Устройство записи и считывания информации для динамического накопителя на однотранзисторных запоминающих элементах Советский патент 1993 года по МПК G11C11/409 G11C7/00 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для создания, например запоминаю1цих устройств (ЗУ) с произвольной выборкой на однотранзисторных элементах памяти.

Известны устройства записи и считывания, применяемые в интегральных МОП-запоминаюи;их устройствах, содермащих однотранзисторную ячейку памяти и дифференциальный усилитель считывания .

Наиболее близки/л по техни1.|еской СУ1.ЦНОСТИ к изобретению является устройство, содер)1 аи{ее динамический накопитель на однотранзисторных запоминающих элe eнтax, объединенных о строки шинами выборки и в столбцы числовыми шинами, и устройство записи-считывания, содержаи1ее дифференциалы-1ые усилители считывания, к плечал( которых подключены числовые шины

и устройство ввода и вывода, соединенное шиной ввода-вывода с ключами выбора столбцов, посредством которых эта шина подключается к выбранной числовой (столбцовой) шине при записи и считывании информации. В таком устройстве перед обращением к ЗУ шины столбцов подключены к источнику опорного напряжения, а усилители считывания отключены от источника питания и от общей шины. При обращении сначала числовые шины отключаются от источника предзаряда (опорного напряжения) , и это напряжение сохраняется на паразитных емкостях шин. После этого к числовым шинам подключаются е.чкости хранения запоминающих элементов путем подачи высокого потенциала на шину выборки (ыину строки), соединеннунэ с затворами ключевых транзисторов запсминаюсих элементов и выбираемую в .соответствии с входными одресами дешифратором строк. Хранящиеся в емкостях запоминающих элементов информационные заряды создают на соответствующих числовых шинах изменение потенциала, в то время как на протиаополо кных шинах потенциалы не изменяются. Таким образом, предварительно сбалансированные системы усилителей считывания с числовыми шинами получают некоторые информационные разбалансы напряжений. В это время усилители считывания подключаются к общей шине и к шине питания, т.е. приводятся в активное состояние. Ин|формацирнные разбалансы напряжений н числовых шинах .создают определенные направления опрокидывания усилителей считывания в устойчивое состояние за счет наличия в них триггерных обратных связей. После установления устой чивого состояния усилителей считывания информация в элементах, находящихся в выбранной строке, частично I разрушенная из-з.а паразитных утечек, оказывается восстановленной. Далее к одной из числовых шин выбранного столбца через ключ выбора столбцов, управляемый дешифратором столбцов, подключается шина ввода-вывода, соединенная со входом устройства вывода и с выходом устройства ввода. Таким образом, происходят регенерации информации в запоминающих элементах, выбранной строки и вывод информации из-запоминающего элемента выбранного столбца. При записи к уже упоминавшейся шине ввода-вывода подводится с выхода устройства ввода записываемое напряжение О или 1. Это напряжение, поступая на числовую шину через ключ выбора столбца, заряжает емкост запоминающих элементов, находящихся на пересечении с выбранной строкой. На противоположные относительно усилителя считывания числовые шины сигнал поступает на счет принудительного переключения усилителя считывания в нужное состояние, которое происходит под действием записываемого сигнала . В известных устройствах усилители считывания должны находиться в актив ном состоянии не только в режимах считывания и регенерации, когда используется их высокая чувствительность, но и в режиме записи, в котором данные усилители используются лишь в качестве элементов передачи информации на дальние от шины вводавывода числовые шины. Поскольку ЗУ содержит количество усилителей считывания и вкл.ючены они все одновременно, их потребление составляет 70-80°i от общего потребления мощности кристаллом ЗУ. Если в режиме считывания - регенерации потребление мощности усилителями считывания является неизбежным, то в режиме записи это потребление неоправдано. Кроме того, при записи информации в элем&нты памяти, находящиеся на дальних числовых шинах, усилители считывания являются звеньями дополнительной задержки, что ограничивает быстродействие ЗУ. Цель и-зобретения - повышение- быстродействия и уменьшение потребляемой мощности устройства. Это достигается тем, что в устройство записи и считывания информации для динамического накопителя на однотранзисторных запоминающих элементах, содержащее дифференциальные усилители считывания, входы которых соединены с концами первых и вторых числовых шин динамического накопителя, начала первых числовых шин подключены через nepBbie ключи выборки к одному выводу буферного усилителя, -введены вторые ключи выборки, а буферный усилитель выполнен дифференциальным. Начала вторых числовых шин подключены через вторые ключи выборки к другому выводу буферного усилителя. I Дешифратор столбцов, управляющий этими ключами, может быть расположен между числовыми шинами. Так как шины ввода-вывода подключены к входам и выходам буферного усилителя, выполненного по симметричной схеме (при этом буферный усилитель имеет непосредственный доступ к обеим числовым шинам каждого столбца), отпадает необходимость поддерживать усилители считывания в активном состоянии в режиме записи. В этом режиме усилители считывания отключаются от общей шины и от источника питания, а запись производится путем подачи парафазного сигнала с буферного усилителя непосредственно на обе числовые шины через ключи выборки столбца. На фиг.1 приведена принципиальная схема;, на фиг. 2.-- временные диаграммы устройства. 5 Устройство содержит однотранзисторные запоминающие элементы 1, шину 2 выборки, выбранную строку 3 мат рицы памяти (накопителя), числовые шины (, выбранный столбец. 5 матрицы памяти (накопителя), усилители 6 счи тывания, буферный усилитель 7 шины 8 ввода-вывода, ключи 9 выборки, де шифратор 10 строк, дешифратор 11 столбцов и транзисторы 12 предзаряда числовых шин. Управляющие сигналы СЕ, Ф1, Ф2 и ФЗ вырабатываются схемой управления кристалла ЗУ (на чертежах не показана) . Перед обращением (интервал времени до .момента t) все шины Ц через . открытые транзисторы 12 подключены к отпорному напряжению , величина которого выбрана.средней между уровнями В это время ключевые тран зисторы элементов 1 закрыты, а усили тели считывания б находятся в неактивном состоянии, так как они отключены от общеГ) шины и их нагрузочные транзисторы закрыты (02 0). В момент времени t транзисторы 12 закры ваются, и напряжение предзаряда Е сохраняется на паразитных емкостях Cf, шин it. После некоторой задержки, необходимой для срабатывания дешифра тора 10 строк, подается сигнал Ф на шину 2 выборки выбранной строки 3- В результате через открытые ключезые транзисторы элементов 1 ко всем шинам k, находящимся на пересечении с выбранной строкой 3, подключаются ем кости хранения элементов 1. Эти емкости были заряжены до информационных потенциалов О или 1 при предыдущем обращении к этой же строке. При подключении емкост ей хранения к шинам происходит перераспределение заряда между емкостямихранения и паk. Так как разитными емкостями С шин шины k были предзаряжены на опорный потенциал Е средний между потенциазаписанными в емкостях хранения, то указанное перераспределение зарядов сопровождается некоторым изменением потенциалов на шинах ; оерхней. по схеме половины накопителя , Знак этого изменения определяется для каждой шины f знаком информации на подключенной емкости элемента 1 (О или 1), а величина этого измене1-.ип оавна: 3 iV (-- - V) где - абсолютная величина изменения напряжения (логического перепада) на выбранных шинах 4; V - информационный потенциал на емкости хранения в момент подключения ее к шине , GX - емкость хранения элемента 1; Cf, - паразитная емкость шины 4. Для ЗУ объемом памяти 4096 бит тиспичная величина -;;;;- составляет -п + -х 6 + 10, а V 200-300 мВ. В момент времени t сигналом ф„ включаются усилители G считывания, представляющие собой триггеры. Так как к шинам А нижней по схеме половины накопителя элементы 1 не подключены, то на них осталось напряжение предзаряда Е,. Таким образом, в момент .включения усилителей считывания 6 на их плечах действуют логические перепады iruV, заставляющие эти усилители опрокинуться в одно из двух устойчивых состояний, определяемых для каждого усилителя знаком логического перепада (разбаланса) на каждой данной паре шин к После установления состояния усилителей 6 считывания на шинах k устанавливаются полные напряжения О и 1 а поскольку ключевые транзисторы элементов 1 остаются открытыми (сигнал Ф, имеет высокий потенциал) , до этих напряжений заряжаются емкости хранения элементов 1 выбранной строки 3, успевшие частично разрядиться за время между двумя обращениями к данной строке. На этом заканчивается первая стадия рабочего цикла - стадия регенерации, которая в устройстве происходит так же, как в известном. При считывании включаются одновременно два ключа 9 выборки столбцов (момент времени ), которые подключа:от обе шины k выбранного столбца 5 к двум симметричным шинам 8 ввода-вывода. По этим шинам считываемый парафазный сигнал поступает на вход усилителя 7, имеющего симметричные входы и выходы. В этот же момент времени (t,) сигнал Ф. сбрасывается на нулевой потенциал, отключая усилители 6 считывания от общей шины и от источника питания Е. При записи парафазныГ: сигнал с выхода усилителя 7 поступает на обе шины k выбранного столбца 5 и записывается в элементы 1 выбранной строки 3. Записываемый сигнал при этом минует тракт усилите ля 6 считывания, поэтому нет необходимости поддерживать усилитель в активном состоянии. Установление исход ных состояний управляющих сигналов в конце рабочего периода происходит а следующем порядке: сначала сбрасывается на нулевой потенциал сигнал Ф шины 2 выборки (момент tj), а затем устанавливаются исходные состояния сигналов СЕ и й,. На приведенной вре менной диаграмме можно видеть, что 38 время включенного состояния усилителей считывания 6 (длительность сигнала 0) может равняться их собственному времени установления. Мощность потребления снижается для ЗУ емкостью 096-l638t бит в 2-3 раза. Это дает значительное умень ;:ение перегрева кристалла в режиме максимального быстродействия, что улучшает эксплуатационные параметры и надежность устройства, а таюке позволяет расширить рабочий диапазон темпеpajyp. Исключение усилителя считывания из тракта записи повышает быстродействие устройства.

1,

оГг

Сраг- 1