JP2008192218A - 内容参照メモリ - Google Patents
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Abstract
【課題】内容参照メモリの検索時の消費電力を低減しかつ検索動作を高速化する。
【解決手段】メモリセルアレイ1内のエントリ(ERY0−ERYN)の各々において、対応のCAMセル(CC0−CCN)に共通に、定電流を駆動する電流源素子(CST0−CSTN)を設ける。この電流源素子を、制御信号に従って検索動作時、導通状態に設定する。ミス状態のマッチ線の電圧変化速度を、ミス状態のCAMセルの数に係らず一定とする。マッチ線の電圧振幅を低減し、消費電力を低減し、また、検索動作を活性化する。
【選択図】図3
【解決手段】メモリセルアレイ1内のエントリ(ERY0−ERYN)の各々において、対応のCAMセル(CC0−CCN)に共通に、定電流を駆動する電流源素子(CST0−CSTN)を設ける。この電流源素子を、制御信号に従って検索動作時、導通状態に設定する。ミス状態のマッチ線の電圧変化速度を、ミス状態のCAMセルの数に係らず一定とする。マッチ線の電圧振幅を低減し、消費電力を低減し、また、検索動作を活性化する。
【選択図】図3
Description
この発明は、内容参照メモリに関し、特に、検索動作時における消費電流およびピーク電流を低減しかつ検索動作を高速化するための構成に関する。
内容参照メモリ(CAM:Content Addressable Memory)は、データの読出/書込機能に加えて、記憶データと与えられた検索データとの一致判定を行なう機能を有する。検索データワードを格納する1エントリが、複数のCAMセルで構成され、これらのCAMセルに、検索候補のワードビットが格納される。各エントリには、対応のCAMセルが並列に結合されるマッチ線が設けられる。検索データワードとエントリの格納データワードとが一致した場合には、対応のマッチ線が“1”の状態に維持され、不一致のときには対応のマッチ線が“0”の状態に駆動される。
このマッチ線の電圧レベルを識別することにより、検索データに対応するデータがエントリに格納されているかの判定を行なうことができる。CAMを例えばテーブルとして利用することにより、検索データがテーブルに格納されているかの判定およびテーブルの対応の内容の読出を高速で行なうことができる。
このような内容参照メモリは、たとえば、通信用途のルータおよびキャッシュメモリにおけるキャッシュミス/ヒットの判定などにおいて用いられている。ネットワークルータなどで行なわれるIP(インターネットプロトコル)パケットのルーティングは、ルータ内に設けられる内容参照メモリに格納されているIPアドレスと外部から入力されるIPアドレスとを照合することにより行なわれる。たとえば、このルータ内の内容参照メモリにおいて一致状態のマッチ線情報に基づいて、次の行き先アドレスを示す値をIPパケットに書込んで、対応のポートから送出する。
通常、通信ルータなどにおいて用いられるCAMにおいては、検索データのビット幅が、72ビットから288ビットであり、エントリ数が、約64Kである。
従来のCAMにおいては、マッチ線が、プリチャージ期間に電源電圧VDD(または接地電圧GNDレベル)にプリチャージされる。記憶データと検索データとの一致を検出するサーチ期間に、検索データと各エントリのCAMセルの記憶するデータビットとを比較する。不一致の場合には、ミス状態のCAMセル内のトランジスタにより、対応のマッチ線が、プリチャージ電圧と異なる接地電圧(または電源電圧レベル)へ放電(または充電)される。したがって、1つのエントリにおいて不一致のCAMセルの個数がたとえばn個ある場合には、I_miss×nの電流により、1つのマッチ線が放電(または充電)される。ここで、I_missは、1つのCAMセルが不一致状態のときに駆動する電流である。エントリ内のすべてのCAMセルにおいてデータビットがすべて一致している場合には、このエントリ内の全CAMセルに放電(または充電)経路が存在しない。従って、一致状態のマッチ線は、プリチャージ電圧(電源電圧VDDまたは接地電圧GND)レベルに維持される。
CAMにおいては、検索データは、複数のエントリに並列に与えられ、各エントリにおいて、検索動作が並行して実行される。検索データを伝達するサーチ線および一致結果を示す信号を生成するマッチ線は、各検索動作が行なわれる検索サイクルごとに、所定の電圧レベルにプリチャージされる。一例として、サーチ線は、接地電圧レベルにプリチャージされ、マッチ線は電源電圧レベルにプリチャージされる。このサーチ線には、すべてのエントリのCAMセルが結合される。従って、サーチ線の容量負荷は大きい。また、検索時の一致状態以外の大多数のマッチ線が、各検索サイクルごとに、電源電圧レベルと接地電圧レベルの間で変化する。したがって、サーチ線およびマッチ線の充放電電流が大きく、消費電流/電力が大きくなるという問題が生じる。
この内容参照メモリにおける消費電流を低減し、高速に検索動作を行なうための構成が、非特許文献1(H. Noda, et. al.,“A cost-efficient high-performance dynamic TCAM with pipelined hierarchical searching and shift redundancy architecture”, JSSCC, Vol.40, 2005, pp.245-253.)に示されている。この非特許文献1に示される構成においては、マッチ線が階層構造化される。1エントリに対して複数のローカルマッチ線が設けられる。これらの複数のローカルマッチ線が、共通のグローバルマッチ線に結合される。各ローカルマッチ線において、パイプライン的に検索動作を実行する。たとえば、144ビットの検索データが、72ビットデータに分割される。最初の72ビットで一致しなかったブロックのローカルマッチ線においては、以後の検索を続行する必要がない。従って、不一致ブロックに対応するエントリにおいては、次の段階でのサーチ線の活性化が行なわれず、ローカルマッチ線の放電は行なわれない。充放電が行なわれるローカルマッチ線の数を低減することができ、消費電力を低減することができる。
また、この非特許文献1においては、サーチデータ格納用に、DRAM型セル構造が用いられ、個々のDRAMセルにデータビットを格納して3値データを格納する。この3値データを格納するCAMセルは、通常、TCAM(ターナリCAM:Ternary CAM)セルと呼ばれ、ドントケア状態を格納することができる。
また、検索動作を高速化することを図る構成が、特許文献1(特開平10−27481号公報)に示されている。この特許文献1に示される構成においては、スタンバイ時においてマッチ線を接地電圧レベルにプリチャージする。検索動作時に、各マッチ線に、検索データと1ビット不一致のときに流れる電流と同程度の大きさの電流を供給する。不一致のエントリのマッチ線の電圧上昇を、基準電圧以下に抑制し、消費電流を低減することを図る。
特許文献2(特開2004−192695号公報)は、同様、検索時の消費電流を低減することを図る構成を示している。この特許文献2においては、検索データビットは、相補サーチ線を伝達される。スタンバイ時において相補サーチ線を短絡することによりサーチ線を中間電圧レベルにプリチャージする。マッチ線は、スタンバイ時に接地電圧にプリチャージし、検索動作開始時に容量素子からの充電電荷によりチャージアップする。容量素子とマッチ線との容量分割によりマッチ線の電圧レベルの上限値を電源電圧より低い中間電圧レベルとする。マッチ線の電圧レベルの検出は、バッファ回路により行なわれる。
マッチ線負荷増大時においても高速で検索動作を実行することを図る構成が、特許文献3(特開2003−100086号公報)において示されている。この特許文献3においては、マッチ線それぞれに対応して、基準電圧発生回路と、差動増幅回路とが設けられる。差動増幅回路により基準電圧とマッチ線電圧との比較を行なうことにより、検索判定動作を高速化することを図る。
特許文献4(特開2002−358791号公報)は、検索動作時のプリチャージ電流を低減することを図る構成を示す。この特許文献4においては、CAMエントリを分割する。分割CAMエントリのマッチ線のプリチャージ電圧レベルおよび不一致時のマッチ線の駆動電圧レベルを逆に設定する。すなわち、一方において、マッチ線をHレベルプリチャージかつ不一致時にLレベル放電に設定し、他方においては、マッチ線をLレベルプリチャージかつ不一致時にHレベル充電とする。分割CAMエントリのマッチ線を短絡することにより、不一致エントリにおいてプリチャージ時に電荷の再配分により中間電圧レベルにまでマッチ線が駆動され、消費電流を低減することを図る。
特許文献5(特開2002−245783号公報)も検索動作時の消費電流を低減することを図る構成を示す。この特許文献5に示される構成においては、一致状態のエントリと同一の容量を有するダミーマッチ線を設ける。マッチ線およびダミーマッチ線は接地電圧にプリチャージされ、検索動作時に電流が供給される。ダミーマッチ線の電圧レベルがHレベルと判定されると、判定タイミング信号を生成し、マッチ線に対する充電を停止する。マッチ線の充電期間を短くすることにより消費電流を低減する。マッチ線の電圧レベルの判定には差動増幅回路が用いられ、参照電圧とマッチ線電圧との比較が行なわれる。
特許文献6(特開2001−319481号公報)は、検索動作時の消費電流の低減および検索動作の高速化を図る構成を開示する。この特許文献6に示される構成においては、データ書込/読出用のビット線と検索データ転送用のサーチ線とを別々に設ける。ビット線をHレベルにプリチャージ、サーチ線をLレベルにプリチャージする。検索時、検索データに応じて、サーチ線とビット線とを短絡することによりハイレベルのサーチ線を中間電圧レベルに設定し、サーチ線電圧を接地電圧と中間電圧レベルとの間で変化させて、サーチ線電圧振幅を低減する。マッチ線に対しては、中間電圧レベルにプリチャージし、検索動作時にはデカップルトランジスタを介してマッチ線をチャージアップする。このデカップルトランジスタを介してマッチ線とセンスアンプとが結合される。センスアンプの入力ノードのセンスノードの充電が行なわれても、デカップルトランジスタによりマッチ線の電圧上昇は抑制される。不一致時には、マッチ線を介してセンスノードが放電される。マッチ線および/またはサーチ線の電圧振幅を制限することにより、消費電流の低減および検索動作の高速化を図る。
特開平10−27481号公報
特開2004−192695号公報
特開2003−100086号公報
特開2002−358791号公報
特開2002−245783号公報
特開2001−319481号公報
H. Noda, et. al., "A cost-efficient high-performance dynamic TCAM with pipelined hierarchical searching and shift redundancy architecture", JSSCC, Vol.40, 2005, pp.245-253.
上述のように、内容参照メモリ(CAM、TCAM)においては、各検索サイクルごとに、サーチ線およびマッチ線が充放電され、消費電流が大きい。前述の非特許文献1においては、マッチ線を階層構造とし、複数のローカルマッチ線ブロック毎にパイプライン的に検索動作を行なう。あるパイプラインステージ(ローカルマッチ線ブロック)において不一致のエントリに対しては、以後のサーチ線およびローカルマッチ線の放電を停止し、消費電流を低減することを図る。
この非特許文献1においては、マッチ線について階層構造が用いられているものの、サーチ線は、全エントリに共通に設けられている。したがって、負荷容量の大きなサーチ線については、電源電圧レベルと接地電圧レベルの間で、検索データに応じて充放電が行なわれ、消費電流を低減するうえで、改善の余地がある。
また、多数のサーチ線およびローカルマッチ線においてそれぞれ同時に検索動作が行なわれる。このため、同時動作電流(ピーク電流)が大きく、スイッチングノイズの原因となる問題が生じる。
また、グローバルマッチ線およびローカルマッチ線は、前述の非特許文献1においては、電源電圧レベルと接地電圧レベルの間で充放電される。したがって、一致検出結果を示すローカル/グローバルマッチ線の信号振幅が大きく、消費電流を低減するうえで、また一致結果が確定するまでの時間を低減するうえで限界が生じるという問題が生じる。電源電圧レベルを低下させ、信号振幅を小さくすることは可能である。しかしながら、その場合、トランジスタ素子の動作速度から電源電圧レベルの下限があり、この方式では、高速化に限界がある。
また、特許文献1に示される構成においては、CAMセルと同様のトランジスタを用いて、検索動作時1ビットミス時の電流を生成してマッチ線に供給する。ゲートに基準電圧を受けるトランジスタを介してマッチ線の充電を行なっており、不一致のマッチ線の電圧上昇を基準電圧以下に抑制する。しかしながら、この特許文献1においては、デカップルトランジスタと並列に充電トランジスタを設けて一致状態のマッチ線を電源電圧レベルにまで駆動している。一致状態のマッチ線の数は少ないものの、消費電流が大きくなるという問題が生じる。特許文献1においては、全マッチ線の電圧振幅を電源電圧よりも小さくする構成については示していない。
特許文献2に示される構成においては、マッチ線が容量素子との容量分割による電荷再配分により、そのプリチャージ電圧レベルが設定される。したがって、マッチ線と容量素子との間の容量値の調整に精度が要求され、正確に所望の中間電圧レベルに一致状態のマッチ線をチャージアップするのが困難となる。また、特許文献2においては、サーチ線のプリチャージを相補サーチ線の短絡により行ない、サーチ線の充放電電流を低減することが行なわれている。しかしながら、この場合においても、サーチ線の容量を低減することは行なわれていない。従って、検索データに応じて中間電圧レベルから電源電圧レベルまでサーチ線を充電するため、エントリ数が増大し、サーチ線の負荷容量が増大した場合、消費電流を低減することができなくなるという問題が生じる。
特許文献3に示される構成においては、マッチ線それぞれに対応して、基準電圧発生回路および差動増幅回路が設けられている。しかしながら、この特許文献3においては、マッチ線が電源電圧レベルにプリチャージされている。従って、マッチ線の電圧振幅が大きく、高速の検索動作および消費電流低減を実現することができなくなるという問題が生じる。
特許文献4に示される構成においては、CAMエントリを分割し、分割エントリにおいてプリチャージ電圧レベルが異なる。従って、分割エントリ間での動作速度を一致させるのが困難であるという問題が生じる。また、各エントリにおいて、分割エントリの一致/不一致に応じて分割エントリのマッチ線の接続を制御する必要があり、この接続を行なうための回路の占有面積が大きくなるという問題が生じる。さらに、各分割エントリのマッチ線の電圧振幅は電源電圧レベルであり、高速で検索動作を行なうことができなくなるという問題が生じる。また、検索データのビット数が増大し、エントリのCAMセルのビット数が増大した場合、応じてマッチ線の負荷も増大し、中間電圧レベルから電源電圧レベルへのプリチャージの消費電流が増大するという問題が生じる。
特許文献5に示される構成においては、ダミーマッチ線の電圧レベルを検出して、判定タイミングを設定して、マッチ線のプリチャージ期間を調整している。しかしながら、このプリチャージ電流値を制限することは何ら考慮されていない。また、一致状態のマッチ線の充電は停止されておらず、検索動作時の消費電流を低減する上で限度がある。
特許文献6に示される構成においては、サーチ線とビット線との短絡により、サーチ線の電圧振幅を電源電圧よりも小さい中間電圧に設定している。従って、ビット線を電源電圧レベルにまでプリチャージする必要があり、消費電流を低減することができないという問題が生じる。また、デカップルトランジスタを介してマッチ線とバッファ(センスアンプ)とを結合し、一致状態のマッチ線の中間電圧レベルへのチャージアップおよびセンスノードの電源電圧レベルへのプルアップを行なっている。従って、センスノードの放電速度が、検索データ1ビットが不一致のときには遅くなり、高速で検索動作を行なうことができなくなるという問題が生じる。この特許文献6は、別の実施例においては、容量素子の充電電荷の再配分により一致状態のマッチ線の電圧レベルを設定している。従って、先の特許文献2の構成と同様、容量素子とマッチ線の負荷容量の調整が困難となるという問題が生じる。
また、1ビットミス時においてマッチ線を流れる電流量が最も少なくなる。この場合、検索動作の高速化のために、CAMセルの駆動電流量を大きくすることが考えられる。しかしながら、あるエントリにおいてミス状態のCAMセルの数に応じて駆動電流が大きくなり、マッチ線の電圧振幅が大きくなり、プリチャージ時の消費電流が増大するという問題が生じる。
それゆえ、この発明の目的は、検索データのビット数が大きい場合においても、消費電流をより低減することができかつ高速に検索動作を行なうことのできる内容参照メモリを提供することである。
この発明に係る内容参照メモリは、要約すれば、各CAMセルエントリに対応して電流源トランジスタ(素子)を設ける。この電流源素子(トランジスタ)は、対応のエントリのCAMセルに共通に結合され、検索動作時に定電流源として機能する。
この発明においては、不一致状態のマッチ線は、定電流源素子(トランジスタ)を介して、一定電流により放電(または充電)される。したがって、検索データとエントリ内の記憶データの一致ビット数に係らず、常に、同じ速度でマッチ線が充電または放電される。これにより、最悪ケースを想定して、検索結果判定タイミングを設定する必要がなく、早いタイミングで検索結果を判定することができ、検索動作が高速化される。
また、スタンバイ時においては、単にこの電流源素子(トランジスタ)を非導通状態に設定することにより、エントリにおける電流が流れる経路を遮断することができる。したがって、サーチ線をプリチャージ状態に設定する必要がなく、充放電電流が低減され、応じて消費電流が低減される。
また、検索動作時、不一致状態のマッチ線は、一定の速度で充電または放電される。したがって、そのマッチ線の電圧振幅を小さくして、判定動作を行なうことができ、マッチ線の充電または放電電流を低減することができ、応じて消費電流を低減することができる。また、マッチ線をフルスイングする前に、検索結果判定を行なうことができ、検索動作サイクルを短縮することができる。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う内容参照メモリの全体の構成を概略的に示す図である。図1において、内容参照メモリは、メモリセル(CAMセル)CCが行列状に配列されるメモリセルアレイ1を含む。メモリセルアレイ1は、複数のエントリERYに分割される。エントリERY各々に対しては、対応のエントリ内のCAMセルCCが並列に結合されるマッチ線MLが設けられる。また、エントリERY各々において、CAMセルCCの充電または放電電流量を一定とするための定電流源素子CSTが設けられる。
図1は、この発明の実施の形態1に従う内容参照メモリの全体の構成を概略的に示す図である。図1において、内容参照メモリは、メモリセル(CAMセル)CCが行列状に配列されるメモリセルアレイ1を含む。メモリセルアレイ1は、複数のエントリERYに分割される。エントリERY各々に対しては、対応のエントリ内のCAMセルCCが並列に結合されるマッチ線MLが設けられる。また、エントリERY各々において、CAMセルCCの充電または放電電流量を一定とするための定電流源素子CSTが設けられる。
メモリセルアレイ1の各エントリERYに共通に、検索データを伝達するサーチ線対SLPが設けられる。サーチ線対SLPは、メモリセルアレイ1のメモリセル列それぞれに対応して配置され、各エントリ内の対応の列のメモリセル(CAMセル)が共通に対応のサーチ線対SLPに結合される。
CAMセルCCは、その構成は後に説明するが、検索候補データの書込、読出および記憶機能ならびに検索機能を有する。
内容参照メモリは、さらに、検索データSDとメモリセルアレイ1における記憶データとの一致/不一致の判定を行なう一致判定回路2を含む。一致判定回路2は、マッチ線MLにそれぞれ対応して設けられるマッチアンプ10を含む。マッチアンプ10は、検索動作時対応のマッチ線MLの電圧レベルに従って検索結果を示す内部データを生成する。
内容参照メモリは、さらに、定電流源素子CSTの検索時の導通/非導通を制御するとともに一致判定回路2の判定動作を制御する制御回路6と、一致判定回路2に含まれるマッチアンプ10に基準電圧を供給する基準電圧発生回路8とを含む。マッチアンプ10は、基準電圧に従って対応のマッチ線の電圧レベルを検出し、その検出結果に従って一致/不一致を判定する。
制御回路6は、クロック信号CLKに同期して動作し、与えられたコマンドCMDに従って、検索動作が指定されたとき、検索動作に必要な動作の制御を行なう。制御回路6は、また、検索データ入力回路4を、検索動作時、活性化する。
検索データ入力回路4は、与えられた検索データSDに従ってスタティックに、検索データ線対SLPを駆動する。検索データSDは、多ビットワードであり、この検索データワードの各ビットは、それぞれ、対応する検索データ線対SLPに伝達される。
図1に示すように、エントリERY各々に対して、定電流を駆動する定電流源素子CSTを設ける。これにより、エントリERYにおいて、CAMセルCCが対応のマッチ線MLを不一致時に駆動する場合、その導通状態となるCAMセルの数にかかわらず、一定の速度で、マッチ線MLを駆動する。
一致判定回路2においては、マッチアンプ10の活性化タイミング(検索結果判定タイミング)を設定するにあたって、最悪ケース(1つのCAMセルのみにより、対応のマッチ線MLが駆動される状態)を考慮する必要がなく、早いタイミングで、一致判定タイミングを設定することができる。これにより、検索動作を高速化することができる。
なお、図1においては、図面を簡略化するために、検索データをCAMセルCCに書込また読出すための書込/読出回路は示していない。
図2は、図1に示すメモリセルアレイ1に配列されるCAMセルCCの構成の一例を示す図である。図2において、CAMセルCCは、検索候補データを格納するデータ記憶部12と、この検索候補データと検索データSL、SL_Nとを比較し、その比較結果に従ってマッチ線MLを駆動する検索部14を含む。
データ記憶部12は、2つのメモリセル(XセルおよびYセル)を含む。これらのXセルおよびYセルは、SRAMセル(スタティック・ランダム・アクセス・メモリセル)の構成を有する。XセルおよびYセル両者は、同一構造を有するため、図2においては、XセルおよびYセルにおいて対応する部分には同一の参照符号を付す。
XセルおよびYセルの各々は、データを保持するラッチ回路を構成する反並列に接続されるインバータIV1およびIV2と、導通時、記憶ノードND1およびND2を、それぞれビット線/BLLおよびBLLに結合するアクセストランジスタTR1およびTR2を含む。
XセルのアクセストランジスタTR1およびTR2は、ワード線駆動信号WL_Xに従って導通状態となる。YセルのアクセストランジスタTR1およびTR2は、ワード線駆動信号WL_Yに従って導通状態となる。これらのワード線駆動信号WL_XおよびWL_Yは、CAMセルCCのデータの書込時および読出時において図示しない行駆動回路により生成される。
ビット線BLLおよび/BLLには、図示しない書込回路により、相補なデータBLおよびBL_Nが伝達される。したがって、XセルおよびYセル各々において、記憶ノードND1およびND2には、相補データが格納される。XセルおよびYセル各々に格納するデータは、検索候補データに応じて設定される。CAMセルCCにおいて、2つのメモリセルを利用することにより3値データを格納することができる。
検索部14は、Xセルに対して設けられるMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果型トランジスタ)TQ1およびTQ2と、Yセルに対応して設けられるMOSトランジスタTQ3およびTQ4を含む。MOSトランジスタTQ1およびTQ2は、マッチ線MLと接地ノードの間に直列に接続される。MOSトランジスタTQ1は、そのゲートが、Xセルの記憶ノードND2に結合される。MOSトランジスタTQ2は、検索候補データビットSLをゲートに受ける。MOSトランジスタTQ3は、そのゲートが、Yセルの記憶ノードND2に結合される。MOSトランジスタTQ4は、そのゲートに、検索データの反転ビットSL_Nを受ける。
XセルおよびYセルは、ワード線駆動信号WL_XおよびWL_Yに従って、その記憶データを個々に設定することができる。このCAMセルCCは、以下に説明するように、3値状態を実現する。
(i) Xセルの記憶ノードND2がHレベル(論理ハイレベル)、Yセルの記憶ノードND2がLレベル(論理ローレベル)のとき:
この場合、検索データビット(以下、単に検索データと称す)SLがHレベルであれば、MOSトランジスタTQ1およびTQ2がともに導通し、マッチ線MLが放電される。Xセルには、検索候補データの反転データが格納される。したがって、この状態においては、ミス状態である。一方、検索データSLがLレベルであれば、MOSトランジスタTQ2がオフ状態であり、また、MOSトランジスタTQ3もオフ状態である。したがって、この状態においては、マッチ線MLは放電されず、プリチャージ電圧レベルに維持される。この状態は、検索データと記憶データとが一致しているヒット状態である。
この場合、検索データビット(以下、単に検索データと称す)SLがHレベルであれば、MOSトランジスタTQ1およびTQ2がともに導通し、マッチ線MLが放電される。Xセルには、検索候補データの反転データが格納される。したがって、この状態においては、ミス状態である。一方、検索データSLがLレベルであれば、MOSトランジスタTQ2がオフ状態であり、また、MOSトランジスタTQ3もオフ状態である。したがって、この状態においては、マッチ線MLは放電されず、プリチャージ電圧レベルに維持される。この状態は、検索データと記憶データとが一致しているヒット状態である。
(ii) Xセルの記憶ノードND1がLレベル、Yセルの記憶ノードND2がHレベルのとき:
この場合、検索データSLがHレベルであれば、補の検索データSL_NがHレベルである。したがって、MOSトランジスタTQ3およびTQ4がともに導通し、マッチ線MLが放電される。検索データSL_Nが補の検索データである。したがって、この状態はミス状態である。一方、検索データSLがHレベルであれば、補の検索データSL_NがLレベルである。したがって、MOSトランジスタTQ4が非導通状態となり、また、MOSトランジスタTQ1が非導通状態である。したがって、マッチ線MLはプリチャージ電圧状態に維持される。したがって、この状態は、ヒット状態である。
この場合、検索データSLがHレベルであれば、補の検索データSL_NがHレベルである。したがって、MOSトランジスタTQ3およびTQ4がともに導通し、マッチ線MLが放電される。検索データSL_Nが補の検索データである。したがって、この状態はミス状態である。一方、検索データSLがHレベルであれば、補の検索データSL_NがLレベルである。したがって、MOSトランジスタTQ4が非導通状態となり、また、MOSトランジスタTQ1が非導通状態である。したがって、マッチ線MLはプリチャージ電圧状態に維持される。したがって、この状態は、ヒット状態である。
(iii) XセルおよびYセルの記憶ノードND2がともにLレベルのとき:
この状態においては、MOSトランジスタTQ1およびTQ3はともに非導通状態である。したがって、マッチ線MLは検索データSLの論理値に係らず、プリチャージ電圧レベルに維持される。したがって、この状態により、検索データSLに対し「ドントケア状態(X状態)」を実現することができる。
この状態においては、MOSトランジスタTQ1およびTQ3はともに非導通状態である。したがって、マッチ線MLは検索データSLの論理値に係らず、プリチャージ電圧レベルに維持される。したがって、この状態により、検索データSLに対し「ドントケア状態(X状態)」を実現することができる。
(iv) XセルおよびYセルの記憶ノードND2がともにHレベルのとき:
この状態においては、検索データSLの論理値に従って、MOSトランジスタTQ1およびTQ2の経路およびMOSトランジスタTQ3およびTQ4の経路の一方が、導通し、マッチ線MLが放電される。したがって、検索データに係らず、常にミス状態が指定されるため、この状態は、通常、禁止状態とされる。
この状態においては、検索データSLの論理値に従って、MOSトランジスタTQ1およびTQ2の経路およびMOSトランジスタTQ3およびTQ4の経路の一方が、導通し、マッチ線MLが放電される。したがって、検索データに係らず、常にミス状態が指定されるため、この状態は、通常、禁止状態とされる。
上述のように、このCAMセルCCは、状態(i)のHデータ記憶、状態(ii)のLデータ記憶、および状態(iii)のドントケア状態を含む3値データを記憶することができる。しかしながら、CAMセルCCとしては、2値データを記憶するCAMセルであってもよい。2値データを記憶するCAMセルとしては、データ記憶部が1つのSRAMセルで構成されても良い。1つのSRAMセルの相補な記憶ノードが、検索部のトランジスタTQ1およびTQ3のそれぞれのゲートに結合される。
図3は、図1に示すメモリアレイ1および一致判定回路2の構成を示す図である。図3において、メモリセルアレイ1において、エントリERY0−ERYNが設けられる。エントリERY0−ERYNの各々は、行方向(マッチ線延在方向)に整列して配置されるCAMセルCC0−CCNを含む。これらのCAMセルCC0−CCNは、同一構成を維持し、SRAMセルSMCと、MOSトランジスタTQ1−TQ4を含む。SRAMセルSMCは、図2に示すXセルおよびYセルを含み、3値データを記憶する。しかしながら、このSRAMセルSMCは、1つのSRAMセルで構成され、2値データを記憶する構成であってもよい。
エントリERY0−ERYNにそれぞれ対応して、マッチ線ML0−MLNが設けられる。エントリERY0−ERYNの列方向に整列するCAMセルに対し、サーチ線SL[0],/SL[0]−SL[N],/SL[N]が設けられる。サーチ線SL[0],/SL[0]は,エントリERY0−ERYNのCAMセルCC0のMOSトランジスタTQ2およびTQ4のゲートに接続される。サーチ線SL[N],/SL[N]は、エントリERY0−ERYNのCAMセルCCNのMOSトランジスタTQ4,TQ2それぞれのゲートに接続される。
SRAMセルSMCの記憶ノードが、それぞれMOSトランジスタTQ1およびTQ3に結合される。
このエントリERY0−ERYNそれぞれに対して、導通時定電流源として機能する電流源素子(トランジスタ)CST0−CSTNが設けられる。定電流源素子CST0−CSTNが、それぞれ、対応のエントリERY0−ERYNの検索部のMOSトランジスタTQ2,TQ4のソースノードと接地ノードの間に接続され、そのゲートに共通に、サーチ制御信号SSLが結合される。
この定電流源素子CST0−CSTNは、各々、定電流IMISSを導通時駆動する。定電流IMISSは、1ビットのCAMセルがミス時に駆動する電流Imissと同程度の大きさの電流である(IMISS≒Imiss)。この電流IMISSは、1ビットミス電流Imissよりも小さくても良い。対応のエントリERYiにおいてミス状態のCAMセルの数に係らず、一定の大きさの電流IMISSで、ミス状態のマッチ線が放電される。
マッチ線ML0−MLNに対してそれぞれ設けられるマッチアンプ10は、同一構成を有する。図3においては、このマッチアンプ10のエントリERY0−ERYNそれぞれに対して設けられるマッチアンプ10において対応する部分には同一参照番号を付す。
マッチアンプ10は、対応のマッチ線MLi(i=0−N)の信号MLA[i]の電圧レベルと基準電圧Vrefとを比較する比較回路20と、比較回路20の出力信号を、ラッチ指示信号MALATおよびZMALATに従って取込みラッチするラッチ回路22と、対応のマッチ線MLIを電源電圧VCCレベルにプリチャージするプリチャージトランジスタ24を含む。
比較回路20は、その正入力に、対応のマッチ線MLi上の信号MLA[i]を受け、負入力に基準電圧Vrefを受ける。この比較回路は、例えば、カレントミラー型差動増幅回路で構成され、対応のマッチ線MLi上の信号MLA[i]の電圧レベルが基準電圧よりも高いときにハイレベルの信号を出力する。
ラッチ回路22は、相補ラッチ指示信号MALATおよびZMALATに従って選択的に活性化されるトライステートインバータ30および34と、トライステートインバータ30の出力信号をラッチするインバータ32と、インバータ32の出力信号に従って判定結果を示す内部データMLA_D[i]を生成するバッファ36を含む。
トライステートインバータ30は、ラッチ指示信号MALATがHレベルのときに活性化されてインバータとして動作して比較回路20の出力信号を反転し、ラッチ指示信号MALATがLレベルのときに出力ハイインピーダンス状態となる。
インバータ32は、トライステートインバータ30の出力信号を反転してバッファ36の入力に伝達する。トライステートインバータ34は、ラッチ指示信号MALATおよびZMALATに従ってトライステートインバータ30と相補的に活性化されて、インバータ32の出力信号を反転してインバータ32の入力に伝達する。従って、トライステートインバータ30が出力ハイインピーダンス状態のときに、トライステートインバータ34がインバータとして動作し、インバータ32とでインバータラッチを構成する。トライステートバッファ30がインバータとして動作するとき、トライステートインバータ34が、出力ハイインピーダンス状態となり、ラッチ回路22がスルー状態となり、比較回路20の出力信号に従って高速で内部データMLA_D[i]を変化させる。
図4は、図3に示すメモリセルアレイ1および一致判定回路2の動作を示す信号波形図である。以下、図4を参照して、図3に示すメモリセルアレイ1および一致判定回路2における検索動作について説明する。
スタンバイ時において、プリチャージ指示信号ZPREAはHレベルであり、マッチアンプ10においては、プリチャージトランジスタ24は非導通状態にある。また、制御信号線SSL上のサーチ指示信号はLレベルである。応じて、エントリERY0−ERYNそれぞれに対して設けられる定電流源素子CST0−CSTNは、すべて非導通状態にある。したがって、サーチ線SL,/SL(SL[0],/SL[0]−SL[N],/SL[N])において、先のサイクルにおいて、検索データに従ってその電圧レベルが電源電圧および接地電圧レベルに維持されていても、エントリERY0−ERYN各々において、CAMセルCC0−CCNの電流の放電経路は遮断されており、スタンバイ電流は流れず、電流消費は生じない。
新たに与えられた検索データに従って、サーチ線SL,/SL(SL[0],/SL[0]−SL[N],/SL[N])の電圧レベルが変化する。この検索データの変化に同期して、制御信号線SSLがHレベルへ駆動される。応じて、定電流源素子CST0−CSTNが導通し、エントリERY0−ERYN各々において、CAMセルCC0−CCNに対する電流の放電経路が形成される。
エントリERY0−ERYNにおいて、検索データと記憶データとに従って比較/検索動作が行なわれ、マッチ線ML0−MLN上の信号MLA(MLA[0]−MLA[N])の電圧レベルが変化する。定電流源素子CST0−CSTNの駆動電流量は、1ビットミス電流Imissと同程度の大きさの電流IMISSである。したがって、エントリERY0−ERYN各々において、ミス状態のCAMセルの数に係らず、マッチ線ML0−MLNは、一定の速度で放電される(ミス時の場合)。一致状態のマッチ線は、放電経路が遮断されるため、先のサイクルのプリチャージ電圧レベルに維持される。
マッチ線ML0−MLNのミス状態時の電圧レベルの変化速度は、すべて同じである。したがって、比較回路20の出力信号の確定タイミングも、エントリERY0−ERYNそれぞれに対して同じとなる。マッチアンプ10に対して、ラッチ指示信号MALATを活性化すると、ラッチ回路22がスルー状態となり、比較回路20の出力信号に従って内部データMLA_Dの電圧レベルが変化する。ラッチ指示信号MALATがLレベルに駆動されるとラッチ回路22が、ラッチ状態となり、出力データMLA_Dの電圧レベルが保持される。
すなわち、ラッチ指示信号MALATがHレベルに駆動されると、トライステートインバータ30が活性化されて、比較回路20の出力信号を反転する。ラッチ指示信号MALATが非活性状態となると、トライステートインバータ30が出力ハイインピーダンス状態となり、インバータ32およびトライステートインバータ34により、トライステートインバータ34の出力信号がラッチされる。応じて、このラッチ信号に従って検索結果を示す内部データMLA_D(MLA_D[0]−MLA_D[N])が生成される。
比較回路20は、前述のように、たとえばカレントミラー型の差動増幅回路で構成される。この構成の場合、比較回路20における差動段が、MOSトランジスタで構成され、マッチ線ML0−MLNはそれぞれ比較回路20の差動段のMOSトランジスタのゲートに接続される。比較回路30の増幅動作は、対応のマッチ線の電圧レベルに対しては影響を及ぼさない。対応のマッチ線上の信号MLAの電圧レベルと基準電圧との差により比較回路30の出力信号が確定する。ラッチ回路22により、比較回路20の出力信号の取込みおよびラッチを行なった時点で、ラッチ状態においてラッチ回路22の出力部とマッチ線ML0−MLNとは分離されるため、検索/判定動作を停止させることができる。したがって、マッチ線ML0−MLN上の信号MLA(MLA[0]−MLA[N])が、フルスイングする前に、この検索/判定動作を停止させることができる。
マッチ線MLの電圧振幅が小さくても、比較回路20により、基準電圧との差に応じて正確に判定結果信号MLAの電圧レベルを判定することができる。応じて、検索/判定動作時の消費電力を低減することができる。すなわち、ラッチ指示信号MALATが活性化されると、続いて、サーチ制御信号線SSL上の信号を非活性状態に駆動し、定電流源素子CST0−CSTNを非導通状態に設定する。これにより、エントリERY0−ERYNにおいて、放電経路がすべて遮断され、エントリERY0−ERYNにおける貫通電流を少なくすることができる。
この場合、また、サーチ信号線SSLを駆動することが要求されるだけであり、エントリにおける貫通電流停止のために必要とされる信号線を1本とでき、貫通電流停止のための消費電流を低減することができる。また、サーチ線SL、/SLの電圧レベルは、対応のエントリのCAMセルの放電に影響を及ぼさないため、サーチ線を検索データに応じた電圧レベルに維持しても何ら問題は生じない。サーチ線をプリチャージすることなく、検索データに応じてスタティックに駆動することにより、サーチ線のプリチャージが不要となり、消費電流を低減することができる。
このラッチ回路22によるラッチ状態への移行に応答して、プリチャージ指示信号ZPREAをワンショット形態で活性化する。応じて、マッチ線ML0−MLNが電源電圧VCCレベルにプリチャージされる。このプリチャージトランジスタ24によるプリチャージ期間は、プリチャージ指示信号ZPREAの活性化期間であり、短い期間である。マッチ線ML0−MLNの電圧振幅は小さいため、高速で、不一致状態(ミス状態)のマッチ線MLを電源電圧VCCレベルに駆動することができる。したがって、このプリチャージにおける消費電流も、マッチ線の電圧振幅を小さくすることにより低減することができる。
また、エントリERY0−ERYNにおいて、検索/判定結果の確定タイミングは同じである(定電流源素子CST0−CSTNにより、一定速度で、マッチ線ML0−MLNが駆動されるため)。したがって、最悪ケースを想定して、検索/判定結果を示す内部データを生成する必要がなく、早いタイミングで、検索/判定結果を示す内部データMLA_Dを生成することができる。これにより、マッチ線ML0−MLNの信号MLAがフルスイングする前に、検索/判定結果を示す内部データを生成することができ、検索動作を高速化することができる。1ビットCAMセルの検索部のトランジスタ(TQ1−TQ4)の電流駆動力(ゲート幅)をレイアウト上許容することができる程度に大きくすることにより、1ビットミス時においても高速でマッチ線を駆動することができる。あるエントリにおいて全ビットミス状態となっても、マッチ線を流れる電流量は1ビットミス時と同じであり、マッチ線電圧変化速度をミス状態のCAMセルのビット数に係らず同じとすることができる。応じて、比較回路20の出力信号の確定タイミングも同じに設定することができ、マッチアンプの動作条件を全エントリに対して同じに設定することができ、安定にかつ正確に検索/判定を行なうことができる。
図5は、図1に示す制御回路6の構成を概略的に示す図である。図5において、制御回路6は、外部からのコマンドCMDに従って検索動作指示ENを生成するコマンドデコーダ40と、各々検索指示ENに従って活性化されるサーチ線ドライブ活性化回路42および定電流源活性化回路44を含む。
コマンドデコーダ40は、クロック信号CLKに従って外部からのコマンドCMDを取り込んでデコードし、コマンドCMDが検索動作を指示するときには、検索動作指示ENを活性化する。
サーチ線ドライブ活性化回路42は、検索動作指示ENが活性化されると、検索データ入力回路4を活性化する制御信号(検索動作活性化信号)SLENを活性化する。この検索動作活性化信号SLENの活性化に従って、検索データ入力回路4は、外部からの検索データSEを取込み、検索データ線SL,/SLを駆動する。この検索データ入力回路4は、スタティックに動作しており、内部の検索データ線の所定電圧レベルへのプリチャージは行なわない。したがって、この検索動作活性化信号SLENの非活性化時、検索データ入力回路4は、出力ハイインピーダンス状態に維持される。
定電流源活性化回路44は、検索動作指示ENが活性化されると、サーチ制御信号線SSLへ伝達される定電流源制御信号を活性状態へ駆動する。図5においては、サーチ制御信号線と底に伝達される制御信号とを同一の符号SSLで示す。
制御回路6は、さらに、検索動作指示ENを所定期間遅延する遅延回路45と、遅延回路45の出力信号に従ってラッチ指示信号MALATおよびZMALATを活性化するラッチ活性化回路46と、マッチ線のプリチャージ動作を制御するプリチャージ活性化回路48を含む。このラッチ活性化回路46は、定電流源活性化回路44により、定電流源制御信号SSLが活性化されて、ミス状態のマッチ線の電圧と基準電圧との差が充分な大きさとなると、遅延回路45の出力信号に従って、ラッチ指示信号MALATおよびZMALATを所定期間活性状態に駆動する。
定電流源活性化回路44は、ラッチ活性化回路46がラッチ指示信号MALATを非活性化するタイミングで制御信号SSLを非活性化する。これにより、マッチアンプ10においてラッチ回路22がラッチ状態となると、定電流源素子CSTを非導通状態に設定して検索動作を停止する。
プリチャージ活性化回路48は、ラッチ活性化回路46がラッチ指示信号MALATを非活性化する(Lレベルに駆動する)タイミングに従って、プリチャージ指示信号ZPREAを、所定期間ワンショットの形態で活性化する。
ラッチ活性化回路46がラッチ指示信号MALATおよびZMALATを活性化するタイミングは、マッチ線の電圧レベルのスキューを想定する必要がなく、遅延回路45の遅延時間は短くすることができる。
なお、先の図3に示す構成においては、マッチアンプ10において、比較回路20は、常時動作するように示される。しかしながら、この比較回路20も、検索動作時に、定電流源制御信号SSLに従って、活性化されるように構成されてもよい。
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、CAMセルアレイのエントリそれぞれにおいて、エントリ内のCAMセルに共通に定電流源素子を設けている。したがって、エントリにおいてミス状態となるCAMセルの数に係らず、一定の電流でミス状態のマッチ線を駆動することができる。これにより、マッチ線の電位変化速度を、ミス状態のCAMセルの数に係らず一定とすることができ、判定結果生成タイミングを固定することができる。また、マッチ線の電圧と基準電圧との差に従ってマッチ線の電圧レベルを判定しており、マッチ線電圧振幅が小さい状態で検索判定を行なうことができ、検索動作タミングを早くすることができる。
また、マッチ線の電圧振幅を小さくすることが可能となり、消費電流を低減することができる。さらに、単に各エントリに対して設けられる定電流源素子の導通/非導通を制御するだけで、エントリにおける電流経路を遮断することができる。これにより、貫通電流防止のためにサーチ線のプリチャージを行なう必要がなく、各エントリにおける貫通電流制御のための信号線の数を低減できる。これにより、貫通電流停止のための制御回路の消費電流を低減することができる。
なお、上述の実施の形態1においては、マッチ線がHレベルにプリチャージされ、ミス状態のマッチ線がローレベルに駆動されている。しかしながら、マッチ線がLレベルにプリチャージされ、ミス状態のマッチ線がCAMセルを介してハイレベルに駆動される構成であっても良い。この構成の場合、各エントリにおいて、CAMセルに共通に充電用の定電流源素子が設けられる。
[実施の形態2]
図6は、この発明の実施の形態2に従う内容参照メモリの要部の構成を示す図である。この図6に示す内容参照メモリは、以下の点で、図3に示す内容参照メモリとその構成が異なる。すなわち、マッチアンプ10において、プリチャージトランジスタ50は、そのゲートが接地ノードに接続され、常時導通状態に維持される。このプリチャージトランジスタ50の電流駆動力は、マッチ線の電圧振幅に応じて適切な大きさに設定される。プリチャージトランジスタ50の電流駆動力が、対応の定電流源素子CST0−CSTNよりも小さくされる場合、マッチ線の電圧振幅が大きくなる。逆に、プリチャージトランジスタ50の電流駆動力が、対応の定電流源素子CST0−CSTNよりも大きくされると、対応のマッチ線の電圧振幅が小さくなる。この検索動作時のミス状態のマッチ線の電圧振幅は、プリチャージトランジスタ50および定電流源素子CSTを線形領域で動作させて、駆動電流が等しくなるマッチ線の電圧レベルを求めることにより近似的に求めることができる。
図6は、この発明の実施の形態2に従う内容参照メモリの要部の構成を示す図である。この図6に示す内容参照メモリは、以下の点で、図3に示す内容参照メモリとその構成が異なる。すなわち、マッチアンプ10において、プリチャージトランジスタ50は、そのゲートが接地ノードに接続され、常時導通状態に維持される。このプリチャージトランジスタ50の電流駆動力は、マッチ線の電圧振幅に応じて適切な大きさに設定される。プリチャージトランジスタ50の電流駆動力が、対応の定電流源素子CST0−CSTNよりも小さくされる場合、マッチ線の電圧振幅が大きくなる。逆に、プリチャージトランジスタ50の電流駆動力が、対応の定電流源素子CST0−CSTNよりも大きくされると、対応のマッチ線の電圧振幅が小さくなる。この検索動作時のミス状態のマッチ線の電圧振幅は、プリチャージトランジスタ50および定電流源素子CSTを線形領域で動作させて、駆動電流が等しくなるマッチ線の電圧レベルを求めることにより近似的に求めることができる。
図7は、図6に示す内容参照メモリの検索時の動作を示す信号波形図である。この図7に示す信号波形図は、図4に示す信号波形図と、プリチャージ指示信号ZPREAが利用されないことを除いて同じである。マッチ線MLの電圧が振るスイングする前に検索判定を行なうことができる。
この図6に示す内容参照メモリの構成においては、図7に示すように、検索動作時、ミス状態のマッチ線MLの電位MLAは、低下する。この電圧低下速度は、プリチャージトランジスタ50および対応の定電流源素子CSTの電流駆動力により決定される。この場合でも、ミス状態のマッチ線の電圧変化速度は、ミス状態のCAMセルのビット数に限らず一定である。
この検索動作時、プリチャージトランジスタ50は導通状態にあるため、電源ノードから接地ノードへ、貫通電流が流れる。しかしながら、検索期間は、ミス状態のマッチ線の電圧が基準電圧Vrefを越えるまでの期間であり、この期間は、プリチャージトランジスタ50および定電流源素子CSTの電流駆動力に応じて決定される。また、ミス状態のマッチ線の電圧振幅も小さく、貫通電流が流れる期間は、十分に短くすることができ、応じて、検索時の貫通電流を低減することができる。
また、貫通電流が流れても、このプリチャージトランジスタ50および定電流源素子CSTの電流駆動力に応じてミス状態のマッチ線の電圧を変化させることができ、正確に検索/判定を行なうことができる。なお、貫通電流の大きさは、定電流源素子およびプリチャージトランジスタのうちの電流駆動力の小さい方の素子の電流駆動力により決定される。
判定動作後ラッチ状態となり、定電流源素子CSTが非導通状態となると、自動的にマッチ線はプリチャージトランジスタ50によりその電圧レベルがプルアップされる。ヒット状態のマッチ線は、プリチャージ電圧レベルの電源電圧レベルである。このプリチャージ動作時、マッチ線ML0−MLNの電圧振幅は小さいため(実施の形態1と同様)、例えプリチャージトランジスタ50の電流駆動量が小さくされても、確実に、ミス状態のマッチ線を元のプリチャージ電圧レベルに駆動することができる。
図8は、この図6に示す内容参照メモリに対する制御回路6の構成を概略的に示す図である。この図8に示す制御回路6の構成は、図5に示す制御回路と、以下の点でその構成は異なる。すなわち、この発明の実施の形態2に従う内容参照メモリにおいては、制御回路6内においては、プリチャージ活性化回路(48:図5参照)は設けられない。他の構成は、図5に示す制御回路6の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
この図8に示すように、制御回路6において、プリチャージ活性化回路を省略することができ、消費電流を低減することができる。また、この制御回路6の占有面積を低減することができる。また配線レイアウトにおいても、プリチャージ活性化信号を伝達する信号線が不要となり、配線レイアウトの空き領域を増加させることができ、応じて配線レイアウトの自由度が増加する。また、プリチャージ活性化信号を駆動する必要がなく、消費電流を低減することができる。
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、マッチアンプにおいて、マッチ線をプリチャージするプリチャージトランジスタを常時導通状態に設定している。したがって、プリチャージトランジスタの導通/非導通を制御する回路部分が不要となり、また制御信号線が不要となり、消費電流を低減でき、また制御回路の占有面積も低減することができる。
また、実施の形態2においても、マッチ線は、電源電圧レベルにプリチャージされ、ミス状態時において接地電圧レベル方向に駆動されている。しかしながら、このマッチ線は、接地電圧レベルにプリチャージされ、ミス時に電源電圧レベル方向に充電される構成が用いられてもよい。
また、この実施の形態2においても、また、マッチアンプ10において比較回路20は、検索動作時においてのみ活性化される構成が用いられてもよい。
この発明は、検索データに従って記憶情報に対する検索を行なって記憶情報との一致/不一致を判定する内容参照メモリに対して適用することができる。特に、検索データのビット幅が広いたとえば通信用ルータなどにおいてIPアドレスをデコードして転送経路を設定する構成に利用することができる。この通信用ルータに適用した場合、小占有面積でかつ消費電力が低減された高速で検索動作を行なうことのできるルータを実現することができる。また、この発明に従う内容参照メモリは、キャッシュコントローラなどにおけるキャッシュミス/ヒットの判定を行なうための回路構成に利用されてもよい。
1 メモリセルアレイ、2 一致判定回路、6 制御回路、10 マッチアンプ、CC CAMセル、20 比較回路、22 ラッチ回路、24,50 プリチャージトランジスタ、CC0−CCN CAMセル、CST0−CSTN 定電流源素子。
Claims (11)
- 互いに並列に配置される複数のマッチ線、および
各前記マッチ線に対応して配置され、各々が、複数の内容参照メモリセルを有する複数のエントリを備え、各前記内容参照メモリセルは、データを記憶するデータ記憶部と、検索データと前記データ記憶部の記憶データとに従って対応のマッチ線を選択的に第1の電位レベルへ駆動する検索部とを備え、
各前記エントリに対応してかつ対応のエントリの内容参照メモリセルの検索部に共通に配置され、各々が対応のエントリのメモリセルの検索部と前記第1の電位を供給する第1の電源との間に接続され、導通時、対応のエントリのメモリセルの検索部に対する共通の定電流源として機能する複数の電流源素子、
各前記マッチ線に対応して配置され、各々が対応のマッチ線を少なくともスタンバイ時に第2の電位レベルに設定する複数のプリチャージトランジスタ、および
各前記マッチ線に対応して配置され、各々が対応のマッチ線上の電位に従って検索結果を示す内部データを生成する複数の判定回路を備える、内容参照メモリ。 - 各前記プリチャージトランジスタは、常時導通状態に設定される、請求項1記載の内容参照メモリ。
- 各前記判定回路は、
対応のマッチ線の電位を基準電圧と比較し、該比較結果を示す信号を生成する比較回路、
前記比較回路の出力する信号をラッチして前記内部データを生成するラッチ回路とを備える、請求項1記載の内容参照メモリ。 - 各前記プリチャージトランジスタは、前記ラッチ回路のラッチ状態移行後にワンショット駆動されて対応のマッチ線を前記第2の電位レベルに駆動する、請求項3記載の内容参照メモリ。
- 前記定電流源素子は、前記ラッチ回路のラッチ状態移行後に非導通状態に設定される、請求項3記載の内容参照メモリ。
- 前記検索データを前記複数のエントリに転送する複数ビット幅の検索データ線をさらに備え、各検索データ線は、各エントリの同一位置の内容参照メモリセルの検索部に対して検索データを転送し、各検索データ線はスタティックに駆動される、請求項1記載の内容参照メモリ。
- 行列状に配列され、各々が、データを記憶するデータ記憶部と、前記データ記憶部の記憶するデータと検索データとに従って選択的に導通する検索部とを有する複数の内容参照メモリセルを備え、前記複数の内容参照メモリセルは、行ごとにエントリに分割され、
各前記エントリに対応して配置され、検索時、対応の内容参照メモリセルの検索部により選択的に第1の電圧レベルに向かって駆動される複数のマッチ線、
各前記エントリに対応してかつ対応のエントリのメモリセルの検索部に共通に結合され、対応の検索部と前記第1の電位を供給する第1の電源との間に接続され、導通時、対応のエントリを介して対応のマッチ線を一定の電流で駆動する複数の電流源素子、
各前記マッチ線に対応して配置され、対応のマッチ線を少なくともスタンバイ時に第2の電圧レベルに設定する複数のプリチャージトランジスタ、
各前記メモリセル列に対応して配置され、各々が対応の列のメモリセルに前記検索データを転送する複数の検索データ線、
各前記マッチ線に対応して配置され、各々が、対応のマッチ線の電圧レベルに従って検索結果を示す内部データを生成する判定回路、および
検索時、前記電流源素子を導通状態に設定するとともに、前記判定回路の内部データ生成動作を活性化する検索制御回路を備える、内容参照メモリ。 - 各前記判定回路は、
対応のマッチ線の電位を、基準電圧と比較し、該比較結果を示す信号を生成する比較回路と、前記検索制御回路の出力信号に従って選択的に導通し、前記比較回路の出力する信号をラッチして前記内部データを生成するラッチ回路とを備える、請求項7記載の内容参照メモリ。 - 前記検索制御回路は、前記ラッチ回路によるラッチ動作完了後、前記プリチャージトランジスタをワンショット駆動して、各前記マッチ線を前記第2の電圧レベルにプリチャージさせる、請求項8記載の内容参照メモリ。
- 前記検索線に対して設けられ、外部からの検索データに従って前記検索線に検索データを伝達する検索線駆動回路をさらに備え、前記検索線制御回路は、外部からの検索データに従ってスタティックに各前記検索線を駆動する、請求項7記載の内容参照メモリ。
- 各前記プリチャージトランジスタは、常時導通状態に維持される、請求項7記載の内容参照メモリ。
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Cited By (3)
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CN107799145A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体装置 |
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-
2007
- 2007-02-02 JP JP2007024211A patent/JP2008192218A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016157500A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体記憶装置 |
CN107799145A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体装置 |
CN107799145B (zh) * | 2016-09-07 | 2023-06-30 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体装置 |
CN110033803A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-07-19 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体设备 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100406 |