JP6003449B2 - 半導体装置及びメモリの制御方法 - Google Patents
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Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の半導体装置の一例とその動作例を示す図である。
アクセス検出部1aは、アクセス対象回路2へのアクセスを検出し、アクセスに応じた動作切り替え信号を動作制御部1bに送る。アクセス検出部1aは、アクセスがない期間が所定期間、継続するまでは、動作切り替え信号として、アクセス対象回路2を第1の動作状態よりも消費電力が低い第2の動作状態に切り替えることを制限する信号を出力する。アクセス対象回路2は、たとえば、メモリである。
動作制御部1bは、アクセス検出部1aからの信号をもとに、アクセス対象回路2の動作を制御する。
図2は、第2の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
半導体装置10は、メモリコントローラであり、FIFO(First-In-First-Out)11、アービタ12、プロトコル制御部13、Qcnt生成部14、レジスタ15、アクセスモニタ16、tCK/DS制御部17、I/O(Input / Output)回路18を有している。
また、図示を省略しているが、tCK/DS制御部17には、たとえば、図示しないパワーオンリセット回路などから、電源投入時などに、CK信号の周期及びドライバ能力設定信号DSを初期化する信号INITが供給される。信号INITが1のときは初期化が行われる。
(アクセスモニタ16の一例)
図3は、アクセスモニタの一例を示す図である。
まず、ACTカウンタ30の動作を説明する。信号SD_ENが0のとき、信号Qcntの値にかかわらず、AND回路34の出力は0となり、ACTカウンタ30はリセット状態となり、0を出力する。信号SD_ENが1のとき、信号Qcntが0であると、ACTカウンタ30はリセット状態となり、0を出力する。信号SD_ENが1で、信号Qcntが1のときは、AND回路34の出力は1となり、ACTカウンタ30はクロック信号CKに同期してカウントアップ動作を行う。
信号ACT_OUTは、比較器32の出力信号、信号STB_OUTは比較器33の出力信号を示している。
信号STB_OUTが0であると、信号ACT_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENは0となり、次の動作状態も通常動作状態となる。信号STB_OUTが1であると、信号ACT_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENが1となり、メモリ22は、低消費電力動作状態となる。
信号ACT_OUTが0であると、信号STB_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENは1のままであり、次の動作状態も低消費電力動作状態となる。信号ACT_OUTが1であると、信号STB_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENが0となり、メモリ22は、通常動作状態となる。
図5は、tCK/DS制御部の一例を示す図である。
tCK/DS制御部17は、選択回路50、通常動作用CK生成部51、通常動作用DS生成部52、低消費電力動作用CK生成部53、低消費電力動作用DS生成部54を有している。
図6は、tCK/DS制御部の動作例を示す真理値表である。
メモリ22の動作状態が通常動作状態である場合、信号SD_ENは0となっている。このとき、選択回路50は、信号INITの値によらず、通常動作用CK生成部51と、通常動作用DS生成部52を有効にし、低消費電力動作用CK生成部53と、低消費電力動作用DS生成部54を無効にする。これにより、クロック信号CKは、通常動作用の周期tCKとなり、ドライバ能力設定信号DSは、通常動作用のものとなる。
図7では、コマンドとしてリードコマンドがFIFO11に供給された場合における、クロック信号CKとデータ信号DQ及び、半導体装置10内及びメモリ22内の消費電流の電流波形の例が示されている。
図8は、第2の実施の形態の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
最初は、カウント値STB,ACT、信号SD_ENは、0であるとする。
図10は、第3の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。図2に示した第2の実施の形態の半導体装置10と同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。
図11は、第3の実施の形態の半導体装置におけるアクセスモニタの一例を示す図である。図3に示したアクセスモニタ16と同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。
まず、現在のメモリ22の動作状態が通常動作状態である場合について説明する。このとき、信号SD_ENは0となっている。
検証結果Verifyが0の場合、信号STB_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENは1のままであり、次の動作状態も低消費電力動作状態となる。検証結果Verifyが1になると、信号STB_OUTの値にかかわらず、信号SD_ENが0となり、メモリ22は、通常動作状態となる。
図13は、プロトコル制御部、ベリファイタイミング制御部及びベリファイ制御部の一例を示す図である。
AND回路70は、アクセスモニタ16aから出力される信号SD_ENと、Qcnt生成部14から出力される信号Qcntを入力し、そのAND論理を出力する。
コマンド制御部72は、FIFO11に格納されたコマンドを、アービタ12を介して受信し、プロトコルに応じてコマンドCMDをメモリ22側に通知する。また、コマンド制御部72は、受信したコマンドに応じて、コマンドがリード動作を指示するものか、ライト動作を指示するものかを示す信号(以下、信号R/Wと表記する)を出力する。以下の説明では、R/W=0の場合は、リード動作、R/W=1の場合は、ライト動作であるものとする。
レジスタ制御部75は、信号Veri_EN,R/Wに応じて、プロトコル制御部13aから通知された検証データをレジスタ76,77の何れかに格納する。比較器78は、レジスタ76,77に格納されたデータを比較し、両者が一致した場合に、検証結果Verifyとして1を出力する。レジスタ76,77に格納されたデータが異なる場合、比較器78は、検証結果Verifyとして0を出力する。
通常動作時には、SD_EN=0であり、ベリファイタイミング制御部60の出力はVeri_EN=0となる。このとき、R/W=0であればリード動作が実施され、メモリ22からのリードデータRDataが、セレクタ74によりデータ制御部73に送られる。そして、リードデータRDataは、データ制御部73からアービタ12、FIFO11を介してマスタ20−1〜20−n側に送られる。R/W=1であればライト動作が実施され、セレクタ74は、マスタ20−1〜20−nの何れかから、FIFO11、アービタ12、データ制御部73を介して送られてきたライトデータWDataを選択し、メモリ22側に出力する。
図14は、ベリファイの一例の流れを示すフローチャートである。
Veri_EN=1となり、ベリファイが開始されると、セレクタ74とレジスタ制御部75は、信号R/Wが0であるか否か判定する(ステップS20)。ライト動作時にはR/W=1となるので、ステップS21の処理が行われる。ステップS21の処理では、セレクタ74は、メモリへのライトデータWDataを検証データとしてレジスタ制御部75に供給する。そして、レジスタ制御部75はライトデータWDataを、1つ目のレジスタ76に格納する(ステップS21)。
図17は、第3の実施の形態の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
最初は、カウント値STB、信号SD_ENは、0であるとする。
ステップS40の処理時において、SD_EN=1である場合、ステップS46の処理では、アクセスモニタ16aは、信号Qcntが0であるか否かを判定する。メモリ22へのアクセスがなく、FIFO11が空の状態のとき、Qcnt=0となり、ステップS46の処理が繰り返される。
図19は、第4の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。図10に示した第3の実施の形態の半導体装置10aと同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。
図20は、レイテンシ調整レジスタの一例を示す図である。
レイテンシ調整レジスタ62は、選択回路80、通常動作用レイテンシレジスタ81、低消費電力動作用レイテンシレジスタ82を有している。
低消費電力動作用レイテンシレジスタ82は、低消費電力動作時に用いるtRCDやtRAS、tRCなどにおけるレイテンシを格納する。
信号SD_ENが1、かつ、信号INITxが0のときには、通常動作用レイテンシレジスタ81が無効になり、低消費電力動作用レイテンシレジスタ82が有効になる。
(レイテンシ調整レジスタ62の動作例)
図21は、レイテンシ調整レジスタの動作の一例を示す図である。図21には、信号INITx,SD_ENと、レイテンシの一例が示されている。
上記のように低消費電力動作時は、通常動作時よりもレイテンシを長くすることで、メモリ22の消費電力が削減される。また、レイテンシ調整レジスタ62は、通常動作用レイテンシレジスタ81と、低消費電力動作用レイテンシレジスタ82で予め保持しているレイテンシを選択するだけで、簡単に通常動作と低消費電力動作を切り替えられる。
図23は、ベリファイタイミング制御部の一例を示す図である。
第4の実施の形態の半導体装置10bにおけるベリファイタイミング制御部60aは、ラッチ回路90、インバータ91、AND回路92を有している。
図24は、第4の実施の形態の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
最初は、カウント値STB、信号SD_EN、検証結果Verifyは0であるとする。また、信号INITxは0であるとする。
そして、アクセスモニタ16aは、ベリファイ制御部61から送られてくる検証結果Verifyが1であるか否かを判定し(ステップS60)、Verify=0である場合には、ステップS59からの処理が繰り返される。Verify=1である場合には、アクセスモニタ16aは、信号SD_ENを0とする(ステップS61)。これによりベリファイ制御部61でのベリファイが終了し、レイテンシ調整レジスタ62は、通常動作用レイテンシレジスタ81を有効にし、前述したように、通常動作用のレイテンシltrc,ltras,ltrcdを出力する。これにより、メモリ22が通常動作状態となる。その後、たとえば、電源の供給が停止されるまで、ステップS50からの処理が繰り返される。
検証結果Verifyが1になると(タイミングt83)、信号SD_ENが0になり、通常動作用のレイテンシltrc,ltras,ltrcdによる通常動作が行われる状態N20となる。
このように、アクセスモニタ16aは、アクセスがない期間が所定期間、継続するまでは、メモリ22が通常動作状態から低消費電力状態へ切り替わることを制限する。これにより、アクセスの有無により、通常動作状態と低消費電力状態とが頻繁に切り替わることが抑制され、電源ノイズなどによるメモリ22での不具合の発生を抑制することができる。
(第5の実施の形態)
図26は、第5の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。図19に示した第4の実施の形態の半導体装置10bと同様の要素については同一符号を付し、説明を省略する。
図27は、ベリファイタイミング制御部の一例を示す図である。
第5の実施の形態の半導体装置10cにおけるベリファイタイミング制御部60bは、ラッチ回路100、ACTカウンタ101、比較器102、インバータ103、AND回路104,105,106、OR回路107を有している。
比較器102は、ACTカウンタ101から出力されるカウント値ACTと、レジスタ15bから供給される上限値ACT_MAXとを比較する。比較器102は、ACTカウンタ101から出力されるカウント値ACTが上限値ACT_MAX以上の場合には、1を出力し、カウント値ACTが上限値ACT_MAXよりも小さい場合には、0を出力する。
図28は、第5の実施の形態の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
最初は、カウント値STB,ACT、信号SD_ENと検証結果Verifyは、0であるとする。また、信号INITxは0であるとする。
ステップS70の処理時において、SD_EN=1である場合、ステップS76の処理では、アクセスモニタ16aは、信号Qcntが0であるか否かを判定する。メモリ22へのアクセスがなく、FIFO11が空の状態のとき、Qcnt=0となり、ACTカウンタ101はリセットされ、ACTカウンタ101の出力であるカウント値ACTは0となり(ステップS77)、ステップS76からの処理が繰り返される。また、SD_EN=1である場合、レイテンシ調整レジスタ62は、低消費電力動作用レイテンシレジスタ82を有効にし、前述したように、通常動作状態よりも長いレイテンシltrc,ltras,ltrcdを出力する。
以上のような半導体装置10cによれば、第4の実施の形態の半導体装置10bと同様の効果が得られるとともに、SD_EN=1のときに、Qcnt=1の状態が所定期間続いたときに、ベリファイを実行し、通常動作状態に遷移させることができる。つまり、低消費電力動作が許可される状態のときに、アクセスが途切れなくてもベリファイを実行させることができるため、迅速に通常動作状態に遷移させることができる。
図30は、変形例1の半導体装置の一例を示す図である。図2に示した半導体装置10と同じ要素については同一符号を付している。また、図30では、図2に示したQcnt生成部14やアクセスモニタ16などは図示を省略している。
アクセス制御部111は、図2に示したアクセスモニタ16から供給される信号SD_ENと、Qcnt生成部14から供給される信号Qcntに応じて、アービタ実行部110からアクセス要求があったときに、バンクへのアクセスを許容するか制限する。
図31は、変形例1の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
このようにアクセス制御部111が、一度にアクセスするバンク数を制限することで、メモリの消費電力を抑え、RAS電流とCAS(Column Address Strobe)電流を分離してピーク電流を下げることができ、低消費電力状態を実現できる。
図33は、変形例2の半導体装置の一例を示す図である。図2に示した半導体装置10と同じ要素については同一符号を付している。また、図33では、図2に示したQcnt生成部14やアクセスモニタ16などは図示を省略している。
図34は、変形例2の半導体装置の動作例を示すフローチャートである。
これに対し、マルチチャネル動作制限時には、1つのチャネルごとにアクセスが行われる。たとえば、タイミングt120では、チャネルCH0へアクティブコマンドACTが発行され、タイミングt121ではチャネルCH1へリードコマンドRDAが発行されている。また、タイミングt122では再びチャネルCH0へアクティブコマンドACTが発行されている。
このようにアクセス制御部111aが、1度にアクセスされるチャネル数を制限することで、メモリの消費電力を抑え、低消費電力状態を実現できる。
図36は、変形例3の半導体装置の一例を示す図である。図2に示した半導体装置10と同じ要素については同一符号を付している。また、図36では、図2に示したQcnt生成部14やアクセスモニタ16などは図示を省略している。
コマンド制御部115は、FIFO11に格納されたコマンドを、アービタ12を介して受信し、プロトコルに応じてコマンドCMDを図示しないメモリ側に通知する。また、コマンド制御部115は、SD_EN=1のときは、上位データビットUpper_DQ用のコマンドCMDと、下位データビットLower_DQ用のコマンドCMDをメモリ側に供給する。
コマンド制御部115とデータ制御部116とは、信号SD_ENが1であるか否かを判定する(ステップS110)。SD_EN=0の場合には、コマンド制御部115とデータ制御部116は、データバスの動作を制限することを無効とする(ステップS111)。この場合、上位データビットUpper_DQと、下位データビットLower_DQは同じタイミングでリードまたはライトされる。
図38は、データバスの動作制限を有効としたときと、無効としたときの動作例を示すタイミングチャートである。クロック信号CK、コマンドCMDと上位データビットUpper_DQと、下位データビットLower_DQの例が示されている。また、メモリの消費電流の電流波形の例が示されている。
また、半導体装置は、メモリの通常動作状態が、DDR(Double-Data-Rate)方式である場合に、SDR(Single-Data-Rate)方式に切り替えて、低消費電力状態とするようにしてもよい。
以上説明した複数の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
前記信号に応じて前記アクセス対象回路の動作を制御する動作制御部と、
を有する半導体装置。
前記アクセス検出部は、前記アクセス対象回路が前記第2の動作状態のとき、前記検証制御部から、前記検証結果を受けるまでは、前記アクセス対象回路の動作を前記第1の動作状態に切り替えることを制限する信号を出力する、
付記1または2に記載の半導体装置。
(付記7)前記第2の動作状態は、前記第1の動作状態よりもコマンドを前記アクセス対象回路に供給する周期が長い動作状態である、付記1乃至4の何れか1つに記載の半導体装置。
(付記9)前記アクセス対象回路は、複数のバンクを有するメモリであり、前記第2の動作状態は、前記第1の動作状態よりも1度にアクセスされるバンク数が制限された動作状態である、付記1乃至4の何れか1つに記載の半導体装置。
メモリへのアクセスを検出し、
前回アクセスされてから次回アクセスされるまでの前記アクセスがない期間が継続し、前記アクセスがない期間が第1の期間に達するまで、前記メモリの動作を第1の動作状態よりも消費電力が低い第2の動作状態に切り替えることを制限する信号を出力し、
動作制御部が、前記信号に応じて前記メモリの動作を制御する、
メモリの制御方法。
1a アクセス検出部
1b 動作制御部
2 アクセス対象回路
11 FIFO
12 アービタ
13 プロトコル制御部
14 Qcnt生成部
15 レジスタ
16 アクセスモニタ
17 tCK/DS制御部
18 I/O回路
18a 出力ドライバ
20−1〜20−n マスタ
22 メモリ
Claims (6)
- アクセス対象回路を検証し、検証結果を出力する検証制御部と、
前記アクセス対象回路へのアクセスを検出し、前回アクセスされてから次回アクセスされるまでの前記アクセスがない期間が継続し、前記アクセスがない期間が第1の期間に達するまで、前記アクセス対象回路を第1の動作状態よりも消費電力が低い第2の動作状態に切り替えることを制限する第1の信号を出力し、前記アクセス対象回路が前記第2の動作状態のとき、前記検証制御部から、前記検証結果を受けるまでは、前記アクセス対象回路の動作を前記第1の動作状態に切り替えることを制限する第2の信号を出力するアクセス検出部と、
前記第1の信号または前記第2の信号に応じて前記アクセス対象回路の動作を制御する動作制御部と、
を有する半導体装置。 - 前記第2の動作状態は、前記第1の動作状態よりも周期が長いクロック信号と、前記第1の動作状態よりも小さいドライバ能力で、前記アクセス対象回路を動作させる動作状態である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2の動作状態は、前記アクセス対象回路の検証を行う動作状態である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2の動作状態は、前記第1の動作状態よりもコマンドを前記アクセス対象回路に供給する周期が長い動作状態である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2の動作状態は、前記第1の動作状態よりも1度に動作する回路数が制限された動作状態である、請求項1に記載の半導体装置。
- 検証制御部が、メモリを検証し、検証結果を出力し、
アクセス検出部が、
前記メモリへのアクセスを検出し、
前回アクセスされてから次回アクセスされるまでの前記アクセスがない期間が継続し、前記アクセスがない期間が第1の期間に達するまで、前記メモリの動作を第1の動作状態よりも消費電力が低い第2の動作状態に切り替えることを制限する第1の信号を出力し、 前記メモリが前記第2の動作状態のとき、前記検証制御部から、前記検証結果を受けるまでは、前記メモリの動作を前記第1の動作状態に切り替えることを制限する第2の信号を出力し、
動作制御部が、前記第1の信号または前記第2の信号に応じて前記メモリの動作を制御する、
メモリの制御方法。
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