[发明专利]电流感测放大器及其感测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流感测放大器，且特别涉及一种运用于非易失性存储器(non-volatile memory device)的电流感测放大器及其感测方法。

背景技术

众所周知，非易失性存储器(non-volatile memory device)已经非常广泛地应用于各种电子产品。例如SD卡、固态硬盘等等。基本上，在非易失性存储器内的存储器阵列(memory array)中包括多个晶胞(cell)。而每个晶胞中皆会有一个浮动门晶体管(floating gate transistor)。其中，浮动门晶体管中的浮动栅极(floating gate)可以存储热载子(hot carrier)，而根据热载子存储量的多寡即可决定该浮动门晶体管的存储状态。再者，浮动门晶体管也可称为存储晶体管(storage transistor)。

一般来说，当热载子注入浮动门晶体管后，浮动门晶体管的临限电压(threshold voltage，简称V_TH)会根据热载子注入的数量而改变。因此，具有较高的临限电压的浮动门晶体管需要较高的栅极电压(gate voltage)来开启(turn on)浮动门晶体管；反之，具有较低的临限电压的浮动门晶体管则可以用较低的栅极电压来开启浮动门晶体管。

在非易失性存储器的编程周期(program cycle，又称之为“程序周期”)时，可控制注入浮动栅极的热载子量，进而改变浮动门晶体管的临限电压。而在读取周期(read cycle)时，提供一读取电压(read voltage)至浮动门晶体管，便可以产生晶胞电流(cell current)，或称为读取电流(read current)。而根据晶胞电流的大小，即可得知该浮动门晶体管的存储状态为开启状态(on state)或者关闭状态(off state)。

举例来说，当读取电压提供至具备低临限电压的浮动门晶体管，则此浮动门晶体管会成为开启状态，进而产生较高的晶胞电流。反之，当读取电压提供至具备高临限电压的浮动门晶体管，则此浮动门晶体管会无法开启而成为关闭状态，进而产生近于零的晶胞电流。也就是说，在读取周期时，开启状态的晶胞产生较高的晶胞电流；而关闭状态的晶胞产生较低的晶胞电流。

当然，非易失性存储器中还需要提供一电流感测放大器(current sensing amplifier)，用以接收晶胞产生的晶胞电流，并区别晶胞中的存储状态。

请参照图1，其所绘示为已知电流感测放大器示意图。电流感测放大器包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、运算放大器OP与比较器CMP。晶体管M1与运算放大器OP的连接形成一箝位电路(clamp circuit)，其中晶体管M1的漏极连接至数据线(data line，DL)以接收晶胞输出的晶胞电流Icell，晶体管M1的栅极连接至运算放大器OP输出端，晶体管M1的源极连接至低电压源(Vss)。再者，运算放大器OP的第一输入端接收一输入电压Vdl，运算放大器OP的第二输入端连接至晶体管M1的漏极。因此，在正常运作下箝位电路中晶体管M1漏极上的电压V1等于输入电压Vdl。

再者，晶体管M3的栅极接收一偏压电压Vbias，形成一电流源(current source)并产生一参考电流Iref。而晶体管M2的漏极接收参考电流Iref，晶体管M2的栅极连接至晶体管M1的栅极，晶体管M2的源极连接至低电压源(Vss)。比较器CMP的第一输入端连接至晶体管M2的漏极以接收晶体管M2的漏极电压V2，第二输入端接收输入电压Vdl，输出端产生输出数据Dout。

在读取周期时，数据线DL会连接至晶胞并且接收晶胞电流。当晶胞为开启状态时，晶胞电流Icell会大于参考电流Iref，晶体管M2的漏极电压V2会小于输入电压Vdl，因此比较器CMP输出第一逻辑电平(例如低电平)。反之，当晶胞为关闭状态时，晶胞电流Icell会小于参考电流Iref，晶体管M2的漏极电压V2会大于输入电压Vdl，因此比较器CMP输出第二逻辑电平(例如高电平)。

由以上的说明可知，电流感测放大器根据晶胞产生的晶胞电流Icell来判断该晶胞的存储状态。然而，已知电流感测放大器需要有运算放大器OP。而运算放大器OP在正常运作时皆需要提供一直流偏压(DC bias current)，因此造成电流感测放大器的耗电量较高。

发明内容