JP4419071B2 - Semiconductor memory refresh control method and semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば携帯用途の機器に搭載される擬似SRAMやDRAM(Dynamic Random Access Memory)に対するリフレッシュ技術の分野に関し、特に、通常時よりも消費電力を低減するための長周期リフレッシュ動作においてメモリアレイ中に設定された一部の領域のみを対象とするパーシャルアレイセルフリフレッシュ方式の技術分野に関するものである。 The present invention relates to the field of refresh technology for pseudo SRAMs and DRAMs (Dynamic Random Access Memory) mounted on, for example, portable devices, and more particularly to a memory array in a long-cycle refresh operation for reducing power consumption compared to normal times. The present invention relates to a technical field of a partial array self-refresh method that targets only a part of a region set therein.
近年、携帯電話等の携帯機器には大容量のDRAMが搭載されるようになっているが、携帯機器の待機時の低消費電力化を図るため、DRAMのデータ保持状態における消費電流の低減を図ることに対する要望が強い。そのため、通常動作時よりも十分に長い周期でセルフリフレッシュ動作を実行する長周期リフレッシュの機能を備えたDRAMが開発されている。そして、長周期リフレッシュにおいて一層の低消費電力化を図る有効な手法として、パーシャルアレイセルリフレッシュ方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このパーシャルアレイセルフリフレッシュ方式は、一般に複数のバンクから構成されるメモリアレイ内において、一部のバンクについて選択的にセルフリフレッシュ動作を行うものである。この場合、一部のバンクを保持領域として設定し、保持する必要があるデータを保持領域に記憶させた状態で、保持領域に相当する部分のみ長周期のリフレッシュ動作を実行すればよい。例えば、4バンクのうち2バンクを保持領域として用いる場合、通常のリフレッシュ時に比べてリフレッシュの対象となる領域が半減することになり、DRAMの消費電流の低減に有効な手法である。 In recent years, large-capacity DRAMs have been installed in portable devices such as mobile phones. However, in order to reduce power consumption during standby of portable devices, current consumption in the data retention state of DRAMs has been reduced. There is a strong demand for planning. Therefore, a DRAM having a long-cycle refresh function for executing a self-refresh operation at a cycle sufficiently longer than that during normal operation has been developed. A partial array cell refresh method has been proposed as an effective method for further reducing power consumption in long-period refresh (see, for example, Patent Document 1). In this partial array self-refresh method, a self-refresh operation is selectively performed for some banks in a memory array generally composed of a plurality of banks. In this case, it is only necessary to set a part of the banks as the holding area and execute a refresh operation with a long cycle only on the part corresponding to the holding area in a state where data to be held is stored in the holding area. For example, when two of the four banks are used as the holding area, the area to be refreshed is halved compared to the normal refresh, which is an effective technique for reducing the current consumption of the DRAM.
しかし、携帯機器のバッテリー使用時間の増加が求められている状況の下、従来のパーシャルアレイセルフリフレッシュ方式を採用しても消費電流の低減として十分ではない。特に、携帯機器の多機能化に伴い大容量のDRAMを搭載する傾向が強くなり、セルフリフレッシュ時における消費電流のさらなる低減が課題となっている。上述したようにパーシャルアレイセルフリフレッシュ方式ではデータ保持対象のバンクを少なくすれば、その分、消費電流の低減は可能である。しかし、携帯機器の使い勝手の面からデータ保持容量もある程度確保しておく必要があり、この点で待機時におけるDRAMの消費電流の低減には限界があった。 However, in a situation where an increase in battery usage time of a portable device is required, even if the conventional partial array self-refresh method is adopted, it is not sufficient for reducing current consumption. In particular, with the increase in the number of functions of portable devices, the tendency to mount large-capacity DRAMs has become stronger, and further reduction of current consumption during self-refreshing has become an issue. As described above, in the partial array self-refresh method, if the number of data holding target banks is reduced, current consumption can be reduced accordingly. However, it is necessary to secure a data holding capacity to some extent from the viewpoint of usability of the portable device, and in this respect, there is a limit to reducing the current consumption of the DRAM during standby.
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、データを保持する保持領域を限定してセルフリフレッシュ動作を実行する場合、リフレッシュ周期のさらなる長期化を可能とし、待機時におけるDRAMの消費電流を格段に低減し得る半導体メモリのセルフリフレッシュ制御方法等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve these problems. When the self-refresh operation is executed by limiting the holding area for holding data, the refresh cycle can be further extended, and the standby time can be increased. An object of the present invention is to provide a self-refresh control method for a semiconductor memory and the like that can significantly reduce the current consumption of a DRAM.
上記課題を解決するために、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法は、行アドレスに対応するワード線と列アドレスに対応するビット線の交点に配置される複数のメモリセルからなるメモリアレイにデータを保持するためのセルフリフレッシュ動作を制御する半導体メモリのリフレッシュ制御方法であって、前記メモリアレイの全体のうち、前記セルフリフレッシュ動作時にデータ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、前記セルフリフレッシュ動作時に当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定するステップと、前記セルフリフレッシュ動作の実行に先立って、前記保持領域の各メモリセルをコピー元とし、同一ビット線又は同一ビット線対における前記コピー領域の一又は複数の各メモリセルへのビット情報のコピー動作を実行するステップと、前記保持領域をセルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定し、指定された行アドレスに対応するワード線を選択して駆動すると同時に、当該選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を順次選択して駆動することにより、前記セルフリフレッシュ動作を実行するステップと、を含み、前記保持領域の容量は複数段階を切り替え可能に設定され、それぞれの容量に応じてコピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数を選択的に変更可能であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a refresh control method for a semiconductor memory according to the present invention provides data in a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at the intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address. A method for refresh control of a semiconductor memory for controlling a self-refresh operation for holding data, comprising: a group of memory cells on a predetermined number of word lines that are targets of data retention during the self-refresh operation of the entire memory array. Prior to the execution of the self-refresh operation, a step of distinguishing and setting a certain hold region and a copy region that is a memory cell group on a word line that is a copy destination of all data in the hold region during the self-refresh operation Each memory cell in the holding area is used as a copy source, and the same bit line or the same bit is used. A step of executing a copy operation of bit information to one or a plurality of memory cells of the copy area in the line pair, and sequentially specifying a row address with the holding area as a target of self-refresh, and corresponding to the designated row address and simultaneously select and drive word lines, by corresponding said copy one or a plurality of word lines in the region are sequentially selected and driven as a copy destination of the selected word line, and executing the self-refresh operation The capacity of the holding area is set to be switchable in a plurality of stages, and the number of memory cells of the copy destination corresponding to one bit of the copy source can be selectively changed according to each capacity. And
このような特徴を有する本発明によれば、データ保持の対象はメモリアレイ全体の一部である保持領域のみに限定され、他の領域は保持領域のデータをコピーするためのコピー領域として用いられる。そして、最初に保持領域からデータ領域へのコピー動作を実行し、続いて保持領域とコピー領域の対応する各々のメモルセルのワード線を同時に選択駆動してセルフリフレッシュ動作を実行する。このとき、コピー元の1個のメモリセルとコピー先の所定数のメモリセルは同一ビット線(又は同一ビット線対)に配置される位置関係にあるため、ワード線の駆動タイミングを適切に制御することにより、コピー動作とセルフリフレッシュ動作を確実に実行することができる。また、セルフリフレッシュの実行時に、データ保持の対象となる保持領域自体の容量(ここで容量は「領域のサイズ」を意味する。以降同じ。)を小さくすることに加えて、1つのビット情報を複数のメモリセルに保持しておくことで蓄積電荷を増大させ、かつビット情報が破壊される確率を減らすことにより、より長周期のリフレッシュが可能となり半導体メモリの待機時の消費電流を大幅に低減可能となる。 According to the present invention having such a feature, the object of data holding is limited to only a holding area that is a part of the entire memory array, and the other area is used as a copy area for copying data in the holding area. . First, a copy operation from the holding area to the data area is executed, and then the word lines of the respective memory cells corresponding to the holding area and the copy area are simultaneously selected and driven to execute the self-refresh operation. At this time, since one copy source memory cell and a predetermined number of copy destination memory cells are in a positional relationship arranged on the same bit line (or the same bit line pair), the drive timing of the word line is appropriately controlled. By doing so, the copy operation and the self-refresh operation can be surely executed. In addition to reducing the capacity of the storage area itself (where capacity means “area size”, the same applies hereafter) when the self-refresh is executed, one bit information is stored. By holding in multiple memory cells, the accumulated charge is increased and the probability of bit information being destroyed is reduced, so that longer cycle refresh is possible and the current consumption during standby of the semiconductor memory is greatly reduced. It becomes possible.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記ビット情報のコピー動作は、前記保持領域の行アドレスを順次指定し、指定された行アドレスに対応するワード線を選択して駆動するとともに、ビット線出力の増幅に要する所定時間が経過した後に前記選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を選択して駆動することにより実行されることを特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method of the present invention, the bit information copying operation sequentially designates the row address of the holding area, selects and drives the word line corresponding to the designated row address. The method is executed by selecting and driving one or more word lines in the copy area corresponding to the copy destination of the selected word line after a predetermined time required for amplification of the bit line output has elapsed. .
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記保持領域の容量は複数段階を切り替え可能に設定され、それぞれの容量に応じてコピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数を選択的に変更可能であることを特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method of the present invention, the capacity of the holding area is set to be switchable between a plurality of levels, and the number of copy destination memory cells corresponding to one bit of the copy source is set according to each capacity. It can be selectively changed.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記保持領域の容量が前記メモリアレイの全領域の2N分の1(N:1以上M以下の整数)のM段階の容量を切り替え可能に設定され、前記ビット情報はコピー元の1個のメモルセルからコピー先の2N−1個のメモリセルにコピーされることを特徴とする。 In the refresh control method for a semiconductor memory according to the present invention, the capacity of the holding area can be switched between M stages of capacity of 1 / N 2 (N: integer from 1 to M) of the entire area of the memory array. The bit information is copied from one copy memory cell to the copy destination 2 N -1 memory cells.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記行アドレスに含まれるMビットの所定パターンに基づいて前記保持領域及び複数の前記コピー領域を識別して前記コピー動作及び前記セルフリフレッシュ動作を実行すること特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method according to the present invention, the copy operation and the self-refresh operation are performed by identifying the holding region and the plurality of copy regions based on a predetermined pattern of M bits included in the row address. It is characterized by executing.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記保持領域のみのデータを保持する第1のモードと、前記メモリアレイの全体のデータを保持する第2のモードとを選択的に設定可能であることを特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method of the present invention, the first mode for holding data only in the holding area and the second mode for holding the entire data in the memory array can be selectively set. It is characterized by being.
上述するような本発明の一連の特徴により、メモリアレイに設定される保持領域は、その容量や段階数を切り替えたり、保持領域とメモリアレイ全体をモードにより切り替えるなど多様な設定が可能であり、半導体メモリの使用状況に合わせて最適な動作を実現可能となる。 Due to the series of features of the present invention as described above, the holding area set in the memory array can be set in various ways such as switching its capacity and number of stages, switching the holding area and the entire memory array depending on the mode, An optimum operation can be realized in accordance with the use state of the semiconductor memory.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記セルフリフレッシュ動作を停止した後に任意のワード線がアクセスされたとき、そのワード線に対するセルフリフレッシュのエグジット後の最初のアクセスであるか2回目以降のアクセスであるかを判別するステップと、判別結果が最初のアクセスを示すときは、アクセス対象のワード線とともに前記コピー動作により同一のビット情報が保持されている一又は複数のワード線を同時に駆動し、判別結果が2回目以降のアクセスを示すときは、通常動作に移行して前記アクセス対象のワード線のみを駆動するステップをさらに含むことを特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method of the present invention, when an arbitrary word line is accessed after the self-refresh operation is stopped, it is the first access after the self-refresh exit to the word line or the second time. When determining whether the access is a subsequent access, and when the determination result indicates the first access, simultaneously with the word line to be accessed, one or a plurality of word lines holding the same bit information by the copy operation And when the determination result indicates the second and subsequent accesses, the method further includes a step of shifting to a normal operation and driving only the word line to be accessed.
また、本発明の半導体メモリのリフレッシュ制御方法においては、前記セルフリフレッシュ動作を停止する際、前記保持領域の行アドレスを順次指定し、指定された行アドレスに対応するワード線を選択して駆動すると同時に、当該選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を選択して駆動し、前記保持領域及び前記コピー領域の全てのワード線の駆動終了後に通常動作に移行するステップをさらに含むことを特徴とする。 In the semiconductor memory refresh control method of the present invention, when the self-refresh operation is stopped, the row address of the holding region is sequentially designated, and the word line corresponding to the designated row address is selected and driven. At the same time, one or a plurality of word lines in the copy area corresponding to the copy destination of the selected word line are selected and driven, and after all the word lines in the holding area and the copy area have been driven, the normal operation is started. The method further includes a step.
上述の本発明の特徴により、リフレッシュ動作を停止する際、各メモリセルでは長周期リフレッシュにおいて想定されるビット情報の破壊に対する有効な対策を施すことができる。すなわち、複数のメモリセルに保持される同一のビット情報は、ワード線の駆動タイミングの制御によって蓄積電荷が重なって増幅され、これにより破壊されたビット情報を修復することができる。よって、リフレッシュ周期を一層長くし、さらなる消費電流の低減が可能となる。 According to the above-described feature of the present invention, when the refresh operation is stopped, each memory cell can take an effective measure against the bit information destruction assumed in the long period refresh. That is, the same bit information held in a plurality of memory cells is amplified by overlapping the accumulated charges by controlling the driving timing of the word line, so that the destroyed bit information can be restored. Therefore, the refresh cycle can be further extended and the current consumption can be further reduced.
上記課題を解決するために、本発明の半導体メモリは、行アドレスに対応するワード線と列アドレスに対応するビット線の交点に配置される複数のメモリセルからなるメモリアレイを有する半導体メモリであって、前記メモリアレイの全体のうち、セルフリフレッシュ動作時にデータ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、セルフリフレッシュ動作時に当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定し、前記保持領域を前記セルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定してセルフリフレッシュ動作を制御するセルフリフレッシュ制御手段と、前記セルフリフレッシュ制御手段により指定された前記保持領域のワード線を選択して駆動するとともに、ビット線出力の増幅に要する所定時間が経過した後に前記選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を選択して駆動するワード線選択駆動手段と、前記保持領域の容量として複数段階の中から一の容量を切り替え設定可能な設定用レジスタとを備え、前記設定用レジスタの内容に応じて、前記ワード線選択駆動手段が選択して駆動する前記コピー領域の一又は複数のワード線の本数を変更することで、コピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数を変更可能であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor memory according to the present invention is a semiconductor memory having a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at the intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address. Thus, of the entire memory array, a holding area that is a group of memory cells on a predetermined number of word lines that are targets of data holding during the self-refresh operation and a copy destination of all data in the holding area during the self-refresh operation set by dividing the copy area is a memory cell group of word lines, and a self-refresh control means for controlling the self-refresh operation of the holding area by sequentially specifying the row addresses as the target of the self-refresh, the refresh When selecting and driving the word line of the holding area designated by the control means Moni, a word line selection driving means for selecting and driving one or a plurality of word lines of said copy area of a predetermined time required for amplification associated as the copy destination of the selected word line after the elapse of the bit line output, the A copy register area that is selected and driven by the word line selection drive unit according to the contents of the setting register. By changing the number of one or more word lines, the number of copy destination memory cells corresponding to one bit of the copy source can be changed .
このように、本発明を半導体メモリに適用する場合であっても、上述の半導体メモリのリフレッシュ制御方法と同様、本発明の作用、効果を十分に達成することができる。 As described above, even when the present invention is applied to a semiconductor memory, the functions and effects of the present invention can be sufficiently achieved as in the above-described refresh control method for a semiconductor memory.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記保持領域の容量として複数段階の中から一の容量を切り替え設定可能な設定用レジスタが設けられ、前記設定用レジスタの内容に応じてコピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数が識別されることを特徴とする。 Further, in the semiconductor memory of the present invention, a setting register capable of switching and setting one capacity from a plurality of stages as the capacity of the holding area is provided, and one bit of the copy source is set according to the contents of the setting register. The number of corresponding copy destination memory cells is identified.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記設定用レジスタは、前記保持領域のみのデータを保持する第1のモードと、前記メモリアレイの全体のデータを保持する第2のモードとを切り替え設定可能であることを特徴とする。 In the semiconductor memory of the present invention, the setting register can be switched between a first mode for holding data in only the holding area and a second mode for holding the entire data in the memory array. It is characterized by being.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記保持領域の容量は、前記メモリアレイの全領域の2N分の1(N:1以上M以下の整数)のM段階の容量を切り替え設定可能であり、前記ワード線駆動選択手段は、前記行アドレスに含まれるMビットの異なるパターンに対応するコピー先の複数のワード線を選択して駆動することを特徴とする。 Further, in the semiconductor memory of the present invention, the capacity of the holding area can be switched and set to an M-stage capacity of 1 / N 2 (N: an integer from 1 to M) of the entire area of the memory array, The word line drive selection means selects and drives a plurality of copy destination word lines corresponding to different M-bit patterns included in the row address.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記セルフリフレッシュ動作を停止した後に任意のワード線がアクセスされたとき、そのワード線に対するセルフリフレッシュのエグジット後の最初のアクセスであるか2回目以降のアクセスであるかを判別する判別手段を更に備え、前記ワード線選択駆動回路は、前記判別手段の出力に基づき最初のアクセスと判別された場合、アクセス対象のワード線とともに前記コピー動作により同一のビット情報が保持されている一又は複数のワード線を同時に駆動し、2回目以降のアクセスであると判別された場合、通常動作に移行して前記アクセス対象のワード線のみを駆動することを特徴とする。 In the semiconductor memory of the present invention, when an arbitrary word line is accessed after the self-refresh operation is stopped, it is the first access after the self-refresh exit to the word line or the second or subsequent access. The word line selection drive circuit holds the same bit information by the copy operation together with the word line to be accessed when the first access is determined based on the output of the determination means. One or a plurality of word lines being driven are simultaneously driven, and when it is determined that the access is the second or subsequent access, the operation shifts to a normal operation and only the word line to be accessed is driven.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記メモリアレイは、複数のマットに分割されるとともに、一のマット内で前記ワード線及び前記ビット線が共通となるように構成され、前記保持領域及び前記コピー領域は、前記マット単位で領域を確保されることを特徴とする。
In the semiconductor memory of the present invention, the memory array is divided into a plurality of mats , and the word lines and the bit lines are shared in one mat , and the holding area and the copy The area is secured by the mat unit.
また、本発明の半導体メモリにおいて、前記メモリセルは、共通のセンスアンプに接続されるビット線対の一方又は他方のビット線に接続され、同一の前記ビット線対におけるコピー元のメモリセルとコピー先の一又は複数のメモリセルのうち、前記一方のビット線と前記他方のビット線に同数のメモリセルが接続されることを特徴とする。 In the semiconductor memory of the present invention, the memory cell is connected to one or the other bit line of a bit line pair connected to a common sense amplifier, and is copied to a copy source memory cell in the same bit line pair. Among the one or more memory cells, the same number of memory cells are connected to the one bit line and the other bit line.
本発明によれば、セルフリフレッシュの対象をメモリアレイの一部に設定されたデータ保持領域に限定するとともに、データ保持領域から同一ビット線又は同一ビット線対におけるコピー領域の一又は複数のメモリセルにコピーした上で、セルフリフレッシュの際にコピー元とコピー先のワード線を同時に選択駆動するように構成したので、より長周期のリフレッシュが可能となりセルフリフレッシュ時の半導体メモリの消費電流を大幅に低減できる。すなわち、保持領域自体のサイズを縮小することに加え、同一ビット情報を複数のメモリセルに保持することで蓄積電荷が増加する効果によりリフレッシュ周期を格段に長くできる分だけ消費電流を減らすことが可能となる。 According to the present invention, the self refresh target is limited to the data holding area set as a part of the memory array, and one or more memory cells in the copy area in the same bit line or the same bit line pair from the data holding area Since the copy source and copy destination word lines are selected and driven at the same time during self-refresh, longer cycle refresh is possible, greatly increasing the current consumption of the semiconductor memory during self-refresh. Can be reduced. In other words, in addition to reducing the size of the holding region itself, holding the same bit information in a plurality of memory cells can reduce the current consumption by the amount that can significantly increase the refresh cycle due to the effect of increasing the accumulated charge. It becomes.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、低消費電力化を目的とした長周期リフレッシュ動作を実行可能な構成を備えたダイナミック形RAM(DRAM)に対して本発明を適用する場合を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a dynamic RAM (DRAM) having a configuration capable of executing a long-period refresh operation for the purpose of reducing power consumption.
図1は、本実施形態に係るDRAMの全体構成を示すブロック図である。ここでは、記憶容量が256Mビットで4バンク構成のDRAMを例にとって説明する。図1に示すDRAMは、1ビットを記憶するメモリセルが行方向と列方向にマトリクス状に多数配置されたメモリアレイ10を備えている。このメモリアレイ10は、それぞれ64Mビットの記憶領域である4つのバンク(図中、バンクA、B、C、Dとして示す)に分割されている。これらの各バンクはいずれも同一の構成を備えている。なお、各々のバンクの指定は、アドレス信号に付随する2ビットのバンク選択信号に基づいて行われる。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the DRAM according to the present embodiment. Here, a DRAM having a storage capacity of 256 Mbit and a 4-bank configuration will be described as an example. The DRAM shown in FIG. 1 includes a
メモリアレイ10の周辺には、メインワードドライバ11、センスアンプ部12、行デコーダ13、行アドレスバッファ14、セルフリフレッシュ制御部15、列デコーダ16、列アドレスバッファ17、I/O制御部18、コマンドデコーダ19、クロックジェネレータ20が設けられるとともに、本実施形態のパーシャルアレイセルフリフレッシュを実現するための行アドレス切り替え部30が設けられている。また、メモリアレイ10に対しては、アドレス信号及び各種制御信号が供給されるとともに、メモリアレイ10に記憶するデータが入出力される。
Around the
外部から供給されるアドレス信号により、メモリアレイ10のアクセス対象となる行アドレス又は列アドレスが指定される。行アドレスバッファ14には、アドレス信号により指定される行アドレスが保持され、列アドレスバッファ17には、アドレス信号により指定される列アドレスが保持される。行デコーダ13は、指定された行アドレスに対応する1本のワード線を選択する。また、列デコーダ16は、指定された列アドレスに対応する1本のビット線を選択する。なお、メモリアレイ10の各バンクが分割された構造を有するので、後述するように行アドレスに対応するワード線には、全体のメインワード線に加えて、細分化されたサブワード線が含まれる。
A row address or column address to be accessed by the
行デコーダ13及び列デコーダ16により所望のワード線及びビット線が選択されると、メモリアレイ10においてアクセス対象のメモリセルが定まる。そして、メインワードドライバ11は、行デコーダ13により選択されたワード線を選択レベルに駆動する。センスアンプ部12は、選択レベルに駆動されたワード線に接続されるメモリセルの読出しデータに対応する電位差を増幅する。そして、アクセス対象のメモリセルのデータは、I/O制御部18を介して外部と入出力される。すなわち、I/O制御部18によりメモリアレイ10からの読出しデータが外部に出力されるとともに、外部から入力された書込みデータはI/O制御部18を介してメモリアレイ10に送出される。
When a desired word line and bit line are selected by the
コマンドデコーダ19は、制御信号の組合せパターンに基づき規定される制御コマンドを判別し、動作内容に対応する制御信号を各部に送出する。なお、外部からコマンドデコーダ19に入力される制御信号としては、チップセレクト信号(/CS)、行アドレスストローブ信号(/RAS)、列アドレスストローブ信号(/CAS)、ライトイネーブル信号(/WE)があり(記号/は、ローレベルの時に信号がアクティブとなることを意味する。)、これらの任意に組合せに様々な制御コマンドが対応付けられている。
The
クロックジェネレータ20は、外部から入力されるクロック信号CLKに基づいて、図1の各構成要素の動作タイミングを制御するための内部クロックを生成する。なお、クロックジェネレータ20は、外部から入力されるクロックイネーブル信号CKEによりクロック信号CLKの有効性を判別する。
The
セルフリフレッシュ制御部15は、DRAMのデータ保持状態におけるセルフリフレッシュ動作を制御する。所定の制御コマンドに従ってセルフリフレッシュ動作が開始されると、リフレッシュカウンタ150が起動する。このリフレッシュカウンタ150は、セルフリフレッシュの対象として指定される行アドレスを順次発生する回路であり、オシレータ(不図示)の出力に基づき行アドレスを順次カウントアップして行デコーダ13に送出する。なお、セルフリフレッシュ動作について詳しくは後述する。
The self-
行アドレス切り替え部30は、通常動作時に指定される行アドレスを、パーシャルアレイセルフリフレッシュで用いる行アドレスに切り替えるための回路である。本実施形態では通常動作時と、後述のコピー動作時とセルフリフレッシュ動作時は、行アドレスの指定とワード線の選択タイミングがそれぞれ異なるので、動作状態に応じた適切な行アドレスの組合せを所定のタイミングで行アドレス切り替え部30から行デコーダ13に出力する必要がある。なお、行アドレス切り替え部30の構成及び動作について詳しくは後述する。
The row
本実施形態において、256Mビットのメモリアレイ10の具体例としては、入出力データを16ビットの語構成とするとともに、アドレス信号のうちの13ビットを行アドレスとし、9ビットを列アドレスに割り当てる構成を採用することができる。これにより、2ビットのバンク選択信号により指定される各バンクでは、8192行×512列×16ビットのメモリセルの中から任意のアドレスの16ビットのメモリセルを指定することができる。
In the present embodiment, as a specific example of the 256 Mbit
ここで、図2はメモリアレイ10を構成する一のバンクについての具体的な構成例である。図2に示すように、4つのバンクA〜Dに対応するメモリアレイ10は、8192本のワード線と8192本(512列×16ビット)のビット線対を含み、それらを分割した256個(16×16個)のマット100により構成されている。これら各マット100は、メモリアレイ10において行ごとのワード線(サブワード線)と列ごとのビット線を共通にする単位のブロックとして位置付けられ、異なるマット100同士ではワード線及びビット線が互いに分割されている。また、センスアンプ部12に含まれる各々のセンスアンプは、マット100単位に配置されている。
Here, FIG. 2 is a specific configuration example of one bank constituting the
各マット100はワード線とビット線の交点に配置される512×512個のメモリセルを含んでいる。また、一のバンク内で256個のマット100の中から任意のマット100を指定するために、行アドレスのうちの4ビットと列アドレスのうちの4ビットをそれぞれ割り当てる必要がある。本実施形態では、ビット線が共通であることを前提にして後述のコピー動作等を行うので、マット100が基本的な処理単位となる。
Each
次に、本実施形態のDRAMにおいて実行される長周期のパーシャルアレイセルフリフレッシュの概念について、図3及び図4を用いて説明する。本実施形態では、DRAMへの制御コマンドの一つであるセルフリフレッシュへのエントリーコマンドが入力されると、メモリアレイ10全体のうちデータ保持の対象領域として設定された保持領域に対するセルフリフレッシュ動作が実行される。このとき、予めユーザの設定により、メモリアレイ10中の保持領域のデータの容量(データ保持容量)を設定することができる。例えば、メモリアレイ10全体の256Mビットのうち、半分の128Mビット、4分の1の64Mビットのように、データ保持容量を選択的に設定可能となっている。そして、本実施形態では、メモリアレイ10のうち、保持領域と区分される他の領域を、保持領域の全データをコピーしておくためのコピー領域として設定する。よって、コピー領域のデータはデータ保持の対象とはならず、セルフリフレッシュ動作の実行によって元のデータは消失することになる。
Next, the concept of long-period partial array self-refresh executed in the DRAM of this embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, when an entry command for self-refresh, which is one of control commands to the DRAM, is input, a self-refresh operation is performed on a holding area set as a data holding target area in the
図3は、一のマット100内において本発明の手法を説明する概念図である。ここでは、メモリアレイ10全体のうち半分の128Mビットをデータ保持容量として設定した場合を例にとる。図3に示されるマット100において、並列配置された複数のサブワード線SWLの一端にそれぞれサブワードドライバSWDが接続されるとともに、サブワード線SWLに直交して並列配置された複数のビット線BLは、2本ごとに一対をなしてセンスアンプSAの一方の入力端(T側)及び他方の入力端(B側)の2端に接続されている。そして、各サブワード線SWLと各ビット線BLの交点には、MOSトランジスタとキャパシタから形成されたメモリセルMCがマトリクス状に配置される。一のマット100全体に含まれるメモリセルMCは、512本のサブワード線SWLと512対(1024本)のビット線BLが設けられているので、全部で512×512個存在する。よって、各メモリセルMCは1ビットのビット情報を担うので、一のマット100では512×512ビット(256Kビット)の容量を有することになる。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the technique of the present invention in one
なお、サブワード線SWLは、メインワード線の出力と、行アドレスの下位ビット(X0〜X2)のデコード出力との論理積を取って出力するが、以降の説明では理解を容易にするために、図3の説明を除きメインワード線の出力で代表させて説明を行う。 The sub word line SWL takes the logical product of the output of the main word line and the decoded output of the lower bits (X0 to X2) of the row address, but in the following description, for easy understanding, Except for the description of FIG. 3, the description will be made with the output of the main word line as a representative.
また、各メモリセルMCは、一対のビット線BLのうちセンスアンプSAのT側とB側に接続される一対のビット線BLに対し、いずれか一方のビット線BLに配置される。このとき、それぞれのビット線BL上では、双方のビット線BLの負荷容量(浮遊容量)を均等にすること、及びビット線長を均等にしてチップサイズの縮小又は駆動雑音のアンバランスの低減の観点から、T側とB側に接続されるメモリセルMCを均等な個数にすることが望ましい。 Each memory cell MC is arranged on one of the bit lines BL with respect to the pair of bit lines BL connected to the T side and the B side of the sense amplifier SA among the pair of bit lines BL. At this time, on each bit line BL, the load capacitance (floating capacitance) of both bit lines BL is equalized, and the bit line length is equalized to reduce the chip size or drive noise unbalance. From the viewpoint, it is desirable to make the number of memory cells MC connected to the T side and the B side equal.
図3においては、マット100に含まれるサブワード線SWLを2つに分け、左半分が保持領域であり、右半分がコピー領域である例を示している。この場合、保持領域とコピー領域は対称的な配置で同一サイズ(128Kビット)となり、それぞれ256本のサブワード線SWLを含む領域となる。そして、セルフリフレッシュ動作の実行に先立って、保持領域に含まれるメモリセルMC(黒丸で示す)をコピー元とし、コピー領域に含まれる同一のビット線対上のメモリセルMC(白抜きの丸で示す)をコピー先としてビット情報がコピーされる。
FIG. 3 shows an example in which the sub word line SWL included in the
駆動騒音の低減の観点およびセンスアンプSAのT側、B側のビット線負荷を均等に保つ目的から、コピー元のメモリセルMCがT側のビット線BLに接続されている場合は、コピー先のメモリセルMCをB側のビット線BLに接続することが望ましい。逆にコピー元のメモリセルMCがB側のビット線BLに接続されている場合は、コピー先のメモリセルMCをT側のビット線BLに接続することが望ましい。 For the purpose of reducing drive noise and maintaining the T-side and B-side bit line loads of the sense amplifier SA equally, if the copy-source memory cell MC is connected to the T-side bit line BL, the copy destination It is desirable to connect the memory cell MC to the bit line BL on the B side. On the other hand, when the copy source memory cell MC is connected to the B side bit line BL, it is desirable to connect the copy destination memory cell MC to the T side bit line BL.
なお、コピー元のメモリセルMCが接続されるビット線BLとコピー先のメモリセルMCが接続されるビット線BLは、T側とB側に分離することが好ましいが、センスアンプSAを共通とする同一のビット線対のいずれかに接続する構成であっても本発明を適用することは可能である。 The bit line BL to which the copy source memory cell MC is connected and the bit line BL to which the copy destination memory cell MC is connected are preferably separated on the T side and the B side, but the sense amplifier SA is shared. The present invention can be applied even to a configuration in which the same bit line pair is connected.
また、保持領域からコピー領域へのコピー動作の実行後にセルフリフレッシュ動作を実行する際は、同一のビット線対上でコピー元とコピー先の各メモリセルMCについて、その双方に交わる2本のサブワード線SWLが同時に選択される。よって、コピー元及びコピー先の各メモリセルMCからは、同一のビット情報に対応付けられた蓄積電荷が一体的にビット線BLを経由して出力されることになる。これにより、より長周期のリフレッシュが可能となりDRAMの消費電流を顕著に低減させることができるが、具体的なコピー動作及びセルフリフレッシュ動作とそれらの作用については後述する。 When performing a self-refresh operation after executing a copy operation from the holding area to the copy area, two subwords intersecting both of the copy source and copy destination memory cells MC on the same bit line pair. Line SWL is selected simultaneously. Therefore, the stored charge associated with the same bit information is output from the copy source and copy destination memory cells MC via the bit line BL in an integrated manner. As a result, refreshing with a longer period becomes possible and the current consumption of the DRAM can be remarkably reduced. Specific copy operations and self-refresh operations and their functions will be described later.
図3の例では、データ保持容量をメモリアレイ10全体の半分の128Mビットに設定する場合を示したが、本実施形態のパーシャルアレイセルフリフレッシュにおけるデータ保持容量の設定方法には多様なバリエーションがある。例えば、メモリアレイ10全体の4分の1(64Mビット)、8分の1(32Mビット)、16分の1(16Mビット)のようにデータ保持容量を多様に変化させることが可能である。
In the example of FIG. 3, the case where the data holding capacity is set to 128 Mbit which is half of the
なお、データ保持容量としてメモリセルの全領域の2分の1、22分の1、・・・2M分の1(M:整数)のように最大でM段階に切り替え可能にすると、回路構成の実現が容易となる。すなわち、行アドレスのうちMビットを用いて1個の保持領域と2M−1個のコピー領域を区分して指定可能となり、本実施形態の動作に適した回路構成を実現できる。 Note that one of the 1,2-half of the half of the entire area of the memory cell as the data storage capacitor, · · · 2 M content of 1: at most as (M an integer) when the switchable M phase, circuit The configuration can be easily realized. That is, one holding area and 2 M −1 copy areas can be specified separately using M bits in the row address, and a circuit configuration suitable for the operation of this embodiment can be realized.
次に図4は、メモリアレイ10のデータ保持容量を様々に変化させて設定する場合、コピー動作時のコピー元である保持領域とコピー先であるコピー領域のマット100内における関係を示す図である。メモリアレイ10におけるデータ保持容量の変化に応じて図3と異なるマット100の状態として、64Mビット(4分の1)に設定された場合を図4(a)に、32Mビット(8分の1)に設定された場合を図4(b)に、16Mビット(16分の1)に設定された場合を図4(c)にそれぞれ示している。
Next, FIG. 4 is a diagram showing the relationship in the
まず、データ保持容量の設定がメモリアレイ10全体の4分の1である場合は、図4(a)に示すように、マット100内は128本のサブワード線SWLごとに4分割される。そして、マット100の端部に保持領域A1が設定され、それ以外の3箇所にコピー領域B1が設定される。セルフリフレッシュに際しては、コピー元である保持領域A1の全てのデータが3つのコピー領域B1にそれぞれコピーされる。よって、1つの保持領域A1における任意の1個のメモリセルのビット情報は、3つのコピー領域B1〜B3の3個のメモリセルにコピーされ、同一のビット線対上で併せて4個のメモリセルに同一のビット情報が保持される状態となる。
First, when the data holding capacity is set to ¼ of the
同様に、データ保持容量の設定がメモリアレイ10全体の8分の1である場合は、図4(b)に示すようにマット100が8分割され、1つの保持領域A2と7つのコピー領域B2とが設定される。また、データ保持容量の設定がメモリアレイ10全体の16分の1である場合は、図4(c)に示すようにマット100が16分割され、1つの保持領域A3と15のコピー領域B3が設定される。それぞれ、コピー動作を実行することにより、図4(b)の場合は同一のビット情報が同一のビット線対上で8個のメモリセルに保持される状態となり、図4(c)の場合は同一のビット情報が同一のビット線対上で16個のメモリセルに保持される状態となる。
Similarly, when the data holding capacity is set to 1/8 of the
なお、図4においては1つのマット100内のみの状態を示しているが、例えば容量の設定が全体の4分の1である場合、4つのバンクA〜Dに含まれる全てのマット100が図4(a)の状態となる。例えば、図4(a)〜(c)の各マット100の保持領域A1、A2、A3について、メモリアレイ10全体では、全部でそれぞれ4×256個分の領域が確保されることになる。
4 shows only the state in one
本実施形態においては、複数段階のデータ保持容量の切り替え設定に加えて、メモリアレイ10全領域についての通常のセルフリフレッシュとパーシャルアレイセルフリフレッシュとを切り替え可能にしてもよい。この場合、設定内容を保持する設定用レジスタを設け、この設定用レジスタにパーシャルアレイセルフリフレッシュモード(以下、PASRモードと呼ぶ)のオン/オフの情報と、PASRモードに対応するデータ保持容量の選択情報を保持できるにすればよい。
In the present embodiment, in addition to the setting for switching the data holding capacity in a plurality of stages, it is possible to switch between normal self refresh and partial array self refresh for the entire area of the
例えば、図5にPASRモードに関する情報を設定するための設定用レジスタの一例を示している。図5に示す例では、設定用レジスタの3ビット分をPASRモードに関する情報に割り当て、そのビットパターンに応じてPASRモードの設定を選択的に切り替えることができる。すなわち、PASRモードをオフにしてメモリアレイ10の全領域のデータを保持する設定か、あるいは、メモリアレイ10のうち半分の128Mビット、4分の1の64Mビット、8分の1の32Mビット、16分の1の16Mビットのいずれかをデータ保持容量として選択的に設定可能となっている。
For example, FIG. 5 shows an example of a setting register for setting information related to the PASR mode. In the example shown in FIG. 5, 3 bits of the setting register can be assigned to information related to the PASR mode, and the setting of the PASR mode can be selectively switched according to the bit pattern. That is, the PASR mode is turned off to hold the data in the entire area of the
次に、DRAMにおいて実行されるセルフリフレッシュの動作について図6〜図12を参照しながら説明する。図6は、DRAMのセルフリフレッシュの制御の流れを説明するフローチャートであり、図7〜図12は、DRAMにおいてセルフリフレッシュに関連する要部を表す回路構成例と信号波形の変化を示す図である。 Next, the self-refresh operation performed in the DRAM will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of control of the self-refresh of the DRAM, and FIGS. 7 to 12 are diagrams showing an example of a circuit configuration representing a main part related to self-refresh in the DRAM and changes in signal waveforms. .
図6において、携帯機器の待機時など低消費電力で動作させるべき状況で、DRAMに対する制御コマンドとしてセルフリフレッシュへのエントリーコマンドが入力され、これによりセルフリフレッシュ動作が開始(エントリー)される(ステップS11)。なお、この時点で既に設定用レジスタにはPASRモードに関する所望の情報が設定されているとする。 In FIG. 6, in a situation where the portable device should be operated with low power consumption, such as during standby, an entry command for self-refresh is input as a control command for the DRAM, thereby starting (entry) the self-refresh operation (step S11). ). At this time, it is assumed that desired information regarding the PASR mode is already set in the setting register.
そして、設定用レジスタの情報を参照して実行すべき処理を判別し(ステップS12)、設定内容に応じて以下のような異なる処理が実行される。まず、PASRモードがオフに設定されているときは、メモリアレイ10の全領域を対象としてリフレッシュカウンタ150により行アドレスをカウントアップし、8192本のワード線を順次選択して駆動することにより分散リフレッシュを実行する(ステップS13)。なお、分散リフレッシュを実行する際は、各々のワード線についてのリフレッシュ動作の間隔が等しくなるように制御される。
Then, the process to be executed is determined by referring to the information in the setting register (step S12), and the following different processes are executed according to the set contents. First, when the PASR mode is set to OFF, the row address is counted up by the
一方、PASRモードがオンに設定されているときは、データ保持容量の設定に応じて、コピー元の保持領域からコピー先のコピー領域へのバーストコピーを実行する(ステップS14、S16、S18、S20)。データ保持容量が128Mビットに設定されているときは、4096本のワード線を含む保持領域のバーストコピーを実行する(ステップS14)。ステップS14では、保持領域の4096本のワード線を順次選択して駆動するとともに、後述の手法に従ってコピー領域の4096本のワード線を選択して駆動することにより、各々のビット情報が2メモリセル/1ビットで保持される状態となる。なお、バーストコピーを実行する際は、全てのワード線を集中的に順次選択するように制御する。 On the other hand, when the PASR mode is set to ON, burst copy from the copy source holding area to the copy destination copy area is executed according to the data holding capacity setting (steps S14, S16, S18, S20). ). When the data holding capacity is set to 128M bits, burst copy of the holding area including 4096 word lines is executed (step S14). In step S14, 4096 word lines in the holding area are sequentially selected and driven, and 4096 word lines in the copy area are selected and driven according to a method described later, whereby each bit information is stored in two memory cells. / 1 bit is held. Note that when performing a burst copy, control is performed so that all word lines are selected in a concentrated manner.
続いて、所定のリフレッシュ間隔で、4096本のワード線を含む保持領域の分散リフレッシュを実行する(ステップS15)。ステップS15では、保持領域の4096本のワード線を順次選択して駆動し、それと同タイミングでコピー領域の4096本のワード線を選択して駆動することにより、メモリアレイ10の全領域のデータが保持される。
Subsequently, distributed refresh of the holding area including 4096 word lines is executed at a predetermined refresh interval (step S15). In step S15, the 4096 word lines in the holding area are sequentially selected and driven, and the 4096 word lines in the copy area are selected and driven at the same timing, so that the data in all areas of the
上記の動作と同様に、データ保持容量が64Mビットに設定されているときは、2048本のワード線を含む保持領域に対応するバーストコピー及び分散リフレッシュを実行し(ステップS16、S17)、データ保持容量が32Mビットに設定されているときは、1024本のワード線を含む保持領域に対応するバーストコピー及び分散リフレッシュを実行し(ステップS18、S19)、データ保持容量が16Mビットに設定されているときは、512本のワード線を含む保持領域に対応するバーストコピー及び分散リフレッシュを実行する(ステップS20、S21)。これにより、データ保持容量が64Mビットについては4メモリセル/1ビットの状態で、データ保持容量が32ビットについては8メモリセル/1ビットの状態で、データ保持容量が16Mビットについては16メモリセル/1ビットの状態で、それぞれデータが保持されることになる。 Similar to the above operation, when the data holding capacity is set to 64 Mbits, burst copy and distributed refresh corresponding to the holding area including 2048 word lines are executed (steps S16 and S17), and data holding is performed. When the capacity is set to 32M bits, burst copy and distributed refresh corresponding to the holding area including 1024 word lines are executed (steps S18 and S19), and the data holding capacity is set to 16M bits. In some cases, burst copy and distributed refresh corresponding to the holding area including 512 word lines are executed (steps S20 and S21). As a result, when the data holding capacity is 64 Mbits, it is 4 memory cells / 1 bit, when the data holding capacity is 32 bits, it is 8 memory cells / 1 bit, and when the data holding capacity is 16 Mbits, it is 16 memory cells. Data is held in the / 1 bit state.
次いで、上記の各分散リフレッシュの実行中に、所望のタイミングで制御コマンドとしてセルフリフレッシュへのエグジットコマンドが入力された場合(ステップS22;Yes)、セルフリフレッシュ動作を停止(エグジット)する(ステップS23)。その後は、DRAMの通常動作(読み出し又は書き込み)に移行することになる。なお、ステップS23において、同一のビット情報を保持する複数のメモリセル中に、ビット情報が破壊されたメモリセルがある場合、それを修復する処理が必要となるが、その具体的な動作については後述する。 Next, when an exit command for self-refresh is input as a control command at a desired timing during the execution of each of the above distributed refreshes (step S22; Yes), the self-refresh operation is stopped (exit) (step S23). . Thereafter, the normal operation (reading or writing) of the DRAM is started. In step S23, if there is a memory cell in which the bit information is destroyed among a plurality of memory cells holding the same bit information, a process for repairing the memory cell is required. It will be described later.
一方、エグジットコマンドが入力されない場合(ステップS22;No)、各分散リフレッシュが継続されるので、上記のステップS13、S15、S17、S19、S21のいずれかに移行して同様の処理を繰り返す。 On the other hand, when no exit command is input (step S22; No), each distributed refresh is continued, so the process proceeds to any of the above steps S13, S15, S17, S19, and S21 and the same processing is repeated.
次に、本実施形態のパーシャルアレイセルフリフレッシュを実現するためのDRAMにおける回路構成と動作を説明する。図7は、説明の便宜のためにデータ保持容量として128Mビット(全体の2分の1)のみを想定し、これに対応するセルフリフレッシュ動作に関連する要部の回路構成例を示す図である。図7においては、セルフリフレッシュ制御部15による制御に従って、行デコーダ13とメインワードドライバ11の動作によってワード線の選択駆動を行う回路部分を示している。なお、行デコーダ13とメインワードドライバ11は、本来、ワード線の本数に相当する多数の構成要素からなるが、図7では一部の構成要素のみを示している。
Next, the circuit configuration and operation in the DRAM for realizing the partial array self-refresh of this embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a main part related to the self-refresh operation corresponding to the assumption that only 128 Mbits (1/2 of the whole) is assumed as the data holding capacity for convenience of explanation. . FIG. 7 shows a circuit portion for selectively driving a word line by the operations of the
ここで、リフレッシュカウンタ150から出力される行アドレスX0〜X12のうち、ビットX8がアドレス切り替え部30に入力される。この例では、行アドレス切り替え部30は、行アドレスのビットX8を対象に切り替え制御を行うX8切り替え部31から構成される。上述したように行アドレスのうち4ビットはバンク内のマット100の指定に必要となるため、一のマット100内の行アドレスの指定に9ビットが割り当てられ、その最上位ビットがビットX8となる。
Here, of the row addresses X0 to X12 output from the
図7において、X8切り替え部31は、2つのインバータ201,201の間に設けられ、3つのスイッチSW1、SW2、SW3と遅延部Dを含んで構成される。インバータ201から出力されるビットX8の反転ビット/X8は、各々のスイッチSW1〜SW3にそれぞれ入力される。これらスイッチSW1〜SW3のオン/オフの切り替えは、セルフリフレッシュ制御部15から供給される制御信号SCに基づいて制御される。
In FIG. 7, the
以下、図7の回路構成に対応するDRAMのセルフリフレッシュ動作について説明する。図8には、動作状態ごとのX8切り替え部31に対する制御内容を示している。DRAMの通常動作時は、スイッチSW1のみオンとなり、スイッチSW2、SW3はオフになる。よって、図7において行デコーダ13のコピー元側のAND回路204には反転ビット/X8が入力され、行デコーダ13のコピー先側のAND回路206にはビットX8が入力される。この場合、マット100内において、X8=0のときに保持領域の所定のワード線が選択され、X8=1のときにコピー領域の所定のワード線が選択されるので、任意の行アドレスで保持領域とコピー領域のいずれかにアクセス可能となる。
Hereinafter, a self-refresh operation of the DRAM corresponding to the circuit configuration of FIG. 7 will be described. FIG. 8 shows the control contents for the
これに対し、図8に示すように、バーストコピー(図6のステップS14)の際は、スイッチSW2のみオンとなり、スイッチSW1、SW3はオフになる。この場合、スイッチSW2を介して出力される反転ビット/X8は、遅延部Dにより所定の遅延時間だけ経過した後、コピー先側のAND回路206に入力される。従って、X8=0のときに保持領域の所定のワード線が選択され、僅かに遅れたタイミングでコピー領域の対応するワード線が選択される。これを保持領域の全てのワード線について繰り返すことにより、保持領域の全てのデータをコピー領域にコピーすることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, during burst copy (step S14 in FIG. 6), only the switch SW2 is turned on and the switches SW1 and SW3 are turned off. In this case, the inverted bit / X8 output via the switch SW2 is input to the copy destination side AND
このときの動作を図9(a)の信号波形図により説明する。図9(a)に示すように、保持領域の所定の選択ワード線WLaが駆動されて電圧レベルが立ち上がり、これに続いてビット線BLの出力は、選択ワード線WLaとの交点のメモリセルの蓄積電荷により微小電圧だけ変化する。この電圧変化分がセンスアンプSAにより増幅され、タイミングt0で電圧レベルがハイ又はローに確定する。そして、選択ワード線WLaの立ち上がりのタイミングから遅延部Dによる遅延時間が経過したタイミングで、コピー領域の対応ワード線WLbの電圧レベルが立ち上がる。なお、遅延部Dの遅延時間は、ビット線BLの出力をセンスアンプSAで増幅するのに要する時間を確保する必要がある。 The operation at this time will be described with reference to the signal waveform diagram of FIG. As shown in FIG. 9A, the voltage level rises by driving a predetermined selected word line WLa in the holding region, and subsequently, the output of the bit line BL is output from the memory cell at the intersection with the selected word line WLa. Only a minute voltage changes due to the accumulated charge. This voltage change is amplified by the sense amplifier SA, and the voltage level is determined to be high or low at timing t0. The voltage level of the corresponding word line WLb in the copy area rises at the timing when the delay time by the delay unit D has elapsed from the rise timing of the selected word line WLa. Note that the delay time of the delay unit D needs to ensure the time required to amplify the output of the bit line BL by the sense amplifier SA.
図9(a)において、対応ワード線WLbの電圧レベルが立ち上がることにより、保持領域のメモリセルの蓄積電荷はビット線BLを介してコピー領域のメモリセルに蓄積され、これによりビット情報がコピーされることになる。このとき、タイミングt1でコピー領域のメモリセルがハイ又はローに確定する。なお、コピー領域の対応ワード線WLbは、図3に示されるマット100内の配置を例にとると、保持領域の選択ワードWLaの行アドレスに256を加えた行アドレスに対応する。
In FIG. 9A, when the voltage level of the corresponding word line WLb rises, the accumulated charge in the memory cell in the holding area is accumulated in the memory cell in the copy area via the bit line BL, and thereby the bit information is copied. Will be. At this time, the memory cell in the copy area is determined to be high or low at timing t1. Note that the corresponding word line WLb in the copy area corresponds to a row address obtained by adding 256 to the row address of the selected word WLa in the holding area, taking the arrangement in the
次に図8に示すように、セルフリフレッシュ (図6のステップS15)の際は、スイッチSW3のみオンとなり、スイッチSW1、SW2はオフになる。この場合、反転ビット/X8は、スイッチSW3を介して遅延されることなくコピー先側のAND回路206に入力される。従って、X8=0のときに保持領域の所定のワード線が選択され、同タイミングでコピー領域の対応するワード線が選択される。
Next, as shown in FIG. 8, during the self-refresh (step S15 in FIG. 6), only the switch SW3 is turned on and the switches SW1 and SW2 are turned off. In this case, the inverted bit / X8 is input to the AND
このときの動作を図9(b)の信号波形図により説明する。図9(b)に示すように、保持領域の所定の選択ワード線WLaとコピー領域の対応ワード線WLbの各電圧レベルが同時に立ち上がる。このとき、ビット線BLの出力は、選択ワード線WLa及び対応ワード線WLbの両交点における各メモリセルの蓄積電荷の影響を受けて変化する。よって図9(a)と比べると概ね2倍の電圧変化分が生じ、それがセンスアンプSAにより増幅されて電圧レベルがハイ又はローに確定する。なお、図9(b)においては、2メモリセル/1ビットの場合の信号波形図を示しているが、1ビット当たりのメモリセル数がより多い場合の構成については後述する。 The operation at this time will be described with reference to the signal waveform diagram of FIG. As shown in FIG. 9B, the voltage levels of a predetermined selected word line WLa in the holding area and the corresponding word line WLb in the copy area rise simultaneously. At this time, the output of the bit line BL changes under the influence of the accumulated charge of each memory cell at both intersections of the selected word line WLa and the corresponding word line WLb. Therefore, a voltage change approximately twice as large as that in FIG. 9A is generated, which is amplified by the sense amplifier SA and the voltage level is determined to be high or low. In FIG. 9B, a signal waveform diagram in the case of 2 memory cells / 1 bit is shown, but the configuration when the number of memory cells per bit is larger will be described later.
次に、本実施形態のDRAMにおいて、データ保持容量として複数段階を切り替える設定とする場合について回路構成と動作を説明する。図10は、図5の設定用レジスタのデータ保持容量の変化を想定し、128Mビット、64Mビット、32Mビット、16Mビットをデータ保持容量として選択的に切り替えて設定可能とした場合の図7に対応する回路構成例を示す図である。図10においてアドレス切り替え部30は、行アドレスの4つのビットX8、X7、X6、X5を対象にそれぞれ切り替え制御を行うため、X8切り替え部41、X7切り替え部42、X6切り替え部43、X5切り替え部44から構成される。なお、図10の回路構成では、行デコーダ13とメインワードワードドライバ11を省略しているが、図7と同様に配置されるものとする。
Next, in the DRAM of the present embodiment, the circuit configuration and operation will be described in the case where the data holding capacity is set to be switched between a plurality of stages. FIG. 10 is a diagram of FIG. 7 when the data holding capacity of the setting register of FIG. 5 is assumed and can be set by selectively switching the data holding capacity of 128 M bits, 64 M bits, 32 M bits, and 16 M bits. It is a figure which shows the example of a corresponding circuit structure. In FIG. 10, the
これら4つの各切り替え部41〜44は、図7のX8切り替え部31と同様の構成を備えており、いずれも3つのスイッチSW1、SW2、SW3と遅延部Dを含んで構成され、セルフリフレッシュ制御部15から供給される制御信号SCに基づいて各スイッチSW1〜SW3のオン/オフが切り替え制御される。
Each of these four switching
図11(a)には、データ保持容量ごとの各切り替え部41〜44に対する制御内容を示している。上述の設定可能な4通りのデータ保持容量に連動して1ビット当たりのメモリセル数は、2、4、8、16と2倍ずつ変化し、それぞれに対応して制御対象とすべき各切り替え部41〜44が異なる。
FIG. 11A shows the control contents for the switching
まず、PASRモードがオフとなるデータ保持容量256Mビットでは、4つ全ての切り替え部41〜44が固定状態となる。一方、データ保持容量128Mビット(2メモリセル/1ビット)では、X8切り替え部41のみ制御対象となり、データ保持容量64Mビット(4メモリセル/1ビット)では、X8及びX7切り替え部41、42の2つが制御対象となり、データ保持容量32Mビット(8メモリセル/1ビット)では、X8〜X6切り替え部41〜43の3つが制御対象となり、データ保持容量16Mビット(16メモリセル/1ビット)では、X8〜X5切り替え部41〜44の全てが制御対象となる。いずれの場合も、制御対象とならない切り替え部41〜44については固定状態となる。
First, in the data holding capacity of 256 Mbit in which the PASR mode is turned off, all four switching
次に図11(b)には、動作状態ごとに、図11(a)で制御対象となる各切り替え部41〜44に対する制御内容を示している。図11(b)の制御内容は、図8の場合と同様になっていることがわかる。また、図11(c)には、図11(a)で固定状態となる各切り替え部41〜44に対する制御内容を示している。この場合は、常時スイッチSW1のみがオンで、スイッチSW2、SW3はオフとなり、図11(b)における通常動作時の状態に保たれる。
Next, FIG. 11B shows the control contents for the switching
このような制御を行うことにより、バーストコピー時には、保持領域の所定のワード線が選択され、僅かに遅れたタイミングでビットX5〜X8のビットパターンに対応する複数のコピー領域の各々のワード線が選択される。また、セルフリフレッシュ時には、保持領域と複数のコピー領域における各々のワード線が同時に選択される。例えば、16メモリセル/1ビットの場合を説明すると、行アドレスのうちX5〜X8の4ビット全てが0である場合が保持領域に対応し、この4ビットに1が含まれる任意の組合せ(15通り)はいずれかのコピー領域に対応し、各切り替え部41〜44のスイッチSW2、SW3を介して、全部で16本のワード線が選択駆動されることになる。
By performing such control, a predetermined word line in the holding area is selected at the time of burst copy, and each word line in the plurality of copy areas corresponding to the bit patterns of bits X5 to X8 is slightly delayed. Selected. At the time of self refresh, the word lines in the holding area and the plurality of copy areas are simultaneously selected. For example, in the case of 16 memory cells / 1 bit, the case where all 4 bits X5 to X8 of the row address are 0 corresponds to the holding area, and any combination (15) including 1 in these 4 bits (15 Street) corresponds to one of the copy areas, and a total of 16 word lines are selectively driven via the switches SW2 and SW3 of the switching
図12は、図10の回路構成において16メモリセル/1ビットに設定したときの信号波形図である。まず、バーストコピー時には図12(a)の信号波形が得られ、基本的には上述の図9(a)の場合とタイミング及び波形変化が同様になる。ただし、図12(a)の場合は、保持領域の1本の選択ワード線WLaの電圧レベルが立ち上がった後、15個のコピー領域の15本の対応ワード線WLbの電圧レベルが同時に立ち上がる。ビット線BLの出力は、選択ワード線WLaの立ち上げにより微小電圧だけ変化し、センスアンプSAによる増幅後に、15本の対応ワード線WLbとの交点の各メモリセルに電荷が蓄積される。これにより、保持領域のメモリセルのビット情報が各コピー領域の15個のメモリセルにコピーされることになる。 FIG. 12 is a signal waveform diagram when 16 memory cells / 1 bit is set in the circuit configuration of FIG. First, at the time of burst copy, the signal waveform of FIG. 12A is obtained, and the timing and waveform change are basically the same as in the case of FIG. 9A described above. However, in the case of FIG. 12A, after the voltage level of one selected word line WLa in the holding area rises, the voltage levels of 15 corresponding word lines WLb in 15 copy areas rise simultaneously. The output of the bit line BL changes by a minute voltage when the selected word line WLa rises, and after amplification by the sense amplifier SA, charges are accumulated in each memory cell at the intersection with the 15 corresponding word lines WLb. As a result, the bit information of the memory cells in the holding area is copied to the 15 memory cells in each copy area.
また、セルフリフレッシュ時には図12(b)の信号波形が得られ、この場合も図9(b)の場合とタイミング及び波形変化は同様になるが、保持領域の1本の選択ワード線WLaとコピー領域の15本の対応ワード線WLbの計16本のワード線の電圧レベルが同時に立ち上がる。この際、ビット線BLの出力は、16個のメモリセルの蓄積電荷が一体となって変化し、図9(b)の場合と比べて電圧変化が大きくなる。 In addition, the signal waveform of FIG. 12B is obtained at the time of self-refresh, and in this case also, the timing and waveform change are the same as those in FIG. 9B, but a copy is made with one selected word line WLa in the holding area. The voltage levels of a total of 16 word lines of 15 corresponding word lines WLb in the region rise simultaneously. At this time, the output of the bit line BL changes as a result of integration of the charges accumulated in the 16 memory cells, and the voltage change becomes larger than that in the case of FIG. 9B.
次に、本発明の手法に基づくパーシャルアレイセルフリフレッシュを適用する場合の消費電流低減効果について説明する。図13には、本実施形態の構成に従って選択的に設定可能なデータ保持容量とセルフリフレッシュの動作状態との関係をまとめて示している。図12において、256Mビットのメモリアレイ10に関し、データ保持容量、保持領域のワード線総数、1ビット当たりのメモリセル数については既に述べた通りの内容となっている。また、1ビット当たりの蓄積電荷量は(1メモリセルに対し電荷q0と仮定)、データ保持容量の逆数(あるいは1ビット当たりのメモリセル数)に比例して順に2倍ずつ増加していく。
Next, the effect of reducing current consumption when applying partial array self-refresh based on the method of the present invention will be described. FIG. 13 collectively shows the relationship between the data holding capacity that can be selectively set according to the configuration of this embodiment and the operation state of the self-refresh. In FIG. 12, regarding the 256 Mbit
まず、データ保持容量のワード線総数に着目すると、これによりワード線を駆動する回数が定まるので、1回のセルフリフレッシュ、すなわち保持領域の全メモリセルのセルフリフレッシュに要する動作時間と比例する。そのため、データ保持容量を小さくすればセルフリフレッシュの動作時間を短縮できることになり、その分消費電流を低減できる(第1の効果)。この第1の効果に関しては、従来のパーシャルアレイセルフリフレッシュ方式と相違はない。 First, paying attention to the total number of word lines of the data holding capacity, the number of times the word lines are driven is determined. Therefore, it is proportional to the operation time required for one self refresh, that is, the self refresh of all the memory cells in the holding area. Therefore, if the data holding capacity is reduced, the self-refresh operation time can be shortened, and the current consumption can be reduced accordingly (first effect). This first effect is not different from the conventional partial array self-refresh method.
一方、1ビット当たりの蓄積電荷量に着目すると、1つのビット情報についてのコピー動作の回数(つまり、1ビット当たりのメモリセル数)に比例して変化していく。つまり、データ保持容量を小さくして1ビット当たりのメモリセル数を増加すれば、それにより増加した蓄積電荷量の分だけリフレッシュ間隔を長く設定し、その分消費電流を低減できる(第2の効果)。かかる第2の効果に関しては、従来のパーシャルリフレッシュ方式では得られない本発明の手法に固有の特徴であり、第1の効果と第2の効果が相まって、大幅に消費電流を低減可能となる。 On the other hand, paying attention to the amount of stored charge per bit, it changes in proportion to the number of times of copying operation for one bit information (that is, the number of memory cells per bit). In other words, if the data retention capacity is reduced and the number of memory cells per bit is increased, the refresh interval can be set longer by the amount of the accumulated charge, thereby reducing the current consumption (the second effect). ). The second effect is a feature unique to the method of the present invention that cannot be obtained by the conventional partial refresh method, and the first effect and the second effect can be combined to significantly reduce current consumption.
ここで、1ビット当たりのメモリセル数と、メモリセルによりビット情報を保持可能な時間であるリテンションタイムの関係を考える。まず、2メモリセル/1ビットの場合、リテンションタイムは1ビット当たりの蓄積電荷量に比例することが実験的に確認されている。例えば、データ保持容量が128Mビットで、2メモリセル/1ビットの場合のリテンションタイムは、PASRなしの場合のリテンションタイムの2倍となるため、その分だけリフレッシュ周期を長く設定できる。よって、上述の第1の効果と第2の効果により、データ保持容量128Mの設定にすることで、通常時(PASRなし)に比べて消費電流を4分の1に低減可能となる。
Here, consider the relationship between the number of memory cells per bit and the retention time, which is the time during which bit information can be held by the memory cells. First, in the case of 2 memory cells / 1 bit, it has been experimentally confirmed that the retention time is proportional to the amount of stored charge per bit. For example, the retention time when the data holding capacity is 128 Mbits and 2 memory cells / 1 bit is twice the retention time when there is no PASR, so that the refresh cycle can be set longer. Therefore, by setting the
以下、図14〜図17を用いて、2メモリセル/1ビットの場合の効果について1メモリセル/1ビットの場合と比較して説明する。図14は、コピー元の一のメモリセルMC1とコピー先の一のメモリセルMC2を含む回路部分の構成を示す図である。センスアンプSAに接続されるビット線対に対し、メモリセルMC1はT側ビット線BL(T)に接続され、メモリセルMC2はB側ビット線BL(B)に接続される。また、メモリセルMC1はワード線WL1に接続され、メモリセルMC2はワード線WL2に接続される。 Hereinafter, the effect of 2 memory cells / 1 bit will be described with reference to FIGS. 14 to 17 in comparison with the case of 1 memory cell / 1 bit. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a circuit portion including one copy source memory cell MC1 and one copy destination memory cell MC2. For the bit line pair connected to the sense amplifier SA, the memory cell MC1 is connected to the T-side bit line BL (T), and the memory cell MC2 is connected to the B-side bit line BL (B). Memory cell MC1 is connected to word line WL1, and memory cell MC2 is connected to word line WL2.
図14の各メモリセルMC1、MC2に関し、1メモリセル/1ビットの場合の動作を図15の信号波形図により説明する。ワード線WL1が選択駆動されたタイミングでのT側ビット線BL(T)の電圧レベルは、メモリセルMC1にハイのビット情報が保持されている場合は増加方向に変化し(図15(a))、メモリセルMC1にローのビット情報が保持されている場合は減少方向に変化する(図15(b))。一方、ワード線WL2が選択駆動されたタイミングでのB側ビット線BL(B)の電圧レベルは、メモリセルMC2にハイのビット情報が保持されている場合は増加方向に変化し(図15(c))、メモリセルMC1にローのビット情報が保持されている場合は減少方向に変化する(図15(d))。 With respect to each of the memory cells MC1 and MC2 of FIG. 14, the operation in the case of 1 memory cell / 1 bit will be described with reference to the signal waveform diagram of FIG. The voltage level of the T-side bit line BL (T) at the timing when the word line WL1 is selectively driven changes in an increasing direction when high bit information is held in the memory cell MC1 (FIG. 15A). ), When the low bit information is held in the memory cell MC1, it changes in the decreasing direction (FIG. 15B). On the other hand, the voltage level of the B-side bit line BL (B) at the timing when the word line WL2 is selectively driven changes in an increasing direction when high bit information is held in the memory cell MC2 (FIG. 15 ( c)) When the low bit information is held in the memory cell MC1, the memory cell MC1 changes in a decreasing direction (FIG. 15D).
そして、1メモリセル/1ビットの場合には、メモリセルMC1、MC2がハイの状態で、蓄積電荷がリークによって減少していく。このとき、蓄積電荷の残量が半分程度まで減少すると、電圧レベルの変化の識別が困難となって誤動作を引き起こすので、これによりリフレッシュ周期が制約される。 In the case of 1 memory cell / 1 bit, the accumulated charge decreases due to leakage while the memory cells MC1 and MC2 are in the high state. At this time, if the remaining amount of the accumulated charge is reduced to about half, it becomes difficult to identify the change in the voltage level and causes a malfunction, thereby limiting the refresh cycle.
これに対し、2メモリセル/1ビットの場合は、図16及び図17に示すような作用に基づきリフレッシュ周期の長期化を実現できる。図16は、2メモリセル/1ビットの場合について、リフレッシュ周期を変化させたときの信号波形図である。また、図17は、図16の信号波形図に基づきリフレッシュ周期とビット線BLの信号レベルの関係を示したグラフである。 On the other hand, in the case of 2 memory cells / 1 bit, a longer refresh cycle can be realized based on the action shown in FIGS. FIG. 16 is a signal waveform diagram when the refresh cycle is changed in the case of 2 memory cells / 1 bit. FIG. 17 is a graph showing the relationship between the refresh cycle and the signal level of the bit line BL based on the signal waveform diagram of FIG.
図16に示すように、2本のワード線WL1、WL2を同時に選択駆動したときに、T側ビット線BL(T)とB側ビット線BL(B)の電圧レベルは逆方向に変化するが、そのレベル差はリフレッシュ周期を図16(a)、(b)、(c)、(d)の順で長くするほど減少していく。リフレッシュ周期が100sのときは、T側ビット線BL(T)の蓄積電荷の残量が半分程度となり、それ自体の電圧レベルは識別困難となるが、B側ビット線BL(B)とのレベル差が確保されているので、ビット情報を正常に読み出すことができる。一方、リフレッシュ周期が200sになると、T側ビット線BL(T)の蓄積電荷の残量がゼロとなり、B側ビット線BL(B)とのレベル差が確保できず、この時点で誤動作を引き起こす。このように、2メモリセル/1ビットのリフレッシュ周期は、1メモリセル/1ビットの場合の2倍程度に延長可能となる。 As shown in FIG. 16, when the two word lines WL1 and WL2 are selected and driven simultaneously, the voltage levels of the T-side bit line BL (T) and the B-side bit line BL (B) change in opposite directions. The level difference decreases as the refresh period is increased in the order of FIGS. 16A, 16B, 16C, and 16D. When the refresh cycle is 100 s, the remaining charge of the T-side bit line BL (T) is about half, and its own voltage level becomes difficult to distinguish, but the level with the B-side bit line BL (B) Since the difference is secured, the bit information can be read normally. On the other hand, when the refresh period becomes 200 s, the remaining amount of accumulated charges on the T-side bit line BL (T) becomes zero, and a level difference from the B-side bit line BL (B) cannot be secured, causing malfunction at this point. . Thus, the refresh cycle of 2 memory cells / 1 bit can be extended to about twice that of 1 memory cell / 1 bit.
仮に、2メモリセル/1ビットの結果を4メモリセル/1ビット以上の場合に当てはめると、リテンションタイムは1ビット当たりの蓄積電荷量に比例して長くなる。しかし、4メモリセル/1ビット以上にした場合は、単に蓄積電荷量の増加による効果だけではなく、以下に述べるように、複数のメモリセルに保持されたビット情報を読み出す際のフェイル確率が急激に小さくなる効果により、リテンションタイムを大幅に長くすることができる。 If the result of 2 memory cells / 1 bit is applied to the case of 4 memory cells / 1 bit or more, the retention time becomes longer in proportion to the amount of accumulated charge per bit. However, when the number of memory cells is increased to 4 memory cells / 1 bit or more, not only the effect due to the increase in the amount of accumulated charge but also the failure probability when reading bit information held in a plurality of memory cells is abrupt as described below. Due to the effect of reducing the retention time, the retention time can be greatly prolonged.
まず、256MビットのDRAMに関し、4メモリセル/1ビットの場合についてのフェイル数の期待値e1は次の(1)式で与えられる。 First, regarding a 256 Mbit DRAM, the expected value e1 of the number of failures in the case of 4 memory cells / 1 bit is given by the following equation (1).
(1)
ただし、n:各リフレッシュ周期でのフェイルビット数
n−2C2:n−2ビット中から2を抽出するときの組合せ数
同様に、8メモリセル/1ビット、16メモリセル/1ビットの場合についてのフェイル数のそれぞれの期待値e2、e3は(2)、(3)式で与えられる。
(1)
Where n is the number of fail bits in each refresh cycle
n-2 C 2 : Number of combinations when 2 is extracted from n-2 bits Similarly, expected values e2 and e3 of the number of failures for the case of 8 memory cells / 1 bit and 16 memory cells / 1 bit Is given by equations (2) and (3).
(2)
(2)
(3)
上記の(1)〜(3)式の確率計算によれば、1ビット当たりのメモリセル数が2の場合に比べ、4、8、16と多重化の度合が高くなることにより、リテンションタイムは10倍、40倍、80倍程度に長くすることができる。
(3)
According to the probability calculation of the above formulas (1) to (3), the retention time is increased as the degree of multiplexing is increased to 4, 8, 16 as compared with the case where the number of memory cells per bit is two. The length can be increased to about 10 times, 40 times, or 80 times.
図18は、本実施形態のDRAMについて、1ビット当たりのメモリセル数を変えた場合におけるフェイルの累積度数とリフレッシュ周期の関係をグラフに示している。図18のグラフでは、メモリセル数/ビットが1、2の場合は実測値を用い、メモリセル数/ビットが4、8、16場合は上記(1)〜(3)式の計算値を用いている。また、図18には、256Mビットの容量に対して1ビットのフェイルを許容限界と想定したときの1ビットフェイル位置P1を示している。 FIG. 18 is a graph showing the relationship between the cumulative failure frequency and the refresh cycle when the number of memory cells per bit is changed in the DRAM of this embodiment. In the graph of FIG. 18, when the number of memory cells / bit is 1 or 2, actually measured values are used, and when the number of memory cells / bit is 4, 8, or 16, calculated values of the above formulas (1) to (3) are used. ing. FIG. 18 shows a 1-bit fail position P1 when a 1-bit failure is assumed to be an allowable limit with respect to a 256 Mbit capacity.
図18のグラフからわかるように、同様のリフレッシュ周期に対しては、1ビット当たりのメモリセル数が増加するほどフェイルの累積度数が急激に減少する。すなわち、ビット情報を多重化して保持することにより、蓄積電荷量の増加分以上にフェイルの減少度合が大きくなるため、それだけリテンションタイムが長くなる。以下、図19を参照して、1ビット当たりのメモリセル数とリフレッシュ周期の関係を説明する。 As can be seen from the graph of FIG. 18, for the same refresh period, the cumulative frequency of failure decreases rapidly as the number of memory cells per bit increases. That is, by multiplexing and holding the bit information, the degree of decrease in the failure becomes larger than the increase in the amount of accumulated charge, so that the retention time becomes longer. Hereinafter, the relationship between the number of memory cells per bit and the refresh cycle will be described with reference to FIG.
図19には、1ビット当たりのメモリセル数を変化させたとき、フェイルを許容範囲内に保つ適正なリフレッシュ周期をグラフにして示すとともに、グラフに重ねて2つの直線L1、L2を示している。1ビット当たりのメモリセル数が1、2のときは直線L1に従って変化するが、1ビット当たりのメモリセル数が4、8、16のときは直線L2に従って変化する傾向があり、直線L1に比べて直線L2の方がリフレッシュ周期の長期化の度合が格段に大きいことがわかる。直線L1は、1ビット当たりのメモリセル数に比例して蓄積電荷量が増加し、リテンションタイムが長くなる効果を反映しているのに対し、直線L2は、図18に示されるようにビット情報の多重化によりフェイル確率が減少し、これによりリテンションタイムが長くなる効果を反映している。このように、1ビット当たりのメモリセル数を多くするほど飛躍的にリフレッシュ周期を長くでき、それだけDRAMの消費電流を大幅に低減可能となる。 FIG. 19 is a graph showing an appropriate refresh cycle for maintaining a fail within an allowable range when the number of memory cells per bit is changed, and two straight lines L1 and L2 are also superimposed on the graph. . When the number of memory cells per bit is 1 or 2, it changes according to the straight line L1, but when the number of memory cells per bit is 4, 8, or 16, there is a tendency to change according to the straight line L2, compared with the straight line L1. Thus, it can be seen that the straight line L2 has a remarkably large degree of extension of the refresh cycle. The straight line L1 reflects the effect that the amount of accumulated charge increases in proportion to the number of memory cells per bit and the retention time becomes longer, whereas the straight line L2 shows bit information as shown in FIG. This reflects the effect of decreasing the fail probability due to the multiplexing, thereby increasing the retention time. Thus, as the number of memory cells per bit is increased, the refresh cycle can be drastically increased, and the current consumption of the DRAM can be greatly reduced.
次に、本実施形態においてセルフリフレッシュ動作のエグジット(図6のステップS23)後に行う処理について説明する。上述したように1ビットを複数のメモリセルに保持するとき、特定のメモリセルで破壊されたビット情報を修復する処理が必要となる。本実施形態では長周期のセルフリフレッシュ動作を実行するので、最後のリフレッシュ動作からエグジット時までに、長時間にわたって未アクセスのワード線は、メモリセルのビット情報が破壊される確率が高くなる。この問題を回避する第1の方法は、エグジットの際にメモリアレイ10の全領域に対して、図9(b)あるいは図12(b)の場合と同様のセルフリフレッシュ動作を実行することである。しかし、この第1の方法では、DRAMにおいて、メモリアレイ10のリフレッシュに一定の時間を要する分、次の処理への移行が遅れることがデメリットとなる。そこで、エグジット時における上述の問題を確実に回避可能であって、かつ次の処理への速やかな移行が可能な構成として、DRAMに所定の機能を担う回路を付加した変形例について説明する。
Next, processing performed after the exit of the self-refresh operation (step S23 in FIG. 6) in the present embodiment will be described. As described above, when one bit is held in a plurality of memory cells, a process for repairing bit information destroyed in a specific memory cell is required. In the present embodiment, since a long-cycle self-refresh operation is performed, a word line that has not been accessed for a long time from the last refresh operation to the time of exit has a high probability that the bit information of the memory cell is destroyed. A first method for avoiding this problem is to execute a self-refresh operation similar to that in FIG. 9B or FIG. 12B on the entire area of the
図20には、かかる変形例に対応するDRAM要部の回路構成例を示している。本変形例では、PASRモードのデータ保持容量として、図10の場合と同様に4段階を切り替える場合を想定する。そして、図20に示すように、ワード線の選択駆動を行うための行デコーダ52及びメインワードドライバ51を含み、それぞれが図7、図10とは異なる回路構成になっている。なお、行デコーダ52とメインワードドライバ51の説明の便宜上、一部の回路のみを示している。
FIG. 20 shows a circuit configuration example of a main part of the DRAM corresponding to such a modification. In the present modification, it is assumed that the data holding capacity in the PASR mode is switched between four stages as in the case of FIG. As shown in FIG. 20, a
図20において、13ビットの行アドレスが入力される行デコーダ52は各々のワード線ごとの単位回路が多数設けられる。各々の単位回路には、行アドレスのビットX0〜X5、X9〜X12が入力される本来のAND回路301に加え、4つのAND回路302〜305が付加されている。AND回路302には前段のAND回路301の出力とビットX5が入力される。同様に、AND回路303〜305には、それぞれの前段のAND回路302〜304の出力とビットX6〜X8が順次入力される構成になっている。なお、図20に示す例では、行デコーダ52とメインワードドライバ51について、X8=0、X8=1のそれぞれに対応する2つの単位回路を示している。
In FIG. 20, a
メインワードドライバ51には、ワード線の個数分のMWD切り替え部53が付加回路として含まれる。それぞれのMWD切り替え部53は、一のワード線を駆動するメインワードドライバ(MWD)に接続される。図20に示すようにMWD切り替え部53は、4つのスイッチSWa、SWb、SWc、SWdと、4つの制御レジスタRa、Rb、Rc、Rdと、OR回路310を含んで構成されている。各々のスイッチSWa〜SWdは、一端がAND回路301〜304の出力側に順次接続され、他端がOR回路310に接続される。各々の制御レジスタRa〜Rdは、セルフリフレッシュ制御部15の制御の下、それぞれ対応するスイッチSWa〜SWdの状態を判別しつつ、オン・オフの切り替え制御を行うために設けられている。
The
このような構成において、セルフリフレッシュ時の各制御レジスタRa〜Rdの制御手順を説明する。まず、DRAMの電源投入直後(通常動作時)には、4つの制御レジスタRa〜Rdに対応する各スイッチSWa〜SWdが一括オフ状態にセットされる。また、エントリーコマンドが入力されたときも同様に各スイッチSWa〜SWdが一括オフ状態にセットされる。すなわち、セルフリフレッシュ動作の実行前から実行中にかけては、AND回路305の出力のみがOR回路310を介してメインワードドライバMWDに入力されるため、指定された行アドレスに対応する1本のワード線が選択駆動される。
In such a configuration, a control procedure of each control register Ra to Rd at the time of self refresh will be described. First, immediately after power-on of the DRAM (during normal operation), the switches SWa to SWd corresponding to the four control registers Ra to Rd are set to the collective OFF state. Similarly, when an entry command is input, the switches SWa to SWd are set to the collective OFF state. That is, since the output of the AND
一方、セルフリフレッシュ実行中にエグジットコマンドが入力されたときは、図21に示す制御内容に従った制御に移行する。図21において、データ保持容量ごとに異なる制御レジスタRa〜Rdが制御対象とされ、それぞれに対応するスイッチSWa〜SWdのみがオン状態にセットされる。ただし、データ保持容量256MビットはPASRモードがオフであり、全ての制御レジスタRa〜Rdに対応するスイッチSWa〜SWdが常にオフ状態にセットされる。この状態は通常動作時と同様、1本のワード線が選択駆動される。これに対し、データ保持容量128M〜16Mビットでは、制御レジスタRa〜Rdのいずれかに対応するスイッチSWa〜SWdがオン状態にセットされ、それ以外はオフ状態を保つ。この場合、データ保持容量に応じたAND回路301〜304のいずれかの出力が、AND回路305の出力とともにOR回路310に入力されることになる。
On the other hand, when an exit command is input during execution of self-refresh, the control shifts to the control content shown in FIG. In FIG. 21, control registers Ra to Rd that differ for each data holding capacity are controlled, and only the switches SWa to SWd corresponding to the control registers Ra to Rd are set to the ON state. However, in the data holding capacity 256M bits, the PASR mode is off, and the switches SWa to SWd corresponding to all the control registers Ra to Rd are always set to the off state. In this state, as in the normal operation, one word line is selectively driven. On the other hand, in the
例えば、データ保持容量128Mビットの動作を考えると、図20においてスイッチSWaがオンのとき、ビットX8を除いた行アドレスがAND回路304とスイッチSWaを経由してOR回路310に入力される。これにより、ビットX8が0、1の有無を問わず(2通り)、OR回路310の出力先であるワード線が選択駆動される。同様に考えれば、データ保持容量64MビットではビットX7、X8が0、1の有無を問わず(4通り)所定のワード線が選択駆動され、データ保持容量32MビットではビットX6〜X8が0、1の有無を問わず(8通り)所定のワード線が選択駆動され、データ保持容量16MビットではビットX5〜X8が0、1の有無を問わず(16通り)所定のワード線が選択駆動されることになる。
For example, considering the operation with a data holding capacity of 128 Mbits, when the switch SWa is on in FIG. 20, the row address excluding the bit X8 is input to the
本変形例のDRAMに対し、エグジット後に任意のアドレスがアクセスされたとき、1本のワード線の選択の経路となったスイッチSWa〜SWdの動作状態は、対応する制御レジスタRa〜Rdによって判別される。そして、この時点で、制御レジスタRa〜Rdにより、エグジット後の1回目のアクセスを判別されたスイッチSWa〜SWdが再びオフ状態に切り替えられる。よって、エグジット後に同様のアドレスが2回目以降アクセスされたときは、そのときのワード線に対応するMWD切り替え部53は通常動作時の制御に戻り、各スイッチSWa〜SWdがオフ状態となるのでアクセス時に1本のワード線のみが選択駆動されることになる。
When an arbitrary address is accessed after exiting to the DRAM of this modification, the operation states of the switches SWa to SWd that are used to select one word line are determined by the corresponding control registers Ra to Rd. The At this time, the switches SWa to SWd determined to be accessed for the first time after the exit are again switched off by the control registers Ra to Rd. Therefore, when the same address is accessed after the second time after the exit, the
以上の変形例を採用することにより、同一ビット線対上でコピー元とコピー先を含む複数のメモリセルに1ビットを保持した状態で、セルフリフレッシュ動作時に特定のメモリセル(例えば、16個のメモリセルの1つ)のビット情報が破壊されたとしても、それをエグジットの際に修復することができる。つまり、エグジット後の1回目のアクセス時は複数のワード線(例えば16本)を同時に選択するので、ビット情報が破壊されたメモリセルには他の正常なメモリセルの蓄積電荷に基づくデータがセンスアンプSAで増幅された後、リストア(再書込み)されることにより修復される。一方、ワード線の2回目のアクセス時には既にビット情報が修復済みであるため、本来の制御に戻して1本のワード線のみを選択すればよい。本変形例によれば、エグジット後にメモリアレイ10の全領域に対してのセルフリフレッシュが不要となり、DRAMの通常動作への移行を迅速に行うことができるメリットがある。
By adopting the above modification, a specific memory cell (for example, 16 memory cells) can be used during a self-refresh operation in a state where one bit is held in a plurality of memory cells including a copy source and a copy destination on the same bit line pair. Even if the bit information of one of the memory cells is destroyed, it can be repaired upon exit. In other words, since a plurality of word lines (for example, 16 lines) are simultaneously selected at the first access after the exit, data based on the accumulated charges of other normal memory cells is sensed in the memory cell in which the bit information is destroyed. After being amplified by the amplifier SA, it is restored by being restored (rewritten). On the other hand, since the bit information has already been restored at the second access of the word line, it is only necessary to return to the original control and select only one word line. According to this modification, self-refresh is not required for the entire area of the
以上、本実施形態に基づき本発明について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。例えば、メモリアレイ10の容量や回路構成は上述の具体例に限られることなく、多様な半導体メモリに対して本発明を広く適用することができる。また、保持領域及びコピー領域に関する設定内容や切り替え段階数、具体的な設定方法等については、動作に適した形態を採用することができる。
As mentioned above, although this invention was concretely demonstrated based on this embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change can be given in the range which does not deviate from the summary. For example, the capacity and circuit configuration of the
符号の説明
10…メモリアレイ
11…メインワードドライバ
12…センスアンプ部
13…行デコーダ
14…行アドレスバッファ
15…セルフリフレッシュ制御部
16…列デコーダ
17…列アドレスバッファ
18…I/O制御部
19…コマンドデコーダ
20…クロックジェネレータ
30…アドレス切り替え部
31、41…X8切り替え部
42…X7切り替え部
43…X6切り替え部
44…X5切り替え部
51…メインワードドライバ
52…行デコーダ
53…MWD切り替え部
100…マット
150…リフレッシュカウンタ
201、202…インバータ
203〜206、301〜305…AND回路
203〜206…OR回路
DESCRIPTION OF
Claims (23)
前記メモリアレイの全体のうち、前記セルフリフレッシュ動作時にデータ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、前記セルフリフレッシュ動作時に当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定するステップと、
前記セルフリフレッシュ動作の実行に先立って、前記保持領域の各メモリセルをコピー元とし、同一ビット線又は同一ビット線対における前記コピー領域の一又は複数の各メモリセルへのビット情報のコピー動作を実行するステップと、
前記保持領域をセルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定し、指定された行アドレスに対応するワード線を選択して駆動すると同時に、当該選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を順次選択して駆動することにより、前記セルフリフレッシュ動作を実行するステップと、を含み、
前記保持領域の容量は複数段階を切り替え可能に設定され、それぞれの容量に応じてコピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数を選択的に変更可能であること
を特徴とする半導体メモリのリフレッシュ制御方法。 A semiconductor memory refresh control method for controlling a self-refresh operation for holding data in a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at an intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address. And
Of the entire memory array, a holding area that is a group of memory cells on a predetermined number of word lines that is a target of data holding during the self-refresh operation, and a copy destination of all data in the holding area during the self-refresh operation Separating and setting a copy area which is a memory cell group on a word line;
Prior to execution of the self-refresh operation, each memory cell in the holding area is used as a copy source, and bit information is copied to one or a plurality of memory cells in the copy area on the same bit line or the same bit line pair. Steps to perform;
A row address is sequentially designated with the holding region as a target of self-refresh, and a word line corresponding to the designated row address is selected and driven, and at the same time, one or more of the copy regions corresponding as a copy destination of the selected word line Performing the self-refresh operation by sequentially selecting and driving a plurality of word lines , and
The capacity of the holding area is set to be switchable in a plurality of stages, and the number of copy destination memory cells corresponding to one bit of the copy source can be selectively changed according to each capacity. Refresh control method.
さらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリのリフレッシュ制御方法。 When stopping the self-refresh operation, the row address of the holding area is sequentially designated, and the word line corresponding to the designated row address is selected and driven, and at the same time, the copy corresponding to the copy destination of the selected word line Selecting and driving one or more word lines in the region, and transitioning to normal operation after driving all the word lines in the holding region and the copy region;
The semiconductor memory refresh control method according to claim 1, further comprising:
前記メモリアレイの全体のうち、セルフリフレッシュ動作時にデータ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、セルフリフレッシュ動作時に当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定し、前記保持領域を前記セルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定してセルフリフレッシュ動作を制御するセルフリフレッシュ制御手段と、
前記セルフリフレッシュ制御手段により指定された前記保持領域のワード線を選択して駆動するとともに、ビット線出力の増幅に要する所定時間が経過した後に前記選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を選択して駆動するワード線選択駆動手段と、
前記保持領域の容量として複数段階の中から一の容量を切り替え設定可能な設定用レジスタとを備え、
前記設定用レジスタの内容に応じて、前記ワード線選択駆動手段が選択して駆動する前記コピー領域の一又は複数のワード線の本数を変更することで、コピー元の1ビットに対応するコピー先のメモリセル数を変更可能である
ことを特徴とする半導体メモリ。 A semiconductor memory having a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at the intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address,
Of the entire memory array, a holding area that is a group of memory cells on a predetermined number of word lines that are targets of data retention during the self-refresh operation, and a word line that is a copy destination of all data in the retention area during the self-refresh operation a self-refresh control means for controlling the self-refresh operation is set by dividing the copy area, specifies the storage area of the row address sequentially as the target of the self-refresh is a memory cell group,
The word line in the holding area designated by the self-refresh control means is selected and driven, and after a predetermined time required for amplification of the bit line output has elapsed, the copy area corresponding to the copy area of the selected word line is copied. Word line selection driving means for selecting and driving one or a plurality of word lines;
A setting register capable of switching and setting one capacity among a plurality of stages as the capacity of the holding area;
The copy destination corresponding to one bit of the copy source is changed by changing the number of one or more word lines in the copy area selected and driven by the word line selection driving means according to the contents of the setting register. A semiconductor memory characterized in that the number of memory cells can be changed .
前記保持領域及び前記コピー領域は、前記マット単位で領域を確保されることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の半導体メモリ。 The memory array is divided into a plurality of mats , and is configured such that the word lines and the bit lines are common in one mat .
The holding area and the copy area is a semiconductor memory according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the reserve space in the mat units.
前記メモリアレイの全体のうち、データ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定するステップと、
前記セルフリフレッシュ動作の実行に先立って、前記保持領域の各メモリセルをコピー元とし、同一ビット線又は同一ビット線対における前記コピー領域の一又は複数の各メモリセルへのビット情報のコピー動作を実行するステップと、
前記保持領域をセルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定し、指定された行アドレスに対応するワード線を選択して駆動すると同時に、当該選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を順次選択して駆動することにより、前記セルフリフレッシュ動作を実行するステップと、
前記セルフリフレッシュ動作を停止した後に任意のワード線がアクセスされたとき、そのワード線に対するセルフリフレッシュのエグジット後の最初のアクセスであるか2回目以降のアクセスであるかを判別するステップと、
判別結果が最初のアクセスを示すときは、アクセス対象のワード線とともに前記コピー動作により同一のビット情報が保持されている一又は複数のワード線を同時に駆動し、判別結果が2回目以降のアクセスを示すときは、通常動作に移行して前記アクセス対象のワード線のみを駆動するステップと
を含むことを特徴とする半導体メモリのリフレッシュ制御方法。 A semiconductor memory refresh control method for controlling a self-refresh operation for holding data in a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at an intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address. And
Of the entire memory array, a holding area which is a memory cell group on a predetermined number of word lines to be data held, and a copy area which is a memory cell group on a word line which is a copy destination of all data in the holding area A step for setting and separately,
Prior to execution of the self-refresh operation, each memory cell in the holding area is used as a copy source, and bit information is copied to one or a plurality of memory cells in the copy area on the same bit line or the same bit line pair. Steps to perform;
A row address is sequentially designated with the holding region as a target of self-refresh, and a word line corresponding to the designated row address is selected and driven, and at the same time, one or more of the copy regions corresponding as a copy destination of the selected word line Performing the self-refresh operation by sequentially selecting and driving a plurality of word lines;
When an arbitrary word line is accessed after the self-refresh operation is stopped, determining whether the access is the first access after the self-refresh exit or the second or later access;
When the determination result indicates the first access, one or more word lines holding the same bit information are simultaneously driven by the copy operation together with the word line to be accessed, and the determination result is the second or later access. A method for controlling refresh of a semiconductor memory, comprising: shifting to a normal operation and driving only the word line to be accessed .
前記メモリアレイの全体のうち、データ保持の対象となる所定数のワード線上のメモリセル群である保持領域と、当該保持領域の全データのコピー先となるワード線上のメモリセル群であるコピー領域とを区分して設定し、前記保持領域を前記セルフリフレッシュの対象として行アドレスを順次指定してセルフリフレッシュ動作を制御するセルフリフレッシュ制御手段と、
前記セルフリフレッシュ制御手段により指定された前記保持領域のワード線を選択して駆動するとともに、ビット線出力の増幅に要する所定時間が経過した後に前記選択ワード線のコピー先として対応する前記コピー領域の一又は複数のワード線を選択して駆動するワード線選択駆動手段と、
前記セルフリフレッシュ動作を停止した後に任意のワード線がアクセスされたとき、そのワード線に対するセルフリフレッシュのエグジット後の最初のアクセスであるか2回目以降のアクセスであるかを判別する判別手段とを備え、
前記ワード線選択駆動回路は、前記判別手段の出力に基づき最初のアクセスと判別された場合、アクセス対象のワード線とともに前記コピー動作により同一のビット情報が保持されている一又は複数のワード線を同時に駆動し、2回目以降のアクセスであると判別された場合、通常動作に移行して前記アクセス対象のワード線のみを駆動する
ことを特徴とする半導体メモリ。 A semiconductor memory having a memory array composed of a plurality of memory cells arranged at the intersection of a word line corresponding to a row address and a bit line corresponding to a column address,
Of the entire memory array, a holding area which is a memory cell group on a predetermined number of word lines to be data held, and a copy area which is a memory cell group on a word line which is a copy destination of all data in the holding area preparative set by classifying the self-refresh control means for controlling the self-refresh operation of the holding area by sequentially specifying the row addresses as the target of the self-refresh,
The word line in the holding area designated by the self-refresh control means is selected and driven, and after a predetermined time required for amplification of the bit line output has elapsed, the copy area corresponding to the copy area of the selected word line is copied. Word line selection driving means for selecting and driving one or a plurality of word lines;
When any word line is accessed after the self-refresh operation is stopped, it is provided with a discriminating means for discriminating whether the access is the first access after the self-refresh exit or the second access or later. ,
If the word line selection drive circuit determines that the first access is based on the output of the determination means, the word line selection drive circuit selects one or more word lines in which the same bit information is held by the copy operation together with the word line to be accessed. A semiconductor memory which is driven at the same time, and when it is determined that the access is for the second time or later, shifts to a normal operation and drives only the word line to be accessed.
前記保持領域及び前記コピー領域は、前記マット単位で領域を確保されることを特徴とする請求項18から21のいずれかに記載の半導体メモリ。 The memory array is divided into a plurality of mats , and is configured such that the word lines and the bit lines are common in one mat .
The holding area and the copy area is a semiconductor memory according to any of claims 18 21, characterized in that the reserve space in the mat units.
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