[发明专利]具自动增益控制的读出放大器

说明书

技术领域

本发明关于一种用于半导体存储器电路的读出放大器，特别是关于一种具 自动增益控制的用于半导体存储器电路的读出放大器。

背景技术

半导体存储器通常被认为是数字集成电路中非常重要的组成部分，它们对 于构建基于微处理器的应用系统发挥着至关重要的作用。近年来人们越来越多 地将各种存储器嵌入在处理其内部，以便使处理器具有更高的集成度和更快的 工作速度，因此存储器阵列及其外围电路的性能就在很大程度上决定了整个系 统的工作状况，包括速度、功耗等。

在半导体存储器的各种外围器件中最为重要的就是读出放大器。由于读出 放大器通常被用来在对存储单元进行读操作时采样位线上的微小信号变化并进 行放大，从而确定相应存储单元的存储信息，因此读出放大器对于存储器的存 取时间有着决定性的影响。

读出放大器分电压型和电流型两大类。早期存储器使用电压型读出放大器， 这种读出放大器直接检测存储器位线上的电压来判断存储单元里储存的信息是 “1”还是“0”，当存储器容量很大时，位线上的存储单元比较多，虽然每次 只选择某个存储单元，但其他未选中的存储单元的分布电容C_BL对所选存储单元 影响极大，位线上存储单元越多，则分布电容C_BL越大，充放电时间常数大，访 问速度必然慢；同时分布电容C_BL越大，检测出来“1”和“0”的差异就越小， 正确判断“1”和“0”就越困难，增加读出放大器增益可以检测出较小差异， 但读出放大器本身噪声会限制进一步提高增益，另一方面，读出放大器增益高 容易自激；由于检测到存储器里“1”和“0”时，位线上电压相应波动且出现 对应电流，因此动态功耗较大。

电流读出放大器使用预充电技术，采用合适的电路使位线上的电压恒定， 这使得动态功耗下降，由于电流读出放大器的输入阻抗低，访问存储单元时充 放电时间常数较小，因此存储器访问速度较高。

可见，读出放大器决定存储器系统的访问速度。为了保证读出速度，存储 器的位线需要调整至一固定电压，这需要一个调整电路。

图1是现有技术中电流读出放大器的典型电路结构图，如图1所示，Ibias为 差分放大电路的偏置恒流源电路，Icell为存储单元信息被访问时形成的电流， Iref为输出级基准恒流源；PMOS管MP4和PMOS管MP5组成差分放大电路， MN2和MN3为差分放大电路的NMOS恒流源负载，MN4、MN5以及MN6为 NMOS控制逻辑电路，MN1和MP5一起组成钳位电路，MP1为存储单元电流 传递电路，MP4为放大比较电路，MP1以及MP4为PMOS管。

现有技术的电流输出放大器的基本出发点是在访问存储单元时不论存储单 元所存储的信息均保持位线即节点IO的电压稳定，从而降低动态功耗。因此， 为稳定节点IO的电压，差分放大电路MP4和MP5及其负载MN2和MN3组成 的放大电路的增益必须很高，否则节点IO电压会不能保持恒定与基准电压VREF 相等，而如果节点IO的电压不稳定则会造成读出放大器的动态功耗高、访问速 度受影响；但若差分放大电路MP4和MP5及其负载MN2和MN3组成的放大 电路的增益很高，当不访问存储单元，即读出放大器启动时，电路本身的白噪 声中某些频点会满足自激条件，即在波特图(Bode)180度相位处增益大于0，这 样容易在节点IO处(位线)形成自激，导致系统无法正常工作。

综上所述，可知先前技术的电流读出放大器存在读出放大器增益较高但读出 放大器启动时容易在节点IO处产生自激而导致系统无法正常工作的问题，因此 实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

发明内容

为克服上述现有技术的种种缺点，本发明的主要目的在于提供一种具自动增 益控制的读出放大器，以使读出放大器在启动时，降低增益，以避免读出放大 器产生自激。

为达上述及其它目的，本发明一种具自动增益控制的读出放大器，包含：

差分放大电路，连接于一基准电压，包括并联的第一差分放大管和第二差分 放大管以及作为该第一差分放大管负载的第一负载、作为该第二差分放大管负 载的第二负载；

动态负载电路，连接于该第一差分放大管与该第二差分放大管之间，用于动 态减小该差分放大电路的等效负载电阻；