JP5224040B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

この発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、周波数/電圧制御を行なうプロセッサが使用する情報を格納する半導体メモリ集積回路に関する。より特定的には、この発明は、プロセッサと半導体メモリとが同一半導体チップ上に集積化されてシステム・オン・チップ(SoC)を構成する半導体集積回路装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor memory integrated circuit that stores information used by a processor that performs frequency / voltage control. More specifically, the present invention relates to a semiconductor integrated circuit device in which a processor and a semiconductor memory are integrated on the same semiconductor chip to constitute a system on chip (SoC).

消費電力の低減、処理動作の高速化および装置全体の小型化などを目的として、LSI(大規模集積回路)の微細化が進められている。このような微細化の進展に伴って、製造パラメータのばらつきの影響がトランジスタ特性に及ぼす影響が大きくなってきている。このため、製造工程における不純物揺らぎなどのパラメータのばらつきの影響により、トランジスタ特性のグローバルなばらつきに加えて、局所的なばらつきをも考慮して、LSIを設計する必要が生じてきている。   Miniaturization of LSIs (Large Scale Integrated Circuits) has been promoted for the purpose of reducing power consumption, speeding up processing operations, and reducing the size of the entire apparatus. As such miniaturization progresses, the influence of variations in manufacturing parameters on transistor characteristics has increased. For this reason, due to the influence of parameter variations such as impurity fluctuations in the manufacturing process, it is necessary to design an LSI in consideration of local variations in addition to global variations in transistor characteristics.

特に、小型化が最も進んでいるシステムLSI(SoC:システム・オン・チップ)においては、ロジック(プロセッサ)とSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)が同一半導体チップ上に集積化され、同様のスケーリング則にしたがって、トランジスタ素子が微細化される。このため、SRAMセルのトランジスタが、この微細化によるしきい値電圧のばらつきの影響を最も敏感に受け、いわゆる「スタティック・ノイズ・マージン(SNM)」を十分に確保する上で、メモリセルの縮小化が困難となってきている。すなわち、しきい値電圧のばらつきに対しても安定に動作するしきい値電圧範囲を確保する必要があり、微細化に対する1つの限界が生じる。このようなメモリセルの微細化時においてしきい値電圧がばらついても、スタティック・ノイズ・マージンを確保して安定にデータの書込・読出を行うことを図る構成が、特許文献1(特開2005−38557号公報)、特許文献2(特開2005−129109号公報)および特許文献3(特開2007−66493号公報)に示されている。   In particular, in a system LSI (SoC: system on chip) whose size is most advanced, logic (processor) and SRAM (static random access memory) are integrated on the same semiconductor chip. The transistor element is miniaturized according to the scaling law. Therefore, the SRAM cell transistor is most sensitive to the influence of the variation in threshold voltage due to the miniaturization, and the so-called “static noise margin (SNM)” is sufficiently secured. It is becoming difficult. That is, it is necessary to secure a threshold voltage range that operates stably even with respect to variations in threshold voltage, and this causes one limit to miniaturization. Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-260260) is a configuration that ensures a static noise margin and stably performs data writing / reading even if the threshold voltage varies when the memory cell is miniaturized. 2005-38557), Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-129109), and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-66493).

特許文献1においては、薄膜トランジスタでSRAMセルを構成し、ワード線の電圧振幅を、メモリセルの論理振幅と異なる振幅で駆動する。薄膜トランジスタのしきい値電圧のばらつきが大きい場合においても、ワード線電圧をメモリセル電源電圧と異なる電圧レベルに設定することにより、書込または読出マージンを大きくすることを図る。   In Patent Document 1, an SRAM cell is configured with thin film transistors, and the voltage amplitude of the word line is driven with an amplitude different from the logic amplitude of the memory cell. Even when the threshold voltage variation of the thin film transistor is large, the word line voltage is set to a voltage level different from the memory cell power supply voltage to increase the write or read margin.

特許文献2に示されるSRAMの構成においては、データ書込時、選択ワード線の電圧レベルを、メモリセルの電源電圧よりも高くする。低電源電圧下においても、書込マージンを拡大して、安定にデータを書込むことを図る。   In the configuration of the SRAM shown in Patent Document 2, the voltage level of the selected word line is set higher than the power supply voltage of the memory cell during data writing. Even under a low power supply voltage, the write margin is expanded to stably write data.

特許文献3に示されるSRAMの構成においては、選択ワード線の電圧レベルを、メモリセルのトランジスタのしきい値電圧の変動に連動して調整し、低電源電圧下においても、安定にデータの書込/読出を行なうことを図る。   In the SRAM configuration disclosed in Patent Document 3, the voltage level of the selected word line is adjusted in conjunction with the fluctuation of the threshold voltage of the transistor of the memory cell, and data can be stably written even under a low power supply voltage. Try to read / write.

また、SoCにおける消費電力を低減するために、処理内容に応じて周波数および電圧を制御する周波数/電圧制御(FV制御)を行なう構成が、非特許文献1(十山等、「CPU消費電力削減のための周波数−電圧協調型電力制御方式の設計ルールとフィードバック予測方式による適用」、電子情報通信学会論文誌、D−I、Vol.J87−D−I、No.4,pp452−461、2004年4月)に示されている。この非特許文献1に示される構成においては、プロセッサとして動画像デコーダが用いられ、動画像の動き量に応じて、デコーダの動作周波数および電源電圧を調整する。
特開2005−38557号公報 特開2005−129109号公報 特開2007−66493号公報 十山等、「CPU消費電力削減のための周波数−電圧協調型電力制御方式の設計ルールとフィードバック予測方式による適用」、電子情報通信学会論文誌、D−I、Vol.J87−D−I、No.4,pp452−461 2004年4月
Further, in order to reduce power consumption in SoC, a configuration that performs frequency / voltage control (FV control) for controlling frequency and voltage according to processing contents is described in Non-Patent Document 1 (Toyama et al., “CPU power consumption reduction”). Application of Frequency-Voltage Coordinated Power Control Method for Power Supply by Design Rule and Feedback Prediction Method ”, IEICE Transactions, DI, Vol. J87-D-I, No. 4, pp 452-461, 2004 April). In the configuration shown in Non-Patent Document 1, a moving picture decoder is used as a processor, and the operating frequency and power supply voltage of the decoder are adjusted according to the amount of moving picture motion.
JP 2005-38557 A JP 2005-129109 A JP 2007-66493 A Toyama et al., “Application of Frequency-Voltage Coordinated Power Control Method for CPU Power Consumption Reduction Using Design Rules and Feedback Prediction Method”, IEICE Transactions, DI, Vol. J87-DI, No. 4, pp452-461 April 2004

特許文献1に示される構成においては、データの読出および書込を行なう読出モードおよび書込モードにおいて、ワード線の電圧振幅を切換えることにより、読出マージン(スタティックノイズマージン)および書込マージンを改善することを図る。具体的に、SRAMセルの書込マージンを改善する場合には、選択ワード線電圧を、内部のセル電源電圧よりも高くする。また、読出時のマージンを改善する場合には、選択ワード線の電圧を、セル電源電圧よりも低いレベルに設定する。   In the configuration disclosed in Patent Document 1, the read margin (static noise margin) and the write margin are improved by switching the voltage amplitude of the word line in the read mode and the write mode for reading and writing data. I will try. Specifically, in order to improve the write margin of the SRAM cell, the selected word line voltage is set higher than the internal cell power supply voltage. In order to improve the margin at the time of reading, the voltage of the selected word line is set to a level lower than the cell power supply voltage.

この特許文献1に示される構成においては、ワード線に対して設けられるワード線ドライバそれぞれに対しレベルシフト回路を設ける。各ワード線毎にレベルシフト回路によりワード線の電圧を調整して、選択ワード線の電圧振幅を変更している。したがって、選択ワード線の電圧の振幅は変更されて、メモリセルの書込/読出マージンは改善されるものの、メモリセル電源電圧が消費されるため、消費電力を低減することができない。また、各ワード線ドライバに対してレベルシフト回路が設けられており、ワード線ドライバ部のレイアウト面積が増大し、チップサイズ低減に対する障害となる。また、メモリの電源電圧は、動作モードに拘わらず一定である。   In the configuration shown in Patent Document 1, a level shift circuit is provided for each word line driver provided for a word line. The voltage of the selected word line is changed by adjusting the voltage of the word line by the level shift circuit for each word line. Therefore, although the amplitude of the voltage of the selected word line is changed and the write / read margin of the memory cell is improved, the memory cell power supply voltage is consumed, so that the power consumption cannot be reduced. In addition, a level shift circuit is provided for each word line driver, which increases the layout area of the word line driver section and becomes an obstacle to chip size reduction. The power supply voltage of the memory is constant regardless of the operation mode.

特許文献2に示される構成においては、書込動作時、選択ワード線の電圧を、メモリセル電源電圧よりも高く設定し、書込マージンを大きくする。しかしながら、この場合、読出マージン(スタティックノイズマージン)が劣化する。メモリのトランジスタの微細化が進み、そのしきい値電圧のばらつきが大きくなった場合、低電源電圧下において、安定にデータを保持することができなくなるという問題が生じる。この特許文献2においては、微細化されたトランジスタを利用する場合においてもデータ保持特性を安定に維持する構成については考慮していない。   In the configuration disclosed in Patent Document 2, the voltage of the selected word line is set higher than the memory cell power supply voltage during the write operation, thereby increasing the write margin. However, in this case, the read margin (static noise margin) deteriorates. When the miniaturization of a memory transistor advances and the variation in threshold voltage becomes large, there arises a problem that data cannot be stably held under a low power supply voltage. In Patent Document 2, a configuration that stably maintains the data retention characteristic even when a miniaturized transistor is used is not considered.

特許文献3は、メモリセルと同じ構造のトランジスタを電圧降下素子として利用して、選択ワード線の電圧レベルを調整する。この構成の場合、メモリセルのトランジスタのしきい値電圧がばらついても、そのしきい値電圧のばらつきに応じて選択ワード線の電圧レベルも調整される。選択ワード線の電圧をメモリセル電源電圧よりも低くすることにより、読出マージン(スタティックノイズマージン)を確保することを図る。すなわち、選択ワード線の電圧レベルをメモリセルトランジスタと同一特性のトランジスタを用いてプルダウンし、選択ワード線の電圧振幅をセル電源電圧よりも小さくする。したがって、メモリセルにおいて、メモリセルの電源電圧が、消費されることになり、消費電力を、十分に低減することができなくなるという問題が生じる。また、メモリ電源電圧は、動作モードに拘わらず一定の電圧レベルに維持される。   Patent Document 3 uses a transistor having the same structure as a memory cell as a voltage drop element to adjust the voltage level of a selected word line. In this configuration, even if the threshold voltage of the memory cell transistor varies, the voltage level of the selected word line is also adjusted in accordance with the variation in the threshold voltage. A read margin (static noise margin) is ensured by making the voltage of the selected word line lower than the memory cell power supply voltage. That is, the voltage level of the selected word line is pulled down using a transistor having the same characteristics as the memory cell transistor, and the voltage amplitude of the selected word line is made smaller than the cell power supply voltage. Therefore, in the memory cell, the power supply voltage of the memory cell is consumed, resulting in a problem that the power consumption cannot be sufficiently reduced. Further, the memory power supply voltage is maintained at a constant voltage level regardless of the operation mode.

非特許文献1においては、MPEG(Motion Picture Experts Group)デコーダに対して、動画像の処理時間をモニタし、そのモニタ結果に従ってFV制御を行う。すなわち、処理時間に余裕がある場合に、周波数および電源電圧を低下させ、処理時間に対する余裕が小さくなると周波数および電源電圧を高くしている。しかしながら、この非特許文献1の構成の場合、作業用のメモリとしてSRAMが用いられた場合、システム電源電圧レベルを処理内容に応じて調整した場合、このSRAMへ与えられるメモリ電源電圧のレベル変化が、SRAMセルのデータ保持特性に対する影響については何ら考慮していない。   In Non-Patent Document 1, a moving picture processing time is monitored for an MPEG (Motion Picture Experts Group) decoder, and FV control is performed according to the monitoring result. That is, when there is a margin in the processing time, the frequency and the power supply voltage are reduced, and when the margin for the processing time is small, the frequency and the power supply voltage are increased. However, in the case of the configuration of Non-Patent Document 1, when an SRAM is used as a working memory, when the system power supply voltage level is adjusted according to the processing content, the level change of the memory power supply voltage applied to the SRAM changes. No consideration is given to the influence on the data retention characteristics of the SRAM cell.

それゆえ、この発明の目的は、低消費電力でかつ安定にデータの書込/読出を行なうことのできる、SoC(システム・オン・チップ)に搭載するのに適した半導体メモリおよびこの半導体メモリを内蔵する半導体集積回路装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory suitable for mounting on a SoC (system on chip) capable of stably writing / reading data with low power consumption, and the semiconductor memory. An object of the present invention is to provide a built-in semiconductor integrated circuit device.

この発明に係る半導体集積回路装置は、1つの観点において、周波数/電圧制御を行なうプロセッサから与えられる制御信号に従って、スタティック型メモリセルの選択ワード線の電圧レベルを調整する。   In one aspect, the semiconductor integrated circuit device according to the present invention adjusts the voltage level of a selected word line of a static memory cell in accordance with a control signal supplied from a processor that performs frequency / voltage control.

この発明に係る半導体集積回路装置は、別の観点において、動作モードに応じて電源電圧のレベルが変更され、この電源電圧のレベルに応じて選択ワード線に伝達される電圧のレベルを調整する。   In another aspect, the semiconductor integrated circuit device according to the present invention changes the level of the power supply voltage according to the operation mode, and adjusts the level of the voltage transmitted to the selected word line according to the level of the power supply voltage.

この発明に係る半導体集積回路装置は、1つの実施の形態において、クロック信号により動作サイクルが規定され、処理状況に応じてクロック信号の周波数および電源電圧のレベルが調整されるプロセッサと、少なくともこのプロセッサが使用する情報を格納する半導体メモリとを備える。この半導体メモリは、行列状に配列される複数のスタティック型メモリセルと、各メモリセル行に対応して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続される複数のワード線と、アドレス信号に従ってアドレス指定された行に対応して配置されるワード線を選択状態へ駆動する行選択駆動回路とを含む。この行選択駆動回路は、プロセッサのクロック信号の周波数および電源電圧のレベルに応じて、選択行に伝達される選択電圧のレベルを調整するワード線電圧調整回路を含む。   In one embodiment, a semiconductor integrated circuit device according to the present invention has a processor in which an operation cycle is defined by a clock signal and the frequency of the clock signal and the level of the power supply voltage are adjusted according to the processing situation, and at least the processor And a semiconductor memory for storing information used by the computer. The semiconductor memory includes a plurality of static memory cells arranged in a matrix, a plurality of word lines arranged corresponding to each memory cell row, each of which is connected to a memory cell in a corresponding row, and an address signal And a row selection drive circuit for driving a word line arranged corresponding to the addressed row to a selected state. The row selection drive circuit includes a word line voltage adjustment circuit that adjusts the level of the selection voltage transmitted to the selected row in accordance with the frequency of the clock signal of the processor and the level of the power supply voltage.

プロセッサにおいてFV制御を行ない、このFV制御に従って、半導体メモリ(一実施の形態においてSRAM)の消費電力が低減される。この場合、メモリセルのしきい値電圧のばらつきにより、メモリ電源電圧レベルにより読出マージン(スタティックノイズマージン)が劣化する場合、ワード線の電圧レベルを調整する。これにより、メモリセルのしきい値電圧のばらつきによるスタティックノイズマージンの劣化を抑制することができ、安定にデータ保持、書込および読出を行なうことができる。   FV control is performed in the processor, and the power consumption of the semiconductor memory (SRAM in one embodiment) is reduced according to the FV control. In this case, if the read margin (static noise margin) deteriorates due to the memory power supply voltage level due to variations in the threshold voltage of the memory cell, the voltage level of the word line is adjusted. As a result, deterioration of the static noise margin due to variations in the threshold voltage of the memory cell can be suppressed, and data can be stably retained, written and read.

[実施の形態1]
図1は、この発明に従うシステムLSIの全体の構成を概略的に示す図である。図1において、この発明に従う半導体集積回路装置(半導体メモリ)を含むシステムLSIは、プロセッサ1と、このプロセッサ1の使用する情報(データおよび命令)を格納する半導体メモリ2とを含む。プロセッサ1は、電源ノード3からのロジック電源電圧VDDLを動作電源電圧として受けて、各種処理を実行する。このプロセッサ1は、また、FV制御(周波数/電圧制御)機能を有し、処理内容/処理状況に応じて、動作周波数および動作電源電圧VDDLのレベルを制御する。プロセッサ1および半導体メモリ2は、好ましくは、同一半導体チップ上に集積化されて、SoCを構成するが、また、これらは、別々の半導体チップ上に形成されてもよい。
[Embodiment 1]
FIG. 1 schematically shows an entire configuration of a system LSI according to the present invention. 1, a system LSI including a semiconductor integrated circuit device (semiconductor memory) according to the present invention includes a processor 1 and a semiconductor memory 2 for storing information (data and instructions) used by the processor 1. The processor 1 receives the logic power supply voltage VDDL from the power supply node 3 as an operation power supply voltage, and executes various processes. The processor 1 also has an FV control (frequency / voltage control) function, and controls the operating frequency and the level of the operating power supply voltage VDDL according to the processing content / processing status. The processor 1 and the semiconductor memory 2 are preferably integrated on the same semiconductor chip to constitute the SoC, but they may be formed on separate semiconductor chips.

半導体メモリ(半導体集積回路装置)2は、SRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)であり、電源ノード4からのメモリ電源電圧VDDMを動作電源電圧として受ける。これらの電源ノード3および4にそれぞれ与えられる電源電圧VDDLおよびVDDMは、共通の電源ノードから与えられる電圧であってもよく、また、別々の電源ノードを介して与えられる電圧であってもよい。また、これらのロジック電源電圧VDDLおよびメモリ電源電圧VDDMは、同じ電圧レベルの電圧であってもよく、また、それらの電圧レベルが異ならされてもよい。   Semiconductor memory (semiconductor integrated circuit device) 2 is an SRAM (Static Random Access Memory), and receives memory power supply voltage VDDM from power supply node 4 as an operation power supply voltage. Power supply voltages VDDL and VDDM respectively applied to power supply nodes 3 and 4 may be voltages supplied from a common power supply node, or may be voltages supplied via different power supply nodes. The logic power supply voltage VDDL and the memory power supply voltage VDDM may be the same voltage level, or the voltage levels may be different.

プロセッサ1は、処理実行時、制御信号群CTL、アドレス信号ADDを半導体メモリ2へ与え、半導体メモリ2のアドレス指定されたメモリセルとの間で情報(データまたは命令:以下、単にデータと称す)DATAをアクセスする。   The processor 1 supplies a control signal group CTL and an address signal ADD to the semiconductor memory 2 at the time of processing execution, and information (data or instruction: hereinafter simply referred to as data) with the addressed memory cell of the semiconductor memory 2. Access DATA.

プロセッサ1は、また、FV制御の実行状況により、半導体メモリ2のワード線電圧制御信号WVCONの論理レベルを調整する。このワード線電圧制御信号WVCONに従って、半導体メモリ2においては、後に説明するように、選択ワード線に伝達される電圧レベルが調整される。このシステムLSIにおいて、FV制御を行うことにより、消費電流を低減する。また、このFV制御実行時のメモリ電源電圧レベルに応じて半導体メモリ2において選択ワード線電圧レベルを調整することにより、半導体メモリ2においてデータ保持特性を劣化させることなくデータをアクセスする。   The processor 1 also adjusts the logic level of the word line voltage control signal WVCON of the semiconductor memory 2 according to the execution status of the FV control. In accordance with word line voltage control signal WVCON, in semiconductor memory 2, the voltage level transmitted to the selected word line is adjusted, as will be described later. In this system LSI, current consumption is reduced by performing FV control. Further, by adjusting the selected word line voltage level in the semiconductor memory 2 in accordance with the memory power supply voltage level at the time of execution of the FV control, data is accessed in the semiconductor memory 2 without deteriorating data retention characteristics.

図2は、図1に示す半導体メモリ2の要部の構成を概略的に示す図である。図2において、半導体メモリ2は、メモリセルMCが行列状に配列されるメモリアレイ10と、メモリアレイ10のメモリセル行を選択するためのワード線デコーダ11およびワード線ドライブ回路12とを含む。   FIG. 2 schematically shows a configuration of a main part of semiconductor memory 2 shown in FIG. 2, semiconductor memory 2 includes a memory array 10 in which memory cells MC are arranged in a matrix, and a word line decoder 11 and a word line drive circuit 12 for selecting a memory cell row of the memory array 10.

メモリアレイ10においては、メモリセルMCの各行に対応してワード線WLが配設され、また、メモリセルMCの各列に対応してビット線BLおよび/BLが配置される。図2においては、1つのメモリセルMCを代表的に示す。メモリセルMCは、後にその構成を詳細に説明するように、SRAMセルである。   In memory array 10, word lines WL are arranged corresponding to the respective rows of memory cells MC, and bit lines BL and / BL are arranged corresponding to the respective columns of memory cells MC. FIG. 2 representatively shows one memory cell MC. The memory cell MC is an SRAM cell as will be described in detail later.

ワード線デコーダ11は、プロセッサ1からのアドレス信号ADDに含まれるワード線アドレスADXをデコードし、メモリアレイ10のアドレス指定された行を指定する行選択信号を生成する。ワード線ドライブ回路12は、ワード線それぞれに対応して設けられるワード線ドライバを含み、ワード線デコーダ11からのワード線選択信号に従って、アドレス指定された行に対応するワード線WLを選択状態へ駆動する。   The word line decoder 11 decodes the word line address ADX included in the address signal ADD from the processor 1 and generates a row selection signal for designating the addressed row of the memory array 10. Word line drive circuit 12 includes a word line driver provided corresponding to each word line, and drives word line WL corresponding to the addressed row to a selected state in accordance with a word line selection signal from word line decoder 11. To do.

このワード線ドライブ回路12に対し、選択ワード線に伝達される電圧レベルを調整するためのワード線電源制御回路13およびワード線電源回路14が設けられる。ワード線電源制御回路13は、プロセッサ1からのチップモード指示信号CSを含むワード線電圧制御信号WVCONに従って、ワード線電源回路14が供給するワード線電圧WVCCの電圧レベルを調整する。プロセッサ1は、FV制御実行時において、処理量が多い場合には、周波数Fおよび電圧Vを高くして、高速処理を実行する。この場合、ワード線電源制御回路13は、ワード線電圧制御信号WVCONに従って、ワード線回路14が生成するワード線選択電圧WVCCの電圧レベルを低下させる制御信号を生成する。   The word line drive circuit 12 is provided with a word line power supply control circuit 13 and a word line power supply circuit 14 for adjusting the voltage level transmitted to the selected word line. The word line power supply control circuit 13 adjusts the voltage level of the word line voltage WVCC supplied by the word line power supply circuit 14 in accordance with the word line voltage control signal WVCON including the chip mode instruction signal CS from the processor 1. When the FV control is executed, the processor 1 increases the frequency F and the voltage V and executes high-speed processing when the amount of processing is large. In this case, the word line power supply control circuit 13 generates a control signal for lowering the voltage level of the word line selection voltage WVCC generated by the word line circuit 14 in accordance with the word line voltage control signal WVCON.

半導体メモリ2は、さらに、プロセッサ1からのアドレス信号ADDに含まれるビット線アドレスADYをデコードするビット線デコーダ15と、ビット線デコーダ15からの列選択信号に従ってメモリアレイ10のメモリセル列を選択する列選択回路16と、列選択回路16により選択されたメモリセル列に対し、データの書込/読出を行なう書込/読出回路17を含む。   Semiconductor memory 2 further selects a bit line decoder 15 that decodes bit line address ADY included in address signal ADD from processor 1, and selects a memory cell column of memory array 10 in accordance with a column selection signal from bit line decoder 15. Column selection circuit 16 and a write / read circuit 17 for writing / reading data to / from the memory cell column selected by column selection circuit 16 are included.

ビット線デコーダ15は、ビット線アドレスADYをデコードし、そのデコード結果にしたがって、選択列に対応するビット線を指定する列選択信号を生成する。   Bit line decoder 15 decodes bit line address ADY, and generates a column selection signal designating a bit line corresponding to the selected column according to the decoding result.

列選択回路16は、ビット線BLおよび/BLの対それぞれに対応して設けられるビット線選択ゲートを含み、ビット線デコーダ15からの列選択信号に従って、選択列に対応するビット線BLおよび/BLを、対応のビット線選択ゲートを介して書込/読出回路17に結合する。   Column selection circuit 16 includes a bit line selection gate provided corresponding to each pair of bit lines BL and / BL, and bit lines BL and / BL corresponding to the selected column according to a column selection signal from bit line decoder 15. Are coupled to write / read circuit 17 through a corresponding bit line select gate.

書込/読出回路17は、データ書込時、外部からの書込データDQに従って、内部書込データを生成し、列選択回路16を介して選択列のビット線BLおよび/BLの電圧レベルを、書込データに応じた電圧レベルに駆動する。書込/読出回路17は、また、データ読出時、選択列のビット線BLおよび/BLの電位を差動増幅してメモリセルの記憶データを検知して内部読出データを生成し、この内部読出データに従って外部読出データDQを生成して出力する。   Write / read circuit 17 generates internal write data in accordance with external write data DQ at the time of data writing, and sets the voltage levels of bit lines BL and / BL of the selected column via column select circuit 16. Then, it is driven to a voltage level corresponding to the write data. Write / read circuit 17 also differentially amplifies the potentials of bit lines BL and / BL in the selected column to detect stored data in the memory cell and generate internal read data at the time of data reading. External read data DQ is generated and output according to the data.

この半導体メモリ2の内部動作を制御するために、主制御回路18が設けられる。主制御回路18は、プロセッサ1からの制御信号群CTLに従って内部動作に必要な制御信号を生成する。この制御信号群CTLは、一例として、チップイネーブル信号CEおよび書込イネーブル信号WEを含む。このチップイネーブル信号CEは、この半導体メモリが選択されてデータアクセスが行われることが示される。ワード線電圧制御信号に含まれるチップモード指示信号CSは、半導体メモリ2の動作モードが、低速の通常動作モードであるか、この通常モードよりも高速の動作モードであるかを示す。   In order to control the internal operation of the semiconductor memory 2, a main control circuit 18 is provided. The main control circuit 18 generates control signals necessary for internal operations in accordance with the control signal group CTL from the processor 1. This control signal group CTL includes a chip enable signal CE and a write enable signal WE as an example. The chip enable signal CE indicates that the semiconductor memory is selected and data access is performed. A chip mode instruction signal CS included in the word line voltage control signal indicates whether the operation mode of the semiconductor memory 2 is a low-speed normal operation mode or a higher-speed operation mode than the normal mode.

図3は、図2に示すメモリアレイ10に含まれるメモリセルMCの構成の一例を示す図である。図3において、メモリセルMCは、2個のPチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)PQ1およびPQ2と、4個のNチャネルMOSトランジスタNQ1−NQ4とを含む。MOSトランジスタPQ1およびNQ1が、1つのCMOS(相補MOS)インバータを構成し、MOSトランジスタPQ2およびNQ2が、別のCMOSインバータを構成する。これらのMOSトランジスタPQ1、PQ2,NQ1およびNQ2により、インバータラッチが構成され、記憶ノードSNおよび/SNに、相補データが保持される。負荷用のMOSトランジスタPQ1およびPQ2のソースノード(セル電源ノード)に、メモリ電源電圧VDDMが供給される。   FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the memory cell MC included in the memory array 10 shown in FIG. In FIG. 3, memory cell MC includes two P-channel MOS transistors (insulated gate field effect transistors) PQ1 and PQ2, and four N-channel MOS transistors NQ1-NQ4. MOS transistors PQ1 and NQ1 constitute one CMOS (complementary MOS) inverter, and MOS transistors PQ2 and NQ2 constitute another CMOS inverter. These MOS transistors PQ1, PQ2, NQ1, and NQ2 constitute an inverter latch, and complementary data is held in storage nodes SN and / SN. Memory power supply voltage VDDM is supplied to the source nodes (cell power supply nodes) of load MOS transistors PQ1 and PQ2.

MOSトランジスタNQ3およびNQ4は、それぞれ、ワード線WL上の信号電位に応答して選択的に導通し、導通時、記憶ノードSNおよび/SNを、それぞれ、ビット線BLおよび/BLに結合する。   MOS transistors NQ3 and NQ4 are selectively turned on in response to the signal potential on word line WL, respectively, and when turned on, couple storage nodes SN and / SN to bit lines BL and / BL, respectively.

図3に示すメモリセルMCは、6個のトランジスタで構成されるSRAMセルである。このSRAMセルにおいては、データ保持特性(データ読出の安定性)を表わすスタティックノイズマージンSNMと呼ばれる指標が規定される。このスタティックノイズマージンSNMはMOSトランジスタPQ1、PQ2、NQ1、およびNQ2により構成される2つのインバータの入出力伝達特性曲線により囲まれる領域の広さ(内接円の直径または内接正方形1辺または対角線の長さ)で表される。スタティックノイズマージンSNMが大きい場合には、メモリセルMCは、安定にデータを保持し、スタティックノイズマージンSNMが小さくなると、保持データが、容易に反転し破壊される。したがって、安定にデータを保持するためには、スタティックノイズマージンを確保する必要がある。   The memory cell MC shown in FIG. 3 is an SRAM cell composed of six transistors. In this SRAM cell, an index called a static noise margin SNM representing data retention characteristics (data reading stability) is defined. This static noise margin SNM is the size of a region surrounded by the input / output transfer characteristic curves of two inverters composed of MOS transistors PQ1, PQ2, NQ1, and NQ2 (inscribed circle diameter or inscribed square one side or diagonal line) Length). When the static noise margin SNM is large, the memory cell MC stably retains data, and when the static noise margin SNM becomes small, the retained data is easily inverted and destroyed. Therefore, it is necessary to secure a static noise margin in order to stably hold data.

また、通常、メモリセルMCにおいては、NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧VthnとPチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値Vthpにより、メモリセルMCの動作可能範囲が決定される。   Normally, in memory cell MC, the operable range of memory cell MC is determined by threshold voltage Vthn of the N-channel MOS transistor and absolute value Vthp of the threshold voltage of the P-channel MOS transistor.

図4は、SRAMセルのトランジスタのしきい値電圧と動作可能範囲の関係を示す図である。図4において、横軸に、NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧Vthnを示し、縦軸に、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値Vthpを示す。以下、説明を簡単にするために、誤解が生じる可能性のある場合を除いて、しきい値電圧の絶対値Vthpを、単に、しきい値電圧Vthpと称す。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the threshold voltage of the SRAM cell transistor and the operable range. In FIG. 4, the horizontal axis represents the threshold voltage Vthn of the N channel MOS transistor, and the vertical axis represents the absolute value Vthp of the threshold voltage of the P channel MOS transistor of the memory cell. Hereinafter, for the sake of simplicity, the absolute value Vthp of the threshold voltage is simply referred to as the threshold voltage Vthp, unless there is a possibility of misunderstanding.

メモリセルの動作特性において、目標とする動作速度から、しきい値電圧VthnおよびVthpの上限値VThnhおよびVthphが決定される。したがって、点Aは、目標とする動作速度限界点を示す。この点Aよりも高いしきい値電圧の領域では、メモリセルトランジスタのオン電流が小さくなり、高速でデータの書込を行うことができない。   In the operating characteristics of the memory cell, the upper limit values VThnh and Vthph of the threshold voltages Vthn and Vthp are determined from the target operating speed. Therefore, the point A indicates a target operating speed limit point. In a region having a threshold voltage higher than this point A, the on-current of the memory cell transistor becomes small, and data cannot be written at high speed.

また、メモリセルのリーク電流の上限値を決定するために、しきい値電圧VthnおよびVthpの下限値VthnlおよびVthplが決定される。したがって点Bは、リーク電流限界点を示す。点Bよりも低いしきい値電圧の領域では、メモリセルトランジスタのリーク電流が大きくなり、スタンバイ状態時における消費電流の要件が満たされない。   Further, in order to determine the upper limit value of the leakage current of the memory cell, lower limit values Vthnl and Vthpl of threshold voltages Vthn and Vthp are determined. Therefore, the point B indicates a leak current limit point. In the region of the threshold voltage lower than point B, the leakage current of the memory cell transistor becomes large, and the current consumption requirement in the standby state is not satisfied.

また、データ読出時にスタティックノイズマージンSNMを確保するために、スタティックノイズマージン限界線L1が決定される。このスタティックノイズマージン限界線L1よりも上部の領域では、スタティックノイズマージンSNMが保持されず、データの反転が生じ、非破壊読出を行なうことができない。   Further, a static noise margin limit line L1 is determined in order to secure the static noise margin SNM during data reading. In the region above the static noise margin limit line L1, the static noise margin SNM is not held, data inversion occurs, and nondestructive reading cannot be performed.

また、メモリセルMCの記憶データを反転させるための書込限界線L2が決定される。この書込限界線L2よりも下部の領域では、メモリセルMCの保持データの反転が生じず、データを書込むことができない。これらの限界線L1およびL2に間にありかつ限界点AおよびBの範囲内の領域が、動作可能範囲である(図4において1点斜線で示す)。   Further, a write limit line L2 for inverting the storage data of the memory cell MC is determined. In the region below the write limit line L2, the data held in the memory cell MC is not inverted, and data cannot be written. A region between the limit lines L1 and L2 and within the range of the limit points A and B is an operable range (indicated by a one-point diagonal line in FIG. 4).

この領域において、通常、用いられる電源電圧のレベル全域において安定に動作させるために、製造管理領域IIが設定される(メモリセルトランジスタのしきい値電圧の範囲が、しきい値電圧のバラツキを考慮して設計される)。   In this region, the manufacturing control region II is usually set in order to operate stably over the entire level of the power supply voltage used (the threshold voltage range of the memory cell transistor takes into account variations in the threshold voltage). Designed).

メモリセルMCにおいて、電源電圧VDDMが高くなると、メモリセルのインバータの伝達特性曲線が急峻となり、スタティックノイズマージンが低下し、スタティックノイズマージン限界線L1が、図4の下方向に移動する。プロセッサ1(図1参照)は、FV制御を行なっており、処理情報量が多く、高速で処理する必要がある場合、周波数Fおよび電源電圧Vを高くする。したがって、製造管理領域IIを、通常動作モード時の電源電圧レベルに応じて設定した場合、図4において、FV制御モードで野高速動作時に、電源電圧が高くされると、直線L3で示すように、スタティックノイズマージン限界線が、製造管理領域IIを横切ることになり、データ保持を安定に行なうことができなくなる。この場合、最初から、高速動作時の電源電圧においても、安定に動作するように製造管理領域IIを設定することが考えられる。しかしながら、この場合、製造管理領域IIの面積が小さくなり、しきい値電圧ばらつきに対応することができず、製造工程管理が複雑となり、また、製造マージンが低下する。   In the memory cell MC, when the power supply voltage VDDM increases, the transfer characteristic curve of the inverter of the memory cell becomes steep, the static noise margin decreases, and the static noise margin limit line L1 moves downward in FIG. The processor 1 (see FIG. 1) performs FV control, and when the amount of processing information is large and it is necessary to perform processing at high speed, the frequency F and the power supply voltage V are increased. Therefore, when the manufacturing management area II is set according to the power supply voltage level in the normal operation mode, when the power supply voltage is increased in the FV control mode in the high-speed operation in FIG. 4, as shown by the straight line L3, The static noise margin limit line crosses the manufacturing management area II, and data cannot be held stably. In this case, it is conceivable to set the manufacturing control region II from the beginning so that the power supply voltage during high-speed operation can be stably operated. However, in this case, the area of the manufacturing management region II is reduced, and it is impossible to cope with threshold voltage variations, the manufacturing process management becomes complicated, and the manufacturing margin decreases.

そこで、本発明の実施の形態1においては、このプロセッサ1が高速動作し、その電源電圧VDDLおよびVDDMの電圧レベルが高くされる場合においても、安定に動作させるために、選択ワード線に伝達される電圧レベルを低下させる。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, even when the processor 1 operates at high speed and the power supply voltages VDDL and VDDM are increased in level, the processor 1 is transmitted to the selected word line for stable operation. Reduce the voltage level.

高速動作モードにメモリ電源電圧VDDMが高くされる場合、メモリ電源電圧VDDMに対してワード線WLの選択電圧レベルを低くする。この場合、図3に示すメモリセルMCのアクセス用のNチャネルMOSトランジスタNQ3およびNQ4のコンダクタンスが低下し、ドライバ用のNチャネルMOSトランジスタNQ1およびNQ2のコンダクタンスよりも小さくなる。したがって、SRAMセルにおいて通常規定されるβ比を等価的に大きくすることができ、スタティックノイズマージンSNMを改善することができる。これにより、高速動作時において、メモリ電源電圧VDDMが、通常処理時の電源電圧レベルよりも高くされる場合においても、スタティックノイズマージンSNMを改善して、データ保持を安定に行なう。   When the memory power supply voltage VDDM is increased in the high-speed operation mode, the selection voltage level of the word line WL is lowered with respect to the memory power supply voltage VDDM. In this case, the conductances of N channel MOS transistors NQ3 and NQ4 for accessing memory cell MC shown in FIG. 3 are lowered, and become smaller than the conductances of driver N channel MOS transistors NQ1 and NQ2. Therefore, the β ratio normally defined in the SRAM cell can be increased equivalently, and the static noise margin SNM can be improved. Thus, even when the memory power supply voltage VDDM is set higher than the power supply voltage level during normal processing during high-speed operation, the static noise margin SNM is improved and data retention is performed stably.

図5は、図2に示すワード線電源回路およびワード線ドライブ回路12の構成の一例を示す図である。図5においては、メモリセルMCの構成も併せて示す。   FIG. 5 shows an example of the configuration of the word line power supply circuit and word line drive circuit 12 shown in FIG. FIG. 5 also shows the configuration of the memory cell MC.

図5において、ワード線ドライブ回路12は、ワード線WL0−WLnそれぞれに対応して設けられるワード線ドライバWD0−WDnを含む。これらのワード線ドライバWD0−WDnの各々は、同一のCMOSインバータ構成を有し、PチャネルMOSトランジスタPTおよびNチャネルMOSトランジスタNTを含む。ワード線ドライバWD0−WDn各々において、PチャネルMOSトランジスタPTおよびNチャネルMOSトランジスタNTは、図2に示すワード線デコーダ11からのデコード信号に従って相補的に導通する。PチャネルMOSトランジスタPTは、導通時、対応のワード線WLi(i=0−n)へ、ドライバ電源線20上のワード線選択電圧WVDDを伝達し、NチャネルMOSトランジスタNTは、導通時、対応のワード線WLiへ、接地電圧を伝達する。   5, word line drive circuit 12 includes word line drivers WD0-WDn provided corresponding to word lines WL0-WLn, respectively. Each of these word line drivers WD0 to WDn has the same CMOS inverter configuration, and includes P channel MOS transistor PT and N channel MOS transistor NT. In each of word line drivers WD0 to WDn, P channel MOS transistor PT and N channel MOS transistor NT are complementarily conducted in accordance with a decode signal from word line decoder 11 shown in FIG. P channel MOS transistor PT transmits word line selection voltage WVDD on driver power supply line 20 to corresponding word line WLi (i = 0-n) when conductive, and N channel MOS transistor NT responds when conductive. The ground voltage is transmitted to the word line WLi.

ワード線電源回路14は、電源ノードとドライバ電源線24の間に接続されるPチャネルMOSトランジスタPQ10と、ドライバ電源線20と接地ノードの間に並列に接続されるPチャネルMOSトランジスタPQ11およびPQ12を含む。これらのMOSトランジスタPQ10−PQ12は、それぞれ、制御信号EN1、EN2およびEN3の活性化時(Lレベルのとき)導通する。   Word line power supply circuit 14 includes P channel MOS transistor PQ10 connected between the power supply node and driver power supply line 24, and P channel MOS transistors PQ11 and PQ12 connected in parallel between driver power supply line 20 and the ground node. Including. These MOS transistors PQ10 to PQ12 conduct when control signals EN1, EN2 and EN3 are activated (at L level), respectively.

MOSトランジスタPQ11およびPQ12は、メモリセルMCに含まれる負荷用のMOSトランジスタPQ1およびPQ2と同じしきい値電圧(Vth)特性を有し、メモリセルMCにおける負荷トランジスタPQ1およびPQ2のしきい値電圧のばらつきは、このワード線電源回路14におけるMOSトランジスタPQ11およびPQ12のしきい値電圧に反映させる。応じて、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを、メモリセルMCの負荷トランジスタPQ1およびPQ2のしきい値電圧のばらつきに応じて調整する。例えば、MOSトランジスタPQ11およびPQ12は、メモリセルMCの負荷用のMOSトランジスタPQ1およびPQ2と、同じ製造工程で形成する。   MOS transistors PQ11 and PQ12 have the same threshold voltage (Vth) characteristics as load MOS transistors PQ1 and PQ2 included in memory cell MC, and the threshold voltages of load transistors PQ1 and PQ2 in memory cell MC The variation is reflected in the threshold voltages of the MOS transistors PQ11 and PQ12 in the word line power supply circuit 14. Accordingly, the voltage level of word line selection voltage WVDD is adjusted according to the variation in threshold voltage of load transistors PQ1 and PQ2 of memory cell MC. For example, MOS transistors PQ11 and PQ12 are formed in the same manufacturing process as load MOS transistors PQ1 and PQ2 of memory cell MC.

すなわち、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタPQ1およびPQ2のしきい値電圧Vthpが高くなった場合には、MOSトランジスタPQ11およびPQ12のしきい値電圧も高くなる。応じて、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルが高くなる(電圧降下量が小さくなる)。一方、メモリセルのMOSトランジスタPQ1およびPQ2のしきい値電圧が低くなった場合には、MOSトランジスタPQ11およびPQ12のしきい値電圧も低くなり、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルが低下する(降下量が大きくなる)。これにより、ワード線電圧を必要以上に変化させる必要がなく、ワード線電圧降下量が大きくなりすぎて書込マージンが低下する野を防止することができ、書込マージンの劣化を抑制してスタティックノイズマージンを確保することができる。   That is, when threshold voltages Vthp of P channel MOS transistors PQ1 and PQ2 of the memory cell are increased, the threshold voltages of MOS transistors PQ11 and PQ12 are also increased. Accordingly, the voltage level of the word line selection voltage WVDD increases (the amount of voltage drop decreases). On the other hand, when the threshold voltages of MOS transistors PQ1 and PQ2 of the memory cell are lowered, the threshold voltages of MOS transistors PQ11 and PQ12 are also lowered, and the voltage level of word line selection voltage WVDD is lowered (dropped). The amount increases). As a result, it is not necessary to change the word line voltage more than necessary, it is possible to prevent the field where the word line voltage drop amount becomes too large and the write margin is lowered, and the deterioration of the write margin is suppressed and static. A noise margin can be secured.

ワード線電源回路14は、ワード線ドライバWD0−WDnへ、ワード線選択電圧WVDDを供給するため、MOSトランジスタPQ10の電流供給能力は、メモリセルMCのMOSトランジスタPQ1およびPQ2よりも十分に大きくされる。同様、ワード線ドライバWD0−WDnのMOSトランジスタPTおよびNTの電流駆動力は、高速でワード線を充放電するために十分に大きくされる。   Since word line power supply circuit 14 supplies word line selection voltage WVDD to word line drivers WD0 to WDn, the current supply capability of MOS transistor PQ10 is made sufficiently larger than MOS transistors PQ1 and PQ2 of memory cell MC. . Similarly, the current driving capabilities of MOS transistors PT and NT of word line drivers WD0 to WDn are sufficiently increased to charge and discharge the word lines at high speed.

図6は、図5に示すワード線電源回路14およびワード線ドライブ回路12の動作を示すタイミング図である。以下、図6を参照して、図5に示す構成の動作について説明する。   FIG. 6 is a timing chart showing operations of word line power supply circuit 14 and word line drive circuit 12 shown in FIG. The operation of the configuration shown in FIG. 5 will be described below with reference to FIG.

通常モード、すなわちメモリ電源電圧VDDが電圧V1の電圧レベルに設定され、図4に示すSNM限界線L1より下の製造管理領域II全域で動作している場合、制御信号EN1およびEN2はLレベル、制御信号EN3はHレベルに設定される。半導体メモリへのアクセス時、ワード線電圧イネーブル信号VDDENは、Hレベルであり、ワード線電源回路14はイネーブル状態にある(MOSトランジスタNQ10はオン状態)。   In the normal mode, that is, when the memory power supply voltage VDD is set to the voltage level of the voltage V1 and is operating in the entire manufacturing management region II below the SNM limit line L1 shown in FIG. 4, the control signals EN1 and EN2 are at the L level. The control signal EN3 is set to H level. When accessing the semiconductor memory, the word line voltage enable signal VDDEN is at the H level, and the word line power supply circuit 14 is in the enabled state (the MOS transistor NQ10 is in the on state).

この状態においては、制御信号EN1およびEN2により、MOSトランジスタPQ10およびPQ11がオン状態、MOSトランジスタPQ12は、オフ状態である。したがって、ドライバ電源線20上のワード線選択電圧WVDDの電圧レベルは、MOSトランジスタPQ10およびPQ11のオン抵抗により決定される電圧レベルに設定される。電流供給用のMOSトランジスタPQ10の電流駆動力(コンダクタンス)は、MOSトランジスタPQ11の電流駆動力よりも十分大きく設定され、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルは、メモリ電源電圧VDDMの電圧V1とほぼ同じ電圧レベルである。   In this state, MOS transistors PQ10 and PQ11 are turned on and MOS transistor PQ12 is turned off by control signals EN1 and EN2. Therefore, the voltage level of word line selection voltage WVDD on driver power supply line 20 is set to a voltage level determined by the ON resistances of MOS transistors PQ10 and PQ11. The current driving capability (conductance) of the current supply MOS transistor PQ10 is set sufficiently larger than the current driving capability of the MOS transistor PQ11, and the voltage level of the word line selection voltage WVDD is substantially the same as the voltage V1 of the memory power supply voltage VDDM. Voltage level.

一方、処理情報量が多く、高速でデータ処理を行なう場合、特殊モードとして高性能モードが設定される。この高性能モードにおいては、制御信号EN1、EN2およびEN3がすべてLレベルに設定され、ワード線電源回路14において、MOSトランジスタPQ10−PQ12がすべてオン状態に設定される。   On the other hand, when the amount of processing information is large and data processing is performed at high speed, the high-performance mode is set as the special mode. In this high-performance mode, control signals EN1, EN2, and EN3 are all set to L level, and in MOS transistor PQ10-PQ12 are all turned on in word line power supply circuit 14.

この状態においては、ドライバ電源線20にはMOSトランジスタPQ11およびPQ12が並列に接続され、MOSトランジスタNQ10を介してドライバ電源線20が放電され、ドライバ電源線20上のワード線選択電圧WVDDの電圧レベルが、通常モード時よりも低下する。この場合、MOSトランジスタPQ10のオン抵抗とMOSトランジスタPQ11およびPQ12の並列オン抵抗とで抵抗分圧回路が構成される。従って、MOSトランジスタPQ11が1つドライバ電源線20に接続される場合よりも、ドライバ電源線20のワード線選択電圧WVDDの電圧降下量ΔVが大きくなる。図6においては、電圧低下量ΔVとして、2種類の電圧降下量ΔV1およびΔV2を代表的に示す。メモリ電源電圧VDDMの電圧レベルに応じてΔV1またはΔV2が用いられる。   In this state, MOS transistors PQ11 and PQ12 are connected in parallel to driver power supply line 20, driver power supply line 20 is discharged via MOS transistor NQ10, and the voltage level of word line selection voltage WVDD on driver power supply line 20 However, it is lower than that in the normal mode. In this case, a resistance voltage dividing circuit is constituted by the on-resistance of MOS transistor PQ10 and the parallel on-resistances of MOS transistors PQ11 and PQ12. Therefore, the voltage drop amount ΔV of the word line selection voltage WVDD of the driver power supply line 20 becomes larger than when one MOS transistor PQ11 is connected to the driver power supply line 20. In FIG. 6, two types of voltage drop amounts ΔV1 and ΔV2 are representatively shown as the voltage drop amount ΔV. ΔV1 or ΔV2 is used depending on the voltage level of the memory power supply voltage VDDM.

高性能モード時のワード線選択電圧のメモリ電源電圧VDDMに対する降下量ΔV1またはΔV2は、メモリセルの動作特性に応じて適切な値に設定される。たとえば、メモリ電源電圧VDDMの通常モード時の電圧V1が、約1.2Vのとき、ワード線選択電圧WVDDは、約1.1Vに設定される。一方、高性能モードにおいては、メモリ電源電圧VDDMの電圧レベルV2が、約1.5Vに設定される場合、ワード線選択電圧WVDDは、約1.3Vの電圧レベルに設定される。   The drop amount ΔV1 or ΔV2 of the word line selection voltage in the high-performance mode with respect to the memory power supply voltage VDDM is set to an appropriate value according to the operating characteristics of the memory cell. For example, when the voltage V1 in the normal mode of the memory power supply voltage VDDM is about 1.2V, the word line selection voltage WVDD is set to about 1.1V. On the other hand, in the high-performance mode, when the voltage level V2 of the memory power supply voltage VDDM is set to about 1.5V, the word line selection voltage WVDD is set to a voltage level of about 1.3V.

高性能モード時においては、選択ワード線WLの電圧レベルは、メモリ電源電圧VDDMよりもさらに低くなる。メモリセルMCにおいて、アクセストランジスタNQ3およびいNQ4のコンダクタンスが、通常モード時に比べて、負荷MOSトランジスタPQ1、PQ2およびドライバMOSトランジスタNQ1、NQ2のコンダクタンスに比べて小さくなる。応じて、β比が、等価的に小さくなり、データの反転が生じにくくなり、スタティックノイズマージンSNMが改善される。   In the high performance mode, the voltage level of the selected word line WL is further lower than the memory power supply voltage VDDM. In memory cell MC, the conductances of access transistors NQ3 and NQ4 are smaller than the conductances of load MOS transistors PQ1 and PQ2 and driver MOS transistors NQ1 and NQ2 as compared with those in the normal mode. Correspondingly, the β ratio becomes equivalently small, data inversion hardly occurs, and the static noise margin SNM is improved.

このようにして、メモリ電源電圧VDDMが高くされ、図4に示すSNM限界線L3の状態が生じても、その限界線を、等価的に、SNM限界線L1の方向にシフトさせることが可能となる。これにより、製造管理領域II内のメモリセルに対して安定にデータの読出および書込を行なうことができる。   In this way, even if the memory power supply voltage VDDM is increased and the state of the SNM limit line L3 shown in FIG. 4 occurs, the limit line can be equivalently shifted in the direction of the SNM limit line L1. Become. As a result, data can be stably read from and written to the memory cells in manufacturing management region II.

スタンバイモード(スリープモード)などの低消費電力モードにおいては、制御信号EN1がHレベルに設定される。このとき、ワード線電圧イネーブル信号WVDDENが、また、Lレベルに設定される。応じて、ワード線電源回路14は、出力ハイインピーダンス状態となる。ワード線ドライバWD0−WDnにおいては、MOSトランジスタPTがオフ状態に設定される。従って、ドライバ電源線20が、ハイインピーダンス状態となり、その電圧レベルは、リーク電流により放電され、ほぼ接地電圧レベルに近い電圧レベルにまで低下する。   In a low power consumption mode such as a standby mode (sleep mode), the control signal EN1 is set to H level. At this time, the word line voltage enable signal WVDDEN is also set to the L level. In response, the word line power supply circuit 14 enters an output high impedance state. In word line drivers WD0 to WDn, MOS transistor PT is set to an off state. Therefore, the driver power supply line 20 is in a high impedance state, and the voltage level is discharged by the leak current, and the voltage level is lowered to a voltage level substantially close to the ground voltage level.

上述のように、ワード線電源回路14を用いて、プロセッサのFV制御時の電源電圧VDDLおよびVDDMの電圧レベルに応じて、ワード線選択電圧のレベルを調整している。従って、FV制御により低消費電力で動作する処理システムを構築することができる。また、半導体メモリ(SRAM)は、高性能モード時においても、ワード線電圧レベルをメモリ電源電圧よりも低下させている。応じて、しきい値電圧のばらつきの影響を抑制して、スタティックノイズマージンSNMが改善され、安定に、データを保持することができる。これにより、微細化されたメモリセルを用いてFV制御時においても安定に動作するSRAMを実現することができる。   As described above, the word line power supply circuit 14 is used to adjust the level of the word line selection voltage in accordance with the voltage levels of the power supply voltages VDDL and VDDM during the FV control of the processor. Therefore, it is possible to construct a processing system that operates with low power consumption by FV control. Further, the semiconductor memory (SRAM) has the word line voltage level lower than the memory power supply voltage even in the high-performance mode. Accordingly, the influence of threshold voltage variation is suppressed, the static noise margin SNM is improved, and data can be held stably. As a result, it is possible to realize an SRAM that operates stably even during FV control using a miniaturized memory cell.

このワード線電源回路14の出力するワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを調整することにより、各ワード線ドライバごとに電圧調整用の素子を設ける必要がなく、メモリレイアウト面積の増大が抑制される。   By adjusting the voltage level of the word line selection voltage WVDD output from the word line power supply circuit 14, it is not necessary to provide a voltage adjusting element for each word line driver, and an increase in the memory layout area is suppressed.

図7は、図2に示すワード線電源制御回路13の構成の一例を示す図である。図7において、ワード線電源制御回路13へは、プロセッサからワード線電圧制御信号WVCONとして、外部チップイネーブル信号CEEX♯、外部レジュームスタンバイ指示信号RSEXおよび外部チップモード指示信号CSEXが、外部から与えられる。   FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the word line power supply control circuit 13 shown in FIG. In FIG. 7, an external chip enable signal CEEX #, an external resume standby instruction signal RSEX, and an external chip mode instruction signal CSEX are externally applied to the word line power supply control circuit 13 as a word line voltage control signal WVCON.

ワード線電源制御回路13は、外部チップイネーブル信号CEEX♯を受けるインバータIV1と、外部レジュームスタンバイ指示信号RSEXを受けるバッファ回路BF1と、このインバータIV1の出力信号に従って選択的にイネーブルされるNANDゲートNG1−NG3を含む。   Word line power supply control circuit 13 includes an inverter IV1 receiving external chip enable signal CEEX #, a buffer circuit BF1 receiving external resume standby instruction signal RSEX, and a NAND gate NG1- selectively enabled according to the output signal of inverter IV1. Includes NG3.

バッファ回路BF1は、2段の縦続接続されるインバータで構成される。レジュームスタンバイ指示信号RSEXは、活性化時Hレベルに設定され、この半導体メモリ(SRAM)の処理を中断させる。たとえば携帯電話において動画アプリケーション実行時、、そのアプリケーションを中断させて通話を行なう際などに、この外部レジュームスタンバイ指示信号RSEXが、活性化される。また、これに代えて、動画アプリケーションの完了後に携帯電話を折りたたむ(または、ラップトップコンピュータにおいて蓋を閉める)などの操作を行うと、ボタンが押圧されて、レジュームスタンバイ指示信号RSEXが活性化される。   The buffer circuit BF1 is composed of two stages of cascaded inverters. Resume standby instruction signal RSEX is set to H level when activated, and interrupts the processing of this semiconductor memory (SRAM). For example, when a moving picture application is executed on a mobile phone, the external resume standby instruction signal RSEX is activated when the application is interrupted to make a call. Alternatively, when an operation such as folding the mobile phone (or closing the lid in the laptop computer) is performed after the video application is completed, the button is pressed and the resume standby instruction signal RSEX is activated. .

外部チップイネーブル信号CEEX♯は、この半導体メモリへのアクセス時に活性化されて、Lレベルに設定される。   External chip enable signal CEEX # is activated when this semiconductor memory is accessed, and is set to the L level.

NANDゲートNG1は、インバータIV1の出力信号とバッファBF1の出力信号とを受けて、制御信号EN1を生成する。NANDゲートNG2は、メモリ電源電圧VDDMとインバータIV1の出力信号とを受けて、制御信号EN2を生成する。NANDゲートNG3は、外部チップモード指示信号CSEXとインバータIV1の出力信号とを受けて、制御信号EN3を生成する。   NAND gate NG1 receives the output signal of inverter IV1 and the output signal of buffer BF1, and generates control signal EN1. NAND gate NG2 receives memory power supply voltage VDDM and the output signal of inverter IV1, and generates control signal EN2. NAND gate NG3 receives external chip mode instruction signal CSEX and the output signal of inverter IV1, and generates control signal EN3.

このワード線電源制御回路13は、さらに、主制御回路18に含まれる内部クロック発生回路22からの内部クロック信号CLKINとインバータIV1の出力信号とを受けて、所定の時間幅のワード線電圧イネーブル信号VDDENを生成するパルス発生回路21を含む。   The word line power supply control circuit 13 further receives the internal clock signal CLKIN from the internal clock generation circuit 22 included in the main control circuit 18 and the output signal of the inverter IV1, and receives a word line voltage enable signal having a predetermined time width. A pulse generation circuit 21 for generating VDDEN is included.

主制御回路18に含まれる内部クロック発生回路22は、外部からのクロック信号CLKEXに従って所定のパルス幅を有する内部クロック信号CLKINを生成する。この内部クロック信号CLKINに従って半導体メモリの内部動作サイクルおよび内部動作タイミングが規定される。   An internal clock generation circuit 22 included in the main control circuit 18 generates an internal clock signal CLKIN having a predetermined pulse width in accordance with an external clock signal CLKEX. The internal operation cycle and internal operation timing of the semiconductor memory are defined according to the internal clock signal CLKIN.

図8は、図7に示すワード線電源制御回路13の動作を示すタイミング図である。以下、図8を参照して、図7に示すワード線電源制御回路13の動作について説明する。   FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the word line power supply control circuit 13 shown in FIG. The operation of the word line power supply control circuit 13 shown in FIG. 7 will be described below with reference to FIG.

外部クロック信号CLKEXにより、プロセッサおよび半導体メモリの動作サイクルが規定される。内部クロック発生回路22は、外部からの外部クロック信号CLKEXに従って、所定のパルス幅を有する内部クロック信号CLKINを生成する。内部クロック発生回路22からの内部クロック信号CLKINは、外部クロック信号に同期したクロック信号であるものの、そのパルス幅は一定である。これにより、外部クロック信号CLKEXのジッタなどの影響を抑制して、安定な内部動作サイクル規定信号を生成し、内部動作サイクルおよび内部動作タイミングを安定化させる。   The external clock signal CLKEX defines the operation cycle of the processor and the semiconductor memory. Internal clock generation circuit 22 generates internal clock signal CLKIN having a predetermined pulse width in accordance with external clock signal CLKEX from the outside. The internal clock signal CLKIN from the internal clock generation circuit 22 is a clock signal synchronized with the external clock signal, but its pulse width is constant. Thereby, the influence of the jitter of the external clock signal CLKEX is suppressed, a stable internal operation cycle defining signal is generated, and the internal operation cycle and the internal operation timing are stabilized.

半導体メモリ(SRAM)のアクセス時において、外部チップイネーブル信号CEEX♯は、活性状態のLレベルであり、NANDゲートNG1−NG3およびパルス発生回路21がイネーブルされる。半導体メモリへのアクセス時においては、レジュームスタンバイ指示信号RSEXは、非活性状態のHレベルである。外部からのレジュームスタンバイ指示信号RSEXがHレベルであるため、外部チップイネーブル信号CEEX♯がLレベルに設定されると、NANDゲートNG1からの制御信号EN1は、Lレベルに設定される。応じて、ワード線電源回路14がイネーブルされ、ドライバ電源線20に電流を供給する。   When the semiconductor memory (SRAM) is accessed, external chip enable signal CEEX # is at the active L level, and NAND gates NG1-NG3 and pulse generation circuit 21 are enabled. At the time of accessing the semiconductor memory, the resume standby instruction signal RSEX is at the inactive state of H level. Since resume resume instruction signal RSEX from the outside is at the H level, when external chip enable signal CEEX # is set at the L level, control signal EN1 from NAND gate NG1 is set at the L level. In response, the word line power supply circuit 14 is enabled to supply current to the driver power supply line 20.

NANDゲートNG2は、通常モードおよび高性能モードいずれにおいても、メモリ電源電圧VDDMに従って、制御信号EN2をLレベルに維持する。   NAND gate NG2 maintains control signal EN2 at the L level according to memory power supply voltage VDDM in both the normal mode and the high performance mode.

半導体メモリの動作モードが、高性能モードのときには、外部からのチップモード指示信号CSEXがHレベルであり、通常モードのときには、外部からのチップモード指示信号CSEXはLレベルである。したがって、半導体メモリへのアクセス時、制御信号EN3は、通常モードのときには、Hレベル、高性能モードのときには、Lレベルとなる。   When the operation mode of the semiconductor memory is the high-performance mode, the external chip mode instruction signal CSEX is at the H level, and when in the normal mode, the external chip mode instruction signal CSEX is at the L level. Therefore, when accessing the semiconductor memory, the control signal EN3 is at the H level in the normal mode and at the L level in the high performance mode.

パルス発生回路21は、内部クロック信号CLKINの立上がりに同期して立上がり、その立下がりよりも少し遅れて立下がるワンショットのパルス信号を、ワード線電圧イネーブル信号VDDENとして生成する。クロック信号CLKINが生成されると、チップイネーブル信号CEEX♯の活性化時、外部からのアドレス信号ADDと内部クロック信号CLKINとに従って図示しないワード線活性化信号が主制御回路18において活性化され、アドレス指定されたワード線WLが選択状態へ駆動される。ワード線WLの選択前に、ワード線電圧イネーブル信号VDDENが活性化されており、ワード線電源回路(14)は、前述のように、高性能モードおよび通常モードに応じて、ワード線選択電圧WVDDの降下量ΔVを調整して、動作モードに応じた電圧レベルのワード線選択電圧WVDDをメモリ電源電圧VDDMから生成する。   Pulse generation circuit 21 generates, as word line voltage enable signal VDDEN, a one-shot pulse signal that rises in synchronization with the rise of internal clock signal CLKIN and falls slightly later than the fall. When the clock signal CLKIN is generated, when the chip enable signal CEEX # is activated, a word line activation signal (not shown) is activated in the main control circuit 18 in accordance with the external address signal ADD and the internal clock signal CLKIN. The designated word line WL is driven to the selected state. Before the word line WL is selected, the word line voltage enable signal VDDEN is activated. As described above, the word line power supply circuit (14) operates the word line selection voltage WVDD according to the high performance mode and the normal mode. The word line selection voltage WVDD having a voltage level corresponding to the operation mode is generated from the memory power supply voltage VDDM.

図示しないワード線活性化信号が非活性化されると、ワード線WLが非選択状態へ駆動される。このワード線WLの非活性化後、パルス発生回路21からのワード線電圧イネーブル信号VDDENが、非活性状態に駆動される。応じて、ワード線電源回路(14)の放電経路が遮断され、ドライバ電源線(20)上のワード線選択電圧WVDDが、図5に示すMOSトランジスタPQ10により、メモリ電源電圧VDDMレベルに復帰する。   When a word line activation signal (not shown) is deactivated, the word line WL is driven to a non-selected state. After the word line WL is deactivated, the word line voltage enable signal VDDEN from the pulse generation circuit 21 is driven to an inactive state. Accordingly, the discharge path of the word line power supply circuit (14) is cut off, and the word line selection voltage WVDD on the driver power supply line (20) is restored to the memory power supply voltage VDDM level by the MOS transistor PQ10 shown in FIG.

以降、外部クロック信号CLKEXの立ち上がりに同期して、内部クロック信号CLKINが生成され、内部クロック信号CLKINが規定するサイクル内で以下の動作が実行される。ワード線電圧イネーブル信号VDDENが活性化される。ワード線電圧イネーブル信号VDDENの活性化に従って、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルが、動作モードに応じた電圧レベルに設定される。このワード線選択電圧WVDDが安定化すると、所定のタイミングでワード線活性化信号(図示せず)が選択状態へ駆動され、ワード線WLが選択状態へ駆動される。所定期間経過後、このワード線WLが非選択状態へ駆動されると、次いで、パルス発生回路21からのワード線電圧イネーブル信号VDDENが非活性化され、ワード線選択電圧WVDDが、元のメモリ電源電圧VDDMレベルに復帰する。この動作が、各クロックサイクルごとに繰返される(外部チップイネーブル信号CEEX♯の活性状態の間)。   Thereafter, the internal clock signal CLKIN is generated in synchronization with the rising edge of the external clock signal CLKEX, and the following operation is executed within a cycle defined by the internal clock signal CLKIN. The word line voltage enable signal VDDEN is activated. In accordance with the activation of the word line voltage enable signal VDDEN, the voltage level of the word line selection voltage WVDD is set to a voltage level corresponding to the operation mode. When the word line selection voltage WVDD is stabilized, a word line activation signal (not shown) is driven to a selected state at a predetermined timing, and the word line WL is driven to the selected state. When the word line WL is driven to a non-selected state after a predetermined period of time, the word line voltage enable signal VDDEN from the pulse generation circuit 21 is deactivated, and the word line selection voltage WVDD is changed to the original memory power supply. Return to voltage VDDM level. This operation is repeated every clock cycle (during the active state of external chip enable signal CEEX #).

外部チップイネーブル信号CEEX♯が非活性化されてHレベルとなると、インバータIV1の出力信号はLレベルとなり、制御信号EN1−EN3がすべてHレベルとなる。また、パルス発生回路21からのワード線電圧イネーブル信号VDDENは、非活性状態のLレベルに維持される。これにより、ワード線電源回路(14)は、出力ハイインピーダンス状態に維持される。   When external chip enable signal CEEX # is deactivated and becomes H level, the output signal of inverter IV1 becomes L level, and all of control signals EN1-EN3 become H level. Further, the word line voltage enable signal VDDEN from the pulse generation circuit 21 is maintained at the inactive L level. Thereby, the word line power supply circuit (14) is maintained in the output high impedance state.

チップイネーブル信号CEEX♯が、Hレベルの時に、レジュームスタンバイ指示信号RSEXが活性化されて低消費電力モードが指定された場合には、制御信号EN1が、Hレベルに駆動される。このとき、内部クロック発生回路22の内部クロック信号CLKINのはくロック発生動作が停止され、パルス発生回路21からのワード線電圧イネーブル信号VDDENも、非活性化状態(Lレベル)に維持される。したがって、制御信号EN2およびEN3の状態にかかわらず、ワード線電源回路(14)は出力ハイインピーダンス状態に維持される。この状態においては、いわゆるスリープモードが指定された状態と同様となり、半導体メモリの内部動作が停止され、半導体メモリの消費電力が低減される。   If the resume standby instruction signal RSEX is activated and the low power consumption mode is designated when the chip enable signal CEEX # is at the H level, the control signal EN1 is driven to the H level. At this time, the operation of generating the internal clock signal CLKIN of the internal clock generation circuit 22 is stopped, and the word line voltage enable signal VDDEN from the pulse generation circuit 21 is also maintained in the inactive state (L level). Therefore, the word line power supply circuit (14) is maintained in the output high impedance state regardless of the states of the control signals EN2 and EN3. In this state, the so-called sleep mode is designated, and the internal operation of the semiconductor memory is stopped, and the power consumption of the semiconductor memory is reduced.

なお、図7に示す構成においては、内部クロック発生回路22に、レジュームスタンバイ指示信号RSEXが与えられている。しかしながら、この内部クロック発生回路22に対してれジュームスタンバイ指示信号を供給する代わりに、以下の構成が利用されてもよい。すなわち、プロセッサは、レジュームスタンバイ指示信号RSEXの活性化時、外部クロック信号CLKEXの半導体メモリへの供給を停止し、応じて、内部クロック発生回路22からの内部クロック信号CLKINの発生が停止する。   In the configuration shown in FIG. 7, a resume standby instruction signal RSEX is given to the internal clock generation circuit 22. However, instead of supplying the resume standby instruction signal to the internal clock generation circuit 22, the following configuration may be used. That is, when the resume standby instruction signal RSEX is activated, the processor stops supplying the external clock signal CLKEX to the semiconductor memory, and accordingly the generation of the internal clock signal CLKIN from the internal clock generation circuit 22 is stopped.

また、パルス発生回路21の構成としては、インバータIV1の出力信号がHレベルのときに、内部クロック信号CLKINに従って、ワード選択期間の間Hレベルに維持されるワンショットのパルス信号を生成する構成であればよい。   The pulse generation circuit 21 is configured to generate a one-shot pulse signal that is maintained at the H level during the word selection period according to the internal clock signal CLKIN when the output signal of the inverter IV1 is at the H level. I just need it.

図9は、図1に示すプロセッサの半導体メモリに対する電圧制御を行なうシーケンスを示すフロー図である。以下、図9を参照して、プロセッサからの半導体メモリに対するワード線電圧制御シーケンスについて説明する。   FIG. 9 is a flowchart showing a sequence for performing voltage control on the semiconductor memory of the processor shown in FIG. Hereinafter, the word line voltage control sequence for the semiconductor memory from the processor will be described with reference to FIG.

なお、このプロセッサ1は、その内部構成は示さないが、命令/データメモリ(キャッシュメモリ)と、この命令/データメモリへアクセスして必要な情報の授受を行なって所定の処理を実行するコントローラ(CPUコア)とを含む。コントローラが、外部からの指示に従って各種の指定された処理を実行する。   The processor 1 does not show its internal configuration, but an instruction / data memory (cache memory) and a controller (access to the instruction / data memory to exchange necessary information and execute predetermined processing ( CPU core). The controller executes various designated processes in accordance with external instructions.

まず、プロセッサ(1)は、処理開始が指示されたかを判定する(ステップS1)。この処理開始判定は、外部からのオペレータからの処理開始指示が与えられたか(たとえば操作ボタンの押圧による)を見ることにより行われる。   First, the processor (1) determines whether an instruction to start processing is given (step S1). This process start determination is performed by checking whether a process start instruction from an external operator is given (for example, by pressing an operation button).

処理開始が指定されると、次いで、その処理内容が、通常モードで処理可能であるかの判定が行なわれる(ステップS2)。処理を通常モードで行なうか否かの判定は、一例として以下のようにして行われる。処理開始指示が与えられたときに、処理対象のプログラム(またはアプリケーション)を取込み、そのアプリケーションの内容(ヘッダ情報等)を見ることにより行なわれるか、または、処理開始指示時において、処理の種類(動画像の処理または音声の処理)を操作ボタンの押圧によりしてし、この操作ボタンの種類を識別して処理内容を識別する。たとえば、処理対象が、音声処理の場合、通常モードが指定され、動画像(ゲームなど)処理を行なう場合には、高性能モードが指定される。   When the process start is designated, it is next determined whether or not the process content can be processed in the normal mode (step S2). The determination as to whether or not the processing is performed in the normal mode is performed as follows as an example. When a processing start instruction is given, it is performed by taking a program (or application) to be processed and looking at the contents (header information etc.) of the application, or at the time of processing start instruction, the type of processing ( Moving image processing or audio processing) is performed by pressing an operation button, and the type of the operation button is identified to identify the processing content. For example, when the processing target is audio processing, the normal mode is designated, and when performing moving image (game etc.) processing, the high performance mode is designated.

通常モードが指定された場合、プロセッサは、半導体メモリに対するチップモード指示信号CSEXをLレベルに設定する(ステップS3)。一方、その処理内容が、高性能モードデ処理する内容の場合には、プロセッサは、半導体メモリに対するチップモード指示信号CSEXを、Hレベルに設定する(ステップS4)。   When the normal mode is designated, the processor sets the chip mode instruction signal CSEX for the semiconductor memory to the L level (step S3). On the other hand, if the processing content is the content for high-performance mode de-processing, the processor sets the chip mode instruction signal CSEX for the semiconductor memory to the H level (step S4).

チップモード指示信号CSEXの論理レベルを設定して、半導体メモリのワード線選択電圧の設定が行なわれると、プロセッサは、指定された処理を実行し、また、半導体メモリへのアクセスを並行して実行する(ステップS5)。   When the logic level of the chip mode instruction signal CSEX is set and the word line selection voltage of the semiconductor memory is set, the processor executes the designated processing and executes the access to the semiconductor memory in parallel. (Step S5).

この処理の実行中において、処理の中断の指示が与えられたか(ステップS6)またはこの処理の終了指示が与えられたか(ステップS11)の判定が行なわれる。処理の中断指示は、たとえばオペレータからの中断操作ボタンなどの操作により指定されるか、または所定の割込指示が発生された場合に行なわれる。   During execution of this process, it is determined whether an instruction to interrupt the process has been given (step S6) or an instruction to end this process has been given (step S11). The process interruption instruction is given, for example, by an operation such as an interruption operation button from the operator or when a predetermined interrupt instruction is generated.

ステップS6において、処理中断指示が与えられた場合、プロセッサは、レジュームスタンバイ指示信号RSEXをアサートし、Hレベルに設定する(ステップS7)。このレジュームスタンバイ指示信号RSEXをアサートした後、次いで、プロセッサにおいて処理再開の指示が与えられるかの判定が行なわれる(ステップS8)。この処理再開の可否は、処理中断指示を与えた動作が回避されたかをモニタすることにより判定される(ステップS8)。   In step S6, when a processing interruption instruction is given, the processor asserts the resume standby instruction signal RSEX and sets it to the H level (step S7). After the resume standby instruction signal RSEX is asserted, it is next determined whether or not the processor is instructed to resume processing (step S8). Whether or not the process can be resumed is determined by monitoring whether or not the operation giving the process interruption instruction is avoided (step S8).

一方、ステップS8において処理再開指示がまだ与えられていないとき、次いで、オペレータから中断中の処理を終了する指示が与えられたかの判定が行なわれる(ステップS9)。   On the other hand, when the process resumption instruction has not been given yet in step S8, it is next determined whether or not the operator has given an instruction to end the suspended process (step S9).

この処理終了指示が与えられていない場合には、処理再開ステップS8に戻り、再開指示が与えられるのを待つ。一方、ステップS9において、処理終了指示が、オペレータの操作により与えられた場合には、ステップS12へ進み、所定の終了処理が実行されて、この処理が終了する。   If this process end instruction is not given, the process returns to the process resuming step S8 and waits for the resumption instruction to be given. On the other hand, if a process end instruction is given by an operator's operation in step S9, the process proceeds to step S12, a predetermined end process is executed, and this process ends.

一方、ステップS8において、処理再開指示が与えられると、中断された処理が再開される(ステップS10)。必要な再開処理が行われた後に、再度ステップS5からの処理が実行される。   On the other hand, when a process restart instruction is given in step S8, the interrupted process is restarted (step S10). After the necessary restart process is performed, the process from step S5 is executed again.

ステップS11において、処理の実行中に、オペレータのボタンの押圧などの操作により処理終了が指示されると、ステップS12に移動し、必要な終了処理が実行されて、一連の処理が完了する。   In step S11, when the end of the process is instructed by an operation such as pressing an operator's button during the execution of the process, the process moves to step S12, the necessary end process is executed, and the series of processes is completed.

したがって、プロセッサにおいて、オペレータからの処理指示が与えられると、その処理内容に応じて、FV制御が実行される。このFV制御に従って、半導体メモリに対するワード線電圧を制御する制御信号が生成される。これにより、プロセッサは、処理に応じた消費電力で動作し、また、半導体メモリは、安定にデータを保持することができる。これにより、低消費電力の処理システムを実現することができる。   Therefore, when the processor gives a processing instruction from the operator, FV control is executed in accordance with the processing content. In accordance with the FV control, a control signal for controlling the word line voltage for the semiconductor memory is generated. Thereby, the processor operates with power consumption corresponding to the processing, and the semiconductor memory can hold data stably. Thereby, a processing system with low power consumption can be realized.

[変更例]
図10は、この発明の実施の形態1に従う半導体メモリのワード線電源回路14の変更例の構成を示す図である。このワード線電源回路14は、ドライバ電源線20とMOSトランジスタNQ10の間に、互いに並列に、NチャネルMOSトランジスタNQ11およびNQ12が接続される。これらのMOSトランジスタNQ11およびNQ12は、それぞれ先の制御信号EN2およびEN3の相補な制御信号EN2ZおよびEN3Zをゲートに受けて、選択的に導通する。
[Example of change]
FIG. 10 shows a structure of a modification of word line power supply circuit 14 of the semiconductor memory according to the first embodiment of the present invention. In word line power supply circuit 14, N channel MOS transistors NQ11 and NQ12 are connected in parallel with each other between driver power supply line 20 and MOS transistor NQ10. These MOS transistors NQ11 and NQ12 receive control signals EN2Z and EN3Z complementary to the previous control signals EN2 and EN3, respectively, and selectively conduct.

これらのNチャネルMOSトランジスタNQ11およびNQ12は、メモリセルに含まれるNチャネルMOSトランジスタ(NQ1−NQ4)と同じしきい値電圧特性(Vth特性)を有する。これらのMOSトランジスタNQ11およびNQ12は、メモリセルのNチャネルMOSトランジスタ(NQ1−NQ4)と同一製造工程で形成することにより、同じしきい値電圧Vth特性を有することができる。これにより、PMOSトランジスタPQ11およびPQ12を利用売る場合と同様、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルに対し、メモリセルトランジスタ(NQ1−NQ4)のしきい値電圧のばらつきの影響を反映させることができる。   N channel MOS transistors NQ11 and NQ12 have the same threshold voltage characteristics (Vth characteristics) as N channel MOS transistors (NQ1-NQ4) included in the memory cell. These MOS transistors NQ11 and NQ12 can have the same threshold voltage Vth characteristics by being formed in the same manufacturing process as the N channel MOS transistors (NQ1-NQ4) of the memory cell. As a result, as in the case where the PMOS transistors PQ11 and PQ12 are used and sold, the influence of the variation in the threshold voltage of the memory cell transistors (NQ1-NQ4) can be reflected on the voltage level of the word line selection voltage WVDD.

すなわち、メモリセルのNチャネルMOSトランジスタNQ1−NQ4のしきい値電圧が高くなった場合、同様、このワード線電源回路14においても、MOSトランジスタNQ11およびNQ12のしきい値電圧が高くなり、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを高くする。逆に、メモリセルのMOSトランジスタNQ1−NQ4のしきい値電圧が低くなった場合、同様、これらのMOSトランジスタNQ11およびNQ12のしきい値電圧も低くなり、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを低下させる。これにより、メモリセルのしきい値電圧ばらつきに対しても、ワード線選択電圧WVDDを過剰に低下させる必要がなく、書込マージンを劣化させることなく、読出マージン(スタティックノイズマージンSNM)を確保することができる。   That is, when the threshold voltage of N channel MOS transistors NQ1-NQ4 of the memory cell increases, similarly, in this word line power supply circuit 14, the threshold voltages of MOS transistors NQ11 and NQ12 also increase. The voltage level of the selection voltage WVDD is increased. Conversely, when the threshold voltages of the MOS transistors NQ1-NQ4 of the memory cell are lowered, the threshold voltages of these MOS transistors NQ11 and NQ12 are also lowered, and the voltage level of the word line selection voltage WVDD is lowered. Let Thereby, it is not necessary to excessively lower the word line selection voltage WVDD even for threshold voltage variations of the memory cells, and a read margin (static noise margin SNM) is ensured without deteriorating the write margin. be able to.

図10に示すワード線電源回路14の構成において、制御信号EN2ZおよびEN3Zは、先の制御信号EN2およびEN3の相補な信号であり、MOSトランジスタNQ11が、常時オン状態、MOSトランジスタNQ12が、通常動作モード時およびレジュームスタンバイモード時にオン状態、高性能モード時にオン状態となる。従って、図5に示すワード線電源回路14と同じ電圧制御を実現することができる。   In the configuration of word line power supply circuit 14 shown in FIG. 10, control signals EN2Z and EN3Z are complementary to previous control signals EN2 and EN3, MOS transistor NQ11 is always on, and MOS transistor NQ12 is in normal operation. It is turned on in the mode and resume standby mode, and turned on in the high performance mode. Therefore, the same voltage control as that of the word line power supply circuit 14 shown in FIG. 5 can be realized.

図11は、この発明に従う半導体メモリを組み込んだSoCを構成する処理システムの構成の一例を示す図である。すなわち、図11は、図1に示す半導体集積回路装置の具体的適用例の構成を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing an example of a configuration of a processing system constituting the SoC incorporating the semiconductor memory according to the present invention. That is, FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a specific application example of the semiconductor integrated circuit device shown in FIG.

図11において、この発明に従う半導体集積回路装置30は、アプリケーションプログラムを処理するアプリケーションブロック32と、音声/データの通信を行なう通信ブロック34を含む。このアプリケーションブロック32は、アプリケーションプログラムを処理するアプリケーションプロセッサ40と、このアプリケーションプロセッサ40の出力するプログラムおよびデータを格納するローカルメモリ(半導体メモリ)42と、これらのアプリケーションプロセッサ40およびローカルメモリ42に対する電源電圧VDDLおよびVDDMをそれぞれ供給する電源コントローラ44とを含む。   11, a semiconductor integrated circuit device 30 according to the present invention includes an application block 32 for processing an application program and a communication block 34 for voice / data communication. The application block 32 includes an application processor 40 that processes an application program, a local memory (semiconductor memory) 42 that stores a program and data output from the application processor 40, and a power supply voltage for the application processor 40 and the local memory 42. And a power supply controller 44 for supplying VDDL and VDDM, respectively.

電源コントローラ44は、装置30外部に設けられた電源ユニット46から与えられる電源電圧VDDの電圧レベルを調整して、ロジック電源電圧VDDLおよびメモリ電源電圧VDDMを生成する。アプリケーションプロセッサ40およびローカルメモリ42は、図1に示すプロセッサ1および半導体メモリ2に対応する。このアプリケーションプロセッサ40は、FV制御機能を有し、その処理内容(例えば音声処理および画像処理)に応じて、ローカルメモリ42に対するワード線電圧制御信号WVCONの論理レベルを設定する。電源コントローラ44は、アプリケーションプロセッサ40からの電源制御信号VCONに従って、電源ユニット46から供給される電源電圧VDDの電圧レベルを調整する。この電源ユニット46は、外部からの電源電圧EXVDDから電源電圧VDDを生成して電源コントローラ44へ供給する。電源コントローラ44または電源ユニット46は、また、各種中間電圧(基準電圧等)を生成するブロックを有していてもよい。電源ユニット46と電源コントローラ44との間には双方向で制御信号が伝達され、電源ユニット46における動作状態(電源電圧の安定化)の判定および電源コントローラ44からの電圧発生動作停止指示等が送受される。   The power supply controller 44 adjusts the voltage level of the power supply voltage VDD supplied from the power supply unit 46 provided outside the device 30 to generate the logic power supply voltage VDDL and the memory power supply voltage VDDM. The application processor 40 and the local memory 42 correspond to the processor 1 and the semiconductor memory 2 shown in FIG. The application processor 40 has an FV control function, and sets the logic level of the word line voltage control signal WVCON for the local memory 42 according to the processing contents (for example, sound processing and image processing). The power supply controller 44 adjusts the voltage level of the power supply voltage VDD supplied from the power supply unit 46 in accordance with the power supply control signal VCON from the application processor 40. The power supply unit 46 generates a power supply voltage VDD from an external power supply voltage EXVDD and supplies it to the power supply controller 44. The power supply controller 44 or the power supply unit 46 may also include a block that generates various intermediate voltages (reference voltage or the like). A control signal is transmitted bi-directionally between the power supply unit 46 and the power supply controller 44, and a determination of the operation state (stabilization of the power supply voltage) in the power supply unit 46 and a voltage generation operation stop instruction from the power supply controller 44 are transmitted and received. Is done.

通信ブロック34は、通信を行なうベースバンドプロセッサ50と、このベースバンドプロセッサ50の使用する情報(音声データ/パケットデータ等)を格納するローカルメモリ52を有する。このベースバンドプロセッサ50は、アプリケーションプロセッサ40ほど高速動作処理は要求されないため、特にFV制御機能は設けられていない。   The communication block 34 includes a baseband processor 50 that performs communication, and a local memory 52 that stores information (such as voice data / packet data) used by the baseband processor 50. Since the baseband processor 50 is not required to perform high-speed operation processing as much as the application processor 40, an FV control function is not particularly provided.

アプリケーションプロセッサ40およびベースバンドプロセッサ50それぞれに対して、ローカルメモリ42および52を設けることにより、それぞれ処理に応じて個々に処理を実行することができる。なお、これらのプロセッサ40および50に対して共通に大容量のメモリが、アップリケーションプログラム格納およびメールデータ格納用の外部メモリとして設けられてもよい。   By providing the local memories 42 and 52 for the application processor 40 and the baseband processor 50, the processing can be executed individually according to the processing. A large-capacity memory may be provided in common for these processors 40 and 50 as an external memory for storing application programs and mail data.

なお、電源コントローラ44において、電源ユニット46から供給される電源電圧VDDの電圧レベルを、各モードに応じて電圧制御信号VCONに従って電源電圧VDDLおよびVDDMの電圧レベルを調整する構成は、たとえば、アナログ/デジタル変換回路のような、抵抗分圧器を用いることにより、容易に実現することができる。また、この電源コントローラ44は、基準電圧と内部電源電圧とを比較し、その比較結果に従って内部電源電圧レベルを基準電圧レベルに調整するフィードバックループ型の降圧回路(VDC)の構成を有していてもよい。基準電圧の電圧レベルを、電圧制御信号VCONに従って更新するか、または、この内部電源電圧の電圧レベルを変更して、固定された基準電圧と比較する。この内部電源電圧の変化量を、電圧制御信号VCONに従って調整する。これらの構成を利用することにより、電源コントローラ44は、アプリケーションプロセッサ40からの電圧制御信号VCONに従って必要とされる電圧レベルの電源電圧VDDLおよびVDDMを供給することができる。   In the power supply controller 44, a configuration in which the voltage level of the power supply voltage VDD supplied from the power supply unit 46 is adjusted according to the voltage control signal VCON according to each mode, for example, analog / This can be easily realized by using a resistor voltage divider such as a digital conversion circuit. The power supply controller 44 has a configuration of a feedback loop type step-down circuit (VDC) that compares the reference voltage and the internal power supply voltage and adjusts the internal power supply voltage level to the reference voltage level according to the comparison result. Also good. The voltage level of the reference voltage is updated according to the voltage control signal VCON, or the voltage level of the internal power supply voltage is changed and compared with the fixed reference voltage. The amount of change in the internal power supply voltage is adjusted according to the voltage control signal VCON. By utilizing these configurations, the power supply controller 44 can supply the power supply voltages VDDL and VDDM at the required voltage level according to the voltage control signal VCON from the application processor 40.

なお、電源制御信号VCONは、FV制御実行時に、電圧レベルを調整するためにアプリケーションプロセッサ40から出力される。   The power supply control signal VCON is output from the application processor 40 in order to adjust the voltage level when executing the FV control.

また、図11に示す構成においては、電源コントローラ44は、アプリケーションプロセッサ40に対する電源電圧VDDLとローカルメモリ42に対応する電源電圧VDDMを別々の経路で供給している。しかしながら、電源コントローラ44は、電源電圧VDDLおよびVDDMを、共通の電源線を介してアプリケーションプロセッサ40およびローカルメモリ42に供給してもよい。   In the configuration shown in FIG. 11, the power supply controller 44 supplies the power supply voltage VDDL for the application processor 40 and the power supply voltage VDDM corresponding to the local memory 42 through different paths. However, the power supply controller 44 may supply the power supply voltages VDDL and VDDM to the application processor 40 and the local memory 42 via a common power supply line.

この半導体集積回路装置30において、1つのアプリケーションブロック32がマクロとして半導体チップ上に配置され、また、通信ブロック34が1つのマクロとして、半導体チップ上に配置され、全体として、1つの半導体チップ上にこれらのアプリケーションブロック32および通信ブロック34が集積化される。しかしながら、これらのアプリケーションブロック32および通信ブロック34は、別々の半導体チップ上に形成されてもよい。   In this semiconductor integrated circuit device 30, one application block 32 is arranged as a macro on the semiconductor chip, and a communication block 34 is arranged as one macro on the semiconductor chip, and as a whole, on one semiconductor chip. These application block 32 and communication block 34 are integrated. However, these application block 32 and communication block 34 may be formed on separate semiconductor chips.

以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、FV制御機能を有するプロセッサの動作速度および動作電源電圧の電圧レベルに応じて、半導体メモリ(SRAM)のワード線に伝達される電圧レベルは調整している。したがって、高速動作時においても、スタティックノイズマージンSNMを十分に確保することができ、微細化されたSRAMセルを用いて、低消費電流電力で、安定に動作する処理システムを構築することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the voltage level transmitted to the word line of the semiconductor memory (SRAM) according to the operating speed of the processor having the FV control function and the voltage level of the operating power supply voltage. Is adjusting. Therefore, a static noise margin SNM can be sufficiently secured even during high-speed operation, and a processing system that operates stably with low current consumption power can be constructed using a miniaturized SRAM cell.

なお、上述の構成においては、通常動作モード時および高性能モード時において、ともにワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを、メモリ電源電圧VDDMの電圧レベルよりも低下させている。しかしながら、通常動作モード時においては、MOSトランジスタPQ10のみをオン状態とし、残りのトランジスタPQ11,PQ12またはNQ11,NQ12をオフ状態として、ワード線選択電圧WVDDを、メモリ電源電圧VDDMの電圧レベルに設定してもよい。   In the above-described configuration, the voltage level of word line selection voltage WVDD is lower than the voltage level of memory power supply voltage VDDM in both the normal operation mode and the high performance mode. However, in the normal operation mode, only the MOS transistor PQ10 is turned on, the remaining transistors PQ11 and PQ12 or NQ11 and NQ12 are turned off, and the word line selection voltage WVDD is set to the voltage level of the memory power supply voltage VDDM. May be.

[実施の形態2]
図12は、この発明の実施の形態2における半導体メモリのメモリセルのSNM限界線を模式的に示す図である。図12に示すメモリセルの特性においては、通常モード時のメモリ電源電圧VDDMが電圧V1のとき、SNM限界線L4が、製造管理領域IIを横切る。また、高性能モード時のメモリ電源電圧VDDMが、電圧V2のときにも、SNM限界線L5は、製造管理領域IIを横切る。実施の携帯2においては、このような場合においても、通常および高性能モード時に十分にSNMを確保することにより、製造歩留りを改善する。
[Embodiment 2]
FIG. 12 schematically shows SNM limit lines of the memory cells of the semiconductor memory according to the second embodiment of the present invention. In the characteristics of the memory cell shown in FIG. 12, when the memory power supply voltage VDDM in the normal mode is the voltage V1, the SNM limit line L4 crosses the manufacturing management area II. Even when the memory power supply voltage VDDM in the high-performance mode is the voltage V2, the SNM limit line L5 crosses the manufacturing management area II. Even in such a case, the mobile phone 2 of the embodiment improves the manufacturing yield by ensuring a sufficient SNM in the normal and high-performance modes.

図13は、この発明の実施の形態2におけるワード線選択電圧とメモリ電源電圧の関係を概略的に示す図である。通常モード時において、メモリ電源電圧VDDMが、電圧V1の場合、ワード線選択電圧WVDDは、電圧ΔV1だけ低下させ、電圧V1−ΔV1の電圧レベルに設定する。一方高性能モード時において、メモリ電源電圧VDDMが、電圧V2のときには、ワード線選択電圧WVDDは、電圧ΔV2だけ低下させ、電圧V2−ΔV2の電圧レベルに設定する。この場合、V1−ΔV1は、電圧V2−ΔV2よりも高い電圧レベルである。また、ΔV1<ΔV2である。この電圧降下量ΔV1およびΔV2は、実施の形態1において示した高性能モード時の電圧降下量と同一電圧レベルであってもよく、異なる電圧レベルであってもよい。したがって、通常モード時においてスタティックノイズマージンSNMを確保することにより、高性能モード時においても、スタティックノイズマージンSNMを十分に確保して、安定に動作させることができる。   FIG. 13 schematically shows the relationship between the word line selection voltage and the memory power supply voltage in the second embodiment of the present invention. In the normal mode, when the memory power supply voltage VDDM is the voltage V1, the word line selection voltage WVDD is lowered by the voltage ΔV1 and set to the voltage level of the voltage V1-ΔV1. On the other hand, in the high-performance mode, when the memory power supply voltage VDDM is the voltage V2, the word line selection voltage WVDD is lowered by the voltage ΔV2 and set to the voltage level of the voltage V2-ΔV2. In this case, V1-ΔV1 is at a higher voltage level than voltage V2-ΔV2. Further, ΔV1 <ΔV2. The voltage drop amounts ΔV1 and ΔV2 may be the same voltage level as the voltage drop amount in the high-performance mode shown in the first embodiment, or may be different voltage levels. Therefore, by securing the static noise margin SNM in the normal mode, the static noise margin SNM can be sufficiently secured even in the high-performance mode, and can be operated stably.

図14は、この発明の実施の形態2に従う半導体メモリのワード線電源回路14の構成の一例を示す図である。図14に示すワード線電源回路の構成は、図5に示すワード線電源回路14の構成と、以下の点で異なる。すなわち、ドライバ電源線20とMOSトランジスタNQ10の間に、さらに、制御信号EN2に応答して選択的に導通するPチャネルMOSトランジスタPQ13が設けられる。このMOSトランジスタPQ13は、メモリセルに含まれる負荷用のMOSトランジスタPQ1およびPQ2と同じしきい値電圧(Vth)特性を有する。この図14に示すワード線電源回路14の他の構成は、図5に示すワード線電源回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。   FIG. 14 shows an exemplary configuration of word line power supply circuit 14 of the semiconductor memory according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the word line power supply circuit shown in FIG. 14 differs from the configuration of the word line power supply circuit 14 shown in FIG. 5 in the following points. More specifically, a P channel MOS transistor PQ13 that is selectively turned on in response to control signal EN2 is provided between driver power supply line 20 and MOS transistor NQ10. MOS transistor PQ13 has the same threshold voltage (Vth) characteristics as load MOS transistors PQ1 and PQ2 included in the memory cell. The other configuration of the word line power supply circuit 14 shown in FIG. 14 is the same as that of the word line power supply circuit shown in FIG. 5, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図14に示すワード線電源回路14の構成の場合、通常モード時においては、MOSトランジスタPQ11およびPQPQ13がオン状態、MOSトランジスタPQ12がオフ状態である。したがって、先の実施の形態1の構成に比べて、2つのMOSトランジスタPQ11およびPQ13で、ドライバ電源線20の電圧レベルを低下させるため、電源線20上のワード線選択電圧WVDDは、メモリ電源電圧VDDMよりもさらに低下し、電圧V1−ΔV1となる。これらの電圧は、V1−ΔV1>V2−ΔV2の関係を満たす。高性能モード時において深く製造管理領域IIに侵入したSNM限界線L5を、通常モード時よりも大きく図12の左上方向に移動させてスタティックノイズマージンSNMを改善する。   In the configuration of word line power supply circuit 14 shown in FIG. 14, in the normal mode, MOS transistors PQ11 and PQPQ13 are on, and MOS transistor PQ12 is off. Therefore, compared with the configuration of the first embodiment, the voltage level of driver power supply line 20 is lowered by two MOS transistors PQ11 and PQ13, so that word line selection voltage WVDD on power supply line 20 is equal to the memory power supply voltage. The voltage further drops below VDDM and becomes voltage V1-ΔV1. These voltages satisfy the relationship of V1-ΔV1> V2-ΔV2. The static noise margin SNM is improved by moving the SNM limit line L5 that has deeply entered the manufacturing management area II in the high-performance mode to a larger value in the upper left direction in FIG. 12 than in the normal mode.

高性能モードにおいて、制御信号EN3がLレベルに設定されるため、これらのMOSトランジスタPQ11−PQ13によりドライバ電源線20が放電され、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルがさらに、低下する。したがって、実施の形態1の構成に比べて、ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルをさらに低下させることができ、電圧V2−ΔV2となる。従って、通常モードおよび高性能モードいずれにおいてもSNM限界線が製造管理領域IIを横切る場合においても、メモリセルのスタティックノイズマージンを改善することができ、しきい値電圧のばらつきの影響を抑制して安定にデータアクセスを行うことができる半導体メモリを実現することができる。   Since the control signal EN3 is set to the L level in the high performance mode, the driver power supply line 20 is discharged by these MOS transistors PQ11 to PQ13, and the voltage level of the word line selection voltage WVDD is further lowered. Therefore, compared with the configuration of the first embodiment, the voltage level of the word line selection voltage WVDD can be further lowered to be the voltage V2-ΔV2. Therefore, in both the normal mode and the high-performance mode, even when the SNM limit line crosses the manufacturing control region II, the static noise margin of the memory cell can be improved, and the influence of the variation of the threshold voltage is suppressed. A semiconductor memory capable of performing stable data access can be realized.

なお、制御信号EN2およびEN3に従って導通するMOSトランジスタの数の比は、図14に示すように、2:1に限定されない。ワード線選択電圧WVDDの電圧レベルと、メモリ電源電圧VDDMの電圧レベルの関係に応じて、電圧降下量ΔV1およびΔV2の電圧レベルが適切な値となり、ワード線選択電圧WVDDが適切な電圧レベルとなるように、放電用(電圧降下用)のトランジスタの数が調節されればよい。   The ratio of the number of MOS transistors that are turned on according to control signals EN2 and EN3 is not limited to 2: 1 as shown in FIG. Depending on the relationship between the voltage level of the word line selection voltage WVDD and the voltage level of the memory power supply voltage VDDM, the voltage levels of the voltage drop amounts ΔV1 and ΔV2 become appropriate values, and the word line selection voltage WVDD becomes an appropriate voltage level. In this way, the number of transistors for discharging (for voltage drop) may be adjusted.

また、この図14に示すワード線電源回路14の構成においても、MOSトランジスタPQ11−PQ13に代えて、メモリセルMCのNチャネルMOSトランジスタNT1−NT4と同じしきい値電圧特性を有するNチャネルMOSトランジスタが用いられてもよい。   In the configuration of word line power supply circuit 14 shown in FIG. 14, N channel MOS transistors having the same threshold voltage characteristics as N channel MOS transistors NT1-NT4 of memory cells MC are used instead of MOS transistors PQ11-PQ13. May be used.

なお、制御信号EN1−EN3およびVDDENを生成するワード線電源制御回路の構成としては、実施の形態1のワード線伝現制御回路の構成と同じ構成を利用することができる。   As the configuration of the word line power supply control circuit for generating control signals EN1-EN3 and VDDEN, the same configuration as that of the word line transmission control circuit of the first embodiment can be used.

[変更例]
図15は、この発明の実施の形態2に従う半導体メモリのワード線電源回路14の変更例の構成を概略的に示す図である。図15において、ドライバ電源線20とMOSトランジスタNQ10の間に並列に、PチャネルMOSトランジスタPQ11a−PQ11mおよびPQ12a−PQ12nが設けられる。MOSトランジスタPQ11a−PQ11mのゲートには、制御信号EN2a−EN2mがそれぞれ与えられ、MOSトランジスタPQ12a−PQ12nは、それぞれゲートに、制御信号EN3a−EN3nを受ける。MOSトランジスタPQ10およびNQ10は、先の実施の形態1および2において説明したものと同じである。
[Example of change]
FIG. 15 schematically shows a structure of a modification of word line power supply circuit 14 of the semiconductor memory according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 15, P channel MOS transistors PQ11a-PQ11m and PQ12a-PQ12n are provided in parallel between driver power supply line 20 and MOS transistor NQ10. Control signals EN2a-EN2m are applied to the gates of MOS transistors PQ11a-PQ11m, respectively, and MOS transistors PQ12a-PQ12n receive control signals EN3a-EN3n at the gates, respectively. MOS transistors PQ10 and NQ10 are the same as those described in the first and second embodiments.

この図15に示すワード線電源回路14の構成においては、制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nを適切に活用状態(Lレベル)に通常モード時および高性能モード時に設定することにより、ドライバ電源線20上のワード線選択電圧WVDDの電圧レベルを、使用環境に応じて適切な電圧レベルに設定することができる。   In the configuration of the word line power supply circuit 14 shown in FIG. 15, the control signal EN2a-EN2m and EN3a-EN3n are appropriately set to the utilization state (L level) in the normal mode and the high-performance mode, thereby The voltage level of the word line selection voltage WVDD on 20 can be set to an appropriate voltage level according to the use environment.

この図15に示すワード線電源回路14の構成において、一例として、通常モード時および高性能モード時、MOSトランジスタPQ11a−PQ11mは、常時オン状態に維持され、高性能モード時に、MOSトランジスタPQ12a−PQ12nが選択的にオン状態に設定されてもよい。これに代えて、通常モード時においては、MOSトランジスタPQ11a−PQ11mが選択的にオン状態に設定され、また、MOSトランジスタPQ12a−PQ12nが、高性能モード時、制御信号EN3a−EN3nに従って選択的にオン状態に設定されてもよい。   In the configuration of word line power supply circuit 14 shown in FIG. 15, as an example, MOS transistors PQ11a-PQ11m are always kept on in the normal mode and the high performance mode, and MOS transistors PQ12a-PQ12n are maintained in the high performance mode. May be selectively set to an on state. Instead, in the normal mode, the MOS transistors PQ11a to PQ11m are selectively turned on, and the MOS transistors PQ12a to PQ12n are selectively turned on according to the control signals EN3a to EN3n in the high performance mode. The state may be set.

なお、この図15に示すワード線電源回路14の構成においても、MOSトランジスタPQ11a−PQ11mおよびPQ12a−PQ12nは、メモリセルの負荷のMOSトランジスタPQ1,PQ2と同じしきい値電圧特性を有する。また、これらのMOSトランジスタPQ11a−PQ11mおよびPQ12a−PQ12nに代えて、メモリセルのNチャネルMOSトランジスタNQ1−NQ4と同じしきい値電圧特性を有するNチャネルMOSトランジスタが用いられてもよい。同一のしきい値電圧特性を有するMOSトランジスタは、一例として、同一製造工程でこれらのトランジスタを作成することにより容易に実現される。   Also in the configuration of word line power supply circuit 14 shown in FIG. 15, MOS transistors PQ11a-PQ11m and PQ12a-PQ12n have the same threshold voltage characteristics as MOS transistors PQ1, PQ2 at the load of the memory cell. Instead of MOS transistors PQ11a-PQ11m and PQ12a-PQ12n, N channel MOS transistors having the same threshold voltage characteristics as N channel MOS transistors NQ1-NQ4 of the memory cell may be used. For example, MOS transistors having the same threshold voltage characteristics can be easily realized by forming these transistors in the same manufacturing process.

図16は、図15に示すワード線電源回路に対するワード線電源制御回路の構成の一例を示す図である。図16においては、制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nを生成する部分の構成を示す。   FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of the word line power supply control circuit for the word line power supply circuit shown in FIG. FIG. 16 shows a configuration of a part that generates control signals EN2a-EN2m and EN3a-EN3n.

図16において、ワード線電源制御回路13は、固定的にヒューズプログラムにより情報を記憶するヒューズプログラム回路60と、ヒューズプログラム回路60の記憶情報とチップモード指示信号CSとに従って制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nを生成するデコーダ62を含む。   In FIG. 16, the word line power supply control circuit 13 has a fuse program circuit 60 that stores information in a fixed manner by a fuse program, and control signals EN2a-EN2m and EN3a according to the stored information of the fuse program circuit 60 and the chip mode instruction signal CS. Includes a decoder 62 that generates EN3n.

ヒューズプログラム回路60は、ヒューズ素子の溶断/非溶断により、制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nの活性/比活性状態を示す情報を記憶する。デコーダ62は、このヒューズプログラム回路60のプログラム情報とチップモード指示信号CSとに従って通常モードおよび高性能モードにおいて、制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nを選択的に活性状態(Lレベル)へ駆動する。   The fuse program circuit 60 stores information indicating the active / specific active states of the control signals EN2a-EN2m and EN3a-EN3n depending on whether the fuse element is blown or not blown. Decoder 62 selectively drives control signals EN2a-EN2m and EN3a-EN3n to the active state (L level) in the normal mode and the high-performance mode in accordance with the program information of fuse program circuit 60 and chip mode instruction signal CS. .

ヒューズプログラム回路60の記憶するデータのビット数は、ワード線電源回路14に含まれるMOSトランジスタPQ11a−PQ11mおよびPQ12a−PQ12nの数に応じて適切に定められる。   The number of bits of data stored in fuse program circuit 60 is appropriately determined according to the number of MOS transistors PQ11a-PQ11m and PQ12a-PQ12n included in word line power supply circuit 14.

このヒューズプログラム回路60を利用して、通常モード時および高性能モード時にオン状態に設定されるMOSトランジスタを設定することにより、ワード線選択電圧WVDDを、メモリ電源電圧VDDMの通常モード時および高性能モード時の電圧レベルに応じてまたメモリの特性に応じて適切なレベルに設定することができる。   The fuse program circuit 60 is used to set the MOS transistor that is turned on in the normal mode and the high-performance mode, so that the word line selection voltage WVDD is set to the memory power supply voltage VDDM in the normal mode and the high-performance mode. An appropriate level can be set according to the voltage level in the mode and according to the characteristics of the memory.

なお、この図15に示すワード線電源回路14において、MOSトランジスタPQ11a−PQ11mおよびPQ12a−PQ12nに代えて、NチャネルMOSトランジスタが用いられる場合、デコーダ62は、これらの制御信号EN2a−EN2mおよびEN3a−EN3nの相補な制御信号を生成する。   In the word line power supply circuit 14 shown in FIG. 15, when N-channel MOS transistors are used instead of MOS transistors PQ11a-PQ11m and PQ12a-PQ12n, decoder 62 receives control signals EN2a-EN2m and EN3a- A complementary control signal of EN3n is generated.

以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、メモリ電源電圧は通常モード時および高性能モード時に関わらず、ワード線選択電圧レベルを低下させ、かつその降下量を動作モードに応じて調整している。これにより、メモリセルの微細化時においてそのしきい値電圧のばらつきが生じても、正確に、データの書込/読出を行なうことのできる半導体メモリを実現することができ、応じて低消費電力で安定にかつ高速に動作する処理システムを実現することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the memory power supply voltage decreases the word line selection voltage level regardless of the normal mode and the high performance mode, and the amount of decrease depends on the operation mode. It is adjusted. As a result, it is possible to realize a semiconductor memory capable of accurately writing / reading data even if the threshold voltage varies when the memory cell is miniaturized, and correspondingly low power consumption. Thus, a processing system that operates stably and at high speed can be realized.

なお、この実施の形態2においても、半導体メモリが用いられる処理システムは、実施の形態1において示したシステムと同じである。   Also in the second embodiment, the processing system using the semiconductor memory is the same as the system shown in the first embodiment.

なお、実施の形態1および2においてFV制御時において通常モードおよび高性能モードの2つのアクセス動作モードが示され、各動作モードに応じて電源電圧のレベル調整されている。しかしながら、この電源電圧のレベルは、2に限定されず、さらに多くの数の動作モードに応じて調整されてもよい。   In the first and second embodiments, two access operation modes, the normal mode and the high performance mode, are shown during FV control, and the level of the power supply voltage is adjusted according to each operation mode. However, the level of the power supply voltage is not limited to 2, and may be adjusted according to a larger number of operation modes.

この発明に係る半導体集積回路装置(半導体メモリ)は、FV制御を行なうプロセッサとともに利用されるSRAMに適用することにより、低占有面積でかつ低消費電力かつ高速動作する半導体集積回路装置(システムLSI)を実現することができる。   A semiconductor integrated circuit device (semiconductor memory) according to the present invention is applied to an SRAM that is used together with a processor that performs FV control, so that a semiconductor integrated circuit device (system LSI) that has a low occupation area, low power consumption, and operates at high speed. Can be realized.

なお、プロセッサが行なうFV制御の対象情報としては、動画像および音声データに限定されない。その処理状況に応じて、プロセッサの動作周波数および動作電源電圧のレベルが変更されるプロセッサであれば、本発明に従う半導体集積回路装置を適用することができる。   Note that the target information for FV control performed by the processor is not limited to moving image and audio data. The semiconductor integrated circuit device according to the present invention can be applied to any processor in which the operating frequency and operating power supply voltage level of the processor are changed according to the processing status.

特に、SoC(システム・オン・チップ)のSRAMに本発明に従う半導体集積回路装置(半導体メモリ)を適用することにより、トランジスタサイズが微細化される場合においても、メモリセルのしきい値電圧のばらつきの影響を抑制して、低占有面積で安定に動作するSRAMコアを実現することができる。   In particular, by applying a semiconductor integrated circuit device (semiconductor memory) according to the present invention to an SoC (system on chip) SRAM, even when the transistor size is miniaturized, the threshold voltage of the memory cell varies. Thus, an SRAM core that operates stably with a low occupation area can be realized.

この発明に従う半導体メモリを含む処理システムの構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a processing system including a semiconductor memory according to the present invention. FIG. 図1に示す半導体メモリの全体の構成を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an overall configuration of the semiconductor memory shown in FIG. 1. 図2に示す半導体メモリのメモリセルの構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration of a memory cell of the semiconductor memory shown in FIG. 2. 図3に示すメモリセルの動作特性を概略的に示す図である。FIG. 4 schematically shows operating characteristics of the memory cell shown in FIG. 3. 図2に示すワード線電源回路およびワード線電源制御回路の構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration of a word line power supply circuit and a word line power supply control circuit shown in FIG. 2. 図5に示す回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the circuit shown in FIG. 5. 図4に示すワード線電源制御回路の構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a configuration of a word line power supply control circuit shown in FIG. 4. 図7に示すワード線電源制御回路の動作を示すタイミング図である。FIG. 8 is a timing chart showing an operation of the word line power supply control circuit shown in FIG. 7. この発明の実施の形態1に従う半導体集積回路装置のプロセッサの主動作を示すフロー図である。FIG. 7 is a flowchart showing a main operation of the processor of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention. この発明の実施の形態1の変更例のワード線電源回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the word line power supply circuit of the example of a change of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に従う半導体メモリが適用されるシステム・オン・チップの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the system on chip | tip to which the semiconductor memory according to Embodiment 1 of this invention is applied. この発明の実施の形態2に従う半導体メモリのメモリセルの動作特性を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the operating characteristic of the memory cell of the semiconductor memory according to Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2におけるワード線選択電圧の調整態様を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the adjustment aspect of the word line selection voltage in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に従う半導体メモリのワード線電源回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the word line power supply circuit of the semiconductor memory according to Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に従う半導体メモリのワード線電源回路の変更例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the example of a change of the word line power supply circuit of the semiconductor memory according to Embodiment 2 of this invention. 図15に示す制御信号を発生する部分の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a part that generates a control signal shown in FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

1 プロセッサ、2 半導体メモリ、10 メモリアレイ、11 ワード線デコーダ、12 ワード線ドライブ回路、13 ワード線電源制御回路、14 ワード線電源回路、PQ1,PQ2,PQ10−PQ12,PQ11a−PQ11m,PQ12a−PQ12n PチャネルMOSトランジスタ、NQ1−NQ4,NQ10,NQ12 NチャネルMOSトランジスタ、30 半導体集積回路装置(システムLSI)、32 アプリケーションブロック、34 通信ブロック、40 アプリケーションプロセッサ、42 ローカルメモリ、50 ベースバンドプロセッサ、52 ローカルメモリ、60 ヒューズプログラム回路、62 デコーダ。   1 processor, 2 semiconductor memory, 10 memory array, 11 word line decoder, 12 word line drive circuit, 13 word line power supply control circuit, 14 word line power supply circuit, PQ1, PQ2, PQ10-PQ12, PQ11a-PQ11m, PQ12a-PQ12n P channel MOS transistor, NQ1-NQ4, NQ10, NQ12 N channel MOS transistor, 30 Semiconductor integrated circuit device (system LSI), 32 application block, 34 communication block, 40 application processor, 42 local memory, 50 baseband processor, 52 local Memory, 60 fuse program circuit, 62 decoder.

Claims (4)

クロック信号により動作サイクルが規定され、処理状況に応じて前記クロック信号の周波数および電源電圧のレベルが調整されるプロセッサ、および
少なくとも前記プロセッサが使用する情報を格納する半導体メモリを備え、前記半導体メモリは、行列状に配列される複数のスタティック型メモリセルと、各メモリセル行に対応して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続される複数のワード線と、アドレス信号に従ってアドレス指定された行に対応して配置されるワード線を選択状態に駆動する行選択駆動回路とを含み、前記行選択駆動回路は、前記プロセッサのクロック信号の周波数および電源電圧のレベルに応じて、選択行に伝達される選択電圧のレベルを調整するワード線電圧調整回路を含み、
前記ワード線電圧調整回路は、前記電源電圧が第1の電圧レベルのときには前記選択電圧として前記電源電圧に対応する電圧を伝達し、前記電源電圧が前記第1のレベルよりも高い第2の電圧レベルのときには前記電源電圧を降圧した電圧を前記選択電圧として伝達する、半導体集積回路装置。
An operation cycle is defined by a clock signal, and includes a processor in which the frequency of the clock signal and the level of a power supply voltage are adjusted according to a processing situation, and a semiconductor memory storing at least information used by the processor, A plurality of static memory cells arranged in a matrix, a plurality of word lines arranged corresponding to each memory cell row, each of which is connected to a corresponding row of memory cells, and addressed according to an address signal A row selection drive circuit for driving a word line arranged corresponding to the selected row to a selected state, wherein the row selection drive circuit selects a selected row according to a frequency of a clock signal of the processor and a level of a power supply voltage. look including a word line voltage adjustment circuit for adjusting the level of the selection voltage transferred to,
The word line voltage adjustment circuit transmits a voltage corresponding to the power supply voltage as the selection voltage when the power supply voltage is at a first voltage level, and the second voltage is higher than the first level. A semiconductor integrated circuit device that transmits a voltage obtained by stepping down the power supply voltage as the selection voltage when the level is low .
クロック信号により動作サイクルが規定され、処理状況に応じて前記クロック信号の周波数および電源電圧のレベルが調整されるプロセッサ、および
少なくとも前記プロセッサが使用する情報を格納する半導体メモリを備え、前記半導体メモリは、行列状に配列される複数のスタティック型メモリセルと、各メモリセル行に対応して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続される複数のワード線と、アドレス信号に従ってアドレス指定された行に対応して配置されるワード線を選択状態に駆動する行選択駆動回路とを含み、前記行選択駆動回路は、前記プロセッサのクロック信号の周波数および電源電圧のレベルに応じて、選択行に伝達される選択電圧のレベルを調整するワード線電圧調整回路を含み、
前記ワード線電圧調整回路は、前記電源電圧が第1の電圧レベルのときには前記電源電圧を第1の量低下させた電圧を前記選択電圧として伝達し、前記電源電圧が前記第1の電圧レベルよりも高い第2の電圧レベルのときには前記電源電圧を前記第1の量よりも大きい第2の量降圧した電圧を前記選択電圧として伝達する、半導体集積回路装置。
A processor in which an operation cycle is defined by a clock signal, and a frequency of the clock signal and a level of a power supply voltage are adjusted according to a processing situation; and
A semiconductor memory for storing at least information used by the processor, the semiconductor memory being arranged corresponding to each of the memory cell rows and a plurality of static memory cells arranged in a matrix; A plurality of word lines to which the memory cells are connected, and a row selection driving circuit for driving a word line arranged corresponding to a row addressed in accordance with an address signal to a selected state. A word line voltage adjustment circuit for adjusting a level of a selection voltage transmitted to a selected row according to a frequency of a clock signal of the processor and a level of a power supply voltage;
The word line voltage adjustment circuit transmits, as the selection voltage, a voltage obtained by lowering the power supply voltage by a first amount when the power supply voltage is at a first voltage level, and the power supply voltage is less than the first voltage level. It is high when the second voltage level to transmit a second quantity stepped-down voltage the power supply voltage is greater than the first amount as the selection voltage, the semi-conductor integrated circuit device.
動作モードに応じて電源電圧のレベルが変更される半導体メモリであって、
行列状に配列される複数のスタティック型メモリセルと、
各メモリセル行に対応して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続される複数のワード線と、アドレス信号に従ってアドレス指定された行に対応して配置されるワード線を選択状態に駆動する行選択駆動回路とを含み、前記行選択駆動回路は、動作モードに従って、選択行に伝達されるワード線選択電圧のレベルを調整するワード線電圧調整回路を含み、
前記ワード線電圧調整回路は、前記電源電圧が第1の電圧レベルのときには前記選択電圧として前記電源電圧に対応する電圧を伝達し、前記電源電圧が前記第1のレベルよりも高い第2の電圧レベルのときには前記電源電圧を降圧した電圧を前記選択電圧として伝達する、半導体集積回路装置。
A semiconductor memory in which the level of a power supply voltage is changed according to an operation mode,
A plurality of static memory cells arranged in a matrix;
A plurality of word lines arranged corresponding to each memory cell row and connected to the memory cells in the corresponding row, and a word line arranged corresponding to the row addressed according to the address signal are selected. and a row select driver circuit for driving the row select driver circuit in accordance with the operation mode, see contains the word line voltage adjustment circuit for adjusting the level of the word line selection voltage transmitted to the selected row,
The word line voltage adjustment circuit transmits a voltage corresponding to the power supply voltage as the selection voltage when the power supply voltage is at a first voltage level, and the second voltage is higher than the first level. A semiconductor integrated circuit device that transmits a voltage obtained by stepping down the power supply voltage as the selection voltage when the level is low .
動作モードに応じて電源電圧のレベルが変更される半導体メモリであって、
行列状に配列される複数のスタティック型メモリセルと、
各メモリセル行に対応して配置され、各々に対応の行のメモリセルが接続される複数のワード線と、アドレス信号に従ってアドレス指定された行に対応して配置されるワード線を選択状態に駆動する行選択駆動回路とを含み、前記行選択駆動回路は、動作モードに従って、選択行に伝達されるワード線選択電圧のレベルを調整するワード線電圧調整回路を含み、
前記ワード線電圧調整回路は、前記電源電圧が第1の電圧レベルのときには前記電源電圧を第1の量低下させた電圧を前記選択電圧として伝達し、前記電源電圧が前記第1の電圧レベルよりも高い第2の電圧レベルのときには前記電源電圧を前記第1の量よりも大きい第2の量降圧した電圧を前記選択電圧として伝達する、半導体集積回路装置。
A semiconductor memory in which the level of a power supply voltage is changed according to an operation mode,
A plurality of static memory cells arranged in a matrix;
A plurality of word lines arranged corresponding to each memory cell row and connected to the memory cells in the corresponding row, and a word line arranged corresponding to the row addressed according to the address signal are selected. A row selection driving circuit for driving, the row selection driving circuit including a word line voltage adjustment circuit for adjusting a level of a word line selection voltage transmitted to the selected row according to an operation mode,
The word line voltage adjustment circuit transmits, as the selection voltage, a voltage obtained by lowering the power supply voltage by a first amount when the power supply voltage is at a first voltage level, and the power supply voltage is less than the first voltage level. It is high when the second voltage level to transmit a second quantity stepped-down voltage the power supply voltage is greater than the first amount as the selection voltage, the semi-conductor integrated circuit device.
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