JP3953973B2 - 同期式半導体装置のデータ出力回路及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に高速の同期式半導体メモリ装置におけるデータ出力回路及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在の高速のグラフィックメモリは500MHzの超高速動作速度を要求している。これを達成するために、CAS待ち時間(CAS Latency)を7程度にし、既存の2ビットプリフェッチ(Pre−fetch)方式を超えて4ビットプリフェッチ方式を採用する傾向がある。CAS待ち時間は、読出し命令やカラムアドレスからデータ出力までのクロックサイクル数として定義される。すなわち、データ出力は読出し命令が印加された時点からCAS待ち時間に相当するクロックサイクル数の後に現れる。説明の便宜上、CAS待ち時間=n(nは1以上の自然数)をCLnと表示する。
【0003】
また、高速のデータ入出力のために一クロックサイクル中に2つのデータを入出力するダブルデータレート(Double Data Rate、以下、DDRという)メモリが普及している。DDRメモリで4ビットプリフェッチとは、4ビットを同時に準備することを意味し、2ビットプリフェッチ方式に比べて、活性化するカラム選択ライン(Column Select Line、以下、CSLという)を2倍にし、CSLの活性化区間を2クロックサイクル(2tCK)にするということを意味する。
【0004】
クロックサイクルの単位としてtCKが使われる。したがって、一般的に4ビットプリフェッチ方式のメモリでは、2tCKの間に一つのデータ入出力ピンで4つのデータが入力または出力される。また、4ビットプリフェッチ方式ではCSLが2クロックの間活性化されるために読出し命令を2クロックサイクルごとに1回ずつ与えることができる。したがって、読出し命令間の最小時間間隔(これをtCCDという)が2tCKとなる。
【0005】
高速メモリではCL7程度の長い待ち時間を実現するためにウェーブパイプライン方式が多く使われる。低い周波数でもCL7方式を問題なく動作可能にし、4ビットプリフェッチ方式を実現するためにはデータ入出力ピン当り16個のラッチ素子が必要である。これは、毎ビット当り”最大待ち時間/tCCD”のラッチ素子が必要であるからである。最大待ち時間が7であり(CL7)、tCCDが2tCKであれば、3.5(CL7/2)個のラッチ素子が必要であるが、1/2個のラッチ素子は実現できないので、毎ビットに4つのラッチ素子が必要である。4ビットプリフェッチ方式のメモリでは一回の読出し命令でデータ入出力ピン当り4ビットのデータが出力されるので、データ入出力ピン当り全部で16個のラッチ素子が必要である。
【0006】
図1は、従来の技術による半導体装置のデータ出力回路を示す図面である。図1に示されたデータ出力回路100は、CAS待ち時間7(CL7)、tCCD=2tCK、4ビットプリフェッチのためのウェーブパイプライン方式のデータ出力回路である。
【0007】
従来の技術による半導体装置のデータ出力回路100は全部で16個のラッチ111〜118、121〜128を含むが、説明の便宜上、データ出力回路100と共にビットラインセンスアンプB/L S/A、データセンスアンプDATA S/A及びバーストデータオーダリング部200が図示される。メモリセルに格納されているデータはワードラインの活性化時にビットライン(図示せず)に載せられてビットラインセンスアンプB/L S/Aにより感知され増幅される。
【0008】
ビットラインセンスアンプB/L S/Aにより感知されたデータのうち活性化されたカラム選択ラインCSLj(j=1〜4)のデータがデータセンスアンプDATA S/Aに伝えられて増幅される。ここでは4ビットプリフェッチ方式が使われるので、一回の読出し命令に対して4つのカラム選択ラインCSLj(j=1〜4)が同時に活性化する。
【0009】
活性化された4つのカラム選択ラインCSLj(j=1〜4)に対応するビットラインセンスアンプB/L S/AのデータはデータセンスアンプDATA S/Aによって増幅され、バーストデータオーダリング部200により適切な順序に配列されてデータ出力回路100のラッチ111〜118、121〜128のうち4つのラッチに同時に入力される。
【0010】
図1に示された従来の技術によるデータ出力回路100は、ラッチ111〜118、121〜128から出力されるデータをマルチプレックスするために2段のマルチプレックス方式を使用する。すなわち、第1ステージ130では奇数データ同士、及び、偶数データ同士で各々マルチプレックスされる。その後、第1ステージ130でのマルチプレックスにより得られた両グループのデータは第2ステージ140でマルチプレックスされる。奇数データは、クロックの立上りエッジで出力されるデータであり、偶数データは、クロックの立下りエッジで出力されるデータである。
【0011】
前述のように2段階でデータをマルチプレックスすれば、第1ステージ130でのマルチプレックスノードDOFi、DOSiに各々連結されるライン数が8本に減って、一回に16個のラッチの出力をマルチプレックスすることに比べてはマルチプレックスノードDOFi、DOSiでの負荷が減る。しかし、依然として各マルチプレックスノードDOFi、DOSiでの負荷は大きく、このために帯域幅に限界がある。
【0012】
図2は、図1に示された従来の技術によるデータ出力回路100の出力タイミング図である。図1と図2とを共に参照して従来の技術によるデータ出力回路100の動作を説明すれば次の通りである。
【0013】
バーストデータオーダリング部200から同時に出力される4つのデータSDIOF1、SDIOF2、SDIOS1、SDIO_S1はそれぞれ対応するビットのラッチに順番に入力される。第1データSDIOF1は第1ないし第4ラッチ111〜114に順番に入力され、第2データSDIOF2は第5ないし第8ラッチ115〜118に順番に入力され、第3データSDIOS1は第9ないし第12ラッチ121〜124に順番に入力され、そして、第4データSDIOS3は第13ないし第16ラッチ125〜128に順番に入力される。この時、第1ないし第4データSDIOF1、SDIOF2、SDIOS1、SDIOS2を割り当てられたラッチのいずれに入力するかを制御する信号が入力制御信号DLj(j=1〜4)である。
【0014】
いずれのラッチのデータをマルチプレックスノードの奇数マルチプレックスノードDOFi及び偶数マルチプレックスノードDOSiに出力するかはマルチプレックス制御信号CDQFj、CDQSj(j=1〜8)により決定される。
【0015】
第1ないし第8ラッチ111〜118のデータは、該当するマルチプレックス制御信号CDQFj(j=1〜8)が活性化する時に奇数マルチプレックスノードDOFiに出力される。そして、第9ないし第16ラッチ121〜128のデータは、該当するマルチプレックス制御信号CDQSj(j=1〜8)が活性化される時に偶数マルチプレックスノードDOSiに出力される。
【0016】
奇数マルチプレックスノードDOFiのデータ及び偶数マルチプレックスノードDOSiのデータは、各々奇数クロック信号CLKDQF及び偶数クロック信号CLKDQSに応答して出力データDOUTにマルチプレックスされる。
【0017】
図2を参照すれば、4つのマルチプレックス制御信号CDQF1、CDQS1、CDF2、CDQS2が順番に活性化され、これにより、第1ラッチ111のデータが奇数マルチプレックスノードDOFiに、第9ラッチ121のデータが偶数マルチプレックスノードDOSiに、第5ラッチ115のデータが再び奇数マルチプレックスノードDOFiに、そして、第13ラッチ125のデータが再び偶数マルチプレックスノードDOSiに順次に出力される。奇数マルチプレックスノードDOFiのデータは奇数クロック信号CLKDQFに応答し、偶数マルチプレックスノードDOSiのデータは偶数クロック信号CLKDQSに応答して出力データDOUTに出力される。したがって、データ入出力ピン当り4ビットのデータがクロックCLKの2サイクルにわたって連続的に出力される。
【0018】
前述したように、従来の技術のデータ出力回路100では、奇数データのための8個のラッチ111〜118の出力が一つのノードDOFiにマルチプレックスされ、偶数データのための8個のラッチ119〜126の出力が一つのノードDOSiにマルチプレックスされることによって、各ノードDOFi、DOSiの負荷が大きくて帯域幅に限界がある。各ノードDOFi、DOSiの負荷が大きければ、ラッチ素子から各ノードDOFi、DOSiにデータが現れるまでの時間が延びる。
【0019】
また各ノードに8つの接合が連結されるので、データを感知するディベロップ速度が低下する。データのディベロップ速度が遅いと、図2に表示された各ノードDOFi、DOSiにデータが現れた時点からクロックCLKDQF、CLKDQSの立上りエッジまでの時間tDF、tDSが延びる。
【0020】
したがって、マルチプレックスノードでの大きい負荷はtAAと表示されるデータアクセス時間において遅延要素となる。tAAは、読出し命令が与えられるクロックから出力データが出力データパッドに現れるまでの時間、すなわち、カラムアドレスが与えられた時点から出力データが出力されるまでのアクセス時間を意味する。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、同期式半導体装置の出力ノードにかかる負荷を減らすことによって、周波数特性を改善するとともにtAAを向上させることができる同期式半導体装置のデータ出力回路を提供することである。
【0022】
本発明がなそうとする他の技術的課題は、同期式半導体装置の出力ノードにかかる負荷を減らすことによって、周波数特性を改善するとともにtAAを向上させることができる同期式半導体装置のデータ出力方法を提供することである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明の一面は同期式半導体装置のデータ出力回路に関する。本発明の一面によるデータ出力回路は、前段部ラッチと後段部ラッチとを含む複数のラッチ、前記前段部ラッチ及び前記後段部ラッチの間に配され、前記後段部ラッチに入力されたデータを一時的に保持するバッファリングラッチを具備し、前記前段部ラッチのデータは2つのクロックサイクルよりなる出力クロックの第1クロックに応答してマルチプレックスノードを通じて出力され、前記後段部ラッチのデータは前記バッファリングラッチを経由して前記前段部グループのラッチに入力された後、前記出力クロックの第2クロックに応答して前記マルチプレックスノードを通じて出力される。
【0024】
前記技術的課題を達成するための本発明の他の一面は、4ビットプリフェッチ方式を使用するDDR同期式半導体装置のデータ出力回路に関する。本発明の他の一面によるデータ出力回路は、第1偶数データを保持する偶数前段ラッチ部、第2偶数データを保持する偶数後段ラッチ部、第2偶数データを一時的に第1偶数データに保持するために前記偶数後段ラッチ部の出力段に連結され、前記偶数前段ラッチ部の入力段に前記第2偶数データを伝送する偶数バッファリングラッチ部を含む偶数データ出力部と、第1奇数データを保持する奇数前段ラッチ部、第2奇数データを貯蔵する奇数後段ラッチ部、第2奇数データを一時的に保持するために前記奇数後段ラッチ部の出力段に連結され、前記奇数前段ラッチ部の入力段に前記第2奇数データを伝送する奇数バッファリングラッチ部を含む奇数データ出力部を具備し、前記第1偶数データ及び第1奇数データは所定の第1クロックに応答して出力され、前記第2偶数データは前記偶数バッファリングラッチ部を通じて前記偶数前段ラッチ部に入力された後で所定の第2クロックに応答して出力され、前記第2奇数データは前記奇数バッファリングラッチ部を通じて前記第2奇数前段ラッチ部に入力された後で前記第2クロックに応答して出力される。
【0025】
前記他の技術的課題を達成するための本発明は、2つ以上のクロックにわたって一連のデータを出力する同期式半導体装置のデータ出力方法に関する。本発明によるデータ出力方法は、(a)データセンスアンプから出力されるデータを前段部ラッチ及び後段部ラッチに並列に入力する段階と、(b)前記前段部ラッチに保持されているデータをマルチプレックスして出力する段階と、(c)前記後段部ラッチに保持されているデータを所定のバッファリングラッチ手段を通じて前記前段部ラッチに入力する段階と、(d)前記バッファリングラッチを通じて前記前段部ラッチに入力されたデータをマルチプレックスして出力する段階とを具備する。
【0026】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の概念を簡単に説明する。
【0027】
本発明は、出力ノードでの周波数限界を解消するために、出力されるデータのうち2クロックサイクルよりなる出力クロックの第1クロックから出力されるデータだけを先にマルチプレックスし、出力されるデータのうち出力クロックの第2クロックから出力されるデータについては後でマルチプレックスする方法を使用する。出力クロックとは、一回の読出し命令に応答して一連のデータが出力される間のクロックをいう。
【0028】
具体的には、第1クロックと関連して出力されるデータはマルチプレックスノードに連結される前段部ラッチに入力される。そして、第2クロックと関連して出力されるデータは後段部ラッチに入力された後、バッファリングラッチ手段を通じて前段部ラッチにシフトされた後、マルチプレックスされる。したがって、マルチプレックスノードに連結されるラッチ数が減って接合負荷が減少する。
【0029】
本発明とその動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照せねばならない。
【0030】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【0031】
図3A及び図3Bは、本発明の一実施形態によるDDR同期式半導体装置のデータ出力回路を示す図面である。図3A及び図3Bに示されたデータ出力回路は、CAS待ち時間7(CL7)、tCCD=2tCK、4ビットプリフェッチ方式を支援するためのウェーブパイプライン方式のデータ出力回路である。
【0032】
図3A及び図3Bを参照すれば、本発明の一実施形態によるデータ出力回路は奇数データ出力部300及び偶数データ出力部400を具備する。
【0033】
奇数データ出力部300は、第1奇数データSDIOF1を保持する奇数前段ラッチ部310、第2奇数データSDIOF2を保持する奇数後段ラッチ部320、第2奇数データSDIOF2を一時的に保持する奇数バッファリングラッチ部330を含む。偶数データ出力部400は、第1偶数データSDIOS1を保持する偶数前段ラッチ部410、第2偶数データSDIOS2を保持する偶数後段ラッチ部420、第2偶数データSDIOS2を一時的に保持する偶数バッファリングラッチ手段部430を含む。
【0034】
偶数データとは、クロックの偶数フェーズに応答して出力されるデータをいい、奇数データとは、奇数フェーズに応答して出力されるデータをいう。クロックの偶数フェーズ及び奇数フェーズはクロックの1サイクルを2つの部分に区分したものであり、本明細書では奇数フェーズはクロックの第1エッジを意味し、偶数フェーズはクロックの第2エッジを意味する。そして、第1エッジは立上りエッジを、第2エッジは立下りエッジを意味する。
【0035】
本実施形態の半導体装置は4ビットプリフェッチ方式を採用するので、出力されるデータが2クロックサイクル(2tCK)にわたって出力される。説明の便宜上、2クロックサイクルよりなる出力クロックの第1クロックから出力されるデータを第1データといい、出力クロックの第2クロックから出力されるデータを第2データという。
【0036】
したがって、第1奇数データSDIOF1は第1クロックの奇数フェーズに応答して出力され、第1偶数データSDIOS1は第1クロックの偶数フェーズに応答して出力され、第2奇数データSDIOF2は第2クロックの奇数フェーズに応答して出力され、第2偶数データSDIOS2は第2クロックの偶数フェーズに応答して出力されるデータである。
【0037】
本発明で、第2奇数データSDIOF2は奇数バッファリングラッチ部330を通じて奇数前段ラッチ部310に入力された後で出力され、第2偶数データSDIOS2は偶数バッファリングラッチ部430を通じて偶数前段ラッチ部410に入力された後で出力される。
【0038】
図3Aを参照して奇数データ出力部300の構成を詳細に説明する。奇数前段ラッチ部310及び奇数後段ラッチ部320は各々多数のラッチ素子を含むが、ラッチ素子の数は前述したように、最大待ち時間の数及びtCCDにより決定される。本実施形態では、最大待ち時間の数を7、tCCDを2と仮定したので、奇数前段ラッチ部310及び奇数後段ラッチ部320に含まれるラッチ素子の数は各々4である。説明の便宜上、奇数前段ラッチ部310に含まれる4つのラッチ素子を第1ないし第4前段ラッチ素子311〜314といい、奇数後段ラッチ部320に含まれる4つのラッチ素子を第1ないし第4後段ラッチ素子321〜324という。
【0039】
そして、前段ラッチ素子311〜314と後段ラッチ素子321〜324との間には各々バッファリングラッチ手段が備わる。すなわち、第1前段ラッチ素子311及び第1後段ラッチ素子321の間には第1バッファリングラッチ部331、第2前段ラッチ素子312及び第2後段ラッチ素子322の間には第2バッファリングラッチ部332、第3前段ラッチ素子313及び第3後段ラッチ素子323の間には第3バッファリングラッチ部333、そして、第4前段ラッチ素子314及び第4後段ラッチ素子314の間には第4バッファリングラッチ部334が配置される。
【0040】
図3Bに示された偶数データ出力部400の動作は奇数データ出力部300の動作と似ている。したがって、反復を避けるために、偶数データ出力部400の動作に関する説明は省略される。本発明の一実施形態によるデータ出力回路の奇数データ出力部300及び偶数データ出力部400は、各ラッチ素子と各バッファリングラッチ部へのデータ入/出力を制御するための多数のスイッチを含む。スイッチは図面で英文字Sに一連番号を付けて識別する。
【0041】
第1奇数データSDIOF1は、第1ないし第4奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)に応答して第1ないし第4前段ラッチ素子311〜314のうちいずれか一つに入力される。第2奇数データSDIOF2は、第1ないし第4奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)に応答して第1ないし第4後段ラッチ素子321〜324のうちいずれか一つに入力される。第1ないし第4奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)は、第1奇数データSDIOF1が載せられるラインと第1ないし第4前段ラッチ素子311〜314とを連結するスイッチS11〜S14及び、第2奇数データSDIOF2が載せられるラインと第1ないし第4後段ラッチ素子321〜324とを連結するスイッチS15〜S18を制御することによって、第1及び第2奇数データSDIOF1、SDIOF2が入力されるラッチ素子を決定する。
【0042】
ラッチ素子311〜314、321〜324に入力されたデータを奇数マルチプレックスノードDOFに出力することを制御する信号は第1ないし第8奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)である。
【0043】
ラッチ素子311〜314、321〜324とバッファリングラッチ部331〜334の出力を制御するスイッチS19〜S30に直接入力される制御信号は、第1ないし第8奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)を2つずつ(CDQF1&CDQF2、CDQF3&CDQF4、CDQF5&CDQF6、CDQF7&CDQF8)論理和して遅延させた信号である第1ないし第4奇数遅延信号CDQFD12、CDQFD34、CDQFD56、CDQFD78である。出力制御信号の遅延のために遅延素子341〜344、441〜444が使われる。遅延素子341〜344、441〜444により出力制御信号の活性化時点が所定時間遅延される。
【0044】
奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)は奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)の活性化に応答して非活性化される。奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)及び偶数入力制御信号DLSj(j=1〜4)を生じる回路は図5に示されている。
【0045】
奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)の活性化後に奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)が非活性化されるまで所定の遅延があるために、ラッチ素子311〜314、321〜324へのデータの入力及び出力が同時に進んでエラーが発生する恐れがある。このようなエラー発生可能性を防止するためにラッチ素子311〜314、321〜324からのデータの出力を直接制御する奇数遅延信号CDQFD12、CDQFD34、CDQFD56、CDQFD78は奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)の活性化時点より所定時間遅延されて活性化されることが望ましい。
【0046】
一構成例において、遅延素子341〜344、441〜444の各遅延時間は、奇数出力制御信号CDQFj(j=1〜8)の活性化後に奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)が非活性化されるまで遅延時間より若干長く設定されることが望ましい。
【0047】
第1奇数遅延信号CDQFD12がハイレベルになれば、第1前段ラッチ素子311と奇数マルチプレックスノードDOFとの間のスイッチS51がターンオンされて第1前段ラッチ素子311のデータが奇数マルチプレックスノードDOFに出力される。この時、第1後段ラッチ素子321と第1バッファリングラッチ部331との間のスイッチS31もターンオンされるので、第1後段ラッチ素子321のデータは第1バッファリングラッチ手段331に入力される。すなわち、第1奇数遅延信号CDQFD12の第1エッジ(立上りエッジ)に応答して第1奇数データSDIOF1が奇数マルチプレックスノードDOFに出力され、第2奇数データSDIOF2は第1バッファリングラッチ手段331に入力される。
【0048】
第1奇数遅延信号CDQFD12がハイレベルからローレベルになれば、第1バッファリングラッチ部331と第1前段ラッチ素子311との間のスイッチS41がターンオンされて第1バッファリングラッチ部331のデータが第1前段ラッチ素子311に入力される。すなわち、第1奇数遅延信号CDQFD12の第2エッジ(立下りエッジ)に応答して、第2奇数データSDIOF2が第1前段ラッチ素子311に入力される。この状態で、第1奇数遅延信号CDQFD12が再びハイレベルになれば、第1前段ラッチ素子311と奇数マルチプレックスノードDOFとの間のスイッチS51が再びターンオンされて第1バッファリングラッチ手段331を経由して第1前段ラッチ素子311に入力されたデータが奇数マルチプレックスノードDOFに出力される。すなわち、第1奇数遅延信号CDQFD12の第2立上りエッジに応答して第2奇数データSDIOF2が奇数マルチプレックスノードDOFに出力される。
【0049】
前記のような方式で、第2ないし第4後段ラッチ素子322〜324に入力されていたデータは、各々第2ないし第4バッファリングラッチ手段332〜334を経由して第2ないし第4前段ラッチ素子312〜314に入力された後、奇数マルチプレックスノードDOFに出力される。
【0050】
前記のように、ラッチ素子を奇数前段ラッチ部310と奇数後段ラッチ部320とに区分し、前記奇数前段ラッチ部310と奇数後段ラッチ部320との間にバッファリングラッチ部330をおくことによって、奇数データSDIOF1、SDIOF2が出力される奇数マルチプレックスノードDOFの接合数が4つに減って従来の技術の接合数=8より減少する。したがって、奇数マルチプレックスノードDOFの負荷が減少してラッチ素子から奇数マルチプレックスノードDOFに出力されるデータがより速く奇数マルチプレックスノードDOFに現れることができる。すなわち、奇数マルチプレックスノードDOFでのデータの遷移がより速くなって、tAAも向上させることができる。
【0051】
第1偶数データSDIOS1は、第1ないし第4偶数入力制御信号DLSj(j=1〜4)に応答して第5ないし第8前段ラッチ素子411〜414のうちいずれか一つに入力される。第2偶数データSDIOS2は、第1ないし第4偶数入力制御信号DLSj(j=1〜4)に応答して第5ないし第8後段ラッチ素子421〜424のうちいずれか一つに入力される。
【0052】
ラッチ素子411〜414、421〜424に入力されたデータを偶数マルチプレックスノードDOSに出力することを制御する信号は第1ないし第8偶数出力制御信号CDQSj(j=1〜8)である。奇数データ出力部300の動作と偶数データ出力部400の動作と似ているので、偶数データ出力部400の動作に関する詳細な記述は省略される。
【0053】
奇数マルチプレックスノードDOFに出力された奇数データは奇数出力クロックCLKDQFにより出力データDOUTとして出力され、偶数マルチプレックスノードDOSに出力された偶数データは偶数出力クロックCLKDQSにより出力データDOUTとして出力される。
【0054】
図4は、図3A及び図3Bに示されたデータ出力回路の入/出力タイミング図を示す図面である。図3A、図3B及び図4を共に参照して、本発明の一実施形態によるデータ出力回路の動作を記述すれば、次の通りである。
【0055】
クロックCLKの2サイクル時間で1つの読出し命令語READが入力される。読出し命令語READが入力される度に第1ないし第4入力制御信号DL1〜DL4が順次にハイレベルに活性化される。すなわち、第1読出し命令語READが入力クロックCLKの立上りエッジに応答して第1入力制御信号DL1がハイレベルに活性化され、第2読出し命令語READが入力クロックCLKの立上りエッジに応答して第2入力制御信号DLがハイレベルに活性化され、第1入力制御信号DL1はローレベルに非活性化される。このように、読出し命令語READが発生する度に第1ないし第4入力制御信号DL1〜DL4が順次にハイレベルに活性化される。
【0056】
第1ないし第4入力制御信号DL1〜DL4は、第1ないし第4奇数入力制御信号DLF1〜DLF4及び第1ないし第4偶数入力制御信号DLS1〜DLS4を発生するための信号である。第1ないし第4奇数入力制御信号DLF1〜DLF4及び第1ないし第4偶数入力制御信号DLS1〜DLS4を発生するための入力制御信号発生部の一構成例が図5に示される。
【0057】
第1入力制御信号DL1の活性化に応答して第1奇数入力制御信号DLF1及び第1偶数入力制御信号DLS1がハイレベルに活性化されれば、データセンスアンプによりディベロップされた第1及び第2奇数データSDIOF1、SDIOF2が並列に第1前段及び第1後段ラッチ素子311、321に各々入力される。説明の便宜上、奇数データ出力部300の第1前段ラッチ素子311のデータを第1臨時データDATAF、偶数データ出力部400の第1前段ラッチ素子411のデータを第2臨時データDATASという。
【0058】
ラッチ素子にデータが入力された後、データを出力するための奇数出力制御信号CDQF1〜CDQF8及び偶数出力制御信号CDQS1〜CDQS8が入力制御信号DL1〜DL4の活性化方式と類似した方式で順次に活性化される。
【0059】
第1奇数出力制御信号CDQF1の活性化に応答して第1奇数入力制御信号DLF1は非活性化される。これは、ラッチ素子へのデータ入/出力が同時に起きることを防止するためである。第1奇数出力制御信号CDQF1が活性化されれば、第1奇数遅延信号CDQFD12が所定の遅延時間後に活性化される。
【0060】
第1奇数遅延信号CDQFD12の活性化に応答して、奇数データ出力部300の第1前段ラッチ素子311に入力されていたデータDATAFが奇数マルチプレックスノードDOFに出力されると同時に、第1後段ラッチ素子321にあったデータは第1バッファリングラッチ部331に入力される。第1奇数出力制御信号CDQF1が半クロック後に非活性化されれば、第1奇数遅延信号CDQFD12も非活性化され、第1奇数遅延信号CDQFD12の非活性化に応答して第1バッファリングラッチ手段331にあったデータが第1前段ラッチ素子311に移動する。したがって、第2奇数出力制御信号CDQF2の活性化によって第1奇数遅延信号CDQFD12が再び活性化される時には、第1バッファリングラッチ手段331を経由して第1前段ラッチ素子311に入力されたデータが奇数マルチプレックスノードDOFに出力される。
【0061】
偶数入力制御信号DLS1及び偶数遅延信号CDQSD12の動作は、奇数入力制御信号DLF1及び奇数遅延信号CDQFD12の動作と似ている。
【0062】
奇数マルチプレックスノードDOFに出力されたデータは奇数クロック信号CLKDQFの立上りエッジに応答して出力データDOUTとして出力され、偶数マルチプレックスノードDOSに出力されたデータは偶数クロック信号CLKDQSの立上りエッジに応答して出力データDOUTとして出力される。このために、奇数データ出力部300は奇数マルチプレックスノードDOFのデータを出力データDOUTノードに出力するためのスイッチをさらに具備し、偶数データ出力部400は偶数マルチプレックスノードDOSのデータを出力データDOUTノードに出力するためのスイッチをさらに具備することが望ましい。
【0063】
奇数クロック信号CLKDQFは、クロックCLKの立上りエッジよりやや速い立上りエッジ及びクロックCLKと同じ周期を有する信号である。偶数クロック信号CLKDQSはクロックCLKの立下りエッジよりやや速い立上りエッジ及びクロックCLKと同じ周期を有する信号である。奇数クロック信号CLKDQF及び偶数クロック信号CLKDQSは、一般的に半導体装置の遅延同期回路で発生するクロック信号であって、出力データDOUTの発生時点から出力ピンまでの経路上に発生する遅延を考慮してクロックCLKに比べて位相がやや速い。
【0064】
したがって、奇数マルチプレックスノードDOFのデータはクロックCLKの立上りエッジに応答して出力され、偶数マルチプレックスノードDOSのデータはクロックCLKの立下りエッジに応答して出力される。
【0065】
図3A及び図3Bに示されたように、本発明によって出力ノードである奇数及び偶数マルチプレックスノードDOF、DOSの接合数が各々4つに減って従来の技術の接合数=8より減少する。したがって、各マルチプレックスノードDOF、DOSの負荷が減少してラッチ素子からマルチプレックスノードDOF、DOSに出力されるデータがより速く該当ノードに現れる。すなわち、ラッチ素子から各マルチプレックスノードDOF、DOSに有効なデータが現れるまでの時間が短くなる。したがって、各マルチプレックスノードDOF、DOSで帯域幅が増大し、かつ全体的なデータアクセス時間(すなわち、tAA)も向上する。
【0066】
図5は、奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)及び偶数入力制御信号DLSj(j=1〜4)を発生する回路(以下、入力制御信号発生部という)500の一構成例である。図5を参照すれば、入力制御信号発生部500は各々奇数入力制御信号DLFj(j=1〜4)、偶数入力制御信号DLSj(j=1〜4)を発生するための同じ構成を有する8つの回路部510、520、530、540、550、560、570、580で構成される。8つの回路部510、520、530、540、550、560、570、580は入力される信号と出力される信号とで差があるだけで、その構成及び作用は同一なので一つの回路部510を中心に構成及び動作を説明する。
【0067】
第1奇数入力制御信号DLF1を発生するための回路部510は、自動パルス発生器511、NORゲートNOR1、NOR2を含む。自動パルス発生器511〜518は入力される信号の立上りエッジに応答して短いパルスを発生する回路である。
【0068】
第1入力制御信号DL1がハイレベルに活性化されれば、自動パルス発生器511が短いパルスが発生する。これにより、NORゲートNOR1の出力がローレベルになる。第1奇数出力制御信号CDQF1の初期状態がローレベルであると仮定すれば、NORゲートNOR2の入力が両方ともローレベルになり、第1奇数入力制御信号DLF1がハイレベルに活性化される。ところで、第1奇数出力制御信号CDQF1がハイレベルに活性化されれば、NORゲートNOR2により第1奇数入力制御信号DLF1がローレベルに非活性化される。第1奇数出力制御信号CDQF1の活性化に応答して第1奇数入力制御信号DLF1を非活性化する理由は、前述したように、ラッチ素子へのデータ入/出力が同時に起きることを防止するためである。
【0069】
本発明による同期式半導体装置のデータ出力回路に適用される本発明の一実施形態による半導体装置のデータ出力方法を記述すれば、次の通りである。まず、データセンスアンプから出力されるデータを前段部ラッチ部及び後段部ラッチ部に並列に入力する。次に、前段部ラッチ部に格納されているデータをマルチプレックスして出力する。そして、後段部ラッチ部に格納されているデータを所定のバッファリングラッチ部を通じて前段部ラッチ部に入力する。最後に、バッファリングラッチ部を通じて前段部ラッチ部に入力されたデータをマルチプレックスして出力する。
【0070】
本発明は図面に図示された一実施形態を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であればこれより多様な変形及び均等な他の形態の採用が可能であるという点を理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想に基づいて決まらねばならない。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば、同期式半導体装置の出力ノードにかかる負荷が減る効果がある。したがって、出力ノードでの周波数特性が改善されて、全体半導体装置の全体的な動作速度が向上し、例えばtAA等のアクセス時間が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術による半導体装置のデータ出力回路を示す図面である。
【図2】図1に示された従来の技術によるデータ出力回路の出力タイミング図である。
【図3A】本発明の一実施形態による同期式半導体装置のデータ出力回路を示す図面である。
【図3B】本発明の一実施形態による同期式半導体装置のデータ出力回路を示す図面である。
【図4】図3A及び図3Bに示されたデータ出力回路の入/出力タイミング図である。
【図5】図3A及び図3Bに示された偶数入力制御信号及び奇数入力制御信号を発生する回路の一構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
300 奇数データ出力部
311〜314 第1ないし第4前段ラッチ素子
321〜324 第1ないし第4後段ラッチ素子
331〜334 第1ないし第4バッファリングラッチ部
341〜344 遅延素子
400 偶数データ出力部
Claims (37)
- 一セットのデータビットを出力として提供する同期式半導体装置のデータ出力回路において、
第1制御信号に応答して前記データビットの第1ビットを受信する第1ステージラッチ部と、
前記第1制御信号に応答して前記データビットの第2ビットを受信する第2ステージラッチ部と、
前記第1ステージラッチ部と前記第2ステージラッチ部との間に配され、前記第2ステージラッチ部から前記第2ビットを受信し、第2制御信号に応答して前記第2ビットを前記第1ステージラッチ部に伝達するバッファリングラッチ部とを具備する同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1ステージラッチ部及び前記第2ステージラッチ部は、前記データビットの前記第1ビット及び前記第2ビットを同時に受信することを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。
- 前記同期式半導体装置は、
ウェーブパイプライン動作装置であることを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1制御信号は、
前記第2制御信号の活性化前に活性化された後、前記第2制御信号に応答して非活性化されることを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第2ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1ステージラッチ部は出力ノードに接続され、前記第1ステージラッチ部は前記データビットの前記第1ビットを前記出力ノードに伝達することを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。
- 前記データ出力回路は、
前記データビットの前記第1ビットを前記出力ノードにスイッチングするために前記第1ステージラッチ部と前記出力ノードとの間に複数のスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項7に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記複数のスイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項8に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記データ出力回路は、
前記バッファリングラッチ部から前記第1ステージラッチ部にデータを伝達するために前記バッファリングラッチ部と前記第1ステージラッチ部との間に複数の第1スイッチをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記複数の第1スイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項10に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記データ出力回路は、
前記第2ステージラッチ部から前記バッファリングラッチ部にデータを伝達するために前記第2ステージラッチ部と前記バッファリングラッチ部との間に複数の第2スイッチをさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記複数の第2スイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項12に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 一セットのデータビットを出力として提供する同期式半導体装置のデータ出力方法において、
第1制御信号に応答して前記データビットの第1ビットを第1ステージラッチ部で受信しラッチする段階と、
前記第1制御信号に応答して前記データビットの第2ビットを第2ステージラッチ部で受信しラッチする段階と、
前記第1ステージラッチ部と前記第2ステージラッチ部との間に配されたバッファリングラッチ部で、前記第2ステージラッチ部から前記第2ビットを受信し、第2制御信号に応答して前記第2ビットを前記第1ステージラッチ部に伝達する段階とを具備する同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第1ステージラッチ部及び前記第2ステージラッチ部は、前記データビットの前記第1ビット及び前記第2ビットを同時に受信することを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。
- 前記同期式半導体装置は、
ウェーブパイプライン動作装置であることを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第1制御信号は、
前記第2制御信号の活性化前に活性化された後、前記第2制御信号に応答して非活性化されることを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第1ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第2ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第1ステージラッチ部は出力ノードに接続され、前記第1ステージラッチ部は前記データビットの前記第1ビットを前記出力ノードに伝達することを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。
- 前記データビットの前記第1ビットを前記出力ノードにスイッチングするために、前記第1ステージラッチ部と前記出力ノードとの間に設けられた複数のスイッチを制御する段階をさらに具備することを特徴とする請求項20に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。
- 前記複数のスイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項21に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記バッファリングラッチ部から前記第1ステージラッチ部にデータを伝達するために、前記バッファリングラッチ部と前記第1ステージラッチ部との間に設けられた複数の第1スイッチを制御する段階をさらに具備することを特徴とする請求項14に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。
- 前記複数の第1スイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項23に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 前記第2ステージラッチ部から前記バッファリングラッチ部にデータを伝達するために、前記第2ステージラッチ部と前記バッファリングラッチ部との間に設けられた複数の第2スイッチを制御する段階をさらに具備することを特徴とする請求項23に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。
- 前記複数の第2スイッチは、
複数の第2制御信号により制御されることを特徴とする請求項25に記載の同期式半導体装置のデータ出力方法。 - 一セットのデータビットを出力として提供する同期式半導体装置のデータ出力回路において、
前記一セットのデータビットのうち第1サブセットビットを受信する第1データ出力部と、
前記一セットのデータビットのうち第2サブセットビットを受信する第2データ出力部とを具備し、
前記第1データ出力部は、
第1制御信号に応答して前記第1サブセットビットの第1ビットを受信する第1第1ステージラッチ部と、
前記第1制御信号に応答して前記第1サブセットビットの第2ビットを受信する第1第2ステージラッチ部と、
前記第1第1ステージラッチ部と前記第1第2ステージラッチ部との間に配され、前記第1第2ステージラッチ部から前記第1サブセットビットの前記第2ビットを受信し、第2制御信号に応答して前記第1サブセットビットの前記第2ビットを前記第1第1ステージラッチ部に伝達する第1バッファリングラッチ部とを含み、
前記第2データ出力部は、
第3制御信号に応答して前記第2サブセットビットの第1ビットを受信する第2第1ステージラッチ部と、
前記第3制御信号に応答して前記第2サブセットビットの第2ビットを受信する第2第2ステージラッチ部と、
前記第2第1ステージラッチ部と前記第2第2ステージラッチ部との間に配され、前記第2第2ステージラッチ部から前記第2サブセットビットの前記第2ビットを受信し、第4制御信号に応答して前記第2サブセットビットの前記第2ビットを前記第2第1ステージラッチ部に伝達する第2バッファリングラッチ部とを含むことを特徴とする同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1第1ステージラッチ部及び前記第1第2ステージラッチ部は前記第1サブセットビットの前記第1ビット及び前記第2ビットを同時に受信し、前記第2第1ステージラッチ部及び前記第2第2ステージラッチ部は前記第2サブセットビットの前記第1ビット及び前記第2ビットを同時に受信することを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。
- 前記同期式半導体装置は、
ウェーブパイプライン動作装置であることを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1制御信号は前記第2制御信号の活性化前に活性化された後、前記第2制御信号に応答して非活性化され、
前記第3制御信号は前記第4制御信号の活性化前に活性化された後、前記第4制御信号に応答して非活性化されることを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第2ステージラッチ部は、
複数の前記データビットを受信するための複数のラッチを含むことを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記第1ステージラッチ部は出力ノードに接続され、前記第1ステージラッチ部はデータビットを前記出力ノードに伝達することを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。
- 前記データ出力回路は、
前記データビットを前記出力ノードにスイッチングするために前記第1ステージラッチ部と前記出力ノードとの間に複数のスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項33に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記データ出力回路は、
前記バッファリングラッチ部から前記第1ステージラッチ部にデータを伝達するために前記バッファリングラッチ部と前記第1ステージラッチ部との間に複数の第1スイッチをさらに具備することを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記データ出力回路は、
前記第2ステージラッチ部から前記バッファリングラッチ部にデータを伝達するために前記第2ステージラッチ部と前記バッファリングラッチ部との間に複数の第2スイッチを提供する段階をさらに具備することを特徴とする請求項35に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。 - 前記データ出力回路は、
前記第2ステージラッチ部達から前記バッファリングラッチ部にデータを伝達するために前記第2ステージラッチ部と前記バッファリングラッチ部との間に複数のスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項27に記載の同期式半導体装置のデータ出力回路。
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