JPH0329196A - Sense amplifier - Google Patents
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- JPH0329196A JPH0329196A JP2119665A JP11966590A JPH0329196A JP H0329196 A JPH0329196 A JP H0329196A JP 2119665 A JP2119665 A JP 2119665A JP 11966590 A JP11966590 A JP 11966590A JP H0329196 A JPH0329196 A JP H0329196A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は集積回路差動センス増幅器に関し、特にCM
OS差動電流増幅器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates to integrated circuit differential sense amplifiers, and more particularly to CM
This invention relates to an OS differential current amplifier.
発明の背景
集積回路における一般的なルールは、より速い動作スピ
ードはより多くの電力を必要とするということである。BACKGROUND OF THE INVENTION A general rule in integrated circuits is that faster operating speed requires more power.
CMOS集積回路においてですらこのことは真である。This is true even in CMOS integrated circuits.
CMOSスタティックRAM集積回路はメモリセルの行
列のマトリックスに典型的に配置される。CMOS static RAM integrated circuits are typically arranged in a matrix of rows and columns of memory cells.
ワードラインは特定の行にアクセスするためにメモリセ
ルの行に沿って広がる。相補的ビットラインの対はワー
ドラインの1つにより選択されるアクセスされたメモリ
セルから情報を読出す(またはそれに情報を書込む)た
めにメモリセルの列に沿って広がる。Word lines extend along a row of memory cells to access a particular row. A pair of complementary bit lines extends along a column of memory cells for reading information from (or writing information to) an accessed memory cell selected by one of the word lines.
CMOSスタティックRAMの1つの型の読出動作にお
いて、高速度動作について、メモリセルの列を接続する
差動的なビットラインの一方は選択されたメモリセルに
より電流源に結合され、他方のビットラインは結合され
ない。どのビットラインが電流源に結合されるかは選択
されたメモリセルに記憶される情報により判断される。In one type of CMOS static RAM read operation, for high speed operation, one of the differential bit lines connecting columns of memory cells is coupled to a current source by the selected memory cell, while the other bit line is coupled to a current source by the selected memory cell. Not combined. Which bit line is coupled to the current source is determined by information stored in the selected memory cell.
高速度動作での問題は、小さい電流で動作し大きい容量
を有するビットラインの比較的小さい信号を生ずること
である。読出動作の間に小さい信号はできるだけ素早く
フルのCMOS論理レベルまで変換されなければならな
い。しかしながらビットラインの信号を感知する高速度
センス増幅器のどんな設計においても電流の単なる増加
が抑制され、なぜなら集積回路における制約されない電
力消費は望ましくないからである。A problem with high speed operation is the production of relatively small signals on bit lines that operate with small currents and have large capacitances. During read operations, small signals must be converted to full CMOS logic levels as quickly as possible. However, in any design of a high speed sense amplifier that senses bit line signals, mere increases in current are discouraged, since unconstrained power dissipation in integrated circuits is undesirable.
この発明は非常に高速度で、しかし比較的低電力でその
型のメモリセルを読出すことができるセンス増幅器を準
備する。The present invention provides a sense amplifier that can read memory cells of that type at very high speeds but with relatively low power.
発明の概要
この発明は1対の相補的ビットラインにより一緒に結合
されるスタティックRAMセルの列を有し、各メモリセ
ルはアクセスされたとき電流源へ前記ビットラインのた
だ1つを結合するMOS集積回路にとりわけ適合される
。前記メモリセルの状態はどのビットラインが結合され
るかを決める。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has a column of static RAM cells coupled together by a pair of complementary bit lines, each memory cell having a MOS transistor that couples only one of said bit lines to a current source when accessed. Particularly adapted to integrated circuits. The state of the memory cell determines which bit lines are coupled.
1対のカスコードトランジスタの各々はそれのソース電
極が前記ビットラインの1つに接続される。Each of a pair of cascode transistors has its source electrode connected to one of the bit lines.
この発明は各カスコードトランジスタのドレイン電極に
接続されるセンス増幅器を準備する。センス増幅器は1
対の電流ミラーを有し、各々は入力および出力端子を有
する。各電流ミラーの入力端子はカスコードトランジス
タの1つのそれぞれのドレイン電極に接続され、出力端
子は入力端子を通る電流に比例する電流を運ぶ。能動負
荷は電流ミラーの両方の出力端子に接続される。能動負
荷は出力端子を通る電流の差に応答する出力ノードを有
する。インバータの入力端子へ接続される出力ノードは
、電流差により電圧が揺れる。このように前記インバー
タ出力端子の状態は前記アクセスされたメモリセルの状
態により決められる。The invention provides a sense amplifier connected to the drain electrode of each cascode transistor. Sense amplifier is 1
It has a pair of current mirrors, each having an input and an output terminal. The input terminal of each current mirror is connected to the respective drain electrode of one of the cascode transistors, and the output terminal carries a current proportional to the current through the input terminal. An active load is connected to both output terminals of the current mirror. The active load has an output node that is responsive to a difference in current through the output terminals. The voltage at the output node connected to the input terminal of the inverter fluctuates due to the current difference. In this way, the state of the inverter output terminal is determined by the state of the accessed memory cell.
特定の実施例の詳細な説明
第1図は高速度で読出され得るスタティックRAMメモ
リセルの型を図解する。スタティックRAMセル10は
2つのパストランジスタ30、31を有し、それは第1
の対の相補的ビットライン72、73に接続される。N
MOSトランジスタ30、31のゲートはワードライン
70へ接続される。2つのトランジスタ30、31はま
た2つの交差結合されたインバータ32、33により表
わされるラッチ39へ接続される。(インバータは相補
形PMOS}ランジスタを含み相補形MOS回路を形成
する。)これらの交差結合されたコンバータ32、33
は2つの安定状態、「1」および「0」論理状態を有し
、したがってより遅いアクセスについて論理状態を記憶
することができる。DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS FIG. 1 illustrates a type of static RAM memory cell that can be read at high speeds. The static RAM cell 10 has two pass transistors 30, 31, which are the first
are connected to a pair of complementary bit lines 72, 73. N
The gates of MOS transistors 30 and 31 are connected to word line 70. The two transistors 30, 31 are also connected to a latch 39 represented by two cross-coupled inverters 32, 33. (The inverter includes complementary PMOS transistors and forms a complementary MOS circuit.) These cross-coupled converters 32 and 33
has two stable states, ``1'' and ``0'' logic states, and thus can store logic states for later accesses.
この情報はワードライン70にハイ信号を置くことによ
りアクセスされ、または「読出され」、それでパストラ
ンジスタ30、31はオンにされ、それでビットライン
72、73はインバータ32、33へ接続される。この
続出サイクルの間ビットラインの一方の電圧はそれのあ
らかじめチャージされた状態でハイにとどまり、他方は
ローになる。This information is accessed or "read" by placing a high signal on word line 70, thus turning on pass transistors 30, 31 and thus connecting bit lines 72, 73 to inverters 32, 33. During this successive cycle, the voltage on one of the bit lines remains high in its precharged state and the other goes low.
この状態はセンス増幅器を1つの状態または別の状態に
設定し、それはビットライン72、73に接続される。This state sets the sense amplifier in one state or another, which is connected to the bit lines 72,73.
同様に、インバータ32、33の論理状態を設定するた
めに、2つのパストランジスタ30131はワードライ
ン70の信号によりオンにされる。Similarly, to set the logic state of inverters 32, 33, two pass transistors 30131 are turned on by a signal on word line 70.
ビットライン72、73の一方の電圧はハイに設定され
、他方はローに設定され、メモリセルを駆動し、または
それに「書込む」。インバータ32、33により形成さ
れるラッチ39はその論理状態に設定される。The voltage on one of the bit lines 72, 73 is set high and the other low to drive or "write" the memory cell. Latch 39 formed by inverters 32, 33 is set to its logic state.
4つの付加的なトランジスタ34、35、36、および
37は第2の組のビットライン74、75によりメモリ
セルの、より速い読出動作を許す。The four additional transistors 34, 35, 36 and 37 allow faster read operation of the memory cells by the second set of bit lines 74, 75.
NMOSトランジスタ34、36は直列に接続され、ト
ランジスタ36のソース電極は接地に接続され、トラン
ジスタ34のドレイン電極はビットライン74へ接続さ
れる。トランジスタ36のゲ−4電極はメモリセルのラ
ッチ39、すなわちインバータ32の出力端子および第
2のインバータ33の入力端子へ接続される。トランジ
スタ34のゲート電極は第2のワードライン71へ接続
される。NMOS transistors 34, 36 are connected in series, with the source electrode of transistor 36 connected to ground and the drain electrode of transistor 34 connected to bit line 74. The gate 4 electrode of the transistor 36 is connected to the latch 39 of the memory cell, ie the output terminal of the inverter 32 and the input terminal of the second inverter 33. The gate electrode of transistor 34 is connected to second word line 71 .
同様にNMOS}ランジスタ35、37は直列に接続さ
れ、トランジスタ37のソース電極は接地に接続され、
トランジスタ35のドレイン電極は第2のビットライン
75に接続される。トランジスタ37のゲート電極はメ
モリセルのラッチ39、すなわちインバータ33の出力
端子および第2のインバータ32の入力端子へ接続され
る。トランジスタ35のゲート電極は第2のワードライ
ン7lへ接続される。Similarly, NMOS} transistors 35 and 37 are connected in series, and the source electrode of transistor 37 is connected to ground.
The drain electrode of transistor 35 is connected to second bit line 75 . The gate electrode of the transistor 37 is connected to the latch 39 of the memory cell, ie the output terminal of the inverter 33 and the input terminal of the second inverter 32 . The gate electrode of transistor 35 is connected to second word line 7l.
高速度読出動作はワードライン71の信号によりトラン
ジスタ34、35をオンにすることにより行なわれる。High speed read operations are performed by turning on transistors 34 and 35 with a signal on word line 71.
2つのビットライン74、75はそのときそれぞれトラ
ンジスタ36、37に接続され、それはまた相補的な態
様で「オン」または「オフ」である。2つのトランジス
タの状態はメモリセルのラッチ39に記憶される情報に
よる。The two bit lines 74, 75 are then connected to transistors 36, 37, respectively, which are also "on" or "off" in a complementary manner. The state of the two transistors depends on the information stored in the latch 39 of the memory cell.
もしトランジスタ35がオンであれば、それならビット
ライン74は接地に接続され、トランジスタ37はオフ
であり、それで相補的ビットライン75は接地に接続さ
れない。もしトランジスタ37がオンであるなら、それ
ならビットライン75は代わりに接地に接続される。こ
の態様でビットライン74、75はメモリセルの状態へ
の、より速いアクセスを準備する。If transistor 35 is on, then bit line 74 is connected to ground and transistor 37 is off, so complementary bit line 75 is not connected to ground. If transistor 37 is on, then bit line 75 is instead connected to ground. In this manner, bit lines 74, 75 provide faster access to the state of the memory cells.
第2A図はメモリセルおよびビットライン74、75の
一般化された図である。それらのビットラインに関して
、第1図のメモリセルは一対の電流源82、83に思わ
れ、それの1つはそれのそれぞれのビットライン74、
75に接続されるとき電流Ist!N!11!を引く。FIG. 2A is a generalized diagram of memory cells and bit lines 74, 75. With respect to their bit lines, the memory cell of FIG.
When connected to 75, the current Ist! N! 11! pull.
電流tX82(トランジスタ34、36を含む)はビッ
トライン74へ結合され、電流源83(トランジスタ3
5、37)はビットライン75へ結合される。このよう
に、ワードライン7lの信号およびラッチ39に記憶さ
れる情報は電流源82、83の1つがオンに切替えられ
るか、どちらのものかを決める。Current tX82 (including transistors 34, 36) is coupled to bit line 74 and current source 83 (including transistors 3
5, 37) are coupled to bit line 75. Thus, the signal on word line 7l and the information stored in latch 39 determine which one of current sources 82, 83 is switched on.
第3図はこの発明を図解する。この発明はメモリセルの
高速度読出動作に関係するので、第3図はビットライン
72、73およびメモリセルの、より遅い続出および書
込み動作に関係する回路を図示しないが、そのようなビ
ットライン72、73および関連した回路は完威した集
積回路装置に存在するということが当業者により理解さ
れるであろう。FIG. 3 illustrates the invention. Since the present invention pertains to high speed read operations of memory cells, FIG. , 73 and related circuitry will be understood by those skilled in the art to reside in a fully integrated circuit device.
集積回路メモリ素子に典型的なように、メモリセル10
は格子状アレイで複製される。多数のメモリセルがビッ
トライン74、75間に縦に配列され、各メモリセルは
ビットラインに接続される。As typical of integrated circuit memory devices, memory cell 10
are replicated in a grid array. A number of memory cells are arranged vertically between bit lines 74, 75, with each memory cell connected to a bit line.
メモリセルの列はRAMコア85により表わされる。ビ
ットライン74の一方の端部はMOSトランジスタ42
により表わされる小さい電流源へ接続され、ビットライ
ンの他方の端部はNMOSトランジスタ40のソース電
極に接続される。相補的ビットライン75は同様に、ト
ランジスタ43により表わされる小さい電流源へ一方の
端部で接続され、NMOSトランジスタ41のソース電
極へ他方の端部で接続される。A column of memory cells is represented by a RAM core 85. One end of the bit line 74 is connected to the MOS transistor 42.
The other end of the bit line is connected to the source electrode of NMOS transistor 40. Complementary bit line 75 is similarly connected at one end to a small current source represented by transistor 43 and at the other end to the source electrode of NMOS transistor 41.
2つのNMOS}ランジスタ40、41はカスコードト
ランジスタとして機能し、ビットライン74、75の各
々に関連した大きい容量をトランジスタ40、4lのド
レイン電極に結合された検出回路と関連したずっと小さ
い容量から分離する。The two NMOS transistors 40, 41 function as cascode transistors, separating the large capacitance associated with each of the bit lines 74, 75 from the much smaller capacitance associated with the sensing circuitry coupled to the drain electrodes of transistors 40, 4l. .
そのような分離なしでは、コア85の中のメモリセルの
1つの読出動作は、ずっと遅くなり扱いにくくなる。Without such isolation, a read operation of one of the memory cells in core 85 would be much slower and cumbersome.
トランジスタ40、41のゲート電極は基準電圧VR,
,に保たれ、それは理想的にはたとえばVcc/2のよ
うに、電源電圧Vccからのいくらかの間隔であるべき
である。このことは検出回路の設計におけるいくらかの
自由度を許す。キャパシタ89はまたトランジスタ40
、41のゲート電極に接続され、接地における電源電圧
のトランジエントからvRI!Fを守る。The gate electrodes of the transistors 40 and 41 are connected to the reference voltage VR,
, which ideally should be some distance from the supply voltage Vcc, such as Vcc/2. This allows some freedom in the design of the detection circuit. Capacitor 89 is also connected to transistor 40
, 41 and from the power supply voltage transient at ground vRI! Protect F.
電源電圧のいくらかの部分にゲート電極を単に結ぶこと
よりもよいアプローチが、「電流調整器、しきい値電圧
ゼネレータ」と題された、その譲受人によりこの出願と
同じ日に出願された米国特許出願で開示される。この出
願の発明者の1人、ウィリアム・シー●プランツ(Wi
lliam C, Plants )は第2の出願の
発明者であり、それはここに引用により援用される。A better approach than simply tying the gate electrode to some fraction of the supply voltage is described in a U.S. patent filed on the same day as this application by its assignee entitled "Current Regulator, Threshold Voltage Generator." Disclosed in the application. One of the inventors of this application, William See Plants (Wi.
lliam C., Plants) is the inventor of the second application, which is hereby incorporated by reference.
さらにトランジスタ40、41がより速く動作するのを
可能にするために、小さい電流がたえずトランジスタを
通過し、それでソースゲート電圧スイングはコア85の
中のメモリセルが読出されるとき低減される。第2A図
はトランジスタ42、43をそれぞれ電流源80、81
として図解する。Additionally, to allow transistors 40, 41 to operate faster, a small current is constantly passed through the transistors so that the source-gate voltage swing is reduced when memory cells in core 85 are read. FIG. 2A shows transistors 42 and 43 connected to current sources 80 and 81, respectively.
Illustrated as.
第2B図に図示されるように、カスコードトランジスタ
40、41の各々の動作は小さい電源電圧!。.により
変位される。カスコードトランジスタ40、41を通る
電流を増加することにより、トランジスタは飽和領域の
、より急峻な部分で動作し、それでV。Sにおけるスイ
ングは低減される。As illustrated in FIG. 2B, each of the cascode transistors 40, 41 operates at a small supply voltage! . .. is displaced by By increasing the current through the cascode transistors 40, 41, the transistors operate in a steeper part of the saturation region, so that V. The swing at S is reduced.
第4図はトランジスタ42、43のゲート電極Vcsの
電圧を発生するのに使用される回路の回路図である。N
MO3}ランジスタ87および抵抗器86は電源電圧(
Vccは典型的に+5ボルトである)と接地との間に接
続される。トランジスタ87はダイオード構成にあり、
したがってそれのゲート電極はそれのドレイン電極に結
ばれる。FIG. 4 is a circuit diagram of the circuit used to generate the voltage on the gate electrodes Vcs of transistors 42, 43. N
MO3} The transistor 87 and the resistor 86 are connected to the power supply voltage (
Vcc is typically +5 volts) and ground. Transistor 87 is in a diode configuration;
Its gate electrode is therefore tied to its drain electrode.
ソース電極は接地に結合される。抵抗器86の値は何百
キロオームであり、それで小さい電流(実際にIcs)
が抵抗器およびトランジスタを流れる。トランジスタ4
2、43のゲート電極はトランジスタ87のゲート電極
に接続され、それでトランジスタ42、43はトランジ
スタ87を通って流れる電流の電流ミラーとして機能す
る。キャパシタ88は接地電圧における変動に対するク
ッションとして機能する。The source electrode is coupled to ground. The value of resistor 86 is hundreds of kilohms, so the small current (actually Ics)
flows through the resistor and transistor. transistor 4
The gate electrodes of transistors 2 and 43 are connected to the gate electrode of transistor 87 so that transistors 42 and 43 act as current mirrors for the current flowing through transistor 87. Capacitor 88 acts as a cushion against variations in ground voltage.
この発明はコア80の中のメモリセルが読出されるとき
、ビットライン74、75を通る、電圧よりもむしろ電
流における変化を使用する。このことはずっと速い動作
を備える。The present invention uses changes in current, rather than voltage, through bit lines 74, 75 when memory cells in core 80 are read. This provides much faster operation.
この発明のセンス増幅器はトランジスタ40、41のド
レイン電極の各々に接続される電流ミラーを有する。カ
スコードトランジスタ40のドレイン電極はダイオード
接続されたPMOS}ランジスタ46へドレイン電極に
接続され、それは動作するときビットラインに電流1c
sまたは1sC”l91!N!JEを与える。1.2−
ミクロンCMOS技術において実施される記述された回
路の1つの実施例において、Icsは8ないし20マイ
クロアンペアであり、■seNsFLは150ないし3
00マイクロアンペアである。The sense amplifier of the present invention has a current mirror connected to each of the drain electrodes of transistors 40,41. The drain electrode of the cascode transistor 40 is connected to the drain electrode of a diode-connected PMOS transistor 46, which when operated draws a current of 1c to the bit line.
Give s or 1sC”l91!N!JE. 1.2-
In one embodiment of the described circuit implemented in micron CMOS technology, Ics is 8 to 20 microamps and ■seNsFL is 150 to 3
00 microamps.
トランジスタ46のソース電極はVcc電源に接続され
る。第2のPMOSトランジスタ48はそれのソース電
極がVccに接続され、それのゲート電極はトランジス
タ46のゲート電極に接続される。3のファクターで拡
大されたトランジスタ48はトランジスタ46を通る電
流を増幅する。The source electrode of transistor 46 is connected to the Vcc power supply. A second PMOS transistor 48 has its source electrode connected to Vcc and its gate electrode connected to the gate electrode of transistor 46. Transistor 48, scaled by a factor of three, amplifies the current through transistor 46.
このようにトランジスタ48のドレイン電極を通る電流
はトランジスタ46のドレイン電極を通る電流の3倍で
ある。Thus, the current through the drain electrode of transistor 48 is three times the current through the drain electrode of transistor 46.
同様にPMOSトランジスタ47、49はビットライン
75に結合するカスコードトランジスタ41のドレイン
電極に接続される。Similarly, PMOS transistors 47 and 49 are connected to the drain electrode of cascode transistor 41 which is coupled to bit line 75.
PMOSトランジスタ48のドレイン電極は、それのソ
ース電極が接地に接続されるダイオード接続されたNM
OS}ランジスタ60のドレイン電極およびゲート電極
に接続される。PMOSトランジスタ49のドレイン電
極は、またそれのソース電極が接地に接続されるNMO
S}ランジスタ61のドレイン電極に接続される。2つ
のトランジスタ60、6■は同じ大きさである。それら
のゲート電極は一緒に接続され、それでN M O S
トランジスタ61はトランジスタ60と同じくらいの電
流を伝導しようとする。The drain electrode of PMOS transistor 48 is a diode-connected NM whose source electrode is connected to ground.
OS} connected to the drain electrode and gate electrode of the transistor 60. The drain electrode of the PMOS transistor 49 is also an NMOS transistor whose source electrode is connected to ground.
S} connected to the drain electrode of the transistor 61. The two transistors 60, 6■ have the same size. Their gate electrodes are connected together so that NMOS
Transistor 61 attempts to conduct as much current as transistor 60.
動作的に2つのトランジスタ60、6lは能動負荷とし
て機能する電流ミラーを形或する。2つのトランジスタ
49、61を通る電流間の不整合は出力ノード63にお
ける電圧スイングの結果となる。たとえばもしトランジ
スタ48および60がより大きい電流(IcS+Isg
NsF.の3倍)を運ぶとするならば、トランジスタ6
1は従おうとする。しかしながら、トランジスタ49は
ずっと小さい電流(Icsの3倍)をトランジスタ6l
へ与えている。このようにトランジスタ61のドレイン
電極およびドレイン電極49により形成されるノード6
3と関連した容量は、トランジスタ61に電流を供給し
なければならない。ノード電圧は、ノードが非常に接地
近くでトランジスタ61が線形モードになるまで、急速
に落ちる。Operationally, the two transistors 60, 6l form a current mirror that functions as an active load. A mismatch between the currents through the two transistors 49, 61 results in a voltage swing at the output node 63. For example, if transistors 48 and 60 carry a larger current (IcS+Isg
NsF. 3 times), transistor 6
1 tries to follow. However, transistor 49 carries a much smaller current (3 times Ics) to transistor 6l.
giving to In this way, the node 6 formed by the drain electrode of the transistor 61 and the drain electrode 49
The capacitance associated with 3 must supply current to transistor 61. The node voltage drops rapidly until the node is very close to ground and transistor 61 is in linear mode.
他方、もしトランジスタ49がより大きい電流を伝導し
、トランジスタ48がより小さい電流を伝導しているな
らば、トランジスタ60に従おうとしているトランジス
タ61は大きい電流を受け入れることができない。した
がってノード容量は充電され、ノード電圧はVcc近く
までハイになる。その後トランジスタ49は線形モード
に入り、トランジスタ47を通る電流をトラックするの
をやめる。On the other hand, if transistor 49 is conducting a larger current and transistor 48 is conducting a smaller current, transistor 61, which is trying to follow transistor 60, cannot accept the larger current. Therefore, the node capacitance is charged and the node voltage becomes high near Vcc. Transistor 49 then enters linear mode and ceases tracking the current through transistor 47.
インバータ64の入力端子はトランジスタ49および6
1のドレイン電極により形成されるノード63に接続さ
れる。ノード63の電圧は接地近くからVcc近くまで
スイングし得るが、スルーレートは所望より遅いかもし
れない。インバータ64はノード63の電圧スイングを
フルのCMOS論理レベルに翻訳し、同時にノード63
をインバータ64の出力ノードに関連したどんな付加的
な容量からも分離する。このように検出動作の完了は加
速される。Input terminals of inverter 64 are connected to transistors 49 and 6.
It is connected to a node 63 formed by one drain electrode. The voltage at node 63 may swing from near ground to near Vcc, but the slew rate may be slower than desired. Inverter 64 translates the voltage swing at node 63 to a full CMOS logic level while simultaneously
from any additional capacitance associated with the output node of inverter 64. In this way the completion of the detection operation is accelerated.
この発明のさらに他の局面は、典型的にスタティックR
AMはレイアウトされることであり、それでメモリセル
の数個の列はお互いに隣で横にレイアウトされる。上に
説明されたように、縦のビットラインの対は各列と関連
する。またコラムを横切る横のワードラインがあり、列
の中のメモリセルにアクセスし、それでワードラインの
信号は異なった列の中のメモリセルにアクセスする。Yet another aspect of the invention is that the typically static R
AM is to be laid out, so several columns of memory cells are laid out side by side next to each other. As explained above, a pair of vertical bit lines is associated with each column. There are also horizontal word lines that cross the columns and access memory cells in a column, so that word line signals access memory cells in different columns.
従来負荷素子はビットラインの電流の経路に位置し、各
ビットライン対について作動的な出力電圧を発生する。Conventionally, a load element is placed in the bit line current path and produces an operative output voltage for each bit line pair.
バストランジスタはビットライン対の各ラインと関連し
た電圧出力ノードに位置する。パストランジスタはある
出力センス回路に並列に接続される。マルチプレクサ制
御器は一度にただ1対のパストランジスタを選択し、そ
れで1つの列だけが一度でアクセスされる。このように
列の中の1つのメモリセルだけが一度にアクセスされる
。A bus transistor is located at a voltage output node associated with each line of the bit line pair. The pass transistor is connected in parallel to some output sense circuit. The multiplexer controller selects only one pair of pass transistors at a time, so only one column is accessed at a time. In this way only one memory cell in a column is accessed at a time.
この型の配置での問題は、信号がそれらを通って伝播す
るのに必要な時間のため、パストランジスタは検出時間
に遅延を追加するということである。このように多重化
配置はスタティックRAM動作を遅くする。The problem with this type of arrangement is that the pass transistors add delay to the detection time due to the time required for the signal to propagate through them. This multiplexing arrangement slows down static RAM operation.
この発明はまた多重化動作を有し、それでメモリセルの
1つの列だけが1度にアクセスされる。The invention also has multiplexing operation, so only one column of memory cells is accessed at a time.
しかしながら、電流は電圧の代りに使用されるので、読
出動作は従来の多重化技術でよりもずっと速い。However, because current is used instead of voltage, the read operation is much faster than with conventional multiplexing techniques.
第3図はRAMコア85により表わされるメモリセルの
4つの列を図示し、それは能動負荷トランジスタ60,
61およびインバータ64に接続される。各ビットライ
ン対74、75と関連した各PMOSトランジスタ46
、47のゲート電極に接続されるのは、PMOSトラン
ジスタ44、45であり、それは電流スイッチとして機
能する。FIG. 3 illustrates four columns of memory cells represented by RAM core 85, which are active load transistors 60,
61 and an inverter 64. Each PMOS transistor 46 associated with each bit line pair 74, 75
, 47 are PMOS transistors 44, 45, which function as current switches.
オンにされるとき、これらのトランジスタ44、45は
トランジスタ46、47から電流を盗み、それでこれら
のトランジスタ46、47は電流を伝導しない。各トラ
ンジスタ44、45のゲート電極はマルチプレクサ制御
(図示されない)に接続される。メモリセルの特定の列
が選択されないとき、マルチプレクサからの出力信号は
その対のトランジスタ44、45をオンにする。このよ
うにトランジスタ46および47は非導電性であり、ト
ランジスタ48および49もそうである。列が選択され
るとき、トランジスタ44、45はマルチプレクサ制御
によりオフにされる。PMOS46および47は動作的
になり、得られた電流ミラートランジスタ48、49も
また動作的である。When turned on, these transistors 44, 45 steal current from transistors 46, 47, so these transistors 46, 47 do not conduct current. The gate electrode of each transistor 44, 45 is connected to a multiplexer control (not shown). When a particular column of memory cells is not selected, the output signal from the multiplexer turns on transistors 44, 45 of that pair. Transistors 46 and 47 are thus non-conductive, as are transistors 48 and 49. When a column is selected, transistors 44, 45 are turned off by multiplexer control. PMOSs 46 and 47 are now active and the resulting current mirror transistors 48, 49 are also active.
選択された列はノード63の電圧に影響する。The selected column affects the voltage at node 63.
このようにこの技術は電圧検出より本質的に速い。トラ
ンジスタ44、45は、メモリセルの中のトランジスタ
34、35のターンオンと同時にオンになりオフになる
。このようにマルチプレクサ選択はコアメモリセルと並
列に行なわれる。検出経路と直列にいかなる付加的な遅
延も追加されない。This technique is thus inherently faster than voltage sensing. Transistors 44 and 45 are turned on and turned off at the same time as transistors 34 and 35 in the memory cell are turned on. Multiplexer selection is thus performed in parallel with the core memory cells. No additional delay is added in series with the detection path.
上記の説明はこの発明の好ましい実施例の十分な完全な
開示を提供するが、種々の修正、代替の構成、および均
等物がこの発明の真の範囲および精神から逸脱すること
なく使用されてもよい。たとえばこの発明の回路はCM
OSよりもむしろBicMOs技術で設計されてもよい
。したがって、この発明は前掲の特許請求の範囲の限界
によってのみ制限されるべきである。Although the above description provides a full and complete disclosure of the preferred embodiments of this invention, various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used without departing from the true scope and spirit of this invention. good. For example, the circuit of this invention is CM
It may be designed with BicMOs technology rather than an OS. Accordingly, the invention should be limited only by the limits of the claims appended hereto.
第1図はこの発明が適合される高速度スタティックRA
Mセルの1つの型の回路図である。
第2A図は第1図のスタティックRAMセルの一般化さ
れた回路図である。第2B図は1対のビットラインに接
続され、それはまた第1図のメモリセルに接続されるカ
スコードトランジスタの動第3図はこの発明の回路図で
ある。
第4図はこの発明において使用される基準電圧ゼネレー
夕の回路図である。
図において10はスタティックRAMセルであり、30
、31はパストランジスタであり、39はラッチであり
、86は抵抗器であり、87はNMOSトランジスタで
あり、88はキャパシタであり、63は出力ノードであ
り、64はインバータである。Figure 1 shows a high-speed static RA to which this invention is applied.
FIG. 2 is a circuit diagram of one type of M cell. FIG. 2A is a generalized circuit diagram of the static RAM cell of FIG. FIG. 2B is a circuit diagram of a cascode transistor connected to a pair of bit lines, which is also connected to the memory cell of FIG. 1. FIG. 3 is a circuit diagram of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a reference voltage generator used in the present invention. In the figure, 10 is a static RAM cell, and 30
, 31 is a pass transistor, 39 is a latch, 86 is a resistor, 87 is an NMOS transistor, 88 is a capacitor, 63 is an output node, and 64 is an inverter.
Claims (6)
るスタティックRAMセルの列を有するMOS集積回路
において、各メモリセルはアクセスされたとき前記ビッ
トラインのただ1つを電流源に結合し、前記メモリセル
の状態はどのビットラインが結合されるかを決め、一対
のカスコードトランジスタは第1のおよび第2のソース
/ドレイン電極およびゲート電極を有し、前記第1のソ
ース/ドレイン電極は前記ビットラインの一方に接続さ
れ、センス増幅器は各カスコードトランジスタの前記第
2のソース/ドレイン電極に接続され、 入力および出力端子を有する一対の電流ミラーを含み、
各電流ミラーの前記入力端子は前記カスコードトランジ
スタのそれぞれのソース/ドレイン電極に接続され、前
記出力端子は前記入力端子を通る電流に比例する電流を
運び、さらに 電流ミラーの前記対の両方の出力端子に接続される能動
負荷を含み、前記能動負荷は前記出力端子を通る電流の
差に応答する出力ノードを有し、さらに 入力端子および出力端子を有するインバータを含み、前
記入力端子は前記出力ノードに接続され、それによって
前記インバータ出力端子の状態は前記アクセスされたメ
モリセルの状態により決められるセンス増幅器。(1) In a MOS integrated circuit having a column of static RAM cells coupled together by a pair of complementary bit lines, each memory cell, when accessed, couples only one of said bit lines to a current source; The state of the memory cell determines which bit line is coupled, a pair of cascode transistors having first and second source/drain electrodes and a gate electrode, the first source/drain electrode coupled to the bit line. a sense amplifier connected to the second source/drain electrode of each cascode transistor and including a pair of current mirrors having input and output terminals;
The input terminal of each current mirror is connected to a respective source/drain electrode of the cascode transistor, the output terminal carries a current proportional to the current through the input terminal, and both output terminals of the pair of current mirrors an active load connected to the output node, the active load having an output node responsive to a difference in current through the output terminal, and an inverter having an input terminal and an output terminal, the input terminal being connected to the output node. a sense amplifier connected so that the state of the inverter output terminal is determined by the state of the accessed memory cell.
電極を有するダイオード構成の第1のトランジスタを含
み、前記第1のソース/ドレイン電極は前記電流ミラー
出力端子の一つに接続され、さらに 第1のおよび第2のソース/ドレイン電極およびゲート
電極を有する第2のトランジスタを含み、前記ゲート電
極は前記第1のトランジスタの前記ゲート電極に接続さ
れ、前記第1のソース/ドレイン電極は前記電流ミラー
出力端子の他方に接続されかつ前記出力ノードを形成す
る、請求項1に記載のセンス増幅器。(2) the active load includes a first transistor in a diode configuration having first and second source/drain electrodes and a gate electrode, the first source/drain electrode being one of the current mirror output terminals; a second transistor connected to the first transistor and further having first and second source/drain electrodes and a gate electrode, the gate electrode connected to the gate electrode of the first transistor; 2. The sense amplifier of claim 1, wherein a source/drain electrode is connected to the other of the current mirror output terminals and forms the output node.
のトランジスタが第1の極性のトランジスタであり前記
電流ミラーは第2の極性のトランジスタを含む、請求項
2に記載のセンス増幅器。(3) the cascode transistors, first and second
3. The sense amplifier of claim 2, wherein the transistors are of a first polarity and the current mirror includes transistors of a second polarity.
ジスタでありかつ前記第2の極性のトランジスタがPM
OSトランジスタである、請求項3に記載のセンス増幅
器。(4) The first polarity transistor is an NMOS transistor, and the second polarity transistor is a PM transistor.
4. The sense amplifier of claim 3, which is an OS transistor.
流ミラー出力端子を通る電流におけるゲインについて所
定のファクタにより増幅される、請求項1に記載のセン
ス増幅器。5. The sense amplifier of claim 1, wherein the current through the current mirror input terminal is amplified by a predetermined factor for the gain in the current through the current mirror output terminal.
ルを有するMOS集積回路であって、各メモリセルはア
クセスされる行にあり、スタティックRAMセルの各列
は一対の相補的ビットラインにより一緒に結合され、 各メモリセルはアクセスされたとき前記ビットラインの
1つだけを電流源に結合し、前記メモリセルの状態はど
のビットラインが結合されるかを決め、 一対のカスコードトランジスタは第1のおよび第2のソ
ース/ドレイン電極およびゲート電極を有し、前記第1
のソース/ドレイン電極は前記ビットラインの1つに接
続され、 1対の電流ミラーは入力および出力端子を有し、各電流
ミラーの前記入力端子は前記カスコードトランジスタの
それぞれのソース/ドレイン電極に接続され、前記出力
端子は前記入力端子を通る電流に比例した電流を運び、 能動負荷は電流ミラーの前記対の両方の出力端子に接続
され、前記能動負荷は前記出力端子を通る電流の差に応
答する出力ノードを有し、 インバータは入力端子および出力端子を有し、前記入力
端子は前記出力ノードに接続され、それによって前記イ
ンバータ出力端子の状態は前記アクセスされたメモリセ
ルの状態により決められるMOS集積回路。(6) A MOS integrated circuit having a plurality of static RAM cells arranged in rows and columns, each memory cell in a row to be accessed, and each column of static RAM cells held together by a pair of complementary bit lines. coupled, each memory cell couples only one of said bit lines to a current source when accessed, the state of said memory cell determines which bit line is coupled, and a pair of cascode transistors couples one of said bit lines to a current source; and a second source/drain electrode and a gate electrode;
a source/drain electrode of the current mirror is connected to one of the bit lines, a pair of current mirrors have input and output terminals, and the input terminal of each current mirror is connected to a respective source/drain electrode of the cascode transistor. the output terminal carries a current proportional to the current through the input terminal, and an active load is connected to both output terminals of the pair of current mirrors, the active load responsive to a difference in current through the output terminal. an inverter having an input terminal and an output terminal, the input terminal being connected to the output node such that the state of the inverter output terminal is determined by the state of the accessed memory cell. integrated circuit.
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