DE4424952A1 - Schaltkreis zum Steuern einer Selbstauffrisch-Periode in einer Halbleiterspeichereinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterspeichereinrichtung und insbesondere auf einen Schalt­ kreis zum Steuern einer Selbstauffrisch-Periode, um die Periode einer Selbstauffrischoperation in einer Halbleiterspeicherein­ richtung zu bestimmen.

Im allgemeinen sollte die Auffrischoperation kontinuierlich im Stand-by-Modus einer Speichereinrichtung durchgeführt werden, was von der Auffrischoperation erfordert, daß die Daten in einer Speicherzelle eines DRAM (Dynamic Random Access Memory) gespei­ chert bleiben. Die Auffrischoperation dafür wird "Selbstauffrischoperation" genannt. Kürzlich wurde die Versor­ gungsspannung einer Speichereinrichtung verringert, so daß deren Stromverbrauch reduziert werden mußte. Deshalb sollte die Selbstauffrischoperation mit minimalem Stromverbrauch durchge­ führt werden. Um den Stromverbrauch für die Selbstauffrischope­ ration zu verringern, ist es wünschenswert, die Selbstauffrisch­ operation mit der längsten Periode durchzuführen, die möglich ist, um die Zeitdauer zum Aufrechterhalten von Daten in der Speicherzelle der Speichereinrichtung einzuhalten. Aufgrund die­ ser Tatsache wird eine Steuerschaltung für die Selbstauffrisch­ operation weitgehend verwendet, welche die Periode der Auf­ frischoperation mit einem optimalen Wert programmieren kann. Die Periode der Selbstauffrischoperation wird bestimmt durch Auswäh­ len eines Impulszuges, welcher die längste Periode besitzt, um eine Datenhaltezeitdauer einzuhalten unter einer Anzahl von Im­ pulszügen, die von einem Timer als Haupttaktquelle ausgegeben werden, nachdem die Datenhaltezeitdauer der Speicherzelle in der Speichereinrichtung gemessen worden ist. Ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel einer solchen Schaltung ist im Detail in der Kore­ anischen Patentanmeldung Nr. 93-10315 des gleichen Anmelders offenbart.

Im allgemeinen ist die Datenhaltefähigkeit einer Speicherzelle eng mit dem Pegel der Versorgungsspannung und der Umgebungstem­ peratur verbunden. Das heißt, wenn die Versorgungsspannung er­ niedrigt wird oder die Umgebungstemperatur ansteigt, verschlech­ tert dies die Datenhaltefähigkeit der Speicherzelle. Daher sollte eine Auffrischoperation öfter ausgeführt werden, wenn die Versorgungsspannung niedrig ist. Darüber hinaus sollte die Auf­ frischoperation öfter ausgeführt werden, wenn die Umgebungstem­ peratur hoch ist. Die Steuerschaltung zum Steuern der Selbstauffrischoperation, dessen Periode veränderlich gemäß der Veränderung der Umgebungstemperatur ist, ist auf den Seiten 43 und 44 der Veröffentlichung mit dem Titel "SYPOSIUM ON VLSI CIRCUITS DIGEST OF TECHNICAL PAPERS" offenbart, die 1993 veröf­ fentlicht wurde. Bei diesem Stand der Technik wird die Verände­ rung der Umgebungstemperatur erfaßt unter Verwendung eines Widerstands aus Polysilicium und eines Grabenwiderstandes, welche verschiedene Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufwei­ sen und eines differentiellen Verstärkers, der in der Lage ist, die Spannungsdifferenz zu messen, welche zwischen dem Widerstand aus Polysilicium und dem Grabenwiderstand erzeugt wird. Weiter­ hin wird aufgrund der oben erwähnten Tatsache die Periode der Selbstauffrischoperation gesteuert durch Auswählen einen der Timer, welche vorgegebene verschiedene Periodenimpulszüge aus­ geben, die für den Pegel der Umgebungstemperatur geeignet sind.

Sogar wenn die herkömmliche Steuerschaltung die Periode der Auf­ frischoperation in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung steuert, kann die Schaltung nicht die Periode der Auffrischoperation steuern, um einer Änderung der von der Speichereinrichtung erzeugten Versorgungsspannung zu be­ gegnen.

Zusätzlich besitzt die herkömmliche Steuerschaltung für die Selbstauffrischperiode das Problem, daß es schwierig zu errei­ chen ist, daß die Haupttaktquelle eine Periode besitzt, welche sich der Datenhaltezeit der Speicherzelle annähert. Das heißt, nachdem die herkömmliche Timerschaltung eine Anzahl von Impuls­ zügen erzeugt, welche unterschiedliche Perioden aufweisen, (z. B. 2 µs, 4 µs, . . . 128 µs, 256 µs) durch Teilen der Frequenz des Ausgangsimpulszuges eines Oszillators, wählt die Timerschal­ tung einen der Impulszüge als die Selbstauffrischtaktquelle aus. Nachdem jeder Impulszug die Beziehung der Frequenzteilung be­ sitzt, kann die Timerschaltung nicht einen bestimmten Impulszug auswählen, welcher eine geeignete Periode zwischen irgendeiner Periode und der nächsten Periode (z. B. zwischen 128 µs und 256 µs) besitzt, um sie als Haupttaktquelle zu verwenden. Da­ rüber hinaus ist selbst dann, wenn eine bestimmte Periode als Haupttaktquelle gewählt werden kann, um den Impulszug mit einer geeigneten Periode zu erhalten, eine komplizierte Timer­ schaltung erforderlich bei den herkömmlichen Schaltungen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrischoperation in einer Halbleiterspeichereinrichtung anzugeben, welche den Stromverbrauch reduziert durch das Optimieren der Periode der Selbstauffrischoperation.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrischoperation in einer Halbleiterspeichereinrichtung anzugeben, bei der die Periode der Selbstauffrischoperation automatisch verändert wird, wenn sich die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung und die daran angelegte Versorgungsspannung ändert.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrischoperation in einer Halbleiterspeichereinrichtung anzugeben, die es ermög­ licht die Periode der Auffrischoperation so zu optimieren, daß sie sich der Datenhaltezeitdauer der Speicherzelle anzunähert.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung von einer Steuerschaltung für die Periode der Selbstauffrischoperation gelöst, welche umfaßt:
eine Impulserzeugungseinrichtung zum Ausgeben eines vorbestimm­ ten periodischen Impulszuges im Ansprechen auf ein externes Steuersignal;
eine Frequenzteilungseinrichtung zum Ausgeben einer Anzahl von Impulszügen mit untereinander unterschiedlichen Perioden durch Frequenzteilen des Impulszuges, der von der Impulserzeugungsein­ richtung ausgegeben wird,
wenigstens eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals durch Erfassen, daß die Umge­ bungstemperatur der Speichereinrichtung einen vorbestimmten Pegel erreicht;
eine Erzeugungseinrichtung zum Ausgeben einer Anzahl von Kom­ binationsimpulszügen durch Kombinieren der Impulszüge, welche von der Frequenzteilungseinrichtung ausgegeben werden; und
eine Impulsauswahleinrichtung zum Ausgeben eines Selbstauffrisch-Haupttakts durch Auswählen einer der Kombina­ tionsimpulszüge nach Maßgabe des Spannungserfassungssignals und des Temperaturerfassungssignals.

Die oben angegebenen Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorlie­ genden Erfindung werden noch deutlicher von der folgenden Be­ schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen, worin:

Fig. 1 eine schematische Ansicht in Blockdiagrammform ist, welches eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrischoperation gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine detaillierte Schaltung ist, welche einen CBR-Modusdetektor zeigt, welcher in Fig. 1 erkennbar ist;

Fig. 3 besteht aus Fig. 3A und 3B, von denen Fig. 3A eine de­ taillierte Schaltung zeigt, in der ein Spannungsdetektor gezeigt ist und Fig. 3B eine detaillierte Schaltung zeigt, in welcher ein Temperaturdetektor der Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 besteht aus Fig. 4A bis 4C, von denen Fig. 4A eine de­ taillierte Schaltungsansicht eines Impulsauswählers zeigt, Fig. 4b eine detaillierte Schaltungsansicht eines Selbstauffrisch- Signalgenerators ist, und Fig. 4C eine detaillierte Schaltungs­ ansicht ist, die einen Haupttaktgenerator der Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 eine detaillierte Schaltungsansicht eines in Fig. 1 gezeigten Signalgenerators zur Erzeugung eines Selbstauf­ frischfreigabesignals ist;

Fig. 6 eine detaillierte Schaltungsansicht eines Generators für ein Reset-Signal ist, welcher in Fig. 1 gezeigt ist; und

Fig. 7 ein Betriebszeitablaufdiagramm der Fig. 1 ist.

In der folgenden Beschreibung werden jeder detaillierte Schalt­ kreis, spezifische Daten, die Anzahl der Impulszüge und jede Periode von Impulszügen verwendet, um ein besseres Verständnis des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zu errei­ chen. Jedoch ist es für den Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung auch ohne spezifische und detaillierte Offenbarung der Elemente ausführbar ist.

Unter dem Begriff "Speicherzelle", welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet eine dynamische Speicherzel­ le, bestehend aus einem Transistor und einem Kondensator, wie dies bekannt ist. Weiterhin repräsentiert der Grabenwiderstand einen Schichtwiderstand eines Grabenbereichs, der auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Ebenso repräsentiert ein polykristallines Silicium-Widerstand (im folgenden kurz "Poly­ silicium" genannt) den Schichtwiderstand einer fast aus Polysi­ licium, die auf Halbleitersubstrat ausgebildet ist.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt eine Steuerschaltung für eine Selbstauffrischperiode gemäß der vorliegenden Erfindung einen Erfassungsschaltkreis 10 für den CBR-Modus ( vor -Modus) zum Ausgeben eines Timertreibersignals ΦT_mon, um den Timer frei­ zugeben, damit dieser auf ein inverses Zeilenadreßpulssignal RAS und ein inverses Spaltenadreßpulssignal CAS antworten kann. Die Steuerschaltung umfaßt weiterhin einen Impulszugerzeugungsschaltkreis 12 zum Ausgeben einer Anzahl von Impulszügen Q0-QN, welche verschiedene Perioden untereinander aufweisen und auf das Timertreibersignal ΦT_mon ansprechen, einen Temperatur- und Spannungserfassungsschaltkreis 14 zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals ΦTdet durch Erfassen, daß die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung einen vorbestimmten Pegel erreicht und zum Ausgeben eines Spannungserfassungssignals ΦVdet durch Erfassen, daß die Versorgungsspannung, welche an die Speichereinrichtung angelegt wird, einen vorbestimmten Pegel er­ reicht. Weiter umfaßt die Steuerschaltung eine Erzeugungsschal­ tung 16 für den Haupttakt zum Erzeugen von neuen periodischen kombinierten Impulszügen durch Kombinieren der Ausgangsimpuls­ züge des Impulszugerzeugungsschaltkreises 12 und zum Ausgeben eines beliebigen neuen periodischen kombinierten Impulszuges als ein Haupttaktsignal ΦRd der Selbstauffrischoperation; einen Sig­ nalgenerator 18 zum Ausgeben eines Selbstauffrisch-Freigabesignals Φsre, welches die Erzeugung des Haupttaktsignals ΦRd mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung erlaubt, nachdem das Timertreibersignal ΦT_mon aktiviert worden ist; und einen Generator 20 zum Ausgeben eines Rücksetzsignals ΦReset unter einer vorbestimmten Bedingung.

Fig. 2 bis 6 sind detaillierte Schaltungsansichten, welche jeden der in Fig. 1 gezeigten Blöcke zeigen.

Bezugnehmend auf Fig. 2, umfaßt der CBR-Moduserfassungsschaltkreis 10 einen ΦR-Generator 30 mit fünf seriell miteinander verbundenen Invertern, welche das invertier­ te Zeilenadreßpulssignal empfangen und das Signal ΦR ausge­ ben; einen ΦC-Generator 32 mit fünf seriell verbundenen Inver­ tern, welche ein invertiertes Spaltenadreßpulssignal em­ pfangen und das Signal ΦC ausgeben; und einen Timertreibersignalgenerator 34, der aus zwei NAND-Gates 102 und 104 besteht, welche die Signale ΦR und ΦC an den entsprechenden ersten Eingängen empfangen und die gegenseitigen Ausgangssignale an den entsprechenden zweiten Eingängen empfangen, ein NAND-Gate 106, welches das Signal ΦR an dem ersten Eingang und das Aus­ gangssignal des NAND-Gates 102 an dem zweiten Eingang empfängt und einen Inverter 108 zum Ausgeben des Timertreibersignals ΦT_mon durch Invertieren des Ausgangssignals des NAND-Gates 106. In Fig. 2 wird, wenn das Signal einen logischen niedrigen Pegel (im folgenden kurz Niedrigpegel genannt) annimmt, nachdem das Signal den Niedrigpegel angenommen hat, das Timertrei­ bersignal ΦT_mon als ein Signal vom logischen hohen Pegel (im folgenden kurz "Hochpegel" genannt) ausgegeben, während die Signale und auf einem niedrigen Pegel gehalten werden.

Der Impulszugerzeugungsschaltkreis 12 zum Ausgeben einer Anzahl von Frequenzimpulszügen Q0-QN mit untereinander verschiedenen Perioden befindet sich in einem Timer 36 und einem Frequenztei­ ler 38.

Der Timer 36 zum Ausgeben des Impulszuges ΦOSC unter der Steue­ rung des Timertreibersignals ΦT_mon, das vom Timertreibersignalgenerator 34 ausgegeben wird, verwendet einen Ringoszillator vom Stromspiegeltyp, der die Einflüsse der Be­ triebsspannung und der Umgebungstemperatur minimieren kann. Die detaillierte Schaltungsansicht und die Betriebskennlinien des Ringoszillators vom Stromspiegeltyp ist auf den Seiten 45 und 46 der Veröffentlichung mit dem Titel "SYPOSIUM ON VLSI CIRCUITS DIGEST OF TECHNICAL PAPERS" offenbart, die 1987 veröffentlicht wurde.

Der Frequenzzähler 38, welcher das Impulszugsignal ΦOSC empfängt, welches vom Timer 36 ausgegeben wird und eine Anzahl von Impulszügen Q0-QN ausgibt mit untereinander verschiedenen Perioden, verwendet einen typischen Ripplezähler, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Daher ist die Periode des Impulszuges Q0 zweimal länger als die Periode des Signals ΦOSC und ebenso ist die Periode des Impulszuges Q1 zweimal länger als die Periode des Impulszuges Q0. Schließlich ist die Periode des Impulszugs QN mit der längsten Periode 2 ^N+1 mal länger als die Periode des Signals ΦOSC.

Bezugnehmend auf Fig. 3A, besteht der Spannungsdetektor 40 aus einem Spannungspegeldetektor 110, einer Ausgangsstufe 112 und einer Erfassungssteuereinheit 114. Wenn die Versorgungsspannung, welche an die Speicherschaltung angelegt wird, einen höheren Pegel als eine vorgegebene Erfassungsspannung Vref besitzt, gibt der Spannungspegeldetektor 110 ein Spannungserfassungssignal mit einem hohen Pegel aus. Da der Betrieb eines Spannungspegeldetek­ tors 110 sehr bekannt ist, wird eine Erläuterung in der vorlie­ genden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht vorgenommen. Die Ausgangsstufe 112 besteht aus einem CMOS-Durchlaßgatter 120 zum Übertragen des Ausgangssignals des Spannungspegeldetektors 110, einem Latch 122 zum Zwischenspei­ chern des Ausgangssignals des CMOS-Durchlaßgatters 120 und einem Inverter 124 zum Ausgeben des Spannungserfassungssignals ΦVdet durch Invertieren des Ausgangssignals des Latch 122. Der Erfas­ sungssteuerbaustein 114 besteht aus einem NAND-Gate 118, welches das Timertreibersignal ΦT_mon und einem Selbstauffrischsignal srfhp empfängt (dies wird detailliert in Fig. 4 beschrieben werden) und einem Inverter 116 zum Invertieren des Ausgangssig­ nals des NAND-Gates 118. Das Ausgangssignal des Inverters 116 und das inverse Ausgangssignal des Ausgangs des Inverters 116 steuert ein N-Kanal-Gatter bzw. ein P-Kanal-Gatter des CMOS-Durchlaßgatters 120. Daher wird, wenn das Timertreibersig­ nal ΦT_mon und das Selbstauffrischsignal srfhp auf einem hohen Pegel gehalten werden, das CMOS-Durchlaßgatter 120 durchgeschal­ tet, so daß das Ausgangssignal des Spannungspegeldetektors 110 an die Ausgangsstufe 112 übertragen wird.

Wenn in Fig. 3 die Versorgungsspannung Vcc größer als die Erfas­ sungsspannung Vref ist, gibt der Spannungspegeldetektor 110 ein Signal mit einem hohen Pegel aus, so daß ein Signal ΦVdet hohen Pegels an die Ausgangsstufe 112 ausgegeben wird, wenn der Aus­ gang des Erfassungssteuerbausteins 114 auf einen hohen Pegel ge­ setzt wird. Andererseits, wenn die Versorgungsspannung Vcc nied­ riger als die Erfassungsspannung Vref ist, gibt der Spannungspe­ geldetektor 110 ein Signal niedrigen Pegels aus, daß das Signal ΦVdet mit niedrigem Pegel an die Ausgangsstufe 112 ausgegeben wird, wenn das Ausgangssignal des Erfassungssteuerbausteins 114 auf einen hohen Pegel gesetzt wird. Daher kann erfaßt werden, ob die Versorgungsspannung, die an die Speichereinrichtung gelie­ fert wird, kleiner als eine vorgegebene Erfassungsspannung Vref ist oder nicht.

Als nächstes wird Bezug genommen auf die Fig. 3B, worin die Temperaturerfassungsschaltung 42 gezeigt ist, bestehend aus zwei NAND-Gates 126 und 128 besteht zum Empfangen des Selbstauf­ frischsignals srfhp als erste Eingangssignale über die vier seriell verbundenen Inverter UI1-UI4 und LI1-LI4 und zum Empfan­ gen der gegenseitigen Ausgangssignale als entsprechende zweite Eingangssignale, eine Pufferstufe 130 zum Empfangen des Aus­ gangssignals des NAND-Gates 126, einer Ausgangsstufe 112 zum Em­ pfangen des Ausgangssignals der Pufferstufe 130 und zum Ausgeben des Temperaturerfassungssignals ΦTdet an den Ausgangsknoten. Der Temperaturerfassungsschaltkreis umfaßt weiterhin einen Erfas­ sungssteuerbaustein 114 zum Steuern der Erfassungsoperation durch selektives Sperren, wodurch das Ausgangssignal der Puffer­ stufe 130 nicht an die Ausgangsstufe 112 übertragen wird. Da die Ausgangsstufe 112 und der Erfassungssteuerbaustein 114 die gleichen sind, wie in der Fig. 3A, werden sie mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und eine erneute Erläuterung wird hier nicht vorgenommen. Die Inverter UI1 und UI3 der vier seriell verbundenen Inverter UI1-UI4, welche das Selbstauf­ frischsignal srfhp als ein erstes Eingangssignal an das NAND-Gate 126 übertragen, sind mit einem Bezugspotentialanschluß Vss über die Widerstände Rw1 und Rw3 entsprechend verbunden; ebenso sind die Inverter UI2 und UI4 mit dem Versorgungsspannungsanschluß Vcc entsprechend über die Wider­ stände Rw2 und Rw4 verbunden. Weiterhin sind die Inverter LI1-LI3 der vier seriell verbundenen Inverter LI1-LI4, welche das Selbstauffrischsignal srfhp als das erste Eingangssignal an das NAND-Gate 128 übertragen, mit dem Bezugspotentialanschluß Vss über die Widerstände Rp1 und Rp3 entsprechend verbunden und ebenso sind die Inverter LI2 und LI4 mit dem Versorgungsanschlußspannung Vcc über die Widerstände Rp2 und Rp4 entsprechend verbunden. Die Widerstände Rw1-Rw4 sind die Graben­ widerstände und die Widerstände Rp1-Rp4 sind die Polysilicium­ widerstände.

Im folgenden werden die UI1-UI4 die erste Gruppe von Invertern und die LI1-LI4 die zweite gruppe von Invertern genannt, um das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung leichter erklären zu können.

Im allgemeinen ist es bekannt, daß der Grabenwiderstand und der Polywiderstand Temperatur-Widerstandskoeffizienten besitzen, welche sich voneinander unterscheiden. Der Erfinder hat den Grabenwiderstand und den Polysiliciumwiderstand auf dem gleichen Siliciumsubstrat angeordnet und dann die folgenden, in Tabelle 1 dargestellten Resultate durch Messen der entsprechenden Schichtwiderstände erhalten.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist das Änderungsverhältnis des Wider­ stands, das der Umgebungstemperatur entspricht bei einem Graben­ widerstand höher als dasjenige bei einem Polysiliciumwiderstand.

In Fig. 3B sind die Grabenwiderstände Rw1-Rw4 und die Polysili­ ciumwiderstände Rp1-Rp4 so ausgebildet, daß sie den gleichen Widerstand bei der gewünschten Erfassungstemperatur besitzen. Das Änderungsverhältnis der Grabenwiderstände Rw1-Rw4, welches einer Umgebungstemperatur entspricht, ist größer als dasjenige der Polysiliciumwiderstände Rp1 und Rp4, so daß ein Unterschied in der Zeitverzögerung zwischen der ersten Invertergruppe und der zweiten Invertergruppe erzeugt wird. Wenn die Umgebungstem­ peratur größer als die Erfassungstemperatur ist, sind die Wider­ standswerte der Grabenwiderstände Rw1-Rw4 größer als diejenigen der Polysiliciumwiderstände Rp1-Rp4, wodurch die Zeitverzögerung der ersten Invertergruppe größer ist als diejenige der zweiten Invertergruppe. Daher wird, wenn das Selbstauffrischsignal srfhp den hohen Pegel annimmt, das Ausgangssignal des NAND-Gates 128 einen hohen Pegel früher annehmen, als das Ausgangssignal des NAND-Gates 126, so daß das Ausgangssignal des NAND-Gates 128 in dem hohen Zustand verriegelt wird, wodurch das Temperaturfas­ sungssignal ΦTdet mit hohem Pegel erzeugt wird. Anderenfalls, wenn die Umgebungstemperatur geringer als die Erfassungstempera­ tur ist, sind die Widerstandswerte der Grabenwiderstände Rw1-Rw4 kleiner als diejenigen der Polysiliciumwiderstände Rp1-Rp4, wo­ durch die Zeitverzögerung der ersten Invertergruppe kleiner als diejenigen der zweiten Invertergruppe ist. Daher wird, wenn das Selbstauffrischsignal srfhp den hohen Pegel annimmt, das Aus­ gangssignal des NAND-Gates 126 früher den niedrigen Pegel anneh­ men als das Ausgangssignal des NAND-Gate 128, so daß das Aus­ gangssignal des NAND-Gates 126 in dem niedrigen Zustand verrie­ gelt wird, wodurch ein Temperaturerfassungssignal ΦTdet niedri­ gen Pegels erzeugt wird. Daher kann erfaßt werden, ob die Umge­ bungstemperatur der Speichereinrichtung höher als eine vorgege­ bene Erfassungstemperatur ist oder nicht.

Wie in Fig. 4A gezeigt ist, besteht der Impulsauswähler 44 aus NAND-Gates 132-146, 160 und NOR-Gates 148-158. Ein NAND-Gate 132 empfängt das invertierte Spannungserfassungssignal ΦVdet und das invertierte Temperaturerfassungssignal ΦTdet, ein NAND-Gate 134 empfängt das Spannungserfassungssignal ΦVdet und das invertierte Temperaturerfassungssignal ΦTdet, ein NAND-Gatter 136 empfängt das invertierte Spannungserfassungssignal und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet. Weiterhin empfängt ein NAND-Gate 138 das Spannungserfassungssignal ΦVdet und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet. Ein NAND-Gate 140 empfängt die Impulszüge Q3 und Q5, bin NAND-Gate 142 empfängt die Impulszüge Q3 und Q6, ein NAND-Gate 144 empfängt die Impulszüge Q2 und Q5, und ein NAND-Gate 146 empfängt die Impulszüge Q0 und Q6. Ein NOR-Gate 148 empfängt die Ausgangssignale der NAND-Gates 132 und 140, ein NOR-Gate 150 empfängt die Ausgangssignale der NAND-Gates 134 und 142, ein NOR-Gate 152 empfängt die Ausgangs­ signale der NAND-Gates 136 und 144, und ein NOR-Gate 154 em­ pfängt die Ausgangssignale der NAND-Gates 138 und 146. Ein NOR-Gate 156 empfängt die Ausgangssignale der NOR-Gates 148 und 150, ein NOR-Gate 158 empfängt die Ausgangssignale der NOR-Gates 152 und 154. Ein NAND-Gate 160 empfängt die Ausgangssignale der NOR-Gates 156 und 158, um ein Signal Φsrp auszugeben.

Bezugnehmend auf Fig. 4B, besteht der Selbstauffrischsignalgenerator 46 aus einem NOR-Gate 164, wel­ ches das Signal Φsrp als ein erstes Eingangssignal und als ein zweites Eingangssignal das invertierte und von den sieben seriell verbundenen Invertern 162 verzögerte Signal Φsrp em­ pfängt, sowie aus einem Inverter 166, der das Ausgangssignal des NAND-Gates 164 empfängt und das Selbstauffrischsignal srfhp aus­ gibt. Vorzugsweise sollte die Zeitverzögerung des Inverters 162 mit der Zyklusdauer t_RC für einen zufälligen Lese- oder Schreib­ vorgang der Speichereinrichtung übereinstimmen. Daher nimmt, wenn das Signal Φsrp vom hohen Pegelzustand in den niedrigen Pegelzustand übergeht, das Ausgangssignal des NOR-Gates 164 den hohen Pegel während der Zyklus zeit t_RC für einen zufälligen Lese- oder Schreibvorgang an.

Bezugnehmend auf Fig. 4C, besteht der Haupttaktgenerator 48 aus einem Inverter 168 zum Empfangen eines Selbstauffrischfreigabesignals Φsre, einem NAND-Gate 170 zum Em­ pfangen des Ausgangssignals des Inverters 168 und des Signals ΦR, einem NOR-Gate 172 zum Empfangen des Ausgangssignals des In­ verters 168 und des Signals srfhp, einem Inverter 174 zum Inver­ tieren des Ausgangssignals des NOR-Gates 172, einem NAND-Gate 176 zum Empfangen des Ausgangssignals des NAND-Gates 170 und des Ausgangssignals des Inverters 174 und einem Ausgangspuffer 178 zum Ausgeben des Haupttaktsignals ΦRd durch Empfangen des Aus­ gangssignals des NAND-Gates 176. Wenn in Fig. 4C das Signal ΦR und das Signal Φsre auf einem hohen Pegelzustand gehalten werden, wird aus dem Haupttaktsignal ΦRd das invertierte Signal des Selbstauffrischsignals srfhp. Daher wird die Erzeugung des Haupttaktsignals ΦRd von dem Selbstauffrischfreigabesignal Φsre gesteuert.

Fig. 5 ist eine detaillierte Schaltungsansicht, welche den Gene­ rator 18 für das Selbstauffrischfreigabesignal der Fig. 1 zeigt. Nach dem Verbringen in den CBR-Modus, sollte das Selbstauffrischfreigabesignal nach dem Verstreichen einer vorbe­ stimmten Zeitdauer freigegeben werden. Obwohl das Timertreiber­ signal ΦT_mon in den hohen Pegelzustand wechselt, wenn der Puls Qi nicht in einen hohen Pegelzustand verbracht wird, bleibt das Selbstauffrischfreigabesignal Φsre in einem niedrigen Pegel zu­ stand. Währenddessen wird in diesem Zustand, wenn der Puls Qi in den hohen Pegelzustand verbracht wird, das Signal Φsre auf einem hohen Pegel gehalten, während das Signal ΦT_mon auf einem hohen Pegel gehalten wird.

Fig. 6 ist eine detaillierte Schaltungsansicht, welche den Rück­ setzsignalgenerator 20 der Fig. 1 zeigt. Der Rücksetzsignalgene­ rator 20 besteht aus einem NAND-Gate 200 zum Empfangen des Selbstauffrischfreigabesignals Φsre als ein erstes Eingangssig­ nal und das Selbstauffrischsignal srfhp als ein zweites Ein­ gangssignal über einen Inverter 198, einem NAND-Gate 204 zum Em­ pfangen des Ausgangssignals des NAND-Gates 200 als ein erstes Eingangssignal und das Ausgangssignal des NAND-Gates 200 als ein zweites Eingangssignal, welches zeitverzögert und invertiert von den fünf seriell verbundenen Invertern 202 ist, einem NAND-Gate 206 zum Empfangen des Ausgangssignals des NAND-Gates 204 und des Timertreibersignals ΦT_mon und einem Inverter 208 zum Ausgeben des Rücksetzsignals ΦReset durch invertieren des Ausgangssignals des NAND-Gates 206. Das Timertreibersignal ΦT_mon, das dem NAND-Gate 206 eingegeben wird, steuert die Erzeugung des Rück­ setzsignals. Wenn das Timertreibersignal ΦT_mon und das Signal Φsre auf einem hohen Pegelzustand gehalten werden und wenn das Selbstauffrischsignal srfhp den niedrigen Pegelzustand annimmt, wird das Ausgangssignal des NAND-Gates 200 auf einen niedrigen Pegel verbracht über eine Verzögerungszeit der Inverter 202. Das Rücksetzsignal setzt den Frequenzteiler 38 zurück.

Fig. 7 zeigt ein Zeitablaufdiagramm der Schaltung gemäß der vor­ liegenden Erfindung. Es wird im folgenden Bezug genommen auf die Fig. 4 bis 7, um ein besseres Verständnis der Periodenauswahl­ operation der Schaltung der Fig. 1 zu erreichen.

In den folgenden Beschreibungen wird zum Zwecke der Erläuterung angenommen, daß die Periode des Impulszuges ΦOSC, welche vom Timer 36 bereitgestellt wird, 2 µs beträgt und daß der Impuls­ zug ΦOSC sequentiell von dem Frequenzteiler 38 frequenzgeteilt wird, wodurch frequenzgeteilte Impulszüge Q0-Q7 erzeugt werden, deren Perioden in Tabelle 2 dargestellt sind. Darüber hinaus wird angenommen, daß die Gesamtanzahl der Zeilen (d. h. die An­ zahl der zu treibenden Wortleitungen) die in einem Auffrischzy­ klus aufgefrischt werden müssen, 2048 beträgt und daß die Daten­ haltezeit der Speicherzellen gemäß dem Spannungspegel und dem Temperaturpegel in Tabelle 3 dargestellt ist. Wenn gemäß Tabelle 3 die Spannung, welche an die Speichereinrichtung angelegt wird, geringer ist als der vorbestimmte Referenzpegel und die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung größer ist als die vorbestimmte Referenztemperatur (d. h. die Speichereinrichtung wird unter den schlechtesten Betriebsbedingungen betrieben) be­ trägt die Datenhaltezeit für die Speicherzellen 170 Millisek., so daß 2048 Zeilen vollständig innerhalb der Datenhaltezeit von 170 Millisek. aufgefrischt werden müssen. Dagegen ist, wenn die an die Speichereinrichtung angelegte Spannung größer ist als der vorgegebene Referenzpegel und die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung geringer ist als die vorbestimmte Refe­ renzspannung (d. h. die Speichereinrichtung wird unter den best­ möglichen Betriebsbedingungen betrieben) die Datenhaltezeit der Speicherzellen 340 Millisek., so daß die Speichereinrichtung 2048 Zeilen innerhalb der Datenhaltezeit von 340 Millisek. voll­ ständig auffrischen muß.

Tabelle 2

Tabelle 3

Die folgende Beschreibung betrifft den Betrieb der Steuerschal­ tung für die Selbstauffrischperiode der Fig. 1 unter der Bedin­ gung der Fallkonstellation 4 in Tabelle 3, in der das Spannungserfassungssignal ΦVdet des Spannungsdetektors 40 einen hohen Pegel besitzt und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet des Temperaturdetektors 42 entsprechend einen niedrigen Pegel be­ sitzt.

Bezugnehmend auf Fig. 1, wenn in den CBR-Modus übergegangen wird, nimmt das Timertreibersignal ΦT_mon einen hohen Signalpegel an und dementsprechend erzeugt der Timer 36 einen Impulszug ΦOSC. Der Frequenzteiler 38 teilt den Impulszug ΦOSC hinsicht­ lich der Frequenz, um die Impulszüge Q0-Q7 zu erzeugen, welche dann an den Impulsauswähler 44 angelegt werden. Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer, z. B. 200 µs, welche von dem Takt Qi bestimmt wird, schreitet die Speichereinrichtung in den Selbstauffrischmodus zu einem Zeitpunkt t0 fort, wenn das Selbstauffrischfreigabesignale Φsre des Signalgenerators 18 in den hohen Pegelzustand überwech­ selt. Zu diesem Zeitpunkt hält, wie in Fig. 2 gezeigt, das Signal ΦR den hohen Pegelzustand aufrecht nach Maßgabe des RAS-Signals, welches auf einem niedrigen Pegel gehalten wird. Als Ergebnis davon werden in dem Selbstauffrischmodus, das Timertreibersignal ΦT_mon alle auf einem hohen Pegelzustand ge­ halten.

Nunmehr wird auf Fig. 4A Bezug genommen. Da das Spannungserfassungssignal ΦVdet auf einem hohen Pegelzustand ge­ halten wird und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet sich auf einem niedrigen Pegel befindet, geht nur der Ausgang des NAND-Gates 134 in einen niedrigen Pegelzustand über und die Aus­ gänge der verbleibenden NAND-Gates 132, 136 und 138 bleiben alle auf dem hohen Pegel. Da nur ein Kombinationsimpulszug Q3+Q6 gül­ tig ist, der von dem NAND-Gate 142 ausgegeben wird, das die Im­ pulszüge Q3 und Q6 empfängt, und alle verbleibenden Kombina­ tionsimpulszüge vernachlässigt werden, wird aus dem Signal Φsrp, das von dem NAND-Gate 160 ausgegeben wird, eine Kombination der Impulszüge Q3 und Q6. Daher besitzt das Signal Φrsp einen hohen Pegel zu einem Zeitpunkt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, zu dem die Impulszüge Q3 und Q6 simultan einen hohen Pegelzustand besitzen.

Das Signal Φsrp geht bei dem in Fig. 4B gezeigten Selbstauffrischsignalgenerator 46 in das Selbstauffrischsignal srfhp über. Da in Fig. 4B die Anzahl der seriell verbundenen In­ verter 362 eine ungerade Anzahl (sieben in Fig. 4B) ist, wird das Selbstauffrischsignal srfhp auf einem niedrigen Pegel zwi­ schen den Zeitpunkten t2 und t3 gehalten. Das Signal, welches von den Invertern 162 verzögert wird, geht zu einem Zeitpunkt t2 auf den niedrigen Pegel, bei dem das Signal Φsrp von dem hohen Pegelzustand in den niedrigen Pegelzustand wechselt.

Da gemäß Fig. 4C das Signal ΦR und das Selbstauffrischfreigabesignal Φsre auf einem hohen Pegelzustand gehalten werden, invertiert die Haupttaktquelle 48 das Selbst­ auffrischsignal srfhp, um den Haupttakt ΦRd zu erzeugen.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß der Haupttakt ΦRd die RAS-Kette der Speichereinrichtung steuert und interne Adressen, die unter der Steuerung des Haupttakts erzeugt werden, eine ausgewählte der 2048 Wortleitungen. Eine solche Operation wird für jede Er­ zeugung des Haupttakts wiederholt, um die gesamten Speicherzel­ len aufzufrischen.

Da in Fig. 6 das Selbstauffrischfreigabesignal Φsre und das Timertreibersignal ΦT_mon auf einem hohen Pegelzustand gehalten werden, wird das Rücksetzsignal ΦReset, welches einen niedrigen Pegelwert über die Verzögerungszeit der seriell verbundenen In­ verter 202 besitzt, zu einem Zeitpunkt t3 erzeugt, an dem das Selbstauffrischsignal srfhp vom niedrigen Pegelzustand in einen hohen Pegelzustand wechselt. Daher wird der Frequenzteiler 38, welcher in Fig. 1 gezeigt ist, zurückgesetzt und dementsprechend werden die von dem Frequenzteiler 38 ausgegebenen Impulszüge Q0-Q7 alle initialisiert, um Impulszüge zu erzeugen, welche die gleichen Zustände besitzen, wie diejenigen zum Zeitpunkt t0.

Die oben beschriebenen Operationen werden solange wiederholt, wie das Spannungserfassungssignal ΦVdet und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet sich auf einem hohen Pegel zu­ stand bzw. niedrigen Pegelzustand befinden. Das heißt, die Im­ pulszüge Q0-Q7, das Signal Φsrp, das Selbstauffrischsignal srfhp und der Haupttakt ΦRd werden sequentiell vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t3 erzeugt und daher wird der zweite aktive Impuls des Haupttakts ΦRd zum Zeitpunkt t4 erzeugt, wodurch die gleiche Operation wiederholt ausgeführt wird.

Das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t2 und t3, in dem der Haupttakt ΦRd sich auf einem hohen Pegelwert befindet, approxi­ miert die Zykluszeit t_RC für einen zufälligen Lese/Schreibvorgang der Speichereinrichtung. Daher ist dieses Zeitintervall vernachlässigbar, wenn es mit der Gesamtauffrischoperationszeit verglichen wird. Folglich ist eine Periode des Haupttakts ΦRd definiert als das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt 3 und dem Zeitpunkt t4 und approximiert eine Periode (160 µsek) des kombinierten Impulszuges Q3+Q6. Die Zeitdauer, in der eine ausgewählte Wortleitung auf­ gefrischt wird, nachdem eine vorhergehende Wortleitung aufge­ frischt würde, d. h. die Auffrischzykluszeit beträgt 260 × 2048 = 327,7 Millisek. Daher liegt die Auffrischzykluszeit von 327,7 Millisek. unter der Datenhaltezeit von 340 Millisek. der Speicherzellen.

In dem Spannungsdetektor 40 der Fig. 3A wird ein Signal hohen Spannungspegels von dem Erfassungssteuerbaustein 114 immer dann erzeugt, wenn das Selbstauffrischsignal srfhp von dem niedrigen Pegelzustand in den hohen Pegelzustand wechselt, wodurch das Durchlaßgatter 120 der Ausgangsstufe 112 durchgeschaltet wird. Die Ausgangsstufe 112 erzeugt ein neues Spannungserfassungssignal ΦVdet zu einem Zeitpunkt, wenn das Selbstauffrischsignal von dem niedrigen Pegel in den hohen Pegelzustand überwechselt (d. h. wenn der Haupttakt vom hohen Pegel in den niedrigen Pegelzustand wechselt). In ähnlicher Weise erzeugt der Temperaturdetektor 42 der Fig. 3B ein neues Temperaturerfassungssignal zu einem Zeitpunkt, wenn das Selbst­ auffrischsignal srfhp von dem niedrigen Pegelzustand in den hohen Pegelzustand wechselt.

Folglich erfassen der Spannungsdetektor 40 der Fig. 3A und der Temperaturdetektor 42 der Fig. B die Versorgungsspannung bzw. die Umgebungstemperatur zu einem Zeitpunkt, zu dem der Haupttakt ΦRd sich in einem niedrigen Pegelzustand befindet nach einer Aktivierung auf einem hohen Pegelzustand. Daher wird in dem Im­ pulszugauswähler 44 der Fig. 4A ein ausgewähltes der NAND-Gates 132, 124, 136 und 138 ein Ausgangssignal niedrigen Pegels erzeu­ gen, in Übereinstimmung mit dem neuen Spannungserfassungssignal ΦVdet und dem neuen Temperaturerfassungssignal ΦTdet, so daß einer der vier kombinierten Impulszüge ausgewählt wird, um das Signal Φsrp zu erzeugen.

Beispielsweise wird während der Operation gemäß der Fallkonstel­ lation 4, wenn die Versorgungsspannung konstant gehalten wird, und die Umgebungstemperatur mehr und mehr ansteigt, das Spannungserfassungssignal ΦVdet und das Temperaturerfassungssignal ΦTdet alle auf einem hohen Pegelzu­ stand gehalten, wodurch zu den Bedingungen des Falls 3 der Tabelle 3 übergegangen wird. Unter den Bedingungen der Fallkon­ stellation 3 erzeugt das NAND-Gate 138 in dem Pulsauswähler 44 der Fig. 4A ein Signal niedrigen Pegels und die verbleibenden NAND-Gates 132, 134 und 136 erzeugen ein hohes Pegelsignal im Ansprechen auf die Erfassungssignale, wodurch der kombinierte Impulszug Q0+Q6 ausgewählt wird, um das Signal Φsrp zu erzeugen. Daher wird die Periode des Haupttakts ΦRd den Wert 132 µsek. annehmen, welches gleich der Periode des kombinierten Impulszugs Q0+Q6 ist. Daher beträgt die Auffrischzykluszeit 132 × 2048 = 270,3 Millisek., wodurch die Datenhaltezeit von 280 Millisek. gemäß der Fallkonstellation 3 eingehalten wird.

Die Operationen für die Bedingungen der Fallkonstellationen 1 und 2 werden sofort klar von der oben gegebenen Beschreibung der Fallkonstellationen 4 und 3.

Wie in Tabelle 3 gezeigt, kann die Steuerschaltung für die Selbstauffrischperiode gemäß der vorliegenden Erfindung kombi­ nierte Impulszüge mit variablen Perioden erzeugen, so daß ein Haupttakt mit einer Periode erzeugt wird, die der Datenhaltezeit angenähert ist. Daher werden unnötige Selbstauffrischoperationen während des Stand-by-Modus verhindert, wodurch sich der Strom­ verbrauch vermindert.

Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung für die Selbstauf­ frischperiode gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch die Selbstauffrischperiode nach Maßgabe der Änderungen in der Ver­ sorgungsspannung und der Umgebungstemperatur, so daß die Selbst­ auffrischoperation optimiert wenden kann.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Periode der Selbstauffrischoperation unser Verwendung des Impulsauswähl­ teils erreicht, welches in Fig. 4A gezeigt ist. Gemäß einem wei­ teren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiger der von dem Teil er gelieferten Impulszüge im Anspre­ chen auf das Spannungserfassungssignal oder das Temperaturerfassungssignal ausgewählt werden.

Darüber hinaus kann die Periode der Selbstauffrischoperation da­ durch gesteuert werden, daß die Anzahl des Spannungserfassungs­ teils und des Temperaturerfassungsteils verändert wird nach Maß­ gabe von näheren Änderungen der Temperatur und der Spannung.

Claims (2)

1. Eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrisch­ operation in einer Halbleiterspeichereinrichtung umfassend:
eine Impulserzeugungseinrichtung zum Ausgeben eines vorbestimm­ ten periodischen Impulszuges im Ansprechen auf ein externes Steuersignal;
eine Frequenzteilungseinrichtung zum Ausgeben einer Anzahl von Impulszügen mit untereinander unterschiedlichen Perioden durch Frequenzteilen des Impulszuges, der von der Impulserzeugungseinrichtung ausgegeben wird;
wenigstens eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals durch Erfassen, daß die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung einen vorbestimmten Pegel erreicht;
wenigstens eine Spannungserfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Spannungserfassungssignals durch Erfassen, daß die an die Speichereinrichtung angelegte Versorgungsspannung einen vorbestimmten Pegel erreicht; und
eine Impulsauswahleinrichtung zum Ausgeben eines Selbstauffrisch-Haupttakts durch Auswählen einen der Impulszüge nach Maßgabe des Spannungserfassungssignals und des Temperaturerfassungssignals.

2. Eine Steuerschaltung für die Periode einer Selbstauffrisch­ operation in einer Halbleiterspeichereinrichtung umfassend:
eine Impulserzeugungseinrichtung zum Ausgeben eines vorbestimm­ ten periodischen Impulszuges im Ansprechen auf ein externes Steuersignal;
eine Frequenzteilungseinrichtung zum Ausgeben einer Anzahl von Impulszügen mit untereinander unterschiedlichen Perioden durch Frequenzteilen des Impulszuges, der von der Impulserzeugungseinrichtung ausgegeben wird;
wenigstens eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Temperaturerfassungssignals durch Erfassen, daß die Umgebungstemperatur der Speichereinrichtung einen vorbestimmten Pegel erreicht;
eine Erzeugungseinrichtung zum Ausgeben einer Anzahl von Kombinationsimpulszügen durch Kombinieren der Impulszüge, welche von der Frequenzteilungseinrichtung ausgegeben werden; und
eine Impulsauswahleinrichtung zum Ausgeben eines Selbstauffrisch-Haupttakts durch Auswählen einen der Kombina­ tionsimpulszüge nach Maßgabe des Spannungserfassungssignals und des Temperaturerfassungssignals.