-
Die Erfindung betrifft eine Speicherschaltung,
insbesondere eine pseudostatische Speicherschaltung. Die Erfindung
betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Speicherschaltung.
-
Pseudostatische Speicherschaltungen
werden beispielsweise in Low-Power-Applikationen für zukünftige Mobiltelefone
genutzt. In diesen Mobiltelefonen ist eine große Anzahl von Funktionalitäten realisiert,
die einen hohen Speicherbedarf haben.
-
Dieser hohe Speicherbedarf entsteht
beispielsweise durch Video- oder Bilderdarstellungen sowie durch
die Internetfähigkeit.
-
Bisher werden, um den Speicherbedarf
zu decken, in diesen Geräten
SRAMs (statische Speicher) eingesetzt.
-
SRAMs haben einen vergleichsweise
hohen Stromverbrauch und werden zukünftig durch so genannte pseudostatische
Speicher (PSRAM) ersetzt. Ein PSRAM ist ein DRAM-Speicher, der wie
ein statischer Speicher betrieben wird. PSRAMs weisen bei gleicher
Speicherdichte eine viel kleinere Chipfläche auf und benötigen darüber hinaus
zum Speichern von Daten weniger elektrische Energie.
-
Daher war es Ziel, PSRAMs so zu entwickeln,
dass diese die SRAMs, wie sie in heutigen Systemen eingesetzt werden,
ersetzen können.
Vorzugsweise soll dabei die Systemumgebung (Interfaces, Signalkonfigurationen)
unverändert
bleiben, so dass aufwendige Anpassungen vermieden werden können.
-
Da pseudostatische Speicher auf DRAM-Architekturen
basieren, d.h. sie weisen dynamische Speicherzellen auf, müssen die
Speicherzellen zum Erhalt der Speicherinformation wie bei ei nem
normalen DRAM-Speicher aufgefrischt werden. Bei herkömmlichen
DRAM-Speichern wird dieser Auffrischvorgang von der Systemumgebung
und nicht von dem DRAM-Speicher gesteuert. Bei herkömmlichen SRAMs
ist dies nicht der Fall. Aus diesem Grunde müssen PSRAMs eine eigene Auffrischeinheit
besitzen, mit der die Speicherzellen des PSRAMs selbstständig aufgefrischt
werden können,
um die Speicherinformationen zu erhalten.
-
Darüber hinaus muss eine Auffrischsteuerung
vorgesehen sein, die gewährleistet,
dass keine Kollision zwischen einem intern generierten Auffrischzugriff
und einem externen Schreib-/ Lesezugriff auftritt. Die Auffrischsteuerung
muss außerdem sicherstellen,
dass ein interner Auffrischvorgang keine Einschränkung der Funktionalität bewirkt.
Das Auffrischen sollte für
den Anwender bzw. für
die Systemumgebung unsichtbar sein, d.h. nicht durch eine Einschränkung der
Funktionalität
bewirkt werden.
-
Eine solche Auffrischsteuerung ist
jedoch nur mit Einschränkungen
möglich,
weil üblicherweise
bestimmte SRAM-Zugriffe möglich
sind, die zwangsläufig
eine Verletzung der Auffrischperiode nach sich ziehen. Die Auffrischperiode
bestimmt sich aus der Anzahl der Zellen und der Architektur des
Speichers und bestimmt, in welcher Zeit eine Speicherzelle wieder
aufgefrischt werden muss, damit die darin gespeicherte Information
nicht verloren geht.
-
Damit sich also ein PSRAM wie ein
SRAM verhält,
kann eine Auffrischanforderung nur dann bedient werden, wenn es
eine Einschränkung
bezüglich der
vom Anwender bzw. von der Systemumgebung initiierten Lese-/Schreibzugriffe
gibt. Im Normalbetrieb kann ein Auffrischen nur dann ausgeführt werden,
wenn die Speicherschaltung deselektiert ist. Eine Speicherschaltung
ist gewöhnlich
deselektiert, wenn keine Lese- und Schreibzugriffe auf die Speicherschaltung
vorgenommen werden. Das Auswählen
der Speicherschaltung erfolgt üblicherweise über ein
Speicherauswahlsignal.
-
Wird die Speicherschaltung länger aktiv
gehalten, d.h. selektiert, ergibt sich folgendes Problem: Nach Ablauf
der Auffrischperiode wird eine Auffrischanforderung an die Steuerung
des PSRAM ausgegeben. Diese kann jedoch nicht bearbeitet werden, weil
die Speicherschaltung noch aktiv ist, d.h. es läuft ein Zugriff, oder es kann
jederzeit ein Zugriff gestartet werden, der nicht durch einen Auffrischzugriff
unterbrochen werden darf. Nach Ablauf einer weiteren Auffrischperiode
erfolgt eine weitere Auffrischanforderung, die ebenfalls nicht abgearbeitet
werden kann, solange die Speicherschaltung selektiert ist. Das bedeutet,
es kann zur Aufsummierung von Auffrischanforderungen kommen. In
der Zwischenzeit droht ein Informationsverlust, da einige oder alle Speicherzellen
ihre Informationen verlieren können.
-
Wird dann die Speicherschaltung deselektiert,
können
möglicherweise
nicht alle Auffrischanforderungen bearbeitet werden, bevor ein erneuter Schreib-/Lesezugriff
gestartet wird. Die Folge ist wieder, dass die Auffrischvorgänge nicht
mit der erforderlichen Auffrischperiode ausgeführt werden, und es somit zum
Datenverlust kommt.
-
PSRAMs sind also nur unter bestimmten
Einschränkungen
zu SRAMs kompatibel. D.h., es ergibt sich ein Nachteil für PSRAMs,
weil diese nicht in allen Systemen ohne zusätzlichen technischen Aufwand einsetzbar
sind.
-
Bisher wurde dieses Problem umgangen,
indem bestimmte zusätzliche
Restriktionen in den Spezifikationen für PSRAMs definiert werden.
Wenn diese Restriktionen von der Systemumgebung eingehalten werden,
ist garantiert, dass der in dem PSRAM befindliche DRAM-Speicher
in regelmäßigen Abständen aufgefrischt
wird, so dass keine Informationen verloren gehen. Solche Restriktionen
können
beispielsweise die maximale Zeit, in der die Speicherschaltung selektiert
ist, die Zeit, innerhalb der ein Adresswechsel mit neuer Zeilenadresse
stattge funden haben muss und die Mindestzeit für ein aktives Schreibsignal
sein.
-
Die Druckschrift US 2002/0027821
A1 offenbart einen pseudostatischen Speicherbaustein, der gemäß einem
Betriebsmodussignal in einem ersten oder zweiten Betriebsmodus betrieben
werden kann. In dem ersten Betriebsmodus wird ein interner Auffrischvorgang
gemäß einem
ersten Auffrischmodus durchgeführt,
wobei ein Auffrischvorgang synchron mit einem Adresswechselsignal
durchgeführt
wird, nachdem das Auffrischanforderungssignal generiert worden ist.
In dem zweiten Betriebsmodus wird ein interner Auffrischvorgang
gemäß einem
zweiten Auffrischmodus durchgeführt,
wobei ein Auffrischen der Speicherzellen unabhängig von dem Adresswechselsignal
bei dem Auffrischanforderungssignal durchgeführt wird. Somit wird gemäß dem ersten
Betriebsmodus das Auffrischen erst nach Beenden des Speicherzugriffs
durchgeführt
oder gemäß dem zweiten Betriebsmodus
unabhängig
von einem evtl. durchgeführten
Speicherzugriff vorgenommen. Die Betriebsmodi werden gemäß einem
von außen
vorgegebenen Betriebsmodussignal eingenommen.
-
In der Druckschrift „30μA Data-Retention Pseudostatic
RAM with Virtually Static RAM Mode" IEEE Journal of Solid-State Circuits,
Vol. 23 No. 1 (Feb 1988), S. 12-19 ist ein pseudostatisches RAM offenbart,
das eine interne Auffrischschaltung aufweist. Wenn durch einen Speicherzugriff
die Wortleitung für
eine lange Zeit geöffnet
ist und ein Auffrischen der Speicherzellen somit nicht möglich ist,
wird die Wortleitung automatisch nach einer festgelegten Zeitperiode
abgeschaltet.
-
Die Druckschrift
US 6,392,958 B1 offenbart ein
pseudostatisches RAM, das ein DRAM-Speicherzellenfeld umfasst. Um
ausreichende Zeit zum Auffrischen der DRAM-Speicherzellen zur Verfügung zustellen,
ist vorgesehen, dass die Zugriffszeit des pseudostatischen RAM gleich
oder größer ist
als das Doppelte der Zugriffszeit auf die DRAM-Speicherzellen.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Speiqcherschaltung zur Verfügung zu stellen, bei der von
dem Anwender bzw. der Systemumgebung lediglich Restriktionen bezüglich der Schreib-/Lesegeschwindigkeit
eingehalten werden müssen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Speicherschaltung
nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Betreiben einer solchen
Speicherschaltung nach Anspruch 9 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist eine Speicherschaltung,
insbesondere eine pseudostatische Speicherschaltung, die über ein
Speicherauswahlsignal selektierbar ist, vorgesehen. Die Speicherschaltung
weist Speicherbereiche und eine Steuerschaltung auf, um einen Speicherbereich
der Speicherschaltung gemäß einem
Auffrischanforderungssignal aufzufrischen. Die Steuerschaltung führt ein
Auffrischen des Speicherbereiches an einer Auffrischadresse nach Empfangen
des Auffrischanforderungssignals durch Generieren eines Auffrischsignals
durch, wenn die Speicherschaltung deselektiert wird oder wenn bei Selektierung
der Speicherschaltung durch das Speicherauswahlsignal der Zugriff
auf den Speicherbereich vor dem Generieren eines weiteren Auffrischanforderungssignals
beendet ist (erster Betriebsmodus). Die Steuerschaltung unterbricht
ein Zugreifen auf den Speicherbereich zum Schreiben und Auslesen
von Daten und führt
ein Auffrischen des Speicherbereiches durch Generieren eines Auffrischsignals
durch, wenn die Speicherschaltung selektiert ist und vor Beenden
des Zugreifens auf den Speicherbereich ein weiteres Auffrischanforderungssignal
empfangen wird (zweiter Betriebsmodus).
-
Die Steuerschaltung für die Speicherschaltung
sieht also vor, dass zwei Betriebsarten unterschieden werden können. In
der ersten Betriebsart wird eine Auffrischanforderung erst dann
bedient, wenn die Speicherschaltung deselektiert ist oder ein Zugriff
gestartet wird, der ein Abarbeiten eines Auffrisch zugriffs ohne
Einschränkung
auf den normalen Schreib-/Lesebetrieb erlaubt.
-
Wird die Speicherschaltung innerhalb
einer Auffrischperiode nicht deselektiert und ist der Zugriff auf
den Speicherbereich noch im Gange, kann auch kein Auffrischen ausgeführt werden.
Sobald ein zweites Auffrischanforderungssignal aufläuft, schaltet
die Steuerschaltung in den zweiten Betriebsmodus um. Nun wird unabhängig vom
aktuellen Zugriff ein Auffrischvorgang eingefügt. D.h., ein aktueller Zugriff wird
unterbrochen und ein Auffrischen des jeweiligen Speicherbereiches
durchgeführt.
In den ersten Betriebsmodus wird zurückgekehrt, wenn die aufgelaufenen
Auffrischanforderungen gemäß dem Auffrischanforderungssignal
und dem weiteren Auffrischanforderungssignal abgearbeitet wurden.
-
Auf diese Weise ist es möglich, eine
Speicherschaltung zur Verfügung
zu stellen, die lediglich mit Restriktionen bezüglich der Schreib-/Lesegeschwindigkeit
betrieben werden kann. Wird die Speicherschaltung nämlich so
betrieben, dass Auffrischanforderungen im Wesentlichen zeitnah zu
einem eingehenden Auffrischanforderungssignal abgearbeitet werden
können,
so arbeitet die Speicherschaltung im Normalbetrieb. In einen langsamen
Modus, das ist der zweite Betriebsmodus, wird die Speicherschaltung überführt, wenn
die Zugriffe auf die Speicherschaltung derart sind, dass zwischen
den einzelnen Zugriffen auf die Speicherschaltung kein Auffrischvorgang
vorgenommen werden kann.
-
Auffrischvorgänge können in der Regel zwischen
Schreib- bzw. Lesezugriffe eingeschoben werden, wenn ein Wechsel
der Zeilenadresse vorgenommen wird. Nicht möglich ist ein Einschieben von
Auffrischvorgängen,
wenn die Zugriffe, auf Speicherzellen innerhalb einer Zeile, d.h.
innerhalb einer Wortleitung, erfolgt.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die
Steuerschaltung eine Auffrischschaltung umfasst, um Speicherbereiche
an vorgegebenen Auffrischadressen abhängig von dem Auffrischsignal
zum Erhalt der gespeicherten Informationen aufzufrischen.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
die Steuerschaltung einen Auffrischanforderungszähler, der durch das Auffrischanforderungssignal
inkrementierbar ist und eine Auffrischsteuerschaltung aufweist, um
abhängig
von dem Zählerstand
des Auffrischanforderungszählers
das Auffrischsignal zu generieren.
-
Das Auffrischanforderungssignal wird
vorzugsweise von einer Auffrischanforderungsschaltung, die mit dem
Auffrischanforderungszähler
verbunden ist, zu vorgegebenen Zeiten generiert. auf diese Weise
können
die Auffrischvorgänge
in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
angefordert werden.
-
Die Auffrischsteuerschaltung generiert
ein Auffrischsignal, wenn ein Auffrischanforderungssignal empfangen
wurde und die Speicherschaltung deselektiert ist oder bei Selektierung
der Speicherschaltung durch das Speicherauswahlsignal während eines
Zugreifens auf die Speicherschaltung ein Auffrischen des Speicherbereiches
an einer Auffrischadresse möglich
ist. Ein Auffrischsignal wird ebenfalls generiert, wenn die Speicherschaltung
selektiert ist und vor Beenden des Zugreifens auf den Speicherbereich
ein weiteres Auffrischanforderungssignal empfangen wird.
-
Vorzugsweise ist der Auffrischanforderungszähler geeignet,
um ein erstes Auffrischzählersignal und
ein zweites Auffrischzählersignal
an die Auffrischsteuerschaltung zu senden. Das erste Auffrischzählersignal
gibt an, wenn ein Auffrischanforderungssignal vom Auffrischanforderungszähler empfangen
wurde. Das zweite Auffrischzählersignal
wird generiert, wenn ein weiteres Auffrischanforderungssignal im
Auffrischanforderungszähler
empfangen wurde. Der Auffrischanforderungszähler generiert also ein erstes
und ein zweites Auffrischzählersig nal, die
der Anzahl von noch nicht abgearbeiteten Auffrischanforderungssignalen
entsprechen.
-
Vorzugsweise entspricht der Speicherbereich
einer oder mehrerer Wortleitungen der Speicherschaltung. Während zwischen
Zugriffen auf Speicherzellen, die innerhalb einer Wortleitung liegen,
kein Auffrischvorgang möglich
ist, so ist bei Zugriffen auf Speicherzellen, bei der die Wortleitung
gewechselt wird, ein Auffrischen an einer anderen Wortleitungsadresse
möglich.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Speicherschaltung
vorgesehen. In einem ersten Betriebsmodus wird dabei ein Auffrischen
eines Speicherbereiches an einer Auffrischadresse nach Empfangen
eines Auffrischanforderungssignals durchgeführt. Der erste Betriebsmodus
wird unter der Bedingung eingenommen, wenn die Speicherschaltung
deselektiert ist oder wenn bei einem Auswählen der Speicherschaltung
das Zugreifen auf den Speicherbereich vor dem Empfangen eines weiteren Auffrischanforderungssignals
beendet wird. In einem zweiten Betriebsmodus wird ein Zugreifen
auf den Speicherbereich zum Schreiben und Auslesen von Daten unterbrochen
und ein Auffrischen des Speicherbereiches durchgeführt, wenn
die Speicherschaltung selektiert ist und vor Beenden des Zugreifens
auf den Speicherbereich nach einem Auffrischanforderungssignal ein
weiteres Auffrischanforderungssignal empfangen wird.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 schematisch
eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Speicherschaltung;
-
2 ein
Signal-Zeit-Diagramm, das die Bedingung beim Übergang auf den Langsambetrieb darstellt;
-
3 ein
Signal-Zeit-Diagramm, das die Bedingung beim Übergang von dem Langsambetrieb auf
den Normalbetrieb ohne Wortleitungsadresswechsel darstellt;
-
4 ein
Signal-Zeit-Diagramm, das die Bedingung beim Übergang von dem Langsambetrieb auf
den Normalbetrieb darstellt mit Wortleitungsadresswechsel; und
-
5 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Die Speicherschaltung weist eine
Steuerschaltung 1 und ein Speicherzellenfeld 2 auf,
das in Speicherbereiche 3 unterteilt ist. Das Speicherzellenfeld 2 weist
dynamische Speicherzellen (nicht gezeigt) auf, die in regelmäßigen Zeitabständen aufgefrischt
werden müssen,
damit durch Leckströme
die Ladung der in den Speicherzellen enthaltenen Speicherkapazitäten nicht
abfließen
und somit ein Informationsverlust auftritt.
-
Das Auffrischen der Speicherzellen
wird mit Hilfe einer Auffrischschaltung 4 vorgenommen,
die mit dem Speicherzellenfeld 2 verbunden ist. Die Auffrischschaltung 4 ist
mit einem Auffrischadressgenerator 5 verbunden, der die
Auffrischadressen, die den Speicherbereich angeben, der aufgefrischt
werden soll, generieren. Erhält
die Auffrischschaltung 4 über eine Auffrischsignalleitung 6 das
Auffrischsignal, so wird in dem Speicherzellenfeld 2 ein
Auffrischvorgang gestartet. Der Auffrischvorgang wird in dem Speicherbereich 3 durchgeführt, der
durch die vom Auffrischadressgenerator 5 vorgegebene Auffrischadresse
angegeben ist.
-
Der Auffrischadressgenerator 5 ist
vorzugsweise so gestaltet, dass die Auffrischadresse inkrementiert
wird, sobald ein Auffrischsignal von der Auffrischschaltung 4 an
den Auffrischadressgenerator 5 weitergeleitet wird. Anstelle
der Inkrementierung können
auch beliebige andere Adressgenerierungsverfahren vorgesehen sein,
wobei gewährleistet
sein muss, dass alle möglichen
Auffrischadressen zyklisch durchlaufen werden, so dass jede der
Speicherzellen aufgefrischt wird, bevor sie ihre Information verliert.
-
Das Auffrischsignal wird von einer
Auffrischsteuerschaltung 7 generiert. Die Auffrischsteuerschaltung 7 ist
mit einem Auffrischanforderungszähler 8 verbunden,
der ein Auffrischanforderungssignal von einem Auffrischanforderungssignalgenerator 9 erhält. Der
Auffrischanforderungssignalgenerator 9 erzeugt in vorbestimmten
regelmäßigen Abständen ein
Auffrischanforderungssignal, um anzuzeigen, dass ein Speicherbereich 3 des
Speicherzellenfeldes 2 aufgefrischt werden soll. Die regelmäßigen Abstände sind
so bemessen, dass die Zeit, die zum Auffrischen aller Speicherbereiche,
die gemäß einem
Auffrischanforderungssignal aufgefrischt werden sollen, innerhalb
einer Zeit aufgefrischt werden, in der die in den Speicherzellen
enthaltene Information in keinem Fall verloren geht. Das Auffrischanforderungssignal inkrementiert
den Zählerstand
des Auffrischzählers 8.
Der Auffrischzähler 8 ist
mit einer ersten Auffrischzählersignalleitung 10 und
einer zweiten Auffrischzählersignalleitung 11 mit
der Auffrischsteuerschaltung 7 verbunden. Wird der Auffrischzähler 8 inkrementiert,
so wird dies durch das erste Auffrischzählersignal auf der ersten Auffrischzählersignalleitung 10 angezeigt.
Wurde der Auffrischzähler 8 bereits
um 1 inkrementiert und erfolgt eine erneute Inkrementierung aufgrund
eines weiteren Auffrischanforderungssignals von dem Auffrischanforderungssignalgenerator 9,
so wird ein zweites Auffrischzählersignal
generiert, das über
die zweite Auffrischzählersignalleitung 11 an
die Auffrischsteuerschaltung 7 übermittelt wird.
-
Die Auffrischsteuerschaltung 7 generiert
ein Auffrischsignal, um mit Hilfe der Auffrischschaltung 4 einen
Auffrischvorgang abhängig
von der Anzahl der aufgelaufenen Auffrischanforderungssignale im
Auffrischzähler 8,
unmittelbar durchzuführen.
Das Auffrischsignal wird generiert, wenn von der Auffrischsteuerschaltung 7 ein
erstes Auffrischzählersignal empfangen
wurde und wenn die Speicherschaltung gemäß einem Speicheraus wahlsignal
deselektiert ist oder wenn das erste Auffrischzählersignal empfangen wurde
und bei Selektierung der Speicherschaltung durch das Speicherauswahlsignal
DS während eines
Zugreifens auf das Speicherzellenfeld ein Auffrischen des Speicherbereiches 3 an
einer Auffrischadresse möglich
ist.
-
Wurde ein Auffrischsignal generiert,
so wird dieses über
die Auffrischsignalleitung 6 an den Auffrischanforderungszähler 8 geleitet,
um diesen zu dekrementieren. Dadurch wird im Auffrischanforderungszähler 8 angezeigt,
dass das Auffrischanforderungssignal zu einem Auffrischsignal geführt hat
und somit ein Auffrischen eines der Speicherbereiche vorgenommen
worden ist.
-
Das Speicherzellenfeld weist Speicherzellen (nicht
gezeigt) auf, die über
Wortleitungen und Bitleitungen adressierbar sind. Bei Adressieren
einer Speicherzelle wird die Wortleitung aktiviert, wonach die Ladung
der Speicherzellen auf die jeweiligen Bitleitungen fließen und
diese nach ihrem Verstärken
in den Ausleseverstärkern
als Daten über
die Bitleitungen ausgelesen werden können. Das Schreiben und Lesen
von Daten auf Speicherzellen, die innerhalb einer Wortleitung liegen,
erfordert keine erneute Aktivierung der Wortleitung und ist daher
erheblich schneller als das Schreiben und Lesen von Daten, die auf
verschiedenen Wortleitungen liegen. Denn bevor auf eine Speicherzelle
an einer Wortleitung zugegriffen werden kann, wird die jeweilige
Wortleitung aktiviert. Dieses Aktivieren erfolgt bei Zugriffen auf Speicherzellen
einer Wortleitung nur einmal, bevor das Zugreifen auf die Speicherzellen
der Wortleitung beginnt. Wird auf eine Speicherzelle an einer anderen
Wortleitung zugegriffen, wird die vorherige Wortleitung deaktiviert
und die neue Wortleitung aktiviert. Zwischen dem Deaktivieren der
vorherigen Wortleitung und dem Aktivieren der neuen Wortleitung
ist es möglich,
einen Auffrischvorgang durchzuführen.
-
Aus diesem Grunde ist die Auffrischsteuerschaltung 7 ebenso
wie ein Adressdecodierer 12, über den Wortleitungen und Bitleitungen
adressiert werden können,
auch mit den Adressleitungen zur Adressierung des Speicherzellenfeldes 2 verbunden. Die
Auffrischsteuerschaltung 7 ist somit in der Lage, festzustellen,
ob ein Auffrischsignal über
die Auffrischsignalleitung 6 an die Auffrischschaltung 4 gesendet
werden darf, ohne ein Zugreifen auf die Speicherzellen einer Wortleitung
zu unterbrechen. Das Auffrischsignal wird also dann gesendet, wenn
nach einem Empfangen des ersten Auffrischzählersignals die Speicherschaltung über das
Auswahlsignal DS ausgewählt
bleibt und nach dem Empfangen des ersten Auffrischzählersignals
ein Adresswechsel erfolgt, der das Aktivieren einer neuen Wortleitung
erfordert.
-
Die Auffrischsteuerschaltung 7 sendet
in jedem Fall ein Auffrischsignal über die Auffrischsignalleitung 6 an
die Auffrischschaltung 4, wenn ein zweites Auffrischzählersignal über die
zweite Auffrischzählersignalleitung 11 empfangen
wurde, das angibt, dass in dem Auffrischzähler 8 ein weiteres
Auffrischanforderungssignal eingegangen ist, ohne dass das vorherige
Auffrischanforderungssignal abgearbeitet werden konnte. In diesem
Fall wird das Auffrischsignal auch dann gesendet, wenn auf Speicherzellen
zugegriffen wird, die sich entlang einer Wortleitung befinden. Das
Senden des Auffrischsignals an die Auffrischschaltung 4 unterbricht
sofort den Schreib-/Lesevorgang auf das Speicherzellenfeld 2 und
führt das
Auffrischen durch. Dies erfolgt, indem der gerade durchgeführte Lese-
oder Schreibzugriff auf eine Speicherzelle beendet wird, d.h. die
betreffende Wortleitung deaktiviert wird und anschließend eine
Wortleitung zum Auffrischen aktiviert und anschließend deaktiviert
wird. Erst dann kann der Schreib-/Lesezugriff auf das Speicherzellenfeld 2 durch
Aktivieren der ursprünglichen
oder einer neuen Wortleitung fortgesetzt werden.
-
Es wird dann in den Normalbetrieb
zurückgekehrt,
wenn in der Zwischenzeit kein weiteres Auffrischanforderungssignal
in dem Auffrischzähler 8 eingeht.
Es wird in den Langsambetrieb jedoch verblieben, wenn in der Zwischenzeit
ein weiteres Auffrischanforderungssignal eingeht.
-
Auf diese Weise wird die Steuerung
des PSRAMs so erweitert, dass zwei Betriebsarten unterschieden werden
können.
Die Betriebsarten sind der Normalbetrieb und der Langsambetrieb.
Im Normalbetrieb wird eine Refresh-Anforderung erst dann bedient,
wenn der Chip deselektiert ist oder ein Zugriff gestartet wird,
der ein Abarbeiten eines Auffrischzugriffs ohne Einschränkung auf
den normalen Schreib-/Lesebetrieb erlaubt. Wird die Speicherschaltung
innerhalb der Auffrischperiode nicht deselektiert und auch beim
Zugreifen auf das Speicherzellenfeld kein Wechsel der Wortleitung
vorgenommen, wird auch kein Auffrischvorgang ausgeführt. Sobald jedoch
ein zweites Auffrischanforderungssignal aufläuft, schaltet die Auffrischsteuerschaltung 7 in
den Langsambetrieb um. Nun wird unabhängig vom aktuellen Zugriff
ein Auffrischvorgang eingefügt.
Anschließend
wird wieder in den Normalbetrieb zurückgekehrt, wenn zwischenzeitlich
kein weiteres Auffrischanforderungssignal eingegangen ist.
-
Unter bestimmten in Applikationen
sinnvollen Annahmen führt
eine Unterbrechung eines Schreib-/Lesezugriffs, ausgelöst durch
das Umschalten in den Langsambetrieb zu keinen Einschränkungen
für den
Anwender bzw. für
die Systemumgebung, in der die Speicherschaltung betrieben wird. D.h.,
bei einem Lesezugriff werden gültigen
Daten ausgelesen, bei einem Schreibzugriff werden Daten richtig
geschrieben. Es kommt dabei zu keinerlei Datenverlusten oder dem
Lesen oder Schreiben von falschen Daten.
-
In 2 sind
die Signalverläufe
bei einem Umschalten von dem Normalbetrieb B1 in den Langsambetrieb
B2 dargestellt. Das obere Signal entspricht dem Auffrischanforderungssignal AAS,
das in Form eines kurzen Pulses zu Beginn jeder durch den Auffrischanforderungssignalgenerator 9 generiert wird.
Der Auffrischzugriff beträgt
beispielsweise 30 ns, in denen jeweils ein kurzer Puls generiert
wird. Das Auffrischanforderungssignal inkrementiert den Auffrischzähler 8,
dessen Zählerstand
als zweites Signal Z dargestellt ist. Als drittes ist das Speicherauswahlsignal
DS dargestellt, wobei die Speicherschaltung ausgewählt ist,
wenn sich das Speicherauswahlsignal im Low-Zustand befindet.
-
Ursprünglich befindet sich die Auffrischsteuerschaltung
7 im Normalbetrieb B1 und bleibt im Normalbetrieb, wenn durch das
erste Auffrischanforderungssignal AAS der Zählerstand des Auffrischzählers 8 auf "1" gesetzt wurde. Erst wenn der Zählerstand
nicht druch das Auffrischsignal der Auffrischsteuerschaltung 7 dekrementiert
wird und ein weiteres Auffrischanforderungssignal eingeht, so dass sich
der Zählerstand
auf "2" erhöht, wird
in den Langsambetrieb B2 umgeschaltet.
-
In 3 ist
dargestellt, wie in den Langsambetrieb B2 umgeschaltet wird und
in den Normalbetrieb B1 zurückgekehrt
wird, wenn während
des Langsambetriebs B2 kein Wechsel der Wortleitungsadresse erfolgt.
Das obere Signal ist das Speicherauswahlsignal DS, das zu Beginn
in den Low-Zustand wechselt, wodurch die Speicherschaltung ausgewählt wird.
Das nachfolgende Signal ist ein Schreibzugriffsaktivierungssignal
WE, das vor einem Schreibzugriff auf Speicherzellen einer Wortleitung gesendet
wird. Das Schreibzugriffsaktivierungssignal WE aktiviert eine Wortleitung,
wenn es sich im Low-Zustand befindet.
-
Das folgende Signal gibt die anliegende Adresse
A an, die sich je nach zugegriffener Speicherzelle während einer
aktivierten Wortleitung ändern
kann. Das vierte Signal zeigt den Zählerstand des Auffrischzählers 8.
-
Nachfolgend werden die zeitlichen
Abschnitte angegeben, in der die Speichertätigkeit bezeichnet wird. Mit
der fallenden Flanke des Schreibzugriffsaktivierungssignals WE wird
die durch die Adresse angegebene Wortleitung aktiviert. Nun auflaufende
Auffrischanforderungssignale inkrementieren nun den Auffrischzähler 8.
Gestrichelt dargestellt ist eine normale Operation der Speicherschaltung,
bei der in kürzeren
Abständen
als einer Auffrischperiode die Wortleitungen durch das Schreibzugriffsaktivierungssignal
deaktiviert und wieder aktiviert werden. Die Speicherschaltung befindet
sich in dem Normalbetrieb B1. Ist der Zählerstand Z des Auffrischzählers 8 aquf "1" und eine der Wortleitungen aufgrund
eines Schreibzugriffsaktivierungssignals aktiviert und ergeht ein
weiteres Auffrischanforderungssignal AAS, so ändert sich der Zählerstand
des Auffrischzählers 8 auf "2". Dies bedeutet, dass zwei Auffrischanforderungssignale
aufgelaufen sind, ohne dass diese abgearbeitet werden konnten. In
diesem Fall wird innerhalb der Zeit TC die
Wortleitung geschlossen, obwohl evtl. weitere Speicherzellen auf
der Wortleitung beschrieben werden sollen. Nach dem Schließen der Wortleitung
wird der Auffrischvorgang innerhalb der Zeit TR durchgeführt, wozu
die Auffrischsteuerschaltung 7 ein Auffrischsignal generiert.
Dieses Auffrischsignal dekrementiert den Auffrischzähler 8.
Wenn nach Beenden des Auffrischvorgangs im Speicherzellenfeld 2 der
Auffrischzähler
den Wert "1" hat, d.h., kein
weiteres Auffrischanforderungssignal AAS ist während des Auffrischvorgangs,
d.h. während
der Zeiten TR und TC,
generiert worden, so wird die Speicherschaltung im Normalbetrieb
B1 Weiterbetrieben. D.h., es wird erneut die zuvor adressierte Wortleitung aktiviert,
um den Schreibvorgang an den übrigen Speicherzellen
fortzusetzen.
-
In 4 ist
ein der 3 ähnliches
Zeitdiagramm dargestellt. Es unterscheidet sich dadurch, dass während des
Auffrischvorgangs eine neue Adresse A angelegt wird. In diesem Fall
wird nach Beendigung des Auffrischvorgangs gemäß der neuen Adresse die neue
Wortleitung aktiviert, um den Schreibvorgang auf der neuen Wortleitung
fortzusetzen. Die Angaben der 2 bis 4 gelten im Wesentlichen
auch für
Lesezugriffe.
-
Für
die Anwendungsumgebung ist die Verwendung einer solchen Speicherschaltung
vorteilhaft, und unter bestimmten sinnvollen Annahmen führt eine
Unterbrechung eines Schreib-/Lesezugriffs, ausgelöst durch
das Umschalten in den Langsambetrieb B2, zu keinen Einschränkungen
für den Anwender.
-
Im Normalbetrieb generiert ein Prozessor Kommandos,
Adressen und Daten mit einer bestimmten Frequenz, die viel größer ist
als die Auffrischrate, d.h. 1/Auffrischperiode, des PSRAMs. Bestimmte
Kommandos erlauben das Einfügen
eines Auffrischzugriffs. Z.B. erlaubt das Deselektieren der Speicherschaltung
mit Hilfe des Signals DS = 1 das Starten eines internen Auffrischzugriffs.
Weitere Kommandos sind z.B. das Lesen/Schreiben auf eine neue PSRAM
Wortleitungsadresse, wobei beim Wechsel der Wortleitungsadresse
ebenfalls für
den Anwender unsichtbar ein Auffrischvorgang ausgeführt werden
kann. Die dafür
benötigte
Zeit wird von der Systemumgebung üblicherweise zugestanden. Der
Normalbetrieb erlaubt somit die Abarbeitung eines Auffrischzugriffs
innerhalb der erforderlichen Auffrischperiode.
-
Im Langsambetrieb generiert der Prozessor Kommandos,
Daten und Adressen mit einer Frequenz, die kleiner ist als die notwendige
Auffrischrate. Die Schreib-/Lesedaten werden ebenfalls mit dieser
Frequenz gesendet bzw. erwartet. Da ein Auffrischzugriff ca. 30
ns dauert, d.h. im Verhältnis
viel kürzer
dauert als ein Schreib-/Lesezugriff, der ca. 10 μs dauert, kann ein Schreib-/Lesezugriff
immer richtig begonnen bzw. abgeschlossen werden.
-
Ziel der Schaffung eines solchen
PSRAMs ist es, eine Speicherschaltung zur Verfügung zu stellen, die im Wesentlichen
kompatibel zu einem herkömmlichen
statischen Speicher ist. Ein solches PSRAM kann eingesetzt werden,
ohne ein zusätzli che Hardware-
und/oder Software-Anpassung für
die Substitution von statischen Speichern in existierenden Systemen
notwendig zu machen. Darüber
hinaus ist es nicht notwendig, zusätzliche Timing-Restriktionen
in der Spezifikation der Speicherschaltung zur Gewährleistung
der Auffrischperiode vorzusehen.
-
In 5 ist
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In einem Abfrageschritt S1 wird abgefragt, ob eine Auffrischanforderung
erfolgt ist. Diese Anfrage wird so lange durchgeführt, bis
das Auffrischanforderungssignal generiert wurde. In einem zweiten
Abfrageschritt S2 wird festgestellt, ob die Speicherschaltung durch
das Speicherauswahlsignal DS aktiviert ist oder nicht. Ist die Speicherschaltung
nicht aktiviert, so wird das Auffrischen gemäß einem Auffrischsignal in
einem Schritt S3 durchgeführt.
Erfolgt das Auffrischanforderungssignal während die Speicherschaltung
ausgewählt
ist, so wird in einem Abfrageschritt S4 festgestellt, ob bei Lese-
oder Schreibzugriffen ein Wechsel der Wortleitung erfolgt. Erfolgt
ein Wechsel der Wortleitung, so wird nach dem Deaktivieren der Wortleitung
das Auffrischen gemäß der Auffrischadresse
in Schritt S3 durchgeführt.
Erfolgt kein Wechsel der Wortleitung während des Zugreifens auf die
Speicherschaltung, so wird in Abfrageschritt S5 festgestellt, ob
ein weiteres Auffrischanforderungssignal ergangen ist. Die Abfrage
nach dem Wechsel der Wortleitungsadresse wird entweder so lange
ausgeführt, bis
ein Wechsel der Wortleitungsadresse erfolgt ist oder bis ein weiteres
Auffrischanforderungssignal ergangen ist. Ist ein weiteres Auffrischanforderungssignal
ergangen, so wird der aktuelle Speicherzugriff durch Schließen der
Wortleitung in einem Schritt S6 beendet. Anschließend wird
der Auffrischvorgang gemäß dem Schritt
S3 durchgeführt.
-
Ist während des Auffrischvorgangs
in Schritt S3 ein weiteres Auffrischanforderungssignal aufgelaufen,
so wird auch gemäß dem neuen
Auffrischanforderungssignal ein Auffrischen durchgeführt, ohne einen
weiteren Speicherzugriff zuzulassen. Ist kein weiteres Auffrischanforderungssignal
in dem Abfrageschritt S7 aufgelaufen, so wird, da der Auffrischzählerstand
nur noch ein aufgelaufenes Auffrischanforderungssignal anzeigt,
zu dem Abfrageschritt S2 zurückgesprungen.
-
- 1
- Speicherschaltung
- 2
- Speicherzellenfeld
- 3
- Speicherbereiche
- 4
- Auffrischschaltung
- 5
- Auffrischadressgenerator
- 6
- Auffrischsignalleitung
- 7
- Auffrischsteuerschaltung
- 8
- Auffrischzähler
- 9
- Auffrischanforderungssignalgenerator
- 10
- erste
Auffrischzählerleitung
- 11
- zweite
Auffrischzählerleitung
- 12
- Adressdecoder
- DS
- Speicherauswahlsignal
- A
- Adresssignal
- AAS
- Auffrischanforderungssignal
- Z
- Zählerstand