JP2008287768A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体記憶装置に係り、例えばスタティック型のメモリセルを備えた半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, for example, a semiconductor memory device including a static memory cell.
半導体記憶装置の一種としてSRAM(Static Random Access Memory)が知られている。このSRAMを構成するメモリセルには、例えば6個のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタから構成されるSRAMセル(6Tr.型SRAMセル)が用いられている。 An SRAM (Static Random Access Memory) is known as a kind of semiconductor memory device. For example, an SRAM cell (6Tr. Type SRAM cell) composed of six MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors is used as a memory cell constituting the SRAM.
また、SRAMセルには、このSRAMセルに電圧を供給するための高位電源線と低位電源線とが接続されている。従来のSRAMにおいては、メモリセルアレイの全てのラインに対して低位電源線の電圧を、読み出しアクセス、書き込みアクセス、及びアクセスなしに関わらず、常に接地電圧VSSに設定している。 The SRAM cell is connected to a high level power line and a low level power line for supplying a voltage to the SRAM cell. In the conventional SRAM, the voltage of the low power supply line is always set to the ground voltage VSS for all lines of the memory cell array regardless of read access, write access, and no access.
従って、従来のSRAMでは、読み出しアクセス、書き込みアクセス、及びアクセスなしに関わらず、全てのラインに対して常に低位電源線の電圧が接地電圧VSSである分のリーク電流が生じている。消費電流はスイッチング電流とリーク電流との合計であり、メモリセルアレイの全てのラインで常に低位電源線の電圧が接地電圧VSSである分のリーク電流が生じているために、SRAMの消費電力が大きくなってしまう。 Therefore, in the conventional SRAM, a leakage current corresponding to the ground voltage VSS is always generated for all lines regardless of read access, write access, or no access. The current consumption is the sum of the switching current and the leakage current. Since the leakage current is always equal to the ground voltage VSS as the voltage of the lower power supply line in all the lines of the memory cell array, the power consumption of the SRAM is large. turn into.
また、この種の関連技術として、SRAMの消費電力を低減する技術が開示されている(特許文献1参照)。
本発明は、読み出しアクセス時間を増加させることなく、リーク電流を削減することができる半導体記憶装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor memory device capable of reducing leakage current without increasing read access time.
本発明の第1の視点に係る半導体記憶装置は、複数のワード線と、前記複数のワード線にそれぞれ接続され、かつ複数のトランジスタから構成されたスタティック型の複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記複数のメモリセルにそれぞれ接続された複数の低位電源線と、前記低位電源線に接続され、かつ、読み出しアクセス先のメモリセルに対して低位電源線を接地電圧に設定し、書き込みアクセス先及びアクセスがないメモリセルに対して低位電源線を接地電圧より高い電圧に設定する電源回路とを具備する。 A semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of word lines, a memory cell array having a plurality of static memory cells each connected to the plurality of word lines and configured by a plurality of transistors. A plurality of low-level power supply lines connected to the plurality of memory cells, and a low-level power supply line connected to the low-level power supply line and set to a ground voltage with respect to a memory cell to be read access destination, and a write access destination And a power supply circuit that sets a lower power supply line to a voltage higher than the ground voltage for a memory cell that is not accessed.
本発明の第2の視点に係る半導体記憶装置は、複数のワード線と、前記複数のワード線にそれぞれ接続され、かつ複数のトランジスタから構成されたスタティック型の複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記複数のメモリセルにそれぞれ接続された複数の低位電源線と、前記低位電源線に接続され、かつ、読み出しアクセス先及び書き込みアクセス先のメモリセルに対して低位電源線を接地電圧に設定し、アクセスがないメモリセルに対して低位電源線を接地電圧より高い電圧に設定する電源回路とを具備する。 A semiconductor memory device according to a second aspect of the present invention includes: a plurality of word lines; a memory cell array having a plurality of static memory cells each connected to the plurality of word lines and configured by a plurality of transistors; A plurality of low-level power supply lines connected to the plurality of memory cells, and a low-level power supply line connected to the low-level power supply line and set to the ground voltage for the read access destination and the write access destination memory cell. And a power supply circuit for setting the lower power supply line to a voltage higher than the ground voltage for a memory cell that is not accessed.
本発明によれば、読み出しアクセス時間を増加させることなく、リーク電流を削減することができる半導体記憶装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device capable of reducing leakage current without increasing the read access time.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るSRAM10の構成を示すブロック図である。SRAM10は、複数のメモリセル列12から構成されるメモリセルアレイ11を備えている。各メモリセル列12は、スタティック型の複数のメモリセルMCから構成されている。メモリセルアレイ11には、それぞれがロウ方向に延在するように、複数のメモリセル列12に対応する複数のワード線WLが配設されている。また、メモリセルアレイ11には、それぞれがカラム方向に延在するように複数のビット線対BL,/BLが配設されている。メモリセルアレイ11の行の選択は、ワード線WLにより行われる。メモリセルアレイ11の列の選択は、ビット線対BL,/BLにより行われる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
図2は、図1に示したメモリセルMCの構成を示す回路図である。メモリセルMCは、6個のMOSトランジスタから構成される6Tr.型SRAMセルである。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of memory cell MC shown in FIG. The memory cell MC is a 6Tr. Type SRAM cell.
メモリセルMCは、第1のインバータ回路INV1及び第2のインバータ回路INV2を備えている。第1のインバータ回路INV1は、負荷用PチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(PMOSトランジスタ)LD1と駆動用NチャネルMOSトランジスタ(NMOSトランジスタ)DV1とにより構成されている。PMOSトランジスタLD1及びNMOSトランジスタDV1は、高位電源電圧が供給される高位電源線13と、低位電源電圧が供給される低位電源線14との間に直列に接続されている。
The memory cell MC includes a first inverter circuit INV1 and a second inverter circuit INV2. The first inverter circuit INV1 includes a load P-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (PMOS transistor) LD1 and a driving N-channel MOS transistor (NMOS transistor) DV1. The PMOS transistor LD1 and the NMOS transistor DV1 are connected in series between a high
第2のインバータ回路INV2は、負荷用PMOSトランジスタLD2と駆動用NMOSトランジスタDV2とにより構成されている。PMOSトランジスタLD2及びNMOSトランジスタDV2は、高位電源線13と低位電源線14との間に直列に接続されている。
The second inverter circuit INV2 includes a load PMOS transistor LD2 and a driving NMOS transistor DV2. The PMOS transistor LD2 and the NMOS transistor DV2 are connected in series between the high level
具体的には、PMOSトランジスタLD1のソース端子は、高位電源線13に接続されている。PMOSトランジスタLD1のドレイン端子は、記憶ノードN1を介してNMOSトランジスタDV1のドレイン端子に接続されている。NMOSトランジスタDV1のソース端子は、低位電源線14に接続されている。PMOSトランジスタLD1のゲート端子は、NMOSトランジスタDV1のゲート端子に接続されている。
Specifically, the source terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the high-
PMOSトランジスタLD2のソース端子は、高位電源線13に接続されている。PMOSトランジスタLD2のドレイン端子は、記憶ノードN2を介してNMOSトランジスタDV2のドレイン端子に接続されている。NMOSトランジスタDV2のソース端子は、低位電源線14に接続されている。PMOSトランジスタLD2のゲート端子は、NMOSトランジスタDV2のゲート端子に接続されている。
The source terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the high level
PMOSトランジスタLD1のゲート端子は、記憶ノードN2に接続されている。PMOSトランジスタLD2のゲート端子は、記憶ノードN1に接続されている。換言すると、第1のインバータ回路INV1の出力端子は第2のインバータ回路INV2の入力端子に接続され、第2のインバータ回路INV2の出力端子は第1のインバータ回路INV1の入力端子に接続されている。 The gate terminal of the PMOS transistor LD1 is connected to the storage node N2. The gate terminal of the PMOS transistor LD2 is connected to the storage node N1. In other words, the output terminal of the first inverter circuit INV1 is connected to the input terminal of the second inverter circuit INV2, and the output terminal of the second inverter circuit INV2 is connected to the input terminal of the first inverter circuit INV1. .
記憶ノードN1は、NMOSトランジスタからなるトランスファーゲートXF1を介してビット線BLに接続されている。記憶ノードN2は、NMOSトランジスタからなるトランスファーゲートXF2を介してビット線/BLに接続されている。トランスファーゲートXF1及びXF2のゲート端子は、ワード線WLに接続されている。このようにして、メモリセルMCが構成されている。 The storage node N1 is connected to the bit line BL via a transfer gate XF1 made of an NMOS transistor. Storage node N2 is connected to bit line / BL via transfer gate XF2 made of an NMOS transistor. The gate terminals of the transfer gates XF1 and XF2 are connected to the word line WL. In this way, the memory cell MC is configured.
ロウデコーダ15には、アドレス信号ADDが入力されている。ロウデコーダ15は、アドレス信号ADDをデコードし、複数のワード線WLの1本を選択するための行アクセス信号RASを生成する。この行アクセス信号RASは、ワード線ドライバ16に送られる。ワード線ドライバ16には、複数のワード線WLが接続されている。ワード線ドライバ16は、行アクセス信号RASにより選択されたワード線WLを駆動する。
An address signal ADD is input to the
カラムデコーダ17には、アドレス信号ADDが入力されている。カラムデコーダ17は、アドレス信号ADDをデコードし、複数のビット線対BL,/BLの1対を選択するための列アクセス信号CASを生成する。この列アクセス信号CASは、入出力(I/O)回路18に送られる。
An address signal ADD is input to the
I/O回路18には、入力データDIが入力されている。I/O回路18は、列アクセス信号CASに基づいて、入力データDI及び出力データDOの管理を行う。I/O回路18に入力された入力データDIは、書き込みデータWDとしてセンスアンプ回路19に送られる。センスアンプ回路19は、書き込みデータWDを増幅してメモリセルアレイ11(具体的には、ビット線対BL,/BL)に送る。
Input data DI is input to the I /
メモリセルアレイ11からビット線対BL,/BLを介して読み出された読み出しデータRDは、センスアンプ回路19に送られる。センスアンプ回路19は、読み出しデータRDを増幅してI/O回路18に送る。I/O回路18に入力された読み出しデータRDは、出力データDOとして外部回路に出力される。
Read data RD read from the
制御回路20は、SRAM10内の各回路を制御する。制御回路20には、外部回路からコマンドCMDが入力される。制御回路20は、コマンドCMDに基づいて、データの書き込み動作、及び読み出し動作等を制御する。
The
ところで、SRAM10は、アクセス判定回路21、高位電源回路22、低位電源回路23を備えている。高位電源回路22は、高位電源線13に接続されている。高位電源線13は、複数のメモリセル列に共通して設けられている。高位電源回路22は、高位電源線13に電源電圧VDDを供給する。
Incidentally, the
アクセス判定回路21には、コマンドCMD及びアドレスADDが入力されている。アクセス判定回路21は、コマンドCMD及びアドレスADDに基づいて、各メモリセル列12のアクセス状態(書き込み、読み出し、アクセスなし)を判定する。そして、アクセス判定回路21は、この判定結果に基づいて、2種類の低位電源電圧のうちいずれか1つを選択するための選択信号SSを低位電源回路23に送る。
The
低位電源回路23は、複数のメモリセル列12に対応した複数の低位電源回路24を備えている。複数の低位電源回路24にはそれぞれ、複数の低位電源線14が接続されている。各低位電源線14は、これに対応するメモリセル列に接続されている。低位電源回路24は、アクセス判定回路21から送られた選択信号SSに基づいて、2種類の低位電源電圧のうちいずれか1つを低位電源線14に供給する。
The low
図3は、低位電源回路23の電圧供給動作を説明する図である。低位電源回路23は、メモリセル列12のアクセス状態に応じて、低位電源線14の電圧を設定する。すなわち、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定する。また、低位電源回路23は、書き込みアクセス先のメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSより高い電圧VSSHに設定する。また、低位電源回路23は、アクセスなしのメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSより高い電圧VSSHに設定する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the voltage supply operation of the low-level
電圧VSSHは、接地電圧VSSより高く、インバータ回路INV1(或いはINV2)の閾値電圧より低い電圧であり、かつ、メモリセルMCがデータを保持できる電圧に設定される。電圧VSSHが接地電圧VSSよりも高くなるにつれてメモリセルMCのリーク電流は低減される。しかし、電圧VSSHが高すぎると、メモリセルMCを構成するトランジスタの状態が変化して、メモリセルMCに保持されているデータが破壊されてしまう。よって、「メモリセルMCがデータを保持できる電圧VSSH」とは、メモリセルMCを構成するインバータ回路の閾値電圧からノイズに対する余裕を引いた電圧である。 The voltage VSSH is higher than the ground voltage VSS and lower than the threshold voltage of the inverter circuit INV1 (or INV2), and is set to a voltage at which the memory cell MC can hold data. As the voltage VSSH becomes higher than the ground voltage VSS, the leakage current of the memory cell MC is reduced. However, if the voltage VSSH is too high, the state of the transistors constituting the memory cell MC changes and the data held in the memory cell MC is destroyed. Therefore, “the voltage VSSH at which the memory cell MC can hold data” is a voltage obtained by subtracting a margin for noise from the threshold voltage of the inverter circuit constituting the memory cell MC.
図4は、低位電源回路24の一例を示す回路図である。なお、図4は、1つのメモリセル列に対応する低位電源回路24を抽出して示している。他のメモリセル列についても、図4と同じ回路が接続されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the low-level
低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、及びPMOSトランジスタ24Bを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。PMOSトランジスタ24Bのドレインは、接地されている。PMOSトランジスタ24Bのソースは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24A、及びPMOSトランジスタ24Bのゲートには、アクセス判定回路21から選択信号SSが入力される。
The low
図5は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A及びPMOSトランジスタ24Bの動作を説明する図である。図4及び図5に示した低位電源回路24は、電圧VSSHとして、PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧を用いるようにした構成例である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the
図6は、低位電源回路24の他の一例を示す回路図である。低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、及びNMOSトランジスタ24Cを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。NMOSトランジスタ24Cのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Cのソースは、電圧VSSHが供給される電源端子に接続されている。NMOSトランジスタ24A及び24Cのゲートには、アクセス判定回路21から選択信号SSが入力される。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the low-level
図7は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A及び24Cの動作を説明する図である。図6及び図7に示した低位電源回路24は、電圧VSSHとして、外部回路から供給される電圧を用いるようにした構成例である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the
以下に、SRAM10の動作を、読み出しアクセス先のメモリセル列、書き込みアクセス先のメモリセル列、及びアクセスなしのメモリセル列に分けて説明する。なお、以下の動作の説明においては、図4に示した低位電源回路24を用いた場合を例に説明する。
Hereinafter, the operation of the
<読み出しアクセス先のメモリセル列>
アクセス判定回路21は、読み出しアクセス先のメモリセル列を判定し、低位電源回路24に対して、低位電源線14を接地電圧VSSとする選択信号SSを生成する。この選択信号SSにより、NMOSトランジスタ24Aはオン、PMOSトランジスタ24Bはオフする。これにより、読み出しアクセス先の低位電源線14には、接地電圧VSSが印加される。
<Read-access destination memory cell column>
The
読み出しアクセス先のメモリセル列では、低位電源線14を接地電圧VSSにしているので、通常の読み出し動作と同じ分のリーク電流がメモリセルMCから生じることとなる。ここで、低位電源線14が接地電圧VSSであるために、メモリセルMCからの読み出しアクセスにかかる時間は、通常の読み出し動作と同じに保つことができる。すなわち、読み出しアクセス時間は従来のものと同じであり増加しない。
In the memory cell column that is the read access destination, the low
<書き込みアクセス先のメモリセル列>
アクセス判定回路21は、書き込みアクセス先のメモリセル列を判定し、低位電源回路24に対して、低位電源線14を接地電圧VSSより高い電圧VSSHとする選択信号SSを生成する。この選択信号SSにより、NMOSトランジスタ24Aはオフ、PMOSトランジスタ24Bはオンする。これにより、書き込みアクセス先の低位電源線14には、接地電圧VSSより高い電圧(PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧)が印加される。
<Write access destination memory cell column>
The
この結果、書き込みアクセス先のメモリセル列では、低位電源線14の電圧が接地電圧VSSから上昇した分だけリーク電流が削減される。また、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSよりも高くすることにより、低位電源線14が接地電圧VSSである場合よりも、メモリセルMCへのデータの書き込みが容易となり、書き込み時間を短縮することができる。
As a result, in the memory cell column that is the write access destination, the leakage current is reduced by the amount that the voltage of the low-level
<アクセスなしのメモリセル列>
アクセス判定回路21は、アクセスなしのメモリセル列を判定し、低位電源回路24に対して、低位電源線14を接地電圧VSSより高い電圧VSSHとする選択信号SSを生成する。この選択信号SSにより、NMOSトランジスタ24Aはオフ、PMOSトランジスタ24Bはオンする。これにより、アクセスなしの低位電源線14には、接地電圧VSSより高い電圧(PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧)が印加される。
<Memory cell row without access>
The
この結果、アクセスなしメモリセル列では、低位電源線14の電圧が接地電圧VSSから上昇した分だけリーク電流が削減される。
As a result, in the non-accessed memory cell column, the leakage current is reduced by the amount by which the voltage of the lower
以上詳述したように本実施形態においては、読み出しアクセス先のメモリセル列に対してのみ低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、一方、アクセスなしのメモリセル列と書き込みアクセス先のメモリセル列とに対しては低位電源線14の電圧を接地電圧VSSよりも高い電圧VSSHに設定している。これにより、読み出しアクセス時間を増加させることなく、アクセスなしのメモリセル列と書き込みアクセス先のメモリセル列とのリーク電流を削減することができる。
As described above in detail, in this embodiment, the voltage of the low-level
また、書き込みアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSよりも高くすることにより、低位電源線14が接地電圧VSSである場合よりも、メモリセルMCへのデータの書き込みが容易となり、書き込み時間を短縮することができる。
Further, by making the voltage of the lower
また、接地電圧VSSより高い電圧VSSHを生成する手段として、PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧を用いるようにしている。よって、微小な回路面積の増加のみで、メモリセルMCのリーク電流を削減することができる。
Further, the threshold voltage of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、読み出しアクセス先のメモリセル列と書き込みアクセス先のメモリセル列とに対しては低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、一方、アクセスなしのメモリセル列に対しては低位電源線14の電圧を接地電圧VSSよりも高い電圧VSSHに設定するようにしている。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the voltage of the low-level
図8は、本発明の第2の実施形態に係るSRAM10の構成を示すブロック図である。SRAM10は、低位電源線14に電圧を供給する低位電源回路23を備えている。低位電源回路23は、複数のメモリセル列12に対応した複数の低位電源回路24を備えている。複数の低位電源回路24にはそれぞれ、複数の低位電源線14が接続されている。各低位電源線14は、これに対応するメモリセル列に接続されている。低位電源回路24は、ロウデコーダ15から送られた行アクセス信号RASに基づいて、2種類の低位電源電圧のうちいずれか1つを低位電源線14に供給する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the
図9は、低位電源回路23の電圧供給動作を説明する図である。低位電源回路23は、メモリセル列12のアクセス状態に応じて、低位電源線14の電圧を設定する。すなわち、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定する。また、低位電源回路23は、書き込みアクセス先のメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定する。また、低位電源回路23は、アクセスなしのメモリセル列に対して、低位電源線14の電圧を接地電圧VSSより高い電圧VSSHに設定する。
FIG. 9 is a diagram for explaining the voltage supply operation of the low-level
図10は、低位電源回路24の一例を示す回路図である。なお、図10は、1つのメモリセル列に対応する低位電源回路24を抽出して示している。他のメモリセル列についても、図10と同じ回路が接続されている。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of the low-level
低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、及びPMOSトランジスタ24Bを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。PMOSトランジスタ24Bのドレインは、接地されている。PMOSトランジスタ24Bのソースは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24A、及びPMOSトランジスタ24Bのゲートには、ロウデコーダ15から行アクセス信号RASが入力される。
The low
図11は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A及びPMOSトランジスタ24Bの動作を説明する図である。低位電源回路24は、電圧VSSHとして、PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧を低位電源線14に供給するように構成されている。
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the
以下に、SRAM10の動作を、読み出しアクセス先のメモリセル列、書き込みアクセス先のメモリセル列、及びアクセスなしのメモリセル列に分けて説明する。
Hereinafter, the operation of the
<読み出しアクセス先のメモリセル列>
ロウデコーダ15は、読み出しアクセス先のメモリセル列に対応する行アクセス信号RASを活性化する。この行アクセス信号RASは低位電源回路24に送られ、NMOSトランジスタ24Aはオン、PMOSトランジスタ24Bはオフする。これにより、読み出しアクセス先の低位電源線14には、接地電圧VSSが印加される。
<Read-access destination memory cell column>
The
読み出しアクセス先のメモリセル列では、低位電源線14を接地電圧VSSにしているので、通常の読み出し動作と同じ分のリーク電流がメモリセルMCから生じることとなる。ここで、低位電源線14が接地電圧VSSであるために、メモリセルMCからの読み出しアクセスにかかる時間は、通常の読み出し動作と同じに保つことができる。すなわち、読み出しアクセス時間は従来のものと同じであり増加しない。
In the memory cell column that is the read access destination, the low
<書き込みアクセス先のメモリセル列>
ロウデコーダ15は、書き込みアクセス先のメモリセル列に対応する行アクセス信号RASを活性化する。この行アクセス信号RASは低位電源回路24に送られ、NMOSトランジスタ24Aはオン、PMOSトランジスタ24Bはオフする。これにより、書き込みアクセス先の低位電源線14には、接地電圧VSSが印加される。
<Write access destination memory cell column>
The
書き込みアクセス先のメモリセル列では、低位電源線14を接地電圧VSSにしているので、通常の書き込み動作と同じ分のリーク電流がメモリセルMCから生じることとなる。ここで、低位電源線14が接地電圧VSSであるために、メモリセルMCからの書き込みアクセスにかかる時間は、通常の書き込み動作と同じに保つことができる。すなわち、書き込みアクセス時間は従来のものと同じであり増加しない。
In the memory cell column to be accessed for writing, since the low
<アクセスなしのメモリセル列>
ロウデコーダ15は、アクセスなしのメモリセル列に対応する行アクセス信号RASを非活性化する。この行アクセス信号RASは低位電源回路24に送られ、NMOSトランジスタ24Aはオフ、PMOSトランジスタ24Bはオンする。これにより、アクセスなしの低位電源線14には、接地電圧VSSより高い電圧(PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧)が印加される。
<Memory cell row without access>
The
この結果、アクセスなしメモリセル列では、低位電源線14の電圧が接地電圧VSSから上昇した分だけリーク電流が削減される。
As a result, in the non-accessed memory cell column, the leakage current is reduced by the amount by which the voltage of the lower
以上詳述したように本実施形態においては、読み出しアクセス先のメモリセル列と書き込みアクセス先のメモリセル列とに対してのみ低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、一方、アクセスなしのメモリセル列に対しては低位電源線14の電圧を接地電圧VSSよりも高い電圧VSSHに設定している。これにより、読み出しアクセス時間及び書き込みアクセス時間を増加させることなく、アクセスなしのメモリセル列のリーク電流を削減することができる。
As described above in detail, in the present embodiment, the voltage of the low-level
また、低位電源回路23を制御する信号として、ワード線WLを選択するための行アクセス信号RASを利用している。これにより、第1の実施形態と比べて、回路構成を簡単にでき、さらにSRAMの回路面積の増加を抑制することができる。
Further, a row access signal RAS for selecting the word line WL is used as a signal for controlling the low
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1の実施形態の構成を基本とし、さらに、低位電源線14を3種類以上の電圧から選択できるようにすることで、SRAM10が使用される機器の種類や使用条件に応じて、リーク電流削減量及びノイズ耐性のレベルを選択できるようにしている。
(Third embodiment)
The third embodiment is based on the configuration of the first embodiment, and further allows the low-level
図12は、本発明の第3の実施形態に係るSRAM10の構成を示すブロック図である。SRAM10は、アクセス判定回路21、モード選択回路25、及び低位電源回路23を備えている。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the
アクセス判定回路21には、コマンドCMD、及びアドレスADDが入力されている。アクセス判定回路21は、コマンドCMDに基づいて、各メモリセル列12のアクセス状態(書き込み、読み出し、アクセスなし)を判定する。そして、アクセス判定回路21は、この判定結果に基づいて、接地電圧VSSと、接地電圧VSSより高い電圧とのうちいずれか1つを選択するための選択信号SS1をモード選択回路25に送る。
A command CMD and an address ADD are input to the
モード選択回路25は、複数のメモリセル列12に対応した複数のモード選択回路26を備えている。モード選択回路26には、アクセス判定回路21から選択信号SS1のほかに、外部回路からモード選択信号MSが入力されている。モード選択回路26は、選択信号SS1及びモード選択信号MSに基づいて、複数種類(本実施形態では、3種類)の低位電源電圧のうちいずれか1つを選択するための選択信号SS2を低位電源回路23に送る。
The
低位電源回路23は、複数のモード選択回路26にそれぞれ接続された複数の低位電源回路24を備えている。複数の低位電源回路24にはそれぞれ、複数の低位電源線14が接続されている。各低位電源線14は、これに対応するメモリセル列に接続されている。低位電源回路24は、モード選択回路26から送られた選択信号SS2に基づいて、3種類の低位電源電圧のうちいずれか1つを低位電源線14に供給する。
The low
図13は、低位電源回路23の電圧供給動作を説明する図である。低位電源回路23は、3つのモード(モード1〜3)を有している。この3つのモード(モード1〜3)は、外部回路からのモード選択信号MSにより選択される。
FIG. 13 is a diagram for explaining the voltage supply operation of the low-level
モード1では、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、書き込みアクセス先のメモリセル列及びアクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を電圧VSSH1に設定する。
In
モード2では、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、書き込みアクセス先のメモリセル列及びアクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を電圧VSSH2に設定する。モード3では、低位電源回路23は、全てのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定する。
In mode 2, the low-level
電圧VSSH1及びVSSH2は、接地電圧VSSより高く、インバータ回路INV1(或いはINV2)の閾値電圧より低い電圧であり、かつ、メモリセルMCがデータを保持できる電圧に設定される。さらに、電圧VSSH1は、VSSH2より高く設定される。 The voltages VSSH1 and VSSH2 are set to voltages that are higher than the ground voltage VSS and lower than the threshold voltage of the inverter circuit INV1 (or INV2), and that the memory cell MC can hold data. Further, the voltage VSSH1 is set higher than VSSH2.
図14は、低位電源回路24の一例を示す回路図である。なお、図14は、1つのメモリセル列に対応する低位電源回路24を抽出して示している。他のメモリセル列についても、図14と同じ回路が接続されている。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of the low-level
低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B、及びPMOSトランジスタ24Dを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。PMOSトランジスタ24B及び24Dのドレインは、接地されている。PMOSトランジスタ24B及び24Dのソースは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B及び24Dのゲートには、モード選択回路26から選択信号SS2が入力される。
The low
図15は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B及び24Dの動作を説明する図である。PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧は、PMOSトランジスタ24Dのそれより大きく設定される。また、PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧は電圧VSSH1に対応し、PMOSトランジスタ24Dの閾値電圧は電圧VSSH2に対応する。
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the
このように構成されたSRAM10において、モード1及びモード2では、読み出しアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14が接地電圧VSSに設定される。従って、読み出しアクセス時間は従来のものと同じであり増加しない。
In the
また、モード1では、書き込みアクセス先のメモリセル列とアクセスなしのメモリセル列とに対して低位電源線14が電圧VSSH1に設定される。モード2では、書き込みアクセス先のメモリセル列とアクセスなしのメモリセル列とに対して低位電源線14が電圧VSSH2(<VSSH1)に設定される。従って、モード1は、モード2に比べて、リーク電流を削減することができる。また、モード2は、モード1に比べて、ノイズ耐性を大きくすることができる。
In
すなわち、モード1は、ノイズ耐性は小さくてもよく、リーク電流削減量を大きくしたい場合に選択される。モード2は、リーク電流削減量は小さくてもよく、ノイズ耐性を大きくしたい場合に選択される。モード3は、リーク電流削減を行う必要がない場合、或いはノイズ耐性を従来と同じにする必要がある場合に選択される。このように、本実施形態によれば、SRAM10が使用される機器の種類や使用条件に応じて、リーク電流削減量及びノイズ耐性のレベルを選択することが可能となる。その他の効果は、第1の実施形態と同じである。
That is,
なお、電圧VSSH1及びVSSH2を外部回路から供給するようにしてもよい。図16は、低位電源回路24の他の一例を示す回路図である。低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、24C、及び24Eを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24A、24C、及び24Eのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。NMOSトランジスタ24Cのソースは、電圧VSSH1が供給される電源端子に接続されている。NMOSトランジスタ24Eのソースは、電圧VSSH2が供給される電源端子に接続されている。NMOSトランジスタ24A、24C、及び24Eのゲートには、モード選択回路26から選択信号SS2が入力される。
Note that the voltages VSSH1 and VSSH2 may be supplied from an external circuit. FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of the low-level
図17は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B及び24Dの動作を説明する図である。図16及び図17に示すように、電圧VSSH1及びVSSH2を外部回路から供給されるように構成した場合でも、図14の回路と同じ動作が可能である。
FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第2の実施形態の構成を基本とし、さらに、低位電源線14を3種類以上の電圧から選択できるようにすることで、SRAM10が使用される機器の種類や使用条件に応じて、リーク電流削減量及びノイズ耐性のレベルを選択できるようにしている。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is based on the configuration of the second embodiment, and further enables the low-level
図18は、本発明の第4の実施形態に係るSRAM10の構成を示すブロック図である。SRAM10は、モード選択回路25、及び低位電源回路23を備えている。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of the
モード選択回路25は、複数のメモリセル列12に対応した複数のモード選択回路26を備えている。モード選択回路26には、ロウデコーダ15からの行アクセス信号RAS、及び外部回路からのモード選択信号MSが入力されている。モード選択回路26は、行アクセス信号RAS及びモード選択信号MSに基づいて、複数種類(本実施形態では、3種類)の低位電源電圧のうちいずれか1つを選択するための選択信号SSを低位電源回路23に送る。
The
低位電源回路23は、複数のモード選択回路26にそれぞれ接続された複数の低位電源回路24を備えている。複数の低位電源回路24にはそれぞれ、複数の低位電源線14が接続されている。各低位電源線14は、これに対応するメモリセル列に接続されている。低位電源回路24は、モード選択回路26から送られた選択信号SSに基づいて、3種類の低位電源電圧のうちいずれか1つを低位電源線14に供給する。
The low
図19は、低位電源回路23の電圧供給動作を説明する図である。低位電源回路23は、3つのモード(モード1〜3)を有している。この3つのモード(モード1〜3)は、外部回路からのモード選択信号MSにより選択される。
FIG. 19 is a diagram for explaining the voltage supply operation of the low-level
モード1では、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列及び書き込みアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、アクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を電圧VSSH1に設定する。
In
モード2では、低位電源回路23は、読み出しアクセス先のメモリセル列及び書き込みアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定し、アクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を電圧VSSH2に設定する。モード3では、低位電源回路23は、全てのメモリセル列に対して低位電源線14の電圧を接地電圧VSSに設定する。
In mode 2, the low-level
図20は、低位電源回路24の一例を示す回路図である。なお、図20は、1つのメモリセル列に対応する低位電源回路24を抽出して示している。他のメモリセル列についても、図20と同じ回路が接続されている。
FIG. 20 is a circuit diagram illustrating an example of the low-level
低位電源回路24は、NMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B、及びPMOSトランジスタ24Dを備えている。NMOSトランジスタ24Aのドレインは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24Aのソースは、接地されている。PMOSトランジスタ24B及び24Dのドレインは、接地されている。PMOSトランジスタ24B及び24Dのソースは、低位電源線14に接続されている。NMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B及び24Dのゲートには、モード選択回路25から選択信号SSが入力される。
The low
図21は、メモリセル列12のアクセス状態に応じたNMOSトランジスタ24A、PMOSトランジスタ24B及び24Dの動作を説明する図である。PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧は、PMOSトランジスタ24Dのそれより大きく設定される。また、PMOSトランジスタ24Bの閾値電圧は電圧VSSH1に対応し、PMOSトランジスタ24Dの閾値電圧は電圧VSSH2に対応する。
FIG. 21 is a diagram for explaining the operation of the
このように構成されたSRAM10において、モード1及びモード2では、読み出しアクセス先のメモリセル列及び書き込みアクセス先のメモリセル列に対して低位電源線14が接地電圧VSSに設定される。従って、読み出しアクセス時間及び書き込みアクセス時間は従来のものと同じであり増加しない。
In the
また、モード1では、アクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14が電圧VSSH1に設定される。モード2では、アクセスなしのメモリセル列に対して低位電源線14が電圧VSSH2(<VSSH1)に設定される。従って、モード1は、モード2に比べて、リーク電流を削減することができる。また、モード2は、モード1に比べて、ノイズ耐性を大きくすることができる。
In
すなわち、モード1は、ノイズ耐性は小さくてもよく、リーク電流削減量を大きくしたい場合に選択される。モード2は、リーク電流削減量は小さくてもよく、ノイズ耐性を大きくしたい場合に選択される。モード3は、リーク電流削減を行う必要がない場合、或いはノイズ耐性を従来と同じにする必要がある場合に選択される。このように、本実施形態によれば、SRAM10が使用される機器の種類や使用条件に応じて、リーク電流削減量及びノイズ耐性のレベルを選択することが可能となる。その他の効果は、第2の実施形態と同じである。
That is,
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.
MC…メモリセル、LD1,LD2…負荷用PMOSトランジスタ、DV1,DV2…駆動用NMOSトランジスタ、N1,N2…記憶ノード、INV1,INV2…インバータ回路、XF1,XF2…トランスファーゲート、WL…ワード線、BL,/BL…ビット線、10…SRAM、11…メモリセルアレイ、12…メモリセル列、13…高位電源線、14…低位電源線、15…ロウデコーダ、16…ワード線ドライバ、17…カラムデコーダ、18…入出力(I/O)回路、19…センスアンプ回路、20…制御回路、21…アクセス判定回路、22…高位電源回路、23…低位電源回路、24…低位電源回路、24A,24C,24E…NMOSトランジスタ、24B,24D…PMOSトランジスタ、25…モード選択回路、26…モード選択回路。
MC ... memory cell, LD1, LD2 ... load PMOS transistor, DV1, DV2 ... drive NMOS transistor, N1, N2 ... storage node, INV1, INV2 ... inverter circuit, XF1, XF2 ... transfer gate, WL ... word line, BL , / BL... Bit line, 10... SRAM, 11... Memory cell array, 12... Memory cell column, 13... High power line, 14. DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数のワード線にそれぞれ接続され、かつ複数のトランジスタから構成されたスタティック型の複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルにそれぞれ接続された複数の低位電源線と、
前記低位電源線に接続され、かつ、読み出しアクセス先のメモリセルに対して低位電源線を接地電圧に設定し、書き込みアクセス先及びアクセスがないメモリセルに対して低位電源線を接地電圧より高い電圧に設定する電源回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 Multiple word lines,
A memory cell array having a plurality of static memory cells each connected to the plurality of word lines and composed of a plurality of transistors;
A plurality of low power lines connected to the plurality of memory cells,
A voltage that is connected to the lower power supply line and is set to the ground voltage for the memory cell that is the read access destination, and a voltage that is higher than the ground voltage for the memory cell that is not the write access destination and the access. A semiconductor memory device comprising: a power supply circuit set to:
前記電源回路は、前記判定回路による判定結果に基づいて、前記低位電源線の電圧を設定することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 A determination circuit for determining an access state of the memory cell;
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the power supply circuit sets a voltage of the low-order power supply line based on a determination result by the determination circuit.
前記複数のワード線にそれぞれ接続され、かつ複数のトランジスタから構成されたスタティック型の複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記複数のメモリセルにそれぞれ接続された複数の低位電源線と、
前記低位電源線に接続され、かつ、読み出しアクセス先及び書き込みアクセス先のメモリセルに対して低位電源線を接地電圧に設定し、アクセスがないメモリセルに対して低位電源線を接地電圧より高い電圧に設定する電源回路と
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 Multiple word lines,
A memory cell array having a plurality of static memory cells each connected to the plurality of word lines and composed of a plurality of transistors;
A plurality of low power lines connected to the plurality of memory cells,
A voltage connected to the low power supply line and set to the ground voltage for the read access destination and the write access destination memory cell, and a voltage higher than the ground voltage for the memory cell without access to the low power supply line A semiconductor memory device comprising: a power supply circuit set to:
前記電源回路は、前記ロウデコーダによる選択結果に基づいて、前記低位電源線の電圧を設定することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。 A row decoder for selecting any one of the plurality of word lines;
4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein the power supply circuit sets a voltage of the low-order power supply line based on a selection result by the row decoder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103165178A (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 国际商业机器公司 | Fine granularity power gating |
JP2016110674A (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-20 | 株式会社ソシオネクスト | Semiconductor device |
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2007
- 2007-05-15 JP JP2007129580A patent/JP2008287768A/en active Pending
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