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JP2003196980A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003196980A
JP2003196980A JP2002324687A JP2002324687A JP2003196980A JP 2003196980 A JP2003196980 A JP 2003196980A JP 2002324687 A JP2002324687 A JP 2002324687A JP 2002324687 A JP2002324687 A JP 2002324687A JP 2003196980 A JP2003196980 A JP 2003196980A
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voltage
node
circuit
output
gate
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Application number
JP2002324687A
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Japanese (ja)
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JP3759921B2 (en
Inventor
Yoshinobu Nakagome
儀延 中込
Kiyoo Ito
清男 伊藤
Hitoshi Tanaka
田中  均
Yasushi Watanabe
泰 渡辺
Eiji Kume
英治 久米
Masanori Isoda
正典 礒田
Eiji Yamazaki
英治 山崎
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.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize operation, to increase operation speed, and to reduce power consumption, with low power source voltage. <P>SOLUTION: Threshold voltage of a transistor used for a memory cell Qs is made higher than threshold voltage of a transistor used for a word driver WK, and threshold voltage of a transistor used for the word driver WD is made higher than threshold voltage of a transistor used for a voltage converting circuit VCHG for word line. The voltage converting circuit for driving word line is provided with MISFETQE having a gate connected to a drain of a charge pump circuit. Further, cross couple is formed in the charge pump circuit. Therefore, a leak of electronic charges of a memory cell is prevented and a refresh- characteristic is stabilized. When the number of word drivers are many and threshold voltage is low, a leak current is problem as total sum, such a leak current is prevented effectively. Also, as a circuit scale of the voltage converting circuit is not so large, a leak current is relatively small as total sum, as MOS of threshold voltage can be utilized, driving capability is improved and stabilized even with low power source voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置、特に微
細素子で構成され、電池動作可能な半導体集積回路に好
適な低電圧で動作する高速、高集積の半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a high speed and highly integrated semiconductor device which is composed of minute elements and which operates at a low voltage suitable for a battery-operable semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路(LSI=Large Scale
Inegration)の集積度向上は、その構成素子であるMO
Sトランジスタの微細化により進められてきた。素子の
寸法が0.5ミクロン以下のいわゆるディープサブミク
ロンLSIになると、素子の耐圧の低下とともにLSI
の消費する電力の増大が問題になってくる。このような
問題に対しては、素子の微細化にともなって動作電源電
圧を低下させることが有効な手段であると考えられる。
現在のLSIの電源電圧としては5Vが主流であるた
め、微細な素子でLSIを構成する手段として、LSI
チップ上に外部電源電圧を降圧する電圧変換回路を搭載
する技術が、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オ
ブ・ソリッド・ステート・サーキッツ、第21巻、第5
号、第605〜第611頁(1986)( IEEE Jounal
of Solid-State Circuits, vol.21,No5, pp.605-611,
October 1986 )において論じられている。この場合の
外部電源電圧と内部電源電圧の値は、それぞれ5Vと
3.5Vである。このように、LSIの中でも最高集積
度のダイナミックRAM(DRAM= Dynamic Random
Access Memory )で消費電力の問題が顕在化しつつあ
る。こうした傾向に合わせて、LSIの外部電圧そのも
のを下げようという動きもある。例えば、0.3ミクロ
ンの加工技術を用いる64メガビットDRAMでは外部
電源電圧3.3V程度に低下される予定である。集積度
の向上にしたがって、外部電源電圧はさらに低下する可
能性がある。
2. Description of the Related Art Semiconductor integrated circuits (LSI = Large Scale)
Inegration) integration is improved by the MO
This has been promoted by miniaturization of S transistors. When a so-called deep sub-micron LSI having an element size of 0.5 micron or less is formed, the withstand voltage of the element decreases and the LSI
The increase in the power consumed by the car becomes a problem. For such problems, it is considered to be an effective means to reduce the operating power supply voltage with the miniaturization of elements.
Since the mainstream power supply voltage of the current LSI is 5 V, the LSI is used as a means for configuring the LSI with fine elements.
The technology to mount a voltage conversion circuit that reduces the external power supply voltage on the chip is described in IEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 21, Vol.
Issue, pages 605-611 (1986) (IEEE Jounal
of Solid-State Circuits, vol.21, No5, pp.605-611,
October 1986). The values of the external power supply voltage and the internal power supply voltage in this case are 5V and 3.5V, respectively. In this way, dynamic RAM (DRAM = Dynamic Random
The problem of power consumption is becoming apparent in Access Memory). In accordance with this tendency, there is a movement to lower the external voltage of the LSI itself. For example, in a 64-megabit DRAM using a 0.3-micron processing technique, the external power supply voltage will be reduced to about 3.3V. As the degree of integration increases, the external power supply voltage may further decrease.

【0003】また近年、可搬型電子機器の普及に伴い、
電池動作や、電池での情報保持が可能な低電圧・低消費
電力のLSIに対する需要が高まってきている。このよ
うな用途に対しては、最小1〜1.5Vで動作するLS
Iが必要とされる。特に、ダイナミックメモリの場合、
その集積度は既にメガビット級に達しており、従来では
磁気ディスク装置しか使用できなかった大容量記憶装置
の分野にもその半導体メモリを利用しようという動きが
でてきている。そのためには、電源をきってもデータが
消えないよう電池でバックアップする必要がある。この
バックアップの期間は、通常数週間から数年間保証する
必要がある。このため、メモリの消費電流は極力小さく
する必要がある。低電力化のためには、動作電圧を低減
することが有効であるが、これを1.5V近辺とすれば
バックアップ用電源としては乾電池1個で済むためコス
トも安くまた占有スペースも小さくなる。
In addition, with the spread of portable electronic devices in recent years,
There is an increasing demand for low-voltage, low-power-consumption LSIs that can operate on batteries and hold information on the batteries. For such applications, LS that operates at a minimum of 1 to 1.5V
I is required. Especially for dynamic memory,
The degree of integration has already reached the megabit level, and there is a movement to use the semiconductor memory in the field of large-capacity storage devices, which could only use magnetic disk devices in the past. For that purpose, it is necessary to back up with a battery so that the data is not lost even when the power is turned off. The duration of this backup usually needs to be guaranteed for weeks to years. Therefore, it is necessary to reduce the current consumption of the memory as much as possible. To reduce the power consumption, it is effective to reduce the operating voltage. However, if this voltage is set to around 1.5 V, only one dry battery is required as the backup power source, so the cost is low and the occupied space is small.

【0004】インバータや各種デジタル論理回路だけか
ら構成されるCMOS(Complementary MOS)LSI、
例えばプロセッサなどにおいては、電源電圧を1.5V
程度まで低下させても、MOSトランジスタの定数とし
きい値電圧さえ適切に選べば、大幅な性能低下を招くこ
となく、1.5V程度の低い電源電圧で動作させること
が可能である。しかしながら、外部電源電圧(VCCま
たはVSS)の他に、それらの中間電圧やそれらの範囲
を越えた電圧をLSI上で発生させ、それを動作に用い
るLSIでは、電源電圧の低下は、決定的な性能低下を
もたらしていた。こうしたLSIの代表がDRAMであ
る。したがって、プロセッサやメモリなどの複数種類の
LSIで、低電圧で動作する情報機器を構成する場合に
は、DARMに代表されるように、LSI上で電源電圧
以外の電圧を発生して動作に用いるLSIの低電圧動作
が必須である。
A CMOS (Complementary MOS) LSI composed only of an inverter and various digital logic circuits,
For example, in a processor, the power supply voltage is 1.5V.
Even if the voltage is lowered to a certain level, it is possible to operate with a power supply voltage as low as about 1.5 V without causing a significant deterioration in performance if the constants and threshold voltages of the MOS transistors are properly selected. However, in addition to the external power supply voltage (VCC or VSS), an intermediate voltage between them or a voltage exceeding their range is generated on the LSI, and in the LSI that uses it, the decrease in the power supply voltage is decisive. It was causing performance degradation. A typical example of such an LSI is a DRAM. Therefore, when an information device that operates at a low voltage is configured by a plurality of types of LSI such as a processor and a memory, a voltage other than the power supply voltage is generated on the LSI and used for the operation, as represented by DARM. Low voltage operation of LSI is essential.

【0005】DRAMを低電圧で動作させた場合、主に
従来用いられていた以下の3つで問題が生じる。
When the DRAM is operated at a low voltage, problems occur in the following three types which are mainly used conventionally.

【0006】(1)メモリから読出された微小な信号を
読出す回路。
(1) A circuit for reading a minute signal read from a memory.

【0007】(2)メモリセルを構成するMOSトラン
ジスタを十分高い導通状態にして、損失無く信号を伝達
するために必要なワード線駆動用高電圧を発生する回
路。
(2) A circuit for generating a high voltage for driving a word line necessary for transmitting a signal without loss by making a MOS transistor constituting a memory cell conductive sufficiently high.

【0008】(3)メモリセル蓄積容量のプレート電
極、さらにはメモリセルからの読み出し信号の検出に際
する参照電圧となる中間電圧(VCC/2)を発生する
回路。
(3) A circuit for generating an intermediate voltage (VCC / 2) which serves as a reference voltage when detecting a read signal from the memory cell storage plate electrode and further the read signal from the memory cell.

【0009】これらの従来例を、以下順に説明する。These conventional examples will be described in order below.

【0010】(1)については以下のとおりである。L
SIの高集積化、大規模化にともなって、信号配線の寄
生容量が増大するため、動作速度が低下するという問題
が顕現化しつつある。ダイナミック・メモリの場合に
は、各メモリセルからデータ線上に読み出された微小な
信号をセンスアンプにより増幅する速度、および、選択
されたデータ線から情報を読み出す入出力制御線(コモ
ンI/O線)の動作速度が、メモリ全体の動作速度の大
きな割合を占めており、これらを高速化する技術がメモ
リの性能向上のために不可欠である。従来の入出力制御
回路としては、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・サーキッツ,エス
・シー22(1987年)第663頁から第667頁
(IEEE,Journal of Solid-State Circuits, Vol.
SC−22,No5,October,1987,pp663−
667)において述べられているように、2つのMIS
(MetalInsulator Semiconductor)型のFET(Field
Effect Transistor)を用い、選択信号をそれらのゲー
ト電極に印加して、データ線対とコモンI/O線対との
接続を制御する方式が一般的であった。
The point (1) is as follows. L
Along with the higher integration and larger scale of SI, the parasitic capacitance of the signal wiring increases, which causes a problem that the operating speed is reduced. In the case of a dynamic memory, the speed at which a minute signal read from each memory cell onto the data line is amplified by a sense amplifier, and the input / output control line (common I / O) for reading out information from the selected data line. The operation speed of the line) occupies a large proportion of the operation speed of the whole memory, and the technology for speeding up these operations is indispensable for improving the performance of the memory. As a conventional input / output control circuit, for example, I.E.E.E., Journal of Solid State Circuits, S.C. 22 (1987), pages 663 to 667 (IEEE, Journal of Solid- State Circuits, Vol.
SC-22, No5, October, 1987, pp663-
667) and two MISs.
(Metal Insulator Semiconductor) type FET (Field
In general, an effect transistor is used to apply a selection signal to those gate electrodes to control the connection between the data line pair and the common I / O line pair.

【0011】(2)についての従来例を図20に示す。
これはDRAMのメモリセルアレー(MA)とワードド
ライバ(WD)関連の回路を示したものである。また、
図21は各部の波形を示している。この回路は、例えば
IEEE JOURNALOF SOLID−STAT
E CIRCUITS,VOL.sc−21,NO.
3,JUNE 1986,pp.381−387に示さ
れている。
FIG. 20 shows a conventional example of (2).
This shows a circuit related to a DRAM memory cell array (MA) and a word driver (WD). Also,
FIG. 21 shows the waveform of each part. This circuit is, for example, IEEE JOURNAL OF SOLID-STAT.
E CIRCUITS, VOL. sc-21, NO.
3, JUNE 1986, pp. 381-387.

【0012】(3)についての従来例は以下のとおりで
ある。データ線をVCC/2電圧にプリチャージするD
RAM方式は、高速性、低消費電力、耐雑音性といった
特徴によって、CMOS回路とともに1メガビット以降
のDRAMの主流になっている。このVCC/2電圧を
発生させる従来の中間電圧発生回路の例は、アイ・イー
・イー・イー・ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート
・サーキッツ、第21巻、第5号、第643〜第648
頁(1986)( IEEE Jounal of Solid-StateCircuit
s, vol.21,No.5,pp.643-648, Octorber 1986)に述べ
られている。
A conventional example of (3) is as follows. D that precharges the data line to VCC / 2 voltage
The RAM system has become the mainstream of 1-megabit and later DRAMs together with CMOS circuits because of its features such as high speed, low power consumption, and noise resistance. An example of the conventional intermediate voltage generating circuit for generating the VCC / 2 voltage is the IEE Journal of Solid State Circuits, Volume 21, No. 5, Nos. 643 to 648.
Page (1986) (IEEE Jounal of Solid-State Circuit
s, vol.21, No.5, pp.643-648, Octorber 1986).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来例に対し
て、本発明が解決しようとする課題は以下のとおりであ
る。
The problems to be solved by the present invention as compared with the above-mentioned conventional examples are as follows.

【0014】まず(1)の従来例については以下のとお
りである。従来方式の例を図7(a)および図7(c)
に示す。この方式では必要最低限の数のトランジスタで
構成できるため、メモリ全体の面積低減には有効である
が、一方、以下のような欠点がある。(a)データ線
(D0,D0 ̄)の信号電圧が十分に増幅されないうち
にI/O制御用のMIS−FET(T50,T51)を
導通状態にすると、センスアンプSA0の動作が阻害さ
れて誤動作を起こす。
First, the conventional example (1) is as follows. An example of the conventional method is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (c).
Shown in. This method is effective for reducing the area of the entire memory because it can be configured with the minimum number of transistors, but it has the following drawbacks. (A) If the MIS-FET (T50, T51) for I / O control is turned on before the signal voltage of the data line (D0, D0) is sufficiently amplified, the operation of the sense amplifier SA0 is hindered. It causes a malfunction.

【0015】(b)上記理由により、センスアンプが動
作してから選択信号Y01を投入して上記MIS−FE
Tを導通させるまでに時間遅れ(タイミング・マージ
ン)を置く必要が生じ、動作速度の低下をきたす(図7
(c))。
(B) For the above reason, the selection signal Y01 is applied after the sense amplifier operates, and the MIS-FE is turned on.
It is necessary to set a time delay (timing margin) before T is turned on, which causes a decrease in operating speed (see FIG. 7).
(C)).

【0016】(c)このような誤動作を防ぐために、上
記MIS−FETのチャネルコンダクタンス(ドレイン
・ソース間の導電率)とセンスアンプを構成するMIS
−FETのチャネルコンダクタンスの比には、設計上の
制約が発生する。一般的には、前者を後者よりも小さく
する必要があり、コモンI/O線(IO0,IO0 ̄)
の駆動能力を大きくとることが難しい。そのため、
(b)に加え、さらに動作速度が低下する。
(C) In order to prevent such a malfunction, the channel conductance (conductivity between drain and source) of the MIS-FET and the MIS that constitutes the sense amplifier.
There is a design constraint on the channel conductance ratio of the FET. Generally, it is necessary to make the former smaller than the latter, and the common I / O lines (IO0, IO0)
It is difficult to obtain a large driving capacity. for that reason,
In addition to (b), the operation speed further decreases.

【0017】(d)メモリの集積度向上に伴って、消費
電力低減、および素子の耐圧低下に対処するため、内部
電源電圧は低下する傾向にある。したがって、上記MI
S−FETの駆動能力がさらに低下し、より動作速度が
低下する。
(D) With the improvement in the degree of integration of the memory, the internal power supply voltage tends to decrease in order to cope with the reduction of power consumption and the reduction of breakdown voltage of the element. Therefore, the above MI
The driving capability of the S-FET is further reduced, and the operating speed is further reduced.

【0018】(e)主に、上記(c)の理由により、ひ
とつのコモンI/O線と、それにつながる複数のデータ
線との間で、並列に書込み、あるいは読み出しを行うこ
とが難しく、並列度など、テスト機能の面で制約を受け
る。
(E) Mainly because of the reason (c) above, it is difficult to write or read in parallel between one common I / O line and a plurality of data lines connected to it, and it is difficult to perform parallel writing or reading. Restricted in terms of test function such as degree.

【0019】これらのため、従来の入出力回路方式で
は、低電圧でも高速に動作する高集積メモリに適した回
路方式を供することができなかった。
For these reasons, the conventional input / output circuit system cannot provide a circuit system suitable for a highly integrated memory which operates at high speed even at a low voltage.

【0020】次に、(2)の従来例については以下のと
おりである。図20に示すようにワードドライバはトラ
ンジスタQD、QTから構成される。ここでXデコーダ
出力N1がHighレベル(VL)になるとQTを通し
てQDのゲートN2が充電されQDがオン状態となる。
このとき、N2の電圧はVL−VTとなる。次に周辺回
路FXで作られたワード線駆動信号 φX(振幅はVL
+VT以上)がHighレベルになるとQDのドレイン
からソースに電流が流れワード線WをHighレベルに
する。このときQTのゲートとN1の間の電位差は0、
N2とはVtであるからQTはカットオフ状態となって
いる。従って、φXが上昇するときN2の電圧はQDの
ゲート、ソース間容量によるカップリングでφXと共に
上昇する。ここで、φXが最大値に達したときQDのゲ
ート、ソース間電圧がVT以上なら、ワード線の電圧は
φXと等しくなる。一方、φXが上昇していく途中でそ
れがVT以下となった場合は、QDのゲート、ソース間
容量が0となるのでその時点でN2の上昇はとまり、図
21に示すようにVL−VT+α(VL−2VT)/
(1−α)となる。またワード線の電圧は(VDL−2V
T)/(1−α)となる。ここで、αはQDのゲート容
量とノードN2の全容量の比である。
Next, the conventional example of (2) is as follows. As shown in FIG. 20, the word driver is composed of transistors QD and QT. Here, when the X decoder output N1 becomes High level (VL), the gate N2 of QD is charged through QT and QD is turned on.
At this time, the voltage of N2 becomes VL-VT. Next, the word line drive signal φX (amplitude is VL) generated by the peripheral circuit FX.
When (+ VT or more) becomes High level, a current flows from the drain of QD to the source to set the word line W to High level. At this time, the potential difference between the gate of QT and N1 is 0,
Since N2 is Vt, QT is in a cutoff state. Therefore, when φX rises, the voltage of N2 rises with φX due to the coupling due to the capacitance between the gate and source of QD. Here, when φX reaches the maximum value and the voltage between the gate and source of QD is VT or more, the voltage of the word line becomes equal to φX. On the other hand, if φX becomes lower than VT while it rises, the capacitance between the gate and source of QD becomes 0, so N2 rises at that point, and as shown in FIG. 21, VL-VT + α (VL-2VT) /
(1-α). The voltage of the word line is (V DL -2V
T ) / (1-α). Here, α is the ratio of the gate capacitance of the QD and the total capacitance of the node N2.

【0021】ここで、VLが電池の消耗で1.1Vまで
低下した場合を考える。α=0.9、VT=0.5
(V)とすれば上式よりN2の電圧は1.5Vとなる。
従って、ワード線の電圧は1.0Vまでしか上昇しな
い。通常、メモリセルのスイッチトランジスタQSのし
きい値電圧は周辺回路のそれよりも高く0.5V以上に
なるのでメモリセルに蓄えられる電荷量は最大値(CS
×1.1)の半分以下の(CS×0.5)となりソフト
エラー耐性、センスアンプのS/Nの著しい低下が生ず
る。すなわち、保存データの破壊が起こりやすくなる。
Here, consider a case where VL is lowered to 1.1V due to exhaustion of the battery. α = 0.9, VT = 0.5
If it is set to (V), the voltage of N2 will be 1.5V from the above formula.
Therefore, the voltage of the word line rises only to 1.0V. Normally, the threshold voltage of the switch transistor QS of the memory cell is higher than that of the peripheral circuit and is 0.5 V or more, so that the amount of charge stored in the memory cell is the maximum value (CS
(CS × 0.5) which is less than half of (1.1), soft error resistance and a significant decrease in S / N of the sense amplifier occur. That is, the stored data is easily destroyed.

【0022】以上のように、DRAMを従来の技術で電
池動作させようとした場合、電池の起電力がMOSトラ
ンジスタのしきい値電圧VTの2倍近くまで低下する
と、ワードドライバの動作不良によりメモリセルへの書
き込み電圧が低下してデータの破壊が起こりやすくなる
という問題があり、その解決を要する課題があった。
As described above, when the DRAM is operated by the conventional technique as a battery, if the electromotive force of the battery drops to nearly twice the threshold voltage VT of the MOS transistor, the memory is defective due to the malfunction of the word driver. There is a problem that the write voltage to the cell is lowered and data destruction easily occurs, and there is a problem that needs to be solved.

【0023】また、(3)に関して、低電圧化と高集積
化により、従来の中間電圧発生回路では以下の二つの問
題が生じる。(a)電源電圧の低下に伴い、電圧設定精
度が低下し、信号対雑音(S/N)比が悪化する。
Regarding (3), the following two problems occur in the conventional intermediate voltage generating circuit due to the lower voltage and higher integration. (A) As the power supply voltage decreases, the voltage setting accuracy decreases, and the signal-to-noise (S / N) ratio deteriorates.

【0024】(b)素子がソース・フォロワ・モードで
動作するので応答速度がトランジスタの駆動能力と負荷
容量の値で決まることになり、このため、高集積化によ
る負荷容量の増大と、さらには低電圧化による素子の駆
動能力の低下により、応答速度が遅くなる。
(B) Since the element operates in the source follower mode, the response speed is determined by the driving capability of the transistor and the value of the load capacitance, which increases the load capacitance due to high integration and further increases the load capacitance. The response speed becomes slow because the driving capability of the device is lowered due to the low voltage.

【0025】図30はDRAM用中間電圧発生回路の従
来例を示すものである。以下、図30を用いて上記の問
題点を説明する。図30において、TN5、TN6はN
チャンネルのMIS型FET、TP5、TP6はPチャ
ンネルのMIS型FET、R1、R2は抵抗、CLは負
荷容量である。図30の回路は一種のコンプリメンタリ
・プッシュプル回路で、TN6とTP6は電源電圧VC
C(VSSは接地電位とする)をHVCの中間電圧に分
圧する分圧回路を構成し、これらのゲートにバイアス電
圧を与えるためのTN5とTP5がバイアス回路を構成
している。VCC/2プリチャージ方式のDRAMにお
いては、負荷容量は全データ線容量にほぼ等しく、4メ
ガビットDRAMでは5〜10nF(ナノ・ファラッ
ド)、16メガビットDRAMでは20〜40nF、6
4メガビットDRAMでは80〜160nF程度の値で
ある。この回路においては、各FETに微小な電流を常
時流すことによって、出力が一定の電圧になるように安
定化される。電流が微小であれば、端子20と端子22
の電圧差すなわちV(20)−V(22)はほぼFET
TN5のしきい値電圧VTNに、また端子22と端子
21の電圧差すなわちV(22)−V(21)はほぼF
ETTP5のしきい値電圧の絶対値VTPに等しくな
る。また、FET TN6およびTP6のゲート幅対ゲ
ート長比 W/Lは、それぞれTN5およびTP5のW
/Lの数倍から数10倍になるように選ばれる。したが
って、TN6のバイアス電流はTN5のバイアス電流の
数倍から数10倍になる。
FIG. 30 shows a conventional example of an intermediate voltage generating circuit for DRAM. The above problems will be described below with reference to FIG. In FIG. 30, TN5 and TN6 are N
Channel MIS FETs, TP5 and TP6 are P channel MIS FETs, R1 and R2 are resistors, and CL is a load capacitance. The circuit of FIG. 30 is a kind of complementary push-pull circuit, and TN6 and TP6 are the power supply voltage VC.
A voltage divider circuit that divides C (VSS is ground potential) into an intermediate voltage of HVC is configured, and TN5 and TP5 for applying a bias voltage to these gates configure a bias circuit. In the VCC / 2 precharge type DRAM, the load capacitance is almost equal to the total data line capacitance, 5 to 10 nF (nano farad) in the 4-megabit DRAM and 20 to 40 nF in the 16-megabit DRAM.
In a 4-megabit DRAM, the value is about 80 to 160 nF. In this circuit, the output is stabilized to a constant voltage by constantly passing a minute current through each FET. If the current is very small, terminals 20 and 22
The voltage difference of V, that is, V (20) -V (22) is almost FET
The threshold voltage VTN of TN5, and the voltage difference between the terminals 22 and 21, that is, V (22) -V (21), is almost F.
It becomes equal to the absolute value VTP of the threshold voltage of ETTP5. Further, the gate width-to-gate length ratio W / L of the FETs TN6 and TP6 is W of TN5 and TP5, respectively.
/ L is selected to be several times to several tens of times. Therefore, the bias current of TN6 is several times to several tens times the bias current of TN5.

【0026】はじめに第一の問題点について説明する。
今、FET対TN5とTN6、およびTP5とTP6の
間の素子特性(例えば、しきい値電圧、単位ゲート幅あ
たりのチャネル・コンダクタンス等)に差が無いと仮定
すると、出力HVCには、端子22の電圧に等しい電圧
が得られる。出力電圧は、 V(HVC)=R2/(R1+R2)×VCC−R2/
(R1+R2)×VTN+R1/(R1+R2)×VT
P と表される。ここでVSSは接地電位にあるとする。標
準条件下ではVTNとVTPの値がほぼ等しく、R1=
R2となるように設計すると、 V(HVC)=VCC/2−VTN/2+VTP/2 すなわち、VTNとVTPの値の差がVCCの値に比べ
て無視できる場合には V(HVC)≒VCC/2 となる。一般に、素子のしきい値電圧のばらつきは、高
集積化によっても小さくならず、一定であると考えられ
るため、VCCを低くするにしたがって、V(HVC)
の設定精度は低下する。例えば、VTNとVTPがそ
れぞれ標準値に対して±0.1V変動すると仮定する
と、電源電圧が5V(HVCが2.5V)のときには、
中間電圧の変動は約±4%であるのに対して、電源電圧
が1.5V(HVCが0.75V)のときには、中間電
圧の変動は約±13%に達し、メモリの安定な動作に支
障がでる。
First, the first problem will be described.
Assuming that there is no difference in device characteristics (eg, threshold voltage, channel conductance per unit gate width, etc.) between the FET pair TN5 and TN6 and TP5 and TP6, the output HVC is connected to the terminal 22. A voltage equal to the voltage of is obtained. The output voltage is V (HVC) = R2 / (R1 + R2) × VCC-R2 /
(R1 + R2) × VTN + R1 / (R1 + R2) × VT
Expressed as P. Here, it is assumed that VSS is at the ground potential. Under standard conditions, VTN and VTP values are almost equal, and R1 =
When designed to be R2, V (HVC) = VCC / 2−VTN / 2 + VTP / 2 That is, when the difference between the values of VTN and VTP can be ignored compared to the value of VCC, V (HVC) ≈VCC / It becomes 2. In general, it is considered that the variation in the threshold voltage of the element does not become small even with high integration, and is constant, so that V (HVC) decreases as VCC decreases.
The setting accuracy of is reduced. For example, assuming that VTN and VTP each fluctuate ± 0.1V with respect to the standard value, when the power supply voltage is 5V (HVC is 2.5V),
The fluctuation of the intermediate voltage is about ± 4%, whereas when the power supply voltage is 1.5V (HVC is 0.75V), the fluctuation of the intermediate voltage reaches about ± 13%, and the stable operation of the memory is achieved. I'm having trouble.

【0027】次に、第二の問題点について説明する。負
荷の充放電に際し、出力のMISFETは飽和領域で動
作するため、そのドレイン電流IDは ID=β/2×(VGS−VT)2 と表される。ここに、VGSはゲート・ソース間電圧、
VTはMISFETのゲートしきい値電圧、βは素子の
構造や寸法によって決まる定数である。今、従来回路に
おいて負荷(負荷容量=CL)の電圧を0Vから中間電
圧VCC/2の90%まで立ち上げるのに要する時間t
rは tr=18CL/β×1/(VCC/2) と表される。一つのデータ線に接続されるメモリセルの
数を256、一つのデータ線あたりの容量値を0.5p
F、と仮定する。メモリの高集積化に伴ってこれらの値
はほぼ一定であるから、負荷容量の値は世代毎に4倍ず
つ大きくなる。例えば、4MビットDRAMではCL≒
8.2nF、16MビットではCL≒33nF、64M
ビットではCL≒131nFとなる。これに対して、電
源電圧が5V→3.3V→1.5Vと世代毎に低下する
と、MISFETのβが10mA/V2で一定の場合、
立上り時間trは5.9μs→36μs→314μsと
世代毎に約10倍ずつ増えることになる。応答速度を一
定に保つためには、MISFETのβを世代毎に10倍
にしていく必要があるが、レイアウト面積の増大や、定
常電流の増大を招くという副作用があるため、実際には
立上り時間trを一定に保つのは不可能である。
Next, the second problem will be described. When the load is charged / discharged, the output MISFET operates in the saturation region, and therefore its drain current ID is expressed as ID = β / 2 × (VGS-VT) 2 . Where VGS is the gate-source voltage,
VT is the gate threshold voltage of the MISFET, and β is a constant determined by the structure and size of the element. Now, in the conventional circuit, the time t required to raise the voltage of the load (load capacitance = CL) from 0 V to 90% of the intermediate voltage VCC / 2.
r is represented as tr = 18CL / β × 1 / (VCC / 2). The number of memory cells connected to one data line is 256, and the capacitance value per one data line is 0.5p.
Suppose F. Since these values are almost constant as the memory is highly integrated, the value of the load capacity becomes four times larger for each generation. For example, in a 4 Mbit DRAM, CL≈
CL = 33nF, 64M for 8.2nF, 16Mbit
In bits, CL≈131 nF. On the other hand, when the power supply voltage decreases from generation to generation, 5V → 3.3V → 1.5V, if β of the MISFET is constant at 10 mA / V 2 ,
The rise time tr increases from 5.9 μs → 36 μs → 314 μs by about 10 times for each generation. In order to keep the response speed constant, β of the MISFET needs to be increased 10 times for each generation. However, the rise time is actually increased due to the side effect of increasing the layout area and increasing the steady current. It is impossible to keep tr constant.

【0028】以上述べた従来の問題を解決し、低電圧で
も高速に、かつ安定に動作する半導体装置を提供するこ
とが本発明の目的である。より具体的には以下の3つを
目的としている。
It is an object of the present invention to solve the conventional problems described above and to provide a semiconductor device that operates stably at high speed even at a low voltage. More specifically, it aims at the following three.

【0029】(1)低電圧でも高速に動作し、かつ動作
安定性に優れ、さらには並列テスト機能を併せ持った、
超高集積のメモリの入出力制御回路の方式を提供するこ
と。
(1) It operates at high speed even at a low voltage, has excellent operational stability, and has a parallel test function.
To provide a method of an input / output control circuit for a highly integrated memory.

【0030】(2)電池の起電力が低下してもデータ破
壊が生じないように、充分に高いワード線電圧を発生す
ることができる回路を提供すること。
(2) To provide a circuit capable of generating a sufficiently high word line voltage so that data destruction does not occur even when the electromotive force of the battery is lowered.

【0031】(3)高集積、低電源電圧のLSIにおい
ても高精度で、かつ高速に動作する電圧供給回路(電圧
フォロワ)を提供すること。
(3) To provide a voltage supply circuit (voltage follower) that operates with high accuracy and high speed even in a highly integrated, low power supply voltage LSI.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】前述した(1)の目的を
達成するため、データ線からの情報の読み出し、あるい
は、データ線への情報の書込みを行う入出力制御回路
を、メモリアレーの左右に交互に配置し、かつ、コモン
I/O線をとデータ線の間の伝達インピーダンスを、情
報の読み出し時と書き込み時とで変化させるような回路
構成とした。また、読出し線(RO線)の信号を検出す
るセンス回路として、選択用のMISFETと相補のM
ISFETによる電流電圧変換手段を設けた。本手段
は、低電圧でも高速に動作するようにするためのもので
ある。
In order to achieve the above-mentioned object (1), an input / output control circuit for reading information from a data line or writing information to a data line is provided on the left and right sides of a memory array. And the common I / O lines and the data lines have different transmission impedances when the information is read and when the information is written. Further, as a sense circuit for detecting a signal on the read line (RO line), an M complementary to the MISFET for selection is used.
A current-voltage conversion means by ISFET is provided. This means is intended to operate at high speed even at low voltage.

【0033】また(2)の目的を達成するため、特許請
求の範囲に記載のように、次の手段を講じた。すなわ
ち、 (a)メモリセルアレーとデータ線に印加する最低の動
作電圧としてメモリセルアレーのスイッチトランジスタ
のしきい値電圧の1.5乃至2倍の電圧をデータ線に与
えるデータ線電源の出力とワードドライバとを有する半
導体集積回路において、データ線電源電圧を、データ線
電圧よりメモリセルアレーのスイッチトランジスタのし
きい値電圧分以上高い電圧に変換する電圧変換回路と、
該電圧変換回路の出力を電源として動作するスタティッ
ク型ワードドライバとを備えてワード線駆動をすること
とした。
In order to achieve the purpose of (2), the following measures are taken as described in the claims. That is, (a) an output of a data line power supply that applies to the data line a voltage that is 1.5 to 2 times the threshold voltage of the switch transistor of the memory cell array as the lowest operating voltage applied to the memory cell array and the data line. In a semiconductor integrated circuit having a word driver, a voltage conversion circuit for converting a data line power supply voltage into a voltage higher than the data line voltage by a threshold voltage of a switch transistor of a memory cell array or more,
A static word driver that operates using the output of the voltage conversion circuit as a power source is provided to drive the word line.

【0034】(b)上記第1項の手段の電圧変換回路
は、チャージポンプ回路と整流回路との構成を備えるこ
ととした。
(B) The voltage conversion circuit of the above-mentioned first means has a structure of a charge pump circuit and a rectifying circuit.

【0035】(c)上記第2項の手段におけるチャージ
ポンプ回路は、第1、第2、第3、第4のMOSトラン
ジスタと第1、第2のコンデンサを含み、該第2、第
3、第4のMOSトランジスタのドレインは電源に、第
2のMOSトランジスタのゲートは第4のMOSトラン
ジスタのソースに、第3のMOSトランジスタのソース
は第2のMOSトランジスタのソースに、第3、第4の
MOSトランジスタのゲートは電源に接続され、第1の
コンデンサの1つの端子は第4のMOSトランジスタの
ソースに、第2のコンデンサの1つの端子は第2のMO
Sトランジスタのソースに接続され、該第1、第2のコ
ンデンサの他の1端はそれぞれ逆相のパルスが入力され
るようになされたチャージポンプ回路において、さらに
第1のMOSトランジスタのドレインを電源に、ソース
を第4のMOSトランジスタのソースに、ゲートを第2
のMOSトランジスタのソースに結合することとした。
(C) The charge pump circuit in the means of the above-mentioned item 2 includes first, second, third and fourth MOS transistors and first and second capacitors, and the second, third, The drain of the fourth MOS transistor serves as a power source, the gate of the second MOS transistor serves as the source of the fourth MOS transistor, the source of the third MOS transistor serves as the source of the second MOS transistor, and the third and fourth The gate of the MOS transistor is connected to the power supply, one terminal of the first capacitor is the source of the fourth MOS transistor, and one terminal of the second capacitor is the second MO transistor.
In the charge pump circuit, which is connected to the source of the S transistor and the other ends of the first and second capacitors are supplied with pulses of opposite phases, the drain of the first MOS transistor is further supplied with power. The source to the source of the fourth MOS transistor and the gate to the second
It was decided to connect to the source of the MOS transistor.

【0036】本手段は低電源電圧でもチャージポンプ回
路の立ち上げを一層速め、またその出力電圧を一層高く
するものである。
This means further speeds the start-up of the charge pump circuit even at a low power supply voltage and further increases the output voltage thereof.

【0037】(d)上記第2項の手段における整流回路
は、整流素子がMOSトランジスタにより構成され、該
MOSトランジスタのドレインを入力、ソースを出力と
し、該入力には上記第3項記載のチャージポンプ回路、
ソースには該出力から電荷を伝達する回路とその電荷を
蓄えるコンデンサおよびその電荷を電源に伝達する回路
が接続され、該入力の電圧が高レベルの時は該コンデン
サの1端を高レベルにして該MOSトランジスタのゲー
ト電圧を入力電圧とMOSトランジスタのしきい値電圧
の和以上にし、該入力の電圧が低レベルの時は該コンデ
ンサの1端を低レベルにすると同時に該MOSトランジ
スタのゲート電圧を電源電圧にすることとした。
(D) In the rectifier circuit in the means of the second item, the rectifying element is composed of a MOS transistor, the drain of the MOS transistor is an input and the source is an output, and the input is the charge described in the third item. Pump circuit,
The source is connected to a circuit for transmitting the electric charge from the output, a capacitor for storing the electric charge and a circuit for transmitting the electric charge to the power supply, and when the voltage of the input is at the high level, one end of the capacitor is set to the high level. The gate voltage of the MOS transistor is set equal to or higher than the sum of the input voltage and the threshold voltage of the MOS transistor, and when the voltage of the input is low level, one end of the capacitor is set to low level and at the same time the gate voltage of the MOS transistor is set to low level. It was decided to use the power supply voltage.

【0038】本手段は整流用トランジスタの電圧降下を
低減させ高い出力電圧を得るものである。
This means reduces the voltage drop of the rectifying transistor and obtains a high output voltage.

【0039】(e)上記第1項乃至第2項の手段におい
て、メモリセルアレーとワードドライバと電圧変換回路
に用いるMOSトランジスタのしきい値を3種類とし、
メモリセルアレーのものを最も高く、ワードドライバの
ものを中間に、電圧変換回路のものを最も低くすること
とした。
(E) In the means of the above-mentioned items 1 and 2, the threshold values of the MOS transistors used in the memory cell array, the word driver and the voltage conversion circuit are three kinds,
The memory cell array has the highest value, the word driver has the highest value, and the voltage conversion circuit has the lowest value.

【0040】本手段は低電源電圧においても集積回路と
してさらに一層の安定化、高速化、低消費電力化を達成
するものである。
The present means achieves further stabilization, higher speed, and lower power consumption as an integrated circuit even at a low power supply voltage.

【0041】さらに、前記(3)の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置では、中間電圧に等しい基準電
圧の入力と、同一負荷に対して出力を並列接続する少な
くとも二つの第一および第二のコンプリメンタリ・プッ
シュプル回路と、基準電流を増幅して出力するプッシュ
プル電流増幅回路とを備え、第一のコンプリメンタル・
プッシュプル回路は、そのバイアス回路に、上記基準電
圧の入力と該入力に付加するバイアス電圧源を備えて、
該プッシュプル回路の分圧用トランジスタのゲートにバ
イアス電圧を印加するとともに、該プッシュプル回路の
分圧回路は上記電流増幅回路の基準電流回路を形成し、
かつ該電流増幅回路の出力端を上記第二のコンプリメン
タリ・プッシュプル回路のバイアス回路に接続すること
を特徴とする。
Further, in order to achieve the above-mentioned object (3), in the semiconductor device of the present invention, the input of the reference voltage equal to the intermediate voltage and the at least two first and first outputs for connecting the output in parallel to the same load are connected. The second complementary push-pull circuit and the push-pull current amplification circuit that amplifies and outputs the reference current are provided.
The push-pull circuit includes, in its bias circuit, an input of the reference voltage and a bias voltage source added to the input,
A bias voltage is applied to the gate of the voltage dividing transistor of the push-pull circuit, and the voltage dividing circuit of the push-pull circuit forms the reference current circuit of the current amplification circuit.
Moreover, the output terminal of the current amplification circuit is connected to the bias circuit of the second complementary push-pull circuit.

【0042】すなわち、中間電圧に等しい基準電圧の発
生部をコンプリメンタリ・プッシュプル回路のバイアス
回路から分けて独立に設けるとともに、少なくとも二つ
のコンプリメンタリ・プッシュプル回路で並列に負荷を
駆動するようにし、出力電圧と入力電圧の差を一つのプ
ッシュプル回路に流れる電流として検出し、かつ、その
電流にほぼ比例する増幅電流でもう一方のプッシュプル
回路を駆動するものである。
That is, a reference voltage generation unit equal to the intermediate voltage is provided separately from the bias circuit of the complementary push-pull circuit, and at least two complementary push-pull circuits drive the load in parallel to output the output. The difference between the voltage and the input voltage is detected as a current flowing through one push-pull circuit, and the other push-pull circuit is driven by an amplified current that is substantially proportional to the current.

【0043】ここで上記第一および第二のコンプリメン
タリ・プッシュプル回路のバイアス電圧は、該電圧を印
加する該プッシュプル回路のトランジスタのゲートしき
い値電圧にほぼ等しくすることが好ましい。このことは
定常状態においてこれらのトランジスタを流れる電流を
低い値に抑えるものである。
Here, it is preferable that the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is made substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the push-pull circuit to which the voltage is applied. This keeps the current flowing through these transistors low in the steady state.

【0044】あるいは上記電流増幅回路をカレントミラ
ー型のプッシュプル増幅回路によることにすれば、簡単
な回路構成で高い駆動能力がばらつきが少なく容易にえ
られる。
Alternatively, if the current amplifying circuit is a current mirror type push-pull amplifying circuit, a high driving ability can be easily obtained with a simple circuit configuration with little variation.

【0045】またあるいは、上記第一および第二のコン
プリメンタリ・プッシュプル回路を電界効果トランジス
タにより構成することが低い電源電圧で動作させられる
ので好ましい。
Alternatively, it is preferable that the first and second complementary push-pull circuits are composed of field effect transistors because they can be operated with a low power supply voltage.

【0046】前記(3)の目的をさらに効果的に達成す
るための本発明の半導体装置では、中間電圧に等しい基
準電圧の入力と、同一負荷に対して出力を並列接続する
少なくとも二つの第一および第二のコンプリメンタリ・
プッシュプル回路およびトライステート駆動回路と、基
準電流を増幅して出力するプッシュプル電流増幅回路と
を備え、第一のコンプリメンタリ・プッシュプル回路
は、そのバイアス回路に、上記基準電圧の入力と該入力
に付加するバイアス電圧源を備えるとともに、該プッシ
ュプル回路の分圧回路は上記電流増幅回路の基準電流回
路を形成し、かつ該電流増幅回路の出力端を上記第二の
コンプリメンタリ・プッシュプル回路のバイアス回路に
接続すること、さらに上記トライステート駆動回路は、
上記入力の電圧よりも低い第一の判定電圧と上記入力の
電圧よりも高い第二の判定電圧とを備え、出力電圧が第
一の判定電圧よりも低いときには出力を充電し、出力電
圧が第二の判定電圧よりも高いときには出力を放電する
手段を備えることを特徴とする。
In the semiconductor device of the present invention for achieving the above-mentioned object (3) more effectively, an input of a reference voltage equal to the intermediate voltage and at least two first outputs for connecting the output in parallel to the same load are connected. And the second complementary
The first complementary push-pull circuit includes a push-pull circuit, a tri-state drive circuit, and a push-pull current amplification circuit that amplifies and outputs a reference current. A bias voltage source added to the current amplification circuit, the voltage division circuit of the push-pull circuit forms a reference current circuit of the current amplification circuit, and the output terminal of the current amplification circuit is connected to the second complementary push-pull circuit. Connecting to a bias circuit, the tri-state drive circuit,
A first determination voltage lower than the input voltage and a second determination voltage higher than the input voltage are provided, and when the output voltage is lower than the first determination voltage, the output is charged, and the output voltage is It is characterized by comprising means for discharging the output when the voltage is higher than the second judgment voltage.

【0047】すなわち本発明ではトライステート駆動回
路をコンプリメンタリ・プッシュプル回路とともに負荷
に対して並列に接続してプッシュプル回路による駆動能
力を補うものである。
That is, in the present invention, the tristate drive circuit is connected in parallel with the load together with the complementary push-pull circuit to supplement the drive capability of the push-pull circuit.

【0048】ここで、上記第一および第二のコンプリメ
ンタリ・プッシュプル回路のバイアス電圧は、該電圧を
印加する該プッシュプル回路のトランジスタのゲートし
きい値電圧にほぼ等しい電圧にすること、あるいは上記
電流増幅回路をカレントミラー型のプッシュプル増幅回
路とすること、あるいは上記第一および第二のコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路を電界効果トランジスタに
より構成することが好ましいことは前述のとうりであ
る。
Here, the bias voltage of the first and second complementary push-pull circuits is set to a voltage substantially equal to the gate threshold voltage of the transistor of the push-pull circuit to which the voltage is applied, or As described above, it is preferable that the current amplifying circuit is a current mirror type push-pull amplifying circuit, or that the first and second complementary push-pull circuits are composed of field effect transistors.

【0049】ここで、上記の入力および出力の電圧を電
源電圧の二分の一にすれば、DRAMのような回路への
適正上好ましい。
Here, it is preferable to properly set the input and output voltages to ½ of the power supply voltage in order to properly apply to a circuit such as a DRAM.

【0050】さらに、複数の同種のブロックを少なくと
も含み、動作時においては、ブロック選択信号によって
選択した一つまたは複数のブロックを動作状態にする集
積回路(LSI)と、ブロックを負荷として電圧供給し
駆動する手段を有する半導体装置の場合においては、高
速応答を達成するために、ブロックを駆動する上記駆動
手段として、第一および第二の駆動回路と、各ブロック
毎に設けられ動作状態にあるブロックを第一の駆動回路
に、非動作状態にあるブロックを第二の駆動回路に、そ
れぞれ接続する切換手段とを備えることとする。
Furthermore, an integrated circuit (LSI) which includes at least a plurality of blocks of the same kind and which brings one or a plurality of blocks selected by the block selection signal into an operating state and a voltage is supplied to the blocks as a load. In the case of a semiconductor device having a driving means, in order to achieve a high-speed response, as the driving means for driving the block, first and second driving circuits, and a block provided in each block and in an operating state. And a switching means for connecting the non-operating block to the second drive circuit.

【0051】このような手段は、大容量のダイナミック
メモリのような集積回路に対して好適である。
Such means is suitable for an integrated circuit such as a large capacity dynamic memory.

【0052】そのような場合に、上記ブロックはメモリ
セルアレーを少なくとも含み、かつ上記負荷としてはメ
モリセル蓄積容量の対向電極およびメモリセルから信号
検知回路に信号を伝達するデータ線のプリチャージ電圧
供給線とを少なくとも含むようにするのがよい。
In such a case, the block includes at least a memory cell array, and as the load, a precharge voltage supply of a data line for transmitting a signal from the counter electrode of the memory cell storage capacitor and the memory cell to the signal detection circuit. It is preferable to include at least a line.

【0053】ここで上記駆動回路を電源電圧の二分の一
の電圧を発生するものとすることがDRAMへの適応上
好ましい。
Here, it is preferable from the viewpoint of application to DRAM that the drive circuit generates a voltage which is half the power supply voltage.

【0054】さらに上記駆動回路として本発明の半導体
装置を用いれば、大容量のLSIに対しても高精度化、
高速化を達成できる。
Further, if the semiconductor device of the present invention is used as the drive circuit, the accuracy is improved even for a large capacity LSI,
It is possible to achieve speedup.

【0055】(1)については、上記構成により、入出
力制御回路を、データ線ピッチの2倍のピッチでレイア
ウトできるため、従来に比べて、チップ面積を大きく増
大させることなく、最適な入出力回路構成をとることが
できる。これにより、入出力回路の動作マージンが格段
に向上し、低い電圧でも、安定かつ高速に動作させるこ
とができる。また、並列に書込み、読み出しを行っても
安定に動作するため、高い並列度の並列テストが可能と
なる。
With regard to (1), since the input / output control circuit can be laid out at a pitch twice the data line pitch with the above configuration, the optimum input / output can be achieved without significantly increasing the chip area as compared with the prior art. A circuit configuration can be taken. As a result, the operation margin of the input / output circuit is remarkably improved, and stable and high speed operation can be achieved even with a low voltage. Further, even if writing and reading are performed in parallel, the operation is stable, so that a parallel test with a high degree of parallelism is possible.

【0056】(2)については、スタティック型のワー
ドドライバは電源側にはPチャネルトランジスタ、グラ
ンド側にはNチャネルトランジスタが接続されている。
このため、ワード線駆動時にゲートをグランドレベル
(0V)にすれば、電源電圧がしきい値電圧VT以上で
あればPチャネルトランジスタが常にオン状態になり、
その出力電圧は電源電圧まで上昇する。このように上記
スタティック型のワードドライバは、ドライブトランジ
スタのゲート電圧がLowレベルで動作するので低電源
電圧に対しても安定に動作する。
Regarding (2), the static type word driver has a P-channel transistor connected to the power supply side and an N-channel transistor connected to the ground side.
Therefore, if the gate is set to the ground level (0 V) when driving the word line, the P-channel transistor is always turned on if the power supply voltage is equal to or higher than the threshold voltage VT.
Its output voltage rises to the power supply voltage. As described above, since the gate voltage of the drive transistor operates at a low level, the static word driver operates stably even with a low power supply voltage.

【0057】したがってワードドライバの電源として上
記電圧変換回路の出力を用いることにより、ワード線電
圧としてデータ線電圧よりメモリセルアレーのスイッチ
トランジスタのしきい値電圧分以上高い電圧を印加する
ことが可能になり、これにより、電源電圧が1V程度に
まで低下してもメモリ動作を安定にすることが可能にな
る。
Therefore, by using the output of the voltage conversion circuit as the power source of the word driver, it is possible to apply a voltage higher than the data line voltage by the threshold voltage of the switch transistor of the memory cell array or more as the word line voltage. As a result, it becomes possible to stabilize the memory operation even if the power supply voltage drops to about 1V.

【0058】さらに本発明のチャージポンプ回路は、そ
の出力電圧をプリチャージトランジスタに帰還するもの
で、これを電圧変換回路に用いることにより、低い電源
電圧に対しても速い立上りと高い出力電圧を得ることが
可能になる。
Furthermore, the charge pump circuit of the present invention feeds back its output voltage to the precharge transistor, and by using this output voltage in the voltage conversion circuit, a fast rise and a high output voltage are obtained even for a low power supply voltage. It will be possible.

【0059】また上記手段の第4項の整流回路は、整流
用トランジスタのゲート電圧をチャージポンプ回路の出
力電圧と同期させ、その出力がすなわちトランジスタの
ドレイン電圧がHighレベルのときはゲート電圧をそ
れよりしきい値電圧分以上高くし、Lowレベルのとき
は両者同レベルにするもので、これにより整流用トラン
ジスタの電圧降下を低減させ、電荷の逆流も防ぐことが
可能になる。
The rectifier circuit of the fourth term of the above means synchronizes the gate voltage of the rectifying transistor with the output voltage of the charge pump circuit, and when the output thereof, that is, the drain voltage of the transistor is at the high level, the gate voltage is changed. The threshold voltage is made higher by the threshold voltage or more, and both are set to the same level at the Low level. This makes it possible to reduce the voltage drop of the rectifying transistor and prevent the backflow of charges.

【0060】トランジスタのしきい値電圧を低電圧化す
ると一般にトランジスタの駆動能力が増加する。したが
って上記手段の第5項のように、規模のあまり大きくな
い電圧変換回路にはこのようなトランジスタを用いると
効果がある。しかし後述するように、ワードドライバの
ように多量のトランジスタを用いるようなものの場合は
逆に、トランジスタのオフ状態で流れる漏れ電流が無視
できなくなるのでしきい値電流として標準のものを用い
る。またメモリセルアレーのトランジスタを低しきい値
電圧化すると後述のようにリフレッシュ間隔を短くする
ことから消費電力の増加を招くことになり、したがっ
て、これには標準より高いものを用いるのが好ましい。
When the threshold voltage of the transistor is lowered, the driving capability of the transistor generally increases. Therefore, it is effective to use such a transistor in a voltage conversion circuit whose scale is not so large as in the fifth term of the above means. However, as will be described later, in the case of using a large number of transistors like a word driver, conversely, the leakage current flowing in the off state of the transistors cannot be ignored, and therefore the standard threshold current is used. Further, when the threshold voltage of the transistors of the memory cell array is lowered, the refresh interval is shortened as described later, resulting in an increase in power consumption. Therefore, it is preferable to use a transistor higher than the standard one.

【0061】すなわち上記手段の第5項は、低電源電圧
においても集積回路を一層安定化し、高速化し、低消費
電力化するよう作用するものである。
That is, the fifth term of the above means acts to further stabilize the integrated circuit even at a low power supply voltage, to increase the speed, and to reduce the power consumption.

【0062】(3)については、中間電圧に等しい基準
電圧の発生部をコンプリメンタリ・プッシュプル回路の
バイアス回路から分けることにより、バイアス回路とは
独立して電圧を設定することができ、中間電圧の出力を
高精度化することが可能になる。
With regard to (3), by dividing the generation unit of the reference voltage equal to the intermediate voltage from the bias circuit of the complementary push-pull circuit, the voltage can be set independently of the bias circuit, and the intermediate voltage The output can be made highly accurate.

【0063】また、入力と出力の電圧差を上記第一のコ
ンプリメンタリ・プッシュプル回路のトランジスタを介
して電流に変換し、その電流に比例する増幅電流で第二
のコンプリメンタリ・プッシュプル回路を駆動すること
により、入出力間に電圧差がある間は、プッシュプル回
路の駆動能力を高くして、高速に負荷容量に対して充放
電を行なうことになる。またその際の充電と放電の駆動
能力を揃えることができ、したがって低電圧でも、高速
かつ安定に動作する電圧供給回路(電圧フォロワ)を提
供することが可能になる。
Further, the voltage difference between the input and the output is converted into a current through the transistor of the first complementary push-pull circuit, and the second complementary push-pull circuit is driven by the amplified current proportional to the current. As a result, while there is a voltage difference between the input and output, the drive capacity of the push-pull circuit is increased, and the load capacity is charged and discharged at high speed. In addition, the charging and discharging driving capacities at that time can be made uniform, so that it is possible to provide a voltage supply circuit (voltage follower) that operates stably at high speed even at a low voltage.

【0064】さらに上記のようにコンプリメンタリ・プ
ッシュプル回路のバイアス電圧を電圧印加トランジスタ
のしきい値電圧にほぼ等しくして該プッシュプル回路の
電流を低い値に抑えれば、これにより半導体装置の定常
時電力を小さくしながら、出力電圧の変動時には高い駆
動能力を得るようにすることが可能になる。
Further, as described above, if the bias voltage of the complementary push-pull circuit is made substantially equal to the threshold voltage of the voltage application transistor and the current of the push-pull circuit is suppressed to a low value, the semiconductor device can be regulated. It becomes possible to obtain a high driving capability when the output voltage fluctuates while constantly reducing the power.

【0065】また電流増幅回路にカレントミラー型の増
幅回路を用いれば、簡単な回路構成で電流増幅が可能に
なるだけでなく、同一の特性を要するミラー回路相互の
トランジスタに同種の素子を用いることにより、高い駆
動能力をばらつき少なく容易に得ることが可能になる。
If a current mirror type amplifying circuit is used for the current amplifying circuit, not only the current can be amplified with a simple circuit configuration, but also the same kind of element is used for the transistors of the mirror circuits which require the same characteristics. As a result, it becomes possible to easily obtain high driving capability with little variation.

【0066】電界効果トランジスタは不純物濃度を制御
することによってゲートしきい値電圧を下げることがで
きるので、第一および第二のコンプリメンタリ・プッシ
ュプル回路を電界効果トランジスタで構成することによ
り、電源電圧が低くなっても所要の動作が得やすくな
る。
Since the gate threshold voltage of the field effect transistor can be lowered by controlling the impurity concentration, the power supply voltage can be reduced by configuring the first and second complementary push-pull circuits with field effect transistors. Even if it becomes lower, the required operation can be easily obtained.

【0067】さらにトライステート駆動回路をコンプリ
メンタリ・プッシュプル回路とともに負荷に対して並列
に接続する上記の手段によれば、入出力間の電圧誤差が
上記の判定電圧以上に大きくなった場合には負荷容量を
充電または放電することにより電圧誤差を判定電圧以内
に収束するよう動作し、これによりプッシュプル回路動
作を補って過渡時の応答速度をさらに高めるよう作用す
ることになる。
Further, according to the above-mentioned means of connecting the tri-state drive circuit together with the complementary push-pull circuit in parallel to the load, when the voltage error between the input and output becomes larger than the above-mentioned judgment voltage, the load is increased. By charging or discharging the capacitor, the voltage error operates so as to converge within the determination voltage, thereby compensating for the push-pull circuit operation and further increasing the response speed during the transient.

【0068】また集積回路の中に複数の同種のブロック
を含み、その一部を動作させる場合に、動作状態のブロ
ックのみを負荷として選択するよう切り換える本発明の
手段によれば、大容量のDRAMのような場合にもその
一部の負荷を実質的に担うことになるため大きな過渡電
流を流すことなく高速応答が可能になる。そのうえ、こ
の駆動回路に本発明の装置を用いれば、前記したように
さらに効果的に高精度高速応答性を得ることが可能にな
る。
Further, according to the means of the present invention, which includes a plurality of blocks of the same kind in an integrated circuit, and when a part of them is operated, only the block in the operating state is selected as a load, the large capacity DRAM is provided. In such a case as well, since a part of the load is substantially carried, a high-speed response can be achieved without flowing a large transient current. In addition, if the device of the present invention is used for this drive circuit, it becomes possible to more effectively obtain high-accuracy and high-speed response as described above.

【0069】[0069]

【発明の実施の形態】以下実施例により本発明を具体的
に説明する。なお、以下の説明では、本発明をダイナミ
ックメモリ(DRAM)に適用した例について説明する
が、これ以外の、例えば、スタティックメモリ(SRA
M)やリード・オンリ・メモリ(ROM)についても同
様に適用できる。また、MIS型のFET素子を用いた
メモリ以外にも、バイポーラ素子を用いたメモリ、バイ
ポーラ素子とMIS−FETとを組み合わせた、いわゆ
るBiCMOS型のメモリ、さらには、シリコン以外の
半導体材料を用いたメモリについても、同様に適用する
ことができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below with reference to Examples. In the following description, an example in which the present invention is applied to a dynamic memory (DRAM) will be described. However, other than this, for example, a static memory (SRA)
M) and read only memory (ROM) are also applicable. In addition to the memory using the MIS type FET element, a memory using a bipolar element, a so-called BiCMOS type memory in which a bipolar element and MIS-FET are combined, and a semiconductor material other than silicon are used. The same can be applied to the memory.

【0070】図1から図6は本発明のメモリ回路の一実
施例である。図1から図6中、MAは1つのMIS−F
ETと1つの蓄積容量からなるメモリセルを二次元的に
複数個配列したメモリセルアレー、CKT0,CKT1
はメモリセル信号を検知したり、読出し線または書込み
線を通して、メモリ外部と情報をやりとりするための入
出力制御回路、D0とD0 ̄、D1とD1 ̄メモリセル
と上記入出力制御回路の間で信号の伝送を行うためのデ
ータ線対、WDはメモリセルアレーのうちの行アドレス
を指定して1本のワード線に駆動信号を与えるためのワ
ード線駆動回路、W0〜Wmはワード線、YDはメモリ
セルアレーのうちの列アドレスを指定するためのY
(列)デコーダ、Y01は列選択信号線、をそれぞれ表
している。また、入出力制御回路の中で、SA0、SA
1はデータ線上の微小な信号電圧を検知するための検知
回路(センスアンプ)、CSN0とCSP0、CSN1
とCSP1は、それぞれ検知回路SA0、SA1の駆動
信号線、CD0あるいはCD1は検知回路の駆動信号発
生回路、PR0,PR1は、非動作状態において、デー
タ線対を短絡するとともにセンスアンプの動作に都合の
良い電圧に設定するためのプリチャージ回路、RG0あ
るいはRG1はデータ線対に現れた信号(電圧差)をメ
モリアレー外部に読みだすための読みだしゲート、T1
〜T4は読みだしゲートを構成するNチャネルMIS−
FET、WG0あるいはWG1は外部の情報に従ってデ
ータ線を駆動する書き込みゲート、T5〜T8は1つの
書き込みゲートを構成するNチャネルMIS−FET,
RO0,RO0 ̄,RO1,RO1 ̄は読みだし線、W
I0,WI0 ̄,WI1,WI1 ̄は書き込み線、RC
S0,RCS0 ̄,RCS1,RCS1 ̄は読みだし制
御線、WR0,WR0 ̄,WR1,WR1 ̄は書込み制
御線、をそれぞれ示している。また、SWR0,SWR
1は読みだし線から共通の読みだし線CRO,CRO ̄
へ接続するためのスイッチ回路、SWW0,SWW1は
書き込み線と共通の書き込み線CWI,CWI ̄を接続
するためのスイッチ回路、SEL0,SEL1は左右い
ずれかのスイッチを選択する信号。AMPはCRO ̄,
CROへ現れた信号を検知増幅するためのセンス増幅
器、DOBは出力バッファ、DIBは入力バッファであ
る。本実施例では、入出力制御回路CKT0,CKT1
をデータ線対毎にメモリセルアレーの左右に交互に配置
しており、かつ入出力制御回路内のI/O線を読みだし
線(RO線)と書き込み線(WI線)に分離している。
以下これらの具体的な構成と効果を説明する。
1 to 6 show an embodiment of the memory circuit of the present invention. 1 to 6, MA is one MIS-F
A memory cell array in which a plurality of memory cells each consisting of ET and one storage capacitor are arranged two-dimensionally, CKT0, CKT1
Is an input / output control circuit for detecting a memory cell signal and exchanging information with the outside of the memory through a read line or a write line, between D0 and D0, D1 and D1 A data line pair for transmitting signals, WD is a word line drive circuit for designating a row address in the memory cell array and applying a drive signal to one word line, W0 to Wm are word lines, YD Is Y for designating the column address of the memory cell array.
A (column) decoder and Y01 are column selection signal lines, respectively. In the input / output control circuit, SA0, SA
Reference numeral 1 is a detection circuit (sense amplifier) for detecting a minute signal voltage on the data line, CSN0 and CSP0, CSN1.
And CSP1 are drive signal lines for the detection circuits SA0 and SA1, CD0 or CD1 are drive signal generation circuits for the detection circuit, and PR0 and PR1 are for operating the sense amplifier while short-circuiting the data line pair in the non-operating state. RG0 or RG1 is a precharge circuit for setting a good voltage of T1, a read gate for reading a signal (voltage difference) appearing on the data line pair to the outside of the memory array, and T1.
~ T4 is an N channel MIS- which constitutes a read gate
FET, WG0 or WG1 is a write gate that drives a data line according to external information, T5 to T8 are N-channel MIS-FETs that form one write gate,
RO0, RO0 ̄, RO1, RO1 ̄ are reading lines, W
I0, WI0-, WI1, WI1- are write lines, RC
S0, RCS0-, RCS1, RCS1-represent read control lines, and WR0, WR0-, WR1, WR1-represent write control lines. In addition, SWR0, SWR
1 is a common reading line from the reading line CRO, CRO
SWW0 and SWW1 are switch circuits for connecting to the write line and the common write lines CWI and CWI, and SEL0 and SEL1 are signals for selecting either the left or right switch. AMP is CRO
A sense amplifier for detecting and amplifying a signal appearing on CRO, DOB is an output buffer, and DIB is an input buffer. In this embodiment, the input / output control circuits CKT0, CKT1
Are alternately arranged on the left and right of the memory cell array for each data line pair, and the I / O line in the input / output control circuit is separated into a read line (RO line) and a write line (WI line). .
Hereinafter, these specific configurations and effects will be described.

【0071】図2には読みだしゲートおよび書き込みゲ
ート回路の平面レイアウト図を示す。一般的には、メモ
リの高集積化が進むとともに入出力制御回路Ciをデー
タ線ピッチでレイアウトすることが困難になってくる。
しかし本実施例のように入出力制御回路をメモリセルア
レーの左右に交互に配置することで入出力制御回路のレ
イアウトピッチはデータ線対ピッチの2倍、すなわち2
dyにできるのでチップ面積を大きく増大させること無
しにレイアウトが可能になる。高集積メモリにおいて
は、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・サーキッツ,23(1988
年)第1113頁から1119頁(IEEE,Journal of So
lid-State Circuits, vol.23,No.5,October 1
988,pp1113−1119)に述べられているよう
に、隣接するデータ線間の容量結合により信号対雑音比
が著しく低下するという問題がある。メモリセルアレー
部分の容量結合雑音はデータ線をメモリセルアレーの途
中で交差する等の方法により低減できることは知られて
いるが、入出力制御回路部においては隣接データ線間の
結合容量が場所により不均一であるため雑音を低減する
ことが十分に行えなかった。本実施例では入出力制御回
路のデータ線対間にシールド用の配線を配することによ
り、従来に比べて著しく線間容量結合雑音を低減するこ
とができる。以下、これについて説明する。図2に示す
ような入出力制御回路部のレイアウトにおいて、データ
線対間にデータ線と同時に形成される他の信号配線を配
置している。ここでは、例えば、読みだしゲートRGi
部でデータ線と直行して配線された読みだし線RO,R
O ̄及び読みだし制御線RCS,RCS ̄はスルーホー
ルを通してデータ線と同時に形成される配線材に接続さ
れ、データ線と平行に配置される。このようにすること
で、データ線と隣接データ線間の寄生容量を低減するこ
とができ、読みだし動作に伴う雑音を最低限に抑え、安
定な動作を期すことができる。
FIG. 2 shows a plan layout diagram of the read gate and write gate circuits. Generally, as the degree of integration of the memory increases, it becomes difficult to lay out the input / output control circuit Ci at the data line pitch.
However, by arranging the input / output control circuits alternately on the right and left sides of the memory cell array as in this embodiment, the layout pitch of the input / output control circuits is twice the pitch of the data line pairs, that is, 2
Since it can be dy, layout can be performed without significantly increasing the chip area. In high-integrated memory, for example, IEE Journal of Solid State Circuits, 23 (1988).
Year) pp. 1113 to 1119 (IEEE, Journal of So
lid-State Circuits, vol.23, No.5, October 1
988, pp1113-1119), there is a problem that the signal-to-noise ratio is significantly reduced due to capacitive coupling between adjacent data lines. It is known that the capacitive coupling noise in the memory cell array part can be reduced by a method such as crossing the data lines in the middle of the memory cell array. Since it was non-uniform, it was not possible to sufficiently reduce noise. In this embodiment, by providing a shield wiring between the data line pair of the input / output control circuit, it is possible to significantly reduce the line-to-line capacitive coupling noise as compared with the conventional case. This will be described below. In the layout of the input / output control circuit unit as shown in FIG. 2, another signal line formed simultaneously with the data line is arranged between the data line pair. Here, for example, the reading gate RGi
Reading lines RO and R that are wired perpendicular to the data lines in the section
The O and read control lines RCS and RCS are connected to the wiring material formed at the same time as the data line through the through hole and arranged in parallel with the data line. By doing so, the parasitic capacitance between the data line and the adjacent data line can be reduced, the noise accompanying the read operation can be minimized, and stable operation can be expected.

【0072】次に、読出しスイッチSWR0、書込みス
イッチSWW0、センス増幅回路AMOの具体的な構成
を説明する。
Next, the specific configurations of the read switch SWR0, the write switch SWW0, and the sense amplifier circuit AMO will be described.

【0073】図3(a)は読出しスイッチSWRi(i
=0,1)の構成例である。この回路は、複数の読出し
線ROi、ROi ̄の内の1つを共通読出し線CRO、
CRO ̄に選択的に接続するとともに、選択されたメモ
リブロックの読出し制御線RCSi、RCSi ̄の電圧
を制御して、読出し線に信号を取り出すようにしてい
る。同図において、T10〜T17はNチャネルMIS
FET、INV100はインバータ、NAND1は入力
が共に高レベルの組合せのときのみ低レベルを出力する
2入力の反転論理積回路、をそれぞれ示している。メモ
リブロックが選択されて選択信号SELiが高いレベ
ル、かつメモリが読出し状態にあって書込み信号WEが
高レベルになると、MISFET T10〜T13が導
通、T14〜T17が非導通となる。したがって、読出
し線ROi,ROi ̄はそれぞれ共通読出し線CRO、
CRO ̄に接続されるとともに、読出し制御線RCS
i、RCSiは接地される。これにより、例えば図1に
おいて列選択信号Y01が高レベルになると、T3およ
びT4が導通し、データ線対D0,D0 ̄の電圧差に応
じて読出し線RO0、RO0 ̄から読出し制御線RCS
0、RCS0 ̄に流れる電流の差として信号が得られ
る。ここで、読出し制御線RCS0、RCS0 ̄は、読
出し動作だけを考えると、必ずしも分離する必要はない
が、後述するうに並列テストを行なう場合には、分離が
不可欠である。
FIG. 3A shows a read switch SWRi (i
= 0, 1). In this circuit, one of the plurality of read lines ROi and ROi is connected to the common read line CRO,
The signal is taken out to the read line by controlling the voltage of the read control lines RCSi and RCSi of the selected memory block while being selectively connected to CRO. In the figure, T10 to T17 are N channel MISs.
FET and INV100 are inverters, and NAND1 is a 2-input inverting AND circuit that outputs a low level only when both inputs are at a high level. When the memory block is selected and the selection signal SELi is at a high level and the memory is in the read state and the write signal WE is at a high level, the MISFETs T10 to T13 are conductive and T14 to T17 are nonconductive. Therefore, the read lines ROi and ROi are respectively the common read lines CRO and
Read control line RCS connected to CRO
i and RCSi are grounded. As a result, for example, when the column selection signal Y01 becomes high level in FIG. 1, T3 and T4 become conductive, and the read lines RO0 and RO0 are read to the read control line RCS in accordance with the voltage difference between the data line pair D0 and D0.
A signal is obtained as the difference between the currents flowing through 0 and RCS0. Here, the read control lines RCS0 and RCS0 are not necessarily separated in consideration of only the read operation, but separation is indispensable when performing a parallel test as described later.

【0074】メモリブロックが非選択となり、選択信号
SELiが低レベル、またはメモリが書込み状態にあっ
て書込み信号WE ̄が低レベルになると、MISFET
T10〜T13が非導通、T14〜T17が導通とな
る。したがって、読出し線ROi、ROi ̄および読出
し制御線RCSi、RCSi ̄は同一の電圧(ここでは
中間電圧HVL)に接続される。これにより、例えば図
1において列選択信号Y01が高レベルになってT3お
よびT4が導通しても、読出し線ROi、ROi ̄から
読出し制御線RCSi、RCSi ̄に電流が流れること
がないため、例えば図10において述べるように、1本
の列選択信号線で複数のメモリブロック(選択ブロック
と非選択ブロックを含む)の列アドレスを選択するよう
な場合に都合がよい。
When the memory block is deselected and the selection signal SELi is at the low level or the memory is in the write state and the write signal WE is at the low level, the MISFET
T10 to T13 are non-conductive, and T14 to T17 are conductive. Therefore, the read lines ROi and ROi and the read control lines RCSi and RCSi are connected to the same voltage (here, the intermediate voltage HVL). As a result, for example, even if the column selection signal Y01 becomes high level in FIG. 1 and T3 and T4 become conductive, no current flows from the read lines ROi and ROi to the read control lines RCSi and RCSi. As described with reference to FIG. 10, it is convenient to select a column address of a plurality of memory blocks (including a selected block and a non-selected block) with one column selection signal line.

【0075】図3(b)は書込みスイッチSWWi(i
=0,1)の構成例である。この回路は、複数の書込み
線WIi、WIi ̄の内の1つを共通書込み線CWI、
CWI ̄に選択的に接続するとともに、選択されたメモ
リブロックの書込み制御線WRiを高レベルにして、書
込みを行なうようにしている。同図において、T20,
T23〜T26はNチャネルMISFET、T21、T
22はPチャネルMISFET、INV101〜INV
103はインバータ、NAND2は2入力の反転論理積
回路、をそれぞれ示している。メモリブロックが選択さ
れて選択信号SELiが高レベル、かつメモリが書込み
状態にあって書込み信号WEが高レベルになると、MI
SFET T20〜T23が導通、T24〜T26が非
導通となる。したがって、書込み線WIi、WIi ̄は
それぞれ共通書込み線CWI、CWI ̄に接続されると
ともに、書込み制御線WRiには高レベルが出力され
る。これにより、例えば図1において列選択信号Y01
が高レベルになると、T5およびT6が導通し、データ
線対D0,D0 ̄は書込み線WI0、WI0 ̄に接続さ
れ、書込み線上の書込み情報はデータ線に書き込まれ
る。
FIG. 3B shows the write switch SWWi (i
= 0, 1). In this circuit, one of the plurality of write lines WIi and WIi is connected to the common write line CWI,
Writing is performed by selectively connecting to CWI and setting the write control line WRi of the selected memory block to a high level. In the figure, T20,
T23 to T26 are N-channel MISFETs, T21, T
22 is a P channel MISFET, INV101 to INV
Reference numeral 103 indicates an inverter, and NAND2 indicates a 2-input inverting AND circuit. When the memory block is selected and the selection signal SELi is at the high level and the memory is in the write state and the write signal WE is at the high level, MI
The SFETs T20 to T23 are conductive and T24 to T26 are non-conductive. Therefore, the write lines WIi and WIi are connected to the common write lines CWI and CWI, respectively, and a high level is output to the write control line WRi. Thus, for example, in FIG. 1, the column selection signal Y01
Goes high, T5 and T6 become conductive, the data line pair D0 and D0 is connected to the write lines WI0 and WI0, and the write information on the write line is written to the data line.

【0076】メモリブロックが非選択となり、選択信号
SELiが低レベル、またはメモリが読出し状態にあっ
て書込み信号WEが低レベルになると、MISFET
T20〜T23が非導通、T24〜T26が導通とな
る。したがって、書込み線WIi、WIi ̄は同一の電
圧(ここでは中間電圧HVL)に接続されるとともに、
書込み制御線WRiは低レベルになる。これにより、例
えば図1において列選択信号Y01が高レベルになって
T5およびT6が導通しても、データ線と書込み線とは
導通しないため、例えば図10において述べるように、
1本の列選択信号線で複数のメモリブロック(選択ブロ
ックと非選択ブロックを含む)の列アドレスを選択する
ような場合に都合がよい。
When the memory block is deselected and the selection signal SELi becomes low level, or the memory is in the read state and the write signal WE becomes low level, the MISFET is turned off.
T20 to T23 are non-conductive, and T24 to T26 are conductive. Therefore, the write lines WIi and WIi are connected to the same voltage (here, the intermediate voltage HVL), and
The write control line WRi goes low. As a result, for example, even if the column selection signal Y01 becomes high level in FIG. 1 and T5 and T6 become conductive, the data line and the write line do not become conductive. Therefore, as described in FIG.
This is convenient when the column address of a plurality of memory blocks (including the selected block and the non-selected block) is selected by one column selection signal line.

【0077】次に、図4は共通読出し線CRO,CRO
 ̄に読みだされた信号を増幅するためのセンス増幅回路
の構成を示している。同図において、amp1は共通読
出し線CRO,CRO ̄を入力、d1,d1を出力とす
る第一のセンス増幅回路、amp2はd1,d1 ̄を入
力、d2,d2 ̄を出力とする第二のセンス増幅回路、
amp3はd2,d2 ̄を入力、d3,d3 ̄を出力と
する第三のセンス増幅回路、T42,T43は第三のセ
ンス増幅回路を動作前に初期化するためのMISFET
である。第一のセンス増幅回路amp1は同じ構成の2
つの電流電圧変換回路で構成される。電流電圧変換回路
は差動増幅回路DA1、PチャネルMISFET T3
0、NチャネルMISFET T31とからなる。ま
た、第二のセンス増幅回路amp2は同じ構成の2つの
差動増幅回路DA3,DA4で構成される。第三のセン
ス増幅回路amp3は2つの反転論理和回路MOR1,
NOR2,2つのインバータINV105,INV10
6で構成される。
Next, FIG. 4 shows common read lines CRO and CRO.
The configuration of the sense amplifier circuit for amplifying the read signal is shown. In the figure, amp1 is a first sense amplifier circuit that inputs common read lines CRO and CRO, and outputs d1 and d1, and amp2 is a second sense amplifier circuit that inputs d1 and d1 and outputs d2 and d2. Sense amplifier circuit,
amp3 is a third sense amplifier circuit that inputs d2, d2  ̄ and outputs d3, d3  ̄, and T42 and T43 are MISFETs for initializing the third sense amplifier circuit before operation.
Is. The first sense amplifier circuit amp1 has the same configuration as 2
It consists of two current-voltage conversion circuits. The current-voltage conversion circuit is a differential amplifier circuit DA1, P-channel MISFET T3
0, N channel MISFET T31. The second sense amplifier circuit amp2 is composed of two differential amplifier circuits DA3 and DA4 having the same configuration. The third sense amplifier circuit amp3 includes two inversion OR circuits MOR1,
NOR2, two inverters INV105, INV10
It is composed of 6.

【0078】次に、本実施例の動作を図5および図6の
動作波形を用いて説明する。なお、ここでは、データ線
D0,D0 ̄に読出された情報を読出したり、外部から
の情報をD0,D0 ̄に書込む場合の例について説明す
るが、同様の動作はメモリアレー内の全てのメモリセル
に対して選択的に行なうことができるのは自明である。
また、ここでは動作電圧が1.5Vの場合について説明
しているが、これに限らず他の電圧で動作させても、本
発明は同様に適用でき、かつ同様の効果を得ることがで
きる。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the operation waveforms of FIGS. Here, an example of reading information read on the data lines D0 and D0 and writing external information to D0 and D0 is described, but the same operation is performed in all the memory arrays. Obviously, it can be selectively performed on the memory cells.
Further, although the case where the operating voltage is 1.5 V has been described here, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied and the same effect can be obtained even when operating with another voltage.

【0079】まずはじめに読出し動作を図5により説明
する。プリチャージ回路部PR0の制御信号PCが時間
t0で立ち下がり、データ線への予備充電動作が終了す
る。続いて選択されたワード線W0がt1 で立上り、
メモリセルからデータ線D0,D0 ̄に信号が読みださ
れる。次に、t3にセンスアンプ駆動信号CSPを中間
電位からHighレベルへ、CSNを中間電位からLow レベ
ルにし、センスアンプSA0を駆動する。これにより、
データ線に読みだされた信号がセンスアンプによりHig
h,Low に増幅される。ここで、本実施例では、データ
線は読みだしゲートRG0 中のトランジスタT1,T
2のゲートに接続され、トランジスタT3,T4を通し
て、読出し線RO0,RO0 ̄へ接続してある。選択さ
れた入出力回路CKT0 の読出し制御線RCS0,R
CS0 ̄はt1においてLow に駆動される。この構成に
よりデータ線と読出し線は分離されるため、データ線が
High,Low レベルに確定する前の増幅途中において、こ
こではt3において、列選択信号線Y01を入力しても
データ線の情報を破壊することがない。したがって、デ
ータ線の情報を破壊すること無しに読出し線へ伝達する
ことができるので、読みだし動作の高速化が図れる。な
お、従来に比べて高速化できる理由、および効果につい
ては後で詳しく述べる。ここで、読出し線および共通読
出し線の信号電圧、すなわちRO0とRO0 ̄およびC
ROとCRO ̄の電圧差は約20mV程度、第一のセン
ス増幅回路の出力信号振幅(d1とd1 ̄の電圧差)は
約200mV程度、第二のセンス増幅回路の出力信号振
幅(d2とd2 ̄の電圧差)は1〜1.5V程度であ
る。すなわち、第一のセンス増幅回路の電圧増幅率は約
10程度、第二のセンス増幅回路の電圧増幅率は約5〜
7程度である。第三のセンス増幅回路の電圧増幅率は1
〜2程度である。但し、第三のセンス増幅回路には出力
情報を記憶する機能、いわゆるラッチ機能がある。すな
わち、入力の信号を増幅した後に入力をともにlowに
することにより、次の入力が入るまでは先の入力に応じ
た出力が保持される。これにより、第一から第三の増幅
回路の全てを常に動作状態にする必要がなく、出力され
た後には、第一あるいは第二あるいはその両方の増幅回
路を非動作状態として、消費電力を低減することができ
る。
First, the read operation will be described with reference to FIG. The control signal PC of the precharge circuit section PR0 falls at time t0, and the precharge operation for the data line is completed. Subsequently, the selected word line W0 rises at t1,
A signal is read from the memory cell to the data lines D0 and D0. Next, at t3, the sense amplifier drive signal CSP is changed from the intermediate potential to the high level and CSN is changed from the intermediate potential to the low level to drive the sense amplifier SA0. This allows
The signal read to the data line is Hig by the sense amplifier.
It is amplified to h and Low. Here, in this embodiment, the data line is read out from the transistors T1 and T in the read gate RG0.
It is connected to the gate of 2 and is connected to read lines RO0 and RO0 through transistors T3 and T4. Read control lines RCS0, R of the selected input / output circuit CKT0
CS0 is driven low at t1. This configuration separates the data line from the read line, so the data line
In the middle of the amplification before being set to the high and low levels, here, at t3, even if the column selection signal line Y01 is input, the information of the data line is not destroyed. Therefore, the information on the data line can be transmitted to the read line without destroying the information, so that the read operation can be speeded up. The reason why the speed can be increased and the effect thereof will be described in detail later. Here, the signal voltages of the read line and the common read line, that is, RO0, RO0 and C
The voltage difference between RO and CRO is about 20 mV, the output signal amplitude of the first sense amplifier circuit (voltage difference between d1 and d1) is about 200 mV, and the output signal amplitude of the second sense amplifier circuit (d2 and d2). The voltage difference is about 1 to 1.5V. That is, the voltage amplification factor of the first sense amplifier circuit is approximately 10 and the voltage amplification factor of the second sense amplifier circuit is approximately 5 to 5.
It is about 7. The voltage amplification factor of the third sense amplifier circuit is 1
~ 2. However, the third sense amplifier circuit has a function of storing output information, a so-called latch function. That is, by amplifying the input signal and then turning both inputs low, the output corresponding to the previous input is held until the next input is input. As a result, it is not necessary to keep all of the first to third amplifier circuits in operation at all times, and after output, the first and / or second amplifier circuits are deactivated to reduce power consumption. can do.

【0080】この図では、一つの情報の読出しの後、列
アドレスを切り換えて他の情報を読出すようにした、い
わゆるスタティックカラム動作の例も示している。すな
わち、列選択信号Y01の次にY23を立ち上げて情報
を読出している。本実施例によれば、後述するようにセ
ンス増幅回路の入力を電流とすることにより、読出し線
および共通読出し線の電圧振幅は20mVと従来の1/
10に低減している。これにより、読出し線および共通
読出し線の寄生容量の充放電に要する時間を約1/10
に短縮することができ、アドレスを切り換えてから情報
を出力するまでの遅延を極めて小さくすることができ
る。
This drawing also shows an example of so-called static column operation in which after reading one information, the column address is switched to read other information. That is, Y23 is raised next to the column selection signal Y01 to read information. According to the present embodiment, the voltage amplitude of the read line and the common read line is 20 mV, which is 1 / the conventional value, by inputting a current to the sense amplifier circuit as described later.
It has been reduced to 10. As a result, the time required for charging and discharging the parasitic capacitance of the read line and the common read line is about 1/10.
The delay from switching the address to outputting the information can be made extremely small.

【0081】つぎに、読出し動作に続いて書き込み動作
を行なう場合の例を図6を用いて説明する。同図におい
て、最初の読出し動作は図5と同じである。t4におい
てWEがhighになると列選択信号線Y01がHighの
ままで、RG0 の制御信号線RCS0 がHVL(0.
75V)、書き込みゲートWG0の制御信号線WR0が
゛Highになる。これとともに書き込み用の入出力線WI
0,WI0 ̄に書き込みのデータを与えると、書き込み
ゲートWG0内のトランジスタT5、T7、およびT
6、T8を通してデータ線D0,D0 ̄へデータが書き
込まれる。
Next, an example in which the read operation is followed by the write operation will be described with reference to FIG. In the figure, the first read operation is the same as in FIG. When WE becomes high at t4, the column selection signal line Y01 remains High, and the control signal line RCS0 of RG0 becomes HVL (0.
75V), the control signal line WR0 of the write gate WG0 becomes "High". Along with this, the input / output line WI for writing
When write data is given to 0 and WI0, transistors T5, T7, and T in the write gate WG0 are given.
Data is written to the data lines D0 and D0 through T6 and T8.

【0082】以上の例に示したように、書き込み動作と
読みだし動作でI/O線とデータ線間の伝達インピーダ
ンスを変化させる一手段として、読みだし線と書き込み
線を分離することで、読みだし動作マージンと書き込み
動作マージンをおのおの個別に設定することができるの
で、低電圧動作においても動作の高速化及び安定化を図
ることができる。
As shown in the above example, as a means for changing the transfer impedance between the I / O line and the data line in the write operation and the read operation, by separating the read line and the write line, the read Since the operation margin and the write operation margin can be set individually, it is possible to speed up and stabilize the operation even in low voltage operation.

【0083】次に、本実施例で用いたセンス増幅回路は
効果を図7、図8により説明する。図7(a)は従来の
センス増幅回路、図7(b)は本発明によるセンス増幅
回路の構成を模式的に示したものである。また図7
(c)は従来のセンス増幅回路と、本発明によるセンス
増幅回路の動作波形を模式的に示したものである。従来
回路では、メモリセルMCから、データ線(D0,D0
 ̄)に読出された微小信号は、センスアンプSA0で増
幅された後、列選択信号Y01で制御されるMISFE
T T50,T51 ̄をオンにして、読出し線(IO
0,IO0 ̄)に伝えられていた。従来回路には、高速
化を妨げる2つの問題がある。1つは、センスアンプで
十分に増幅された後、MISFETをオンにする必要が
あることである。そうしないと、データ線(CD約0.
3pF)と読出し線(CR約8pF)に、数10倍の容
量差があるため、大きな電荷が読出し線から流れ込ん
で、せっかく増幅しかけた情報が破壊されてしまうため
である。もう1つは、駆動能力の小さなセンスアンプ
で、大きな寄生容量の読出し線を200mVという大き
な電圧まで増幅する必要があることである。これは、次
段の第二のセンス増幅回路の信号検出感度のためであ
る。
Next, the effect of the sense amplifier circuit used in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7A schematically shows the configuration of a conventional sense amplifier circuit, and FIG. 7B schematically shows the configuration of the sense amplifier circuit according to the present invention. See also FIG.
FIG. 3C schematically shows operation waveforms of the conventional sense amplifier circuit and the sense amplifier circuit according to the present invention. In the conventional circuit, from the memory cell MC to the data lines (D0, D0
The minute signal read out to (1) is amplified by the sense amplifier SA0 and then controlled by the column selection signal Y01.
Turn on T T50 and T51 and turn on the read line (IO
0, IO0). The conventional circuit has two problems that hinder the speedup. One is that the MISFET must be turned on after it has been sufficiently amplified by the sense amplifier. Otherwise, the data line (CD about 0.
This is because there is a capacitance difference of several tens of times between the read line (3 pF) and the read line (CR about 8 pF), and a large amount of charge flows in from the read line, destroying the information that has been amplified. The other is that it is necessary to amplify a read line having a large parasitic capacitance to a voltage as large as 200 mV by a sense amplifier having a small driving capability. This is because of the signal detection sensitivity of the second sense amplifier circuit in the next stage.

【0084】そこで、本発明では、データ線の信号をゲ
ートで受けたNMOSトランジスタT1,T2を設け、
センスアンプと読出し線を分離した。これによって、デ
ータ線が十分増幅されるのを待たずに、列選択信号で制
御されるMISFET T3,T4をオンにできるた
め、データ線の電圧情報を、電流情報に変換して、高速
に読みだすことができる。さらに、低電圧動作に適する
ように、PチャネルのMISFETと増幅回路により達
成した、電流センス回路を設け、電流入力に比例した電
圧出力を得られるようにした。電流入力とすることによ
り、信号線の電圧振幅は、従来に比べて、約1桁(20
0mV→20mV)小さく抑えることができ、寄生容量
CRの充放電に要する時間が大幅に短縮されて高速化さ
れる。
Therefore, in the present invention, the NMOS transistors T1 and T2 whose gate receives the signal of the data line are provided,
Separated the sense amplifier and the read line. As a result, the MISFETs T3 and T4 controlled by the column selection signal can be turned on without waiting for the data line to be sufficiently amplified. Therefore, the voltage information of the data line is converted into current information and read at high speed. You can get out. Further, in order to be suitable for low voltage operation, a current sense circuit achieved by a P-channel MISFET and an amplifier circuit is provided so that a voltage output proportional to a current input can be obtained. By using current input, the voltage amplitude of the signal line is about one digit (20
(0 mV → 20 mV), and the time required for charging / discharging the parasitic capacitance CR is significantly shortened and the speed is increased.

【0085】図8は、従来のセンス増幅回路と本発発明
によるセンス増幅回路の動作速度を計算機シミュレーシ
ョン結果をもとに比較したものである。ここでセンス時
間とは、センスアンプを起動するための信号CSN,C
SPが投入されてから、I/O線に200mVの信号電
圧が得られるまで(従来の場合)の遅延時間、あるいは
第一のセンス増幅回路の出力に200mVの出力が得ら
れるまで(本発明の場合)の遅延時間で定義している。
本発明の回路により、1.5Vで従来に比べて20ns
高速化されることから、本発明が低電圧でかつ高速に動
作することが示された。
FIG. 8 is a comparison of the operating speeds of the conventional sense amplifier circuit and the sense amplifier circuit according to the present invention based on the computer simulation results. Here, the sense time is the signal CSN, C for starting the sense amplifier.
The delay time from when the SP is turned on until the signal voltage of 200 mV is obtained on the I / O line (in the conventional case) or until the output of 200 mV is obtained at the output of the first sense amplifier circuit (of the present invention). The case is defined by the delay time.
With the circuit of the present invention, it is 20 ns at 1.5 V compared to the conventional
Since the speed is increased, it has been shown that the present invention operates at low voltage and high speed.

【0086】以上述べたように本実施例では、入出力制
御回路をメモリセルアレーの左右に交互に配置し、かつ
読みだし用と書き込み用の入出力線を分離することで、
低電圧動作においても動作の高速化及び安定化を図るこ
とができる。さらには、読出し線の信号を検出する第一
のセンス増幅回路を電流電圧変換回路で構成し、かつ読
出し線駆動用のMISFETとデータ線の電圧を読出し
線の電流に変換するためのMISFETを相補の構成と
することにより、1〜2V程度の低い電源電圧でも高速
に動作するセンス増幅回路を提供することができる。
As described above, in this embodiment, the input / output control circuits are alternately arranged on the left and right sides of the memory cell array, and the read and write input / output lines are separated from each other.
It is possible to speed up and stabilize the operation even in the low voltage operation. Further, the first sense amplifier circuit for detecting the signal of the read line is composed of a current-voltage conversion circuit, and the MISFET for driving the read line and the MISFET for converting the voltage of the data line into the current of the read line are complementary. With this configuration, it is possible to provide a sense amplifier circuit that operates at high speed even with a low power supply voltage of about 1 to 2V.

【0087】図9はさらに動作の安定化を図るための実
施例である。前に述べたように、入出力制御回路部では
データ線間の寄生容量を低減することができた。ここで
はメモリセルアレー部においてデータ線間の寄生容量の
バランスをとることによりさらに動作の安定化を図って
いる。すなわちデータ線を一線対ごとにメモリセルアレ
ーの中央部において交差させる。D1,D1 ̄とデータ
線D0 ̄間の寄生容量はそれぞれCc01L、Cc01R
であるが、Cc01LとCc01Rは一致するのでD
1,D1 ̄とデータ線D0 ̄間の寄生容量は等しくでき
る。同様にD1,D1 ̄とデータ線D2 間の寄生容量
も等しくできるので、対となるデータ線同志で隣接デー
タ線との寄生容量のバランスをとることができる。した
がって、メモリセルアレー内においてもさらに読みだし
動作の安定化を図ることができる。
FIG. 9 shows an embodiment for further stabilizing the operation. As described above, the parasitic capacitance between the data lines could be reduced in the input / output control circuit section. Here, the operation is further stabilized by balancing the parasitic capacitance between the data lines in the memory cell array section. That is, the data lines are crossed line by line at the center of the memory cell array. The parasitic capacitances between D1 and D1 and data line D0 are Cc01 L and Cc01 R , respectively.
However, since Cc01L and Cc01R match, D
The parasitic capacitances between 1, D1 and data line D0 can be made equal. Similarly, since the parasitic capacitances between D1 and D1 and the data line D2 can be made equal, the parasitic capacitance between adjacent data lines can be balanced by the paired data lines. Therefore, the read operation can be further stabilized even in the memory cell array.

【0088】図10は複数のメモリセルアレーが存在し
た場合の実施例であり、ここでは読みだし動作を説明す
る。入出力制御回路CKTijは左右のメモリセルアレ
ーで共用し、CKTijと各メモリセルアレーの間には
T60〜T63で示すスイッチトランジスタが接続さ
れ、それらのゲートにはメモリセルアレーの選択信号で
あるSHRijが入力される。SWRiは読みだし線R
Oと複数のRO線で共用する共通読出し線CROへ接続
するスイッチであり、このスイッチへもメモリセルアレ
ーの選択信号SHRijが入力される。SHRijはあ
らかじめHighにセットされており、たとえばメモリセル
アレーMA2 が選択されると、SHR1R,SHR3L
のみをLow にする。ここで、列選択信号Y01が選択さ
れたとするとデータ線D1,D1 ̄、およびD0,D0
 ̄へ読みだされた信号は入出力制御回路CKT12,C
KT23を通してRO12,RO12 ̄,RO23,R
O23 ̄へ読みだされる。これらは、さらにスイッチS
WR1,SWR2を通して、共通のI/P線CRO0,
CRO0 ̄,CRO1,CRO1 ̄へ読みだされる。こ
のように、複数のメモリセルアレーが存在した場合に
も、入出力制御回路をメモリセルアレーの左右に交互配
置し左右のメモリセルアレーで共用することはチップ面
積を大きく増加させることなく、これまで述べてきた特
性の改善が実現できる。
FIG. 10 shows an embodiment in the case where a plurality of memory cell arrays exist, and the read operation will be described here. The input / output control circuit CKTij is shared by the left and right memory cell arrays, switch transistors T60 to T63 are connected between CKTij and each memory cell array, and their gates are SHRij which is a selection signal of the memory cell array. Is entered. SWRi is read line R
This is a switch connected to a common read line CRO shared by O and a plurality of RO lines, and the selection signal SHRij of the memory cell array is also input to this switch. SHRij is set to High in advance, and for example, when the memory cell array MA2 is selected, SHR1 R and SHR3 L are selected.
Only low. If the column selection signal Y01 is selected, the data lines D1, D1 and D0, D0 are selected.
The signal read to  ̄ is the input / output control circuit CKT12, C
RO12, RO12, RO23, R through KT23
It is read out to O23. These are switches S
Common I / P line CRO0, through WR1 and SWR2
It is read to CRO0, CRO1, and CRO1. As described above, even when there are a plurality of memory cell arrays, it is possible to arrange the input / output control circuits alternately on the left and right of the memory cell array and share them with the left and right memory cell arrays without increasing the chip area significantly. It is possible to improve the characteristics described above.

【0089】図11は本発明を用いた並列テストの実施
例である。並列テストは列選択信号を同時に複数選択
(多重選択)することによって行う。すなわち、並列テ
スト時にはテスト信号TESTにより、列選択信号を多
重に選択する。これにより、読みだし動作では、多重度
に応じてデータ線の読だし信号が読みだし線に同時に読
みだされる。同時に読みだされたデータ線の情報がすべ
て一致していれば、読みだし線ROとRO ̄は一方が読
みだし情報に応じて“High”の電圧レベル、他方が“Lo
w”の電圧レベルになる。もし1つでも誤情報が読みだ
されたとするとROとRO ̄共に“Low”の電圧レベル
になる。一方、書き込み動作では、書き込み用の入出力
線から選択された書き込みゲートに接続されたデータ線
に書き込まれる。ここで、本発明では並列テストの場合
にも新たにテスト用のI/O線を設けること無しに並列
テストが行え、通常のテストと同様にデータ線からAM
Pへ情報が伝えられる。また、読みだし用の信号線と書
き込み用の信号線を分離しているので、前述したように
読みだし動作と書き込み動作で各々個別に動作マージン
を設定でき、多重度を増やす上での制限は無くなり、高
度の並列読出し/書込みが可能になる。同図で、読みだ
しゲートRGの駆動信号RCSは対線とし、読みだし動
作において読出し線RO,RO ̄へ接続されるRCSを
分離している。これは多重度を増やしたときにも1つの
誤読みだしを判別するために有効な手段である。多重度
を増やすとROからRCSへ流れる電流を増やす必要が
ある。一方RCSからGNDへ流れる電流は読出し線の
配線抵抗によりある一定で飽和する。いいかえれば、R
CSの電位が上昇する。そのためRCSを分離しないと
誤読みだしがあった側のI/O線の信号電流は多重度の
上昇と共に低下し検出が困難になる。RCSを分離する
ことにより誤読みだしを行った側のRCSの電位は上昇
せずROからRCSへ流れる電流のみを検出すればよい
のでより精度の高い検出ができる。以上述べたように、
本発明は高度な並列テストを可能にするのでテスト時間
の大幅な短縮を実現できる。
FIG. 11 shows an example of parallel testing using the present invention. The parallel test is performed by simultaneously selecting a plurality of column selection signals (multiple selection). That is, in the parallel test, the column selection signal is multiplex selected by the test signal TEST. As a result, in the read operation, the read signals of the data lines are read simultaneously on the read lines according to the multiplicity. If all the information of the data lines read at the same time is the same, one of the read lines RO and RO is a "High" voltage level according to the read information and the other is "Lo".
The voltage level becomes w ”. If even one error information is read, both RO and RO become“ Low ”voltage level. On the other hand, in the write operation, the input / output line for writing was selected. The data is written to the data line connected to the write gate.Here, in the present invention, even in the case of the parallel test, the parallel test can be performed without providing a new test I / O line, and the data can be written in the same manner as the normal test. Line to am
Information is transmitted to P. Further, since the read signal line and the write signal line are separated, as described above, the operation margin can be set individually for the read operation and the write operation, and there is no restriction on increasing the multiplicity. It is eliminated and a high degree of parallel read / write is possible. In the same figure, the drive signal RCS of the read gate RG is paired to separate the RCS connected to the read lines RO and RO in the read operation. This is an effective means for discriminating one misread even when the multiplicity is increased. When the multiplicity is increased, it is necessary to increase the current flowing from RO to RCS. On the other hand, the current flowing from RCS to GND saturates at a certain level due to the wiring resistance of the read line. In other words, R
The potential of CS rises. Therefore, if the RCS is not separated, the signal current of the I / O line on the side where misreading occurs will decrease with an increase in the multiplicity, making detection difficult. By separating RCS, the potential of RCS on the misread side does not rise and only the current flowing from RO to RCS need be detected, so that more accurate detection can be performed. As mentioned above,
Since the present invention enables a high degree of parallel testing, a significant reduction in test time can be realized.

【0090】図12は多重度を決定する具体的回路の実
施例である。列デコーダYDへは通常Y0からYn−1
が入力される。Yn−1は列方向を2分割し、Yn−2
はさらにそれぞれを2分割し、以下同様である。Y0は
列選択信号ごとに“0”(Low)、“1”(High)を繰
り返す。ここではテスト信号TESTをHighにし、Yn
−1 ̄、Yn−1とTESTとのORゲート出力信号を
AYn−1、AYn−1′とし、これをYn−1 ̄、Y
n−1のかわりに列デコーダに入力することでYn−1
のHigh、LowにかかわらずにAYn−1、AYn−1′
ともにHighにでき列選択信号を2本選択できるので多重
度を2にできる。
FIG. 12 shows an embodiment of a concrete circuit for determining the multiplicity. Normally, Y0 to Yn-1 are applied to the column decoder YD.
Is entered. Yn-1 divides the column direction into two, and Yn-2
Is further divided into two, and so on. Y0 repeats "0" (Low) and "1" (High) for each column selection signal. Here, the test signal TEST is set to High and Yn
The OR gate output signals of −1−, Yn−1 and TEST are AYn−1, AYn−1 ′, and these are Yn−1, Y
By inputting to the column decoder instead of n-1, Yn-1
AYn-1, AYn-1 'regardless of High or Low
Since both can be set to High and two column selection signals can be selected, the multiplicity can be set to 2.

【0091】図13は多重度を4にした実施例である。
Yn−1とYn−2のNANDゲート出力をTESTと
ともにNANDゲートに入力し、それらの出力をAYn
−20 から3とし、それらを列デコーダに入力すれば
多重度を4にできる。以上、図12および図13に示し
た実施例をもとに並列テスト時は列デコーダを多重に選
択でき、通常のテスト時にはテスト信号TESTをLow
にすることによって1本の列選択信号を選択できる。図
14は並列テストを実現するためのセンス増幅回路の実
施例である。並列テスト時のテスト結果を出力する方法
について同図により説明する。通常の読出し動作に際し
ては、amp2Tを構成する2つの差動増幅回路DA
4,DA5の反転および非反転入力には、電流電圧変換
後の出力をそのまま入力し、それらの出力をamp3に
入力する。並列テスト時には2つの差動増幅回路DA
4,DA5の非反転入力には基準電圧としてVRTを入力
する。並列テストにおいて、多重に選択されたデータ線
に1つでも誤情報が含まれている場合は、RO,RO ̄
にはともに電流が流れる。したがって、第一のセンス増
幅回路amp1の電流電圧変換出力d1,d1 ̄は共に
低いレベルになる。一方、基準電圧VRTを電流電圧変換
出力の高レベルと低レベルの間の電圧に設定しておく。
こうすれば、1つでも誤情報が含まれている場合は、2
つの差動増幅回路DA4,DA5の出力には高レベルが
出力される。すなわち、d2,d2 ̄共に高レベルの場
合には並列に読出した情報が誤情報を含んでいると判定
できる訳である。並列テスト時にはTEST ̄をLow に
することによってこれらの出力を判定回路TEJに取り
込む。TEJはd2,d2 ̄の出力電圧に応じてERR
にHighまたはLow を出力する。すなわち、並列テストの
結果がすべて正しければ、ERRはLow を出力し、1つ
でもまちがっていればHighを出力する。このようにして
多重度をあげた並列テスト結果の判別も本発明による入
出力回路方式ならびにセンス増幅回路を用いて行うこと
ができる。
FIG. 13 shows an embodiment in which the multiplicity is 4.
The NAND gate outputs of Yn-1 and Yn-2 are input to the NAND gate together with TEST, and their outputs are AYn
The multiplicity can be set to 4 by setting -20 to 3 and inputting them to the column decoder. As described above, based on the embodiments shown in FIGS. 12 and 13, multiple column decoders can be selected during the parallel test, and the test signal TEST is set to Low during the normal test.
Thus, one column selection signal can be selected. FIG. 14 shows an embodiment of the sense amplifier circuit for realizing the parallel test. A method of outputting the test result during the parallel test will be described with reference to FIG. During a normal read operation, the two differential amplifier circuits DA that constitute amp2T
4, the output after current-voltage conversion is directly input to the inverting and non-inverting inputs of DA5, and those outputs are input to amp3. Two differential amplifier circuits DA during parallel test
4, V RT is input as a reference voltage to the non-inverting input of DA5. In the parallel test, if at least one of the data lines selected in multiplex contains misinformation, RO, RO ̄
An electric current flows through both. Therefore, the current-voltage conversion outputs d1 and d1− of the first sense amplifier circuit amp1 both become low level. On the other hand, the reference voltage V RT is set to a voltage between the high level and the low level of the current-voltage conversion output.
In this way, if even one false information is included, 2
A high level is output to the outputs of the two differential amplifier circuits DA4 and DA5. That is, when both d2 and d2 are at a high level, it can be determined that the information read in parallel contains erroneous information. At the time of the parallel test, these outputs are taken into the judgment circuit TEJ by setting TEST to Low. TEJ is ERR according to the output voltage of d2, d2
Outputs High or Low to. That is, if all the results of the parallel test are correct, ERR outputs Low, and if even one is incorrect, it outputs High. In this way, the determination of the parallel test result with the increased multiplicity can be performed using the input / output circuit system and the sense amplifier circuit according to the present invention.

【0092】図15は並列テストに用いる基準電圧VRT
発生回路の実施例である。同図においても前に述べた電
流−電圧変換回路を用いており、並列テスト時には並列
テスト信号TESTをHighにすることでVRTを発生して
いる。この回路においては、電流電圧変換回路の入力に
信号電流の約半分に相当する基準電流を与えている。こ
れにより両方のRO線に信号電流が流れると、変換後の
電圧はVRTより小さくなる。また、並列テストの結果が
正しければ一方の変換後の電圧はVRTよりも大きくな
る。したがって、変換後の電圧をVRTと比較すること
により、テスト結果の判別が可能になる。
FIG. 15 shows the reference voltage V RT used in the parallel test.
It is an example of a generation circuit. Also in the figure, the current-voltage conversion circuit described above is used, and V RT is generated by setting the parallel test signal TEST to High during the parallel test. In this circuit, a reference current corresponding to about half the signal current is applied to the input of the current-voltage conversion circuit. As a result, when a signal current flows through both RO lines, the converted voltage becomes smaller than V RT . If the result of the parallel test is correct, one of the converted voltages is higher than V RT . Therefore, the test result can be discriminated by comparing the converted voltage with VRT.

【0093】図16は書き込みスイッチSWWの具体的
実施例である。WEは書き込み信号である。本実施例は
図10に基づいて複数のメモリセルアレーが存在した場
合であり、SWWの右側のメモリセルアレーが動作する
と仮定する(SELRがHigh、SELLがLow)。並列
テスト時はTESTがLow である。読みだし動作時はW
EがLow であり回路WSTによりWI,WI ̄を同電位
にしておく。書き込み動作が開始されると、WEがHigh
になる。GRに入力する信号は読みだし動作においては
すべてHighになるので、WERはLow に、一方のWEL
はHighになる。したがって、書き込み制御信号WRはHi
ghになるとともに、NチャネルMISFET T77,
T78およびPチャネルMISFET T75,T76
をとおしてCWI,CWIからWI,WI ̄へデータが
書き込まれる。
FIG. 16 shows a specific example of the write switch SWW. WE is a write signal. The present embodiment is based on FIG. 10, where there are a plurality of memory cell arrays, and it is assumed that the memory cell array on the right side of the SWW operates (SELR is High, SELL is Low). TEST is low during parallel test. W during read operation
E is Low and the circuit WST keeps WI and WI at the same potential. When the write operation is started, WE is High
become. The signals input to GR are all High during the read operation, so WER is Low and one WEL
Becomes High. Therefore, the write control signal WR is Hi
gh, N-channel MISFET T77,
T78 and P-channel MISFET T75, T76
Data is written from CWI, CWI to WI, WI through.

【0094】図17はメモリセルからデータ線へ読みだ
された信号を検知増幅するセンスアンプの高電圧側の電
源線の電圧レベルを任意に設定できるようにした実施例
である。メモリセルへ“1”を書き込むときの書き込み
電圧レベルはセンスアンプの高電圧側の電源線の電圧レ
ベルである。したがって、高電圧側の電源線の電圧レベ
ルを任意に設定できればよい。ここでは高電圧側の電源
配線を2種類設け、一方の電源配線をVDLとして通常の
書き込みに用いる。他方の電源配線VDMはたとえばチッ
プ外部より任意に設定できるようにする。これにより、
信号MT0,MT1をLow にすればセンスアンプの駆動
信号CSPはVDL、反対に信号MT0,MT1 をHigh
にすればセンスアンプの駆動信号CSPはVDMにでき
る。本実施例によれば、情報“1”の電圧レベルのみを
任意に設定できる。さらに、情報“1”の電圧レベルを
一対おきに変えて設定することもできる。したがって、
データ線間の結合雑音をテストする時のように、一対お
きに、情報が反転するぎりぎりの電圧を書き込むことが
でき、マージンテストを行いたい場合に有効である。ま
た、メモリセルの情報保持特性などのテスト時間の短縮
も図れるなどの効果もある。
FIG. 17 shows an embodiment in which the voltage level of the power supply line on the high voltage side of the sense amplifier for detecting and amplifying the signal read from the memory cell to the data line can be arbitrarily set. The write voltage level when writing "1" to the memory cell is the voltage level of the power supply line on the high voltage side of the sense amplifier. Therefore, it suffices that the voltage level of the power supply line on the high voltage side can be arbitrarily set. Here, two types of high-voltage power supply wirings are provided, and one power supply wiring is used as V DL for normal writing. The other power supply wiring V DM can be arbitrarily set, for example, from outside the chip. This allows
When the signals MT0 and MT1 are set to Low, the drive signal CSP of the sense amplifier is V DL , while the signals MT0 and MT1 are set to High.
Then, the drive signal CSP of the sense amplifier can be V DM . According to this embodiment, only the voltage level of information "1" can be set arbitrarily. Further, the voltage level of the information "1" can be set by changing every other pair. Therefore,
As in the case of testing the coupling noise between the data lines, it is possible to write a marginal voltage at which information is inverted every other pair, which is effective when a margin test is desired. Further, there is also an effect that the test time such as the information retention characteristic of the memory cell can be shortened.

【0095】図18および図19に、本発明によるワー
ド駆動回路の1実施例を示す。本実施例の特徴は、従来
のダイナミック型のワードドライバに変えてQD1、Q
D2、QP、QTからなるスタティック型のワードドラ
イバを用いたことである。またその電源として常に、デ
ータ線電圧VLよりメモリセルのスイッチトランジスタ
QSのVT分以上高い電圧を発生する電圧変換回路VC
HGを設けたことである。以下、本実施例の動作を説明
する。
18 and 19 show one embodiment of the word drive circuit according to the present invention. The feature of this embodiment is that QD1 and QD are replaced by a conventional dynamic word driver.
That is, a static type word driver composed of D2, QP and QT was used. Further, as its power supply, a voltage conversion circuit VC that always generates a voltage higher than the data line voltage VL by the amount VT of the switch transistor QS of the memory cell or more.
That is, HG is provided. The operation of this embodiment will be described below.

【0096】まず、アドレス信号AiによりXデコーダ
XDが選択されるとその出力N1がLowレベルにな
る。そうするとトランジスタQTを通してN2のノード
の電荷が引き抜かれN2もLowレベルとなる。そうす
るとトランジスタQD1がオンしワード線WをVCHの
レベルにまで立ち上げる。VCHのレベルはVL+VT
(QS)以上であるからメモリセルCSには最大VLの
電圧が書き込まれる。
First, when the X decoder XD is selected by the address signal Ai, its output N1 becomes low level. Then, the electric charge at the node of N2 is extracted through the transistor QT, and N2 also becomes Low level. Then, the transistor QD1 is turned on to raise the word line W to the level of VCH. VCH level is VL + VT
Since it is (QS) or more, the maximum voltage VL is written in the memory cell CS.

【0097】次に、プリチャージサイクルでは、まずφ
 ̄PがLowレベルとなりこれによりQPがオンしノー
ドN2をVCHにする。そうすると、QD1がオフしQ
D2がオンするからワード線WはLowレベルとなりメ
モリセルには電荷が保持される。
Next, in the precharge cycle, first φ
_P becomes Low level, which turns on QP and sets node N2 to VCH. Then, QD1 turns off and Q
Since D2 is turned on, the word line W becomes Low level and the electric charge is held in the memory cell.

【0098】以上のように、本実施例ではドライブトラ
ンジスタのゲート電圧がLowレベルで動作するので電
源電圧が低くなってもワードドライバとして安定に動作
する。
As described above, in this embodiment, the gate voltage of the drive transistor operates at the low level, so that the word driver operates stably even if the power supply voltage becomes low.

【0099】図22は、図18のワード線用電圧変換回
路VCHGの具体的実施例を示している。また図23は
その回路の起動時の内部波形と入力タイミングを示して
いる。本実施例の特徴は、低電源電圧でも速い立上りと
高い出力電圧を得るため、チャージポンプ回路におい
て、その出力電圧プリチャージトランジスタ(図22の
QB)に帰還していることである。以下動作を説明す
る。
FIG. 22 shows a concrete example of the word line voltage conversion circuit VCHG of FIG. FIG. 23 shows the internal waveform and input timing at the time of starting the circuit. The feature of this embodiment is that in order to obtain a fast rise and a high output voltage even with a low power supply voltage, the charge pump circuit feeds back to the output voltage precharge transistor (QB in FIG. 22). The operation will be described below.

【0100】まず、入力パルスφ、φ ̄がそれぞれHi
gh、Lowの場合を考える。この時ノードBの電圧は
VLからQCを通して充電されるためVL−VTとな
る。一方ノードAはコンデンサCA、CDに蓄えられて
いた電荷とφの振幅で決まる値となる。本実施例では、
この電圧をVLと仮定している。次に、φ、φ ̄の電圧
が入れ替わるとノードBはCBにより昇圧されVL−V
T+αVLとなる。ここで、αはCBとノードBの全容
量の比である。このときノードAの電圧はBの電圧から
QAのVTだけ下がった電圧VL−2VT+αVLとな
る。
First, the input pulses φ and φ are respectively Hi.
Consider the case of gh and Low. At this time, the voltage of the node B becomes VL-VT because it is charged from VL through QC. On the other hand, the node A has a value determined by the charges stored in the capacitors CA and CD and the amplitude of φ. In this embodiment,
This voltage is assumed to be VL. Next, when the voltages of φ and φ are exchanged, the node B is boosted by CB and VL-V.
It becomes T + αVL. Here, α is the ratio of the total capacity of CB and node B. At this time, the voltage of the node A becomes a voltage VL−2VT + αVL which is lower than the voltage of B by the VT of QA.

【0101】次に、再びφ、φ ̄の電圧が入れ替わると
ノードAは再び昇圧される。もし、このときそれがVL
よりδだけ高いと、ノードBの電圧はQCによりVL−
VTにプリチャージされているから、QBがオンしノー
ドBの電圧をさらにδだけ上げる。従って、次のサイク
ルでノードBはさらに高く昇圧され、ノードAの電圧も
さらに高くなる。以上のことを繰返しながらノードAの
電圧は上昇し、最終的にはVLと2VDLの間を往復す
るようになる。
Next, when the voltages φ and φ are exchanged again, the node A is boosted again. If this is VL
If it is higher than δ, the voltage of the node B becomes VL− due to QC.
Since it is precharged to VT, QB is turned on and the voltage of the node B is further raised by δ. Therefore, in the next cycle, the voltage of the node B is further raised and the voltage of the node A is further raised. The voltage of the node A rises by repeating the above process, and finally, the node A reciprocates between VL and 2VDL.

【0102】この出力に、2で示す整流回路すなわちダ
イオード接続したMOSトランジスタQDを接続し、さ
らにその出力に平滑コンデンサCDをいれると、昇圧さ
れた直流電圧VCHとなる。この出力電圧は、無負荷状
態で2VL−VTとなる。
If a rectifying circuit indicated by 2 or a diode-connected MOS transistor QD is connected to this output and a smoothing capacitor CD is further added to the output, a boosted DC voltage VCH is obtained. This output voltage becomes 2VL-VT in the unloaded state.

【0103】ここで、QAとCAを接続した回路を二つ
に分け、それぞれの回路の出力点、すなわちQAとCA
との接続点の一方を整流回路2に、もう一方をQBのゲ
ートに接続すればQBのゲートは負荷回路と分離される
ので、ゲート電圧は負荷回路に電流が流れないぶん高く
なりさらに速くノードAの電圧を立ち上げることができ
る。
Here, the circuit connecting QA and CA is divided into two, and the output point of each circuit, that is, QA and CA is connected.
If one of the connection points of and is connected to the rectifier circuit 2 and the other is connected to the gate of the QB, the gate of the QB is separated from the load circuit. The voltage of A can be raised.

【0104】本回路の特徴は、先に述べたように出力電
圧をプリチャージ回路に帰還することによりプリチャー
ジ電圧を高くし低電源電圧でも高い出力電圧を得ること
ができることである。例えば、VL=0.8(V)、V
T=0.5(V)とすれば、帰還がない場合つまりQB
がない場合、ノードBの電圧は最大1.1V(α=1の
とき、2VL−VT)までしか上がらずその結果ノード
Aは1.4V(3VL−2VT)、VCHは0.9V
(3VL−3VT)となる。それにたいしてQBがある
場合は、それぞれ1.6V(2VL)、1.6V(2V
L)、1.1V(2VL−VT)といずれも前者より高
くなる。
A feature of this circuit is that the output voltage is fed back to the precharge circuit as described above, so that the precharge voltage can be increased and a high output voltage can be obtained even with a low power supply voltage. For example, VL = 0.8 (V), V
If T = 0.5 (V), no feedback, that is, QB
Without, the voltage at node B rises only up to 1.1V (2VL-VT when α = 1), resulting in node A at 1.4V (3VL-2VT) and VCH at 0.9V.
(3VL-3VT). If there is QB, 1.6V (2VL) and 1.6V (2V)
L) and 1.1 V (2VL-VT), which are both higher than the former.

【0105】図28は、帰還用トランジスタQBがある
場合(本発明)と、ない場合(従来方式)との昇圧率を
計算機シミュレーションにより比較した結果である。こ
こで、実線はトランジスタのしきい値電圧が標準のも
の、破線はそれが低いものを示している。この図から、
従来方式ではいずれも電源電圧が1〜1.5Vで急激に
低下しているのに対し、本発明では0.8Vまで一定で
あり、低電源電圧でも安定に動作することがわかる。な
お、ここで整流回路ではトランジスタのしきい値電圧に
よる電圧効果はないものとした。
FIG. 28 shows the results of computer simulation comparing the boosting rates with and without the feedback transistor QB (invention) and the conventional method. Here, the solid line indicates that the threshold voltage of the transistor is standard, and the broken line indicates that it is low. From this figure,
In the conventional method, the power supply voltage drops sharply at 1 to 1.5 V, whereas in the present invention, it is constant up to 0.8 V, and it can be seen that stable operation is possible even at a low power supply voltage. Here, it is assumed that the rectifier circuit has no voltage effect due to the threshold voltage of the transistor.

【0106】図24および図25に示す実施例は、さら
に高い出力電圧を得るための回路である。本実施例の特
徴は、整流用トランジスタでの電圧降下を低減させるた
めそのゲート電圧をチャージポンプ回路の出力電圧と同
期させて、出力がHighレベル(2VL)のときはそ
れよりVT以上高く、Lowレベル(VL)のときはV
Lとしたことである。
The embodiment shown in FIGS. 24 and 25 is a circuit for obtaining a higher output voltage. The feature of this embodiment is that its gate voltage is synchronized with the output voltage of the charge pump circuit in order to reduce the voltage drop in the rectifying transistor, and when the output is at the high level (2VL), it is higher than that by VT and low. V at the level (VL)
That is L.

【0107】図24においてCPとQDは前述のチャー
ジポンプ回路と整流回路である。また、Q1〜Q19、
C1〜C4が追加した素子で、Q1は整流用トランジス
タ、Q3〜Q10、C1〜C3がQ1のゲート電圧を制
御する回路、Q11〜Q13、Q15〜Q18、C4が
ゲート昇圧用コンデンサC3の充電回路、Q19がVC
Hの立上りを早めるためのプリチャージトランジスタで
ある。また、PA、PA ̄はチャージポンプ回路の、P
B、PB ̄はゲート電圧制御回路の制御信号である。以
下に動作を説明する。
In FIG. 24, CP and QD are the above-mentioned charge pump circuit and rectifying circuit. Also, Q1 to Q19,
C1 to C4 are added elements, Q1 is a rectifying transistor, Q3 to Q10, C1 to C3 are circuits for controlling the gate voltage of Q1, Q11 to Q13, Q15 to Q18, and C4 are charging circuits for the gate boosting capacitor C3. , Q19 is VC
This is a precharge transistor for speeding up the rise of H. Also, PA and PA are P of the charge pump circuit.
B and PB- are control signals of the gate voltage control circuit. The operation will be described below.

【0108】1は、先に述べたチャージポンプでPA、
PAが交互にHigh、Lowとなることによってノー
ドAの電圧は昇圧されVLとβVL(β≒2)の間を往
復するようになる。このとき、PA、PA ̄は図25に
示すようにHighの期間がお互いに重複しないように
する。これは、図22で上記PA ̄に相当するφ ̄が0
Vに下がりきらずに、ノードBの電圧がまだVL+VT
以上になっているときに、上記PAに相当するφが立上
りノードAの電圧が上昇するとQAはオン状態であるか
らQAを通して電源側にCAに貯えられた電荷がもれて
しまうからである。
1 is the charge pump described above, PA,
By alternately setting PA to High and Low, the voltage of the node A is boosted and reciprocates between VL and βVL (β≈2). At this time, PA and PA are set so that High periods do not overlap with each other as shown in FIG. This is because φ  ̄ corresponding to PA  ̄ in Fig. 22 is 0.
The voltage of the node B is still VL + VT without falling to V
If φ corresponding to PA rises and the voltage of the node A rises in the above condition, QA is in the ON state, and the electric charge stored in CA is leaked to the power supply side through QA.

【0109】次に、整流回路であるがPA、PBがLo
w、PA ̄、PB ̄がHighのときQ4のゲートはC
1によりVL+VT以上に昇圧されているからQ1のゲ
ートGの電圧はVLに等しくなっている。このときノー
ドAはVLだからVCHからノードAへの逆流はない。
また、Q11のゲートは、Q13、Q18によりC4を
VCH(2VL)−VTにプリチャージしたのちPA ̄
(VL)で昇圧するので、3VL−VTとなる。従っ
て、VL≧2VTならばVCH(2VL)+VT以上に
昇圧されノードCはVCHとなる。このとき、Q10の
ゲート、ソース間電圧はVCH−VLでVTを越えてい
るからオンしQ9のゲート電圧はノードCと等しくな
る。したがって、Q9はオフしノードCからノードGへ
電流が流れることはない。
Next, in the rectifier circuit, PA and PB are Lo
When w, PA and PB are high, the gate of Q4 is C
Since the voltage is boosted to VL + VT or higher by 1, the voltage of the gate G of Q1 is equal to VL. At this time, since node A is VL, there is no backflow from VCH to node A.
The gate of Q11 is PA13 after precharging C4 to VCH (2VL) -VT by Q13 and Q18.
Since the voltage is boosted by (VL), it becomes 3VL-VT. Therefore, if VL ≧ 2VT, the voltage is boosted to VCH (2VL) + VT or higher, and the node C becomes VCH. At this time, since the gate-source voltage of Q10 is VCH-VL and exceeds VT, it is turned on and the gate voltage of Q9 becomes equal to the node C. Therefore, Q9 is turned off and no current flows from the node C to the node G.

【0110】次に、PA、PBがHigh、PA ̄、P
B ̄がLowとなるとノードAは2VL、ノードCはV
L+VCHとなる。一方、Q7のゲートはC3によりV
L+VT以上に昇圧されるからそのソースはVLとな
る。すなわちQ9のゲートはVLとなるからそのゲー
ト、ソース間電圧はVCHとなりQ9はオンしQ1のゲ
ートはVL+γVCH(γ≒1)となる。従って、図2
2の実施例のようにVTだけ降下することなく2VLが
そのまま出力される。
Next, PA and PB are High, PA and P, respectively.
When B is low, node A has 2VL and node C has V
It becomes L + VCH. On the other hand, the gate of Q7 is V due to C3.
Since the voltage is boosted to L + VT or higher, its source becomes VL. That is, the gate of Q9 becomes VL, the voltage between the gate and the source becomes VCH, Q9 turns on, and the gate of Q1 becomes VL + γVCH (γ≈1). Therefore, FIG.
As in the second embodiment, 2VL is output as it is without dropping by VT.

【0111】なお、この実施例ではPBはPAより先に
Lowレベルとなるようになっているが、これはQ1の
ゲート電圧がまだVL+VT以上のときにPAがLow
になりノードAの電圧がVLとなり出力からノードAに
電荷が逆流するのを防ぐためである。また、Q4、Q7
のソースのようにゲート制御回路の最低電位をVLとし
ているのは、トランジスタの電極間の電位差を小さくす
るためである。これにより電極間の電位差は2VL以下
となり他の部分と同じ微細トランジスタが使用可能とな
る。
In this embodiment, PB is set to the Low level before PA, but when the gate voltage of Q1 is still VL + VT or higher, PA becomes Low.
This is to prevent the voltage of the node A from becoming VL and the electric charges from flowing back from the output to the node A. Also, Q4, Q7
The minimum potential of the gate control circuit is set to VL as in the case of the source in order to reduce the potential difference between the electrodes of the transistor. As a result, the potential difference between the electrodes becomes 2 VL or less, and the same fine transistor as in the other portions can be used.

【0112】以上が図24に示した実施例の特徴である
が、同図において、Q7、Q10を削除し、Q9のゲー
トをQ4のゲートに接続しても同様な効果が得られる。
例えば、PBがVL、PB ̄が0のときはノードCがV
CH+VL、Q4、Q9のゲートはVLとなるから、Q
4はオフ、Q9はオンし、ノードGはVCH+VLとな
る。一方、PBが0、PB ̄がVLのときは、ノードC
がVCH(2VL)、Q4、Q9のゲートは2VLとな
るから、Q4がオン、Q9がオフし、ノードGはVLと
なる。
The above is the feature of the embodiment shown in FIG. 24. In the same figure, the same effect can be obtained by deleting Q7 and Q10 and connecting the gate of Q9 to the gate of Q4.
For example, when PB is VL and PB is 0, node C is V
Since the gates of CH + VL, Q4, and Q9 are VL, Q
4 turns off, Q9 turns on, and the node G becomes VCH + VL. On the other hand, when PB is 0 and PB is VL, node C
Is VCH (2VL), and the gates of Q4 and Q9 are 2VL, so Q4 is on, Q9 is off, and the node G is VL.

【0113】図26、図27は図25のタイミングを発
生するための回路である。図26においてインバータI
5〜I8、抵抗R2、コンデンサC2、NANDゲート
NA2、NORゲートNO1はPA、PA ̄の重複を防
ぐための回路、I2、I3、R1、C1はPAとPBの
立ち下がりの遅延時間を決めるための回路、I9〜I1
3、NA3はPAとPBの立ち下がり時の遅延をつくる
回路である。また、I14〜I25はバッファ用のイン
バータである。これは、段数の奇遇さえ同じなら何段あ
ってもよく、負荷の大きさに応じて調整すれば良い。図
27は前記回路の入力パルスOSCを発生するための回
路例である。この回路は一般にリングオシレータと呼ば
れている。本回路の特徴は発振周波数の電源電圧による
変動を抑えるためにR、Cの時定数をインバータの遅延
時間よりも充分大きくなるようにしたことである。この
ため、トランジスタのVTと電源電圧の比が1対3以下
でインバータの遅延時間の電源電圧依存性が大きくても
発振周波数は安定になる。
26 and 27 show a circuit for generating the timing shown in FIG. Inverter I in FIG.
5 to I8, a resistor R2, a capacitor C2, a NAND gate NA2, and a NOR gate NO1 are circuits for preventing duplication of PA and PA. Circuit, I9-I1
3, NA3 is a circuit that creates a delay when PA and PB fall. Further, I14 to I25 are inverters for buffers. This may be any number of steps as long as the odd number of steps is the same, and may be adjusted according to the magnitude of the load. FIG. 27 is an example of a circuit for generating the input pulse OSC of the circuit. This circuit is generally called a ring oscillator. The feature of this circuit is that the time constants of R and C are made sufficiently larger than the delay time of the inverter in order to suppress the fluctuation of the oscillation frequency due to the power supply voltage. Therefore, the oscillation frequency is stable even if the ratio of the VT of the transistor to the power supply voltage is 1 to 3 or less and the delay time of the inverter greatly depends on the power supply voltage.

【0114】以上の対策に加えて、図22、図24の実
施例のトランジスタのVTを低くすることによりさらに
低電圧での動作が安定になる。これは、低VT化により
トランジスタの駆動能力が増加するためである。低VT
化によりサブスレッショルド電流も増加するが、電圧変
換回路の素子数は高々数10個程度なのでチップ全体で
見るとほとんど無視できる。一方、ワードドライバ、メ
モリセルも低VT化により駆動能力が増加するが、前者
はMビット級のDRAMで103〜104個も使用するた
めトランジスタのオフ状態で流れる漏れ電流が無視でき
なくなる。また、後者では電荷の保持時間が短くなりリ
フレッシュの間隔を短くしなければならないという問題
が生ずる。これは、最も消費電力の増加につながる。従
って、VTは電圧変換回路は低く、ワードドライバは標
準、メモリセルは標準より高く設定するのが最も良いこ
とになる。
In addition to the above countermeasures, lowering the VT of the transistors of the embodiments of FIGS. 22 and 24 stabilizes the operation at a lower voltage. This is because the driving capability of the transistor is increased by lowering the VT. Low VT
Although the subthreshold current also increases due to the increase in the number of elements, the number of elements in the voltage conversion circuit is at most several tens, so that it can be almost ignored when viewed from the entire chip. On the other hand, the driving capability of the word driver and the memory cell is also increased by lowering the VT, but the former uses 10 3 to 10 4 in the M-bit class DRAM, so that the leakage current flowing in the off state of the transistor cannot be ignored. Further, in the latter case, there is a problem that the charge holding time becomes short and the refresh interval must be shortened. This leads to the largest increase in power consumption. Therefore, it is best to set VT low in the voltage conversion circuit, standard in the word driver and higher than the standard in the memory cell.

【0115】以上のように本実施例によれば整流用トラ
ンジスタのゲート電圧をそのドレイン電圧よりしきい値
電圧VT以上高くでき、さらに電荷の逆流も防ぐことが
できるのでその出力電圧は倍電圧発生回路の理論値であ
る2VLにまで高めることができる。また、RC遅延を
利用した発振回路およびタイミング発生回路を用いるこ
とにより発振周波数、タイミング相互の遅延時間が電源
電圧変動に対し安定になるので電圧変換効率を常に最良
の状態にしておくことができる。また、トランジスタの
VTを3種設け、電圧変換回路は低く、ワードドライバ
は標準、メモリセルは標準より高くすることにより低電
圧での安定化と高速化、低消費電力化を図ることができ
る。従って、電源電圧が電池1個分の起電力でも安定に
動作する半導体集積回路を実現できる。
As described above, according to this embodiment, the gate voltage of the rectifying transistor can be made higher than the drain voltage by the threshold voltage VT or more, and the backflow of charges can be prevented, so that the output voltage of the rectifying transistor is doubled. It can be increased to 2 VL which is the theoretical value of the circuit. Further, by using the oscillation circuit and the timing generation circuit using the RC delay, the delay time between the oscillation frequency and the timing becomes stable against the fluctuation of the power supply voltage, so that the voltage conversion efficiency can always be kept in the optimum state. Further, by providing three kinds of transistor VTs, the voltage conversion circuit is low, the word driver is standard, and the memory cells are higher than standard, stabilization at low voltage, high speed, and low power consumption can be achieved. Therefore, it is possible to realize a semiconductor integrated circuit that operates stably even with an electromotive force of one battery as the power supply voltage.

【0116】次に、本発明を中間電圧発生回路に適用し
た実施例を説明する。なお、以下の実施例の説明の中
で、高いほうの電源電圧を表す記号としてVCCを用い
ているが、今まで用いているVLと異なる必要はなく、
そのままVLで置き換えてもなんら差し支えない。ま
た、中間電圧を表す記号としてHVCを用いているが、
今まで用いているHVLと異なる必要はなく、そのまま
HVLで置き換えてもなんら差し支えない。図29は本
発明による電圧フォロワ回路の構成例である。この回路
は、入力に印加された電圧にほぼ等しい電圧を出力し、
大きい負荷容量を駆動するようにしたものである。同図
(a)で1は第一のコンプリメンタリ・プッシュプル回
路であり、NチャネルMOSトランジスタTN2とPチ
ャネルMOSトランジスタTP2、およびバイアス用電
圧源VN1、VP1により構成される。2はカレントミ
ラー型のプッシュプル増幅回路であり、カレントミラー
回路を成すNチャネルMOSトランジスタ対TN1とT
N3、PチャネルMOSトランジスタ対TP1とTP
3、とから構成される。3は第二のコンプリメンタリ・
プッシュプル回路であり、NチャネルMOSトランジス
タTN4とPチャネルMOSトランジスタTP4、およ
びバイアス用電源VN2、VP2により構成される。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to an intermediate voltage generating circuit will be described. Although VCC is used as a symbol representing the higher power supply voltage in the following description of the embodiments, it does not have to be different from VL used so far.
You can replace it with VL as it is. Also, although HVC is used as a symbol representing the intermediate voltage,
It does not have to be different from the HVL used so far, and it can be replaced with the HVL as it is. FIG. 29 is a configuration example of the voltage follower circuit according to the present invention. This circuit outputs a voltage that is approximately equal to the voltage applied to its input,
It is designed to drive a large load capacity. In FIG. 1A, 1 is a first complementary push-pull circuit, which is composed of an N-channel MOS transistor TN2 and a P-channel MOS transistor TP2, and bias voltage sources VN1 and VP1. Reference numeral 2 denotes a current mirror type push-pull amplifier circuit, which is a pair of N-channel MOS transistors TN1 and T forming a current mirror circuit.
N3, P channel MOS transistor pair TP1 and TP
3 and. 3 is the second complementary
It is a push-pull circuit and is composed of an N-channel MOS transistor TN4, a P-channel MOS transistor TP4, and bias power supplies VN2 and VP2.

【0117】この回路の各種トランジスタや電圧源の定
数設定と定常状態における動作を説明する。電圧源VN
1とVP1の値は、それぞれトランジスタTN2とTP
2のゲートしきい値電圧にほぼ等しくなるように選んで
いる。これにより、どの様な動作条件下においてもトラ
ンジスタTN2とTP2の両方が同時にカットオフする
ことがないようにしている。このため、出力インピーダ
ンスが高くなって、電位が定まらなかったり、負荷条件
によって出力電圧がふらついたりするのを防ぐことがで
きる。電圧源の値をトランジスタのゲートしきい値電圧
にほぼ等しくすることにより、定常状態において二つの
トランジスタを貫通して流れる電流を低い値に抑え、集
積回路の待機時の電力を小さくしながら、高い負荷駆動
能力を得るようにしている。このようなバイアス条件で
の動作は一般にAB級動作と称される。さて、TN2と
TP2に流れる電流値を、それぞれIC1、ID1とす
ると、これらの電流は、それぞれPチャネルMOSトラ
ンジスタ対TP1とTP3、NチャネルMOSトランジ
スタ対TN1とTN3とからなるカレントミラー回路に
より、TP3を流れる電流IC2、TN3を流れる電流
ID2に変換される。IC1とIC2の電流比は、トラ
ンジスタTP1とTP3のβ比に、ID1とID2の電
流比(ミラー比)は、トランジスタTN1とTN3のβ
比に、それぞれほぼ等しくなる。すなわち、 Mp=IC2/IC1=βTP3/βTP1N=ID2/ID1=βTN3/βTN1 である。この比を1以上の値にすることにより、電流を
増幅し、次段の負荷(端子6、7)の駆動能力を高める
ことができる。本発明では、この比を1〜10程度の値
に選んでいる。電圧源VN2とVP2の値は、第一のプ
ッシュプル回路と同様、それぞれトランジスタTN4と
TP4のゲートしきい値電圧にほぼ等しくなるようにし
ている。これにより、第二のプッシュプル回路もAB級
動作を行なうようにしている。
The constant setting of various transistors and voltage sources of this circuit and the operation in the steady state will be described. Voltage source VN
1 and VP1 have values of transistors TN2 and TP, respectively.
It is chosen to be approximately equal to the gate threshold voltage of 2. This prevents both transistors TN2 and TP2 from being cut off at the same time under any operating condition. Therefore, it is possible to prevent the output impedance from becoming high and the potential not being determined, or the output voltage from fluctuating depending on load conditions. By making the value of the voltage source approximately equal to the gate threshold voltage of the transistor, the current that flows through the two transistors in the steady state is suppressed to a low value, and the standby circuit power of the integrated circuit is reduced while it is high. It is designed to obtain load driving capability. The operation under such a bias condition is generally called class AB operation. Now, assuming that the current values flowing through TN2 and TP2 are IC1 and ID1, respectively, these currents are TP3 by the current mirror circuit composed of the P channel MOS transistor pair TP1 and TP3 and the N channel MOS transistor pair TN1 and TN3, respectively. Is converted into a current ID2 flowing through the current IC2 and a current ID2 flowing through TN3. The current ratio of IC1 and IC2 is the β ratio of the transistors TP1 and TP3, and the current ratio of ID1 and ID2 (mirror ratio) is the β ratio of the transistors TN1 and TN3.
The ratios are approximately equal to each other. That is, M p = IC2 / IC1 = β TP3 / β TP1 MN = ID2 / ID1 = β TN3 / β TN1 . By setting this ratio to a value of 1 or more, the current can be amplified and the drive capability of the load (terminals 6, 7) in the next stage can be increased. In the present invention, this ratio is selected to be a value of about 1-10. The values of the voltage sources VN2 and VP2 are made substantially equal to the gate threshold voltages of the transistors TN4 and TP4, as in the first push-pull circuit. As a result, the second push-pull circuit also performs class AB operation.

【0118】さて、第一のプッシュプル回路が定常状態
すなわちIC1=ID1が成り立っている状態からずれ
た場合にどうなるかを説明する。出力電圧を定常状態か
ら強制的に電圧δVだけ換えたときの電流値は、以下の
ように表される。
Now, what happens when the first push-pull circuit deviates from the steady state, that is, the state where IC1 = ID1 is satisfied will be described. The current value when the output voltage is forcibly changed by the voltage δV from the steady state is expressed as follows.

【0119】IC1−ID1=−(√(2βNI)+√
(2βPI))×δV+(βN−βP)/2×δV2 ここに、βNとβPはそれぞれトランジスタTN2とTP
2のβを、Iは定常状態において第一のプッシュプル回
路に流れる電流(すなわちI=IC1=ID1)をそれ
ぞれ示している。
IC1-ID1 =-(√ (2β N I) + √
(2β P I)) × δV + (βN−βP) / 2 × δV 2 where β N and β P are transistors TN2 and TP, respectively.
The β of 2 and I represent the current (that is, I = IC1 = ID1) flowing in the first push-pull circuit in the steady state.

【0120】今、簡単のために、TN2とTP2の特性
がほぼそろっており、βNとβPが等しい(β=βN
βP)と仮定すると、上式は IC1−ID1≒−2√(2βI)×δV となる。また、二つのカレントミラー回路のミラー比が
等しい(M=MN=MP)とすると、 IC2−ID2≒−2×M×√(2βI)×δV となる。
For the sake of simplicity, the characteristics of TN2 and TP2 are almost the same, and β N and β P are equal (β = β N =
Assuming β P ), the above equation becomes IC1-ID1≈−2√ (2βI) × δV. If the mirror ratios of the two current mirror circuits are equal (M = M N = M P ), IC2-ID2≈−2 × M × √ (2βI) × δV.

【0121】例えば、M=5、β=1mA/V2、I=
0.2μAとすると、出力電圧が0.1V低下したとき
(δV=−0.1V)には、IC2−ID2=20μA
となる。
For example, M = 5, β = 1 mA / V 2 , I =
Assuming 0.2 μA, when the output voltage drops by 0.1 V (δV = −0.1 V), IC2-ID2 = 20 μA
Becomes

【0122】すなわち、出力電圧の0.1Vの微小な変
化に対してもIC2とID2の定常電流1 μA(0.2
μA×5)に対して十分大きな20μAの駆動電流が得
らる。したがって、出力電圧のわずかな変化に対しても
端子6を最小VSSまで、また端子7を最大VCCま
で、電源電圧範囲の限界まで駆動することができる。駆
動する方向は、出力電圧が低下したときには端子7がV
CCに、出力電圧が上昇したときには端子6がVSSに
駆動される。これにより、出力電圧に誤差がある場合に
は、誤差を増幅した信号で第二のプッシュプル回路を駆
動し、出力電圧の誤差を無くすように動作する。したが
って、従来例のように単にソースフォロワ回路で駆動す
る場合に比べて、格段に高い駆動能力を持たせることが
できる。また、定常状態のバイアス電流を十分低い値に
抑えても、誤差を増幅することにより高い駆動電流を得
ることができる。また、この回路は上式からも容易にわ
かるように、誤差の方向に対して対称に動作するため、
出力の充電と放電に対して同じ駆動能力を得ることがで
きる。
That is, even when the output voltage changes slightly by 0.1 V, the steady current of IC2 and ID2 is 1 μA (0.2
A sufficiently large drive current of 20 μA is obtained for μA × 5). Therefore, the terminal 6 can be driven to the minimum VSS and the terminal 7 can be driven to the maximum VCC to the limit of the power supply voltage range even with a slight change in the output voltage. The driving direction is that when the output voltage drops, the terminal 7
When CC and the output voltage rise, the terminal 6 is driven to VSS. As a result, when there is an error in the output voltage, the second push-pull circuit is driven by the signal in which the error is amplified, and operation is performed to eliminate the error in the output voltage. Therefore, as compared with the case of simply driving with the source follower circuit as in the conventional example, it is possible to provide a remarkably high driving ability. Even if the bias current in the steady state is suppressed to a sufficiently low value, a high drive current can be obtained by amplifying the error. In addition, this circuit operates symmetrically with respect to the direction of error,
The same drive capability can be obtained for output charging and discharging.

【0123】次に、本回路の電圧フォロワとしての精度
について説明する。本回路は、出力電圧の誤差を第一の
プッシュプル回路で検出し、それを増幅した信号で第二
のプッシュプル回路を駆動するようにしている。したが
って、出力電圧精度(入出力電圧差)は第一のプッシュ
プル回路の電圧精度(入出力電圧差)で決定される。第
一のプッシュプル回路において、定常状態すなわちIC
1=ID1が成り立つ条件を求めると、入力電圧V(I
N)と出力電圧V(OUT)の関係が得られ、次式のよ
うになる。
Next, the accuracy of this circuit as a voltage follower will be described. In this circuit, an error in the output voltage is detected by the first push-pull circuit, and a signal obtained by amplifying the error is used to drive the second push-pull circuit. Therefore, the output voltage accuracy (input / output voltage difference) is determined by the voltage accuracy (input / output voltage difference) of the first push-pull circuit. In the first push-pull circuit, the steady state or IC
When the condition for 1 = ID1 is obtained, the input voltage V (I
The relationship between N) and the output voltage V (OUT) is obtained, and is given by the following equation.

【0124】V(OUT)−V(IN)=β×(VN1
−VTN)−(VP1−VTP)/(βR+1) ここに βR=√(βTN2/βTP2) であり、またVTNとVTPはそれぞれNチャネルおよ
びPチャネルMOSトランジスタのゲートしきい値電圧
の絶対値である。この式から明らかなように、VN1と
VP1にそれぞれVTNとVTPの変化に追従して変化
する特性をもたせ、かつトランジスタのβを適正に選ぶ
ことにより、製造プロセスのばらつき等によりNチャネ
ルトランジスタとPチャネルトランジスタの素子特性が
独立に変化しても、出力と入力の電圧差を零にすること
ができる。上述したような電圧源は、次の実施例で説明
するように、各チャネル導電型のMOSトランジスタの
ゲートとドレインを接続し、それに所定の電流を流す事
により容易に構成することができる。一般に、異なる導
電形の素子間では特性にばらつきがあっても、同じ導電
型のトランジスタは同じ製造工程を経るため、素子間の
特性差は十分小さな値に抑えることができる。特に、加
工形状のばらつきなどに対しては、ゲート幅やゲート長
を加工精度に比べて十分大きな値で設計することによ
り、さらに、素子対間の特性差を小さなものにすること
ができる。例えば、ゲートしきい値電圧を例にとると、
同じ導電型の素子対間での差は、容易に20〜30mV
程度以下にすることができるが、異なる導電型の素子間
では、その差のばらつきが最大200mV程度と、約一
桁も大きな値になるのが通例である。以上説明したとお
り、第一のプッシュプル回路の電圧精度(入出力電圧
差)は、トランジスタ対のしきい値電圧差で決まる20
〜30mV程度と従来方式の約一桁低い値に抑えられ
る。
V (OUT) -V (IN) = β × (VN1
-VTN)-(VP1-VTP) / (β R +1) where β R = √ (β TN2 / β TP2 ), and VTN and VTP are the gate threshold voltage of the N-channel and P-channel MOS transistors, respectively. Is the absolute value of. As is clear from this equation, by making VN1 and VP1 have characteristics that change following changes in VTN and VTP, respectively, and selecting β of the transistor appropriately, due to variations in the manufacturing process, etc. Even if the element characteristics of the channel transistor change independently, the voltage difference between the output and the input can be made zero. As described in the next embodiment, the voltage source as described above can be easily constructed by connecting the gate and drain of each channel conductivity type MOS transistor and passing a predetermined current through it. In general, even if there are variations in characteristics between elements of different conductivity types, transistors of the same conductivity type go through the same manufacturing process, so the characteristic difference between elements can be suppressed to a sufficiently small value. In particular, with respect to variations in the processed shape, by designing the gate width and the gate length with values sufficiently larger than the processing accuracy, it is possible to further reduce the characteristic difference between the element pairs. For example, taking the gate threshold voltage as an example,
The difference between a pair of elements of the same conductivity type is easily 20 to 30 mV
Although it is possible to reduce the difference to less than or equal to the level, the difference in the difference between the elements of different conductivity types is about 200 mV at the maximum, which is a large value of about an order of magnitude. As described above, the voltage accuracy (input / output voltage difference) of the first push-pull circuit is determined by the threshold voltage difference of the transistor pair.
The value can be suppressed to about 30 mV, which is lower than that of the conventional method by an order of magnitude.

【0125】さて、次に過渡的の動作を同図(b)を用
いて説明する。今、入力電圧V(IN)が時刻t0から
t1にかけて降下し、時刻t4からt5にかけて上昇し
た場合を考える。入力電圧が降下した直後は出力がすぐ
に追従しないので、トランジスタTN2は時刻t1から
t2にかけてカットオフ状態となり、電流IC1の値は
ほぼ0となる。これに対してID1が増大し、端子6の
電圧V(6)をほぼVSS(0V)まで引き落す。これ
により、トランジスタTP4の駆動能力が増加し、出力
OUTを高速に放電する。時刻t2を過ぎて、出力電圧
と入力電圧の差が小さくなるとトランジスタTN2が導
通し始め、最終的に入出力間の電圧差が無くなる時刻t
2においてIC1=ID1となり、定常状態になる。入
力電圧が上昇する時には、これと対称に端子7の電圧が
VCCまで上昇し、出力を高速に充電する。
Now, the transient operation will be described with reference to FIG. Now, consider a case where the input voltage V (IN) drops from time t0 to t1 and rises from time t4 to t5. Since the output does not immediately follow immediately after the input voltage drops, the transistor TN2 is in the cutoff state from time t1 to t2, and the value of the current IC1 becomes almost zero. On the other hand, ID1 increases, and the voltage V (6) at the terminal 6 is dropped to almost VSS (0V). As a result, the driving capability of the transistor TP4 is increased, and the output OUT is discharged at high speed. When the difference between the output voltage and the input voltage decreases after the time t2, the transistor TN2 starts to conduct, and finally the voltage difference between the input and the output disappears at the time t.
At 2, IC1 = ID1, and a steady state is achieved. When the input voltage rises, the voltage of the terminal 7 rises to VCC symmetrically, and the output is charged at high speed.

【0126】以上説明したように、本発明によれば、製
造工程のばらつきがあっても、入出力電圧間の誤差が少
なく、過渡時においては、大容量の負荷を高速に充放電
することのできる電圧フォロワを提供することができ
る。なお、本回路は電圧フォロワとしての応用以外に
も、出力端子OUTに信号電流を入力し、端子6か7か
ら出力を取り出すことにより、高性能な電流検出回路と
して用いることも可能である。
As described above, according to the present invention, even if there are variations in the manufacturing process, the error between the input and output voltages is small, and during a transition, a large capacity load can be charged and discharged at high speed. A voltage follower capable of providing can be provided. Besides being applied as a voltage follower, this circuit can also be used as a high performance current detection circuit by inputting a signal current to the output terminal OUT and taking out an output from the terminals 6 or 7.

【0127】次に図31,図32を用いて、先に示した
回路をダイナミックメモリの中間電圧(VCC/2)発
生回路に適用した実施例を説明する。図31は本発明に
よる中間電圧発生回路の構成例である。同図において、
30は基準電圧発生回路、31は第一のコンプリメンタ
リ・プッシュプル回路、32はカレントミラー型増幅回
路、33は第二のコンプリメンタリ・プッシュプル回路
である。基準電圧発生回路は、等しい抵抗値を有する二
つの抵抗R3とR4とにより電源電圧を半分に分圧する
ことにより、端子34に中間電圧を発生している。抵抗
R3とR4に同種の素子を用いることにより、中間電圧
には、かなり精度の高い値を得ることができる。なお、
中間電圧を得るための素子は抵抗に限らず、例えばMO
Sトランジスタ等を用いても同様の回路が構成できるこ
とは自明である。第一のプッシュプル回路は、基本的に
図29(a)に示したプッシュプル回路1と同じであ
る。ここでは、電圧源VN1の代わりに、抵抗R5とN
チャネルMOSトランジスタTN10を、電圧源VP1
の代わりに、抵抗R6とPチャネルMOSトランジスタ
TP10を、それぞれ用いている。こうすることによ
り、先の実施例でも説明したように、常に端子35の電
圧を入力端子34に対して、ほぼNチャネルMOSトラ
ンジスタのゲートしきい値電圧分だけ高い値に自動的に
設定することができる。なお、R5やR6を流れる電流
が、R3やR4を流れる電流の数分の一から十分の一程
度の小さな値になるように、抵抗値を選んでいる。これ
は、NチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタ
の特性が独立にばらついて、プッシュプル回路から基準
電圧発生回路に流入(あるいは流出)する電流値が変動
しても、端子34の電圧が影響を受けて変動しないよう
にするためである。32のカレントミラー型増幅回路は
図29(a)に示したカレントミラー型増幅回路2と全
く同じ構成である。第二のプッシュプル回路は、基本的
に図29(a)に示したプッシュプル回路3と同じであ
る。ここでは、電圧源VN2の代わりに、NチャネルM
OSトランジスタTN14を、電圧源VP2の代わり
に、PチャネルMOSトランジスタTP14を、それぞ
れ用いている。こうすることにより、第一のプッシュプ
ル回路の場合と同様、プッシュプル回路に流れるバイア
ス電流の値が、トランジスタのしきい値電圧の変化に対
して変動しないようにしている。以上のような回路構成
とすることにより、出力HVCには精度の高い中間電圧
を得ることができ、かつ負荷容量CLを高速に充放電す
ることができる。
An embodiment in which the above-described circuit is applied to the intermediate voltage (VCC / 2) generation circuit of the dynamic memory will be described below with reference to FIGS. 31 and 32. FIG. 31 is a configuration example of an intermediate voltage generating circuit according to the present invention. In the figure,
Reference numeral 30 is a reference voltage generating circuit, 31 is a first complementary push-pull circuit, 32 is a current mirror type amplifier circuit, and 33 is a second complementary push-pull circuit. The reference voltage generating circuit generates an intermediate voltage at the terminal 34 by dividing the power supply voltage in half by two resistors R3 and R4 having the same resistance value. By using the same kind of element for the resistors R3 and R4, it is possible to obtain a fairly accurate value for the intermediate voltage. In addition,
The element for obtaining the intermediate voltage is not limited to the resistor, and for example, MO
It is obvious that a similar circuit can be constructed by using S transistors and the like. The first push-pull circuit is basically the same as the push-pull circuit 1 shown in FIG. Here, instead of the voltage source VN1, resistors R5 and N
The channel MOS transistor TN10 is connected to the voltage source VP1.
Instead of, a resistor R6 and a P-channel MOS transistor TP10 are used respectively. By doing so, as described in the previous embodiment, the voltage of the terminal 35 is always automatically set to a value higher than that of the input terminal 34 by the gate threshold voltage of the N-channel MOS transistor. You can Note that the resistance value is selected so that the current flowing through R5 and R6 is a small value, which is a fraction of the current flowing through R3 and R4 to about one tenth. This is because even if the characteristics of the N-channel transistor and the P-channel transistor vary independently and the current value flowing (or flowing out) from the push-pull circuit to the reference voltage generating circuit fluctuates, the voltage at the terminal 34 is affected. This is to prevent fluctuation. The current mirror type amplifier circuit 32 has exactly the same configuration as the current mirror type amplifier circuit 2 shown in FIG. The second push-pull circuit is basically the same as the push-pull circuit 3 shown in FIG. Here, instead of the voltage source VN2, an N channel M
The OS transistor TN14 uses a P-channel MOS transistor TP14 instead of the voltage source VP2. By doing so, as in the case of the first push-pull circuit, the value of the bias current flowing through the push-pull circuit does not fluctuate with respect to the change in the threshold voltage of the transistor. With the circuit configuration as described above, a highly accurate intermediate voltage can be obtained for the output HVC, and the load capacitance CL can be charged and discharged at high speed.

【0128】図31に示した本回路方式と図30に示し
た従来回路方式の性能比較を計算機解析により求めた結
果を図32(a)および図32(b)に示す。図32
(a)において、横軸はNチャネルトランジスタとPチ
ャネルトランジスタのゲートしきい値電圧の絶対値の
差、縦軸は中間電圧の値である。この結果より、従来回
路においては、しきい値電圧差が±0.2V変動したと
きには、出力電圧が約±100mV(0.75Vに対し
て約±13%)変動するのに対して、本発明の回路では
出力電圧変動は約±8mV(0.75Vに対して約±1
%)と、従来に比べて一桁以上低減することができる。
図32(b)は電源投入後の出力電圧の立上り時間を電
源電圧に対してプロットしたものである。立上り時間
は、出力の電圧が定常値の90%に達する時間で定義し
ている。また、負荷容量の値には、64MビットDRA
Mのビット線プリチャージ電源およびプレート電極の総
容量を想定している。この解析結果からもわかるよう
に、本発明の回路によれば、従来回路に比べて約一桁短
い時間で負荷を立ち上げることができる。
32A and 32B show the results obtained by computer analysis of the performance comparison between the present circuit system shown in FIG. 31 and the conventional circuit system shown in FIG. Figure 32
In (a), the horizontal axis represents the difference between the absolute values of the gate threshold voltages of the N-channel transistor and the P-channel transistor, and the vertical axis represents the value of the intermediate voltage. From this result, in the conventional circuit, when the threshold voltage difference fluctuates by ± 0.2 V, the output voltage fluctuates by approximately ± 100 mV (approximately ± 13% with respect to 0.75 V). In the circuit of, the output voltage fluctuation is about ± 8mV (about ± 1 against 0.75V).
%), Which can be reduced by one digit or more compared to the conventional case.
FIG. 32B is a plot of the rise time of the output voltage after the power is turned on with respect to the power supply voltage. The rise time is defined as the time when the output voltage reaches 90% of the steady value. In addition, the value of the load capacity is 64 Mbit DRA.
The total capacitance of the M bit line precharge power supply and the plate electrode is assumed. As can be seen from this analysis result, according to the circuit of the present invention, it is possible to start up the load in a time shorter than that of the conventional circuit by about one digit.

【0129】図33(a)は本発明の他の一実施例を示
す回路構成図である。同図において、40はコンプリメ
ンタリ・プッシュプル型の電圧フォロワ回路、41はト
ライステート・バッファである。電圧フォロワ回路は、
基本的には図29(a)のプッシュプル回路1と同じで
ある。ここでは、プッシュプル回路の駆動能力を補うよ
うにトライステート・バッファが動作する。トライステ
ート・バッファは負荷駆動用のPチャネルトランジスタ
TP21とNチャネルトランジスタTN21、これらト
ランジスタを駆動する二つの差動型増幅回路(コンパレ
ータ)AMP1とAMP2、および、オフセット量の設
定のための二つの電圧源VOSLとVOSHとから構成
される。この回路の動作は次の三つの電圧の条件のいず
れにあてはまるかによってきまる。
FIG. 33 (a) is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. In the figure, 40 is a complementary push-pull type voltage follower circuit, and 41 is a tri-state buffer. The voltage follower circuit is
It is basically the same as the push-pull circuit 1 of FIG. Here, the tri-state buffer operates so as to supplement the driving capability of the push-pull circuit. The tri-state buffer includes a P-channel transistor TP21 and an N-channel transistor TN21 for driving a load, two differential amplifier circuits (comparators) AMP1 and AMP2 for driving these transistors, and two voltages for setting an offset amount. Source VOSL and VOSH. The operation of this circuit depends on which of the following three voltage conditions is met:

【0130】(1) V(OUT)>V(IN)+VOSH (2) V(IN)+VOSH>V(OUT)>V(IN)−
VOSL (3) V(IN)−VOSL>V(OUT) (1)の電圧条件においては、端子43の電圧よりも出
力OUTの電圧が高くなり端子45の電圧は高い電圧レ
ベル(VCC)になる。また、端子44の電圧も高い電
圧レベル(VCC)になる。したがって、Nチャネルト
ランジスタTN21が導通、PチャネルトランジスタT
P21がカットオフとなり、負荷を放電する。(2)の
電圧条件においては、端子43の電圧よりも出力OUT
の電圧が低くなり端子45の電圧は低い電圧レベル(V
SS)になる。また、端子44の電圧は高い電圧レベル
(VCC)を保つ。したがって、二つのトランジスタT
N21とTP21は共にカットオフとなり、出力は高イ
ンピーダンス状態になる。(3)の電圧条件において
は、端子42の電圧よりも出力OUTの電圧が低くなり
端子44の電圧は低い電圧レベル(VSS)になる。ま
た、端子45の電圧は低い電圧レベル(VSS)を保
つ。したがって、NチャネルトランジスタTN21がカ
ットオフ、PチャネルトランジスタTP21が導通とな
り、負荷を充電する。このように、出力の電圧が入力の
電圧を中心としたある一定範囲を越えて大きくなると放
電、一定範囲を越えて小さくなると充電、一定範囲内に
あれば充電も放電もしないという三つの状態(トライス
テート)を有する駆動回路を実現できる。この回路の過
渡時の動作を同図(b)に示す。今、入力電圧V(I
N)が時刻t0で降下し、時刻t2で上昇した場合を考
える。立ち下がり時においては、時刻t0から出力の電
圧が「(定常状態での電圧)+VOSH」に等しくなる
時刻t1まで端子45の電圧がVCCになり、トランジ
スタTN21を導通させ、負荷を放電する。また、立ち
上がり時においては、時刻t2から出力の電圧が「(定
常状態での電圧)−VOSL」に等しくなる時刻t3ま
で端子44の電圧がVSSになり、トランジスタTP2
1を導通させ、負荷を充電する。
(1) V (OUT)> V (IN) + VOSH (2) V (IN) + VOSH> V (OUT)> V (IN)-
Under the voltage condition of VOSL (3) V (IN) -VOSL> V (OUT) (1), the voltage of the output OUT becomes higher than the voltage of the terminal 43 and the voltage of the terminal 45 becomes a high voltage level (VCC). . Further, the voltage of the terminal 44 also becomes a high voltage level (VCC). Therefore, the N-channel transistor TN21 becomes conductive, and the P-channel transistor T
P21 is cut off and the load is discharged. Under the voltage condition of (2), the output OUT is higher than the voltage of the terminal 43.
Becomes low and the voltage at the terminal 45 becomes low (V
SS). Also, the voltage at terminal 44 remains at a high voltage level (VCC). Therefore, the two transistors T
Both N21 and TP21 are cut off, and the output is in a high impedance state. Under the voltage condition (3), the voltage of the output OUT becomes lower than the voltage of the terminal 42, and the voltage of the terminal 44 becomes a low voltage level (VSS). Further, the voltage of the terminal 45 maintains a low voltage level (VSS). Therefore, the N-channel transistor TN21 is cut off and the P-channel transistor TP21 becomes conductive to charge the load. In this way, there are three states in which the output voltage is discharged when it exceeds a certain fixed range centered on the input voltage, discharged, charged when it exceeds a certain fixed range, and neither charged nor discharged if it is within the fixed range ( A drive circuit having a tri-state) can be realized. The transient operation of this circuit is shown in FIG. Now, input voltage V (I
Consider the case where N) drops at time t0 and rises at time t2. At the time of falling, the voltage of the terminal 45 becomes VCC, the transistor TN21 becomes conductive, and the load is discharged from time t0 to time t1 when the output voltage becomes equal to “(steady-state voltage) + VOSH”. Further, at the rising time, the voltage of the terminal 44 becomes VSS until the time t3 when the output voltage becomes equal to “(voltage in steady state) −VOSL” from the time t2, and the transistor TP2
1 is conducted and the load is charged.

【0131】このように、プッシュプル回路にトライス
テート・バッファを組合せることにより、入出力間の電
圧誤差がある程度以上大きくなった時には、駆動能力の
高いトランジスタを導通させることにより、過渡時の応
答速度を高めることができる。オフセット量の設定のた
めの二つの電圧源VOSLとVOSHの値はなるべく小
さな値にしたほうが設定電圧への収束を速めることがで
きるが、誤動作を避けるために、差動型増幅回路(コン
パレータ)AMP1とAMP2の入力オフセット電圧よ
りも十分大きな値にする必要がある。MOSトランジス
タで回路を構成する場合には、この値は50mV以上に
するのが望ましい。なお、トライステート・バッファの
回路構成は、ここに示した例に限らず、同様の機能を実
現するものであれば、他の方式であっても差し支えな
い。
As described above, by combining the push-pull circuit with the tri-state buffer, when the voltage error between the input and the output becomes large to a certain extent or more, the transistor with high driving capability is made conductive, so that the response at the time of transient is generated. The speed can be increased. The two voltage sources VOSL and VOSH for setting the offset amount can be set to have as small values as possible to speed up the convergence to the set voltage, but in order to avoid malfunction, the differential amplifier circuit (comparator) AMP1 is used. And a value sufficiently larger than the input offset voltage of AMP2. When the circuit is composed of MOS transistors, this value is preferably 50 mV or more. The circuit configuration of the tri-state buffer is not limited to the example shown here, and any other system may be used as long as it realizes the same function.

【0132】次に図34,図35を用いて、トライステ
ート・バッファを用いた電圧フォロワをダイナミックメ
モリの中間電圧(VCC/2)発生回路に適用した実施
例を説明する。図34は本発明による中間電圧発生回路
の構成例である。図34において、50は基準電圧発生
回路、51は図29で説明した電圧フォロワ回路、52
はトライステート・バッファである。これは、図31に
示した中間電圧発生回路にトライステート・バッファを
付加することにより、入出力間の電圧の誤差が大きくな
ったときの復元能力を高めている。以下、トライステー
ト・バッファの構成と動作について説明する。本実施例
の特徴は、第一のプッシュプル回路をそのまま利用し、
カレントミラー回路のミラー比の差を利用して誤差電圧
を検出しトライステートバッファを起動する点にある。
図34において、TP36とTP37はPチャネルMO
Sトランジスタ、TN36とTN37はNチャネルMO
SトランジスタINV1とINV2はインバータ、TP
38はインバータINV1の出力で負荷を駆動するよう
にしたPチャネルMOSトランジスタ、TN38はイン
バータINV2の出力で負荷を駆動するようにしたNチ
ャネルMOSトランジスタを、それぞれ示している。T
P32とTP36、TP32とTN37とが、それぞれ
カレントミラー回路を構成している。今、トランジスタ
TN31に流れる電流をIC1、トランジスタTP31
に流れる電流をID1、トランジスタTN36に流れる
電流をID2、トランジスタTP36に流れる電流をI
C2、とそれぞれ置く。出力電圧の誤差δVとIC1、
ID1の関係は、先に説明したように、 IC1−ID1≒−2√(2βI)×δV と近似することができる。カレントミラー回路のミラー
比を、 MP1=IC2/IC1=βTP36/βTP32N1=ID2/ID1=βTN36/βTP32 とすると、下式のようになる。 IC2/MP1−ID2/MN1≒−2√(2βI)×δV 今出力にオフセット電圧Vosを印加したときに、IC
2=ID2となるとし、その時の電流値をI2と置く
と、オフセット電圧Vosは Vos≒I2/(2×α)×(MP1−MN1)/(MN1×
P1) と表される。ここで、 α=√(2βI1) またβは第一のプッシュプル回路を構成するトランジス
タのβ、I1は定常状態において第一のプッシュプル回
路に流れる電流である。例えば、I1=0.2μA、I2
=1μA、β=1mA/V2、MN1=1、MP1=0.2と
すると、オフセット電圧Vosは−100mVとなる。
すなわち、出力電圧が定常値から100mV以上低下す
ると、インバータINV1の入力電圧は低レベルから高
レベルに、出力電圧は高レベルから低レベルに遷移して
駆動用のPチャネルMOSトランジスタTP38を導通
させ、負荷を充電する。これと同様に、トランジスタT
P37とTN37の定数を適当に選ぶことにより、所定
のプラス側のオフセットがあったときに、NチャネルM
OSトランジスタTN38を導通させ、負荷を放電する
ようにすることができる。
An embodiment in which a voltage follower using a tri-state buffer is applied to an intermediate voltage (VCC / 2) generation circuit of a dynamic memory will be described with reference to FIGS. 34 and 35. FIG. 34 is a configuration example of an intermediate voltage generating circuit according to the present invention. In FIG. 34, 50 is a reference voltage generating circuit, 51 is the voltage follower circuit described in FIG.
Is a tri-state buffer. This adds a tri-state buffer to the intermediate voltage generating circuit shown in FIG. 31 to enhance the restoring capability when the voltage error between the input and the output becomes large. The structure and operation of the tri-state buffer will be described below. The feature of this embodiment is that the first push-pull circuit is used as it is,
The point is that the error voltage is detected by utilizing the difference in the mirror ratio of the current mirror circuit and the tri-state buffer is activated.
In FIG. 34, TP36 and TP37 are P channel MOs.
S-transistors, TN36 and TN37 are N-channel MO
S transistors INV1 and INV2 are inverters, TP
Reference numeral 38 denotes a P-channel MOS transistor designed to drive a load with the output of the inverter INV1, and TN38 denotes an N-channel MOS transistor designed to drive a load with the output of the inverter INV2. T
P32 and TP36 and TP32 and TN37 respectively constitute a current mirror circuit. Now, let the current flowing through the transistor TN31 be IC1, the transistor TP31.
Is a current flowing through the transistor TN36, a current flowing through the transistor TN36 is ID2, and a current flowing through the transistor TP36 is I.
Put C2, respectively. Output voltage error δV and IC1,
As described above, the relationship of ID1 can be approximated as IC1-ID1≈−2√ (2βI) × δV. When the mirror ratio of the current mirror circuit is M P1 = IC2 / IC1 = β TP36 / β TP32 M N1 = ID2 / ID1 = β TN36 / β TP32 , the following formula is obtained. IC2 / M P1 −ID2 / M N1 ≈−2√ (2βI) × δV When the offset voltage Vos is applied to the output, IC
If 2 = ID2 and the current value at that time is I 2 , then the offset voltage Vos is Vos≈I 2 / (2 × α) × (M P1 −M N1 ) / (M N1 ×
M P1 ). Here, α = √ (2βI 1 ) Further, β is β of the transistor forming the first push-pull circuit, and I 1 is a current flowing through the first push-pull circuit in the steady state. For example, I 1 = 0.2 μA, I 2
When = 1 μA, β = 1 mA / V 2 , M N1 = 1 and M P1 = 0.2, the offset voltage Vos becomes −100 mV.
That is, when the output voltage decreases from the steady value by 100 mV or more, the input voltage of the inverter INV1 transits from the low level to the high level, and the output voltage transits from the high level to the low level to make the driving P-channel MOS transistor TP38 conductive. Charge the load. Similarly, the transistor T
By properly selecting the constants of P37 and TN37, when there is a predetermined plus side offset, N channel M
The OS transistor TN38 can be made conductive to discharge the load.

【0133】以上、説明したように、本実施例に示した
ような回路構成をとることにより、図33に示したのと
同様な機能を実現することができる。また、この回路方
式では、カレントミラー回路のミラー比によってオフセ
ット量を決めているため、トランジスタ対の特性差が小
さくなるように配慮すれば、オフセット量を精度良く設
定することができる。さらに、高精度の差動型増幅回路
を別に設ける必要がないため、消費電力が小さく、かつ
簡単な構成で高い性能を実現することができる。
As described above, by adopting the circuit configuration shown in this embodiment, it is possible to realize the same function as that shown in FIG. Further, in this circuit system, since the offset amount is determined by the mirror ratio of the current mirror circuit, the offset amount can be set with high accuracy if consideration is given to reducing the characteristic difference between the transistor pairs. Furthermore, since it is not necessary to separately provide a high-precision differential amplifier circuit, it is possible to realize high performance with low power consumption and a simple configuration.

【0134】本回路方式と図30に示した従来回路方式
の性能比較を計算機解析により求めた結果を図35に示
す。図35は電源投入後の出力電圧の立上り時間を電源
電圧に対してプロットしたものである。立上り時間は、
出力の電圧が定常値の90%に達する時間で定義してい
る。また、負荷容量の値には、64MビットDRAMの
ビット線プリチャージ電源およびプレート電極の総容量
を想定している。この解析結果からもわかるように、本
発明の回路によれば、先に図31で示した実施例より
も、さらに立上り時間を約半桁短縮することができる。
従来回路に比べると約一桁半短い時間で負荷を立ち上げ
ることができる。以上説明したように、プッシュプル回
路にトライステート・バッファを組合せることにより、
さらに高速に入力に追従することの可能な電圧フォロワ
回路を供することができるようになる。なお、電圧の設
定精度はプッシュプル回路によって決まるため、先の実
施例の場合と同様、入手力間の電圧誤差を極めて小さな
値にすることができる。
FIG. 35 shows a result obtained by computer analysis of performance comparison between the present circuit system and the conventional circuit system shown in FIG. FIG. 35 is a plot of the rise time of the output voltage after the power is turned on with respect to the power supply voltage. The rise time is
It is defined as the time when the output voltage reaches 90% of the steady value. Further, the value of the load capacitance is assumed to be the total capacitance of the bit line precharge power supply and the plate electrode of the 64-Mbit DRAM. As can be seen from this analysis result, according to the circuit of the present invention, the rise time can be further shortened by about a half digit as compared with the embodiment shown in FIG.
The load can be started up in about one and a half times shorter than the conventional circuit. As explained above, by combining the push-pull circuit with the tri-state buffer,
It becomes possible to provide a voltage follower circuit that can follow an input at a higher speed. Since the setting accuracy of the voltage is determined by the push-pull circuit, the voltage error between the availability can be made extremely small, as in the case of the previous embodiment.

【0135】以上の実施例では、集積回路(LSI)中
の大容量負荷を高速で駆動する回路構成について説明し
た。しかしながら、さらに高速に駆動しようとすると、
充放電に際しての過渡電流が大きな問題になる。例え
ば、64Mビット程度のDRAMの中間電圧発生回路の
負荷容量は115nF程度になるが、これを5μsの間
に振幅1Vで駆動したときの電流値は23mAに達す
る。これは、DARMの消費電流値に匹敵する大きさで
あり、これ以上高速に駆動することは、主たる回路特性
への影響、例えば電源線の雑音発生や、駆動信号配線の
信頼性低下などを招く危険があるため、好ましくない。
一般に、超高集積のLSI、特にメモリにおいてはLS
I全体を同種の複数のブロックで構成し、動作時におい
ては、それらブロックの内の一部のみを活性化するよう
な構成をとることが多い。こうしたLSIにおいては、
以下に述べる実施例を適用することが有効である。
In the above embodiments, the circuit configuration for driving a large capacity load in an integrated circuit (LSI) at high speed has been described. However, if you try to drive even faster,
Transient current during charging and discharging becomes a big problem. For example, the load capacitance of the intermediate voltage generation circuit of a DRAM of about 64 Mbits is about 115 nF, but the current value when it is driven with an amplitude of 1 V for 5 μs reaches 23 mA. This is comparable to the current consumption value of the DARM, and driving at a higher speed causes an influence on the main circuit characteristics, for example, noise generation of the power supply line and deterioration of reliability of the drive signal wiring. Not desirable because it is dangerous.
In general, ultra-highly integrated LSI, especially LS in memory
In many cases, the entire I is composed of a plurality of blocks of the same type, and only a part of these blocks is activated during operation. In such an LSI,
It is effective to apply the embodiments described below.

【0136】図36,図37はダイナミック・メモリ
(DRAM)の中間電圧供給方式に本発明を適用した実
施例を示している。図36において、MB0、MB1〜
MBiはi+1個のメモリ・ブロック、60〜62はワ
ード線選択回路、68〜70は各メモリ・ブロックから
の中間電圧引出線、76と77は二組の中間電圧発生回
路、74と75は二組の中間電圧発生回路から各メモリ
・ブロックに中間電圧HVC1とHVC2を供給する信
号線、71〜73は二つの信号線の内のいずれかをメモ
リ・ブロックに供給するように各ブロック毎に設けたス
イッチである。また、メモリ・ブロックMB0は、メモ
リセルを二次元に配列したメモリセルアレーMA0、メ
モリセルから読出した信号を増幅して外部に出力したり
外部からの信号をメモリセルに書き込んだりする入出力
制御回路ブロックMC0、入出力回路67等から構成さ
れる。DL0、DL0 ̄、DLj ̄はメモリセルに信号
を伝送するデータ線、63は蓄積容量の対向電極を成す
プレート電極、64は非選択時にデータ線を中間電圧に
するために配されたプリチャージ電圧供給線、PCはプ
リチャージ信号線、SA0〜SAjはメモリセルから読
出した信号を検知増幅するセンスアンプ、65と66は
入出力回路67と各データ線との間の信号伝送を行なう
共通入出力線対、IO0〜IOjはアドレス指定信号に
よって選択されたデータ線対と共通入出力線対との間の
接続を制御するIOゲートである。
36 and 37 show an embodiment in which the present invention is applied to an intermediate voltage supply system of a dynamic memory (DRAM). In FIG. 36, MB0 and MB1
MBi is i + 1 memory blocks, 60 to 62 are word line selection circuits, 68 to 70 are intermediate voltage lead lines from each memory block, 76 and 77 are two sets of intermediate voltage generation circuits, and 74 and 75 are two. Signal lines for supplying the intermediate voltages HVC1 and HVC2 from the set of intermediate voltage generating circuits to the memory blocks, and 71 to 73 are provided for each block so as to supply one of the two signal lines to the memory block. It is a switch. Further, the memory block MB0 is a memory cell array MA0 in which memory cells are two-dimensionally arranged, an input / output control for amplifying a signal read from the memory cell and outputting the amplified signal to the outside or writing an external signal to the memory cell. The circuit block MC0 and the input / output circuit 67 are included. DL0, DL0-, DLj- are data lines for transmitting a signal to the memory cell, 63 is a plate electrode forming a counter electrode of the storage capacitor, and 64 is a precharge voltage arranged to set the data line to an intermediate voltage when not selected. Supply lines, PC is a precharge signal line, SA0 to SAj are sense amplifiers for detecting and amplifying signals read from the memory cells, and 65 and 66 are common input / output for performing signal transmission between the input / output circuit 67 and each data line. The line pairs IO0 to IOj are IO gates that control the connection between the data line pair selected by the address designation signal and the common input / output line pair.

【0137】今、仮にi+1個のメモリ・ブロックの
内、一つブロックMB0のみが選択され、動作状態にな
る場合を考える。この時、ワード線選択回路60によっ
てMA0の中の一本のワード線が選択され、高レベルに
遷移する。と同時に、スイッチ71が制御され、中間電
圧引出線68は中間電圧供給用の信号線75に接続され
る。一方、非選択状態にあるメモリ・ブロックMB1〜
MBiからの引出線69や70は、中間電圧供給用の信
号線74に接続される。このようにすると、中間電圧発
生回路76にはi個のメモリ・ブロックの負荷が接続さ
れるのに対して、中間電圧発生回路77には一つのメモ
リ・ブロックの負荷しか接続されない。例えば、i=1
5とすると、中間電圧発生回路77が駆動する負荷容量
は、中間電圧発生回路76が駆動する負荷容量の15分
の1になる。したがって、仮に76と77に同じ回路を
用いても、選択されたブロックMB0の中間電圧は非選
択ブロックの中間電圧に比べて15倍高速に動作するよ
うになる。回路の性能の点からに、非選択のメモリ・ブ
ロックの応答速度はメモリの性能には無関係であるか
ら、過渡電流をほとんど増大させることなく、メモリ全
体の性能向上を図ることができる。図37はメモリ動作
の間に電源電圧が変動した場合の中間電圧の時間変化を
示している。すなわち、時刻t0からt2の間に電圧V
CCが低下したとする。また、時刻t0からt1の間お
よび時刻t3以後はメモリ・ブロックMB0が、時刻t
1からt3の間はメモリ・ブロックMB1が選択される
とする。時刻t0からt1の間は、ブロックMB1は非
選択であるため、中間電圧V(69)はゆっくり応答し
ているのに対して、ブロックMB0は選択されているた
め、中間電圧V(68)は高速に追従している。時刻t
1でブロックMB1が選択、ブロックMB0が非選択に
切り替わると、今度はV(69)が設定すべき電圧に向
け、速やかに変化する。このように、本実施例によれ
ば、ダイナミックメモリの中間電圧のような大容量の負
荷を、過渡電流をほとんど増大させることなく、実質的
に高速に駆動することが可能になる。なお、この例で
は、ダイナミックメモリの中間電圧に本発明を適用した
例について説明したが、適用範囲はこれに限るものでは
なく、同種のブロックで構成され、動作時はその内の一
部が活性化されるような集積回路一般に適用することが
できる。
Now, let us consider a case where only one block MB0 is selected from the i + 1 memory blocks and is brought into an operating state. At this time, one word line in MA0 is selected by the word line selection circuit 60 and transits to the high level. At the same time, the switch 71 is controlled and the intermediate voltage lead-out line 68 is connected to the signal line 75 for supplying the intermediate voltage. On the other hand, the memory blocks MB1 to MB1 in the non-selected state
Lead lines 69 and 70 from MBi are connected to a signal line 74 for supplying an intermediate voltage. In this way, the load of i memory blocks is connected to the intermediate voltage generating circuit 76, whereas only the load of one memory block is connected to the intermediate voltage generating circuit 77. For example, i = 1
Assuming 5, the load capacity driven by the intermediate voltage generation circuit 77 is 1/15 of the load capacity driven by the intermediate voltage generation circuit 76. Therefore, even if the same circuit is used for 76 and 77, the intermediate voltage of the selected block MB0 operates 15 times faster than the intermediate voltage of the non-selected block. From the viewpoint of circuit performance, the response speed of the non-selected memory block is irrelevant to the memory performance, so that the performance of the entire memory can be improved with almost no increase in transient current. FIG. 37 shows the time change of the intermediate voltage when the power supply voltage changes during the memory operation. That is, the voltage V is between time t0 and time t2.
It is assumed that CC has decreased. Further, between the time t0 and t1 and after the time t3, the memory block MB0 is
It is assumed that the memory block MB1 is selected from 1 to t3. Between the times t0 and t1, the block MB1 is not selected, so that the intermediate voltage V (69) responds slowly, while the block MB0 is selected, the intermediate voltage V (68) is Follows at high speed. Time t
When the block MB1 is switched to the selected state and the block MB0 is switched to the non-selected state in 1, V (69) changes promptly toward the voltage to be set. As described above, according to the present embodiment, it becomes possible to drive a large-capacity load such as the intermediate voltage of the dynamic memory at substantially high speed with almost no increase in the transient current. In addition, although the example in which the present invention is applied to the intermediate voltage of the dynamic memory has been described in this example, the applicable range is not limited to this, and it is configured by blocks of the same kind, and a part of them is activated during operation. The present invention can be applied to integrated circuits in general.

【0138】以上、各実施例によって本発明の詳細を説
明したが、本発明の適用範囲はこれらに限定されるもの
ではない。例えば、ここではCMOSトランジスタによ
りLSIを構成する場合を主に説明したが、バイポーラ
トランジスタを用いたLSI、接合型FETを用いたL
SI、CMOSトランジスタとバイポーラトランジスタ
を組合せたBiCMOS型のLSI、さらにはシリコン
以外の材料、例えばガリウムの砒素などの基板に素子を
形成したLSIなどでも、そのまま適用できる。
Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, the scope of application of the present invention is not limited to these. For example, although the case where the LSI is composed of the CMOS transistors has been mainly described here, the LSI using the bipolar transistor and the L using the junction FET are described.
SI, a BiCMOS type LSI in which a CMOS transistor and a bipolar transistor are combined, and further, a material other than silicon, for example, an LSI in which elements are formed on a substrate such as arsenic of gallium can be applied as it is.

【0139】また本実施例の中では電流増幅回路として
カレントミラー回路を用いたが、他の電流増幅回路を用
いることもできる。
In the present embodiment, the current mirror circuit is used as the current amplifier circuit, but other current amplifier circuits can be used.

【0140】[0140]

【発明の効果】本発明は以上説明したように、データ線
とI/O線とを接続する入出力制御回路をメモリセルア
レーの左右に交互に配置し、かつ、データ線とI/O線
との伝達インピーダンスを読みだし動作と書き込み動作
とで変化させる回路構成にしたことで、低電圧でも高速
にしかも安定に動作させることができる。
As described above, according to the present invention, the input / output control circuits for connecting the data lines and the I / O lines are alternately arranged on the left and right sides of the memory cell array, and the data lines and the I / O lines are arranged. By adopting a circuit configuration in which the transfer impedance between and is changed between the reading operation and the writing operation, it is possible to operate stably at high speed even at low voltage.

【0141】また、本発明は並列テストにも適してお
り、テスト時間の大幅な短縮が実現できる。
The present invention is also suitable for parallel testing, and can significantly reduce the test time.

【0142】さらに、本発明によればワード線のドライ
ブトランジスタは、そのゲート電圧がLowレベルで動
作するので、電源電圧が低下してもワードドライバとし
て安定に動作する。またデータ線電圧VLを、常に、デ
ータ線電圧VLよりメモリセルのスイッチトランジスタ
のしきい値電圧VT分以上高い電圧VCHに昇圧してワ
ードドライバの電源として動作している電圧変換回路
は、その整流用トランジスタのゲート電圧をそのドレイ
ン電圧よりしきい値電圧以上高くでき、さらに電荷の逆
流も防ぐことができるのでその出力電圧を倍電圧発生回
路の理論値である2VLにまで高めることができる。ま
た、RC遅延を利用した発振回路およびタイミング発生
回路を用いることにより発振周波数、タイミング相互の
遅延時間が電源電圧変動に対し安定になるので電圧変換
効率を常に最良の状態にしておくことができる。さらに
トランジスタのしきい値電圧3種に選択することによ
り、低電圧での安定化、高速化、低消費電力化を図るこ
とができる。そしてこれらによって、電源電圧が電池1
個分の起電力でも安定に動作する半導体集積回路を実現
できる。
Further, according to the present invention, the drive transistor of the word line operates at the low level of its gate voltage, and therefore operates stably as a word driver even if the power supply voltage drops. In addition, the voltage conversion circuit that constantly operates to act as the power supply for the word driver by boosting the data line voltage VL to a voltage VCH higher than the data line voltage VL by the threshold voltage VT of the switch transistor of the memory cell is rectified. Since the gate voltage of the use transistor can be made higher than the drain voltage by a threshold voltage or more and the backflow of charges can be prevented, the output voltage can be increased to 2VL which is the theoretical value of the voltage doubler generation circuit. Further, by using the oscillation circuit and the timing generation circuit using the RC delay, the delay time between the oscillation frequency and the timing becomes stable against the fluctuation of the power supply voltage, so that the voltage conversion efficiency can always be kept in the optimum state. Further, by selecting three types of threshold voltage of the transistor, it is possible to stabilize at a low voltage, speed up, and reduce power consumption. And by these, the power supply voltage
It is possible to realize a semiconductor integrated circuit that operates stably even with an electromotive force for each piece.

【0143】また、さらに本発明によれば、超高集積の
LSIにおいて、高い電圧精度で大きな負荷容量を高速
に駆動する回路構成、あるいは、大きな過渡電流を流す
ことなく、大きな負荷容量を高速に駆動する回路方式を
提供できる。 例えば、従来回路ではトランジスタのし
きい値電圧差が0.2Vあると出力電圧が0.75Vに
対して約13%変動するような場合に、本発明によれば
約1%に抑制されるというように電圧精度が一桁以上向
上し、また、電源投入後の出力電圧の立上り時間が従来
回路に対して約一桁以上改善されるように高速応答性が
得られる。
Furthermore, according to the present invention, in an ultra-highly integrated LSI, a large load capacitance can be operated at a high speed without a circuit configuration for driving a large load capacitance at high speed with high voltage accuracy or without causing a large transient current to flow. A driving circuit system can be provided. For example, in the conventional circuit, when the threshold voltage difference between the transistors is 0.2 V, the output voltage fluctuates by about 13% with respect to 0.75 V. According to the present invention, it is suppressed to about 1%. Thus, the voltage accuracy is improved by one digit or more, and the high-speed response is obtained so that the rise time of the output voltage after the power is turned on is improved by about one digit or more as compared with the conventional circuit.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の効果を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the effect of the present invention.

【図8】本発明の効果を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the effect of the present invention.

【図9】図1〜図6を用いたことによる効果を更に高め
た実施例を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment in which the effect obtained by using FIGS. 1 to 6 is further enhanced.

【図10】複数のメモリセルアレーが存在した場合の実
施例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment when a plurality of memory cell arrays are present.

【図11】並列テストの実施例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図12】並列テストの実施例を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図13】並列テストの実施例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図14】並列テストの実施例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図15】並列テストの実施例を示す図。FIG. 15 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図16】並列テストの実施例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing an example of a parallel test.

【図17】メモリセルへ任意の書き込み電圧を書き込む
ための実施例を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing an example for writing an arbitrary write voltage to a memory cell.

【図18】本発明の実施例。FIG. 18 is an example of the present invention.

【図19】タイミングチャート。FIG. 19 is a timing chart.

【図20】従来例とそのタイミングチャートである。FIG. 20 is a conventional example and its timing chart.

【図21】従来例とそのタイミングチャートである。FIG. 21 is a conventional example and its timing chart.

【図22】本発明の実施例。FIG. 22 is an example of the present invention.

【図23】タイミングチャート。FIG. 23 is a timing chart.

【図24】本発明の実施例。FIG. 24 is an example of the present invention.

【図25】タイミングチャート。FIG. 25 is a timing chart.

【図26】本発明の実施例。FIG. 26 is an example of the present invention.

【図27】本発明の実施例。FIG. 27 is an example of the present invention.

【図28】図22の実施例の効果を示す図。FIG. 28 is a diagram showing the effect of the embodiment of FIG. 22.

【図29】(a)は本発明の基本概念を説明する実施
例。(b)はその過渡時の動作を説明する図。
FIG. 29 (a) is an example for explaining the basic concept of the present invention. (B) is a figure explaining operation at the time of the transition.

【図30】DRAM用中間電圧発生回路の従来例。FIG. 30 is a conventional example of an intermediate voltage generating circuit for DRAM.

【図31】本発明をDRAMの中間電圧発生回路に適用
した具体的実施例。
FIG. 31 is a specific example in which the present invention is applied to an intermediate voltage generation circuit of a DRAM.

【図32】本発明の効果を説明する図。FIG. 32 is a view for explaining the effect of the present invention.

【図33】(a)は本発明の他の基本概念を説明する実
施例。(b)はその動作を説明する図。
FIG. 33 (a) is an embodiment for explaining another basic concept of the present invention. (B) is a figure explaining the operation.

【図34】DRAMの中間電圧発生回路に適用した具体
的実施例。
FIG. 34 is a specific example applied to an intermediate voltage generation circuit of a DRAM.

【図35】その効果を説明する図。FIG. 35 is a view for explaining the effect.

【図36】本発明の他の基本概念をDRAMの中間電圧
駆動方式に適用した具体的実施例を説明する図。
FIG. 36 is a diagram for explaining a specific example in which another basic concept of the present invention is applied to an intermediate voltage driving system of DRAM.

【図37】メモリ動作の間に電源電圧が変動した場合の
同図(a)の実施例の中間電圧変化を説明する図であ
る。
FIG. 37 is a diagram for explaining intermediate voltage changes in the embodiment of FIG. 37A when the power supply voltage fluctuates during the memory operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MA…メモリセルアレー、CKT…入出力制御回路、R
G0,RG1…読みだしゲート、WG0,WG1…書き
込みゲート、SA0,SA1…センスアンプ、SWR
0,SWR1…読みだしスイッチ、SWW0,SWW1
…書き込みスイッチ、RO,RO ̄…読みだし線、W
I,WI ̄…書き込みI/O線、dy…データ線ピッ
チ、WD…ワードドライバ、XD…Xデコーダ、VLG
…メモリアレー用電圧変換回路、VCHG…ワード線用
電圧変換回路、W…ワード線、φ ̄P…プリチャージ信
号、FX…ワード線駆動パルス発生回路、φX…ワード
線駆動パルス、CP…チャージポンプ回路、RECT…
整流回路、VL…データ線電圧あるいは内部(アレー
用)電源電圧、VCH…ワード線用電圧変換回路出力電
圧、φ、φ ̄、PA、PA ̄、PB、PB ̄…ワード線
用電圧変換回路用昇圧パルス、OSC…リングオシレー
タ出力パルス、C、C1、C2、C3、C4、CA、C
B、CD…コンデンサ、R、R1、R2…抵抗、QD
1、QP、Q9、Q10…PチャネルMOSトランジス
タ、QT、QD2、QS、QD、QA、QB、QC、Q
P、Q1、Q8、Q11、Q19…NチャネルMOSト
ランジスタ、I1、I25、I30、I33…インバー
タ、NA1、NA2…NAND回路、NO1…NOR回
路、VEXT…外部電源電圧、1、31、40…第一の
コンプリメンタリ・プッシュプル回路、2、32…カレ
ントミラー型プッシュプル増幅回路、3、33…第二の
コンプリメンタリ・プッシュプル回路、30、50…基
準電圧発生回路、41、52…トライステート・バッフ
ァ、AMP1、AMP2…差動型増幅回路、MB0〜M
Bi…メモリ・ブロック、60〜62…ワード線選択回
路、71〜73…スイッチ、76、77…中間電圧発生
回路(駆動回路)、MA0…メモリセルアレー、MC0
…信号増幅および入出力制御回路群、SA0〜SAj…
検知増幅回路(センスアンプ)、IO0〜IOj…入出
力ゲート、67…入出力回路。
MA ... Memory cell array, CKT ... Input / output control circuit, R
G0, RG1 ... Read gate, WG0, WG1 ... Write gate, SA0, SA1 ... Sense amplifier, SWR
0, SWR1 ... Read switch, SWW0, SWW1
… Write switch, RO, RO ̄… Read line, W
I, WI -... write I / O line, dy ... data line pitch, WD ... word driver, XD ... X decoder, VLG
... Memory array voltage conversion circuit, VCHG ... Word line voltage conversion circuit, W ... Word line, φP ... Precharge signal, FX ... Word line drive pulse generation circuit, φX ... Word line drive pulse, CP ... Charge pump Circuit, RECT ...
Rectifier circuit, VL ... Data line voltage or internal (for array) power supply voltage, VCH ... Word line voltage conversion circuit output voltage, φ, φ-PA, PA-PA, PB, PB -... Word-line voltage conversion circuit Boost pulse, OSC ... Ring oscillator output pulse, C, C1, C2, C3, C4, CA, C
B, CD ... Capacitor, R, R1, R2 ... Resistor, QD
1, QP, Q9, Q10 ... P-channel MOS transistor, QT, QD2, QS, QD, QA, QB, QC, Q
P, Q1, Q8, Q11, Q19 ... N-channel MOS transistors, I1, I25, I30, I33 ... Inverter, NA1, NA2 ... NAND circuit, NO1 ... NOR circuit, VEXT ... External power supply voltage 1, 31, 40 ... One complementary push-pull circuit, 2, 32 ... Current mirror type push-pull amplifier circuit, 3, 33 ... Second complementary push-pull circuit, 30, 50 ... Reference voltage generating circuit, 41, 52 ... Tri-state buffer , AMP1, AMP2 ... Differential amplifier circuits, MB0 to M
Bi ... Memory block, 60-62 ... Word line selection circuit, 71-73 ... Switch, 76, 77 ... Intermediate voltage generation circuit (driving circuit), MA0 ... Memory cell array, MC0
... Signal amplification and input / output control circuit group, SA0 to SAj ...
Sense amplifier circuits (sense amplifiers), IO0 to IOj ... I / O gates, 67 ... I / O circuits.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 清男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田中 均 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 渡辺 泰 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 久米 英治 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 礒田 正典 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 山崎 英治 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 Fターム(参考) 5F083 AD00 GA05 LA05 5M024 AA02 BB08 BB29 CC25 FF03 GG05 HH09 HH11 PP01 PP02 PP03 PP07 PP10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kiyoo Ito             1-280, Higashikoigokubo, Kokubunji, Tokyo             Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hitoshi Tanaka             5-22-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company Hitachi Cho-LS System             Within (72) Inventor Yasushi Watanabe             5-22-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company Hitachi Cho-LS System             Within (72) Inventor Eiji Kume             1-280, Higashikoigokubo, Kokubunji, Tokyo             Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masanori Isoda             5-22-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company Hitachi Cho-LS System             Within (72) Inventor Eiji Yamazaki             5-22-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company Hitachi Cho-LS System             Within F-term (reference) 5F083 AD00 GA05 LA05                 5M024 AA02 BB08 BB29 CC25 FF03                       GG05 HH09 HH11 PP01 PP02                       PP03 PP07 PP10

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ワード線とデータ線の交点に設けられたメ
モリセルと、 選択された前記ワード線に駆動電圧を供給するために前
記ワード線に接続されたワードドライバと、 前記駆動電圧を発生するための電圧変換回路とを具備
し、 前記電圧変換回路は、第1ノード及び第2ノードを持つ
第1キャパシタと、前記第2ノードと前記動作電圧との
間に結合されたソース・ドレイン経路を持つ第1MIS
FETと、前記第2ノードと前記動作電圧との間に結合
されたソース・ドレイン経路とそのドレインに接続され
たゲートを持つ第2MISFETと、第3ノード及び第
4ノードを持つ第2キャパシタと、前記第4ノードと前
記動作電圧との間に結合されたソース・ドレイン経路と
そのドレインに接続されたゲートを持つ第3MISFE
Tとを有し、 前記第1MISFETのゲートは前記第4ノードに接続
され、 前記ワードドライバに用いられるトランジスタのしきい
値電圧は、前記メモリセルに用いられるトランジスタの
しきい値電圧より低く、 前記電圧変換回路に用いられるトランジスタのしきい値
電圧は、前記ワードドライバに用いられるトランジスタ
のしきい値電圧より低いことを特徴とする半導体装置。
1. A memory cell provided at an intersection of a word line and a data line, a word driver connected to the word line for supplying a drive voltage to the selected word line, and the drive voltage generated. And a source / drain path coupled between the first node having a first node and a second node and the second node and the operating voltage. The first MIS with
An FET, a second MISFET having a source / drain path coupled between the second node and the operating voltage and a gate connected to the drain, and a second capacitor having a third node and a fourth node, A third MISFE having a source / drain path coupled between the fourth node and the operating voltage and a gate connected to the drain
T, the gate of the first MISFET is connected to the fourth node, the threshold voltage of the transistor used in the word driver is lower than the threshold voltage of the transistor used in the memory cell, A semiconductor device, wherein a threshold voltage of a transistor used in the voltage conversion circuit is lower than a threshold voltage of a transistor used in the word driver.
【請求項2】請求項1において、 前記第1キャパシタの前記第1ノードは、所定の周期で
ハイレベルとロウレベルとに交互に駆動され、 前記第2キャパシタの前記第3ノードは、前記1ノード
がハイレベルとされる期間にロウレベルに駆動されると
ともに前記第1ノードがロウレベルとされる期間にハイ
レベルに駆動されることを特徴とする半導体装置。
2. The first node of the first capacitor is alternately driven to a high level and a low level in a predetermined cycle, and the third node of the second capacitor is the first node. The semiconductor device is driven to a low level during a period in which the signal is at a high level and is driven to a high level during a period for which the first node is at a low level.
【請求項3】請求項1又は2において、 前記チャージポンプ回路は、前記第4ノードと前記動作
電圧の間に結合されたソース・ドレイン経路を持ちその
ゲートが前記第2ノードに結合された第4MISFET
を更に有することを特徴とする半導体装置。
3. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit has a source / drain path coupled between the fourth node and the operating voltage, and a gate thereof is coupled to the second node. 4 MISFET
A semiconductor device further comprising:
【請求項4】請求項1から3のいずれかにおいて、 前記第2ノードの電圧は、第1整流回路を介して前記出
力ノードに出力されることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the voltage of the second node is output to the output node via a first rectifier circuit.
【請求項5】請求項1から4のいずれかにおいて、 前記電圧変換回路は、前記第1電圧よりも大きな電圧を
第2出力ノードから出力する第2チャージポンプ回路
と、前記チャージポンプ回路の前記第2ノードと前記出
力ノードの間に結合されたソース・ドレイン経路を持つ
第5MISFETを含む第2整流回路とを更に有し、前
記第5MISFETのゲートは、前記第2チャージポン
プ回路の前記第2出力ノードの出力により制御されるこ
とを特徴とする半導体装置。
5. The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the voltage conversion circuit outputs a voltage higher than the first voltage from a second output node, and the charge pump circuit includes the second charge pump circuit. And a second rectifier circuit including a fifth MISFET having a source / drain path coupled between the second node and the output node, the gate of the fifth MISFET being the second charge pump circuit of the second charge pump circuit. A semiconductor device controlled by an output of an output node.
【請求項6】請求項5において、 前記第2ノードには所定の周期でロウレベルとハイレベ
ルの電圧が交互に出力され、前記第2チャージポンプ回
路は、前記第2ノードがハイレベルとされる期間よりも
短い間前記第2出力ノードからハイレベルの電圧を出力
することを特徴とする半導体装置。
6. The low-level voltage and the high-level voltage are alternately output to the second node in a predetermined cycle, and the second node of the second charge pump circuit is set to the high level. A semiconductor device which outputs a high level voltage from the second output node for a period shorter than a period.
【請求項7】請求項5又は6において、 前記第1から第5MISFETのそれぞれはN形MIS
FETであり、前記第2ノードのハイレベルの電圧を前
記出力ノードに伝達する場合に、前記第2チャージポン
プ回路は前記第5MISFETのゲートに前記第2ノー
ドに現れるハイレベルの電圧よりも大きな電圧を供給す
ることを特徴とする半導体装置。
7. The method according to claim 5, wherein each of the first to fifth MISFETs is an N-type MIS.
The second charge pump circuit, which is a FET and transmits a high level voltage of the second node to the output node, has a voltage higher than a high level voltage appearing at the second node at the gate of the fifth MISFET. A semiconductor device comprising:
【請求項8】ワード線とデータ線の交点に設けられたメ
モリセルと、 選択された前記ワード線に駆動電圧を供給するために前
記ワード線に接続されたワードドライバと、動作電圧を
受けて前記動作電圧よりも電圧の大きな第1電圧を出力
ノードから出力する電圧変換回路とを有する半導体装置
であって、 前記電圧変換回路は、 第1ノード及び第2ノードを持つ第1キャパシタと、前
記第2ノードと前記動作電圧との間に結合されたソース
・ドレイン経路を持つ第1MISFETと、前記第2ノ
ードと前記動作電圧との間に結合されたソース・ドレイ
ン経路とそのドレインに接続されたゲートを持つ第2M
ISFETとを含む第1チャージポンプ回路と、 前記第2ノードと前記出力ノードの間にソース・ドレイ
ン経路が接続された第3MISFETを含む整流回路
と、 前記第1MISFETのゲートに前記動作電圧よりも大
きな電圧を印加するための第2チャージポンプ回路と、 前記第3MISFETのゲートに前記第1電圧よりも大
きな電圧を印加するための第3チャージポンプ回路とを
有し、 前記ワードドライバに用いられるトランジスタのしきい
値電圧は、前記メモリセルに用いられるトランジスタの
しきい値電圧より低く、 前記電圧変換回路に用いられるトランジスタのしきい値
電圧は、前記ワードドライバに用いられるトランジスタ
のしきい値電圧より低いことを特徴とする半導体装置。
8. A memory cell provided at an intersection of a word line and a data line, a word driver connected to the word line for supplying a driving voltage to the selected word line, and an operating voltage A semiconductor device comprising: a voltage conversion circuit that outputs a first voltage having a voltage higher than the operating voltage from an output node, wherein the voltage conversion circuit includes a first capacitor having a first node and a second node; A first MISFET having a source / drain path coupled between a second node and the operating voltage; and a source / drain path coupled between the second node and the operating voltage and a drain thereof. 2nd M with a gate
A first charge pump circuit including an ISFET; a rectifier circuit including a third MISFET having a source / drain path connected between the second node and the output node; and a gate of the first MISFET having a voltage higher than the operating voltage. A second charge pump circuit for applying a voltage, and a third charge pump circuit for applying a voltage higher than the first voltage to the gate of the third MISFET, and a transistor used for the word driver. The threshold voltage is lower than the threshold voltage of the transistor used in the memory cell, and the threshold voltage of the transistor used in the voltage conversion circuit is lower than the threshold voltage of the transistor used in the word driver. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項9】請求項8において、 前記第1キャパシタの前記第1ノードは、所定の周期で
ハイレベルとロウレベルとに交互に駆動され、 前記第2キャパシタの前記第3ノードは、前記1ノード
がハイレベルとされる期間にロウレベルに駆動されると
ともに前記第1ノードがロウレベルとされる期間にハイ
レベルに駆動されることを特徴とする半導体装置。
9. The method according to claim 8, wherein the first node of the first capacitor is alternately driven to a high level and a low level in a predetermined cycle, and the third node of the second capacitor is the one node. The semiconductor device is driven to a low level during a period in which the signal is at a high level and is driven to a high level during a period for which the first node is at a low level.
【請求項10】複数のワード線と複数のデータ線の交点
に設けられた複数のメモリセルと、選択された前記ワー
ド線に駆動電圧を供給するために前記ワード線に接続さ
れたワードドライバと、 第1電位を受けて第2電位を発生させる電圧変換回路とを
有し、 前記複数のワード線の一つが選択されるとき、対応する
前記ワードドライバは、前記第2電位を、スイッチ手段
を介して選択されたワード線に印加し、 前記電圧変換回路は、第1ノードと第2ノードを持つ第1
キャパシタと、 前記第1電位と前記第2ノードの間に結
合されたソース・ドレイン経路を持つ第1MOSトランジ
スタと、第3ノードと第4ノードを持つ第2キャパシタ
と、前記第1電位と前記第4ノードの間に結合されたソー
ス・ドレイン経路を持つ第2MOSトランジスタと、第5
ノードと第6ノードを持つ第3キャパシタと、前記第1電
位と前記第6ノードの間に結合されたソース・ドレイン経
路を持つ第3MOSトランジスタとを具備し、 前記第1MOSトランジスタのゲートは、前記第4ノード
に接続され、 前記第2MOSトランジスタのゲートは、前記第2ノード
に接続され、 前記第3MOSトランジスタのゲートは、前記第4ノード
に接続され、 前記ワードドライバに用いられるトランジスタのしきい
値電圧は、前記メモリセルに用いられるトランジスタの
しきい値電圧より低く、 前記電圧変換回路に用いられるトランジスタのしきい値
電圧は、前記ワードドライバに用いられるトランジスタ
のしきい値電圧より低いことを特徴とする半導体装置。
10. A plurality of memory cells provided at intersections of a plurality of word lines and a plurality of data lines, and a word driver connected to the word lines for supplying a driving voltage to the selected word lines. A voltage conversion circuit that receives a first potential to generate a second potential, and when one of the plurality of word lines is selected, the corresponding word driver sets the second potential to a switch unit. Applied to the selected word line via the voltage conversion circuit, the voltage conversion circuit having a first node and a second node.
A capacitor, a first MOS transistor having a source / drain path coupled between the first potential and the second node, a second capacitor having a third node and a fourth node, the first potential and the A second MOS transistor having a source / drain path coupled between the four nodes, and a fifth MOS transistor
A third capacitor having a node and a sixth node; and a third MOS transistor having a source / drain path coupled between the first potential and the sixth node, wherein the gate of the first MOS transistor is the Connected to a fourth node, the gate of the second MOS transistor is connected to the second node, the gate of the third MOS transistor is connected to the fourth node, the threshold of the transistor used in the word driver The voltage is lower than the threshold voltage of the transistor used in the memory cell, and the threshold voltage of the transistor used in the voltage conversion circuit is lower than the threshold voltage of the transistor used in the word driver. Semiconductor device.
【請求項11】請求項9において、前記スイッチ手段は
P形MISFETを具備し、 前記第1ノードは、所定の周期で前記ハイレベルとロウ
レベルに駆動され、 前記第3ノードは、前記第1ノードがハイレベルで駆動さ
れる時はロウレベルで駆動され、前記第1ノードがロウ
レベルで駆動されるときはハイレベルに駆動され、 記第5ノードは、前記第1ノードがハイレベルで駆動さ
れる時はハイレベルで駆動され、前記第1ノードがロウ
レベルで駆動されるときはロウレベルに駆動されること
を特徴とする半導体装置。
11. The switching device according to claim 9, further comprising a P-type MISFET, wherein the first node is driven to the high level and the low level at a predetermined cycle, and the third node is the first node. Is driven at a low level when driven at a high level, is driven at a high level when the first node is driven at a low level, and the fifth node is driven when the first node is driven at a high level. Is driven at a high level, and is driven to a low level when the first node is driven at a low level.
【請求項12】前記駆動電圧は、前記データ線の振幅電
圧より前記メモリセルに用いられるトランジスタのしき
い値電圧以上に高いことを特徴とする請求項1乃至請求
項10のいずれかに記載の半導体装置。
12. The drive voltage according to claim 1, wherein the drive voltage is higher than an amplitude voltage of the data line by a threshold voltage of a transistor used in the memory cell or more. Semiconductor device.
【請求項13】請求項11において、 前記ワードドライバは、スタティック型ワードドライバ
であり、前記ワードドライバの動作電圧は常にデータ線
電圧より前記メモリセル内のトランジスタのしきい値以
上に高い電圧であることを特徴とする半導体装置。
13. The word driver according to claim 11, wherein the word driver is a static word driver, and an operating voltage of the word driver is always higher than a data line voltage by a threshold value of a transistor in the memory cell or more. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項14】請求項1から12のいずれかにおいて、 前記メモリセルは、ダイナミック型メモリセルであるこ
とを特徴とする半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 1, wherein the memory cell is a dynamic memory cell.
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