存儲器元件及其信號驅動元件的製作方法
2023-06-13 20:27:36
存儲器元件及其信號驅動元件的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種存儲器元件及其信號驅動元件，該存儲器元件包含一固定電流電路，經配置以提供一固定電流；一第一電流鏡電路，經配置以從該固定電流產生一第一鏡像電流，並根據該第一鏡像電流產生一笫一電壓；一偏壓電路，包含一開關元件並經配置以提供一驅動電流；一第二電流鏡電路，包含一複製開關元件，經配置以產生該驅動電流的一第二鏡像電流並輸出一第二電壓，其包含該第二鏡像電流流過該複製開關元件產生的一壓降；以及一差動放大器，經配置以從該第一電流鏡電路接收該第一電壓並從該第二電流鏡電路接收該第二電壓，以提供一偏置電壓至該偏壓電路。
【專利說明】存儲器元件及其信號驅動元件
【技術領域】
[0001]本發明關於數據存儲技術，且特別關於一種存儲器元件及其信號驅動元件。
【背景技術】
[0002]存儲單元的信號驅動器用以在低供應電壓時提供大信號。一般而言，存儲數據以小信號儲存，因此需要以信號驅動器予以緩衝並傳送至周邊電路，以便晶片的讀取。強信號驅動器雖可提升信號的邊限；然而，強信號驅動器也具有缺點。由於信號驅動器必需在存儲核心中重複設置，而對存儲晶片而言，重複設置信號驅動器所使用的晶片面積的成本相當昂貴，增加信號驅動器的尺寸直接影響晶片的尺寸及晶片的成本。此外，現有信號驅動器在低供應電壓Vcc時，信號的邊限通常太微小。
[0003]圖1例示一現有的信號驅動器10。該信號驅動器10包含一固定電流電路11及一偏壓電路12。該固定電流電路11包含一固定電流源110及一第六MOS電晶體111。該偏壓電路12包含一第一開關MOS電晶體101、一第二開關MOS電晶體102、一第三開關MOS電晶體103、一第四開關MOS電晶體104以及一偏壓MOS電晶體105。該固定電流源110提供一固定電流Iref，該第六MOS電晶體111據以提供一偏置電壓Vbias至該偏壓MOS電晶體105的一柵極109，而該偏置電壓Vbias則控制該偏壓MOS電晶體105以提供一驅動電流1cL
[0004]—區域輸入/輸出信號Lio施加於該第一開關MOS電晶體101的一柵極106,而另一區域輸入/輸出信號LioF則施加於該第二開關MOS電晶體102的一柵極107, 二者觸發廣域輸入/輸出信號Gio/GioF，以便周邊電路讀取儲存數據。該第三開關MOS電晶體103及該第四開關MOS電晶體104的由施加於柵極108的信號Rsel (作為讀取選擇信號)控制開關。該偏壓MOS電晶體105根據該偏置電壓Vbias控制該驅動電流1d。由於該第二開關MOS電晶體102及該第四開關MOS電晶體104的電阻相當易於變動，因此二者均設計為大尺寸以避免在低供應電壓Vcc時的過度壓降現象。然而，該第二開關MOS電晶體102及該第四開關MOS電晶體104的大尺寸直接影響晶片的尺寸及晶片的成本。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種存儲器元件及其信號驅動元件。
[0006]本發明的信號驅動元件的一實施例，包含一固定電流電路，經配置以提供一固定電流；一第一電流鏡電路，經配置以從該固定電流產生一第一鏡像電流，並根據該第一鏡像電流產生一笫一電壓；一偏壓電路，包含一開關元件並經配置以提供一驅動電流；一第二電流鏡電路，包含一複製開關元件，經配置以產生該驅動電流的一第二鏡像電流並輸出一第二電壓，其包含該第二鏡像電流流過該複製開關元件產生的一壓降；以及一差動放大器，經配置以從該第一電流鏡電路接收該第一電壓並從該第二電流鏡電路接收該第二電壓，以提供一偏置電壓至該偏壓電路。
[0007]本發明的信號驅動元件的另一實施例，包含一信號驅動器，包含一第一開關元件及一第二開關元件，該第一開關元件經配置以從一第一信號線產生一數據信號至一第二信號線，該第二開關元件包含一柵極，經配置以從一偏置電壓產生一驅動電流；一差動放大器，包含一第一輸入端及一第二輸入端；一第一電壓產生電路，包含一第一重複信號驅動器及一第一電阻，該第一電阻連接一電壓源及該第一重複信號驅動器，該第一電壓產生電路經配置以從該驅動電流產生一第一鏡像電流，該第一鏡像電流經過該第一電阻而於該第一電阻及該第一重複信號驅動器之間產生一第一電壓，該第一電壓施加於該第一輸入端；一固定電流源，經配置以提供一參考電流；以及一第二電壓產生電路，包含一第二重複信號驅動器及一第二電阻，該第二電阻連接該電壓源及該第二重複信號驅動器，該第二電壓產生電路經配置以從該參考電流產生一第二鏡像電流，該第二鏡像電流經過該第二電阻而於該第二電阻及該第二重複信號驅動器之間產生一第二電壓，該第二電壓施加於該第二輸入端。
[0008]本發明的存儲器元件的一實施例，包含一廣域輸入/輸出線及一區域輸入/輸出線；一信號驅動器，包含一第一開關元件及一第二開關元件，該第一開關元件經配置以從該區域輸入/輸出線產生一數據信號至該廣域輸入/輸出線，該第二開關元件，包含一柵極，經配置以從一偏置電壓產生一驅動電流；一差動放大器，包含一第一輸入端及一第二輸入端；一第一電壓產生電路，包含一第一重複信號驅動器及一第一電阻，該第一電阻連接一電壓源及該第一重複信號驅動器，該第一電壓產生電路經配置以從該驅動電流產生一第一鏡像電流，該第一鏡像電流經過該第一電阻而於該第一電阻及該第一重複信號驅動器之間產生一第一電壓，該第一電壓施加於該第一輸入端；一固定電流源，經配置以提供一參考電流；以及一第二電壓產生電路，包含一第二重複信號驅動器及一第二電阻，該第二電阻連接該電壓源及該第二重複信號驅動器，該第二電壓產生電路經配置以從該參考電流產生一第二鏡像電流，該第二鏡像電流經過該第二電阻而於該第二電阻及該第二重複信號驅動器之間產生一第二電壓，該第二電壓施加於該第二輸入端。
[0009]上文已相當廣泛地概述本發明的技術特徵，以使下文的本發明詳細描述得以獲得較佳了解。構成本發明的申請專利範圍標的的其它技術特徵將描述於下文。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者應了解，可相當容易地利用下文揭示的概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或工藝而實現與本發明相同的目的。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者也應了解，這類等效建構無法脫離後附的申請專利範圍所界定的本發明的精神和範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]通過參照前述說明及下列圖式，本發明的技術特徵得以獲得完全了解。
[0011]圖1例示一現有的信號驅動器；
[0012]圖2例示本發明的存儲器元件；
[0013]圖3例示本發明的信號驅動元件；
[0014]圖4例示現有技術與本發明的實施例的偏置電流1d模擬結果；以及
[0015]圖5例示另一現有技術與本發明的實施例的偏置電流。
[0016]其中，附圖標記說明如下:
[0017]2:存儲器元件[0018]10:信號驅動器
[0019]11:固定電流電路
[0020]12:偏壓電路
[0021]21:存儲單元陣列
[0022]22:感測放大器
[0023]23:周邊電路
[0024]24、25:信號線
[0025]30:信號驅動元件
[0026]31:固定電流電路
[0027]32:第一電流鏡電路
[0028]33:差動放大器
[0029]34:第二電流鏡電路
[0030]35:信號驅動器
[0031]101:第一開關MOS電晶體
[0032]102:第二開關MOS電晶體
[0033]103:第三開關MOS電晶體
[0034]104:第四開關MOS電晶體
[0035]105:偏壓MOS電晶體
[0036]106、107、108、109:柵極
[0037]110:固定電流源
[0038]111:第六MOS電晶體
[0039]310:固定電流源
[0040]311:開關元件
[0041]312:電阻
[0042]313:開關元件
[0043]314:差動放大電路
[0044]315:電阻
[0045]316、317、318、301、302、303、304、305:開關元件
[0046]306、307、308、309:柵極
[0047]Vbias:偏置電壓
[0048]Lio:區域輸入/輸出信號
[0049]LioF:區域輸入/輸出信號
[0050]Gio:廣域輸入/輸出信號
[0051]GioF:廣域輸入/輸出信號
[0052]Iref:固定電流
[0053]Iref':鏡像電流
[0054]1d:驅動電流
[0055]1d』:鏡像電流
[0056]Rsel:選擇信號[0057]Vcc:供應電壓
[0058]V1、V2、V3、V4:電壓
【具體實施方式】
[0059]圖2例示本發明的存儲器元件2。在本發明的一實施例中，該存儲器元件2包含一存儲單元陣列21、一信號驅動元件30及一周邊電路23。該存儲單元陣列21包含多個經配置以儲存數據的存儲單元及感測放大器22，其中所述多個感測放大器22經配置以放大儲存於所述多個存儲單元的數據的信號。該信號驅動元件30經由一信號線24(例如，區域輸入/輸出線)耦接至所述多個感測放大器22之一，且該信號驅動元件30經由一信號線25(例如，廣域輸入/輸出線)耦接至該周邊電路23，以便接收該存儲單元陣列21的放大輸出數據。在本發明的一實施例中，該存儲器元件2可為DRAM存儲器、Flash存儲器或其均等者。
[0060]圖3例示本發明的信號驅動元件30。在本發明的一實施例中，該信號驅動元件30包含一固定電流電路31、一第一電流鏡電路(或電壓產生電路)32、一差動放大器33、一第二電流鏡電路(或電壓產生電路)34以及一信號驅動器(或偏壓電路)35。該固定電流電路31包含一固定電流源310及一開關兀件311,其包含一 MOS電晶體。該第一電流鏡電路32包含一電阻312及一開關兀件313,其包含一 MOS電晶體。該差動放大器33包含一差動放大電路314。該第二電流鏡電路34包含一電阻315及多個開關元件316、317、318，其可各包含一 MOS電晶體。該偏壓電路35包含多個開關元件301、302、303、304、305，其可各包含一MOS電晶體。
[0061]該開關元件301的柵極306可根據一區域輸入/輸出信號Lio而控制該開關元件301的開關運作，並連接至一區域輸入/輸出線。該開關元件302的柵極307可根據一區域輸入/輸出信號LioF而控制該開關元件302的開關運作，並連接至一區域輸入/輸出線。該開關元件303、304的柵極308可根據一選擇信號Rsel而控制該開關元件303、304的開關運作。該開關元件305的柵極309可根據一偏置電壓而控制該開關元件305的開關運作。
[0062]該固定電流電路31的固定電流源310提供一固定電流Iref，而該第一電流鏡電路32則據以產生一鏡像電流Iref』，其流過該第一電流鏡電路32的電阻312。該固定電流電路31的開關元件311提供一偏置電壓Vl至該第一電流鏡電路32的開關元件313的柵極，其中該開關元件313可為該偏壓電路35的開關元件305的複製元件。該偏置電壓Vl控制該第一電流鏡電路32的鏡像電流Iref』的大小，而該鏡像電流Iref』流過該電阻312而產生一電壓V2,其施加於該差動放大電路314的一輸入端。
[0063]該偏壓電路35可根據一偏置電壓V3而產生一偏置電流1d。在該偏壓電路35中，該開關元件302的一端點連接於一廣域輸入/輸出信號GioF，該開關元件302的柵極307連接於一區域輸入/輸出信號LioF，而該開關元件302的另一端點則連接於該開關元件304的一端點。該開關元件304的柵極308連接於該選擇信號Rsel，而該開關元件304的另一端點則連接於該開關元件305的一端點。當該選擇信號Rsel施加於該開關元件304的柵極308時，數據信號可經由該區域輸入/輸出信號LioF觸發而產生該廣域輸入/輸出信號 Gio/GioF。
[0064]相同地，該開關兀件301的一端點連接於一廣域輸入/輸出信號Gio,該開關兀件301的柵極306連接於一區域輸入/輸出信號Lio，而該開關元件301的另一端點則連接於該開關元件303的一端點。該開關元件303的柵極308連接於該選擇信號Rsel，而該開關元件303的另一端點則連接於該開關元件305的一端點。當該選擇信號Rsel施加於該開關元件303的柵極308時，數據信號可經由該區域輸入/輸出信號Lio觸發而產生該廣域輸入/輸出信號Gio/Gio。
[0065]如圖3所示，該開關元件305的一端點接地，而該開關元件305的柵極309則施加該偏置電壓V3。簡言之，該開關元件305經配置以設定該偏壓電路35的驅動強度。
[0066]在該第二鏡像電路34中，該電阻315的一端點連接於一電壓源的供應電壓Vcc，而另一端點則連接於該開關元件316的一端點。該開關元件316可為該偏壓電路35的開關元件307的複製元件。該開關元件316的另一端點連接於該開關元件317的一端點，而該開關元件317的另一端點則連接於該開關元件318的一端點。該開關元件317可為該偏壓電路35的開關元件308的複製元件。如此，所述多個開關元件316、317的電阻近似於所述多個開關元件307、308的電阻。所述多個開關元件316、317的柵極可一同連接至一電源。此外，該開關元件318的一端點連接於該開關元件317，而該開關元件318的另一端點接地。該開關元件318可為該偏壓電路35的開關元件305的複製元件。該偏置電壓V3也施加於該開關元件318的柵極。
[0067]該第二電流鏡電路34經配置以產生該偏壓電路35的偏置電流1d的鏡像電流1d』，且該鏡像電流1d』流過該電阻315而產生一電壓V4，其施加於該差動放大電路314的另一輸入端。
[0068]該差動放大器33的差動放大電路314具有二個輸入端，分別輸入該第一電流鏡電路32的電壓V2及該第二電流鏡電路34的電壓V4。該差動放大電路314的輸出電壓V3作為該第二電流鏡電路34的開關元件318及該偏壓電路35的開關元件305的偏置電壓。
[0069]該差動放大電路314從該第一電流鏡電路32及該第二電流鏡電路34接收反饋信號，該第一電流鏡電路32的鏡像電流Iref』與該固定電流電路31的固定電流Iref相同，該第二電流鏡電路34的鏡像電流1d』與該偏壓電路35的偏置電流1d相同。此一反饋機制可補償所述多個開關元件307、308的電阻。該差動放大電路314比較二個輸入電壓V1、V2,並產生一調節電壓V3至該驅動電路35。該差動放大電路314左側的輸入端的電壓約為Vcc-1ref XR(電阻312的阻值)，其為該固定電流Iref的函數。該差動放大電路314右側的輸入端的電壓約為Vcc-1odXR(電阻315的阻值)，其為該偏置電流1d的函數。
[0070]若該偏置電流1d因該開關元件的電阻而小於該固定電流Iref，則該差動放大電路314的右側輸入端的電壓大於左側輸入端的電壓；此一輸入電壓差使得該差動放大電路314增加其輸出電壓V3而減少其輸入電壓差。此一負反饋迴路最小化該輸入電壓差，並輸出該調節電壓V3，補償所述多個開關元件307、308的電阻。在本發明的實施例中，所述多個開關元件可以N-通道MOS電晶體或P-通道MOS電晶體予以實現。
[0071]圖4例示現有技術與本發明的實施例的偏置電流1d模擬結果。本發明的實施例在高供應電壓Vcc時可提供低偏置電流1d。當V3=Vcc時，該比較例在低供應電壓Vcc時雖可符合需求；然而，該比較例在高供應電壓Vcc時雖可提供足夠的偏置電流1d，但耗費過多的功率。相對地，本發明的實施例即便在高供應電壓Vcc時，仍可提供固定的偏置電流1d，不會耗費過多的功率。[0072]圖5例示另一現有技術與本發明的實施例的偏置電流1d。圖5的比較例的V3=V1，其可避免在高供應電壓Vcc時耗費過多的功率，但開關元件的電阻會造成低偏置電流1d。相對地，本發明的實施例在低供應電壓Vcc時的偏置電流1d則提升了約18-28%。
[0073]簡言之，本發明的實施例的信號驅動元件在高供應電壓Ncc時可保有非常好的功率，且在低供應電壓Vcc時也提供較現有技術優異的大信號。
[0074]本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者應了解，在不背離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內，本發明的教示及揭示可作種種的替換及修飾。例如，上文揭示的許多工藝可以不同的方法實施或以其它工藝予以取代，或者採用上述二種方式的組合。
[0075]此外，本案的權利範圍並不局限於上文揭示的特定實施例的工藝、機臺、製造、物質的成份、裝置、方法或步驟。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者應了解，基於本發明教示及揭示工藝、機臺、製造、物質的成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者系以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，也可使用於本發明。因此，以下的申請專利範圍系用以涵蓋用以此類工藝、機臺、製造、物質的成份、裝置、方法或步驟。
【權利要求】
1.一種信號驅動元件，包含: 一固定電流電路，經配置以提供一固定電流； 一第一電流鏡電路，經配置以從該固定電流產生一第一鏡像電流，並根據該第一鏡像電流產生一笫一電壓； 一偏壓電路，包含一開關元件並經配置以提供一驅動電流； 一第二電流鏡電路，包含一複製開關元件，經配置以產生該驅動電流的一第二鏡像電流並輸出一第二電壓，其包含該第二鏡像電流流過該複製開關元件產生的一壓降；以及 一差動放大器，經配置以從該第一電流鏡電路接收該第一電壓並從該第二電流鏡電路接收該第二電壓，以提供一偏置電壓至該偏壓電路。
2.如權利要求1所述的信號驅動元件，其中該固定電流電路包含一固定電流源，經配置以提供該固定電流。
3.如權利要求1所述的信號驅動元件，其中該固定電流電路還包含一MOS電晶體，經配置以提供該第一電壓至該第一電流鏡電路。
4.如權利要求1 所述的信號驅動元件，其中該第一電流鏡電路還包含一電阻及一MOS電晶體，且該第一鏡像電流等於該固定電流。
5.如權利要求1所述的信號驅動兀件，其中該第一電流鏡電路施加該第一電壓於該差動放大器的一第一輸入端。
6.如權利要求1所述的信號驅動元件，其中該第二電流鏡電路施加該第二電壓於該差動放大器的一第二輸入端。
7.如權利要求1所述的信號驅動元件，其中該偏壓電路包含多個串聯的第一MOS電晶體以及一第二 MOS電晶體，該第二 MOS電晶體連接於所述多個第一 MOS電晶體之一，該第二電流鏡電路包含: 一電阻； 多個串聯的第一複製MOS電晶體； 一第二複製MOS電晶體,稱接於所述多個第一複製MOS電晶體,其中該偏置電壓施加於該第二複製MOS電晶體的一柵極。
8.一種信號驅動元件，包含: 一信號驅動器，包含一第一開關元件及一第二開關元件，該第一開關元件經配置以從一第一信號線產生一數據信號至一第二信號線，該第二開關元件包含一柵極，經配置以從一偏置電壓產生一驅動電流； 一差動放大器，包含一第一輸入端及一第二輸入端； 一第一電壓產生電路，包含一第一重複信號驅動器及一第一電阻，該第一電阻連接一電壓源及該第一重複信號驅動器，該第一電壓產生電路經配置以從該驅動電流產生一第一鏡像電流，該第一鏡像電流經過該第一電阻而於該第一電阻及該第一重複信號驅動器之間產生一第一電壓，該第一電壓施加於該第一輸入端； 一固定電流源，經配置以提供一參考電流；以及 一第二電壓產生電路，包含一第二重複信號驅動器及一第二電阻，該第二電阻連接該電壓源及該第二重複信號驅動器，該第二電壓產生電路經配置以從該參考電流產生一第二鏡像電流，該第二鏡像電流經過該第二電阻而於該第二電阻及該第二重複信號驅動器之間產生一第二電壓，該第二電壓施加於該第二輸入端。
9.如權利要求8所述的信號驅動元件，其中該第一開關元件包含一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體串聯。
10.如權利要求9所述的信號驅動元件，其中該第二信號線耦接於該第一電晶體的一端點，該第一信號線耦接於該第一電晶體的一柵極，該第二電晶體的一柵極經配置以施加一選擇信號。
11.如權利要求9所述的信號驅動元件，其中該第一電晶體與該第二電晶體為N-通道MOS電晶體或P-通道MOS電晶體。
12.如權利要求9所述的信號驅動元件，其中該第二開關元件包含一N-通道MOS電晶體或一 P-通道MOS電晶體。
13.—種存儲器兀件,包含: 一廣域輸入/輸出線及一區域輸入/輸出線； 一信號驅動器，包含: 一第一開關元件，經配置以從該區域輸入/輸出線產生一數據信號至該廣域輸入/輸出線；以及 一第二開關元件，包含一柵極，經配置以從一偏置電壓產生一驅動電流； 一差動放大器，包含一第一輸入端及一第二輸入端； 一第一電壓產生電路，包 含一第一重複信號驅動器及一第一電阻，該第一電阻連接一電壓源及該第一重複信號驅動器，該第一電壓產生電路經配置以從該驅動電流產生一第一鏡像電流，該第一鏡像電流經過該第一電阻而於該第一電阻及該第一重複信號驅動器之間產生一第一電壓，該第一電壓施加於該第一輸入端； 一固定電流源，經配置以提供一參考電流；以及 一第二電壓產生電路，包含一第二重複信號驅動器及一第二電阻，該第二電阻連接該電壓源及該第二重複信號驅動器，該第二電壓產生電路經配置以從該參考電流產生一第二鏡像電流，該第二鏡像電流經過該第二電阻而於該第二電阻及該第二重複信號驅動器之間產生一第二電壓，該第二電壓施加於該第二輸入端。
14.如權利要求13所述的存儲器元件，其中該第一開關元件包含一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體與該第二電晶體串聯。
15.如權利要求14所述的存儲器元件，其中該廣域輸入/輸出線耦接於該第一電晶體的一端點，該區域輸入/輸出線耦接於該第一電晶體的一柵極，該第二電晶體的一柵極經配置以施加一選擇信號。
16.如權利要求13所述的存儲器元件，還包含一存儲單元陣列，包含一感測放大器，耦接於該區域輸入/輸出線。
17.如權利要求14所述的存儲器元件，其中該第一電晶體與該第二電晶體為一N-通道MOS電晶體或一 P-通道MOS電晶體。
18.如權利要求13所述的存儲器元件，還包含一周邊電路，耦接於該廣域輸入/輸出線。
【文檔編號】G11C7/10GK103456344SQ201310144977
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】李星勳 申請人:南亞科技股份有限公司