JP4840938B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば複数の動作モードを有する半導体記憶装置の動作制御回路に関する。 The present invention relates to an operation control circuit of a semiconductor memory device having a plurality of operation modes, for example.
ランダムアクセス可能な半導体記憶装置の代表的なものとしてSRAMおよびDRAMがある。SRAMはDRAMと比較して読み出し・書き込み動作が高速であり、またDRAMのようにリフレッシュ動作が不要であることから、その取り扱いが容易であるとともにスタンバイ状態におけるデータ保持電流が小さいという長所がある反面、SRAMを構成するには1メモリセル当たり6個のトランジスタを必要とするため、DRAMよりもチップサイズが大きくなり価格も高くなるという問題がある。 There are SRAM and DRAM as typical semiconductor memory devices which can be randomly accessed. SRAM has faster read / write operations than DRAM and does not require a refresh operation like DRAM, so it has the advantages of being easy to handle and having a small data retention current in the standby state. In order to construct an SRAM, six transistors are required for each memory cell, and therefore there is a problem that the chip size is larger and the price is higher than that of a DRAM.
これに対して、DRAMのメモリセルはキャパシタ1個とトランジスタ1個で構成可能であるため、小さなチップサイズで大容量のメモリを構成することができ、また、同じ記憶容量の半導体記憶装置を構成するのであればSRAMよりもDRAMの方が安価になる。しかしながら、DRAMは、アドレスとして行アドレスおよび列アドレスを分けて別々に与え、これらアドレスの取り込みタイミングを規定する信号としてRAS(行アドレスストローブ)信号およびCAS(列アドレスストローブ)信号を必要とすること、定期的にメモリセルをリフレッシュするための制御回路が必要になることから、SRAMに比べてタイミング制御が複雑になり、また消費電流が大きくなってしまうという問題がある。 In contrast, since a DRAM memory cell can be composed of one capacitor and one transistor, a large-capacity memory can be constructed with a small chip size, and a semiconductor memory device having the same storage capacity can be constructed. If so, DRAM is cheaper than SRAM. However, the DRAM separately supplies a row address and a column address as addresses, and requires a RAS (row address strobe) signal and a CAS (column address strobe) signal as signals for defining the fetch timing of these addresses. Since a control circuit for periodically refreshing the memory cells is required, there are problems that the timing control is more complicated and the current consumption becomes larger than that of the SRAM.
ところで、携帯電話機などに代表される携帯型電子機器に採用されている半導体記憶装置は現状ではSRAMが主流である。これは、SRAMはスタンバイ電流が小さく低消費電力であるため、連続通話時間・連続待ち受け時間をできるだけ延ばしたい携帯電話機に向いており、またこれまでの携帯電話機には簡単な機能しか搭載されていなかったためにそれほど大容量の半導体記憶装置を必要としなかったこと、タイミング制御などの点でSRAMは扱いが容易であることなどがその理由である。 By the way, SRAM is currently the mainstream of semiconductor memory devices employed in portable electronic devices typified by cellular phones. This is because SRAM has low standby current and low power consumption, so it is suitable for mobile phones that want to extend continuous talk time and continuous standby time as much as possible, and conventional mobile phones have only simple functions. The reason for this is that a large-capacity semiconductor memory device is not necessary, and that the SRAM is easy to handle in terms of timing control.
一方、最近の携帯電話機は、電子メールの送受信機能や、インターネット上のWEBサーバにアクセスしてホームページの内容を簡略化して表示するような機能も搭載されており、将来的には現在のパソコン等と同様にインターネット上のホームページ等へ自由にアクセスできるようになることも想定される。このような機能を実現するためには、多様なマルチメディア情報をユーザへ提供するためのグラフィック表示が不可欠となり、公衆網などから受信した大量のデータを携帯電話機内に一時的に蓄えておくために大容量の半導体記憶装置を備える必要性が生じてくる。 On the other hand, recent mobile phones are equipped with a function for sending and receiving e-mail and a function for simplifying and displaying the contents of a homepage by accessing a WEB server on the Internet. It is also assumed that it will be possible to freely access homepages on the Internet in the same way. In order to realize such a function, graphic display for providing various multimedia information to users is indispensable, and a large amount of data received from a public network or the like is temporarily stored in a mobile phone. Therefore, it becomes necessary to provide a large capacity semiconductor memory device.
他方で、携帯型電子機器は小型、軽量、かつ低消費電力という要請があるため、半導体記憶装置を大容量化しても機器そのものの大型化、重量化および消費電力の増加は避けねばならない。従って、携帯型電子機器に搭載される半導体記憶装置としては、扱いの簡便さや消費電力を考えるとSRAMが好ましいが、大容量の観点からはDRAMが好ましいことになる。つまり、これからの携帯型電子機器にはSRAMおよびDRAMの長所をそれぞれ取り入れた半導体記憶装置が最適であるといえる。 On the other hand, portable electronic devices are required to be small, light, and have low power consumption. Therefore, even if the capacity of a semiconductor memory device is increased, the size, weight, and power consumption of the device itself must be avoided. Therefore, an SRAM is preferable as a semiconductor memory device mounted on a portable electronic device in view of ease of handling and power consumption, but a DRAM is preferable from the viewpoint of large capacity. In other words, it can be said that a semiconductor memory device incorporating the advantages of SRAM and DRAM is most suitable for future portable electronic devices.
このような半導体記憶装置として、DRAMに採用されているものと同じメモリセルを使用しながら、外部から見たときにSRAMとほぼ同様の仕様を持った「疑似SRAM」と呼ばれるものが特許文献1〜5等で提案されている。
As such a semiconductor memory device, a so-called “pseudo SRAM” having substantially the same specifications as an SRAM when viewed from the outside while using the same memory cells as those employed in a DRAM is disclosed in
しかしながらこの疑似SRAMは、メモリセルそのものはDRAMと同じであるから、メモリセルに記憶されているデータを保持するためには常にリフレッシュ動作を行う必要がある。このため、SRAMと同様に動作するといっても、従来のSRAMに採用されているようなスタンバイモードは特に設けられていない。疑似SRAMを従来のSRAMと同様の仕様で動作させる以上は、使い勝手の面からしても汎用SRAMのスタンバイモードと同等の低消費電力モードを用意しておくことが望ましい。 However, since this pseudo SRAM has the same memory cell as the DRAM, it is necessary to always perform a refresh operation in order to retain the data stored in the memory cell. For this reason, even though it operates in the same manner as an SRAM, there is no particular standby mode as used in conventional SRAMs. As long as the pseudo SRAM is operated with the same specifications as those of the conventional SRAM, it is desirable to prepare a low power consumption mode equivalent to the standby mode of the general-purpose SRAM even in terms of usability.
このような観点から、出願人は、疑似SRAMを用いた半導体装置に対して、汎用SRAMのスタンバイモードと同等のスタンバイモードや既存の半導体記憶装置には見られない独特の低消費電力モードを持った半導体記憶装置の発明を、特願2000−363664号において提案している。この発明では、通常のDRAMと同等の電源供給モードであってメモリセルのリフレッシュに必要な回路に対しては電源を供給することによりメモリセルのデータ保持を保証するスタンバイモードと、メモリセルのリフレッシュに必要な回路に対しても電源供給を停止し、メモリセルのデータ保持を保証しないディープスタンバイモードを設定している。 From this point of view, the applicant has a standby mode equivalent to the standby mode of the general-purpose SRAM and a unique low power consumption mode that is not found in existing semiconductor memory devices, with respect to the semiconductor device using the pseudo SRAM. The invention of the semiconductor memory device is proposed in Japanese Patent Application No. 2000-363664. According to the present invention, a power supply mode equivalent to that of a normal DRAM and a standby mode for guaranteeing data retention of the memory cell by supplying power to a circuit required for refreshing the memory cell, and a refresh of the memory cell The deep standby mode is set in which the power supply is stopped even for the circuits necessary for this, and the data retention of the memory cells is not guaranteed.
このディープスタンバイモードではメモリセルのデータを保持しておくことはできないが、リフレッシュ動作が不要となり、スタンバイモードに比べて消費電流を低減させることができる。このディープスタンバイモードは、スタンバイ状態からアクティブ状態に移行する間にメモリセルアレイ全体に対して書き込みを行える状態になっていればよいことを前提としており、半導体記憶装置をバッファとして使用する場合などに適したモードである。 In the deep standby mode, data in the memory cell cannot be retained, but a refresh operation is not necessary, and current consumption can be reduced compared to the standby mode. This deep standby mode is based on the premise that the entire memory cell array can be written during the transition from the standby state to the active state, and is suitable for the case where a semiconductor memory device is used as a buffer. Mode.
図10は、従来の疑似SRAMの要部構成の一例を示すブロック図である。図10において、電圧レベル制御回路1は、メモリセルアレイ2のワード線へ印加するブースト電圧Vbtのレベルを制御する内部電圧レベル制御信号Aを基準電圧Vref1、Vref2に基づいて発生し、リングオシレータ3へ出力する。リングオシレータ3は、電圧レベル制御回路1から出力された内部電圧レベル制御信号Aが“H”(ハイレベル)のとき活性化されて発振し、発振出力Bを昇圧回路4へ出力する。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a main configuration of a conventional pseudo SRAM. In FIG. 10, the voltage
昇圧回路4は、内部電圧としてブースト電圧Vbtを発生するチャージポンプ回路で構成されており、リングオシレータ3の発振出力Bを利用して電源電圧VDDを段階的に昇圧し、ワード線を駆動するブースト電圧Vbtを発生してワードデコーダ5へ出力する。ブースト電圧Vbtは電源電圧VDDよりも高い電圧、例えばVDD+1.5VあるいはVDD+2V程度に設定される。ワードデコーダ5は、ローデコーダ6からの出力によって選択されたワード線にブースト電圧Vbtを供給する。メモリセルアレイ2は、DRAMのメモリセルアレイと同様の構成を有している。
The booster circuit 4 includes a charge pump circuit that generates a boost voltage Vbt as an internal voltage, and boosts the power supply voltage V DD stepwise using the oscillation output B of the
リフレッシュタイミング発生回路7は、一定時間間隔でメモリセルアレイ2中のメモリセルをリフレッシュするためのリフレッシュ信号およびリフレッシュすべきメモリセルのアドレスを指定するリフレッシュアドレスを発生する。リフレッシュ信号はローイネーブル発生回路8へ出力され、リフレッシュアドレスはローデコーダ6へ出力される。ローイネーブル発生回路8はリフレッシュタイミング発生回路7がリフレッシュ信号を発生するタイミングでローイネーブル信号LTを発生する。 The refresh timing generation circuit 7 generates a refresh signal for refreshing the memory cells in the memory cell array 2 and a refresh address for designating the address of the memory cell to be refreshed at regular time intervals. The refresh signal is output to the row enable generation circuit 8, and the refresh address is output to the row decoder 6. The row enable generation circuit 8 generates a row enable signal LT at a timing when the refresh timing generation circuit 7 generates a refresh signal.
また、ローイネーブル発生回路8は、ライトイネーブル信号WE、チップセレクト信号CSおよびメモリセルアレイ2の読出/書込アドレスAddの入力を受け、アドレスAddが変化する毎にローイネーブル信号LTを出力する。ローイネーブル信号LTは電圧レベル制御回路1およびローデコーダ6に入力される。
The row enable generation circuit 8 receives the write enable signal WE, the chip select signal CS, and the read / write address Add of the memory cell array 2, and outputs a row enable signal LT every time the address Add changes. The row enable signal LT is input to the voltage
図11は、図10に示した回路におけるスタンバイモードの動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図10〜図11を参照してメモリセルリフレッシュ用のブースト電圧発生動作を説明する。 FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation in the standby mode in the circuit shown in FIG. Hereinafter, a boost voltage generating operation for refreshing a memory cell will be described with reference to FIGS.
この疑似SRAM装置がスタンバイ状態に設定されている時には、リフレッシュタイミング発生回路7から一定の周期(例えば16μsec)でリフレッシュ信号がローイネーブル発生回路8に出力される。ローイネーブル発生回路8はこのリフレッシュ信号を受けてローイネーブル信号LTを発生し、電圧レベル制御回路1に出力する。このローイネーブル信号LTにより電圧レベル制御回路1が活性化され、電圧レベル制御回路1はブースト電圧Vbtと基準電圧Vref1、Vref2との比較動作を行う。ブースト電圧Vbtが基準電圧Vref1より低い場合は、内部電圧レベル制御信号Aが“H”となり、リングオシレータ3が発振を開始し、発振出力Bを昇圧回路4へ出力する。
When the pseudo SRAM device is set in the standby state, a refresh signal is output from the refresh timing generation circuit 7 to the row enable generation circuit 8 at a constant cycle (for example, 16 μsec). The row enable generation circuit 8 receives this refresh signal, generates a row enable signal LT, and outputs it to the voltage
昇圧回路4はこの発振出力Bを使用してブースト電圧Vbtを昇圧する。ブースト電圧Vbtが上昇し、基準電圧Vref2に達すると、電圧レベル制御回路1は内部電圧レベル制御信号Aを“L”(ローレベル)にする。これによりリングオシレータの発振が停止し、昇圧回路4の昇圧動作が停止する。そしてこの周期の間にメモリセルアレイ2においてメモリセルのリフレッシュ動作が実行される。
The booster circuit 4 boosts the boost voltage Vbt using this oscillation output B. When the boost voltage V bt rises and reaches the reference voltage V ref2 , the voltage
このようにスタンバイモードでは、デバイス内部で、データ保持が保証される範囲で規則的なリフレッシュタイミングを自動的に発生して電圧レベル制御回路1をパワーオンし、ワードレベルを基準電圧Vref1以上に保持するとともに、リフレッシュタイミング以外の時間は電圧レベル制御回路1をパワーオフすることにより、データ保持の保証と消費電流の削減を図っている。
As described above, in the standby mode, a regular refresh timing is automatically generated in the device within a range in which data retention is guaranteed to power on the voltage
また、この擬似SRAMがスタンバイ状態からアクティブ状態に移行してチップセレクト信号CSが立ち上がり、ついでアドレス信号Addが変化すると、ローイネーブル発生回路8がこの変化を検出し、信号LTを出力して電圧レベル制御回路1を活性化する。従って、アクティブ状態においては、メモリがアクセスされるごとにブースト電圧Vbtの昇圧動作が実行される。
Further, when this pseudo SRAM shifts from the standby state to the active state, the chip select signal CS rises, and then the address signal Add changes, the row enable generation circuit 8 detects this change and outputs the signal LT to output the voltage level. The
図12は、リフレッシュタイミング発生回路7におけるタイミング周期発生回路の従来例を示すブロック図であり、ディープスタンバイモードとスタンバイモードを切り替えるモード信号MODEとチップセレクト信号CSが入力されるオアゲート11と、オアゲート11が“H”のときに動作してリフレッシュに必要な一定周期のタイマー信号TNを出力するタイマー12とからなる。
FIG. 12 is a block diagram showing a conventional timing cycle generation circuit in the refresh timing generation circuit 7. The OR
このタイマー信号TNにより、スタンバイモードにおけるメモリのセルフリフレッシュ周期が設定される。図13は、図10に示す疑似SRAMに対して図12に示すタイミング周期発生回路を用いた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図13に示すように、ディープスタンバイモードの時には、図10の疑似SRAMに対する電源供給は停止され、セルフリフレッシュに必要な回路に対しても電源供給を停止しているので、昇圧回路4のブースト電圧Vbtもほぼ接地電位まで低下している。このディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わると、図10の疑似SRAMに対する電源供給が再開され、セルフリフレッシュに必要な回路に対しても電源が供給されるので、リフレッシュタイミング発生回路7から一定の周期でリフレッシュ信号が出力されて昇圧回路4のブースト電圧Vbtも上昇して行く。 As shown in FIG. 13, in the deep standby mode, the power supply to the pseudo SRAM of FIG. 10 is stopped, and the power supply is also stopped to the circuit necessary for self-refresh. Vbt is also lowered to the ground potential. When switching from the deep standby mode to the standby mode, power supply to the pseudo SRAM of FIG. 10 is resumed, and power is also supplied to the circuit necessary for self-refresh. The refresh signal is output and the boost voltage Vbt of the booster circuit 4 also rises.
そして、ブースト電圧Vbtが基準電圧Vref1まで上昇した時点でスタンバイ状態への移行が完了し、メモリアクセス等のアクティブ動作が可能となる。しかしながら図13に示すように、ブースト電圧Vbtがほぼ接地電位まで低下しているディープスタンバイ状態からスタンバイ状態の基準電圧Vref1まで上昇するには時間がかかる。 Then, when the boost voltage V bt rises to the reference voltage V ref1 , the transition to the standby state is completed, and an active operation such as memory access becomes possible. However, as shown in FIG. 13, it takes time to increase the boost voltage Vbt from the deep standby state where the boost voltage Vbt is substantially reduced to the ground potential to the reference voltage Vref1 in the standby state.
そのため通常、この擬似SRAMを立ち上げてメモリアクセス可能な状態とするまでのスタンバイ時間として、電圧立ち上げのために200μsec程度の時間が設定されており、その間はアクティブ動作を実行することができないという問題がある。また、将来的にはメモリ容量がさらに大きくなることが考えられるが、その場合ブースト回路の負荷がさらに大きくなるためにスタンバイ状態への立ち上げにも一層時間がかかり、200μsecの電圧立ち上げ時間ではスタンバイ状態まで立ち上げることが困難となることも予想される。 For this reason, normally, as a standby time until the pseudo SRAM is started up to be in a memory accessible state, a time of about 200 μsec is set for the voltage startup, and the active operation cannot be executed during that time. There's a problem. In the future, it is conceivable that the memory capacity will be further increased. In that case, the load on the boost circuit is further increased, so that it takes more time to start up the standby state. It is expected that it will be difficult to start up to the standby state.
本発明は、上記問題点に鑑み、所定の回路に対する電源供給が停止されている動作モードと前記所定の回路に対して電源が供給されている動作モードとが設定された半導体記憶装置において、電源供給が停止されている動作モードから電源が供給された動作モードへの復帰時間を短縮する手段を提供することにある。 In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor memory device in which an operation mode in which power supply to a predetermined circuit is stopped and an operation mode in which power is supplied to the predetermined circuit are set. An object of the present invention is to provide means for shortening the return time from the operation mode in which the supply is stopped to the operation mode in which the power is supplied.
本発明の半導体記憶装置は、複数の動作モードを有する半導体記憶装置において、所定の周期のタイミングパルスを発生する第1の周期発生手段と、前記所定の周期よりも短い周期のタイミングパルスを発生する第2の周期発生手段と、前記第1または第2の周期発生手段からのタイミングパルスが入力されたとき動作して所定の内部電圧を発生する内部電圧発生手段と、前記半導体記憶装置の動作モードがある1つのモードから他のモードに切り替わったときに、前記第2の周期発生手段からのタイミングパルスを選択して前記内部電圧発生手段に出力するタイミングパルス切り替え手段と、を有していることを特徴とする。 In a semiconductor memory device having a plurality of operation modes, a semiconductor memory device of the present invention generates a first cycle generating means for generating a timing pulse having a predetermined cycle and a timing pulse having a cycle shorter than the predetermined cycle. Second period generating means, internal voltage generating means that operates when a timing pulse is input from the first or second period generating means, and generates a predetermined internal voltage, and an operation mode of the semiconductor memory device Timing pulse switching means for selecting a timing pulse from the second period generating means and outputting it to the internal voltage generating means when a certain mode is switched to another mode. It is characterized by.
本発明における前記ある一つのモードは、所定の回路に対する電源供給を停止する動作モードであり、前記他方のモードは、前記所定の回路に対して電源を供給する動作モード、あるいは、前記ある一つのモードは、メモリセルに記憶されたデータの保持を保証しない動作モードであり、前記他方のモードは、メモリセルに記憶されたデータの保持を保証する動作モードである。 The one mode in the present invention is an operation mode for stopping power supply to a predetermined circuit, and the other mode is an operation mode for supplying power to the predetermined circuit, or the one mode The mode is an operation mode that does not guarantee the retention of data stored in the memory cell, and the other mode is an operation mode that guarantees the retention of data stored in the memory cell.
より具体的には、本発明の半導体記憶装置は、メモリセルのリフレッシュに必要な回路に対して電源を供給することにより前記メモリセルに記憶されたデータの保持を保証するスタンバイモードと、前記メモリセルのリフレッシュに必要な回路に対する電源供給も停止して前記メモリセルに記憶されたデータの保持を保証しないディープスタンバイモードとが設定された複数のメモリセルを有する半導体記憶装置において、前記リフレッシュ周期に同期したタイミングで動作することにより所定の内部電圧を発生する内部電圧発生手段と、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するタイミング周期発生回路とを備え、前記タイミング周期発生回路は、前記スタンバイモード時に前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期に同期したタイミングに設定する第1のタイマーと、前記ディープスタンバイモードから前記スタンバイモードへの切り替え時に動作して、前記内部電圧を所定値に高速に復帰させるために前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期よりも短い周期に設定する第2のタイマーを有していることを特徴とする。 More specifically, the semiconductor memory device of the present invention includes a standby mode for guaranteeing retention of data stored in the memory cell by supplying power to a circuit necessary for refreshing the memory cell, and the memory In a semiconductor memory device having a plurality of memory cells set to a deep standby mode in which power supply to a circuit necessary for cell refresh is also stopped and the retention of data stored in the memory cells is not guaranteed, An internal voltage generating means for generating a predetermined internal voltage by operating at a synchronized timing; and a timing period generating circuit for controlling an operating period of the internal voltage generating means, wherein the timing period generating circuit is configured to be in the standby mode. Sometimes the operating cycle of the internal voltage generating means is the same as the refresh cycle. A first timer that is set at the timing, and an operation cycle of the internal voltage generating means that operates at the time of switching from the deep standby mode to the standby mode to quickly return the internal voltage to a predetermined value. It has the 2nd timer set to a period shorter than a refresh period, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明の半導体記憶装置は、メモリセルのリフレッシュに必要な回路に対して電源を供給することにより前記メモリセルに記憶されたデータの保持を保証するスタンバイモードが設定された複数のメモリセルを有する半導体記憶装置において、前記リフレッシュ周期に同期したタイミングで動作することにより所定の内部電圧を発生する内部電圧発生手段と、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するタイミング周期発生回路とを備え、前記タイミング周期発生回路は、前記スタンバイモード時に前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期に同期したタイミングに設定する第1のタイマーと、前記電源がオフ状態からオン状態に切り替えられた時に動作して、前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期よりも短い周期に設定することにより前記所定の内部電圧に短時間で復帰させるための第2のタイマーを有していることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device having a plurality of memory cells set in a standby mode for guaranteeing retention of data stored in the memory cells by supplying power to a circuit necessary for refreshing the memory cells. The semiconductor memory device includes: an internal voltage generating unit that generates a predetermined internal voltage by operating at a timing synchronized with the refresh cycle; and a timing cycle generating circuit that controls an operating cycle of the internal voltage generating unit. The timing cycle generating circuit includes a first timer that sets an operation cycle of the internal voltage generating means to a timing synchronized with the refresh cycle in the standby mode, and when the power source is switched from an off state to an on state. The operation cycle of the internal voltage generating means is changed to the refresh cycle. Wherein the remote has a second timer for returning in a short time to the predetermined internal voltage by setting a short period.
本発明における前記内部電圧発生手段としては、前記メモリセルのワード線へ印加するブースト電圧を発生するブースト電圧発生回路、外部電源電圧を降圧してメモリ等の内部回路に供給する内部降圧回路、あるいは半導体基板に対してグランドレベルより低いバックバイアス電圧を供給する基板バックバイアス発生回路等である。 As the internal voltage generating means in the present invention, a boost voltage generating circuit for generating a boost voltage applied to the word line of the memory cell, an internal voltage reducing circuit for stepping down an external power supply voltage and supplying it to an internal circuit such as a memory, or A substrate back bias generation circuit for supplying a back bias voltage lower than the ground level to the semiconductor substrate.
本発明によれば、電源オン時点あるいはディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時に、スタンバイモード時に動作してメモリへ周期的なリフレッシュ電圧を供給するために用いられるタイマー周期よりも短いタイマー周期を用いてリフレッシュ可能な電圧まで高速に復帰させることができるので、電源オン時点あるいはディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時間を短縮することができる。 According to the present invention, when the power is turned on or when switching from the deep standby mode to the standby mode, a timer cycle shorter than the timer cycle used for operating in the standby mode and supplying a periodic refresh voltage to the memory is used. Thus, the refreshable voltage can be restored at a high speed, so that the time for switching from the power-on or deep standby mode to the standby mode can be shortened.
また、メモリセルのデータ保持を保証するスタンバイモードと、メモリセルのデータ保持を保証しないディープスタンバイモードを有し、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードへの切り替え時間が予め設定されている装置において、該装置のメモリ容量を、より大容量化して機能拡大する必要がある場合にも、上記設定された時間内でのスタンバイモードへの立ち上げに対応することが可能となる。 Also, a device having a standby mode that guarantees data retention of memory cells and a deep standby mode that does not guarantee data retention of memory cells, and a time for switching from the standby mode to the deep standby mode or from the power-on time is set in advance. In this case, even when the memory capacity of the device needs to be increased to expand the function, it is possible to cope with the start-up to the standby mode within the set time.
図1は、本発明の第1の実施形態を示すタイミング周期発生回路のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of a timing period generation circuit showing a first embodiment of the present invention.
本実施形態のタイミング周期発生回路は、ディープスタンバイモードとスタンバイモードとを切り替えるモード信号MODEとチップセレクト信号CSが入力されるオアゲート11と、オアゲート11が“H”のときに動作して第1の周期(16μsec)のタイマー信号TNを出力するタイマー12と、モード信号MODEとワンショットパルス発生回路16の出力が入力される論理回路13と、論理回路13の出力Gが“H”のときに動作して第1の周期よりも短い第2の周期のタイマー信号TRを出力するタイマー14と、論理回路13の出力Gが“H”に立ち上がる信号でリセットされ、タイマー14から出力されるタイマー信号TRをカウントし、カウント値があらかじめ設定された値となったとき“H”となってタイマー出力切り替え信号Cを出力するカウンタ15と、カウンタ15からの切り替え信号Cを受けてタイマー12とタイマー14のいずれか一方の信号を選択してタイマー出力TOを出力するマルチプレクサ(MUX)17と、カウンタ15からの切り替え信号Cを受けてワンショットパルスDを論理回路13へ出力するワンショットパルス発生回路16とによって構成される。
The timing cycle generation circuit of the present embodiment operates when the mode signal MODE for switching between the deep standby mode and the standby mode and the chip select signal CS are input, and operates when the
図2は、図10に示す疑似SRAMに対して本実施形態のタイミング周期発生回路を用いた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図1〜図2及び図10を参照して、本実施形態の動作について説明する。 FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation when the timing cycle generation circuit of this embodiment is used for the pseudo SRAM shown in FIG. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS.
ディープスタンバイモードにおいては、必要最小限の回路にのみ電源が供給され、タイミング周期発生回路を動作させる電源も断となっており、ブースト電圧Vbtは接地電位まで低下している。この状態からスタンバイモードに切り替わると、タイミング周期発生回路に電源が供給され、モード信号MODEは“H”、論理回路13の出力Gは“H”となってタイマー12及び14が起動され、それぞれタイマー出力TN及びTRが出力される。
In the deep standby mode, power is supplied only to the minimum necessary circuit, the power for operating the timing cycle generating circuit is also cut off, and the boost voltage Vbt is lowered to the ground potential. When the standby mode is switched from this state, power is supplied to the timing cycle generation circuit, the mode signal MODE is “H”, the output G of the
一方、カウンタ15はモード信号MODEが“H”になった時点ではその出力Cは“L”であり、論理回路13の出力Gが“H”に切り替わる信号によって現在のカウント値をリセットされた後タイマー14から出力されるタイマー信号TRをカウントする。そしてカウンタ15のカウント値が予め設定した値と一致するとカウンタ出力Cが“H”に切り替わる。カウンタ15の出力Cはタイマー切換制御信号としてマルチプレクサ17に入力される。
On the other hand, the
マルチプレクサ17は、カウンタ15の出力Cが“L”の時にはタイマー14のタイマー出力TRを選択して出力し、カウンタ15の出力Cが“H”の時にはタイマー12のタイマー出力TNを選択して出力する。従って、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わった直後はセルフリフレッシュ周期よりも短い周期のタイミング信号を出力するタイマー14のタイマー出力TRが選択されて出力され、図10の昇圧回路4ではこのタイマー出力TRによってリフレッシュ周期よりは短い周期で昇圧動作が実行されるので、昇圧回路4の出力電圧Vbtはメモリセルのリフレッシュに必要な電圧に高速に復帰する。
The
その後、カウンタ15のカウント値が予め設定した値となってカウンタ出力Cが“H”に切り替わると、マルチプレクサ17は、タイマー12のタイマー出力TNを選択して出力する。従って、以降のスタンバイモードにおいてはセルフリフレッシュに必要な一定周期(16μsec)のタイマー出力TNにより昇圧回路4の出力電圧が所定の電圧に維持されてメモリセルのリフレッシュ動作が実行され、スタンバイモードにおけるメモリのデータ保持が保証される。
Thereafter, when the count value of the
また、カウンタ15の出力Cはワンショットパルス発生回路16にも入力され、ワンショットパルス発生回路16はカウンタ15の出力Cが“H”に切り替わる時点でワンショットパルスDを出力する。このワンショットパルスDは論理回路13に入力され、論理回路13の出力Gを“L”に切り替える。論理回路13の出力Gを“L”に切り替えることでタイマー14への動作電流の供給を停止し、不必要な電流消費を抑える。
The output C of the
なお、実施例では、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わる際の動作について説明したが、例えば、この擬似SRAMを備える装置に対する電源をオンしたときのブースト電圧の立ち上げ時にも本発明のタイミング周期発生回路を適用することができる。その場合には、モード切り替え信号MODEの代わりに電源オン信号が用いられる。 In the embodiment, the operation when switching from the deep standby mode to the standby mode has been described. For example, the timing period of the present invention is also generated when the boost voltage is raised when the power supply to the device including the pseudo SRAM is turned on. A circuit can be applied. In that case, a power-on signal is used instead of the mode switching signal MODE.
このように、本実施形態では、ディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時あるいは電源オン時点に、スタンバイモード時に動作してメモリへ周期的なリフレッシュ電圧を供給するために用いられるタイマー周期よりも短いタイマー周期を用いてリフレッシュ可能な電圧まで高速に復帰させているので、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードへの切り替え時間を短縮することができる。 As described above, in the present embodiment, when switching from the deep standby mode to the standby mode or when the power is turned on, the timer period is shorter than the timer period used for operating in the standby mode and supplying the periodic refresh voltage to the memory. Since the timer period is used to quickly return to a refreshable voltage, the time for switching from the deep standby mode or the power-on time to the standby mode can be shortened.
なお、ディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時あるいは電源オン時点に動作するタイマー14を省略し、スタンバイモード時に動作してメモリへ周期的なリフレッシュ電圧を供給するために用いられるタイマー12のタイミング周期を制御することによりタイマー12のみでメモリリフレッシュ周期及びメモリリフレッシュ周期よりも短い周期のタイミング信号を発生させることも不可能ではないが、一般にタイマー発生部はアナログ回路により構成されており周期が変化するまでに時間がかかるので、より迅速なタイミング周期の切り替えを行うためには、本実施形態のようにそれぞれ独立の周期発生手段を用いた方がより効果的である。
Note that the
また、メモリセルのデータ保持を保証するスタンバイモードと、メモリセルのデータ保持を保証しないディープスタンバイモードを有し、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードへの切り替え時間が予め設定されている装置において、該装置のメモリ容量を、より大容量化して機能拡大する必要がある場合にも、上記設定された時間内でのスタンバイモードへの立ち上げに対応することが可能となる。 Also, a device having a standby mode that guarantees data retention of memory cells and a deep standby mode that does not guarantee data retention of memory cells, and a time for switching from the standby mode to the deep standby mode or from the power-on time is set in advance. In this case, even when the memory capacity of the device needs to be increased to expand the function, it is possible to cope with the start-up to the standby mode within the set time.
図3は、本発明の第2実施形態を示すタイミング周期発生回路のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a timing period generation circuit showing a second embodiment of the present invention.
本実施形態のタイミング周期発生回路は、ディープスタンバイモードとスタンバイモードとを切り替えるモード信号MODEとチップセレクト信号CSが入力されるオアゲート11と、オアゲート11が“H”のときに動作して第1の周期(16μsec)のタイマー信号TNを出力するタイマー12と、モード信号MODEとチップセレクト信号CSが入力される論理回路18と、論理回路18の出力Gが“H”のときに動作して第1の周期よりも短い第2の周期のタイマー信号TRを出力するタイマー14と、論理回路18の出力Gによりタイマー12とタイマー14のいずれか一方の信号を選択してタイマー出力TOを出力するマルチプレクサ(MUX)17とによって構成される。
The timing cycle generation circuit of the present embodiment operates when the mode signal MODE for switching between the deep standby mode and the standby mode and the chip select signal CS are input, and operates when the
図4は、図10に示す疑似SRAMに対して本実施形態のタイミング周期発生回路を用いた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図3〜図4および図10を参照して、本実施形態の動作について説明する。 FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation when the timing cycle generation circuit of this embodiment is used for the pseudo SRAM shown in FIG. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 4 and FIG. 10.
ディープスタンバイモードにおいては、必要最小限の回路にのみ電源が供給され、タイミング周期発生回路を動作させる電源も断となっており、ブースト電圧Vbtは接地電位まで低下している。この状態からスタンバイモードに切り替わると、タイミング周期発生回路に電源が供給され、モード信号MODEは“H”となり、オア回路11の出力および論理回路13の出力Gは“H”となってタイマー12及び14が起動され、それぞれタイマー出力TN及びTRが出力される。
In the deep standby mode, power is supplied only to the minimum necessary circuit, the power for operating the timing cycle generating circuit is also cut off, and the boost voltage Vbt is lowered to the ground potential. When switching from this state to the standby mode, power is supplied to the timing cycle generation circuit, the mode signal MODE becomes “H”, the output of the
また、論理回路18の出力Gはタイマー切換制御信号としてマルチプレクサ17に入力され、マルチプレクサ(MUX)17は、論理回路18の出力Gが“H”のときにはタイマー14のタイマー出力TRを選択して出力し、論理回路18の出力Gが“L”の時にはタイマー12のタイマー出力TNを選択して出力する。
The output G of the
従って、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わった直後からセルフリフレッシュ周期よりも短い周期のタイミング信号を出力するタイマー14のタイマー出力TRが選択されて出力され、図10の昇圧回路4ではこのタイマー出力TRにより、リフレッシュ周期よりも短い周期で昇圧動作が実行されるので、昇圧回路4の出力電圧Vbtはメモリセルのリフレッシュに必要な電圧に高速に復帰する。
Therefore, immediately after switching from the deep standby mode to the standby mode, the timer output TR of the
その後、チップセレクト信号CSが“H”に切り替わり、アクティブモードになると、マルチプレクサ17は、タイマー12のタイマー出力TNを選択して出力する。論理回路18は、モード信号MODEが“L”から“H”に変化するときのみ“L”から“H”に切り替わる構成となっているので、その後、チップセレクト信号CSが“L”となってアクティブモードからスタンバイモードに切り替わっても論理回路18の出力Gは“L”のままであり、タイマー14は起動されない。
Thereafter, when the chip select signal CS is switched to “H” to enter the active mode, the
従って、それ以降スタンバイモードとアクティブモード間でのモード切り替えがあってもマルチプレクサ17ではタイマー12のタイマー出力TNが選択されてセルフリフレッシュに必要な一定周期(16μsec)のタイマー出力TNにより昇圧回路4の昇圧動作が実行され、昇圧回路4の出力電圧が所定の電圧に維持されているので、以降のスタンバイモードにおけるセルフリフレッシュ動作は正常に実行され、メモリのデータ保持が保証される。
Accordingly, even if the mode is switched between the standby mode and the active mode thereafter, the timer output TN of the
なお、実施例では、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わる際の動作について説明したが、この擬似SRAMを備える装置に対する電源をオンしたときのブースト電圧の立ち上げ時にも本発明のタイミング周期発生回路を適用することができる。その場合には、モード切り替え信号MODEの代わりに電源オン信号が用いられる。 In the embodiment, the operation when switching from the deep standby mode to the standby mode has been described. However, the timing cycle generation circuit of the present invention is also used when the boost voltage is raised when the power supply to the device including the pseudo SRAM is turned on. Can be applied. In that case, a power-on signal is used instead of the mode switching signal MODE.
本実施形態では、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードに切り替わった後、最初のチップセレクト信号CSが入力されるまではタイマー14が動作状態を継続し、その間動作電流が供給されているので第1の実施形態よりは電流消費が多少増加するが、本実施形態においても、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードへの切り替え時間を短縮することができる。
In the present embodiment, the
また、メモリセルのデータ保持を保証するスタンバイモードと、メモリセルのデータ保持を保証しないディープスタンバイモードを有し、ディープスタンバイモードあるいは電源オン時点からスタンバイモードへの切り替え時間が予め設定されている装置において、該装置のメモリ容量を、より大容量化して機能拡大する必要がある場合にも、上記設定された時間内でのスタンバイモードへの立ち上げに対応することが可能となる。 Also, a device having a standby mode that guarantees data retention of memory cells and a deep standby mode that does not guarantee data retention of memory cells, and a time for switching from the standby mode to the deep standby mode or from the power-on time is set in advance. In this case, even when the memory capacity of the device needs to be increased to expand the function, it is possible to cope with the start-up to the standby mode within the set time.
図5は、DRAM、擬似SRAM等の内部回路へ、外部電源電圧を降圧した降圧電圧VINTを給する内部降圧回路に対して本発明のタイミング周期発生回路を適用した実施形態を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment in which the timing period generating circuit of the present invention is applied to an internal step-down circuit for supplying a step-down voltage V INT obtained by stepping down an external power supply voltage to an internal circuit such as a DRAM or a pseudo SRAM. is there.
内部降圧回路は、反転入力端に基準電圧VREFが、非反転入力端に内部電圧VINTが入力される差動増幅器22と、ソース電極が外部電源電圧VDDに接続され、ゲート電極に差動増幅器22の出力が入力されてドレイン電極から外部電源電圧VDDを降圧した内部電圧VINTを出力するPチャンネルMOS電界効果トランジスタ(以下、PMOSトランジスタ)23とによって構成されている。この内部降圧回路の出力ライン上には、DRAM、擬似SRAM等の内部回路21が接続され、これらの内部回路21に降圧された内部電圧VINTが供給される。
The internal voltage down converter includes a
差動増幅器22は、ゲート電極に基準電圧VREFが入力されるNチャンネルMOS電界効果トランジスタ(以下、NMOSトランジスタ)25と、ゲート電極に内部電圧VINTが入力されるNMOSトランジスタ26と、NMOSトランジスタ25,26の共通ソース電極と接地電位間に接続された電流源用NMOSトランジスタ24と、外部電源電圧VDDとNMOSトランジスタ25,26の各ドレイン電極との間に接続されたカレントミラー構成のPMOSトランジスタ27,28によって構成され、NMOSトランジスタ25のドレイン電極が降圧用PMOSトランジスタ23のゲート電極に接続されている。
The
この差動増幅器22では、出力ライン上の内部電圧VINTと基準電圧VREFとが比較され、例えば内部電源電圧VINTが基準電圧VREFよりも低下すると、差動増幅器22の出力電圧(NMOSトランジスタ25のドレイン電圧)が低下するため、PMOSトランジスタ23がオン方向に遷移して外部電源電圧VDDからの電流が増加し、内部電圧VINTを上昇させる。
In the
一方、内部電圧VINTが基準電圧VREFよりも上昇すると、差動増幅器22の出力電圧が上昇するため、PMOSトランジスタ23がオフ方向に遷移して外部電源電圧VDDからの電流が減少し、内部電圧VINTを低下させる。この負帰還作用により、内部電圧VINTが基準電圧VREFと等しくなるように制御される。
On the other hand, when the internal voltage V INT rises above the reference voltage V REF , the output voltage of the
DRAM、擬似SRAM等の内部回路21は、リフレッシュあるいはアクセス等が行われていない不活性状態の時にはデバイスリーク電流程度の微小な電流が消費されているにすぎないが、一方、内部回路21にアクティブ信号パルスが入力されて、内部回路21が活性状態となると内部回路21の内部電流が増大して内部電圧VINTが低下する。それに伴って内部降圧回路の負帰還作用によりPMOSトランジスタ23がオン方向に遷移して外部電源電圧VDDからの電流が増加し、内部電圧VINTは基準電圧VREFまで上昇する。
The
タイミング周期発生回路20は、図1あるいは図3に示す構成を有しており、そのタイマー出力TOは、差動増幅器22における電流源用NMOSトランジスタ24のゲート電極に入力される。従って、差動増幅器22はタイミング周期発生回路20から出力されるタイマー出力TOによりその動作、不動作が周期的に制御される。
The timing
図6は、図5に示す内部降圧回路に対して本実施形態のタイミング周期発生回路を用いた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。以下、図5〜図6を参照して本実施形態の動作について説明する。なお、図6では、タイミング周期発生回路20として図3に示す第2実施形態の回路を用いた場合の動作を示しているが、図1に示す第1実施形態のタイミング周期発生回路を用いた場合でも同様の動作が可能である。また、タイミング周期発生回路20内の動作は、図2あるいは図4に示す動作と同様であるのでその詳細説明は省略する。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation when the timing period generation circuit of this embodiment is used for the internal voltage down converter shown in FIG. The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 shows the operation when the circuit of the second embodiment shown in FIG. 3 is used as the timing
ディープスタンバイモードにおいては、必要最小限の回路にのみ電源が供給され、タイミング周期発生回路20および差動増幅器22を動作させる電源も断となっている。従って、内部電圧VINTはほぼ接地電位となっており、内部回路21内のメモリセルにはデータは保持されていない。
In the deep standby mode, power is supplied only to the minimum necessary circuits, and the power for operating the timing
この状態からスタンバイモードに切り替わると、タイミング周期発生回路20および差動増幅器22に電源が供給され、モード信号MODEは“H”となり、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わった直後から、差動増幅器22の電流源用NMOSトランジスタ24のゲート電極に対してセルフリフレッシュ周期よりも短い周期のタイマー出力TRが選択されて出力される。差動増幅器22では、この短い周期のタイマー出力TRが入力される毎に内部電圧VINTと基準電圧VREFの比較動作が実行されるので、内部電圧VINTは基準電圧VREFに高速に復帰する。
When the standby mode is switched from this state, power is supplied to the timing
その後、チップセレクト信号CSが“H”に切り替わり、アクティブモードになると、タイミング周期発生回路20からは、セルフリフレッシュに必要な一定周期のタイマー出力TNが出力され、差動増幅器22では、このタイマー出力TNが入力される毎に内部電圧VINTと基準電圧VREFの比較動作を実行し、内部電圧VINTを基準電圧VREFに維持する。以降のスタンバイモードおよびアクティブモード間の切り替えがあっても、タイミング周期発生回路20からは、セルフリフレッシュに必要な一定周期のタイマー出力TNが出力され、内部電圧VINTは基準電圧VREFに維持される。
After that, when the chip select signal CS is switched to “H” and the active mode is set, the timing
また、スタンバイモードで内部回路21が不活性時においては内部回路21で消費される電流はリーク電流程度の微少な値であり、内部電圧VINTの低下は小さい。そこで、差動増幅器22における電圧比較動作に対して本発明のタイミング周期発生回路20を適用することにより、リフレッシュに同期したタイマー12が発生するパルスのインターバル時間では差動増幅器22は不動作状態とする。従ってその間は外部電源VDDとの接続がカットされて電流消費が低減される。かつディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時には、内部電圧立ち上げの高速化、スタンバイモードへの復帰の高速化が可能となる。
Further, when the
なお、実施例では、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わる際の動作について説明したが、例えば、DRAM、擬似SRAM等の内部回路21を備える装置に対する電源をオンしたときの内部電圧の立ち上げ時にも本発明のタイミング周期発生回路を適用することができる。その場合には、モード切り替え信号MODEの代わりに電源オン信号が用いられる。
In the embodiment, the operation at the time of switching from the deep standby mode to the standby mode has been described. However, for example, when the internal voltage rises when the power supply to the device including the
図7は、本発明のタイミング周期発生回路を、半導体基板に対してグランドレベルより低いバックバイアス電圧を供給する基板バックバイアス発生回路に適用した実施形態を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment in which the timing period generation circuit of the present invention is applied to a substrate back bias generation circuit that supplies a back bias voltage lower than the ground level to the semiconductor substrate.
基板バックバイアス発生回路30は、外部電源電圧VDDとグランドレベル(GND)を用い、タイミング周期発生回路20からのタイマー出力TOによって動作してGNDよりも低い(例えば−1V)バックバイアス電圧VBBGを内部基準電圧として発生する回路である。バックバイアス発生回路30の出力は、バックバイアス電圧VBBGを印加したい領域、例えば半導体基板に接続され、半導体基板をグランドレベルより低いバックバイアス電圧VBBGにする。
The substrate back
図8は、バックバイアス発生回路30の一例を示す回路図であり、PMOSトランジスタからなるトランスファトランジスタ31およびプリチャージトランジスタ32、33と、制御論理ブロック36と、制御論理ブロック36により制御され、その出力端子P1に外部電源電圧VDDとグランドレベル(GND)を出力する第1の出力駆動回路34と、制御論理ブロック36により制御され、その出力端子P2に外部電源電圧VDDよりも低い電圧VBBとグランドレベル(GND)を出力する第2の出力駆動回路35と、第1の出力駆動回路34の出力端P1とトランスファトランジスタ31のゲート電極及びプリチャージトランジスタ32のドレイン電極の接続点N1との間に接続された第1の容量C1と、第2の出力駆動回路35の出力端P2とトランスファトランジスタ31のソース電極及びプリチャージトランジスタ33のドレイン電極の接続点N2との間に接続された第2の容量C2とから構成される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of the back
容量C3はバックバイアス電圧VBBGが供給される半導体基板の容量である。また、制御論理ブロック36は、タイミング周期発生回路20のタイマー出力TOを入力して、プリチャージトランジスタ32、33および第1、第2の出力駆動回路34、35を制御する。
A capacitor C3 is a capacitor of the semiconductor substrate to which the back bias voltage V BBG is supplied. Further, the
図9は、図8に示すバックバイアス発生回路30の動作の概要を示すタイムチャートである。以下、図8〜図9を参照してその動作を説明する。なお、図9では、タイミング周期発生回路20として図3に示す第2実施形態の回路を用いた場合の動作を示しているが、図1に示す第1実施形態のタイミング周期発生回路を用いた場合でも同様の動作が可能である。また、タイミング周期発生回路20内の動作は、図2あるいは図4に示す動作と同様であるのでその詳細説明は省略する。
FIG. 9 is a time chart showing an outline of the operation of the back
ディープスタンバイモードにおいては、必要最小限の回路にのみ電源が供給され、タイミング周期発生回路20およびバックバイアス発生回路30を動作させる電源も断となっている。従って、バックバイアス電圧VBBGはほぼ接地電位となっている。
In the deep standby mode, power is supplied only to the minimum necessary circuits, and the power for operating the timing
この状態からスタンバイモードに切り替わると、タイミング周期発生回路20およびバックバイアス発生回路30に電源が供給され、モード信号MODEは“H”となり、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わった直後から、バックバイアス発生回路30の制御論理ブロック36に対してセルフリフレッシュ周期よりも短い周期のタイマー出力TRが選択されて出力される。制御論理ブロック36では、この短い周期のタイマー出力TRが入力される毎にトランスファトランジスタ31とプリチャージトランジスタ32、33および第1、第2の出力駆動回路34、35に対して以下の制御を実行する。
When the standby mode is switched from this state, power is supplied to the timing
まず、第1,第2の出力駆動回路34,35の出力端P1,P2の出力電圧をそれぞれVDD,VBB(VDD>VBB)とするとともにプリチャージトランジスタ32,33をオンにして、第1,第2の容量C1,C2にそれぞれVDD,VBBの電圧を充電する。次に,第1,第2の出力駆動回路34,35の出力端P1,P2の出力電圧をそれぞれ接地電位とするとともにプリチャージトランジスタ32,33をオフにする。従って、容量C1,C2にそれぞれ充電された電圧VDD,VBBにより、接続点N1の電圧は−VDD、接続点N2の電圧は−VBBに駆動される。
First, the output voltages of the output terminals P1 and P2 of the first and second
一方、このとき−VDD<−VBBであるからトランスファトランジスタ31がオンし、容量C2に充電された−VBBの電圧は、トランスファトランジスタ31を介して基板容量C3に転送される。その結果、基板容量C3がマイナス電位に充電され、バックバイアス電圧VBBGをマイナスの電位に引き下げる。以上の動作をタイミング周期発生回路20からのタイミングパルスTRが入力される毎に繰り返すことにより、図9に示すように、バックバイアス電圧VBBGをほぼ−VBBの一定電圧まで高速に復帰させる。
On the other hand, since −V DD <−V BB at this time, the
その後、チップセレクト信号CSが“H”に切り替わり、アクティブモードになると、タイミング周期発生回路20からは、セルフリフレッシュに必要な一定周期のタイマー出力TNが出力され、バックバイアス発生回路30では、このタイマー出力TNが入力される毎に、容量C2に充電された−VBBの電圧がトランスファトランジスタ31を介して基板容量C3に転送され、バックバイアス電圧VBBGをほぼ−VBBの一定電圧に維持する。
After that, when the chip select signal CS is switched to “H” and the active mode is set, the timing
以降のスタンバイモードおよびアクティブモード間の切り替えがあっても、タイミング周期発生回路20からは、セルフリフレッシュに必要な一定周期のタイマー出力TNが出力され、半導体基板のバックバイアス電圧VBBGはほぼ−VBBの一定電圧に維持される。
Even if the standby mode and the active mode are subsequently switched, the timing
本実施形態によれば、スタンバイモードにおいては、タイミング周期発生回路20内のリフレッシュに同期したタイマーが発生するパルスのインターバル時間毎に基板容量C3を−VBBに充電する動作を実行させているので消費電流の低減化を図ることができ、かつディープスタンバイモードからスタンバイモードへの切り替え時には、バックバイアス電圧立ち上げの高速化、スタンバイモードへの復帰の高速化が可能となる。
According to the present embodiment, in the standby mode, the operation of charging the substrate capacitance C3 to −V BB is executed every interval time of a pulse generated by a timer synchronized with the refresh in the timing
なお、実施例では、ディープスタンバイモードからスタンバイモードに切り替わる際の動作について説明したが、例えば、電源をオンしたときのバックバイアス電圧の立ち上げ時にも本発明のタイミング周期発生回路を適用することができる。その場合には、モード切り替え信号MODEの代わりに電源オン信号が用いられる。 In the embodiment, the operation at the time of switching from the deep standby mode to the standby mode has been described. For example, the timing cycle generation circuit of the present invention can also be applied when the back bias voltage is raised when the power is turned on. it can. In that case, a power-on signal is used instead of the mode switching signal MODE.
また、上記各実施形態では、半導体記憶装置の動作モードとしてディープスタンバイモードとスタンバイモードが設定されている場合について説明したが、メモリセルのデータ保持を保証しないディープスタンバイモードを更に細分し、例えばリフレッシュに必要なリフレッシュ制御回路に対する電源供給のみを停止する動作モードと、リフレッシュ制御回路、ブースト電圧発生回路、基板電圧発生回路への電源供給を全て停止させる動作モードを設定し、それらのモードを切り替えた時の内部電圧立ち上げの際にも本発明を適用することができる。 In each of the above embodiments, the case where the deep standby mode and the standby mode are set as the operation mode of the semiconductor memory device has been described. However, the deep standby mode that does not guarantee the data retention of the memory cell is further subdivided, for example, refresh The operation mode for stopping only the power supply to the refresh control circuit necessary for the operation and the operation mode for stopping all the power supply to the refresh control circuit, the boost voltage generation circuit, and the substrate voltage generation circuit are set, and these modes are switched. The present invention can also be applied when the internal voltage is raised.
1 電圧レベル制御回路
2 メモリセルアレイ
3 リングオシレータ
4 昇圧回路
5 ワードデコーダ
6 ローデコーダ
7 リフレッシュタイミング発生回路
8 ローイネーブル発生回路
11 オア回路
12,14 タイマー
13,18 論理回路
15 カウンタ
16 ワンショットパルス発生回路
17 マルチプレクサ
20 タイミング周期発生回路
21 内部回路
22 差動増幅器
23,27,28,31〜33 PMOSトランジスタ
24〜26 NMOSトランジスタ
30 バックバイアス発生回路
34,35 出力駆動回路
36 制御論理ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (11)
リフレッシュ周期に同期したタイミングで動作することにより所定の内部電圧を発生する内部電圧発生手段と、
前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するタイミング周期発生回路と
を具備し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記スタンバイモード時に前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期に同期したタイミングに設定する第1のタイマーと、
前記ディープスタンバイモードから前記スタンバイモードへの切り替え時に動作して、前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期よりも短い周期に設定することにより前記所定の内部電圧に短時間で復帰させるための第2のタイマーと
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 Standby mode that guarantees retention of data stored in the memory cell by supplying power to the circuit necessary for refreshing the memory cell, and power supply to the circuit necessary for refreshing the memory cell are also stopped. In a semiconductor memory device having a plurality of memory cells set with a deep standby mode that does not guarantee the retention of data stored in the memory cells ,
An internal voltage generating means for generating a predetermined internal voltage by operating at a timing synchronized with the refresh cycle,
; And a timing cycle generating circuit for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means,
The timing cycle generation circuit includes:
A first timer for setting an operation cycle of the internal voltage generating means at a timing synchronized with the refresh cycle in the standby mode;
Operates at the time of switching from the deep standby mode to the standby mode, and sets the operation cycle of the internal voltage generating means to a cycle shorter than the refresh cycle, thereby returning to the predetermined internal voltage in a short time the semiconductor memory device characterized by comprising a <br/> the second timer.
論理回路
を更に具備し、
前記第1のタイマーは、前記ディープスタンバイモードと前記スタンバイモードとを切り替えるモード信号またはチップセレクト信号に応じて、前記リフレッシュ周期に同期した第1のタイマー信号を出力し、
前記論理回路は、前記モード信号とワンショットパルスとが入力され、前記モード信号が前記ディープスタンバイモードから前記スタンバイモードに切り替わるときに一方のレベルの信号を出力し、前記ワンショットパルスが入力されたときに他方のレベルの信号を出力し、
前記第2のタイマーは、前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルのときに動作して前記リフレッシュ周期よりも短い周期の第2のタイマー信号を出力し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルに切り替わるときにリセットされ、前記第2のタイマー信号をカウントし、カウント値があらかじめ設定された値となったときにタイマー出力切り替え信号を出力するカウンタと、
前記カウンタからの前記タイマー出力切り替え信号を受けて前記第1及び第2のタイマー信号のいずれか一方のタイマー信号を選択し、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するための信号として出力するマルチプレクサと、
前記カウンタからの前記タイマー出力切り替え信号を受けて前記ワンショットパルスを前記論理回路へ出力する前記ワンショットパルス発生回路と
を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 The timing cycle generation circuit includes:
Logic circuit
Further comprising
It said first timer, the deep standby mode and the mode signal also switching between the standby mode in response to the switch Ppuserekuto signal, and outputs a first timer signal synchronized with the refresh cycle,
Said logic circuit, said mode signal and the one-shot pulse is input, outputs one of the levels of the signal when the mode signal is switched to the standby mode from the deep standby mode, the one-shot pulse is input and outputs the other level signal when the,
The second timer, the output level of the logic circuit operates when the one level and outputs a second timer signal having a period shorter than the refresh cycle,
The timing cycle generation circuit includes:
Counter the reset when the output level of the logic circuit is switched to the level of the one to count the second timer signal, the count value is output timer output switching signal when a preset value When,
Multiplexer for outputting as a signal for receiving said timer output switching signal from the counter to select any one of the timer signal of said first and second timer signal, for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means When,
Receiving the timer output switching signal from the counter and outputting the one-shot pulse to the logic circuit;
The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
論理回路
を更に具備し、
前記第1のタイマーは、前記ディープスタンバイモードと前記スタンバイモードとを切り替えるモード信号またはチップセレクト信号に応じて、前記リフレッシュ周期に同期した第1のタイマー信号を出力し、
前記論理回路は、前記モード信号と前記チップセレクト信号が入力され、前記モード信号が前記ディープスタンバイモードから前記スタンバイモードに切り替わるときに一方のレベルの信号を出力し、前記チップセレクト信号が入力されたときに他方のレベルの信号を出力し、
前記第2のタイマーは、前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルのときに動作して前記リフレッシュ周期よりも短い周期の第2のタイマー信号を出力し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記論理回路の出力レベルに応じて前記第1及び第2のタイマー信号のいずれか一方のタイマー信号を選択し、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するための信号として出力するマルチプレクサと
を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 The timing cycle generation circuit includes:
Logic circuit
Further comprising
It said first timer, the deep standby mode and the mode signal also switching between the standby mode in response to the switch Ppuserekuto signal, and outputs a first timer signal synchronized with the refresh cycle,
The logic circuit receives the mode signal and the chip select signal, outputs a signal of one level when the mode signal switches from the deep standby mode to the standby mode, and receives the chip select signal. and it outputs the other level signal when,
The second timer, the output level of the logic circuit operates when the one level and outputs a second timer signal having a period shorter than the refresh cycle,
The timing cycle generation circuit includes:
A multiplexer for outputting as said select one of the timer signal of said first and second timer signal in accordance with the output level of the logic circuit, signals for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means
The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
リフレッシュ周期に同期したタイミングで動作することにより所定の内部電圧を発生する内部電圧発生手段と、
前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するタイミング周期発生回路と
を具備し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記スタンバイモード時に前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期に同期したタイミングに設定する第1のタイマーと、
前記電源がオフ状態からオン状態に切り替えられた時に動作して、前記内部電圧発生手段の動作周期を前記リフレッシュ周期よりも短い周期に設定することにより前記所定の内部電圧に短時間で復帰させるための第2のタイマーと
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 In a semiconductor memory device having a plurality of memory cells set in a standby mode for guaranteeing retention of data stored in the memory cells by supplying power to a circuit necessary for refreshing the memory cells ,
An internal voltage generating means for generating a predetermined internal voltage by operating at a timing synchronized with the refresh cycle,
; And a timing cycle generating circuit for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means,
The timing cycle generation circuit includes:
A first timer for setting an operation cycle of the internal voltage generating means at a timing synchronized with the refresh cycle in the standby mode;
To operate when the power source is switched from the off state to the on state, and to set the operation cycle of the internal voltage generating means to a cycle shorter than the refresh cycle, thereby returning to the predetermined internal voltage in a short time the semiconductor memory device characterized by comprising a second timer with <br/>.
論理回路
を更に具備し、
前記第1のタイマーは、電源オン信号またはチップセレクト信号に応じて、前記リフレッシュ周期に同期した第1のタイマー信号を出力し、
前記論理回路は、前記電源オン信号とワンショットパルスとが入力され、
前記第2のタイマーは、前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルのときに動作して前記リフレッシュ周期よりも短い周期の第2のタイマー信号を出力し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルに切り替わるときにリセットされ、前記第2のタイマー信号をカウントし、カウント値があらかじめ設定された値となったときにタイマー出力切り替え信号を出力するカウンタと、
前記カウンタからの前記タイマー出力切り替え信号を受けて前記第1及び第2のタイマー信号のいずれか一方のタイマー信号を選択し、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するための信号として出力するマルチプレクサと、
前記カウンタからの前記タイマー出力切り替え信号を受けて前記ワンショットパルスを前記論理回路へ出力する前記ワンショットパルス発生回路と
を更に具備することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。 The timing cycle generation circuit includes:
Logic circuit
Further comprising
Said first timer, power-on signal or in response to Chi Ppuserekuto signal, and outputs a first timer signal synchronized with the refresh cycle,
The logic circuit, said power-on signal and the one-shot pulse is input,
The second timer, the output level of the logic circuit operates when the one level and outputs a second timer signal having a period shorter than the refresh cycle,
The timing cycle generation circuit includes:
Counter the reset when the output level of the logic circuit is switched to the level of the one to count the second timer signal, the count value is output timer output switching signal when a preset value When,
Multiplexer for outputting as a signal for receiving said timer output switching signal from the counter to select any one of the timer signal of said first and second timer signal, for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means When,
Receiving the timer output switching signal from the counter and outputting the one-shot pulse to the logic circuit;
The semiconductor memory device according to claim 4, further comprising:
論理回路
を更に具備し、
前記第1のタイマーは、電源オン信号またはチップセレクト信号に応じて、前記リフレッシュ周期に同期した第1のタイマー信号を出力し、
前記論理回路は、前記電源オン信号が入力されたときに一方のレベルの信号を出力し、前記チップセレクト信号が入力されたときに他方のレベルの信号を出力し、
前記第2のタイマーは、前記論理回路の出力レベルが前記一方のレベルのときに動作して前記リフレッシュ周期よりも短い周期の第2のタイマー信号を出力し、
前記タイミング周期発生回路は、
前記論理回路の出力レベルに応じて前記第1及び第2のタイマー信号のいずれか一方のタイマー信号を選択し、前記内部電圧発生手段の動作周期を制御するための信号として出力するマルチプレクサと
を更に具備することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。 The timing cycle generation circuit includes:
Logic circuit
Further comprising
Said first timer, power-on signal or in response to Chi Ppuserekuto signal, and outputs a first timer signal synchronized with the refresh cycle,
The logic circuit outputs one of the levels of the signal when the power-on signal is input, and outputs the other level of the signal when the chip select signal is input,
The second timer, the output level of the logic circuit operates when the one level and outputs a second timer signal having a period shorter than the refresh cycle,
The timing cycle generation circuit includes:
A multiplexer for outputting as said select one of the timer signal of said first and second timer signal in accordance with the output level of the logic circuit, signals for controlling the operation cycle of said internal voltage generating means
The semiconductor memory device according to claim 4, further comprising:
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