JPH10269779A - 同期式ランダムアクセスメモリ - Google Patents
同期式ランダムアクセスメモリInfo
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- JPH10269779A JPH10269779A JP9066742A JP6674297A JPH10269779A JP H10269779 A JPH10269779 A JP H10269779A JP 9066742 A JP9066742 A JP 9066742A JP 6674297 A JP6674297 A JP 6674297A JP H10269779 A JPH10269779 A JP H10269779A
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- G11C—STATIC STORES
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- G11C7/10—Input/output [I/O] data interface arrangements, e.g. I/O data control circuits, I/O data buffers
- G11C7/1072—Input/output [I/O] data interface arrangements, e.g. I/O data control circuits, I/O data buffers for memories with random access ports synchronised on clock signal pulse trains, e.g. synchronous memories, self timed memories
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
- Dram (AREA)
Abstract
る読み出し時間の悪化を防止した同期式ランダムアクセ
スメモリを提供することを課題とする。 【解決手段】 この発明は、読み出し期間、書き込み期
間、プリチャージ期間がこの順序で循環して動作サイク
ルが構成され、読み出し動作と書き込み動作が時間的に
重ならないように制御されて構成される。
Description
てデータのアクセス(読み出し/書き込み)を行うメモ
リに関し、読み出し期間、書き込み期間及びリセット期
間でメモリサイクルを構成してなる同期式ランダムアク
セスメモリに関する。
ュメモリでは、パイプライン動作との相性がよい同期式
ランダムアクセスメモリが使われてきている。また、オ
フチップメモリにおいても、同期式ランダムアクセスメ
モリは信号のスキューを隠蔽することができ高速なシス
テムを構築できるため、徐々に主流になりつつある。
の構成を図3に示し、その動作タイミングを図4に示
す。
みのポートが1つの最も簡単な構成のメモリである。図
3において、メモリアレイ101はm×(n×d)個の
メモリセルで構成されている。ここで、mはX方向の行
(ロー)数、nはY方向の列(カラム)数、bはビット
数である。メモリアレイ101をアクセスするために与
えられるアドレス信号は、それぞれ行を選択するローデ
コーダ102、列を選択するカラムデコーダ103に供
給される。ローデコーダ102の出力はm本のワード線
104に接続されており、選択されたワード線104の
みがクロック信号の立ち上がりエッジに同期して活性化
される。同時にすべてのビット線105に接続されたプ
リチャージ回路106が非活性化され、ビット線105
のリセットが解除される。これにより、メモリセル10
7の記憶データが列方向に配置された(n×b)対のビ
ット線105に微少信号として出力される。
れたカラム選択信号により、各ビットのn対のビット線
105のうち1つが選択される。選択されたb対のビッ
ト線105の微少信号はb個のセンスアンプ108に入
力され、センスアンプ活性化信号によりセンスアンプ1
08が活性化される。ビット線105に与えられた微少
な信号はセンスアンプ108で増幅され、bビットのC
MOSレベルのデータ出力信号が得られる。ワード線1
04はクロック信号の立ち下がりエッジに同期して非活
性状態となり、すべてのメモリセル107が非活性状態
となる。同時にプリチャージ回路106が活性化され、
ビット線105に残存する信号がすべてリセットされ
る。このようにして読み出し動作が行われる。
トの書き込みバッファ109がカラムデコーダ103か
ら出力されるカラムデコード信号により選択されたビッ
ト線105に接続される。書き込みバッファ109は書
き込み制御信号に同期して活性化され、ビット線105
に書き込みデータが転送されて書き込み動作が行われ
る。活性化された各ビット線105とローデコーダ10
2により活性化されたワード線104の動作タイミング
は、基本的に読み出し動作と同様である。
処理能力を向上させる方法が多用されている。このよう
なシステムの場合はメモリを共有するため、多ポートの
メモリが使用される場合が増えてきている。このような
多ポートのメモリを使用することにより、リソースコン
フリクトによる性能の低下を抑えられ、かつ並列処理す
るユニット間でのコヒーレンシの管理が容易になるとい
う利点がある。このようなシステムにおいては、大容量
かつ高速のメモリを搭載することが性能の向上に直結す
る。このため、近年では、プロセスのスケーリングによ
り大容量のメモリを搭載するシステムが登場している。
同期式ランダムアクセスメモリの構成を図5に示し、そ
の動作タイミングを図6に示す。
て動作可能となるように、図3に示す構成に対して、メ
モリセル107を除くすべての回路、すなわちローデコ
ーダA,B111、カラムデコーダA,B112、セン
スアンプA,B113、書き込みバッファA,B11
4、プリチャージ回路A,B115、ワード線A,B1
16、ビット線A,B117が二重化(ポートA用・ポ
ートB用)されている。これらの回路が、各ポートの制
御信号となるアドレス信号、センスアンプ活性化信号、
書き込み制御信号等に対応して独立に動作し、メモリセ
ル118がアレイ状に配列されてなるメモリアレイ11
9を共有している。各ポートの動作は、上述した1ポー
トメモリの場合と同様なのでここでは省略する。
プロセスの導入により以下に示すような問題点が顕著化
してきている。微細化による遅延のスケーリングは、配
線遅延においてトレンドから逸脱しはじめている。この
最大の原因は、配線抵抗の増加によるRC伝播遅延の増
加である。配線抵抗の増大を防ぐため、配線の縦構造は
スケーリングが困難である。このため、配線のアスペク
ト比(膜厚/配線幅)は大きくなると同時に、層間膜厚
の対配線膜厚比は大きくなってきている。この結果、配
線の対地容量に比べ配線間のカップリング容量が相対的
に大きくなる傾向にある。
用いて多ポートのメモリを設計した場合に、ポート間の
信号のクロストークにより誤動作が発生する可能性が高
くなる。その理由を図7に示す2ポートメモリセルを一
例にとり詳細に説明する。
B ̄117は、一般的にメモリセルに対して図7に示す
ように配置される。すなわち、異なるポートのビット線
A,B及びA ̄,B ̄は互いに隣接して配置されること
になる。もちろん、隣接したメモリセルにおけるビット
線間での信号のクロストロークも同様の問題を有してい
る。
につれ、ビット線の配線間容量は対地容量よりも支配的
になってくる。図6の動作タイミングに示すよう、1ポ
ートが読み出し動作、他のポートが書き込み動作を同時
に行った場合は、数10mV程度の微小振幅の信号が伝
播される読み出し動作のビット線に、CMOSレベル、
例えば3.3V(3.3V電源時)で動作する書き込み
動作のビット線からのクロストークノイズが印加される
ことになる。通常、読み出し時のビット線は、メモリセ
ルの微少な電流により放電されるのみであり、かなりイ
ンピーダンスの高いラインとなっている。したがって、
このノイズにより、読み出し動作のビット線は容易に反
転してしまう。仮にビット線の配線間容量が総容量の1
/3程度とすれば、このクロストークノイズにより読み
出し動作のビット線は約1Vものノイズを受けることに
なる。読み出し動作のビット線は、メモリセルの微少な
電流で駆動されており、データの復元には多大な時間を
要し、読み出し時間が増大するという問題があった。さ
らに、最悪の場合には、ビット線の出力電位が反転して
しまい誤動作が生じるおそれがあった。
るため、レイアウトを工夫してビット線間に電源/接地
線をシールドとして配置することがある。これにより、
クロストークは約10%程度に減少させることができ
る。しかしながら、依然クロストークノイズによる読み
出し時間の増大を完全に抑えることはできず、また面積
が増加するという問題を招いてしまう。
メモリにおいても発生する。メモリセルアレイを複数の
バンクに分割し、各バンクが独立に書き込み/読み出し
動作を行った場合に、バンク境界のメモリセル間で同様
のクロストークの問題が生じることになる。また、ビッ
ト単位で独立に書き込み/読み出し動作を行えるメモリ
においても同様である。
読み出し動作と書き込み動作がそれぞれ独立して行える
従来のメモリにあっては、プロセスの微細化によりビッ
ト線の配線間容量が増大している。このため、ビット線
間のクロストークノイズの大きくなり、隣接するビット
線間で読み出し動作と書き込み動作を同時に行った場合
に、書き込み動作時のビット線の電位変化が読み出し動
作に影響を及ぼし、読み出し時間が著しく遅くなった
り、誤読み出しが発生するという不具合を招いていた。
たものであり、その目的とするところは、にある。
に、請求項1記載の発明は、記憶データを格納する複数
のメモリセルと、入力アドレスに基づいて前記メモリセ
ルを選択する選択手段と、前記選択手段により選択され
たメモリセルに記憶されたデータを読み出す読み出し手
段と、前記選択手段により選択されたメモリセルにデー
タを書き込む書き込み手段と、メモリを読み出し又は書
き込みが可能な状態にリセットするリセット手段を有
し、クロック信号に同期してメモリアクセスが行われる
同期式ランダムアクセスメモリにおいて、メモリが読み
出し又は書き込みが可能な状態にリセットされるリセッ
ト期間と、前記リセット期間の終了に続いて開始され前
記選択手段によって選択されたメモリセルの記憶データ
を前記読み出し手段により読み出す読み出し期間と、前
記読み出し期間の終了に続いて開始され前記選択手段に
よって選択されたメモリセルに記憶データを前記書き込
み手段により書き込む書き込み期間を有し、リセット期
間、読み出し期間、書き込み期間がこの順序で循環して
メモリサイクルが構成され、メモリにおけるすべてのア
クセス動作が前記読み出し期間又は書き込み期間に行わ
れることを特徴とする。
期式ランダムアクセスメモリにおいて、クロック信号が
一方のレベルから他方のレベルに変化することにより前
記リセット期間から前記読み出し期間に移行し、前記ク
ロック信号が一方のレベルから他方のレベルに変化して
所定の時間が経過したことにより前記読み出し期間から
前記書き込み期間に移行し、前記クロック信号が他方の
レベルから一方のレベルに変化したことにより又は前記
クロック信号が他方のレベルから一方のレベルに変化し
て所定の時間が経過したこよにより前記書き込み期間か
らリセット期間に移行することを特徴とする。
期式ランダムアクセスメモリにおいて、クロック信号が
一方のレベルから他方のレベルに変化することにより前
記リセット期間から前記読み出し期間に移行し、前記メ
モリセルからビット線に読み出された記憶データをラッ
チしてセンス増幅する動作を開始させる信号に同期して
前記読み出し期間から前記書き込み期間に移行し、書き
込みを開始指示し書き込み時間を規定する書き込み制御
信号に同期して前記書き込み期間からリセット期間に移
行することを特徴とする。
3記載の同期式ランダムアクセスメモリにおいて、前記
メモリセルは、複数のポートを有し、複数の異なるメモ
リセルに対して同時にアクセスが可能であることを特徴
とする。
又は4記載の同期式ランダムアクセスメモリにおいて、
前記複数のメモリセルは、複数のバンクに分割され、そ
れぞれのバンクが独立してアクセスできることを特徴と
する。
施形態を説明する。
係る同期式ランダムアクセスメモリの構成を示す図であ
り、図2は図1に示すメモリの一動作タイミングを示す
図である。
ダムアクセスメモリは、それぞれ独立してアクセスが可
能な2つのポートを備えた2ポートメモリであり、図5
に示すと同様に、記憶データを格納するメモリセル1が
アレイ状に配置されてなるメモリアレイ2と、入力アド
レスに基づいてメモリセル1を選択する選択手段となる
ローデコーダ(A,ポートA用、B,ポートB用)3及
びカラムデコーダ(A、B)4と、ローデコーダ3及び
カラムデコーダ4により選択されたメモリセル1からビ
ット線を介して出力された記憶データをセンス増幅して
読み出す読み出し手段となる例えばラッチ型のセンスア
ンプ(A、B)5と、ローデコーダ3及びカラムデコー
ダ4により選択されたメモリセル1にデータを書き込む
書き込み手段となる書き込みバッファ(A、B)6と、
メモリを読み出し又は書き込みが可能な状態にリセット
するリセット手段となるプリチャージ回路(A、B)7
を備えている。メモリセル1は、図7に示すように2組
のワード線(A、B)8と、2対のビット線(A,A
 ̄、B,B ̄)9を有している。また、図1に示すメモ
リは、センスアンプ活性化信号発生回路11と、書き込
み制御信号発生回路12及びリセット信号発生回路13
を備え、読み出し期間、書き込み期間、リセット期間の
3つの期間がこの順序で連続して動作サイクルが構成さ
れている。
外部から与えられるクロック信号を受けて、クロック信
号の立ち上がりエッジをトリガにしてワード線8が立ち
上がった後センスアンプ5を活性化させるセンスアンプ
活性化信号を発生する。このセンスアンプ活性化信号は
書き込み制御信号発生回路12に与えられる。書き込み
制御信号発生回路12は、書き込みを行う書き込みイネ
ーブル(WE)信号と、センスアンプ活性化信号発生回
路11から与えられるセンスアンプ活性化信号を受け
て、この信号の立ち上がりエッジをトリガにして書き込
み動作を行い得るに必要なパルス幅を有する書き込み制
御信号を発生する。この書き込み制御信号はリセット信
号発生回路13にに与えられる。リセット信号発生回路
13は、書き込み制御信号発生回路12から与えられる
書き込み制御信号を受けて、この書き込み制御信号の立
ち下がりエッジをトリガにしてビット線9をプリチャー
ジするプロチャージ回路7を活性化してメモリをリセッ
ト状態とするリセット信号を発生する。このリセット信
号は次の動作サイクルの開始を示すクロック信号の立ち
上がりエッジをトリガに出力が停止される。
回路(図示せず)とダミーの書き込み系回路(図示せ
ず)を備えており、書き込み動作のみが行われ読み出し
動作が行われない場合であっても、ダミーの読み出し系
回路が動作してダミーのセンスアンプ活性化信号が発生
され、このダミーのセンスアンプ活性化信号が正規のセ
ンスアンプ活性化信号に代えて書き込み制御信号発生回
路12に与えられ、書き込み制御信号が発生される。一
方、読み出し動作のみが行われ書き込み動作が行われな
い場合であっても、ダミーの書き込み系回路が動作して
ダミーの書き込み制御信号が発生され、このダミーの書
き込み制御信号が正規の書き込み制御信号に代えてリセ
ット信号発生回路13に与えられ、リセット信号が発生
される。
構成する読み出し期間は、クロック信号の立ち上がりか
らセンスアンプ活性化信号が発生するまでの間に設定さ
れ、書き込み期間は書き込み制御信号が発生されている
間に設定され、リセット期間はリセット信号が発生して
いる間に設定される。
サイクルにおいて、まずアクセスアドレスが与えられる
と、図2に示すようにアドレスA、Bに対応したワード
線A8、B8が、クロック信号の立ち上がりエッジをト
リガにして立ち上がる。これにより、メモリセル1の記
憶データがビット線9に微小信号として出力される。前
述したように、読み出し動作は書き込み動作に先行して
実行される。ここで、ポートAが読み出しでポートBが
書き込みの場合には、ポートAのみのセンスアンプ活性
化信号が立ち上がる。これにより、ビット線9の微少な
データはセンスアンプA5により増幅されてデータ出力
される。
費電力を達成するためにラッチ型のものが主流となって
いる。このタイプのものは、ひとたびセンスアンプ活性
化信号が活性化されると、ビット線のデータを例えばC
MOSレベルに瞬時に増幅する。すなわち、センスアン
プ活性化信号が活性化された時点でビット線に出力され
ているデータの値で読み出しデータが確定してしまう。
言い換えれば、活性化信号の活性化後はビット線にノイ
ズが注入されても読み出しデータに影響がないというこ
とになる。したがって、センスアンプ活性化信号が活性
化された時点で読み出し期間が終了し、読み出し期間の
終了に続いて書き込み期間が開始される。
信号の立ち上がりエッジによりトリガされ、書き込みに
必要なパルス幅が生成される。この場合は、ポートBの
書き込み制御信号のみが活性化され、ビット線B,B ̄
9に書き込みデータが転送される。ここで、ポートBの
ビット線B,B ̄9からポートAのビット線A,A ̄9
へカップリングノイズが注入されるが、前述したように
センスアンプ5の増幅動作が完了しているので、読み出
しデータへの影響はない。また、ワード線8は書き込み
制御信号の立ち下がりエッジによりトリガされて非活性
状態になる。これにより、書き込み期間が終了し、書き
込み期間の終了に引き続いてリセット期間が開始され、
リセット信号が発生されてプリチャージ回路6が活性化
され、すべてのビット線9が読み出し又は書き込みが可
能な状態にリセットされる。
行う場合は、読み出し期間でセンスアンプ活性化信号
A,Bがともに活性化されてデータA,Bが出力され、
ダミーの書き込み制御信号によりリセット期間が開始さ
れる。また、ポートA,Bともに書き込み動作を行う場
合には、ダミーのセンスアンプ活性化信号により読み出
し期間から書き込み期間に移行し、書き込み期間で書き
込み制御信号A,Bがともに活性化され、ポートA,B
ともに書き込み動作が実行される。
作が、時間的に区別されているため、隣接するビット線
間での読み出し動作と書き込み動作であっても両者は重
複することはなく、読み出し動作はビット線9のカップ
リングによるノイズの影響を受けることはない。また、
“書き込み”動作の後に“プリチャージ”の期間を挿入
しているので、書き込み終了の際に発生するビット線の
カップリングノイズの影響を読み出し動作が受けること
もない。したがって、図2に示すように、隣接するビッ
ト線間での読み出し動作と書き込み動作であっても、セ
ンスアンプ活性化信号を従来(破線で示す)に比べて早
く活性化することができるので、データ出力も従来(破
線で示す)に比べて早くなり、読み出し時間の悪化を抑
制することができる。
間、書き込み期間ならびにリセット期間を、クロック信
号発生回路10から発生されるクロック信号により規定
するようにしてもよい。この場合に、例えばクロック信
号の立ち上がりからビット線に出力されたデータがセン
スアンプにラッチされるまでの所定の時間を読み出し期
間とし、読み出し期間が終了してクロック信号が立ち下
がるまでの間、又はクロック信号が立ち下がった後所定
の時間が経過するまでの間を書き込み期間とし、書き込
み期間が終了した後クロック信号が立ち上がるまでの間
をリセット期間とするようにしてもよい。このように、
それぞれの期間の設定は、適用するメモリの仕様や用途
等に応じて適宜設定するようにすればよい。
トメモリに適用したものであるが、2ポートに限らず多
ポートのメモリにおいても適用可能であり、同様の効果
を得ることができる。さらに、メモリセルアレイが複数
のバンクに分割されて各々のバンクが独立に制御される
1ポート又は2ポートのメモリにおいても、バンクの境
界で2ポートのメモリと同様のカップリングノイズが存
在するので、この発明を適用することにより、同様の効
果を得ることができる。すなわち、隣接するビット線間
で読み出し動作と書き込み動作が同時に行うことが可能
な同期式のメモリにおいて有効となる。
ば、リセット期間、読み出し期間、書き込み期間をこの
順序で循環させてメモリサイクルを構成し、読み出し動
作と書き込み動作が時間的に重複しないように制御した
ので、隣接するビット線間での読み出し動作と書き込み
動作であっても、ビット線間でのカップリングノイズの
影響は防止される。これにより、読み出し速度を悪化さ
せることなく、ビット線間のカップリングノイズによる
誤動作を防止することができる。また、これによる面積
や消費電力のオーバヘッドはほとんどない。
る同期式ランダムアクセスメモリの構成を示す図であ
る。
ある。
示す図である。
ある。
の構成を示す図である。
ある。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 記憶データを格納する複数のメモリセル
と、 入力アドレスに基づいて前記メモリセルを選択する選択
手段と、 前記選択手段により選択されたメモリセルに記憶された
データを読み出す読み出し手段と、 前記選択手段により選択されたメモリセルにデータを書
き込む書き込み手段と、 メモリを読み出し又は書き込
みが可能な状態にリセットするリセット手段を有し、 クロック信号に同期してメモリアクセスが行われる同期
式ランダムアクセスメモリにおいて、 メモリが読み出し又は書き込みが可能な状態にリセット
されるリセット期間と、前記リセット期間の終了に続い
て開始され前記選択手段によって選択されたメモリセル
の記憶データを前記読み出し手段により読み出す読み出
し期間と、前記読み出し期間の終了に続いて開始され前
記選択手段によって選択されたメモリセルに記憶データ
を前記書き込み手段により書き込む書き込み期間を有
し、リセット期間、読み出し期間、書き込み期間がこの
順序で循環してメモリサイクルが構成され、メモリにお
けるすべてのアクセス動作が前記読み出し期間又は書き
込み期間に行われることを特徴とする同期式ランダムア
クセスメモリ。 - 【請求項2】 クロック信号が一方のレベルから他方の
レベルに変化することにより前記リセット期間から前記
読み出し期間に移行し、前記クロック信号が一方のレベ
ルから他方のレベルに変化して所定の時間が経過したこ
とにより前記読み出し期間から前記書き込み期間に移行
し、前記クロック信号が他方のレベルから一方のレベル
に変化したことにより又は前記クロック信号が他方のレ
ベルから一方のレベルに変化して所定の時間が経過した
こよにより前記書き込み期間からリセット期間に移行す
ることを特徴とする請求項1記載の同期式ランダムアク
セスメモリ。 - 【請求項3】 クロック信号が一方のレベルから他方の
レベルに変化することにより前記リセット期間から前記
読み出し期間に移行し、前記メモリセルからビット線に
読み出された記憶データをラッチしてセンス増幅する動
作を開始させる信号に同期して前記読み出し期間から前
記書き込み期間に移行し、書き込みを開始指示し書き込
み時間を規定する書き込み制御信号に同期して前記書き
込み期間からリセット期間に移行することを特徴とする
請求項1記載の同期式ランダムアクセスメモリ。 - 【請求項4】 前記メモリセルは、複数のポートを有
し、複数の異なるメモリセルに対して同時にアクセスが
可能であることを特徴とする請求項1,2又は3記載の
同期式ランダムアクセスメモリ。 - 【請求項5】 前記複数のメモリセルは、複数のバンク
に分割され、それぞれのバンクが独立してアクセスでき
ることを特徴とする請求項1,2,3又は4記載の同期
式ランダムアクセスメモリ。
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