專利名稱：存儲器和靈敏放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲器電路，特別涉及一種存儲器和靈敏放大器。
背景技術(shù)：
靈敏放大器(SA，Sense Amplifier)是存儲器的一個重要組成部分，直接影響存儲 器的讀取速度。靈敏放大器感應(yīng)位線(bit-line)上的小信號變化并通過放大所述小信號 變化來得到存儲單元上儲存的數(shù)據(jù)。在感應(yīng)位線(bit-line)上的小信號變化前，靈敏放大 器會將位線電壓調(diào)整至固定值，以使位線電壓盡快穩(wěn)定，進(jìn)而可在讀取時感應(yīng)到穩(wěn)定的位 線電流。圖1是現(xiàn)有的一種存儲器的靈敏放大器的電路圖，包括位線調(diào)整單元12、電流鏡 單元13、比較單元14、輸出單元15。在讀取存儲單元前，位線調(diào)整單元12 (包括可變增益放大器Al和調(diào)整晶體管m2) 對位線bl進(jìn)行預(yù)充電，即位線節(jié)點VD的電壓(位線電壓)隨調(diào)整晶體管m2輸入端的電壓 升高而被快速充電至高電平。調(diào)整晶體管m2輸入端通常還接有預(yù)充電單元(圖未示)，以 對調(diào)整晶體管m2輸入端電壓進(jìn)行控制。當(dāng)位線節(jié)點VD的電壓升高至一預(yù)定值時，反饋節(jié) 點VC的電壓從高電平轉(zhuǎn)為低電平，將調(diào)整晶體管m2關(guān)閉。在讀取存儲單元時，由譯碼單元21選中的存儲單元(圖未示)的電流Irell被讀到 位線節(jié)點VD上，調(diào)整晶體管m2處于不完全關(guān)斷狀態(tài)，其電流值被鉗位到與位線bl的電流 Irell(位線電流)相同的值，位線電流經(jīng)電流鏡單元13的輸入晶體管mr和鏡像晶體管ml， 獲得鏡像電流Iml，比較單元14根據(jù)對鏡像電流Iml與參考電流進(jìn)行比較的結(jié)果，對數(shù) 據(jù)節(jié)點VF進(jìn)行充電或放電，升高或降低數(shù)據(jù)節(jié)點VF的電壓(數(shù)據(jù)電壓)，輸出單元15根據(jù) 數(shù)據(jù)電壓輸出數(shù)據(jù)Dout為1或0。然而，在目前的存儲器應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，隨著存儲器的工作電壓降低，即例如圖1所示 電路中的電源電壓VDDQ的降低，存儲器的讀取速度也受到影響而降低，影響了存儲器的性 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)存儲器因工作電壓降低而致使存儲器讀取速度降低的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種靈敏放大器，包括位線調(diào)整單元，在位線預(yù)充電時，由數(shù)據(jù)線節(jié)點對位線節(jié)點進(jìn)行充電，在位線預(yù)充 電后，輸出位線電流；電流鏡單元，與數(shù)據(jù)線節(jié)點相連，包括控制端相連的輸入晶體管和輸出晶體管，所 述電流鏡單元對所述位線電流進(jìn)行鏡像，獲得鏡像電流，所述輸入晶體管的控制端與輸入 端之間具有限壓單元，用于限制所述輸入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點上述靈敏放大器通過限壓單元將 輸入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓限制在較小的電壓下，相應(yīng)增大了所述輸入晶體管的輸入端電壓，也即增大了位線節(jié)點的電壓，從而增大了位線上的電流，因此提高了存儲 器的讀取速度。


圖1是現(xiàn)有的一種存儲器的靈敏放大器的電路圖；圖2是本發(fā)明靈敏放大器的第一種實施例的電路圖；圖3是本發(fā)明靈敏放大器的第二種實施例的電路圖。
具體實施例方式通過對例如圖1所示的現(xiàn)有靈敏放大器的進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源電壓VDDQ 降低時，位線節(jié)點的初始電壓也隨之降低，導(dǎo)致位線上電流減小而使得讀取速度變慢?；?此，本發(fā)明靈敏放大器通過在同等電源電壓條件下，增大位線節(jié)點的電壓，以增加位線上的 電流。根據(jù)本發(fā)明靈敏放大器的一種實施方式，其包括位線調(diào)整單元，在位線預(yù)充電時，由數(shù)據(jù)線節(jié)點對位線節(jié)點進(jìn)行充電，在位線預(yù)充 電后，輸出位線電流；電流鏡單元，與數(shù)據(jù)線節(jié)點相連，包括控制端相連的輸入晶體管和輸出晶體管，所 述電流鏡單元對所述位線電流進(jìn)行鏡像，獲得鏡像電流，所述輸入晶體管的控制端與輸入 端之間具有限壓單元，用于限制所述輸入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明靈敏放大器進(jìn)一步舉例說明。參照圖2所示，本發(fā)明靈敏 放大器的第一種實施例包括位線調(diào)整單元120、電流鏡單元130、比較單元140和輸出單元 150。位線調(diào)整單元120，在位線預(yù)充電時，反饋放大位線節(jié)點VD的電壓(位線電壓)， 獲得反饋電壓，在所述反饋電壓的控制下，由預(yù)充電單元(圖未示)輸出的數(shù)據(jù)線電壓調(diào)整 所述位線電壓；在位線預(yù)充電后，輸出位線電流。位線調(diào)整單元120包括可變增益放大器Al和調(diào)整晶體管m2?？勺冊鲆娣糯笃鰽l 的輸入端連接位線節(jié)點VD (或者說，連接位線bl)，即輸入位線電壓；輸出端連接反饋節(jié)點 VC，即輸出反饋電壓。調(diào)整晶體管m2包括控制端(柵極)、第一端(源極或漏極)和第二端 (漏極或源極)。調(diào)整晶體管m2的控制端輸入反饋電壓，即與反饋節(jié)點VC連接；第一端的 電壓為數(shù)據(jù)線電壓，即與數(shù)據(jù)線節(jié)點VE連接；第二端的電壓為位線電壓，即與位線節(jié)點VD 連接。也就是說，調(diào)整晶體管m2的控制端與可變增益放大器Al的輸出端連接，第一端與預(yù) 充電單元的輸出端連接，第二端與可變增益放大器Al的輸入端連接。 在位線預(yù)充電時，位線節(jié)點VD的電壓升高，可變增益放大器Al的增益為0，反饋節(jié) 點VC的電壓(反饋電壓)升高；當(dāng)位線節(jié)點VD的電壓升高至一預(yù)定電壓值時，可變增益放 大器Al的增益突變?yōu)橐活A(yù)定增益值，使得反饋節(jié)點VC的電壓從高電平轉(zhuǎn)為低電平，將調(diào)整 晶體管m2關(guān)閉，預(yù)充電結(jié)束后，可變增益放大器Al的增益保持為預(yù)定增益值?？勺冊鲆娣?大器Al的增益應(yīng)盡可能的大，以提高預(yù)充電速度，縮短預(yù)充電時間，使得位線節(jié)點VD的電 壓盡快穩(wěn)定，通常，可變增益放大器Al的預(yù)定增益值可以大于等于5。在位線預(yù)充電結(jié)束 后，位線調(diào)整單元120的調(diào)整晶體管m2的電流被鉗位至位線電流。
電流鏡單元130，對位線調(diào)整單元120輸出的位線電流進(jìn)行鏡像，獲得鏡像電流Iml0電流鏡單元130的輸入端連接數(shù)據(jù)線節(jié)點VE，輸出端連接數(shù)據(jù)節(jié)點VF。電流鏡單元130包括控制端(柵極)相連接的輸入晶體管mr和鏡像晶體管ml， 輸入晶體管mr和鏡像晶體管ml的第二端(源極)連接電源VDDQ ；輸入晶體管mr的第一 端(漏極)連接數(shù)據(jù)線節(jié)點VE，輸入晶體管mr和鏡像晶體管ml的控制端(柵極)經(jīng)由限 壓單元連接數(shù)據(jù)線節(jié)點VE，并連接位線調(diào)整單元120的調(diào)整晶體管m2的第一端，即輸入位 線電流；鏡像晶體管ml的第一端(漏極)連接數(shù)據(jù)節(jié)點VF，輸出鏡像電流Iml。輸入晶體管 mr的漏極電壓為數(shù)據(jù)線電壓，鏡像晶體管ml的漏極電壓為數(shù)據(jù)電壓。其中，限壓單元包括阻抗元件R。和電流源Ib，所述阻抗元件R。位于輸入晶體管mr 的柵極和漏極之間，所述電流源Ib連接于輸入晶體管mr和鏡像晶體管ml的柵極。通過所 述連接，輸入晶體管mr的控制端(柵極)和第一端(漏極)間的電壓就被限定在阻抗元件 Rc兩端的電壓上。此后，通過將阻抗元件R。兩端的電壓限制在較小電壓下，就可使得輸入 晶體管mr的控制端(柵極)和第一端(漏極)間的電壓也限制在較小電壓下。將阻抗元件R。兩端的電壓限制在較小電壓下可以通過將阻抗元件R。的阻值限制 在較小值上實現(xiàn)，或者將阻抗元件R。上的電流限制在較小值上實現(xiàn)。例如，限制電流源Ib 提供的電流在5 μ A 20 μ A之間，由于阻抗元件R。上的電流必然小于電流源Ib提供的電 流，則阻抗元件R。兩端的電壓也必然小于電流源Ib提供的電流與阻抗元件R。的阻值乘積。 假定電流源Ib提供的電流為ΙΟμΑ，則阻抗元件R。兩端的電壓值小于lOyAXR。。則輸入 晶體管mr的控制端(柵極)和第一端(漏極)間的電壓值也小于lOyAXR。。此外，阻抗元件R?？梢詾殡娮杵?，或者也可以將PMOS管/NMOS管的柵、漏相接，并 將柵電壓分別偏置至0或VDD進(jìn)行替代?；趯﹄娏麋R單元130的說明可以看到，由于輸入晶體管mr的控制端(柵極) 和第一端(漏極)間的電壓被限制在較小電壓下，因此輸入晶體管mr上的電壓降也較小。 由此可得，數(shù)據(jù)線節(jié)點VE的初始電壓在同等低電源電壓VDDQ的條件下相對于現(xiàn)有技術(shù)的 靈敏放大器的數(shù)據(jù)線節(jié)點更高，從而位線節(jié)點VD的初始電壓也更高。因此，在低電源電壓 VDDQ的條件下，所述位線相對于現(xiàn)有技術(shù)上可以得到更大的位線電流Icell。在位線預(yù)充電結(jié)束后，位線調(diào)整單元120的調(diào)整晶體管m2的電流被鉗位至位線電 流I。ell，電流鏡單元130的輸入晶體管mr的電流與調(diào)整晶體管m2的電流相同，即等于位線 電流。位線電流與鏡像電流的比值為輸入晶體管mr的溝道長寬比與鏡像晶體管ml的溝道 長寬比的比值。由于位線電流變大，相應(yīng)地，電流鏡單元130輸出的鏡像電流Iml也更大。比較單元140，比較電流鏡單元130輸出的鏡像電流Iml與參考電流IMf，在鏡像電 流Iml大于參考電流時對數(shù)據(jù)節(jié)點VF進(jìn)行充電，升高數(shù)據(jù)電壓；在鏡像電流Iml小于參 考電流時對數(shù)據(jù)節(jié)點VF進(jìn)行放電，降低數(shù)據(jù)電壓?；诖饲暗恼f明，由于鏡像電流Iml 更大，因而比較單元140對數(shù)據(jù)節(jié)點VF充放電的速度也更快。從而，輸出單元150也可以更快地基于數(shù)據(jù)節(jié)點VF上的數(shù)據(jù)電壓輸出對應(yīng)的輸出 數(shù)據(jù)，即存儲器的讀取速度得到了提高。本發(fā)明實施例還提供一種存儲器，繼續(xù)參照圖2所示，包括譯碼單元210、存儲單 元(圖未示)和上述的靈敏放大器。參照圖3所示，本發(fā)明靈敏放大器的第二種實施例與第一種實施例的結(jié)構(gòu)大致相 同，其區(qū)別在于在鏡像晶體管ml的第一端(漏極)也連接有電流源Ib。本實施例靈敏放大器相對于第一種實施例而言具有更好的電路匹配性。綜上所述，上述兩種靈敏放大器的實施例中，通過在電流鏡單元中加入限壓單元， 將輸入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓限制在較小的電壓下，相應(yīng)增大了所述輸入晶 體管的輸入端電壓，也即增大了位線節(jié)點的電壓，從而減小了存儲器讀取前的預(yù)充電時間， 提高了存儲器的讀取速度。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種靈敏放大器，包括位線調(diào)整單元，在位線預(yù)充電時，由數(shù)據(jù)線節(jié)點對位線節(jié)點進(jìn)行充電，在位線預(yù)充電 后，輸出位線電流；電流鏡單元，與數(shù)據(jù)線節(jié)點相連，包括控制端相連的輸入晶體管和輸出晶體管，所述電 流鏡單元對所述位線電流進(jìn)行鏡像，獲得鏡像電流，其特征在于，所述輸入晶體管的控制端與輸入端之間具有限壓單元，用于限制所述輸 入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的靈敏放大器，其特征在于，所述限壓單元包括所述輸入晶體管 的控制端與輸入端之間的阻抗元件，以及連接于輸入晶體管的控制端的電流源。
3.如權(quán)利要求2所述的靈敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件為電阻器。
4.如權(quán)利要求2所述的靈敏放大器，其特征在于，所述阻抗元件為柵、漏相接，且柵極 電壓偏置至0的PMOS管，或柵、漏相接，且柵極電壓偏置至VDD的NMOS管。
5.如權(quán)利要求2所述的靈敏放大器，其特征在于，所述電流源提供的電流為5μ A 20 μ Ao
6.一種包括權(quán)利要求1至5任一項所述的靈敏放大器的存儲器。
全文摘要
一種存儲器和靈敏放大器。所述靈敏放大器包括位線調(diào)整單元，在位線預(yù)充電時，由數(shù)據(jù)線節(jié)點對位線節(jié)點進(jìn)行充電，在位線預(yù)充電后，輸出位線電流；電流鏡單元，與數(shù)據(jù)線節(jié)點相連，包括控制端相連的輸入晶體管和輸出晶體管，所述電流鏡單元對所述位線電流進(jìn)行鏡像，獲得鏡像電流，所述輸入晶體管的控制端與輸入端之間具有限壓單元，用于限制所述輸入晶體管的控制端與輸入端之間的電壓。所述靈敏放大器提高了存儲器在低電源電壓下的讀取速度。
文檔編號G11C7/06GK102148051SQ201010111180
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者楊光軍 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司