JP2004015434A - 多数決回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】レイアウト面積を小さくできると共に、高速化及び低消費電力化が可能な多数決回路を提供する。
【解決手段】オンとオフとが切り替えられる複数のビットから成るデータを表すデジタル信号をアナログ信号SUMに変換するD/A変換器N00〜N17、R0と、D/A変換器N00〜N07、R0からのアナログ信号SUMに基づいてデータ中の切り替えられたビットの多数決を判断する回路R1、N08、OP0、とを備えている。
【選択図】 図2
【解決手段】オンとオフとが切り替えられる複数のビットから成るデータを表すデジタル信号をアナログ信号SUMに変換するD/A変換器N00〜N17、R0と、D/A変換器N00〜N07、R0からのアナログ信号SUMに基づいてデータ中の切り替えられたビットの多数決を判断する回路R1、N08、OP0、とを備えている。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数決回路に関し、特に、多数決回路をコンパクトに構成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、画像用のDRAM(Dynamic Random Access Memory)としては、一般に、16ビット、32ビットといった多ビットのデータを出力できるものが使用されている。このようなDRAMが使用される場合、出力端子に現れるデータが、「0」から「1」又は「1」から「0」に切り替えられる時に発生する切替ノイズが問題になる。
【0003】
この切替ノイズを低減するために、データインバージョン機能が考えられている。このデータインバージョン機能は、リード動作時に、前のサイクルのデータの半数以上のビットが当該サイクルで切り替わる場合は、当該サイクルのデータを反転して出力すると共に、データが反転されたことを示すフラグを出力する機能である。
【0004】
このデータインバージョン機能を用いることにより、実際に切り替えられるビットは常に全ビットの半数以下になり、例えば32ビットDRAMで発生される切替ノイズの大きさを16ビットDRAMで発生される切替ノイズの大きさ相当にまで抑えることができる。このデータインバージョン機能を実現するためには、多数決回路、即ち半数以上のビットが切替っているか否かを判定する回路が必要である。
【0005】
このような多数決回路に関連する技術として、特開2000−148605は、データ転送においてEMI輻射を削減する工夫として、効率的に、データ変化量を削減し、データ全部あるいは一部を反転させて変化量を削減できる「データ変化量を削減するデータ転送方法および装置」を開示している。この技術では、n本のデータ転送を行う場合に、n本をより小さなm本単位のs個のブロックに分けて(n=m×s)、このブロック単位でもって多数決を判定し、その結果であるs個の情報に対してさらに多数決判定を行うように簡素化する。これによって、非常に小規模な高速な判定回路を実現でき、ひいては実現可能なコストをもって、データ変化量の削減による不要輻射の減少、データ変化量の削減による消費電力の削減、等の効果を得ることができる。
【0006】
他の関連する技術として、特開2002−94380は、複数のDA変換部の出力信号を検出処理して故障回線を検出し速やかな回避を可能にし正常な回線の出力を選択出力するDA変換装置を開示している。また、特開平8−204562は、多入力端子に第1のスイッチ手段を介して容量が接続され、該各容量の一方の端子が共通接続されたセンスアンプに入力され、該容量の少なくとも一部が第2のスイッチ手段を介して共通接続されるようにした半導体装置を開示している。
【0007】
また、特開平9−64743は、多入力端子にスイッチ手段を介して容量手段が接続され、該各容量手段の一方の端子が共通接続されセンスアンプに入力される半導体装置において、スイッチ手段に供給する電源手段とセンスアンプに供給する第二の電源手段とを別個に設けた半導体装置を開示している。更に、特開平9−130250は、多入力端子にスイッチ手段を介して容量手段が接続され、該各容量手段の一方の端子が共通接続されセンスアンプに入力される半導体装置において、多入力端子に対応した容量手段のうち、最小の容量を容量値Cとしたとき、各入力端子に接続される容量手段のうち少なくとも一つ以上が、容量値Cである容量手段を複数個並列接続して形成された半導体装置を開示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図12は、論理ゲートで構成した従来の8ビット多数決回路の回路図を示す。この多数決回路では、8ビット中の4ビットが「1」である全ての組み合わせ、即ち、8C4=70通りの組み合わせの全てを検出しなければならない。従って、70個の4入力AND回路及び70入力OR回路が必要になる。
【0009】
この多数決回路では、データ信号D0〜D7の各々は35個の4入力AND回路に入力されるのでゲート負荷が大きくなる。従って、駆動能力の大きいドライバでデータ信号D0〜D7を駆動する必要がある。このように、論理ゲートで多数決回路を構成すると回路規模が大きくなり、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積が増大する。
【0010】
また、近年の画像用のDRAMには、クロック周波数300MHz程度で動作することが要求されており、上記多数決回路は、半サイクル、即ち1.7ns程度で多数決の判定を完了する必要がある。更には、多数決回路は、例えばバッテリー駆動の電子機器等でも使用されるため、低消費電力が望まれている。
【0011】
本発明は、上述した問題を解消し、且つ上述した要望に応えるためになされたものであり、その目的は、レイアウト面積を小さくできると共に、高速化及び低消費電力化が可能な多数決回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0013】
本発明に係る多数決回路は、上記目的を達成するために、オンとオフとが切り替えられる複数のビットから成るデータを表すデジタル信号をアナログ信号(SUM)に変換するD/A変換器(N00〜N17、R0)と、D/A変換器(N00〜N07、R0)からのアナログ信号(SUM)に基づいてデータ中の切り替えられたビットの多数決を判断する回路(R1、N08、OP0)、とを備えている。
【0014】
この多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、D/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成でき、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0015】
本発明に係る多数決回路において、多数決を判断する回路(R1、N08、OP0)は、多数決の閾値を表すリファレンス信号を発生するリファレンス発生回路(R1、N08)と、D/A変換器(N00〜N07、R0)からのアナログ信号(SUM)とリファレンス発生回路(R1、N08)からのリファレンス信号とを比較して多数決の判定結果である判定信号を出力する差動アンプ(OP0)、とを備えて構成できる。
【0016】
この場合、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)を備え、
外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07)を流れる電流の総和を抵抗素子(R0)で電圧に変換してアナログ信号(SUM)として出力し、リファレンス発生回路(R1、N08)は、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(N08)を備え、該トランジスタ(N08)を流れる電流を抵抗素子(R1)で電圧に変換してリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。
【0017】
この多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、抵抗素子及びトランジスタから成るD/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成できる。その結果、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0018】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)を構成する複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)、及びリファレンス発生回路(R1、N08)を構成するトランジスタに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(N18)に流れる電流を制御するカレントミラー回路(N0、N10〜N18)を更に備えて構成できる。
【0019】
この構成によれば、D/A変換器(N00〜N07、R0)の電流制御をカレントミラー回路(N0、N10〜N18)で行うことにより、電源VDDへの依存性が少なくなり、安定した動作が得られると共に、ミラー比を適宜決定することにより消費電力を低減できる。
【0020】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)を構成する複数のトランジスタ(N00〜N07)と該複数のトランジスタに電力を供給する電源(VDD)との間及びリファレンス発生回路(R1、N08)を構成するトランジスタ(N08)と該トランジスタ(N08)に電力を供給する電源(VDD)との間の少なくとも1つに電流経路を遮断するトランジスタ(P0、P1)を更に備えて構成できる。この構成によれば、多数決回路が未使用時には、電流パスがカットされるので、低消費電力を実現できる。
【0021】
また、本発明の多数決回路は、カレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)のミラー比を該カレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)に流れる電流が1/a(a>1)になるように設定し、抵抗素子(R1)の抵抗値をa倍に設定して構成できる。この構成によれば、リファレンス信号(REF)のレベルはそのままで、リファレンス発生回路(R1、N08)の消費電力を低減できる。
【0022】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)から出力されるアナログ信号(SUM)とリファレンス発生回路(R1、N08)から出力されるリファレンス信号(REF)とを短絡するプリチャージトランジスタ(P2)を更に備え、プリチャージトランジスタ(P2)は、差動アンプ(OP0)による比較が開始される前の所定時間だけオンにされるように構成できる。この構成によれば、差動アンプOP0による比較の開始時における初動を高速化できるので、多数決回路の動作を高速化できる。
【0023】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、差動アンプ(OP0)による比較が開始されるまで、リファレンス発生回路(R1、N08)と同じ電流又は電圧を発生させる制御回路(NR0〜NR3、NR9、CX5〜CX7、INV8)を更に備えて構成できる。この構成によれば、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、プリチャージ時にリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生することにより、プリチャージ動作を高速化できる。
【0024】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、抵抗素子(R2、R3)による抵抗分割により発生された電圧をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、多数決回路の構成が簡単になる。
【0025】
また、前記リファレンス発生回路(R1、N08)は、前記D/A変換器(N00〜N07、R0)と対称な回路から成り、発生された電圧を前記リファレンス信号として出力するように構成できる。
【0026】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、当該多数決回路が形成されたチップ内部で発生された電源電圧をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、多数決回路を更に簡単に構成できる。
【0027】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)と複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)とから成るプルダウン用トランジスタと、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(P00〜P07)と複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(P10〜P17)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07、P00〜P07)を流れる電流の総和をアナログ信号(SUM)として出力し、リファレンス発生回路(R1、N08)は、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(N08)とトランジスタ(N08)に直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(N18)とから成るプルダウン用トランジスタと、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(P08)とトランジスタ(P08)に直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(P18)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、トランジスタ(N08、P08)を流れる電流をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、総和信号(SUM)のレベルが積極的にプルアップ又はプルダウンされるため、高速化が可能である。
【0028】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)と複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)とから成るプルダウン用トランジスタと、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(P00〜P07)と複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(P10〜P17)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07、P00〜P07)を流れる電流の総和をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、総和信号(SUM)とリファレンス信号(REF)とを対称な回路で生成することで、総和信号(SUM)とリファレンス信号(REF)の差は2ビット分となるので、差動アンプ(OP0)の動作マージンが拡大することができる。
【0029】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)から出力される総和信号(SUM)を一方の端子に入力しリファレンス回路から出力されるリファレンス信号(REF)を他方の端子に入力する抵抗素子(R)を更に備え、該抵抗素子(R)を流れる電流の方向に基づきデータ中の切り替えられたビットの多数決をとるように構成できる。この構成によれば、抵抗素子Rの両端に確実に電圧差が生じるので動作の安定度を増すことができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本発明の実施の形態に係る多数決回路が、データインバージョン機能を有する4ビットプリフェッチDDR−SDRAM(4−bit Pre−fetch Double Data Rate Synchronous DRAM)に適用された場合について説明する。
【0031】
(実施の形態1)
図1は、4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路及び8つのリード回路からのデータに基づき本発明の実施の形態に係る多数決回路を用いてデータインバージョン機能を実現するためのデータインバージョン回路の構成を示すブロック図である。
【0032】
リード回路は、メインアンプ(MA0〜MA3)10、パラレル−シリアル変換器(CPS)11、バスドライバ12、レイテンシラッチ&データ反転制御回路(CLC)13、パラレル−シリアル変換&出力バッファ(Dout)14及び出力端子(DQ)15から構成されている。
【0033】
データインバージョン回路は、8個のリード回路に対して1個だけ設けられており、第1多数決回路(CDAC8)16a、第2多数決回路(CDAC8)16b、データ反転フラグ生成回路(CDINV)17、出力バッファ(Dout)18及び出力端子(DQM)19から構成されている。
【0034】
メインアンプ10は、4個のメインアンプMA0、MA1、MA2及びMA3から構成されている。メインアンプMA0〜MA3は、プリフェッチ動作によって図示しないメモリアレイから同時に読み出された4ビットのパラレルデータをそれぞれ増幅する。この増幅されたパラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3は、パラレル−シリアル変換器11に送られる。
【0035】
パラレル−シリアル変換器11は、4ビットのパラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3を、クロックの立上がり側データMAQRと立下り側データMAQFとから成る2ビットのパラレルデータに変換してシリアルに送出する。このパラレル−シリアル変換器11から出力されるデータMAQR及びMAQFはバスドライバ12に送られる。
【0036】
バスドライバ12は、パラレル−シリアル変換器11からのデータMAQR及びMAQFを、データバスDATAR及びDATAFにそれぞれ送出する。データバスDATAR及びDATAFは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13に接続されている。
【0037】
レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、当該サイクルにおけるデータバスDATARの内容と、前のサイクルにおけるデータバスDATAFの内容とを比較し、換言すれば排他的論理和(EOR)演算を行って、立上り比較結果を表す信号INVRとして出力する。また、当該サイクルにおけるデータバスDATARの内容と当該サイクルにおけるデータバスDATAFの内容とを比較し、立下り比較結果を表す信号INVFとして出力する。
【0038】
信号INVR及び信号INVFは、データ切替が発生したか否かを表す信号である。データ切替が発生した場合、信号INVRは高レベル(以下、「Hレベル」という)にされ、データ切替が発生しない場合は低レベル(以下、「Lレベル」という)にされる。信号INVFについても同じである。各リード回路のレイテンシラッチ&データ反転制御回路13で生成された信号INVRは第1多数決回路16aに、信号INVFは第2多数決回路16bにそれぞれ送られる。
【0039】
また、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、データ反転フラグ生成回路17からの反転信号DINVR及びDINVFに基づいて半数以上のビットが切り替わっていることを判断した場合は、データバスDATAR及びDATAFから送られてくるデータを反転し、そうでない場合は反転せずに、2ビットのパラレルデータDOR及びDOFとして出力バッファ14に送る。
【0040】
出力バッファ14は、パラレルデータDOR及びDOFをシリアルデータDQに変換する。この変換されたシリアルデータDQは、出力端子15から外部に送出される。
【0041】
第1多数決回路16aは、8個のリード回路の各々からの信号INVRに基づいて、半数以上のビットが切替ったか否かを判定し、判定結果を表す信号DATAINVR(図2、図4、図7〜図11における判定信号JUDGE)を生成し、データ反転フラグ生成回路17に送る。半数以上のビットが切替った場合、信号DATAINVRはHレベルにされる。同様に、第2多数決回路16bは、8個のリード回路の各々からの信号INVFに基づいて、半数以上のビットが切替ったか否かを判定し、判定結果を表す信号DATAINVF(図2、図4、図7〜図11における多数決の判定結果である判定信号JUDGE)を生成し、データ反転フラグ生成回路17に送る。半数以上のビットが切替った場合、信号DATAINVFはHレベルにされる。これらの第1多数決回路16a及び第2多数決回路16bの詳細は後述する。
【0042】
データ反転フラグ生成回路17は、第1多数決回路16aからの信号DATAINVR及び第2多数決回路16bからの信号DATAINVFに基づいて、反転信号DINVR及びDINVFをそれぞれ生成し、各リード回路のレイテンシラッチ&データ反転制御回路13に送る。
【0043】
また、データ反転フラグ生成回路17は、反転信号DINVR及びDINVFを、出力バッファ18に送る。出力バッファ18は、反転信号DINVR及びDINVFに基づいてデータが反転されたことを示すフラグDQMを生成し出力端子19に送る。このフラグDQMは、出力端子19から外部に送出される。
【0044】
次に、上述した第1多数決回路16a及び第2多数決回路16bの詳細を説明する。なお、第1多数決回路16aの構成及び動作は、第2多数決回路16bのそれらと同じであるので、以下では、多数決回路16と総称して説明する。
【0045】
図2は、多数決回路16の構成を示す回路図である。この多数決回路16は、大きく分けると、8ビットのD/A変換器(DAC)、リファレンス発生回路及び差動アンプOP0から構成されている。
【0046】
D/A変換器は、8個のトランジスタN00〜N07と抵抗素子R0とから構成されている。トランジスタN00〜N07としては、同じ大きさの電流を流す同一規格のnMOSトランジスタを使用することができる。トランジスタN00〜N07のドレインは、抵抗素子R0の一方の端子及び差動アンプOP0の非反転入力端子(+)に接続されており、ソースは接地されている。また、トランジスタN00〜N07のゲートにはビット信号D0_B〜D7_B(「1」のときLレベル)がそれぞれ供給される。ビット信号D0_B〜D7_Bは、8個のリード回路から出力される信号INVR又は信号INVFに対応する。抵抗素子R0の他方の端子は電源VDDに接続されている。
【0047】
このD/A変換器では、トランジスタN00〜N07中のオフからオンに変化したトランジスタの数、即ちデータ中の切り替わったビット数に対応する大きさの電流が抵抗素子R0に流れる。この時のトランジスタN00〜N07と抵抗素子R0との接続点の電位が総和信号SUMとして差動アンプOP0の非反転入力端子に供給される。
【0048】
また、リファレンス発生回路は、トランジスタN08及び抵抗素子R1から構成されている。トランジスタN08のドレインは抵抗素子R1の一方の端子及び差動アンプOP0の反転入力端子(−)に接続されており、ソースは接地されている。トランジスタN08のゲートには、バイアスとして定電圧DACBIASが供給されており、このトランジスタN08に流す電流を制御する。このトランジスタN08は、トランジスタN00〜N07の何れかの3.5倍の電流を流す。抵抗素子R1の他端は電源VDDに接続されている。この抵抗素子R1の抵抗値は、上述した抵抗素子R0の抵抗値と同じである。
【0049】
抵抗素子R1には、トランジスタN00〜N07の3.5倍の電流が流れる。この時のトランジスタN08と抵抗素子R1との接続点の電位がリファレンス信号REFとして差動アンプOP0の反転入力端子に供給される。差動アンプOP0は、総和信号SUMとリファレンス信号REFとを比較し、比較結果を判定信号JUDGEとして出力する。切り替わったビット数に対応する総和信号SUM及びリファレンス信号REFのレベルは下記の通りとなり、5ビット以上、4ビット以下を区別することができる。
0ビット:SUM=VDD−8*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
1ビット:SUM=VDD−7*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
2ビット:SUM=VDD−6*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
3ビット:SUM=VDD−5*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
4ビット:SUM=VDD−4*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
5ビット:SUM=VDD−3*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
6ビット:SUM=VDD−2*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
7ビット:SUM=VDD−1*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
8ビット:SUM=VDD−0*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
【0050】
切り替わったビット数が0〜4の範囲では「SUM<REF」であり、切り替わったビット数が5〜8の範囲では「SUM>REF」である。従って、総和信号SUMとリファレンス信号REFを差動アンプOP0で比較することにより、多数決の判定結果を表す判定信号JUDGEを得ることができる。なお、上述した多数決回路は、主にnMOSトランジスタを用いて構成されているが、pMOSトランジスタを用いて構成することもできる。また、抵抗素子R0及びR1としては、MOSトランジスタのオン抵抗を利用することもできる。
【0051】
次に、以上のように構成される本発明の実施の形態1に係る多数決回路が適用された4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路の動作を、図3に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。
【0052】
図3(A)に示すクロック(CLK)T0の立ち上がりエッジにおいて、図3(B)に示すように、リード(READ)コマンドが認識されると、図示しないメモリアレイから4つのデータが読み出される。この読み出された4つのデータは、メインアンプ10で増幅され、図3(C)〜図3(F)に示すように、パラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3としてパラレル−シリアル変換器11に送られる。図3中の‘0’、‘1’、‘2’、‘3’は出力端子15から出力されるデータの順番を表す。
【0053】
パラレル−シリアル変換器11は、図3(G)及び図3(H)に示すように、パラレルのデータ‘0’、‘1’、‘2’及び‘3’を、2個(DATAR及びDATAF)のパラレルデータに変換し、クロックT2の立ち上がりのタイミングでデータ‘0’及び‘1’を、クロックT3の立ち上がりのタイミングでデータ‘2’及び‘3’をそれぞれシリアルに出力する。
【0054】
クロックT2のサイクルでは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(I)に示すように、データ‘0’を前サイクルのデータ‘−1’と比較して、つまり排他的論理和(EOR)演算を行って、立上り比較結果を表す信号INVRを出力する。同様に、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(J)に示すように、当該サイクルのデータ‘1’を当該サイクルのデータ‘0’と比較して立下り比較結果を表す信号INVFを出力する。
【0055】
次のサイクルでは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(I)に示すように、データ‘2’をデータ‘1’と比較して立上り比較結果を表す信号INVRを出力する。また、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(J)に示すように、データ‘3’をデータ‘2’と比較して立下り比較結果を表す信号INVFを出力する。
【0056】
信号INVR及びINVFは、上述したようにデータ中のビットが切り替えられたか否かを表す。ビットが切り替えられた場合、信号INVR及びINVFはHレベルにされる。多数決回路16は、図3(K)及び図3(L)に示すように、クロックT2の立下りエッジから多数決を判定する動作を開始し、判定結果を表す信号DATAINVR及びDATAINVFはクロックT3の立上りエッジで図示しないラッチにラッチされる。従って、多数決判定に使用できる時間は半サイクル程度である。多数決回路16は信号DATAINVR及びDATAINVFをデータ反転フラグ生成回路17に送る。
【0057】
信号DATAINVR及びDATAINVFを受け取ったデータ反転フラグ生成回路17は、図3(M)及び図3(N)に示すように、データ反転するか否かを表すデータ反転フラグDINVR及びDINVFを、それぞれクロックT3の立下り及びクロックT4の立上りで出力する。2つのデータバスDATAR及びDATAFの内容は、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13において、データ反転フラグDINVR及びDINVFと演算処理された後、図3(O)及び図3(P)に示すように、パラレルデータDOR及びDOFとしてパラレル−シリアル変換器14に送られる。
【0058】
パラレル−シリアル変換器14は、図3(Q)に示すように、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13からの2つのパラレルデータDOR及びDOFを1つのシリアル信号に変換し、出力端子15からデータ‘0’、‘1’、‘2’、‘3’の順番で出力する。データ反転フラグDINVR及びDINVFも同様にシリアルデータDQに変換され、出力端子18から出力される。
【0059】
以上説明したように、本発明の実施の形態1に係る多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、抵抗素子及びトランジスタから成るD/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成できる。その結果、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0060】
なお、上述した多数決回路のリファレンス発生回路は、D/A変換器と同様の依存性を持たせるために、3.5ビット分の電流を抵抗素子R1に流しリファレンス信号REFを発生させているが、図7に示すように、抵抗素子R2と抵抗素子R3との抵抗分割によってリファレンス信号REFを発生させることも可能である。また図8に示すように、他の用途のためにチップ内部で形成される電源をリファレンス発生回路とみなすこともできる。具体的には、リファレンス信号REFレベルを、メモリセルのハイ書込み電圧やプレート電圧等で代用することも可能である。
【0061】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る多数決回路を、図4に示した回路図を参照しながら説明する。この実施の形態2に係る多数決回路は、低消費電力化及び高速化を実現するために、図2に示した実施の形態1に係る多数決回路を変形することにより構成されている。
【0062】
この実施の形態2に係る多数決回路では、低消費電力化を実現するために、実施の形態1に係る多数決回路が以下のように変形されている。
【0063】
第1の変形は、カレントミラー回路が付加されていることである。このカレントミラー回路により、多数決回路を流れる電流が制御される。即ち、トランジスタN00〜N07にカレントミラー用トランジスタN10〜N17がそれぞれ直列に接続され、カレントミラー用トランジスタN10〜N17のゲートには定電圧DACBIASが供給される。定電圧DACBIASは、ドレインとゲートとが接続されたトランジスタN0に定電流I0を流すことにより得られる。この構成により、カレントミラー用トランジスタN10〜N17に流れる電流は、トランジスタN0に対するミラー比で制御される。
【0064】
リファレンス発生回路も、上記と同様に、トランジスタN08にカレントミラー用トランジスタN18が直列に接続され、カレントミラー用トランジスタN18のゲートには定電圧DACBIASが供給される。この構成により、カレントミラー用トランジスタN18の電流は、トランジスタN0に対するミラー比で制御される。
【0065】
第2の変形は、電流パスのカット機能が追加されていることである。即ち、電源VDDと抵抗素子R0との間及び電源VDDと抵抗素子R1との間にpMOSトランジスタP0及びP1がそれぞれ挿入され、pMOSトランジスタP0及びP1のゲートにはイネーブル信号EN_Bが供給される。多数決回路の未使用時には、イネーブル信号EN_BをHレベルにすることにより電流パスがカットされ、電力消費が行われない。なお、pMOSトランジスタP0及びP1の2つが必ずしも挿入されている必要はなく、少なくとも1つが挿入されていれば消費電力を低減できる。
【0066】
第3の変形は、上記カレントミラー回路が追加された多数決回路において、リファレンス発生回路の電流低減機能が追加されていることである。即ち、リファレンス発生回路の電流源であるトランジスタN18のミラー比を変更することによりトランジスタN18を流れる電流量が1/a(a>1)にされ、抵抗素子R1の抵抗値がa倍にされている。これにより、リファレンス信号REFのレベルは「VDD−3.5*R*I」のままで、リファレンス発生回路の消費電力を1/aにできる。
【0067】
次に、実施の形態2に係る多数決回路では、動作の高速化のために、差動アンプによる比較動作が開始される前に、総和信号SUMのレベルをリファレンス信号REFのレベルまでプリチャージしておき、比較動作が開始されるのと同時にプリチャージを解除する機能が追加されている。この機能を実現するために、上記変形に加えて以下の変形が行われている。
【0068】
第4の変形は、リファレンス信号REFと総和信号SUMとの間にプリチャージトランジスタP2を設けたことである。このプリチャージトランジスタP2のゲートにはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。プリチャージ時は、プリチャージ信号PRE_BはLレベルになるように制御される。これにより、トランジスタP2はオンにされてリファレンス信号REFと総和信号SUMとが短絡される。
【0069】
第5の変形は、上記カレントミラー回路が追加された多数決回路において、プリチャージ時に3.5ビット分の電流がD/A変換器に流れるように制御し、以てリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生させる機能が追加されたことである。この機能を実現するため、本発明の制御回路が追加されている。
【0070】
制御回路は、トランジスタN09とこれに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタN19、2入力NOR回路NR0〜NR4、コンプレックス回路CX5〜CX7、2入力NOR回路NR9及びインバータIV8を備えている。トランジスタN09のドレイン側はトランジスタN00〜N07と共に総和信号SUMに接続され、カレントミラー用トランジスタN19のゲートには定電圧DACBIASが供給される。カレントミラー用トランジスタN19のミラー比はカレントミラー用トランジスタN10〜N17の半分の電流が流れるように設定される。
【0071】
また、トランジスタN00〜N04のゲートには、それぞれ2入力NOR回路NR0〜NR4の出力信号が供給され、2入力NOR回路の一方の入力端子にはビット信号D0〜D4(「1」の時にHレベル)がそれぞれ供給され、他方の入力端子にはプリチャージ時にHレベルにされる信号PREがそれぞれ供給される。トランジスタN05〜N07のゲートには、それぞれコンプレックス回路CX5〜CX7の出力信号が供給され、コンプレックスゲート回路のNORゲートの入力端子には動作時にLレベルになるイネーブル信号EN_Bが供給され、コンプレックス回路のANDゲートの一方の入力端子にはビット信号D5〜D7(「1」の時にHレベル)が供給され、他方の入力端子にはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。
【0072】
トランジスタN09のゲートには、2入力NOR回路NR9の出力信号が供給され、2入力NOR回路の一方の入力端子にはイネーブル信号EN_Bが供給され、他方の入力端子にはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。プリチャージ時は、2入力NOR回路NR0〜NR4の出力はLレベルになりトランジスタN00〜N04はオフになる。また、コンプレックス回路CX5〜CX7及び2入力NOR回路NR9の出力はHレベルになり、トランジスタN05〜N07及びN09はオンになる。従って、プリチャージ時には、抵抗素子R0には3.5ビット分の電流が流れ、総和信号SUMのレベルは「VDD−3.5*R*I」になってリファレンス信号REFと等しくなる。
【0073】
以上は、実施の形態1に係る多数決回路に上述した5つの変形が適用された場合を説明したが、各変形は独立に、実施の形態1に係る多数決回路に適用できる。
【0074】
次に、図4に示した実施の形態2に係る多数決回路の動作を、図5に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。以下では、4ビットプリフェッチDDR−SDRAMから2バイトのデータがシリアルにリードされ、最初のデータは5ビット以上が切り替わり、次のデータは4ビット以下が切り替わる場合を例に挙げて説明する。
【0075】
リード時に、この多数決回路に供給されるイネーブル信号EN_Bは、図5(B)に示すように、Lレベルになるように制御される。また、この多数決回路は、動作を開始するまではプリチャージ状態にあり、信号PREは、図5(D)に示すようにHレベルになるように制御され、プリチャージ信号PRE_Bは、図5(E)に示すように、Lレベルになるように制御される。この状態では、総和信号SUMはリファレンス信号REFと短絡状態にあり、かつトランジスタN05〜N09がオンにされて3.5ビット相当の電流が流れる。その結果、総和信号SUMはリファレンス信号REFと同レベルにされている。
【0076】
図5(A)に示すクロックT2の立下りで、図5(D)に示すように、信号PREがLレベルに変化し、図5(E)に示すように、プリチャージ信号PRE_BがHレベルに変化し、多数決判定が開始される。即ち、トランジスタN09はオフにされ、図5(C)に示すデータ信号D0〜D7によりトランジスタN00〜N07のオン又はオフにされる。ここでは5ビット以上が切り替わると仮定しているので、オンにされるトランジスタは3個以下である。
【0077】
これにより、図5(F)に示すように、総和信号SUMのレベルはリファレンス信号REFに対して除々に上昇する。総和信号SUMとリファレンス信号REFのレベル差が十分に大きくなった段階で差動アンプOP0がオンにされる。これにより、差動アンプOP0は、図5(G)に示すように、判定結果JUDGEをHレベルにする。この後プリチャージ状態に戻り、次サイクルの判定動作に備えられる。
【0078】
次サイクルでは、クロックT3の立下りで多数決判定が開始される。この場合は、4ビット以下のデータが切り替わるので、トランジスタN00〜N07のうち、オンされるのは4個以上である。これにより、図5(F)に示すように、総和信号SUMのレベルはリファレンス信号REFに対して除々に下降し、差動アンプOP0は、図5(G)に示すように、判定結果JUDGEをLレベルにする。
【0079】
以上説明したように、この実施の形態2に係る多数決回路によれば、D/A変換器の電流制御をカレントミラー回路で行うことにより、電源VDDへの依存性が少なくなり、安定した動作が得られると共に、ミラー比を適宜決定することにより消費電力を低減できる。更に、未使用時に電流パスがカットされ、また、リファレンス発生回路の電流制御もカレントミラー回路で行うことにより、低消費電力化が実現されている。
【0080】
図6は、上述した第4及び第5の変形が適用されることにより高速化がなされる前と高速化がなされた後の波形を比較して示す。この図6から、実施の形態2に係る多数決回路において、多数決判定の動作を開始する前に総和信号SUMとリファレンス信号REFをプリチャージすることにより、差動アンプOP0による比較の開始時における初動を高速化できることが理解できる。また、D/A変換器は、プリチャージ時にリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生することにより、プリチャージ動作を高速化できる。
【0081】
実施の形態2に係る多数決回路のリファレンス発生回路は、D/A変換器と同様の依存性を持たせるために、3.5ビット分の電流を抵抗素子R1に流しリファレンス信号REFを発生させているが、図7に示すように、抵抗素子R2と抵抗素子R3との抵抗分割による分圧でリファレンス信号REFを発生させることも可能である。また図8に示すように、他の用途の内部電源をリファレンス発生回路とみなすこともできる。具体的には、リファレンス信号REFレベルを、メモリセルのハイ書込み電圧やプレート電圧等で代用することも可能である。
【0082】
(実施の形態3)
上述した実施の形態2に係る多数決回路(図4)おけるD/A変換器は、データ中の切り替わったビット数に応じた電流値を抵抗素子R0を用いて電圧値に変換する方式である。これに対し、実施の形態3に係る多数決回路では、D/A変換器の入力は、プルアップ用トランジスタ及びプルダウン用トランジスタの両方に接続されており、オンにされるトランジスタの数により電流量又は電圧が決定される。
【0083】
図9は、本発明の実施の形態3に係る多数決回路の構成を示す回路図である。この多数決回路において、プルダウン用トランジスタを構成するトランジスタN00〜N07及びカレントミラー用トランジスタN100〜N17の接続は、図4に示した接続と同じである。この実施の形態3に係る回路では、プルアップ用トランジスタとしてトランジスタP00〜P07が設けられ、ドレイン側が総和信号SUMに接続されている。
【0084】
また、トランジスタP00〜P07のそれぞれにトランジスタP10〜P17が直列に接続されると共に、トランジスタN1及びP0によりプルアップ用トランジスタの電流源が形成されることにより、カレントミラー回路が形成されて電流制御を行う。トランジスタP00〜P07のゲートにはビット信号D0_B〜D7_Bが供給される。これらビット信号D0_B〜D7_Bにより、トータルのプルアップ及びプルダウン電流が決定される。そして、プルアップ及びプルダウン電流が相殺された後の電流が総和信号SUMとして確定される。
【0085】
更に、データ中の切り替わったビット数が4ビットの時、プルアップ及びプルダウン電流が等しくなり総和信号SUMの確定が不安定になるため、トランジスタN09及びN19により、プルダウン電流を1ビット分増やしている。リファレンス発生回路はトランジスタP18及びP08を直列接続し、プルダウンが4.5ビット相当、プルアップが4.5ビット相当の電流とする。切り替わったビット数に対する総和信号SUM及びリファレンス信号REFは下記の通りとなり、5ビット以上、4ビット以下を切り分けることができる。
0ビット SUM(プルダウン+9)<REF(±0)
1ビット SUM(プルダウン+7)<REF(±0)
2ビット SUM(プルダウン+5)<REF(±0)
3ビット SUM(プルダウン+3)<REF(±0)
4ビット SUM(プルダウン+1)<REF(±0)
5ビット SUM(プルアップ+1)>REF(±0)
6ビット SUM(プルアップ+3)>REF(±0)
7ビット SUM(プルアップ+5)>REF(±0)
8ビット SUM(プルアップ+7)>REF(±0)
【0086】
この多数決回路はプルアップ、プルダウン両方のトランジスタを使用するため、レイアウト面積が増大するが、総和信号SUMのレベルが積極的にプルアップ又はプルダウンされるため、高速化が可能である。
【0087】
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る多数決回路では、図10に示すように、リファレンス発生回路の代わりに実施の形態3に係る多数決回路で使用されるD/A変換器を使用し、このD/A変換器にビット信号D0〜D7を供給するように構成されている。この場合、データ中の切り替わったビット数に対する総和信号SUM、リファレンス信号REFは下記の通りとなる。
0ビット SUM(プルダウン+9)<REF(プルアップ+9)
1ビット SUM(プルダウン+7)<REF(プルアップ+7)
2ビット SUM(プルダウン+5)<REF(プルアップ+5)
3ビット SUM(プルダウン+3)<REF(プルアップ+3)
4ビット SUM(プルダウン+1)<REF(プルアップ+1)
5ビット SUM(プルアップ+1)>REF(プルダウン+1)
6ビット SUM(プルアップ+3)>REF(プルダウン+3)
7ビット SUM(プルアップ+5)>REF(プルダウン+5)
8ビット SUM(プルアップ+7)>REF(プルダウン+7)
【0088】
上述した実施の形態3に係る多数決回路においては、データ中の切り替わったビット数が4ビット及び5ビットである時、総和信号SUMとリファレンス信号REFの差は1ビット分の電流差であるが、この実施の形態4に係る多数決回路のように総和信号SUMとリファレンス信号REFとを対称な回路で生成することで、総和信号SUMとリファレンス信号REFの差は2ビット分となる。これにより、差動アンプの動作マージンが拡大する。
【0089】
なお、この実施の形態4に係る多数決回路と同様に、上述した実施の形態1及び2に係る多数決回路においても、D/A変換器とリファレンス発生回路とを対称な回路で構成することができる。換言すれば、リファレンス発生回路としてD/A変換器と同じ構成を用いることができ、この場合も上記と同様の効果を奏する。
【0090】
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5に係る多数決回路では、上述した実施の形態4に係る多数決回路の総和信号SUMとリファレンス信号REFとが抵抗素子Rで接続されている。これにより、データ中の切り替わったビット数が0〜4ビットでは、電流はリファレンス信号REFから総和信号SUMに流れ、5〜8ビットでは逆に総和信号SUMからリファレンス信号REFに流れる。従って、抵抗素子Rの両端に確実に電圧差が生じ、動作の安定度が増す。
【0091】
以上説明した多数決回路は、8ビットのD/A変換器の例であるが、本発明は、任意のビットについて適用可能である。またデータ中の切り替わったビット数が8ビットのうちの0〜4ビット又は5〜8ビットを切り分ける、即ち閾値が4.5ビットの回路であるが、リファレンス信号REFの設定を変えることにより、閾値を任意に変えることが可能である。
【0092】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、レイアウト面積を小さくできると共に、高速化及び低消費電力化が可能な多数決回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る多数決回路が適用される4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路及び該多数決回路を用いたデータインバージョン回路の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明の実施の形態2に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る多数決回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】本発明の実施の形態2に係る多数決回路において高速化する前後の動作を比較して説明するためのタイミングチャートである。
【図7】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の変形例の構成を示す回路図である。
【図8】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の他の変形例の構成を示す回路図である。
【図9】本発明の実施の形態3に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図10】本発明の実施の形態4に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図12】従来の多数決回路の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
N0、N1、N00〜N09、N10〜N19 トランジスタ
P0、P00〜P09、P10〜P19 トランジスタ
NR0〜NR3、NR9 2入力NOR回路
CX5〜CX7 コンプレックス回路
INV8 インバータ
R、R0〜R3 抵抗素子
OP0 差動アンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数決回路に関し、特に、多数決回路をコンパクトに構成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、画像用のDRAM(Dynamic Random Access Memory)としては、一般に、16ビット、32ビットといった多ビットのデータを出力できるものが使用されている。このようなDRAMが使用される場合、出力端子に現れるデータが、「0」から「1」又は「1」から「0」に切り替えられる時に発生する切替ノイズが問題になる。
【0003】
この切替ノイズを低減するために、データインバージョン機能が考えられている。このデータインバージョン機能は、リード動作時に、前のサイクルのデータの半数以上のビットが当該サイクルで切り替わる場合は、当該サイクルのデータを反転して出力すると共に、データが反転されたことを示すフラグを出力する機能である。
【0004】
このデータインバージョン機能を用いることにより、実際に切り替えられるビットは常に全ビットの半数以下になり、例えば32ビットDRAMで発生される切替ノイズの大きさを16ビットDRAMで発生される切替ノイズの大きさ相当にまで抑えることができる。このデータインバージョン機能を実現するためには、多数決回路、即ち半数以上のビットが切替っているか否かを判定する回路が必要である。
【0005】
このような多数決回路に関連する技術として、特開2000−148605は、データ転送においてEMI輻射を削減する工夫として、効率的に、データ変化量を削減し、データ全部あるいは一部を反転させて変化量を削減できる「データ変化量を削減するデータ転送方法および装置」を開示している。この技術では、n本のデータ転送を行う場合に、n本をより小さなm本単位のs個のブロックに分けて(n=m×s)、このブロック単位でもって多数決を判定し、その結果であるs個の情報に対してさらに多数決判定を行うように簡素化する。これによって、非常に小規模な高速な判定回路を実現でき、ひいては実現可能なコストをもって、データ変化量の削減による不要輻射の減少、データ変化量の削減による消費電力の削減、等の効果を得ることができる。
【0006】
他の関連する技術として、特開2002−94380は、複数のDA変換部の出力信号を検出処理して故障回線を検出し速やかな回避を可能にし正常な回線の出力を選択出力するDA変換装置を開示している。また、特開平8−204562は、多入力端子に第1のスイッチ手段を介して容量が接続され、該各容量の一方の端子が共通接続されたセンスアンプに入力され、該容量の少なくとも一部が第2のスイッチ手段を介して共通接続されるようにした半導体装置を開示している。
【0007】
また、特開平9−64743は、多入力端子にスイッチ手段を介して容量手段が接続され、該各容量手段の一方の端子が共通接続されセンスアンプに入力される半導体装置において、スイッチ手段に供給する電源手段とセンスアンプに供給する第二の電源手段とを別個に設けた半導体装置を開示している。更に、特開平9−130250は、多入力端子にスイッチ手段を介して容量手段が接続され、該各容量手段の一方の端子が共通接続されセンスアンプに入力される半導体装置において、多入力端子に対応した容量手段のうち、最小の容量を容量値Cとしたとき、各入力端子に接続される容量手段のうち少なくとも一つ以上が、容量値Cである容量手段を複数個並列接続して形成された半導体装置を開示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図12は、論理ゲートで構成した従来の8ビット多数決回路の回路図を示す。この多数決回路では、8ビット中の4ビットが「1」である全ての組み合わせ、即ち、8C4=70通りの組み合わせの全てを検出しなければならない。従って、70個の4入力AND回路及び70入力OR回路が必要になる。
【0009】
この多数決回路では、データ信号D0〜D7の各々は35個の4入力AND回路に入力されるのでゲート負荷が大きくなる。従って、駆動能力の大きいドライバでデータ信号D0〜D7を駆動する必要がある。このように、論理ゲートで多数決回路を構成すると回路規模が大きくなり、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積が増大する。
【0010】
また、近年の画像用のDRAMには、クロック周波数300MHz程度で動作することが要求されており、上記多数決回路は、半サイクル、即ち1.7ns程度で多数決の判定を完了する必要がある。更には、多数決回路は、例えばバッテリー駆動の電子機器等でも使用されるため、低消費電力が望まれている。
【0011】
本発明は、上述した問題を解消し、且つ上述した要望に応えるためになされたものであり、その目的は、レイアウト面積を小さくできると共に、高速化及び低消費電力化が可能な多数決回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0013】
本発明に係る多数決回路は、上記目的を達成するために、オンとオフとが切り替えられる複数のビットから成るデータを表すデジタル信号をアナログ信号(SUM)に変換するD/A変換器(N00〜N17、R0)と、D/A変換器(N00〜N07、R0)からのアナログ信号(SUM)に基づいてデータ中の切り替えられたビットの多数決を判断する回路(R1、N08、OP0)、とを備えている。
【0014】
この多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、D/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成でき、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0015】
本発明に係る多数決回路において、多数決を判断する回路(R1、N08、OP0)は、多数決の閾値を表すリファレンス信号を発生するリファレンス発生回路(R1、N08)と、D/A変換器(N00〜N07、R0)からのアナログ信号(SUM)とリファレンス発生回路(R1、N08)からのリファレンス信号とを比較して多数決の判定結果である判定信号を出力する差動アンプ(OP0)、とを備えて構成できる。
【0016】
この場合、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)を備え、
外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07)を流れる電流の総和を抵抗素子(R0)で電圧に変換してアナログ信号(SUM)として出力し、リファレンス発生回路(R1、N08)は、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(N08)を備え、該トランジスタ(N08)を流れる電流を抵抗素子(R1)で電圧に変換してリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。
【0017】
この多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、抵抗素子及びトランジスタから成るD/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成できる。その結果、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0018】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)を構成する複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)、及びリファレンス発生回路(R1、N08)を構成するトランジスタに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(N18)に流れる電流を制御するカレントミラー回路(N0、N10〜N18)を更に備えて構成できる。
【0019】
この構成によれば、D/A変換器(N00〜N07、R0)の電流制御をカレントミラー回路(N0、N10〜N18)で行うことにより、電源VDDへの依存性が少なくなり、安定した動作が得られると共に、ミラー比を適宜決定することにより消費電力を低減できる。
【0020】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)を構成する複数のトランジスタ(N00〜N07)と該複数のトランジスタに電力を供給する電源(VDD)との間及びリファレンス発生回路(R1、N08)を構成するトランジスタ(N08)と該トランジスタ(N08)に電力を供給する電源(VDD)との間の少なくとも1つに電流経路を遮断するトランジスタ(P0、P1)を更に備えて構成できる。この構成によれば、多数決回路が未使用時には、電流パスがカットされるので、低消費電力を実現できる。
【0021】
また、本発明の多数決回路は、カレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)のミラー比を該カレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)に流れる電流が1/a(a>1)になるように設定し、抵抗素子(R1)の抵抗値をa倍に設定して構成できる。この構成によれば、リファレンス信号(REF)のレベルはそのままで、リファレンス発生回路(R1、N08)の消費電力を低減できる。
【0022】
また、本発明の多数決回路は、D/A変換器(N00〜N07、R0)から出力されるアナログ信号(SUM)とリファレンス発生回路(R1、N08)から出力されるリファレンス信号(REF)とを短絡するプリチャージトランジスタ(P2)を更に備え、プリチャージトランジスタ(P2)は、差動アンプ(OP0)による比較が開始される前の所定時間だけオンにされるように構成できる。この構成によれば、差動アンプOP0による比較の開始時における初動を高速化できるので、多数決回路の動作を高速化できる。
【0023】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、差動アンプ(OP0)による比較が開始されるまで、リファレンス発生回路(R1、N08)と同じ電流又は電圧を発生させる制御回路(NR0〜NR3、NR9、CX5〜CX7、INV8)を更に備えて構成できる。この構成によれば、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、プリチャージ時にリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生することにより、プリチャージ動作を高速化できる。
【0024】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、抵抗素子(R2、R3)による抵抗分割により発生された電圧をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、多数決回路の構成が簡単になる。
【0025】
また、前記リファレンス発生回路(R1、N08)は、前記D/A変換器(N00〜N07、R0)と対称な回路から成り、発生された電圧を前記リファレンス信号として出力するように構成できる。
【0026】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、当該多数決回路が形成されたチップ内部で発生された電源電圧をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、多数決回路を更に簡単に構成できる。
【0027】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)と複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)とから成るプルダウン用トランジスタと、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(P00〜P07)と複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(P10〜P17)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07、P00〜P07)を流れる電流の総和をアナログ信号(SUM)として出力し、リファレンス発生回路(R1、N08)は、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(N08)とトランジスタ(N08)に直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(N18)とから成るプルダウン用トランジスタと、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタ(P08)とトランジスタ(P08)に直列に接続されたカレントミラー用トランジスタ(P18)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、トランジスタ(N08、P08)を流れる電流をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、総和信号(SUM)のレベルが積極的にプルアップ又はプルダウンされるため、高速化が可能である。
【0028】
また、本発明の多数決回路において、リファレンス発生回路(R1、N08)は、D/A変換器(N00〜N07、R0)は、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(N00〜N07)と複数のトランジスタ(N00〜N07)にそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(N10〜N17)とから成るプルダウン用トランジスタと、データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタ(P00〜P07)と複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ(P10〜P17)とから成るプルアップ用トランジスタ、とを備え、外部から入力されたデータによりオンにされたトランジスタ(N00〜N07、P00〜P07)を流れる電流の総和をリファレンス信号(REF)として出力するように構成できる。この構成によれば、総和信号(SUM)とリファレンス信号(REF)とを対称な回路で生成することで、総和信号(SUM)とリファレンス信号(REF)の差は2ビット分となるので、差動アンプ(OP0)の動作マージンが拡大することができる。
【0029】
また、本発明の多数決回路において、D/A変換器(N00〜N07、R0)から出力される総和信号(SUM)を一方の端子に入力しリファレンス回路から出力されるリファレンス信号(REF)を他方の端子に入力する抵抗素子(R)を更に備え、該抵抗素子(R)を流れる電流の方向に基づきデータ中の切り替えられたビットの多数決をとるように構成できる。この構成によれば、抵抗素子Rの両端に確実に電圧差が生じるので動作の安定度を増すことができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本発明の実施の形態に係る多数決回路が、データインバージョン機能を有する4ビットプリフェッチDDR−SDRAM(4−bit Pre−fetch Double Data Rate Synchronous DRAM)に適用された場合について説明する。
【0031】
(実施の形態1)
図1は、4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路及び8つのリード回路からのデータに基づき本発明の実施の形態に係る多数決回路を用いてデータインバージョン機能を実現するためのデータインバージョン回路の構成を示すブロック図である。
【0032】
リード回路は、メインアンプ(MA0〜MA3)10、パラレル−シリアル変換器(CPS)11、バスドライバ12、レイテンシラッチ&データ反転制御回路(CLC)13、パラレル−シリアル変換&出力バッファ(Dout)14及び出力端子(DQ)15から構成されている。
【0033】
データインバージョン回路は、8個のリード回路に対して1個だけ設けられており、第1多数決回路(CDAC8)16a、第2多数決回路(CDAC8)16b、データ反転フラグ生成回路(CDINV)17、出力バッファ(Dout)18及び出力端子(DQM)19から構成されている。
【0034】
メインアンプ10は、4個のメインアンプMA0、MA1、MA2及びMA3から構成されている。メインアンプMA0〜MA3は、プリフェッチ動作によって図示しないメモリアレイから同時に読み出された4ビットのパラレルデータをそれぞれ増幅する。この増幅されたパラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3は、パラレル−シリアル変換器11に送られる。
【0035】
パラレル−シリアル変換器11は、4ビットのパラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3を、クロックの立上がり側データMAQRと立下り側データMAQFとから成る2ビットのパラレルデータに変換してシリアルに送出する。このパラレル−シリアル変換器11から出力されるデータMAQR及びMAQFはバスドライバ12に送られる。
【0036】
バスドライバ12は、パラレル−シリアル変換器11からのデータMAQR及びMAQFを、データバスDATAR及びDATAFにそれぞれ送出する。データバスDATAR及びDATAFは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13に接続されている。
【0037】
レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、当該サイクルにおけるデータバスDATARの内容と、前のサイクルにおけるデータバスDATAFの内容とを比較し、換言すれば排他的論理和(EOR)演算を行って、立上り比較結果を表す信号INVRとして出力する。また、当該サイクルにおけるデータバスDATARの内容と当該サイクルにおけるデータバスDATAFの内容とを比較し、立下り比較結果を表す信号INVFとして出力する。
【0038】
信号INVR及び信号INVFは、データ切替が発生したか否かを表す信号である。データ切替が発生した場合、信号INVRは高レベル(以下、「Hレベル」という)にされ、データ切替が発生しない場合は低レベル(以下、「Lレベル」という)にされる。信号INVFについても同じである。各リード回路のレイテンシラッチ&データ反転制御回路13で生成された信号INVRは第1多数決回路16aに、信号INVFは第2多数決回路16bにそれぞれ送られる。
【0039】
また、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、データ反転フラグ生成回路17からの反転信号DINVR及びDINVFに基づいて半数以上のビットが切り替わっていることを判断した場合は、データバスDATAR及びDATAFから送られてくるデータを反転し、そうでない場合は反転せずに、2ビットのパラレルデータDOR及びDOFとして出力バッファ14に送る。
【0040】
出力バッファ14は、パラレルデータDOR及びDOFをシリアルデータDQに変換する。この変換されたシリアルデータDQは、出力端子15から外部に送出される。
【0041】
第1多数決回路16aは、8個のリード回路の各々からの信号INVRに基づいて、半数以上のビットが切替ったか否かを判定し、判定結果を表す信号DATAINVR(図2、図4、図7〜図11における判定信号JUDGE)を生成し、データ反転フラグ生成回路17に送る。半数以上のビットが切替った場合、信号DATAINVRはHレベルにされる。同様に、第2多数決回路16bは、8個のリード回路の各々からの信号INVFに基づいて、半数以上のビットが切替ったか否かを判定し、判定結果を表す信号DATAINVF(図2、図4、図7〜図11における多数決の判定結果である判定信号JUDGE)を生成し、データ反転フラグ生成回路17に送る。半数以上のビットが切替った場合、信号DATAINVFはHレベルにされる。これらの第1多数決回路16a及び第2多数決回路16bの詳細は後述する。
【0042】
データ反転フラグ生成回路17は、第1多数決回路16aからの信号DATAINVR及び第2多数決回路16bからの信号DATAINVFに基づいて、反転信号DINVR及びDINVFをそれぞれ生成し、各リード回路のレイテンシラッチ&データ反転制御回路13に送る。
【0043】
また、データ反転フラグ生成回路17は、反転信号DINVR及びDINVFを、出力バッファ18に送る。出力バッファ18は、反転信号DINVR及びDINVFに基づいてデータが反転されたことを示すフラグDQMを生成し出力端子19に送る。このフラグDQMは、出力端子19から外部に送出される。
【0044】
次に、上述した第1多数決回路16a及び第2多数決回路16bの詳細を説明する。なお、第1多数決回路16aの構成及び動作は、第2多数決回路16bのそれらと同じであるので、以下では、多数決回路16と総称して説明する。
【0045】
図2は、多数決回路16の構成を示す回路図である。この多数決回路16は、大きく分けると、8ビットのD/A変換器(DAC)、リファレンス発生回路及び差動アンプOP0から構成されている。
【0046】
D/A変換器は、8個のトランジスタN00〜N07と抵抗素子R0とから構成されている。トランジスタN00〜N07としては、同じ大きさの電流を流す同一規格のnMOSトランジスタを使用することができる。トランジスタN00〜N07のドレインは、抵抗素子R0の一方の端子及び差動アンプOP0の非反転入力端子(+)に接続されており、ソースは接地されている。また、トランジスタN00〜N07のゲートにはビット信号D0_B〜D7_B(「1」のときLレベル)がそれぞれ供給される。ビット信号D0_B〜D7_Bは、8個のリード回路から出力される信号INVR又は信号INVFに対応する。抵抗素子R0の他方の端子は電源VDDに接続されている。
【0047】
このD/A変換器では、トランジスタN00〜N07中のオフからオンに変化したトランジスタの数、即ちデータ中の切り替わったビット数に対応する大きさの電流が抵抗素子R0に流れる。この時のトランジスタN00〜N07と抵抗素子R0との接続点の電位が総和信号SUMとして差動アンプOP0の非反転入力端子に供給される。
【0048】
また、リファレンス発生回路は、トランジスタN08及び抵抗素子R1から構成されている。トランジスタN08のドレインは抵抗素子R1の一方の端子及び差動アンプOP0の反転入力端子(−)に接続されており、ソースは接地されている。トランジスタN08のゲートには、バイアスとして定電圧DACBIASが供給されており、このトランジスタN08に流す電流を制御する。このトランジスタN08は、トランジスタN00〜N07の何れかの3.5倍の電流を流す。抵抗素子R1の他端は電源VDDに接続されている。この抵抗素子R1の抵抗値は、上述した抵抗素子R0の抵抗値と同じである。
【0049】
抵抗素子R1には、トランジスタN00〜N07の3.5倍の電流が流れる。この時のトランジスタN08と抵抗素子R1との接続点の電位がリファレンス信号REFとして差動アンプOP0の反転入力端子に供給される。差動アンプOP0は、総和信号SUMとリファレンス信号REFとを比較し、比較結果を判定信号JUDGEとして出力する。切り替わったビット数に対応する総和信号SUM及びリファレンス信号REFのレベルは下記の通りとなり、5ビット以上、4ビット以下を区別することができる。
0ビット:SUM=VDD−8*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
1ビット:SUM=VDD−7*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
2ビット:SUM=VDD−6*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
3ビット:SUM=VDD−5*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
4ビット:SUM=VDD−4*R*I<REF=VDD−3.5*R*I
5ビット:SUM=VDD−3*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
6ビット:SUM=VDD−2*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
7ビット:SUM=VDD−1*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
8ビット:SUM=VDD−0*R*I>REF=VDD−3.5*R*I
【0050】
切り替わったビット数が0〜4の範囲では「SUM<REF」であり、切り替わったビット数が5〜8の範囲では「SUM>REF」である。従って、総和信号SUMとリファレンス信号REFを差動アンプOP0で比較することにより、多数決の判定結果を表す判定信号JUDGEを得ることができる。なお、上述した多数決回路は、主にnMOSトランジスタを用いて構成されているが、pMOSトランジスタを用いて構成することもできる。また、抵抗素子R0及びR1としては、MOSトランジスタのオン抵抗を利用することもできる。
【0051】
次に、以上のように構成される本発明の実施の形態1に係る多数決回路が適用された4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路の動作を、図3に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。
【0052】
図3(A)に示すクロック(CLK)T0の立ち上がりエッジにおいて、図3(B)に示すように、リード(READ)コマンドが認識されると、図示しないメモリアレイから4つのデータが読み出される。この読み出された4つのデータは、メインアンプ10で増幅され、図3(C)〜図3(F)に示すように、パラレルデータMAQ0、MAQ1、MAQ2及びMAQ3としてパラレル−シリアル変換器11に送られる。図3中の‘0’、‘1’、‘2’、‘3’は出力端子15から出力されるデータの順番を表す。
【0053】
パラレル−シリアル変換器11は、図3(G)及び図3(H)に示すように、パラレルのデータ‘0’、‘1’、‘2’及び‘3’を、2個(DATAR及びDATAF)のパラレルデータに変換し、クロックT2の立ち上がりのタイミングでデータ‘0’及び‘1’を、クロックT3の立ち上がりのタイミングでデータ‘2’及び‘3’をそれぞれシリアルに出力する。
【0054】
クロックT2のサイクルでは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(I)に示すように、データ‘0’を前サイクルのデータ‘−1’と比較して、つまり排他的論理和(EOR)演算を行って、立上り比較結果を表す信号INVRを出力する。同様に、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(J)に示すように、当該サイクルのデータ‘1’を当該サイクルのデータ‘0’と比較して立下り比較結果を表す信号INVFを出力する。
【0055】
次のサイクルでは、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(I)に示すように、データ‘2’をデータ‘1’と比較して立上り比較結果を表す信号INVRを出力する。また、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13は、図3(J)に示すように、データ‘3’をデータ‘2’と比較して立下り比較結果を表す信号INVFを出力する。
【0056】
信号INVR及びINVFは、上述したようにデータ中のビットが切り替えられたか否かを表す。ビットが切り替えられた場合、信号INVR及びINVFはHレベルにされる。多数決回路16は、図3(K)及び図3(L)に示すように、クロックT2の立下りエッジから多数決を判定する動作を開始し、判定結果を表す信号DATAINVR及びDATAINVFはクロックT3の立上りエッジで図示しないラッチにラッチされる。従って、多数決判定に使用できる時間は半サイクル程度である。多数決回路16は信号DATAINVR及びDATAINVFをデータ反転フラグ生成回路17に送る。
【0057】
信号DATAINVR及びDATAINVFを受け取ったデータ反転フラグ生成回路17は、図3(M)及び図3(N)に示すように、データ反転するか否かを表すデータ反転フラグDINVR及びDINVFを、それぞれクロックT3の立下り及びクロックT4の立上りで出力する。2つのデータバスDATAR及びDATAFの内容は、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13において、データ反転フラグDINVR及びDINVFと演算処理された後、図3(O)及び図3(P)に示すように、パラレルデータDOR及びDOFとしてパラレル−シリアル変換器14に送られる。
【0058】
パラレル−シリアル変換器14は、図3(Q)に示すように、レイテンシラッチ&データ反転制御回路13からの2つのパラレルデータDOR及びDOFを1つのシリアル信号に変換し、出力端子15からデータ‘0’、‘1’、‘2’、‘3’の順番で出力する。データ反転フラグDINVR及びDINVFも同様にシリアルデータDQに変換され、出力端子18から出力される。
【0059】
以上説明したように、本発明の実施の形態1に係る多数決回路によれば、多数決を判断するための回路を、抵抗素子及びトランジスタから成るD/A変換器を用いて構成したので、比較的少数の素子で多数決回路を構成できる。その結果、多数決回路が形成される集積回路のレイアウト面積を小さくできる。
【0060】
なお、上述した多数決回路のリファレンス発生回路は、D/A変換器と同様の依存性を持たせるために、3.5ビット分の電流を抵抗素子R1に流しリファレンス信号REFを発生させているが、図7に示すように、抵抗素子R2と抵抗素子R3との抵抗分割によってリファレンス信号REFを発生させることも可能である。また図8に示すように、他の用途のためにチップ内部で形成される電源をリファレンス発生回路とみなすこともできる。具体的には、リファレンス信号REFレベルを、メモリセルのハイ書込み電圧やプレート電圧等で代用することも可能である。
【0061】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る多数決回路を、図4に示した回路図を参照しながら説明する。この実施の形態2に係る多数決回路は、低消費電力化及び高速化を実現するために、図2に示した実施の形態1に係る多数決回路を変形することにより構成されている。
【0062】
この実施の形態2に係る多数決回路では、低消費電力化を実現するために、実施の形態1に係る多数決回路が以下のように変形されている。
【0063】
第1の変形は、カレントミラー回路が付加されていることである。このカレントミラー回路により、多数決回路を流れる電流が制御される。即ち、トランジスタN00〜N07にカレントミラー用トランジスタN10〜N17がそれぞれ直列に接続され、カレントミラー用トランジスタN10〜N17のゲートには定電圧DACBIASが供給される。定電圧DACBIASは、ドレインとゲートとが接続されたトランジスタN0に定電流I0を流すことにより得られる。この構成により、カレントミラー用トランジスタN10〜N17に流れる電流は、トランジスタN0に対するミラー比で制御される。
【0064】
リファレンス発生回路も、上記と同様に、トランジスタN08にカレントミラー用トランジスタN18が直列に接続され、カレントミラー用トランジスタN18のゲートには定電圧DACBIASが供給される。この構成により、カレントミラー用トランジスタN18の電流は、トランジスタN0に対するミラー比で制御される。
【0065】
第2の変形は、電流パスのカット機能が追加されていることである。即ち、電源VDDと抵抗素子R0との間及び電源VDDと抵抗素子R1との間にpMOSトランジスタP0及びP1がそれぞれ挿入され、pMOSトランジスタP0及びP1のゲートにはイネーブル信号EN_Bが供給される。多数決回路の未使用時には、イネーブル信号EN_BをHレベルにすることにより電流パスがカットされ、電力消費が行われない。なお、pMOSトランジスタP0及びP1の2つが必ずしも挿入されている必要はなく、少なくとも1つが挿入されていれば消費電力を低減できる。
【0066】
第3の変形は、上記カレントミラー回路が追加された多数決回路において、リファレンス発生回路の電流低減機能が追加されていることである。即ち、リファレンス発生回路の電流源であるトランジスタN18のミラー比を変更することによりトランジスタN18を流れる電流量が1/a(a>1)にされ、抵抗素子R1の抵抗値がa倍にされている。これにより、リファレンス信号REFのレベルは「VDD−3.5*R*I」のままで、リファレンス発生回路の消費電力を1/aにできる。
【0067】
次に、実施の形態2に係る多数決回路では、動作の高速化のために、差動アンプによる比較動作が開始される前に、総和信号SUMのレベルをリファレンス信号REFのレベルまでプリチャージしておき、比較動作が開始されるのと同時にプリチャージを解除する機能が追加されている。この機能を実現するために、上記変形に加えて以下の変形が行われている。
【0068】
第4の変形は、リファレンス信号REFと総和信号SUMとの間にプリチャージトランジスタP2を設けたことである。このプリチャージトランジスタP2のゲートにはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。プリチャージ時は、プリチャージ信号PRE_BはLレベルになるように制御される。これにより、トランジスタP2はオンにされてリファレンス信号REFと総和信号SUMとが短絡される。
【0069】
第5の変形は、上記カレントミラー回路が追加された多数決回路において、プリチャージ時に3.5ビット分の電流がD/A変換器に流れるように制御し、以てリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生させる機能が追加されたことである。この機能を実現するため、本発明の制御回路が追加されている。
【0070】
制御回路は、トランジスタN09とこれに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタN19、2入力NOR回路NR0〜NR4、コンプレックス回路CX5〜CX7、2入力NOR回路NR9及びインバータIV8を備えている。トランジスタN09のドレイン側はトランジスタN00〜N07と共に総和信号SUMに接続され、カレントミラー用トランジスタN19のゲートには定電圧DACBIASが供給される。カレントミラー用トランジスタN19のミラー比はカレントミラー用トランジスタN10〜N17の半分の電流が流れるように設定される。
【0071】
また、トランジスタN00〜N04のゲートには、それぞれ2入力NOR回路NR0〜NR4の出力信号が供給され、2入力NOR回路の一方の入力端子にはビット信号D0〜D4(「1」の時にHレベル)がそれぞれ供給され、他方の入力端子にはプリチャージ時にHレベルにされる信号PREがそれぞれ供給される。トランジスタN05〜N07のゲートには、それぞれコンプレックス回路CX5〜CX7の出力信号が供給され、コンプレックスゲート回路のNORゲートの入力端子には動作時にLレベルになるイネーブル信号EN_Bが供給され、コンプレックス回路のANDゲートの一方の入力端子にはビット信号D5〜D7(「1」の時にHレベル)が供給され、他方の入力端子にはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。
【0072】
トランジスタN09のゲートには、2入力NOR回路NR9の出力信号が供給され、2入力NOR回路の一方の入力端子にはイネーブル信号EN_Bが供給され、他方の入力端子にはプリチャージ信号PRE_Bが供給される。プリチャージ時は、2入力NOR回路NR0〜NR4の出力はLレベルになりトランジスタN00〜N04はオフになる。また、コンプレックス回路CX5〜CX7及び2入力NOR回路NR9の出力はHレベルになり、トランジスタN05〜N07及びN09はオンになる。従って、プリチャージ時には、抵抗素子R0には3.5ビット分の電流が流れ、総和信号SUMのレベルは「VDD−3.5*R*I」になってリファレンス信号REFと等しくなる。
【0073】
以上は、実施の形態1に係る多数決回路に上述した5つの変形が適用された場合を説明したが、各変形は独立に、実施の形態1に係る多数決回路に適用できる。
【0074】
次に、図4に示した実施の形態2に係る多数決回路の動作を、図5に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。以下では、4ビットプリフェッチDDR−SDRAMから2バイトのデータがシリアルにリードされ、最初のデータは5ビット以上が切り替わり、次のデータは4ビット以下が切り替わる場合を例に挙げて説明する。
【0075】
リード時に、この多数決回路に供給されるイネーブル信号EN_Bは、図5(B)に示すように、Lレベルになるように制御される。また、この多数決回路は、動作を開始するまではプリチャージ状態にあり、信号PREは、図5(D)に示すようにHレベルになるように制御され、プリチャージ信号PRE_Bは、図5(E)に示すように、Lレベルになるように制御される。この状態では、総和信号SUMはリファレンス信号REFと短絡状態にあり、かつトランジスタN05〜N09がオンにされて3.5ビット相当の電流が流れる。その結果、総和信号SUMはリファレンス信号REFと同レベルにされている。
【0076】
図5(A)に示すクロックT2の立下りで、図5(D)に示すように、信号PREがLレベルに変化し、図5(E)に示すように、プリチャージ信号PRE_BがHレベルに変化し、多数決判定が開始される。即ち、トランジスタN09はオフにされ、図5(C)に示すデータ信号D0〜D7によりトランジスタN00〜N07のオン又はオフにされる。ここでは5ビット以上が切り替わると仮定しているので、オンにされるトランジスタは3個以下である。
【0077】
これにより、図5(F)に示すように、総和信号SUMのレベルはリファレンス信号REFに対して除々に上昇する。総和信号SUMとリファレンス信号REFのレベル差が十分に大きくなった段階で差動アンプOP0がオンにされる。これにより、差動アンプOP0は、図5(G)に示すように、判定結果JUDGEをHレベルにする。この後プリチャージ状態に戻り、次サイクルの判定動作に備えられる。
【0078】
次サイクルでは、クロックT3の立下りで多数決判定が開始される。この場合は、4ビット以下のデータが切り替わるので、トランジスタN00〜N07のうち、オンされるのは4個以上である。これにより、図5(F)に示すように、総和信号SUMのレベルはリファレンス信号REFに対して除々に下降し、差動アンプOP0は、図5(G)に示すように、判定結果JUDGEをLレベルにする。
【0079】
以上説明したように、この実施の形態2に係る多数決回路によれば、D/A変換器の電流制御をカレントミラー回路で行うことにより、電源VDDへの依存性が少なくなり、安定した動作が得られると共に、ミラー比を適宜決定することにより消費電力を低減できる。更に、未使用時に電流パスがカットされ、また、リファレンス発生回路の電流制御もカレントミラー回路で行うことにより、低消費電力化が実現されている。
【0080】
図6は、上述した第4及び第5の変形が適用されることにより高速化がなされる前と高速化がなされた後の波形を比較して示す。この図6から、実施の形態2に係る多数決回路において、多数決判定の動作を開始する前に総和信号SUMとリファレンス信号REFをプリチャージすることにより、差動アンプOP0による比較の開始時における初動を高速化できることが理解できる。また、D/A変換器は、プリチャージ時にリファレンス信号REFと同レベルの総和信号SUMを発生することにより、プリチャージ動作を高速化できる。
【0081】
実施の形態2に係る多数決回路のリファレンス発生回路は、D/A変換器と同様の依存性を持たせるために、3.5ビット分の電流を抵抗素子R1に流しリファレンス信号REFを発生させているが、図7に示すように、抵抗素子R2と抵抗素子R3との抵抗分割による分圧でリファレンス信号REFを発生させることも可能である。また図8に示すように、他の用途の内部電源をリファレンス発生回路とみなすこともできる。具体的には、リファレンス信号REFレベルを、メモリセルのハイ書込み電圧やプレート電圧等で代用することも可能である。
【0082】
(実施の形態3)
上述した実施の形態2に係る多数決回路(図4)おけるD/A変換器は、データ中の切り替わったビット数に応じた電流値を抵抗素子R0を用いて電圧値に変換する方式である。これに対し、実施の形態3に係る多数決回路では、D/A変換器の入力は、プルアップ用トランジスタ及びプルダウン用トランジスタの両方に接続されており、オンにされるトランジスタの数により電流量又は電圧が決定される。
【0083】
図9は、本発明の実施の形態3に係る多数決回路の構成を示す回路図である。この多数決回路において、プルダウン用トランジスタを構成するトランジスタN00〜N07及びカレントミラー用トランジスタN100〜N17の接続は、図4に示した接続と同じである。この実施の形態3に係る回路では、プルアップ用トランジスタとしてトランジスタP00〜P07が設けられ、ドレイン側が総和信号SUMに接続されている。
【0084】
また、トランジスタP00〜P07のそれぞれにトランジスタP10〜P17が直列に接続されると共に、トランジスタN1及びP0によりプルアップ用トランジスタの電流源が形成されることにより、カレントミラー回路が形成されて電流制御を行う。トランジスタP00〜P07のゲートにはビット信号D0_B〜D7_Bが供給される。これらビット信号D0_B〜D7_Bにより、トータルのプルアップ及びプルダウン電流が決定される。そして、プルアップ及びプルダウン電流が相殺された後の電流が総和信号SUMとして確定される。
【0085】
更に、データ中の切り替わったビット数が4ビットの時、プルアップ及びプルダウン電流が等しくなり総和信号SUMの確定が不安定になるため、トランジスタN09及びN19により、プルダウン電流を1ビット分増やしている。リファレンス発生回路はトランジスタP18及びP08を直列接続し、プルダウンが4.5ビット相当、プルアップが4.5ビット相当の電流とする。切り替わったビット数に対する総和信号SUM及びリファレンス信号REFは下記の通りとなり、5ビット以上、4ビット以下を切り分けることができる。
0ビット SUM(プルダウン+9)<REF(±0)
1ビット SUM(プルダウン+7)<REF(±0)
2ビット SUM(プルダウン+5)<REF(±0)
3ビット SUM(プルダウン+3)<REF(±0)
4ビット SUM(プルダウン+1)<REF(±0)
5ビット SUM(プルアップ+1)>REF(±0)
6ビット SUM(プルアップ+3)>REF(±0)
7ビット SUM(プルアップ+5)>REF(±0)
8ビット SUM(プルアップ+7)>REF(±0)
【0086】
この多数決回路はプルアップ、プルダウン両方のトランジスタを使用するため、レイアウト面積が増大するが、総和信号SUMのレベルが積極的にプルアップ又はプルダウンされるため、高速化が可能である。
【0087】
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る多数決回路では、図10に示すように、リファレンス発生回路の代わりに実施の形態3に係る多数決回路で使用されるD/A変換器を使用し、このD/A変換器にビット信号D0〜D7を供給するように構成されている。この場合、データ中の切り替わったビット数に対する総和信号SUM、リファレンス信号REFは下記の通りとなる。
0ビット SUM(プルダウン+9)<REF(プルアップ+9)
1ビット SUM(プルダウン+7)<REF(プルアップ+7)
2ビット SUM(プルダウン+5)<REF(プルアップ+5)
3ビット SUM(プルダウン+3)<REF(プルアップ+3)
4ビット SUM(プルダウン+1)<REF(プルアップ+1)
5ビット SUM(プルアップ+1)>REF(プルダウン+1)
6ビット SUM(プルアップ+3)>REF(プルダウン+3)
7ビット SUM(プルアップ+5)>REF(プルダウン+5)
8ビット SUM(プルアップ+7)>REF(プルダウン+7)
【0088】
上述した実施の形態3に係る多数決回路においては、データ中の切り替わったビット数が4ビット及び5ビットである時、総和信号SUMとリファレンス信号REFの差は1ビット分の電流差であるが、この実施の形態4に係る多数決回路のように総和信号SUMとリファレンス信号REFとを対称な回路で生成することで、総和信号SUMとリファレンス信号REFの差は2ビット分となる。これにより、差動アンプの動作マージンが拡大する。
【0089】
なお、この実施の形態4に係る多数決回路と同様に、上述した実施の形態1及び2に係る多数決回路においても、D/A変換器とリファレンス発生回路とを対称な回路で構成することができる。換言すれば、リファレンス発生回路としてD/A変換器と同じ構成を用いることができ、この場合も上記と同様の効果を奏する。
【0090】
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5に係る多数決回路では、上述した実施の形態4に係る多数決回路の総和信号SUMとリファレンス信号REFとが抵抗素子Rで接続されている。これにより、データ中の切り替わったビット数が0〜4ビットでは、電流はリファレンス信号REFから総和信号SUMに流れ、5〜8ビットでは逆に総和信号SUMからリファレンス信号REFに流れる。従って、抵抗素子Rの両端に確実に電圧差が生じ、動作の安定度が増す。
【0091】
以上説明した多数決回路は、8ビットのD/A変換器の例であるが、本発明は、任意のビットについて適用可能である。またデータ中の切り替わったビット数が8ビットのうちの0〜4ビット又は5〜8ビットを切り分ける、即ち閾値が4.5ビットの回路であるが、リファレンス信号REFの設定を変えることにより、閾値を任意に変えることが可能である。
【0092】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、レイアウト面積を小さくできると共に、高速化及び低消費電力化が可能な多数決回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る多数決回路が適用される4ビットプリフェッチDDR−SDRAMのリード回路及び該多数決回路を用いたデータインバージョン回路の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明の実施の形態2に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る多数決回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】本発明の実施の形態2に係る多数決回路において高速化する前後の動作を比較して説明するためのタイミングチャートである。
【図7】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の変形例の構成を示す回路図である。
【図8】本発明の実施の形態1に係る多数決回路の他の変形例の構成を示す回路図である。
【図9】本発明の実施の形態3に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図10】本発明の実施の形態4に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図11】本発明の実施の形態5に係る多数決回路の構成を示す回路図である。
【図12】従来の多数決回路の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
N0、N1、N00〜N09、N10〜N19 トランジスタ
P0、P00〜P09、P10〜P19 トランジスタ
NR0〜NR3、NR9 2入力NOR回路
CX5〜CX7 コンプレックス回路
INV8 インバータ
R、R0〜R3 抵抗素子
OP0 差動アンプ
Claims (14)
- オンとオフとが切り替えられる複数のビットから成るデータを表すデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、
前記D/A変換器からのアナログ信号に基づいて前記データ中の切り替えられたビットの多数決を判断する回路、
とを備えた多数決回路。 - 前記多数決を判断する回路は、
多数決の閾値を表すリファレンス信号を発生するリファレンス発生回路と、
前記D/A変換器からのアナログ信号と前記リファレンス発生回路からのリファレンス信号とを比較して多数決の判定結果である判定信号を出力する差動アンプ、
とを備えた請求項1に記載の多数決回路。 - 前記D/A変換器は、前記データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタを備え、
外部から入力された前記データによりオンにされたトランジスタを流れる電流の総和を抵抗素子で電圧に変換して前記アナログ信号として出力し、
前記リファレンス発生回路は、流れる電流の大きさが制御されるトランジスタを備え、該トランジスタを流れる電流を抵抗素子で電圧に変換して前記リファレンス信号として出力する、請求項2に記載の多数決回路。 - 前記D/A変換器を構成する複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタ、及び前記リファレンス発生回路を構成するトランジスタに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタに流れる電流を制御するカレントミラー回路を更に備えた、請求項3に記載の多数決回路。
- 前記D/A変換器を構成する複数のトランジスタと該複数のトランジスタに電力を供給する電源との間及び前記リファレンス発生回路を構成するトランジスタと該トランジスタに電力を供給する電源との間の少なくとも1つに電流経路を遮断するトランジスタを更に備えた請求項3又は4に記載の多数決回路。
- 前記カレントミラー用トランジスタのミラー比を該カレントミラー用トランジスタに流れる電流が1/a(a>1)になるように設定し、前記抵抗素子の抵抗値をa倍に設定した、請求項4又は5に記載の多数決回路。
- 前記D/A変換器から出力されるアナログ信号と前記リファレンス発生回路から出力されるリファレンス信号とを短絡するプリチャージトランジスタを更に備え、
前記プリチャージトランジスタは、前記差動アンプによる比較が開始される前の所定時間だけオンにされる、請求項2乃至6の何れか1項に記載の多数決回路。 - 前記D/A変換器は、前記差動アンプによる比較が開始されるまで、前記リファレンス発生回路と同じ電流又は電圧を発生させる制御回路を更に備えた、請求項2乃至6の何れか1項に記載の多数決回路。
- 前記リファレンス発生回路は、前記D/A変換器と対称な回路から成り、発生された電圧を前記リファレンス信号として出力する、請求項3に記載の多数決回路。
- 前記リファレンス発生回路は、抵抗素子による抵抗分割により発生された電圧を前記リファレンス信号として出力する、請求項3に記載の多数決回路。
- 前記リファレンス発生回路は、当該多数決回路が形成されたチップ内部で発生された電源電圧を前記リファレンス信号として出力する、請求項3に記載の多数決回路。
- 前記D/A変換器は、
前記データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタと複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタとから成るプルダウン用トランジスタと、
前記データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタと複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタとから成るプルアップ用トランジスタ、
とを備え、
外部から入力された前記データによりオンにされたトランジスタを流れる電流の総和を前記アナログ信号として出力し、
前記リファレンス発生回路は、
流れる電流の大きさが制御されるトランジスタとトランジスタに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタとから成るプルダウン用トランジスタと、
流れる電流の大きさが制御されるトランジスタとトランジスタに直列に接続されたカレントミラー用トランジスタとから成るプルアップ用トランジスタ、
とを備え、
前記トランジスタを流れる電流をリファレンス信号として出力する、請求項2に記載の多数決回路。 - 前記リファレンス発生回路は、
前記データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタと複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタとから成るプルダウン用トランジスタと、
前記データを構成する複数のビットに対応する複数のトランジスタと複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続された複数のカレントミラー用トランジスタとから成るプルアップ用トランジスタ、
とを備え、
外部から入力された前記データによりオンにされたトランジスタを流れる電流の総和をリファレンス信号として出力する、請求項12に記載の多数決回路。 - 前記D/A変換器から出力される総和信号を一方の端子に入力し前記リファレンス回路から出力されるリファレンス信号を他方の端子に入力する抵抗素子を更に備え、該抵抗素子を流れる電流の方向に基づき前記データ中の切り替えられたビットの多数決をとる請求項13に記載の多数決回路。
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