JP3870139B2 - Timing circuit for controlling refresh cycle of DRAM - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には、入力される信号(制御電圧)に応じてクロックの周期を可変することができるタイミング回路(制御方法)に関し、より詳細には、温度に応じてDRAMのリフレッシュ周期を制御するためのタイミング回路(方法)に関する。
【0002】
【従来の技術】
DRAMではデータをセルのキャパシタに電荷としてチャージしているため、時間とともにそのデータ(電荷)は漏れ電流として失われてしまう。そのため、定期的にセルのデータ(電荷)を再書き込み(チャージ)するリフレッシュ動作が必要となる。
【0003】
一般に温度が高い程DRAMセルのデータが失われる速さは早くなる。したがって、リフレッシュ動作の周期としては、通常そのDRAMを含むチップの最大動作温度でも十分にデータが保持されるように短い周期が選択される。そのため、実際のチップの動作温度に関係なく、その選択された短い周期で常にリフレッシュが行われるので、リフレッシュに伴なう消費電力が大きくなる。
【0004】
例えば、DRAMのデータの保持特性は一般に、チップ温度が10℃下がる毎にそのデータ保持(リテンション)時間は約2倍になる。つまり、通常スペックで設定される最大動作温度70℃で15.6マイクロ秒毎のリフレッシュは、20℃の低温では32倍(2の5乗倍)の約500マイクロ秒毎で良い事になる。従って、多くの場合データ保持モードでは低温であるにもかかわらず、実際に必要な周期(頻度)よりも10倍以上の頻度でリフレッシュを行っており、10倍以上無駄な電力を消費している。したがって、常温あるいは比較的低い温度下でのリフレッシュに伴なう無駄な電力消費を軽減する必要がある。
【0005】
このリフレッシュに伴なう無駄な電力消費を軽減するための方法として、DRAMを有するチップの温度に応じたリフレッシュ周期を得ることが挙げられる。図1は従来のチップ温度をモニターし、そのモニター温度に応じたDRAMのリフレッシュ周期を得るための回路例を示した図である。図1(A)は回路のブロック図である。中央に多段のインバーターからなるリング・オシレーター1があり、この発振周期をバッファーしてその出力(TDT)2を温度依存タイマーとしてリフレッシュの周期を決める手段に使う。図1(A)では、バンドギャップ等の温度に依存しない一定基準電圧VRとMOSトランジスターのスレッシュホールド電圧Vt等の温度依存性を有する電圧との差をオペアンプ3が比較し増幅し、リングオシレーター1の周期を変える方式である。図1(B)、(C)にリングオシレーター1の周期を変えるための構成例を示す。(B)はインバーターの供給電流を制御する方式、(C)は各インバーターの負荷のRC定数を変化させる方式である。これらの方式では、温度が下がって来たら自動的にリフレッシュを行う周期が長くなり、リフレッシュ電流を下げる事が出来る。
【0006】
図1に示した従来の回路例では、オペアンプ3に電流ミラーの様なアナログ回路が必要で、数十マイクロA程度のDC電流が流れる。通常、温度を常にモニターしているため、そのDC電流が常時流れてしまう。その結果、たとえリフレッシュ電流自体を下げる事が出来ても、図1の回路動作に伴なう消費電流の増加により、DRAMのデータ保持モードでの全電流が低下せず、逆に増加してしまう恐れもある。すなわち、せっかくリフレッシュ電流を低減しても、温度をモニターする回路自体が大きな電流を消費してまうと、DRAMのデータ保持モードでの全電流が低下しないことになってしまうという問題がる。この問題は、DRAMのデータ保持モードでの全電流が電池駆動の機器等では特に大きな問題となる。
【0007】
また、図1のオペアンプ3の出力電圧範囲でコントロール出来る周期の範囲は限られている。すなわち、低温では高温での最小周期の数倍の長い周期が必要とされるが、図1の回路ではそのような広い範囲での周期の可変は困難であり、低温でのリフレッシュ電流の理想的な低減が出来ない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、低消費電力でクロック周期を可変することができるタイミング回路を提供することである。
【0009】
さらに、本発明の目的は、温度モニター回路の低電流化を図ると共に、温度に応じてリフレッシュ周期を可変(延長)してリフレッシュ電流の軽減を図ることにより、トータルなDRAMのデータ保持電流を低減するための手段および方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、温度に応じて可変するクロックを生成するためのタイミング回路(10)であって、温度の検出を予め決められたサンプリング周期でおこなうことができる検出回路を含み、その検出回路は、サンプリング周期で変位するクロック(SS)の短いパルス幅に相当する時間だけ動作して温度検出をおこなうという特徴を有するタイミング回路が提供される。
【0011】
本発明によれば、より具体的には、クロック発生器(11)と、入力される制御電圧(TDV)と基準電圧(VR1、2)を比較するコンパレータ(12、13)と、コンパレータの出力を保持する保持回路(18、19)と、保持回路の出力とクロック発生器が出力するクロックから出力となるタイミング・パルスを生成する回路(19、20、21)を含むタイミング回路(10)が提供される。
【0012】
また、本発明によれば、クロックの周期を可変するための方法であって、(a)基本クロックを準備するステップと、(b)温度を予め決められたサンプリング周期で検出するステップと、(c)前記検出された温度に応じて前記基本クロックの周期を変えるステップを含む方法が提供される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、チップの温度モニターを例にとり説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、圧力等の物理量をモニターしその変化量を電圧値(制御電圧)として入手できるものであればあらゆるものに適用可能である。また、本発明によって得られるタイミング・パルスはDRAMのリフレッシュ周期のみならず、変化する物理量に応じてタイミングを可変したいあらゆる用途(装置等)に適用可能であることは言うまでもない。
【0014】
具体的な説明に入る前に、本発明を案出する一つの起点となったDRAMなどを含むICチップの温度の変化についての知見を述べる。チップの温度をモニターして、リフレッシュ周期を変える事を考える上で、重要となるは温度の変化の速度である。この点、チップ温度の変化は比較的遅い。温度が上がっていく場合、熱源はチップそのものの消費電流、周辺の発熱する部品および周辺雰囲気温度等であり、これとチップのパッケージを含んだ熱容量で上昇速度が決まるので、それほど急には温度は上がらない。例えば、20℃位から最大動作温度である、70℃まで上昇するのに数十秒から数分かかるのが一般的である。この事は、温度上昇が遅ければ、温度モニターは何も常時している必要が無く、上昇速度に比べて十分に短い時間間隔でサンプリング的にモニターすれば、その時々での温度がその前後のかなりの時間の温度を代表することを意味する。温度が下がる時にも同様に変化速度は遅い。
【0015】
DRAMには通常15.6マイクロ秒毎に来るリフレッシュ用にタイマー(タイミング)がある。この15.6マイクロ秒はDRAMの最大動作温度におけるリフレッシュ周期を想定して規定される時間である。このタイマーの周期あるいはそのn倍(n:任意の自然数、例えばn=2〜4)の周期でモニターしても秒オーダー以上の温度変化速度に比べて十分に短い事から、このタイマーをサンプリングのトリガーに使うことができる。本発明ではこの知見を利用し、電流を消費する温度モニター回路を、常時動作させるのではなく、例えば1マイクロ秒以下位の短い時間(パルス幅)だけ動作させ、その結果に基づいてリフレッシュ周期を変化させる事により制御回路の電流増加を抑えて、比較的低い温度でのデータ保持電流を低減を行う。
【0016】
図2は本発明のタイミング回路の一実施例を示す図である。図3は図2のタイミング回路のタイミングチャートを示す図である。図2では、例えば15.6マイクロ秒等の一定の周期のベース・タイマー(発振器、図示なし)からの発振出力BTを想定している。ベース・タイマーの発振出力BTは遅延&シングル・ショット回路11に入る。遅延&シングル・ショット回路11は、発振出力BTの立ち上がり端でシングル・ショット・パルスSSを生成し、また、発振出力BTをシングル・ショット・パルスSSのパルス幅の時間だけ遅らせた遅延タイマー出力DTを生成する(図3参照)。ショット・パルスSSのパルス幅としては数マイクロ秒以下(例えば1マイクロ秒)であればよい。なお、ベース・タイマーから出力される発振出力BTの周期は15.6マイクロ秒に限られず、例えば15.6マイクロ秒のn倍(n:自然数)等の任意の周期が想定可能である。また、遅延&シングル・ショット回路11にその15.6マイクロ秒のn倍(n:自然数)等の任意の周期を生成する機能を持たせてもよい。
【0017】
図2のCM1、CM2(符合12、13)はカレント・ミラー等のアナログ比較回路(コンパレータ)である。コンパレータ12、13はトランジスタの閾値電圧Vt等の温度依存するモニター電圧TDVと、バンドギャップ電圧等の温度依存しない基準電圧VR1、VR2との比較を行う。ここで、VR1>VR2とし、またVtの様に温度が下がるに従ってTDVは下がるものとする。さらに、70℃の様な高温ではコンパレータ12、13の出力はハイで、VR1>TDVでコンパレータ12(CM1)の出力はLOWに、VR2>TDVでコンパレータ13(CM2)の出力がLOWになるとする。また、コンパレータ12、13の出力段はバッファー回路からなり、CMOSのフルスイング電位を出力する。
【0018】
コンパレータ12、13はNMOS14、15を介してグランド(GND)に接続する。また、コンパレータ12、13の出力はNMOS16、17を介してラッチ18、19に接続する。NOMS14〜17のゲートは全て遅延&シングル・ショット回路11のシングル・ショット・パルス(SS)出力に接続する。したがって、アナログ比較回路12、13が動作するのはシングル・ショット・パルスSSが来た時のみで、それ以外の長い時間はGND側のNMOS14、15がOFFでスタンバイ電流は流れない。その結果、無駄な消費電流を軽減できる。
【0019】
ラッチ18、19は、コンパレータ12、13の比較結果出力を保持する。ラッチ18、19の出力はカウンタ20に入力する。ラッチ18、19の出力(反転データ)は、カウンタ20のC1、C2に入力し保持される。そして、カウンタ20に入力するシングル・ショット・パルスSS毎に更新される。カウンタ20は、C10、C20の2ビットからなるカウンターで、その入力パルスSSがハイになるエッジでカウントアップされ、出力C10がLSBでC20がMSBとなる。カウンタ20の出力C10、C20はAND回路21に接続する。AND回路21には遅延&シングル・ショット回路11の遅延タイマー出力DTも入力される。図2では、さらにリセット回路22がラッチ18、19とカウンタ20の間にある。
【0020】
図2の回路の動作を図3のタイミング・チャートを用いて説明する。図3はチップの温度が70℃の様な高温(最大使用温度)にあるとし、そこから時間とともに温度が下がって行く場合のタイミング例である。言い換えれば、温度の低下とともに周期が長くなっていく場合のタイミング例である。始めに時刻T1−T2間は高温であるため、ラッチ18、19の出力C1、C2はともにLOWで、AND回路出力TDTは、ベース・タイマの発振出力BTをシングル・ショットSSのパルス幅だけ遅らせた信号(DT)と同じ15.6マイクロ秒の周期で発生する。
【0021】
温度が下がり、時刻T3でSSパルスのタイミングでコンパレータ12がVR1>TDVをセンスすると、コンパレータ12の出力がLOWになり、ラッチ18の出力C1としてHIGHがラッチされる。C1のLOWからHIGHへの変化で、リセット回路22の出力RSにHIGHのパルスが出て、カウンタ出力C10、C20をともにHIGHにリセットする。図3では、T3でC10 C20は変化していない様に見えるが、これはその前からどちらもHIGHであったのが、HIGHにリセットされたからである。ここでカウンター出力C10、C20は”11”になり、次のSSの来るT4でLSBであるC10がLOWになる。このため、T4ではAND回路21の出力TDTとしてDTのパルスは出力されない。次のT5のSSでC10 がカウント・アップされHIGHになるが、この時、温度はVR1>TDV>VR2の範囲にあるので、コンパレータ13の出力がHIGHのままであるため、ラッチ19の出力C2はLOWである。従って、T5でAND回路21の出力TDTとしてパルスDTが出るため、15.6マイクロ秒の2倍の31.2マイクロ秒の周期になる。
【0022】
次に、T6の前に温度がさらに下がり、VR2>TDVになるとT6でコンパレータ13の出力がLOWになり、ラッチ19の出力C2HIGHになる。このC2の変化で、リセット回路22の出力RSによりカウンターがリセットされ、カウンタ出力C10、C20は”11”になる。そこで、T6ではAND回路21の出力TDTとしてパルスDTが出る。そして、ここからは2ビットのカウンター動作が始まるため、TDTが次にDTのHIGHのパルスを出すのは、出力C10、 C20がともにHIGHなるT10である。その結果、温度がVR2>TDVに成る程度に下がると、TDTパルスは15.6マイクロ秒の4倍の62.4マイクロ秒の周期になる。
【0023】
なお、図3では、短いタイミング・チャート内でこれらの動作を説明するため、温度がT3、T6で基準レベルを通過した様にしてあるが、実際には温度変化はもっと時間がかかる。リセット回路22の役目は周期が変わるときには常にカウンターを11からカウント・アップさせる事にある。そうしないと、タイミングによっては一次的に決められた値より長い周期になってしまうからである。例えば、T6でなくT7でカウンタ20のC20がLOWの場合、リセットされないとT7でC10、C20ともにLOWとなり、カウンタは”00”からカウント・アップして行く。そして、T10でC10、C20は”11”となるが、T6でのパルスが無いので、最初の周期のみ78マイクロ秒でそれ以後に決められた62.4マイクロ秒になってしまい、不安定動作の原因になる。リセット回路はこの不安定動作を防止している。
【0024】
本発明のタイミング回路では、電流を消費するアナログ回路(コンパレータ12、13)はクロックSSのパルス幅の時間のみオンとなるので、大幅に消費電力を削減出来る。例えば、SSの幅は1マイクロ秒位であればアナログ回路(コンパレータ12、13)は十分に動作出来、またこの時間はベース・タイマーの15.6マイクロ秒に比べて十分に短く、アナログ回路の平均消費電流は1/15.6になる。さらに温度のサンプリング間隔としては温度変化速度からみてその数倍(例えば2−4倍)でも十分であり、その様な周期でサンプリングすれば、数十マイクロアンペアも流れるアナログ回路でも平均消費電流は1アミクロアンペア以下にすることが出来る。
【0025】
また、ここでは簡単のため、2ビットのカウンターで説明したが、ビット数を増やすことにより、基準電圧VRも細分化できるので、3ビットで2、4、8倍、4ビットで2、4、8、16倍の様に容易に周期可変範囲を拡大することができる。さらに、実施例として、カウンターによる周期の倍数変換を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、温度をサンプリングで計りその結果を直接にラッチ18、19にデジタル量で保存し、それを用いて周期を変える他の方法を用いることもできる。
【0026】
【発明の効果】
(1)温度などの物理量検出を予め決められたサンプリング周期でおこなうことができる検出回路を含み、その検出回路は、サンプリング周期で変位するクロックの短いパルス幅に相当する時間だけ動作して検出をおこなうので、検出時の消費電力を大幅に軽減することができる。
(2)例えば、図2の一実施例では、カウンターのビット数を増やすことにより、基準電圧VRも細分化できるので、3ビットで2、4、8倍、4ビットで2、4、8、16倍の様に容易に周期可変範囲を拡大することができる。
(3)DRAMのリフレッシュに採用した場合、そのリフレッシュ周期を温度に合わせて最適化できるとともに、リフレッシュにおける消費電力を軽減することができる。
(4)本発明を電池駆動の携帯端末などに使用した場合、消費電力軽減により電池の実質的ライフの延長に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のチップのモニター温度に応じたDRAMのリフレッシュ周期を得るための回路例を示した図である。
【図2】本発明のタイミング回路の一実施例を示す図である。
【図3】本発明の図2のタイミング回路のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
1 リングオシレータ
3 オペアンプ
10 タイミング回路
11 遅延&シングル・ショット回路
12、13 コンパレータ
14、15、16、17 NMOS
18、19 ラッチ
20 カウンタ
21 AND回路
22 リセット回路
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention generally relates to a timing circuit (control method) that can vary a clock cycle according to an input signal (control voltage), and more particularly, a DRAM refresh cycle according to temperature. The present invention relates to a timing circuit (method) for controlling.
[0002]
[Prior art]
In a DRAM, data is charged as a charge in a cell capacitor, and the data (charge) is lost as a leakage current with time. For this reason, a refresh operation for periodically rewriting (charging) cell data (charge) is required.
[0003]
Generally, the higher the temperature is, the faster the data in the DRAM cell is lost. Therefore, as a cycle of the refresh operation, a short cycle is usually selected so that data is sufficiently retained even at the maximum operating temperature of the chip including the DRAM. Therefore, refresh is always performed in the selected short period regardless of the actual operating temperature of the chip, so that the power consumption accompanying the refresh increases.
[0004]
For example, the data retention characteristic of DRAM generally has a data retention (retention) time approximately doubled every time the chip temperature decreases by 10 ° C. In other words, refreshing every 15.6 microseconds at the maximum operating temperature of 70 ° C. set in the normal specification is good every about 500 microseconds, which is 32 times (2 5 times) at a low temperature of 20 ° C. Therefore, in many cases, the data holding mode is refreshed at a frequency 10 times or higher than the actually required cycle (frequency) even though the temperature is low, and the wasteful power is consumed 10 times or more. . Therefore, it is necessary to reduce wasteful power consumption associated with refreshing at room temperature or a relatively low temperature.
[0005]
As a method for reducing wasteful power consumption associated with this refresh, there is a method of obtaining a refresh cycle corresponding to the temperature of a chip having a DRAM. FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit for monitoring a conventional chip temperature and obtaining a DRAM refresh period corresponding to the monitored temperature. FIG. 1A is a block diagram of a circuit. There is a ring oscillator 1 consisting of a multi-stage inverter in the center, and this oscillation cycle is buffered and its output (TDT) 2 is used as means for determining a refresh cycle using a temperature-dependent timer. In FIG. 1A, the operational amplifier 3 compares and amplifies the difference between a constant reference voltage VR that does not depend on temperature, such as a band gap, and a voltage that has temperature dependence, such as a threshold voltage Vt of a MOS transistor, and the ring oscillator 1 This is a method of changing the period of the. 1B and 1C show configuration examples for changing the cycle of the ring oscillator 1. (B) is a method for controlling the supply current of the inverter, and (C) is a method for changing the RC constant of the load of each inverter. In these methods, when the temperature is lowered, the refresh cycle is automatically extended, and the refresh current can be lowered.
[0006]
In the conventional circuit example shown in FIG. 1, the operational amplifier 3 requires an analog circuit such as a current mirror, and a DC current of about several tens of micro-A flows. Usually, since the temperature is constantly monitored, the DC current always flows. As a result, even if the refresh current itself can be reduced, the total current in the data retention mode of the DRAM does not decrease but increases conversely due to the increase in current consumption accompanying the circuit operation of FIG. There is also a fear. That is, even if the refresh current is reduced, if the circuit for monitoring the temperature itself consumes a large current, the total current in the data holding mode of the DRAM will not decrease. This problem is particularly serious in a battery-driven device or the like in which the total current in the data retention mode of the DRAM is.
[0007]
Further, the range of the period that can be controlled by the output voltage range of the operational amplifier 3 in FIG. 1 is limited. In other words, a cycle that is several times longer than the minimum cycle at a high temperature is required at low temperatures, but it is difficult to vary the cycle over such a wide range in the circuit of FIG. Cannot be reduced.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a timing circuit that can vary the clock cycle with low power consumption.
[0009]
Furthermore, the object of the present invention is to reduce the current of the temperature monitor circuit and reduce the refresh current by changing (extending) the refresh cycle according to the temperature, thereby reducing the total data retention current of the DRAM. It is to provide means and methods for doing this.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a timing circuit (10) for generating a clock variable according to temperature, including a detection circuit capable of detecting temperature at a predetermined sampling period, the detection circuit Provides a timing circuit having the feature of operating for a time corresponding to a short pulse width of a clock (SS) that is displaced in a sampling period to detect temperature.
[0011]
More specifically, according to the present invention, the clock generator (11), the comparators (12, 13) for comparing the input control voltage (TDV) and the reference voltages (VR1, 2), and the output of the comparator And a timing circuit (10) including a holding circuit (18, 19) for holding the signal and a circuit (19, 20, 21) for generating a timing pulse output from the output of the holding circuit and the clock output from the clock generator. Provided.
[0012]
According to the present invention, there is also provided a method for varying the clock period, comprising: (a) preparing a basic clock; (b) detecting temperature at a predetermined sampling period; c) A method is provided comprising the step of changing the period of the basic clock in response to the detected temperature.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking a chip temperature monitor as an example. However, the present invention is not limited to this, and a physical quantity such as pressure is monitored, and the change amount is set as a voltage value (control voltage). It can be applied to anything that is available. Needless to say, the timing pulse obtained by the present invention can be applied not only to the refresh cycle of the DRAM but also to any application (device or the like) whose timing is to be varied according to a changing physical quantity.
[0014]
Before going into a specific description, the knowledge about the temperature change of an IC chip including a DRAM or the like, which is one starting point for devising the present invention, will be described. An important factor in monitoring the chip temperature and changing the refresh cycle is the rate of temperature change. In this regard, the change in chip temperature is relatively slow. When the temperature rises, the heat source is the current consumption of the chip itself, the surrounding heat generating components, the ambient atmosphere temperature, etc., and the rate of increase is determined by this and the heat capacity including the chip package, so the temperature is so sudden Does not rise. For example, it generally takes several tens of seconds to several minutes to increase from about 20 ° C. to the maximum operating temperature of 70 ° C. This means that if the temperature rise is slow, the temperature monitor does not need to be always on, and if the sample is monitored at a sufficiently short time interval compared to the rate of rise, the temperature at that time will be It is meant to represent a considerable time of temperature. Similarly, the rate of change is slow when the temperature drops.
[0015]
DRAM has a timer (timing) for refresh that usually comes every 15.6 microseconds. This 15.6 microseconds is a time defined assuming a refresh cycle at the maximum operating temperature of the DRAM. Even if it is monitored at the cycle of this timer or n times (n: any natural number, for example, n = 2 to 4), it is sufficiently short compared to the temperature change rate of the second order or more. Can be used as a trigger. In the present invention, this knowledge is utilized, and the temperature monitoring circuit that consumes current is not operated at all times, but is operated only for a short time (pulse width) of, for example, 1 microsecond or less, and the refresh cycle is set based on the result. By changing, the increase in the current of the control circuit is suppressed, and the data holding current at a relatively low temperature is reduced.
[0016]
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the timing circuit of the present invention. 3 is a timing chart of the timing circuit of FIG. FIG. 2 assumes an oscillation output BT from a base timer (oscillator, not shown) having a constant period such as 15.6 microseconds. The base timer oscillation output BT enters the delay & single shot circuit 11. The delay & single shot circuit 11 generates a single shot pulse SS at the rising edge of the oscillation output BT, and a delay timer output DT obtained by delaying the oscillation output BT by the time of the pulse width of the single shot pulse SS. (See FIG. 3). The pulse width of the shot pulse SS may be several microseconds or less (for example, 1 microsecond). The period of the oscillation output BT output from the base timer is not limited to 15.6 microseconds, and an arbitrary period such as n times 15.6 microseconds (n: natural number) can be assumed. Further, the delay & single shot circuit 11 may have a function of generating an arbitrary period such as n times (n: natural number) of 15.6 microseconds.
[0017]
CM1 and CM2 (reference numerals 12 and 13) in FIG. 2 are analog comparison circuits (comparators) such as a current mirror. The comparators 12 and 13 compare the temperature-dependent monitor voltage TDV such as the threshold voltage Vt of the transistor with the temperature-independent reference voltages VR1 and VR2 such as a band gap voltage. Here, it is assumed that VR1> VR2, and that the TDV decreases as the temperature decreases as in Vt. Further, at a high temperature such as 70 ° C., the outputs of the comparators 12 and 13 are high, the output of the comparator 12 (CM1) is LOW when VR1> TDV, and the output of the comparator 13 (CM2) is LOW when VR2> TDV. . The output stages of the comparators 12 and 13 are composed of buffer circuits and output CMOS full swing potentials.
[0018]
The comparators 12 and 13 are connected to the ground (GND) via the NMOSs 14 and 15. The outputs of the comparators 12 and 13 are connected to latches 18 and 19 via NMOSs 16 and 17, respectively. The gates of the NOMS 14 to 17 are all connected to the single shot pulse (SS) output of the delay & single shot circuit 11. Therefore, the analog comparison circuits 12 and 13 operate only when the single shot pulse SS is received, and the NMOSs 14 and 15 on the GND side are OFF for the other long time and the standby current does not flow. As a result, useless current consumption can be reduced.
[0019]
The latches 18 and 19 hold the comparison result outputs of the comparators 12 and 13. The outputs of the latches 18 and 19 are input to the counter 20. The outputs (inverted data) of the latches 18 and 19 are input to and held in C1 and C2 of the counter 20. It is updated every single shot pulse SS input to the counter 20. The counter 20 is a counter consisting of 2 bits of C10 and C20, and is counted up at the edge when the input pulse SS becomes high, the output C10 is LSB, and C20 becomes MSB. The outputs C10 and C20 of the counter 20 are connected to the AND circuit 21. The AND circuit 21 also receives the delay timer output DT of the delay & single shot circuit 11. In FIG. 2, a reset circuit 22 is further provided between the latches 18 and 19 and the counter 20.
[0020]
The operation of the circuit of FIG. 2 will be described with reference to the timing chart of FIG. FIG. 3 shows an example of timing when the temperature of the chip is at a high temperature (maximum operating temperature) such as 70 ° C. and the temperature decreases with time. In other words, this is an example of the timing when the cycle becomes longer as the temperature decreases. First, since the temperature is high during time T1-T2, the outputs C1 and C2 of the latches 18 and 19 are both LOW, and the AND circuit output TDT delays the oscillation output BT of the base timer by the pulse width of the single shot SS. Generated at the same period of 15.6 microseconds as the signal (DT).
[0021]
When the temperature drops and the comparator 12 senses VR1> TDV at the timing of the SS pulse at time T3, the output of the comparator 12 becomes LOW, and HIGH is latched as the output C1 of the latch 18. When C1 changes from LOW to HIGH, a HIGH pulse is output to the output RS of the reset circuit 22, and both the counter outputs C10 and C20 are reset to HIGH. In FIG. 3, it appears that C10 C20 does not change at T3, because both of them were HIGH before that, because they were reset to HIGH. Here, the counter outputs C10 and C20 become “11”, and C10 which is the LSB becomes LOW at T4 when the next SS comes. For this reason, the pulse of DT is not output as the output TDT of the AND circuit 21 at T4. At the next SS of T5, C10 is counted up to become HIGH. At this time, since the temperature is in the range of VR1>TDV> VR2, the output of the comparator 13 remains HIGH , so the output C2 of the latch 19 Is LOW . Therefore, since the pulse DT is output as the output TDT of the AND circuit 21 at T5, the cycle is 31.2 microseconds, which is twice as long as 15.6 microseconds.
[0022]
Then, further lower the temperature before the T6, VR2> output of the comparator 13 at comes to T6 in TDV is to LOW, the output C2 of latch 19 is to HIGH. With this change in C2, the counter is reset by the output RS of the reset circuit 22, and the counter outputs C10 and C20 become “11”. Therefore, at T6, a pulse DT is output as the output TDT of the AND circuit 21. Since a 2-bit counter operation starts from here, the TDT next outputs a high pulse of DT at T10 when both outputs C10 and C20 are high. As a result, when the temperature drops to such an extent that VR2> TDV, the TDT pulse has a period of 62.4 microseconds, which is four times 15.6 microseconds.
[0023]
In FIG. 3, in order to explain these operations in a short timing chart, the temperature has passed the reference level at T3 and T6. However, the temperature change actually takes more time. The role of the reset circuit 22 is to increment the counter from 11 whenever the cycle changes. Otherwise, depending on the timing, the cycle will be longer than the temporarily determined value. For example, if C20 of the counter 20 is LOW at T7 instead of T6, if not reset, both C10 and C20 become LOW at T7, and the counter counts up from “00”. Then, C10 and C20 become “11” at T10, but since there is no pulse at T6, only the first period is 78 microseconds and 62.4 microseconds determined thereafter, which is unstable operation. Cause. The reset circuit prevents this unstable operation.
[0024]
In the timing circuit of the present invention, since the analog circuits (comparators 12 and 13) that consume current are turned on only for the time of the pulse width of the clock SS, power consumption can be greatly reduced. For example, if the width of SS is about 1 microsecond, the analog circuit (comparators 12 and 13) can operate sufficiently, and this time is sufficiently shorter than the base timer 15.6 microseconds. The average current consumption is 1 / 15.6. Furthermore, as the temperature sampling interval, several times (for example, 2-4 times) of the temperature change rate is sufficient, and if the sampling is performed at such a cycle, the average current consumption is 1 even in an analog circuit in which several tens of microamperes flow. Can be below Amicroampere.
[0025]
Further, here, for the sake of simplicity, a 2-bit counter has been described, but by increasing the number of bits, the reference voltage VR can also be subdivided, so that 3 bits are 2, 4, 8 times, 4 bits are 2, 4, The period variable range can be easily expanded as much as 8, 16 times. Furthermore, as an example, a multiple conversion of a period by a counter is used. However, the present invention is not limited to this. The temperature is measured by sampling, and the result is directly stored in the latches 18 and 19 as digital quantities. Other methods of changing the period using can also be used.
[0026]
【The invention's effect】
(1) A detection circuit capable of detecting a physical quantity such as temperature at a predetermined sampling period is included, and the detection circuit operates for a time corresponding to a short pulse width of a clock that is displaced at the sampling period, and performs detection. As a result, power consumption during detection can be greatly reduced.
(2) For example, in the embodiment of FIG. 2, the reference voltage VR can be subdivided by increasing the number of bits of the counter, so that 2, 4, 8 times, 3 bits, 2, 4, 8, 4 bits, The period variable range can be easily expanded as much as 16 times.
(3) When employed for DRAM refresh, the refresh cycle can be optimized in accordance with the temperature, and power consumption during refresh can be reduced.
(4) When the present invention is used for a battery-driven portable terminal or the like, it can contribute to extension of the substantial life of the battery by reducing power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit example for obtaining a refresh period of a DRAM according to a conventional chip monitor temperature.
FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of a timing circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a timing chart of the timing circuit of FIG. 2 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Ring Oscillator 3 Op Amp 10 Timing Circuit 11 Delay & Single Shot Circuit 12, 13 Comparator 14, 15, 16, 17 NMOS
18, 19 Latch 20 Counter 21 AND circuit 22 Reset circuit

Claims (5)

温度に応じてDRAMのリフレッシュ周期を制御するタイミング回路であって、
(a)前記DRAMの最大動作温度における最小リフレッシュ周期を有する発振出力を受け取り、前記発振出力の立ち上がり端でシングル・ショット・パルスを発生すると共に、前記発振出力を前記シングル・ショット・パルスの幅だけ遅らせた遅延タイマー出力を発生するクロック発生器と、
(b)前記最大動作温度よりも低い温度を表す第1基準電圧VR1及び前記DRAMの温度に依存するモニター電圧TDVを入力とし、前記最大動作温度においてハイ・レベルの出力を生じ、VR1>TDVでロー・レベルの出力を生じる第1比較回路であって、ゲートに前記シングル・ショット・パルスが印加されて導通する第1MOSトランジスタを介してグランドに接続されている前記第1比較回路と、
(c)前記最大動作温度よりも低い温度を表し且つ前記第1基準電圧VR1よりも低い第2基準電圧VR2及び前記モニター電圧TDVを入力とし、前記最大動作温度においてハイ・レベルの出力を生じ、VR2>TDVでロー・レベルの出力を生じる第2比較回路であって、ゲートに前記シングル・ショット・パルスが印加されて導通する第2MOSトランジスタを介してグランドに接続されている前記第2比較回路と、
(d)ゲートに前記シングル・ショット・パルスが印加されて導通する第3MOSトランジスタを介して前記第1比較回路の出力に入力が接続された第1ラッチであって、前記第1比較回路の出力を反転した信号を保持する前記第1ラッチと、
(e)ゲートに前記シングル・ショット・パルスが印加されて導通する第4MOSトランジスタを介して前記第2比較回路の出力に入力が接続された第2ラッチであって、前記第2比較回路の出力を反転した信号を保持する前記第2ラッチと、
(f)前記第1ラッチの出力及び前記第2ラッチの出力を入力とし、前記第1ラッチの出力がロー・レベルからハイ・レベルに変化することに応答して出力RSを発生し、前記第2ラッチの出力がロー・レベルからハイ・レベルに変化することに応答して前記出力RSを発生するリセット回路と、
(g)前記第1ラッチの出力、前記第2ラッチの出力、前記リセット回路の出力RS及び前記シングル・ショット・パルスを入力とし、第1カウンタ出力及び第2カウンタ出力を選択的にハイ・レベル又はロー・レベルに切り換えるカウンタと、
(h)前記第1カウンタ出力、前記第2カウンタ出力及び前記遅延タイマー出力を入力とし、前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力がハイ・レベルのときに前記遅延タイマー出力に対応する出力を生じるAND回路とを備えるタイミング回路。
A timing circuit that controls the refresh cycle of the DRAM according to temperature,
(A) receiving an oscillation output having a minimum refresh period at the maximum operating temperature of the DRAM, generating a single shot pulse at the rising edge of the oscillation output, and reducing the oscillation output by the width of the single shot pulse A clock generator that generates a delayed delay timer output;
(B) A first reference voltage VR1 representing a temperature lower than the maximum operating temperature and a monitor voltage TDV depending on the temperature of the DRAM are input, and a high level output is generated at the maximum operating temperature, and VR1> TDV A first comparison circuit for generating a low-level output, wherein the first comparison circuit is connected to the ground via a first MOS transistor that is turned on when the single shot pulse is applied to the gate;
(C) The second reference voltage VR2 representing the temperature lower than the maximum operating temperature and lower than the first reference voltage VR1 and the monitor voltage TDV are input, and a high level output is generated at the maximum operating temperature; A second comparison circuit for generating a low level output when VR2> TDV, wherein the second comparison circuit is connected to the ground via a second MOS transistor that is turned on by applying the single shot pulse to the gate. When,
(D) a first latch whose input is connected to the output of the first comparison circuit via a third MOS transistor which is turned on when the single shot pulse is applied to the gate, the output of the first comparison circuit; The first latch holding a signal obtained by inverting
(E) a second latch whose input is connected to the output of the second comparison circuit via a fourth MOS transistor which is turned on when the single shot pulse is applied to the gate, the output of the second comparison circuit; The second latch for holding a signal obtained by inverting
(F) The output of the first latch and the output of the second latch are input, and an output RS is generated in response to the output of the first latch changing from a low level to a high level. A reset circuit for generating the output RS in response to the output of the two latches changing from a low level to a high level;
(G) The output of the first latch, the output of the second latch, the output RS of the reset circuit and the single shot pulse are input, and the first counter output and the second counter output are selectively set to the high level. Or a counter that switches to low level,
(H) An input corresponding to the delay timer output when the first counter output and the second counter output are at a high level when the first counter output, the second counter output and the delay timer output are input. A timing circuit comprising a resulting AND circuit;
前記DRAMの温度が前記最大動作温度から低下して前記第1比較器が前記VR1>TDVでロー・レベルの出力を生じて前記第1ラッチの出力がハイ・レベルに変化する前まで、前記カウンタが前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力をハイ・レベルに維持することにより前記AND回路が前記最小リフレッシュ周期毎に前記遅延タイマー出力に対応する出力を発生することを特徴とする、請求項1に記載のタイミング回路。  The counter until the DRAM temperature falls from the maximum operating temperature and the first comparator produces a low level output when VR1> TDV and the output of the first latch changes to a high level. The AND circuit generates an output corresponding to the delay timer output for each minimum refresh period by maintaining the first counter output and the second counter output at a high level. 2. The timing circuit according to 1. 前記第1比較器が前記VR1>TDVでロー・レベルの出力を生じて前記第1ラッチの出力がハイ・レベルに変化したことに応答して前記リセット回路が発生する前記出力RSに応答して、前記カウンタが前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力をハイ・レベルにすることにより前記AND回路が前記遅延タイマー出力に対応する出力を発生することを特徴とする、請求項1又は請求項2のに記載のタイミング回路。  In response to the output RS generated by the reset circuit in response to the first comparator generating a low level output when VR1> TDV and the output of the first latch is changed to a high level. 2. The AND circuit according to claim 1, wherein the AND circuit generates an output corresponding to the delay timer output by setting the first counter output and the second counter output to a high level. 2. The timing circuit according to 2. 前記第2比較器が前記VR2>TDVでロー・レベルの出力を生じて前記第2ラッチの出力がハイ・レベルに変化する前まで、前記カウンタが前記シングル・ショット・パルス毎に前記第1カウンタ出力を切り換え、前記AND回路が前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力が共にハイ・レベルの時に前記遅延タイマー出力に対応する出力を発生することを特徴とする、請求項1、請求項2又は請求項3に記載のタイミング回路。  Until the second comparator generates a low level output when VR2> TDV and the output of the second latch changes to a high level, the counter counters the first counter every single shot pulse. 3. The output is switched, and the AND circuit generates an output corresponding to the delay timer output when both the first counter output and the second counter output are at a high level. Alternatively, the timing circuit according to claim 3. 前記第2比較器が前記VR2>TDVでロー・レベルの出力を生じて前記第2ラッチの出力がハイ・レベルに変化したことに応答して前記リセット回路が発生する前記出力RSに応答して、前記カウンタが前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力をハイ・レベルにすることにより前記AND回路が前記遅延タイマー出力に対応する出力を発生し、次いで、前記カウンタは2ビットカウンタ動作を開始し、前記シングル・ショット・パルス毎に、前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力の一方又は両方を変化させ、前記第1カウンタ出力及び前記第2カウンタ出力がハイ・レベルのときに前記AND回路が前記遅延タイマー出力に対応する出力を発生することを特徴とする、請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4に記載のタイミング回路。  In response to the output RS generated by the reset circuit in response to the second comparator producing a low level output when VR2> TDV and the output of the second latch is changed to a high level. The AND circuit generates an output corresponding to the delay timer output by setting the first counter output and the second counter output to a high level, and then the counter starts a 2-bit counter operation. Then, for each single shot pulse, one or both of the first counter output and the second counter output are changed, and the AND is performed when the first counter output and the second counter output are at a high level. 5. A circuit according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that a circuit generates an output corresponding to the delay timer output. Timing circuit.
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