JP4104886B2 - 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、外部からの周期的に与えられるクロック信号に同期して外部信号の取込みを行なう同期型半導体装置に関する。より特定的には、省電力モードから復帰直後のアクセスタイムのゆらぎを抑える機能を備えた同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ(以下SDRAMと称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】
主記憶として用いられるダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)は、高速化されてきているが、その動作速度は依然としてマイクロプロセッサ(MPU)の動作速度に追随することができない。このため、DRAMのアクセスタイムおよびサイクルタイムがボトルネックとなり、システム全体の性能が低下するということがよく言われる。近年、高速MPUのための主記憶としてクロック信号に同期して動作するダブルデータレートSDRAM(DDR SDRAM)が提案されている。
【0003】
DDR SDRAMにおいては、高速でアクセスするために双方のクロック信号(extCLK,ext/CLK)に同期して、連続したたとえば4ビットの連続ビットに対して高速にアクセスする仕様が提案されている。
【0004】
図7は、従来のDDR SDRAMの標準的な動作の入出力波形を説明するための動作波形図である。
【0005】
図7においては、データ入出力端子DQ0〜DQ7の8ビットのデータ(バイトデータ)の入力および出力が可能なDDR SDRAMにおいて、連続して4データ(8×4の合計32ビット)を書込みまたは読出す動作を示す。連続して読出されるデータのビット数はバースト長と呼ばれ、DDR SDRAMでは、通常、モードレジスタの設定によって変更することが可能である。
【0006】
図7を参照して、時刻t1において、外部からのクロック信号extCLKの立上がりエッジで外部からの制御信号(ロウアドレスストローブ信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CAS、アドレス信号Add.など)が取込まれる。ロウアドレスストローブ信号/RASが活性状態のLレベルにあるため、このときのアドレス信号Add.は行アドレスXaとして取込まれる。なお、アドレス信号Add.は、アドレス信号A0〜A10、バンクアドレス信号BAを含む。
【0007】
時刻t2において、コラムアドレスストローブ信号/CASが活性状態のLレベルとなり、クロック信号extCLKの立上がりに同期して内部に取込まれる。このときのアドレス信号Add.は列アドレスYbとして取込まれる。この取込まれた行アドレスXaおよび列アドレスYbに従ってDDR SDRAM内において行および列の選択動作が実施される。
【0008】
D/Qは、入出力端子から入出力されるデータ信号DQ0〜DQiを示す。行アドレスストローブ信号/RASがLレベルに立下がってから所定のクロック周期(図7においては3.5クロックサイクル)が経過した後、時刻t4において最初のデータq0が出力され、データq0に引き続きデータq1〜q3が連続して出力される。
【0009】
このデータの出力は、クロック信号extCLKとクロック信号ext/CLKとのクロスポイントに応答して行なわれる。データ転送を高速に行なうことを可能とするために、データストローブ信号DQSが出力データと同位相で出力される。
【0010】
なお、時刻t3においてクロック信号extCLKの立上がりエッジにおいて、制御信号/RAS,/WEがLレベルに設定され、メモリセルへの再書込(プリチャージ)が行なわれる。
【0011】
時刻t5以降は書込動作を示す。時刻t5において、行アドレスXcが取込まれる。時刻t6において、コラムアドレスストローブ信号/CASおよびライトイネーブル信号/WEがともに活性状態のLレベルに設定されると、そのときのクロック信号extCLKの立上がりエッジにおいて列アドレスYdが取込まれる。そして、そのときに与えられていたデータd0が最初の書込データとして取込まれる。ロウアドレスストローブ信号/RASおよびコラムアドレスストローブ信号/CASの立下がりに応答して、DDR SDRAM内部においては行および列選択動作が実施される。以降、データストローブ信号DQSに同期して順次入力データd1〜d3が取込まれ、対応するメモリセルに書込まれる。
【0012】
高いデータ転送率を実現するために、高周波数のクロック信号に同期してデータの読み書きが実施される。高周波で安定したシステム動作を実現するためには、DDR SDRAMの内部のタイミング規定が厳しくなる。
【0013】
読出時のデータアクセス時間のゆらぎを少なくするためには、通常はディレイロックドループ回路(DLL回路)が用いられる。しかし、DLL回路は、電源電位に生ずるノイズによって遅延量が変化してしまう。このためDLL回路はレギュレータによって安定化された内部電源電位を動作電源電位として受ける。
【0014】
図8は、レギュレータとDLL回路の接続の第1例を説明するための回路図である。
【0015】
図8を参照して、レギュレータ500は、外部電源電位EXTVDDを受けてクロック入力バッファ509,インバータ507およびDLL回路510に内部電源電位INTVDDを供給する。クロック入力バッファ509は、外部から相補なクロック信号extCLK,ext/CLKを受けてこれらのクロスポイントを検出する。インバータ507は、クロック入力バッファ509の出力を受けて反転しクロック信号ECLKを出力する。DLL回路510は、クロック信号ECLKに応じて図示しない内部クロック信号INTCLKを出力する。このクロック信号INTCLKはデータ出力バッファからデータを外部に出力するための基準タイミングを与える。
【0016】
クロック入力バッファ509は、ソースが接地ノードに接続されゲートにクロックイネーブル信号extCKEを受けるNチャネルMOSトランジスタ506と、NチャネルMOSトランジスタ506のドレインにソースが接続されゲートにクロック信号ext/CLKを受けるNチャネルMOSトランジスタ503と、ゲートおよびドレインがNチャネルMOSトランジスタ503のドレインに接続されソースにレギュレータ500からの内部電源電位を受けるPチャネルMOSトランジスタ501とを含む。
【0017】
クロック入力バッファ509は、さらに、NチャネルMOSトランジスタ506のドレインにソースが接続されゲートにクロック信号extCLKを受けるNチャネルMOSトランジスタ504と、NチャネルMOSトランジスタ504のドレインが接続されゲートがNチャネルMOSトランジスタ503のドレインに接続されソースにレギュレータ500からの内部電源電位を受けるPチャネルMOSトランジスタ502とを含む。
【0018】
NチャネルMOSトランジスタ504のドレインはインバータ507の入力に接続される。
【0019】
図9は、レギュレータとDLL回路との接続の第2例を示した回路図である。図9を参照して、レギュレータ500は外部電源電位EXTVDDを受けて内部電源電位INTVDDをDLL回路510に与える。クロック入力バッファ509およびインバータ507には、動作電源電位として外部電源電位EXTVDDが直接与えられる。
【0020】
クロック入力バッファ509の構成およびクロック入力バッファ509,インバータ507およびDLL回路510の接続については図8の場合と同様であるので説明は繰返さない。
【0021】
図10は、図8、図9におけるDLL回路510の構成を示したブロック図である。
【0022】
図10を参照して、DLL回路510は、クロック信号ECLKを遅延させ内部クロック信号INTCLKを出力する遅延ライン530と、遅延ライン530の出力する内部クロック信号INTCLKを遅延させてクロック信号RCLKを出力する遅延回路532と、クロック信号ECLK,RCLKの位相を比較し制御信号UP,DOWNを出力する位相比較器522と、位相比較器522の出力を受けてフィルタ処理を行ない制御信号UP_D,DOWN_Dを出力するデジタルフィルタ526と、デジタルフィルタ526の出力に応じて内部のカウント値を変化させて遅延ライン530に対して遅延時間を決定するための制御信号を出力するカウンタ&デコーダ528とを含む。
【0023】
図11は、図10におけるデジタルフィルタ526の構成を示した回路図である。
【0024】
図11を参照して、デジタルフィルタ526は、制御信号UPが2回パルス状に活性化された場合に出力にHレベルがセットされるシフトレジスタ52と、シフトレジスタ52と制御信号UPとを受けて制御信号UP_Dを出力するAND回路560と、制御信号DOWNが2回パルス状に活性化されると出力にHレベルがセットされるシフトレジスタ54と、シフトレジスタ54の出力と制御信号DOWNとを受けて制御信号DOWN_Dを出力するAND回路564とを含む。制御信号UP_D,DOWN_Dはカウンタ&デコーダ528に与えられる。
【0025】
シフトレジスタ52の内部データは、制御信号DOWNがパルス状に活性化されるとリセットされる。したがって、制御信号UPが1度だけしか活性化されないまま、続いて制御信号DOWNがパルス状に活性化されると出力にHレベルが伝達されない。
【0026】
また、シフトレジスタ54のデータも、制御信号UPがパルス状に活性化されるとリセットされる。したがって、制御信号DOWNが1度活性化されただけでは出力がHレベルにならない。そしてAND回路560,564において制御信号UP,DOWNがそれぞれHレベルになった場合にシフトレジスタの出力がカウンタ&デコーダ528に伝達される。したがって、3度続けて制御信号UPが活性化されないと制御信号UP_Dは活性化されない。同様に制御信号DOWNが3度続けて活性化されないと制御信号DOWN_Dは活性化されない。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
図8、図9に示すようなレギュレータは、一定電流を消費している場合には安定した内部電源電位を発生することができる。しかしながら、たとえば外部からのクロックイネーブル信号の活性化,非活性化に応じてSDRAM内部での消費される電流値が急激に変化した場合には、追随するスピードが遅いので内部電源電位がふらつく。
【0028】
クロックイネーブル信号が非活性化されると、外部クロック信号が内部に伝達されなくなり、SDRAMは省電力モード(パワーダウンモード)に設定される。パワーダウンモードでは、外部からの書込動作および外部への読出動作は停止されSDRAMは消費電力が低減された状態となる。ただし、内部データはオートリフレッシュ等が行なわれることにより保持される。
【0029】
図12は、電源電位の変動について説明するための動作波形図である。
図12を参照して、たとえば時刻t1においてクロックイネーブル信号extCKEがHレベルからLレベルになると、SDRAM内部で消費される電流値が急激に減るので、内部電源電位INTVDDが一時的に上昇してしまう。
【0030】
逆に時刻t2〜t3のようにクロックイネーブル信号extCKEがLレベルからHレベルに変化した場合には、SDRAMの内部で動作が開始され消費される電流値が急激に増加する。このため内部電源電位が一旦低下してしまう。
【0031】
このような内部電源電位INTVDDの変化により、DLL回路の遅延量が変化して内部クロックINTCLKにゆらぎが生じ、その結果データ出力信号にもゆらぎが発生してしまうという問題点があった。
【0032】
また、DLL回路は、パワーダウンモードにおいて消費電流値を減少させるために動作が停止される。一般的には、図8、図9において示したようにクロック入力バッファ509の動作電流をNチャネルMOSトランジスタ506で遮断することによりクロック信号ECLKを停止させる。そのためDLL回路510も停止して外部クロック信号の周波数変動に追随できなくなる。
【0033】
この発明の目的は、パワーダウン後のデータ出力のゆらぎが少ない半導体装置を提供することである。
【0034】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体装置は、動作モードとして通常モードと省電力モードとを有する半導体装置であって、入力クロック信号を遅延させて出力クロック信号を出力する可変遅延回路と、出力クロック信号の位相と入力クロック信号の位相とを比較して可変遅延回路に対して制御信号を与えて遅延時間を指示する遅延時間制御回路とを備え、遅延時間制御回路は、省電力モードから通常モードに遷移してから第1の一定期間は可変遅延回路に対する遅延時間制御を停止する。
【0035】
請求項1に記載の半導体装置は、さらに、遅延時間制御回路は、入力クロック信号と出力クロック信号の位相を比較する位相比較回路と、位相比較回路の出力を第1の一定期間非活性状態に設定する伝達部と、伝達部の出力に応じて制御信号を変化させる制御信号出力部とを含む。
【0036】
請求項1に記載の半導体装置は、さらに、伝達部は、動作モードの切換を示す切換信号を受ける遅延回路を有し、切換信号と遅延回路の出力に応じて第1の期間において位相比較回路の出力の通過を阻止する信号切換部と、信号切換部の出力を受けて位相比較結果が所定回数同じ結果であるときに位相比較結果を伝達するフィルタ処理部とを含む。
【0037】
請求項1に記載の半導体装置は、さらに、伝達部は、フィルタ処理部の出力と信号切換部の出力とを受けて、第1の一定期間に続く第2の一定期間において信号切換部の出力を伝達し、第2の一定期間後においてフィルタ処理部の出力を伝達する第1のゲート回路をさらに含み、制御信号出力部は、伝達部の出力を計数するカウンタを有する。
【0038】
請求項2に記載の半導体装置は、動作モードとして通常モードと省電力モードとを有する半導体装置であって、入力クロック信号を遅延させて出力クロック信号を出力する可変遅延回路と、出力クロック信号の位相と入力クロック信号の位相とを比較して可変遅延回路に対して制御信号を与えて遅延時間を指示する遅延時間制御回路とを備え、遅延時間制御回路は、省電力モードから通常モードに遷移してから第1の一定期間は可変遅延回路に対する遅延時間制御を停止し、遅延時間制御回路は、入力クロック信号と出力クロック信号の位相を比較する位相比較回路と、位相比較回路の出力を第1の一定期間非活性状態に設定する伝達部と、伝達部の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号出力部とを含み、伝達部は、動作モードの切換を示す切換信号に応じて、第1の一定期間から第1の一定期間に続く第2の一定期間への第1の遷移時刻と第2の一定期間から第2の一定期間に続く第3の期間への第2の遷移時刻とを示す遷移制御信号を出力する制御信号発生部と、位相比較回路の出力の連続入力回数に応じて位相比較回路の出力を伝達するか否かを決めるフィルタ処理部と、遷移制御信号に応じて、非活性状態を表す固定信号と位相比較回路の出力とフィルタ処理部の出力のうちの一つを選択して出力する第2のゲート回路とを有する。
【0039】
請求項3に記載の半導体装置は、請求項1または2に記載の半導体装置の構成に加えて、入力クロック信号に応じてデータ授受を行なうメモリアレイと、メモリアレイからデータを受けて出力クロック信号に同期して外部にデータ出力を行なう出力バッファとをさらに備える。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【0041】
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1の半導体装置1の概略的な構成を示すブロック図である。
【0042】
図1を参照して、半導体装置1としては、クロック信号に同期してデータのやり取りを行なうダブルデータレートシンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ(DDR SDRAM)が一例として示されている。
【0043】
半導体装置1は、外部クロック信号CLK,/CLK、クロックイネーブル信号CKEを受けるクロックバッファ2と、アドレス信号A0〜A10およびバンクアドレス信号BAを受けるアドレスバッファ4と、コントロール信号/CS,/RAS,/CAS,/WE,DQMを受けるコントロール信号バッファ6とを含む。アドレスバッファ4およびコントロール信号バッファ6は、クロックバッファ2の出力に同期して、アドレス信号やコントロール信号を取込む。
【0044】
半導体装置1は、さらに、データ授受のタイミングの基準となるデータストローブ信号DQS,/DQSを入出力する入出力バッファ16と、クロックバッファ2の出力に応じて内部クロック信号を発生するディレイロックドループ(DLL)回路10とを含む。
【0045】
半導体装置内部の信号伝搬遅延のため、外部からのクロック信号CLKに応じて入出力バッファ12がデータ出力を行なったのでは外部クロックに対してデータ出力タイミングが遅れてしまう。これを防止するため、DLL回路10は、外部クロックCLK、/CLKにもとづいてこれより内部の信号伝搬遅延に相当する時間だけ位相の早い内部クロック信号INTCLKを生成して入出力バッファ12に供給する。
【0046】
半導体装置1は、さらに、クロックバッファ2の出力に同期して、アドレスバッファ4、コントロール信号バッファ6の出力を受けるコントロール回路8と、コントロール回路8の制御の下に内部データ信号IDQ0〜IDQiを授受するメモリアレイ14と、外部とメモリアレイ14との間でデータの授受を行なう入出力バッファ12とを含む。
【0047】
入出力バッファ12は、DLL回路10の出力に同期してメモリアレイのデータを外部に出力する。一方、入出力バッファ12は、入出力バッファ16から与えられる信号DQSに同期して外部から入力されるデータを取込む。
【0048】
コントロール回路8は、図示しないがモードレジスタを含んでいる。モードレジスタは、制御信号の組合せによって与えられるモードレジスタセットコマンドに応じて、その時に与えられているアドレス信号によって指定される動作モードを保持する。
【0049】
図2は、図1におけるDLL回路10の構成を示した回路図である。
図2を参照して、DLL回路10は、クロック信号ECLKを受けて遅延させ内部クロック信号INTCLKを出力する遅延ライン30と、内部クロック信号INTCLKの位相とクロック信号ECLKの位相とを比較して遅延ライン30に対して制御信号を与えて遅延時間を指示する遅延時間制御回路29とを含む。
【0050】
クロック信号ECLKは、外部クロック信号CLK,/CLKを受けて図1のクロックバッファ2から出力されるクロック信号である。
【0051】
遅延時間制御回路29は、内部クロック信号INTCLKを受けて遅延させクロック信号RCLKを出力する遅延回路32と、クロック信号ECLK,RCLKの位相を比較して制御信号UP,DOWNを出力する位相比較器22と、クロックイネーブル信号extCKEの活性化に応じて制御信号UP,DOWNを受けて制御信号UP_D,DOWN_Dとして伝達する伝達部23と、制御信号UP_D,DOWN_Dに応じて制御信号C0〜Cnを遅延ライン30に出力するカウンタ&デコーダ28とを含む。
【0052】
伝達部23は、クロックイネーブル信号extCKEの活性化から所定時間が経過するまでは位相比較器22の出力を伝達せず、所定時間が経過した後に位相比較器22の出力を伝達する信号切換部24と、信号切換部24の出力をフィルタ処理するデジタルフィルタ26とを含む。なお、デジタルフィルタ26は、たとえば、後に図4で説明するフィルタ処理部51と同様な回路で構成が可能である。
【0053】
信号切換部24は、クロックイネーブル信号extCKEを受ける遅延回路42と、クロックイネーブル信号extCKEと遅延回路42の出力とを受けて信号CKE2を出力するAND回路44と、AND回路44に応じてクロックイネーブル信号extCKEが活性化してから所定の期間だけ制御信号UP,DOWNの通過を阻止するゲート回路43とを含む。
【0054】
ゲート回路43は、AND回路44の出力と制御信号UPを受けて信号UP2を出力するAND回路46と、AND回路44の出力と制御信号DOWNとを受け受けて信号DOWN2を出力するAND回路48とを含む。
【0055】
次に図2のDLL回路10の動作を簡単に説明する。
位相比較器22は、クロック信号ECLKの位相とクロック信号RCLKの位相とを比較する。クロック信号ECLKは、外部からのクロック信号CLK,/CLKを受けるクロックバッファ2によって出力される。クロック信号RCLKは、DLL回路10の出力する内部クロック信号INTCLKが入出力バッファ12までの伝搬遅延に相当する時間だけ遅延回路32で遅延されて発生される。
【0056】
クロック信号ECLK,RCLKの位相差がなくなるように、制御信号UP,DOWNを位相比較器22が発生する。この制御信号がカウンタ&デコーダ28でカウントされ、カウント値に応じて遅延ラインの遅延時間を制御する制御信号C0〜Cnが出力され、遅延ライン30の遅延量が調整される。
【0057】
図3は、DLL回路10の動作を説明するための動作波形図である。
図2、図3を参照して、時刻t3までは伝達部23は通常の動作を行なう。すなわち、時刻t1において制御信号UPが3度連続して入力されることに応じて制御信号UP_Dが出力される。
【0058】
同様に、時刻t2において制御信号DOWNが3度連続して入力されることによって制御信号DOWN_Dが出力される。時刻t2〜t3では、制御信号UP,DOWNはいずれも2度ずつしか連続して活性化されていないので制御信号UP_D,DOWN_Dは出力されない。したがってこの間は遅延ラインの遅延量は更新されない。
【0059】
以上のような通常動作においては、信号切換部24は制御信号UP,DOWNをデジタルフィルタ26に伝達する。デジタルフィルタ26では、位相比較器22の出力が間引かれる。これは、遅延ライン30の遅延量の変動がチャタリングしないようにすることと、全体の消費電流を減少させるためである。
【0060】
続いて、時刻t3〜t4においてはクロックイネーブル信号extCKEがLレベルに設定されパワーダウンモードに設定される。
【0061】
時刻t4において、クロックイネーブル信号extCKEがLレベルからHレベルに活性化され、パワーダウンモードから通常の動作モードにSDRAMは復帰する。
【0062】
時刻t4〜t5におけるパワーダウンモードから復帰直後は、図12に示したように、DLL回路用の内部電源電位が不安定になる。そのときに位相比較を行ない、遅延ラインの遅延量を更新すると、内部電源電位が不安定であるにも拘らず位相比較器22はクロック信号ECLKとクロック信号RCLKの位相差をなくすように動作する。そのため、さらに一定時間経過後に内部電源電位が安定したときに、再度遅延ライン30の遅延量を更新することが必要となる。そのため、パワーダウンモード後にDLL回路10の出力がゆらいでしまう。
【0063】
この問題点を解決するために、図2の信号切換部24において、クロックイネーブル信号extCKEがLレベルからHレベルに変化したときに一定時間制御信号UP2,DOWN2を活性化することを停止して遅延ライン30の遅延量の更新を行なわない。クロックイネーブル信号extCKEがLレベルからHレベルに変化してから一定時間経過して内部電源電位が安定した後に、位相比較結果をデジタルフィルタ26に伝達することにより遅延ライン30の遅延量の更新が開始され内部クロック信号INTCLKのゆらぎが小さく抑えされる。このようにして、SDRAMから出力されるデータのゆらぎの問題が解決できる。
【0064】
時刻t5以降は、UP2,DOWN2の非活性化が解除され、時刻t3までと同様の通常動作が行なわれる。
【0065】
以上説明したように、実施の形態1の半導体装置は、パワーダウンモードから復帰後の第1の期間と第2の期間とで遅延ラインの遅延量の更新頻度を変更する。特に、第1の期間で位相比較器の出力を伝達しないようにして電圧変動時に遅延ラインの遅延量の更新を行なわないので、内部電源電位が安定してからロック動作が開始され、内部クロック信号のゆらぎを小さく抑えることができる。
【0066】
[実施の形態2]
実施の形態1でも説明したように、一般的なDLL回路では、位相比較器の結果をそのまま遅延ラインに反映させずにデジタルフィルタを入れる。
【0067】
電源立上げ時にできるだけ早く位相をロックさせたいときは、フィルタをかけずにデータをスルーさせたりフィルタの効果を小さくして、遅延ラインの遅延時間を更新する頻度を増やす。
【0068】
その後クロックがロックした場合には、チャタリングの発生を少なくすることと消費電流の点からデジタルフィルタにより遅延ラインの遅延時間を更新する頻度を少なくする。
【0069】
しかしながら、SDRAMが用いられるシステムのうちのあるシステムでは、パワーダウン動作前後で外部クロック自身の周波数が変動する。この現象は、パワーダウン動作によってシステム全体の温度が変化することなどによって発生する。DLL回路はこのような場合にすぐに周波数変動に追随できず、アクセス時間がゆらぐことになる。
【0070】
このような問題を解決するためにはパワーダウンモードから復帰した後には内部電源電位が落ち着くまで遅延ラインの遅延時間の更新制御を一旦停止し、その後の一定時間は遅延ラインの遅延時間の更新を頻繁に行なってから通常動作を行なわせるとよい。
【0071】
図4は、実施の形態2で用いられるデジタルフィルタ26Aの構成を示した回路図である。
【0072】
図4を参照して、デジタルフィルタ26Aは、制御信号UP2,DOWN2がそれぞれ連続して入力される回数に応じて伝達するか否かを決定するフィルタリング処理を行なうフィルタ処理部51と、図2のAND回路44が出力する信号CKE2の活性化に応じて所定の期間活性化されるパルス信号CKEDを出力するパルス発生回路56と、パルス発生回路56の出力に応じて制御信号UP2,DOWN2をそのまま通過させるかフィルタリング処理されたフィルタ処理部51の出力を通過させるかを決定するゲート回路59とを含む。
【0073】
フィルタ処理部51は、制御信号UP2の連続入力回数をチェックするために制御信号UP2の活性化に応じてHレベルをシフトし制御信号DOWN2が活性化されると伝達したHレベルのデータをリセットするシフトレジスタ52と、制御信号DOWN2の連続入力回数をチェックするために制御信号DOWN2の活性化に応じてHレベルをシフトし制御信号UP2が活性化されると伝達したHレベルのデータをリセットするシフトレジスタ54とを含む。
【0074】
シフトレジスタ52は、電源ノードに一方端が結合されゲートに制御信号UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ72と、NチャネルMOSトランジスタ72の他方端と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ74と、NチャネルMOSトランジスタ72の他方端に入力が接続されるインバータ76と、インバータ76の出力を受けて反転しインバータ76の入力に帰還させるインバータ78とを含む。
【0075】
シフトレジスタ52は、さらに、インバータ76の出力に一方端が接続されゲートに制御信号UP2の反転信号である信号/UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ80と、NチャネルMOSトランジスタ80の他方端に入力が接続されるインバータ82と、インバータ82の出力を受けて反転しインバータ82の入力に帰還させるインバータ84とを含む。
【0076】
シフトレジスタ52は、さらに、インバータ82の出力に一方端が結合されゲートに制御信号UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ86と、NチャネルMOSトランジスタ86の他方端と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ88と、NチャネルMOSトランジスタ86の他方端に入力が接続されるインバータ90と、インバータ90の出力を受けて反転しインバータ90の入力に帰還させるインバータ92とを含む。
【0077】
シフトレジスタ52は、さらに、インバータ90の出力に一方端が接続されゲートに信号/UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ94と、NチャネルMOSトランジスタ94の他方端に入力が接続されるインバータ96と、インバータ96の出力を受けて反転しインバータ96の入力に帰還させるインバータ98とを含む。
【0078】
シフトレジスタ54は、電源ノードに一方端が結合されゲートに制御信号DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ102と、NチャネルMOSトランジスタ102の他方端と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ104と、NチャネルMOSトランジスタ102の他方端に入力が接続されるインバータ106と、インバータ106の出力を受けて反転しインバータ106の入力に帰還させるインバータ108とを含む。
【0079】
シフトレジスタ54は、さらに、インバータ106の出力に一方端が接続されゲートに制御信号DOWN2の反転信号である信号/DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ110と、NチャネルMOSトランジスタ110の他方端に入力が接続されるインバータ112と、インバータ112の出力を受けて反転しインバータ112の入力に帰還させるインバータ114とを含む。
【0080】
シフトレジスタ54は、さらに、インバータ112の出力に一方端が結合されゲートに制御信号DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ116と、NチャネルMOSトランジスタ116の他方端と接地ノードとの間に接続されゲートに制御信号UP2を受けるNチャネルMOSトランジスタ118と、NチャネルMOSトランジスタ116の他方端に入力が接続されるインバータ120と、インバータ120の出力を受けて反転しインバータ120の入力に帰還させるインバータ122とを含む。
【0081】
シフトレジスタ54は、さらに、インバータ120の出力に一方端が接続されゲートに信号/DOWN2を受けるNチャネルMOSトランジスタ124と、NチャネルMOSトランジスタ124の他方端に入力が接続されるインバータ126と、インバータ126の出力を受けて反転しインバータ126の入力に帰還させるインバータ128とを含む。
【0082】
パルス発生回路56は、クロックイネーブル信号extCKEを遅延させる遅延回路132と、遅延回路132の出力を受けて反転するインバータ134と、インバータ134の出力とクロックイネーブル信号extCKEとを受けてパルス信号CKEDを出力するAND回路136とを含む。
【0083】
ゲート回路59は、インバータ96の出力とAND回路136の出力とを受けるOR回路58と、OR回路58の出力と制御信号UP2とを受けて制御信号UP_Dを出力するAND回路60とを含む。
【0084】
ゲート回路59は、さらに、AND回路136の出力とインバータ126の出力とを受けるOR回路62と、OR回路62の出力と制御信号DOWN2とを受けて制御信号DOWN_Dを出力するAND回路64とを含む。
【0085】
なお、実施の形態2の発明の動作波形については、次に説明する変形例である実施の形態3の動作波形と同じであるので、実施の形態3においてまとめて説明する。
【0086】
実施の形態2の半導体装置は、パワーダウンモードから復帰後の第1の期間で位相比較結果が伝達されないようにされ、続く第2の期間でデジタルフィルタを素通りさせて遅延ラインの遅延量の更新を頻繁に行なうので、温度等が定常状態に落ち着くまでのあいだは外部クロックに迅速に応答して内部クロックが発生される。さらにその後第3の期間でデジタルフィルタによるフィルタ効果によって、遅延ラインの遅延量の更新頻度が制限されるので、内部クロック位相のチャタリングを防止できる。
【0087】
[実施の形態3]
実施の形態2と同様な制御を行なえる他の構成例を説明する。
【0088】
図5は、実施の形態3に用いられる伝達部23Bの構成を示した回路図である。
【0089】
図5を参照して、伝達部23Bは、制御信号UP,DOWNがそれぞれ連続して入力された回数に応じてフィルタ処理を行なうフィルタ処理部51と、クロックイネーブル信号extCKEに応じて制御信号CKE2,およびパルス信号CKEDを出力する制御信号発生部135と、制御信号発生部135の出力に応じて制御信号UP,DOWNをそのまま通過させるか、あるいはフィルタ処理部51によりフィルタ処理を行なった結果を出力するかまたは制御信号UP,DOWNの通過を阻止するかを選択するゲート回路137とを含む。
【0090】
図5におけるフィルタ処理部51は、制御信号UP2,DOWN2に代えてそれぞれ制御信号UP,DOWNを受ける点が図4の場合と異なるが、フィルタ処理部51の構成は、図4で説明した構成と同様であり説明は繰返さない。
【0091】
制御信号発生部135は、クロックイネーブル信号extCKEの立上がりエッジを遅延させる立上がり遅延回路130と、立上がり遅延回路130の出力する信号CKE2を受けて所定期間のパルス信号CKEDを出力するパルス発生回路56とを含む。立上がり遅延回路130は、クロックイネーブル信号extCKEを受けて遅延させる遅延回路140と、遅延回路140の出力とクロックイネーブル信号extCKEとを受けて信号CKE2を出力するAND回路138とを含む。
【0092】
パルス発生回路56の構成は、図4で説明したものと同様であるので説明は繰返さない。
【0093】
ゲート回路137は、図4で説明したゲート回路59の構成においてAND回路60に代えて制御信号UP,CKE2およびOR回路58の出力を受けて制御信号UP_Dを出力する3入力のAND回路139を含み、AND回路64に代えて制御信号DOWN,CKEDおよびOR回路62の出力を受けて制御信号DOWN_Dを出力する3入力のAND回路141を含む。
【0094】
図6は、図5に示した伝達部23Bの動作を説明するための動作波形図である。
【0095】
図5、図6を参照して、時刻t3までは通常動作が行なわれる。この通常動作については、図4で説明した場合と同様である。
【0096】
時刻t3〜t4においてクロックイネーブル信号extCKEがLレベルに設定されパワーダウンモードにSDRAMが設定される。
【0097】
時刻t4においてクロックイネーブル信号extCKEがLレベルからHレベルに立上げられると、パワーダウンモードが解除される。時刻t4〜t5の間は、信号CKE2がLレベルであるので、AND回路139,141の働きによって制御信号UP_D,DOWN_DはともにLレベルに固定される。
【0098】
時刻t5において信号CKEがLレベルからHレベルに立上がり、同時にパルス信号CKEDが活性化される。すると、時刻t5以降、図5の遅延回路132の遅延時間で定まる一定時間は、OR回路58,62およびAND回路139,141の働きによって制御信号UP,DOWNがそのまま制御信号UP_D,DOWN_Dとしてゲート回路137から出力される。
【0099】
すなわち、この一定期間はパルス信号CKEDが一定時間活性化されその間フィルタ処理を介さず遅延ラインの遅延量の更新が頻繁に実施される。そのため、外部周波数の変動に対して急速に追随することが可能となり、アクセスタイムのゆらぎを抑えることができる。
【0100】
時刻t6においてパルス信号CKEDがLレベルに非活性化されると、通常動作となり、伝達部23Bはフィルタ処理部51によってフィルタ処理を行ない時刻t3までと同様な動作を行なうようになる。
【0101】
以上説明したように、実施の形態3の半導体装置は、パワーダウンモードから復帰した後の第1の期間において電源電位が安定するまで遅延ラインの遅延量の更新を停止し、引続く第2の期間においてシステムの温度変化が一定となるまでの間頻繁に遅延ラインの更新を行なうことにより内部クロックを外部クロックに追随させる性能を高める。そして、第2の期間が経過した後には、システムは安定状態となるため、デジタルフィルタの効果によって消費電力を抑えつつチャタリングも抑えた最適な動作を行なう。
【0102】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0103】
【発明の効果】
請求項1に記載の半導体装置は、パワーダウンモードから復帰後の第1の一定期間に遅延ラインの遅延量の制御を停止するので、モード切換に起因する内部クロック信号のゆらぎを小さくすることができる。
【0104】
請求項1に記載の半導体装置は、また、第1の期間で位相比較器の出力を伝達しないようにして電圧変動時に遅延ラインの遅延量の更新を行なわないので、内部電源電位が安定してからロック動作が開始され、内部クロック信号のゆらぎを小さく抑えることができる。
【0105】
請求項1に記載の半導体装置は、また、第2の一定期間でフィルタ処理を素通りさせて遅延ラインの遅延量の更新を頻繁に行なうので、温度等が定常状態に落ち着くまでのあいだは外部クロックに迅速に応答して内部クロックが発生される。
【0106】
請求項2に記載の半導体装置は、パワーダウンモードから復帰した後の第1の一定期間において電源電位が安定するまで遅延ラインの遅延量の更新を停止し、引続く第2の一定期間においてシステムの温度変化が一定となるまでの間頻繁に遅延ラインの更新を行なうことにより内部クロックを外部クロックに追随させる性能を高める。そして、第2の一定期間が経過した後には、システムは安定状態となるため、デジタルフィルタの効果によって消費電力を抑えつつチャタリングも抑えた最適な動作を行なう。このような動作により、内部クロック信号のゆらぎを小さく抑えることができる。
【0107】
請求項3に記載の半導体装置は、請求項1または2に記載の半導体装置の奏する効果に加えて、ゆらぎを小さく抑えた内部クロック信号に同期して外部にデータ出力を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の半導体装置1の概略的な構成を示すブロック図である。
【図2】 図1におけるDLL回路10の構成を示した回路図である。
【図3】 DLL回路10の動作を説明するための動作波形図である。
【図4】 実施の形態2で用いられるデジタルフィルタ26Aの構成を示した回路図である。
【図5】 実施の形態3に用いられる伝達部23Bの構成を示した回路図である。
【図6】 図5に示した伝達部23Bの動作を説明するための動作波形図である。
【図7】 従来のDDR SDRAMの標準的な動作の入出力波形を説明するための動作波形図である。
【図8】 レギュレータとDLL回路の接続の第1例を説明するための回路図である。
【図9】 レギュレータとDLL回路との接続の第2例を示した回路図である。
【図10】 図8、図9におけるDLL回路510の構成を示したブロック図である。
【図11】 図10におけるデジタルフィルタ526の構成を示した回路図である。
【図12】 電源電位の変動について説明するための動作波形図である。
【符号の説明】
1 半導体装置、2 クロックバッファ、4 アドレスバッファ、6 コントロール信号バッファ、8 コントロール回路、10 DLL回路、12 入出力バッファ、14 メモリアレイ、16 入出力バッファ、22 位相比較器、23,23B 伝達部、24 信号切換部、26,26A,26B デジタルフィルタ、28 カウンタ&デコーダ、29 遅延時間制御回路、30 遅延ライン、32,42,132,140 遅延回路、43 ゲート回路、44〜48,60,64,139,136,138,141 AND回路、51 フィルタ処理部、52,54 シフトレジスタ、56 パルス発生回路、58,62 OR回路、59,137 ゲート回路、72,74,80,86,88,94,102,104,110,116,118,124 トランジスタ、76,78,82,84,90,92,96,98,106,108,112,114,120,122,126,128,134 インバータ、130 立上がり遅延回路、135 制御信号発生部。
Claims (3)
- 動作モードとして通常モードと省電力モードとを有する半導体装置であって、
入力クロック信号を遅延させて出力クロック信号を出力する可変遅延回路と、
前記出力クロック信号の位相と前記入力クロック信号の位相とを比較して前記可変遅延回路に対して制御信号を与えて遅延時間を指示する遅延時間制御回路とを備え、
前記遅延時間制御回路は、前記省電力モードから前記通常モードに遷移してから第1の一定期間は前記可変遅延回路に対する遅延時間制御を停止し、
前記遅延時間制御回路は、
前記入力クロック信号と前記出力クロック信号の位相を比較する位相比較回路と、
前記位相比較回路の出力を前記第1の一定期間非活性状態に設定する伝達部と、
前記伝達部の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号出力部とを含み、
前記伝達部は、
前記動作モードの切換を示す切換信号を受ける遅延回路を有し、前記切換信号と前記遅延回路の出力に応じて前記第1の期間において前記位相比較回路の出力の通過を阻止する信号切換部と、
前記信号切換部の出力を受けて位相比較結果が所定回数同じ結果であるときに前記位相比較結果を伝達するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部の出力と前記信号切換部の出力とを受けて、前記第1の一定期間に続く第2の一定期間において前記信号切換部の出力を伝達し、前記第2の一定期間後において前記フィルタ処理部の出力を伝達する第1のゲート回路とを含み、
前記制御信号出力部は、
前記伝達部の出力を計数するカウンタを有する、半導体装置。 - 動作モードとして通常モードと省電力モードとを有する半導体装置であって、
入力クロック信号を遅延させて出力クロック信号を出力する可変遅延回路と、
前記出力クロック信号の位相と前記入力クロック信号の位相とを比較して前記可変遅延回路に対して制御信号を与えて遅延時間を指示する遅延時間制御回路とを備え、
前記遅延時間制御回路は、前記省電力モードから前記通常モードに遷移してから第1の一定期間は前記可変遅延回路に対する遅延時間制御を停止し、
前記遅延時間制御回路は、
前記入力クロック信号と前記出力クロック信号の位相を比較する位相比較回路と、
前記位相比較回路の出力を前記第1の一定期間非活性状態に設定する伝達部と、
前記伝達部の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号出力部とを含み、
前記伝達部は、
前記動作モードの切換を示す切換信号に応じて、前記第1の一定期間から前記第1の一定期間に続く第2の一定期間への第1の遷移時刻と前記第2の一定期間から前記第2の一定期間に続く第3の期間への第2の遷移時刻とを示す遷移制御信号を出力する制御信号発生部と、
前記位相比較回路の出力の連続入力回数に応じて前記位相比較回路の出力を伝達するか否かを決めるフィルタ処理部と、
前記遷移制御信号に応じて、非活性状態を表す固定信号と前記位相比較回路の出力と前記フィルタ処理部の出力のうちの一つを選択して出力する第2のゲート回路とを有する、半導体装置。 - 前記入力クロック信号に応じてデータ授受を行なうメモリアレイと、
前記メモリアレイから前記データを受けて前記出力クロック信号に同期して外部にデータ出力を行なう出力バッファとをさらに備える、請求項1または2に記載の半導体装置。
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