JP2002093178A - Semiconductor memory and operarting method - Google Patents

Semiconductor memory and operarting method

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JP2002093178A
JP2002093178A JP2000278636A JP2000278636A JP2002093178A JP 2002093178 A JP2002093178 A JP 2002093178A JP 2000278636 A JP2000278636 A JP 2000278636A JP 2000278636 A JP2000278636 A JP 2000278636A JP 2002093178 A JP2002093178 A JP 2002093178A
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search
line
transistor
gate
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JP2000278636A
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Takayuki Emori
孝之 江守
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a bit cost of a CAM cell by decreasing the number of elements and dispersing with wiring supplying fixed voltage. SOLUTION: This device has a first write-in transistor Mw1 of which a gate is connected to a word line WL and a drain is connected to a first bit line BL, a second bit line /BL of which a gate is connected to the word line WL and a drain is connected to a second bit line /BL, a first retrieving transistor Ms1 connected between the first bit line BL and a match line ML and of which a gate is connected to a storage node SN1, a second retrieving transistor Ms2 connected between the second bit line /BL and a match line ML and of which a gate is connected to a storage node SN2, and first and second capacitors C1, C2 connected between gates of the first and the second retrieving transistors Ms1, Ms2 and the match line ML.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、記憶データ内容を
トランジスタで増幅してビット線に読み出す、いわゆる
ゲインセルをベースに、検索データのビット線への印加
により記憶データとの一致/不一致をマッチ線の電圧変
動から判定できる機能を有するCAMセルを実現した半
導体記憶装置と、その動作方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called gain cell in which stored data is amplified by a transistor and read out to a bit line. Based on a so-called gain cell, match / mismatch with stored data is determined by applying search data to a bit line. The present invention relates to a semiconductor memory device realizing a CAM cell having a function of being able to determine from a voltage fluctuation of the semiconductor memory device and an operation method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】内容アドレスメモリ(CAM;Content A
ddressable Memory )は、検索データと記憶データとの
一致/不一致の検索をアドレスを表す複数ビットに関し
並列に行い、一致したデータの記憶アドレスを出力する
機能を有する。
2. Description of the Related Art Content address memory (CAM; Content A)
The ddressable memory has a function of performing a search for a match / mismatch between search data and storage data in parallel with respect to a plurality of bits representing an address, and outputting a storage address of the matched data.

【0003】図9は、従来のCAMセルの一種として、
たとえば“A 288-kb Fully Parallel Content Addressa
ble Memory Using a Stacked-Capacitor Cell Structur
e,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.27,NO.1
2,DECEMBER 1992,pp1927-1933 ”に記載された汎用DR
AM(Dynamic Random Access Memory)ベースのCAMセ
ルの回路図である。この従来のCAMセルは、汎用DR
AMセル2個を1セル内に集積化し、これにEXCLU
SIVE−NOR回路を付加している。すなわち、プレ
ート電圧Vcpを供給する共通電圧プレートとビット線
BLとの間に直列接続したキャパシタC1と書き込みト
ランジスタMw1、共通電圧プレートとビット補線/B
Lとの間に直列接続したキャパシタC2と書き込みトラ
ンジスタMw2とを有する。書き込みトランジスタMw
1,Mw2のゲートは、1本のワード線WLに接続され
ている。また、ビット線BLとビット補線/BLとの間
に、検索トランジスタMs1,Ms2が直列接続され、
その接続中点と、マッチ線MLとの間に、ドレインとゲ
ートを短絡したダイオード接続トランジスタ(以下、ダ
イオードという)Mdが接続されている。このダイオー
ドMdと、2つの検索トランジスタMs1,Ms2とに
より、EXCLUSIVE−NOR回路が構成されてい
る。検索トランジスタは、検索動作時に用いるほか、読
み出しトランジスタとしても用いる。
FIG. 9 shows one type of a conventional CAM cell.
For example, “A 288-kb Fully Parallel Content Addressa
ble Memory Using a Stacked-Capacitor Cell Structur
e, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.27, NO.1
2, DECEMBER 1992, pp1927-1933 "General purpose DR
It is a circuit diagram of a CAM cell based on AM (Dynamic Random Access Memory). This conventional CAM cell is a general-purpose DR
Two AM cells are integrated in one cell, and EXCLU
A SIVE-NOR circuit is added. That is, the capacitor C1 and the write transistor Mw1, which are connected in series between the common voltage plate supplying the plate voltage Vcp and the bit line BL, the common voltage plate and the bit auxiliary line / B
L and a capacitor C2 and a write transistor Mw2 connected in series. Write transistor Mw
The gates of 1 and Mw2 are connected to one word line WL. Further, search transistors Ms1 and Ms2 are connected in series between the bit line BL and the bit supplementary line / BL,
A diode connection transistor (hereinafter, referred to as a diode) Md whose drain and gate are short-circuited is connected between the connection midpoint and the match line ML. An EXCLUSIVE-NOR circuit is formed by the diode Md and the two search transistors Ms1 and Ms2. The search transistor is used not only during a search operation but also as a read transistor.

【0004】書き込み時には、ワード線WLを活性化し
て書き込みトランジスMw1,Mw2をオンさせ、ビッ
ト線対BL,/BLを書き込みデータに応じて駆動し、
その後、ワード線WLを不活性に戻す。これにより、書
き込みデータに応じて記憶ノードSN1,SN2の一方
にハイレベル、他方にローレベルの記憶データが保持さ
れる。
At the time of writing, the word line WL is activated to turn on the write transistors Mw1 and Mw2, and the pair of bit lines BL and / BL are driven according to the write data.
After that, the word line WL is returned to the inactive state. As a result, one of the storage nodes SN1 and SN2 holds high-level storage data and the other stores low-level storage data in accordance with the write data.

【0005】読み出し時には、ビット線対BL,/BL
をディスチャージした後、マッチ線MLをハイレベルに
駆動する。記憶データが“1”、すなわち記憶ノードS
N1がハイレベルで記憶ノードSN2がローレベルの場
合、検索トランジスタMs1がオンし、ビット線BLが
ダイオードMdおよび検索トランジスタMs1を通して
チャージされ、その電位が上昇する。一方、検索トラン
ジスタMs2はオンしないので、ビット補線/BLはロ
ーレベル(接地電位)を維持する。逆に、記憶データが
“0”の場合は、検索トランジスタMs2がオンし、検
索トランジスタMs1がオンしないので、ビット補線/
BLの電位が上昇し、ビット線BLの電位はローレベル
を維持する。このビット線対の電位差をセンスアンプで
増幅して読み出す。
At the time of reading, a bit line pair BL, / BL
, The match line ML is driven to a high level. The storage data is "1", that is, the storage node S
When N1 is at a high level and storage node SN2 is at a low level, search transistor Ms1 turns on, bit line BL is charged through diode Md and search transistor Ms1, and its potential rises. On the other hand, since the search transistor Ms2 does not turn on, the bit auxiliary line / BL maintains a low level (ground potential). Conversely, when the stored data is "0", the search transistor Ms2 is turned on and the search transistor Ms1 is not turned on.
The potential of BL rises, and the potential of bit line BL maintains a low level. The potential difference between the bit line pair is amplified by a sense amplifier and read.

【0006】検索時には、ビット線対BL,/BLおよ
びマッチ線MLをハイレベルにプリチャージした後、ビ
ット線対BL,/BLの片方を検索データ内容に応じて
ローレベルに立ち下げる。このとき、検索データと記憶
データが一致していれば、ローレベルに低下させたビッ
ト線BLまたはビット補線/BL側の記憶ノードSN1
またはSN2がローレベルであり、そのソースをローレ
ベルにした検索トランジスタMs1またはMs2がオン
しない。また、他の検索トランジスタもソースとドレイ
ン間に電圧がかからないためオンしない。その一方、検
索データと記憶データが不一致の場合、ローレベルに低
下させたビット線BLまたはビット補線/BL側の記憶
ノードSN1またはSN2がハイレベルであることか
ら、そのソースをローレベルにした検索トランジスタM
s1またはMs2がオンし、マッチ線MLのプリチャー
ジ電圧が低下する。すなわち、マッチ線電圧が低下する
場合を“不一致”、マッチ線電圧が低下しない場合を
“一致”として、検索データと記憶データの照合が可能
となる。
At the time of retrieval, after precharging the pair of bit lines BL and / BL and the match line ML to high level, one of the pair of bit lines BL and / BL falls to low level according to the content of the retrieval data. At this time, if the search data and the storage data match, the storage node SN1 on the bit line BL or bit auxiliary line / BL side lowered to the low level
Alternatively, SN2 is at low level, and the search transistor Ms1 or Ms2 whose source is at low level does not turn on. The other search transistors are not turned on because no voltage is applied between the source and the drain. On the other hand, when the search data and the storage data do not match, since the bit line BL lowered to the low level or the storage node SN1 or SN2 on the bit auxiliary line / BL side is at the high level, the source is set to the low level. Search transistor M
S1 or Ms2 turns on, and the precharge voltage of the match line ML decreases. In other words, the search data and the stored data can be collated as “non-match” when the match line voltage decreases and “match” when the match line voltage does not decrease.

【0007】通常、この検索動作を、複数のセル間で一
斉に行う。たとえば、全ての、あるいは検索対象範囲内
の複数のビット線対BL,/BLおよび複数のマッチ線
MLを一斉にハイレベルにプリチャージした後、複数の
ビット線対に検索データとして1ページ分または1ワー
ド分など特定長さのビット列を設定する。このとき、1
ビットでも不一致が生じるとマッチ線MLの電圧が低下
するが、アドレスが一致した特定のワード線WLでの
み、同一行の記憶内容(記憶ビット列)が検索内容と完
全に一致するためマッチ線MLの電圧が変化しない。こ
のようにして、検索データのビット列と記憶内容が完全
一致するアドレスが検出できる。
Usually, this search operation is performed simultaneously among a plurality of cells. For example, after all or a plurality of bit line pairs BL, / BL and a plurality of match lines ML within a search target range are simultaneously precharged to a high level, a plurality of bit line pairs are searched for one page or as search data. A bit string of a specific length such as one word is set. At this time, 1
If a mismatch also occurs in the bits, the voltage of the match line ML decreases. However, only in the specific word line WL whose address matches, the storage content (storage bit string) of the same row completely matches the search content, so that the match line ML is Voltage does not change. In this way, an address where the bit string of the search data completely matches the storage content can be detected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この従来の汎用DRA
MベースのCAMセルでは、上記したように検索動作を
複数のセル間で一斉に行う場合、同一ビット線対BL,
/BLに対し同時に放電されるマッチ線MLが多いと、
これがビット線対BL,/BLに対し大きな負荷とな
る。また、大きな電流が流れ込むため接地電位であった
ビット線(BL,/BL)電位が一時的に上昇し、この
ためマッチ線MLの電位変化も急峻でなくなり、安定す
るまで時間がかかる。さらに、無駄な消費電力も多い。
ダイオードMdは、このような不具合を防止するために
設けられている。従来のCAMセルではダイオードMd
があるため、マッチ線MLはダイオードの順方向電圧
0.6V〜0.7Vより低くならない。したがって、ビ
ット線BLまたはビット補線/BLに流れ込む電流が制
限され、その結果、マッチ線MLの電位が迅速に変化
し、消費電力も必要以上に増えない。
The conventional general-purpose DRA
In an M-based CAM cell, when the search operation is performed simultaneously among a plurality of cells as described above, the same bit line pair BL,
If there are many match lines ML simultaneously discharged to / BL,
This causes a large load on the bit line pair BL, / BL. In addition, since a large current flows, the potential of the bit line (BL, / BL), which has been the ground potential, temporarily rises. Therefore, the potential change of the match line ML is not sharp, and it takes time until the potential is stabilized. Furthermore, there is much wasteful power consumption.
The diode Md is provided to prevent such a problem. In a conventional CAM cell, a diode Md
Therefore, the match line ML does not become lower than the forward voltage of the diode from 0.6 V to 0.7 V. Therefore, the current flowing into bit line BL or bit auxiliary line / BL is limited, and as a result, the potential of match line ML changes quickly, and power consumption does not increase more than necessary.

【0009】ところが、この従来のDRAMベースのC
AMセルでは、ダイオード接続のトランジスタMdは、
この検索動作時のためだけに設けたものである。このた
め、従来のCAMセルでは、セルを構成するトランジス
タ数が多く、セル面積が大きいという課題がある。
However, this conventional DRAM-based C
In the AM cell, the diode-connected transistor Md is
It is provided only for this search operation. Therefore, the conventional CAM cell has a problem that the number of transistors constituting the cell is large and the cell area is large.

【0010】すなわち、汎用の1キャパシタ−1トラン
ジスタ型DRAMをベースとしたCAMセルでは、2つ
のキャパシタのほかに5個のトランジスタが必要とな
り、多くの素子を含むためセル面積が大きい。また、一
定電圧(Vcp)の供給線が必要となるため、その分、
セル面積が増え、製造工程が多い。以上より、従来技術
のCAMセルを用いた半導体装置では、ビットコストが
高いという不利益があった。
That is, a CAM cell based on a general-purpose one-capacitor-one-transistor DRAM requires five transistors in addition to two capacitors, and has a large cell area because it includes many elements. In addition, since a supply line of a constant voltage (Vcp) is required,
The cell area increases and the number of manufacturing steps increases. As described above, the semiconductor device using the conventional CAM cell has a disadvantage that the bit cost is high.

【0011】本発明の目的は、より素子数が少なく、ま
た一定電圧を供給する配線が不要で、これによりビット
コストを低減した内容アドレスメモリ機能を有する半導
体記憶装置と、その動作方法とを提案することにある。
An object of the present invention is to propose a semiconductor memory device having a content address memory function with a smaller number of elements and no wiring for supplying a constant voltage, thereby reducing bit cost, and an operation method thereof. Is to do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点に係
る半導体記憶装置は、ゲートがワード線に接続され、ソ
ースとドレインの一方が第1ビット線に接続された第1
書き込みトランジスタと、ゲートがワード線に接続さ
れ、ソースとドレインの一方が第2ビット線に接続され
た第2書き込みトランジスタと、上記第1ビット線とマ
ッチ線との間に接続され、ゲートが上記第1書き込みト
ランジスタのソースとドレインの他方に接続された第1
検索トランジスタと、上記第2ビット線と上記マッチ線
との間に接続され、ゲートが上記第2書き込みトランジ
スタのソースとドレインの他方に接続された第2検索ト
ランジスタと、上記第1検索トランジスタのゲートと上
記マッチ線との間に接続された第1キャパシタと上記第
2検索トランジスタのゲートと上記マッチ線との間に接
続された第2キャパシタとを有する。好適に、上記第1
および第2検索トランジスタは、上記マッチ線にハイレ
ベルの電圧が印加されたときに、上記第1,第2検索ト
ランジスタのハイレベルの記憶電圧から上昇したゲート
電圧と、ローレベルの記憶電圧から上昇したゲート電圧
との間のしきい値電圧を有する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device in which a gate is connected to a word line, and one of a source and a drain is connected to a first bit line.
A write transistor, a gate connected to the word line, one of a source and a drain connected to the second bit line, a second write transistor connected between the first bit line and the match line, and a gate connected to the word line. A first write transistor connected to the other of the source and the drain of the first write transistor
A search transistor, a second search transistor connected between the second bit line and the match line, a gate connected to the other of the source and the drain of the second write transistor, and a gate of the first search transistor And a second capacitor connected between the gate of the second search transistor and the match line. Preferably, the first
And a second search transistor, when a high-level voltage is applied to the match line, a gate voltage that increases from a high-level storage voltage of the first and second search transistors and a gate voltage that increases from a low-level storage voltage. Threshold voltage between the gate voltage.

【0013】このような構成の半導体記憶装置では、2
つの検索トランジスタの接続中点とマッチ線との間にダ
イオードが接続されていない。また、2つのキャパシタ
は、それぞれ検索トランジスタのゲートとドレイン(マ
ッチ線)との間に接続され、キャパシタに一定電圧を供
給する配線は不要である。
In the semiconductor memory device having such a configuration, 2
No diode is connected between the connection midpoint of the two search transistors and the match line. Further, the two capacitors are respectively connected between the gate and the drain (match line) of the search transistor, and wiring for supplying a constant voltage to the capacitors is unnecessary.

【0014】本発明の第2の観点に係る半導体記憶装置
の動作方法は、上記した構成において、書き込み時に、
上記第1および第2ビット線に記憶データに応じた電圧
を設定し、上記ワード線を活性化して上記第1および第
2書き込みトランジスタを導通させ、上記第1および第
2ビット線の設定電圧に応じた電圧を、上記第1および
第2検索トランジスタのゲートに伝達する。読み出し時
に、上記第1および第2ビット線をローレベルで電気的
フローティング状態とし、上記マッチ線を、ローレベル
からハイレベルに立ち上げる。検索時に、上記第1,第
2ビット線および上記マッチ線をハイレベルで電気的フ
ローティング状態とし、検索データに対応した電圧を上
記第1および第2ビット線に印加する。
The operation method of the semiconductor memory device according to the second aspect of the present invention, in the above-described configuration, comprises the steps of:
A voltage corresponding to the stored data is set to the first and second bit lines, the word line is activated to make the first and second write transistors conductive, and the first and second bit lines are set to the set voltage. The corresponding voltage is transmitted to the gates of the first and second search transistors. At the time of reading, the first and second bit lines are set to an electric floating state at a low level, and the match line is raised from a low level to a high level. At the time of search, the first and second bit lines and the match line are set to an electric floating state at a high level, and a voltage corresponding to search data is applied to the first and second bit lines.

【0015】この半導体記憶装置の動作方法では、書き
込み時に、たとえばワード線の印加電圧から書き込みト
ランジスタのしきい値電圧を引いた電圧が記憶ノード、
すなわち書き込みトランジスタが接続された検索トラン
ジスタのゲートに伝達され、書き込みトランジスタを遮
断した後は、その電圧が記憶ノードに保持される。読み
出し時には、マッチ線をハイレベルに立ち上げると、キ
ャパシタの容量結合により記憶ノード電圧が上昇し、そ
の記憶データの論理に応じて検索トランジスタがオンす
るか、オフを維持するかが決まる。検索トランジスタが
オンすると、マッチ線から第1または第2ビット線に電
荷が供給され、予めローレベルでフローティング状態と
されていた、そのビット線の電圧が上昇する。このビッ
ト線電圧変化を、たとえばセンスアンプで増幅して読み
出す。
In the operation method of the semiconductor memory device, at the time of writing, for example, the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the writing transistor from the voltage applied to the word line is applied to the storage node,
That is, the voltage is transmitted to the gate of the search transistor to which the write transistor is connected, and after the write transistor is cut off, the voltage is held at the storage node. At the time of reading, when the match line is raised to a high level, the storage node voltage rises due to the capacitive coupling of the capacitor, and it is determined whether the search transistor is on or off depending on the logic of the stored data. When the search transistor is turned on, a charge is supplied from the match line to the first or second bit line, and the voltage of the bit line, which has been floating at a low level in advance, rises. This bit line voltage change is amplified and read by, for example, a sense amplifier.

【0016】検索時には、第1,第2ビット線およびマ
ッチ線をハイレベルでプリチャージしておく。このと
き、キャパシタの容量結合により、2つの検索トランジ
スタのゲート電圧、すなわち記憶ノードの電圧も一定電
圧だけ上昇する。この状態で、検索データに応じて第
1,第2ビット線の一方をローレベルに下げる。検索デ
ータが記憶データと一致する場合は、ローレベルに下げ
た側の記憶データがローレベルであることから、2つの
検索トランジスタは共にオフ状態を維持する。一方、検
索データが記憶データと不一致の場合は、ローレベルに
下げた側の記憶データがハイレベルであることから、こ
の記憶データ側の検索トランジスタのゲート電圧がハイ
レベルで、かつソースとドレインに一定電圧が印加され
ることから検索トランジスタの一つがオンし、マッチ線
のプリチャージ電圧がオン状態の検索トランジスタを通
ってローレベルのビット線に放電される。放電が進みマ
ッチ線の電圧がある程度低下すると、それに伴って、ハ
イレベルにあった検索トランジスタのゲート電圧
(“1”書き込みの記憶ノード電圧)も低下するため、
この放電を行っていた検索トランジスタがカットオフす
る。したがって、マッチ線はハイレベルから低下する
が、ローレベルまでは低下せずに途中のレベルで電圧降
下が停止し、これ以上放電が進まなくなる。このように
本発明の半導体記憶装置では、キャパシタがマッチ線と
記憶ノード間に接続されているため、従来のCAMセル
におけるダイオードがなくとも、従来のCAMセルと同
じように動作する。
At the time of retrieval, the first and second bit lines and the match line are precharged at a high level. At this time, the gate voltage of the two search transistors, that is, the voltage of the storage node also increases by a constant voltage due to the capacitive coupling of the capacitors. In this state, one of the first and second bit lines is lowered to a low level according to the search data. When the search data matches the stored data, the stored data on the side lowered to the low level is at the low level, so that both of the two search transistors maintain the off state. On the other hand, if the search data does not match the storage data, the storage data on the side lowered to the low level is at the high level, so that the gate voltage of the search transistor on the storage data side is at the high level, and the source and the drain are connected. When a constant voltage is applied, one of the search transistors is turned on, and the precharge voltage of the match line is discharged to the low-level bit line through the search transistor in the on state. As the discharge proceeds and the voltage of the match line decreases to some extent, the gate voltage of the search transistor at the high level (the storage node voltage for writing “1”) also decreases,
The search transistor performing this discharge is cut off. Therefore, the match line drops from the high level but does not drop to the low level, the voltage drop stops at an intermediate level, and the discharge does not proceed any further. As described above, in the semiconductor memory device of the present invention, since the capacitor is connected between the match line and the storage node, the semiconductor memory device operates in the same manner as the conventional CAM cell without the diode in the conventional CAM cell.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
半導体記憶装置のCAMセルの構成を示す回路図であ
る。ここでは、トランジスタがnチャネル型の場合を例
に示すが、pチャネル型の場合は印加電圧の極性を適宜
反対として、以下の説明が同様に適用できる。このCA
Mセルは、2つの書き込みトランジスタMw1,Mw2
と、2つの検索トランジスタMs1,Ms2と、2つの
キャパシタC1,C2とからなる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a CAM cell of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Here, the case where the transistor is an n-channel type is described as an example. However, in the case where the transistor is a p-channel type, the polarity of the applied voltage is appropriately reversed and the following description can be similarly applied. This CA
The M cell has two write transistors Mw1, Mw2
And two search transistors Ms1 and Ms2 and two capacitors C1 and C2.

【0018】書き込みトランジスタMw1のドレインが
ビット線BLに接続され、ソースが記憶ノードSN1に
接続され、ゲートがワード線WLに接続されている。同
様に、書き込みトランジスタMw2のドレインがビット
補線/BLに接続され、ソースが記憶ノードSN2に接
続され、ゲートがワード線WLに接続されている。検索
トランジスタMs1のドレインがマッチ線MLに接続さ
れ、ソースがビット線BLに接続され、ゲートが記憶ノ
ードSN1に接続されている。同様に、検索トランジス
タMs2のドレインがマッチ線MLに接続され、ソース
がビット補線/BLに接続され、ゲートが記憶ノードS
N2に接続されている。記憶ノードSN1とマッチ線M
L(検索トランジスタMs1のドレイン)との間に、キ
ャパシタC1が接続されている。同様に、記憶ノードS
N2とマッチ線ML(検索トランジスタMs2のドレイ
ン)との間に、キャパシタC2が接続されている。
The write transistor Mw1 has a drain connected to the bit line BL, a source connected to the storage node SN1, and a gate connected to the word line WL. Similarly, the drain of the write transistor Mw2 is connected to the bit auxiliary line / BL, the source is connected to the storage node SN2, and the gate is connected to the word line WL. The drain of the search transistor Ms1 is connected to the match line ML, the source is connected to the bit line BL, and the gate is connected to the storage node SN1. Similarly, the drain of search transistor Ms2 is connected to match line ML, the source is connected to complementary bit line / BL, and the gate is storage node S.
Connected to N2. Storage node SN1 and match line M
The capacitor C1 is connected to L (the drain of the search transistor Ms1). Similarly, storage node S
The capacitor C2 is connected between N2 and the match line ML (the drain of the search transistor Ms2).

【0019】このCAMセルでは、検索トランジスタM
s1,Ms2が読み出しトランジスタとしても機能す
る。後述するように、これにより記憶内容を検索できる
機能が付加されている。具体的には、記憶ノードSN
1,SN2とビット線BLおよびビット補線/BLとを
4つの入力とし、マッチ線MSを出力とするEXCLU
SIVE−NOR回路の機能が付加されている。
In this CAM cell, the search transistor M
s1 and Ms2 also function as read transistors. As will be described later, a function for searching stored contents is added. Specifically, the storage node SN
EXCLU with four inputs, SN2, bit line BL and bit supplementary line / BL, and output match line MS
The function of the SIVE-NOR circuit is added.

【0020】つぎに、このCAMセルの動作(書き込
み、読み出しおよびアドレス検索)を、図面を参照しな
がら説明する。図2(A)〜図2(E)に“1”書き込
み時の印加電圧条件を記述したセル回路図と各信号線お
よび記憶ノードの電圧変化を表したタイミングチャート
とを示す。また、図3(A)〜図3(E)に“0”書き
込み時の印加電圧条件を記述したセル回路図と各信号線
および記憶ノードの電圧変化を表したタイミングチャー
トとを示す。
Next, the operation of the CAM cell (write, read and address search) will be described with reference to the drawings. 2A to 2E show a cell circuit diagram describing an applied voltage condition at the time of writing “1” and a timing chart showing voltage changes of each signal line and a storage node. 3A to 3E show a cell circuit diagram describing the applied voltage condition at the time of writing “0” and a timing chart showing voltage changes of each signal line and a storage node.

【0021】書き込み時に、まず、ビット線対BL,/
BLに記憶データに応じた電圧を設定する。“1”書き
込み時には、図2(D)に示すように、ビット線BLに
1.5Vを印加し、ビット補線/BLに0Vを印加す
る。“0”書き込み時には、図3(D)に示すように、
ビット線BLに0Vを印加し、ビット補線/BLに1.
5Vを印加する。つぎに、ワード線WLの電圧を1.5
Vのハイレベルに立ち上げて、書き込みトランジスタM
w1,Mw2をオンさせる(図2(B),図3
(B))。これにより、“1”書き込み時には、ワード
線WL印加電圧1.5Vから、書き込みトランジスタM
w1,Mw2のしきい値電圧Vthw、たとえば0.9
Vを引いた電圧0.6Vが、図2(E)に示す“1”書
き込み時には記憶ノードSN1に印加され、図3(E)
に示す“0”書き込み時には記憶ノードSN2に印加さ
れる。また、“1”書き込み時の記憶ノードSN2、
“0”書き込み時の記憶ノードSN1には0Vが印加さ
れる。ワード線WLの印加電圧を0Vに戻すことによ
り、記憶ノードSN1,SN2が電気的にフローティン
グ状態となり、所定電圧の記憶データが保持される。
At the time of writing, first, a bit line pair BL, /
A voltage corresponding to the stored data is set in BL. At the time of writing “1”, as shown in FIG. 2D, 1.5 V is applied to the bit line BL and 0 V is applied to the bit auxiliary line / BL. At the time of writing “0”, as shown in FIG.
0 V is applied to the bit line BL, and 1.
5 V is applied. Next, the voltage of the word line WL is set to 1.5
V rises to the high level, and the write transistor M
w1 and Mw2 are turned on (FIG. 2 (B), FIG. 3
(B)). Thus, at the time of writing “1”, the word line WL applied voltage 1.5 V
threshold voltage Vthw of w1, Mw2, for example, 0.9
At the time of writing “1” shown in FIG. 2E, a voltage 0.6 V obtained by subtracting V is applied to the storage node SN1.
Is applied to the storage node SN2 when "0" is written. Further, the storage node SN2 at the time of writing “1”,
0 V is applied to the storage node SN1 at the time of writing “0”. By returning the voltage applied to the word line WL to 0 V, the storage nodes SN1 and SN2 are brought into an electrically floating state, and storage data of a predetermined voltage is held.

【0022】図4(A)〜図4(D)に“1”読み出し
時の印加電圧条件を記述したセル回路図と各信号線の電
圧変化を表したタイミングチャートとを示す。また、図
5(A)〜図5(D)に“0”読み出し時の印加電圧条
件を記述したセル回路図と各信号線の電圧変化を表した
タイミングチャートとを示す。
FIGS. 4A to 4D show a cell circuit diagram describing the applied voltage condition at the time of reading "1" and a timing chart showing a voltage change of each signal line. FIGS. 5A to 5D show a cell circuit diagram describing the applied voltage condition at the time of reading “0” and a timing chart showing a voltage change of each signal line.

【0023】読み出し時に、ビット線対BL,/BLを
ディスチャージして0Vでフローティング状態にし、図
4(C),図5(C)に示すように、マッチ線MLを0
Vから1.5Vのハイレベルに立ち上げる。このときマ
ッチ線MLの電圧変化が所定割合でキャパシタC1,C
2を通して記憶ノードSN1,SN2に加算される。た
とえばマッチ線の全寄生容量に対するキャパシタC1,
C2の容量結合比を0.5とすると、各記憶ノード電圧
に0.75V(=1.5V×0.5)が加算される。こ
れにより、“1”読み出しの場合の記憶ノードSN1お
よび“0”読み出しの場合の記憶ノードSN2は1.3
5V(=0.6V+0.75V)となり、“1”読み出
しの場合の記憶ノードSN2および“0”読み出しの場
合の記憶ノードSN1は0.75V(=0V+0.75
V)となる。ここで、検索トランジスタMs1,Ms2
のしきい値電圧Vthsは、昇圧後のハイ側記憶ノード
電圧1.35Vより低く、昇圧後のロー側記憶ノード電
圧0.75Vより高い電圧、たとえば0.9Vに予め設
定されている。
At the time of reading, the bit line pair BL, / BL is discharged to a floating state at 0 V, and the match line ML is set to 0 as shown in FIGS. 4 (C) and 5 (C).
It rises from V to a high level of 1.5V. At this time, the voltage of the match line ML changes at a predetermined rate by the capacitors C1, C
2 are added to the storage nodes SN1 and SN2. For example, capacitors C1,
Assuming that the capacitance coupling ratio of C2 is 0.5, 0.75 V (= 1.5 V × 0.5) is added to each storage node voltage. Thus, the storage node SN1 for "1" read and the storage node SN2 for "0" read are 1.3.
5V (= 0.6V + 0.75V), the storage node SN2 for "1" read and the storage node SN1 for "0" read are 0.75V (= 0V + 0.75).
V). Here, the search transistors Ms1 and Ms2
Is preset to a voltage lower than the boosted high-side storage node voltage 1.35 V and higher than the boosted low-side storage node voltage 0.75 V, for example, 0.9 V.

【0024】このため、“1”読み出しの場合、検索ト
ランジスタMs1がオンし、検索トランジスタMs2は
オフのままである。したがって、図4(D)に示すよう
に、ビット線BLがマッチ線MLから電荷供給を受けて
充電し、ビット補線/BLは0Vを維持する。続いてセ
ンスアンプが活性化されると、ハイレベルのビット線B
L電圧が電源電圧にまで増幅され、ローレベルのビット
補線/BLとの電圧差が1.5Vに増幅される。逆に、
“0”読み出しの場合、検索トランジスタMs2がオン
し、検索トランジスタMs1はオフのままである。した
がって、図5(D)に示すように、ビット補線/BLが
マッチ線MLから電荷供給を受けて充電し、ビット線B
Lは0Vを維持する。続いてセンスアンプが活性化され
ると、ハイレベルのビット補線/BL電圧が電源電圧に
まで増幅され、ローレベルのビット線BLとの電圧差が
1.5Vに増幅される。このセンシング動作後に、マッ
チ線MLを0Vのローレベルに戻す。以上の動作によ
り、“1”記憶データおよび“0”記憶データが正し
く、ビット線対BL,/BLに読み出されたこととな
る。
Therefore, in the case of "1" read, the search transistor Ms1 is turned on and the search transistor Ms2 remains off. Therefore, as shown in FIG. 4D, the bit line BL receives the charge from the match line ML to be charged, and the bit auxiliary line / BL maintains 0V. Subsequently, when the sense amplifier is activated, the high-level bit line B
The L voltage is amplified to the power supply voltage, and the voltage difference from the low-level bit auxiliary line / BL is amplified to 1.5V. vice versa,
In the case of "0" read, the search transistor Ms2 is turned on, and the search transistor Ms1 remains off. Therefore, as shown in FIG. 5D, bit auxiliary line / BL receives charge from match line ML to be charged, and bit line B
L maintains 0V. Subsequently, when the sense amplifier is activated, the high-level bit auxiliary line / BL voltage is amplified to the power supply voltage, and the voltage difference from the low-level bit line BL is amplified to 1.5V. After this sensing operation, the match line ML is returned to the low level of 0V. By the above operation, the "1" storage data and the "0" storage data are correctly read to the bit line pair BL, / BL.

【0025】図6(A)〜図6(C)に、リフレッシュ
時の各信号線の電圧変化を表すタイミングチャートを示
す。リフレッシュは、上記した読み出しと書き込みを連
続して行う。すなわち、ビット線対BL,/BLをディ
スチャージして0Vでフローティング状態にし、マッチ
線MLを0Vから1.5Vのハイレベルに立ち上げ、さ
らにセンスアンプを活性化して読み出しを行う。ビット
線対BL,/BLの電圧差が1.5Vに開いた後に、ワ
ード線WLを1.5Vに立ち上げると、読み出した電圧
をそのまま書き込み電圧として、読み出しデータに応じ
た電圧が記憶ノードSN1,SN2に設定される。この
ため、書き込みトランジスタMw1,Mw2のオフリー
ク電流等で劣化した記憶データを容易に元に復元でき
る。その後、ワード線電圧を0Vに戻すことで、リフレ
ッシュが終了する。
FIGS. 6A to 6C are timing charts showing a voltage change of each signal line at the time of refresh. In the refresh, the above-described reading and writing are continuously performed. That is, the bit line pair BL, / BL is discharged to be in a floating state at 0 V, the match line ML is raised from 0 V to a high level of 1.5 V, and the sense amplifier is activated to perform reading. When the word line WL is raised to 1.5 V after the voltage difference between the bit line pair BL and / BL has opened to 1.5 V, the read voltage is used as the write voltage as it is, and the voltage corresponding to the read data is changed to the storage node SN1. , SN2. Therefore, it is possible to easily restore the stored data deteriorated due to the off-leak current of the write transistors Mw1 and Mw2. Thereafter, the word line voltage is returned to 0 V, thereby completing the refresh.

【0026】図7(A)〜図7(E)に“1”記憶デー
タセルの検索(“1”検索)時の印加電圧条件を記述し
たセル回路図と各信号線の電圧変化を表したタイミング
チャートとを示す。また、図8(A)〜図8(E)に
“0”記憶データセルの検索(“0”検索)時の印加電
圧条件を記述したセル回路図と各信号線の電圧変化を表
したタイミングチャートとを示す。
FIGS. 7A to 7E show a cell circuit diagram describing the applied voltage conditions at the time of searching for the "1" storage data cell ("1" search) and the voltage change of each signal line. 4 shows a timing chart. FIGS. 8A to 8E show a cell circuit diagram describing the applied voltage conditions at the time of searching for a “0” storage data cell (“0” search) and timings showing voltage changes of each signal line. 2 shows a chart.

【0027】検索時には、まず、図7(C)〜(E)お
よび図8(C)〜(E)に示すように、ビット線対B
L,/BLおよびマッチ線MLをハイレベルの1.5V
でプリチャージしておく。このとき、読み出し時と同様
に記憶ノード電圧が昇圧し、ハイ側の記憶ノード電圧が
1.35V、ロー側の記憶ノード電圧が0.75Vとな
る。その後、検索データのローレベル側に対応するビッ
ト線BLまたはビット補線/BLの電圧を1.5Vから
0Vに立ち下げる。
At the time of retrieval, first, as shown in FIGS. 7C to 7E and FIGS. 8C to 8E, the bit line pair B
L, / BL and the match line ML to the high level of 1.5V
Precharge with. At this time, the storage node voltage is boosted as in the read operation, and the high-side storage node voltage becomes 1.35 V and the low-side storage node voltage becomes 0.75 V. Thereafter, the voltage of the bit line BL or the bit auxiliary line / BL corresponding to the low level side of the search data falls from 1.5V to 0V.

【0028】検索データが記憶データと一致する場合
は、2つの検索トランジスタMs1,Ms2は共にオフ
状態を維持する。なぜなら、ソースをローレベルに下げ
ドレインとソース間電圧が1.5Vの検索トランジスタ
は、そのゲート電圧がロー側の記憶ノード電圧0.75
Vであることからオンできず、また、他の検索トランジ
スタはソースとドレイン間電圧が0Vである理由でオン
できないからである。具体的には、図7(E)のように
“1”検索時にビット補線/BLを0Vとすると、検索
データが記憶データと一致する場合、すなわち記憶ノー
ドSN1がハイレベルの電圧1.35Vで保持され、記
憶ノードSN2がローレベルの電圧0.75Vで保持さ
れていると、上記したように、ソースとドレイン間電圧
が印加されていない理由で検索トランジスタMs1はオ
ンできず、ゲート電圧が低い理由で検索トランジスタM
s2はオンできない。同様に、図8(D)のように
“0”検索時にビット線BLを0Vとすると、検索デー
タが記憶データと一致する場合、すなわち記憶ノードS
N1がローレベルの電圧0.75Vで保持され、記憶ノ
ードSN2がハイレベルの電圧1.35Vで保持されて
いると、“1”検索時と逆の理由で、すなわち、ゲート
電圧が低い理由で検索トランジスタMs1はオンでき
ず、ソースとドレイン間電圧が印加されていない理由で
検索トランジスタMs2はオンできない。
When the search data matches the stored data, both search transistors Ms1 and Ms2 maintain the off state. This is because the search transistor whose source is lowered to a low level and the voltage between the drain and the source is 1.5 V has the gate voltage of the low-side storage node voltage 0.75 V
This is because it cannot be turned on because of V, and the other search transistors cannot be turned on because the voltage between the source and the drain is 0 V. Specifically, assuming that bit complement line / BL is set to 0 V at the time of "1" search as shown in FIG. 7E, when the search data matches the storage data, that is, when storage node SN1 has a high-level voltage of 1.35 V And the storage node SN2 is held at a low-level voltage of 0.75 V, as described above, the search transistor Ms1 cannot be turned on because the voltage between the source and the drain is not applied, and the gate voltage becomes Search transistor M for low reason
s2 cannot be turned on. Similarly, when the bit line BL is set to 0 V at the time of "0" search as shown in FIG. 8D, the search data matches the storage data, that is, the storage node S
If N1 is held at a low-level voltage of 0.75 V and storage node SN2 is held at a high-level voltage of 1.35 V, the reason is opposite to that at the time of "1" search, that is, the gate voltage is low. The search transistor Ms1 cannot be turned on, and the search transistor Ms2 cannot be turned on because the voltage between the source and the drain is not applied.

【0029】検索データが記憶データと不一致の場合
は、2つの検索トランジスタMs1,Ms2のうちソー
スが0Vに下げられた検索トランジスタのみがオンす
る。ソースが0Vに下げられた検索トランジスタのゲー
ト電圧がハイ側の記憶ノード電圧1.35Vだからであ
る。具体的には、図7(E)のように“1”検索時にビ
ット補線/BLを0Vとすると、検索データが記憶デー
タと不一致の場合、すなわち記憶ノードSN1がローレ
ベルの電圧0.75Vで保持され、記憶ノードSN2が
ハイレベルの電圧1.35Vで保持されていると、検索
トランジスタMs2は、ソースとドレイン間電圧が1.
5Vとなり、かつゲート電圧が1.35Vとしきい値電
圧0.9Vより大きいためオンし、マッチ線MLからビ
ット補線/BLに電流が流れ、マッチ線MLのプリチャ
ージ電圧1.5Vが低下する。これとともに、マッチ線
MLに容量結合した記憶ノードSN2の電圧も低下し、
この電圧が検索トランジスタMs2のしきい値電圧0.
9Vとなったところで、検索トランジスタMs2はカッ
トオフする。すなわち、マッチ線MLが0.6Vのと
き、記憶ノードSN2の電圧は0.9V(=0.6V+
0.6V×0.5)となるため検索トランジスタMs2
はカットオフし、マッチ線MLは0.6Vで放電が停止
し、これより小さい電圧にならない。同様に、図8
(D)のように“0”検索時にビット線BLを0Vとす
ると、検索データが記憶データと不一致の場合、すなわ
ち記憶ノードSN1がハイレベルの電圧1.35Vで保
持され、記憶ノードSN2がローレベルの電圧0.75
Vで保持されていると、検索トランジスタMs1は、ソ
ースとドレイン間電圧が1.5Vとなり、かつゲート電
圧が1.35Vとしきい値電圧0.9Vより大きいため
オンし、マッチ線MLからビット線BLに電流が流れ、
マッチ線MLのプリチャージ電圧1.5Vが低下する。
これとともに、マッチ線MLに容量結合した記憶ノード
SN1の電圧も低下し、この電圧が検索トランジスタM
s1のしきい値電圧0.9Vとなったところで、検索ト
ランジスタMs1はカットオフする。すなわち、マッチ
線MLが0.6Vのとき、記憶ノードSN1の電圧は
0.9V(=0.6V+0.6V×0.5)となるため
検索トランジスタMs1はカットオフし、マッチ線ML
は0.6Vで放電が停止し、これより小さい電圧になら
ない。
When the search data does not match the stored data, only the search transistor whose source is lowered to 0 V among the two search transistors Ms1 and Ms2 is turned on. This is because the gate voltage of the search transistor whose source is reduced to 0 V is 1.35 V on the high-side storage node. More specifically, assuming that the bit complement line / BL is set to 0 V at the time of "1" search as shown in FIG. 7E, the search data does not match the storage data, that is, the storage node SN1 has a low-level voltage of 0.75 V When the storage node SN2 is held at a high-level voltage of 1.35 V, the search transistor Ms2 has a source-drain voltage of 1.
5 V and the gate voltage is 1.35 V, which is larger than the threshold voltage 0.9 V, so that the transistor turns on, a current flows from the match line ML to the bit auxiliary line / BL, and the precharge voltage 1.5 V of the match line ML decreases. . At the same time, the voltage of storage node SN2 capacitively coupled to match line ML also decreases,
This voltage is the threshold voltage of the search transistor Ms2.
When the voltage becomes 9 V, the search transistor Ms2 is cut off. That is, when the match line ML is at 0.6V, the voltage of the storage node SN2 is 0.9V (= 0.6V +
0.6V × 0.5) so that the search transistor Ms2
Is cut off, the discharge of the match line ML stops at 0.6 V, and the voltage does not become lower than this. Similarly, FIG.
If the bit line BL is set to 0 V at the time of "0" search as shown in (D), if the search data does not match the storage data, that is, the storage node SN1 is held at the high-level voltage 1.35V, and the storage node SN2 is set at the low level. Level voltage 0.75
When held at V, the search transistor Ms1 is turned on because the source-drain voltage is 1.5 V and the gate voltage is 1.35 V, which is larger than the threshold voltage 0.9 V, and the search transistor Ms1 is turned on from the match line ML to the bit line. A current flows through BL,
The precharge voltage 1.5 V of the match line ML decreases.
At the same time, the voltage of the storage node SN1 capacitively coupled to the match line ML also decreases, and this voltage is
When the threshold voltage of s1 reaches 0.9 V, the search transistor Ms1 is cut off. That is, when the match line ML is 0.6V, the voltage of the storage node SN1 becomes 0.9V (= 0.6V + 0.6V × 0.5), so that the search transistor Ms1 is cut off, and the match line ML is cut off.
Discharge stops at 0.6V and does not become lower than this.

【0030】以上のように、“1”検索、“0”検索の
何れの場合も、ビット線対に設定した検索データが記憶
データと一致する場合はマッチ線MLのプリチャージ電
圧1.5Vが変化せず、不一致の場合のみマッチ線ML
のプリチャージ電圧1.5Vが0.6Vに低下する。し
かも、不一致の場合のマッチ線電圧低下の下限は検索ト
ランジスタのしきい値電圧VthsおよびキャパシタC
1,C2の容量を変えることで、0Vより大きく電源電
圧1.5Vより小さい範囲内で任意に設定できる。
As described above, in both the "1" search and the "0" search, when the search data set in the bit line pair matches the storage data, the precharge voltage 1.5 V of the match line ML is increased. Match line ML only when there is no change and no match
Of the precharge voltage of 1.5 V drops to 0.6 V. In addition, the lower limit of the match line voltage drop in the case of a mismatch is the threshold voltage Vths of the search transistor and the capacitor Cth.
By changing the capacitance of C1 and C2, the voltage can be arbitrarily set within a range greater than 0V and less than 1.5V.

【0031】通常、この検索動作を、複数のセル間で一
斉に行う。たとえば、全ての、あるいは検索対象範囲内
の複数のワード線WLおよび複数のマッチ線MLを一斉
にハイレベルにプリチャージした後、複数のビット線対
BL,/BLに検索データとして1ページ分または1ワ
ード分など特定長さのビット列を設定する。このとき、
1ビットでも不一致が生じるとマッチ線MLの電圧が低
下するが、アドレスが一致した特定のワード線WLでの
み、同一行の記憶内容(記憶ビット列)が検索内容と完
全に一致するためマッチ線MLの電圧が変化しない。こ
のようにして、検索データのビット列と記憶内容が完全
一致するアドレスが検出できる。
Usually, this search operation is performed simultaneously among a plurality of cells. For example, after all or a plurality of word lines WL and a plurality of match lines ML within a search target range are precharged to a high level all at once, a plurality of bit line pairs BL and / BL are used as search data for one page or A bit string of a specific length such as one word is set. At this time,
If even one bit does not match, the voltage of the match line ML decreases. However, only on the specific word line WL whose address matches, the match content of the same row completely matches the search content (storage bit string). Voltage does not change. In this way, an address where the bit string of the search data completely matches the storage content can be detected.

【0032】本実施形態に係るCAMセルで、上記した
不一致の場合のマッチ線MLの電圧低下の下限値を任意
に0V以上で設定できることは、このような複数セル間
の同時検索時に、マッチ線MLの論理確定を速やかにで
きる利点がある。マッチ線MLの電圧を0Vまで低下す
ると仮定した場合、同じビット線対に連なる複数のセル
は確率的に1/2が不一致となり、大きいセル電流がビ
ット線BLまたはビット補線/BLに流れ込むため、そ
の電位が一時的に0Vより大きくなることから、マッチ
線MLの電圧低下速度が鈍ることがある。本実施形態で
は、たとえば0.6V程度までしかマッチ線MLの電圧
が低下しないため、このようなことがなく、また消費電
力も必要最小限に抑えることができる。なお、マッチ線
MLの論理振幅は0.6Vあれば十分にセンシングがで
きる。
In the CAM cell according to the present embodiment, the lower limit of the voltage drop of the match line ML in the case of the above-mentioned mismatch can be arbitrarily set to 0 V or more. There is an advantage that the logic of the ML can be quickly determined. Assuming that the voltage of match line ML is reduced to 0 V, a plurality of cells connected to the same bit line pair are stochastically inconsistent in half, and a large cell current flows into bit line BL or bit auxiliary line / BL. Since the potential temporarily becomes higher than 0 V, the voltage drop rate of the match line ML may be slowed down. In the present embodiment, since the voltage of the match line ML is reduced only to about 0.6 V, for example, this does not occur, and the power consumption can be suppressed to a necessary minimum. In addition, if the logic amplitude of the match line ML is 0.6 V, sensing can be sufficiently performed.

【0033】このような不一致の場合のマッチ線MLの
電圧低下の下限値を0Vより大きくすることは、従来の
DRAMベースのCAMセルにおいてダイオードMd
(図9)を設けた目的であった。本実施形態のCAMセ
ルでは、キャパシタC1,C2がマッチ線MLと記憶ノ
ードSN1,SN2との間に接続されているため、この
ようなダイオードを特に設けなくとも上記目的が達成で
き、その分セル面積が小さいという利点がある。また、
従来のCAMセルのようにキャパシタC1,C2に一定
電圧(セルプレート電圧Vcp)を印加するための配線
が不要であり、その意味でもセル面積小さくでき、また
配線のための製造工程が不要である。
Making the lower limit of the voltage drop of the match line ML larger than 0 V in the case of such a mismatch does not correspond to the diode Md in a conventional DRAM-based CAM cell.
(FIG. 9). In the CAM cell according to the present embodiment, since the capacitors C1 and C2 are connected between the match line ML and the storage nodes SN1 and SN2, the above object can be achieved without providing such a diode. There is an advantage that the area is small. Also,
Unlike the conventional CAM cell, a wiring for applying a constant voltage (cell plate voltage Vcp) to the capacitors C1 and C2 is not required. In this sense, the cell area can be reduced, and a manufacturing process for the wiring is unnecessary. .

【0034】以上の理由により、本実施形態に係るCA
Mセルは、図9に示す従来構成のCAMセルに比べビッ
トコストを低減することが可能となった。
For the above reasons, the CA according to this embodiment is
The M cell can reduce the bit cost as compared with the conventional CAM cell shown in FIG.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明に係る半導体記憶装置およびその
動作方法によれば、より素子数が少なく、また一定電圧
を供給する配線が不要で、これによりビットコストを低
減した内容アドレスメモリ機能を有する半導体記憶装置
と、その動作方法とを提案することができた。
According to the semiconductor memory device and the operation method thereof according to the present invention, the number of elements is smaller, the wiring for supplying a constant voltage is unnecessary, and the content address memory function has a reduced bit cost. A semiconductor memory device and an operation method thereof can be proposed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態に係る半導体記憶装置のCAMセルの
構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a CAM cell of a semiconductor memory device according to an embodiment.

【図2】(A)は“1”書き込み時の印加電圧条件を記
述したセル回路図である。(B)〜(E)は“1”書き
込み時の各信号線および記憶ノードの電圧変化を表した
タイミングチャートである。
FIG. 2A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition at the time of writing “1”. (B) to (E) are timing charts showing voltage changes of each signal line and the storage node when "1" is written.

【図3】(A)は“0”書き込み時の印加電圧条件を記
述したセル回路図である。(B)〜(E)は“0”書き
込み時の各信号線および記憶ノードの電圧変化を表した
タイミングチャートである。
FIG. 3A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition at the time of writing “0”. (B) to (E) are timing charts showing voltage changes of each signal line and a storage node when “0” is written.

【図4】(A)は“1”読み出し時の印加電圧条件を記
述したセル回路図である。(B)〜(D)は“1”読み
出し時の各信号線の電圧変化を表したタイミングチャー
トである。
FIG. 4A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition when “1” is read. (B) to (D) are timing charts showing the voltage change of each signal line when "1" is read.

【図5】(A)は“0”読み出し時の印加電圧条件を記
述したセル回路図である。(B)〜(D)は“0”読み
出し時の各信号線の電圧変化を表したタイミングチャー
トである。
FIG. 5A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition when “0” is read. (B) to (D) are timing charts showing voltage changes of the respective signal lines when "0" is read.

【図6】(A)〜(C)はリフレッシュ時の各信号線の
電圧変化を表すタイミングチャートである。
FIGS. 6A to 6C are timing charts showing a voltage change of each signal line at the time of refresh.

【図7】(A)は“1”検索時の印加電圧条件を記述し
たセル回路図である。(B)〜(E)は“1”検索時の
各信号線の電圧変化を表したタイミングチャートであ
る。
FIG. 7A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition at the time of “1” search. (B) to (E) are timing charts showing voltage changes of each signal line at the time of “1” search.

【図8】(A)は“0”検索時の印加電圧条件を記述し
たセル回路図である。(B)〜(E)は“0”検索時の
各信号線の電圧変化を表したタイミングチャートであ
る。
FIG. 8A is a cell circuit diagram describing an applied voltage condition at the time of “0” search. (B) to (E) are timing charts showing voltage changes of each signal line at the time of “0” search.

【図9】従来のCAMセルの一種として、汎用DRAM
ベースのCAMセルの構成を示す回路図である。
FIG. 9 shows a general-purpose DRAM as a kind of a conventional CAM cell.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a base CAM cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Mw1,Mw2…書き込みトランジスタ、Ms1,Ms
2…検索トランジスタ、C1,C2…キャパシタ、WL
…ワード線、ML…マッチ線、BL…ビット線(第1ま
たは第2ビット線)、/BL…ビット補線(第1または
第2ビット線)、SN1,SN2…記憶ノード、Vth
w…書き込みトランジスタのしきい値電圧、Vths…
検索トランジスタのしきい値電圧。
Mw1, Mw2: write transistors, Ms1, Ms
2: Search transistor, C1, C2: Capacitor, WL
... word line, ML ... match line, BL ... bit line (first or second bit line), / BL ... bit auxiliary line (first or second bit line), SN1, SN2 ... storage node, Vth
w: threshold voltage of write transistor, Vths:
Search transistor threshold voltage.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゲートがワード線に接続され、ソースとド
レインの一方が第1ビット線に接続された第1書き込み
トランジスタと、 ゲートがワード線に接続され、ソースとドレインの一方
が第2ビット線に接続された第2書き込みトランジスタ
と、 上記第1ビット線とマッチ線との間に接続され、ゲート
が上記第1書き込みトランジスタのソースとドレインの
他方に接続された第1検索トランジスタと、 上記第2ビット線と上記マッチ線との間に接続され、ゲ
ートが上記第2書き込みトランジスタのソースとドレイ
ンの他方に接続された第2検索トランジスタと、 上記第1検索トランジスタのゲートと上記マッチ線との
間に接続された第1キャパシタと上記第2検索トランジ
スタのゲートと上記マッチ線との間に接続された第2キ
ャパシタとを有する半導体記憶装置。
A first write transistor having a gate connected to a word line and one of a source and a drain connected to a first bit line; a gate connected to a word line and one of a source and a drain connected to a second bit line; A second write transistor connected to the first write transistor, a first search transistor connected between the first bit line and the match line, and a gate connected to the other of the source and the drain of the first write transistor; A second search transistor connected between a second bit line and the match line and having a gate connected to the other of the source and the drain of the second write transistor; a gate of the first search transistor and the match line; And a second capacitor connected between the gate of the second search transistor and the match line. A semiconductor memory device having:
【請求項2】上記第1および第2検索トランジスタは、
上記マッチ線にハイレベルの電圧が印加されたときに、
上記第1,第2検索トランジスタのハイレベルの記憶電
圧から上昇したゲート電圧と、ローレベルの記憶電圧か
ら上昇したゲート電圧との間のしきい値電圧を有する請
求項1記載の半導体記憶装置。
2. The first and second search transistors according to claim 1,
When a high level voltage is applied to the match line,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first and second search transistors have a threshold voltage between a gate voltage increased from a high-level storage voltage and a gate voltage increased from a low-level storage voltage.
【請求項3】ゲートがワード線に接続され、ソースとド
レインの一方が第1ビット線に接続された第1書き込み
トランジスタと、 ゲートがワード線に接続され、ソースとドレインの一方
が第2ビット線に接続された第2書き込みトランジスタ
と、 上記第1ビット線とマッチ線との間に接続され、ゲート
が上記第1書き込みトランジスタのソースとドレインの
他方に接続された第1検索トランジスタと、 上記第2ビット線と上記マッチ線との間に接続され、ゲ
ートが上記第2書き込みトランジスタのソースとドレイ
ンの他方に接続された第2検索トランジスタと、 上記第1検索トランジスタのゲートと上記マッチ線との
間に接続された第1キャパシタと上記第2検索トランジ
スタのゲートと上記マッチ線との間に接続された第2キ
ャパシタとを有する半導体記憶装置の動作方法であっ
て、 書き込み時に、上記第1および第2ビット線に記憶デー
タに応じた電圧を設定し、 上記ワード線を活性化して上記第1および第2書き込み
トランジスタを導通させ、上記第1および第2ビット線
の設定電圧に応じた電圧を、上記第1および第2検索ト
ランジスタのゲートに伝達する半導体記憶装置の動作方
法。
3. A first write transistor having a gate connected to a word line and one of a source and a drain connected to a first bit line; and a gate connected to a word line and one of a source and a drain connected to a second bit line. A second write transistor connected to the first write transistor, a first search transistor connected between the first bit line and the match line, and a gate connected to the other of the source and the drain of the first write transistor; A second search transistor connected between a second bit line and the match line and having a gate connected to the other of the source and the drain of the second write transistor; a gate of the first search transistor and the match line; And a second capacitor connected between the gate of the second search transistor and the match line. A method of operating a semiconductor memory device comprising: setting a voltage according to storage data to the first and second bit lines at the time of writing, activating the word line and setting the first and second writing transistors A method of operating a semiconductor memory device, wherein the semiconductor memory device is turned on to transmit a voltage corresponding to a set voltage of the first and second bit lines to gates of the first and second search transistors.
【請求項4】読み出し時に、上記第1および第2ビット
線をローレベルで電気的フローティング状態とし、 上記マッチ線を、ローレベルからハイレベルに立ち上げ
る請求項3記載の半導体記憶装置の動作方法。
4. The operating method of a semiconductor memory device according to claim 3, wherein said first and second bit lines are brought into an electrically floating state at a low level during reading, and said match line is raised from a low level to a high level. .
【請求項5】検索時に、上記第1,第2ビット線および
上記マッチ線をハイレベルで電気的フローティング状態
とし、 検索データに対応した電圧を上記第1および第2ビット
線に印加する請求項3記載の半導体記憶装置の動作方
法。
5. A search circuit according to claim 5, wherein said first and second bit lines and said match line are set to an electric floating state at a high level, and a voltage corresponding to search data is applied to said first and second bit lines. 4. The operation method of the semiconductor memory device according to 3.
【請求項6】上記第1および第2検索トランジスタは、
上記マッチ線にハイレベルの電圧が印加されたときに、
上記第1,第2検索トランジスタのハイレベルの記憶電
圧から上昇したゲート電圧と、ローレベルの記憶電圧か
ら上昇したゲート電圧との間のしきい値電圧を有する請
求項3記載の半導体記憶装置の動作方法。
6. The first and second search transistors include:
When a high level voltage is applied to the match line,
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein said first and second search transistors have a threshold voltage between a gate voltage raised from a high-level storage voltage and a gate voltage raised from a low-level storage voltage. How it works.
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