JP2007087468A - 出力制御信号発生回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 クロックの乗り換えが不要であり、且つ、初段のラッチ回路のラッチマージンが外部クロックの周期に依存しない出力制御信号発生回路を提供する。
【解決手段】 縦続接続されたラッチ回路群100〜109と、リードコマンドの取り込みに用いた第1のクロックよりも位相が進んだ第2のクロックに基づいて、ラッチ回路群100〜109に供給するタイミング信号を生成するタイミング信号生成回路TCとを備える。タイミング信号生成回路TCは、ラッチ回路群100〜109に含まれる相対的に後段のラッチ回路に供給するタイミング信号よりも、相対的に前段のラッチ回路に供給するタイミング信号の位相を遅らせる。これにより、初段ラッチ回路100のラッチマージンが外部クロックの周期に依存しなくなることから、クロックが非常に高速である場合であっても、正しく制御できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は出力制御信号発生回路に関し、特に、同期式の半導体記憶装置への適用が好適な出力制御信号発生回路に関する。
シンクロナスDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)に代表される同期式の半導体記憶装置は、パーソナルコンピュータのメインメモリなどに広く利用されている。同期式の半導体記憶装置は、コントローラより供給されるクロック信号に同期してデータを入出力することができることから、より高速なクロックを使用することによって、データ転送レートを高めることができる。
しかしながら、シンクロナスDRAMにおいても、DRAMコアはあくまでアナログ動作であり、極めて微弱な電荷をセンス動作により増幅する必要がある。そのため、リードコマンドが発行されてから、最初のデータを出力するまでの時間を短縮することはできず、リードコマンドが発行されてから所定の遅延時間が経過した後、外部クロックに同期して最初のデータが出力される。この遅延時間は一般に「CASレイテンシ」と呼ばれ、クロック周期の整数倍に設定される。例えば、CASレイテンシが5(CL=5)であれば、外部クロックに同期してリードコマンドを取り込んだ後、5周期後の外部クロックに同期して最初のデータが出力される。つまり、5クロック後に最初のデータが出力されることになる。
ところが、シンクロナスDRAMの周辺回路部分は、外部クロックとは異なる各種内部クロックに同期した動作を行っているため、リードコマンドを取り込んだ後、最初のデータを外部クロックに同期して正しく出力させるためには、内部クロックに同期した内部コマンドを、外部クロックに同期させるための「出力制御信号発生回路」を用いる必要がある。
図3は、従来の出力制御信号発生回路の回路図である。
図3に示す出力制御信号発生回路は、CASレイテンシを5(CL=5)とするための回路であり、縦続接続された4個(=CL−1個)のラッチ回路11〜14によって構成されている。これらラッチ回路11〜14は、いずれも入力端D、出力端Q及びクロック端Cを備えたいわゆるDラッチ回路であり、クロック端Cに供給される信号がローレベルからハイレベルに変化したことに応答して、入力端Dに供給されている信号を取り込み、これを出力端Qより出力する。
これら4つのラッチ回路11〜14のうち、初段〜3段目のラッチ回路11〜13のクロック端Cには、内部クロックPCLKが共通に供給されている。一方、最終段のラッチ回路14のクロック端Cには、内部クロックLCLKをディレイ回路19によって遅延した内部クロックLCLKDが供給されている。また、初段のラッチ回路11の入力端Dには内部コマンドR(0)が供給され、これがラッチ回路12〜14へと順次シフトされる。ここで、内部コマンドRの末尾に付された(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動した内部コマンドであることを意味する。したがって、外部クロックCKのアクティブエッジ#1〜3に連動した内部コマンドRは、それぞれ内部コマンドR(1)〜R(3)と表記する。
また、内部コマンドR(3)は、最終段のラッチ回路14に取り込まれ、内部コマンドの一種である出力制御信号DR(4)として出力される。したがって、出力制御信号DR(4)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#4に連動している。
図4は、内部クロックPCLK,LCLKを生成する回路の概略図である。
図4に示すように、内部クロックPCLK,LCLKは、いずれも外部クロックCKに基づいて生成される。つまり、外部クロックCKは、入力バッファ21によってバッファリングされた後、内部バッファ22及びDLL(Delay Locked Loop)回路23に供給される。内部バッファ22を通過したクロックは、内部クロックPCLKとなり、DLL回路23によって生成されたクロックは、内部クロックLCLKとなる。したがって、内部クロックPCLKは、入力バッファ21及び内部バッファ22が持つ遅延により、外部クロックCKよりも位相の遅れた信号となる。一方、内部クロックLCLKは、DLL回路23の機能により、外部クロックCKよりも位相が進んだ信号となる。
次に、図3に示した出力制御信号発生回路の動作について説明する。
図5は、図3に示した出力制御信号発生回路の動作を示すタイミング図である。
図5に示すように、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に同期して、外部コマンドの一種であるリードコマンドREADが取り込まれると、これに基づいて内部コマンドR(0)が生成される。リードコマンドREADが取り込まれてから、内部コマンドR(0)が生成されるまでには所定の遅延時間td0が必要である。したがって、内部コマンドR(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0から、遅延時間td0後に発生することになる。このように、内部コマンドR(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動したタイミングで生成される。
このようにして生成された内部コマンドR(0)は、図3に示したように、出力制御信号発生回路内のラッチ回路11に供給される。上述の通り、ラッチ回路11〜13のクロック端Cには、内部クロックPCLKが共通に供給されている。このため、内部コマンドR(0)は、内部クロックPCLKに同期してラッチ回路11に取り込まれ、その後、順次シフトされる。
より具体的には、内部コマンドR(0)は、内部クロックPCLKのアクティブエッジ#1に同期してラッチ回路11に取り込まれ、内部コマンドR(1)が生成される。ここで、内部クロックPCLKのアクティブエッジ#1とは、外部クロックCKのアクティブエッジ#1に対応したエッジである。同様にして、内部コマンドR(1)は、内部クロックPCLKのアクティブエッジ#2に同期してラッチ回路12に取り込まれ、内部コマンドR(2)が生成される。さらに、内部コマンドR(2)は、内部クロックPCLKのアクティブエッジ#3に同期してラッチ回路13に取り込まれ、内部コマンドR(3)が生成される。
ここで、図5に示すように、内部クロックPCLKは、外部クロックCKよりもtd1だけ位相が遅れた信号である。したがって、ラッチ回路11が内部コマンドR(0)を取り込む際のラッチマージンM1は、外部クロックCKの周期をtCKとすると、
M1=tCK−td0+td1 ・・・(1)
となる。一方、ラッチ回路12,13のラッチマージンM2,M3は、いずれもtCKに等しい。
また、内部コマンドR(3)から出力制御信号DR(4)を生成する際には、クロックの乗り換えが実施される。つまり、内部コマンドR(3)を発生するラッチ回路13は、内部クロックPCLKに同期して動作する一方、出力制御信号DR(4)を発生するラッチ回路14は、内部クロックLCLKDに同期して動作するため、ラッチ回路14が内部コマンドR(3)を取り込む際のラッチマージンM4は、ラッチマージンM2,M3とは異なる値となる。
つまり、図5に示すように、内部クロックLCLKは、外部クロックCKよりもtd2だけ位相が進んでおり(−td2だけ位相が遅れており)、内部クロックLCLKDは、内部クロックLCLKよりもtd3だけ位相が遅れていることから、ラッチ回路14が内部コマンドR3を取り込む際のラッチマージンM4(乗り換えマージン)は、
M4=tCK−td1−td2+td3 ・・・(2)
となる。
ラッチ回路14より出力される出力制御信号DR(4)は、図示しない出力バッファへと供給される。そして、出力バッファは、内部クロックLCLKのアクティブエッジ#5に同期してデータの出力動作を開始する。ここで、出力バッファは上記td2と同じ動作遅延を有しており、その結果、外部クロックCKのアクティブエッジ#5に同期して、実際にデータが出力される。
このような動作により、図3に示す出力制御信号発生回路は、CASレイテンシが5(CL=5)となるように出力制御信号DR(4)を生成し、これを出力バッファに供給することが可能となる。
特開2003−281888号公報
しかしながら、図3に示す出力制御信号発生回路では、内部コマンドR(0)の生成タイミングが外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動している一方で、内部コマンドR(0)の取り込みには、外部クロックCKのアクティブエッジ#1に連動した信号(内部クロックPCLKのアクティブエッジ#1)が用いられていることから、上記の式(1)からも明らかなように、ラッチマージンM1が外部クロックCKの周期tCKに依存することになる。このため、外部クロックCKの周波数が高くなると、ラッチマージンM1が不足し、制御が困難となるおそれがあった。
また、内部コマンドR(3)から出力制御信号DR(4)を生成する際に、クロックの乗り換えを実施する必要があることから、乗り換えマージンであるラッチマージンM4が不足しやすいという問題もあった。
クロックの乗り換え自体を不要とするためには、特許文献1に記載されているように、外部クロックCKよりも位相が遅れた内部クロックPCLKを用いることなく、初段のラッチ回路を含む全てのラッチ回路に対して、外部クロックCKよりも位相が進んだ内部クロックLCLKを用いることが考えられる。しかしながら、特許文献1に記載された方式においても、内部コマンドR(0)の取り込みには、外部クロックCKのアクティブエッジ#1に連動した信号(内部クロックLCLKのアクティブエッジ#1)が用いられていることから、図3に示した出力制御信号発生回路と同様、ラッチマージンM1が外部クロックCKの周期tCKに依存し、このため、外部クロックCKの周波数が高くなると、制御が困難となるおそれがあった。
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、同期式の半導体記憶装置への適用が好適な、改良された出力制御信号発生回路を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、クロックの乗り換えが不要であり、且つ、初段のラッチ回路のラッチマージンが外部クロックの周期に依存しない出力制御信号発生回路を提供することである。
本発明による出力制御信号発生回路は、第1のクロックに同期してリードコマンドを取り込み、n(n:自然数)周期後の前記第1のクロックに同期してデータを出力させるための出力制御信号発生回路であって、前記リードコマンドに基づき生成された内部コマンドを取り込む初段ラッチ回路及び出力制御信号を出力する最終段ラッチ回路を含む、縦続接続されたn個のラッチ回路群と、前記第1のクロックよりも位相が進んだ第2のクロックに基づいて、前記n個のラッチ回路群に供給するタイミング信号を生成するタイミング信号生成回路とを備え、前記タイミング信号生成回路は、前記ラッチ回路群に含まれる相対的に後段のラッチ回路に供給する第1のタイミング信号よりも、前記ラッチ回路群に含まれる相対的に前段のラッチ回路に供給する第2のタイミング信号の位相を遅らせることを特徴とする。
本発明によれば、レイテンシと等しい数(=n個)のラッチ回路を用いるとともに、後段のラッチ回路に供給するタイミング信号よりも、前段のラッチ回路に供給するタイミング信号の位相を遅らせていることから、内部コマンドの生成タイミングと、初段ラッチ回路が内部コマンドを取り込むタイミングの両方を、リードコマンドの取り込みに用いた第1のクロックのアクティブエッジに連動させることが可能となる。これにより、初段ラッチ回路のラッチマージンが外部クロックの周期に依存しなくなることから、第1のクロックが非常に高速である場合であっても、正しく制御を行うことが可能となる。
また、第1のクロックよりも位相の遅れた内部クロックを用いる必要がないことから、従来のようにクロックの乗り換えが不要であり、このため乗り換えマージンを確保する必要もない。
このように、本発明によれば、クロックの乗り換えが不要であり、且つ、初段のラッチ回路のラッチマージンが外部クロックの周期に依存しない出力制御信号発生回路を提供することが可能となる。このため、第1のクロックの周波数を高くすることが可能となることから、第1のクロックが非常に高速である場合であっても、正しく制御を行うことが可能となる。したがって、本発明による出力制御信号発生回路は、高速クロックが使用されるシンクロナスDRAMへの適用が非常に好適である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施の形態による出力制御信号発生回路の回路図である。
本実施形態による出力制御信号発生回路は、シンクロナスDRAMのCASレイテンシを10(CL=10)とするための回路であり、縦続接続された10個(=CL)のラッチ回路100〜109(ラッチ回路群)を含んでいる。既に説明した通り、シンクロナスDRAMにおいても、リードコマンドが発行されてから、最初のデータを出力するまでの時間を短縮することはできないことから、外部クロックの周波数が高くなるとCASレイテンシが大きくなる傾向がある。例えば、外部クロックの周波数が400MHzであり、且つ、CASレイテンシが5であるDRAMを、800MHzの外部クロックを用いて動作させようとすると、CASレイテンシは10になる。
これらラッチ回路100〜109は、いずれも入力端D、出力端Q及びクロック端Cを備えたいわゆるDラッチ回路であり、クロック端Cに供給される信号がローレベルからハイレベルに変化したことに応答して、入力端Dに供給されている信号を取り込み、これを出力端Qより出力する。
さらに、本実施形態による出力制御信号発生回路は、縦続接続された10個のディレイ回路110〜119からなるタイミング信号生成回路TCを備えている。ディレイ回路110〜119の出力であるタイミング信号LCLK0〜LCLK9は、それぞれラッチ回路109〜100のクロック端Cに供給されており、初段のディレイ回路110には、DLL回路によって生成されたクロックが内部クロックLCLKが供給されている。したがって、タイミング信号生成回路TCは、CL=n(本実施形態では10)とした場合、初段のラッチ回路100から数えてk(k:n以下の自然数)番目のラッチ回路に対し、n−k+1個のディレイ素子によって遅延されたタイミング信号を供給することになる。特に限定されるものではないが、ディレイ回路110〜119の遅延量は、互いにほぼ等しい値とすることが好ましい。
図4を用いて説明したように、内部クロックLCLKは、DLL回路によって生成される信号であり、外部クロックCKよりも位相が進んだ信号である。尚、従来の出力制御信号発生回路とは異なり、本実施形態では、外部クロックCKよりも位相の遅れた内部クロックPCLKは使用されない。
図1に示すように、初段のラッチ回路100の入力端Dには内部コマンドRin(0)が供給され、これがラッチ回路101〜109へと順次シフトされる。具体的には、初段のラッチ回路100から数えてk(k:n以下の自然数)番目のラッチ回路は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0からみて、それぞれk個目のアクティブエッジに基づき生成されたタイミング信号に同期して動作することになる。既に説明したとおり、内部コマンドR(又はRin)の末尾に付された数字(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動した内部コマンドであることを意味する。したがって、外部クロックCKのアクティブエッジ#1〜8に連動した内部コマンドRは、それぞれ内部コマンドR(1)〜R(8)と表記している。
ここで、初段のラッチ回路100に供給される内部コマンドがRin(0)と表記され、次段のラッチ回路101に供給される内部コマンドがR(0)と表記されているのは、これらがいずれも、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動した信号であることを意味する。
次に、本実施形態による出力制御信号発生回路の動作について説明する。
図2は、本実施形態による出力制御信号発生回路の動作を示すタイミング図である。
図2に示すように、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に同期して、外部コマンドの一種であるリードコマンドREADが取り込まれると、これに基づいて内部コマンドRin(0)が生成される。既に説明したように、リードコマンドREADが取り込まれてから、内部コマンドRin(0)が生成されるまでには所定の時間td0が必要である。したがって、内部コマンドRin(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0から、遅延時間td0後に発生することになる。このように、内部コマンドRin(0)は、外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動したタイミングで生成される。
このようにして生成された内部コマンドRin(0)は、図1に示したように、出力制御信号発生回路内のラッチ回路100に供給される。
一方、外部クロックCKよりもtd2だけ位相の進んだ(−td2だけ位相が遅れた)内部クロックLCLKは、タイミング信号生成回路TCに供給され、これに含まれるディレイ回路110〜119によって、位相が順次遅れたタイミング信号LCLK0〜LCLK9が生成される。図1に示したとおり、これらタイミング信号LCLK0〜LCLK9は、それぞれラッチ回路109〜100のクロック端Cに供給される。
ここで、各ディレイ回路110〜119の遅延量をtd4とすると、初段のラッチ回路100に供給されるタイミング信号LCLK9は、内部クロックLCLKよりも10×td4だけ位相が遅れた信号となる。したがって、タイミング信号LCLK9を用いて内部コマンドRin(0)を正しくラッチするためには、
td0<10×td4−td2 ・・・(3)
の条件を満たす必要がある。
換言すれば、ラッチ回路100が内部コマンドR0をラッチするためのラッチマージンM0は、
M0=10×td4−td2−td0 ・・・(4)
で表されることになる。
一方、ラッチ回路101〜109は、タイミング信号LCLK1〜LCLK9に同期して内部コマンドR(0)〜R(8)をラッチする。ここで、タイミング信号生成回路TCは、所定のラッチ回路に供給するタイミング信号よりも、1つ前段のラッチ回路に供給するタイミング信号の位相を遅延量td4だけ遅らせており、逆に言えば、所定のラッチ回路に供給するタイミング信号よりも、1つ後段のラッチ回路に供給するタイミング信号の位相を遅延量td4だけ早めている。したがって、外部クロックCKの周期をtCKとすると、遅延量td4は、
tCK>td4 ・・・(5)
に設定する必要がある。
換言すれば、ラッチ回路101〜109が内部コマンドR(0)〜R(8)をラッチするためのラッチマージンM1〜M9は、
M1〜M9=tCK−td4 ・・・(6)
で表されることになる。
このようにして、ラッチ回路100〜109は、それぞれタイミング信号LCLK9〜LCLK0のアクティブエッジ#0〜#9に同期したラッチ動作を連続的に行い、最終的にラッチ回路109より出力される出力制御信号DR(9)は、図示しない出力バッファへと供給される。そして、出力バッファは、内部クロックLCLKのアクティブエッジ#10に同期してデータの出力動作を開始する。ここで、出力バッファは上記td2と同じ動作遅延を有しており、その結果、外部クロックCKのアクティブエッジ#10に同期して、実際にデータが出力される。
このような動作により、本実施形態による出力制御信号発生回路は、CASレイテンシが10(CL=10)となるように出力制御信号DR(9)を生成し、これを出力バッファに供給することが可能となる。
そして、本実施形態による出力制御信号発生回路では、内部コマンドRin(0)の生成タイミングと、初段のラッチ回路100が内部コマンドRin(0)を取り込むタイミングが、いずれも外部クロックCKのアクティブエッジ#0に連動していることから、上記の式(4)からも明らかなように、ラッチ回路100が内部コマンドRin(0)をラッチするためのラッチマージンM0は、外部クロックCKの周期tCKに依存しなくなる。これにより、ラッチマージンM1〜M9が確保される範囲において、外部クロックCKの周波数を高くする(tCKを短くする)ことが可能となることから、使用する外部クロックが非常に高速である場合であっても、正しく制御を行うことが可能となる。
また、本実施形態による出力制御信号発生回路では、外部クロックCKよりも位相の遅れた内部クロックPCLKを用いていないことから、従来のように、乗り換えマージンを確保する必要がない。
さらに、本実施形態による出力制御信号発生回路では、徐々に位相の進んだタイミング信号を用いて内部コマンドRのシフト動作を行っていることから、外部クロックCKよりも僅かに高速のクロックを用いてシフト動作を行っていることと等価となる。このため、特定のラッチ回路だけラッチマージンが極端に不足するということがなく、各ラッチ回路100〜109のラッチマージンをより均一化することが可能となる。
以上より、本実施形態による出力制御信号発生回路は、高速な外部クロックが使用されるシンクロナスDRAMに適用した場合であっても、正しい制御を行うことが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、シンクロナスDRAM用の出力制御信号発生回路を例に説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、CPUに搭載されるキャッシュメモリの制御など、他の回路の制御に用いることも可能である。
本発明の好ましい実施の形態による出力制御信号発生回路の回路図である。 図1に示した出力制御信号発生回路の動作を示すタイミング図である。 従来の出力制御信号発生回路の回路図である。 内部クロックPCLK,LCLKを生成する回路の概略図である。 図3に示した出力制御信号発生回路の動作を示すタイミング図である。
符号の説明
11〜14,100〜109 ラッチ回路
19,110〜119 ディレイ回路
21 入力バッファ
22 内部バッファ
23 DLL回路
CK 外部クロック
DR 出力制御信号
LCLK、LCLKD,PCLK 内部クロック
LCLK0〜LCLK9 タイミング信号
R 内部コマンド
READ リードコマンド
TC タイミング信号生成回路

Claims (7)

  1. 第1のクロックに同期してリードコマンドを取り込み、n(n:自然数)周期後の前記第1のクロックに同期してデータを出力させるための出力制御信号発生回路であって、
    前記リードコマンドに基づき生成された内部コマンドを取り込む初段ラッチ回路及び出力制御信号を出力する最終段ラッチ回路を含む、縦続接続されたn個のラッチ回路群と、前記第1のクロックよりも位相が進んだ第2のクロックに基づいて、前記n個のラッチ回路群に供給するタイミング信号を生成するタイミング信号生成回路とを備え、
    前記タイミング信号生成回路は、前記ラッチ回路群に含まれる相対的に後段のラッチ回路に供給する第1のタイミング信号よりも、前記ラッチ回路群に含まれる相対的に前段のラッチ回路に供給する第2のタイミング信号の位相を遅らせることを特徴とする出力制御信号発生回路。
  2. 前記初段ラッチ回路は、前記リードコマンドの取り込みに用いた前記第1のクロックのアクティブエッジに対応するタイミング信号に同期して、前記内部コマンドを取り込むことを特徴とする請求項1に記載の出力制御信号発生回路。
  3. 前記初段ラッチ回路から数えてk(k:n以下の自然数)番目のラッチ回路は、前記リードコマンドの取り込みに用いた前記第1のクロックのアクティブエッジからみて、それぞれk個目のアクティブエッジに基づき生成されたタイミング信号に同期して動作することを特徴とする請求項2に記載の出力制御信号発生回路。
  4. 前記第1のクロックは外部クロックであり、前記第2のクロックは内部クロックであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の出力制御信号発生回路。
  5. 前記タイミング信号生成回路は、縦続接続されたn個のディレイ回路を含んでいることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の出力制御信号発生回路。
  6. 前記タイミング信号生成回路は、前記初段ラッチ回路から数えてk(k:n以下の自然数)番目のラッチ回路に対し、n−k+1個のディレイ素子によって遅延されたタイミング信号を供給することを特徴とする請求項5に記載の出力制御信号発生回路。
  7. 前記n個のディレイ回路の遅延量が互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項5又は6に記載の出力制御信号発生回路。
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