JP2021175124A - 半導体集積回路及び半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一つの実施形態は、データ信号を入力回路から後段の回路へ適切に転送できる半導体集積回路及び半導体記憶装置を提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、入力回路を有する半導体集積回路が提供される。入力回路は、第1のアンプと第2のアンプとを有する。第2のアンプは、第1のアンプに電気的に接続されている。第2のアンプは、第1のトランジスタと第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと時定数付加回路とを有する。第1のトランジスタは、ゲートが第1のアンプの第1のノードに電気的に接続されている。第2のトランジスタは、ゲートが第1のアンプの第2のノードに電気的に接続されている。第3のトランジスタは、第1のトランジスタのドレイン側に配されている。第4のトランジスタは、第2のトランジスタのドレイン側に配されている。時定数付加回路は、第3のトランジスタのゲートと第3のトランジスタのドレイン及び第4のトランジスタのゲートとの間に電気的に接続されている。【選択図】図5
Description
本実施形態は、半導体集積回路及び半導体記憶装置に関する。
入力回路を含む半導体集積回路では、データ信号を入力回路で受け、受けたデータ信号を入力回路から後段の回路へ転送して所定の動作に用いることがある。このとき、データ信号を入力回路から後段の回路へ適切に転送することが望まれる。
一つの実施形態は、データ信号を入力回路から後段の回路へ適切に転送できる半導体集積回路及び半導体記憶装置を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、入力回路を有する半導体集積回路が提供される。入力回路は、第1のアンプと第2のアンプとを有する。第2のアンプは、第1のアンプに電気的に接続されている。第2のアンプは、第1のトランジスタと第2のトランジスタと第3のトランジスタと第4のトランジスタと時定数付加回路とを有する。第1のトランジスタは、ゲートが第1のアンプの第1のノードに電気的に接続されている。第2のトランジスタは、ゲートが第1のアンプの第2のノードに電気的に接続されている。第3のトランジスタは、第1のトランジスタのドレイン側に配されている。第4のトランジスタは、第2のトランジスタのドレイン側に配されている。時定数付加回路は、第3のトランジスタのゲートと第3のトランジスタのドレイン及び第4のトランジスタのゲートとの間に電気的に接続されている。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体集積回路を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
実施形態にかかる半導体集積回路は、入力回路を有する。半導体集積回路では、データ信号を入力回路で受け、受けたデータ信号をクロック同期でラッチして所定の動作に用いることがある。例えば、半導体集積回路は、メモリセルアレイを有する半導体記憶装置120における周辺回路として用いられ得る。また、半導体記憶装置120は、図1に示すようなメモリシステム100に適用され得る。図1は、半導体集積回路を有する半導体記憶装置120を含むメモリシステム100の構成を示す図である。
実施形態にかかる半導体集積回路は、入力回路を有する。半導体集積回路では、データ信号を入力回路で受け、受けたデータ信号をクロック同期でラッチして所定の動作に用いることがある。例えば、半導体集積回路は、メモリセルアレイを有する半導体記憶装置120における周辺回路として用いられ得る。また、半導体記憶装置120は、図1に示すようなメモリシステム100に適用され得る。図1は、半導体集積回路を有する半導体記憶装置120を含むメモリシステム100の構成を示す図である。
メモリシステム100は、例えば、外部のホスト(図示せず)と通信可能に接続され、ホストに対する外部記憶装置として機能し得る。
図1に示すように、メモリシステム100は、コントローラ110及び半導体記憶装置120を有する。コントローラ110は、ホストから命令を受取り、受け取られた命令に基づいて半導体記憶装置120を制御する。具体的には、コントローラ110は、ホストから書込みを指示されたデータを半導体記憶装置120に書込み、ホストから読み出しを指示されたデータを半導体記憶装置120から読み出してホストに送信する。コントローラ110は、メモリバスを介して半導体記憶装置120に接続される。半導体記憶装置120は、複数のメモリセルが配列されたメモリセルアレイを有し、例えばデータを不揮発に記憶する不揮発性メモリである。
メモリバスは、メモリインタフェースに従った信号/CE、CLE、ALE、/WE、RE、/RE、/WP、/RB、DQS、/DQS、及びDQ<7:0>の各々について、個別の信号線を介して送受信を行う。信号/CEは、半導体記憶装置120をイネーブルにするための信号である。信号CLEは、信号CLEが“H(High)”レベルである間に半導体記憶装置120に流れる信号DQ<7:0>がコマンドであることを半導体記憶装置120に通知する。信号ALEは、信号ALEが“H”レベルである間に半導体記憶装置120に流れる信号DQ<7:0>がアドレスであることを半導体記憶装置120に通知する。信号/WEは、信号/WEが“L(Low)”レベルである間に半導体記憶装置120に流れる信号DQ<7:0>を半導体記憶装置120に取り込むことを指示する。信号RE及び/REは、相補信号であり、半導体記憶装置120に信号DQ<7:0>を出力することを指示する。信号/WPは、データ書込み及び消去の禁止を半導体記憶装置120に指示する。信号/RBは、半導体記憶装置120がレディ状態(外部からの命令を受け付ける状態)であるか、ビジー状態(外部からの命令を受け付けない状態)であるかを示す。信号DQS及び/DQSは、相補信号であり、信号DQ<7:0>に係る半導体記憶装置120の動作タイミングを制御するためのストローブ信号として使用される。信号DQ<7:0>は、例えば8ビットのデータ信号である。データ信号DQ<7:0>は、半導体記憶装置120とコントローラ110との間で送受信されるデータの実体であり、コマンドCMD、アドレスADD、及びデータDATを含む。データDATは、書込みデータ及び読み出しデータを含む。
コントローラ110は、プロセッサ(CPU:Central Processing Unit)111、内蔵メモリ(RAM:Random Access Memory)112、ECC(Error Check and Correction)回路113、メモリインタフェース回路114、バッファメモリ115、及びホストインタフェース回路116を備えている。
プロセッサ111は、コントローラ110全体の動作を制御する。プロセッサ111は、例えば、ホストから受信したデータの読み出し命令に応答して、メモリインタフェースに基づく読み出し命令を半導体記憶装置120に対して発行する。この動作は、書込み及び消去の場合についても同様である。また、プロセッサ111は、半導体記憶装置120からの読み出しデータに対して、種々の演算を実行する機能を有する。
内蔵メモリ112は、例えば、DRAM(Dynamic RAM)等の半導体メモリであり、プロセッサ111の作業領域として使用される。内蔵メモリ112は、半導体記憶装置120を管理するためのファームウェア、及び各種の管理テーブル等を保持する。
ECC回路113は、エラー検出及びエラー訂正処理を行う。より具体的には、データの書込み時には、ホストから受信したデータに基づいて、或る数のデータの組毎にECC符号を生成する。また、データの読み出し時には、ECC符号に基づいてECC復号し、エラーの有無を検出する。そしてエラーが検出された際には、そのビット位置を特定し、エラーを訂正する。
メモリインタフェース回路114は、メモリバスを介して半導体記憶装置120と接続され、半導体記憶装置120との通信を司る。メモリインタフェース回路114は、プロセッサ111の指示により、コマンドCMD、アドレスADD、及び書込みデータを半導体記憶装置120に送信する。また、メモリインタフェース回路114は、半導体記憶装置120から読み出しデータを受信する。
バッファメモリ115は、コントローラ110が半導体記憶装置120及びホストから受信したデータ等を一時的に保持する。バッファメモリ115は、例えば、半導体記憶装置120からの読み出しデータ、及び読み出しデータに対する演算結果等を一時的に保持する記憶領域としても使用される。
ホストインタフェース回路116は、ホストと接続され、ホストとの通信を司る。ホストインタフェース回路116は、例えば、ホストから受信した命令及びデータを、それぞれプロセッサ111及びバッファメモリ115に転送する。
半導体記憶装置120は、図2に示すように構成され得る。図2は、半導体記憶装置120の構成を示す図である。
半導体記憶装置120は、メモリセルアレイ121、半導体集積回路132、入出力用ピン群130、及びロジック制御用ピン群131を有する。半導体集積回路132は、メモリセルアレイ121の周辺に配されている。半導体集積回路132は、メモリセルアレイ121と入出力用ピン群130及びロジック制御用ピン群131との間に電気的に接続されている。
半導体集積回路132は、入出力回路122、ロジック制御回路123、レジスタ124、シーケンサ125、電圧生成回路126、ドライバセット127、ロウデコーダ128、及びセンスアンプモジュール129を有する。
メモリセルアレイ121は、ワード線及びビット線に関連付けられた複数の不揮発性メモリセル(図示せず)を含む。複数の不揮発性メモリセルは、ページと呼ばれる単位で書き込み処理及び読み出し処理が行われ、複数のページを含む物理ブロックBLK(BLK0,BLK1,・・・)と呼ばれる単位で消去処理が行われる。各物理ブロックBLKは、複数のストリングユニットSU0〜SU3を有する。各ストリングユニットSU0〜SU3は、物理ブロックBLKにおける駆動単位として機能する。各ストリングユニットSU0〜SU3は、複数のメモリストリングを含む。各メモリストリングMSTは、それぞれが不揮発性メモリセルとして機能する複数のメモリセルトランジスタを含む。
入出力回路122は、コントローラ110とデータ信号DQ<7:0>並びにストローブ信号DQS及び/DQSを送受信する。入出力回路122は、ストローブ信号DQS及び/DQSに基づいてデータ信号DQ<7:0>内のコマンド及びアドレスを確定させ、レジスタ124に転送する。入出力回路122は、ストローブ信号DQS及び/DQSに基づいて書込みデータ及び読み出しデータを確定させ、センスアンプモジュール129と送受信する。
ロジック制御回路123は、コントローラ110から信号/CE、CLE、ALE、/WE、RE、/RE、及び/WPを受信する。また、ロジック制御回路123は、信号/RBをコントローラ110に転送して半導体記憶装置120の状態を外部に通知する。
レジスタ124は、コマンド及びアドレスを保持する。レジスタ124は、アドレスをロウデコーダ128及びセンスアンプモジュール129に転送すると共に、コマンドをシーケンサ125に転送する。
シーケンサ125は、コマンドを受け取り、受け取ったコマンドに基づくシーケンスに従って半導体記憶装置120の全体を制御する。
電圧生成回路126は、シーケンサ125からの指示に基づき、データの書込み、読み出し、及び消去等の動作に必要な電圧を生成する。電圧生成回路126は、生成した電圧をドライバセット127に供給する。
ドライバセット127は、複数のドライバを含み、レジスタ124からのアドレスに基づいて、電圧生成回路126からの種々の電圧をロウデコーダ128及びセンスアンプモジュール129に供給する。ドライバセット127は、例えば、アドレス中のロウアドレスに基づき、ロウデコーダ128に種々の電圧を供給する。
ロウデコーダ128は、レジスタ124からアドレス中のロウアドレスを受取り、当該ロウアドレスに基づく行のメモリセルを選択する。そして、選択された行のメモリセルには、ロウデコーダ128を介してドライバセット127からの電圧が転送される。
センスアンプモジュール129は、データの読み出し時には、メモリセルからビット線に読出された読み出しデータをセンスし、センスした読み出しデータを入出力回路122に転送する。センスアンプモジュール129は、データの書込み時には、ビット線を介して書込まれる書込みデータをメモリセルに転送する。また、センスアンプモジュール129は、レジスタ124からアドレス中のカラムアドレスを受取り、当該カラムアドレスに基づくカラムのデータを出力する。
入出力用ピン群130は、コントローラ110から受信したデータ信号DQ<7:0>、並びにストローブ信号DQS及び/DQSを入出力回路122に転送する。また、入出力用ピン群130は、入出力回路122から送信されたデータ信号DQ<7:0>を半導体記憶装置120の外部に転送する。
ロジック制御用ピン群131は、コントローラ110から受信した信号/CE、CLE、ALE、/WE、RE、/RE、及び/WPをロジック制御回路123に転送する。また、ロジック制御用ピン群131は、ロジック制御回路123から送信された/RBを半導体記憶装置120の外部に転送する。
半導体記憶装置120における入出力回路122は、図3に示すように構成され得る。図3は、入出力回路122の機能構成を説明するためのブロック図である。
図3に示すように、入出力回路122は、入力回路221<7:0>と、出力回路222<7:0>と、入力回路223と、出力回路224と、データラッチ225<7:0>と、を含む。入力回路221<k>は、データ信号DQ<k>用の入力回路である。入力回路223は、ストローブ信号DQS,/DQS用の入力回路である。
1つの入力回路221<k>及び出力回路222<k>の組には、例えば、データ信号DQ<k>が割当てられる(0≦k≦7)。すなわち、入力回路221<k>及び出力回路222<k>の組は、外部のコントローラ110と、入出力用ピン群130内のピン130<k>を介してデータ信号DQ<k>を通信可能である。入力回路221<k>は、データ信号DQ(<k>を受けるとデータ信号DQ2<k>を生成し、対応するデータラッチ225<k>に送出する。
入力回路223及び出力回路224の組は、外部のコントローラ110と、入出力用ピン群130内のピン130_dqsを介してストローブ信号DQS及び/DQSを通信可能である。入力回路223は、ストローブ信号DQS及び/DQSを受けるとストローブ信号/DQS2及びDQS2を生成し、データラッチ225<7:0>に送出する。
データラッチ225<7:0>は、対応する入力回路221<7:0>からそれぞれデータ信号DQ2<7:0>を受けると共に、入力回路223からストローブ信号/DQS2及びDQS2を受けると、これらの信号に基づいてデータ信号DQ<7:0>内に含まれるデータをラッチする。
なお、入力回路221,223は、入力バッファ又は入力レシーバとも呼ばれる。
入出力回路122における入力回路221,223及びデータラッチ225は、図4に示すように構成され得る。図4は、入力回路221,223及びデータラッチ225の構成を説明するための回路図である。
入力回路221は、コンパレータCOMP1、及びインバータ群IG1を含む。入力回路223は、コンパレータCOMP2、並びにインバータ群IG2及びIG3を含む。
コンパレータCOMP1は、データ信号DQが供給される第1入力端と、参照信号VREFが供給される第2入力端と、インバータ群IG1の入力端に接続された出力端とを含む。参照信号VREFは、データ信号DQの論理判定閾値として用いられる、一定値を有する基準電圧である。コンパレータCOMP1は、データ信号DQと参照信号VREFとを比較して、データ信号DQに対応しその振幅が増幅されたデータ信号DQ1を出力する。インバータ群IG1は、直列接続された複数のインバータINV−1〜INV−3を含み、最終段のインバータINV−3の出力ノードがデータ信号DQ2を出力する出力端となる。インバータ群IG1は、例えば奇数個のインバータを含む場合、コンパレータCOMP1から出力されたデータ信号DQ1の論理が反転したデータ信号DQ2を生成して出力端から出力する。
コンパレータCOMP2は、ストローブ信号DQSが供給される第1入力端と、ストローブ信号/DQSが供給される第2入力端と、インバータ群IG2の入力端に接続された第1出力端と、インバータ群IG3の入力端に接続された第2出力端とを含む。コンパレータCOMP2は、ストローブ信号DQSとストローブ信号/DQSと比較して、ストローブ信号/DQSに対応しその振幅が増幅されたストローブ信号/DQS1を第1出力端から出力し、ストローブ信号DQSに対応しその振幅が増幅されたストローブ信号DQS1を第2出力端から出力する。インバータ群IG2及びIG3は、それぞれ、直列接続された複数のインバータINVを含み、最終段のインバータINVの出力ノードがストローブ信号/DQS2及びDQS2を出力する出力端となる。インバータ群IG2及びIG3は、それぞれ、直列接続された複数のインバータINVを含み、最終段のインバータINVの出力ノードがストローブ信号/DQS2及びDQS2を出力する出力端となる。インバータ群IG2及びIG3は、それぞれ、例えば偶数個のインバータを含む場合、コンパレータCOMP2から出力されたストローブ信号/DQS1,DQS1と同じ論理のストローブ信号/DQS2及びDQS2をそれぞれ生成する。ストローブ信号/DQS2及びDQS2は、例えば、互いに逆論理の信号である。
データラッチ225は、ラッチ回路225e及びラッチ回路225oを含む。ラッチ回路225e及びラッチ回路225oは、ストローブ信号/DQS2及びDQS2のそれぞれを互いに逆論理で受けるように構成されている。これにより、ラッチ回路225e及びラッチ回路225oは、データ信号DQ2内に含まれるデータのうち、互いに隣り合うデータを交互にラッチする。すなわち、ラッチ回路225eがデータ信号DQ2内に含まれる偶数番目のデータをラッチする場合、ラッチ回路225oは、データ信号DQ2内に含まれる奇数番目のデータをラッチする。
半導体集積回路132では、入出力回路122に対して高速化及び低消費電力化が要求されている。
高速化の要求を満たすために、高速なデータ信号DQを入力回路221へ入力すると、入力回路221からデータラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタにより、データのラッチにおけるセットアップ時間及びホールド時間が十分に確保できずに、誤ったデータの値がラッチされる可能性がある。
それに対して、入力回路221へ供給する電源電流を増加させれば、入力データ信号DQを高利得・広帯域で増幅でき、出力データ信号VOUTのスルーレートを向上できるので、データラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタを抑制できる。この場合、入出力回路122に対する低消費電力化の要求を満たすことが難しくなる。ジッタ抑制及び消費電力抑制を両立化し、データ信号を入力回路221から後段の回路であるデータラッチ225へ適切に転送することが望まれる。
そこで、本実施形態では、半導体集積回路132において、入力回路221のコンパレータCOMP1内に時定数付加回路を追加し内部的な信号伝達の特性を向上させることで、ジッタ抑制及び消費電力抑制の両立化を図る。
具体的には、入力回路221のコンパレータCOMP1内にファーストアンプとセカンドアンプとを設け、セカンドアンプ内の負荷回路と中間ノードとの間に時定数付加回路を追加する。時定数付加回路は、負荷回路から中間ノードへの信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路と中間ノードとの間に時定数を付加する。例えば、時定数付加回路は、信号波形の位相が進相するように負荷回路と中間ノードとの間に時定数を付加する。これにより、セカンドアンプ内の負荷回路から中間ノードへのデータ信号の波形遷移を急峻にさせ、スルーレートを向上できる。すなわち、入力回路221へ供給する電源電流を増加させることなく、入力データ信号DQを高利得・広帯域で増幅でき、出力データ信号DQ1のスルーレートを向上できる。この結果、データラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタを抑制できるので、ジッタの抑制と消費電力の抑制とを両立化できる。すなわち、データ信号を入力回路221から後段の回路であるデータラッチ225へ適切に転送できる。
より具体的には、入力回路221は、例えば、図5に示すように構成され得る。図5は、入力回路221の構成例を示す図である。入力回路221において、コンパレータCOMP1は、ファーストアンプ10及びセカンドアンプ20を有する。セカンドアンプ20は、ファーストアンプ10に電気的に接続されている。
ファーストアンプ10は、シングル入力・差動出力型のアンプである。ファーストアンプ10は、差動回路11及び負荷回路12を有する。差動回路11は、電源電位と負荷回路12との間に配されている。負荷回路12は、差動回路11とグランド電位との間に配されている。差動回路11及び負荷回路12は、ノードN1,N2を介して互いに電気的に接続されている。ノードN1,N2は、それぞれ、差動におけるN側、P側に対応している。ファーストアンプ10は、データ信号DQ及び参照信号VREFを受け、データ信号DQに応じた差動信号IMN,IMPを生成してノードN1,N2経由でセカンドアンプ20へ出力する。
例えば、図6(a)、図6(b)に示すように、ファーストアンプ10は、データ信号DQが参照信号VREFより低いことに応じて、P側の信号IMPを参照信号VREFより高くし、N側の信号IMNを参照信号VREFより低くする。ファーストアンプ10は、データ信号DQが参照信号VREFより高いことに応じて、P側の信号IMPを参照信号VREFより低くし、N側の信号IMNを参照信号VREFより高くする。これにより、ファーストアンプ10は、シングル信号としてのデータ信号DQをP側の信号IMP及びN側の信号IMNへと差動信号化する。
図5に示す差動回路11は、トランジスタM5、トランジスタM6、及び電流源CSを有する。トランジスタM5及びトランジスタM6は、差動対を構成する。トランジスタM5及びトランジスタM6は、それぞれ、PMOSトランジスタで構成され得る。トランジスタM5は、参照信号VREFをゲートで受け、ドレインがノードN1に電気的に接続され、ソースが電流源CSの一端に電気的に接続されている。トランジスタM6は、データ信号DQをゲートで受け、ドレインがノードN2に電気的に接続され、ソースが電流源CSの一端に電気的に接続されている。トランジスタM6のゲートは、コンパレータCOMP1におけるデータ信号DQの入力ノードを構成し、トランジスタM5のゲートは、コンパレータCOMP1における参照信号VREFの入力ノードを構成する。電流源CSの他端は、電源電位に電気的に接続されている。電流源CSは、PMOSトランジスタなどのトランジスタM10で構成され得る。トランジスタM10は、所定のバイアス信号をゲートで受け、ドレインがトランジスタM5及びトランジスタM6に電気的に接続され、ソースが電源電位に電気的に接続されている。
負荷回路12は、素子Z11及び素子Z12を有する。素子Z11及び素子Z12は、それぞれ、抵抗素子で構成されていてもよいし、所定のバイアスがゲートに供給されたNMOSトランジスタで構成されていてもよい。素子Z11は、一端がノードN1に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続される。素子Z12は、一端がノードN2に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続される。
セカンドアンプ20は、差動入力・シングル出力型のアンプである。セカンドアンプ20は、差動回路21、負荷回路22、負荷回路23、及び時定数付加回路24を有する。差動回路21は、電源電位と負荷回路22,23との間に配されている。負荷回路22は、差動におけるN側の負荷回路であり、N側の信号IMNに対応した負荷回路である。負荷回路23は、差動におけるP側の負荷回路であり、P側の信号IMPに対応した負荷回路である。負荷回路22及び負荷回路23は、それぞれ、差動回路21とグランド電位との間に配されている。差動回路21及び負荷回路22は、ノードN4を介して互いに電気的に接続されている。差動回路21及び負荷回路23は、ノードN3を介して互いに電気的に接続されている。ノードN3は、コンパレータCOMP1における出力ノードを構成する。
時定数付加回路24は、負荷回路22及びノードN5の間に配され、負荷回路22及びノードN5の間に電気的に接続されている。ノードN5は、ノードN4、時定数付加回路24及び負荷回路23に電気的に接続されており、セカンドアンプ20における中間ノードを構成する。これにより、時定数付加回路24は、負荷回路22とノードN5との間に時定数を付加し、ノードN4からノードN5(中間ノード)を介したノードN3(出力ノード)への信号伝達の特性を向上可能である。
差動回路21は、トランジスタM1、トランジスタM2、素子Z1及び素子Z3を有する。トランジスタM1及びトランジスタM2は、差動対を構成する。トランジスタM1及びトランジスタM2は、それぞれ、PMOSトランジスタで構成され得る。トランジスタM1は、N側の信号IMNをゲートで受け、ドレインがノードN4に電気的に接続され、ソースが素子Z1の一端に電気的に接続されている。素子Z1は、一端がトランジスタM1に電気的に接続され、他端が電源電位に電気的に接続されている。トランジスタM2は、P側の信号IMPをゲートで受け、ドレインがノードN3に電気的に接続され、ソースが素子Z3の一端に電気的に接続されている。素子Z3は、一端がトランジスタM2に電気的に接続され、他端が電源電位に電気的に接続されている。
負荷回路22は、トランジスタM3及び素子Z2を有する。トランジスタM3は、NMOSトランジスタで構成され得る。トランジスタM3は、ゲートが時定数付加回路24を介してノードN5に電気的に接続され、ドレインがノードN4に電気的に接続され、ソースが素子Z2の一端に電気的に接続される。素子Z2は、一端がトランジスタM3に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続される。
負荷回路23は、トランジスタM4及び素子Z4を有する。トランジスタM4は、NMOSトランジスタで構成され得る。トランジスタM4は、ゲートがノードN5に電気的に接続され、ドレインがノードN3に電気的に接続され、ソースが素子Z4の一端に電気的に接続される。素子Z4は、一端がトランジスタM4に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続される。
トランジスタM3及びトランジスタM4は、時定数付加回路24を介してカレントミラー回路を構成する。ノードN4を流れる電流に対して、所定のミラー比に応じた電流がノードN3に流される。すなわち、ノードN3には、N側の信号IMNがトランジスタM1→ノードN4→負荷回路22(トランジスタM3)及び時定数付加回路24→ノードN5→負荷回路23(トランジスタM4)→ノードN3と伝達され、P側の信号IMPがトランジスタM2→ノードN3と伝達される。ノードN3からは、N側の信号とP側の信号との差分が出力データ信号DQ1としてインバータINV−1へ出力される。
なお、インバータINV−1は、インバータ接続されたトランジスタM21,M22と素子Z5,Z6を有する。トランジスタM21は、PMOSトランジスタで構成され、ゲートがノードN3に電気的に接続され、ドレインがノードN11に電気的に接続され、ソースが素子Z5の一端に電気的に接続される。素子Z5は、一端がトランジスタM21に電気的に接続され、他端が電源電位に電気的に接続される。トランジスタM22は、NMOSトランジスタで構成され、ゲートがノードN3に電気的に接続され、ドレインがノードN11に電気的に接続され、ソースが素子Z6の一端に電気的に接続される。素子Z6は、一端がトランジスタM22に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続される。
例えば、図6(b)、図6(c)に示すように、セカンドアンプ20は、N側の信号IMNがP側の信号IMPより低いことに応じて、出力データ信号DQ1を参照信号VREF’より大きく低下させる。セカンドアンプ20は、N側の信号IMNがP側の信号IMPより高いことに応じて、出力データ信号DQ1を参照信号VREF’より大きく増加させる。これにより、セカンドアンプ20は、差動信号としてのP側の信号IMP及びN側の信号IMNを出力データ信号DQ1へとシングル信号化する。
このとき、図5に示す時定数付加回路24は、トランジスタM3とノードN5との間に時定数を付加する。時定数付加回路24と負荷回路22は、ノードN4から観測される等価的なインピーダンスが誘導性になるように構成されている。時定数付加回路24は、抵抗素子R1を有し、等価的に寄生容量Cpをさらに有する。抵抗素子R1は、一端がトランジスタM3のゲートに電気的に接続され、他端がノードN5に電気的に接続されている。抵抗素子R1は、kΩオーダーの抵抗値を有し、例えば、数kΩ程度の抵抗値を有する。寄生容量Cpは、ラインLN1およびトランジスタM3が寄生的にグランド電位との間に形成する等価容量成分である。ラインLN1は、トランジスタM3のゲートと抵抗素子R1の一端とを電気的に接続する。
例えば、図7(a)に示すように、トランジスタM3が等価的に相互コンダクタンスgm(M3)として機能する。トランジスタM3のゲートに抵抗素子R1の一端及び寄生容量Cpの一端が接続された構成は、等価的に、図7(b)に示すように、誘導素子L及び抵抗素子Rの直列接続がラインLN2に対してシャント接続された構成として機能する。すなわち、時定数付加回路24と負荷回路22は、実質的に、誘導素子Lとして機能する。
このとき、誘導素子Lのインダクタンス値は、次の数式1で表され、抵抗素子Rの抵抗値は、次の数式2で表される。
L=(Cp・R1)/(gm(M3))・・・数式1
R=1/(gm(M3))・・・数式2
L=(Cp・R1)/(gm(M3))・・・数式1
R=1/(gm(M3))・・・数式2
数式1において、Cpは、寄生容量Cpの容量値を示し、R1は、抵抗素子R1の抵抗値を示す。数式1及び数式2において、gm(M3)は、トランジスタM3の相互コンダクタンス値を示す。
図7(b)に示す構成を含み、トランジスタM1をさらに含む構成を示すと、図7(c)のようになる。この構成では、トランジスタM1が等価的に相互コンダクタンスgm(M1)として機能する。ラインLN2が寄生的にグランド電位との間に発生する容量成分とVoutに接続される素子との合成容量をCLとし、トランジスタM1のゲートに入力される信号をVin、ノードN5から出力される信号をVoutとする。トランジスタM1のドレインにノードN4を介して誘導素子L及び抵抗素子Rの直列接続とラインLN2とが接続された構成は、等価的に、図7(d)に示すように、グランド電位及びノードN5間に電流値gm(M1)・Vinの電流源と誘導素子L及び抵抗素子Rの直列接続と寄生容量CLとが並列接続された構成として機能する。図7(d)に示す構成における入力信号Vin及び出力信号Vout間の伝達関数H(s)は、次の数式3で表される。
H(s)=−gm(M1)・{(R+sL)/(s2LCL+sRCL+1)}・・・数式3
H(s)=−gm(M1)・{(R+sL)/(s2LCL+sRCL+1)}・・・数式3
一方、図7(d)から誘導素子Lを省略した構成における入力信号Vin及び出力信号Vout間の伝達関数H(s)は、次の数式4で表される。
H(s)=−gm(M1)・{R/(sRCL+1)}・・・数式4
H(s)=−gm(M1)・{R/(sRCL+1)}・・・数式4
数式4より、図7(d)から誘導素子Lを省略した構成の周波数特性では、ゼロが存在せず、ポールが1つ存在し、図8に一点鎖線で示すようになることが分かる。図8は、数式3,4の周波数特性を示す図であり、縦軸が回路のゲインを示し、横軸が周波数の大きさを示す。図8に一点鎖線で示す周波数特性では、所望の周波数fNで信号強度が減衰する傾向にある。
それに対して、数式3より、図7(d)に示す構成の周波数特性では、ゼロとポールとが1個ずつ増加しており、図8に実線で示すように、周波数fNより若干低周波数側でゲインの減衰が抑制され、所望の周波数fNでゲインが確保され得る。例えば、ゼロの周波数が周波数fNより若干低周波数となり、ゼロの周波数の近傍でゲインが若干増加傾向を示し、ポールの周波数が周波数fN近傍となり、ポールの周波数でゲインが減少傾向に転じる。図8に実線で示す周波数特性より、所望の周波数fNで信号強度の減衰が抑制され得ることが分かる。
これを信号波形についてみると、図9に示すようになる。図9は、実施形態における入力回路の動作を示す波形図である。図9(a)は、ファーストアンプ10に入力されるデータ信号DQ及び参照信号VREFの波形である。図9(b)は、トランジスタM3のゲート電位の波形である。図9(c)は、ノードN5の電位の波形であり、トランジスタM4のゲート電位の波形とみることもできる。図9(d)は、出力データ信号DQ1の波形であり、ノードN3の電位の波形とみることもできる。
図9(a)に示すタイミングt1〜t4の期間において、コンパレータCOMP1で受けるデータ信号DQが、LレベルVL1からHレベルVH1へ遷移する。
仮に、図5から時定数付加回路24が省略された構成を考える。この構成では、図9(b)に一点鎖線で示すように、タイミングt1〜t4より遅れたタイミングt2〜t6の期間において、負荷回路22のトランジスタM3のゲート電位は、HレベルVH2からLレベルVL2へ遷移する。また、図9(c)に一点鎖線で示すように、タイミングt2〜t6の期間において、ノードN5の電位は、HレベルVH3からLレベルVL3へ遷移する。これに応じて、図9(d)に一点鎖線で示すように、タイミングt2〜t6より遅れたタイミングt3〜t8の期間において、出力データ信号DQ1は、LレベルVL4からHレベルVH4へ遷移する。
それに対して、時定数付加回路24を含む図5の構成では、図9(b)に実線で示すように、トランジスタM3のゲート電位の波形の傾きがよりなだらかになるが、図9(c)に実線で示すように、ノードN5の電位の波形をアンダーシュートさせることができ、その傾きをより急峻にできる。すなわち、トランジスタM3のゲート電位は、より遅いタイミングt2〜t8の期間において、HレベルVH2からLレベルVL2へ遷移し、ノードN5の電位は、より早いタイミングt2〜t5の期間において、HレベルVH3からLレベルVL3へ遷移する。これに応じて、図9(d)に実線で示すように、より早いタイミングt3〜t7の期間において、出力データ信号DQ1は、LレベルVL4からHレベルVH4へ遷移する。
すなわち、入力回路221へ供給する電源電流を増加させることなく、入力データ信号DQを高利得・広帯域で増幅でき、出力データ信号DQ1波形の立ち上がりのスルーレートを向上できる。この結果、データラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタを低消費電力で抑制できる。
また、図9(a)に示すタイミングt11〜t14の期間において、コンパレータCOMP1で受けるデータ信号DQが、HレベルVH1からLレベルVL1へ遷移する。
仮に、図5から時定数付加回路24が省略された構成を考える。この構成では、図9(b)に一点鎖線で示すように、タイミングt11〜t14より遅れたタイミングt12〜t16の期間において、負荷回路22のトランジスタM3のゲート電位は、LレベルVL2からHレベルVH2へ遷移する。また、図9(c)に一点鎖線で示すように、タイミングt12〜t16の期間において、ノードN5の電位は、LレベルVL3からHレベルVH3へ遷移する。これに応じて、図9(d)に一点鎖線で示すように、タイミングt12〜t16より遅れたタイミングt13〜t18の期間において、出力データ信号DQ1は、HレベルVH4からLレベルVL4へ遷移する。
それに対して、時定数付加回路24を含む図5の構成では、図9(b)に実線で示すように、トランジスタM3のゲート電位の波形の傾きがよりなだらかになるが、図9(c)に実線で示すように、ノードN5の電位の波形をオーバーシュートさせることができ、その傾きをより急峻にできる。すなわち、トランジスタM3のゲート電位は、より遅いタイミングt12〜t18の期間において、LレベルVL2からHレベルVH2へ遷移し、ノードN5の電位は、より早いタイミングt12〜t15の期間において、LレベルVL3からHレベルVH3へ遷移する。これに応じて、図9(d)に実線で示すように、より早いタイミングt13〜t17の期間において、出力データ信号DQ1は、HレベルVH4からLレベルVL4へ遷移する。
すなわち、入力回路221へ供給する電源電流を増加させることなく、入力データ信号DQを高利得・広帯域で増幅でき、出力データ信号DQ1波形の立ち下がりのスルーレートを向上できる。この結果、データラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタを低消費電力で抑制できる。
以上のように、実施形態では、半導体集積回路132において、入力回路221のコンパレータCOMP1のセカンドアンプ20内の負荷回路22と中間ノードN5との間に時定数付加回路24を追加する。時定数付加回路24は、負荷回路22から中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22と中間ノードN5との間に時定数を付加する。これにより、入力回路221へ供給する電源電流を増加させることなく、入力データ信号DQを高利得・広帯域で増幅でき、出力データ信号DQ1波形のスルーレートを向上できる。この結果、データラッチ225へ転送されるデータ信号DQ2のジッタを低消費電力で抑制できる。すなわち、半導体集積回路132において、ジッタの抑制と消費電力の抑制とを両立化できる。
なお、時定数付加回路24における抵抗素子R1は、所定の制御信号に応じて抵抗値が可変である可変抵抗素子であってもよい。例えば、抵抗素子及びスイッチの直列接続を複数セット用意し、その複数セットを並列接続して抵抗素子R1を構成することで、抵抗素子R1を可変抵抗素子とすることが可能である。
あるいは、入力回路221iのコンパレータCOMP1iのセカンドアンプ20iにおいて、図10に示すように、時定数付加回路24iは、容量素子C1をさらに有していてもよい。図10は、実施形態の第1の変形例における入力回路221iの構成を示す図である。容量素子C1は、一端がラインLN1に電気的に接続され、他端がグランド電位に電気的に接続されている。この構成によっても、時定数付加回路24iは、負荷回路22から中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22と中間ノードN5との間に時定数を付加できる。
あるいは、入力回路221jのコンパレータCOMP1jのファーストアンプ10j及びセカンドアンプ20jのそれぞれにおいて、図11に示すように、各トランジスタの極性が図5に対して反転されていてもよい。図11は、実施形態の第2の変形例における入力回路221jの構成を示す図である。
ファーストアンプ10jでは、差動回路11jのトランジスタM5j及びトランジスタM6jは、それぞれ、NMOSトランジスタで構成され得る。電流源CSjは、NMOSトランジスタなどのトランジスタM10jで構成され得る。トランジスタM10jは、ソースがグランド電位に電気的に接続されている。負荷回路12の素子Z11j及び素子Z12jは、それぞれ、他端が電源電位に電気的に接続される。
セカンドアンプ20jでは、差動回路21jのトランジスタM1j及びトランジスタM2jは、それぞれ、NMOSトランジスタで構成され得る。素子Z1j及び素子Z3jは、それぞれ、他端がグランド電位に電気的に接続される。負荷回路22jのトランジスタM3jは、PMOSトランジスタで構成され得る。素子Z2jは、他端が電源電位に電気的に接続される。負荷回路23jのトランジスタM4jは、PMOSトランジスタで構成され得る。素子Z4jは、他端が電源電位に電気的に接続される。時定数付加回路24jは、寄生容量Cp(図5参照)に代えて寄生容量Cpjを有する。寄生容量Cpjは、ラインLN1およびトランジスタM3jが寄生的にGND電位との間に形成する等価容量成分である。
この構成によっても、時定数付加回路24jは、負荷回路22jから中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22jと中間ノードN5との間に時定数を付加できる。
あるいは、入力回路221のコンパレータCOMP1は、図5に示すファーストアンプ10と図11に示すセカンドアンプ20jとが組み合わされた構成であってもよい。この構成によっても、時定数付加回路24jは、負荷回路22jから中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22jと中間ノードN5との間に時定数を付加できる。
あるいは、入力回路221のコンパレータCOMP1は、図11に示すファーストアンプ10jと図5に示すセカンドアンプ20とが組み合わされた構成であってもよい。この構成によっても、時定数付加回路24は、負荷回路22から中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22と中間ノードN5との間に時定数を付加できる。
あるいは、入力回路221kのコンパレータCOMP1kにおいて、図12に示すように、ファーストアンプ10kが差動入力・差動出力型のアンプであってもよい。ファーストアンプ10kは、差動回路11(図5参照)に代えて差動回路11kを有する。差動回路11kは、トランジスタM5のゲートで参照信号VREFに代えてデータ信号/DQを受ける。データ信号/DQは、トランジスタM6のゲートで受けるデータ信号DQと逆極性の信号である。例えば、ファーストアンプ10kは、データ信号DQがデータ信号/DQより低いことに応じて、P側の信号IMPを参照信号VREFより高くし、N側の信号IMNを参照信号VREFより低くする。ファーストアンプ10kは、データ信号DQがデータ信号/DQより高いことに応じて、P側の信号IMPを参照信号VREFより低くし、N側の信号IMNを参照信号VREFより高くする。これにより、ファーストアンプ10kは、差動信号DQ,/DQに応じて差動信号IMP,IMNを生成してセカンドアンプ20へ供給する。セカンドアンプ20の動作は、実施形態と同様である。すなわち、この構成によっても、時定数付加回路24は、負荷回路22から中間ノードN5への信号伝達の特性を向上させるように、負荷回路22と中間ノードN5との間に時定数を付加できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10,10j,10k ファーストアンプ、20,20i,20j セカンドトアンプ、24,24i,24j 時定数付加回路、120 半導体記憶装置、132 半導体集積回路、221 入力回路。
Claims (8)
- 第1のアンプと前記第1のアンプに電気的に接続された第2のアンプとを有する入力回路を備え、
前記第2のアンプは、
ゲートが前記第1のアンプの第1のノードに電気的に接続された第1のトランジスタと、
ゲートが前記第1のアンプの第2のノードに電気的に接続された第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのドレイン側に配された第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタのドレイン側に配された第4のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのゲートと前記第3のトランジスタのドレイン及び前記第4のトランジスタのゲートとの間に電気的に接続された時定数付加回路と、
を有する
半導体集積回路。 - 前記時定数付加回路は、一端が前記第3のトランジスタのゲートに電気的に接続され他端が前記第3のトランジスタのドレイン及び前記第4のトランジスタのゲートに電気的に接続された抵抗素子を有する
請求項1に記載の半導体集積回路。 - 前記時定数付加回路は、一端が前記第3のトランジスタのゲートに電気的に接続された容量素子をさらに有する
請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタは、前記時定数付加回路を介してカレントミラー回路を構成する
請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 - 前記第1のアンプは、
ドレインが前記第1のノードに電気的に接続され、参照信号をゲートで受ける第5のトランジスタと、
ドレインが前記第2のノードに電気的に接続され、データ信号をゲートで受ける第6のトランジスタと、
を有する
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 - 前記第1のアンプは、
ドレインが前記第1のノードに電気的に接続され、第1のデータ信号をゲートで受ける第5のトランジスタと、
ドレインが前記第2のノードに電気的に接続され、第2のデータ信号をゲートで受ける第6のトランジスタと、
を有する
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 - 前記第2のアンプに電気的に接続されたインバータをさらに備えた
請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 - メモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの周辺に配された請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体集積回路と、
を備えた半導体記憶装置。
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