that has high detection sensitivity and is designed to perfectly drive the next output buffer circuit. be.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明が主張するところの差動アンプ回路とば■センス
アンプを構成する差動回路の各FETの′層流容量値が
第2図に示す記号をもって表わすと、0.7WB≦WA
≦WB をみたすようになっている。■差動回路の出力
にダイオードを用いたレベルシフ)回路がついている、
ようなものである。
The differential amplifier circuit claimed by the present invention is: (1) The laminar flow capacitance value of each FET of the differential circuit constituting the sense amplifier is expressed by the symbol shown in FIG. 2: 0.7WB≦WA
≦WB. ■The output of the differential circuit is equipped with a level shift (level shift) circuit using diodes.
It's something like this.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、具体的実施例を用いて本発明による差動アンプ回
路を詳しく説明する。第4図は具体的実施例の1つであ
る。ここで各FET K示された値はFETのゲート幅
/ゲート長(単位: /J )である。
Hereinafter, the differential amplifier circuit according to the present invention will be explained in detail using specific examples. FIG. 4 shows one specific embodiment. Here, the value shown for each FET K is the gate width/gate length (unit: /J) of the FET.

但し%E、FBTとり、1’BTの単位面積あたりの電
流容量(E、FETではゲートバイアスが+〇、7Vの
ときのドレイン飽和電流、D、FBTではゲートバイア
スが+O,OVのときのドレイン飽和電流)はほぼ同じ
ように各FETの閾値重圧を制御しである。差動アンプ
部(421は従来の形式であるが、WAzWBとしであ
る。このままの回路では出力電圧V。1 + ■02は
第5図の実線のようになる。但し、この図はVDn =
 2 Vの例である。H:qh側の出力電圧VO1は〜
1.8v、Low側は〜0.8Vであった。入力電圧差
が小さくても出力が大きく分離して、wA;WBとした
効果が現われていることがわかる。しかし、VO2≧0
.8Vという電位は、このままGaAsE−FET構成
のDC’F’L(D:rect Coupled FE
T Lop:c)型出力回路に接続したとすると、出力
回路の初段のFETを“OFF”、状態にすることがで
きない。そこで本発明による第4図のようなレベルシフ
ト回路(4υ(4りを付加したセンスアンプとした。こ
の回路では出力電位■011VO2はダイオード(46
a)(46b)で〜074Vレヘルシフトサル、Vol
は〜004Vに、vozは1.04Vになる。なお上記
ダイオード(46a)(46b)K D−FET (4
7a)(47b)が接続されている。こうすれば出力回
路を完全に“ON、“OFF、させることができる。し
かも、入力電圧差に対してはその差が〜0.1.Vでも
出力電圧差は〜0.6Vとなシ、従来のインバータ型セ
ンスアンプで同じ出力電圧差を生じるための入力電圧差
が〜0.3Vとなることに比べると〜3倍の感度がある
However, %E, FBT, current capacity per unit area of 1'BT (E, FET, drain saturation current when gate bias is +0, 7V; D, FBT, drain saturation current when gate bias is +O, OV) The saturation current) controls the threshold stress of each FET in almost the same way. The differential amplifier section (421 is of the conventional type, but it is WAzWB. In the circuit as it is, the output voltage V.1 + ■02 becomes as shown in the solid line in Figure 5. However, in this figure, VDn =
This is an example of 2V. H: The output voltage VO1 on the qh side is ~
It was 1.8V, and the Low side was ~0.8V. It can be seen that even if the input voltage difference is small, the outputs are largely separated, producing the effect of wA;WB. However, VO2≧0
.. The potential of 8V is directly applied to DC'F'L (D:rect Coupled FE) of GaAsE-FET configuration.
If it is connected to a T Lop:c) type output circuit, the first stage FET of the output circuit cannot be turned OFF. Therefore, a level shift circuit (4υ) according to the present invention as shown in FIG.
a) (46b) ~074V Rehel Shift Sal, Vol.
becomes ~004V, and voz becomes 1.04V. Note that the above diodes (46a) (46b) K D-FET (4
7a) (47b) are connected. In this way, the output circuit can be completely turned on and off. Moreover, the difference in input voltage is ~0.1. Even at V, the output voltage difference is ~0.6V, which is ~3 times as sensitive as the input voltage difference of ~0.3V to produce the same output voltage difference with a conventional inverter type sense amplifier. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように本発明によれは、前述のようにメモリ用
センスアンプに求められる2つの基本的要求を完全に満
足させることができる。この回路において注意しなけれ
ばならない点が】つある。
As described above, according to the present invention, it is possible to completely satisfy the two basic requirements required of a memory sense amplifier as described above. There are two points to be careful about in this circuit.

それはレベルシフトダイオード(46a) (46b)
の下に接続されたFBT (47a)(47b)の大き
さWDがW、、W。
It is a level shift diode (46a) (46b)
The size WD of the FBT (47a) (47b) connected below is W,,W.

に比べて大きくないようにすることである。WDが大き
いと負荷FgTを流れる電流がレベルシフト側に流れ込
み、差動アンプは実効的にインバータ形に近づき、感度
が低下するからである。具体的にはWDはWAの1/3
〜115程度がよい。
The goal is to make sure that it is no larger than the . This is because when WD is large, the current flowing through the load FgT flows into the level shift side, and the differential amplifier effectively approaches an inverter type, resulting in a decrease in sensitivity. Specifically, WD is 1/3 of WA.
~115 is good.

WD の大きさに依らないようなレベルシフト回路を用
いればこうした問題はなくなる。第6図は本発明に属す
るもう1つのセンスアンプの例テする。レベルシフト部
(41)(43はソースフォロアFETとダイオードか
ら構成されている。この回路では差動アンプの負荷電流
はレベルシフト回路側圧はとんど流れない。しかし、こ
の回路では出力信号v01’ VO2’のダイナミック
レジンが少くとも0.7V以上、これは出力バラフッ回
路を駆動するに必要な最低の電圧であるが、取るために
VDDが〜2.5V以上必要となる。第4図に示したセ
ンスアンプを用いた256ビツトGaAsスタティック
RAMではアクセス時間が3.6nsであった。同じチ
ップ上に作られた通常のインバータ型センスアンプを用
いたRAMではアクセス時間が5.2nsであった。こ
のことからも本発明によるセンスアンプの有効性が実証
された。
These problems can be eliminated by using a level shift circuit that does not depend on the size of WD. FIG. 6 shows another example of a sense amplifier belonging to the present invention. The level shift section (41) (43) is composed of a source follower FET and a diode.In this circuit, the load current of the differential amplifier hardly flows through the level shift circuit side pressure.However, in this circuit, the output signal v01' The dynamic resin of VO2' is at least 0.7V or more, which is the minimum voltage necessary to drive the output balance circuit, but VDD must be ~2.5V or more to obtain it.As shown in Figure 4. The access time for a 256-bit GaAs static RAM using a sense amplifier was 3.6 ns.The access time for a RAM using a normal inverter type sense amplifier fabricated on the same chip was 5.2 ns. This also proves the effectiveness of the sense amplifier according to the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は半導体メモリの回路ブロック図、第2図はセン
スアンプの基本となる差動アンプの一般的構成を示す図
、第3図は差動アンプの各FETの大きさに対する動作
点を示す図と入出力伝達特性を示す図、第4図は本発明
によるセンスアンプの回路図、第5図は第4図の動作特
性を示す図、第6図は本発明による別の実施例を示す回
路図である。 41.43 ニレベルシフト回路、 42:差動アンプ部、  46a、46b :ダイオー
ド。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)第  
1  図 高 4Vss
Figure 1 is a circuit block diagram of a semiconductor memory, Figure 2 is a diagram showing the general configuration of a differential amplifier, which is the basis of a sense amplifier, and Figure 3 is a diagram showing the operating point for each FET size of the differential amplifier. FIG. 4 is a circuit diagram of the sense amplifier according to the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the operating characteristics of FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing another embodiment according to the present invention. It is a circuit diagram. 41.43 Two-level shift circuit, 42: Differential amplifier section, 46a, 46b: Diode. Agent Patent Attorney Kensuke Chika (and 1 other person) No.
1 Figure height 4Vss

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2つのノーマリオフ型電界効果トランジスタのソ
ースを共通とし、各ドレインにソース及びゲート共通の
ノーマリオン型電界効果トランジスタを使った能動負荷
を接続した差動アンプ回路において、前記ノーマリオン
型電界効果トランジスタの電流容量がノーマリオフ型電
界効果トランジスタの電流容量の70チ〜100チとな
るように構成したことを特徴とする差動アンプ回路。
(1) In a differential amplifier circuit in which two normally-off field effect transistors have a common source and each drain is connected to an active load using a normally-on field effect transistor whose source and gate are common, the normally-on field effect 1. A differential amplifier circuit characterized in that the current capacity of the transistor is 70 to 100 times the current capacity of a normally-off field effect transistor.
(2)  ノーマリオフ型電界効果トランジスタの各ド
レイン部ノーマリオン型電界効果トランジスタとショッ
トキー或いはPN接合ダイオードとから構成されるレベ
ルシフト回路を接続することを特徴とする特許 ンプ回路。
(2) A patented amplifier circuit characterized in that each drain portion of a normally-off field effect transistor is connected to a level shift circuit composed of a normally-on field effect transistor and a Schottky or PN junction diode.
(3)  ノーマリオン型及びノーマリオフ型の電界効
果トランジスタが砒化ガリウムから構成されてなること
を特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載の差動アン
プ回路。
(3) The differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the normally-on type and normally-off type field effect transistors are made of gallium arsenide.
JP58036024A 1983-03-07 1983-03-07 Differential amplifier circuit Pending JPS59162688A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62293587A (en) * 1986-06-10 1987-12-21 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ Differential amplification circuit
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