JP2006277892A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外部クロックに同期して連続してデータを出力する半導体記憶装置であって、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することのできる半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】 データ出力制御信号生成回路11は、外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成する。タイミング調整回路13は、データ出力制御信号生成回路11で生成されたデータ出力制御信号で示された複数のデータ出力タイミングの中で、所定のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整する。
【選択図】 図1
【解決手段】 データ出力制御信号生成回路11は、外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成する。タイミング調整回路13は、データ出力制御信号生成回路11で生成されたデータ出力制御信号で示された複数のデータ出力タイミングの中で、所定のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、外部クロック信号に同期して連続的にデータを出力する半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置には常にデータアクセスの高速化が要求されており、様々な手法で高速化を図った半導体記憶装置がある。
例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)の出力タイミングを改良し、高速な出力を可能としたEDO(Extended Data Out) DRAMがある。
また、外部からのクロック信号に同期して連続的にデータを読み書きすることにより、高速なデータの入出力を可能にしたSDRAM(Synchronous DRAM)がある。
また、さらなる高速化の要求に応えるため、SDRAMの2倍のデータレートで動作するDDR(Double Data Rate) SDRAMがある。DDR SDRAMは、1周期分のクロック信号の立ち上がりと立ち下がりの両方でデータを読み書きすることにより、SDRAMの転送速度を2倍にするものである(例えば、特許文献1参照)。
SDRAMあるいはDDR SDRAMでは、外部クロックに同期してデータを出力するために、外部クロックに同期した出力用クロックを生成し、その出力用クロックのエッジでデータをフリップフロップにラッチし、フリップフロップにラッチされたデータを出力トランジスタにより出力する構成が採られる。
図4は、従来のDDR SDRAMのデータ出力部の構成を示すブロック図である。図4を参照すると、従来のDDR SDRAMのデータ出力部は、データ出力制御信号生成回路51、バッファリング回路52、および出力回路53を有している。
データ出力制御信号生成回路51は、外部クロックの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに同期したデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号(DLL、BDD)を生成する。
バッファリング回路52は、データ出力制御信号生成回路51で生成されたデータ出力制御信号を波形整形し、出力トランジスタ53に与える。バッファリング回路52は、1段または複数段のインバータで構成される。インバータの段数は配線長や出力トランジスタ数などの構成により異なる。
出力回路53は、バッファリング回路52からのデータ出力制御信号に従ったタイミングでデータを出力する。
図5は、図4に示した出力回路の構成示す回路図である。図5を参照すると、出力回路53は、イネーブル回路61、タイミング制御回路62、フリップフロップ回路63、および出力トランジスタ回路64を有している。
イネーブル回路61には、データ(Data)およびイネーブル信号(OE)が入力している。イネーブル回路61は、イネーブル信号に従ってデータをイネーブルする。イネーブルされている間のデータは外部クロック信号に同期して連続的に出力される。
タイミング制御回路62は、データ出力制御信号生成回路51からのデータ出力制御信号DLL、BDDで示されたタイミングでイネーブル回路61からのデータをフリップフロップ回路63に与えてラッチさせる。
フリップフロップ回路63は、タイミング制御回路62から与えられたデータをラッチし、出力トランジスタ回路64に与える。
出力トランジスタ回路64は、PchトランジスタおよびNchトランジスタからなり、フリップフロップ回路63にラッチされたデータを出力データDoutとして出力する。
図6は、図5に示した出力回路の動作を示すタイミングチャートである。図6を参照すると、外部クロックの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジに同期したデータ出力制御信号DLL、BDDの立ち下がりのタイミングにより、イネーブル期間中のデータ(Data1〜4)がフリップフロップ回路63にラッチされ、外部クロックと所定のタイミング関係で出力データ(Dout)として出力トランジスタ64から出力される。
出力データ(Dout)におけるデータの変化のタイミングは、前の状態によって異なる。
図7は、各状態における出力データの変化タイミングを示すタイミングチャートである。図7を参照すると、(a)データ切り替わり時、(b)先頭データの出力開始時、(c)最終データの出力終了時で出力データの変化タイミングが異なっているのが分かる。そして、これら各々の場合について外部クロックとの関係でスペックが規定されている。
PchおよびNchの両方のトランジスタが共にオフの状態からどちらかのトランジスタがオンになるとき、すなわち先頭データData1の出力開始時のスペックがtLZ(Clock to Dataout low impedence)である。一方のトランジスタがオンで他方のトランジスタがオフの状態からオンとオフが逆転するとき、すなわちデータの切り替わり時のスペックがtAC(Access time from clock)である。一方のトランジスタがオンで他方のトランジスタがオフの状態から両方のトランジスタが共にオフの状態になるとき、すなわち最終データData4の出力終了時のスペックがtHZ(Clock to Dataout high impedence)である。
また、先頭、中間、最終データの全てに対してtOH(Data hold time)が規定されている。
これら全てのスペックを満たし得るように、外部クロックに対する動作タイミングを調整する必要があるが、前の状態の違いによりデータが出力されるタイミングが異なるので、これら全てのスペックを満たすように調整するのが困難な場合がある。
例えば、tACで最適となるように動作タイミングを調整すると、tLZおよびtHZでは最適なタイミングでなくなり、最悪の場合にはスペックを満たすことができない状態になりうる。
一方、EDO DRAMも高速なデータ出力を可能にするものであるが、構成はDDR SDRAMなどと異なっている。
図8は、一般的なEDO DRAMのデータ出力部の構成を示すブロック図である。図8を参照すると、データ出力部は、CASゲート回路71、フリップフロップ回路72および出力トランジスタ回路73を有している。
フリップフロップ回路72の有するPch用フリップフロップおよびNch用フリップフロップの各々には、CASゲート回路71を介してデータDoNおよびDoTが入力されている。
CASゲート回路71は、データDoNおよびDoTを内部CAS信号ICASでゲーティングする。各ゲートは、外部のCASに同期する内部CAS信号ICASに従い、CASがアクティブのとき開き、CASがノンアクティブのとき閉じる。ゲートが開いているときデータDoT、DoNがフリップフロップ回路72の各フリップフロップに入力される。
フリップフロップ回路71の各フリップフロップは、出力トランジスタ回路73の有するPchトランジスタおよびNchトランジスタのオン/オフを制御する。フリップフロップの出力が“1”のときトランジスタはオンとなり、フリップフロップの出力が“0”のときトランジスタはオフとなる。また、2つのフリップフロップの出力が共に“0”とならないように、これらのフリップフロップはタスキがけ接続されている。
また、フリップフロップは、出力イネーブル信号IOE、書き込みイネーブル信号IWE、および制御信号IRBCBによって出力データDoutをハイインピーダンス(High−Z)にするように制御される。制御信号IRBCBは、RASおよびCASが共に“1”のときに“1”となる信号であり、完全に非活性な状態での出力を停止する信号である。
図9は、図8に示したEDO DRAMの動作を示すタイミングチャートである。図9を参照すると、まず、RAS信号がアクティブになった後にCAS信号がアクティブになると、内部CAS信号ICASが“1”となり、CASゲート回路71のゲートが開く。
ただし、この時点では、セルからの読み出しデータは出力バスに到達しておらず、データDoTおよびDoNは共にプリチャージ状態のままで“1”のレベルに保たれている。そのため出力データDoutはHigh−Zに保たれる。その後、データDoTおよびDoNが現れると、それに応じて出力データDoutが変化する。
これは出力変化(tRAC)がRAS信号により決まるのでRAS−アクセスと呼ばれる。
次に、CAS信号がノンアクティブとなり、アドレスADDが変化した直後に、CAS信号が再びアクティブになると、データバスには古いアドレスのデータが残っているので、ゲートが開いても暫くは古いデータが出力される。その後、アドレスの変化がデータバスに伝わって新たなアドレスのデータが出力される。
これは出力変化(tAA)がアドレスによって決まるのでアドレス−アクセスと呼ばれる。
次に、再度、CAS信号がノンアクティブとなり、アドレスADDの変化の後十分に時間が経ってから、CAS信号がアクティブになると、今度は、データバスに新たなアドレスのデータが出ているので、ゲートが開くと同時に新たなアドレスのデータが出力される。
これは出力変化(tCAC)がCAS信号によって決まるのでCAS−アクセスと呼ばれる。
この様にEDO DRAMにはtLZの概念がなく、最初のCASによるアクセスでもtLZに相当する時間値は、RAS信号、アドレス、CAS信号の時間関係によってtRAC、tAA、tCACのいずれにもなり得る。また、tHZに相当する最終データの出力終了時のタイミングはCAS信号によらない。したがって、SDRAMやDDR SDRAMのような一方を最適にすると他方が最適にできないという関係は存在しない。
特開2001−110183号公報
上述した従来のSDRAMやDDR−SDRAMのような半導体記憶装置では、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングについてスペックが規定されているので、それらのタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することが困難であった。
本発明の目的は、外部クロックに同期して連続してデータを出力する半導体記憶装置であって、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することのできる半導体記憶装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の半導体記憶装置は、
外部クロック信号に同期して連続してデータを出力する半導体記憶装置であって、
前記外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成するデータ出力制御信号生成回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号で示された複数の前記データ出力タイミングの中で、所定のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するタイミング調整回路とを有している。
外部クロック信号に同期して連続してデータを出力する半導体記憶装置であって、
前記外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成するデータ出力制御信号生成回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号で示された複数の前記データ出力タイミングの中で、所定のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するタイミング調整回路とを有している。
したがって、本発明によれば、データ出力制御信号生成回路が生成したデータ出力制御信号に対して、タイミング調整回路が、一部のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するので、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することができる。
また、前記タイミング調整回路は、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを、他のデータ出力タイミングと独立に調整することとしてもよい。
これによれば、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングが他と独立に調整されるので、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングが他のデータ出力タイミングと異なる場合に、その両方を同時に最適化することができる。
また、前記データを出力していない間、出力端子はハイインピーダンス状態であり、
前記タイミング調整回路は、前記先頭データの出力開始時および前記最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを所定時間だけ遅延させることとしてもよい。
前記タイミング調整回路は、前記先頭データの出力開始時および前記最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを所定時間だけ遅延させることとしてもよい。
これによれば、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングが遅延させるので、データを出力していない間は出力端子がハイインピーダンス状態であるような構成において、ハイインピーダンスと通常のデータ出力状態との遷移が、通常のデータ出力状態のデータが反転する遷移よりも短時間で行われても、それら遷移のタイミングのずれを低減することができる。
また、対をなすPchおよびNchの2つの出力トランジスタによりデータを出力しており、
前記所定時間は、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方の出力トランジスタがオフの状態から一方の出力トランジスタがオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間であるとしてもよい。
前記所定時間は、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方の出力トランジスタがオフの状態から一方の出力トランジスタがオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間であるとしてもよい。
これによれば、一方の出力トランジスタがオンで他方がオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方がオンで他方がオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方がオフの状態から一方がオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間だけ遅延するので、出力回路が対をなすPchおよびNchの2つの出力トランジスタによりデータを出力する構成において、遷移のタイミングのずれを低減することができる。
また、前記タイミング調整回路は、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号と前記遅延回路の出力とのいずれかを選択して出力する制御回路とを有している。
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号と前記遅延回路の出力とのいずれかを選択して出力する制御回路とを有している。
これによれば、遅延回路が、データ出力制御信号を所定時間だけ遅延させ、制御回路が、データ出力制御信号と遅延回路の出力とのいずれかを選択して出力するので、半導体記憶装置の内部信号から容易に生成可能な制御信号でタイミング調整が可能である。
また、前記外部クロックの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方でデータを出力するDDR SDRAMであるとしてもよい。
本発明によれば、データ出力制御信号生成回路が生成したデータ出力制御信号に対して、タイミング調整回路が、一部のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するので、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することができる。
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態のDDR SDRAMの構成を示すブロック図である。図1を参照すると、本実施形態のDDR SDRAMは、データ出力制御信号生成回路11、バッファリング回路12、タイミング調整回路13、および出力回路14を有している。
データ出力制御信号生成回路11は、従来と同様のものであり、外部クロックの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに同期したデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号(DLL、BDD)を生成する。
バッファリング回路12は、データ出力制御信号生成回路11で生成されたデータ出力制御信号を波形整形する。バッファリング回路12は、1段または複数段のインバータで構成される。インバータの段数は配線長や出力トランジスタ数などの構成により異なる。
タイミング調整回路13は、バッファリング回路12からのデータ出力制御信号のデータ出力タイミングについて、先頭データの出力開始および最終データの出力終了のタイミングと、他のデータ出力タイミングとを独立に調整し、出力回路14に与える。
なお、タイミング調整回路13がバッファリング回路12の一部としての機能を兼ねることにより、バッファリング回路12をその分だけ少ない段数のインバータで構成することとしてもよい。
出力回路14は、図5に例示した従来と同様のものであり、対をなすPchおよびNchの2つの出力トランジスタによりデータを出力する構成である。そして、出力回路14は、タイミング調整回路13からのデータ出力制御信号に従ったタイミングでデータを出力する。また、出力回路14は、データを出力しない間、出力端子をハイインピーダンス状態にする。
図2は、タイミング調整回路の構成例を示す回路図である。ここでは、バッファリング回路12が奇数段のインバータで構成されているものとする。図2を参照すると、タイミング調整回路13は遅延回路21および制御回路22で構成されている。
遅延回路21は、バッファリング回路12の出力を所定時間だけ遅延させる。遅延させる時間は、出力回路14の一方の出力トランジスタがオンで他方がオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方がオンで他方がオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方がオフの状態から一方がオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間である。
制御回路22は、制御信号に応じ、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングでは遅延回路21の出力を選択し、他のデータ出力タイミングではバッファリング回路12の出力を選択し、選択した信号をデータ出力制御信号として出力回路14に送る。なお、制御回路22に与える制御信号は、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時を他のデータ出力タイミングと区別する信号であり、DDR SDRAMの内部信号から容易に生成することができる。
図3は、図2に示したタイミング調整回路からのデータ出力制御信号により動作する出力回路の動作を示すタイミングチャートである。図3において、データ出力制御信号DLL、BDDは、データ出力制御信号生成回路11で外部クロックの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジに同期して生成され、タイミング調整回路13で調整された信号である。
データ出力制御信号DLL、BDDは、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時(図中の(1))のデータ出力タイミングが、他のデータ(図中の(2))の出力タイミングと比べて所定時間だけ遅延している。
このデータ出力制御信号DLL、BDDの立ち下がりのタイミングにより、イネーブル期間中のデータ(Data1〜4)が、出力回路14内のフリップフロップにラッチされ、外部クロックと所定のタイミング関係で出力データ(Dout)として出力される。
図7にて説明した通り、出力データ(Dout)において、データ出力制御信号に対する変化のタイミングは、前の状態によって異なる。しかし、本実施形態のデータ出力制御信号DLL、BDDは、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時(図中の(1))のデータ出力タイミングと、他のデータ(図中の(2))の出力タイミングとが独立に調整されているので、tACとtLZおよびtHZとの全てのスペックを満たすことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、データ出力制御信号生成回路11が、外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成し、タイミング調整回路13が、一部のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するので、1つのクロック信号から定まる複数のタイミングを同時に最適化するようにタイミング調整することができる。
また、タイミング調整回路13は、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを、他のデータ出力タイミングと独立に調整するので、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングが他のデータ出力タイミングと異なる場合に、その両方を同時に最適化することができる。
また、タイミング調整回路13は、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを遅延させるので、データを出力していない間は出力端子がハイインピーダンス状態であるような出力回路14の構成において、ハイインピーダンスと通常のデータ出力状態との遷移が、通常のデータ出力状態のデータが反転する遷移よりも短時間で行われる場合に、それら遷移のタイミングのずれを低減することができる。
また、出力回路14が対をなすPchおよびNchの2つの出力トランジスタによりデータを出力する構成において、遅延させる時間は、一方の出力トランジスタがオンで他方がオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方がオンで他方がオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方がオフの状態から一方がオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間なので、それら遷移のタイミングのずれを低減することができる。
また、タイミング調整回路13は、遅延回路21と制御回路22を有し、遅延回路21が、データ出力制御信号生成回路11で生成されたデータ出力制御信号を所定時間だけ遅延させ、制御回路22が、データ出力制御信号と遅延回路21の出力とのいずれかを選択して出力するので、DDR SDRAM等の半導体記憶装置の内部信号から容易に生成可能な制御信号でタイミング調整が可能である。
なお、本実施形態では、バッファリング回路の一部をタイミング調整回路にする構成を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。他の例として、データ出力制御信号生成回路または出力回路内にタイミング調整回路を設けることとしてもよい。
また、本実施形態に示したタイミング調整回路は一例であり、同様の機能を実現できれば他の構成であってもよい。
また、本実施形態は、先頭データの出力開始時と最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを調整する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。1つのクロック信号から定まる複数のデータ出力タイミングに、出力回路の構成などによって差異が生じる場合に、その差異を調整するものであればよく、どの位置のデータ出力タイミングを調整するものであってもよい。
11 データ出力制御信号生成回路
12 バッファリング回路
13 タイミング調整回路
14 出力回路
21 遅延回路
22 制御回路
12 バッファリング回路
13 タイミング調整回路
14 出力回路
21 遅延回路
22 制御回路
Claims (6)
- 外部クロック信号に同期して連続してデータを出力する半導体記憶装置であって、
前記外部クロックに同期した、連続する複数のデータ出力タイミングを示すデータ出力制御信号を生成するデータ出力制御信号生成回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号で示された複数の前記データ出力タイミングの中で、所定のデータ出力タイミングを他のデータ出力タイミングと独立に調整するタイミング調整回路とを有する半導体記憶装置。 - 前記タイミング調整回路は、先頭データの出力開始時および最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを、他のデータ出力タイミングと独立に調整する、請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記データを出力していない間、出力端子はハイインピーダンス状態であり、
前記タイミング調整回路は、前記先頭データの出力開始時および前記最終データの出力終了時のデータ出力タイミングを所定時間だけ遅延させる、請求項2記載の半導体記憶装置。 - 対をなすPchおよびNchの2つの出力トランジスタによりデータを出力しており、
前記所定時間は、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態からオンとオフが逆転するのにかかる時間と、一方の出力トランジスタがオンで他方の出力トランジスタがオフの状態から両方ともオフとなるのにかかる時間あるいは両方の出力トランジスタがオフの状態から一方の出力トランジスタがオンとなるのにかかる時間との差分に相当する時間である、請求項3記載の半導体記憶装置。 - 前記タイミング調整回路は、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路と、
前記データ出力制御信号生成回路で生成された前記データ出力制御信号と前記遅延回路の出力とのいずれかを選択して出力する制御回路とを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 - 前記外部クロックの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方でデータを出力するDDR SDRAMである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8375238B2 (en) | 2009-05-28 | 2013-02-12 | Panasonic Corporation | Memory system |
US8593897B2 (en) | 2010-02-17 | 2013-11-26 | Elpida Memory, Inc. | Memory controller, semiconductor storage device, and memory system including the memory controller and the semiconductor storage device for outputting temperature value in low power consumption mode |
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US8593897B2 (en) | 2010-02-17 | 2013-11-26 | Elpida Memory, Inc. | Memory controller, semiconductor storage device, and memory system including the memory controller and the semiconductor storage device for outputting temperature value in low power consumption mode |
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