專(zhuān)利名稱(chēng)：電流型傳感放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流放大器，特別是用于感測(cè)存儲(chǔ)器位線(xiàn)的電流型傳感放大器。
在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的信息要被傳感和放大以用于讀出。多個(gè)存儲(chǔ)器單元聯(lián)到位線(xiàn)上，從而通過(guò)字線(xiàn)選定一個(gè)特點(diǎn)的單元用于讀出。聯(lián)到位線(xiàn)的傳感放大器檢測(cè)和放大存儲(chǔ)在選定的存儲(chǔ)器單元中的信息。
在1991年4月的IEEE分立元件電路年鑒第26卷第4，第13-19頁(yè)的Travis N.Blalock等人的文章“A High-Speed Clamped Bit-Line Current-Mode Sense Amplifier”中，描述了CMOS存儲(chǔ)器單元的電流型傳感放大器。已知的電流型傳感放大器將來(lái)自存儲(chǔ)器單元的輸入電流與參考電流相比較。參考電流是由虛擬的存儲(chǔ)器單元提供的，該單元產(chǎn)生代表數(shù)字邏輯狀態(tài)的電流。通常，參考電平設(shè)在無(wú)數(shù)據(jù)電流和最小數(shù)據(jù)電流之間的中點(diǎn)。電流型傳感放大器檢測(cè)輸入電流在參考電流之上或之下作為數(shù)字邏輯狀態(tài)。
已知的傳感放大器需要傳感放大器三極管對(duì)之間高度對(duì)稱(chēng)，特別是元件的排列和尺寸。并且三極管的數(shù)目較大且需要很大的芯片區(qū)。易于產(chǎn)生串?dāng)_。放大器的平面設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)器單元陣列必須考慮到此串?dāng)_的危險(xiǎn)。傳感放大器必須很小以防止由三極管的互聯(lián)而產(chǎn)生的內(nèi)節(jié)點(diǎn)電容。傳感放大器是高敏感的，由于其放大器節(jié)點(diǎn)的敏感和其高增益反饋環(huán)的緣故，易于受噪聲和處理方法改變的影響。這會(huì)影響傳感放大器的電流增益。
本發(fā)明的目的在于提供一種電流型放大器，它比已有技術(shù)的放大器更加穩(wěn)定。此外，實(shí)現(xiàn)該電流的成本降低。
上述目的是通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的電流型傳感放大器包括一種電流放大器，其中包括具有輸入分支NT1、R1和輸出分支NT3的電流鏡電路，輸入分支NT1、R1以其一端與將被電流放大的輸入信號(hào)BL的端子相連接，并且其另一端與第一電源端VSS相連接，輸出分支NT3以其一端經(jīng)第一控制三極管PT1與第二電源VDD和電容器件C1、C2連接，并且其另一端與所述第一電源VSS連接，第二控制三極管NT2從所述電流鏡電路NT1、R1、NT3之間的連接節(jié)點(diǎn)N連接到所述第一電源端VSS，在輸入信號(hào)BL加上之前，控制三極管PT1、NT2被控制信號(hào)PREB1、PREB1Q控制用于對(duì)電容器件C1、C2預(yù)先充電。
這種設(shè)計(jì)不需要參考電流。三極管的數(shù)目較少，放大器不需要對(duì)稱(chēng)。放大器沒(méi)有高增益反饋環(huán)或任何敏感的節(jié)點(diǎn)。因此可以不受噪聲或制造過(guò)程的改變的影響。本發(fā)明的電流型傳感放大器根據(jù)輸入電流信息來(lái)確定邏輯狀態(tài)。輸入數(shù)據(jù)就是代表邏輯值的電流的有與無(wú)。


圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖2示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖1的電流型傳感放大器包括4個(gè)n溝道增強(qiáng)型三極管(NMOS)、一個(gè)p溝道MOS三極管以及包括兩個(gè)互補(bǔ)MOS三極管的反相器。PMOS三極管的體電壓聯(lián)到正電源VDD，NMOS三極管的體電壓聯(lián)到負(fù)電源(如-2.0V)或根據(jù)工藝而聯(lián)到地VSS。放大器包括電流鏡電路，該電路包括電流鏡三極管NT1、NT3。三極管NT1、NT3的柵極彼此連接成節(jié)點(diǎn)N。三極管NT1的漏極和柵極連接在一起。三極管NT1、NT3的源極聯(lián)到地電位VSS的端子上。三極管NT1組成電流鏡電路的輸入分支，三極管NT3組成其輸出分支。三極管NT3的漏極經(jīng)PMOS三極管PT1聯(lián)到正電源VDD的端子上。三極管NT3和PT1間的節(jié)點(diǎn)聯(lián)到帶信號(hào)BLOUT的電容C1的電極之一上，其第二電極聯(lián)到地。電流鏡三極管NT1、NT3的柵極經(jīng)NMOS三極管NT2的漏源通路接地。三極管NT2、PT1的柵極受預(yù)先充電控制信號(hào)PREB1所控制。NMOS三極管NT2直接受信號(hào)PREB1控制，PMOS三極管PT1受反相信號(hào)PREB1Q控制。信號(hào)PREB1Q是經(jīng)反相器G1從信號(hào)PREB1中產(chǎn)生的。電流鏡電路的輸入分支連接到用于輸入將被電流傳感的輸入信號(hào)BL的輸入端上。這樣，漏極和柵極間的的節(jié)點(diǎn)聯(lián)到存儲(chǔ)器陣列的位線(xiàn)上。聯(lián)到三極管PT1和NT3間節(jié)點(diǎn)的電容器C1的第一端經(jīng)柵極器件聯(lián)到另一放大器電路上以形成電流型傳感放大器的輸出信號(hào)。該柵極器件是一個(gè)導(dǎo)通三極管NT4，它受讀信號(hào)SAEN1所控制。所述提供脈沖整形的其他放大器電路為CMOS反相器G2。在反相器G2輸出端提供傳感和放大的輸入信號(hào)BL作為輸出信號(hào)VOUT。
圖1的放大器的基本操作如下。在預(yù)先充電階段預(yù)先充電信號(hào)PREB1有效時(shí)，電容器C1被充電。在預(yù)先充電階段信號(hào)無(wú)效后，位線(xiàn)信號(hào)BL從存儲(chǔ)器單元中產(chǎn)生。在第一狀態(tài)位線(xiàn)信號(hào)BL為輸入放大器的電流，代表邏輯狀態(tài)“0”，在第二狀態(tài)無(wú)電流代表邏輯狀態(tài)“1”。根據(jù)信號(hào)BL，電容器C1放電或保持充電。隨后，讀出使能信號(hào)SAEN1有效，向脈沖形成反相器G2提供電容器C1的充電狀態(tài)，其輸出提供輸出信號(hào)VOUT。
詳細(xì)講，圖1所示的放大器工作情況如下。在預(yù)先充電階段，控制信號(hào)PREB1為“1”并且控制信號(hào)SAEN1為“0”。控制三極管NT2導(dǎo)通，以將三極管NT1、NT3的柵極(節(jié)點(diǎn)N)接地VSS，從而將節(jié)點(diǎn)N設(shè)定為邏輯“0”。信號(hào)PREB1Q為“0”使三極管PT1導(dǎo)通。隨后電流從電源VDD流入電容器C1，以多C1充電。三極管NT1、NT3由于節(jié)點(diǎn)N為邏輯“0”而關(guān)斷。當(dāng)電容器C1被充電后，信號(hào)BLOUT為電位VDD，它為邏輯“1”。
傳感和放電階段如下。在電容C1充滿(mǎn)后，預(yù)先充電信號(hào)從“1”變?yōu)椤?”。節(jié)點(diǎn)N與地VSS隔離并且形成浮動(dòng)狀態(tài)?？刂迫龢O管PT1、NT2關(guān)斷。在節(jié)點(diǎn)N來(lái)自輸入信號(hào)BL的電流信息由電流鏡電路所傳感。由監(jiān)視器反映不同的邏輯狀態(tài)，是否電位從VDD到VSS時(shí)信號(hào)BLOUT的電壓電平有任何降低。
在存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)為邏輯“0”的狀態(tài)，輸入信號(hào)BL從存儲(chǔ)器單元輸入電流。這使節(jié)點(diǎn)N受感應(yīng)，使其電壓電平從電位VSS變到三極管NT3的閾值電壓。一旦到達(dá)閾值電壓，三極管NT1和NT3都導(dǎo)通，電流鏡電路開(kāi)始導(dǎo)通電流。經(jīng)三極管NT1的電流鏡電路的輸入分支從存儲(chǔ)器單元流過(guò)的電流鏡象地輸入到流過(guò)三極管NT3的輸出分支。由于三極管PT1關(guān)斷，流過(guò)三極管NT3的電流實(shí)際上是由電容器C1提供的。電容器C1被放電，信號(hào)BLOUT從電位VDD降到VSS，從邏輯“1”到邏輯“0”。
在存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)為邏輯“1”時(shí)，沒(méi)有電流從存儲(chǔ)器單元中流出。節(jié)點(diǎn)N仍然為浮動(dòng)。三極管NT1、NT3仍然關(guān)斷并且電流鏡分支不導(dǎo)通電流。沒(méi)有通過(guò)三極管NT3對(duì)電容器C1放電的電流通路。于是，信號(hào)BLOUT保持在電位VDD，即邏輯“1”。
鎖定階段的工作如下。在傳感和放電之后，信號(hào)BLOUT的邏輯狀態(tài)穩(wěn)定在邏輯“0”或“1”。讀信號(hào)SAEN1有效并且從邏輯“0”變到“1”。經(jīng)過(guò)的三極管NT4導(dǎo)通并且信號(hào)BLOUT通到反相器G2上。反相器G2將信號(hào)BLOUT的邏輯狀態(tài)反相并且輸出信號(hào)VOUT。
在圖2的其他優(yōu)選實(shí)施例中，有兩個(gè)分開(kāi)的電容器C1、C2。當(dāng)電路設(shè)計(jì)具有傳播時(shí)間約束時(shí)，電容器之一可以關(guān)斷或停止工作。隨著RC時(shí)間常數(shù)的減小，以電容器之一的關(guān)斷來(lái)關(guān)斷傳感放大器的操作速度加快。關(guān)斷通常在制造好之后的測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行。此外，在位線(xiàn)輸入端與三極管NT1的漏極之間有一個(gè)電阻器R1。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻器R1的電阻值控制電容器C1、C2的放電時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的電流型傳感放大器最好在從存儲(chǔ)器單元中讀數(shù)據(jù)時(shí)用于電流傳感位線(xiàn)信號(hào)。該放大器最適用于只讀存儲(chǔ)器(ROM)。由于該放大器電阻數(shù)目少并且芯片區(qū)小、不需要任何對(duì)稱(chēng)考慮并且不受信號(hào)噪聲干擾，因此特別適用于埋入的ROM，即一個(gè)進(jìn)一步包括邏輯和模擬電路的大型芯片的一部分。但是，放大器也可以用于其他領(lǐng)域，其中電流傳感已經(jīng)進(jìn)行的例如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路或比較器電路。
權(quán)利要求
1.一種電流放大器，其中包括具有輸入分支(NT1，R1)和輸出分支(NT3)的電流鏡電路，所述輸入分支(NT1，R1)以其一端與將被電流放大的輸入信號(hào)(BL)的端子相連接，并且其另一端與第一電源端(VSS)相連接，所述輸出分支(NT3)以其一端經(jīng)第一控制三極管(PT1)與第二電源(VDD)和電容器件(C1、C2)連接，并且其另一端與所述第一電源(VSS)連接，第二控制三極管(NT2)從所述電流鏡電路(NT1、R1、NT3)之間的連接節(jié)點(diǎn)(N)連接到所述第一電源端(VSS)，在所述輸入信號(hào)(BL)加上之前，所述控制三極管(PT1、NT2)被控制信號(hào)(PREB1、PREB1Q)控制用于對(duì)電容器件(C1、C2)預(yù)先充電。
2.如權(quán)利要求1的電流放大器，其特征在于所述對(duì)電容器件(C1、C2)預(yù)先充電的控制信號(hào)(PREB1、PREB1Q)相對(duì)于第二控制三極管(NT2)以反相的關(guān)系加到第一控制三極管(PT1)上。
3.如權(quán)利要求1或2的電流放大器，其特征在于所述電容器件(C1、C2)是連接在所述電流鏡電路的所述第二分支(NT3)的一端與所述第一電源端(VSS)上。
4.如權(quán)利要求3的電流放大器，其特征在于所述電流鏡電路的第二分支(NT3)的所述一端與所述電容器件(C1、C2)之間的連接節(jié)點(diǎn)經(jīng)柵極器件(NT4)連接到另一放大器器件(G2)。
5.如權(quán)利要求4的電流放大器，其特征在于所述柵極器件是一個(gè)通路三極管(NT4)并且所述另一放大器器件是反相器(G2)。
6.如前述任一權(quán)利要求的電流放大器，其特征在于所述電流鏡電路的所述第一分支(NT1、R1)包括三極管(NT1)的漏源通路，以及連接在所述三極管(NT1)的所述漏源通路與所述電流鏡電路的所述第一分支的所述一端之間的電阻器(R1)。
全文摘要
一種電流型傳感放大器,其中包括:電流鏡電路,其輸入分支(NT1)被將傳感的電流輸入信號(hào)所控制,其輸出分支(NT3)與電容器件(C1)連接。電流鏡三極管(NT1、NT3)的柵極和輸出分支(NT3)連接到用于預(yù)先充電操作三極管(PT1、NT2)上。傳感放大器不需要參考電流,并且元件數(shù)目少抗噪聲能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G11C7/06GK1179606SQ9711820
公開(kāi)日1998年4月22日 申請(qǐng)日期1997年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月2日
發(fā)明者C·M·張, X·梅德?tīng)?申請(qǐng)人:西門(mén)子公司