JP2023031018A - 検出回路、半導体記憶装置、及びメモリシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】高速な信号のデューティ比を、高精度に検出できる検出回路を提供する。【解決手段】実施形態に係る検出回路13は、第1フィルタ回路131と、ランプ回路133と、比較器134と、制御部138とを含む。第1フィルタ回路131は、第1信号に基づき、第1電圧を出力する。ランプ回路は133、ランプ電圧を出力する。比較器134は、第1電圧とランプ電圧との第1比較結果、及び第2電圧とランプ電圧との第2比較結果を出力する。制御部138は、第1比較結果に基づいてランプ電圧の出力が開始されてから第1電圧とランプ電圧との大小関係が反転するまでの第1期間を判定し、第2比較結果に基づいてランプ電圧の出力が開始されてから第2電圧とランプ電圧との大小関係が反転するまでの第2期間を判定する。【選択図】図4
Description
本発明の実施形態は、検出回路、半導体記憶装置、及びメモリシステムに関する。
信号のデューティ比を検出する回路が知られている。
L. Ravezzi,「Duty-cycle detector based on time-to-digital conversion」,Electronics Letters,(英),2013年2月14日,Volume 49,Issue 4,p.247-248
高速な信号のデューティ比を、高精度に検出できる検出回路を提供する。
実施形態に係る検出回路は、第1フィルタ回路と、ランプ回路と、比較器と、制御部とを含む。第1フィルタ回路は、第1信号に基づき、第1電圧を出力する。ランプ回路は、ランプ電圧を出力する。比較器は、第1電圧とランプ電圧との第1比較結果、及び第2電圧とランプ電圧との第2比較結果を出力する。制御部は、第1比較結果に基づいてランプ電圧の出力が開始されてから第1電圧とランプ電圧との大小関係が反転するまでの第1期間を判定し、第2比較結果に基づいてランプ電圧の出力が開始されてから第2電圧とランプ電圧との大小関係が反転するまでの第2期間を判定する。
以下、実施形態につき図面を参照して説明する。説明に際し、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。また、以下に示す実施形態は、技術的思想を例示するものである。実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。実施形態は、種々の変更を加えることができる。
[1]実施形態
実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
[1-1]構成
[1-1-1]メモリシステムの全体構成
図1は、実施形態に係る半導体記憶装置を含むメモリシステムの構成の一例を示すブロック図である。メモリシステムSYSは、記憶装置である。メモリシステムSYSは、図示しない外部のホスト機器からの命令に応じて、データの書込み動作や読出し動作等を実行する。図1に示すように、メモリシステムSYSは、半導体記憶装置1と、メモリコントローラ2とを備える。
[1-1-1]メモリシステムの全体構成
図1は、実施形態に係る半導体記憶装置を含むメモリシステムの構成の一例を示すブロック図である。メモリシステムSYSは、記憶装置である。メモリシステムSYSは、図示しない外部のホスト機器からの命令に応じて、データの書込み動作や読出し動作等を実行する。図1に示すように、メモリシステムSYSは、半導体記憶装置1と、メモリコントローラ2とを備える。
半導体記憶装置1は、不揮発性メモリである。半導体記憶装置1は、例えばNAND型フラッシュメモリである。
メモリコントローラ2は、例えばSoC(System-0n-a-Chip)のような集積回路である。メモリコントローラ2は、半導体記憶装置1を制御する。
半導体記憶装置1とメモリコントローラ2とは、例えばNANDバスで接続される。NANDバスによる通信は、例えば信号DQ0~DQ7、DQS、BDQS、BCE、CLE、ALE、BWE、RE、BRE、BWP、及びBRBを含む。
信号DQ0~DQ7は、例えば8ビットの信号である。信号DQ0~DQ7は、半導体記憶装置1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る。信号DQ0~DQ7は、コマンド、アドレス、及びデータのいずれかを含み得る。
信号DQS及びBDQSは、信号DQ0~DQ7を受信する際の動作タイミングを制御するための信号である。信号DQS及びBDQSは、半導体記憶装置1とメモリコントローラ2との間で送受信される。
信号BCEは、半導体記憶装置1を選択状態又は非選択状態にするための信号である。信号BCEは、メモリコントローラ2から半導体記憶装置1に送信される。
信号CLEは、信号DQ0~DQ7がコマンドであることを通知する信号である。信号ALEは、信号DQ0~DQ7がアドレスであることを通知する信号である。信号BWEは、半導体記憶装置1に信号DQ0~DQ7を取り込むことを指示する信号である。信号RE及びBREは、半導体記憶装置1に信号DQ0~DQ7を出力することを指示する信号である。また、信号RE及びBREは、半導体記憶装置1が信号DQ0~DQ7を出力する際に、半導体記憶装置1の動作タイミングを制御する。信号BWPは、半導体記憶装置1に書込み及び消去動作を禁止させる信号である。信号CLE、ALE、BWE、RE、BRE、及びBWPのそれぞれは、メモリコントローラ2から半導体記憶装置1に送信される。
信号BRBは、半導体記憶装置1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である。信号BRBは、半導体記憶装置1からメモリコントローラ2へと送信される。
なお、本明細書において、符号の先頭が“B”である信号は、“L”レベルにおいてアサートされることを示している。具体的には、信号BDQS、BCE、BWE、BRE、BWP、及びBRBのそれぞれは、“L”レベルにおいてアサートされる。また、信号BDQSは、信号DQSの反転信号である。信号BREは、信号REの反転信号である。
また、信号DQS及びBDQSは、例えば、半導体記憶装置1がメモリコントローラ2へ信号DQ0~DQ7を送信する際に、送信するデータに応じて連続してトグルする。連続してトグルしている信号DQS及びBDQSは、連続してトグルしている期間において、クロック信号と見なすことができる。信号RE及びBREについても、信号RE及びBREが連続してトグルしている期間において、クロック信号と見なすことができる。本明細書では、信号DQS、BDQS、RE、BRE、及びこれらに関連する信号について、クロック信号と見なすことができる状態に着目して、各信号のクロック周波数やデューティ比について説明している。
[1-1-2]半導体記憶装置1の構成
(半導体記憶装置1全体の構造)
図2は、実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、半導体記憶装置1は、入出力モジュール10、ロジック制御回路20、レジスタ30、シーケンサ40、メモリセルアレイ50,ロウデコーダ60、センスアンプ70、及びドライバセット80を備えている。
(半導体記憶装置1全体の構造)
図2は、実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、半導体記憶装置1は、入出力モジュール10、ロジック制御回路20、レジスタ30、シーケンサ40、メモリセルアレイ50,ロウデコーダ60、センスアンプ70、及びドライバセット80を備えている。
入出力モジュール10は、信号DQ0~DQ7、DQS、及びBDQSをメモリコントローラ2から受信する。入出力モジュール10は、受信した信号DQ0~DQ7内のコマンド及びアドレス、並びに書込みデータを、それぞれレジスタ30及びセンスアンプ70に送信する。また、入出力モジュール10は、信号DQ0~DQ7、DQS、及びBDQSをメモリコントローラ2に送信する。入出力モジュール10は、信号DQ0~DQ7を、センスアンプ70からの読出しデータに基づいて生成する。入出力モジュール10は、信号DQS及びBDQSを、ロジック制御回路20からの基準信号に基づいて生成する。
ロジック制御回路20は、信号BCE、CLE、ALE、BWE、RE、BRE、及びBWPをメモリコントローラ2から受信する。ロジック制御回路20は、信号RE及びBREに基づいて、基準信号を生成する。ロジック制御回路20は、信号BRBをメモリコントローラ2に送信する。
レジスタ30は、入出力モジュール10を介して受信したコマンド及びアドレスを一時的に記憶する。レジスタ30は、アドレスをロウデコーダ60及びセンスアンプ70に転送する。また、レジスタ30は、コマンドをシーケンサ40に転送する。
シーケンサ40は、半導体記憶装置1全体の動作を制御する。例えば、シーケンサ40は、レジスタ30からコマンドを受信し、受信したコマンドに基づいて読出し動作等を実行する。また、シーケンサ40は、入出力モジュール10の出力に基づいて、ロジック制御回路20における基準信号の生成動作を制御する。
メモリセルアレイ50は、データを不揮発に記憶する。メモリセルアレイ50は、複数のビット線BL、複数のワード線WL、及び複数のメモリセルMCを含む。複数のメモリセルMCは、例えばロウ方向とカラム方向とに配列して設けられる。複数のビット線BLは、カラム方向に対応して設けられ、同一のカラムに対応する複数のメモリセルMCと接続される。複数のワード線WLは、ロウ方向に対応して設けられ、同一のロウに対応する複数のメモリセルMCと接続される。
ロウデコーダ60は、レジスタ30からアドレス中のロウアドレスを受信し、当該ロウアドレスに基づくロウのメモリセルMCを選択する。そして、選択された行のメモリセルMCには、ロウデコーダ60を介してドライバセット80からの電圧が転送される。
センスアンプ70は、データの読出し時には、メモリセルMCの閾値電圧をセンスし、センス結果に基づく読出しデータを入出力モジュール10に転送する。センスアンプ70は、レジスタ30からアドレス中のカラムアドレスを受信し、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。センスアンプ70は、データの書込み時には、ビット線BLを介して書き込まれる書込みデータをメモリセルMCに転送する。
ドライバセット80は、メモリセルアレイ50、ロウデコーダ60及びセンスアンプ70の動作に用いられる電圧を生成する。
(半導体記憶装置1の構成の詳細)
図3は、実施形態に係る半導体記憶装置の入出力モジュール10、ロジック制御回路20、及びシーケンサ40の構成の一例を示すブロック図である。図3では、入出力モジュール10における信号DQS及びBDQSの生成動作、及びロジック制御回路20における基準信号の生成動作に関わる構成が抽出して示される。図3に示すように、入出力モジュール10は、出力制御回路11と、出力回路12と、検出回路13とを含む。ロジック制御回路20は、受信回路21と、補正回路22とを含む。
図3は、実施形態に係る半導体記憶装置の入出力モジュール10、ロジック制御回路20、及びシーケンサ40の構成の一例を示すブロック図である。図3では、入出力モジュール10における信号DQS及びBDQSの生成動作、及びロジック制御回路20における基準信号の生成動作に関わる構成が抽出して示される。図3に示すように、入出力モジュール10は、出力制御回路11と、出力回路12と、検出回路13とを含む。ロジック制御回路20は、受信回路21と、補正回路22とを含む。
受信回路21は、信号RE及びBREをメモリコントローラ2から受信する。受信回路21は、信号RE及びBREに基づき、信号RE_in及びBRE_inを生成する。信号RE_in及びBRE_inは、信号RE及びBREを、半導体記憶装置1内のロジック電圧レベルに整形した信号である。
補正回路22は、受信回路21から信号RE_in及びBRE_inを受信する。補正回路22は、信号RE_in及びBRE_inそれぞれのデューティ比を補正する。補正回路22によるデューティ比の補正量は、シーケンサ40により設定される。補正回路22は、補正結果として、信号RE_c及びBRE_cを生成する。信号RE_c及びBRE_cは、半導体記憶装置1において、動作タイミングを決める基準信号として用いられる。
出力制御回路11は、基準信号として信号RE_c及びBRE_cを受信する。出力制御回路11は、信号RE_c及びBRE_cに基づいて、信号DQS_in及びBDQS_inを生成する。信号DQS_in及びBDQS_inは、信号DQS及びBDQSの基となる信号である。信号DQS_inのデューティ比は、信号DQSのデューティ比と等しい。信号BDQS_inのデューティ比は、信号BDQSのデューティ比と等しい。
出力回路12は、信号DQS_in及びBDQS_inを受信する。出力回路12は、信号DQS_in及びBDQS_inに基づいて、信号DQS及びBDQSを生成する。出力回路12は、信号DQS及びBDQSをメモリコントローラ2に送信する。
検出回路13は、信号DQS_inを受信する。検出回路13は、信号DQS_inのデューティ比に関する情報を検出する。
シーケンサ40は、検出回路13によって検出されたデューティ比に関する情報に基づいて、補正回路22のデューティ比の補正量を制御する。
(検出回路13の構成)
図4は、実施形態に係る半導体記憶装置の検出回路の構成の一例を示すブロック図である。図4に示すように、検出回路13は、LPF131と、選択部132と、ランプ回路133と、比較器134と、分周器135と、カウンタ136と、ラッチ137と、制御部138とを含む。
図4は、実施形態に係る半導体記憶装置の検出回路の構成の一例を示すブロック図である。図4に示すように、検出回路13は、LPF131と、選択部132と、ランプ回路133と、比較器134と、分周器135と、カウンタ136と、ラッチ137と、制御部138とを含む。
LPF131は、ローパスフィルタ(Low Pass Filter)である。LPF131は、フィルタ回路の一種である。LPF131は、例えば、抵抗とキャパシタとを含む、パッシブ型の1次のローパスフィルタである。LPF131は、入力された信号の高周波成分を減衰させ、低周波成分を出力する。LPF131のカットオフ周波数は、信号DQS_inの周波数よりも、十分に低い。LPF131には、信号DQS_inが入力される。LPF131は、電圧Vinを出力する。
クロック信号の高周波成分は、クロック信号のクロック周波数に対応する基本波とその高調波である。クロック信号の低周波成分は、クロック信号のデューティ比に対応する低周波信号、すなわちクロック信号のデューティ比に対応する大きさの直流電圧である。よって、クロック信号と見なすことができる状態の信号DQS_inを入力されたLPF131は、信号DQS_inのデューティ比に対応する大きさの電圧Vinを出力する。例えば、信号DQS_inのデューティ比が50%の場合、電圧Vinの大きさは、信号DQS_inの電圧振幅の50%である。
選択部132は、入力された複数の電圧から、ひとつを選択して出力する。選択部132は、スイッチSW1及びSW2を含む。選択部132には、スイッチSW1を介して電圧Vrefが入力され、スイッチSW2を介して電圧Vinが入力される。電圧Vrefは、直流電圧である。電圧Vrefは、例えば信号DQS_inの電圧振幅の1/2の直流電圧である。
ランプ回路133は、0Vまたはランプ電圧を出力する。ランプ電圧は、経過時間に応じて大きさが変化する電圧である。ランプ電圧の大きさと経過時間とは、一意に対応する。ランプ電圧の大きさと経過時間との関係は、例えば、1次関数で表されても良い。実施形態では、ランプ回路133が、経過時間に応じて高くなるランプ電圧を出力する場合を例に説明する。ランプ回路133の出力電圧をVrampと呼ぶ。
比較器134は、選択部132の出力と、ランプ回路133の出力とを比較し、比較結果を信号CMPとして出力する。具体的には、比較器134の非反転入力端子に、選択部132の出力が入力される。比較器134の反転入力端子に、ランプ回路133の出力が入力される。
分周器135は、入力された信号を分周して出力する。分周器135には、信号DQS_inが入力される。分周器135は、信号DQS_inを分周した信号CLKを出力する。
カウンタ136には、信号CLKが入力される。カウンタ136は、信号CLKに基づいて、カウント動作を行う。具体的には、カウンタ136は、カウント動作において、信号CLKが立ち上がるたびに、カウント値をカウントアップする。言い換えると、カウンタ136の動作タイミングは、信号CLKによって決定される。カウンタ136は、カウント値をラッチ137へ出力する。
ラッチ137は、2つのカウント値を記憶する。
制御部138は、信号CMP及び信号CLKに基づいて、選択部132、ランプ回路133、及びカウンタ136を制御する。具体的には、制御部138は、選択部132が出力する電圧を選択する。制御部138は、ランプ回路133に0Vまたはランプ電圧を出力させる。制御部138は、ランプ電圧の出力の開始に応じて、カウント動作を開始させる。制御部138は、信号CMPに基づき、ランプ電圧が出力を開始してから、電圧Vinとランプ電圧との大小関係が反転するまでの期間を判定し、この期間に対応するカウント値をラッチ137に記憶させる。また、制御部138は、信号CMPに基づき、ランプ電圧が出力を開始してから、電圧Vrefとランプ電圧との大小関係が反転するまでの期間を判定し、この期間に対応するカウント値をラッチ137に更に記憶させる。制御部138は、シーケンサ40からの検出命令に応じて、ラッチ137に記憶された2つのカウント値を検出結果としてシーケンサ40に送信する。
[1-2]動作
(読出し動作)
図5は、実施形態に係る半導体記憶装置における読出し動作を説明するフローチャートである。以下に、図5を参照して、半導体記憶装置1の読出し動作について説明する。
(読出し動作)
図5は、実施形態に係る半導体記憶装置における読出し動作を説明するフローチャートである。以下に、図5を参照して、半導体記憶装置1の読出し動作について説明する。
半導体記憶装置1が、メモリコントローラ2から読出しコマンドを受信すると(開始)、シーケンサ40は、補正パラメータを設定する(S1)。具体的には、シーケンサ40は、補正回路22に、デューティ比の補正量を決定する補正パラメータを設定する。
受信回路21は、メモリコントローラ2から、信号RE及びBREを受信する(S2)。受信回路21は、信号RE及びBREに基づき、信号RE_in及びBRE_inを生成する。
補正回路22は、信号RE_c及びBRE_cを生成する(S3)。具体的には、補正回路22は、補正パラメータに基づいて信号RE_in及びBRE_inのデューティ比を補正し、補正結果として信号RE_c及びBRE_cを生成する。
半導体記憶装置1は、メモリセルからデータを読み出す(S4)。具体的には、シーケンサ40が、ロウデコーダ60、センスアンプ70、及びドライバセット80を制御して、メモリセルMCに記憶されたデータを、センスアンプ70に読み出す。
出力制御回路11は、信号DQS_in及びBDQS_inを生成する(S5)。具体的には、出力制御回路11は、信号RE_c及びBRE_cに基づいて、信号DQS_in及びBDQS_inを生成する。
半導体記憶装置1は、読み出したデータの出力(S6)と、検出動作(S7)及び補正パラメータの更新動作(S8)とを、並行して実行する。
半導体記憶装置1は、読み出したデータを出力する(S6)。具体的には、出力回路12は、信号DQS_in及びBDQS_inに基づいて、信号DQS及びBDQSを生成し、メモリコントローラ2へ出力する。また、入出力モジュール10は、信号DQS及びBDQSと読み出したデータとに基づいて、信号DQ0~DQ7を生成し、メモリコントローラ2へ出力する。
検出回路13は、検出動作を実行する(S7)。具体的には、検出回路13は、信号DQS_inのデューティ比に関する情報を検出し、検出結果をシーケンサ40へ送信する。
シーケンサ40は、補正パラメータの更新動作を実行する(S8)。具体的には、シーケンサ40は、S1の処理で補正回路22に設定した補正パラメータと、検出回路13から受信した検出結果とに基づいて、信号DQS_inのデューティ比が50%となるように補正パラメータを更新する。
読み出したデータの出力と、補正パラメータの更新動作とが終了すると、半導体記憶装置1は、読出し動作を終了する(終了)。
図6は、実施形態に係る半導体記憶装置における検出動作を説明するフローチャートである。以下に、図6を参照して、検出回路13の検出動作について説明する。
制御部138が、シーケンサ40から検出命令を受信すると(開始)、制御部138は、ランプ回路133及びカウンタ136をリセットする(S11)。具体的には、制御部138は、ランプ回路133を制御し、出力電圧を0Vに設定する。制御部138は、カウンタ136を制御し、カウント値を初期化し、カウント動作を停止させる。
制御部138は、比較器134の非反転入力端子に入力される電圧として、電圧Vrefを選択する(S12)。具体的には、制御部138は、選択部132を制御し、比較器134の非反転入力端子に電圧Vrefを入力するように選択する。例えば、制御部138は、スイッチSW1をオン状態にし、スイッチSW2をオフ状態にすることで、電圧Vrefを選択する。
制御部138は、ランプ電圧の出力及びカウント動作を開始させる(S13)。具体的には、制御部138は、ランプ回路133を制御してランプ電圧の出力を開始させ、カウンタ136を制御してカウント動作を開始させる。
制御部138は、信号CMPが反転したか否かを判定する(S14)。具体的には、制御部138は、信号CMPが“H”レベルから“L”レベルに反転したか否かを判定する。
信号CMPが反転していない場合(S14;No)、制御部138は、次のクロックまで待機する(S15)。次のクロックが入力されると、制御部138は、S4の処理を実行する。
信号CMPが反転した場合(S14;Yes)、制御部138は、カウント値をラッチ137に記憶させる(S16)。なお、電圧Vrefを選択している際に記憶したカウント値を、カウント値Nrefと呼ぶ。
制御部138は、ランプ回路133及びカウンタ136をリセットする(S17)。具体的には、制御部138は、ランプ回路133を制御し、出力電圧を0Vに設定する。制御部138は、カウンタ136を制御し、カウント値を初期化し、カウント動作を停止させる。
制御部138は、比較器134の非反転入力端子に入力される電圧として、電圧Vinを選択する(S18)。具体的には、制御部138は、選択部132を制御し、比較器134の非反転入力端子に電圧Vinを入力するように選択する。例えば、制御部138は、スイッチSW2をオン状態にし、スイッチSW1をオフ状態にすることで、電圧Vinを選択する。
制御部138は、ランプ電圧の出力及びカウント動作を開始させる(S19)。具体的には、制御部138は、ランプ回路133を制御してランプ電圧の出力を開始させ、カウンタ136を制御してカウント動作を開始させる。
制御部138は、信号CMPが反転したか否かを判定する(S20)。具体的には、制御部138は、信号CMPが“H”レベルから“L”レベルに反転したか否かを判定する。
信号CMPが反転していない場合(S20;No)、制御部138は、次のクロックまで待機する(S21)。次のクロックが入力されると、制御部138は、S10の処理を実行する。
信号CMPが反転した場合(S20;Yes)、制御部138は、カウント値をラッチ137に記憶させる(S22)。なお、電圧Vinを選択している際に記憶したカウント値を、カウント値Ninと呼ぶ。
制御部138は、ランプ回路133及びカウンタ136をリセットする(S23)。具体的には、制御部138は、ランプ回路133を制御し、出力電圧を0Vに設定する。制御部138は、カウンタ136を制御し、カウント値を初期化し、カウント動作を停止させる。
制御部138は、ラッチ137からカウント値を取得し、検出結果をシーケンサ40へ出力する(S24)。具体的には、制御部138は、ラッチ137からカウント値Nref及びNinを取得し、これらのカウント値を検出結果としてシーケンサ40へ出力する。
検出結果を出力すると、制御部138は、検出動作を終了する(終了)。
図7は、実施形態に係る半導体記憶装置における検出動作を示す波形図である。図7には、信号DQS_inと、信号CLKと、電圧Vrampと、電圧Vrefと、電圧Vinと、信号CMPとが示される。電圧Vrefは、粗な破線で示される。電圧Vinは、密な破線で示される。
説明を簡潔にするため、図7に示す例では、以下のように検出回路13の構成と、時刻t0以前の状態とを設定する。分周器135は、信号DQS_inを2分周して信号CLKを出力する。選択部132は、時刻t0よりも前に、電圧Vrefを選択した状態に設定されている。ランプ回路133は、時刻t0よりも前に、リセットされている。信号DQS_inは、時刻t0よりも前において、半導体記憶装置1に信号REが入力されていない状態では、“L”レベルである。信号CLKは、時刻t0よりも前において、信号DQS_inが発振せず“L”レベルである状態では、“L”レベルである。
時刻t0は、信号DQS_inが発振を始めるタイミングに対応している。時刻t0において、信号DQS_inは、半導体記憶装置1の外部から入力された信号REに基づいて発振を開始する。時刻t0において、信号CLKは、信号DQS_inが発振を開始したため、発振を開始する。なお、時刻t0乃至t40のそれぞれは、信号CLKが立ち上がるタイミングに順に対応している。時刻t0において、電圧Vrampは、0Vである。時刻t0において、電圧Vinは、LPF131に入力される信号DQS_inが“L”レベルだったため、0Vである。時刻t0において、信号CMPは、電圧Vrefが電圧Vrampよりも大きいため、“H”レベルである。
時刻t0以降、電圧Vinは、LPF131に入力される信号DQS_inが発振を開始したため、信号DQS_inの低周波成分に対応する電圧まで上昇していく。図7に示す例では、電圧Vinは、時刻t4において、信号DQS_inの低周波成分に対応する電圧に到達し、時刻t4以降はこの電圧を保っている。
時刻t1から時刻t6までの期間は、検出動作が開始され、S11の処理及びS12の処理が実行された期間に対応する。選択部132は、電圧Vrefを出力する。
時刻t7は、S13の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t7において、ランプ回路133がランプ電圧の出力を開始する。電圧Vrampは、時刻t7から上昇を開始する。
時刻t8乃至t14のそれぞれは、S14の処理及びS15の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t8において、信号CMPは、電圧Vrefが電圧Vrampよりも高いため、“H”レベルである。信号CMPが反転しないため、S14の処理はNoとなり、S15の処理が実行される。電圧Vrampは、時間の経過に応じて高くなっていくが、時刻t8から時刻t14までのいずれの時刻においても、電圧Vrefが電圧Vrampよりも大きく、信号CMPは“H”レベルである。このため、時刻t8から時刻t14までのそれぞれの時刻において、S14の処理はNoとなり、S15の処理が実行される。
時刻t14と時刻t15との間の時刻において、電圧Vrampが電圧Vrefよりも大きくなり、信号CMPが“L”レベルに反転する。
時刻t15は、S14の処理及びS16の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t15において、信号CMPは“L”レベルである。信号CMPが反転したため、S14の処理はYesとなり、S16の処理が実行される。S13の処理が実行されたタイミングに対応する時刻t7から、S16の処理が実行されたタイミングに対応する時刻t15までに、信号CLKは8回立ち上がったため、ラッチ137にはカウント値Nrefとして“8”が記憶される。
時刻t16は、S17の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t16において、電圧Vrampは0Vとなる。電圧Vrampが電圧Vrefよりも小さくなったため、信号CMPは“H”レベルとなる。
時刻t17から時刻t23までの期間は、S18の処理が実行された期間に対応する。選択部132は、電圧Vinを出力する。
時刻t24は、S19の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t24において、ランプ回路133がランプ電圧の出力を開始する。電圧Vrampは、時刻t24から上昇を開始する。
時刻t25乃至時刻t35のそれぞれは、S20の処理及びS21の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t25において、信号CMPは、電圧Vinが電圧Vrampよりも高いため、“H”レベルである。信号CMPが反転しないため、S20の処理はNoとなり、S21の処理が実行される。電圧Vrampは、時間の経過に応じて高くなっていくが、時刻t25から時刻t35までのいずれの時刻においても、電圧Vinが電圧Vrampよりも大きく、信号CMPは“H”レベルである。このため、時刻t25から時刻t35までのそれぞれの時刻において、S20の処理はNoとなり、S21の処理が実行される。
時刻t35と時刻t36との間の時刻において、電圧Vrampが電圧Vinよりも大きくなり、信号CMPが“L”レベルに反転する。
時刻t36は、S20の処理及びS22の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t36において、信号CMPは“L”レベルである。信号CMPが反転したため、S20の処理はYesとなり、S22の処理が実行される。S19の処理が実行されたタイミングに対応する時刻t24から、S22の処理が実行されたタイミングに対応する時刻t36までに、信号CLKは12回立ち上がったため、ラッチ137にはカウント値Ninとして“12”が記憶される。
時刻t37は、S23の処理が実行されたタイミングに対応する。時刻t37において、電圧Vrampは0Vとなる。電圧Vrampが電圧Vinよりも小さくなったため、信号CMPは“H”レベルとなる。
時刻t38以降のいずれかの時刻が、S24の処理が実行されたタイミングに対応する。S24の処理において、制御部138は、ラッチ137からカウント値Nrefとして“8”を、カウント値Ninとして“12”を取得する。そして、制御部138は、カウント値Nrefとカウント値Ninとを、検出結果としてシーケンサ40へ送信する。
また、検出結果を受信したシーケンサ40は、現在の補正パラメータと、受信した検出結果とに基づいて、補正パラメータの更新動作を実行する。具体的には、シーケンサ40は、カウント値Ninをカウント値Nrefで除算し、信号DQS_inのデューティ比が、基準に対して1.5倍の関係にあることを算出する。そして、シーケンサ40は、現在の補正パラメータでは信号DQS_inのデューティ比が基準に対して1.5倍であったため、基準に対して1.0倍になると推定できる新たな補正パラメータへ、補正パラメータを更新する。このように、半導体記憶装置1において、信号DQS_inのデューティ比が50%になるように、検出動作と補正パラメータの更新動作とが実行される。
[1-3]効果
以上で説明した実施形態に係る半導体記憶装置によれば、高速な信号DQSのデューティ比を、高精度かつ高速に補正することができる。以下に、実施形態に係る半導体記憶装置の効果について説明する。
以上で説明した実施形態に係る半導体記憶装置によれば、高速な信号DQSのデューティ比を、高精度かつ高速に補正することができる。以下に、実施形態に係る半導体記憶装置の効果について説明する。
実施形態に係る検出回路13は、LPF131を含む。LPF131は、信号DQS_inの高周波成分を遮断し、信号DQS_inの低周波成分を出力する。つまり、LPF131は、信号DQS_inのクロック周波数の上昇に影響を受けることなく、信号DQS_inのデューティ比に対応する大きさの電圧Vinを出力することができる。このため、LPF131を含む検出回路13は、高周波信号のデューティ比を検出することに適している。
実施形態に係る検出回路13は、ランプ回路133の出力が電圧Vrefを上回るまでの第1期間と、ランプ回路133の出力が電圧Vinを上回るまでの第2期間とを判定する。そして、シーケンサ40は、この2つの期間に基づいて信号DQS_inのデューティ比を判定する。具体的には、シーケンサ40は、電圧Vrefのカウント値Nrefと、電圧Vinのカウント値Ninとの比率を算出して、デューティ比を判定する。これにより、第1期間と第2期間とで共通する誤差要因が、デューティ比の判定結果に及ぼす影響を抑制することができる。具体的には、半導体記憶装置1の周辺環境の温度、半導体記憶装置1に供給される電圧の変動、ランプ回路133及び比較器134における製造誤差等が、デューティ比の判定結果に及ぼす影響を抑制することができる。このため、半導体記憶装置1は、高精度にデューティ比を補正することができる。
また、実施形態に係る半導体記憶装置は、検出回路13が検出結果を出力し、シーケンサ40が現在の補正パラメータと検出結果とに基づいて、新たな補正パラメータを決定する。このように、実施形態に係る半導体記憶装置は、補正回路22の動作を変更することなく、新たな補正パラメータを決定することができる。このため、実施形態に係る半導体記憶装置は、読出し動作と並行して、検出動作と補正パラメータを更新する動作とを実行することができる。これにより、実施形態に係る半導体記憶装置は、動作効率を向上することができ、高速に動作することができる。
[2]変形例等
上記実施形態では、検出回路13に信号DQS_inが入力され、検出回路13が出力した検出結果に基づいてシーケンサ40が補正パラメータを更新する場合を例に説明した。検出回路は、例えば電圧Vref及び信号DQS_inに加えて、信号BDQS_inに基づいて、検出結果を出力してもよい。また、検出回路は、電圧Vrefに基づくこと無く、信号DQS_in及びBDQS_inに基づいて、検出結果を出力してもよい。
上記実施形態では、検出回路13に信号DQS_inが入力され、検出回路13が出力した検出結果に基づいてシーケンサ40が補正パラメータを更新する場合を例に説明した。検出回路は、例えば電圧Vref及び信号DQS_inに加えて、信号BDQS_inに基づいて、検出結果を出力してもよい。また、検出回路は、電圧Vrefに基づくこと無く、信号DQS_in及びBDQS_inに基づいて、検出結果を出力してもよい。
図8は、第1変形例に係る半導体記憶装置の検出回路の構成の一例を示す回路図である。図8に示すように、検出回路13aは、検出回路13に対して、選択部132が選択部132aに置き換えられ、LPF139をさらに含む点が異なる。
LPF139は、LPF131と同様の構成を有するローパスフィルタである。LPF139には、信号BDQS_inが入力される。LPF139は、電圧Vinbを出力する。電圧Vinbは、信号BDQS_inのデューティ比に基づく大きさの電圧である。
選択部132aは、入力された複数の電圧から、ひとつを選択して出力する。選択部132aは、スイッチSW1乃至SW3を含む。選択部132aには、スイッチSW1を介して電圧Vrefが入力され、スイッチSW2を介して電圧Vinが入力され、スイッチSW3を介して電圧Vinbが入力される。検出回路13aのその他の構成は、検出回路13と同様である。
検出回路13aは、電圧Vrefを選択している際に記憶したカウント値Nrefと、電圧Vinを選択している際に記憶したカウント値Ninと、電圧Vinbを選択している際に記憶したカウント値Ninbとを、検出結果としてシーケンサ40に送信する。検出回路13aから検出結果を受信したシーケンサ40は、カウント値Ninをカウント値Nrefで除算することで信号DQS_inのデューティ比と基準との関係を算出し、カウント値Ninbをカウント値Nrefで除算することで信号BDQS_inのデューティ比と基準との関係を算出し、補正パラメータの更新動作を実行する。
このように、第1変形例に係る半導体記憶装置は、信号DQS_inのデューティ比と信号BDQS_inのデューティ比とを判定して、補正パラメータを更新する。これにより、第1変形例に係る半導体記憶装置は、信号DQS及びBDQSそれぞれのデューティ比を、高精度に補正することができる。
図9は、第2変形例に係る半導体記憶装置の検出回路の構成の一例を示す回路図である。図9に示すように、検出回路13bは、検出回路13aに対して、選択部132aが選択部132bに置き換えられた点が異なる。
選択部132bは、選択部132aに対して、スイッチSW1を含まない点が異なる。選択部132bは、入力された複数の電圧から、ひとつを選択して出力する。選択部132bは、スイッチSW2及びSW3を含む。選択部132bには、スイッチSW2を介して電圧Vinが入力され、スイッチSW3を介して電圧Vinbが入力される。検出回路13bのその他の構成は、検出回路13aと同様である。
検出回路13bは、電圧Vinを選択している際に記憶したカウント値Ninと、電圧Vinbを選択している際に記憶したカウント値Ninbとを、検出結果としてシーケンサ40に送信する。検出回路13bから検出結果を受信したシーケンサ40は、カウント値Ninをカウント値Ninbで除算することで、信号DQS_inのデューティ比と信号BDQS_inのデューティ比との関係を算出し、補正パラメータの更新動作を実行する。
このように、第2変形例に係る半導体記憶装置は、電圧Vrefに基づくこと無く、信号DQS_in及びBDQS_inに基づいて、補正パラメータを更新する。検出回路をこのように構成しても、第2変形例に係る半導体記憶装置は、実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記実施形態では、ランプ回路133が、経過時間に応じて高くなるランプ電圧を出力する場合を例に説明した。ランプ回路133は、経過時間に応じて低くなるランプ電圧を出力してもよい。例えば、ランプ回路133は、信号DQS_inの振幅と同じ高さの電圧から経過時間に応じて低くなるランプ電圧を出力してもよい。
上記実施形態では、検出動作と補正パラメータを更新する動作とが、読出し動作と並行して実行される場合を例に説明した。検出動作は、読出し動作とは異なるタイミングで実行されても良い。例えば、半導体記憶装置1は、メモリコントローラ2から検出動作を指示するコマンドと信号RE及びBREとを受信した際に、検出動作を実行しても良い。
上記実施形態では、検出動作において、電圧Vrefを選択してカウント値Nrefを記憶させた後に、電圧Vinを選択してカウント値Ninを記憶させる場合を例に説明した。選択部132に電圧を選択させる順番は、実施形態に示した例に限定されない。例えば、電圧Vinを選択してカウント値Ninを記憶させた後に、電圧Vrefを選択してカウント値Nrefを記憶させても良い。
上記実施形態では、検出動作において、電圧Vrefを選択してカウント値Nrefを記憶させる動作と、電圧Vinを選択してカウント値Ninを記憶させる動作とが、連続して行われる場合を例に説明した。電圧Vrefを選択してカウント値Nrefを記憶させる動作と、電圧Vinを選択してカウント値Ninを記憶させる動作とは、半導体記憶装置1の置かれた環境の変化が小さい場合は、異なるタイミングで実行しても良い。具体的には、例えば半導体記憶装置1の置かれた環境の温度変化が少ない場合は、電圧Vrefを選択してカウント値Nrefを記憶させる動作と、電圧Vinを選択してカウント値Ninを記憶させる動作との間に、書込み動作等、他の動作が実行されても良い。また、例えば半導体記憶装置1の置かれた環境の温度変化が少ない場合は、前回の検出動作で記憶したカウント値Nrefを流用し、カウント値Ninを新たに取得して検出結果を算出しても良い。
上記実施形態では、LPF131が、デューティ比が50%の信号DQS_inが入力されると、信号DQS_inの電圧振幅の50%の大きさの電圧Vinを出力するように構成された場合を例に説明した。LPF131は、入力された信号のデューティ比に基づく大きさの電圧を出力する構成であれば良く、入力された信号のデューティ比と出力電圧の大きさとの関係は、実施形態に示した例に限定されない。例えば、デューティ比が50%の信号DQS_inが入力されると、信号DQS_inの電圧振幅の50%よりも小さい大きさの電圧Vinを出力するように構成しても良いし、信号DQS_inの電圧振幅の50%よりも大きい大きさの電圧Vinを出力するように構成しても良い。
上記実施形態では、電圧Vrefが信号DQS_inの電圧振幅の1/2の直流電圧である場合を例に説明した。電圧Vrefの大きさは、これに限定されない。電圧Vrefの大きさは、ランプ回路133の出力電圧の最大値よりも小さく、かつ比較器134によって比較可能な大きさであればよい。この条件を満たせば、電圧Vrefの大きさは、信号DQS_inの電圧振幅の1/2よりも大きくても良いし、小さくても良い。
上記実施形態では、分周器135が信号DQS_inを分周した信号CLKを出力し、カウンタ136と制御部138とが信号CLKに基づいて動作する場合を例に説明した。カウンタ136と制御部138との動作タイミングを決定する信号CLKは、実施形態で示した例に限定されない。例えば、分周器135を省略し、信号DQS_inを信号CLKとして用いても良い。また、例えば、信号CLKは信号DQS_in以外の信号に基づく信号であっても良いし、信号DQS_in以外の信号を流用しても良いし、発振器から供給されても良い。
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、変更を行うことが出来る。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共に、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。
1…半導体記憶装置
2…メモリコントローラ
10…入出力モジュール
11…出力制御回路
12…出力回路
13,13a…検出回路
20…ロジック制御回路
21…受信回路
22…補正回路
30…レジスタ
40…シーケンサ
50…メモリセルアレイ
60…ロウデコーダ
70…センスアンプ
80…ドライバセット
131…ローパスフィルタ
132,132a…選択部
133…ランプ回路
134…比較器
135…分周器
136…カウンタ
137…ラッチ
138…制御部
BL…ビット線
MC…メモリセル
SW1~SW3…スイッチ
SYS…メモリシステム
WL…ワード線
2…メモリコントローラ
10…入出力モジュール
11…出力制御回路
12…出力回路
13,13a…検出回路
20…ロジック制御回路
21…受信回路
22…補正回路
30…レジスタ
40…シーケンサ
50…メモリセルアレイ
60…ロウデコーダ
70…センスアンプ
80…ドライバセット
131…ローパスフィルタ
132,132a…選択部
133…ランプ回路
134…比較器
135…分周器
136…カウンタ
137…ラッチ
138…制御部
BL…ビット線
MC…メモリセル
SW1~SW3…スイッチ
SYS…メモリシステム
WL…ワード線
Claims (12)
- 第1信号に基づき、第1電圧を出力する第1フィルタ回路と、
ランプ電圧を出力するランプ回路と、
前記第1電圧と前記ランプ電圧との第1比較結果、及び第2電圧と前記ランプ電圧との第2比較結果を出力する比較器と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第1比較結果に基づいて前記ランプ電圧の出力が開始されてから前記第1電圧と前記ランプ電圧との大小関係が反転するまでの第1期間を判定し、前記第2比較結果に基づいて前記ランプ電圧の出力が開始されてから前記第2電圧と前記ランプ電圧との大小関係が反転するまでの第2期間を判定するように構成された、
検出回路。 - 前記制御部は、カウンタを含み、
前記制御部は、前記第1比較結果に基づいて前記カウンタを制御して前記第1期間に対応する第1のカウント値を記憶し、前記第2比較結果に基づいて前記カウンタを制御して前記第2期間に対応する第2のカウント値を記憶する、
請求項1に記載の検出回路。 - 前記第1電圧と前記第2電圧とを入力され、前記第1電圧または前記第2電圧を前記比較器へ出力する選択部をさらに備え、
前記制御部が、前記選択部が出力する電圧を選択するように構成された、
請求項1に記載の検出回路。 - 前記ランプ電圧は、第1ランプ電圧及び第2ランプ電圧を含み、
前記比較器は、前記第1電圧と前記第1ランプ電圧との比較結果を前記第1比較結果として出力し、前記第2電圧と前記第2ランプ電圧との比較結果を前記第2比較結果として出力する、
請求項1に記載の検出回路。 - 前記カウンタは、前記第1信号に基づくタイミングで動作する、
請求項2に記載の検出回路。 - 前記第2電圧の大きさは、前記第1信号の電圧振幅の2分の1である、
請求項1に記載の検出回路。 - 前記第1信号の反転信号である第2信号に基づき、前記第2電圧を出力する第2フィルタ回路をさらに備える、
請求項1に記載の検出回路。 - 前記第1信号の反転信号である第2信号に基づき、第3電圧を出力する第2フィルタ回路をさらに備え、
前記比較器は、前記第3電圧と前記ランプ電圧との第3比較結果をさらに出力し、
前記制御部は、前記第3比較結果に基づいて前記ランプ電圧の出力が開始されてから前記第3電圧と前記ランプ電圧との大小関係が反転するまでの第3期間をさらに判定するように構成された、
請求項1に記載の検出回路。 - 請求項1乃至7いずれか1項に記載の検出回路と、
外部から第3信号を入力され、パラメータに基づいて前記第3信号のデューティ比を補正して前記第1信号として出力する補正回路と、
データを記憶するメモリセルと、
前記第1信号に基づいて、外部に前記データを出力する出力回路と、
を含み、
前記補正回路は、前記第1期間と前記第2期間とに基づいて前記パラメータを変更する、
半導体記憶装置。 - 請求項8に記載の検出回路と、
外部から第3信号を入力され、パラメータに基づいて前記第3信号のデューティ比を補正して前記第1信号として出力する補正回路と、
データを記憶するメモリセルと、
前記第1信号に基づいて、外部に前記データを出力する出力回路と、
を含み、
前記補正回路は、前記第1期間、前記第2期間、及び前記第3期間に基づいて前記パラメータを変更する、
半導体記憶装置。 - 前記データは、前記第3信号のタイミングに基づいて読み出される、
請求項9または10いずれか1項に記載の半導体記憶装置。 - 請求項9乃至11いずれか1項に記載の半導体記憶装置と、
前記第3信号を出力し、前記第1信号と前記データとを受信するメモリコントローラと、
を含む、メモリシステム。
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