DE10214102B4 - Digitale Begrenzung der Selfrefreshfrequenz für temperaturabhängige Selfrefreshoszillatoren - Google Patents

Digitale Begrenzung der Selfrefreshfrequenz für temperaturabhängige Selfrefreshoszillatoren Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (10) zum Ausgeben eines Refresh-Signals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung (10) umfaßt:
eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines variablen periodischen Refresheingangssignals (14), wobei die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) temperaturabhängig ist;
eine Vergleichseinrichtung (22) zum Vergleichen der Periodendauer des Refresheingangssignals (14) mit zumindest einem vorbestimmbaren Wert;
eine Ausgabeeinrichtung (22) zum Ausgeben eines Refreshausgangssignals (24) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in der Vergleichseinrichtung (22) und zum Ausgeben eines Resetsignals (26);
wobei die Ausgabeeinrichtung (22) derart ausgelegt ist, daß
– wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit der vorbestimmbaren maximalen Periodendauer (T_max) ausgegeben wird, und/oder
– wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) unter einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer (T_min) ausgegeben wird, und
– ansonsten ein Refreshausgangssignal (24) ausgegeben wird, dessen Periodendauer (T_aus) proportional zu der...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgeben eines Refreshsignals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung, welche vorzugsweise ein DRAM-Speicher ist.
  • Die Speicherzellen von DRAM-Halbleiterspeichervorrichtungen müssen periodisch refresht bzw. aktualisiert werden, um einem Datenverlust vorzubeugen. Es sind Vorrichtungen zum Ausgeben eines Refreshsignals für eine Speicherzelle von DRRM-Speichern bekannt, welche es ermöglichen, die Frequenz des Refreshsignals an veränderte Temperaturbedingungen anzupassen. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Refreshfrequenz nur unzulänglich den Refreshbedürfnissen der Speicherzelle angepaßt werden kann.
  • Die DE 195 02 557 A1 offenbart eine Selbstrefreshsteuerschaltung für ein Speicherzellenfeld. Hierbei wird ein temperaturabhängiges Selbstrefreshsignal erzeugt. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, wird jedoch ein Vergleich zwischen einer temperaturabhängigen und einer temperaturunabhängigen bzw. mehreren temperaturunabhängigen Spannungen durchgeführt. Aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs wird dann ein Selbstrefreshsignal mit einer. bestimmten Periodendauer ausgegeben.
    •
  • Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgeben eines Refreshsignals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, in einem weiten Temperaturbereich eine bessere Steuerung der Refreshfrequenz bzw. Refreshperiodendauer anzupassen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Inhalt der abhängigen Unteransprüche.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausgeben eines Refreshsignals für eine Speicherzelle bzw. ein Speicherzellenfeld einer Halbleiterspeichervorrichtung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt:
    eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines variablen periodischen Refresheingangssignals, wobei die Periodendauer des Refresheingangssignals temperaturabhängig ist;
    eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Periodendauer des Refresheingangssignals mit zumindest einem vorbestimmbaren Wert;
    eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Refreshausgangssignals in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in der Vergleichseinrichtung;
    wobei die Ausgabeeinrichtung derart ausgelegt ist, daß wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, ein
    Refreshausgangssignal mit der vorbestimmbaren maximalen Periodendauer ausgebbar ist,
    und/oder
    wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals unter einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ein
    Refreshausgangssignal mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer ausgebbar ist, und
    ansonsten ein Refreshausgangssignal ausgebbar ist, dessen Periodendauer der Periodendauer des Refresheingangssignals entspricht bzw. zu dieser proportional ist.
  • Durch das Vorsehen einer maximalen und/oder minimalen Periodendauer für das Refreshausgangssignal, kann ein oberer bzw. unterer Periodendauerwert für, das Refreshausgangssignal festgelegt werden. Durch das Vorsehen einer oberen Grenze für die Periodendauer des Refreshausgangssignals kann erreicht werden, daß ein Refreshsignal an die Speicherzelle der Halbleiterspeichervorrichtung innerhalb eines vorbestimmbaren maximalen Zeitraums ausgegeben wird, auch wenn das Refresheingangssignal einen längeren Zeitraum vorsehen würde.
  • Des weiteren kann durch die untere Begrenzung der Periodendauer des Refreshsignals ein zu häufiges und damit unnötiges Refreshen der Speicherzelle verhindert werden.
  • Durch das Vorsehen einer oberen und einer unteren Grenze für die Periodendauer des Refreshausgangssignals kann eine bessere Anpassung des Refreshausgangssignals an den Temperaturgradienten des Refresheingangssignals erreicht werden. Somit kann, wenn ein temperaturabhängiges Refreshausgangssignal (d.h. ein Refreshausgangssignal mit temperaturabhängiger Refreshperiode bzw. -frequenz) ausgegeben wird eine größere Steilheit der Kurve des Refreshausgangssignals erreicht werden, da durch die Begrenzung der Kurve nach oben und unten keine Sicherheitsreserven mehr nötig sind.
  • vorzugsweise ist die Speicherzelle eine DRAM-Speicherzelle bzw. eine Speicherzelle eines dynamischen Halbleiterspeichers.
  • Bevorzugt ist das Refresheusgangssignals ein Taktsignal.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine Meßeinrichtung zum Ermitteln der Periodendauer des Refresheungangssignals.
  • Vorzugsweise umfaßt die Meßeinrichtung einen Zähler.
  • Bevorzugt wird die vorbestimmbare minimale und/oder maximale Periodendauer mittels eines temperaturunabhängigen periodischen Signals und zumindest eines Zählers erzeugt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Zähler Kippschaltungen bzw. Flip-Flops.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Ausgeben eines Refresh-Signals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
    Empfangen eines variablen periodischen Refresheingangssignals;
    Vergleichen der Periodendauer des Refresheingangssignals mit zumindest einem vorbestimmbaren Wert;
    Ausgeben eines Refreshausgangssignals in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in der Vergleichseinrichtung;
    wobei
    wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, ein
    Refreshausgangssignal mit der vorbestimmbaren maximalen Periodendauer ausgegeben wird,
    und/oder
    wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals unter einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ein
    Refreshausgangssignal mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer ausgegeben wird,
    und ansonsten ein Refreshausgangssignal ausgegeben wird, dessen Periodendauer der Periodendauer des Refresheingangssignals entspricht bzw. zu dieser proportional ist.
  • Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner einen Schritt des Ermittelns der Periodendauer des Refresheingangssignals mittels einer Meßeinrichtung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren ferner einen Schritt des Ausgebens eines Resetsignals.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • 2 den Verlauf der Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals in Abhängigkeit der Temperatur Temp gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung 10 umfaßt einen Eingang für ein temperaturabhängiges Taktsignal bzw. Refresheingangssignal 14 mit einer temperaturabhängigen Periodendauer T_ein und einen Eingang für ein temperaturunabhängiges Taktsignal 20 mit einer konstanten Periodendauer T_const. Ferner umfaßt die Vorrichtung einen Ausgang für ein Ausgangstaktsignal bzw. Refreshaungangssignal 24 mit einer Periodendauer T_aus. Es ist ebenfalls denkbar, daß die Eingangssignale und das Ausgangssignal eine andere periodische Form aufweisen und nicht notwendigerweise Taktsignale sein müssen. Das Refreshaungangssignal 24 ist bevorzugt ein Refreshsignal für Speicherzellen eines DRAM-Speichers.
  • Das Refresheingangssignal 14 ist bevorzugt das Ausgangssignal einer nicht gezeigten Vorrichtung durch welche ein temperaturabhängiger Wert, z.B. ein Strom oder eine Spannung, in ein temperaturabhängiges Taktsignal umgewandelt wird. Hierbei ist die Periodendauer T_ein des erhaltenen Taktsignals von der Temperatur abhängig. Vorzugsweise ist die Periodendauer T_ein des Taktsignals für niedrigere Temperaturen länger und für höhere Temperaturen niedriger.
  • Des weiteren umfaßt die Vorrichtung 10 einen Refresheingangssignalzähler 12 zum Bestimmen der Periodendauer des temperaturabhängigen Refresheingangssignals 14, einen Maximalwertzähler 16 zum Bestimmen der oberen Grenze T_max der Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals 24 und einen Minimalwertzähler 18 zum Bestimmen der unteren Grenze T_min der Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals 24.
  • Die Werte T_min und T_max werden bevorzugt wie folgt festgelegt. Es wird von einer sog. Nominalperiodendauer T_nom des Refreshausgangssignals 24 ausgegangen. Dies entspricht der Periodendauer des temperaturabhängigen Refreshausgangssignals 24 im optimalen Betriebsbereich. T_min wird bevorzugt auf 0.5 T_nom und T_max zu 2 T_nom festgelegt.
  • Die Zähler 12, 16 und 18 umfassen vorzugsweise bistabile Kippschaltungen bzw. Flip-Flops.
  • Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Logik 22 zum Vergleichen der Zählerstände der Zähler 12, 16 bzw. 18 und Ausgeben eines Refreshausgangssignals 24 und eines Resetsignals 26 zum Zurücksetzen der Zähler 12, 16 und 18.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung 10 einen Speicher zum Speichern des maximalen Zählwerts des Maximalwertzählers 16 und minimalen Zählwerts des Minimalwertzählers 18 umfassen.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1 und 2 beschrieben.
  • 2 zeigt den Verlauf der Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals 24 in Abhängigkeit der Temperatur Temp. Hierbei entspricht der Verlauf der durchgezogenen Linie dem Verlauf des Refreshausgangssignals 24 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die strichpunktierte Linie zeigt den Verlauf des Refreshausgangssignals 24, wenn ein Refreshsignal ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erzeugt wird.
  • Der Refresheingangssignalzähler 12 zählt die Takte des Refresheingangssignals 14 bis zu einem vorbestimmbaren Wert. Der Maximalwertzähler 16 zählt die Takte des temperaturunabhängigen Taktsignals 20 bis zu einem maximalen vorbestimmbaren Wert und Minimalwertzähler 18 zählt die Takte des temperaturunabhängigen Taktsignals 20 bis zu einem minimalen vorbestimmbaren Wert. Die Logik 22 vergleicht die Zustände der Zähler 12, 16 und 18, d.h. ob die Zähler 12, 16 und 18 durchgezählt bzw. bis zu dem jeweiligen vorbestimmbaren Wert gezählt haben oder nicht.
  • Das Refreshausgangssignal 24 ist abhängig davon, welche der Zähler 12, 16 und 18 durchgezählt haben, und in welcher Reihenfolge der Abschluß des Durchzählens erfolgte. Nachfolgend werden die verschiedenen Fälle besprochen.
  • Wenn der Minimalwertzähler 18 als erstes durchgezählt hat, d.h. wenn die Frequenz des Refresheingangssignals 14 unter einer vorbestimmbaren maximalen Frequenz bzw. die Periodendauer T_ein des Refresheingangssignals 14 über einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ist das Refreshausgangssignal 24 abhängig davon, ob der Refresheingangssignalzähler 12 oder der Maximalwertzähler 16 als nächstes durchgezählt hat.
  • Hat der Maximalwertzähler 16 als zweiter Zähler bis zu seinem vorbestimmbaren Wert durchgezählt, d.h. wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals 14 über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, gibt die Logik 22 einen Ausgangspuls als Refreshausgangssignal 24 zu dem Zeitpunkt aus, wenn der Maximalwertzähler 16 durchgezählt hat. Dieser Zustand entspricht dem Bereich I in 2.
  • Hat hingegen der Refresheingangssignalzähler 12 als zweiter Zähler bis zu seinem vorbestimmbaren Wert durchgezählt, d.h. wenn die Periodendauer T_ein des Refresheingangssignals 14 unter einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, gibt die Logik 22 einen Ausgangspuls als Refreshausgangssignal 24 zu dem Zeitpunkt aus, wenn der Refresheingangssignalzähler 12 durchgezählt hat. Dieser Zustand entspricht dem Bereich II in 2.
  • Wenn der Refresheingangssignalzähler 12 als erster durchgezählt hat und nachfolgend der Minimalwertzähler 18 durchgezählt hat, d.h. wenn die Periodendauer T_ein des Refresheingangssignals 14 kleiner ist als der vorbestimmbare minimale Wert, gibt die Logik 22 einen Ausgangspuls als Refreshausgangssignal 24 zu dem Zeitpunkt aus, wenn der Minimalwertzähler 18 durchgezählt hat. Dieser Zustand entspricht dem Bereich III in 2.
  • Gleichzeitig mit dem Refreshausgangssignal 24 wird ein Resetsignal bzw. Zurücksetzsignal 26 ausgegeben, wodurch die Zähler 12, 16 und 18 zurückgesetzt werden.
  • Wie in 2 zu sehen, liegt die Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals 24 ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 (strichpunktierter Verlauf in 2) über einer vorbestimmbaren maximalen Periodendauer T_max, wenn eine vorbestimmbare Temperatur Temp1 unterschritten wird. Dies bedeutet, daß ein Refreshausgangssignal 24 für eine Speicherzelle zu selten bzw. gar nicht mehr ausgegeben werden würde. Dies hat zur Folge, daß die Speicherzelle nicht mehr ausreichend oft refresht bzw. aktualisiert bzw. aufgefrischt werden würde. Um dies zu vermeiden, wird gemäß der vorliegenden Erfindung für diesen Temperaturbereich (Bereich I in 2) ein Refreshausgangssignal 24 mit einer vorbestimmbaren maximalen Periodendauer T_max ausgegeben.
  • Wie ferner in 2 zu sehen ist, liegt die Periodendauer T_aus des Refreshausgangssignals 24 ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 (strichpunktierter Verlauf in 2) unterhalb einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer T_min, wenn die Temperatur einen vorbestimmbaren maximalen Wert Temp2 überschreitet. Dies bedeutet, daß ein Refreshausgangssignal 24 für die Speicherzelle häufiger als benötigt ausgegeben werden würde. Um dies zu vermeiden, wird für diesen Temperaturbereich (Bereich III in 2) ein Refreshausgangssignal 24 ausgegeben mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer T_min.
  • Für den Temperaturbereich zwischen Temp1 und Temp2 (Bereich II in 2) wird ein Refreshausgangssignal 24 mit einer temperaturabhängigen Periodendauer T_aus ausgegeben. Der Verlauf des Refreshausgangssignal 24 im temperarturabhängigen Bereich II muß nicht notwendigerweise linear sein. Es ist ebenfalls denkbar daß die Kurve in diesem Bereich gekrümmt verläuft.
    •
    • 10
    Vorrichtung
    12
    Refresheingangssignalzähler
    14
    Refresheingangssignal
    16
    Maximalwertzähler
    18
    Minimalwertzähler
    20
    temperaturunabhängiges Taktsignal
    22
    Logik
    24
    Refreshausgangssignal
    26
    Resetsignal
    T_aus
    Periodendauer des Refreshausgangssignals
    T_ein
    Periodendauer des Refresheingangssignals
    T_max
    maximale Periodendauer des Refreshausgangssignals
    T_min
    minimale Periodendauer des Refreshausgangssignals

Claims (10)

  1. Vorrichtung (10) zum Ausgeben eines Refresh-Signals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung (10) umfaßt: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines variablen periodischen Refresheingangssignals (14), wobei die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) temperaturabhängig ist; eine Vergleichseinrichtung (22) zum Vergleichen der Periodendauer des Refresheingangssignals (14) mit zumindest einem vorbestimmbaren Wert; eine Ausgabeeinrichtung (22) zum Ausgeben eines Refreshausgangssignals (24) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in der Vergleichseinrichtung (22) und zum Ausgeben eines Resetsignals (26); wobei die Ausgabeeinrichtung (22) derart ausgelegt ist, daß – wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit der vorbestimmbaren maximalen Periodendauer (T_max) ausgegeben wird, und/oder – wenn die Periodendauer des Refresheingangssignals (14) unter einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer (T_min) ausgegeben wird, und – ansonsten ein Refreshausgangssignal (24) ausgegeben wird, dessen Periodendauer (T_aus) proportional zu der Periodendauer (T_ein) des Refresheingangssignals (14) ist.
  2. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die
  3. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Refresheingangssignal (14) ein Taktsignal ist.
  4. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welche ferner eine Meßeinrichtung (12) zum Ermitteln der Periodendauer des Refresheingangssignals (14) umfaßt.
  5. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 4, wobei die Meßeinrichtung (12) einen Zähler (12) umfaßt.
  6. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmbare minimale und/oder maximale Periodendauer (T_min, T_max) mittels eines temperaturunabhängigen periodischen Signals (20) und zumindest eines Zählers (16, 18) erzeugt wird.
  7. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5 oder 6 wobei die Zähler (14, 16, 18) Kippschaltungen umfassen.
  8. Verfahren zum Ausgeben eines Refresh-Signals für eine Speicherzelle einer Halbleiterspeichervorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – Empfangen eines variablen periodischen Refresheingangssignals (14); – Vergleichen der Periodendauer (T_ein) des Refresheingangssignals (14) mit zumindest einem vorbestimmbaren Wert; – Ausgeben eines Refresheungangssignals (24) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs; wobei – wenn die Periodendauer (T_ein) des Refresheingangssignals (14) über einem vorbestimmbaren maximalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit der vorbestimmbaren maximalen Periodendauer (T_max) ausgegeben wird, und/oder – wenn die Periodendauer (T_ein) des Refresheingangssignals (14) unter einem vorbestimmbaren minimalen Wert liegt, ein Refreshausgangssignal (24) mit einer vorbestimmbaren minimalen Periodendauer (T_min) ausgegeben wird, und – ansonsten ein Refreshausgangssignal (24) ausgegeben wird, dessen Periodendauer proportional zu der Periodendauer des Refresheingangssignals (14) ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, welches ferner einen Schritt des Ermittelns der Periodendauer (T_ein) des Refresheingangssignals (14) mittels einer Meßeinrichtung (14) umfaßt.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9 wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Ausgebens eines Resetsignals (26) umfaßt.
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