JP2017220276A - マルチポートメモリ、メモリマクロおよび半導体装置 - Google Patents

マルチポートメモリ、メモリマクロおよび半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】疑似マルチポートメモリにおいて、タイミング制約を緩和してその動作周波数を向上する。【解決手段】疑似マルチポートメモリは、アドレス制御回路とメモリアレイとデータ入出力回路と制御回路とを備え、2つのポートそれぞれからの第1及び第2アドレスとクロックとが入力される。アドレス制御回路は、第1及び第2ラッチ回路と、選択回路と、デコード回路と、ワード線駆動回路とを備える。一方のポートからの第1アドレスは第1ラッチ回路に入力され、他方のポートからの第2アドレスは選択回路に入力される。選択回路は、第1ラッチ回路にラッチされた第1アドレスと直接入力された第2アドレスのいずれかを選択し、第2ラッチ回路は選択されたアドレス信号をラッチしてデコード回路に出力する。ワード線駆動回路はデコード回路の出力に基づいてワード線を駆動する。【選択図】図4

Description

本発明は、マルチポートメモリ、メモリマクロおよび半導体装置に関し、特に物理的には1つのポートへのアクセスを2つのポートへのアクセスに見せかける疑似的な2ポートを含むマルチポートメモリ、そのようなマルチポートメモリのためのメモリマクロ及びそれが搭載される半導体装置に好適に利用できるものである。
シングルポートSRAM(Static Random Access Memory)のメモリマクロを使って、疑似的に2ポートSRAMの機能を実現する疑似2ポートSRAMが、主に画像処理の分野で広く用いられている。これは1サイクル中にシングルポートSRAMを2回連続動作(はじめにリード動作、続いてライト動作)させることで、2ポートSRAMの機能を実現するものである。この疑似2ポートSRAMはメモリセルに2ポートSRAMのメモリセルより小さなシングルポートSRAMのメモリセルを使用することができるため面積効率が良い。一方、疑似2ポートSRAMの内部回路を2逓倍で動作させるため動作周波数を高速化する必要がある。
特許文献1及び2には、疑似2ポートSRAMの具体的な回路が開示されている。特許文献1に記載される疑似2ポートSRAMでは、1つのポートのリードアドレス(355)ともう1つのポートのライトアドレス(365)がそれぞれ2つのアドレスレジスタ(311と310)に取り込まれ、アドレスマルチプレクサ(315)によっていずれかが選択されてローデコーダ(316)とカラムデコーダ(325)に供給される(同文献Fig. 3参照)。
特許文献2に記載される疑似2ポートSRAMでは、リードポートとライトポートから入力されるアドレスが、リードポートアドレスラッチ(101)とライトポートアドレスラッチ(102)にそれぞれ取り込まれ、マルチプレクサ(104)で選択されてプリデコーダ(106)に供給される(同文献Fig. 1参照)。
米国特許出願公開第2003/0081449号明細書 米国特許出願公開第2009/0231937号明細書
特許文献1及び2について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。
疑似2ポートSRAMは、シングルポートSRAMのメモリマットと、2つのアドレス入力ポートを持つアドレス制御回路と、データ入出力回路と、制御回路とを含んで構成される。メモリマットでは、行方向に延びる複数のワード線と列方向に延びる複数のビット線対(または複数のビット線)とが交差する部分に、シングルポートSRAMのメモリセルが配置されている。アドレス制御回路は、2つのポートから入力される2系統のアドレス信号をそれぞれデコードして対応するワード線を選択・駆動する。選択・駆動されたワード線に接続されるメモリセルは、データ入出力回路からアクセス可能となる。1クロックサイクル中にリード動作とライト動作などの2回のアクセスを行うため、データ入出力回路は2つのポートから入力される2系統のアドレス信号を一旦ラッチして、その後順次アドレスデコーダに供給する。
図6は、特許文献1及び2等に記載される従来の疑似2ポートSRAMの共通する課題を検討するための、アドレス制御回路の構成例を示す回路図であり、図7はその動作を示すタイミングチャートである。
アドレス制御回路10は、2個のラッチ回路1と2、選択回路3、デコード回路4及びワード線駆動回路5を備え、2つのポート(AポートとBポート)から2系統のアドレス信号AAとABとが入力され、例示されるWL_AAとWL_ABを含むワード線が出力される。アドレス信号AAとABは複数ビットで構成されるが、それぞれ1ビット分の回路のみが示されている。CPCTL、SEL及びCPAは、制御回路で生成される制御信号である。アドレス信号AAとABは、CPCTLに同期してラッチ回路1と2にそれぞれラッチされる。選択回路3は例示されるように2個のクロックドインバータと1個のインバータによって構成可能であり、制御信号SELに基づいて、アドレス信号AAとABのうちの一方をLTAとしてデコード回路4に供給する。デコード回路4には図示が省略されている他のビットのアドレス信号も入力され、それをデコードして複数のワード線のうちに1本を選択する。選択されたワード線は、アドレス信号の値に対応するワード線であり、ワード線駆動回路5によって駆動される。制御信号CPAはワード線を駆動するタイミングを制御する制御信号である。
図7を引用してその動作について説明する。Aポートがライトポート、Bポートがリードポートで、Bポートのリード動作後にAポートのライト動作が実行される。
まず時刻T0に外部クロックCLOCKが立ち上がる。それによりアドレスラッチ制御信号CPCTLが活性化され、アドレス信号AAとABがラッチ回路1と2にそれぞれラッチされる。次に時刻T1にワード線制御信号CPAが活性化される。このとき、選択信号SELはLowレベルであるので、選択回路3はBポート側のアドレス信号を選択しており、内部アドレス信号LTAにはBポート側のアドレス信号ABが出力されている。これに伴って、デコード回路4によってアドレス信号ABが示すアドレスに対応するワード線が選択され、対応するワード線WL_ABが、ワード線駆動回路5によって駆動され活性化される。次に時刻T2にワード線制御信号CPAが非活性化され、ワード線WL_ABが非活性化される。
次に時刻T3に選択信号SELがHighレベルに遷移される。これにより選択回路3はAポート側のアドレス信号を選択する。内部アドレス信号LTAにはAポート側のアドレス信号AAが出力されるので、デコード回路4によってアドレス信号AAに対応するアドレスのワード線が選択される。次に時刻T4にワード線制御信号CPAが活性化され、アドレス信号AAに対応するワード線WL_AAが、ワード線駆動回路5によって駆動され活性化される。次に時刻T5にワード線制御信号CPAが非活性化され、ワード線WL_AAが非活性化される。
次に時刻T6にアドレスラッチ制御信号CPCTLが非活性化され、ラッチ回路1と2はスルー状態に戻る。また、選択信号SELがLowレベルに遷移し初期状態に戻る。
以上で疑似2ポートSRAMの1サイクルの動作が終了する。
このような従来回路の問題点は、選択信号SELのLowレベルからHighレベルへの遷移(時刻T3)のタイミングが厳しいことである。まず、ワード線制御信号CPAの1回目のHighレベルからLowレベルの遷移(時刻T2)に対してのホールド時間を満足する必要がある。これを満足しないと、1回目のワード線活性時に、Aポート側のアドレス信号AAに基づくワード線が誤って活性化され誤動作する。次に、ワード線制御信号CPAの2回目のLowレベルからHighレベルへの遷移(時刻T4)に対してのセットアップ時間を満足する必要がある。これを満足しないと、2回目のワード線活性時に、Bポート側のアドレス信号ABに基づくワード線が誤って活性化され誤動作する。
上記のように従来技術では選択信号SELの切り替えタイミングはワード線制御信号CPAに対するセットアップ時間及びホールド時間の両方のタイミング制約を満足する必要がある。これは、疑似2ポートSRAMの動作周波数の向上を図る上での障害となっている。
このように、疑似的に複数のポートとして動作する単一のメモリポートを備えるマルチポートメモリにおいて、その動作周波数を向上するためには、疑似的な複数のポートとしての前記動作のタイミング制約を緩和する必要がある。
このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、下記の通りである。
すなわち、アドレス制御回路とメモリアレイとデータ入出力回路と制御回路とを備え、2つのポートそれぞれからの第1及び第2アドレス信号とクロック信号とが入力され、データの入力または出力が可能なマルチポートメモリであって、以下のように構成される。
アドレス制御回路は、第1及び第2ラッチ回路と、選択回路と、デコード回路と、ワード線駆動回路とを備える。一方のポートからの第1アドレス信号は第1ラッチ回路に入力され、他方のポートからの第2アドレス信号は選択回路に入力される。選択回路は、第1ラッチ回路にラッチされた第1アドレス信号と直接入力された第2アドレス信号のいずれかを選択して第2ラッチ回路に供給する。第2ラッチ回路は、選択されたいずれかのアドレス信号をラッチしてデコード回路に出力する。デコード回路の出力はワード線駆動回路に接続され、ワード線駆動回路はデコード回路の出力に基づいてワード線を駆動する。
第1及び第2アドレス信号のうちの選択回路によって選択されたいずれか一方のアドレス信号を、デコード回路によってデコードすることによって、メモリアレイが有する複数のワード線のうちの1本のワード線を選択し、選択されたワード線をワード線駆動回路が駆動することによって活性化する。データ入出力回路は、メモリアレイが有する複数のメモリセルのうち、活性化された前記1本のワード線によって選択されるメモリセルをデータの入力または出力の対象とする。
なお、第1、第2等のアドレス信号は複数のディジタルビットで構成されて複数の信号配線で実装され、これらをラッチ、選択等する第1、第2等のラッチ回路及び選択回路等も複数ビット構成に対応する回路である。このことは、本明細書を通して同様である。
前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、疑似的に複数のポートとして動作する単一のメモリポートを備えるマルチポートメモリにおいて、タイミング制約が緩和されその動作周波数を向上することができる。
図1は、疑似2ポートSRAMの構成例を示す、ブロック図である。 図2は、シングルポートのSRAMメモリセルの構成例を示す回路図である。 図3は、マルチポートメモリが搭載される半導体装置(LSI:Large Scale Integration circuit)のレイアウト構成例を模式的に示す説明図である。 図4は、実施形態1のアドレス制御回路の構成例を示す回路図である。 図5は、図4のアドレス制御回路の動作を示すタイミングチャートである。 図6は、従来の疑似2ポートSRAMの共通する課題を検討するための、アドレス制御回路の構成例を示す回路図である。 図7は、図6のアドレス制御回路の動作を示すタイミングチャートである。 図8は、クロック生成回路の一構成例を示す回路図である。 図9は、図8のクロック生成回路の動作を示すタイミングチャートである。 図10は、クロック生成回路の他の構成例を示す回路図である。 図11は、図10のクロック生成回路の動作を示すタイミングチャートである。 図12は、疑似2ポートを含むマルチポートメモリの構成例を示す、ブロック図である。 図13は、デュアルポートのSRAMメモリセルの、8トランジスタでの一構成例を示す回路図である。 図14は、デュアルポートのSRAMメモリセルの、8トランジスタでの別の構成例を示す回路図である。
実施の形態について詳述する。なお、発明を実施するための形態を説明するための全図において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
〔実施形態1〕
図1は、疑似2ポートSRAM(MEMU20)の構成例を示すブロック図である。疑似2ポートSRAMのメモリユニットMEMU20は、Aポートのアドレス信号(端子)AA[n−1:0]、Bポートのアドレス信号AB(端子)[n−1:0]、クロック信号(端子)CLOCK、チップイネーブル信号(端子)CENAとCENB、及び、Aポート側のデータ信号(端子)DA[m:0]が入力され、Bポート側のデータ信号(端子)DB[m:0]が出力される。ここで、「[n−1:0]」は、複数ビットのディジタル信号線を表す表記であり、n−1ビットから0ビットまでのnビット(n本)の信号線を指す。
メモリユニットMEMU20は、アドレス制御回路(ADRCTRL)10とメモリアレイ(MARY)12とデータ入出力回路(IO)13と制御回路(CTRL)11とを備える。メモリアレイ(MARY)は、行方向に延伸するi+1本のワード線WL0〜WLiと、行方向と交差する列方向に延伸するm+1個のビット線対BL0/ZBL0〜BLm/ZBLmと、i+1本のワード線とm+1個のビット線対の交点近傍に配置された複数のメモリセルMCを備えている(i,mは1以上の整数)。各ビット線対は、相補信号を伝送する2本のビット線(例えばBL0とZBL0)で構成される。複数のメモリセルMCは、1つのメモリセルMCが1本のワード線と一つのデータ線対に結合される様に、i+1本のワード線とm+1個のビット線対に接続される。データ入出力部(IO)13は、列選択回路(YSW)14、書き込み駆動回路(WTD)15、センスアンプ(SA)16、および入出力バッファ(IOB)17を備えている。制御回路(CTRL)11は、入力されるクロック信号CLOCKとチップイネーブル信号CENA,CENBに基づいて、各種の制御信号CPCTL、SEL、TDEC、CPA、WE、SE等を生成して供給する。
アドレス制御回路10は、ラッチ回路(ADRLATCH)6とデコード回路(ADRDEC)4とワード線駆動回路(WD)5とを備える。ラッチ回路(ADRLATCH)6には、Aポートのアドレス信号AA[n−1:0]とBポートのアドレス信号AB[n−1:0]が入力され、制御回路(CTRL)11から供給される制御信号、CPCTL、SEL及びCPAに基づいて、アドレス信号AAとABとを順次選択して、デコード回路(ADRDEC)4に供給する。デコード回路(ADRDEC)4は供給されたアドレスをデコードして、ワード線側のデコード結果X0〜Xiと列選択回路(YSW)14の選択制御信号Y0〜Yjとを出力する。
データ入出力部(IO)13内の列選択回路(YSW)14は選択制御信号Y0〜Yjによって適切なビット線対を選んで対応するメモリセルを指定し、書き込み駆動回路(WTD)15またはセンスアンプ(SA)16によってアクセス可能とさせる。
メモリアレイ(MARY)12を構成する複数のメモリセルMCは、シングルポートのSRAMメモリセルである。図2は、その構成例を示す回路図である。
メモリセルMCは、ここでは、4個のNチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタMN1〜MN4と、2個のPチャネルMOSトランジスタMP1,MP2とを備えたSRAMメモリセルである。MN3は、ゲートがワード線WLに接続され、ソース・ドレインの一方が正極側のビット線BLに接続される。MN4は、ゲートがWLに接続され、ソース・ドレインの一方が負極側のビット線ZBLに接続される。MN1,MP1とMN2,MP2は、それぞれ、電源電圧VCCと接地電圧VSSの間でCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータ回路を構成する。この2個のCMOSインバータ回路は、一方の入力が他方の出力に接続されることによってラッチ回路を構成する。MN4のソース・ドレインの他方は、CMOSインバータ回路(MN1,MP1)の入力(CMOSインバータ回路(MN2,MP2)の出力)に接続され、MN3のソース・ドレインの他方には、CMOSインバータ回路(MN2,MP2)の入力(CMOSインバータ回路(MN1,MP1)の出力)に接続される。
図3は、マルチポートメモリが搭載される半導体装置(LSI:Large Scale Integration circuit)のレイアウト構成例を模式的に示す説明図である。半導体装置30は、1個の半導体チップ内に各種ロジック回路とメモリ回路が形成されたLSIであり、マイクロコントローラユニット(MCU)、マイクロプロセッサユニット(MPU)、SOC(System On a Chip)等と呼ばれ、特に制限されないが、例えば、公知のCMOSLSIの製造技術を用いて、シリコンなどの単一半導体基板上に形成される。図3に示される半導体装置30は、例えば車載向けLSIである。半導体装置30は、特に制限されないが例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、入出力ユニット(IOU:Input / Output Unit)、割り込みコントローラ(INTC:Interrupt Controller)及びメモリユニットMEMU1〜3を含んで構成される。半導体装置30は、さらに、通信ユニット(CMU:Communication Unit)、ダイレクトメモリアクセスコントローラユニット(DMAC:Direct Memory Access Controller)、アナログ/ディジタル変換ユニット(ADC:Analog to Digital Convertor)及びクロック発生回路(CPG:Clock Pulse generator)等を含んでいてもよい。
メモリユニットMEMU20は、LSIチップに実装されるメモリ回路であり、SOC等のLSIにおいて、例えばメモリIP(Intellectual Property)等と呼ばれる設計データを用いてメモリコンパイラ等と呼ばれる自動設計ツールで生成されチップ実装される。
メモリユニットMEMU20は、外部クロックであるCLOCKの1サイクル期間にリード動作とライト動作の両方を行うことによって、2ポートメモリとして機能する。このとき2つのポートから入力されるアドレス信号AA[n−1:0]とAB[n−1:0]は、アドレス制御回路10においてラッチ回路(ADRLATCH)6にラッチされ、デコード回路(ADRDEC)4に順次供給される。
アドレス制御回路10の構成と動作についてさらに詳しく説明する。
図4はアドレス制御回路10の構成例を示す回路図であり、図5はその動作を示すタイミングチャートである。
アドレス制御回路10は、2個のラッチ回路1と2、選択回路3、デコード回路4及びワード線駆動回路5を備え、2つのポート(AポートとBポート)から2系統のアドレス信号AAとABとが入力され、例示されるWL_AAとWL_ABを含むワード線が出力される。アドレス信号AAとABは複数ビットで構成されるが、それぞれ1ビット分の回路のみが示されている。CPCTL、SEL及びCPAは、制御回路(CTRL)11で生成される制御信号である。図6に示した検討例のアドレス制御回路10では、アドレス信号AAとABは、ラッチ回路1と2にそれぞれ一旦ラッチされた後に選択回路3によって選択されるのに対して、本実施形態1のアドレス制御回路10では、アドレス信号AAがラッチ回路1で一旦ラッチされた後に選択回路3に入力される一方、アドレス信号ABはラッチ回路を経ずに選択回路3に入力される。
選択回路3は、制御信号SELに基づいて、一旦ラッチされたアドレス信号AAとラッチ回路を経ていないアドレス信号ABのうちの一方をLTAとしてラッチ回路2へ出力し、ラッチ回路2でラッチした後に、デコード回路4に供給する。デコード回路4には図示が省略されている他のビットのアドレス信号も入力され、それをデコードして複数のワード線のうちの1本を選択する。選択されたワード線はアドレス信号の値に対応するワード線であり、ワード線駆動回路5によって駆動される。制御信号CPAはワード線を駆動するタイミングを制御する制御信号である。
図6に示した検討例のアドレス制御回路10では、図7を引用して説明したように、選択回路3の選択信号SELとワード線を駆動するタイミングを制御する制御信号CPAとの間のセットアップ時間とホールド時間に対するタイミング制約が厳しく、動作周波数の向上を図る上での障害となっていた。これに対して本実施形態1では、選択回路3の選択信号SELとワード線を駆動する制御信号CPAとの間にラッチ回路2が挿入されることによって分離され、タイミング制約を緩和することができる。
これにより、疑似的に複数のポートとして動作する単一のメモリポートを備えるマルチポートメモリにおいて、タイミング制約が緩和されその動作周波数を向上することができる。
アドレス制御回路10の動作について、図5を引用してさらに詳しく説明する。
まず時刻T7に外部クロックCLOCKが立ち上がる。それによりアドレスラッチ制御信号CPCTLが活性化され、アドレス信号AAがラッチ回路1にラッチされる。
次に時刻T8にワード線制御信号CPAが活性化される。このとき、選択信号SELはLowレベルであるので、選択回路3はBポート側を選択しており、内部アドレス信号LTAにはBポート側のアドレス信号ABが出力されている。これに伴って、ラッチ回路2にはアドレス信号ABがラッチされ、ラッチされたアドレス信号ABがデコード回路4によってデコードされ、対応するワード線WL_ABがワード線駆動回路5によって駆動され活性化される。
ここで、ラッチ回路2はアドレス信号ABをラッチしているので、選択信号SELは時刻T8から規定のホールド時間を経た後直ちに、Highレベルに遷移してよい。時刻T9に選択信号SELがHighレベルに遷移すると、内部アドレス信号LTAにはアドレス信号AAが供給される。次に時刻T10にワード線制御信号CPAが非活性化され、ワード線WL_ABが非活性化される。またラッチ回路2はスルー状態となり、ラッチ回路2を経由してアドレス信号AAがデコード回路4に入力される。
入力されたアドレス信号AAはデコード回路4によってデコードされ、時刻T11にワード線制御信号CPAが活性化されると、対応するワード線WL_AAがワード線駆動回路5によって駆動され活性化される。またこのとき、ラッチ回路1にアドレス信号AAがラッチされる。
次に時刻T12にワード線制御信号CPAが非活性化され、ワード線WL_AAが非活性化される。また、ラッチ回路1はスルー状態に戻る。次に時刻T13にアドレスラッチ制御信号CPCTLが非活性化され、ラッチ回路1はスルー状態に戻る。また、選択制御信号SELがLowレベルに遷移し初期状態に戻る。
以上で疑似2ポートSRAMの1サイクルの動作が終了する。
以上で説明したとおり、本実施形態1では選択制御信号SELはワード線制御信号CPAのLowレベルからHighレベルへの1回目および2回目の遷移に対して、それぞれセットアップ時間とホールド時間を満足すれば良い。即ち、選択制御信号SELはワード線制御信号CPAがLowレベルからHighレベルへ遷移した(時刻T8)後、所定のホールド時間を満たせば直ちにLowレベルからHighレベルに切り替えることができ、この切換タイミングは、次にワード線制御信号CPAがLowレベルからHighレベルへ遷移する時刻T11に対して、所定のセットアップ時間を満たせばよい。このように、選択制御信号SELの切り替えタイミングの制約が大きく緩和されるので、メモリユニットMEMU20の周波数性能を向上させることができる。
なお、本実施形態1では、疑似2ポートSRAMを一例として説明したが、1サイクル期間内に複数回のアクセスを行う疑似マルチポートメモリにも、同様に応用することができる。メモリアレイ(MARY)12とメモリセルMC、さらに必要に応じて、データ入出力回路(IO)13と制御回路(CTRL)11を適宜変更すればよい。例えば、メモリセルMCは図2に例示した6トランジスタのSRAMメモリセルから、他の回路構成のSRAM、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどの電気的に書き換え可能な不揮発性メモリなど、如何なる形態のメモリのメモリセルにも変更することができる。
〔実施形態2〕
ワード線制御信号CPAを始めとする各種制御信号は、制御回路(CTRL)11において、外部クロック信号CLOCKから生成される。ワード線制御信号CPAを生成するクロック生成回路の構成例について、さらに詳しく説明する。
図8は、クロック生成回路50の一構成例を示す回路図である。クロック生成回路50は制御回路(CTRL)11に内蔵されるが、図1では図示が省略されている。
クロック生成回路50は、パルス生成回路53とRS(Reset / Set)ラッチ54と、2個の遅延回路51と52と、その他の論理ゲート回路55〜59によって構成される。図中の「DELAY1」と「DELAY2」は、それぞれ遅延回路51と52に設定された遅延時間を表す。
パルス生成回路53は、入力される外部クロックCLOCKの立上りエッジに同期してワンショットパルスPULSEを生成する。RSラッチ54は、ワンショットパルスPULSEによってセットされ、例えば、インバータ56と57を介してデコード起動信号TDECをHighレベルに遷移させる。デコード起動信号TDECは遅延回路51とインバータ55を介してフィードバック信号BACKとしてRSラッチ54に入力される。RSラッチ54は、フィードバック信号BACKによってリセットされ、デコード起動信号TDECをLowレベルに遷移させる。デコード起動信号TDECは、遅延回路51による遅延の上にさらに遅延回路52による遅延を受けて、遅延されたデコード起動信号TDEC_DELAYが生成される。デコード起動信号TDECと遅延されたデコード起動信号TDEC_DELAYをNOR58とインバータ59に入力して、ワード線制御信号CPAを生成する。
クロック生成回路50の動作についてさらに詳しく説明する。
図9は、図8のクロック生成回路50の動作を示すタイミングチャートである。
まず時刻T14に外部クロックCLOCKが立ち上がる。この立ち上がりエッジをトリガしてパルス生成回路53でワンショットパルスPULSEが生成される。このワンショットパルスPULSEによりRSラッチ54がセットされ、デコード起動信号TDECが活性化される。それを受けてワード線制御信号CPAも活性化される。
デコード起動信号TDECは遅延回路51に供給されているので、遅延回路1での遅延時間(Delay1)後の時刻T15に、フィードバック信号BACKがLowレベルに遷移する。これによりRSラッチ54がリセットされ、時刻T16にデコード起動信号TDECが非活性化される。ここで、時刻T15から時刻T16は、ゲート3段分の比較的小さな遅延である。デコード起動信号TDECが非活性化されると、ワード線制御信号CPAも非活性化される。続いてフィードバック信号BACKがHighレベルに遷移して初期状態に戻る。
一方、デコード起動信号TDECは、遅延回路51を経由して遅延回路52にも供給されている。遅延されたデコード起動信号TDEC_DELAYは、デコード起動信号TDECが立上る時刻T14から遅延回路1での遅延時間(Delay1)後さらに遅延回路2での遅延時間(Delay2)を経た時刻T17に、デコード起動信号TDECから遅れて立上がる。また、デコード起動信号TDECの立下る時刻T16から同じ遅延時間Delay1とDelay2の和を経た時刻T18に立ち下がる。これに伴って、ワード線制御信号CPAも時刻T17に活性化され、時刻T18に非活性化される。
以上で説明したとおり、本実施形態2では外部クロックCLOCKの立ち上がりエッジのみを利用して、ワード線制御信号CPAが2回活性化される。即ち、疑似2ポートSRAMにおいて外部クロック信号CLOCKの1サイクルに対して2回必要な内部のクロック信号を始めとする制御信号を、外部クロック信号CLOCKの立ち下がりエッジを利用すること無く生成することができる。
これにより外部クロック信号CLOCKのHigh/Low期間の制約が緩和され、疑似2ポートSRAMの周波数性能を向上させることができる。
〔実施形態3〕
図10はクロック生成回路50の他の構成例を示す回路図であり、図11はその動作を示すタイミングチャートである。図10のクロック生成回路50では、図8に示した実施形態2のクロック生成回路50におけるインバータ57をNAND60に変更し、ワンショットパルス信号PULSEを、RSラッチ54を介さずに直接入力したものである。他の構成は実施形態2のクロック生成回路50と同様である。
クロック生成回路50の動作について説明する。
図11のタイミングチャートでは、図9のタイミングチャートの時刻T14からT15の期間を拡大して、1ゲート遅延まで詳細に示し、実施形態2のクロック生成回路50と本実施形態3のクロック生成回路50の動作タイミングの違いを示す。
外部クロック信号CLOCKの立上りを時刻T14とすると、その3ゲート遅延後にワンショットパルスPULSEがLowレベルに遷移する。
実施形態2のクロック生成回路50では、これを受けて3ゲート遅延後にデコード起動信号TDECが立上る。さらに、遅延時間Delay1と1ゲート遅延の後の時刻T15に、フィードバック信号BACKがLowレベルに遷移する。これに伴ってデコード起動信号TDECがLowレベルに遷移する。
一方、本実施形態3のクロック生成回路50では、ワンショットパルスPULSEがLowレベルに遷移した1ゲート遅延後にデコード起動信号TDECが立上る。さらに、遅延時間Delay1と1ゲート遅延の後の時刻T15より早いタイミングで、フィードバック信号BACKがLowレベルに遷移する。これに伴ってデコード起動信号TDECがLowレベルに遷移する。このように、実施形態2のクロック生成回路50よりも早いタイミングでデコード起動信号TDEC、及び、図11では省略したがワード線制御信号CPAを遷移させることができる。
これにより、外部クロック信号CLOCKの立ち上がりエッジからデコード起動信号TDECの活性化までを高速化することができ、疑似2ポートSRAMの周波数性能及びアクセスタイム性能を向上させることができる。
〔実施形態4〕
以上はメモリアレイをシングルポートSRAMとし、アドレス制御回路10によって外部クロック信号CLOCKの1サイクルの期間内に2度のアクセスを行うことによって、疑似的に2ポートメモリとして動作する、疑似2ポートSRAMについて説明した。これは物理的な1ポートを疑似的に複数のポートとして機能させる技術であるから、メモリアレイを物理的なマルチポートとした場合には、各ポートそれぞれをさらに疑似2ポート化することができる。
図12は、疑似2ポートを含むマルチポートメモリの構成例を示す、ブロック図である。マルチポートメモリは、2ポートのメモリアレイ(MARY)12、アドレス制御回路(ADRCTRLDとADRCTRLS)10Dと10S、データ入出力回路(IODとIOS)13Dと13S、及び、制御回路(CTRL)11を備える。メモリアレイ(MARY)12は2ポートとされ、一方のポートは疑似2ポート化され他方のポートはシングルポートのままとされる。これにより、マルチポートメモリは、3ポートメモリとして機能する。
メモリアレイ(MARY)12の疑似2ポート化される側のワード線WLDには、アドレス制御回路(ADRCTRLD)10Dが接続され、ビット線対BLD/ZBLDにはデータ入出力回路(IOD)13Dが接続される。
メモリアレイ(MARY)12のシングルポート側のワード線WLSには、アドレス制御回路(ADRCTRLS)10Sが接続され、ビット線対BLS/ZBLSにはデータ入出力回路(IOS)13Sが接続される。
マルチポートメモリの疑似2ポート化される側には、アドレス信号AAとABが入力され、クロック信号CLOCKD及びチップイネーブルCED(CENA,CENBを含む)が入力される。一方、シングルポート側には、アドレス信号ACとクロック信号CLOCKS、チップイネーブルCES及びライトイネーブル信号WESが入力される。
疑似2ポート化する側のアドレス制御回路(ADRCTRLD)10Dは、図1及び図4に示したアドレス制御回路10と同様であり、ラッチ回路(ADRLATCHD)6Dとデコード回路(ADRDECD)4Dとワード線駆動回路(WDD)5Dとを備える。データ入出力部(IOD)13Dは図1に示したデータ入出力部(IO)13と同様である。制御回路(CTRL)11は、入力されるクロック信号CLOCKDとチップイネーブル信号CED(CENA,CENB)に基づいて、各種の制御信号CPCTLD、SELD、TDECD、CPAD、WED、SED等を生成して、アドレス制御回路(ADRCTRLD)10Dとデータ入出力部(IOD)13Dに供給する。
シングルポート側は、通常のシングルポートメモリと同様である。アドレス制御回路(ADRCTRLS)10Sは、ラッチ回路(ADRLATCHS)7、デコード回路(ADRDECS)4S及びワード線駆動回路(WDS)5Sを備え、入力されるアドレス信号ACに対応するワード線WLSを駆動する。データ入力回路(IOS)13Sも通常のシングルポートメモリのデータ入出力回路と同様である。制御回路(CTRL)11は、入力されるクロック信号CLOCKSとチップイネーブル信号CESとライトイネーブル信号WESに基づいて、各種の制御信号CPCTLS、TDECS、CPAS、WES、SES等を生成して、アドレス制御回路(ADRCTRLS)10Sとデータ入出力部(IOS)13Sに供給する。
このように、マルチポートのメモリアレイ(MARY)12では、2つのポートを非同期で動作させることが可能であるので、疑似2ポート化する側とシングルポート側とを組み合わせて実現することができる。2つのポートを共に疑似2ポート化してもよい。3ポート以上のマルチポートについても同様である。
マルチポートのメモリアレイ(MARY)12は、種々のマルチポートメモリセルを使って構成することができる。
図13は、その一例であるデュアルポートのSRAMメモリセルの、8トランジスタでの一構成例を示す回路図である。図2に示したシングルポートのSRAMメモリセルに対してさらに、2個のNチャネルMOSトランジスタMN5及びMN6が追加されている。MN3とMN4に接続されるワード線をWLA、ビット線対をBLA/ZBLBとし、追加されたMN5とMN6にはもう一つのポートに対応するワード線WLBとビット線対BLB/ZBLBが接続される。2つのポートは互いに独立しており、非同期での読み出しと書き込みが可能である。ただし、当然ながら同じメモリセルに対して書込みどうしが競合し、或いは書込みと読み出しが競合する場合には、公知の技術による調停が必要である。
図14は、デュアルポートのSRAMメモリセルの、8トランジスタでの別の構成例を示す回路図である。図2に示したシングルポートのSRAMメモリセルに対してさらに、2個のNチャネルMOSトランジスタMN5及びMN6が追加されている。MN3とMN4に接続されるワード線をWLA、ビット線対をBLA/ZBLBとし、追加されたMN5とMN6にはもう一つのポートに対応するワード線WLBとビット線BLBが接続される。追加されたポートは読出し専用ポートである。この場合には、データ入出力部(IO)13もこれに応じて変更される必要がある。
実施形態1〜3では、疑似2ポート化される2つのポートをライトポートとリードポートとして説明したが、実施形態4のように他のポートと組み合わせることにより、2つのリードポートを或いは2つのライトポートを疑似2ポート化することも可能である。
これにより、マルチポートメモリのポート数を2ポートに限ることなく多数のポートに拡張することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、ブロック図に示したブロック分割は、単なる一例に過ぎず、1つのブロックの一部または全部の機能を他のブロックの機能と渾然一体に実現した別のブロックに変更して実現するなどの変更は、適宜任意に行うことができる。また、明細書本文及び図面に示した信号線や回路の正論理と負論理の使い分けと回路構成は、一例を示しているに過ぎず、同様の機能を実現する他の信号、他の回路に変更することは任意である。
1、2 ラッチ回路(LATCH)
3 選択回路
4 デコード回路(ADRDEC;ADRDECD, ADRDECS)
5 ワード線駆動回路(WD;WDD, WDS)
6、7 ラッチ回路(ADRLATCH;ADRLATCHD, ADRLATCHS)
10 アドレス制御回路
11 制御回路(CTRL)
12 メモリアレイ(MARY)
13 データ入出力回路(IO;IOD, IOS)
14 Yスイッチ(YSW)
15 ライトドライバ(WTD)
16 センスアンプ(SA)
17 入出力バッファ(IOB)
20 マルチポートメモリ(MEMU)、メモリマクロ
30 半導体装置(LSI)
50 クロック生成回路
51、52 遅延回路(DELAY1, DELAY2)
53 パルス生成回路
54 RS(Reset / Set)ラッチ
55、56、57、59 インバータ
58 NOR
60 NAND
MC メモリセル
AA[n−1:0] Aポートのアドレス信号(端子)
AB[n−1:0] Bポートのアドレス信号(端子)
AC Cポートのアドレス信号(端子)
CLOCK,CLOCKD,CLOCKS クロック信号(端子)
CENA,CENB,CED,CES チップイネーブル信号(端子)
DA[m:0],DB[m:0] データ信号(端子)
CPCTL,CPCTLD,CPCTLS アドレスラッチ制御信号
CPA,CPAD,CPAS ワード線制御信号
SEL 選択制御信号
TDEC,TDECA.TDECS デコード起動信号
WL,WL_AA,WL_AB ワード線
BL/ZBL,BLD/ZBLD,BLS/ZBLS ビット線対
WE,WED,WES ライトイネーブル信号
SE,SED,SES センスアンプイネーブル信号

Claims (15)

  1. アドレス制御回路とメモリアレイとデータ入出力回路と制御回路とを備え、第1及び第2アドレス信号とクロック信号が入力され、データの入力または出力が可能なマルチポートメモリであって、
    前記アドレス制御回路は、前記第1アドレス信号が入力される第1ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路からの出力または前記第2アドレス信号を選択して出力する選択回路と、前記選択回路の出力が入力される第2ラッチ回路と、前記第2ラッチ回路の出力をデコードするデコード回路と、前記デコード回路の出力に基づいてワード線を駆動するワード線駆動回路とを備え、
    前記第1及び第2アドレス信号のうちの前記選択回路によって選択されたいずれか一方のアドレス信号を、前記デコード回路によってデコードすることによって、前記メモリアレイが有する複数のワード線のうちの1本のワード線を選択し、前記ワード線駆動回路は、選択されたワード線を駆動することによって活性化し、前記データ入出力回路は、前記メモリアレイが有する複数のメモリセルのうち、活性化された前記1本のワード線によって選択されるメモリセルをデータの入力または出力の対象とする、
    マルチポートメモリ。
  2. 請求項1において、前記制御回路は、前記ワード線を前記クロック信号の1周期当たり2回活性化させるためのワード線制御信号を前記クロック信号から生成し、
    前記ワード線駆動回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択されたワード線を駆動し、
    前記第2ラッチ回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択回路の出力をラッチする、
    マルチポートメモリ。
  3. 請求項2において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    マルチポートメモリ。
  4. 請求項2において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と第1及び第2論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第3パルス信号を生成し、
    前記第1論理回路は、前記ワンショットパルス信号と前記第3パルス信号から第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記第2論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    マルチポートメモリ。
  5. 請求項1において、前記アドレス制御回路を第1アドレス制御回路とし、前記デコード回路を第1デコード回路とし、前記ワード線駆動回路を第1ワード線駆動回路とし、前記クロック信号を第1クロック信号とし、前記ワード線を第1ワード線とし、前記メモリアレイは複数の前記第1ワード線に加えて複数の第2ワード線をさらに有し、
    前記マルチポートメモリは、第2アドレス制御回路をさらに備え、第2クロック信号と第3アドレス信号とがさらに入力され、
    前記第2アドレス制御回路は、前記第2クロック信号に同期して前記第3アドレス信号をラッチする第3ラッチ回路と、前記第3ラッチ回路にラッチされた前記第3アドレス信号をデコードする第2デコード回路と、前記第2デコード回路の出力に基づいて、前記メモリアレイが有する複数の前記第2ワード線のうちの1本の第2ワード線を選択して駆動する、
    マルチポートメモリ。
  6. 第1アドレス信号が入力される複数の第1アドレス端子と、第2アドレス信号が入力される複数の第2アドレス端子と、クロック信号が入力されるクロック端子とを有し、アドレス制御回路とメモリアレイとデータ入出力回路と制御回路とを備え、第1及び第2アドレス信号とクロック信号が入力され、データの入力または出力が可能なメモリマクロであって、
    前記アドレス制御回路は、前記第1アドレス信号が入力される第1ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路からの出力または前記第2アドレス信号を選択して出力する選択回路と、前記選択回路の出力が入力される第2ラッチ回路と、前記第2ラッチ回路の出力をデコードするデコード回路と、前記デコード回路の出力に基づいてワード線を駆動するワード線駆動回路とを備え、
    前記第1及び第2アドレス信号のうちの前記選択回路によって選択されたいずれか一方のアドレス信号を、前記デコード回路によってデコードすることによって、前記メモリアレイが有する複数のワード線のうちの1本のワード線を選択し、前記ワード線駆動回路は、選択されたワード線を駆動することによって活性化し、前記データ入出力回路は、前記メモリアレイが有する複数のメモリセルのうち、活性化された前記1本のワード線によって選択されるメモリセルをデータの入力または出力の対象とする、
    メモリマクロ。
  7. 請求項6において、前記制御回路は、前記ワード線を前記クロック信号の1周期当たり2回活性化させるためのワード線制御信号を前記クロック信号から生成し、
    前記ワード線駆動回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択されたワード線を駆動し、
    前記第2ラッチ回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択回路の出力をラッチする、
    メモリマクロ。
  8. 請求項7において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    メモリマクロ。
  9. 請求項7において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と第1及び第2論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第3パルス信号を生成し、
    前記第1論理回路は、前記ワンショットパルス信号と前記第3パルス信号から第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記第2論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    メモリマクロ。
  10. 請求項6において、前記アドレス制御回路を第1アドレス制御回路とし、前記デコード回路を第1デコード回路とし、前記ワード線駆動回路を第1ワード線駆動回路とし、前記クロック信号を第1クロック信号とし、前記クロック端子を第1クロック端子とし、前記ワード線を第1ワード線とし、前記メモリアレイは複数の前記第1ワード線に加えて複数の第2ワード線をさらに有し、
    前記メモリマクロは、第3アドレス信号が入力される複数の第3アドレス端子と、第2クロック信号が入力される第2クロック端子とをさらに有し、第2アドレス制御回路をさらに備え、
    前記第2アドレス制御回路は、前記第2クロック信号に同期して前記第3アドレス信号をラッチする第3ラッチ回路と、前記第3ラッチ回路にラッチされた前記第3アドレス信号をデコードする第2デコード回路と、前記第2デコード回路の出力に基づいて、前記メモリアレイが有する複数の前記第2ワード線のうちの1本の第2ワード線を選択して駆動する、
    メモリマクロ。
  11. アドレス制御回路とメモリアレイとデータ入出力回路と制御回路とを備え、第1及び第2アドレス信号とクロック信号が入力され、データの入力または出力が可能なマルチポートメモリを有する半導体装置であって、
    前記アドレス制御回路は、前記第1アドレス信号が入力される第1ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路からの出力または前記第2アドレス信号を選択して出力する選択回路と、前記選択回路の出力が入力される第2ラッチ回路と、前記第2ラッチ回路の出力をデコードするデコード回路と、前記デコード回路の出力に基づいてワード線を駆動するワード線駆動回路とを備え、
    前記第1及び第2アドレス信号のうちの前記選択回路によって選択されたいずれか一方のアドレス信号を、前記デコード回路によってデコードすることによって、前記メモリアレイが有する複数のワード線のうちの1本のワード線を選択し、前記ワード線駆動回路は、選択されたワード線を駆動することによって活性化し、前記データ入出力回路は、前記メモリアレイが有する複数のメモリセルのうち、活性化された前記1本のワード線によって選択されるメモリセルをデータの入力または出力の対象とする、
    半導体装置。
  12. 請求項11において、前記制御回路は、前記ワード線を前記クロック信号の1周期当たり2回活性化させるためのワード線制御信号を前記クロック信号から生成し、
    前記ワード線駆動回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択されたワード線を駆動し、
    前記第2ラッチ回路は、前記ワード線制御信号に基づくタイミングで、前記選択回路の出力をラッチする、
    半導体装置。
  13. 請求項12において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    半導体装置。
  14. 請求項12において、前記制御回路は、パルス生成回路とリセットセットラッチ回路と第1及び第2遅延回路と第1及び第2論理回路とを備え、
    前記パルス生成回路は、前記クロック信号の立上りまたは立下りの一方の遷移タイミングに同期して、ワンショットパルス信号を生成し、
    前記リセットセットラッチ回路は、前記ワンショットパルス信号によってセットされ、フィードバック信号によってリセットされる、第3パルス信号を生成し、
    前記第1論理回路は、前記ワンショットパルス信号と前記第3パルス信号から第1パルス信号を生成し、
    前記第1遅延回路は、前記第1パルス信号を遅延させることにより前記フィードバック信号を生成し、
    前記第2遅延回路は、前記第1遅延回路によって遅延された前記第1パルス信号を遅延させることによって第2パルス信号を生成し、
    前記第2論理回路は、前記第1パルス信号と前記第2パルス信号から、前記ワード線制御信号を生成する、
    半導体装置。
  15. 請求項11において、前記アドレス制御回路を第1アドレス制御回路とし、前記デコード回路を第1デコード回路とし、前記ワード線駆動回路を第1ワード線駆動回路とし、前記クロック信号を第1クロック信号とし、前記ワード線を第1ワード線とし、前記メモリアレイは複数の前記第1ワード線に加えて複数の第2ワード線をさらに有し、
    前記マルチポートメモリは、第2アドレス制御回路をさらに備え、第2クロック信号と第3アドレス信号とがさらに入力され、
    前記第2アドレス制御回路は、前記第2クロック信号に同期して前記第3アドレス信号をラッチする第3ラッチ回路と、前記第3ラッチ回路にラッチされた前記第3アドレス信号をデコードする第2デコード回路と、前記第2デコード回路の出力に基づいて、前記メモリアレイが有する複数の前記第2ワード線のうちの1本の第2ワード線を選択して駆動する、
    半導体装置。
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