專利名稱：用于半導(dǎo)體存貯器件的傳感放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感放大器，它傳感并放大存貯在半導(dǎo)體存貯器件存貯單元中的數(shù)據(jù)的電壓電平，具體講，涉及具有寬輸入范圍的傳感放大器，該放大器用于具有能存貯各種電平的數(shù)據(jù)及雙邏輯數(shù)據(jù)的存貯單元的非易失性半導(dǎo)體存貯器中。本申請是基于韓國專利申請No.12691/1995的，它在此引作參考。
隨著制造工藝的進(jìn)展，半導(dǎo)體存貯器件以各種方式得到了開發(fā)。其中一項開發(fā)便是在實現(xiàn)高密度存貯單元和器件高速運行的同時不斷在此領(lǐng)域試驗開發(fā)最佳的傳感方式。現(xiàn)已開發(fā)出各種類型的用于對從聯(lián)在位線上的存貯單元中讀出的數(shù)據(jù)的電壓電平傳感和放大的傳感放大器。
其中一種傳統(tǒng)的傳感放大器，是在當(dāng)輸入信號的電壓電平高于設(shè)置在傳感放大器輸入端的N溝道晶體管中閾值電壓電平的情況下，才能夠執(zhí)行傳感操作。因而在輸入信號的電平低于N溝道晶體管的閾值電壓電平時，傳感放大器就不能工作。此外，當(dāng)約為電源電壓電平的高電平輸入信號加到傳感放大器的輸入端時，負(fù)載晶體管(通常為P溝道晶體管)和輸入晶體管(通常為N溝道晶體管)同時流過大電流，這樣，高電平輸入信號的輸出電平就無法達(dá)到電源電壓電平，而僅能達(dá)到電源電壓電平的70％-80％。因此，存在用于傳感放大器輸入端的電壓增益不足的問題。特別是，當(dāng)在能于單一存貯單元中存貯多個位的多電平存貯器件中采用傳統(tǒng)的傳感放大器后，由于存貯單元的工作范圍受到傳感放大器傳感的輸入范圍的限制，存在存貯單元中的各電平之間的電壓允許范圍相應(yīng)地降低。
如

圖1所示，提供每個僅適用于相應(yīng)的輸入范圍的單獨的傳感放大器，以此來解決在傳統(tǒng)的傳感放大器中所提出的問題。但是，這將使傳感放大器的存貯器件中所占的區(qū)域尺寸增加，因而不能得到高密度存貯器件。為了更好地理解本發(fā)明，參照圖1來討論傳統(tǒng)的傳感放大器的電路結(jié)構(gòu)。
圖1為傳統(tǒng)的傳感放大器的電路圖，該放大器用于在單一存貯單元中存有多個位的只讀存貯(ROM)器件中。具有諸如REF1、REF2和REF3的不同電平的參考電壓分別加到傳感放大器33、32和31的非反相輸入端(+)上，該傳感放大器包括在傳感放大電路30中，由存貯單元陣列和上拉電路20所決定的作為公共輸入信號的位線電壓VB加到其各反相輸入端(-)上。通過將位線電壓VB與參考電壓REF3、REF2和REF1的每一個進(jìn)行比較使傳感放大器31、32和33同時執(zhí)行傳感操作。這些傳感放大器的輸出分別通過編碼邏輯序列40和輸入/輸出端50和51形成最高有效位(MSB)和最低有效位(LSB)。
如圖1所示，傳統(tǒng)傳感放大器應(yīng)包括用于傳感多電平數(shù)據(jù)的一個或多個傳感放大器和編碼邏輯。因此，當(dāng)在半導(dǎo)體集成電路的單一芯片中實現(xiàn)傳感放大器時，傳感放大器所占的尺寸可能很龐大。此外，當(dāng)將傳感放大器用于具有諸如每個位線或幾個位線就需要一個傳感放大器的NAND型快速EEPROM(電可擦除及可編程只讀存貯器)的分頁結(jié)構(gòu)的非易失性半導(dǎo)體存貯器件中時，芯片尺寸的減小就不可能。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的無上述問題的傳感放大器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種傳感放大器，這種放大器能對具有在地電位與電源電壓間的任何電平值的數(shù)據(jù)輸入信號執(zhí)行傳感操作。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種傳感放大器，這種放大器能用單一傳感放大器執(zhí)行一系列不同電平數(shù)據(jù)的傳感操作，從而減少所占面積，并適用于具有分頁結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體存貯器件。
本發(fā)明再另一目的在于提供一種傳感放大器，這種放大器中輸出電壓的邏輯“低”電平約為地電平，邏輯“高”電平約為電源電壓電平。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，具有響應(yīng)于多種輸入電平信號的多個輸出端的傳感放大器包括用于根據(jù)所述的輸入電位對所述輸出端充電的裝置；第一導(dǎo)通裝置，用于根據(jù)所述的輸入電位使所述輸出端上的電壓電平生效；第二導(dǎo)通裝置，用于根據(jù)所述輸入電位使所述輸出端上的電壓電平生效；和聯(lián)在所述輸出端與地電位之間，并響應(yīng)于所述第一導(dǎo)通裝置而導(dǎo)通的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，具有一對輸出端子和一對上拉晶體管的傳感放大器包括一個下拉節(jié)點；聯(lián)在所述輸出端和所述下拉節(jié)點之間且其柵極跨接到所述輸出端的第一對晶體管；聯(lián)在所述輸出端和所述下拉節(jié)點之間并具有耦合在輸入電位上的柵極的第二對晶體管；和聯(lián)在所述輸出端與所述下拉節(jié)點之間并具有耦合到輸入電位上的柵極的第三對晶體管。
圖1為電路圖，示出具有編碼邏輯的傳統(tǒng)傳感放大器；圖2為電路圖，示出根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的傳感放大器的電路結(jié)構(gòu)；圖3A-3C為波形圖，示出在圖2所示傳感放大器的工作中輸入/輸出電壓電平的電壓對時間的關(guān)系。
本發(fā)明實施例中的名詞“傳感放大器”是用來代表具有能傳感提供給半導(dǎo)體存貯器件中的存貯單元的數(shù)據(jù)輸出線的電壓電平和以預(yù)定比例放大所傳感的電壓電平并將其加到輸出緩沖器的功能的電子電路。另一名詞“下拉節(jié)點”是指通過將下拉晶體管的漏-源通路導(dǎo)通使電壓電平基本上等于地電平的節(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明的傳感放大器的結(jié)構(gòu)將參照圖2進(jìn)行描述。圖2示出可用于EEPROM中的傳感放大器，其中提供一均衡晶體管Q9，其漏-源通路聯(lián)在第一和第二節(jié)點N10和N20之間。并接收加到其柵極的均衡信號，圖2還給出具有鎖存結(jié)構(gòu)的傳感放大器60。
傳感放大器60包括第一和第二輸出節(jié)點N10和N20；下拉節(jié)點N30；第一和第二N溝道晶體管Q1和Q5，以及其漏-源通路分別并聯(lián)在N10和N30之間的第一P溝道晶體管Q3；第三和第四N溝道晶體管Q4和Q6，以及其漏-源通路分別并聯(lián)在N20和N30之間的第二P溝道晶體管Q2，其中Q1和Q2的柵極接參考電壓端REF，Q4和Q3的柵極接數(shù)據(jù)輸入端DATA，Q6和Q5的柵極接N10和N20；響應(yīng)于使能信號EN，其漏-源通路接在N30與地端子GND之間的下拉晶體管Q10；以及聯(lián)在電源Vcc與N10和N20之間且其柵極接N20和N10的第三和第四P溝道晶體管Q7和Q8。
圖3A-3C為波形圖，示出圖2所示傳感放大器中輸入/輸出電壓電平的電壓對時間的關(guān)系。參照圖2和3A-3C描述本發(fā)明的傳感放大器的操作。
見圖2，由于Q1和Q2的柵極接REF且Q4和Q3的柵極接DATA，甚至數(shù)據(jù)輸入端DATA上輸入電源電壓Vcc或地電位GND，傳感放大器60受使能信號EN激勵變?yōu)檫壿嫛案摺睜顟B(tài)，仍可執(zhí)行傳感操作。
現(xiàn)在假定放大器60中的Q1和Q4的閾值電壓為Vth(n)，在參考電壓V(REF)、輸入數(shù)據(jù)電壓V(DATA)和閾值電壓Vth(n)之間形成Vth(n)＜V(REF)＜V(DATA)的關(guān)系。當(dāng)Q2Q3上加低電壓使之導(dǎo)通時，Q2和Q3以及Q1和Q4作為輸入晶體管工作。現(xiàn)在解釋電路的操作。當(dāng)Q10由使能信號EN使其處于導(dǎo)通態(tài)，則Q1和Q4以及Q2和Q3的漏-源通路分別導(dǎo)通，根據(jù)流到下拉節(jié)點N30的電流量決定節(jié)點N10和N20的輸出狀態(tài)。在此情況下，由于Q4中的電流大于Q1的電流且Q2中的電流大于Q3中的電流，則第二輸出端的輸出電壓OUTPUT在相當(dāng)大的程度上低于第一輸出端的輸出電壓OUTPUT。當(dāng)OUTPUT為低，N溝道晶體管關(guān)斷，且Q7流過的電流大于Q8的電流，從而使輸出電壓OUTPUT升到電源電壓。當(dāng)輸出電壓OUTPUT為高時，Q6流過大量的電流，使輸出電壓OUTPUT降至Q4的地電平。圖3B示出在高于N溝道晶體管的閾值電壓電平且低于電源電壓電平的中間電壓電平分別用作參考電壓和輸入數(shù)據(jù)電壓情況下的電壓電平。圖3C示出加上等于電源電壓的高電平輸入下分別用作參考電壓和輸入數(shù)據(jù)電壓情況時的電壓電平。此時，Q2和Q3關(guān)斷，Q1和Q4用作輸入晶體管。在此情況下，輸出電壓的邏輯“高”電平約為電源電壓電平(在電源電壓為3.3伏時，輸出電壓為3.25伏)，且其邏輯“低”電平變?yōu)榈仉娖剑@些都表明它幾乎可滿足互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電平。
當(dāng)在輸入數(shù)據(jù)電壓V(DATA)、參考電壓V(REF)和閾值電壓Vth(n)間形成V(REF)＜V(DATA)＜Vth(n)的關(guān)系時，電路的工作如下。當(dāng)下拉晶體管Q10受使能信號EN操控而導(dǎo)通時，Q1和Q4則關(guān)斷，盡管有輸入信號加上。由于Q2中電流量高于Q3中的，輸出電壓OUTPUT保持在低于輸出電壓OUTPUT相當(dāng)大的水平上。當(dāng)OUTPUT為低，Q5關(guān)斷，這樣，Q7中的電流大于Q8中電流，從而使OUTPUT升至電源電壓。由于OUTPUT為高，Q6流過大量電流，從而使OUTPUT低至地電位。在輸出電壓OUTPUT中不會由Q5和Q6產(chǎn)生閾值電壓Vth(n)的電壓降，甚至加上等于電源電壓的輸入數(shù)據(jù)電壓V(DATA)。
圖3A示出從上述操作中所獲得的計算機模擬結(jié)果的輸入/輸出波形。與圖3B和3C相似，圖3A示出電壓電平，其中當(dāng)?shù)扔诘仉娖降倪壿嫛暗汀彪娖捷斎腚妷杭拥絺鞲蟹糯笃鞯臄?shù)據(jù)輸入端時，輸出電壓的邏輯“高”電平接近電源電壓電平，且輸出電壓的邏輯“低”電平接近地電位電平。
當(dāng)將低于Q1和Q4閾值的輸入電壓加上時，在輸出電壓OUTPUT或OUTPUT從邏輯“低”電平變至邏輯“高”電平后，則可獲得等于電源電壓的高電平電壓，而無需N溝道晶體管Q5和Q6。相反，當(dāng)上述輸出電壓由“高”變“低”后，若沒有Q5或Q6，Q1和Q4將關(guān)斷。結(jié)果，由于僅Q2和Q3中流有電流，則輸出電壓OUTPUT或OUTPUT并不降至地電平，而是低于“|Q3的閾值電壓|＋輸入數(shù)據(jù)電壓V(DATA)”或“|Q2的閾值電壓|＋參考電壓V(REF)”的電平。因此，只要將邏輯“低”電平的輸出電壓降至地電平，則就需要可使輸出電壓OUTPUT或OUTPUT降至地電平的N溝道晶體管Q5和Q6。
在除上述信號的任何信號加上的情況下，則形成“OUTPUT-Q8-OUTPUT-Q5”或OUTPUT-Q7-OUTPUT-Q6”的反饋環(huán)。此時，Q7和Q8用于以與鎖存型的典型傳感放大器相同的方式，使輸出電壓OUTPUT和OUTPUT的任一電平升至電源電壓電平。此外，Q5和Q6與Q1和Q4一起用于將輸出電壓OUTPUT和OUTPUT的任何一個降至地電平。因此，輸出電壓OUTPUT和OUTPUT獲得電源電壓電平和地電平。這樣，由于聯(lián)在傳感放大器輸出端上的電路輸入端對邏輯“高”或“低”電平的輸入電壓均穩(wěn)定，則由上述方式所獲的CMOS電平輸出確保有足夠的傳感增益而不用理會電源電壓的改變。從根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬結(jié)果可知，所測到的實際傳感增益以幾個毫伏為單位。
P溝道晶體管Q9用作均衡電路，并從其柵極接收均衡信號EQ，其源極接輸出電壓OUTPUT，其漏極接輸出電壓OUTPUT。當(dāng)均衡信號EQ為邏輯“低”狀態(tài)，輸出電壓OUTPUT和OUTPUT電平相等，從而增加傳感速度。也就是說，在未配置Q9的情況下，當(dāng)首先所感測的輸出電壓OUTPUT變?yōu)殡娫措妷弘娖綍r，用于將電平變成地電平的時間應(yīng)當(dāng)相應(yīng)縮短。但是，在配置了Q9的情況下，它可以使輸出電壓OUTPUT和OUTPUT電平處于電源電壓電平和地電平之間的中間電平。因此，當(dāng)電壓電平由“高”變“低”或由“低”變“高”時，傳感速度增加。
如上面所討論的，本發(fā)明在于提供一種改進(jìn)的傳感放大器，當(dāng)用于多電平傳感存貯器件時，具有寬輸入范圍，且通過使用單一傳感放大器而不必象在傳統(tǒng)技術(shù)中為每一參考電壓而設(shè)置單獨的傳感放大器，就能順序地感測存貯在存貯單元中的多電平的位。此外，本發(fā)明的傳感放大器的優(yōu)點在于可減少在集成電路中所占的區(qū)面。
此外，本發(fā)明的傳感放大器可在單一存貯單元中存貯兩個或多個位信息的多電平快速存貯器件中實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種具有響應(yīng)于多種輸入電平信號的多個輸出端的傳感放大器，其特征在于所述放大器包括用于根據(jù)所述的輸入電位對所述輸出端充電的裝置；第一導(dǎo)通裝置，用于根據(jù)所述的輸入電位使所述輸出端上的電壓電平生效；第二導(dǎo)通裝置，用于根據(jù)所述輸入電位使所述輸出端上的電壓電平生效；和聯(lián)在所述輸出端與地電位之間，并響應(yīng)于所述第一導(dǎo)通裝置而導(dǎo)通的裝置。
2.一種具有一對輸出端子和一對上拉晶體管的傳感放大器，其特征在于所述放大器包括下拉節(jié)點聯(lián)在所述輸出端和所述下拉節(jié)點之間且其柵極跨接到所述輸出端的第一對晶體管；聯(lián)在所述輸出端和所述下拉節(jié)點之間并具有耦合在輸入電位上的柵極的第二對晶體管；和聯(lián)在所述輸出端與所述下拉節(jié)點之間并具有耦合到輸入電位上的柵極的第三對晶體管。
全文摘要
一種用于非易失性半導(dǎo)體存貯器中的具有寬輸入范圍的傳感放大器。具有多個響應(yīng)于多種輸入電位的多個輸出端的傳感放大器包括一個充電裝置，用于根據(jù)輸入電位對輸出端充電；第一導(dǎo)通器，用于根據(jù)輸入電位使輸出端上的電壓電平有效；第二導(dǎo)通器，用于根據(jù)輸入電位使輸出端上的電壓電平有效；以及聯(lián)在輸出端與地電位之間，且根據(jù)第一導(dǎo)通器而導(dǎo)通的聯(lián)接電路。
文檔編號G11C17/00GK1147166SQ9610663
公開日1997年4月9日 申請日期1996年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月20日
發(fā)明者鄭泰圣, 樸晸壎 申請人:三星電子株式會社