JP2014112457A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing power source noise.SOLUTION: A DRAM memory comprises 8 memory banks MBK0 to MBK7, for instance. The DRAM memory is controlled so as to perform refresh operation for each of the memory banks MBK0 to MBK7 with different time difference respectively. Concretely, time difference tRF_1 between the MBK0 and MBK1 which become an initial stage is made large, time difference is stepwise reduced up to the time difference tRF_4 between the MBK3 and MBK4 which become an intermediate stage, and after that adversely the difference is stepwise increased up to time difference tRF_7 between the MBK6 and MBK7 which become a final stage. Thus, a power source current waveform associated with the refresh operation becomes sinusoidal, thereby power source noise can be reduced in accordance with reduction in harmonic components.

Description

本発明は、半導体装置および情報処理システムに関し、特に、メモリ装置やプロセッサ装置といった半導体装置、またはこのような半導体装置を組み合わせた情報処理システムにおいて、その電源ノイズを低減する技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and an information processing system, and more particularly to a technique for reducing power supply noise in a semiconductor device such as a memory device or a processor device or an information processing system combining such semiconductor devices.

例えば、特許文献1には、複数のメモリバンクを含んだメモリにおいて、各メモリバンク毎のリフレッシュタイミングをずらすことで、過大な電力消費を低減するメモリ制御方式が記載されている。具体的には、フリップフロップ回路のシフト動作を用いて、クロックサイクルの1周期を単位として各メモリバンク毎のリフレッシュタイミングをずらす。   For example, Patent Document 1 describes a memory control system that reduces excessive power consumption by shifting the refresh timing for each memory bank in a memory including a plurality of memory banks. Specifically, the refresh timing for each memory bank is shifted in units of one cycle of the clock cycle by using the shift operation of the flip-flop circuit.

また、特許文献2には、特許文献1と同様に、複数のメモリバンクを含んだメモリに対して、各メモリバンク毎のリフレッシュタイミングをずらすことで、過大な電力消費を低減するメモリ制御回路が記載されている。このメモリ制御回路は、コントロールレジスタおよびシフト動作を行うカウンタと、これらの出力を受けて論理演算を行うバンク分離回路等を備え、カウンタによる固定周期を単位として各メモリバンク毎のリフレッシュタイミングをずらす。さらに、コントロールレジスタの設定によって、例えば、リフレッシュタイミングをずらしながら2バンクずつリフレッシュを行わせるようなことも可能となっている。   Similarly to Patent Document 1, Patent Document 2 discloses a memory control circuit that reduces excessive power consumption by shifting the refresh timing for each memory bank with respect to a memory including a plurality of memory banks. Have been described. The memory control circuit includes a control register and a counter that performs a shift operation, a bank separation circuit that receives these outputs and performs a logical operation, and the like, and shifts the refresh timing for each memory bank in units of a fixed period by the counter. Furthermore, for example, it is possible to perform refreshing by two banks while shifting the refresh timing by setting the control register.

また、特許文献3には、セルフリフレッシュを行う際に、外部命令に応じて選択された部分アレイのみをリフレッシュできるように構成された半導体メモリ装置が記載されている。具体的には、内部リフレッシュアドレスを発生する内部アドレス発生回路が、外部命令に応じてアドレスビットの範囲を操作する。このように部分アレイを選択可能とすることで、分散リフレッシュ間の周期を延ばすことができ、消費電力の低減が図れる。   Further, Patent Document 3 describes a semiconductor memory device configured to refresh only a partial array selected according to an external command when performing self-refresh. Specifically, an internal address generation circuit that generates an internal refresh address operates a range of address bits in accordance with an external command. By making the partial array selectable in this way, the period between distributed refreshes can be extended and the power consumption can be reduced.

特開平6−214881号公報JP-A-6-214881 特開平7−122065号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-122065 特開2003−91989号公報JP 2003-91989

一般的に、各種半導体デバイス(半導体装置)では、その世代が進むにつれて低電源電圧化や高速化などが行われ、急激な電流変化に伴う電源ノイズが、安定したデバイス動作を大きく阻害するようになってきている。例えば、DDR−SDRAM(Double Data Rate-Synchronous Dynamic Random Access Memory)といった半導体メモリデバイスにおいても同様に、DDR,DDR2,DDR3と世代が進むにつれ、電源ノイズの設計技術が安定動作の鍵を握るようになりつつある。   Generally, in various semiconductor devices (semiconductor devices), as the generation progresses, lower power supply voltage and higher speed are performed, so that power supply noise due to a sudden current change greatly hinders stable device operation. It has become to. For example, in a semiconductor memory device such as a DDR-SDRAM (Double Data Rate-Synchronous Dynamic Random Access Memory), similarly, as the generation progresses to DDR, DDR2, and DDR3, the design technique of power supply noise holds the key to stable operation. It is becoming.

DRAMの電源には、大きく分けて、コア系(VDD)とI/O系(VDDQ)があるが、DRAMのコア系の電源に関しては、消費電流が大きいリフレッシュ動作が主要なノイズ要因である。リフレッシュ動作とは、DRAMの記憶部であるデータ記憶コンデンサに対する電荷の再充電のことであり、これはDRAMが記憶内容を保持するために、ある一定の時間間隔内で必ず実施しなければならない動作である。   The DRAM power supply is broadly divided into a core system (VDD) and an I / O system (VDDQ). With regard to the DRAM core system power supply, a refresh operation with a large current consumption is a main noise factor. The refresh operation is a recharge of electric charge to the data storage capacitor which is a storage unit of the DRAM, and this is an operation that must be performed within a certain time interval in order for the DRAM to retain the stored contents. It is.

このリフレッシュ動作は、例えば、外部からオートリフレッシュコマンド(REFコマンド)が発行された際や、所謂セルフリフレッシュ動作の場合には、自身で一定の時間間隔でREFを発行することによって行われる。REFコマンドが発行されると、通常、DRAM内部の全バンク(Bank)内の特定ワード線が同時に活性化される。具体的には、REFコマンドは、内部でACTコマンド(ワード線の活性化)とPREコマンド(ワード線の非活性化およびビット線のプリチャージ)に変換され、全Bankに対して、このACTコマンドとPREコマンドが発行される。また、この際の特定ワード線(ワード線アドレス)は、内蔵のリフレッシュカウンタ回路等によって自動的に生成される。   This refresh operation is performed, for example, by issuing a REF at a fixed time interval when an auto-refresh command (REF command) is issued from the outside, or in the case of a so-called self-refresh operation. When the REF command is issued, normally, specific word lines in all banks (Bank) in the DRAM are simultaneously activated. Specifically, the REF command is internally converted into an ACT command (word line activation) and a PRE command (word line deactivation and bit line precharge), and this ACT command is applied to all Banks. And the PRE command are issued. Further, the specific word line (word line address) at this time is automatically generated by a built-in refresh counter circuit or the like.

このように、全バンクの特定ワード線が同時に活性化されると、瞬間的に大きな消費電流が流れ、大きな電源ノイズが発生する。図19は、本発明の前提として検討した半導体装置におけるリフレッシュ動作の一例を示すものであり、(a)、(b)は、それぞれ異なる動作例を示す説明図である。図20は、図19における電源波形の一例を示すものであり、(a)は電源電流波形、(b)は電源電圧波形である。ここでは、例えば8バンク構成の半導体装置(DRAM)を例とする。   Thus, when specific word lines in all banks are activated simultaneously, a large current consumption flows instantaneously and a large power supply noise occurs. FIG. 19 shows an example of a refresh operation in a semiconductor device studied as a premise of the present invention, and FIGS. 19A and 19B are explanatory diagrams showing different operation examples. 20 shows an example of the power supply waveform in FIG. 19, where (a) shows the power supply current waveform and (b) shows the power supply voltage waveform. Here, for example, an 8-bank semiconductor device (DRAM) is taken as an example.

まず、図19(b)([CaseB]とする)においては、全バンク(Bank0〜Bank7)同時にACTコマンドが発行され、一定時間経過した後、全バンク同時にPREコマンドが発行されている。この場合、図20(a)の[CaseB]に示すように、このACTコマンドが発行された際と、PREコマンドが発行された際に大きな電流が発生する。電源電圧は、図20(b)の[CaseB]に示すように、この急激な電流発生に伴い大きく揺れ、これが電源ノイズとなってデバイス動作に悪影響を及ぼすことになる。   First, in FIG. 19B (referred to as [CaseB]), ACT commands are issued simultaneously for all banks (Bank 0 to Bank 7), and after a predetermined time has passed, PRE commands are issued simultaneously for all banks. In this case, as shown in [Case B] in FIG. 20A, a large current is generated when the ACT command is issued and when the PRE command is issued. As shown in [Case B] in FIG. 20B, the power supply voltage greatly fluctuates with the rapid generation of current, which becomes power supply noise and adversely affects device operation.

このような電源ノイズを低減するためには、特許文献1、2に述べたような技術を用いることが有益となる。これらの技術は、図19(a)([CaseA]とする)に示すように、ACTコマンドを発行する間隔を各バンク毎にtRF_minだけずらし、同様に、PREコマンドを発行する間隔も各バンク毎にtRF_minだけずらすものとなっている。ここで、一連の周期となる期間“tRFC_min”は、REFコマンドの発行から次のREFコマンドを発行するまでに最低限確保しなければならない期間として、一般的に仕様によって定められる期間である。また、期間“tRC”も、ACTコマンドの発行からPREコマンドの発行まで最低限確保しなければならない期間として、一般的に仕様によって定められる期間である。この仕様を満たすためには、“tRFC_min”内に、全バンクに対してACTコマンドとPREコマンドを発行する必要があるが、前述したtRF_minを式(1)で算出される値以内に設定すれば、この仕様を満たすことができる。
tRF_min=(tRFC_min−tRC)/(バンク数−1) (1)
この図19(a)のような方式を用いると、図20(a)の[CaseA]に示すように、リフレッシュ動作に伴う電流を平均化することができ、[CaseB]と比較して、ピーク電流などを大きく低減できる。これにより、電源電圧は、図20(b)の[CaseA]に示すように、[CaseB]と比較して揺れが小さくなり、電源ノイズが低減可能となる。
In order to reduce such power supply noise, it is beneficial to use the techniques described in Patent Documents 1 and 2. In these techniques, as shown in FIG. 19A (referred to as [Case A]), the interval at which the ACT command is issued is shifted by tRF_min for each bank. Similarly, the interval at which the PRE command is issued is also different for each bank. Is shifted by tRF_min. Here, a period “tRFC_min” that is a series of cycles is a period that is generally determined by specifications as a period that must be secured at least from the issuance of the REF command to the issuance of the next REF command. The period “tRC” is also a period that is generally determined by specifications as a period that must be secured at least from the issuance of the ACT command to the issuance of the PRE command. In order to satisfy this specification, it is necessary to issue the ACT command and the PRE command to all banks within “tRFC_min”. However, if the above-described tRF_min is set within the value calculated by the equation (1). Can meet this specification.
tRF_min = (tRFC_min−tRC) / (number of banks−1) (1)
When the method as shown in FIG. 19A is used, the current accompanying the refresh operation can be averaged as shown in [Case A] in FIG. 20A. Current and the like can be greatly reduced. As a result, as shown in [Case A] in FIG. 20B, the power supply voltage is less swayed than [Case B], and power noise can be reduced.

しかしながら、この特許文献1、2のような方式では、図20(a)の[CaseA]に示すように台形の電流波形が生成される。リフレッシュノイズのノイズ周波数は、リフレッシュに要する時間が例えば100nsのオーダーなので、10MHz帯を基本波とする。一般に、給電系のインピーダンスは、数十MHz帯ではインダクタンス(L)が主成分(すなわち周波数が高いほどインピーダンスがそれに比例して大きくなる)であるため、高調波成分の大小がノイズ量に大きく影響する。その点、台形の波形は高調波成分が大きく、特に半導体デバイスの世代が更に進んだ場合に、この高調波成分に伴う電源ノイズによってデバイスの安定動作が大きく阻害される恐れがある。   However, in the systems such as Patent Documents 1 and 2, a trapezoidal current waveform is generated as shown in [Case A] of FIG. The noise frequency of the refresh noise has a 10 MHz band as a fundamental wave because the time required for refresh is on the order of, for example, 100 ns. In general, the impedance of the power feeding system is mainly composed of inductance (L) in the several tens of MHz band (that is, the higher the frequency, the larger the impedance increases), so the magnitude of the harmonic component greatly affects the amount of noise. To do. In that respect, the trapezoidal waveform has a large harmonic component, and particularly when the generation of the semiconductor device further progresses, there is a possibility that the stable operation of the device is greatly hindered by the power supply noise accompanying the harmonic component.

そこで、本発明の目的の一つは、電源ノイズを低減可能な半導体装置および情報処理システムを提供することにある。なお、本発明の前記ならびにそれ以外の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Accordingly, one object of the present invention is to provide a semiconductor device and an information processing system capable of reducing power supply noise. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の一実施の形態による半導体装置は、それぞれ並列して回路動作を行う複数の回路ユニットと、各回路ユニットが電流量の大きい回路動作を行う際の開始タイミングおよび/または終了タイミングを指示する制御ユニットとを有するものとなっている。制御ユニットは、この開始タイミングおよび/または終了タイミングを指示する際、各回路ユニット毎にそれぞれ異なるタイミングで指示を行う。この際のタイミングは、この各回路ユニットの動作開始および/または動作終了に伴う電源電流波形が正弦波的な山型の波形となるように調整される。具体的には、例えば、最初の番数となる1番目の回路ユニットの開始タイミングから2番目の回路ユニットの開始タイミングまでの時間差が大きく、その後、中間の番数に向けてこの時間差が段階的に小さくなり、その後、最後の番数に向けてこの時間差が段階的に大きくなるように調整される。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention instructs a plurality of circuit units that perform circuit operations in parallel, and a start timing and / or an end timing when each circuit unit performs a circuit operation with a large amount of current. And a control unit. When instructing the start timing and / or end timing, the control unit gives instructions at different timings for each circuit unit. The timing at this time is adjusted so that the power supply current waveform accompanying the start and / or end of the operation of each circuit unit becomes a sine wave-like waveform. Specifically, for example, the time difference from the start timing of the first circuit unit, which is the first number, to the start timing of the second circuit unit is large, and then this time difference is stepped toward the intermediate number. After that, the time difference is adjusted so as to increase stepwise toward the last number.

これによって、電源電流波形の高調波成分が低減でき、電源ノイズの低減が可能となる。なお、この各回路ユニットは、例えば、1つの半導体チップ内の各回路ブロックであったり、あるいは、1つのシステム内に含まれる各装置(例えば半導体IC)であってもよい。より好適には、例えば、各回路ユニットを1つのDRAMチップ内のメモリバンクとし、制御ユニットをリフレッシュ制御回路とすることができる。この場合、リフレッシュ制御回路は、各メモリバンク毎のリフレッシュ開始タイミングおよび/またはリフレッシュ終了タイミングを前述したような時間差となるように調整する。これによって、通常大きなノイズ源となるリフレッシュに伴う電源ノイズを、容易に低減可能となる。この原理を図8を用いてもう少し詳しく説明する。図8(a)は一般的半導体チップの給電系インピーダンスプロファイルを示す。数十MHz帯は基板やLSIパッケージのインダクタンスが支配的となる領域であり、ここのインピーダンスを下げるのは一般に困難であるため(高コストなパッケージが必要になるなど)、この周波数範囲のインピーダンスZは右肩上がりの特性を示す(インダクタンスのインピーダンス:ZL=2πf・Lより)。ノイズ電圧は電流とインピーダンスの積で決まるため、インピーダンスが高くなる周波数範囲で電流成分を低く抑えることが低ノイズ電圧化にとっては望ましい。そのため、図8(c)の破線のように矩形波に近い電流波形となるよりも、実線のような正弦波的な山型の波形が望ましく、このように波形を変更することで、図8(b)に示すように電流の高調波成分を小さくでき、結果的にノイズ電圧を低く抑えることができる。   As a result, harmonic components of the power supply current waveform can be reduced, and power supply noise can be reduced. Each circuit unit may be, for example, each circuit block in one semiconductor chip, or each device (for example, a semiconductor IC) included in one system. More preferably, for example, each circuit unit can be a memory bank in one DRAM chip, and the control unit can be a refresh control circuit. In this case, the refresh control circuit adjusts the refresh start timing and / or refresh end timing for each memory bank so as to have the time difference as described above. As a result, it is possible to easily reduce power supply noise accompanying refresh, which is usually a large noise source. This principle will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 8A shows a power supply system impedance profile of a general semiconductor chip. The tens of MHz band is a region where the inductance of the substrate or LSI package is dominant, and it is generally difficult to lower the impedance here (for example, a high-cost package is required), so the impedance Z in this frequency range Indicates a rising characteristic (inductance of inductance: ZL = 2πf · L). Since the noise voltage is determined by the product of the current and the impedance, it is desirable for reducing the noise voltage to keep the current component low in the frequency range where the impedance increases. For this reason, a sinusoidal mountain-shaped waveform such as a solid line is preferable rather than a current waveform close to a rectangular wave as indicated by a broken line in FIG. 8C. By changing the waveform in this way, FIG. As shown in (b), the harmonic component of the current can be reduced, and as a result, the noise voltage can be kept low.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すると、半導体装置および情報処理システムにおける電源ノイズを低減可能となる。   The effects obtained by typical inventions among the inventions disclosed in this application will be briefly described. Power supply noise in a semiconductor device and an information processing system can be reduced.

本発明の実施の形態1による半導体装置において、その構成の一例を示すものであり、(a)は全体ブロック図、(b)は(a)のメモリバンク内の構成例を示す回路図である。FIG. 2 shows an example of the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, where (a) is an overall block diagram, and (b) is a circuit diagram showing an example of the configuration in the memory bank of (a). . 図1の半導体装置において、そのリフレッシュ動作方式の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a refresh operation method in the semiconductor device of FIG. 1. 図2における電源波形の一例を示すものであり、(a)は比較例として図19(a)の場合の電源電流波形、(b)は図2の場合の電源電流波形、(c)は(a)と(b)に対応する電源電圧波形である。2 shows an example of a power supply waveform in FIG. 2, (a) shows a power supply current waveform in the case of FIG. 19 (a) as a comparative example, (b) shows a power supply current waveform in the case of FIG. It is a power supply voltage waveform corresponding to a) and (b). 図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路の一例を示すものであり(a)はその主要部の構成例を示す回路図、(b)は(a)の動作例を示す波形図である。In the semiconductor device of FIG. 1, one example of the refresh control circuit is shown, (a) is a circuit diagram showing a configuration example of the main part, and (b) is a waveform diagram showing an operation example of (a). 図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路の他の一例を示すものであり、(a)はその主要部の構成例を示す回路図、(b)は(a)の動作例を示す波形図である。FIG. 2 shows another example of the refresh control circuit in the semiconductor device of FIG. 1, (a) is a circuit diagram showing a configuration example of the main part, and (b) is a waveform diagram showing an operation example of (a). It is. 図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路における主要部の更に他の構成例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing still another configuration example of a main part in the refresh control circuit in the semiconductor device of FIG. 1. 本発明の実施の形態2による半導体装置において、図1のリフレッシュ制御回路の主要部の構成例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a main part of a refresh control circuit of FIG. 1 in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の効果が生まれる原理を説明するものであり、(a)は給電系インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフ、(b)は(c)の電流波形の電流スペクトルを示す図である。4A and 4B are diagrams illustrating the principle of the effect of the present invention, in which FIG. 4A is a graph illustrating an example of frequency characteristics of a power feeding system impedance, and FIG. 4B is a diagram illustrating a current spectrum of a current waveform of FIG. 本発明の実施の形態3による半導体装置または情報処理システムにおいて、その基本概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic concept in the semiconductor device or information processing system by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による半導体装置において、その構成例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その構成例を示す外形図である。In the information processing system by Embodiment 3 of this invention, it is an external view which shows the example of a structure. 本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example in the information processing system by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その更に他の構成例を示す外形図である。In the information processing system by Embodiment 3 of this invention, it is an external view which shows the further another structural example. 本発明の実施の形態3による半導体装置において、その更に他の構成例を示す平面図である。In the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention, it is a top view which shows the further another structural example. 本発明の実施の形態3による半導体装置において、図1の半導体装置の動作例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an operation example of the semiconductor device of FIG. 本発明の実施の形態3による半導体装置において、その更に他の構成例を示す斜視図である。In the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention, it is a perspective view which shows the further another structural example. 本発明の実施の形態3による半導体装置または情報処理システムにおいて、その更に他の例を示すものであり、(a)はその構成例を示すブロック図、(b)は(a)の動作例を示す説明図である。In the semiconductor device or information processing system according to Embodiment 3 of the present invention, still another example is shown, (a) is a block diagram showing a configuration example thereof, and (b) is an operation example of (a). It is explanatory drawing shown. 本発明の実施の形態4による半導体装置または情報処理システムにおいて、その基本概念を示すものであり、(a)はその動作例を示す説明図、(b)は(a)を用いた場合の電源電流波形の一例を示す波形図である。In the semiconductor device or information processing system by Embodiment 4 of this invention, the basic concept is shown, (a) is explanatory drawing which shows the operation example, (b) is a power supply at the time of using (a) It is a wave form diagram which shows an example of a current waveform. 本発明の前提として検討した半導体装置におけるリフレッシュ動作の一例を示すものであり、(a)、(b)は、それぞれ異なる動作例を示す説明図である。An example of the refresh operation in the semiconductor device studied as a premise of the present invention is shown, and (a) and (b) are explanatory diagrams showing different operation examples. 図19における電源波形の一例を示すものであり、(a)は電源電流波形、(b)は電源電圧波形である。19 shows an example of a power supply waveform in FIG. 19, where (a) is a power supply current waveform and (b) is a power supply voltage waveform.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、その構成の一例を示すものであり、(a)は全体ブロック図、(b)は(a)のメモリバンク内の構成例を示す回路図である。図1(a)の半導体装置(半導体チップ、半導体IC)CP_Dは、1個の半導体チップ上に形成された例えばDRAMチップとなっている。半導体装置CP_Dは、複数(ここでは8個)のメモリバンクMBK0〜MBK7と、リフレッシュ制御回路REF_CTLを含んでいる。REF_CTLは、例えば、外部からオートリフレッシュコマンドREFが入力された場合や、セルフリフレッシュ時に内部でREFを生成する際、MBK0〜MBK7に対して、それぞれ、リフレッシュ信号REFS0〜REFS7を出力する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall block diagram, and FIG. 1B shows an example of the configuration in the memory bank of FIG. It is a circuit diagram. The semiconductor device (semiconductor chip, semiconductor IC) CP_D in FIG. 1A is, for example, a DRAM chip formed on one semiconductor chip. The semiconductor device CP_D includes a plurality (here, eight) of memory banks MBK0 to MBK7 and a refresh control circuit REF_CTL. REF_CTL outputs refresh signals REFS0 to REFS7 to MBK0 to MBK7, respectively, for example, when an auto-refresh command REF is input from the outside or when REF is generated internally during self-refresh.

メモリバンクMBK0〜MBK7のそれぞれは、図1(b)に示すように、複数のワード線WL0,WL1,…と、複数のビット線対(BL0,/BL0),(BL1,/BL1),…と、ワード線とビット線対の交点に配置される複数のメモリセルMCを含んでいる。各メモリセルMCは、自身に対応するワード線WLが活性化された際に、自身に対応するビット線BLをトランジスタMTを介して容量Csに接続する。また、各メモリバンクMBKは、ワード線WLを駆動するワードドライバ回路WDと、各ビット線対(BL,/BL)の電位差を増幅する複数のセンスアンプ回路SAと、各ビット線対(BL,/BL)をプリチャージする複数のプリチャージ回路PCなどを含んでいる。   As shown in FIG. 1B, each of the memory banks MBK0 to MBK7 includes a plurality of word lines WL0, WL1,... And a plurality of bit line pairs (BL0, / BL0), (BL1, / BL1),. And a plurality of memory cells MC arranged at the intersections of the word line and the bit line pair. Each memory cell MC connects the bit line BL corresponding to itself to the capacitor Cs via the transistor MT when the word line WL corresponding to the memory cell MC is activated. Each memory bank MBK includes a word driver circuit WD that drives the word line WL, a plurality of sense amplifier circuits SA that amplify the potential difference between each bit line pair (BL, / BL), and each bit line pair (BL, / BL) includes a plurality of precharge circuits PC and the like.

各メモリバンクMBK(例えばMBK0)は、REF_CTLからのリフレッシュ信号REFS(例えばREFS0)を受けた際に、ワードドライバ回路WDを介して特定のワード線WLを活性化させる。この際のワード線WLの特定は、図示はしないが、REF_CTLに含まれるリフレッシュアドレス生成回路(リフレッシュカウンタ回路)によって定められる。また、REF_CTLは、当該ワード線に接続される容量Csを再充電するのに必要な所定の時間を経過した後、当該ワード線WLをWDを介して非活性化させ、各ビット線対(BL,/BL)をプリチャージ回路PCを介してプリチャージさせる。   Each memory bank MBK (for example, MBK0) activates a specific word line WL via the word driver circuit WD when receiving a refresh signal REFS (for example, REFS0) from REF_CTL. The specification of the word line WL at this time is determined by a refresh address generation circuit (refresh counter circuit) included in REF_CTL (not shown). The REF_CTL deactivates the word line WL via the WD after a predetermined time required to recharge the capacitor Cs connected to the word line, and each bit line pair (BL , / BL) is precharged via the precharge circuit PC.

図2は、図1の半導体装置において、そのリフレッシュ動作方式の一例を示す説明図である。図2に示すように、各メモリバンクMBK0〜MBK7には、MBK0からMBK7に向けて順次遅延する形で、それぞれ異なるタイミングでリフレッシュ信号REFS0〜REFS7が入力されている。REFSは、実質的に、ワード線WLを活性化させる命令(ACTコマンド)と、WLを非活性化ならびにビット線BLのプリチャージを行わせる命令(PREコマンド)に分解される。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the refresh operation method in the semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 2, refresh signals REFS0 to REFS7 are input to the respective memory banks MBK0 to MBK7 at different timings in a delayed manner from MBK0 to MBK7. REFS is substantially decomposed into an instruction (ACT command) for activating word line WL and an instruction (PRE command) for deactivating WL and precharging bit line BL.

ここで、MBK0とMBK1におけるACTコマンドの時間差(すなわちリフレッシュ動作の開始タイミングの時間差)をtRF_1とし、MBK1とMBK2におけるACTコマンドの時間差をtRF_2とし、以降同様にして、MBK6とMBK7におけるACTコマンドの時間差をtRF_7とする。また、ACTコマンドからPREコマンドまでの時間tRCは一定であり、これに伴い、MBK0〜MBK7におけるそれぞれのPREコマンドの時間差(すなわちリフレッシュ動作の終了タイミングの時間差)はACTコマンドの場合と同様である。   Here, the time difference between the ACT commands in MBK0 and MBK1 (that is, the time difference in the start timing of the refresh operation) is tRF_1, the time difference between the ACT commands in MBK1 and MBK2 is tRF_2, and so on. Is tRF_7. Further, the time tRC from the ACT command to the PRE command is constant, and accordingly, the time difference between the PRE commands in MBK0 to MBK7 (that is, the time difference of the refresh operation end timing) is the same as in the case of the ACT command.

このような動作において、図1の半導体装置は、式(2)となるように、リフレッシュ動作の開始タイミングおよび終了タイミングが設定されることが主要な特徴となっている。
(tRF_1=tRF_7)>(tRF_2=tRF_6)>(tRF_3=tRF_5)>tRF_4 (2)
式(2)は、言い換えれば、MBKの数をNとし、そのI番目と(I+1)番目に行われるリフレッシュ動作の時間間隔をT(I)とすると、「T(I)=T(N−I)、かつI≦N/2でT(I)<T(I−1)」が成り立つ関係となっている。なお、図2における期間“tRFC_min”は、REFコマンドの発行(即ち全バンクに対するリフレッシュ動作の開始)から次のREFコマンドを発行するまでに最低限確保する必要がある期間であり、一般的に仕様で定められている期間である。したがって、図2に示すように、式(2)の関係でタイミングをずらしつつも、tRFC_min以内にMBK0〜MBK7のリフレッシュ動作が終わるようにする必要がある。
In such an operation, the semiconductor device of FIG. 1 is mainly characterized in that the start timing and end timing of the refresh operation are set so as to satisfy Equation (2).
(TRF_1 = tRF_7)> (tRF_2 = tRF_6)> (tRF_3 = tRF_5)> tRF_4 (2)
In other words, if the number of MBKs is N and the time interval of the refresh operation performed at the I-th and (I + 1) -th is T (I), the expression (2) is expressed as “T (I) = T (N− I) and I ≦ N / 2, and T (I) <T (I−1) ”holds. Note that the period “tRFC_min” in FIG. 2 is a period that needs to be secured at least from the issuance of the REF command (that is, the start of the refresh operation to all banks) until the next REF command is issued. This is the period specified in. Therefore, as shown in FIG. 2, it is necessary to complete the refresh operation of MBK0 to MBK7 within tRFC_min while shifting the timing according to the relationship of Expression (2).

図3は、図2における電源波形の一例を示すものであり、(a)は比較例として図19(a)の場合の電源電流波形、(b)は図2の場合の電源電流波形、(c)は(a)と(b)に対応する電源電圧波形である。図3(a)に示すように、図19(a)のリフレッシュタイミングを用いた場合には台形状の電流波形であったが、図2のリフレッシュタイミングを用いることで、図3(b)に示すように、略正弦波状の電流波形が得られる。これによって、図3(c)に示すように、それぞれの電源ノイズの大きさは、図19(a)の場合が最大で例えば390mVであるのに対して、図2の場合は最大で例えば260mVとなり30%〜40%といったノイズ低減が実現可能となる。   3 shows an example of the power supply waveform in FIG. 2. FIG. 3A shows a power supply current waveform in FIG. 19A as a comparative example, FIG. 3B shows a power supply current waveform in FIG. c) is a power supply voltage waveform corresponding to (a) and (b). As shown in FIG. 3A, when the refresh timing of FIG. 19A is used, the current waveform has a trapezoidal shape. By using the refresh timing of FIG. 2, the refresh timing shown in FIG. As shown, a substantially sinusoidal current waveform is obtained. Thus, as shown in FIG. 3C, the magnitude of each power supply noise is 390 mV at the maximum in the case of FIG. 19A, for example, 260 mV at the maximum in FIG. Therefore, noise reduction of 30% to 40% can be realized.

これは、電流波形が略正弦波状となるように制御することで、その高調波成分が低減できるためである。前述したように、電源系のインピーダンスは、通常、周波数が高くなるほどインダクタンス(L)成分が主体的となるため、高調波成分の電流スペクトルが大きくなるほど(L)成分によって大きな電源ノイズが発生することになる。そこで、電流波形を正弦波に近づけることで、高調波成分が低減でき、電源ノイズが低減可能となる。この意味で、式(2)を満たす各tRFの大きさは、電流波形がより正弦波に近づくように設定することが望ましい。   This is because the harmonic component can be reduced by controlling the current waveform to be substantially sinusoidal. As described above, the impedance of the power supply system usually has an inductance (L) component mainly as the frequency becomes higher. Therefore, as the current spectrum of the higher harmonic component becomes larger, a larger power supply noise is generated by the (L) component. become. Therefore, by bringing the current waveform close to a sine wave, harmonic components can be reduced and power supply noise can be reduced. In this sense, it is desirable to set the magnitude of each tRF that satisfies Equation (2) so that the current waveform is closer to a sine wave.

図4は、図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路REF_CTLの一例を示すものであり(a)はその主要部の構成例を示す回路図、(b)は(a)の動作例を示す波形図である。図4(a)に示すリフレッシュ制御回路REF_CTL1は、セレクタ回路SEL1と、シリアル接続された複数のフリップフロップ回路FF0[0],FF1[0]〜FF1[2],FF2[0],FF2[1],…,FF7[2]と、複数の論理和回路OR10〜OR17などによって構成される。フリップフロップ回路FFn[m]の「n」は、0〜7であり、「m」は「n」の値に応じて適宜設定される。   4 shows an example of the refresh control circuit REF_CTL in the semiconductor device of FIG. 1. FIG. 4A is a circuit diagram showing a configuration example of the main part, and FIG. 4B shows an operation example of FIG. It is a waveform diagram. The refresh control circuit REF_CTL1 shown in FIG. 4A includes a selector circuit SEL1 and a plurality of serially connected flip-flop circuits FF0 [0], FF1 [0] to FF1 [2], FF2 [0], FF2 [1. ], FF7 [2], and a plurality of OR circuits OR10 to OR17. “N” of the flip-flop circuit FFn [m] is 0 to 7, and “m” is appropriately set according to the value of “n”.

SEL1にはリフレッシュ制御回路REF_CTL1の動作モードが設定される。すなわち、選択信号S1によりSEL1の上側のノードを選択すると、入力された共通リフレッシュ信号REFCが論理和回路OR10〜OR17のそれぞれ一方の入力端に伝達される。論理和回路OR10〜OR17のそれぞれ他方の入力端には入力がない。したがって、各メモリバンクMBK0〜MBK7には図4(b)に示す共通リフレッシュ信号REFCとほぼ同一タイミングのリフレッシュ信号が加えられる。なお、本実施の形態では、各メモリバンクMBK0〜MBK7内部では、与えられたリフレッシュ信号の立ち上がりでACTコマンドが発せられてワード線の活性化が起こり、リフレッシュ信号の立ち下がりでPREコマンドが発せられてビット線のプリチャージが起こる。   The operation mode of the refresh control circuit REF_CTL1 is set in SEL1. That is, when the upper node of SEL1 is selected by the selection signal S1, the inputted common refresh signal REFC is transmitted to one input terminal of each of the OR circuits OR10 to OR17. There is no input at the other input terminals of the OR circuits OR10 to OR17. Therefore, a refresh signal having substantially the same timing as the common refresh signal REFC shown in FIG. 4B is applied to each of the memory banks MBK0 to MBK7. In the present embodiment, in each of the memory banks MBK0 to MBK7, the ACT command is issued at the rising edge of the applied refresh signal, the word line is activated, and the PRE command is issued at the falling edge of the refresh signal. Bit line precharge occurs.

選択信号S1によってSEL1の下側のノードが選択された場合には、先に図2、図3で説明した非等間隔の時間差をもつリフレッシュ信号が各メモリバンクMBK0〜MBK7に加わる動作モードとなる。すなわち、REFCがフリップフロップ回路FF0[0]の入力に伝送される。クロック信号CLKによるFF0[0]のラッチ動作の結果であるFF0[0]の出力は論理和回路OR10を介しメモリバンクMBK0に供給される。これにより、メモリバンクMBK0へのリフレッシュ信号REFS0は、クロック信号CLKの立ち上がりにほぼ同期する。なお図4(b)中のTpdは、クロック信号に対するフリップフロップ回路の出力遅延、および論理和回路の通過時に生じる遅延等を示す。隣のメモリバンクMBK1に供給されるリフレッシュ信号REFS1は、更にシリアル接続された3つのフリップフロップFF1[0]、FF1[1]、FF1[2]を経由した出力タップから論理和回路OR11を介して引き出される。したがってREFS1とREFS0の時間差tRF_1は、クロック周期をTfとすると3Tfとなる。更に隣のメモリバンクMBK2に供給されるリフレッシュ信号REFS2は、更に2つのフリップフロップFF2[0]、FF2[1]を経由した出力タップから論理和回路OR12を介して引き出されるので、REFS2とREFS1の時間差tRF_2は2Tfとなる。リフレッシュ信号を引き出すタップ間のフリップフロップ回路の数は以降は1となり、最遠のタップでは再び3に増加する。   When the lower node of SEL1 is selected by the selection signal S1, the operation mode is applied in which the refresh signals having the non-uniform time differences described above with reference to FIGS. 2 and 3 are applied to the memory banks MBK0 to MBK7. . That is, REFC is transmitted to the input of the flip-flop circuit FF0 [0]. The output of FF0 [0], which is the result of the latch operation of FF0 [0] by the clock signal CLK, is supplied to the memory bank MBK0 via the OR circuit OR10. Thereby, the refresh signal REFS0 to the memory bank MBK0 is substantially synchronized with the rising edge of the clock signal CLK. Note that Tpd in FIG. 4B indicates an output delay of the flip-flop circuit with respect to the clock signal, a delay caused when passing through the OR circuit, and the like. The refresh signal REFS1 supplied to the adjacent memory bank MBK1 is further output from an output tap via three flip-flops FF1 [0], FF1 [1], and FF1 [2] connected in series via an OR circuit OR11. Pulled out. Therefore, the time difference tRF_1 between REFS1 and REFS0 is 3Tf when the clock cycle is Tf. Further, the refresh signal REFS2 supplied to the adjacent memory bank MBK2 is further extracted from the output tap via the two flip-flops FF2 [0] and FF2 [1] via the OR circuit OR12. The time difference tRF_2 is 2Tf. Thereafter, the number of flip-flop circuits between the taps from which the refresh signal is extracted becomes 1, and increases to 3 again at the farthest tap.

このように、図4(a)の回路では、共通リフレッシュ信号REFCを順次シフトするフリップフロップ回路の列から信号を取り出す各タップ位置を選択し、その隣接タップ間のフリップフロップ回路の数を変化させて、図2、図3で説明したような非等間隔の時間差をもつリフレッシュ信号REFS0〜REFS7を得ている。なお、特に限定はされないが、例えばTfは10ns程度であり、図2のtRCは60ns程度であり、tRFC_minは120ns程度である。この場合、例えば、tRF_1は、図4(a)に示すように、3段のフリップフロップ回路FF1[0]〜FF1[2]を用いて20ns〜30nsといった値を設定すればよい。   As described above, in the circuit of FIG. 4A, each tap position from which a signal is extracted from a column of flip-flop circuits that sequentially shift the common refresh signal REFC is selected, and the number of flip-flop circuits between the adjacent taps is changed. Thus, the refresh signals REFS0 to REFS7 having the time intervals of non-uniform intervals as described in FIGS. 2 and 3 are obtained. Although not particularly limited, for example, Tf is about 10 ns, tRC in FIG. 2 is about 60 ns, and tRFC_min is about 120 ns. In this case, for example, tRF_1 may be set to a value of 20 ns to 30 ns using three stages of flip-flop circuits FF1 [0] to FF1 [2], as shown in FIG.

このように、図4(a)のようなリフレッシュ制御回路REF_CTL1を用いることで、図2のリフレッシュタイミングを容易に実現可能となる。なお、セレクタ回路SEL1の出力における各フリップフロップ回路FFを介さない側の経路は、全メモリバンクMBKに対して同時にリフレッシュ動作を行いたいようなことがあった場合に備えて設けてあり、必ずしも必要というわけではない。   As described above, the refresh timing shown in FIG. 2 can be easily realized by using the refresh control circuit REF_CTL1 as shown in FIG. Note that the path on the side not passing through each flip-flop circuit FF in the output of the selector circuit SEL1 is provided in case there is a case where it is desired to perform refresh operations on all the memory banks MBK at the same time. Do not mean.

図5は、図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路REF_CTLの他の一例を示すものであり、(a)はその主要部の構成例を示す回路図、(b)は(a)の動作例を示す波形図である。図5(a)に示すリフレッシュ制御回路REF_CTL2は、セレクタ回路SEL2と、複数の遅延回路DLY21〜DLY27と、複数の論理和回路OR20〜OR27などによって構成される。SEL2は、全バンクメモリMBKに向けた共通リフレッシュ信号REFCを受け、それを選択信号S2に基づいて選択して出力する。選択信号S2によって一方が選択された場合には、REFCがOR20〜OR27の一方の入力に伝送される。S2によって他方が選択された場合には、REFCがDLY21の入力とOR20の他方の入力に伝送される。   5 shows another example of the refresh control circuit REF_CTL in the semiconductor device of FIG. 1. FIG. 5A is a circuit diagram showing a configuration example of the main part, and FIG. 5B is an operation of FIG. It is a wave form diagram which shows an example. The refresh control circuit REF_CTL2 illustrated in FIG. 5A includes a selector circuit SEL2, a plurality of delay circuits DLY21 to DLY27, a plurality of OR circuits OR20 to OR27, and the like. SEL2 receives the common refresh signal REFC for all the bank memories MBK, selects it based on the selection signal S2, and outputs it. When one is selected by the selection signal S2, REFC is transmitted to one input of OR20 to OR27. When the other is selected by S2, REFC is transmitted to the input of DLY21 and the other input of OR20.

DLY21は、その出力がOR21の他方の入力とDLY22の入力に接続され、DLY22は、その出力がOR22の他方の入力とDLY23の入力に接続され、以降同様にして、DLY27は、DLY26の出力が入力されると共に、その出力がOR27の他方の入力に接続される。そして、OR20〜OR27の出力が、それぞれ、リフレッシュ信号REFS0〜REFS7となり、MBK0〜MBK7に伝送される。   The output of DLY21 is connected to the other input of OR21 and the input of DLY22. DLY22 has its output connected to the other input of OR22 and the input of DLY23. Similarly, DLY27 outputs the output of DLY26. While being input, its output is connected to the other input of the OR 27. The outputs of OR20 to OR27 become refresh signals REFS0 to REFS7, respectively, and are transmitted to MBK0 to MBK7.

このような構成において、DLY21〜DLY27の遅延時間Tdlyは、それぞれ、図2に示したtRF_1〜tRF_7に設計される。これによって、図5(b)に示すように、OR20が、REFCとほぼ同様のタイミングでREFS0を出力し、そこからtRF_1遅延した後に、OR21がREFS1を出力し、更にそこからtRF_2遅延した後に、OR22がREFS2を出力し、以降同様にして図2に示したような動作が行われる。なお、DLY21〜DLY27のそれぞれは、例えば、複数段のインバータ接続などによって実現可能である。このように、図5のようなリフレッシュ制御回路REF_CTL2を用いることで、図2のリフレッシュタイミングを容易に実現可能となる。   In such a configuration, the delay times Tdly of DLY21 to DLY27 are designed to tRF_1 to tRF_7 shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 5 (b), after OR20 outputs REFS0 at substantially the same timing as REFC and delays tRF_1 therefrom, OR21 outputs REFS1 and further delays tRF_2 therefrom. The OR 22 outputs REFS2, and thereafter the same operation as shown in FIG. 2 is performed. Each of DLY21 to DLY27 can be realized by, for example, a plurality of stages of inverter connections. Thus, by using the refresh control circuit REF_CTL2 as shown in FIG. 5, the refresh timing of FIG. 2 can be easily realized.

図6は、図1の半導体装置において、そのリフレッシュ制御回路REF_CTLにおける主要部の更に他の構成例を示す回路図である。図6に示すリフレッシュ制御回路REF_CTL3は、カウンタ回路CUNTと、比較回路(CMP0s,CMP0r)〜(CMP7s,CMP7r)と、SRフリップフロップ回路SR0〜SR7などによって構成される。CUNTは、例えば、共通リフレッシュ信号REFCをリセットおよび開始トリガとして、数ns周期のクロック信号CLKでカウント動作を行う。CMP0sは、カウント値が設定値t0に達した際にSR0をセットし、CMP0rは、カウント値が例えば設定値「t0+tRC」に達した際にSR0をリセットする。SR0の出力は、REFS0となり、メモリバンクMBK0に伝送される。   FIG. 6 is a circuit diagram showing still another configuration example of the main part of the refresh control circuit REF_CTL in the semiconductor device of FIG. The refresh control circuit REF_CTL3 shown in FIG. 6 includes a counter circuit CUNT, comparison circuits (CMP0s, CMP0r) to (CMP7s, CMP7r), SR flip-flop circuits SR0 to SR7, and the like. For example, the CUNT performs a counting operation with a clock signal CLK having a period of several ns using the common refresh signal REFC as a reset and start trigger. CMP0s sets SR0 when the count value reaches the set value t0, and CMP0r resets SR0 when the count value reaches, for example, the set value “t0 + tRC”. The output of SR0 becomes REFS0 and is transmitted to the memory bank MBK0.

また、CMP1sは、カウント値が例えば「t0+tRF_1」に達した際にSR1をセットし、CMP1rは、カウント値が例えば「t0+tRF_1+tRC」に達した際にSR1をリセットする。SR1の出力は、REFS1となり、MBK1に伝送される。以降同様にして、CMP7sの出力をセット入力、CMP7rの出力をリセット入力とするSR7の出力が、REFS7となってMBK7に伝送される。このように構成によっても、図2に示したようなリフレッシュタイミングを容易に実現可能となる。なお、CLKの周期よりも更に高分解能でタイミングを設定したい場合は、例えばSR0〜SR1の出力に図5で述べたような遅延回路DLYを加えればよい。   CMP1s sets SR1 when the count value reaches, for example, “t0 + tRF_1”, and CMP1r resets SR1 when the count value reaches, for example, “t0 + tRF_1 + tRC”. The output of SR1 becomes REFS1 and is transmitted to MBK1. In the same manner, the output of SR7 having the output of CMP7s as the set input and the output of CMP7r as the reset input becomes REFS7 and is transmitted to MBK7. With this configuration, the refresh timing as shown in FIG. 2 can be easily realized. If it is desired to set the timing with a higher resolution than the CLK cycle, for example, the delay circuit DLY as shown in FIG. 5 may be added to the outputs of SR0 to SR1.

以上、本実施の形態1の半導体装置を用いることで、代表的には電源ノイズを低減可能となる。なお、リフレッシュ制御回路REF_CTLの構成は、勿論、前述したような構成に限らず、図2のtRFを設定するためのディジタル遅延回路やアナログ遅延回路を備えた構成であれば種々変更可能である。例えば、図4の構成例における各フリップフロップ回路FFのTpdを同一とし、その段数によるディジタル遅延によっておおまかな遅延時間を設定し、これに、図5のようなアナログ遅延回路を組み合わせて詳細な遅延時間を設定することもできる。また、本実施の形態1のリフレッシュ制御回路REF_CTLは、1個のリフレッシュ信号REFSのみでワード線の活性化と非活性化のタイミングを定めているが、REFSをワード線活性化用のトリガ信号と非活性化用のトリガ信号に分離して、活性化時のみ、非活性化時のみ、あるいはその両方のタイミングをずらせるように構成することも可能である。   As described above, typically the power supply noise can be reduced by using the semiconductor device of the first embodiment. Of course, the configuration of the refresh control circuit REF_CTL is not limited to the configuration described above, and can be variously modified as long as it includes a digital delay circuit and an analog delay circuit for setting tRF in FIG. For example, the Tpd of each flip-flop circuit FF in the configuration example of FIG. 4 is made the same, and a rough delay time is set by a digital delay depending on the number of stages, and this is combined with an analog delay circuit as shown in FIG. You can also set the time. Further, the refresh control circuit REF_CTL of the first embodiment determines the activation and deactivation timing of the word line with only one refresh signal REFS, but REFS is used as a trigger signal for activating the word line. It is also possible to separate the trigger signal for deactivation and shift the timing only at the time of activation, only at the time of deactivation, or both.

(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2による半導体装置において、図1のリフレッシュ制御回路REF_CTLの主要部の構成例を示す回路図である。図7に示すリフレッシュ制御回路REF_CTL4は、前述した図5のリフレッシュ制御回路REF_CTL2における遅延回路DLY21〜DLY27が可変遅延回路VDLY21〜VDLY27に変更されたことが主要な特徴となっている。それ以外の構成に関しては、図5と同様であるため詳細な説明は省略する。VDLY21〜VDLY27は、それぞれ、選択信号S21〜S27に応じて任意の遅延時間を設定可能な回路となっている。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a main part of the refresh control circuit REF_CTL of FIG. 1 in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The main feature of the refresh control circuit REF_CTL4 shown in FIG. 7 is that the delay circuits DLY21 to DLY27 in the refresh control circuit REF_CTL2 of FIG. 5 described above are changed to variable delay circuits VDLY21 to VDLY27. Since other configurations are the same as those in FIG. 5, detailed description thereof is omitted. The VDLY21 to VDLY27 are circuits that can set arbitrary delay times according to the selection signals S21 to S27, respectively.

図7に示したようなリフレッシュ制御回路REF_CTL4を用いることで、その基本周波数や、波形の形状を変更することができ、この結果、様々な給電系インピーダンスプロファイルを有する実装形態において、電源ノイズの低減を最も効率よく低減できる電流波形へと調整することが可能となる。   By using the refresh control circuit REF_CTL4 as shown in FIG. 7, the fundamental frequency and the waveform shape can be changed. As a result, power supply noise can be reduced in mounting forms having various power supply system impedance profiles. Can be adjusted to a current waveform that can be reduced most efficiently.

以上、本実施の形態2の半導体装置を用いることで、代表的には電源ノイズを低減可能となる。また、各種給電系のインピーダンス特性を対象として、柔軟に電源ノイズの低減が可能となる。なお、図7の構成例は、勿論これに限定されるものではない。例えば、図6の構成例における比較回路CMPの期待値を可変にすることでも代替え可能であり、その他にも、様々な可変ディジタル遅延回路や可変アナログ遅延回路を用いて実現可能である。   As described above, power supply noise can be reduced typically by using the semiconductor device of the second embodiment. In addition, power supply noise can be reduced flexibly for impedance characteristics of various power feeding systems. Of course, the configuration example of FIG. 7 is not limited to this. For example, it can be replaced by making the expected value of the comparison circuit CMP in the configuration example of FIG. 6 variable, and can be realized by using various variable digital delay circuits and variable analog delay circuits.

(実施の形態3)
前述した実施の形態1では、図2のようにリフレッシュタイミングをずらし、正弦波状の電流波形を生成することで電源ノイズの低減を図ったが、この方式は、リフレッシュ動作に限らず、様々な場面に適用可能である。すなわち、本来、複数の回路部の同時動作によって一斉に電流が流れるような場面において、各回路部の動作タイミングを電流波形が正弦波に近づくようにずらすことで、電源ノイズ低減効果が得られる。そこで、本実施の形態3では、この各種場面の一例を挙げる。
(Embodiment 3)
In the first embodiment described above, the refresh timing is shifted as shown in FIG. 2 to reduce the power supply noise by generating a sinusoidal current waveform. However, this method is not limited to the refresh operation and is used in various situations. It is applicable to. In other words, in a situation where currents flow by simultaneous operation of a plurality of circuit units, the power supply noise reduction effect can be obtained by shifting the operation timing of each circuit unit so that the current waveform approaches a sine wave. In the third embodiment, an example of these various scenes is given.

図9は、本発明の実施の形態3による半導体装置または情報処理システムにおいて、その基本概念を示す説明図である。図9に示すように、本実施の形態3の半導体装置または情報処理システムは、図2の場合と同様に、複数の回路部(ここでは8個)CR0〜CR7の動作タイミングをずらすことが主要な特徴となっている。図9において、ずらす対象となる動作は、例えば前述したリフレッシュ動作のように一定期間内に行われる相対的に電流量が大きい動作であり、それ以外の期間では、相対的に電流量が小さい動作が行われるか又は電流量がほぼゼロ(すなわち動作停止状態)となっている。CR0〜CR7は、同一種類の回路部であっても異なる種類の回路部であってもよく、その対象となる動作も同様の動作であっても異なる動作であってもよい。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the basic concept of the semiconductor device or information processing system according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, in the semiconductor device or information processing system of the third embodiment, the operation timings of a plurality of circuit units (eight in this case) CR0 to CR7 are shifted as in the case of FIG. It has become a feature. In FIG. 9, the operation to be shifted is, for example, an operation with a relatively large amount of current performed within a certain period, such as the above-described refresh operation, and an operation with a relatively small amount of current in other periods. Or the amount of current is almost zero (that is, the operation is stopped). The CR0 to CR7 may be the same type of circuit unit or different types of circuit units, and the target operation may be the same operation or different operation.

ここで、CR0の対象動作の開始タイミング(および/または終了タイミング)からCR1の対象動作の開始タイミング(および/または終了タイミング)までの期間をtjob_1とし、同様に、CR1からCR2までの期間をtjob_2とし、以降同様にして、CR6からCR7までの期間をtjob_7とする。そうすると、図2の場合と同様に、式(3)の関係で各期間tjobが設定される。
(tjob_1=tjob_7)>(tjob_2=tjob_6)>(tjob_3=tjob_5)>tjob_4 (3)
図10は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、その構成例を示すブロック図である。図10に示す半導体装置CPは、1個の半導体チップ内に例えば8個の回路部CR0〜CR7を含み、更に、クロック信号制御回路CK_CTLを備えた構成となっている。CR0〜CR7のそれぞれは、特に限定はされないが、例えば、プロセッサなどである。CK_CTLは、CR0〜CR7に対してそれぞれクロック信号CK0〜CK7を供給し、これによってマルチプロセッサ動作などを行わせる。
Here, the period from the start timing (and / or end timing) of the target operation of CR0 to the start timing (and / or end timing) of the target operation of CR1 is tjob_1, and similarly, the period from CR1 to CR2 is tjob_2. Thereafter, similarly, the period from CR6 to CR7 is set to tjob_7. Then, as in the case of FIG. 2, each period tjob is set according to the relationship of Expression (3).
(Tjob_1 = tjob_7)> (tjob_2 = tjob_6)> (tjob_3 = tjob_5)> tjob_4 (3)
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. A semiconductor device CP shown in FIG. 10 includes, for example, eight circuit units CR0 to CR7 in one semiconductor chip, and further includes a clock signal control circuit CK_CTL. Each of CR0 to CR7 is not particularly limited, but is a processor, for example. CK_CTL supplies clock signals CK0 to CK7 to CR0 to CR7, respectively, thereby causing a multiprocessor operation and the like.

ここで、CK_CTLは、例えば、ソフトウェアまたはハードウェアのスケジューリングに応じて、消費電力低減のため低速処理動作を行う場合は相対的に低周波数のクロック信号CK0〜CK7を供給し、高速処理動作が必要な場合は、相対的に高周波数のクロック信号CK0〜CK7を供給する。そこで、CK_CTLは、例えば、この低速処理動作から高速処理動作に遷移する過程で、CR0〜CR7のそれぞれの遷移タイミングを図9のようなタイミングでずらす。これによって、電源ノイズの低減が図れる。   Here, CK_CTL supplies a relatively low-frequency clock signal CK0 to CK7 and requires high-speed processing operation when performing low-speed processing operation to reduce power consumption according to software or hardware scheduling, for example. In such a case, clock signals CK0 to CK7 having a relatively high frequency are supplied. Therefore, CK_CTL shifts the transition timing of CR0 to CR7 at the timing as shown in FIG. 9, for example, in the process of transition from the low speed processing operation to the high speed processing operation. As a result, power supply noise can be reduced.

図11は、本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その構成例を示す外形図である。図11に示す情報処理システムは、例えば、制御ボード(配線基板)PCB_C上に複数(ここでは5個)のプロセッサボード(配線基板)PCB_P1〜PCB_P5が接続され、このPCB_P1〜PCB_P5の並列動作によって全体としてマルチプロセッサ動作を行うものとなっている。このようなシステムにおいて、各プロセッサボードが行う、電流量が相対的に大きい処理の開始タイミングを図9のようにずらすことで、システム全体の電源ノイズの低減が図れる。   FIG. 11 is an outline view showing a configuration example of the information processing system according to the third embodiment of the present invention. In the information processing system shown in FIG. 11, for example, a plurality of (here, five) processor boards (wiring boards) PCB_P1 to PCB_P5 are connected on a control board (wiring board) PCB_C, and the entire operation is performed by parallel operation of these PCB_P1 to PCB_P5. As a multi-processor operation. In such a system, the power supply noise of the entire system can be reduced by shifting the start timing of processing with a relatively large amount of current performed by each processor board as shown in FIG.

図12は、本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その他の構成例を示すブロック図であり、図13は、本発明の実施の形態3による情報処理システムにおいて、その更に他の構成例を示す外形図である。図12に示す情報処理システムは、配線基板(例えばマザーボード)PCB上に複数(ここでは3個)のDRAM−IC(DRAM1〜DRAM3)と、それらの動作制御を行う制御IC(メモリコントローラIC)CICが実装されている。また、図13に示す情報処理システムは、配線基板(例えばマザーボード)PCB上に、複数(ここでは3枚)のDRAMモジュールMM1〜MM3と、それらの動作制御を行う制御IC(メモリコントローラIC)CICが実装されている。   FIG. 12 is a block diagram showing another configuration example in the information processing system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 shows still another configuration in the information processing system according to the third embodiment of the present invention. FIG. The information processing system shown in FIG. 12 includes a plurality of (here, three) DRAM-ICs (DRAM1 to DRAM3) on a wiring board (for example, a mother board) PCB, and a control IC (memory controller IC) CIC that controls their operation. Has been implemented. Further, the information processing system shown in FIG. 13 includes a plurality of (in this case, three) DRAM modules MM1 to MM3 and a control IC (memory controller IC) CIC that controls their operation on a wiring board (for example, a motherboard) PCB. Has been implemented.

例えば、図12のシステムにおいては、CICが、各DRAM−IC(DRAM1〜DRAM3)に出力するオートリフレッシュコマンドREFのタイミングを図9のようなタイミングでずらす。これによって、DRAM1〜DRAM3が、それぞれ異なるタイミングでリフレッシュ動作を行う。一方、図13のシステムにおいては、CICが、各DRAMモジュールMM1〜MM3に出力するオートリフレッシュコマンドREFのタイミングを図9のようなタイミングでずらす。これによって、MM1〜MM3が、それぞれ異なるタイミングでリフレッシュ動作を行う。すなわち、これらのシステムは、前述した図4〜図6のような回路をCICが備えたものとなっている。これによって、システム全体の電源ノイズの低減が図れる。   For example, in the system of FIG. 12, the CIC shifts the timing of the auto-refresh command REF output to each DRAM-IC (DRAM1 to DRAM3) at the timing shown in FIG. Thereby, the DRAM1 to DRAM3 perform the refresh operation at different timings. On the other hand, in the system of FIG. 13, the CIC shifts the timing of the auto-refresh command REF output to each of the DRAM modules MM1 to MM3 at the timing as shown in FIG. Thereby, the MM1 to MM3 perform the refresh operation at different timings. That is, in these systems, the CIC includes the circuits shown in FIGS. 4 to 6 described above. As a result, the power supply noise of the entire system can be reduced.

図14は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、その更に他の構成例を示す平面図である。図14に示す半導体装置は、DRAMモジュールMMとなっており、例えば、8個のDRAM−IC(DRAM0〜DRAM7)と、外部端子PN1からの信号をバッファリングして各DRAM−ICに出力するバッファIC(BIC)とが実装された構成となっている。このような構成において、BICは、外部端子PN1からの信号を受けてオートリフレッシュコマンドREFを判別し、当該コマンドを各DRAM−IC毎にずらして出力する。すなわち、BICが、前述した図4〜図6のような回路を備えたものとなっている。これによって、DRAMモジュールにおける電源ノイズの低減が図れる。   FIG. 14 is a plan view showing still another configuration example of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 14 is a DRAM module MM. For example, eight DRAM-ICs (DRAM0 to DRAM7) and a buffer for buffering a signal from the external terminal PN1 and outputting it to each DRAM-IC. An IC (BIC) is mounted. In such a configuration, the BIC receives the signal from the external terminal PN1, determines the auto-refresh command REF, and shifts and outputs the command for each DRAM-IC. That is, the BIC includes the circuits as shown in FIGS. As a result, power supply noise in the DRAM module can be reduced.

図15は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、図1の半導体装置CP_Dの動作例を示す説明図である。図15に示す動作例は、例えば、所謂集中リフレッシュ動作を行う際に、各メモリバンク内でワード線WLを順次活性化する際の間隔がずれていることが特徴となっている。すなわち、例えばWL0とWL1の間隔が広く、WL1とWL2、WL2とWL3となるにつれて段階的に間隔が狭くなり、あるワード線を経過すると逆に段階的に間隔が広くなっていく。このような動作を用いることで、長周期的に正弦波状の電流波形を生成でき、これに伴う高調波成分を低減できるため、電源ノイズの低減が可能となる。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing an operation example of the semiconductor device CP_D of FIG. 1 in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The operation example shown in FIG. 15 is characterized in that, for example, when performing a so-called concentrated refresh operation, the intervals when the word lines WL are sequentially activated in each memory bank are shifted. That is, for example, the interval between WL0 and WL1 is wide, the interval becomes narrower as WL1 and WL2 and WL2 and WL3 are reached, and conversely the interval becomes wider gradually after passing a certain word line. By using such an operation, it is possible to generate a sinusoidal current waveform for a long period of time, and to reduce harmonic components associated therewith, so that it is possible to reduce power supply noise.

図16は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、その更に他の構成例を示す斜視図である。図16に示す半導体装置は、外部端子PN2を備えたパッケージ基板(配線基板)PBD上に、制御半導体チップCP_C、および複数(ここでは4個)の処理半導体チップCP_CR1〜CP_CR4が積層搭載された構成例となっている。処理半導体チップCP_CR1〜CP_CR4は、例えば、プロセッサチップやDRAMチップなどである。CP_Cは、内部端子IPNを備え、このIPNを介してCP_CR1〜CP_CR4をそれぞれ制御する。IPNは、例えば、図10で述べたような動作を行うためのクロック信号を出力する端子や、図12等で述べたような動作を行うためのリフレッシュ信号を出力する端子などに該当する。   FIG. 16 is a perspective view showing still another configuration example of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 16 has a configuration in which a control semiconductor chip CP_C and a plurality (four in this case) of processing semiconductor chips CP_CR1 to CP_CR4 are stacked and mounted on a package substrate (wiring substrate) PBD having an external terminal PN2. It is an example. The processing semiconductor chips CP_CR1 to CP_CR4 are, for example, a processor chip or a DRAM chip. CP_C includes an internal terminal IPN, and controls CP_CR1 to CP_CR4 via the IPN. The IPN corresponds to, for example, a terminal that outputs a clock signal for performing the operation described in FIG. 10, a terminal that outputs a refresh signal for performing the operation described in FIG.

図17は、本発明の実施の形態3による半導体装置または情報処理システムにおいて、その更に他の例を示すものであり、(a)はその構成例を示すブロック図、(b)は(a)の動作例を示す説明図である。図17(a)に示す半導体装置または情報処理システムは、互いにバスBSで接続された複数(ここでは8個)の処理ユニットUN1〜UN8と、レギュレータユニットVREGとを備えた構成となっている。UN1〜UN8およびVREGは、例えば1個の半導体チップCP上に形成される。または、UN1〜UN8およびVREGは、それぞれ別の半導体チップ(すなわち別IC)によって形成され、配線基板PCB上に実装される。   FIG. 17 shows still another example of the semiconductor device or information processing system according to the third embodiment of the present invention, where (a) is a block diagram showing an example of the configuration, and (b) is (a). It is explanatory drawing which shows the operation example. The semiconductor device or the information processing system shown in FIG. 17A includes a plurality (eight in this case) of processing units UN1 to UN8 and a regulator unit VREG that are connected to each other via a bus BS. UN1 to UN8 and VREG are formed on, for example, one semiconductor chip CP. Alternatively, UN1 to UN8 and VREG are formed by separate semiconductor chips (that is, separate ICs) and mounted on the wiring board PCB.

VREGは、UN1〜UN8に所定の電源電圧PON1〜PON8を供給する。この際、VREGは、図17(b)に示すように、各電源電圧の供給開始タイミングを、同時ではなく電源電流波形が正弦波状となるように互いにずらす制御を行う。例えば、マイクロコンピュータなどでは、低消費電力化のため、一部の内部モジュール(処理ユニット)の電源供給を一時的に遮断したり、復帰したりなどの動作が行われる場合がある。最初に電源供給を行う場合や、このように電源供給の遮断状態から復帰するような場合に、図17(b)に示したようなタイミングを用いることで、電源ノイズが低減可能となる。   VREG supplies predetermined power supply voltages PON1 to PON8 to UN1 to UN8. At this time, as shown in FIG. 17B, the VREG performs control to shift the supply start timing of each power supply voltage so that the power supply current waveform becomes a sine wave shape instead of simultaneously. For example, in a microcomputer or the like, there are cases where operations such as temporarily shutting off or restoring the power supply of some internal modules (processing units) are performed in order to reduce power consumption. When power is supplied for the first time or when the power supply is restored from the cut-off state as described above, the power supply noise can be reduced by using the timing shown in FIG.

以上、本実施の形態3の半導体装置を用いることで、代表的には電源ノイズを低減可能となる。   As described above, power supply noise can be reduced typically by using the semiconductor device of the third embodiment.

(実施の形態4)
本実施の形態4では、実施の形態3で述べた図9の動作例を変形した動作例について説明する。図18は、本発明の実施の形態4による半導体装置または情報処理システムにおいて、その基本概念を示すものであり、(a)はその動作例を示す説明図、(b)は(a)を用いた場合の電源電流波形の一例を示す波形図である。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, an operation example obtained by modifying the operation example of FIG. 9 described in the third embodiment will be described. FIG. 18 shows the basic concept of the semiconductor device or information processing system according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 18A is an explanatory diagram showing an example of the operation, and FIG. 18B uses FIG. It is a wave form diagram which shows an example of the power supply current waveform in the case of being.

図18(a)に示す動作例は、図9の動作例が正弦波の半周期分(0〜180°)の電源電流波形を生成するタイミングとなっているのに対して、更にその半分(0〜90°)の電源電流波形を生成するタイミングとなっている。ここでは、5個の回路部CR0〜CR4を例として、CR0が電流量の大きい処理を開始(および/または終了)するタイミングとCR1の当該タイミングとの時間差をtjob_1とする。同様にCR1とCR2の時間差をtjob_2とし、以降同様にしてCR3とCR4の時間差をtjob_4とする。この場合、図18(a)の動作例は、式(4)の関係でタイミングが設定される。
tjob_1>tjob_2>tjob_3>tjob_4 (4)
このような動作例を用いると、図18(b)に示すように正弦波における1/4に該当する電流波形を生成可能となる。ただし、この場合、電源電流波形が立ち下がる際に、高調波成分が発生してしまうが、ある程度の電源ノイズ低減効果は得られる。
In the operation example shown in FIG. 18A, the operation example of FIG. 9 is the timing for generating the power source current waveform corresponding to the half cycle (0 to 180 °) of the sine wave, but further half ( It is the timing for generating a power supply current waveform of 0 to 90 °. Here, taking five circuit units CR0 to CR4 as an example, let tjob_1 be the time difference between the timing at which CR0 starts (and / or ends) the processing with a large amount of current and the timing at CR1. Similarly, the time difference between CR1 and CR2 is set to tjob_2, and thereafter the time difference between CR3 and CR4 is set to tjob_4. In this case, in the operation example of FIG. 18A, the timing is set according to the relationship of Expression (4).
tjob_1>tjob_2>tjob_3> tjob_4 (4)
When such an operation example is used, a current waveform corresponding to ¼ of a sine wave can be generated as shown in FIG. However, in this case, a harmonic component is generated when the power supply current waveform falls, but a certain level of power supply noise reduction effect can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本実施の形態による半導体装置および情報処理システムは、特に、DRAM−IC、DRAMモジュール、DRAMを搭載したボード等のようにDRAMを含む製品に適用して有益な技術であり、これに限らず、プロセッサやマイコン等の半導体装置や、各種半導体部品を搭載した情報処理システム全般に対して広く適用可能である。
(付記)
[付記1]
複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックが回路動作を行う際の開始タイミングを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記複数の回路ブロックが電源電流を多く消費する回路動作を一定期間内に並列に行う際に、前記開始タイミングを前記複数の回路ブロック毎に調整することで電源電流波形が正弦波的な山型の波形となるように制御することを特徴とする半導体装置。
[付記2]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックによって並列に行われる回路動作の個数をNとし、I番目とI+1番目に行われる回路動作の時間間隔をT(I)とすると、
前記時間間隔T(I)は、
T(I)=T(N−I) かつ I=N/2以下で、T(I)<T(I−1)
を満たすことを特徴とする半導体装置。
[付記3]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックによって並列に行われる回路動作は、それぞれ同一種類の動作であることを特徴とする半導体装置。
[付記4]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックと前記制御回路は、同一の半導体チップ上に形成されることを特徴とする半導体装置。
[付記5]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックと前記制御回路は、複数の半導体チップ上に形成され、同一のパッケージ内に搭載されることを特徴とする半導体装置。
[付記6]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックのそれぞれは、同一の半導体チップ上に形成されたDRAMメモリバンクであり、
前記複数のDRAMメモリバンクによって並列に行われる回路動作は、リフレッシュ動作であることを特徴とする半導体装置。
[付記7]
付記1記載の半導体装置において、
前記複数の回路ブロックのそれぞれは、同一のモジュール配線基板上に搭載されたDRAMチップであり、
前記複数のDRAMチップによって並列に行われる回路動作は、リフレッシュ動作であり、
前記制御回路は、前記モジュール配線基板上に搭載されたバッファICによって実現されることを特徴とする半導体装置。
[付記8]
複数の半導体装置と、
前記複数の半導体装置が装置動作を行う際の開始タイミングを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記複数の半導体装置が電源電流を多く消費する装置動作を一定期間内に並列に行う際に、前記開始タイミングを前記複数の半導体装置毎に調整することで電源電流波形が正弦波的な山型の波形となるように制御することを特徴とする情報処理システム。
[付記9]
付記8記載の情報処理システムにおいて、
前記複数の半導体装置によって並列に行われる装置動作の個数をNとし、I番目とI+1番目に行われる装置動作の時間間隔をT(I)とすると、
前記時間間隔T(I)は、
T(I)=T(N−I) かつ I=N/2以下で、T(I)<T(I−1)
を満たすことを特徴とする情報処理システム。
[付記10]
付記8記載の情報処理システムにおいて、
前記複数の半導体装置および前記制御装置は、配線基板上に実装されていることを特徴とする情報処理システム。
[付記11]
付記8記載の情報処理システムにおいて、
前記複数の半導体装置のそれぞれは、同一の配線基板上に実装されたDRAMチップであり、
前記複数のDRAMチップによって並列に行われる装置動作は、リフレッシュ動作であることを特徴とする情報処理システム。
[付記12]
付記8記載の情報処理システムにおいて、
前記複数の半導体装置のそれぞれは、同一の配線基板上に実装されたDRAMモジュールであり、
前記複数のDRAMモジュールによって並列に行われる装置動作は、リフレッシュ動作であることを特徴とする情報処理システム。
[付記13]
それぞれが複数のワード線、複数のビット線、および前記複数のワード線と前記複数のビット線の交点に配置される複数のDRAMメモリセルを含んだ複数のメモリバンクと、
前記複数のメモリバンクのリフレッシュ動作を制御するリフレッシュ制御回路とを備え、
前記複数のメモリバンクのそれぞれは、自身に対応するリフレッシュ信号をトリガとして自身のメモリバンク内の所定のワード線の活性化および/または非活性化を行い、
前記リフレッシュ制御回路は、外部からのコマンド入力または内部でのコマンド生成に応じて生成された共通リフレッシュ信号を受け、前記共通リフレッシュ信号を前記複数のメモリバンク毎に異なるタイミングでずらすことで前記複数のメモリバンク毎にタイミングが異なる前記リフレッシュ信号を生成し、この際に、前記リフレッシュ信号のタイミングを、前記リフレッシュ動作に伴う電源電流波形が正弦波的な山型の波形となるように調整することを特徴とする半導体装置。
[付記14]
付記13記載の半導体装置において、
前記複数のメモリバンクの個数をNとし、I番目とI+1番目にそれぞれ異なるメモリバンクに向けて生成される前記リフレッシュ信号のタイミング間隔をT(I)とすると、
前記タイミング間隔T(I)は、
T(I)=T(N−I) かつ I=N/2以下で、T(I)<T(I−1)
を満たすことを特徴とする半導体装置。
[付記15]
付記14記載の半導体装置において、
前記リフレッシュ制御回路は、前記共通リフレッシュ信号を、シリアル接続によって順次遅延させる複数の遅延回路を含み、
前記リフレッシュ信号のタイミングは、前記複数の遅延回路の遅延時間を用いて生成されることを特徴とする半導体装置。
[付記16]
付記15記載の半導体装置において、
前記複数の遅延回路は、クロック信号に応じてシフト動作を行うフリップフロップ回路を含み、
前記リフレッシュ信号のタイミングは、前記フリップフロップ回路の段数および/または伝播遅延時間を用いて生成されることを特徴とする半導体装置。
[付記17]
付記13記載の半導体装置において、
前記リフレッシュ制御回路は、前記共通リフレッシュ信号をシリアル接続によって順次遅延させると共に、設定によってそれぞれの遅延時間を変更可能な複数の可変遅延回路を含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device and the information processing system according to the present embodiment are technologies that are particularly useful when applied to a product including a DRAM such as a DRAM-IC, a DRAM module, a board on which a DRAM is mounted, and the like. The present invention can be widely applied to semiconductor devices such as processors and microcomputers and information processing systems generally equipped with various semiconductor components.
(Appendix)
[Appendix 1]
A plurality of circuit blocks;
A control circuit that controls a start timing when the plurality of circuit blocks perform circuit operation;
The control circuit adjusts the start timing for each of the plurality of circuit blocks when the circuit operation in which the plurality of circuit blocks consumes a large amount of power supply current is performed in parallel within a certain period of time, so that the power supply current waveform is sinusoidal. A semiconductor device which is controlled so as to have a wave-like mountain waveform.
[Appendix 2]
In the semiconductor device according to attachment 1,
When the number of circuit operations performed in parallel by the plurality of circuit blocks is N, and the time interval between the circuit operations performed I-th and I + 1-th is T (I),
The time interval T (I) is
T (I) = T (N−I) and I = N / 2 or less, and T (I) <T (I−1)
The semiconductor device characterized by satisfy | filling.
[Appendix 3]
In the semiconductor device according to attachment 1,
The circuit operation performed in parallel by the plurality of circuit blocks is the same type of operation, respectively.
[Appendix 4]
In the semiconductor device according to attachment 1,
The plurality of circuit blocks and the control circuit are formed on the same semiconductor chip.
[Appendix 5]
In the semiconductor device according to attachment 1,
The plurality of circuit blocks and the control circuit are formed on a plurality of semiconductor chips and mounted in the same package.
[Appendix 6]
In the semiconductor device according to attachment 1,
Each of the plurality of circuit blocks is a DRAM memory bank formed on the same semiconductor chip,
A semiconductor device characterized in that a circuit operation performed in parallel by the plurality of DRAM memory banks is a refresh operation.
[Appendix 7]
In the semiconductor device according to attachment 1,
Each of the plurality of circuit blocks is a DRAM chip mounted on the same module wiring board,
The circuit operation performed in parallel by the plurality of DRAM chips is a refresh operation,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the control circuit is realized by a buffer IC mounted on the module wiring board.
[Appendix 8]
A plurality of semiconductor devices;
A control device that controls a start timing when the plurality of semiconductor devices perform device operations;
The control device adjusts the start timing for each of the plurality of semiconductor devices when the plurality of semiconductor devices perform a device operation in which a large amount of power supply current is consumed in parallel within a predetermined period, whereby a power source current waveform is sinusoidal. An information processing system that is controlled to have a wave-like mountain-shaped waveform.
[Appendix 9]
In the information processing system according to attachment 8,
When the number of device operations performed in parallel by the plurality of semiconductor devices is N, and the time interval between the I-th and I + 1-th device operations is T (I),
The time interval T (I) is
T (I) = T (N−I) and I = N / 2 or less, and T (I) <T (I−1)
An information processing system characterized by satisfying
[Appendix 10]
In the information processing system according to attachment 8,
The information processing system, wherein the plurality of semiconductor devices and the control device are mounted on a wiring board.
[Appendix 11]
In the information processing system according to attachment 8,
Each of the plurality of semiconductor devices is a DRAM chip mounted on the same wiring board,
The apparatus operation performed in parallel by the plurality of DRAM chips is a refresh operation.
[Appendix 12]
In the information processing system according to attachment 8,
Each of the plurality of semiconductor devices is a DRAM module mounted on the same wiring board,
The apparatus operation performed in parallel by the plurality of DRAM modules is a refresh operation.
[Appendix 13]
A plurality of memory banks each including a plurality of word lines, a plurality of bit lines, and a plurality of DRAM memory cells disposed at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A refresh control circuit for controlling a refresh operation of the plurality of memory banks,
Each of the plurality of memory banks activates and / or deactivates a predetermined word line in the memory bank using a refresh signal corresponding to the memory bank as a trigger,
The refresh control circuit receives a common refresh signal generated in response to an external command input or an internal command generation, and shifts the common refresh signal at different timings for the plurality of memory banks. The refresh signal having a different timing for each memory bank is generated, and at this time, the timing of the refresh signal is adjusted so that the power supply current waveform accompanying the refresh operation becomes a sinusoidal waveform. A featured semiconductor device.
[Appendix 14]
In the semiconductor device according to attachment 13,
When the number of the plurality of memory banks is N, and the timing interval of the refresh signal generated toward the Ith and I + 1th different memory banks is T (I),
The timing interval T (I) is
T (I) = T (N−I) and I = N / 2 or less, and T (I) <T (I−1)
The semiconductor device characterized by satisfy | filling.
[Appendix 15]
In the semiconductor device according to attachment 14,
The refresh control circuit includes a plurality of delay circuits that sequentially delay the common refresh signal by serial connection,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the timing of the refresh signal is generated using delay times of the plurality of delay circuits.
[Appendix 16]
In the semiconductor device according to attachment 15,
The plurality of delay circuits include a flip-flop circuit that performs a shift operation according to a clock signal,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the timing of the refresh signal is generated using the number of stages of the flip-flop circuit and / or a propagation delay time.
[Appendix 17]
In the semiconductor device according to attachment 13,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the refresh control circuit includes a plurality of variable delay circuits capable of sequentially delaying the common refresh signal by serial connection and changing each delay time by setting.

MBK メモリバンク
CP 半導体チップ
REFS リフレッシュ信号
REF_CTL リフレッシュ制御回路
WL ワード線
BL ビット線
WD ワードドライバ回路
MC メモリセル
MT トランジスタ
Cs 容量
SA センスアンプ回路
PC プリチャージ回路
SEL セレクタ回路
S 選択信号
OR 論理和回路
REFC 共通リフレッシュ信号
CLK クロック信号
FF フリップフロップ回路
DLY 遅延回路
CUNT カウンタ回路
CMP 比較回路
SR SRフリップフロップ回路
VDLY 可変遅延回路
CR 回路部
CK_CTL クロック信号制御回路
PCB 配線基板
CIC 制御IC
MM DRAMモジュール
BIC バッファIC
PN 外部端子
IPN 内部端子
PBD パッケージ基板
UN 処理ユニット
PON 電源電圧
MBK memory bank CP semiconductor chip REFS refresh signal REF_CTL refresh control circuit WL word line BL bit line WD word driver circuit MC memory cell MT transistor Cs capacitance SA sense amplifier circuit PC precharge circuit SEL selector circuit S selection signal OR OR circuit REFC common Refresh signal CLK clock signal FF flip-flop circuit DLY delay circuit CUNT counter circuit CMP comparison circuit SR SR flip-flop circuit VDLY variable delay circuit CR circuit unit CK_CTL clock signal control circuit PCB wiring board CIC control IC
MM DRAM module BIC Buffer IC
PN External terminal IPN Internal terminal PBD Package substrate UN Processing unit PON Power supply voltage

Claims (1)

複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックが回路動作を行う際の開始タイミングを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記複数の回路ブロックが電源電流を多く消費する回路動作を一定期間内に並列に行う際に、前記開始タイミングを前記複数の回路ブロック毎に調整することで電源電流波形が正弦波的な山型の波形となるように制御することを特徴とする半導体装置。
A plurality of circuit blocks;
A control circuit that controls a start timing when the plurality of circuit blocks perform circuit operation;
The control circuit adjusts the start timing for each of the plurality of circuit blocks when the circuit operation in which the plurality of circuit blocks consumes a large amount of power supply current is performed in parallel within a certain period of time, so that the power supply current waveform is sinusoidal. A semiconductor device which is controlled so as to have a wave-like mountain waveform.
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