JP4004250B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はSRAM(static random access memory)等の半導体記憶装置に関し、特に、任意のアドレスに対してデータの読み出しおよび書き込みを、高速および低消費電力にて行なう半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
SRAM(Static Random Access Memory)は、メモリーセルを構成する素子数が多く、メモリーセルを構成する素子数の少ないDRAM(Dynamic Random Access Memory)より、価格において高くなる。しかしながら、SRAMは、DRAMが必要とするリフレッシュ動作が不要であって、高速動作および低消費電力での駆動が可能であるために、コンピュータ等に広く使用されている。
【0003】
図4は、従来の代表的なSRAMの構成を示す回路図である。図4に示すSRAMは、複数のセルを行方向および列方向に配置したメモリーセルアレイ900と、外部回路との信号の送受信を行なうアドレス入力部200、データ出力部700、データ入力部800等の周辺回路とを有している。
【0004】
メモリーセルアレイ900は、複数のワード線WL(P)(P=0,1,2,3…)と、各ワード線WL(P)とそれぞれ直交する一対のビット線対bit(P)およびbit(P)_barと、ワード線WL(P)とビット線対bit(P)およびbit(P)_barとの交点に配置されたメモリーセルとを有している。
【0005】
ここで、P=1(行番号1)の場合について、説明を行う。この場合、ビット線対bit(1)およびbit(1)_barは、ビット線対105aおよび105bとする。
【0006】
ワード線WL(1)とビット線対対105aおよび105bとの交点に配置されたメモリーセル100は、2個のインバータ回路から成るデータ保持回路と、2個のトランスファーゲートとによって構成されている。データ保持回路は、一方のインバータ回路の入力端子および出力端子がそれぞれ他方のインバータ回路の出力端子および入力端子に接続されている。各トランスファーゲートは、ゲート端子がワード線WL(1)に接続され、それぞれのドレイン端子が、ビット線対105aおよび105bに接続され、さらに、それぞれのソース端子が、インバータ回路の入力端子および出力端子に接続されている。
【0007】
アドレス入力部200、データ出力部700およびデータ入力部800は、外部回路との信号の送受信を行う回路であり、アドレス入力部200はアドレス信号の入力を行い、データ出力部700は読み出しデータの出力を行い、データ入力部800は書き込みデータの入力を行う。
【0008】
その他の周辺回路は、入力されたアドレス信号のデコードを行う行デコーダ210および列デコーダ220、列デコーダ220からの出力信号を受信して特定の1列を選択する列選択回路221、ビット線対105aおよび105bのイコライズ(同電位にする充電動作)およびビット線対105aおよび105bを特定電位にチャージするプリチャージ回路300、データ読み出し時にビット線対105aおよび105bの微小電位差を増幅するセンスアンプ500、データ書き込み時に入力されたデータをビット線対105aおよび105bに伝達する書き込みアンプ600、これらの周辺回路の入力信号および出力信号に対してタイミング制御を行う制御部410、外部回路からのクロック信号および各種イネーブル信号等の制御信号が入力される制御入力部400により構成されている。
【0009】
次に、図4に示すSRAMの動作について説明する。図5(a)および(b)は、図4に示すSRAMのデータ読み出し時およびデータ書き込み時の動作を表す各信号のタイミングチャートである。
【0010】
CLKは、SRAMに接続された外部回路(図示せず)から入力されるクロック信号である。SRAMに対するアドレス信号Ainの入力、書き込み時の書き込みデータ入力DinおよびSRAMからの出力データDoutの外部回路への出力は、全てCLKに同期して行われる。
【0011】
まず、図5(a)に示すデータ読み出し時の動作について説明する。CLKの立ち上がりエッジ(時刻Tr0)にて、ビット線対105aおよび105bは、プリチャージ回路300により、同電位になるようにイコライズされ、同時に特定電位(一般に電源電圧、または、電源電圧の1/2)にチャージされる。この時、センスアンプ500および書き込みアンプ600内のビット線対に対しても同様にプリチャージが行われる。図5(a)に示すTpcは、ビット線対105aおよび105b、センスアンプ500および書き込みアンプ600内のビット線対に対するプリチャージに要する時間であり、プリチャージ時間と呼ぶ。
【0012】
ビット線対105aおよび105b、センスアンプ500および書き込みアンプ600内のビット線対に対するプリチャージ完了後、CLKの立ち下がりエッジ(時刻Tr1)から、アドレス信号のデコードが行われる。まず、行デコーダ210により1本のワード線WL(1)が選択され、このワード線WL(1)に接続されているメモリーセル100内のトランスファーゲートが導通(ON状態)する。これにより、ビット線対105aおよび105bは、それぞれメモリーセル100内のデータ保持回路と接続され、プリチャージ後の同電位の状態から、ビット線対105aおよび105b間に微小な電位差が生じはじめる。行方向のデコードに続いて、列デコーダ220により列選択回路221を介して1組のビット線対105aおよび105bが選択され、センスアンプ500に接続される。センスアンプ500は、ビット線対105aおよび105b間に発生した微小な電位差を増幅し、データ出力部700に出力データを伝達する。
【0013】
図5(a)に示すTacは、アドレス信号のデコードが開始されてからSRAMの出力に出力データが現れるまでの時間であり、アクセス時間と呼ぶ。SRAMの読み出し速度は、プリチャージ時間Tpcおよびアクセス時間Tacの長い方によって決定される。
【0014】
これにより、外部回路からのクロック信号CLKの周期をTclkとすると、Tpc≧Tacの時にはTclk>2Tpc、Tpc≦Tacの時にはTclk>2Tacの関係が成立する。この結果、Tclkは、TpcおよびTacの長い方の2倍の周期までしか短くすることができない。このようなデータ読み出し時のCLKの最短周期をSRAMの読み出しサイクル時間と呼ぶ。
【0015】
次に、図5(b)に示すデータ書き込み時の動作について説明する。データ書き込み時の動作において、ビット線対105aおよび105b、センスアンプ500および書き込みアンプ600内のビット線対に対するプリチャージおよびアドレス信号のデコードの動作は、データ読み出し時の動作と同様であるが、データ書き込みの場合、CLKの立ち下がりエッジ(時刻Tw1)と同時に、データ入力部800から入力された入力データが、書き込みアンプ600を通過してビット線対105aおよび105bに入力される。これにより、選択されたワード線WL(1)とビット線対105aおよび105bに接続されているメモリーセル100のデータが書き換えられるとともに、書き込みアンプ600からビット線対105aおよび105bに入力された入力データがセンスアンプ500を通過してデータ出力部700に伝達される。データ書き込み時のプリチャージ時間Tpcは、データ読み出し時のプリチャージ時間Tpcと同じ値となる。一方、データ書き込み時のアクセス時間Tac’は、アドレス信号のデコードが開始されてからSRAMの出力にデータが現れるまでの時間(データ読み出し時のアクセス時間)よりも、アドレス信号のデコードが開始されてからメモリーセル100のデータ保持回路のデータが書き換えられるまでの時間の方が長いために、後者の方をアクセス時間とする。SRAMのデータ書き込み速度も、プリチャージ時間Tpcおよびアクセス時間Tac’の長い方によって決定される。
【0016】
これにより、外部回路からのクロック信号CLKの周期をTclkとすると、Tpc≧Tac’の時にはTclk>2Tpc、Tpc≦Tac’の時にはTclk>2Tac’の関係が成立する。この結果、Tclkは、TpcおよびTac’の長い方の2倍の周期までしか短くすることができない。このようなデータ書き込み時のCLKの最短周期をSRAMの書き込みサイクル時間と呼ぶ。
【0017】
図4に示す外部回路のクロック信号に同期して動作するSRAMでは、読み出しサイクル時間および書き込みサイクル時間の長い方がSRAMのサイクル時間(SRAMが正常に動作する最短の周期)となる。
【0018】
このように、図4に示す従来のSRAMでは、前述のサイクル時間よりも短い時間にてデータの読み出し動作またはデータの書き込み動作を完了することはできない。このような制約を排除して、SRAMをより高速に動作させる構成が特開平6−44783号公報に開示されている。
【0019】
この公報に開示されたSRAMの構成は、各メモリーセルにアクセスしてデータ読み出し動作またはデータ書き込み動作を行なうアクセス時間に、プリチャージ時間が含まれていないことに着目したものである。その構成によるSRAMの動作は、独立した2系統のワード線およびビット線対を設け、ワード線およびビット線対の各系統毎において、交互にデータ書き込み動作またはデータ読み出し動作を行なうように制御することにより、ワード線およびビット線対の各系統のビット線対が完全に分離された状態になり、一方の系統のビット線対をプリチャージしている間に、他方の系統のビット線対からデータ書き込み動作またはデータ読み出し動作を行なうものである。
【0020】
図6は、前述の公報に開示されたSRAMの構成を示す回路図である。
【0021】
図6に示すSRAMは、一対のインバータ回路を有するメモリセル3が複数設けられている。各メモリセル3では、一方のインバータ回路の入力端子および出力端子がそれぞれ他方のインバータ回路の出力端子および入力端子に接続されている。各メモリセル3は、トランスファーゲート31Aおよび32Aによってビット線対2A1および2A2に接続され、トランスファーゲート31Bおよび32Bによってビット線対2B1および2B2に接続されている。トランスファーゲート31Aおよび32Aのゲート端子は、ワード線1Aに接続され、トランスファーゲート31Bおよび32Bのゲート端子は、ワード線1Bに接続されている。ワード線1Aおよび1Bは、それぞれA行デコーダ4AおよびB行デコーダ4Bに接続されている。ビット線対2A1および2A2は、スイッチ列52Aを介してA列デコーダ51Aに接続されている。ビット線対2B1および2B2は、スイッチ列52Bを介してB列デコーダ51Bに接続されている。
【0022】
このように、各メモリーセル3が接続されていることによって、行デコーダ4Aおよび4Bと列デコーダ51Aおよび51Bとの各系統から各メモリーセル3が独立してアクセスすることが可能となっている。
【0023】
また、SRAMの周辺回路には、書き込み制御部6、出力部7、プリチャージ回路8、サイクル制御部10等が設けられている。サイクル制御部10は、アドレス信号に対応した各メモリーセル3へのアクセス信号がワード線1Aおよび1Bと、ビット線対2A1、2A2および2B1、2B2との各系統に順番に印加されるように、各系統の行デコーダ4Aおよび4Bと、列デコーダ5Aおよび5Bとを切換制御する。
【0024】
図7は、図6に示したワード線およびビット線対を2系統設けたSRAMの動作を示す各信号のタイミングチャートである。前述のようにSRAMにおいて、データ書き込み動作およびデータ読み出し動作と別にプリチャージを行う時間が必要であるが、プリチャージが行われていればデータ書き込み動作またはデータ読み出し動作自体は、プリチャージ時間に関係しない。そこで2系統設けたワード線およびビット線対の各系統を交互にデータ書き込み動作またはデータ読み出し動作を行なう。この時、各系統のビット線対は、完全に分離された状態であるために、一方のビット線対がプリチャージしている間に、他方のビット線対がデータ書き込み動作またはデータ読み出し動作を行なうことができる。これにより実質的にプリチャージ時間をなくことができ、その分だけ高速なアクセスが可能となる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平6−44783号公報に開示されているSRAMの構成では、2系統のビット線対が設けられているために、駆動されるビット線対の数が2倍になっており、ビット線対を駆動するために消費される単位時間当たりの電力が2倍になり、SRAM全体として消費電力が増加し、低消費電力が要求される用途には使用できないという問題がある。
【0026】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、高速動作を行うとともに、低消費電力にて駆動される半導体記憶装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、第1入出力接続部および第2入出力接続部と該第1入出力接続部および該第2入出力接続部にそれぞれ対応する一対の制御端子とをそれぞれ有する複数のメモリーセルがマトリクス状に配置されたメモリーセルアレイと、該メモリーセルアレイを駆動させる周辺回路とを有しており、行方向に沿った各メモリーセルがそれぞれワード線に接続されており行方向に配置されたメモリーセルと同数のビット線対設けられて、該ビット線対のそれぞれがビット線およびビットバー線によって構成されており、列方向に沿った各メモリーセルがそれぞれ行方向に沿って隣接する2組のビット線対に接続され半導体記憶装置であって、行方向に沿って隣接する2N番目および2N+1番目の各メモリーセルにおける2N番目のメモリーセルは、前記第1入出力接続部が行方向に沿って隣接する2N番目および2N+1番目の各ビット線対のそれぞれのビット線に接続されて、前記第2入出力接続部が2N番目および2N+1番目の各ビット線対のそれぞれのビットバー線に接続されており、2N+1番目のメモリーセルは、前記第1入出力接続部が2N+1番目および2N番目の各ビット線対のそれぞれのビット線に接続されて、前記第2入出力接続部が2N+1番目および2N番目の各ビット線対のビットバー線にそれぞれ接続されており、前記メモリーセルアレイを駆動させる前記周辺回路が、前記2N番目および2N+1番目の各メモリーセルにそれぞれ接続されている前記2N番目のビット線対および2N+1番目ビット線対のそれぞれを、外部回路から入力されるクロック信号に同期してそれぞれ交互にプリチャージする第1プリチャージ手段および第2プリチャージ手段と、外部回路から入力されるアドレス信号によって選択された各メモリーセルの有する前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部の内、プリチャージを終了した各ビット線対に接続されている該第1入出力接続部または該第2入出力接続部をON状態にし、他方の該第2入出力接続部または該第1入出力接続部をOFF状態にするように、前記制御端子に入力する制御信号を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【0028】
前記2N番目のメモリーセルの前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部に対応するそれぞれ一対の前記制御端子が、それぞれ第1および第2ワード線に接続され、前記2N+1番目のメモリーセルの前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部に対応するそれぞれ一対の前記制御端子が、それぞれ第3および第4ワード線に接続されている。
【0030】
前記周辺回路は、複数のセンスアンプ、複数の書き込みアンプ、複数の列選択回路、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを有しており、該センスアンプおよび該書き込みアンプに対応する前記ビット線対のプリチャージと同時に、該センスアンプおよび該書き込みアンプをプリチャージするように制御するプリチャージ制御手段と、外部回路から入力されるアドレス信号により選択される前記メモリーセルが接続される列選択回路を選択するように制御する列選択回路選択手段と、前記マルチプレクサおよび前記デマルチプレクサが、それぞれ読み出し動作および書き込み動作を行う信号線を選択するように制御する信号線選択手段と、を有している。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【0032】
図1は、本発明の実施形態である半導体記憶装置の構成を示す回路図である。図1に示す半導体記憶装置のSRAMは、図4に示すSRAMと同様に、複数のメモリーセルがマトリクス状に設けられたメモリーセルアレイ900と、外部回路との信号の送受信を行なうアドレス入力部200、データ出力部700、データ入力部800等の周辺回路とを有している。
【0033】
メモリーセルアレイ900は、メモリーセルが2J列×I行(J、Iは正の整数)個配置されている。各メモリーセルは、2本のワード線および一対のビット線に接続されている。
【0034】
図1では、行方向に2J個配置されているメモリーセルにおいて、隣接する2N番目(Nは正の整数)のメモリセル100および2N+1番目のメモリーセル110がそれぞれ示されており、2N番目のメモリーセル100には、2N番目のビット線対105aおよび105bが接続され、2N+1番目のメモリーセル110には、2N+1番目のビット線対115aおよび115bが接続されている。また、メモリーセル100には、ワード線WL(0)0AおよびWL(0)0Bが接続され、メモリーセル110には、ワード線WL(0)1AおよびWL(0)1Bが接続されている。これにより、メモリーセルアレイ900全体では、4×I本のワード線(WL(0)0A〜WL(I)0A、WL(0)0B〜WL(I)0B、WL(0)1A〜WL(I)1A、WL(0)1B〜WL(I)1B)が設けられており、これらのワード線は、全て行デコーダ210に接続されている。
【0035】
メモリーセル100は、2個のインバータ回路101および102から成るデータ保持回路と、データ保持回路と2N番目のビット線対105aおよび105bとを接続するトランスファーゲート103aおよび103bと、データ保持回路と2N+1番目のビット線対115aおよび115bとを接続するトランスファーゲート104aおよび104bとによって構成されている。データ保持回路は、インバータ回路101の入力端子および出力端子がそれぞれインバータ回路102の出力端子および入力端子に接続されている。
【0036】
トランスファーゲート103aおよび103bは、それぞれのゲート端子がワード線WL(0)0Aに接続され、それぞれのドレイン端子が、2N番目のビット線対105aおよび105bに接続され、それぞれのソース端子が、インバータ回路101および102の入力端子および出力端子に、それぞれ接続されている。トランスファーゲート104aおよび104bは、それぞれのゲート端子がワード線WL(0)0Bに接続され、それぞれのドレイン端子が、メモリーセル100に隣接するメモリーセル110に接続されている2N+1番目のビット線対115aおよび115bに接続され、それぞれのソース端子が、インバータ回路101および102の入力端子および出力端子に、それぞれ接続されている。
【0037】
メモリーセル110は、2個のインバータ回路111および112から成るデータ保持回路と、データ保持回路と2N+1番目のビット線対115aおよび115bとを接続するトランスファーゲート113aおよび113bと、データ保持回路と2N番目のビット線対105aおよび105bとを接続するトランスファーゲート114aおよび114bとによって構成されている。データ保持回路は、インバータ回路111の入力端子および出力端子がそれぞれインバータ回路112の出力端子および入力端子に接続されている。
【0038】
トランスファーゲート113aおよび113bは、それぞれのゲート端子がワード線WL(0)1Bに接続され、それぞれのドレイン端子が、2N+1番目のビット線対115aおよび115b接続され、それぞれのソース端子が、インバータ回路111および112の入力端子および出力端子に、それぞれ接続されている。トランスファーゲート114aおよび114bは、それぞれのゲート端子がワード線WL(0)1Aに接続され、それぞれのドレイン端子が、メモリーセル110に隣接するメモリーセル100に接続されている2N番目のビット線対105aおよび105bに接続され、それぞれのソース端子が、インバータ回路111および112の入力端子および出力端子に、それぞれ接続されている。
【0039】
2N番目のビット線対105aおよび105bは、プリチャージ回路A301および列選択回路A222に接続され、列選択回路A222を介してセンスアンプA501および書き込みアンプA601に接続されている。同様に、2N+1番目のビット線対115aおよび115bは、プリチャージ回路B310および列選択回路B223に接続され、列選択回路B223を介してセンスアンプB510および書き込みアンプB610に接続されている。
【0040】
外部回路との信号の送受信を行なう回路としては、読み出しデータの出力を行うデータ出力部700、書き込みデータの入力を行うデータ入力部800、アドレス信号の入力を行うアドレス入力部200、外部回路からのクロック信号および各種イネーブル信号などの制御信号の入力を行う制御信号入力部400等が設けられている。
【0041】
その他の周辺回路としては、アドレス入力部200に入力されたアドレス信号によりワード線の選択を行う行デコーダ210と、アドレス信号から列選択回路A222および列選択回路B223の切り替え信号を生成する列デコーダ220と、センスアンプA501からの入力信号とセンスアンプB510からの入力信号を切り替えてデータ出力部700に出力するマルチプレクサ710と、データ入力部800からの書き込みデータが入力され、この書き込みデータを書き込みアンプA601または書き込みアンプB610に切り替えて出力するデマルチプレクサ810と、これらの周辺回路の動作タイミングを制御する制御部410を有している。
【0042】
図2は、図1に示す半導体記憶装置であるSRAMのデータ読み出し時およびデータ書き込み時の動作を表すタイミングチャートである。図2において、A系統は、行方向に2N番目のビット線対105a、105bの動作に関わる周辺回路であり、B系統は、2N+1番目のビット線対115a、115bの動作に関わる周辺回路である。本発明のSRAMは、外部回路から入力されるクロック信号CLKに同期して動作し、A系統の周辺回路とB系統の周辺回路とが交互にプリチャージ動作と読み出し動作および書き込み動作とを行う。
【0043】
図3は、図1に示す半導体記憶装置であるSRAMに対して図3の上段に示す操作を行った場合のSRAMの具体的な動作を表すタイミングチャートである。
【0044】
本発明のSRAMの一例として、8列×128行のメモリーセルアレイ900を有し、アドレス信号Ainは10ビット幅であり、アドレス信号Ainの内Ain[9:3]が行アドレス、Ain[2:0]が列アドレスとして、それぞれ行デコーダ210および列デコーダ220に入力されデコードされると想定する。このようなSRAMの動作例として、図3に示す動作波形を参照して次の5サイクルの動作を考える。
【0045】
サイクル1:アドレス”16”(Ain[9:0]=’0000010000’)にデータD1書き込み(A系統)
サイクル2:アドレス”16”(Ain[9:0]=’0000010000’)から読み出し(B系統)
サイクル3:アドレス”16”(Ain[9:0]=’0000010000’)から読み出し(A系統)
サイクル4:アドレス”5”(Ain[9:0]=’0000000101’)から読み出し(読み出しデータD2)(B系統)
サイクル5:アドレス”9”(Ain[9:0]=’0000001001’)にデータD3書き込み(A系統)
以下、本実施形態のSRAMの動作について説明する。
【0046】
まず、プリチャージ動作は、時刻t0にて、制御部410からプリチャージ回路A301に信号線C10(図1参照)を介してプリチャージの開始を促すパルス信号(図示せず)が出力され、A系統のプリチャージが開始される(以下、時刻t2、t4、t6でも同様)。この時、A系統に属するセンスアンプA501および書き込みアンプA601内のビット線対についてもプリチャージが行われる。また、時刻t1にて、制御部410からプリチャージ回路B310に信号線C9(図1参照)を介してプリチャージの開始を促すパルス信号(図示せず)が出力され、B系統のプリチャージが開始される(以下、時刻t3、t5でも同様)。この時、A系統の場合と同様に、B系統に属するセンスアンプB510および書き込みアンプB610内のビット線対についてもプリチャージが行われる。プリチャージに要する時間Tpcは、外部回路からのクロック信号CLKの周期より短く、CLKの次サイクルまでにプリチャージ動作が完了するようにCLKの周期が設定されている。
【0047】
次に、n+1ビット幅のアドレス信号Ain[n:0](ここではn=9)のデコードに注目する.アドレス信号Ain[k:0](ここではk=2)が列方向のデータであるとすると、次の手順でデコードが実施される。
【0048】
▲1▼時刻t1にて制御部410からアドレス入力部200に信号線C11(図1参照)を介してイネーブル信号が出力され、アドレス入力部200からアドレス信号が出力され行デコーダ210および列デコーダ220に入力される。
【0049】
▲2▼まず行方向ではAin[n:k+1]のデコードにより、選択されるメモリーセルの行番号が決定される。ここでは、アドレス信号の値が”16”であり、Ain[9:3]=’0000010’から2行目のメモリーセルが選択され、その行番号に対応する4本のワード線WL(2)0A、WL(2)0B、WL(2)1A、WL(2)1Bが各メモリーセル内の4個のトランスファーゲートに対するイネーブル信号を出力する候補になる。
【0050】
▲3▼Ain[0]が0である場合(選択されるメモリーセルが2N列のメモリーセル)、上記の▲1▼、▲2▼の動作にてイネーブル信号を出力する候補となった4本のワード線の内、2N列のメモリーセルの有するトランスファーゲートのON/OFF動作を行うワード線WL(a)0A、WL(a)0B(aは選択されたメモリーセルの行番号に対応する数)がイネーブル信号をトランスファーゲートに出力する候補となり、Ain[0]が1である場台(選択されるメモリーセルが2N+1列のメモリーセル)、上記の▲1▼、▲2▼の動作でイネーブル信号を出力する候補となった4本のワード線の内、2N+1列のメモリーセルの有するトランスファーゲートのON/OFF動作を行うワード線WL(a)1A、WL(a)1Bがイネーブル信号をトランスファーゲートに出力する候補となる。ここで、サイクル1(t0〜t1)では、Ain[9:3]=’0000010’、および、Ain[0]=’0’であるから、WL(2)0A、WL(2)0Bが候補として残る。
【0051】
▲4▼アドレス信号のデコードが開始される時刻において、プリチャージを終了している系統がA系統である場合には、イネーブル信号を出力する候補として残っている2本のワード線の内、A系統のビット線対に接続されているトランスファーゲートのON/OFF動作を行うワード線が最終的にイネーブル信号を出力するワード線として決定される。また、プリチャージを終了している系統がB系統である場合には、イネーブル信号を出力する候補として残っている2本のワード線の内、B系統のビット線対に接続されているトランスファ一ゲートのON/OFF動作を行うワード線が最終的にイネーブル信号を出力するワード線として決定される。これにより、時刻t1では、A系統がプリチャージを終了しているので、イネーブル信号をトランスファ一ゲートに出力する候補として残っている2本のワード線WL(2)0A、WL(2)0BのうちA系統に属するWL(2)0Aが選択されて、WL(2)0Aにイネーブル信号が出力される。
【0052】
▲5▼次に、列方向ではアドレス信号Ain[k:1]のデコード(Ain[0]は’0’または’1’としてデコード済)により、2N番目のビット線対および2N+1番目のビット線対からそれぞれ1対が選択の対象となる。ここでは、k=2、Ain[2:1]=’00’であるのでN=0として、0列目のビット線対と1列目のビット線対が選択の対象となる。
【0053】
▲6▼時刻t1でプリチャージを終了している系統がA系統であるから、制御部410より列選択回路A222にイネーブル信号が出力され、上記▲5▼にて選択対象とされた2対のビット線対の内A系統に属する0列目のビット線対が選択される。
【0054】
読み出し動作および書き込み動作は、次のようになる。時刻t1では、外部回路から入力されるイネーブル信号は、WE=’0’であるから書き込み動作が選択され、制御部410から、時刻t1にてプリチャージを終了しているA系統の書き込みアンプA601およびセンスアンプA501に、イネーブル信号がそれぞれ信号線C3およびC4を介して出力されるとともに、デマルチプレクサ810およびマルチプレクサ710をA系統に切り替える選択信号がそれぞれ信号線C6およびC7を介して出力される。ここで、書き込みに要するアクセス時間Tac’は、時刻t1にてアドレス信号のデコードが開始されてから、メモリーセル内のデータ保持回路の書き換えが完了するまでの時間である。Tac’は、外部回路からのクロック信号CLKの周期より短く、CLKの周期は、CLKの次のサイクルまでには書き込み動作が完了するように設定されている。
【0055】
続く時刻t2においても、アドレス信号によるデコード動作は上記と同様である.ただし、時刻t2にてプリチャージを終了している系統は、B系統であるために、行方向では、ワード線としてWL(2)0Bが選択され、列方向では、制御部410から列選択回路B223に対してイネーブル信号が出力され、1列目のビット線対が選択される。時刻t2では、外部回路から入力されるイネーブル信号は、WE=’1’であるから読み出し動作が選択され、時刻t2にてプリチャージを終了しているB系統のセンスアンプB510に、制御部410からイネーブル信号が信号線C2を介して出力されると同時に、デマルチプレクサ810およびマルチプレクサ710をB系統に切り替えるように選択信号が制御部410から信量線C6およびC7を介して出力される。ここで、読み出しに要するアクセス時間Tacは、時刻t2にてアドレス信号のデコードが開始されてから、データ出力部700のDoutに出力信号が出力されるまでの時間である。Tacは、外部回路からのクロック信号CLKの周期より短く、CLKの周期は、CLKの次サイクルまでには読み出し動作が完了するように設定されている。時刻t2以後の時刻(t3、t4等)でも上記と同様の動作が繰り返される。
【0056】
SRAMでは、メモリー容量(メモリーセルの数)とメモリーセル内のデータ保持回路の各トランジスタの駆動能力が同程度であれば、異なるSRAMにおいてもプリチャージ時間Tpc、データ読み出し時間Tacおよびデータ書き込み時間Tac’は、ほぼ同じ値となる。
【0057】
これにより、本発明のSRAMでは、図3に示すように、1データの読み出し動作または書き込み動作が、最初のサイクルを除きプリチャージ動作とデータ読み出し動作またはデータ書き込み動作とを同じサイクル内にて行っているために、1データの読み出し動作または書き込み動作のアクセス時間が、1サイクルであれば良い。この結果、本発明のSRAMおよび前述の公報に開示された従来のSRAMにおいて、プリチャージ時間Tpc、データ読み出し時間Tacおよびデータ書き込み時間Tac’は、ほぼ同じ値であるから、本発明のSRAMでは、前述の公報に開示された従来のSRAMに対して、ほぼ同じ高速動作にてデータ読み出し動作またはデータ書き込み動作が可能となる。
【0058】
また、前述の公報に開示された従来のSRAMは、2系統の独立したビット線対を有しており、駆動されるビット線対の数が2倍になるために負荷として大きくなり、単位時間当たりの消費電力が増大する。これに対して、本発明のSRAMは、2系統の独立したビット線対を有しているが、SRAMの駆動時において、2系統のビット線対の内、一方の1系統のビット線対が行方向に隣接する選択されていないメモリーセルのビット線対と共用するように接続されているために、他方の1系統のビット線対のみが、実際に駆動される。この結果、本発明のSRAMは、駆動時の負荷が従来のSRAMの1/2となり、単位時間当たりの消費電力も、従来のSRAMの1/2に低減できる。
【0059】
したがって、本発明のSRAMは、高速動作を行うとともに、低消費電力での動作も可能となる。
【0060】
【発明の効果】
本発明の半導体記憶装置は、メモリーセルが接続されているビット線対に第1入出力接続部が接続され、このメモリーセルに対して行方向に隣接するメモリーセルに接続されているビット線対に第2入出力接続部が接続されており、このように、行方向の隣接する各メモリーセルにおいて、ビット線対が共用されるように接続されているために、高速動作を行うとともに、低消費電力にて駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示す半導体記憶装置であるSRAMの動作を表すタイミングチャートである。
【図3】図1に示す半導体記憶装置であるSRAMの具体的な動作を表すタイミングチャートである。
【図4】従来のSRAMの構成示す回路図である.
【図5】(a)従来のSRAMのデータ読み出し時の動作を表すタイミングチャート、
(b)データ書き込み時の動作を表すタイミングチャートである。
【図6】公報に開示されたSRAMの構成を示す回路図である。
【図7】図6に示すSRAMの動作を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
100 メモリーセル
101 インバータ回路
102 インバータ回路
103aトランスファーゲート
103bトランスファーゲート
104aトランスファーゲート
104bトランスファーゲート
105aビット線
105bビットバー線
110 メモリーセル
111 インバータ回路
112 インバータ回路
113aトランスファーゲート
113bトランスファーゲート
114aトランスファーゲート
114bトランスファーゲート
115aビット線
115bビットバー線
200 アドレス入力部
210 行デコーダ
220 列デコーダ
221 列選択回路
222 列選択回路A
223 列選択回路B
300 プリチャージ回路
301 プリチャージ回路A
310 プリチャージ回路B
400 制御信号入力部
410 制御部
500 センスアンプ
501 センスアンプA
510 センスアンプB
600 書き込みアンプ
601 書き込みアンプA
610 書き込みアンプB
700 データ出力部
710 マルチプレクサ
800 データ入力部
810 デマルチプレクサ
900 メモリーセルアレイ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device such as an SRAM (Static Random Access Memory), and more particularly to a semiconductor memory device that reads and writes data to and from an arbitrary address at high speed and with low power consumption.
[0002]
[Prior art]
An SRAM (Static Random Access Memory) is more expensive than a DRAM (Dynamic Random Access Memory) having a large number of elements constituting a memory cell and a small number of elements constituting a memory cell. However, SRAMs are widely used in computers and the like because they do not require the refresh operation required by DRAMs and can be driven at high speed and with low power consumption.
[0003]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional typical SRAM. The SRAM shown in FIG. 4 includes a memory cell array 900 in which a plurality of cells are arranged in a row direction and a column direction, and an address input unit 200, a data output unit 700, a data input unit 800, and the like that transmit and receive signals to and from an external circuit. Circuit.
[0004]
The memory cell array 900 includes a plurality of word lines WL (P) (P = 0, 1, 2, 3...) And a pair of bit lines bit (P) and bit (P) that are orthogonal to the word lines WL (P). P) _bar and a memory cell arranged at the intersection of the word line WL (P) and the bit line pair bit (P) and bit (P) _bar.
[0005]
Here, the case of P = 1 (line number 1) will be described. In this case, the bit line pair bit (1) and bit (1) _bar are the bit line pair 105a and 105b.
[0006]
Memory cell 100 arranged at the intersection of word line WL (1) and bit line pair pair 105a and 105b is constituted by a data holding circuit composed of two inverter circuits and two transfer gates. In the data holding circuit, an input terminal and an output terminal of one inverter circuit are connected to an output terminal and an input terminal of the other inverter circuit, respectively. Each transfer gate has a gate terminal connected to the word line WL (1), a drain terminal connected to the bit line pair 105a and 105b, and a source terminal connected to the input terminal and output terminal of the inverter circuit. It is connected to the.
[0007]
The address input unit 200, the data output unit 700, and the data input unit 800 are circuits that transmit and receive signals to and from an external circuit. The address input unit 200 inputs an address signal, and the data output unit 700 outputs read data. The data input unit 800 inputs write data.
[0008]
Other peripheral circuits receive a row decoder 210 and a column decoder 220 that decode an input address signal, an output signal from the column decoder 220, a column selection circuit 221 that selects a specific column, and a bit line pair 105a. And 105b (charging operation for setting the same potential) and a precharge circuit 300 for charging the bit line pairs 105a and 105b to a specific potential, a sense amplifier 500 for amplifying a small potential difference between the bit line pairs 105a and 105b during data reading, and data Write amplifier 600 for transmitting data input at the time of writing to bit line pairs 105a and 105b, control unit 410 that performs timing control on input signals and output signals of these peripheral circuits, clock signals from external circuits, and various enables Control signal such as signal It is constituted by the control input unit 400 to be input.
[0009]
Next, the operation of the SRAM shown in FIG. 4 will be described. FIGS. 5A and 5B are timing charts of signals representing operations at the time of data reading and data writing of the SRAM shown in FIG.
[0010]
CLK is a clock signal input from an external circuit (not shown) connected to the SRAM. The input of the address signal Ain to the SRAM, the write data input Din at the time of writing, and the output data Dout from the SRAM to the external circuit are all performed in synchronization with CLK.
[0011]
First, the operation at the time of data reading shown in FIG. At the rising edge of CLK (time Tr0), the bit line pairs 105a and 105b are equalized by the precharge circuit 300 so as to have the same potential, and at the same time, a specific potential (generally a power supply voltage or 1/2 of the power supply voltage). ) Is charged. At this time, the bit line pair in the sense amplifier 500 and the write amplifier 600 is similarly precharged. Tpc shown in FIG. 5A is a time required for precharging the bit line pairs in the bit line pairs 105a and 105b, the sense amplifier 500 and the write amplifier 600, and is referred to as a precharge time.
[0012]
After precharge is completed for the bit line pairs in the bit line pairs 105a and 105b, the sense amplifier 500, and the write amplifier 600, the address signal is decoded from the falling edge (time Tr1) of CLK. First, one word line WL (1) is selected by the row decoder 210, and the transfer gate in the memory cell 100 connected to the word line WL (1) is turned on (ON state). Thereby, bit line pair 105a and 105b are connected to the data holding circuit in memory cell 100, respectively, and a slight potential difference starts to occur between bit line pair 105a and 105b from the same potential state after precharging. Following the decoding in the row direction, the column decoder 220 selects one set of bit line pairs 105 a and 105 b via the column selection circuit 221 and connects to the sense amplifier 500. Sense amplifier 500 amplifies a minute potential difference generated between bit line pairs 105 a and 105 b and transmits output data to data output unit 700.
[0013]
Tac shown in FIG. 5A is a time from when the decoding of the address signal is started until the output data appears at the output of the SRAM, and is called an access time. The read speed of the SRAM is determined by the longer of the precharge time Tpc and the access time Tac.
[0014]
Thus, assuming that the period of the clock signal CLK from the external circuit is Tclk, the relationship of Tclk> 2Tpc is established when Tpc ≧ Tac, and Tclk> 2Tac is established when Tpc ≦ Tac. As a result, Tclk can only be shortened up to twice the longer period of Tpc and Tac. Such a shortest cycle of CLK at the time of data reading is called an SRAM read cycle time.
[0015]
Next, the operation at the time of data writing shown in FIG. In the data write operation, the precharge and address signal decode operations for the bit line pairs 105a and 105b, the sense amplifier 500 and the write amplifier 600 are the same as the data read operation. In the case of writing, simultaneously with the falling edge of CLK (time Tw1), the input data input from the data input unit 800 passes through the write amplifier 600 and is input to the bit line pairs 105a and 105b. Thereby, the data of the memory cell 100 connected to the selected word line WL (1) and the bit line pair 105a and 105b is rewritten, and the input data input from the write amplifier 600 to the bit line pair 105a and 105b. Is transmitted to the data output unit 700 through the sense amplifier 500. The precharge time Tpc at the time of data writing has the same value as the precharge time Tpc at the time of data reading. On the other hand, the access time Tac ′ at the time of data writing is that the decoding of the address signal is started more than the time from when the decoding of the address signal is started until the data appears in the output of the SRAM (access time at the time of reading data). Since the time until the data in the data holding circuit of the memory cell 100 is rewritten is longer, the latter is used as the access time. The data write speed of the SRAM is also determined by the longer of the precharge time Tpc and the access time Tac ′.
[0016]
Thus, assuming that the cycle of the clock signal CLK from the external circuit is Tclk, the relationship of Tclk> 2Tpc is established when Tpc ≧ Tac ′, and Tclk> 2Tac ′ is established when Tpc ≦ Tac ′. As a result, Tclk can only be shortened up to twice the longer period of Tpc and Tac ′. Such a shortest cycle of CLK at the time of data writing is called an SRAM write cycle time.
[0017]
In the SRAM that operates in synchronization with the clock signal of the external circuit shown in FIG. 4, the longer read cycle time and write cycle time is the SRAM cycle time (the shortest cycle in which the SRAM operates normally).
[0018]
As described above, in the conventional SRAM shown in FIG. 4, the data read operation or data write operation cannot be completed in a time shorter than the cycle time described above. JP-A-6-44783 discloses a configuration in which such a restriction is eliminated and the SRAM is operated at a higher speed.
[0019]
The configuration of the SRAM disclosed in this publication pays attention to the fact that the precharge time is not included in the access time for accessing each memory cell and performing the data read operation or data write operation. The operation of the SRAM according to the configuration is such that two independent word line and bit line pairs are provided, and data writing operation or data reading operation is alternately performed for each word line and bit line pair system. As a result, the bit line pair of each system of the word line and the bit line pair is completely separated, and the data from the bit line pair of the other system is pre-charged while the bit line pair of one system is precharged. A write operation or a data read operation is performed.
[0020]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the SRAM disclosed in the above publication.
[0021]
The SRAM shown in FIG. 6 includes a plurality of memory cells 3 each having a pair of inverter circuits. In each memory cell 3, the input terminal and output terminal of one inverter circuit are connected to the output terminal and input terminal of the other inverter circuit, respectively. Each memory cell 3 is connected to bit line pair 2A1 and 2A2 by transfer gates 31A and 32A, and connected to bit line pair 2B1 and 2B2 by transfer gates 31B and 32B. The gate terminals of transfer gates 31A and 32A are connected to word line 1A, and the gate terminals of transfer gates 31B and 32B are connected to word line 1B. Word lines 1A and 1B are connected to A row decoder 4A and B row decoder 4B, respectively. Bit line pair 2A1 and 2A2 are connected to A column decoder 51A through switch column 52A. Bit line pair 2B1 and 2B2 are connected to B column decoder 51B via switch column 52B.
[0022]
Thus, by connecting each memory cell 3, each memory cell 3 can be independently accessed from each system of the row decoders 4A and 4B and the column decoders 51A and 51B.
[0023]
The SRAM peripheral circuit is provided with a write control unit 6, an output unit 7, a precharge circuit 8, a cycle control unit 10, and the like. The cycle controller 10 applies an access signal to each memory cell 3 corresponding to the address signal in order to each system of the word lines 1A and 1B and the bit line pairs 2A1, 2A2, and 2B1, 2B2. The row decoders 4A and 4B and the column decoders 5A and 5B of each system are switched and controlled.
[0024]
FIG. 7 is a timing chart of signals showing the operation of the SRAM provided with two systems of word line and bit line pairs shown in FIG. As described above, in the SRAM, it is necessary to perform precharge time separately from the data write operation and the data read operation. However, if the precharge is performed, the data write operation or the data read operation itself is related to the precharge time. do not do. Therefore, a data write operation or a data read operation is performed alternately for each system of word lines and bit line pairs provided in two systems. At this time, since the bit line pair of each system is in a completely separated state, the other bit line pair performs a data write operation or a data read operation while one bit line pair is precharged. Can be done. As a result, the precharge time can be substantially eliminated, and high-speed access can be made accordingly.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the SRAM configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-44783, since two bit line pairs are provided, the number of bit line pairs to be driven is doubled. The power consumed per unit time for driving the line pair is doubled, the power consumption of the entire SRAM is increased, and there is a problem that it cannot be used for applications requiring low power consumption.
[0026]
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that operates at a high speed and is driven with low power consumption.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor memory device of the present invention First An input / output connection portion, a second input / output connection portion, and a first input / output connection portion and a second input / output connection portion; Corresponding to each A memory cell array in which a plurality of memory cells each having a pair of control terminals are arranged in a matrix, and a peripheral circuit for driving the memory cell array, each memory cell along the row direction is a word line Connected to And , Row direction The same number of memory cells placed in Bit line pair But Each of the bit line pairs is constituted by a bit line and a bit bar line, Each memory cell along the column direction 2 pairs adjacent along the row direction Bit line In pairs Connected The Semiconductor memory device, 2Nth and 2N + 1th memory cells adjacent in the row direction In the 2Nth memory cell in FIG. 2Nth and 2N + 1th adjacent along the row direction Each bit line of each bit line pair Connected to The second input / output connection portion is 2Nth and 2N + 1th bit line pairs Each bit bar line Connected to The 2N + 1th memory cell has the first input / output connection portion 2N + 1 and 2Nth Each bit line of each bit line pair Connected to The second input / output connection is 2N + 1 and 2Nth Bit bar line of each bit line pair And the peripheral circuit for driving the memory cell array is connected to the 2Nth and 2N + 1th memory cells, respectively. Bit line pairs And 2N + 1th of Bit line pair Each of Are alternately precharged in synchronization with a clock signal input from an external circuit. First precharge means and second Precharge means and each bit line pair that has completed precharge among the first input / output connection portion and the second input / output connection portion of each memory cell selected by an address signal input from an external circuit The first input / output connection section or the second input / output connection section connected is turned on, and the other second input / output connection section or the first input / output connection section is turned off. Control means for controlling a control signal input to the control terminal.
[0028]
Of the 2Nth memory cell Said A first input / output connection and Said A pair of each corresponding to the second input / output connection Said Control terminals are connected to the first and second word lines, respectively, and the 2N + 1th memory cell Said A first input / output connection and Said A pair of each corresponding to the second input / output connection Said Control terminals are connected to the third and fourth word lines, respectively.
[0030]
The peripheral circuit includes a plurality of sense amplifiers, a plurality of write amplifiers, a plurality of column selection circuits, a multiplexer and a demultiplexer, and corresponds to the sense amplifier and the write amplifier. Said A column to which the precharge control means for controlling the sense amplifier and the write amplifier to be precharged simultaneously with the precharge of the bit line pair and the memory cell selected by an address signal input from an external circuit is connected. Column selection circuit selection means for controlling to select a selection circuit; Said Multiplexer and Said The demultiplexer has signal line selection means for controlling to select a signal line for performing a read operation and a write operation, respectively.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. As in the SRAM shown in FIG. 4, the SRAM of the semiconductor memory device shown in FIG. 1 has a memory cell array 900 in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix, an address input unit 200 that transmits and receives signals to and from an external circuit, Peripheral circuits such as a data output unit 700 and a data input unit 800 are included.
[0033]
In the memory cell array 900, 2J columns × I rows (J and I are positive integers) are arranged. Each memory cell is connected to two word lines and a pair of bit lines.
[0034]
In FIG. 1, in the 2J memory cells arranged in the row direction, the 2Nth (N is a positive integer) adjacent memory cell 100 and the 2N + 1th memory cell 110 are shown, respectively. The cell 100 is connected to the 2Nth bit line pair 105a and 105b, and the 2N + 1th memory cell 110 is connected to the 2N + 1th bit line pair 115a and 115b. In addition, word lines WL (0) 0A and WL (0) 0B are connected to the memory cell 100, and word lines WL (0) 1A and WL (0) 1B are connected to the memory cell 110. Thus, in the entire memory cell array 900, 4 × I word lines (WL (0) 0A to WL (I) 0A, WL (0) 0B to WL (I) 0B, WL (0) 1A to WL (I ) 1A, WL (0) 1B to WL (I) 1B), and these word lines are all connected to the row decoder 210.
[0035]
The memory cell 100 includes a data holding circuit including two inverter circuits 101 and 102, transfer gates 103a and 103b connecting the data holding circuit and the 2Nth bit line pair 105a and 105b, a data holding circuit and a 2N + 1th Transfer gates 104a and 104b connecting the bit line pairs 115a and 115b. In the data holding circuit, the input terminal and the output terminal of the inverter circuit 101 are connected to the output terminal and the input terminal of the inverter circuit 102, respectively.
[0036]
Transfer gates 103a and 103b have their gate terminals connected to word line WL (0) 0A, their drain terminals connected to 2Nth bit line pair 105a and 105b, and their source terminals connected to an inverter circuit. 101 and 102 are connected to the input terminal and the output terminal, respectively. The transfer gates 104a and 104b have their gate terminals connected to the word line WL (0) 0B, and their drain terminals connected to the memory cell 110 adjacent to the memory cell 100, the 2N + 1th bit line pair 115a. And 115b, and the source terminals thereof are connected to the input terminals and the output terminals of the inverter circuits 101 and 102, respectively.
[0037]
The memory cell 110 includes a data holding circuit including two inverter circuits 111 and 112, transfer gates 113a and 113b connecting the data holding circuit and the 2N + 1th bit line pair 115a and 115b, a data holding circuit and a 2Nth The transfer gates 114a and 114b connect the bit line pairs 105a and 105b. In the data holding circuit, the input terminal and the output terminal of the inverter circuit 111 are connected to the output terminal and the input terminal of the inverter circuit 112, respectively.
[0038]
Transfer gates 113a and 113b have their gate terminals connected to word line WL (0) 1B, their drain terminals connected to 2N + 1th bit line pair 115a and 115b, and their source terminals connected to inverter circuit 111. And 112 are connected to input terminals and output terminals, respectively. The transfer gates 114a and 114b have their gate terminals connected to the word line WL (0) 1A and their drain terminals connected to the memory cell 100 adjacent to the memory cell 110 to the 2Nth bit line pair 105a. Are connected to the input terminals and the output terminals of the inverter circuits 111 and 112, respectively.
[0039]
The 2N-th bit line pair 105a and 105b are connected to the precharge circuit A301 and the column selection circuit A222, and are connected to the sense amplifier A501 and the write amplifier A601 via the column selection circuit A222. Similarly, the 2N + 1-th bit line pair 115a and 115b is connected to the precharge circuit B310 and the column selection circuit B223, and is connected to the sense amplifier B510 and the write amplifier B610 via the column selection circuit B223.
[0040]
As a circuit for transmitting / receiving a signal to / from an external circuit, a data output unit 700 for outputting read data, a data input unit 800 for inputting write data, an address input unit 200 for inputting address signals, and an external circuit. A control signal input unit 400 for inputting control signals such as a clock signal and various enable signals is provided.
[0041]
Other peripheral circuits include a row decoder 210 that selects a word line based on an address signal input to the address input unit 200, and a column decoder 220 that generates a switching signal for the column selection circuit A222 and the column selection circuit B223 from the address signal. The multiplexer 710 that switches the input signal from the sense amplifier A501 and the input signal from the sense amplifier B510 and outputs it to the data output unit 700, and the write data from the data input unit 800 are input, and the write data is input to the write amplifier A601. Alternatively, it includes a demultiplexer 810 that switches to and outputs the write amplifier B 610 and a control unit 410 that controls the operation timing of these peripheral circuits.
[0042]
FIG. 2 is a timing chart showing operations at the time of data reading and data writing of the SRAM which is the semiconductor memory device shown in FIG. In FIG. 2, the A system is a peripheral circuit related to the operation of the 2Nth bit line pair 105a, 105b in the row direction, and the B system is a peripheral circuit related to the operation of the 2N + 1th bit line pair 115a, 115b. . The SRAM of the present invention operates in synchronization with a clock signal CLK input from an external circuit, and the A system peripheral circuit and the B system peripheral circuit alternately perform a precharge operation, a read operation, and a write operation.
[0043]
FIG. 3 is a timing chart showing a specific operation of the SRAM when the operation shown in the upper part of FIG. 3 is performed on the SRAM which is the semiconductor memory device shown in FIG.
[0044]
As an example of the SRAM of the present invention, it has a memory cell array 900 of 8 columns × 128 rows, the address signal Ain is 10 bits wide, Ain [9: 3] of the address signal Ain is the row address, and Ain [2: 0] is input to the row decoder 210 and the column decoder 220 as column addresses, respectively, and is decoded. As an example of the operation of such an SRAM, consider the operation of the next five cycles with reference to the operation waveform shown in FIG.
[0045]
Cycle 1: Write data D1 to address “16” (Ain [9: 0] = “0000010000”) (A system)
Cycle 2: Reading from address “16” (Ain [9: 0] = “0000010000”) (B system)
Cycle 3: Read from address “16” (Ain [9: 0] = “0000010000”) (A system)
Cycle 4: Read from address “5” (Ain [9: 0] = “0000000101”) (read data D2) (B system)
Cycle 5: Write data D3 to address “9” (Ain [9: 0] = '0000001001') (A system)
Hereinafter, the operation of the SRAM of the present embodiment will be described.
[0046]
First, in the precharge operation, at time t0, a pulse signal (not shown) that prompts the precharge circuit A301 to start precharge is output to the precharge circuit A301 via the signal line C10 (see FIG. 1). The system precharge is started (hereinafter, the same applies at times t2, t4, and t6). At this time, precharge is also performed for the bit line pairs in the sense amplifier A501 and the write amplifier A601 belonging to the A system. At time t1, a pulse signal (not shown) that prompts the precharge circuit B310 to start precharge is output from the control unit 410 to the precharge circuit B310 via the signal line C9 (see FIG. 1). This is started (hereinafter, the same applies at times t3 and t5). At this time, as in the case of the A system, precharge is also performed on the bit line pairs in the sense amplifier B 510 and the write amplifier B 610 belonging to the B system. The time Tpc required for precharging is shorter than the cycle of the clock signal CLK from the external circuit, and the cycle of CLK is set so that the precharge operation is completed by the next cycle of CLK.
[0047]
Next, attention is paid to the decoding of the address signal Ain [n: 0] (here n = 9) having an n + 1 bit width. Assuming that the address signal Ain [k: 0] (here, k = 2) is data in the column direction, decoding is performed in the following procedure.
[0048]
(1) At time t1, an enable signal is output from the control unit 410 to the address input unit 200 via the signal line C11 (see FIG. 1), an address signal is output from the address input unit 200, and the row decoder 210 and the column decoder 220 are output. Is input.
[0049]
(2) First, in the row direction, the row number of the selected memory cell is determined by decoding Ain [n: k + 1]. Here, the value of the address signal is “16”, the memory cell in the second row is selected from Ain [9: 3] = “0000010”, and the four word lines WL (2) corresponding to the row number are selected. 0A, WL (2) 0B, WL (2) 1A, WL (2) 1B are candidates for outputting enable signals for the four transfer gates in each memory cell.
[0050]
(3) When Ain [0] is 0 (the memory cell to be selected is a 2N column memory cell), the four cells that are candidates for outputting the enable signal in the above operations (1) and (2) Word lines WL (a) 0A, WL (a) 0B (a is a number corresponding to the row number of the selected memory cell) for performing ON / OFF operations of transfer gates of 2N columns of memory cells. ) Becomes a candidate for outputting an enable signal to the transfer gate, and the stage where Ain [0] is 1 (the selected memory cells are 2N + 1 rows of memory cells), enabled by the above operations (1) and (2) Of the four word lines that are candidates for signal output, word lines WL (a) 1A and WL (a) 1B that perform ON / OFF operations of transfer gates of 2N + 1 columns of memory cells A candidate for outputting an enable signal to the transfer gate. Here, in cycle 1 (t0 to t1), since Ain [9: 3] = '0000010' and Ain [0] = '0', WL (2) 0A and WL (2) 0B are candidates. Remain as.
[0051]
{Circle around (4)} At the time when decoding of the address signal is started, if the system that has finished precharging is the A system, of the two remaining word lines as candidates for outputting the enable signal, A The word line that performs the ON / OFF operation of the transfer gate connected to the system bit line pair is finally determined as the word line that outputs the enable signal. Further, when the system that has completed precharging is the B system, of the two word lines remaining as candidates for outputting the enable signal, the transfer circuit connected to the B system bit line pair. The word line that performs the ON / OFF operation of the gate is finally determined as the word line that outputs the enable signal. As a result, at time t1, the A system has finished precharging, so that the remaining two word lines WL (2) 0A and WL (2) 0B remain as candidates for outputting the enable signal to the transfer gate. Of these, WL (2) 0A belonging to the A system is selected, and an enable signal is output to WL (2) 0A.
[0052]
(5) Next, in the column direction, the 2N-th bit line pair and the 2N + 1-th bit line are decoded by decoding the address signal Ain [k: 1] (Ain [0] is decoded as “0” or “1”). One pair is selected from each pair. Here, since k = 2 and Ain [2: 1] = '00', N = 0 is set, and the bit line pair in the 0th column and the bit line pair in the 1st column are selected.
[0053]
(6) Since the system that has completed precharging at time t1 is the A system, an enable signal is output from the control unit 410 to the column selection circuit A222, and the two pairs selected in (5) above are selected. The bit line pair in the 0th column belonging to the A system among the bit line pairs is selected.
[0054]
The read operation and write operation are as follows. At time t1, since the enable signal input from the external circuit is WE = '0', the write operation is selected, and the A-system write amplifier A601 that has finished precharging from the control unit 410 at time t1. In addition, the enable signal is output to the sense amplifier A501 via the signal lines C3 and C4, respectively, and the selection signal for switching the demultiplexer 810 and the multiplexer 710 to the A system is output via the signal lines C6 and C7, respectively. Here, the access time Tac ′ required for writing is the time from the start of decoding of the address signal at time t1 to the completion of rewriting of the data holding circuit in the memory cell. Tac ′ is shorter than the cycle of the clock signal CLK from the external circuit, and the cycle of CLK is set so that the write operation is completed by the next cycle of CLK.
[0055]
At subsequent time t2, the decoding operation by the address signal is the same as described above. However, since the system that has finished precharging at time t2 is the B system, WL (2) 0B is selected as the word line in the row direction, and the column selection circuit from the control unit 410 in the column direction. An enable signal is output to B223, and the bit line pair in the first column is selected. At time t2, since the enable signal input from the external circuit is WE = '1', the read operation is selected, and the control unit 410 receives the sense amplifier B510 of B system that has finished precharging at time t2. The enable signal is output from the control unit 410 via the signal lines C6 and C7 so that the demultiplexer 810 and the multiplexer 710 are switched to the B system simultaneously. Here, the access time Tac required for reading is the time from when the decoding of the address signal is started at time t2 until the output signal is output to Dout of the data output unit 700. Tac is shorter than the cycle of the clock signal CLK from the external circuit, and the cycle of CLK is set so that the read operation is completed by the next cycle of CLK. The same operation as described above is repeated at time (t3, t4, etc.) after time t2.
[0056]
In the SRAM, if the memory capacity (number of memory cells) and the driving capability of each transistor of the data holding circuit in the memory cell are similar, the precharge time Tpc, the data read time Tac, and the data write time Tac are different even in different SRAMs. 'Is almost the same value.
[0057]
As a result, in the SRAM of the present invention, as shown in FIG. 3, the precharge operation and the data read operation or the data write operation are performed in the same cycle except for the first cycle. Therefore, the access time for one data read operation or write operation may be one cycle. As a result, in the SRAM of the present invention and the conventional SRAM disclosed in the above publication, the precharge time Tpc, the data read time Tac, and the data write time Tac ′ are substantially the same value. With respect to the conventional SRAM disclosed in the aforementioned publication, a data read operation or a data write operation can be performed at substantially the same high speed operation.
[0058]
Further, the conventional SRAM disclosed in the above-mentioned publication has two independent bit line pairs, and the number of bit line pairs to be driven is doubled, so that the load becomes large, and the unit time Power consumption per hit increases. On the other hand, the SRAM of the present invention has two independent bit line pairs. However, when the SRAM is driven, one of the two bit line pairs has one bit line pair. Since the connection is made in common with the bit line pairs of unselected memory cells adjacent in the row direction, only the other one bit line pair is actually driven. As a result, the SRAM of the present invention has a driving load that is ½ that of a conventional SRAM, and the power consumption per unit time can be reduced to ½ that of a conventional SRAM.
[0059]
Therefore, the SRAM of the present invention can operate at high speed and with low power consumption.
[0060]
【The invention's effect】
In the semiconductor memory device of the present invention, the first input / output connection is connected to the bit line pair to which the memory cell is connected, and the bit line pair connected to the memory cell adjacent to the memory cell in the row direction. The second input / output connection is connected to each other, and in this way, the adjacent memory cells in the row direction are connected so that the bit line pair is shared. It can be driven by power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the SRAM that is the semiconductor memory device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a timing chart showing a specific operation of the SRAM which is the semiconductor memory device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional SRAM.
FIG. 5A is a timing chart showing an operation at the time of data reading of a conventional SRAM;
(B) It is a timing chart showing the operation | movement at the time of data writing.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of an SRAM disclosed in the publication.
7 is a timing chart showing the operation of the SRAM shown in FIG.
[Explanation of symbols]
100 memory cells
101 Inverter circuit
102 Inverter circuit
103a transfer gate
103b transfer gate
104a transfer gate
104b transfer gate
105a bit line
105b bit bar line
110 memory cells
111 Inverter circuit
112 Inverter circuit
113a transfer gate
113b transfer gate
114a transfer gate
114b transfer gate
115a bit line
115b bit bar line
200 Address input part
210 line decoder
220 column decoder
221 column selection circuit
222 Column selection circuit A
223 Column selection circuit B
300 Precharge circuit
301 Precharge circuit A
310 Precharge circuit B
400 Control signal input section
410 Control unit
500 sense amplifier
501 sense amplifier A
510 sense amplifier B
600 writing amplifier
601 Write amplifier A
610 Write amplifier B
700 Data output part
710 multiplexer
800 Data input part
810 Demultiplexer
900 Memory cell array

Claims (3)

第1入出力接続部および第2入出力接続部と該第1入出力接続部および該第2入出力接続部にそれぞれ対応する一対の制御端子とをそれぞれ有する複数のメモリーセルがマトリクス状に配置されたメモリーセルアレイと、該メモリーセルアレイを駆動させる周辺回路とを有しており、行方向に沿った各メモリーセルがそれぞれワード線に接続されており行方向に配置されたメモリーセルと同数のビット線対設けられて、該ビット線対のそれぞれがビット線およびビットバー線によって構成されており、列方向に沿った各メモリーセルがそれぞれ行方向に沿って隣接する2組のビット線対に接続され半導体記憶装置であって、
行方向に沿って隣接する2N番目および2N+1番目の各メモリーセルにおける2N番目のメモリーセルは、前記第1入出力接続部が行方向に沿って隣接する2N番目および2N+1番目の各ビット線対のそれぞれのビット線に接続されて、前記第2入出力接続部が2N番目および2N+1番目の各ビット線対のそれぞれのビットバー線に接続されており、2N+1番目のメモリーセルは、前記第1入出力接続部が2N+1番目および2N番目の各ビット線対のそれぞれのビット線に接続されて、前記第2入出力接続部が2N+1番目および2N番目の各ビット線対のビットバー線にそれぞれ接続されており、
前記メモリーセルアレイを駆動させる前記周辺回路が、
前記2N番目および2N+1番目の各メモリーセルにそれぞれ接続されている前記2N番目のビット線対および2N+1番目ビット線対のそれぞれを、外部回路から入力されるクロック信号に同期してそれぞれ交互にプリチャージする第1プリチャージ手段および第2プリチャージ手段と、
外部回路から入力されるアドレス信号によって選択された各メモリーセルの有する前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部の内、プリチャージを終了した各ビット線対に接続されている該第1入出力接続部または該第2入出力接続部をON状態にし、他方の該第2入出力接続部または該第1入出力接続部をOFF状態にするように、前記制御端子に入力する制御信号を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of memory cells each having a first input / output connection portion, a second input / output connection portion, and a pair of control terminals respectively corresponding to the first input / output connection portion and the second input / output connection portion are arranged in a matrix. a memory cell array which is has a peripheral circuit for driving the memory cell array, each memory cell along a row direction are connected to the word lines, memory cells and the same number of arranged in the row direction A pair of bit lines is provided, each of the bit line pairs is constituted by a bit line and a bit bar line, and each memory cell along the column direction is adjacent to each other in two rows along the row direction . a connected semiconductor memory device,
The 2N-th memory cell in each of the 2N-th and 2N + 1-th memory cells adjacent in the row direction is the 2N-th and 2N + 1-th bit line pair adjacent to each other in the row direction . are connected to respective bit lines, said second input-output connection units may be connected to each of the bit bar line of 2N th and 2N + 1 th each bit line pair, 2N + 1 th memory cells, the first inlet The output connection is connected to the respective bit lines of the 2N + 1th and 2Nth bit line pairs, and the second input / output connection is connected to the bit bar lines of the 2N + 1th and 2Nth bitline pairs , respectively. And
The peripheral circuit that drives the memory cell array includes:
Pre each of the 2N th and 2N + 1 th the 2N-th bit line pair connected to each memory cell in and 2N + 1-th bit line pairs, respectively in synchronization with the clock signal inputted from an external circuit alternately First precharging means and second precharging means for charging;
The first input / output connection portion and the second input / output connection portion of each memory cell selected by an address signal input from an external circuit are connected to each bit line pair that has been precharged. Input to the control terminal so that the first input / output connection section or the second input / output connection section is turned on and the other second input / output connection section or the first input / output connection section is turned off. Control means for controlling the control signal;
A semiconductor memory device comprising:
前記2N番目のメモリーセルの前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部に対応するそれぞれ一対の前記制御端子が、それぞれ第1および第2ワード線に接続され、前記2N+1番目のメモリーセルの前記第1入出力接続部および前記第2入出力接続部に対応するそれぞれ一対の前記制御端子が、それぞれ第3および第4ワード線に接続されている請求項1に記載の半導体記憶装置。  A pair of the control terminals corresponding to the first input / output connection portion and the second input / output connection portion of the 2Nth memory cell are respectively connected to the first and second word lines, and the 2N + 1th memory 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the pair of control terminals corresponding to the first input / output connection portion and the second input / output connection portion of the cell are connected to the third and fourth word lines, respectively. . 前記周辺回路は、複数のセンスアンプ、複数の書き込みアンプ、複数の列選択回路、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを有しており、
該センスアンプおよび該書き込みアンプに対応する前記ビット線対のプリチャージと同時に、該センスアンプおよび該書き込みアンプをプリチャージするように制御するプリチャージ制御手段と、
外部回路から入力されるアドレス信号により選択される前記メモリーセルが接続される列選択回路を選択するように制御する列選択回路選択手段と、
前記マルチプレクサおよび前記デマルチプレクサが、それぞれ読み出し動作および書き込み動作を行う信号線を選択するように制御する信号線選択手段と、
を有している請求項1に記載の半導体記憶装置。
The peripheral circuit includes a plurality of sense amplifiers, a plurality of write amplifiers, a plurality of column selection circuits, a multiplexer, and a demultiplexer.
Precharge control means for controlling the sense amplifier and the write amplifier to precharge simultaneously with the precharge of the bit line pair corresponding to the sense amplifier and the write amplifier;
Column selection circuit selection means for controlling to select a column selection circuit to which the memory cell selected by an address signal input from an external circuit is connected;
Signal line selection means for controlling the multiplexer and the demultiplexer to select signal lines for performing a read operation and a write operation, respectively;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
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