JP3233911B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
置に係わり、特に内部回路部を内部電源によって駆動
し、出力ドライバ部を外部電源で駆動する半導体メモリ
回路装置における出力データ電圧レベル変換回路構成に
関するものである。
準の微細化によりメモリセルの耐圧が低くなる傾向にあ
る。このため、一般的な半導体メモリ装置では、内部回
路は外部電源(EVCC:External VCC)より低い電圧
に内部降圧した内部電源(IVCC:Internal VCC)を
使用して動作させ、出力ドライバ部は外部電源EVCC
を使用して動作させている。こうした半導体メモリ回路
装置においては、出力ドライバ部とそれ以外の内部回路
とで電圧の異なる電源を使用しているため、内部回路か
ら出力ドライバ部へ読み出しデータを転送する前段でデ
ータ電圧レベルを内部電源電圧レベルから外部電源電圧
レベルへ変換する必要がある。データ電圧レベルの変換
は、例えば、レベルシフタ回路を使用して電圧レベル変
換を行っている。
半導体メモリ回路装置は、前述の通り、レベルシフタ回
路により内部回路から出力ドライバ部へ読み出しデータ
を転送する前段に設けたレベルシフタ回路によりデータ
電圧レベルを内部電源レベルから外部電源レベルへ変換
している。このため、レベルシフタ回路の段数およびレ
ベルシフタ回路特有の動作に起因するデータアクセス遅
延を生じている。レベルシフタ回路特有の動作に起因す
るデータアクセス遅延に対しては、電流を大きくするこ
とで対応することも考えられるが、消費電流の増大ある
いは予期しないノイズの発生といった更なるディメリッ
トを生じることにつながってしまう。
装置の高集積化に対応していくために、出力ドライバ部
前段に設けられたレベルシフタ回路を省いた半導体メモ
リ回路装置構成を実現することは、チップスペース確保
につながるという点においても非常に期待されている。
めに、本発明の半導体集積回路装置は、外部電源より低
い電圧に内部降圧した内部電源電圧と外部電源電圧とを
発生する電源回路と、この電源回路が発生させた内部電
源を使って動作する内部回路と、内部電源を使って動作
するとともにメモリセルから読み出された相補データ信
号を受け取り、増幅された相補データ信号として出力す
る第1のアンプと、外部電源を使って動作し第1のアン
プから出力された内部電源電圧レベルの相補データ信号
を受け取り増幅するとともに外部電源電圧レベルに変換
する第2のアンプと、外部電源を使って動作するととも
に前記外部電源電圧レベルのデータ信号を出力する出力
ドライバとから構成したものである。
図2は、本発明の第1の実施形態の動作を示すタイミン
グチャートである。図1に示す半導体メモリ回路は、図
示しないカラム線の選択によりメモリセルからデータバ
ス1上に読み出されたデータの増幅を行うカレントミラ
ー型アンプ2と、カレントミラー型アンプ2から出力さ
れたデータを更に増幅する差動アンプ3と、差動アンプ
3から出力されたデータをデータラッチ信号DATAL
に応じてラッチするデータラッチ回路4と、データラッ
チ回路4から出力されたデータを外部へ出力する出力ド
ライバ5とから構成されている。
CCを電源として使用し、リードアンプアクティブ信号
RACに応じてデータバス1上のノードn1、n1Bに
現れるデータを増幅する。差動アンプ3は4つのPMO
SトランジスタP1〜P4と3つのNMOSトランジス
タN1〜N3、そして2つのインバータM1、M2とか
ら構成され、外部電源EVCCを電源として使用し、ロ
ウアドレスイネーブル信号RAEに応じてカレントミラ
ー型アンプ2の出力ノードn2、n2Bに現れるデータ
を増幅する。差動アンプ3の使用する電源が外部電源E
VCCであるため、差動アンプ3の出力ノードn4、n
4Bのデータ電位レベルは外部電源電圧レベル(EVC
Cレベル)の信号に変換されている。
アドレスイネーブル信号RAEおよびデータラッチ信号
DATALにおける“High”レベルは、いずれも外
部電源電圧レベル(EVCCレベル)を用いる。ロウア
ドレスイネーブル信号RAEは、2段のインバータM
3、M4を用いてリードアンプアクティブ信号RACを
遅延させた信号である。
1上のデータは、カレントミラー型アンプ2において、
リードアンプアクティブ信号RACが“Low”レベル
から“High”レベルに変化したことに応じて増幅さ
れる。この時、カレントミラー型アンプ2の出力ノード
n2、n2Bは、“High”レベルおよび“Low”
レベルにそれぞれ分かれ始める。出力ノードn2、n2
Bに現れるデータは、次段の差動アンプ3において、ロ
ウアドレスイネーブル信号RAEが“Low”レベルか
ら“High”レベルに変化したことに応じてさらに増
幅され、インバータM2から出力される。次段のデータ
ラッチ回路4では、ワンショットパルス信号であるデー
タラッチ信号DATALが“Low”レベルから“Hi
gh”レベルに変化したことに応じて差動アンプ3の出
力ノード4nに現れるデータはラッチされる。そして、
データラッチ回路4の出力データは次段の出力ドライバ
5から外部へ出力される。
アンプ2には内部電源IVCCを使用し、次段の差動ア
ンプ3には外部電源EVCCを使用する構成としたた
め、従来、出力ドライバ部前段に設けられていたレベル
シフタ回路を省いた半導体メモリ回路装置構成を実現す
ることができる。この結果、半導体メモリ回路のデータ
アクセス動作を高速化することができる。
第1の実施形態との違いは、次の点にある。差動アンプ
13を構成するグランド電圧VSS側のNMOSトラン
ジスタN3をN4、N5に2分割した点。NMOSトラ
ンジスタN4の制御ゲートに差動アンプ13の出力に基
づく信号を、NMOSトランジスタN5の制御ゲートに
ロウアドレスイネーブル信号RAEをそれぞれ入力する
制御回路16を設けた点にある。この制御回路16は、
NMOSトランジスタN4、N5の導通/非導通の切り
換えを制御する。尚、本実施形態ではNMOSトランジ
スタN3を2分割した例を説明するが、決して2分割に
限定されるものではなく、3つ以上に分割することが可
能である。
差動アンプ13へ制御回路16を接続した以外は、第1
の実施形態で説明した図1と同じ構成であるため、同一
の符号を付するとともにその説明は省略する。差動アン
プ13は、4つのPMOSトランジスタP1〜P4と4
つのNMOSトランジスタN1、N2、N4、N5、そ
して2つのインバータM1、M2とから構成されてい
る。差動アンプ13は、外部電源EVCCを電源として
使用し、ロウアドレスイネーブル信号RAEに応じてカ
レントミラー型アンプ2の出力ノードn2、n2Bに現
れるデータを増幅する。差動アンプ13の使用する電源
が外部電源EVCCであるため、差動アンプ13の出力
ノードn4、n6のデータ電位レベルは外部電源電圧レ
ベル(EVCCレベル)の信号に変換されている。
信号RACからロウアドレスイネーブル信号RAEを作
成出力するための2段のインバータM3、M4と、差動
アンプ13の2つの出力ノードn4、n6にそれぞれ現
れる2つの信号とインバータM3の出力ノードn7に現
れる信号を入力とする3入力NOR回路M5とから構成
される。3入力NOR回路M5の出力側はNMOSトラ
ンジスタN4の制御ゲートに接続され、インバータM4
の出力側(ロウアドレスイネーブル信号RAE)がNM
OSトランジスタN5の制御ゲートに接続されている。
第1の実施形態の動作と重複する説明は省略し、第2の
実施形態の特徴部分である差動アンプ13の動作を説明
する。図4は、本発明の第2の実施形態の動作を示すタ
イミングチャートである。リードアンプアクティブ信号
RACが“Low”レベルの時(差動アンプ13が非動
作時)は、インバータM3の出力ノードn7が“Hig
h”レベルであるため3入力NOR回路M5の出力ノー
ドn8は“Low”レベルとなる。よって、NMOSト
ランジスタN4、N5はいずれもオフしている。一方、
リードアンプアクティブ信号RACが“High”レベ
ルの時(差動アンプ13が動作時)は、インバータM3
の出力ノードn7が“Low”レベル、また、差動アン
プ13の動作開始時において出力ノードn4、n6はい
ずれも“Low”レベルであるため3入力NOR回路M
5の出力ノードn8は“High”レベルとなる。この
とき、ロウアドレスイネーブル信号RAEも“Hig
h”レベルであるためNMOSトランジスタN4、N5
はいずれもオンする。
幅により、出力ノードn4、n6のいずれか一方が“H
igh”レベルとなる。その結果、3入力NOR回路M
5の出力ノードn8は“High”レベルから“Lo
w”レベルへ遷移するのでNMOSトランジスタN4は
オフする。NMOSトランジスタN4は、リードアンプ
アクティブ信号RACが“Low”レベルになって一端
リセットされ、再度、リードアンプアクティブ信号RA
Cが“High”レベルになるまでオフ状態を維持す
る。
るリードアンプアクティブ信号RAC、ロウアドレスイ
ネーブル信号RAEおよびデータラッチ信号DATAL
における“High”レベルは、いずれも外部電源電圧
レベル(EVCCレベル)を用いる。
半導体メモリ回路のデータアクセス動作を高速化するこ
とができるとともに、差動アンプ13の出力データが確
定した時点で差動アンプ13の消費電流を低減すること
ができる。この利点は、図4からも理解することができ
る。図4には、従来の差動アンプの活性期間Aに対して
本実施形態における差動アンプ13の活性期間Bが減少
していることが示されている。このような差動アンプの
活性期間の減少が、消費電流の低減を実現している。ま
た、差動アンプ13を完全にオフさせない、言い換えれ
ば、差動アンプ13の内部ノードがフローティング状態
にならないので、ノイズ等による誤動作が発生すること
はない。
第1の実施形態との違いは次の点にある。差動アンプ2
3のグランド電圧VSS側にNMOSトランジスタN
6、N7を並列に接続した点。NMOSトランジスタN
6の制御ゲートにバーイン信号BIに基づく信号を、N
MOSトランジスタN7の制御ゲートにロウアドレスイ
ネーブル信号RAEをそれぞれ入力する制御回路26を
設けた点にある。この制御回路26は、NMOSトラン
ジスタN6、N7の導通/非導通の切り換えを制御す
る。尚、本実施形態ではグランド電圧VSS側に2つの
NMOSトランジスタを並列接続した例を説明するが、
決して2つに限定されるものではなく、3つ以上のNM
OSトランジスタ並列接続することが可能である。
差動アンプ23へ制御回路26を接続した以外は、第1
の実施形態で説明した図1と同じ構成であるため、同一
の符号を付するとともにその説明は省略する。差動アン
プ23は、4つのPMOSトランジスタP1〜P4と4
つのNMOSトランジスタN1、N2、N6、N7、そ
して2つのインバータM1、M2とから構成されてい
る。差動アンプ23は、外部電源EVCCを電源として
使用し、ロウアドレスイネーブル信号RAEに応じてカ
レントミラー型アンプ2の出力ノードn2、n2Bに現
れるデータを増幅する。差動アンプ13の使用する電源
が外部電源EVCCであるため、差動アンプ13の出力
ノードn4、n6のデータ電位レベルは外部電源電圧レ
ベル(EVCCレベル)の信号に変換されている。
信号RACからロウアドレスイネーブル信号RAEを作
成出力するための2段のインバータM3、M4と、バー
イン信号BIとインバータM3の出力ノードn6に現れ
る信号を入力とする2入力NOR回路M6とから構成さ
れる。2入力NOR回路M6の出力側はNMOSトラン
ジスタN6の制御ゲートに接続され、インバータM4の
出力側(ロウアドレスイネーブル信号RAE)がNMO
SトランジスタN7の制御ゲートに接続されている。
第1の実施形態の動作と重複する説明は省略し、第2の
実施形態の特徴部分であるバーイン試験時における差動
アンプ23の動作を説明する。バーイン試験時には、バ
ーイン信号BIは“Low”レベルから“High”レ
ベルへ遷移するため2入力NOR回路M6の出力ノード
n7は“Low”レベルとなる。この結果、NMOSト
ランジスタN6はオフし電流は流れないので、差動アン
プ23中を流れる電流が絞り込まれ通常動作時より遅い
動作となる。バーイン試験とは、半導体デバイスの加速
試験の一種であり高温高電圧環境下で比較的ルーズなサ
イクルで動作させる試験のことである。
半導体メモリ回路のデータアクセス動作を高速化するこ
とができるとともに、バーイン試験時には差動アンプ2
3中を流れる電流が絞り込まれるため通常動作時に比べ
ゆっくりとした動作が可能となる。この結果、高電圧に
よるピーク電流の上昇を抑え、バーイン試験時の電源ノ
イズによるメモリ回路の誤動作を防止することができ
る。
で用いるリードアンプアクティブ信号RAC、ロウアド
レスイネーブル信号RAEおよびデータラッチ信号DA
TALにおける“High”レベルは、いずれも外部電
源電圧レベル(EVCCレベル)を用いる。また、バー
イン信号BIの“High”レベルも外部電源電圧レベ
ル(EVCCレベル)を用いる。
れば、出力ドライバ部前段に設けられたレベルシフタ回
路を省いた半導体メモリ回路装置構成を実現することが
できる。この結果、メモリ回路におけるデータアクセス
動作を高速化することができるとともに、レベルシフタ
回路レスによるチップスペース確保が期待できる。ま
た、他の発明によれば、消費電流の低減やノイズ等によ
る誤動作を防止することができる。
グチャートである。
グチャートである。
アンプ 3、13、23 差動アンプ 4 データラッチ回路 5 出力ドライバ部 16、26 制御回路
Claims (10)
- 【請求項1】 外部電源より低い電圧に内部降圧した内
部電源電圧と外部電源電圧とを発生する電源回路と、 前記電源回路が発生させた内部電源を使って動作する内
部回路と、 前記内部電源を使って動作するとともにメモリセルから
読み出された相補データ信号を受け取り、増幅された相
補データ信号として出力する第1のアンプと、 前記外部電源を使って動作し前記第1のアンプから出力
された内部電源電圧レベルの相補データ信号を受け取り
増幅するとともに外部電源電圧レベルに変換する第2の
アンプと、 前記外部電源を使って動作するとともに前記外部電源電
圧レベルのデータ信号を出力する出力ドライバとから構
成される半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記第1のアンプは、リードアンプアク
ティブ信号に応じてデータ信号の増幅を行うことを特徴
とする請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 前記第2のアンプは、ロウアドレスイネ
ーブル信号に応じてデータ信号の増幅を行うことを特徴
とする請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項4】 第1、第2の電源電圧と、 前記第1の電源電圧より低い電圧に降圧された第3の電
源電圧と、 前記第3の電源電圧を使って動作する内部回路と、 前記第2の電源電圧と前記第3の電源電圧間に接続さ
れ、メモリセルから読み出された相補データ信号を受け
取り、増幅された相補データ信号として出力する第1の
アンプと、 前記第1の電源電圧と前記第2の電源電圧間に接続さ
れ、前記第1のアンプから出力された前記第3の電源電
圧レベルの相補データ信号を受け取り増幅するとともに
前記第1の電源電圧レベルに変換する第2のアンプと、 前記第1の電源電圧を使って動作するとともに前記第1
の電源電圧レベルのデータ信号を出力する出力ドライバ
とから構成される半導体集積回路装置。 - 【請求項5】 前記第1のアンプは、リードアンプアク
ティブ信号に応じてデータ信号の増幅を行うことを特徴
とする請求項4記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項6】 前記第2のアンプは、ロウアドレスイネ
ーブル信号に応じて データ信号の増幅を行うことを特徴
とする請求項4記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項7】 外部電源より低い電圧に内部降圧した内
部電源電圧と外部電源電圧とを発生する電源回路と、 前記電源回路が発生させた内部電源を使って動作する内
部回路と、 前記内部電源を使って動作するとともにメモリセルから
読み出されたデータ信号を受け取り増幅する第1のアン
プと、 前記外部電源とグランド間に接続され、前記第1のアン
プから出力された前記内部電源電圧レベルのデータ信号
を受け取り増幅するとともに前記外部電源電圧レベルに
変換する第2のアンプと、 前記外部電源を使って動作するとともに前記外部電源電
圧レベルのデータ信号を出力する出力ドライバと、 前記第2のアンプの出力と活性化信号に応じて、前記第
2のアンプのグランド側のMOSトランジスタの導通/
非導通を切り換える制御回路とから構成される半導体集
積回路装置。 - 【請求項8】 外部電源より低い電圧に内部降圧した内
部電源電圧と外部電源電圧とを発生する電源回路と、 前記電源回路が発生させた内部電源を使って動作する内
部回路と、 前記内部電源を使って動作するとともにメモリセルから
読み出されたデータ信号を受け取り増幅する第1のアン
プと、 前記外部電源とグランド間に接続され、前記第1のアン
プから出力された前記内部電源電圧レベルのデータ信号
を受け取り増幅するとともに前記外部電源電圧レベルに
変換する第2のアンプと、 前記外部電源を使って動作するとともに前記外部電源電
圧レベルのデータ信号を出力する出力ドライバと、 バーンイン許可信号と活性化信号に応じて、前記第2の
アンプのグランド側のMOSトランジスタの導通/非導
通を切り換える制御回路とから構成される半導体集積回
路装置。 - 【請求項9】 前記第1のアンプは、リードアンプアク
ティブ信号に応じてデータの増幅を行うことを特徴とす
る請求項7または8記載の半導体集積回路装 置。 - 【請求項10】 前記第2のアンプは、ロウアドレスイ
ネーブル信号に応じてデータの増幅を行うことを特徴と
する請求項7または8記載の半導体集積回路装置。
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