KR20030054030A - 저전력 마스크롬 및 그를 포함하는 마이크로 컨트롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력소모가 적은 마스크롬(Mask Rom)에 관한 것으로 이를 위한 본 발명은, 프리차지 인에이블신호에 응답하여 비트라인을 제1전위로 프리차지 시키기 위한 프리차지부; 워드라인신호에 응답하여 구동하고 상기 비트라인의 프리차지 노드와 제2전위 공급단 사이에 직렬 접속되며, 상기 비트라인의 프리차지 노드를 제1논리값에 대응되는 제1전위와 제2논리값에 대응되는 제2전위로 유기하는, 인헨스먼트형 트랜지스터와 디플리션형 트랜지스터로 구성된 다수의 셀 스트링; 상기 비트라인의 신호를 반전시키는 반전수단; 및 상기 비트라인의 신호와 상기 반전수단으로 부터 제공된 비트라인의 반전신호를 입력받아 그 중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 선택수단을 포함한다.

Description

저전력 마스크롬 및 그를 포함하는 마이크로 컨트롤러{Low power consumption Mask ROM and Micro controller having the same}

본 발명은 롬(Read Only Memory)에 관한 것으로 특히, 전력소모가 적은 마스크롬(Mask Rom)에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로 컨트롤러에는 프로그램을 저장하는 롬과 상기 롬에 저장된 프로그램을 로드하여 실행하는 랜덤 액세스 메모리가 내장되며, 마이크로 컨트롤러에 내장되는 롬은 재기록이 가능한 플레쉬 메모리나, 한번 기록되면 재기록이 불가능한 마스크롬, 또는 자외선에 의해 재기록 가능한 EPROM(Erasable Programmable ROM)등이 많이 사용된다.

상기 플레쉬 메모리는 전기적으로 데이터를 기록 또는 소거하기에 용이하나 가격이 마스크롬에 비하여 비싸고, 재프로그래밍하는 횟수에 제한이 있으며, 상기 EPROM은 데이터를 소거시 많은 시간이 걸리는 단점이 있다.

상기 마스크롬은 데이터의 변동이 없을경우 주로 사용되며, 사용자가 원하는 데이터가 제조과정에서 영구적으로 저장된다.

이 데이터는 마스크 패턴을 사용하여 문턱전압이 0.6V부근에서 형성되는 인핸스먼트(enhancement)형 트랜지스터와 문턱전압이 -3V 부근에서 형성되는 디플리션(depletion)형 트랜지스터를 사용하여 논리 "로우"와 논리 "하이"를 표현한다.

도 1은 일반적인 마스크롬 셀의 구조를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 비트라인(BL)과 접지전압사이에 다수의 인핸스먼트형 또는 디플리션형 트랜지스터(T1a ∼ T1n, T2a ∼ T2n)가 각각 직렬 연결되되, 논리값 "하이"를 저장하는 트랜지스터는 인핸스먼트형으로 구성하고, 논리값 "로우"를 저장하는 트랜지스터는 디플리션형으로 구성한다.

도 1에 도시된 마스크롬 셀의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 마스크롬 셀은 비트라인(BL)을 하이 레벨로 프리차지 시켜둔다음 선택된 마스크롬 셀이 상기 비트라인(BL)의 전위레벨을 유지, 또는 방전하느냐에 따라 로우 레벨의 데이터인지 하이 레벨의 데이터인지를 구분하게된다.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마스크롬 셀의 데이터를 독출하기 전에 비트라인(BL)은 논리 "하이"로 프리차지 시켜둔다.

이어서, 제어신호(COL_E, COL_O)에 의해 제1스트링 또는 제2스트링이 선택된다.

한편, 트랜지스터 T1d가 디플리션형이고 상기 트랜지스터 T1a, T1d, T2b, T1n, T2n을 제외한 트랜지스터 T1a ∼ T1n-1, T2a ∼ T2n-1이 인핸스먼트형고 상기 트랜지스터 T1a, T1d ,T2b, T1n, T2n이 디플리션형 트랜지스터이다.

이때, 트랜지스터 T1d 셀의 데이터를 독출하고자 할때에는(물론 제1스트링이 선택된 상태이다)시 워드라인(WL2)에 로우 레벨을 인가하고 나머지 셀의 워드라인에는 하이 레벨을 인가 하면된다.

상기 트랜지스터 T1d는 디플리션형이므로 워드라인(WL2)이 로우 레벨이어도 턴온되어 프리차지된 비트라인을 접지준위로 방전시키므로 비트라인은 로우 레벨이 된다.

즉, 비트라인을 통해서 트랜지스터 T1d의 데이터를 출력하게 된다.

도 2는 종래의 마스크롬의 블럭 개념도이다.

도 2를 참조하면, 프리차지 인에이블신호(PDB)에 의하여 비트라인(BL)을 전원전압(VDD)으로 프리차지 시키는 프리차지부(10)와, 어드레스를 입력받아 디코딩하는 디코더부(20)와, 도 1과 같은 다수의 마스크롬 셀 어레이와 센스앰프로 구성되며, 상기 디코더부(20)의 출력에 의하여 선택된 마스크롬 셀의 데이터를 상기 비트라인(BL)에 유기하는 데이터 센싱부(30)를 포함하여 이루어진다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 종래의 마스크롬의 문제점을 살펴보도록 한다.

먼저, 상기 프리차지부(10)는 프리차지 인에이블 신호(PDE)에 의하여 전원전압(VDD)을 비트라인에 프리차지 시킨다.

상기 비트라인을 프리차지 시키는것은 도 1에서 전술한 바와 같이, 인핸스먼트형 또는 디플리션형의 트랜지스터로 구성되는 마스크롬 셀이 상기 비트라인에 프리차지된 전압을 유지하거나 방전시킴으로서 데이터를 독출하기 위한 것이다.

이어서, 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 외부에서 인가되는 어드레스에 의하여 데이터 센싱부(30)내의 다수의 마스크롬 셀중 하나가 선택되고, 이때 설계된 셀이 인핸스먼트 트랜지스터이면 비트라인(BL)은 방전없이 하이 레벨을 유지하고, 선택된 셀이 디플리션형이면 로우 레벨값을 가지게 된다.

이때, 선택된 비트라인에 연결된 셀의 대부분이 인핸스먼트형으로 구성될 경우에는 프리차지된 비트라인의 전압이 방전되는 횟수가 적으나, 선택된 비트라인에 연결된 셀의 대부분이 디플리션형일 경우에는 프리차지된 비트라인의 전압이 방전되는 횟수가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 데이터를 독출시 소모되는 전력이 적은 마스크롬 및 상기한 마스크롬을 채용한 마이크로 컨트롤러를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 마스크롬 셀의 구조를 도시한 도면,

도 2는 종래의 마스크롬의 블럭 개념도,

도 3은 본 발명의 저전력 마스크롬의 일실시예를 도시한 도면,

도 4a는 제어부를 구성하는 일실시예,

도 4b는 제어부를 구성하는 다른 실시예.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 프리차지 및 데이터 센싱부 200 : 제어부

300 : 인버터 400 : 멀티플렉서

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 프리차지 인에이블신호에 응답하여 비트라인을 제1전위로 프리차지 시키기 위한 프리차지부; 워드라인신호에 응답하여 구동하고 상기 비트라인의 프리차지 노드와 제2전위 공급단 사이에 직렬 접속되며, 상기 비트라인의 프리차지 노드를 제1논리값에 대응되는 제1전위와 제2논리값에 대응되는 제2전위로 유기하는, 인헨스먼트형 트랜지스터와 디플리션형 트랜지스터로 구성된 다수의 셀 스트링; 상기 비트라인의 신호를 반전시키는 반전수단; 및 상기 비트라인의 신호와 상기 반전수단으로 부터 제공된 비트라인의 반전신호를 입력받아 그 중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 선택수단을 포함한다.

또한, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 비트라인의 센싱노드를 제1논리값에 대응되는 제1전위와 제2논리값에 대응되는 제2전위로 유기하는 인핸스먼트형 트랜지스터 및 디플리션형 트랜지스터로 구성된 다수의 셀 스트링을 구비하는 마스크롬; 상기 마스크 롬의 출력신호를 반전시키는 반전수단; 및 상기 마스크 롬의 출력신호와 상기 반전수단의 출력신호를 각각 인가받아 그 중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 선택수단을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 저전력 마스크롬의 일실시예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 비트라인(BL)을 프리차지 시키며, 다수의 인핸스먼트형 트랜지스터와 디플리션형 트랜지스터를 내장하여 상기 비트라인(BL)에 하이 또는 로우 레벨을 유기하는 프리차지 및 데이터 센싱부(100)와, 상기 프리차지 및 데이터 센싱부(100)의 출력을 반전하는 인버터(300)와, 상기 인버터(300)와 프리차지 및 데이터 센싱부(100)의 출력중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 멀티플렉서(400) 및 멀티플렉서(400)가 비트라인(BL)의 출력과 인버터(300)의 출력중 어느 하나를 선택하도록 하는 제어부(200)를 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 프리차지 및 데이터 센싱부(100)는 도 1과 도 2에 도시된 셀 스트링 및 마스크롬 블럭과 동일하게 구성되되, 마스크롬 블럭은 설계단계에서 디플리션형 트랜지스터가 상기 인핸스먼트형 트랜지스터 보다 많을 경우 롬 코딩시 마스크패턴을 반전시켜 구성하며,

제어부(200)는, 설계과정에서 마스크 패턴이 비반전 되었을 때에는 일측과 게이트는 접지전압에 연결되는 디플리션형 트랜지스터(220b)와, 일측은 전원전압(VDD)에 연결되고 게이트는 접지전압에 연결되며 타측은 디플리션형 트랜지스터(220b)의 타측과 공동으로 연결되어 접지전압을 출력하는 인핸스먼트형 트랜지스터(210b)를 포함하여 실시구성되되, 설계과정에서 마스크 패턴이 반전되었을때에는 일측과 게이트는 접지전압에 연결되는 인핸스먼트형 트랜지스터(220a)와, 일측은 전원전압에 연결되고 게이트는 접지전압 연결되며 타측은 상기 인핸스먼트형 트랜지스터(220a)의 타측과 공동으로 연결되어 전원전압(VDD)을 출력하는 디플리션형 트랜지스터(210a)로 실시 구성된다.

이하, 도 3내지 도 4b를 참조하여 상기 실시예의 동작을 상세히 설명하도록 한다.

전술한바와 같이, 마스크롬은 문턱전압이 0.6V부근에서 형성되는 인핸스먼트형 트랜지스터와 문턱전압이 -3V 부근에서 형성되는 디플리션형 트랜지스터로 구성되며, 마스크롬 셀이 디플리션형 트랜지스터 위주로 설계되면, 즉 패턴 분석결과 디플리션형 트랜지스터가 인핸스먼트형 트랜지스터보다 많으면, 앞서 설명한 바와 같이 전력소모가 증가하게된다.

따라서, 마스크롬의 설계과정에서 마스크롬 패턴을 분석하여 디플리션형 트랜지스터 위주이면 마스크롬의 설계과정에서 마스크롬 패턴을 반대로 형성하도록 한다.

즉, 논리 "로우"가 기록되어야 할 마스크롬 셀을 논리 "하이"가 기록되도록 반전하기 위하여 디플리션형 트랜지스터는 인핸스먼트형 트랜지스터로 바꾸고, 인핸스먼트형 트랜지스터는 디플리션형 트랜지스터로 바꾸어 비트라인(BL)으로 출력되는 데이터를 반전시킨다.

여기서, 만일 마스크롬 설계과정에서 마스크롬 패턴을 분석한 결과 인핸스먼트형 트랜지스터의 숫자가 더 많을때는 프리차지 및 데이터 센싱부(100)의 마스크롬 셀을 반전시키지 않는다.

이어서, 상기 마스크롬 셀이 반전된 경우, 제어부(200)는 도 4a와 같이 구성되어 상기 멀티플렉서(400)에 로우 레벨의 신호를 전달하고, 상기 멀티플렉서(400)는 인버터(300)에서 반전된 프리자치 및 데이터 센싱부(100)의 신호를 선택하여 출력하게 되며, 상기 마스크롬 셀이 비반전된 경우, 제어부(200)는 도 4b와 같이 구성되어 상기 멀티플렉서(400)에 로우 레벨의 신호를 전달하여 상기 멀티플렉서(400)가 상기 프리차지 및 데이터 센싱부(100)의 출력을 그대로 출력하도록 한다.

상기 도 4a는 제어부(200)를 구성하는 일실시예로서, 접지전압이 디플리션형 트랜지스터(210a)와 인핸스먼트형 트랜지스터(220a)의 게이트에 인가되면 문턱전압이 -3V 부근인 디플리션형 트랜지스터(210a)는 턴온되고 인핸스먼트형 트랜지스터(220a)는 턴 오프되므로 하이 레벨의 제어신호(flag)를 출력하게 되고, 도 4b에 도시된 다른 실시예에서는 상기 도 4a와는 반대로 로우 레벨의 제어신호(flag)를 출력함을 알 수 있다.

상기 도 4a 도 4b에 도시된 제어부(200)는 하나의 마스크롬에 하나만 있으면 되며, 마스크롬 셀이 반전되었는지 아닌지만을 판별하는 회로로서 사용된다.

또한, 마스크롬 셀을 구성하는 인핸스먼트형 트랜지스터와 디플리션형 트랜지스터중 여분의 셀을 각각 하나씩 이용함으로서 마스크롬 내에 별도의 회로블럭을 구성하지 않아도 된다.

한편, 상기한 마스크롬이 마이크로 컨트롤러에 내장되는 마스크롬인 경우에는 마이크로 컨트롤러에 내장된 제어 레지스터를 사용하여 프리차지 및 데이터 센싱부(100)의 내용이 반전되었을시에 로우 레벨을 출력하고, 비반전시에 하이 레벨을 출력하도록 함으로써, 도 4a와 도 4b에 도시된 제어부(200)를 따로 구비하지 않아도 된다.

인텔社의 8051 마이크로 컨트롤러의 경우에는 내부에 SFR(Special Function Register)를 내장하고 있으며, 이 레지스터는 마이크로 컨트롤러의 외부에서 프로그래밍 또는 재프로그래밍이 가능하도록 되어있다.

상기 예를 든 인텔社의 8051 마이크로 컨트롤러 이외에도 대부분의 마이크로 컨트롤러는 내부에 외부에서 프로그래밍이 가능한 제어 레지스터를 갖는다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상기한 바와같이, 본 발명은 마스크롬 셀을 인핸스먼트형 트랜지스터 위주로 구성함으로서 마스크롬 셀의 데이터를 독출시 전류 소모량을 감소시켜 결과적으로 전력소모를 감소시키는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 프리차지 인에이블신호에 응답하여 비트라인을 제1전위로 프리차지 시키기 위한 프리차지부;

   워드라인신호에 응답하여 구동하고 상기 비트라인의 프리차지 노드와 제2전위 공급단 사이에 직렬 접속되며, 상기 비트라인의 프리차지 노드를 제1논리값에 대응되는 제1전위와 제2논리값에 대응되는 제2전위로 유기하는, 인헨스먼트형 트랜지스터와 디플리션형 트랜지스터로 구성된 다수의 셀 스트링;

   상기 비트라인의 신호를 반전시키는 반전수단; 및

   상기 비트라인의 신호와 상기 반전수단으로 부터 제공된 비트라인의 반전신호를 입력받아 그 중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 선택수단

   을 포함하는 마스크롬.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 셀 스트링은 설계단계에서 상기 디플리션형 트랜지스터가 상기 인핸스먼트형 트랜지스터 보다 많을 경우 롬 코딩시 마스크패턴을 반전시켜 형성한 것임을 특징으로 하는 마스크롬.
3. 제2항에 있어서,

   상기 선택수단은,

   상기 비트라인의 신호와 상기 반전수단으로부터 제공된 비트라인 반전신호를 입력받아 상기 비트라인 반전신호를 롬 데이터로서 출력하는 멀티플렉서; 및

   상기 멀티플렉서의 출력이 상기 비트라인 반전신호가 되도록 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크롬.
4. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 셀 스트링은 설계단계에서 상기 인핸스먼트형 트랜지스터가 상기 디플리션형 트랜지스터 보다 많을 경우 롬 코딩시 마스크패턴을 비반전시켜 형성한 것임을 특징으로 하는 마스크롬.
5. 제4항에 있어서,

   상기 선택수단은,

   상기 비트라인의 신호와 상기 반전수단으로부터 제공된 비트라인 반전신호를 입력받아 상기 비트라인 신호를 롬 데이터로서 출력하는 멀티플렉서; 및

   상기 멀티플렉서의 출력이 상기 비트라인 신호가 되도록 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크롬.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서,

   상기 제어수단은,

   일측과 게이트는 제2전압에 연결되는 인핸스먼트형 트랜지스터;

   일측은 제1전압에 연결되고 게이트는 제2전압에 연결되며 타측은 상기 인핸스먼트형 트랜지스터의 타측과 공동으로 연결되어 제1전압을 출력하는 디플리션형 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크롬.
7. 제3항 또는 제5항에 있어서,

   상기 제어수단은,

   일측과 게이트는 제2전압에 연결되는 디플리션형 트랜지스터;

   일측은 제1전압에 연결되고 게이트는 제2전압에 연결되며 타측은 상기 디플리션형 트랜지스터의 타측과 공동으로 연결되어 제2전압을 출력하는 인핸스먼트형 트랜지스터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크롬.
8. 비트라인의 센싱노드를 제1논리값에 대응되는 제1전위와 제2논리값에 대응되는 제2전위로 유기하는 인핸스먼트형 트랜지스터 및 디플리션형 트랜지스터로 구성된 다수의 셀 스트링을 구비하는 마스크롬;

   상기 마스크 롬의 출력신호를 반전시키는 반전수단; 및

   상기 마스크 롬의 출력신호와 상기 반전수단의 출력신호를 각각 인가받아 그 중 어느 하나를 롬 데이터로서 출력하는 선택수단

   을 포함하는 마이크로 컨트롤러.
9. 제8항에 있어서,

   마스크 롬은 설계단계에서 상기 디플리션형 트랜지스터가 상기 인핸스먼트형 트랜지스터 보다 많을 경우 롬 코딩시 마스크패턴을 반전시켜 형성한 것임을 특징으로 하는 마이크로 컨트롤러.
10. 제9항에 있어서,

    상기 선택수단은,

    상기 마스크 롬의 출력신호와 상기 반전수단의 출력신호를 입력받아 상기 반전수단의 출력신호를 롬 데이터로서 출력하는 멀티플렉서; 및

    상기 멀티플렉서의 출력이 상기 반전수단의 출력신호가 되도록 제어하는 제어 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 컨트롤러.