TWI473091B - 隨機存取記憶體及其刷新控制器 - Google Patents

Description

隨機存取記憶體及其刷新控制器

本發明是有關於一種刷新控制器及一種隨機存取記憶體。

在習知的動態隨機存取記憶體中，需針對例如來自記憶體重器所發送的刷新指令，來對其中一個或多個記憶區塊進行刷新動作以補充新的電荷。並且，必須在固定時間內完成所有記憶區塊的刷新動作，否則就有相當大的可能性會遺失資料。另外，在低耗能記憶體之需求下，習知技術也提出只對有存取資料的記憶體區塊刷新，以減少進行刷新動作所消耗的能量。然而，這種習知技術的刷新動作，在當一記憶區塊中只要有一小部分有儲存資料，其整個記憶區塊都必須被刷新，會產生很大的電量消耗。

本發明提供一種刷新控制器，用以降低刷新動作時所產生的耗能。

本發明另提供一種隨機存取記憶體，用以降低刷新動作時所產生的耗能。

本發明提出一種刷新控制器，適用於隨機存取記憶體。刷新控制器包括寫入動作偵測器、閂鎖器、重置電路及刷新動作遮斷器。寫入動作偵測器耦接隨機存取記憶體的位址解碼器，用於偵測位址解碼器所屬的位址是否發生寫入動作而產生偵測結果。閂鎖器耦接寫入動作偵測器，用以接收並閂鎖偵測結果。重置電路耦接閂鎖器，並接收重置控制信號，依據重置控制信號以重置偵測結果。刷新動作遮斷器耦接位址對應的字元線控制電路以及閂鎖器，並用以依據偵測結果來遮斷字元線的刷新動作。

本發明另提出一種隨機存取記憶體，其具有多數條字元線，並且隨機存取記憶體包括多數個刷新控制器。其中，刷新控制器包括寫入動作偵測器、閂鎖器、重置電路及刷新動作遮斷器。寫入動作偵測器耦接隨機存取記憶體的位址解碼器，用於偵測位址解碼器所屬的位址是否發生寫入動作而產生偵測結果。閂鎖器耦接至寫入動作偵測器，用以接收並閂鎖偵測結果。重置電路耦接閂鎖器，接收重置控制信號，依據重置控制信號以重置偵測結果。刷新動作遮斷器耦接各位址對應的各字元線控制電路以及閂鎖器用以依據偵測結果來遮斷各字元線的刷新動作。

基於上述，本發明供一種刷新控制器及一種隨機存取記憶體。其中，刷新控制器藉由偵測字元線上所屬的記憶胞是否發生過寫入的動作，來作為是否對字元線上的記憶胞進行刷新的依據。並藉此降低隨機存取記憶體在進行刷新動作時所產生的電量消耗。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A繪示本發明一實施例之刷新控制器100之方塊圖。請參照圖1A，刷新控制器100耦接隨機存取記憶體的字元線控制電路160，並根據字元線控制電路160所對應之隨機存取記憶體的記憶胞是否曾資料寫入，以判斷是否遮斷字元線控制電路160對記憶胞執行刷新指令。刷新控制器100包括寫入動作偵測器110、閂鎖器120、刷新動作遮斷器130、感測放大器控制器140及重置電路150。寫入動作偵測器110耦接隨機存取記憶體的位址解碼器180，用於偵測位址解碼器180所屬的位址是否發生寫入動作而產生偵測結果DETR。閂鎖器120耦接寫入動作偵測器110，用以接收並閂鎖偵測結果DETR。

重置電路150耦接閂鎖器120，接收重置控制信號RST，並依據重置控制信號RST以重置偵測結果DETR。也就是說，在刷新控制器100所屬的隨機存取記憶體給電(power on)的初期或是在操作過程中要對隨機存取記憶體進行初始化時，可透過重置電路150對偵測結果DETR重置。當接收到重置控制信號RST時，重置電路150會將閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR清除為例如邏輯低準位信號。

刷新動作遮斷器130耦接至字元線控制電路160以及閂鎖器120。刷新動作遮斷器130接收閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR，並依據偵測結果DETR來遮斷字元線控制電路160的刷新動作。意思是說，當位址對應的字元線控制電路160發出刷新執行指令時，刷新動作遮斷器130會根據閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR來判斷字元線控制電路160所產生的字元線bMWL所對應之記憶胞是否需要刷新。其中，當字元線bMWL為邏輯0的低準位時，則字元線bMWL被致能以執行刷新指令。當字元線bMWL為邏輯1之高準位時，則字元線bMWL被禁能，並且不執行刷新指令。因此，若不需要執行刷新，刷新動作遮斷器130則遮斷字元線控制電路160，並且在字元線bMWL上產生禁能的字元線信號，進以遮斷對字元線bMWL上的記憶胞執行刷新指令。

另外，刷新控制器100更包括感測放大器控制器140。感測放大器控制器140耦接至閂鎖器120，用以接收並依據閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR以禁能或致能字元線控制電路160對應的感測放大器170。例如，感測放大器控制器140是依據閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR來決定所產生的感測放大器啟動信號SA_DISABLE的邏輯電壓準位。其中，當感測放大器啟動信號SA_DISABLE為邏輯0之低準位時，感測放大器啟動信號SA_DISABLE為致能狀態，以啟動感測放大器170。當感測放大器啟動信號SA_DISABLE為邏輯1之高準位時，感測放大器啟動信號SA_DISABLE為禁能狀態，並停止感測放大器170。因此，當閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR指示位元線bMWL上的記憶胞未曾被寫入資料時，感測放大器控制器140產生例如邏輯高準位的感測放大器啟動信號SA_DISABLE以使感測放大器170停止動作。相對的，當閂鎖器120所儲存的偵測結果DETR指示字元線bMWL上的記憶胞曾被寫入資料時，感測放大器控制器140產生例如邏輯低準位的感測放大器啟動信號SA_DISABLE以啟動感測放大器170。

附帶一提的，上述範例的感測放大器啟動信號SA_DISABLE的邏輯高低準位與感測放大器170啟動與否的關係僅只是一個範例。本領域具通常知識者皆知，感測放大器啟動信號SA_DISABLE的邏輯高低準位與感測放大器170起動與否的關係是可以由設計者依實際需求來進行定義的。

請參照圖1B，圖1B繪示本發明實施例之刷新控制器100之電路示意圖。透過字元線控制電路160，刷新控制器100可控制是否要對字元線bMWL產生致能的字元線信號。其中，字元線控制電路160包括P型電晶體PM1及PM2、N型電晶體NM1及NM2、緩衝器N1及N2。字元線控制電路160接收來自位址解碼器180之解碼信號以輸出寫入訊號bRDIN及感測寫入訊號RDIN，並透過緩衝器N1及N2在字元線bMWL上產生禁/致能的字元線信號。

在關於刷新控制器100的動作細節部分，其中的寫入動作偵測器110包括電晶體WM1及WM2。電晶體WM1具有第一端(例如源極)、第二端(例如汲極)以及控制端(例如閘極)。電晶體WM1第一端接收電源電壓V1，並且控制端接收寫入信號bRDIN。電晶體WM2具有第一端(例如源極)、第二端(例如汲極)以及控制端(例如閘極)。電晶體WM2之第一端耦接電晶體WM1的第二端，電晶體WM2之控制端接收刷新啟動信號REF_ACT，電晶體WM2的第二端產生偵測結果DETR。當對位元線bMWL的記憶胞進行資料寫入時，寫入信號bRDIN會被下拉至低準位並且使得P型的電晶體WM1導通。由於此時並未啟動刷新指令，所以刷新啟動信號REF_ACT會維持在低準位，亦使得P型的電晶體WM2導通。經由P型電晶體WM1及WM2的導通，電源電壓V1被傳至電晶體WM2的第二端，然後將偵測結果DETR拉升至邏輯高準位。同時，閂鎖器120閂鎖住邏輯高準位的偵測結果DETR。

另一方面，若是要對所對應位址之記憶胞進行刷新時，刷新啟動信號REF_ACT則會上拉至高準位，並使P型的電晶體WM2斷開。在本實施例中，刷新啟動信號REF_ACT由及閘A1依據刷新指示信號REFRESH以及區塊選擇信號BLKSEL所產生，其中，當字元線bWML之記憶體區塊被選取執行刷新時，刷新指示信號REFRESH以及區塊選擇信號BLKSEL皆會受控成為邏輯高準位。

閂鎖器120包括反向器INV1及INV2。反向器INV2之輸入端耦接至反向器INV1的輸出端並接收偵測結果DETR，並且，反向器INV2的輸出端耦接至反向器INV1的輸入端。其中，閂鎖器120藉由串接成迴路的反向器INV1及INV2來閂鎖所接收的偵測結果DETR。附帶一提的，反向器INV1所能產生的驅動能力低於重置電路150及寫入動作偵測器110所能產生的驅動能力。

重置電路150包括下拉電晶體RM1。下拉電晶體RM1具有第一端(例如源極)、第二端(例如汲極)以及控制端(例如閘極)。下拉電晶體RM1之第一端接收偵測結果DETR，其控制端接收重置控制信號RST，其第二端接收接地電壓GND。當下拉電晶體RM1接收到邏輯高準位的重置控制信號RST時，電晶體RM1被導通。此時，接地電壓GND被傳送至下拉電晶體RM1的第一端，並且使得偵測結果DETR被拉低至等於接地電壓GND之邏輯低準位。

刷新動作遮斷器130可以利用電晶體開關SW1來建構，電晶體開關SW1串接於與字元線控制電路160的緩衝器N2接收接地電壓GND的路徑上。當電晶體開關SW1受控於偵測結果DETR，並依據偵測結果DETR以導通或切斷接地電壓GND提供至緩衝器N2的路徑。當接地電壓GND提供至緩衝器N2的路徑被切斷時，緩衝器N2將無法正常動作以致能字元線bMWL上的字元線信號。在另一方面，刷新動作遮斷器130之上述接地電壓GND亦可以電源電壓V1來取代。

感測放大器控制器140包括電晶體SM1及SM2，電晶體SM1具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)。電晶體SM1之第一端耦接至感測放大器啟動信號SA_DISABLE，電晶體SM1的控制端接收來自字元線控制電路160之感測寫入信號RDIN。電晶體SM2具有第一端(例如汲極)、第二端(例如源極)以及控制端(例如閘極)，電晶體SM2之第一端耦接至電晶體SM1的第二端，電晶體SM2的控制端接收偵測結果DETR，並且其第二端耦接至接地電壓GND。當電晶體SM2的控制端接收高準位之偵測結果DETR時，代表曾經發生過寫入動作，則接地電壓GND導通至電晶體SM1的第二端。電晶體SM1受控於感測寫入信號RDIN導通或斷開，若電晶體SM1接收高準位之感測寫入信號RDIN時，接地電壓GND則會導通至電晶體SM1之第一端，並使得感測放大器啟動信號SA_DISABLE下拉至等於接地電壓GND之邏輯低準位。另一方面，若未發生過寫入動作，由於未被寫入資料的記憶胞，其感測放大器170不需要動作，偵測結果DETR會位於邏輯低準位，使得電晶體SM2斷開，並且使得放大器禁能信號SA_DISABLE無法被下拉至等於接地電壓GND。

如上所述，當刷新控制器100在初始化時，則可透過邏輯高準位的重置控制信號RST，來使閂鎖器120閂鎖等於接地電壓GND的資料。此時，由於字元線bMWL上所屬的記憶胞未曾被寫入資料。所以，當要對字元線bMWL執行刷新指令時，字元線bMWL上的字元線信號會因刷新動作遮斷器130切斷了緩衝器N2的操作電源的提供路徑而無法有效的被致能，也因此，字元線bMWL的刷新動作可以有效的被遮斷。

在此同時，由於字元線bMWL上所屬的記憶胞未曾被寫入資料，因此感測放大器170亦不需要有任何動作。依據閂鎖器120所閂鎖的等於接地電壓GND的資料，感測放大器控制器140之電晶體SM2為斷開狀態。在此狀態下，感測放大器啟動信號SA_DISABLE在先前依據電晶體SA1所接收的預充信號bPREC而被預充至邏輯高準位的電壓無法被有效的拉低，也因此使得感測放大器170持續處於被關閉的狀態。

相對的，在當字元線bMWL上所屬的記憶胞有被寫入資料後，閂鎖器120閂鎖等於電源電壓V1的資料。此時，刷新動作遮斷器130回復了緩衝器N2的操作電源的提供路徑。因此，字元線bMWL可以依據刷新動作的被啟動而正常地被驅動。同時，感測放大器控制器140之電晶體SM2被導通。如此一來，被預充至邏輯高準位的電壓感測放大器啟動信號SA_DISABLE可以有效透過導通的電晶體SM1及SM2被下拉至等於接地電壓GND。在此狀況下，感測放大器170可以正常的動作。

請參照圖2，圖2繪示本發明一實施例之隨機存取記憶體200之示意圖。隨機存取記憶體200包括多數條字元線bMWL、多數條位元線BL及記憶體胞陣列210，亦包括多數個刷新控制器220，其中多數個刷新控制器220各別包括感測放大器控制器140。多數個感測放大器140耦接至電晶體SA1的汲極，以產生感測放大器啟動信號SA_DISABLE，並且電晶體SA1接收的預充信號bPREC以進行預充。在本實施例之隨機存取記憶體200之中，多數個重刷新控制器220耦接記憶胞陣列210。重刷新控制器220依據所連接的字元線bMWL對應的記憶胞陣列210中的記憶胞，其是否曾經被寫入，來決定是否遮斷其刷新動作，以及禁能感測放大器控制器140。關於刷新控制器220之細部施行方式與前述實施例中的刷新控制器100是相同的，在此不多贅述。

綜上所述，本發明供一種刷新控制器及一種隨機存取記憶體，藉由偵測字元線上所屬的記憶胞是否發生過寫入的動作，來作為是否對字元線上的記憶胞進行刷新的依據，進而減低隨機存取記憶體進行刷新動作時的耗能。並且利用感測放大器控制器禁能或致能感測放大器，亦可更進一步減低隨機存取記憶體操作時之耗能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．刷新控制器

110．．．寫入動作偵測器

120．．．閂鎖器

130．．．刷新動作遮斷器

140．．．感測放大器控制器

150．．．重置電路

160．．．字元線控制電路

170．．．感測放大器

180．．．位址解碼器

GND．．．接地電位

V1．．．電源電壓

ROW_ADDR、COL_ADDR、bPREC．．．信號

NM1、NM2、PM1、PM2、WM1、WM2、RM1、SW1、SM1、SM2、SA1、SW2．．．電晶體

bMWL、BL、RST、bRDIN、RDIN、REF_ACT、REFRESH、BLKSEL、SA_DISABLE．．．信號

DETR．．．偵測結果

INV1、INV1．．．反向器

A1．．．及閘

N1、N2．．．緩衝器

200．．．隨機存取記憶體

210．．．記憶胞陣列

220．．．刷新控制器

圖1A繪示本發明一實施例之刷新控制器100之功能方塊圖。

圖1B繪示本發明一實施例之刷新控制器100之電路示意圖。

圖2繪示本發明一實施例之隨機存取記憶體200之示意圖。

100．．．刷新控制器

110．．．寫入動作偵測器

120．．．閂鎖器

130．．．刷新動作遮斷器

140．．．感測放大器控制器

150．．．重置電路

160．．．字元線控制電路

170．．．感測放大器

180．．．位址解碼器

DETR．．．偵測結果

RST．．．重置控制信號

Claims (14)

1. 一種刷新控制器，適用於一隨機存取記憶體，包括：一寫入動作偵測器，耦接該隨機存取記憶體的一位址解碼器，用於偵測該位址解碼器所屬的一位址是否發生一寫入動作而產生一偵測結果；一閂鎖器，耦接該寫入動作偵測器，用以接收並閂鎖該偵測結果；一重置電路，耦接該閂鎖器，接收一重置控制信號，依據該重置控制信號以重置該偵測結果；以及一刷新動作遮斷器，耦接該位址對應的一字元線控制電路以及該閂鎖器，用以依據該偵測結果來遮斷對該字元線所進行的刷新動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之刷新控制器，其中更包括：一感測放大器控制器，耦接該閂鎖器，接收並依據該偵測結果以禁能或致能該字元線所屬的一感測放大器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之刷新控制器，其中該感測放大器控制器耦接至一感測放大器啟動信號，該感測放大器控制器包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該感測放大器啟動信號，其控制端耦接該字元線控制電路；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第一電晶體的第二端，其控制端接收該偵測結果，其第二端耦接至一接地電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之刷新控制器，其中該寫入動作偵測器包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一電源電壓，其控制端接收一寫入信號；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接該第一電晶體的第二端，其控制端接收一刷新啟動信號，該第二電晶體的第二端產生該偵測結果。
5. 如申請專利範圍第1項所述之刷新控制器，其中該閂鎖器包括：一第一反向器，其輸出端接收該偵測結果；以及一第二反向器，其輸入端耦接至該第一反向器的輸出端，其該第二反向器的輸出端耦接至該第一反向器的輸入端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之刷新控制器，其中該重置電路包括：一下拉電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該偵測結果，其控制端接收該重置控制信號，其第二端接收一接地電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之刷新控制器，其中該刷新動作遮斷器包括：一電晶體開關，耦接於與該字元線耦接的一緩衝器上，該電晶體開關受控於該偵測結果，並依據該偵測結果以導通或切斷一電源電壓或一接地電壓的至少其中之一以提供至該緩衝器的路徑。
8. 一種隨機存取記憶體，具有多數條字元線，包括：多數個刷新控制器，該些刷新控制器分別耦接該些字元線，各該刷新控制器包括：一寫入動作偵測器，耦接該隨機存取記憶體的一位址解碼器，用於偵測該位址解碼器所屬的一位址是否發生一寫入動作而產生一偵測結果；一閂鎖器，耦接該寫入動作偵測器，用以接收並閂鎖該偵測結果；一重置電路，耦接該閂鎖器，接收一重置控制信號，依據該重置控制信號以重置該偵測結果；以及一刷新動作遮斷器，耦接各該位址對應的該字元線控制電路以及該閂鎖器，用以依據該偵測結果來遮斷對各該位址對應的該字元線的所進行的刷新動作。
9. 如申請專利範圍第8項所述之隨機存取記憶體，其中更包括：一感測放大器控制器，耦接該閂鎖器，接收並依據該偵測結果以禁能或致能該字元線所屬的一感測放大器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之隨機存取記憶體，其中該感測放大器控制器耦接至一感測放大器啟動信號，該感測放大器控制器包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該感測放大器啟動信號，其控制端耦接各該字元線控制電路；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接至該第一電晶體的第二端，其控制端接收該偵測結果，其第二端耦接至一接地電壓。
11. 如申請專利範圍第8項所述之隨機存取記憶體，其中該寫入動作偵測器包括：一第一電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一電源電壓，其控制端接收一寫入信號；以及一第二電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端耦接該第一電晶體的第二端，其控制端接收一刷新啟動信號，該第二電晶體的第二端產生該偵測結果。
12. 如申請專利範圍第8項所述之隨機存取記憶體，其中該閂鎖器包括：一第一反向器，其輸出端接收該偵測結果；以及一第二反向器，其輸入端耦接至該第一反向器的輸出端，其該第二反向器的輸出端耦接至該第一反向器的輸入端。
13. 如申請專利範圍第8項所述之隨機存取記憶體，其中該重置電路包括：一下拉電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收該偵測結果，其控制端接收該重置控制信號，其第二端接收一接地電壓。
14. 如申請專利範圍第8項所述之隨機存取記憶體，其中該刷新動作遮斷器包括：一電晶體開關，耦接於與各該字元線耦接的一緩衝器上，該電晶體開關受控於該偵測結果，並依據該偵測結果以導通或切斷一電源電壓或一接地電壓的至少其中之一以提供至該緩衝器的路徑。