DE1959956A1

DE1959956A1 - Elektrischer Speicherkreis

Info

Publication number: DE1959956A1
Application number: DE19691959956
Authority: DE
Inventors: Polkinghorn Robert William
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1969-01-07
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-10-01
Also published as: DE1959956B2; GB1243588A; FR2027841A1; JPS4912777B1; NL6915344A; US3581292A; DE1959956C3

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN

PATK NTANW ALTE

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 9Π087 ' ^ ° ^ ^ ^ ^w

North American Rockwell Corp., El Segundo, Californien/USA

Elektrischer Speicherkreis

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Speicherkreis, insbesondere einen solchen, bei welchem ein Kondensatorspeicherelement zur Speicherung der eingeschriebenen Information und für die Spannungsverstärkung im Lesekanal verwendet wird.

Es ist bekannt, daß MOS-Elemente einen verhältnismäßig hohen Schwellspannungsabfall von 3 bis 6 V aufweisen. Hieraus

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folgt, daß für eine hohe Ausgangsspannung eine verhältnismäßig hohe Spannung an den Elektroden von MOS-Elementen erforderlich ist. MOS-Elemente können als Widerstände in ein Spannungsteilernetz geschaltet werden, um dieses Problem zu überwinden. Bei Vergleichskreisen ist jedoch oft die Verwendung von MOS-Elementen mit verschiedenen geometrischen Abmessungen erforderlich. Weiter wird eine verhältnismäßig große Menge Energie verbraucht. Der Energieverbrauch steigt auch dann, wenn es nötig ist, Kondensatoren während einer Leseperiode zu laden und zu entladen, um die gespeicherte Information zu erhalten.

Es wäre wünschenswert, wenn MOS-Elemente in einem Kreis miteinander verbunden werden könnten, in welchem verhältnismäßig wenige MOS-Elemente geringer Größe erforderlich sind und in einer Ausführungsform, in welcher der Schwellspannungsabfall der Elemente überwunden werden kann.

Ziel der Erfindung ist es, einen MOS-Speicherkreis zu schaffen, bei welchem keine Begrenzung infolge der Schwellspannung der einzelnen MOS-Elemente auftreten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektrische Speicherkreis einen Kondensator enthält, der im wesentlichen keine Nutzkapazität aufweist und eine erste Einrichtung zum bedingungsweisen Laden des Kondensators während eines ersten Intervalls auf eine erste diskrete Spannungshöhe sowie eine zweite Einrichtung enthält, die auf die gleichen Bedingungen zur Änderung der Spannungshöhe des Kondensators

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während eines folgenden Intervalls anspricht, wobei die zweite Einrichtung so geschaltet ist, daß sie auf die geänderte Spannungshöhe anspricht.

Die Erfindung umfaßt einen MOS-Speicherkreis, welcher Einrichtungen zum Laden zweier Kondensatoren auf ein einen logischen Zustand darstellendes Potential über Elemente, die eine Adressen- I matrix bilden, während der Schreibperiode eines Lese/Schreibzyklus, enthält. Der erste Kondensator ist zwischen der Steuerelektrode und der Ausgangselektrode eines MOS-Elementes so angeordnet, daß das Element als Punktion der gespeicherten Ladung eingeschaltet wird.

In einer AusfUhrungsform ist ein Rückstellkreis vorgesehen, um die Eigenkapazitäten der Adressenmatrix während des Speicherzyklus auf Erde zu entladen und das Auftreten von Auslesefehlern zu verhindern.

Das MOS-Element wird eingeschaltet, um seine Ausgangselektrode auf die Spannungshöhe eines Lesetaktsignals auf sei- | ner Eingangselektrode abzüglich der Schwellspannung des Elements zu bringen. Die Spannung wird jedoch über den Kondensator auf die Steuerelektrode zurückgeführt, um die Ausgangsspannung zu vergrößern, bis der Schwellspannungsabfall überwunden ist. Die Ausgangsspannung ist größer als das ursprünglich vom ersten Kondensator gespeicherte Potential.

Der zweite Kondensator wird auf den Spannungswert des Lesetaktsignals aufgeladen. Die Spannung auf der Ausgangselektrode stellt den gespeicherten logischen Zustand dar. Wenn eine

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logische Null gespeichert wurde, weist der Ausgang Erdpotential auf.

Während ein anderer Speicherkreis während des folgenden Zyklus adressiert wird, ergänzt die Ladung auf dem zweiten Kondensator die durch Verluste verringerte Ladung des vorher iso- £' ■ lierten ersten Kondensators.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Pig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 Steuersignale, wie sie in den Ausführungsformen nach Pig. I und 3 verwendet werden,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung. ■ ·

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines MOS-Speicherkrei=' P ses 1, welcher einen Teil eines teilweise gezeigten Spelchersysfcaras 2 enthält. Durch die MOS -Elemente 3 und 4 einer Mx-essenmatrix 20, die nicht vollständig gezeigt ist, können der SpeicheÄreis 1 und der Speicherkreis 5* der in Blockform dargestellt ist,, adres= siert werden. Ein praktisch ausgeführtes System würde eine YIeI= zahl solcher Speicherkreise und eine Vielzahl von MOS-Elementen enthalten, welche einen Teil der -Adressenmatrix 20 zwischen je= dem Speicherkreis und nicht gezeigten Eingangs/Ausgangsklemmen bilden.

.Ein diskreter Kondensator 6 ist mit der,.Eingangs/Ausgangs». leitung 8 des Speieherkreises 1 über ein MOS-Element Q zum

Schreiben verbunden. Die andere Seite des Kondensators 6 ist niit der Eingangs/Ausgangsleitung 8 über ein MOS-Element 12 zum Lesen/Rückstellen verbunden und wird bedingungsweise auf eine diskrete Spannungshöhe als Punktion der Spannung auf der Eingangs/ Ausgangsleitung aufgeladen. Ein Kondensator 7 liegt unmittelbar zwischen Erde und der Eingangs/Ausgangsleitung. Ein gestrichelt gezeichneter Kondensator 10 wird verwendet, um die Eigenkapazität entlang der Eingangs/Ausgangsleitung 26 der Adressenmatrix 20, wie etwa die Elektrodenkapazität der MOS-Elemente j5 und 4 und ähnlicher Elemente, die eingeschaltet sind, wenn Information in den adressierten Speicherkreis eingeschrieben wird, darzustellen. Ein im Verhältnis zum Kondensator 6 kleiner, gestrichelt gezeichneter Kondensator 11 soll die Steukapazität des Speicherkreises 1 gegen Erde darstellen.

Ein MOS-Element 1J> zum Lesen ist mit der gemeinsamen Verbindung des Kondensators 6 und des MOS-Elements 12 zum Lesen/ Rückstellen verbunden. Die Eingangselektrode l4 des MOS-Elements 15 ist mit einem Schreibtaktgeber 17 verbunden. Der Schreibtaktgeber erzeugt bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ein Signal mit einem periodisch wiederkehrenden Intervall oder einer negativen Spannungshöhe, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Kondensator 6 ist mit der Ausgangselektrode 15 und der Steuerelektrode l6 des MOS-Elements 13 so verbunden, daß ein an der Eingangselektrode erscheinendes Lesesignal beim eingeschalteten MOS-Element über den Kondensator 6 rückgekoppelt wird, um die Steuerspannung zu vergrößern. Das anfangs an seiner Ausgangselektrode erscheinende Lesesignal wird um den Betrag der Schwellspannung des MOS-Elements IJ) verringert. Wenn die Steuerspannung Jedoch infolge der durch den Kondensator 6 zurückgeführten Spannung auf eine zweite diskrete Spannungshöhe steigt, wird die Ausgangsspannung auf den · Maximalwert des Lesesignals vergrößert. Als Ergebnis ist die Ausgangsspannung .

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an der Ausgangselektrode 15 nicht durch die Schwellspannung des MOS-Elementes 13 oder die Anfangsspannung an der Steuerelektrode begrenzt. Eine solche Anordnung von Kondensator und MOS-Element wird oft als "Schuhschnüren" bezeichnet.

Das Spannungspotential an der Ausgangselektrode 15 des MOS-Elements 13 stellt den logischen Zustand der Information auf dem Kondensator 6 dar. Es wird weiter dazu benutzt, durch Entladen des effektiven Kondensators 10 nach dem Einschreiben der Information in den Speicherkreis die Eingangs/Ausgangsleitung 8 zu erden. Gleichzeitig wird der Kondensator 7 entladen.

In Fig. 2 sind die Steuersignale gezeigt, die normalerweise während eines Arbeitszyklus des Speicherkreises verwendet werden, was dazu dienen soll, die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 kurz zu beschreiben. Zum Zwecke der Beschreibung der Wirkungsweise wird angenommen, daß der Speicherkreis adressiert wurde. Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die gleiche mit Ausnahme eines zusätzlichen MOS-EIements aus Gründen, die im folgenden beschrieben werden.

Während der Zeiten 0^ , 0^ , 0₂ eines Speicherzyklus wird das Lese/Rückstellsignal von einer Lese/Rückstellquelle l8 wahr und das MOS-Element 12 eingeschaltet. Unter der Annahme, daß der Kondensator 6 auf ein Potential geladen ist, das eine logische 1 darstellt, wird die Ausgangselektrode 15 des MOS-Elementes 13 über seine Eingangselektrode lh mit Erde verbunden. Das Lesesignal vom Schreibtaktgeber 17 ist falsch oder Erde

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während der Zeiten 0^, 0^ der Lese/Rückstellperiode. Da die Lese/Rückstelleinrichtung eingeschaltet ist, werden der Kondensator 7 und der konzentrierte Kondensator 10 gegen Erde entladen, so daß die Leitungen der Adressenmatrix neutralisiert sind, ehe ein neuer Lesevorgang auftritt. Die Ladung auf dem Kondensator 6 bleibt erhalten, da das MOS-Element 9 zum Schreiben durch den FaIsch-Zustand des Schreibesignals von der Schreibsignalquelle 19 abgeschaltet ist.

Die Zeit 0, entspricht der Adressferperiode eines Systems. Sie wird wahr zwischen der Rückstellperiode und der Leseperiode und bleibt wahr während der Zeiten 0. und 0^. Die Adressensignale an andere MO-3-Elemente wie das MOS-Element 4 sind falsch, so daß die nichtadressierten MOS-Kreise isoliert sind.

Während der Lesezeit 0₂ wlt'te »las /KCS-Element 15 durch eine negative Ladung auf dem Kondensator 6 eingeschaltet und ein "wahres" Lesesignal erscheint an seiner Ausgangselektrode 15· Wenn das MOS-Element 13 einschaltet, nimmt die Spannung auf seiner Ausgangselektrode 15 kontinuierlich zu und wird kontinuierlich auf seine Steuerelektrode 16 zurückgeführt,, Wenn die Steuerelektrodenspannung steigt, vergrößert'sich die Aussteuerung des MOS-Elements 13 und die Ausgangselektrodenspannung steigt auf das Potential des Lesetaktsignals.

Während der Leseperiode ist das MOS-Element 12 zum Lesen/ Rückstellen eingeschaltet, so daß der Kondensator 7 auf die Spannungshöhe des Lesetaktsignals geladen wird. Die Ausgangsspannung an der Elektrode 15 und die Ladung des Kondensators

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stellen den logischen Zustand der auf dem Kondensator 6 gespeicherten Information dar. Diese Information wird an einer nicht gezeigten Ausgangsklemme des Speichersy.stems ausgelesen.

Das Lese/Rückstellsteuersignal hat eine Spannungshöhe, die mindestens um eine Schwellspannung negativer als die gewünschte Ausgangsspannung auf der Eingangs/Ausgangsleitung 8 ist. Gewöhnten sind das Lese/Rückstellsignal und die Ausgangsspannung auf der Elektrode 1-5 gleich.

Wenn eine logische Null vorher in den Kondensator 6 geschrieben worden wäre, wäre das MOS-Element 15 ausgeschaltet geblieben und die Eingangs/Ausgangsleitung wäre auf Erde geblieben.

Wenn der Speicherkreis 1 adressiert wurde, lädt während der Schreibperiode das Potential, welches auf der Leitung 26 von einer nicht gezeigten Eingangsklemme des Speichersystems auftritt, die Kondensatoren 6 und 7 als Punktion der Spannung auf der Leitung auf. Wenn z.B. eine logische 1 geschrieben werden soll, ist das Potential auf der Leitung negativ. Wenn eine logische 0 geschrieben werden soll, ist das Potential auf Erdpotential.

Das MOS-Element 9 schaltet jedoch auch dann ein, wenn der Kreis nicht adressiert wurde, urü die Ladung auf dem Kondensator 7 wird verwendet, um die vom Kondensator 6 aufgrund dessen Verlusten gegen Erde abgeleitete Ladung zu ergänzen.

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Während der Zeit, während der der Kondensator 6 auf Erde entladen ist, als wenn eine logische Null gespeichert wäre, kann ein Teil der Ladung nicht entfernt werden, da das MOS-Element 13 abschaltet, wenn seine S teuer spannung unter die Schwellspannung sinkt. Wenn das MOS-Element 13 abschaltet, ist die Ausgangselektrode 15 elektrisch isoliert und hängt in der Luft. Daher wird der Kondensator 11 dazu verwendet, die Ladung vom Kondensator 6 aufzunehmen, so daß die Spannung auf der Steuerelektrode des MOS-Elementes IJ unter die Größe der Schwellspannung verringert werden kann, wenn das MOS-Element 9 ausge- \ schaltet ist.

Es ist zu bemerken, daß, obwohl bestimmte der Kondensatoren mit einer Elektrode mit Erde verbunden sind, die Elektroden auch mit einer Vorspannung beaufschlagt sein könnten, um bestimmten Anforderungen zu entsprechen.

Fig. 3 enthält grundsätzlich die gleichen MOS-Elemente und Kondensatoren, wie sie in der Ausführung nach Pig. I gezeigt sind, mit der Ausnahme eines zusätzlichen MOS-Elements JO zum Schreiben und eines MOS-Elements 31 zum Rückstellen. Die den in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechenden Teile sind zusätzlich mit einem Strich bei der Bezugsziffer gekennzeichnet. Eine Rückstell- " signalwelle 33 ist mit der Steuerelektrode des MOS-Elements j51 verbunden. Das MOS-Element 30 wurde hinzugefügt, um eine Erdverbindung für den Kondensator 6 während der Schreibperiode vorzusehen, so daß der Kondensator vollständig auf Erde entladen werden kann. Ohne das MOS-Element 30 würde der Kondensator eine kleine Ladung zurückbehalten, die etwa gleich der Schwellspannung des MOS-Elements 13· ist und ein Kondensator 11 wie oben beschrieben wäre erforderlich, die Spannung zu verringern.

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Das MOS-Element 31 wurde hinzugefügt, um ein anderes Verfahren zum Entladen des Kondensators 10' der Eingangs/Ausgangsleitung 26' der Adressenmatrix 20* auf Erde zu zeigen. Wenn das MOS-Element 31 nur während der Rückstellperiode 0^ einge- ' schaltet ist, kann der Kondensator durch dieses Element auf Erde entladen werden; als Ergebnis muß das MOS-Element 12^f während der Rückstellperiode nicht eingeschaltet werden, und es ist lediglich ein Lesetaktsignal für seine Steuerelektrode notwendig.

Es versteht sich, daß, obwohl MOS-Schaltelemente gezeigt und beschrieben wurden, auch andere Schaltelemente wie MNS-EIemente, MNOS-Elemente und andere verstärkt wirksame Feldeffektelemente benutzt werden können.

Obwohl die Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde,ist diese Darstellung lediglich als Beispiel und nicht als Begrenzung zu verstehen. Der Gedanke und Bereich der Erfindung soll nur durch die Beschreibung und die Ansprüche umgrenzt sein.

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Claims

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Patentansprüche

1« Elektrischer Speicherkreis, dadurch gekenn- Λ

zeichnet, daß er einen Kondensator (6) enthält, der im wesentlichen keine Nutzkapazität aufweist, und eine erste Einrichtung zum bedingungsweisen Laden des Kondensators (6) während eines ersten Intervalls auf eine erste diskret Spannungshöhe sowie eine zweite Einrichtung enthält, die auf die gleichen Bedingungen zur änderung der Spannungshöe des Kondensators (6) während eines folgenden Intervalls anspricht, wobei die zweite Einrichtung so geschaltet 1st, daf? sie auf die geänderte Spannungshöhe anspricht.
2. Speicherkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der beiden Klemmen des Kondensators (6) direkt während des ersten Intervalls aufgebaut wird. %
3. Speicherkreis nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Schaltelement (15) mit einer Ausgangselektrode (15) und einer Steuerelektrode (16), einen Kondensator (6) zur Speicherung eines einen logischen Zustand darstellenden Potentials während eines ersten Intervalls enthält, wobei der Kondensator (6) zwischen die Ausgangselektrode (15) und die

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Steuerelektrode (l6) des Schaltelements (13) gelegt ist, das Schaltelement (lj5) auf das Potential anspricht, um die Ausgangselektrode (15) auf eine Spannung zu bringen, welche einen logischen Zustand als Punktion des gespeicherten Potentials während des ersten Intervalls darstellt und um die Ausgangselektrode (15) während eines folgenden Intervalls auf eine Spannung zu bringen, die den logischen Zustand als Punktion des gespeicherten Potentials darstellt und daß die Spannung über den Kondensator (6)auf die Steuerelektrode (l6) von der Ausgangselektrode (15) zurückgeführt wird.
4. Speicherkreis nach Anspruch j5, dadurch g e k e η nzeichnet, daß Einrichtungen zur Verhinderung der Änderung des logischen Zustands des Kondensators (6) vor der Wiederladung auf ein anderes Potential vorgesehen sind.
5. Speicherkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η nz e i ohne t, daß die Schaltelemente MOS-Elemente sind.
6. Speicherkreis nach Anspruch 5* dadurch g e k e η η zeichne t, daß eine Eingangs/Ausgangsleitung (8) mit dem MOS-Speicherkreis (I₁) verbunden ist und eine zweites MOS-Element (12) vorgesehen ist, um die Eingangs/Ausgangsleitung (8) bedingungsweise mit der Elektrode (15) des MOS-Elements (13) zu verbinden, wenn die Ausgangselektrode auf Erdpotential liegt.
7· Speicherkreis nach Anspruch 6, dadurch g e k en η zeichnet, daß das zweite MOS-Element (12) eine Steuerelektrode aufweist, welche mit einem Signal verbunden ist, das

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um mindestens die Schwellspannung des MOS-Elements größer ist, als die gewünschte Ausgangsspannung.
8. Speicherkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Isolierung des MOS-EIements vorgesehen sind, wenn der Speicherkreis nicht adressiert

ist, welche Einrichtungen (7, '9) zur Ergänzung der durch Ver- f luste verminderten Ladung des Kondensators (6) während der Schreibperiode eines Speicherzyklus des Speicherkreises einschließen.
9. Speicherkreis nach einem der Ansprüche 5» 6, 7* 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von MOS-Speicherkreisen in einem Speichersystem miteinander verbunden sind, und eine Adreseenmatrix (20) zum Adressieren ausgewählter Kreise vorgesehen ist.
10. Speicherkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkreis eine Adressenmairix (20) ; zum Adressieren der MOS-Speicherkreise (1,5) und ein MOS-EIement (31) zwischen der Adressenmatrix (20) und Erde enthält, mit dessen Steuerelektrode eine Rückstellsignalquelle (33) verbunden ist, um das MOS-Element während eines Speicherzyklus zum Entladen der Eigenkapazität der Adressenmatrix (20) auf Erde zu schalten.
11. MOS-Speicherkreis, dadurch gekennzeichnet, daß er ein MOS-Element (13) enthält, dessen Ausgangselektrode (15) und Steuerelektrode (16) mit einem Kondensator (6) verbunden ist, um die Spannung von der Ausgangselektrode (15) auf die Steuer-

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elektrode (l6) zurückzuführen, wodurch die Steuerspannung an der Steuerelektrode (l6) vergrößert wird, wobei das MOS-EIe.. ment (13) auf die Ladung auf dem Kondensator (6) anspricht, um an der Ausgangselektrode (15) auf eine Spannungshöhe gebracht zu werden, die einen logischen Zustand darstellt und diese Spannungshöhe größer ist als ein anfängliches Potential, auf welches der Kondensator zur Darstellung eines logischen Zustande durch eine weiter vorhandene Einrichtung aufgeladen wurde.
12. Speicherkreis nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß Einrichtungen zur Verhinderung der Änderung des logischen Zustands des Kondensators (6) vor der Wiederladung auf ein anderes Potential vorgesehen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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