JP2004164775A - Memory circuit and data readout method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリ回路及びデータ読み出し方法に係り、特に、メモリにおいてビット線の電荷の充電/放電に対して断熱充電を行う回路構成を有するメモリ回路及びメモリ回路からデータを読み出すためのデータ読み出し方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来知られているEEPROMのデータの読み出し方法をNAND型について説明する。
【0003】
図5は、従来のNAND型EEPROMの回路構成を示す。
【0004】
同図に示す各メモリブロック20は、GND線から縦積みで記憶素子であるトランジスタ10が直列接続されて、ビット線BL1,BL2に接続されている。ビット線BL1、BL2は、シールド用トランジスタ11、12に接続され、ビット線BL1は、センス回路13及び定電圧電源VDD14に接続されている。
【0005】
仮に、ワード線1(WL1)には0V、その他のワード線(WL2,WL3,WL4)にはVpassの電圧を与えるとする。このとき、ワード線1(WL1)のトランジスタ10bが選択されることになり、選択されたトランジスタ10bの状態は、図6に示すように、低閾値(低Vth)状態では、ローインピーダンス(電流が流れる)、高閾値(高Vth)状態では、ハイインピーダンス(電流が流れない)となる。
【0006】
EEPROMでは、ビット線を所定の電圧にまでプリチャージしておき、記憶素子に電流が流れるか否かで変化するビット線電圧を、ダミーセルの参照電圧と比較する。センス回路13としては、ラッチ型回路が用いられる。以下に詳しく動作例を説明する。
【0007】
図5に示す従来の回路図において、ビット線をプリチャージする時に、定電圧電源VDD14を用いる。また、放電するときにGND線15を用いる。以下に詳細な動作例について、図7に基づいて説明する。
【0008】
まず、初期状態から、PRE16をHighとして、プリチャージを行う。また、ワード線(WL1〜WL4)は全てHighとしており、このとき、記憶素子内のすべてのトランジスタは導通している。図7では、ビット線の電位はBL1で示しており、PRE16がHighとなると直ちに上昇する。次に、ワード線1(WL1)をLowとする。このとき、ワード線1(WL1)に関するトランジスタ10bが選択される。選択されたトランジスタ10bが高閾値である時に導通せず、低閾値であるときに導通する。
【0009】
次に、BSS17をHighとして、GND線と記憶素子であるトランジスタ10b〜eを接続する。選択されたトランジスタ10bが導通している時には、ビット線BL1の電荷はGND線15へと放電される。また、選択されたトランジスタ10bが導通していない時には、ビット線BL1の電荷は放電されずに、高い電位を保ったままである。
【0010】
その後、BSS17をLowとして、GND線15と記憶素子であるトランジスタ10b〜eの接続を切る。そして、ワード線1(WL1)をHighとして、すべてのワード線(WL1,WL2,WL3,WL4)をHighとして、メモリセルブロック20のすべてのトランジスタを導通状態とする。
【0011】
次に、センス信号SをHighとして、ビット線の電位をセンス回路13の方に取り込むことにより、ビット線BL1の電位が高いか、低いかを判定する。
【0012】
次に、BDSをLowとして、ビット線とメモリセルブロックを電気的に切り離す。そして、新たにメモリセルブロックを選択することを繰り返す。
【0013】
ここで、BDSは、どのメモリセルブロックを有効にするかを選択するための信号である。1つのメモリセルブロック内において、ワード線を移動させる場合には、選択したメモリセルブロックは変化しないために、BDSの状態を変える必要がない。
【0014】
なお、2回目のビット線の充電のタイミングチャートは、1回目の繰り返しである(上記の従来の回路については、例えば、非特許文献1、非特許文献2参照。)。
【0015】
【非特許文献1】
フラッシュメモリ技術ハンドブック、桝岡富士雄編者、サイエンスフォーラム1993.
【非特許文献2】
宮本順一、作井康司、渥美滋、吉川邦良著、フラッシュメモリ、低消費電力・高速LSI技術、桜井貴康編者、リアライズ社、p.192(1998).
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方式では、ビット線のプリチャージを行っているために、大きな負荷容量を持つビット線の充放電のために、消費電力を低減できないという問題がある。
【0017】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、ビット線の充電または、放電する際の消費電力を低減させることが可能なメモリ回路及びデータ読み出し方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビット線と、該ビット線を充電する充電手段と、該ビット線を介して接続される記憶素子からなるメモリセルブロックと、各記憶素子を駆動するワード線と、該ワード線により選択された記憶素子の状態により、電流が接地方向に流れる場合に、該ビット線の電圧が低下し、電流が流れない場合にビット線の電圧が保たれることを判定する該ビット線に接続される判定回路とを有するメモリ回路であって、
充電手段は、電荷再利用電源からの出力電圧を用いてビット線を充電する手段を有し、
ビット線の電荷を放電する場合に、電荷再利用電源の方に電荷を回収する回収手段を有する。
【0019】
また、本発明は、記憶素子の接地線を、電荷再利用型電源に接続されるパワークロック線とし、
回収手段は、ビット線の電荷を放電する場合に、パワークロック線を介して電荷を回収する。
【0020】
また、本発明は、ビット線がプリチャージされているときに、パワークロックの電圧がピーク電圧に達した後に、該ビット線とパワークロック線を電気的に接続する手段を有する。
【0021】
本発明は、ビット線と、該ビット線を充電する充電手段と、該ビット線を介して接続される記憶素子からなるメモリセルブロックと、各記憶素子を駆動するワード線と、該ワード線により選択された記憶素子の状態により、電流が接地方向に流れる場合に、該ビット線の電圧が低下し、電流が流れない場合にビット線の電圧が保たれることを判定する該ビット線に接続される判定回路とを有するメモリ回路におけるデータ読み出し方法において、
電荷再利用型電源に接続されるパワークロック線を介してビット線を断熱充電的に充電し、
ワード線を選択し、
パワークロック線とワード線に接続される記憶素子を接続し、
パワークロック線を介してビット線を断熱充電的に放電し、該ビット線の電荷を回収し、
ビット線の電位を判定回路に取込み、該ビット線の電位を判定する。
【0022】
上記のように、本発明は、従来のようにメモリセルブロックの接地線をグランドには接続せず、電荷再利用型電源に接続されたパワークロック線に接続し、ビット線への充電/放電をこのパワークロック線を介して行うことにより、ビット線の充電/放電に要する消費電力を、従来の定電圧電源でプリチャージする構成に比べて消費電力を低減させることが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【0024】
図1は、本発明の一実施の形態におけるメモリ回路の構成を示す。
【0025】
本実施の形態では、ビット線をプリチャージする時に、従来の図5に示すVDD14の代わりに、電荷再利用型電源(図示せず)に接続されているパワークロック線PCK22を用いている。また、従来回路のGND15の代わりにパワークロック線21を用いており、これにより電荷の回収を行うことが可能となる。これ以外は、前述の図5の構成と同様である。なお、電荷再利用型電源については、[特願平11−33953,多相式電荷リサイクル階段状電源回路]や、[Shunji Nakata et al., A low power multiplier using adiabatic charging binary decision diagram circuit, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2305(2000) ]に記載されているものが利用可能である。これにより、電荷の回収を行うことが可能となる。
【0026】
以下に、詳細な動作を図2を用いて説明する。
【0027】
図2は、本発明の一実施の形態におけるメモリ回路のタイミングチャートであり、図3は、本発明の一実施の形態における動作を説明するための図である。
【0028】
まず、初期状態から(ビット線がLow)(ステップ101)、PRE16をHighとして、プリチャージの準備を行う(ステップ103)。また、ワード線(WL1,WL2,WL3,WL4)は、全てHighとしており、記憶素子内のすべてのトランジスタ10b,c,d,e,h,i,j,kは導通している。次に、パワークロック線PCK22を緩やかに上昇させ、ビット線BL1も上昇させる(ステップ104)。図2に示すように、ビット線の電位はBL1で示しているように、PCKの上昇と共に同じように緩やかに上昇する。
【0029】
次に、ワード線WL1をLowとする。このとき、ワード線WL1に関するトランジスタ10bが選択される。選択されたトランジスタ10bが高閾値であるときに導通せず、低閾値である時に導通する。
【0030】
次に、BSS17をHighとしてPCK線21と記憶素子であるトランジスタ10b〜eを接続する(ステップ105)。そして、PCK線21の電位を緩やかに低減し、ビット線BL1の電荷を回収する(ステップ106)。ここで選択されたトランジスタ10bが高閾値であるときに導通せず、ビット線BL1の電荷は回収されず高い電位を保ったままである。また、選択されたトランジスタ10bが低閾値であるときに導通し、ビット線BL1の電荷はBSS17を入力とするトランジスタ10fと接続されたPCK線21を通して回収される。
【0031】
PKC線21の電位が低下した後、BSS17をLowとして、PCK線21とメモリセルブロック20の接続を切る(ステップ107)。
【0032】
そして、ワード線WL1をHighとして、すべてのワード線(WL1,WL2,WL3,WL4)をHighとして、すべての記憶素子であるトランジスタ10b,c,d,e,h,i,j,kを導通状態とする。
【0033】
次に、センス信号SをHighとして、ビット線BL1の電位をセンス回路13の方に取り込むことにより、ビット線BL1の電位が高いか、低いかを判定する。
【0034】
次に、BDS線18をLowとして、ビット線BL1とメモリセルブロック20を電気的に切り離す。そして、新たなメモリセルブロックを選択することを繰り返す。ここで、BDSは、どのメモリセルブロックを有効にするかを選択するための信号である。1つのメモリセルブロック20内において、ワード線を移動させる場合には、選択したメモリセルブロックは変化しないために、BDSの状態を変える必要がない。図2では、選択メモリセルブロックが毎回変わる場合を考慮したタイミングチャートを示している。
【0035】
次に、ビット線の2回目の充電を行う場合について述べる。図2から明らかなように、1回目の充電と殆ど同じことを繰り返す。異なる点は、ビット線がすでにチャージされているようなビット線がほぼ1/2の確率で存在することである(ここで、“1”(High)と“0”(Low)の存在確率が共に1/2であることを考慮している)。
【0036】
ビット線が既にチャージされてHighの状態の場合には、1回目のタイムチャートとは異なり、PCKが完全にHighになった時点で、PRE16をHighにする(ステップ102)。これにより、ビット線をPCKのピーク電圧により充電する。こうすることにより、高電位のビット線から低電位のパワークロック線PCK22への電荷の移動を防ぐことが可能となり、消費エネルギーの点からも有効である。
【0037】
ビット線がLowの状態の場合には、1回目のタイムチャートと全く同じであり、PREをまずHighにする。そして、PCKを緩やかに上昇させ、ビット線を充電する。
【0038】
この電荷再利用型電源に接続されるパワークロック線PCKを用いることにより、図4に示すように、充電/放電する際のエネルギーを1/10程度以下に低減することが可能である。
【0039】
断熱論理の場合、ビット線の電位を緩やかに上昇/下降させるために、CMOS論理に比べて電流密度を小さくでき、エレクトロマイグレーションが起こりにくいという特徴がある。よって、CMOS論理よりも配線断面積の低減が可能であり、ビット線の負荷容量を小さくすることができ、一層の低エネルギー化が可能である。
【0040】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。例えば、NAND型のみならず、NOR型に対しても適用できることは言うまでもない。
【0041】
【発明の効果】
従来の方式では、ビット線のプリチャージを行っているため、ビット線の充電/放電の消費電力が大きいという問題があったが、上述のように本発明によれば、ビット線のプリチャージに電荷再利用型電源によるパワークロックを用いるために、消費電力が1/10程度に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるメモリ回路の構成図である。
【図2】本発明の一実施の形態におけるメモリ回路の動作を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施の形態における動作を説明するための図である。
【図4】本発明の効果を示す図である。
【図5】従来のNAND型EEPROMの回路構成図である。
【図6】選択されたトランジスタの状態を説明するための図である。
【図7】従来のメモリ回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 記憶素子(トランジスタ)
11,12シールド用トランジスタ
13 センス回路
14 定電圧電源(VDD)
15 グランド線(GND)
16 プリチャージ信号(PRE)
17 選択ゲート信号(BSS)
18 選択ゲート信号(BDS)
20 メモリセルブロック
21 パワークロック線(PCK)
22 パワークロック線(PCK)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a memory circuit and a data reading method, and in particular, to a memory circuit having a circuit configuration for performing adiabatic charging for charging / discharging of bit line charges in a memory, and a data reading method for reading data from the memory circuit. About.
[0002]
[Prior art]
A conventionally known method of reading data from an EEPROM will be described for a NAND type.
[0003]
FIG. 5 shows a circuit configuration of a conventional NAND type EEPROM.
[0004]
In each
[0005]
It is assumed that a voltage of 0 V is applied to the word line 1 (WL1) and a voltage of Vpass is applied to the other word lines (WL2, WL3, WL4). At this time, the
[0006]
In an EEPROM, a bit line is precharged to a predetermined voltage, and a bit line voltage that changes depending on whether a current flows in a storage element is compared with a reference voltage of a dummy cell. As the sense circuit 13, a latch type circuit is used. Hereinafter, an operation example will be described in detail.
[0007]
In the conventional circuit diagram shown in FIG. 5, when precharging a bit line, a constant voltage power supply VDD14 is used. The
[0008]
First, from the initial state, the precharge is performed by setting the
[0009]
Next, the
[0010]
After that, the
[0011]
Next, by setting the sense signal S to High and taking the potential of the bit line into the sense circuit 13, it is determined whether the potential of the bit line BL1 is high or low.
[0012]
Next, the BDS is set to Low, and the bit line and the memory cell block are electrically separated. Then, selecting a new memory cell block is repeated.
[0013]
Here, the BDS is a signal for selecting which memory cell block is valid. When a word line is moved in one memory cell block, the state of the BDS does not need to be changed because the selected memory cell block does not change.
[0014]
The timing chart of the second bit line charging is the first repetition (for the above-described conventional circuit, see, for example, Non-Patent
[0015]
[Non-patent document 1]
Flash Memory Technology Handbook, edited by Fujio Masuoka, Science Forum 1993.
[Non-patent document 2]
Junichi Miyamoto, Koji Sakui, Shigeru Atsumi, Kuniyoshi Yoshikawa, Flash memory, Low power consumption and high speed LSI technology, edited by Takayasu Sakurai, Realize, p. 192 (1998).
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional method, there is a problem that power consumption cannot be reduced due to charging / discharging of a bit line having a large load capacity because the bit line is precharged.
[0017]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a memory circuit and a data reading method capable of reducing power consumption when charging or discharging a bit line.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a bit line, a charging unit for charging the bit line, a memory cell block including storage elements connected via the bit line, a word line for driving each storage element, and a word line. Depending on the state of the selected storage element, when a current flows in the ground direction, the voltage of the bit line is reduced. When no current flows, it is determined that the voltage of the bit line is maintained. And a determination circuit to be performed,
The charging means has means for charging the bit line using an output voltage from the charge recycling power supply,
When discharging the charge of the bit line, the charge recycling power supply has a recovery unit for recovering the charge.
[0019]
Further, according to the present invention, the ground line of the storage element is a power clock line connected to a charge recycling power supply,
The recovery unit recovers the charge via the power clock line when discharging the charge on the bit line.
[0020]
Further, the present invention has means for electrically connecting the bit line and the power clock line after the voltage of the power clock reaches the peak voltage when the bit line is precharged.
[0021]
The present invention provides a bit line, a charging unit for charging the bit line, a memory cell block including storage elements connected via the bit line, a word line for driving each storage element, and a word line. Depending on the state of the selected storage element, when a current flows in the ground direction, the voltage of the bit line is reduced. When no current flows, it is determined that the voltage of the bit line is maintained. A data read method in a memory circuit having a determination circuit
Adiabatic charging of bit lines via a power clock line connected to a charge recycling power supply,
Select the word line,
Connect the power clock line and the storage element connected to the word line,
Discharging the bit line adiabatically through the power clock line, recovering the charge on the bit line,
The potential of the bit line is taken into the determination circuit, and the potential of the bit line is determined.
[0022]
As described above, according to the present invention, the ground line of the memory cell block is not connected to the ground as in the prior art, but is connected to the power clock line connected to the charge recycling power supply, and the charge / discharge to the bit line is performed. Is performed through the power clock line, the power consumption required for charging / discharging the bit line can be reduced as compared with the conventional configuration in which a constant voltage power supply is used to precharge.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 shows a configuration of a memory circuit according to one embodiment of the present invention.
[0025]
In the present embodiment, when precharging the bit line, a power clock line PCK22 connected to a charge recycling power supply (not shown) is used instead of the
[0026]
The detailed operation will be described below with reference to FIG.
[0027]
FIG. 2 is a timing chart of the memory circuit according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining an operation according to the embodiment of the present invention.
[0028]
First, from the initial state (the bit line is low) (step 101), the
[0029]
Next, the word line WL1 is set to Low. At this time, the
[0030]
Next, the
[0031]
After the potential of the
[0032]
Then, the word line WL1 is set to High, all the word lines (WL1, WL2, WL3, WL4) are set to High, and the
[0033]
Next, by setting the sense signal S to High and taking the potential of the bit line BL1 into the sense circuit 13, it is determined whether the potential of the bit line BL1 is high or low.
[0034]
Next, the
[0035]
Next, a case where the second charging of the bit line is performed will be described. As is apparent from FIG. 2, almost the same as the first charging is repeated. The difference is that a bit line whose bit line is already charged exists with a probability of approximately 1 / (where the probability of existence of “1” (High) and “0” (Low) is Both are considered to be 1/2).
[0036]
If the bit line has already been charged and is in a high state, the
[0037]
When the bit line is in the low state, the timing is exactly the same as that in the first time chart, and PRE is first set to high. Then, PCK is gradually raised to charge the bit line.
[0038]
By using the power clock line PCK connected to the charge recycling power supply, the energy at the time of charging / discharging can be reduced to about 1/10 or less as shown in FIG.
[0039]
In the case of the adiabatic logic, since the potential of the bit line is gradually increased / decreased, the current density can be reduced as compared with the CMOS logic, and electromigration is less likely to occur. Therefore, the wiring cross-sectional area can be reduced as compared with the CMOS logic, the load capacity of the bit line can be reduced, and the energy can be further reduced.
[0040]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible within the scope of the claims. For example, it goes without saying that the present invention can be applied not only to the NAND type but also to the NOR type.
[0041]
【The invention's effect】
In the conventional method, the bit line is precharged, so that there is a problem that the power consumption for charging / discharging the bit line is large. However, according to the present invention, as described above, the precharge of the bit line Since a power clock using a charge recycling power supply is used, power consumption can be reduced to about 1/10.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a memory circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a memory circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the effect of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional NAND type EEPROM.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of a selected transistor.
FIG. 7 is a timing chart of a conventional memory circuit.
[Explanation of symbols]
10 Storage element (transistor)
11, 12 Shielding transistor 13
15 Ground line (GND)
16 Precharge signal (PRE)
17 Select gate signal (BSS)
18 Select gate signal (BDS)
20
22 Power clock line (PCK)
Claims (4)
前記充電手段は、電荷再利用電源からの出力電圧を用いて前記ビット線を充電する手段を有し、
前記ビット線の電荷を放電する場合に、前記電荷再利用電源の方に電荷を回収する回収手段を有することを特徴とするメモリ回路。A bit line, charging means for charging the bit line, a memory cell block including storage elements connected via the bit line, a word line for driving each storage element, and a storage selected by the word line A determination circuit connected to the bit line for determining that the voltage of the bit line decreases when a current flows in the ground direction depending on the state of the element and that the voltage of the bit line is maintained when no current flows. And a memory circuit having
The charging means has means for charging the bit line using an output voltage from a charge recycling power supply,
The memory circuit according to claim 1, further comprising: a recovery unit that recovers the electric charge to the electric charge recycling power supply when discharging the electric charge of the bit line.
前記回収手段は、
前記ビット線の電荷を放電する場合に、前記パワークロック線を介して前記電荷を回収する請求項1記載のメモリ回路。A ground line of the storage element is a power clock line connected to the charge recycling power supply,
The collecting means,
2. The memory circuit according to claim 1, wherein when discharging the electric charge of the bit line, the electric charge is collected through the power clock line.
電荷再利用型電源に接続されるパワークロック線を介して前記ビット線を断熱充電的に充電し、
前記ワード線を選択し、
前記パワークロック線と前記ワード線に接続される記憶素子を接続し、
前記パワークロック線を介して前記ビット線を断熱充電的に放電し、該ビット線の電荷を回収し、
前記ビット線の電位を前記判定回路に取込み、該ビット線の電位を判定することを特徴とするデータ読み出し方法。A bit line, charging means for charging the bit line, a memory cell block including storage elements connected via the bit line, a word line for driving each storage element, and a storage selected by the word line A determination circuit connected to the bit line for determining that the voltage of the bit line decreases when a current flows in the ground direction depending on the state of the element and that the voltage of the bit line is maintained when no current flows. In the data read method in the memory circuit having
Adiabatically charging the bit line via a power clock line connected to a charge recycling power supply,
Select the word line,
Connecting a storage element connected to the power clock line and the word line,
Discharging the bit line adiabatically through the power clock line, recovering the charge on the bit line,
A data reading method, wherein the potential of the bit line is taken into the determination circuit, and the potential of the bit line is determined.
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