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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterspeicherbauelement.
Bei derartigen Bauelementen ist ein Halbleiterspeicher auf einem
Chip als Anordnung von Speicherzellen ausgebildet. Eine integrierte
Schaltung ermöglicht
die Nutzung des Halbleiterspeichers, insbesondere die Adressierung
der einzelnen Speicherzellen. Elektrisch leitende Verbindungen als
Wortleitungen und Bitleitungen stellen die Verbindung der für eine Ansteuerung
der Speicherzellen vorgesehenen Anschlüsse mit den Speicherzellen
her und sind für
ein Programmieren der Speicherzellen vorgesehen. Durch das Programmieren bzw.
Umprogrammieren der Speicherzellen werden digitale Informationen
als logische Null bzw. logische Eins in den Zellen abgespeichert.
Diese Informationen werden bei einer Adressierung der Speicherzellen
in einer vorgegebenen Weise ausgelesen.
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Die
Eingabe und Ausgabe der gespeicherten Daten sowie die Eingabe der
für die
Adressierung oder allgemein die Steuerung der Nutzung des Speichers
vorgesehenen Steuersignale erfolgt in Form digitaler Eingabesignale
und Ausgabesignale. Da der Informationsgehalt des einzelnen Bit äußerst gering ist,
muss eine Vielzahl derartiger Signale parallel oder seriell übermittelt
werden. Bei üblichen
Halbleiterspeicherchips ist daher eine sehr große Anzahl von Anschlusskontakten
vorgesehen. Daraus ergeben sich hohe Kosten für die Gehäuse, in denen die Halbleiterspeicherchips
montiert werden.
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Ein
derartiges Gehäuse
umfasst z. B. einen strukturierten metallischen Träger, auf
dem ebenfalls eine entsprechende Anzahl von Anschlusskontakten vorhanden
ist. Diese Kontakte müssen
paarweise mit den entsprechenden Kontakten des Speicherchips verbunden
werden. Da an jedem Datenausgang zu jedem Zeitpunkt nur ein Wert
ausgegeben werden kann, erreicht man damit nur eine niedrige Datenrate.
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In
der
GB 2 352 072 A ist
ein Aufnahme-Wiedergabe-System für
eine aus Halbleiterbauelementen aufgebaute Vorrichtung beschrieben,
bei dem zwischen einem Eingang und dem Speicher ein Analog-Digital-Wandler
und zwischen dem Speicher und einem Ausgang ein Digital-Analog-Wandler
angeordnet ist. Das System ist für
eine ununterbrochene zyklische Aufnahme von Daten vorgesehen.
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In
der
US 4 160 273 A ist
ein System zur elektronischen Bildwiedergabe mittels einer Anzeigevorrichtung,
die eine Elektronenkanone umfasst, beschrieben. Die einem Videosignal
eines Bildelementes entsprechenden Ansteuerdaten werden in einem RAM
gespeichert. Um einen A/D-Wandler einzusparen, wird das einem analogen
Signal entsprechende digitale Signal ermittelt, indem digitale Signale,
die in einer zugehörigen
Schaltungseinheit erzeugt werden, in analoge Signale umgewandelt
und diese analogen Signale mit dem Eingangssignal verglichen werden.
Wenn auf diese Weise ein dem Eingangssignal entsprechendes digitales
Signal als beste Approximation gefunden ist, wird mit diesem digitalen Signal
der Speicher adressiert, dessen Inhalt zur Steuerung der Elektronenkanone
verwendet wird. Das analoge Eingangssignal ist so einerseits das wiederzugebende
Videosignal und andererseits in digitalisierter Form die zugehörige Speicheradresse.
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Bei
einer matrixförmigen
Anordnung der Speicherzellen in dem Halbleiterspeicher müssen über die
Bitleitungen und Wortleitungen die Zeilen und Spalten dieser Speicherzellenmatrix
zeitversetzt adressiert werden. Daraus ergeben sich lange Zugriffszeiten.
Die Anzahl der erforderlichen Anschlusskontaktflächen steigt daher sehr stark
mit zunehmender Größe des Speichers
an, die aber angestrebt wird. Durch die Begrenzung der möglichen
Anzahl der Anschlusskontakte wird die Grenze der Kapazität eines
Speicherchips sehr schnell erreicht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterspeicherbauelement
anzugeben, mit dem auch bei hoher Speicherkapazität kurze
Zugriffszeiten oder hohe Datenraten realisierbar sind.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Halbleiterspeicherbauelement mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Bauelement
ist mindestens ein Digital-Analog-Wandler und/oder mindestens ein
Analog-Digital-Wandler
vorhanden, und zwar vorzugsweise eine Mehrzahl derartiger Wandler,
die so in die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusskontakten
und den Speicherzellen eingebaut sind, dass eine Nutzung des Halbleiterspeichers
durch eine Eingabe oder Ausgabe von analogen Signalen möglich ist.
Die analogen Signale entsprechen einer Überlagerung einer Vielzahl
digitaler Signale.
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Wenn
daher anstelle der bisherigen Digitalausgänge eines Halbleiterspeichers
Analogausgänge
vorgesehen sind, kann die gleiche Datenmenge, für die man normalerweise mehrere
Anschlusskontaktflächen
(Pads) benötigte, über nur
einen Anschlusskontakt ausgelesen werden. Es lässt sich das Einschreiben der
Daten bewerkstelligen, indem die Daten in Form analoger Signale
eingegeben werden und mittels eines Analog- Digital-Wandlers in eine Mehrzahl von
digitalen Signalen umgewandelt werden, die z. B. in einem üblichen
16-Bit-Bus weitergeleitet werden.
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Das
gleiche Prinzip kann auch für
die Adressierung der Speicherzellen angewendet werden. Man ersetzt
dazu die Anschlusskontaktflächen
für die Eingabe
der Adressierungssignale durch eine geringere Anzahl von Anschlusskontaktflächen, insbesondere
zwei Kontaktflächen
für die
Zeilenadresse und die Spaltenadresse, und sieht dahinter Analog-Digital-Wandler
vor, um die analogen Steuersignale, die an den Anschlusskontaktflächen eingegeben
werden, in digitale Adressierungssignale umzuwandeln. Mit diesem
Bauelement werden daher sehr viele Anschlusskontaktflächen auf
dem Halbleiterchip und insbesondere auch auf dem Gehäuse eingespart. Zusätzlich erhält man eine
schnellere Schnittstelle (Interface) für die Daten und Adressen.
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Es
folgt eine genauere Beschreibung des erfindungsgemäßen Bauelementes
anhand der beigefügten 1 bis 5.
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Die 1 und 2 zeigen
Schaltungsschemata zu Halbleiterspeichern aus dem Stand der Technik.
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Die 3 bis 5 zeigen
entsprechende Schaltungsschemata für Beispiele des erfindungsgemäßen Bauelementes.
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Zur
Erläuterung
des Bauelementes ist in der 1 ein Schaltungsschema
dargestellt, bei dem entsprechend dem Stand der Technik ein Halbleiterspeicher 1,
hier ein FIFO-Speicher, über
eine übliche 16-Bit-Datenleitung 2 mit
Anschlusskontaktflächen 3 verbunden
ist. An den Anschlusskontaktflächen
können
die parallel übertragenen
digitalen Daten beim Auslesen des Speichers 1 abgegriffen
werden.
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In
der 2 ist ein entsprechendes Schema für die Adressierung
des Halbleiterspeichers nach dem Stand der Technik dargestellt.
Es sind dort Adressierungs-Latches 40 dargestellt, die über einen Adress-Bus 50 mit
den an den Anschlusskontaktflächen 3 eingegebenen
digitalen Signalen gesteuert werden. An die Anschlusskontaktflächen (Adresspads)
wird eine Zeilenadresse und anschließend ein Strobe-Signal (Row
Address Strobe) angelegt, wodurch die Zeilenadresse in den Latches
gespeichert wird. Anschließend
wird an dieselben Anschlusskontaktflächen 3 die Spaltenadresse
angelegt. Es wird wieder ein Strobe-Signal (Column Address Strobe) angelegt,
wodurch die Spaltenadresse in den Latches gespeichert wird.
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In
der 3 ist ein der 1 entsprechendes
Schema dargestellt, nach dem ein erfindungsgemäßes Bauelement ein Auslesen
des Speicherinhalts ermöglicht.
Aus dem Halbleiterspeicher 1 ist eine Vielzahl von Datenleitungen
geführt,
in dem dargestellten Beispiel als 16-Bit-Datenleitungen 2.
Statt direkt auf die Anschlusskontaktfläche 3 geführt zu werden,
ist in die Datenleitungen ein Digital-Analog-Wandler 6 eingebaut,
der die digitalen Signale in ein analoges Signal umwandelt. Dieses
analoge Signal kann jetzt an einer gemeinsamen Anschlusskontaktfläche 3 abgegriffen
werden.
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Falls
es bei bestimmten Ausführungsbeispielen
des Bauelementes nicht möglich
ist, alle Signale eines 16-Bit-Datenbusses zu einem analogen Signal zu überlagern,
können
auch mehrere Anschlusskontaktflächen 3 vorgesehen
sein, zu denen jeweils ein analoges Signal, das aus einer teilweisen Überlagerung
der digitalen Signale gebildet wird, geführt ist. Die Verwendung paralleler
Datenbusse für
die umgewandelten, analogen Signale ermöglicht außerdem die schnellere Übertragung
der Daten.
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Die
Adressierung des erfindungsgemäßen Speicherbauelements
gestaltet sich entsprechend dem in 4 dargestellten
Schema. Es wird in diesem Beispiel nur jeweils eine Anschlusskontaktfläche für die Zeilenadressierung
und die Spal tenadressierung vorgesehen. An diese Kontaktflächen können die
analogen Steuersignale angelegt werden, die jeweils anschließend in
einem Analog-Digital-Wandler 7 in die digitalen Signale
umgewandelt werden, die über
einen jeweiligen Adress-Bus 5 den
Adress-Latches 4 zugeführt
werden.
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In
der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel anhand eines
der 3 entsprechenden Schemas dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel
erläutert,
dass mehrere 16-Bit-Datenbusse 20, 21, von denen
hier zwei dargestellt sind, parallel mittels Digital-Analog-Wandlern 60, 61 in
analoge Signale umgewandelt werden können, die den Anschlusskontaktflächen 3 zugeführt werden.
Damit ist es möglich, eine
noch größere Anzahl
von Daten parallel zu übertragen,
ohne dass die Anzahl der Anschlusskontaktflächen 3 eine tolerierbare
Grenze überschreitet.
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Das
erfindungsgemäße Bauelement
kann so ausgebildet sein, dass Lese- und Schreibvorgänge durch
eine Ausgabe bzw. Eingabe von analogen Daten möglich sind. Statt der abzuspeichernden
oder abgespeicherten Daten können
auch Steuersignale zur Steuerung von Lese- und Schreibvorgängen, insbesondere
zur Adressierung von Speicherplätzen, durch
Eingabe von analogen Steuersignalen übermittelt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des Bauelements erfolgt beides,
d. h. die Lese- und Schreibvorgänge
und deren Steuerung, ausschließlich
durch Eingabe und Ausgabe von analogen Signalen. Eine Kommunikation
mit einem Speicher-Controller erfolgt daher bei dieser Ausgestaltung
ausschließlich
mittels analoger Signale.
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Wenn
für die
Dateneingabe und Datenausgabe mehrere Anschlusskontaktflächen vorgesehen sind,
lassen sich die übermittelten
Datenraten wesentlich erhöhen.
Mit einer Anschlusskontaktfläche und
einem 16-Bit-Digital-Analog-Wandler beispielsweise lassen sich 16
Bit pro Takt bei einem Lesevorgang übertragen; dieselbe Datenrate
erreicht man mit zwei 8-Bit-Digital-Analog-Wandlern und zwei Anschlusskontaktflächen. Durch
Einsatz von Digital-Analog-Wandlern geeigneter Kapazität und eine ausreichend
hohe Anzahl von Anschlusskontaktflächen lassen sich daher gegenüber herkömmlichen Speicherbauelementen
erheblich höhere
Datenraten übertragen.
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Die
Umwandlung zwischen digitalen und analogen Signalen wird dabei jeweils
so vorgenommen, dass die relevante Information erhalten bleibt. Die
Anzahl der digitalen Signale, die zu analogen Signalen überlagert
wird, muss daher bei bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Bauelementes
gegebenenfalls entsprechend eingeschränkt werden. Da aber in jedem
Fall eine Umwandlung mehrerer digitaler Signale in ein analoges
Signal bzw. die Umwandlung eines analogen Signales in eine Mehrzahl
digitaler Signale möglich
ist, können
mit dem erfindungsgemäßen Speicherbauelement
bei jedem Ausführungsbeispiel
eine Vielzahl von Anschlusskontaktflächen eingespart werden.
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- 1
- Halbleiterspeicher
- 2
- Datenleitung
- 3
- Anschlusskontaktfläche
- 4
- Adress-Latch
- 5
- Adress-Bus
- 6
- Digital-Analog-Wandler
- 7
- Analog-Digital-Wandler
- 20
- 16-Bit-Datenbus
- 21
- 16-Bit-Datenbus
- 40
- Adressierungs-Latch
- 50
- Adress-Bus
- 60
- Digital-Analog-Wandler
- 61
- Digital-Analog-Wandler