DE10329369B4

DE10329369B4 - Schaltung und Verfahren zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers

Info

Publication number: DE10329369B4
Application number: DE10329369A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Perner
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: US20050030806A1; DE10329369A1; US7123533B2

Abstract

Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers
– bei der in den Speicherzellen (MC) eine Information für eine Dauer einer Datenerhaltungszeit abspeicherbar ist,
– bei der die in den Speicherzellen (MC) gespeicherte Information im Rahmen eines Lese-, Schreib- und Refreshbetriebs aufgefrischt wird,
– mit einer Refresh-Steuerschaltung (3, 4, 7) zur Ansteuerung eines Speicherzellenfeldes (1) zum Zugriff auf Speicherzellen (MC) des dynamischen Speichers für einen Auffrischungsvorgang,
– mit einer Speicherschaltung (2), die wenigstens einer der Speicherzellen zugeordnet ist, zum Speichern einer Zeitinformation (TI) bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die der Speicherschaltung zugeordnete Speicherzelle während des Betriebs des Speichers,
– wobei die Speicherschaltung ein Register zur Speicherung eines Registerbits (2-F) aufweist,
– bei der die in der Speicherschaltung gespeicherte Zeitinformation (TI) ausgehend von einem Anfangswert derart verändert wird, daß spätestens nach Ablauf der Datenerhaltungszeit der der Speicherschaltung zugeordneten Speicherzelle das Registerbit (2-F) der Speicherschaltung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers mit einer Refresh-Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Speicherzellenfeldes zum Zugriff auf Speicherzellen des dynamischen Speichers für einen Auffrischungsvorgang. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers.
Bei integrierten dynamischen Speichern in Form vom DRAMs ist in Betriebszeiten, in denen auf Speicherzellen nicht von außen zugegriffen wird, ein sogenannter Refresh-Betrieb notwendig, um den Speicherzelleninhalt, der sich beispielsweise durch Leckströme des Speicherkondensators oder Auswahltransistors verflüchtigen kann, aufzufrischen und somit dauerhaft zu erhalten. Im Refresh-Betrieb werden die bewerteten und verstärkten Datensignale von ausgewählten Speicherzellen direkt in die betreffenden Speicherzellen zurück geschrieben. Dies wird im allgemeinen durch eine Steuerungsschaltung gesteuert, durch die außerdem eine Refresh-Frequenz festgelegt wird, mit der eine jeweilige Auffrischung des Speicherzelleninhalts erfolgt.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Inhalt von Speicherzellen aufzufrischen. Zum einen wird während eines Normalbetriebs des Speichers zur Durchführung von Lese- oder Schreiboperationen bereits mit der Aktivierung einer Wortleitung des Speichers und mit anschließendem Schließen der Wortleitung die aus den betreffenden Speicherzellen ausgelesene Information in Leseverstärkern bewertet und verstärkt, wobei die bewertete und verstärkte Information in die Speicherzellen zurückgeschrieben und auf diesem Wege aufgefrischt wird (normaler sogenannter Activate-Precharge-Zyklus).
Desweiteren werden vom Speicher-Controller sogenannte Auto-Refresh-Befehle an den Speicher gesendet, die jeweils eine Befehlsabfolge zur Aktivierung einer zur Auffrischung anstehenden Reihe auslösen. Welche der Reihen zur Auffrischung ansteht, wird beispielsweise durch einen sogenannten Refresh-Zähler festgelegt, der nacheinander die Reihen des dynamischen Speichers beispielsweise in sequentieller Folge ihrer Adressen adressiert. Ein solcher Auffrischungsvorgang erfolgt oftmals parallel in allen Speicherbänken des Speichers, indem gleichzeitig in jeder Speicherbank jeweils eine Reihe aktiviert und wieder geschlossen wird. Weist eine Speicherbank beispielsweise 4096 Reihen auf, sendet der den Speicher ansteuernde Speicher-Controller beispielsweise alle 64 ms/4096 (die Datenerhaltungszeit beträgt 64 ms) einen Auto-Refresh-Befehl an den Speicher.
Der Speicher kann zum Zwecke der Datenerhaltung in einen sogenannten Selbst-Refresh-Modus eintreten, in dem ein Refresh-Zähler periodisch ähnlich einem zuvor beschriebenen Auto-Refresh-Befehl eine Befehlsabfolge zur Aktivierung und zum Schließen einer Reihe des Speichers intern anstößt. Damit können die Daten von Speicherzellen auch ohne externen Auto-Refresh-Befehl eines Speicher-Controllers regelmäßig aufgefrischt werden.
Ein Speicher-Controller, der die Zugriffe auf den dynamischen Speicher steuert, hat unter anderem die Aufgabe, dafür Sorge zu tragen, daß keine der Reihen des Speichers länger als die maximale spezifizierte Datenerhaltungszeit, beispielsweise 64 ms, sich in nicht aktiviertem Zustand befindet. Im einfachsten Fall wird vom Speicher-Controller zwischen den normalen Lese- und Schreiboperationen im Mittel alle 15,6 μs (= 64 ms/4096) ein Auto-Refresh-Befehl eingestreut. In diesem Fall spricht man von verteilten Refreshes (sogenannter Distributed Refresh), die nur dann abgesetzt werden können, wenn sich der Speicher nicht in einem Lese- oder Schreibmodus befindet.
Nachteilig bei dieser Art des Distributed Refresh ist insbesondere, daß es nicht möglich ist festzulegen, wann ein Distributed Refresh erfolgen soll, da die Zeitpunkte von der Zugriffsauslastung abhängen. Eine hohe Zugriffsauslastung während Lese- und Schreiboperationen des Speichers würde aber andererseits bedeuten, daß während des aktiven Betriebs ohnehin eine Vielzahl von Reihen geöffnet und wieder geschlossen wird, so daß bereits bei den üblichen Lese- und Schreiboperationen eine Auffrischung der Informationen erfolgt. Hierbei werden die Auto-Refresh-Befehle vorsorglich in regelmäßiger Abfolge unterstützend an den Speicher gesendet, wobei hierbei auch eine Datenstromunterbrechung von normalen Lese- und Schreiboperationen auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung und ein Verfahren zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers anzugeben, die es ermöglichen, daß bei Betrieb des Speichers in einem Datenverarbeitungssystem die Anzahl und damit die Frequenz der Speicherauffrischungen weitgehend reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers ist in den Speicherzellen eine Information für eine Dauer einer Datenerhaltungszeit abspeicherbar und wird im Rahmen eines Lese-, Schreib- oder Refreshbetriebs des dynamischen Speichers wieder aufgefrischt. Die Schaltung weist eine Refresh-Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Speicherzellenfeldes zum Zugriff auf Speicherzellen des dynamischen Speichers für einen Auffrischungsvorgang auf. Außerdem umfasst sie eine Speicherschaltung, die wenigstens einer der Speicherzellen zugeordnet ist, zum Spei chern einer Zeitinformation bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die der Speicherschaltung zugeordnete Speicherzelle während des Betriebs des Speichers. Ferner enthält die Speicherschaltung ein Register zur Speicherung eines Registerbits. Die in der Speicherschaltung gespeicherte Zeitinformation wird dabei ausgehend von einem Anfangswert derart verändert, daß spätestens nach Ablauf der Datenerhaltungszeit der der Speicherschaltung zugeordneten Speicherzelle das Registerbit der Speicherschaltung gesetzt wird. Die Refresh-Steuerschaltung wertet das Registerbit der Speicherschaltung aus und greift im Falle eines gesetzten Registerbits derart auf das Speicherzellenfeld zu, daß die der Speicherschaltung zugeordnete Speicherzelle aufgefrischt wird. Darüber hinaus wird die in der Speicherschaltung gespeicherte Zeitinformation nach einer Lese-, Schreib- und Refreshoperation auf die Speicherzelle, welche der Speicherschaltung zugeordnet ist, auf den Anfangswert zurückgesetzt und das Registerbit der Speicherschaltung wieder gelöscht.
Gemäß der Erfindung wird also im Betrieb des Speichers eine Zeitinformation bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf wenigstens eine der Speicherzellen dieser zugeordnet und gespeichert, wobei zur Steuerung eines Auffrischungsvorgangs einer der Speicherzellen im Betrieb des Speichers die jeweils zugeordnete Zeitinformation anhand des Registerbits ausgewertet wird und der Auffrischungsvorgang in Abhängigkeit der Zeitinformation durchgeführt wird. Damit ist es beispielsweise für einen Speicher-Controller möglich festzustellen, wann eine Speicherzelle oder eine Einheit von Speicherzellen beispielsweise in Form einer Reihe zum letzten Mal aktiviert wurde, so daß in Abhängigkeit davon der nächste Auffrischungsvorgang eingeleitet werden kann. Damit ist es ermöglicht, im Betrieb des Speichers die Anzahl und damit die Frequenz der Speicherauffrischungen an die maximale vom Hersteller garantierte Datenerhaltungszeit der Speicherzellen flexibel anzupassen und damit weitgehend auf ein Minimum zu reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Speicherschaltung einer von mehreren Einheiten von Speicherzellen des dynamischen Speichers, beispielsweise einer Reihe des Speichers, zugeordnet, wobei mit den Einheiten von Speicherzellen jeweils mehrere der Speicherzellen auswählbar sind. Die Refresh-Steuerschaltung greift dabei auf das Speicherzellenfeld derart zu, daß die Speicherzellen der der Speicherschaltung zugeordneten Einheit von Speicherzellen in Abhängigkeit der in der Speicherschaltung gespeicherten Zeitinformation aufgefrischt werden.
Die Schaltung zur Auffrischung von Speicherzellen eines dynamischen Speichers gemäß der Erfindung kann beispielsweise in der Refresh-Steuerung des dynamischen Speichers selbst oder in einer Refresh-Steuerung des den Speicher ansteuernden Speicher-Controllers eingesetzt werden. Auch verteilte Anordnungen von jeweiligen Teilschaltungen auf dem Speicher-Controller und auf dem dynamischen Speicher sind möglich, die in der erfindungsgemäßen Weise zum Auffrischen von Speicherzellen des dynamischen Speichers zusammenwirken. Weiterhin ist denkbar, einen eigenen Baustein für die erfindungsgemäße Schaltung vorzusehen, der etwa auf einem Speichermodul vorgesehen wird.
Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die Ausführungsbeispiele zur vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines DRAM gemäß der Erfindung,
2 zeigt eine Ausführungsform einer Teilschaltung einer Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines DRAM gemäß der Erfindung,
3 zeigt eine schematische Übersicht einer Speicherbank eines DRAM mit einer Speicherschaltung gemäß der Erfindung.
In 1 ist eine Ausführungsform einer Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines DRAM gemäß der Erfindung gezeigt. Der Speicher weist ein Speicherzellenfeld 1 auf, das in mehrere gleichartige Speicherbänke 11 bis 14 unterteilt ist. Hierbei sind die Speicherzellen MC entlang von Wortleitungen WL (Reihen) und Bitleitungen BL (Spalten) angeordnet. Die Speicherzellen MC sind in Kreuzungspunkten der Bitleitungen und Wortleitungen angeordnet und beinhalten jeweils einen Speicherkondensator, der über einen Auswahltransistor mit einer der Bitleitungen verbunden ist. Hierbei sind aus Übersichtlichkeitsgründen der Auswahltransistor und der Speicherkondensator einer jeweiligen Speicherzelle MC in 1 nicht dargestellt. Zur Auswahl einer der Speicherzellen MC wird der jeweilige Auswahltransistor durch eine aktivierte Wortleitung WL leitend geschaltet, wodurch im Anschluß ein Auslesen oder Schreiben eines Datensignals der ausgewählten Speicherzelle mittels eines in 1 ebenfalls nicht darstellten Leseverstärkers erfolgen kann. Das Datensignal der ausgewählten Speicherzelle liegt an der betreffenden Bitleitung BL an und wird von dem Leseverstärker bewertet und verstärkt.
Für einen Auffrischungsvorgang werden die vom jeweiligen Leseverstärker bewerteten und verstärkten Datensignale direkt in die betreffenden Speicherzellen MC zurückgeschrieben. Hierzu ist eine Refresh-Steuerschaltung vorgesehen, wie im weiteren Verlauf noch näher beschrieben. Insbesondere durch die jeweils erforderliche Aktivierung von Leseverstärkern ist während eines Auffrischungsvorgangs eine Stromaufnahme notwendig, die mit der Refresh-Frequenz korreliert. Im Interesse einer möglichst geringen Stromaufnahme ist es daher Ziel, die Zeitdauer zwischen zwei Auffrischungszyklen möglichst groß zu bemessen, so daß die Refresh-Frequenz möglichst klein ist. Dabei ist die maximal erzielbare Datenerhaltungszeit der Speicherzellen ausschlaggebend für die Bestimmung der Zeitdauer, die zwischen zwei Refresh-Zyklen benötigt wird. Diese ist insbesondere durch Leckströme im Speicherkondensator und/oder Auswahltransistor beeinflußt, die mit zunehmenden Speichertemperaturen ansteigen.
Weiterhin ist gemäß 1 ein Speicherbereich 20 mit Speicherschaltungen 2 vorgesehen, die jeweils einer der Wortleitungen WL des Speichers zugeordnet sind. In den Speicherschaltungen 2, deren Aufbau insbesondere anhand von 2 noch näher erläutert wird, wird eine Zeitinformation bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die zugeordnete Reihe des Speichers gespeichert. Insbesondere enthält die Speicherschaltung 2 ein in 1 nicht dargestelltes Zählerregister zum Speichern einer Bitinformation, mit der die Zeitinformation gespeichert wird. Weiterhin ist gemäß der Ausführungsform nach 1 ein Oszillator 5 vorgesehen, der mit dem jeweiligen Zählerregister der Speicherschaltung 2 verbunden ist, zum Inkrementieren oder Dekrementieren des Zählerregisters mit einer definierten Taktrate.
Eine Zugriffssteuerung 3 dient zur Ansteuerung jeder der Speicherbänke 11 bis 14 des Speicherzellenfeldes 1 zum Zugriff auf Speicherzellen MC. Weiterhin ist ein Befehlsdecoder 6 vorgesehen, mit dem Befehlssequenzen, beispielsweise von einem Speicher-Controller, für Lese- und Schreiboperationen des Speichers und auch insbesondere Auto-Refresh-Befehle AR empfangen werden, wobei mit einem Auto-Refresh-Befehl eine Befehlssequenz zur Durchführung eines sogenannten Distributed Refresh vom Befehlsdecoder 6 ausgelöst wird. Vom Befehlsdecoder 6 wird auch eine Auswahlschaltung 4 in Form eines Refresh-Zählers angesteuert, um die für einen nächsten Auffrischungsvorgang anstehende Reihe auszuwählen. In dem Refresh-Zähler ist hierzu die Reihenadresse der als nächstes für einen Auffrischungsvorgang auszuwählenden Reihe gespeichert. Zum Inkrementieren oder Dekrementieren der im Refresh-Zähler der Auswahlschaltung 4 gespeicherten Reihenadresse wird diese durch einen Oszillator 7 angesteuert. Zum Aktivieren einer Reihe für einen Auffrischungsvorgang wird von der Zugriffssteuerung 3 ein Aktivierungsbefehl ACT zum Öffnen der Reihe und zum Auslesen der Speicherzellen entlang dieser Reihe an jede Speicherbank gesendet. Das Schließen einer ausgewählten Reihe erfolgt durch einen Vorladungsbefehl PRE.
In 2 ist eine Ausführungsform einer Teilschaltung der Schaltung gemäß 1 in detaillierterer Ansicht gezeigt. Die Speicherschaltung 2 ist in Form eines Registers mit beispielsweise 16 Bits 2-0 bis 2-15 ausgeführt, in dem die Zeitinformation TI bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die zugeordnete Reihe des Speichers gespeichert wird. Weiterhin weist die Speicherschaltung 2 ein Register zur Speicherung eines Registerbits 2-F auf, das in Abhängigkeit der mit den Bits 2-0 bis 2-15 gespeicherten Zeitinformationen TI gesetzt wird und von der erfindungsgemäßen Refresh-Steuerschaltung auslesbar ist. Das Register mit den Bits 2-0 bis 2-15 der Speicherschaltung 2 ist in Form eines Zählerregisters ausgeführt, das von dem Oszillator 5 zum Inkrementieren oder Dekrementieren der in dem Zählerregister gespeicherten Zeitinformation TI mit einer definierten Taktrate angesteuert wird. Hierbei ist die Taktrate des Oszillator 5 durch ein Trimmsignal TRM2 von extern einstellbar.
In Zusammenschau mit 1 wird damit erfindungsgemäß für den Fall, daß jede der Speicherbänke 11 bis 14 4096 Reihen aufweist, ein 4·4096·(16 + 1) = (256 + 16)kb großer Speicherbereich 20 reserviert, um für jede Reihe des Speichers individuell eine Zeitinformation bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die jeweilige Reihe zu erfassen und zu speichern. Hierbei kann das Register zur Speicherung der Bits 2-0 bis 2-15 wie ein Binärzähler betrieben werden. Ferner können alle Speicherschaltungen 2 des Speicherbereichs 20 gleichzeitig und parallel beispielsweise um den Schritt 1 inkrementiert oder dekrementiert werden. Jede der Speicherschaltungen 2 kann bei Aktivierung der jeweiligen zugeordneten Reihe individuell zurückgesetzt werden.
Weiterhin ist gemäß der Ausführungsform nach 2 ein Grenzwertspeicher 8 zur Speicherung eines Grenzwerts GW vor gesehen, der beispielsweise in Form eines PROM ausgeführt ist. Der Grenzwertspeicher 8 ist durch ein Trimmsignal TRM1 von extern mit einem definierten Wert programmierbar. Eine Vergleichsschaltung 9 ist mit dem Grenzwertspeicher 8 und mit der Speicherschaltung 2 verbunden, um die in der Speicherschaltung 2 gespeicherte Zeitinformation TI mit dem Grenzwert GW des Grenzwertspeichers 8 zu vergleichen. Die Vergleichsschaltung 9 stellt ein Ausgangssignal S zur Verfügung, das in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen der Zeitinformation TI und dem Grenzwert GW aktiviert wird. In Abhängigkeit des Zustands des Ausgangssignals S wird das Registerbit 2-F gesetzt, welches von der Refresh-Steuerschaltung gemäß der Erfindung abrufbar ist. Diese löst einen Auffrischungsvorgang aus, wenn die Zeitinformation TI den zeitlichen Grenzwert GW erreicht hat, wodurch das Registerbit 2-F gesetzt wird.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen wird die Speicherschaltung 2 bei der Initialisierung mittels des Signals SET beispielsweise derart vorbelegt, daß alle Bits 2-0 bis 2-15 auf ”1” gesetzt werden. Ebenso werden bei einem individuellen Zugriff auf die zugeordnete Reihe des Speichers alle entsprechenden 16 Bits 2-0 bis 2-15 beispielsweise auf ”1” gesetzt. Damit wird die Speicherschaltung 2 bei jedem Zugriff auf die zugeordnete Reihe mit einem Anfangswert vorbelegt, kann alternativ dazu aber auch auf einen Anfangswert zurückgesetzt werden. Nach einem Zugriff auf die zugeordnete Reihe wird die in der Speicherschaltung 2 gespeicherte Zeitinformation TI vom Oszillator 5 schrittweise inkrementiert oder dekrementiert, je nach Anfangswert, wobei im Falle, daß der Grenzwert GW erreicht wird, die zugeordnete Reihe aufgefrischt wird. Die Speicherschaltung 2 wird dabei beispielsweise jeweils um den Schritt 1 inkrementiert oder dekrementiert. Vorteilhaft wäre in diesem Zusammenhang ein auf 1 ms getrimmter Oszillator 5, da in diesem Fall die Zeitinformation TI direkt die Zeiteinheit Millisekunden anzeigt. Dies wäre vor allem dann vorteilhaft, wenn die Bits 2-0 bis 2-15 direkt beispielsweise für Analyse zwecke ausgelesen werden. Damit könnte das 16 Bit breite Register eine Zeitspanne von 65535 ms darstellen, so daß eine Datenerhaltungszeit bis 65 sec erfaßt werden kann. Nach dem Dekrementieren wird bei einem Zugriff auf die zugeordnete Reihe beispielsweise durch den PRE-Befehl jedes der Bits 2-0 bis 2-15 wiederum mit dem Wert ”1” belegt, so daß wieder der Maximalwert 65535 eingestellt ist.
Alternativ dazu wäre es auch möglich, mit den Bits 2-0 bis 2-15 bei einer voreingestellten Schwelle zu starten, beispielsweise bei 64 ms, 256 ms oder 1024 ms, so daß individuelle Startwerte in der Speicherschaltung 2 gespeichert werden. Diese Schwellwerte könnten beispielsweise in einem sogenannten Frontend-Testbetrieb während des Tests des Speichers durch feste Programmierung der höher- oder niederwertigsten Bits der Speicherschaltung 2 voreingestellt werden. Hierzu würden die entsprechenden Bits der Speicherschaltung 2 dauerhaft mit ”0” bzw. ”1” vorbelegt werden, beispielweise mittels Durchtrennen einer Fuse oder dergleichen. Das Registerbit 2-F würde dann mit einem Wert gesetzt werden, wenn die als Binärzähler fungierende Speicherschaltung 2 auf Null heruntergezählt hat.
Die Schaltung gemäß 2 weist weiterhin eine Temperatursensorschaltung 10 auf zur Detektion einer Temperatur des dynamischen Speichers. Hierbei ist die Taktrate des Oszillators 5 durch ein Steuersignal T der Temperatursensorschaltung 10 in Abhängigkeit der Temperatur des Speichers einstellbar. Weiterhin ist zusätzlich oder alternativ dazu auch der Grenzwertspeicher 8 durch das Steuersignal T der Temperatursensorschaltung 10 ansteuerbar, um den im Grenzwertspeicher 8 programmierbaren Wert in Abhängigkeit der Temperatur des Speichers einzustellen. Damit ist vorteilhaft ermöglicht, die Abhängigkeit der Datenerhaltungszeit von der Speichertemperatur zu berücksichtigen. Weiterhin wäre es prinzipiell möglich, die Taktrate des Oszillators 7 gemäß 1 temperaturabhängig zu regeln. Auch wäre prinzipiell eine temperaturabhängige Vorbelegung der Speicherschaltung 2 mit einem temperaturabhängigen Anfangswert denkbar.
Wie bereits oben näher beschrieben, kann beispielsweise während der Fertigung die maximale Datenerhaltungszeit (Retention-Time) im Frontend-Testbetrieb für jeden Speicher, jeden Speicherbereich oder auch jede Speicherreihe festgestellt werden. Die jeweiligen Speicherschaltungen 2 mit der zugehörigen Auswerteschaltung können, wie beispielsweise in 2 dargestellt, Baustein-spezifisch eingestellt werden, sei es durch Trimmen der Taktrate des Oszillators 5 mittels des Signals TRM2, durch Trimmen der Taktrate des Oszillators 7 gemäß 1 mittels des Signals TRM3, durch Trimmen des Grenzwertspeichers 8 mittels des Signals TRM1, oder durch Setzen von individuellen Anfangs-Schwellwerten innerhalb der Speicherschaltung 2. Die jeweiligen Trimmsignale könnten beispielsweise auch mit Programmierung von elektrischen Fuses eingestellt werden, so daß sogar eine Veränderung der Trimmsignale während des Betriebs des Speichers in der Applikation prinzipiell ermöglicht ist, beispielsweise wenn sich die Datenerhaltungszeit über die Betriebsdauer des Speichers verschlechtern sollte. Damit könnte erreicht werden, daß das Registerbit 2-F entsprechend früher gesetzt wird.
In 3 ist beispielhaft eine schematische Übersicht der Speicherbank 11 eines DRAM gemäß 1 gezeigt, bei der die einzelnen Speicherschaltungen mit den Bits 2-0 bis 2-15 und dem Registerbit 2-F in einem eigenen Speicherbereich 11-1 angeordnet sind. Die Speicherzellen MC zur Speicherung der Datensignale des Speichers für Lese- und Schreiboperationen sind in dem Speicherbereich 11-2 angeordnet. Gemäß einem Zahlenbeispiel umfaßt der Speicherbereich 11-1 (mit 4096 Reihen innerhalb der Speicherbank 11) eine Größe von 16 × 4096 Bit. Zusätzlich sind 4096 Registerbits 2-F vorgesehen.

1: Speicherzellenfeld
2: Speicherschaltung
3: Zugriffssteuerung
4: Auswahlschaltung mit Refresh-Zähler
5: Oszillator
6: Befehlsdecoder
7: Oszillator
8: Grenzwertspeicher
9: Vergleichsschaltung
10: Temperatursensorschaltung
11–14: Speicherbank
2-0 bis 2-15: Bit
2-F: Registerbit
11-1, 11-2: Speicherbereich
20: Speicherbereich
S: Ausgangssignal
T: Steuersignal
TRM1–TRM3: Trimmsignal
GW: Grenzwert
TI: Zeitinformation
SET: Signal
WL: Wortleitungen (Reihen)
BL: Bitleitungen (Spalten)
MC: Speicherzellen
ACT: Aktivierungsbefehl
PRE: Vorladungsbefehl
AR: Auto-Refresh-Befehl

Claims

Schaltung zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers – bei der in den Speicherzellen (MC) eine Information für eine Dauer einer Datenerhaltungszeit abspeicherbar ist, – bei der die in den Speicherzellen (MC) gespeicherte Information im Rahmen eines Lese-, Schreib- und Refreshbetriebs aufgefrischt wird, – mit einer Refresh-Steuerschaltung (3, 4, 7) zur Ansteuerung eines Speicherzellenfeldes (1) zum Zugriff auf Speicherzellen (MC) des dynamischen Speichers für einen Auffrischungsvorgang, – mit einer Speicherschaltung (2), die wenigstens einer der Speicherzellen zugeordnet ist, zum Speichern einer Zeitinformation (TI) bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf die der Speicherschaltung zugeordnete Speicherzelle während des Betriebs des Speichers, – wobei die Speicherschaltung ein Register zur Speicherung eines Registerbits (2-F) aufweist, – bei der die in der Speicherschaltung gespeicherte Zeitinformation (TI) ausgehend von einem Anfangswert derart verändert wird, daß spätestens nach Ablauf der Datenerhaltungszeit der der Speicherschaltung zugeordneten Speicherzelle das Registerbit (2-F) der Speicherschaltung gesetzt wird, – bei der die Refresh-Steuerschaltung (3, 4, 7) das Registerbit (2-F) der Speicherschaltung auswertet und im Falle eines gesetzten Registerbits derart auf das Speicherzellenfeld zugreift, daß die der Speicherschaltung zugeordnete Speicherzelle aufgefrischt wird, – bei der die in der Speicherschaltung gespeicherte Zeitinformation (TI) nach einer Lese-, Schreib- und Refreshoperation auf die Speicherzelle, welche der Speicherschaltung zugeordnet ist, auf den Anfangswert zurückgesetzt wird und das Registerbit (2-F) der Speicherschaltung gelöscht wird.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Speicherschaltung (2) einer von mehreren Einheiten (WL) von Speicherzellen des dynamischen Speichers zugeordnet ist, wobei mit den Einheiten von Speicherzellen (MC) jeweils mehrere der Speicherzellen auswählbar sind, – die Refresh-Steuerschaltung (3, 4, 7) derart auf das Speicherzellenfeld zugreift, daß die Speicherzellen (MC) der der Speicherschaltung (2) zugeordneten Einheit (WL) von Speicherzellen in Abhängigkeit der Zeitinformation (TI) aufgefrischt werden.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß – die Speicherschaltung ein Zählerregister (2) aufweist, – die Schaltung einen Oszillator (5) aufweist, der mit dem Zählerregister verbunden ist, zum Inkrementieren oder Dekrementieren des Zählerregisters mit einer definierten Taktrate.
Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktrate des Oszillators (5) durch ein Trimmsignal (TRM2) von extern einstellbar ist.
Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß – die Schaltung eine Temperatursensorschaltung (10) aufweist zur Detektion einer Temperatur des dynamischen Speichers, – die Taktrate des Oszillators (5) durch ein Steuersignal (T) der Temperatursensorschaltung (10) in Abhängigkeit der Temperatur des dynamischen Speichers einstellbar ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß – ein Grenzwertspeicher (8) zur Speicherung eines Grenzwerts (GW) vorgesehen ist, – eine Vergleichsschaltung (9) vorgesehen ist, die mit dem Grenzwertspeicher (8) und mit der Speicherschaltung (2) verbunden ist und ein Ausgangssignal (S) zur Verfügung stellt, das in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen der Zeitinformation (TI) der Speicherschaltung und des Grenzwerts (GW) des Grenzwertspeichers aktiviert wird, – der Zustand des Ausgangssignals (S) der Vergleichsschaltung von der Refresh-Steuerschaltung (3, 4, 7) abrufbar ist.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertspeicher (8) durch ein Trimmsignal (TRM1) von extern mit einem definierten Wert programmierbar ist.
Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß – die Schaltung eine Temperatursensorschaltung (10) aufweist zur Detektion einer Temperatur des dynamischen Speichers, – der Grenzwertspeicher (8) durch ein Steuersignal (T) der Temperatursensorschaltung (10) in Abhängigkeit der Temperatur des dynamischen Speichers mit einem definierten Wert programmierbar ist.
Verfahren zum Auffrischen von Speicherzellen eines dynamischen Speichers, – bei dem in jeweils einer der Speicherzellen (MC) des dynamischen Speichers eine Information für eine Dauer einer Datenerhaltungszeit abspeicherbar ist, – bei dem während des Betriebs des Speichers eine Zeitinformation (TI) bezüglich eines letzten zurückliegenden Zugriffs auf wenigstens eine der Speicherzellen (MC) dieser zugeordnet und gespeichert wird, – bei dem die der Speicherzelle zugeordnete Zeitinformation (TI) verändert wird und spätestens nach Ablauf der Datenerhaltungszeit ein Registerbit (2-F) gesetzt wird, – bei dem im Falle des gesetzten Registerbits (2-F) die der Zeitinformation (TI) zugeordnete Speicherzelle aufgefrischt wird, – bei dem die der Speicherzelle zugeordnete Zeitinformation (TI) nach einer Lese-, Schreib- und Refreshoperation auf die Speicherzelle zurückgesetzt wird und das Registerbit (2-F) zurückgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffrischungsvorgang durchgeführt wird, wenn die Zeitinformation (TI) einen Grenzwert (GW) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß – die Zeitinformation (TI) in einer Speicherschaltung (2) gespeichert wird, – die Speicherschaltung (2) bei einem Zugriff auf die Speicherzelle, welcher die Zeitinformation zugeordnet ist, mit einem Anfangswert vorbelegt oder auf einen Anfangswert zurückgesetzt wird, – die in der Speicherschaltung (2) gespeicherte Zeitinformation (TI) schrittweise inkrementiert oder dekrementiert wird, wobei im Falle, daß ein definierter Grenzwert (GW) erreicht wird, die Speicherzelle aufgefrischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitinformation (TI) in Abhängigkeit einer Temperatur des Speichers eingestellt und/oder bewertet wird.