JP2009230787A - メモリ装置、メモリ制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力を低減するメモリ装置、メモリ制御方法を提供する。
【解決手段】ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、ブロック毎に設けられ、自己のブロックがブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にする一方、自己のブロックがブロック選択信号により選択されない場合、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、ビット分割方式を用いるメモリ、およびメモリ制御方法に関するものである。
近年、半導体の微細化の進展、およびキャッシュメモリの高集積化・大容量化により、メモリセル電流の減少やビット線寄生容量の増加などが発生し、読出し性能の低下、あるいは安定性の低下といった事が問題になっている。キャッシュメモリとしては、例えばSRAM(Static Random Access Memory)が用いられる。図5は、従来のキャッシュメモリの一例を示すレイアウト構成図である。このキャッシュメモリは、クロック生成回路11(Clock Generator)及びプリデコーダ12(第1デコーダ)、ファイナルデコーダ13、Read/Writeブロック14(リード/ライト部)、メモリセルアレイ15、I/O回路16(I/O Circuit)を備える。メモリセルアレイ15は、2個の部分に分かれてファイナルデコーダ13を挟む。Read/Writeブロック14とI/O回路16は、2個の部分に分かれてクロック生成回路11及びプリデコーダ12を挟む。
クロック生成回路11は、クロックを生成して各部へ供給する。I/O回路16は、外部との入出力を行う。プリデコーダ12及びファイナルデコーダ13は、外部からのアドレス信号をデコードして、メモリセルアレイ15内のビット線及びワード線を選択する。Read/Writeブロック14は、センスアンプ等を含み、メモリセルアレイ15に対するRead/Writeを行う。
このようなキャッシュメモリは、メモリセルアレイ15内のビット線(Bit Line)が長く、メモリセル電流の減少やビット線寄生容量の増加などにより、十分な性能を引出すことが困難になりつつある。
図6は、従来のビット線分割方式を用いたキャッシュメモリの一例を示すレイアウト構成図である。このキャッシュメモリは、クロック生成回路21及びプリデコーダ22(Pre-Decoder/Block Select Decoder)、I/O回路23、コントロールブロック70,71,72,73、ローカルブロック60,61,62,63を備える。コントロールブロック70,71,72,73は、内部制御信号生成回路31(Control Generator)、ファイナルデコーダ32(ワードラインデコーダ)を備える。ローカルブロック60,61,62,63のそれぞれは、Read/Writeブロック33、メモリセルアレイ34を備える。
ローカルブロック60,61,62,63のそれぞれは、2個の部分に分かれてコントロールブロックを挟む。2個の部分に分かれたローカルブロックのそれぞれにおいて、メモリセルアレイ34は、更に2個の部分に分かれてRead/Writeブロック33を挟む。
このようなビット線分割方式のキャッシュメモリによれば、メモリセルアレイ34内のビット線(Local Bit Line)は短く、上述したメモリセル電流の減少やビット線寄生容量の増加などを防止することができる。
図7は、従来のビット線分割方式を用いたキャッシュメモリの論理ブロック図である。図6と同一符号は図6に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。通常、キャッシュメモリは、基本動作として、プリデコーダ12及びファイナルデコーダ32は、入力アドレスをデコードし、Read/Writeブロック33は、メモリセルアレイ34に保持されたデータを読み出す、もしくは、データを書き込む。
内部制御信号(センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号等)は、メモリセルアレイ34に挟まれたRead/Writeブロック33を制御する。内部制御信号は、コントロールブロック24における内部制御信号生成回路31によりパルスとして生成される。
なお、従来技術として、アクティブスタンバイ電流を低減する半導体装置がある(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特開2004−213895号公報 特開2004−259431号公報
しかしながら、上述したビット線分割方式のキャッシュメモリは、常に全てのローカルブロックがアクティブになるため、消費電力が大きい。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、消費電力を低減するSRAM、SRAM制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にする一方、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択されない場合、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部とを備える。
また、本発明の一態様は、ビット線分割方式を用いるメモリ装置の制御を行うメモリ制御方法であって、分割されたビット線のそれぞれを有する複数のメモリセルアレイのうち少なくとも一つのメモリセルアレイと該メモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と該リード/ライト部の動作を制御する動作制御信号を生成する信号生成部とを含むブロックを、入力されるアドレス信号に基づいて選択するブロック選択信号を生成し、前記ブロック選択信号により選択されないブロックに属する信号生成部が、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成することを行う。
開示のメモリ装置、メモリ制御方法によれば、SRAMの消費電力を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施の形態に係るキャッシュメモリの構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係るキャッシュメモリの構成の一例を示す論理ブロック図である。この図において、図7と同一符号の構成要素は図7に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。図1に示すキャッシュメモリは、コントロールブロック80,81,82,83を備える。コントロールブロック80,81,82,83はそれぞれ、内部制御信号生成回路(Control Generator)51(信号生成部)、ファイナルデコーダ52(第2デコーダ)を備える。
本実施の形態に係るキャッシュメモリは、ビット線分割方式を用い、ローカルブロック60,61,62,63を有する。ローカルブロック60は、コントロールブロック80に対応する。同様に、ローカルブロック61はコントロールブロック81に、ローカルブロック62はコントロールブロック82に、ローカルブロック63はコントロールブロック83に対応する。各コントロールブロックは、対応するローカルブロックの動作を制御する。
内部制御信号(動作制御信号)は、センスアンプを起動するセンスアンプイネーブル信号、動作サイクル前に予め両ビット線の電圧をHiレベルに持ち上げるビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードを動作サイクル前に予めリセットするリセット信号、等を含む。内部制御信号は、内部制御信号生成回路51によりパルスとして生成され、メモリセルアレイ34に挟まれたRead/Writeブロック33に供給され、Read/Writeブロック33を動作させる。
プリデコーダ22は、アドレス信号をデコードし、動作させるローカルブロックを選択する。本実施の形態においては、プリデコーダ22の出力で、ローカルブロック60,61,62,63のいずれかを選択するブロック選択信号として作用するプリデコード信号PDECを、内部制御信号を生成する論理である内部制御信号生成回路51へ入力する。PDEC[0]、PDEC[1]、PDEC[2]、PDEC[3]は、それぞれローカルブロック60,61,62,63を選択するプリデコード信号である。内部制御信号生成回路51は、選択されたローカルブロックだけに対して内部制御信号をActive、つまり動作状態にして供給する。
図1は、PDEC[3]によりローカルブロック63が選択された場合を示す。このとき、コントロールブロック83からローカルブロック63への内部制御信号のみがActiveとなり、コントロールブロック80,81,82からそれぞれ対応するローカルブロック60,61,62への内部制御信号がNon−Active、非動作状態となる。
図2は、本実施の形態に係る内部制御信号生成回路周辺の構成の一例を示す回路図である。内部制御信号生成回路51は、ビットプリチャージ信号生成回路91、カラムセレクト出力ノードリセット信号生成回路92、センスアンプイネーブル信号生成回路93を有する。ビットプリチャージ信号生成回路91は、回路Aとタイミング調整された遅延回路94とを有する。カラムセレクト出力ノードリセット信号生成回路92は、回路Aとタイミング調整された遅延回路95とを有する。センスアンプイネーブル信号生成回路93は、回路Aとタイミング調整された遅延回路96とを有する。
全ての回路Aは、クロック生成回路21からのクロック(CLK)とPDEC(プリデコード信号)/CDEC(カラムデコード信号)から、センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号のそれぞれの基になる信号COLOUTを生成する。更に、遅延回路94がCOLOUTに遅延を与えることにより、ビットプリチャージ信号生成回路91からビットプリチャージ信号PC_Bが生成される。同様に、遅延回路95がCOLOUTに遅延を与えることにより、カラム出力ノードのリセット信号CSELがカラムセレクト出力ノードリセット信号生成回路92から生成される。同様に、遅延回路96がCOLOUTとクロック生成回路21からのセンスアンプ(SAMP)の動作タイミングを示す信号SAEFEとのNAND演算結果に遅延を与えることにより、センスアンプを動作させるためのセンスアンプイネーブル信号SAENがセンスアンプイネーブル信号生成回路93から生成される。
ファイナルデコーダ52は、デコード回路97(decoder)とタイミング調整された遅延回路98とを有する。デコード回路97は、PDEC/CDECから、ワード線の選択を指示する信号WLPPを生成する。更に、遅延回路98がWLPPに遅延を与えることにより、ファイナルデコーダ52からワード線を選択する信号WLが生成される。
図3は、本実施の形態に係る回路Aの構成の一例を示す回路図である。クロック生成回路21は、外部からのクロックCLKに基づいてプリチャージのタイミングを示す信号pc1、pc2を生成する。pc1,pc2、PDECは、回路Aへ入力される。例えば、コントロールブロック83内の回路Aは、PDEC[3]により対応するローカルブロック63が選択された場合のみ、COLOUTにパルスを出力する。
次に、本実施の形態に係るキャッシュメモリの動作について説明する。
アドレス信号AD[0],AD[1]の入力に対して、プリデコーダ22は、プリデコード信号PDEC[3:0]を出力する。
本実施の形態において、プリデコーダ22は、NORタイプとする。プリデコード信号は、選択ブロックに対してLowが出力され、非選択ブロックに対してHighが出力される。本例では、選択ブロックをローカルブロック63、非選択ブロックを60、61、62とする。
例えば、プリデコード信号PDEC[3]によりローカルブロック63が選択された場合、ローカルブロック63に対応する内部制御信号生成回路51は、対応するRead/Writeブロック33への内部制御信号をActiveとし、この結果アクセス対象のローカルブロック63の回路だけが動作する。この際、非選択のローカルブロック60,61,62に対応する内部制御信号生成回路は、それぞれ対応するRead/Writeブロック33への内部制御信号をNon−Activeとし、ローカルブロック60,61,62は動作しない。つまり、必要最小限のローカルブロックだけをActiveにする事で、消費電力の増大を防ぐ事が出来る。
次に、内部制御信号生成回路51とファイナルデコーダ52の回路構成とタイミング調整について説明する。
本実施の形態において、内部制御信号生成回路51内の回路Aの一部とファイナルデコーダ52内のデコード回路97の一部は、互いに同じ回路構成である。
図4は、本実施の形態に係るキャッシュメモリにおけるタイミング調整に関するタイミングチャートである。まず、CLKの立ち上がりを基準として、PDEC/CDECの立ち上がりが生成される。また、PDEC/CDECの立ち上がりを基準として、WLPP及びCOLOUTの立ち上がりが生成される。また、WLPPに遅延を与えることにより、WLが生成される。COLOUTに遅延を与えることにより、PC_B及びCSELが生成される。COLOUTの立ち下がりに遅延を与えることにより、SAENの立ち下がりが生成される。
回路Aとデコード回路97が同一の回路を含むことにより、回路Aの出力であるCOLOUTとデコード回路97の出力であるWLPPは、環境変化に対して同様に変動する。
ファイナルデコーダ52の回路及び内部制御信号生成回路51の回路が異なる場合と、同一である場合とを比較すると、本実施の形態のようにファイナルデコーダ52の回路と内部制御信号生成回路51の回路が同一である場合、プロセス、電圧および温度変化に対するワードラインの起動/解除タイミングの変化に内部制御信号が良く追従することにより、信号間のタイミングのずれを小さく出来る。また、ファイナルデコーダ52と内部制御信号生成回路51に同一形状のレイアウトを用いることにより、製造ばらつきの低減が期待できる。これにより、キャッシュメモリの誤動作の防止、キャッシュメモリやチップ全体の歩留まり向上に繋る。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、
分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、
入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にする一方、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択されない場合、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部と、
を備えるメモリ装置。
(付記1’) ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、
分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、
入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択されない場合、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部と、
を備えるメモリ装置。
(付記1’’) ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、
分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、
入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、
前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部と、
を備えるメモリ装置。
(付記2) 付記1に記載のメモリ装置において、
前記信号生成部は、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にするための動作制御信号を生成するメモリ装置。
(付記3) 付記1に記載のメモリ装置において、
更に、前記ブロック毎に設けられ、所定の回路を含んで、自己のブロックに属するメモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成する第2デコーダを備え、
前記信号生成部は、少なくとも一つの前記所定の回路を含むメモリ装置。
(付記4) 付記1に記載のメモリ装置において、
前記動作制御信号は、センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号の少なくともいずれかを含むメモリ装置。
(付記5) 付記4に記載のメモリ装置において、
更に、前記ブロック毎に設けられ、所定の回路を含んで、自己のブロックに属するメモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成する第2デコーダを備え、
前記信号生成部は、前記所定の回路を含んで前記センスアンプイネーブル信号を生成する回路と、前記所定の回路を含んで前記ビットプリチャージ信号を生成する回路と、前記所定の回路を含んで前記カラムセレクト出力ノードのリセット信号を生成する回路との少なくともいずれかである生成回路を含むメモリ装置。
(付記6) 付記5に記載のメモリ装置において、
前記生成回路と前記第2デコーダは更に、それぞれ遅延回路を含むメモリ装置。
(付記7) ビット線分割方式を用いるメモリ装置の制御を行うメモリ制御方法であって、
分割されたビット線のそれぞれを有する複数のメモリセルアレイのうち少なくとも一つのメモリセルアレイと該メモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と該リード/ライト部の動作を制御する動作制御信号を生成する信号生成部とを含むブロックを、入力されるアドレス信号に基づいて選択するブロック選択信号を生成し、
前記ブロック選択信号により選択されないブロックに属する信号生成部が、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する
ことを行うメモリ制御方法。
(付記8) 付記7に記載のメモリ制御方法において、
前記ブロック選択信号により選択されたブロックに属する前記信号生成部が、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にするための動作制御信号を生成するメモリ制御方法。
(付記9) 付記7に記載のメモリ制御方法において、
更に、前記メモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成し、
前記動作制御信号と前記ワード線選択信号は、互いに同じ構成の回路を経て生成されるメモリ制御方法。
(付記10) 付記7に記載のメモリ制御方法において、
前記動作制御信号は、センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号の少なくともいずれかを含むメモリ制御方法。
(付記11) 付記10に記載のメモリ制御方法において、
更に、前記メモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成し、
前記センスアンプイネーブル信号と前記ビットプリチャージ信号と前記カラムセレクト出力ノードのリセット信号との少なくともいずれか、及び前記ワード線選択信号は、互いに同じ構成の回路を経て生成されるメモリ制御方法。
(付記12) 付記11に記載のメモリ制御方法において、
前記センスアンプイネーブル信号と前記ビットプリチャージ信号と前記カラムセレクト出力ノードのリセット信号との少なくともいずれか、及び前記ワード線選択信号は、それぞれ調整された遅延が与えられるメモリ制御方法。
本実施の形態に係るキャッシュメモリの構成の一例を示す論理ブロック図である。 本実施の形態に係る内部制御信号生成回路周辺の構成の一例を示す回路図である。 本実施の形態に係る回路Aの構成の一例を示す回路図である。 本実施の形態に係るキャッシュメモリにおけるタイミング調整に関するタイミングチャートである。 従来のキャッシュメモリの一例を示すレイアウト構成図である。 従来のビット線分割方式を用いたキャッシュメモリの一例を示すレイアウト構成図である。 従来のビット線分割方式を用いたキャッシュメモリの論理ブロック図である。
符号の説明
21 クロック生成回路、22 プリデコーダ、23 I/O回路、33 Read/Writeブロック、34 メモリセルアレイ、51 内部制御信号生成回路、52 ファイナルデコーダ、60,61,62,63 ローカルブロック、80,81,82,83 コントロールブロック。

Claims (10)

  1. ビット線分割方式を用いるメモリ装置であって、
    分割されたビット線に接続された複数のメモリセルアレイを有するブロックと、
    入力されるアドレス信号に基づいて、少なくとも一つのブロックを選択するブロック選択信号を生成する第1デコーダと、
    前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックに属するメモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と、
    前記ブロック毎に設けられ、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にする一方、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択されない場合、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する信号生成部と、
    を備えるメモリ装置。
  2. 請求項1に記載のメモリ装置において、
    前記信号生成部は、自己のブロックが前記ブロック選択信号により選択された場合、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にするための動作制御信号を生成するメモリ装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載のメモリ装置において、
    更に、前記ブロック毎に設けられ、所定の回路を含んで、自己のブロックに属するメモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成する第2デコーダを備え、
    前記信号生成部は、少なくとも一つの前記所定の回路を含むメモリ装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のメモリ装置において、
    前記動作制御信号は、センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号の少なくともいずれかを含むメモリ装置。
  5. 請求項4に記載のメモリ装置において、
    更に、前記ブロック毎に設けられ、所定の回路を含んで、自己のブロックに属するメモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成する第2デコーダを備え、
    前記信号生成部は、前記所定の回路を含んで前記センスアンプイネーブル信号を生成する回路と、前記所定の回路を含んで前記ビットプリチャージ信号を生成する回路と、前記所定の回路を含んで前記カラムセレクト出力ノードのリセット信号を生成する回路との少なくともいずれかである生成回路を含むメモリ装置。
  6. ビット線分割方式を用いるメモリ装置の制御を行うメモリ制御方法であって、
    分割されたビット線のそれぞれを有する複数のメモリセルアレイのうち少なくとも一つのメモリセルアレイと該メモリセルアレイのリードまたはライトを行うリード/ライト部と該リード/ライト部の動作を制御する動作制御信号を生成する信号生成部とを含むブロックを、入力されるアドレス信号に基づいて選択するブロック選択信号を生成し、
    前記ブロック選択信号により選択されないブロックに属する信号生成部が、該ブロックに属するリード/ライト部を非動作状態にするための動作制御信号を生成する
    ことを行うメモリ制御方法。
  7. 請求項6に記載のメモリ制御方法において、
    前記ブロック選択信号により選択されたブロックに属する前記信号生成部が、該ブロックに属するリード/ライト部を動作状態にするための動作制御信号を生成するメモリ制御方法。
  8. 請求項6または請求項7に記載のメモリ制御方法において、
    更に、前記メモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成し、
    前記動作制御信号と前記ワード線選択信号は、互いに同じ構成の回路を経て生成されるメモリ制御方法。
  9. 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載のメモリ制御方法において、
    前記動作制御信号は、センスアンプイネーブル信号、ビットプリチャージ信号、カラムセレクト出力ノードのリセット信号の少なくともいずれかを含むメモリ制御方法。
  10. 請求項9に記載のメモリ制御方法において、
    更に、前記メモリセルアレイのワード線を選択するワード線選択信号を生成し、
    前記センスアンプイネーブル信号と前記ビットプリチャージ信号と前記カラムセレクト出力ノードのリセット信号との少なくともいずれか、及び前記ワード線選択信号は、互いに同じ構成の回路を経て生成されるメモリ制御方法。
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