JP2007188612A - 不揮発性記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置のプログラム動作もしくは消去動作に使用される高い駆動電圧の生成に必要なレベルまでチャージポンプ回路の出力電圧が上昇するまでの起動時間を短縮すること。
【解決手段】ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始に応答して、電源投入検出回路Vcc_On_Detが所定レベルの電源投入信号Out1を出力する。Out1に応答して、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとにクロック信号を供給して起動時間を短縮する。起動の後に、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_DetはVccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する。Vcc1の時は、Fnt_CPへのクロック信号の供給が継続される一方、Bck_CPへのクロック信号の供給が停止される。
【選択図】図2
【解決手段】ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始に応答して、電源投入検出回路Vcc_On_Detが所定レベルの電源投入信号Out1を出力する。Out1に応答して、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとにクロック信号を供給して起動時間を短縮する。起動の後に、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_DetはVccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する。Vcc1の時は、Fnt_CPへのクロック信号の供給が継続される一方、Bck_CPへのクロック信号の供給が停止される。
【選択図】図2
Description
本発明は、不揮発性記憶装置に関し、特に2つもしくはそれ以上の電源電圧での動作を可能とするのに有益な技術に関する。
電子機器は、低電源電圧での動作によって低消費電力を実現するとともに、低電源電圧で動作する微細化トランジスタを搭載する大規模集積回路を使用可能としている。一方、電子機器には、低電源電圧で動作する大規模集積回路だけではなく従来の高電源電圧動作の集積回路等の電子部品も、搭載されている。
一方、カード型不揮発性記憶装置としては、パーソナルコンピュータ等のホスト機器のスロットにリムーバブルに挿入され、スロットから引き抜かれるリムーバブル型の不揮発性記憶装置がある。また、パーソナルコンピュータ等のホスト機器のスロットは、前記低電源電圧のタイプと前記高電源電圧のタイプとに分類される。また、携帯電話等のモバイル機器のようなホスト機器のスロットに固定的に接続された組み込み型の不揮発性記憶装置がある。携帯電話等のモバイル機器のようなホスト機器のスロットも、前記低電源電圧のタイプと前記高電源電圧のタイプとに分類される。いずれの型の不揮発性記憶装置においても、低電源電圧と高電源電圧とのいずれでも動作可能なデュアル・ボルテージ動作が必要とされている。
一方、不揮発性記憶装置に内蔵されるフラッシュメモリのような不揮発性記憶デバイスにおいては、格納データの読み出し動作よりも、データ格納のためのプログラム動作(書き込み動作)と格納データの消去動作とにおいて高い駆動電圧が必要とされる。これは、不揮発性記憶デバイスのメモリセルのフローティングゲートのようなメモリセルの不揮発記憶ノードに電荷を注入したり、この不揮発記憶ノードから電荷を引き抜くと言う動作のために、読み出し駆動電圧よりも高いプログラム電圧と高い消去電圧が必要とされている。この高いプログラム電圧と高い消去電圧とは複数の不揮発性メモリセルが接続されたワード線とビット線との少なくとも一方の信号線に印加されることによって、プログラム動作と消去動作とが実行される。
単一電源電圧のみが供給される不揮発性記憶デバイスの内部で、単一電源電圧よりも高いプログラム電圧と高い消去電圧とを生成するために、昇圧回路としてのチャージポンプ回路が不揮発性記憶デバイスに内蔵されている。一方、下記の特許文献1には、ホスト機器から供給される単一電源電圧が高電源電圧と低電源電圧のいずれの場合にもなるデュアル・ボルテージ動作が可能な不揮発性記憶装置が記載されている。下記特許文献1には、ホスト機器から供給される単一電源電圧が高電源電圧と低電源電圧のいずれかに対応して昇圧回路としてのチャージポンプ回路が動作する段数が切り換えられる。ホスト機器から供給される単一電源電圧が高電源電圧の際にはチャージポンプ回路は昇圧段数が4段のチャージポンプとして動作して、単一電源電圧が低電源電圧の際にはチャージポンプ回路は昇圧段数が8段のチャージポンプとして動作する。
本発明に先立って、本発明者等は本発明に先立って、下記のような検討を行った。
すなわち、前記の特許文献1に記載された技術を実際の不揮発性記憶装置で実用化しようとすると、下記のような構成となることが、本発明者等による検討により明らかとされた。すなわち、チャージポンプ回路の動作段数を決定する前に、ホスト機器から供給される単一電源電圧が高電源電圧と低電源電圧のいずれかであるかを、電源電圧レベル検出器により判別することが必要となる。単一電源電圧が、高電源電圧であると判定されたとする。この判定結果に応答して、チャージポンプ回路の前段チャージポンプ回路をクロック信号により活性化する一方、チャージポンプ回路の後段チャージポンプ回路をクロック信号によって活性化されないようにする。単一電源電圧が、低電源電圧であると判定されたとする。この判定結果に応答して、チャージポンプ回路の前段チャージポンプ回路と後段チャージポンプ回路の両者をクロック信号により活性化する。しかし、前記の特許文献1には、クロック信号による後段チャージポンプ回路の活性化・非活性化の判定の以前にホスト機器からの単一電源電圧の供給の時点から前段チャージポンプ回路のクロック信号による活性化を速やかに開始するための回路手段が含まれていない。従って、本発明者等は不揮発性記憶装置の実用化に際して、クロック信号による後段チャージポンプ回路の活性化・非活性化の判定の後に、前段チャージポンプ回路のクロック信号による活性化を開始するようなチャージポンプ回路の設計を行った。しかし、この設計では、単一電源電圧の供給の時点から性化・非活性化の判定までの時間に、前段チャージポンプ回路がクロック信号により活性化されていない。
一方、良く知られているように、n段からなるチャージポンプ回路において、チャージポンプ回路では、前段のチャージポンプ回路の充電された容量は、後段のチャージポンプ回路の未充電の容量を充電する。全ての寄生効果を無視すれば、各容量での電圧が前段の容量よりも電源電圧Vcc分で増加した定常状態に、チャージポンプ回路が到達する。従って、十分な数のクロックサイクルの経過の後に、チャージポンプ回路の出力電圧VOUTは、VOUT=n・Vccとなる。
既に説明したように、前記の設計では、単一電源電圧の供給の時点から活性化・非活性化の判定までの起動時間に、前段チャージポンプ回路がクロック信号により活性化されていない。従って、起動直後の時間にはチャージポンプ回路の前段チャージポンプ回路の各段のそれぞれ容量は、電源電圧Vccまで充電されていない。従って、前記設計によれば、単一電源電圧の供給の時点から不揮発性記憶デバイスのプログラム動作と消去動作に使用される高い駆動電圧の生成に必要なレベルまでチャージポンプ回路の出力電圧が上昇するまでの起動時間が長くなると言う問題が明らかとされた。
従って、本発明は、上記のような本発明者らによる背景技術に関する検討結果を基にしてなされたものである。従って、本発明の目的とするところは、デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置のプログラム動作もしくは消去動作に使用される高い駆動電圧の生成に必要なレベルまでチャージポンプ回路の出力電圧が上昇するまでの起動時間を短縮することにある。また、本発明のその他の目的は、デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置において、ホスト機器から電源電圧が供給されてからプログラム動作もしくは消去動作が可能となるまでの起動時間を短縮することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、本発明のひとつの形態による不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、少なくとも1個の不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)を含んでいる。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は電気的なプログラムと電気的な消去との少なくとも一方が可能なように構成される。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は供給される電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)と高電源電圧(Vcc1)よりも低い低電源電圧(Vcc2)とのいずれによっても動作するように構成されている。不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、供給された高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれの一方(Vcc)の電圧から電気的なプログラムと電気的な消去とのいずれか一方を可能とする昇圧電圧(Vpp)を形成するチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)を含む。不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、電源電圧(Vcc)の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号(Out1)を出力する電源投入検出回路(Vcc_On_Det)と、電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)とを含んでいる。電源投入検出回路(Vcc_On_Det)から出力された所定レベルの電源投入信号(Out1)に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態で起動を開始する。起動の後、電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態から小さな昇圧段数の状態に制御されて昇圧電圧(Vpp)を形成する。電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が低電源電圧(Vcc2)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態が継続されて昇圧電圧(Vpp)を形成するものである。(図2参照)。
本発明の前記ひとつの形態の手段によれば、電源電圧(Vcc)の供給開始から起動では、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態で昇圧動作を実行する。その結果、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の起動時間が短縮される。
本発明の他のひとつの形態による不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、少なくとも1個の不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)を含んでいる。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は、格納データの読み出し動作が可能なように構成され、更にデータ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作が可能なように構成されている。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は、供給される電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれによっても動作するように構成されている。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は、読み出しコマンドに応答して読み出し動作を実行するように構成され、プログラムコマンドと消去コマンドの少なくとも一方に応答してプログラム動作と消去動作の一方を実行するように構成されている。不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、読み出しコマンドとプログラムとのいずれかに応答して不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)からのまたは不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)へのデータ転送を実行するコントローラユニット(MCU)を含む。不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、電源電圧(Vcc)の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号(Out1)を出力する電源投入検出回路(Vcc_On_Det)を含む。不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、供給された電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)を含む。不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)は、供給された高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれの一方の電圧からプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作を可能とする昇圧電圧(Vpp)を形成するチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)を含んでいる。電源投入検出回路(Vcc_On_Det)から出力された所定レベルの電源投入信号(Out1)に応答して、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態で起動を開始する。起動の後、電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態から小さな昇圧段数の状態に制御されて昇圧電圧(Vpp)を形成する。電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が低電源電圧(Vcc2)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態が継続されて昇圧電圧(Vpp)を形成するものである。(図2参照)。
本発明の前記他のひとつの形態の手段によれば、電源電圧(Vcc)の供給開始から起動では、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は大きな昇圧段数の状態で昇圧動作を実行する。その結果、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の起動時間が短縮される。
更に、本発明の更に他のひとつの形態による不揮発性記憶装置(Memo_Crd)は、ホスト機器(Host)と接続可能なメモリコントローラ(Memo_Cnt)と、メモリコントローラ(Memo_Cnt)と接続された少なくとも1個の不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)とを含む。不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)は、格納データの読み出し動作が可能なように構成されている。不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)は、データ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作が可能なように構成されている。メモリコントローラ(Memo_Cnt)と不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)とは、ホスト機器(Host)から供給される電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)とこの高電源電圧(Vcc1)よりも低い低電源電圧(Vcc2)とのいずれによっても動作するように構成されている。メモリコントローラ(Memo_Cnt)は、ホスト機器(Host)からの読み出しコマンドを受信するホストインターフェース(Host_Int)を含む。ホストインターフェース(Host_Int)は、ホスト機器(Host)からのプログラムコマンドと消去コマンドの少なくとも一方を受信するよう構成されている。メモリコントローラ(Memo_Cnt)は、ホストインターフェース(Host_Int)で受信されたホスト機器(Host)からのコマンドに応答してホスト機器(Host)と不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)との間のデータ転送を実行するマイクロコントローラユニット(MCU)を含む。メモリコントローラ(Memo_Cnt)は、ホスト機器(Host)からの電源電圧(Vcc)の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号(Out1)を出力する電源投入検出回路(Vcc_On_Det)を含む。メモリコントローラ(Memo_Cnt)は、ホスト機器(Host)から供給された電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)を含む。不揮発性記憶デバイス(Memo_Dv1)は、ホスト機器(Host)から供給された高電源電圧(Vcc1)と低電源電圧(Vcc2)とのいずれの一方の電圧からプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作を可能とする昇圧電圧(Vpp)を形成するチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)を含む(図1参照)。チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)は、ホスト機器(Host)から供給された電源電圧(Vcc)が入力に印加され多段で構成された前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と、この前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)の出力が入力に印加されることが可能で多段で構成された後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とを含む(図3参照)。電源投入検出回路(Vcc_On_Det)から出力された所定レベルの電源投入信号(Out1)に応答して、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とにクロック信号を供給することにより、前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とは伴に昇圧動作を実行して、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)が起動を開始する。
起動の後、電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が高電源電圧(Vcc1)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)へのクロック信号の供給が継続される一方、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)へのクロック信号の供給が停止される。電源電圧レベル検出回路(Vcc_Lev_Det)からの電源電圧(Vcc)が低電源電圧(Vcc2)との判別に応答してチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)へのクロック信号の供給とが継続される(図2参照)。
本発明の前記更に他のひとつの形態の手段によれば、電源電圧(Vcc)の供給開始の起動時では、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段回路(Fnt_CP)と後段回路(Bck_CP)とにクロック信号が供給されることにより、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とは伴に昇圧動作を実行する。その結果、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の起動時間が短縮される。これにより、デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置のプログラム動作もしくは消去動作に使用される高い駆動電圧の生成に必要なレベルまでチャージポンプ回路の出力電圧が上昇するまでの起動時間を短縮することが可能となる。
本発明の具体的な形態では、ホスト機器(Host)からの電源電圧(Vcc)の供給開始から所定期間(TSTART)に所定レベルの電源投入信号(Out1)が、メモリコントローラ(Memo_Cnt)のマイクロコントローラユニット(MCU)へリセット信号(Reset)として供給される。
本発明の前記具体的な形態の手段によれば、メモリコントローラ(Memo_Cnt)のパワーオンリセットでの初期化が可能となる。
本発明の他の具体的な形態では、電源投入検出回路(Vcc_On_Det)は、ホスト機器(Host)からの電源電圧(Vcc)の上昇時の検出には第1の参照レベル(Vcomp1)を用い、ホスト機器(Host)からの電源電圧(Vcc)の低下時の検出には第1の参照レベル(Vcomp1)よりも低い第2の参照レベル(Vcomp2)を用いる(図2参照)。
本発明の前記他の具体的な形態の手段によれば、電源電圧の若干の変動によるチャージポンプ回路の前段回路と後段回路の両者による昇圧動作と前段回路のみによる昇圧動作との間の頻繁な切り替わりを回避でき、チャージポンプ回路の動作を安定化することが可能となる。
本発明のさらに他の具体的な形態では、高電源電圧(Vcc1)との判別結果に応答して、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)へのクロック信号(φ1、/φ1)の供給が継続される一方、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)への前記クロック信号(φ1、/φ1)の供給が停止され、前記クロック信号(φ1、/φ1)と位相の異なる他のクロック信号(φ2、/φ2)のチャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)への供給が開始される。また、後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)の入力には前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)の出力の供給が停止されてホスト機器(Host)から供給された電源電圧(Vcc)が入力され、前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とは電源電圧(Vcc)を並列に昇圧する(図6参照)。
本発明のさらに他の具体的な形態の手段によれば、チャージポンプ回路(Ch_Pm_Cir1)の前段のチャージポンプ回路(Fnt_CP)と後段のチャージポンプ回路(Bck_CP)とは電源電圧(Vcc)を互いに位相の異なる二つのクロック信号(φ1、/φ1、φ2、/φ2)により並列に昇圧するので、昇圧出力電圧(VOUT)は変動が少なく、より安定化されるものとなる。
本発明の最も具体的な形態では、メモリコントローラ(Memo_Cnt)と不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)とはシングルチップに構成されている。
本発明の他の最も具体的な形態では、不揮発性記憶アレー(Memo_Ary1)はフラッシュメモリである。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、本発明によれば、デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置のプログラム動作もしくは消去動作に使用される高い駆動電圧の生成に必要なレベルまでチャージポンプ回路の出力電圧が上昇するまでの起動時間を短縮することができる。
≪デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置の構成≫
図1は、本発明のひとつの実施形態によるデュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置の構成を示す図である。同図において、リムーバブル型のフラッシュメモリ・カードに構成された不揮発性記憶装置Memo_Crdは、パーソナルコンピュータのようなホスト機器Hostと接続可能なメモリコントローラMemo_Cntと、メモリコントローラMemo_Cntと接続された4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4とを含む。4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれは、格納データの読み出し動作が可能なように構成され、データ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作とが可能なように構成されている。4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4の代表としての不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1は、不揮発性記憶アレーMemo_Ary1と周辺回路Per_Cir1とを含む。不揮発性記憶アレーMemo_Ary1は、良く知られているように複数の不揮発性メモリセルが行方向と列方向とに配列されたものである。不揮発性メモリセルは例えばフラッシュメモリセルであり、フラッシュメモリセルは行方向に配置されたワード線に接続された制御ゲートと、列方向に配置されたビット線に接続されたドレインと、列方向に配置された接地線に接続されたソースとを有するMOSトランジスタにより構成される。MOSトランジスタの制御ゲートの直下には、周囲から電気的に絶縁された不揮発性記憶ノードとしてのフローティングゲートが形成されている。フローティングゲートへの電子の注入によってフラッシュメモリセルとしてのMOSトランジスタへのプログラムが行われ、フローティングゲートの蓄積電子の中和によって消去が行われる。不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1の周辺回路Per_Cir1は、メモリコントローラMemo_Cntからの読み出しコマンド、プログラムコマンド、消去コマンドに応答して、不揮発性記憶アレーMemo_Ary1を行方向と列方向とにアクセスする。また、周辺回路Per_Cir1はチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1を含み、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1はホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccの昇圧により昇圧電圧Vppを生成する。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1から生成された昇圧電圧Vppは、プログラム用高電圧と消去用高電圧として読み出し/プログラム/消去回路R/Pr/Er_Cir1へ供給される。他の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv2、Memo_Dv3、Memo_Dv4も、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1と同様に構成されている。具体的には、4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれは、1Gbitのフラッシュメモリで、不揮発性記憶装置Memo_Crd全体として512MBの記憶容量となっている。メモリコントローラMemo_Cntと不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4とは、ホスト機器Hostから供給される電源電圧Vccが3.3ボルトの高電源電圧Vcc1と1.8ボルトの低電源電圧Vcc2とのいずれによっても動作するように構成されている。メモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostからの読み出しコマンドを受信するホストインターフェースHost_Intを含む。ホストインターフェースHost_Intは、ホスト機器Hostからのプログラムコマンドと消去コマンドをも受信するよう構成されている。メモリコントローラMemo_Cntは、ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドに応答してホスト機器Hostと不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4との間のデータ転送を実行するマイクロコントローラユニットMCUを含む。ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドが読み出しコマンドであれば、マイクロコントローラユニットMCUは不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4から読み出されたデータをホストインターフェースHost_IntとバスBusとを介してホスト機器Hostへ転送する。ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドがプログラムコマンドであれば、マイクロコントローラユニットMCUはホスト機器HostからバスBusとホストインターフェースHost_Intとを介して転送された書き込みデータを不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4へ転送する。従って、書き込みデータは、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4の少なくとも1つのデバイスに格納される。また、メモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始に応答して所定期間TSTARTに所定レベルの電源投入信号Out1を出力する電源投入検出回路Vcc_On_Detを含む。更にメモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detを含む。
図1は、本発明のひとつの実施形態によるデュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置の構成を示す図である。同図において、リムーバブル型のフラッシュメモリ・カードに構成された不揮発性記憶装置Memo_Crdは、パーソナルコンピュータのようなホスト機器Hostと接続可能なメモリコントローラMemo_Cntと、メモリコントローラMemo_Cntと接続された4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4とを含む。4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれは、格納データの読み出し動作が可能なように構成され、データ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作とが可能なように構成されている。4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4の代表としての不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1は、不揮発性記憶アレーMemo_Ary1と周辺回路Per_Cir1とを含む。不揮発性記憶アレーMemo_Ary1は、良く知られているように複数の不揮発性メモリセルが行方向と列方向とに配列されたものである。不揮発性メモリセルは例えばフラッシュメモリセルであり、フラッシュメモリセルは行方向に配置されたワード線に接続された制御ゲートと、列方向に配置されたビット線に接続されたドレインと、列方向に配置された接地線に接続されたソースとを有するMOSトランジスタにより構成される。MOSトランジスタの制御ゲートの直下には、周囲から電気的に絶縁された不揮発性記憶ノードとしてのフローティングゲートが形成されている。フローティングゲートへの電子の注入によってフラッシュメモリセルとしてのMOSトランジスタへのプログラムが行われ、フローティングゲートの蓄積電子の中和によって消去が行われる。不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1の周辺回路Per_Cir1は、メモリコントローラMemo_Cntからの読み出しコマンド、プログラムコマンド、消去コマンドに応答して、不揮発性記憶アレーMemo_Ary1を行方向と列方向とにアクセスする。また、周辺回路Per_Cir1はチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1を含み、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1はホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccの昇圧により昇圧電圧Vppを生成する。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1から生成された昇圧電圧Vppは、プログラム用高電圧と消去用高電圧として読み出し/プログラム/消去回路R/Pr/Er_Cir1へ供給される。他の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv2、Memo_Dv3、Memo_Dv4も、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1と同様に構成されている。具体的には、4個の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれは、1Gbitのフラッシュメモリで、不揮発性記憶装置Memo_Crd全体として512MBの記憶容量となっている。メモリコントローラMemo_Cntと不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4とは、ホスト機器Hostから供給される電源電圧Vccが3.3ボルトの高電源電圧Vcc1と1.8ボルトの低電源電圧Vcc2とのいずれによっても動作するように構成されている。メモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostからの読み出しコマンドを受信するホストインターフェースHost_Intを含む。ホストインターフェースHost_Intは、ホスト機器Hostからのプログラムコマンドと消去コマンドをも受信するよう構成されている。メモリコントローラMemo_Cntは、ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドに応答してホスト機器Hostと不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4との間のデータ転送を実行するマイクロコントローラユニットMCUを含む。ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドが読み出しコマンドであれば、マイクロコントローラユニットMCUは不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4から読み出されたデータをホストインターフェースHost_IntとバスBusとを介してホスト機器Hostへ転送する。ホストインターフェースHost_Intで受信されたホスト機器Hostからのコマンドがプログラムコマンドであれば、マイクロコントローラユニットMCUはホスト機器HostからバスBusとホストインターフェースHost_Intとを介して転送された書き込みデータを不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4へ転送する。従って、書き込みデータは、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4の少なくとも1つのデバイスに格納される。また、メモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始に応答して所定期間TSTARTに所定レベルの電源投入信号Out1を出力する電源投入検出回路Vcc_On_Detを含む。更にメモリコントローラMemo_Cntは、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detを含む。
≪デュアル・ボルテージ動作を可能とする不揮発性記憶装置の動作≫
図2は、メモリコントローラMemo_Cntによるホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccの監視機能を説明する波形図である。図2の1番目には、ホスト機器Hostからの単一電源電圧Vccの供給開始により3.3ボルトの高電源電圧Vcc1と1.8ボルトの低電源電圧Vcc2とが時間と伴に上昇する様子が示されている。図2の2番目には、電源投入検出回路Vcc_On_Detによって電源電圧Vccの供給開始が監視される様子が示されている。この電源投入検出回路Vcc_On_Detは所謂パワーオンリセット回路の機能を持ち、パワーオンの状態を検出する。抵抗と容量とによる時定数で決定される所定期間TSTARTの間に例えばハイレベルの電源投入信号(パワーオンリセット信号)Out1を出力する。この電源投入信号Out1は、メモリコントローラMemo_CntのマイクロコントローラユニットMCUへのリセット信号ResetとしてMCUに供給される。その結果、マイクロコントローラユニットMCUはリセットされて、所定のアドレスからMCU内部のROM等のプログラムメモリからブートプログラムとオペレーションシステムプログラムとアプリケーションプログラム等を読み出すことが可能となる。更に、この電源投入信号Out1は、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detに供給されて、所定期間TSTARTの間に電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによる電源電圧レベル検出の機能を停止している。図2の3番目には、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによる電源電圧レベル検出の様子が示されている。所定期間TSTARTの間に電源電圧レベル検出の機能が停止された後に、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detは、第1の参照レベルVcomp1と第2の参照レベルVcomp2とを使用して弁別を実行する。すなわち、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detは、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの上昇時の検出には2.3ボルトの第1の参照レベルVcomp1を用い、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの低下時の検出には第1の参照レベルVcomp1よりも低い2.1ボルトの第2の参照レベルを用いる。従って、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detはヒステリシス・コンパレータとして動作することによって、電源電圧Vccの若干の変動により、弁別結果が頻繁に変動することを回避している。従って、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1の場合には、所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYに電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はハイレベルとなる。しかし、単一電源電圧Vccが低電源電圧Vcc2の場合には、所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYに電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はローレベルとなる。また更に、電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1は、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれの周辺回路Per_Cir1のチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1に供給されている。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1はホストから供給された単一電源電圧Vcc(高電源電圧Vcc1または低電源電圧Vcc2)を昇圧して、昇圧電圧Vppを生成する。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1からの昇圧電圧Vppは、周辺回路Per_Cir1の読み出し/プログラム/消去回路R/Pr/Er_Cir1で、単一電源電圧Vccよりも高いプログラム電圧と消去電圧として使用される。電源投入検出回路Vcc_On_Detからチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1に供給された電源投入信号Out1は、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の昇圧動作を実行する昇圧段数を制御する。図2の4番目には、電源投入信号Out1によってチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の昇圧段数が制御される様子が示されている。所定期間TSTARTの間には、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路と後段回路とが昇圧動作を実行しているので、昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が大きい状態となっている。その結果、ホスト機器Hostよりの電源電圧Vccの供給開始からのチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の起動時間が短縮されることが可能となる。所定期間TSTARTの後の定常期間TSTEADYには、単一電源電圧Vccが低電源電圧Vcc2である場合には、ローレベルの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2によって昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が大きい状態に維持される。しかし、所定期間TSTARTの後の定常期間TSTEADYには、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1である場合には、ハイレベルの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2によってチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の後段回路は非活性化されて昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が小さい状態に変化する。このようにして、図2の5番目に示すように、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれであったとしても、プログラム動作と消去動作とを可能とする昇圧電圧Vppの立ち上がりは略同様な速度となるものである。
図2は、メモリコントローラMemo_Cntによるホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccの監視機能を説明する波形図である。図2の1番目には、ホスト機器Hostからの単一電源電圧Vccの供給開始により3.3ボルトの高電源電圧Vcc1と1.8ボルトの低電源電圧Vcc2とが時間と伴に上昇する様子が示されている。図2の2番目には、電源投入検出回路Vcc_On_Detによって電源電圧Vccの供給開始が監視される様子が示されている。この電源投入検出回路Vcc_On_Detは所謂パワーオンリセット回路の機能を持ち、パワーオンの状態を検出する。抵抗と容量とによる時定数で決定される所定期間TSTARTの間に例えばハイレベルの電源投入信号(パワーオンリセット信号)Out1を出力する。この電源投入信号Out1は、メモリコントローラMemo_CntのマイクロコントローラユニットMCUへのリセット信号ResetとしてMCUに供給される。その結果、マイクロコントローラユニットMCUはリセットされて、所定のアドレスからMCU内部のROM等のプログラムメモリからブートプログラムとオペレーションシステムプログラムとアプリケーションプログラム等を読み出すことが可能となる。更に、この電源投入信号Out1は、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detに供給されて、所定期間TSTARTの間に電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによる電源電圧レベル検出の機能を停止している。図2の3番目には、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによる電源電圧レベル検出の様子が示されている。所定期間TSTARTの間に電源電圧レベル検出の機能が停止された後に、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detは、第1の参照レベルVcomp1と第2の参照レベルVcomp2とを使用して弁別を実行する。すなわち、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detは、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの上昇時の検出には2.3ボルトの第1の参照レベルVcomp1を用い、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの低下時の検出には第1の参照レベルVcomp1よりも低い2.1ボルトの第2の参照レベルを用いる。従って、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detはヒステリシス・コンパレータとして動作することによって、電源電圧Vccの若干の変動により、弁別結果が頻繁に変動することを回避している。従って、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1の場合には、所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYに電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はハイレベルとなる。しかし、単一電源電圧Vccが低電源電圧Vcc2の場合には、所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYに電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はローレベルとなる。また更に、電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1は、不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4のそれぞれの周辺回路Per_Cir1のチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1に供給されている。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1はホストから供給された単一電源電圧Vcc(高電源電圧Vcc1または低電源電圧Vcc2)を昇圧して、昇圧電圧Vppを生成する。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1からの昇圧電圧Vppは、周辺回路Per_Cir1の読み出し/プログラム/消去回路R/Pr/Er_Cir1で、単一電源電圧Vccよりも高いプログラム電圧と消去電圧として使用される。電源投入検出回路Vcc_On_Detからチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1に供給された電源投入信号Out1は、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の昇圧動作を実行する昇圧段数を制御する。図2の4番目には、電源投入信号Out1によってチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の昇圧段数が制御される様子が示されている。所定期間TSTARTの間には、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路と後段回路とが昇圧動作を実行しているので、昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が大きい状態となっている。その結果、ホスト機器Hostよりの電源電圧Vccの供給開始からのチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の起動時間が短縮されることが可能となる。所定期間TSTARTの後の定常期間TSTEADYには、単一電源電圧Vccが低電源電圧Vcc2である場合には、ローレベルの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2によって昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が大きい状態に維持される。しかし、所定期間TSTARTの後の定常期間TSTEADYには、単一電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1である場合には、ハイレベルの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2によってチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の後段回路は非活性化されて昇圧段数OP_N_Ch_Pm_Cir1が小さい状態に変化する。このようにして、図2の5番目に示すように、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが高電源電圧Vcc1と低電源電圧Vcc2とのいずれであったとしても、プログラム動作と消去動作とを可能とする昇圧電圧Vppの立ち上がりは略同様な速度となるものである。
≪チャージポンプ回路の構成および動作≫
図3は、メモリコントローラMemo_Cntの電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1と電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2とによって制御されるチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の構成を示す図である。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1は、リングオシレータR_Oscと、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_Cntrlrと、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと、後段のチャージポンプ回路Bck_CPとを含んでいる。リングオシレータR_Oscは、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccにより動作してクロック信号φ1、/φ1、φ2、/φ2を生成するように3段のインバータによる正帰還閉ループで構成されている。3段のインバータのそれぞれは相補入力、相補出力のインバータとなっている。生成されるクロック信号φ1、/φ1、φ2、/φ2の相補出力の振幅値は、供給された電源電圧Vccとなる。チャージポンプ制御回路Ch_Pm_Cntrlrは、リングオシレータR_Oscとチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1との間の複数のスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6のオン・オフを制御する。図3は、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTでの動作を説明している。この所定期間TSTARTでは、メモリコントローラMemo_Cntの電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1はハイレベルとなっている。このハイレベルの電源投入信号Out1に応答して、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_CntrlrはスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6を、オン状態、オン状態、オフ状態、オフ状態、オン状態、オフ状態にそれぞれ制御する。オン状態のスイッチSW1を介して、リングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号φ1、/φ1が、駆動相補クロック信号φa、/φaとして前段のチャージポンプ回路Fnt_CPに供給される。同様に、オン状態のスイッチSW2を介して、リングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号φ1、/φ1が、駆動相補クロック信号φb、/φbとして後段のチャージポンプ回路Bck_CPに供給される。この時には、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの最終段の4段目のチャージポンプ回路Q4、C4の昇圧電圧V4は、後段のチャージポンプ回路Bck_CPの初段の1段目のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q5のドレインに印加されている。また、オン状態のスイッチSW5を介してリングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号/φ1が後段のチャージポンプ回路Bck_CPの最終段の5段目のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q10のゲートに印加されている。以上説明したように、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTでは、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとにはクロック信号φ1、/φ1が供給されることにより、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと後段のチャージポンプ回路Bck_CPとは伴に昇圧動作を実行する。その結果、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の起動時間が短縮されることができる。
図3は、メモリコントローラMemo_Cntの電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1と電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2とによって制御されるチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の構成を示す図である。チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1は、リングオシレータR_Oscと、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_Cntrlrと、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと、後段のチャージポンプ回路Bck_CPとを含んでいる。リングオシレータR_Oscは、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccにより動作してクロック信号φ1、/φ1、φ2、/φ2を生成するように3段のインバータによる正帰還閉ループで構成されている。3段のインバータのそれぞれは相補入力、相補出力のインバータとなっている。生成されるクロック信号φ1、/φ1、φ2、/φ2の相補出力の振幅値は、供給された電源電圧Vccとなる。チャージポンプ制御回路Ch_Pm_Cntrlrは、リングオシレータR_Oscとチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1との間の複数のスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6のオン・オフを制御する。図3は、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTでの動作を説明している。この所定期間TSTARTでは、メモリコントローラMemo_Cntの電源投入検出回路Vcc_On_Detからの電源投入信号Out1はハイレベルとなっている。このハイレベルの電源投入信号Out1に応答して、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_CntrlrはスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6を、オン状態、オン状態、オフ状態、オフ状態、オン状態、オフ状態にそれぞれ制御する。オン状態のスイッチSW1を介して、リングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号φ1、/φ1が、駆動相補クロック信号φa、/φaとして前段のチャージポンプ回路Fnt_CPに供給される。同様に、オン状態のスイッチSW2を介して、リングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号φ1、/φ1が、駆動相補クロック信号φb、/φbとして後段のチャージポンプ回路Bck_CPに供給される。この時には、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの最終段の4段目のチャージポンプ回路Q4、C4の昇圧電圧V4は、後段のチャージポンプ回路Bck_CPの初段の1段目のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q5のドレインに印加されている。また、オン状態のスイッチSW5を介してリングオシレータR_Oscから生成されたクロック信号/φ1が後段のチャージポンプ回路Bck_CPの最終段の5段目のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q10のゲートに印加されている。以上説明したように、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTでは、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとにはクロック信号φ1、/φ1が供給されることにより、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと後段のチャージポンプ回路Bck_CPとは伴に昇圧動作を実行する。その結果、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の起動時間が短縮されることができる。
図7は、図3のチャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとの各段のチャージポンプ回路が全て直列接続されて、9段直列のチャージポンプ回路となることを示した図である。図8は、図7に示した9段直列のチャージポンプ回路の各段の昇圧電圧V1…V8、VOUTを示した波形図で、最終昇圧電圧VOUTが電源電圧Vccの9倍となることを示している。
図4は、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYでの電源電圧Vccが、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによって低電源電圧Vcc2と判別された際の動作を説明している。この所定期間TSTARTでは、メモリコントローラMemo_Cntの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はローレベルとなっている。このローレベルの出力Out2に応答して、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_CntrlrはスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6を、オン状態、オン状態、オフ状態、オフ状態、オン状態、オフ状態にそれぞれ制御する。従って、図4の昇圧回路の動作は、図3と同様になり、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段回路Fnt_CPと後段回路Bck_CPとの各段のチャージポンプ回路が全て直列接続されて、供給されたクロック信号φ1、/φ1により全てのチャージポンプ回路が活性化される。
図5は、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYでの電源電圧Vccが、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによって高電源電圧Vcc1と判別された際の動作を説明している。この所定期間TSTARTでは、メモリコントローラMemo_Cntの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はハイレベルとなっている。このハイレベルの出力Out2に応答して、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_CntrlrはスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6を、オン状態、オフ状態、オフ状態、オン状態、オフ状態、オフ状態にそれぞれ制御する。従って、起動動作での図3の9段直列のチャージポンプ回路による昇圧動作の後、スイッチSW2、SW3、SW5がオフ状態となることによって、後段のチャージポンプ回路Bck_CPへのクロック信号φ1、/φ1の供給が停止される。しかし、スイッチSW1がオン状態なので、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPへのクロック信号φ1、/φ1の供給が継続される。また、スイッチSW4がオン状態なので、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの出力に接続された最終段のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q9のゲートがクロック信号/φ1により駆動される。従って、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと最終段のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q9とで合計5段直列のチャージポンプ回路の動作となり、最終昇圧電圧VOUTが電源電圧Vccの5倍となるものである。
図6も、図5と同様に、ホスト機器Hostからの電源電圧Vccの供給開始から所定期間TSTARTの経過後の定常期間TSTEADYでの電源電圧Vccが、電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detによって高電源電圧Vcc1と判別された際の動作を説明している。従って、図5と同様にこの所定期間TSTARTでは、メモリコントローラMemo_Cntの電源電圧レベル検出回路Vcc_Lev_Detの出力Out2はハイレベルとなっている。しかし、ハイレベルの出力Out2に応答して、チャージポンプ制御回路Ch_Pm_CntrlrはスイッチSW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6を、オン状態、オフ状態、オン状態、オン状態、オフ状態、オン状態にそれぞれ制御する。スイッチSW1がオン状態なので、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPへのクロック信号φ1、/φ1の供給が継続される。また、スイッチSW4がオン状態なので、前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの出力に接続された最終段のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q9のゲートがクロック信号/φ1により駆動される。また、スイッチSW3がオン状態となるので、後段のチャージポンプ回路Bck_CPへクロック信号φ1、/φ1と位相の異なる他のクロック信号φ2、/φ2の供給が開始される。この時、後段のチャージポンプ回路Bck_CPの1段目のチャージポンプ回路Q5、C5の入力には前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの4段目Q4、C4の出力が供給されるのではなく、ホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが入力される。すなわち、図6で前段のチャージポンプ回路Fnt_CPの4段目Q4、C4の出力と後段のチャージポンプ回路Bck_CPの1段目のチャージポンプ回路Q5、C5の入力との間の×の記号は、この間のスイッチが電気的にオープン状態となることを示している。また、図6で後段のチャージポンプ回路Bck_CPの1段目のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q5のドレインのVccの記号は、スイッチ素子Q5のドレインにホスト機器Hostから供給された電源電圧Vccが入力されることを示している。またスイッチSW6がオン状態なので、後段のチャージポンプ回路Bck_CPの最終段のチャージポンプ回路のスイッチ素子Q10のゲートがクロック信号/φ2により駆動される。従って、図6の実施形態では、チャージポンプ回路Ch_Pm_Cir1の前段のチャージポンプ回路Fnt_CPと後段のチャージポンプ回路Bck_CPとは、高電源電圧Vcc1を互いに位相の異なる二つのクロック信号φ1、/φ1、φ2、/φ2により並列に昇圧するので、昇圧出力電圧VOUT=5Vccは変動が少なく、より安定化されるものとなる。また図6の構成は、図5の構成と比較して負荷容量に対する電流の供給能力に優れていることから、格納データの消去動作のうち所謂ブロック消去動作において、複数のワード線に対して昇圧電圧Vppを供給する様な構成、若しくは複数の不揮発性メモリセルが共通に接続される基板電極に対して昇圧電圧Vppを供給する様な構成となる場合に、好適である。このブロック消去動作は、複数のワード線に接続されている不揮発性メモリセルに格納されているデータを一括して消去する動作であり、複数のワード線と消去単位となる基板電極との一方又は両方に昇圧電圧Vppが印加される。この様な構成ではチャージポンプ回路での昇圧電圧Vppを充電される負荷容量が大きいために、ワード線や基板電極の電位を上昇させるために必要とされる電荷量が大きくなる。従って、電流供給能力が大きい図6の構成の方が、負荷容量をより早く充電することが可能になることから、ブロック消去動作に必要とされる時間を短縮することが出来る。すなわち定常期間TSTEADYにおいて図5の構成と図6の構成とのいずれの構成で動作させるかは、ホスト機器Hostからのコマンドに応じて切り換えればよい。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、図1においてメモリコントローラMemo_Cntと不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4とはシングルチップに構成されることも可能である。その結果、このチップは、不揮発性メモリ内蔵マイクロコントローラとなる。また、図1の不揮発性記憶デバイスMemo_Dv1…Memo_Dv4はフラッシュメモリに限定されるものではなく、相変化メモリなどの電源遮断の後に、メモリセルに情報を記憶する不揮発性記憶メモリデバイス一般に適用可能である。
Memo_Crd 不揮発性記憶装置
Host ホスト機器
Memo_Cnt メモリコントローラ
Memo_Dv1 不揮発性記憶デバイス
Vcc 電源電圧
Vcc1 高電源電圧
Vcc2 低電源電圧
Host_Int ホストインターフェース
MCU マイクロコントローラユニット
Vcc_On_Det 電源投入検出回路
Out1 電源投入信号
Vcc_Lev_Det 電源電圧レベル検出回路
Ch_Pm_Cir1 チャージポンプ回路
Fnt_CP 前段のチャージポンプ回路
Bck_CP 後段のチャージポンプ回路
Host ホスト機器
Memo_Cnt メモリコントローラ
Memo_Dv1 不揮発性記憶デバイス
Vcc 電源電圧
Vcc1 高電源電圧
Vcc2 低電源電圧
Host_Int ホストインターフェース
MCU マイクロコントローラユニット
Vcc_On_Det 電源投入検出回路
Out1 電源投入信号
Vcc_Lev_Det 電源電圧レベル検出回路
Ch_Pm_Cir1 チャージポンプ回路
Fnt_CP 前段のチャージポンプ回路
Bck_CP 後段のチャージポンプ回路
Claims (20)
- 少なくとも1個の不揮発性記憶アレーを含み、前記不揮発性記憶アレーは電気的なプログラムと電気的な消去との少なくとも一方が可能なように構成され、前記不揮発性記憶アレーは供給される電源電圧が高電源電圧と前記高電源電圧よりも低い低電源電圧とのいずれによっても動作するように構成されてなる不揮発性記憶装置であって、
前記供給された前記高電源電圧と前記低電源電圧とのいずれの一方の電圧から前記電気的なプログラムと前記電気的な消去とのいずれか一方を可能とする昇圧電圧を形成するチャージポンプ回路と、
前記電源電圧の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号を出力する電源投入検出回路と、
前記電源電圧が前記高電源電圧と前記低電源電圧とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路とを含み、
前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号に応答して前記チャージポンプ回路は大きな昇圧段数の状態で起動を開始し、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して前記チャージポンプ回路は前記大きな昇圧段数の状態から前記大きな昇圧段数よりも小さな昇圧段数の状態に制御されて前記昇圧電圧を形成するものであり、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記低電源電圧との判別に応答して前記チャージポンプ回路は前記大きな昇圧段数の前記状態が継続されて前記昇圧電圧を形成するものである不揮発性記憶装置。 - 前記不揮発性記憶アレーは、読み出しコマンドに応答して読み出し動作を実行するように構成され、
前記不揮発性記憶アレーは、プログラムコマンドと消去コマンドの少なくとも一方に応答して前記電気的なプログラムと前記電気的な消去の一方の動作を実行するように構成され、
前記読み出しコマンドと前記プログラムコマンドとのいずれかに応答して前記不揮発性記憶アレーからのまたは前記不揮発性記憶アレーへのデータ転送を実行する制御ユニットを更に含み、
前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号が前記制御ユニットへリセット信号として供給される請求項1に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記電源投入検出回路は、前記電源電圧の上昇時の検出には第1の参照レベルを用い、前記電源電圧の低下時の検出には前記第1の参照レベルよりも低い第2の参照レベルを用いる請求項2に記載の不揮発性記憶装置。
- 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が入力に印加され多段で構成された前段のチャージポンプ回路と、前記前段のチャージポンプ回路の出力が入力に印加されることが可能で多段で構成された後段のチャージポンプ回路とを含を含み、
前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とにクロック信号を供給することにより、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは伴に昇圧動作を実行して、前記チャージポンプ回路が前記起動を開始し、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との前記判別に応答して応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される一方、前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプへの前記クロック信号の供給が停止され、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記低電源電圧との前記判別に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される請求項3に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して、前記クロック信号の供給が停止された前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプ回路へ前記クロック信号と位相の異なる他のクロック信号の供給が開始され、
前記後段のチャージポンプ回路の入力には前記前段のチャージポンプ回路の出力の供給が停止されて前記電源電圧が入力され、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは前記電源電圧を並列に昇圧する請求項4に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記制御ユニットと前記不揮発性記憶アレーとはシングルチップに構成されている請求項1から請求項5のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記不揮発性記憶アレーはフラッシュメモリセルのアレーである請求項1から請求項5のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 少なくとも1個の不揮発性記憶アレーを含み、前記不揮発性記憶アレーは、格納データの読み出し動作が可能なように構成され、前記不揮発性記憶アレーは、データ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作が可能なように構成されてなる不揮発性記憶装置であって、
前記不揮発性記憶アレーは、供給される電源電圧が高電源電圧と前記高電源電圧よりも低い低電源電圧とのいずれによっても動作するように構成され、
前記不揮発性記憶アレーは、読み出しコマンドに応答して読み出し動作を実行するように構成され、
前記不揮発性記憶アレーは、プログラムコマンドと消去コマンドの少なくとも一方に応答してプログラム動作と消去動作の一方を実行するように構成され、
前記読み出しコマンドと前記プログラムコマンドとのいずれかに応答して前記不揮発性記憶アレーからのまたは前記不揮発性記憶アレーへのデータ転送を実行するコントローラユニットと、
前記電源電圧の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号を出力する電源投入検出回路と、
前記電源電圧が前記高電源電圧と前記低い低電源電圧とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路と、
前記不揮発性記憶アレーは、前記供給された前記高電源電圧と前記低電源電圧とのいずれの一方の電圧から前記プログラム動作と格納データの前記消去動作との少なくとも一方の動作を可能とする昇圧電圧を形成するチャージポンプ回路とを含み、
前記電源投入検出回路からの前記所定レベルの前記電源投入信号に応答して、前記チャージポンプ回路は大きな昇圧段数の状態で起動を開始し、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して前記チャージポンプ回路は前記大きな昇圧段数の状態から前記大きな昇圧段数よりも小さな昇圧段数の状態に制御されて前記昇圧電圧を形成するものであり、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記低電源電圧との判別に応答して前記チャージポンプ回路は前記大きな昇圧段数の前記状態が継続されて前記昇圧電圧を形成するものである不揮発性記憶装置。 - 前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号が前記コントローラユニットへリセット信号として供給される請求項8に記載の不揮発性記憶装置。
- 前記電源投入検出回路は、前記ホスト機器からの前記電源電圧の上昇時の検出には第1の参照レベルを用い、前記電源電圧の低下時の検出には前記第1の参照レベルよりも低い第2の参照レベルを用いる請求項9に記載の不揮発性記憶装置。
- 前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が入力に印加され多段で構成された前段のチャージポンプ回路と、前記前段のチャージポンプ回路の出力が入力に印加されることが可能で多段で構成された後段のチャージポンプ回路とを含を含み、
前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とにクロック信号を供給することにより、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは伴に昇圧動作を実行して、前記チャージポンプ回路が前記起動を開始し、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される一方、前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプへの前記クロック信号の供給が停止され、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記低電源電圧との判別に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される請求項10に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して、前記クロック信号の供給が停止された前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプ回路へ前記クロック信号と位相の異なる他のクロック信号の供給が開始され、
前記後段のチャージポンプ回路の入力には前記前段のチャージポンプ回路の出力の供給が停止されて前記電源電圧が入力され、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは前記電源電圧を並列に昇圧する請求項11に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記コントローラユニットと前記不揮発性記憶アレーとはシングルチップに構成されている請求項8から請求項12のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記不揮発性記憶アレーはフラッシュメモリセルのアレーである請求項8から請求項12のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- ホスト機器と接続可能なメモリコントローラと、前記メモリコントローラと接続された少なくとも1個の不揮発性記憶デバイスとを含み、
前記不揮発性記憶デバイスは、格納データの読み出し動作が可能なように構成され、
前記不揮発性記憶デバイスは、データ格納のためのプログラム動作と格納データの消去動作との少なくとも一方の動作が可能なように構成され、
前記メモリコントローラと前記不揮発性記憶デバイスとは、前記ホスト機器から供給される電源電圧が高電源電圧と前記高電源電圧よりも低い低電源電圧とのいずれによっても動作するように構成され、
前記メモリコントローラは、前記ホスト機器からの読み出しコマンドを受信するホストインターフェースを含み、
前記ホストインターフェースは、前記ホスト機器からのプログラムコマンドと消去コマンドの少なくとも一方を受信するよう構成され、
前記メモリコントローラは、前記ホストインターフェースで受信された前記ホスト機器からのコマンドに応答して前記ホスト機器と前記不揮発性記憶デバイスとの間のデータ転送を実行するマイクロコントローラユニットを含み、
前記メモリコントローラは、前記ホスト機器からの前記電源電圧の供給開始に応答して所定レベルの電源投入信号を出力する電源投入検出回路を含み、
前記メモリコントローラは、前記ホスト機器から供給された前記電源電圧が前記高電源電圧と前記低い低電源電圧とのいずれかを判別する電源電圧レベル検出回路を含み、
前記不揮発性記憶デバイスは、前記ホスト機器から供給された前記高電源電圧と前記低電源電圧とのいずれの一方の電圧から前記プログラム動作と格納データの前記消去動作との少なくとも一方の動作を可能とする昇圧電圧を形成するチャージポンプ回路を含み、
前記チャージポンプ回路は、前記ホスト機器から供給された前記電源電圧が入力に印加され多段で構成された前段のチャージポンプ回路と、前記前段のチャージポンプ回路の出力が入力に印加されることが可能で多段で構成された後段のチャージポンプ回路とを含み、
前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とにクロック信号を供給することにより、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは伴に昇圧動作を実行して、前記チャージポンプ回路が起動を開始し、
前記起動の後、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される一方、前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプへの前記クロック信号の供給が停止され、前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記低電源電圧との判別に応答して、前記チャージポンプ回路の前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路への前記クロック信号の供給が継続される不揮発性記憶装置。 - 前記電源投入検出回路から出力された前記所定レベルの前記電源投入信号が、前記メモリコントローラの前記マイクロコントローラユニットへリセット信号として供給される請求項15に記載の不揮発性記憶装置。
- 前記電源投入検出回路は、前記ホスト機器からの前記電源電圧の上昇時の検出には第1の参照レベルを用い、前記ホスト機器からの前記電源電圧の低下時の検出には前記第1の参照レベルよりも低い第2の参照レベルを用いる請求項16に記載の不揮発性記憶装置。
- 前記電源電圧レベル検出回路からの前記電源電圧が前記高電源電圧との判別に応答して、前記クロック信号の供給が停止された前記チャージポンプ回路の前記後段のチャージポンプ回路へ前記クロック信号と位相の異なる他のクロック信号の供給が開始され、
前記後段のチャージポンプ回路の入力には前記前段のチャージポンプ回路の出力の供給が停止されて前記ホスト機器から供給された前記電源電圧が入力され、前記前段のチャージポンプ回路と前記後段のチャージポンプ回路とは前記電源電圧を並列に昇圧する請求項17に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記メモリコントローラと前記不揮発性記憶デバイスとはシングルチップに構成されている請求項15から請求項18のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記不揮発性記憶デバイスはフラッシュメモリである請求項15から請求項18のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
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