感测放大器及其感测方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种感测放大器及其感测方法，且特别是有关于一种电流感测式的感测放大器及其感测方法。
【背景技术】
[0002]随着科技发展,非易失性(Non-volatile)存储器,例如是闪存(flash)系已广泛地应用在各种电子产品中。一般而言，当欲读取闪存中一存储单元(Memory Cell)中记录的储存数据时，是透过感测放大器以检测及确定所选定的存储单元的数据内容。因此，如何提供一种可有效感测存储单元数据的感测放大器，乃目前业界所致力的课题之一。
【发明内容】
[0003]本发明是有关于一种感测放大器及其感测方法，可以逆向电流感测(reversecurrent sensing)的方式感测存储单元中所储存的数据，并可针对存储单元的阈值电压(Threshold Voltage)的变异作补偿。
[0004]根据本发明一方面，提出一种感测放大器，用以感测存储单元所储存的数据，其包括箝位电路。此箝位电路耦接于一第一节点与一第二节点之间。此箝位电路包括第一P型晶体管(P-type Transistor),其具有第一端,第二端以及接收第一偏压信号的控制端，此第一 P型晶体管的第一端及第二端分别耦接于第一节点及第二节点，于一感测时间区段内，来自存储单元的感测电流是经由第一节点流入第二节点。
[0005]根据本发明另一方面，提出一种感测方法，用以感测一存储单元所储存的一数据，该感测方法包括以下步骤:提供一感测放大器，此感测放大器包括箝位电路，此箝位电路耦接于第一节点与第二节点之间；以及，提供第一偏压信号至箝位电路的第一P型晶体管的控制端，此第一 P型晶体管的第一端及第二端分别耦接于第一节点及第二节点，于一感测时间区段内，来自存储单元的一感测电流是经由第一节点流入第二节点。
[0006]为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【附图说明】
[0007]图1绘示依据本发明的第一实施例的感测放大器与一存储单元的电路图。
[0008]图2绘示感测放大器的相关操作信号的波形图。
[0009]图3绘示绘示依据本发明的第二实施例的感测放大器与一存储单元的电路图。
[0010]图4绘示依据本发明的第三实施例的感测放大器与一存储单元的电路图。
[0011]图5绘示绘示感测放大器的相关操作信号的波形图。
[0012]图6绘示依据本发明的第四实施例的感测放大器与一存储单元的电路图。
[0013]【符号说明】
[0014]10、30、40、60:存储器
[0015]100、300、400、600:感测放大器
[0016]102、302、402、602:存储单元
[0017]104、304、404、604:箝位电路
[0018]106、306、406、606:预充感测电路
[0019]108、308、408、608:闩锁器
[0020]BL:位线
[0021]CSL:共同源极线
[0022]N1、N2、N3、SENA:节点
[0023]MPl?MP3:第一?第三P型晶体管
[0024]MNS:隔离晶体管
[0025]MNT:传输晶体管
[0026]MNL:限制晶体管
[0027]MN:晶体管
[0028]Csen:感测电容器
[0029]BLS:隔离控制信号
[0030]IPC:传输控制信号
[0031]STR:感测电压信号
[0032]CLK:脉波信号
[0033]INV:控制电位
[0034]BLCl?BLC3:第一?第三偏压信号
[0035]V (CSL)、V (NI)?V (N3)、V (SENA):电位值
[0036]Tsen:感测时间区段
[0037]Tset:偏压设定时间区段
[0038]Tstr:数据判断时间区段
[0039]I1、12、13、16:感测电流路径
【具体实施方式】
[0040]第一实施例
[0041]请同时参考图1及图2，图1绘示依据本发明的第一实施例的感测放大器100与一存储器10的电路图。图2绘示感测放大器100的相关操作信号的波形图。存储器10包括多个用以储存数据的存储单元102。感测放大器100用以经由一位线BL感测存储单元102所储存的数据，感测放大器100包括箝位电路104及预充感测电路106。箝位电路104耦接于第一节点NI与第二节点N2之间，用以至少于感测时间区段Tsen内使第一节点NI的电位值高于第二节点N2的电位值。箝位电路104包括第一 P型晶体管MP1，其具有第一端、第二端以及接收第一偏压信号BLCl的控制端。第一 P型晶体管MPl的第一端及第二端分别率禹接于第一节点NI及第二节点N2，于感测时间区段Tsen内，来自存储单元102的感测电流是经由第一节点NI流入第二节点N2。预充感测电路106耦接于第二节点N2，用以于感测时间区段Tsen之后，依据第二节点N2的电位值，判断存储单元102所储存的数据。上述的第一 P型晶体管MPl例如是P型金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor, MOSFET)。存储器10例如是非易失性存储器，如NAND闪存，而存储单元102例如是非易失性存储器中的一存储单元。
[0042]隔离晶体管丽S被耦接于第一节点NI与第三节点N3之间，并受控于隔离控制信号BLS，以决定是否将感测放大器100与存储单元102隔离。
[0043]预充感测电路106包括感测电容器Csen，此感测电容器Csen的一端耦接第二节点N2，另一端接收脉波信号CLK。预充感测电路106更可包括闩锁器108及传输晶体管MNT。于此例中，闩锁器108包括两个互相串接的反向器，用以输出一控制电位INV，此控制电位INV例如具有高电位以及低电位两种电位状态。传输晶体管MNT具有第一端、第二端以及接收传输控制信号IPC的控制端。传输晶体管MNT的第一端及第二端分别耦接至第二节点N2以及闩锁器108。
[0044]为清楚说明感测放大器100的作动，兹辅以图2所绘示的波形图说明如下。
[0045]首先，在偏压设定时间区段Tset内，各节点N1、N2、N3的电位值(图2中分别以V(N1)、V(N2)、V(N3)表示)是被设定成适合对存储单元102进行感测的电位值。于此偏压设定时间区段Tset内，存储单元102的共同源极线(Common Source Line)CSL的电位值(图2中以V(CSL)表示)被提升至高电位(如1.5伏特)，且第一节点NI的电位值逐渐提升至一目标电平，此目标电平是小于共同源极线CSL的电位值。换言之，此时第一节点NI耦接至存储单元102的源极端，而共同源极线CSL耦接至存储单元102的漏极端。而在偏压设定完成时，第一 P型晶体管MPl的第一端的电位值(即第一节点NI的电位值)是被箝位在一个比第一偏压信号BLCl高出一阈值电压(Threshold Voltage)的电位值。且在此偏压设定时间区段Tset内，传输控制信号IPC为致能而导通传输晶体管MNT，以将具有低电位(例如是接地电位，如O伏特)的控制电位INV传送至第二节点N2，使得第一节点NI的电位值高于第二节点N2的电位值。
[0046]接着，于感测时间区段Tsen，脉波信号CLK的电位值是于感测时间区段Tsen起始时点被下拉，使得第二节点N2的电位在此时跟着被下拉，并使得第一节点NI与第二节点N2的电压差增加。之后，于感测时间区段Tsen内，假设存储单元102的阈值电压为低阈值电压，而使得感测电流得以产生，感测电流系沿着第三节点N3、隔离晶体管丽S、第一节点N1、箝位电路104的第一 P型晶体管MPl、第二节点N2的路径(以图1中箭头Il代表之)对第二节点N2进行充电。如此一来，与脉波信号CLK的电位值没有于感测时间区段Tsen起始时点被下拉的作法相较，由于第一 P型晶体管MPl的第一端与第二端间的电位差被加大，故加宽了第一 P型晶体管MPl的饱和操作区间(saturat1n window)(亦即增加了第一 P型晶体管MPl维持在饱和操作区操作的电压范围)，进而降低第一 P型晶体管MPl操作至三极管区(tr1de reg1n)的机会。
[0047]另一方面，于感测时间区段Tsen内，第一节点NI耦接至存储单元102的源极端，而感测电流自存储单元102的源极端流入感测放大器100。且由于传输控制信号IPC在此时间区段Tsen内为非致能，使得传输晶体管MNT为不导通，故当感测电流流至第二节点N2后，是对感测电容器Csen进行充电并使感测电容器Csen累积电荷，进而使第二节点N2的电位值逐渐升高。
[0048]于感测时间区段Tsen的终点时，第一偏压信号BLCl为非致能以关闭第一 P型晶体管MPI，接着，脉波信号CLK的电位值被上拉(pull high)，使得第二节点N2的电位值跟着被上拉。上拉后的第二节点N2的电位值是于数据判断时间区段Tstr内被用以判断存储单元102所储存的数据。进一步地说，在数据判断时间区段Tstr，第一偏压信号BLCl为非致能，使得第一 P型晶体管MPl不导通。接着，用以控制读取存储器数据的感测电压信号STR是被致能，以导通晶体管丽，使得预充感测电路106得以依据第二节点N2的电位值判断存储单元102所储存的数据。
[0049]第二实施例
[0050]图3绘示依据本发明的第二实施例的感测放大器300与一存储器30的电路图。与第一实施例的不同在于，感测放大器300的箝位电路304更包括第二 P型晶体管MP2。第二P型晶体管MP2具有第一端、第二端以及接收第二偏压信号BLC2的控制端。第二 P型晶体管MP2的第一端(连接至图中的节点SENA)及第二端分别耦接于第一 P型晶体管MPl的第二端及第二节点N2。类似于第一 P型晶体管MP1，在偏压设定完成时，第二 P型晶体管MP2的第一端的电位值是被箝位至一个比第二偏压信号BLC2高出一阈值电压的电位值。其中，第二偏压信号BLC2是小于第一偏压信号BLCl (例如-0.25伏特)。于感测时间区段Tsen内，感测放大器300对存储单元302进行感测，并使来自存储单元302的感测电流沿着第三节点N3、隔离晶体管丽S、第一节点N1、箝位电路304的第一 P型晶体