JP2013218767A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。特に、データ記憶部と、データ記憶部に記憶するデータの入出力回路と、データ記憶部と入出力回路との間を接続するデータバスと、を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device including a data storage unit, an input / output circuit for data stored in the data storage unit, and a data bus connecting the data storage unit and the input / output circuit.
DRAMやフラッシュメモリなどのメモリを内蔵する半導体装置では、半導体装置の微細加工技術や回路技術の進歩によりギガビットオーダーの大規模な容量のメモリを内蔵するものが現れている。さらに、半導体装置を利用するシステムの高速化に伴い、メモリとメモリに対してリードライトデータの入出力を行うデータ入出力部との間のデータバスを高速にデータ転送可能とする必要性が出てきている。 Some semiconductor devices incorporating memories such as DRAMs and flash memories have built-in large-capacity memories on the order of gigabits due to advances in microfabrication technology and circuit technology of semiconductor devices. Furthermore, as the speed of systems using semiconductor devices increases, it becomes necessary to enable high-speed data transfer between the memory and the data input / output unit that inputs and outputs read / write data to and from the memory. It is coming.
また、半導体装置に内蔵するメモリの容量やビット数、バンクの数は様々であり、そのレイアウト配置も様々である。さらに、メモリとの間でリードライトデータを入出力するデータ入出力端子の数や配置も仕様により様々である。 Further, the capacity, the number of bits, and the number of banks of the memory built in the semiconductor device are various, and the layout arrangement is also various. Further, the number and arrangement of data input / output terminals for inputting / outputting read / write data to / from the memory vary depending on the specifications.
たとえば、内部の記憶容量が4Gビットに及ぶDRAMもすでに量産されようとしている。また、外部との間のデータの入出力に関してもDDRSDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM)では、クロックと立ち上がりと立ち下がりの両方に同期してリードライトデータを外部と転送することにより、システム的に高速なデータ転送を可能にしており、その転送レートも1Gbpsを上回るような転送レートでリードライトデータを入出力することが可能である製品も現れて来ている。 For example, DRAMs having an internal storage capacity of 4 Gbits are already being mass-produced. As for data input / output to / from the outside, DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM) transfers the read / write data to the outside in synchronism with both the clock and the rising and falling edges, thereby increasing the system speed. There are also products that can read and write data at a transfer rate such that the data transfer is possible and the transfer rate exceeds 1 Gbps.
さらに、用途によっては、メモリのビット数も32ビット以上にも及ぶ場合があり、メモリのビット数に合わせて同じ数のデータ入出力端子(DQ端子)から並列に入出力するような製品が必要となる場合もある。そのような製品では、多ビットのリードライトデータを同時に並列にデータ入出力端子(DQ端子)から入出力すると共に、大容量のメモリアレイとの間で高速にデータ転送を行う必要がある。 Furthermore, depending on the application, the number of bits of the memory may be as large as 32 bits or more, and products that input / output in parallel from the same number of data input / output terminals (DQ terminals) according to the number of bits of the memory are required. It may become. In such a product, it is necessary to simultaneously input / output multi-bit read / write data from a data input / output terminal (DQ terminal) in parallel and to perform high-speed data transfer with a large-capacity memory array.
なお、特許文献1には、周辺部に一列にパッドを設けた半導体チップを搭載した半導体装置が記載されている。
Note that
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。メモリアレイと外部入出力部との間はデータバスによって接続される。半導体装置の内部において、データバスを高速にデータ転送可能とすることが求められている。 The following analysis is given by the present invention. The memory array and the external input / output unit are connected by a data bus. There is a demand for data transfer on a data bus at high speed inside a semiconductor device.
本発明の第1の視点によれば、データバスと、前記データバスに接続され、前記データバスを伝送するデータの入出力を行うデータ入出力部と、夫々前記データバスに接続され、前記データ入出力部との間で前記データバスを介してデータの入出力を行う複数のバスインターフェース部と、を備え、前記複数のバスインターフェース部から前記データ入出力部までの前記データバスの配線長が夫々互いに等しくなるように配置配線されている半導体装置が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a data bus, a data input / output unit that is connected to the data bus and performs input / output of data transmitted through the data bus, and the data bus are connected to the data bus. A plurality of bus interface units for inputting / outputting data to / from the input / output unit via the data bus, and the wiring length of the data bus from the plurality of bus interface units to the data input / output unit is Semiconductor devices that are arranged and wired so as to be equal to each other are provided.
本発明の第2の視点によれば、第1のデータバスと、前記第1のデータバスに第1の接続点により接続された第2のデータバスと、前記第2のデータバスに接続され前記第2のデータバスを伝送するデータの入出力を行うデータ入出力部と、夫々前記第1のデータバスに接続され、前記データ入出力部との間で前記第1及び第2のデータバスを介してデータの入出力を行う3個以上のバスインターフェース部と、を備え、前記第1の接続点が、前記第1のデータバスに接続された前記3個以上のバスインターフェース部のうち、第1のデータバスの両端に接続された前記バスインターフェース部からの配線長が等しくなる位置に設けられている半導体装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, the first data bus, the second data bus connected to the first data bus by a first connection point, and the second data bus are connected. A data input / output unit for inputting / outputting data transmitted through the second data bus, and the first and second data buses connected to the first data bus and connected to the data input / output unit, respectively. Three or more bus interface units for inputting / outputting data via the first data bus, wherein the first connection point is among the three or more bus interface units connected to the first data bus, A semiconductor device is provided in which the wiring lengths from the bus interface units connected to both ends of the first data bus are equal.
本発明の第3の視点によれば、複数のデータ入出力部と、前記複数のデータ入出力部に夫々対応して設けられた複数の第1及び第2のバスインターフェース部と、前記複数のデータ入出力部と、前記複数の第1及び第2のバスインターフェース部とを並列に接続する複数ビットのデータバスと、を備え、前記データバスが、前記複数の第1のバスインターフェース部と前記複数の第2のバスインターフェース部とを接続する第1のデータバスと、前記第1のデータバスと前記複数のデータ入出力部とを接続する第2のデータバスと、
を備え、前記データバスの各ビットが、前記第1のデータバスにおいて、前記第1のバスインターフェース部からの配線長と前記第2のバスインターフェース部からの配線長が互いに等しくなる位置で前記第2のデータバスの対応するビットに接続されている半導体装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of data input / output units, a plurality of first and second bus interface units provided corresponding to the plurality of data input / output units, respectively, A data input / output unit and a plurality of bit data buses connecting the plurality of first and second bus interface units in parallel, and the data bus includes the plurality of first bus interface units and the plurality of first bus interface units. A first data bus connecting a plurality of second bus interface units; a second data bus connecting the first data bus and the plurality of data input / output units;
Each bit of the data bus at the position where the wiring length from the first bus interface unit and the wiring length from the second bus interface unit are equal to each other in the first data bus. A semiconductor device connected to the corresponding bit of the two data buses is provided.
本発明の各視点によれば、半導体装置内のデータバスにおいて、遠近端差の少ない高速なデータ転送が可能になる。特に各バスインターフェース部がそれぞれバンクやアドレスの異なるメモリアレイに接続される場合に、入出力部からデータバスを介してリードライトアクセスを行うときに、各メモリアレイのデータバスに接続される位置に依存することなく、高速なデータ転送が可能になる。 According to each aspect of the present invention, it is possible to perform high-speed data transfer with little difference between the far and near ends on a data bus in a semiconductor device. In particular, when each bus interface unit is connected to a memory array having a different bank or address, when performing read / write access from the input / output unit via the data bus, the bus interface unit is connected to the data bus of each memory array. High-speed data transfer is possible without depending on it.
本発明の実施形態の概要について説明する。図1(d)のデータ入出力領域の基本的な概略配置配線図に示すように、複数のバスインターフェース部(たとえば、25−1と25−9)とデータ入出力部(たとえば、28−5)とを接続するデータバス(26−1、26−2、26−5)について、複数のバスインターフェース部からデータ入出力部までのデータバスの配線長が夫々互いに等しくなるように配置配線されている。 An outline of an embodiment of the present invention will be described. As shown in the basic schematic layout wiring diagram of the data input / output area in FIG. 1D, a plurality of bus interface units (for example, 25-1 and 25-9) and a data input / output unit (for example, 28-5). Are connected and wired so that the wiring lengths of the data buses from the plurality of bus interface units to the data input / output unit are equal to each other. Yes.
したがって、バスインターフェース部やデータ入出力部のデータバスに対する配置位置に係わらず、データバスの遠近端差を抑制することができ、データバスを高速にデータ転送することができる。 Therefore, regardless of the arrangement position of the bus interface unit and the data input / output unit with respect to the data bus, it is possible to suppress the difference between the far end and the far end of the data bus, and to transfer data at a high speed.
好ましくは、第1のバスインターフェース部(たとえば、25−1)から第1の接続点(A)までの第1のデータバス(26−1)の配線長と、第2のバスインターフェース部(25−9)から第1の接続点(A)までの第1のデータバスの配線長(26−2)と、が互いに等しくなるように第1の接続点(A)が設けられている。第1の接続点(A)からデータ入出力部(28−5)までの第2のデータバス(26−5)は共通である。従って、配線長を等しくすることができる。 Preferably, the wiring length of the first data bus (26-1) from the first bus interface unit (for example, 25-1) to the first connection point (A), and the second bus interface unit (25 The first connection point (A) is provided so that the wiring length (26-2) of the first data bus from -9) to the first connection point (A) is equal to each other. The second data bus (26-5) from the first connection point (A) to the data input / output unit (28-5) is common. Therefore, the wiring length can be made equal.
さらに好ましくは、図3(a)に一例を示すように、データ入出力部(23−1と24−1)のうち、データバスのインターフェースを行う入出力部側バスインターフェース部(24−1)を第1の接続点(C)の近傍に配置する。データバスの配線長を短くすると共に、図7(c)に示すようにデータ入出力部制御信号(71)の配線長についても短くし、スキューを小さくすることにより高速なデータバス転送が可能になる。 More preferably, as shown in FIG. 3A, of the data input / output units (23-1 and 24-1), the input / output unit side bus interface unit (24-1) that interfaces the data bus. Is arranged in the vicinity of the first connection point (C). The wiring length of the data bus is shortened, and the wiring length of the data input / output unit control signal (71) is also shortened as shown in FIG. 7C to reduce the skew, thereby enabling high-speed data bus transfer. Become.
同一のデータ入出力部に接続されるバスインターフェース部が3個以上ある場合も、図12(a)に示すようにトーナメント方式に接続すれば、3個以上のバスインターフェース部からデータ入出力部までのデータバスの配線長を等しくできる。また、図12(b)に示すように、データバスの両端に接続されるバスインターフェース部からの配線長が等しくなるようにデータ入出力部を接続することにより、データバスの配線面積を抑えたうえ、最遠端に接続されるバスインターフェース部からのデータバスの配線長を最小限に抑え、遠近端差の少ない高速なデータ転送が可能になる。 Even when there are three or more bus interface units connected to the same data input / output unit, if they are connected to the tournament system as shown in FIG. 12A, from three or more bus interface units to the data input / output unit The data bus wiring length can be made equal. Further, as shown in FIG. 12B, the wiring area of the data bus is suppressed by connecting the data input / output units so that the wiring lengths from the bus interface units connected to both ends of the data bus are equal. In addition, the data bus wiring length from the bus interface unit connected to the farthest end is minimized, and high-speed data transfer with little difference between the far and far ends becomes possible.
なお、この概要で引用した図面や、付記した図面参照符号は専ら理解を助けるための例示であり、図示の態様に限定することを意図するものではない。 It should be noted that the drawings quoted in this summary and the attached drawing reference numerals are merely examples for assisting understanding, and are not intended to be limited to the illustrated embodiments.
概要の説明に続いて、実施形態について、より具体的に図面を参照して説明する。 Following the outline description, the embodiment will be described more specifically with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図2は第1の実施形態による半導体装置1全体のブロック図である。半導体装置1は、DDRSDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM)である。図2において、10はメモリアレイ、11はロウアドレスをデコードし選択されたワード線を駆動するロウデコーダ、12はメモリアレイの中から選択したメモリセルのデータをセンシングするセンスアンプ、13はセンスアンプがセンシングした複数のデータのうちカラムアドレスに基づいて選択したデータをメモリアレイの外へ出力するカラムセレクタである。半導体装置1には、Bank0〜Bank3の4つのメモリアレイ10が設けられており、ロウデコーダ11、センスアンプ12、カラムセレクタ13もメモリアレイ毎に設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram of the
また、リードライトアンプ31は、隣接して配置された2つのメモリアレイ10毎に設けられる。リードライトアンプ31とカラムセレクタ13との間はたとえばI/O線等の配線35により相互に接続される。各メモリアレイ10に対するデータライト時には、リードライトアンプ31から配線35、カラムセレクタ13、センスアンプ12を介してライトデータがメモリアレイ10に書き込まれる。また、各メモリアレイからのデータリード時には、センスアンプ12により増幅されたメモリアレイ10のデータがカラムセレクタ13と配線35を介してリードライトアンプ31に入力される。
Further, the read /
リードライトアンプ31は、メモリアレイ領域内バス等の配線27を介してアレイインターフェース部(アレイ側バスインターフェース部)25と接続されている。なお、メモリアレイ10、ロウデコーダ11、センスアンプ12、カラムセレクタ13、リードライトアンプ31は、メモリアレイ領域42に配置される回路ブロックであり、メモリ容量、ビット数等により標準化されている。
The read /
アレイインターフェース部25は、メモリアレイ領域42の外側の境界に配置され、メモリアレイ領域42に配置されたメモリとデータバス26とを接続し、メモリとデータバス26との間でリードライトデータをインターフェースする機能を有している。データバス26は、さらにデータ入出力部28に接続され、データ入出力部28はさらに、外部データ入出力端子22であるDQ−PADに接続される。データ入出力部28は、データバス26に直接接続される回路を含み、データバス26に入出力するデータのインターフェースを行う入出力部側バスインターフェース部24と、外部入出力バッファ23と、を備えている。外部入出力バッファ23は、外部データ入出力端子22からメモリに対するライトデータを入力する入力バッファと、メモリからのリードデータを出力する出力バッファと、を含んでいる。
The
外部入出力バッファ23は、DQS端子から入出力されるデータストローブ信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの両方に同期して外部データ入出力端子(DQ端子)22からデータの入出力を行う。データライトの場合、DQS端子は、データスローブ信号の入力端子となり、外部から送られて来るライトデータについて、DQS端子から入力するデータストローブ信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方に同期してデータを取り込む。一方、データリードの場合は、DQS端子はデータストローブ信号の出力端子となり、DQS端子から出力するデータストローブ信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに同期してリードデータを外部データ入出力端子(DQ端子)22から出力する。なお、外部データ入出力端子(DQ端子)22の数は、半導体装置1の外部から並列にデータの入出力を行うビット数に応じて決められる。また、データ入出力部28は、外部データ入出力端子(DQ端子)22にそれぞれ対応して、外部データ入出力端子(DQ端子)22の数と同じだけの数が設けられる。
The external input /
クロック生成器20は、外部から与えられる正転クロック信号CK、反転クロック信号/CK、クロックイネーブル信号CKEから内部動作クロックを生成する。コマンドデコーダ14は、外部から与えられたチップセレクト信号/CS、ロウアドレスストローブ信号/RAS、カラムアドレスストローブ信号/CAS、ライトイネーブル信号/WEをデコードして外部のメモリコントローラ等から半導体装置1に与えられたリード、ライト等のコマンドを解読する。コントロールロジック15は、コマンドデコーダ14が解読したコマンド、モードレジスタ17の状態に基づいて、クロック生成器20から与えられたクロックに同期して半導体装置1の各部へコマンドを実行するために必要な信号を出力する。モードレジスタ17、カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ16、ロウアドレスバッファ18には、それぞれ外部アドレス入力端子A0〜A13、バンクアドレス入力端子BA0、BA1が内部アドレスバスを介して接続される。モードレジスタ17は、モードレジスタ設定コマンドが与えられたとき、内部アドレスバスから与えられたデータをレジスタに設定する。ロウアドレスバッファ18は、バンクアクティブACTコマンドが与えられたとき、ロウアドレスをラッチしロウデコーダ11へ出力する。カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ16は、リードコマンド、ライトコマンドが与えられたとき、カラムアドレスをラッチし、デコードしてカラムセレクタ13を選択する。また、バーストリード、バーストライトコマンドが与えられたときは、指定されたバースト長に基づいてカラムアドレスをカウントする。リフレッシュカウンタ回路19は、リフレッシュアドレスのカウントアップを行う。
The
DLL21は、外部クロック端子CK、/CKから与えられた外部クロック信号に基づいて、外部クロック信号と位相の揃ったクロック信号を生成し、外部I/O端子22からのデータ入出力のタイミングを制御する。なお、半導体装置1が低消費電力用の用途であり、データ入出力のタイミング精度より低消費電力を優先する場合には、DLL21は必ずしも設ける必要はない。
The
次に、図1を用いて第1の実施形態による半導体装置1について、半導体チップ内の配置を説明する。図1(a)は、半導体チップ全体の概略配置図である。図面上でY軸方向のチップの両端にパッド81と82が設けられている。パッド81が設けられている側は、アドレス制御回路領域41であり、ロウアドレスバッファ18、カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ16(図2参照)などのアドレスを制御する回路などが配置される。また、パッド82が設けられている側は、データ入出力領域43であり、アレイ側バスインターフェース部(アレイインターフェース部)25、データバス26、データ入出力部28が配置される。
Next, the arrangement in the semiconductor chip of the
また、アドレス制御回路領域41とデータ入出力領域43との間は、4バンクのメモリアレイ領域42が配置されている。半導体チップのX軸方向の中央に設けられた制御配線領域83を間に挟んで、Y軸方向にバンク0、バンク2のメモリアレイ領域42とバンク1、バンク3のメモリアレイ領域42がそれぞれ2バンクずつ並べて配置されている。Y軸方向に並べて配置されたバンク0とバンク2のメモリアレイ領域42の間には、リードライトアンプ31が配置され、バンク0のメモリアレイ領域42とバンク2のメモリアレイ領域42とで共用している。また、リードライトアンプ31とバンク0、バンク2のメモリアレイ領域42との間にはそれぞれYデコーダ(カラムデコーダ)44が設けられている。同様に、バンク1とバンク3のメモリアレイ領域42との間にはリードライトアンプ31とYデコーダ44が設けられている。
A 4-bank
図1(b)は、バンク1のメモリアレイ領域42の拡大図である。図1(b)に示すように、メモリアレイ領域42には、多数のメモリセルアレイ45がマトリクス状に配置されている。図1(b)はバンク1のメモリアレイ領域42の内部を示すが、他のバンクのメモリアレイ領域42もバンク1と同様な構成である。
FIG. 1B is an enlarged view of the
図1(c)は、一つのメモリセルアレイ45の拡大図である。メモリセルアレイ45の内部には、多数のメモリセル85がマトリクス状に配置されている。また、メモリセルアレイ45のX軸方向の端には、サブワードドライバーSWDが設けられ、サブワードドライバーSWDからX軸方向のメモリセル85へサブワード線(図示せず)が延びている。Y軸方向の端には、センスアンプ12が設けられ、メモリセル85とセンスアンプ12とを入出力配線(ビット線)46が接続している。さらに、センスアンプ12とサブワードドライバーSWDとの境界には、メモリセルアレイ45を制御する制御回路SWCが設けられている。
FIG. 1C is an enlarged view of one
図1(d)は、データ入出力領域43の基本的な概略配置配線図である。データ入出力領域43のメモリアレイ領域42との境界には、メモリアレイ領域42に配置されたメモリアレイからリードライトアンプ31を介して読みだしたデータを受け付け、メモリアレイ領域42に配置されたメモリアレイに対してリードライトアンプ31を介して書き込むデータを出力するアレイ側バスインターフェース部(アレイインターフェース部)25−1〜25−16が設けられている。アレイ側バスインターフェース部(アレイインターフェース部)25−1〜25−8はバンク0、2のメモリアレイ領域42に対応して設けられ、アレイ側バスインターフェース部(アレイインターフェース部)25−9〜25−16はバンク1、3のメモリアレイ領域42に対応して設けられている。
FIG. 1D is a basic schematic layout wiring diagram of the data input /
データ入出力領域43には、さらにデータ入出力部28−1〜28−8が配置され、アレイ側バスインターフェース部25−1〜25−16とはデータバス領域47に設けられたデータバス26によって接続されている。図1(d)には、データバス26の多数の配線のうち、アレイ側バスインターフェース部25−8及び25−16をデータ入出力部28−1に接続するデータバス26−3、26−4、26−6と、アレイ側バスインターフェース部25−1及び25−9をデータ入出力部28−5に接続するデータバス26−3、26−4、26−6のみを図示している。
The data input /
なお、図1(d)では、たとえば、アレイ側バスインターフェース部25−8及び25−16をデータ入出力部28−1に接続するデータバス26−3、26−4、26−6について1本の配線であるかのように記載している。しかし、データ入出力部28は外部データ入出力端子(DQ−PAD)22との間でクロックと立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに同期して高速にデータの入出力を行う。このため、データバス26−3、26−4、26−6はそれぞれ2〜8本程度の並列配線としてデータバス26を並列化することにより、データバス26の転送速度に余裕を持たせてもよい。
In FIG. 1D, for example, one data bus 26-3, 26-4, 26-6 connecting the array side bus interface units 25-8 and 25-16 to the data input / output unit 28-1. It is described as if the wiring. However, the data input /
各データ入出力部28−1〜28−8は、それぞれ外部データ入出力端子(DQ−PAD)22に接続されている。すなわち、メモリアレイ領域42に配置されたメモリアレイは、アレイ側バスインターフェース部25とデータバス26とデータ入出力部28を介して外部データ入出力端子(DQ−PAD)22と接続されており、半導体装置1外部へと接続されるDQ−PADからメモリアレイ領域42のメモリアレイに対してリードライトデータのアクセスができるようになっている。データ入出力領域43には、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の他に、データ入出力部28の内部に設けられる入出力バッファに電源を供給するI/Oバッファ用VDD電源端子VDDQ−PAD、I/Oバッファ用VSS電源端子VSSQ−PADが設けられている。
Each data input / output unit 28-1 to 28-8 is connected to an external data input / output terminal (DQ-PAD) 22. That is, the memory array arranged in the
上記データバス26の配線において、各データ入出力部28−1〜28−8は、それぞれ、バンク0、2に対応するアレイ側バスインターフェース部25−1〜25−8のいずれかと、バンク1、3に対応するアレイ側バスインターフェース部25−9〜25−16のいずれかとに接続されている。すなわち、各データ入出力部28はそれぞれ2個ずつのアレイ側バスインターフェース部25に接続されている。この各データ入出力部28からそれぞれ2個ずつ接続されたアレイ側バスインターフェース部25へのデータバスの配線において、データ入出力部28から2個のアレイ側バスインターフェース部25へのデータバス26の配線長が互いに等しくなるように配線されている。すなわち、同じデータ入出力部28に接続される複数(図1(d)の例では2個)のアレイ側バスインターフェース部25間を接続する第1のデータバス(幹線)26−1〜26−4と、データ入出力部28に接続される第2のデータバス(支線)26−5、26−6と、を備え、第2のデータバス26−5、26−6は、第1のデータバスにおいて複数のアレイ側バスインターフェース部25からの配線長が等しくなる第1の接続点A、Bで第1のデータバス26−1〜26−4に接続されている。
In the wiring of the
具体的に説明すると、アレイ側バスインターフェース部25−1が接続される第1のデータバス26−1とアレイ側バスインターフェース部25−9が接続される第1のデータバス26−2は、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−9からの配線長が等しくなる接続点Aにおいて、第2のデータバス26−5に接続され、第2のデータバスはデータ入出力部28−5へと接続されている。第1のデータバス26−1と第1のデータバス26−2は互いに配線長が等しく、第2のデータバス26−5は、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−9とで共通のデータバスである。従って、アレイ側バスインターフェース部25−1からデータ入出力部28−5までのデータバスの配線長と、アレイ側バスインターフェース部25−9からデータ入出力部28−5までのデータバスの配線長は互いに等しくなる。 More specifically, the first data bus 26-1 to which the array side bus interface unit 25-1 is connected and the first data bus 26-2 to which the array side bus interface unit 25-9 is connected include an array Are connected to the second data bus 26-5 at the connection point A where the wiring lengths from the side bus interface units 25-1 and 25-9 are equal, and the second data bus is connected to the data input / output unit 28-5. It is connected. The first data bus 26-1 and the first data bus 26-2 have the same wiring length, and the second data bus 26-5 is shared by the array side bus interface units 25-1 and 25-9. Data bus. Accordingly, the wiring length of the data bus from the array side bus interface unit 25-1 to the data input / output unit 28-5 and the wiring length of the data bus from the array side bus interface unit 25-9 to the data input / output unit 28-5. Are equal to each other.
同様に、第1のデータバス26−3と26−4は互いに配線長が等しくなる第1の接続点Bで第2のデータバス26−6に接続されている。従って、アレイ側バスインターフェース部25−8からデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長と、アレイ側バスインターフェース部25−15からデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長は互いに等しくなる。 Similarly, the first data buses 26-3 and 26-4 are connected to the second data bus 26-6 at the first connection point B having the same wiring length. Accordingly, the wiring length of the data bus from the array side bus interface unit 25-8 to the data input / output unit 28-1, and the wiring length of the data bus from the array side bus interface unit 25-15 to the data input / output unit 28-1. Are equal to each other.
アレイ側バスインターフェース部25からの第1のデータバスの配線長が互いに等しくなる第1の接続点で共通の第2のデータバスに接続しているので、データバス全体の配線長が互いに等しくなるように配線できる。従って、データ入出力部28から同じデータ入出力部28に接続される各アレイ側バスインターフェース部25までのデータバスの配線長の差がなくなり、データバスの信号遅延に関して遠近端差をなくすことができる。
Since the wiring lengths of the first data buses from the array-side
なお、アレイ側バスインターフェース部25の配置は、メモリアレイの容量やメモリアレイの数、バンク数、構成などによりその数や位置が決定され、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の配置は、製品の仕様によって決まる。データ入出力部28は各外部データ入出力端子(DQ−PAD)22毎に設けるので、同一のデータ入出力部28に接続される複数のアレイ側バスインターフェース部25の配置や数がどうであろうと、配線長を等しくすることができる。すなわち、複数のアレイ側バスインターフェース部25間を接続する第1のデータバスにおいて、各アレイ側バスインターフェース部25からのデータバス配線長が等しくなる接続点において、対応するデータ入出力部28に接続される第2のデータバスに接続するからである。
The arrangement of the array-side
なお、図1(d)では、同一のデータ入出力部28に接続されるアレイ側バスインターフェース部25の数は2個である場合について説明したが、同一のデータ入出力部28に接続されるアレイ側バスインターフェース部25の数は2個である場合に限られず、3個以上である場合も、データバスをトーナメント式にアレイ側バスインターフェース部25から等配線長となる接続点において、共通のデータバスへ接続していくことを繰り返すことにより、3個以上のアレイ側バスインターフェース部25からデータ入出力部28までの配線長を互いに等しくすることができる。また、同一のデータ入出力部28に接続されるアレイ側バスインターフェース部25の数が3個以上である場合において、データバスの配線面積を優先させる場合は、第1のデータバスに接続される3個以上のアレイ側バスインターフェース部25のうち、X軸方向に延びる第1のデータバスの両端に接続されるアレイ側バスインターフェース部25からの距離が等しくなる接続点で第2のデータバスに接続することにより、最遠端のアレイ側バスインターフェース部25からデータ入出力部28までの配線長をできるだけ短くすることができる。詳しくは、図12を用いて後で説明する。
In FIG. 1 (d), the case where the number of array side
図3(a)に第1の実施形態によるデータ入出力領域のより好ましい概略配置配線図を示す。図3(a)に示すように、Y軸方向にデータ入出力領域に隣接して配置されるメモリアレイ領域42−1、42−2に一番近い端にアレイインターフェース領域51が設けられ、そこにアレイ側バスインターフェース部25が配置される。さらにY軸方向において、アレイインターフェース領域51のメモリアレイ領域42−1、42−2とは反対側には、データバス26を配線するデータバス領域47aが設けられる。図3(a)では、データバス領域47aの一部にデータ入出力部28の回路のうち、データバスに直接接続される回路を含む入出力部側バスインターフェース部24が配置され、第1の接続点Cから入出力部側バスインターフェース部24までのデータバス(第2のデータバス)の配線長を短くしている。
FIG. 3A shows a more preferable schematic layout wiring diagram of the data input / output area according to the first embodiment. As shown in FIG. 3A, an
データバス領域47aを間に挟んでアレイインターフェース領域51のY軸方向の反対側には、データ入出力部配置領域52が設けられる。データ入出力部配置領域52には、データ入出力部28の回路のうち、入出力部側バスインターフェース部24以外のデータバス領域47aには配置されなかった外部入出力バッファ23が配置される。すなわち、図3(a)では、データ入出力部28は、入出力部側バスインターフェース部24と外部入出力バッファ23とに分かれて配置されている。
A data input / output
データ入出力部配置領域52に対してデータバス領域47aのY軸方向の反対側にはパッド領域53が設けられる。パッド領域53には、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22や入出力バッファに電源を供給する電源パッド(PAD)が設けられている。
A
図3(a)において、さらに詳しく見てみると、アレイ側バスインターフェース部25−aは、バンク2が配置されるメモリアレイ領域42−1とバンク0が配置されるメモリアレイ領域(図示せず)に対応して設けられている。同様に、アレイ側バスインターフェース部25−aは、バンク3が配置されるメモリアレイ領域42−2とバンク1が配置されるメモリアレイ領域(図示せず)に対応して設けられている。
3A, the array-side bus interface unit 25-a has a memory array area 42-1 in which the
アレイ側バスインターフェース部25−aと25−bは、共に入出力部側バスインターフェース部24−1にデータバス26により接続されているが、アレイ側バスインターフェース部25−aからの配線長Aaとアレイ側バスインターフェース部25−bからの配線長Baが等しくなる接続点Cで共通の第2のデータバス(支線)に接続されている。さらに、接続点Cの近傍に入出力部側バスインターフェース部24−1が配置されているので、第2のデータバス(支線)の配線長そのものは短い。図3(a)では、一部のアレイ側バスインターフェース部25−a、25−bと一部の入出力部側バスインターフェース部24−1との間のデータバスのみを示しているが、他のアレイ側バスインターフェース部25と図示を省略している入出力部側バスインターフェース部とのデータバスの配線も同様である。
The array side bus interface units 25-a and 25-b are both connected to the input / output unit side bus interface unit 24-1 by the
従って、アレイ側バスインターフェース部25とデータ入出力部28(入出力部側バスインターフェース部24)との間で遠近端差がなく、高速にデータ転送を行うことが可能になる。
Therefore, there is no difference between the far end and the far end between the array side
図3(b)は、比較例によるデータ入出力領域の概略配置配線図である。第1の実施形態の好ましい配置例である図3(a)とほぼ同一部分である箇所については、同一の符号を付し、図3(a)と異なる部分についてのみ説明する。データバス領域147には、データバス26のみ配置し、図3(a)のようにデータ入出力部28の一部の回路は配置していない。すなわち、データ入出力部28はすべてデータ入出力部配置領域152に配置している。また、図3(b)において、アレイ側バスインターフェース部25−aと25−bがデータ入出力部28−1に接続されるが、アレイ側バスインターフェース部25−aからデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長Abと、アレイ側バスインターフェース部25−bからデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長Bbは、配線長Bbの方が配線長Abより長い。すなわち、アレイ側バスインターフェース部25−bからデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長Bbが、アレイ側バスインターフェース部25−aからデータ入出力部28−1までのデータバスの配線長Abより長いので、アレイ側バスインターフェース部25−bとデータ入出力部28−1との間のデータバスの遅延時間が、アレイ側バスインターフェース部25−aとデータ入出力部28−1との間のデータバスの遅延時間に比べて大きくなり遠近端差が生じる。
FIG. 3B is a schematic layout diagram of a data input / output area according to a comparative example. The portions that are substantially the same as those in FIG. 3A, which is a preferred arrangement example of the first embodiment, are denoted by the same reference numerals, and only the portions that are different from FIG. In the
すなわち、比較例と比較して第1の実施形態では、図3(a)のように、同一のデータ入出力部28に接続されるアレイ側バスインターフェース部25の間でデータバスの配線長が等しくなる第1の接続点Cで共通の第2のデータバス(支線)に接続することにより遠近端差をなくすことができる。さらに、第2のデータバス(支線)の配線長が短くなるようにデータ入出力部28の回路のうち、データバスに直接接続される回路を含む入出力部側バスインターフェース部24を第1の接続点Cの近傍に配置することにより、データバス長を短くし、高速なデータ転送を可能にすることができる。
That is, compared with the comparative example, in the first embodiment, as shown in FIG. 3A, the wiring length of the data bus between the array-side
次に、データ入出力部28の回路のうち、データバス26の接続点の近傍に配置する入出力部側バスインターフェース部24と、外部データ入出力端子22の近傍に配置する外部入出力バッファ23の具体的な例について説明する。メモリから読み出しデータを外部に出力するデータ出力部と、メモリに対する書き込みデータを外部から入力するデータ入力部と、に分けて説明する。
Next, in the circuit of the data input /
図4(a)は、第1の実施形態によるデータ出力部の配置の一例を示す図である。まず、データ出力部の回路機能から説明する。「リードデータ選択+データラッチ回路」61は、データバス26を伝送されてくるデータのうち、対応する外部データ入出力端子(DQ−PAD)22から出力するデータを選択してデータをラッチする。リードクロック同期回路62は、「リードデータ選択+データラッチ回路」61にラッチしたデータのうち、リードクロックに同期して外部データ入出力端子(DQ−PAD)22から直列に出力するデータを選択して出力する。「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63は、出力ドライバー64のスルーレートの調整とドライバー強度の選択を行う。たとえば、スルーレートの調整は、出力ドライバー64の最終段出力トランジスタの前段であるプリバッファの立ち上がり時間と立ち下がり時間を調整することにより行うことができる。また、ドライバー強度は、出力ドライバー64の最終段出力トランジスタを複数並列に設け、同時に導通させる並列数により選択を行うことができる。出力ドライバー64は、リードデータを外部データ入出力端子(DQ−PAD)22からリードクロックに同期して直列に出力する。
FIG. 4A is a diagram illustrating an example of an arrangement of data output units according to the first embodiment. First, the circuit function of the data output unit will be described. The “read data selection + data latch circuit” 61 selects data output from the corresponding external data input / output terminal (DQ-PAD) 22 among the data transmitted through the
図4(a)に示す第1の実施形態では、このうち、「リードデータ選択+データラッチ回路」61をデータバスの第1の接続点Cの近傍(図3(a)のデータバス領域47a)に配置し、リードクロック同期回路62、「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63、出力ドライバー64を、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍(図3(a)のデータ入出力部配置領域52)に配置する。すなわち、図3(a)の入出力部側バスインターフェース部24のデータ出力部が、「リードデータ選択+データラッチ回路」61であり、外部入出力バッファ23のデータ出力部が、リードクロック同期回路62と「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63と出力ドライバー64である。
In the first embodiment shown in FIG. 4A, among these, the “read data selection + data latch circuit” 61 is arranged in the vicinity of the first connection point C of the data bus (the
図4(b)は図3(b)に比較例として示したデータ入出力部28のデータ出力部の配置である。回路機能そのものは、図4(a)に示す第1の実施形態によるデータ出力部と変わらないが、配置が異なっている。すなわち、「リードデータ選択+データラッチ回路」61、リードクロック同期回路62、「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63、出力ドライバー64のいずれも外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍(図3(b)のデータ入出力部配置領域152)に配置している。
FIG. 4B shows the arrangement of the data output unit of the data input /
すなわち、図4(a)に示す第1の実施形態におけるデータ出力部の配置を図4(b)に示す比較例と比較すると、「リードデータ選択+データラッチ回路」61をデータバスの第1の接続点Cの近傍に配置することにより共通のデータバスである第2のデータバス(支線)の配線長を短くし、遠近端差をなくすと共にデータバス全体の配線長を短くして高速なリードデータの伝送を可能にすることができる。 That is, when the arrangement of the data output unit in the first embodiment shown in FIG. 4A is compared with the comparative example shown in FIG. 4B, the “read data selection + data latch circuit” 61 is changed to the first of the data bus. The wiring length of the second data bus (branch line), which is a common data bus, is shortened by arranging it in the vicinity of the connection point C, and the distance between the near and far ends is eliminated and the wiring length of the entire data bus is shortened. Transmission of read data can be made possible.
図5(a)は、第1の実施形態によるデータ入力部の配置の一例を示す図である。まず、データ入力部の回路機能から説明する。入力初段回路66は、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22から入力されるデータの電圧を、ハイレベルとロウレベルの論理レベルの比較水準となるREF信号入力電圧と比較し、入力データの論理レベルを判定する。「ディレイ調整+データラッチ回路」67は、ディレイ回路により遅延時間を調整した後に入力初段回路66がハイレベルとロウレベルを判定した信号をラッチする。ライトクロック同期回路68は、「ディレイ調整+データラッチ回路」67がラッチしたデータを、半導体装置1の内部タイミングであるライトクロックに同期してシフトする。ライトデータデコード回路69は、ライトクロック同期回路68がシフトしたデータをデコードしてデータバス26に出力する。
FIG. 5A is a diagram illustrating an example of an arrangement of data input units according to the first embodiment. First, the circuit function of the data input unit will be described. The input
図5(a)に示す第1の実施形態では、このうち、入力初段回路66と「ディレイ調整+データラッチ回路」67を外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍(図3(a)のデータ入出力部配置領域52)に配置し、ライトクロック同期回路68とライトデータデコード回路69を、データバス26の第1の接続点Cの近傍(図3(a)のデータバス領域47a)に配置する。すなわち、図3(a)の入出力部側バスインターフェース部24のデータ入力部が、ライトクロック同期回路68とライトデータデコード回路69であり、外部入出力バッファ23のデータ入力部が、入力初段回路66と「ディレイ調整+データラッチ回路」67である。
In the first embodiment shown in FIG. 5A, the input
図5(b)は図3(b)に比較例として示したデータ入出力部28のデータ入力部の配置である。回路機能そのものは、図5(a)に示す第1の実施形態によるデータ入力部と変わらないが、配置が異なっている。すなわち、入力初段回路66、「ディレイ調整+データラッチ回路」67、ライトクロック同期回路68、ライトデータデコード回路69のいずれも、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍(図3(b)のデータ入出力部配置領域152)に配置している。
FIG. 5B shows the arrangement of the data input unit of the data input /
図5(a)に示す第1の実施形態におけるデータ入力部の配置を図5(b)に示す比較例と比較すると、ライトクロック同期回路68とライトデータデコード回路69をデータバスの第1の接続点Cの近傍に配置することにより共通のデータバスである第2のデータバス(支線)の配線長を短くし、遠近端差をなくすと共にデータバス全体の配線長を短くして高速なライトデータの伝送を可能にすることができる。
When the arrangement of the data input unit in the first embodiment shown in FIG. 5A is compared with the comparative example shown in FIG. 5B, the write
次に、半導体装置1などのDRAMのリードライト動作とデータバス26の遅延、遠近端差との関係について図6を用いて説明する。DDRSDRAMでは外部から与えられたクロック信号に同期してコマンドが与えられ、クロック信号に同期してリードライトデータを入出力する。
Next, the relationship between the read / write operation of the DRAM of the
図6(a)は、DDRSDRAMのリード動作の波形図である。クロック信号に同期してタイミングt1でACTコマンドが与えられ、バンクを選択する。その後タイミングt2でReadコマンドが与えられ、所定のRead_Latencyの後にタイミングt3でクロック信号に同期してリードデータを出力する。Read_Latencyはメモリアレイの読み出し動作時間の他、データバス26の転送速度が影響を与える。
FIG. 6A is a waveform diagram of the read operation of the DDR SDRAM. In synchronization with the clock signal, an ACT command is given at timing t1, and a bank is selected. Thereafter, a Read command is given at timing t2, and read data is output in synchronization with the clock signal at timing t3 after a predetermined Read_Latency. Read_Latency is affected not only by the read operation time of the memory array but also by the transfer speed of the
同様に、図6(b)は、DDRSDRAMのライト動作の波形図である。クロック信号に同期してタイミングt4でACTコマンドが与えられ、バンクを選択する。その後タイミングt5でWriteコマンドが与えられ、所定のWrite_Latencyの後にタイミングt6でクロック信号に同期してライトデータを入力する。Write_Latencyにはデータバス26の転送速度が影響を与える。
Similarly, FIG. 6B is a waveform diagram of the write operation of the DDR SDRAM. In synchronization with the clock signal, an ACT command is given at timing t4 to select a bank. Thereafter, a write command is given at timing t5, and write data is input in synchronization with the clock signal at timing t6 after a predetermined write_latency. Write_Latency is affected by the transfer rate of the
図6(c)に、図3(b)に示す比較例のようなデータバス26に遠近端差のある配置配線を行った場合の波形図を示す。図6(c)の波形は、データライトのときはアレイ側バスインターフェース部25が、データリードのときはデータ入出力部28が、それぞれデータバスのデータの受け取る側での波形である。データバス26の配線長に長短(遠近)の差がある場合には、図6(c)のように最近端に比べて、最遠端では、データの立ち上がり、立ち下がりが遅れる。図6(d)のように、クロックがより高速化されると、比較例のようにデータバス26の配線に遠近端差がある場合には、最遠端では、データの立ち上がり、立ち下がりが遅れるため、データが不定になる不具合が生じる。
FIG. 6C shows a waveform diagram in the case where the arrangement and wiring with the difference between the near and far ends is performed on the
一方、図3(a)に示すように第1の実施形態によりデータバスの配線長を等配線長とすることにより、最近端と最遠端とによる立ち上がり、立ち下がりの波形の差をなくすことが可能になる。従って、より高速なデータの転送が可能になる。 On the other hand, as shown in FIG. 3A, according to the first embodiment, the wiring length of the data bus is made equal, thereby eliminating the difference between the rising and falling waveforms at the nearest end and the farthest end. Is possible. Therefore, faster data transfer is possible.
次に、データ入出力部28を制御する制御信号について説明する。図7(a)は、1チップ全体におけるデータ入出力部制御信号71の概略配線を示す図である。データ入出力部制御信号71は、アドレス制御回路領域41からバンク0、バンク2が配置されたメモリアレイ領域42−1とバンク1、バンク3が配置されたメモリアレイ領域42−2との間を通ってデータ入出力領域43に配置されたデータ入出力部へと配線される。
Next, control signals for controlling the data input /
図7(b)は、図3(b)を用いて説明した比較例によるデータ入出力領域43におけるデータ入出力部制御信号71の配線を示す。図7(b)の比較例では、データ入出力部28はそれぞれ対応する外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍に配置される。外部データ入出力端子(DQ−PAD)22が半導体チップの一辺いっぱいに広がって、互いに離れて配置されれば、データ入出力部28もそれに対応して互いに離れて配置される。したがって、データ入出力部制御信号71の配線長L1も長くなり、制御信号の配線負荷(時定数)も大きくなり、制御信号についても遠近端差が生じ、各データ入出力部間でタイミング差が生じ、データバス26の高速なデータ転送を阻害する。また、制御信号の配線負荷(時定数)が大きくなることにより、消費電力も大きくなる。
FIG. 7B shows the wiring of the data input / output
これに対して、図7(c)は、第1の実施形態によるデータ入出力領域43におけるデータ入出力部制御信号71の配線を示す。図3(a)を用いて説明したように、第1の実施形態では、データ入出力部28の回路のうち、入出力部側バスインターフェース部24を第1のデータバス(幹線)26−aに対する第2のデータバス(支線)26−bの第1の接続点Cの近傍に設け、第2のデータバス(支線)26−bの配線長を短くしている。第1の接続点Cは、バンク0、2へと接続されるアレイ側バスインターフェース部25とバンク1、3へと接続されるアレイ側バスインターフェース部25との第1のデータバス(幹線)26−aの配線長が等しくなるように設けるので、第1の接続点CのX軸方向の位置は、比較的中央部寄りになる。従って、接続点Cの近傍に配置される入出力部側バスインターフェース部24も比較的中央部にまとめて配置されるようになり、入出力部側バスインターフェース部24に接続されるデータ入出力部制御信号71の配線長L2は図7(b)に示す比較例の配線長L1より短くすることができる。
On the other hand, FIG. 7C shows the wiring of the data input / output
従って、データ入出力部制御信号71の配線負荷(時定数)を削減することができるので、データバスの高速化及び低消費電力化を図ることができる。また、データ入出力部制御信号71を出力するバッファサイズ削減が可能となり、半導体チップのレイアウトにおける下地領域の縮小及び低消費電力化が可能になる。さらに、データ入出力部制御信号71の配線長のみならず、配線幅についても縮小が可能になり、レイアウトにおける配線領域が縮小できる。
Therefore, since the wiring load (time constant) of the data input / output
図8は、比較例と第1の実施形態との制御信号の波形の違いを説明する図である。図8(a)は、比較例による制御信号の概略配線図であり、図8(b)は、比較例による制御信号の波形図である。図8(a)に示すように比較例では、データ入出力部制御信号71のバッファ72−1の最も近くに配置されるデータ入出力部28−Dと最も遠くに配置されるデータ入出力部28−Aとでは配線長に大きな差がある。従って、図8(b)に示すようにバッファ72−1出力直後の理想波形に対してデータ入出力部28−Dの波形Dとデータ入出力部28−Aの波形Aとでは大きなばらつきが生じる。
FIG. 8 is a diagram illustrating the difference in the waveform of the control signal between the comparative example and the first embodiment. FIG. 8A is a schematic wiring diagram of a control signal according to the comparative example, and FIG. 8B is a waveform diagram of the control signal according to the comparative example. As shown in FIG. 8A, in the comparative example, the data input / output unit 28-D arranged closest to the buffer 72-1 of the data input / output
一方、図8(c)は第1の実施形態による制御信号の概略配線図であり、図8(d)は、その制御信号の波形図である。第1の実施形態によれば、データ入出力部28のうち、データバスのインターフェースを行う入出力部側バスインターフェース部24を比較的まとめて配置できるので、データ入出力部制御信号71の最遠端と最近端への配線長の差は比較的小さくなる。従って、図8(d)に示すように、各入出力部側バスインターフェース部24での制御信号の波形のばらつきは小さくなる。
On the other hand, FIG. 8C is a schematic wiring diagram of a control signal according to the first embodiment, and FIG. 8D is a waveform diagram of the control signal. According to the first embodiment, among the data input /
図8(e)は、別の比較例による制御信号の概略配線図であり、図8(f)は、その制御信号の波形図である。別の比較例では、図8(e)に示すようにデータ入出力部28の近傍にさらにバッファ72−2を設け、制御信号をトーナメント型に配線することにより、各入出力部28に入力されるデータ入出力部制御信号71のばらつきが小さくなるようにしている。図8(f)に示すように制御信号の波形のばらつきは小さくなるが、バッファ72−2を配置する領域が必要になり、さらにトーナメント型に配線することにより、配線領域も増加する。
FIG. 8E is a schematic wiring diagram of a control signal according to another comparative example, and FIG. 8F is a waveform diagram of the control signal. In another comparative example, as shown in FIG. 8 (e), a buffer 72-2 is further provided in the vicinity of the data input /
すなわち、図8(a)や図8(e)に示す比較例に対して、図8(c)に示す第1の実施形態では、制御信号のばらつきが小さくできるばかりでなく、データ入出力部制御信号71を出力するバッファサイズ削減が可能となり、半導体チップのレイアウトにおける下地領域の縮小及び低消費電力化が可能になる。さらに、制御信号の配線長と配線幅の縮小が可能になり、レイアウトにおける配線領域の縮小が可能になる。
That is, in the first embodiment shown in FIG. 8C, the control signal variation can be reduced as compared with the comparative examples shown in FIG. 8A and FIG. The buffer size for outputting the
図9は、DDR3_SDRAMにおけるバーストライト時の消費電流(IDD4W)の分布を示すグラフである。DDR3_SDRAMにおける電流スペックには、IDD0(アクティブプリチャージ電流)、IDD1(アクティブリードプリチャージ電流)、IDD2P(プリチャージパワーダウン電流)、IDD2Q(プリチャージ静止スタンバイ電流)、IDD2N(プリチャージスタンバイ電流)、IDD3P(アクティブパワーダウン電流)、IDD4W(バーストライト電流)、IDD4R(バーストリード電流)、IDD5B(バーストリフレッシュ電流)、IDD6(セルフリフレッシュ電流)、IDD6ET(拡張温度範囲でのセルフリフレッシュ電流)、IDD7(バンクインタリーブリード電流)などが定義されている。ここでは、代表的な電流値として上記のとおり、バーストライト時の消費電流(IDD4W)の分布を示す。 FIG. 9 is a graph showing the distribution of current consumption (IDD4W) during burst write in DDR3_SDRAM. Current specifications in DDR3_SDRAM include IDD0 (active precharge current), IDD1 (active read precharge current), IDD2P (precharge power-down current), IDD2Q (precharge quiescent standby current), IDD2N (precharge standby current), IDD3P (active power down current), IDD4W (burst write current), IDD4R (burst read current), IDD5B (burst refresh current), IDD6 (self refresh current), IDD6ET (self refresh current in the extended temperature range), IDD7 ( Bank interleave lead current) is defined. Here, as a typical current value, the distribution of current consumption (IDD4W) during burst write is shown as described above.
図9に示すとおり、1チップ全体での消費電流のうち、データ入出力領域における電流消費が57%、アンプ領域における電流消費が20%、アドレス領域における電流消費が15%、アレイ領域における電流消費が7%、その他の消費電流が1%である。すなわち、データ入出力領域における電流消費が全体の6割近くの電流を消費しており、データバス26やデータ入出力部を制御する制御信号の消費電流の削減が求められており、第1の実施形態によるデータバスの最短化、特性均一化による消費電流削減の効果も大きい。
As shown in FIG. 9, out of the current consumption of the entire chip, the current consumption in the data input / output area is 57%, the current consumption in the amplifier area is 20%, the current consumption in the address area is 15%, and the current consumption in the array area Is 7% and other current consumption is 1%. That is, the current consumption in the data input / output area consumes nearly 60% of the current, and a reduction in the current consumption of the control signal for controlling the
図4、図5を用いて、第1の実施形態におけるデータ入出力部の配置例を説明したが、データ入出力部の配置の変形例について図10を用いて説明する。図10(a)は、第1の実施形態を変形したデータ出力部の配置を示す図であり、図10(b)は、第1の実施形態を変形したデータ入力部の配置を示す図である。 The arrangement example of the data input / output unit in the first embodiment has been described with reference to FIGS. 4 and 5, but a modified example of the arrangement of the data input / output unit will be described with reference to FIG. 10. FIG. 10A is a diagram illustrating an arrangement of data output units modified from the first embodiment, and FIG. 10B is a diagram illustrating an arrangement of data input units modified from the first embodiment. is there.
図10(a)を用いてデータ出力部の配置の変形例について説明する。図4(a)では、「リードデータ選択+データラッチ回路」61をデータバス26の第1の接続点C近傍に配置し、リードクロック同期回路62、「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63、出力ドライバー64は、外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍に配置した。これに対して図10(a)に示す変形例では、「リードデータ選択+データラッチ回路」61、リードクロック同期回路62、「スルーレート調整+ドライバー強度選択回路」63を第1の接続点C近傍に配置し、出力ドライバー64を外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍に配置する。出力ドライバーと出力保護回路はパッドの近傍に配置するが、それ以外を接続点C近傍に配置する。すなわち、出力回路をどこで分割するかについては、レイアウト上の都合や回路特性によって自由に選択することができる。
A modified example of the arrangement of the data output unit will be described with reference to FIG. In FIG. 4A, a “read data selection + data latch circuit” 61 is arranged near the first connection point C of the
図10(b)を用いてデータ入力部の配置の変形例について説明する。図5(a)では、入力初段回路66と「ディレイ調整+データラッチ回路」67を外部データ入出力端子(DQ−PAD)22の近傍に配置し、ライトクロック同期回路68とライトデータデコード回路69は、データバスの第1の接続点Cの近傍(図3(a)のデータバス領域47a)に配置した。これに対して図10(b)に示す変形例では、ライトクロック同期回路68とライトデータデコード回路69に限られず、入力初段回路66と「ディレイ調整+データラッチ回路」67についても第1の接続点Cの近傍の近傍に配置する。
A modified example of the arrangement of the data input unit will be described with reference to FIG. In FIG. 5A, the input
図5(a)による配置では、パッドから入力初段回路66までの配線長(配線負荷)は全パッドで均一にすることができる。一方、図10(b)の変形例による配置では、パッドから入力初段回路66までの配線長(配線負荷)はパッド毎にばらつく。しかし、基準信号REFについても配線長削減効果が見込めることや、「ディレイ調整+データラッチ回路」67からライトクロック同期回路68への配線長を短くできるので、消費電流削減効果を期待できる。
5A, the wiring length (wiring load) from the pad to the input
図10(b)の変形例の配置の場合、「ディレイ調整+データラッチ回路」67からライトクロック同期回路68への配線長が短くなる代わりに、パッドから入力初段回路66までの配線長が長くなる。しかし、「ディレイ調整+データラッチ回路」67からライトクロック同期回路68への配線は内部電源によるドライバで駆動するので半導体チップの消費電流に含まれるが、パッドから入力初段回路66までの配線は、外部電源により駆動する部分であるので、半導体チップ内の消費電流には含まれない。従って、この部分の配線が長くなっても半導体チップの消費電流が増えるがなく、全体として半導体チップの消費電流を低減することができる。
10B, the wiring length from the pad to the input
次に、図11と図12を用いて、データ入出力領域の配置の変形例について説明する。図11(a)、(b)は共に、ビット0〜ビット3の4ビット並列入出力の仕様である。しかし、配置されるメモリアレイのビット構成が図11(a)と(b)で異なっているので、アレイ側バスインターフェース部25の配置が異なる。
Next, a modified example of the arrangement of the data input / output areas will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b) are specifications of 4-bit parallel input / output of
図11(a)では、アレイ側バスインターフェース部25−1、25−2はそれぞれ対応するメモリアレイのビット0とビット1とに接続されている。一方、アレイ側バスインターフェース部25−3、25−4はそれぞれ対応するメモリアレイのビット2とビット3とに接続されている。入出力部側バスインターフェース部24−1は、外部データ入出力端子のビット0とビット1に対応して設けられ、ビット0とビット1のデータバスに対する入出力を行う。入出力部側バスインターフェース部24−2は、外部データ入出力端子のビット2とビット3に対応して設けられ、ビット2とビット3のデータバスに対する入出力を行う。
In FIG. 11A, the array-side bus interface units 25-1 and 25-2 are connected to
入出力部側バスインターフェース部24−1のビット0とビット1はそれぞれアレイ側バスインターフェース部25−1と25−2とのビット0とビット1とにデータバスを介して接続される。X軸方向の配置について見ると、ビット0とビット1について入出力を行う入出力部側バスインターフェース部24−1は、ビット0とビット1とのデータバスの配線長がそれぞれ等しくなるように、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−2との間に配置される。
一方、入出力部側バスインターフェース部24−2のビット2とビット3はそれぞれアレイ側バスインターフェース部25−3と25−4とのビット2とビット3とにデータバスを介して接続される。X軸方向の配置について見ると、ビット2とビット3について入出力を行う入出力部側バスインターフェース部24−2は、ビット2とビット3とのデータバスの配線長がそれぞれ等しくなるように、アレイ側バスインターフェース部25−3と25−4との間に配置される。
On the other hand,
図11(b)では、アレイ側バスインターフェース部25−1は対応するメモリアレイのビット0とビット1とに接続され、アレイ側バスインターフェース部25−2は対応するメモリアレイのビット2とビット3とに接続されている。同様に、アレイ側バスインターフェース部25−3は対応するメモリアレイのビット0とビット1とに接続され、アレイ側バスインターフェース部25−4は対応するメモリアレイのビット2とビット3とに接続されている。入出力部側バスインターフェース部24は、外部データ入出力端子のビット0〜ビット3の4ビットに対応して設けられ、ビット0〜ビット3の4ビットについてデータバスに対する入出力を行う。
In FIG. 11B, the array side bus interface unit 25-1 is connected to
入出力部側バスインターフェース部24のビット0は、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−3のそれぞれビット0に対して互いにデータバスの配線長が等しくなるようなX軸方向の位置に配置され、データバスを介して接続されている。同様に、入出力部側バスインターフェース部24のビット1は、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−3のそれぞれビット1に対して互いにデータバスの配線長が等しくなるようなX軸方向の位置に配置され、データバスを介して接続されている。
同様に、入出力部側バスインターフェース部24のビット2は、アレイ側バスインターフェース部25−2と25−4のそれぞれビット2に対して互いにデータバスの配線長が等しくなるようなX軸方向の位置に配置され、データバスを介して接続されている。入出力部側バスインターフェース部24のビット3についても他のビットと同じように、アレイ側バスインターフェース部25−2と25−4のそれぞれビット3に対して互いにデータバスの配線長が等しくなるようなX軸方向の位置に配置され、データバスを介して接続されている。
Similarly, the
図12(a)、(b)は共に、アレイ側バスインターフェース部25−1〜25−4はそれぞれ対応するメモリアレイのビット0とビット1とに接続されている。入出力部側バスインターフェース部24は、外部データ入出力端子のビット0とビット1に対応して設けられ、ビット0とビット1のデータバスに対する入出力を行う。従って、アレイ側バスインターフェース部25−1〜25−4のビット0はそれぞれ入出力部側バスインターフェース部24のビット0にデータバスを介して接続され、アレイ側バスインターフェース部25−1〜25−4のビット1はそれぞれ入出力部側バスインターフェース部24のビット1にデータバスを介して接続されている。
12A and 12B, the array-side bus interface units 25-1 to 25-4 are respectively connected to
図12(a)では、ビット0、ビット1について、それぞれ各アレイ側バスインターフェース部25−1〜25−4からのデータバスの配線長が等しくなるようにデータバスが配線されている。すなわち、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−2からのデータバスの配線長が等しくなる位置でアレイ側バスインターフェース部25−1と25−2で共通のデータバス配線に接続されている。同様に、アレイ側バスインターフェース部25−3と25−4からのデータバスの配線長が等しくなる位置でアレイ側バスインターフェース部25−3と25−4で共通のデータバス配線に接続されている。さらに、この共通のデータバス同士が互いに等配線長となる位置で入出力部側バスインターフェース部24に接続されている。
In FIG. 12A, the data buses are wired so that the bit lengths of the data buses from the array side bus interface units 25-1 to 25-4 are equal for
一方、図12(b)では、ビット0、ビット1について、データバスのX軸方向の両端に位置するアレイ側バスインターフェース部25−1と25−4からのデータバスの配線長が等しくなる位置で入出力部側バスインターフェース部24に接続されている。図12(b)では、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−4との間に位置するアレイ側バスインターフェース部25−2と25−3から入出力部側バスインターフェース部24までのデータバスの配線長は、アレイ側バスインターフェース部25−1と25−4からのデータバスの配線長より短い。しかし、入出力部側バスインターフェース部24への接続をX軸方向の両端に位置するアレイ側バスインターフェース部25−1と25−4からの配線長が互いに等しくなる位置とすることにより、データバスの遠近端差によるばらつきを小さく抑えることができる。また、図12(b)の方が図12(a)よりデータバスの配線面積を小さく抑えることが可能である。さらに、必要があれば、データバスの配線長が短くなるアレイ側バスインターフェース部25−2と25−3のデータバス出力バッファのサイズを小さくすることや、入力バッファにディレイを入れることにより、データバスの遅延時間をそろえることも可能である。
On the other hand, in FIG. 12B, the bit lengths of the data buses from the array side bus interface units 25-1 and 25-4 located at both ends of the data bus in the X-axis direction are equal for
以上、説明したように、本発明によれば、高速なデータバスの伝送を確保した上、メモリアレイのバンク構成、ビット数、製品として必要とされる並列入出力のビット数やパッド配置等に合わせて自由に配置配線をすることができる。しかもデータバスの消費電流を抑制することが可能である。 As described above, according to the present invention, high-speed data bus transmission is ensured, and the bank configuration of the memory array, the number of bits, the number of parallel input / output bits required as a product, the pad arrangement, etc. In addition, placement and routing can be freely performed. In addition, current consumption of the data bus can be suppressed.
なお、実施形態では、本発明の好ましい適用例として、バスインターフェース部と入出力部との間でデータ転送を行うデータバスについて、バスインターフェース部がメモリに接続され、データ入出力部が外部データ入出力端子に接続され、メモリと外部データ入出力端子とのリードライトデータの転送に用いられるデータバスについて説明したが、本発明は、データ入出力部が外部データ入出力端子以外に接続されるものや、バスインターフェース部がメモリ以外に接続される半導体装置にも適用可能である。 In the embodiment, as a preferred application example of the present invention, for a data bus that transfers data between the bus interface unit and the input / output unit, the bus interface unit is connected to a memory, and the data input / output unit is connected to an external data input. Although the data bus connected to the output terminal and used for transferring read / write data between the memory and the external data input / output terminal has been described, the present invention is such that the data input / output unit is connected to other than the external data input / output terminal. It can also be applied to a semiconductor device in which the bus interface unit is connected to other than the memory.
本発明の全開示(特許請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)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、特許請求の範囲及び図面を含む全開示、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。 Within the scope of the entire disclosure (including claims and drawings) of the present invention, the examples and the examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations or selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment, each element of each drawing, etc.) are possible within the scope of the claims of the present invention. is there. That is, the present invention naturally includes various modifications and changes that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the drawings, and the technical idea.
1:半導体装置
10:メモリアレイ
11:ロウデコーダ(Xデコーダ)
12:センスアンプ
13:カラムセレクタ
14:コマンドデコーダ
15:コントロールロジック
16:カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ
17:モードレジスタ
18:ロウアドレスバッファ
19:リフレッシュカウンタ回路
20:クロック生成器
21:DLL
22:外部データ入出力端子
23:外部入出力バッファ
24:入出力部側バスインターフェース部
25:アレイ側バスインターフェース部(アレイインターフェース部)
26:データバス
27、29、35:配線
28:データ入出力部
31:リードライトアンプ
41:アドレス制御回路領域
42:メモリアレイ領域
43:データ入出力領域
44:Yデコーダ(カラムデコーダ)
45:メモリセルアレイ
46:入出力配線(ビット線)
47、47a、147:データバス領域
51:アレイインターフェース領域
52、152:データ入出力部配置領域
53:パッド領域
61:リードデータ選択+データラッチ回路
62:リードクロック同期回路
63:スルーレート調整+ドライバー強度選択回路
64:出力ドライバー
66:入力初段回路
67:ディレイ調整+データラッチ回路
68:ライトクロック同期回路
69:ライトデータデコード回路
71:データ入出力部制御信号
72:バッファ
75:電源端子(電源パッド)
81、82:パッド
83:制御配線領域
85:メモリセル
L1:比較例における制御信号の配線長
L2:第1の実施形態における制御信号の配線長
SWD:サブワードドライバー
SWC:制御回路
DQ−PAD:外部データ入出力端子
VDDQ−PAD:I/Oバッファ用VDD電源端子
VSSQ−PAD:I/Oバッファ用VSS電源端子
A、B、C:(第1の)接続点
D:接続点
1: Semiconductor device 10: Memory array 11: Row decoder (X decoder)
12: Sense amplifier 13: Column selector 14: Command decoder 15: Control logic 16: Column address buffer / burst counter 17: Mode register 18: Row address buffer 19: Refresh counter circuit 20: Clock generator 21: DLL
22: External data input / output terminal 23: External input / output buffer 24: Input / output unit side bus interface unit 25: Array side bus interface unit (array interface unit)
26:
45: Memory cell array 46: Input / output wiring (bit line)
47, 47a, 147: Data bus area 51:
81, 82: Pad 83: Control wiring area 85: Memory cell L1: Control signal wiring length in the comparative example L2: Control signal wiring length in the first embodiment SWD: Sub word driver SWC: Control circuit DQ-PAD: External Data input / output terminal VDDQ-PAD: VDD power supply terminal for I / O buffer VSSQ-PAD: VSS power supply terminal for I / O buffer A, B, C: (First) connection point D: Connection point
Claims (8)
前記データバスに接続され、前記データバスを伝送するデータの入出力を行うデータ入出力部と、
夫々前記データバスに接続され、前記データ入出力部との間で前記データバスを介してデータの入出力を行う複数のバスインターフェース部と、
を備え、
前記複数のバスインターフェース部から前記データ入出力部までの前記データバスの配線長が夫々互いに等しくなるように配置配線されていることを特徴とする半導体装置。 A data bus,
A data input / output unit connected to the data bus and performing input / output of data transmitted through the data bus;
A plurality of bus interface units, each connected to the data bus, for inputting / outputting data to / from the data input / output unit via the data bus;
With
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein wiring lengths of the data buses from the plurality of bus interface units to the data input / output unit are equal to each other.
前記第1のバスインターフェース部から前記第1の接続点までの前記第1のデータバスの配線長と、前記第2のバスインターフェース部から前記第1の接続点までの前記第1のデータバスの配線長と、が互いに等しくなるように前記第1の接続点が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The data bus is connected to the first data bus connected to the first and second bus interface units, to the first data bus at a first connection point, and to the data input / output unit. A second data bus,
The wiring length of the first data bus from the first bus interface unit to the first connection point, and the first data bus from the second bus interface unit to the first connection point. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first connection point is provided so that a wiring length is equal to each other.
前記第1のデータバスに第1の接続点により接続された第2のデータバスと、
前記第2のデータバスに接続され、前記第2のデータバスを伝送するデータの入出力を行うデータ入出力部と、
夫々前記第1のデータバスに接続され、前記データ入出力部との間で前記第1及び第2のデータバスを介してデータの入出力を行う3個以上のバスインターフェース部と、
を備え、
前記第1の接続点が、前記第1のデータバスに接続された前記3個以上のバスインターフェース部のうち、第1のデータバスの両端に接続された前記バスインターフェース部からの配線長が等しくなる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。 A first data bus;
A second data bus connected to the first data bus by a first connection point;
A data input / output unit connected to the second data bus for performing input / output of data transmitted through the second data bus;
Three or more bus interface units, each connected to the first data bus, for inputting / outputting data to / from the data input / output unit via the first and second data buses;
With
Of the three or more bus interface units connected to the first data bus, the first connection point has the same wiring length from the bus interface unit connected to both ends of the first data bus. A semiconductor device characterized by being provided at a position.
前記複数のデータ入出力部に夫々対応して設けられた複数の第1及び第2のバスインターフェース部と、
前記複数のデータ入出力部と、前記複数の第1及び第2のバスインターフェース部とを並列に接続する複数ビットのデータバスと、
を備え、
前記データバスが、前記複数の第1のバスインターフェース部と前記複数の第2のバスインターフェース部とを接続する第1のデータバスと、
前記第1のデータバスと前記複数のデータ入出力部とを接続する第2のデータバスと、
を備え、
前記データバスの各ビットが、前記第1のデータバスにおいて、前記第1のバスインターフェース部からの配線長と前記第2のバスインターフェース部からの配線長が互いに等しくなる位置で前記第2のデータバスの対応するビットに接続されていることを特徴とする半導体装置。 A plurality of data input / output units;
A plurality of first and second bus interface units respectively provided corresponding to the plurality of data input / output units;
A plurality of data buses connecting the plurality of data input / output units and the plurality of first and second bus interface units in parallel;
With
A first data bus connecting the plurality of first bus interface units and the plurality of second bus interface units;
A second data bus connecting the first data bus and the plurality of data input / output units;
With
Each bit of the data bus has the second data at a position where the wiring length from the first bus interface unit and the wiring length from the second bus interface unit are equal to each other in the first data bus. A semiconductor device connected to a corresponding bit of a bus.
をさらに備え、
前記複数のデータ入出力部が、夫々、前記データバスのインターフェースを行う入出力部側バスインターフェース部と、前記外部データ入出力端子との間でデータの入出力を行う入出力バッファと、を備え、
前記複数の入出力部側バスインターフェース部間の距離が、前記複数の外部データ入出力端子間の距離より小さくなるように前記複数の入出力部側バスインターフェース部が配置されていることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 A plurality of external data input / output terminals respectively connected to a plurality of data input / output units;
Further comprising
Each of the plurality of data input / output units includes an input / output unit side bus interface unit that interfaces the data bus, and an input / output buffer that inputs / outputs data to / from the external data input / output terminal. ,
The plurality of input / output unit side bus interface units are arranged such that a distance between the plurality of input / output unit side bus interface units is smaller than a distance between the plurality of external data input / output terminals. The semiconductor device according to claim 4.
前記複数のバスインターフェース部が前記第1のデータバスに沿って前記第1のデータバスの片側に配置され、
前記複数のデータ入出力部が前記第1のデータバスを挟んで前記複数のバスインターフェース部に対向して設けられ、前記第2のデータバスが前記第1の方向とは異なる第2の方向に配線されて前記第1のデータバスと前記複数のバスインターフェース部とを夫々接続していることを特徴とする請求項4又は5項記載の半導体装置。 The first data bus is wired in a first direction;
The plurality of bus interface units are disposed on one side of the first data bus along the first data bus;
The plurality of data input / output units are provided opposite to the plurality of bus interface units across the first data bus, and the second data bus is in a second direction different from the first direction. 6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first data bus and the plurality of bus interface units are wired and connected to each other.
前記複数のメモリセルアレイが前記複数のバスインターフェース部を介して前記データバスに接続されていることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。 Comprising a plurality of memory cell arrays arranged side by side in a first direction;
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the plurality of memory cell arrays are connected to the data bus via the plurality of bus interface units.
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WO2014092143A1 (en) * | 2012-12-13 | 2014-06-19 | ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル | Semiconductor device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130730 |