WO2002099810A1 - Semiconductor device - Google Patents

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WO2002099810A1
WO2002099810A1 PCT/JP2001/004553 JP0104553W WO02099810A1 WO 2002099810 A1 WO2002099810 A1 WO 2002099810A1 JP 0104553 W JP0104553 W JP 0104553W WO 02099810 A1 WO02099810 A1 WO 02099810A1
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clock
signal
internal
semiconductor device
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Application number
PCT/JP2001/004553
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Sakata
Satoru Hanzawa
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • G11C7/225Clock input buffers

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device capable of inputting and outputting a signal at a high frequency. Further, the present invention relates to a signal input buffer circuit. Background art
  • FIG. 2 schematically shows a configuration example of an input section of a semiconductor device having a synchronous interface.
  • Input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,... and the external clock CLK, respectively, and compared with the reference voltage Vref, the internal signals IN0I, II,... Get CKI.
  • FIG. 3 shows the input timing specifications when using the input unit as shown in FIG.
  • the setup time ts and hold time th of the input signal are defined with respect to the rising edge of the clock. That is, for the input signal INrl which rises from low level to high level and becomes '1', the setting is made after the input signal INrl rises and crosses the reference voltage Vref at the rising edge of the clock CLK and crosses the reference voltage Vref. If the time is longer than the startup time ts, it is guaranteed that the input signal INrl is determined as'.
  • the signal crosses the reference voltage Vref at the rising edge of the clock CLK and then crosses the reference voltage Vref at the falling edge of the input signal INfl. If the hold time is longer than th, it is guaranteed that the input signal INfl is determined to be '.
  • the setup time ts of the input signal INfO that falls to '0' is defined by how fast it should fall before the rise of the clock CLK, while the input signal INrO rising from the '0' state The hold time is defined by how long after the rising edge of the clock CLK it is allowed to rise.
  • the reference voltage Vref is not always set to half the voltage ( ⁇ + VIL) / 2 for the high level VIH and low level VIL of the input signal. If the resistor is terminated at (VIH + VIL) / 2, the reference voltage Vref may be intentionally shifted from (VIH + VIL) / 2 to reduce the shoot-through current in the input buffer. .
  • the case where the reference voltage Vref is lower than half the voltage (VIH + VIL) / 2 is shown. In this case, the time required for the falling signal INf to reach the reference voltage Vref becomes longer than the rising signal INr. Furthermore, it is difficult to make the delay time of the input buffer receiving the input signal the same when it changes to “1” and when it changes to “0”.
  • a delay time difference ⁇ 1 occurs between the rising internal signal INrl and the falling internal signal INf I.
  • the case where the falling internal signal INfl is delayed from the rising internal signal INrl is shown, but the opposite case is naturally possible.
  • the timing specifications as shown in Fig. 3 must enable normal operation even with this delay time difference At. Therefore, the setup time ts and the hold time th of the input signal cannot be reduced.
  • Literature 2 proposes a method to reduce the difference between the rise time and fall time of the output of the input buffer, but does not consider the delay time difference of the input signal itself. Therefore, the effect of reducing the setup time and hold time of the input signal is small with the method of Reference 2.
  • double data rate SDRAM uses a differential clock as shown in Figure 5.
  • the internal clock CKId is generated by comparing the clock CLKt (toner clock) and the clock C and Kb (bar clock) of the bar with the input buffer IBUF.
  • Figure 6 shows the input timing specification in this case. Entering The setup time ts and hold time th of the force signal are defined for the intersection of the differential clocks CLKt and CLKb. Even in this method, a delay time difference occurs as shown in FIG.
  • the time to the intersection is 1 / (l / tr + 1 / tf), and the shorter of the rise time tr and the fall time tf Strong influence.
  • Vref deviates from half the voltage (VIH + VIL) / 2
  • the delay time of the input buffer is large because the differential signal is only differential and the differential signal amplitude is large. If an input buffer with the same configuration is used, the delay time of the clock is reduced by the clock delay time td. As a result, the influence of the delay time difference between the rising and falling signal transmissions is not always small, but may be rather large. Therefore, even if a differential clock is used, the setup time ts and the hold time th of the input signal cannot be reduced.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor device which can operate stably with a short setup time and a hold time and can input and output a signal at a high frequency even if there is a delay time difference between a rise and a fall of a signal. It is in. Disclosure of the invention
  • the typical configuration of the present invention is as follows. Input signals IN0, INI,... and external clock pairs CLKt, CLKb are input. Input buffers IBUF are provided corresponding to them, and internal signals ⁇ , IN1 I,... and internal clock pairs CKIt, CKIb are obtained. The signals IN0I, II, ... are input to the latch circuit LP, the operation of the latch circuit is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb, and the output signals INOL, IN1L, ... of the latch circuit LP are used for the operation of the internal circuit. Configure the device.
  • the latch circuit includes a first NM ⁇ S transistor Mil and a first NM ⁇ S transistor Mil.
  • a tri-state inverter including a PMOS transistor MP1, a second NMOS transistor MN2, and a second PM ⁇ S transistor MP2, and a gate of the first NMOS transistor and the first PM ⁇ S transistor.
  • the semiconductor device is configured such that a signal Db corresponding to the internal clock pair is input and the internal clock pair is input to the gates of the second NMOS transistor and the second PMOS transistor, respectively.
  • FIG. 1 is a diagram showing an input unit of a semiconductor device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an input unit of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 3 is a diagram showing timing specifications of an input section of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing conventional signal transmission.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the input unit of the conventional semiconductor device.
  • FIG. 6 is a diagram showing a timing specification of the input unit in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing signal transmission at the input unit in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a timing specification of the input unit in FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a latch circuit suitable for the input unit of FIG.
  • FIG. 10 and 11 are diagrams showing the operation of the latch circuit of FIG.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of another configuration example of the latch circuit.
  • FIG. 13 is a circuit diagram of still another configuration example of the latch circuit.
  • FIG. 14 is a circuit diagram of a flip-flop circuit suitable for the input unit of FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing the operation of the flip-flop circuit of FIG.
  • FIG. 16 is a circuit diagram of another configuration example of the flip-flop circuit.
  • FIG. 17 is a diagram showing the operation of the flip-flop circuit of FIG. Figure 18 shows a configuration example of the input unit using a phase-locked loop. It is.
  • FIG. 19 is a circuit diagram of a configuration example of a phase / frequency detector used in the phase lock loop in FIG.
  • FIG. 20 is a circuit diagram of a configuration example of a charge pump circuit used in the phase locked loop in FIG.
  • FIG. 21 is a circuit diagram of a configuration example of a voltage controlled oscillator used in the phase lock loop in FIG.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of an input unit using a delay locked loop.
  • FIG. 23 is a circuit diagram of a configuration example of a phase comparator used in the delay locked loop in FIG.
  • FIG. 24 is a circuit diagram of a configuration example of a pressure control delay device used in the delay locked loop in FIG.
  • FIG. 25 is a circuit diagram of a configuration example of the input buffer.
  • FIG. 26 is a circuit diagram of another configuration example of the input buffer.
  • FIG. 27 is a circuit diagram of still another configuration example of the input buffer.
  • FIG. 28 is a circuit diagram of still another configuration example of the input buffer.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example of the output unit.
  • FIG. 30 is a circuit diagram of a configuration example of the output buffer.
  • FIG. 31 is a diagram showing an interface according to the present invention between two semiconductor integrated circuits.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating a signal transmission unit at the interface of FIG.
  • FIG. 33 shows the interface according to the invention in the form of a bus.
  • FIG. 34 is a diagram illustrating a signal transmission unit at the interface of FIG.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronous DRAM.
  • FIG. 36 is a diagram showing a configuration example of the memory array in FIG.
  • FIG. 37 is a diagram showing a configuration example of the sense amplifier and the mat in FIG.
  • FIG. 38 is a diagram showing a read operation of the synchronous DRAM of FIG.
  • FIG. 39 is a diagram showing a write operation of the synchronous DRAM of FIG.
  • FIG. 40 is a circuit diagram of a configuration example of a data strobe input circuit in the synchronous DRAM of FIG.
  • FIG. 41 is a circuit diagram of a configuration example of a data input circuit in the synchronous DRAM of FIG.
  • FIG. 42 is a diagram showing operations of the data strobe input circuit of FIG. 40 and the data input circuit of FIG.
  • FIG. 43 shows a read operation at the double data rate.
  • FIG. 44 shows a write operation at the double data rate.
  • FIG. 45 is a circuit diagram of a configuration example of a data strobe input circuit for a double data rate.
  • FIG. 46 is a circuit diagram of a configuration example of a data input circuit for a double data rate.
  • FIG. 47 shows the operation of the data strobe input circuit of FIG. 45 and the data input circuit of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • each functional block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate such as a single-crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (Complementary MOS transistor). .
  • CMOS Complementary MOS transistor
  • the PMOS transistor is distinguished from the NMOS transistor by adding an arrow symbol to the body.
  • the drawing shows the connection of the substrate potential of the M0S transistor. Is not specified, but the connection method is not particularly limited as long as the MOS transistor can operate normally. Unless otherwise specified, the low level of the signal is “0”, no, and the low level is “1”.
  • FIG. 1 schematically shows an input section of a semiconductor device according to the present invention.
  • the latch circuit LP for the input signals INO, IN1, ... is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb generated from the external clock pair CLKt, CLKb power of the true and bar.
  • Input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,... and the external clock pair CLKt, CLKb, respectively, and compared with the reference voltage Vref, the internal signals: LN0 I, IN1 I,... and the internal clock pair CKIt, CKIb Get.
  • the latch circuit LP which is a temporary storage circuit, and the operation of the latch circuit is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb.
  • the output signals IN0L, IN1L, ... of the latch circuit LP are used to operate the internal circuit of the semiconductor device.
  • a clock driver is provided for the internal clock pair CKIt and CKIb.
  • the external clock pair CLKt and CLKb of the crew and bar are respectively received by the same input buffer as the other input signals, and the internal clock pair CKI t and CKIb are generated, and both of them are generated.
  • both the rise and fall of the external clock can be used for the timing control of the latch circuit LP.
  • the rising of the input signal can be determined by the rising of the external clock
  • the falling of the input signal can be determined by the falling of the external clock.
  • FIG. 8 shows input timing specifications when using the input unit as shown in FIG.
  • the feature is that the setup time and the hold time of the input signal are defined with respect to the rising edge of the rising edge and to the falling edge of the rising edge.
  • the setup time tsl of the input signal INrl which rises from low level to high level, defines how fast it should rise before the rise of the clock CLKt.
  • the setup time tsl is equal to or longer than the time when the reference voltage Vref is crossed at the rise of the input signal INrl and the time when the reference voltage Vref is crossed at the rise of the clock CLKt, the input signal INrl is determined to be '. Guarantee that On the other hand, the hold time of the input signal INfl, which falls from the high level, which is the state of '1, to the mouth level, is specified by how long after the falling edge of the clock CLKb of the bar.
  • the setup time tsO of the input signal INfO that falls to '0' is defined by how fast it should fall before the fall of the clock CLKb of the bar, while the input signal rising from the '0' state
  • the hold time of INrO is defined by how long after the rising edge of the clock CLKt of the tower can rise.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the latch circuit LP in FIG. The feature is that the CKt and CKb pairs of the internal connectors of the Toll and No.
  • INV5 is a well known CMO S inverter, N MO S transistor and PMO S NM_ ⁇ and configured c P MO S transistor MP1, MP2 by one by one transistor S transistors MN1, MN2, the latch It constitutes the first tri-state inverter that determines whether the circuit is in a transparent (or through) state or a latched state.
  • the PMOS transistors MP3 and MP4 and the NMOS transistors MN3 and MN4 form a second tri-state inverter that provides positive feedback to maintain the level in the latched state.
  • the internal clock pair CKt and CKb correspond to the internal clock pair CKIt and CKIb in Figure 1.
  • One of the input signals IN0, INI, ... in Fig. 1 is input to input D, and the output Q is a signal corresponding to one of the output signals IN0L, IN1L, ... in Fig. 1.
  • the PM ⁇ transistor MP2 and the NM ⁇ S transistor MN2 are turned on (conduction state), and the first tri-state inverter operates as an inverter. Then, the PMO transistor MP4 and the NMOS transistor MN4 are turned off (non-conducting state), and the second tri-state inverter is in a high impedance state. As a result, the latch circuit enters a transparent state, and the input D is transmitted to the output Q as it is.
  • the timing at which the latch circuit switches from the transparent state to the latch state will be described. If the rising edge of the internal clock CKt. Of the tower and the falling edge of the internal clock CKb of the bar are substantially simultaneous, the state is switched to the latch state at that timing. However, in the configuration of the input section as shown in Fig. 1, the rise and fall of the internal clock CKt and the internal gap of the bar occur due to the delay time difference between the rise and fall of the external clock versus the CLKt and CLKb paths. There is a time difference from the falling edge of the clock CKb. For example, suppose that the falling of the internal clock CKb of the bar is slower than the rising of the internal clock CKt of the true. In this case, when the internal node Db of the latch circuit changes while both the true internal clock CKt and the bar internal clock CKb are at the high level, it is a problem whether the change is transmitted to the output Q.
  • the internal node Db rises and the NMOS transistor MN1 is turned on, the internal clock CKb of the bar is at a high level, and the NM ⁇ S transistor MN2 is turned on, so that the output Q is at a low level. Due to the inverter INV5, the internal node Qb becomes high level, the NMOS transistor MN3 is turned on, and positive feedback that keeps the output Q low level operates. That is, the falling state of input D is transparent until the falling edge of the internal clock CKb of the bar.
  • the fall of the input D is latched by the fall of the internal clock CKb of the bar. It becomes a state, and it is in a transparent state until the rising edge of the internal clock CKt of the input signal D with respect to the rising edge of the input D. Therefore, when the latch circuit switches from the transparent state to the latch state, the rising edge of the input D is the rising edge of the true internal clock CKt, and the falling edge of the input D is the internal clock CKb of the bar. Is determined by the falling edge of Thus, the rising of the input signal can be determined by the rising of the external clock, and the falling of the input signal can be determined by the falling of the external clock.
  • FIG. 12 shows another example of the configuration of the latch circuit, which is characterized in that it is a dynamic circuit. It consists of an inverter INV0 and PMOS transistors MP1, MP2 and NM ⁇ S transistors MN1 and MN2 that constitute a first 3-state inverter. The second 3-state inverter and the inverter INV5 are removed from the latch circuit of FIG. It has a configuration. Similarly to the latch circuit of Fig. 9, this latch circuit switches from the transparent state to the latch state at the rising edge of the input D at the rising edge of the internal clock CKt, which is the falling edge of the input D.
  • the latch circuit of Fig. 9 maintains the voltage of the output Q by positive feedback, but in this circuit, the tri-state inverter becomes high impedance and maintains the voltage by the capacity of the output Q. Due to the dynamic circuit, there is an upper limit to the period during which the output can be maintained in the latched state. However, there is no problem unless the cycle time of the internal clock CKt and CKb is particularly long. Compared to the latch circuit in Fig. 9, the number of elements is half, and the layout area can be reduced. In addition, since the internal clock pair CKt and CKb forces are each input to only one transistor, the load capacity of the internal clock pair CKt and CKb is small, distribution at high frequencies is easy, and power consumption is small.
  • FIG. 13 shows still another configuration example of the latch circuit, which is characterized in that positive feedback is applied even in a transparent state.
  • an inverter INV3 is provided instead of the second tri-state inverter of the latch circuit shown in FIG.
  • the driving capability of the MOS transistor constituting this inverter is set small by reducing the gate width and, in some cases, increasing the gate length.
  • this latch circuit is switched from the transparent state to the latch state at the rising edge of the input D at the rising edge of the internal clock CKt of the input.
  • the fall of D is determined by the fall of the internal clock CKb of the bar.
  • the positive feedback of the inverters INV5 and INV3 works, and the output Q is driven by the drive capability of the tristate inverter exceeding the inverter INV3.
  • the output is in a floating state due to the time difference between the rise of the internal clock CKt of the tower 1 and the rise of the internal clock CKb of the bar.
  • the internal clock pair CKt and CKb are only input to each transistor, so the load capacitance of the internal clock pair CKt and CKb is small and high frequency. Distribution is easy and power consumption is small.
  • FIG. 14 shows a configuration example of a master-slave type flip-flop circuit suitable in that case.
  • the master has the same configuration as the latch circuit shown in FIG. 9, and includes two inverters INV0 and INV5, a first three-state inverter including PMOS transistors MP1 and MP2 and NMOS transistors MN1 and MN2, PMO transistors MP3, MP4 and NMO It consists of a second tri-state inverter consisting of an S transistor image 3 and MN4.
  • the input D is transmitted to the intermediate node Nt by two stages of the inverter INV0 and the first tristate inverter.
  • the slave (SLA) includes a third tri-state inverter including PMOS transistors MP6 and MP7 and NMOS transistors MN6 and MN7, a fourth tri-state inverter including PMOS transistors MP8 and MP9 and NM S transistors MN8 and MN9, It consists of inverter INV10.
  • the connection of the internal clock pair CKt and CKb is the reverse of the third tri-state inverter with the first tri-state inverter, and the reverse of the fourth tri-state inverter with the second tri-state inverter .
  • the signal at the intermediate node Nt is transmitted to the output Q via two stages, the third 3-state inverter and the inverter INV10.
  • the operation of the flip-flop circuit of FIG. 14 will be described with reference to FIG.
  • the case is shown where the delay time of the fall is longer than the rise of the mouth, and there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the tower and the internal clock CKb of the bar are at a high level.
  • the master enters the transparent state (TRA) while the true internal clock CKt is low and the bar internal clock CKb is high, and the true internal clock CKt is high and the bar internal clock CKb is high. Is in the latch state (LAT).
  • the overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both high depends on the input Q, and is in a latching state on the rising edge and in a transparent state on the falling edge.
  • the slave since the connection relationship between the internal clock pair CKt and CKb is opposite to that of the master, the slave enters the latch state while the internal clock CKt of the first clock is at the low level and the internal clock CKb of the bar is at the high level.
  • the internal clock CKt is high and the internal clock CKb of the bar is The period is in a transparent state. In the overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both at high level, it depends on the signal of the intermediate node Nt, and is in the transparent state for the rising edge and the latched state for the falling edge.
  • this flip-flop circuit captures the input D at the rising edge of the internal clock CKt at the rising edge of the clock, and captures the falling edge at the falling edge of the internal clock CKb of the bar at the rising edge.
  • the output Q is held from the late falling edge of CKb to the early falling edge of the next cycle.
  • the delay time of the rise is larger than the fall of the clock, and there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the clock and the internal clock CKb of the bar are at the high level. Operates similarly. That is, the period during which the output Q is in the valid state (VAL) is the period obtained by subtracting the overlap period between the internal clock pair CKt and CKb from the cycle time between the internal clock pair CKt and CKb. Compared with the latch circuits in Figs. 9, 12, and 13, the validity period of the output Q is longer and it is easier to match the timing with the internal circuit.
  • FIG. 16 shows another configuration example of the flip-flop circuit suitable for the input unit according to the present invention.
  • the feature is that it takes the logic of the internal clock pair CKt and CKb and generates the slave control clock pair CKSt CKSb.
  • the master (MAS) is composed of three inverters INV0, INV5, INV11, a first transistor inverter composed of PMOS transistors MP1, MP2 and NM ⁇ S transistors MN1, MN2, and PMO transistors MP3, MP4, and NMOS It consists of a second tri-state inverter consisting of transistors MN3 and N4.
  • the slave (SLA) has a third tri-state inverter composed of PMOS transistors MP6, MP7 and NM ⁇ S transistors MN6 and MN7, and PMOS transistors MP8, MP9 and NMOS. It consists of a fourth tri-state inverter consisting of transistors MN8 and MN9, and inverter # 0.
  • the third and fourth tri-state inverters are controlled not by the internal clock pair CKt and CKb but by the slave control clock pair CKSt and CKSb.
  • the slave control clock pair CKSt and CKSb is generated by taking the logic of the internal clock pair CKt and CKb by two inverters INV12 and V13, NAND gate NA14 and NOR gate N014. It should be noted that the slave control clock generation logic circuit can be shared by a plurality of flip-flop circuits instead of being provided for each flip-flop circuit, thereby reducing the number of elements and the layout area. Can be reduced.
  • the flip-flop circuit of FIG. 16 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 15 there is shown a case where there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the tower and the internal clock CKb of the bar are at the high level.
  • the master operates between the transparent state (TRA) and the latch state (LAT) during the overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both at high level.
  • the rising state is a latching state
  • the falling state is a transparent state.
  • the slave is in the latch state while the true slave control clock CKSt is at the high level and the bar slave control clock CKSb is at the high level.
  • the true slave control clock CKt is at the high level and the bar slave control is performed. While the clock for use CKSb is at low level, it is in the transparent state.
  • the clock for slave control is Only when the internal clock CKt of the clock is high and the internal clock CKb of the bar is low, the CKSt of the clock is high and the CKSb of the bar is low. During the other periods, the true CKSt is low and the no CKSb is high.
  • the slave control clock pair CKSt, CKSb switches at the same timing and does not overlap. As a result, the slave is in the transparent state only when the master is in the latch state, and is in the latch state in other periods.
  • the output Q is held from the slowest rising of the internal clock CKt and the slowing of the internal clock CKb of the bar to the slower in the next cycle.
  • the period during which the output Q is in the valid state (VAL) is the cycle time of the internal clocks CKt and CKb.
  • FIG. 18 schematically shows another example of the configuration of the input unit according to the present invention. It is characterized by the use of a clock recovery circuit PLL to generate internal cracks CKRt and CKRb.
  • input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,... And the external clock pair CLKt, CLKb, respectively, and the internal signals ⁇ , IN1 I are compared with the reference voltage Vref. , ... and the internal clock pair signals CLKIt, CLKIb.
  • the latch circuit LP are input to the latch circuit LP, and the output signals IN0L, IN1L, ... are used for the operation of the internal circuit of the semiconductor device.
  • the operation of the latch circuit is controlled by internal clock pairs CKRt and CKRb generated by two phase-locked loop PLLs that are clock recovery circuits.
  • the phase-locked loop PLL compares the internal clock signal CLKIt or CLKIb with the internal clock CKRt or CKRb.
  • Phase-frequency comparator PFD phase-frequency detector Charge pump that generates control voltage Vet or Vcb according to the output of PFD It consists of a circuit CP, a voltage controlled oscillator VC0 controlled by the control voltage Vet or Vcb, and a clock driver CKD that drives the output of the voltage controlled oscillator VCO as an internal clock CKRt or CKRb.
  • the clock driver CKD can be realized by a well-known cascode driver or the like in which even-numbered stages of CMOS inverters are connected to gradually increase the driving capability.
  • the main parts of the other circuit blocks will be briefly described.
  • FIG. 19 is a circuit diagram of a configuration example of the phase ′ frequency detector PFD. It consists of eight inverters INV00 to INV07, six two-input NAND gates NA100 to NA105, two three-input NAND gates NA106, NA107, and a four-input NAND gate NA108, and is composed of a combination of CM ⁇ S logic gates. . Control signals UP1 and DN1 are generated according to the phase and frequency of the internal clock signal CLKI and internal clock CKR.
  • FIG. 20 is a circuit diagram of a configuration example of the charge pump circuit CP.
  • Inverter INV108, two PM ⁇ S transistors MN100, MP101, and two NM It consists of OS transistors MN100 and N101, two capacitors C100 and C101, and a resistor R100.
  • the bias voltages Vbpl and Vbnl are applied to the gates of the PMOS transistor MP100 and the NMOS transistor MN100, respectively, and the current flowing from the power supply voltage VCC to the control voltage Vc node or the current drawn to VSS is limited.
  • FIG. 21 shows a configuration example of the voltage control transmitter VC0. It consists of six fully differential delay circuits DDE0 to DDE5 and two inverters INV116 and INV117. Fully differential delay circuit DDE0 ⁇ ! ) DE5 is a delay circuit whose input and output are both differential signals and whose delay time is controlled by the control voltage Vc.
  • the number is six, but an appropriate number is set so as to obtain a desired variable frequency region. Note that although the number is 6 and an even number here, oscillation occurs because the DDE5 true output is returned to the DDE0 bar input, and the DDE5 bar output is returned to the DDE0 toul input.
  • the inverter INV116 is provided for taking out the internal clock CKR as an output. Further, an inverter INV117 is provided to equalize the load of the output of the fully differential delay circuit DDE5.
  • the rising edge of the input signal can be determined at the timing corresponding to the rising edge of the external clock, and the falling edge of the input signal can be determined at the timing corresponding to the falling edge of the external clock.
  • the input signal path and the clock signal path are aligned, they are compensated, and the setup and hold times are reduced to reduce the clock cycle. You can save time.
  • a method that enables a high-speed interface using a clock recovery circuit for generating an internal clock is described in Reference 3.
  • a higher-speed operation can be performed by compensating for the delay time difference between the rising edge and the falling edge.
  • FIG. 22 schematically shows still another example of the configuration of the input unit according to the present invention.
  • the feature is that the mouth regeneration circuit used to generate internal cracks CKRt and CKRb is partially shared.
  • the internal clock CKRb of the bar is generated by the delay locked loop DLL.
  • the delay lock loop DLL is a phase comparator PC that compares the internal clock signal CLKIb and the internal clock CKRb, a charge pump circuit CP that generates the control voltage Vc2 according to the output of the phase comparator PC, and a control. It includes a voltage-controlled delay VCD controlled by the voltage Vc, and a clock driver CKD that drives the output of the voltage-controlled delay VCD as an internal clock CKRb.
  • Toru's internal clock CKRt is obtained by delaying the internal clock signal CLKIt with the voltage control delay VCD controlled by the control voltage Vc2 of the delay lock loop DLL and driving it with the clock driver CKD. appear.
  • the internal clock CKRt of the Tonore is delay locked.
  • the internal clock CKRb of the bar generated by the loop DLL can be generated only by the voltage control delay unit VCD and the clock driver CKD.
  • the configuration of the phase comparator PC and the voltage control delay VCD which are circuit blocks different from the configuration shown in FIG. 18, will be briefly described.
  • FIG. 23 is a circuit diagram of a configuration example of the phase comparator PC. It consists of four 3-input NAD gates NA140 to NA143 and four inverters INV140 to: [NV143. While the enable signal LEN0 is at the high level, control signals UP0 and DNO are generated according to the phases of the internal clock signal CLKI and the internal clock CKR. Unlike phase-locked loops, delay-locked loops do not need to detect frequency differences, so a phase comparator with a simpler configuration than the phase-frequency detector PFD shown in Figure 19 is used. be able to.
  • FIG. 24 shows a configuration example of the voltage control delay device. It consists of five inverter type delay circuits IDE0 to IDE4 and an inverter INV116.
  • the inverter type delay circuits IDE0 to IDE4 are inverters whose delay time is controlled by the control voltage Vc.
  • the number is five, but an appropriate number is set so as to obtain a desired variable frequency region.
  • the phase should not be inverted, including the inverter INV116 that extracts the output.
  • the configuration shown in FIG. 22 has a smaller number of circuit blocks than the configuration shown in FIG. 18, and each circuit block has a simple configuration and can compensate for a delay time caused by a clock driver CKD or the like.
  • the clock recovery circuit uses a delay-locked loop instead of a phase-locked loop.
  • the voltage-controlled oscillator used in the phase-locked loop has the same output oscillation frequency when the control voltage is the same, but the phase is different.Therefore, in Figure 18, loops are provided for each of the true and bar internal clocks. .
  • the power used in the delay lock The pressure control delay can share the same delay time when the control voltage is the same, so that a part of the loop can be shared between the tower and the internal connection of the bar.
  • FIG. 25 is a circuit diagram of a configuration example of an input buffer using a current mirror type differential amplifier.
  • the three NMOS transistors MN200 to MN202 and the two PMOS transistors MP201 and MP202 form an NMOS input current mirror differential amplifier, and differentially amplify the input signal IN with respect to the reference voltage Vref.
  • the sources of the PMOS transistors MP201 and MP202 are connected to the input / output power supply voltage VDDQ.
  • the output of the differential amplifier is received by the 2-input NAND gate NA203, and the internal signal INI is output.
  • the power down signal PTOIb of the bar is input to the NAND gate NA203 and the NMO transistor MN200. When the power down of PTOIb is low, the current of the differential amplifier is cut off and the internal signal INI is fixed.
  • the input buffer IBUF is generally used in a small-width interface such as an STLS interface.
  • a small-width interface such as an STLS interface.
  • FIG. 26 is a circuit diagram of another configuration example of the input buffer. It features a complementary differential amplifier that combines an NMOS input differential amplifier and a PMOS input differential amplifier. Such an input buffer is described in Ref.
  • the NMOS input differential amplifier DAN includes three NM ⁇ S transistors MN210 to MN212 and three PMO transistors MP210 to MP212.
  • the PMOS input differential amplifier DAP is also composed of three NMOS transistors MN213 to MN215 and three PMOS transistors MP213 to MP215.
  • the output of the NMO S input differential amplifier DAN and PMO S input differential amplifier DAP is short-circuited, and the input signal IN is referenced to the reference voltage Vref Is differentially amplified.
  • the output INI0 of the differential amplifier is provided with a PMOS transistor MP210, which is connected to the input / output ground voltage VSSQ in the NMOS input differential amplifier DAN and the PMOS input differential amplifier MP.
  • the power down signal PTOIb of the bar is input to the gate, and during power down, the current of the differential amplifier is cut off and its output is fixed.
  • the MPMOS transistor in the NMOS input differential amplifier DAN MP210 is provided to balance the NMOS transistor MN213 in the PMOS input differential amplifier DAP.
  • the output of the differential amplifier is composed of a PMOS transistor MP217 and an NMOS transistor MN217.An inverter driven by the input / output power supply voltage VDDQ and the input / output ground voltage VSSQ is connected to the output, and the inverter INV218 is connected to the output. Drive the internal signal INI.
  • the differential amplifier with the NMOS input and the differential amplifier with the PMOS input operate at the same time, and the influence of the common-mode component of the input is small, and the delay time difference between the rise and fall can be reduced.
  • the input unit according to the present invention as shown in FIG. 1 the time difference between the clock and the bar of the internal clock pair is reduced, and stable operation is facilitated.
  • FIG. 27 shows another example of the configuration of the input buffer. Similar to the input buffer shown in FIG. 26, the feature is that the NMOS input differential amplifier and the PMOS input differential amplifier are combined and operated alternately. Such an input buffer is also described in Ref.
  • the NMO S input differential amplifier MN and the PMO S input differential amplifier DAP are composed of three NM ⁇ S transistors and three PMO S transistors, as shown in Fig. 26, and the input signal IN is referenced to the reference voltage Vref. Is differentially amplified.
  • a PMOS transistor MP210 for controlling power down, an inverter composed of a PMOS transistor MP217 and an NMO transistor MN217, and an inverter Data is provided.
  • feedback is applied from the input node INIOb of the inverter layer 212 to the gates of the NMO transistor MN21Q in the NMO S input differential amplifier DAN and the PM0S transistor MP213 in the PM ⁇ S input differential amplifier DAP.
  • the node INIOb is at the high level, the current path of the PMOS input differential amplifier DAP is cut off, and when the node INIOb is at the high level, the current path of the NMOS input differential amplifier DAN is cut off.
  • the smaller of the through current is automatically selected from the NMOS input differential amplifier DAN and PMOS input differential amplifier DAP, and they operate alternately.
  • the power down signal PTOIb of the bar is connected to the PM ⁇ S transistor MP210 and the NMOS transistor ⁇ 213 in the PMOS input differential amplifier DAP, and is not input to the NMOS input differential amplifier DAN.
  • This input buffer is capable of differential amplification with the reference signal Vref with relatively small current consumption.
  • the amplitude of the input signal IN is such that the high level is close to the input / output power supply voltage VDDQ and the low level is close to the input / output ground voltage VSSQ, the through current in the differential amplifier is small. Compared with the input buffer as shown in FIG.
  • FIG. 28 is a circuit diagram of still another input buffer configuration example.
  • the two NMOS transistors MN220 and MN221 and the two PMOS transistors MP220 and MP221 form a NOR gate powered by the input / output power supply voltage VDDQ and the input / output ground voltage VSSQ.
  • Down signal PTOI is input.
  • the inverter INV222 is connected to the output of this NOR gate and drives the internal signal INI.
  • this input buffer is commonly used for large amplitude interfaces such as LVTTL. Since the judgment is made based on the logic threshold of the logic gate without using the reference voltage Vref, the effect of the process and voltage fluctuation is large, and the delay time difference between the rise and fall is large. Therefore, the effect of the present invention that can compensate for the delay time difference is great.
  • FIG. 29 schematically shows an output section of the semiconductor device according to the present invention.
  • Output buffers 0BUF are provided corresponding to the output signals 0UT0, 0UT1, ... and the external clock pair CLK0t, CLKOb ', respectively, and are controlled by the enable signals Q0E, CK0E by the output control circuit 0C.
  • the internal signals 0UT0P, 0UT1P, ... are input to the flip-flop circuit FF0, controlled by the internal clock CK0, and the outputs 0UT0Q, 0UT1Q, ... are input to the output buffer 0BUF.
  • the output timing generator 0TG and complementary clock pair signals CLKPt and CLKPb are output together with the internal clock CK0.
  • FIG. 30 is a circuit diagram of a configuration example of the output buffer 0BUF. It consists of an inverter INV230, NAND gate NA231, NOR gate N0231, two level conversion circuits LC23P and LC23N, and an output stage PMOS transistor MP233 and NMOS transistor MN233.
  • each of the level conversion circuits LC23P and LC23N is composed of three PMOS transistors and three NMOS transistors, and converts the signal amplitude from the internal circuit power supply voltage VDD to the input / output power supply voltage VDDQ.
  • This output buffer 0BUF is enabled by the enable signal Q0E. It becomes high impedance state at the time of lip leakage vss. When the enable signal Q0E is at the high level VDD, it drives the output OUT according to the internal signal 0UTQ.
  • FIG. 31 shows an interface according to the present invention between two semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR.
  • a reference clock CK0 as an operation reference is sent to the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR.
  • the clock pair CKLt and CKLb are sent together with data DATAL from the semiconductor integrated circuit CHPL to CHPR.
  • the clock pair CKRt and CKRb are sent together with the data DATAR from the semiconductor integrated circuit CHPL to CHPR.
  • Such a configuration is suitable, for example, for an interface between the CPU and the cache memory.
  • FIG. 32 schematically shows the signal transmission unit in FIG.
  • Each of the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR has an output buffer 0BUF and an input buffer IBUF.
  • the output buffer 0BUF is connected to one end of the transmission line TL via the terminating resistor RPL or RPR.
  • the other end of the transmission line is connected to the input buffer IBUF of the other semiconductor integrated circuit.
  • the so-called transmission termination in which a terminating resistor is provided in series, is suitable for a point-to-point interface as shown in FIG. 31 because a through current does not flow when the signal does not change.
  • the reference voltage Vref is not shown here, it is input to the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR if necessary according to the specifications of the interface voltage level.
  • FIG. 33 shows an example in which the present invention is applied to a memory system.
  • the memory controller MCTL and the n memories MCHPl to MCHPn are connected by a clock pair CLKt, CLKb, a command bus CMD, an address bus ADD, a data bus DQL, and a data strobe pair DQSt, DQSb.
  • the clock pair CLKt, CLKb, the command bus CMD and the address bus ADD are driven by the memory controller MCTL and sent to the memories MCHPl to MCHPn.
  • the data bus DQL and the data strobe pair DQSt and DQSb are bidirectional, and are sent from the memory controller to the memory during a write operation and from the memory controller to the memory controller during a read operation.
  • both can realize an interface at a high frequency. If the frequency of either the one-way bus or the two-way bus can be low, the number of transmission lines can be reduced without pairing the signals that determine that timing.
  • FIG. 34 schematically shows the signal transmission unit in FIG. For simplicity, only one unidirectional signal and one bidirectional signal are shown here.
  • the output 0UTC of the output buffer 0BUF in the memory controller MCTL is completed via the transmission line TL.
  • the input buffer IBL1F in the memories MCHPl to MCHPn is input. 1 ⁇ 1 ⁇ 1 ⁇ 1].
  • I0C which is the output of the output buffer 0BUF in the controller MCTL and the input of the input buffer IBUF
  • IOMn is the input of the input buffer IBUF and the output of the output buffer 0BUF in the memories MCHPl to MCHPn via the transmission line TL.
  • termination resistors RTL and RTR are provided at both ends of the transmission line, and are connected to the termination voltage VTT.
  • the signal transmission timing varies depending on the position on the node, but as shown in Fig. 33, the delay time is made uniform by sending the timing signal pair from the same semiconductor integrated circuit together with the signal sent to the bus. be able to. Even if the input impedance of the memories MCHPl to MCHPn differs depending on the presence or absence of the output buffer 0BUF between the one-way bus and the two-way bus, the effects can be eliminated by providing a timing signal pair for each of the memories MCHPl to MCHPn.
  • FIG. 35 shows a main block diagram of a synchronous DRAM which can be used as the semiconductor memories MCHPl to MCHPn in FIG.
  • Indirect peripheral circuits include clock buffer CKB, control signal buffer CB, command decoder CD, end address buffer AB, column address counter YCT, data strobe input circuit DSB, data strobe output circuit QSB, data input circuit DIB, data output circuit Including DOB.
  • a row defect repair circuit XR, a row predecoder XPD, a column repair decision circuit YR, a column predecoder YPD, a write buffer TO, a main amplifier MA, etc. are provided corresponding to the memory array MAR, and a memory core sector is provided.
  • SCT0, SCT1, ... are configured.
  • the memory core sector corresponds to the number of memory arrays according to the specifications such as the memory capacity and the number of banks, but here only two are shown for simplicity.
  • the clock buffer CKB distributes the internal clock pair CKIt, CKIb to the control signal buffer CB, address buffer AB, etc. according to the external clock pair CLKt, CLKb. command
  • the decoder CD generates a control signal for controlling the address buffer AB, the column address counter YCT, the data input circuit DIB, the data output circuit DOB, etc. in response to an external control signal CMD.
  • the address buffer AB fetches an external address ADR at a desired timing according to the external clock CLK, and distributes the low address BX to the sectors SCT0 and SCT1.
  • the address buffer AB also takes in the column address and sends it to the column address counter YCT, and the column address counter YCT generates a column address BY for performing a burst operation using the input column address as an initial value, Distribute to sectors SCTO and SCT1.
  • the data strobe data input circuit DSB generates an internal data strobe pair DSIt, DSIb and the like in accordance with the data strobe pair DQSt, DQSb, and controls the data input circuit DIB.
  • the data input circuit DIB takes in the data of the input / output data DQ with the outside at a desired timing and outputs the write data GI.
  • the data output circuit DOB outputs the read data GO to the input / output data DQ at a desired timing.
  • the data strobe output circuit drives the QSB force data strobe pair DQSt and DQSb.
  • the oral defect repair circuit XR determines the presence / absence of replacement for the row address BX, and outputs the row repair determination result RXH to the row predecoder XPD.
  • the row predecoder XPD receives the row address BX and the row-related rescue judgment result RXH, and outputs a desired mat selection signal MS and a port predecode address CX to the memory array MAR.
  • the column-based repair determination circuit YR determines the presence / absence of replacement for the address BX and the column address BY, and outputs a column-based repair determination result RYH to the column predecoder YPD.
  • the column predecoder YPD receives the column address BY and the column-based rescue judgment result RYH, pre-decodes the column address BY, and outputs the column predecode address CY to the memory array MAR. I do.
  • the write buffer WB outputs the write data GI to the main input / output line MI0.
  • the main amplifier MA amplifies the signal of the main input / output line MI0 and outputs read data GO.
  • FIG. 36 shows a configuration example of the memory array MAR in FIG.
  • a memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix form is divided into 16 mats MCA0 to MCA15.
  • Sense amplifier sections SAB0 to SAB16 are provided on both sides of each mat.
  • decoders XDEC0 to XDEC15 corresponding to the mats MCA0 to MCA15 and sense amplifier control circuits SAC0 to SAC16 corresponding to the sense amplifiers SAB0 to SAB16.
  • the column decoder YDEC and the redundant column driver RYD2 are common to the divided mats MCA0 to MCA7, and the 256 column select lines YS0 to YS255 and the two redundant column select lines RYS0 and RYS1 are selectively used. Drive. Needless to say, the present invention is not limited to the number of mats and the number of column selection lines.
  • FIG. 37 shows a configuration example of the sense amplifier section SAB1 and the mat MCA1 in FIG.
  • the mat MCA1 is a well-known folded bit in which a memory cell MC is arranged at the intersection of the bit line pair 'BLOt and BL0b, or one of BLOt and BL0b,..., And the word lines WL0, WL1,. Line configuration.
  • the memory cell MC is a one-transistor, one-capacitor memory cell including one NMOS transistor and one storage capacitor.
  • the sense amplifier section SAB1 is shared by the two mats MCA0 and MCA1, and the shared gates SHL0, SHL1,... and SHR0, SHR1, ' ⁇ ', precharge circuits PCO, PC1, ⁇ ' SA0, SA1, ..., input / output gates; [0G0, I0G1, ...].
  • the precharge circuits PC0, PCI, ... precharge the bit line pairs in the mats MCAO, MCA1 on both sides to the precharge voltage HVC.
  • Shared gates SHL0, SHL1,... and SHR0, SHR1,... are either mat MCAO, MCA1
  • the bit line pair in one is connected to the sense amplifier, and the bit line pair in the other is separated.
  • a signal is read from the memory cell MC to each bit line pair BLOt and BL0b, BLOt and BLOb,.... , And amplified by the sense amplifiers SA0, SA1,.
  • the I / O gates IOG0, I0G1, ... are selected by column selection lines YS0, YS1, ..., and connect the desired sense amplifier to the I / O line pairs IOOt and I00b, IOlt and IOlb.
  • column selection lines are arranged for every two sense amplifiers in the sense amplifier section, that is, for every four pairs of bit lines in the mat.
  • FIG. 38 shows an example of the timing of the read operation in the configuration example of the synchronous DRAM shown in FIG.
  • the command decoder CD determines the control signal CMD, and when the activating command A is given, the low address X is taken from the address ADR into the address buffer AB. Outputs the lower address BX.
  • a desired mat selection signal MS and a port predecode address CX are output in the sector SCT0 or SCT1.
  • the word line WL is selected in the memory array MAR, and the sense amplifier operates.
  • the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB, the column address counter YCT operates every clock cycle, and the column address BY is read. Output.
  • the column-based rescue judging circuit YR operates, and outputs a column predecoded address CY or a redundant column address signal RCY according to the result.
  • the column selection line YS or the redundant column selection line RYS is selected in the memory array MAR.
  • a signal is read to the main input / output line MI0, and the main amplifier MA reads the data.
  • the data output circuit DOB outputs data to the input / output data DQ at the timing according to the external clock pair CLi and CLKb.
  • the data strobe output circuit QSB drives the data strobe pair DQSt and DQSb.
  • the data strobe pair DQSt and DQSb are used on the memory controller side to control the input / output data DQ capture timing.
  • the switching timing of the input / output data DQ is determined by the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, while the data strobe pair DQSt and DQSb can be switched by the falling edge of the external clock CLKt and the rising edge of CLKb.
  • Figure 39 shows an example of the write operation timing.
  • the row operation is performed.
  • a write command W is given to the control signal CMD, a column operation is performed.
  • the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB.
  • the input / output data DQ is taken in by the data input circuit DIB at the rise of the data strobe DQSt and the fall of DQSb.
  • the data input circuit DIB outputs write data GI at the next rising edge of the external clock CLKt and falling edge of CLKb, and a signal is sent from the write buffer to the main input / output line MI0.
  • the column address counter YCT operates every clock cycle, outputs the column address BY, outputs the column predecode address CY or the redundant column address signal RCY, and selects the column selection line YS or the redundant column selection line RYS. You. As a result, the signal on the main input / output line MI0 is sent to the sense amplifier, and the write operation is performed.
  • FIG. 40 shows a configuration example of the data strobe input circuit DSB. Consists of two input buffers DStB, DSbB, three inverters INV300, INV308, INV309, NOR gate N0301, two inverter-type delay circuits IDE302, IDE303, and four NAND gates NA304 to NA307 Is performed.
  • the input buffers DStB and DSbB compare the data strobe pair DQSt and DQSb with the reference voltage Vref and output the internal data strobe pair DSIt and DSIb.
  • the inverter INV300 and the NOR gate N0301 set the internal node DS0 to low level during the period of the data strobe DQSt power S noise level of the transistor, and to the high level during the other period of the DQSb power level of the bar.
  • NAND gates NA306 and NA307 constitute an SR latch. For example, at the rising edge of the internal clock CKDI supplied by the command decoder CD in FIG.
  • the reset signal Rb of the bar of the SR latch is set to the low level by the desired pulse width determined by the delay circuit IDE302.
  • the set signal Sb of the bar of the SR latch is set to a low level for a desired pulse width determined by the delay circuit IDE303.
  • Inverter 2-stage INV308 and INV309 amplify the output of SR latch and output as timing control signal DSCK.
  • FIG. 41 shows a configuration example of one bit of the data input circuit DIB.
  • the circuit of Fig. 41 is provided for the number of bits to configure the data input circuit DIB.
  • One bit consists of an input buffer DIB and first to third latch circuits L301 to L303.
  • the input buffer DIB compares the input DQi with the reference voltage Vref and outputs an internal signal DOi.
  • the first latch circuit L301 has the same configuration as that of FIG. 9, and is controlled by the internal data slope pair DSIt and DSIb.
  • the second latch circuit L302 is a normal latch circuit, comprising two inverters INVOC, INV5C, four PMOS transistors MP1C to MP4C, and four NMOS transistors MN1C to MN4C, It is controlled by the timing control signal DSCK.
  • the third latch circuit L303 is also a normal latch circuit, can be configured in the same manner as the second latch circuit L302, and is controlled by the internal clock CKDI.
  • the operation of the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 40 and the operation of the data input circuit DIB partially shown in FIG. 41 will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
  • a case is shown in which the delay time of the fall is longer than the rise of the data strobe, and there is an overlap period in which both the true internal data strobe DSIt and the bar internal data strobe DSIb are at a high level.
  • the first latch circuit L301 in Fig. 41 is in the transparent state (TRA) while the internal data strobe DS It is low and the internal data strobe DSIb of the bar is at the high level.
  • the timing control signal DSCK for controlling the second latch circuit L302 is generated by the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 40 as follows. The lower of the true internal data strobe DSIt rising and the internal data strobe DSIb falling of the bar, the slower of the falling of the internal data strobe DSIb in Fig. 42, the low level pulse is generated in the bar set signal Sb and the timing The control signal DSCK rises.
  • the timing control signal DSCK falls.
  • the second latch circuit L302 enters a latch state when the DSCK is at a high level and a transparent state when the DSCK is at a low level.
  • the third latch circuit L303 is controlled by the internal clock CKDI. Becomes transparent at the time of the bell. As a result, the internal signal Di output from the third latch circuit L303 becomes a valid state (VAL) in a cycle time corresponding to the fall of the internal clock CKDI.
  • a latch circuit controlled by a timing control signal generated by the logic of the internal data strobe and the internal clock is inserted between the latch circuit controlled by the internal data strobe pair and the latch circuit controlled by the internal clock.
  • This allows flexibility in the timing relationship between the data strobe pair and the clock.
  • it is difficult to match transmission lines s, which enables stable operation even if a delay time difference occurs .
  • the output DOi of the input buffer end DIB is captured by the first latch circuit L301 having the same configuration as in Fig. 9, so that the input DQi rises at the rise of the data strobe and the input DQi rises. The fall can be determined by the fall of the data strobe, and a high frequency interface is possible.
  • FIGS. 38 and 39 show the operation at the same clock and data frequencies, that is, at the so-called single data rate.
  • the present invention is applicable not only to single data rates but also to double data rate synchronous memories.
  • FIG. 43 shows an example of the timing of the read operation at the double data rate in the configuration example of the synchronous DRAM shown in FIG. Similarly to Fig. 38, row operation is performed when Activate command A is given. When a read command R is given to the control signal CMD, a column operation is performed in each clock cycle. At this time, read data is output from the mat to the data output circuit DOB with twice as many bits as the input / output data DQ. The so-called 2-bit prefetch 'operation is performed.
  • the data output circuit DOB is connected to the external clock and the timing according to CLKt and CLKb. Data to the input / output data DQ. Here, the input / output data DQ is switched at the intersection of the external clock pair CLKt and CLKb. Although not shown in FIG. 35, this can be realized by using a quick recovery circuit for controlling the output timing. By switching between the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, as well as the falling edge of the external clock CLKt and the rising edge of CLKb, the data frequency is twice that of the external clock pair CLKt and CLKb.
  • the data strobe output circuit QSB drives the data strobe pair DQSt and DQSb according to the input / output data DQ.
  • the data strobe pair DQSt and DQSb are driven one cycle before the drive of the first data of the input / output data DQ.
  • the data strobe pair DQSt and DQSb are used on the memory controller side to control the input / output data DQ capture timing.
  • FIG. 44 shows an example of the timing of the write operation at the double data rate.
  • activate command A When activate command A is given, row-related operations are performed.
  • a write command W is given to the control signal CMD, a column operation is performed.
  • the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB.
  • the data input circuit DIB takes in the input / output data DQ by the rising edge of the data strobe DQSt and the falling edge of DQSb.
  • the input / output data DQ is taken in by the data input circuit DIB even at the falling edge of the data strobe DQSt and the rising edge of DQSb.
  • the data input circuit DIB outputs the write data GI of twice the number of bits of the input / output data DQ, and the write buffer WB outputs the main input / output lines.
  • a signal is sent to MI0.
  • the column address counter YCT operates at each clock cycle, outputs the column address BY, and outputs the column predecode address.
  • CY or redundant column address signal KCY is output, and column select line YS or redundant column select line RYS is selected.
  • the signal on the main input / output line MI0 is sent to the sense amplifier, and the write operation is performed.
  • a so-called 2-bit prefetch operation is performed.
  • the data rate can be doubled at the same clock frequency as the single data rate.
  • the interface of the present invention is preferable because the setup time and the hold time specification of the input / output data can be shortened.
  • FIG. 45 shows a configuration example of the data strobe input circuit DSB. It consists of two input buffers DStB, DSbB, three inverters INV310, INV308, INV309, NOR gate N0301, two inverter type delay circuits IDE302, IDE303, and four NAND gates NA304 to NA307. You. The difference from the configuration in FIG. 40 is that the inverter INV300 in FIG. 40 is removed and the inverter INV310 is inserted.
  • the inverter INV310 and the NOR gate N0301 set the internal node DSB0 to the high level during the period when the data strobe DQSt of the Tonore is at the high level and the DQSb of the bar is at the high level, and at the high level during the other periods.
  • the set signal Sb of the bar of the SR latch is set to low level.
  • the two-stage inverter INV308 and INV309 amplify the output of the SR latch and output it as a timing control signal DSBCK.
  • Fig. 46 shows a configuration example of one bit of the data input circuit DIB. If the input / output data DQ is multi-bit, the circuit of Fig. 41 is provided for the number of bits and the data input circuit DIB is Constitute. One bit consists of the input buffer DIB, the first flip-flop circuit FF301e, and the first to fifth latch circuits.
  • the circuit FF301e has the same configuration as that in Fig. 14, and is controlled by the internal data strobe pair DSIt and DSIb.
  • the first latch circuit L301o has the same configuration as that of FIG. 9 as the first latch circuit L301 in FIG. 41, and is controlled by the internal data strobe pair DSIt and DSIb, but the first latch circuit L301o in FIG. The connection of the internal data strobe pair DSIt and DSIb to the circuit L301 is reversed.
  • the second to fifth latch circuits L302o, L303o, L302e, and L303e are ordinary latch circuits, and can be configured in the same manner as the second latch circuit L302 in FIG.
  • the second latch circuit L302o and the fourth latch circuit L302e are controlled by the timing control signal DSBCK, and the third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e are controlled by the internal clock CKDI.
  • the operation of the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 45 and the operation of the data input circuit DIB partially shown in FIG. 46 will be described in accordance with the timing chart shown in FIG.
  • the falling delay time is longer than the rising edge of the data strobe, and both the internal data strobe DSIt and the internal data strobe DSIb of the bar become high level. This shows a case where there is an overlap period.
  • the first flip-flop circuit FF301e in FIG. 46 operates as described with reference to FIG. 15, and the true internal data strobe DSIt rises slowly and the internal data strobe DSIb falls slowly.
  • the transparent internal data strobe (TRA) during the period when the internal data strobe DSIt is high and the internal data strobe DSIb of the bar is low level, and the true internal data strobe
  • the latch state (LAT) is set.
  • the overlap period during which the internal data strobe pair DSIt and DSIb are both high depends on the input DOi.
  • the timing control signal DSBCK for controlling the second latch circuit L302o and the fourth latch circuit L302e is generated by the data strobe input circuit DSB shown in FIG.
  • the third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e are controlled by an internal clock CKDI, and are in a latch state when CKDI is at a high level and in a transparent state when CKDI is at an open level. As a result, the internal signals Me and Dio output from the third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e enter a valid state (VAL) in a cycle time corresponding to the falling edge of the internal clock CKDI. .
  • the timing of taking in both the double data rate is obtained.
  • the rising edge of the input DQi is the rising edge of the data strobe, and the falling edge of the input DQi is Can be determined by the falling edge of the data strobe.
  • double data rate interface can be stably realized.
  • the rising edge of the input signal is determined by the rising edge of the external clock
  • the falling edge of the input signal is determined by the rising edge of the external clock. It can be judged by going down. Even if there is a difference in the delay time between the rise and fall, it is compensated if the input signal path and the clock signal path are the same. As a result, the setup time and hold time specifications can be shortened, and the clock cycle time can be shortened. That is, an interface at a high frequency can be realized.
  • the present invention is suitable for general semiconductor devices that transmit and receive signals at a high frequency.
  • the present invention can be applied to a single data rate / double data rate synchronous DRAM.

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Abstract

A semiconductor device capable of acting stably within short setup and hold times even with a delay time difference between signal rises and falls, and capable of inputting/outputting signals at high frequencies. A representative solving means is to provide a semiconductor device comprising input buffers (IBUF) respectively corresponding to inputed input signals (IN0, IN1,..., and so on) and inputted external clock pairs (CLKt, CLKb) to produce internal signals (IN0I, IN1I,..., and so on) and internal clock pairs (CKIt, CKIb), and latch circuits (LP) for receiving the internal signals (IN0I, IN1I,..., and so on) to control their actions by the internal clock pairs (CKIt, CKIb) so that their output signals (IN0L, IN1L,..., and so on) may be used for the actions of the internal circuits. Therefore, it is possible to decide the rises of the input signals by the rises of the external clocks and the falls of the input signals by the falls of the external clocks.

Description

明 細 書 半導体装置 技術分野  Description Semiconductor device technology
本発明は半導体装置に係わり、 特に高い周波数で信号を入出力可能な 半導体集積回路装置に関する。 さらには信号入力バッファ回路に関する。 背景技術  The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device capable of inputting and outputting a signal at a high frequency. Further, the present invention relates to a signal input buffer circuit. Background art
この明細書で参照される文献は以下の通りであり、 文献はその文献番 号によって参照することとする。 [文献 1 ]:B. Keeth and R.J. Baker, ' DRAM circuit design: a tutorial, ' IEEE Press, pp. 16-22, (2001). [文献 2] :特開 2000-231787。 [文献 3] :Ι·Α· Young, J. K. Greason and K. L. Wong. " PLL clock generator with 5 t o 10 MHz of lock range for microprocessors, IEEE Journal of Solid- State Circuits vol. 27, no. 11, p. 1599-1607 (Nov. 1992) . [文献 4] :T. Sakata, et al., " DDR/SDR- Compatible SDRAM Design with a Three-Size Flexible Column Redundancy, " 2000 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. 116-119, (June 2000).  The documents referred to in this specification are as follows, and the documents are referred to by their document numbers. [Reference 1]: B. Keeth and R.J. Baker, 'DRAM circuit design: a tutorial,' IEEE Press, pp. 16-22, (2001). [Reference 2]: JP-A-2000-231787. [Reference 3]: Ι · Α · Young, JK Greason and KL Wong. "PLL clock generator with 5 to 10 MHz of lock range for microprocessors, IEEE Journal of Solid-State Circuits vol. 27, no. 11, p. 1599 -1607 (Nov. 1992). [Literature 4]: T. Sakata, et al., "DDR / SDR-Compatible SDRAM Design with a Three-Size Flexible Column Redundancy," 2000 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp. . 116-119, (June 2000).
近年の半導体集積回路では、 外部との信号の授受を外部クロックと同 期させて行っている。 例えば、 DRAM (ダイナミックランダムァクセ スメモリ) でも、 文献 1の Fig. L 18に示されているような S DR AM (シンクロナス DRAM) が主流となっている。.図 2に、 同期式インタ フェースの半導体装置の入力部の構成例を模式的に示す。 入力信号 IN0, INI, …及び外部クロック CLKにそれぞれ対応して入カバッファ IBUFを 設け、 基準電圧 Vref と比較して内部信号 IN0I, II, …及び内部クロ ック CKIを得る。 内部信号 ΙΝΟΙ, IN1I, …をラッチ回路 LCに入力し、 ラツチ回路の動作を内部クロック CKIにより制御する。 ラツチ回路 LPの 出力信号 IN0L, IN1L, …を、 半導体装置の内部回路の動作に用いる。 図 3は、 図 2に示したような入力部を用いる際の入カタイミング仕様 を示している。 入力信号のセットアップ時間 ts とホールド時間 thを、 クロックの立ち上がりに対して定義している。 すなわち、 ロウレベルか らハイレベルに立ち上がり ' 1'となる入力信号 INrlに対し、 入力信号 INrlの立ち上がりで基準電圧 Vref を横切ってから、 クロック CLKの立 ち上がりで基準電圧 Vref を横切るまでに、 セッ トアップ時間 ts以上の 時間があれば、 入力信号 INrlを ' と判別することを保証する。 また、 ' 1'の状態であるハイレベルから口ゥレベルに立ち下がる入力信号 INfl に対し、 クロック CLKの立ち上がりで基準電圧 Vref を横切ってから、 入 力信号 INflの立ち下がりで基準電圧 Vref を横切るまでに、 ホールド時 間 th以上の時間があれば、入力信号 INflを' と判別することを保証す る。 同様に、 立ち下がり' 0'となる入力信'号 INfOのセッ トアップ時間 ts を、 クロック CLKの立ち上がりよりもどれだけ早く立ち下がれば良いか で規定する一方、 ' 0'の状態から立ち上がる入力信号 INrOのホールド時 間は、 クロック CLKの立ち上がりからどれだけ後なら立ち上がって良い かで規定する。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits exchange signals with the outside in synchronization with an external clock. For example, in DRAM (Dynamic Random Access Memory), SDRAM (Synchronous DRAM) as shown in Fig. L18 in Ref. 1 is predominant. FIG. 2 schematically shows a configuration example of an input section of a semiconductor device having a synchronous interface. Input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,… and the external clock CLK, respectively, and compared with the reference voltage Vref, the internal signals IN0I, II,… Get CKI. Input the internal signals ΙΝΟΙ, IN1I, ... to the latch circuit LC, and control the operation of the latch circuit by the internal clock CKI. The output signals IN0L, IN1L, ... of the latch circuit LP are used for the operation of the internal circuit of the semiconductor device. FIG. 3 shows the input timing specifications when using the input unit as shown in FIG. The setup time ts and hold time th of the input signal are defined with respect to the rising edge of the clock. That is, for the input signal INrl which rises from low level to high level and becomes '1', the setting is made after the input signal INrl rises and crosses the reference voltage Vref at the rising edge of the clock CLK and crosses the reference voltage Vref. If the time is longer than the startup time ts, it is guaranteed that the input signal INrl is determined as'. In addition, for the input signal INfl that falls from the high level that is the state of '1' to the high level, the signal crosses the reference voltage Vref at the rising edge of the clock CLK and then crosses the reference voltage Vref at the falling edge of the input signal INfl. If the hold time is longer than th, it is guaranteed that the input signal INfl is determined to be '. Similarly, the setup time ts of the input signal INfO that falls to '0' is defined by how fast it should fall before the rise of the clock CLK, while the input signal INrO rising from the '0' state The hold time is defined by how long after the rising edge of the clock CLK it is allowed to rise.
実際には、 図 3のような理想的な波形は得られず、 図 4に示すような 信号伝送の状態も有り うる。 この図で、 INrは立ち上がりの入力信号、 INrlは INrを入力バッファで受けて発生した内部信号、 INf は立ち下が りの入力信号、 INflは INf を入力バッファで受けて発生した内部信号で ある。 まず、 入力信号の立ち上がり時間 trと立ち下がり時間 tf は、 該 信号を駆動する半導体集積回路の出カバッファの駆動能力などに依存し、 同じとは限らない。 ここでは、 立ち上がり時間 trに比べ、 立ち下がり時 間 tf が長い場合を示している。 また、 入力信号のハイレベル VIHとロウ レベル VILに対し、 参照電圧 Vref が半分の電圧 (ΠΗ + VIL) / 2 に設 定されるとは限らない。 抵抗で (VIH + VIL) / 2 に終端している場合な どは、 入力バッファでの貫通電流を低減するために、 意図的に参照電圧 Vref を (VIH + VIL) / 2 からずらすこともある。 ここでは、 参照電圧 Vref が半分の電圧 (VIH + VIL) / 2 よりも低い場合を示している。 こ の場合、 立ち上がりの信号 INrに比べ、 立ち下がりの信号 INf が参照電 圧 Vref に到達するまでの時間が長くなる。 さらに、 入力信号を受けた入 力バッファの遅延時間も、 ' 1'に変化する時と' 0'に変化する時とで遅延 時間を同じにするのは困難である。 ここでは、 ' 1'に変化する時の遅延時 間 Uに比べ、' 0'に変化する時の遅延時間 toが大きい場合を示している。 以上により、 立ち上がりの内部信号 INrl と立ち下がりの内部信号 INf I とに遅延時間差 Δ 1:が生じる。 ここでは、 立ち上がりの内部信号 INrlよ り立ち下がり内部信号 INflが遅れる場合を示しているが、反対の場合も 当然有り得る。 図 3に示したようなタイミング仕様は、 この遅延時間差 A tがあっても正常動作できるようにしなければならない。 そのため、 入力信号のセッ トアップ時間 ts とホールド時間 thを小さくできない。 文献 2では、 .入力バッファの出力の立ち上がり時間と立ち下がり時間 の差を小さくする手法を提案しているが、 入力信号自体の遅延時間差は 考慮されていない。 したがって、 文献 2の方式では、 入力信号のセッ ト アップ時間とホールド時間を小さくできる効果は小さい。 Actually, an ideal waveform as shown in FIG. 3 cannot be obtained, and there may be a signal transmission state as shown in FIG. In this figure, INr is the rising input signal, INrl is the internal signal generated by receiving INr at the input buffer, INf is the falling input signal, and INfl is the internal signal generated by receiving INf at the input buffer. . First, the rise time tr and the fall time tf of the input signal depend on the driving capability of the output buffer of the semiconductor integrated circuit that drives the signal, and are not always the same. Here, compared to the rise time tr This shows the case where the interval tf is long. Also, the reference voltage Vref is not always set to half the voltage (ΠΗ + VIL) / 2 for the high level VIH and low level VIL of the input signal. If the resistor is terminated at (VIH + VIL) / 2, the reference voltage Vref may be intentionally shifted from (VIH + VIL) / 2 to reduce the shoot-through current in the input buffer. . Here, the case where the reference voltage Vref is lower than half the voltage (VIH + VIL) / 2 is shown. In this case, the time required for the falling signal INf to reach the reference voltage Vref becomes longer than the rising signal INr. Furthermore, it is difficult to make the delay time of the input buffer receiving the input signal the same when it changes to “1” and when it changes to “0”. Here, a case is shown in which the delay time to when changing to '0' is longer than the delay time U when changing to '1'. As described above, a delay time difference Δ 1: occurs between the rising internal signal INrl and the falling internal signal INf I. Here, the case where the falling internal signal INfl is delayed from the rising internal signal INrl is shown, but the opposite case is naturally possible. The timing specifications as shown in Fig. 3 must enable normal operation even with this delay time difference At. Therefore, the setup time ts and the hold time th of the input signal cannot be reduced. Literature 2 proposes a method to reduce the difference between the rise time and fall time of the output of the input buffer, but does not consider the delay time difference of the input signal itself. Therefore, the effect of reducing the setup time and hold time of the input signal is small with the method of Reference 2.
高い周波数でのィンタフエースを実現するため、 ダブルデータレート ( D D R ) S D R A Mでは、 図 5に示すような差動クロックを用いてい る。 トウル一のクロック CLKt (トウノレークロック)とバーのクロック Cし Kb (バークロック) を、 入力バッファ IBUFで比較して、 内部クロック CKId を発生する。 図 6は、 この場合の入力タイミング仕様を示している。 入 力信号のセッ トアップ時間 tsとホールド時間 thを、差動クロック CLKt, CLKbの交点に対して定義している。 この方式でも、 図 7に示すように遅 延時間差が発生してしまう。 まず、 入力信号の立ち上がり時間 trと立ち 下がり時間 に差が有るとき、 交点までの時間は、 1 / (l/tr + 1/tf) と なり、 立ち上がり時間 trと立ち下がり時間 tf の短い方の影響が強い。 また、 参照電圧 Vref が半分の電圧 (VIH + VIL) / 2からずれている時、 クロックだけ影響を受けず、 他の信号と遅延時間差が生じる。 さらに、 入力バッファの遅延時間についても、 ク口ックだけ差動であることによ り差動信号振幅が大きく、 同じ構成の入力バッファを用いると、 クロッ クの遅延時間 tdだけ短くなる。 これらにより、 立ち上がり と立ち下がり の信号伝送の遅延時間差の影響は、 必ずしも小さくならず、 むしろ大き くなる場合もある。 そのため、 差動クロックを用いても、 入力信号のセ ッ トアツプ時間 ts とホールド時間 thを小さくできない。 To achieve high-frequency interface, double data rate (DDR) SDRAM uses a differential clock as shown in Figure 5. The internal clock CKId is generated by comparing the clock CLKt (toner clock) and the clock C and Kb (bar clock) of the bar with the input buffer IBUF. Figure 6 shows the input timing specification in this case. Entering The setup time ts and hold time th of the force signal are defined for the intersection of the differential clocks CLKt and CLKb. Even in this method, a delay time difference occurs as shown in FIG. First, when there is a difference between the rise time tr and the fall time of the input signal, the time to the intersection is 1 / (l / tr + 1 / tf), and the shorter of the rise time tr and the fall time tf Strong influence. Also, when the reference voltage Vref deviates from half the voltage (VIH + VIL) / 2, only the clock is not affected and a delay time difference occurs with other signals. In addition, the delay time of the input buffer is large because the differential signal is only differential and the differential signal amplitude is large. If an input buffer with the same configuration is used, the delay time of the clock is reduced by the clock delay time td. As a result, the influence of the delay time difference between the rising and falling signal transmissions is not always small, but may be rather large. Therefore, even if a differential clock is used, the setup time ts and the hold time th of the input signal cannot be reduced.
そこで本願発明の目的は、 信号の立ち上がり と立ち下がりに遅延時間 差があっても、 短いセッ トアップ時間とホールド時間で安定動作し、 高 い周波数で信号を入出力可能な半導体装置を提供することにある。 発明の開示  Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device which can operate stably with a short setup time and a hold time and can input and output a signal at a high frequency even if there is a delay time difference between a rise and a fall of a signal. It is in. Disclosure of the invention
本願発明の代表的な構成を示せば以下の通りである。 入力信号 IN0, INI, …及び外部クロック対 CLKt, CLKbが入力され、 それらにそれぞれ 対応して入力バッファ IBUFを設け、 内部信号 ΙΝΟΙ, IN1 I, …及び内部 クロック対 CKIt, CKIbを得て、 内部信号 IN0I, I I, …をラッチ回路 LPに入力し、 ラッチ回路の動作を内部クロック対 CKIt, CKIbにより制 御し、 ラッチ回路 LPの出力信号 INOL, IN1L, …を内部回路の動作に用 いる半導体装置を構成する。  The typical configuration of the present invention is as follows. Input signals IN0, INI,… and external clock pairs CLKt, CLKb are input. Input buffers IBUF are provided corresponding to them, and internal signals ΙΝΟΙ, IN1 I,… and internal clock pairs CKIt, CKIb are obtained. The signals IN0I, II, ... are input to the latch circuit LP, the operation of the latch circuit is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb, and the output signals INOL, IN1L, ... of the latch circuit LP are used for the operation of the internal circuit. Configure the device.
望ましくは、 前記ラッチ回路は、 第 1 N M〇 S トランジスタ Mil と第 1 P M O S トランジスタ MP1 と第 2 NM O S トランジスタ MN2 と第 2 P M〇 S トランジスタ MP2を含むトライステートインバータを有し、 前記 第 1 N M O S トランジスタと前記第 1 P M〇 S トランジスタのゲ一トに. 前記内部信号に応じた信号 Dbを入力し、前記第 2 N M O S トランジスタ と前記第 2 P M O S トランジスタのゲートに、 前記内部クロック対をそ れぞれ入力する構成として、 前記半導体装置を構成する。 図面の簡単な説明 Preferably, the latch circuit includes a first NM〇S transistor Mil and a first NM〇S transistor Mil. 1 A tri-state inverter including a PMOS transistor MP1, a second NMOS transistor MN2, and a second PM〇S transistor MP2, and a gate of the first NMOS transistor and the first PM〇S transistor. The semiconductor device is configured such that a signal Db corresponding to the internal clock pair is input and the internal clock pair is input to the gates of the second NMOS transistor and the second PMOS transistor, respectively. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明による半導体装置の入力部を示す図である。  FIG. 1 is a diagram showing an input unit of a semiconductor device according to the present invention.
図 2は、 従来の半導体装置の入力部の例を示す図である。  FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an input unit of a conventional semiconductor device.
図 3は、従来の半導体装置の入力部のタイミング仕様を示す図である。 図 4は、 従来の信号伝送を模式的に示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing timing specifications of an input section of a conventional semiconductor device. FIG. 4 is a diagram schematically showing conventional signal transmission.
図 5は、 従来の半導体装置の入力部の別な例を示す図である。  FIG. 5 is a diagram showing another example of the input unit of the conventional semiconductor device.
図 6は、 図 5の入力部のタイミング仕様を示す図である。  FIG. 6 is a diagram showing a timing specification of the input unit in FIG.
図 7は、 図 5の入力部での信号伝送を模式的に示す図である。  FIG. 7 is a diagram schematically showing signal transmission at the input unit in FIG.
図 8は、 図 1の入力部のタイミング仕様を示す図である。  FIG. 8 is a diagram showing a timing specification of the input unit in FIG.
図 9は、 図 1の入力部に好適なラツチ回路の回路図である。  FIG. 9 is a circuit diagram of a latch circuit suitable for the input unit of FIG.
図 1 0及び図 1 1は、 図 9のラツチ回路の動作を示す図である。  10 and 11 are diagrams showing the operation of the latch circuit of FIG.
図 1 2は、 ラッチ回路の別な構成例の回路図である。  FIG. 12 is a circuit diagram of another configuration example of the latch circuit.
図 1 3は、 ラッチ回路のさらに別な構成例の回路図である。  FIG. 13 is a circuit diagram of still another configuration example of the latch circuit.
図 1 4は、 図 1の入力部に好適なフリ ップフ口ップ回路の回路図であ る。  FIG. 14 is a circuit diagram of a flip-flop circuit suitable for the input unit of FIG.
図 1 5は、 図 1 4のフリップフ口ップ回路の動作を示す図である。 図 1 6は、 フリ ップフロップ回路の別な構成例の回路図である。  FIG. 15 is a diagram showing the operation of the flip-flop circuit of FIG. FIG. 16 is a circuit diagram of another configuration example of the flip-flop circuit.
図 1 7は、 図 1 6のフリ ップフロップ回路の動作を示す図である。 図 1 8は、 フェーズロック トループを用いた入力部の構成例を示す図 である。 FIG. 17 is a diagram showing the operation of the flip-flop circuit of FIG. Figure 18 shows a configuration example of the input unit using a phase-locked loop. It is.
図 1 9は、 図 1 8中のフェーズ口ック トループで用いられる位相 .周 波数検出器の構成例の回路図である。  FIG. 19 is a circuit diagram of a configuration example of a phase / frequency detector used in the phase lock loop in FIG.
図 2 0は、 図 1 8中のフェーズロック トループで用いられるチャージ ポンプ回路の構成例の回路図である。  FIG. 20 is a circuit diagram of a configuration example of a charge pump circuit used in the phase locked loop in FIG.
図 2 1は、 図 1 8中のフェーズ口ック トループで用いられる電圧制御 発振器の構成例の回路図である。  FIG. 21 is a circuit diagram of a configuration example of a voltage controlled oscillator used in the phase lock loop in FIG.
図 2 2は、 ディレイロック トループを用いた入力部の構成例を示す図 である。  FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of an input unit using a delay locked loop.
図 2 3は、 図 2 2中のディレイロック トループで用いられる位相比較 器の構成例の回路図である。  FIG. 23 is a circuit diagram of a configuration example of a phase comparator used in the delay locked loop in FIG.
図 2 4は、 図 2 2中のディレイロック トループで用いられる ®圧制御 遅延器の構成例の回路図である。  FIG. 24 is a circuit diagram of a configuration example of a pressure control delay device used in the delay locked loop in FIG.
図 2 5は、 入力バッファの構成例の回路図である。  FIG. 25 is a circuit diagram of a configuration example of the input buffer.
図 2 6は、 入力バッファの別な構成例の回路図である。  FIG. 26 is a circuit diagram of another configuration example of the input buffer.
図 2 7は、 入力バッファのさらに別な構成例の回路図である。  FIG. 27 is a circuit diagram of still another configuration example of the input buffer.
図 2 8は、 入力バッファのまたさらに別な構成例の回路図である。 図 2 9は、 出力部の構成例を示す図である。  FIG. 28 is a circuit diagram of still another configuration example of the input buffer. FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example of the output unit.
図 3 0は、 出力バッファの構成例の回路図である。  FIG. 30 is a circuit diagram of a configuration example of the output buffer.
図 3 1は、 2個の半導体集積回路間の本発明によるインタフェースを 示す図である。  FIG. 31 is a diagram showing an interface according to the present invention between two semiconductor integrated circuits.
図 3 2は、 図 3 1のィンタフェースでの信号伝送部を示す図である。 図 3 3は、バス形式での本発明によるインタフェースを示す図である。 図 3 4は、 図 3 3のィンタフェースでの信号伝送部を示す図である。 図 3 5は、 同期式 D R AMの構成例を示す図である。  FIG. 32 is a diagram illustrating a signal transmission unit at the interface of FIG. FIG. 33 shows the interface according to the invention in the form of a bus. FIG. 34 is a diagram illustrating a signal transmission unit at the interface of FIG. FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronous DRAM.
図 3 6は、 図 3 6中のメモリァレーの構成例を示す図である。 図 3 7は、 図 3 6中のセンスアンプ部とマツトの構成例を示す図であ る。 FIG. 36 is a diagram showing a configuration example of the memory array in FIG. FIG. 37 is a diagram showing a configuration example of the sense amplifier and the mat in FIG.
図 3 8は、 図 3 5の同期式 DRAMのリ一ド動作を示す図である。 図 3 9は、 図 3 5の同期式 DRAMのライ ト動作を示す図である。 図 4 0は、 図 3 5の同期式 DRAM中のデータス トローブ入力回路の 構成例の回路図である。  FIG. 38 is a diagram showing a read operation of the synchronous DRAM of FIG. FIG. 39 is a diagram showing a write operation of the synchronous DRAM of FIG. FIG. 40 is a circuit diagram of a configuration example of a data strobe input circuit in the synchronous DRAM of FIG.
図 4 1は、 図 3 5の同期式 DRAM中のデータ入力回路の構成例の回 路図である。  FIG. 41 is a circuit diagram of a configuration example of a data input circuit in the synchronous DRAM of FIG.
図 4 2は、 図 40のデータストローブ入力回路と図 4 1のデータ入力 回路の動作を示す図である。  FIG. 42 is a diagram showing operations of the data strobe input circuit of FIG. 40 and the data input circuit of FIG.
図 4 3は、 ダブルデータレートのリード動作を示す図である。  FIG. 43 shows a read operation at the double data rate.
図 44は、 ダブルデータレートのライ ト動作を示す図である。  FIG. 44 shows a write operation at the double data rate.
図 4 5は、 ダブルデータレート用のデータストローブ入力回路の構成 例の回路図である。  FIG. 45 is a circuit diagram of a configuration example of a data strobe input circuit for a double data rate.
図 4 6は、 ダブルデータレート用のデータ入力回路の構成例の回路図 である。  FIG. 46 is a circuit diagram of a configuration example of a data input circuit for a double data rate.
図 4 7は、 図 4 5のデータス トローブ入力回路と図 46のデータ入力 回路の'動作を示す図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 47 shows the operation of the data strobe input circuit of FIG. 45 and the data input circuit of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。 実施例 の各機能ブロックを構成する回路素子は、 特に制限されないが、 公知の CMO S (相補型 MO S トランジスタ) 等の集積回路技術によって、 単 結晶シリ コンのような半導体基板上に形成される。 図面で、 PMO S ト ランジスタにはボディに矢印の記号を付すことで、 NMO S トランジス タと区別することとする。 図面には M0S トランジスタの基板電位の接続 は特に明記していないが、 M O S トランジスタが正常動作可能な範囲で あれば、 その接続方法は特に限定しない。 また、 特に断りの無い場合、 信号のロウレベルを ' 0', ノ、ィ レベルを' 1,とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The circuit elements constituting each functional block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate such as a single-crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (Complementary MOS transistor). . In the drawings, the PMOS transistor is distinguished from the NMOS transistor by adding an arrow symbol to the body. The drawing shows the connection of the substrate potential of the M0S transistor. Is not specified, but the connection method is not particularly limited as long as the MOS transistor can operate normally. Unless otherwise specified, the low level of the signal is “0”, no, and the low level is “1”.
図 1に、 本発明による半導体装置の入力部を模式的に示す。 ト ゥルー とバーの外部クロック対 CLKt, CLKb力 ら、 それぞれ発生した内部クロッ ク対 CKI t, CKIbにより、 入力信号 INO, IN1 , …のラッチ回路 LPを制御 することが特長である。入力信号 IN0, INI, …及び外部クロック対 CLKt, CLKbにそれぞれ対応して入カバッファ IBUFを設け、 基準電圧 Vref と比 較して内部信号: LN0 I, IN1 I , …及び内部クロック対 CKIt, CKIbを得る。 内部信号 INO I, IN1 I, …を、 一時記憶回路であるラッチ回路 LPに入力 し、 ラッチ回路の動作を内部クロック対 CKI t, CKIbにより制御する。 ラ ツチ回路 LPの出力信号 IN0L, IN1 L, …を、 半導体装置の内部回路の動 作に用いる。 なお、 ここでは図示していないが、 必要であれば、 クロッ ク ドライバを内部クロック対 CKIt, CKIbのために設ける。  FIG. 1 schematically shows an input section of a semiconductor device according to the present invention. The feature is that the latch circuit LP for the input signals INO, IN1, ... is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb generated from the external clock pair CLKt, CLKb power of the true and bar. Input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,… and the external clock pair CLKt, CLKb, respectively, and compared with the reference voltage Vref, the internal signals: LN0 I, IN1 I,… and the internal clock pair CKIt, CKIb Get. The internal signals INO I, IN1 I, ... are input to the latch circuit LP, which is a temporary storage circuit, and the operation of the latch circuit is controlled by the internal clock pair CKIt, CKIb. The output signals IN0L, IN1L, ... of the latch circuit LP are used to operate the internal circuit of the semiconductor device. Although not shown here, if necessary, a clock driver is provided for the internal clock pair CKIt and CKIb.
このように、 ト 'クルーとバーの外部ク口ック対 CLKt, CLKbをそれぞれ、 他の入力信号と同様な入力バッファで受け内部ク口ック対 CKI t , CKIbを 発生し、 その両方を入力信号のラッチ回路 LPに用いることにより、 外部 ク口ックの立ち上がり と立ち下がりの両方を、ラツチ回路 LPのタイミン グ制御に用いることができる。 それにより、 入力信号の立ち上がりを外 部クロックの立ち上がりで判定し、 入力信号の立ち下がりを外部クロッ クの立ち下がりで判定することができる。  In this way, the external clock pair CLKt and CLKb of the crew and bar are respectively received by the same input buffer as the other input signals, and the internal clock pair CKI t and CKIb are generated, and both of them are generated. By using the input signal for the latch circuit LP, both the rise and fall of the external clock can be used for the timing control of the latch circuit LP. Thus, the rising of the input signal can be determined by the rising of the external clock, and the falling of the input signal can be determined by the falling of the external clock.
図 8は、 図 1に示したような入力部を用いる際の入力タイミング仕様 を示している。 入力信号のセッ トアップ時間とホールド時間を、 立ち上 がりはク口ックの立ち上がりに対して、 立ち下がりはク口ックの立ち下 がりに対して、定義していることが特長である。ここでは、クロック CLKt の立ち上がり, クロック CLKbの立ち下がりで、 入力信号をラッチすると している。 また、 クロック及び入力信号の立ち下がりが立ち上がりより も遅くなる場合を示している。 ロウレベルからハイレベルに立ち上がり ' となる入力信号 INrlのセッ トアップ時間 ts lを、 トウル一のク口ッ ク CLKtの立ち上がりよりもどれだけ早く立ち上がれば良いかで規定す る。 すなわち、 入力信号 INrlの立ち上がりで基準電圧 Vref を横切って から、 クロック CLKtの立ち上がりで基準電圧 Vref を横切るまでに、 セ ッ トアップ時間 ts l以上の時間があれば、 入力信号 INrlを' と判別す ることを保証する。 一方、 ' 1,の状態であるハイレベルから口ゥレベルに 立ち下がる入力信号 INf lのホールド時間は、 バーのクロ ック CLKbの立 ち下がりからどれだけ後なら立ち下がって良いかで規定する。すなわち、 クロック CLKtの立ち下がりで基準電圧 Vref を横切ってから、 入力信号 INf lの立ち下がりで基準電圧 Vref を横切るまでに、 ホールド時間 thl 以上の時間があれば、 入力信号 INflを' 1'と判別することを保証する。 同様に、立ち下がり' 0'となる入力信号 INfOのセッ トアップ時間 tsOを、 バーのクロック CLKbの立ち下がりよりもどれだけ早く立ち下がれば良 いかで規定する一方、 ' 0'の状態から立ち上がる入力信号 INrOのホール ド時間は、 トウル一のクロック CLKtの立ち上がりからどれだけ後なら立 ち上がって良いかで規定する。 FIG. 8 shows input timing specifications when using the input unit as shown in FIG. The feature is that the setup time and the hold time of the input signal are defined with respect to the rising edge of the rising edge and to the falling edge of the rising edge. Here, when the input signal is latched at the rising edge of the clock CLKt and the falling edge of the clock CLKb, are doing. Also, the case where the fall of the clock and the input signal is later than the rise is shown. The setup time tsl of the input signal INrl, which rises from low level to high level, defines how fast it should rise before the rise of the clock CLKt. That is, if the setup time tsl is equal to or longer than the time when the reference voltage Vref is crossed at the rise of the input signal INrl and the time when the reference voltage Vref is crossed at the rise of the clock CLKt, the input signal INrl is determined to be '. Guarantee that On the other hand, the hold time of the input signal INfl, which falls from the high level, which is the state of '1, to the mouth level, is specified by how long after the falling edge of the clock CLKb of the bar. That is, if the hold time thl is equal to or longer than the time when the reference voltage Vref is crossed at the falling edge of the clock CLKt and the time when the reference voltage Vref is crossed at the falling edge of the input signal INfl, the input signal INfl is set to '1'. Guarantee to determine. Similarly, the setup time tsO of the input signal INfO that falls to '0' is defined by how fast it should fall before the fall of the clock CLKb of the bar, while the input signal rising from the '0' state The hold time of INrO is defined by how long after the rising edge of the clock CLKt of the tower can rise.
このように、 入力信号のタイミング仕様を、 立ち上がりについてはク ロックの立ち上がりで、 立ち下がりについてはクロックの立ち下がりで 規定することにより、 立ち上がり と立ち下がりで遅延時間に差があって も、入力信号のパスとクロック信号のパスとで揃っていれば補償される。 その結果、 セッ トアツプ時間とホールド時間の仕様を短くでき、 クロッ クのサイクル時間を短くできる。 なお、 図 8では ' と' 0'とで、 セッ ト アップ時間とホールド時間を別な記号で示しているが、 一般には長く必 要な方に合せて同じ時間にすることが望ましい。 図 9は、 図 1中のラツチ回路 LPの構成例を示している。 トウル一とノ 一の内部ク口ック対 CKt, CKbを入力し、 トライステートィンバータの N MO S トランジスタと PMO S トランジスタを別々に制御することが特 長である。 同図で、 INVO, INV5は周知の CMO Sインバータであり、 N MO S トランジスタと PMO S トランジスタ 1個ずつにより構成される c P MO S トランジスタ MP1, MP2と NM〇 S トランジスタ MN1, MN2は、 ラッチ回路がトランスペアレント (もしくは、 スルー) 状態かラッチ状 態かを定める第 1のトライステートインバータを構成している。 また、 PMO S トランジスタ MP3, MP4と NMO S トランジスタ MN3, MN4は、 ラツチ状態でレベルを保持するために正帰還となる第 2のトライステー トインバータを構成している。 内部クロック対 CKt, CKb力 、 図 1の内部 クロック対 CKIt, CKIbに対応する。入力 Dに、 図 1の入力信号 IN0, INI, …のいずれかが入力され、 出力 Qが図 1の出力信号 IN0L, IN1L, …のい ずれか対応する信号となる。 In this way, the timing specification of the input signal is specified by the rising edge of the clock for the rising edge and the falling edge of the clock for the falling edge. If the path of the clock signal and the path of the clock signal are the same, compensation is made. As a result, the setup time and hold time specifications can be shortened, and the clock cycle time can be shortened. In FIG. 8, the setup time and the hold time are indicated by different symbols for 'and' 0 '. However, it is generally desirable to set the same time according to the longer required one. FIG. 9 shows a configuration example of the latch circuit LP in FIG. The feature is that the CKt and CKb pairs of the internal connectors of the Toll and No. 1 are input and the NMOS transistor and the PMOS transistor of the tristate inverter are controlled separately. In the figure, INVO, INV5 is a well known CMO S inverter, N MO S transistor and PMO S NM_〇 and configured c P MO S transistor MP1, MP2 by one by one transistor S transistors MN1, MN2, the latch It constitutes the first tri-state inverter that determines whether the circuit is in a transparent (or through) state or a latched state. The PMOS transistors MP3 and MP4 and the NMOS transistors MN3 and MN4 form a second tri-state inverter that provides positive feedback to maintain the level in the latched state. The internal clock pair CKt and CKb correspond to the internal clock pair CKIt and CKIb in Figure 1. One of the input signals IN0, INI, ... in Fig. 1 is input to input D, and the output Q is a signal corresponding to one of the output signals IN0L, IN1L, ... in Fig. 1.
トウル一の内部クロック CKtが口ゥでバーの内部クロック CKbがハイ の時には、 PM〇 トランジスタ MP2 と NM〇 S トランジスタ MN2がォ ン (導通状態) となり、 第 1のトライステートインバータがインバータ として動作し、 PMO トランジスタ MP4と NMO S トランジスタ MN4 がオフ (非導通状態) となり、 第 2のトライステートイン.バータはハイ インピーダンス状態となる。 その結果'、 このラッチ回路はトランスペア レント状態となり、 入力 Dがそのまま出力 Qに伝達される。 トゥルーの 内部クロック CKtがハイでバーの内部クロック CKbが口ゥの時には、 P MO トランジスタ MP2と NMO トランジスタ MN2がオフとなり、 第 1のトライステートインバータがハイインピーダンス状態となり、 PM 〇 S トランジスタ MP4と NMO トランジスタ MN4がオンとなり、 第 2 のトライステートインバータはィンバータとして動作する。 その結果、 このラッチ回路はラツチ状態となり、 入力 Dからのパスが遮断され出力 Qの状態が維持される。 When the first internal clock CKt is high and the internal clock CKb of the bar is high, the PM〇 transistor MP2 and the NM〇S transistor MN2 are turned on (conduction state), and the first tri-state inverter operates as an inverter. Then, the PMO transistor MP4 and the NMOS transistor MN4 are turned off (non-conducting state), and the second tri-state inverter is in a high impedance state. As a result, the latch circuit enters a transparent state, and the input D is transmitted to the output Q as it is. When the true internal clock CKt is high and the bar internal clock CKb is low, the PMO transistor MP2 and the NMO transistor MN2 are turned off, the first tri-state inverter goes into a high impedance state, and the PM〇S transistors MP4 and NMO The transistor MN4 turns on, and the second tri-state inverter operates as an inverter. as a result, This latch circuit enters a latch state, the path from input D is cut off, and the state of output Q is maintained.
ここで、 このラッチ回路がトランスペアレン ト状態からラッチ状態に 切り換わるタイミングについて説明する。 トウル一の内部クロック CKt . の立ち上がり とバーの内部クロック CKbの立ち下がりが実質的に同時で あれば、 そのタイミングでラッチ状態に切り換わる。 しかし、 図 1に示 したような入力部の構成では、 外部クロック対 CLKt, CLKbのパスでの立 ち上がり と立ち下がりの遅延時間差により、 トウル一の内部クロック CKt の立ち上がり とバーの内部ク口ック CKbの立ち下がり とに時間差が生じ る。 例えば、 トゥルーの内部クロック CKtの立ち上がりに対して、 バー の内部クロック CKbの立ち下がりが遅いとする。 この場合、 ト ゥルーの 内部クロック CKtとバーの内部クロック CKbが両方ハイレベルの期間に、 ラツチ回路の内部ノード Dbが変化した時に、それが出力 Qに伝えられる かが問題である。  Here, the timing at which the latch circuit switches from the transparent state to the latch state will be described. If the rising edge of the internal clock CKt. Of the tower and the falling edge of the internal clock CKb of the bar are substantially simultaneous, the state is switched to the latch state at that timing. However, in the configuration of the input section as shown in Fig. 1, the rise and fall of the internal clock CKt and the internal gap of the bar occur due to the delay time difference between the rise and fall of the external clock versus the CLKt and CLKb paths. There is a time difference from the falling edge of the clock CKb. For example, suppose that the falling of the internal clock CKb of the bar is slower than the rising of the internal clock CKt of the true. In this case, when the internal node Db of the latch circuit changes while both the true internal clock CKt and the bar internal clock CKb are at the high level, it is a problem whether the change is transmitted to the output Q.
まず、'図 1 0に示すように、入力 Dが立ち上がり、内部クロック対 CKt, CKbが両方ハイレベルの期間に、 内部ノード Dbが立ち下がる場合を考え る。 トウル一の内部クロック CKtがロウレベルでトランスペアレント状 態となつているときに、 内部ノード Dbがハイ レベルであるため、 出力 Q はロウレベル、 内部ノード Qbはハイ レべノレとなっている。 トウル一の内 部クロック CKtがハイレベルになることにより、 P M O S トランジスタ MP2がオフになり、 N M O S トランジスタ MN4がオンになる。 内部ノー ド Qbがハイレベルとなっているため、 N M O トランジスタ MN3はオン になっており、 出力 Qをロウレベルに保つ正帰還が働く。 内部ノード Db が立ち下がり、 P M〇 S トランジスタ MP1がオンになっても、 P M O S トランジスタ MP2がオフなので、出力 Qはロウレべノレを保つ。すなわち、 入力 Dの立ち上がりに対しては、 ト ウル一の内部クロック CKtの立ち上 がりで、 ラッチ状態になっている。 First, as shown in FIG. 10, consider the case where the input D rises and the internal node Db falls while the internal clock pair CKt and CKb are both at high level. When the internal clock CKt is the low level and is in the transparent state, the output Q is low and the internal node Qb is high because the internal node Db is high. When the internal clock CKt of the first timer goes high, the PMOS transistor MP2 turns off and the NMOS transistor MN4 turns on. Since the internal node Qb is at the high level, the NMO transistor MN3 is on and positive feedback that keeps the output Q at the low level works. Even if the internal node Db falls and the PM〇S transistor MP1 turns on, the output Q keeps low level because the PMOS transistor MP2 is off. In other words, the rising edge of the input D, the rising edge of the internal clock CKt It is in a latched state due to bite.
次に、図 1 1に示すように、入力 Dが立ち下がり、内部クロック対 CKt, CKbが両方ハイレベルの期間に、 内部ノード Dbが立ち上がる場合を考え る。 ト 'クルーの内部ク口ック CKtがロウレベルでトランスペアレント状 態となつているときに、 内部ノード Dbがロウレベルであるため、 出力 Q はハイレべノレ、 内部ノード Qbはロウレベルとなっている。 トウノレーの内 部クロック CKtがハイレベルになることにより、 P M O S トランジスタ MP2がオフになり、 N M O S トランジスタ MN4がオンになる。 内部ノー ド Qbがロウレベルとなっているため、 N M O S トランジスタ MN3はオフ になっており、 出力 Qはフローティング状態となり、 ィンバータ INV5の 入力容量などでハイレベルを保つ。 内部ノード Dbが立ち上がり、 NM O S トランジスタ MN1がオンになると、 バーの内部クロック CKbがハイレ ベルであるため、 NM〇 S トランジスタ MN2はオンなので、 出力 Qは口 ウレベルとなる。 インバータ INV5により、 内部ノード Qbがハイ レベル となり、 N M O S トランジスタ MN3はオンになっており、 出力 Qをロウ レベルに保つ正帰還が働く。すなわち、入力 Dの立ち下がりに対しては、 バーの内部クロック CKbの立ち下がりまで、 トランスペアレント状態に なっている。  Next, as shown in Fig. 11, consider the case where the input D falls and the internal node Db rises while the internal clock pair CKt and CKb are both at high level. When the internal connection CKt of the crew is in the transparent state at low level, the output Q is high and the internal node Qb is low because the internal node Db is low. When the internal clock CKt of the Tonneau goes high, the PMOS transistor MP2 turns off and the NMOS transistor MN4 turns on. Since the internal node Qb is at a low level, the NMOS transistor MN3 is off, and the output Q is in a floating state and maintains a high level due to the input capacitance of the inverter INV5. When the internal node Db rises and the NMOS transistor MN1 is turned on, the internal clock CKb of the bar is at a high level, and the NM〇S transistor MN2 is turned on, so that the output Q is at a low level. Due to the inverter INV5, the internal node Qb becomes high level, the NMOS transistor MN3 is turned on, and positive feedback that keeps the output Q low level operates. That is, the falling state of input D is transparent until the falling edge of the internal clock CKb of the bar.
同様に、 バーの内部クロック CKbの立ち下がりに対して、 ト ゥルーの 内部クロック CKtの立ち上がりが遅い場合には、 入力 Dの立ち下がりに 対しては、バーの内部クロック CKbの立ち下がりで、ラツチ状態になり、 入力 Dの立ち上がりに対しては、 トウル一の内部クロック CKtの立ち上 がりまで、 トランスペアレント状態になっている。 したがって、 このラ ツチ回路がトランスペアレント状態からラッチ状態に切り換わるタイミ ングは、 入力 Dの立ち上がりについてはト ゥルーの内部クロック CKtの 立ち上がりで、 入力 Dの立ち下がりについてはバーの内部クロック CKb の立ち下がりで定まる。 これにより、 入力信号の立ち上がりを外部クロ ックの立ち上がりで判定し、 入力信号の立ち下がりを外部クロックの立 ち下がりで判定することができる。 Similarly, if the rise of the true internal clock CKt is slower than the fall of the internal clock CKb of the bar, the fall of the input D is latched by the fall of the internal clock CKb of the bar. It becomes a state, and it is in a transparent state until the rising edge of the internal clock CKt of the input signal D with respect to the rising edge of the input D. Therefore, when the latch circuit switches from the transparent state to the latch state, the rising edge of the input D is the rising edge of the true internal clock CKt, and the falling edge of the input D is the internal clock CKb of the bar. Is determined by the falling edge of Thus, the rising of the input signal can be determined by the rising of the external clock, and the falling of the input signal can be determined by the falling of the external clock.
図 1中のラッチ回路は、 図 9の構成に限らず、 種々の変形が可能であ る。 図 1 2は、 ラッチ回路の別な構成例を示しており、 ダイナミック回 路にしていることが特徴である。 インバ一タ INV0と、 第 1のトライステ 一トインバータを構成する P M O S トランジスタ MP1, MP2及び N M〇 S トランジスタ MN1, MN2からなり、 図 9のラッチ回路から第 2のトライス テートインバータとインバータ INV5を取り除いた構成となっている。 こ のラッチ回路も、 図 9のラッチ回路と同様に、 トランスペアレン ト状態 からラツチ状態に切り換わるタイミングは、 入力 Dの立ち上がりについ てはト ウル一の内部クロック CKtの立ち上がりで、 入力 Dの立ち下がり についてはバーの内部クロック CKbの立ち下がりで定まる。 ただし、 ラ ツチ状態で、 図 9のラッチ回路では正帰還により出力 Qの電圧を維持す るが、 この回路ではトライステー トインバータがハイインピーダンスと なり出力 Qの容量により電圧を維持する。 ダイナミック回路のため、 ラ ツチ状態で出力を維持できる期間に上限があるが、 内部ク口ック対 CKt, CKbのサイクル時間を特に長く しなければ問題ない。 図 9のラッチ回路 に比べ、 半分の素子数で構成されており、 レイアウ ト面積を小さくでき る。 また、 内部クロック対 CKt, CKb力 それぞれトランジスタ 1個ずつ に入力されるだけなので、内部クロック対 CKt, CKbの負荷容量が小さく、 高い周波数での分配が容易であり、 消費電力が小さくて済む。  The latch circuit in FIG. 1 is not limited to the configuration in FIG. 9, and various modifications are possible. FIG. 12 shows another example of the configuration of the latch circuit, which is characterized in that it is a dynamic circuit. It consists of an inverter INV0 and PMOS transistors MP1, MP2 and NM〇S transistors MN1 and MN2 that constitute a first 3-state inverter. The second 3-state inverter and the inverter INV5 are removed from the latch circuit of FIG. It has a configuration. Similarly to the latch circuit of Fig. 9, this latch circuit switches from the transparent state to the latch state at the rising edge of the input D at the rising edge of the internal clock CKt, which is the falling edge of the input D. Is determined by the falling edge of the internal clock CKb of the bar. However, in the latched state, the latch circuit of Fig. 9 maintains the voltage of the output Q by positive feedback, but in this circuit, the tri-state inverter becomes high impedance and maintains the voltage by the capacity of the output Q. Due to the dynamic circuit, there is an upper limit to the period during which the output can be maintained in the latched state. However, there is no problem unless the cycle time of the internal clock CKt and CKb is particularly long. Compared to the latch circuit in Fig. 9, the number of elements is half, and the layout area can be reduced. In addition, since the internal clock pair CKt and CKb forces are each input to only one transistor, the load capacity of the internal clock pair CKt and CKb is small, distribution at high frequencies is easy, and power consumption is small.
図 1 3は、 ラッチ回路のさらに別な構成例を示しており、 トランスぺ アレント状態でも正帰還をかけていることが特徴である。 3個のィンバ ータ INV0, INV3, V5 と、 第 1のトライステートインバータを構成する P M O S トランジスタ MP1, MP2及び N M O S トランジスタ MN1, MN2力、 らなり、 図 9のラツチ回路の第 2のトライ.ステートィンバータの代わり にィンバータ INV3を設けた構成となっている。 このィンバータを構成す る M O S トランジスタは、 ゲート幅を小さく し、 場合によってはゲート 長を長くするなどして、駆動能力を小さく設定する。このラッチ回路も、 図 9あるいは図 1 2のラッチ回路と同様に、 トランスペアレント状態か らラッチ状態に切り換わるタイミングは、 入力 Dの立ち上がりについて はトウル一の内部ク口ック CKtの立ち上がりで、 入力 Dの立ち下がりに ついてはバーの内部クロック CKbの立ち下がりで定まる。 ただし、 トラ ンスペアレント状態でも、 インバータ INV5, INV3の正帰還が働き、 トラ イステートインバータの駆動能力がィンバータ INV3を上回ることによ り出力 Qを駆動する。図 9の回路では、図 1 1に関して説明したように、 ト ウル一の内部クロック CKtの立ち上がり とバーの内部クロック CKbの 立ち上がり との時間差で出力がフローティング状態になる。 この回路で は、 クロックの立ち上がり と立ち下がりの遅延時間差が大きくても、 常 時正帰還が働き出力 Qがフローティングにならないため、 安定な動作が 可能である。 また、 図 1 2のラッチ回路と同様に、 内部クロック対 CKt, CKbが、 それぞれトランジスタ 1個ずつに入力されるだけなので、 内部 ク口ック対 CKt, CKbの負荷容量が小さく、 高い周波数での分配が容易で あり、 消費電力が小さくて済む。 FIG. 13 shows still another configuration example of the latch circuit, which is characterized in that positive feedback is applied even in a transparent state. The three inverters INV0, INV3, and V5 and the PMOS transistors MP1 and MP2 and the NMOS transistors MN1 and MN2 that form the first tristate inverter, In this configuration, an inverter INV3 is provided instead of the second tri-state inverter of the latch circuit shown in FIG. The driving capability of the MOS transistor constituting this inverter is set small by reducing the gate width and, in some cases, increasing the gate length. Similarly to the latch circuit of FIG. 9 or FIG. 12, this latch circuit is switched from the transparent state to the latch state at the rising edge of the input D at the rising edge of the internal clock CKt of the input. The fall of D is determined by the fall of the internal clock CKb of the bar. However, even in the transparent state, the positive feedback of the inverters INV5 and INV3 works, and the output Q is driven by the drive capability of the tristate inverter exceeding the inverter INV3. In the circuit of FIG. 9, as described with reference to FIG. 11, the output is in a floating state due to the time difference between the rise of the internal clock CKt of the tower 1 and the rise of the internal clock CKb of the bar. In this circuit, even if the delay time difference between the rise and fall of the clock is large, the positive feedback always works and the output Q does not float, so stable operation is possible. Also, like the latch circuit in Fig. 12, the internal clock pair CKt and CKb are only input to each transistor, so the load capacitance of the internal clock pair CKt and CKb is small and high frequency. Distribution is easy and power consumption is small.
図 1について、 内部信号 ΙΝΟΙ, IN1I, …をラッチ回路 LPでラッチす ると説明したが、 ラツチ回路ではなくフリ ップフロップ回路でと りこむ 構成も可能である。 図 1 4は、 その場合に好適なマスタスレーブ型フリ ップフロップ回路の構成例を示している。 マスタ (MAS) は、 図 9のラッ チ回路と同じ構成で、 2個のインバータ INV0, INV5 と、 P M O S トラン ジスタ MP1, MP2及び N M O S トランジスタ MN1, MN2からなる第 1の ト ライステートィンバータと、 P M O トランジスタ MP3, MP4及び N M O S トランジスタ画 3, MN4からなる第 2のトライステートインバータで構 成される。 入力 Dは、 ィンバータ INV0と第 1のトライステートィンバー タの 2段により、 中間ノード Ntに伝達される。 スレーブ (SLA) は、 P M O S トランジスタ MP6, MP7及び N M O S トランジスタ MN6, MN7から なる第 3のトライステートインバータと、 P M O S トランジスタ MP8, MP9及び N M〇 S トランジスタ MN8, MN9からなる第 4のトライステート インバータと、 インバータ INV10で構成される。 ここで、 内部クロック 対 CKt, CKbの接続が、 第 3の トライステートインバータは第 1の トライ ステートインバータと逆、 第 4のトライステ一トインバータは第 2のト ライステートインバータと逆になつている。 中間ノード Ntの信号は、 第 3のトライステ一トインバータとィンバータ INV10の 2段を介して、 出 力 Qに伝達される。 In FIG. 1, it has been described that the internal signals ΙΝΟΙ, IN1I,... Are latched by the latch circuit LP. However, a configuration in which the flip-flop circuit is used instead of the latch circuit is also possible. FIG. 14 shows a configuration example of a master-slave type flip-flop circuit suitable in that case. The master (MAS) has the same configuration as the latch circuit shown in FIG. 9, and includes two inverters INV0 and INV5, a first three-state inverter including PMOS transistors MP1 and MP2 and NMOS transistors MN1 and MN2, PMO transistors MP3, MP4 and NMO It consists of a second tri-state inverter consisting of an S transistor image 3 and MN4. The input D is transmitted to the intermediate node Nt by two stages of the inverter INV0 and the first tristate inverter. The slave (SLA) includes a third tri-state inverter including PMOS transistors MP6 and MP7 and NMOS transistors MN6 and MN7, a fourth tri-state inverter including PMOS transistors MP8 and MP9 and NM S transistors MN8 and MN9, It consists of inverter INV10. Here, the connection of the internal clock pair CKt and CKb is the reverse of the third tri-state inverter with the first tri-state inverter, and the reverse of the fourth tri-state inverter with the second tri-state inverter . The signal at the intermediate node Nt is transmitted to the output Q via two stages, the third 3-state inverter and the inverter INV10.
図 1 5を用いて、 図 1 4のフリ ップフ口ップ回路の動作を説明する。 ここでは、ク口ックの立ち上がりに比べ立ち下がりの遅延時間が大きく、 ト ウル一の内部ク口ック CKt とバーの内部クロック CKbが両方ハイレべ ノレとなるオーバーラップ期間がある場合を示している。 マスタは、 トウ ルーの内部クロック CKtがロウレベルでバーの内部クロック CKbがハイ レベルの期間はトランスペアレント状態 (TRA) となり、 トゥルーの内部 クロック CKtがハイレベルでバーの内部クロック CKbが口ゥレベルの期 間はラッチ状態 (LAT) となる。 内部クロック対 CKt, CKbが両方ハイレ ベルとなるオーバーラップ期間は、 入力 Qに依存し、 立ち上がりに対し てはラツチ状態で、 立ち下がりに対してはトランスペアレント状態であ る。 一方、 スレーブは、 内部クロック対 CKt, CKbの接続関係がマスタと 反対であるので、 トウル一の内部クロック CKtがロウレベルでバーの内 部クロック CKbがハイレベルの期間はラッチ状態となり、 トゥルーの内 部クロック CKtがハイレベルでバーの内部クロック CKbが口ゥレべノレの 期間はトランスペアレント状態となる。 内部クロック対 CKt, CKbが両方 ハイレベルとなるオーバーラップ期間では、中間ノード Ntの信号に依存 し、 立ち上がりに対してはトランスペアレント状態で、 立ち下がりに対 してはラッチ状態である。 この期間で、 マスタがトランスペアレント状 態となる入力 Dの立ち下がりは、中間ノード Ntの立ち下がり として伝達 され、 スレーブはラツチ状態となる。 そのため、 マスタとスレーブが両 方トランスペアレント状態となることはなく、 入力!)から出力 Qへ信号 が突き抜ける恐れがない。 したがって、 このフリ ップフロップ回路は、 入力 Dを、 立ち上がりについてはトウル一の内部クロック CKtの立ち上 がりで、 立ち下がりについてはバーの内部クロック CKbの立ち下がりで 取り込み、 トウル一の内部クロック CKtの立ち上がり とバーの内部ク口 ック CKbの立ち下がりの遅い方から、 次のサイクルでの早い方まで出力 Qを保持する。 ここでは説明を省略するが、 クロックの立ち下がりに比 ベ立ち上がりの遅延時間が大きく、 トウル一の内部ク tzック CKt とバー の内部クロック CKbが両方口ウレベルとなるオーバーラップ期間がある 場合にも同様な動作となる。 すなわち、 出力 Qのバリ ッ ド状態 (VAL) の 期間は、 内部クロック対 CKt, CKbのサイクル時間からから内部クロック 対 CKt, CKbのオーバーラップ期間を引いた時間となる。 図 9, 図 1 2, 図 1 3のラッチ回路に比べ、 出力 Qのバリ ッド期間が長く、 内部回路と のタイミング整合をとることが容易である。 The operation of the flip-flop circuit of FIG. 14 will be described with reference to FIG. Here, the case is shown where the delay time of the fall is longer than the rise of the mouth, and there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the tower and the internal clock CKb of the bar are at a high level. ing. The master enters the transparent state (TRA) while the true internal clock CKt is low and the bar internal clock CKb is high, and the true internal clock CKt is high and the bar internal clock CKb is high. Is in the latch state (LAT). The overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both high depends on the input Q, and is in a latching state on the rising edge and in a transparent state on the falling edge. On the other hand, since the connection relationship between the internal clock pair CKt and CKb is opposite to that of the master, the slave enters the latch state while the internal clock CKt of the first clock is at the low level and the internal clock CKb of the bar is at the high level. The internal clock CKt is high and the internal clock CKb of the bar is The period is in a transparent state. In the overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both at high level, it depends on the signal of the intermediate node Nt, and is in the transparent state for the rising edge and the latched state for the falling edge. During this period, the falling edge of the input D at which the master enters the transparent state is transmitted as the falling edge of the intermediate node Nt, and the slave enters the latch state. Therefore, the master and slave will not both be in a transparent state, but will be input! ) To output Q. Therefore, this flip-flop circuit captures the input D at the rising edge of the internal clock CKt at the rising edge of the clock, and captures the falling edge at the falling edge of the internal clock CKb of the bar at the rising edge. The output Q is held from the late falling edge of CKb to the early falling edge of the next cycle. Although the description is omitted here, the delay time of the rise is larger than the fall of the clock, and there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the clock and the internal clock CKb of the bar are at the high level. Operates similarly. That is, the period during which the output Q is in the valid state (VAL) is the period obtained by subtracting the overlap period between the internal clock pair CKt and CKb from the cycle time between the internal clock pair CKt and CKb. Compared with the latch circuits in Figs. 9, 12, and 13, the validity period of the output Q is longer and it is easier to match the timing with the internal circuit.
図 1 6は、 本発明による入力部に好適なフリ ップフ口ップ回路の別な 構成例を示している。 内部クロック対 CKt, CKbの論理をとり、 スレーブ 制御用クロック対 CKSt CKSbを発生することが特徴である。 マスタ (MAS) は、 3個のインバータ INV0, INV5, INV11 と、 P M O S トランジ スタ MP1, MP2及ぴ N M〇 S トランジスタ MN1, MN2からなる第 1のトラ イステートィンバータと、 P M O トランジスタ MP3, MP4及び N M O S トランジスタ MN3, N4からなる第 2のトライステートインバータで構成 される。 スレーブ (SLA) も図 1 4のフリ ップフ口ップ回路と同じく、 P M O S トランジスタ MP6, MP7及び N M〇 S トランジスタ MN6, MN7力 ら なる第 3のトライステートィンバータと、 P M O S トランジスタ MP8, MP9及び N M O S トランジスタ MN8, MN9からなる第 4のトライステート インバータと、 インバータ ΙΝΠ0で構成される。 ただし、 内部クロック 対 CKt, CKbではなくスレーブ制御用クロック対 CKSt, CKSbにより、 第 3及び第 4のトライステートインバータが制御される。 スレーブ制御用 クロック対 CKSt, CKSbは、 2個のインバータ INV12, 頂 V13と、 N A N Dゲート NA14と N O Rゲート N014により、 内部クロック対 CKt, CKbの 論理をとることに:,より発生する。 なお、 このスレーブ制御用クロック発 生用論理回路は、 フリ ップフロップ回路毎に設けず、 複数のフリ ップフ 口ップ回路で共有することも可能であり、 それにより素子数を低減し、 レイァゥ ト面積を縮小できる。 FIG. 16 shows another configuration example of the flip-flop circuit suitable for the input unit according to the present invention. The feature is that it takes the logic of the internal clock pair CKt and CKb and generates the slave control clock pair CKSt CKSb. The master (MAS) is composed of three inverters INV0, INV5, INV11, a first transistor inverter composed of PMOS transistors MP1, MP2 and NM〇S transistors MN1, MN2, and PMO transistors MP3, MP4, and NMOS It consists of a second tri-state inverter consisting of transistors MN3 and N4. Similarly to the flip-flop circuit of FIG. 14, the slave (SLA) has a third tri-state inverter composed of PMOS transistors MP6, MP7 and NM〇S transistors MN6 and MN7, and PMOS transistors MP8, MP9 and NMOS. It consists of a fourth tri-state inverter consisting of transistors MN8 and MN9, and inverter # 0. However, the third and fourth tri-state inverters are controlled not by the internal clock pair CKt and CKb but by the slave control clock pair CKSt and CKSb. The slave control clock pair CKSt and CKSb is generated by taking the logic of the internal clock pair CKt and CKb by two inverters INV12 and V13, NAND gate NA14 and NOR gate N014. It should be noted that the slave control clock generation logic circuit can be shared by a plurality of flip-flop circuits instead of being provided for each flip-flop circuit, thereby reducing the number of elements and the layout area. Can be reduced.
図 1 7を用いて、 図 1 6のフリ ップフロップ回路の動作を説明する。 ここでも図 1 5と同様、 トウル一の内部クロック CKtとバーの内部ク口 ック CKbが両方ハイレベルとなるオーバーラップ期間がある場合を示し ている。 マスタは、 図 1 4のフリ ップフロップ回路と同様に、 トランス ペアレント状態 (TRA) とラツチ状態 (LAT) の間で、 内部クロック対 CKt, CKbが両方ハイレベルとなるオーバーラップ期間には、入力 Qに依存し、 立ち上がりに対してはラツチ状態で、 立ち下がりに対してはトランスぺ ァレント状態である。 一方、 スレーブは、 トゥルーのスレーブ制御用ク ロック CKStが口ゥレベルでバーのスレープ制御用クロック CKSbがハイ レベルの期間はラッチ状態となり、 . トウルーのスレーブ制御用クロック CKtがハイレベルでバーのスレーブ制御用クロック CKSbがロウレベルの 期間はトランスペアレント状態となる。 ここで、 スレーブ制御用クロッ ク対 CKSt, CKSbは、 トウノレ一の内部クロック CKtがハイ レべ/レでバーの 内部クロック CKbがロウレベルの期間のみ、 トウル一の CKStがハイレべ ル, バーの CKSbがロウレベルとなる。 その他の期間は、 トゥルーの CKSt がロウレベル, ノ 一の CKSbがハイレベルとなる。 原則的に、 スレーブ制 御用クロック対 CKSt, CKSbは、 同じタイミングで切り換わりオーバーラ ップすることはない。 その結果、 スレーブは、 マスタがラッチ状態の期 間のみトランスペアレント状態となり、 その他の期間はラツチ状態とな る。 これにより、 マスタとスレーブが両方トランスペアレント状態とな ることはなく、入力 Dから出力 Qへ信号が突き抜ける恐れがない。なお、 スレープ制御用クロックの発生のために、 インバータ INV12あるいは INV13と、 N A N Dゲ一ト NA14あるいは N O Rゲート N014の、 2段分の 遅延時間があるが、 マスタでの遅延時間を、 インバータ INV5, INV11の 2段分だけ、 図 1 4の構成よりも大きく しており、 問題ない。 したがつ て、 このフリ ップフ口ップ回路は、 入力 Dを、 立ち上がりについては卜 ウル一の内部クロック CKtの立ち上がりで、 立ち下がりについてはバー の内部クロック CKbの立ち下がりで取り込み、 トウル一の内部クロック CKtの立ち上がり とバーの内部クロック CKbの立ち下がりの遅い方から、 次のサイクルでの遅い方まで出力 Qを保持する。 ここでは説明を省略す るが、 クロックの立ち下がりに比べ立ち上がりの遅延時間が大きく、 ト ウノレーの内部クロック CKt とバーの内部クロック CKbが両方口ゥレベル となるオーバーラップ期間がある場合にも同様な動作となる。すなわち、 出力 Qのバリ ッド状態 (VAL) の期間は、 内部クロック CKt, CKbのサイ クル時間となる。 図 1 4のフリ ップフロップ回路よりも、 内部クロック 対 CKt, CKbがオーバーラップする期間分だけ、 出力 Qのバリッド期間が 長く、 内部回路とのタイミング整合をとることがさらに容易である。 - 図 1 8は、 本発明による入力部の別な構成例を模式的に示している。 内部ク口ック対 CKRt, CKRbの発生に、 ク口ック再生回路 PLLを用いてい ることが特徴である。図 1に示した構成と同様に、入力信号 IN0, INI, · · · 及び外部クロック対 CLKt, CLKbにそれぞれ対応して入カバッファ IBUF を設け、 基準電圧 Vref と比較して内部信号 ΙΝΟΙ, IN1 I, …及び内部ク ロック対信号 CLKIt, CLKIbを得る。 内部信号 ΙΝΟΙ, IN1 I, …をラッチ 回路 LPに入力し、 それの出力信号 IN0L, IN1L, …を、 半導体装置の内 部回路の動作に用いる。 ラッチ回路の動作は、 クロック再生回路である 2個のフェーズロック トループ PLLにより発生した内部ク口ック対 CKRt, CKRbにより制御する。 フェーズロック トループ PLLは、 内部クロック信 号 CLKItあるいは CLKIbと内部クロック CKRtあるいは CKRbを比較する 位相 ·周波数比較器 PFD, 位相 ·周波数検出器 PFDの出力に応じて制御 電圧 Vetあるいは Vcbを発生するチャージポンプ回路 CP, 制御電圧 Vet あるいは Vcbにより制御される電圧制御発信器 VC0, 電圧制御発信器 VCO の出力を内部クロック CKRtあるいは CKRb として駆動するクロック ドラ ィバ CKDを含んで構成される。 クロック ドライバ CKDは、 偶数段の C M O Sインバータを徐々に駆動能力が大きくなるよう接続した周知のカス コードドライバなどで実現できる。 以下、 他の回路ブロックの要部を、 簡単に説明する。 The operation of the flip-flop circuit of FIG. 16 will be described with reference to FIG. Here, as in FIG. 15, there is shown a case where there is an overlap period in which both the internal clock CKt of the tower and the internal clock CKb of the bar are at the high level. As in the flip-flop circuit shown in Fig. 14, the master operates between the transparent state (TRA) and the latch state (LAT) during the overlap period in which the internal clock pair CKt and CKb are both at high level. The rising state is a latching state, and the falling state is a transparent state. On the other hand, the slave is in the latch state while the true slave control clock CKSt is at the high level and the bar slave control clock CKSb is at the high level. The true slave control clock CKt is at the high level and the bar slave control is performed. While the clock for use CKSb is at low level, it is in the transparent state. Here, the clock for slave control is Only when the internal clock CKt of the clock is high and the internal clock CKb of the bar is low, the CKSt of the clock is high and the CKSb of the bar is low. During the other periods, the true CKSt is low and the no CKSb is high. In principle, the slave control clock pair CKSt, CKSb switches at the same timing and does not overlap. As a result, the slave is in the transparent state only when the master is in the latch state, and is in the latch state in other periods. This ensures that both the master and the slave are not in a transparent state, and there is no risk that the signal will pass through from input D to output Q. To generate the slave control clock, there is a two-stage delay time between the inverter INV12 or INV13 and the NAND gate NA14 or NOR gate N014, but the delay time at the master is reduced by the inverters INV5 and INV11. Only two stages are larger than the configuration in Fig. 14, so there is no problem. Therefore, this flip-flop circuit captures the input D at the rising edge of the internal clock CKt at the rising edge of the internal clock CKt at the rising edge, and at the falling edge of the internal clock CKb at the bar at the falling edge. The output Q is held from the slowest rising of the internal clock CKt and the slowing of the internal clock CKb of the bar to the slower in the next cycle. Although the description is omitted here, the same applies to the case where there is an overlap period in which the rise time of the clock is longer than the fall time of the clock, and both the internal clock CKt of the Tonore and the internal clock CKb of the bar are at the high level. Operation. In other words, the period during which the output Q is in the valid state (VAL) is the cycle time of the internal clocks CKt and CKb. Compared to the flip-flop circuit in Fig. 14, the valid period of the output Q is longer by the period when the internal clock pair CKt and CKb overlap, making it easier to achieve timing matching with the internal circuit. -FIG. 18 schematically shows another example of the configuration of the input unit according to the present invention. It is characterized by the use of a clock recovery circuit PLL to generate internal cracks CKRt and CKRb. Similarly to the configuration shown in FIG. 1, input buffers IBUF are provided corresponding to the input signals IN0, INI,... And the external clock pair CLKt, CLKb, respectively, and the internal signals ΙΝΟΙ, IN1 I are compared with the reference voltage Vref. , ... and the internal clock pair signals CLKIt, CLKIb. The internal signals ΙΝΟΙ, IN1 I, ... are input to the latch circuit LP, and the output signals IN0L, IN1L, ... are used for the operation of the internal circuit of the semiconductor device. The operation of the latch circuit is controlled by internal clock pairs CKRt and CKRb generated by two phase-locked loop PLLs that are clock recovery circuits. The phase-locked loop PLL compares the internal clock signal CLKIt or CLKIb with the internal clock CKRt or CKRb.Phase-frequency comparator PFD, phase-frequency detector Charge pump that generates control voltage Vet or Vcb according to the output of PFD It consists of a circuit CP, a voltage controlled oscillator VC0 controlled by the control voltage Vet or Vcb, and a clock driver CKD that drives the output of the voltage controlled oscillator VCO as an internal clock CKRt or CKRb. The clock driver CKD can be realized by a well-known cascode driver or the like in which even-numbered stages of CMOS inverters are connected to gradually increase the driving capability. Hereinafter, the main parts of the other circuit blocks will be briefly described.
図 1 9は、 位相 '周波数検出器 PFDの構成例の回路図である。 8個の インバータ INV00〜INV07, 6個の 2入力 N A N Dゲート NA100〜NA105, 2個の 3入力 N A N Dゲート NA106, NA107 , 4入力 N A N Dゲート NA108 からなり、 C M〇 S論理ゲートの組み合わせで構成されている。 内部ク 口ック信号 CLKI と内部クロック CKRの位相及び周波数に応じて、制御信 号 UP1, DN1を発生する。  FIG. 19 is a circuit diagram of a configuration example of the phase ′ frequency detector PFD. It consists of eight inverters INV00 to INV07, six two-input NAND gates NA100 to NA105, two three-input NAND gates NA106, NA107, and a four-input NAND gate NA108, and is composed of a combination of CM〇S logic gates. . Control signals UP1 and DN1 are generated according to the phase and frequency of the internal clock signal CLKI and internal clock CKR.
図 2 0は、 チャージポンプ回路 CPの構成例の回路図である。 インバー タ INV108 と、 2個の P M〇 S トランジスタ MN100, MP 101 と、 2個の N M O S トランジスタ MN100, N101 と、 2個の容量 C100, C101 と、抵抗 R100 により構成されている。 P M O S トランジスタ MP100と N M O S トラン ジスタ MN100は、ゲートにそれぞれバイアス電圧 Vbpl, Vbnlが印加され、 制御電圧 Vcのノードに電源電圧 VCCから流れ込む電流あるいは VSSへ引 き抜く電流の大きさを制限する。 P M O S トランジスタ MP101 と NM O S トランジスタ丽 101は、 位相 ·周波数検出器 PFDの出力である制御信 号 UP1 と DN1 、 ゲートにそれぞれ印加され、 制御電圧 Vcのノードに電 流を流し込む期間あるいは引き抜く期間を制御する。 容量 C100, C101 と 抵抗 R100は、 ループフィルタを構成し、 制御電圧 Vcを安定化する。 図 2 1は、 電圧制御発信器 VC0の構成例を示している。 6個の全差動 型遅延回路 DDE0〜DDE5 と 2個のインバータ INV116, INV117からなる。 全差動型遅延回路 DDE0〜!) DE5は、 入力と出力がいずれも差動信号で、 制 御電圧 Vcにより遅延時間が制御される遅延回路である。 ここでは 6個と しているが、 所望の可変周波数領域が得られるように、 適当な個数とす る。 なお、 ここでは 6個と偶数個であるが、 DDE5のト ゥルー出力を DDE0 のバー入力に、 DDE5のバー出力を DDE0のトウル一入力に戻しているた め、 発振する。 ィンバータ INV116は、 出力として内部クロック CKRを取 り出すために設けられている。 さらに、 全差動型遅延回路 DDE5の出力の 負荷を揃えるために、 ィンバータ INV117が設けられている。 FIG. 20 is a circuit diagram of a configuration example of the charge pump circuit CP. Inverter INV108, two PM〇S transistors MN100, MP101, and two NM It consists of OS transistors MN100 and N101, two capacitors C100 and C101, and a resistor R100. The bias voltages Vbpl and Vbnl are applied to the gates of the PMOS transistor MP100 and the NMOS transistor MN100, respectively, and the current flowing from the power supply voltage VCC to the control voltage Vc node or the current drawn to VSS is limited. The PMOS transistor MP101 and NMOS transistor 丽 101 are applied to the control signals UP1 and DN1, which are the outputs of the phase and frequency detector PFD, and the gate, respectively, and control the period during which the current flows to or from the node of the control voltage Vc. I do. Capacitors C100 and C101 and resistor R100 form a loop filter and stabilize control voltage Vc. FIG. 21 shows a configuration example of the voltage control transmitter VC0. It consists of six fully differential delay circuits DDE0 to DDE5 and two inverters INV116 and INV117. Fully differential delay circuit DDE0 ~! ) DE5 is a delay circuit whose input and output are both differential signals and whose delay time is controlled by the control voltage Vc. Here, the number is six, but an appropriate number is set so as to obtain a desired variable frequency region. Note that although the number is 6 and an even number here, oscillation occurs because the DDE5 true output is returned to the DDE0 bar input, and the DDE5 bar output is returned to the DDE0 toul input. The inverter INV116 is provided for taking out the internal clock CKR as an output. Further, an inverter INV117 is provided to equalize the load of the output of the fully differential delay circuit DDE5.
このようなクロック再生回路を用いることにより、 クロック ドライノ CKDなどによる遅延時間を補償し、 内部クロック対 CKRt, CKRbを所望の タイミングにすることができ、 入力信号 INO, IN1, …のホールド時間を 小さく して、短いクロックサイクル時間での動作が可能になる。ここで、 フェーズ口ック トノレープ PLLを、 トウル一とバーの内部'クロック対 CKRt, CKRbにそれぞれ設けることにより、 内部クロック対 CKRt, CKRbが外部 クロック対 CLKt, CLKbにそれぞれ応じたタイミングとなる。それにより、 入力信号の立ち上がりを外部ク口ックの立ち上がりに応じたタイミング で判定し、 入力信号の立ち下がりを外部クロックの立ち下がりに応じた タイミングで判定することができる。 その結果、 立ち上がりと立ち下が りで遅延時間に差があっても、 入力信号のパスとクロック信号のパスと で揃っていれば補償され、 セットアツプ時間とホールド時間を削減して クロックのサイクル時間を短縮できる。 なお、 内部クロックの発生にク 口ック再生回路を用いて高速なィンタフェースを可能にする方式は、 文 献 3に述べられている。 本実施例は、 そこでの効果に加え、 立ち上がり と立ち下がりでの遅延時間差を補償することによりさらに高速な動作が 可能になる。 By using such a clock recovery circuit, it is possible to compensate for the delay time due to clock dryno CKD, etc., and to set the internal clock pair CKRt, CKRb to the desired timing, and to reduce the hold time of the input signals INO, IN1,. As a result, operation in a short clock cycle time becomes possible. Here, by providing a phase lock tonneau PLL for each of the internal clock pairs CKRt and CKRb of the tower and the bar, the internal clock pairs CKRt and CKRb have timings corresponding to the external clock pairs CLKt and CLKb, respectively. Thereby, The rising edge of the input signal can be determined at the timing corresponding to the rising edge of the external clock, and the falling edge of the input signal can be determined at the timing corresponding to the falling edge of the external clock. As a result, even if there is a difference in the delay time between the rise and the fall, if the input signal path and the clock signal path are aligned, they are compensated, and the setup and hold times are reduced to reduce the clock cycle. You can save time. A method that enables a high-speed interface using a clock recovery circuit for generating an internal clock is described in Reference 3. In the present embodiment, in addition to the above effects, a higher-speed operation can be performed by compensating for the delay time difference between the rising edge and the falling edge.
図 2 2は、 本発明による入力部のさらに別な構成例を模式的に示して いる。 内部ク口ック対 CKRt, CKRbの発生に用いるク口ック再生回路を部 分的に共有化していることが特徴である。図 1 8に示した構成と同様に、 入力信号 INO, IN1, …及び外部クロック対 CLKt, CLKbにそれぞれ対応 した入カバッファ IBIJFと、 内部クロック対 CKRt, CKRbにより制御され 内部信号 IN0I, IN1I, …をラッチするラッチ回路 LPが設けられている。 バーの内部クロック CKRbは、 ディレイロック トループ DLLで発生する。 ディレイロック トループ DLLは、 内部ク口ック信号 CLKIbと内部ク口ッ ク CKRbを比較する位相比較器 PC, 位相比較器 PCの出力に応じて制御電 圧 Vc2を発生するチャージポンプ回路 CP, 制御電圧 Vcにより制御され る電圧制御遅延器 VCD, 電圧制御遅延器 VCDの出力を内部クロック CKRb として駆動するクロック ドライバ CKDを含んで構成される。それに対し、 トウル一の内部クロック CKRtは、 内部ク口ック信号 CLKItを、 ディ レイ ロック トループ DLLの制御電圧 Vc2により制御される電圧制御遅延器 VCD で遅延させ、 クロック ドライバ CKDで駆動することにより発生する。 な お、 言うまでもなく、 トウノレ一の内部クロック CKRtをディレイロック ト ループ DLLで発生し、バーの内部クロック CKRbを電圧制御遅延器 VCDと クロック ドライバ CKDのみで発生することもできる。 以下では、 図 1 8 に示した構成と異なる回路ブロックである位相比較器 PCと電圧制御遅 延 VCDの構成を、 簡単に説明する。 FIG. 22 schematically shows still another example of the configuration of the input unit according to the present invention. The feature is that the mouth regeneration circuit used to generate internal cracks CKRt and CKRb is partially shared. As with the configuration shown in FIG. 18, the input signals INO, IN1,... And the input buffers IBIJF corresponding to the external clock pairs CLKt, CLKb, respectively, and the internal signals IN0I, IN1I,. Is provided. The internal clock CKRb of the bar is generated by the delay locked loop DLL. The delay lock loop DLL is a phase comparator PC that compares the internal clock signal CLKIb and the internal clock CKRb, a charge pump circuit CP that generates the control voltage Vc2 according to the output of the phase comparator PC, and a control. It includes a voltage-controlled delay VCD controlled by the voltage Vc, and a clock driver CKD that drives the output of the voltage-controlled delay VCD as an internal clock CKRb. On the other hand, Toru's internal clock CKRt is obtained by delaying the internal clock signal CLKIt with the voltage control delay VCD controlled by the control voltage Vc2 of the delay lock loop DLL and driving it with the clock driver CKD. appear. Needless to say, the internal clock CKRt of the Tonore is delay locked. The internal clock CKRb of the bar generated by the loop DLL can be generated only by the voltage control delay unit VCD and the clock driver CKD. In the following, the configuration of the phase comparator PC and the voltage control delay VCD, which are circuit blocks different from the configuration shown in FIG. 18, will be briefly described.
図 2 3は、 位相比較器 PCの構成例の回路図である。 4個の 3入力 N A N Dゲート NA140〜NA143と、 4個のインバータ INV140〜: [NV143で構成 されている。 エネ一プル信号 LEN0がハイレベルの間、 内部クロック信号 CLKI と内部クロック CKRの位相に応じて、 制御信号 UP0, DNOを発生す る。 フェーズ口ック トループと異なりディレイロック トループでは周波 数の違いを検出する必要がないため、 図 1 9に示した位相 '周波数検出 器 PFDに比べ簡単な構成の、 このような位相比較器を用いることができ る。  FIG. 23 is a circuit diagram of a configuration example of the phase comparator PC. It consists of four 3-input NAD gates NA140 to NA143 and four inverters INV140 to: [NV143. While the enable signal LEN0 is at the high level, control signals UP0 and DNO are generated according to the phases of the internal clock signal CLKI and the internal clock CKR. Unlike phase-locked loops, delay-locked loops do not need to detect frequency differences, so a phase comparator with a simpler configuration than the phase-frequency detector PFD shown in Figure 19 is used. be able to.
図 2 4は、 電圧制御遅延器の構成例を示している。 5個のインバータ 型遅延回路 IDE0〜IDE4とインバータ INV116からなる。 ィンバータ型遅 延回路 IDE0〜IDE4は、 遅延時間が制御電圧 Vcにより制御されるインバ ータである。 ここでは 5個としているが、 所望の可変周波数領域が得ら れるように、 適当な個数とする。 ただし、 出力を取り出すインバ一タ INV116を含 、 位相が反転しないようにする。  FIG. 24 shows a configuration example of the voltage control delay device. It consists of five inverter type delay circuits IDE0 to IDE4 and an inverter INV116. The inverter type delay circuits IDE0 to IDE4 are inverters whose delay time is controlled by the control voltage Vc. Here, the number is five, but an appropriate number is set so as to obtain a desired variable frequency region. However, the phase should not be inverted, including the inverter INV116 that extracts the output.
図 2 2に示した構成は、 図 1 8に示した構成に比べ、 回路プロック数 が少ない上、 各回路ブロックも簡単な構成で、 クロック ドライバ CKDな どによる遅延時間を補償することができる。 これは、 クロック再生回路 として、 フェーズ口ック トループではなくディレイロック トループを用 いていることによる。 フェーズロック トループで用いる電圧制御発振器 は、 制御電圧が同じ時に出力の発振周波数が同じであるが位相は異なる ため、 図 1 8では、 トゥルーとバーの内部クロックのそれぞれに対して ループを設けている。 それに対し、 ディレイロック トループで用いる電 圧制御遅延器は、 制御電圧が同じ時に遅延時間が同じにできるので、 ト ウル一とバーの内部ク口ックでループの一部を共有できる。 The configuration shown in FIG. 22 has a smaller number of circuit blocks than the configuration shown in FIG. 18, and each circuit block has a simple configuration and can compensate for a delay time caused by a clock driver CKD or the like. This is because the clock recovery circuit uses a delay-locked loop instead of a phase-locked loop. The voltage-controlled oscillator used in the phase-locked loop has the same output oscillation frequency when the control voltage is the same, but the phase is different.Therefore, in Figure 18, loops are provided for each of the true and bar internal clocks. . In contrast, the power used in the delay lock The pressure control delay can share the same delay time when the control voltage is the same, so that a part of the loop can be shared between the tower and the internal connection of the bar.
次に、 図 1, 図 1 8あるいは図 2 2に示した入力部で用いる入力バッ ファ IBUFの構成について説明する。 図 2 5は、 カレントミラー型差動増 幅器を用いた入力バッファの構成例の回路図である。 3個の NMO S ト ランジスタ MN200〜MN202 と 2個の PMO S トランジスタ MP201, MP202 で NMO S入力のカレントミラー型差動増幅器が構成され、 入力信号 IN を参照電圧 Vref に対して差動増幅する。 PMO S トランジスタ MP201, MP202のソースは、 入出力用電源電圧 VDDQに接続される。 差動増幅器の 出力を 2入力 NANDゲート NA203で受け、 内部信号 INIを出力する。 この NANDゲート NA203 と NMO トランジスタ MN200には、 バーの パワーダウン信号 PTOIbが入力され、 PTOIbがロウレべノレのパワーダウ ン時には差動増幅器の電流を遮断し内部信号 INIを固定する。  Next, the configuration of the input buffer IBUF used in the input section shown in Fig. 1, Fig. 18 or Fig. 22 is explained. FIG. 25 is a circuit diagram of a configuration example of an input buffer using a current mirror type differential amplifier. The three NMOS transistors MN200 to MN202 and the two PMOS transistors MP201 and MP202 form an NMOS input current mirror differential amplifier, and differentially amplify the input signal IN with respect to the reference voltage Vref. The sources of the PMOS transistors MP201 and MP202 are connected to the input / output power supply voltage VDDQ. The output of the differential amplifier is received by the 2-input NAND gate NA203, and the internal signal INI is output. The power down signal PTOIb of the bar is input to the NAND gate NA203 and the NMO transistor MN200. When the power down of PTOIb is low, the current of the differential amplifier is cut off and the internal signal INI is fixed.
この入カバッファ IBUFは、一般に S S T Lインタフェースなどの小振 幅インタフェースで用いら'れているものである。 このような一般的な入 力バッファを用いて、 本発明の方式により、 従来よりも高い周波数での ィンタフェースが実現できる。  The input buffer IBUF is generally used in a small-width interface such as an STLS interface. By using such a general input buffer, an interface at a higher frequency than before can be realized by the method of the present invention.
図 2 6は、 入力バッファの別な構成例の回路図である。 NMO S入力 差動増幅器と PMO S入力差動増幅器を組み合わせた相補型差動増幅器 を用いていることが特徴である。 このような入力バッファについては、 文献 4で述べられている。 NMOS入力差動増幅器 DANは、 3個の NM 〇 S トランジスタ MN210〜MN212と 3個の PMO トランジスタ MP210〜 MP212で構成されている。 PMO S入力差動増幅器 DAPも、 3個の NMO S トランジスタ MN213〜MN215 と 3個の PMO S トランジスタ MP213〜 MP215で構成されている。 NMO S入力差動増幅器 DANと PMO S入力 差動増幅器 DAPは、出力が短絡されており、入力信号 INを参照電圧 Vref に対して差動増幅する。差動増幅器の出力 INI0には PMO S トランジス タ MP210が設けられ、 NMO S入力差動増幅器 DAN中と PMO S入力差 動増幅器 MP中で入出力用接地電圧 VSSQに接続された N M O S トランジ スタ MN210, MN213 とともに、 バーのパワーダウン信号 PTOIbがゲートに 入力され、 パワーダウン時には差動増幅器の電流を遮断しその出力を固 定する。 NMO S入力差動増幅器 DAN中の PMO S トランジスタは MP210 は、 PMO S入力差動増幅器 DAP中の NMO S トランジスタ MN213 とバ ランスをとるために設けられている。 差動増幅器の出力には、 PMO S トランジスタ MP217と NMO S トランジスタ MN217からなり、 入出力用 電源電圧 VDDQと入出力用接地電圧 VSSQを電源としたィンバータが接続 され、 さらにその出力にインバータ INV218が接続され、 内部信号 INIを 駆動する。 FIG. 26 is a circuit diagram of another configuration example of the input buffer. It features a complementary differential amplifier that combines an NMOS input differential amplifier and a PMOS input differential amplifier. Such an input buffer is described in Ref. The NMOS input differential amplifier DAN includes three NM〇S transistors MN210 to MN212 and three PMO transistors MP210 to MP212. The PMOS input differential amplifier DAP is also composed of three NMOS transistors MN213 to MN215 and three PMOS transistors MP213 to MP215. The output of the NMO S input differential amplifier DAN and PMO S input differential amplifier DAP is short-circuited, and the input signal IN is referenced to the reference voltage Vref Is differentially amplified. The output INI0 of the differential amplifier is provided with a PMOS transistor MP210, which is connected to the input / output ground voltage VSSQ in the NMOS input differential amplifier DAN and the PMOS input differential amplifier MP. Along with MN213, the power down signal PTOIb of the bar is input to the gate, and during power down, the current of the differential amplifier is cut off and its output is fixed. The MPMOS transistor in the NMOS input differential amplifier DAN MP210 is provided to balance the NMOS transistor MN213 in the PMOS input differential amplifier DAP. The output of the differential amplifier is composed of a PMOS transistor MP217 and an NMOS transistor MN217.An inverter driven by the input / output power supply voltage VDDQ and the input / output ground voltage VSSQ is connected to the output, and the inverter INV218 is connected to the output. Drive the internal signal INI.
この入カバッファは、 NMO S入力の差動増幅器と PMO S入力の差 動増幅器が同時に動作し、 入力の同相成分の影響が小さく、 立ち上がり と立ち下がりでの遅延時間差を小さくできる。 それにより、 図 1に示し たような本発明による入力部で、 内部クロック対のトウル一とバーの時 間差が小さくなり、 安定な動作が容易になる。  In this input buffer, the differential amplifier with the NMOS input and the differential amplifier with the PMOS input operate at the same time, and the influence of the common-mode component of the input is small, and the delay time difference between the rise and fall can be reduced. As a result, in the input unit according to the present invention as shown in FIG. 1, the time difference between the clock and the bar of the internal clock pair is reduced, and stable operation is facilitated.
図 2 7は、 入力バッファのさらに別な構成例である。 図 26に示した 入力バッファと同様に、 NMOS入力差動増幅器と PMO S入力差動増 幅器を組み合わせており、 交互に動作させることが特徴である。 このよ うな入力バッファについても、 文献 4で述べられている。 NMO S入力 差動増幅器 MNと PMO S入力差動増幅器 DAPは、 図 2 6 と同様に、 3 個の NM〇 S トランジスタと 3個の PMO S トランジスで構成され、 入 力信号 INを参照電圧 Vref に対して差動増幅する。 さらに、 パワーダウ ンの制御用に PMO S トランジスタ MP210と、 PMO S トランジスタ MP217 と NMO トランジスタ MN217からなるィンバータと、 ィンバー タが設けられている。 ここで、 NMO S入力差動増幅器 DAN中の NMO トランジスタ MN21Qと PM〇 S入力差動増幅器 DAP中の PM0S トランジ スタ MP213のゲートに、ィンバータ 層 212の入カノ一ド INIObから帰還 がかけられている。 それにより、 ノード INIObがハイ レベルの時には、 PMO S入力差動増幅器 DAPの電流経路が遮断され、 ノード INIObが口 ゥレベルの時には、 NMO S入力差動増幅器 DANの電流経路が遮断され る。 この帰還により、 NMO S入力差動増幅器 DANと PMO S入力差動 増幅器 DAPの内、 貫通電流が小さい方が自動的に選択され、 交互に動作 する。 バーのパワーダウン信号 PTOIbは、 PM〇 S トランジスタ MP210 と、 PMO S入力差動増幅器 DAP中の NMO S トランジス丽 213に接続 され、 NMO S入力差動増幅器 DANに入力されていないが、 パワーダウ ン時には、 ノード INI0がハイ レベルになり、 ノード INIObが口ウレべノレ になることにより、 NMO S入力差動増幅器 DANの電流も遮断される。 この入力バッファは、 比較的小さな消費電流で、 参照信号 Vref との差 動増幅が可能である。 特に、 入力信号 INの振幅が、 ハイレベルが入出力 用電源電圧 VDDQに近く、 ロウレベルが入出力用接地電圧 VSSQに近いも のであれば、 差動増幅器での貫通電流が小さくなる。 図 26に示したよ うな入力バッファに比べると、 立ち上がり と立ち下がりでの遅延時間差 力 S、 若干大きくなるが、 図 1に示したような本発明による入力部では、 その遅延時間差を補償できるので、高速なィンタフェースが可能になる。 図 2 8は、 またさらに別な入力バッファの構成例の回路図である。 2 個の NMO S トランジスタ MN220, MN221 と 2個の PMO S トランジスタ MP220, MP221で、 入出力用電源電圧 VDDQと入出力用接地電圧 VSSQを電 源とした N O Rゲートが構成され、入力信号 INとパワーダウン信号 PTOI が入力される。 この NORゲー トの出力に、 インバータ INV222が接続さ れ、 内部信号 INIを駆動する。 図 1などでは、 参照電圧 Vref を用いた入力部の構成を示していたが、 この入力バッファのように、参照電圧 Vref を用いないものも用いること ができる。 この入力バッファは、 L V T T Lなど振幅の大きいインタフ エースで良く用いられているものである。 参照電圧 Vref を用いてずに、 論理ゲートの論理しきい値で判定しているため、 プロセスや電圧変動の 影響が大きく、 立ち上がり と立ち下がりでの遅延時間差が大きくなる。 そのため、 遅延時間差を補償できる本発明の効果が大きい。 FIG. 27 shows another example of the configuration of the input buffer. Similar to the input buffer shown in FIG. 26, the feature is that the NMOS input differential amplifier and the PMOS input differential amplifier are combined and operated alternately. Such an input buffer is also described in Ref. The NMO S input differential amplifier MN and the PMO S input differential amplifier DAP are composed of three NM〇S transistors and three PMO S transistors, as shown in Fig. 26, and the input signal IN is referenced to the reference voltage Vref. Is differentially amplified. Further, a PMOS transistor MP210 for controlling power down, an inverter composed of a PMOS transistor MP217 and an NMO transistor MN217, and an inverter Data is provided. Here, feedback is applied from the input node INIOb of the inverter layer 212 to the gates of the NMO transistor MN21Q in the NMO S input differential amplifier DAN and the PM0S transistor MP213 in the PM〇S input differential amplifier DAP. . Thus, when the node INIOb is at the high level, the current path of the PMOS input differential amplifier DAP is cut off, and when the node INIOb is at the high level, the current path of the NMOS input differential amplifier DAN is cut off. With this feedback, the smaller of the through current is automatically selected from the NMOS input differential amplifier DAN and PMOS input differential amplifier DAP, and they operate alternately. The power down signal PTOIb of the bar is connected to the PM〇S transistor MP210 and the NMOS transistor 丽 213 in the PMOS input differential amplifier DAP, and is not input to the NMOS input differential amplifier DAN. When the node INI0 goes high and the node INIOb goes low, the current of the NMOS input differential amplifier DAN is also cut off. This input buffer is capable of differential amplification with the reference signal Vref with relatively small current consumption. In particular, if the amplitude of the input signal IN is such that the high level is close to the input / output power supply voltage VDDQ and the low level is close to the input / output ground voltage VSSQ, the through current in the differential amplifier is small. Compared with the input buffer as shown in FIG. 26, the delay time difference S between the rise and fall is slightly larger, but the input section according to the present invention as shown in FIG. 1 can compensate for the delay time difference. A high-speed interface becomes possible. FIG. 28 is a circuit diagram of still another input buffer configuration example. The two NMOS transistors MN220 and MN221 and the two PMOS transistors MP220 and MP221 form a NOR gate powered by the input / output power supply voltage VDDQ and the input / output ground voltage VSSQ. Down signal PTOI is input. The inverter INV222 is connected to the output of this NOR gate and drives the internal signal INI. Although the configuration of the input unit using the reference voltage Vref is shown in FIG. 1 and the like, a configuration that does not use the reference voltage Vref, such as this input buffer, can also be used. This input buffer is commonly used for large amplitude interfaces such as LVTTL. Since the judgment is made based on the logic threshold of the logic gate without using the reference voltage Vref, the effect of the process and voltage fluctuation is large, and the delay time difference between the rise and fall is large. Therefore, the effect of the present invention that can compensate for the delay time difference is great.
図 2 9に、 本発明による半導体装置の出力部を模式的に示す。 出力信 号 0UT0, 0UT1, …及び外部クロック対 CLK0t, CLKOb'にそれぞれ対応し て出力バッファ 0BUFを設け、出力制御回路 0Cによるエネーブル信号 Q0E, CK0Eで制御する。 また、 内部信号 0UT0P, 0UT1P, …をフリ ップフロップ 回路 FF0に入力し、 内部クロック CK0により制御し、 その出力 0UT0Q, 0UT1Q, …を出力バッファ 0BUFに入力する。出カタイミング発生回路 0TG 、 内部クロック CK0とともに、 相補な出力用クロック対信号 CLKPt, CLKPbも出力する。  FIG. 29 schematically shows an output section of the semiconductor device according to the present invention. Output buffers 0BUF are provided corresponding to the output signals 0UT0, 0UT1, ... and the external clock pair CLK0t, CLKOb ', respectively, and are controlled by the enable signals Q0E, CK0E by the output control circuit 0C. Also, the internal signals 0UT0P, 0UT1P, ... are input to the flip-flop circuit FF0, controlled by the internal clock CK0, and the outputs 0UT0Q, 0UT1Q, ... are input to the output buffer 0BUF. The output timing generator 0TG and complementary clock pair signals CLKPt and CLKPb are output together with the internal clock CK0.
このように、 出力信号と外部ク口ックを一つの半導体装置から同様な 出力バッファで駆動することにより、 遅延時間を揃えることができ、 本 発明によるインタフェースに好適である。 それらのタイミングを、 出力 タイミング発生回路 0TGで制御することにより、 所望の関係にでき,る。 図 3 0は、 出力バッファ 0BUFの構成例の回路図である。 インバータ INV230と、 N A N Dゲート NA231 と、 N O Rゲート N0231 と、 2個のレ ベル変換回路 LC23P, LC23Nと、 出力段の P M O S トランジスタ MP233及 び N M O S トランジスタ MN233からなる。ここで、レベル変換回路 LC23P, LC23Nはそれぞれ、 P M O S トランジスタ 3個と N M O S トランジスタ 3 個で構成され、 内部回路用電源電圧 VDDから入出力用電源電圧 VDDQ へ、 信号振幅を変換する。 この出力バッファ 0BUFは、 エネーブル信号 Q0Eが 口ウレべノレ vssの時には、 ハイインピーダンス状態となり、 エネーブル 信号 Q0Eがハイレベル VDDの時には、 内部信号 0UTQに応じて出力 OUTを 駆動する。 In this way, by driving the output signal and the external port from a single semiconductor device with the same output buffer, the delay times can be made uniform, which is suitable for the interface according to the present invention. By controlling those timings by the output timing generation circuit 0TG, a desired relationship can be obtained. FIG. 30 is a circuit diagram of a configuration example of the output buffer 0BUF. It consists of an inverter INV230, NAND gate NA231, NOR gate N0231, two level conversion circuits LC23P and LC23N, and an output stage PMOS transistor MP233 and NMOS transistor MN233. Here, each of the level conversion circuits LC23P and LC23N is composed of three PMOS transistors and three NMOS transistors, and converts the signal amplitude from the internal circuit power supply voltage VDD to the input / output power supply voltage VDDQ. This output buffer 0BUF is enabled by the enable signal Q0E. It becomes high impedance state at the time of lip leakage vss. When the enable signal Q0E is at the high level VDD, it drives the output OUT according to the internal signal 0UTQ.
この出力バッファは、 プロセスや電圧変動が駆動能力に影響し、 立ち 上がり と立ち下がりでの遅延時間差が大きくなる恐れがある。 本発明の ィンタフェースでは、 遅延時間差を補償できるため、 このような単純な 出力バッファを用いても、高い周波数でのィンタフェースが実現できる。 図 3 1は、 2個の半導体集積回路 CHPL, CHPR間の、 本発明によるイン タフエースを示している。 クロックオシレータ 0SCから、 動作の基準と なる基準クロック CK0が、 半導体集積回路 CHPL, CHPRに送られる。 半導 体集積回路 CHPLから CHPRへ、 データ DATALとともにクロック対 CKLt, CKLbを送る。 逆に半導体集積回路 CHPLから CHPRへも、 データ DATARと ともにクロック対 CKRt, CKRbを送る。 このように、 データとともにクロ ック対を互いに送りあうことにより、 前述のように高い周波数でのィン タフエースを実現できる。 このような構成は、 例えば C P Uとキヤッシ ュメモリ間のィンタフェースに好適である。  In this output buffer, process and voltage fluctuations affect the drive capability, and the difference in delay time between rising and falling may be large. In the interface of the present invention, since the delay time difference can be compensated, an interface at a high frequency can be realized even with such a simple output buffer. FIG. 31 shows an interface according to the present invention between two semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR. From the clock oscillator 0SC, a reference clock CK0 as an operation reference is sent to the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR. The clock pair CKLt and CKLb are sent together with data DATAL from the semiconductor integrated circuit CHPL to CHPR. Conversely, the clock pair CKRt and CKRb are sent together with the data DATAR from the semiconductor integrated circuit CHPL to CHPR. In this way, by sending clock pairs together with data, it is possible to realize interface at a high frequency as described above. Such a configuration is suitable, for example, for an interface between the CPU and the cache memory.
図 3 2は、 図 3 1での信号伝送部を模式的に示している。 半導体集積 回路 CHPL, CHPRはそれぞれ、 出力バッファ 0BUFと入カバッファ IBUFを 有する。 ここでは、 簡単のためのために 1個ずつだけ示している。 出力 ノ ッファ 0BUFは、 終端抵抗 RPLあるいは RPRを介して伝送線路 TLの一 端に接続される。 伝送線路の他端は、 他方の半導体集積回路の入力バッ ファ IBUFに接続される。 このように、 終端抵抗を設けることにより、 信 号の反射を抑え、 受信側での波形の乱れを防止できる。 それにより、 以 前のデータ系列に対する波形の依存性を小さく し、 立ち上がり及び立ち 下がりの遅延時間を、データとクロック対とで揃えることができるので、 本発明のインタフェースに好適である。 この図に示した様に、 送信側で 直列に終端抵抗を設けるいわゆる送信終端は、 信号が変化しない時に貫 通電流が流れることがないため、 図 3 1に示した様なポイント トウポィ ントのインタフェースに好適である。 なお、 ここでは参照電圧 Vref を示 していないが、 インタフェースの電圧レベルの仕様に応じて、 必要であ れば半導体集積回路 CHPL, CHPRに入力する。 FIG. 32 schematically shows the signal transmission unit in FIG. Each of the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR has an output buffer 0BUF and an input buffer IBUF. Here, only one is shown for simplicity. The output buffer 0BUF is connected to one end of the transmission line TL via the terminating resistor RPL or RPR. The other end of the transmission line is connected to the input buffer IBUF of the other semiconductor integrated circuit. By providing the terminating resistor in this way, it is possible to suppress signal reflection and prevent waveform disturbance on the receiving side. Thereby, the dependence of the waveform on the previous data series can be reduced, and the rising and falling delay times can be matched between the data and the clock pair, which is suitable for the interface of the present invention. As shown in this figure, The so-called transmission termination, in which a terminating resistor is provided in series, is suitable for a point-to-point interface as shown in FIG. 31 because a through current does not flow when the signal does not change. Although the reference voltage Vref is not shown here, it is input to the semiconductor integrated circuits CHPL and CHPR if necessary according to the specifications of the interface voltage level.
図 3 3は、 本発明をメモリシステムに適用した例を示している。 メモ リコントローラ MCTLと n個のメモリ MCHPl〜MCHPnとの間が、 クロック 対 CLKt, CLKb とコマン ドバス CMDとア ドレスバス ADDとデータバス DQL とデータス トローブ対 DQSt, DQSbで結ばれている。 クロック対 CLKt, CLKb とコマンドバス CMD とァ ドレスバス ADDは、 メモリ コントローラ MCTLにより駆動され、 メモリ MCHPl〜MCHPnに送られる。 それに対し、 データバス DQLとデータス トローブ対 DQSt, DQSbは双方向であり、 ライ ト動作ではメモリコントローラからメモリへ、 リード動作ではメモリ力 らメモリコントローラへ送られる。 このように、 一方向のバスと双方向 のバスを両方使う場合に、 それぞれに信号のラッチタイミングを定める 信号を併せて送ることにより、 どちらも高い周波数でのインタフェース を実現できる。 なお、 一方向バスと双方向バスのいずれか一方の周波数 が低くて良い場合には、 そちらのタイミングを定める信号は対にせず、 伝送線路数を削減することもできる。  FIG. 33 shows an example in which the present invention is applied to a memory system. The memory controller MCTL and the n memories MCHPl to MCHPn are connected by a clock pair CLKt, CLKb, a command bus CMD, an address bus ADD, a data bus DQL, and a data strobe pair DQSt, DQSb. The clock pair CLKt, CLKb, the command bus CMD and the address bus ADD are driven by the memory controller MCTL and sent to the memories MCHPl to MCHPn. In contrast, the data bus DQL and the data strobe pair DQSt and DQSb are bidirectional, and are sent from the memory controller to the memory during a write operation and from the memory controller to the memory controller during a read operation. In this way, when using both a one-way bus and a two-way bus, by sending a signal that determines the latch timing of each signal together, both can realize an interface at a high frequency. If the frequency of either the one-way bus or the two-way bus can be low, the number of transmission lines can be reduced without pairing the signals that determine that timing.
図 3 4は、 図 3 3での信号伝送部を模式的に示している。 ここでは、 簡単のためのために、 一方向の信号と双方向の信号を 1個ずつだけ示し ている。 メモリ コントローラ MCTLからメモリ MCHPl〜MCHPnへの一方向 の信号については、 メモリコントローラ MCTL内の出カバッファ 0BUFの 出力 0UTCが、 伝送線路 TLを介して、 メモリ MCHPl〜MCHPn内の入力バッ フ了 IBL1Fの入力 1删1〜1應1]に接続される。 一方、 メモリ コントローラ MCTLとメモリ MCHPl〜MCHPnとの双方向の信号については、 メモリコン トローラ MCTL内の出力バッファ 0BUFの出力であり入力バッファ IBUFの 入力である I0Cが、 伝送線路 TLを介して、 メモリ MCHPl〜MCHPn内の入 カバッファ IBUFの入力であり出カバッファ 0BUFの出力である I0M1〜 IOMnに接続される。 両者とも、 伝送線路の両端に終端抵抗 RTL, RTRが 設けられ、 終端電圧 VTTに接続される。 このように、 両側で終端するこ とにより、 バス上での信号の反射を抑え、 波形の乱れを防止できる。 ノ ス上の位置により、 信号が伝達されるタイミングが異なるが、 図 3 3に 示した様に、 バスに送る信号と合わせてタイミング信号対を同じ半導体 集積回路から送ることにより、 遅延時間を揃えることができる。 一方向 のバスと双方向のバスとで、 出力バッファ 0BUFの有無により、 メモリ MCHPl〜MCHPnの入カインピーダンスが異なっていても、 それぞれに対し タイミング信号対を設けることにより、 その影響を除去できる。 FIG. 34 schematically shows the signal transmission unit in FIG. For simplicity, only one unidirectional signal and one bidirectional signal are shown here. For one-way signals from the memory controller MCTL to the memories MCHPl to MCHPn, the output 0UTC of the output buffer 0BUF in the memory controller MCTL is completed via the transmission line TL.The input buffer IBL1F in the memories MCHPl to MCHPn is input. 1 删 1 ~ 1 應 1]. On the other hand, for bidirectional signals between the memory controller MCTL and the memories MCHPl to MCHPn, I0C, which is the output of the output buffer 0BUF in the controller MCTL and the input of the input buffer IBUF, is the input of the input buffer IBUF and the output of the output buffer 0BUF in the memories MCHPl to MCHPn via the transmission line TL. Connected to IOMn. In both cases, termination resistors RTL and RTR are provided at both ends of the transmission line, and are connected to the termination voltage VTT. By terminating on both sides in this way, signal reflection on the bus can be suppressed and waveform distortion can be prevented. The signal transmission timing varies depending on the position on the node, but as shown in Fig. 33, the delay time is made uniform by sending the timing signal pair from the same semiconductor integrated circuit together with the signal sent to the bus. be able to. Even if the input impedance of the memories MCHPl to MCHPn differs depending on the presence or absence of the output buffer 0BUF between the one-way bus and the two-way bus, the effects can be eliminated by providing a timing signal pair for each of the memories MCHPl to MCHPn.
図 3 5は、図 3 3の半導体メモリ MCHPl〜MCHPnとして用いることがで きる同期式 D R AMの要部ブロック図を示している。 間接周辺回路は、 クロックバッファ CKB、 制御信号バッファ CB、 コマンドデコーダ CD、 了 ドレスバッファ AB、 カラムア ドレスカウンタ YCT、 データス トローブ入 力回路 DSB、 データス トローブ出力回路 QSB、 データ入力回路 DIB、 デー タ出力回路 DOBを含む。 さらに、 メモリアレー MARに対応してロウ系欠 陥救済回路 XR、 ロウプリデコーダ XPD、 カラム系救済判定回路 YR、 カラ ムプリデコーダ YPD、 ライ トバッファ TO、 メインアンプ MAなどが設けら れ、 メモリコアのセクタ SCT0, SCT1, …を構成している。 メモリコアの セクタは、 メモリ容量やバンク数などの仕様に応じたメモリアレーの個 数に対応するが、 ここでは簡単のため 2個だけ示している。  FIG. 35 shows a main block diagram of a synchronous DRAM which can be used as the semiconductor memories MCHPl to MCHPn in FIG. Indirect peripheral circuits include clock buffer CKB, control signal buffer CB, command decoder CD, end address buffer AB, column address counter YCT, data strobe input circuit DSB, data strobe output circuit QSB, data input circuit DIB, data output circuit Including DOB. In addition, a row defect repair circuit XR, a row predecoder XPD, a column repair decision circuit YR, a column predecoder YPD, a write buffer TO, a main amplifier MA, etc. are provided corresponding to the memory array MAR, and a memory core sector is provided. SCT0, SCT1, ... are configured. The memory core sector corresponds to the number of memory arrays according to the specifications such as the memory capacity and the number of banks, but here only two are shown for simplicity.
各回路プロックは、以下のような役割を果たす。 クロックバッファ CKB は、外部クロック対 CLKt, CLKbに応じて内部クロック対 CKIt, CKIbを、 制御信号バッファ CB, ア ドレスバッファ ABなどに分配する。 コマンド デコーダ CDは、 外部からの制御信号 CMDに応じて、 ア ドレスバッファ AB、 カラムア ドレスカウンタ YCT、 データ入力回路 DIB、 データ出力回路 DOBなどを制御する制御信号を発生する。 ア ドレスバッファ ABは、 外部 クロック CLKに応じた所望のタイミングで、 外部からのァドレス ADRを 取り込み、 ロウア ドレス BXをセクタ SCT0, SCT1に分配する。 ア ドレス バッファ ABはまた、カラムァドレスを取り込んでカラムァドレス力ゥン タ YCT へ送り、 カラムア ドレスカウンタ YCTが、 入力されたカラムアド レスを初期値として、 バース ト動作を行うカラムァドレス BYを発生し、 セクタ SCTO, SCT1に分配する。データス トローブデータ入力回路 DSBは、 データス トローブ対 DQSt, DQSbに応じて、内部データス トローブ対 DSIt, DSIbなどを発生し、データ入力回路 DIBを制御する。データ入力回路 DIB は、外部との入出力データ DQのデータを所望のタイミングで取り込んで、 ' ライ トデータ GIを出力する。 一方、 データ出力回路 DOBは、 入出力デー タ DQ へ所望のタイミングで、 リードデータ GOを出力する。 それと合わ せ、 データス トローブ出力回路 QSB力 データス トローブ対 DQSt, DQSb を駆動する。 Each circuit block plays the following role. The clock buffer CKB distributes the internal clock pair CKIt, CKIb to the control signal buffer CB, address buffer AB, etc. according to the external clock pair CLKt, CLKb. command The decoder CD generates a control signal for controlling the address buffer AB, the column address counter YCT, the data input circuit DIB, the data output circuit DOB, etc. in response to an external control signal CMD. The address buffer AB fetches an external address ADR at a desired timing according to the external clock CLK, and distributes the low address BX to the sectors SCT0 and SCT1. The address buffer AB also takes in the column address and sends it to the column address counter YCT, and the column address counter YCT generates a column address BY for performing a burst operation using the input column address as an initial value, Distribute to sectors SCTO and SCT1. The data strobe data input circuit DSB generates an internal data strobe pair DSIt, DSIb and the like in accordance with the data strobe pair DQSt, DQSb, and controls the data input circuit DIB. The data input circuit DIB takes in the data of the input / output data DQ with the outside at a desired timing and outputs the write data GI. On the other hand, the data output circuit DOB outputs the read data GO to the input / output data DQ at a desired timing. At the same time, the data strobe output circuit drives the QSB force data strobe pair DQSt and DQSb.
セクタ SCT0あるいは SCT1内で、 口ゥ系欠陥救済回路 XRは、 ロウァド レス BXに対して、 置換の有無を判定し、 ロウ系救済判定結果 RXHをロウ プリデコーダ XPDへ出力する。 ロウプリデコーダ XPDは、 ロウア ドレス BX及びロウ系救済判定結果 RXHを受けて、 所望のマッ ト選択信号 MS及 び口ゥプリデコードアドレス CXをメモリアレ一MARへ出力する。 一方、 カラム系救済判定回路 YRは、 口ゥァドレス BX及びカラムァドレス BYに 対して、 置換の有無を判定し、 カラム系救済判定結果 RYHをカラムプリ デコーダ YPD へ出力する。 カラムプリデコーダ YPDは、 カラムア ドレス BY及びカラム系救済判定結果 RYHを受けて、 カラムアドレス BYをプリ デコードし、 カラムプリデコードア ドレス CYをメモリアレー MARへ出力 する。 ライ トバッファ WBは、 ライ トデータ GIをメイン入出力線 MI0へ 出力する。 一方、 メインアンプ MAは、 メイン入出力線 MI0の信号を増幅 し、 リードデータ GOを出力する。 In the sector SCT0 or SCT1, the oral defect repair circuit XR determines the presence / absence of replacement for the row address BX, and outputs the row repair determination result RXH to the row predecoder XPD. The row predecoder XPD receives the row address BX and the row-related rescue judgment result RXH, and outputs a desired mat selection signal MS and a port predecode address CX to the memory array MAR. On the other hand, the column-based repair determination circuit YR determines the presence / absence of replacement for the address BX and the column address BY, and outputs a column-based repair determination result RYH to the column predecoder YPD. The column predecoder YPD receives the column address BY and the column-based rescue judgment result RYH, pre-decodes the column address BY, and outputs the column predecode address CY to the memory array MAR. I do. The write buffer WB outputs the write data GI to the main input / output line MI0. On the other hand, the main amplifier MA amplifies the signal of the main input / output line MI0 and outputs read data GO.
図 3 6は、 図 3 5中のメモリアレー MARの構成例を示している。 ここ では、 メモリセルがマ トリタス状に配置されたメモリセルァレーが 16個 のマット MCA0〜MCA15に分割されている。 各マッ トの両側には、 センス アンプ部 SAB0〜SAB16が設けられている。 また、 マッ ト MCA0〜MCA15に 対応して口ゥデコーダ XDEC0〜XDEC15 、 センスアンプ部 SAB0〜SAB 16 に対応してセンスアンプ制御回路 SAC0〜SAC16が設けられている。 ここ で、 カラムデコーダ YDEC及び冗長カラムドライバ RYD2は、 分割された 'マット MCA0〜MCA7に共通であり、 256本のカラム選択線 YS0〜YS255及 び 2本の冗長カラム選択線 RYS0, RYS1を選択的に駆動する。 なお、 これ らのマツ ト分割数やカラム選択線数に、 本発明が限定されないことは言 うまでもない。  FIG. 36 shows a configuration example of the memory array MAR in FIG. Here, a memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix form is divided into 16 mats MCA0 to MCA15. Sense amplifier sections SAB0 to SAB16 are provided on both sides of each mat. Further, there are provided decoders XDEC0 to XDEC15 corresponding to the mats MCA0 to MCA15 and sense amplifier control circuits SAC0 to SAC16 corresponding to the sense amplifiers SAB0 to SAB16. Here, the column decoder YDEC and the redundant column driver RYD2 are common to the divided mats MCA0 to MCA7, and the 256 column select lines YS0 to YS255 and the two redundant column select lines RYS0 and RYS1 are selectively used. Drive. Needless to say, the present invention is not limited to the number of mats and the number of column selection lines.
図 3 7は、 図 3 6中のセンスアンプ部 SAB 1及びマッ ト MCA1の構成例 を示している。 マッ ト MCA1は、 ビッ ト線対' BLOt と BL0b, BLOt と BL0b, …の各々いずれか一方と、 ワード線 WL0, WL1, …との交点に、 メモリセ ル MCが配置された周知の折り返し型ビッ ト線構成.をなしている。メモリ セル MCは、 1個の N M O S トランジスタと 1個の蓄積容量からなる 1 ト ランジスタ 1キャパシタ型メモリセルである。 センスアンプ部 SAB 1は、 2個のマッ ト MCA0及び MCA1で共有されており、シェア一ドゲート SHL0, SHL1, …及び SHR0, SHR1, '· '、 プリチャージ回路 PCO, PC1, · 'ヽ センス アンプ SA0, SA1, ·· ·、 入出力ゲート ; [0G0, I0G1, …で構成されている。 プリチャージ回路 PC0, PCI, …は、 両側のマット MCAO, MCA1内のビッ ト線対をプリチャージ電圧 HVCにプリチャージする。 シェアードゲート SHL0, SHL1, …及び SHR0, SHR1, …は、 マッ ト MCAO, MCA1のいずれか 一方内のビッ ト線対とセンスアンプを接続し、 他方内のビッ ト線対を分 離する。 センスアンプ部に接続されたマッ ト内で、 いずれかのワード線 が選択的に駆動されることにより、メモリセル MCから各ビッ ト線対 BLOt と BL0b, BLOt と BLOb, …に信号が読み出され、 センスアンプ SA0, SA1, …により増幅される。入出力ゲート IOG0, I0G1, …は、カラム選択線 YS0, YS 1, …により選択され、所望のセンスアンプを入出力線対 IOOt と I00b, IOlt と IOlbに接続する。 ここでは、 カラム選択線がセンスアンプ部内 のセンスアンプ 2個毎、 すなわちマツ ト内のビッ ト線 4対毎に配置され ている例を示している。 FIG. 37 shows a configuration example of the sense amplifier section SAB1 and the mat MCA1 in FIG. The mat MCA1 is a well-known folded bit in which a memory cell MC is arranged at the intersection of the bit line pair 'BLOt and BL0b, or one of BLOt and BL0b,..., And the word lines WL0, WL1,. Line configuration. The memory cell MC is a one-transistor, one-capacitor memory cell including one NMOS transistor and one storage capacitor. The sense amplifier section SAB1 is shared by the two mats MCA0 and MCA1, and the shared gates SHL0, SHL1,… and SHR0, SHR1, '·', precharge circuits PCO, PC1, · ' SA0, SA1, ..., input / output gates; [0G0, I0G1, ...]. The precharge circuits PC0, PCI, ... precharge the bit line pairs in the mats MCAO, MCA1 on both sides to the precharge voltage HVC. Shared gates SHL0, SHL1,… and SHR0, SHR1,… are either mat MCAO, MCA1 The bit line pair in one is connected to the sense amplifier, and the bit line pair in the other is separated. By selectively driving one of the word lines in the mat connected to the sense amplifier, a signal is read from the memory cell MC to each bit line pair BLOt and BL0b, BLOt and BLOb,…. , And amplified by the sense amplifiers SA0, SA1,. The I / O gates IOG0, I0G1, ... are selected by column selection lines YS0, YS1, ..., and connect the desired sense amplifier to the I / O line pairs IOOt and I00b, IOlt and IOlb. Here, an example is shown in which column selection lines are arranged for every two sense amplifiers in the sense amplifier section, that is, for every four pairs of bit lines in the mat.
図 3 8は、 図 3 5に示した同期式 D R AMの構成例について、 リード 動作のタイミングの例を示している。 外部クロック CLKtの立ち上がり, CLKbの立ち下がり毎に、コマンドデコーダ CDが制御信号 CMDを判断し、 ァクティべィ トコマンド Aが与えられることにより、 ア ドレス ADRから ロウア ドレス Xをア ドレスバッファ ABに取り込み、 ロウア ドレス BXを 出力する。 これを受けてセクタ SCT0あるいは SCT1内で、 所望のマッ ト 選択信号 MS及び口ゥプリデコードアドレス CXが出力される。 それによ り、 メモリアレー MAR内で、 ワード線 WLが選択され、 センスアンプが動 作する。 また、 制御信号 CMDにリードコマンド Rが与えられることによ り、ア ドレス ADRからカラムァドレス Yをァドレスバッファ ABに取り込 み、 カラムア ドレスカウンタ YCTがクロックサイクル毎に動作し、 カラ ムア ドレス BYを出力する。 セクタ SCT0あるいは SCT1内で、 ロウアドレ ス BXとカラムァドレス BYを受けて、カラム系救済判定回路 YRが動作し、 その結果に応じてカラムプリデコ一ドアドレス CYあるいは冗長カラム ア ドレス信号 RCYが出力される。 それにより、 メモリアレー MAR内で、 カラム選択線 YSあるいは冗長カラム選択線 RYSが選択される。その結果、 メイン入出力線 MI0 へ信号が読み出され、 メインアンプ MAがリードデー タ GOを出力し、 さらにデータ出力回路 DOBが外部.クロック対 CLi , CLKb に応じたタイミングでデータを入出力データ DQへ出力する。それに合わ せ、 データス トローブ出力回路 QSBが、 データス トローブ対 DQSt, DQSb を,駆動する。 このデータス トローブ対 DQSt, DQSbを、 メモリ コントロー ラ側で、 入出力データ DQの取り込みタイ ミングの制御に用いる。 なお、 入出力データ DQが外部クロック CLKtの立ち上がり , CLKbの立ち下がり から切り換えタイミングが定められるのに対し、 データス トローブ対 DQSt, DQSbは、 外部クロック CLKtの立ち下がり, CLKbの立ち上がりで も切り換えられる。 FIG. 38 shows an example of the timing of the read operation in the configuration example of the synchronous DRAM shown in FIG. At each rising edge of the external clock CLKt and falling edge of CLKb, the command decoder CD determines the control signal CMD, and when the activating command A is given, the low address X is taken from the address ADR into the address buffer AB. Outputs the lower address BX. In response, a desired mat selection signal MS and a port predecode address CX are output in the sector SCT0 or SCT1. As a result, the word line WL is selected in the memory array MAR, and the sense amplifier operates. When a read command R is given to the control signal CMD, the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB, the column address counter YCT operates every clock cycle, and the column address BY is read. Output. In the sector SCT0 or SCT1, receiving the row address BX and the column address BY, the column-based rescue judging circuit YR operates, and outputs a column predecoded address CY or a redundant column address signal RCY according to the result. As a result, the column selection line YS or the redundant column selection line RYS is selected in the memory array MAR. As a result, a signal is read to the main input / output line MI0, and the main amplifier MA reads the data. The data output circuit DOB outputs data to the input / output data DQ at the timing according to the external clock pair CLi and CLKb. In response, the data strobe output circuit QSB drives the data strobe pair DQSt and DQSb. The data strobe pair DQSt and DQSb are used on the memory controller side to control the input / output data DQ capture timing. The switching timing of the input / output data DQ is determined by the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, while the data strobe pair DQSt and DQSb can be switched by the falling edge of the external clock CLKt and the rising edge of CLKb.
図 3 9は、 ライ ト動作のタイミングの例を示している。 ァクティべィ トコマンド Aが与えられることにより、 ロウ系の動作を行う。 また、 制 御信号 CMDにライ トコマンド Wが与えられることにより、 カラム系の動 作を行う。外部クロック CLKtの立ち上がり , CLKbの立ち下がりにより、 ア ドレス ADRからカラムア ドレス Yをア ドレスバッファ ABに取り込む。 また、データス トローブ DQStの立ち上がり, DQSbの立ち下がりにより、 入出力データ DQをデータ入力回路 DIBが取り込む。 データ入力回路 DIB は、 次の外部クロック CLKtの立ち上がり, CLKbの立ち下がりで、 ライ トデータ GIを出力し、 ライ トバッファ冊からメイン入出力線 MI0へ信 号が送られる。 また、 カラムア ドレスカウンタ YCTがクロックサイクル 毎に動作し、 カラムァドレス BYを出力し、 カラムプリデコードアドレス CYあるいは冗長カラムァドレス信号 RCYが出力されて、カラム選択線 YS あるいは冗長カラム選択線 RYSが選択される。 その結果、 メイン入出力 線 MI0の信号がセンスアンプに送られ、 書き込み動作が行われる。  Figure 39 shows an example of the write operation timing. When the activate command A is given, the row operation is performed. When a write command W is given to the control signal CMD, a column operation is performed. At the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB. The input / output data DQ is taken in by the data input circuit DIB at the rise of the data strobe DQSt and the fall of DQSb. The data input circuit DIB outputs write data GI at the next rising edge of the external clock CLKt and falling edge of CLKb, and a signal is sent from the write buffer to the main input / output line MI0. In addition, the column address counter YCT operates every clock cycle, outputs the column address BY, outputs the column predecode address CY or the redundant column address signal RCY, and selects the column selection line YS or the redundant column selection line RYS. You. As a result, the signal on the main input / output line MI0 is sent to the sense amplifier, and the write operation is performed.
以上の動作において、 信号の取り込みに、 図 1などを用いて説明した 方式を用いることにより、 高い周波数でメモリ コントローラなどとのィ ンタフェースが実現できる。 図 3 9に示したライ ト動作を実現するための、 回路構成について以下 に説明する。 図 4 0は、 データス トローブ入力回路 DSBの構成例を示し ている。 2個の入力バッファ DStB, DSbBと、 3個のインバータ INV300, INV308, INV309と、 N O Rゲート N0301 と、 2個のイ ンバータ型遅延回 路 IDE302, IDE303と、 4個の N A N Dゲート NA304〜NA307で構成され る。 入力バッファ DStB, DSbBは、 データス トローブ対 DQSt, DQSb と参 照電圧 Vref とを比較し、 内部データス トローブ対 DSIt, DSIbを出力す る。 ィンバータ INV300と N O Rゲート N0301は内部ノード DS0を、 トゥ ノレ一のデータス トローブ DQSt力 Sノヽィ レべノレでバーの DQSb力 Sロウレべノレ の期間にロウレベルとし、 他の期間はハイ レベルとする。 N A N Dゲー ト NA306, NA307は S Rラツチを構成している。 例えば図 3 5のコマン ド デコーダ CDにより供給される内部クロック CKDIの立ち上がりで、 遅延 回路 IDE302で定まる所望のパルス幅だけ、 S Rラツチのバーのリセッ ト 信号 Rbをロウレベルとする。 また、 内部ノード DS0の立ち上がりで、 遅 延回路 IDE303で定まる所望のパルス幅だけ、 S Rラッチのバーのセッ ト 信号 Sbをロウレベルとする。 インバータ 2段 INV308, INV309で、 S R ラツチの出力を増幅してタイミング制御信号 DSCKとして出力する。 In the above operation, an interface with a memory controller or the like can be realized at a high frequency by using the method described with reference to FIG. The circuit configuration for implementing the write operation shown in FIG. 39 is described below. FIG. 40 shows a configuration example of the data strobe input circuit DSB. Consists of two input buffers DStB, DSbB, three inverters INV300, INV308, INV309, NOR gate N0301, two inverter-type delay circuits IDE302, IDE303, and four NAND gates NA304 to NA307 Is performed. The input buffers DStB and DSbB compare the data strobe pair DQSt and DQSb with the reference voltage Vref and output the internal data strobe pair DSIt and DSIb. The inverter INV300 and the NOR gate N0301 set the internal node DS0 to low level during the period of the data strobe DQSt power S noise level of the transistor, and to the high level during the other period of the DQSb power level of the bar. NAND gates NA306 and NA307 constitute an SR latch. For example, at the rising edge of the internal clock CKDI supplied by the command decoder CD in FIG. 35, the reset signal Rb of the bar of the SR latch is set to the low level by the desired pulse width determined by the delay circuit IDE302. At the rise of the internal node DS0, the set signal Sb of the bar of the SR latch is set to a low level for a desired pulse width determined by the delay circuit IDE303. Inverter 2-stage INV308 and INV309 amplify the output of SR latch and output as timing control signal DSCK.
図 4 1は、 データ入力回路 DIBの 1 ビッ ト分の構成例を示している。 入出力データ DQが多ビッ トの場合、 図 4 1の回路をビッ ト数分設けて、 データ入力回路 DIBを構成する。 1ビッ ト分は、 入力バッファ DIBと、 第 1から第 3のラツチ回路 L301〜L303で構成されている。入力バッファ DIBは、 入力 DQiを参照電圧 Vref と比較し、 内部信号 DO iを出力する。 第 1のラツチ回路 L301は、 図 9と同じ構成で、 内部データス トロープ対 DSIt, DSIbにより制御される。 第 2のラッチ回路 L302は、 通常のラッ チ回路であり、 2個のインバータ INVOC, INV5Cと 4個の P M O S トラン ジスタ MP1C〜MP4Cと 4個の NM O S トランジスタ MN1C〜MN4C力、らなり、 タイミング制御信号 DSCKにより制御される。第 3のラッチ回路 L303も、 通常のラッチ回路であり、 第 2のラッチ回路 L302と同様に構成でき、 内 部クロック CKDIにより制御される。 FIG. 41 shows a configuration example of one bit of the data input circuit DIB. When the input / output data DQ is multi-bit, the circuit of Fig. 41 is provided for the number of bits to configure the data input circuit DIB. One bit consists of an input buffer DIB and first to third latch circuits L301 to L303. The input buffer DIB compares the input DQi with the reference voltage Vref and outputs an internal signal DOi. The first latch circuit L301 has the same configuration as that of FIG. 9, and is controlled by the internal data slope pair DSIt and DSIb. The second latch circuit L302 is a normal latch circuit, comprising two inverters INVOC, INV5C, four PMOS transistors MP1C to MP4C, and four NMOS transistors MN1C to MN4C, It is controlled by the timing control signal DSCK. The third latch circuit L303 is also a normal latch circuit, can be configured in the same manner as the second latch circuit L302, and is controlled by the internal clock CKDI.
図 4 2に示すタイミングチャートに従い、 図 4 0に示したデータス ト ローブ入力回路 DSBと図 4 1に一部を示したデータ入力回路 DIBの動作 を説明する。 ここでは、 データス トローブの立ち上がりに比べ立ち下が りの遅延時間が大きく、 トゥルーの内部データス トローブ DSIt とバーの 内部データス トローブ DSIbが両方ハイレベルとなるオーバーラップ期 間がある場合を示している。 図 4 1中の第 1のラツチ回路 L301は、 トゥ ノレ一の内部データス トローブ DS Itがロウレべノレでバーの内部データス トローブ DSIbがハイレベルの期間はトランスペアレント状態 (TRA) と なり、 トウノレーの内部データス トローブ DSItがハイレべノレでバーの内部 データス トローブ DSIbがロウレベルの期間はラツチ状態(LAT)となる。 内部データス トローブ対 DSIt, DSIbが両方ハイレベルとなるオーバーラ ップ期間は、 入力 DOiに依存する。 第 2のラッチ回路 L302を制御するタ ィミング制御信号 DSCKは、 図 4 0に示したデ一タストロー'ブ入力回路 DSBで、 次のように発生される。 トゥルーの内部データス トローブ DSIt の立ち上がり とバーの内部データス トローブ DSIbの立ち下がりの遅い 方、 図 4 2では内部データス トロープ DSIbの立ち下がりで、 バーのセッ ト信号 Sbにロウレベルのパルスが発生し、 タイミング制御信号 DSCKが 立ち上がる。 また、 内部クロック CKDIの立ち上がりで、 バーのリセッ ト 信号 Rbにロウレベルのパルスが発生し、 タイミング制御信号 DSCKが立 ち下がる。 このタイミング制御信号 DSCKにより制御され、 第 2のラッチ 回路 L302は、 DSCKがハイ レベルの時にラッチ状態, ロウレベルの時に トランスペアレント状態となる。 第 3のラッチ回路 L303は、 内部ク口 ッ ク CKDIにより制御され、 CKDIがハイレベルの時にラッチ状態, 口ウレ ベルの時にトランスペアレント状態となる。 その結果、 第 3のラッチ回 路 L303が出力する内部信号 Diは、内部クロック CKDIの立ち下がりに応 じたサイクル時間でバリ ッ ド状態 (VAL) となる。 The operation of the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 40 and the operation of the data input circuit DIB partially shown in FIG. 41 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. Here, a case is shown in which the delay time of the fall is longer than the rise of the data strobe, and there is an overlap period in which both the true internal data strobe DSIt and the bar internal data strobe DSIb are at a high level. The first latch circuit L301 in Fig. 41 is in the transparent state (TRA) while the internal data strobe DS It is low and the internal data strobe DSIb of the bar is at the high level. While the data strobe DSIt is high and the internal data strobe DSIb of the bar is low, the latch state (LAT) is set. The overlap period during which the internal data strobe pair DSIt and DSIb are both high depends on the input DOi. The timing control signal DSCK for controlling the second latch circuit L302 is generated by the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 40 as follows. The lower of the true internal data strobe DSIt rising and the internal data strobe DSIb falling of the bar, the slower of the falling of the internal data strobe DSIb in Fig. 42, the low level pulse is generated in the bar set signal Sb and the timing The control signal DSCK rises. Also, at the rising edge of the internal clock CKDI, a low-level pulse is generated in the reset signal Rb of the bar, and the timing control signal DSCK falls. Controlled by the timing control signal DSCK, the second latch circuit L302 enters a latch state when the DSCK is at a high level and a transparent state when the DSCK is at a low level. The third latch circuit L303 is controlled by the internal clock CKDI. Becomes transparent at the time of the bell. As a result, the internal signal Di output from the third latch circuit L303 becomes a valid state (VAL) in a cycle time corresponding to the fall of the internal clock CKDI.
このように、 内部データス トローブ対で制御するラッチ回路と、 内部 クロックで制御するラッチ回路との間に、 内部データス トローブと内部 クロックとの論理により発生したタイミング制御信号で制御するラツチ 回路を挿入することで、 データス トローブ対とクロックとのタイミング 関係に自由度を持たせられる。 データス トローブ対とクロック対では、 図 3 4に関連して述べたように、 伝送線路のマッチングをとることが困 難である力 s、それにより遅延時間差が生じても、安定動作を可能になる。 図 4 1の構成で、 入力バッフ了 DIBの出力 DOiを、 図 9と同じ構成の第 1のラツチ回路 L301で取り込むことにより、入力 DQiの立ち上がりにつ いてはデータス トローブの立ち上がりで、 入力 DQiの立ち下がりについ てはデータス トローブの立ち下がりで定めることができ、 高い周波数で のインタフェースが可能になる。  Thus, a latch circuit controlled by a timing control signal generated by the logic of the internal data strobe and the internal clock is inserted between the latch circuit controlled by the internal data strobe pair and the latch circuit controlled by the internal clock. This allows flexibility in the timing relationship between the data strobe pair and the clock. For data strobe pair and clock pair, as described in connection with Fig. 34, it is difficult to match transmission lines s, which enables stable operation even if a delay time difference occurs . In the configuration of Fig. 41, the output DOi of the input buffer end DIB is captured by the first latch circuit L301 having the same configuration as in Fig. 9, so that the input DQi rises at the rise of the data strobe and the input DQi rises. The fall can be determined by the fall of the data strobe, and a high frequency interface is possible.
図 3 8と図 3 9に示した動作は、 クロックとデータの周波数が同じ、 いわゆるシングルデータレートの動作を示している。 本発明は、 シング ルデータレートだけでなくダブルデータレートの同期式メモリにも適用 可能である。 図 4 3は、 図 3 5に示した同期式 D R AMの構成例につい て、 ダブルデータレートのリード動作のタイミングの例を示している。 図 3 8と同様に、 ァクティべィ トコマンド Aが与えられることにより、 ロウ系動作を行う。 制御信号 CMDにリードコマンド Rが与えられること により、 ク口ックサイクル毎にカラム系動作を行うが、 この際入出力デ ータ DQの倍のビッ ト数でリードデータをマツ トからデータ出力回路 DOB に読み出してくる、 いわゆる 2ビッ トプリフェッチ'動作を行う。 データ 出力回路 DOBは、 外部ク口ック対 CLKt, CLKbに応じたタイミ タを入出力データ DQへ出力する。 ここでは、 外部ク口ック対 CLKt, CLKb の交点で、 入出力データ DQが切り換わるようにしている。 これは、 図 3 5には示していないが、 ク口ック再生回路を出力タイミングの制御に用 いることにより実現できる。 外部クロック CLKtの立ち上がり, CLKbの 立ち下がりに加え、 外部クロック CLKtの立ち下がり, CLKbの立ち上が りでも切り換えることにより、データの周波数は、外部クロック対 CLKt, CLKbの 2倍となる。 入出力データ DQに合わせ、 データス トローブ出力 回路 QSBが、 データストローブ対 DQSt, DQSbを駆動する。 ここでは、 入 出力データ DQの最初のデータの駆動よりも 1サイクル前から、データス トローブ対 DQSt, DQSbを駆動している。 このデータス トローブ対 DQSt, DQSbを、 メモリコントローラ側で、 入出力データ DQの取り込みタイミ ングの制御に用いる。 The operations shown in FIGS. 38 and 39 show the operation at the same clock and data frequencies, that is, at the so-called single data rate. The present invention is applicable not only to single data rates but also to double data rate synchronous memories. FIG. 43 shows an example of the timing of the read operation at the double data rate in the configuration example of the synchronous DRAM shown in FIG. Similarly to Fig. 38, row operation is performed when Activate command A is given. When a read command R is given to the control signal CMD, a column operation is performed in each clock cycle. At this time, read data is output from the mat to the data output circuit DOB with twice as many bits as the input / output data DQ. The so-called 2-bit prefetch 'operation is performed. The data output circuit DOB is connected to the external clock and the timing according to CLKt and CLKb. Data to the input / output data DQ. Here, the input / output data DQ is switched at the intersection of the external clock pair CLKt and CLKb. Although not shown in FIG. 35, this can be realized by using a quick recovery circuit for controlling the output timing. By switching between the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, as well as the falling edge of the external clock CLKt and the rising edge of CLKb, the data frequency is twice that of the external clock pair CLKt and CLKb. The data strobe output circuit QSB drives the data strobe pair DQSt and DQSb according to the input / output data DQ. Here, the data strobe pair DQSt and DQSb are driven one cycle before the drive of the first data of the input / output data DQ. The data strobe pair DQSt and DQSb are used on the memory controller side to control the input / output data DQ capture timing.
図 4 4は、 ダブルデータレートのライ ト動作のタイミングの例を示し ている。 ァクティべィ トコマン ド Aが与えられることにより、 ロウ系の 動作を行う。 また、 制御信号 CMDにライ トコマンド Wが与えられること により、 カラム系の動作を行う。 外部クロック CLKtの立ち上がり, CLKb の立ち下がりにより、 ア ドレス ADRからカラムア ドレス Yをァ ドレスバ ッファ ABに取り込む。 ほぼ 1サイクル後から、 データス トローブ DQSt の立ち上がり, DQSbの立ち下がりにより、 入出力データ DQをデータ入 力回路 DIBが取り込む。 さらに、 データス トローブ DQStの立ち下がり, DQSbの立ち上がりでも、 入出力データ DQをデータ入力回路 DIBが取り 込む。 その後の、 次の外部クロック CLKtの立ち上がり, CLKbの立ち下 がりで、 データ入力回路 DIBは、 入出力データ DQの倍のビット数のライ 卜データ GIを出力し、 ライ トバッファ WBからメイン入出力線 MI0へ信 号が送られる。 また、 カラムア ドレスカウンタ YCTがクロックサイクノレ 毎に動作し、 カラムァドレス BYを出力し、 カラムプリデコードアドレス CYあるいは冗長カラムァドレス信号 KCYが出力されて、カラム選択線 YS あるいは冗長カラム選択線 RYSが選択される。 その結果、 メイン入出力 線 MI0の信号がセンスアンプに送られ、 書き込み動作が行われる。 この ようにして、 いわゆる 2ビッ トプリフェッチ動作を行う。 FIG. 44 shows an example of the timing of the write operation at the double data rate. When activate command A is given, row-related operations are performed. When a write command W is given to the control signal CMD, a column operation is performed. At the rising edge of the external clock CLKt and the falling edge of CLKb, the column address Y is fetched from the address ADR into the address buffer AB. Almost one cycle later, the data input circuit DIB takes in the input / output data DQ by the rising edge of the data strobe DQSt and the falling edge of DQSb. Furthermore, the input / output data DQ is taken in by the data input circuit DIB even at the falling edge of the data strobe DQSt and the rising edge of DQSb. Then, at the next rise of the external clock CLKt and the fall of CLKb, the data input circuit DIB outputs the write data GI of twice the number of bits of the input / output data DQ, and the write buffer WB outputs the main input / output lines. A signal is sent to MI0. In addition, the column address counter YCT operates at each clock cycle, outputs the column address BY, and outputs the column predecode address. CY or redundant column address signal KCY is output, and column select line YS or redundant column select line RYS is selected. As a result, the signal on the main input / output line MI0 is sent to the sense amplifier, and the write operation is performed. Thus, a so-called 2-bit prefetch operation is performed.
このようにダブルデータレートにすることにより、 シングルデータレ ートに対し、 同じクロック周波数で倍のデータレートにできる。 本発明 のインタフェースは、 入出力データのセッ トアップ時間及びホールド時 間 仕様を短くできるため、 好適である。  By setting the double data rate in this way, the data rate can be doubled at the same clock frequency as the single data rate. The interface of the present invention is preferable because the setup time and the hold time specification of the input / output data can be shortened.
図 4 4に示したライ ト動作を実現するための、 回路構成について以下 に説明する。 図 4 5は、 データス トローブ入力回路 DSBの構成例を示し ている。 2個の入力バッファ DStB, DSbBと、 3個のインバータ INV310, INV308, INV309と、 N O Rゲート N0301 と、 2個のインバータ型遅延回 路 IDE302, IDE303 と、 4個の N A N Dゲート NA304〜NA307で構成され る。 図 4 0の構成とは、 図 4 0中のインバータ INV300が取り除かれ、 ィ ンバータ INV310が揷入されていることが違いである。ィンバ一タ INV310 と N O Rゲート N0301は内部ノード DSB0を、 トウノレーのデータス トロー ブ DQStが口ゥレベルでバーの DQSbがハイ レベルの期間に口ゥレベルと し、 他の期間はハイ レベルとする。 内部ノード DSB0の立ち上がりで、 S Rラツチのバーのセッ ト信号 Sbをロウレべノレとする。 ィンバータ 2段 INV308, INV309で、 S Rラッチの出力を増幅してタイミング制御信号 DSBCKとして出力する。  The circuit configuration for implementing the write operation shown in FIG. 44 will be described below. FIG. 45 shows a configuration example of the data strobe input circuit DSB. It consists of two input buffers DStB, DSbB, three inverters INV310, INV308, INV309, NOR gate N0301, two inverter type delay circuits IDE302, IDE303, and four NAND gates NA304 to NA307. You. The difference from the configuration in FIG. 40 is that the inverter INV300 in FIG. 40 is removed and the inverter INV310 is inserted. The inverter INV310 and the NOR gate N0301 set the internal node DSB0 to the high level during the period when the data strobe DQSt of the Tonore is at the high level and the DQSb of the bar is at the high level, and at the high level during the other periods. At the rise of the internal node DSB0, the set signal Sb of the bar of the SR latch is set to low level. The two-stage inverter INV308 and INV309 amplify the output of the SR latch and output it as a timing control signal DSBCK.
図 4 6は、 データ入力回路 DIBの 1 ビット分の構成例を示しており、 入出力データ DQが多ビッ トの場合、 図 4 1の回路をビッ ト数分設けて、 データ入力回路 DIBを構成する。 1 ビッ ト分は、 入力バッファ DIBと、 第 1のフリ ップフロップ回路 FF301eと、 第 1から第 5のラッチ回路 Fig. 46 shows a configuration example of one bit of the data input circuit DIB.If the input / output data DQ is multi-bit, the circuit of Fig. 41 is provided for the number of bits and the data input circuit DIB is Constitute. One bit consists of the input buffer DIB, the first flip-flop circuit FF301e, and the first to fifth latch circuits.
L301o〜L303o, L302e, L303eで構成されている。 第 1のフリ ップフロッ プ回路 FF301eは、 図 1 4と同じ構成で、 内部データス トローブ対 DSIt, DSIbにより制御される。 第 1のラッチ回路 L301oは、 図 4 1中の第 1の ラッチ回路 L301 と同じく図 9と同じ構成で、 内部データス トローブ対 DSIt, DSIbにより制御されるが、 図 4 1中の第 1のラッチ回路 L301 と は内部データス トローブ対 DSIt, DSIbの接続が逆になつている。 第 2か ら第 5のラッチ回路 L302o, L303o, L302e, L303eは、 通常のラッチ回路 であり、 図 4 1中の第 2のラッチ回路 L302と同様に構成できる。 第 2の ラツチ回路 L302oと第 4のラツチ回路 L302eは、 タイミング制御信号 DSBCKにより制御され、 第 3のラツチ回路 L303oと第 5のラツチ回路 L303eは、 内部クロック CKDIにより制御される。 L301o to L303o, L302e, and L303e. First flip-flop The circuit FF301e has the same configuration as that in Fig. 14, and is controlled by the internal data strobe pair DSIt and DSIb. The first latch circuit L301o has the same configuration as that of FIG. 9 as the first latch circuit L301 in FIG. 41, and is controlled by the internal data strobe pair DSIt and DSIb, but the first latch circuit L301o in FIG. The connection of the internal data strobe pair DSIt and DSIb to the circuit L301 is reversed. The second to fifth latch circuits L302o, L303o, L302e, and L303e are ordinary latch circuits, and can be configured in the same manner as the second latch circuit L302 in FIG. The second latch circuit L302o and the fourth latch circuit L302e are controlled by the timing control signal DSBCK, and the third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e are controlled by the internal clock CKDI.
図 4 7に示すタイミングチヤ一トに従い、 図 4 5に示したデータス ト ローブ入力回路 DSBと図 4 6に一部を示したデータ入力回路 DIBの動作 を説明する。 ここでは、 図 4 4と同様に、 データス トローブの立ち上が りに比べ立ち下がりの遅延時間が大きく、 トウル一の内部データスト口 ーブ DSIt とバーの内部データス トローブ DSIbが両方ハイレベルとなる オーバーラップ期間がある場合を示している。 図 4 6中の第 1のフリ ツ プフロップ回路 FF301eは、 図 1 5を用いて説明したように動作し、 トゥ ルーの内部データス トローブ DSItの立ち上がり とバーの内部データス トローブ DSIbの立ち下がりの遅い方、図 4 2では内部データス トローブ DSIbの立ち下がりから、 トゥルーの内部データス トロープ DSItの立ち 上がり とバーの内部データス トローブ DSIbの立ち下がりの早い方、図 4 2では内部データス トローブ DSItの立ち上がりまで、第 1のフリ ップフ ロップ回路 FF301eの出力 Dlieはバリッ ド状態 (VAL) である。 図 4 6中 の第 1のラツチ回路 L301oは、 トウル一の内部データス トローブ DSItが ハイレべノレでバーの内部データストローブ DSIbがロウレベルの期間は トランスペアレント状態 (TRA) となり、 トゥルーの内部データス トロー ブ DSIt力 Sロウレベルでバーの内部データス ト口ーブ DSIbがハイレベル の期間はラッチ状態 (LAT) となる。 内部データス トローブ対 DSIt, DSIb が両方ハイレベルとなるオーバーラップ期間は、 入力 DOiに依存する。 第 2のラッチ回路 L302oと第 4のラッチ回路 L302eを制御するタイミン グ制御信号 DSBCKは、図 4 5に示したデータス トローブ入力回路 DSBで、 次のように発生される。 トウル一の内部データス トローブ DSItの立ち下 がり とバーの内部データス トローブ DSIbの立ち上がりの遅い方、図 4 2 では内部データス トローブ DSItの立ち下がりで、 バーのセッ ト信号 Sb にロウレベルのパルスが発生し、 タイミング制御信号 DSBCKが立ち上が る。 また、 内部クロック CKDIの立ち上がりで、 バーのリセッ ト信号 Rb に口ウレベルのパルスが発生し、 タイミング制御信号 DSBCKが立ち下が る。 このタイミング制御信号 DSBCKにより制御され、 第 2のラッチ回路 L302oと第 4のラツチ回路 L302eは、 DSBCKがハイレベルの時にラツチ状 態, ロウレベルの時にトランスペアレン ト状態となる。 第 3のラッチ回 路 L303oと第 5のラツチ回路 L303eは内部クロック CKDIにより制御され、 CKDIがハイレベルの時にラツチ状態, 口ゥレベルの時にトランスペアレ ント状態となる。 その結果、 第 3のラッチ回路 L303o と第 5のラッチ回 . 路 L303eが出力する内部信号 Me, Dioは、 内部クロック CKDIの立ち下 がりに応じたサイクル時間でバリ ッ ド状態 (VAL) となる。 The operation of the data strobe input circuit DSB shown in FIG. 45 and the operation of the data input circuit DIB partially shown in FIG. 46 will be described in accordance with the timing chart shown in FIG. Here, as in Fig. 44, the falling delay time is longer than the rising edge of the data strobe, and both the internal data strobe DSIt and the internal data strobe DSIb of the bar become high level. This shows a case where there is an overlap period. The first flip-flop circuit FF301e in FIG. 46 operates as described with reference to FIG. 15, and the true internal data strobe DSIt rises slowly and the internal data strobe DSIb falls slowly. In Fig. 42, the falling edge of the internal data strobe DSIb, the rising edge of the true internal data slope DSIt and the falling edge of the bar's internal data strobe DSIb, whichever comes first, and in Fig. 42, the rising edge of the internal data strobe DSIt. The output Dlie of the flip-flop circuit FF301e of 1 is in the valid state (VAL). The first latch circuit L301o in Fig. 46 is the transparent internal data strobe (TRA) during the period when the internal data strobe DSIt is high and the internal data strobe DSIb of the bar is low level, and the true internal data strobe When the internal data strobe DSIb of the bar is at the high level at the low level, the latch state (LAT) is set. The overlap period during which the internal data strobe pair DSIt and DSIb are both high depends on the input DOi. The timing control signal DSBCK for controlling the second latch circuit L302o and the fourth latch circuit L302e is generated by the data strobe input circuit DSB shown in FIG. The falling edge of the internal data strobe DSIt and the falling edge of the internal data strobe DSIb of the bar, whichever is slower in Fig. 42, a low-level pulse is generated in the set signal Sb of the bar at the falling edge of the internal data strobe DSIt. And the timing control signal DSBCK rises. At the rising edge of the internal clock CKDI, a high-level pulse is generated in the reset signal Rb of the bar, and the timing control signal DSBCK falls. Controlled by the timing control signal DSBCK, the second latch circuit L302o and the fourth latch circuit L302e enter a latch state when DSBCK is at a high level and a transparent state when DSBCK is at a low level. The third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e are controlled by an internal clock CKDI, and are in a latch state when CKDI is at a high level and in a transparent state when CKDI is at an open level. As a result, the internal signals Me and Dio output from the third latch circuit L303o and the fifth latch circuit L303e enter a valid state (VAL) in a cycle time corresponding to the falling edge of the internal clock CKDI. .
このように、 内部データス トローブ対 DSIt, DSIbの両方のエッジで、 安定的にデータを取り込み、 クロックでタイミングを制御して動作を行 うことができる。 データス トローブ対は双方向の信号であるため、 書き 込みデータを送った後はハイインピーダンス状態で不定となるが、 ク口 ック対のタイミングでデータを内部回路に送る前に、 データス トローブ が不定になっても、 誤動作が防止できる。 図 4 6の構成で、 入力バッフ ァ DIBの出力 DOiを、 図 1 4と同じ構成の第 1のフリップフロップ回路 FF301eと、 図 9と同じ構成の第 1のラツチ回路 L301oで取り込むことに より、 ダブルデータレートの両方の取り込みタイミングを、 入力 DQiの 立ち上がりについてはデータストローブの立ち上がりで、 入力 DQiの立 ち下がりについてはデータス トローブの立ち下がりで定めることができ る。 それにより、 ダブルデータレートのインタフニースを安定的に実現 できる。 In this way, data can be stably captured at both edges of the internal data strobe pair DSIt and DSIb, and the operation can be performed by controlling the timing with the clock. Since the data strobe pair is a bidirectional signal, it is undefined in the high impedance state after sending the write data, but the data strobe is undefined before sending the data to the internal circuit at the timing of the clock pair. Malfunction can be prevented. In the configuration of Figure 46, the output DOi of the input buffer DIB is connected to the first flip-flop circuit of the same configuration as in Figure 14. By taking in the FF301e and the first latch circuit L301o with the same configuration as in Fig. 9, the timing of taking in both the double data rate is obtained.The rising edge of the input DQi is the rising edge of the data strobe, and the falling edge of the input DQi is Can be determined by the falling edge of the data strobe. Thus, double data rate interface can be stably realized.
本発明によって得られる主な効果は以下の通りである。  The main effects obtained by the present invention are as follows.
ク口ックに同期して入力信号を取り込む同期式インタフェースの入力 部を有する半導体装置において、 入力信号の立ち上がりを外部クロック の立ち上がりで判定し、 入力信号の立ち下がりを外部ク口ックの立ち下 がりで判定することができる。 立ち上がり と立ち下がりで遅延時間に差 があっても、 入力信号のパスとクロック信号のパスとで揃っていれば補 償される。 その結果、 セットアップ時間とホールド時間の仕様を短くで き、 クロックのサイクル時間を短くできる。 すなわち、 高い周波数での ィンタフェースが実現できる。 産業上の利用可能性  In a semiconductor device having a synchronous interface input section that takes in an input signal in synchronization with a clock, the rising edge of the input signal is determined by the rising edge of the external clock, and the falling edge of the input signal is determined by the rising edge of the external clock. It can be judged by going down. Even if there is a difference in the delay time between the rise and fall, it is compensated if the input signal path and the clock signal path are the same. As a result, the setup time and hold time specifications can be shortened, and the clock cycle time can be shortened. That is, an interface at a high frequency can be realized. Industrial applicability
本願発明は、 高い周波数で信号の授受を行う半導体装置一般に好適で ある。 例えば、 シングルデータレートゃダブルデータレー 卜の同期式 D R AMに適用できる。  INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for general semiconductor devices that transmit and receive signals at a high frequency. For example, the present invention can be applied to a single data rate / double data rate synchronous DRAM.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1. 第 1入力信号が入力され、 第 1内部信号を出力する第 1入力バッフ ァと、 1. a first input buffer that receives a first input signal and outputs a first internal signal;
第 1外部クロックが入力され、 第 1内部クロックを出力する第 1クロ ック入力バッファと、  A first clock input buffer for receiving a first external clock and outputting a first internal clock;
第 2外部ク口ックが入力され、 第 2内部ク口ックを出力する第 2ク口 ック入力バッファと、  A second cook input buffer to which a second external cook is input and outputs a second internal cook;
前記第 1内部信号が入力される第 1記憶回路とを有し、  A first storage circuit to which the first internal signal is input,
前記第 1記憶回路は、 前記第 1及び第 2内部クロックにより制御され る半導体装置。  The semiconductor device, wherein the first storage circuit is controlled by the first and second internal clocks.
2.請求項 1に記載の半導体装置は、 さらに、第 2入力信号が入力され、 第 2内部信号を出力する第 2入力バッファと、 前記第 2内部信号が入力 される第 2記憶回路とを有し、  2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second input buffer that receives the second input signal and outputs a second internal signal; and a second storage circuit that receives the second internal signal. Have
前記第 2記憶回路は、 前記第 1及び第 2内部クロックにより制御され る半導体装置。  The semiconductor device, wherein the second storage circuit is controlled by the first and second internal clocks.
3. 請求項 1に記載の半導体装置において、  3. In the semiconductor device according to claim 1,
前記第 1記憶回路は、 第 1 NMO S トランジスタと、 第 1 PMO S ト ランジスタと、 第 2 NMO S トランジスタと、 第 2 PMO S トランジス タとを含む第 1 トライステートインバータを具備し、  The first storage circuit includes a first tri-state inverter including a first NMOS transistor, a first PMOS transistor, a second NMOS transistor, and a second PMOS transistor,
前記第 1 NMO S トランジスタと前記第 1 PMO S トランジスタのゲ 一トには前記第 1内部信号に応じた信号が入力され、  A signal corresponding to the first internal signal is input to gates of the first NMOS transistor and the first PMOS transistor,
前記第 2 PMO S トランジスタのゲートには前記第 1内部クロックが 入力され、  The first internal clock is input to a gate of the second PMOS transistor,
前記第 2 PMOS トランジスタのゲートには前記第 2内部クロックが 入力される半導体装置。 A semiconductor device in which the second internal clock is input to a gate of the second PMOS transistor.
4. 請求項 3に記載の半導体装置において、 4. The semiconductor device according to claim 3,
前記第 1記憶回路は、 さらに、  The first storage circuit further comprises:
前記第 1 トライステートインバ一タの出力が入力される第 1ィンバータ と、 A first inverter to which an output of the first tri-state inverter is input;
第 3 NMO トランジスタと、 第 3 PMO S トランジスタと、 第 4 NM O S トランジスタと、 第 4 PMO S トランジスタとを含む第 2 トライス テートインバータとを具備し、 A third tri-state inverter including a third NMO transistor, a third PMOS transistor, a fourth NMOS transistor, and a fourth PMOS transistor;
前記第 1 トライステートインバータと前記第 2 トライステートインバ ータは出力ノードを共有し、  The first tristate inverter and the second tristate inverter share an output node,
前記第 3 NMO S トランジスタと前記第 3 PMO S トランジスタのゲ 一トには前記第 1インバータの出力が入力され、  An output of the first inverter is input to gates of the third NMOS transistor and the third PMOS transistor,
前記第 4 PMO S トランジスタのゲートには前記第 2内部クロックが 入力され、  The second internal clock is input to a gate of the fourth PMOS transistor,
前記第 4 PMO S トランジスタのゲートには前記第 1内部ク口ックが 入力される半導体装置。  A semiconductor device in which the first internal port is input to a gate of the fourth PMOS transistor.
5. 請求項 3に記載の半導体装置において、  5. The semiconductor device according to claim 3,
前記第 1記憶回路は、 さらに、  The first storage circuit further comprises:
前記第 1 トライステートインバ一タの出力が入力される第 1ィンバ一 タと、  A first inverter to which an output of the first tri-state inverter is input;
前記第 1ィンバータの出力が入力される第 2インバータとを具備し、 前記第 1 トライステートインバータと前記第 2インバータは出力ノー ドを共有する半導体装置。  A semiconductor device comprising: a second inverter to which an output of the first inverter is input, wherein the first tristate inverter and the second inverter share an output node.
6. 請求項 1に記載の半導体装置において、 前記第 1記憶回路はラッチ 回路である半導体装置。  6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first storage circuit is a latch circuit.
7. 請求項 1に記載の半導体装置において、 前記第 1記憶回路はフリ ツ 口ップ回路である半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first storage circuit is a flip-flop circuit.
8 . 第 l入力信号と、 第 1外部クロック信号と、 第 2外部クロック信号 が入力される半導体装置であって、 8. A semiconductor device to which an l-th input signal, a first external clock signal, and a second external clock signal are input,
前記第 1入力信号の' 1'のセッ トァップ時間は、前記第 1外部クロック 信号に対して規定され、  The setup time of '1' of the first input signal is defined with respect to the first external clock signal,
前記第 1入力信号の' 0'のセッ トアップ時間は、前記第 2外部クロック 信号に対して規定され、  A setup time of '0' of the first input signal is defined with respect to the second external clock signal,
前記第 1入力信号の' 1'のホールド時間は、前記第 2外部ク口ック信号 に対して規定され、  The hold time of '1' of the first input signal is defined with respect to the second external cook signal,
前記第 1入力信号の' 0'のホールド時間は、前記第 1外部クロック信号 に対して規定される半導体装置。  The semiconductor device, wherein a hold time of “0” of the first input signal is defined with respect to the first external clock signal.
9 . 請求項 8に記載の半導体装置において、  9. The semiconductor device according to claim 8,
前記第 1入力信号の' のセットァップ時間は、前記第 1外部クロック 信号の立ち上がりに対して規定され、  A set-up time of the first input signal is defined with respect to a rise of the first external clock signal;
前記第 1入力信号の' 0'のセッ トアップ時間は、前記第 2外部クロック 信号の立ち下がりに対して規定され、  The setup time of '0' of the first input signal is defined with respect to the fall of the second external clock signal,
前記第 1入力信号の' のホールド時間は、前記第 2外部ク口ック信号 の立ち下がりに対して規定され、  The first hold time of the first input signal is defined with respect to the fall of the second external clock signal,
前記第 1入力信号の' 0'のホールド時間は、前記第 1外部クロック信号 の立ち上がりに対して規定される半導体装置。  The semiconductor device, wherein a hold time of “0” of the first input signal is defined with respect to a rise of the first external clock signal.
1 0 . 第 1データ入出力端子と、 10. 1st data input / output terminal,
第 1データストローブ端子と、  A first data strobe terminal;
第 2データス トローブ端子と、  A second data strobe terminal;
前記第 1データ入出力端子に接続され、 第 1内部信号を出力する第 1 入力バッファと、  A first input buffer connected to the first data input / output terminal and outputting a first internal signal;
前記第 1データス トローブ端子に接続され、 第 1内部データス トロー ブを出力する第 1データス トローブ入力バッファと、 前記第 2データス トローブ端子に接続され、 第 2内部データストロー ブを出力する第 2データス トローブ入力バッファと、 A first data strobe input buffer connected to the first data strobe terminal and outputting a first internal data strobe; A second data strobe input buffer connected to the second data strobe terminal and outputting a second internal data strobe;
前記第 1内部信号が入力され、 前記第 1及び第 2内部デ一タス トロー ブにより制御される第 1記憶回路とを有する半導体装置。  A semiconductor device comprising: a first storage circuit to which the first internal signal is input and controlled by the first and second internal data strobes.
1 1 . 請求項 1 0に記載の半導体装置は、 さらに、 11. The semiconductor device according to claim 10, further comprising:
第 1クロック端子と、  A first clock terminal,
第 2クロック端子と、  A second clock terminal,
前記第 1ク口ック端子に接続され、 第 1内部クロックを出力する第 1 ク口ック入カバッファと、  A first input buffer connected to the first terminal and outputting a first internal clock;
前記第 1クロック端子に接続され、 第 2内部クロックを出力する第 2 クロック入力バッファとを有する半導体装置。  A semiconductor device having a second clock input buffer connected to the first clock terminal and outputting a second internal clock.
1 2 . 請求項 1 1に記載の半導体装置において、 12. The semiconductor device according to claim 11,
前記第 1データ入出力端子に入出力されるデータの周波数は、 前記第 1クロック及び前記第 2ク口ックの周波数と等しい半導体装置。  A semiconductor device wherein a frequency of data input / output to / from the first data input / output terminal is equal to a frequency of the first clock and the frequency of the second clock.
1 3 . 請求項 1 1に記載の半導体装置において、 13. The semiconductor device according to claim 11,
前記第 1データ入出力端子に入出力されるデータの周波数は、 前記第 1クロック及び前記第 2ク口ックの周波数の 2倍である半導体装置。  A semiconductor device, wherein the frequency of data input / output to / from the first data input / output terminal is twice the frequency of the first clock and the second clock.
1 4 . 請求項 1 0に記載の半導体装置は、 さらに、 多数のメモリセルが マトリクス状に配置されたメモリセルアレーを有する半導体装置。 14. The semiconductor device according to claim 10, further comprising a memory cell array in which a large number of memory cells are arranged in a matrix.
1 5 . 請求項 1 4に記載の半導体装置において、 前記多数のメモリセル の各々は、 ダイナミ ックメモリセルである半導体装置。 15. The semiconductor device according to claim 14, wherein each of the plurality of memory cells is a dynamic memory cell.
1 6 . 請求項 8に記載の半導体装置において、 前記第 1データス トロー ブ端子には、 ト ゥルークロックが供給され、 前記第 2データス トローブ 端子には前記トゥルークロックと対をなすバーク口ック信号が供給され る半導体装置。 16. The semiconductor device according to claim 8, wherein the first data strobe terminal is supplied with a true clock, and the second data strobe terminal is coupled with the true clock. A semiconductor device to which signals are supplied.
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