JP2010054691A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、記憶データに基づいて駆動電圧を負荷に供給する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that supplies a drive voltage to a load based on stored data.
MRAM(Magnetic Random Access Memory)は、強磁性体の磁化方向を利用してデータを記憶する固体メモリの総称である。MRAMにおいては、メモリセルを構成する強磁性体の磁化方向が、ある基準方向に対して平行であるか反平行であるかを“1”および“0”に対応させる。また、メモリセルに対するデータ読み出しにおいて巨大磁気抵抗効果(ジャイアント・マグネット−レジスタンス効果:GMR(Giant Magneto Resistive)効果)を利用するGMR素子、および磁性トンネル効果(トンネル・マグネット−レジスタンス効果:TMR(Tunneling Magneto Resistive)効果)を利用するMTJ(Magnetic Tunneling Junction)素子等がMRAMに使用されている。 MRAM (Magnetic Random Access Memory) is a general term for a solid-state memory that stores data using the magnetization direction of a ferromagnetic material. In the MRAM, “1” and “0” correspond to whether the magnetization direction of the ferromagnetic material constituting the memory cell is parallel or antiparallel to a certain reference direction. In addition, a GMR element that utilizes a giant magnetoresistance effect (Giant Magneto Resistive effect) in reading data from a memory cell, and a magnetic tunnel effect (Tunneling Magneto Resistance effect: TMR) An MTJ (Magnetic Tunneling Junction) element or the like that utilizes the (resistive) effect) is used in the MRAM.
MTJ素子は、強磁性体層/絶縁層/強磁性体層の3層膜で構成され、絶縁層をトンネル電流が流れる。このトンネル電流に対する抵抗値が、2つの強磁性体層の磁化方向の関係に応じて変化する。 The MTJ element is composed of a three-layer film of ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer, and a tunnel current flows through the insulating layer. The resistance value to the tunnel current changes according to the relationship between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers.
ここで、強磁性体層の磁化方向を反転させる方法として、メモリセルの近傍に電流を流して外部磁場を発生し、強磁性体層の磁化方向を反転させる外部磁化反転法が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。 Here, as a method of reversing the magnetization direction of the ferromagnetic layer, there is known an external magnetization reversal method in which a current is passed in the vicinity of the memory cell to generate an external magnetic field and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is reversed. (For example, refer nonpatent literature 1).
また、強磁性体の磁化方向を反転させる方法として、スピン注入磁化反転法が知られている(たとえば、非特許文献2参照)。これは、メモリセルに直接電流を流して電子のもつスピン(向き)の作用によって磁化を反転させる方法である。より詳細には、TMR素子の一方の強磁性体層から他方の強磁性体層へ電流(以下、スピン注入電流とも称する)を流すことにより、強磁性体層の磁化を反転させる方法である。スピン注入電流は外部磁場を発生するための電流より電流量を小さくできるため、スピン注入磁化反転法は外部磁化反転法と比べてMRAMの消費電流を低減することができる。 As a method for reversing the magnetization direction of a ferromagnetic material, a spin injection magnetization reversal method is known (see, for example, Non-Patent Document 2). This is a method in which a current is directly applied to a memory cell to reverse the magnetization by the action of electrons' spin (direction). More specifically, this is a method of reversing the magnetization of the ferromagnetic layer by passing a current (hereinafter also referred to as a spin injection current) from one ferromagnetic layer of the TMR element to the other ferromagnetic layer. Since the spin injection current can have a smaller amount of current than the current for generating the external magnetic field, the spin injection magnetization reversal method can reduce the current consumption of the MRAM compared to the external magnetization reversal method.
ところで、表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)におけるカラーフィルタに光を照射する発光素子に駆動電圧を供給するLCDドライバが開発されている。たとえば、非特許文献3には、1画素あたり8ビットのデータを受けて、256階調の電圧を発生し、TFT(Thin Film Transistor)カラーパネルに供給するTFTドライバが開示されている。
LCDドライバでは、一般に、画像データを記録するフレームバッファとしてSRAM(Static Random Access Memory)またはDRAM(Dynamic Random Access Memory)が用いられている。そして、SRAMでは、クロスカップルされたインバータによりデータを記憶し、DRAMでは、キャパシタに電荷を蓄えることによりデータを記憶する。このため、SRAMおよびDRAMは記憶データとして電圧を出力することから、読み出された記憶データはデジタル値となる。そうすると、発光素子の256階調の輝度を示す記憶データをD/A(Digital to Analog)コンバータでアナログ値に変換し、駆動電圧として発光素子に供給する必要がある。 In the LCD driver, an SRAM (Static Random Access Memory) or a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is generally used as a frame buffer for recording image data. In SRAM, data is stored by a cross-coupled inverter, and in DRAM, data is stored by storing electric charge in a capacitor. For this reason, since SRAM and DRAM output a voltage as stored data, the read stored data is a digital value. Then, it is necessary to convert storage data indicating the luminance of 256 gradations of the light emitting element into an analog value by a D / A (Digital to Analog) converter and supply it to the light emitting element as a driving voltage.
したがって、従来のLCDドライバでは、SRAMまたはDRAMの記憶データを読み出す時間と、D/Aコンバータで記憶データをアナログ値に変換する時間との両方がかかり、動作速度が低下するという問題点があった。 Therefore, the conventional LCD driver has a problem that it takes both time to read stored data of the SRAM or DRAM and time to convert the stored data into an analog value by the D / A converter, and the operation speed is lowered. .
また、半導体装置においてD/Aコンバータを設けるためには高精度の抵抗素子が必要となり、抵抗素子のバラツキを抑えるためにレイアウト面積を大きくする必要がある、という問題点があった。 In addition, in order to provide a D / A converter in a semiconductor device, a highly accurate resistance element is required, and there is a problem that a layout area needs to be increased in order to suppress variations in the resistance element.
それゆえに、本発明の目的は、記憶データに基づいて駆動電圧を負荷に供給するとともに、動作速度の低下およびレイアウト面積の増大を防ぐことが可能な半導体装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of supplying a drive voltage to a load based on stored data and preventing a decrease in operation speed and an increase in layout area.
本発明の一実施例の形態によれば、駆動電圧生成回路は、各前記抵抗体記憶素子を通して流れる読み出し電流を加算し、前記加算した読み出し電流を駆動電圧に変換して負荷に供給する。 According to the embodiment of the present invention, the drive voltage generation circuit adds the read currents flowing through the resistor memory elements, converts the added read current into a drive voltage, and supplies the drive voltage to the load.
本発明の一実施例の形態によれば、抵抗体記憶素子に記憶されたデータを、デジタル値を介さずに直接アナログ値に変換することができる。したがって、記憶データに基づいて駆動電圧を負荷に供給するとともに、動作速度の低下およびレイアウト面積の増大を防ぐことができる。 According to the embodiment of the present invention, data stored in the resistor memory element can be directly converted into an analog value without going through a digital value. Therefore, it is possible to supply the drive voltage to the load based on the stored data, and to prevent a reduction in operation speed and an increase in layout area.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1および図2は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
図1および図2は、LCDパネル201の縦1列の画素のR(Red)に対応する回路を代表的に示しており、以下、この回路について代表的に説明する。すなわち、半導体装置101では、実際には図1および図2に示す回路がたとえば3072(=1024画素列×3色(RGB))個存在する。
1 and 2 are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 and FIG. 2 representatively show a circuit corresponding to R (Red) of pixels in one vertical column of the
図1および図2を参照して、半導体装置101は、たとえばLCDドライバであり、行列上に配置された複数のメモリセルMCを含むメモリアレイ10と、駆動電圧生成回路11と、読み出し回路12と、書き込み回路13と、トランジスタTRF0−TRF7と、読み出し切り替え回路RSELと、書き込み切り替え回路WSEL1,WSEL2と、読み出し切り替え制御線R,R_Bと、書き込み切り替え制御線W,W_Bと、書き込みワード線WWL0−WWL767と、読み出しワード線RWL0−RWL767と、書き込みデータ線D0−D7,D_B0−D_B7と、ビット線BL0−BL7,BLB0−BLB7と、書き込み選択線WCSL0とを備える。なお、半導体装置101は、実際には書き込み選択線WCSL0−WCSL3071を備える。駆動電圧生成回路11は、カレントミラー回路CM0−CM7と、電流/電圧変換回路21とを含む。電流/電圧変換回路21は、オペアンプおよび抵抗を含む。メモリセルMCは、TMR素子(磁気抵抗素子)Mと、セルトランジスタTRCとを含む。
Referring to FIGS. 1 and 2,
なお、以下においては、行列状に配置された複数のメモリセルMCの行および列をそれぞれメモリセル行およびメモリセル列とも称する。 Hereinafter, the rows and columns of the plurality of memory cells MC arranged in a matrix are also referred to as memory cell rows and memory cell columns, respectively.
また、書き込みワード線WWL0−WWL767の各々を書き込みワード線WWLと称する場合がある。また、読み出しワード線RWL0−RWL767の各々を読み出しワード線RWLと称する場合がある。また、書き込みデータ線D0−D7の各々を書き込みデータ線Dと称する場合がある。また、ビット線BL0−BL7の各々をビット線BLと称する場合がある。また、ビット線BLB0−BLB7の各々をビット線BLBと称する場合がある。また、書き込み選択線WCSL0−WCSL3071の各々を書き込み選択線WCSLと称する場合がある。また、トランジスタTRF0−TRF7の各々をトランジスタTRFと称する場合がある。また、カレントミラー回路CM0−CM7の各々をカレントミラー回路CMと称する場合がある。 In addition, each of the write word lines WWL0 to WWL767 may be referred to as a write word line WWL. In addition, each of the read word lines RWL0 to RWL767 may be referred to as a read word line RWL. In addition, each of the write data lines D0 to D7 may be referred to as a write data line D. In addition, each of the bit lines BL0 to BL7 may be referred to as a bit line BL. In addition, each of the bit lines BLB0 to BLB7 may be referred to as a bit line BLB. In addition, each of write selection lines WCSL0 to WCSL3071 may be referred to as write selection line WCSL. In addition, each of the transistors TRF0 to TRF7 may be referred to as a transistor TRF. In addition, each of the current mirror circuits CM0 to CM7 may be referred to as a current mirror circuit CM.
メモリセル列に属する各メモリセルは、ビット線BLおよびBLBを介して並列に接続されている。また、各メモリセル列は、駆動電圧生成回路11におけるカレントミラー回路CM0−CM7を介して並列に接続されている。
The memory cells belonging to the memory cell column are connected in parallel via the bit lines BL and BLB. In addition, the memory cell columns are connected in parallel via current mirror circuits CM0 to CM7 in the drive
図3は、本発明の実施の形態に係る半導体装置におけるメモリセルの構成を示す平面図である。図4は、本発明の実施の形態に係る半導体装置におけるメモリセルの図3におけるIII−III断面を示す断面図である。 FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the memory cell in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line III-III of FIG. 3 of the memory cell in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
図3および図4を参照して、最上層からビット線BL、TMR素子M、ストラップ、2つのコンタクト、半導体基板Bの活性層Pがこの順番に配置されている。書き込みワード線WWLは、ビット線BLに略直交して配置される。読み出しワード線RWLは、書き込みワード線WWLと略平行に配置される。 3 and 4, from the top layer, bit line BL, TMR element M, strap, two contacts, and active layer P of semiconductor substrate B are arranged in this order. The write word line WWL is arranged substantially orthogonal to the bit line BL. The read word line RWL is arranged substantially in parallel with the write word line WWL.
再び図1および図2を参照して、半導体装置101は、1画素あたり8ビットの画像データを受けて、256階調のアナログ電圧を発生し、駆動電圧R0−R1023、G0−G1023およびB0−B1023としてLCDパネル201に供給する。
Referring to FIGS. 1 and 2 again, the
LCDパネル201は、指定されたラインの画素に対応する発光素子を、半導体装置101から受けた駆動電圧のレベルに応じた輝度で発光させる。
The
図1および図2に示すメモリアレイ10は、フレームバッファとして用いられ、8ビットの画像データをLCDパネル201の768画素分記憶する。
The
TMR素子Mは、記憶データの論理値に対応する電気抵抗値を有する。すなわち、TMR素子Mは、記憶データの論理値に対応する磁化方向に応じて電気抵抗値が変化する。 The TMR element M has an electrical resistance value corresponding to the logical value of the stored data. That is, the electrical resistance value of the TMR element M changes according to the magnetization direction corresponding to the logical value of the stored data.
トランジスタTRCは、TMR素子Mに対応して設けられ、対応のTMR素子Mと直列接続されている。 The transistor TRC is provided corresponding to the TMR element M, and is connected in series with the corresponding TMR element M.
トランジスタTRF7−TRF0は、基準電圧線Vrefから供給される電圧によってオンする。TMR素子Mには、「トランジスタTRF7−TRF0のゲート電圧」−(マイナス)「閾値電圧」で表わされる一定電圧が印加される。 The transistors TRF7 to TRF0 are turned on by a voltage supplied from the reference voltage line Vref. A constant voltage represented by “gate voltage of transistors TRF7-TRF0” − (minus) “threshold voltage” is applied to the TMR element M.
読み出し回路12は、各メモリセル列のTMR素子Mを通してそれぞれ読み出し電流を流す。 The read circuit 12 passes a read current through the TMR element M of each memory cell column.
駆動電圧生成回路11は、各メモリセル列のTMR素子Mを通して流れる読み出し電流を重み付けして加算し、加算した読み出し電流を駆動電圧(アナログ信号)に変換して負荷に供給する。
The drive
より詳細には、カレントミラー回路CM0〜CM7は、メモリセル列に対応して設けられ、対応のメモリセル列を通して流れる読み出し電流を重み付けする。電流/電圧変換回路21は、カレントミラー回路CM0〜CM7によって重み付けされた電流を電圧に変換する。
More specifically, the current mirror circuits CM0 to CM7 are provided corresponding to the memory cell columns, and weight the read current flowing through the corresponding memory cell columns. The current /
書き込みワード線WWLは、メモリセル行に対応して設けられる。読み出しワード線RWLは、メモリセル行に対応して書き込みワード線WWLと接地電位との間に略平行に設けられ、対応のトランジスタTRCの制御電極に結合されている。 Write word line WWL is provided corresponding to the memory cell row. The read word line RWL is provided substantially in parallel between the write word line WWL and the ground potential corresponding to the memory cell row, and is coupled to the control electrode of the corresponding transistor TRC.
ビット線BL0−BL7,BLB0−BLB7は、メモリセル列に対応して設けられ、書き込みワード線WWLと略直交し、かつ書き込みワード線WWLと電気的に絶縁されている。 Bit lines BL0 to BL7 and BLB0 to BLB7 are provided corresponding to the memory cell columns, are substantially orthogonal to the write word line WWL, and are electrically insulated from the write word line WWL.
書き込み回路13は、データ書き込み時、複数の書き込みワード線WWLのうちの少なくともいずれか1つを選択し、選択した書き込みワード線WWLに書き込み電流を流す。これにより、選択した書き込みワード線WWLに対応するメモリセル行に属するTMR素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場が発生する。
When writing data, the
また、書き込み回路13は、データ書き込み時、複数のビット線BLのうちの少なくともいずれか1つを選択し、選択したビット線BLに書き込み電流を流す。これにより、選択したビット線BLに対応するメモリセル列に属するTMR素子Mの磁化に作用するデータ書き込み磁場が発生する。
The
ここで、書き込み回路13は、書き込みデータ線D0−D7およびD_B0−D_B7へ相補データを書き込みデータとして出力する。
Here, the
また、メモリセルMCが記憶している画像データを読み出すとき、読み出し回路12は、読み出し対象のメモリセルMCに対応する読み出しワード線RWLを選択して論理ハイレベルに駆動し、かつ読み出し対象のメモリセルMCに対応するビット線BLまたはBLBを選択して一定電圧を印加する。これにより、記憶データの論理値に応じた抵抗値を有するTMR素子を通して、記憶データの論理値に応じた読み出し電流を流す。 Further, when reading the image data stored in the memory cell MC, the read circuit 12 selects the read word line RWL corresponding to the read target memory cell MC and drives it to a logic high level, and reads the read target memory. A bit line BL or BLB corresponding to the cell MC is selected and a constant voltage is applied. As a result, a read current corresponding to the logical value of the stored data is passed through the TMR element having a resistance value corresponding to the logical value of the stored data.
ここで、TMR素子の抵抗値は、記憶データの論理値に応じて最小値Rminまたは最大値Rmaxとなる。Rmax=Rmin+△Rである。そして、読み出し電流の電流値は、記憶データの論理値に応じて最小値Iminまたは最大値Imaxとなる。Imax=Imin+△Iである。 Here, the resistance value of the TMR element becomes the minimum value Rmin or the maximum value Rmax according to the logical value of the stored data. Rmax = Rmin + ΔR. The current value of the read current becomes the minimum value Imin or the maximum value Imax depending on the logical value of the stored data. Imax = Imin + ΔI.
そして、カレントミラー回路CM7−CM0は、トランジスタTRF7−TRF0を通して流れる8ビット分の読み出し電流をそれぞれ8倍、4倍、2倍、1倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍、1/16倍して重み付けする。そして、重み付けされた読み出し電流が加算されて電流/電圧変換回路21に供給される。図1に示すカレントミラー回路CM7−CM0のトランジスタの横に記載された数字は、トランジスタのサイズ比を表わしている。すなわち、カレントミラー回路CM7−CM0の入力トランジスタと出力トランジスタのサイズ比は、それぞれ1:8、1:4、1:2、1:1、1:1/2、1:1/4、1:1/8、1:1/16である。
The current mirror circuits CM7 to CM0 are 8 times, 4 times, 2 times, 1 times, 1/2 times, 1/4 times, and 1/8 times the 8-bit read current flowing through the transistors TRF7 to TRF0, respectively. , 1/16 times the weight. Then, the weighted read current is added and supplied to the current /
電流/電圧変換回路21は、カレントミラー回路CM7−CM0から供給された読み出し電流を駆動電圧R0に変換してLCDパネル201における図示しない発光素子に供給する。
The current /
読み出し回路12は、書き込み回路13がそれぞれ対応の書き込みワード線WWLおよび対応のビット線BLに書き込み電流を流しているとき、書き込み電流が流れていない書き込みワード線WWLおよびビット線BLの少なくとも一方に対応するTMR素子Mを通して読み出し電流を流す。
The read circuit 12 corresponds to at least one of the write word line WWL and the bit line BL in which no write current flows when the
すなわち、読み出し切り替え制御線Rが論理ハイレベルに駆動され、読み出し切り替え制御線R_Bが論理ローレベルに駆動された場合には、読み出し切り替え回路RSELにおいて、ゲートが読み出し切り替え制御線Rに接続されたトランジスタがオンし、ゲートが読み出し切り替え制御線R_Bに接続されたトランジスタがオフする。そうすると、ビット線BL0−BL7とトランジスタTRF0−TRF7とがそれぞれ電気的に接続され、ビット線BL0−BL7に接続されたTMR素子Mに一定電圧が供給される。 That is, when the read switching control line R is driven to a logic high level and the read switching control line R_B is driven to a logic low level, the transistor whose gate is connected to the read switching control line R in the read switching circuit RSEL. Is turned on, and the transistor whose gate is connected to the read switching control line R_B is turned off. Then, bit lines BL0-BL7 and transistors TRF0-TRF7 are electrically connected to each other, and a constant voltage is supplied to TMR elements M connected to bit lines BL0-BL7.
また、この場合、書き込み切り替え回路WSEL1,WSEL2において、ビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファがそれぞれイネーブルされ、ビット線BL0−BL7に接続された出力バッファがそれぞれディスエーブルされる。 In this case, in the write switching circuits WSEL1 and WSEL2, the output buffers connected to the bit lines BLB0 to BLB7 are enabled, and the output buffers connected to the bit lines BL0 to BL7 are disabled.
さらに、書き込み切り替え制御線Wが論理ローレベルに駆動され、書き込み切り替え制御線W_Bが論理ハイレベルに駆動された場合には、書き込み切り替え回路WSEL1において、書き込みデータ線D0−D7からの書き込みデータがビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファに伝達され、ビット線BL0−BL7に接続された出力バッファには論理ローレベルが伝達される。また、書き込み切り替え回路WSEL2において、書き込みデータ線D_B0−D_B7からの書き込みデータがビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファに伝達され、ビット線BL0−BL7に接続された出力バッファには論理ローレベルが伝達される。これにより、ビット線BLB0−BLB7を通してそれぞれ書き込みデータの論理値に応じた方向に書き込み電流が流れる。 Further, when the write switching control line W is driven to the logic low level and the write switching control line W_B is driven to the logic high level, the write data from the write data lines D0 to D7 is transmitted in the write switching circuit WSEL1. The signal is transmitted to the output buffer connected to lines BLB0 to BLB7, and the logic low level is transmitted to the output buffer connected to bit lines BL0 to BL7. In the write switching circuit WSEL2, the write data from the write data lines D_B0 to D_B7 is transmitted to the output buffer connected to the bit lines BLB0 to BLB7, and the output buffer connected to the bit lines BL0 to BL7 has a logic low level. Is transmitted. As a result, a write current flows through the bit lines BLB0 to BLB7 in directions corresponding to the logical values of the write data.
一方、読み出し切り替え制御線Rが論理ローレベルに駆動され、読み出し切り替え制御線R_Bが論理ハイレベルに駆動された場合には、読み出し切り替え回路RSELにおいて、ゲートが読み出し切り替え制御線Rに接続されたトランジスタがオフし、ゲートが読み出し切り替え制御線R_Bに接続されたトランジスタがオンする。そうすると、ビット線BLB0−BLB7とトランジスタTRF0−TRF7とがそれぞれ電気的に接続され、ビット線BLB0−BLB7に接続されたTMR素子Mに一定電圧が供給される。 On the other hand, when the read switching control line R is driven to a logic low level and the read switching control line R_B is driven to a logic high level, the transistor whose gate is connected to the read switching control line R in the read switching circuit RSEL. Is turned off, and the transistor whose gate is connected to the read switching control line R_B is turned on. Then, bit lines BLB0-BLB7 and transistors TRF0-TRF7 are electrically connected to each other, and a constant voltage is supplied to TMR element M connected to bit lines BLB0-BLB7.
また、この場合、書き込み切り替え回路WSEL1,WSEL2において、ビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファがそれぞれディスエーブルされ、ビット線BL0−BL7に接続された出力バッファがそれぞれイネーブルされる。 In this case, in the write switching circuits WSEL1 and WSEL2, the output buffers connected to the bit lines BLB0 to BLB7 are respectively disabled, and the output buffers connected to the bit lines BL0 to BL7 are respectively enabled.
さらに、書き込み切り替え制御線Wが論理ハイレベルに駆動され、書き込み切り替え制御線W_Bが論理ローレベルに駆動された場合には、書き込み切り替え回路WSEL1において、書き込みデータ線D0−D7からの書き込みデータがビット線BL0−BL7に接続された出力バッファに伝達され、ビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファには論理ローレベルが伝達される。また、書き込み切り替え回路WSEL2において、書き込みデータ線D_B0−D_B7からの書き込みデータがビット線BL0−BL7に接続された出力バッファに伝達され、ビット線BLB0−BLB7に接続された出力バッファには論理ローレベルが伝達される。これにより、ビット線BLB0−BLB7を通してそれぞれ書き込みデータの論理値に応じた方向に書き込み電流が流れる。 Further, when the write switching control line W is driven to a logic high level and the write switching control line W_B is driven to a logic low level, the write data from the write data lines D0 to D7 is transmitted in the write switching circuit WSEL1. The signal is transmitted to the output buffer connected to the lines BL0 to BL7, and the logic low level is transmitted to the output buffer connected to the bit lines BLB0 to BLB7. In the write switching circuit WSEL2, write data from the write data lines D_B0 to D_B7 is transmitted to the output buffer connected to the bit lines BL0 to BL7, and the output buffer connected to the bit lines BLB0 to BLB7 has a logic low level. Is transmitted. As a result, a write current flows through the bit lines BLB0 to BLB7 in directions corresponding to the logical values of the write data.
図5は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の動作を示す波形図である。図5において、RWLおよびWWLの数字は、選択されている読み出しワード線RWLおよび書き込みワード線WWLの番号を示している。WCSLの数字およびアルファベットは、LCDパネル201のどの画素列のどの色に対応する駆動電圧がLCDパネル201に供給されているかを示している。
FIG. 5 is a waveform diagram showing the operation of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, the numbers RWL and WWL indicate the numbers of the selected read word line RWL and write word line WWL. The numbers and alphabets of the WCSL indicate which drive voltage corresponding to which color of which pixel column of the
図5を参照して、LCDパネル201へは常時、LCDパネル201において表示すべき画素行に対応する駆動電圧を出力する必要があるため、読み出しワード線RWL0−RWL767が順次選択されている。
Referring to FIG. 5, since it is necessary to always output a driving voltage corresponding to a pixel row to be displayed on
ここで、メモリアレイ10が記憶する画像データの書き換えは、画像が変更されるたびに行なわれる。たとえば、通常のテレビ映像では60Hzの頻度で書き換えを行なう必要がある。
Here, rewriting of the image data stored in the
そこで、半導体装置101では、画像データのLCDパネル201への出力とメモリアレイ10に対する画像データの書き換えが並行して行なわれるように、LCDパネル201の1画素列に対して2組のメモリセル列を設けている。たとえば、ビット線BLB0−BLB7に対応するメモリセル列に画素データが書き込まれている場合には、ビット線BL0−BL7に対応するメモリセル列から画素データを読み出す。
Therefore, in the
すなわち、半導体装置101では、読み出し回路12は、読み出し切り替え制御線R,R_Bを交互に選択状態に駆動する、すなわち、あるタイミングにおいて読み出し切り替え制御線R,R_Bのいずれかが論理ハイレベルになるようにする。
That is, in the
そして、書き込み回路13は、画像データの読み出しが行われていないメモリセルMCに対して画像データの書き込みを行なう。たとえば、書き込み回路13は、読み出し切り替え制御線Rが論理ハイレベルに駆動され、読み出し切り替え制御線R_Bが論理ローレベルに駆動された場合には、書き込み切り替え制御線Wを論理ローレベルに駆動し、書き込み切り替え制御線W_Bを論理ハイレベルに駆動する。
Then, the writing
また、書き込み回路13は、選択されている読み出しワード線RWLとは異なるメモリセル行に対応する書き込みワード線WWLを選択する。たとえば、書き込み回路13は、読み出しワード線RWL0が選択されているとき、書き込みワード線WWL767を選択する。
The
なお、ある書き込みワード線WWLが選択されている間に書き込み選択線WCSL0−WCSL3071を順次切り替えることにより、1つの書き込みワード線WWLに対応するすべてのメモリセルのデータ書き込みを行なうことが望ましい。 Note that it is desirable to write data in all the memory cells corresponding to one write word line WWL by sequentially switching the write selection lines WCSL0 to WCSL3071 while a certain write word line WWL is selected.
本発明の実施の形態に係る半導体装置では、MRAM等に使用されるTMR素子等の抵抗体記憶素子をフレームバッファの記憶素子として用いる。そして、各メモリセル列のTMR素子を通してそれぞれ流れる電流を加算し、加算された電流値に応じた駆動電圧すなわちアナログ信号をLCDパネル201へ出力する。このような構成により、TMR素子に記憶されたデータを、デジタル値を介さずに直接アナログ値に変換することができる。このため、従来のようにフレームバッファとしてSRAMおよびDRAMを用いる場合と異なり、記憶データをD/Aコンバータでアナログ値に変換し、駆動電圧として発光素子に供給する必要がなくなる。したがって、動作速度の低下およびレイアウト面積の増大を防ぐことができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a resistor memory element such as a TMR element used for an MRAM or the like is used as a memory element of a frame buffer. Then, the currents flowing through the TMR elements of each memory cell column are added, and a drive voltage, that is, an analog signal corresponding to the added current value is output to the
また、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、画像データを記憶する記憶素子としてTMR素子を用いる。これにより、他の抵抗素子と比べて動作に適したバラツキの少ない抵抗素子を得ることができる。 In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a TMR element is used as a storage element for storing image data. Thereby, it is possible to obtain a resistance element with less variation suitable for operation compared to other resistance elements.
たとえば、抵抗素子に0.3Vの電圧を印加して10uA程度の電流を流す場合、抵抗素子の抵抗値は30kΩ程度であることが望ましい。この場合、非特許文献1に記載されているように、TMR素子であればサイズを小さくすることができる。また、非特許文献2のFig.6に記載されているように、TMR素子の抵抗のバラツキσを数%程度にすることは比較的容易である。したがって、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、レイアウト面積を小さくし、かつ高精度のアナログ値を出力することができる。
For example, when a voltage of 0.3 V is applied to the resistance element to pass a current of about 10 uA, the resistance value of the resistance element is preferably about 30 kΩ. In this case, as described in
また、本発明の実施の形態に係る半導体装置は、フレームバッファを備えたLCDドライバであるとしたが、これに限定するものではない。抵抗素子を通して流す電流を加算してアナログ信号を生成する回路をD/Aコンバータの代わりに備える構成であれば、フレームバッファを備えない構成であっても、動作速度の低下を防ぎ、レイアウト面積を削減する効果が得られる。 Further, although the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is an LCD driver including a frame buffer, the present invention is not limited to this. If the circuit that generates the analog signal by adding the current flowing through the resistance element is provided in place of the D / A converter, the operation speed can be prevented from being lowered and the layout area can be reduced even in the configuration without the frame buffer. The effect of reduction is obtained.
また、本発明の実施の形態に係る半導体装置では、メモリセルの記憶素子として磁気抵抗素子を用いたが、これに限定するものではない。書き換え回数制限のない相変化メモリ素子などの他の抵抗体記憶素子を用いる構成であってもよい。 In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the magnetoresistive element is used as the memory element of the memory cell. However, the present invention is not limited to this. A configuration using another resistive memory element such as a phase change memory element with no number of rewrites may be used.
また、本発明の実施の形態に係る半導体装置は、LCDドライバであるとしたが、これに限定するものではない。同じようなドライバを必要とするプラズマパネルディスプレイおよび有機EL(Organic Electro-Luminescence)ディスプレイに駆動電圧を供給するドライバであってもよい。 Further, although the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is an LCD driver, the present invention is not limited to this. It may be a driver that supplies a driving voltage to a plasma panel display and an organic EL (Organic Electro-Luminescence) display that require a similar driver.
また、半導体基板上にマイクロプロセッサが設けられ、このマイクロプロセッサのインタフェースの1つとしてLCDドライバが設けられる場合、マイクロプロセッサにおけるSRAMの代わりに磁気抵抗素子を用いることにより、本発明を適用することが可能である。 Further, when a microprocessor is provided on a semiconductor substrate and an LCD driver is provided as one of the interfaces of the microprocessor, the present invention can be applied by using a magnetoresistive element instead of the SRAM in the microprocessor. Is possible.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 メモリアレイ、11 駆動電圧生成回路、12 読み出し回路、13 書き込み回路、21 電流/電圧変換回路、101 半導体装置、MC メモリセル、TRF0−TRF7 トランジスタ、RSEL 読み出し切り替え回路、WSEL1,WSEL2 書き込み切り替え回路、R,R_B 読み出し切り替え制御線、W,W_B 書き込み切り替え制御線、WWL0−WWL767 書き込みワード線、RWL0−RWL767 読み出しワード線、線D0−D7,D_B0−D_B7 書き込みデータ線、BL0−BL7,BLB0−BLB7 ビット線、WCSL0−WCSL3071 書き込み選択線、CM0−CM7 カレントミラー回路、M TMR素子(磁気抵抗素子)、TRC セルトランジスタ、B 半導体基板、P 活性層。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記複数の抵抗体記憶素子を通してそれぞれ読み出し電流を流す読み出し回路と、
各前記抵抗体記憶素子を通して流れる読み出し電流を加算し、前記加算した読み出し電流を駆動電圧に変換して負荷に供給する駆動電圧生成回路とを備える半導体装置。 A plurality of resistive storage elements each having an electrical resistance value corresponding to the logical value of the stored data;
A read circuit for flowing a read current through each of the plurality of resistor memory elements;
A semiconductor device comprising: a drive voltage generation circuit that adds a read current flowing through each of the resistor memory elements, converts the added read current into a drive voltage, and supplies the drive voltage to a load.
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