JP5759602B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

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Description

本発明は半導体集積回路に関し、特に電源ノイズ低減に関する。
半導体集積回路において、データ送信回路とデータ受信回路との間のデータ転送に用いられる複数の信号線上に電源ノイズが発生し、両回路間のデータ転送が正しく行われないという問題がある。
そのため、データ受信回路がデータを受信するために用いられる信号線上にはODT(On Die Termination)等の電源ノイズを低減する対策が施されている(非特許文献1)。
JEDEC STANDARD,DDR2 SDRAM SPECIFICATION JESD79−2E(Revision of JESD79−2D),April 2008,JEDEC SOLID STATE TECHNOLOGY ASSOCIATION
従来技術では、ODT機能のようにデータ受信回路が受ける電源ノイズを低減する対策は施されているが、データ送信回路が受ける電源ノイズを低減する対策は施されていない。通常、データ送信回路は、データ送信用にスリーステートバッファ等を有するデータ出力回路を備える。データ送信回路は、制御信号に基づいてデータ出力回路が送信データを出力するか否かを制御する。
つまりデータ出力回路は、送信データを出力するためのデータ送信モードと、出力をハイインピーダンス(HiZ)にするためのハイインピーダンスモード(HiZモード)と、が制御信号によって切り替わる。そしてデータ送信回路は、データ送信を行う場合にはデータ出力回路をデータ送信モードに切り替え、データ送信を行わない場合にはデータ出力回路をHiZモードに切り替える。
またデータ出力回路は、HiZモードからデータ送信モードへモードが切り替わってから、実際に送信データの出力を開始するまでの間、直前のデータ送信モードにおいて当該データ出力回路が最後に出力していた送信データを出力する。ここで各信号線上に設けられたデータ出力回路は、Hレベル及びLレベルのいずれか一方の電圧レベルに偏った送信データを出力する可能性がある。
特に、各信号線に対して設けられたIO領域(IOバッファ等)が互いに近傍に配置されている場合において、各データ出力回路が、HiZモードから同時に同電位の送信データを出力し始めた場合、各信号線に発生する電源ノイズが増幅してしまう。そのため、従来技術ではデータの送信を精度良く行うことができないという問題があった。
本発明にかかる半導体集積回路は、複数の信号線を介してパラレルに送信データを送信するデータ送信回路と、前記送信データを受信するデータ受信回路と、を備え、前記データ送信回路は、前記各信号線に対して設けられ、前記送信データを出力するためのデータ送信モードと、出力をハイインピーダンスにするためのハイインピーダンスモードと、が切り替わる複数のデータ出力回路と、前記データ出力回路に対して、前記送信データと予め設定された固定データとのいずれかを選択して出力するデータ選択回路と、前記各データ出力回路において、前記ハイインピーダンスモードから前記データ送信モードへモードが切り替わってから前記送信データの出力を開始するまでの間、前記固定データを出力するように制御する制御回路と、を備える。
上述のような回路構成により、電源ノイズの増幅を抑制することができるため、データの送信を精度良く行うことができる。
本発明により、データの送信を精度良く行うことが可能な半導体集積回路を提供することができる。
本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路のレイアウトを示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路の動作を示すタイミングチャートである。
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
実施の形態1
本発明の実施の形態1について図面を参照して説明する。なお本発明は、複数の信号線を介してパラレルに送信データを送信するデータ送信回路と、送信データを受信するデータ受信回路と、を備え、制御信号によってデータ送信回路からのデータ送信が制御される回路に対して適用可能である。本実施の形態では、SoC(System On Chip)回路とSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)回路とを備え、両回路間で双方向にデータ転送が行われる信号線(以下、単に双方向用信号線と称す)を介してデータ転送が行われる場合を例に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路である。図1に示す回路は、SoC回路(データ送信回路)100とSDRAM回路(データ受信回路)101とを備える。これら両回路間のデータ転送は、DDR(Double data rate)規格によって行われている。
まず、本実施の形態1の回路構成について説明する。SoC回路100は、2ビット幅のクロックCKと、クロックCKの差動信号である2ビット幅のクロックCKBと、をSDRAM回路101に対して出力する。また、SoC回路100は、SDRAM回路101の各アドレスに対するコマンドが含まれる16ビット幅の制御信号CMDを、当該SDRAM回路101に対して出力する。なお、SDRAM回路101は、クロックCK/CKBに同期して制御信号CMDを取り込む。
また、SoC回路100とSDRAM回路101との間では、32ビット幅のデータDQと、4ビット幅のストローブ信号DQS及びその差動信号DQSBと、が双方向に送受信される。なお、データ受信側となる受信側回路は、ストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信データDQを取り込む。なお便宜上、上記の各信号名は、同時にそれぞれ信号線名も表すものとする。
図2は、図1の回路のうち、1ビットの双方向用信号線(ストローブ信号線DQS[3:0]/DQSB[3:0],データ信号線DQ[31:0]のうちいずれか1ビットの信号線)とそれに対応する周辺回路のみを図示している。ここでは、この1ビットの双方向用信号線がデータ信号線DQ[0]である場合を例に説明する。データ信号線DQ[0]は、前述のようにSoC回路100とSDRAM101との間に接続される。
SoC回路100は、外部端子201と、バッファ202と、送信データを出力するデータ出力回路203と、データ選択回路256と、ODT機能を有するターミネーション回路204と、制御回路205と、インバータ206と、を備える。ターミネーション回路204は、抵抗207、208と、スイッチ209、210と、を有する。
データ出力回路203は、NAND回路251と、NOR回路252と、トランジスタ253,254と、を有する。なお、スイッチ209,トランジスタ253はPチャネルMOSトランジスタであって、スイッチ210,トランジスタ254はNチャネルMOSトランジスタである場合を例に説明する。データ選択回路256は、固定データを記憶するレジスタ257と、セレクタ258と、を有する。
SoC回路100において、データ信号線DQ[0]は、外部端子201を介して、バッファ202の入力端子とデータ出力回路203の出力端子とに接続される。
また、外部端子201とバッファ202との間にターミネーション回路204が設けられる。ターミネーション回路204において、高電位側電源端子VDDと、外部端子201とバッファ202とを接続する信号線上のノードN1と、の間にスイッチ209及び抵抗207とが直列に接続される。低電位側電源端子VSSとノードN1との間にスイッチ210と抵抗208とが直列に接続される。より具体的には、スイッチ209のソース端子は高電位側電源端子VDDに接続される。スイッチ209のドレイン端子は抵抗207の一端に接続される。抵抗207の他端は抵抗208の一端に接続される。抵抗208の他端はスイッチ210のドレイン端子に接続される。スイッチ210のソース端子は低電位側電源端子VSSに接続される。抵抗207の他端と抵抗208の一端とがノードN1に共通接続される。なお、高電位側電源端子VDDとノードN1との間に直列に接続されたスイッチ209及び抵抗207は、接続関係を入れ替えても良い。同様に低電位側電源端子VSSとノードN1との間に直列に接続されたスイッチ210と抵抗208とは、接続関係を入れ替えても良い。
バッファ202の出力端子は、制御回路205のデータ入力用の入力端子INに接続される。制御回路205の出力端子C1は、スイッチ209のゲート端子に接続されるとともに、スイッチ210のゲート端子にインバータ206を介して接続される。このような周辺回路の構成は、他の双方向用信号線にも採用されている。なお、制御回路205は各双方向用信号線に共通に設けられる。
制御回路205のデータ出力用の出力端子OUTは、データ選択回路256のセレクタ258の一方の入力端子に接続される。レジスタ257の出力端子は、セレクタ258の他方の入力端子に接続される。制御回路205の制御信号(第1の制御信号)231出力用の出力端子E2は、セレクタ258の切替制御端子に接続される。セレクタ258の出力端子は、データ出力回路203のNAND回路251の一方の入力端子と、NOR回路252の一方の入力端子と、にそれぞれ接続される。
制御回路205の制御信号(第2の制御信号)230出力用の出力端子E1は、データ出力回路203のNAND回路251の他方の入力端子に接続されるとともに、インバータ255を介してNOR回路252の他方の入力端子に接続される。NAND回路251の出力端子は、トランジスタ253のゲート端子に接続される。AND回路252の出力端子は、トランジスタ254のゲート端子に接続される。トランジスタ253,254は、高電位側電源端子VDDと低電位側電源端子VSSとの間に直列に接続される。つまり、トランジスタ253,254によりインバータを構成する。トランジスタ253のドレイン端子とトランジスタ254のドレイン端子とが、バッファ202と外部端子201との間の信号線上のノードに共通接続される。
次に、本実施の形態1の動作について説明する。SoC回路100がSDRAM回路101からのデータを受信(リード)する場合について説明する。まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMDを出力する。その後、SDRAM回路101は、例えば、制御信号CMDによって指定されたアドレスのデータDQとストローブ信号DQS/DQSBとをSoC回路100に対して送信する。このとき、SDRAM回路101から送信されるデータDQは、所定のバースト長を有する。
SoC回路100は、対応する信号線、外部端子201、及びバッファ202を介して各信号を受信する。なお、SoC回路100は、データDQをストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信する。SoC回路100が受信したデータは、制御回路205やその他の周辺回路(不図示)に入力される。SoC回路100が制御信号CMDを送信してからデータDQの受信を開始するまでの期間をリードレイテンシ(RL)と称す。
SoC回路100は、SDRAM回路101からのデータ受信時において、データ信号線DQ上及びストローブ信号線DQS/DQSB上に発生する電源ノイズを抑制するために、対応するターミネーション回路204のODT機能をオンする。つまり、SoC回路100は、制御回路205からの制御信号200に基づいて各ターミネーション回路204に含まれるスイッチ209,210をオンする。そして、SoC回路100は、対応する信号線上のノードを所定の電位(例えば、高電位側電源VDDの1/2の電位)にする。それにより、SoC回路100は、受信データに含まれる電源ノイズを低減し、データの受信を精度良く行うことができる。
さらにSoC回路100は、制御回路205からの制御信号230に基づいて、データ出力回路203がSDRAM回路101に対して送信データを出力しないように制御する。つまりSoC回路100は、Lレベルの制御信号230により、データ出力回路203の出力をハイインピーダンス状態(HiZ)にする。ここで制御信号230がLレベルの場合、トランジスタ253,254はいずれもオフに制御されるため、データ出力回路203の出力はHiZを示す。それによりSoC回路100は、データ出力回路203から出力されるデータに影響されることなく、SDRAM回路101から送信されたデータの受信を精度良く行うことができる。
SoC回路100がSDRAM回路101に対してデータを送信(ライト)する場合について説明する。まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMDを出力する。その後、SoC回路100は、データDQ及びストローブ信号DQS/DQSBをSDRAM回路101に対して送信する。このとき、SoC回路100から送信されるデータDQは、所定のバースト長を有する。
そして、SDRAM回路101は、データDQをストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信する。データDQは、例えば、制御信号CMDによって指定されたアドレスに書き込まれる。なお、SoC回路100が制御信号CMDを送信してからデータDQの送信を開始するまでの期間をライトレイテンシ(WL)と称す。
SoC回路100は、SDRAM回路101へのデータ送信時において、対応するターミネーション回路204のODT機能をオフする。つまり、SoC回路100は、制御回路205からの制御信号200に基づいて各ターミネーション回路204に含まれるスイッチ209,210をオフし、データ出力回路203及び外部端子201を介してSDRAM回路101に対して送信するデータの電位を減衰させないようにする。それにより、SoC回路100は、SDRAM回路101へのデータの送信を精度良く行うことができる。
そしてSoC回路100は、制御回路205からの制御信号230に基づいて、データ出力回路203がSDRAM回路101に対して送信データを出力するように制御する。つまりSoC回路100は、Hレベルの制御信号230により、データ出力回路203が送信データを出力するように制御する。
ここで制御信号230がHレベルの場合、トランジスタ253,254は、制御回路205から出力された送信データに基づいてオンオフが制御される。それによりSoC回路100は、SDRAM回路101に対して送信データの送信を行う。なお、データ選択回路256において、セレクタ258は、制御回路205からの送信データと、レジスタ257に設定された固定データと、のいずれかを制御信号231に基づいて選択し、データ出力回路203に対して出力する。つまり、SoC回路100が送信データを送信する場合、データ選択回路256は、制御回路205からの送信データを選択して出力する。
このようにSoC回路100は、SoC回路100がSDRAM回路101からのデータを受信するリードモードと、SoC回路100がSDRAM回路101に対してデータを送信するライトモードと、を制御信号CMDによって切り替える。また、SoC回路100は、1クロックCK周期分のデータ長を有する制御信号CMDを所定の間隔で出力する。
またSoC回路100は、制御信号230に基づいてデータ出力回路203が送信データを出力するか否かを制御する。つまりデータ出力回路203は、送信データを出力するためのデータ送信モードと、出力をハイインピーダンス(HiZ)にするためのハイインピーダンスモード(HiZモード)と、が制御信号230によって切り替わる。そしてSoC回路100は、データ送信を行う場合にはデータ出力回路203をデータ送信モードに切り替え、データ送信を行わない場合にはデータ出力回路203をHiZモードに切り替える。
例えば、SoC回路100は、リード/ライトモードでデータを受信/送信し、その後所定の間隔をおいて、再び同じモードで別のデータを送受信する。あるいは、SoC回路100は、リード/ライトモードでデータを受信/送信し、その後所定の間隔をおいて、当該モードと異なるモードで別のデータを送受信する。このようなデータの送受信が繰り返される。
ここで本実施の形態では、SoC回路100がデータを送信する場合に特徴を有する。このときの動作について、図3及び図4を用いて説明する。
図3は、SoC回路100に含まれるIO領域のレイアウトを示す図である。図3に示すように、IO領域はSoC回路100の外枠に沿ってリング状に配置されている。ここでSoC回路100におけるIO領域とは、SDRAM回路101等の外部回路とのインターフェースを行う領域である。このIO領域には、IOバッファ、IOPAD、外部端子等も含まれるものとする。
本実施の形態では、図3に示すように、データDQの各ビットに対応するIO領域が、それぞれSoC回路100の外枠に沿って紙面の横方向に隣接して配置されている場合を例に説明する。便宜上、紙面の左方向から右方向に向けて配置されたIO領域をそれぞれスロット0〜スロット7と称す。スロット0はデータDQ[0]、スロット1はデータDQ[1]、スロット2はデータDQ[2]、スロット3はデータDQ[3]、スロット4はデータDQ[4]、スロット5はデータDQ[5]、スロット6はデータDQ[6]、スロット7はデータDQ[7]、にそれぞれ対応する。
図4は、ライトモードが連続する場合のタイミングチャートである。まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMD(図4のA;以下、単に「ライトコマンドA」と称す)を出力する。SoC回路100は、ライトレイテンシWL(図4のC)の期間を経て、所定のバースト長を有するデータDQ(図4のD)と、それに対応するストローブ信号DQS/DQSBと、をSDRAM回路101に対して送信する。
ここでSoC回路100は、データを送信する場合、対応するデータ出力回路203から送信データを出力する。
SoC回路100は、ライトコマンドAを出力後、所定の間隔(図4のB)をおいて、ライトコマンドE(図4のE)を出力する。SoC回路100は、ライトレイテンシWL(図4のF)の期間を経て、所定のバースト長を有するデータDQ(図4のG)と、それに対応するストローブ信号DQS/DQSBと、をSDRAM回路101に対して送信する。
ここで各データ出力回路203は、HiZモードからデータ送信モードへモードが切り替わってから、実際に送信データの出力を開始するまでの間(図4のH,I)、レジスタ257に設定された固定データを出力する。つまり各データ選択回路256は、制御回路205からの制御信号231に基づいて、それぞれ対応するデータ出力回路203に対して固定データを出力する。
ここでは、偶数スロット0,2,4,6に対応するデータ出力回路203がLレベルの固定データを出力する。奇数スロット1,3,5,7に対応するデータ出力回路203がHレベルの固定データを出力する。ここで、図3に示すように各スロット0〜7が紙面の横方向に隣接して配置されているため、隣接するスロット同士(例えばスロット0とスロット1)の固定データは互いに異なる電位となる。
つまり各データ出力回路203は、HiZモードからデータ送信モードへモードが切り替わってから、実際に送信データの出力を開始するまでの間(図4のH,I)、隣接するIO領域の信号線上の電位に偏りが生じないように固定データを出力する。そのため、各IO領域の信号線上に発生する電源ノイズの増幅を抑制することができる。それにより、SoC回路100は、データの送信を精度良く行うことができる。
以上のように、本実施の形態にかかる半導体集積回路は、データ送信回路が複数の信号線を介してパラレルにデータを送信する場合において、HiZモードからデータ送信モードへモードが切り替わってから、実際に送信データの出力を開始するまでの間、各データ出力回路203がそれぞれ予め設定された固定データを出力する。それにより、本実施の形態にかかる半導体集積回路は、電源ノイズの増幅を抑制し、データの送信を精度良く行うことができる。
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。上記実施の形態では、SoC回路100がSDRAM回路101に対してデータを送信する場合について説明したが、これに限られない。SDRAM回路101がSoC回路100に対してデータを送信する場合にも本発明を適用可能である。
また上記実施の形態では、データ出力回路203の出力側の信号線が双方向用信号線である場合を例に説明したが、これに限られない。データ出力回路203の出力側の信号線が、データ送信用の信号線である場合にも適用可能である。
また、ターミネーション回路は上記実施の形態に示す回路に限られない。所定の電位(例えば、高電位側電源VDDの1/2の電位)を有する電源端子と、対応する信号線上のノードと、の間に直列に接続された抵抗及びスイッチを有する回路構成にも適宜変更可能である。さらに上記実施の形態では、ターミネーション回路を備えた場合を例に説明したが、ターミネーション回路を備えない回路構成にも適宜変更可能である。
また上記実施の形態では、半導体集積回路が1つのSDRAM回路を備えた場合について説明したが、これに限られない。半導体集積回路が複数のSDRAM回路を備えた回路構成にも適宜変更可能である。
また上記実施の形態では、データDQの各ビットに対応するIO領域が図3のように配置された場合について説明したが、これに限られない。各IO領域が、電源ノイズの影響を及ぼしあう距離に配置されている場合であれば本発明を適用可能である。この場合、近傍に配置された各IO領域の信号線には、同じ電位の固定データが局所的に供給されないように設定しておく必要がある。
1〜7 スロット(IO領域)
100 SoC回路
101 SDRAM回路
200 制御信号
201 外部端子
202 バッファ
203 データ出力回路
204 ターミネーション回路
205 制御回路
206 インバータ
207 抵抗
208 抵抗
209 スイッチ
210 スイッチ
230 制御信号
231 制御信号
251 NAND回路
252 AND回路
253 トランジスタ
254 トランジスタ
255 インバータ
256 データ選択回路
257 レジスタ
258 セレクタ

Claims (5)

  1. 1つのチップ上に形成された半導体集積回路であって、
    複数の信号線を介して、パラレルに送信データを送信するとともに、前記送信データの送信を外部に指示する書込要求信号、を送信するデータ送信回路と、
    前記複数の信号線にそれぞれ接続され、互いに隣接して配置される複数のパッドと、を備え、
    前記データ送信回路は、
    前記複数のパッドにそれぞれ接続される複数のデータ出力回路と、
    前記各データ出力回路に対して、前記送信データと予め設定された固定データとのいずれかを選択して出力するデータ選択回路と、をさらに備え、
    前記複数のパッドのひとつである第1のパッドから前記書込要求信号を出力した時の時刻を第1の時刻とし、前記複数のパッドのひとつであり前記第1のパッドとは異なる第2のパッドから前記書込要求信号に応じた前記送信データを出力した時の時刻を第2の時刻とした時、前記データ選択回路は前記第1の時刻と前記第2の時刻の間にある第3の時刻で前記固定データを選択して出力し、第2の時刻で前記送信データを選択して出力し、
    前記複数のデータ出力回路から出力される複数の前記固定データは、一部がHレベルであり、残りの一部がLレベルである、半導体集積回路。
  2. 前記データ送信回路は、前記送信データに対応しかつ前記送信データに同期したストローブ信号を送信する、請求項に記載の半導体集積回路。
  3. 前記複数のパッドは、当該半導体集積回路の外枠に沿ってリング状に配置され、前記外枠の一辺に沿って互いに隣接して配置される、請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記複数のパッドのうち、前記複数のパッドの一端から見て奇数番目のパッドから出力される前記固定データと、前記複数のパッドの一端から見て偶数番目のパッドから出力される前記固定データとは、互いに異なる電位である、請求項に記載の半導体集積回路。
  5. 前記各データ出力回路は、
    PチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタによって構成されるインバータを有し、
    前記PチャネルMOSトランジスタ及び前記NチャネルMOSトランジスタは、出力をハイインピーダンスにするためのハイインピーダンスモードの場合、何れもオフし、前記送信データを前記複数のパッドに出力するための送信モードの場合、前記送信データ及び前記固定データの何れかに基づいて何れか一方がオン、他方がオフする、請求項1〜の何れか一項に記載の半導体集積回路。
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