[发明专利]一种单端数据感测的读出放大器

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子集成电路，特别是，一个本身使用输入信号的采样和保持读出放大器，从而获得参考电压。

背景技术

一种半导体存储器件通常包括一个行和列的排列。行和列的各个交叉点定义为存储器“单元”。 一个单元存储一个逻辑“0”或一个逻辑“1”。 与每一列相关联的是一个装置，该装置用于检测该列的单元中逻辑状态的变化。这个装置是通常被称为读出放大器，因为它“读出”了单元的逻辑状态的变化，并放大传输到下一个阶段的电路。

要执行此功能，读出放大器必须能够区分状态“0”和“1”。 与区分高电平相关的一个问题就是电荷泄漏。随着时间的推移，电压电平在单元中衰减。当读出放大器将一个衰减或过时的“1”与一个具有定义明确的“1”的参考电压比较时，显示到读出放大器的该单元将存储一个低电平。

几种不同的技术可用于执行读出放大。一种这样的技术使用被称为“采样和保持”功能。根据该技术，读出放大器在存储单元进行采样，并在一段精确控制的时间内保持采样的电压。在此时间段结束时，电压将衰减。通过测量电压的衰减，电路得以区别“0”和“1”。通过衰减的采样样本与另一种稳定并已知的电压电平比较，从而进行测量。该电压电平通常被称为参考电压                                                。一个高于参考电压的采样电压在该时间段结束时被识别为“1”， 反过来说，一个低于的采样电压将被识别为“0”。 由于测量是相对于一个参考电压而言的，所以这种类型的设备被称为一个参考电压比较器。

与此技术相关联的问题之一就是衰减量的可变性。在输出将改变为低电平之前，该读出放大器测量一定限度内的衰减。由于时间的变化及推移，加上该存储单元被最后读取，以及设备处理中的变化，衰减量变成“1”并不总是说明读出放大器将识别为“1”。

图1示出了一个传统的电平移位读出放大器。当该存储单元存储一个“1”， 电流从电源10流出到地面12。反相器14的输入端保持为低电平，因此，输出端是高电平。当该单元存储“0”时，没有电流流过。由于晶体管现在不导通，而且反相器的输出端为低电平，即“0”，所以反相器的输入端保持高电平。当受到了启发时，这样的设计不再被广泛使用。该设计要求给反相器提供额外的直流电源，并同时对电源中产生的噪声和波动过分敏感。

图2示出了使用“虚设单元”的传统读出放大器。虚设单元是一个电路，该电路是存储单元的一个复制品。它存储了之前一些时间内的存储单元里的电压电平。该读出放大器的设计本质上是采样和保持的类型。对于一个参考电压来说，读出放大器使用的是虚设单元电压。因此，该参考电压高度依赖于处理的变化。这样的设计也没有很好地回应单元列线的噪声。虚设单元的读出放大器也是不可取的，因为它们的大小和功率需求不同。正常情况下，虚设单元的一列所需的是每存储器阵列的一半。由于国家的最先进的存储设备包含了日益增多的单元，这导致了总的“可用”内存得到约束，该“可用”内存将适应半导体芯片上的有限规模。

图3示出了在上述的传统电平移位设计的一个变化。图3采用了高程反相器的设计，包括一个偏置线和预充电开关。晶体管30导通，从而提高偏置线到其上限。晶体管32保持偏置线处于高电平。当该单元被访问时，晶体管30不导通，因此没有电流从电源34流到地面36。因此，反相器38的输入端是“1”而且输出端是“0”。 如果该单元存储了“0”，则没有电流在节点（39）和地面之间流过，并且反相器的输出端保持原样，即低电平。如果该单元存储了“1”，则电流从偏置线流出，通过晶体管40流到地面。因此，偏置线被该单元“拉”低并且反相器38的输出端变为高电平，即“1”。 这种设计对噪声很敏感，并对上次读周期时剩余的数据线充电。该反相器38具有一个阈值电压，在该阈值电压，它对输入作出响应，好像它是“1”。 此阈值对装置处理的变化敏感。

图4示出了读出放大器的 “虚设单元”类型的变化。图4电路中，存储在存储单元中的反向电压的副本被保留，以便其后跟参考比较。虽然这种解决方案避免了与读出放大器有关的一些问题，但是它还是需要芯片面积来容纳虚设单元。

来自于数据线的独立电源的参考电压对阈值电压的变化不敏感。对参考电压供电的变化可能会导致它无法响应。片外参考电压在加工参数时,需要被严格要求地限制。生产中略有偏差对准确性来说是致命的。此外，由于噪声的敏感度，速度的限制也是存在的，从而导致了单元内存的不准确读取。

由数据线产生的参考电压本身不会受到这些限制。

发明内容