JP2005141505A - メモリ装置、メモリ制御方法および表示装置 - Google Patents

メモリ装置、メモリ制御方法および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 パリティビットを設けてメモリセルのエラーを救済するためには、相当量のハードウエア増加を覚悟しなければならない。
【解決手段】 テスト回路12はメモリブロック10のメモリセルに対してハードウエアでテストを実行する。エラーセルが検出されるとき、そのアドレスが第1エラーアドレスレジスタ21または第2エラーアドレスレジスタ22に記録される。プロセッサがエラーセルのアドレスにアクセスすると、第1アドレスコンパレータ31または第2アドレスコンパレータ32がこれを検出し、代替セルとしての第1補正レジスタ51または第2補正レジスタ52へデータを書き込み、またはそれらからデータを読み出す。これにより、エラーセルが代替セルでカバーされる。
【選択図】 図1

Description

本発明はメモリ装置とその関連技術に関し、とくに、テスト機能を内蔵したメモリ装置とその制御方法、およびそのメモリ装置を搭載した表示装置に関する。
近年、システムの構築に大容量のメモリは不可欠である。ユーザはより多様な機能をより高い性能で、しかもよりコンパクトな形態で実現するシステムを求めるため、メモリの大容量化に対する要望は高まるばかりである。しかし、メモリの大容量化に伴い、当然ながらメモリセルの不良または故障の問題が顕著になる。不良または故障のメモリセル(以下これを単に「エラーセル」ともいう)の存在は、システムの異常動作その他の不具合の原因となる。
従来、エラーセルの検出のためにパリティチェックが知られている。バリティチェックにおいて、所定のビット長に対して冗長ビットであるパリティビットをどのようにもたせるかにより、エラーセルの検出のみが可能な場合と、検出だけでなく、訂正まで可能な場合がある。例えば特許文献1には、パリティチェックを利用し、冗長化されたメモリにおいて、訂正不可能な事態に陥る前にエラー訂正をする技術が開示されている。
特開平10−49448号公報
パリティチェックによれば、エラーセルの検出や訂正が可能であるが、そのために必要な冗長度は決して低くなく、メモリの大容量化を妨げる要因となる。また、パリティビットの計算に要する時間により、メモリのアクセスタイムが制約される場合もある。本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大容量化に向くメモリ装置とその関連技術を提供することにある。
本発明のメモリ装置は、メモリセルが配置されたメモリブロックと、前記メモリセルに対するセルフテストを実行するテスト回路と、前記セルフテストの結果エラーとなったメモリセルを代替する代替セルと、前記エラーとなったメモリセルに対するアクセスを前記代替セルへのアクセスに切り換えるバイパス回路とを内蔵する。このメモリ装置は1チップ化されたLSIであってもよい。その場合、そのLSIはメモリ専用であってもよいし、メモリとそれを利用する任意のシステム回路や制御回路を備えてもよい。
前記代替セルは、前記メモリブロック外に設けられたレジスタ回路によって構成されてもよい。メモリブロックに対して代替セルを例えば数個設ける程度でよいので、所定のビット長ごとに冗長ビットを必要とするバリティ方式よりも冗長度を下げることができる。
本発明のメモリ装置のある態様では、前記バイパス回路は、前記エラーとなったメモリセルのアドレスを記憶するエラーアドレス記憶回路と、現在アクセスされているアドレスと前記エラーアドレス記憶回路に記憶されたアドレスとを比較する比較回路と、比較回路によって比較される両アドレスが一致したとき、前記代替セルへアクセス先を変更する切換回路とを備える。
本発明の別の態様は表示装置であり、表示メモリと、その表示メモリからデータを読み出して表示する制御回路とを備え、前記表示メモリは、メモリセルが配置されたメモリブロックと、前記メモリセルに対するセルフテストを実行するテスト回路と、前記セルフテストの結果エラーとなったメモリセルを代替する代替セルと、前記エラーとなったメモリセルに対するアクセスを前記代替セルへのアクセスに切り換えるバイパス回路とを内蔵する。表示メモリは1ビットでもエラーセルがあるとユーザにすぐ知られるため、本態様の表示メモリでエラーセルを置換することは効果的である。
本発明のさらに別の態様はメモリ制御方法であり、メモリ装置の使用に先立ち、所定のテスト開始条件にしたがって前記メモリ装置内のメモリセルに対してセルフテストを実施するステップと、前記セルフテストでエラーが検出されたとき、そのエラーが検出されたメモリセルに替えて代替セルを有効化するステップと、前記エラーが検出されたメモリセルに対するアクセスが発生したとき、アクセス先を前記代替セルへ切り換えるステップとを備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、回路などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のメモリ装置は大容量化に向く。また、エラーセルを代替セルによって正常なセルとして利用できる。本発明のその他の態様では、このメモリ装置の利点を享受できる。
図1は、実施の形態に係るメモリ装置100の構成を示す。メモリ装置100に対してデータのリードライトをする主体を以下「プロセッサ」とよぶ。ここでは、メモリ装置100だけ、またはメモリ装置100とプロセッサがひとつの集積回路装置、すなわちLSIとして実装されている。図中、「WD」はライトデータ、「WE」はハイでライト、ローでリードを示すコマンド信号、「A」はアドレス、「RD」はリードデータの総称であり、必要に応じてこれらの記号で表記する。
メモリブロック10は多数のメモリセルを含むSRAMその他任意のRAMである。テスト回路12は、いわゆるBIST(Built In Self Test)用の回路であり、ライト用セレクタ14はテスト回路12によってメモリブロック10へテストデータを書き込むための経路と通常のライトアクセス経路を切り換える。通常のライトアクセスはプロセッサがライトバス24を用いて実施する。ライトバス24は、WD、A、WEを伝搬する。ライト用メモリバス30はライト用セレクタ14とメモリブロック10を結び、WD、A、WEを伝搬する。テスト回路12からテスト用のWD、A、WEがライト用セレクタ14へ入力され、テスト中であることを示すテスト信号36も入力される。テスト信号36がアクティブのとき、テスト回路12から出力されたWD、A、WEがライト用セレクタ14を経てメモリブロック10へ入力される。一方、テスト信号36がインアクティブのとき、プロセッサからのライトデータがライト用セレクタ14を経てメモリブロック10へ入力される。
リード用セレクタ16はメモリブロック10からのリードデータと、後述の代替データの一方を選択し、リードバス26を介してプロセッサへ返す。
第1エラーアドレスレジスタ21、第2エラーアドレスレジスタ22はテスト回路12によるBISTの結果、エラーが検出されたメモリアドレス(以下単に「エラーアドレス」という)を記憶する。テスト回路12はエラー発生時、エラー検出信号38をアサートし、この信号が書込トリガとなる。第1エラーアドレスレジスタ21と第2エラーアドレスレジスタ22の2系統設けたのは、後述のごとく、メモリブロック10を複数の領域に分け、第1エラーアドレスレジスタ21が第1の領域、第2エラーアドレスレジスタ22が第2の領域をそれぞれ担当するためである。したがって、第1の領域をテスト中にエラーが発生すれば、より厳密には、テスト回路12は第1エラーアドレスレジスタ21に対するエラー検出信号38をアサートし、第2エラーアドレスレジスタ22に対するエラー検出信号38はネゲートしておく。以下、両系列とも構造は同等であるから、第1の系列のみ説明する。
第1エラーアドレスレジスタ21に記憶されたエラーアドレスは第1アドレスコンパレータ31へ出力される。第1アドレスコンパレータ31はプロセッサからメモリブロック10へのアクセスが発生したとき、そのアドレスを監視し、エラーアドレスと一致したとき、「エラーのあるメモリセル(以下単にエラーセルという)へのアクセス発生」を示す第1エラーセルアクセス信号61をアサートする。イネーブルレジスタ18は第1アドレスコンパレータ31の動作自体を禁止または許可する。動作が禁止されているとき、第1エラーセルアクセス信号61はアサートされない。
第1ライトロジック回路41は論理回路であり、WE、WD、第1エラーセルアクセス信号61を入力する。WDに対して、第1ライトロジック回路41はタイミング上の必要に応じて図示しないラッチまたはバッファ回路を内蔵するが、もちろん、スルー回路であってもよい。ここでは説明の簡単のためスルー回路とする。第1ライトロジック回路41は、WEがアクティブ、すなわちライトサイクルであり、かつ第1エラーセルアクセス信号61がアサートされれば、そのときのWDを第1補正レジスタ51へ書き込む。これにより、エラーセルへのライトデータ書込に替えて、代替セルとして機能する第1補正レジスタ51へのデータ書込が実現する。以下、代替セルに記録されたデータを「代替データ」ともいう。
一方、エラーアドレスに対するアクセスがリードのとき、第1補正レジスタ51への書込は発生しない。そのかわり、第1補正レジスタ51に記憶された代替データがレジスタセレクタ20とリード用セレクタ16を経てプロセッサへ返される。このため、メモリブロック10からのリードデータは無視され、エラーアドレスが代替セルによって完全に置換される。レジスタセレクタ20は第1エラーセルアクセス信号61と第2エラーセルアクセス信号62を参照し、いずれの補正レジスタのデータを選択するか決定する。オアゲート34は、第1エラーセルアクセス信号61または第2エラーセルアクセス信号62がアサートされるとハイを出力し、これにより、リード用セレクタ16がレジスタセレクタ20の出力を選択してリードバス26へ出力する。
図2は、第1エラーアドレスレジスタ21、第1アドレスコンパレータ31、第1ライトロジック回路41、第1補正レジスタ51によって形成される第1の代替セル経路、第2エラーアドレスレジスタ22、第2アドレスコンパレータ32、第2ライトロジック回路42、第2補正レジスタ52によって形成される第2の代替セル経路、およびメモリブロック10の内部構造の対応関係を示す。これらの代替セル回路は、エラー修復のためにメモリブロック10へのアクセスをバイパスするため、「パイパス回路」と考えてもよい。
同図のごとく、第1、第2の代替セル経路は、それぞれ第1、第2の領域である第1RAM10a、第2RAM10bに対応している。メモリブロック10は内部に複数の個別なRAMを持っている場合があり、そうした場合、RAMごとに代替セルを準備することができる。個別のRAMごとに代替セルを準備する場合、たとえば個別のRAMごとに、それに近い場所に代替セルや関連回路をおくことができるなどのメリットがある。個別のRAMごとにサイズが異なる場合、サイズに応じて代替セルの数を決めてもよい。たとえば、8キロバイトのRAMに2個、16キロバイトのRAMに4個の代替セルなど、およそ比例して代替セルを設けてもよい。エラーセルの数は、RAMのサイズに比例すると考えられるためである。なお、図2では3以上のRAMが存在しており、図1ではそのうちふたつを描いている。
図3は、テスト回路12の内部構成を示す。ステート管理部102はテスト回路12全体の動作を制御するとともに、テスト中はテスト信号36をアサートする。ステートはリセット入力RSTによって初期化され、クロック入力CLKによって進行する。アドレス生成部104、データ生成部106、コマンド生成部108はそれぞれ、ステート管理部102の制御下、ステートごとに必要なアドレス、テストデータ、ライトおよびリードコマンドを発生する。
アドレス生成部104はアドレスマーチテストのためにインクリメントおよびデクリメント可能なカウンタ(図示せず)を内蔵する。コンパータ110は、テストデータのリード値と期待値を比較し、両者が不一致であればエラーアドレスを検出したとしてエラー検出信号38をアサートする。エラーカウンタ112はエラー検出の回数をカウントし、カウント値が準備した代替セルの数を超えればこれをステート管理部102へ通知する。ステート管理部102は通知を受けテストを強制終了する。エラーカウンタ112はカウント値をプロセッサから読み出し可能にシステムレジスタとして構成され、プロセッサはテストの結果、エラーの数やエラーによる強制終了の有無を知ることができる。テスト回路12によるテストは例えば以下のステートに従って行うことができる。
1.アドレス00→最終アドレスへオール0をライト
2.アドレス00→最終アドレスへ(オール0を)リードしながらオール1をライト
3.リードしたデータがオール0であるか比較チェック
4.最終アドレス→アドレス00へ(オール1を)リードしながらオール0をライト
5.リードしたデータがオール1であるか比較チェック
6.アドレス00→最終アドレスへオール1をライト
7.アドレス00→最終アドレスへ(オール1を)リードしながらオール0をライト
8.リードしたデータがオール1であるか比較チェック
9.最終アドレス→アドレス00へ(オール0を)リードしながらオール1をライト
10.リードしたデータがオール0であるか比較チェック
11.全RAMへのBIST終了
12.エラーの数が代替セルの数を超えたら強制終了
図4は第1アドレスコンパレータ31の内部構成を示す。ここではRAMのサイズが1〜8キロバイトであるとし、それらにしたがい、入力されるアドレスが10〜13ビットのいずれかであるとする。コンパレータ120はプロセッサが出力しているアドレスAと第1エラーアドレスレジスタ21に記憶されたエラーアドレスを比較する。ただし、第1エラーアドレスレジスタ21に有効なエラーアドレスが書き込まれていないときに両アドレスの偶然の一致を避けるべく、第1エラーアドレスレジスタ21の最上位ビットMSBを「エラー存否フラグ」として利用する。第1エラーアドレスレジスタ21はリセット後MSBがゼロになるよう構成し、テスト回路12がエラーを検出したとき、MSBに1を書き込み、同時にエラーアドレスを書き込む。これにより、第1エラーアドレスレジスタ21に記憶されたエラーアドレスが有効なときに限り、MSBが1となる。
さらに、イネーブルレジスタ18によってBIST動作が許可されている必要があるため、イネーブルレジスタ18の出力とMSBをアンドゲート122に入力し、その出力によってコンパレータ120をイネーブルする。コンパレータ120がイネーブルのときに限り、入力された両アドレスが一致すれば第1エラーセルアクセス信号61がアサートされる。
図5はレジスタセレクタ20の内部構成を示す。レジスタセレクタ20は第1セレクタ130、第2セレクタ132を有し、それぞれ第1アンドゲート136、第2アンドゲート138によって制御される。第1アンドゲート136、第2アンドゲート138はそれぞれWEと第1エラーセルアクセス信号61、WEと第2エラーセルアクセス信号62が入力される。
第1アンドゲート136は、WEがローで第1エラーセルアクセス信号61がハイ、すなわち、第1補正レジスタ51が担当しているエラーアドレスへのリードの際、出力がハイになり、第2セレクタ132の「1」とラベリングされた、第1補正レジスタ51からのデータが出力される。第2アンドゲート138は、WEがローで第2エラーセルアクセス信号62がハイ、すなわち、第2補正レジスタ52が担当しているエラーアドレスへのリードの際、出力がハイになり、第1セレクタ130の「1」とラベリングされた、第2補正レジスタ52からのデータが出力される。その際、第1アンドゲート136の出力はローなので、第2セレクタ132では「0」とラベリングされた第1セレクタ130からのパスが選択され、結果的に、第2補正レジスタ52からのデータが第2セレクタ132から出力される。
ラッチ134は、第2セレクタ132の出力を保持しており、その出力は第1セレクタ130の「0」とラベリングされた側へ入力される。第1アンドゲート136の出力も第2アンドゲート138の出力もローのとき、すなわち、代替セルがデータを出力しなくてよいとき、ラッチ134が記録したデータが第1セレクタ130、第2セレクタ132、ラッチ134でループし、維持されつづける。以上、レジスタセレクタ20の構成により、必要な代替セルから正しくデータが選択され、リード用セレクタ16へ出力される。
以上の構成による動作を説明する。図6はBISTの処理手順である。まず、メモリ装置100に電源が入り、その他ハードウエア的またはソフトウエア的な方法でリセットがかかる(S10)。これを契機としてテスト回路12のステート管理部102がステート制御を開始し、BISTがはじまる(S12)。BIST中はテスト信号36がアサートされるため、ライト用セレクタ14はテスト回路12の側を選択する。BIST中のライト動作では、テスト回路12からWD、A、WEがメモリブロック10へ出力される。一方、リード動作では、メモリブロック10からのリードデータがテスト回路12のコンパータ110へ入力され、エラーの有無がチェックされる。
BISTの詳細手順は前述のとおりで、その間、エラーが検出されると(S14Y)、まずエラーカウンタ112でエラーがカウントアップされる(S16)。その結果、エラーの数が代替セルよりも多くなると(S18Y)、BISTは強制終了される(S24)。エラーの数が代替セル以下であると(S18N)、第1エラーアドレスレジスタ21または第2エラーアドレスレジスタ22にエラーアドレスが記録される(S20)ここでBISTが終了条件を満たせば(S22Y)終了し、そうでなければ(S22N)S14に戻ってテストが続けられる。
つぎに、BISTが終わった後の通常動作を説明する。図7は通常動作の手順である。BISTが終わっているため、テスト回路12は動作せず、ライト用セレクタ14はライトバス24の側を選択している。プロセッサからのアクセスがない限り(S30N)、メモリ装置100は待機状態にある。
プロセッサからアクセスが発生すると(S30Y)、アクセス中のアドレスがエラーアドレスか否かが第1アドレスコンパレータ31と第2アドレスコンパレータ32で判定される(S32)。エラーアドレスでなければ待機状態にもどり(S32N)、エラーアドレスであれば第1エラーセルアクセス信号61または第2エラーセルアクセス信号62がアサートされる。これにより、リード用セレクタ16はメモリブロック10ではなくレジスタセレクタ20の出力を選択してリードバス26へ出力し、リード動作に備える。第1ライトロジック回路41は、WEを監視し、エラーアドレスへのアクセスがライトアクセスであれば(S34Y)、代替セルである第1補正レジスタ51または第2補正レジスタ52にWDを書き込む(S36)。一方、ライトアクセスでなければ(S34N)、リードアクセスであるから、第1補正レジスタ51または第2補正レジスタ52の必要なほうからレジスタセレクタ20、リード用セレクタ16を経てプロセッサへデータが返される(S38)。
以上の実施の形態には以下のような利点がある。
まず、BISTがメモリ装置100内部のハードウエアで行われるため、テスト時間が短い。また、プロセッサに負荷を掛ける必要がないし、テストのためのプログラムを走らせる必要もない。
つぎに、メモリブロック10に対していくつかの代替セルを準備すれば足りるため、パリティビットを設けてエラー修復まで実施するメモリ装置に比べ、ハードウエアの増加量を極めて低く抑えることができる。
さらに、通常のメモリの出荷テストでは、エラーセルが見つかると、これを強制的に別のセルに置き換え、その置換のためにヒューズや配線を恒久的にカットすることがあるが、その方法では出荷後のエラーに対応できない。実施の形態によれば、出荷後のエラーに対して動的に対応できるため、実効性が高い。逆に、仮に出荷時にエラーセルがあっても、実施の形態では当然これをカバーできるので、従来の方法に比べ劣るところがない。
加えて、代替セルをメモリブロック10の外部においたため、メモリブロック10自体は従来のまま冗長度なく利用することができ、設計上メリットがある。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例や応用例が可能なこと、またそうした変形例等も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例等を例示する。
実施の形態では、メモリ装置100だけ、またはメモリ装置100とプロセッサがひとつの集積回路装置として実装されているとした。しかし、当然これには自由度があり、図1の任意の構成をLSIの中に入れ、または外部に実装することができる。
実施の形態では、メモリブロック10を利用する主体を単に「プロセッサ」とした。このプロセッサは例えば表示装置のCPU(中央処理装置)その他の制御装置であってもよく、その場合、メモリ装置100を表示メモリとして利用するアプリケーションが考えられる。表示メモリにエラーセルがあると、例えばLCDに表示したときドット抜けが生じるため、ユーザに「不良」と認識されがちである。実施の形態にかかるメモリ装置100を表示メモリとすれば、エラーセルが修復できるため、たんに表示メモリの不良を回避するだけでなく、LCDその他表示装置自体の不良を回避することができ、その効果は大きい。
実施の形態では、図2の説明において、代替セル回路を「パイパス回路」と考えた。しかし、パイパス回路の解釈はほかにもあり、例えば第1補正レジスタ51および第2補正レジスタ52だけ、それらと第1アドレスコンパレータ31および第2アドレスコンパレータ32だけ、さらにそれらと第1エラーアドレスレジスタ21および第2エラーアドレスレジスタ22だけ、などと考えてもよい。
実施の形態に係るメモリ装置の構成を示す図である。 第1の代替セル経路、第2の代替セル経路、およびメモリブロックの内部構造の対応関係を示す図である。 テスト回路の内部構成を示す図である。 第1アドレスコンパレータの内部構成を示す図である。 レジスタセレクタの内部構成を示す図である。 実施の形態におけるBISTの処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態において、BIST後の通常動作の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
10 メモリブロック、 12 テスト回路、 21 第1エラーアドレスレジスタ、 22 第2エラーアドレスレジスタ、 31 第1アドレスコンパレータ、 32 第2アドレスコンパレータ、 51 第1補正レジスタ、 52 第2補正レジスタ。

Claims (5)

  1. メモリセルが配置されたメモリブロックと、
    前記メモリセルに対するセルフテストを実行するテスト回路と、
    前記セルフテストの結果エラーとなったメモリセルを代替する代替セルと、
    前記エラーとなったメモリセルに対するアクセスを前記代替セルへのアクセスに切り換えるバイパス回路と、
    を内蔵することを特徴とするメモリ装置。
  2. 前記代替セルは、前記メモリブロック外に設けられたレジスタ回路によって構成されることを特徴とする請求項1に記載のメモリ装置。
  3. 前記バイパス回路は、
    前記エラーとなったメモリセルのアドレスを記憶するエラーアドレス記憶回路と、
    現在アクセスされているアドレスと前記エラーアドレス記憶回路に記憶されたアドレスとを比較する比較回路と、
    比較回路によって比較される両アドレスが一致したとき、前記代替セルへアクセス先を変更する切換回路と、
    を備えることを特徴とする請求項2に記載のメモリ装置。
  4. 表示メモリと、その表示メモリからデータを読み出して表示する制御回路とを備え、前記表示メモリは、
    メモリセルが配置されたメモリブロックと、
    前記メモリセルに対するセルフテストを実行するテスト回路と、
    前記セルフテストの結果エラーとなったメモリセルを代替する代替セルと、
    前記エラーとなったメモリセルに対するアクセスを前記代替セルへのアクセスに切り換えるバイパス回路と、
    を内蔵することを特徴とする表示装置。
  5. メモリ装置の使用に先立ち、所定のテスト開始条件にしたがって前記メモリ装置内のメモリセルに対してセルフテストを実施するステップと、
    前記セルフテストでエラーが検出されたとき、そのエラーが検出されたメモリセルに替えて代替セルを有効化するステップと、
    前記エラーが検出されたメモリセルに対するアクセスが発生したとき、アクセス先を前記代替セルへ切り換えるステップと、
    を備えることを特徴とするメモリ制御方法。
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