JP4106907B2 - 半導体装置及び同装置が搭載された電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
本発明は、半導体基板上に構成された疑似メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置ならびに同装置を搭載した電子機器に関する。
【従来の技術】
【0003】
半導体実装技術の進歩により、ROM等メモリを内蔵した1チップマイコンが廉価供給されるようになり、時計、ゲーム機、あるいは携帯電話等の電子機器に搭載されるようになった。
【0004】
上記した内蔵メモリの読み出し回路はセンスアンプから成り、メモリーセル周辺に配置された負荷回路、擬似メモリーセル(ダミーセル)、トランジスタで構成される。なお、この負荷回路とダミーセルとトランジスタは、読み出しビットラインに基準電圧を供給するために用いられる。また、ダミーセルは、メモリを構成するセルと同一構造を有する。
上述した内蔵メモリの読み出し回路における基準電位発生回路の基本的な構成動作は、例えば、特開平5−189982に開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記構成によれば、メモリの低速動作時においても負荷回路とダミーセルとの間に直流電流が流れてしまい、その際に発生する消費電流は無視できないものとなっていた。この現象は、メモリとしてフラッシュメモリを使用した場合特に顕著に現れ、省電力化が最重要設計課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合に短い信号を発生する微分回路を用い、基準電位発生回路を活性化することでメモリの低速動作時における消費電流の削減をはかった半導体集積装置ならびに同装置が搭載された電子機器を提供する。
【0007】
また、入力信号のパルス幅が長い場合は上記した微分回路出力を用い、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号を用いることによって、メモリの高速動作時における不安定な動作を解消した半導体集積装置ならびに同装置が搭載された電子機器を提供する。
【0008】
上記目的を達成すべく、本発明の半導体集積装置は、メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置において、入力信号のパルス幅が長い場合に入力信号より短いパルス幅の信号を発生し前記基準電位発生回路を活性化する微分パルス発生回路を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、疑似メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置に於いて、遅延回路とゲート回路よりなる微分パルス発生回路により、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合は入力信号より短いパルス幅の信号を発生し、前記基準電位発生回路を活性化することを特徴とする。
【0010】
更に、上記の半導体集積装置に於いて、疑似メモリーセルが不揮発性メモリで構成されることを特徴とする。
【0011】
本発明の上記の構成によれば、基準電位発生回路を動作させる時間を動作周波数が低い場合に一定にすることができるため、周波数が下がった時のデューティー比を大きくすることができ、消費電流を大幅に低減することが可能である。
【0012】
本発明の第2の半導体集積装置は、疑似メモリーセルを使用した基準電位発生回路及び前記基準電位発生回路が発生する基準電位を入力して動作するセンスアンプを内蔵する半導体集積装置に於いて、微分パルス発生回路により発生される基準電位発生回路イネーブル信号が能動の場合のみ前記センスアンプに基準電位を供給することを特徴とする。
【0013】
また、上記の半導体集積装置に於いて、疑似メモリーセルが不揮発性メモリで構成されることを特徴とする。
【0014】
本発明の上記の構成によれば、基準電位をセンスアンプへ供給する時間を動作周波数が低い場合に一定にすることができるため、メモリーセルの書き込みが不十分で直流電流が流れてしまう場合であっても、周波数が下がった場合のセンスアンプアクティブ時間を短くすることができ、消費電流を低減することが可能である。
【0015】
また、上記の半導体集積装置に於いて、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合は前記微分回路出力により、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号によって前記センスアンプに基準電位を供給することを特徴とする。更に、上記の半導体装置において、前記入力信号のパルス幅の長短は、装置に内蔵されたレジスタにプログラマブルに設定されるクロック切り替え信号によって決まることを特徴とする。
【0016】
また、上記の半導体装置において、前記入力信号のパルス幅の長短は、装置に内蔵されたレジスタにプログラマブルに設定される発振器の選択信号によって決まることを特徴とする。
【0017】
上記の構成によれば、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合は上記した微分回路出力を用い、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号を用いることによって、メモリの高速動作時における不安定な動作を解消することができる。低速動作時には消費電流の削減が可能となり、高速動作時クロックに同期して高い周波数で動作させることができる。
【0018】
本発明の半導体積装置を搭載した電子機器は、メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置を搭載した電子機器において、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合に入力信号より短いパルス幅の信号を発生し前記基準電位発生回路を活性化する微分パルス発生回路を備えた半導体集積装置を搭載したことを特徴とする。
【0019】
また、上記の電子機器において、クロック信号に同期した入力信号のパルス幅が長い場合は前記微分回路出力により、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号によって前記センスアンプに基準電位を供給する半導体集積装置を搭載したことを特徴とする。
【0020】
上記の構成によれば、微分回路で入力信号のパルス幅が長い場合に入力信号より短いパルス幅の信号を発生し、基準電位発生回路を活性化する半導体集積装置を用いることにより、周波数が下がった時のデューティー比を大きくすることができるため、消費電流を大幅に低減した電子機器を提供することができる。また、入力信号のパルス幅が長い場合は微分回路出力を用い、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号を用いることによって、低速動作時には消費電流の削減が可能となり、高速動作時クロックに同期して高い周波数で動作させる電子機器を提供することができる。
【発明の実施の形態】
【0021】
以下に、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【0022】
図1は本発明による半導体集積装置のブロック図である。微分パルス発生ブロック1に基準バイアス発生回路2並びにセンスアンプブロック3をアクティブにする信号SAENBが入力される。前記微分パルス生成ブロックではSAENBの立ち上がりエッジより基準バイアス発生回路及びセンスアンプのアクセスに必要とされるパルス幅の信号SAACTを発生する。SAACTは前記基準バイアス発生ブロックへ入力され、前記センスアンプの基準バイアスとなるSENREF及びセンスアンプとビットラインを接続するための信号S1を出力する。本実施例ではセンスアンプブロックは4bit構成で、SOUT0〜3が出力される。当然ながらセンスアンプのビット構成は4ビット幅に限らず8ビット、16ビット、32ビットとどの様な構成でも構わない。
【0023】
図2は本発明による半導体集積装置の微分パルス生成ブロックの一実施例を示す回路図である。図中インバータ回路INV21〜INV2nは遅延インバータでnは奇数を表し、センスアンプのアクセスに必要なパルス幅を確保するのに必要な遅延を発生する。
【0024】
図3はSAENB信号のアクティブ幅が前記遅延時間より十分長い場合のタイミング図で、SAENB信号が”L”レベルから”H”レベルに変化すると、インバータ回路INV2nの出力信号は未だ”H”レベルを保持するためNAND回路NAND21の出力信号は”L”レベルとなり、インバータ回路INV20の出力信号SAACTは”H”レベルとなる。遅延インバータ回路INV21〜INV2nで決まる遅延時間経過すると前記インバータ回路INV2nの出力信号は”L”レベルとなり、NAND回路NAND21出力信号は”H”レベルとなり、インバータ回路INV20の出力信号SAACTは”L”レベルとなり、前記遅延インバータの遅延時間で決まるパルス幅の信号が発生される。
【0025】
図4はSAENB信号のアクティブ幅が前記遅延時間より短い場合のタイミング図で、SAENB信号が”L”レベルから”H”レベルに変化すると、インバータ回路INV2nの出力信号は未だ”H”レベルを保持するためNAND回路NAND21の出力信号は”L”レベルとなり、インバータ回路INV20の出力信号SAACTは”H”レベルとなる。次に前記遅延時間経過前にSAENB信号が”H”レベルから”L”レベルに変化するとNAND回路NAND21の出力信号は”H”レベルとなり、インバータ回路INV20の出力信号SAACTは”L”レベルとなる。この際SAACTのパルス幅はSAENBのパルス幅とほぼ同じになる。
【0026】
図5はセンスアンプブロックの一例を示す回路図である。本センスアンプ回路は、基準電流発生回路の出力信号SENREFをゲート入力とするソースを電源に接続したP型MOSトランジスタMP11、前記MP11に直列に接続されるP型MOSトランジスタMP12、プリチャージ信号PRCGをゲート入力とするP型MOSトランジスタMP13、前記MP12及びMP13が接続されたノードn11を入力とするインバータ回路INV11、INV11の出力SOUTをゲート入力とするN型MOSトランジスタMN11、プリチャージ信号PRCGをゲート入力としソースを接地線VSSへ接続したプリチャージの際のVSSへの経路を遮断するためのN型MOSトランジスタMN12により構成されている。
【0027】
前記インバータ回路INV11及びN型MOSトランジスタMN11により反転アンプを構成している。プリチャージ信号PRCGが”L”レベルとなるとMP13がONしMN12がOFFし、ノードn11をVDD電位まで上昇させる。
【0028】
センスアンプ回路とIOノードIO1はN型MOSトランジスタMN13により分離されている。MN13はプリチャージの際にIOノード及びビットラインBL1,BL2,BLnの電位が上昇し過ぎるのを防いでいる。前記N型MOSトランジスタMN13のゲートにはNORゲートNOR11の出力が接続される。前記NORゲートNOR11へはイネーブル信号S1(アクティブ”L”)及びIOノードIO1が接続されている。
ビットラインBL1,BL2,BLnには不揮発性メモリトランジスタMF11〜MF16,MF17〜MF22,MF23〜MF28がそれぞれ接続され、各メモリトランジスタはワードライン2本の間にソースライン1本が配置され、各ビットラインへ並列に接続されている。アドレス信号が入力されると、アドレス信号により指定されるWL1からWLnの何れかのワードラインが1本選択される。同様にビットライン選択信号YSEL1からYSELnの1本が選択されることにより、メモリトランジスタMF1〜MF28の何れか一つが選択される。
【0029】
前記選択されたメモリトランジスタが消去状態の場合は、電源VDDが5Vの場合120μA程度の電流をドレイン=ビットラインから接地線VSSへ流す能力を有している。一方プログラム状態の場合は、電源VDDが5Vの場合であっても流せる電流がほぼゼロである。
【0030】
図6は基準バイアス発生ブロックの一例を示す回路図である。信号SAACTはセンスアンプ及び基準バイアス発生回路をイネーブルにする信号で、インバータ回路INV8へ入力される。インバータ回路INV8の出力信号S1はNORゲートNOR1へ入力され併せて、前記センスアンプ回路のNORゲートNOR11へも入力される。更にS1信号はインバータ回路INV9,INV1,INV2,INV3,INV4で構成される遅延回路へも入力されインバータ回路INV4の出力信号PRCGとして出力され、前記センスアンプ回路のプリチャージ信号PRCGとなる。
【0031】
SENREF信号プルアップ用P型MOSトランジスタMP1のゲートへはインバータ回路INV9の出力信号S2が入力される。前記NORゲートNOR1の出力はN型MOSトランジスタMN1のゲートへ接続される。N型MOSトランジスタMN1及びNORゲートNOR1は前記センスアンプ回路と等価な回路構成とするために入れており、MN1のソースとドレインを直接接続した回路構成をとっても特に支障は無い。
【0032】
メモリトランジスタMF1とN型MOSトランジスタMN5及びメモリトランジスタMF2とN型MOSトランジスタMN8はダミーメモリーセルを構成しており、アドレス信号XAD0により何れを使用するかを選択できる構成になっている。前記センスアンプ回路のソースラインを挟んだ2本の対のワードラインの選択と連動している。
【0033】
P型MOSトランジスタMP2、MP3,MP4,MPnと前記センスアンプ回路のP型MOSトランジスタMP11とによりn:1のカレントミラー回路を構成している。基準バイアス発生回路のノードSENREF,n2を通ってダミーメモリーセル回路に流れる電流の1/nが前記センスアンプ回路のノードn11に流せる電流となる。
【0034】
図7はSAENBの周波数に対する消費電流の変化を表す特性図である。図中AはSAENB信号を基準バイアス発生ブロック及びセンスアンプブロックに入力した場合の消費電流を表し、周波数が下がっても基準バイアス発生ブロックで直流電流が流れているために電流が余り減らない。図中BはSAACT信号を基準バイアス発生ブロックに入力した場合の消費電流を表し、基準バイアス発生ブロックを一定時間動作させて止める為、周波数が下がるとデューティー比が大きくなり周波数に比例する。
【0035】
以上説明のように本発明によれば、基準電位発生回路を動作させる時間を動作周波数が低い場合に一定にすることができるため、周波数が下がった時のデューティー比を大きくすることができ、消費電流を大幅に低減することが可能である。
【0036】
一方、低速動作時において上記の効果が得られるものの、高速動作時に使用する周波数が高くなるにつれ、微分回路の存在によって動作が不安定となることも考えられる。そこで、ここでは、低速動作時に微分回路により一定時間センスアンプを動作させる信号を用い、高速動作時に、クロックによって発生されるSAENB信号をそのまま用いる選択回路を付加してある。
【0037】
図8、図9にその回路構成を、図10、図11にその動作タイミングチャートを示す。動作切替えは、いずれもCPUクロック切替信号(CLKCHG)、または、高速発振器ON/OFF制御信号(OSCC)のいずれかによって行なわれるものとする。CLKCHG、OSCCは、ともに、半導体集積装置に内蔵されるレジスタにCPU(図示せず)によってプログラマブルに設定される値に基づいて制御される信号である。ここでは、高速モードで動作する周波数として4MHz、低速モードで動作する周波数として32.768kHzの2種類が用意されているものとする。
【0038】
図8に示す回路構成例において、81は、上述した微分回路であり、クロックにより生成されるSAENB信号を入力として得、インバータ82を介してナンドゲート83の一方の入力端子に供給される。ナンドゲート83の他方の入力端子にはSAENB信号が供給されており、ここで論理積演算が行なわれた結果は、インバータ84を介してナンドゲート86の一方の入力端子へ供給される。ナンドゲート86の他方の入力端子には上述した動作モード切替信号となるCLKCHGまたはOSCC信号がインバータ85を介して供給されており、ここで論理積演算が行なわれた結果は、ナンドゲート88の一方の入力端子に供給される。ナンドゲート88の他方の入力端子には、上述したCLKCHG信号またはOSCC信号SAENB信号とを入力とするナンドゲート87出力が供給されており、ここで論理和演算が行なわれた結果がSAACT信号としてセンスアンプへ供給される。
【0039】
すなわち、ナンドゲート86、87、88は、微分回路81出力とSAENB信号を入力とし、CLKCHGまたはOSCCを切替信号として、いずれか一方の入力をSAACT信号としてセンスアンプへ供給する切り替回路として動作する。
【0040】
図10に示されるタイミングチャートは、上から順に、CLKCHG(OSCC)“LOW”、SAENB、微分回路81出力(A)、ナンドゲート86出力(B)、SAACT、CLKCHG(OSCC)“HIGH”、SAENB、SAACTの各信号波形を示す。
【0041】
図10に示すタイミングチャートからわかるように、CLKCHGまたはOSCCが“LOW”のとき、すなわち、低速モードで動作しているときは、図3に示すタイミングチャートと同じ動作を行い、CLKCHGまたはOSCCが“HIGH”のとき、すなわち、高速モードで動作しているときは、図4に示すタイミングチャートと同じ動作を行なう。すなわち、図8に示すナンドゲート86、87、88は、微分回路81出力とSAENB信号を入力とし、CLKCHGまたはOSCCを切替信号として、いずれか一方の入力をSAACT信号としてセンスアンプへ供給する切替回路として動作する。
【0042】
図9に示す回路構成において、91は、上述した微分回路であり、ノアゲート96出力が入力として供給される。ノアゲート96には、CLKCHGまたはOSCCと、SAENBがインバータ95を介して供給されている。
【0043】
微分回路91出力は、インバータ92を介して得られる出力がSAENBと共にナンドゲート93に供給されており、このナンドゲート93で論理積演算を行なった結果がインバータ94を介してSAACT信号としてセンスアンプへ供給される。
【0044】
図11に示されるタイミングチャートは、上から順に、CLKCHG(OSCC)“LOW”、SAENB、微分回路91入力(C)、微分回路91出力(D)、SAACT、CLKCHG(OSCC)“HIGH”、SAENB、微分回路91入力(C)、微分回路91出力(D)、SAACTの各信号波形を示す。図11に示すタイミングチャートからわかるように、CLKCHGまたはOSCCが“LOW”のとき、すなわち、低速モードで動作しているときは、図3に示すタイミングチャートと同じ動作を行い、CLKCHGまたはOSCCが“HIGH”のとき、すなわち、高速モードで動作しているときは、図4に示すタイミングチャートと同じ動作を行なう。
【0045】
なお、上述した半導体集積装置は、時計、ゲーム機、携帯電話等の電子機器に搭載され、このことにより、低速動作時には消費電流の大幅な削減が期待でき、また、高速動作時には使用するクロックに同期した高い周波数で動作を可能とする電子機器を提供できる。
【0046】
以上のべた本発明によれば、基準電位発生回路を動作させる時間を動作周波数が低い場合に一定にすることができるため、周波数が下がった時のデューティー比を大きくすることができ、消費電流を大幅に低減することが可能である。
【0047】
また、本発明によれば、基準電位をセンスアンプへ供給する時間を動作周波数が低い場合に一定にすることができるため、メモリーセルの書き込みが不十分で直流電流が流れてしまう場合であっても、周波数が下がった場合のセンスアンプアクティブ時間を短くすることができ、消費電流を低減することが可能である。なお、本発明は、特に比較的パワーを要するフラッシュメモリを内蔵する半導体集積装置および同装置を搭載した電子機器に用いて特に顕著な効果が得られる更に、入力信号のパルス幅が長い場合は上記した微分回路出力を用い、入力信号のパルス幅が短い場合は入力信号を用いることによって、メモリの高速動作時における不安定な動作が解消され、低速動作時には消費電流の大幅な削減が期待でき、また、高速動作時には使用するクロックに同期した高い周波数で動作を可能とする半導体集積装置を提供できる。また、本発明は、時計、ゲーム機、携帯電話等の電子機器に搭載することにより低速動作時にバッテリ容量の延命化がはかれるとともに、高速動作時には使用するクロックに同期した高い周波数で動作を可能とする高性能な電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】 本発明による半導体集積装置を示すブロック図である。
【図2】 本発明による微分パルス生成ブロックの回路図である。
【図3】 本発明による半導体集積装置の動作タイミング図である。
【図4】 本発明による半導体集積装置の動作タイミング図である。
【図5】 本発明による半導体集積装置のセンスアンプブロックを示す回路図である。
【図6】 本発明による半導体集積装置の基準バイアス発生ブロックを示す回路図である。
【図7】 本発明による半導体集積装置の特性図である。
【図8】 本発明による微分パルス生成ブロックの他の実施形態を示す回路図である。
【図9】 本発明による微分パルス生成ブロックの更に他の実施形態を示す回路図である。
【図10】 図8に示す実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図11】 図10に示す実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
Claims (9)
- メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置において、
クロック信号に同期した入力信号を入力し、所与のパルス幅の出力信号を出力する微分パルス発生回路を備え、
前記半導体集積回路装置は低速モード及び高速モードの少なくとも 2 つの動作モードを有し、前記低速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より長く、前記高速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より短く、
前記低速モードの場合は前記出力信号により前記基準電位発生回路を活性化し、前記高速モードの場合は前記入力信号によって前記基準電位発生回路を活性化することを特徴とする半導体集積装置。 - 疑似メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置において、
遅延回路とゲート回路からなる微分パルス発生回路により、クロック信号に同期した入力信号を入力として所与のパルス幅の出力信号を発生し、
前記半導体集積回路装置は低速モード及び高速モードの少なくとも 2 つの動作モードを有し、前記低速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より長く、前記高速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より短く、
前記低速モードの場合は前記出力信号により前記基準電位発生回路を活性化し、前記高速モードの場合は前記入力信号によって前記基準電位発生回路を活性化することを特徴とする半導体集積装置。 - 前記メモリーセルは、不揮発性メモリで構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積装置。
- 前記疑似メモリーセルは、不揮発性メモリで構成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積装置。
- 疑似メモリーセルを使用した基準電位発生回路及び前記基準電位発生回路が発生する基準電位を入力して動作するセンスアンプを内蔵する半導体集積装置において、
クロック信号に同期した入力信号を入力し、微分パルス発生回路により出力される基準電位発生回路イネーブル信号が能動の場合のみ前記センスアンプに基準電位を供給し、
前記半導体集積回路装置は低速モード及び高速モードの少なくとも 2 つの動作モードを有し、前記低速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より長く、前記高速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より短く、
前記低速モードの場合は前記出力信号により前記基準電位発生回路を活性化し、前記高速モードの場合は前記入力信号によって前記基準電位発生回路を活性化することを特徴とする半導体集積装置。 - 前記疑似メモリーセルは、不揮発性メモリで構成されることを特徴とする請求項5に記載の半導体集積装置。
- 前記少なくとも2つの動作モードのクロック周波数は、装置に内蔵されたレジスタにプログラマブルに設定されるクロック切り替え信号によって決まることを特徴とする請求項5に記載の半導体集積装置。
- 前記少なくとも2つの動作モードのクロック周波数は、装置に内蔵されたレジスタにプログラマブルに設定される発振器の選択信号によって決まることを特徴とする請求項5に記載の半導体集積装置。
- メモリーセルを使用した基準電位発生回路を内蔵する半導体集積装置を搭載した電子機器において、
クロック信号に同期した入力信号を入力し、所与のパルス幅の出力信号を出力する微分パルス発生回路を備え、
前記電子機器は低速モード及び高速モードの少なくとも 2 つの動作モードを有し、前記低速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より長く、前記高速モードの前記入力信号のパルス幅は前記出力信号の所与のパルス幅より短く、
前記低速モードの場合は前記出力信号により前記基準電位発生回路を活性化し、前記高速モードの場合は前記入力信号によって前記基準電位発生回路を活性化することを特徴とする電子機器。
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