JP4031546B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置に関し、特に低消費電力化を図った半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、従来の半導体記憶装置の動作を、ダイナミック型ランダムアクセスメモリ(以下、DRAMと略する)を例にとって述べる。図10及び図11は、従来のダイナミックランダムアクセスメモリ(以下、DRAMと呼ぶ)の動作を示すタイミング図であり、図10はノーマルモード動作を示し、図11はセルフリフレッシュモード動作を示している。
【0003】
図10に示すように、ノーマルモード動作として、メモリセルデータの書き込み・読み出しが行われる。行アドレスストローブ信号バーRASの立ち下がり時に書き込み信号バーWEが“H”のとき読み出し動作が行われ、列アドレスストローブ信号バーCASの立ち下がりから所定期間経過後に、入出力部DQから出力データDoutが出力される。行アドレスストローブ信号バーRASの立ち下がり時に書き込み信号バーWEが“L”のとき書き込み動作が行われ、列アドレスストローブ信号バーCASの立ち下がりから所定期間経過後に、入出力部DQより与えられた入力データDinが書き込まれる。
【0004】
一方、図11に示すように、セルフリフレッシュモード動作として、外部信号入力を必要としないリフレッシュ動作が行われ、データリテンションが自動的に行われる。
【0005】
行アドレスストローブ信号バーRASが“H”の状態で、列アドレスストローブ信号バーCASが立ち下がるタイミング(CAS before RAS入力、以下、単に「CBR入力」と言う)をトリガとして、一定時間(例えば、10μs)の経過後にセルフリフレッシュ信号SRが“H”となりセルフリフレッシュモードに入る。この後、次にCBR入力がされるまで、セルフリフレッシュモードが保持される。
【0006】
セルフリフレッシュモードでは、チップ内部のリフレッシュタイミング発生回路により発生される一定周期(例えば、30μs)のリフレッシュ活性化信号(内部(行アドレスストローブ信号)バーRAS(I))によりリフレッシュ動作が起動され、内部ロウアドレスカウンタにより、該当するロウアドレスの選択がなされ、これに従って、通常のセンス動作を行って、リフレッシュ動作を繰り返す。
【0007】
また、近年の高集積DRAMでは、外部印加電源電圧を、内部降圧回路(VDC)により降下させ、これをチップの内部回路に動作電源電圧として印加し、デバイスの信頼性を確保する手法が行われている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにVDCを用いた従来のDRAM構成には、以下のような欠点がある。ノーマルモード時には、内部回路であるDRAM回路がスタンドバイ状態であっても、比較的電流消費が大きいTTL信号入力時に信号入力回路で消費される電流を供給するために十分なVDC回路系を備える必要があり、これによりVDC自身で消費される電流が大きくなり、これに伴いスタンドバイ電流が増加することになる。
【0009】
一方、本来、TTL信号を含む外部入力信号が不要なセルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態である場合にも、ノーマルモード時と同量のスタンドバイ電流が流れることになる。すなわちデータ保持期間の主要な消費電流であるセルフリフレッシュモード時のスタンドバイ電流が、本来セルフリフレッシュモード時には必要のない動作(TTL信号入力等の外部信号の入力)のため、必要以上に増加しているという問題点があった。
【0010】
また、従来のDRAMの信号入力回路はVDCを介さずに外部電源をそのまま動作電源電圧として信号入力回路を動作させているが、この場合には、外部電源電圧の変動により入力信号に対する判定レベルが変動し、誤判定を起こしやすくなり、また、判定レベルに余裕が小さくなるという問題点があった。
【0011】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、ノーマルモードとセルフリフレッシュモードを有するDRAMのように、少なくとも2つの動作モードを有する内部回路をもつ半導体装置において、それぞれのモードに最適なVDC回路系の動作電流で内部電源電圧を内部回路に供給可能な内部電源電圧供給手段を有する半導体装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる請求項1記載の半導体装置は、外部入力信号に関連した外部入力関連信号及び第1の内部電源電圧を受け、該第1の内部電源電圧を動作電源電圧として、通常モード時は、前記外部入力関連信号に基づいてメモリセルに対する読み出し及び書き込み動作を行い、セルフリフレッシュモード時は、前記外部入力関連信号と関係のないセルフリフレッシュ動作を行う内部回路を備えた半導体装置において、外部制御信号に基づきモード制御信号を生成するモード制御信号生成手段をさらに備え、前記モード制御信号は前記通常モードの有無、前記セルフリフレッシュモードの有無、前記内部回路のアクティブ状態/スタンドバイ状態を指示する情報を有し、第1の基準電圧を受け、該第1の基準電圧に基づき外部電源電圧を変換して前記第1の内部電源電圧を前記内部回路に供給する第1の内部電源電圧供給手段をさらに備え、前記第1の内部電源電圧供給手段は、前記モード制御信号が前記通常モードの前記スタンドバイ状態を指示するとき第1の動作電流で動作し、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードの前記スタンドバイ状態を指示するとき前記第1の動作電流より小さい第2の動作電流で動作し、前記モード制御信号が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき前記第1の動作電流より大きい第3の動作電流で動作し、前記第1の内部電源電圧供給手段は、一端に前記外部電源電圧を受け、第1の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第1の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第1の電圧制御信号を出力する第1の比較回路とを有する第1の内部電源電圧供給部と、一端に前記外部電源電圧を受け、第2の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第2の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第2の電圧制御信号を出力する第2の比較回路とを有する第2の内部電源電圧供給部とを備え、前記第1の内部電源電圧供給手段は、前記モード制御信号が前記通常モードであると指示するとき第1の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にし、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードであると指示するとき第2の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にし、前記第1の内部信号供給手段は、一端に前記外部電源電圧を受け、第3の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第3の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第3の電圧制御信号を出力する第3の比較回路とを有する第3の内部電源電圧供給部をさらに備え、前記モード制御信号が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき、前記第3の内部電源電圧供給部を活性状態にしている。
【0017】
また、請求項2記載の半導体装置のように、第2の基準電圧を受け、該第2の基準電圧に基づき前記外部電源電圧を変換して前記第2の内部電源電圧を供給する第2の内部電源電圧供給手段と、前記外部入力信号及び前記第2の内部電源電圧を受け、前記第2の内部電源電圧を動作電源電圧として、前記外部入力信号を内部入力信号に変換して前記内部回路に付与する内部入力信号付与手段とをさらに備え、前記外部入力関連信号は前記内部入力信号を含んでもよい。
【0018】
また、請求項3記載の半導体装置のように、前記内部入力信号付与手段は前記モード制御信号を受け、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードであると指示するとき、前記第2の内部電源電圧の前記内部入力信号付与手段内への供給経路を遮断するように構成してもよい。
【0019】
また、請求項4記載の半導体装置のように、前記モード制御信号における前記内部回路の前記アクティブ状態/前記スタンドバイ状態を指示する情報は第1及び第2の実行情報を含み、前記第1の内部信号供給手段は、前記モード制御信号の前記第1の実行情報が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき、前記第3の内部電源電圧供給部を活性状態にして前記第3の動作電流で動作し、前記内部回路は前記モード制御信号の前記第2の実行情報が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき動作状態となり、前記モード制御信号において、前記第2の実行情報の指示内容が前記スタンドバイ状態から前記アクティブ状態に変化するタイミングを、前記第1の実行情報の指示内容が前記スタンドバイ状態から前記アクティブ状態に変化するタイミングより所定期間遅らせてもよい。
【0020】
また、請求項5記載の半導体装置のように、前記モード制御信号において、前記第2の実行情報の指示内容が前記アクティブ状態から前記スタンドバイ状態に変化するタイミングを、前記第1の実行情報の指示内容が前記アクティブ状態から前記スタンドバイ状態に変化するタイミングより所定期間早めてもよい。
【0021】
【発明の実施の形態】
<実施の形態1>
図1はこの発明の実施の形態1であるDRAMの構成を示すブロック図である。内部信号生成回路1は行アドレスストローブ信号バーRAS及び列アドレスストローブ信号バーCASを外部より受け、セルフリフレッシュ信号SR、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)及びノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)を内部電源電圧供給回路2に出力するとともに、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)及び内部列アドレスストローブ信号バーCAS(I)を内部回路3に出力する。
【0022】
内部電源電圧供給回路2は外部電源電圧VCE(3.3V)を降圧して内部電源電圧VCI(2.5V)を出力する。このとき、内部電源電圧VCIの発生手段を制御するコンパレータの動作電流(負荷駆動能力)は信号SR、バーRAS(I)及びバーRAS(N)(モード制御信号)に基づき決定される。
【0023】
内部回路3はダイナミック型のメモリセルをからなるメモリセルアレイ、行デコーダ、列デコーダ及びセンスアンプ等で構成され、内部電源電圧VCIを動作電源電圧として、ノーマルモード時は入力信号SIに基づく動作を行い、セルフリフレッシュモード時には入力信号SIとは関係なくセルフリフレッシュ動作を行う。なお、入力信号SIとしては外部入力信号そのものでもよく、外部入力信号を内部で変換して得られる内部入力信号でもよい。
【0024】
図2は内部信号生成回路1の内部構成を示す回路図である。同図に示すように、コンパレータ11は負入力に基準電圧VRを受け、その出力をPMOSトランジスタ21のゲートに付与する。PMOSトランジスタ21はソースに外部電源電圧VCEを受け、ドレインがコンパレータ11の正入力に接続される。コンパレータ11,PMOSトランジスタ21により第1のVDCを構成し、PMOSトランジスタ21が内部電源電圧VCIの付与部であり、コンパレータ11がその制御手段となり、その活性/非活性が内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)によって制御される。内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)の“L”/“H”によってアクティブ状態/スタンドバイ状態が指示される。
【0025】
コンパレータ12は負入力に基準電圧VRを受け、その出力をPMOSトランジスタ22のゲートに付与する。PMOSトランジスタ22はソースに外部電源電圧VCEを受け、ドレインがコンパレータ12の正入力に接続される。コンパレータ12及びPMOSトランジスタ22により第2のVDCを構成し、PMOSトランジスタ22が内部電源電圧VCIの付与部であり、コンパレータ12がその制御手段となり、その活性/非活性がノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)によって制御される。このノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)の“H”によってノーマルモードを指示する。
【0026】
コンパレータ13は負入力に基準電圧VRを受け、その出力をPMOSトランジスタ23のゲートに付与する。PMOSトランジスタ23はソースに外部電源電圧VCEを受け、ドレインがコンパレータ13の正入力に接続される。コンパレータ13及びPMOSトランジスタ23により第3のVDCを構成し、PMOSトランジスタ23が内部電源電圧VCIの付与部であり、コンパレータ13がその制御手段となり、その活性/非活性がセルフリフレッシュ信号SRによって制御される。このセルフリフレッシュ信号SRの“H”によってセルフリフレッシュモードを指示する。
【0027】
これら第1〜第3のVDCのPMOSトランジスタ21〜23のドレインがノード16で共通に接続され、このノード16より得られる電圧が内部電源電圧VCIとして内部回路3に供給される。
【0028】
このような構成の内部電源電圧供給回路2は、外部電源電圧VCEは3.3Vであるが、コンパレータ11〜13の負入力に2.5Vの基準電圧VRが付与されるため、コンパレータ11〜13それぞれによる負入力と正入力との比較動作によって、コンパレータ11〜13のうちいずれかのコンパレータが活性状態となれば、外部電源電圧VCEの多少変動しても2.5Vで安定した内部電源電圧VCIを内部回路3に供給することができる。
【0029】
コンパレータ11〜13の動作電流I11〜I13はI11(大)>I12(小)>I13(極小)の順に設定され、コンパレータ11は内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)の“L”/“H”によって活性/非活性が制御され、コンパレータ12はノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)の“H”/“L”によって活性/非活性が制御され、コンパレータ13はセルフリフレッシュ信号SRの“H”/“L”によって活性/非活性が制御される。
【0030】
図3はコンパレータ11(12,13)の内部構成を示す回路図である。同図に示すように、共にソースに外部電源電圧VCEを受けるPMOSトランジスタ31,32のゲートが共通に接続され、PMOSトランジスタ31のドレインとゲートが共通に接続される。NMOSトランジスタ33のドレインはPMOSトランジスタ31のドレインに接続され、NMOSトランジスタ34のドレインはPMOSトランジスタ32のドレインに接続され、NMOSトランジスタ33,34のソースは共通にNMOSトランジスタ35を介して接地される。
【0031】
そして、NMOSトランジスタ33のゲートが正入力となり、NMOSトランジスタ34のゲートが負入力となり、NMOSトランジスタ34のドレインより得られる信号が出力となり、NMOSトランジスタ35のゲートに活性制御信号SAが与えられる。
【0032】
活性制御信号SAとして、コンパレータ11の場合は内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)の反転信号、コンパレータ12の場合はノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)、コンパレータ13の場合はセルフリフレッシュ信号SRが与えられる。なお、上記反転信号の生成はNMOSトランジスタ35のゲートの前段にインバータを設ける等によって簡単に実現できる。
【0033】
コンパレータ11〜13の内部構成は図3に示す如く同様な構成であるが、トランジスタ31〜35のトランジスタサイズは、コンパレータ13,12,11の順に大きくなるように設定され、その結果、コンパレータ11〜13の動作電流I11〜I13はI11>I12>I13の順に設定される。すなわち、コンパレータ11〜13の負荷駆動能力はコンパレータ11、12、13の順に設定される。
【0034】
このような構成において、ノーマルモード時において、内部信号生成回路1は行アドレスストローブ信号バーRASをそのまま内部行アドレスストローブ信号バーRAS(N)、ノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)として内部電源電圧供給回路2に出力する。
【0035】
したがって、内部電源電圧供給回路2は、ノーマルモードのスタンドバイ状態時は内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)が“H”、ノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)が“H”、セルフリフレッシュ信号SRが“L”あるため、コンパレータ11,13が非活性状態となり、コンパレータ12が活性状態となって、比較的小さい動作電流I12のコンパレータ12の制御によって内部電源電圧VCIを内部回路3に供給する。
【0036】
この動作電流I12は、比較的電流消費が大きいTTL信号入力時においても、安定な内部電源電圧VCIを供給が可能な負荷駆動能力が得られるレベルに設定される。
【0037】
一方、セルフリフレッシュモード時において、内部信号生成回路1は図11に示すように、セルフリフレッシュ信号SR、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)及びノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)を内部電源電圧供給回路2に出力する。
【0038】
したがって、内部電源電圧供給回路2は、セルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態時は、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)が“H”、ノーマル行アドレスストローブ信号バーRASが“L”、セルフリフレッシュ信号SRが“H”であるため、コンパレータ11,12が非活性状態となり、コンパレータ13が活性状態となって、極めて小さい動作電流I13のコンパレータ13の制御によって内部電源電圧VCIを内部回路3に供給する。
【0039】
この動作電流I13は、動作電流I12より十分小さいため、セルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態時に消費される電流を必要最小限に抑えることができる。セルフリフレッシュモード時のスタンドバイ電流は、データ保持期間の主要な消費電流であるため、データ保持期間における消費電流の低減化が図れることになる。
【0040】
一方、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)が“L”レベルになるとアクティブ状態となり、コンパレータ11が活性状態となって、大きな動作電流I11のコンパレータ11の制御によって内部電源電圧VCIを内部回路3に供給する。このとき、ノーマルモードではコンパレータ12が同時に活性状態となり、セルフリフレッシュモードではコンパレータ13が同時に活性状態となっているが、動作電流I11が動作電流I12,I13に比べて十分大きいため、コンパレータ11のみが活性状態となっている場合と等価な動作となる。
【0041】
コンパレータ11の動作電流I11は十分大きく大きな負荷駆動能力を得ることができるため、コンパレータ11の制御下で内部電源電圧VCIを供給することにより、内部回路3の実行には何ら支障はない。
【0042】
なお、セルフリフレッシュモード時のスタンドバイ状態用の内部電源電圧VCIの供給手段として、図2のコンパレータ13及びPMOSトランジスタ23に置き換えて、図4に示すように、ソースに外部電源電圧VCEを受け、ゲートに基準電圧VR′(VR+VT(NMOSトランジスタ24の閾値電圧))を受けるNチャネルMOSトランジスタ24のドレインより、基準電圧VR′を閾値電圧VTだけ降下させた内部電源電圧VCIを供給するように構成してもよい。この場合、消費電流はほぼ零となる。
【0043】
<実施の形態2>
図1〜図4で示した実施の形態1の構成に下記の機能を加えたのが実施の形態2のDRAMである。
【0044】
図5はこの発明の実施の形態2であるDRAMの特徴部を示すブロック図である。内部電源電圧供給回路2は外部電源電圧VCE(3.3V)を降圧して内部電源電圧VCI(2.5V)を出力する。このとき、内部電源電圧VCIの発生手段を制御するコンパレータの動作電流(負荷駆動能力)は信号バーRAS(I)及びバーRAS(N)に基づき決定される。
【0045】
内部入力信号生成回路5は内部電源電圧VCIを動作電源電圧として外部入力信号S0を内部入力信号S1を生成している。この内部入力信号S1は図1で示した入力信号SIとして内部回路3に付与される。また、内部入力信号生成回路5はセルフリフレッシュ信号SRが“H”/“L”によって活性/非活性状態となる。
【0046】
図6は内部電源電圧供給回路4及び内部入力信号生成回路5の内部構成を示す回路図である。同図に示すように、コンパレータ41は負入力に基準電圧VRを受け、その出力をPMOSトランジスタ51のゲートに付与する。PMOSトランジスタ51はソースに外部電源電圧VCEを受け、ドレインがコンパレータ41の正入力に接続される。コンパレータ41,PMOSトランジスタ51により第1のVDCを構成し、PMOSトランジスタ51が内部電源電圧VCIの付与部であり、コンパレータ41がその制御手段となり、その活性/非活性が内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)によって制御される。
【0047】
コンパレータ42は負入力に基準電圧VRを受け、その出力をPMOSトランジスタ52のゲートに付与する。PMOSトランジスタ52はソースに外部電源電圧VCEを受け、ドレインがコンパレータ42の正入力に接続される。コンパレータ42及びPMOSトランジスタ52により第2のVDCを構成し、PMOSトランジスタ52が内部電源電圧VCIの付与部であり、コンパレータ42がその制御手段となり、その活性/非活性がノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)によって制御される。
【0048】
これら第1〜第2のVDCで構成される内部電源電圧供給回路4は、PMOSトランジスタ51及び52のドレインがノード16で共通に接続され、このノード17より得られる電圧が内部電源電圧VCIとして内部入力信号生成回路5に供給される。
【0049】
このような構成の内部電源電圧供給回路4は、外部電源電圧VCEは3.3Vであるが、コンパレータ11及び12の負入力に2.5Vの基準電圧VRが付与されるため、コンパレータ11及び12それぞれによる負入力と正入力との比較動作によって、コンパレータ11及び12のうちいずれかのコンパレータが活性状態となれば、図7に示すように、外部電源電圧VCEが上昇しても2.5Vで安定した内部電源電圧VCIを内部入力信号生成回路5に供給することができる。
【0050】
内部入力信号生成回路5はノード17から接地レベルに直列に接続されたPMOSトランジスタ53,54及びNMOSトランジスタ55とNMOSトランジスタ56とから構成され、PMOSトランジスタ53のゲートにセルフリフレッシュ信号SRが付与され、PMOSトランジスタ54及びNMOSトランジスタ55はCMOSインバータを構成し、その入力部が入力端子15を介して外部入力信号S0を受け、その出力部から内部入力信号S1を出力する。また、上記CMOSインバータの出力部と接地レベルとの間にNMOSトランジスタ56が介挿され、NMOSトランジスタ56のゲートにセルフリフレッシュ信号SRが付与される。
【0051】
実施の形態2のDRAMは、実施の形態1に加えて、第1及び第2のVDCからなる内部電源電圧供給回路4から供給される内部電源電圧VCIを、内部入力信号生成回路5の動作電源電圧としたため、内部入力信号生成回路5の動作電源電圧を、外部電源電圧VCEの変動にかかわらずほぼ一定にでき、その結果、上記CMOSインバータの信号入力レベル判定に対する余裕を増すことができ、判定レベル精度を向上させることができる。
【0052】
また、内部入力信号生成回路5は、セルフリフレッシュ信号SRが“H”でセルフリフレッシュモードであると指示するとき、PMOSトランジスタ53がオフして内部電源電圧VCI,接地レベル間の電流パスを遮断するため、内部電源電圧VCIによって生じる電流分の低消費電流化を図ることができる。このとき、NMOSトランジスタ56がオンするため、内部入力信号S1は“L”固定される。
【0053】
図5及び図6で示した構成が可能になるのは、実施の形態1のDRAMの内部電源電圧供給回路2によって、データ保持期間の主要な消費電流であるセルフリフレッシュモード時のスタンドバイ電流を低減することが可能になったため、ノーマルモード・スタンドバイ時には消費電流をさほど制限する必要がなくなり、ノーマルモード・スタンドバイ用VDC(図5のコンパレータ42及びPMOSトランジスタ52)の動作電流を比較的大きめに設定することが可能になり、十分な負荷駆動能力を備えることができるためである。
【0054】
<実施の形態3>
実施の形態1のDRAMに加えて、セルフリフレッシュモード・アクティブ時の内部発生リサイクルタイミングに余裕を持たせたのが実施の形態3のDRAMである。
【0055】
図8は実施の形態3のDRAMの構成を示すブロック図である。内部信号生成回路6は行アドレスストローブ信号バーRAS及び列アドレスストローブ信号バーCASを外部より受け、セルフリフレッシュ信号SR、第1の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I1)及びノーマル行アドレスストローブ信号バーRAS(N)を内部電源電圧供給回路2に出力するとともに、第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)及び内部列アドレスストローブ信号バーCAS(I)を内部回路3に出力する。
【0056】
内部電源電圧供給回路2は外部電源電圧VCE(3.3V)を降圧して内部電源電圧VCI(2.5V)を出力する。このとき、内部電源電圧VCIの発生手段を制御するコンパレータの動作電流(負荷駆動能力)は信号SR、バーRAS(I1)及びバーRAS(N)に基づき決定される。なお、内部電源電圧供給回路2の内部構成は、内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I)が内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I1)に置き換わる以外は、図2〜図4で示した実施の形態1と同様である。
【0057】
内部回路3はダイナミック型のメモリセルをからなるメモリセルアレイ、行デコーダ、列デコーダ及びセンスアンプ等で構成され、内部電源電圧VCIを動作電源電圧として、ノーマルモード時は入力信号SIに基づく動作を行い、セルフリフレッシュモード時には入力信号SIとは関係なく、第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)の制御下でセルフリフレッシュ動作を行う。
【0058】
図9は実施の形態3のDRAMのセルフリフレッシュ動作を示すタイミング図である。同図に示すように、時刻t0のCBR入力をトリガとして、一定時間(例えば、10μs)の経過後の時刻t1にセルフリフレッシュ信号SRが“H”となりセルフリフレッシュモードに入る。この後、次にCBR入力がされるまで、セルフリフレッシュモードが保持される。
【0059】
そして、セルフリフレッシュモードでは、内部信号生成回路6から生成される第1の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I1)の“L”/“H”によって内部電源電圧供給回路2の第1のVDCのコンパレータ11の活性/非活性が制御され、第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)の“L”/“H”によって内部回路3のリフレッシュ動作の実行/非実行が制御される。
【0060】
第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)が“L”に立ち下がりスタンドバイ状態からアクティブ状態へ遷移する際、活性状態となるコンパレータがコンパレータ13からコンパレータ11に切り替えられるが、切り替えられる直前まで負荷駆動能力(動作電流)が極小のセルフリフレッシュモード・スタンドバイ用の第3のVDCのコンパレータ13が動作しているため、切り替え期間にアクティブ動作開始による消費電流の増加に伴い、内部電源電圧VCIが規定値より低くなってしまう第1の危険性がある。
【0061】
同様に、第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)が“H”に立ち上がりアクティブ状態からスタンドバイ状態へ遷移する際、活性状態となるコンパレータがコンパレータ11からコンパレータ13に切り替えられるが、早めに負荷駆動能力が極小のセルフリフレッシュモード・スタンドバイ用の第3のVDCのコンパレータ13を動作させると、アクティブ動作時の比較的大きな消費電流によって内部電源電圧VCIが規定値より低くなってしまう第2の危険性がある。
【0062】
上記第1の危険性を考慮して、実施の形態3のDRAMの内部信号生成回路6は、セルフリフレッシュモードでスタンドバイ状態からアクティブ状態の移行に際して、第1の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I1)を第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)より早く“L”に立ち下げている。
【0063】
さらに、上記第2の危険性を考慮して、実施の形態3のDRAMの内部信号生成回路6は、セルフリフレッシュモードでアクティブ状態からスタンドバイ状態の移行に際して、第2の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I2)を第1の内部行アドレスストローブ信号バーRAS(I1)より早く“H”に立ち上げている。
【0064】
したがって、実施の形態3のDRAMは、内部電源電圧供給回路2のコンパレータを負荷駆動能力(動作電流)が極めて小さいコンパレータ13から負荷駆動能力が大きいコンパレータ11に確実に切り替えた後、内部回路3によるリフレッシュ動作を開始し、内部回路3によるリフレッシュ動作が確実に終了した後、内部電源電圧供給回路2のコンパレータを負荷駆動能力が大きいコンパレータ13から負荷駆動能力が極めて小さいコンパレータ11に切り替えるため、内部回路3によるリフレッシュ動作を支障無く行いながら、コンパレータ11,13の切り替えを行うことができる。
【0065】
<その他>
実施の形態1〜実施の形態3では、内部回路にダイナミック型のメモリセルを有するDRAMを例に挙げたが、これに限定されず、内部電源電圧を動作電源電圧として、ノーマルモード時に入力信号に基づく動作を行い、特殊モード時に入力信号と関係のない動作を行う内部回路を有する半導体装置すべてにこの発明を適用することが可能である。
【0066】
また、実施の形態1及び実施の形態2の内部電源電圧供給回路2,5として、コンパレータの正入力に内部電源電圧VCIがそのまま入力されている構成を示したが、内部電源電圧VCIを分圧した電圧を入力する等、内部電源電圧VCIに関連した電圧が入力されるように構成してもよい。
【0067】
【発明の効果】
この発明における請求項1記載の半導体装置における第1の内部電源電圧供給手段は、モード制御信号が通常モードのスタンドバイ状態であると指示するとき第1の動作電流で動作し、モード制御信号がセルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態であると指示するとき第1の動作電流より小さい第2の動作電流で動作するため、通常モードのスタンドバイ状態時及びセルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態時それぞれに最適な動作電流で第1の内部電源電圧供給手段を動作させることができる。
【0068】
加えて、請求項1記載の半導体装置の第1の内部電源電圧供給手段は、モード制御信号が通常モードであると指示するとき第1の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にし、モード制御信号がセルフリフレッシュモードであると指示するとき第2の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にして、第1及び第2の比較回路のうち最適な比較回路と動作させて第1の内部電源電圧を供給することができる。
【0069】
さらに、請求項1記載の半導体装置において、通常モードはメモリセルに対する読み出し及び書き込み動作を行うモードを含み、セルフリフレッシュモードはセルフリフレッシュ動作を行うモードを含んでいるため、通常の読み書き動作を行うモードのスタンドバイ状態時とセルフリフレッシュ動作を行う場合のスタンドバイ状態時それぞれに最適な動作電流で第1の内部電圧供給手段を動作させて第1の内部電源電圧を内部回路に供給することができる。
【0070】
加えて、請求項1記載の半導体装置において、第2の動作電流は第1の動作電流より小さいため、セルフリフレッシュ動作を行う場合のスタンドバイ状態時の第1の内部電源電圧付与手段による消費電流を低減させることができる。
【0071】
さらに、請求項1記載の半導体装置の第1の内部信号供給手段は、モード制御信号が内部回路のアクティブ状態を指示するとき、第1及び第2の動作電流より動作電流が大きい第3の動作電流で動作するため、内部回路の実行には何ら支障はない。
【0072】
請求項2記載の半導体装置は、第2の基準電圧を受け、該第2の基準電圧に基づき外部電源電圧を変換して第2の内部電源電圧を供給する第2の内部電源電圧供給手段と、外部入力信号及び第2の内部電源電圧を受け、第2の内部電源電圧を動作電源電圧として、外部入力信号を内部入力信号に変換して内部回路に付与する内部入力信号付与手段とをさらに備えるため、外部電源電圧が変動しても第2の内部電源電圧は安定しているため、誤動作することなく外部入力信号を内部入力信号に変換することができる。
【0073】
請求項3記載の半導体装置における内部入力信号付与手段は、モード制御信号がセルフリフレッシュモードであると指示するとき、前記第2の内部電源電圧の前記内部入力信号付与手段内への供給経路を遮断するため、第2の内部電源電圧によって生じる電流分の低消費電流化を図ることができる。
【0074】
請求項4記載の半導体装置において、第1の内部信号供給手段は、モード制御信号の第1の実行情報が内部回路のアクティブ状態を指示するとき、第3の動作電流で動作し、内部回路はモード制御信号の第2の実行情報が内部回路のアクティブ状態を指示するとき動作状態となる。そして、第2の実行情報の指示内容がスタンドバイ状態からアクティブ状態に変化するタイミングを、第1の実行情報の指示内容がスタンドバイ状態からアクティブ状態に変化するタイミングより所定期間遅らせている。
【0075】
したがって、第1の内部信号供給手段が比較的大きな第3の動作電流で動作することによって得られる第1の内部電源電圧が内部回路に確実に供給された後に内部回路は動作状態となるため、セルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態からアクティブ状態に移行する場合でも内部回路は支障無く所定の動作を実行することができる。
【0076】
さらに、請求項5記載の半導体装置は、第2の実行情報の指示内容がアクティブ状態からスタンドバイ状態に変化するタイミングを、第1の実行情報の指示内容がアクティブ状態からスタンドバイ状態に変化するタイミングより所定期間早めている。
【0077】
したがって、内部回路による所定の動作が確実に終了した後に、第3の動作電流から第2の動作電流に変更され、第1の内部信号供給手段は第1の内部電源電圧の供給動作を開始することができるため、アクティブ状態からセルフリフレッシュモードのスタンドバイ状態に移行する場合でも内部回路は支障無く所定の動作を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1であるDRAMの構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の内部電源電圧供給回路の内部構成を示す回路図である。
【図3】 図2のコンパレータの内部構成を示す回路図である。
【図4】 VDCの変形例を示す回路図である。
【図5】 この発明の実施の形態2であるDRAMの特徴部を示すブロック図である。
【図6】 図5の内部電源電圧供給回路及び内部入力信号生成回路5の内部構成を示す回路図である。
【図7】 図5の内部入力信号生成回路の動作特性を示すグラフである。
【図8】 この発明の実施の形態3であるDRAMの構成を示すブロック図である。
【図9】 実施の形態3のDRAMの動作を示すタイミング図である。
【図10】 従来のDRAMのノーマルモード動作を示すタイミング図である。
【図11】 従来のDRAMのセルフリフレッシュモード動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
1 内部信号生成回路、2,4 内部電源電圧供給回路、3 内部回路、5 内部入力信号生成回路、11〜13、41,42 コンパレータ。
Claims (5)
- 外部入力信号に関連した外部入力関連信号及び第1の内部電源電圧を受け、該第1の内部電源電圧を動作電源電圧として、通常モード時は、前記外部入力関連信号に基づいてメモリセルに対する読み出し及び書き込み動作を行い、セルフリフレッシュモード時は、前記外部入力関連信号と関係のないセルフリフレッシュ動作を行う内部回路を備えた半導体装置において、
外部制御信号に基づきモード制御信号を生成するモード制御信号生成手段をさらに備え、前記モード制御信号は前記通常モードの有無、前記セルフリフレッシュモードの有無、前記内部回路のアクティブ状態/スタンドバイ状態を指示する情報を有し、
第1の基準電圧を受け、該第1の基準電圧に基づき外部電源電圧を変換して前記第1の内部電源電圧を前記内部回路に供給する第1の内部電源電圧供給手段をさらに備え、前記第1の内部電源電圧供給手段は、前記モード制御信号が前記通常モードの前記スタンドバイ状態を指示するとき第1の動作電流で動作し、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードの前記スタンドバイ状態を指示するとき前記第1の動作電流より小さい第2の動作電流で動作し、前記モード制御信号が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき前記第1の動作電流より大きい第3の動作電流で動作し、
前記第1の内部電源電圧供給手段は、
一端に前記外部電源電圧を受け、第1の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第1の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第1の電圧制御信号を出力する第1の比較回路とを有する第1の内部電源電圧供給部と、
一端に前記外部電源電圧を受け、第2の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第2の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第2の電圧制御信号を出力する第2の比較回路とを有する第2の内部電源電圧供給部とを備え、
前記第1の内部電源電圧供給手段は、前記モード制御信号が前記通常モードであると指示するとき第1の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にし、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードであると指示するとき第2の内部電源電圧供給部を選択的に活性状態にし、
前記第1の内部信号供給手段は、
一端に前記外部電源電圧を受け、第3の電圧制御信号に基づき他端から前記第1の内部電源電圧を付与する第3の内部電源電圧付与部と、前記第1の内部電源電圧に関連した電圧と前記第1の基準電圧との比較結果に基づき前記第3の電圧制御信号を出力する第3の比較回路とを有する第3の内部電源電圧供給部をさらに備え、
前記モード制御信号が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき、前記第3の内部電源電圧供給部を活性状態にする、
半導体装置。 - 第2の基準電圧を受け、該第2の基準電圧に基づき前記外部電源電圧を変換して前記第2の内部電源電圧を供給する第2の内部電源電圧供給手段と、
前記外部入力信号及び前記第2の内部電源電圧を受け、前記第2の内部電源電圧を動作電源電圧として、前記外部入力信号を内部入力信号に変換して前記内部回路に付与する内部入力信号付与手段とをさらに備え、前記外部入力関連信号は前記内部入力信号を含む、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記内部入力信号付与手段は前記モード制御信号を受け、前記モード制御信号が前記セルフリフレッシュモードであると指示するとき、前記第2の内部電源電圧の前記内部入力信号付与手段内への供給経路を遮断する、
請求項2記載の半導体装置。 - 前記モード制御信号における前記内部回路の前記アクティブ状態/前記スタンドバイ状態を指示する情報は第1及び第2の実行情報を含み、
前記第1の内部信号供給手段は、前記モード制御信号の前記第1の実行情報が前記内部 回路の前記アクティブ状態を指示するとき、前記第3の内部電源電圧供給部を活性状態にして前記第3の動作電流で動作し、
前記内部回路は前記モード制御信号の前記第2の実行情報が前記内部回路の前記アクティブ状態を指示するとき動作状態となり、
前記モード制御信号において、前記第2の実行情報の指示内容が前記スタンドバイ状態から前記アクティブ状態に変化するタイミングを、前記第1の実行情報の指示内容が前記スタンドバイ状態から前記アクティブ状態に変化するタイミングより所定期間遅らせたことを特徴とする、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記モード制御信号において、前記第2の実行情報の指示内容が前記アクティブ状態から前記スタンドバイ状態に変化するタイミングを、前記第1の実行情報の指示内容が前記アクティブ状態から前記スタンドバイ状態に変化するタイミングより所定期間早めたことを特徴とする、
請求項4記載の半導体装置。
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