JP2007305288A - 半導体記憶装置のデータ出力回路 - Google Patents

半導体記憶装置のデータ出力回路 Download PDF

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Abstract

【課題】同期クロックの振幅を増加させ、データと同期クロックのスキューを最小化できるようにした半導体記憶装置のデータ出力回路を提供する。
【解決手段】半導体記憶装置の内部から読み出した複数のデータを第1制御信号に応じて前記半導体記憶装置の外部に出力する複数の第1ドライブ手段と、前記第1制御信号を用いて前記第1ドライブ手段のデータ出力サイクルに同期した第2制御信号を生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2ドライブ手段と、前記第1制御信号を用いて前記第2制御信号の振幅を補正する振幅補正手段とを含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特に半導体記憶装置のデータ出力回路に関するものである。
一般的に、半導体記憶装置と前記半導体記憶装置とを用いるチップセット又はプロセッサなどのシステムは、前記半導体記憶装置のデータの入出力のために所定クロックを共通に用いたり、前記半導体記憶装置で提供するクロックを用いたりする。この時、半導体記憶装置で提供するクロックは、前記半導体記憶装置のデータの入出力と同期されるように生成したクロックDQSである。
従来の技術に係る半導体記憶装置のデータ出力回路は、図1に示すように、データドライバ10及びクロックDQSドライバ20から構成される。
前記データドライバ10は、外部から入力されたアドレスに該当する複数のセルから読み出した複数の入力データData_inが入力されて、立ち上がりクロックRCLK、立ち下がりクロックFCLK及び出力制御信号OEによってドライブして半導体記憶装置の外部に出力する。
前記クロックDQSドライバ20は、立ち上がりクロックRCLK、立ち下がりクロックFCLK及び出力制御信号OEが入力されて、前記データドライバ10から出力された出力データData_outを、前記出力データData_outが入力されるシステム(例えば、チップセット又はプロセッサ)から前記半導体記憶装置のデータ出力サイクルに同期したタイミングで読み出せるように前記クロックDQSを出力する。
前記半導体記憶装置が適用されたシステムは、前記クロックDQSを用いて前記半導体記憶装置からデータが出力されることを認識して、前記出力データData_outを読み込む。
この時、データドライバ10は、出力データData_outの遷移と関係なく一定のインピーダンスを有するように設計される。
出力データData_outが規則的に遷移されれば問題はないが、実際にデータは不規則的に遷移される。
前記クロックDQSドライバ20のインピーダンスを前記データドライバ10と同一に設計することで、相互間の負荷量の差などの原因によって、図2に示すように出力データData_outとクロックDQSとの振幅が変わる。すなわち、クロックDQSの振幅が出力データData_outに比べて小さくなる。
また、出力負荷が大きいシステムの場合、レファレンスポイント(Reference Point)、すなわち出力データData_outとクロックDQSとを各々認識するための基準点の分布が変わり、それによって出力データData_outとクロックDQSとのスキュー(Skew)が増加する。
上述した従来の技術に係る半導体記憶装置のデータ出力回路は、クロックDQSの振幅が出力データData_outに比べて小さくなり、出力データData_outとクロックDQSとのスキューが増加することによって、前記出力データData_outが入力されるシステムの入力マージンが減少し、結局、全体システムの性能を低下させるという問題点がある。さらに、システムの動作周波数が増加する場合、上述した問題がより激しくなって高速システムに適用できなくなるため適用範囲が制限されるという問題点がある。これに類する技術は、アメリカ登録特許7,068,549に開示されている。
米国特許7,068,549
本発明は、上述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、同期クロックの振幅を増加させ、データと同期クロックのスキューを最小化できるようにした半導体記憶装置のデータ出力回路を提供することをその目的とする。
本発明の一態様に係る半導体記憶装置のデータ出力回路は、半導体記憶装置の内部から読み出した複数のデータを第1制御信号に応じて前記半導体記憶装置の外部に出力する複数の第1ドライブ手段と、前記第1制御信号を用いて前記第1ドライブ手段のデータ出力サイクルに同期した第2制御信号を生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2ドライブ手段と、前記第1制御信号を用いて前記第2制御信号の振幅を補正する振幅補正手段とを含むことを特徴とする。
本発明の他の態様に係る半導体記憶装置のデータ出力回路は、半導体記憶装置の内部から読み出した複数のデータを第1制御信号に応じて前記半導体記憶装置の外部に出力する複数のデータドライブ手段と、タイミング調整された第1制御信号を用いて前記データドライブ手段のデータ出力サイクルに同期した第2制御信号を生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2制御信号ドライブ手段と、前記タイミング調整された第1制御信号を用いて前記第2制御信号の振幅を補正する振幅補正手段と、前記第1制御信号のタイミングを所定時間だけ調整して出力するタイミング補正手段とを含むことを特徴とする。
本発明に係る半導体記憶装置のデータ出力回路法は、クロックDQSドライバの動作タイミングを調整すると同時にインピーダンスを減少させて、出力データData_outとクロックDQSとの振幅差及びスキューを最小化することで、半導体記憶装置から出力されるデータが入力されるシステムの入力マージンを増加させて、全体システムの性能を向上させられる効果がある。
また、前述したように、振幅及びスキュー差を最小化することで、高速システムにも適用することができ、製品の適用範囲を拡大させられる効果がある。
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る半導体記憶装置のデータ出力回路の好ましい実施形態を説明すれば次の通りである。
本発明に係る半導体記憶装置のデータ出力回路は、図3に示すように、半導体記憶装置の内部から読み出した複数の入力データData_inを第1制御信号RCLK、第1制御信号FCLKにより前記半導体記憶装置の外部に出力する複数のデータドライバ100と、タイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dを用いて前記データドライバのデータ出力サイクルに同期した第2制御信号DQSを生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2制御信号DQSドライバ300と、前記タイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dを用いて前記第2制御信号DQSの振幅を補正する振幅補正部400と、前記第1制御信号RCLK及び第1制御信号FCLKのタイミングを所定時間だけ調整してタイミング調整された第1制御信号を出力するタイミング補正部200とを含む。
前記データドライバ100は、図4に示すように、駆動信号に応じてデータドライブ動作を行うプルアップドライバ130及びプルダウンドライバ140と、前記第1制御信号RCLK、第1制御信号FCLKにより前記複数のデータのうちの1つを通過させるスイッチング部110と、前記スイッチング部110の出力に応じて前記プルアップドライバ130及びプルダウンドライバ140を駆動する駆動部120とを含む。
前記プルアップドライバ130は、PMOSトランジスタで構成され、前記プルダウンドライバ140はNMOSトランジスタで構成される。
前記スイッチング部110は、前記第1制御信号RCLKが入力される第1インバータIV11と、入力端に入力データData_inが入力されて第1制御端(P−Typeゲート)に前記第1インバータIV11の出力が入力されて第2制御端(N−Typeゲート)に第1制御信号RCLKが入力される第1パスゲートPG11と、前記第1制御信号FCLKが入力される第2インバータIV12と、入力端に入力データData_inが入力されて第1制御端(P−Typeゲート)に前記第2インバータIV12の出力が入力されて第2制御端(N−Typeゲート)に第1制御信号FCLKが入力されて出力端が前記第1パスゲートPG11の出力端と接続された第2パスゲートPG12とを含む。
前記駆動部120は、前記スイッチング部110の第1パスゲートPG11の出力が入力される第3インバータIV13と、前記第3インバータIV13の出力と出力制御信号OEが入力されて、前記プルアップドライバ130を駆動するナンドゲートND11と、前記出力制御信号OEが入力される第4インバータIV14と、前記第3インバータIV13の出力と前記第4インバータIV14の出力とが入力されて、前記プルダウンドライバ140を駆動するノアゲートNR11とを含む。
前記第2制御信号DQSドライバ300は、図5に示すように、駆動信号に応じてデータドライブ動作を行うプルアップドライバ330及びプルダウンドライバ340、タイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dによって電源レベル信号又は接地レベル信号を出力するスイッチング部310と、前記スイッチング部310の出力によって前記プルアップドライバ330及びプルダウンドライバ340を駆動する駆動部320とを含む。
前記プルアップドライバ330は、PMOSトランジスタで構成され、前記プルダウンドライバ340はNMOSトランジスタで構成される。
前記スイッチング部310は、前記タイミング調整された第1制御信号RCLK_dが入力される第1インバータIV21と、入力端が電源端と接続されて第1制御端(P−Typeゲート)に前記第1インバータIV21の出力が入力されて第2制御端(N−Typeゲート)にタイミング調整された第1制御信号RCLK_dが入力される第1パスゲートPG21と、前記タイミング調整された第1制御信号FCLK_dが入力される第2インバータIV22と、入力端が接地端と接続されて第1制御端(P−Typeゲート)に前記第2インバータIV22の出力が入力されて第2制御端(N−Typeゲート)にタイミング調整された第1制御信号FCLK_dが入力され、出力端が前記第1パスゲートPG21と接続された第2パスゲートPG22とを含む。
前記駆動部320は、前記スイッチング部310の第1パスゲートPG21の出力が入力される第3インバータIV23と、前記第3インバータIV23の出力と出力制御信号OEが入力されて、前記プルアップドライバ330を駆動するナンドゲートND21と、前記出力制御信号OEが入力される第4インバータIV24と、前記第3インバータIV23の出力と前記第4インバータIV24の出力が入力されて、前記プルダウンドライバ340を駆動するノアゲートNR21とを含む。
前記振幅補正部400は、図5の第2制御信号DQSドライバ300と同一のタイミングで動作し、前記第2制御信号DQSドライバ300のインピーダンスを減少させるための構成であって、前記第2制御信号DQSドライバ300と同一の構成を用いることができる。勿論、減少させようとするインピーダンスの量により振幅補正部400自体のインピーダンスを前記第2制御信号DQSドライバ300と同一にしたり異なるようにしたりすることができる。
前記タイミング補正部200は、図6に示すように、前記第1制御信号RCLKを設定時間だけ遅延させてタイミング調整された第1制御信号RCLK_dを出力する第1遅延部210と、前記第1制御信号FCLKを設定時間だけ遅延させてタイミング調整された第1制御信号FCLK_dを出力する第2遅延部220とを含む。前記第1遅延部210及び第2遅延部220の遅延時間は、シミュレーションによって決められた値で同一に設定される。
このように構成された本発明に係る半導体記憶装置の動作を説明すれば次の通りである。
データドライバ100のスイッチング部110は、サイクル単位で順次入力される入力データData_inを第1制御信号RCLK及び第1制御信号FCLKにより駆動部120に出力する。
すなわち、第1制御信号RCLKがハイレベルである区間の間、第1パスゲートPG11がターンオンして前記入力データData_inを出力し、第1制御信号FCLKがハイレベルである区間の間、第2パスゲートPG12がターンオンして前記入力データData_inを出力する。
前記駆動部120は、出力制御信号OEがハイレベルにイネーブルされれば、前記スイッチング部110の出力に応じてプルアップドライバ130又はプルダウンドライバ140を駆動する。
すなわち、前記入力データData_inがハイレベルである区間の間、第3インバータIV13によってローレベルに変換され、ナンドゲートND11及びノアゲートNR11の第1入力端に入力される。そして、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND11及びノアゲートNR11の第2入力端に各々ハイレベル信号とローレベル信号が入力される。したがって、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND11がプルアップドライバ130にハイレベル信号を出力し、前記ノアゲートNR11がプルダウンドライバ140にハイレベル信号を出力する。
一方、前記入力データData_inがローレベルの区間の間、第3インバータIV13によってハイレベルに変換され、ナンドゲートND11及びノアゲートNR11の第1入力端に入力される。そして、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND11及びノアゲートNR11の第2入力端に各々ハイレベル信号とローレベル信号が入力される。したがって、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND11がプルアップドライバ130でローレベル信号を出力し、前記ノアゲートNR11がプルダウンドライバ140でローレベル信号を出力する。
したがって、前記プルアップドライバ130又はプルダウンドライバ140が、プルアップ又はプルダウン動作を行って出力データData_outを出力する。
一方、タイミング補正部200の第1遅延部210及び第2遅延部220が、前記第1制御信号RCLK及び第1制御信号FCLKを各々既に設定された遅延時間だけ遅延させてタイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dを出力する。
したがって、第2制御信号DQSドライバ300のスイッチング部310は、電源レベル及び接地レベルを前記タイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dにより駆動部320に出力する。
すなわち、タイミング調整された第1制御信号RCLK_dがハイレベルである区間の間、第1パスゲートPG21がターンオンして前記電源レベル(ハイレベル)を出力し、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dがハイレベルである区間の間、第2パスゲートPG22がターンオンして前記接地レベル(ローレベル)を出力する。
前記駆動部320は、出力制御信号OEがハイレベルにイネーブルされた区間の間、前記スイッチング部310の出力に応じてプルアップドライバ330又はプルダウンドライバ340を駆動する。
すなわち、前記電源レベルが第3インバータIV23によってローレベルに変換され、ナンドゲートND21及びノアゲートNR21の第1入力端に入力される。そして、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND21及びノアゲートNR21の第2入力端に各々ハイレベル信号とローレベル信号が入力される。したがって、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND21がプルアップドライバ330にハイレベル信号を出力し、前記ノアゲートNR21がプルダウンドライバ340にハイレベル信号を出力する。
一方、前記接地レベルが第3インバータIV23を介してハイレベルに変換され、ナンドゲートND21及びノアゲートNR21の第1入力端に入力される。そして、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND21及びノアゲートNR21の第2入力端に各々ハイレベル信号とローレベル信号が入力される。したがって、前記出力制御信号OEがハイレベルである区間の間、前記ナンドゲートND21がプルアップドライバ330でローレベル信号を出力し、前記ノアゲートNR21がプルダウンドライバ340でローレベル信号を出力する。
したがって、前記プルアップドライバ330又はプルダウンドライバ340がプルアップ又はプルダウン動作を行って第2制御信号DQSを出力する。
これと同時に、振幅補正部400は、前記タイミング調整された第1制御信号RCLK_d、タイミング調整された第1制御信号FCLK_dにより出力制御信号OEのイネーブル区間の間、前記第2制御信号DQSドライバ300と同一の信号を前記第2制御信号DQSドライバ300の出力端を介して出力する。
すなわち、前記第2制御信号DQSドライバ300が第2制御信号DQS出力を行う間、前記振幅補正部400も前記第2制御信号DQSドライバ300と同一の出力端を介して同一の出力動作を行う。前記振幅補正部400の動作によって、前記第2制御信号DQSドライバ300の出力インピーダンスが減少する。
前記第2制御信号DQSドライバ300の出力インピーダンスの減少によって、図7に示すように、第2制御信号DQSの振幅が以前に比べて増加し、それによってレファレンスポイントの分布が前記出力データData_outと一致することで、出力データData_outと第2制御信号DQSとのスキューが最小化される。
この時、振幅補正部400を介して、前記第2制御信号DQSの振幅を増加させたが、これによって前記第2制御信号DQSのタイミングが前記出力データData_outに比べて速くなることができる。
したがって、タイミング補正部200を介して、前記第2制御信号DQSドライバ300及び振幅補正部400が前記データドライバ100に比べて遅れたタイミングで動作するようにしたものである。
勿論、タイミング補正部200の遅延時間は、前述したように、振幅補正部400を含めた回路構成のシミュレーションによって、前記出力データData_outと第2制御信号DQSタイミングとが一致するように設定したものである。
本発明が属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施することができるため、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないこととして理解しなければならない。本発明の範囲は前記詳細な説明よりは特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導き出されるすべての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈しなければならない。
従来の技術に係る半導体記憶装置のデータ出力回路の構成を示すブロック図である。 従来の技術に係る半導体記憶装置のデータ出力回路の出力波形図である。 本発明に係る半導体記憶装置のデータ出力回路の構成を示すブロック図である。 図3のデータドライバの構成を示す回路図である。 図3の第2制御信号DQSドライバの構成を示す回路図である。 図3のタイミング補正部の構成を示すブロック図である。 本発明に係る半導体記憶装置のデータ出力回路の出力波形図である。
符号の説明
100…データドライバ
110,310…スイッチング部
120,320…駆動部
130,330…プルアップドライバ
140,340…プルダウンドライバ
200…タイミング補正部
210…第1遅延部
220…第2遅延部
300…第2制御信号DQSドライバ
400…振幅補正部

Claims (17)

  1. 半導体記憶装置の内部から読み出した複数のデータを第1制御信号に応じて前記半導体記憶装置の外部に出力する複数の第1ドライブ手段と、
    前記第1制御信号を用いて前記第1ドライブ手段のデータ出力サイクルに同期した第2制御信号を生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2ドライブ手段と、
    前記第1制御信号を用いて前記第2制御信号の振幅を補正する振幅補正手段と
    を含むことを特徴とする半導体記憶装置のデータ出力回路。
  2. 前記第1制御信号は、第1位相を有する第1クロックと、
    前記第1位相に比べて反転した第2位相を有する第2クロックと
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  3. 前記第2ドライブ手段は、
    駆動信号に応じて第2制御信号ドライブ動作を行うプルアップ及びプルダウンドライバと、
    前記第1制御信号に応じて電源レベル又は接地レベルを出力するスイッチング部と、
    前記スイッチング部の出力に応じて前記プルアップ及びプルダウンドライバを駆動する駆動部と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  4. 前記振幅補正手段は、
    駆動信号に応じて前記第2ドライブ手段の出力端レベルをドライブするプルアップ及びプルダウンドライバと、
    前記第1制御信号に応じて電源レベル信号又は接地レベル信号を出力するスイッチング部と、
    前記スイッチング部の出力に応じて前記プルアップ及びプルダウンドライバを駆動する駆動部と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  5. 半導体記憶装置の内部から読み出した複数のデータを第1制御信号に応じて前記半導体記憶装置の外部に出力する複数のデータドライブ手段と、
    タイミング調整された第1制御信号を用いて前記データドライブ手段のデータ出力サイクルに同期した第2制御信号を生成して、前記半導体記憶装置の外部に出力する第2制御信号ドライブ手段と、
    前記タイミング調整された第1制御信号を用いて前記第2制御信号の振幅を補正する振幅補正手段と、
    前記第1制御信号のタイミングを所定時間だけ調整して出力するタイミング補正手段と
    を含むことを特徴とする半導体記憶装置のデータ出力回路。
  6. 前記第1制御信号は、第1位相を有する第1クロックと、
    前記第1位相に比べて反転した第2位相を有する第2クロックと
    を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  7. 前記第1ドライブ手段は、
    駆動信号に応じてデータドライブ動作を行うプルアップ及びプルダウンドライバと、
    前記第1制御信号に応じて前記複数のデータのうちの1つを通過させるスイッチング部と、
    前記スイッチング部の出力に応じて前記プルアップ及びプルダウンドライバを駆動する駆動部と
    を含むことを特徴とする請求項1又は5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  8. 前記スイッチング部は、
    入力端に前記複数のデータのうちの1つが入力され、制御端に前記第1制御信号が入力される第1スイッチと、
    入力端が前記第1スイッチの入力端と共通接続され、制御端に前記第1タイミング制御信号が入力され、出力端が前記第1スイッチの出力端と接続された第2スイッチと
    を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  9. 前記第2ドライブ手段は、
    駆動信号に応じて第2制御信号ドライブ動作を行うプルアップ及びプルダウンドライバと、
    前記第1制御信号に応じて電源レベル信号又は接地レベル信号を出力するスイッチング部と、
    前記スイッチング部の出力に応じて前記プルアップ及びプルダウンドライバを駆動する駆動部と
    を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  10. 前記スイッチング部は、
    入力端に電源レベルが入力され、制御端に前記第1制御信号が入力される第1スイッチと、
    入力端に接地レベルが入力され、制御端に前記第1制御信号が入力され、出力端が前記第1スイッチの出力端と接続された第2スイッチと
    を含むことを特徴とする請求項3又は9に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  11. 前記振幅補正手段の出力端が、前記第2ドライブ手段の出力端と共通接続されることを特徴とする請求項1又は5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  12. 前記振幅補正手段は、
    駆動信号に応じて前記第2ドライブ手段の出力端レベルをドライブするプルアップ及びプルダウンドライバと、
    前記第1制御信号に応じて電源レベル又は接地レベルを出力するスイッチング部と、
    前記スイッチング部の出力に応じて前記プルアップ及びプルダウンドライバを駆動する駆動部と
    を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  13. 前記スイッチング部は、
    入力端に電源レベルが入力され、制御端に前記第1制御信号が入力される第1スイッチと、
    入力端に接地レベルが入力され、制御端に前記第1タイミング制御信号が入力され、出力端が前記第1スイッチの出力端と接続された第2スイッチと
    を含むことを特徴とする請求項4又は12に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  14. 前記駆動部は、
    出力制御信号に応じて前記スイッチング部の出力が入力されて、前記プルアップドライバを駆動する第1論理回路と、
    前記出力制御信号に応じて前記スイッチング部の出力が入力されて、前記プルダウンドライバを駆動する第2論理回路と
    を含むことを特徴とする請求項3、4、7、請求項9及び請求項12のうちいずれか1つに記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  15. 前記第1論理回路は、
    前記スイッチング部の出力が入力されるインバータと、
    前記インバータの出力と前記出力制御信号が入力されるナンドゲートと
    を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  16. 前記第2論理回路は、
    前記出力制御信号が入力されるインバータと、
    反転したスイッチング部の出力と前記インバータの出力が入力されるノアゲートと
    を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
  17. 前記タイミング補正手段は、前記第1制御信号を所定時間遅延させる遅延部を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置のデータ出力回路。
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