JP2012018711A - Semiconductor device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置及びその制御方法に関し、特に、リセット信号に応答して内部回路のリセット動作を実行する半導体装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a control method thereof, and more particularly to a semiconductor device that executes a reset operation of an internal circuit in response to a reset signal and a control method thereof.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置においては、リセット信号が活性化すると内部回路のリセット動作が実行される。例えば、外部から電源を投入すると、パワーオンリセット回路によってパワーオンリセット信号が生成され、半導体装置内の各種の内部回路がリセットされる。これにより、各種の内部回路にそれぞれ含まれる各種論理回路が初期化され、不定状態が解消される。 In a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), when a reset signal is activated, an internal circuit reset operation is executed. For example, when power is turned on from the outside, a power-on reset signal is generated by a power-on reset circuit, and various internal circuits in the semiconductor device are reset. As a result, the various logic circuits included in the various internal circuits are initialized, and the indefinite state is eliminated.
リセット信号としては、上述したパワーオンリセット信号の他に、外部から供給される外部リセット信号も存在する。外部リセット信号は、システムを初期化する必要がある場合などに発行され、これが活性化すると当該半導体装置は強制的にリセットされる。例えば、特許文献1には、DRAMに電源が投入されている状態で外部からリセット信号が供給された場合、プリチャージ動作及びリフレッシュ動作を自動的に実行することによって、DRAMを確実にリセットする方法が開示されている。尚、リフレッシュ動作はメモリセルアレイをアクセスする動作である。一般的に、リフレッシュ動作はプリチャージ動作よりも長い時間(長いビジー期間)を必要とする。
As the reset signal, there is an external reset signal supplied from the outside in addition to the power-on reset signal described above. The external reset signal is issued when the system needs to be initialized, and the semiconductor device is forcibly reset when activated. For example,
しかしながら、特許文献1に記載された半導体装置では、外部からリセット信号が供給された場合、リセット信号に対応して常にプリチャージ動作及びリフレッシュ動作の一連の動作が実行されることから、仮にこのような動作を行う必要がない場合であっても、これら一連の動作が完了するまで半導体装置はビジー期間であり、メモリコントローラは半導体装置に対して正規のコマンドを発行することができなくなってしまう。
However, in the semiconductor device described in
本発明による半導体装置は、第1の回路を含む内部回路と、外部電源端子から供給される外部電圧から内部電圧を生成し、前記内部回路に前記内部電圧を供給する内部電源生成回路と、前記内部電圧が所望の電位であるか否かを検出する内部電位検出回路と、外部から供給されるリセット信号によって、前記第1の回路のリセットを実行する第2の回路と、前記リセット信号が供給され、且つ前記内部電圧が前記所望の電位ではないと前記内部電位検出回路が判定した場合、前記第1の回路のリセット後に前記第1の回路を起動する第3の回路と、を有する。 A semiconductor device according to the present invention includes an internal circuit including a first circuit, an internal power generation circuit that generates an internal voltage from an external voltage supplied from an external power supply terminal, and supplies the internal voltage to the internal circuit, An internal potential detection circuit for detecting whether or not the internal voltage is a desired potential, a second circuit for resetting the first circuit by a reset signal supplied from the outside, and the reset signal being supplied And a third circuit that activates the first circuit after the reset of the first circuit when the internal potential detection circuit determines that the internal voltage is not the desired potential.
また、本発明による半導体装置は、複数のメモリセルを含むメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイに対してアクセス動作を行うアクセス制御回路と、外部電源端子から供給される外部電圧から内部電圧を生成し、前記メモリセルアレイに前記内部電圧を供給する内部電源生成回路と、前記メモリセルアレイに供給される前記内部電圧が所望の範囲外にあり、且つ外部から供給される第1のリセット信号が変化したことに応答して、前記アクセス制御回路を活性化させることにより前記メモリセルアレイをアクセスさせるダミーアクセス制御回路と、を有する。 The semiconductor device according to the present invention generates an internal voltage from a memory cell array including a plurality of memory cells, an access control circuit that performs an access operation on the memory cell array, and an external voltage supplied from an external power supply terminal, An internal power supply generation circuit for supplying the internal voltage to the memory cell array, the internal voltage supplied to the memory cell array is outside a desired range, and the first reset signal supplied from the outside has changed. In response, the access control circuit includes a dummy access control circuit that activates the access control circuit to access the memory cell array.
本発明による半導体装置の制御方法は、外部から供給される外部電圧から内部電圧を生成し、メモリセルアレイに供給する工程と、前記内部電圧が所望の電位でなく、且つ外部からリセット信号が供給されたことに応答して、アクセス信号を活性化させる工程と、前記アクセス信号に応答して前記メモリセルアレイをアクセスする工程と、を備えることを特徴とする。 According to the semiconductor device control method of the present invention, an internal voltage is generated from an external voltage supplied from the outside and supplied to the memory cell array, the internal voltage is not a desired potential, and a reset signal is supplied from the outside. In response to this, the method includes a step of activating an access signal and a step of accessing the memory cell array in response to the access signal.
本発明によれば、リセット信号が供給された場合、内部電圧が所望の電位から外れていることを条件としてアクセスを行っていることから、所望の電位から外れている内部電圧を速やかに所望の電位とすることが可能となる。しかも、内部電圧が所望の電位から外れていない場合にはアクセスが行われないことから、リセット動作に要する時間が短縮される。これにより、正規のコマンドを速やかに発行することが可能となる。 According to the present invention, when the reset signal is supplied, the access is performed on the condition that the internal voltage deviates from the desired potential. Therefore, the internal voltage deviated from the desired potential can be quickly obtained. The potential can be set. In addition, since the access is not performed when the internal voltage does not deviate from the desired potential, the time required for the reset operation is shortened. This makes it possible to issue a regular command promptly.
本発明の課題を解決する技術思想(コンセプト)の代表的な一例は、以下に示される。但し、本願の請求内容はこの技術思想に限られず、本願の請求項に記載の内容であることは言うまでもない。すなわち、本発明は、外部から供給される外部電圧から生成され内部電源生成回路を介して内部回路へ供給される内部電圧が所望の範囲外にある状態で、リセット信号が変化したことを条件として、例えば、内部回路のうちで大きな電力を消費するメモリセルアレイに対するダミーアクセスを実行することを技術思想とする。これにより、半導体装置の内部で比較的大きな電力消費が発生することから、内部電圧を生成する内部電源生成回路の調整機能が働くことによって、内部電圧を速やかに所望の範囲内に安定させることが可能となる。これに対し、内部電圧が所望の範囲内にある状態では、前記条件が整わずリセット信号が変化してもダミーアクセスが行われないことから、外部から見た半導体装置のビジー期間を短縮することが可能となる。故に、ダミーアクセスとは、内部電源生成回路の調整機能を働かせるために、消費電力の大きな内部回路(メモリセルアレイ)をアクティブ動作させることを意味する。半導体装置にメモリセルアレイが搭載されず、即ち、内部回路のうちで大きな電力を消費する内部回路がメモリセルアレイ以外である「その他の回路」であるときには、前記その他の回路をダミーアクセスさせる、ことは言うまでもない。よって、この技術思想は、CPU(Central Processing Unit)、MCU(Micro Control Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ASSP(Application Specific Standard Circuit)にも、適用できる。 A typical example of a technical idea (concept) for solving the problems of the present invention is shown below. However, it goes without saying that the claimed contents of the present application are not limited to this technical idea, but are the contents described in the claims of the present application. That is, the present invention is based on the condition that the reset signal has changed while the internal voltage generated from the external voltage supplied from the outside and supplied to the internal circuit via the internal power generation circuit is outside the desired range. For example, a technical idea is to execute dummy access to a memory cell array that consumes a large amount of power in an internal circuit. As a result, a relatively large amount of power is consumed inside the semiconductor device, so that the internal voltage can be quickly stabilized within a desired range by the adjustment function of the internal power generation circuit that generates the internal voltage. It becomes possible. On the other hand, in the state where the internal voltage is within a desired range, dummy access is not performed even if the above condition is not satisfied and the reset signal changes, so the busy period of the semiconductor device viewed from the outside can be shortened. Is possible. Therefore, the dummy access means that an internal circuit (memory cell array) with large power consumption is actively operated in order to make the adjustment function of the internal power generation circuit work. When a semiconductor device is not mounted with a memory cell array, that is, when an internal circuit that consumes a large amount of power among the internal circuits is an “other circuit” other than the memory cell array, the other circuit is dummy accessed. Needless to say. Therefore, this technical idea can be applied to CPU (Central Processing Unit), MCU (Micro Control Unit), DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and ASSP (Application Specific Standard Circuit).
図1は、本発明の原理を説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram for explaining the principle of the present invention.
本発明は、内部電圧V2によって動作する内部回路10を備える半導体装置である。内部回路10には、例えば大きな電力を消費するメモリセルアレイ12(第4の回路)と、メモリセルアレイ12に対してアクセス動作を行うアクセス制御回路14(第1の回路)とが含まれている。特に限定されるものではないが、メモリセルアレイ12は複数のDRAMメモリセルを含むセルアレイである。内部電圧V2は、内部電源生成回路20より供給される。内部電源生成回路20は、電源端子22を介して外部から供給される外部電圧V1を降圧又は昇圧することによって内部電圧V2を生成し、これを内部回路10に供給する。
The present invention is a semiconductor device including an
内部電圧V2は、内部電位検出回路24にも供給される。内部電位検出回路24は、内部電圧V2が所望の電位であるか否かを検出する回路であり、その検出結果は、ダミーアクセス制御回路(第3の回路)26に供給される。ダミーアクセス制御回路26には、コマンド端子30を介して外部から供給されるリセット信号R1が供給される。
The internal voltage V2 is also supplied to the internal
リセット信号R1は、リセットコマンド発生回路(第2の回路)28にも供給される。リセットコマンド発生回路28は、リセット信号R1の活性化に応答して、アクセス制御回路14のリセットを実行する回路である。アクセス制御回路14がリセットされると、アクセス制御回路14を構成する各種論理回路が初期化され、不定状態が解消される。
The reset signal R1 is also supplied to a reset command generation circuit (second circuit) 28. The reset
さらに、ダミーアクセス制御回路26は、リセット信号R1が供給された場合であって、且つ、内部電圧V2が所望の電位ではないと内部電位検出回路24が判定した場合、アクセス制御回路14がリセットされた後に、アクセス制御回路14を起動する。上述の通り、アクセス制御回路14はメモリセルアレイ12に対してアクセス動作を行う回路であることから、ダミーアクセス制御回路26によってアクセス制御回路14が起動されると、アクセス制御回路14はメモリセルアレイ12に対してダミーアクセスを行う。
Further, the dummy
アクセス制御回路14によってダミーアクセスが行われると、内部回路10において比較的大きな電力消費が発生することから、内部電源生成回路20の調整機能が働き、内部電圧V2を速やかに所望の範囲内に安定させることが可能となる。
When dummy access is performed by the
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明の好ましい実施形態による半導体装置100の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
図2に示すように、本実施形態による半導体装置100は、複数のメモリセルMCからなるメモリセルアレイ110(内部回路)を備える。メモリセルアレイ110内においては、複数のワード線WLと複数のビット線BLが交差しており、これらの交点にメモリセルMCが配置される。尚、図2には1本のワード線WLと1本のビット線BLの交点に配置された1個のメモリセルMCのみを図示している。
As shown in FIG. 2, the
ワード線WLの選択はロウデコーダ120により行われる。また、ビット線BLはそれぞれセンス回路121内の対応するセンスアンプSAに接続されており、カラムデコーダ122によって選択されたセンスアンプSAがデータ入出力回路123に接続される。データ入出力回路123はデータ入出力端子DQに接続されており、リード動作時においてはメモリセルアレイ110から読み出されたリードデータをデータ入出力端子DQを介して外部に出力し、ライト動作時においては外部からデータ入出力端子DQに入力されたライトデータをメモリセルアレイ110に供給する。少なくともロウデコーダ120及びセンス回路121を含む回路ブロックは、本発明におけるダミーアクセス制御回路を構成する。
Selection of the word line WL is performed by the
ロウデコーダ120に供給されるロウアドレスは、マルチプレクサ130を介してロウアドレスコントロール回路131から供給される。また、ロウデコーダ120の動作は、ロウコントロール回路132によって制御される。ロウアドレスコントロール回路131は、アドレス端子ADDを介してアドレス入力回路133に入力されたアドレス(外部アドレス)のうち、ロウアドレスが供給される回路である。また、コマンド端子CMDを介してコマンド入力回路140に入力されたコマンドがアクティブコマンド(ACTコマンド)である場合、アクティブコマンド発生回路141はアクティブ命令IACTを活性化させ、これをロウコントロール回路132に供給する。アクティブ命令IACTはマルチプレクサ130にも供給され、アクティブ命令IACTが活性化するとマルチプレクサ130は入力ノードaを選択する。これにより、外部からアクティブコマンドとロウアドレスが入力されると、ロウデコーダ120は外部から入力されたロウアドレスが示すワード線WLを活性化させる。ワード線WLが活性化されると、当該ワード線WLにより選択される全てのメモリセルの情報が読み出され、センスアンプSAによって増幅される。
The row address supplied to the
一方、カラムデコーダ122に供給されるカラムアドレスは、カラムアドレスコントロール回路134から供給される。また、カラムデコーダ122の動作は、カラムコントロール回路135によって制御される。カラムアドレスコントロール回路134は、アドレス端子ADDを介してアドレス入力回路133に入力されたアドレス(外部アドレス)のうち、カラムアドレスが供給される回路である。また、コマンド端子CMDを介してコマンド入力回路140に入力されたコマンドがカラムコマンド(リードコマンド又はライトコマンド)である場合、カラムコマンド発生回路142はリード/ライト命令ICOLを活性化させ、これをカラムコントロール回路135に供給する。これにより、外部からカラムコマンドとカラムアドレスが入力されると、カラムデコーダ122は外部から入力されたカラムアドレスが示すセンスアンプSAを選択する。その結果、リード動作時においては選択されたセンスアンプSAによって増幅されたリードデータがデータ入出力回路123に出力され、ライト動作時においてはデータ入出力回路123から供給されるライトデータによって、選択されたセンスアンプSAの情報が上書きされる。
On the other hand, the column address supplied to the
コマンド端子CMDに入力されるコマンドには、アクティブコマンド及びカラムコマンドの他に、オートリフレッシュコマンドREF、セルフリフレッシュエントリコマンドSRE、セルフリフレッシュイグジットコマンドSRX及びリセットコマンドRESETが存在する。 Commands input to the command terminal CMD include an auto refresh command REF, a self refresh entry command SRE, a self refresh exit command SRX, and a reset command RESET in addition to an active command and a column command.
オートリフレッシュコマンドREFが発行された場合、リフレッシュコマンド発生回路143はリフレッシュ命令IREFを活性化させる。リフレッシュ命令IREFが活性化すると、リフレッシュアドレスカウンタ150のカウント値が更新(インクリメント又はデクリメント)され、カウント値であるリフレッシュアドレスREFAがマルチプレクサ130の入力ノードbに供給される。より正確には、カウンティングする前のリフレッシュアドレスカウンタ150の情報がリフレッシュ命令IREFに対応してマルチプレクサ130に供給され、その後リフレッシュアドレスカウンタ150がリフレッシュ命令IREFに対応してカウンティングされる。上述したリフレッシュ命令IREFはマルチプレクサ130にも供給されており、リフレッシュ命令IREFが活性化している場合、マルチプレクサ130は入力ノードbを選択する。以上により、オートリフレッシュコマンドREFが発行されると、リフレッシュアドレスカウンタ150より出力されるリフレッシュアドレスREFAがロウデコーダ120に供給され、リフレッシュアドレスREFAが示すワード線WLが活性化される。上述の通り、ワード線WLが活性化されると、当該ワード線WLにより選択される全てのメモリセルの情報が読み出され、センスアンプSAによって増幅されることから、これらメモリセルがリフレッシュされる。リフレッシュ命令IREFは、ロウコントロール回路132にも供給され、ロウデコーダ120を活性化する。
When the auto-refresh command REF is issued, the refresh
また、セルフリフレッシュエントリコマンドSREが発行されると、セルフリフレッシュコマンド発生回路144が活性化される。セルフリフレッシュコマンド発生回路144が活性化するとオシレータ145の動作が開始され、オシレータ145より外部とは非同期な所定の周期で供給される信号OSCに同期してセルフリフレッシュ信号SR(セルフリフレッシュ要求信号)を活性化させる。セルフリフレッシュ信号SRはリフレッシュコマンド発生回路143に供給され、これによりオートリフレッシュコマンドREFが発行された場合と同様にしてリフレッシュ動作が行われる。そして、セルフリフレッシュイグジットコマンドSRXが発行されると、セルフリフレッシュコマンド発生回路144が非活性化され、オシレータ145の動作が停止される。
When self-refresh entry command SRE is issued, self-refresh
さらに、リセットコマンドRESETが発行されると、リセットコマンド発生回路146(第2の回路)はリセット信号RSTを活性化させる。リセット信号RSTは各種回路ブロックに供給され、これら回路ブロックを初期化する。また、リセット信号RSTは、自動リフレッシュコマンド発生回路200にも供給される。
Further, when the reset command RESET is issued, the reset command generation circuit 146 (second circuit) activates the reset signal RST. The reset signal RST is supplied to various circuit blocks and initializes these circuit blocks. The reset signal RST is also supplied to the automatic refresh
自動リフレッシュコマンド発生回路200(第3の回路)は、図1に示したダミーアクセス制御回路26に相当する回路ブロックであり、ダミーのオートリフレッシュコマンドREF(ダミーアクセス信号)をリフレッシュコマンド発生回路143(第1の回路)に供給する回路である。したがって、自動リフレッシュコマンド発生回路200によってオートリフレッシュコマンドREFが生成されると、リフレッシュコマンド発生回路143はリフレッシュ命令IREFを活性化させる。したがって、外部からオートリフレッシュコマンドREFが発行された場合と同じ動作が行われることになる。自動リフレッシュコマンド発生回路200の回路構成については後述する。リフレッシュコマンド発生回路143は、第1の回路の一例であり、第1の回路の一部である。
The automatic refresh command generating circuit 200 (third circuit) is a circuit block corresponding to the dummy
図2に示すように、自動リフレッシュコマンド発生回路200には、リセット信号RSTの他に、ロウアクセス信号RRASB、パワーオンリセット信号PON及び電位検出信号Vdetectが供給されている。
As shown in FIG. 2, in addition to the reset signal RST, the automatic refresh
ロウアクセス信号RRASBは、ロウコントロール回路132によって生成される信号であり、図3に示すように、アクティブ命令IACTがハイレベルに活性化したことに応答してローレベルに変化し、プリチャージ命令IPREがハイレベルに活性化したことに応答してハイレベルに戻る。プリチャージ命令IPREとは、外部からプリチャージコマンドが発行された場合に活性化する内部信号である。また、ロウアクセス信号RRASBは、リフレッシュ命令IREFがハイレベルに活性化した場合もローレベルに変化し、一定時間が経過すると半導体装置100の内部で自動生成される擬似プリチャージ命令SIPRE(不図示)によってハイレベルに戻る。したがって、ロウアクセス信号RRASBがハイレベルである期間は、ロウアクセスが行われていない期間である。
The row access signal RRASB is a signal generated by the
パワーオンリセット信号PONは、パワーオンリセット回路161によって生成される信号であり、図4に示すように、外部電圧VDDが投入されるとこれに連動してパワーオンリセット信号PONが上昇する。外部電圧VDDが所定値VDDaに達するとパワーオンリセット信号PONがローレベルに変化する。外部電圧VDDは、図2に示す電源端子VDDTを介して外部から供給される電源電圧である。したがって、パワーオンリセット信号は、電源投入直後においてワンショットのパルスを発生し、その後はローレベルを維持する。パワーオンリセット信号PONは、外部電圧VDDの供給が途絶え、その後再供給されない限り、ワンショットのパルスを生成しない。パワーオンリセット信号PONは、自動リフレッシュコマンド発生回路200だけでなく、リセット信号RSTと同様に各種回路ブロックに供給され、これら回路ブロックを初期化する。換言すれば、パワーオンリセット信号PONは電源投入に応答して内部で自動生成されるリセット信号であり、リセット信号RSTは外部からの指示に基づいて生成されるリセット信号である。
The power-on reset signal PON is a signal generated by the power-on
外部電圧VDDは、内部電源生成回路162及び基準電位生成回路163にも供給される。内部電源生成回路162は、外部電圧VDDを降圧することによって内部電圧Varyを生成する回路であり、生成された内部電圧Varyはセンス回路121に供給され、センスアンプSAを介してメモリセルアレイ110内のビット線に供給される。
The external voltage VDD is also supplied to the internal power
内部電圧Varyは、内部電位検出回路164にも供給される。内部電位検出回路164は内部電圧Varyのレベルを監視し、これが所望の範囲内にあるか或いは所望の範囲外であるのかを検出する。かかる検出は、基準電位生成回路163より供給される2つの基準電位VrayRef1、VaryRef2を参照して行う。基準電位VrayRef1は内部電圧Varyの上限を示す電位であり、基準電位VrayRef2は内部電圧Varyの下限を示す電位である。
The internal voltage Vary is also supplied to the internal
図5は内部電位検出回路164の回路図であり、図6は内部電位検出回路164の真理値表である。
FIG. 5 is a circuit diagram of the internal
図5に示すように、内部電位検出回路164は、2つのコンパレータ164a,164bと、これらコンパレータの出力S1,S2を受けるNANDゲート回路164cによって構成されている。コンパレータ164aの非反転入力ノード(+)には基準電位VaryRef1が入力され、反転入力ノード(−)には内部電圧Varyが入力されている。これにより、図6の真理値表に示すとおり、内部電圧Varyが基準電位VaryRef1よりも高くなった場合に、その出力S1がローレベルとなる。一方、コンパレータ164bの非反転入力ノード(+)には内部電圧Varyが入力され、反転入力ノード(−)には基準電位VaryRef2が入力されている。これにより、図6の真理値表に示すとおり、内部電圧Varyが基準電位VaryRef2よりも低くなった場合に、その出力S2がローレベルとなる。
As shown in FIG. 5, the internal
これにより、内部電位検出回路164の出力である電位検出信号Vdetectは、内部電圧Varyが基準電位VrayRef1〜VaryRef2の範囲内にある場合にはローレベルとなり、内部電圧Varyが基準電位VrayRef1〜VaryRef2の範囲外にある場合にはハイレベルとなる。
As a result, the potential detection signal Vdetect output from the internal
図7は、自動リフレッシュコマンド発生回路200の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of the automatic refresh
図7に示すように自動リフレッシュコマンド発生回路200は、セットリセット回路210と、カウンタ回路220を備える。セットリセット回路210は、2つのNANDゲート回路211,212が循環接続された構成を有している。2つのNANDゲート回路211,212は、狭義のセットリセット回路である。リセット側のNANDゲート回路211の入力ノードRには、インバータ213によって反転されたパワーオンリセット信号PONとカウンタ回路220の出力N4が供給される。また、セット側のNANDゲート回路212の入力ノードSには、リセット信号RST及び電位検出信号Vdetectを受けるNANDゲート回路214の出力N3が供給される。
As shown in FIG. 7, the automatic refresh
NANDゲート回路212,214の出力N2,N3はANDゲート回路230に供給され、その出力N5は、ロウアクセス信号RRASBとともにANDゲート回路240に供給される。ANDゲート回路240の出力は、リフレッシュコマンドREFとして用いられ、図2に示すリフレッシュコマンド発生回路143に供給される。リフレッシュコマンドREFは、さらにカウンタ回路220にもフィードバックされ、その発生回数がカウントされる。カウンタ回路220は、パワーオンリセット信号PON及びリセット信号RSTによってリセットされ、その出力N4をハイレベルとする。そして、リフレッシュコマンドREFの発生回数が予め定められた回数に達すると、出力N4をローレベルに変化させる。
The outputs N2 and N3 of the
以上が本実施形態による半導体装置100の全体構成である。次に、本実施形態による半導体装置100の動作について説明する。
The above is the overall configuration of the
図8は、本実施形態による半導体装置100の動作を説明するためのタイミング図である。
FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the
図8に示すように、電源投入に応答してパワーオンリセット信号PONが活性化すると(時刻t1)、図7に示したセットリセット回路210がリセットされるため、出力N1はハイレベル、出力N2はローレベルとなる。その後、外部からリセットコマンドが発行されたことに応答してリセット信号RSTが活性化する(時刻t2)。図8に示す例では、リセット信号RSTの活性化時点において電位検出信号Vdetectがハイレベル、つまり、内部電圧Varyが基準電位VrayRef1〜VaryRef2の範囲外にあるため、NANDゲート回路214の出力N3がローレベルに変化する。これにより、セットリセット回路210がセットされ、出力N1はローレベル、出力N2はハイレベルに変化する。
As shown in FIG. 8, when the power-on reset signal PON is activated in response to power-on (time t1), the set reset
これにより、リセット信号RST及び電位検出信号Vdetectの少なくとも一方がローレベルに戻ると、ANDゲート回路230の出力N5はハイレベルとなる。この時点ではロウアクセスが行われておらず、ロウアクセス信号RRASBがハイレベルであることから、よって出力N5がハイレベルになるとANDゲート回路240の出力であるリフレッシュコマンドREFが活性化する(時刻t3)。これにより、外部からオートリフレッシュコマンドが発行された場合と同様の動作が起動され、図3を用いて説明したように、ロウアクセス信号RRASBがローレベルに変化し、メモリセルアレイ110がアクティブとなる。最も多くの電流を消費するセンス回路121も動作する。
As a result, when at least one of the reset signal RST and the potential detection signal Vdetect returns to the low level, the output N5 of the AND
そして、ロウコントロール回路132が有する周知のアクティブタイムアウト機能(擬似プリチャージ命令SIPREの生成)によってメモリセルアレイ110のアクティブから一定期間が経過すると、ロウアクセス信号RRASBが再びハイレベルとなることから、これに応答して再びリフレッシュコマンドREFが活性化する(時刻t4)。このような動作が繰り返され、その実行回数がカウンタ回路220に予め設定された回数に達すると、カウンタ回路220の出力N4がローレベルに変化し、セットリセット回路210がリセットされる。図8に示す例では、カウンタ回路220に予め設定された回数が3回であり、時刻t5にて3回目のリフレッシュコマンドREFが発行されると、セットリセット回路210がリセットされている。
Then, the row access signal RRASB becomes high level again after a certain period of time has elapsed from the activation of the
セットリセット回路210がリセットされると、出力N2がローレベルとなることから、ANDゲート回路230の出力N5もローレベルに固定され、リフレッシュコマンドREFの自動生成は行われなくなる。
When the set /
このように、本実施形態では、リセット信号RSTの活性化時点において電位検出信号Vdetectがハイレベルであると、リフレッシュコマンドREFが複数回に亘って自動生成される。これにより、外部からオートリフレッシュコマンドが複数回発行された場合と同じ動作が自動的に行われることから、内部電源生成回路162に負荷が加わり、その調整機能によって内部電圧Varyのレベルが所望の範囲、つまり基準電位VrayRef1〜VaryRef2の範囲内に速やかに収束する。
As described above, in this embodiment, when the potential detection signal Vdetect is at a high level at the time of activation of the reset signal RST, the refresh command REF is automatically generated a plurality of times. As a result, the same operation as when the auto-refresh command is issued a plurality of times from the outside is automatically performed, so that a load is applied to the internal
より具体的に説明すると、図9に示すように、内部電源生成回路162には外部電圧VDDから内部電圧Varyを供給するドライバトランジスタM0と、ドライバトランジスタM0のオン/オフを制御するコンパレータ162aが含まれており、内部電圧Varyが供給される電源配線162bのレベルが基準値VaryRよりも低下すると、コンパレータ162aはドライバトランジスタM0をオンさせる。これによって電源配線162bのレベルが基準値VaryRに達すると、コンパレータ162aはドライバトランジスタM0をオフさせる。
More specifically, as shown in FIG. 9, the internal
つまり、内部電源生成回路162は、電源配線162bに供給される内部電圧Varyのレベルを上昇させる機能を有している一方、低下させる機能は有していない。したがって、内部電圧Varyのレベルが所望の範囲外にある場合において、これを基準電位VrayRef1〜VaryRef2の範囲内に収束させるためには、メモリセルアレイ110によって電力を消費させることが有効であり、これを実現するために本実施形態ではダミーのリフレッシュ動作を行っているのである。
That is, the internal power
リフレッシュ動作を行うと、センス回路121内の多数のセンスアンプが活性化されるため、比較的大きな電流が流れ、内部電圧Varyのレベルが低下する。これによりドライバトランジスタM0がオンすることから、内部電圧Varyが基準電位VrayRef2よりも低い場合であっても、内部電圧Varyは速やかに基準電位VrayRef2以上に高められる。一方、リフレッシュ動作前において内部電圧Varyが基準電位VrayRef1よりも高ければ、内部電圧Varyのレベル低下(電力消費)により、内部電圧Varyは速やかに基準電位VrayRef1以下に低下させられる。
When the refresh operation is performed, a large number of sense amplifiers in the
このように、本実施形態では、内部電圧Varyのレベルが低すぎる場合も高すぎる場合も、ダミーのリフレッシュ動作を行うことによって、内部電圧Varyのレベルを所望の範囲内に速やかに収束させることができる。 As described above, in this embodiment, the level of the internal voltage Vary can be quickly converged within a desired range by performing a dummy refresh operation regardless of whether the level of the internal voltage Vary is too low or too high. it can.
図10は、センス回路121の一部を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a part of the
図10に示すように、センス回路121に含まれるセンスアンプSAは、インバータが循環接続されたフリップフロップ構成を有しており、一対の入出力ノードc1,c2がそれぞれビット線対BT,BNの一方及び他方に接続されている。センスアンプSAの高位側電源ノードd1は高位側電源配線SAPに接続され、低位側電源ノードd2は低位側電源配線SANに接続されている。これら高位側電源配線SAP及び低位側電源配線SANには、センスアンプSAの活性化時においてそれぞれ内部電圧Vary及びVSSが与えられる。一方、イコライズ信号SAEQがハイレベルとなるセンスアンプSAの非活性化時においては、イコライズ回路EQによって高位側電源配線SAP及び低位側電源配線SANがいずれも中間電位VBLPにイコライズされる。中間電位VBLPは、内部電圧VaryとVSSとの中間の電位である。
As shown in FIG. 10, the sense amplifier SA included in the
センスアンプSAの入出力ノードc1,c2は、カラム選択信号YSW0が活性化するとカラムスイッチYSを介してデータラインDT,DNに接続される。したがって、ライト動作時においてセンスアンプSAにライトデータとは逆のデータがラッチされている場合、データラインDT,DNを駆動するドライバによって、センスアンプSAを強制的に反転させなければならない。例えば、トランジスタM12,M13がオンし、ビット線BTにハイレベル、ビット線BNにローレベルを書き込むケースを想定すると、カラム選択信号YSW0が活性化する直前においてセンスアンプSA内のトランジスタM10,M11がオンしており、これによりBT=L,BN=Hがラッチされていた場合、トランジスタM13によってビット線BNをローレベルに駆動しなければならないが、内部電圧Varyが高すぎる場合、センスアンプSAに含まれるトランジスタM10による駆動能力が設計値よりも強くなる結果、センスアンプSAが反転しないおそれが生じる。 The input / output nodes c1 and c2 of the sense amplifier SA are connected to the data lines DT and DN via the column switch YS when the column selection signal YSW0 is activated. Therefore, when data opposite to the write data is latched in the sense amplifier SA during the write operation, the sense amplifier SA must be forcibly inverted by the driver that drives the data lines DT and DN. For example, assuming that the transistors M12 and M13 are turned on and the high level is written to the bit line BT and the low level is written to the bit line BN, the transistors M10 and M11 in the sense amplifier SA immediately before the column selection signal YSW0 is activated. When BT = L and BN = H are latched by this, the bit line BN must be driven to a low level by the transistor M13. However, if the internal voltage Vary is too high, the sense amplifier SA As a result of the driving capability of the included transistor M10 becoming stronger than the design value, the sense amplifier SA may not be inverted.
図11はこれを説明するための波形図であり、内部電圧Varyが適性範囲であれば破線で示すようにビット線BT,BNのレベルを反転させることができるが、内部電圧Varyが高すぎる場合、実線で示すようにビット線BT,BNのレベルを反転させることができなくなってしまう。 FIG. 11 is a waveform diagram for explaining this. When the internal voltage Vary is in an appropriate range, the levels of the bit lines BT and BN can be inverted as indicated by a broken line, but the internal voltage Vary is too high. As shown by the solid line, the levels of the bit lines BT and BN cannot be inverted.
このような問題は、既に説明したように、ダミーのリフレッシュ動作を実行することによって電力消費させ、これによって内部電圧Varyのレベルを適性レベルまで低下させることで解消される。 As described above, such a problem is solved by performing power consumption by executing a dummy refresh operation and thereby reducing the level of the internal voltage Vary to a proper level.
図12は、変形例による自動リフレッシュコマンド発生回路200aの回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram of an automatic refresh
図12に示す自動リフレッシュコマンド発生回路200aは、電位検出信号Vdetectがセットリセット回路210ではなく、ANDゲート回路240aに入力されている点において、図7に示した自動リフレッシュコマンド発生回路200と相違している。これに伴い、NANDゲート回路214がインバータ214aに置き換えられ、2入力のANDゲート回路240が3入力のANDゲート回路240aに置き換えられている。その他の点については図7に示した自動リフレッシュコマンド発生回路200と同じであることから、同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
The automatic refresh
本例による自動リフレッシュコマンド発生回路200aを用いた場合も、上記実施形態とほぼ同じ動作を実現することができる。
Even when the automatic refresh
以上、電位検出信号Vdetectの検出対象を内部電圧Varyとした場合を例に説明したが、本発明において、電位検出信号Vdetectの検出対象がこれに限定されるものではない。例えば、消費電力の大きなロウデコーダ120によって駆動されるワード線WLの選択電圧VPPを検出対象としても構わない。この場合、図13に示すように、選択電圧VPPが適性範囲であれば破線で示すように時刻t11でワード線がリセットされるため、センスアンプSAによって増幅されたビット線BT,BNのレベルがメモリセルに書き込まれる。これに対し、選択電圧VPPが高すぎる場合、実線で示すようにワード線がリセットされる時間が時刻t12までずれ込むため、メモリセルのセルトランジスタCT(図10参照)が完全にオフする前にプリチャージ動作が開始されるおそれが生じる。この場合には、メモリセルに正しいレベルを書き込むことができなくなってしまう。このような問題についても、既に説明したダミーアクセスを行うことにより、選択電圧VPPのレベルを適性レベルまで低下させることで解消される。また、消費電力の大きな図10に開示されるイコライズ信号SAEQの生成回路に内部電源を供給する電源を検出対照としても良い。更に、これらの少なくとも組み合わせを用いても良い。
The case where the detection target of the potential detection signal Vdetect is the internal voltage Vary has been described above as an example. However, in the present invention, the detection target of the potential detection signal Vdetect is not limited to this. For example, the selection voltage VPP of the word line WL driven by the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
本願の技術思想は、ダミーアクセスである限りダミーのリフレッシュ動作に限られず、ダミーのリード動作やダミーのライト動作のように、負荷回路をAC的に動作させる各種の動作に置き換えることが可能である。更に、図面で開示した各回路ブロック内の回路形式、その他の制御信号を生成する回路は、実施例が開示する回路形式限られない。 The technical idea of the present application is not limited to the dummy refresh operation as long as it is a dummy access, but can be replaced with various operations that operate the load circuit in an AC manner, such as a dummy read operation and a dummy write operation. . Furthermore, the circuit format in each circuit block disclosed in the drawings and other circuits for generating control signals are not limited to the circuit format disclosed in the embodiments.
本発明の半導体装置の技術思想は、様々な半導体装置に適用することができる。例えば、CPU(Central Processing Unit)、MCU(Micro Control Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ASSP(Application Specific Standard Circuit)、メモリ(Memory)等の半導体装置全般に、本発明を適用することができる。このような本発明が適用された半導体装置の製品形態としては、例えば、SOC(システムオンチップ)、MCP(マルチチップパッケージ)やPOP(パッケージオンパッケージ)などが挙げられる。これらの任意の製品形態、パッケージ形態を有する半導体装置に対して本発明を適用することができる。 The technical idea of the semiconductor device of the present invention can be applied to various semiconductor devices. For example, in general semiconductor devices such as CPU (Central Processing Unit), MCU (Micro Control Unit), DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ASSP (Application Specific Standard Circuit), and memory (Memory), The present invention can be applied. Examples of the product form of the semiconductor device to which the present invention is applied include SOC (system on chip), MCP (multichip package), POP (package on package), and the like. The present invention can be applied to a semiconductor device having any of these product forms and package forms.
また、トランジスタとして電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor; FET)を用いる場合、MOS(Metal Oxide Semiconductor)以外にもMIS(Metal-Insulator Semiconductor)、TFT(Thin Film Transistor)等の様々なFETに適用できる。更に、装置内に一部のバイポーラ型トランジスタを有しても良い。 Further, when a field effect transistor (FET) is used as a transistor, it can be applied to various FETs such as MIS (Metal-Insulator Semiconductor) and TFT (Thin Film Transistor) in addition to MOS (Metal Oxide Semiconductor). Furthermore, some bipolar transistors may be included in the device.
更に、PMOSトランジスタ(P型チャネルMOSトランジスタ)は、第2導電型のトランジスタ、NMOSトランジスタ(N型チャネルMOSトランジスタ)は、第1導電型のトランジスタの代表例である。 Further, the PMOS transistor (P-type channel MOS transistor) is a second conductivity type transistor, and the NMOS transistor (N-type channel MOS transistor) is a typical example of the first conductivity type transistor.
また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
10 内部回路
12 メモリセルアレイ
14 アクセス制御回路
20 内部電源生成回路
22 電源端子
24 内部電位検出回路
26 ダミーアクセス制御回路
28 リセットコマンド発生回路
30 コマンド端子
100 半導体装置
110 メモリセルアレイ
120 ロウデコーダ
121 センス回路
122 カラムデコーダ
123 データ入出力回路
130 マルチプレクサ
131 ロウアドレスコントロール回路
132 ロウコントロール回路
133 アドレス入力回路
134 カラムアドレスコントロール回路
135 カラムコントロール回路
140 コマンド入力回路
141 アクティブコマンド発生回路
142 カラムコマンド発生回路
143 リフレッシュコマンド発生回路
144 セルフリフレッシュコマンド発生回路
145 オシレータ
146 リセットコマンド発生回路
150 リフレッシュアドレスカウンタ
161 パワーオンリセット回路
162 内部電源生成回路
163 基準電位生成回路
164 内部電位検出回路
200 自動リフレッシュコマンド発生回路
210 セットリセット回路
220 カウンタ回路
DESCRIPTION OF
Claims (17)
外部電源端子から供給される外部電圧から内部電圧を生成し、前記内部回路に前記内部電圧を供給する内部電源生成回路と、
前記内部電圧が所望の電位であるか否かを検出する内部電位検出回路と、
外部から供給されるリセット信号によって、前記第1の回路のリセットを実行する第2の回路と、
前記リセット信号が供給され、且つ前記内部電圧が前記所望の電位ではないと前記内部電位検出回路が判定した場合、前記第1の回路のリセット後に前記第1の回路を起動する第3の回路と、を有する半導体装置。 An internal circuit including a first circuit;
An internal power generation circuit that generates an internal voltage from an external voltage supplied from an external power supply terminal and supplies the internal voltage to the internal circuit;
An internal potential detection circuit for detecting whether or not the internal voltage is a desired potential;
A second circuit that resets the first circuit by a reset signal supplied from the outside;
A third circuit that activates the first circuit after the reset of the first circuit, when the reset signal is supplied and the internal potential detection circuit determines that the internal voltage is not the desired potential; And a semiconductor device.
前記内部回路は、前記第1の回路の消費電力よりも消費電力が大きな第4の回路を含む、請求項1に記載の半導体装置。 The operation of the internal circuit is controlled by the first circuit,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the internal circuit includes a fourth circuit whose power consumption is larger than that of the first circuit.
前記第3の回路は、前記カウンタ回路が所定回数カウントするまで前記第1の回路を繰り返し起動する、請求項3に記載の半導体装置。 The counter circuit counts the number of times the first circuit is activated in response to the one reset signal;
The semiconductor device according to claim 3, wherein the third circuit repeatedly activates the first circuit until the counter circuit counts a predetermined number of times.
前記第3の回路は、更に、セット端子及びリセット端子を有するセットリセット回路を含み、
前記セット端子に前記リセット信号が接続され、前記リセット端子に前記パワーオンリセット回路の出力信号が供給される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置。 Furthermore, a power-on reset circuit that detects the input of an external power supply voltage supplied from the outside to the internal power generation circuit,
The third circuit further includes a set reset circuit having a set terminal and a reset terminal,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the reset signal is connected to the set terminal, and an output signal of the power-on reset circuit is supplied to the reset terminal.
前記第1の回路は、前記メモリセルアレイへのアクセスを行うアクセス制御回路を含む、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The internal circuit includes a memory cell array whose operation is controlled by the first circuit and which consumes more power than the first circuit,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the first circuit includes an access control circuit that accesses the memory cell array.
前記第3の回路は、少なくとも前記ロウデコーダを起動する、請求項6に記載の半導体装置。 The access control circuit includes a row decoder for selecting a word line included in the memory cell array,
The semiconductor device according to claim 6, wherein the third circuit activates at least the row decoder.
前記第3の回路は、少なくとも前記ロウデコーダ及び前記センス回路を起動することによって、前記メモリセルアレイに含まれるメモリセルをリフレッシュする、請求項7に記載の半導体装置。 The access control circuit further includes a sense circuit for driving a bit line included in the memory cell array,
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the third circuit refreshes memory cells included in the memory cell array by activating at least the row decoder and the sense circuit.
前記メモリセルアレイに対してアクセス動作を行うアクセス制御回路と、
外部電源端子から供給される外部電圧から内部電圧を生成し、前記メモリセルアレイに前記内部電圧を供給する内部電源生成回路と、
前記メモリセルアレイに供給される前記内部電圧が所望の範囲外にあり、且つ外部から供給される第1のリセット信号が変化したことに応答して、前記アクセス制御回路を活性化させることにより前記メモリセルアレイをアクセスさせるダミーアクセス制御回路と、を備えることを特徴とする半導体装置。 A memory cell array including a plurality of memory cells;
An access control circuit for performing an access operation on the memory cell array;
An internal power generation circuit that generates an internal voltage from an external voltage supplied from an external power supply terminal and supplies the internal voltage to the memory cell array;
The memory is activated by activating the access control circuit in response to the internal voltage supplied to the memory cell array being outside a desired range and a first reset signal supplied from the outside being changed. And a dummy access control circuit for accessing the cell array.
前記パワーオンリセット回路は、前記第2のリセット信号を生成する、ことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 In addition, a power-on reset circuit that detects the input of an external power supply voltage supplied from the outside,
The semiconductor device according to claim 12, wherein the power-on reset circuit generates the second reset signal.
前記第2のリセット信号が活性化したことに応答してリセットされ、且つ、
前記内部電圧が所望の範囲外にあり、且つ前記第1のリセット信号が活性化したことに応答してセットされる、ことを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置。 The dummy access control circuit is:
Reset in response to activation of the second reset signal; and
14. The semiconductor device according to claim 12, wherein the semiconductor device is set in response to the internal voltage being outside a desired range and the first reset signal being activated.
前記内部電圧が所望の電位でなく、且つ外部からリセット信号が供給されたことに応答して、アクセス信号を活性化させる工程と、
前記アクセス信号に応答して前記メモリセルアレイをアクセスする工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の制御方法。 Generating an internal voltage from an external voltage supplied from the outside and supplying the internal voltage to the memory cell array;
Activating the access signal in response to the internal voltage not being a desired potential and a reset signal supplied from the outside;
And a step of accessing the memory cell array in response to the access signal.
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US9455018B2 (en) | 2014-11-14 | 2016-09-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device including power-up control circuit, and memory system having the same |
-
2010
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