JPH0963262A - シンクロナスdram - Google Patents

シンクロナスdram

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JPH0963262A
JPH0963262A JP7209655A JP20965595A JPH0963262A JP H0963262 A JPH0963262 A JP H0963262A JP 7209655 A JP7209655 A JP 7209655A JP 20965595 A JP20965595 A JP 20965595A JP H0963262 A JPH0963262 A JP H0963262A
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JP
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pipe
gate
stage
signal
output
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JP7209655A
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Naoharu Shinozaki
直治 篠崎
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • G11C11/4076Timing circuits

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、SDRAMに関し、動作速度を向
上させたSDRAMを小さなレイアウト面積で実現する
ことを目的とする。 【解決手段】 順次行われる信号処理の少なくとも一部
を複数の段階に分割し、外部から印加される外部クロッ
ク信号に従って複数の段階の処理を並行して行うことに
より動作速度を向上させたシンクロナスDRAMであっ
て、並列動作される複数の段階に分割した複数のパイプ
11,12,…と、複数のパイプの間に設けられ、隣接
するパイプの間の信号の通過を制御するゲート21,2
2,…と、外部クロック信号からパルス状の制御信号を
生成してゲートに印加し、ゲートの通過状態が、前段の
パイプの出力が確定する直前に通過状態に変化し、前段
のパイプの出力が次段のパイプに転送された直後に非通
過状態に変化するように制御するゲート制御手段31,
32,…とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メモリセルアレイ
への書き込み処理又は読み出し処理等の信号を順次処理
するシーケンス回路部を複数段のパイブに分割して、外
部から印加される外部クロック信号に従って並列動作さ
せることにより動作速度を向上させたシンクロナス・ダ
イナミック・RAM(以下、SDRAMと称する。)に
関し、特により一層の高速化が可能なパイプ構成を有す
るSDRAMに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ダイナミック・RAM(DRA
M)についてもより一層の高速化が求められている。D
RAMにおける動作としては、例えば、読み出し動作に
おいては、メモリセルをアクセスするためのアドレス信
号のデコード動作や、ビット線のチャージアップやセン
スアンプ等の駆動等のメモリセルアレイ内における動作
や、センスアンプの出力をデータ出力回路から出力させ
る動作等があり、動作速度は順次処理される処理の合計
処理時間で決定される。一部の処理が並列に実行される
場合には、並行に実行される処理の内もっとも長い処理
時間を加算することにより動作速度が決定される。DR
AMを高速化する1つの方法は、並行して実行できる処
理の割合を増加させるものである。しかし、ワード線や
ビット線をアクセスするためには、デコード動作で得ら
れる信号が必要であり、このような部分については並列
動作させることはできない。
【0003】DRAMを高速化する別の方法は、順次処
理される回路部分(以下、シーケンス回路部と称す
る。)を複数の段階に分け、外部から印加される外部ク
ロック信号に従って各段階を並列動作させることにより
動作速度を実質的に向上させる方法であり、各段階をパ
イプと呼ぶため、このような処理方法をパイプ処理と称
することとする。以下、パイプ処理について簡単に説明
する。
【0004】図5は、SDRAMにおけるパイプ構成を
示す図である。図5において、参照番号11は第1段の
パイプを、12は第2段のパイプを、21は第1段のパ
イプ11と第2段のパイプ12の間に設けられた第1ゲ
ートであり、22は第2段のパイプ12と第3段のパイ
プの間に設けられた第2ゲートであり、41と42は外
部から印加される外部クロック信号を遅延させる遅延回
路である。なお、以下の説明で使用する図においては、
説明を簡単にするために、同一の機能部分については同
一の参照番号を付して表すこととし、説明の一部を省略
する。
【0005】各段のパイプの分割方法は各種あり、並列
動作される部分は1つのパイプとすることも、並列なパ
イプとすることも可能であるが、ここでは説明を簡単に
するために並列なパイプがないものとして説明するが、
本発明はこれに限定されるものではなく、並列なパイプ
でも他のパイプと直列に接続される部分には適用可能で
ある。
【0006】図5に示すように、各段のパイプの間に
は、前段のパイプの出力が次段のパイプに適当なタイミ
ングで転送されるように隣接するパイプの間の信号の通
過を制御するゲート21、22が設けられている。各ゲ
ート21、22は、外部クロック信号を遅延回路41、
42で遅延させた信号で制御される。多ビットのSDR
AMの場合には、前段のパイプの出力が複数個存在する
場合がある。そのような場合にはゲートも複数個必要で
ある。以下の説明では、パイプの出力は1ビットである
として説明する。
【0007】図6は従来のSDRAMで使用されるゲー
ト回路の構成を示す図である。図6のゲート回路は、2
個のトランスファゲート213、216と、それぞれ2
個のインバータ214と215、217と218で構成
される2個のフリップフロップとで構成される広く知ら
れた回路である。ラッチ信号Ltが「低(Low)」レ
ベルの時には、トランスファゲート216が通過状態
に、トランスファゲート213が非通過状態になり、前
段からの入力信号はトランスファゲート216を通過し
てインバータ217と218で構成されるフリップフロ
ップに保持される。この時、トランスファゲート213
が非通過状態であり、インバータ214と215で構成
されるフリップフロップはそれまでの状態を保持する。
ラッチ信号Ltが「高(High)」に変化すると、ト
ランスファゲート216が非通過状態になり、インバー
タ217と218で構成されるフリップフロップは前段
の出力から遮断されるため、その時点の状態を保持す
る。同時にトランスファゲート213が通過状態になる
ため、インバータ217と218で構成されるフリップ
フロップに保持された信号は、インバータ214と21
5で構成されるフリップフロップに伝達され保持され
る。
【0008】図7は、図5のパイプ構成が3段のパイプ
で構成され、図6に示したゲート回路を使用するとした
場合の動作を示す図である。図7に示すように、外部ク
ロックとして図示の信号が入力され、その立ち上がり
で、外部クロックに同期して入力される入力信号bが第
1段のパイプに取り込まれるとする。第1段のパイプ1
1での処理には外部クロックの1周期より長い時間かか
るため、図示のように、入力信号bに対する処理が終了
してそれに対応する第1段のパイプ11の出力が得られ
るのは、入力信号bを取り込んだ外部クロックの立ち上
がりの次の立ち上がりの後である。従って、第1段のパ
イプでは入力信号bに対する出力が出る前に、次の入力
信号cを取り込むことになる。しかし、第1段のパイプ
11では処理が順次行われるため、入力信号cが取り込
まれた時点では入力信号bに対する処理は進んでおり、
入力信号bに対する処理に影響することはない。上記の
ようにして、第1段のパイプ11での処理が終了した時
点で第1段のパイプ11での処理結果が出力される。
【0009】第1段のパイプ11が処理結果が出力され
る時点では、第1ラッチ信号は「低」状態にされる。こ
れに応じて、第1ゲート21のトランスファーゲート2
16を通過状態に、トランスファーゲート213を非通
過状態になり、第1段のパイプ11の処理結果はインバ
ータ217と218で構成されるフリップフロップに保
持されるが、次段へは転送されない。そして、処理結果
がインバータ217と218で構成されるフリップフロ
ップに保持された直後に、第1ラッチ信号を「高」状態
にトランスファーゲート216を非通過状態にして保持
状態を維持すると共に、トランスファーゲート213を
通過状態にして、保持した信号をインバータ214と2
15で構成されるフリップフロップに保持させるように
次段へ転送する。次の第2段のパイプ12では、インバ
ータ214と215で構成されるフリップフロップに保
持された信号に対して処理が行われる。同様に、第2段
のパイプ12から処理結果が出力されるのに合わせて、
第2ラッチ信号を「低」状態にしておいて第2段のパイ
プ12からの処理結果を保持させ、その直後に第2ラッ
チ信号を「高」状態にして第3段のパイプ13に処理結
果を転送する。
【0010】外部クロック信号に同期して第1段のパイ
プ11に入力される信号は、順次取り込まれ、上記の処
理が施されて第3段のパイプ13から、外部クロック信
号のサイクルで順次出力される。従って、最初の出力は
第1から第3段のパイプの処理時間に第1及び第2ゲー
トの通過に要する時間の合計時間後に出力されるが、そ
れ以後は外部クロック信号のサイクルで第3段のパイプ
13から順次処理結果が出力されることになる。従っ
て、実質的に処理速度が向上することになる。例えば、
第1段のパイプ11での処理時間を25ns、第2段の
パイプ12での処理時間を20ns、第3段のパイプ1
3での処理時間を15nsとすると、パイプ処理を行わ
ない場合には、第1段から第3段までの処理に要する時
間は60nsになるが、パイプ処理を行う場合には、第
1及び第2ゲートの通過に要する時間をそれぞれ6ns
とすると、24nsになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、パイプ
処理を行うことによりSDRAMの動作速度が向上する
が、SDRAMが主として使用されるコンピュータでは
CPUの動作速度の向上が著しく、それに応じてSDR
AMの動作速度の一層の向上が求められている。また、
パイプ処理を行うためには、ゲート回路を付加する必要
があるが、この部分は従来設けられていなかった部分で
あり、その分回路規模の増大を招き、チップのレイアウ
ト面積が増大するため、ゲート回路に要するレイアウト
面積はできるだけ小さいことが求められている。
【0012】本発明は上記要求を満たすSDRAMを実
現することを目的とするもので、動作速度を向上させた
SDRAMを小さなレイアウト面積で実現することを目
的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明のシンク
ロナス・ダイナミック・RAM(SDRAM)の原理構
成を示す図である。本発明のSDRAMは、図1の
(1)に示すように、順次行われる信号処理の少なくと
も一部を複数の段階に分割し、外部から印加される外部
クロック信号に従って複数の段階の処理を並行して行う
ことにより動作速度を向上させたシンクロナスDRAM
であって、信号処理が順次行われるシーケンス回路の一
部又はすべてを、並列動作される複数の段階に分割した
複数のパイプ11,12,…と、複数のパイプ11,1
2,…の間に設けられ、隣接するパイプの間の信号の通
過を制御するゲート21−A,21−B,…21−M,
22−A,22−B,…,22−N,…と、外部クロッ
ク信号からパルス状の制御信号を生成してゲートに印加
し、ゲートの通過状態が、前段のパイプの出力が確定す
る直前に通過状態に変化し、前段のパイプの出力が次段
のパイプに転送された直後に非通過状態に変化するよう
に、制御するゲート制御手段31,32,…とを備える
ことを特徴とする。
【0014】前述のように、パイプの出力が複数ビット
の場合には、ゲートもそれぞれ複数個必要である。図1
の(2)に示すように、本発明のSDRAMでは、前段
のパイプが処理結果を出力する直前にゲートを通過状態
にし、前段のパイプの処理結果が次段に転送された直後
にゲートを非通過状態にする。従って、前段のパイプの
処理結果は、ゲートで停止することなく次段のパイプに
転送される。そのため、ゲートの通過に要する時間をほ
とんどゼロにできるため、図5及び図6に示した従来例
に比べて、ゲートの通過に要する時間分だけ動作速度を
向上させられる。
【0015】図6に示したゲート回路を使用した場合、
前段のパイプの処理結果は一旦ゲートで停止され、その
後ラッチ信号の変化に伴って次段へ転送される。すなわ
ち、図6に示したゲート回路は、入力信号を停止させて
保持する機能と、次段へ転送する機能を有している。従
って、一旦ゲートで停止されて保持されるため、ゲート
を通過するのに要する時間が長くなり、その分動作速度
が低下していた。これに対して、本発明のSDRAMで
は、前段のパイプの処理結果は、ゲートで停止すること
なく次段のパイプに転送されるため、ゲートを通過する
時間は短く、動作時間を向上させることができる。
【0016】従来のSDRAMでは、外部クロック信号
を利用してそれを遅延させるだけでゲートを制御してお
り、パイプでの処理時間が外部クロック信号のサイクル
に比べて非常に短い場合、例えば、パイプでの処理時間
が外部クロック信号のサイクルの半分以下の場合には、
次の信号の処理結果が出力されて誤動作する可能性があ
り、そのような誤動作を防止するため、図6のようなゲ
ート回路を使用して、前段の処理結果を一旦停止させて
保持した後、次段へ転送していた。しかし、そのために
ゲートを通過するのに要する時間が長くなり、動作速度
を低下させていた。
【0017】これに対して、本発明では、外部クロック
信号を単に遅延させて使用するのではなく、外部クロッ
ク信号から短いパルスを生成し、それで前段のパイプの
処理結果が出力される直前にゲートを通過状態にして処
理結果を停止させることなく次段へ転送し、転送が終了
した直後にゲートを非通過状態にする。これにより、ゲ
ートを通過する時間を短くできると共に、誤動作も防止
できる。しかし、外部クロック信号をそのまま使用する
ことはできないため、外部クロック信号からゲートを制
御するパルスを生成する回路を設ける必要があるが、高
速化における利点が大きい。
【0018】
【発明の実施の形態】図2は、本発明の実施例の全体構
成を示す図である。図2において、参照番号1はSDR
AMであり、2はメモリセルアレイであり、111は外
部より印加される外部クロック信号の入力バッファであ
り、112は外部クロック信号から内部で使用するクロ
ック信号を生成する内部クロック信号発生部であり、1
13は外部から印加されるアドレス信号のバッファであ
り、114は内部クロック信号発生部112からの信号
に従ってアドレス信号をラッチする外部アドレスラッチ
部であり、115は全体の制御を行うコントロール部で
あり、116はコントロール部115からの信号に従っ
てバンク毎のコラムアドレスをラッチするバンクコラム
アドレスラッチ部であり、117はコラムアドレス信号
から冗長されているアドレスであるかを判定する冗長判
定部であり、118はアドレス信号をデコードするデコ
ード部であり、119はセンスアンプであり、120は
センスバッファであり、121はバッファラインであ
り、131は出力トランジスタを制御する出力トランジ
スタコントロールであり、132はデータ入出力ポート
であり、51は書き込むデータをラッチするライトデー
タラッチ部であり、52は書き込みを制御するライトコ
ントロール部であり、53はライトアンプである。以上
の各要素は、DRAMを構成する公知の要素であり、こ
れらの各要素の動作は直接本発明に関係しないので、こ
こでは詳しい説明を省略する。
【0019】本実施例では、読み出し動作をパイプ処理
する例を示すこととし、入力バッファ111と、内部ク
ロック信号発生部112と、アドレス信号バッファ11
3と、外部アドレスラッチ部114と、コントロール部
115と、バンクコラムアドレスラッチ部116と、冗
長判定部117と、デコード部118と、センスアンプ
119と、センスバッファ120を第1段のパイプ11
とし、バッファライン121を第2段のパイプ12と
し、出力トランジスタコントロール131とデータ入出
力ポート132を第3段のパイプとし、第1段のパイプ
11と第2段のパイプ12の間に第1ゲート21を設
け、第2段のパイプ12と第3段のパイプ13の間に第
2ゲート22を設け、第1ゲート21を第1ゲートコン
トロール部31で制御し、第2ゲート22を第2ゲート
コントロール部32で制御する。但し、ここに示した例
はパイプ構成の1例であり、他にも各種の変形例が可能
である。また、第1段のパイプ11と第2段のパイプ1
2の出力が複数ビットである場合には、第1ゲート21
と第2ゲート22もそのビット数分必要であるが、ここ
では1ビットとして説明する。
【0020】図3は、図2の全体構成のうち、パイプの
構造に係わる部分のみを抽出して示した図である。第1
ゲート21は、図示のような1個のトランスファゲート
213と、インバータ214と215で構成されるフリ
ップフロップで構成される。211、212及び216
はインバータである。第2ゲート22も第1ゲートと同
様の構成である。
【0021】第1ゲートコントロール部31は、外部ク
ロック信号を所定時間遅延させるためにインバータを直
列に接続した第1遅延回路311と、第1遅延回路31
1を所定時間更に遅延させる第2遅延回路312と、第
1遅延回路311と第2遅延回路312の出力の否定論
理和をとるNANDゲート313と、NANDゲート3
13の出力を反転するインバータ314で構成され、イ
ンバータ314の出力は、トランスファゲート213の
一方のゲートに印加されると共に、インバータ216を
介してトランスファゲート213のもう一方のゲートに
印加される。インバータ314の出力は、更に、遅延回
路32を介して第2ゲート22に印加される。第1ゲー
トコントロール部31で発生されるパルスは、第1段の
パイプ11の処理結果が出力される直前に「高」状態に
なり、その処理結果が第2段のパイプ12に転送された
直後に「低」状態になることが必要であるが、「高」状
態になるタイミングは第1遅延回路311の遅延量によ
り決定され、「高」状態から「低」状態になるまでの期
間、すなわちパルスの幅は第2遅延回路312の遅延量
で決定される。
【0022】図3に示した第1ゲート21と図6に示し
た従来のゲート回路と比較して明らかなように、第1ゲ
ート21は従来のゲート回路からトランスファーゲート
216とインバータ217と218で構成されるフリッ
プフロップを除いた構成を有する。そのため、従来のゲ
ート回路では入力される信号を一旦停止させて保持させ
た後、通過させて保持させていたが、本実施例の第1ゲ
ート21では、トランスファゲート213にパルスが印
加される期間のみトランスファゲート213が通過状態
になり、信号を通過させてインバータ214と215で
構成されるフリップフロップに保持する。
【0023】図4は、図3のパイプ構成の動作を示す図
である。図4を参照して実施例のパイプ構成の動作を説
明する。図4に示すように、外部クロックに同期して入
力される入力信号bが、外部クロック信号の立ち上がり
で第1段のパイプ11に取り込まれる。第1段のパイプ
11での処理には外部クロックの1周期より長い時間か
かるため、図示のように、入力信号bに対する処理が終
了してそれに対応する第1段のパイプ11の出力が得ら
れるのは、入力信号bを取り込んだ外部クロックの立ち
上がりの次の立ち上がりの後である。従って、第1段の
パイプでは入力信号bに対する出力が出る前に、次の入
力信号cを取り込むことになる。しかし、第1段のパイ
プ11ではアドレス信号の処理等が順次行われるため、
入力信号cが取り込まれた時点では入力信号bに対する
処理は進んでおり、入力信号bに対する処理に影響する
ことはない。言い換えれば、影響しないようにパイプの
構成や外部クロックの周期が設定される。このようにし
て、第1段のパイプ11での処理が終了した時点で第1
段のパイプ11での処理結果が出力される。
【0024】第1段のパイプ11が処理結果が出力され
る直前に、第1ゲートに印加される第1ゲート信号は
「高」状態にされ、第1ゲート21のトランスファーゲ
ート213は通過状態になる。そのため、第1段のパイ
プ11の処理結果はトランスファーゲート213を通過
し、インバータ214と215で構成されるフリップフ
ロップに保持され、次の第2段のパイプ12へ転送され
る。従って、第1段のパイプ11からの出力信号は第1
ゲート21で停止することなく第2段のパイプ12に転
送され、第1ゲートでの通過時間は非常に短く、実質的
にゼロにできる。
【0025】第2段のパイプ12では、インバータ21
4と215で構成されるフリップフロップに保持された
信号に対して処理が行われる。同様に、第2段のパイプ
12から処理結果が出力されるのに合わせて、第2ゲー
ト22に印加される第2ゲート信号を「高」状態にする
ことにより第3段のパイプ13に処理結果が転送され
る。第2段のパイプ12での処理時間は外部クロックの
1周期より短いが、処理結果が出力されるのに合わせて
第2ゲート22が通過状態になり、転送された後はゲー
トが閉じられるため誤動作を生じることはない。第3段
のパイプ13でも同様に、転送された信号に対して処理
が行われる。第3段のパイプ123の処理時間も外部ク
ロックの1周期より短いが、次の信号に対する処理が終
了して新たな処理結果が出力されるまでは、それまでの
処理結果が出力され続けるため、外部クロック信号の1
周期間に相当する時間、出力結果が維持される。
【0026】以上のように、本実施例では、前段のパイ
プからの出力信号はパイプで停止することなく次段のパ
イプに転送され、各ゲートでの通過時間を非常に短くで
きる。従って、各ゲートでの通過時間がほぼゼロである
とすると、例えば、第1段のパイプ11での処理時間を
25ns、第2段のパイプ12での処理時間を20n
s、第3段のパイプ13での処理時間を15nsとする
と、20nsの周期で出力が得られることになる。すで
に説明したように、図5及び図6の従来例ではゲートの
通過時間を加算した周期であったので、その分高速化す
ることが可能になった。
【0027】また、図3と図6を比較して明らかなよう
に、本実施例のゲート21の構成は従来のゲート回路に
比べて構成が簡単で素子数も少なくできる。遅延回路の
代わりに図3に示した第1ゲート制御回路31を設ける
必要があるが、前述のようにパイプの出力が複数ビット
の場合には、ゲートの個数もそのビット数分必要であ
り、全体として素子数は低減される。従って、パイプの
段数が増加した場合には全体として素子数を一層低減す
ることが可能である。これによりレイアウト面積を低減
することも可能になる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な回路でシンクロナスDRAMの動作速度を向上さ
せることが可能で、場合によってはレイアウト面積の縮
小も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の実施例のSDRAMの全体構成図であ
る。
【図3】実施例のパイプ構成を示す図である。
【図4】実施例のパイプ構成の動作を示す図である。
【図5】SDRAMにおけるパイプ構成の従来例を示す
図である。
【図6】従来のSDRAM用ゲート回路の例を示す図で
ある。
【図7】従来のSDRAMにおけるパイプ動作を示す図
である。
【符号の説明】
11、12、13…パイプ 21、22…ゲート 31、32…ゲート制御手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 順次行われる信号処理の少なくとも一部
    を複数の段階に分割し、外部から印加される外部クロッ
    ク信号に従って前記複数の段階の処理を並行して行うこ
    とにより動作速度を向上させたシンクロナスDRAMで
    あって、 信号処理が順次行われるシーケンス回路の一部又はすべ
    てを、並列動作される複数の段階に分割した複数のパイ
    プ(11,12,…)と、 該複数のパイプ(11,12,…)の間に設けられ、隣
    接するパイプの間の信号の通過を制御するゲート(21
    −A,21−B,…21−M,22−A,22−B,
    …,22−N,…)と、 前記外部クロック信号からパルス状の制御信号を生成し
    て前記ゲートに印加し、前記ゲートの通過状態が、前段
    のパイプの出力が確定する直前に通過状態に変化し、前
    段のパイプの出力が次段のパイプに転送された直後に非
    通過状態に変化するように制御するゲート制御手段(3
    1,32,…)とを備えることを特徴とするシンクロナ
    スDRAM。
  2. 【請求項2】 前記ゲートは、前記パルス状の制御信号
    が印加される1つのトランスファーゲート(213)を
    備える請求項1に記載のシンクロナスDRAM。
  3. 【請求項3】 前記ゲートは、前記トランスファーゲー
    ト(213)を通過した信号をラッチして保持する1つ
    のフリップフロップ回路(214,215)を備える請
    求項2に記載のシンクロナスDRAM。
JP7209655A 1995-08-17 1995-08-17 シンクロナスdram Pending JPH0963262A (ja)

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