JP4197939B2 - 不揮発性強誘電体メモリ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性強誘電体メモリ制御装置に関するもので、特に、システムオンチップ構造において内部メモリとして強誘電体メモリを用いる場合内部メモリダンプを制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、不揮発性強誘電体メモリ即ち、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)はDRAM程度のデータ処理速度を有し、電源のオフ時にもデータが保存される特性のため次世代記憶素子として注目を浴びている。
【0003】
かかるFRAMはDRAMと略類似した構造を有する記憶素子としてキャパシタの材料として強誘電体を用いて強誘電体の特性の高い残留分極を用いたものである。
FRAMはこのような残留分極特性によって素子に形成された電界を除去してもデータが消滅しない。
【0004】
図1は一般的な強誘電体の特性のヒステリシスループを示す。
ヒステリシスループは電界を除去しても電界によって誘起された分極が残留分極の存在によって消滅せず一定量(d、a)を維持していることが分かる。
不揮発性強誘電体メモリセルは前記d、a状態を各々1、0に対応して記憶素子に応用したものである。
【0005】
図2は、従来の不揮発性強誘電体メモリの単位セルの素子構成を示す。
不揮発性強誘電体メモリの単位セルは、片方向にビットラインB/Lが形成され、ビットラインB/Lと交差する方向にワードラインW/Lが形成される。また、ワードラインW/Lに一定の間隔を置いてワードラインW/Lと同一の方向にプレートラインP/Lが形成される。
【0006】
又、トランジスタT1はゲートがワードラインW/Lに連結され、ソースはビットラインB/Lに連結され、ドレインは強誘電体キャパシタFC1の一端と連結される。また、強誘電体キャパシタFC1の他の一端はプレートラインP/Lに連結される(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
かかる構成を有する従来の不揮発性強誘電体メモリのデータ入/出力動作を図3(a)及び図3(b)を参照して説明する。
図3(a)は従来の不揮発性強誘電体メモリのライトモード時の動作タイミング図である。
まず、ライトモード時外部から印加されるチップイネーブル信号CSBpadがハイからローに活性化し、これと同時にライトイネーブルWEBpadがハイからローに遷移するとライトモードが開始される。次にライトモードでアドレスディコーディングが開始されると該当ワードラインW/Lに印加されるパルスがローからハイに遷移されてセルが選択される。
【0008】
このように、ワードラインW/Lがハイ状態を維持している区間で該当プレートラインP/Lには次第に一定区間のハイ信号と一定区間のロー信号が印加される。また、選択されたセルにロージック値1又は0をライトするために該当ビットラインB/Lにライトイネーブル信号WEBpadに同期するハイ又はロー信号を印加する。
【0009】
即ち、ビットラインB/Lにハイレベル信号が印加されプレートラインP/Lに印加される信号がローレベル信号であれば強誘電体キャパシタFC1にはロジック値“1”が書き込まれる。
また、ビットラインB/Lにローレベル信号が印加されプレートラインP/Lに印加される信号がハイレベル信号であれば強誘電体キャパシタFC1にはロジック値“0”が書き込まれる。
【0010】
又、図3(b)はリードモード時の動作タイミング図を示す。
リードモード時外部からチップイネーブル信号CSBpadをハイからローに活性化すると、該当ワードラインW/Lが選択される前に全てのビットラインB/Lはイクォライズ信号EQによってロー電圧に等電位される。
【0011】
又、各ビットラインB/Lを非活性化した後アドレスをディコーディングするとディコーディングされたアドレスによって該当ワードラインはローからハイレベル信号に遷移して該当セルを選択する。選択されたセルのプレートラインP/Lにハイ信号を印加して強誘電体メモリに貯蔵されたロジック値1に応ずるデータQsを破壊する。
【0012】
もし、強誘電体メモリにロジック値0が貯蔵されていたらこれに応ずるデータQnsは破壊されない。このように破壊されたデータと破壊されないデータは前述のヒステリシスループの原理によって互いに異なる値を出力してセンスアンプはロジック値1又は0をセンシングする。
【0013】
即ち、データが破壊された場合は図1のヒステリシスループでのようにdからfに変更される場合であり、データが破壊されない場合aからfに変更される場合であり、データが破壊しない場合はaからfに変更される場合である。従って、一定時間が経過した後にセンスアンプがイネーブルするとデータが破壊された場合は増幅されてロジック値1を出力し、データが破壊しない場合は増幅されてロジック値0を出力する。
【0014】
このようにセンスアンプでデータ増幅した後には元のデータに復元すべきであるので該当ワードラインW/Lにハイ信号を印加した状態でプレートラインP/Lをハイからローに非活性化する。
ところが、かかる非活性化強誘電体メモリを用いる従来のシステムオンチップでは内部メモリの領域と外部メモリの領域を自動的に分離して処理する。
システムオンチップから内部アドレスを用いる内部メモリ領域と外部アドレスを用いる外部メモリ領域はアドレスサイズの決定時システムオンチップに物理的な方法で既に設定される。
【0015】
例えば、システムオンチップは内部メモリサイズが4KバイトであればA11、A10、、、、A0のアドレス領域では内部メモリが用いられ、その以上のアドレス領域では自動で外部拡張メモリが用いられる。
【0016】
即ち、システムオン値プラグ内部に備えられた内部メモリのアドレスサイズが既にセットアップされており、該状態で自動に内部アドレス領域と外部アドレス領域が予め決定される。従って、外部アドレス領域では内部メモリのデータがデータ入/出力ポートを通して外部に出力することができない。
【0017】
図4は従来のシステムオンチップでダンプモード時データ入/出力ポートの動作を説明するための図である。
ダンプモードはデータ入/出力ポートを通して内部メモリデータを順次に外部に出力するようにするモードである。ダンプモード時は内部のメモリデータDATA<m−1>が内部アドレスADD<m>領域に割り当てられる。また、最後内部アドレスADD<m>領域のメモリデータDATA<m>は次のアドレス、即ち、最初外部アドレスADD<m+1>領域で出力される。
【0018】
【特許文献1】
特開平11−121705号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内部アドレス領域の限界を設定する内部アドレス有効信号ADD_Validは内部アドレスADD<m>領域までだけ有効である。従って、内部最後メモリデータDATA<m>が出力されるアドレスは外部アドレスADD<m+1>領域であるのでデータ入/出力ポートを通して内部データDATA<m>を出力することができなくなる。
【0020】
結局、内部メモリダンプモード時内部アドレス領域と外部アドレス領域の境界領域で最後内部アドレス領域のメモリデータがダンプできないという問題がある。
また、従来にはメモリアドレスのサイズを決定するロジックをメタルオプション処理即ち、メタル層をパワーラインにハードウェア的に連結してテストするメモリアドレスを処理するようにしていた。即ち、メモリサイズを変更する場合システムオンチップのメタルマスク層を変更すべきであるので面倒ばかりでなくかつ工程上、高費用がかかるという問題がある。
【0021】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、ダンプモード時外部メモリ領域を全て内部メモリ領域に割り当てて処理することでデータ入/出力ポートを通して全ての内部アドレスが正常的に出力できるようにすることが目的である。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の不揮発性強誘電体メモリ制御装置は、 内部メモリのサイズを決定するための上位アドレスとコードプログラム信号及びダンプテスト制御信号を出力し、ダンプモード制御信号を受信してアドレスの中、内部メモリ領域に当たる内部アドレス及び内/外部アドレス制御信号を出力する中央処理装置と、ダンプモード時前記ダンプテスト制御信号によって前記上位アドレスをコーディングして外部メモリ領域を内部メモリ領域に割り当て、内部アドレス有効信号を制御する前記ダンプモード制御信号を出力するダンプモード制御部及び、強誘電体メモリを前記内部メモリに使用し、前記内/外部アドレス制御信号によって前記内部アドレスに当たる内部メモリデータをデータバスを介して入/出力ポートに出力するように制御する内部FRAMメモリアレイを備えることを特徴とする。
【0023】
前記ダンプモード制御部は、前記内部メモリのサイズを貯蔵するための前記コードプログラム信号と、パワーオンリセット信号及び前記ダンプテスト制御信号を受信し、FRAMコードセルをコーディングするための制御信号を出力するコードプログラム制御部と、前記制御信号の状態によって前記内部メモリのサイズを前記FRAMコードセルに貯蔵し、前記FRAMコードセルに貯蔵された情報をコーディングしてコード信号を出力するFRAMコードセルアレイ及び、前記ダンプテスト制御信号の活性化時に前記コード信号の状態によって前記ダンプモードを制御するための前記ダンプモード制御信号を選択的に出力するコード制御部を備えることを特徴とする。
【0024】
前記制御信号はセルプレート制御信号、プルアップイネーブル信号、プルダウンイネーブル信号、イクォライジング信号、ライトイネーブル信号であることを特徴とする。
【0025】
前記FRAMコードセルアレイは複数の単位コードセルを備え、前記複数の単位コードセルなどは前記制御信号の状態によって前記上位アドレスに対応するコード信号を各々出力することを特徴とする。
【0026】
前記複数の単位コードセルは、前記プルアップイネーブル信号によってセルの両端に電源電圧を印加するプルアップ駆動部と、セル両端にクロスカプルド構造で連結されるPMOSトランジスタ対及びNMOSトランジスタ対と、前記イクォライジング信号によって前記セルの両端電圧をイクォライジングするイクォライジング部と、前記上位アドレスと前記ライトイネーブル信号を論理演算する論理制御部と、前記論理制御部の結果によって前記セルの両端に選択的な電圧を印加させる電圧駆動部と、前記セルプレート制御信号に沿ってセル両端に電圧差を発する強誘電体キャパシタ部及び前記プルダウンイネーブル信号によってセルの両端に接地電圧を印加させるプルダウン駆動部とを備えることを特徴とする。
【0027】
前記イクォライジング部は、前記セルの両端ノードと接地端との間に各々連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第1及び第2NMOSトランジスタと、前記セルの両端の間に連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第3NMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
【0028】
前記論理制御部は、前記上位アドレスと前記ライトイネーブル信号をナンド演算する第1ナンドゲートと、前記ライトイネーブル信号と第1インバーターによって反転した前記上位アドレスをナンド演算する第2ナンドゲートと、前記第1ナンドゲートの出力を反転して出力する第2インバーターと、前記第2ナンドゲートの出力を反転して出力する第3インバーターとを備えることを特徴とする。
【0029】
前記電圧駆動部は、前記セルの第1ノードと接地端との間に連結されてゲートを通して前記第2インバーターの出力信号が印加される第4NMOSトランジスタと、前記セルの第2ノードと電源電圧端の間に連結されてゲートを介して前記第1ナンドゲートの出力信号が印加される第1PMOSトランジスタと、
前記セルの第1ノードと電源電圧端との間に連結されて前記第2ナンドゲートの出力信号が印加される第2PMOSトランジスタと、前記セルの第2ノードと接地端との間に連結してゲートを通して前記第3インバーターの出力信号が印加される第5NMOSトランジスタとからなることを特徴とする。
【0030】
前記強誘電体キャパシタ部はその一端が前記セルの両端と各々連結され他の一端を通して前記プレート制御信号が共通で印加される第1及び第2強誘電体キャパシタを備えることを特徴とする。
【0031】
前記強誘電体キャパシタ部は前記セルの両端と接地電圧端との間に各々連結される第3及び第4強誘電体キャパシタを更に備えることを特徴とする。
【0032】
前記FRAMコードセルアレイは、前記内部アドレスの最上位ビット内にあるアドレスに当たる単位コードセルの出力と外部アドレスに当たる単位コードセルの出力が相異なって出力されるように単位コードセルデータをセットすることを特徴とする。
【0033】
前記コード制御部は、前記上位アドレスと各々対応する前記コード信号を論理演算する第1論理部と、前記第1論理部の出力を論理演算して前記内部アドレス有効信号を出力する第2論理部及び前記内部アドレス有効信号と反転した前記ダンプテスト制御信号を論理演算して前記ダンプモード制御信号を出力する第3論理部とを備えることを特徴とする。
【0034】
前記第1論理部は当たる内部アドレスと対応するコード信号をアンド演算する複数のアンドゲートを備えることを特徴とする。
【0035】
前記第2論理部はオアゲートを備えることを特徴とする。
【0036】
前記第3論理部はアンドゲート素子を備えることを特徴とする。
【0037】
又、本発明は不揮発性強誘電体レジスタを備え、内部アドレスと外部アドレス領域の設定時不揮発性強誘電体レジスタをプログラミングして貯蔵したアドレスサイズを変更することで有効した内部アドレスを設定するプログラミング手段を備えることを特徴とする。
【0038】
又、前記プログラミング手段は、内部メモリのサイズを貯蔵するために上位アドレスに対応するコード信号を各々出力するFRAMコードセルアレイ及び上位アドレス及び上位アドレスと各々対応するコード信号を論理演算して有効した内部アドレス領域を設定する内部アドレス有効信号を出力し、第1制御信号の入力時内部アドレスの有効信号に係わらずその出力信号をローレベルに固定して出力するコード制御部を備えることを特徴とする。
【0039】
又、前記第1制御信号はダンプモードテスト時イネーブルされるダンプテスト制御信号であることを特徴とする。
又、前記FRAMコードセルアレイは複数の単位コードセルを備え、複数の単位コードセルは第2制御信号の状態によって上位アドレスに対応するコード信号を各々出力することを特徴とする。
【0040】
又、前記第2制御信号は、セルプレート制御信号、プルアップイネーブル信号、プルダウンイネーブル信号、イクォライジング信号、ライトイネーブル信号であることを特徴とする。
【0041】
又、前記複数の単位コードセルは、プルアップイネーブル信号によってセルの両端に電源電圧を印加するプルアップ駆動部と、セル両端にクロスカプルド構造で連結されるPMOSトランジスタ対及びNMOSトランジスタ対と、イクォライジング信号によって前記セルの両端電圧をイクォライジングするイクォライジング部と、上位アドレスと前記ライトイネーブル信号を論理演算する論理制御部と、論理制御部の結果によって前記セルの両端に選択的な電圧を印加させる電圧駆動部と、セルプレート制御信号に沿ってセル両端に電圧差を発する強誘電体キャパシタ部及びプルダウンイネーブル信号によってセルの両端に接地電圧を印加させるプルダウン駆動部とを備えることを特徴とする。
【0042】
又、前記イクォライジング部は、セルの両端ノードと接地端との間に各々連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第1及び第2NMOSトランジスタと、セルの両端の間に連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第3NMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
【0043】
又、前記論理制御部は、上位アドレスと前記ライトイネーブル信号をナンド演算する第1ナンドゲートと、ライトイネーブル信号と第1インバーターによって反転した前記上位アドレスをナンド演算する第2ナンドゲートと、第1ナンドゲートの出力を反転して出力する第2インバーターと、第2ナンドゲートの出力を反転して出力する第3インバーターとを備えることを特徴とする。
【0044】
又、前記電圧駆動部は、セルの第1ノードと接地端との間に連結されてゲートを通して前記第2インバーターの出力信号が印加される第4NMOSトランジスタと、セルの第2ノードと電源電圧端の間に連結されてゲートを介して前記第1ナンドゲートの出力信号が印加される第1PMOSトランジスタと、セルの第1ノードと電源電圧端との間に連結されて前記第2ナンドゲートの出力信号が印加される第2PMOSトランジスタと、セルの第2ノードと接地端との間に連結してゲートを通して前記第3インバーターの出力信号が印加される第5NMOSトランジスタとからなることを特徴とする。
【0045】
又、前記強誘電体キャパシタ部はその一端が前記セルの両端と各々連結され他の一端を通して前記プレート制御信号が共通で印加される第1及び第2強誘電体キャパシタを備える。
【0046】
又、前記強誘電体キャパシタ部はセルの両端と接地電圧端との間に各々連結される第3及び第4強誘電体キャパシタを更に備えることを特徴とする。
【0047】
又、前記FRAMコードセルアレイは、内部アドレスの最上位ビット内にあるアドレスに当たる単位コードセルの出力と外部アドレスに当たる単位コードセルの出力が相異なって出力されるように単位コードセルデータをセットすることを特徴とする。
【0048】
又、前記コード制御部は、上位アドレスと各々対応する前記コード信号を論理演算する第1論理部と、第1論理部の出力を論理演算して前記内部アドレス有効信号を出力する第2論理部及び内部アドレス有効信号と反転した前記ダンプテスト制御信号を論理演算して前記ダンプモード制御信号を出力する第3論理部とを備えることを特徴とする。
【0049】
又、前記第1論理部は当たる内部アドレスと対応するコード信号をアンド演算する複数のアンドゲートを備えることを特徴とする。
【0050】
又、前記第2論理部はオアゲートを備え、前記第3論理部はアンドゲート素子を備えることを特徴とする。
【0051】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【0052】
図5は本発明が適用されるシステムオンチップでダンプテストモードを説明するためのブロック図である。
システムオンチップ600はダンプモード制御部100と、中央処理装置(CPU)200と、データバス300と、内部FRAMメモリアレイ400とI/Oポート500を備える。
【0053】
又、システムオンチップ600のダンプモードをテストするための外部FRAMセルアレイ700及び外部メモリテスタ800を追加に備える。
ここで、ダンプモード制御部100はメモリの最後アドレスを制御するためのダンプモード制御信号DMCをCPU200に出力する。
CPU200はコードプログラム信号CPGMと、メモリサイズ決定のための上位アドレスグループであるアドレスADD<n:m>と、パワーオンリセット信号RESET及びダンプテスト制御信号DTC(DumpTestControl)をダンプモード制御部100に出力する。
【0054】
また、CPU200は内部メモリ領域に当たる内部アドレスADD<m:0>と、内部アドレスADD<m:0>と外部アドレスADD<n:m+1>を制御するための制御信号CON<n:0>を内部FRAMメモリアレイ400に出力する。
【0055】
又、内部メモリデータ<m:0>はデータバス300を通してI/Oポート500に出力され、外部FRAMセルアレイ700を通して印加される外部アドレス<n:m+1>はI/Oポート500を通してデータバス300に出力される。また、ダンプモードテストのための外部メモリテスタ800がI/Oポートに連結される。データバス300はCPU200と、内部FRAMメモリアレイ400及びI/Oポート500が共有する。
【0056】
図6はかかる構成を有するシステムオンチップでダンプモード時データ入/出力ポートの動作を説明するための図である。
内部最後アドレスADD<m>と対応する内部最後データDATA<m>は次の外部アドレス領域でI/Oポート500を通して出力される。従って、外部最初アドレスADD<m+1>領域で内部最後データDATA<m>が出力される。
【0057】
ここで、内部アドレス有効信号ADD_Validは内部最後アドレスADD<m>が出力されるまで有効である。しかしながら、ダンプモード制御部100はダンプモード制御信号DMCを外部アドレス領域まで有効するように制御して内部メモリデータが正常的に出力できるようにする。
【0058】
図7は前記ダンプモード制御信号DMCを発生させるためのダンプモード制御部100の詳細ブロック図である。
ダンプモード制御部100はコードプログラム制御部110とFRAMコードセルアレイ120及びコード制御部130を備える。
ここで、コードプログラム制御部110はCPU200から印加されるコードプログラム信号(CPGM)と、パワーオンリセット信号(RESET)及びダンプテスト制御信号(DTC)に沿ってFRAMコードセルアレイ120のコードセルをコーディングするための制御信号のセルプレート制御信号CPLとプルダウンイネーブル信号(ENN)と、プルアップイネーブル信号(ENP)と、イクォライジング信号(EQN)と、ライトイネーブル信号(ENW)を出力する。
【0059】
又、FRAMコードセルアレイ120は内部メモリのサイズをFRAMレジスタにソフトウェア方法で記憶させるための回路である。かかるFRAMコードセルアレイと、プルダウンイネーブル信号ENNと、プルアップイネーブル信号ENPと、イクォライジング信号EQNと、ライトイネーブル信号ENW及びメモリサイズを決定するための上位アドレスADD<n:m>に沿ってコードセルをコーディングしてコード信号Code<n:m>をコード制御部130に出力する。
【0060】
又、コード制御部130はFRAMコードセルアレイ120から印加されるコード信号Code<n:m>と、上位アドレスADD<n:m>と、ダンプテスト制御信号DTCに沿って内部メモリのデータダンプモードを制御するためのダンプモード制御信号DMCを外部アドレス領域まで有効するように制御する。
【0061】
図8は図7のFRAMコードセルアレイ120の詳しい構成を示す。
FRAMコードセルアレイ120は複数の単位コードセルを備え、各々の単位コードセルを通して内部アドレスのサイズを記憶する。複数の単位コードセルはコードプログラム制御部110から各々印加されるセルプレート制御信号CPLと、プルダウンイネーブル信号ENNと、プルアップイネーブル信号ENPと、イクォライジング信号EQNと、ライトイネーブル信号ENW及び上位アドレスADD<n:m>に沿ってコードセルをコーディングしてコード信号Code_n〜Code_mを各々出力する。
【0062】
即ち、単位コードセルを内部アドレスの最上位ビット(MSB)内にあるアドレスに当たるコードセルの出力は常に0になるようにし、外部アドレスに当たるコードセルの出力は常に1になるようにコードセルデータをセットする。
【0063】
図9は図8の単位コードセルに対する詳しい回路図を示す。
単位コードセルはプルアップ駆動部と、駆動部121,126と、イクォライジング部122と、論理制御部123と、電圧駆動部124と、強誘電体キャパシタ部125及びプルダウン駆動部を備える。
【0064】
ここで、プルアップ駆動部はプルアップイネーブル信号(ENP)に沿ってセルの両端ノードC_N1、C_N2に電源電圧VCCを提供するPMOSトランジスタP1を備える。
PMOSトランジスタP1は電源電圧VCC印加端とPMOSトランジスタP2,P3の共通ソース端子の間に連結してゲートを通してプルアップイネーブル信号ENPが印加される。
【0065】
駆動部121はセルの両端ノードC_N1、C_N2にクロスカプルド構造から連結されたPMOSトランジスタP2,P3を備える。PMOSトランジスタP2のゲートはPMOSトランジスタP3のドレイン端子と連結され、PMOSトランジスタP3のゲートはPMOSトランジスタP2のドレイン端子と連結される。
【0066】
イクォライジング部122はセル両端ノードC_N1、C_N2と接地電圧VSS印加端の間に各々連結され共通ゲートを通してイクォライジング信号(EQN)が印加されるNMOSトランジスタN1,N2と、セルの両端ノードC_N1、C_N2の間に連結されてゲートを通してイクォライジング信号EQNが印加されるNMOSトランジスタN2を備える。NMOSトランジスタN1〜N3は共通ゲート端子を通してイクォライジング信号EQNが印加されるとセル両端のノードC_N1、C_N2をイクォライジングさせる。
【0067】
論理制御部123は上位アドレスADD<n:m>とライトイネーブル信号(ENW)を論理演算してその結果に沿って電圧駆動部124を制御する。
ナンドゲートND1は上位アドレスADD<n:m>のライトイネーブル信号(ENW)をナンド演算してその出力信号をPMOSトランジスタP4のゲートに出力する。
ナンドゲートND2はインバーターIV1によって反転された上位アドレスADD<n:m>とライトイネーブル信号(ENW)をナンド演算してその出力信号をPMOSトランジスタP5のゲートに出力する。
【0068】
インバーターIV2はナンドゲートND1の出力を反転してNMOSトランジスタN4のゲートに出力する。また、インバーターIV3はナンドゲートND2の出力を反転してNMOSトランジスタN5のゲートに出力する。
【0069】
電圧駆動部124は論理制御部123の論理演算結果によってNMOSトランジスタ、N4,N5及びPMOSトランジスタP4,P5を選択的に駆動して両端ノードC_N1、C_N2に選択的な電圧を印加する。
【0070】
強誘電体キャパシタ部125は強誘電体キャパシタFC2〜FC5を備えてセルプレート制御信号CPLに沿ってセルの両端ノードC_N1、C_N2に電圧差を発生させる。
強誘電体キャパシタFC2はその一端がノードC_N2に連結され他の一端を通してセルプレート制御信号CPLが印加される。強誘電体キャパシタFC3はその一端がノードC_N1に連結され他の一端を介してセルプレート制御信号CPLが印加される。
【0071】
セルの両端のノードC_N1、C_N2と接地電圧VSS印加端の間に各々連結された強誘電体キャパシタFC4、FC5はセル両端ノードC_N1、C_N2のローディングレベル制御によって選択的に追加して用いることができる。
【0072】
駆動部126はセルの両端ノードC_N1、C_N2にクロスカプルド構造で連結されたNMOSトランジスタN6,N7を備える。NMOSトランジスタN6のゲートはNMOSトランジスタN7のドレイン端子と連結され、NMOSトランジスタN7のゲートはNMOSトランジスタN6のドレイン端子と連結される。
【0073】
プルダウン駆動部はプルダウンイネーブル信号ENNに沿ってセルの両端ノードC_N1、C_N2に接地電圧VCCを提供するNMOSトランジスタN8を備える。
NMOSトランジスタN8はNMOSトランジスタN6及びNMOSトランジスタN7の共通ソース端子と接地電圧VSS印加端の間に連結されてゲートを通してプルダウンイネーブル信号(ENN)が印加される。
【0074】
又、インバーターIV5はノードC_N1から出力される信号を反転してコード信号Code<n:m>を出力する。
又、インバーターIV4はノードC_N2から出力される信号を反転してダミーセル(図示せず)に出力する。
【0075】
図10はかかかる構成を有する単位コードセルのパワーアップモード時制御信号の動作波形を示す。
初期電源の投入時にはFRAMの単位コードセルに貯蔵していたデータをセンシングしてリードするための動作を行う。
【0076】
まず、TO区間以降に電源電圧VCCが安定したレベルに至るとパワーオンリセット信号RESETが発生する。
コードプログラム制御部110は該パワーオンリセット信号RESETを用いてTIの区間でイクォライジング信号EQNをハイからローに遷移してイクォライズを解除した後にセルプレート制御信号CPLをローからハイに遷移する。
【0077】
次に、セルプレート制御信号CPLがハイにイネーブルすると、図8に示す単位コードセルの強誘電体キャパシタFC2,FC3に貯蔵していたチャージが強誘電体キャパシタFC4,FC5のキャパシタンスロードによってセルの両端即ち、ノードC_N1、C_N2に電圧差を発生させる。
【0078】
以降にT2の区間でセルの両端ノードC_N1、C_N2に電圧差が十分に発生すると、プルダウンイネーブル信号ENNをハイに活性化させ、プルアップイネーブル信号ENPをローに活性化することでセル両端のデータを増幅させる。
【0079】
次にセル両端のデータ増幅が完了するとT3の区間でセルプレート制御信号CPLを更にローに遷移して破壊された強誘電体キャパシタFC2,FC3のハイデータを更に復旧する。この時ライトイネーブル信号ENWはローの状態に非活性化されて外部データが再びライトされることを防止する。
【0080】
図11はダンプテスト制御信号DTCのセットアップ時単位コードセルにおけるコードセルプログラムサイクル動作を示す。
まず、T0区間以降にT1区間ではダンプテスト制御信号DTCがセットアップされ、T2区間が開始されるとコードセルプログラムサイクルが開始される。この時T2区間でダンプテスト制御信号DTCがハイにイネーブルされればコードプログラム信号CPGMがイネーブルされ、ライトイネーブル信号ENWがT2区間の間イネーブルされる。また、セルプレート制御信号CPLがT2,T3の区間の間イネーブル状態を維持する。
【0081】
又、プルダウンイネーブル信号ENNはハイ状態を維持し、プルアップイネーブル信号ENP及びイクォライジング信号EQNはロー状態を維持する。従って、単位コードセルはイクォライジングが解除された状態でセンスアンプが活性化されてデータをコーディングすることができる。
【0082】
例えば、内部最後アドレスADD<m>が1の場合ノードC_n1がハイになって当たるコード信号Code<m>はローになる。即ち、内部アドレスのMSBがADD<m>の場合、内部アドレスMSBをセットするとコード信号Code<m>がローになって内部アドレスMSBまでは内部アドレスに認識される。
【0083】
又、内部最後アドレスADD<m>が0の場合該当アドレスの内部最後アドレスADD<m>がリセットされるとコード信号Code<m>がハイになって該アドレスを外部アドレスで認識する。
図12は図7のコード制御部130に関する詳しい構成図である。
コード制御部130は外部アドレスADD<n>と、単位コードセルから印加されるコード信号Code_nをアンド演算するアンドゲートAD1と、内部アドレスADD<m>と単位コードセルから印加されるコード信号Code_mをアンド演算するアンドゲートAD2を備える。オアゲートORはアンドゲートAD1、AD2の出力信号をオア演算して内部アドレス有効信号ADD_Validを出力する。
【0084】
アンドゲートAD3は内部アドレス有効信号ADD_ValidとインバーターIV6によって反転されたダンプテスト制御信号DTCをアンド演算してダンプモード制御信号DMCを出力する。
かかる構成を有するコード制御部130の動作過程を説明する。
まず、ダンプテスト制御信号DTCが0の正常動作モードである場合、コード信号Code_mが0であれば、内部アドレスADD<m>にいずれか信号が入力されても内部アドレス有効信号ADD_Validは0になる。この時ダンプモード制御信号DMCも0になって内部メモリモードで動作する。
【0085】
また、コード信号Code_mが1の状態で内部アドレスADD<m>が0の場合ダンプモード制御信号DMCが0になって内部メモリモードで動作する。
また、内部アドレスADD<m>が1であればダンプモード制御信号DMCが1になって外部メモリモードで動作する。
なお、ダンプテスト制御信号DTCがハイとして内部メモリダンプモードである場合、コード信号Code_m及び内部アドレスADD<m>と係わらずすべての場合、ダンプモード制御信号DMCが0になる。従って、全てのメモリアドレスが内部アドレスモードで動作することで内部メモリデータを外部I/Oポートに正常的にダンプできるように制御する。
【0086】
以上本発明の好適な一実施形態に対して説明したが、前記実施形態のものに
限定されるわけではなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形又は変更が可能である。
【0087】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明はダンプモード時外部メモリ領域を全ての内部メモリ領域に割り当てて処理することでデータ入/出力ポートを通して全内部アドレスが正常的に出力できるようにする。
また、メモリアドレスサイズをFRAMコードセルを用いてプログラムできるようにしてメモリサイズを外部から容易に変更できるようにすることで工程費用を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な強誘電体のヒステリシスの特性図である。
【図2】従来の不揮発性強誘電体メモリのセル素子構成図である。
【図3】 (a)は、従来の不揮発性強誘電体メモリのライトモード動作タイミング図、(b)は、従来の不揮発性強誘電体メモリのリードモード動作タイミング図である。
【図4】従来のシステムオンチップでダンプモード時データ入/出力ポートの動作を説明するための図である。
【図5】本発明による不揮発性強誘電体メモリ制御装置構成図である。
【図6】本発明による不揮発性強誘電体メモリ制御装置ダンプモード時データ入/出力ポートの動作を説明するための図である。
【図7】図5のダンプモード制御部の詳細ブロック図である。
【図8】図7のコードプログラム制御部のパワーアップモード時動作タイミング図。
【図9】図7のFRAMコードセルアレイの詳細ブロック図。
【図10】図9の単位コードセルの詳細回路図である。
【図11】本発明によるコードセルの動作タイミング図である。
【図12】図7のコード制御部の詳細回路図である。
Claims (15)
- 内部メモリのサイズを決定するための上位アドレスとコードプログラム信号及びダンプテスト制御信号を出力し、ダンプモード制御信号を受信してアドレスの中、内部メモリ領域に当たる内部アドレス及び内/外部アドレス制御信号を出力する中央処理装置と、
ダンプモード時前記ダンプテスト制御信号によって前記上位アドレスをコーディングして外部メモリ領域を内部メモリ領域に割り当て、内部アドレス有効信号を制御する前記ダンプモード制御信号を出力するダンプモード制御部及び
強誘電体メモリを前記内部メモリに使用し、前記内/外部アドレス制御信号によって前記内部アドレスに当たる内部メモリデータをデータバスを介して入/出力ポートに出力するように制御する内部FRAMメモリアレイを備えることを特徴とする不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記ダンプモード制御部は、
前記内部メモリのサイズを貯蔵するための前記コードプログラム信号と、パワーオンリセット信号及び前記ダンプテスト制御信号を受信し、FRAMコードセルをコーディングするための制御信号を出力するコードプログラム制御部と、
前記制御信号の状態によって前記内部メモリのサイズを前記FRAMコードセルに貯蔵し、前記FRAMコードセルに貯蔵された情報をコーディングしてコード信号を出力するFRAMコードセルアレイ及び、
前記ダンプテスト制御信号の活性化時に前記コード信号の状態によって前記ダンプモードを制御するための前記ダンプモード制御信号を選択的に出力するコード制御部を備えることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記制御信号はセルプレート制御信号、プルアップイネーブル信号、プルダウンイネーブル信号、イクォライジング信号、ライトイネーブル信号であることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記FRAMコードセルアレイは複数の単位コードセルを備え、前記複数の単位コードセルなどは前記制御信号の状態によって前記上位アドレスに対応するコード信号を各々出力することを特徴とする請求項3に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記複数の単位コードセルは、
前記プルアップイネーブル信号によってセルの両端に電源電圧を印加するプルアップ駆動部と、
セル両端にクロスカプルド構造で連結されるPMOSトランジスタ対及びNMOSトランジスタ対と、
前記イクォライジング信号によって前記セルの両端電圧をイクォライジングするイクォライジング部と、
前記上位アドレスと前記ライトイネーブル信号を論理演算する論理制御部と、前記論理制御部の結果によって前記セルの両端に選択的な電圧を印加させる電圧駆動部と、
前記セルプレート制御信号に沿ってセル両端に電圧差を発する強誘電体キャパシタ部及び
前記プルダウンイネーブル信号によってセルの両端に接地電圧を印加させるプルダウン駆動部と
を備えることを特徴とする請求項4に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記イクォライジング部は、
前記セルの両端ノードと接地端との間に各々連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第1及び第2NMOSトランジスタと、
前記セルの両端の間に連結されてゲートを通して前記イクォライジング信号が印加される第3NMOSトランジスタと
を備えることを特徴とする請求項5に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記論理制御部は、
前記上位アドレスと前記ライトイネーブル信号をナンド演算する第1ナンドゲートと、
前記ライトイネーブル信号と第1インバーターによって反転した前記上位アドレスをナンド演算する第2ナンドゲートと、
前記第1ナンドゲートの出力を反転して出力する第2インバーターと、
前記第2ナンドゲートの出力を反転して出力する第3インバーターと
を備えることを特徴とする請求項5に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記電圧駆動部は、
前記セルの第1ノードと接地端との間に連結されてゲートを通して前記第2インバーターの出力信号が印加される第4NMOSトランジスタと、
前記セルの第2ノードと電源電圧端の間に連結されてゲートを介して前記第1ナンドゲートの出力信号が印加される第1PMOSトランジスタと、
前記セルの第1ノードと電源電圧端との間に連結されて前記第2ナンドゲートの出力信号が印加される第2PMOSトランジスタと、
前記セルの第2ノードと接地端との間に連結してゲートを通して前記第3インバーターの出力信号が印加される第5NMOSトランジスタと
からなることを特徴とする請求項7に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記強誘電体キャパシタ部はその一端が前記セルの両端と各々連結され他の一端を通して前記プレート制御信号が共通で印加される第1及び第2強誘電体キャパシタを備えることを特徴とする請求項5に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記強誘電体キャパシタ部は前記セルの両端と接地電圧端との間に各々連結される第3及び第4強誘電体キャパシタを更に備えることを特徴とする請求項9に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記FRAMコードセルアレイは、
前記内部アドレスの最上位ビット内にあるアドレスに当たる単位コードセルの出力と外部アドレスに当たる単位コードセルの出力が相異なって出力されるように単位コードセルデータをセットすることを特徴とする請求項4に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記コード制御部は、
前記上位アドレスと各々対応する前記コード信号を論理演算する第1論理部と、
前記第1論理部の出力を論理演算して前記内部アドレス有効信号を出力する第2論理部及び
前記内部アドレス有効信号と反転した前記ダンプテスト制御信号を論理演算して前記ダンプモード制御信号を出力する第3論理部と
を備えることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。 - 前記第1論理部は当たる内部アドレスと対応するコード信号をアンド演算する複数のアンドゲートを備えることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記第2論理部はオアゲートを備えることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
- 前記第3論理部はアンドゲート素子を備えることを特徴とする請求項12に記載の不揮発性強誘電体メモリ制御装置。
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