KR20030056465A - Bit line sense amplifier of a semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
센스앰프를 포함하는 반도체 메모리 장치는 센스앰프의 입력 단자와 출력 단자 사이의 오프셋 전압을 줄여 센싱감도를 향상시키고 이로 인해 반도체 메모리 장치의 셀 밀도를 높이고, 저전압 전력 공급에서도 안정적으로 동작하기 위해, 센스 앰프의 증폭 방식을 순차적으로 변형하여 비트 라인에 실린 데이터를 빠르게 센싱하고, 충분히 증폭할 수 있도록 복수개의 스위칭 제어신호에 의해 제어되는 복수개의 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor memory device including the sense amplifier reduces the offset voltage between the input terminal and the output terminal of the sense amplifier to improve the sensing sensitivity, thereby increasing the cell density of the semiconductor memory device and stably operating at low voltage power supply. It is characterized in that it comprises a plurality of switching elements controlled by a plurality of switching control signals to sequentially sense the amplification scheme of the amplifier to quickly sense the data carried on the bit line, and amplify sufficiently.
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에서 메모리 셀의 데이터를 센싱 및 증폭하여 출력하는 비트 라인 센스앰프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 제어신호에 의해 제어되는 스위칭 소자를 사용하여 센스 앰프의 증폭 방식을 순차적으로 변형하여 입력 단자와 출력 단자 사이의 오프셋(offset) 전압을 보상하며 센싱 및 증폭하여 출력하는 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스앰프에 관한 것이다.The present invention relates to a bit line sense amplifier for sensing and amplifying and outputting data of a memory cell in a semiconductor memory device. More particularly, the amplification method of a sense amplifier is sequentially performed using a switching element controlled by a switching control signal. The present invention relates to a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device that is deformed to compensate for an offset voltage between an input terminal and an output terminal, and is sensed and amplified and output.
일반적으로 비트 라인 센스앰프는 비트 라인에 실린 데이터를 센싱 및 증폭하여 데이터 버스에 출력하고, 데이터 버스 센스 앰프는 비트 라인 센스앰프에 의해 증폭된 데이터를 다시 센싱 및 증폭하여 데이터 출력버퍼에 출력한다.In general, the bit line sense amplifier senses and amplifies data loaded on a bit line and outputs the data to the data bus, and the data bus sense amplifier senses and amplifies data amplified by the bit line sense amplifier again and outputs the data to the data output buffer.
일반적인 비트 라인 센스앰프의 동작을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 비트 라인 센스 앰프는 크로스 커플드 연결된 래치형 증폭기를 사용한다.The operation of a general bit line sense amplifier is as follows. Here, the bit line sense amplifier uses a cross-coupled latched amplifier.
먼저, 비트 라인이 프리차지 전압(예를 들어, 내부 전원전압 VDD의 절반)으로 프리차지 되고, 이때, 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인과 그렇지 않은 비트 라인 사이의 전압차를 없애기 위해 두 비트 라인을 균등화시킨다.First, the bit line is precharged with a precharge voltage (for example, half of the internal power supply voltage VDD), and the two bit lines are removed to eliminate the voltage difference between the bit line to which the selected memory cell is connected and the bit line to which it is not. Equalize.
로우 디코더가 외부에서 입력된 로우 어드레스를 분석하여 그 로우 어드레스에 해당하는 워드라인을 선택하고, 그 선택된 워드라인에 연결된 셀 트랜지스터가 턴 온 되어 셀 커패시턴스와 비트 라인 커패시턴스 사이에 전하 분배가 일어나면서 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인과 그렇지 않은 비트 라인 사이에 전위차이가 발생된다.The row decoder analyzes an externally input row address and selects a word line corresponding to the row address, and a cell transistor connected to the selected word line is turned on to generate charge distribution between the cell capacitance and the bit line capacitance. A potential difference occurs between the bit line to which the memory cell is connected and the bit line to which the memory cell is not connected.
이때, 센스앰프 제어신호 RTO, /S가 인에이블되면, 즉 센스앰프 제어신호 RTO는 하이 레벨 VDD이 되고, 센스앰프 제어신호 /S는 로우 레벨 VSS이 되어 비트 라인 센스앰프가 동작하여 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인과 그렇지 않은 비트 라인 사이의 전위차이를 센싱하여 증폭한다.At this time, when the sense amplifier control signals RTO and / S are enabled, that is, the sense amplifier control signal RTO becomes the high level VDD, and the sense amplifier control signal / S becomes the low level VSS so that the bit line sense amplifier operates to select the selected memory cell. The potential difference between the connected bit line and the unconnected bit line is sensed and amplified.
예를 들어, 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터가 로우 레벨의 데이터라고 가정하면, 선택된 셀이 연결된 비트 라인의 전위가 프리차지 전압 보다 낮아지게 되고, 이때 선택된 셀이 연결되지 않은 비트 라인의 전위는 프리차지 전압을 유지하고 있기 때문에 두 비트 라인 사이에 전위차이가 발생하게 된다.For example, assuming that the data stored in the selected memory cell is low-level data, the potential of the bit line to which the selected cell is connected is lower than the precharge voltage, and the potential of the bit line to which the selected cell is not connected is precharged. Since the voltage is maintained, a potential difference occurs between the two bit lines.
따라서, 크로스 커플드 연결된 래치형 증폭기인 비트 라인 센스앰프는 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인을 센스 앰프 제어신호 /S에 의해 로우 레벨 VSS로 만들고, 그렇지 않은 비트 라인을 센스 앰프 제어신호 RTO에 의해 하이 레벨 VDD로 만든다.Thus, the bit line sense amplifier, a cross coupled coupled latch type amplifier, makes the bit line to which the selected memory cell is connected to the low level VSS by the sense amplifier control signal / S, and the bit line that is not high by the sense amplifier control signal RTO. Make it to level VDD.
이어서, 칼럼 디코더에 의해 칼럼 어드레스가 분석되어 그 칼럼 어드레스에 해당하는 칼럼 제어신호 YI가 하이 레벨로 인에이블 되면, 비트 라인 센스 앰프에 의해 비트 라인에 실린 증폭된 데이터가 데이터 버스에 전송된다.Then, when the column address is analyzed by the column decoder and the column control signal YI corresponding to the column address is enabled at a high level, the amplified data carried on the bit line by the bit line sense amplifier is transmitted to the data bus.
그러나 이러한 종래의 반도체 메모리 장치의 센스앰프는 저전압으로 동작하게 되면 비트 라인과 센스앰프 사이의 오프셋 전압에 의해 비트 라인에 실린 데이터를 센싱할 때 안정적인 동작을 할 수 없게 된다. 따라서, 비트 라인에 실린 데이터를 충분히 증폭하기 위해 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.However, when the sense amplifier of the conventional semiconductor memory device operates at a low voltage, the sense amplifier may not operate stably when sensing data loaded on the bit line by the offset voltage between the bit line and the sense amplifier. Therefore, there is a problem that it takes a considerable time to fully amplify the data carried on the bit line.
왜냐하면, 저전압으로 동작하게 되면 비트 라인의 커패시턴스가 셀 커패시턴스에 비해 커지게 되어 전하분배 시 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인과 그렇지 않은 비트 라인 사이의 전위차가 작아지게 되기 때문이다.This is because, when operating at a low voltage, the capacitance of the bit line becomes larger than the cell capacitance, and thus the potential difference between the bit line to which the selected memory cell is connected and the bit line to which the selected memory cell is not connected becomes small during charge distribution.
따라서, 선택된 메모리 셀이 연결된 비트 라인과 그렇지 않은 비트 라인 사이의 작은 전압차를 비트 라인 센스 앰프가 센싱 할 경우 오프셋 전압과 비슷하기 때문에 센스앰프의 동작이 느려지게 되고, 만약 그 전압차가 오프셋 전압보다 작다면 데이터를 잘못 센싱하게 되어 데이터 오류가 발생하는 문제점이 있었다.Therefore, when the bit line sense amplifier senses a small voltage difference between the bit line to which the selected memory cell is connected and the bit line to which the selected memory cell is not connected, the operation of the sense amplifier is slow because the voltage difference is less than the offset voltage. If it is small, there is a problem that a data error occurs due to incorrect sensing of data.
따라서 본 발명의 목적은, 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스앰프가 증폭 방식을 변환하여 센싱 감도를 높이고 비트 라인에 실린 데이터를 충분히 증폭하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to increase the sensing sensitivity and sufficiently amplify data loaded on a bit line by a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device.
본 발명의 또 다른 목적은, 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스앰프가 센스 앰프의 입력 단자와 출력 단자 사이의 오프셋 전압을 보상하여 안정적으로 동작하는 것이다.Still another object of the present invention is to stably operate a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device by compensating an offset voltage between an input terminal and an output terminal of a sense amplifier.
도 1은 본 발명에 따른 실시예인 반도체 메모리 장치의 센스앰프를 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram illustrating a sense amplifier of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 회로도에서 왼쪽의 비트 라인에 데이터가 실린 경우의 동작 타이밍도.FIG. 2 is an operation timing diagram when data is loaded on the left bit line in the circuit diagram of FIG.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 회로도가 도 2의 동작 타이밍도의 각 동작구간에 따라 변형되는 형태를 나타낸 개념도.3A to 3D are conceptual views illustrating a form in which the circuit diagram of FIG. 1 is modified according to each operation section of the operation timing diagram of FIG. 2.
도 4는 도 1의 회로도에서 오른쪽의 비트 라인에 데이터가 실린 경우의 동작 타이밍도.4 is an operation timing diagram when data is loaded on the right bit line in the circuit diagram of FIG.
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 회로도가 도 2의 동작 타이밍도의 각 동작구간에 따라 변형되는 형태를 나타낸 개념도.5A to 5D are conceptual views illustrating a circuit diagram of FIG. 1 modified according to each operation section of the operation timing diagram of FIG. 2.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
PM1, PM2 : 피모스 트랜지스터PM1, PM2: PMOS transistor
NM1-NM9 : 엔모스 트랜지스터NM1-NM9: NMOS transistor
CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF, CONG : 스위칭 제어신호CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF, CONG: Switching control signal
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스앰프는, 소오스가 공통 연결되어 전원전압이 인가되는 피모스 트랜지스터들; 드레인이 상기 피모스 트랜지스터들의 드레인에 각각 연결되고, 소오스가 공통 연결되어 센스앰프 제어신호가 인가되고, 게이트가 비트 라인 쌍 각각에 연결된 엔모스 트랜지스터들; 제1 스위칭 신호에 의해 제어되고, 상기 피모스 트랜지스터들의 게이트 사이에 연결된 제1 스위칭 수단; 제2 스위칭 신호 및 제3 스위칭 신호에의해 각각 제어되고, 상기 피모스 트랜지스터들의 드레인과 상기 비트 라인 쌍 각각 사이에 연결된 제2 스위칭 수단 및 제3 스위칭 수단; 및 복수개의 제어신호에 의해 제어되어 상기 비트 라인 센스앰프가 인에이블 되어 있는 동안 복수개의 증폭 방식으로 변형시키는 복수개의 제4 스위칭 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device of the present invention includes: PMOS transistors having a common source connected thereto and a power supply voltage applied thereto; NMOS transistors each having a drain connected to a drain of the PMOS transistors, a source connected in common, a sense amplifier control signal applied thereto, and a gate connected to each bit line pair; First switching means controlled by a first switching signal and connected between gates of the PMOS transistors; Second switching means and third switching means respectively controlled by a second switching signal and a third switching signal and connected between each of the drain of the PMOS transistors and the bit line pair; And a plurality of fourth switching means which are controlled by a plurality of control signals and deform with a plurality of amplification schemes while the bit line sense amplifier is enabled.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예인 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스 앰프를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a bit line sense amplifier of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스앰프는, 피모스 트랜지스터들 PM1, PM2과 엔모스 트랜지스터들 NM1-NM9을 포함한다.As shown therein, the bit line sense amplifier of the semiconductor memory device includes PMOS transistors PM1 and PM2 and NMOS transistors NM1 to NM9.
피모스 트랜지스터들 PM1, PM2은 소오스가 공통 연결되어 내부 전원전압 VDD이 인가된다.Sources of the PMOS transistors PM1 and PM2 are commonly connected, and an internal power supply voltage VDD is applied.
엔모스 트랜지스터들 NM1, NM2는, 드레인이 피모스 트랜지스터 PM1, PM2의 드레인에 각각 접속되고, 게이트가 비트 라인 BL, /BL에 각각 연결되고, 소오스가 공통 연결되어 센스 앰프 제어신호 /S가 인가된다.The NMOS transistors NM1 and NM2 have drains connected to drains of the PMOS transistors PM1 and PM2, gates are respectively connected to the bit lines BL and / BL, and the source is connected in common, so that the sense amplifier control signal / S is applied. do.
엔모스 트랜지스터 NM3는 게이트에 스위칭 제어신호 CONA가 인가되고, 피모스 트랜지스터 PM1의 드레인과 피모스 트랜지스터 PM2의 게이트 사이에 연결된다.The switching control signal CONA is applied to the gate of the NMOS transistor NM3, and is connected between the drain of the PMOS transistor PM1 and the gate of the PMOS transistor PM2.
엔모스 트랜지스터 NM4는 게이트에 스위칭 제어신호 CONB가 인가되고, 피모스 트랜지스터 PM1의 게이트와 피모스 트랜지스터 PM2의 드레인 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM4 is supplied with a switching control signal CONB to its gate, and is connected between the gate of the PMOS transistor PM1 and the drain of the PMOS transistor PM2.
엔모스 트랜지스터 NM5는 게이트에 스위칭 제어신호 CONC가 인가되고, 엔모스 트랜지스터 NM2의 드레인과 엔모스 트랜지스터 NM1의 게이트 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM5 is applied with a switching control signal CONC at its gate, and is connected between the drain of the NMOS transistor NM2 and the gate of the NMOS transistor NM1.
엔모스 트랜지스터 NM6는 게이트에 스위칭 제어신호 COND가 인가되고, 엔모스 트랜지스터 NM1의 드레인과 엔모스 트랜지스터 NM2의 게이트 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM6 is applied with a switching control signal COND to its gate, and is connected between the drain of the NMOS transistor NM1 and the gate of the NMOS transistor NM2.
엔모스 트랜지스터 NM7는 게이트에 스위칭 제어신호 CONE가 인가되고, 피모스 트랜지스터 PM1의 드레인과 왼쪽 비트 라인 BLL 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM7 receives a switching control signal CONE at its gate and is connected between the drain of the PMOS transistor PM1 and the left bit line BLL.
엔모스 트랜지스터 NM8는 게이트에 스위칭 제어신호 CONF가 인가되고, 피모스 트랜지스터 PM2의 드레인과 오른쪽 비트 라인 BLR 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM8 receives a switching control signal CONF at its gate and is connected between the drain of the PMOS transistor PM2 and the right bit line BLR.
엔모스 트랜지스터 NM9는 게이트에 스위칭 제어신호 CONG가 인가되고, 피모스 트랜지스터들 PM1 및 PM2의 게이트 사이에 연결된다.The NMOS transistor NM9 receives a switching control signal CONG at its gate and is connected between the gates of the PMOS transistors PM1 and PM2.
여기서, 피모스 트랜지스터들 PM1 및 PM2 및 엔모스 트랜지스터들 NM1 및 NM2은 비트 라인 센스앰프의 기본 구성 소자들이며, 스위칭 제어신호들 CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF 및 CONG에 의해 제어되는 엔모스 트랜지스터들 NM3-NM9은 비트 라인 센스앰프의 증폭 방식을 순차적으로 부궤환 차동 증폭, 노멀 차동 증폭, 정궤환 차동 증폭 및 크로스 커플드 래치형 증폭 방식으로 변형시키는 스위칭 소자들이다. 특히 엔모스 트랜지스터들 NM5-NM8은 비트 라인 센스앰프의 입력 단자와 출력 단자 사이의 오프셋 전압을 줄이는 스위칭 소자들로도 사용된다.Here, PMOS transistors PM1 and PM2 and NMOS transistors NM1 and NM2 are basic components of a bit line sense amplifier, and are controlled by switching control signals CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF, and CONG. The MOS transistors NM3-NM9 are switching elements that sequentially convert the amplification scheme of the bit line sense amplifier into a negative feedback differential amplification, a normal differential amplification, a positive feedback differential amplification, and a cross coupled latched amplification scheme. In particular, the NMOS transistors NM5-NM8 are also used as switching elements to reduce the offset voltage between the input terminal and the output terminal of the bit line sense amplifier.
상기한 반도체 메모리 장치의 비트 라인 센스 앰프의 동작을 동작 타이밍도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the bit line sense amplifier of the semiconductor memory device will be described below with reference to an operation timing chart.
먼저, 왼쪽 비트 라인 BLL에 연결된 메모리 셀이 선택되어 데이터가 실린 경우, 도 2의 동작 타이밍도 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 개념도를 참조하여 설명한다.First, when a memory cell connected to the left bit line BLL is selected and data is loaded, the operation timing diagram of FIG. 2 and the conceptual diagrams of FIGS. 3A to 3D will be described.
여기서, 도 2의 동작 타이밍도의 T1-T4 구간은 비트 라인 센스앰프가 인에이블되어 있는 구간이다.Here, the T1-T4 section in the operation timing diagram of FIG. 2 is a section in which the bit line sense amplifier is enabled.
비트 라인 센스앰프는 스위칭 제어신호들 CONA-CONG에 의해 T1 구간에서는 부궤환 차동 증폭 방식, T2 구간에서는 노멀 차동 증폭 방식, T3 구간에서는 정궤환 차동 증폭 방식, T4 구간에서는 크로스 커플드 래치형 증폭 방식으로 순차적으로 변형된다.The bit line sense amplifier is a negative feedback amplification method in the T1 section, a normal differential amplification method in the T2 section, a positive feedback differential amplification method in the T3 section, and a cross-coupled latch amplification method in the T4 section by the switching control signals CONA-CONG. Are sequentially modified.
T1 구간에서는 센스 앰프 제어신호 /S가 로우 레벨로 인에이블 되어 센스앰프가 동작하게 된다.In the T1 section, the sense amplifier control signal / S is enabled at a low level so that the sense amplifier operates.
이때, 스위칭 제어신호들 CONA, CONG이 하이 레벨이 되므로 엔모스 트랜지스터들 NM3 및 NM9가 턴 온 되어 피모스 트랜지스터들 PM1 및 PM2의 게이트가 공통 연결되고, 그 공통 게이트가 피모스 트랜지스터 PM1의 드레인에 연결되므로 비트 라인 센스앰프는 차동 증폭기 형태를 형성한다.At this time, since the switching control signals CONA and CONG become high levels, the NMOS transistors NM3 and NM9 are turned on so that the gates of the PMOS transistors PM1 and PM2 are commonly connected, and the common gate is connected to the drain of the PMOS transistor PM1. Because of this connection, the bit line sense amplifiers form a differential amplifier.
또한, 스위칭 제어신호 CONF가 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM8가 턴 온 되므로, 차동 증폭기 형태를 갖는 비트 라인 센스앰프의 반전 입력 단자인 오른쪽 비트 라인 BLR과 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM2와 엔모스 트랜지스터 NM2의 공통 연결된 드레인이 연결되므로 도 3a에 도시된 바와 같이부궤환(negative feedback) 차동 증폭기 형태를 형성한다.In addition, since the switching control signal CONF is turned high and the NMOS transistor NM8 is turned on, the right bit line BLR, which is an inverting input terminal of a bit line sense amplifier having a differential amplifier type, and the PMOS transistor PM2, which is a non-inverting output terminal, Since the common connected drain of the MOS transistor NM2 is connected, it forms a negative feedback differential amplifier type as shown in FIG. 3A.
따라서, 오른쪽 비트 라인 BLR의 전위가 비트 라인 센스앰프의 반전 입력 단자 사이의 오프셋(offset) 전압을 보상하는 전압으로 조정된다.Thus, the potential of the right bit line BLR is adjusted to a voltage that compensates for the offset voltage between the inverting input terminals of the bit line sense amplifier.
이어서, T2 구간에서는 스위칭 제어신호 CONF가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM8가 턴 오프 되어 비트 라인 센스앰프는 도 3b에 도시된 바와 같이, 노멀 차동 증폭기(normal differential amplifier) 형태를 형성한다.Subsequently, in the T2 period, the switching control signal CONF becomes low and the NMOS transistor NM8 is turned off, thereby forming a bit line sense amplifier as shown in FIG. 3B to form a normal differential amplifier.
이때, 워드라인 WL이 인에이블 되어 왼쪽 비트 라인 BLL에 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터가 실리게 된다. 따라서, 왼쪽 비트 라인 BLL에 실린 데이터는 노멀 차동 증폭기 형태의 비트 라인 센스 앰프에 의해 센싱 및 증폭된다.At this time, the word line WL is enabled to carry data stored in the selected memory cell in the left bit line BLL. Thus, the data carried on the left bit line BLL is sensed and amplified by a bit line sense amplifier in the form of a normal differential amplifier.
여기서, 스위칭 제어신호들 CONC 및 COND이 로우 레벨이므로 엔모스 트랜지스터들 NM5, NM6는 턴 오프 되어 있다. 따라서, 비트 라인 센스앰프의 출력 단자는 입력 단자인 비트 라인들 BLL, BLR과 분리되어 비트 라인 센스앰프의 입력단자와 출력단자 사이의 오프셋 전압에 의한 영향을 받지 않게 된다.Here, since the switching control signals CONC and COND are at the low level, the NMOS transistors NM5 and NM6 are turned off. Accordingly, the output terminal of the bit line sense amplifier is separated from the bit lines BLL and BLR which are input terminals so that the output terminal of the bit line sense amplifier is not affected by the offset voltage between the input terminal and the output terminal of the bit line sense amplifier.
T3 구간에서는 스위칭 제어신호 CONC가 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM5가 턴 온 되고, 스위칭 제어신호 COND가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM6가 턴 오프 되어 비트 라인 센스앰프의 비반전 입력 단자인 왼쪽 비트 라인 BLL과 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM2와 엔모스 트랜지스터 NM2의 공통 연결된 드레인이 연결되기 때문에 비트 라인 센스앰프는 도 3c에 도시된 바와 같이, 정궤환(positive feedback) 차동 증폭기 형태를 형성한다.In the T3 section, the switching control signal CONC goes high and the NMOS transistor NM5 turns on. The switching control signal COND goes low and the NMOS transistor NM6 turns off so that the left bit, the non-inverting input terminal of the bit line sense amplifier, is turned on. Since the line BLL and the non-inverting output terminal PMOS transistor PM2 and the common connected drain of the NMOS transistor NM2 are connected, the bit line sense amplifier forms a positive feedback differential amplifier as shown in FIG. 3C. .
따라서, 왼쪽 비트 라인 BLL에 실린 데이터는 정궤환 차동 증폭기 형태를 갖는 비트 라인 센스 앰프의 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM2와 엔모스 트랜지스터 NM2의 공통 연결된 드레인과 비반전 입력 단자인 왼쪽 비트 라인 BLL 사이의 오프셋 전압을 보상하면서 센싱 및 증폭된다.Therefore, the data contained in the left bit line BLL is a common connected drain and non-inverting input terminal of the PMOS transistor PM2 and the NMOS transistor NM2 which are the non-inverting output terminals of the bit line sense amplifier having the form of a positive feedback differential amplifier. It is sensed and amplified while compensating the offset voltage between them.
이어서, T4 구간에서는 스위칭 제어신호들 CONA, CONB, CONC 및 COND이 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터들 NM3-NM6가 턴 온 되고, 스위칭 제어신호 CONE, CONF 및 CONG가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터들 NM7-NM9가 턴 오프 되기 때문에 비트 라인 센스앰프는 도 3d에 도시된 바와 같이, 크로스 커플드(cross coupled) 연결된 래치 형태를 형성한다. 따라서, 이전 단계에서 증폭된 데이터를 빠르게 래치한다.Subsequently, in the period T4, the switching control signals CONA, CONB, CONC, and COND become high level, so that the NMOS transistors NM3-NM6 are turned on, and the switching control signals CONE, CONF, and CONG become low level. Since the NM7-NM9 is turned off, the bit line sense amplifier forms a cross-coupled latch form as shown in FIG. 3D. Therefore, the data amplified in the previous step is quickly latched.
도 4는 도 1의 본 발명에 따른 회로도에서 오른쪽 비트 라인 BLR에 연결된 메모리 셀이 선택되어 데이터가 실린 경우의 동작 타이밍도를 나타낸다.FIG. 4 illustrates an operation timing diagram when a memory cell connected to the right bit line BLR is selected and data is loaded in the circuit diagram of FIG. 1.
오른쪽 비트 라인 BLR에 연결된 메모리 셀이 선택되어 데이터가 실린 경우의 동작을 도 5a 내지 도 5d에 도시된 개념도를 참조하여 설명한다.An operation when a memory cell connected to the right bit line BLR is selected and data is loaded will be described with reference to the conceptual diagrams shown in FIGS. 5A to 5D.
비트 라인 센스앰프는 스위칭 제어신호들 CONA-CONG에 의해 T1 구간에서는 부궤환 차동 증폭 방식, T2 구간에서는 노멀 차동 증폭 방식, T3 구간에서는 정궤환 차동 증폭 방식, T4 구간에서는 크로스 커플드 래치형 증폭 방식으로 순차적으로 변형된다.The bit line sense amplifier is a negative feedback amplification method in the T1 section, a normal differential amplification method in the T2 section, a positive feedback differential amplification method in the T3 section, and a cross-coupled latch amplification method in the T4 section by the switching control signals CONA-CONG. Are sequentially modified.
T1 구간에서는 센스 앰프 제어신호 /S가 로우 레벨로 인에이블 되어 센스앰프가 동작하게 된다.In the T1 section, the sense amplifier control signal / S is enabled at a low level so that the sense amplifier operates.
이때, 스위칭 제어신호들 CONA, CONG이 하이 레벨이 되므로 엔모스 트랜지스터들 NM3 및 NM9가 턴 온 되어 피모스 트랜지스터들 PM1 및 PM2의 게이트가 공통 연결되고, 그 공통 게이트가 피모스 트랜지스터 PM2의 드레인에 연결되므로 비트 라인 센스앰프는 차동 증폭기 형태를 형성한다.At this time, since the switching control signals CONA and CONG become high levels, the NMOS transistors NM3 and NM9 are turned on so that the gates of the PMOS transistors PM1 and PM2 are commonly connected, and the common gate is connected to the drain of the PMOS transistor PM2. Because of this connection, the bit line sense amplifiers form a differential amplifier.
또한, 스위칭 제어신호 CONE가 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM7가 턴 온 되므로, 차동 증폭기 형태를 갖는 비트 라인 센스앰프의 반전 입력 단자인 왼쪽 비트 라인 BLL과 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM1와 엔모스 트랜지스터 NM1의 공통 연결된 드레인이 연결되므로 도 5a에 도시된 바와 같이 부궤환(negative feedback) 차동 증폭기 형태를 형성한다.In addition, since the switching control signal CONE becomes high and the NMOS transistor NM7 is turned on, the left bit line BLL, which is an inverting input terminal of a bit line sense amplifier having a differential amplifier type, and the PMOS transistor PM1, which is a non-inverting output terminal, and the NMOS transistor NM7 are turned on. Since the common connected drain of the MOS transistor NM1 is connected, it forms a negative feedback differential amplifier type as shown in FIG. 5A.
따라서, 왼쪽 비트 라인 BLL의 전위가 비트 라인 센스앰프의 반전 입력 단자 사이의 오프셋(offset) 전압을 보상하는 전압으로 조정된다.Thus, the potential of the left bit line BLL is adjusted to a voltage that compensates for the offset voltage between the inverting input terminals of the bit line sense amplifier.
이어서, T2 구간에서는 스위칭 제어신호 CONE가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM7가 턴 오프 되어 비트 라인 센스앰프는 도 5b에 도시된 바와 같이, 노멀 차동 증폭기(normal differential amplifier) 형태를 형성한다.Subsequently, in the T2 period, the switching control signal CONE becomes low and the NMOS transistor NM7 is turned off to form a normal differential amplifier, as shown in FIG. 5B.
이때, 워드라인 WL이 인에이블 되어 오른쪽 비트 라인 BLR에 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터가 실리게 된다. 따라서, 오른쪽 비트 라인 BLR에 실린 데이터는 노멀 차동 증폭기 형태의 비트 라인 센스 앰프에 의해 센싱 및 증폭된다.At this time, the word line WL is enabled so that data stored in the selected memory cell is loaded on the right bit line BLR. Thus, the data carried on the right bit line BLR is sensed and amplified by a bit line sense amplifier in the form of a normal differential amplifier.
여기서, 스위칭 제어신호들 CONC 및 COND이 로우 레벨이므로 엔모스 트랜지스터들 NM5, NM6는 턴 오프 되어 있다. 따라서, 비트 라인 센스앰프의 출력 단자는 입력 단자인 비트 라인들 BLL, BLR과 분리되어 비트 라인 센스앰프의 입력단자와 출력단자 사이의 오프셋 전압에 의한 영향을 받지 않게 된다.Here, since the switching control signals CONC and COND are at the low level, the NMOS transistors NM5 and NM6 are turned off. Accordingly, the output terminal of the bit line sense amplifier is separated from the bit lines BLL and BLR which are input terminals so that the output terminal of the bit line sense amplifier is not affected by the offset voltage between the input terminal and the output terminal of the bit line sense amplifier.
T3 구간에서는 스위칭 제어신호 CONC가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM5가 턴 오프 되고, 스위칭 제어신호 COND가 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터 NM6가 턴 온 되어 비트 라인 센스앰프의 비반전 입력 단자인 오른쪽 비트 라인 BLR과 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM1와 엔모스 트랜지스터 NM1의 공통 연결된 드레인이 연결되기 때문에 비트 라인 센스앰프는 도 5c에 도시된 바와 같이, 정궤환(positive feedback) 차동 증폭기 형태를 형성한다.In the T3 section, the switching control signal CONC is turned low to turn off the NMOS transistor NM5, and the switching control signal COND is turned to high to turn the NMOS transistor NM6 to turn on so that the right bit of the non-inverting input terminal of the bit line sense amplifier is turned on. The bit line sense amplifier forms a positive feedback differential amplifier as shown in FIG. 5C because the line BLR, the PMOS transistor PM1 which is a non-inverting output terminal, and the common connected drain of the NMOS transistor NM1 are connected. .
따라서, 오른쪽 비트 라인 BLR에 실린 데이터는 정궤환 차동 증폭기 형태를 갖는 비트 라인 센스 앰프의 비반전 출력 단자인 피모스 트랜지스터 PM1와 엔모스 트랜지스터 NM1의 공통 연결된 드레인과 비반전 입력 단자인 오른쪽 비트 라인 BLR 사이의 오프셋 전압을 보상하면서 센싱 및 증폭된다.Therefore, the data loaded on the right bit line BLR is a common connected drain and non-inverting input terminal of PMOS transistor PM1 and NMOS transistor NM1, which are non-inverted output terminals of a bit line sense amplifier having a positive feedback differential amplifier type, and right bit line BLR. It is sensed and amplified while compensating the offset voltage between them.
이어서, T4 구간에서는 스위칭 제어신호들 CONA, CONB, CONC 및 COND이 하이 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터들 NM3-NM6가 턴 온 되고, 스위칭 제어신호 CONE, CONF 및 CONG가 로우 레벨이 되어 엔모스 트랜지스터들 NM7-NM9가 턴 오프 되기 때문에 비트 라인 센스앰프는 도 5d에 도시된 바와 같이, 크로스 커플드(cross coupled) 연결된 래치 형태를 형성한다. 따라서, 이전 단계에서 증폭된 데이터를 빠르게 래치한다.Subsequently, in the period T4, the switching control signals CONA, CONB, CONC, and COND become high level, so that the NMOS transistors NM3-NM6 are turned on, and the switching control signals CONE, CONF, and CONG become low level. Since the NM7-NM9 is turned off, the bit line sense amplifier forms a cross coupled connected latch shape as shown in FIG. 5D. Therefore, the data amplified in the previous step is quickly latched.
이와 같이 본 발명의 비트 라인 센스앰프는 스위칭 제어신호들 CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF 및 CONG에 의해 스위칭 수단인 엔모스 트랜지스터들 NM3-NM9을 제어하여 순차적으로 비트 라인 센스앰프의 증폭 방식을 변형하여 비트 라인 BLL 또는 BLR에 실린 데이터를 오프셋 전압을 보상하면서 효율적으로 센싱 및 증폭할 수 있다.As described above, the bit line sense amplifier of the present invention controls the NMOS transistors NM3-NM9 which are switching means by switching control signals CONA, CONB, CONC, COND, CONE, CONF, and CONG to sequentially amplify the bit line sense amplifier. Modifications can be made to efficiently sense and amplify the data on the bit line BLL or BLR while compensating for the offset voltage.
여기서, 비트 라인 센스앰프는 비트 라인 BLL 또는 BLR에 실린 데이터를 오프셋(offset) 전압이 보상된 상태에서 센싱하고 충분히 증폭하여 오프셋 전압에 민감하지 않게 하였을 뿐만 아니라, 회로 자체도 종래와 같은 트랜지스터 PM1, PM2 ,NM1, NM2가 단계적으로 변형되어진 것이기 때문에 오프셋 전압이 크지 않다.Here, the bit line sense amplifier senses and sufficiently amplifies the data carried on the bit line BLL or BLR in the state where the offset voltage is compensated, so that the circuit itself is not sensitive to the offset voltage. The offset voltage is not large because PM2, NM1 and NM2 are deformed in stages.
또한, 피모스 트랜지스터 PM1 및 PM2의 공통 소오스에 내부 전원전압 VDD을 인가하여 종래 기술의 센스 앰프에 사용된 센스 앰프 제어신호 RTO를 발생시키는 회로(미도시)가 필요 없게 되어 칩 사이즈를 줄일 수 있다.In addition, since the internal power supply voltage VDD is applied to the common source of the PMOS transistors PM1 and PM2, a circuit (not shown) for generating the sense amplifier control signal RTO used in the sense amplifier of the prior art is not required, thereby reducing the chip size. .
본 발명은 오프셋 전압에 의한 영향을 줄임으로서 센스앰프의 센싱감도를 향상시킬 수 있으며, 따라서 메모리 셀 밀도를 높이고 저전압에서도 안정적으로 동작할 수 있게 된다.The present invention can improve the sensing sensitivity of the sense amplifier by reducing the influence of the offset voltage, thereby increasing the memory cell density and stable operation even at low voltage.
이상과 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 소자의 센스앰프를 예시한 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 게시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이다.As described above with reference to the drawings illustrating a sense amplifier of a semiconductor memory device according to the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings posted herein, the scope does not depart from the spirit of the present invention Various substitutions, modifications and variations will be possible within the scope.
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