專利名稱：存儲磁心結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲器裝置和方法，更具體而言，它涉及半導(dǎo)體讀出放大器電路裝置和方法。
讀出放大器是用于從半導(dǎo)體存儲器陣列中的存儲晶體管(即磁心存儲器)讀取數(shù)據(jù)的電路裝置。H.Arakawa的第5,198,997號美國專利中給出了已知讀出放大器裝置的一個(gè)實(shí)例，該專利的題目為“紫外線可擦固定存儲器”。該專利中所給出的裝置特別令人感興趣的是它被引向含有基準(zhǔn)單元的讀出放大器裝置，而其中基準(zhǔn)單元通過電流鏡像裝置連接于另一列中的磁心存儲器讀出電路。
圖3給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)讀出放大器裝置，該裝置與Arakawa的裝置不同。具體地說，圖3給出了讀出放大器電路300，該電路有效地檢測在選定半導(dǎo)體記憶芯片的磁心存儲器中選定存儲單元的傳導(dǎo)狀態(tài)。圖示的特定讀出放大器電路300是通常所知的方法，該方法特別適用于可變門限存儲器裝置的場合。這種裝置的情形包括如下兩個(gè)子域EPROMs(即電氣可編程及紫外線(UV)可擦只讀存儲器)和EEPROMs(即電氣可編程及電氣可擦只讀存儲器)。
為本申請書中敘述的目的并根據(jù)常規(guī)，若記憶單元導(dǎo)通或“接通”，則定義該含有可變門限裝置的記憶單元的傳導(dǎo)狀態(tài)為“低電平狀態(tài)”；而若記憶單元不導(dǎo)通或“關(guān)斷”，則定義該記憶單元的傳導(dǎo)狀態(tài)為“高電平狀態(tài)”。
關(guān)于芯片存儲器中特定磁心單元310傳導(dǎo)狀態(tài)的信息通過流經(jīng)比特線320的電流進(jìn)行傳輸，該比特線通過若干附加的裝置與接于一個(gè)或更多個(gè)變換器350輸入端的讀出結(jié)點(diǎn)340相連，而其中變換器350將產(chǎn)生于讀出結(jié)點(diǎn)340的電壓放大，以便適當(dāng)?shù)仳?qū)動圖中未示出的輸出裝置。
眾所周知，磁心單元310可包含一個(gè)或多個(gè)晶體管；例如，磁心單元310可以包含選擇晶體管311，該晶體管的漏極接比特線320，其源極接可變門限晶體管312的漏極，其柵極由字線313而驅(qū)動，該磁心單元還可包括可變門限晶體管312，其柵極由讀出線314所驅(qū)動。特定的磁心單元被選為讀取模式是通過對字線313和讀出線314施加適用的偏壓并接通一個(gè)或多個(gè)磁心選擇晶體管(如磁心選擇晶體管321)而實(shí)現(xiàn)的。這種偏置條件的組合將有效地將磁心單元310連接在數(shù)據(jù)總線330之上，該數(shù)據(jù)總線所起的作用是對讀出放大器300的磁心側(cè)輸入。另外，讀出放大器300具有基準(zhǔn)側(cè)輸入線430，該輸入線又與類似于磁心單元310的基準(zhǔn)單元410相連?；鶞?zhǔn)單元410的驅(qū)動通過基準(zhǔn)單元選擇線413在基準(zhǔn)單元選擇晶體管411的柵極進(jìn)行，同時(shí)也通過基準(zhǔn)讀出線414在基準(zhǔn)單元可變門限晶體管412的柵極進(jìn)行。
讀出放大器的磁心側(cè)輸入(即數(shù)據(jù)總線330)作為微分放大器333的倒相輸入并同時(shí)與第一旁路晶體管331的源極相連。第一旁路晶體管331的漏極接于讀出結(jié)點(diǎn)340，而該結(jié)點(diǎn)又與第二旁路晶體管342的源極、電流鏡像晶體管341的漏極、放大變換器350的輸入端以及鉗位晶體管360的漏極與柵極相接。
讀出放大器的基準(zhǔn)側(cè)輸入(即基準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)430)與第三旁路晶體管431的源極相連。第三旁路晶體管431的漏極與基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)440相連，該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)又與電流鏡像晶體管441的柵極和漏極以及電流鏡像晶體管341的柵極相連。
另外，微分放大器333的非倒相輸入接于結(jié)點(diǎn)332處的偏置電壓源VB，第一旁路晶體管331的柵極接于微分放大器333的輸出端334，第二旁路晶體管342的柵極接于偏置電壓源VD的正極端335，而該偏壓源的負(fù)極端又與微分放大器333的輸出端334相連。再有，鉗位晶體管360的源極370接于鉗位電壓源VC。
在該讀出放大器裝置的實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中，事實(shí)上可以用晶體管的組合實(shí)現(xiàn)微分放大器333和各個(gè)電壓源VB、VD以及VC；在此，為了闡述讀出放大器工作原理，上述這些元器件作為理想元件。
與偏置電壓源VB一道，微分放大器333迫使數(shù)據(jù)總線330上的電位達(dá)到某個(gè)控制電平，該電平可有效地對接于比特線的磁心單元的終端進(jìn)行偏置。該偏壓約等于VB，其特定值約為2V。第一和第二旁路晶體管331和342的作用是提供一條電流通路以維持?jǐn)?shù)據(jù)總線330上的電位等于VB。如果在查詢特定磁心單元狀態(tài)的過程中數(shù)據(jù)總線330被放電，則第一和第二旁路晶體管331和342的組合將提供一個(gè)電流通路以便把數(shù)據(jù)總線330上的電位恢復(fù)至約等于VB。電壓源VD提供足夠的漏-柵極偏壓以保持第一旁路晶體管331在穩(wěn)態(tài)偏置條件下(即當(dāng)數(shù)據(jù)總線330的電平被充至約等于VB時(shí))處于飽和。因此，第一旁路晶體管331將保持在工作區(qū)，在該區(qū)域中電流與柵-源極偏壓成平方關(guān)系，這種條件有利于由該電路操作的更快響應(yīng)時(shí)間。
第三旁路晶體管431的作用是限定基準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)430的電位基本等于數(shù)據(jù)總線330上的電位值。這種裝置提供了與選定磁心單元310和基準(zhǔn)單元410基本類似的偏置條件。當(dāng)對基準(zhǔn)單元選擇線413和基準(zhǔn)讀出線414施加適當(dāng)?shù)钠秒妷簳r(shí)，電流IREF流過基準(zhǔn)單元。該基準(zhǔn)電流通過兩電流鏡像連接晶體管441和341被鏡像反射并被反射為讀出結(jié)點(diǎn)340處的電流ISENSE。
各種裝置的尺寸和偏壓電平的典型選擇方式是使得電流ISENSE大致等于ICORE的一半，其中ICORE對應(yīng)于“低電平”狀態(tài)磁心單元的電流；因此，當(dāng)讀取導(dǎo)通單元內(nèi)容時(shí)，讀出結(jié)點(diǎn)340處的電流和保持第一和第二旁路晶體管331和342處于導(dǎo)通狀態(tài)并保持相對的低電位，而當(dāng)讀取非導(dǎo)通單元時(shí)，讀出結(jié)點(diǎn)340處的電流和則對該讀出結(jié)點(diǎn)充電，使之達(dá)到比相應(yīng)于前述導(dǎo)通單元情形的電位更高的電位。
如前所述，讀出結(jié)點(diǎn)340的電位低端被限制在接近VB＋VD的數(shù)值，而其高端由鉗位晶體管360及在結(jié)點(diǎn)370處接于該鉗位晶體管360源極的鉗位電壓源VC的組合來進(jìn)行限制。讀出結(jié)點(diǎn)340處的降低電壓擺動是必要的，因?yàn)樗晦D(zhuǎn)換成降低充電轉(zhuǎn)移及在比基礎(chǔ)上的較快響應(yīng)時(shí)間。另外，變換器350的跳閘點(diǎn)應(yīng)高于最低讀出結(jié)點(diǎn)電位(即VB＋VD)且低于由鉗位晶體管360和鉗位電壓源VC確定的最高讀出結(jié)點(diǎn)電位。
上述裝置讀取磁心單元的傳導(dǎo)狀態(tài)。然而，其性能由若干因素所限制。采用涉及結(jié)合在變化電壓和溫度條件下編程的眾多磁心單元的讀出放大器的單個(gè)(典型為UV可擦的)基準(zhǔn)單元，則難于在溫度和電壓變化的大范圍內(nèi)在基準(zhǔn)單元電流IREF與磁心單元電流ICORE之間取得最佳的匹配。
另外，當(dāng)從讀取“高電平”狀態(tài)變換到讀取“低電平”狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)總線330從被完全充電狀態(tài)開始起動并必須充分地放電以便使第一旁路晶體管331能傳導(dǎo)略大于ISENSE的電流，從而開始讀出結(jié)點(diǎn)340的向下移動。接通第一旁路晶體管331所需的電壓變化是由這樣的事實(shí)產(chǎn)生的。即導(dǎo)通磁心單元必須對初始被完全充電的數(shù)據(jù)總線330進(jìn)行放電。這是響應(yīng)時(shí)間的典型限制的因素，因?yàn)橄鄬π〉膯卧娏饕皩埂毕鄬Υ蟮臄?shù)據(jù)總線的容性負(fù)荷。
再有，盡管鉗位晶體管360是用于限制讀出結(jié)點(diǎn)340處的電壓擺動的，但它同時(shí)也增加了容性負(fù)荷，這種負(fù)荷便抵消了降低電壓擺動所帶來的好處。
還有，由于變換器350工作在高增益區(qū)，則由固有的柵極電容以及密勒反射電容，該變換器將對讀出結(jié)點(diǎn)340產(chǎn)生一個(gè)相對大的容性負(fù)載。
因此，本發(fā)明的目的在于改善或消除上述限制因素而增加讀取磁心存儲器的速度。
上述目的通過將單個(gè)基準(zhǔn)單元改換成“一列”基準(zhǔn)單元而獲得實(shí)現(xiàn)，其中該列基準(zhǔn)單元與共享相同“字線”的磁心單元同時(shí)進(jìn)行編程。在讀出放大器中，分隔數(shù)據(jù)總線與讀出結(jié)點(diǎn)的第一旁路晶體管總保持導(dǎo)通狀態(tài)，而與磁心單元電流無關(guān)。讀出結(jié)點(diǎn)鉗位二極管被取消并代之以“有源”鉗位裝置，且讀出結(jié)點(diǎn)通過具有低輸入電容和相對高輸出驅(qū)動的緩沖級與第一變換級相隔離。
借助利用一“列”與磁心單元共享相同字線和(作為可能的情形)讀出線的基準(zhǔn)單元，可取得基準(zhǔn)單元電流與磁心單元電流的良好匹配，因?yàn)楣蚕硐嗤志€的磁心及基準(zhǔn)單元將同時(shí)在類似的溫度和電壓條件下進(jìn)行編程。另外，通過物理上設(shè)置擴(kuò)散于磁心中的基準(zhǔn)單元，可取得基準(zhǔn)單元對磁心單元在尺寸方面的良好匹配。因此，導(dǎo)通存儲器單元的電流將基本上等于基準(zhǔn)單元的電流。
分隔讀出結(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)總線的第一旁路晶體管借助在與被讀磁心單元傳導(dǎo)狀態(tài)無關(guān)的條件下保持其處于導(dǎo)通狀態(tài)而被“潤滑”。因此，流經(jīng)該旁路晶體管的電流將從有限值ILUB變?yōu)榈扔贗LUB＋I(xiàn)CORE的值，而不是從零(非導(dǎo)通單元)變至ICORE(導(dǎo)通磁心單元)。引起這種電流變化所需的柵-源極電壓變化小于“非潤滑”旁路晶體管的情形，這是由于晶體管電流與柵-源極電壓之間呈平方關(guān)系。因此，數(shù)據(jù)總線上為產(chǎn)生從讀取非導(dǎo)通單元到讀取導(dǎo)通單元所需的電壓擺動被減小，從而改善了響應(yīng)時(shí)間。為保持磁心單元電流與基準(zhǔn)單元電流之間所需要的關(guān)系，“潤滑”電流被鏡像反射以便在讀出結(jié)點(diǎn)處抵消。電路的操作速度通過所采用的緩沖電路以減小讀出結(jié)點(diǎn)電容的方式加以改善。
附圖簡要說明；

圖1為存儲器平面圖，它描述了根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)磁心裝置，其中包含了分布在磁心中的分散基準(zhǔn)列；圖2給出了根據(jù)本發(fā)明的電路裝置，它通過“潤滑”連接數(shù)據(jù)總線與讀出結(jié)點(diǎn)的旁路晶體管和通過利用低輸入電容/高輸出驅(qū)動級隔離該讀出結(jié)點(diǎn)與第一變換器而有效地改善了讀出放大器的性能；以及圖3給出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的讀出放大器裝置。
圖1給出了根據(jù)本發(fā)明的磁心裝置。具體而言，按照一種方案，圖中所示的存儲磁心10包括2,048個(gè)有源(以及附加32個(gè)多余的)存儲磁心柱，其中如上所指出的，每個(gè)磁心柱涉及預(yù)定數(shù)量的包含選擇晶體管和浮動?xùn)艠O晶體管的磁心單元。存儲磁心10根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成一組磁心存儲列組(即從10a到10n)和從15a到15n的基準(zhǔn)列。根據(jù)其中一種模型，每個(gè)存儲列組(10a…10n)包含128個(gè)有源(以及附加2個(gè)多余的)存儲磁心柱，這些磁心柱可有選擇地與數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)18中的一個(gè)相接，而這次數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)又作為對讀出放大器電路24中任一個(gè)的輸入點(diǎn)?？偠灾?，共有“n”個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)，即18a…18n。另外，每個(gè)讀出放大器電路24在其輸入端與接于各個(gè)基準(zhǔn)列15a…15n的締合基準(zhǔn)列結(jié)點(diǎn)25a…25n相連。因此，對于讀出放大器電路24a，備有相應(yīng)的輸入結(jié)點(diǎn)對(分別為18a和25a)，該結(jié)點(diǎn)對依次為數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)輸入端和基準(zhǔn)列結(jié)點(diǎn)輸入端。由此顯而易見，存儲磁心10包含一組列組合10a…10n，每個(gè)列組合又與具有基準(zhǔn)列結(jié)點(diǎn)25a…25n的相應(yīng)基準(zhǔn)列15a…15n相關(guān)聯(lián)。基準(zhǔn)列位于列組合10a…10n之間且分布于存儲磁心10之中。這種分散式分布于存儲磁心10中的方式所導(dǎo)致的結(jié)果是，它在整個(gè)有效電壓和溫度的范圍內(nèi)建立了磁心單元參數(shù)與基準(zhǔn)磁心單元參數(shù)之間的自動匹配。每行存儲器以及基準(zhǔn)磁心單元在特定的電壓和溫度下進(jìn)行編程。因此，適當(dāng)基準(zhǔn)列的基準(zhǔn)單元自動被編程以匹配存儲磁心10中特定行內(nèi)相應(yīng)存儲磁心單元的條件。存儲列組合10a…10n與基準(zhǔn)列15a…15n之間由字線19a…19n相連。
圖2給出了根據(jù)本發(fā)明的讀出放大器電路4，它包含具有晶體管501和502的“潤滑”級和具有晶體管組合601、602、603及604的低輸入電容緩沖級600，這些將在下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖2還分別給出了晶體管336、337、338和339，這些晶體管構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)而有效地維持了讀出放大器輸入端(即數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330和基準(zhǔn)輸入結(jié)點(diǎn)430)偏置電壓的基本穩(wěn)定。晶體管336和337的柵極與數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330相連，而該結(jié)點(diǎn)330又與第一旁路晶體管331的源極以及“二極管式”連接的“潤滑”晶體管501的漏極和源極相連。晶體管336的源極接地，而晶體管337的源極與電源正極端相接。晶體管337的漏極接于第二偏置結(jié)點(diǎn)335，而該結(jié)點(diǎn)又與第二旁路晶體管342的柵極以及晶體管339的漏極和柵極相連。晶體管339的源極接于第一偏置結(jié)點(diǎn)334，而該結(jié)點(diǎn)又連接晶體管336的漏極、晶體管338的漏極和柵極、第一旁路晶體管331的柵極和第三旁路晶體管431的柵極。晶體管338的源極接地。晶體管336、337、338和339構(gòu)成改進(jìn)型變換器，該變換器具有位于數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330的一個(gè)輸入端和位于第一偏置結(jié)點(diǎn)334和第二偏置結(jié)點(diǎn)335的兩個(gè)輸出端。如果第一旁路晶體管331相對于流過其自身的電流而言很大，且如果該晶體管為“零”門限晶體管，則在穩(wěn)態(tài)下第一偏置結(jié)點(diǎn)334的電壓電平將略高于數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330上的電壓電平。由于電流流經(jīng)晶體管339引起該晶體管電壓下降，第二偏置結(jié)點(diǎn)335的電壓電平將仍然高于第一偏置結(jié)點(diǎn)334的電壓電平。如果第二旁路晶體管342利用“零”門限晶體管構(gòu)成并相對大于流經(jīng)其自身的電流，則第一旁路晶體管的漏極電壓電平將接近第二偏置結(jié)點(diǎn)335處的電壓電平。因而，第一旁路晶體管331的漏極電壓高于該晶體管柵極的電壓，則該晶體管維持飽和狀態(tài)，這種飽和狀態(tài)是獲得較高跨導(dǎo)的必要條件。
在穩(wěn)定狀態(tài)下，數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330和基準(zhǔn)輸入結(jié)點(diǎn)430相應(yīng)于讀取導(dǎo)通或非導(dǎo)通磁心單元將處于穩(wěn)定的電平狀態(tài)。如圖1所示，可變門限磁心單元以及可變門限基準(zhǔn)單元被接于兩讀出放大器輸入端330和430。
當(dāng)讀取“低電壓”狀態(tài)(即導(dǎo)通單元)時(shí)，電流ICORE將從數(shù)據(jù)輸入端330流向選定的磁心單元，而電流IREF將從基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)430流向選定的基準(zhǔn)單元。在如圖1所示的磁心單元/基準(zhǔn)單元裝置的情況下(其中一個(gè)存儲輸出中的所有磁心單元共享由相同字線和/或讀出線驅(qū)動的基準(zhǔn)單元并且在尺寸上也與有源磁心單元相似)，ICORE將基本上等于IREF。
由第一旁路晶體管331、第二旁路晶體管342以及改進(jìn)變換器晶體管336、337、338和339所組成的裝置將迫使在數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330上建立一個(gè)電壓電平該電平的數(shù)值接近該改進(jìn)變換器的跳閘點(diǎn)，其中跳閘點(diǎn)的定義是指施加于數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330之上而導(dǎo)致在第一偏置結(jié)點(diǎn)334產(chǎn)生相等電壓電平的電壓值?！皬?qiáng)加于”數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)的電壓將決定電流ILUBE，該電流流過“潤滑二極管式”連接的晶體管501。電流ILUBE的“鏡”像將流過晶體管502，而該晶體管的柵極接于數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330，其漏極接于基準(zhǔn)輸入結(jié)點(diǎn)430，而其源極接地。IFORCE(即流經(jīng)晶體管502的鏡像電流)的大小將依賴于晶體管501和502之間實(shí)際尺寸的比例?！皾櫥本w管502與501之間的尺寸比率最好與“頂”電流鏡像晶體管441和341之間的尺寸比率相同，這樣可使得在讀出結(jié)點(diǎn)340處抵消“潤滑”電流。
在讀出放大器的優(yōu)選方案中，晶體管502與501及441與341之間的尺寸比率約為2比1，即在類似的電壓偏置下，較大的晶體管將傳導(dǎo)兩倍于較小晶體管電流的電流。因此，流經(jīng)基準(zhǔn)分支(即流經(jīng)頂鏡像晶體管441和第三旁路晶體管431)的電流為IRB＝IFORCE＋I(xiàn)REF＝2×ILUBE＋I(xiàn)CORE，而流經(jīng)頂鏡像晶體管341的電流趨向于ISENSE＝IRB/2＝ILUBE＋I(xiàn)CORE/2。
因而，在存在導(dǎo)通存儲器單元的情況下，當(dāng)ICORE從數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330流出而進(jìn)入有源磁心時(shí)，從第一旁路晶體管331源極流出的電流為ITOT＝ICORE＋I(xiàn)LUBE。
由于ISENSE＝ICORE/2＋I(xiàn)LUBE，從而第二旁路晶體管342將導(dǎo)通并將產(chǎn)生一個(gè)等于ICORE/2的電流以便維持讀出結(jié)點(diǎn)340處的電流平衡。如果第二旁路晶體管342導(dǎo)通，則讀出結(jié)點(diǎn)340處的電壓電平便為相對的“低電平”。
相反，如果讀取非導(dǎo)通磁心單元，且從數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330流向磁心的電流為零，則從第一旁路晶體管331源極的電流為ITOT＝0＋I(xiàn)LUBE＝ILUBE。
由于ISENSE趨向于與ICORE/2＋I(xiàn)LUBE相等，且由于ISENSE不能大于ILUBE，從而讀出結(jié)點(diǎn)340的電壓電平將上升，直至晶體管341的漏極電壓足夠高以至一個(gè)等于ILUBE的電流流過晶體管341為止，這只有當(dāng)晶體管341進(jìn)入線性區(qū)時(shí)才可能發(fā)生。因此，讀出結(jié)點(diǎn)340被“向上”充電至一個(gè)相對“高”電平，但這個(gè)電平又低于正電源電壓，也就是說電流仍將流過晶體管341，從而自動地將讀出結(jié)點(diǎn)的電平鉗制在低于正電源電壓的水平。這種自動的鉗位作用限制了讀出結(jié)點(diǎn)的電壓擺動，從而改善了速度(與“非鉗位”方法相比較)而又不會象圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)中所采用的方式那樣以附加的鉗位裝置去增加讀出結(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。
由此可見，在穩(wěn)定狀態(tài)下，流經(jīng)第一晶體管331的電流將從等于ILUBE的低值變至等于ILUBE＋I(xiàn)CORE的高值。數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330的電壓電平也會隨著發(fā)生變化。當(dāng)流過第一旁路晶體管331的電流較大時(shí)，這個(gè)電壓將會變得較低一些。在數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330“高電平”與各個(gè)“低電平”狀態(tài)之間的電壓差當(dāng)存在ILUBE時(shí)將較小，從而導(dǎo)致比不存在ILUBE的情形更快的開關(guān)時(shí)間。這是在MOS晶體管處于飽和狀態(tài)下由于晶體管電流對柵—源極電壓成平方依賴關(guān)系而導(dǎo)致的結(jié)果。
“潤滑二極管式”連接的晶體管501在讀出放大器的瞬態(tài)行為中同樣起著重要的作用。因此，當(dāng)讀出放大器對先前放電的數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330進(jìn)行充電時(shí)，由于第一偏置結(jié)點(diǎn)334與數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330之間有限的相位滯后，第一旁路晶體管331可能將數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330“過分充電”至某一點(diǎn)，而在該點(diǎn)處第一旁路晶體管331實(shí)際上被關(guān)斷。如果在數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)的充電以及讀取導(dǎo)通單元的過程中第一旁路晶體管331關(guān)斷，則該數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330不得不再次放電，直至第一旁路晶體管331導(dǎo)通從而允許該數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330與讀出結(jié)點(diǎn)340進(jìn)行通訊為止。在存在ILUBE的情況下，過分充電的數(shù)據(jù)輸入結(jié)點(diǎn)330的放電較快，由此又進(jìn)一步加快了響應(yīng)時(shí)間。過分充電的情形也適用于電源電壓電平突然下降的場合，此時(shí)第一偏置結(jié)點(diǎn)334的電壓可能下降，由此而關(guān)斷第一旁路晶體管331。在這種情況下，ILUBE的存在明顯地加速了恢復(fù)。二極管式連接的晶體管338用以控制改進(jìn)偏置變換器的增益并改善其響應(yīng)時(shí)間。
與現(xiàn)有技術(shù)中讀出結(jié)點(diǎn)340與變換器350的輸入端直接相連的情形相反，在本發(fā)明中，該讀出結(jié)點(diǎn)與第一變換級相隔離。具體而言，讀出結(jié)點(diǎn)340與“追隨”相連晶體管601的柵極和“零”門限及“追隨”相連晶體管602的柵極相接。內(nèi)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)440與晶體管603的柵極相連，而該晶體管603作為電流開關(guān)。晶體管603的漏極在結(jié)點(diǎn)650處與變換器350的輸入端和“追隨”晶體管602的源極相連。晶體管603的源極在“追隨結(jié)點(diǎn)”640與“追隨”晶體管601的源極和“電流源”連接晶體管604的漏極相連。晶體管601和602的漏極接于正電源，而晶體管604的源極接地?！半娏髟础边B接晶體管604的柵極與第一偏置結(jié)點(diǎn)334相連。由于讀出結(jié)點(diǎn)340驅(qū)動“追隨”型輸入，則顯而易見“追隨的”結(jié)點(diǎn)640和650與驅(qū)動讀出結(jié)點(diǎn)“同相”移動、從而相對于讀出結(jié)點(diǎn)直接驅(qū)動變換器輸入端的情形，此時(shí)對讀出結(jié)點(diǎn)340所加的容性負(fù)荷較輕。
在檢測“低電平”狀態(tài)(即導(dǎo)通磁心單元)時(shí)，讀出結(jié)點(diǎn)340的電壓電平低于內(nèi)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)440的電壓電平。從而，流經(jīng)“電流源”連接晶體管604的電流被控制著流過晶體管603而不流過晶體管601，且“追隨”體管602中的電流將很微弱或被“關(guān)斷”。這允許變換器輸入結(jié)點(diǎn)650放電至低電平，該電平應(yīng)低于變換器350的跳閘點(diǎn)。反之，在檢測“高電平”狀態(tài)時(shí)，則讀出結(jié)點(diǎn)340將處于相對的高電平，該電平高于內(nèi)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)440的電壓電平。因此，流經(jīng)“電流源”連接晶體管604的電流將被控制流過“追隨”晶體管601而不流過晶體管603。另外，“追隨”晶體管602將把變換器輸入結(jié)點(diǎn)650的電平提高而不受來自“電流開關(guān)”晶體管603的明顯“阻力”。變換器350的輸入端在低于讀出結(jié)點(diǎn)340最高電平的情況下被鉗制在“高電平”，而在一定偏壓下被鉗制為“低電平”，其中該偏壓低于內(nèi)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)440的相對穩(wěn)定的電平約一個(gè)增強(qiáng)門限。盡管移動讀出結(jié)點(diǎn)340的電流(當(dāng)其接近于靜態(tài)時(shí))約為ICORE/2，而移動變換器350輸入端的電流可以大得多，從而導(dǎo)致更快的響應(yīng)時(shí)間。附加增益由從偏置結(jié)點(diǎn)334驅(qū)動電流源晶體管604而提供；因此，當(dāng)檢測“低電平”狀態(tài)時(shí)，偏置結(jié)點(diǎn)334的電平將相對較高且更強(qiáng)的電流將被迫流過晶體管604，從而對緩沖器輸出結(jié)點(diǎn)650放電的速度便快于用恒定電流對其進(jìn)行放電。反之，當(dāng)檢測“高電平”狀態(tài)時(shí)，偏置結(jié)點(diǎn)334的電平將相對較低且較弱的電流將被迫流過晶體管604，從而對結(jié)點(diǎn)650電平的上升運(yùn)動產(chǎn)生較小的阻力。
總而言之，根據(jù)本發(fā)明的裝置，通過利用與磁心列相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)列，利用保持旁路晶體管具有相對較高的跨導(dǎo)，利用對讀出結(jié)點(diǎn)以及變換器輸入電壓擺動進(jìn)行自動鉗位、以及利用追隨緩沖電路減小讀出結(jié)點(diǎn)的容性負(fù)荷，從而改善了讀出時(shí)間。
權(quán)利要求
1.連接半導(dǎo)體存儲器的讀出放大器電路包括(a)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置，它用于從選定磁心存儲器單元接收表明該存儲器狀態(tài)的電流；(b)讀出結(jié)點(diǎn)裝置，它用于接收來自該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置的電流，而該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置對由該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置所接收的電流進(jìn)行反射；(c)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置，它用于從選定基準(zhǔn)單元接收表明該基準(zhǔn)單元狀態(tài)的基準(zhǔn)電流；(d)基準(zhǔn)電流鏡像電路，它包含第一和第二基準(zhǔn)晶體管，每個(gè)基準(zhǔn)晶體管各自具有基極、漏極和源極結(jié)點(diǎn)，該基準(zhǔn)晶體管的各個(gè)源極結(jié)點(diǎn)接于選定的電源電壓，該第一和第二基準(zhǔn)晶體管的柵極結(jié)點(diǎn)電氣上相互連接在一起，該第一基準(zhǔn)晶體管的漏極結(jié)點(diǎn)與該讀出結(jié)點(diǎn)裝置相接，該第二基準(zhǔn)晶體管的漏極結(jié)點(diǎn)與其自身的柵極結(jié)點(diǎn)相連并配備有來自該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置的電流，該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置對由該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置所接收的電流進(jìn)行反射，該基準(zhǔn)電流鏡像電路有效地為該讀出結(jié)點(diǎn)裝置提供一個(gè)基準(zhǔn)電流，該基準(zhǔn)電流與從該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置向該第二基準(zhǔn)晶體管提供的電流成正比；(e)旁路晶體管裝置，它用于限制該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置的電壓，該旁路晶體管裝置具有源極和漏極，該漏極與該讀出結(jié)點(diǎn)裝置相連，而該源極與該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置相連；以及(f)潤滑電流鏡像電路，它包含第一和第二潤滑晶體管，每個(gè)潤滑晶體管各自具有柵極、漏極和源極結(jié)點(diǎn)，該潤滑晶體管的各個(gè)源極結(jié)點(diǎn)連接于公共結(jié)點(diǎn)，該第一和第二潤滑晶體管的柵極結(jié)點(diǎn)電氣上相互連接在一起，該第一潤滑晶體管的漏極結(jié)點(diǎn)與該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置相連并配備有來自該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置的電流，該第一潤滑晶體管的漏極結(jié)點(diǎn)與其柵極結(jié)點(diǎn)和該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置相連，該潤滑電流鏡像電路有效地為該基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)裝置和該基準(zhǔn)電流鏡像電路提供一個(gè)電，流該電流與從該數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)裝置向該第一潤滑晶體管提供的潤滑電流成正比，且該潤滑電流鏡像電路有效地向該旁路晶體管裝置提供一個(gè)預(yù)定量級的電流，從而甚至在無電流從磁心存儲器單元流出的情況下該旁路晶體管裝置仍保持導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出放大器電路，其中該第一和第二基準(zhǔn)晶體管以及該第一和第二潤滑晶體管為MOS晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的讀出放大器電路，其中該第一和第二晶體管各自接于公共結(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的讀出放大器電路，其中該第一和第二晶體管各自在其柵極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的讀出放大器電路，其中該第一和第二晶體管的溝道尺寸各自不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出放大器電路，其中該讀出結(jié)點(diǎn)裝置包含輸出放大變換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出放大器電路，其中該讀出結(jié)點(diǎn)裝置包含用于減小對于該讀出結(jié)點(diǎn)裝置的電容的緩沖電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的讀出放大器電路，其中該緩沖電路包含第一和第二晶體管分支，該分支分別由該讀出結(jié)點(diǎn)裝置驅(qū)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出放大器電路，其中該第一和第二晶體管分支與電流源相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出放大器電路，其中該第一和第二晶體管分支只含有n個(gè)MOS晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出放大器電路，其中還包括用于減小該讀出結(jié)點(diǎn)裝置電壓擺動的鉗位裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的讀出放大器電路，其中該鉗位裝置包含電流鏡像裝置，該鏡像裝置用于在完成由低電平向高電平轉(zhuǎn)換之后為讀出結(jié)點(diǎn)提供一個(gè)下拉電流。
13.一種方法，它向接于第一電流鏡像電路的讀出結(jié)點(diǎn)提供選定半導(dǎo)體存儲器單元存儲狀態(tài)的讀出指示，其中該第一電流鏡像電路用于從基準(zhǔn)單元向讀出結(jié)點(diǎn)提供電流，該讀出結(jié)點(diǎn)又與旁路晶體管相接以將其與選定存儲器單元相隔離，該旁路晶體管的另一側(cè)與存儲器單元相連，這種方法包括以下步驟(a)將第二電流鏡像電路與旁路晶體管的一側(cè)相連，其中該晶體管位于選定存儲器單元的一側(cè)；以及(b)連接第二電流鏡像電路的另一側(cè)以改善從基準(zhǔn)單元提供給第一電流鏡像電路的電流，從而向第一電流鏡像裝置提供一個(gè)潤滑電流，且有效地向旁路晶體管提供電流以保證其在沒有電流從磁心存儲器單元流出的情況下不會關(guān)斷。
14.半導(dǎo)體存儲器布局，它包含用于存儲信息的存儲器裝置，該存儲器裝置包括(a)一組存儲列組，它們各自又包含預(yù)定數(shù)量的一組磁心存儲器單元；(b)相應(yīng)的一組基準(zhǔn)列，每個(gè)基準(zhǔn)列與該存儲列組的相應(yīng)一個(gè)相關(guān)聯(lián)，且每個(gè)基準(zhǔn)列包含預(yù)定的一組相應(yīng)的基準(zhǔn)存儲器單元；以及(c)一組相應(yīng)的讀出放大器裝置，它們用于有選擇地產(chǎn)生該磁心存儲器單元存儲內(nèi)容的輸出信號指示，該組相應(yīng)的讀出放大器裝置各自在其輸入端進(jìn)行連接，用以同相應(yīng)存儲列組中選定的一個(gè)存儲列進(jìn)行通訊，且該相應(yīng)基準(zhǔn)列之一，從而該組基準(zhǔn)列被分布并分散在該存儲列組中。
全文摘要
連接半導(dǎo)體存儲器的讀出放大電路使讀出放大器功能得到改進(jìn)，電流鏡像電路(341)一側(cè)與磁心存儲器鄰近的第一旁路晶體管的數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)相連，另一側(cè)連接在由存儲器基準(zhǔn)單元產(chǎn)生的電流，它提供潤滑電流以保證旁路晶體管在無電流從磁心存儲器單元流出的情況下不會關(guān)斷。讀出放大器的速度可由旁路晶體管提高到一個(gè)較高的跨導(dǎo)水平。
文檔編號G11C16/06GK1143424SQ94191980
公開日1997年2月19日 申請日期1994年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月2日
發(fā)明者喬治·斯馬蘭杜, 埃米爾·蘭布朗克 申請人:愛特梅爾股份有限公司