JP2013236157A - Input circuit and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は信号を受信する入力回路及びそれを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to an input circuit that receives a signal and a semiconductor device including the same.
半導体装置、特にDRAM(Dynamic RAM)は、パーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置のメインメモリとして使用されるため、より高速なデータの書き込み及び読み出しが要求される。 A semiconductor device, in particular, a DRAM (Dynamic RAM) is used as a main memory of an information processing device such as a personal computer or a server, and therefore, faster data writing and reading are required.
そのため、例えばDDR−SDRAM(Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)では、高速にデータ信号やDQS(データストローブ)信号等を送受信するために、小振幅インタフェースであるSSTL(Stub Series Termination Logic)が採用されている。 Therefore, for example, in a DDR-SDRAM (Double-Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory), a SSTL (Stub Series Termination Logic), which is a small amplitude interface, is used to transmit and receive data signals, DQS (data strobe) signals, and the like at high speed. Is adopted.
SSTLでは、小さな振幅の信号を受信するために、信号を差動回路で受信する差動シングル入力が採用されている。データを受信するレシーバ回路には、所定の参照電圧VREF(例えばレシーバ回路の電源電圧VDDIの1/2の電圧)とデータ信号とが入力され、データ信号のハイレベルまたはロウレベルは参照電圧VREFと比較することで検出される。 In SSTL, in order to receive a signal having a small amplitude, a differential single input for receiving a signal by a differential circuit is employed. A receiver circuit that receives data receives a predetermined reference voltage VREF (for example, a voltage that is ½ of the power supply voltage VDDI of the receiver circuit) and a data signal, and the high level or low level of the data signal is compared with the reference voltage VREF. Is detected.
このようなSSTLに対応したレシーバ回路については、例えば特許文献1でも提案されている。
A receiver circuit corresponding to such SSTL is also proposed in
図13は、特許文献1に記載されたレシーバ回路の構成を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a receiver circuit described in
図13に示すように、特許文献1に記載されたレシーバ回路は、データ信号DIN及び参照電圧VREFを、トーテムポール接続されたPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタでそれぞれ受信し、その差電圧を増幅して内部データ(iDIN)として出力する構成である。レシーバ回路は複数のデータ入出力(DQ)端子に対応してそれぞれ設けられている。図13は、不図示のDQ0及びDQ1端子から入力されるデータ信号DIN0及びDIN1に対応する2つのレシーバ回路を備えた構成例を示している。
As shown in FIG. 13, the receiver circuit described in
上述したSSTLに対応するレシーバ回路では、参照電圧VREFと受信したデータ信号の電圧とを比較するための比較回路(差動回路)が必要になる。そのため、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)入力、すなわちインバータ回路でデータを受信するレシーバ回路と比べてトランジスタ数が増えるために消費電流が大きくなる。また、差動回路を備えることで回路面積も大きくなってしまう。 The receiver circuit corresponding to the SSTL described above requires a comparison circuit (differential circuit) for comparing the reference voltage VREF with the voltage of the received data signal. For this reason, for example, the number of transistors increases as compared with a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) input, that is, a receiver circuit that receives data by an inverter circuit, resulting in an increase in current consumption. Further, the provision of the differential circuit increases the circuit area.
したがって、SSTLに対応するレシーバ回路を備えた半導体装置、特にDDR−SDRAM等の半導体記憶装置では、多数のデータ入出力(DQ)端子を備えることで、DQ端子毎に差動回路を有するレシーバ回路を設けると、DQ端子数に比例して消費電流や回路面積が増大する。 Therefore, in a semiconductor device provided with a receiver circuit corresponding to SSTL, particularly a semiconductor memory device such as a DDR-SDRAM, a receiver circuit having a differential circuit for each DQ terminal by providing a large number of data input / output (DQ) terminals. Is provided, current consumption and circuit area increase in proportion to the number of DQ terminals.
一方、一般的なインバータ回路でデータを受信する場合、トーテムポール接続されたPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのしきい値電圧でレシーバ回路のしきい値電圧が決まるため、広い不感帯が存在する。そのため、伝送信号の振幅を小さくすることが困難であり、高速なデータ伝送が困難になる。また、振幅が大きい信号を伝送すると、信号の送信に必要な消費電流も増大してしまう。 On the other hand, when data is received by a general inverter circuit, there is a wide dead zone because the threshold voltage of the receiver circuit is determined by the threshold voltage of the PMOS transistor and NMOS transistor connected to totem pole. Therefore, it is difficult to reduce the amplitude of the transmission signal, and high-speed data transmission becomes difficult. In addition, when a signal having a large amplitude is transmitted, current consumption necessary for signal transmission also increases.
本発明の入力回路は、参照電圧と入力信号とを比較し、前記入力信号がハイレベルであるかロウレベルであるかを検出する入力回路であって、
前記入力信号を受信する第1の入力バッファ、
前記第1の入力バッファと第1の電源電位間に挿入される第1のトランジスタ、及び
前記第1の入力バッファと第1の電源電位よりも低い第2の電源電位間に挿入される第2のトランジスタを含むレシーバ回路と、
前記参照電圧に基づいて前記第1及び第2のトランジスタに流れる電流量を制御する電流制御回路と、
を有する。
An input circuit according to the present invention is an input circuit that compares a reference voltage with an input signal and detects whether the input signal is at a high level or a low level,
A first input buffer for receiving the input signal;
A first transistor inserted between the first input buffer and a first power supply potential; and a second transistor inserted between the first input buffer and a second power supply potential lower than the first power supply potential. A receiver circuit including a plurality of transistors;
A current control circuit for controlling the amount of current flowing through the first and second transistors based on the reference voltage;
Have
一方、本発明の半導体装置は、
前記入力回路と、
前記入力回路に接続され、前記入力信号を外部から受けるデータ端子と、
前記入力回路に接続され、前記参照電圧が外部から供給される電圧端子と、
を備える。
On the other hand, the semiconductor device of the present invention is
The input circuit;
A data terminal connected to the input circuit and receiving the input signal from the outside;
A voltage terminal connected to the input circuit and supplied with the reference voltage from the outside;
Is provided.
または、前記電流制御回路が、
前記参照電圧が入力される第2の入力バッファと、
前記第2の入力バッファと前記第1の電源電位間に挿入される第3のトランジスタと、
前記第2の入力バッファと前記第2の電源電位間に挿入される第4のトランジスタと、
前記第2の入力バッファの出力電圧と所定の内部電圧とを比較し、前記第2の入力バッファの出力電圧が前記内部電圧と等しくなるように前記第3及び第4のトランジスタに流れる電流を制御する比較回路と、
を有する入力回路を備え、外部から第1の外部電源電圧及び前記第1の外部電源電圧よりも低い第2の外部電源電圧が供給される半導体装置であって、
前記電流制御回路は、前記第1の外部電源電圧が供給され、前記参照電圧と前記内部電圧とを比較して前記第1の電源電位を出力する内部電源電圧生成回路を含み、
前記参照電圧は前記第2の外部電源電圧に基づいて生成されることを特徴とする。
Alternatively, the current control circuit is
A second input buffer to which the reference voltage is input;
A third transistor inserted between the second input buffer and the first power supply potential;
A fourth transistor inserted between the second input buffer and the second power supply potential;
The output voltage of the second input buffer is compared with a predetermined internal voltage, and the current flowing through the third and fourth transistors is controlled so that the output voltage of the second input buffer becomes equal to the internal voltage. A comparison circuit to
A semiconductor device to which a first external power supply voltage and a second external power supply voltage lower than the first external power supply voltage are supplied from the outside,
The current control circuit includes an internal power supply voltage generation circuit that is supplied with the first external power supply voltage, compares the reference voltage with the internal voltage, and outputs the first power supply potential;
The reference voltage is generated based on the second external power supply voltage.
本発明によれば、背景技術のレシーバ回路よりも消費電流及び回路面積を低減できる。 According to the present invention, current consumption and circuit area can be reduced as compared with the receiver circuit of the background art.
次に本発明について図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、半導体装置の一構成例を示すブロック図である。なお、図1は、半導体装置として、SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)の構成例を示して入る。本発明は、SDRAMに限らず、SRAM(Static RAM)、PRAM、フラッシュメモリ等、その他の半導体装置にも適用可能である。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device. FIG. 1 shows a configuration example of an SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) as a semiconductor device. The present invention is not limited to SDRAM, but can be applied to other semiconductor devices such as SRAM (Static RAM), PRAM, and flash memory.
図1に示す半導体装置1は、メモリセルアレイ11、Xデコーダ12、Yデコーダ13、アドレス入力回路14、コマンドデコーダ15、WRITEFIFO回路16、READFIFO回路17、入力回路18、出力回路19及び内部電圧発生回路20を有する。
A
メモリセルアレイ11は、データ(記憶情報)を保持する多数のメモリセルを備えている。
The
入力回路18は、複数のデータ入出力(DQ0〜n)端子を介して外部の半導体装置等から入力されるデータDIN0〜n、並びにデータストローブ(DQS/B)端子を介して外部の半導体装置等から入力されるデータストローブ信号を受信する複数のレシーバ回路を備える。入力回路18には、電源電圧VDDIとして外部電源電圧VDDが供給され、電源電圧VSSIとして外部電源電圧VSSが供給される。また、入力回路18には、上記参照電圧VREFが供給される。参照電圧VREFは、例えばレシーバ回路の電源電圧VDDIの1/2の電圧((VDD−VSS)/2)である。
The
出力回路19は、複数のデータ入出力(DQ0〜n)端子を介して外部の半導体装置等へデータを送信する複数の出力バッファ回路を備える。出力回路19には電源電圧VDDQとして外部電源電圧VDDが供給され、電源電圧VSSQとして外部電源電圧VSSが供給される。例えば、外部電源電圧VDDとしては、例えば1.5Vが供給され、外部電源電圧VSSには、外部電源電圧VDDよりも低い、例えば0V(接地電位)に設定される。
The
WRITEFIFO回路16は、入力回路18から受信した、メモリセルへ書き込むデータをラッチし、外部クロックに同期して出力するFIFO(First In First Out)回路を備える。
The
READFIFO回路17は、メモリセルから読み出されたデータをラッチし、外部クロックに同期して出力回路19へ供給するFIFO回路を備える。
The
アドレス入力回路14は、外部から供給されるアドレス信号ADDを受信する入力バッファ回路を備える。
The
コマンドデコーダ15は、外部から供給される制御信号(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/WEN等)をデコードし、Xデコーダ12、Yデコーダ13、WRITEFIFO回路16、READFIFO回路17、入力回路18、出力回路19等を動作させるためのコマンド信号を出力する。
The
Xデコーダ13はアドレス入力回路14から供給されるXアドレス(ロウアドレス)をデコードし、Yデコーダ12はアドレス入力回路14から供給されるYアドレス(カラムアドレス)をデコードする。Xデコーダ13及びYデコーダ12のデコード後の信号によって、データを読み出すメモリセルまたはデータを書き込むメモリセルが特定される。
The
内部電源発生回路25は、外部電源電圧VDD、VSSから半導体装置内で用いる所定の内部電源電圧VODPP、VARY、VPERI等を生成し、該生成した内部電源電圧を所要の内部回路へ供給する。内部電源電圧VODPP、VARY、VPERI等は、周知の降圧回路や昇圧回路で生成できる。 The internal power supply generation circuit 25 generates predetermined internal power supply voltages VODPP, VARY, VPERI, and the like used in the semiconductor device from the external power supply voltages VDD and VSS, and supplies the generated internal power supply voltages to a required internal circuit. The internal power supply voltages VODPP, VARY, VPERI, etc. can be generated by a known step-down circuit or step-up circuit.
図2は、第1の実施の形態の入力回路の一構成例を示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the input circuit according to the first embodiment.
図2に示すように、第1の実施の形態の入力回路18は、図1に示した半導体装置1が備えるDQ0〜n端子に対応してそれぞれ設けられた複数のレシーバ回路1810〜181nと、電流制御回路182とを有する。
As shown in FIG. 2, the
レシーバ回路1810〜181nは、DQ0〜n端子を介して入力されたデータ(入力信号)DIN0〜nを受信する複数のインバータ回路(第1の入力バッファ)INV0〜nと、電源電圧VDDI(第1の電源電位)が供給されるノードとインバータ回路INV0〜n間にそれぞれ挿入されたP型トランジスタ(第1のトランジスタ)DP0〜nと、電源電圧VSSI(第2の電源電位)が供給されるノードとインバータ回路INV0〜n間にそれぞれ挿入されたN型トランジスタ(第2のトランジスタ)DN0〜nとを有する。インバータ回路INV0〜nを構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタは、例えばそれぞれのしきい値電圧がVDDI/2となるように形成されている。
The
電流制御回路182は、レプリカ回路183及び比較回路184を備える。レプリカ回路183は、参照電圧VREFを受信し、その調整後の参照電圧VREFINBを出力するインバータ回路(第2の入力バッファ)INVaと、電源電圧VDDIが供給されるノードとインバータ回路INVa間に挿入されたP型トランジスタ(第3のトランジスタ)TPと、電源電圧VSSIが供給されるノードとインバータ回路INVa間に挿入されたN型トランジスタ(第4のトランジスタ)TNとを有する。図2に示すように、レプリカ回路183は、各レシーバ回路1810〜181nと同じ回路で構成される。
The
比較回路184は、レプリカ回路183から出力された参照電圧VREFINBと内部電圧iVREFとを比較し、参照電圧VREFINBと内部電圧iVREFとが等しくなるように、P型トランジスタTP及びN型トランジスタTNに流れる電流量を制御する電流制御信号INGを出力する。内部電圧iVREFは、例えば抵抗値が等しい2つの抵抗器を備えた電圧生成回路により、入力回路18に供給される電源電圧VDDIを分圧(VDDI/2)することで生成する。
The
すなわち、比較回路184は、参照電圧VREFがノイズ等により変動したり、プロセスばらつき等によりインバータ回路INVaのPMOSトランジスタとNMOSトランジスタの論理閾値にずれが生じたりしていても、インバータ回路INVaから出力される参照電圧VREFINBが、理想値である内部電圧iVERFと等しくなるようにP型トランジスタTP及びN型トランジスタTNに流れる電流量を制御し、インバータ回路INVaの論理しきい値を補正する。比較回路184から出力される電流制御信号INGは、レシーバ回路1810〜181nが備えるP型トランジスタDP0〜n及びN型トランジスタDN0〜nにも入力される。なお、電流制御信号INGをP型トランジスタDP0〜n及びN型トランジスタDN0〜nに伝送するための配線には、回路動作時の電位変動を緩和するために、例えば100pF程度の補償容量が接続されている。
That is, the
以下、例えば電源電圧VDDI=1.2V、参照電圧VREF=0.6V、P型トランジスタTP及びN型トランジスタTNの論理閾値=0.6V、内部電圧iVREF=VDDI/2の条件における電流制御回路182の動作について説明する。
Hereinafter, for example, the
上記条件において、インバータ回路INVaから出力される参照電圧VREFINBが理想値である約VDDI/2の場合、比較回路184から出力される電流制御信号INGも約VDDI/2になる。
Under the above conditions, when the reference voltage VREFINB output from the inverter circuit INVa is about VDDI / 2 which is an ideal value, the current control signal ING output from the
一方、上記条件において、インバータ回路INVaから出力される参照電圧VREFINBがVDDI/2よりも低い場合、比較回路184は、参照電圧VREFINBがVDDI/2となるように電流制御信号INGを調整する。具体的には、比較回路184は、電流制御信号INGをVDDI/2よりも低くしてP型トランジスタTPに流れる電流量を大きくすると共にN型トランジスタTNに流れる電流量を小さくして、VREFINB=VDDI/2となるように調整する。
On the other hand, when the reference voltage VREFINB output from the inverter circuit INVa is lower than VDDI / 2 under the above conditions, the
また、上記条件において、インバータ回路INVaから出力される参照電圧VREFINBがVDDI/2よりも高い場合、比較回路184は、参照電圧VREFINBがVDDI/2となるように電流制御信号INGを調整する。具体的には、比較回路184は、電流制御信号INGをVDDI/2よりも高くしてP型トランジスタTPに流れる電流量を小さくすると共にN型トランジスタTNに流れる電流量を大きくして、VREFINB=VDDI/2となるように調整する。
In the above condition, when the reference voltage VREFINB output from the inverter circuit INVa is higher than VDDI / 2, the
以上のようにして比較回路184は、インバータ回路INVaの各トランジスタの論理閾値を補正する。
As described above, the
ここで、比較回路184から出力された電流制御信号INGは、レシーバ回路1810〜181nが備えるP型トランジスタDP0〜n及びN型トランジスタDN0〜nにも入力されるため、レシーバ回路1810〜181nのP型トランジスタDP0〜n及びN型トランジスタDN0〜nも、電流制御信号INGによってレプリカ回路183のP型トランジスタTP及びN型トランジスタTNと同様にそれぞれの論理しきい値が補正される。
Here, the current control signals ING output from the
すなわち、レシーバ回路1810〜181nのインバータ回路INV0〜nに入力されるデータ信号DIN0〜nのレベルと、レプリカ回路183のインバータ回路INVaに入力される参照電圧VREFとが同じ電圧であれば、インバータ回路INV0〜nは、インバータ回路INVaと同様に、内部データ信号iDIN0〜nの電圧がVDDI/2となるようにP型トランジスタDP0〜n及びN型トランジスタDN0〜nに流れる電流量が制御される。
That is, if the level of the data signal DIN0 to n input to the inverter circuits INV0 to n of the
その結果、レシーバ回路1810〜181nのインバータ回路INV0〜nは、P型トランジスタDP0〜n及び各N型トランジスタDN0〜nに流れる電流量に基づいて、すなわち参照電圧VREFを基準にして入力されるデータ信号DINがハイレベルであるかロウレベルであるかを判定する。
As a result, the inverter circuits INV0 to INn of the
例えば、インバータ回路INV0に入力されるデータ信号DIN0が参照電圧VREFよりも高い場合、N型トランジスタDN0に流れる電流量が増大するため、インバータ回路INV0は、内部データ信号iDIN0としてロウレベルを出力する。また、データ信号DIN0のレベルが参照電圧VREFよりも低い場合、P型トランジスタDP0に流れる電流量が増大するため、インバータ回路INV0は、内部データ信号iDIN0としてハイレベルを出力する。他のインバータ回路INV1〜nの動作も同様である。 For example, when the data signal DIN0 input to the inverter circuit INV0 is higher than the reference voltage VREF, the amount of current flowing through the N-type transistor DN0 increases, so that the inverter circuit INV0 outputs a low level as the internal data signal iDIN0. When the level of the data signal DIN0 is lower than the reference voltage VREF, the amount of current flowing through the P-type transistor DP0 increases, so that the inverter circuit INV0 outputs a high level as the internal data signal iDIN0. The operation of other inverter circuits INV1 to INVn is the same.
本実施形態によれば、各レシーバ回路1810〜181nに、それぞれインバータ回路INV0〜nを備え、各インバータ回路INV0〜nと電源電圧間に挿入されるP型トランジスタDP0〜n及び各N型トランジスタDN0〜nに流れる電流量を電流制御回路182によって制御することで、レシーバ回路1810〜181nは参照電圧VREFを基準にして、入力されたデータ信号DINがハイレベルであるかロウレベルであるかを判定できる。そのため、レシーバ回路1810〜181n毎に差動回路を備える必要がない。したがって、該レシーバ回路1810〜181nを備える半導体装置の消費電流及び回路面積を低減できる。
According to the present embodiment, each of the
図3は、図2に示した比較回路の一構成例を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the comparison circuit shown in FIG.
図3に示すように、比較回路184は、レプリカ回路183から出力された参照電圧VREFINBと内部電圧VDDI/2との差電圧を増幅して出力する差動増幅回路で実現される。
As shown in FIG. 3, the
参照電圧VREFINB=VDDI/2である場合、比較回路184からは電流制御信号INGとしてVDDI/2程度の電圧が出力される。このとき、P型トランジスタDP0〜n、P型トランジスタTP、N型トランジスタDN0〜n、N型トランジスタTNは、ほぼON状態であり、それぞれにほぼ等しい電流が流れている。
When the reference voltage VREFINB = VDDI / 2, the
参照電圧VREFINB<VDDI/2である場合、比較回路184からはVDDI/2よりも低い電流制御信号INGが出力される。このとき、電流制御信号INGに応じてP型トランジスタTPに流れる電流量が大きくなり、N型トランジスタTNに流れる電流量が小さくなるため、参照電圧VREFINBが上昇する。この制御は、参照電圧VREFINB=VDDI/2になるまで継続される。
When the reference voltage VREFINB <VDDI / 2, the
また、参照電圧VREFINB>VDDI/2である場合、比較回路184からはVDDI/2よりも高い電流制御信号INGが出力される。このとき、電流制御信号INGに応じてP型トランジスタTPに流れる電流量が小さくなり、N型トランジスタTNに流れる電流量が大きくなるため、参照電圧VREFINBが低下する。この制御は、参照電圧VREFINB=VDDI/2になるまで継続される。
When the reference voltage VREFINB> VDDI / 2, the
図4は、図1に示した入力回路及びWRITEFIFO回路の一構成例を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the input circuit and the WRITE FIFO circuit shown in FIG.
図2では示していないが、本実施形態の半導体装置は、図4に示すように、データストローブ信号DQS、DQSBも、図2に示したデータ信号DIN0〜n用と同様のレシーバ回路181で受信し、電流制御回路182から受信する電流制御信号INGによりP型トランジスタ及びN型トランジスタに流れる電流量が制御される構成である。
Although not shown in FIG. 2, the semiconductor device of this embodiment receives the data strobe signals DQS and DQSB by the
レシーバ回路181から出力される各内部信号iDQS、iDQSB、iDIN0〜nは、レベル変換回路185を介して対応するFIFO回路1860〜186nに入力される。図4に示すように、レシーバ回路181とレベル変換回路185、レベル変換回路185とFIFO回路1860〜186nには中間バッファを備えていてもよい。レベル変換回路185は、図1に示した入力回路18に備えていてもよく、WRITEFIFO回路16に備えていてもよい。
The internal signals iDQS, iDQSB, and iDIN0 to n output from the
なお、図1に示した入力回路18には、電源電圧VDDI(=VDD)及びVSSI(=VSS)が供給されているため、他の周辺回路、例えばFIFO回路186に供給される内部電源電圧VPERIと電圧が異なることがある(例えばVPERI<VDDI)。その場合、レベル変換回路185を用いて信号振幅をVDDIからVPERIに変換する。内部電源電圧VPERIは、図1に示した内部電圧発生回路20が備える降圧回路で生成される。周辺回路で使用される電源電圧がVDDIと等しい場合、レベル変換回路185は不要である。
Since the power supply voltages VDDI (= VDD) and VSSI (= VSS) are supplied to the
図5及び図6は、レシーバ回路181として、上記特許文献1に記載された差動回路(図12参照)を備えた構成(以下、QCRと略す場合がある)と、本発明のインバータ回路を備えた構成(以下、INVと略す場合がある)とにおける、FIFO回路186のセットアップ時間、ホールド時間をシュミレーションした結果を示している。なお、図5は、半導体装置に供給する外部電源電圧VDD(VDD=VDDI=1.5V)がその動作保障範囲内でVDDI=1.35V(以下、Slow条件と称す)となったときのFIFO回路186のセットアップ時間、ホールド時間のシミュレーション結果を示している。また、図6は、半導体装置の外部電源電圧VDD(VDD=VDDI=1.5V)がその動作保障範囲内でVDDI=1.6V(以下、MAX条件と称す)となったときのFIFO回路186のセットアップ時間、ホールド時間のシミュレーション結果を示している。図5は、Slow条件として、VDDI=1.35V、VREF=0.7、VIH=0.7V±0.15V,tCK=1.2nsであるときのシミュレーション結果を示している。また、図6は、MAX条件として、VDDI=1.6V、VREF=0.7、VIH=0.7V±0.15V,tCK=1.2nsであるときのシミュレーション結果を示している。
5 and 6 illustrate a
例えば、図12に示すように電源、DQ、DQS、DQSB、DML等の各端子(PAD)が配置された半導体装置において、各DQ端子からFIFO回路186までの配線長と、DQS端子からFIFO回路186までの配線長とは、それぞれ等しくなるとは限らない。 For example, in a semiconductor device in which terminals (PAD) such as a power supply, DQ, DQS, DQSB, and DML are arranged as shown in FIG. 12, the wiring length from each DQ terminal to the FIFO circuit 186, and the DQS terminal to the FIFO circuit The wiring lengths up to 186 are not necessarily equal to each other.
例えばDQS端子から最も遠いDQ7端子と、DQS端子に最も近いDQ2端子とでは、DQS及びDQSB信号がそれぞれの端子に対応するFIFO回路1867、FIFO回路1862に到達するまでの遅延時間に差が生じる。図5及び図6に示すWFIFOは、図1に示したWRITEFIFO回路16であり、DQ2及びDQ7はDQ2端子に対応するFIFO回路及びDQ7端子に対応するFIFO回路を示している。図5及び図6に示すISSIは消費電流を示す。
For example, in the DQ7 terminal farthest from the DQS terminal and the DQ2 terminal closest to the DQS terminal, there is a difference in delay time until the DQS and DQSB signals reach the FIFO circuit 186 7 and the FIFO circuit 186 2 corresponding to the respective terminals. Arise. The WFIFO shown in FIGS. 5 and 6 is the
本発明のレシーバ回路181は、参照電圧VREFとデータ信号DINとを直接比較するのではなく、レプリカ回路183を用いて間接的に比較する構成であるため、特許文献1に記載したレシーバ回路毎に差動回路を備える構成と比べてFIFO回路186までの遅延時間に多少の差が生じてしまう。しかしながら、図5に示すように、その差は70psと微量であり、動作に影響を与えるほどではないことが分かる。
Since the
また、図5及び図6に示すように、Slow条件(VDDI=1.35V)及びMAX条件(VDDI=1.6V)共に、レシーバ回路に流れる電流がQCRを備える特許文献1に記載の構成よりも本発明のINVを備える構成の方が低く、特にMAX条件ではその差が顕著(約1/5程度)であり、本発明のレシーバ回路は、従来よりも消費電流の削減に効果的であることが分かる。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the current described in
図7は、従来のレシーバ回路と本発明のレシーバ回路の参照電圧に対するリニアリティーの比較結果を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing a comparison result of linearity with respect to the reference voltage of the conventional receiver circuit and the receiver circuit of the present invention.
図7の縦軸で示すLogical Vt(V)は、レシーバ回路に入力されたデータ信
号がロウレベルであるかハイレベルであるかを判定するための判定電圧を示している。つまり、図7の縦軸のLogical Vt(V)は、参照電圧VREFに対して、データ
信号DINがロウレベルであるかハイレベルであるかを判定するためのしきい値に相当し、参照電圧VREFと一致する方が正確に検出できることを示している。
Logical Vt (V) indicated by the vertical axis in FIG. 7 indicates a determination voltage for determining whether the data signal input to the receiver circuit is at a low level or a high level. That is, Logical Vt (V) on the vertical axis in FIG. 7 corresponds to a threshold for determining whether the data signal DIN is at a low level or a high level with respect to the reference voltage VREF, and the reference voltage VREF. It is shown that it can be detected more accurately if it matches.
図7に示すように、従来のレシーバ回路は、参照電圧VREFがVSSに近づくと、参照電圧VREFが入力されるNMOSトランジスタの抵抗値が見えて電位が上がってしまい、DIN=VREFではデータ信号DINが入力されるNMOSトランジスタの抵抗地値も上がるため、Logical Vt(V)が参照電圧VREFとずれてしまう。参照
電圧VREFがVDDIに近づいた場合も同様である。
As shown in FIG. 7, in the conventional receiver circuit, when the reference voltage VREF approaches VSS, the resistance value of the NMOS transistor to which the reference voltage VREF is input is seen and the potential rises. When DIN = VREF, the data signal DIN Since the resistance ground value of the NMOS transistor to which is inputted is also increased, the logical Vt (V) is shifted from the reference voltage VREF. The same applies when the reference voltage VREF approaches VDDI.
一方、本発明のレシーバ回路181では、Logical Vt(V)が広い範囲で参
照電圧VREFとほぼ一致しており、正確に判定できていることが分かる。
On the other hand, in the
なお、本発明のレシーバ回路181は、参照電圧VREFとVDDI/2のずれ量に応じて、インバータ回路INV0〜nと電源電圧VDDI間に挿入されるP型トランジスタDP0〜n、またはインバータ回路INV0〜nと電源電圧VSSI間に挿入されるN型トランジスタDN0〜nの一方に流れる電流量が小さくなるため、次段の回路に対する信号出力の遅延量が大きくなる可能性がある。例えば、図8は、QCRを備える特許文献1に記載の構成及び本発明のINVを備える構成における、参照電圧VREFとVDDI/2のずれ量を変えたときの(VREF=VDDI×45%、VDDI×49%、VDDI×50%、VDDI×51%、VDDI×55%)FIFO回路におけるセットアップ時間及びホールド時間のシミュレーション結果を示している。なお、VDDI=1.35V、VREF=0.7、VIH=0.7V±0.15V,tCK=1.2ns(Slow条件)とする。後述する図9も同様の条件である。
Note that the
図8に示すように、参照電圧VREFとVDDI/2のずれ量が全く無い50%の場合は問題ないが、ずれ量が45%の場合は完全にタイミングが合っていない。 As shown in FIG. 8, there is no problem when the deviation amount between the reference voltages VREF and VDDI / 2 is 50%, but when the deviation amount is 45%, the timing is not completely met.
そこで、インバータ回路INV0〜nのトランジスタサイズをW=3uからW=6u(トランジスタサイズを2倍)にすると、図9に示すように、デューティ比の破綻を抑制できる。これは、トランジスタサイズを大きくしてインバータ回路INV0〜nに流れる電流量を大きくすることでトランジスタの駆動能力を上げ、インバータ回路INV0〜nをより高速にドライブさせたからである。このようにインバータ回路INV0〜nのトランジスタサイズを大きくすることで、後段のFIFO回路におけるセットアップ時間及びホールド時間を確保できる。
(第2の実施の形態)
図10は、第2の実施の形態の入力回路の一構成例を示す回路図である。
Therefore, when the transistor size of the inverter circuits INV0 to INVn is changed from W = 3u to W = 6u (transistor size is doubled), the failure of the duty ratio can be suppressed as shown in FIG. This is because by increasing the transistor size and increasing the amount of current flowing through the inverter circuits INV0 to INV, the drive capability of the transistors is increased, and the inverter circuits INV0 to INVn are driven at a higher speed. Thus, by increasing the transistor size of the inverter circuits INV0 to INVn, the setup time and hold time in the subsequent FIFO circuit can be secured.
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the input circuit according to the second embodiment.
図10に示すように、第2の実施の形態の半導体装置は、外部から2種類の外部電源電圧(例えば、第1の外部電源電圧VDD1=1.8V,第2の外部電源電圧VDD2=1.2V)が供給される例である。参照電圧VREFとしては、例えば電圧VDD2/2が外部から供給される。このような2種類の外部電源電圧が供給される半導体装置としては、例えばMobile DRA/DDR4等がある。 As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to the second embodiment has two types of external power supply voltages (for example, a first external power supply voltage VDD1 = 1.8V and a second external power supply voltage VDD2 = 1). .2V) is supplied. As the reference voltage VREF, for example, the voltage VDD2 / 2 is supplied from the outside. As such a semiconductor device to which two types of external power supply voltages are supplied, there is, for example, Mobile DRA / DDR4.
第2の実施の形態の入力回路が備える電流制御回路188は、図2に示したレプリカ回路183、レシーバ回路1810〜181n及び内部電圧iVREFを生成する電圧生成回路に、電源電圧として内部電源電圧2VREFを供給する構成である。そのため、電流制御回路188は、内部電源電圧2VREFを生成する内部電源電圧生成回路189を備えている。なお、本実施形態の電流制御回路188が備える電圧生成回路は、内部電圧iVREFとして2VREF/2を生成する。
The
内部電源電圧生成回路189は、例えば差動増幅器と該差動増幅器の出力電流を増幅するトランジスタを備え、差動増幅器の正入力端子に外部から供給される参照電圧VREF(=VDD2/2)を入力し、電圧生成回路で生成された内部電圧2VREF/2を負入力端子に負帰還することで、トランジスタから一定の内部電源電圧2VREFを出力する。入力回路のその他の構成及び半導体装置の構成は第1の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
The internal power supply
図10に示すような構成でも、図2に示した入力回路18を用いる場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の入力回路18は、外部から供給される参照電圧VREFと電圧生成回路で生成される内部電圧iVREF(=2VREF/2)のばらつきを抑制できる。
(第3の実施の形態)
図11は、第3の実施の形態の入力回路の一構成例を示す回路図である。
Even with the configuration as shown in FIG. 10, the same effect as when the
(Third embodiment)
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the input circuit according to the third embodiment.
図11に示す第3の実施の形態の入力回路は、図2に示した第1の実施の形態の入力回路のように参照電圧VREFが外部から供給されない仕様に対応した構成である。すなわち、電流制御回路187は、上記電圧生成回路で生成された内部電圧iVREFをインバータ回路INVaに参照電圧VREFとして供給する構成である。その他の構成は図2に示した電流制御回路182と同様であるため、その説明は省略する。図11に示すような構成でも、図2に示した入力回路18を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
The input circuit of the third embodiment shown in FIG. 11 has a configuration corresponding to the specification in which the reference voltage VREF is not supplied from the outside like the input circuit of the first embodiment shown in FIG. That is, the
1 半導体装置
11 メモリセルアレイ
12 Xデコーダ
13 Yデコーダ
14 アドレス入力回路
15 コマンドデコーダ
16 WRITEFIFO回路
17 READFIFO回路
18 入力回路
19 出力回路
20 内部電圧発生回路
181、1810〜181n レシーバ回路
182、187、188 電流制御回路
183 レプリカ回路
184 比較回路
185 レベル変換回路
186、1860〜186n FIFO回路
189 内部電源電圧生成回路
1
Claims (9)
前記入力信号を受信する第1の入力バッファ、
前記第1の入力バッファと第1の電源電位間に挿入される第1のトランジスタ、及び
前記第1の入力バッファと第1の電源電位よりも低い第2の電源電位間に挿入される第2のトランジスタを含むレシーバ回路と、
前記参照電圧に基づいて前記第1及び第2のトランジスタに流れる電流量を制御する電流制御回路と、
を有する入力回路。 An input circuit that compares a reference voltage with an input signal and detects whether the input signal is at a high level or a low level,
A first input buffer for receiving the input signal;
A first transistor inserted between the first input buffer and a first power supply potential; and a second transistor inserted between the first input buffer and a second power supply potential lower than the first power supply potential. A receiver circuit including a plurality of transistors;
A current control circuit for controlling the amount of current flowing through the first and second transistors based on the reference voltage;
An input circuit.
前記参照電圧が入力される第2の入力バッファと、
前記第2の入力バッファと前記第1の電源電位間に挿入される第3のトランジスタと、
前記第2の入力バッファと前記第2の電源電位間に挿入される第4のトランジスタと、
前記第2の入力バッファの出力電圧と所定の内部電圧とを比較し、前記第2の入力バッファの出力電圧が前記内部電圧と等しくなるように前記第3及び第4のトランジスタに流れる電流を制御する比較回路と、
を有する請求項1記載の入力回路。 The current control circuit is
A second input buffer to which the reference voltage is input;
A third transistor inserted between the second input buffer and the first power supply potential;
A fourth transistor inserted between the second input buffer and the second power supply potential;
The output voltage of the second input buffer is compared with a predetermined internal voltage, and the current flowing through the third and fourth transistors is controlled so that the output voltage of the second input buffer becomes equal to the internal voltage. A comparison circuit to
The input circuit according to claim 1.
前記第1、第2、第3及び第4のトランジスタの電流量を制御するための電流制御信号を、前記第1、第2、第3及び第4のトランジスタに共通に出力する請求項2または3記載の入力回路。 The comparison circuit is
The current control signal for controlling the current amount of the first, second, third, and fourth transistors is commonly output to the first, second, third, and fourth transistors. 3. The input circuit according to 3.
(第1の電源電位−第2の電源電位)/2である請求項1から4のいずれか1項記載の入力回路。 The reference voltage is
5. The input circuit according to claim 1, wherein the input circuit is (first power supply potential−second power supply potential) / 2.
前記参照電圧を生成する電圧生成回路を備える請求項1から5のいずれか1項記載の入力回路。 The current control circuit is
The input circuit according to claim 1, further comprising a voltage generation circuit that generates the reference voltage.
前記入力回路に接続され、前記入力信号を外部から受けるデータ端子と、
前記入力回路に接続され、前記参照電圧が外部から供給される電圧端子と、
を備える半導体装置。 An input circuit according to any one of claims 1 to 5,
A data terminal connected to the input circuit and receiving the input signal from the outside;
A voltage terminal connected to the input circuit and supplied with the reference voltage from the outside;
A semiconductor device comprising:
前記電流制御回路は、前記第1の外部電源電圧が供給され、前記参照電圧と前記内部電圧とを比較して前記第1の電源電位を出力する内部電源電圧生成回路を含み、
前記参照電圧は前記第2の外部電源電圧に基づいて生成されることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising the input circuit according to claim 2, wherein a first external power supply voltage and a second external power supply voltage lower than the first external power supply voltage are supplied from the outside,
The current control circuit includes an internal power supply voltage generation circuit that is supplied with the first external power supply voltage, compares the reference voltage with the internal voltage, and outputs the first power supply potential;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the reference voltage is generated based on the second external power supply voltage.
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