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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Signalleitungstreiber und auf ein
diesen verwendendes Halbleiterspeicherbauelement.
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Geschwindigkeit
und Integrationsdichte von Halbleiterspeicherbauelementen haben
sich generell stetig erhöht.
Zudem besteht mit wachsender Nutzung von batteriebetriebenen Systemen,
wie Notebook-Computern, für
die Halbleiterspeicherbauelemente die Anforderung eines besonders
niedrigen Energieverbrauchs. Überlicherweise
beinhaltet der Halbleiterspeicherchip einen internen Energieversorgungsspannungsgenerator
für einen
Betrieb mit niedriger Spannung und geringem Energieverbrauch. Der
interne Energieversorgungsspannungsgenerator empfängt eine
externe Energieversorgungsspannung, die von außerhalb des Chips zugeführt wird,
um daraus eine gegenüber
der externen Energieversorgungsspannung geringere interne Energieversorgungsspannung
zu erzeugen. Dementsprechend wird die interne Energieversorgungsspannung
für einen
Hauptschaltkreis des Halbleiterspeicherbauelementes verwendet, um
dadurch den Energieverbrauch zu reduzieren. In einem Mehrfachbit-Halbleiterspeicherbauelement
hoher Geschwindigkeit mit einer Vielzahl von Dateneingabe-/Datenausgabeanschlüssen er höht sich
jedoch der Energieverbrauch des internen Energieversorgungsspannungsgenerators
beträchtlich.
Genauer gesagt wird Energie in dem Halbleiterspeicherbauelement
hauptsächlich
in einem Schreibpfad und einem Lesepfad verbraucht. Der Schreibpfad
erstreckt sich über
einen Dateneingabepuffer, eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber,
eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitung, einen Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber,
eine Eingabe-/Ausgabeleitung, eine Spaltenauswahlleitung und eine
Bitleitung. Der Lesepfad erstreckt sich über eine Bitleitung, eine Spaltenauswahlleitung,
eine Eingabe-/Ausgabeleitung, einen Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber,
eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitung und einen Datenausgabepuffer.
Insbesondere wird von dem Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber,
dem Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber und dem Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber
viel Energie verbraucht, da diese Einheiten lange Signalleitungen
mit hoher Last treiben.
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Das
Mehrfachbit-Halbleiterspeicherbauelement mit einer Mehrzahl von
Dateneingabe-/Datenausgabeanschlüssen
und daher einer Mehrzahl von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
und Eingabe-/Ausgabeleitungen, die während eines Schreib- oder Lesevorgangs
gleichzeitig angesteuert werden, weist eine erhöhte Anzahl von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreibern,
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreibern und Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreibern
auf. Dies führt
zu erhöhtem
Energieverbrauch. Außerdem
wird in einem synchronen Mehrfachbit-DRAM hoher Geschwindigkeit
zur Erhöhung
der Betriebsgeschwindigkeit als Energieversorgungsspannung der Treiber die
gegenüber
der internen Energieversorgungsspannung höhere externe Energieversorgungsspannung
benutzt, so dass der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit erfolgen
kann. Dies erhöht
jedoch ebenfalls den Energieverbrauch.
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In
der Patentschrift
US 5.627.487 ist
ein CMOS Treiberbauelement mit einer Ausgangsstufe offenbart, die
einen PMOS-Transistor
und einen NMOS-Transistor in Reihe zwischen einer ersten Versorgungsspannung
und einer Massespannung sowie einen zweiten PMOS-Transistor umfasst,
der zwischen einen Ausgangsknoten im Verbindungspfad des ersten
PMOS-Transistors
mit dem NMOS-Transistor und eine zweite Versorgungsspannung eingeschleift
ist, die höher
als die erste Versorgungsspannung ist. Die drei Transistoren werden
von einer Steuerlogik angesteuert, um bei einem Pegelwechsel eines
Eingangssignals niedrigerer Spannung den Ausgang von Masse zunächst auf
die eine und dann auf die demgegenüber höhere andere Versorgungsspannung
zu setzen. Dazu umfasst die Steuerlogik eine eingangsseitige Verzögerungslogik, zwei
daran parallel angeschlossene Spannungsübersetzungsstufen zur Ansteuerung
der beiden PMOS-Transistoren und eine an die beiden Spannungsübersetzungsstufen
angekoppelte Übersetzungsausgangslogik
zur Ansteuerung des NMOS-Transistors.
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In
der Patentschrift
US 5.124.585 ist
eine Bootstrap-Ausgangspufferschaltung
mit einer Ausgangsstufe offenbart, die zwei parallele Pull-up-Einheiten
in Form eines NMOS-Transistors
und eines PMOS-Transistors, die an unterschiedliche Versorgungsspannungen
angeschlossen sind, und eine Pull-down-Einheit in Form eines weiteren NMOS-Transistors
offenbart, wobei die beiden Pull-up-Transistoren durch zueinander
inverse und gegeneinander verzögerte
Signale angesteuert werden, welche über ein NAND-Gatter mit nachgeschaltetem
Inverter aus einem Ausgabefreigabesignal und einem ersten internen
Ausgangssignal eines vorgeschalteten Abtastdifferenzverstärkers erzeugt
werden, während
der Pull-down-Transistor aus dem Ausgabefreigabesignal und einem
zweiten, invertierten internen Ausgangssignal des Abtastdifferenzverstärkers über ein
weiteres NAND-Gatter mit nachgeschaltetem Inverter erzeugt wird.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Signalleitungstreibers zum Treiben einer Signalleitung, wie einer
Dateneingabe-/Datenausgabeleitung eines Halbleiterspeicherbauelementes
und einer Eingabe-/Ausgabeleitung hiervon, die lang und hochbelastet
sein kann, mit hoher Geschwindigkeit und geringem Energieverbrauch
sowie eines damit ausgerüsteten
Halbleiterspeicherbauelementes zugrunde.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Signalleitungstreibers
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Halbleiterspeicherbauelementes
mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sowie zum Vergleich herkömmliche Ausführungsbeispiele
sind in den Zeich nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Hierbei zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Schreibpfades eines typischen Halbleiterspeicherbauelementes,
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2 ein
Blockschaltbild eines Lesepfades eines typischen Halbleiterspeicherbauelementes,
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3A und 3B Schaltbilder
herkömmlicher
Signalleitungstreiber, die als Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber, Dateneingabe-/Datenausgabe-leitungs-Schreibtreiber
und Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber der Halbleiterspeicherbauelemente
der 1 und 2 verwendet werden,
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4 ein
Schaltbild eines erfindungsgemäßen Signalleitungstreibers,
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5 ein
Schaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Signalleitungstreibers,
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6 ein
Betriebsablaufdiagramm der Signalleitungstreiber der 4 und 5 und
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7 ein
Spitzenstrom-Diagramm während eines
Schreibbetriebes für
einen herkömmlichen bzw.
einen erfindungsgemäßen Signalleitungstreiber bei
Verwendung als ein Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber
und Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber des Halbleiterspeicherbauelementes
von 1.
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Bezugnehmend
auf 1 beinhaltet der Schreibpfad eines typischen Halbleiterspeicherbauelementes
einen Eingabepuffer 11, einen Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12,
eine Mehrzahl von Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreibern 13 und
eine Mehrzahl von Speicherzellenfeldern 14. Der Eingabepuffer 11 empfängt über einen Dateneingabe/Datenausgabeanschluß DQ ein
Eingabesignal und puffert das empfangene Signal. Der Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12 empfängt das
Ausgangssignal des Eingabepuffers 11 und steuert eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitung
DIO an. Die Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 empfangen
Signale, die über die
Dateneingabe-/Datenausgabeleitung DIO übertragen werden, und jeder
von ihnen steuert eine Eingabe-/Ausgabeleitung IO an. Die Speicherzellenfelder 14 speichern
Daten, die über
die Eingabe-/Ausgabeleitungen IO übertragen werden.
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Bezugnehmend
auf 2 beinhaltet der Lesepfad eines typischen Halbleiterspeicherbauelementes
eine Mehrzahl von Speicherzellenfeldern 21, eine Mehrzahl
von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreibern 22,
einen Lese-Multiplexer 23 und einen Ausgabepuffer 24.
Die Speicherzellenfelder 21 speichern Daten. Die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber 22 empfangen
Daten von den Speicherzellenfeldern 21 über jeweilige Eingabe-/Ausgabeleitungen
IO, um jeweilige Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen DIO anzusteuern.
Der Lese-Multiplexer 23 wählt eines der über die
Dateneingabe- /Datenausgabeleitungen
DIO übertragenen Signale
aus. Der Ausgabepuffer 24 puffert die Ausgangssignale des
Lese-Multiplexers 23 und
gibt die gepufferten Signale über
einen Dateneingabe-/Datenausgabeanschluß DQ ab.
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Ein
typisches Halbleiterspeicherbauelement mit hoher Geschwindigkeit
benutzt eine externe Energieversorgungsspannung als die Energieversorgungsspannung
für den
Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12, die
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 und die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber 22,
um die Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen. Im Fall eines Halbleiterspeicherbauelementes
niedriger Geschwindigkeit werden als Energieversorgungsspannung
interne Energieversorgungsspannungen kleiner als die externen Energieversorgungsspannungen für den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12,
die Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 und die
Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber 22 verwendet.
Die interne Energieversorgungsspannung wird durch einen internen
Energieversorgungsspannungsgenerator erzeugt, der im Halbleiterspeicherbauelement enthalten
ist.
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Energie
wird in dem Halbleiterspeicherbauelement hauptsächlich in dem Schreibpfad von 1 und
dem Lesepfad von 2 verbraucht. Im Fall des Schreibpfades
von 1 wird viel Energie insbesondere durch den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12 zur
Ansteuerung der langen und hochbelasteten Dateneingabe-/Datenausgabeleitung
DIO und die Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 zur
Ansteuerung der langen und hochbelasteten Dateneingabe-/Ausgabeleitungen
IO verbraucht. Im Fall des Lese-Pfades von 2 wird viel
Energie durch die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 22 zur
Ansteuerung der Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen DIO verbraucht.
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Das
Mehrfachbit-Halbleiterspeicherbauelement mit einer Mehrzahl von
Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen DIO und Eingabe- /Ausgabeleitungen
IO, die während
eines Schreib- oder Lesevorgangs simultan angesteuert werden, besitzt
eine erhöhte
Anzahl von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreibern 12,
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreibern 13 und Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreibern 22.
Dies führt
zu erhöhtem
Energieverbrauch. Insbesondere wird im Fall eines synchronen Mehrfachbit-DRAM
hoher Geschwindigkeit die externe Energieversorgungsspannung, die
höher als
die interne Stromversorgungsspannung ist, den Treibern 12, 13 und 22 zugeführt, um
einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Dies erhöht jedoch
ebenfalls den Energieverbrauch.
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Die 3A und 3B zeigen
Schaltbilder herkömmlicher
Signalleitungstreiber, die als ein Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber, Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber
und Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber der Halbleiterspeicherbauelemente
der 1 und 2 benutzt werden. In 3A wird
als Energieversorgungsspannung eine externe Energieversorgungsspannung
EVC verwendet, und in 3B wird eine interne Versorgungsspannung
IVC als Energieversorgungsspannung benutzt.
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Gemäß 3A beinhaltet
ein herkömmlicher
Signalleitungstreiber einen Inverter 31a, einen Pull-up-PMOS-Transistor 32a und
einen Pull-down-NMOS-Transistor 33a. Der Inverter 31a besitzt
eine externe Energieversorgungsspannung EVC, die als Energieversorgungsspannung
eingesetzt wird, und invertiert ein über eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitung
DIO des Halbleiterspeicherbaulementes von 1 empfangenes
Signal. Der Pull-up-PMOS-Transistor 32a besitzt eine Source-Elektrode, an welche
die externe Energieversorgungsspannung EVC angelegt ist, eine Gate-Elektrode,
an welche das Ausgangssignal des Inverters 31a angelegt
ist, und eine Drain-Elektrode, die
mit der Eingabe-/Ausgabeleitung IO des Halbleiterspeicherbauelementes
von 1 verbunden ist. Dementsprechend antwortet der Pull-up-PMOS-Transistor 32a auf
das Ausgangssignal des Inverters 31a, indem er die Eingabe- /Ausgabeleitung IO
auf den Pegel der externen Energieversorgungsspannung EVC hochzieht.
Der Pull-up-PMOS Transistor 32a besitzt Hochstromfähigkeit,
um die lange und hochbelastete Eingabe-/Ausgabeleitung IO zu treiben,
so daß Energie hauptsächlich vom
Pull-up-PMOS-Transistor 32a verbraucht wird. Der Pull-down-NMOS-Transistor 33a besitzt
eine mit der Eingabe-/Ausgabeleitung IO verbundene Drain-Elektrode,
eine Gate-Elektrode, an
welche das Ausgangssignal des Inverters 31a angelegt ist,
und eine an eine Massespannung Vss angeschlossene Source-Elektrode.
Dementsprechend antwortet der Pull-down-NMOS-Transistor 33a auf das
Ausgangssignal des Inverters 31a, indem er die Eingabe-/Ausgabeleitung
IO auf den Pegel der Massespannung Vss herunterzieht. Dies bedeutet,
daß das
an die Eingabe-/Ausgabeleitung IO abgegebene Signal zwischen dem
Pegel der externen Energieversorgungsspannung EVC und dem Pegel
der Massespannung Vss schwingt.
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Wie
oben erläutert,
vermag der herkömmliche
Signalleitungstreiber von 3a, in
welchem als Energieversorgungsspannung die externe Energieversorgungsspannung
EVC verwendet wird, deren Spannungspegel höher als derjenige der internen Energieversorgungsspannung
ist, mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, er verursacht jedoch
einen erhöhten
Energieverbrauch.
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Bezugnehmend
auf 3B besitzt ein herkömmlicher Signalleitungstreiber,
entsprechend dem Signalleitungstreiber von 3A, einen
Inverter 31b, einen Pull-up-PMOS-Transistor 32b und
einen Pull-down-NMOS-Transistor 33b. Als Energieversorgungsspannung
wird eine interne Energieversorgungsspannung IVC verwendet, deren
Spannungspegel geringer ist als derjenige der externen Energieversorgungsspannung
EVC.
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Dementsprechend
anwortet der Pull-up-PMOS-Transistor 32b auf das Ausgangssignal
des Inverters 31b, indem er die Eingabe-/Ausgabeleitung IO auf den Pegel der
internen Energieversorgungsspannung IVC hochzieht. Der Pull-down-NMOS-Transistor 33b antwortet
auf das Ausgangssignal des Inverters 31b, indem er die
Eingabe-/Ausgabeleitung IO auf den Pegel der Massespannung Vss herunterzieht.
Dies bedeutet, daß das an
die Eingabe-/Ausgabeleitung IO abgegebene Signal zwischen dem Pegel
der internen Energieversorgungsspannung IVC und dem Pegel der Massespannung
Vss schwingt.
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Der
herkömmliche
Signalleitungstreiber von 3b, in
welchem als Energieversorgungsspannung die gegenüber der externen Energieversorgungsspannung
EVC niedrigere interne Energieversorgungsspannung IVC verwendet
wird, reduziert den Energieverbrauch, hat jedoch Schwierigkeiten, mit
hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
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Es
ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Signalleitungstreiber
mit hoher Geschwindigkeit und geringem Energieverbrauch bereitzustellen,
um eine lange Signalleitung hoher Last anzusteuern, wie eine Dateneingabe-/Datenausgabeleitung
eines Halbleiterspeicherbauelementes und eine Eingabe-/Ausgabeleitung
desselben. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung
eines Halbleiterspeicherbauelementes mit einem solchen Signalleitungstreiber,
der mit hoher Geschwindigkeit und geringem Energieverbrauch arbeitet.
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4 zeigt
ein Schaltbild eines derartigen erfindungsgemäßen Signalleitungstreibers.
Das mit dem Schaltbild von 4 dargestellte
erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
kann speziell für den
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber, den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber
und den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber der 1 und 2 verwendet werden,
es kann jedoch auch zur Ansteuerung jeder anderen langen und hochbelasteten
Signalleitung eingesetzt werden. Der Signalleitungstreiber von 4 beinhaltet
einen ersten Inverter 41, einen zweiten Inverter 42,
einen dritten Inverter 43, eine erste Pull-up-Einheit 44,
eine zweite Pull-up-Einheit 45 und eine
Pull-down-Einheit 46.
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Der
erste Inverter 41 besitzt eine erste Energieversorgungsspannung,
d. h. eine interne Energieversorgungsspannung IVC, die als Energieversorgungsspannung
benutzt wird, und invertiert das von einem Eingabeanschluß DIO empfangene
Signal. Der zweite Inverter 42 besitzt die als Energieversorgungsspannung
benutzte interne Energieversorgungsspannung IVC und invertiert das
Ausgangssignal des ersten Inverters. Der dritte Inverter 43 besitzt die
als Energieversorgungsspannung benutzte interne Energieversorgungsspannung
IVC und invertiert das Ausgangssignal des zweiten Inverters 42.
Dementsprechend schwingen die Ausgangssignale des ersten Inverters 41,
des zweiten Inverters 42 und des dritten Inverters 43 zwischen
dem Pegel der internen Energieversorgungsspannung IVC und dem Pegel der
Massespannung Vss. Wenigstens eine erste Pull-up-Einheit 44 ist zwischen eine
zweite Energieversorgungsspannung, d. h. eine gegenüber der
internen Energieversorgungsspannung höhere externe Energieversorgungsspannung,
und einen Ausgabeanschluß IO
eingeschleift und antwortet auf das Ausgangssignal des zweiten Inverters 42,
um den Ausgabeanschluß IO
hochzuziehen. Wenigstens eine zweite Pull-up-Einheit 45 ist
zwischen die interne Energieversorgungsspannung IVC und den Ausgabeanschluß IO eingeschleift
und antwortet auf das Ausgangssignal des dritten Inverters 43,
um die Spannung am Ausgabeanschluß IO hochzuziehen. Wenigstens
eine Pull-down-Einheit 46 ist
zwischen den Ausgabeanschluß IO
und die Massespannung Vss eingeschleift und antwortet auf das Ausgangssignal des
ersten Inverters 41 oder auf das Ausgangssignal des dritten
Inverters 43, um die Spannung am Ausgabeanschluß IO herunterzuziehen.
In 4 sind eine erste Pull-up-Einheit 44 und eine zweite
Pull-up-Einheit 45 verwendet. Der Ausgabeanschluß IO ist
an eine lange Signalleitung mit hoher Last angeschlossen, wie die
Eingabe-/Ausgabeleitung IO des Halbleiterspeicherbauelements von 1.
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Sowohl
der erste Inverter 41 als auch der zweite Inverter 42 und
der dritte Inverter 43 können invertierende Einheiten oder
andere Logikgatter beinhalten. Die erste Pull-up-Einheit 44 besitzt
einen NMOS-Transistor mit einer Drain-Elektrode, die an die externe
Energieversorgungsspannung EVC angeschlossen ist, einer Gate-Elektrode,
an welche das Ausgangssignal des zweiten Inverters 42 angelegt ist,
und einer an den Ausgabeanschluß 10 angeschlossenen
Source-Elektrode. Die zweite Pull-up-Einheit 45 enthält einen
PMOS-Transistor mit einer Source-Elektrode, die an die interne Energieversorgungsspannung
IVC angeschlossen ist, einer Gate-Elektrode, an welche das Ausgangssignal
des dritten Inverters 43 angelegt ist, und einer an den Ausgabeanschluß IO angeschlossenen
Drain-Elektrode.
Insbesondere ist die Schaltung so ausgelegt, daß der NMOS-Transistor der ersten
Pull-up-Einheit 44 Hochstromfähigkeit zur Ansteuerung der
langen Signalleitung mit hoher Last aufweist, die mit dem Ausgabeanschluß IO verbunden
ist. Jedoch besitzt der PMOS-Transistor der zweiten Pull-up-Einheit 45 eine
niedrige Stromfähigkeit.
Im allgemeinen wird hauptsächlich
von dem NMOS-Transistor der ersten Pull-up-Einheit 44 und dem PMOS-Transistor
der zweiten Pull-up-Einheit 45 Energie
verbraucht. Die Pull-down-Einheit 46 enthält einen
NMOS-Transistor mit einer Drain-Elektrode, die an den Ausgabeanschluß IO angeschlossen
ist, einer Gate-Elektrode, an
die das Ausgangssignal des ersten Inverters 41 angelegt
ist, und einer Source-Elektrode, die an die Massespannung Vss angeschlossen
ist. Im folgenden wird die Betriebsweise des Signalleitungstreibers
von 4 erläutert.
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Wenn
vom Eingabeanschluß DIO,
d. h. von der Dateneingabe-/Datenausgabeleitung DIO des Halbleiterspeicherbauelements
von 1, ein Logiksignal auf niedrigem Pegel empfangen
wird, befinden sich die Ausgangssignale des ersten und des dritten Inverters 41, 43 auf
hohem Logikpegel, d. h. auf dem Pegel der internen Energieversorgungsspannung IVC.
Dementsprechend sind die erste und zweite Pull-up-Einheit 44, 45 sperrend
geschaltet, während die
Pull-down-Einheit 46 leitend geschaltet ist. Der Ausgabeanschluß IO und
die an den Ausgabeanschluß IO
an geschlossene Signalleitung werden auf die Massespannung Vss heruntergezogen.
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Wenn
am Eingabeanschluß DIO
ein Logiksignal auf hohem Pegel empfangen wird, befinden sich die
Ausgangssignale des ersten und dritten Inverters 41, 43 auf
niedrigem Logikpegel. Außerdem
befindet sich das Ausgangssignal des zweiten Inverters 42 auf
hohem Logikpegel, d. h. auf der internen Energieversorgungsspannung
IVC. Daher ist die erste Pull-up-Einheit 44 in Reaktion
auf das Ausgangssignal des zweiten Inverters 42, das sich
auf dem Pegel der internen Energieversorgungsspannung IVC befindet,
leitend geschaltet. Die Spannung am Ausgabeanschluß IO erhält dadurch
den Wert IVC-Vt, wobei mit Vt die Schwellwertspannung des NMOS-Transistors
der ersten Pull-up-Einheit 44 bezeichnet
ist. Die zweite Pull-up-Einheit 45 wird dann in Reaktion auf
das auf niedrigem Logikpegel liegende Ausgangssignal des dritten
Inverters 43 leitend geschaltet, so daß sich die Spannung am Ausgabeanschluß IO auf
den Pegel von IVC erhöht.
Wie oben beschrieben, ist die Systemauslegung so gewählt, daß der NMOS-Transistor
der ersten Pull-up-Einheit 44 Hochstromfähigkeit
besitzt, während
der PMOS-Transistor
der zweiten Pull-up-Einheit 45 eine niedrige Stromfähigkeit
hat. Dementsprechend führt die
erste Pull-up-Einheit 44,
welche die als Energieversorgungsspannung benutzte externe Energieversorgungsspannung
EVC hat, den Strom zur Ansteuerung einer mit dem Ausgabeanschluß IO verbundenen
Signalleitung zu, und die zweite Pull-up-Einheit 45, die
als Energieversorgungsspannung die interne Energieversorgungsspannung
IVC benutzt, erhöht die
Spannung auf der mit dem Ausgabeanschluß IO verbundenen Signalleitung
von IVC-Vt auf IVC.
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Demgemäß erhöht sich
die Spannung auf der mit dem Ausgabeanschluß IO verbundenen Signalleitung
durch die erste Pull-up-Einheit 44,
welche die externe Energieversorgungsspannung EVC mit einem Spannungspegel
höher als
derjenige der internen Energieversorgungsspannung IVC benutzt, zunächst auf
den Pe gel von IVC-Vt. Daraufhin erhöht die zweite Pull-up-Einheit 45,
welche die interne Energieversorgungsspannung IVC benutzt, die Spannung
auf der mit dem Ausgabeanschluß IO
verbundenen Signalleitung von IVC-Vt auf den Pegel von IVC, so daß der Energieverbrauch
aufgrund der internen Energieversorgungsspannung IVC sehr niedrig ist.
Dies bedeutet, daß der
Signalleitungstreiber von 4 mit hoher
Geschwindigkeit und niedrigem Energieverbrauch arbeitet.
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5 zeigt
als Schaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Signalleitungstreibers.
Das mit dieser Schaltung repräsentierte
Beispiel kann speziell für
den Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber, den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber
und den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber
des Halbleiterspeicherbauelements der 1 und 2 verwendet
werden, es kann aber auch zur Ansteuerung jeglicher anderer langen
Signalleitung mit hoher Last dienen.
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Der
Signalleitungstreiber gemäß 5 beinhaltet
einen ersten Inverter 51, einen zweiten Inverter 52,
einen dritten Inverter 53, einen vierten Inverter 54,
eine erste Pull-up-Einheit 55,
eine zweite Pull-up-Einheit 56 und eine Pull-down-Einheit 57.
Der erste Inverter 51 benutzt die erste Energieversorgungsspannung,
d. h. eine interne Energieversorgungsspannung IVC, als Energieversorgungsspannung
und invertiert das von einem Eingangsanschluß DIO empfangene Signal. Der
zweite Inverter 52 verwendet als Energieversorgungsspannung
die interne Energieversorgungsspannung IVC und invertiert das Ausgangssignal
des ersten Inverters 51. Der dritte Inverter 53 verwendet
als Energieversorgungsspannung die interne Energieversorgungsspannung
IVC und invertiert das Ausgangssignal des zweiten Inverters 52.
Der vierte Inverter 54 verwendet als Energieversorgungsspannung
eine zweite Energieversorgungsspannung mit einem Spannungspegel
größer als
derjenige der internen Energieversorgungsspannung IVC, d. h. eine
externe Energieversorgungsspannung EVC, und invertiert das Ausgangssignal des
dritten Inverters 53. Dementsprechend schwingen die Ausgangssignale
des ersten, zweiten und dritten Inverters 51, 52, 53 zwischen
den Pegeln der internen Energieversorgungsspannung IVC und der Massespannung
Vss, und das Ausgangssignal des vierten
Inverters 54 schwingt zwischen den Pegeln der externen
Energieversorgungsspannung EVC und der Massespannung Vss.
Eine oder mehrere erste Pull-up-Einheiten 55 sind zwischen
die externe Energieversorgungsspannung EVC und einen Ausgangsanschluß IO eingeschleift
und antworten auf das Ausgangssignal des zweiten Inverters 52,
um die Spannung am Ausgangsanschluß IO hochzuziehen. Eine oder
mehrere zweite Pull-up-Einheiten 56 sind zwischen die interne
Energieversorgungsspannung IVC und den Ausgangsanschluß IO eingeschleift
und antworten auf das Ausgangssignal des vierten Inverters 54,
um die Spannung am Ausgangsanschluß IO hochzuziehen. Eine oder
mehrere Pull-down-Einheiten 57 sind zwischen den Ausgangsanschluß IO und die
Massespannung Vss eingeschleift und antworten auf
das Ausgangssignal des ersten Inverters 51, um die Spannung
am Ausgangsanschluß IO
herunterzuziehen. In 5 sind eine erste Pull-up-Einheit 55 und
eine zweite Pull-up-Einheit 56 miteinander
verbunden. Der Ausgangsanschluß IO
ist mit einer langen Signalleitung hoher Last verbunden, wie die
Eingabe-/Ausgabeleitung IO des Halbleiterspeicherbauelements von 1.
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Sowohl
der erste Inverter 51 als auch der zweite Inverter 52,
der dritte Inverter 53 und der vierte Inverter 54 enthalten
Invertereinheiten oder andere Logik-Gatter. Die erste Pull-up-Einheit 55 enthält einen
NMOS-Transistor mit einer an die externe Energieversorgungsspannung
EVC angeschlossenen Drain-Elektrode,
einer Gate-Elektrode, an welche das Ausgangssignal des zweiten Inverters 52 angelegt
ist, und einer an den Ausgangsanschluß IO angeschlossenen Source-Elektrode.
Die zweite Pull-up-Einheit 56 enthält einen NMOS-Transistor mit einer
an die interne Energieversorgungsspannung IVC angeschlossenen Drain-Elektrode,
einer Gate-Elektrode, an welche das Ausgangssignal des vierten Inverters 54,
d. h. ein zwischen den Pegeln der externen Energieversorgungsspannung
EVC und der Massespannung Vss schwingendes
Signal, angelegt ist, und einer an den Ausgangsanschluß IO angeschlossenen
Source-Elektrode.
Hierbei verhindert das Anlegen des Ausgangssignals des vierten Inverters 54,
d. h. eines zwischen den Pegeln der externen Energieversorgungsspannung
EVC und der Massespannung Vss schwingenden
Signals, an die Gate-Elektrode der zweiten Pull-up-Einheit 56 einen Spannungsabfall
des NMOS-Transistors. Der NMOS-Transistor der ersten Pull-up-Einheit 55 ist insbesondere
so ausgelegt, daß er
Hochstromfähigkeit
zum Treiben der an den Ausgangsanschluß IO angeschlossenen Signalleitung
besitzt, und der NMOS-Transistor der zweiten Pull-up-Einheit 56 ist so
ausgelegt, daß er
niedrige Stromfähigkeit
besitzt. Im allgemeinen wird hauptsächlich durch die NMOS-Transistoren
der ersten Pull-up-Einheit 55 und der zweiten Pull-up-Einheit 56 Energie
verbraucht. Die Pull-down-Einheit 57 enthält einen NMOS-Transistor
mit einer an den Ausgangsanschluß IO angeschlossenen Drain-Elektrode,
einer Gate-Elektrode, an die das Ausgangssignal des ersten Inverters 51 angelegt
ist, und einer an die Massespannung Vss angeschlossenen
Source-Elektrode.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise des Signalleitungstreibers von 5 erläutert. Wenn
vom Eingangsanschluß DIO,
d. h. von der Dateneingabe-/Datenausgabeleitung DIO des Halbleiterspeicherbauelements
von 1, ein Signal auf niedrigem Logikpegel empfangen
wird, befinden sich die Ausgangssignale des ersten Inverters 51 und
des dritten Inverters 53 auf hohem Logikpegel, d. h. auf dem
Pegel der internen Energieversorgungsspannung IVC. Außerdem befinden
sich die Ausgangssignale des zweiten und vierten Inverters 52, 54 auf niedrigem
Logikpegel. Dementsprechend sind die erste Pull-up-Einheit 55 und
die zweite Pull-up-Einheit 56 sperrend geschaltet, während die Pull-down-Einheit 57 leitend
geschaltet ist. Der Ausgangsanschluß IO und die mit dem Ausgangsanschluß IO verbundene
Signalleitung werden auf die Massespannung Vss heruntergezogen.
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Wenn
vom Eingangsanschluß DIO
ein Logiksignal auf hohem Pegel empfangen wird, befinden sich die
Ausgangssignale des ersten und dritten Inverters 51, 53 auf
niedrigem Logikpegel. Außerdem befindet
sich das Ausgangssignal des zweiten Inverters 52 auf hohem
Logikpegel, d. h. auf der internen Energieversorgungsspannung IVC,
und das Ausgangssignal des vierten Inverters 54 befindet
sich auf hohem Logikpegel, d. h. auf der externen Energieversorgungsspannung
EVC. Dementsprechend wird die erste Pull-up-Einheit 55 in
Reaktion auf das Ausgangssignal des zweiten Inverters 52,
das sich auf der internen Energieversorgungsspannung IVC befindet,
leitend geschaltet. Die Spannung am Ausgangsanschluß IO erhält hierbei
den Wert IVC-Vt, wobei Vt die Schwellwertspannung des NMOS-Transistors
der ersten Pull-up-Einheit 55 bezeichnet. Dann wird die
zweite Pull-up-Einheit 56 in Reaktion auf das Ausgangssignal
des vierten Inverters 54, welches sich auf der externen
Energieversorgungsspannung EVC befindet, leitend geschaltet, so
daß die Spannung
am Ausgangsanschluß IO
auf IVC ansteigt. Hierbei ist der Pegel der an die Gate-Elektrode des
NMOS-Transistors der zweiten Pull-up-Einheit 56 angelegten
externen Energieversorgungsspannung EVC höher als die interne Energieversorgungsspannung
IVC und daher höher
als die Schwellenspannung des NMOS-Transistors der zweiten Pull-up-Einheit 56.
Die Spannung am Ausgangsanschluß IO
steigt ohne einen Spannungsabfall der zweiten Pull-up-Einheit 56 auf
IVC an.
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Wie
oben erläutert,
führt die
erste Pull-up-Einheit 55 im Signalleitungstreiber von 5 wie
beim Signalleitungstreiber von 4 den Strom zur
Ansteuerung der an den Ausgangsanschluß IO angeschlossenen Signalleitung
zu, und die zweite Pull-up-Einheit 56 erhöht die Spannung
auf der an den Ausgangsanschluß IO
angeschlossenen Signalleitung von IVC-Vt auf IVC.
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Demgemäß steigt
im Signalleitungstreiber von 5 die Spannung
der an den Ausgangsanschluß IO
des Signalleitungstreibers angeschlossenen Signalleitung zuerst
auf den Pegel von IVC-Vt durch die erste Pull-up-Einheit 55 unter
Verwendung der externen Energieversorgungsspannung EVC an, die einen
Spannungspegel höher
als denjenigen der internen Energieversorgungsspannung IVC besitzt. Dann
erhöht
die zweite Pull-up-Einheit 56 unter
Verwendung der internen Energieversorgungsspannung IVC die Spannung
auf der an den Ausgangsanschluß IO
angeschlossenen Signalleitung von IVC-Vt auf IVC, so daß der Energieverbrauch
aufgrund der internen Energieversorgungsspannung IVC sehr gering ist.
Dies bedeutet, daß der
Signalleitungstreiber von 5 bei hoher
Geschwindigkeit arbeitet und gleichzeitig einen niedrigen Energieverbrauch
hat.
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6 zeigt
ein Betriebsablaufdiagramm des Signalleitungstreibers von 4.
In 6 bezeichnen das Bezugszeichen EVC die externe
Energieversorgungsspannung, das Bezugszeichen IVC die interne Energieversorgungsspannung,
das Bezugszeichen V(DIO) ein am Eingangsanschluß DIO des Signalleitungstreibers
empfangenes Signal, das Bezugszeichen V1(IO) ein am Ausgangsanschluß IO des
Signalleitungstreibers für
den Fall abgegebenes Signal, daß die
zweite Pull-up-Einheit 45 oder 56 nicht im Signalleitungstreiber
enthalten ist, und das Bezugszeichen V2(IO) ein am Ausgangsanschluß IO des
Signalleitungstreibers für
den Fall abgegebenes Signal, daß die
zweite Pull-up-Einheit 45 oder 56 in dem Signalleitungstreiber
enthalten ist.
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Wie
aus 6 zu erkennen, steigt in dem Fall, daß die zweite
Pull-up-Einheit 45 oder 56 nicht in dem Signalleitungstreiber
enthalten ist, das Signal V1(IO) durch die erste Pull-up-Einheit 44 auf
IVC-Vt an. In dem Fall, in welchem die zweite Pull-up-Einheit 45 oder 56 im
Signalleitungstreiber enthalten ist, steigt hingegen das Signal
V2(IO) durch die erste Pull-up-Einheit 44 auf IVC-Vt und
dann durch die zweite Pull-up-Einheit 45 auf IVC an.
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7 veranschaulicht
den Spitzenstrom während
eines Schreibvorgangs, wenn als Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs- Schreibtreiber und
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber beim Halbleiterspeicherbauelement
von 1 ein herkömmlicher Signalleitungstreiber
bzw. ein erfindungsgemäßer Signalleitungstreiber
verwendet werden.
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In 7 ist
mit P1 ein Spitzenstrom der externen Energieversorgungsspannung
EVC bezeichnet, wenn der herkömmliche
Signalleitungstreiber von 3A sowohl
für den
Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12 als
auch für
den Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 des Halbleiterspeicherbauelementes
von 1 verwendet wird. Mit P2 bzw. P3 sind jeweilige
Spitzenströme der
internen Energieversorgungsspannung IVC und der externen Energieversorgungsspannung
EVC bezeichnet, wenn für
den Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 der
erfindungsgemäße Signalleitungstreiber
und für
den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12 der
herkömmliche Signalleitungstreiber
verwendet werden.
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Wie
aus 7 zu erkennen, ist die Summe der Spitzenströme P2 und
P3, wenn der erfindungsgemäße Signalleitungstreiber
verwendet wird, geringer als der Spitzenstrom P1, wenn der herkömmliche Signalleitungstreiber
verwendet wird. Im erfindungsgemäßen Signalleitungstreiber,
in welchem die interne Energieversorgungsspannung IVC und die externe
Energieversorgungsspannung EVC eingesetzt werden, fließen die
Spitzenströme
P2 und P3. Im herkömmlichen
Signalleitungstreiber, in welchem nur die externe Energieversorgungsspannung
EVC benutzt wird, fließt
der Spitzenstrom P1 der externen Energieversorgungsspannung EVC.
Die Punkte a von P1 bzw. c von P2 zeigen Spitzenströme, wenn
der Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber 12 die an dem
Ausgangsanschluß des
Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreibers 12 angeschlossene
Dateneingabe-/Datenausgabeleitung DIO ansteuert. Die Punkte b, d
und e von P1, P3 bzw. P2 zeigen Spitzenströme, wenn der Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber 13 die
an den Ausgangsanschluß des
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreibers 13 angeschlossene
Eingabe-/Ausgabeleitung IO ansteuert.
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Wie
oben erläutert,
arbeiten die Signalleitungstreiber der 4 und 5 mit
hoher Geschwindigkeit und besitzen außerdem einen geringen Energieverbrauch.
Für den
Fall, daß sie
speziell als Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Schreibtreiber,
Eingabe-/Ausgabeleitungs-Schreibtreiber und/oder Dateneingabe-/Datenausgabeleitungs-Lesetreiber
der Halbleiterspeicherbauelemente der 1 und 2 oder
als Treibereinheit für
irgendeine lange Signalleitung mit hoher Last, insbesondere in einem
Mehrfachbit-Halbleiterspeicherbauelement, eingesetzt werden, besitzt
demgemäß das Halbleiterspeicherbauelement
einen reduzierten Energieverbrauch und arbeitet mit hoher Geschwindigkeit.
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Zusammenfassend
arbeitet der erfindungsgemäße Signalleitungstreiber
mit hoher Geschwindigkeit und reduziertem Energieverbrauch, daher
besitzt ein Halbleiterspeicherbauelement, das einen solchen Treiber
verwendet, ebenfalls einen verringerten Energieverbrauch und eine
hohe Betriebsgeschwindigkeit.