專利名稱：具有高電壓擺動的感測放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于感測放大器，更詳而言之，是關(guān)于用于增強(qiáng)靈敏度之具有高電壓擺動之感測放大器。
背景技術(shù)：
參考圖1，先前技術(shù)之感測放大器100是用于測定核心單元102之比特數(shù)據(jù)(bit data)，該核心單元102典型地為存儲器裝置之部分。通過該核心單元102之電流電平 (ΙΕ+Δ )視儲存于其中之比特數(shù)據(jù)而改變。自該核心單元102產(chǎn)生核心位電壓Vcbit于第一 NM0SFET (N信道金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)104之源極。將該第一 NM0SFET 104之源極以及該核心單元102耦接至第一差動放大器 (differential amplifier) 106之負(fù)輸入108，該第一差動放大器106比較該核心位電壓 Vcbit與在該第一差動放大器106之正輸入110上施加的調(diào)整參考電壓VKEe KEF。該第一差動放大器106之輸出耦接至該第一 NM0SFET 104之柵極以用于穩(wěn)定地維持該核心位電壓VCBIT。該第一 NM0SFET 104之漏極經(jīng)由第一電阻器112而耦接至正電壓供應(yīng)Vee。在該第一 NM0SFET 104之漏極產(chǎn)生核心輸出電壓νωκΕ，將其施加于比較器120之負(fù)輸入。該感測放大器100亦包含第二 NM0SFET 122，該第二 NM0SFET122具有耦接至參考單元1 之源極。電流電平Ik流經(jīng)該參考單元124，而自該參考單元IM產(chǎn)生參考位電壓 Vebit于該第二 NM0SFET 122之源極。將該第二 NM0SFET 122之源極以及該參考單元IM耦接至第二差動放大器1 之負(fù)輸入126，該第二差動放大器1 是比較該參考位電壓Vkbit與在該第二差動放大器1 之正輸入130上施加的調(diào)整參考電壓VKEe KEF。該第二差動放大器130之輸出耦接至該第 NM0SFET122之柵極以用于穩(wěn)定地維持該核心位電壓VKBIT。該第二 NM0SFET 122之漏極經(jīng)由第二電阻器132而耦接至正電壓供應(yīng)Vee。在該第二 NM0SFET 122之柵極產(chǎn)生參考輸出電壓Vkef，以及將該參考輸出電壓Vkef施加于該比較器120之正輸入。該比較器之輸出產(chǎn)生輸出信號OUT，該輸出信號OUT為邏輯高狀態(tài)或邏輯低狀態(tài)視該核心輸出電壓νωκΕ與該參考輸出電壓Vkef的比較而定。該輸出信號OUT之邏輯高狀態(tài)或邏輯低狀態(tài)表示儲存于該核心單元102中之比特數(shù)據(jù)。通過該核心單元之電流(IK+Ai)具有從通過該參考單元IM之該參考電流。之電流偏移量(current offset)成分Δ i，該電流(Ικ+Δ i)視儲存于該核心單元102中之比特數(shù)據(jù)而改變。此可變的電流偏移量成分Ai判定該核心輸出電壓VroKE，而該核心輸出電壓Vraffi轉(zhuǎn)而判定該輸出信號OUT之邏輯狀態(tài)。 遺憾地，由于為了該核心單元102之適當(dāng)操作，該核心位電壓Vcbit較高且基本上接近正供應(yīng)電壓因而先前技術(shù)之該感測放大器100中之該核心輸出電壓Vraffi之電壓擺動為有限的。例如，當(dāng)該正供應(yīng)電SVrc約為1.8伏特時，為了該核心單元102之適當(dāng)操作，該核心位電壓Vcbit約為1.5伏特。此外，產(chǎn)生橫過該第一電阻器112的電壓下降。因此對于此例之電壓，該核心輸出電壓Vraffi具有從約0. 2伏特至約0. 3伏特之電壓擺動以維持該第一 NM0SFET 104 飽和。該核心輸出電壓Vraffi之低電壓擺動不利地導(dǎo)致先前技術(shù)中之該感測放大器100之低靈敏度。因此，對于較高靈敏度是需要具有較高電壓擺動之感測放大器。

發(fā)明內(nèi)容
于本發(fā)明的一個實(shí)施例中，感測放大器包含用于產(chǎn)生參考輸出電壓的參考電壓產(chǎn)生器。此外，該感測放大器亦包含用于產(chǎn)生核心輸出電壓的核心輸出電壓產(chǎn)生器。該核心輸出電壓產(chǎn)生器包含核心前端階段(stage)以及核心后端階段。該核心前端階段是耦接至電流傳導(dǎo)裝置，以將通過該電流傳導(dǎo)裝置的核心電流轉(zhuǎn)換成核心位電壓。該核心后端階段是耦接至該核心前端階段，以將該核心位電壓轉(zhuǎn)換成具有從該核心位電壓擺動的較高電壓的核心輸出電壓。該核心前端階段包含放大器調(diào)整晶體管具有漏極，該漏極在其上產(chǎn)生有該核心位電壓節(jié)點(diǎn)處耦接至該電流傳導(dǎo)裝置，且該放大器調(diào)整晶體管具有耦接至電源供應(yīng)的源極；以及核心反饋調(diào)整器，耦接至該放大器調(diào)整晶體管的柵極及該漏極以維持該核心位電壓。該核心后端階段包含第一放大器晶體管，該第一放大器晶體管的柵極耦接至該放大器調(diào)整晶體管的柵極，而該第一放大器晶體管的源極耦接至該電源；以及第二放大器晶體管，該第二放大器晶體管的柵極具有施加于其上的該參考輸出電壓，而該第二放大器晶體管的源極耦接至接地節(jié)點(diǎn)，該第二放大器晶體管的漏極是于在其上產(chǎn)生有該核心輸出電壓的輸出節(jié)點(diǎn)處耦接至該第一放大器晶體管的漏極，其中，該第二放大器晶體管的柵極并未連接至該第二放大器晶體管的漏極。當(dāng)該電流傳導(dǎo)裝置為存儲器裝置的核心單元時，該感測放大器可為特別有利。然而，本發(fā)明亦可用于感測通過任何類型電流傳導(dǎo)裝置的電流電平。以此方式，此感測放大器具有用于高靈敏度的高電壓擺動。通過參考以下本發(fā)明的詳細(xì)敘述以及配合圖式，將對本發(fā)明的這些以及其它特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)有更清楚的理解。


圖1顯示根據(jù)先前技術(shù)之具有較低電壓擺動之感測放大器；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例之用于高電壓擺動之具有前端及后端階段之感測放大器；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之對圖2之該感測放大器之修改，其是利用偏壓電阻器而非晶體管；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之對圖2之該感測放大器之修改，其是使用不同連接性的晶體管；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之對圖4之該感測放大器之修改，其是以增加的源極電阻器以降低晶體管之噪聲和不匹配之效應(yīng)；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之用于高電壓擺動之具有較小尺寸晶體管之感測放大器；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之對圖2之該感測放大器之修改，其耦接參考電壓產(chǎn)生器至多個核心電壓產(chǎn)生器；以及圖8顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之對圖3之該感測放大器之修改，其耦接參考電壓產(chǎn)生器至多個核心電壓產(chǎn)生器。此處參考之圖式是用于使說明清楚，而不一定依照其比例。于圖1、2、3、4、5、6、7 及8中具有相同組件符號之組件表示具有相似結(jié)構(gòu)和功能之組件。主要組件符號說明
100感測放大器102核心單元
104第一 NM0SFET106第一差動放大器
108負(fù)輸入110正輸入
112第一電阻器120比較器
122第二 NM0SFET124參考單元
126負(fù)輸入128第二差動放大器
130正輸入132第二電阻器
200感測放大器202參考電壓產(chǎn)生器
204核心輸出電壓產(chǎn)生器
206參考前端階段208參考單元
210參考后端階段212參考反饋調(diào)整器
216核心前端階段218核心單元
220核心后端階段222核心反饋調(diào)整器
230比較器
200A、200B、200C感測放大器
210A、210B、210C參考后端階段
220A、220B、220C核心后端階段
223接地節(jié)點(diǎn)300感測放大器
230—_1、230_2. . . 230_N比較器
204_1、204_2. . . 204_N核心輸出電壓產(chǎn)生器
具體實(shí)施例方式圖2顯示根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例之具有高電壓擺動之感測放大器200之電路圖。該感測放大器200是包含用于產(chǎn)生參考輸出電壓Vkef之參考電壓產(chǎn)生器202以及用于產(chǎn)生核心輸出電壓Vraffi之核心輸出電壓產(chǎn)生器204。該參考電壓產(chǎn)生器202是包含由耦接至參考單元208之參考調(diào)整晶體管MRPl所組成之參考前端階段206，該參考單元208具有流經(jīng)其中之參考電流Ικ。在該第一參考 PM0SFET (P型信道金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)MRP1和參考單元208耦接之節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生參考位電壓(Vkbit)。該第一參考PMOSFET MRPl之源極耦接至正電源供應(yīng)Vcc。該參考電壓產(chǎn)生器202亦包含耦接至該參考前端階段206之參考后端階段210。 該參考后端階段210是由第二參考PMOSFET MRP2以及第一參考NM0SFET(N型信道金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)MRm所組成。該第二參考PMOSFET MRP2具有柵極耦接至該第一參考PMOSFET MRPl之柵極，以及具有耦接至正電源供應(yīng)Vcc之源極。該第二參考PMOSFET MRP2之漏極是在用于產(chǎn)生該參考輸出電壓Vkef之節(jié)點(diǎn)耦接至該第一參考NMOSFET MRNl之漏極。將該第一參考NMOSFET MRNl之柵極與漏極耦接在一起，而該第一參考NMOSFET MRm之源極耦接至例如接地節(jié)點(diǎn)之低電源供應(yīng)。該第一和第二參考PMOSFET MRPl和MRP2 及第一參考NMOSFET MRNl各具有流經(jīng)其中之參考電流Ικ。將該第一參考PMOSFET MRPl之柵極以及漏極耦接至穩(wěn)定該參考位電壓(Vkbit)之參考反饋調(diào)整器212。在圖2之具體實(shí)施例中，該參考反饋調(diào)整器212為差動放大器，其是分別地由第二、第三和第四參考NMOSFET MRN2、MRN3、和MRN4，以及分別地由第三和第四參考 PMOSFET MRP3 和 MRP4，所組成。 將該第三和第四參考PMOSFET MRP3和MRP4之源極耦接至正電源供應(yīng)Ncc，以及將該第三和第四參考PMOSFET MRP3和MRP4之柵極耦接在一起。該第三參考PMOSFET MRP3 之漏極耦接至該第二參考匪OSFET MRN2之漏極，該第四參考PMOSFET MRP4之漏極耦接至該第三參考NMOSFET MRN3之漏極。該第四參考PM0SFETMRP4之柵極和漏極耦接在一起。將該第三參考PMOSFET MRP3和該第二參考NMOSFET MRN2之漏極耦接至該第一和第二參考PMOSFET MRPl和MRP2之柵極。該第二參考NMOSFET MRN2之柵極具有施加于其上之調(diào)整參考電壓VREG_REF。將該第三參考NMOSFET MRN3之柵極耦接至該參考單元208 以施加該參考位電壓Vkbit于其上。該第二和第三參考NMOSFET MRN2和MRN3之源極一起耦接至該第四參考NM0SFETMRN4之漏極。該第四參考NMOSFET MRN4之柵極具有施加于其上之偏壓VBIAS，以及該第四參考 NMOSFET MRN4之源極耦接至例如接地節(jié)點(diǎn)之低電源供應(yīng)。在該第四參考NMOSFET MRMi 柵極之偏壓Vbias設(shè)定經(jīng)過該差動放大器212之該參考MOSFET MRP3、MRP4、MRN2、及MRN3 之偏電流(bias current)。此外，該差動放大器212作用為通過反饋而穩(wěn)定該參考位電壓
^EBIT0該核心輸出電壓產(chǎn)生器204是包含由耦接至核心單元218之放大器調(diào)整晶體管 MCPl所組成之核心前端階段216，該核心單元218具有流經(jīng)其中之核心電流(Ικ+Δ i)。該核心電流具有從該參考電流Ik偏移之電流偏差(deviation)成分Ai。此電流偏差成分八i 視儲存于該核心單元218之比特數(shù)據(jù)而定。例如該核心單元218為存儲器裝置之典型部分。在用于耦接該第一放大器 PMOSFET MCPl之漏極與該核心單元218之節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生核心位電壓VeBIT。將該第一放大器 PMOSFET MCPl之源極耦接至正電源供應(yīng)Vcc。該核心輸出電壓產(chǎn)生器204亦包含耦合至該核心前端階段216之核心后端階段 220。該核心后端階段220是由第二放大器PM0SFETMCP2以及第一放大器NMOSFET MCm所組成。該第二放大器PMOSFET MCP2具有柵極耦接至該第一放大器PMOSFET MCPl之柵極， 以及具有耦接至該正電源供應(yīng)Vrc之源極。該第二放大器PMOSFET MCP2之漏極是在用于產(chǎn)生該核心輸出電壓Vtoke之節(jié)點(diǎn)耦接至該第一放大器NMOSFET MCNl之漏極。將該第一放大器NMOSFET MCNl之柵極與該漏極耦接在一起，而將該第一放大器 NMOSFET MCm之源極耦接至例如接地節(jié)點(diǎn)之低電源供應(yīng)。該第一和第二放大器PMOSFETMCPl和MCP2以及該第一放大器NMOSFET MCNl各具有流經(jīng)其中之核心電流(Ικ+Δ i)。將該第一放大器PMOSFET MCPl之柵極和漏極耦接至穩(wěn)定該核心位電壓VeBIT之核心反饋調(diào)整器222。于圖2之具體實(shí)施例中，該核心反饋調(diào)整器222為差動放大器，其是分別地由第二、第三和第四放大器NMOSFET MCN2、MCN3、和MCN4，以及分別地由第三和第四放大器PMOSFET MCP3和MCP4，所組成。將該第三和第四放大器PMOSFET MCP3和MCP4之源極耦接至正電源供應(yīng)V⑵以及將該第三和第四放大器PMOSFET MCP3和MCP4之柵極耦接在一起。該第三放大器PMOSFET MCP3之漏極耦接至該第二放大器PMOSFET MCN2之漏極，該第四放大器PM0SFETMCP4之漏極耦接至該第三放大器NMOSFET MCN3之漏極。該第四放大器PMOSFET MCP4之柵極和漏極耦
接在一起。將該第三放大器PMOSFET MCP3和該第二放大器NM0SFETMCN2之漏極耦接至該第一和第二放大器PMOSFET MCPl和MCP2之柵極。該第二放大器NMOSFET MCN2之柵極具有施加于其上之調(diào)整參考電壓VREG_REF。將該第三放大器NMOSFET MCN3之柵極耦接至該核心單元218以施加該核心位電壓Vcbit于其上。該第二和第三放大器NMOSFET MCN2和MCN3 之源極一起耦接至該第四放大器NMOSFET MCN4之漏極。該第四放大器NMOSFET MCN4之柵極具有施加于其上之偏壓Vbias，以及該第四放大器NMOSFET MCN4之源極耦接至例如接地節(jié)點(diǎn)之低電源供應(yīng)。在該第四放大器NMOSFET MCN4 之柵極之偏壓Vbias設(shè)定經(jīng)過該差動放大器222之該核心MOSFET MCP3、MCP4、MCN2、及MCN3 之偏電流。此外，該差動放大器222作用為通過反饋而穩(wěn)定該核心位電壓VCBIT。再者，該感測放大器200是包含例如施行作為差動放大器之比較器230。該比較器230具有于其上施加有該參考輸出電壓Vkef之正輸入，以及具有于其上施加有該核心輸出電壓Vraffi之負(fù)輸入。該比較器230從比較該核心輸出電壓Vtoke與參考輸出電壓Vkef而產(chǎn)生輸出信號OUT。該輸出信號OUT之邏輯狀態(tài)是表示儲存于該核心單元218之比特數(shù)據(jù)。以此方式，參考圖2，注意該核心前端階段216沒有任何電阻器與該電壓調(diào)整晶體管MCPl串聯(lián)。因此，該核心位電壓￥。皿可相對地高而接近該高電源供應(yīng)電壓Vee，且該電壓調(diào)整晶體管MCPl仍于飽和狀態(tài)下操作。此外，在沒有直接耦接至該核心單元218之隨后的后端階段220產(chǎn)生核心輸出電壓VroKE。因此，不會由于該核心位電壓Vcbit限制該核心輸出電壓Vraffi，以致該核心輸出電壓V·具有較高電壓擺動，且該MOSFETs MCPl以及MCNl仍于飽和狀態(tài)中操作。此較高的電壓擺動有利于增強(qiáng)該感測放大器200之靈敏度。在圖2之該感測放大器200中AV = Vref-Vcqre;以及AV= Ai/gml其中^ll為各個該第一參考和放大器NMOSFET MRNl和MCNl之跨導(dǎo) (transconductance)。此外，對于在該參考電壓產(chǎn)生器202以及該核心輸出電壓產(chǎn)生器204中之平衡的及不平衡的電源供應(yīng)噪聲，圖2之該感測放大器200具有高的信號對噪聲比。平衡的電源供應(yīng)噪聲是指在該參考電壓產(chǎn)生器202與該核心輸出電壓產(chǎn)生器204中實(shí)質(zhì)上相等地存在的在該電源供應(yīng)之噪聲。不平衡的電源供應(yīng)噪聲是指不相等地只有在該參考電壓產(chǎn)生器202 與該核心輸出電壓產(chǎn)生器204中之其中一者中存在的在該電源供應(yīng)之噪聲。
參考圖2，若該參考電壓產(chǎn)生器202之該電源供應(yīng)Vrc存在有平衡的或不平衡的噪聲，則在該第二參考PMOSFET MRP2之源極出現(xiàn)此噪聲的效應(yīng)。此外，從此噪聲之相似的效應(yīng)經(jīng)由該參考反饋調(diào)整器212而出現(xiàn)于該第二參考PMOSFET MRP2之柵極。在該第二參考 PMOSFET MRP2之源極和柵極之此效應(yīng)彼此抵銷以在該參考輸出電壓Vkef上沒有實(shí)質(zhì)效應(yīng)。相似地，若該核心輸出電壓產(chǎn)生器204之該電源供應(yīng)Vrc存在有平衡的或不平衡的噪聲，則在該第二放大器PMOSFET MCP2之源極出現(xiàn)此噪聲的效應(yīng)。此外，從此噪聲之相似的效應(yīng)經(jīng)由該放大器反饋調(diào)整器222而出現(xiàn)于該第二放大器PMOSFET MCP2之柵極。在該第二放大器PMOSFET MCP2之源極和柵極之此效應(yīng)彼此抵銷以在該核心輸出電壓Vcqke上沒有實(shí)質(zhì)效應(yīng)。再者，參考圖7，該參考電壓產(chǎn)生器202之MOSFET可為適當(dāng)尺寸以使該參考電壓產(chǎn)生器202提供該參考輸出電壓Vkef給多個核心輸出電壓產(chǎn)生器。參考圖7，將該第二參考 PMOSFET MRP2之尺寸作成具有W/L (寬對長度)比該W/L比為該第一參考PMOSFET MRPl之 W/L比的N倍。因此，NxIk之電流流經(jīng)該第二參考PMOSFET MRP2。參考圖7，來自該參考電壓產(chǎn)生器202之參考輸出電壓Vkef耦接至N個比較器 230_1、230_2、· · ·、和230_N之各自的正輸入。各該N個比較器230_1、230_2、· · ·、和230_
N是具有分別地耦接至核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、204_2.....和204_Ni各自一者之各自
的負(fù)輸入。利用與圖2之該核心輸出電壓產(chǎn)生器204相似之方法執(zhí)行各個該核心輸出電壓
產(chǎn)生器204_1、204_2.....和204_N以分別地產(chǎn)生各自的核心輸出電壓Vraffi」、Vcoee 2.....
以及Vraffi N。各該比較器230_1、230_2.....和230_N是分別地比較各自的該核心輸出電壓
Vcoeej> Vcoee 2.....和Vcqke n與該參考輸出電壓Vkef以產(chǎn)生各自的輸出信號0UT1、0UT2.....
以及OUTN。以此方式，該參考電壓產(chǎn)生器202是用于該多個核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、
204_2.....和204_N，以節(jié)省圖7之該感測放大器200之集成電路之空間。再者，由于較高
電平之電流NxIk流經(jīng)該第二參考PMOSFET MRP2，圖7之該感測放大器200是以高速操作。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之感測放大器200A之電路圖。與圖2和圖3 中之相同組件符號之組件表示具有相似結(jié)構(gòu)和功能之組件。因此，該參考和核心前端階段 206和216以及該參考和核心反饋調(diào)整器212和222在圖2和圖3中基本上為相似的。然而，圖3之該參考和核心后端階段210A和220A不同于圖2之該參考和核心后端階段210和220。參考圖3，參考和放大器偏壓電阻器RBR和RBC分別地取代該第一參考和放大器NM0SFET MRNl和MCNl。因此，該參考偏壓電阻器RBR耦接于該第二參考PM0SFETMRP2 之漏極與接地節(jié)點(diǎn)之間，而該放大器偏壓電阻器RBC耦接于該第二放大器PMOSFET MCP2與接地節(jié)點(diǎn)之間。圖3之該感測放大器200A操作相似于圖2之該感測放大器200。若各該參考和放大器偏壓電阻器RBR和RBC具有電阻值R，則在圖3之該感測放大器200A中Δν = υ·;以及AV= Δ i*R相似于圖2之該感測放大器200，對于該參考電壓產(chǎn)生器202以及該核心輸出電壓產(chǎn)生器204中之平衡的以及不平衡的噪聲，圖3之該感測放大器200A具有高的信號對噪聲比。再者，參考圖8，該參考電壓產(chǎn)生器202可用于該多個核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、204_2、· · ·、以及204_N。在圖8中，執(zhí)行各該核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、204_2、· · ·、以及 204_N，相似于圖3之該核心輸出電壓產(chǎn)生器204。此外，將該第二參考PMOSFET MRP2之尺寸作成具有W/L(寬對長度)比，該W/L 為該第一參考PMOSFET MRPl之W/L比的N倍。此外，當(dāng)各該核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、
204_2.....以及204_N中之該放大器偏壓電阻器RBC之電阻值為R時，該參考偏壓電阻器
RBR之電阻值則為R/N。因此，在圖8中，NxIk之電流流經(jīng)該第二參考PMOSFET MRP2。以此方式，該參考電壓產(chǎn)生器202是用于該多個核心輸出電壓產(chǎn)生器204_1、
204_2.....和204_N，以節(jié)省圖8之該感測放大器200A之集成電路之空間。再者，由于較高
電平之電流NxIk流經(jīng)該第二參考PMOSFET MRP2，圖8之該感測放大器200是以高速操作。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之感測放大器200B之電路圖。在圖2和圖4 中之相同組件符號之組件表示具有相似結(jié)構(gòu)和功能之組件。因此，該參考和核心前端階段 206和216以及該參考和核心反饋調(diào)整器212和222在圖2和圖4中基本上為相似的。然而，圖4之該參考和核心后端階段210B和220B不同于圖2之該參考和核心后端階段210和220。參考圖4，來自該參考后端階段210B之該參考輸出電壓Vkef亦耦接至該核心后端階段220B之該第一放大器NMOSFET MCNl之柵極。此外，該第一放大器NM0SFET MCNl之柵極和漏極沒有耦接在一起。替代地，圖4中在產(chǎn)生該核心輸出電壓Vraffi之節(jié)點(diǎn)將該第一放大器NMOSFET MCNl 與該第二放大器PMOSFET MCP2之漏極耦接在一起。耦接此節(jié)點(diǎn)至該比較器230之負(fù)輸入。 相似于圖2之該感測放大器200，圖4之該感測放大器200B亦在該比較器230之輸出產(chǎn)生輸出信號0UT，且該輸出信號之邏輯狀態(tài)表示儲存于該核心單元218中之比特數(shù)據(jù)。此外，參考圖4，該核心前端階段216沒有任何電阻器與該電壓調(diào)整晶體管MCPl串聯(lián)。因此，該核心位電壓Vcbit可相對地高而接近該高電源供應(yīng)電壓V⑵且該電壓調(diào)整晶體管MCPl仍于飽和狀態(tài)下操作。此外，在沒有直接耦接至該核心單元218之隨后的后端階段 220產(chǎn)生核心輸出電壓νωκΕ。因此，不會由于該核心位電壓Vcbit限制該核心輸出電壓Vraffi， 以致該核心輸出電壓Vraffi具有較高電壓擺動，且該MOSFET MCPl以及MCm仍于飽和狀態(tài)中操作。此較高的電壓擺動有利于增強(qiáng)該感測放大器200B之靈敏度。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之感測放大器200C之電路圖。在圖4和圖5 中之相同組件符號之組件表示具有相似結(jié)構(gòu)和功能之組件。因此，該參考和核心前端階段 206和216以及該參考和核心反饋調(diào)整器212和222在圖4和圖5中基本上為相似的。然而，圖5之該參考和核心后端階段210C和220C不同于圖4之該參考和核心后端階段210B和220B。參考圖4及圖5，在圖5之該感測放大器200C中，參考噪聲抗擾性 (immunity)電阻器RNR耦接于該第一參考NMOSFET MRm之源極以及該接地節(jié)點(diǎn)223之間。 此外，在圖5之該感測放大器200C中，放大器噪聲抗擾性電阻器RNC耦接于該第一放大器 NMOSFET MCNl之源極以及該接地節(jié)點(diǎn)223之間。包含此電阻器RNR及RNC有利于抑制Δ i之噪聲或不匹配成分Δ i’(由在該接地節(jié)點(diǎn)223之噪聲或由該NMOSFET MRNl與MCNl之間之不匹配所造成)。例如，假設(shè)該接地節(jié)點(diǎn)223之噪聲導(dǎo)致在接地節(jié)點(diǎn)223之20毫伏的電壓突然改變(voltage bounce)。此外，假設(shè)各該NMOSFETs MRNl以及MCNl之跨導(dǎo)^lll約為1毫安/伏特。在此情況下，在第4 圖之該感測放大器200B中從該電壓突然改變之噪聲成分ΔΓ如下該
Δ i，= gml X 20 毫伏=20 微安培相反，對于圖5之該感測放大器200C中之該接地節(jié)點(diǎn)223之相同電壓突然改變， 從該電阻器RNR以及RNC降低該噪聲成分Δ i’至如下Δ i， 20毫伏/15千歐姆=1.3微安培其中例如圖5中之各個該電阻器RNR以及RNC具有15千歐姆之電阻值。因此，此等電阻器RNR以及RNC降低在圖5中對Δ i之噪聲的效應(yīng)。亦可以低供應(yīng)電壓源Vss之該接地節(jié)點(diǎn)223替代而實(shí)行圖5之該感測放大器200C。在此情況中，該電阻器RNR以及RNC 降低圖5中于低供應(yīng)電壓源Vss之噪聲的效應(yīng)。相似地，該匪OSFEjTsMRNl 以及MCNl 由于程序變化(processing variations)而可能為不匹配，以致具有例如可能為20毫伏之臨界電壓差A(yù)Vth。該不匹配成分ΔΓ相似于如上對于電壓突然改變該者。因此，該電阻器RNR以及RNC降低圖5中對Ai之此MOSFET 的效應(yīng)。除此之外，圖5之該感測放大器200C操作相似于圖4之該感測放大器200B。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例之感測放大器300之電路圖。在圖2和圖6中之相同組件符號之組件表示具有相似結(jié)構(gòu)和功能之組件。因此，該參考和核心反饋調(diào)整器 212和222在圖2和圖6中基本上為相似的。然而，圖6之該感測放大器300不以前端以及后端階段執(zhí)行。更確切而言，參考圖 6，該參考電壓產(chǎn)生器202是包含集體地傳導(dǎo)通過該參考單元208之該參考電流。之多個參考PMOSFET MRPl和MRP2。因此，通過該參考PMOSFET MRPl和MRP2之電流總合為通過該參考單元208之參考電流Ικ。將該參考反饋調(diào)整器212耦接于該參考PMOSFET MRPl和MRP2 之柵極以及該參考單元208之間以穩(wěn)定該參考位電壓Vebitij此外參考圖6，該核心輸出電壓產(chǎn)生器204是包含集體地傳導(dǎo)通過該核心單元 218之該核心電流(iK+Ai)之多個放大器PMOSFEIis MCPI和MCP2。因此，通過該放大器 PMOSFETs MCPl和MCP2之電流總合為通過該核心單元218之該核心電流(Ικ+Δ i)。再者，將該參考PMOSFET MRPl和MRP2之柵極耦接在一起以便產(chǎn)生該參考電壓 Veef,該參考電壓Vkef是施加于該比較器230之正輸入以及該第二放大器PMOSFET MCP2之柵極。該第一放大器PMOSFET MCPl為在該多個放大器PMOSFET MCPl和MCP2中所選擇的一個放大器，其具有柵極用于產(chǎn)生該核心輸出電壓Vraffi，該核心輸出電壓Vraffi是施加于該比較器230之負(fù)輸入。將該核心反饋調(diào)整器222耦接于該第一放大器PMOSFET MCPl之柵極以及該核心單元218之間以穩(wěn)定該核心位電壓VCBIT。在本發(fā)明之具體實(shí)施例中，為了該參考和核心輸出電壓Vkef和Vtoke之較高電壓擺動，圖6中之該第一參考和放大器PMOSFET MRPl和MCPl之W/L比減至最小。通過MOSFET 之電流傳導(dǎo)之方程式如下I = k(ff/L) (Vcs-Vth)2其中k為常數(shù)，W/L為寬對長度比，Ves為柵極對源極電壓，而Vth為臨界電壓，以 MOSFET而言。當(dāng)該第一放大器PMOSFET MCPl之W/L減至最小時，該第一放大器PMOSFET MCPl之Ves隨通過該核心單元218之該核心電流(IK+Ai)之變化而改變更大。該第一放大器PMOSFET MCPl之Ves之更大的變化是造成該感測放大器300之該核心輸出電壓Vraffi之較高電壓擺動。此較高電壓擺動有利于增強(qiáng)該感測放大器300之靈敏度。在圖6之該感測放大器300中
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Δν = U·;以及AV= Ai/gml其中^ll為各個該第一參考和放大器PMOSFET MRPl和MCPl之跨導(dǎo)。相似于圖2之該感測放大器200，圖6之該感測放大器300亦在該比較器230之輸出產(chǎn)生輸出信號OUT，且邏輯狀態(tài)表示儲存于該核心單元218中之比特數(shù)據(jù)。此外參考圖 6，該多個放大器PMOSFET MCPl和MCP2沒有與任何電阻器串聯(lián)，以使該核心位電壓VeBIT相對較高而接近該高電源供應(yīng)電壓\c，且該多個晶體管MCPl和MCP2仍于飽和狀態(tài)中操作。以上該僅作為例舉用而非用以限定本發(fā)明。例如，本發(fā)明是敘述為感測通過存儲器裝置之該核心單元218之電流電平。然而，本發(fā)明亦可用于感測當(dāng)該核心單元218為任何其它類型之電流傳導(dǎo)裝置時之電流電平。因此，此處所用之“核心電流”、“核心輸出電壓產(chǎn)生器”、“核心前端階段”、“核心后端階段”、“核心反饋調(diào)整器”、以及“核心輸出電壓”是藉此概括說明經(jīng)由任何類型之電流傳導(dǎo)裝置而感測電流電平，而存儲器裝置之該核心單元218 只為一個實(shí)例。此外，本發(fā)明在圖2、3、4、5、6、7、及8之具體電路中是敘述為晶體管之特定連接結(jié)構(gòu)。然而，利用晶體管之漏極、源極、以及柵極之特定連接結(jié)構(gòu)的變化，亦可實(shí)行本發(fā)明。再者，此處特定的尺寸以及參數(shù)僅為例舉用。本發(fā)明僅以下述的權(quán)利要求書以及其等效而界定。
權(quán)利要求
1.一種感測放大器(300)，包括用于產(chǎn)生參考輸出電壓的參考電壓產(chǎn)生器O02)；以及用于產(chǎn)生核心輸出電壓的核心輸出電壓產(chǎn)生器004)，該核心輸出電壓產(chǎn)生器包含 多個放大器晶體管，各個放大器晶體管是傳導(dǎo)部分通過電流傳導(dǎo)裝置018)的核心電流；其中，于該放大器晶體管中所選擇的其中一個晶體管的柵極具有在其上產(chǎn)生的該核心輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的感測放大器，其中，該選擇的放大器晶體管的寬長比減至最小。
3.如權(quán)利要求1所述的感測放大器，其中，在其上產(chǎn)生有核心位電壓的位節(jié)點(diǎn)處，使該放大器晶體管的漏極耦接在一起，以及其中該放大器晶體管的源極耦接至電源。
全文摘要
一種具有高電壓擺動的感測放大器，用于產(chǎn)生參考輸出電壓的參考電壓產(chǎn)生器；以及用于產(chǎn)生核心輸出電壓的核心輸出電壓產(chǎn)生器，該核心輸出電壓產(chǎn)生器包含多個放大器晶體管，各個放大器晶體管是傳導(dǎo)部分通過電流傳導(dǎo)裝置的核心電流；其中，于該放大器晶體管中所選擇的其中一個晶體管的柵極具有在其上產(chǎn)生的該核心輸出電壓。此組件的晶體管的尺寸及/或連接結(jié)構(gòu)導(dǎo)致高電壓擺動(swing)以及因而導(dǎo)致該感測放大器的高靈敏度。
文檔編號G11C7/06GK102394096SQ20111035851
公開日2012年3月28日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者B·文卡特史, M·阿赫特, S·沃德瓦, 赤荻隆男 申請人:斯班遜有限公司