JP2005025903A - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 セルフリフレッシュ機能を備えメモリアレイがDRAMにより形成された半導体記憶装置において、高速化及び消費電流の低減が可能な半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】 半導体記憶装置において、内部クロック信号INCLKを出力するクロック入力バッファを設け、外部信号/CSが入力されるNOT回路15を設け、このNOT回路15の出力及びリフレッシュ要求信号RFRが入力され、その論理和を内部クロックイネーブル信号INCEとして、クロック入力バッファ10に対して出力するOR回路16を設ける。また、クロック入力バッファ10には、クロック信号CLK及び内部クロックイネーブル信号INCEが入力され、その論理積の反転を出力するNAND回路を設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、メモリセルアレイがDRAM(Dynamic Random Access Memory:ダイナミックランダムアクセスメモリ)により構成されており、タイマーを内蔵しこのタイマー周期に従いリフレッシュ動作を行う半導体記憶装置に関する。
近時、携帯電話等に代表される携帯機器は多機能化が進み、それに伴って、RAM(Random Access Memory:ランダムアクセスメモリ)の大容量化が求められている。
このため、従来使用されてきた消費電流が比較的小さい非同期SRAM(Static Random Access Memory)に替えて、大容量化に適しており且つ消費電流が小さいRAMを使用したいというニーズが発生してきている。このような要求を満たすために、携帯機器に搭載されるメモリとして、非同期SRAMの使い易さ及びDRAMの大容量化の容易さという双方の長所を取り入れた非同期擬似SRAMが採用されている(特許文献1参照)。非同期擬似SRAMとは、メモリセルアレイがDRAMにより構成されてり、且つ外部からは非同期SRAMと同様の仕様で動作する半導体記憶装置をいう。
図15は特許文献1に記載されている従来の半導体記憶装置を示すブロック図である。図15に示すように、この従来の半導体記憶装置においては、データの記憶を行うメモリセルアレイ5が設けられている。メモリセルアレイ5は、DRAMセルを持つ1つのエリアで構成されるアレイであり、キャパシターセルの集合体である。外部信号/CSは、この半導体記憶装置を制御する外部信号であり、外部信号/CSがHのときは、半導体記憶装置はスタンバイ状態となり、外部信号/CSがLのときは読出又は書込を行う通常動作状態となる。
また、この半導体記憶装置には、リフレッシュ要求信号発生タイマー1が設けられている。リフレッシュ要求信号発生タイマー1は、メモリセルアレイ5がデータを保持できるような周期で自動的にリフレッシュ要求信号RFRをHとするタイマーである。外部信号/CS及びリフレッシュ要求信号RFRはAND回路9に入力するようになっている。AND回路9は、外部信号/CSがH、即ちスタンバイ状態であって、且つ、リフレッシュ要求信号RFRがHであるときに、出力信号Eを発生する(Hとする)論理回路である。
更に、AND回路9の出力信号Eは、リフレッシュ動作部としての制御信号発生ブロック2に入力されるようになっている。制御信号発生ブロック2は、AND回路9の出力信号EがHとなったときに、リフレッシュ動作制御信号DをHとするものである。一方、外部信号/CSが入力されるように、制御信号発生ブロック3が設けられている。制御信号発生ブロック3は、外部信号/CSがL、即ち、通常動作状態であるときに、リード/ライト動作制御信号CをHとして出力するものである。
更にまた、リフレッシュ動作制御信号D及びリード/ライト動作制御信号Cが入力されるように、メモリセルアレイ制御信号発生ブロック4が設けられている。メモリセルアレイ制御信号発生ブロック4は、リフレッシュ動作制御信号DがHのとき又はリード/ライト動作制御信号CがHのときに、メモリアレイコア制御信号MCCをメモリセルアレイ5に対して出力し、メモリセルアレイ5に対してリフレッシュ動作又は、読出動作若しくは書込動作を行うものである。
また、この半導体記憶装置には、リフレッシュアドレス7、マルチプレクサ(MUX)8及びデータ入出力バッファ6が設けられている。リフレッシュアドレス7はリフレッシュ動作制御信号Dが入力され、リフレッシュ動作制御信号DがHのときにアドレスA0〜Amをマルチプレクサ8に対して出力するものである。マルチプレクサ8はリフレッシュ動作信号D、アドレスA0〜Am及び外部信号ADD0〜ADDmが入力され、リフレッシュ動作時、即ちリフレッシュ動作制御信号DがHのときに、アドレスA0〜Amから各アドレスを順次選択して信号B0〜Bmとしてメモリセルアレイ5に対して出力し、メモリセルアレイ5における信号B0〜Bmにより指定されたセルに対してリフレッシュ動作を行い、読出/書込時、即ちリフレッシュ動作制御信号DがLのときに、外部信号ADD0〜ADDmから各アドレスを順次選択して信号B0〜Bmとしてメモリセルアレイ5に対して出力し、信号B0〜Bmにより指定されたセルに対して読出/書込動作を行うものである。更に、データ入出力バッファ6は、読出動作時にはメモリセルアレイ5から出力されたデータData0〜Datanが入力され、バッファリングを行い、外部信号DQ0〜DQnとして外部に出力し、書込動作時には外部から外部信号DQ0〜DQnが入力され、この信号をバッファリングし、データData0〜Datanとしてメモリセルアレイ5に書き込むものである。
次に、この従来の半導体記憶装置の動作について説明する。図16は、半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートであり、上部はこの従来の半導体記憶装置の動作を示し、下部は後述する他の従来の半導体記憶装置の動作を示す。先ず、リフレッシュ動作について説明する。外部信号/CSはHとなっており、スタンバイ状態となっている。この状態でリフレッシュ信号発生タイマー1がリフレッシュ要求信号RFRを発生する。すると、外部信号/CSがHであり、且つ、リフレッシュ要求信号RFRがHであるため、AND回路9の出力信号EはHとなる。これにより、制御信号発生ブロック2がリフレッシュ動作信号DをHとする。そして、メモリセルアレイ制御信号発生ブロック4がメモリアレイコア制御信号MCCをHとすると共に、リフレッシュアドレス7がリフレッシュ動作の対象となるアドレスA0〜mを出力し、マルチプレクサ8がアドレスA0〜Amから各アドレスを順次選択して信号B0〜Bmをメモリセルアレイ5に対して出力する。これにより、メモリセルアレイ5における信号B0〜Bmで指定されるセルに対してリフレッシュ動作が行われる。
次に、読出動作(リード動作)について説明する。読出動作時には、通常動作状態になっており、外部信号/CSはLとなっている。従って、読出動作時にはAND回路9の出力信号Eは常にLとなっており、リフレッシュ動作が行われることはない。そして、制御信号発生ブロック3がリード動作制御信号Cをメモリセルアレイ制御信号発生ブロック4及びメモリセルアレイ5に対して出力し、メモリセルアレイ制御信号発生ブロック4がメモリアレイコア制御信号MCCをHとする。この状態で、外部信号ADD0〜ADDmがマルチプレクサ8に入力され、マルチプレクサ8が外部信号ADD0〜ADDmから各信号を順次選択して信号B0〜Bmとしてメモリセルアレイ5に対して出力する。これにより、メモリセルアレイ5における信号B0〜Bmにより指定されるセルに対してリード動作が行われる。読み出されたセルのデータは、データ入出力バッファ6に対してデータData0〜Datanとして出力され、データ入出力バッファ6がこのデータをバッファリングした後、外部信号DQ0〜DQnとして外部に出力する。
次に、書込動作(ライト動作)について説明する。書込動作時においても、外部信号/CSはLとなっている。そして、制御信号発生ブロック3がライト動作制御信号Cをメモリセルアレイ制御信号発生ブロック4及びメモリセルアレイ5に対して出力し、メモリセルアレイ制御信号発生ブロック4がメモリアレイコア制御信号MCCをHとする。この状態で、外部信号ADD0〜ADDmがマルチプレクサ8に入力され、マルチプレクサ8が外部信号ADD0〜ADDmから各信号を順次選択して信号B0〜Bmとしてメモリセルアレイ5に対して出力する。一方、外部信号DQ0〜DQnがデータ入出力バッファ6に入力され、データ入出力バッファ6がこのデータをバッファリングし、データData0〜Datanとしてメモリセルアレイ5に対して出力する。これにより、メモリセルアレイ5における信号B0〜Bmにより指定されるセルに、データData0〜Datanが書き込まれる。なお、リード動作時及びライト動作時においても、メモリアレイコア制御信号MCCはHとなる。
このとき、リフレッシュ動作と読出/書込動作とを並列に行うことは不可能である。即ち、一般的なDRAMセルアレイの場合、1つのエリアに対してワード選択→データ破壊読出し→データ増幅→データ書込み→ワード非選択という一連の動作を並列で行うことはできない。
図16の上部に、この従来の半導体記憶装置において、リフレッシュ動作及びリード動作を連続して行う場合の動作波形を示す。初期状態として、外部信号/CSがHであるとする。リフレッシュ要求信号RFRは外部の状態によらず一定周期で発生する(Hになる)信号である。このため、出力信号Eは、外部信号/CSがHである期間、即ち、図16における斜線部分に相当する期間の全てにおいて発生する(Hになる)可能性がある。このとき、出力信号Eが、斜線部分の後端部、即ち、外部信号/CSがHからLに変わる直前にHになると、これに伴って、リフレッシュ動作制御信号DがLからHになり、リフレッシュ動作が開始される。リフレッシュ動作中は、メモリアレイコア制御信号MCCがHになる。上述の理由により、リフレッシュ動作が終了するまでリード動作を開始することができないため、リフレッシュ動作が終了し、リフレッシュ動作制御信号DがHからLに変わった後、リード動作制御信号CがLからHに変わり、リード動作が開始される。リード動作中は、メモリアレイコア制御信号MCCがHになる。このように、リフレッシュ動作が終了するまでリード動作を開始することができないため、外部信号/CSがLに変わってからリード動作が開始するまでに、最大で、図16に示すA0で示す時間だけ待たされることになる。
このように、図15に示す従来の半導体記憶装置においては、リフレッシュ動作の後にリード動作を行う場合、リフレッシュ動作を開始するタイミングによっては、リード動作の開始が長時間待たされるという問題点がある。
今後、多機能化がより一層進むことが予想されるため、大容量化が可能であることに加えて、読出/書込動作の高速化が可能な半導体記憶装置が必要になる。しかし、図15に示すような半導体記憶装置においては、リフレッシュ動作によりリード動作の開始が遅れてしまうため、十分に高速化を図ることができない。
そこで、図15に示した従来の半導体記憶装置に対して、一般的な同期化の手法を適用して、読出/書込動作の高速化を図ることが考えられる。図17は、同期化により高速化を図った半導体記憶装置を示すブロック図である。この半導体記憶装置における図15に示す半導体記憶装置と同様な部分には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図17に示すように、この半導体記憶装置における図15に示す半導体記憶装置からの変更部分は、枠11に囲まれた部分である。即ち、この半導体記憶装置においては、外部からクロック信号CLKが入力され、このクロック信号CLKに基づいて内部クロック信号INCLKを生成し、これを制御信号発生ブロック2及び3に対して出力するクロック入力バッファ10が設けられている。この半導体記憶装置における上記以外の構成は、図15に示す半導体記憶装置と同様である。
次に、図17に示す半導体記憶装置の動作について説明する。外部から、クロック信号CLKがクロック入力バッファ10に入力される。クロック入力バッファ10は、クロック信号CLKをバッファリングして内部クロック信号INCLKを生成し、制御信号発生ブロック2及び3に対して出力する。制御信号発生ブロック2は、外部信号/CSがHであり且つリフレッシュ要求信号RFRがHであるときに、内部クロック信号INCLKに同期して、リフレッシュ動作制御信号Dを発生して(Hにして)、メモリセルアレイ5のリフレッシュ動作を開始させる。一方、制御信号発生ブロック3は、外部信号/CSがLであるときに、内部クロック信号INCLKに同期して、リード/ライト動作制御信号Cを発生して(Hにして)、メモリセルアレイ5に対するリード動作又はライト動作を開始させる。
図16の下部に、この従来の同期化した半導体記憶装置において、リフレッシュ動作及びリード動作を連続して行う場合の動作波形を示す。初期状態として、外部信号/CSがHであるとする。リフレッシュ要求信号RFRは外部の状態によらず一定周期でHになる。このため、出力信号Eは、外部信号/CSがHである期間、即ち、図16における斜線部分に相当する期間の全てにおいてHになる可能性がある。
但し、この半導体記憶装置においては、制御信号発生ブロック2において、リフレッシュ動作制御信号Dは内部クロック信号INCLKに同期化されている。このため、外部信号/CSがHである期間、即ち、図16における斜線部分に相当する期間において、内部クロック信号INCLKが最後に立ち上がる瞬間よりも後に、リフレッシュ要求信号RFRがHになり出力信号EがHになった場合は、リフレッシュ動作制御信号Dが立ち上がらず、リフレッシュ動作が開始されない。即ち、リフレッシュ動作が開始されるのは、内部クロック信号INCLKが最後に立ち上がる瞬間以前に、リフレッシュ要求信号RFRがHになった場合のみである。このため、図16の下部に示すように、外部信号/CSがHからLに変わってから、リード動作が開始されるまでも待ち時間は、最大でA1となる。図16に示すように、同期化した場合の待ち時間A1は、同期化していない場合の待ち時間A0よりも小さくなる。リフレッシュ動作の後に書込動作を行う場合も同様である。
このように、従来の半導体記憶装置に一般的な同期化の手法を適用することにより、A2=A0−A1の時間だけ待ち時間が短縮され、読出/書込動作が高速化される。なお、内部クロック信号INCLKが最後に立ち上がる瞬間よりも後に、リフレッシュ要求信号RFRがHになった場合は、このタイミングではリフレッシュ動作が行われず、次の機会に先送りになる。リフレッシュ動作の周期は例えば50μs(マイクロ秒)程度であり、DRAMにおいてリフレッシュ動作が必要となる周期は例えば最大で100ms(ミリ秒)程度であるため、リフレッシュ動作を1回先送りしても、メモリセルアレイに記憶されたデータが消失することはない。
しかし、図17に示す同期化した半導体記憶装置においては、以下に示すような問題点がある。即ち、同期化による高速化を行うとスタンバイ時の消費電流が増加してしまう。図17に示す半導体記憶装置においては、リフレッシュ動作を同期化させるために、内部クロック信号INCLKを生成している。このため、内部クロック信号INCLKを動作させることにより、電流が消費されてしまう。図18は、図17に示す半導体記憶装置におけるスタンバイ時(外部信号/CS:H時)の動作波形を示すタイミングチャートである。リフレッシュ要求信号RFRの発生間隔は50μs程度である。図18に示すように、リフレッシュ動作制御信号Dが発生していない期間においても、内部クロック信号INCLKが動作しており電流を消費している。
近時、図17に示すような半導体記憶装置は、携帯機器のメモリとして使用されることが多い。携帯機器の代表である携帯電話を例に挙げると、待ち受け状態でのバッテリー消費を抑え、連続動作可能時間を長くすることは、極めて重要である。このため、携帯機器に搭載されるメモリには、大容量化が可能でスタンバイ状態における消費電流が低く、且つ高速に読出/書込動作を行うことが可能な半導体記憶装置が要望されている。しかしながら、上述の如く、図17に示す同期化した半導体記憶装置においては、高速化は図れるものの、消費電力が大きくなってしまう。
そこで、スタンバイ状態においては、クロック信号の一部を停止する半導体記憶装置も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2においては、同期型DRAMにおいて、外部からクロック信号が入力され内部にクロック信号を分配するクロック入力バッファ、このクロック信号に同期してコマンドを入力するコマンド入力バッファ、クロック信号に同期してアドレスを入力するアドレス入力バッファ、クロック信号に同期してデータを入力するデータ入力バッファが設けられている。そして、データ保持モード時には、コマンド入力バッファのみにクロック信号を供給し、アドレス入力バッファ及びデータ入力バッファへのクロック信号の供給を停止している。
特開平2003−85970号公報 特開平2002−184180号公報(図2、図7) データシートELPIDA 128M bits Mobile RAM Document No.E0195E50(Ver.5.0)P43 Self Refresh(Entry and Exit)図内tRC1スペック
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献2に示すような半導体記憶装置においては、上述の如く、データ保持モード時に、アドレス入力バッファ及びデータ入力バッファへのクロック信号の供給を停止することはできる。しかし、データ保持モード時においてもリフレッシュ動作は行う必要があるため、リフレッシュ動作を制御するコマンドを待ち受ける必要があり、コマンド入力バッファへのクロック信号の供給を停止することはできない。このため、データ保持モード時においても、ある程度の電流が消費されてしまう。
なお、特許文献2に示す半導体記憶装置に、自己タイマーを内蔵し、この自己タイマーにより周期的にリフレッシュ動作を行うようにすれば、外部からリフレッシュ動作を制御するコマンドを入力する必要がなくなり、コマンド入力バッファへのクロック信号の供給も停止することができると考えられる。しかしながら、このような構成にすると、非特許文献1(データシートELPIDA 128M bits Mobile RAM Document No.E0195E50(Ver.5.0)P43 Self Refresh(Entry and Exit)図内tRC1スペック)に記載されているように、データ保持モードから通常動作モードに移行するときに、コマンドの受付が遅れてしまう。この結果、読出動作が遅れてしまい、結果的に高速化が図れなくなってしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、セルフリフレッシュ機能を備えメモリアレイがDRAMにより形成された半導体記憶装置において、高速化及び消費電流の低減が可能な半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体記憶装置は、通常動作状態においてデータの読出及び書込を行いスタンバイ状態においてメモリのリフレッシュを行う半導体記憶装置において、クロック入力バッファが、スタンバイ状態であってリフレッシュが要求されていないときには内部クロック信号を生成しないことを特徴とする。
本発明においては、クロック入力バッファはスタンバイ状態であってリフレッシュ要求信号が出力されていないときには内部クロック信号を生成しないため、スタンバイ状態における消費電流を低減することができる。
また、前記クロック入力バッファは、前記通常動作状態であるかスタンバイ状態であるかを示す二値信号とリフレッシュが要求されていることを示す二値信号との論理計算結果に基づいて、スタンバイ状態であってリフレッシュが要求されていないときに前記内部クロック信号の生成を停止するものであってもよい。
本発明に係る他の半導体記憶装置は、通常動作状態においてデータの読出及び書込を行いスタンバイ状態においてメモリのリフレッシュを行う半導体記憶装置において、データを記憶するメモリセルアレイと、外部から入力されるクロック信号に基づいて内部クロック信号を生成するクロック入力バッファと、前記メモリセルアレイに対してリフレッシュを行うことを指示するリフレッシュ要求信号を一定周期毎に出力するリフレッシュタイマと、スタンバイ状態において前記リフレッシュ要求信号が入力されたときに前記内部クロック信号に同期して前記メモリセルアレイのリフレッシュを行うリフレッシュ動作部と、を有し、前記クロック入力バッファが、スタンバイ状態であってリフレッシュ要求信号が出力されていないときには前記内部クロック信号を生成しないものであることを特徴とする。
本発明においては、リフレッシュ動作部が内部クロック信号に同期してメモリセルアレイのリフレッシュを行うため、スタンバイ状態から通常動作状態に変化する直前にリフレッシュを開始することを防止でき、読出/書込動作の待ち時間を短縮することができる。これにより、動作の高速化を図ることができる。また、クロック入力バッファはスタンバイ状態であり且つリフレッシュ要求信号が出力されていないときには内部クロック信号を生成しないため、スタンバイ状態における消費電流を低減することができる。
また、前記通常動作状態であるかスタンバイ状態であるかを示す二値信号及び前記リフレッシュ要求信号が入力され、これらの信号の論理計算結果を前記クロック入力バッファに対して出力する論理回路を有し、前記クロック入力バッファは、前記論理計算結果に基づいて、スタンバイ状態であり且つリフレッシュ要求信号が出力されていないときに前記内部クロック信号の生成を停止するものであってもよい。
更に、前記クロック入力バッファは、前記内部クロック信号にハザードが発生することを防止する機能を備えたものであることが好ましい。これにより、半導体記憶装置の動作をより高速化することができる。
このとき、前記クロック入力バッファは、前記クロック信号がHであるときに前記リフレッシュ要求信号が発生しても前記内部クロック信号をHとせずに、前記クロック信号が次にHとなるときに前記内部クロック信号をHとするものであってもよい。
又は、前記クロック入力バッファと前記リフレッシュ動作部との間に接続され、クロック端子に前記内部クロック信号が入力され、D端子に前記リフレッシュ要求信号が入力され、Q出力が前記スタンバイ状態時に前記リフレッシュ動作部に入力されるD型フリップフロップを有し、前記リフレッシュ動作部は前記リフレッシュ要求信号として前記Q出力が入力されるものであることが好ましい。これにより、半導体記憶装置の動作をより高速化することができる。
以上詳述したように、本発明によれば、クロック入力バッファはスタンバイ状態であり且つリフレッシュが要求されていないときには内部クロック信号を生成しないため、スタンバイ状態における消費電流を低減することができる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図であり、図2は図1に示すクロック入力バッファ10を示す回路図であり、図3は本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ動作の後にリード動作を行う場合を示すタイミングチャートであり、図4は本実施形態に係る半導体記憶装置において連続するリフレッシュ動作間の動作を示すタイミングチャートである。なお、図1において、図15及び図17に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図1に示す半導体記憶装置において、図17に示す従来の同期化された半導体記憶装置と異なる部分は、枠14により囲まれた部分である。即ち、外部信号/CSが入力されるNOT回路15が設けられており、このNOT回路15の出力及びリフレッシュ要求信号RFRが入力され、その論理和を内部クロックイネーブル信号INCEとして、クロック入力バッファ10に対して出力するOR回路16が設けられている。なお、リフレッシュ要求信号RFRは外部の状態によらず一定周期で発生する信号である。
また、図2に示すように、クロック入力バッファ10においては、クロック信号CLK及び内部クロックイネーブル信号INCEが入力され、その論理積の反転を出力するNAND回路17が設けられている。そして、このNAND回路17の出力端に、3個のインバータ18乃至20が直列に接続されている。最後段のインバータ20の出力が内部クロック信号INCLKとして制御信号発生ブロック2及び3に入力されるようになっている。本実施形態に係る半導体記憶装置における上記以外の構成は、図17に示す従来の半導体記憶装置と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る半導体記憶装置の動作について説明する。特に、リフレッシュ動作の後に連続してリード動作を行う場合について説明する。図3に示すように、この半導体記憶装置には、外部から一定の周期でクロック信号CLKが入力される。クロック信号CLKの周波数は例えば100MHzであり、周期は例えば10ns(ナノ秒)である。
初期状態においては、外部信号/CSがHであり、スタンバイ状態となっている。このとき、NOT回路15の出力はLである。また、リフレッシュ要求信号RFRは発生しておらず、Lとなっている。従って、OR回路16に入力される2つの信号はいずれもLであるため、OR回路16の出力、即ち、内部クロックイネーブル信号INCEはLとなっている。このとき、クロック入力バッファ10におけるNAND回路17の出力は、クロック信号CLKによらず常にLのままであり、クロック入力バッファ10から内部クロック信号INCLKは出力されない。
この状態で、リフレッシュ要求信号RFRが発生し、Hになる。これにより、OR回路16の出力、即ち、内部クロックイネーブル信号INCEはHとなる。この結果、NAND回路17からはクロック信号CLKを反転させた信号が出力されることになり、クロック入力バッファ10から内部クロック信号INCLKが制御信号発生ブロック2及び3に対して出力される。これにより、リフレッシュ動作部としての制御信号発生ブロック2が内部クロック信号INCLKに同期してリフレッシュ動作制御信号Dを出力し、リフレッシュ動作が開始される。
その後、リフレッシュ動作中に外部信号/CSがLになる。このとき、NOT回路15の出力はHとなるため、リフレッシュ動作が終了してリフレッシュ要求信号RFRがLとなっても、OR回路16の出力、即ち内部クロックイネーブル信号INCEはHのままであり、クロック入力バッファ10は内部クロック信号INCLKを出力し続ける。そして、リフレッシュ動作が終了してリフレッシュ要求信号RFRがLとなった後に、制御信号発生ブロック3がリード動作制御信号CをHとして、リード動作を開始する。この結果、メモリセルアレイ5からデータが読み出され、データ入出力バッファ6から外部信号DQ0〜DQnとして出力される。なお、リード動作の替わりにライト動作を行う場合も同様である。本実施形態における上記以外の動作は、図17に示す従来の半導体記憶装置と同様である。
図4に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置においては、リフレッシュ動作制御信号を内部クロック信号INCLKに同期化しているため、読出動作の高速化を図ることができる。また、NOT回路15及びOR回路16を設けることにより、外部信号/CSがHでありリフレッシュ要求信号RFRがLである期間、即ち、スタンバイ状態でありリフレッシュ要求信号RFRが発生しておらず半導体記憶装置が動作していない期間においては、内部クロック信号INCLKが発生せず、電流が消費されない。これにより、スタンバイ状態における消費電流を抑えることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図5及び図6は前述の第1の実施形態の問題点を示すタイミングチャートであり、図7は本第2の実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図であり、図8は図7に示すハザード防止機能つきクロック入力バッファを示す回路図であり、図9は本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ要求信号と内部クロック信号との関係を示すタイミングチャートであり、図10は本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ動作の後にリード動作を行う場合を示すタイミングチャートであり、上部は前述の第1の実施形態においてハザードが発生しないようなタイミングでリフレッシュ要求信号が発生した場合を示し、下部は第1の実施形態においてハザードが発生するようなタイミングでリフレッシュ要求信号が発生した場合を示す。
先ず、前述の第1の実施形態の問題点について説明する。図5に示すように、前述の第1の実施形態においては、リフレッシュ要求信号RFRの発生タイミングによっては、内部クロック信号INCLKにハザード12が発生する。即ち、図5の上部に示すように、リフレッシュ要求信号RFRが立ち上がった後にクロック信号CLKが立ち上がるタイミングであれば、このクロック信号CLKの立ち上がりを反映して内部クロック信号INCLKが立ち上がり、次のクロック信号CLKの立下りを反映して内部クロック信号INCLKが立ち下がるため、ハザードは発生しない。これに対して、図5の下部に示すように、クロック信号CLKが立ち上がった後にリフレッシュ要求信号RFRが立ち上がるようなタイミングであると、内部クロック信号INCLKの立ち上がりがクロック信号CLKの立ち上がりを反映したタイミングよりも遅れてしまう。しかり、内部クロック信号INCLKの立下りは、クロック信号CLKの立下りを反映するため、内部クロック信号INCLKにハザード12が発生する。
図6の上部は内部クロック信号にハザードが発生していない場合における前述の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の動作を示し、下部はハザードが発生した場合の動作を示す。図6に示すように、内部クロック信号にハザードが発生するようになっていると、外部信号/CSがHからLに変わる間際にリフレッシュ要求信号RFRが発生した場合においても、内部クロック信号INCLKが発生してしまい、これに同期してリフレッシュ制御信号が発生し、リフレッシュ動作が開始されてしまう。この結果、リード動作の開始が遅れてしまい、内部クロック信号にハザードが発生しないタイミングでリフレッシュ要求信号が発生した場合と比較して、A3で示す時間だけ、読出動作が遅れてしまう。このため、同期化して読出動作を高速化した効果が低減してしまう。
そこで、図7に示すように、本実施形態においては、前述の第1の実施形態に係る半導体記憶装置に対して、クロック入力バッファをハザード防止機能付きクロック入力バッファ21に置き換えている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
図8に示すように、ハザード防止機能付きクロック入力バッファ21においては、クロック信号CLKが入力されるようにNAND回路22及びNOR回路23が設けられている。また、内部クロックイネーブル信号INCEが入力されるようにインバータ24が設けられており、このインバータ24の出力がNOR回路23に入力されるようになっている。
更に、ハザード防止機能付きクロック入力バッファ21には、リセット・セット型フリップフロップ(R−S−FF)25が設けられている。このフリップフロップ25においては、2個のインバータ26及び27がループ状に相互に接続されるように設けられており、2個のN型トランジスタ28及び29が相互に並列に接続されている。即ち、インバータ26の入力端及びインバータ27の出力端にはN型トランジスタ28のドレインが接続されており、N型トランジスタ28のゲートはフリップフロップ25のセット端子となっており、ソースは接地されている。また、インバータ26の出力端及びインバータ27の入力端にはN型トランジスタ29のドレインが接続されており、N型トランジスタ29のゲートはフリップフロップ25のリセット端子となっており、ソースは接地されている。更に、インバータ26の出力端がフリップフロップ25のQ端子となっている。
そして、NOR回路23の出力はフリップフロップ25のセット端子、即ち、N型トランジスタ28のゲートに接続されており、インバータ24の出力はフリップフロップ25のリセット端子、即ち、N型トランジスタ29のゲートに接続されている。
また、インバータ26の出力が入力されるようにインバータ30が設けられており、インバータ30の出力が入力されるようにNAND回路31が設けられている。NAND回路31の出力はNAND回路22に入力するようになっている。
更に、ハザード防止機能付きクロック入力バッファ21には、2個のリセット付きD型フリップフロップ(D−FF)32及び33が設けられている。フリップフロップ32及び33のクロック端子にはNAND回路22の出力が入力されるようになっており、リセット端子にはNOR回路23の出力が入力されるようになっている。また、フリップフロップ32のD端子にはインバータ30の出力が入力されるようになっており、フリップフロップ32のQ出力はフリップフロップ33のD端子に入力されるようになっており、フリップフロップ33のQ出力はNAND回路31に入力されるようになっている。
更にまた、NAND回路22の出力が入力されるように、インバータ34が設けられており、インバータ34の出力が内部クロック回路INCLKとして、ハザード防止機能付きクロック入力バッファ21から出力されるようになっている。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る半導体記憶装置の動作について説明する。図7及び図8に示すように、初期状態において、D型フリップフロップ回路33のQ出力はHとなっている。この状態で、ハザード防止機能付きクロック入力バッファ21に対して、外部からクロック信号CLKが入力されると共に、OR回路16から内部クロックイネーブル信号INCEが入力される。
内部クロックイネーブル信号INCEがHである場合について説明する。このとき、インバータ24の出力はLとなる。クロック信号CLKがLであると、NOR回路23の出力はHとなり、リセット・セット型フリップフロップ25がセットされる。これにより、N型トランジスタ28がオンとなるため、インバータ26の入力がLとなり、インバータ26の出力がHとなる。これにより、インバータ30の出力がLとなり、NAND回路31の出力はHとなる。従って、NAND回路22の出力はHとなり、内部クロック信号INCLKはLとなる。
この状態において、クロック信号CLKがHとなっても、フリップフロップ25のQ出力、即ち、インバータ26の出力端はHのままであるため、NAND回路31の出力はHのままである。従って、クロック信号CLKがHとなると、NAND回路22の出力がLになり、内部クロック信号INCLKがHとなる。このように、内部クロックイネーブル信号INCEがHであれば、クロック信号CLKに連動して、内部クロック信号INCLKが動作する。なお、この状態で、クロック信号CLKが2回立ち下がると、フリップフロップ33のQ出力がLになるが、NAND回路31の出力はHのままであり、内部クロック信号INCLKは動作し続ける。
次に、内部クロックイネーブル信号INCEがLになった場合について説明する。このとき、インバータ24の出力はHとなる。これにより、N型トランジスタ29がオンすることにより、フリップフロップ25がリセットされ、フリップフロップ25のQ出力がLに固定され、インバータ30の出力がHとなる。この状態で、クロック信号CLKが1回立ち下がると、NAND回路22の出力が1回立ち上がり、フリップフロップ32のQ出力がLからHになる。このとき、フリップフロップ33のQ出力はLのままである。そして、クロック信号CLKがもう1回立ち下がると、フリップフロップ33のQ出力がLからHになる。これにより、NAND回路31の出力がLになり、内部クロック信号INCLKはLに固定される。上述の如く、内部クロックイネーブル信号INCEがHからLになった場合には、内部クロック信号INCLKは2周期分出力された後、Lに固定され停止される。
また、クロック信号CLKがHであるタイミングで内部クロックイネーブル信号INCEがLからHに変化した場合について説明する。クロック信号CLKがHであるときに、内部クロックイネーブル信号INCEがHに変化しても、NOR回路23の出力はLのまま変化しない。このため、フリップフロップ25のQ出力もLに固定されたままであり、内部クロック信号INCLKも停止したままである。これに対して、クロック信号CLKがLであるときに、内部クロックイネーブル信号INCEがHに変化すれば、NOR回路23の出力がHになり、次にクロック信号CLKがHになったときに、上述のような動作により、内部クロック信号INCLKがHになる。
これにより、図9及び図10に示すように、クロック信号CLKがHのときに、リフレッシュ要求信号RFRがLからHになり、内部クロックイネーブル信号INCEがLからHになっても、内部クロック信号INCLKはHにならない。そして、次にクロック信号CLKがHになったときに、これに連動して内部クロック信号INCLKが初めてHになり、その後、クロック信号CLKに連動して、内部クロック信号INCLKが動作する。これにより、内部クロック信号INCLKにハザードが発生することを防止できる。なお、図9及び図10において、内部クロック信号INCLKに破線で示されているピークは、実際には発生しなかったハザード12を示している。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
このように、本実施形態によれば、内部クロック信号INCLKにハザードが発生することを防止できる。このため、外部信号/CSがHからLに変わる直前に、リフレッシュ要求信号RFRがHになった場合には、リフレッシュ動作制御信号が発生せず、リフレッシュ動作は先送りになる。このため、リード動作の開始が遅れることがなく、前述の第1の実施形態と比較して、リード動作が高速化される。なお、リフレッシュ動作が開始されない場合は、リフレッシュ要求信号はLとならず、次のリフレッシュ動作が行われる機会までHの状態を保持する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図11は本実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図であり、図12はこの半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態は、前述の第2の実施形態と同様に、前述の第1の実施形態における内部クロック信号にハザードが発生するという問題を解決するものである。
図11に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置における前述の第1の実施形態との相違点は、枠35の内部に示す部分である。即ち、本実施形態に係る半導体記憶装置においては、D型フリップフロップ36が設けられている。このD型フリップフロップ36のクロック端子には、クロック入力バッファ10から出力された内部クロック信号INCLKが入力されるようになっており、D型フリップフロップ36のD端子には、リフレッシュ要求信号発生タイマー1から出力されたリフレッシュ要求信号RFRが入力されるようになっており、D型フリップフロップ36のQ端子からは、リフレッシュ要求信号RFR2がAND回路9に対して出力されるようになっている。なお、リフレッシュ要求信号発生タイマー1から出力されたリフレッシュ要求信号RFRは、AND回路9には入力されない。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本実施形態の動作について説明する。図11及び図12に示すように、リフレッシュ要求信号発生タイマー1から出力されたリフレッシュ要求信号RFRは、D型フリップフロップ36のD端子に入力される。そして、D型フリップフロップ36により、リフレッシュ要求信号RFRは内部クロック信号INCLKに同期化され、リフレッシュ要求信号RFR2としてAND回路9に対して出力される。このとき、内部クロック信号INCLKがHであるタイミングで、リフレッシュ要求信号RFRがD型フリップフロップ36に入力されても、リフレッシュ要求信号RFR2は発生せず、次に、内部クロック信号INCLKが立ち上がるタイミングから、リフレッシュ要求信号RFR2が発生し、リフレッシュ動作が開始される。このため、内部クロック信号にハザードが発生しても、このハザードが発生したタイミングでリフレッシュ動作が開始されることがない。この結果、外部信号/CSがHからLに変化する直前にリフレッシュ動作が開始されることがなく、リード動作の開始が遅れることがない。なお、リフレッシュ動作が開始されない場合、リフレッシュ要求信号RFR及びRFR2はLとならず、次のリフレッシュ動作が行われる機会まで、Hの状態を保持する。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
このように、本実施形態においては、前述の第1の実施形態と比較して、リード動作のより一層の高速化を図ることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図13は本実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図であり、図14は図13に示すクロック入力部を示す回路図である。図13及び図14に示すように、本実施形態は、前述の特許文献2に示す従来の半導体記憶装置に、本発明を適用した例であり、セルフリフレッシュ機能を備えたSDRAMである。本実施形態においては、特許文献2に示す従来の半導体記憶装置に対して、クロック入力バッファの替わりにクロック入力部41を設け、また、コマンドデコーダとコマンドラッチとの間にリフレッシュ要求信号発生タイマー1を設けている。リフレッシュ要求信号発生タイマー1は、セルフリフレッシュエントリー信号SREが入力されることにより有効になり、自動的に一定周期でリフレッシュ要求信号RFRを出力するものである。また、クロック入力部41は、セルフリフレッシュエントリー信号SRE及びリフレッシュ要求信号RFRが入力され、クロック信号CLK1及びCLK2を出力するものである。
本実施形態に係る半導体記憶装置においては、セルフリフレッシュエントリー信号SREがHになることにより、リフレッシュ要求信号発生タイマー1が有効になる。コマンドラッチはリフレッシュ要求信号RFRにより、信号REFを制御する。信号REFはクロック信号CLK1に同期して発生する。
これにより、セルフリフレッシュ状態から通常モードに復帰するときに、信号RD及びWRを早く発生することができる。また、クロック信号CLK1は、セルフリフレッシュ状態時に、リフレッシュ要求があったときのみ動作するため、スタンバイ状態における電流消費量を低減することができる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図である。 図1に示すクロック入力バッファ10を示す回路図である。 本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ動作の後にリード動作を行う場合を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る半導体記憶装置において連続するリフレッシュ動作間の動作を示すタイミングチャートである。 本実施形態の問題点を示すタイミングチャートである。 本実施形態の問題点を示すタイミングチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図である。 図7に示すハザード防止機能つきクロック入力バッファを示す回路図である。 本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ要求信号と内部クロック信号との関係を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る半導体記憶装置においてリフレッシュ動作の後にリード動作を行う場合を示すタイミングチャートである。 本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図である。 この半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置を示すブロック図である。 図13に示すクロック入力部を示す回路図である。 特許文献1に記載されている従来の半導体記憶装置を示すブロック図である。 半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートであり、上部は図15に示す従来の半導体記憶装置の動作を示し、下部は図17に示す他の従来の半導体記憶装置の動作を示す。 同期化した従来の半導体記憶装置を示すブロック図である。 図17に示す半導体記憶装置におけるスタンバイ時(外部信号/CS:H時)の動作波形を示すタイミングチャートである。
符号の説明
1;リフレッシュ要求信号発生タイマー
2、3;制御信号発生ブロック
4;メモリセルアレイ制御信号発生ブロック
5;メモリセルアレイ
6;データ入出力バッファ
7;リフレッシュアドレス
8;マルチプレクサ(MUX)
9;AND回路
10;クロック入力バッファ
11、14、35;枠
12;ハザード
15;NOT回路
16;OR回路
17;NAND回路
18、19、20;インバータ
21;ハザード防止機能付きクロック入力バッファ
22、31;NAND回路
23;NOR回路
24、26、27、30、34;インバータ
25;リセット・セット型フリップフロップ(R−S−FF)
28、29;N型トランジスタ
32、33;リセット付きD型フリップフロップ(D−FF)
36;D型フリップフロップ
41;クロック入力部
/CS;外部信号
A0〜Am;アドレス
ADD0〜ADDm;外部信号
B0〜Bm;信号
Data0〜Datan;データ
DQ0〜DQn;外部信号
C;リード/ライト動作制御信号
D;リフレッシュ動作制御信号
E;出力信号
RFR;リフレッシュ要求信号
CLK、CLK1、CLK2;クロック信号
INCLK;内部クロック信号
INCE;内部クロックイネーブル信号
MCC;メモリアレイコア制御信号
SRE;セルフリフレッシュエントリー信号

Claims (11)

  1. 通常動作状態においてデータの読出及び書込を行いスタンバイ状態においてメモリのリフレッシュを行う半導体記憶装置において、クロック入力バッファが、スタンバイ状態であってリフレッシュが要求されていないときには内部クロック信号を生成しないことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記クロック入力バッファは、前記通常動作状態であるかスタンバイ状態であるかを示す二値信号とリフレッシュが要求されていることを示す二値信号との論理計算結果に基づいて、スタンバイ状態であってリフレッシュが要求されていないときに前記内部クロック信号の生成を停止するものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. データを記憶するメモリセルアレイと、外部から入力されるクロック信号に基づいて前記内部クロック信号を生成するクロック入力バッファと、前記メモリセルアレイに対してリフレッシュを行うことを指示するリフレッシュ要求信号を一定周期毎に出力するリフレッシュタイマと、スタンバイ状態において前記リフレッシュ要求信号が入力されたときに前記内部クロック信号に同期して前記メモリセルアレイのリフレッシュを行うリフレッシュ動作部と、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記クロック入力バッファは、前記内部クロック信号にハザードが発生することを防止する機能を備えたものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記クロック入力バッファは、前記クロック信号がHであるときにリフレッシュが要求されても前記内部クロック信号をHとせずに、前記クロック信号が次にHとなるときに前記内部クロック信号をHとするものであることを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
  6. 通常動作状態においてデータの読出及び書込を行いスタンバイ状態においてメモリのリフレッシュを行う半導体記憶装置において、データを記憶するメモリセルアレイと、外部から入力されるクロック信号に基づいて内部クロック信号を生成するクロック入力バッファと、前記メモリセルアレイに対してリフレッシュを行うことを指示するリフレッシュ要求信号を一定周期毎に出力するリフレッシュタイマと、スタンバイ状態において前記リフレッシュ要求信号が入力されたときに前記内部クロック信号に同期して前記メモリセルアレイのリフレッシュを行うリフレッシュ動作部と、を有し、前記クロック入力バッファが、スタンバイ状態であってリフレッシュ要求信号が出力されていないときには前記内部クロック信号を生成しないものであることを特徴とする半導体記憶装置。
  7. 前記通常動作状態であるかスタンバイ状態であるかを示す二値信号及び前記リフレッシュ要求信号が入力され、これらの信号の論理計算結果を前記クロック入力バッファに対して出力する論理回路を有し、前記クロック入力バッファは、前記論理計算結果に基づいて、スタンバイ状態であり且つリフレッシュ要求信号が出力されていないときに前記内部クロック信号の生成を停止するものであることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
  8. 前記クロック入力バッファは、前記内部クロック信号にハザードが発生することを防止する機能を備えたものであることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体記憶装置。
  9. 前記クロック入力バッファは、前記クロック信号がHであるときに前記リフレッシュ要求信号が発生しても前記内部クロック信号をHとせずに、前記クロック信号が次にHとなるときに前記内部クロック信号をHとするものであることを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。
  10. 前記クロック入力バッファと前記リフレッシュ動作部との間に接続され、クロック端子に前記内部クロック信号が入力され、D端子に前記リフレッシュ要求信号が入力され、Q出力が前記スタンバイ状態時に前記リフレッシュ動作部に入力されるD型フリップフロップを有し、前記リフレッシュ動作部は前記リフレッシュ要求信号として前記Q出力が入力されるものであることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体記憶装置。
  11. 前記メモリセルアレイがDRAMにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
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