JP2000030435A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2000030435A
JP2000030435A JP10195802A JP19580298A JP2000030435A JP 2000030435 A JP2000030435 A JP 2000030435A JP 10195802 A JP10195802 A JP 10195802A JP 19580298 A JP19580298 A JP 19580298A JP 2000030435 A JP2000030435 A JP 2000030435A
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semiconductor integrated
signal
dram
logic
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Yoshiharu Aimoto
代志治 相本
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NEC Corp
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    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/4063Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
    • G11C11/407Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
    • G11C11/409Read-write [R-W] circuits 
    • G11C11/4093Input/output [I/O] data interface arrangements, e.g. data buffers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 DRAMとロジックとを1チップに集積する
半導体集積回路でデータを転送する際の消費電流及びピ
ーク電流を低減する。 【解決手段】 DRAMアレイ部1からロジック部3にデ
ータを転送する際に、メモリセル5から読み出した微小
信号のデータを、寄生容量が大きな重い負荷のDRAM
アレイ部1側で、ロジック部3のレジスタ9で増幅可能な
低い信号レベルに増幅し、トランスファゲート2によっ
てDRAMアレイ部1からロジック部3のレジスタ9に信
号を転送した後に、レジスタ9によって電源レベルまで
増幅する。メモリセル5への書き戻しは、DRAMアレ
イ部1からロジック部にデータを転送した後に、任意の
タイミングで行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
関し、特にDRAM部とロジック部とを1チップに集積
した半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ダイナミックランダムアクセスメ
モリ(DRAM)とロジックとを1チップに集積する半
導体集積回路の開発が盛んに行われている。DRAMと
ロジックとを1チップに集積する半導体集積回路の1つの
目的は、DRAMの数Kバイト以上の多数のセンスアン
プを一度に活性化してロジック部にデータ転送すること
で、広いメモリバスバンド幅を得ることである。
【0003】図7は、従来のDRAMとロジックとを1チ
ップに集積した半導体集積回路の一例を示すブロック図
である。この半導体集積回路は、DRAMアレイ部1、
トランスファゲート部2、ロジック部3、及び、制御部4
から構成される。
【0004】DRAMアレイ部1は、情報を格納するメ
モリセル5、メモリセル5への書込みデータ又はメモリセ
ル5からの読出しデータを転送するビット線対BLT0〜BLT
m、BLN0〜BLNm、プリチャージ・イコライズ制御信号PDL
によってビット線対BLT0〜BLTm、BLN0〜BLNmのプリチャ
ージ・イコライズを行うプリチャージ・イコライズ回路
6、リード/ライト制御信号RS/WSによってメモリセルに
対する外部からの書込み及び外部への読出しを制御する
リード/ライト(READ/WRITE)スイッチ、及び、メモリ
セルからビット線対に読み出された微小信号をセンスア
ンプ電源SAP、SANのレベルまで増幅するセンスアンプを
有している。
【0005】ロジック部3は、DRAM部1から転送され
るデータを格納するレジスタ9、及び、DRAM部1から
転送されるデータによって任意の論理回路をチップ内に
構成することが可能なロジック10を有している。トラン
スファゲート部2は、トランスファゲート制御信号(T
G)によってDRAM部1とロジック部3の接続を制御す
る。制御部4は、アドレス入力によってワード線WL0〜WL
nを選択するXデコーダ11、アドレス入力によって外部か
らの書込みまたは外部への読出しを行うビット線対を選
択する制御信号を生成するYデコーダ12、ビット線に読
み出された微小信号を電源レベルにまで増幅するセンス
アンプ8のセンスアンプ電源SAP、SANをセンスアンプ活
性化信号(SE2)の入力によって生成するセンスアンプ
ドライバ15、及び、ロジック部3のレジスタの制御信号
をレジスタ制御信号(SE3)によって生成するレジスタ
制御回路16を有している。
【0006】次に、図8の信号タイミングチャート参照
して上記半導体集積回路の動作を説明する。まず、任意
のワード線が選択されると、選択されたメモリセルか
ら、電源電圧の1/2の電圧にプリチャージされたビット
線に微小信号が読み出される。この微小信号は、センス
アンプ8によって、センスアンプドライバ15で生成され
たセンスアンプ電源SAP(電源電圧)、SAN(GND)のレ
ベルまで増幅される。このとき、数Kバイト以上のセン
スアンプが一度に活性化される。増幅されたデータは、
レジスタ9を非選択としてからトランスファゲート2を導
通させることで、ロジック部3のレジスタ9に転送する。
次いで、トランスファゲート2を非導通とし、レジスタ9
を活性化することでデータを保持し、ロジック部3でこ
のデータを使用する。メモリセルへの書き戻しは、トラ
ンスファゲート2を非導通とした後に行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体集積
回路では、数Kバイト以上のセンスアンプ8を一度に活性
化し、センスアンプ8で増幅したデータを一括してロジ
ック部3に書き込むことで広いメモリバスバンド幅を達
成している。しかし、このように多数のセンスアンプを
活性化すると、ロジック部にデータ転送する際の消費電
流及びそのピーク電流が大きいという欠点がある。
【0008】上記欠点を克服する半導体集積回路が、特
開平6−275063号公報に記載されている。該公報
に記載の半導体集積回路では、副ビット線を備え、セン
スアンプの活性化を順次に行うことで副ビット線の充放
電電流を低く抑え、これによってメモセルからのデータ
読出しの際のピーク電流の増大を抑えている。
【0009】上記公報に記載の半導体集積回路では、セ
ンスアンプの活性化を順次に行うことでピーク電流の増
大を抑えることができるものの、全体の消費電流の削減
は十分とは言い難い。
【0010】本発明の目的は、上記に鑑み、DRAMと
ロジックとを1つのチップ上に搭載した半導体集積回路
において、DRAM部からロジック部ににデータを伝達
する際の消費電流及びピーク電流を共に小さくできる半
導体集積回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1発明の半導体集積回路は、複数のダイ
ナミック・メモリセルを有するDRAM部とロジック部
とを1チップに集積した半導体集積回路において、前記
ダイナミック・メモリセルから読み出された微小信号を
電源電圧よりも低い第1の振幅レベルに増幅する第1の
増幅手段と、前記第1の振幅レベルの信号を前記ロジッ
ク部に伝達するトランスファゲートと、前記トランスフ
ァゲートによって伝達された前記第1の振幅レベルの信
号を前記電源電圧の振幅レベルに増幅して前ロジック部
に伝達する第2の増幅手段と、前記第1の振幅レベルの
信号を前記電源電圧レベルの信号に増幅して前記ダイナ
ミック・メモリセルに書き戻す第3の増幅手段とを備え
ることを特徴とする。
【0012】本発明の半導体集積回路では、メモリセル
から読み出した微小信号のデータを、寄生容量が大きく
重い負荷のDRAM側では電源電圧よりも低い振幅レベ
ルの信号に増幅し、トランスファゲートでロジック側に
転送した後に第2の増幅手段で電源電圧の振幅レベルに
まで増幅し、更に、ダイナミック・メモリセルへのデー
タの書き戻しは、第1の増幅手段で増幅された信号を電
源電圧のレベルに増幅する第3の増幅手段によって行
う。これによって、メモリセルからの信号の読出しに際
して必要な消費電流及びピーク電流を低減する。
【0013】ここで、好ましくは、メモリセルへのデー
タの書き戻しは、DRAMからロジック部にデータを転
送した後に任意のタイミングで且つ順次に行う。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1
は、本発明の第1の実施形態例の半導体集積回路の構成
を示すブロック図である。半導体集積回路は、DRAM
アレイ部1、トランスファゲート部2、ロジック部3、及
び、制御部4から構成される。
【0015】DRAMアレイ部1は、情報を格納するメ
モリセル5、メモリセル5への書込みデータ又はメモリセ
ル5からの読出しデータを転送するビット線対BLT0〜BLT
m、BLN0〜BLNm、プリチャージ・イコライズ制御信号PDL
によってビット線対BLT0〜BLTm、BLN0〜BLNmのプリチャ
ージ・イコライズを行うプリチャージ・イコライズ回路
6、リード/ライト制御信号RS/WSによってメモリセルに
対する外部からの書込み及び外部への読出しを制御する
READ/WRITEスイッチ7、及び、メモリセルからビット線
対に読み出された微小信号をセンスアンプ電源SAP、SAN
の振幅レベルまで増幅するセンスアンプ8を有してい
る。
【0016】ロジック部3は、DRAM部1から転送され
るデータを格納するレジスタ9、及び、DRAM部1から
転送されるデータによって任意の論理回路をチップ内に
構成することが可能なロジック10を有している。トラン
スファゲート部2は、トランスファゲート制御信号(T
G)によってDRAM部1とロジック部3の接続を制御す
る。制御部4は、アドレス入力によってメモリセルを選
択するためのワード線WL0〜WLnを選択するXデコーダ1
1、アドレス入力によって外部からの書込みまたは外部
への読出しを行うビット線対を選択する制御信号を生成
するYデコーダ12、メモリセル5からビット線に読み出さ
れた微小信号をロジック部3のレジスタ9で増幅可能な振
幅レベルにまで増幅するためのセンスアンプ電源SAP、S
ANをセンスアンプ活性化信号(SE1)の入力によって生
成するセンスアンプドライバ14、メモリセルへのデータ
書き戻しを行う際に電源電圧レベルにまでデータを増幅
するセンスアンプ電源SAP、SANをセンスアンプ活性化信
号(SE2)の入力によって生成するセンスアンプドライ
バ15、センスアンプ8に接続されるセンスアンプドライ
バを選択するセレクタ13、及び、ロジック部3のレジス
タの制御信号をレジスタ制御信号(SE3)によって生成
するレジスタ制御回路16を有している。
【0017】次に、図2の信号タイミングチャートを参
照して本実施形態例の半導体集積回路の動作を説明す
る。まず、任意のワード線が選択されると、選択された
メモリセルから電源電圧の1/2の電圧にプリチャージさ
れたビット線に微小信号が読み出される。この微小信号
は、センスアンプドライバ14によって制御されるセン
スアンプ8によって、センスアンプ電源SAP(電源電圧)
とSAN(GND)との間の電圧よりも低い所定の振幅レベル
に増幅される。このとき、数Kバイト以上のセンスアン
プが一度に活性化されるが、増幅後の振幅レベルを低く
抑えたことで、大きな寄生容量を有するビット線の充放
電に必要な電流が少なくて足りることから、電源のピー
ク電流及び半導体集積回路の全体の消費電流が低く抑え
られる。
【0018】増幅されたデータは、トランスファゲート
2を導通させることでロジック部3のレジスタ9に転送さ
れる。トランスファゲート2を非導通とした後に、増幅
後の電圧レベルよりも低いスレッシュホールドで作動す
るレジスタを活性化させて、信号を取りこむ。つまり、
振幅レベルの低い信号を電源電圧レベルにまで増幅す
る。読出しのために電荷を失ったメモリセルへのデータ
書き戻し動作は、ロジック部3にデータが書き込まれた
後に、センスアンプドライバ15によって制御されるセ
ンスアンプ8によって行なわれ、この書き戻し動作は所
定のタイミングで行なわれる。
【0019】次に、本発明の第2の実施形態例について
図面を参照して詳細に説明する。図3を参照すると、本
実施形態例の半導体集積回路では、DRAMアレイ部1
を複数に分割し、分割された各DRAMアレイ部20毎に
センスアンプドライバ15を設けている。その他の構成は
第1の実施形態例と同様である。このような構成とする
ことで、センスアンプの活性化を、分割されたDRAM
アレイ部毎に行うことができる。
【0020】図4の信号タイミングチャートを参照して
本実施形態例の半導体集積回路の動作を説明する。DR
AMアレイ部1からロジック部3へのデータ転送動作は第
1の実施形態例と同様であり、メモリセル5への書き戻し
動作が異なる。書き戻し動作は、センスアンプ活性化信
号SE21〜SE2nの活性化タイミングを各センスアンプドラ
イバごとにずらすことにより、分割されたDRAMアレ
イ部10毎に順次に行なう。
【0021】本発明の第2の実施形態例では、第1の実
施形態例の効果に加え、メモリセルへの書き戻しのピー
ク電流を低減できるという効果を有する。
【0022】図5は、本発明の第3の実施形態例の半導
体集積回路の構成を示すブロック図である。本実施形態
例の半導体集積回路では、第1の実施形態例のDRAM
部1、トランスファゲート部2及びロジック部3を含む
回路ブロック40を多数併設し、第1の実施形態例に示
したような1つの制御部4によって、これらを制御する
ものである。
【0023】図6は、本発明の第4の実施形態例の半導
体集積回路の構成を示すブロック図である。本実施形態
例の半導体集積回路では、第2の実施形態例のDRAM
部1、トランスファゲート部2及びロジック部3を含む
回路ブロック30を多数併設し、第1の実施形態例に示
したような1つの制御部4によって、これらを制御する
ものである。
【0024】上記第3及び第4の実施形態例では、各回
路ブロック40、30を一括して制御する一括モード
と、各回路ブロックを単独で作動させる単独モードの何
れでも作動させることができる。これによって、回路動
作の自由度が向上する。
【0025】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体集積回路は、上記実
施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導体
集積回路も、本発明の範囲に含まれる。
【0026】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
集積回路では、DRAM部からロジック部にデータを転
送する際の消費電流及びピーク電流を低減できる効果が
ある。
【0027】タイミングを、分割された各DRAMアレ
イ部毎に任意にできる構成とすれば、メモリセルへの書
き戻しの際のセンスアンプの活性化を時分割で行うこと
ができ、書き戻しの際のピーク電流を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態例の半導体集積回路の
構成を示すブロック図。
【図2】図1の半導体集積回路の信号タイミングチャー
ト。
【図3】本発明の第2の実施形態例の半導体集積回路の
構成を示すブロック図。
【図4】図3の半導体集積回路の信号タイミングチャー
ト。
【図5】本発明の第3の実施形態例の半導体集積回路の
構成を示すブロック図。
【図6】本発明の第4の実施形態例の半導体集積回路の
構成を示すブロック図。
【図7】従来の半導体集積回路の構成を示すブロック
図。
【図8】図7の半導体集積回路の信号タイミングチャー
ト。
【符号の説明】
1 DRAMアレイ部 2 トランスファゲート部 3 ロジック部 4 制御部 5 メモリセル 6 プリチャージ・イコライズ回路 7 READ/WRITEスイッチ 8 センスアンプ 9 レジスタ 10 ロジック 11 Xデコーダ 12 Yデコーダ 13 セレクタ 14 センスアンプドライバ 15 センスアンプドライバ 16 レジスタ制御回路 20 DRAMアレイ部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のダイナミック・メモリセルを有す
    るDRAM部とロジック部とを1チップに集積した半導
    体集積回路において、 前記ダイナミック・メモリセルから読み出された微小信
    号を電源電圧よりも低い第1の振幅レベルに増幅する第
    1の増幅手段と、前記第1の振幅レベルの信号を前記ロ
    ジック部に伝達するトランスファゲートと、前記トラン
    スファゲートによって伝達された前記第1の振幅レベル
    の信号を前記電源電圧の振幅レベルに増幅する第2の増
    幅手段と、前記第1の振幅レベルの信号を前記電源電圧
    レベルの信号に増幅して前記ダイナミック・メモリセル
    に書き戻す第3の増幅手段とを備えることを特徴とする
    半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記第2の増幅手段は、前記第1の振幅
    レベルよりも低いスレッシュホールド電圧で作動するレ
    ジスタであることを特徴とする、請求項1に記載の半導
    体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記第3の増幅手段は、前記ロジック部
    の動作とは独立のタイミングで活性化されることを特徴
    とする、請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記DRAM部を複数のアレイ部に分割
    し、該分割されたアレイ毎に前記第3の増幅手段を備え
    ることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか1に記載
    の半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 前記第3の増幅手段を時分割で制御する
    ことを特徴とする、請求項4に記載の半導体集積回路。
  6. 【請求項6】 前記DRAM部及びロジック部の組合せ
    を複数備える、請求項1乃至5の何れか一に記載の半導
    体集積回路。
  7. 【請求項7】 前記第1の増幅手段と前記第2の増幅手
    段とを同じセンスアンプで構成したことを特徴とする、
    請求項1乃至6の何れか一に記載の半導体集積回路。
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