专利名称：快速预先充电电路及提供存储器元件快速预先充电的方法
技术领域：
本发明涉及一种快速预先充电电路及一种提供集成电路存储器元件快速预先充电的方法。
背景技术：
近几年来，集成电路元件越来越轻薄短小，功能越来越强，但是制造成本却随之降低。
然而当使用较小工艺参数时，较小集成电路元件的功能会变差。因此，随着集成电路元件未来发展密度持续增加，维持或控制工艺的精准度便显得特别重要。
请参考图1，其示出了一种集成电路存储器元件的部分方框图。集成电路存储器元件100通常包括至少一存储器控制器，及多个存储器区。每个存储器区包括有字线或列(R1，R2，…..Rn)及位线或行(C1，C2，…Cn)。合并有一字线控制器140及一位线控制器130的区域预先充电控制单元102用于控制存储器单元的读取/写入操作。通常而言，字线控制器140控制存储器数组中每列的起动及关闭，而位线控制器130则控制存储器数组中每行的读取、写入及均等化操作。
在激活字线操作及存取存储器数组前，预先充电电路使全部位线充电至预定电压。此外，每条位线被短路或均等化以使位线位于相同的电压。预先充电及均等化所需时间通常称之为预先充电时间或预先充电时段。
请参考图2，在预先充电阶段，字线的电压也升高至读取字线电压，典型为集成电路的供应电压VDD，或一由充电泵产生的较高电压。
上述传统预先充电电路仍有一些缺点。其中一个缺点涉及字线供应的电性负荷。如图2所示，每条字线由字线驱动电源驱动并且可以包括有一分成数个区段的负荷(1，2，…N)。在传统字线或位线驱动器设计里，定值驱动电压由字线或位线电源驱动器经整个字线负荷提供。因为字线由多晶硅做成，其电阻高于金属位线，所以多晶硅字线转换速度特别低。
因此，在高速存储器设计里，通常将每个字线驱动电路的字线负荷降低，以解决上述问题。然而，如果一个字线驱动电路驱动较少数目的字线负荷，则存储器必须增加字线驱动电路的数目，如此将造成存储器芯片大小与制造成本提高。
有鉴于此，需要一种成本效益好的高速预先充电电路，其可有效解决上述已知问题。
发明内容
为解决上述已知问题，本发明提供一种快速预先充电电路及一种提供集成电路存储器元件快速充电的方法。将多重电压补偿加到电源驱动器的电压波型来达到快速充电。因为初始驱动器电压较高，所以本发明的字线驱动器的速度可获得极大的改善。
本发明的一个方面在于一种集成电路存储器元件的快速预先充电电路，包括一地址计算单元及一电源驱动器。地址计算单元检测集成电路存储器元件的一负荷。驱动器根据地址计算单元的输出结果将一电压提供给集成电路存储器元件的负荷。不像传统固定电源字线驱动器，本发明的驱动器将多个电压电平提供给字线或在不同负荷条件下均匀地动态调整电压。
本发明的另一方面提供一种将电源提供给集成电路存储器元件的预先充电电路的方法，包括译码一等待被提供电源的线路的地址，检测线路的负荷及根据负荷将一电压提供给该线路。不像传统固定电源字线驱动器，本发明的驱动器将多个电压电平提供给字线或在不同负荷条件下均匀地动态调整电压。
本发明的另一方面提供一种向集成电路存储器元件的预先充电电路提供电源的方法，包括译码一等待被提供电源的线路的地址，检测字线的负荷及根据负荷将一电压提供给该字线。不像传统固定电源字线驱动器，本发明的驱动器将多个电压电平提供给字线或在不同负荷条件下均匀地动态调整电压。
图1示出了已知集成电路存储器元件的方框图；图2示出了已知字线的定值电源驱动器；图3示出了根据本发明的一优选具体实施例，一种集成电路存储器元件的预先充电电路的方块图；图4示出了根据本发明的一优选具体实施例，一种集成电路存储器元件的预先充电电路的驱动器电源，其中不同区段有不同的电源；图5示出了根据本发明的另一优选具体实施例，一种集成电路存储器元件的预先充电电路的驱动器电源，其中各区段使用一阶段式电源；图6A示出了根据本发明的一优选具体实施例，如何向一选定位线提供电源的方框图；图6B示出了根据本发明的一优选具体实施例，如何向一选定字线提供电源的方框图；图7示出了根据本发明的一优选具体实施例，字线多重电源调节器的影响；及图8说明根据本发明的一优选具体实施例，经由字线及位线存取存储器单元的实施例。
主要元件符号说明100 集成电路存储器元件102 区域预先充电控制单元130 位线控制器
140 字线控制器(R1，R2，…..Rn)字线或列(C1，C2，…Cn)位线或行VDD 集成电路供应电压300 字线多重电源调节器40_1到40_M字线元件310 字线304 负荷检测单元WL 字线BL 位线MC 存储器单元V稳定状态驱动电压702 传统固定电源字线驱动器704 本发明的多重电压补偿604 位线地址计算电路602 地址输入606 字线地址译码器608 多重电源调节器610 位线驱动器612 字线驱动器614 已选定位线624 位线地址译码器626 地址计算电路发明详述本发明提供一种快速预先充电电路及提供集成电路存储器元件快速预先充电的方法。
图3显示根据本发明的一优选具体实施例，一种字线多重电源调节器的应用。字线多重电源调节器300可以用来调节由多个字线驱动器40_1到40_M产生的电源。每个字线驱动器40_1到40_M，例如字线驱动器40_1用来根据其既定时间的负荷向一特定字线310传送一可变驱动电压。该些字线可以分成多个负荷区段。在所示的优选具体实施例里，字线分成N个区段。负荷检测单元304用来根据既定时间的负荷检测一特定字线310，然后将一检测信号输出传送到字线多重电源调节器300，指示需要提供给字线310区段的电源类型。
图8显示一经由一字线(WL)及一位线(BL)读取的存储器单元(MC)800的实施例。典型而言，代表字线驱动器的N个区段的存储器单元可以沿着一字线WL连接。每个存储器单元MC的源极可以经由其对应位线BL连接至其它电路。因此，一条字线WL的负荷可以因不同区段而改变，而且由每个区段的位线及相关电路驱动。
在本发明的优选具体实施例里，字线多重电源调节器300用来产生预定波型以驱动不同负荷的字线。波型的特征在于利用一稳定状态驱动电压V，再加上电压补偿Vi(i＝1，2，3等)，如图4所示。因为开始区段的负荷低于字线尾端的负荷，当负荷更高时需要较高驱动电压，然后逐渐降到最后驱动电压V。在一个实施例里，稳定状态驱动电压V等于3.3V，电压补偿为V1＝V2＝V3＝0.3伏特。字线的负荷呈线性，且均等分成四个区段，因此，各区段的驱动电压为区段1＝3.3V，区段2＝3.6V，区段3＝3.9V及区段4＝4.2V。电压与负荷的依赖性可以有其它类型的依赖关系，例如与距离成平方比例，像是区段1电压∶区段2电压∶区段3电压∶区段4电压＝1∶4∶9∶16，或均匀地动态调整。
或者，波型可以具有多重电压补偿，如图5所示。电压补偿可以根据负荷检测单元304送至字线的负荷检测信号进行选择，如图3所示。当负荷增加时可以选择较高的电压补偿。例如，当区段数增加时，电压补偿可以从V1增加到V3以适应增加的负荷。或者，提供较高电压给距离驱动器较远的区段，以适应增加的负荷。而且，就极大负荷的区段而言，多重电压补偿可以应用在这些区段里。例如，图5所示区段N的电压波型具有阶段式多重电压补偿。
图7显示根据本发明的一优选具体实施例，字线多重电源调节器的影响。不像传统固定电源字线驱动器702可能需要更多时间将电压拉高至其最终稳定状态，将本发明的多重电压补偿加到由调节器300产生的电压波型中，而可加快预先充电的速度。因为初始驱动器电压较高，所以本发明的字线驱动器的速度可获极佳的改善。从图7所示的仿真结果可以看出，预先充电速度改善了22.5ns，此特别有利于高速用途，图6A及图6B显示根据本发明的一优选具体实施例，利用多重电源调节器的存储器预先充电电路的方框图。如图6A所示，存储器预先充电电路包括一位线地址计算电路604，其计算与字线驱动器的距离及根据地址输入602将电源控制信号传送给多重电源调节器608，并且向字线驱动器612供应已选定电源。字线地址译码器606根据地址输入602将一经译码地址传送给字线驱动器612。多重电源调节器608接收来自位线地址计算电路604的电源控制信号，并且根据经译码地址及字线的负荷条件将已选定电源传送给字线驱动器612。字线驱动器612将产生具有电压补偿的驱动波型，以驱动已选定字线。具有电压补偿的波型可以是比如已选定字线616，用以加速预先充电操作。
同理，如图6B所示，存储器预先充电电路包括一字线地址计算电路626，其计算与位线驱动器的距离及根据地址输入602将电源控制信号传送给多重电源调节器608，并且向位线驱动器610供应已选定电源。位线地址译码器624根据地址输入602将一经译码地址传送给一位线驱动器610。多重电源调节器608接收来自字线地址计算电路626的电源控制信号，并且根据经译码地址及位线的负荷条件将一已选定电源传送给位线驱动器610。位线驱动器610产生具有电压补偿的驱动波型，以驱动已选定位线614。具有电压补偿的波型可以对应已选定位线614，以加速预先充电操作。
操作时，当驱动一已选定字线时，位线译码器及字线译码器进行译码，以分别选择特定位线及字线的地址。字线地址译码器然后将一经译码地址传送给一字线驱动器，同时本发明的多重电源调节器接收来自位线地址计算电路的控制信号，并且将一已选定电源传送给字线驱动器。最后，本发明的字线驱动器向一已选定字线提供电源，如图6A先前所述。
同理，当驱动一已选定字线时，位线译码器及字线译码器进行译码，以分别选择一特定位线及字线的地址。位线地址译码器然后将一经译码地址传送给位线驱动器，而本发明的多重电源调节器接收来自字线地址计算电路的电源控制信号，也向位线驱动器传送已选定电源。最后，位线驱动器向已选定字线提供电源，如先前所述。
根据本发明的动态多重电源调节器具有许多优于已知技术的优点1.供应给字线或位线不同区段的瞬间电源电压不同，字线或位线的瞬间速度可以因此动态调整。
2.本发明里，一条字线驱动器可以驱动相较于固定电源供应驱动的字线驱动器负荷二倍的负荷。
3.本发明里，字线驱动器的MOS宽度也可以减少到最小设计线宽值，例如1微米。
4.字线与位线都可使用本发明的动态多重电源调节器。
虽然本发明已参照优选实施例来加以描述，将为我们所了解的是，本发明创作并未受限于其详细描述内容。替换方式及修改样式已于先前描述中所建议，并且其它替换方式及修改样式将为本领域技术人员所能想到。特别是，根据本发明的结构与方法，所有具有实质上相同于本发明的构件结合而达成与本发明实质上相同结果的都不脱离本发明的精神范畴。因此，所有此等替换方式及修改样式意欲落在由所附权利要求书及其均等物所界定的本发明的范畴之中。
权利要求
1.一种集成电路存储器元件的预先充电电路，包括一地址计算单元，用于检测该集成电路存储器元件的一负荷；及一驱动器，用于根据该地址计算单元的一输出结果将一电压提供给该集成电路存储器元件的该负荷。
2.如权利要求1所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该负荷为一字线。
3.如权利要求1所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该负荷为一位线。
4.如权利要求1所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该负荷可以由多个区段定义。
5.如权利要求4所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该驱动器将多个电压电平提供给该负荷。
6.如权利要求4所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该驱动器将一较高电压值提供给一负荷较重或距离驱动器较远的一该区段。
7.如权利要求1所述的集成电路存储器元件的预先充电电路，其中，该驱动器动态改变提供给该负荷的该电压的一电压值。
8.一种向集成电路存储器元件的预先充电电路提供电源的方法，包括译码一等待被提供电源的线路的地址；检测该线的一负荷；及根据该负荷将一电压提供给该线。
9.如权利要求8所述的方法，其中，该线为一字线。
10.如权利要求8所述的方法，其中，该线为一位线。
11.如权利要求8所述的方法，还包括计算与该线的一驱动器的距离的步骤。
12.如权利要求8所述的方法，其中，该线可以定义成包括有多个区段。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该电压包括多个电压电平。
14.如权利要求12所述的方法，其中，一较高电压值被提供给负荷较重的一该区段。
15.如权利要求11所述的方法，其中，一较高电压值被提供给距离该驱动器较远的一该区段。
16.如权利要求8所述的方法，其中，提供该电压给该负荷是以动态方式提供一电压值。
17.一种向集成电路存储器元件的预先充电电路提供电源的方法，包括译码一等待被提供电源的线路的地址；检测该字线的负荷；及根据该负荷将一电压提供给该字线。
18.如权利要求17所述的方法，还包括计算与该字线的一驱动器的距离的步骤。
19.如权利要求17所述的方法，其中，该检测步骤藉由一位线地址计算电路来实施。
20.如权利要求19所述的方法，其中，该向该字线提供一电压的步骤藉由一字线多重电源驱动器来实施。
21.如权利要求17所述的方法，其中，该字线包括有多个区段。
22.如权利要求21所述的方法，其中，该电压包括多个电压电平。
23.如权利要求21所述的方法，其中，一较高电压值被提供给负荷较重的该区段。
24.如权利要求18所述的方法，其中，一较高电压值被提供给距离该驱动器较远的一区段。
25.如权利要求17所述的方法，其中，提供该电压给该负荷是以动态方式提供一电压值。
26.一种提供集成电路存储器元件的预先充电电路的电源的方法，包括译码一等待被提供电源的线路的地址；检测该位线的负荷；及根据该负荷将一电压提供给该位线。
27.如权利要求26所述的方法，还包括计算与该位线的一驱动器的距离的步骤。
28.如权利要求26所述的方法，其中，该检测步骤藉由一字线地址计算电路实施。
29.如权利要求26所述的方法，其中，该提供一电压给该位线步骤藉由一位线多重电源驱动器实施。
30.如权利要求26所述的方法，其中，该位线包括有多个区段。
31.如权利要求30所述的方法，其中，该电压包括多个电压电平。
32.如权利要求30所述的方法，其中，一较高电压值被提供给负荷较重的一该区段。
33.如权利要求27所述的方法，其中，一较高电压值被提供给距离该驱动器较远的一该区段。
34.如权利要求26所述的方法，其中，提供该电压给该负荷是以动态方式提供一电压值。
全文摘要
本发明披露一种集成电路存储器元件的快速预先充电电路及一种集成电路快速预先充电的方法。快速预先充电电路包括一地址计算单元及一多重电源驱动器。地址计算单元检测区段距离集成电路存储器元件的驱动器的距离，而驱动器则根据地址计算单元的输出结果将一电压提供给集成电路存储器元件的负荷。不像传统固定电源字线驱动器，本发明的驱动器提供多个电压电平给字线或在不同负荷条件下动态调整电压。
文档编号G11C7/12GK1941168SQ200610071809
公开日2007年4月4日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年9月27日
发明者陈重光 申请人:旺宏电子股份有限公司