JP4763472B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
この発明は、読み出し専用の半導体記憶装置に関するものである。
読み出し専用の半導体記憶装置(ROM)は、ビット線に多数のメモリセルが接続され、ワード線の選択に基づいて選択されるメモリセルの動作により、当該メモリセルに格納されているセル情報をビット線に読み出し、そのセル情報をIO回路から出力する。このようなROMでは、近年の高集積化にともなう素子の微細化により、リーク電流による消費電力の増大あるいは動作不良の発生を防止することが必要となっている。
The present invention relates to a read-only semiconductor memory device.
A read-only semiconductor memory device (ROM) has a number of memory cells connected to a bit line, and the cell information stored in the memory cell is bit-selected by the operation of the memory cell selected based on the selection of the word line. Read out to the line and output the cell information from the IO circuit. In such a ROM, it is necessary to prevent an increase in power consumption due to leakage current or occurrence of malfunction due to miniaturization of elements due to recent high integration.
図6は、ROMセルの一例を示す。同図(a)は、「0」のセル情報を格納したメモリセルを示し、NチャネルMOSトランジスタで構成されるセルトランジスタTr11のソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートはワード線WLに接続され、ドレインはビット線BLに接続される。従って、ワード線WLが選択されてセルトランジスタTr11がオンされると、ビット線がLレベルとなり、「0」のセル情報が読み出される。 FIG. 6 shows an example of a ROM cell. FIG. 5A shows a memory cell storing cell information of “0”, the source of the cell transistor Tr11 composed of an N channel MOS transistor is connected to the low potential side power supply Vss, and the gate is connected to the word line WL. The drain is connected to the bit line BL. Therefore, when the word line WL is selected and the cell transistor Tr11 is turned on, the bit line becomes L level, and cell information of “0” is read out.
図6(b)は、「1」のセル情報を格納したメモリセルを示し、NチャネルMOSトランジスタで構成されるセルトランジスタTr12のソースはオープン状態とされ、ゲートはワード線WLに接続され、ドレインはビット線BLに接続される。従って、ワード線WLが選択されてセルトランジスタTr12がオンされると、ビット線BLはプリチャージレベルとなり、「1」のセル情報が読み出される。 FIG. 6B shows a memory cell storing cell information “1”. The source of the cell transistor Tr12 formed of an N-channel MOS transistor is open, the gate is connected to the word line WL, the drain Is connected to the bit line BL. Therefore, when the word line WL is selected and the cell transistor Tr12 is turned on, the bit line BL becomes the precharge level, and the cell information of “1” is read out.
図7は、読み出し回路の従来例を示す。ビット線BLには多数のメモリセル1及びディスチャージセル2が接続され、カラムセレクタ3を介してメインビット線MBLに接続される。同図において、メモリセル1は「1」のセル情報を格納したメモリセルを示す。ディスチャージセル2は、読み出し動作に先立ってビット線BLを電源Vssレベルとする。
FIG. 7 shows a conventional example of a readout circuit. A large number of
メインビット線MBLにはプリチャージ回路4が接続され、読み出し動作に先立ってメインビット線MBLが電源Vccレベルにまでプリチャージされ、カラム選択信号CLにより導通されるカラムセレクタ3によりビット線BLもプリチャージされる。ビット線BLのプリチャージレベルは、カラムセレクタ3のしきい値をVthとすれば、Vcc−Vthとなる。
A precharge circuit 4 is connected to the main bit line MBL, the main bit line MBL is precharged to the power supply Vcc level prior to the read operation, and the bit line BL is also precharged by the
そして、読み出し動作時に、カラムセレクタ3が導通された状態で、「1」のセル情報を格納したメモリセル1が選択されると、メインビット線MBLがほぼ電源Vccレベル、すなわちHレベルに維持されて「1」のセル情報が読み出され、そのセル情報がデータ判定部5、転送回路6及び出力ラッチ回路7を介して出力される。
When the
また、「0」のセル情報を格納したメモリセルが選択されたとき、メインビット線MBLがほぼ電源Vssレベル、すなわちLレベルとなって「0」のセル情報が読み出され、そのセル情報がデータ判定部5、転送回路6及び出力ラッチ回路7を介して出力される。
When the memory cell storing the cell information “0” is selected, the main bit line MBL is almost at the power supply Vss level, that is, the L level, and the cell information “0” is read out. The data is output via the data determination unit 5, the transfer circuit 6 and the
特許文献1には、半導体記憶装置の読み出し回路を構成するドライブアンプに振幅制限機能を備えて、導電線に流れる充放電電流を削減することにより低消費電力化を図る構成が開示されている。
図7に示す読み出し回路では、プリチャージ回路4によりメインビット線MBLがプリチャージ動作終了後に,メインビット線MBLの電位が低下して中間レベルとなり、データ判定部5を構成するインバータ回路8に貫通電流が流れ続ける状態となり、消費電力を増大させるという問題点がある。 In the read circuit shown in FIG. 7, after the precharge circuit 4 causes the main bit line MBL to finish the precharge operation, the potential of the main bit line MBL decreases to an intermediate level, and passes through the inverter circuit 8 constituting the data determination unit 5. There is a problem that the current continues to flow and power consumption is increased.
すなわち、ROMの高集積化及び大容量化にともない、ビット線BLに接続されるメモリセルの数が増大し、かつビット線BLの長さが長くなると、プリチャージ回路4の負荷が増大し、メインビット線MBLのプリチャージレベルが低下する。 That is, as the number of memory cells connected to the bit line BL increases and the length of the bit line BL increases as the ROM is highly integrated and increased in capacity, the load on the precharge circuit 4 increases. The precharge level of main bit line MBL is lowered.
また、メインビット線MBLから「1」のセル情報が読み出された後、カラムセレクタ3がオフされ、ディスチャージセル2によりビット線BLがほぼ電源Vssレベルまでディスチャージされる。
Further, after the cell information “1” is read from the main bit line MBL, the
このような状況で、次のプリチャージ動作が開始されるまでの間、カラムセレクタ3のリーク電流、すなわちメインビット線MLBからカラムセレクタ3を介してビット線BLに流れるリーク電流により、メインビット線MLBの電位が徐々に低下する。
In such a situation, the main bit line is caused by the leakage current of the
このリーク電流は、ROMの高集積化にともない、データ判定部5の電流駆動能力に匹敵するような電流値となっている。この結果、データ判定部5を構成するインバータ回路8に貫通電流が流れ続ける状態となる。そして、この貫通電流により消費電力が増大するとともに、インバータ回路8の特性が劣化し、さらには破壊が発生するおそれがあるという問題点がある。 The leakage current has a current value comparable to the current driving capability of the data determination unit 5 as the ROM is highly integrated. As a result, the through current continues to flow through the inverter circuit 8 constituting the data determination unit 5. In addition, there is a problem in that power consumption increases due to this through current, the characteristics of the inverter circuit 8 deteriorate, and destruction may occur.
特許文献1には、ROMの読み出し回路において、カラムセレクタのリーク電流に起因する貫通電流を防止するための構成は開示されていない。
この発明の目的は、メインビット線に接続されるデータ判定部の貫通電流による消費電力の増大を防止し得る半導体記憶装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of preventing an increase in power consumption due to a through current of a data determination unit connected to a main bit line.
上記目的は、ビット線に接続されるメモリセルと、前記メモリセルから前記ビット線にセル情報が読み出された後に、前記ビット線をディスチャージするディスチャージ回路と、前記セル情報の読み出し動作に先立って、前記メインビット線及びビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、前記ビット線とメインビット線との間に介在されて、前記セル情報の読み出し動作時及び該読み出し動作に先立つプリチャージ動作時に前記メインビット線とビット線を接続するカラムセレクタと、前記カラムセレクタを介してメインビット線に読み出されたセル情報がHレベル若しくはLレベルのいずれであるかを判定するデータ判定部と、前記データ判定部の出力信号をラッチして出力する出力ラッチ回路とを備え、前記ビット線のディスチャージ動作時に、前記メインビット線を電源電圧にクランプするクランプ回路を備えた半導体記憶装置により達成される。 The object is to provide a memory cell connected to a bit line, a discharge circuit for discharging the bit line after cell information is read from the memory cell to the bit line, and a read operation of the cell information. The main bit line and a precharge circuit for precharging the bit line, and interposed between the bit line and the main bit line, during the cell information read operation and the precharge operation prior to the read operation. A column selector that connects the main bit lines to each other, a data determination unit that determines whether cell information read to the main bit line via the column selector is at an H level or an L level, and the data An output latch circuit that latches and outputs the output signal of the determination unit, and the bit line display During chromatography di operation is achieved by a semiconductor memory device including a clamp circuit for clamping the main bit line to the supply voltage.
本発明によれば、メインビット線に接続されるデータ判定部の貫通電流による消費電力の増大を防止し得る半導体記憶装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device that can prevent an increase in power consumption due to a through current of a data determination unit connected to a main bit line.
(第一の実施の形態)
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。図3は、ROMの構成を示す。デコーダ部11にはロウアドレス及びコラムアドレスを含むアドレス信号Address、イネーブル信号CE及びクロック信号CKが入力される。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows the configuration of the ROM. The
前記デコーダ部11は、クロック信号CKに基づいて動作する。そして、読み出し動作時にロウデコーダ12に対しロウアドレス信号を出力する。ロウデコーダ12は、ロウアドレス信号に基づいてワード線選択信号をワード線WLに出力して、メモリセル13を選択する。
The
また、前記デコーダ部11はディスチャージ回路14にディスチャージ信号GIを出力し、ディスチャージ回路14を動作させる。また、前記デコーダ部11はカラムセレクタ15にカラム選択信号CLを出力し、カラムアドレス信号に対応するビット線を選択する。
The
また、前記デコーダ部11はプリチャージ回路16にプリチャージ信号CHを出力し、プリチャージ回路16を動作させる。また、前記デコーダ部11は、出力ラッチ回路17にラッチ信号LT,バーLTを出力し、出力ラッチ回路17を動作させる。
The
図1は、上記ROMのセル情報読み出し回路を示す。ビット線BLには前記ディスチャージ回路14及び多数のメモリセル13が接続される。メモリセル13は、NチャネルMOSトランジスタで構成され、そのゲートにワード線が接続されて、ワード線選択信号が入力され、ドレインはビット線BLに接続される。また、「1」のセル情報を格納したメモリセル13は、そのソースがオープン状態であり、「0」のセル情報を格納したメモリセルは、そのソースが電源Vssに接続される。図1では、「1」のセル情報を格納した1つのメモリセル13を図示する。
FIG. 1 shows a cell information reading circuit of the ROM. The
前記ディスチャージ回路14は、メモリセルと同様なNチャネルMOSトランジスタで構成され、そのゲートに前記ディスチャージ信号GIが入力され、ドレインは前記ビット線BLに接続され、ソースは電源Vssに接続される。従って、Hレベルのディスチャージ信号GIが入力されると、ビット線BLが電源Vssレベルにディスチャージされる。
The
前記ビット線BLとメインビット線MBLとの間にはカラムセレクタ15が介在される。カラムセレクタ15は、NチャネルMOSトランジスタで構成され、そのゲートにカラム選択信号CLが入力され、ドレイン・ソースがビット線BLとメインビット線MBLとに接続される。そして、Hレベルのカラム選択信号CLが入力されると、ビット線BLとメインビット線MBLが導通状態となる。
A
前記メインビット線MBLには、プリチャージ回路16が接続される。プリチャージ回路16はPチャネルMOSトランジスタで構成され、ゲートに前記プリチャージ信号CHが入力それ、ソースに電源Vccが供給され、ドレインはメインビット線MBLに接続される。
A
そして、Lレベルのプリチャージ信号CHが入力されると、メインビット線MBLが電源Vccレベルまでプリチャージされる。
前記メインビット線MBLにはデータ判定部18が接続される。データ判定部18はインバータ回路28a,28bで構成されるラッチ回路であり、メインビット線MBLの電位を判定して、Hレベル若しくはLレベルのセル情報として前記出力ラッチ回路17に出力する。
When the L level precharge signal CH is input, the main bit line MBL is precharged to the power supply Vcc level.
A
出力ラッチ回路17は、転送回路19とラッチ回路20及びインバータ回路21で構成される。転送回路19は、前記データ判定部18の出力信号がPチャネルMOSトランジスタTr1及びNチャネルMOSトランジスタTr2のゲートに入力され、トランジスタTr1のソースは電源Vccに接続されトランジスタTr2のソースは電源Vssに接続されている。
The
前記トランジスタTr1,Tr2のドレイン間にはPチャネルMOSトランジスタTr3とNチャネルMOSトランジスタTr4が接続され、そのゲートに前記ラッチ信号バーLT,LTが入力される。また、トランジスタTr3,Tr4のドレインが前記ラッチ回路20に接続されている。ラッチ信号LT,バーLTは、相補信号である。
A P-channel MOS transistor Tr3 and an N-channel MOS transistor Tr4 are connected between the drains of the transistors Tr1 and Tr2, and the latch signal bars LT and LT are input to their gates. The drains of the transistors Tr3 and Tr4 are connected to the
従って、ラッチ信号LTがHレベル、ラッチ信号バーLTがLレベルとなると、トランジスタTr3,Tr4がオンされて、前記データ判定部18の出力信号の反転信号がラッチ回路20に出力される。また、ラッチ信号LTがLレベル、ラッチ信号バーLTがHレベルとなると、データ判定部18とラッチ回路20とは遮断される。
Accordingly, when the latch signal LT becomes H level and the latch signal bar LT becomes L level, the transistors Tr3 and Tr4 are turned on, and an inverted signal of the output signal of the
前記ラッチ回路20はインバータ回路22a,22bと転送ゲート23とから構成される。そして、インバータ回路22bの出力端子とインバータ回路22aの入力端子との間に転送ゲート23が介在されている。
The
前記転送ゲート23は、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタとを並列に接続したものであり、Pチャネル側ゲートに前記ラッチ信号LTが入力され、Nチャネル側ゲートに前記ラッチ信号バーLTが入力される。
The
すると、トランジスタTr3,Tr4がオンされるとき、転送ゲート23が不導通となり、トランジスタTr3,Tr4がオフされるとき、転送ゲート23が導通状態となる。
クロック信号CKがLレベルからHレベルに立ち上がって読み出し動作が開始されてからラッチ信号LTがHレベルになるまでは、セル情報はカラムセレクタ15を介してデータ判定部18まで到達するが、転送回路19は不導通であるので、ラッチ回路20に到達しない。従って、ラッチ回路20は前サイクルの読み出しデータを保持している。
Then, when the transistors Tr3 and Tr4 are turned on, the
From the time when the clock signal CK rises from the L level to the H level and the read operation is started until the latch signal LT becomes the H level, the cell information reaches the
その後、ラッチ信号LTがHレベルとなると、転送回路19が導通し、読み出しデータはラッチ回路20まで到達するが、転送ゲート23は不導通のため、読み出しデータは未だラッチ回路20でラッチされない。
Thereafter, when the latch signal LT becomes H level, the
次いで、ラッチ信号LTが再びLレベルとなると、転送回路19は不動通となり、転送ゲート23が導通するため、ラッチ回路20に入力された読み出しデータがラッチされる。この読み出しデータは、次サイクルでラッチ信号LTがHレベルになるまで保持される。
Next, when the latch signal LT becomes L level again, the
前記メインビット線MBLには、クランプ回路24が接続されている。クランプ回路24はNチャネルMOSトランジスタで構成され、そのトランジスタのドレインがメインビット線MBLに接続され、ソースが電源Vssに接続され、ゲートには制御信号MBCが入力される。
A
前記制御信号MBCは、図2に示す制御信号生成回路25で生成される。その制御信号生成回路25は、前記ディスチャージ信号GIがNAND回路26に入力され、前記ラッチ信号LTがインバータ回路27aに入力され、インバータ回路27aの出力信号が前記NAND回路26に入力される。
The control signal MBC is generated by the control
そして、NAND回路26の出力信号がインバータ回路27bで反転されて、前記制御信号MBCとして出力される。
従って、制御信号生成回路25はディスチャージ信号GIがHレベル、かつラッチ信号LTがLレベルのとき、Hレベルの制御信号MBCを出力する。また、ディスチャージ信号GIがHレベル、あるいはラッチ信号LTがHレベルのとき、Lレベルの制御信号MBCを出力する。
The output signal of the
Therefore, the control
次に、上記のように構成されたROMの動作を図4に従って説明する。前記デコーダ部11は、クロック信号CKに基づいて動作する。まず、読み出し動作の前サイクル時に、読み出し動作が完了した時点で、ディスチャージ信号GIがHレベルとなる。すると、ディスチャージ回路14がオンされて、ビット線BLがディスチャージされる。
Next, the operation of the ROM configured as described above will be described with reference to FIG. The
次いで、ディスチャージ信号GIがLレベルとなってディスチャージ動作が終了し、プリチャージ信号CHがHレベルとなる。すると、メインビット線MBLが電源Vccレベルまでプリチャージされる。 Next, the discharge signal GI becomes L level, the discharge operation is finished, and the precharge signal CH becomes H level. Then, the main bit line MBL is precharged to the power supply Vcc level.
次いで、カラム選択信号CLがHレベルとなり、カラムセレクタ15がオンされて、メインビット線MBL及びビット線BLが導通する状態となり、ビット線BLがプリチャージされる。
Next, the column selection signal CL becomes H level, the
この状態で、ワード線選択信号によりメモリセル13が選択されてオンされる。「1」のセル情報が格納されたメモリセル13が選択されると、メインビット線MBLはプリチャージレベルに維持され、そのセル情報がデータ判定部18まで到達する。セル情報がデータ判定部18までした後、ラッチ信号LTとしてHレベルのワンショットパルス信号が入力される。
In this state, the
そして、転送回路19で反転されてラッチ回路20に出力され、ラッチ回路20のインバータ回路22a及びインバータ回路21を介して読み出しデータAが出力される。また、転送回路19が遮断されると、ラッチ回路20の動作により読み出しデータAがラッチされる。
Then, it is inverted by the
「0」のセル情報が格納されたメモリセル13が選択された場合には、メインビット線MBLはほぼ電源Vssレベルとなり、そのセル情報が同様にして読み出しデータAとして出力される。
When the
メモリセル13が選択された後、所定時間後すなわち読み出しデータがメモリセル13からラッチ回路20に到達した時点で、カラム選択信号CLがLレベルとなり、ビット線BLとメインビット線MBLとの導通が遮断される。そして、この状態でディスチャージ信号GIがHレベルとなって、ビット線BLがディスチャージされる。
After the
メモリセル13からのセル情報の読み出し動作が終了して、ディスチャージ動作が開始され、さらに転送回路19が遮断されて1サイクルの読み出し動作が終了すると、ディスチャージ信号GIがHレベルであり、ラッチ信号LTがLレベルとなるので、制御信号MBCはHレベルとなる。
When the reading operation of the cell information from the
すると、クランプ回路24がオンされて、メインビット線MBLが電源Vssレベルにクランプされる。そして、次サイクルでディスチャージ動作が終了すると、制御信号MBCがLレベルとなって、クランプ回路24もオフされる。
Then, the
上記のようなROMでは、次に示す作用効果を得ることができる。
(1)ビット線BLをディスチャージするとき、メインビット線MBLを電源Vssレベルにクランプするので、「1」のセル情報を読み出した後に、メインビット線MBLが中間レベルとなることはない。従って、データ判定部18での貫通電流の発生を防止することができる。
(2)データ判定部18での貫通電流の発生を防止することができるので、消費電力を低減することができるとともに、データ判定部の破壊を未然に防止して、読み出し回路の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
(3)ビット線BLのディスチャージ動作時に、ビット線BLとメインビット線MBLとを同電位とすることができるので、カラムセレクタ15でのリーク電流の発生を防止することができる。
(4)クランプ回路24を設けたことにより、データ判定部18のインバータ回路28bを省略することもできる。従って、読み出し回路の面積を縮少することができる。
(第二の実施の形態)
図5は、第二の実施の形態を示す。この実施の形態は、クランプ回路24としてメインビット線MBLと電源Vccとの間にPチャネルMOSトランジスタを接続し、そのゲートに制御信号MBCXを入力したものである。制御信号MBCXは、前記第一の実施の形態の制御信号MBCの反転信号である。
In the ROM as described above, the following operational effects can be obtained.
(1) When the bit line BL is discharged, the main bit line MBL is clamped at the power supply Vss level. Therefore, after the cell information “1” is read, the main bit line MBL does not become the intermediate level. Therefore, generation of a through current in the
(2) Since generation of a through current in the
(3) Since the bit line BL and the main bit line MBL can be set to the same potential during the discharge operation of the bit line BL, it is possible to prevent generation of a leak current in the
(4) By providing the
(Second embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment. In this embodiment, a P-channel MOS transistor is connected as the
このような構成により、ビット線BLをディスチャージするとき、メインビット線MBLを電源Vccレベルにクランプするので、「1」のセル情報を読み出した後に、メインビット線MBLが中間レベルとなることはない。従って、第一の実施の形態で得られた(1)(2)(4)と同様な作用効果を得ることができる。 With such a configuration, when the bit line BL is discharged, the main bit line MBL is clamped at the power supply Vcc level, so that the main bit line MBL does not become an intermediate level after reading the cell information of “1”. . Therefore, the same effects as (1), (2) and (4) obtained in the first embodiment can be obtained.
上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・クランプ回路24を動作させる制御信号は、ディスチャージ信号及びラッチ信号以外の信号に基づいて生成してもよい。
You may implement the said embodiment in the following aspects.
The control signal for operating the
13 メモリセル
14 ディスチャージ回路
15 カラムセレクタ
16 プリチャージ回路
17 出力ラッチ回路
18 データ判定部
24 クランプ回路
BL ビット線
MBL メインビット線
13
Claims (5)
前記メモリセルから前記ビット線にセル情報が読み出された後に、前記ビット線をディスチャージするディスチャージ回路と、
前記セル情報の読み出し動作に先立って、前記メインビット線及びビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、
前記ビット線とメインビット線との間に介在されて、前記セル情報の読み出し動作時及び該読み出し動作に先立つプリチャージ動作時に前記メインビット線とビット線を接続するカラムセレクタと、
前記カラムセレクタを介してメインビット線に読み出されたセル情報が、Hレベル若しくはLレベルのいずれであるかを判定するデータ判定部と、
前記データ判定部の出力信号をラッチして出力する出力ラッチ回路と
を備えた半導体記憶装置であって、
前記ビット線のディスチャージ動作時に、前記メインビット線を電源電圧にクランプするクランプ回路を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。 A memory cell connected to the bit line;
A discharge circuit for discharging the bit line after cell information is read from the memory cell to the bit line;
A precharge circuit for precharging the main bit line and the bit line prior to the cell information read operation;
A column selector that is interposed between the bit line and the main bit line and connects the main bit line and the bit line at the time of reading the cell information and at the time of precharging prior to the reading operation;
A data determination unit for determining whether the cell information read to the main bit line via the column selector is at the H level or the L level;
An output latch circuit that latches and outputs an output signal of the data determination unit;
A semiconductor memory device comprising: a clamp circuit that clamps the main bit line to a power supply voltage during a discharge operation of the bit line.
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