DE19518348C1

DE19518348C1 - Speicher mit dynamischen Speicherzellen

Info

Publication number: DE19518348C1
Application number: DE19518348A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Buchenrieder; Michael Kaelbling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2015-05-19
Also published as: JPH09153291A; US5706225A; JP3638718B2

Description

Integrierte elektronische Informationsspeicher werden entwe der als flüchtige, d. h. dynamisch reprogrammierbare Speicher, oder nicht flüchtige Festwertspeicher angeboten. Dynamische Zufallszugriffsspeicher (DRAM) müssen periodisch aufgefrischt werden, oder sie verlieren die gespeicherte Information. Die Festwertspeicher dagegen können nach ihrer Herstellung nicht mehr geändert werden. Beim Festwertspeicher ist die Informa tion also ständig verfügbar.

Eine Kombination von flüchtigem und Festwertspeicher wäre vorteilhaft, wenn beide Speicherarten in ein Gerät erforder lich sind. Es ist bekannt, beide Speicherarten zu kombinie ren, dabei werden aber die Speicherzellen bei beiden Spei cherarten unterschiedlich ausgeführt. Aus US-PS 4 095 281 ist weiterhin bekannt, eine 4-Transistorzelle mit Hilfe von MNOS-Tran sistoren aufzubauen, die sowohl als RAM oder als ROM-Spei cherzelle verwendbar ist. Als ROM-Speicherzelle werden die Schwellwerte der MNOS-Transistoren entsprechend der zu speichernden Information eingestellt.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht ebenfalls darin, flüchtige und nicht flüchtige, also Festwertspeicher, zu kombinieren. Dabei sollen dynamische Speicherzellen verwendet werden, die sowohl als Speicherzellen für den flüchtigen Speicher als auch für nichtflüchtige Festwertspeicher verwendbar sind.

Das Problem wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Wesentlich ist, daß die Größe des kapazitiven Ladungsspei chers der dynamischen Speicherzelle entsprechend der als Festwert zu speichernden Information bemessen wird.

Arbeitet der Speicher als flüchtiger Speicher, dann liegt an den Speicherzellen ein Refresh-Signal mit hoher Taktrakte an und der Kondensator jeder Speicherzelle wird unabhängig von seiner Größe vollstandig aufgeladen. Ein Unterschied zu gebräuchlichen dynamischen Speichern besteht in dieser Be triebsart deswegen nicht.

Soll der Speicher auch als Festwertspeicher benutzt werden, dann ist es zweckmäßig, Speicherzellen mit unterschiedlichen Kondensatoren zu verwenden. Zum Beispiel können zwei Arten von Speicherzellen verwendet werden, erste Speicherzellen mit einem ersten Kondensatorwert und zweite Speicherzellen mit einem zweiten Kondensatorwert. Zum Einprägen der Information "1" oder "0" in den Festwertspeicher werden zunächst alle Kondensatoren der Speicherzellen aufgeladen, anschließend wird eine Refresh-Signal mit einer derartigen Taktrate ange legt, daß sich die Kondensatoren der Speicherzellen mit kleinem Kondensatorwert entladen, jedoch die Speicherzellen mit großen Kondensatorwellen nicht entladen. Die Speicherzel len mit großen Kondensatorwerten speichern dann die Informa tion der einen Art, z. B. "1", die Speicherzellen mit kleinen Kondensatorwert die Information der anderen Art, z. B. "0".

Selbstverständlich ist es möglich, weitere Arten von Spei cherzellen mit anderen Kondensatorwerten zu verwenden, so daß mehrere Informationswerte eingeprägt werden können.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipbild einer Speicherzelle,

Fig. 2 die Entladekennlinie eines Kondensators,

Fig. 3 verschiedene Entladekennlinien unterschiedlicher Kondensatoren jeweils aufgetragen über der Zeit t.

Das Prinzipbild einer Speicherzelle SP nach Fig. 1 zeigt einen Kondensator C, einen Widerstand R, einen Schalter S und eine Stromquelle Q. Über den Schalter S kann der Kondensator C aufgeladen werden. Ist der Schalter S geöffnet, dann ent lädt sich der Kondensator C über den Widerstand R entspre chend der Kennlinie, die in Fig. 2 dargestellt ist. Hier ist die Spannung U über der Zeit t aufgetragen. Weiterhin ist das Refresh-Signal stark ausgezogen dargestellt. Es ist zu sehen, daß nach dem Refresh-Signal, durch das der Kondensator C aufgeladen worden ist, die Entladung des Kondensators auf bekannte Weise abläuft. Wenn die Spannung des Kondensators eine vorgegebene Schwellwertspannung Uth unterschreitet, ändert sich die im Kondensator c gespeicherte Information.

Zum Beispiel kann das Vorhandensein einer über der Schwell wertspannung liegenden Spannung als eine logische "1" angese hen werden, daß Fehlen einer Spannung am Kondensator als eine logische "0". Für die Fälle, bei denen keine eindeutige Spannung der "1" oder der "0" zugeordnet werden kann, kann ein logischer Wert "X" zugeordnet werden.

Wenn der Speicher aus Speicherzellen besteht, bei denen jeweils nur zwei unterschiedliche Kondensatortypen vorliegen, also Speicherzellen mit einem Kondensator C1 und Speicherzel len mit einem Kondensator C2, dann kann die Größe oder der Wert des Kondensators C1 so gewählt werden, daß er seine Information verliert, wenn die Taktrate f1 eines Refresh-Signa les zu klein ist. Der Kondensator C2, dessen Wert größer gewählt werden kann als der Wert des Kondensators C1, wird mit einer Taktrate f2 betrieben. Der Kondensator C2 verliert seine Information, wenn die Taktrate f2 zu langsam ist. Wenn nun f2 genügend größer ist als f1, dann wird eine "1" in C1 geschrieben, und wenn die Speicherzelle mit C1 mit der Takt rate f2 aufgefrischt wird, dann wird später hier eine "0" gelesen. Wenn zur selben Zeit eine "1" in eine Speicherzelle mit C2 geschrieben worden ist und es wird mit der Taktrate f2 aufgefrischt, dann wird aus Speicherzellen mit C2 immer noch eine "1" gelesen. Selbstverständlich werden bei beiden Spei cherzellen gespeicherte "0" immer als "0" gelesen.

Bei der Betriebsart als flüchtiger Speicher (RAM) werden alle Zellen mit der Taktrate f1 aufgefrischt. Das heißt in der Betriebsart RAM verhält sich der Speicher wie ein typischer DRAM.

In der Betriebsart als Festwertspeicher ist die in den Spei cherzellen gespeicherte Information durch die Herstellung festgelegt. In dieser Betriebsart werden zunächst alle Spei cherzellen mit einer "1" geschrieben, also alle Speicherzel len aufgeladen. Anschließend erfolgt das Auffrischen mit der Taktrate f2. Dies führt dazu, daß die Speicherzellen mit C1 sich entladen und somit dort eine "0" eingespeichert wird, während die Speicherzellen mit C2 aufgeladen bleiben, somit dort eine "1" gespeichert ist. Im folgenden muß der Festwert speicher nur noch mit der Taktrate f2 aufgefrischt werden.

Die zwei Taktraten f1 und f2 können zwei verschiedene Taktim pulse darstellen oder aus einem einzelnen Taktimpuls gewonnen werden.

Ein Speicher kann auch so ausgeführt sein, daß er Speicher zellen mit mehr als zwei verschiedenen Kondensatorwerten aufweist, im allgemeinen Fall mit n verschiedenen Kondensa torwerten. Damit sind in dem Speicher Speicherzellen enthal ten, die mit unterschiedlichen Taktraten fn aufgefrischt werden müssen, wobei n eine ganze Zahl ist. Ein solcher Spei cher kann in der Betriebsart als RAM mit der Taktrate f1 aufgefrischt werden. In der Betriebsart als ROM werden wie derum die Speicherzellen zunächst alle geladen und dann mit einer Taktrate aufgefrischt, die so gewählt ist, daß sich der gewünschte Teil der Speicherzellen entladen kann und die restlichen dagegen nicht. Es ist auch möglich, den Speicher zellen mit unterschiedlichen Kondensatorwerten unterschiedli che Informationen zuzuordnen, die dadurch erreicht werden, daß beim Anliegen von Refresh-Signalen einer Taktrate die einzelnen Kondensatoren eine unterschiedliche Ladung haben, die bewertet werden. Diese Verhältnisse können z. B. der Fig. 3 entnommen werden:. Hier sind drei Kondensatoren C1 bis C3 unterschiedlichen Wertes mit ihren Entladekennlinien dar gestellt. Dabei hat der Kondensator C1 den kleinsten Kapazi tätwert, der Kondensator C3 den größten Wert. Es werden zwei Schwellen VH und VL gezeigt. Wenn ein Kondensator einen Wert hat, der über VH liegt, dann kann dies einer "1" zugeordnet werdend wenn sie einen Wert hat, der unter VL liegt, einer "0" und wenn er einen Wert hat, der zwischen VL und VH liegt, einer "X". Werden weitere Kondensatoren mit anderen Kapazi tätswerten verwendet, können noch mehrere Arten von Informa tionen gespeichert werden.

Claims

l. Speicher mit dynamischen Speicherzellen, der sowohl in einer Betriebsart als Festwertspeicher als auch in einer anderen Betriebsart als flüchtiger Speicher nutzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - jede Speicherzelle (SP) jeweils einen eine Information speichernden Kondensator aufweist, dessen Kapazitätswert entsprechend der als Festwert zu speichernden Information bemessen ist,
- - den Speicherzellen ein Refresh-Signal in einer von der Betriebsart abhängigen Taktrate zugeführt wird.
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Speicherzellen mit jeweils unterschiedlichen Kondensatorwerten vorgesehen sind.
3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste Speicherzellen mit einem ersten Kondensator mit einem ersten Kapazitätswert und zweite Speicherzellen mit zweiten Kondensatoren mit im Vergleich zu dem ersten Kapazitätswert größeren Kapazitätswert vorgesehen sind.