JP3152758B2 - ダイナミック型半導体記憶装置 - Google Patents

ダイナミック型半導体記憶装置

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JP3152758B2 JP25122692A JP25122692A JP3152758B2 JP 3152758 B2 JP3152758 B2 JP 3152758B2 JP 25122692 A JP25122692 A JP 25122692A JP 25122692 A JP25122692 A JP 25122692A JP 3152758 B2 JP3152758 B2 JP 3152758B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に係
り、詳しくは、例えば、半導体メモリの分野に用いて好
適な、リフレッシュ動作を自動的に行う、いわゆる、セ
ルフリフレッシュ動作を行うDRAM(Dynamic Random
Access Memory)等のダイナミック型半導体記憶装置に
関する。
【0002】[発明の背景]近年、情報処理装置の高機
能・高性能化に伴い、情報処理装置内部に用いられる半
導体メモリとして、低消費電力で大容量化が容易なDR
AM等のダイナミック型半導体記憶装置が数多く開発さ
れている。DRAMは、コンデンサに電荷を蓄えるか否
かを情報の“1”と“0”とに対応させることによって
情報を記憶する半導体メモリであり、メモリセルが小面
積で実現できることから大容量で経済的なメモリが得ら
れるため、汎用の大型コンピュータからパーソナルコン
ピュータに至るまでの幅広い分野のコンピュータのメイ
ンメモリに用いられている。
【0003】しかし、DRAMは、SRAM(Static R
andom Access Memory )のようにフリップフロップによ
る情報保持機構をもたないため、例えば、代表的な回路
形式として1ビット当たりのメモリセルがMOSトラン
ジスタとコンデンサとの2素子で構成された1トランジ
スタ形メモリを例に採った場合、情報を記憶させた後に
放置しておくと、リーク電流によって時間の経過と共に
記憶されている情報が消失してしまうという性質があ
る。
【0004】そこで、ある一定の時間内に、記憶してい
る情報を読み出し、再度書き込みを行うというリフレッ
シュ動作が必要となる。
【0005】
【従来の技術】従来のこの種の半導体記憶装置として
は、例えば、図6に示すようなものがある。この半導体
記憶装置は、大別して、クロック発生部1、メモリ部
2、メモリ周辺部3、セルフリフレッシュ部4からな
り、クロック発生部1は、クロックジェネレータ5,
6、ライトクロックジェネレータ7、モードコントロー
ラ8から、メモリ部2は、メモリセル9、ロウデコーダ
10、コラムデコーダ11、センスアンプ&I/Oゲー
ト12から、メモリ周辺部3は、アドレスバッファ&プ
リデコーダ13、リフレッシュアドレスカウンタ14、
基板バイアスジェネレータ15、データ入力バッファ1
6、データ出力バッファ17から、また、セルフリフレ
ッシュ部4は、オシレータ18、分周回路19、基板バ
イアスジェネレータ20、タイミング回路21、アンド
ゲート22からそれぞれ構成されている。
【0006】以上の構成において、通常動作モード時
は、図7(a)に示すように、 ̄RAS(以下、 ̄は反
転信号を示すトップバーを表す)が“L”となった後に
 ̄CASが“L”となるタイミングでクロックが供給さ
れるが、リフレッシュモード時には、図7(b)に示す
ように、 ̄CASが先に“L”とされ、その後に ̄RA
Sが“L”となると、CBRのリフレッシュモードとな
り、この状態が100μsの期間保持されることによっ
てセルフリフレッシュモードに移行される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体記憶装置にあっては、セルフリフレッ
シュ部4とそれ以外の回路とも同一の電源電圧VCCを用
いるという構成となっていたため、以下に述べるような
問題点があった。すなわち、通常、セルフリフレッシュ
時には、二次電池等のバックアップ電源により電源が供
給される場合が多く、長時間のデータ保持のためにもセ
ルフリフレッシュ時における消費電流の低減が重要とな
るが、実際の回路では、セルフリフレッシュ部4は、他
の回路(クロック発生部1、メモリ部2、メモリ周辺部
3)と同一の電源電圧VCCを用いているため、セルフリ
フレッシュ時にかなりの電流が消費されていた。
【0008】[目的]そこで本発明は、セルフリフレッ
シュ時に消費電流を低減するダイナミック型半導体記憶
装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるダイナミッ
ク型半導体記憶装置は上記目的達成のため、ダイナミッ
ク型メモリセルを有するセルアレイと、該ダイナミック
型メモリセルに対して情報の読み書きを行う情報読み書
き手段と、該ダイナミック型メモリセルに保持された情
報を所定時間内にリフレッシュするセルフリフレッシュ
手段と、装置内に所定の電源電圧を供給する電源電圧供
給手段と、前記電源電圧供給手段から前記セルフリフレ
ッシュ手段に供給する電源電圧を降圧する降圧手段と、
を備え、前記セルフリフレッシュ手段は、インバータ回
路を奇数段接続し、該インバータ回路の所定のノードに
該インバータ回路のインピーダンスよりも高い抵抗値を
有するプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を接続して
構成するオシレータを有し、該オシレータは、前記イン
バータ回路を構成するPチャネルMOSトランジスタと
NチャネルMOSトランジスタの閾値の和以下の電源電
圧で動作するように構成している。
【0010】なお、この場合、セルフリフレッシュ時
は、前記ダイナミック型メモリセル及び前記情報読み書
き手段に供給する電源電圧をそのままとし、前記セルフ
リフレッシュ手段に供給する電源電圧のみ下げることが
好ましく、さらに、前記セルフリフレッシュ手段は、イ
ンバータ回路を奇数段接続し、該インバータ回路の所定
のノードに該インバータ回路のインピーダンスよりも高
い抵抗値を有するプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗
を接続して構成するオシレータを備え、該オシレータ
は、該インバータ回路の閾値の和以下の電源電圧で動作
するように構成することが有効である。
【0011】請求項1記載の発明では、降圧手段によっ
てセルフリフレッシュ手段に供給される電源電圧が降圧
され、セルフリフレッシュ手段の消費電流が抑えられ
る。さらに、セルフリフレッシュ手段に、インバータ回
路を構成するPチャネルMOSトランジスタとNチャネ
ルMOSトランジスタの閾値の和以下の電源電圧で動作
するオシレータが設けられ、消費電力低減時においても
確実な動作が行える。すなわち、これによってセルフリ
フレッシュ時における消費電流が抑えられ、消費電力が
低減される。
【0012】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明の構成に加え、セルフリフレッシュ時にダイナミッ
ク型メモリセル及び情報読み書き手段に供給する電源電
圧がそのままで、セルフリフレッシュ手段に供給される
電源電圧のみが下げられるため、請求項1記載の発明の
作用に加え、セルフリフレッシュ手段の消費電力が抑え
られつつ、情報の読み書き処理速度の低下が抑えられ
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明に係るダイナミック型半導体記憶装置の一実
施例を示す図であり、その概略構成を示すブロック図で
ある。まず、構成を説明する。
【0014】なお、図1において、図6に示す従来例に
付された番号と同一番号は同一部分を示す。本実施例の
ダイナミック型半導体記憶装置のセルフリフレッシュ部
4は、オシレータ18、分周回路19、基板バイアスジ
ェネレータ20、タイミング回路21、アンドゲート2
2、及びレベル変換回路30から構成されている。
【0015】なお、図1中、31はセルフリフレッシュ
部4に供給する電源電圧を降圧する降圧回路である。レ
ベル変換回路30は、図2に示すように、PチャネルM
OSトランジスタQ1,Q4、NチャネルMOSトラン
ジスタQ2,Q3,Q5,Q6、インバータINV1か
ら構成され、入力端から“H”を入力すると、Nチャネ
ルMOSトランジスタQ2,Q3がオンするとともに、
NチャネルMOSトランジスタQ5,Q6がオフするた
め、PチャネルMOSトランジスタQ1がオフするとと
もに、PチャネルMOSトランジスタQ4がオンし、出
力端から“H”を出力する。
【0016】すなわち、この場合、入力時には高電位電
源電圧VCCよりも低いレベルの“H”であっても、出力
時には“H”のレベルは高電位電源電圧VCCのレベルと
して出力することができる。降圧回路31は、図3
(a)に示すように、抵抗R1、NチャネルMOSトラ
ンジスタQ7,Q9,Q10、PチャネルMOSトラン
ジスタQ8から構成され、外部から供給される高電位電
源電圧VCCを、PチャネルMOSトランジスタの閾値電
圧VthP とNチャネルMOSトランジスタの閾値電圧V
thN とを加算した高電位電源電圧VCCL として供給する
ものである。
【0017】すなわち、この降圧された電源電圧VCCL
をCMOSインバータに供給した場合、CMOSインバ
ータを構成するPチャネルMOSトランジスタ及びNチ
ャネルMOSトランジスタに直流電流が流れることがな
い。また、本実施例におけるオシレータ18は、図3
(b)に示すように、奇数段(この場合、5段)のイン
バータ回路INV10〜INV14から構成されてい
る。
【0018】前述したように、オシレータ18には降圧
回路31から電源電圧VCCL が供給されるため、例え
ば、PチャネルMOSトランジスタQ11及びNチャネ
ルMOSトランジスタQ12からなるインバータ回路I
NV11には直流電流は流れないが、PチャネルMOS
トランジスタQ11及びNチャネルMOSトランジスタ
Q12が共にオフする可能性があり、PチャネルMOS
トランジスタQ11及びNチャネルMOSトランジスタ
Q12が共にオフした場合、オシレータ18は動作しな
くなる。
【0019】そこで、本実施例では、オシレータ18に
インバータ回路INV11のインピーダンスよりも高い
抵抗値を有するプルダウン抵抗R11を所定のノードに
設けることで平衡状態を崩し、PチャネルMOSトラン
ジスタQ11及びNチャネルMOSトランジスタQ12
が共にオフすることがないようにしている。したがっ
て、本実施例では、図4に示すように、セルフリフレッ
シュモード状態となると、降圧回路31によってセルフ
リフレッシュ部4に供給される電源電圧がVCCからV
CCL に降圧されるため、セルフリフレッシュ部4内での
消費電流を抑えることができる。
【0020】図5は本発明に係るダイナミック型半導体
記憶装置の他の実施例を示す図であり、その概略構成を
示すブロック図である。なお、図5において、図1に示
す一実施例に付された番号と同一番号は同一部分を示
す。セルフリフレッシュ時には、セルフリフレッシュ部
4と共に周辺回路においても早いスピードは要求されな
いため、本実施例では、セルフリフレッシュ部4からレ
ベル変換回路30を除き、セルフリフレッシュ部4のみ
ならず、周辺回路に対してもセルフリフレッシュ時に低
電圧で駆動するように降圧回路32を設けたものであ
る。
【0021】但し、メモリ部2のワード線及びビット線
は、セルフリフレッシュ時においても高速性が要求され
るため、高電位電源電圧VCCが供給されている。したが
って、本実施例では、セルフリフレッシュ時に周辺回路
も低電圧駆動を行うため、前述の実施例と比較して、消
費電流をより低減することができる。このように本実施
例では、セルフリフレッシュ時における消費電流を低減
することができ、低消費電力のダイナミック型半導体記
憶装置を提供できる。
【0022】なお、上記実施例はオシレータにプルダウ
ン抵抗を設けた場合を例に採り説明しているが、プルア
ップ抵抗を設けることにより平衡状態を崩すものであっ
てもよいことはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】請求項1記載の発明では、降圧手段によ
ってセルフリフレッシュ手段に供給する電源電圧を降圧
することで、セルフリフレッシュ手段の消費電流を抑え
ることができる。さらに、セルフリフレッシュ手段に、
インバータ回路を構成するPチャネルMOSトランジス
タとNチャネルMOSトランジスタの閾値の和以下の電
源電圧で動作するオシレータを設けたことで、消費電力
低減時においても確実な動作を行うことができる。した
がって、セルフリフレッシュ時における消費電流を抑え
ることができ、消費電力を低減できる。
【0024】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明の構成に加え、セルフリフレッシュ時にダイナミッ
ク型メモリセル及び情報読み書き手段に供給する電源電
圧をそのままとし、セルフリフレッシュ手段に供給され
る電源電圧のみを下げることで、請求項1記載の発明の
効果に加え、セルフリフレッシュ手段の消費電力を抑え
つつ、情報の読み書き処理速度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例のダイナミック型半導体記憶装置の概
略構成を示すブロック図である。
【図2】レベル変換回路の回路例を示す回路図である。
【図3】降圧回路及びオシレータの回路例を示す回路図
である。
【図4】一実施例の動作例を説明するためのタイミング
チャートである。
【図5】他の実施例のダイナミック型半導体記憶装置の
概略構成を示すブロック図である。
【図6】従来例の半導体記憶装置の概略構成を示すブロ
ック図である。
【図7】従来例の動作例を説明するためのタイミングチ
ャートである。
【符号の説明】
1 クロック発生部 2 メモリ部 3 メモリ周辺部 4 セルフリフレッシュ部 5,6 クロックジェネレータ 7 ライトクロックジェネレータ 8 モードコントローラ 9 メモリセル 10 ロウデコーダ 11 コラムデコーダ 12 センスアンプ&I/Oゲート 13 アドレスバッファ&プリデコーダ 14 リフレッシュアドレスカウンタ 15 基板バイアスジェネレータ 16 データ入力バッファ 17 データ出力バッファ 18 オシレータ 19 分周回路 20 基板バイアスジェネレータ 21 タイミング回路 22 アンドゲート 30 レベル変換回路 31 降圧回路 32 降圧回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイナミック型メモリセルを有するセルア
    レイと、 該ダイナミック型メモリセルに対して情報の読み書きを
    行う情報読み書き手段と、 該ダイナミック型メモリセルに保持された情報を所定時
    間内にリフレッシュするセルフリフレッシュ手段と、 装置内に所定の電源電圧を供給する電源電圧供給手段
    と、前記電源電圧供給手段から前記セルフリフレッシュ手段
    に供給する電源電圧を降圧する降圧手段と、を備え、 前記セルフリフレッシュ手段は、インバータ回路を奇数
    段接続し、該インバータ回路の所定のノードに該インバ
    ータ回路のインピーダンスよりも高い抵抗値を有するプ
    ルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を接続して構成する
    オシレータを有し、 該オシレータは、前記インバータ回路を構成するPチャ
    ネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジス
    タの閾値の和以下の電源電圧で動作する ことを特徴とす
    るダイナミック型半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】セルフリフレッシュ時は、前記ダイナミッ
    ク型メモリセル及び前記情報読み書き手段に供給する電
    源電圧をそのままとし、前記セルフリフレッシュ手段に
    供給する電源電圧のみ下げることを特徴とする請求項1
    記載のダイナミック型半導体記憶装置。
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