JPH09128978A - 半導体メモリ装置のデータ出力バッファ - Google Patents

半導体メモリ装置のデータ出力バッファ

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JPH09128978A
JPH09128978A JP8244749A JP24474996A JPH09128978A JP H09128978 A JPH09128978 A JP H09128978A JP 8244749 A JP8244749 A JP 8244749A JP 24474996 A JP24474996 A JP 24474996A JP H09128978 A JPH09128978 A JP H09128978A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力で高速に安定したデータを出力可
能で電源ノイズも抑制し得る高周波用メモリのデータ出
力バッファを提供する。 【解決手段】 第1駆動部36はデータラインDBがハ
イへ遷移するときにVccレベルのプルアップ制御信号D
OKを発生する。持続時間検出部38はデータラインD
Bでハイが遅延時間以上持続するとレベルシフト制御信
号を発生する。レベルシフタ40はレベルシフト制御信
号に応じてVppレベルのレベルシフト信号LTSを発生
する。昇圧回路44は信号LTSに応答して昇圧動作
し、Vppレベルの信号DOKを発生する。データライン
DBが持続時間検出部38の遅延時間より短い周期で高
速遷移する場合には、Vccレベルの信号DOKにより出
力端子Dout はVcc−Vtnの第1出力レベルになる。デ
ータラインDBが持続時間検出部38の遅延時間より長
い周期で低速遷移する場合には、昇圧回路44によるV
ppレベルの信号DOKにより出力端子Dout はVccの第
2出力レベルになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置に
関し、特に、高周波用半導体メモリ装置のデータ出力バ
ッファに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ装置の高集積化に応じてト
ランジスタはますます極小化され、低電圧・高速化の動
作を要求されてきている。例えば、4メガDRAMの場
合はチップ内動作電圧は約5Vであったが、外部電源電
圧を低めてチップ内動作電圧を供給する定電圧回路(内
部電源電圧回路)を採用し始めた16メガDRAMにな
ると電源電圧は約3.3Vに低くなり、そして高集積化
が加速するに従ってこれは更に低くなっている。それに
より、半導体メモリ装置からの出力データのレベルも徐
々に変化してきている。
【0003】即ち、5Vの電源電圧入力によって動作す
る半導体メモリ装置におけるデータ出力レベルは、論理
“1”を出力するときには約2.4V以上で、論理
“0”を出力するときには0.4V以下であった。しか
し、高集積化されたメモリなどではトランジスタの信頼
性の問題から動作電圧が5Vから3.3Vに低電圧化さ
れ、そしてデータ出力レベルの範囲は動作特性により次
のように二つのレベルに分けられるようになった。第一
に、高速にデータを出力する交流条件でのデータ出力レ
ベルは、データ“1”を出力するときには2.0V以
上、データ“0”を出力するときには0.8V以下に規
定されている。第二に、データ出力が相当時間持続され
る直流条件、つまり低速にメモリセルのデータをアクセ
スする場合では5Vの規定を採用し、データ“1”の出
力レベルは2.4V以上、データ“0”の出力レベルは
0.4V以下に規定されている。
【0004】上記のように動作電圧が低くなる高集積半
導体メモリ装置の出力バッファは、データを安定したレ
ベルで高速伝送するために、データのレベルを昇圧する
昇圧手段が付加されている。この昇圧手段を付加したデ
ータ出力バッファは、入力されるデータ信号のレベルを
昇圧し、この昇圧レベルのデータでNMOSトランジス
タのプルアップトランジスタとNMOSトランジスタの
プルダウントランジスタで構成されたデータ出力ドライ
バを駆動するようになっている。図1に、高集積半導体
メモリ装置で利用されるデータ出力バッファの構成を示
す。
【0005】このデータ出力バッファは、データライン
対DB,DBB(相補)のうち第1データラインDBの
活性論理、例えば論理“ハイ”に応答して電源電圧Vcc
を昇圧し、プルアップ制御信号DOKとして出力する昇
圧回路(boosting circuit)12と、データライン対D
B,DBBのうち第2データラインDBBが活性論理の
データを有するときにプルダウン制御信号DOKBを発
生するドライバのインバータ14,15と、電源電圧V
ccと基準電圧Vssとの間に接続され、プルアップ制御信
号DOKに応答して出力端子Dout をプルアップ駆動
し、プルダウン制御信号DOKBに応答して出力端子D
out をプルダウン駆動するデータ出力ドライバ16と、
から構成されている。
【0006】図2は、図1の回路の動作を説明するため
の出力端子Dout の波形図である。図1に示す回路が動
作すると、まず電源電圧Vccと内部ノードN1との間に
ダイオード接続されたNMOSトランジスタ28が導通
する。このNMOSトランジスタ28の導通により、M
OSキャパシタ26の対応電極が電源電圧Vcc−Vtn
(VtnはNMOSトランジスタ28のしきい値電圧)レ
ベルにプリチャージされる。
【0007】この状態で、第1データラインDBに論理
“ハイ”、第2データラインDBBに論理“ロウ”のデ
ータ信号が入力されると、インバータ22,34は、第
1データラインDBの論理“ハイ”を反転してインバー
タ24の入力ノードとNMOSトランジスタ32のゲー
ト端子にそれぞれ供給する。インバータ22による反転
の論理“ロウ”信号は、内部ノードN1にソース接続さ
れたPMOSトランジスタ30のゲート端子に供給され
ると共に、インバータ24により反転されてMOSキャ
パシタ26の対応電極へ供給される。すると、MOSキ
ャパシタ26が昇圧動作して内部ノードN1の電圧を約
2Vcc−Vtnのレベルへ昇圧し、PMOSトランジスタ
30はインバータ22からの論理“ロウ”出力によって
導通状態になる。一方、PMOSトランジスタ30のド
レイン端子にドレイン接続され、ソース端子が基準電圧
Vssへ接続されているNMOSトランジスタ32は、イ
ンバータ34から出力される論理“ロウ”信号によって
非導通状態となる。従って、内部ノードN1の昇圧電圧
2Vcc−VtnがPMOSトランジスタ30のチャネルを
通じて接続ノードN2へ印加され、プルアップ制御信号
DOKとしてデータ出力ドライバ16に供給される。
【0008】データ出力ドライバ16は、電源電圧Vcc
と基準電圧Vssとの間にチャネルが直列接続され、それ
ぞれのソース端子とドレイン端子が出力端子Dout に接
続されたNチャネル形のプルアップトランジスタ18及
びプルダウントランジスタ20で構成され、各ゲートに
それぞれプルアップ制御信号DOKとプルダウン制御信
号DOKBを入力するようにされている。プルダウン制
御信号DOKBは、第2データラインDBBの信号を駆
動するインバータ14,15から出力される信号であ
る。従って、データライン対DB,DBBのうち第1デ
ータラインDBに活性論理を有するデータが入ると、デ
ータ出力ドライバ16内のプルアップトランジスタ18
が昇圧回路12による昇圧電圧2Vcc−Vtnにより導通
化されるので、電源電圧Vccのレベルを出力端子Dout
に駆動してデータ“1”を出力する。もし、データライ
ン対DB,DBBのうち第2データラインDBBに活性
論理を有するデータが入ると、プルアップ制御信号DO
Kが基準電圧Vssとなり、プルダウン制御信号DOKB
が電源電圧Vccのレベルになるので、データ出力ドライ
バ16内のプルアップトランジスタ18が非導通状態、
プルダウントランジスタ20が導通状態となって、出力
端子Dout のレベルは基準電圧Vssのレベルにプルダウ
ンされる。このようなデータ出力バッファの出力波形を
図2に示す。
【0009】上述のように、高集積半導体メモリ装置に
使用されるデータ出力バッファに対し、標準電源電圧V
cc、例えば3.3Vの動作電源電圧で規定された二つの
データ出力レベルを満足させるために、データ出力ドラ
イバ16内のプルアップトランジスタ18のゲートノー
ドの電圧を昇圧して論理“ハイ”のデータレベルの出力
条件を満足させているものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1デ
ータラインDBの活性論理により常時昇圧電圧を発生し
てデータ出力ドライバ16内のプルアップトランジスタ
18を駆動する従来のデータ出力バッファは、下記のよ
うな問題点がある。
【0011】第一に、メモリを高速アクセスする交流条
件のときに必要とするデータ出力レベルは約2.0Vで
あればよいが、昇圧回路の付加により補強された数値の
2.4V以上の出力を常時得るようにしてあるため、実
際に高速でデータをアクセスするときのデータ出力レベ
ルは2.4Vを超過する。これは、データを高速アクセ
スするときにデータ出力レベルが必要以上に上昇するこ
とであり、論理“0”のデータを出力するときにチップ
に大きなノイズを発生する要因となって誤動作を誘発し
得る。
【0012】第二に、比較的消費電力の大きいデータ出
力ドライバ内のプルアップトランジスタのゲート端子に
昇圧回路の出力を印加するため、高速アクセス時に消費
電力が増加し、また昇圧回路に必要なMOSキャパシタ
用のレイアウト増加につながって集積性に影響がある。
【0013】第三に、CMOS工程で形成されるMOS
キャパシタの物理的反応速度の限界から、メモリの高速
化に伴って非常に短い時間でデータ遷移(data transtio
n)が発生すると、昇圧回路が誤動作する可能性があり、
所望の論理のデータが出力されない現象が起こり得る。
【0014】このような従来技術に着目して本発明は、
高速メモリアクセスで出力データが高速にトグル(toggl
e)する場合、データ出力レベルの必要以上の上昇を抑制
し、消費電力を抑制すると共にノイズによる誤動作を防
止できるような半導体メモリ装置のデータ出力バッファ
を提供する。このために、メモリのアクセス時間に対応
してデータの出力レベルを選択的に調節出力することの
可能なデータ出力バッファを提供する。即ち、メモリセ
ルのデータが高速アクセスされるときには第1出力レベ
ルのデータを出力し、メモリセルのデータが低速アクセ
スされるときには前記第1出力レベルより高い第2出力
レベルを有するデータを出力するようにして、低消費電
力で且つ安定したデータを出力することができる半導体
メモリ装置のデータ出力バッファを提供する。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、メモリ
セルから出力されるデータを入力するためのデータライ
ン対と、電源電圧と基準電圧との間に設けられ、プルア
ップ制御信号が第1レベルで提供されるときにはデータ
出力端子を第1出力レベルに駆動し、プルアップ制御信
号が第2レベルで提供されるときは前記データ出力端子
を第2出力レベルに駆動し、そしてプルダウン制御信号
に応答して前記データ出力端子をプルダウンするデータ
出力ドライバと、前記データライン対の第1データライ
ンの活性化信号の持続周期が所定の周期を越えないとき
には前記第1レベルのプルアップ制御信号を前記第1デ
ータラインに応じて発生し、前記第1データラインの活
性化信号の持続周期が前記所定の周期を越えるときには
前記第2レベルのプルアップ制御信号を前記第1データ
ラインに応じて発生するプルアップ制御手段と、を備え
てなることを特徴とした半導体メモリ装置のデータ出力
バッファが提供される。
【0016】データ出力ドライバは、電源電圧とデータ
出力端子との間に接続され、ゲート端子にプルアップ制
御信号を受けて該プルアップ制御信号のレベルに対応す
る電圧を前記データ出力端子へ出力するプルアップトラ
ンジスタと、前記データ出力端子と基準電圧との間に接
続され、ゲート端子にプルダウン制御信号を受けて前記
データ出力端子を基準電圧レベルにプルダウンするプル
ダウントランジスタと、から構成されるものとすること
ができ、また、プルダウン制御信号は、データライン対
の第2データラインに接続したドライバからなるプルダ
ウン制御手段により発生されるものとするとよい。
【0017】プルアップ制御手段は、データライン対の
第1データラインが第1論理から第2論理へ遷移すると
第1レベルのプルアップ制御信号を出力し、そして該第
1レベルのプルアップ制御信号よりも高いレベルのレベ
ルシフト信号の入力に応答して出力抑止状態となる第1
駆動部と、前記第1データラインの第2論理が所定時間
持続するとレベルシフト制御信号を発生する持続時間検
出部と、前記レベルシフト制御信号に応答して前記レベ
ルシフト信号を発生するレベルシフタと、前記レベルシ
フト信号の入力により前記第1レベルよりも高い第2レ
ベルのプルアップ制御信号を出力する昇圧回路と、から
構成することができる。
【0018】或いは、本発明によれば、電源電圧にドレ
イン接続されると共にデータ出力端子にソース接続さ
れ、プルアップ制御信号に制御されるNチャネル形プル
アップトランジスタと、前記データ出力端子にドレイン
接続されると共に基準電圧にソース接続され、プルダウ
ン制御信号に制御されるNチャネル形プルダウントラン
ジスタと、で構成されたデータ出力ドライバを備える半
導体メモリ装置のデータ出力バッファにおいて、メモリ
セルから出力されるデータを入力するためのデータライ
ン対と、該データライン対の第1データラインが活性論
理に遷移するときに前記プルアップ制御信号を基準電圧
レベルから電源電圧レベルにして出力し、そしてレベル
シフト信号に応答して出力抑止状態となる第1プルアッ
プ制御信号発生手段と、前記第1データラインの活性論
理が所定時間持続するとレベルシフト制御信号を発生す
る持続時間検出手段と、前記レベルシフト制御信号に応
答して電源電圧より高いレベルの前記レベルシフト信号
を発生するレベルシフト手段と、前記レベルシフト信号
に応答して電源電圧を昇圧し、該昇圧電圧を前記プルア
ップ制御信号として出力する第2プルアップ制御信号発
生手段と、前記データライン対の第2データラインの非
活性論理に応答して基準電圧レベルの前記プルダウン制
御信号を出力するプルダウン制御信号発生手段と、を備
えることを特徴とする。
【0019】第1プルアップ制御信号発生手段は、プル
アップトランジスタのゲート端子とデータライン対の第
1データラインとの間にチャネル接続されて前記第1デ
ータラインの活性論理の電圧を伝送し、そしてレベルシ
フト信号に応答してオフ状態となるPMOSトランジス
タを用いて構成することでき、また、持続時間検出手段
は、データライン対の第1データラインの信号を遅延す
る遅延部と、該遅延部の出力信号及び前記第1データラ
インの信号を比較して両信号が活性論理を有するときに
レベルシフト制御信号を発生するレベルシフト制御信号
発生部と、から構成することができる。
【0020】或いはまた、本発明によれば、電源電圧に
ドレイン接続されると共にデータ出力端子にソース接続
され、プルアップ制御信号に制御されるNチャネル形プ
ルアップトランジスタと、前記データ出力端子にドレイ
ン接続されると共に基準電圧にソース接続され、プルダ
ウン制御信号に制御されるNチャネル形プルダウントラ
ンジスタと、で構成されたデータ出力ドライバを備える
半導体メモリ装置のデータ出力バッファにおいて、メモ
リセルから出力されるデータを入力するためのデータラ
イン対と、該データライン対の第1データラインが活性
論理に遷移するときに前記プルアップ制御信号を基準電
圧レベルから電源電圧レベルにして出力し、そしてレベ
ルシフト信号に応答して出力抑止状態となる第1プルア
ップ制御信号発生手段と、前記第1データラインの活性
論理が所定時間持続するとレベルシフト制御信号を発生
する持続時間検出手段と、前記レベルシフト制御信号に
応答して電源電圧より高いレベルの前記レベルシフト信
号を発生するレベルシフト手段と、電源電圧より高いレ
ベルの電圧をソース入力電圧とし、前記レベルシフト信
号に応答して前記ソース入力電圧を前記プルアップ制御
信号として出力するPMOSトランジスタの第2プルア
ップ制御信号発生手段と、前記データライン対の第2デ
ータラインの非活性論理に応答して基準電圧レベルの前
記プルダウン制御信号を出力するプルダウン制御信号発
生手段と、を備えることを特徴とする。
【0021】この場合、第2プルアップ制御信号発生手
段のソース入力電圧を動作電圧とするインバータにより
レベルシフト信号を駆動して前記第2プルアップ制御信
号発生手段を制御するようにしておくとよく、また、第
2プルアップ制御信号発生手段のソース入力電圧は、メ
モリ待機モードでも電源電圧の昇圧動作を行うチップ内
昇圧回路から供給される昇圧電圧としておくとよい。
【0022】このように構成される本発明のデータ出力
バッファは、データ出力ドライバのデータ出力端子にデ
ータ“1”を出力するときには、その出力持続時間に応
じてデータ出力ドライバのプルアップ制御信号の電圧レ
ベルを変化させて調整することにより、データ出力端子
からのデータ出力レベルを高速アクセス、低速アクセス
に合わせて最適制御することが可能になる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき添
付図面を参照して詳細に説明する。尚、図中共通部分に
は同じ符号を使用して説明する。
【0024】図3に、データ出力バッファの回路図を示
す。プルアップ制御手段の第1駆動部36(第1プルア
ップ制御信号発生手段)は、データライン対DB,DB
Bのうち第1データラインDBが第1論理の例えば“ロ
ウ”(非活性)から第2論理の例えば“ハイ”(活性)
へ遷移するときに応答して第1レベルのプルアップ制御
信号DOKを発生する。プルアップ制御手段の持続時間
検出部38は、第1データラインDBで第2論理が所定
時間持続するとこれを検出してレベルシフト制御信号を
発生する。プルアップ制御手段のレベルシフタ40は、
そのレベルシフト制御信号によりトリガされてレベルシ
フトさせたレベルシフト信号LTSを発生する。プルア
ップ制御手段の昇圧回路44(第2プルアップ制御信号
発生手段)は、レベルシフト信号LTSの入力に応答し
て電源電圧Vccを昇圧し、第2レベルのプルアップ制御
信号DOKを発生する。また、第2データラインDBB
に接続されたプルダウン制御手段17(プルダウン制御
信号発生手段)は、第2データラインDBBの活性論理
のデータに応答してプルダウン制御信号DOKBを発生
するドライバのインバータ14,15で構成される。そ
して、データ出力ドライバ16は、プルアップ制御信号
DOK、プルダウン制御信号DOKBに従うプルアップ
及びプルダウントランジスタ18,20で構成される。
【0025】図3に示す回路に電源電圧Vccが供給さ
れ、データライン対DB,DBBにおいて第1データラ
インDBが論理“ハイ”、第2データラインDBBが論
理“ロウ”の入力状態になると、まず最初にプルアップ
制御信号DOKは、電源電圧Vccのレベルにセットされ
る。即ち、第1データラインDBに論理“ハイ”、第2
データラインDBBに論理“ロウ”の信号が入ると、こ
れら信号は、それぞれ第1駆動部36とプルダウン制御
手段17へ入力される。そして、ゲート端子が昇圧電圧
Vppに接続されて導通する第1駆動部36内のNMOS
トランジスタ50及びこのときには論理“ロウ”のレベ
ルシフト信号LTSをゲート端子に受けるPMOSトラ
ンジスタ52が、第1データラインDBの論理“ハイ”
電圧をチャネルを通じて伝送し、プルアップ制御信号D
OKとして供給する一方、プルダウン制御手段17が、
第2データラインDBBの論理“ロウ”を直列接続の2
つのインバータ14,15により駆動してプルダウント
ランジスタ20のプルダウン制御信号DOKBとして供
給する。従って、データライン対DB,DBBにデータ
“1”出力の信号が入力されると、NMOSトランジス
タ50及びPMOSトランジスタ52によりプルアップ
制御信号DOKの電圧は第1レベルである電源電圧Vcc
のレベルにセットされ、プルダウン制御信号DOKBの
電圧は基準電圧Vssのレベルにセットされる。これによ
りプルアップトランジスタ18が導通状態となり、プル
ダウントランジスタ20が非導通状態となるので、デー
タ出力ドライバ16の出力端子Dout のレベルは、電源
電圧Vccからプルアップトランジスタ18のしきい値電
圧Vtnを引いた第1出力レベルVcc−Vtnとなる。
【0026】データライン対DB,DBBの各データレ
ベルがフリップ(flip)して第1データラインDBが論理
“ロウ”、第2データラインDBが論理“ハイ”に遷移
すると、プルダウン制御信号DOKBは“ハイ”状態、
一方プルアップ制御信号DOKの電圧は、PMOSトラ
ンジスタ52とNMOSトランジスタ50の各チャネル
を通じて第1データラインDBへ放電されることによ
り、基準電圧Vssのレベルになる。従って、第1データ
ラインDBが論理“ロウ”へ遷移すると、プルアップト
ランジスタ18の非導通及びプルダウントランジスタ2
0の導通により、出力端子Dout のレベルは基準電圧V
ssレベルにプルダウンされる。その後、データライン対
DB,DBBが再びフリップして遷移すると、上記のよ
うな動作が反復される。尚、NMOSトランジスタ50
はより高速動作を実現するため補助的に設けられたもの
である。
【0027】このような動作状態において、PMOSト
ランジスタ52のゲート電圧=レベルシフト信号LTS
は、第1データラインDBが論理“ロウ”から論理“ハ
イ”に遷移した後に予め設定された持続時間が経つまで
に再び“ロウ”遷移する場合は、論理“ロウ”を維持す
る。このときの持続時間は、持続時間検出部38内の遅
延部をなすインバータチェーン54による遅延時間で設
定される。従って、第1データラインDBの論理が“ロ
ウ”から“ハイ”に遷移してインバータチェーン54に
よる遅延時間を越えない範囲内で再び“ロウ”遷移する
場合には、データ出力ドライバ16内のプルアップトラ
ンジスタ18は、PMOSトランジスタ52及びNMO
Sトランジスタ50の導通により伝達される第1レベル
のプルアップ制御信号DOK、つまり第1データライン
DBのフル電源電圧Vcc(Full voltage source) により
制御され、データ出力端子Dout を、電源電圧Vccから
プルアップトランジスタ18のしきい値電圧Vtnを引い
た電圧Vcc−Vtnの第1出力レベルに駆動する。
【0028】一方、第1データラインDBの論理“ハ
イ”が上記持続時間を越えて維持される場合には、次の
ように動作する。第1データラインDBの論理“ハイ”
は持続時間検出部38内のインバータチェーン54の一
番目のインバータへ供給されると同時にNANDゲート
56へ入力される。そしてインバータチェーン54は、
入力される信号を所定時間遅延した後にNANDゲート
56のもう一方の入力として供給する。従って、第1デ
ータラインDBの論理“ハイ”がインバータチェーン5
4による遅延時間を越えて論理“ハイ”を維持し、レベ
ルシフト制御信号発生部をなすNANDゲート56の両
入力が論理“ハイ”となると、これにより初めてNAN
Dゲート56の出力は論理“ハイ”から論理“ロウ”に
遷移する。もし、第1データラインDBの論理“ハイ”
持続時間がインバータチェーン54の遅延時間より短け
ればNANDゲート56の両入力論理は排他的になるの
で、NANDゲート56の出力は論理“ハイ”を継続し
て維持する。このようなNANDゲート56の出力がイ
ンバータ58で反転されてレベルシフタ40の制御端子
に入力される。
【0029】レベルシフタ40は、半導体チップの電源
投入でメモリ内蔵のメモリ内昇圧回路(図示せず)から
発生される昇圧電圧Vppを各ソース端子に入力するPM
OSトランジスタ60,62と、各ドレイン端子がPM
OSトランジスタ62,60のゲート端子に交差接続さ
れると共にPMOSトランジスタ60,62の各ドレイ
ン端子にそれぞれ接続され、ソース端子が基準電圧Vss
に接続されたNMOSトランジスタ64,66と、NM
OSトランジスタ64のゲート端子に入力されるレベル
シフト制御信号を反転してNMOSトランジスタ66の
ゲート端子へ供給するインバータ68と、から構成され
ている。この回路に持続時間検出部38内のインバータ
58から論理“ロウ”の信号が提供される場合には、N
MOSトランジスタ66とPMOSトランジスタ60が
導通し、論理“ロウ”のレベルシフト信号LTSが出力
されてPMOSトランジスタ52のゲート端子へ供給さ
れる。一方、上述のように第1データラインDBの論理
“ハイ”が上記持続時間以上継続し、持続時間検出部3
8内のインバータ58から論理“ハイ”のレベルシフト
制御信号が出力されると、今度はNMOSトランジスタ
64とPMOSトランジスタ62が導通し、昇圧電圧V
ppのレベルを有するレベルシフト信号LTSが出力され
る。そしてこれに従いPMOSトランジスタ52が非導
通化され、第1駆動部36は出力抑止状態となる。
【0030】従って、第1データラインDBの活性論理
=論理“ハイ”の持続時間が持続時間検出部38に設定
された遅延時間より短ければ、レベルシフタ40による
レベルシフト信号LTSは基準電圧Vssレベルで出力さ
れてPMOSトランジスタ52を導通化させる。そし
て、第1データラインDBの論理“ハイ”持続時間が持
続時間検出部38に設定された遅延時間より長くなる
と、レベルシフタ40によるレベルシフト信号LTSは
昇圧電圧Vppのレベルで出力されてPMOSトランジス
タ52を非導通化させる。これにより、第1データライ
ンDBの論理“ハイ”持続時間に応じてプルアップ制御
信号DOKのレベルが調整される。
【0031】即ち、第1データラインDBの信号が持続
時間検出部38の遅延時間より短い周期で高速遷移する
交流条件で入力される場合には、データ出力ドライバ1
6の出力は図5の期間t1内のようにVcc−Vtnの第1
出力レベルになる。一方で、データライン対DB,DB
Bの論理遷移が持続時間検出部38の遅延時間より長い
周期で低速遷移する、即ちメモリセルからアクセスされ
るデータが直流条件で出力される場合には、データ出力
ドライバ16は、昇圧回路44から出力される第2レベ
ルの電圧つまり昇圧電圧Vppにより駆動される。
【0032】更に言うと、第1データラインDBに論理
“ハイ”の信号が入力されてプルアップ制御信号DOK
が第1レベルの電圧で供給される状態で、そのまま第1
データラインDBの信号が論理“ハイ”を一定時間以上
持続すると、持続時間検出部38のNANDゲート56
の出力が論理“ロウ”に遷移してインバータ58から論
理“ハイ”のレベルシフト制御信号が出力されてレベル
シフタ40のNMOSトランジスタ64が導通する。こ
のNMOSトランジスタ64の導通によりPMOSトラ
ンジスタ62が導通し、レベルシフタ40の出力端子か
らレベルシフト信号LTSが昇圧電圧Vppのレベルで出
力される。そして、レベルシフト信号LTSが昇圧電圧
VppのレベルになるとPMOSトランジスタ52は、ゲ
ート電圧がソース電圧よりも高くなるので非導通状態に
なる。従って、プルアップトランジスタ18は、第2レ
ベルの電圧=昇圧電圧Vppにより駆動されることにな
る。
【0033】昇圧回路44は例えば図4に示すように構
成され、レベルシフタ40から出力されるレベルシフト
信号LTSが昇圧電圧Vppレベルの論理“ハイ”になる
とトリガされる。この例の昇圧回路44は、発振器8
3、NMOSトランジスタ80,82,84,86、M
OSキャパシタ88,90、及びインバータ92,9
4,96で構成されている。レベルシフタ40から出力
されるレベルシフト信号LTSが論理“ハイ”になる
と、NMOSトランジスタ80,82が導通してMOS
キャパシタ88,90の対応電極を電源電圧Vccのレベ
ルにプリチャージし、そして、発振器83は所定周期で
発振してインバータ92,96の動作信号を供給する。
発振器83の出力が論理“ロウ”である場合は、NMO
Sトランジスタ84のドレインノードのプリチャージ電
圧が昇圧されてNMOSトランジスタ84のソース端子
へ伝送され、一方、発振器83の出力が論理“ハイ”で
ある場合は、NMOSトランジスタ86のゲートノード
の電圧が電源電圧Vccの2倍程度(2Vcc−Vtn)に昇
圧されることにより、NMOSトランジスタ86のドレ
インノードの昇圧電圧がプルアップ制御信号DOKとし
て出力される。
【0034】昇圧回路44の動作によりプルアップ制御
信号DOKの電圧が電源電圧Vccレベルよりも高い第2
レベルの電圧に昇圧されると、プルアップトランジスタ
18のゲート−ソース間電圧Vgsは、第1レベルのプル
アップ制御電圧が印加されるときより大きくなる。つま
り、メモリセルからのデータが比較的低速でアクセスさ
れて第1データラインDBの論理遷移速度が持続時間検
出部38のインバータチェーン54による遅延時間を超
過する場合は、プルアップトランジスタ18のゲート−
ソース間電圧Vgsが上昇することになり、プルアップト
ランジスタ18のソースから出力される電圧レベルは図
5の期間t2におけるようにほぼ電源電圧Vccの第2出
力レベルになる。従って、直流条件で要求されるデータ
出力レベルを満足できる。
【0035】このようにして電源電圧Vccの第2出力レ
ベルでデータが出力される状態で第1データラインDB
が論理“ロウ”になると、レベルシフタ40から出力さ
れるレベルシフト信号LSTが論理“ロウ”へ変わり、
昇圧回路44の動作が即座に中断されると共に、PMO
Sトランジスタ52のゲート電圧も“ロウ”状態にな
る。これにより、プルアップ制御信号DOKのレベル
は、PMOSトランジスタ52及びNMOSトランジス
タ50のチャネルを通じて基準電圧Vssのレベルへディ
スチャージされる。
【0036】以上のように、図3に示すデータ出力バッ
ファは、データを高速に出力するときにはデータ“1”
の出力レベルを約2.0V以上の必要最小限として出力
する一方、データを低速に出力するときにはデータ
“1”の出力レベルを約2.4V以上の十分なレベルに
して出力し得る。
【0037】図6に示すのは、データ出力バッファの他
の構成例で、その実質的な動作過程は図3に示した回路
と同様である。異なるのは、図3に示した昇圧回路44
の代わりに、ソース端子をチップ内の昇圧回路(図示せ
ず)から出力される昇圧電圧Vppに接続してドレイン端
子からプルアップ制御信号DOKを出力するPMOSト
ランジスタ78を第2プルアップ制御信号発生手段とし
て備え、レベルシフタ40によるレベルシフト信号LT
Sを反転駆動してPMOSトランジスタ78を制御する
インバータ76を設けた点である。インバータ76は、
チップ内昇圧回路から出力される昇圧電圧Vppを動作電
圧として使用する。このような構成は、メモリセルのデ
ータがアクセスされない待機モードでも電源電圧Vccレ
ベルより高い電圧レベルを有する昇圧電圧Vppを利用す
ることに特徴がある。そして、MOSキャパシタを用い
ないため、レイアウトに有利で動作も速い。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、データが高速アクセス
される場合には、例えば電源電圧Vccの第1レベルのプ
ルアップ制御信号でデータ出力ドライバを制御すること
によりデータ出力レベルを交流条件に合わせる一方で、
データが低速アクセスされる場合には、第1レベルより
高い例えば昇圧電圧Vppの第2レベルのプルアップ制御
信号でデータ出力ドライバを制御することによりデータ
出力レベルを直流条件に合わせることが可能になる。こ
のように、データの出力レベルを高速出力時と低速出力
時とで調整することを可能にしたことにより、高速アク
セスに際する半導体メモリ装置の消費電力を抑制し、そ
して電源ノイズによる誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のデータ出力バッファの回路図。
【図2】図1の回路による出力データの波形図。
【図3】本発明によるデータ出力バッファの第1実施形
態を示す回路図。
【図4】図3中に示す昇圧回路44の回路図。
【図5】図3の回路による出力データの波形図。
【図6】本発明によるデータ出力バッファの第2実施形
態を示す回路図。
【符号の説明】
16 データ出力ドライバ 17 プルダウン制御手段(プルダウン制御信号発生手
段) 36 第1駆動部(第1プルアップ制御信号発生手段) 38 持続時間検出部 40 レベルシフタ 44 昇圧回路(第2プルアップ制御信号発生手段) 78 PMOSトランジスタ(第2プルアップ制御信号
発生手段)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルから出力されるデータを入力
    するためのデータライン対と、電源電圧と基準電圧との
    間に設けられ、プルアップ制御信号が第1レベルで提供
    されるときにはデータ出力端子を第1出力レベルに駆動
    し、プルアップ制御信号が第2レベルで提供されるとき
    は前記データ出力端子を第2出力レベルに駆動し、そし
    てプルダウン制御信号に応答して前記データ出力端子を
    プルダウンするデータ出力ドライバと、前記データライ
    ン対の第1データラインの活性化信号の持続周期が所定
    の周期を越えないときには前記第1レベルのプルアップ
    制御信号を前記第1データラインに応じて発生し、前記
    第1データラインの活性化信号の持続周期が前記所定の
    周期を越えるときには前記第2レベルのプルアップ制御
    信号を前記第1データラインに応じて発生するプルアッ
    プ制御手段と、を備えてなることを特徴とする半導体メ
    モリ装置のデータ出力バッファ。
  2. 【請求項2】 データ出力ドライバは、電源電圧とデー
    タ出力端子との間に接続され、ゲート端子にプルアップ
    制御信号を受けて該プルアップ制御信号のレベルに対応
    する電圧を前記データ出力端子へ出力するプルアップト
    ランジスタと、前記データ出力端子と基準電圧との間に
    接続され、ゲート端子にプルダウン制御信号を受けて前
    記データ出力端子を基準電圧レベルにプルダウンするプ
    ルダウントランジスタと、から構成される請求項1記載
    のデータ出力バッファ。
  3. 【請求項3】 プルダウン制御信号は、データライン対
    の第2データラインに接続したドライバからなるプルダ
    ウン制御手段により発生される請求項2記載のデータ出
    力バッファ。
  4. 【請求項4】 プルアップ制御手段は、データライン対
    の第1データラインが第1論理から第2論理へ遷移する
    と第1レベルのプルアップ制御信号を出力し、そして該
    第1レベルのプルアップ制御信号よりも高いレベルのレ
    ベルシフト信号の入力に応答して出力抑止状態となる第
    1駆動部と、前記第1データラインの第2論理が所定時
    間持続するとレベルシフト制御信号を発生する持続時間
    検出部と、前記レベルシフト制御信号に応答して前記レ
    ベルシフト信号を発生するレベルシフタと、前記レベル
    シフト信号の入力により前記第1レベルよりも高い第2
    レベルのプルアップ制御信号を出力する昇圧回路と、か
    ら構成される請求項1〜3のいずれか1項に記載のデー
    タ出力バッファ。
  5. 【請求項5】 電源電圧にドレイン接続されると共にデ
    ータ出力端子にソース接続され、プルアップ制御信号に
    制御されるNチャネル形プルアップトランジスタと、前
    記データ出力端子にドレイン接続されると共に基準電圧
    にソース接続され、プルダウン制御信号に制御されるN
    チャネル形プルダウントランジスタと、で構成されたデ
    ータ出力ドライバを備える半導体メモリ装置のデータ出
    力バッファにおいて、 メモリセルから出力されるデータを入力するためのデー
    タライン対と、該データライン対の第1データラインが
    活性論理に遷移するときに前記プルアップ制御信号を基
    準電圧レベルから電源電圧レベルにして出力し、そして
    レベルシフト信号に応答して出力抑止状態となる第1プ
    ルアップ制御信号発生手段と、前記第1データラインの
    活性論理が所定時間持続するとレベルシフト制御信号を
    発生する持続時間検出手段と、前記レベルシフト制御信
    号に応答して電源電圧より高いレベルの前記レベルシフ
    ト信号を発生するレベルシフト手段と、前記レベルシフ
    ト信号に応答して電源電圧を昇圧し、該昇圧電圧を前記
    プルアップ制御信号として出力する第2プルアップ制御
    信号発生手段と、前記データライン対の第2データライ
    ンの非活性論理に応答して基準電圧レベルの前記プルダ
    ウン制御信号を出力するプルダウン制御信号発生手段
    と、を備えることを特徴とするデータ出力バッファ。
  6. 【請求項6】 第1プルアップ制御信号発生手段は、プ
    ルアップトランジスタのゲート端子とデータライン対の
    第1データラインとの間にチャネル接続されて前記第1
    データラインの活性論理の電圧を伝送し、そしてレベル
    シフト信号に応答してオフ状態となるPMOSトランジ
    スタを用いて構成される請求項5記載のデータ出力バッ
    ファ。
  7. 【請求項7】 持続時間検出手段は、データライン対の
    第1データラインの信号を遅延する遅延部と、該遅延部
    の出力信号及び前記第1データラインの信号を比較して
    両信号が活性論理を有するときにレベルシフト制御信号
    を発生するレベルシフト制御信号発生部と、から構成さ
    れる請求項5又は請求項6記載のデータ出力バッファ。
  8. 【請求項8】 電源電圧にドレイン接続されると共にデ
    ータ出力端子にソース接続され、プルアップ制御信号に
    制御されるNチャネル形プルアップトランジスタと、前
    記データ出力端子にドレイン接続されると共に基準電圧
    にソース接続され、プルダウン制御信号に制御されるN
    チャネル形プルダウントランジスタと、で構成されたデ
    ータ出力ドライバを備える半導体メモリ装置のデータ出
    力バッファにおいて、 メモリセルから出力されるデータを入力するためのデー
    タライン対と、該データライン対の第1データラインが
    活性論理に遷移するときに前記プルアップ制御信号を基
    準電圧レベルから電源電圧レベルにして出力し、そして
    レベルシフト信号に応答して出力抑止状態となる第1プ
    ルアップ制御信号発生手段と、前記第1データラインの
    活性論理が所定時間持続するとレベルシフト制御信号を
    発生する持続時間検出手段と、前記レベルシフト制御信
    号に応答して電源電圧より高いレベルの前記レベルシフ
    ト信号を発生するレベルシフト手段と、電源電圧より高
    いレベルの電圧をソース入力電圧とし、前記レベルシフ
    ト信号に応答して前記ソース入力電圧を前記プルアップ
    制御信号として出力するPMOSトランジスタの第2プ
    ルアップ制御信号発生手段と、前記データライン対の第
    2データラインの非活性論理に応答して基準電圧レベル
    の前記プルダウン制御信号を出力するプルダウン制御信
    号発生手段と、を備えることを特徴とするデータ出力バ
    ッファ。
  9. 【請求項9】 第2プルアップ制御信号発生手段のソー
    ス入力電圧を動作電圧とするインバータによりレベルシ
    フト信号を駆動して前記第2プルアップ制御信号発生手
    段を制御する請求項8記載のデータ出力バッファ。
  10. 【請求項10】 第2プルアップ制御信号発生手段のソ
    ース入力電圧は、メモリ待機モードでも電源電圧の昇圧
    動作を行うチップ内昇圧回路から供給される昇圧電圧で
    ある請求項9記載のデータ出力バッファ。
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