專利名稱：改善了預充電的電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電子元件以及電子元件的操作方法，這種電子元件及其操作方法改進了元件的預充電處理過程并減小了元件的功率損耗。
背景技術(shù)：
在靜態(tài)或動態(tài)隨機存取存儲元件(SRAM和DRAM；SRAM＝靜態(tài)隨機存取存儲器；DRAM＝動態(tài)隨機存取存儲器)和其他存儲器模塊中，存儲單元排列在位線與字線的交叉點上。與字線相關(guān)聯(lián)的各存儲單元都連接到在其上面通過該字線的激活或在該字線上加上一適當信號而排列了各存儲單元的位線上。
下文提及一動態(tài)存儲元件作為實例。一般來說，在所有情況下都把兩個位線接到一個讀出放大器或感測放大器上。讀出放大器差動工作并把與其連接的這兩個位線上的電位加以比較。某一字線激活的結(jié)果是使得兩個位線其中之一(活動位線)連接到一個存儲單元上。與同一讀出放大器相連接的另一位線同作為參考位線，參考位線上通常不連接存儲單元。
字線激活之前，所有的位線均置于進行預充電或預充電處理的中間電位Vbleq，這個中間電位介于高電位Vblh與低電位Vbll之間。字線激活之后，活動位線與活動位線和字線之間交叉點相關(guān)聯(lián)的存儲單元的連接就產(chǎn)生出由存儲單元中所存電荷而引起的小電位差。這個小電位差由讀出放大器加以放大。這樣，這兩個位線之一就呈現(xiàn)為高電位Vblh，另一個則呈現(xiàn)為低電位Vbll，這要視存儲單元中所存儲的電荷或信息而定。與此同時，這還使存儲單元中所存儲的電荷被更新。
當存儲單元因字線停用而與活動位線脫接時，兩個位線再次預充電，并被置于中間電位Vbleq。在這種情況下，與讀出放大器相連接的這兩個位線借助一個開關(guān)而相互短路。如果兩個位線的靜電電容量幾近相同，就會在介于高電位Vblh與低電位Vbll間的近乎中心處產(chǎn)生出與中間電位Vbleq相當?shù)囊粋€電位。此外，為了對一些小的不對稱進行補償，兩個位線還通過為此目的而設(shè)置的開關(guān)同時或相繼地連接到提供中間電位Vbleq的Vbleq網(wǎng)絡(luò)上。
各芯片中一次或數(shù)次出現(xiàn)的一種常見缺陷，統(tǒng)計平均來說是在交叉點本身字線與位線間的短路。在DRAM的情況下，這種短路特別常常出現(xiàn)在存儲單元的選擇晶體管。所涉及的字線利用一冗余字線代替。所涉及的位線也同樣公認地由冗余位線所代替。不過，按照慣例，并未對這些開關(guān)的單獨驅(qū)動采取措施來在預充電期間把位線連接到Vbleq網(wǎng)絡(luò)。位線預充電期間，與字線短路的一個位線也因此而連接到Vbleq網(wǎng)絡(luò)。由于該字線處在不同于中間電位Vbleq的某一電位，位線對字線的短路作用就加到了不再能夠準確地提供出中間電位Vbleq的Vbleq網(wǎng)絡(luò)。
為使Vbleq網(wǎng)絡(luò)的負載及在其電位與中間電位Vbleq間所產(chǎn)生的偏差最小，連接位線與Vbleq網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)要設(shè)計成具有盡可能高的阻抗。為了使位線上的電位與中間電位Vbleq盡可能快并盡可能準確地匹配，連接位線與Vbleq網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)必須設(shè)計成具有盡可能低的阻抗。因此必須在這兩種要求之間找到一種折衷方案。在這種情況下，還必須考慮到的事實是，產(chǎn)生中間電位Vbleq之電壓源的功耗取決于將由電壓源所提供并經(jīng)Vbleq網(wǎng)絡(luò)而終止的電流。因此，與Vbleq網(wǎng)絡(luò)相連接的位線的阻抗越低，為提供中間電位Vbleq的功耗就越高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電子元件以及電子元件的操作方法，這種元件及其操作方法使得在平均功耗低的同時能夠?qū)⑽痪€快速而可靠地預充電至中間電位。
這一目的通過如權(quán)利要求1所述的電子元件和如權(quán)利要求9所述的方法來達到。
本發(fā)明的優(yōu)選研發(fā)成果在各從屬的權(quán)利要求中予以詳細說明。
本發(fā)明是基于把進行預充電的位線經(jīng)一可控電阻元件連接至中間電位Vbleq的這一思想?？煽仉娮柙詈檬菆鲂w管或某種其他晶體管。
當其中定位有考慮中的位線的電子元件或電子元件子區(qū)處在靜止狀態(tài)時，這些位線通過一高電阻連接到中間電位Vbleq。在靜止狀態(tài)下，不發(fā)生從與這些位線相關(guān)聯(lián)的存儲單元中讀出或?qū)懭氲拇嫒∈录Ｒ虼擞锌赡芙邮芪痪€上的電位與中間電位Vbleq有稍大的偏差。高阻抗連接保證了，甚至即使是在字線與位線間短路的情況下，產(chǎn)生中間電位Vbleq的Vbleq網(wǎng)絡(luò)和電壓源也只載荷有小電流。
當其中定位有考慮中的位線的電子元件或電子元件子區(qū)處在活動狀態(tài)時，這些位線通過一低電阻連接到中間電位Vbleq。在活動狀態(tài)下，任何時候都可以對與這些位線相關(guān)聯(lián)的存儲單元進行讀或?qū)懘嫒?。位線與中間電位Vbleq的低阻抗連接保證了位線上的電位與中間電位Vbleq有最小的偏差。
這樣本發(fā)明就使對位線進行預充電的功耗與元件的相應運行方式相匹配，并且與其相關(guān)的要求相匹配。在靜止方式下，本發(fā)明保證產(chǎn)生中間電位Vbleq所需的功耗低，而在活動方式下本發(fā)明保證位線上的電位與中間電位Vbleq間只有小的偏差。
常規(guī)電壓源的功率損耗取決于自其所引出的電流。根據(jù)本發(fā)明通過在靜止方式下使用比在活動方式下較弱的電壓源來產(chǎn)生中間電位Vbleq可以使功耗進一步減小。


下文中將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選研發(fā)成果予以更詳細的說明，附圖中圖1表示出元件的原理電路圖；及圖2表示出電子元件操作方法的簡單流程圖。
具體實施例方式
圖1示出電子元件10的原理電路圖。此元件10例如是存儲元件，特別是DRAM或SRAM。換句話說，電子元件10是具有多個存儲單元的任何所需的元件，例如含高速緩沖存儲器的處理機。
元件10有多個存儲單元12，圖1中用圓圈示意性地代表這些存儲單元。各個存儲單元12排列在位線14，16與字線18的交叉點。在DRAM的情況下，各存儲單元12具有選擇晶體管和存儲電容器。選擇晶體管將存儲電容器連接至由相關(guān)字線18所控制的各相關(guān)位線14，16。
一對位線14，16在所有情況下都連接至一個差動讀出放大器(感測放大器)，借助這個放大器可以將信息寫入存儲單元12和將其從存儲單元讀出。圖1只表示出一個單個讀出放大器20以及兩個位線14，16。不過，元件10可以有任何所需數(shù)目的讀出放大器20以及位線14，16。
字線18與行解碼器22相連接，行解碼器隨著所接收到的行地址的變化而激活由該行地址所標識出的字線。控制器24通過控制、地址和數(shù)據(jù)線路26與元件10外部的電路相連接，以便從電路接收控制、地址和數(shù)據(jù)信號，并且將這些信號發(fā)送至行解碼器。此外，本實例中的控制器24還有列地址解碼器用來選擇由列地址所標識出的讀出放大器20。
短路開關(guān)30接在位線14，16之間。第一預充電開關(guān)32和第二預充電開關(guān)34連接在第一位線14或第二位線16與可控電阻元件36之間。可控電阻元件36接在預充電開關(guān)32，34與產(chǎn)生中間電位Vbleq的電壓源40之間。短路開關(guān)30，預充電開關(guān)32，34以及可控電阻元件36最好是場效應晶體管。換句話說，短路開關(guān)30和/或預充電開關(guān)32，34為雙極晶體管或其他半導體開關(guān)。可控電阻元件36或者也可以是雙極晶體管或具有可控電阻所需的任何其他的元件。
預充電控制器42工作上與短路開關(guān)30、預充電開關(guān)32、34以及可控電阻元件36相耦合以便對它們進行控制。
當控制器24經(jīng)控制、地址和數(shù)據(jù)線路26接收到指出寫處理的控制信號，代表存儲單元地址的地址信號以及將要寫入由該地址信號所標識存儲單元的日期時，行地址解碼器22就激活與所標識存儲單元12相關(guān)的字線18。與此同時，控制器24選出與該存儲單元12相關(guān)的讀出放大器20，此讀出放大器20利用已激活的字線18經(jīng)位線14，16其中之一將日期寫入與讀出放大器20相連接的存儲單元。
當控制器24接收到指明讀處理的控制信號以及標識出將要從其讀出日期之存儲單元12的地址信號時，行地址解碼器22就激活與所標識之存儲單元12相關(guān)聯(lián)的字線18。讀出放大器20利用已激活的字線18經(jīng)位線14，16其中之一讀出存儲在與所選讀出放大器20相連接之存儲單元中的日期。這一日期經(jīng)過控制器24以及控制、地址和數(shù)據(jù)線路26發(fā)送至與元件10相連接的電路。
對于由讀出放大器20所進行的每個寫和讀處理來說，與讀出放大器20相連接的兩個位線14，16中的一個位線呈現(xiàn)出隨寫入或讀出日期而改變的高電位Vblh，而與讀出放大器20相連接的兩個位線14，16中的另一位線則呈現(xiàn)出隨寫入或讀出日期而改變的低電位Vbll。在完成寫或讀處理和字線18解除選擇之后，兩個位線14，16被置于中間電位Vbleq準備好對與兩個位線14，16之一相連接的存儲單元進行后繼存取。中間電位Vbleq介于高電位Vblh與低電位Vbll中間，高電位Vblh與中間電位Vbleq之間的電位差以及中間電位Vbleq與低電位Vbll之間的電位差相同。
為此，在預充電控制器42控制下首先將短路開關(guān)30閉合以便使位線14，16短路。由于這一短路的結(jié)果，位線14，16被置于同一電位上，盡管這一電位例如由于位線14，16具有不同的靜電電容而可能不與中間電位Vbleq相同。為了降低這一差異盡可能準確地將中間電位Vbleq加到兩個位線14，16上，在短路開關(guān)30閉合的同時或其閉合后不久，在預充電控制器42的控制下使兩個預充電開關(guān)32，34閉合。這樣位線14，16就通過可控電阻元件36接到電壓源40，并呈現(xiàn)出中間電位Vbleq。就在存儲單元通過字線激活與位線14，16之一相連接之前，最遲在寫存取或讀存取開始時將短路開關(guān)30和預充電開關(guān)32，34打開。
控制器24通過控制、地址和數(shù)據(jù)線路26接收元件10運行方式的信號。換句話說，控制器24本身依據(jù)所接收的控制、地址和數(shù)據(jù)信號來控制元件10的運行方式。根據(jù)一個優(yōu)選的可供選擇的方案，控制器24控制單個讀出放大器或成組讀出放大器以及與其相連之位線14，16的運行方式，或控制更大存儲區(qū)的運行方式。
不對靜止方式下的存儲單元12進行存取。在對存儲單元12進行存取之前，必須將相應的讀出放大器20及相應的位線14，16或相應的存儲區(qū)置于活動方式。在活動方式下，任何時候都可以對存儲單元12進行寫存取或讀存取。
在活動方式下，預充電控制器42控制可控電阻元件36使其具有第一低電阻值。由此而引起的電源40功耗中的任何增加都可以接受，以便獲得活動方式下位線14，16與中間電位Vbleq之間最小的電位差，從而得到讀出放大器20的最小感測裕度和最大靈敏度。
在靜止方式下，預充電控制器42控制可控電阻元件36使其具有第二高電阻值。由此而引起的位線14，16與中間電位Vbleq之間略大一些的差異是可以接受的，以便減少由電源40產(chǎn)生的電流，從而減小了電源40的功耗。
圖1以場效應晶體管表示出可控電阻元件36。在活動方式下，由預充電控制器42通過將一高于或大大高于其閾電壓Vt的電壓加到場效應晶體管36的柵極上來產(chǎn)生出第一低電阻值。在靜止方式下，預充電控制器42將一較低的電壓加到場效應晶體管36的柵極上，此較低電壓最好低于閾電壓Vt。
舉例來說，還可以使用雙極晶體管來代替場效應晶體管，或使用其電阻可控地呈現(xiàn)出至少兩個不同數(shù)值的任何其他所需元件。不過，也還可以使用包括一個或兩個各含一恒定電阻的串聯(lián)電阻元件的電路，其中至少一個電阻元件可由旁路開關(guān)跨接或短路，或者使用由電阻元件形成的并聯(lián)電路，并使至少一個開關(guān)與這些并聯(lián)電阻元件其中之一串聯(lián)配置，或者進而使用更復雜的電路?；顒臃绞胶挽o止方式中可控電阻元件36的電阻或電阻值最好相差3-5倍，或相差比這更大或更小的倍數(shù)。
如上面已經(jīng)闡明的那樣，常規(guī)電壓源的功率損耗取決于所引出的電流。靜止方式下可控電阻元件36的高電阻以及由此而引起的自電壓源40所引出的小電流意味著在靜止方式下電壓源40的功耗低。
通過用兩個電壓源組件44，46構(gòu)成電壓源40可以得到進一步的改善，電源組件44，46可以經(jīng)開關(guān)48，50連接到電源的輸出端52。預充電控制器42控制開關(guān)48，50使得在活動方式下具有較高功耗的第一個較強電源組件44在電源40的輸出端52產(chǎn)生出中間電位Vbleq，而在靜止方式下第二個較弱電源組件46在電源40的輸出端52產(chǎn)生出中間電位Vbleq。這就使電源40的功耗能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的優(yōu)化，尤其是在電源組件44，46的電源可同時開關(guān)的時候(未予圖解說明)。
這樣，開關(guān)48，50最好呈傳輸門的形式，每個傳輸門都由n溝道場效應晶體管和p溝道場效應晶體管并聯(lián)電路組成。第一傳輸門48的p溝道場效應晶體管的柵極和第二傳輸門50的n溝道場效應晶體管的柵極由預充電控制器42直接驅(qū)動，而第一傳輸門48的n溝道場效應晶體管的柵極和第二傳輸門50的p溝道場效應晶體管的柵極則由預充電控制器42通過倒相器54進行驅(qū)動。通過發(fā)自預充電控制器42的邏輯信號的作用，兩個傳輸門48，50中其中一個始終打開，而另一個始終關(guān)閉。
換句話說，在靜止方式下，一個電源組件或第一數(shù)目較小的并聯(lián)電源組件在運行，而在活動方式下，兩個并聯(lián)的電源組件或第二數(shù)目較大的并聯(lián)電源組件在運行。因而電源40就有具有第一低輸出電阻的低阻抗狀態(tài)和具有第二高輸出電阻的高阻抗狀態(tài)。在活動方式中，預充電控制器42將電源40控制轉(zhuǎn)換至低阻抗狀態(tài)，而在靜止方式中預充電控制器42將電源40控制轉(zhuǎn)換至高阻抗狀態(tài)。
在電源40是由多個可開關(guān)的電源組件44，46所構(gòu)成的情況下，最好對始終同時處在同一運行方式的每個讀出放大器20或每組讀出放大器20以及位線14，16設(shè)置一個電源40。當整個元件10或元件10的至少全部位線14，16和讀出放大器20始終同時處在同一運行方式時，和/或當電源40不同于圖1圖解說明而不能夠轉(zhuǎn)換，特別是其不是由電源組件44，46所構(gòu)成時，對整個元件10最好只設(shè)置一個電源40。電源40的輸出端52與可控電阻元件36之間的線路56在此情況下就是電位干線，它從每個位線對14，16接至可控電阻元件36。
圖2示出一簡單流程圖，它說明了如同參照圖1之上述電子元件10中優(yōu)先實行的、特別是用預充電控制器42所控制的方法。
在第一步60中，進行檢查以確定電子元件10或其部分是否處在靜止方式或活動方式。當元件10或其部分處在靜止方式時，在第二步62中位線14，16經(jīng)高電阻接至中間電位Vbleq。如上所述，該高電阻在此情況下最好由高阻抗狀態(tài)下的可控電阻元件36來提供。
當電子元件10或其部分處在活動方式時，在第三步64中進行檢查以確定對與第一或第二位線14，16相連接的其中一個存儲單元12的讀存取或?qū)懘嫒∈欠裾谶M行或即將立刻進行。如果情況不是這樣，那么在第四步66中位線14，16經(jīng)低電阻接至中間電位Vbleq。如上所述，此低電阻最好由在低阻抗狀態(tài)下的可控電阻元件36來提供。當電子元件10或其部分處在活動方式，并且對與第一或第二位線14，16相連接的存儲單元12正在進行存取或此存取即將立刻進行時，位線14，16與中間電位Vbleq不連接。
附圖標記列表10元件12存儲單元14位線16位線18字線20讀出放大器22行地址解碼器24控制器26控制、地址和數(shù)據(jù)線路30短路開關(guān)32第一預充電開關(guān)34第二預充電開關(guān)36可控電阻元件40電壓源42預充電控制器44第一電壓源組件46第二電壓源組件48第一開關(guān)50第二開關(guān)52電壓源40的輸出端54倒相器56線路60第一步62第二步65第三步66第四步68第五步
權(quán)利要求
1.電子元件10，具有第一位線(14)和第二位線(16)，它們與多個存儲單元(12)相耦合；線路(56)，其提供預充電電位；電阻元件(36)，其與線路(56)相連接；第一開關(guān)(32)，其耦合在電阻元件(36)與第一位線(14)之間，以便使第一位線(14)與電阻元件(36)相連接；以及第二開關(guān)(34)，其耦合在電阻元件(36)與第二位線(16)之間，以便使第二位線(16)與電阻元件(36)相連接，其特征在于電阻元件(36)的電阻值可以控制以便呈現(xiàn)出預定的第一電阻值或大于第一電阻值的第二預定電阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的電子元件(10)，其中電阻元件(36)為晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的電子元件(10)，其中電阻元件(36)為場效應晶體管。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的電子元件(10)，其還具有差動讀出放大器(20)，其輸入端與第一和第二位線(14，16)相連接，在進行每個寫入或讀出處理時，它把預定的低電位加到兩個位線(14，16)中的一個位線上，同時把預定的高電位加到兩個位線(14，16)中的另一個位線上，其中預充電電位介于預定低電位與預定高電位之間，預定高電位與預充電電位之間的差以及預充電電位與預定低電位之間的差相同。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的電子元件(10)，其還具有預充電控制器(42)，其工作時與第一和第二開關(guān)(32，34)以及電阻元件(36)相連，以便控制第一和第二開關(guān)(32，34)以及電阻元件(36)。
6.如權(quán)利要求5所述的電子元件(10)，其中預充電控制器(42)設(shè)計用來在對與第一或第二位線(14，16)相連接的存儲單元(12)進行寫入或讀出時打開第一和第二開關(guān)(32，34)；在活動方式期間合上第一和第二開關(guān)(32，34)，并控制電阻元件(36)使其具有預定的第一電阻值；及在靜止方式期間合上第一和第二開關(guān)(32，34)，并控制電阻元件(36)使其具有預定的第二電阻值。
7.如權(quán)利要求6所述的電子元件(10)，其中元件(10)設(shè)計成在靜止方式下，對與第一或第二位線(14，16)相連接的那些存儲單元(12)既不進行寫入也不進行讀出，以及在對與第一或第二位線(14，16)相連接的存儲單元(12)進行寫入或讀出之前，將電子元件(10)轉(zhuǎn)換至活動方式。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的電子元件(10)，其還具有產(chǎn)生預充電電位的電壓源(40)，電壓源(40)與提供預充電電位的線路(56)相連接，其中電壓源(40)在低阻抗狀態(tài)下具有第一輸出電阻和第一功耗，而在高阻抗狀態(tài)下具有第二輸出電阻和第二功耗，第二輸出電阻高于第一輸出電阻，第二功耗低于第一功耗。
9.具有與多個存儲單元(12)相耦合的第一位線(14)和第二位線(16)的電子元件(10)的操作方法，其包括下述步驟檢測(60)電子元件(10)是否處在靜止方式或處在活動方式；檢測(64)對與第一或第二位線(14，16)相連接的存儲單元(12)其中之一是否在進行寫入或讀出；當電子元件(10)處在活動方式，以及沒有與第一和第二位線(14，16)相連接的存儲單元(12)正在被寫入或讀出時將第一位線(14)和第二位線(16)通過第一電阻連接(66)至預充電電位，當電子元件(10)處在靜止方式時，第一位線(14)和第二位線(16)通過第二電阻連接(62)至預充電電位；其中第二電阻高于第一電阻。
全文摘要
電子元件具有第一位線14和第二位線16、線路56、電阻元件36、第一開關(guān)32以及第二開關(guān)34，第一位線14和第二位線16與多個存儲單元12相耦合，線路56提供預充電電位，電阻元件36與線路56連接，第一開關(guān)32耦合在電阻元件36與第一位線14之間使第一位線14與電阻元件36相連接，第二開關(guān)34耦合在電阻元件36與第二位線16之間使第二位線16與電阻元件36相連接。電阻元件36的電阻可以控制以呈現(xiàn)出預定的第一電阻值或高于第一電阻值的第二預定電阻值。
文檔編號G11C7/12GK1862700SQ20061007339
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者F·施納貝爾, H·施奈德 申請人:英飛凌科技股份公司