JP2007220233A - Semiconductor memory device and semiconductor device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リフレッシュの必要な揮発性の半導体記憶装置、及びそのような半導体記憶装置を有する半導体装置及び電子装置に関する。 The present invention relates to a volatile semiconductor memory device that needs to be refreshed, and a semiconductor device and an electronic device having such a semiconductor memory device.
DRAMは、もっとも集積度が高く、ビット当たりの単価が小さい半導体メモリであり、広く使用されている。DRAMは、複数のワード線と、複数のビット線と、ワード線とビット線の交点に対応して配置されたリフレッシュの必要な複数のメモリセルとを備え、ワード線とビット線を選択することで活性化される。DRAMは、記憶したデータを維持するために、各メモリセルに対して再書き込みを行うリフレッシュ動作を周期的に行う必要がある。リフレッシュ動作を行うためにはメモリセルに対して再書き込みを行うので電力を消費する。従って、DRAMのようなリフレッシュ動作の必要な半導体メモリは、たとえメモリセルへのアクセスを行わなくても、リフレッシュ動作は周期的に行う必要があり、電力を消費する。 A DRAM is a semiconductor memory having the highest degree of integration and a low unit price per bit, and is widely used. The DRAM includes a plurality of word lines, a plurality of bit lines, and a plurality of memory cells that need to be refreshed arranged corresponding to the intersections of the word lines and the bit lines, and select the word lines and the bit lines. It is activated by. In order to maintain the stored data, the DRAM needs to periodically perform a refresh operation for rewriting each memory cell. In order to perform the refresh operation, power is consumed because rewriting is performed on the memory cell. Therefore, a semiconductor memory such as a DRAM that requires a refresh operation needs to perform the refresh operation periodically even if the memory cell is not accessed, and consumes power.
近年、半導体記憶装置(半導体メモリ)に対しては、高速化・低消費電力化が強く要求されており、特に携帯電話に用いられるような半導体メモリは、低消費電力化が強く要求されている。そのため、このような用途で使用されるリフレッシュ動作の必要な半導体メモリについても、一層低消費電力化する必要がある。 In recent years, high speed and low power consumption are strongly demanded for semiconductor memory devices (semiconductor memories), and particularly low power consumption is strongly demanded for semiconductor memories used in mobile phones. . Therefore, it is necessary to further reduce the power consumption of a semiconductor memory that is used for such a purpose and requires a refresh operation.
リフレッシュ動作の必要な半導体メモリでリフレッシュ動作を開始する方法は、2種類ある。1つは、外部(メモリコントローラ)からリフレッシュコマンドを入力し、それに応じてリフレッシュ動作を開始する方法である。もう1つの方法は、半導体メモリのチップの内部で周期的にリフレッシュ要求を発生してリフレッシュ動作を開始するセルフリフレッシュ方法である。セルフリフレッシュを行うためには、チップ内にオシレータを設けて、周期的にリフレッシュ要求信号を発生する。 There are two methods for starting a refresh operation in a semiconductor memory that requires a refresh operation. One is a method of inputting a refresh command from the outside (memory controller) and starting a refresh operation in response thereto. Another method is a self-refresh method in which a refresh request is periodically generated inside a semiconductor memory chip to start a refresh operation. In order to perform self-refresh, an oscillator is provided in the chip and a refresh request signal is periodically generated.
リフレッシュ要求信号を発生する間隔は、メモリセルに蓄積された電荷が漏れて電圧が所定値まで低下する時間に関係し、各種の要因に基づいて決定されるが、温度が高いほどリフレッシュ間隔を短くする必要がある。そのため、半導体メモリの動作温度範囲内での動作を保証するためには、動作温度範囲の上限温度に対応してオシレータがリフレッシュ要求信号を発生する間隔、すなわちオシレータの周期を決定している。しかし、このように決定されたオシレータの周期は、常温及び低温では必要以上に短い周期ということになる。上記のように、リフレッシュ動作は電力を消費するので、必要以上に短い周期でのリフレッシュ動作は低消費電力化を図る上では好ましくない。そこで、最近では、チップ内に温度センサを搭載し、オシレータは異なる周期のリフレッシュ要求信号を発生させ、温度センサの検出した温度に応じてリフレッシュ要求信号の周期を切り替えることにより、低消費電力化を図る技術が使用されるようになってきた。 The interval at which the refresh request signal is generated is related to the time during which the charge accumulated in the memory cell leaks and the voltage drops to a predetermined value, and is determined based on various factors. The higher the temperature, the shorter the refresh interval. There is a need to. Therefore, in order to guarantee the operation within the operating temperature range of the semiconductor memory, the interval at which the oscillator generates the refresh request signal, that is, the cycle of the oscillator, is determined corresponding to the upper limit temperature of the operating temperature range. However, the period of the oscillator thus determined is shorter than necessary at room temperature and low temperature. As described above, since the refresh operation consumes power, a refresh operation with a cycle shorter than necessary is not preferable in order to reduce power consumption. Therefore, recently, a temperature sensor is installed in the chip, and the oscillator generates refresh request signals with different periods, and the period of the refresh request signal is switched according to the temperature detected by the temperature sensor, thereby reducing power consumption. Technology to plan has come to be used.
図1は、温度に応じてリフレッシュ要求信号の周期を切り替えるようにした従来の半導体記憶装置の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、この半導体記憶装置を収容したチップ10内には、2個のメモリセルアレイ11A及び11B、と、2つの異なる周期のリフレッシュ要求信号を発生するオシレータ21と、所定の閾値温度で出力が切り替わる温度センサ22と、温度センサ22に応じてオシレータ21の出力する2つのリフレッシュ要求信号の一方を選択する選択回路23と、選択回路の出力するリフレッシュ要求信号に応じてリフレッシュ動作に必要な信号を生成してメモリセルアレイ11A及び11Bに出力するリフレッシュ回路24とを有する。ここに示した各回路要素は、広く知られているので、その内部構成や動作についての説明は省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a conventional semiconductor memory device in which the cycle of a refresh request signal is switched according to temperature. As shown in FIG. 1, in a
オシレータ21は、例えば、1.25μsと10μsの周期の2つのリフレッシュ要求信号を出力し、選択回路23は、チップ温度が低い時、すなわち温度センサ22の出力が一方の論理値(例えば「低(L)」)の時には10μsの周期のリフレッシュ要求信号を選択して出力し、チップ温度が高い時、すなわち温度センサ22の出力が他方の論理値(例えば「高(H)」)の時には1μsの周期のリフレッシュ要求信号を選択して出力する。
The
なお、リフレッシュ動作に直接関係しないが、チップ内に温度センサを設け、検出した温度に応じて回路の動作を最適化することについては、特許文献1及び2などに記載されている。
Although not directly related to the refresh operation, providing a temperature sensor in the chip and optimizing the operation of the circuit according to the detected temperature is described in
上記のように、従来の半導体メモリでは、搭載される温度センサは1個だけであり、チップ内の温度が不均一である場合、温度センサが検出する温度と、実際のメモリセルアレイ付近の温度が異なってしまうことが起こり得る。例えば、メモリセルアレイの温度が高く、リフレッシュ要求信号の周期を短くしなければならない場合でも、温度センサが温度の低い部分の温度を検出している時には、リフレッシュ要求信号の周期は長く、記憶したデータが失われる恐れが生じる。逆に、メモリセルアレイの温度が温度センサの検出温度より低い場合には、リフレッシュ要求信号の周期は、実際にメモリセルアレイで必要な周期より短くなり、無駄に電力を消費することになる。 As described above, in the conventional semiconductor memory, only one temperature sensor is mounted. When the temperature in the chip is not uniform, the temperature detected by the temperature sensor and the temperature near the actual memory cell array are different. It can happen to be different. For example, even when the temperature of the memory cell array is high and the cycle of the refresh request signal must be shortened, the cycle of the refresh request signal is long when the temperature sensor detects the temperature of the low temperature portion, and the stored data May be lost. On the contrary, when the temperature of the memory cell array is lower than the temperature detected by the temperature sensor, the cycle of the refresh request signal is actually shorter than the cycle necessary for the memory cell array, and power is consumed wastefully.
特に、近年は半導体メモリの高集積化が進んでおり、大容量の半導体メモリの使用方法を改善するために、例えばメモリセルアレイを多数のブロックに分割して、ブロックごとに動作状態を設定可能にすることにより、低消費電力化が図れるようにしている。この場合、動作状態のブロックと非動作状態のブロックでは、温度が非常に異なることになり、1個の温度センサで動作状態のブロックのメモリセルアレイの温度を正確に検出するのは難しい。 In particular, in recent years, high integration of semiconductor memories has progressed, and in order to improve the usage of large-capacity semiconductor memories, for example, the memory cell array can be divided into a large number of blocks and the operation state can be set for each block. By doing so, power consumption can be reduced. In this case, the operating block and the non-operating block have very different temperatures, and it is difficult to accurately detect the temperature of the memory cell array of the operating block with one temperature sensor.
また、上記のように、温度センサは所定の閾値温度より低いか高いかにより出力の論理値が変化し、温度センサの出力に応じて2つの周期のリフレッシュ要求信号の一方、上記の例では1.25μsと10μsの周期のリフレッシュ要求信号の一方が選択される。このように、選択されるリフレッシュ要求信号の周期は8倍も異なり、例えばメモリセルアレイの最適なリフレッシュ周期が8μsの場合でも、1.25μs周期のリフレッシュ要求信号が選択されることになり、最適なリフレッシュ周期との差が大きいという問題がある。言い換えれば、きめ細かなリフレッシュ周期の制御が行えず、十分な低消費電力化が図れないという問題があった。 In addition, as described above, the logic value of the output changes depending on whether the temperature sensor is lower or higher than the predetermined threshold temperature, and one of the two cycle refresh request signals according to the output of the temperature sensor, One of the refresh request signals having a period of 25 μs and 10 μs is selected. As described above, the cycle of the refresh request signal to be selected is different by 8 times. For example, even when the optimum refresh cycle of the memory cell array is 8 μs, the refresh request signal having a cycle of 1.25 μs is selected. There is a problem that the difference from the refresh cycle is large. In other words, there is a problem in that fine refresh cycle control cannot be performed and sufficient power consumption cannot be reduced.
本発明は、このような問題を解決するもので、リフレッシュ動作の必要な半導体記憶装置(メモリ)において、リフレッシュ周期の切り替えをより適切に行えるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem and to make it possible to more appropriately switch the refresh cycle in a semiconductor memory device (memory) that requires a refresh operation.
上記目的を実現するため、本発明の半導体記憶装置は、チップ内に配置された複数の温度センサを備え、複数の温度センサの複数の出力に応じてリフレッシュ周期を適切に切り替えるようにする。 In order to achieve the above object, a semiconductor memory device of the present invention includes a plurality of temperature sensors arranged in a chip, and appropriately switches a refresh cycle according to a plurality of outputs of the plurality of temperature sensors.
すなわち、本発明の半導体記憶装置は、複数のワード線と、複数のビット線と、前記ワード線と前記ビット線の交点に対応して配置されたリフレッシュの必要な複数のメモリセルとを備え、前記ワード線と前記ビット線を選択することで活性化されるメモリセルアレイと、チップの温度を検出して、検出結果を出力する複数の温度センサと、前記複数の温度センサの出力を演算処理して選択信号を発生する演算回路と、前記メモリセルアレイの各メモリセルをリフレッシュするタイミングを指示する複数の異なる周期のリフレッシュ要求信号を発生するオシレータと、前記選択信号に応じて、前記複数の異なる周期のリフレッシュ要求信号の1つを選択する選択回路と、選択した前記リフレッシュ要求信号に応じて前記前記メモリセルアレイの各メモリセルをリフレッシュするリフレッシュ回路と、を備えたことを特徴とする。 That is, the semiconductor memory device of the present invention includes a plurality of word lines, a plurality of bit lines, and a plurality of memory cells that need to be refreshed arranged corresponding to the intersections of the word lines and the bit lines, A memory cell array activated by selecting the word line and the bit line, a plurality of temperature sensors that detect a chip temperature and output a detection result, and an output process of the plurality of temperature sensors An operation circuit for generating a selection signal, an oscillator for generating a refresh request signal having a plurality of different cycles for instructing timing for refreshing each memory cell of the memory cell array, and the plurality of different cycles according to the selection signal A selection circuit for selecting one of the refresh request signals, and the memory cell array according to the selected refresh request signal A refresh circuit for refreshing the memory cells, characterized by comprising a.
本発明によれば、複数の温度センサにより、チップの温度に関する情報をより多く検出し、演算回路で検出した多くの温度情報を処理して適切なリフレッシュ動作を行うことが可能になる。 According to the present invention, it is possible to detect more information about the temperature of the chip by the plurality of temperature sensors, process a lot of temperature information detected by the arithmetic circuit, and perform an appropriate refresh operation.
閾値温度より高いか低いかに応じて切り替わる2値信号を出力する温度センサを使用する場合には、複数の温度センサの閾値温度を同一にする場合と、少なくとも一部の温度センサの閾値温度を異ならせる場合とがある。 When using a temperature sensor that outputs a binary signal that switches depending on whether it is higher or lower than the threshold temperature, the threshold temperature of a plurality of temperature sensors is different from that of at least some of the temperature sensors. Sometimes
閾値温度が同一の複数の温度センサを使用する場合には、2段階の温度を検出することが可能であり、複数の温度センサをチップ内の異なる位置、例えば、メモリセルアレイが複数のブロックに分割されている場合には、各ブロックのメモリセルアレイに対応して温度センサを配置して各ブロックのメモリセルアレイの温度を検出する。 When using a plurality of temperature sensors having the same threshold temperature, it is possible to detect two-stage temperatures, and the plurality of temperature sensors are divided into different positions in the chip, for example, the memory cell array is divided into a plurality of blocks. If so, a temperature sensor is arranged corresponding to the memory cell array of each block to detect the temperature of the memory cell array of each block.
さらに、閾値温度が同一の複数の温度センサを使用する場合で、且つオシレータが2つの異なる周期のリフレッシュ要求信号を出力する場合には、演算回路は、複数の温度センサのすべてが閾値温度より高いと判定された出力である時に選択信号を切り替える場合と、複数の温度センサの1つが閾値温度より高いと判定された出力である時に選択信号を切り替える場合があり、半導体記憶装置の仕様に応じて設定する。 Further, when a plurality of temperature sensors having the same threshold temperature are used and the oscillator outputs refresh request signals having two different periods, the arithmetic circuit is configured such that all of the plurality of temperature sensors are higher than the threshold temperature. Depending on the specifications of the semiconductor memory device, the selection signal may be switched when the output is determined to be higher than the threshold temperature, and the selection signal may be switched when the output is determined to be higher than the threshold temperature. Set.
異なる閾値温度の温度センサを使用する場合には、使用する温度センサの個数に応じて複数段階の温度を検出することが可能である。そこで、オシレータが3個以上の複数の異なる周期のリフレッシュ要求信号を出力するようにして、3個以上の複数の閾値温度の異なる温度センサを使用して、リフレッシュ周期と温度センサを対応させれば、検出温度に応じて異なるリフレッシュ周期を設定することが可能であり、よりきめ細かなリフレッシュ周期の制御が行えるようになる。 When temperature sensors having different threshold temperatures are used, it is possible to detect a plurality of stages of temperatures according to the number of temperature sensors to be used. Therefore, if the oscillator outputs three or more refresh request signals having a plurality of different cycles and uses three or more temperature sensors having different threshold temperatures, the refresh cycle and the temperature sensor are associated with each other. Different refresh cycles can be set according to the detected temperature, and the refresh cycle can be controlled more finely.
演算回路は、仕様に応じて設定信号を設定することにより所望の制御が行える回路が、簡単なゲート回路で構成できる。 As the arithmetic circuit, a circuit that can perform desired control by setting a setting signal in accordance with specifications can be configured with a simple gate circuit.
メモリセルアレイが複数のサブメモリセルアレイで構成され、各サブメモリセルアレイごとにリフレッシュ動作が可能で、複数のサブメモリセルアレイのうちの使用するサブメモリセルアレイを指定するモード設定信号を出力するモード設定回路をさらに備える場合には、演算回路は、複数の温度センサのうちモード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力を演算処理して選択信号を発生し、リフレッシュ回路は、モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイをリフレッシュする。これにより、リフレッシュ動作が不必要なサブメモリセルアレイに対するリフレッシュ動作が停止されるので、低消費電力化が図れる。この場合、閾値温度が同じ複数の温度センサを各サブメモリセルアレイに対応して配置し、演算回路は、モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサのすべてが閾値温度より高いと判定された出力である時に選択信号を切り替えるか、又はモード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの少なくとも1つが閾値温度より高いと判定された出力である時に選択信号を切り替える。 A memory cell array is composed of a plurality of sub memory cell arrays, a refresh operation is possible for each sub memory cell array, and a mode setting circuit for outputting a mode setting signal for designating a sub memory cell array to be used among the plurality of sub memory cell arrays is provided. When further provided, the arithmetic circuit arithmetically processes the output of the temperature sensor corresponding to the sub memory cell array selected by the mode setting signal among the plurality of temperature sensors to generate a selection signal, and the refresh circuit sets the mode setting The sub memory cell array selected by the signal is refreshed. As a result, the refresh operation for the sub memory cell array that does not require the refresh operation is stopped, so that the power consumption can be reduced. In this case, a plurality of temperature sensors having the same threshold temperature are arranged corresponding to each sub memory cell array, and the arithmetic circuit determines that all of the temperature sensors corresponding to the sub memory cell array selected by the mode setting signal are higher than the threshold temperature. When the output is determined, the selection signal is switched, or when the output is determined that at least one of the temperature sensors corresponding to the sub memory cell array selected by the mode setting signal is higher than the threshold temperature, the selection signal is switched.
本発明のリフレッシュ動作の必要な半導体記憶装置を、1つ以上の不揮発性半導体記憶装置と一緒に同一パッケージ内に設けて半導体装置を構成することが可能である。 It is possible to configure a semiconductor device by providing the semiconductor memory device requiring the refresh operation of the present invention in the same package together with one or more nonvolatile semiconductor memory devices.
さらに、本発明のリフレッシュ動作の必要な半導体記憶装置を、プロセッサと組み合わせてシステムを構成するようにした電子装置も実現可能である。 Furthermore, it is possible to realize an electronic device in which a semiconductor memory device requiring a refresh operation according to the present invention is combined with a processor to constitute a system.
本発明によれば、リフレッシュ動作の必要な半導体記憶装置(メモリ)において、チップの温度に関する情報をより多く検出して、より適切なリフレッシュ動作を行うことが可能になる。これにより、半導体記憶装置の一層の低消費電力化が図れる。 According to the present invention, in a semiconductor memory device (memory) that requires a refresh operation, it is possible to detect more information about the temperature of the chip and perform a more appropriate refresh operation. Thereby, the power consumption of the semiconductor memory device can be further reduced.
図2は、本発明の第1実施例の半導体記憶装置(半導体メモリ)の構成を示す図である。図1の従来例と比較して明らかなように、第1実施例の半導体メモリは、メモリチップ10内に配置された4個の温度センサ22A、22B、22C、22Dと、4個の温度センサの出力を処理して選択信号を選択回路32に出力する演算回路31と、が設けられている点が従来例と異なる。それ以外の部分は従来例と同じである。図2に示すように、温度センサ22A、22Bは、メモリセルアレイ11Aの近くに配置され、温度センサ22C、22Dは、メモリセルアレイ11Bの近くに配置されている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device (semiconductor memory) of the first embodiment of the present invention. As apparent from the comparison with the conventional example of FIG. 1, the semiconductor memory of the first embodiment includes four
図3は、温度センサ22A、22B、22C、22Dの回路構成を示す図である。図示のように、この温度センサは、高電位電源Vrfvと低電位電源Vssの間に抵抗R1とpnp型バイポーラトランジスタTrを直列に接続し、高電位電源Vrfvと低電位電源Vssの間に抵抗R2と抵抗R3を直列に接続し、抵抗R1とバイポーラトランジスタTrの接続ノードとオペアンプOPの一方の入力に接続し、抵抗R2と抵抗R3の接続ノードとオペアンプOPの他方の入力に接続する。バイポーラトランジスタTrは、コレクタとベースが接続されているので抵抗として動作し、その抵抗値は接合部分の温度に応じて変化し、その変化量は抵抗R1、R2、R3の抵抗値の変化より大きい。そのため、抵抗R1とバイポーラトランジスタTrの接続ノードの電圧は、閾値温度より低い時には抵抗R2と抵抗R3の接続ノードの電圧より低いが、閾値温度より高い時には抵抗R2と抵抗R3の接続ノードの電圧より高くなり、オペアンプOPの出力が「低(L)」から「高(H)」に変化する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
図4は、オシレータ21及び選択回路32の部分の構成を示す図である。参照番号41で示す部分は、インバータを7段に接続して、出力を入力段に戻すことにより発振する発振回路であり、enable信号を「低(L)」にすることにより発振動作を停止し、「高(H)」にすることにより発振動作を行う。分周回路42は、発振回路41から出力される発振信号を分周して、異なる周期の、例えば1.25μsと10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1、RF2を出力する。なお、各種の分周比にすることが可能であり、リフレッシュ要求信号の周期は適宜設定できる。オシレータ21は、発振回路41と分周回路42とで構成される。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
選択回路32は、分周回路42から出力された1.25μs周期のリフレッシュ要求信号RF1と10μs周期のリフレッシュ要求信号RF2を演算回路31からの選択信号Selに応じて選択してリフレッシュ要求信号として出力する。具体的には、選択信号Selが「低(L)」の時には、10μs周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力され、選択信号Selが「高(H)」の時には、1.25μs周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力される。
The
図5は、第1実施例の演算回路31の回路構成を示す図である。この演算回路では、パターン信号Patを「低(L)」に設定することにより、温度センサの出力TS1からTS4がすべて高温を示す時に選択信号Selが切り替わり、パターン信号Patを「高(H)」に設定することにより、温度センサの出力TS1からTS4の少なくとも1つが低温を示す時に選択信号Selが切り替わるようにできる。 FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the arithmetic circuit 31 of the first embodiment. In this arithmetic circuit, by setting the pattern signal Pat to “low (L)”, the selection signal Sel is switched when all the outputs TS1 to TS4 of the temperature sensor indicate high temperature, and the pattern signal Pat is set to “high (H)”. By setting to, the selection signal Sel can be switched when at least one of the temperature sensor outputs TS1 to TS4 indicates a low temperature.
図示のように、演算回路31は、4個の温度センサの出力TS1、TS2、TS3、TS4が入力される4入力のNORゲートとNANDゲートを有する。NORゲートの出力とパターン信号Patは、NANDゲートに入力され、NANDゲートの出力とパターン信号Patの反転信号はもう1つのNANDゲートに入力され、それらのNANDゲートの2つの出力はさらにNANDゲートに入力され、その出力がインバータを介して選択信号Selとして出力され。 As shown in the figure, the arithmetic circuit 31 has a 4-input NOR gate and a NAND gate to which outputs TS1, TS2, TS3, and TS4 of four temperature sensors are input. The output of the NOR gate and the pattern signal Pat are input to the NAND gate, the output of the NAND gate and the inverted signal of the pattern signal Pat are input to another NAND gate, and the two outputs of those NAND gates are further input to the NAND gate. The output is input as a selection signal Sel via an inverter.
演算回路31の詳しい動作説明は省略するが、パターン信号Patを「低(L)」に設定した場合、4個の温度センサの出力TS1からTS4の少なくとも1つが低温を示す時、すなわちTS1からTS4の少なくとも1つが「低(L)」の時にはSelは「低(L)」になり、TS1からTS4がすべて「高(H)」になるとSelは「高(H)」に変化する。従って、図4の選択回路32では、TS1からTS4の少なくとも1つが低温を示す時には10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力され、TS1からTS4がすべて高温を示す時には1.25μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1が出力される。
Although detailed description of the operation of the arithmetic circuit 31 is omitted, when the pattern signal Pat is set to “low (L)”, when at least one of the outputs TS1 to TS4 of the four temperature sensors indicates a low temperature, that is, TS1 to TS4. Sel becomes “low (L)” when at least one of them is “low (L)”, and when all of TS1 to TS4 become “high (H)”, Sel changes to “high (H)”. Therefore, in the
また、パターン信号Patを「高(H)」に設定することにより、TS1からTS4のすべてが低温を示す時には10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力され、TS1からTS4の少なくとも1つが高温を示す時には1.25μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1が出力される。 Further, by setting the pattern signal Pat to “high (H)”, when all of TS1 to TS4 indicate low temperature, the refresh request signal RF2 having a period of 10 μs is output, and at least one of TS1 to TS4 indicates high temperature. Sometimes the refresh request signal RF1 having a cycle of 1.25 μs is output.
以上のように、演算回路31は、低温時には10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力され、高温時には1.25μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1が出力されるように切り替える選択信号を出力し、パターン信号Patを設定することにより、この切り換えがTS1からTS4のすべてが高温を示す時に行われるか、TS1からTS4の少なくとも1つが高温を示す時に行われるかの設定が可能である。パターン信号Patの設定は、半導体メモリの仕様に応じて適宜行われる。 As described above, the arithmetic circuit 31 outputs the selection signal for switching so that the refresh request signal RF2 having a period of 10 μs is output at a low temperature and the refresh request signal RF1 having a period of 1.25 μs is output at a high temperature. By setting the signal Pat, it is possible to set whether this switching is performed when all of TS1 to TS4 show a high temperature or when at least one of TS1 to TS4 shows a high temperature. The setting of the pattern signal Pat is appropriately performed according to the specifications of the semiconductor memory.
図6は、本発明の第2実施例の半導体記憶装置(半導体メモリ)の構成を示す図である。図2の第1実施例の半導体メモリの構成と比較して明らかなように、第2実施例の半導体メモリは、メモリセルアレイが4つのサブメモリセルアレイ(メモリブロック)11A、11B、11C、11Dに分割されており、リフレッシュ回路54は各サブメモリセルアレイごとにリフレッシュ動作が可能であること、及び4つのサブメモリセルアレイ11A、11B、11C、11Dのそれぞれにおいてリフレッシュ動作を行うかの設定を行うモード設定回路53が設けられていることが、第1実施例の半導体メモリと異なる。4個の温度センサ22A、22B、22C、22Dは、対応するサブメモリセルアレイの近くに配置されている。オシレータ21及び選択回路32の構成は、第1実施例と同じである。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a semiconductor memory device (semiconductor memory) according to the second embodiment of the present invention. As is clear from the configuration of the semiconductor memory of the first embodiment of FIG. 2, the semiconductor memory of the second embodiment has four memory cell arrays (memory blocks) 11A, 11B, 11C, and 11D. The
図7は、第2実施例の演算回路51の構成を示す図である。この演算回路51では、逆パターン信号IPatを「高(H)」に設定することにより、温度センサの出力TS1からTS4がすべて高温を示す時に選択信号Selが切り替わり、逆パターン信号IPatを「低(L)」に設定することにより、温度センサの出力TS1からTS4の少なくとも1つが低温を示す時に選択信号Selが切り替わるようにできる。言い換えれば、第1実施例の演算回路31のパターン信号Patと第2実施例の演算回路51の逆パターン信号IPatは、設定値が逆である。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the arithmetic circuit 51 of the second embodiment. In this arithmetic circuit 51, by setting the reverse pattern signal IPat to “high (H)”, the selection signal Sel is switched when all the outputs TS1 to TS4 of the temperature sensor indicate high temperature, and the reverse pattern signal IPat is set to “low ( L) ”, the selection signal Sel can be switched when at least one of the temperature sensor outputs TS1 to TS4 indicates a low temperature. In other words, the setting values of the pattern signal Pat of the arithmetic circuit 31 of the first embodiment and the reverse pattern signal IPat of the arithmetic circuit 51 of the second embodiment are opposite.
図7において、第1実施例と同様に、TS1からTS4は、温度センサ22A、22B、22C、22Dの出力であり、閾値温度より低温の場合には「低(L)」であり、閾値温度より高温の場合には「高(H)」を示す。Mode1、Mode2、Mode3、Mode4は、モード設定回路53の出力であり、それぞれサブメモリセルアレイ11A、11B、11C、11Dのそれぞれにおいてリフレッシュ動作を行う場合に「高(H)」であり、リフレッシュ動作を行わない場合に「低(L)」である。
In FIG. 7, TS1 to TS4 are outputs of the
TS1からTS4とMode1からMode4の対応する信号は、それぞれ4個のNAND回路に入力され、4個のNAND回路の出力は4入力のNANDゲートに入力される。さらに、Mode1からMode4の反転信号とTS1からTS4の対応する信号は、それぞれ4個のNOR回路に入力され、4個のNOR回路の出力は4入力のNORゲートに入力される。4入力のNORゲートの出力と逆パターン信号IPatは、NANDゲートに入力され、4入力のNANDゲートの出力と逆パターン信号IPatの反転信号はもう1つのNANDゲートに入力され、それらのNANDゲートの2つの出力はさらにNANDゲートに入力され、その出力が2段のインバータを介して選択信号Selとして出力され。 Signals corresponding to TS1 to TS4 and Mode1 to Mode4 are respectively input to four NAND circuits, and outputs of the four NAND circuits are input to a four-input NAND gate. Further, the inverted signals of Mode1 to Mode4 and the corresponding signals of TS1 to TS4 are input to four NOR circuits, respectively, and the outputs of the four NOR circuits are input to a four-input NOR gate. The output of the 4-input NOR gate and the reverse pattern signal IPat are input to the NAND gate, and the output of the 4-input NAND gate and the inverted signal of the reverse pattern signal IPat are input to another NAND gate. The two outputs are further input to a NAND gate, and the output is output as a selection signal Sel via a two-stage inverter.
演算回路51の詳しい動作説明は省略するが、逆パターン信号IPatを「高(H)」にすることにより、4個の温度センサの出力TS1からTS4のうち、モード設定信号が「高(H)」とされたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力の少なくとも1つが低温を示す時すなわち「低(L)」の時にはSelは「低(L)」になり、図6の選択回路32では10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力される。TS1からTS4のうちモード設定信号が「高(H)」とされたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力がすべて「高(H)」になるとSelは「高(H)」に変化し、図6の選択回路32では1.25μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1が出力される。
Although detailed description of the operation of the arithmetic circuit 51 is omitted, the mode setting signal among the outputs TS1 to TS4 of the four temperature sensors is set to “high (H)” by setting the reverse pattern signal IPat to “high (H)”. When at least one of the outputs of the temperature sensor corresponding to the sub memory cell array indicated as “low” indicates a low temperature, that is, when it is “low (L)”, Sel becomes “low (L)”, and the
また、逆パターン信号IPatを「低(L)」にすることにより、TS1からTS4のうちモード設定信号が「高(H)」とされたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力のすべてが低温を示す時には10μsの周期のリフレッシュ要求信号RF2が出力され、TS1からTS4のうちモード設定信号が「高(H)」とされたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力の少なくとも1つが高温を示す時には1.25μsの周期のリフレッシュ要求信号RF1が出力される。 Further, by setting the reverse pattern signal IPat to “low (L)”, all of the outputs of the temperature sensors corresponding to the sub-memory cell arrays in which the mode setting signal is set to “high (H)” among TS1 to TS4 are low temperature. , A refresh request signal RF2 having a period of 10 μs is output, and at least one of the outputs of the temperature sensors corresponding to the sub-memory cell array whose mode setting signal is “high (H)” among TS1 to TS4 indicates a high temperature. Sometimes the refresh request signal RF1 having a cycle of 1.25 μs is output.
リフレッシュ回路54は、リフレッシュ要求信号RF1に応じて、モード設定信号が「高(H)」とされたサブメモリセルアレイに対してリフレッシュ動作を行う。
In response to the refresh request signal RF1, the
以上説明したように、第2実施例の半導体メモリでは、モード設定信号Mode1からMode4を設定することにより、リフレッシュ動作の対象となるサブメモリセルアレイ及び温度センサを決定し、それらに対して第1実施例と同じ制御を行うことができる。 As described above, in the semiconductor memory of the second embodiment, by setting the mode setting signals Mode1 to Mode4, the sub memory cell array and the temperature sensor to be refreshed are determined, and the first implementation is performed on them. The same control as in the example can be performed.
図8は、本発明の第3実施例の半導体メモリの温度センサ、演算回路及び選択回路の部分の構成を示す図である。他の部分は第1実施例と同じである。 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the temperature sensor, the arithmetic circuit, and the selection circuit of the semiconductor memory according to the third embodiment of the present invention. The other parts are the same as in the first embodiment.
第3実施例では、N個の温度センサ22A、22B、…、22Nが設けられており、温度センサの閾値温度が複数種類設定されている。演算回路61は、N個の温度センサの出力を演算して、4つの選択信号の1つを「高(H)」にする。温度センサの個数及び閾値温度の種類は、どのような数でもよいが、ここでは説明を簡単にするために、例えば、3個の温度センサ22A、22B、22Cが設けられ、それぞれ閾値温度が異なるとする。言い換えれば、3種類の閾値温度があり、3個の温度センサの出力を演算することにより4段階の温度を検出できる。
In the third embodiment,
分周回路62は、発振回路からの発振信号を分周して4つの周期の異なるリフレッシュ要求信号を出力する。選択回路63は、演算回路61からの選択信号に応じて、分周回路62からの4つの周期の異なるリフレッシュ要求信号の1つを選択してリフレッシュ回路に出力する。
The
第3実施例では、温度に応じて、4つの異なる周期のリフレッシュ要求信号を選択できるので、リフレッシュ周期を温度に応じてより精密に設定できる。 In the third embodiment, since refresh request signals having four different cycles can be selected according to the temperature, the refresh cycle can be set more precisely according to the temperature.
図9は、本発明の第4実施例の半導体記憶装置(メモリ)の構成を示す図である。第4実施例の半導体メモリは、チップ70内に、リフレッシュ動作の必要なRAM71と、リフレッシュ動作を必要としないフラッシュメモリ72とを有し、アドレス入力ADDやデータ入出力DI/Oは共通になっており、RAM71の制御入力RAMCとフラッシュメモリ72の制御入力FMCがそれぞれ設けられている。ここで、RAM71は、第1実施例から第3実施例のいずれかで説明した複数の温度センサを有する半導体メモリである。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device (memory) of the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor memory of the fourth embodiment has a
図10は、本発明の第5実施例の電子装置の構成を示す図である。第5実施例の電子装置は、チップ80内に、プロセッサ81と、リフレッシュ動作の必要なメモリ82とを有する。ここで、メモリ82は、第1実施例から第3実施例のいずれかで説明した複数の温度センサを有する半導体メモリである。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an electronic device according to a fifth embodiment of the present invention. The electronic device of the fifth embodiment includes a
以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that various modifications are possible.
本発明は、リフレッシュ動作の必要な半導体メモリ及びそれを有する装置であれば、どのようなものにも適用可能である。特に、本発明は、低消費電力の要求が強い携帯電話などに使用される半導体メモリへ適用するのが望ましい。 The present invention is applicable to any semiconductor memory that requires a refresh operation and any device having the same. In particular, it is desirable to apply the present invention to a semiconductor memory used in a mobile phone or the like that has a strong demand for low power consumption.
11A、11B メモリセルアレイ
21 オシレータ
22A、22B、22C、22D 温度センサ
24 リフレッシュ回路
31 演算回路
32 選択回路
11A, 11B
Claims (10)
チップの温度を検出して、検出結果を出力する複数の温度センサと、
前記複数の温度センサの出力を演算処理して選択信号を発生する演算回路と、
前記メモリセルアレイの各メモリセルをリフレッシュするタイミングを指示する複数の異なる周期のリフレッシュ要求信号を発生するオシレータと、
前記選択信号に応じて、前記複数の異なる周期のリフレッシュ要求信号の1つを選択する選択回路と、
選択した前記リフレッシュ要求信号に応じて前記メモリセルアレイの各メモリセルをリフレッシュするリフレッシュ回路と、を備えることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of word lines, a plurality of bit lines, and a plurality of memory cells which are arranged corresponding to the intersections of the word lines and the bit lines and need to be refreshed, and select the word lines and the bit lines A memory cell array activated by
A plurality of temperature sensors that detect the temperature of the chip and output the detection results;
An arithmetic circuit for calculating the output of the plurality of temperature sensors and generating a selection signal;
An oscillator for generating a refresh request signal having a plurality of different periods for instructing a timing for refreshing each memory cell of the memory cell array;
A selection circuit that selects one of the refresh request signals of the plurality of different periods according to the selection signal;
And a refresh circuit for refreshing each memory cell of the memory cell array in response to the selected refresh request signal.
前記演算回路は、前記複数の温度センサのすべての出力が前記所定の閾値温度より高いと判定された出力である時に、前記選択信号を切り替える請求項2に記載の半導体記憶装置。 The oscillator outputs refresh request signals having two different periods,
The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the arithmetic circuit switches the selection signal when all outputs of the plurality of temperature sensors are outputs determined to be higher than the predetermined threshold temperature.
前記演算回路は、前記複数の温度センサの少なくとも1つの出力が前記所定の閾値温度より高いと判定された出力である時に、前記選択信号を切り替える請求項2に記載の半導体記憶装置。 The oscillator outputs refresh request signals having two different periods,
The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the arithmetic circuit switches the selection signal when at least one output of the plurality of temperature sensors is an output determined to be higher than the predetermined threshold temperature.
前記複数のサブメモリセルアレイのうちの使用するサブメモリセルアレイを指定するモード設定信号を出力するモード設定回路をさらに備え、
前記演算回路は、前記複数の温度センサのうち前記モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの出力及び前記モード設定信号を演算処理して選択信号を発生し、
前記リフレッシュ回路は、前記モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイをリフレッシュする請求項1に記載の半導体記憶装置。 The memory cell array is composed of a plurality of sub memory cell arrays, and a refresh operation is possible for each sub memory cell array.
A mode setting circuit for outputting a mode setting signal for designating a sub memory cell array to be used among the plurality of sub memory cell arrays;
The arithmetic circuit generates a selection signal by arithmetically processing the output of the temperature sensor corresponding to the sub memory cell array selected by the mode setting signal and the mode setting signal among the plurality of temperature sensors,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the refresh circuit refreshes a sub memory cell array selected by the mode setting signal.
前記オシレータは、2つの異なる周期のリフレッシュ要求信号を出力し、
前記演算回路は、前記モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサのすべての出力が前記所定の閾値温度より高いと判定された出力である時に、前記選択信号を切り替える請求項6に記載の半導体記憶装置。 Each temperature sensor outputs a binary signal that switches depending on whether it is higher or lower than a predetermined threshold temperature, and the predetermined threshold temperatures of the plurality of temperature sensors are the same temperature,
The oscillator outputs refresh request signals having two different periods,
7. The arithmetic circuit switches the selection signal when all outputs of the temperature sensor corresponding to the sub memory cell array selected by the mode setting signal are outputs determined to be higher than the predetermined threshold temperature. The semiconductor memory device described in 1.
前記オシレータは、2つの異なる周期のリフレッシュ要求信号を出力し、
前記演算回路は、前記モード設定信号により選択されたサブメモリセルアレイに対応する温度センサの少なくとも1つの出力が前記所定の閾値温度より高いと判定された出力である時に、前記選択信号を切り替える請求項6に記載の半導体記憶装置。 Each temperature sensor outputs a binary signal that switches depending on whether it is higher or lower than a predetermined threshold temperature, and the predetermined threshold temperatures of the plurality of temperature sensors are the same temperature,
The oscillator outputs refresh request signals having two different periods,
The arithmetic circuit switches the selection signal when at least one output of a temperature sensor corresponding to a sub memory cell array selected by the mode setting signal is an output determined to be higher than the predetermined threshold temperature. 6. The semiconductor memory device according to 6.
1つ以上の不揮発性半導体記憶装置と、を同一パッケージ内に備える半導体装置。 One or more semiconductor memory devices that require refreshing according to claim 1 or 6;
A semiconductor device comprising one or more nonvolatile semiconductor memory devices in the same package.
プロセッサと、で構成されるシステムを備える電子装置。 One or more semiconductor memory devices that require refreshing according to claim 1 or 6;
An electronic device comprising a system comprising a processor.
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US8174921B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor memory device having shared temperature control circuit |
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JP2018097903A (en) * | 2016-12-09 | 2018-06-21 | 富士通株式会社 | Semiconductor device and control method of semiconductor device |
US10199085B2 (en) | 2014-08-27 | 2019-02-05 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
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