DE19928271A1 - Schaltung und Verfahren zur Erzeugung eines lokalen bzw. internen Taktsignals und diesbezügliches Halbleiterspeicherbauelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung und ein Verfahren zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals, eine Schaltung und ein Verfahren zur Erzeugung eines internen Taktsignals und auf ein diesbezügliches Halbleiterspeicherbauelement. DOLLAR A Zur Erzeugung des lokalen Taktsignals sind erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Phasenmischern vorgesehen, die Signale von zwei Punkten auf einer Taktsignalleitung empfangen und die empfangenen Signale zur Bildung des lokalen Taktsignals mischen. Zur Erzeugung des internen Taktsignals ist eine Verzögerungsregelkreis-Schaltung vorgesehen, die ein externes Taktsignal sowie ein von einer Rückkopplungsschaltung erzeugtes Rückkopplungstaktsignal empfängt. Dabei erzeugt die Rückkopplungsschaltung ein lokales Blindtaktsignal derselben Phase wie ein lokales Taktsignal, verzögert dieses Signal um die Verzögerungszeit eines internen Schaltkreises und erzeugt so das Rückkopplungstaktsignal. DOLLAR A Verwendung für Halbleiterspeicherbauelemente hoher Betriebsgeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung und ein Verfah­ ren zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals, eine Schaltung und ein Verfahren zur Erzeugung eines internen Taktsignals und auf ein diesbezügliches Halbleiterspeicherbauelement.

In Halbleiterspeicherbauelementen hoher Betriebsgeschwindig­ keit werden Daten in Synchronisation mit einem externen Takt­ signal ein- und ausgegeben. Spezieller wird in einem solchen Halbleiterspeicherbauelement hoher Betriebsgeschwindigkeit ein mit der Phase eines externen Taktsignals synchronisiertes internes Taktsignal von einer internen Taktsignalerzeugungs­ schaltung erzeugt, die im allgemeinen eine Verzögerungsregel­ kreis(DLL)-Schaltung benutzt. Das interne Taktsignal wird da­ bei über eine Taktleitung bis zu internen Schaltkreisen über­ tragen, d. h. einer Mehrzahl von Eingabe- und Ausgabe- Schaltkreisen, die in der Nähe von Eingabe- und Ausgabe- Kontaktstellen angeordnet sind. Jedes der übertragenen Takt­ signale, d. h. jedes der lokalen Taktsignale, treibt einen zu­ gehörigen Eingabe- und Ausgabe-Schaltkreis.

In herkömmlichen Halbleiterspeicherbauelementen hoher Be­ triebsgeschwindigkeit besitzt jedoch ein Taktnetzwerk eine Taktbaumstruktur, die das interne Taktsignal vom Ausgangsan­ schluß der internen Taktsignalerzeugungsschaltung zu einer Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Schaltkreisen überträgt. Ein Taktbaum weist in Abhängigkeit von seiner Länge unterschied­ liche Lasten auf, d. h. unterschiedliche parasitäre Widerstän­ de und Kondensatoren, so daß die Verzögerungszeit je nach Länge des Taktbaumes unterschiedlich ist. Dementsprechend kann es passieren, daß zwischen den über den Taktbaum bis zu den Eingabe/Ausgabe-Schaltkreisen übertragenen, lokalen Takt­ signalen eine Phasendifferenz erzeugt wird, so daß sich die Leistungsfähigkeit des Halbleiterspeicherbauelements hoher Betriebsgeschwindigkeit bezüglich Eingabe und Ausgabe von Daten verschlechtern kann.

Des weiteren weist eine in einem Halbleiterspeicherbauelement hoher Betriebsgeschwindigkeit verwendete, herkömmliche inter­ ne Taktsignalerzeugungsschaltung, d. h. eine herkömmliche DLL- Schaltung, eine Verzögerungsüberwachungsschaltung auf, die eine zweite Verzögerungszeit gleich groß macht wie eine von internen Schaltkreisen, d. h. einem Taktsignalpuffer, einer Taktsignalleitung und einem Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis, er­ zeugte erste Verzögerungszeit. Die herkömmliche DLL-Schaltung generiert ein internes Taktsignal unter Verwendung der Pha­ sendifferenz zwischen einem Rückkopplungstaktsignal als das Ausgangssignal der Verzögerungsüberwachungsschaltung und ei­ nem externen Taktsignal. Jedoch weist die Verzögerungsüberwa­ chungsschaltung in der herkömmlichen DLL-Schaltung ein kom­ plexes Design und ein ausgedehntes Layout auf und hat einen hohen Stromverbrauch. Außerdem kann die zweite Verzögerungs­ zeit, welche die Verzögerungszeit der Verzögerungsüberwa­ chungsschaltung ist, von der durch das Taktnetzwerk und den Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis erzeugten ersten Verzögerungszeit merklich verschieden werden, wenn sich Temperatur, zugeführte Spannung, Rauschen und/oder der Herstellungsprozeß ändern.

Dies kann die Leistungsfähigkeit des Halbleiterspeicherbau­ elementes hoher Betriebsgeschwindigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereit­ stellung einer Schaltung und eines Verfahrens zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals, einer Schaltung und eines Verfah­ rens zur Erzeugung eines internen Taktsignals und eines dies­ bezüglichen Halbleiterspeicherbauelementes zugrunde, bei de­ nen eine Mehrzahl von lokalen Taktsignalen ohne Phasendiffe­ renz zu einem internen Taktsignal erzeugt werden kann und/oder mit einer einfach ausgelegten Schaltung stabil ein internes Taktsignal unabhängig vom Herstellungsprozeß, der Temperatur, der zugeführten Spannung, von Rauschen etc. er­ zeugt werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer lokalen Taktsignalerzeugungsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer internen Taktsignalerzeugungsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 7, eines Halbleiterspeicher­ bauelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 13, eines Ver­ fahrens zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals mit den Merk­ malen des Anspruchs 21 und eines Verfahrens zur Erzeugung ei­ nes internen Taktsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 23.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbauelementes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbauelementes,

Fig. 3 ein detaillierteres Schaltbild zur Veranschauli­ chung der Eigenschaften einer in den Fig. 1 und 2 gezeigten Taktleitung und

Fig. 4 Signalverlaufsdiagramme zur Veranschaulichung der Resultate einer Simulation der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.

In den Figuren sind beispielhafte, nicht beschränkende Aus­ führungsformen der Erfindung dargestellt, wobei funktionell gleiche Elemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Ein erstes erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbauelement ist im Blockschaltbild von Fig. 1 dargestellt. Dieses Halbleiter­ speicherbauelement beinhaltet eine erfindungsgemäße lokale Taktsignalerzeugungsschaltung, d. h. eine Schaltung zur Erzeu­ gung eines lokalen Taktsignals, und eine erfindungsgemäße in­ terne Taktsignalerzeugungsschaltung, d. h. eine Schaltung zur Erzeugung eines internen Taktsignals.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält das Halbleiterspeicher­ bauelement die interne Taktsignalerzeugungsschaltung 100, die eine Verzögerungsregelkreis(DLL)-Schaltung 111 und eine Rück­ kopplungsschaltung 112 aufweist, eine Taktsignalleitung 130, die lokale Taktsignalerzeugungsschaltung 110 und interne Schaltkreise. Dabei umfassen die internen Schaltkreise eine Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Schaltkreisen 120 bis 128, eine Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Kontaktstellen DQ0 bis DQ8 sowie eine Taktsignal-Kontaktstelle CLK.

Die Taktleitung 130 überträgt ein von der internen Taktsi­ gnalerzeugungsschaltung 100 erzeugtes internes Taktsignal ICLK und weist eine Ringpfadstruktur mit einer Vorwärtstakt­ signalleitung 131, die vom Ausgangsanschluß der internen Taktsignalerzeugungsschaltung 100 in die Nachbarschaft des am weitesten entfernten Eingabe/Ausgabe-Schaltkreises 128 führt, und eine Rückwärtstaktleitung 132 auf, die von der Nachbar­ schaft des am weitesten entfernten Eingabe/Ausgabe-Schalt­ kreises 128 zur Nachbarschaft der internen Taktsignalerzeu­ gungsschaltung 100 führt.

Die lokale Taktsignalerzeugungsschaltung 110 arbeitet gemäß eines erfindungsgemäßen lokalen Taktsignalerzeugungsverfah­ rens, d. h. Verfahrens zur Erzeugung eines lokalen Taktsigna­ les, erzeugt dabei lokale Taktsignale LCLK0 bis LCLK8 zum Be­ trieb der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 und weist eine Mehrzahl von ersten Phasenmischern 110a bis 110i auf. Die ersten Phasenmischer 110a bis 110i empfangen jeweils Sig­ nale von zwei Punkten der Taktsignalleitung 130, d. h. von ei­ nem Punkt der Vorwärtstaktsignalleitung 131 und von einem Punkt der Rückwärtstaktsignalleitung 132, mischen die empfan­ genen Signale und erzeugen lokale Taktsignale LCLK0 bis LCLK8, von denen jedes eine Phase aufweist, die zwischen den Phasen der zwei Punkte der Taktsignalleitung liegt. Im Ideal­ fall, in welchem die Verzögerungszeiten der Vorwärts- und der Rückwärtstaktleitung 131, 132 sich linear in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ausgangsanschluß der internen Taktsig­ nalerzeugungsschaltung 100 ändern, gibt es folglich keine Phasendifferenz zwischen den lokalen Taktsignalen LCLK0 bis LCLK8.

Die ersten Phasenmischer 110a bis 110i beinhalten hierbei je­ weils einen ersten Inverter 11 zum Invertieren des von einem Punkt der Vorwärtstaktsignalleitung 131 kommenden Signals, einen zweiten Inverter 12 zum Invertieren des Signals von ei­ nem Punkt der Rückwärtstaktsignalleitung 132 und einen drit­ ten Inverter 13 zum Invertieren eines vom verbundenen Knoten der Ausgangsanschlüsse des ersten und zweiten Inverters 11, 12 abgegebenen Signals, d. h. eines gemischten Signals, und zum Abgeben des invertierten Signals als das jeweilige lokale Taktsignal LCLK0 bis LCLK8. Es versteht sich, daß in einigen Fällen die ersten Phasenmischer 110a bis 110i aus anderen Lo­ gikgattern bestehen können.

Jeder der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 empfängt Daten über einen zugehörigen der Eingabe/Ausgabe-Kontakt­ stellen DQ0 bis DQ8 oder gibt die Daten an die zugehörige Eingabe/Ausgabe-Kontaktstelle aus, und zwar in Reaktion auf ein zugehöriges der lokalen Taktsignale LCLK0 bis LCLK8. Die Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 sind über einen Da­ tenpfad und vorbestimmte interne Schaltkreise, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, an ein Speicherzellenfeld angeschlossen.

Die lokalen Taktsignale LCLK0 bis LCLK8 werden durch das oben beschriebene Verfahren erzeugt und können auch in anderen in­ ternen Schaltkreisen verwendet werden, z. B. einem Schiebe­ schaltkreis zum Verschieben einer kleinen Anzahl von Daten zu einer Vielzahl von Daten oder einer Vielzahl von Daten zu ei­ ner kleinen Anzahl von Daten, um Daten in eine Speicherzelle einzugeben oder aus dieser auszugeben, und einem Schnittstel­ len-Logikschaltkreis zum Empfangen eines externen Signals für die Steuerung eines vorgegebenen internen Schaltkreises.

Die interne Taktsignalerzeugungsschaltung 100 arbeitet nach einem erfindungsgemäßen internen Taktsignalerzeugungsverfah­ ren, d. h. einem Verfahren zur Erzeugung eines internen Takt­ signals, und weist die DLL-Schaltung 111 und die Rückkopp­ lungsschaltung 112 auf.

Die Rückkopplungsschaltung 112 erzeugt ein lokales Dummy- d. h. Blindtaktsignal DLCLK, das dieselbe Phase wie die Phasen der lokalen Taktsignale LCLK0 bis LCLK8 hat, verzögert das lokale Blindtaktsignal DLCLK um dieselbe Zeitdauer wie die Verzögerungszeit der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 und erzeugt ein Rückkopplungstaktsignal FCLK. Des weiteren enthält die Rückkopplungsschaltung 112 im einzelnen einen zweiten Phasenmischer 112a desselben Aufbaus wie die ersten Phasenmischer 110a bis 110c, einen Eingabe/Ausgabe-Blind­ schaltkreis 112b, der dieselbe Verzögerungszeit aufweist wie die Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128, und eine Blind­ kontaktstelle DUM. Der zweite Phasenmischer 112a empfängt Signale von zwei Punkten der Taktleitung 130 nahe der inter­ nen Taktsignalerzeugungsschaltung 110, d. h. ein Signal von einem Punkt der Vorwärtstaktleitung 131 und ein Signal von einem Punkt der Rückwärtstaktleitung 132, mischt die empfan­ genen Signale und erzeugt das lokale Blindtaktsignal DLCLK mit einer Phase, die zwischen den Phasen der Signale der zwei Punkte der Taktleitung liegt. Der Eingabe/Ausgabe-Blind­ schaltkreis 112b verzögert das lokale Blindtaktsignal DLCLK um dieselbe Zeit wie die Verzögerungszeit der Eingabe/Aus­ gabe-Schaltkreise 120 bis 128 und gibt das Rückkopplungstakt­ signal FCLK ab. Dabei bezeichnet die Verzögerungszeit der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 die Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Eingabe/Ausgabe- Schaltkreise 120 bis 128 durch die lokalen Taktsignale LCLK0 bis LCLK8 leitend geschaltet werden, und einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung an einem an die Eingabe/Ausgabe-Kontakt­ stellen DQ0 bis DQ8 angeschlossenen externen Datenbus durch Ausgabedaten geändert wird. Dementsprechend wird die Phasen­ differenz zwischen dem Rückkopplungstaktsignal FCLK und den über die Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 ausgegebe­ nen Signalen im Idealfall null, selbst wenn sich der Herstel­ lungsprozeß, die Temperatur, die Speisespannung und Rauschen verändern.

Die DLL-Schaltung 111 empfängt das Rückkopplungstaktsignal FCLK und ein von außen dem Halbleiterspeicherbauelement über die Takt-Kontaktstelle CLK zugeführtes externes Taktsignal ECLK, erzeugt das interne Taktsignal ICLK und gibt das inter­ ne Taktsignal ICLK auf der Taktleitung 130 ab. Des weiteren beinhaltet die DLL-Schaltung 111 im einzelnen einen Phasende­ tektor 111a, eine Verzögerungsleitung 111b, einen Taktsignal­ puffer 111c und eine Verzögerungssteuerschaltung 111d. Der Phasendetektor 111a vergleicht die Phase des externen Taktsi­ gnals ECLK mit der Phase des Rückkopplungstaktsignals FCLK und detektiert die Phasendifferenz zwischen den beiden Pha­ sen. Die Verzögerungssteuerschaltung 111d steuert die Verzö­ gerungszeit der Verzögerungsleitung 111b in Abhängigkeit vom Ausgangssignal Pd des Phasendetektors 111a. Die Verzögerungs­ zeit auf der Verzögerungsleitung 111b wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal CNT der Verzögerungssteuerschaltung 111d bestimmt, und die Verzögerungsleitung 111b verzögert das ex­ terne Taktsignal ECLK um die Verzögerungszeit. Der Taktsig­ nalpuffer 111c ist zwischen den Ausgangsanschluß der Verzöge­ rungsleitung 111b und die Taktleitung 130 eingeschleift und puffert das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 111b und gibt das interne Taktsignal ICLK auf der Taktleitung 130 ab.

Die Rückkopplungsschaltung 112 beinhaltet den zweiten Phasen­ mischer 112a desselben Aufbaus wie die ersten Phasenmischer 110a bis 110i und die Eingabe/Ausgabe-Blindschaltung 112b mit derselben Verzögerungszeit wie die Eingabe/Ausgabe-Schalt­ kreise 120 bis 128. Dementsprechend ergibt sich eine allen­ falls geringe Phasendifferenz zwischen dem Rückkopplungstakt­ signal FCLK und den über die Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128 abgegebenen Signalen, wenn sich der Herstellungspro­ zeß, die Temperatur, die zugeführte Spannung und Rauschen än­ dern. Die interne Taktsignalerzeugungsschaltung 100 arbeitet daher stabil. Außerdem ist die interne Taktsignalerzeugungs­ schaltung 100 einfach aufgebaut, verbraucht wenig Strom und besitzt eine kleine Layoutfläche.

Zwar beschreibt das erste Ausführungsbeispiel lediglich den Ausgabebetrieb der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128, es ist jedoch klar, daß das erste Ausführungsbeispiel auch auf den Eingabebetrieb der Eingabe/Ausgabe-Schaltungen 120 bis 128 anwendbar ist.

Fig. 2 veranschaulicht ein Halbleiterspeicherbauelement der vorliegenden Erfindung mit einer erfindungsgemäßen lokalen Taktsignalerzeugungsschaltung. Das dort gezeigte Halbleiter­ speicherbauelement beinhaltet eine interne Taktsignalerzeu­ gungsschaltung 200, eine Taktleitung 130, eine lokale Taktsi­ gnalerzeugungsschaltung 110 und interne Schaltkreise. Hierbei umfassen die internen Schaltkreise eine Mehrzahl von Einga­ be/Ausgabe-Schaltungkreisen 120 bis 128, eine Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Kontaktstellen DQ0 bis DQ8 und eine Takt- Kontaktstelle CLK.

Die Taktleitung 130, die lokale Taktsignalerzeugungsschaltung 110, die Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise 120 bis 128, die Einga­ be/Ausgabe-Kontaktstellen DQ0 bis DQ8 und die Takt-Kontak­ tstelle CLK entsprechen denjenigen von Fig. 1, so daß inso­ weit auf deren obige Beschreibung verwiesen werden kann. Die von der lokalen Taktsignalerzeugungsschaltung 110 erzeugten lokalen Taktsignale LCLK0 bis LCLK8 können in anderen inter­ nen Schaltkreisen verwendet werden, ähnlich wie oben zum er­ sten Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei den anderen inter­ nen Schaltkreisen kann es sich beispielsweise um eine Schie­ beschaltung zum Verschieben einer kleinen Anzahl von Daten zu einer Vielzahl von Daten oder zum Verschieben einer Vielzahl von Daten zu einer kleinen Anzahl von Daten, um Daten in eine Speicherzelle einzugeben oder aus dieser auszugeben, oder um eine Schnittstellen-Logikschaltung zum Empfangen eines exter­ nen Signals und zum Steuern vorgegebener interner Schaltkrei­ se handeln.

Die interne Taktsignalerzeugungsschaltung 200 besitzt densel­ ben Aufbau wie eine herkömmliche DLL-Schaltung und umfaßt ei­ nen Phasendetektor 201, eine Verzögerungsleitung 202, eine Verzögerungsüberwachungsschaltung 203, einen Taktsignalpuffer 204 und eine Verzögerungssteuerschaltung 205.

Der Phasendetektor 201 vergleicht die Phase des externen Taktsignals ECLK mit der Phase des Ausgangssignals FCLK der Verzögerungsüberwachungsschaltung 203, d. h. eines Rückkopp­ lungstaktsignals, und detektiert die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen. Die Verzögerungssteuerschaltung 205 steuert die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung 202 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal PD des Phasendetektors 201. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung 202 wird in Re­ aktion auf das Ausgangssignal CNT der Verzögerungssteuer­ schaltung 205 bestimmt, und die Verzögerungsleitung 202 ver­ zögert das externe Taktsignal ECLK um die Verzögerungszeit. Die Verzögerungsüberwachungsschaltung 203 überwacht die Ver­ zögerungszeit des Ausgangssignals der Verzögerungsleitung 202 und erzeugt das Rückkopplungstaktsignal FCLK. Mit anderen Worten stellt die Verzögerungsüberwachungsschaltung 203 eine zweite Verzögerungszeit bereit, die gleich groß wie eine vom Taktsignalpuffer 204, der Taktleitung 130, der lokalen Takt­ signalerzeugungsschaltung 110 und den Eingabe/Ausgabe-Schalt­ kreisen 120 bis 128 generierte erste Verzögerungszeit ist, verzögert das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 202 um die zweite Verzögerungszeit und gibt das verzögerte Signal als das Rückkopplungstaktsignal FCLK ab. Der Taktsignalpuffer 204 ist zwischen den Ausgangsanschluß der Verzögerungsleitung 202 und die Taktleitung 130 eingeschleift und puffert das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 202 und gibt das in­ terne Taktsignal ICLK an die Taktleitung 130 ab.

Auch bei dem zweiten erfindungsgemäßen Halbleiterspeicherbau­ element gibt es im Idealfall, in welchem die Verzögerungszei­ ten der Vorwärts- und Rückwärtstaktleitungen 131, 132 in Ab­ hängigkeit von der Entfernung vom Ausgangsanschluß der inter­ nen Taktsignalerzeugungsschaltung 200 linear anwachsen oder sich verringern, keine Phasendifferenz zwischen den lokalen Taktsignalen LCLK0 bis LCLK8.

Fig. 3 veranschaulicht in einem detaillierteren Schaltbild die Eigenschaften der in Fig. 1 dargestellten Taktsignallei­ tung. Hierbei bezeichnen das Bezugszeichen 300 den Taktsig­ nalpuffer 111c von Fig. 1 bzw. den Taktsignalpuffer 204 von Fig. 2, während das Bezugszeichen 131 die Vorwärtstaktleitung von Fig. 1 und das Bezugszeichen 132 die Rückwärtstaktleitung von Fig. 1 bezeichnen. Die Bezugszeichen 110a bis 110i be­ zeichnen die ersten Phasenmischer von Fig. 1, während das Be­ zugszeichen 112a den zweiten Phasenmischer von Fig. 1 be­ zeichnet.

Wie schon oben beschrieben, erhöht oder verringert sich die durch die Last L, d. h. einen parasitären Widerstand und eine parasitäre Kapazität, erzeugte Verzögerungszeit der Vorwärts- und der Rückwärtstaktleitung 131, 132 im Idealfall linear in Abhängigkeit von der Entfernung vom Ausgangsanschluß des Taktsignalpuffers 300. In der Praxis ist es jedoch möglich, daß die Verzögerungszeit nicht linear anwächst oder sich ver­ ringert, wenn der Taktsignalpuffer 300 eine geringe Treiber­ kapazität besitzt und die Vorwärts- und die Rückwärtstakt­ leitung 131, 132 jeweils eine Last L haben. Dieses Problem wird durch die Zwischenfügung eines zweiten Taktsignalpuffers 310 an einer Kontaktposition zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtstaktleitung 131, 132 gelöst.

Fig. 4 zeigt graphisch Signalverläufe, welche die Ergebnisse einer für die Schaltung von Fig. 3 durchgeführten Simulation wiedergeben. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 40 das Ein­ gangssignal des Taktsignalpuffers 300 von Fig. 3, während die Bezugszeichen 41 bis 50 die Signale an den Punkten 41 bis 50 der Vorwärtstaktleitung 131 von Fig. 3 bezeichnen. Analog be­ zeichnen die Bezugszeichen 51 bis 60 die Signale an den Punk­ ten 51 bis 60 der Rückwärtstaktleitung 132 von Fig. 3, und das Bezugszeichen FCLK bezeichnet das Ausgangssignal des zweiten Phasenmischers 112a von Fig. 3, d. h. ein Rückkopp­ lungstaktsignal, während die Bezugszeichen LCLK0 bis LCLK8 die Ausgangssignale der ersten Phasenmischer 110a bis 110i von Fig. 3 bezeichnen, d. h. ein lokales Taktsignal.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, gibt es eine vorbestimmte Phasen­ differenz zwischen Signalen von den Punkten 41 bis 50 auf der Vorwärtstaktleitung 131, und ebenso existiert eine vorbe­ stimmte Phasendifferenz zwischen den Signalen an den Punkten 51 bis 60 auf der Rückwärtstaktleitung 132. Es ist jedoch er­ kennbar, daß nur eine geringfügige Phasendifferenz zwischen dem Rückkopplungstaktsignal FCLK und jedem der lokalen Takt­ signale LCLK0 bis LCLK8 vorliegt.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, kann durch die erfindungsgemäße Schaltung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals eine Mehrzahl lokaler Taktsignale aus einem internen Taktsignal ohne Phasendiffe­ renz erzeugt werden. Demgemäß wird in einem die lokale Takt­ signalerzeugungsschaltung aufweisenden Halbleiterspeicherbau­ element die Mehrzahl von lokalen Taktsignalen ohne Phasendif­ ferenz internen Schaltkreisen zur Verfügung gestellt, d. h. Eingabe/Ausgabe-Schaltkreisen, einem Schiebeschaltkreis, ei­ nem Schnittstellen-Logikschaltkreis etc., so daß das Halblei­ terspeicherbauelement stabil arbeitet und ein verbessertes Eingabe/Ausgabe-Leistungsvermögen aufweist. Außerdem besteht bei einer erfindungsgemäßen Schaltung und einem erfindungsge­ mäßen Verfahren zur internen Taktsignalerzeugung eine allen­ falls geringe Phasendifferenz zwischen einem in einem Phasen­ detektor verwendeten Rückkopplungstaktsignal und jedem der über interne Schaltkreise, d. h. die Eingabe/Ausgabe-Schalt­ kreise, abgegebenen Signalen, selbst wenn sich der Herstel­ lungsprozeß, die Temperatur, die Speisespannung und Rauschen ändern. Daher kann ein internes Taktsignal, das dieselbe Pha­ se wie ein externes Taktsignal hät, stabil generiert werden. Außerdem ist die interne Taktsignalerzeugungsschaltung ein­ fach aufgebaut, hat einen niedrigen Stromverbrauch und be­ sitzt eine kleine Layoutfläche.

Claims (25)

1. Schaltung zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals für ein Halbleiterspeicherbauelement mit

• - einer internen Taktsignalerzeugungsschaltung (100) zur Erzeugung eines internen Taktsignals (ICLK), das mit einem von außerhalb des Halbleiterspeicherbauelementes eingegebenen externen Taktsignal (ECLK) synchronisiert ist,
• - einer Taktsignalleitung (130) zum Übertragen des inter­ nen Taktsignals und
• - einer Mehrzahl von in Reaktion auf ein zugehöriges lo­ kales Taktsignal arbeitenden internen Schaltkreisen (120 bis 128),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die lokale Taktsignalerzeugungsschaltung (110) eine Mehrzahl von Phasenmischern (110a bis 110i) enthält, die Sig­ nale von zwei Punkten auf der Taktsignalleitung (130) empfan­ gen, die empfangenen Signale mischen und das lokale Taktsi­ gnal (LCLK0 bis LVLK8) erzeugen.

2. Lokale Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Phasenmi­ scher folgende Elemente enthält:

• - einen ersten Inverter (11) zum Invertieren eines der zwei Signale von den beiden Punkten auf der Taktsignallei­ tung,
• - einen zweiten Inverter (12) zum Invertieren des anderen der beiden Signale von den zwei Punkten auf der Taktsignal­ leitung und
• - einen dritten Inverter (13) zum Invertieren eines von einem Verbindungsknoten der Ausgangsanschlüsse des ersten und zweiten Inverters abgegebenen Signals und zum Abgeben des in­ vertierten Signals als das lokale Taktsignal.

3. Lokale Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsignallei­ tung folgende Elemente enthält:

• - eine Vorwärtstaktsignalleitung (131), die vom Ausgangs­ anschluß der internen Taktsignalerzeugungsschaltung zur Nach­ barschaft des am weitesten entfernten der internen Schalt­ kreise führt, und
• - eine Rückwärtstaktsignalleitung (132), die von der Nachbarschaft des am weitesten entfernten internen Schalt­ kreises zur Nachbarschaft der internen Taktsignalerzeugungs­ schaltung führt.

4. Lokale Taktsignalerzeugungsschaltung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die in­ terne Taktsignalerzeugungsschaltung eine Verzögerungsregel­ kreis(DLL)-Schaltung (111) aufweist.

5. Lokale Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die DLL-Schaltung folgende Elemente enthält:

• - eine Verzögerungsleitung (202) zum Verzögern des exter­ nen Taktsignals und Ausgeben des internen Taktsignals auf der Taktsignalleitung,
• - eine Verzögerungsüberwachungsschaltung (203) zum Über­ wachen der durch die Taktsignalleitung, die lokale Taktsig­ nalerzeugungsschaltung und den internen Schaltkreis generier­ ten Gesamtverzögerungszeit, zum Verzögern des internen Takt­ signals um die Gesamtverzögerungszeit und zum Erzeugen eines Rückkopplungstaktsignals,
• - einen Phasendetektor (201) zum Vergleichen der Phase des externen Taktsignals mit der Phase des Rückkopplungstakt­ signals und zum Detektieren der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen und
• - eine Verzögerungssteuerschaltung (205) zur Steuerung der Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendetektors.

6. Lokale Taktsignalerzeugungsschaltung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der je­ weilige interne Schaltkreis eine Eingabe/Ausgabe-Kontakt­ stelle (DQ0 bis DQ8) und einen Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis (120 bis 128) zum Empfangen von Daten über die Eingabe/Aus­ gabe-Kontaktstelle oder zum Ausgeben von Daten an die Einga­ be/Ausgabe-Kontaktstelle in Abhängigkeit vom zugehörigen lo­ kalen Taktsignal aufweist.

7. Schaltung zur Erzeugung eines internen Taktsignals für ein Halbleiterspeicherbauelement mit

• - einem internen Schaltkreis, der in Abhängigkeit von ei­ nem durch ein internes Taktsignal erzeugten lokalen Taktsig­ nal arbeitet,

gekennzeichnet durch

• - eine Rückkopplungsschaltung (112) zur Erzeugung eines lokalen Blindtaktsignals mit derselben Phase wie das lokale Taktsignal, zum Verzögern des lokalen Blindtaktsignals um die Verzögerungszeit des internen Schaltkreises und zum Erzeugen eines Rückkopplungstaktsignals und
• - eine Verzögerungsregelkreis(DLL)-Schaltung (111) zum Empfangen des Rückkopplungstaktsignals und, eines von außer­ halb des Halbleiterspeicherbauelementes eingegebenen, exter­ nen Taktsignals und zum Erzeugen des internen Taktsignals.

8. Interne Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung folgende Elemente aufweist:

• - einen Phasenmischer (112a) zum Empfangen der Signale von zwei Punkten einer das interne Taktsignal übertragenden Taktsignalleitung, zum Mischen der empfangenen Signale und zum Erzeugen des lokalen Blindtaktsignals und
• - einen internen Blindschaltkreis (112b) zum Verzögern des lokalen Blindtaktsignals um die Verzögerungszeit des in­ ternen Schaltkreises und zum Ausgeben des Rückkopplungstakt­ signals.

9. Interne Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmischer folgende Elemente enthält:

• - einen ersten Inverter (11) zum Invertieren eines der Signale von den beiden Punkten auf der Taktsignalleitung,
• - einen zweiten Inverter (12) zum Invertieren des anderen der beiden Signale von den zwei Punkten auf der Taktsignal­ leitung und
• - einen dritten Inverter (13) zum Invertieren eines von einem Verbindungsknoten der Ausgangsanschlüsse des ersten und zweiten Inverters abgegebenen Signals und zum Ausgeben des invertierten Signals als das lokale Blindtaktsignal.

10. Interne Taktsignalerzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der je­ weilige interne Schaltkreis eine Eingabe/Ausgabe-Kontakt­ stelle (DQ0 bis DQ8) und einen Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis (120 bis 128) zum Empfangen von über die Eingabe/Ausgabe- Kontaktstelle empfangenen Daten oder zum Ausgeben von Daten auf die Eingabe/Ausgabe-Kontaktstelle in Abhängigkeit vom lo­ kalen Taktsignal aufweist.

11. Interne Taktsignalerzeugungsschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die DLL-Schaltung folgende Elemente enthält:

• - einen Phasendetektor (lila) zum Vergleichen der Phase des externen Taktsignals mit der Phase des Rückkopplungstakt­ signals und zum Detektieren der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen,
• - eine Verzögerungsleitung (111b) zum Verzögern des ex­ ternen Taktsignals und zum Ausgeben des internen Taktsignals und
• - eine Verzögerungssteuerschaltung (111d) zum Steuern der Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendetektors.

12. Interne Taktsignalerzeugungsschaltung nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die DLL-Schaltung deswei­ teren einen Taktsignalpuffer (111c) zum Puffern des internen Taktsignals aufweist.

13. Halbleiterspeicherbauelement, gekennzeichnet durch fol­ gende Elemente:

• - eine Taktsignalleitung (130) zum Übertragen eines in­ ternen Taktsignals,
• - eine lokale Taktsignalerzeugungsschaltung (110) mit ei­ ner Mehrzahl von ersten Phasenmischern, von denen jeder Sig­ nale von zwei Punkten auf der Taktsignalleitung empfängt, die empfangenen Signale mischt und ein lokales Taktsignal er­ zeugt,
• - eine Mehrzahl von internen Schaltkreisen (120 bis 128), die in Abhängigkeit von einem zugehörigen der lokalen Takt­ signale arbeiten,
• - eine Rückkopplungsschaltung (112) zur Erzeugung eines lokalen Blindtaktsignals mit derselben Phase wie die lokalen Taktsignale, zum Verzögern des lokalen Blindtaktsignals um die Verzögerungszeit der internen Schaltkreise und zum Erzeu­ gen eines Rückkopplungstaktsignals und
• - eine Verzögerungsregelkreis(DLL)-Schaltung (111) zum Empfangen des Rückkopplungstaktsignals und eines von außer­ halb des Halbleiterspeicherbauelementes eingegebenen, exter­ nen Taktsignals und zum Erzeugen des internen Taktsignals.

14. Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 13, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsignalleitung folgende Elemente enthält:

• - eine Vorwärtstaktsignalleitung (131), die vom Ausgangs­ anschluß der internen Taktsignalerzeugungsschaltung zur Nach­ barschaft des am weitesten entfernten der internen Schalt­ kreise führt und
• - eine Rückwärtstaktsignalleitung (132), die von der Nachbarschaft des am weitesten entfernten internen Schalt­ kreises zur Nachbarschaft der internen Taktsignalerzeugungs­ schaltung führt.

15. Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 13 oder 14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Phasenmischer jeweils folgende Elemente enthalten:

• - einen ersten Inverter (11) zum Invertieren eines der Signale von den zwei Punkten auf der Taktsignalleitung,
• - einen zweiten Inverter (12) zum Invertieren des anderen der beiden Signale von den zwei Punkten auf der Taktsignal­ leitung und
• - einen dritten Inverter (13) zum Invertieren eines von einem Verbindungsknoten der Ausgangsanschlüsse des ersten und zweiten Inverters abgegebenen Signals und zum Ausgeben des invertierten Signals als das lokale Taktsignal.

16. Halbleiterspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die internen Schaltkreise jeweils eine Eingabe/Ausgabe-Kontaktstelle und einen Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis zum Empfangen von Daten über die Eingabe/Ausgabe-Kontaktstelle oder zum Ausgeben von Daten an die Eingabe/Ausgabe-Kontaktstelle in Abhängigkeit vom zugehörigen lokalen Taktsignal aufweisen.

17. Halbleiterspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopp­ lungsschaltung folgende Elemente enthält:

• - einen zweiten Phasenmischer (112a) zum Empfangen der Signale von zwei verschiedenen Punkten auf der Taktsignallei­ tung, zum Mischen der empfangenen Signale und zum Erzeugen des lokalen Blindtaktsignals und
• - einen internen Blindschaltkreis (112b) zum Verzögern des lokalen Blindtaktsignals um die Verzögerungszeit der in­ ternen Schaltkreise und zum Ausgeben des Rückkopplungstakt­ signals.

18. Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 17, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Phasenmischer folgende Elemente enthält:

• - einen ersten Inverter (11) zum Invertieren eines der Signale von den zwei verschiedenen Punkten auf der Taktlei­ tung,
• - einen zweiten Inverter (12) zum Invertieren des anderen der beiden Signale von den zwei verschiedenen Punkten auf der Taktleitung und
• - einen dritten Inverter (13) zum Invertieren eines von einem Verbindungsknoten der Ausgangsanschlüsse des ersten und zweiten Inverters abgegebenen Signals und zum Ausgeben des invertierten Signals als das lokale Blindtaktsignal.

19. Halbleiterspeicherbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 18, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die DLL- Schaltung folgende Elemente enthält:

• - einen Phasendetektor (111a) zum Vergleichen der Phase des externen Taktsignals mit der Phase des Rückkopplungstakt­ signals und zum Detektieren der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen,
• - eine Verzögerungsleitung (111b) zum Verzögern des ex­ ternen Taktsignals und zum Ausgeben des internen Taktsignals auf die Taktsignalleitung und
• - eine Verzögerungssteuerschaltung (111d) zur Steuerung der Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasendetektors.

20. Halbleiterspeicherbauelement nach Anspruch 19, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die DLL-Schaltung des weiteren einen Taktsignalpuffer (111c) beinhaltet, der zwischen den Ausgangsanschluß der Verzögerungsleitung und die Taktsignal­ leitung eingeschleift ist, das interne Taktsignal puffert und die gepufferten Signale auf die Taktsignalleitung ausgibt.

21. Verfahren zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals für ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer Taktsignalleitung zur Übertragung eines internen Taktsignals und einer Mehrheit von internen Schaltkreisen, die in Abhängigkeit von einem zu­ gehörigen lokalen Taktsignal arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals auf­ weist, der das Empfangen der Signale von zwei Punkten der Taktsignalleitung, das Mischen der empfangenen Signale und das Erzeugen des zugehörigen lokalen Taktsignals beinhaltet.

22. Verfahren zur Erzeugung eines lokalen Taktsignals nach Anspruch 21, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Erzeugung des lokalen Taktsignals folgende Teilschritte enthält:

• - Invertieren eines der Signale von den beiden Punkten auf der Taktsignalleitung,
• - Invertieren des anderen der beiden Signale von den zwei Punkten auf der Taktsignalleitung und
• - Mischen der beiden invertierten Signale, Invertieren des gemischten Signals und Ausgeben des invertierten Signals als das lokale Taktsignal.

23. Verfahren zur Erzeugung eines internen Taktsignals für ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer Taktsignalleitung zur Übertragung eines internen Taktsignals und mit einer Mehrzahl von internen Schaltkreisen, die in Abhängigkeit von einem zugehörigen lokalen Taktsignal arbeiten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Empfangen des Signals von zwei Punkten auf der Taktsig­ nalleitung, Mischen der empfangenen Signale und Erzeugen des zugehörigen lokalen Taktsignals,
• - Erzeugen eines lokalen Blindtaktsignals mit derselben Phase wie das lokale Taktsignal,
• - Verzögern des lokalen Blindtaktsignals um die Verzöge­ rungszeit der internen Schaltkreise und Erzeugen eines Rück­ kopplungstaktsignals und
• - Erzeugen des internen Taktsignals unter Verwendung der Phasendifferenz zwischen dem Rückkopplungstaktsignal und ei­ nem von außerhalb des Halbleiterspeicherbauelementes eingege­ benen, externen Taktsignal.

24. Verfahren zur Erzeugung eines internen Taktsignals nach Anspruch 23, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Erzeugung des lokalen Blindtaktsignals den Teilschritt des Empfangens des Signals von den zwei verschiedenen Punkten auf der Taktleitung, des Mischens der empfangenen Signale und des Erzeugens des lokalen Blindtaktsignals umfaßt.

25. Verfahren zur Erzeugung eines internen Taktsignals nach Anspruch 23 oder 24, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Erzeugung des internen Taktsignals folgende Teil­ schritte enthält:

• - Vergleichen der Phase des externen Taktsignals mit der Phase des Rückkopplungstaktsignals und Detektieren der Pha­ sendifferenz zwischen den beiden Signalen,
• - Erzeugen eines Verzögerungssteuersignals in Abhängig­ keit von der detektierten Phasendifferenz und
• - Feststellen einer Verzögerungszeit in Abhängigkeit vom Verzögerungssteuersignal, Verzögern des externen Taktsignals um die Verzögerungszeit und Ausgeben des Verzögerungssignals als das interne Taktsignal.