JP5373567B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SRAM(Static Random Access Memory)が搭載された半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device on which an SRAM (Static Random Access Memory) is mounted.
特許文献1には、スタティックノイズマージンを確保するために、周辺回路に供給されるコア電源電圧よりも高い電圧をメモリセルの電源電圧として用いた半導体装置が記載されている。図12、13に、特許文献1に記載の半導体装置の構成を示す。
図12に示す例では、メモリセルアレイ30に供給される電源電圧Vddmは昇圧回路21により生成されている。昇圧回路21は、メモリセル周辺回路25に供給されるコア電源電圧Vddを用いて、当該コア電源電圧Vddよりも高い電源電圧Vddmを生成している。
In the example shown in FIG. 12, the power supply voltage Vddm supplied to the
図13に示す例では、メモリセルアレイ30に供給される電源電圧Vddmは降圧回路22により生成されている。降圧回路22は、IO高圧用電源電圧Vddioを用いて、当該IO高圧用電源電圧Vddioよりも低い電圧で、かつ、コア電源電圧Vddよりも高い電源電圧Vddmを生成している。
In the example shown in FIG. 13, the power supply voltage Vddm supplied to the
近年、アプリケーションの種類によっては、周辺回路に供給されるコア電源電圧を変更する場合がある。コア電源電圧Vddが変化すると、メモリセルの性能を示すスタティックノイズマージンやライトマージン等の動作マージンが変化し、最適な値にならないおそれがある。 In recent years, depending on the type of application, the core power supply voltage supplied to the peripheral circuit may be changed. When the core power supply voltage Vdd changes, an operation margin such as a static noise margin and a write margin indicating the performance of the memory cell changes, and there is a possibility that it may not become an optimum value.
特許文献1では、電源電圧Vddmがコア電源電圧Vddよりも高い電圧としてスタティックノイズマージンを確保することが記載されているものの、コア電源電圧Vddが変化した場合にメモリセルの動作マージンが変化することについては考慮されていない。
Although
このように、特許文献1に記載の半導体装置では、コア電源電圧が変化した場合に、メモリセルの動作マージンを適切な値に調整することができないという問題があった。
As described above, the semiconductor device described in
本発明の一態様に係る半導体装置は、メモリセルと周辺回路とを有するSRAMと、前記周辺回路に供給される第1電源電圧の変化に応じて、当該第1電源電圧のα倍(α>1)のメモリセル電圧を生成し、前記メモリセルに供給するメモリセル電圧生成部と、を備えた半導体装置であって、前記メモリセル電圧生成部には第2電源電圧が印加され、前記メモリセル電圧生成部は、直列に接続された第1抵抗素子、および第2抵抗素子を有し、当該第1抵抗素子と第2抵抗素子との抵抗比が(α−1):1である抵抗回路と、前記第1電源電圧を第1参照電圧とし、前記第1抵抗素子と前記第2抵抗素子との間の電圧を第2参照電圧として、前記第1参照電圧と前記第2参照電圧との電圧差がなくなるように動作する第1差動増幅器と、一端に前記第2電源電圧が供給され、他端に前記抵抗回路が接続され、前記第1差動増幅器の出力に応じて負荷が変化する第1能動素子と、を備えており、前記メモリセル電圧生成部は、前記抵抗回路と前記第1能動素子との間の電圧を前記メモリセル電圧として、バッファ回路を介して出力することを特徴とする。
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes an SRAM including a memory cell and a peripheral circuit, and α times (α>) the first power supply voltage in accordance with a change in the first power supply voltage supplied to the peripheral circuit. generates a memory cell voltage of 1), wherein the supply to the memory cell a memory cell voltage generating unit, a semiconductor device in which example Bei a second power supply voltage is applied to the memory cell voltage generating unit, the memory The cell voltage generation unit includes a first resistance element and a second resistance element connected in series, and a resistance ratio between the first resistance element and the second resistance element is (α-1): 1. A first reference voltage as a first reference voltage, a voltage between the first resistance element and the second resistance element as a second reference voltage, and the first reference voltage and the second reference voltage. A first differential amplifier that operates to eliminate the voltage difference between A first active element to which the second power supply voltage is supplied, the resistor circuit is connected to the other end, and a load changes according to the output of the first differential amplifier, and the memory cell voltage generation The unit outputs the voltage between the resistance circuit and the first active element as the memory cell voltage through a buffer circuit.
これにより、周辺回路に供給される電源電圧が変化したとしても、メモリセルに供給されるメモリセル電源電圧を常に電源電圧のα倍に保つことができる。このため、電源電圧とメモリセル電圧の比率αの変化によるメモリセルの動作マージンの変化を抑制することができ、メモリセルの動作マージンを適切な値に調整することができる。 Thereby, even if the power supply voltage supplied to the peripheral circuit changes, the memory cell power supply voltage supplied to the memory cell can always be kept α times the power supply voltage. Therefore, a change in the operation margin of the memory cell due to a change in the ratio α between the power supply voltage and the memory cell voltage can be suppressed, and the operation margin of the memory cell can be adjusted to an appropriate value.
本発明によれば、周辺回路に供給される電源電圧が変化しても、メモリセルの動作マージンを適切な値に調整することができる半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of adjusting an operation margin of a memory cell to an appropriate value even when a power supply voltage supplied to a peripheral circuit changes.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体装置について、図1〜4を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体装置100の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、半導体装置100は、SRAM(Static Random Access Memory)200、メモリセル電圧生成部300、ロジック回路400を備えている。SRAM200は、メモリセルアレイ201、周辺回路202を有する。
A semiconductor device according to
半導体装置100の周縁部には、コア電源ブロック10、I/Oブロック20、I/O電源ブロック30が形成されている。コア電源ブロック10は、半導体装置100の外部から入力されるコア電源電圧VDDを、ロジック回路400、周辺回路202、メモリセル電圧生成部300に供給するために設けられている。
A core
I/Oブロック20は、SRAM200やロジック回路400等に入出力される各種の信号を入出力するために設けられている。I/O電源ブロック30は、外部から供給されるI/O電源電圧VCCをI/Oブロック20やメモリセル電圧生成部300に供給するために設けられている。一般的に、I/O電源電圧VCCは、コア電源電圧VDDよりも高い。
The I /
ここで、図2、3を参照して、SRAM200の構成について詳細に説明する。図2は、SRAM200の構成の一例を示す図である。図3は、メモリセルアレイ201のうちの1つのSRAMセル220の構成の一例を示す回路図である。
Here, the configuration of the SRAM 200 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
図2に示すように、SRAM200のメモリセルアレイ201は、ワード線WL0〜WLi、ビット線(Trueビット線:BL0〜BLj、Barビット線:/BL0〜/BLj)、SRAMセル220を有している。ワード線WL0〜WLiは、図2中の左右方向に延設されており、互いに平行に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
ビット線BL0〜BLj、/BL0〜/BLjは、図2中の上下方向に延設されており、互いに平行に配置されている。ワード線WL0〜WLiとビット線BL0〜BLj、/BL0〜/BLjは、交差するように配置されている。 The bit lines BL0 to BLj and / BL0 to / BLj extend in the vertical direction in FIG. 2 and are arranged in parallel to each other. The word lines WL0 to WLi and the bit lines BL0 to BLj, / BL0 to / BLj are arranged so as to intersect with each other.
複数のSRAMセル220は、マトリクス状に配置されている。SRAMセル220は、ワード線WL0〜WLiのいずれか、及び、ビット線対BL0−/BL0〜BLj−/BLjのいずれかにそれぞれ接続されている。SRAMセル220には、メモリセル電圧VMMがメモリセル電圧生成部300から供給される。これについては、後に詳述する。
The plurality of
メモリセルアレイ201は、制御回路203、アドレスバッファ204、X−デコーダ及びワード線ドライバ205、Y−デコーダ206、Y−セレクトスイッチ207、プリチャージ回路208、ライトデータバッファ209、ライトドライバ210、センスアンプ211、出力バッファ212を有している。
The
制御回路203は、SRAM200の全体の制御を行う。例えば、制御回路203は、内部クロックを発生したり、ライト動作とリード動作の切り替えを行う。アドレスバッファ204は、外部から入力されるアドレス信号に基づいてXアドレス信号及びYアドレス信号を生成し、生成したこれらの信号をそれぞれX−デコーダ及びワード線ドライバ205、Y−デコーダ206に与える。
The
X−デコーダ及びワード線ドライバ205は、Xアドレス信号に応じてメモリセルアレイ201のXアドレスを指定し、任意のワード線WL0〜WLiを選択する。Y−デコーダ206は、Yアドレス信号に応じてメモリセルアレイ201のYアドレスを指定して、Y−セレクトスイッチ207に指定信号を供給する。Y−セレクトスイッチ207は、指定信号に応じて任意のビット線対BL0−/BL0〜BLj−/BLjを選択する。
The X-decoder and
プリチャージ回路208は、ビット線BL0〜BLj、/BL0〜/BLjをプリチャージする。ライトデータバッファ209は、SRAMセル220に対して書き込むべきデータを保持し、ライトドライバ210に供給する。ライトドライバ210は、選択されたSRAMセル220にデータを書き込む。
The
センスアンプ211は、X−デコーダ及びワード線ドライバ205、Y−デコーダ206によって選択されたSRAMセル220から読み出されたデータをセンスして増幅する。出力バッファ212は、センスアンプ211により増幅されたデータを保持する。周辺回路202には、コア電源電圧VDDが供給される。メモリセルアレイ201を構成する各部は、メモリセル電圧VMMにより動作する。
The sense amplifier 211 senses and amplifies data read from the
図3を参照して、SRAMセル220の構成について説明する。図3に示すように、SRAMセル220は、PMOSよりなるロードトランジスタMP41、MP42、NMOSよりなるドライブトランジスタMN41、MN42、NMOSよりなるアクセストランジスタMN43、MN44で構成されている。
The configuration of the
ロードトランジスタMP41とドライブトランジスタMN41とがインバータINV41を構成している。ロードトランジスタMP42とドライブトランジスタMN42とがインバータINV42を構成している。 The load transistor MP41 and the drive transistor MN41 constitute an inverter INV41. The load transistor MP42 and the drive transistor MN42 constitute an inverter INV42.
ロードトランジスタMP41のゲートは、ドライブトランジスタMN41のゲートに接続されている。ロードトランジスタMP41のドレインは、ドライブトランジスタMN41のドレインに接続されている。ロードトランジスタMP41とドライブトランジスタMN41の接続点を接点Aとする。 The gate of the load transistor MP41 is connected to the gate of the drive transistor MN41. The drain of the load transistor MP41 is connected to the drain of the drive transistor MN41. A connection point between the load transistor MP41 and the drive transistor MN41 is a contact A.
ロードトランジスタMP42のゲートは、ドライブトランジスタMN42ゲートに接続されている。ロードトランジスタMP42のドレインは、ドライブトランジスタMN42のドレインに接続されている。ロードトランジスタMP42とドライブトランジスタMN42の接続点を接点Bとする。 The gate of the load transistor MP42 is connected to the gate of the drive transistor MN42. The drain of the load transistor MP42 is connected to the drain of the drive transistor MN42. A connection point between the load transistor MP42 and the drive transistor MN42 is a contact B.
接点Aは、ロードトランジスタMP42とドライブトランジスタMN42のゲートに接続されている。接点Bは、ロードトランジスタMP41とドライブトランジスタMN41のゲートに接続されている。これにより、フリップフロップが構成される。このフリップフロップが、データの記憶保持を行う。 The contact A is connected to the gates of the load transistor MP42 and the drive transistor MN42. The contact B is connected to the gates of the load transistor MP41 and the drive transistor MN41. This constitutes a flip-flop. This flip-flop stores and holds data.
アクセストランジスタMN43のソースはTrueビット線BLに接続され、ドレインは接点Aに接続され、ゲートはワード線WLに接続されている。アクセストランジスタMN44のソースはBarビット線/BLに接続され、ドレインは接点Bに接続され、ゲートはワード線WLに接続されている。 The access transistor MN43 has a source connected to the True bit line BL, a drain connected to the contact A, and a gate connected to the word line WL. The access transistor MN44 has a source connected to the Bar bit line / BL, a drain connected to the contact B, and a gate connected to the word line WL.
ここで、図4を参照して、メモリセル電圧生成部300の構成について説明する。図4は、半導体装置100におけるメモリセル電圧生成部の構成の一例を示す図である。メモリセル電圧生成部300はメモリセル電圧VMMを生成し、メモリセルアレイ201に供給する。
Here, the configuration of the memory cell
メモリセル電圧生成部300は、第2電源電圧であるI/O電源電圧VCCを電源とし、第1電源電圧であるコア電源電圧VDDの変化に応じて、当該コア電源電圧VDDのα倍(α>1)のメモリセル電圧VMMを生成するように構成されている。
The memory
メモリセル電圧生成部300は、抵抗回路、第1差動増幅器、第1能動素子を有している。抵抗回路は、(α―1):1の抵抗比の直列に接続された2つの抵抗素子を有する。図4に示す例では、第1抵抗素子として抵抗R11が設けられており、第2抵抗素子としてが設けられている。
The memory cell
第1差動増幅器は、第1電源電圧であるコア電源電圧VDDを第1参照電圧とし、抵抗回路の2つの抵抗R11、R12の間の電圧を第2参照電圧として、第1参照電圧と第2参照電圧との電圧差がなくなるように動作する。 The first differential amplifier uses the core power supply voltage VDD, which is the first power supply voltage, as the first reference voltage, and the voltage between the two resistors R11 and R12 of the resistor circuit as the second reference voltage. 2 The operation is performed so that the voltage difference from the reference voltage is eliminated.
第1差動増幅器は、PMOSよりなるMP21、MP22、NMOSよりなるMN21、MN22、MN23を有している。MP21、MP22のソースには、I/O電源電圧VCCが供給されている。MP21のゲートとMP22のゲートとは接続されている。MP21とMP22のゲートの接続点と、MP22のドレインとが接続されている。 The first differential amplifier has MP21 and MP22 made of PMOS, and MN21, MN22, and MN23 made of NMOS. The I / O power supply voltage VCC is supplied to the sources of MP21 and MP22. The gate of MP21 and the gate of MP22 are connected. The connection point between the gates of MP21 and MP22 and the drain of MP22 are connected.
MP21のドレインにはMN21のドレインが接続されており、MP22のドレインにはMN22のドレインが接続されている。MN21のゲートには、第1参照電圧としてコア電源電圧VDDが供給されている。また、MN21、MN22のソースには、MN23が接続されている。MN23のゲートには、I/O電源電圧VCCが供給されている。 The drain of MN21 is connected to the drain of MP21, and the drain of MN22 is connected to the drain of MP22. A core power supply voltage VDD is supplied to the gate of MN21 as the first reference voltage. In addition, MN23 is connected to the sources of MN21 and MN22. The I / O power supply voltage VCC is supplied to the gate of MN23.
MP21とMN21との接続点には、第1能動素子であるPMOSからなるMP23のゲートが接続されている。MP23のソースには、第2電源電圧であるI/O電源電圧VCCが供給されている。MP23のドレインには、抵抗R11、R12が直列に接続されている。MP23は、第1差動増幅器の出力に応じて負荷が変化するものである。MP23と抵抗R11との接続点を接点N21とする。抵抗R12の他端は接地されている。 The connection point between MP21 and MN21 is connected to the gate of MP23 made of PMOS, which is the first active element. The I / O power supply voltage VCC, which is the second power supply voltage, is supplied to the source of the MP23. Resistors R11 and R12 are connected in series to the drain of MP23. In MP23, the load changes according to the output of the first differential amplifier. A connection point between MP23 and the resistor R11 is defined as a contact N21. The other end of the resistor R12 is grounded.
抵抗R11と抵抗R12との間の接続点を接点N22とする。接点N22は、MN22のゲートに接続されている。すなわち、MN22のゲートには、第2参照電圧として2つの抵抗R11、R12の間の電圧が供給されている。ここで、R11=(α−1)Rとし、R12=Rとする。抵抗R11、R12が抵抗回路を構成する。抵抗R11、R12は、抵抗値や当該抵抗を流れる電流の値、面積等を考慮して、ポリシリコン、拡散層又はウェルのいずれかで形成することができる。 A connection point between the resistor R11 and the resistor R12 is a contact N22. The contact N22 is connected to the gate of MN22. That is, the voltage between the two resistors R11 and R12 is supplied to the gate of MN22 as the second reference voltage. Here, R11 = (α−1) R and R12 = R. Resistors R11 and R12 constitute a resistance circuit. The resistors R11 and R12 can be formed of polysilicon, a diffusion layer, or a well in consideration of the resistance value, the value of current flowing through the resistor, the area, and the like.
抵抗R11とR12とにより、接点N21の電位はα倍のコア電源電圧VDD(αVDD)となる。また、接点N22の電位は、コア電源電圧VDDと等しくなる。MN22のゲートは接点N22と接続されており、コア電源電圧VDDが供給されている。 Due to the resistors R11 and R12, the potential of the contact N21 becomes α times the core power supply voltage VDD (αVDD). Further, the potential of the contact N22 becomes equal to the core power supply voltage VDD. The gate of the MN22 is connected to the contact N22 and is supplied with the core power supply voltage VDD.
抵抗回路と1能動素子MP23との間の電圧αVDDは、メモリセル電圧VMMとして、バッファ回路を介して出力される。バッファ回路は、第2差動増幅器と、第2能動素子とを備える。第2差動増幅器は、抵抗回路と第1能動素子MP23との間の電圧を第3参照電圧とし、出力されるメモリセル電圧を第4参照電圧として、第3参照電圧と第4参照電圧との電圧差がなくなるように動作する。 The voltage αVDD between the resistance circuit and the one active element MP23 is output as a memory cell voltage VMM through the buffer circuit. The buffer circuit includes a second differential amplifier and a second active element. The second differential amplifier uses a voltage between the resistor circuit and the first active element MP23 as a third reference voltage, and outputs a memory cell voltage as a fourth reference voltage. The third reference voltage and the fourth reference voltage It operates so as to eliminate the voltage difference.
第2差動増幅器は、PMOSからなるMP24、MP25、NMOSからなるMN24、MN25、MN26を有している。MP24、MP25のソースには、I/O電源電圧VCCが供給されている。MP24のゲートとMP25のゲートとは接続されている。MP24とMP25のゲートの接続点と、MP25のドレインとが接続されている。 The second differential amplifier has MP24 and MP25 made of PMOS and MN24, MN25 and MN26 made of NMOS. The I / O power supply voltage VCC is supplied to the sources of MP24 and MP25. The gate of MP24 and the gate of MP25 are connected. The connection point between the gates of MP24 and MP25 and the drain of MP25 are connected.
MP24のドレインにはMN24のドレインが接続されており、MP25のドレインにはMN25のドレインが接続されている。MN24のゲートには、第3参照電圧として抵抗回路と第1能動素子MP23との間の電圧αVDDが供給されている。また、MN24、MN25のソースには、MN26が接続されている。MN26のゲートにはI/O電源電圧VCCが供給されている。
The drain of MN24 is connected to the drain of MP24, and the drain of MN25 is connected to the drain of MP25. A voltage αVDD between the resistance circuit and the first active element MP23 is supplied to the gate of the MN24 as a third reference voltage. Further, the MN 26 is connected to the sources of the
MP24とMN24との接続点には、第2能動素子であるPMOSからなるMP26のゲートが接続されている。MP26のソースには、第2電源電圧であるI/O電源電圧VCCが供給されている。MP26は、コア電源電圧VDDのα倍のαVDDをメモリセル電圧VMMとして出力する。MP26は、第2差動増幅器の出力に応じて負荷が変化するものである。また、MN25のゲートには、出力されるメモリセル電圧VMM(αVDD)が第4参照電圧として供給されている。第2差動増幅器は、第3参照電圧と第4参照電圧との電圧差がなくなるように動作する。 The connection point between MP24 and MN24 is connected to the gate of MP26 made of PMOS, which is the second active element. The I / O power supply voltage VCC, which is the second power supply voltage, is supplied to the source of the MP26. The MP 26 outputs αVDD which is α times the core power supply voltage VDD as the memory cell voltage VMM. In MP26, the load changes according to the output of the second differential amplifier. Further, the output memory cell voltage VMM (αVDD) is supplied to the gate of MN25 as the fourth reference voltage. The second differential amplifier operates so that the voltage difference between the third reference voltage and the fourth reference voltage is eliminated.
上記のような回路構成にすることにより、I/O電源電圧VCCの変化に係わらず、メモリセル電圧VMMを常にコア電源電圧VDDのα倍に保つことができる。例えば、I/O電源電圧VCCが2.5V±0.2V、コア電源電圧VDDが1.0V±0.1V、α=1.2の場合、VCCが2.7Vや2.3Vに振れてもVMM=1.2VDDとなる。また、αは抵抗R11とR12との抵抗比で決まるため、I/O電源電圧VCCやコア電源電圧VDDの変化には影響されない。 With the circuit configuration as described above, the memory cell voltage VMM can always be maintained at α times the core power supply voltage VDD regardless of changes in the I / O power supply voltage VCC. For example, when the I / O power supply voltage VCC is 2.5V ± 0.2V, the core power supply voltage VDD is 1.0V ± 0.1V, and α = 1.2, VCC swings to 2.7V or 2.3V. VMM = 1.2VDD. Since α is determined by the resistance ratio between the resistors R11 and R12, it is not affected by changes in the I / O power supply voltage VCC or the core power supply voltage VDD.
本実施の形態に係る半導体装置100の動作マージンについて図5〜7を参照して説明する。図5はリード時のインバータINV41、42の入出力伝達特性を示しており、図6はライト時のインバータINV41、42の入出力伝達特性を示している。なお、入出力伝達特性とは、INV41では接点Bを入力としたときの接点Aの出力であり、インバータINV42では接点Aを入力としたときの接点Bの出力である。
An operation margin of the
図5、6において、横軸は接点Aの電圧を表しており、縦軸は接点Bの電圧を表している。また、点線がαが1.0のとき、実線がαが1.2のとき、一点鎖線がαが1.4のときの入出力伝達特性をそれぞれ示している。なお、図5、6において、コア電源電圧VDDは1.0Vであるものとする。 5 and 6, the horizontal axis represents the voltage of the contact A, and the vertical axis represents the voltage of the contact B. Further, the input / output transmission characteristics when the dotted line α is 1.0, the solid line α is 1.2, and the alternate long and short dash line α is 1.4 are shown. 5 and 6, it is assumed that the core power supply voltage VDD is 1.0V.
SRAM200の性能を表す指標には、メモリデータの安定性を示すスタティックノイズマージン(Static Noise Margin:SNM)、ライト時の性能を決定するライトマージン(Write Margin:WM)がある。リード時の2つのインバータINV41、INV42の特性カーブの内接正方形の一辺の長さからSNMがわかる。
The indexes representing the performance of the
図5に示すように、リード動作やライト動作の開始時には、ワード線WL及びビット線BL、/BLの電圧はほぼVDDになっている。このとき、SNMが最も小さくなる。 As shown in FIG. 5, at the start of the read operation or the write operation, the voltages of the word line WL and the bit lines BL and / BL are approximately VDD. At this time, the SNM becomes the smallest.
図5から分かるように、α(=VMM/VDD)を1.0から1.4に上げることにより、2つのインバータINV41、42の特性カーブで囲まれた領域が広がる。すなわち、メモリセル電圧VMMをコア電源電圧VDDよりも大きくするにつれて、内接正方形の一辺の長さを長くすることが可能となる。これにより、SNMを改善することができる。 As can be seen from FIG. 5, by increasing α (= VMM / VDD) from 1.0 to 1.4, the area surrounded by the characteristic curves of the two inverters INV41 and 42 is expanded. That is, as the memory cell voltage VMM is made higher than the core power supply voltage VDD, the length of one side of the inscribed square can be increased. Thereby, SNM can be improved.
一方、SRAMセル220のWMは、ビット線対(BL、/BL)の一方を接地電位(0.0V)にした状態、すなわち、"1"書込み時の、2つのインバータINV41、INV42の特性カーブ間に接する最小の正方形の一辺長で定義される。
On the other hand, the WM of the
図6から分かるように、VMM=1.2V(α=1.2)のほうが、VMM=1.0V(α=1.0)より、WMは小さくなる。すなわち、SNMの場合とは逆に、WMはα(メモリセル電圧VMM)を大きくするほど小さくなる。 As can be seen from FIG. 6, the VMM = 1.2V (α = 1.2) is smaller than the VMM = 1.0V (α = 1.0). That is, contrary to SNM, WM decreases as α (memory cell voltage VMM) increases.
メモリセル電圧VMM(α)が大きくなると、図3に示すMP42の電流能力は上がるが、MN44の電流能力は変化しない。このため、図6のINV42の特性のY軸との交点の電圧(図3のMP42とMN44の電流能力比で決まる電圧)が持ち上がる。その結果、INV41とINV42の特性カーブが接近して、WM(内接正方形の一辺長)が小さくなるからである。 When the memory cell voltage VMM (α) increases, the current capability of MP42 shown in FIG. 3 increases, but the current capability of MN44 does not change. For this reason, the voltage at the intersection of the characteristic of INV42 in FIG. 6 with the Y-axis (voltage determined by the current capability ratio of MP42 and MN44 in FIG. 3) is raised. As a result, the characteristic curves of INV41 and INV42 approach and the WM (one side length of the inscribed square) becomes smaller.
コア電源電圧VDDが0.8V、1.0V、1.2Vの場合の、αの変化に対するSNMとWMの変化の様子を図7に示す。図7から分かるように、SNMはαが大きくなるほど大きくなり、WMはαが大きくなるほど小さくなる。また、SNMとWMとが等しくなるαが必ず存在することが分かる。 FIG. 7 shows how SNM and WM change with respect to α when the core power supply voltage VDD is 0.8V, 1.0V, and 1.2V. As can be seen from FIG. 7, the SNM increases as α increases, and the WM decreases as α increases. It can also be seen that there is always an α in which SNM and WM are equal.
図7に示す例では、α=1.2のときに、SNMとWMとが略等しい値となる。SRAMセル220の動作マージンは、SNM又はWMの小さいほうで決まる。従って、SRAMセル220の動作マージンを最大にするためには、SNMとWMともに同程度の値にする必要がある。
In the example shown in FIG. 7, when α = 1.2, SNM and WM are substantially equal. The operation margin of the
図7に示すように、コア電源電圧VDDを変化させた場合、SNM・WMともに縦方向に同じように変化する。このため、SNMとWMの交点のαの値は、ほとんど変化しない。すなわち、α(=VMM/VDD)を最適値に設定しておけば、コア電源電圧VDDが変化した場合でも常にSNMとWMとを略等しい値にすることができる。図7に示す例では、α=1.2に設定することにより、SNMとWMとを略同じ値にすることができる。 As shown in FIG. 7, when the core power supply voltage VDD is changed, both SNM and WM change in the vertical direction in the same manner. For this reason, the value of α at the intersection of SNM and WM hardly changes. That is, if α (= VMM / VDD) is set to an optimum value, SNM and WM can always be made substantially equal even when the core power supply voltage VDD changes. In the example shown in FIG. 7, by setting α = 1.2, SNM and WM can be set to substantially the same value.
特許文献1では、コア電源電圧Vddが変化した場合にメモリセルの動作マージンが変化することについては考慮されていなかった。従って、スタティックノイズマージンを確保するために、例えば、コア電源電圧VDDに固定値ΔVを加算して、メモリセル電圧VMMをコア電源電圧VDDよりも高い電圧としていたことが考えられる。
この場合、例えば、VDD1=1.0Vとし、加算する固定値ΔVを0.2Vとすると、
α1=(VDD1+ΔV)/VDD1=1.2/1.0=1.2
となる。この場合には、SNMとWMとが略等しい値となっている。
In this case, for example, when VDD1 = 1.0V and the fixed value ΔV to be added is 0.2V,
α1 = (VDD1 + ΔV) /VDD1=1.2/1.0=1.2
It becomes. In this case, SNM and WM are substantially equal values.
しかし、コア電源電圧VDDが変化してVDD2=0.8Vになったとすると、固定値0.2Vは変化しないため、
α2=(VDD2+ΔV)/VDD2=1.0/0.8=1.25
となる。この場合、α1のときよりもWMが低くなってしまう。このように、コア電源電圧VDDが変化すると、αの値が変化し、SRAMセル220の動作マージンが低減してしまうという問題がある。
However, if the core power supply voltage VDD changes to VDD2 = 0.8V, the fixed value 0.2V does not change.
α2 = (VDD2 + ΔV) /VDD2=1.0/0.8=1.25
It becomes. In this case, the WM is lower than when α1. As described above, when the core power supply voltage VDD changes, the value of α changes, and there is a problem that the operation margin of the
しかしながら、本発明によれば、メモリセル電圧VMMをコア電源電圧VDDの変化に応じて、常にコア電源電圧VDDのα倍に保つことができる。これにより、コア電源電圧VDDが変化しても、SRAMセル220の動作マージンを適切な値に調整することが可能となる。
However, according to the present invention, the memory cell voltage VMM can always be kept α times the core power supply voltage VDD in accordance with the change of the core power supply voltage VDD. Thereby, even if the core power supply voltage VDD changes, the operation margin of the
また、メモリセル電圧生成部300では、コア電源電圧VDDよりも高いI/O電源電圧VCCを降圧して、α倍のVDDであるメモリセル電圧VMMを生成している。このように、昇圧回路を用いずにメモリセル電圧VMMを生成することができるため、回路の複雑化、面積の増大、消費電力の増大等を抑制することが可能である。
In addition, the memory cell
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る半導体装置について、図8を参照して説明する。図8は、本実施の形態に係る半導体装置101の構成を示す図である。図8において、図1を同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
A semiconductor device according to
本実施の形態に係る半導体装置101は、複数のSRAM200を有している。図8に示す例では、2つのSRAM200が設けられている。実施の形態1と同様に、メモリセル電圧生成部300は、コア電源電圧VDDのα倍(α>1)のメモリセル電圧VMMを生成する。
The
半導体装置半導体装置101では、1つのメモリセル電圧生成部300で生成されたメモリセル電圧VMMが複数のSRAM200の電源として用いられる。このようにすることで、上述と同様に、コア電源電圧VDDが変化したとしても適切な動作マージンを確保することができると共に、半導体装置のチップ面積を削減することが可能となる。
In the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る半導体装置について、図9を参照して説明する。図9は、本実施の形態に係る半導体装置に用いられるメモリセル電圧生成部301の構成を示す図である。メモリセル電圧生成部301は、図1や図8に示すメモリセル電圧生成部300の代わりに用いられるものである。図9において、図4と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
A semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the memory cell
図9に示すメモリセル電圧生成部301において、図4に示すメモリセル電圧生成部300と異なる点は、抵抗R11、R12からなる抵抗回路に、PMOSトランジスタMP11、NMOSトランジスタMN12が付加されている点である。すなわち、図9に示す例では、第1抵抗素子は抵抗R11とMP11を含み、第2抵抗素子は抵抗R12とMN12を含む。
The memory
MP11、MN12は、SRAMセル220を構成するPMOS、NMOSと略同一のトランジスタである。すなわち、MP11は、SRAMセル220を構成するPMOSと同じ不純物が注入されている。また、MN12には、SRAMセル220を構成するNMOSと同じ不純物が注入されている。例えば、MP11、MN12は、SRAMセル220と同時に製造される。
MP11 and MN12 are substantially the same transistors as the PMOS and NMOS constituting the
接点N21にはMP11のソースが接続されており、MP11のドレインには抵抗R11の一端が接続されている。MP11のゲートはGNDに接続されている。このため、MP11は常時ON状態となっている。この常時オン状態でのMP11のソース・ドレイン間抵抗をR11Pとする。 The source of MP11 is connected to the contact N21, and one end of a resistor R11 is connected to the drain of MP11. The gate of MP11 is connected to GND. For this reason, MP11 is always ON. The resistance between the source and the drain of MP11 in the normally on state is R11P.
また、抵抗R12の一端にはMN12のドレインが接続されており、MN12のソースは接地されている。MN12のゲートは、コア電源電圧VDDに接続されている。このため、MN12は常時オン状態となっている。この常時オン状態でのMN12のソース・ドレイン間抵抗をR12Nとする。 Further, one end of the resistor R12 is connected to the drain of the MN12, and the source of the MN12 is grounded. The gate of MN12 is connected to the core power supply voltage VDD. For this reason, the MN 12 is always on. The source-drain resistance of the MN 12 in the normally on state is R12N.
比抵抗回路は、R11+R11P=(α−1)×(R12+R12N)となるように各抵抗値が設定されている。これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態では、抵抗回路にSRAMセル220のトランジスタと略同一のトランジスタが付加されている。このため、製造工程において、SRAMセル220のトランジスタ特性がばらついた場合には、抵抗回路の抵抗値もこれに追随し、αの値を補正する効果が得られる。
In the specific resistance circuit, each resistance value is set such that R11 + R11P = (α−1) × (R12 + R12N). Thereby, the same effect as
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る半導体装置の構成について、図10を参照して説明する。図10は、本実施の形態に係る半導体装置において用いられるメモリセル電圧生成部302の構成を示す図である。メモリセル電圧生成部302は、図1や図8に示すメモリセル電圧生成部300の代わりに用いられるものである。図10において、図4と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
The configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the memory cell
図10に示すメモリセル電圧生成部302において、図4に示すメモリセル電圧生成部300と異なる点は、昇圧回路303が設けられている点である。昇圧回路303は、第1電源電圧であるコア電源電圧VDDを昇圧して昇圧電圧VPPを生成する。メモリセル電圧生成部302では、第2電源電圧として図4のI/O電源電圧VCCの代わりに昇圧電圧VPPを用いる。
The memory
メモリセル電圧生成部302は、昇圧電圧VPPを用いてメモリセル電圧VMMを生成する。このような場合でも、実施の形態1と同様に、コア電源電圧VDDが変化したとしても、SRAMセル220の動作マージンを適切な値に調整することが可能となる。
Memory cell
以上説明したように、本発明によれば、SNMとWMとが略等しい値になるようにα(=VMM/VDD)を設定しておけば、I/O電源電圧VCCやVDDが変化した場合でも、最適なSRAMセル220の動作マージンを保つことができる。
As described above, according to the present invention, when I (= VMM / VDD) is set so that SNM and WM are substantially equal, the I / O power supply voltage VCC or VDD changes. However, the optimum operation margin of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の例では、シングルポートタイプのSRAMセル220の例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図11に示すように、デュアルポートタイプのSRAMセル220に本発明を適用することも可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described example, the example of the single-port
また、メモリセル電圧生成部300の抵抗R11、R12の代わりに常時ON状態のトランジスタを用いることも可能である。この場合、PMOS又はNMOSの同じタイプのトランジスタを用いることが好ましい。これにより、回路構成の複雑化を抑制することができる。
It is also possible to use transistors that are always ON instead of the resistors R11 and R12 of the memory
10 コア電源ブロック
20 I/Oブロック
30 I/O電源ブロック
100 半導体装置
200 SRAM
201 メモリセルアレイ
202 周辺回路
203 制御回路
204 アドレスバッファ
205 X−デコーダ及びワード線ドライバ
206 Y−デコーダ
207 Y−セレクトスイッチ
208 プリチャージ回路
209 ライトデータバッファ
210 ライトドライバ
211 センスアンプ
212 出力バッファ
220 SRAMセル
300 メモリセル電圧生成部
303 昇圧回路
400 ロジック回路
VDD コア電源電圧
VCC I/O電源電圧
VMM メモリセル電圧
10 Core Power Supply Block 20 I / O Block 30 I / O
201
Claims (7)
前記周辺回路に供給される第1電源電圧の変化に応じて、当該第1電源電圧のα倍(α>1)のメモリセル電圧を生成し、前記メモリセルに供給するメモリセル電圧生成部と、
を備えた半導体装置であって、
前記メモリセル電圧生成部には第2電源電圧が印加され、
前記メモリセル電圧生成部は、
直列に接続された第1抵抗素子および第2抵抗素子を有し、当該第1抵抗素子と第2抵抗素子との抵抗比が(α−1):1である抵抗回路と、
前記第1電源電圧を第1参照電圧とし、前記第1抵抗素子と前記第2抵抗素子との間の電圧を第2参照電圧として、前記第1参照電圧と前記第2参照電圧との電圧差がなくなるように動作する第1差動増幅器と、
一端に前記第2電源電圧が供給され、他端に前記抵抗回路が接続され、前記第1差動増幅器の出力に応じて負荷が変化する第1能動素子と、を備えており、
前記メモリセル電圧生成部は、前記抵抗回路と前記第1能動素子との間の電圧を前記メモリセル電圧として、バッファ回路を介して出力する
ことを特徴とする半導体装置。 An SRAM having memory cells and peripheral circuits;
A memory cell voltage generator that generates a memory cell voltage that is α times (α> 1) the first power supply voltage in response to a change in the first power supply voltage supplied to the peripheral circuit, and supplies the memory cell voltage to the memory cell; ,
A semiconductor device in which example Bei a,
It said second power supply voltage is applied to the memory cell voltage generating unit,
The memory cell voltage generator is
Having a first resistor element and a second resistive element connected in series, the resistance ratio between the first resistor element and the second resistive element (alpha-1): a resistor circuit is 1,
A voltage difference between the first reference voltage and the second reference voltage, where the first power supply voltage is a first reference voltage and a voltage between the first resistance element and the second resistance element is a second reference voltage. A first differential amplifier that operates to eliminate
The second power supply voltage is supplied to one end, the resistor circuit is connected to the other end, and a first active element whose load changes according to the output of the first differential amplifier ,
Said memory cell voltage generating unit, as the memory cell voltage a voltage between said resistor circuit and said first active element, you output through the buffer circuit
Semiconductor device comprising a call.
前記抵抗回路と前記第1能動素子との間の電圧を第3参照電圧とし、出力される前記メモリセル電圧を第4参照電圧として、前記第3参照電圧と前記第4参照電圧との電圧差がなくなるように動作する第2差動増幅器と、
一端に前記第2電源電圧が供給され、他端から前記メモリセル電圧を出力する、前記第2差増増幅器の出力に応じて負荷が変化する第2能動素子と、
を備える請求項1に記載の半導体装置。 The buffer circuit is
A voltage difference between the third reference voltage and the fourth reference voltage, where the voltage between the resistance circuit and the first active element is a third reference voltage, and the output memory cell voltage is a fourth reference voltage. A second differential amplifier that operates to eliminate
A second active element having one end supplied with the second power supply voltage and outputting the memory cell voltage from the other end, the load changing according to the output of the second differential amplifier;
A semiconductor device according to claim 1 .
前記第1電源電圧を昇圧し、前記第2電源電圧を生成する昇圧回路を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。 The memory cell voltage generator is
The first boosts the power supply voltage, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a booster circuit for generating the second power supply voltage.
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