專利名稱：一種讀出放大電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器讀取結(jié)構(gòu)，具體涉及一種讀出放大器結(jié)構(gòu)，屬于存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
許多電子電路都用到讀出放大器。電性的差動(dòng)讀出放大器接收兩路輸入信號(hào)，并 生成以輸入信號(hào)間關(guān)系為特征的輸出信號(hào)。隨著普通電子器件工作電源電壓的減小，現(xiàn)有 讀出放大電路開始遇到瓶頸。圖1為現(xiàn)有讀出放大電路示意圖。如圖1所示，Ym為所選定的存儲(chǔ)單元，其具有 寄生電容Cbl。此時(shí)，存儲(chǔ)單元Ym所在行的字線壓降Vi為高電壓，由M0S晶體管Yl、Y2、 Y3組成的選通電路導(dǎo)通，即選通信號(hào)YA、YB、YC均為高壓信號(hào)，存儲(chǔ)單元Ym上的存儲(chǔ)信號(hào) 被讀取。晶體管Ms和運(yùn)放^組成電壓控制電路，晶體管Ms的源端與晶體管Ml的源端連 接，晶體管Ml和晶體管M2組成一差分放大電路，流經(jīng)存儲(chǔ)單元Ym的電流作為該差分放大 電路的輸入電流，并表現(xiàn)為經(jīng)由晶體管M2流出的輸出電流，經(jīng)由B點(diǎn)與參考電流Iref進(jìn)行 比較，根據(jù)比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)D0UT。該讀出電路中，差分放大電路輸入端A點(diǎn) 的電壓VA = VDD-Vth(ml)-VdSSat，其中，VDD為電源電壓，V th(ml)為晶體管Ml的閾值電壓， Vdssat為漏飽和電壓。由此可知，A點(diǎn)電壓即為存儲(chǔ)單元Ym所處位線電壓，且該電壓受到 晶體管Ml閾值電壓的限制。由于存儲(chǔ)器的位線要保證一定的讀出電流，因此位線電壓必須 達(dá)到特定的電壓值，要使得讀出放大電路正常工作，則A點(diǎn)電壓不可低于該特定電壓值，由 上述分析可知，A點(diǎn)電壓受到晶體管Ml閾值電壓的限制，隨著電源電壓的減小，這種讀出放 大電路結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了電源電壓的使用范圍。為了克服這一問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了采用閾值電壓鉗制法代替高增益反饋法來 控制位線電壓的思路，從而降低晶體管閾值電壓對(duì)位線電壓的限制作用，圖2即為改進(jìn)型 讀出放大電路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，晶體管Ml和晶體管M2組成差分放大電路201，將A點(diǎn) 的電壓轉(zhuǎn)移到B點(diǎn)，B點(diǎn)電壓即為存儲(chǔ)單元所處位線電壓，晶體管M3起到位線電壓控制作 用，晶體管M4為轉(zhuǎn)換器晶體管，將流經(jīng)M3的存儲(chǔ)單元Ym讀取電流轉(zhuǎn)換為晶體管M5和晶體 管M6組成的差分放大電路202的輸入電流，并經(jīng)由晶體管M6輸出，流經(jīng)C點(diǎn)，與參考電流 Iref進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)D0UT。在該讀出放大電路結(jié)構(gòu)中，由于 晶體管M2的電壓可小于閾值電壓，晶體管閾值電壓對(duì)電源電壓的限制作用得到一定的緩 解，然而，該結(jié)構(gòu)還存在以下缺點(diǎn)(1)引入了更多的自偏置電流，使得存儲(chǔ)單元讀取電流 增大，從而影響讀取結(jié)果的可靠性；(2)由于晶體管M2必須工作在飽和區(qū)，B點(diǎn)的電壓(即 位線電壓)仍然受到晶體管M2的漏飽和電壓Vdssat的限制，隨著常規(guī)半導(dǎo)體器件工作電 壓的進(jìn)一步減小，該電路正常工作所需的電源電壓受到限制；(3)采用閾值電壓鉗制法代 替高增益反饋法來控制位線電壓有可能會(huì)引起預(yù)充電過充現(xiàn)象，降低了存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)讀取 速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種讀出放大電路，克服了現(xiàn)有讀出放大電路 對(duì)電源電壓使用范圍的限制，使得存儲(chǔ)單元的工作電壓得以進(jìn)一步降低，從而提高電路讀 取速度，保證讀取結(jié)果的可靠性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的讀出放大電路包括(a)差分放大器100，包 括第一晶體管301、第二晶體管302以及第一輸入節(jié)點(diǎn)311和第二輸入節(jié)點(diǎn)312 ;(b)第一 運(yùn)算放大器310，其輸入端分別連接差分放大器100的第一輸入節(jié)點(diǎn)311和第二輸入節(jié)點(diǎn) 312 ； (c)連接在第二輸入節(jié)點(diǎn)312和讀出節(jié)點(diǎn)313之間的第三晶體管303，其柵極連接第 一運(yùn)算放大器310的輸出端。其中，第一晶體管301、第二晶體管302、第三晶體管303均為 PM0S晶體管。本發(fā)明提供的讀出放大電路還包括連接到讀出節(jié)點(diǎn)313的參考電流源1300以及 電壓控制電路200。該電壓控制電路200包括連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)311的第四晶體管304 和第二運(yùn)算放大器320，其中，第四晶體管304為NM0S晶體管，第二運(yùn)算放大器的輸入端分 別連接第四晶體管304的源端和參考電壓源V300，其輸出端連接第四晶體管304的柵極。本發(fā)明提供的讀出放大電路中，第一運(yùn)算放大器310使得第一晶體管301、第二晶 體管302和第三晶體管303均工作在線性區(qū)，且第二晶體管302和第三晶體管303上的壓 降均小于200mV。本發(fā)明提供的讀出放大電路中，第一晶體管301和第二晶體管302的柵極電壓相 同，其柵極電壓\范圍為0V VDD-Vt，其中，VDD為電源電壓，Vt為所述第一晶體管301的 閾值電壓。本發(fā)明的技術(shù)效果是，通過在差分放大電路100的兩輸入節(jié)點(diǎn)處和第三晶體管 303之間引入一高增益運(yùn)算放大器，使得第一輸入節(jié)點(diǎn)311和第二輸入節(jié)點(diǎn)312具有相同的 電壓，且第一晶體管301和第二晶體管302具有相同的電流。又由于第一晶體管301、第二 晶體管302和第三晶體管303均工作在線性區(qū)，第二晶體管302和第三晶體管303上的壓 降非常小，通常小于200mV，這就使得第一輸入節(jié)點(diǎn)311的電壓與電源電壓非常接近，克服 了要保證讀出放大電路正常工作對(duì)電源電壓使用范圍的限制。此外，由于第一運(yùn)算放大器 310的高增益作用，第二晶體管302和第三晶體管303的輸出阻抗較小，防止了長(zhǎng)溝道效應(yīng) 的發(fā)生，從而有效提高讀出放大電路的讀取速度，進(jìn)一步保證其讀取結(jié)果的可靠性。


圖1為現(xiàn)有讀出放大電路示意圖；圖2為現(xiàn)有讀出放大電路改進(jìn)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的讀出放大電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述。圖3為本發(fā)明提供的讀出放大電路示意圖。如圖3所示，讀出放大電路包括
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(a)差分放大器100，包括第一晶體管301、第二晶體管302以及第一輸入節(jié)點(diǎn)311 和第二輸入節(jié)點(diǎn)312 ；(b)第一運(yùn)算放大器310，其輸入端分別連接差分放大器100的第一輸入節(jié)點(diǎn)311 和第二輸入節(jié)點(diǎn)312 ；(c)連接在第二輸入節(jié)點(diǎn)312和讀出節(jié)點(diǎn)313之間的第三晶體管303，其柵極連接 第一運(yùn)算放大器310的輸出端。其中，第一晶體管301、第二晶體管302、第三晶體管303均為PM0S晶體管。進(jìn)一步地，讀出放大電路還包括連接到讀出節(jié)點(diǎn)313的參考電流源1300以及電壓 控制電路200。該電壓控制電路200包括連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)311的第四晶體管304和第 二運(yùn)算放大器320，其中，第四晶體管304為NM0S晶體管，第二運(yùn)算放大器的輸入端分別連 接第四晶體管304的源端和參考電壓源V300，其輸出端連接第四晶體管304的柵極。本具體實(shí)施方式
中，第一運(yùn)算放大器310的選擇，要保證第一晶體管301、第二晶 體管302和第三晶體管303均工作在線性區(qū)，此時(shí)，第二晶體管302和第三晶體管303上的 壓降均小于200mV。進(jìn)一步地，在本具體實(shí)施方式
中，第一晶體管301和第二晶體管302的柵極電壓相 同，其柵極電壓I范圍為0V VDD-Vt，其中，VDD為電源電壓，Vt為所述第一晶體管301 的閾值電壓。在本具體實(shí)施方式
中，如圖3所示，Ym即為所選定的存儲(chǔ)單元，其具有寄生電容 Cbl。存儲(chǔ)單元Ym所在行的字線壓降為高電壓時(shí)，所選存儲(chǔ)單元Ym處于導(dǎo)通狀態(tài)，與此 同時(shí)，由M0S晶體管Y1、Y2、Y3組成的選通電路導(dǎo)通，即選通信號(hào)YA、YB、YC均為高壓信號(hào)， 存儲(chǔ)單元Ym被選定，存儲(chǔ)單元Ym上的存儲(chǔ)信號(hào)被讀取。本具體實(shí)施方式
提供的讀出放大電路正常工作時(shí)，所選存儲(chǔ)單元Ym上的電流經(jīng) 由第四晶體管304流到差分放大器100的第一輸入節(jié)點(diǎn)311，其電流值與流經(jīng)第一晶體管 301的電流值相等。由于第一運(yùn)算放大器310的作用，差分放大器100的第一輸入節(jié)點(diǎn)311 和第二輸入節(jié)點(diǎn)312具有相同的電壓值，且流經(jīng)第一晶體管301和流經(jīng)第二晶體管302的 電流值相等，即所選存儲(chǔ)單元Ym的電流信號(hào)表現(xiàn)為差分放大器100流經(jīng)第二輸入節(jié)點(diǎn) 312的電流，且其電流值與流經(jīng)第三晶體管303的電流值相等。在本具體實(shí)施方式
提供的讀 出放大電路中，參考電流源1300提供一參考電流Iref，流經(jīng)第三晶體管303的電流與該參 考電流Iref在讀出節(jié)點(diǎn)313進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)D0UT。作為最佳實(shí)施方案，第一運(yùn)算放大器310為高增益運(yùn)算放大器，其同相輸入端連 接第一輸入節(jié)點(diǎn)311，其反相輸入端連接第二輸入節(jié)點(diǎn)312。作為又一實(shí)施方案，第一運(yùn)算放大器310為普通運(yùn)算放大器，其同相輸入端連接 第二輸入節(jié)點(diǎn)312，其反相輸入端連接第一輸入節(jié)點(diǎn)311。本具體實(shí)施方式
提供的讀出放大電路中，由于第一晶體管301、第二晶體管302和 第三晶體管303均工作在線性區(qū)，讀出放大電路正常工作時(shí)，第二晶體管302和第三晶體管 303上的壓降均非常小，通常小于200mV，因此，差分放大器100中第一輸入節(jié)點(diǎn)311的電壓 與電源電壓非常接近，成功克服了要保證讀出放大電路正常工作對(duì)電源電壓使用范圍的限 制。此外，由于第一運(yùn)算放大器310的高增益作用，第二晶體管302和第三晶體管303的輸出阻抗較小，防止了長(zhǎng)溝道效應(yīng)的發(fā)生，從而有效提高讀出放大電路的讀取速度，進(jìn)一 步保證其讀取結(jié)果的可靠性。 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種讀出放大電路，用于讀出所選存儲(chǔ)單元(Ym)中的數(shù)據(jù)，包括(a)差分放大器(100)，包括第一晶體管(301)、第二晶體管(302)以及第一輸入節(jié)點(diǎn)(311)和第二輸入節(jié)點(diǎn)(312)；(b)第一運(yùn)算放大器(310)，其輸入端分別連接所述差分放大器(100)的第一輸入節(jié)點(diǎn)(311)和第二輸入節(jié)點(diǎn)(312)；(c)第三晶體管(303)，連接在所述第二輸入節(jié)點(diǎn)(312)和讀出節(jié)點(diǎn)(313)之間，所述第三晶體管(303)的柵極連接所述第一運(yùn)算放大器(310)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第一晶體管(301)、第二晶 體管(302)、第三晶體管(303)均為PM0S晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的讀出放大電路，其特征在于，所述讀出放大電路還包括電壓 控制電路(200)，所述電壓控制電路(200)包括連接到所述第一輸入節(jié)點(diǎn)(311)的第四晶體 管(304)和第二運(yùn)算放大器(320)，其中，所述第二運(yùn)算放大器的輸入端分別連接所述第四 晶體管(304)的源端和參考電壓源(V300)，其輸出端連接所述第四晶體管(304)的柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第四晶體管(304)為NM0S 晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的讀出放大電路，其特征在于，所述讀出放大電路還包括連 接到所述讀出節(jié)點(diǎn)(313)的參考電流源(1300)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第一運(yùn)算放大器(310)使得 所述第一晶體管(301)、第二晶體管(302)和第三晶體管(303)均工作在線性區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第一晶體管(301)和所述第 二晶體管(302)的柵極電壓相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第一晶體管(301)和所述第 二晶體管(302)的柵極電壓Ve范圍為0V VDD-Vt，其中，VDD為電源電壓，Vt為所述第一晶 體管(301)的閾值電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的讀出放大電路，其特征在于，所述第二晶體管(302)和所述第 三晶體管(303)的壓降均小于200mV。
全文摘要
一種讀出放大電路，包括差分放大器，連接差分放大器第一輸入節(jié)點(diǎn)的電壓控制電路，以差分放大器兩輸入節(jié)點(diǎn)作為輸入端的第一運(yùn)放，其中，第一運(yùn)放的輸出端連接第三晶體管的柵極，該第三晶體管連接在差分放大器第二輸入節(jié)點(diǎn)與讀出節(jié)點(diǎn)之間，所選存儲(chǔ)單元的電流經(jīng)由讀出放大電路最終表現(xiàn)為流經(jīng)第三晶體管的電流，并與參考電流進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)。該讀出放大電路克服了要保證讀出放大電路正常工作對(duì)電源電壓使用范圍的限制，并防止了長(zhǎng)溝道效應(yīng)的發(fā)生，從而有效提高讀出放大電路的讀取速度，進(jìn)一步保證其讀取結(jié)果的可靠性。
文檔編號(hào)G11C7/06GK101800068SQ20101012143
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者楊光軍 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司