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JPH0226318B2 - - Google Patents
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JPH0226318B2 - - Google Patents

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JPH0226318B2
JPH0226318B2 JP60255832A JP25583285A JPH0226318B2 JP H0226318 B2 JPH0226318 B2 JP H0226318B2 JP 60255832 A JP60255832 A JP 60255832A JP 25583285 A JP25583285 A JP 25583285A JP H0226318 B2 JPH0226318 B2 JP H0226318B2
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JP
Japan
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bit line
load transistor
transistor
potential
semiconductor memory
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  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体メモリ回路、特にスタテイツク
形半導体メモリ回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to semiconductor memory circuits, and more particularly to static type semiconductor memory circuits.

一般にスタテイツク形の半導体メモリ回路は、
Y方向に沿つて伸びる一対のビツトラインBL,
BLと、該一対のビツトラインに挟まれるように
接続される多数個のメモリセルと、該一対のビツ
トラインBL,にそれぞれ挿入される一対のロ
ードトランジスタと、前記多数個のメモリセルの
各々を選択するため、X方向に伸びるワードライ
ン等を基本的な構成要素として構成される。この
ような構成の半導体メモリ回路において、従来よ
り2つの問題がありこの種の半導体メモリ回路に
おける欠点となつていた。先ず第1の欠点は消費
電力が不必要に大となることである。というのは
上記半導体メモリ回路においては、前記一対のロ
ードトランジスタのいずれか一方を通じて前記一
対のビツトラインの一方に常に定常的な電流を流
すという形式がとられているからである。そして
第2の欠点はアクセスタイムをより高速にするこ
とが困難であるということである。この第2の欠
点を生じさせる原因は2つある。第1の原因は、
アクセスされたメモリセルからビツトラインに情
報を読出す際、当該メモリセル内のトランジスタ
を通して前記定常的な電流を引き込みながら且つ
同時に該ビツトライン上に情報を移し代えるわけ
であるから、当然に読出し速度にブレーキがかけ
られてしまうことである。第2の原因としては
gn(相互コンダクタンス)、主として前記ロード
トランジスタのgnが挙げられる。一般に、アク
セスタイムの向上を図るにはgnは大きければ大
きい程良いことが知られている。ところが、一
方、gnを大にするためにはトランジスタそのも
ののサイズを大にしなければならないことも良く
知られている。この場合、集積度の増大を図るべ
く、結局gnを小にする方向に設計されてしまう
のが普通であり、このためにアクセスタイムが犠
性となつてしまうこととなつた。
In general, static type semiconductor memory circuits are
A pair of bit lines BL extending along the Y direction,
BL, a large number of memory cells connected to be sandwiched between the pair of bit lines, a pair of load transistors each inserted into the pair of bit lines BL, and each of the large number of memory cells. Therefore, the basic component is a word line extending in the X direction. In a semiconductor memory circuit having such a configuration, two problems have hitherto been a drawback in this type of semiconductor memory circuit. The first drawback is that power consumption becomes unnecessarily large. This is because, in the semiconductor memory circuit described above, a steady current is always passed through one of the pair of load transistors to one of the pair of bit lines. The second drawback is that it is difficult to increase the access time. There are two causes for this second drawback. The first cause is
When reading information from an accessed memory cell to a bit line, the steady current is drawn through the transistor in the memory cell and the information is transferred onto the bit line at the same time, so naturally there is a brake on the read speed. The problem is that it is multiplied by The second cause is
g n (transconductance), mainly g n of the load transistor. Generally, it is known that the larger g n is better in order to improve access time. However, it is also well known that in order to increase g n , the size of the transistor itself must be increased. In this case, in order to increase the degree of integration, it is common to end up designing in the direction of decreasing g n , which results in a sacrifice in access time.

従つて本発明の目的は上述した2つの欠点を排
除可能な半導体メモリ回路を提案することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to propose a semiconductor memory circuit in which the two drawbacks mentioned above can be eliminated.

上記目的に従い本発明は、ロードトランジスタ
のgnをアクセス時における情報によつて見かけ
上可変とし、従来の定常的な電流を当該情報に応
じて制御するようにしたことを特徴とするもので
ある。
In accordance with the above object, the present invention is characterized in that the g n of the load transistor is apparently variable depending on information at the time of access, and the conventional steady current is controlled in accordance with the information. .

以下図面に従つて本発明を説明する。 The present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図は一般的なスタテイツク半導体メモリ回
路を示す回路図である。本図において、BLおよ
びは一対のビツトラインであり、該一対のビ
ツトラインBL,に接続して多数個のメモリセ
ルMCが配設される。該一対のビツトラインBL,
BLには又、一対のロードトランジスタQ1,Q2
それぞれ挿入される。一方、メモリセルMCには
ワードラインWLが接続しており、前記ビツトラ
インおよびワードラインによつて所望のメモリセ
ルMCが捕促される。なお、実際には多数個のメ
モリセル、多数対のビツトラインおよび多数本の
ワードラインが存在するが図示していない。又、
各ビツトライン対には情報書込み用のライトバツ
フアおよび情報読出し用のセンスアンプが設けら
れているが図示していない。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a general static semiconductor memory circuit. In this figure, BL and BL are a pair of bit lines, and a large number of memory cells MC are arranged connected to the pair of bit lines BL. The pair of bit lines BL,
A pair of load transistors Q 1 and Q 2 are also inserted into BL. On the other hand, a word line WL is connected to the memory cell MC, and a desired memory cell MC is captured by the bit line and the word line. Note that, although there are actually many memory cells, many pairs of bit lines, and many word lines, they are not shown. or,
Each bit line pair is provided with a write buffer for writing information and a sense amplifier for reading information, but these are not shown.

今仮にメモリセルMCのBL側に論理L(従つて
BL側に論理H)がストアされているとし、且つ
今当該メモリセルMCがワードラインWLにより
アクセスされたものとする。この場合の各トラン
ジスタの状態は先ず、論理LおよびHが図示する
ようにストアされていることからトランジスタ
Q5がオン、トランジスタQ6がオフである。そし
て、ワードラインWLよりアクセスがあつたこと
からトランジスタQ3およびトランジスタQ4(トラ
ンスフアゲート)が共にオンとなる。
Now suppose that the BL side of the memory cell MC has logic L (therefore,
Assume that a logic H) is stored on the BL side, and that the memory cell MC is now accessed by the word line WL. In this case, the state of each transistor is first determined by the fact that logic L and H are stored as shown in the figure.
Q5 is on, transistor Q6 is off. Then, since there is an access from the word line WL, both transistor Q 3 and transistor Q 4 (transfer gate) are turned on.

そうすると、トランジスタQ3およびQ5が共に
オンになることから、電源VccよりアースGND
に向つて図中点線のルートで、トランジスタQ1
を通し、電流iが流れる。これは当該メモリセル
MCがアクセスされ続けている限り定常的に流れ
るものであり、これが前述した定常的な電流であ
る。これは、とりもなおさず消費電力の無駄とな
つて現われる(既述の第1の欠点)。一方、読出
しアクセス時についてみると、この定常的な電流
iをトランジスタQ3およびQ5で引きながら読出
し動作を行なうことになるから、メモリセルMC
からみると、ビツトラインBLの容量負荷のみな
らずこの定常的な電流負荷も重量した形で読出し
動作を行なわなければならずアクセスタイムの高
速化が図れない(既述の第2の欠点。
Then, both transistors Q 3 and Q 5 turn on, so the connection between the power supply Vcc and the ground GND is
Transistor Q 1 along the dotted line route towards
A current i flows through it. This is the memory cell in question
It flows steadily as long as the MC continues to be accessed, and this is the steady current described above. This appears as a waste of power consumption (the first drawback mentioned above). On the other hand, during read access, since the read operation is performed while drawing this steady current i through transistors Q3 and Q5 , memory cell MC
From this point of view, the read operation must be carried out with not only the capacitive load of the bit line BL but also this steady current load, making it impossible to speed up the access time (the second disadvantage mentioned above).

そこで上述の欠点を排除すべく本発明はロード
トランジスタQ1,Q2のgnに着目する。つまり、
消費電力およびアクセスタイムに関しこれらを改
良するように適宜gnを可変とする。具体的には、
既述の如く、アクセスタイムの向上に関しては
gnを大にし、又、消費電力については前記電流
iの立上り以降gnを小にする。ところが一般に
このgnは固定的で且つ相対的に小である。小で
あるのは実装密度を上げるためである。このため
本発明ではこのgnを適宜可変にするよう“レベ
ルコンバータ”を導入する。このレベルコーバー
タは一対存在し、それぞれ対応する前記一対のビ
ツトラインBL,に現われる論理信号をレベル
反転して、それぞれ対応する前記一対のロードト
ランジスタの各制御電極に印加する働きをなす。
Therefore, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks, the present invention focuses on g n of the load transistors Q 1 and Q 2 . In other words,
G n is varied as appropriate to improve power consumption and access time. in particular,
As mentioned above, regarding improving access time,
g n is increased, and regarding power consumption, g n is decreased after the rise of the current i. However, generally this g n is fixed and relatively small. The reason for the small size is to increase the packaging density. Therefore, in the present invention, a "level converter" is introduced to make this g n variable as appropriate. There is a pair of level converters, each of which functions to invert the level of the logic signal appearing on the corresponding pair of bit lines BL, and apply it to each control electrode of the corresponding pair of load transistors.

第2図は本発明に係る半導体メモリ回路の原理
構成を示す回路図である。本図において、第1図
と同一の構成要素に同一の参照記号を付して示
す。従つて、本図のLC1およびLC2が本発明の原
理に基づき導入された一対のレベルコンバータで
ある。レベルコンバータLC1およびLC2はそれぞ
れ、ビツトラインBLおよびの論理信号を受信
してレベル変換し、これらをそれぞれロードトラ
ンジスタQ1およびQ2の各制御電極(図ではFET
のゲート)に印加する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the principle structure of a semiconductor memory circuit according to the present invention. In this figure, the same components as in FIG. 1 are indicated with the same reference symbols. Therefore, LC 1 and LC 2 in this figure are a pair of level converters introduced based on the principles of the present invention. Level converters LC 1 and LC 2 receive and level convert logic signals on bit lines BL and LC 2, respectively, and transfer these to respective control electrodes of load transistors Q 1 and Q 2 (FETs in the figure), respectively.
gate).

第2図に示す原理構成を有する回路の動作は次
のとおりである。第1図の説明を再び用いると、
トランジスタQ5側がL、トランジスタQ6側がH
の状態でワードラインWLにより当該メモリセル
MCがアクセスされると、先ずは前記の電流iが
立上る。この電流iが立上る以前はビツトライン
BLの論理レベルは十分にLに引き込まれておら
ずむしろHのレベルにある。このビツトライン
BLのレベルHを、レベルコンバータLC1により
十分にレベル変換して、ロードトランジスタQ1
のゲートに、十分高いHレベルとして印加してい
る。すると、該ロードトランジスタQ1は十分に
オン状態を維持していることになる(gn大)。こ
のオン状態で、先のように、メモリセルMCがア
クセスされれば電流iは急速に立上ることにな
る。そしてこの電流iはトランジスタQ3,Q5
経てアースGNDに引き込まれビツトラインBLの
論理はLに向つて落ち込む。すると今度は、レベ
ルコンバータLC1はこのLに落ち込む論理レベル
を十分にレベル変換することになるから、ロード
トランジスタQ1のゲートは十分低いLレベルが
印加される。このため、ロードトランジスタQ1
は急速にオフになつてしまい、その後このオフ状
態を維持する(gn小)。
The operation of the circuit having the principle configuration shown in FIG. 2 is as follows. Using the explanation of Figure 1 again,
Transistor Q5 side is L, transistor Q6 side is H
The corresponding memory cell is connected by the word line WL in the state of
When MC is accessed, first the current i mentioned above rises. Before this current i rises, the bit line
The logic level of BL is not sufficiently pulled to L, but is rather at H level. This bit line
The level H of BL is sufficiently converted by the level converter LC 1 , and the level is converted to the load transistor Q 1 .
A sufficiently high H level is applied to the gate of. Then, the load transistor Q1 is sufficiently maintained in the on state (g n is large). In this on state, if the memory cell MC is accessed as before, the current i will rise rapidly. Then, this current i is drawn to the earth GND through transistors Q 3 and Q 5 , and the logic of the bit line BL falls toward L. Then, since the level converter LC1 sufficiently converts the logic level that falls to L, a sufficiently low L level is applied to the gate of the load transistor Q1 . For this reason, the load transistor Q 1
turns off rapidly and then remains in this off state (g n small).

かくの如く、ロードトランジスタQ1がメモリ
セルMCのアクセス後急速にオフになることは極
めて有益である。というのは、メモリセルMCが
アクセスされると共に電流iが急速に減少するか
ら、メモリセルMCからみたとき、情報の読出し
動作中、本来のビツトラインの容量負荷のみが存
在し最早、電流負荷(電流iの引込みによる負
荷)は存在しなくなる。これはアクセスタイムの
向上につながり、既述の第2の欠点を排除したこ
とになる。同時に、電流iが急速に減少し且つそ
のままほぼ零を維持するということは、消費電力
の改善につながり、既述の第1の欠点を排除した
ことになる。
Thus, it is extremely beneficial that the load transistor Q1 is turned off quickly after accessing the memory cell MC. This is because as the memory cell MC is accessed, the current i rapidly decreases. From the perspective of the memory cell MC, during the information read operation, only the original capacitive load of the bit line is present, and the current load (current i) is no longer present. The load due to the withdrawal of i) no longer exists. This leads to improved access time and eliminates the second drawback mentioned above. At the same time, the fact that the current i rapidly decreases and remains almost zero leads to an improvement in power consumption and eliminates the first drawback mentioned above.

上述した第2図の原理構成によれば上記gn
変化させるための論理信号を自らの側より得る、
いわゆる自己帰還形となつている。しかしながら
本発明の原理はそのような自己帰還形によつての
み実現されるべきものではない。すなわち、gn
を変化させるための論理信号を相手側より得る、
いわゆる相互帰還形とすることによつても上記原
理の実現は可能である。これは、メモリセルMC
におけるビツトライン対BL,の論理の相補性
に着目したものである。その構成を第3図におい
て明らかにする。
According to the principle configuration shown in FIG. 2 described above, a logic signal for changing the above g n is obtained from the own side.
It is a so-called self-returning type. However, the principles of the invention are not to be realized only by such a self-returning method. That is, g n
Obtain a logical signal from the other side to change the
The above principle can also be realized by using a so-called mutual feedback type. This is the memory cell MC
This paper focuses on the logical complementarity of bit lines versus BL in . Its configuration is clarified in FIG.

第3図は本発明に基づく半導体メモリ回路の実
施例を示す回路図である。本図において、第1図
と同一の構成要素には同一の参照記号を付して示
す。ここにLCおよびが本発明に基づくレベル
コンバータであり、これらのレベルコンバータ
LC,は、レベル反転機能(H→L、L→H)
を有するものであり、これをもつて既述のレベル
コンバータLC1,LC2に代える。このレベル反転
は、上記のビツトライン対の論理の相補性すなわ
ち(BL=H、=L)又は(BL=L、=
H)なる関係を、上記の相互帰還形に適合させる
ために必要である。しかし、基本的な動作原理お
よび効果は、第2図を用いて説明したのと同様で
ある。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a semiconductor memory circuit according to the present invention. In this figure, the same components as in FIG. 1 are indicated with the same reference symbols. Here LC and are level converters based on the present invention, and these level converters
LC, is a level inversion function (H→L, L→H)
, which replaces the level converters LC 1 and LC 2 described above. This level inversion is based on the logical complementarity of the bit line pairs, i.e. (BL=H,=L) or (BL=L,=L).
This is necessary in order to adapt the relationship H) to the above mutual feedback type. However, the basic operating principle and effects are the same as explained using FIG.

最後にレベルコンバータの具体例を掲げてお
く。レベルコンバータLC,は最も単純には共
にインバータで良い。インバータは極めて一般的
であり、FETが2個直列接続されたものである。
その形態は、CMOS回路でも、E
(Enhancement)/D(Depletion)形回路でも構
わない。CMOS回路であれば、ロードトランジ
スタのゲートに対する定常電流がほぼ零となり、
消費電力の点で好ましい。然しE/D形の回路を
使用しても、ロードトランジスタのゲート容量は
ビツトライン容量に比べれば極少であるから、消
費電力が問題となることは殆どない。
Finally, I will give a specific example of a level converter. The level converter LC can most simply be an inverter. Inverters are extremely common and consist of two FETs connected in series.
Its form is E
(Enhancement)/D (Depletion) type circuits may also be used. In a CMOS circuit, the steady current to the gate of the load transistor is almost zero,
This is preferable in terms of power consumption. However, even if an E/D type circuit is used, the gate capacitance of the load transistor is extremely small compared to the bit line capacitance, so power consumption is hardly a problem.

以上説明したように本発明によれば、従来に比
してアクセスタイムおよび消費電力の点で改良さ
れた半導体メモリ回路が実現される。
As described above, according to the present invention, a semiconductor memory circuit that is improved in terms of access time and power consumption compared to the conventional semiconductor memory circuit is realized.

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

第1図は一般的なスタテイツク形半導体メモリ
回路を示す回路図、第2図は本発明に係る半導体
メモリ回路の原理構成を示す回路図、第3図は本
発明に基づく半導体メモリ回路の実施例を示す回
路図である。 MC…メモリセル、BL,…ビツトライン
対、Q1,Q2…ロードトランジスタ対、LC,…
レベルコンバータ、WL…ワードライン。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a general static semiconductor memory circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing the principle configuration of a semiconductor memory circuit according to the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of a semiconductor memory circuit according to the present invention. FIG. MC...Memory cell, BL,...Bit line pair, Q1 , Q2 ...Load transistor pair, LC,...
Level converter, WL...word line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1のビツトラインおよび第2のビツトライ
ンからなる一対のビツトラインと、 該第1および第2のビツトライン間にトランス
フアゲートを介して接続されたスタテイツク形メ
モリセルと、 前記第1のビツトラインと電源との間に直接接
続された第1のロードトランジスタと、 前記第2のビツトラインと該電源との間に直接
接続された第2のロードトランジスタとを含んで
なる半導体メモリ回路において、 前記第1のビツトラインの電位に応答した信号
を前記第2のロードトランジスタの制御電極へ常
時伝達し、前記第1のビツトラインの電位上昇に
伴つて前記第2のロードトランジスタのコンダク
タンスを低下せしめてオフさせる第1の帰還手段
と、 前記第2のビツトラインの電位に応答した信号
を前記第1のロードトランジスタの制御電極へ常
時伝達し、前記第2のビツトラインの電位上昇に
伴つて前記第1のロードトランジスタのコンダク
タンスを低下せしめてオフさせる第2の帰還手段
とを具備することを特徴とする半導体メモリ回
路。
[Scope of Claims] 1: a pair of bit lines consisting of a first bit line and a second bit line; a static type memory cell connected between the first and second bit lines via a transfer gate; A semiconductor memory circuit comprising: a first load transistor directly connected between the bit line and the power supply; and a second load transistor directly connected between the second bit line and the power supply. A signal responsive to the potential of the first bit line is constantly transmitted to the control electrode of the second load transistor, and as the potential of the first bit line increases, the conductance of the second load transistor is reduced and turned off. a first feedback means for constantly transmitting a signal responsive to the potential of the second bit line to a control electrode of the first load transistor, and increasing the potential of the first load transistor as the potential of the second bit line increases; A semiconductor memory circuit comprising: second feedback means for reducing the conductance of a transistor and turning it off.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS52119133A (en) * 1976-03-31 1977-10-06 Toshiba Corp Mos dynamic memory
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