KR102361253B1 - Circuit and method for sensing multi-level voltage of bit line - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하나의 메모리 셀에 멀티 비트 데이터를 저장하는 디램(DRAM)의 메모리 셀에 저장된 데이터를 독출하기 위하여 비트라인 멀티 레벨 전압을 센싱하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bit-line multi-level voltage sensing circuit and method, and more particularly, to a bit-line multi-level voltage sensing circuit and method for reading data stored in a memory cell of a DRAM that stores multi-bit data in one memory cell. A bit line multi-level voltage sensing circuit and method for sensing a voltage.
반도체 메모리 장치에서 대표적인 소자인 디램은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성된 셀들에 데이터를 저장하는 것으로, 캐패시터에 전하가 저장되어 있는지 여부에 따라 셀에 하나의 비트 정보, 일 예로, “0”과 “1”을 저장한다.DRAM, which is a typical device in a semiconductor memory device, stores data in cells composed of one transistor and one capacitor. Depending on whether or not charges are stored in the capacitor, one bit of information, for example, “0” and Store “1”.
또한, 디램은, 워드라인이 트랜지스터를 온/오프 시킴으로써 캐패시터에 대한 접근 여부를 결정하며, 비트라인이 캐패시터에 데이터를 저장하거나 캐패시터에 저장된 데이터를 독출한다.In addition, in the DRAM, the word line determines whether to access the capacitor by turning on/off the transistor, and the bit line stores data in the capacitor or reads data stored in the capacitor.
그리고, 디램에서 비트라인을 통해 캐패시터에 저장된 데이터를 독출하기 위하여 센스 앰프를 이용하며, 센스 앰프는, 워드라인에 의해 트랜지스터가 턴온됨으로써 캐패시터와 비트라인에서의 차지 셰어링(charge sharing)에 의해 미세하게 변환되는 비트라인의 전압 변화를 증폭하여 데이터 “1”, “0”을 독출한다.In addition, a sense amplifier is used to read data stored in the capacitor through the bit line from the DRAM, and the sense amplifier is finely divided by charge sharing between the capacitor and the bit line as the transistor is turned on by the word line. Data “1” and “0” are read by amplifying the voltage change of the bit line that is converted to
이러한 디램의 데이터를 독출하기 위한 센스 앰프는 인접하는 2개의 비트라인 사이에 차동 인버터가 형성되어 2개의 비트라인 사이의 전압차를 감지하도록 하고 있다.In the sense amplifier for reading data from the DRAM, a differential inverter is formed between two adjacent bit lines to sense a voltage difference between the two bit lines.
한편, 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터를 포함하는 셀에 하나의 비트 정보, 즉, “0” 또는 “1”의 1비트 정보를 저장하는 것과는 달리, 하나의 셀에 1비트 초과의 데이터를 저장하여 데이터의 저장 용량을 증대시킨 멀티 레벨 디램이 제안되고 있다.On the other hand, unlike storing one bit information, that is, 1-bit information of “0” or “1” in a cell including one transistor and one capacitor, more than one bit of data is stored in one cell. A multi-level DRAM having an increased data storage capacity has been proposed.
하지만, 멀티 레벨 디램에서는 멀티 비트 데이터를 독출하기 위하여 센스 앰프에서 출력되는 신호를 바이트값으로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터가 필요하며, 그에 따라, 디램의 내부에 아날로그-디지털 컨버터를 추가적으로 생성하여야 하므로, 디램의 집적도를 향상시키는 데 장애가 되고 있다.However, in the multi-level DRAM, an analog-to-digital converter for converting the signal output from the sense amplifier into a byte value is required to read multi-bit data, and accordingly, an analog-to-digital converter must be additionally generated inside the DRAM. , it is an obstacle to improving the density of DRAM.
즉, 멀티 레벨 디램은 하나의 셀에 대한 데이터의 저장 용량을 증가시킬 수 있는 이점이 있으나, 반대로 디램의 집적도 향상에는 장애 요인으로 작용한다.That is, the multi-level DRAM has an advantage of increasing the storage capacity of data for one cell, but on the contrary, it acts as an obstacle to improving the density of the DRAM.
따라서, 본 발명은 디램의 집적도 향상을 방해하지 않으면서 디램의 데이터 저장 용량을 증가시킬 수 있도록 하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로 및 전압 센싱 방법을 제안하고자 한다.Accordingly, an object of the present invention is to propose a bit-line multi-level voltage sensing circuit and a voltage sensing method capable of increasing a data storage capacity of a DRAM without impeding improvement in the degree of integration of the DRAM.
본 발명은 상술한 문제점들을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve all of the above problems.
또한, 본 발명은 디램의 집적도 향상을 방해하지 않으며 멀티 레벨 디램을 구현할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to enable a multi-level DRAM to be implemented without impeding the improvement of the degree of integration of the DRAM.
또한, 본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고 디지털-컨버터를 통해 비트라인 멀티 레벨 전압을 센싱할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to enable sensing of a bit line multi-level voltage through a digital-converter without using a sense amplifier.
또한, 본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고도 디램의 메모리 셀의 멀티 레벨 전압을 정확히 검출할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to accurately detect a multi-level voltage of a memory cell of a DRAM without using a sense amplifier.
또한, 본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고 아날로그-디지털 컨버터만을 사용하여 디램의 메모리 셀에 기록된 멀티 비트 데이터를 독출할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to enable reading of multi-bit data written in a memory cell of a DRAM using only an analog-to-digital converter without using a sense amplifier.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 워드라인과 비트라인의 동작에 의해 데이터를 저장하는 메모리 셀을 포함하는 디램의 멀티 비트 동작을 위한 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로에 있어서, 제1 입력단이, 상기 메모리 셀에 n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제n 입력 전압에서의 상기 제1 입력 전압과 상기 제n 입력 전압의 평균 전압인 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제1 순위 비트 전압원에 결합되며, 제2 입력단이, 상기 메모리 셀에 대응되는 상기 비트라인에 결합되는 비교기; 상기 비트라인에 상기 메모리 셀과 각각 병렬로 결합되는, (i) 제1 순위 비트 스위치 모듈 - 상기 제1 순위 비트 스위치 모듈은, (i-1) 상기 비트라인에 결합된 제1 캐패시터와, (i-2) 서로가 병렬로 결합된 상기 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제1 공통 스위치, 제2 순위 포지티브 비트 전압을 공급하는 제1 포지티브 스위치, 및 제2 순위 네거티브 비트 전압을 공급하는 제1 네거티브 스위치를 포함하되, 상기 제1 공통 스위치, 상기 제1 포지티브 스위치, 및 상기 제1 네거티브 스위치는 상기 제1 캐패시터에 직렬로 결합됨 - 내지 (ii) 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈 - 상기 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈은, (ii-1) 상기 비트라인에 결합된 제(n-1) 캐패시터와, (ii-2) 서로가 병렬로 결합된 상기 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 공통 스위치, 제n 순위 포지티브 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 포지티브 스위치, 및 제n 순위 네거티브 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 네거티브 스위치를 포함하되, 상기 제(n-1) 공통 스위치, 상기 제(n-1) 포지티브 스위치, 및 상기 제(n-1) 네거티브 스위치는 상기 제(n-1) 캐패시터에 직렬로 결합됨 - ; 및 상기 메모리 셀에 기록된 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여 상기 제1 순위 비트 스위치 모듈 내지 상기 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제1 공통 스위치 내지 상기 제(n-1) 공통 스위치를 턴온시키며, k를 2부터 n까지 순차적으로 증가시키며, 상기 비교기의 출력단에서 출력되는 출력 신호에 대응하여 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 공통 스위치를 턴오프시키며, 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시키는 비트 전압 선택부; 를 포함하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로로 제공된다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in a bit line multi-level voltage sensing circuit for multi-bit operation of a DRAM including a memory cell for storing data by operation of a word line and a bit line, a first input terminal in the memory cell, where n - the n is an integer greater than or equal to 2 - is an average voltage of the first input voltage and the n-th input voltage at a first input voltage to an n-th input voltage for writing bit data a comparator coupled to a first order bit voltage source for supplying a first order bit voltage and having a second input terminal coupled to the bit line corresponding to the memory cell; (i) a first order bit switch module, each coupled to the bit line in parallel with the memory cell, the first order bit switch module comprising: (i-1) a first capacitor coupled to the bit line; i-2) a first common switch for supplying the first order bit voltage coupled in parallel, a first positive switch for supplying a second order positive bit voltage, and a first for supplying a second order negative bit voltage a negative switch, wherein the first common switch, the first positive switch, and the first negative switch are coupled in series to the first capacitor; to (ii) an (n-1)th rank bit switch module; The (n-1)th order bit switch module includes (ii-1) a (n-1)th capacitor coupled to the bit line, and (ii-2) the first order bit voltage coupled in parallel to each other a (n-1)th common switch supplying wherein the (n-1)th common switch, the (n-1)th positive switch, and the (n-1)th negative switch are coupled in series to the (n-1)th capacitor; and the first common switch to the (n-1)th bit switch module of the first order bit switch module to the (n-1)th order bit switch module in response to a read signal for reading data written in the memory cell Turns on the common switch, sequentially increases k from 2 to n, and turns the (k-1)th common switch of the (k-1)th rank bit switch module in response to the output signal output from the output terminal of the comparator a bit voltage selector which turns off and turns on any one of the (k-1)th positive switch and the (k-1)th negative switch; It is provided as a bit line multi-level voltage sensing circuit comprising a.
상기에서, 상기 비트 전압 선택부는, 제(k-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제(k-1) 네거티브 스위치를 턴온시키며, 상기 제(k-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제(k-1) 포지티브 스위치를 턴온시킬 수 있다.In the above, the bit voltage selection unit turns on the (k-1)th negative switch of the (k-1)th rank bit switch module when the (k-1)th rank bit value is a positive bit value, When the (k-1)th rank bit value is a negative bit value, the (k-1)th positive switch of the (k-1)th rank bit switch module may be turned on.
상기에서, 상기 제1 입력 전압 내지 상기 제n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀스케일 전압이라고 할 경우, 제k 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)이며, 제k 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 상기 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 상기 제(k-1) 캐패시턴스)일 수 있다.In the above, when the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the n-th input voltage is a full-scale voltage, the k-th order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full-scale voltage) voltage/2^k) x (cell capacitance of the memory cell/(k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor), and the kth order negative bit voltage is (the first order bit voltage) - (the full-scale voltage/2^k) x (the cell capacitance of the memory cell/the (k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor).
상기에서, 상기 제1 입력 전압 내지 상기 제n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀스케일 전압이라고 할 경우, 제k 캐패시터의 제k 캐패시턴스가 (상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)/2^(k-1) 이면, 제3 순위 포지티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 포지티브 비트 전압은 상기 제2 순위 포지티브 비트 전압과 동일하며, 제3 순위 네거티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 네거티브 비트 전압은 상기 제2 순위 네거티브 비트 전압과 동일하고, 제2 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀스케일 전압/4) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제1 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스)이며, 제2 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀스케일 전압/4) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)일 수 있다.In the above, when the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the n-th input voltage is a full-scale voltage, the k-th capacitance of the k-th capacitor is (the first capacitance of the first capacitor)/2 If ^(k-1), the third order positive bit voltage to the nth order positive bit voltage are the same as the second order positive bit voltage, and the third order negative bit voltage to the nth order negative bit voltage are the equal to the second order negative bit voltage, and the second order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/the second order bit voltage of the first capacitor) 1 capacitance), and the second order negative bit voltage may be (the first order bit voltage) - (the full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/first capacitance of the first capacitor) .
상기에서, 상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스 내지 상기 제(n-1) 캐패시터의 제(n-1) 캐패시턴스는 상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스와 동일하거나 상기 셀 캐패시턴스의 1/2일 수 있다.In the above, the first capacitance of the first capacitor to the (n-1)th capacitance of the (n-1)th capacitor may be equal to the cell capacitance of the memory cell or 1/2 of the cell capacitance.
상기에서, 상기 비교기는, 상기 독출 신호에 의해 인에이블되어 제1 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블되며, 상기 비트 전압 선택부가 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시키는 동작에 대응하여 인에이블되어 제k 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.In the above, the comparator is enabled by the read signal to output a first rank bit value and then disabled, and the bit voltage selector is a (k-1)th rank bit switch module of the (k-1)th rank bit switch module. ) may be enabled in response to an operation of turning on any one of the positive switch and the (k-1)th negative switch to output the kth order bit value and then disabled.
상기에서, 상기 비교기의 제1 입력단에 결합되는 상기 제1 순위 비트 전압원은, 상기 메모리 셀에 대응되는 상기 비트라인과는 다른 비트 라인 - 상기 다른 비트 라인은, 더미 셀이 형성된 비트 라인이거나, 메모리 셀에 의한 차지 셰어링이 없이 상기 제1 순위 비트 전압이 인가되는 비트 라인임 - 일 수 있다.In the above, the first priority bit voltage source coupled to the first input terminal of the comparator is a bit line different from the bit line corresponding to the memory cell - the other bit line is a bit line in which a dummy cell is formed, or a memory It may be a bit line to which the first priority bit voltage is applied without charge sharing by cells.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 워드라인과 비트라인의 동작에 의해 데이터를 저장하는 메모리 셀을 포함하는 디램의 멀티 비트 동작을 위한 비트라인 멀티 레벨 전압을 센싱하는 방법에 있어서, (a) 상기 비트라인을 n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제n 입력 전압에서의 상기 제1 입력 전압과 상기 제n 입력 전압의 평균 전압인 제1 순위 비트 전압으로 프리차징하며, 상기 비트라인에 상기 메모리 셀과 병렬로 결합된 제1 순위 비트 스위치 모듈 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈 각각을 통해 각각의 제1 순위 비트 전압들이 각각의 제1 캐패시터 내지 제(n-1) 캐패시터를 통해 공급되도록 하는 단계; (b) 상기 메모리 셀에 저장된 상기 n 비트 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여, 상기 워드라인을 이용하여 상기 메모리 셀이 상기 비트라인과 도통되도록 하며, 상기 메모리 셀의 도통에 의해 변화된 제1 비트라인 전압을 검출하고, 상기 제1 비트라인 전압과 상기 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제1 순위 비트값을 생성하는 단계; 및 (c) k를 2부터 n까지 순차적으로 증가시키며, 제(k-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우에는 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈을 통해 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈에서의 제1 순위 비트 전압 대신 제k 순위 네거티브 비트 전압이 공급되도록 하며, 제(k-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈을 통해 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈에서의 제1 순위 비트 전압 대신 제k 순위 포지티브 비트 전압이 공급되도록 하여 변화된 제k 비트라인 전압을 검출하고, 상기 제k 비트라인 전압과 상기 제1 순위 비트 전압과 비교하여 제k 순위 비트값을 생성하는 단계; 를 포함하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, in a method of sensing a bit line multi-level voltage for a multi-bit operation of a DRAM including a memory cell storing data by operation of a word line and a bit line, (a) n the bit line - wherein n is an integer greater than or equal to 2 - A first order bit voltage that is an average voltage of the first input voltage and the n-th input voltage in a first input voltage to an n-th input voltage for writing bit data is precharged to, and through each of the first order bit switch module to the (n-1)th order bit switch module coupled in parallel with the memory cell to the bit line, the respective first order bit voltages are transferred to the respective first capacitors through the (n-1)th capacitor; (b) in response to a read signal for reading the n-bit data stored in the memory cell, the memory cell is made to conduct with the bit line by using the word line, and the first changed by conduction of the memory cell generating a first order bit value by detecting a bit line voltage and comparing the first bit line voltage with the first order bit voltage; and (c) sequentially increasing k from 2 to n, and when the (k-1)th rank bit value is a positive bit value, the (k-1)th rank bit through the (k-1)th rank bit switch module The kth order negative bit voltage is supplied instead of the first order bit voltage in the switch module, and when the (k-1)th order bit value is a negative bit value, the (k-1)th order bit voltage is supplied through the switch module A changed k-th bit line voltage is detected by supplying a k-th positive bit voltage instead of a first-order bit voltage in the (k-1)-th bit switch module, and the k-th bit line voltage and the first order bit generating a kth order bit value by comparing it with the voltage; There is provided a bit line multi-level voltage sensing method comprising a.
상기에서, 상기 제1 입력 전압 내지 상기 제n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀 스케일 전압이라고 할 경우, 제k 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀 스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)이며, 제k 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀 스케일 전압/2^ k) x (상기 메모리 셀의 상기 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 상기 제(k-1) 캐패시턴스)일 수 있다.In the above, when the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the nth input voltage is a full scale voltage, the kth order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full scale voltage) voltage/2^k) x (cell capacitance of the memory cell/(k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor), and the kth order negative bit voltage is (the first order bit voltage) - (the full-scale voltage/2^ k) x (the cell capacitance of the memory cell/the (k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor).
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 비트라인 멀티 레벨 센싱 회로를 포함하는 디램이 더 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is further provided a DRAM including the bit line multi-level sensing circuit.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention, the following effects are obtained.
본 발명은 디램의 집적도 향상을 방해하지 않으며 멀티 레벨 디램을 구현할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to implement a multi-level DRAM without hindering the improvement of the density of the DRAM.
본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고 디지털-컨버터를 통해 비트라인 멀티 레벨 전압을 센싱할 수 있게 된다.According to the present invention, a bit line multi-level voltage can be sensed through a digital-converter without using a sense amplifier.
본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고도 디램의 메모리 셀의 멀티 레벨 전압을 정확히 검출할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to accurately detect a multi-level voltage of a memory cell of a DRAM without using a sense amplifier.
본 발명은 센스 앰프를 사용하지 않고 아날로그-디지털 컨버터만을 사용하여 디램의 메모리 셀에 기록된 멀티 비트 데이터를 독출할 수 있게 된다.According to the present invention, multi-bit data written in a memory cell of a DRAM can be read using only an analog-to-digital converter without using a sense amplifier.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 포함하는 디램을 개략적으로 도시한 것이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로의 동작 과정을 개략적으로 도시한 타임 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3 비트 데이터의 기록 및 독출을 위한 메모리 셀 전압에 대한 설정 상태를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 센싱 회로를 3 비트 데이터의 기록 및 독출에 이용하기 위하여 구성한 일 예를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 3 비트 데이터를 독출하는 상태를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a DRAM including a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention;
2 schematically shows a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention;
3 is a time graph schematically illustrating an operation process of a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention;
4 schematically shows a setting state for a memory cell voltage for writing and reading 3-bit data according to an embodiment of the present invention;
5A and 5B show an example in which a bit line multi-level sensing circuit according to an embodiment of the present invention is configured to be used for writing and reading 3-bit data;
6 schematically illustrates a state in which 3-bit data is read according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents as those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 포함하는 디램을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a DRAM including a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 디램(100)은 다수의 비트라인들(BL0, BL1, BL2, ...)과 다수의 워드라인들(WL0, WL1, WL2, ...)을 포함하며, 각각의 비트라인과 각각의 워드라인에 의해 생성되는 메모리 셀들(C0)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
이때, 각각의 메모리 셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성될 수 있다. 그리고, 워드라인에 의해 메모리 셀에 대한 접근 여부가 결정되며, 비트라인에 의해 메모리 셀에 n 비트 데이터가 기록되거나 메모리 셀에 기록된 n 비트 데이터가 독출될 수 있다. 상기 n은 2 이상의 정수일 수 있다.In this case, each memory cell may include one transistor and one capacitor. In addition, whether to access the memory cell is determined by the word line, and n-bit data may be written to the memory cell or n-bit data written to the memory cell may be read by the bit line. The n may be an integer of 2 or more.
그리고, 각각의 비트라인에는 메모리 셀에 n 비트 데이터에 대응되는 입력 전압을 입력하는 디지털-아날로그 컨버터(10)와, 메모리 셀에 기록된 n 비트 데이터를 독출하는 아날로그-디지털 컨버터(20)가 결합될 수 있다.In addition, each bit line includes a digital-to-
이때, 디지털-아날로그 컨버터(10)는 메모리 셀에 기록하고자 하는 n 비트 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것으로, 워드라인에 의해 접근이 선택된 메모리 셀에 기록하고자 하는 특정 n 비트 데이터가 입력되면, n 비트 데이터의 입력을 위하여 설정된 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압 중 특정 n 비트 데이터에 대응되는 특정 입력 전압이 비트라인에 인가되도록 함으로써 메모리 셀에 특정 입력 전압에 대응하는 전하가 충전되도록 할 수 있다.At this time, the digital-to-
또한, 아날로그-디지털 컨버터(20)는 메모리 셀에 충전된 전하에 따른 셀 전압을 n 비트 데이터의 디지털 신호로 변환하는 것으로, 워드라인에 의해 접근이 선택된 메모리 셀의 전압을 검출하며, 검출된 셀 전압에 따른 n 비트 데이터를 독출할 수 있다.In addition, the analog-to-
이하에서는, 아날로그-디지털 컨버터(20)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention including the analog-to-
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically illustrates a bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로(20)는 비교기(21), 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1)), 및 비트 전압 선택부(23)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the bit line multi-level
먼저, 비교기(21)는 제1 입력단이 제1 순위 비트 전압(VM)을 공급하는 제1 순위 비트 전압원에 결합되며, 제2 입력단이 메모리 셀(C0)에 대응되는 비트라인(BL)에 결합될 수 있으며, 제1 입력단과 제2 입력단의 전압 차에 따른 바이너리 비트값을 출력하여 줄 수 있다.First, the
이때, 제1 순위 비트 전압(VM)은 메모리 셀(C0)에 n 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압에서의 제1 입력 전압과 제2^n 입력 전압의 평균 전압일 수 있다. 즉, 제1 순위 비트 전압(VM)은 (제2^n 입력 전압 - 제1 입력 전압)/2로 표현될 수 있다.In this case, the first priority bit voltage V M is the first input voltage and the second ^n input voltage in the first input voltage to the 2^n input voltage for writing n-bit data to the memory cell C 0 . may be the average voltage of That is, the first priority bit voltage V M may be expressed as (2^n second input voltage - first input voltage)/2.
또한, 제1 순위 비트 전압(VM)은 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀 스케일 전압(VFS)이라고 할 경우, 최소 스케일 전압과 최대 스케일 전압의 평균 전압일 수 있다. 즉, 풀 스케일 전압(VFS)는 (최대 스케일 전압 - 최소 스케일 전압)/2로 표현될 수 있다. 이때, 최소 스케일 전압은 제1 입력 전압에 최하위 비트(LSB: least significant bit) 전압을 감산한 전압일 수 있으며, 최대 스케일 전압은 제2^n 전압에 최하위 비트 전압을 가산한 전압일 수 있다.In addition, the first priority bit voltage (V M ) is the minimum scale voltage and the maximum scale voltage when the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the second ^ n input voltage is the full scale voltage (V FS ). may be the average voltage of That is, the full scale voltage V FS may be expressed as (maximum scale voltage - minimum scale voltage)/2. In this case, the minimum scale voltage may be a voltage obtained by subtracting a least significant bit (LSB) voltage from the first input voltage, and the maximum scale voltage may be a voltage obtained by adding a least significant bit voltage to the 2^n second voltage.
그리고, 제1 순위 비트 전압(VM)을 공급하는 제1 순위 비트 전압원은 메모리 셀(C0)에 대응되는 비트라인(BL)과는 다른 비트라인으로, 더미 셀이 형성된 비트라인이거나, 메모리 셀에 의한 차지 셰어링 없이 제1 순위 비트 전압(VM)이 인가되는 비트라인일 수 있다.In addition, the first order bit voltage source supplying the first order bit voltage V M is a bit line different from the bit line BL corresponding to the memory cell C 0 , and is a bit line in which a dummy cell is formed, or a
다음으로, 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1))은 비트라인(BL)에 메모리 셀(C0)과 각각 병렬로 결합될 수 있다.Next, the first rank bit switch module 22_1 to the (n-1)th rank bit switch module 22_(n-1) are respectively coupled in parallel with the memory cell C 0 to the bit line BL. can
그리고, 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1)) 각각은, 비트라인(BL)에 결합된 각각의 제1 캐패시터(C1) 내지 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))를 포함할 수 있다.And, each of the first rank bit switch module 22_1 to (n-1) rank bit switch module 22_(n-1)) is a respective first capacitor coupled to the bit line BL (C 1 ) to (n-1)th capacitor C (n-1) ).
또한, 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1)) 각각은, 서로가 병렬로 결합되며 각각의 캐패시터에 직렬로 결합된 각각의 공통 스위치, 포지티브 스위치, 및 네거티브 스위치를 포함할 수 있다.In addition, each of the first rank bit switch module 22_1 to the (n-1) rank bit switch module 22_(n-1) is coupled to each other in parallel and each common to each capacitor coupled in series switch, positive switch, and negative switch.
즉, 제(k-1) 순위 스위치 모듈은 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제(k-1) 공통 스위치, 제k 순위 포지티브 비트 전압을 공급하는 제k 포지티브 스위치, 및 제k 순위 네거티브 비트 전압을 공급하는 제k 네거티브 스위치를 포함할 수 있다. 상기 k는 2 이상이며 n 이하인 정수일 수 있다.That is, the (k-1)th order switch module includes a (k-1)th common switch for supplying a first order bit voltage, a kth positive switch for supplying a kth order positive bit voltage, and a kth order negative bit voltage It may include a kth negative switch for supplying The k may be an integer of 2 or more and n or less.
일 예로, 제1 순위 스위치 모듈(22_1)은 제1 순위 비트 전압(VM)을 공급하는 제1 공통 스위치(S1), 제2 순위 포지티브 비트 전압(VP1)을 공급하는 제1 포지티브 스위치(SP1), 및 제2 순위 네거티브 비트 전압(VN1)을 공급하는 제1 네거티브 스위치(SN1)를 포함할 수 있으며, 제(n-1) 순위 스위치 모듈(22_(n-1))은 제1 순위 비트 전압(VM)을 공급하는 제(n-1) 공통 스위치(S(n-1)), 제n 순위 포지티브 비트 전압(VP(n-1))을 공급하는 제(n-1) 포지티브 스위치(SP (n-1)), 및 제n 순위 네거티브 비트 전압(VN(n-1))을 공급하는 제(n-1) 네거티브 스위치(SN(n-1))를 포함할 수 있다.For example, the first priority switch module 22_1 includes a first common switch S 1 for supplying a first priority bit voltage V M , and a first positive switch for supplying a second priority positive bit voltage V P1 . (S P1 ), and a first negative switch (S N1 ) for supplying a second rank negative bit voltage (V N1 ), (n-1) rank switch module 22_(n-1)) is the (n-1)th common switch (S (n-1) ) for supplying the first order bit voltage (V M ), the (n-1)th for supplying the nth order positive bit voltage (V P(n-1) ) n-1) a positive switch S P (n-1) , and an (n-1)th negative switch S N(n- 1) supplying an nth order negative bit voltage V N(n-1) ) ) ) may be included.
이때, 제k 순위 포지티브 비트 전압과 제k 순위 네거티브 비트 전압은 다음과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the kth order positive bit voltage and the kth order negative bit voltage may be expressed as follows.
제k 순위 포지티브 비트 전압 = (제1 순위 비트 전압) + (풀스케일 전압/2^k) x (메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)kth order positive bit voltage = (first order bit voltage) + (full scale voltage/2^k) x (cell capacitance of memory cell/(k-1)th capacitance of (k-1)th capacitor)
제k 순위 네거티브 비트 전압 = (제1 순위 비트 전압) - (풀스케일 전압/2^k) x (메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)kth order negative bit voltage = (first order bit voltage) - (full scale voltage/2^k) x (cell capacitance of memory cell/(k-1)th capacitance of (k-1)th capacitor)
한편, 제k 캐패시터의 제k 캐패시턴스가 (제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)/2^(k-1) 이면, 제3 순위 포지티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 포지티브 비트 전압은 상기 제2 순위 포지티브 비트 전압과 동일하며, 제3 순위 네거티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 네거티브 비트 전압은 상기 제2 순위 네거티브 비트 전압과 동일할 수 있다.On the other hand, if the kth capacitance of the kth capacitor is (the first capacitance of the first capacitor)/2^(k-1), the third order positive bit voltage to the nth order positive bit voltage is the second order positive bit The voltage may be the same, and the third order negative bit voltage to the nth order negative bit voltage may be the same as the second order negative bit voltage.
그리고, 제2 순위 포지티브 비트 전압은 (제1 순위 비트 전압) + (풀스케일 전압/4) x (메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)일 수 있으며, 제2 순위 네거티브 비트 전압은 (제1 순위 비트 전압) - (풀스케일 전압/4) x (메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)일 수 있다.In addition, the second order positive bit voltage may be (first order bit voltage) + (full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/first capacitance of the first capacitor), and the second order negative bit voltage may be (first order bit voltage) - (full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/first capacitance of the first capacitor).
또한, 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스 내지 제(n-1) 캐패시터의 제(n-1) 캐패시턴스는 메모리 셀의 셀 캐패시턴스와 동일하거나 셀 캐패시턴스의 1/2일 수 있다.In addition, the first capacitance of the first capacitor to the (n-1)th capacitance of the (n-1)th capacitor may be equal to the cell capacitance of the memory cell or 1/2 of the cell capacitance.
다음으로, 비트 전압 선택부(23)는 메모리 셀에 기록된 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1))의 제1 공통 스위치 내지 제(n-1) 공통 스위치를 턴온시키며, k를 2부터 n까지 순차적으로 증가시키며, 비교기(21)의 출력단에서 출력되는 출력 신호에 대응하여 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 공통 스위치를 턴오프시키며, 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시킬 수 있다.Next, the
이때, 비트 전압 선택부(23)는 제(k-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우에는 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 네거티브 스위치를 턴온시키며, 제(k-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우에는 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 포지티브 스위치를 턴온시킬 수 있다.At this time, when the (k-1)th rank bit value is a positive bit value, the
한편, 비교기(21)는 메모리 셀에 기록된 n 비트 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 의해 인에이블되어 제1 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블되며, 비트 전압 선택부(23)가 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시키는 동작에 대응하여 인에이블되어 제k 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.On the other hand, the
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 이용하여 메모리 셀에 저장된 n 비트 데이터를 독출하는 과정을 도 2와 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.A process of reading n-bit data stored in a memory cell using the bit line multi-level voltage sensing circuit according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 as follows. .
워드라인(WL)을 통해 스위치(P2)를 턴온하여 데이터를 기록하기 위한 메모리 셀(C0)에 접근할 수 있도록 한 상태에서, n 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압 중 특정 n 비트 데이터를 기록하기 위한 특정 입력 전압이 비트라인(BL)에 입력되도록 하여 메모리 셀(C0)에 특정 입력 전압에 대응하는 전하가 충전되도록 함으로써 메모리 셀(C0)에 특정 n 비트 데이터가 기록되도록 할 수 있다.In a state in which the switch P 2 is turned on through the word line WL to access the memory cell C 0 for writing data, the first input voltage to the second ^ for writing n-bit data Among the n input voltages, a specific input voltage for writing specific n-bit data is input to the bit line BL so that the memory cell C 0 is charged with a charge corresponding to the specific input voltage . It is possible to cause specific n-bit data to be written.
이와 같은 상태에서, 비트라인(BL)을 제1 순위 비트 전압(VM)으로 프리차징하며, 비트라인(BL)에 메모리 셀과 병렬로 결합된 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1)) 각각을 통해 각각의 제1 순위 비트 전압(VM)들이 각각의 제1 캐패시터(C1) 내지 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))를 통해 공급되도록 할 수 있다.In this state, the bit line BL is precharged to the first order bit voltage V M , and the first order bit switch modules 22_1 to ( n-1) each of the first rank bit voltages (V M ) through each of the rank bit switch module 22_(n- 1 )) (n-1) ) can be supplied.
즉, 메모리 셀(C0)에 기록된 특정 n 비트 데이터를 독출하기 위한 프리차징 신호에 대응하여, 메모리는 스위치(P1)을 턴온(t0)하여 프리차징 전압으로 제1 순위 비트 전압(VM)이 비트라인(BL)에 인가되도록 하며, 비트전압 선택부(23) 또는 메모리는 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1) 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1))의 제1 공통 스위치(S1) 내지 제(n-1) 공통 스위치(S(n-1))를 턴온(t0)하여 각각의 제1 캐패시터(C1) 내지 제n 캐패시터(C(n-1))에 제1 순위 비트 전압(VM)이 인가되도록 할 수 있다.That is, in response to the precharging signal for reading specific n-bit data written in the memory cell C 0 , the memory turns on the switch P 1 t 0 , and converts the first bit voltage to the pre-charging voltage ( V M ) is applied to the bit line BL, and the
이때, 비트라인(BL)에 대응되는 캐패시터들에서의 전하량은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.In this case, the amount of charge in the capacitors corresponding to the bit line BL may be expressed as follows.
Q1 = CPVM + C0Vcell + C1(VM - VM) + C2(VM - VM) + … + C(n-1)(VM - VM)Q 1 = C P V M + C 0 V cell + C 1 (V M - V M ) + C 2 (V M - V M ) + … + C (n-1) (V M - V M )
상기에서 VCELL은 메모리 셀의 셀 전압이며, CP는 비트라인(BL)에 생성되는 기생 캐패시터일 수 있다.In the above, V CELL may be a cell voltage of the memory cell, and CP may be a parasitic capacitor generated in the bit line BL.
다음으로, 메모리 셀(C0)에 저장된 특정 n 비트 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여 스위치(P1)를 턴오프(t1)하며, 워드라인(WL)을 이용하여 메모리 셀(C0)의 스위치(P2)를 턴온(t1)하여 메모리 셀(C0)이 비트라인(BL)과 도통되도록 함으로써 메모리 셀(C0)에 의한 비트라인(BL)에서의 차지 셰어링이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 통해 차지 셰어링에 의해 변화된 비트라인 전압을 검출할 수 있다.Next, the switch P 1 is turned off (t 1 ) in response to a read signal for reading specific n-bit data stored in the memory cell C0, and the memory cell C 0 using the word line WL. ) of the switch P 2 is turned on (t 1 ) so that the memory cell C 0 conducts with the bit line BL, so that charge sharing is achieved in the bit line BL by the memory cell C 0 . can make it go away Through this, it is possible to detect the bit line voltage changed by the charge sharing.
즉, 차지 셰어링에 의한 비트라인(BL)의 변화된 전압을 제1 비트라인 전압(V1)이라 할 경우, 차지 셰어링된 비트라인(BL)에 대응되는 캐패시터들에서의 전하량은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.That is, when the changed voltage of the bit line BL due to charge sharing is the first bit line voltage V 1 , the amount of charges in the capacitors corresponding to the charge-sharing bit line BL is as follows. can be shown.
Q2 = (CP + C0)V1 + C1(V1 - VM) + C2(V1 - VM) + … + C(n-1)(V1 - VM)Q 2 = (C P + C 0 )V 1 + C 1 (V 1 - V M ) + C 2 (V 1 - V M ) + … + C (n-1) (V 1 - V M )
따라서, 전하량 보존 법칙에 의해 Q1과 Q2가 동일하게 되어야 하므로 차지 셰어링 전후의 전하량의 관계식은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.Accordingly, since Q1 and Q2 must be equal to each other according to the law of conservation of charge amount, the relational expression between charge amount before and after charge sharing can be expressed as follows.
CPVM + C0Vcell = (CP + C0)V1 + C1(V1 - VM) + C2(V1 - VM) + … + C(n-1)(V1 - VM)C P V M + C 0 V cell = (C P + C 0 )V 1 + C 1 (V 1 - V M ) + C 2 (V 1 - V M ) + … + C (n-1) (V 1 - V M )
그리고, 상기 관계식으로부터 제1 비트라인 전압(V1)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.And, from the above relational expression, the first bit line voltage V 1 may be expressed as follows.
상기에서, Ctotal은 전체 캐패시턴스로 Ctotal = CP + C0 + C1 + C2 + … + C(n-1)일 수 있다.In the above, C total is the total capacitance C total = C P + C 0 + C 1 + C 2 + . + C (n-1) .
다음으로, 메모리 셀의 도통에 의해 변화된 제1 비트라인 전압과 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제1 순위 비트값을 생성할 수 있다.Next, the first order bit value may be generated by comparing the first bit line voltage changed by the conduction of the memory cell with the first order bit voltage.
즉, 비교기(21)를 인에이블(t2)함으로써, 비교기(21)가 제1 비트라인 전압(V1)과 제1 순위 비트 전압(VM)을 비교하여 제1 순위 비트값을 출력(Dout)하도록 할 수 있다. 그리고, 비교기(21)는 제1 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.That is, by enabling the comparator 21 (t 2 ), the
이때, 비교기(21)는 제1 비트라인 전압(V1)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 클 경우에는 포지티브 비트값을 출력하며, 제1 비트라인 전압(V1)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 작을 경우에는 네거티브 비트값을 출력하도록 할 수 있다. 그리고, 제1 비트라인 전압(V1)과 제1 순위 비트 전압(VM)이 동일할 경우에는 포지티브 비트값 및 네거티브 비트값 중 어느 하나를 출력하도록 설정할 수 있다.At this time, the
다음으로, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제1 순위 비트값에 따라 제1 순위 비트 스위치 모듈(22_1)의 제1 공통 스위치(S1)를 턴오프(t3)하고, 제1 포지티브 스위치(SP1) 및 제1 네거티브 스위치(SN1) 중 어느 하나의 스위치(SX1)을 턴온(t3)하여 제1 캐패시터(C1)에 제2 순위 포지티브 비트 전압(VP1) 및 제2 순위 네거티브 비트 전압(VN1) 중 어느 하나의 전압(VX1)이 인가되도록 할 수 있다.Next, the bit
이때, 제1 캐패시터(C1)에 제1 순위 비트 전압(VM) 대신 제2 순위 포지티브 비트 전압(VP1) 및 제2 순위 네거티브 비트 전압(VN1) 중 어느 하나의 전압(VX1)이 인가됨으로써 비트라인(BL)의 제1 비트라인 전압(V1)은 변화하게 되며, 변화된 비트라인(BL)의 전압을 제2 비트라인 전압(V2)이라 할 경우, 제2 비트라인 전압(V2)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.At this time, instead of the first order bit voltage (V M ) to the first capacitor (C 1 ), any one voltage (V X1 ) of the second order positive bit voltage (V P1 ) and the second order negative bit voltage (V N1 ) As this is applied, the first bit line voltage V 1 of the bit line BL is changed. When the changed voltage of the bit line BL is referred to as the second bit line voltage V 2 , the second bit
즉, 비트라인(BL)의 전압이 제1 비트라인 전압(V1)에서 제2 비트라인 전압(V2)으로 변화된 상태에서의 전하량(Q3)는 다음과 같이 나타내어질 수 있다.That is, the amount of charge Q3 in a state in which the voltage of the bit line BL is changed from the first bit line voltage V 1 to the second bit line voltage V 2 may be expressed as follows.
Q3 = (CP + C0)V2 + C1(V2 - VX1) + C2(V2 - VM) + … + C(n-1)(V2 - VM)Q 3 = (C P + C 0 )V 2 + C 1 (V 2 - V X1 ) + C 2 (V 2 - V M ) + … + C (n-1) (V 2 - V M )
따라서, 제1 비트라인 전압(V1)에서의 전하량(Q2)과의 관계로부터 제2 비트라인 전압(V2)이 상기에서와 같이 나타내어질 수 있다.Accordingly, the second bit line voltage V 2 may be expressed as described above from the relationship with the charge amount Q 2 in the first bit line voltage V 1 .
이를 다른 형태로 표현하면 다음과 같다.This can be expressed in another form as follows.
이때, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제1 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우 제1 네거티브 스위치(SN1)을 턴온하여 제2 순위 네거티브 비트 전압(VN1)이 제1 캐패시터(C1)에 인가되도록 하며, 제1 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우 제1 포지티브 스위치(SP1)를 턴온하여 제2 순위 포지티브 비트 전압(VP1)이 제1 캐패시터(C1)에 인가되도록 할 수 있다.At this time, the
다음으로, 변화된 제2 비트라인 전압과 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제2 순위 비트값을 생성할 수 있다.Next, a second bit value may be generated by comparing the changed second bit line voltage with the first bit voltage.
즉, 비교기(21)를 인에이블함으로써, 비교기(21)가 제2 비트라인 전압(V2)과 제1 순위 비트 전압(VM)을 비교하여 제2 순위 비트값을 출력(Dout)하도록 할 수 있다. 그리고, 비교기(21)는 제2 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.That is, by enabling the
이때, 비교기(21)는 제2 비트라인 전압(V2)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 클 경우에는 포지티브 비트값을 출력하며, 제2 비트라인 전압(V2)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 작을 경우에는 네거티브 비트값을 출력하도록 할 수 있다.At this time, the
다음으로, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제2 순위 비트값에 따라 제2 순위 비트 스위치 모듈(22_2)의 제1 공통 스위치(S1)를 턴오프(t4)하고, 제2 포지티브 스위치(SP2) 및 제2 네거티브 스위치(SN2) 중 어느 하나의 스위치(SX2)을 턴온(t4)하여 제2 캐패시터(C2)에 제3 순위 포지티브 비트 전압(VP2) 및 제3 순위 네거티브 비트 전압(VN2) 중 어느 하나의 전압(VX2)이 인가되도록 할 수 있다.Next, the bit
이때, 제2 캐패시터(C2)에 제1 순위 비트 전압(VM) 대신 제3 순위 포지티브 비트 전압(VP2) 및 제3 순위 네거티브 비트 전압(VN2) 중 어느 하나의 전압(VX2)이 인가됨으로써 비트라인(BL)의 제2 비트라인 전압(V2)은 변화하게 되며, 변화된 비트라인(BL)의 전압을 제3 비트라인 전압(V3)이라 할 경우, 제3 비트라인 전압(V3)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.At this time, any one of the third order positive bit voltage (V P2 ) and the third order negative bit voltage (V N2 ) instead of the first order bit voltage (V M ) to the second capacitor (C 2 ) Voltage (V X2 ) As this is applied, the second bit line voltage V 2 of the bit line BL is changed. When the changed voltage of the bit line BL is referred to as the third bit line voltage V 3 , the third bit
즉, 비트라인(BL)의 전압이 제2 비트라인 전압(V2)에서 제3 비트라인 전압(V3)으로 변화된 상태에서의 전하량(Q4)는 다음과 같이 나타내어질 수 있다.That is, the charge amount Q4 in a state in which the voltage of the bit line BL is changed from the second bit line voltage V 2 to the third bit line voltage V 3 may be expressed as follows.
Q4 = (CP + C0)V3 + C1(V3 - VX1) + C2(V3 - VX2) + … + C(n-1)(V3 - VM)Q 4 = (C P + C 0 )V 3 + C 1 (V 3 - V X1 ) + C 2 (V 3 - V X2 ) + … + C (n-1) (V 3 - V M )
따라서, 제1 비트라인 전압(V2)에서의 전하량(Q3)과의 관계로부터 제3 비트라인 전압(V3)이 상기에서와 같이 나타내어질 수 있다.Accordingly, the third bit line voltage V 3 may be expressed as described above from the relationship with the charge amount Q 3 in the first bit line voltage V 2 .
이를 다른 형태로 표현하면 다음과 같다.This can be expressed in another form as follows.
이때, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제2 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우 제2 네거티브 스위치(SN2)을 턴온하여 제3 순위 네거티브 비트 전압(VN2)이 제2 캐패시터(C2)에 인가되도록 하며, 제2 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우 제2 포지티브 스위치(SP2)를 턴온하여 제3 순위 포지티브 비트 전압(VP2)이 제2 캐패시터(C2)에 인가되도록 할 수 있다.At this time, the
다음으로, 변화된 제3 비트라인 전압과 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제3 순위 비트값을 생성할 수 있다.Next, a third order bit value may be generated by comparing the changed third bit line voltage with the first order bit voltage.
즉, 비교기(21)를 인에이블함으로써, 비교기(21)가 제3 비트라인 전압(V3)과 제1 순위 비트 전압(VM)을 비교하여 제3 순위 비트값을 출력(Dout)하도록 할 수 있다. 그리고, 비교기(21)는 제3 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.That is, by enabling the
이때, 비교기(21)는 제3 비트라인 전압(V3)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 클 경우에는 포지티브 비트값을 출력하며, 제3 비트라인 전압(V3)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 작을 경우에는 네거티브 비트값을 출력하도록 할 수 있다.In this case, the
이와 같은 동작을 반복함으로써 제(n-1) 순위 비트값이 획득된 상태에서, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제(n-1) 순위 비트값에 따라 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈(22_(n-1))의 제1 공통 스위치(S(n-1))를 턴오프(t(n+1))하고, 제(n-1) 포지티브 스위치(SP (n-1)) 및 제(n-1) 네거티브 스위치(SN (n-1)) 중 어느 하나의 스위치(SX(n-1))을 턴온(t(n+1))하여 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))에 제n 순위 포지티브 비트 전압(VP(n-1)) 및 제n 순위 네거티브 비트 전압(VN (n-1)) 중 어느 하나의 전압(VX(n-1))이 인가되도록 할 수 있다.In a state in which the (n-1)th rank bit value is obtained by repeating the above operation, the
이때, 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))에 제1 순위 비트 전압(VM) 대신 제n 순위 포지티브 비트 전압(VP(n-1)) 및 제n 순위 네거티브 비트 전압(VN (n-1)) 중 어느 하나의 전압(VX(n-1))이 인가됨으로써 비트라인(BL)의 제(n-1) 비트라인 전압(V(n-1))은 변화하게 되며, 변화된 비트라인(BL)의 전압을 제n 비트라인 전압(Vn)이라 할 경우, 제n 비트라인 전압(Vn)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.At this time, instead of the first order bit voltage (V M ) to the (n-1)th capacitor (C (n-1) ), the nth order positive bit voltage (V P(n-1) ) and the nth order negative bit voltage When any one voltage V X(n-1) of (V N (n- 1) ) is applied, the (n-1)th bit line voltage V (n-1) of the bit line BL becomes When the changed voltage of the bit line BL is referred to as an n-th bit line voltage V n , the n-th bit line voltage V n may be expressed as follows.
이때, 비트 전압 선택부(23)는 비교기(21)에서 출력되는 제(n-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우 제(n-1) 네거티브 스위치(SN(n-1))을 턴온하여 제n 순위 네거티브 비트 전압(VN (n-1))이 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))에 인가되도록 하며, 제(n-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우 제(n-1) 포지티브 스위치(SP (n-1))를 턴온하여 제n 순위 포지티브 비트 전압(VP(n-1))이 제(n-1) 캐패시터(C(n-1))에 인가되도록 할 수 있다.At this time, the
다음으로, 변화된 제n 비트라인 전압과 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제n 순위 비트값을 생성할 수 있다.Next, the nth order bit value may be generated by comparing the changed nth bit line voltage with the first order bit voltage.
즉, 비교기(21)를 인에이블함으로써, 비교기(21)가 제n 비트라인 전압(Vn)과 제1 순위 비트 전압(VM)을 비교하여 제n 순위 비트값을 출력(Dout)하도록 할 수 있다. 그리고, 비교기(21)는 제n 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블될 수 있다.That is, by enabling the
이때, 비교기(21)는 제n 비트라인 전압(Vn)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 클 경우에는 포지티브 비트값을 출력하며, 제n 비트라인 전압(Vn)이 제1 순위 비트 전압(VM)보다 작을 경우에는 네거티브 비트값을 출력하도록 할 수 있다.In this case, the
이와 같은 동작에 의해, 제1 순위 비트값 내지 제n 순위 비트값을 검출함으로써 메모리 셀에 저장된 n 비트 데이터를 독출할 수 있게 된다.Through this operation, n-bit data stored in the memory cell can be read by detecting the first bit value to the n-th bit value.
한편, 제1 순위 비트 전압 내지 제n 순위 비트 전압을 설정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a method of setting the first order bit voltage to the nth order bit voltage will be described as follows.
상기에서 설명한 바와 같이, n 비트 데이터를 독출하기 위한 동작에 따라 변화되는 제1 비트라인 전압(V1) 내지 제n 비트라인 전압(Vn)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.As described above, the first bit line voltage V 1 to the n-th bit line voltage V n changed according to the operation for reading n-bit data may be expressed as follows.
상기에서, , , …, 으로 나타내어질 수 있다.above, , , … , can be expressed as
따라서, 제1 순위 비트 전압은 VM이며, 제k 순위 포지티브 비트 전압(VP(k-1))과 제k 순위 네거티브 비트 전압(VN(k-1))은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.Accordingly, the first order bit voltage is V M , and the kth order positive bit voltage (V P(k-1) ) and the kth order negative bit voltage (V N(k-1) ) can be expressed as have.
이와 같이 구성된 n 비트 데이터를 독출하기 위한 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로를 이용하여 3 비트 데이터에 적용한 일 예를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서는, 상기에서의 설명으로부터 용이하게 이해가능한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.An example in which the bit line multi-level voltage sensing circuit for reading the n-bit data configured as described above is applied to 3-bit data will be described with reference to FIGS. 4 to 6 as follows. Hereinafter, detailed description of parts that can be easily understood from the above description will be omitted.
먼저, 도 4를 참조하면, 3 비트 데이터를 위한 입력 전압, 즉 메모리 셀 전압은 0.1V 단위로 0V에서 0.7V로 8개의 입력 전압으로 설정되며, 입력 전압의 최대 범위인 풀 스케일 전압(VFS)는 0.8V이고, 제1 순위 비트 전압(VM)은 0.35V일 수 있다.First, referring to FIG. 4 , the input voltage for 3-bit data, that is, the memory cell voltage, is set to eight input voltages from 0V to 0.7V in units of 0.1V, and the full-scale voltage (V FS ) may be 0.8V, and the first order bit voltage VM may be 0.35V.
다음으로, 도 5a와 도 5b를 참조하면, 3 비트 데이터를 독출하기 센싱 회로로, 제1 순위 스위치 모듈(22_1)과 제2 순위 스위치 모듈(22_2)이 각각 메모리 셀과 병렬로 비트라인(BL)에 병렬로 결합될 수 있다.Next, referring to FIGS. 5A and 5B , as a sensing circuit for reading 3-bit data, the first priority switch module 22_1 and the second priority switch module 22_2 are respectively connected to the bit line BL in parallel with the memory cell. ) can be coupled in parallel.
이때, 제1 순위 스위치 모듈(22_1)의 제1 캐패시터와 제2 순위 스위치 모듈(22_2)의 제2 캐패시터는 메모리 셀의 캐패시턴스와 동일한 캐패시턴스를 가지도록 하거나, 제1 캐패시터는 메모리 셀의 캐패시턴스와 동일한 캐패시턴스를 가지도록 하며 제2 캐패시터는 메모리 셀의 캐패시턴스의 1/2 캐패시턴스를 가지도록 설정될 수 있다.In this case, the first capacitor of the first priority switch module 22_1 and the second capacitor of the second priority switch module 22_2 have the same capacitance as the capacitance of the memory cell, or the first capacitor has the same capacitance as the capacitance of the memory cell To have a capacitance, the second capacitor may be set to have a capacitance of 1/2 of the capacitance of the memory cell.
그리고, 설정된 제1 캐패시터와 제2 캐패시터의 제2 순위 비트 전압과 제3 순위 비트 전압은 아래의 관계식을 이용하여 설정할 수 있다.In addition, the set second order bit voltage and third order bit voltage of the first capacitor and the second capacitor may be set using the following relational expression.
즉, 도 5a를 참조하면, 제1 캐패시터와 제2 캐패시터의 캐패시턴스들을 메모리 셀의 케패시턴스와 동일하게 구성하였다.That is, referring to FIG. 5A , the capacitances of the first capacitor and the second capacitor are configured to be the same as the capacitance of the memory cell.
이때, 제2 순위 포지티브 비트 전압은 0.35V + 0.8V/4 = 0.55V가 되며, 제2 순위 네거티브 비트 전압은 0.35V - (0.8V)/4 = 0.15V가 된다.At this time, the second order positive bit voltage becomes 0.35V + 0.8V/4 = 0.55V, and the second order negative bit voltage becomes 0.35V - (0.8V)/4 = 0.15V.
또한, 제3 순위 포지티브 비트 전압은 0.35V + 0.8V/8 = 0.45V가 되며, 제3 순위 포지티브 비트 전압은 0.35V - 0.8V/8 = 0.25V가 된다.In addition, the third order positive bit voltage becomes 0.35V + 0.8V/8 = 0.45V, and the third order positive bit voltage becomes 0.35V - 0.8V/8 = 0.25V.
한편, 도 5b를 참조하면, 제1 캐패시터의 캐패시턴스는 메모리 셀의 캐패시턴스와 동일하게 구성하며, 제2 캐패시터의 캐패시턴스는 메모리 셀의 캐패시턴스의 1/2 캐패시턴스로 구성하였다.Meanwhile, referring to FIG. 5B , the capacitance of the first capacitor is configured to be the same as the capacitance of the memory cell, and the capacitance of the second capacitor is configured to be 1/2 the capacitance of the memory cell.
이때, 제2 순위 포지티브 비트 전압과 제3 순위 포지티브 비트 전압은 0.55V로 동일하게 되며, 제2 순위 네거티브 비트 전압과 제3 순위 네거티브 비트 전압은 0.15V로 동일하게 된다.In this case, the second order positive bit voltage and the third order positive bit voltage are equal to 0.55V, and the second order negative bit voltage and the third order negative bit voltage are equal to 0.15V.
다음으로, 도 6을 참조하여 메모리 셀에 기록된 3 비트 데이터를 독출하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.Next, a process of reading 3-bit data written in a memory cell will be briefly described with reference to FIG. 6 .
먼저, 제1 공통 스위치(S1)과 제2 공통 스위치(S2)가 턴온된 상태에서 메모리 셀에 의한 차지 셰어링이 이루어지면, 제1 비트라인 전압(V1)은 다음과 같다.First, when charge-sharing is performed by the memory cells in a state in which the first common switch S1 and the second common switch S2 are turned on, the first bit line voltage V 1 is as follows.
따라서, 비교기(21)는 제1 비트라인 전압(V1)이 제1 순위 비트 전압(VM) 보다 큰지 여부를 검출한다. 이를 표현하면 다음과 같다.Accordingly, the
즉, 비교기(21)는 메모리 셀의 전압이 제1 순위 비트 전압보다 큰지 여부를 확인한다.That is, the
이때, 메모리 셀의 전압이 0.2V일 경우에는, 메모리 셀의 전압 0.2V가 제1 순위 비트 전압 0.35V보다 작으므로 네거티브 비트값, 일 예로 “0”을 제1 순위 비트값으로 출력하게 된다.At this time, when the voltage of the memory cell is 0.2V, since the voltage of the memory cell is 0.2V is less than the first order bit voltage of 0.35V, a negative bit value, for example, “0” is output as the first order bit value.
그러면, 비트 전압 선택부(23)는 “0”의 출력값에 따라, 제1 공통 스위치(S1)를 턴오프하고, 제1 포지티브 스위치(SP1)을 턴온한다.Then, the
이때, 제2 비트라인 전압(V2)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.In this case, the second bit line voltage V 2 may be expressed as follows.
따라서, 비교기(21)는 Vcell + VFS/4 = 0.2V + 0.8V/4 = 0.4V가 제1 순위 비트 전압 0.35V보다 큰지 여부를 확인하며, 그 결과, 포지티브 비트값, 일 예로 “1”을 제2 순위 비트값으로 출력하게 된다. 즉, 메모리 셀의 전압에 VFS/4를 가산하여 변화된 메모리 셀 전압이 제1 순위 비트 전압보다 큰지 여부를 확인하게 된다.Therefore, the
그러면, 비트 전압 선택부(23)는 “1”의 출력값에 따라, 제2 공통 스위치(S2)를 턴오프하고, 제2 네거티브 스위치(SN2)을 턴온한다.Then, the
이때, 제3 비트라인 전압(V3)은 다음과 같이 나타내어질 수 있다.In this case, the third bit line voltage V 3 may be expressed as follows.
따라서, 비교기(21)는 Vcell + VFS/4 + VFS/8 = 0.2V + 0.8V/4 - 0.8V/8 = 0.3V가 제1 순위 비트 전압 0.35V보다 큰지 여부를 확인하며, 그 결과, 네거티브 비트값, 일 예로 “0”을 제3 순위 비트값으로 출력하게 된다.Therefore, the
이와 같은 방법에 의해 메모리 셀 전압 0.2V에 대하여 “010”의 3 비트 데이터를 독출하게 된다.In this way, 3-bit data of “010” is read with respect to a memory cell voltage of 0.2V.
한편, 메모리 셀의 전압이 0.5V일 경우에는, (i) 0.5V를 0.35V와 비교하고, 그 결과 제1 순위 비트값으로 “1”을 출력하며, (ii) 출력값이 “1”이므로, 0.5V에 08V/4를 감산한 0.3V를 0.35V와 비교하고, 그 결과 제2 순위 비트값으로 “0”을 출력하며, (iii) 출력값이 “0"이므로, 0.3V에 0.8V/8을 가산한 0.4V를 0.35V와 비교하고, 그 결과 제3 순위 비트값으로 “1”을 출력함으로써, 0.5V에 대응되는 “101”의 3비트 데이터를 독출하게 된다.On the other hand, when the voltage of the memory cell is 0.5V, (i) 0.5V is compared with 0.35V, and as a result, “1” is output as the first priority bit value, (ii) the output value is “1”, 0.3V by subtracting 08V/4 from 0.5V is compared with 0.35V, and as a result, “0” is output as the second bit value, (iii) Since the output value is “0”, 0.8V/8 to 0.3V By adding 0.4V to 0.35V and outputting “1” as the third priority bit value as a result, 3-bit data of “101” corresponding to 0.5V is read.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메모리 셀의 전압을 별도 센싱하는 센스 앰프가 없는 상태에서, 메모리 셀의 전압을 제1 순위 비트 전압으로 점차적으로 수렴하며 디지털 코드로 변환할 수 있게 된다.That is, according to an embodiment of the present invention, in the absence of a sense amplifier for separately sensing the voltage of the memory cell, the voltage of the memory cell is gradually converged to the first bit voltage and can be converted into a digital code.
또한, 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 디램 내에 구현되어 디램이 멀티 비트 동작을 하도록 할 수 있다.In addition, the embodiments according to the present invention described above may be implemented in a DRAM to allow the DRAM to perform a multi-bit operation.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations can be devised from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and not only the claims described below but also all modifications equivalently or equivalently to the claims described below belong to the scope of the spirit of the present invention. will do it
100: 디램,
10: 디지털-아날로그 컨버터,
20: 아날로그-디지털 컨버터,
21: 비교기,
22_1 내지 22_(n-1): 제1 순위 비트 스위치 모듈 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈,
23: 비트 전압 선택부100: DRAM,
10: digital-to-analog converter;
20: analog-to-digital converter;
21: comparator,
22_1 to 22_(n-1): a first rank bit switch module to (n-1) rank bit switch module;
23: bit voltage selector
Claims (10)
제1 입력단이, 상기 메모리 셀에 n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압에서의 상기 제1 입력 전압과 상기 제2^n 입력 전압의 평균 전압인 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제1 순위 비트 전압원에 결합되며, 제2 입력단이, 상기 메모리 셀에 대응되는 상기 비트라인에 결합되는 비교기;
상기 비트라인에 상기 메모리 셀과 각각 병렬로 결합되는, (i) 제1 순위 비트 스위치 모듈 - 상기 제1 순위 비트 스위치 모듈은, (i-1) 상기 비트라인에 결합된 제1 캐패시터와, (i-2) 서로가 병렬로 결합된 상기 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제1 공통 스위치, 제2 순위 포지티브 비트 전압을 공급하는 제1 포지티브 스위치, 및 제2 순위 네거티브 비트 전압을 공급하는 제1 네거티브 스위치를 포함하되, 상기 제1 공통 스위치, 상기 제1 포지티브 스위치, 및 상기 제1 네거티브 스위치는 상기 제1 캐패시터에 직렬로 결합됨 - 내지 (ii) 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈 - 상기 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈은, (ii-1) 상기 비트라인에 결합된 제(n-1) 캐패시터와, (ii-2) 서로가 병렬로 결합된 상기 제1 순위 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 공통 스위치, 제n 순위 포지티브 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 포지티브 스위치, 및 제n 순위 네거티브 비트 전압을 공급하는 제(n-1) 네거티브 스위치를 포함하되, 상기 제(n-1) 공통 스위치, 상기 제(n-1) 포지티브 스위치, 및 상기 제(n-1) 네거티브 스위치는 상기 제(n-1) 캐패시터에 직렬로 결합됨 - ; 및
상기 메모리 셀에 기록된 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여 상기 제1 순위 비트 스위치 모듈 내지 상기 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제1 공통 스위치 내지 상기 제(n-1) 공통 스위치를 턴온시키며, k를 2부터 n까지 순차적으로 증가시키며, 상기 비교기의 출력단에서 출력되는 출력 신호에 대응하여 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 공통 스위치를 턴오프시키며, 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시키는 비트 전압 선택부;
를 포함하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.A bit line multi-level voltage sensing circuit for multi-bit operation of a DRAM including a memory cell storing data by operation of a word line and a bit line, the bit line multi-level voltage sensing circuit comprising:
a first input terminal in the memory cell, where n - the n is an integer greater than or equal to 2 - the first input voltage and the 2^n input voltage at a first input voltage to 2^n input voltage for writing bit data a comparator coupled to a first order bit voltage source for supplying a first order bit voltage that is an average voltage of , and a second input terminal coupled to the bit line corresponding to the memory cell;
(i) a first order bit switch module, each coupled to the bit line in parallel with the memory cell, the first order bit switch module comprising: (i-1) a first capacitor coupled to the bit line; i-2) a first common switch for supplying the first order bit voltage coupled in parallel, a first positive switch for supplying a second order positive bit voltage, and a first for supplying a second order negative bit voltage a negative switch, wherein the first common switch, the first positive switch, and the first negative switch are coupled in series to the first capacitor; to (ii) an (n-1)th rank bit switch module; The (n-1)th order bit switch module includes (ii-1) a (n-1)th capacitor coupled to the bit line, and (ii-2) the first order bit voltage coupled in parallel to each other a (n-1)th common switch supplying wherein the (n-1)th common switch, the (n-1)th positive switch, and the (n-1)th negative switch are coupled in series to the (n-1)th capacitor; and
In response to a read signal for reading data written in the memory cell, the first common switch to the (n-1) common switch of the first order bit switch module to the (n-1)th order bit switch module Turns on the switch, sequentially increases k from 2 to n, and turns off the (k-1)th common switch of the (k-1)th rank bit switch module in response to the output signal output from the output terminal of the comparator a bit voltage selector for turning on any one of the (k-1)th positive switch and the (k-1)th negative switch;
A bit line multi-level voltage sensing circuit comprising a.
상기 비트 전압 선택부는,
제(k-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제(k-1) 네거티브 스위치를 턴온시키며,
상기 제(k-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 상기 제(k-1) 포지티브 스위치를 턴온시키는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
The bit voltage selector,
turning on the (k-1)th negative switch of the (k-1)th rank bit switch module when the (k-1)th rank bit value is a positive bit value;
A bit line multi-level voltage sensing circuit for turning on the (k-1)th positive switch of the (k-1)th rank bit switch module when the (k-1)th rank bit value is a negative bit value.
상기 제1 입력 전압 내지 상기 제2^n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀스케일 전압이라고 할 경우,
제k 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)이며,
제k 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 상기 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 상기 제(k-1) 캐패시턴스)인 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
When the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the second ^ n input voltage is a full-scale voltage,
The kth order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full scale voltage/2^k) x (cell capacitance of the memory cell/(k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor ) and
The kth order negative bit voltage is (the first order bit voltage) - (the full scale voltage/2^k) x (the cell capacitance of the memory cell/the (k-)th of the (k-1)th capacitor 1) a bit-line multi-level voltage sensing circuit with capacitance).
상기 제1 입력 전압 내지 상기 제2^n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀스케일 전압이라고 할 경우,
제k 캐패시터의 제k 캐패시턴스가 (상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)/2^(k-1) 이면,
제3 순위 포지티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 포지티브 비트 전압은 상기 제2 순위 포지티브 비트 전압과 동일하며, 제3 순위 네거티브 비트 전압 내지 상기 제n 순위 네거티브 비트 전압은 상기 제2 순위 네거티브 비트 전압과 동일하고,
제2 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀스케일 전압/4) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제1 캐패시터의 상기 제1 캐패시턴스)이며,
제2 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀스케일 전압/4) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스)인 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
When the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the second ^ n input voltage is a full-scale voltage,
If the kth capacitance of the kth capacitor is (the first capacitance of the first capacitor)/2^(k-1),
The third order positive bit voltage to the nth order positive bit voltage are the same as the second order positive bit voltage, and the third order negative bit voltage to the nth order negative bit voltage are the same as the second order negative bit voltage do,
a second order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/the first capacitance of the first capacitor),
A second order negative bit voltage is (the first order bit voltage) - (the full scale voltage/4) x (cell capacitance of the memory cell/first capacitance of the first capacitor) bit line multi-level voltage sensing circuit .
상기 제1 캐패시터의 제1 캐패시턴스 내지 상기 제(n-1) 캐패시터의 제(n-1) 캐패시턴스는 상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스와 동일하거나 상기 셀 캐패시턴스의 1/2인 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
A bit line multi-level voltage sensing circuit in which the first capacitance of the first capacitor to the (n-1)th capacitance of the (n-1)th capacitor are equal to or 1/2 of the cell capacitance of the memory cell .
상기 비교기는,
상기 독출 신호에 의해 인에이블되어 제1 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블되며,
상기 비트 전압 선택부가 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈의 제(k-1) 포지티브 스위치 및 제(k-1) 네거티브 스위치 중 어느 하나를 턴온시키는 동작에 대응하여 인에블되어 제k 순위 비트값을 출력한 다음 디스에이블되는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
The comparator is
It is enabled by the read signal to output the first priority bit value and then disabled,
The bit voltage selector is enabled in response to an operation of turning on any one of a (k-1)th positive switch and a (k-1)th negative switch of the (k-1)th order bit switch module to be enabled in the kth A bit line multi-level voltage sensing circuit that is disabled after outputting the rank bit value.
상기 비교기의 제1 입력단에 결합되는 상기 제1 순위 비트 전압원은, 상기 메모리 셀에 대응되는 상기 비트라인과는 다른 비트라인 - 상기 다른 비트라인은, 더미 셀이 형성된 비트라인이거나, 메모리 셀에 의한 차지 셰어링 없이 상기 제1 순위 비트 전압이 인가되는 비트라인임 - 인 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 회로.According to claim 1,
The first priority bit voltage source coupled to the first input terminal of the comparator is a bit line different from the bit line corresponding to the memory cell, wherein the other bit line is a bit line on which a dummy cell is formed, or A bit line to which the first order bit voltage is applied without charge sharing - an in-bit line multi-level voltage sensing circuit.
(a) 상기 비트라인을 n - 상기 n은 2 이상의 정수임 - 비트 데이터를 기록하기 위한 제1 입력 전압 내지 제2^n 입력 전압에서의 상기 제1 입력 전압과 상기 제2^n 입력 전압의 평균 전압인 제1 순위 비트 전압으로 프리차징하며, 상기 비트라인에 상기 메모리 셀과 병렬로 결합된 제1 순위 비트 스위치 모듈 내지 제(n-1) 순위 비트 스위치 모듈 각각을 통해 각각의 제1 순위 비트 전압들이 각각의 제1 캐패시터 내지 제(n-1) 캐패시터를 통해 공급되도록 하는 단계;
(b) 상기 메모리 셀에 저장된 상기 n 비트 데이터를 독출하기 위한 독출 신호에 대응하여, 상기 워드라인을 이용하여 상기 메모리 셀이 상기 비트라인과 도통되도록 하며, 상기 메모리 셀의 도통에 의해 변화된 제1 비트라인 전압을 검출하고, 상기 제1 비트라인 전압과 상기 제1 순위 비트 전압을 비교하여 제1 순위 비트값을 생성하는 단계; 및
(c) k를 2부터 n까지 순차적으로 증가시키며, 제(k-1) 순위 비트값이 포지티브 비트값일 경우에는 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈을 통해 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈에서의 제1 순위 비트 전압 대신 제k 순위 네거티브 비트 전압이 공급되도록 하며, 제(k-1) 순위 비트값이 네거티브 비트값일 경우에는 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈을 통해 상기 제(k-1) 순위 비트 스위치 모듈에서의 제1 순위 비트 전압 대신 제k 순위 포지티브 비트 전압이 공급되도록 하여 변화된 제k 비트라인 전압을 검출하고, 상기 제k 비트라인 전압과 상기 제1 순위 비트 전압과 비교하여 제k 순위 비트값을 생성하는 단계;
를 포함하는 비트라인 멀티 레벨 전압 센싱 방법.A method of sensing a bit line multi-level voltage for a multi-bit operation of a DRAM including a memory cell storing data by operation of a word line and a bit line, the method comprising:
(a) n of the bit line - wherein n is an integer greater than or equal to 2 - Average of the first input voltage and the 2^n input voltage at a first input voltage to 2^n input voltage for writing bit data Pre-charging with a first order bit voltage that is a voltage, and through each of the first order bit switch module to the (n-1)th order bit switch module coupled in parallel with the memory cell to the bit line, each first order bit causing voltages to be supplied through each of the first to (n-1)th capacitors;
(b) in response to a read signal for reading the n-bit data stored in the memory cell, the memory cell is made to conduct with the bit line by using the word line, and the first changed by conduction of the memory cell generating a first order bit value by detecting a bit line voltage and comparing the first bit line voltage with the first order bit voltage; and
(c) sequentially increasing k from 2 to n, and when the (k-1)th rank bit value is a positive bit value, the (k-1)th rank bit is switched through the (k-1)th rank bit switch module A kth order negative bit voltage is supplied instead of the first order bit voltage in the module, and when the (k-1)th order bit value is a negative bit value, the (k-1)th order bit switch module is used to supply the kth order bit voltage. (k-1) detecting a changed k-th bit line voltage by supplying a k-th positive bit voltage instead of a first-order bit voltage in the order bit switch module, and the k-th bit line voltage and the first order bit voltage generating a kth rank bit value by comparing with ;
A bit line multi-level voltage sensing method comprising a.
상기 제1 입력 전압 내지 상기 제2^n 입력 전압에 대응되는 입력 전압의 최대 범위를 풀스케일 전압이라고 할 경우,
제k 순위 포지티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) + (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 셀 캐패시턴스/제(k-1) 캐패시터의 제(k-1) 캐패시턴스)이며,
제k 순위 네거티브 비트 전압은 (상기 제1 순위 비트 전압) - (상기 풀스케일 전압/2^k) x (상기 메모리 셀의 상기 셀 캐패시턴스/상기 제(k-1) 캐패시터의 상기 제(k-1) 캐패시턴스)인 방법.9. The method of claim 8,
When the maximum range of the input voltage corresponding to the first input voltage to the second ^ n input voltage is a full-scale voltage,
The kth order positive bit voltage is (the first order bit voltage) + (the full scale voltage/2^k) x (cell capacitance of the memory cell/(k-1)th capacitance of the (k-1)th capacitor ) and
The kth order negative bit voltage is (the first order bit voltage) - (the full scale voltage/2^k) x (the cell capacitance of the memory cell/the (k-)th of the (k-1)th capacitor 1) How to be capacitance).
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