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JPS598909B2 - sense magnifier - Google Patents
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JPS598909B2 - sense magnifier - Google Patents

sense magnifier

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Publication number
JPS598909B2
JPS598909B2 JP51090474A JP9047476A JPS598909B2 JP S598909 B2 JPS598909 B2 JP S598909B2 JP 51090474 A JP51090474 A JP 51090474A JP 9047476 A JP9047476 A JP 9047476A JP S598909 B2 JPS598909 B2 JP S598909B2
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
transistors
drain
clock
potential
Prior art date
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Expired
Application number
JP51090474A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5316532A (en
Inventor
俊一 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
    • G11C7/06Sense amplifiers; Associated circuits, e.g. timing or triggering circuits
    • G11C7/065Differential amplifiers of latching type

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積化メモリなどに使用される感知増巾器に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to sense amplifiers used in integrated memories and the like.

公知の感知増巾器としてフリップフロップ型がよく知ら
れておV)たとえば、アイ・イー ・イー ・イー ・
ジャーナル・オブ・ソリッドステート・サーキツツ・巻
SC−10・ナンバー5(1EEEJ0URNAL0F
50L1D−5TATEC1RCU1T5、V0LUM
E5C−10、NUMBER5、5PP255〜261
)(1975年10月発行)の論文゛ 1 トランジス
タセルMOSRAMの周辺回路″(゛Perifera
1CircuitsforOne−Transisto
rCellM0SRAM′ s″)に記述され、第1図
のような感知増巾器が記載されてい10る。l トラン
ジスタ型メモリでは、メモリセルのキャパシタに貯わえ
られた電荷を選択ゲートであるスイッチングトランジス
タを介して感知する破壊読取わを行うので、感知した蓄
積情報を増巾し当15該メモリ・セルに再書込みする必
要がある。
The flip-flop type is well known as a known sense amplifier.
Journal of Solid State Circuits Volume SC-10 Number 5 (1EEEJ0URNAL0F
50L1D-5TATEC1RCU1T5, V0LUM
E5C-10, NUMBER5, 5PP255-261
) (published in October 1975) paper ``1 Peripheral circuit of transistor cell MOSRAM'' (``Perifera
1CircuitsforOne-Transistor
rCellM0SRAM's''), and a sense amplifier as shown in Figure 1 is described10.l In a transistor type memory, the charge stored in the capacitor of a memory cell is transferred to a switching transistor which is a selection gate. Since a destructive read is performed by sensing through the memory cell, it is necessary to amplify the sensed stored information and rewrite it to the corresponding memory cell.

フリップ・フロップ型感知増巾器は読増りと再書込みの
両方の機能を有する高性能回路であるが従来の装置は読
申わおよび書込みの際に、直流電流バスを生じるので消
費電力が大きくなるという加 欠点があつた。従つて、
本発明の目的は低消費電力型の感知増巾器を提供するこ
とにある。
Flip-flop type sense amplifiers are high-performance circuits that have both reading and rewriting functions, but conventional devices generate a DC current bus when reading and writing, resulting in large power consumption. There were advantages and disadvantages. Therefore,
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sense amplifier with low power consumption.

本発明によれば、感度を損うことなく、低電力化した高
性能の感知増巾器が得られる。
According to the present invention, a high-performance sensing amplifier with low power consumption can be obtained without impairing sensitivity.

すなわち、25互いに一方のドレインを他方のゲートに
接続した第1および第2のトランジスタと、第1のビッ
ト線にドレインを、第1のクロック線にゲートを、第1
のトランジスタのドレインにソースを接続した第3とト
ランジスタと、第2のビット線にドレ30 インを第1
のクロック線にゲートを、第2のトランジスタのドレイ
ンにソースを接続した第4の卜。ランジスタと、第1の
電源にドレインを、第2のクロック線にゲートを第3の
トランジスタのドレインにソースを接続した第5のトラ
ンジスタと、35第1の電源にドレインを、第2のクロ
ック線にゲートを第4のトランジスタのドレインにソー
スを接続した第6のトランジスタと、第1のトランジス
タのソースにドレインを、第3のクロツク線にゲートを
、第2の電源にソースを接続した第7のトランジスタと
、第2のトランジスタのソースにドレインを、第3のク
ロツク線にゲートを、第2の電源にソースを接続した第
8のトランジスタとをそなえたことを特徴とする感知増
巾器が得られる。次に図面を参照して説明するがトラン
ジスタとしてnチヤネルMOSトランジスタを例にとる
That is, first and second transistors 25 each have their drains connected to the gates of the other, their drains connected to a first bit line, their gates connected to a first clock line, and a first
A third transistor whose source is connected to the drain of the transistor, and a first transistor whose drain is connected to the second bit line.
A fourth transistor has its gate connected to the clock line of the second transistor and its source connected to the drain of the second transistor. a transistor, a fifth transistor having a drain connected to the first power supply, a gate connected to the second clock line, and a source connected to the drain of the third transistor; a sixth transistor whose gate is connected to the drain of the fourth transistor; a seventh transistor whose drain is connected to the source of the first transistor; its gate is connected to the third clock line; and its source is connected to the second power supply. and an eighth transistor having a drain connected to the source of the second transistor, a gate connected to the third clock line, and a source connected to the second power supply. can get. Next, an explanation will be given with reference to the drawings, taking an n-channel MOS transistor as an example of the transistor.

第1図は公知の感知増巾器であつてメモリ・セルの読取
]信号が一方に加わつた差動入力D,T)が入力されて
から、クロツクφ3により1トランジスタQ34がゆつ
くb導通しはじめ、交差結合されたトランジスタQl,
Q2の正帰還作用により入力信号は多少増巾さへたとえ
ば、トランジスタQ1がトランジスタQ2より導通に近
い状態になる。次にクロツクφ2により、トランジスタ
Q5,Q6が導通するとトランジスタQ1のドレインは
ほぼ低レベルのV2電位に近づき、一方トランジスタQ
2のドレインは高レベルのV1電位に近づき、結局微少
入力信号は電源電圧すなわ耘ほぼ、V1とV2の差に増
巾され、増巾された信号は外部へとbだされると共に、
選択されたメモリ・セルに再書込みされる。この時、ト
ランジスタQ1はトランジスタQ5,Q34が導通する
間は導通しており、電源V1からV2に電流パスを生じ
る。
FIG. 1 shows a well-known sense amplifier, in which one transistor Q34 is slowly turned on by a clock φ3 after a differential input D, T) with a memory cell reading signal applied to one side is input. Initially, the cross-coupled transistor Ql,
Due to the positive feedback effect of Q2, the input signal is amplified somewhat, for example, transistor Q1 becomes closer to conduction than transistor Q2. Next, when transistors Q5 and Q6 are turned on by clock φ2, the drain of transistor Q1 approaches the low level V2 potential, while transistor Q
The drain of 2 approaches the high level V1 potential, and eventually the minute input signal is amplified to the power supply voltage, or almost the difference between V1 and V2, and the amplified signal is output to the outside,
The selected memory cell is rewritten. At this time, transistor Q1 is conductive while transistors Q5 and Q34 are conductive, creating a current path from power supply V1 to V2.

この電流が流れる時間は短い方が良いが少なくともピツ
ト線bが完全に高レベルになるまでの時間、電力を消費
しつづけて卦シ、この電力は有史〆使用されていない。
第2図は本発明の一実施例であつて、交差結合したトラ
ンジスタQl,Q2は、それぞれトランジスタQ3,Q
4を介してビツト線D,l5に接続されている。トラン
ジスタQ3,Q4は、それぞれ、 トランジスタQ5,
Q6を介して第1の電源に接続され、一方トランジスタ
Q1とQ2のソースはトランジスタQ7,Q8を介して
第2の電源に接続されている。トランジスタQ5,Q6
はビツト線を介さずトランジスタQ3,Q4に接続する
ように図示したが、これはビツト線を介して接続しても
よい。
The shorter the time for this current to flow, the better, but it continues to consume power at least until pit wire b reaches a completely high level, and this power has not been used in recorded history.
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which cross-coupled transistors Ql and Q2 are replaced by transistors Q3 and Q, respectively.
It is connected to the bit line D, l5 via the bit line D, l5. Transistors Q3 and Q4 are transistors Q5 and Q4, respectively.
It is connected to a first power supply via Q6, while the sources of transistors Q1 and Q2 are connected to a second power supply via transistors Q7 and Q8. Transistors Q5, Q6
Although shown as being connected to transistors Q3 and Q4 without going through the bit line, it may be connected through the bit line.

第3図には、第2図の感知増巾器の動作波形の概略図を
示す。読取りに先立つて、ビツト線D,Dを同じレベル
にプリチヤージする。
FIG. 3 shows a schematic diagram of operating waveforms of the sense amplifier of FIG. 2. Prior to reading, bit lines D and D are precharged to the same level.

この時、クロツクφ1が高レベルになb、トランジスタ
Q3,Q4を導通し、さらにトランジスタQl,Q2も
導通して、トランジスタQl,Q2のソース、R}よび
Sはビツト線D,bの電位からほぼトランジスタQl,
Q2の閾値分だけ低い電位にプリチヤージされる。従つ
て、感度にもつとも影響するトランジスタQl,Q2に
おいて仮りに閾値に差があつたとしても、ゲート・ソー
ス間電圧はそれぞれの閾値電圧にほOぼ等しく、このブ
リチヤージによつて閾値差が、実質上無効になる。ブリ
チヤージが終b、次に選択されたメモリセルが読取られ
る。メモリセルの読取り信号が加わつて、Dの電位がb
より僅かに高レベルにな゛つたとする。トランジスタQ
3,5Q4を介して,,トランジスタQl,Q2のドレ
インP,T(ノード)の電位に読取勺信号成分が加えら
れた後、クロツクφ、は一度低レベルとなつてトランジ
スタQ3,Q4をカツトオフする。ノードPの電位は読
取信号分だけ高くなつたため、トランジスタQ2は飽和
状態から導通状態に変化し、ノードTの電荷は、ノード
Sへと流入し、ノードTの容量に比べてノードSの容量
が十分に大きければ、ノードTの電位はノードSの電位
にほぼ等しいレベルまで低下する。すなわちノードP・
とTの電位差はトランジスタQ2の閾値程度の値にはで
増幅される。次にクロツクφ3によりトランジスタQ7
,Q8を導通せしめ、閾値程度に増幅された信号は、ト
ランジスタQl,Q2,Q7,Q8で構成されるb増巾
器で増巾される。
At this time, the clock φ1 goes to a high level b, making the transistors Q3 and Q4 conductive, and furthermore, the transistors Ql and Q2 are also turned on, and the sources of the transistors Ql and Q2, R} and S, are connected to the potential of the bit lines D and b. Almost transistor Ql,
It is precharged to a potential lower by the threshold value of Q2. Therefore, even if there is a difference in threshold between transistors Ql and Q2, which also affect sensitivity, the gate-source voltage is approximately equal to each threshold voltage, and this brittle charge makes the threshold difference substantially becomes invalid. After the flash charge is completed, the selected memory cell is then read. When the read signal of the memory cell is applied, the potential of D becomes b
Suppose that it reaches a slightly higher level. transistor Q
After the readout signal component is added to the potential of the drains P and T (nodes) of transistors Ql and Q2 through Q4, the clock φ becomes low level and cuts off transistors Q3 and Q4. . Since the potential of the node P has increased by the amount of the read signal, the transistor Q2 changes from the saturated state to the conductive state, and the charge at the node T flows into the node S, and the capacitance of the node S becomes smaller than the capacitance of the node T. If it is sufficiently large, the potential at node T will drop to a level approximately equal to the potential at node S. That is, node P.
The potential difference between and T is amplified to a value approximately equal to the threshold of transistor Q2. Next, the transistor Q7 is activated by the clock φ3.
, Q8 are made conductive, and the signal amplified to about the threshold value is amplified by the b amplifier composed of transistors Ql, Q2, Q7, and Q8.

すなわちクロツクφ3によりトランジスタQ7,Q8を
除々に導通させて、トランジスタQl,Q2のソースR
およびSの電位を下げて、ノードP,Tの電位をさらに
増巾する。一方、トランジスタQ3,Q4がカツトオフ
している間にクロツクφ2によ勺トランジスタQ5,Q
6が導通し、ビツト線D,5を高レベルにチヤージアツ
プする。ビツト線D,Dを十分な高レベルにチヤージ・
アツプした後クロツクφ2によりトランジスタQ5,Q
6はカツトオフし次に、再びクロツクφ1を高レベルに
してトランジスタQ3,Q4を導通させる。このとき、
既にノードPとTには読取り信号を前増巾した電位差が
存在しており、トランジスタQ2がQ1よ勺導通に近い
状態にあるので、トランジスタQ3,Q4を介して、ビ
ツト線からの電荷供給により、ノードPの電位は急速に
上昇し、トランジスタQ2は完全は導通状態になりノー
ドTの電位を下げるのでトランジスタQ1は完全に非導
通となる。従つて、ビット線bの電位は急速に低下して
、第2の電源のレベルに近づくが、ビツト線Dの電位は
トランジスタQ1が導通しないので殆んど変化せず、高
レベルを維持している。この発明の感加増巾器は、V1
からV2への電流パスが直流的には存在せず、ビツト線
の容量に貯わえられた電荷の分だけの電力消費しか生じ
ないので消費電力が極めて小さい。
That is, the transistors Q7 and Q8 are gradually turned on by the clock φ3, and the sources R of the transistors Ql and Q2 are
The potentials of nodes P and T are further increased by lowering the potentials of nodes P and S. On the other hand, while transistors Q3 and Q4 are cut off, clock φ2 turns off transistors Q5 and Q.
6 becomes conductive and charges up bit lines D and 5 to a high level. Charge bit lines D and D to a sufficiently high level.
After the clock is turned on, the transistors Q5 and Q are turned on by the clock φ2.
6 is cut off, and then the clock φ1 is set to high level again to make the transistors Q3 and Q4 conductive. At this time,
Since there is already a potential difference between nodes P and T that pre-amplifies the read signal, and transistor Q2 is in a state closer to being more conductive than Q1, charge is supplied from the bit line via transistors Q3 and Q4. , the potential at node P rises rapidly, transistor Q2 becomes completely conductive, lowering the potential at node T, and transistor Q1 becomes completely non-conductive. Therefore, the potential of bit line B rapidly decreases and approaches the level of the second power supply, but the potential of bit line D hardly changes because transistor Q1 does not conduct, and remains at a high level. There is. The sensitivity amplifier of this invention has V1
Since there is no current path from V2 to V2 in terms of direct current, and the power consumption is only as much as the charge stored in the capacitance of the bit line, the power consumption is extremely small.

なおこの感知増巾器の感度を向上するためには、ゲイン
増加のためトランジスタのGm比9mZm1(=9m4
/9m2)(但し、GmlはトランジスタQ1の9m,
9m2はトランジスタQ2の9m,gm3はトランジス
タQ3の9m,9m4はトランジスタQ4の9mを示す
In order to improve the sensitivity of this sense amplifier, the Gm ratio of the transistor is 9mZm1 (=9m4) to increase the gain.
/9m2) (However, Gml is 9m of transistor Q1,
9m2 represents 9m of the transistor Q2, gm3 represents 9m of the transistor Q3, and 9m4 represents 9m of the transistor Q4.

)を小さくとることが望ましく、たとえば0.3〜0.
1にとればよいがこの9m比が小さくなりすぎると感度
は向上しても応答時間卦よび書込み時間が大きくなるの
で、使用情況に応じて、9m比を選ぷとよい。以上説明
したように本発明によれば、極めて高感度にして低い消
費電力の感知増巾器が得られ、極めて有用であることが
理解されよう。
) is desirably small, for example 0.3 to 0.
1, but if the 9m ratio becomes too small, the response time and writing time will increase even if the sensitivity improves, so it is better to select the 9m ratio depending on the usage situation. As explained above, according to the present invention, a sense amplifier with extremely high sensitivity and low power consumption can be obtained, and it will be understood that it is extremely useful.

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

第1図は公知の感知増巾器の回路図、第2図は本発明の
一実施例を示す感知増巾器の回路図、第3図は、第2図
の動作説明のための波形概略図である。 Q1〜Q8はトランジスタ、V1は高レベル電源、V2
は低レベル電源、φ1,φ2,φ3はクロツク信号であ
る。
Fig. 1 is a circuit diagram of a known sense amplifier, Fig. 2 is a circuit diagram of a sense amplifier showing an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of Fig. 2. It is a diagram. Q1 to Q8 are transistors, V1 is a high level power supply, V2
is a low level power supply, and φ1, φ2, and φ3 are clock signals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互いに一方のドレインを他方のゲートに接続した第
1および第2のトランジスタと、第1のビット線にドレ
インを、第1のクロック線にゲートを、第1のトランジ
スタのドレインにソースを接続した第3のトランジスタ
と、第2のビット線にドレインを第1のクロック線にゲ
ートを、第2のトランジスタのドレインにソースを接続
した第4のトランジスタと、第1の電源にドレインを、
第2のクロック線にゲートを第3のトランジスタのドレ
インにソースを接続した第5のトランジスタと、第1の
電源にドレインを、第2のクロック線にゲートを第4の
トランジスタのドレインにソースを接続した第6のトラ
ンジスタと、第1のトランジスタのソースにドレインを
、第3のクロック線にゲートを、第2の電源にソースを
接続した第7のトランジスタと、第2のトランジスタの
ソースにドレインを、第3のクロック線にゲートを、第
2の電源にソースを接続した第8のトランジスタとをそ
なえたことを特徴とする感知増巾器。
1 First and second transistors with one drain connected to the other gate, the drain connected to the first bit line, the gate connected to the first clock line, and the source connected to the drain of the first transistor. a third transistor, a fourth transistor having a drain connected to the second bit line, a gate connected to the first clock line, a source connected to the drain of the second transistor, and a drain connected to the first power supply;
A fifth transistor has a gate connected to the second clock line, a source connected to the drain of the third transistor, a drain connected to the first power supply, a gate connected to the second clock line, and a source connected to the drain of the fourth transistor. A seventh transistor has its drain connected to the source of the first transistor, its gate connected to the third clock line, its source connected to the second power supply, and its drain connected to the source of the second transistor. and an eighth transistor having a gate connected to the third clock line and a source connected to the second power supply.
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