JPH07220469A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH07220469A
JPH07220469A JP6032991A JP3299194A JPH07220469A JP H07220469 A JPH07220469 A JP H07220469A JP 6032991 A JP6032991 A JP 6032991A JP 3299194 A JP3299194 A JP 3299194A JP H07220469 A JPH07220469 A JP H07220469A
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JP
Japan
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sub
unit amplifier
static ram
memory device
semiconductor memory
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Application number
JP6032991A
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English (en)
Inventor
Takeo Ouchi
毅夫 大内
Takashi Yamada
隆司 山田
Hiroyuki Uchida
博之 内田
Akira Sano
昌 佐野
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Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP6032991A priority Critical patent/JPH07220469A/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/406Management or control of the refreshing or charge-regeneration cycles
    • G11C11/40615Internal triggering or timing of refresh, e.g. hidden refresh, self refresh, pseudo-SRAMs

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 擬似スタティック型RAM等の特にセルフリ
フレッシュモードにおけるピーク電流を抑制する。これ
により、バッテリーバックアップされる擬似スタティッ
ク型RAM等の電源ノイズを抑制しその動作を安定化す
るとともに、バッテリーバックアップ用電池の寿命を長
くしその長期使用を可能にする。 【構成】 メモリアレイMARYの各相補ビット線に対
応して設けられるセンスアンプSAの単位増幅回路US
A0〜USAnを、サブセンスアンプSSA0〜SSA
3に対応して所定数つまりn+1個ずつ4個の単位増幅
回路群に分割するとともに、これらの単位増幅回路を、
通常の読み出し又は書き込みモード時には単位増幅回路
群に関係なく一斉に動作状態とし、セルフリフレッシュ
モードによるセルフリフレッシュサイクル時には選択タ
イミング信号S0〜S3に従って単位増幅回路群ごとに
所定の時間をおいて順次動作状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体記憶装置に関
し、例えば、セルフリフレッシュモードを備えかつバッ
テリーバックアップしうる擬似スタティック型RAM
(ランダムアクセスメモリ)等に利用して特に有効な技
術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイナミック型RAMを基本として構成
されしかもスタティック型RAMとの互換性を有するい
わゆる擬似スタティック型RAMがある。擬似スタティ
ック型RAMは、メモリセルの保持データを所定の周期
で自律的にリフレッシュするためのいわゆるセルフリフ
レッシュモードを有する。
【0003】一方、近年における擬似スタティック型R
AMの低消費電力化は著しく、擬似スタティック型RA
Mを組み込んだパーソナルコンピュータ等では、比較的
小容量の電池によって電源切断後も擬似スタティック型
RAMの記憶内容を保持させるいわゆるバッテリーバッ
クアップ方式が採られる。
【0004】セルフリフレッシュモードを有する擬似ス
タティック型RAMについては、例えば、特開平2−2
46088号公報等に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記擬似スタティック
型RAMにおいて、メモリアレイは、そのレイアウト効
率を高めしかも規定のリフレッシュ周期に適合させるべ
く所定数のワード線及び相補ビット線からなり、メモリ
セルの選択は、擬似スタティック型RAMの動作モード
に関係なくワード線単位で行われる。擬似スタティック
型RAMは、図6に例示されるように、メモリアレイM
ARYの相補ビット線B0*〜Bq*(ここで、例えば
非反転ビット線B0Tと反転ビット線B0Bをあわせて
相補ビット線B0*のように*を付して表す。また、そ
れが有効とされるとき選択的にハイレベルとされるいわ
ゆる非反転信号等についてはその名称の末尾にTを付し
て表し、それが有効とされるとき選択的にロウレベルと
される反転信号等についてはその名称の末尾にBを付し
て表す。以下同様)に対応して設けられたq+1個の単
位増幅回路USA0〜USAqを含むセンスアンプSA
を備える。
【0006】ここで、センスアンプSAを構成する単位
増幅回路USA0〜USAqは、PチャンネルMOSF
ET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この
明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの総称とする)P2及びNチャンネルMO
SFETN2ならびにPチャンネルMOSFETP3及
びNチャンネルMOSFETN3からなる一対のCMO
S(相補型MOS)インバータをその基本構成要素とす
る。これらのCMOSインバータを構成するPチャンネ
ルMOSFETP2及びP3のソースは、コモンソース
線SPに共通結合され、NチャンネルMOSFETN2
及びN3のソースは、コモンソース線SNに共通結合さ
れる。このうち、コモンソース線SNは、例えばそのゲ
ートに内部制御信号PAを受けるNチャンネル型の駆動
MOSFETN1を介して回路の接地電位に結合され、
コモンソース線SPは、そのゲートに内部制御信号PA
の反転信号を受けるPチャンネル型の駆動MOSFET
P1を介して回路の電源電圧に結合される。これによ
り、単位増幅回路USA0〜USAqは、図7に例示さ
れるように、内部制御信号PAがハイレベルとされるこ
とで選択的にかつ一斉に動作状態とされ、メモリアレイ
MARYの選択されたワード線Wrに結合されるq+1
個のメモリセルから対応する相補ビット線B0*〜Bq
*を介して出力される微小読み出し信号を増幅して、2
値読み出し信号とする。
【0007】つまり、従来の擬似スタティック型RAM
の場合、回路のCMOS化等によってバッテリーバック
アップ時における平均的な消費電流の削減は図れるもの
の、セルフリフレッシュモード時、センスアンプSAを
構成する多数の単位増幅回路USA0〜USAqが一斉
に動作状態とされることで、比較的大きなピーク電流I
Sp3を流すものとなる。前述のように、バッテリーバ
ックアップに供される電池は、比較的小容量とされる。
また、セルフリフレッシュモードにおけるピーク電流I
Sp3の値は、擬似スタティック型RAMの大規模化・
大容量化が進むにしたがって増大する傾向にある。この
結果、比較的大きなピーク電流ISp3によって電源電
圧が一時的に変動し、擬似スタティック型RAMの動作
が不安定になるとともに、バッテリーバックアップ用電
池の寿命が短かくなる。
【0008】この発明の目的は、特にセルフリフレッシ
ュモード時における擬似スタティック型RAM等のピー
ク電流を抑制することにある。この発明の他の目的は、
セルフリフレッシュモードを有しかつバッテリーバック
アップしうる擬似スタティック型RAM等の動作を安定
化し、バッテリーバックアップ用電池の寿命を長くして
その長期使用を可能にすることにある。
【0009】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、セルフリフレッシュモードを
有しかつバッテリーバックアップしうる擬似スタティッ
ク型RAM等において、メモリアレイの各相補ビット線
に対応して設けられるセンスアンプの単位増幅回路を、
所定数ずつ複数の単位増幅回路群に分割するとともに、
これらの単位増幅回路を、通常の読み出し又は書き込み
モード時には単位増幅回路群に関係なく一斉に動作状態
とし、セルフリフレッシュモード時には単位増幅回路群
ごとに所定の時間をずらして順次動作状態とする。この
ため、各単位増幅回路群の所定数の単位増幅回路を構成
するPチャンネル及びNチャンネルMOSFETのソー
スを、第1及び第2のサブコモンソース線にそれぞれ共
通結合し、これらのサブコモンソース線を第1及び第2
のスイッチ手段を介して第1及び第2のコモンソース線
にそれぞれ結合するとともに、ワード線を、メインワー
ド線と各単位増幅回路群に対応して分割される複数のサ
ブワード線とにより構成し、対応する行に配置された所
定数のサブワード線を、第1及び第2のスイッチ手段に
先立ってオン状態とされる第3のスイッチ手段を介して
対応するメインワード線にそれぞれ結合する。
【0011】
【作用】上記手段によれば、通常の読み出し又は書き込
みモード時には、センスアンプの動作を高速化して擬似
スタティック型RAM等の高速性を保持しつつ、セルフ
リフレッシュモード時には、センスアンプが動作状態と
されることによる擬似スタティック型RAM等のピーク
電流を削減することができる。この結果、セルフリフレ
ッシュモードを有する擬似スタティック型RAM等の電
源ノイズを抑制しその動作を安定化することができると
ともに、バッテリーバックアップ用電池の寿命を長くし
その長期使用を可能にすることができる。
【0012】
【実施例】図1には、この発明が適用された擬似スタテ
ィック型RAMの一実施例のブロック図が示されてい
る。また、図2には、図1の擬似スタティック型RAM
に含まれるメモリアレイ及びセンスアンプの一実施例の
回路図が示され、図3には、図2のメモリアレイ及びセ
ンスアンプに含まれるサブメモリアレイ及びサブセンス
アンプの一実施例の回路図が示されている。これらの図
をもとに、まずこの実施例の擬似スタティック型RAM
の構成ならびに各部の機能について説明する。なお、図
2及び図3の各回路素子ならびに図1の各ブロックを構
成する回路素子は、公知のCMOS集積回路の製造技術
により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板面上
に形成される。また、サブメモリアレイ及びサブセンス
アンプに関する以下の説明は、図3のサブメモリアレイ
SMA0及びサブセンスアンプSSA0を例に進められ
るが、他のサブメモリアレイSMA1〜SMA3ならび
にサブセンスアンプSSA1〜SSA3については、そ
れぞれ同一構成とされるため類推されたい。以下の回路
図において、そのチャンネル(バックゲート)部に矢印
が付されるMOSFETはPチャンネル型であって、矢
印の付されないNチャンネルMOSFETと区別して示
される。また、図2では、各スイッチ手段つまりスイッ
チMOSFETが×印によって表示される。
【0013】図1において、この実施例の擬似スタティ
ック型RAMは、半導体基板面の大半を占めて配置され
るメモリアレイMARYをその基本構成要素とする。こ
の実施例の擬似スタティック型RAMは、いわゆるワー
ドシャント方式を採り、メモリアレイMARYは、特に
制限されないが、図2に示されるように、ワード線の延
長方向に4個のサブメモリアレイSMA0〜SMA3に
分割される。サブメモリアレイSMA0〜SMA3のそ
れぞれは、図3のサブメモリアレイSMA0に代表して
示されるように、図の垂直方向に平行して配置されるm
+1本のサブワード線SW00〜SW0mないしSW3
0〜SW3mと、水平方向に平行して配置されるn+1
組の相補ビット線B00*〜B0n*ないしB30*〜
B3n*とを含む。各サブメモリアレイを構成するサブ
ワード線及び相補ビット線の交点には、情報蓄積キャパ
シタCs及びアドレス選択MOSFETQaからなる
(m+1)×(n+1)個のダイナミック型メモリセル
がそれぞれ格子状に配置される。なお、サブワード線S
W00〜SW0mないしSW30〜SW3mは、ポリシ
リコン等のような比較的高抵抗の配線材料により形成さ
れる。
【0014】サブメモリアレイSMA0〜SMA3の同
一の列に配置されるm+1個のメモリセルのアドレス選
択MOSFETQaのドレインは、対応する相補ビット
線B00*〜B0n*ないしB30*〜B3n*の非反
転又は反転信号線に所定の規則性をもって交互に結合さ
れる。また、同一の行に配置されるn+1個のメモリセ
ルのアドレス選択MOSFETQaのゲートは、対応す
るサブワード線SW00〜SW0mないしSW30〜S
W3mにそれぞれ共通結合される。さらに、各サブメモ
リアレイを構成するすべてのメモリセルの情報蓄積キャ
パシタCsの他方の電極には、所定のプレート電圧VP
が共通に供給される。
【0015】この実施例において、メモリアレイMAR
Yは、さらに4個のサブメモリアレイSMA0〜SMA
3を串刺しするように配置されるm+1本のメインワー
ド線W0〜Wmを含む。これらのメインワード線には、
そのゲートに対応する選択タイミング信号S0〜S3を
受けるNチャンネル型のスイッチMOSFETN7及び
N8(第3のスイッチ手段)を介して、サブメモリアレ
イSMA0〜SMA3の対応する行に配置された4本の
サブワード線SW00〜SW30ないしSW0m〜SW
3mがそれぞれ結合される。なお、メインワード線W0
〜Wmは、アルミニウム等のような比較的低抵抗の金属
配線材料により形成される。
【0016】ここで、選択タイミング信号S0〜S3
は、擬似スタティック型RAMが通常の読み出し又は書
き込みモードとされるとき、ともに定常的に所定のハイ
レベルとされる。また、擬似スタティック型RAMがセ
ルフリフレッシュモードによるセルフリフレッシュサイ
クルとされるとき、所定の時間をおいて順次ハイレベル
とされる。このとき、メインワード線W0〜Wmは、選
択タイミング信号S0〜S3がハイレベルとされるのに
先立って択一的に所定の選択レベルとされる。これによ
り、サブメモリアレイSMA0〜SMA3を構成するサ
ブワード線SW00〜SW0mないしSW30〜SW3
mは、通常の読み出し又は書き込みモード時には、対応
するメインワード線の選択レベルを受けて択一的にかつ
一斉に選択状態とされ、セルフリフレッシュモード時に
は、対応するメインワード線の選択レベルと対応する選
択タイミング信号S0〜S3のハイレベルとを受けて択
一的にかつ所定の時間をおいて順次選択状態とされるも
のとなる。
【0017】メモリアレイMARYを構成するメインワ
ード線W0〜Wmは、XアドレスデコーダXDに結合さ
れ、択一的に選択レベルとされる。Xアドレスデコーダ
XDには、XアドレスバッファXBからi+1ビットの
内部アドレス信号X0〜Xiが供給され、タイミング発
生回路TGから内部制御信号XDGが供給される。ま
た、XアドレスバッファXBには、アドレス入力端子A
X0〜AXiを介してXアドレス信号AX0〜AXiが
供給され、リフレッシュ制御回路RFCからリフレッシ
ュアドレス信号AR0〜ARiが供給される。Xアドレ
スバッファXBには、さらにタイミング発生回路TGか
ら図示されない内部制御信号XLが供給されるととも
に、リフレッシュ制御回路RFCから内部制御信号SR
Fが供給される。このうち、内部制御信号SRFは、擬
似スタティック型RAMがセルフリフレッシュモードと
されかつリフレッシュ制御回路RFCによるセルフリフ
レッシュサイクルが実行されるとき、選択的にハイレベ
ルとされる。
【0018】XアドレスデコーダXDは、内部制御信号
XDGのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、
内部アドレス信号X0〜Xiをデコードして、メモリア
レイMARYの対応するメインワード線W0〜Wmを択
一的に選択レベルとする。一方、XアドレスバッファX
Bは、擬似スタティック型RAMが通常の読み出し又は
書き込みモードとされ内部制御信号SRFがロウレベル
とされるとき、アドレス入力端子AX0〜AXiを介し
て供給されるXアドレス信号AX0〜AXiを内部制御
信号XLに従って取り込み、保持する。また、擬似スタ
ティック型RAMがセルフリフレッシュモードとされ内
部制御信号SRFがハイレベルとされるとき、リフレッ
シュ制御回路RFCから供給されるリフレッシュアドレ
ス信号AR0〜ARiを内部制御信号XLに従って取り
込み、保持する。そして、これらのXアドレス信号又は
リフレッシュアドレス信号をもとに内部アドレス信号X
0〜Xiを形成して、XアドレスデコーダXDに供給す
る。
【0019】リフレッシュ制御回路RFCは、リフレッ
シュタイマー及びリフレッシュアドレスカウンタを含
む。このうち、リフレッシュタイマーは、擬似スタティ
ック型RAMがセルフリフレッシュモードとされると
き、内部制御信号SRFを所定の周期でハイレベルと
し、タイミング発生回路TGに対してセルフリフレッシ
ュサイクルの起動を要求する。また、リフレッシュアド
レスカウンタは、内部制御信号SRFの直前のロウレベ
ル変化を受けて歩進され、リフレッシュアドレス信号A
R0〜ARiを形成してXアドレスバッファXBに供給
する。
【0020】次に、メモリアレイMARYつまりサブメ
モリアレイSMA0〜SMA3を構成する相補ビット線
B00*〜B0n*ないしB30*〜B3n*は、セン
スアンプSAの対応する単位回路に結合される。センス
アンプSAは、図2に示されるように、サブメモリアレ
イSMA0〜SMA3に対応して4個のサブセンスアン
プSSA0〜SSA3に分割される。これらのサブセン
スアンプは、図3のサブセンスアンプSSA0に代表し
て示されるように、サブメモリアレイSMA0〜SMA
3の相補ビット線B00*〜B0n*ないしB30*〜
B3n*に対応して設けられるn+1個の単位回路を含
み、各単位回路は、PチャンネルMOSFETP2及び
NチャンネルMOSFETN2ならびにPチャンネルM
OSFET3及びNチャンネルMOSFETN3からな
る一対のCMOSインバータが交差結合されてなる単位
増幅回路USA0〜USAnと、各単位増幅回路の非反
転及び反転入出力ノードと相補共通データ線CD*の非
反転及び反転信号線との間に設けられそのゲートにYア
ドレスデコーダYDの出力信号つまり対応するビット線
選択信号YS00〜YS0nないしYS30〜YS3n
を共通に受けるNチャンネル型のスイッチMOSFET
N4及びN5とをそれぞれ含む。
【0021】この実施例において、サブセンスアンプS
SA0〜SSA3の各単位増幅回路を構成するPチャン
ネルMOSFETP2及びP3のソースは、対応するサ
ブコモンソース線SSP0〜SSP3(第1のサブコモ
ンソース線)にそれぞれ共通結合され、NチャンネルM
OSFETN2及びN3のソースは、対応するサブコモ
ンソース線SSN0〜SSN3(第2のサブコモンソー
ス線)にそれぞれ共通結合される。このうち、サブコモ
ンソース線SSP0〜SSP3は、そのゲートに対応す
る選択タイミング信号S0〜S3の遅延回路DLによる
遅延信号つまり遅延選択タイミング信号S0D〜S3D
のインバータV2による反転信号を受けるPチャンネル
型のスイッチMOSFETP4(第1のスイッチ手段)
を介してコモンソース線SP(第1のコモンソース線)
に結合され、このコモンソース線SPは、そのゲートに
タイミング発生回路TGから出力される内部制御信号P
AのインバータV1による反転信号を受けるPチャンネ
ル型の駆動MOSFETP1を介して回路の電源電圧に
結合される。一方、サブコモンソース線SSN0〜SS
N3は、そのゲートに対応する上記遅延選択タイミング
信号S0D〜S3Dを受けるNチャンネル型のスイッチ
MOSFETN6(第2のスイッチ手段)を介してコモ
ンソース線SN(第2のコモンソース線)に結合され、
このコモンソース線SNは、そのゲートに内部制御信号
PAを受けるNチャンネル型の駆動MOSFETN1を
介して回路の接地電位に結合される。
【0022】前述のように、選択タイミング信号S0〜
S3は、擬似スタティック型RAMが通常の読み出し又
は書き込みモードとされるとき定常的にハイレベルとさ
れ、セルフリフレッシュモーによるセルフリフレッシュ
サイクルとされるとき所定の時間をおいて順次ハイレベ
ルとされる。このため、センスアンプSAのサブセンス
アンプSSA0〜SSA3を構成する単位増幅回路US
A0〜USAnは、擬似スタティック型RAMが通常の
読み出し又は書き込みモードとされるとき、内部制御信
号PAのハイレベルを受けて選択的にかつ一斉に動作状
態とされ、擬似スタティック型RAMがセルフリフレッ
シュモードによるセルフリフレッシュサイクルとされる
ときには、内部制御信号PAならびに対応する遅延選択
タイミング信号S0D〜S3Dのハイレベルを受けて選
択的にかつ所定の時間をおいて順次動作状態とされる。
この動作状態において、各単位増幅回路は、対応するサ
ブメモリアレイSMA0〜SMA3の選択されたサブワ
ード線に結合される合計4×(n+1)個のメモリセル
から対応する相補ビット線B00*〜B0n*ないしB
30*〜B3n*を介して出力される微小読み出し信号
を増幅して、ハイレベル又はロウレベルの2値読み出し
信号とする。
【0023】以上のように、この実施例の擬似スタティ
ック型RAMでは、センスアンプSAを構成する合計4
×(n+1)個の単位増幅回路が、サブメモリアレイS
MA0〜SMA3に対応して4個の単位増幅回路群つま
りサブセンスアンプSSA0〜SSA3に分割され、各
単位増幅回路群を構成する所定数つまりn+1個の単位
増幅回路USA0〜USAnは、対応する選択タイミン
グ信号S0〜S3がハイレベルとされることで選択的に
動作状態とされるものとなる。
【0024】一方、センスアンプSAのサブメモリアレ
イSMA0〜SMA3を構成するスイッチMOSFET
N4及びN5は、対応するビット線選択信号YS00〜
YS0nないしYS30〜YS3nがハイレベルとされ
ることで選択的にオン状態となり、サブメモリアレイS
MA0〜SMA3を構成する相補ビット線B00*〜B
0n*ないしB30*〜B3n*の対応する1組と相補
共通データ線CD*との間を選択的に接続状態とする。
【0025】YアドレスデコーダYDには、Yアドレス
バッファYBからj+1ビットの内部アドレス信号Y0
〜Yjが供給され、タイミング発生回路TGから内部制
御信号YDGが供給される。また、Yアドレスバッファ
YBには、アドレス入力端子AY0〜AYjを介してY
アドレス信号AY0〜AYjが供給され、タイミング発
生回路TGから図示されない内部制御信号YLが供給さ
れる。
【0026】YアドレスデコーダYDは、内部制御信号
YDGのハイレベルを受けて選択的に動作状態とされ、
内部アドレス信号Y0〜Yjをデコードして、対応する
ビット線選択信号YS00〜YS0nないしYS30〜
YS3nを択一的にハイレベルとする。また、Yアドレ
スバッファYBは、アドレス入力端子AY0〜AYjを
介して供給されるYアドレス信号AY0〜AYjを内部
制御信号YLに従って取り込み、保持するとともに、こ
れらのYアドレス信号をもとに内部アドレス信号Y0〜
Yjを形成して、YアドレスデコーダYDに供給する。
【0027】相補共通データ線CD*は、データ入出力
回路IOに結合される。データ入出力回路IOは、ライ
トアンプ及びメインアンプならびにデータ入力バッファ
及びデータ出力バッファを含む。このうち、ライトアン
プの入力端子は、データ入力バッファの出力端子に結合
され、その出力端子は、相補共通データ線CD*に結合
される。また、メインアンプの入力端子は、相補共通デ
ータ線CD*に結合され、その出力端子は、データ出力
バッファの入力端子に結合される。データ入力バッファ
の入力端子は、データ入力端子Dinに結合され、デー
タ出力バッファの出力端子は、データ出力端子Dout
に結合される。
【0028】データ入出力回路IOのデータ入力バッフ
ァは、擬似スタティック型RAMが書き込みモードとさ
れるとき、データ入力端子Dinを介して供給される書
き込みデータを取り込み、ライトアンプに伝達する。こ
の書き込みデータは、ライトアンプによって所定の相補
書き込み信号とされた後、相補共通データ線CD*を介
してメモリアレイMARYの選択された1個のメモリセ
ルに書き込まれる。一方、データ入出力回路IOのメイ
ンアンプは、擬似スタティック型RAMが読み出しモー
ドとされるとき、メモリアレイMARYの選択された1
個のメモリセルから相補共通データ線CD*を介して出
力される読み出し信号をさらに増幅し、データ出力バッ
ファに伝達する。この読み出し信号は、データ出力バッ
ファからデータ出力端子Doutを介して外部に送出さ
れる。
【0029】タイミング発生回路TGは、外部から起動
制御信号として供給されるチップイネーブル信号CE
B,ライトイネーブル信号WEB及び出力イネーブル信
号OEBとリフレッシュ制御回路RFCからセルフリフ
レッシュサイクルの起動信号として供給される内部制御
信号SRFとをもとに各種の内部制御信号を選択的に形
成して、擬似スタティック型RAMの各部に供給する。
【0030】図4には、図1の擬似スタティック型RA
Mの通常の読み出しモードにおける一実施例の信号波形
図が示され、図5には、そのセルフリフレッシュモード
における一実施例の信号波形図が示されている。これら
の図をもとに、この実施例の擬似スタティック型RAM
の読み出しモード及びセルフリフレッシュモードにおけ
る具体的な動作とその特徴について説明する。
【0031】図4において、この実施例の擬似スタティ
ック型RAMは、チップイネーブル信号CEBがロウレ
ベルとされかつこのチップイネーブル信号CEBの立ち
下がりエッジにおいて図示されないライトイネーブル信
号WEBがハイレベルとされることで、選択的に通常の
読み出しモードによる選択状態とされる。アドレス入力
端子AX0〜AXiには、メインワード線Wxを指定す
る組み合わせでXアドレス信号AX0〜AXiが供給さ
れ、アドレス入力端子AY0〜AYjには、所定の組み
合わせでYアドレス信号AY0〜AYjが供給される。
また、出力イネーブル信号OEBは、選択されたメモリ
セルの読み出しデータが確立される所定のタイミング
で、選択的にロウレベルとされる。
【0032】擬似スタティック型RAMでは、チップイ
ネーブル信号CEBのロウレベル変化を受けて、内部制
御信号XDGが所定のタイミングでハイレベルとされ、
やや遅れて内部制御信号PAがハイレベルとされる。内
部制御信号SRFは、擬似スタティック型RAMが通常
の読み出しモードであるためロウレベルとされ、選択タ
イミング信号S0〜S3はすべて定常的にハイレベルの
ままとされる。
【0033】これらのことから、メモリアレイMARY
では、内部制御信号XDGのハイレベルを受けて、Xア
ドレス信号AX0〜AXiにより指定されるメインワー
ド線Wxが択一的に選択レベルとされ、このメインワー
ド線Wxの選択レベルを受けて、サブメモリアレイSM
A0〜SMA3の対応するサブワード線SW0x〜SW
3xがそれぞれ択一的に選択レベルとされる。この結
果、サブワード線SW0x〜SW3xに結合される合計
4×(n+1)個のメモリセルが一斉に選択状態とさ
れ、その保持データに従った微小読み出し信号が対応す
る相補ビット線B00*〜B0n*ないしB30*〜B
3n*に出力される。
【0034】一方、センスアンプSAでは、内部制御信
号PAのハイレベルを受けて、駆動MOSFETP1及
びN1がオン状態となり、コモンソース線SPには回路
の電源電圧がまたコモンソース線SNには回路の接地電
位がそれぞれ供給される。これらの動作電源は、選択タ
イミング信号S0〜S3が定常的にハイレベルとされる
ため、そのままサブコモンソース線SSP0〜SSP3
ならびにSSN0〜SSN3に伝達され、これによって
サブセンスアンプSSA0〜SSA3を構成する合計4
×(n+1)個の単位増幅回路が一斉に動作状態とされ
る。この結果、相補ビット線B00*〜B0n*ないし
B30*〜B3n*に出力された微小読み出し信号が対
応する単位増幅回路によって増幅され、ハイレベル又は
ロウレベルの2値読み出し信号となる。これらの2値読
み出し信号は、図示されないビット線選択信号YS00
〜YS0nないしYS30〜YS3nが択一的にハイレ
ベルとされることで、相補共通データ線CD*を介して
データ入出力回路IOのメインアンプに伝達され、さら
に出力イネーブル信号OEBのロウレベルを受けてデー
タ出力バッファからデータ出力端子Doutを介して出
力される。
【0035】ところで、擬似スタティック型RAMが通
常の読み出しモードとされるとき、センスアンプSAを
構成する合計4×(n+1)個の単位増幅回路は、前述
のように、単位増幅回路群つまりはサブセンスアンプS
SA0〜SSA3の区別なく一斉に動作状態とされる。
このため、センスアンプSAによる読み出し信号の増幅
動作が高速化され、擬似スタティック型RAMの高速性
は保持されるが、コモンソース線SP及びSNには、比
較的大きなピーク値を有するピーク電流ISp1が流れ
る。周知のように、通常の読み出しモードが実行される
とき、擬似スタティック型RAMはバッテリーバックア
ップ状態になく、その動作電源は比較的大きな電流供給
能力を有する電源装置から与えられる。したがって、上
記のような比較的大きなピーク電流ISp1が流れて
も、擬似スタティック型RAMの電源電圧は比較的安定
な電位を保ち、その動作は安定化される。
【0036】次に、図5において、擬似スタティック型
RAMは、リフレッシュ制御回路RFCから出力される
内部制御信号SRFがハイレベルとされることで、セル
フリフレッシュモードによる選択状態つまりセルフリフ
レッシュサイクルとされる。リフレッシュ制御回路RF
Cでは、内部制御信号SRFの直前のロウレベル変化を
受けてリフレッシュアドレス信号AR0〜ARiが更新
され、メインワード線Wrを指定する組み合わせとな
る。一方、タイミング発生回路TGでは、所定のタイミ
ングで内部制御信号XDGがハイレベルとされ、やや遅
れて内部制御信号PAがハイレベルとされる。また、内
部制御信号XDGのハイレベルを受けて、まず選択タイ
ミング信号S0がハイレベルとされ、所定時間ずつ遅れ
て選択タイミング信号S1〜S3が順次ハイレベルとさ
れる。そして、遅延回路DLの遅延時間に相当する所定
の時間をおいて、選択タイミング信号S0〜S3に対応
する遅延選択タイミング信号S0D〜S3Dが順次ハイ
レベルとされる。
【0037】これらのことから、メモリアレイMARY
では、まず内部制御信号XDGのハイレベルを受けて、
リフレッシュアドレス信号AR0〜ARiに対応するメ
インワード線Wrが択一的に選択レベルとされた後、選
択タイミング信号S0〜S3のハイレベルを受けて、サ
ブメモリアレイSMA0〜SMA3の対応するサブワー
ド線SW0r〜SW3rがそれぞれ択一的に選択レベル
とされる。この結果、サブワード線SW0r〜SW3r
に結合された合計4×(n+1個)のメモリセルの保持
データに従った微小読み出し信号が、対応する相補ビッ
ト線B00*〜B0n*ないしB30*〜B3n*に順
次出力される。
【0038】一方、センスアンプSAでは、内部制御信
号PAのハイレベルを受けて駆動MOSFETP1及び
N1がオン状態となり、コモンソース線SP及びSNに
は回路の電源電圧及び接地電位がそれぞれ供給される。
これらの動作電源は、選択タイミング信号S0〜S3が
所定の時間をおいて順次ハイレベルとされることで、対
応する順序でサブコモンソース線SSP0〜SSP3な
らびにSSN0〜SSN3に順次伝達され、これによっ
てサブセンスアンプSSA0〜SSA3を構成する単位
増幅回路がn+1個ずつ所定の時間をおいて順次動作状
態とされる。この結果、相補ビット線B00*〜B0n
*ないしB30*〜B3n*に出力された微小読み出し
信号は、比較的長い待ち合わせを受けることなく、対応
する単位増幅回路によってそれぞれ増幅され、ハイレベ
ル又はロウレベルの2値読み出し信号となる。これらの
2値読み出し信号は、対応する相補ビット線B00*〜
B0n*ないしB30*〜B3n*を介してサブメモリ
アレイSMA0〜SMA3の選択されたメモリセルに再
書き込みされ、これによってこれらのメモリセルのリフ
レッシュ動作が終了する。
【0039】ところで、擬似スタティック型RAMがセ
ルフリフレッシュモードによるセルフリフレッシュサイ
クルとされるとき、センスアンプSAを構成する単位増
幅回路は、前述のように、単位増幅回路群つまりサブセ
ンスアンプSSA0〜SSA3に対応してn+1個ずつ
時間をずらして順次動作状態とされる。このため、セン
スアンプSAによる読み出し信号の増幅動作はその動作
がずらされた分だけ遅くはなるものの、コモンソース線
SP及びSNに流されるピーク電流ISp2のピーク値
はほぼ四分の一に削減される。周知のように、セルフリ
フレッシュモードによるセルフリフレッシュサイクルが
実行されるとき、擬似スタティック型RAMはバッテリ
ーバックアップ状態とされることが多く、その動作電源
は比較的小さな電流供給能力しか有さない電池によって
与えられる。上記のように、セルフリフレッシュモード
におけるピーク電流ISp2のピーク値が小さくされる
ことで、バッテリーバックアップ状態にある擬似スタテ
ィック型RAMの電源ノイズが抑制され、その動作が安
定化されるとともに、相応してバッテリーバックアップ
用電池の寿命が長くなり、その長期使用が可能となる。
【0040】以上の本実施例に示されるように、この発
明をセルフリフレッシュモードを有しかつバッテリーバ
ックアップされる擬似スタティック型RAM等の半導体
記憶装置に適用することで、次のような作用効果が得ら
れる。すなわち、 (1)セルフリフレッシュモードを有しかつバッテリー
バックアップしうる擬似スタティック型RAM等におい
て、メモリアレイの各相補ビット線に対応して設けられ
るセンスアンプの単位増幅回路を、所定数ずつ複数の単
位増幅回路群に分割するとともに、これらの単位増幅回
路を、通常の読み出し又は書き込みモード時には単位増
幅回路群に関係なく一斉に動作状態とし、セルフリフレ
ッシュモード時には単位増幅回路群ごとに所定の時間を
ずらして動作状態とすることで、通常の読み出し又は書
き込みモード時には、センスアンプの動作を高速化して
擬似スタティック型RAM等の高速性を保持しつつ、セ
ルフリフレッシュモード時には、センスアンプが動作状
態とされることによる擬似スタティック型RAM等のピ
ーク電流を削減することができるという効果が得られ
る。
【0041】(2)上記(1)項により、セルフリフレ
ッシュモードを有する擬似スタティック型RAM等のバ
ッテリーバックアップ状態にない場合の高速性を保持し
つつ、バッテリーバックアップ時における電源ノイズを
抑制し、その動作を安定化することができるという効果
が得られる。 (3)上記(1)項により、バッテリーバックアップ用
電池の寿命を長くし、その長期使用を可能にすることが
できるという効果が得られる。
【0042】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、擬似スタティック型RAMは、複数
ビットの記憶データを同時に入力又は出力するいわゆる
多ビット構成を採ることができる。また、メモリアレイ
MARY及びセンスアンプSAのワード線延長方向にお
ける分割数は、任意に設定できるし、Xアドレスデコー
ダXD等の直接周辺部を含むメモリアレイMARYを、
相補ビット線の延長方向に複数分割することもできる。
選択タイミング信号S0〜S3は、通常の読み出し又は
書き込みモードにおいて、Yアドレス信号AY0〜AY
jの所定ビットに従って択一的にハイレベルとすること
ができる。擬似スタティック型RAMは、任意のブロッ
ク構成を採りうるし、起動制御信号やアドレス信号及び
内部制御信号の組み合わせ等は、種々の実施形態を採り
うる。
【0043】図2及び図3において、メモリアレイMA
RYのサブメモリアレイへの分割数とセンスアンプSA
のサブセンスアンプへの分割数は、必ずしも一致する必
要がない。また、コモンソース線SP及びSNを設け
ず、例えばサブコモンソース線SSP0〜SSP3なら
びにSSN0〜SSN3をそのゲートに選択タイミング
信号S0〜S3を受ける駆動MOSFETを介して直接
回路の電源電圧及び接地電位に結合してもよい。メモリ
アレイMARYは、いわゆるシェアドセンス方式を採る
ことができるし、駆動MOSFETP1及びN1は、並
列形態とされる複数の駆動MOSFETに置き換えるこ
とができる。さらに、メモリアレイMARY及びセンス
アンプSAの具体的構成や電源電圧の極性及びMOSF
ETの導電型等は、種々の実施形態を採りうるし、図4
及び図5における各内部制御信号等の論理レベル及び時
間関係等は、この実施例による制約を受けない。
【0044】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である擬似
スタティック型RAMに適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、例えば、同様なリ
フレッシュモードを有するダイナミック型RAMやこの
ようなダイナミック型RAMを基本構成とする各種のメ
モリ集積回路装置にも適用できる。この発明は、少なく
ともセルフリフレッシュモードを有しかつバッテリーバ
ックアップされる半導体記憶装置ならびにこのような半
導体記憶装置を含む装置及びシステムに広く適用でき
る。
【0045】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものにより得られる効果を簡単に説明すれば、下記
の通りである。すなわち、セルフリフレッシュモードを
有しかつバッテリーバックアップしうる擬似スタティッ
ク型RAM等において、メモリアレイの各相補ビット線
に対応して設けられるセンスアンプの単位増幅回路を、
所定数ずつ単位増幅回路群に分割するとともに、これら
の単位増幅回路を、通常の読み出し又は書き込みモード
時には単位増幅回路群に関係なく一斉に動作状態とし、
セルフリフレッシュモード時には単位増幅回路群ごとに
所定の時間をずらして順次動作状態とすることで、通常
の読み出し又は書き込みモード時には、センスアンプの
動作を高速化して擬似スタティック型RAM等の高速性
を保持しつつ、セルフリフレッシュモード時には、セン
スアンプが動作状態とされることによる擬似スタティッ
ク型RAM等のピーク電流を削減することができる。こ
の結果、セルフリフレッシュモードを有する擬似スタテ
ィック型RAM等の電源ノイズを抑制し、その動作を安
定化できるとともに、バッテリーバックアップ用電池の
寿命を長くし、その長期使用を可能にすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用された擬似スタティック型RA
Mの一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の擬似スタティック型RAMに含まれるメ
モリアレイ及びセンスアンプの一実施例を示す回路図で
ある。
【図3】図2のメモリアレイ及びセンスアンプに含まれ
るサブメモリアレイ及びサブセンスアンプの一実施例を
示す回路図である。
【図4】図1の擬似スタティック型RAMの通常の読み
出しモードの一実施例を示す信号波形図である。
【図5】図1の擬似スタティック型RAMのセルフリフ
レッシュモードの一実施例を示す信号波形図である。
【図6】従来の擬似スタティック型RAMに含まれるメ
モリアレイ及びセンスアンプの一例を示す回路図であ
る。
【図7】図6の擬似スタティック型RAMのセルフリフ
レッシュモードの一例を示す信号波形図である。
【符号の説明】
MARY・・・メモリアレイ、SMA0〜SMA3・・
・サブメモリアレイ、XD・・・Xアドレスデコーダ、
XB・・・Xアドレスバッファ、RFC・・・リフレッ
シュ制御回路、SA・・・センスアンプ、SSA0〜S
SA3・・・サブセンスアンプ、YD・・・Yアドレス
デコーダ、YB・・・Yアドレスバッファ、IO・・・
データ入出力回路、TG・・・タイミング発生回路。 USA0〜USAn,USA0〜USAq・・・センス
アンプ単位増幅回路、DL・・・遅延回路、W0〜Wm
・・・ワード線、SW00〜SW0mないしSW30〜
SW3m・・・サブワード線、SP,SN・・・コモン
ソース線、SSP0〜SSP3,SSN0〜SSN3・
・・サブコモンソース線、YS00〜YS0nないしY
S30〜YS3n,YS0〜YSq・・・ビット線選択
信号、S0〜S3・・・選択タイミング信号、CD*・
・・相補共通データ線。 Cs・・・情報蓄積キャパシタ、Qa・・アドレス選択
MOSFET、B00*〜B0n*ないしB30*〜B
3n*,B0*〜Bq*・・・相補ビット線、P1〜P
4・・・PチャンネルMOSFET、N1〜N8・・・
NチャンネルMOSFET、V1〜V2・・・インバー
タ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 隆司 茨城県勝田市堀口字長久保832番地2 日 立計測エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 内田 博之 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 佐野 昌 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直交して配置されるワード線及び相補ビ
    ット線ならびにこれらのワード線及び相補ビット線の交
    点に配置されるメモリセルを含むメモリアレイと、上記
    相補ビット線に対応して設けられかつその所定数をもっ
    て単位増幅回路群に分割される単位増幅回路を含むセン
    スアンプとを具備し、所定の動作モードにおいて上記単
    位増幅回路が単位増幅回路群ごとに時間をずらして順次
    動作状態とされることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 上記動作モードは、セルフリフレッシュ
    モードであって、上記単位増幅回路は、セルフリフレッ
    シュモードを含まない通常の読み出し又は書き込みモー
    ドにおいて上記単位増幅回路群に関係なく同時に動作状
    態とされるものであることを特徴とする請求項1の半導
    体記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記単位増幅回路のそれぞれは、その入
    力端子及び出力端子が互いに交差結合される一対のCM
    OSインバータを含むものであって、上記半導体記憶装
    置は、上記単位増幅回路群に対応して設けられ対応する
    所定数の単位増幅回路の上記CMOSインバータを構成
    するPチャンネルMOSFETのソースが共通結合され
    る複数の第1のサブコモンソース線と、NチャンネルM
    OSFETのソースが共通結合される複数の第2のサブ
    コモンソース線と、上記第1のサブコモンソース線が対
    応する第1のスイッチ手段を介して共通結合される第1
    のコモンソース線と、上記第2のサブコモンソース線が
    対応する第2のスイッチ手段を介して共通結合される第
    2のコモンソース線とを具備するものであることを特徴
    とする請求項1又は請求項2の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 上記半導体記憶装置は、ワードシャント
    方式を採るものであって、上記ワード線のそれぞれは、
    比較的低抵抗の配線材料により形成されるメインワード
    線と、比較的高抵抗の配線材料により形成され対応する
    行に配置された所定数のメモリセルのアドレス選択MO
    SFETのゲートが共通結合されかつ対応する上記第1
    及び第2のスイッチ手段がオン状態とされるのに先立っ
    て選択的にオン状態とされる第3のスイッチ手段を介し
    て対応する上記メインワード線に結合される複数のサブ
    ワード線とからなるものであることを特徴とする請求項
    1,請求項2又は請求項3の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 上記半導体記憶装置は、バッテリーバッ
    クアップしうる擬似スタティック型RAMであって、上
    記単位増幅回路は、バッテリーバックアップ時に実行さ
    れるセルフリフレッシュサイクルにおいて選択的に上記
    単位増幅回路群ごとに時間をずらして順次動作状態とさ
    れるものであることを特徴とする請求項1,請求項2,
    請求項3又は請求項4の半導体記憶装置。
JP6032991A 1994-02-04 1994-02-04 半導体記憶装置 Pending JPH07220469A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798976A (en) * 1995-12-18 1998-08-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor memory device with reduced current consumption in data holding mode
US6801468B1 (en) 2002-06-28 2004-10-05 Hynix Semiconductor Inc. Pseudo static RAM capable of performing page write mode

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798976A (en) * 1995-12-18 1998-08-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor memory device with reduced current consumption in data holding mode
US5903507A (en) * 1995-12-18 1999-05-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor memory device with reduced current consumption in data holding mode
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