JP2022035175A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プロセスのばらつきに対して回路定数を内部で自動的に変更する機能を有する半導体記憶装置を提供すること。【解決手段】半導体記憶装置は、出力パッドと、前記出力パッドに接続され、第1設定信号が供給される第1回路と、前記第1回路に接続され、第2設定信号が供給される第2回路と、前記第1回路の特性ばらつきに応じて前記第1回路を制御する第1設定信号を出力する第3回路と、前記第3回路から受信した前記第1設定信号に基づいて前記第2回路を制御する第2設定信号を生成して出力する第4回路と、を備える。【選択図】図5
Description
本開示の実施形態は半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置としてのNAND型フラッシュメモリと、当該NAND型フラッシュメモリを制御するコントローラと、を備えるメモリシステムが知られている。
プロセスのばらつきに対して回路定数を内部で自動的に変更する機能を有する半導体記憶装置を提供すること。
一実施形態に係る半導体記憶装置は、出力パッドと、前記出力パッドに接続され、第1設定信号が供給される第1回路と、前記第1回路に接続され、第2設定信号が供給される第2回路と、前記第1回路の特性ばらつきに応じて前記第1回路を制御する第1設定信号を出力する第3回路と、前記第3回路から受信した前記第1設定信号に基づいて前記第2回路を制御する第2設定信号を生成して出力する第4回路と、を備える。
以下、本実施形態にかかる不揮発性半導体記憶装置を図面を参照して具体的に説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する要素について、同一符号が付されており、必要な場合にのみ重複して説明する。以下に示す各実施形態は、この実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示する。実施形態の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定されない。実施形態の技術的思想は、特許請求の範囲に対して、種々の変更を加えたものであってもよい。
以下の説明では、信号X<n:0>(nは自然数)とは、(n+1)ビットの信号であり、各々が1ビットの信号である信号X<0>、X<1>、・・・、及びX<n>の集合を意味する。構成要素Y<n:0>とは、信号X<n:0>の入力又は出力に1対1に対応する構成要素Y<0>、Y<1>、・・・、及びY<n>の集合を意味する。
以下の説明では、信号BZは、信号Zの反転信号であることを示す。あるいは、信号Zが制御信号である場合、信号Zが正論理であり、信号BZが負論理である。すなわち、信号Zの“H”レベルがアサートに対応し、信号Zの“L”レベルがネゲートに対応する。信号BZの“L”レベルがアサートに対応し、信号Zの“H”レベルがネゲートに対応する。
以下の説明において、A/Bという表記はA又はBを意味する。例えば、Xは、A/B、C/D、及びEを有する、という場合、XがA、C、及びEを有する場合とXがB、D、及びEを有する場合とを含む。
<第1実施形態>
図1~図14を用いて、第1実施形態に係るメモリシステムについて説明する。第1実施形態に係るメモリシステムは、例えば、半導体記憶装置としてのNAND型フラッシュメモリと、当該NAND型フラッシュメモリを制御するメモリコントローラと、を含む。
図1~図14を用いて、第1実施形態に係るメモリシステムについて説明する。第1実施形態に係るメモリシステムは、例えば、半導体記憶装置としてのNAND型フラッシュメモリと、当該NAND型フラッシュメモリを制御するメモリコントローラと、を含む。
[メモリシステムの全体構成]
第1実施形態に係るメモリシステムの全体構成について、図1及び図2を用いて説明する。メモリシステム1は、例えば、外部の図示しないホスト機器と通信する。メモリシステム1は、ホスト機器から受信したデータを保持し、半導体記憶装置5~8から読み出されたデータをホスト機器に送信する。
第1実施形態に係るメモリシステムの全体構成について、図1及び図2を用いて説明する。メモリシステム1は、例えば、外部の図示しないホスト機器と通信する。メモリシステム1は、ホスト機器から受信したデータを保持し、半導体記憶装置5~8から読み出されたデータをホスト機器に送信する。
図1は、第1実施形態に係るメモリシステムの電源系統を説明するためのブロック図である。図1に示すように、メモリシステム1はメモリコントローラ(memory controller)2、NANDパッケージ(NAND package)3、パワーマネージャ(power manager)4、及び基準抵抗9を備えている。NANDパッケージ3は、例えば、複数の半導体記憶装置(semiconductor storage device)5~8を含む。図1の例では、NANDパッケージ3内に4つのチップが含まれる場合が示されている。以下の説明では、半導体記憶装置5~8はそれぞれ、チップA~Dと読替えてもよい。
パワーマネージャ4は、メモリコントローラ2及びNANDパッケージ3に供給される電圧を管理するためのIC(Integrated circuit)である。パワーマネージャ4は、例えば、メモリコントローラ2及びNANDパッケージ3に電圧VCCQを供給する。電圧VCCQは、メモリコントローラ2とNANDパッケージ3との間の入出力信号に用いられる電圧の基準電圧として用いられる。パワーマネージャ4は、例えば、NANDパッケージ3に電圧VCCを供給する。電圧VCCは、NANDパッケージ3内で用いられるその他の電圧の基準電圧として用いられる。
NANDパッケージ3は、基準抵抗9を介して電圧VSSと接続される。基準抵抗9は、例えば、NANDパッケージ3内の半導体記憶装置5~8の各々の出力インピーダンスを補正するために用いられる。電圧VSSは、接地電圧であり、例えば、メモリシステム1内のグラウンド(0V)として定義される。
図2は、一実施形態に係るメモリシステムの信号系統の構成を説明するためのブロック図である。図2に示すように、メモリコントローラ2は半導体記憶装置5~8を制御する。具体的には、メモリコントローラ2は、半導体記憶装置5~8にデータを書込み、半導体記憶装置5~8からデータを読出す。メモリコントローラ2は、NANDバスによって半導体記憶装置5~8に接続される。
半導体記憶装置5~8の各々は、複数のメモリセルを備え、データを不揮発に記憶する。半導体記憶装置5~8の各々は、例えば、個別のチップイネーブル信号が供給されることで、又は、個別のチップアドレスが予め割当てられることで、一意に識別可能な半導体チップである。従って、半導体記憶装置5~8の各々は、メモリコントローラ2の指示によって独立に動作可能である。
半導体記憶装置5~8の各々と接続されたNANDバスにおいて、同種の信号が送受信される。NANDバスは、複数の信号線を含み、NANDインタフェースに従った信号の送受信を行う。BCEはチップイネーブル信号であり、負論理で動作する。BRBはレディビジー信号であり、負論理で動作する。CLEはコマンドラッチイネーブル信号であり、正論理で動作する。ALEはアドレスラッチイネーブル信号であり、正論理で動作する。BWEはライトイネーブル信号であり、負論理で動作する。RE及びBREはリードイネーブル信号及びその反転信号である。REは正論理で動作する。BREは負論理で動作する。例えば、RE及び/又はBREは、出力指示信号として機能する。BWPはライトプロテクト信号であり、不論理で動作する。
DQ<7:0>はデータ信号である。データ信号DQ<7:0>は入出力端子(I/Oポート)を介して入出力される。例えば、信号DQS及びBDQSはデータストローブ信号及びその反転信号である。DQS及び/又はBDQSは、ストローブ信号又はタイミング制御信号として機能する。ストローブ信号(DQS/BDQS)は、互いに逆の位相を有する信号対である。ストローブ信号は、データ信号DQ<7:0>の送受信タイミングを規定する信号である。信号BCE0~BCE3は、メモリコントローラ2から半導体記憶装置5~8の各々に独立して送信される。信号BRB0~BRB3は、半導体記憶装置5~8の各々からメモリコントローラ2に独立して送信される。信号CLE、ALE、BWE、RE、BRE、及びBWPは、メモリコントローラ2から半導体記憶装置5~8に共通して送信される。
信号BCE0~BCE3の各々は、半導体記憶装置5~8をイネーブル(有効)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5~8に送信されるデータ信号DQ<7:0>がコマンドであることを半導体記憶装置5~8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5~8に送信されるデータ信号DQ<7:0>がアドレスであることを半導体記憶装置5~8に通知する。信号BWEは、信号BWEが“L(Low)”レベルである間に半導体記憶装置5~8に送信されるデータ信号DQ<7:0>を半導体記憶装置5~8に書込むことを指示する。
信号RE及びBREは、半導体記憶装置5~8にデータ信号DQ<7:0>を出力することを指示し、例えば、データ信号DQ<7:0>を出力する際の半導体記憶装置5~8の動作タイミングを制御する。信号BWPは、データ書込み及び消去の禁止を半導体記憶装置5~8に指示する。信号BRB0~BRB3の各々は、半導体記憶装置5~8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。
データ信号DQ<7:0>は、例えば、8ビットの信号である。データ信号DQ<7:0>は、半導体記憶装置5~8とメモリコントローラ2との間で送受信されるデータの実体であり、コマンド、アドレス、及びデータを含む。信号DQS及びBDQSは、例えば、信号RE及びBREに基づいて生成され、データ信号DQ<7:0>に係る半導体記憶装置5~8の動作タイミングを制御する。
メモリコントローラ2は、プロセッサ(CPU:Central Processing Unit)11、内蔵メモリ(RAM:Random Access Memory)12、NANDインタフェース回路13、バッファメモリ14、及びホストインタフェース回路15を備えている。
プロセッサ11はメモリコントローラ2全体の動作を制御する。プロセッサ(processor)11は、例えば、外部から受信したデータの書込み命令に応答して、NANDインタフェースに基づく書込み命令を半導体記憶装置5~8に対して発行する。この機能は、読出し、消去、及び校正等の動作に共通する機能である。
内蔵メモリ(built-in memory)12は、例えば、DRAM(Dynamic RAM)等の半導体メモリであり、プロセッサ11の作業領域として使用される。内蔵メモリ12は、半導体記憶装置5~8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。
NANDインタフェース回路(NAND interface)13は、上述のNANDバスを介して半導体記憶装置5~8と接続され、半導体記憶装置5~8との通信を実行する。NANDインタフェース回路13は、プロセッサ11の指示により、コマンド、アドレス、及び書込みデータを半導体記憶装置5~8に送信する。NANDインタフェース回路13は、半導体記憶装置5~8からステータス、及び読出しデータを受信する。
バッファメモリ(buffer memory)14は、メモリコントローラ10が半導体記憶装置5~8及び外部から受信したデータ等を一時的に保持する。
ホストインタフェース回路(host interface)15は、外部の図示しないホスト機器と接続され、ホスト機器との通信を実行する。ホストインタフェース回路15は、例えば、ホスト機器から受信した命令及びデータを、それぞれプロセッサ11及びバッファメモリ14に転送する。
[半導体記憶装置の構成]
第1実施形態に係る半導体記憶装置の構成例について、図3を用いて説明する。半導体記憶装置5~8は、例えば、同等の構成を有する。このため、以下の説明では、半導体記憶装置5~8のうち、半導体記憶装置5の構成について説明し、半導体記憶装置6~8の構成については、その説明を省略する。
第1実施形態に係る半導体記憶装置の構成例について、図3を用いて説明する。半導体記憶装置5~8は、例えば、同等の構成を有する。このため、以下の説明では、半導体記憶装置5~8のうち、半導体記憶装置5の構成について説明し、半導体記憶装置6~8の構成については、その説明を省略する。
図3に示すように、半導体記憶装置5は、メモリセルアレイ(memory cell array)21、入出力回路(input/output)22、ZQ補正回路(ZQ calibration)23、ロジック制御回路(logic control)24、温度センサ(temp. sensor)25、レジスタ(register)26、シーケンサ(sequencer)27、電圧生成回路(voltage generation)28、ドライバセット(driver set)29、ロウデコーダ(row decoder)30、センスアンプ(sense amplifier)31、入出力用パッド群32、ZQ補正用パッド33、及びロジック制御用パッド群34を備えている。
メモリセルアレイ21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。
入出力回路22は、メモリコントローラ2に対するデータ信号DQ<7:0>の送受信を行う。入出力回路22は、データ信号DQ<7:0>内のコマンド及びアドレスをレジスタ26に転送する。入出力回路22は、センスアンプ31に対する書込みデータ及び読出しデータの送受信を行う。
ZQ補正回路23は、ZQ補正用パッド33を介して、基準抵抗9に基づいて半導体記憶装置5の出力インピーダンスを補正する。
ロジック制御回路24は、メモリコントローラ2から信号BCE0、CLE、ALE、BWE、RE、BRE、及びBWPを受信する。ロジック制御回路24は、信号BRB0をメモリコントローラ2に転送して半導体記憶装置5の状態を外部に通知する。
温度センサ25は、半導体記憶装置5内の温度を測定可能な機能を有する。温度センサ25は、測定した温度に関する情報をシーケンサ27に送出する。温度センサ25は、メモリセルアレイ21の温度とみなし得る温度が測定可能な範囲において、半導体記憶装置5内の任意の場所に設けられることができる。
レジスタ26は、コマンド及びアドレスを保持する。レジスタ26は、アドレスをロウデコーダ30及びセンスアンプ31に転送すると共に、コマンドをシーケンサ27に転送する。
シーケンサ27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5の全体を制御する。シーケンサ27は、温度センサ25から受けた温度に関する情報を、入出力回路22を介してメモリコントローラ2に送出する。
電圧生成回路28は、シーケンサ27からの指示に基づき、データの書込み、読出し、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28は、生成した電圧をドライバセット29に供給する。
ドライバセット29は、複数のドライバを含み、レジスタ26からのアドレスに基づいて、電圧生成回路28からの電圧をロウデコーダ30及びセンスアンプ31に供給する。ドライバセット29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30に電圧を供給する。
ロウデコーダ30は、レジスタ26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。選択された行のメモリセルには、ロウデコーダ30を介してドライバセット29からの電圧が転送される。
センスアンプ31は、データの読出し時には、メモリセルからビット線に読出された読出しデータを感知し、感知した読出しデータを入出力回路22に転送する。センスアンプ31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。センスアンプ31は、レジスタ26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。
入出力用パッド群32は、メモリコントローラ2から受信したデータ信号DQ<7:0>、信号DQS、及び信号BDQSを入出力回路22に転送する。入出力用パッド群32は、入出力回路22から送信されたデータ信号DQ<7:0>を半導体記憶装置5の外部に転送する。
ZQ補正用パッド33は、一端が基準抵抗9に接続され、他端がZQ補正回路23に接続される。
ロジック制御用パッド群34は、メモリコントローラ2から受信した信号BCE0、CLE,ALE、BWE、RE、BRE、及びBWPをロジック制御回路24に転送する。ロジック制御用パッド群34は、ロジック制御回路24から送信されたBRB0を半導体記憶装置5の外部に転送する。
[入出力回路の構成]
図4を用いて第1実施形態に係る半導体記憶装置の入出力回路の構成について説明する。図4は、一実施形態に係る半導体記憶装置の入出力回路の構成を説明するためのブロック図である。
図4を用いて第1実施形態に係る半導体記憶装置の入出力回路の構成について説明する。図4は、一実施形態に係る半導体記憶装置の入出力回路の構成を説明するためのブロック図である。
図4に示すように、入出力回路22は、データ信号DQ<0>~DQ<7>に対応する入力回路(input circuit)221<0>~221<7>及び出力回路222(output circuit)<0>~222<7>の組を含む。1つの入力回路221<k>及び出力回路222<k>の組には、例えば、同種のデータ信号DQ<k>が割当てられる(0≦k≦7)。入力回路221<k>及び出力回路222<k>の組は、入出力用パッド群32内のパッド32<k>に接続されている。パッド32<k>は、信号線201<k>を介して、外部のメモリコントローラ2に対してデータ信号DQ<k>を送受信可能である。上記のように、入力回路221及び出力回路222の組、パッド32、及び信号線201はそれぞれ複数設けられている。
入出力回路22は、信号DQSに対応する入力回路221_dqs及び出力回路222_dqsの組を含む。入力回路221_dqs及び出力回路222_dqsの組は、入出力用パッド群32内のパッド32_dqsに接続されている。パッド32_dqsは、信号線202_dqsを介して、外部のメモリコントローラ2に対して信号DQSを通信可能である。入出力回路22は、信号BDQSに対応する入力回路221_bdqs及び出力回路222_bdqsの組を含む。入力回路221_bdqs及び出力回路222_bdqsの組は、入出力用パッド群32内のパッド32_bdqsに接続されている。パッド32_bdqsは、信号線202_bdqsを介して、外部のメモリコントローラ2に対して信号BDQSを通信可能である。
[出力回路の構成]
図5を用いて第1実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成について説明する。図5は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。
図5を用いて第1実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成について説明する。図5は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。
図5の例では、信号DQ<0>の入出力用のパッド32<0>に対応した出力回路222<0>について説明するが、他の出力回路222<k>、222_dqs、及び222_bdqsの構成も図5に示す構成と同じである。図5の例では、Ron情報(Ron information)がメモリセルアレイ21に格納されており、Ron情報に対してZQ情報(ZQ information)が反映されることで出力回路222<0>が動作する。ただし、この構成に限定されない。ZQ補正回路23及びZQ情報は省略されてもよい。
図5に示すように、出力回路222<0>は、Ron_DACレジスタ(Ron_DAC resister)41、Ron変換ロジック回路(Ron conversion logic circuit)42、出力制御回路(output control circuit)43、PMOS出力制御回路(PMOS output control circuit)44、NMOS出力制御回路(NMOS output control circuit)45、プリドライバ46、及び出力バッファ49を含む。
プリドライバ46は、出力信号に基づく電圧を出力バッファ49に送信する。プリドライバ46は、Pプリドライバ群(P pre-driver group)47及びNプリドライバ群(N pre-driver group)48を含む。Pプリドライバ群47は5個のPプリドライバ47<4:0>を含む。以下の説明において、後述する第1設定信号RONP<m>(mは、0≦m≦4の整数)に対応するPプリドライバを、Pプリドライバ47<m>と表記する。Nプリドライバ群48は5個のNプリドライバ48<4:0>を含む。以下の説明において、後述する第1設定信号RONN<m>に対応するNプリドライバを、Nプリドライバ48<m>と表記する。
出力バッファ49はPMOS出力バッファ群(PMOS output buffer group)50及びNMOS出力バッファ群(NMOS output buffer group)51を含む。PMOS出力バッファ群50は5個のPMOS出力バッファ50<4:0>を含む。以下の説明において、Pプリドライバ47<m>に対応するPMOS出力バッファを、PMOS出力バッファ50<m>と表記する。NMOS出力バッファ群51は5個のNMOS出力バッファ51<4:0>を含む。以下の説明において、Nプリドライバ48<m>に対応するNMOS出力バッファを、NMOS出力バッファ51<m>と表記する。
上記の回路を制御するための制御信号は<4:0>で表現される5ビットの信号で構成される。ただし、上記の出力バッファの数及び制御信号のビット数は一例に過ぎず、上記の数値に限定されない。
Ron_DACレジスタ41は、メモリセルアレイ21に保存されているRon情報を一時的に格納する。シーケンサ27は、例えば半導体記憶装置5(図2参照)の電源がONになった後、POR動作の1つとして、Ron情報をRon_DACレジスタ41に格納する。具体的には、Ron_DACレジスタ41には、Ron情報として信号RONPorg<4:0>及び信号RONNorg<4:0>が格納される。信号RONPorg<4:0>は、後述するPMOS出力バッファ50<4:0>のトランジスタ(以下、「MOSトランジスタ」という)からなるPMOS出力バッファ群50全体によって構成されるトランジスタサイズを制御する5ビットの信号である。信号RONNorg<4:0>は、後述するNMOS出力バッファ51<4:0>のMOSトランジスタからなるNMOS出力バッファ群51全体によって構成されるトランジスタサイズに関する5ビットの信号である。信号RONPorg<4:0>及び信号RONNorg<4:0>は、Ron_DACレジスタ41からRon変換ロジック回路42に送信される。
Ron変換ロジック回路42は、例えばシーケンサ27から受信したRon設定値情報(Ron setting information)及びZQ補正回路23から受信したPMOSトランジスタに関するZQ情報に応じて、Ron_DACレジスタ41から受信した信号RONPorg<4:0>を変換して第1設定信号RONP<4:0>を生成する。Ron変換ロジック回路42は、第1設定信号RONP<4:0>をPMOS出力制御回路44及び演算回路90に送信する。PMOS出力制御回路44は、第1設定信号RONP<4:0>に基づいて、PMOS出力バッファ群50全体によって構成されるトランジスタのオン抵抗を制御する。具体的には、PMOS出力制御回路44は、第1設定信号RONP<4:0>に基づいて、PMOS出力バッファ群50に含まれるPMOS出力バッファ50<4:0>のうちどれを動作させるかを制御する。換言すると、第1設定信号RONP<4:0>は、PMOS出力バッファ群50に設けられたMOSトランジスタの特性ばらつきに応じて、PMOS出力バッファ群50の出力を制御する信号である。
演算回路90は第1設定信号RONN<4:0>に基づいて第2設定信号RONNpre<2:0>を生成し、第2設定信号RONNpre<2:0>をPプリドライバ47<4:0>に送信する。なお、詳細は後述するが、Pプリドライバ47<m>は、PMOS出力バッファ50<m>のスルーレートを調整するための3個の並列接続されたNMOSトランジスタ(以下、「可変抵抗トランジスタ」という場合がある)を含む。したがって、当該可変抵抗トランジスタを制御するための制御信号は<2:0>で表現される3ビットの信号で構成される。上記の並列接続された3個のNMOSトランジスタの各々のトランジスタサイズは異なる。
上記と同様に、Ron変換ロジック回路42は、シーケンサ27から受信したRon設定値情報及びZQ補正回路23から受信したNMOSトランジスタに関するZQ情報に応じて、Ron_DACレジスタ41から受信した信号RONNorg<4:0>を変換して第1設定信号RONN<4:0>を生成する。Ron変換ロジック回路42は、第1設定信号RONN<4:0>をNMOS出力制御回路45及び演算回路90に送信する。NMOS出力制御回路45は第1設定信号RONN<4:0>に基づいてNMOS出力バッファ群51全体によって構成されるトランジスタのオン抵抗を制御する。具体的には、NMOS出力制御回路45は、第1設定信号RONN<4:0>に基づいて、NMOS出力バッファ群51に含まれるNMOS出力バッファ51<4:0>のうちどれを動作させるかを制御する。換言すると、第1設定信号RONN<4:0>は、NMOS出力バッファ群51に設けられたMOSトランジスタの特性ばらつきに応じて、NMOS出力バッファ群51の出力を制御する信号である。
演算回路90は第1設定信号RONP<4:0>に基づいて第2設定信号RONPpre<2:0>を生成し、第2設定信号RONPpre<2:0>をNプリドライバ48<4:0>に送信する。上記と同様に、Nプリドライバ48<m>は、NMOS出力バッファ51<m>のスルーレートを調整するための3個の並列接続されたPMOSトランジスタ(以下、「可変抵抗トランジスタ」という場合がある)を含む。したがって、当該可変抵抗トランジスタを制御するための制御信号は<2:0>で表現される3ビットの信号で構成される。詳細は後述するが、上記の並列接続された3個のPMOSトランジスタの各々のトランジスタサイズは異なる。
出力制御回路43は、例えば半導体記憶装置5内のレジスタ26から受信した出力信号(output signal)をPMOS出力制御回路44及びNMOS出力制御回路45に送信する。
PMOS出力制御回路44は、第1設定信号RONP<4:0>の各ビットに対応する5本の信号線を介して、Pプリドライバ群47のPプリドライバ47<0>~47<4>に接続される。PMOS出力制御回路44は、出力制御回路43から受信した出力信号を、第1設定信号RONP<4:0>に基づいて選択した信号線を介してPプリドライバ47群に送信する。つまり、PMOS出力制御回路44は、第1設定信号RONP<4:0>に基づいて、出力信号をPプリドライバ47群に送信する信号線のパスを選択する。例えば、PMOS出力制御回路44は、第1設定信号RONP<4:0>の各ビットにおいて、データ“1”の場合は対応する信号線を選択し、データ“0”の場合は対応する信号線を非選択とする。例えば、第1設定信号RONP<4:0>が“11001”である場合、PMOS出力制御回路44は、出力信号をPプリドライバ47<4>、47<3>、及び47<0>に送信する。つまり、第1設定信号RONP<4:0>の値が大きいほどPプリドライバ47<4:0>によって選択されるPMOS出力バッファ50<4:0>の抵抗値は低い。
NMOS出力制御回路45は、PMOS出力制御回路44と同様に、第1設定信号RONN<4:0>の各ビットに対応する5本の信号線を介して、Nプリドライバ群48のNプリドライバ48<0>~48<4>に接続される。NMOS出力制御回路45は、出力制御回路43から受信した出力信号を、第1設定信号RONN<4:0>に基づいて選択した信号線を介してNプリドライバ群48に送信する。つまり、NMOS出力制御回路45は、第1設定信号RONN<4:0>に基づいて、出力信号をNプリドライバ48群に送信する信号線のパスを選択する。
Pプリドライバ群47は、出力信号の反転信号をPMOS出力バッファ群50に出力する。Pプリドライバ群47は、第1設定信号RONP<4:0>の各ビットに対応する5個のPプリドライバ47<0>~47<4>を有する。5個のPプリドライバ47<0>~47<4>の各々の構成は同じである。PMOS出力制御回路44から受信した第1設定信号RONP<m>に基づいて、Pプリドライバ47<m>の動作又は非動作が決定される。演算回路90から受信した第2設定信号RONNpre<n>(nは、0≦n≦2の整数)に基づいて、Pプリドライバ47<m>に設けられた3個の可変抵抗トランジスタの動作又は非動作が決定される。換言すると、第2設定信号RONNpre<n>に基づいて、Pプリドライバ47<m>内の可変抵抗トランジスタのトランジスタサイズを変更できる。Pプリドライバ47<m>の構成については後述する。
Nプリドライバ群48は、出力信号の反転信号をNMOS出力バッファ群51に出力する。Nプリドライバ群48は、第1設定信号RONN<4:0>の各ビットに対応する5個のNプリドライバ48<0>~48<4>を有する。5個のNプリドライバ48<0>~47<4>の各々の構成は同じである。NMOS出力制御回路45から受信した第1設定信号RONN<m>に基づいて、Nプリドライバ48<m>の動作又は非動作が決定される。演算回路90から受信した第2設定信号RONPpre<n>に基づいて、Nプリドライバ48<m>に設けられた3個の可変抵抗トランジスタの動作又は非動作が決定される。換言すると、第2設定信号RONPpre<n>に基づいて、Nプリドライバ48<m>内の可変抵抗トランジスタのトランジスタサイズを変更できる。Nプリドライバ48<m>の構成については後述する。
出力バッファ49は、出力信号を適正な電圧レベルに変換し、パッド32<0>を介して、当該出力信号をコントローラ200に出力する。出力バッファ49は、PMOS出力バッファ群50及びNMOS出力バッファ群51を含む。
PMOS出力バッファ群50は、Pプリドライバ群47の出力信号が“L”レベルの場合、“H”レベルの電源電圧VCCQをパッド32<0>に出力する。PMOS出力バッファ群50は、5個のPプリドライバ47<0>~47<4>にそれぞれ接続された5個のPMOS出力バッファ50<0>~50<4>を含む。
PMOS出力バッファ50<0>~50<4>は、それぞれPMOSトランジスタ61<0>~61<4>を含む。PMOS出力バッファ50<m>に設けられたPMOSトランジスタをPMOSトランジスタ61<m>と表記する。トランジスタ61<m>のゲートは、対応するPプリドライバ47<m>に接続される。トランジスタ61<m>のソースには電圧VCCQが印加される。トランジスタ61<m>のドレインはパッド32<0>に接続される。
5個のトランジスタ61<0>~61<4>の各々は、トランジスタサイズ(オン抵抗)が同じであってもよく、異なっていてもよい。当該トランジスタサイズが異なる場合、例えば、トランジスタ61<0>~61<4>のオン抵抗は、(61<0>)>(61<1>)>…>(61<4>)の関係であってもよい。トランジスタ61<0>~61<4>を組み合わせることにより、PMOS出力バッファ群50におけるPMOSトランジスタ61のトランジスタサイズ(合成のオン抵抗)は25=32通りの調整が可能である。つまり、信号RONP<4:0>に基づいて、PMOSトランジスタの出力インピーダンスを32通りから選択できる。また、トランジスタ61<m>の各々の出力波形は、Pプリドライバ47<m>の出力によって調整することができる。つまり、Pプリドライバ47<m>内のNMOSトランジスタのトランジスタサイズによって、トランジスタ61<m>の各々の出力波形を調整することができる。
NMOS出力バッファ群51は、Nプリドライバ群48の出力信号が“H”レベルの場合、“L”レベルの電圧(接地電圧VSS)をパッド32<0>に出力する。NMOS出力バッファ群51は、5個のNプリドライバ48<0>~48<4>にそれぞれ接続された5個のNMOS出力バッファ51<0>~51<4>を含む。
NMOS出力バッファ51<0>~51<4>は、それぞれNMOSトランジスタ62<0>~62<4>を含む。NMOS出力バッファ51<m>に設けられたNMOSトランジスタをNMOSトランジスタ62<m>と表記する。トランジスタ62<m>のゲートは、対応するNプリドライバ48<m>に接続される。トランジスタ62<m>のソースは接地される(電圧VSSが印加される)。トランジスタ62<m>のドレインはパッド32<0>に接続される。
5個のトランジスタ62<0>~62<4>の各々は、トランジスタサイズ(オン抵抗)が同じであってもよく、異なっていてもよい。当該トランジスタサイズが異なる場合、例えば、トランジスタ62<0>~62<4>のオン抵抗は、(62<0>)>(62<1>)>…>(62<4>)の関係であってもよい。トランジスタ62<0>~62<4>を組み合わせることにより、NMOS出力バッファ群51におけるNMOSトランジスタ62のトランジスタサイズ(合成のオン抵抗)は25=32通りの調整が可能である。つまり、信号RONN<4:0>に基づいて、NMOSトランジスタの出力インピーダンスを32通りから選択できる。また、トランジスタ62<m>の各々の出力波形は、Nプリドライバ48<m>の出力によって調整することができる。つまり、Nプリドライバ48<m>内のPMOSトランジスタのトランジスタサイズによって、トランジスタ62<m>の各々の出力波形を調整することができる。
図6~図11を用いて、PMOS出力制御回路(PMOS output control circuit)44、NMOS出力制御回路(NMOS output control circuit)45、Pプリドライバ(P pre-driver)47、Nプリドライバ(N pre-driver)48、PMOS出力バッファ(PMOS output buffer)50、及びNMOS出力バッファ(NMOS output buffer)51の詳細な構成、並びに、各回路間の信号の入出力について説明する。以下の説明では、出力回路222<0>について説明するが、他の出力回路222<k>、222_dqs、及び222_bdqsの構成も図6~図11に示す構成と同じである。
図6は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路に含まれる各回路への入出力信号を説明するためのブロック図である。Ron変換ロジック回路42から出力された第1設定信号RONP<4:0>は、PMOS出力制御回路44<4:0>及び演算回路90に入力される。同様に、Ron変換ロジック回路42から出力された第1設定信号RONN<4:0>は、NMOS出力制御回路45<4:0>及び演算回路90に入力される。演算回路90は、入力された第1設定信号RONN<4:0>に基づいて第2設定信号RONNpre<2:0>を生成し、当該第2設定信号RONNpre<2:0>をPプリドライバ47<4:0>に出力する。同様に、演算回路90は、入力された第1設定信号RONP<4:0>に基づいて第2設定信号RONPpre<2:0>を生成し、当該第2設定信号RONPpre<2:0>をNプリドライバ48<4:0>に出力する。PMOS出力制御回路44<4:0>及びNMOS出力制御回路45<4:0>には、それぞれ出力信号DOUT及び制御信号ENが入力される。
パッド32を「出力パッド(IO PAD)」という場合がある。PMOS出力バッファ50及びNMOS出力バッファ51を「第1回路」という場合がある。Pプリドライバ47及びNプリドライバ48を「第2回路」という場合がある。Ron変換ロジック回路42を「第3回路」という場合がある。演算回路90を「第4回路」という場合がある。
上記のように、第1実施形態に係る半導体記憶装置5は、パッド32(出力パッド)、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51(第1回路)、Pプリドライバ47/Nプリドライバ48(第2回路)、Ron変換ロジック回路42(第3回路)、及び演算回路90(第4回路)を備える。PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51はパッド32に接続されている。Pプリドライバ47/Nプリドライバ48は、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51に接続されている。Ron変換ロジック回路42は、第1設定信号RONP/第1設定信号RONNを出力する。当該第1設定信号RONP/第1設定信号RONNは、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51の特性ばらつきに応じてこれらの出力バッファを制御するパラメータである。演算回路90は、Ron変換ロジック回路42から受信した第1設定信号RONP/第1設定信号RONNに基づいて第2設定信号RONPpre/第2設定信号RONNpreを生成し、出力する。当該第2設定信号RONNpreは、Pプリドライバ47を制御するパラメータである。当該第2設定信号RONPpreは、Nプリドライバ48を制御するパラメータである。Pプリドライバ47/Nプリドライバ48は、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51を制御する。
図7は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路を構成するPMOS出力制御回路の構成を説明するためのブロック図である。以下の例では、PMOS出力制御回路44がPプリドライバ47<0>に接続された構成について説明するが、PMOS出力制御回路44はその他のPプリドライバ47<m>にも接続されている。図7に示すように、PMOS出力制御回路44は、第1演算回路441及び第2演算回路442を有する。図7の例では、これらの演算回路としてNAND回路が用いられている。第1演算回路441の入力端子には出力信号DOUT及び制御信号ENが入力される。第2演算回路442の入力端子には第1演算回路441の出力及び第1設定信号RONP<0>が入力される。第2演算回路442の出力端子から、PMOS出力制御回路44の出力信号として信号ZPDI<0>が出力される。図6に示すように、信号ZPDI<4:0>はPプリドライバ47<4:0>に入力される。
図8は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路を構成するNMOS出力制御回路の構成を説明するためのブロック図である。以下の例では、NMOS出力制御回路45がNプリドライバ48<0>に接続された構成について説明するが、NMOS出力制御回路45はその他のNプリドライバ48<m>にも接続されている。図8に示すように、NMOS出力制御回路45は、第1演算回路451及び第2演算回路452を有する。図8の例では、これらの演算回路としてNAND回路が用いられている。第1演算回路451の入力端子には出力信号DOUT及び制御信号ENが入力される。第2演算回路452の入力端子には第1演算回路451の出力及び第1設定信号RONN<0>が入力される。第2演算回路452の出力端子から、NMOS出力制御回路45の出力信号として信号ZNDI<0>が出力される。図6に示すように、信号ZNDI<4:0>はNプリドライバ48<4:0>に入力される。
図9は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路を構成するPプリドライバ回路の構成を説明するためのブロック図である。図9では、Pプリドライバ47<0>について例示するが、他のPプリドライバ47<m>の各々の構成も図9と同じである。図9に示すように、Pプリドライバ47<0>は、可変抵抗トランジスタ470、インバータ471、及びリセットトランジスタ475を有する。
可変抵抗トランジスタ470は、インバータ471のNMOSトランジスタと接地電圧VSSとの間に設けられている。可変抵抗トランジスタ470は、NMOSトランジスタ472~474を有する。NMOSトランジスタ472~474はインバータ471のNMOSトランジスタと接地電圧VSSとの間において並列に接続されている。NMOSトランジスタ472~474のトランジスタサイズは異なる。例えば、NMOSトランジスタ472~474の各々のL長が同じであり、各々のW長の比率(472:473:474)が4:2:1である。なお、NMOSトランジスタ472~474の各々のON抵抗が異なればいいので、NMOSトランジスタ472~474の各々のW長が同じであり、各々のL長の比率(472:473:474)が1:2:4であってもよい。なお、NMOSトランジスタ472~474のW長の比率は上記の比率に限定されない。NMOSトランジスタ472~474のW長が同じであってもよい。
NMOSトランジスタ472~474のゲートには第2設定信号RONNpre<2:0>が供給される。具体的には、NMOSトランジスタ472のゲートに第2設定信号RONNpre<2>が供給され、NMOSトランジスタ473のゲートに第2設定信号RONNpre<1>が供給され、NMOSトランジスタ474のゲートに第2設定信号RONNpre<0>が供給される。上記のように、NMOSトランジスタ472~474のON抵抗が異なるため、第2設定信号RONNpre<2:0>によって可変抵抗トランジスタ470の抵抗を調整することができる。
インバータ471は入力端子476と出力端子477との間に設けられている。リセットトランジスタ475はPMOSであり、出力端子477と電源電圧VCCQとの間に設けられている。
Pプリドライバ47<0>は、信号ZPDI<0>の入力に応じて信号ZPD<0>を出力する。信号ZPD<0>の出力波形は可変抵抗トランジスタ470に依存する。具体的には、可変抵抗トランジスタ470の抵抗が小さければ信号ZPD<0>の出力波形の傾斜が急峻になり、可変抵抗トランジスタ470の抵抗が大きければ信号ZPD<0>の出力波形の傾斜が緩やかになる。つまり、可変抵抗トランジスタ470によって信号ZPD<0>の出力波形の傾斜を調整することができる。
図10は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路を構成するNプリドライバ回路の構成を説明するためのブロック図である。図10では、Nプリドライバ48<0>について例示するが、他のNプリドライバ48<m>の各々の構成も図10と同じである。図10に示すように、Nプリドライバ48<0>は、可変抵抗トランジスタ480、インバータ481、及びリセットトランジスタ485を有する。
可変抵抗トランジスタ480は、インバータ481のPMOSトランジスタと電源電圧VCCQとの間に設けられている。可変抵抗トランジスタ480は、PMOSトランジスタ482~484を有する。PMOSトランジスタ482~484はインバータ481のPMOSトランジスタと電源電圧VCCQとの間において並列に接続されている。PMOSトランジスタ482~484のトランジスタサイズは異なる。例えば、PMOSトランジスタ482~484の各々のL長が同じであり、各々のW長の比率(482:483:484)は4:2:1である。なお、PMOSトランジスタ482~484の各々のON抵抗が異なればいいので、PMOSトランジスタ482~484の各々のW長が同じであり、各々のL長の比率(482:483:484)が1:2:4であってもよい。なお、PMOSトランジスタ482~484のW長の比率は上記の比率に限定されない。PMOSトランジスタ482~484のW長が同じであってもよい。
PMOSトランジスタ482~484のゲートには第2設定信号RONPpre<2:0>が供給される。具体的には、PMOSトランジスタ482のゲートに第2設定信号RONPpre<2>が供給され、PMOSトランジスタ483のゲートに第2設定信号RONPpre<1>が供給され、PMOSトランジスタ484のゲートに第2設定信号RONPpre<0>が供給される。上記のように、PMOSトランジスタ482~484のON抵抗が異なるため、第2設定信号RONPpre<2:0>によって可変抵抗トランジスタ480の抵抗を調整することができる。
インバータ481は入力端子486と出力端子487との間に設けられている。リセットトランジスタ485はNMOSであり、出力端子487と接地電圧VSSとの間に設けられている。
Nプリドライバ48<0>は、信号ZNDI<0>の入力に応じて信号ZND<0>を出力する。信号ZND<0>の出力波形は可変抵抗トランジスタ480に依存する。具体的には、可変抵抗トランジスタ480の抵抗が小さければ信号ZND<0>の出力波形の傾斜が急峻になり、可変抵抗トランジスタ480の抵抗が大きければ信号ZND<0>の出力波形の傾斜が緩やかになる。つまり、可変抵抗トランジスタ480によって信号ZND<0>の出力波形の傾斜を調整することができる。
図11は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路を構成する出力バッファの構成を説明するためのブロック図である。図11に示すように、PMOS出力バッファ50<4:0>及びNMOS出力バッファ51<4:0>がパッド32<0>に接続されている。PMOS出力バッファ50<4:0>のゲートには信号ZPD<4:0>が供給される。NMOS出力バッファ51<4:0>のゲートには信号ZND<4:0>が供給される。したがって、PMOS出力バッファ50<4:0>から信号が出力されるタイミングは、上記の信号ZPD<4:0>の出力波形によって制御される。同様に、NMOS出力バッファ51<4:0>から信号が出力されるタイミングは、上記の信号ZND<4:0>の出力波形によって制御される。つまり、可変抵抗トランジスタ470及び可変抵抗トランジスタ480によって信号DQ<0>の出力のタイミングを調整することができる。
上記のように、第1設定信号RONP/第1設定信号RONNは、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51(第1回路)の出力抵抗を調整する。第2設定信号RONNpre/第2設定信号RONPpreは、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51の出力タイミングを調整する。
また、PMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51は、m個のPMOSトランジスタ61/NMOSトランジスタ62(出力トランジスタ)を有する。なお、本実施形態ではmは5であるが、この値に限定されない。第1設定信号RONP/第1設定信号RONNは、m個のPMOSトランジスタ61/NMOSトランジスタ62の各々のON/OFFを制御する。
また、Pプリドライバ群47/Nプリドライバ群48(第2回路)は、それぞれm個のPMOSトランジスタ61<m-1:0>/NMOSトランジスタ62<m-1:0>を駆動するm個のPプリドライバ47<m-1:0>/Nプリドライバ48<m-1:0>(ドライバ回路)を有する。第2設定信号RONNpre/第2設定信号RONPpreは、m個のPプリドライバ47/Nプリドライバ48の各々の出力波形を制御する。
また、m個のPプリドライバ47<m-1:0>/Nプリドライバ48<m-1:0>の各々は、可変抵抗トランジスタ470/可変抵抗トランジスタ480を含む。第2設定信号RONNpre/第2設定信号RONPpreは、可変抵抗トランジスタ470/可変抵抗トランジスタ480のオン状態における抵抗を制御する。
[演算回路90の演算処理]
図12及び図13を用いて、演算回路90の演算処理方法について説明する。図12及び図13において、T(Typical)条件は基準となる条件であり、S(Slow)条件は基準よりMOSのオン特性が低い(例えば、しきい値が高い又はオン電流が小さい)条件であり、F(Fast)条件は基準よりMOSのオン特性が高い(例えば、しきい値が低い又はオン電流が大きい)条件である。また、図12に示す「RONP<4:0>の値」は、RONP<4:0>に基づいて決定されるPMOS出力バッファ50<4:0>のオン抵抗に関する値である。つまり、「RONP<4:0>の値」が大きいほどPMOS出力バッファ50<4:0>の合成抵抗が小さいことを意味する。同様に、「RONPpre<2:0>」が大きいことは、Nプリドライバ48<m>の可変抵抗トランジスタ480の合成抵抗が小さいことを意味する。
図12及び図13を用いて、演算回路90の演算処理方法について説明する。図12及び図13において、T(Typical)条件は基準となる条件であり、S(Slow)条件は基準よりMOSのオン特性が低い(例えば、しきい値が高い又はオン電流が小さい)条件であり、F(Fast)条件は基準よりMOSのオン特性が高い(例えば、しきい値が低い又はオン電流が大きい)条件である。また、図12に示す「RONP<4:0>の値」は、RONP<4:0>に基づいて決定されるPMOS出力バッファ50<4:0>のオン抵抗に関する値である。つまり、「RONP<4:0>の値」が大きいほどPMOS出力バッファ50<4:0>の合成抵抗が小さいことを意味する。同様に、「RONPpre<2:0>」が大きいことは、Nプリドライバ48<m>の可変抵抗トランジスタ480の合成抵抗が小さいことを意味する。
上記と同様に、図13に示す「RONN<4:0>の値」は、RONN<4:0>に基づいて決定されるNMOS出力バッファ51<4:0>のオン抵抗に関する値である。つまり、「RONN<4:0>の値」が大きいほどNMOS出力バッファ51<4:0>の合成抵抗が小さいことを意味する。同様に、「RONNpre<2:0>」が大きいことは、Pプリドライバ47<m>の可変抵抗トランジスタ470の合成抵抗が小さいことを意味する。
例えば、RONP<4:0>はRon変換ロジック回路42によって生成されるが、「RONP<4:0>の値」が大きいことは、出力回路222の全体のPMOSのオン特性が低いことを意味する。よって、NMOS出力バッファ51<4:0>を駆動するNプリドライバ48のPMOSのオン特性も低く、NMOS出力バッファ51<4:0>から信号が出力されるタイミングが基準よりも遅延する。一方、「RONP<4:0>の値」が小さいことは、出力回路222の全体のPMOSのオン特性が高いことを意味する。よって、NMOS出力バッファ51<4:0>を駆動するNプリドライバ48のPMOSのオン特性も高く、NMOS出力バッファ51<4:0>から信号が出力されるタイミングが基準よりも早くなる。このように、「RONP<4:0>の値」と連動してNMOS出力バッファ51<4:0>のスルーレートにばらつきが生じる。同様に、「RONN<4:0>の値」と連動してPMOS出力バッファ50<4:0>のスルーレートにばらつきが生じる。演算回路90は、以下に説明するように「RONP<4:0>の値」に基づいて適切な「RONPpre<2:0>」を算出し、「RONN<4:0>の値」に基づいて適切な「RONNpre<2:0>」を算出することで、このスルーレートのばらつきを抑制する。
演算回路90は、入力される第1設定信号RONP<4:0>及びRONN<4:0>の各々に基づく値を変数として解を出力する計算式に基づく演算を行う。当該計算式は、予めシミュレーションによって計算される。例えば、図12に示すように、当該計算式は、「RONP<4:0>の値」と「RONPpre<2:0>」との関係が線形な計算式であってもよい。同様に、図13に示すように、当該計算式は、「RONN<4:0>の値」と「RONNpre<2:0>」との関係が線形な計算式であってもよい。
図12に示すように、S条件はT条件よりも「RONP<4:0>の値」が大きくなる。つまり、S条件では出力回路222の全体のPMOSのオン特性が低い事を示す。その特性を使い、演算回路90によって出力される「RONPpre<2:0>」の値をT条件よりも大きくする事で、Nプリドライバ48<4:0>の駆動能力低下を防ぐ事が出来る。これにより、Nプリドライバ48<4:0>の能力低下による、NMOS出力バッファ51<4:0>のスルーレートのばらつきを低減する事が出来る。同様に、F条件はT条件よりも「RONP<4:0>の値」が小さくなる。つまり、F条件では出力回路222の全体のPMOSのオン特性が高い事を示す。その特性を使い、演算回路90によって出力される「RONPpre<2:0>」の値をT条件よりも小さくする事で、Nプリドライバ48<4:0>の駆動能力超過を防ぐ事が出来る。これにより、Nプリドライバ48<4:0>の能力超過による、NMOS出力バッファ51<4:0>のスルーレートのばらつきを低減する事が出来る。このようにして、プロセスばらつき等によって発生するMOSのオン特性のばらつきに起因したスルーレートのばらつきを抑制することができる。
[スルーレート調整の動作フロー]
図14は、一実施形態に係る半導体記憶装置のスルーレート調整の動作フローである。図14に示すように、まずは、Ronのトリミングが行われる(ステップS501;Ron trimming)。続いて、Ron情報がメモリセルアレイ21(ROM)に格納される(ステップS502;Storing Ron in ROM)。続いて、Ron_DACレジスタ41は、メモリセルアレイ21に保存されているRon情報(信号RONPorg<4:0>及び信号RONNorg<4:0>)を一時的に格納(ラッチ)する(ステップS503;Latching Ron)。上記の動作と並行して、ZQ補正回路23はZQ情報の計算を行う(ステップS511;Calculating ZQ)。Ron変換ロジック回路42は、Ron設定値情報及びZQ情報に応じて、Ron_DACレジスタ41から受信した信号RONPorg<4:0>を変換して第1設定信号RONP<4:0>を生成する(ステップS504;Generating first setting signal)。
図14は、一実施形態に係る半導体記憶装置のスルーレート調整の動作フローである。図14に示すように、まずは、Ronのトリミングが行われる(ステップS501;Ron trimming)。続いて、Ron情報がメモリセルアレイ21(ROM)に格納される(ステップS502;Storing Ron in ROM)。続いて、Ron_DACレジスタ41は、メモリセルアレイ21に保存されているRon情報(信号RONPorg<4:0>及び信号RONNorg<4:0>)を一時的に格納(ラッチ)する(ステップS503;Latching Ron)。上記の動作と並行して、ZQ補正回路23はZQ情報の計算を行う(ステップS511;Calculating ZQ)。Ron変換ロジック回路42は、Ron設定値情報及びZQ情報に応じて、Ron_DACレジスタ41から受信した信号RONPorg<4:0>を変換して第1設定信号RONP<4:0>を生成する(ステップS504;Generating first setting signal)。
PMOS出力制御回路44/NMOS出力制御回路45は、第1設定信号RONP<4:0>/第1設定信号RONN<4:0>に基づいて、PMOS出力バッファ群50/NMOS出力バッファ群51のオン抵抗を調整する(ステップS512;Adjusting output buffer)。ステップS512と並行して、演算回路90は第1設定信号RONP<4:0>/第1設定信号RONN<4:0>に基づいて第2設定信号RONPpre<2:0>/第2設定信号RONNpre<2:0>を生成し、第2設定信号RONNpre<2:0>をPプリドライバ47<4:0>に送信し、第2設定信号RONPpre<2:0>をNプリドライバ48<4:0>に送信する(ステップS505;Generating second setting signal)。ステップS505でPプリドライバ47<4:0>/Nプリドライバ48<4:0>が調整されることで、出力バッファ49のスルーレートが調整される(ステップS506;Adjusting SR)。
以上のように、第1実施形態に係る出力回路222によると、Ron変換ロジック回路42から出力された第1設定信号RONP<4:0>及びRONN<4:0>に基づいて第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>が生成され、生成された第2設定信号RONNpre<2:0>によってPMOS出力バッファ群50のスルーレートが調整され、RONPpre<2:0>によってNMOS出力バッファ群51のスルーレートが調整される。したがって、半導体記憶装置の製造プロセスのばらつきによって回路に用いられるPMOS、NMOSのオン特性にばらつきがあっても、当該ばらつきを補償するようにスルーレートが調整される。つまり、回路定数を内部で自動的に変更することで、スルーレートを調整することができる。
本実施形態では、Pプリドライバ47、Nプリドライバ48、PMOS出力バッファ50、及びNMOS出力バッファ51がそれぞれ5個ずつ設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。これらのドライバ及びバッファの数は4個以下であってもよく、6個以上であってもよい。また、本実施形態では、Pプリドライバ47に含まれるNMOSトランジスタ(可変抵抗トランジスタ)、及びNプリドライバ48に含まれるPMOSトランジスタ(可変抵抗トランジスタ)がそれぞれ3個ずつ設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。各々の可変抵抗トランジスタの数は2個であってもよく、4個以上であってもよい。
<第2実施形態>
図15を用いて第2実施形態に係るメモリシステムについて説明する。図15は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。図15に示す出力回路222Aは、図5に示す出力回路222と類似するが、演算回路90Aに温度センサ25Aからの情報が入力される点において、出力回路222とは相違する。以下の説明において、図5の構成と同様の特徴については説明を省略し、主に図5の構成と相違する点について説明する。
図15を用いて第2実施形態に係るメモリシステムについて説明する。図15は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。図15に示す出力回路222Aは、図5に示す出力回路222と類似するが、演算回路90Aに温度センサ25Aからの情報が入力される点において、出力回路222とは相違する。以下の説明において、図5の構成と同様の特徴については説明を省略し、主に図5の構成と相違する点について説明する。
[出力回路の構成]
図15に示すように、演算回路90Aと温度センサ(temp. sensor)25Aとが接続されており、温度センサ25Aから演算回路90Aに温度コードが入力される。温度コードは温度センサ25Aによって測定された温度に基づいて生成されたコードである。例えば、温度センサ25Aによって測定された温度が0℃未満の場合に温度コード“00”が演算回路90Aに入力され、当該温度が0℃以上45℃未満の場合に温度コード“01”が演算回路90Aに入力され、当該温度が45℃以上85℃未満の場合に温度コード“10”が演算回路90Aに入力され、当該温度が85℃以上の場合に温度コード“11”が演算回路90Aに入力される。
図15に示すように、演算回路90Aと温度センサ(temp. sensor)25Aとが接続されており、温度センサ25Aから演算回路90Aに温度コードが入力される。温度コードは温度センサ25Aによって測定された温度に基づいて生成されたコードである。例えば、温度センサ25Aによって測定された温度が0℃未満の場合に温度コード“00”が演算回路90Aに入力され、当該温度が0℃以上45℃未満の場合に温度コード“01”が演算回路90Aに入力され、当該温度が45℃以上85℃未満の場合に温度コード“10”が演算回路90Aに入力され、当該温度が85℃以上の場合に温度コード“11”が演算回路90Aに入力される。
演算回路90Aは、Ron変換ロジック回路42Aから出力された第1設定信号RONP<4:0>及びRONN<4:0>に基づいて生成された第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>に対して、温度センサ25Aから出力された温度コードに基づく温度補正を行う。具体的には、温度コードに基づいて、図12及び図13によって算出された第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を増減する。
例えば、上記の温度コードが“00”である場合、低温環境下においてMOSのオン特性が向上するため、上記第2設定信号の値を1つデクリメントする。つまり、上記の場合、PMOS出力バッファ50A及びNMOS出力バッファ51Aのオン抵抗を高くするために第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を減少する。上記の温度コードが“01”である場合、標準的な使用温度の範囲内なので、上記第2設定信号をそのまま用いる。上記の温度コードが“10”である場合、高温環境下においてMOSのオン特性が低下するため、上記第2設定信号の値を1つインクリメントする。つまり、上記の場合、PMOS出力バッファ50A及びNMOS出力バッファ51Aのオン抵抗を低くするために第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を増加する。上記の温度コードが“11”である場合、上記よりもMOSのオン特性がさらに低下するため、上記第2設定信号の値を2つインクリメントする。
以上のように、第2実施形態に係る出力回路222Aによると、温度に起因するMOSのオン特性の変動に起因するスルーレートのばらつきを抑制することができる。
なお、上記の実施形態では、温度センサ25Aが測定した温度をコード化する構成を例示したが、当該コード化は演算回路90Aによって行われてもよい。
<第3実施形態>
図16を用いて第3実施形態に係るメモリシステムについて説明する。図16は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。図16に示す出力回路222Bは、図5に示す出力回路222と類似するが、半導体記憶装置5~8の各々に電源電圧検知回路80Bが設けられており、演算回路90Bに電源電圧検知回路80Bからの情報が入力される点において、出力回路222とは相違する。以下の説明において、図5の構成と同様の特徴については説明を省略し、主に図5の構成と相違する点について説明する。
図16を用いて第3実施形態に係るメモリシステムについて説明する。図16は、一実施形態に係る半導体記憶装置の出力回路の構成を説明するためのブロック図である。図16に示す出力回路222Bは、図5に示す出力回路222と類似するが、半導体記憶装置5~8の各々に電源電圧検知回路80Bが設けられており、演算回路90Bに電源電圧検知回路80Bからの情報が入力される点において、出力回路222とは相違する。以下の説明において、図5の構成と同様の特徴については説明を省略し、主に図5の構成と相違する点について説明する。
[出力回路の構成]
図16に示すように、演算回路90Bと電源電圧検知回路(volt. detector)80Bとが接続されており、電源電圧検知回路80Bから演算回路90Bに電圧コードが入力される。電圧コードは電源電圧検知回路80Bによって測定された出力回路222Bの電源電圧VCCQに基づいて生成されたコードである。電源電圧VCCQは、例えばPMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51及びPプリドライバ47/Nプリドライバ48に共通して供給される電圧である。例えば、電源電圧検知回路80Bによって測定された電源電圧VCCQが1.15V未満の場合に電圧コード“00”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.15V以上1.25V未満の場合に電圧コード“01”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.25V以上1.3V未満の場合に電圧コード“10”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.3以上の場合に電圧コード“11”が演算回路90Bに入力される。
図16に示すように、演算回路90Bと電源電圧検知回路(volt. detector)80Bとが接続されており、電源電圧検知回路80Bから演算回路90Bに電圧コードが入力される。電圧コードは電源電圧検知回路80Bによって測定された出力回路222Bの電源電圧VCCQに基づいて生成されたコードである。電源電圧VCCQは、例えばPMOS出力バッファ50/NMOS出力バッファ51及びPプリドライバ47/Nプリドライバ48に共通して供給される電圧である。例えば、電源電圧検知回路80Bによって測定された電源電圧VCCQが1.15V未満の場合に電圧コード“00”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.15V以上1.25V未満の場合に電圧コード“01”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.25V以上1.3V未満の場合に電圧コード“10”が演算回路90Bに入力され、電源電圧VCCQが1.3以上の場合に電圧コード“11”が演算回路90Bに入力される。
演算回路90Bは、Ron変換ロジック回路42Bから出力された第1設定信号RONP<4:0>及びRONN<4:0>に基づいて生成された第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>に対して、電源電圧検知回路80Bから出力された電圧コードに基づく電圧補正を行う。具体的には、電圧コードに基づいて、図12及び図13によって算出された第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を増減する。
例えば、上記の電圧コードが“00”である場合、電源電圧VCCQが低いことに起因してMOSのオン特性が低下するため、上記第2設定信号の値を1つインクリメントする。つまり、上記の場合、PMOS出力バッファ50B及びNMOS出力バッファ51Bのオン抵抗を低くするために第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を増加する。上記の電圧コードが“01”である場合、標準的な電源電圧VCCQの範囲内なので、上記第2設定信号をそのまま用いる。上記の電圧コードが“10”である場合、電源電圧VCCQが高いことに起因してMOSのオン特性が向上するため、上記第2設定信号の値を1つデクリメントする。つまり、上記の場合、PMOS出力バッファ50B及びNMOS出力バッファ51Bのオン抵抗を高くするために第2設定信号RONPpre<2:0>及びRONNpre<2:0>の値を減少する。上記の電圧コードが“11”である場合、上記よりもMOSのオン特性がさらに向上するため、上記第2設定信号の値を2つデクリメントする。
以上のように、第3実施形態に係る出力回路222Bによると、電源電圧VCCQに起因するMOSのオン特性の変動に起因するスルーレートのばらつきを抑制することができる。
なお、上記の実施形態では、電源電圧検知回路80Bが測定した電源電圧VCCQをコード化する構成を例示したが、当該コード化は演算回路90Bによって行われてもよい。
以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施形態の圧縮・伸長回路を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1:メモリシステム、 3:パッケージ、 4:パワーマネージャ、 5~8:半導体記憶装置、 9:基準抵抗、 10:メモリコントローラ、 11:プロセッサ、 12:内蔵メモリ、 13:インタフェース回路、 14:バッファメモリ、 15:ホストインタフェース回路、 21:メモリセルアレイ、 22:入出力回路、 23:補正回路、 24:ロジック制御回路、 25:温度センサ、 26:レジスタ、 27:シーケンサ、 28:電圧生成回路、 29:ドライバセット、 30:ロウデコーダ、 31:センスアンプ、 32:入出力用パッド群、 32:パッド、 33:補正用パッド、 34:ロジック制御用パッド群、 41:レジスタ、 42:変換ロジック回路、 43:出力制御回路、 44:PMOS出力制御回路、 45:NMOS出力制御回路、 46:プリドライバ、 47:Pプリドライバ、 48:Nプリドライバ、 49:出力バッファ、 50:PMOS出力バッファ、 51:NMOS出力バッファ、 61:PMOSトランジスタ、 62:NMOSトランジスタ、 80B:電源電圧検知回路、 90:演算回路、 200:コントローラ、 201、202:信号線、 221:入力回路、 222:出力回路、 441、451:第1演算回路、 442、452:第2演算回路、 470、480:可変抵抗トランジスタ、 471、481:インバータ、 472~474:NMOSトランジスタ、 475、485:リセットトランジスタ、 476、486:入力端子、 477、487:出力端子、 482~484:PMOSトランジスタ
Claims (8)
- 出力パッドと、
前記出力パッドに接続され、第1設定信号が供給される第1回路と、
前記第1回路に接続され、第2設定信号が供給される第2回路と、
前記第1回路の特性ばらつきに応じて前記第1回路を制御する第1設定信号を出力する第3回路と、
前記第3回路から受信した前記第1設定信号に基づいて前記第2回路を制御する第2設定信号を生成して出力する第4回路と、
を備える半導体記憶装置。 - 前記第2回路は、前記第1回路を制御する、請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1設定信号は、前記第1回路の出力抵抗を調整し、
前記第2設定信号は、前記第1回路の出力タイミングを調整する、請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 - 温度センサをさらに有し、
前記第4回路は、前記温度センサが出力した温度に関する情報に基づいて前記第2設定信号を調整する、請求項1乃至3のいずれか一に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1回路の電源と同電位の電源電圧を検知する検知回路をさらに有し、
前記第4回路は、前記検知回路が出力した前記電源電圧に関する情報に基づいて前記第2設定信号を調整する、請求項1乃至4のいずれか一に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1回路は、m(mは自然数)個の出力トランジスタを有し、
前記第1設定信号は、m個の前記出力トランジスタの各々のON/OFFを制御する、請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2回路は、それぞれm個の前記出力トランジスタを駆動するm個のドライバ回路を有し、
前記第2設定信号は、m個の前記ドライバ回路の各々の出力波形を制御する、請求項6に記載の半導体記憶装置。 - m個の前記ドライバ回路の各々は、可変抵抗トランジスタを含み、
前記第2設定信号は、前記可変抵抗トランジスタのオン状態の抵抗を制御する、請求項7に記載の半導体記憶装置。
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