JP2008505429A - 温度測定によって半導体メモリ装置内のダイナミックリフレッシュを改善するための装置と方法 - Google Patents

温度測定によって半導体メモリ装置内のダイナミックリフレッシュを改善するための装置と方法 Download PDF

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Abstract

【課題】温度測定によって半導体メモリ装置内のダイナミックリフレッシュを改善するための装置と方法
【解決手段】メモリシステム、およびメモリをリフレッシュするための手順が開示される。メモリシステムはメモリ、メモリの温度を測定するように構成された温度センサ、およびメモリをリフレッシュレートでリフレッシュするように構成されたメモリコントローラを含み、リフレッシュレートは温度センサによって測定された温度の関数として制御される。
【選択図】 図3

Description

本開示は一般にデータ処理に関し、そしてより詳しくは、ダイナミック揮発性メモリをリフレッシュするための技術に関する。
メモリシステムは今日、種々の処理エンティティによって必要とされるデータを蓄積するためにデータ処理システムにおいて広く使用される。メモリシステムは通常メモリへのアクセスを管理するメモリコントローラを含む。メモリは一般的に、メモリセルの行および列によって形成されたマトリクス構造で構成され、各メモリセルは、1ビットのデータを蓄積する。メモリセルは処理エンティティ、または他の資源により、メモリコントローラに適切なアドレスを供給することによってアクセスされる。処理エンティティからのアドレスは下位ビットを占める行アドレスおよび上位ビットを占める列アドレスと共にバスを介してメモリコントローラに送られる。メモリコントローラは列アドレスによってフォローされたメモリに行アドレスを送るために多重化スキーム(multiplexing scheme)を使用する。この多重化スキームはメモリチップ上のピン数を減少させ、そしてそれによってコストを低減する。
最新のディジタルシステムは一般的にメインメモリとしてランダムアクセスメモリ(RAM)を使用する。2つの基本型のRAM:ダイナミックRAM(DRAM)およびスタティックRAM(SRAM)がある。SRAMはスイッチとして動作して、各メモリセル用の複数のトランジスタを必要とする。これに対して、DRAMは各メモリセル用の1つのトランジスタとキャパシタとを使用し、それはSRAMより高価ではなくそしてより少ない実面積を占めるので、それがメモリの選択とされる。しかしながら、DRAMは欠点が無い訳ではない。特に、キャパシタは非常に小さくて、むしろ急速に放電しがちであり、電荷に従って蓄積された情報を保持するためにリフレッシュ回路を必要とする。しかしながら、このリフレッシュ回路はコストおよびDRAMの実面積の節約からの観点からみると支払いは小額である。
多くのデータ処理システムでは、リフレッシュ機能はメモリコントローラによって制御される。正規に与えられたインターバル(リフレッシュレート)で、メモリコントローラはメモリ内の各行を、一度に1行を読み取ることによってDRAMをリフレッシュする。メモリセルの構成により、1行を読み取る処理がその行内の各セルをリフレッシュする。メモリがリフレッシュされる特定のレートはシステム性能に重大な影響を及ぼす。遅すぎるリフレッシュレートはキャパシタが放電するような受け入れられないデータのロスという結果になるかもしれない。一方、早すぎるリフレッシュレートは不必要なパワー消費という結果になるかもしれない。後者の条件は、セルラおよび無線電話、ラップトップ、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)のような、バッテリ駆動装置にに特に関係がある。よって、システムパラメータの変動にもかかわらず最適なリフレッシュレートを維持する他の方法がこの分野において必要性される。この方法は温度変動に鋭敏でなければならない。
メモリシステムの1実施形態が開示される。このメモリシステムはメモリ、メモリの温度を測定するように構成された温度センサ、およびメモリをリフレッシュレートでリフレッシュするように構成されたメモリコントローラを含み、リフレッシュレートは温度センサによって測定された温度の関数として制御される。
メモリの1実施形態が開示される。このメモリは複数のメモリロケーション、およびメモリの温度に相当する符号化された出力を供給するように構成された温度レジスタを含み、符号化された出力はメモリロケーションのリフレッシュレートを制御するために外部資源によって使用可能な情報を具備する。
メモリコントローラの1実施形態が開示される。このメモリコントローラはメモリを1リフレッシュレートでリフレッシュするように構成される。メモリコントローラはメモリの温度に関連する制御信号を受信し、メモリのリフレッシュレートを制御信号の関数として制御するように構成されたリフレッシュクロックを含む。
メモリをリフレッシュするための方法の1実施形態が開示される。この方法はメモリの温度を測定すること、およびメモリコントローラからのメモリのリフレッシュレートを測定された温度の関数として制御することを含む。
メモリシステムの他の実施形態が開示される。このメモリシステムはメモリ、メモリの温度を測定するための手段、およびメモリをリフレッシュレートでリフレッシュするための手段を含み、リフレッシュレートは測定された温度の関数として制御される。
本発明の他の実施形態は以下の詳細な説明からこの分野の技術者にはたやすく明白になる。本発明の種々の実施形態は図示の方法によって示され、そして記述される。これから理解されるように、この発明は他の種々の実施形態で可能であり、そのいくつかの詳細は、すべてが本発明の精神および範囲から逸脱すること無しに、種々の観点から変更が可能である。よって、図面および詳細説明は現存している例としてそして限定的としてではないと考えられるべきである。
この出願は2004年7月2日に提出された米国仮出願番号第60/585,310号の優先権を主張する。
添付された図面に関して下に示された詳細説明は本発明の種々の実施形態の説明を意図しており、本発明が実現される実施形態のみを表すことを意図してはいない。詳細説明は本発明の完全な理解を提供するための特別の細部を含む。しかしながら、本発明がこれらの特別の細部無しに実現されることは、この分野の技術者には明白であるだろう。いくつかの例では、周知の構造とコンポーネントとが本発明の概念を不明瞭にするのを避けるためにブロック図形式で示される。
下記の説明では、ダイナミック揮発性メモリをリフレッシュするための種々の技術が記述される。これらの技術は任意の電子動作の無線通信装置内で使用される。ここでパワーは最高の関心事である。無線電話機、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)、ラップトップ、ゲームコンソール、ページャ、およびカメラはこの開示を通して記述された発明概念の恩恵を被る可能性がある、まさに2〜3の例である。よって、無線通信装置の任意の参照は、発明概念が広範囲の適用を有することの理解と共に、検討のための文脈を提供することだけを意図している。
図1は電気通信システム内で動作している無線通信装置の一例を示す概念ブロック図である。電気通信システムは無線網102と有線網104とを含む。有線網104は公衆電話交換網(PSTN)のような、回線交換網106、および/またはインターネットあるいは共同イントラネットのような、パケット交換網108を含んでもよい。
無線ネットワーク102は無線通信装置110と回線交換および/またはパケット交換網106、108との間の通信をサポートするために使用される。移動交換センタ(MSC)112はこの例ではサービスプロバイダとして使用され、回線交換網106および/またはパケット交換網108へのアクセスを提供する、しかしながら、この分野の技術者が認めるように、任意のサービスプロバイダは無線通信装置110を有線網104とインターフェイスするために使用される。無線網106はまた基地局コントローラ(BSC)114を含み、基地局コントローラ114は無線資源の割当てと管理とにより1つまたはそれ以上の基地局トランシーバ(BTS)116a〜116cを制御する。各BTS116a〜116cは無線網102全体に無線カバレッジを提供するために単一のロケーションに配置された1つまたはそれ以上のトランシーバを含む。
図2は無線通信装置の一例を示す概念ブロック図である。無線通信装置110は無線網102(図1参照)との無線通信をサポートするためにトランシーバ202を含んでもよい。データ処理システム204は種々の信号処理機能を提供するために使用される。データ処理システム204はメモリコントローラ210を通して共有のメモリ208にアクセスできる3つのプロセッサ206a〜206cで示されるが、しかし特定の用途および全体の設計制約により任意数のプロセッサで構成されてもよい。バスアービタ212はこの分野で周知の手段によって種々のプロセッサ206a〜206cとメモリ208との間のアクセスを調整するために使用される。プロセッサ206a〜206cは、例えば、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、ブリッジ、プログラマブルロジック、ディスクリートゲート、トランジスタロジック、または任意の他の情報処理コンポーネントを含んでいる任意のタイプのバス支配のコンポーネントであってもよい。データ処理システム204の少なくとも1つの実施形態では、メモリ208は、DRAM、同期DRAM(SDRAM)、または情報を検出して蓄積する任意の他のコンポーネントのような、ダイナミック揮発性メモリであってもよい。
図3はメモリコントローラおよびメモリの一例を示す概念ブロック図である。用語“メモリコントローラ”は専用のメモリコントローラチップ、メモリを直接に制御するプロセッサ、メモリチップ自身上のコントローラ回路、または他の適切な構成を含むメモリの動作を制御する任意のコンポーネントを広く定義するために使用される。メモリコントローラ210はプロセッサ206(図2参照)からアドレスを受信するアドレスキュー302を含んでもよい。アドレスは下位ビットを占有する行アドレス、および上位ビットを占有する列アドレスを含む。タイミング発生器304は一度に1つのアドレスをアドレスキュー302から復号器306にリリースするために使用される。復号器306は行アドレスを列アドレスから分離してそれらをメモリ208に順々に送るために使用される。タイミング発生器304はまたストローブ発生器308を同期化するためにも使用される。ストローブ発生器308はメモリ208にアクセスするのに必要な種々の制御信号を発生するために使用される。
メモリ208にアクセスする手順は復号器306からメモリ208に送られている行アドレスで始まる。同時に、ストローブ発生器308は行アドレスストローブ(RAS)をメモリ208に送る。RASはメモリ208内の内部ポインタを選択された行に移動させる。この行動はまたメモリ208の全体の行をリフレッシュする。次に、復号器306は列アドレスをメモリ208に送る。同時に、ストローブ発生器308は列アドレスストローブ(CAS)をメモリ208に送る。
読取り動作の場合には、アドレスによって指定されたメモリロケーション309の内容はすぐに、プロセッサ(図示せず)に送信される前にデータバッファ310内に読み込まれる。書込み動作の場合には、プロセッサからの内容はすぐに、データバッファ310を介してアドレスによって指定されたメモリロケーション309に書き込まれる。
メモリコントローラ210はまたメモリ208をリフレッシュするためにも使用される。リフレッシュレートはリフレッシュクロック312によって制定される。リフレッシュクロック312は、その中ではメモリ208内の1つまたはそれ以上の行がリフレッシュされる時間のウインドウ(リフレッシュ周期)を周期的に作り出すために使用される。リフレッシュ周期の間、リフレッシュアドレスカウンタ314は、マルチプレクサ316を介して、一度に1つ、メモリ208に送られる一連の行アドレスを発生する。添付の各行アドレスはストローブ発生器308からのRASである。各リフレッシュ周期の間にリフレッシュされた行数は特別の用途とシステムの全体の設計制約とにより変化するかもしれない。メモリコントローラ210のある実施形態では、メモリ208の各行は各リフレッシュ周期をリフレッシュされる。
リフレッシュレートはリフレッシュクロック312を調節することによって性能を最適化するように変化させる。リフレッシュレートは、例えば、温度を含む、任意の数のパラメータに基づいて変化させる。最適な性能を維持し、メモリ208内のデータロスを避けるために、温度が上昇するにつれて、リフレッシュレートは増加されなければならない。温度が下がった場合は、リフレッシュレートは不必要なパワー消費を避けるべく下げられる。温度センサ318はリフレッシュレートを調節すべくメモリコントローラ210にフィードバックを供給するために使用される。温度センサ318はメモリ208と共に供給されるか、またはメモリ208にきわめて接近して配置されてもよい。温度センサ318は広範囲に亘る温度を検出することができねばならないが、しかしある範囲では、狭範囲でも受入れ可能かもしれない。メモリ208の1つの実施形態では、温度センサ318は85Cでの特定のリフレッシュレートの少なくとも(1/4)倍から4倍までの範囲をサポートする。温度センサ出力はメモリ208内の温度レジスタ320に供給される。温度レジスタ320はそれがメモリコントローラ210にフィードバックされる前に温度センサ出力を符号化するために使用される。温度レジスタ320によって実施された1ビット符号化スキームの一例は下表1に示される。
Figure 2008505429
この符号化スキームの下で、温度レジスタ320は、温度が温度センサレンジ以下の場合、“0001”を出力する。同様に、温度レジスタ320は、温度が温度センサレンジを超える場合、“1111”を出力する。“レンジ外”符号を供給することによって、メモリコントローラ210はリフレッシュレートをそれの最小または最大値にセットすることに加えて、改善処置を取ることができる。例えば、メモリコントローラ210が、温度レジスタ320のレンジを超過した、即ち、“1111”を示している温度レジスタ320からのフィードバックを受けとった場合、メモリコントローラ210はリフレッシュレートを85Cで指定されたリフレッシュレートの64倍にセットすることができ、そしてメモリをクールダウンするためのステップを取る。
温度レジスタ320からの符号化フィードバックはメモリコントローラ210内の復号器322に供給される。復号器322は符号化フィードバックのための表1内に指定されたリフレッシュレート乗数に相当する制御信号を発生する。制御信号はリフレッシュクロック312を調節するために使用される。例えば、符号化フィードバックが“1011”であるならば、復号器322はそれがリフレッシュクロック312を85Cで指定されたリフレッシュレートの8倍で動作させる制御信号を発生する。符号化フィードバックが“0111”である場合、復号器322はそれがリフレッシュクロック312を85Cで指定されたリフレッシュレートの半分で動作させる制御信号を発生する。
ここまでに記述された温度レジスタ320はリフレッシュレート乗数を表すために符号化フィードバックを使用する。リフレッシュレート乗数は85Cで製造業者によって指定されたリフレッシュレートにメモリコントローラ210によって適用される。しかしながら、リフレッシュレート乗数は任意の基本リフレッシュレートに適用される。あるいは、符号化フィードバックはメモリコントローラ210のための一連の特定のリフレッシュレートを表す。
少なくとも1つの実施形態では、温度レジスタ320は除去され、そして温度センサ318のディジタル出力はメモリコントローラ210に直接にフィードバックされる。結局温度センサ318はアナログ出力で設計され、このアナログ出力はメモリコントローラ210にフィードバックされる前にディジタル形式に変換される。メモリコントローラ210内のシステムクロック324もまたメモリ208の温度に基づいて変えられる。温度が下がるほど、最適性能はシステムクロック324の速度を増加させることによって維持させる。温度が増大する時には、パワーを節約するためにシステムクロック324はスローダウンされる。ある実施形態では、復号器322はリフレッシュレートを調節するために使用された同じ符号化フィードバックに基づいてシステムクロック324の速度を調節する。他の実施形態では、メモリ208内の別個の温度レジスタ(図示せず)がシステムクロックレートを調節するために必要となる。別々の温度レジスタへの代案として、符号化フィードバックビット数を増加させることによるリフレッシュレートおよびシステムクロックレートの両者に関する符号化の変更のために、単一の温度レジスタが使用される。このアプローチの一例は“011000”から“100111”までの符号化フィードバックの一部分について下表2に示される。この例では、4つの最上位ビットはリフレッシュクロック312を調節するために復号器322によって使用され、そして全6ビットはシステムクロックレートを調節するために使用される。システムクロックのための符号化フィードバックは、製造業者によって指定された公称クロックレートにメモリコントローラ210によって適用されるクロックレート乗数を表す。あるいは、クロックレート乗数は任意の基本レートに適用されることができ、または符号化フィードバックは一連の特別のクロックレートを表す。
Figure 2008505429
種々の例となる論理ブロック、モジュール、回路、素子は汎用プロセッサで実施または実行され、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブルロジックコンポーネント、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいはそれらの任意の組合わせはこの中に記述された機能を実行するように設計される。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、しかし代替案では、プロセッサは従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた計算機用コンポーネント、例えば、DSPとマイクロプロセッサの組合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアとともに1つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成であってもよい。
この中に開示された実施形態に関して記述された方法またはアルゴリズムはハードウェアで、プロセッサによって実行されたソフトウェアモジュールで、あるいはこの2つの組合わせで直接具体化される。ソフトウェアモジュールはRAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ,EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、着脱可能形ディスク、CD−ROM、あるいはこの分野において既知の任意の他の形式の蓄積媒体に属してもよい。蓄積媒体はプロセッサがこの蓄積媒体から情報を読み取ることができ、それに情報を書き込むことができるように、プロセッサに連結されてもよい。代替案では、蓄積媒体はプロセッサに一体化される。
開示された実施形態の前の説明はこの分野の任意の技術者に本発明を製造または使用することを可能とするように提供された。これらの実施形態への種々の変更はこの分野の技術者にはたやすく明白であるだろうし、そしてこの中に定義された包括的な原理はこの発明の精神及び範囲から逸脱すること無しに他の実施形態に適用されてもよい。従って、本発明はこの中に示された実施形態に制限されるつもりはなく、しかしクレームと矛盾のない完全な範囲と一致されるべきであり、ここにおいて単数性におけるエレメントは明確にそう述べられていなければ“1つおよび唯一”を意味することを意図せず、しかしむしろ“1つまたはそれ以上”を意味する。この分野の通常の技術者に知られているかまたは後で知られるようになる、この開示の全体を通して記述された構造的および機能的等価物は引用によってこの中に明確に組み込まれ、そしてクレームに含まれることを意味する。さらに、この中に開示されなかったことは、そのような開示がクレームに明白に記載されているかどうかに関係なく、公共に供されることを意図しない。もし構成要素がフレーズ“のための手段”を使用して明確に記載されるか、あるいは、方法のクレームの場合には、構成要素がフレーズ“のためのステップ”を使用して記載されなければ、いかなるクレームの構成要素も35U.S.C.§112、6節、の規定の下で解釈されるべきではない。
電気通信システム内で動作している無線通信装置の一例を示す概念ブロック図。 無線通信装置の一例を示す概念ブロック図。 メモリコントローラおよびメモリの一例を示す概念ブロック図。
符号の説明
208…メモリ、210…メモリコントローラ、302…アドレスキュー、304…タイミング発生器、306,322…復号器、308…ストローブ発生器、309…メモリロケーション、310…データバッファ、312…リフレッシュクロック、314…リフレッシュアドレスカウンタ、316…アドレス、318…温度センサ、320…温度レジスタ、324…システムクロック。

Claims (31)

  1. メモリと、
    前記メモリの温度を測定するように構成された温度センサと、
    前記メモリをリフレッシュレートでリフレッシュするように構成されたメモリコントローラとを具備し、前記リフレッシュレートは前記温度センサによって測定された前記温度の関数として制御されるメモリシステム。
  2. 前記メモリコントローラはクロックレートを有するシステムクロックをさらに具備し、前記クロックレートは前記温度センサによって測定された前記温度の関数として制御される請求項1記載のメモリシステム。
  3. 前記メモリは前記温度センサを含む請求項1記載のメモリシステム。
  4. 前記メモリは前記温度センサによって測定された前記温度を符号化するように構成された温度レジスタを含み、前記リフレッシュレートは前記符号化された温度の関数として制御される請求項1記載のメモリシステム。
  5. 前記符号化された温度は複数のリフレッシュレート乗数を具備する請求項4記載のメモリシステム。
  6. 前記メモリコントローラはさらに前記リフレッシュレートを前記温度レジスタから受信された前記リフレッシュレート乗数と基本リフレッシュレートとの積に等しくするために調節するように構成される請求項5記載のメモリシステム。
  7. 前記リフレッシュレート乗数は前記基本リフレッシュレートの少なくとも(1/4)倍から前記基本リフレッシュレートの少なくとも4倍である請求項6記載のメモリシステム。
  8. 符号化された温度はさらに前記温度センサによって測定された無効温度を示す符号をさらに含む請求項5記載のメモリシステム。
  9. 複数のメモリロケーションと、
    前記メモリの温度に相当する符号化された出力を供給するように構成された温度レジスタとを具備し、
    前記符号化された出力は前記メモリロケーションの前記リフレッシュレートを制御するために外部資源によって使用可能な情報を具備するメモリ。
  10. 前記メモリの前記温度を測定するように構成された温度センサをさらに具備する請求項9記載のメモリ。
  11. 前記符号化された出力は複数のリフレッシュレート乗数を具備する請求項9記載のメモリ。
  12. 前記リフレッシュレート乗数は基本リフレッシュレートの少なくとも(1/4)倍から前記基本リフレッシュレートの少なくとも4倍である請求項11記載のメモリ。
  13. 符号化された出力は前記温度センサによって測定された無効温度を示す符号をさらに含む請求項11記載のメモリ。
  14. メモリをリフレッシュレートでリフレッシュするように構成されたメモリコントローラにおいて、
    前記メモリの温度に関連する制御信号を受信し、前記メモリの前記リフレッシュレートを前記制御信号の関数として制御するように構成されたリフレッシュクロックを具備するメモリコントローラ。
  15. クロックレートを有するシステムクロックをさらに具備し、前記システムクロックは第2の制御信号を受信するように構成され、前記第2の制御信号は前記システムクロックのクロックレートを制御する請求項14記載のメモリコントローラ。
  16. 前記メモリから受信された符号化された温度情報から前記制御信号を発生するように構成された復号器をさらに具備する請求項14記載のメモリコントローラ。
  17. 前記符号化された温度情報は複数のリフレッシュレート乗数の任意の1つを具備する請求項16記載のメモリコントローラ。
  18. 前記リフレッシュクロックは前記リフレッシュレートを前記メモリから受信された前記リフレッシュレート乗数の任意の1つと基本リフレッシュレートとの積に等しくするために調節するようにさらに構成される請求項17記載のメモリコントローラ。
  19. リフレッシュレートでメモリをリフレッシュする方法において、
    前記メモリの温度を測定し、
    メモリコントローラからの前記メモリの前記リフレッシュレートを前記測定された温度の関数として制御する方法。
  20. 前記メモリコントローラはクロックレートを有するシステムクロックをさらに具備し、
    前記方法は前記クロックレートを前記測定された温度の関数として制御することをさらに具備する請求項19記載の方法。
  21. 前記測定された温度を符号化し、前記符号化された温度を前記メモリコントローラに供給することをさらに具備し、前記メモリの前記リフレッシュレートは前記符号化された温度の関数として制御される請求項19記載の方法。
  22. 前記符号化された温度はリフレッシュレート乗数を具備する請求項21記載の方法。
  23. 前記リフレッシュレートは前記温度レジスタから受信された前記リフレッシュレート乗数と基本リフレッシュレートとの前記積に等しいように前記メモリコントローラによって制御される請求項22記載の方法。
  24. 前記温度は温度センサで測定され、前記符号化された温度は前記温度センサによって測定された無効温度を示す符号を具備する請求項21記載の方法。
  25. メモリと、
    前記メモリの温度を測定するための手段と、
    前記メモリをリフレッシュレートでリフレッシュするための手段とを具備し、前記リフレッシュレートは前記測定された温度の関数として制御されるメモリシステム。
  26. 前記メモリをリフレッシュするための手段はクロックレートを有するシステムクロックを具備し、前記クロックレートは前記測定された前記温度の関数として制御される請求項25記載のメモリシステム。
  27. 前記メモリは前記測定された温度を符号化するための手段を含み、前記リフレッシュレートは前記符号化された温度の関数として制御される請求項25記載のメモリシステム。
  28. 前記符号化された温度は複数のリフレッシュレート乗数の任意の1つを具備する請求項27記載のメモリシステム。
  29. 前記メモリをリフレッシュするための手段は、前記リフレッシュレートを前記メモリから受信された前記リフレッシュレート乗数の前記任意の1つと基本リフレッシュレートとの積に等しくするために調節するようにさらに構成される請求項28記載のメモリシステム。
  30. 前記リフレッシュレート乗数は前記基本リフレッシュレートの少なくとも(1/4)倍から前記基本リフレッシュレートの少なくとも4倍である請求項29記載のメモリシステム。
  31. 符号化された温度は無効温度を示す符号をさらに具備する請求項28記載のメモリシステム。
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