JP2009009702A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速なランダムアクセスを実現しながら、内部で自動的に且つ効率的にリフレッシュ動作を行って、見掛け上はリフレッシュ動作が不要な半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】外部からメモリセルに対する読み出し動作又は書き込む動作を指示する外部コマンド/RE、/WTの入力がない場合にはAND回路201の出力信号は活性化される。AND回路202は、前記AND回路201の出力信号と、内部で独自にリフレッシュ動作が可能であることを示す内部リフレッシュ信号INTREFとの論理積を取る。AND回路202の出力信号REFENが自動リフレッシュ動作の基準信号となる。従って、リフレッシュ動作は、外部コマンドの空き時間を利用して自動的に行われ、外部コマンドの入力によって停止する。
【選択図】図14
【解決手段】外部からメモリセルに対する読み出し動作又は書き込む動作を指示する外部コマンド/RE、/WTの入力がない場合にはAND回路201の出力信号は活性化される。AND回路202は、前記AND回路201の出力信号と、内部で独自にリフレッシュ動作が可能であることを示す内部リフレッシュ信号INTREFとの論理積を取る。AND回路202の出力信号REFENが自動リフレッシュ動作の基準信号となる。従って、リフレッシュ動作は、外部コマンドの空き時間を利用して自動的に行われ、外部コマンドの入力によって停止する。
【選択図】図14
Description
本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ等の半導体記憶装置に関する。
従来より、半導体記憶装置、特にDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)では、ある一定期間を過ぎると、メモリセル内のデータが破壊される性質がある。これを防ぐためにリフレッシュ動作が必要である。このリフレッシュ動作を定期的に行うために、DRAMを使用するシステムでは、リフレッシュ動作を制御する必要があり、このため、リフレッシュ動作が不要な半導体記憶装置に比べて扱い難いという問題がある。
以下、従来の半導体記憶装置について説明する。図25は従来の半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。同図において、3は外部アドレスを取り込むアドレスバッファ、4は外部アドレスのロウ系のアドレスをデコードするロウデコーダ、5は外部アドレスのカラム系のアドレスをデコードするカラムデコーダ、6はメモリセルのデータを増幅するセンスアンプ、7は入出力データを処理する入出力バッファ、8はリフレッシュ動作が必要なメモリセルで構成されたメモリセルアレイ、9はロウアドレスをデコードするのに必要な数のカウンタを備え、リフレッシュ時にリフレッシュイネーブル信号を受けてロウアドレスをカウントして行くリフレッシュカウンタ、10は外部コマンドをデコードして前記リフレッシュイネーブル信号を発生するコマンドデコーダである。
以上のように構成された従来の半導体記憶装置では、リフレッシュ動作時には、リフレッシュコマンド/REFが入力される。コマンドデコーダ10がリフレッシュコマンド/REFをデコードしてリフレッシュイネーブル信号を出力すると、リフレッシュカウンタ9がカウントを行い、これにより、対応するロウアドレスが内部で発生し、ロウデコーダ4で選択されたメモリセルがリフレッシュされる。この動作を、所定のリフレッシュサイクル内に所定の回数だけ行う必要がある。
しかしながら、前記従来の構成では、リフレッシュに対する仕様を満たすためのリフレッシュ制御回路がDRAM外部のシステム側に必要である。また、リフレッシュ動作をしている間は、DRAMに外部からアクセスできないため、システムからDRAMへのアクセスを制限していた。このように、システムに対してリフレッシュ制御回路を追加したり、アクセスを制限することは、DRAMを他のリフレッシュが不要な半導体記憶装置と比べて扱い難いものであった。
一方、例えば特開平9−190689に開示されるように、メモリセル内に2つのトランジスタを設けて、1つのトランジスタはリフレッシュ専用ポートとすることにより、見掛け上はリフレッシュ動作のいらないDRAMを実現したものが提案されている。しかしながら、前記のものでは、1つのトランジスタと1つのキャパシタで構成されたメモリセルを持つ通常のDRAMと比較して、チップ面積が約2倍になるにも拘わらず、動作周波数は変わらないため、有効であるとは言えない。
本発明は前記従来の問題点を解決するものであり、その目的は、高速なランダムアクセスを実現しつつ、見掛け上リフレッシュ動作が不要でリフレッシュ制御回路をシステムに設けることの必要がない半導体記憶装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明では、半導体記憶装置に外部コマンドの入力がなければ、自動的にリフレッシュ動作を開始するように構成する。
即ち、請求項1記載の本発明の半導体記憶装置は、複数のメモリセルを持つメモリセルアレイと、外部から前記メモリセルに対するアクセスを要求するコマンドの入力の有無を検出するコマンド検出手段と、前記コマンド検出手段により前記コマンドの入力無しが検出されたとき、前記メモリセルのリフレッシュ動作を自動で行う自動リフレッシュ手段とを備え、前記メモリセルに対するアクセス動作および前記自動リフレッシュ動作は外部クロックに同期して行われ、前記自動リフレッシュ手段は、リフレッシュカウンタと、リフレッシュサイクルを計測するリフレッシュタイマと、前記リフレッシュタイマで発生するタイマ期間の始まり毎に活性化され、前記リフレッシュカウンタが一周したことを示す制御信号によって非活性となる信号と、前記コマンド検出手段で自動リフレッシュを行うための制御信号との論理積を生成する制御回路を有し、前記制御回路の出力信号は前記リフレッシュカウンタの制御信号となることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、前記請求項1記載の半導体記憶装置において、1系統の入出力ポートを備え、前記メモリセルアレイは、1個のメモリセル毎に2個のトランジスタを有して信号伝達経路を2系統備え、前記各系統は、各々、アドレスラッチ回路を有し、前記自動リフレッシュ手段は更に、リフレッシュ動作時に一方のアドレスラッチ回路にラッチされたリフレッシュアドレスと、前記リフレッシュ動作の直前に他方のアドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスとを比較する比較器を備えて、前記両アドレスが一致する場合には、前記リフレッシュアドレスのメモリセルに対するリフレッシュ動作は行わないことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記請求項1記載の半導体記憶装置において、前記自動リフレッシュ手段は更に、メモリセルに対してアクセスするノーマル動作時に外部から入力される外部アドレスをラッチするアドレスラッチ回路と、リフレッシュ動作時に、リフレッシュアドレスを、このリフレッシュ動作の直前に前記アドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスと比較する比較器とを有し、前記両アドレスが一致する場合には、前記リフレッシュアドレスのメモリセルに対するリフレッシュ動作は行わないことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、前記請求項3記載の半導体記憶装置において、前記アドレスラッチ回路及び比較器は複数備えられ、リフレッシュ動作時に、前記リフレッシュアドレスを前記各アドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスと比較することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、前記請求項2又は請求項3記載の半導体記憶装置において、前記自動リフレッシュ手段は、前記リフレッシュアドレスと前記アドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスとが一致する場合には、リフレッシュアドレスを更新することを特徴とする。
以上により、請求項1記載の発明では、外部からメモリセルにアクセスがない空き時間を使用してメモリセルのリフレッシュ動作が行われるので、システム側にリフレッシュ動作に対する考慮を必要とせず、リフレッシュ制御用の制御回路が不要になる。従って、SRAMと同様の扱い易さを実現することができる。
加えて、リフレッシュ動作が必要な回数以上された場合には、システムとの空き時間が生じても、それ以上の不要なリフレッシュ動作をしないので、必要以上のリフレッシュ電流を減らして、消費電流を有効に削減できる。
更に、請求項2ないし請求項5の発明では、リフレッシュ動作時のリフレッシュアドレスが、その直前にアクセスされたメモリセルのアドレスと比較され、この両者が一致する場合には、このリフレッシュアドレスのメモリセルに対するリフレッシュ動作は停止する。即ち、データの書き込み動作や読み出し動作時においてアクセスされたアドレスは、リフレッシュ動作されたアドレスと見なすことができるので、リフレッシュ回数を減らして、全体の消費電流を削減できる。書き込み動作又は読み出し動作時にアクセスされたアドレスを常時ラッチするアドレスラッチ回路を複数設ければ、アドレスヒット率が向上し、より一層に消費電流の削減が可能である。
以上説明したように、請求項1記載の発明の半導体記憶装置によれば、外部からメモリセルにアクセスがない空き時間を利用してメモリセルのリフレッシュ動作を行ったので、システム側にリフレッシュ制御用の制御回路を不要として、高速ランダムアクセスを実現しながら効率的にリフレッシュ動作を行うことができる。
加えて、リフレッシュ動作が必要な回数以上された場合には、それ以上の不要なリフレッシュ動作を行わないので、必要以上のリフレッシュ電流を減らして、消費電流を有効に削減できる。
更に、請求項2ないし請求項5の発明の半導体記憶装置によれば、データの書き込み動作や読み出し動作時においてアクセスされたアドレスは、リフレッシュ動作されたアドレスと見なして、リフレッシュ動作を行わないので、リフレッシュ回数を低減できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明は、サイクル時間とアクセス時間が同等にできる半導体記憶装置について適用すると、特に有効である。そのような半導体記憶装置の一例として、図2に示す2つのトランジスタと1つのキャパシタとで構成されたメモリセルを持つ半導体記憶装置を用い、この半導体記憶装置に対して本発明を適用する場合を説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態における半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。
図1は本発明の第1の実施の形態における半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。
同図は、外部クロックに同期して動作する半導体記憶装置を示す。同図の半導体記憶装置において、1は内部でリフレッシュ動作を行う際の制御を行うリフレッシュ制御回路(自動リフレッシュ手段)、2は入力された外部コマンド(リード命令/RE及びライト命令/WT)をデコードして、リフレッシュイネーブル信号REFENを発生するコマンド制御回路(コマンド検出手段)であって、その内部には図3に示す回路を含んでいる。図3に示すコマンド制御回路2において、201はデータの読み出しや書き込みを行うための外部コマンド/RE、/WTの双方が入力されていない際(例えば、NOPコマンドが入力される際)に活性化されるAND回路である。
また、同図において、3は外部から入力されるアドレス(以下、外部アドレスという)を取り込んでラッチするアドレスバッファ、4は前記外部アドレスに含まれるロウアドレスをデコードするロウデコーダ、5は前記外部アドレスに含まれるカラムアドレスをデコードするカラムデコーダ、6はメモリセルのデータを増幅するためのセンスアンプ、7はデータを入出力する入出力バッファ、8はメモリセルアレイであって、図2にその一部を例示すように、リフレッシュ動作が必要なメモリセルにより構成される。
前記図2のメモリセルアレイ8において、31はメモリセル、11、21は1つのメモリセル31に対して設けられた2個のメモリセルトランジスタであって、各々独立して制御される。12、22は前記メモリセルトランジスタ11、21を各々制御するワード線、13、23は1つのメモリセル31からのデータを各々の経路で読み書きするための独立したビット線である。図2のメモリセルアレイ8では、一方のワード線12及びビット線13を持つ信号伝達経路と、他方のワード線22及びビット線23を持つ信号伝達経路との2系統を持つ。
前記図1のリフレッシュ制御回路1は、前記コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENを受けて活性化されて、リフレッシュすべきメモリセルのロウアドレスをロウデコーダ4に出力する。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、リフレッシュ動作について図5を参照しながら説明する。
図2に示したメモリセルアレイ8を備えた半導体記憶装置では、1個のメモリセルに対して信号伝達経路を2系統持つので、その各系統別に1サイクルの前半でビット線のプリチャージを行い、その後半でデータの読み出し又は書き込みを行うが、一方の系統でのデータの読み出し又は書き込み時には、他方の系統でビット線のプリチャージを同時に行うことが可能である。従って、アクセス時間とサイクル時間とを同等にできるため、外部クロックCLKに対して、外部コマンドCommandは1サイクルごとに入力可能である。従って、このような半導体記憶装置においては、読み出し動作や書き込み動作を行わない場合にリフレッシュ動作を能率良く行うことができる。
図5のタイミングチャートにおいて、先ず、外部クロックCLKの1クロック目で外部コマンドCommandが入力されると、通常の読み出し動作が行われる。この時、先ず、コマンド制御回路2からのREAD動作実行命令により、アドレスバッファ3に入力された外部アドレスに含まれるロウアドレスがロウデコーダ4に、カラムアドレスがカラムデコーダ5に入力される。これにより、対応する一方のワード線及びビット線(例えば12、13)が選択されて、対応するメモリセルアレイ8内のメモリセルのデータが読み出され、センスアンプ6で増幅される。その後、前記増幅されたデータは、データバスを通じて入出力バッファ7に読み出され、外部クロックCLKの2クロック目に同期して出力される。その読み出し動作と並行して、メモリセルへのリストアとプリチャージ動作とが行われる。
次に、外部クロックCLKの2クロック目では、外部コマンドの入力がない。この場合、図3に示すコマンド制御回路2内のAND回路201により、リフレッシュ動作を実行させるリフレッシュイネーブル信号REFENが活性化される。リフレッシュ制御回路1は、このイネーブル信号REFENを受けて活性化されて、リフレッシュすべきメモリセルのロウアドレスを出力する。前記ロウアドレスはロウデコーダ4でデコードされ、メモリセルアレイ8内の対応するメモリセルが選択されて、その選択されたメモリセルのデータが他方のビット線(例えば23)に読み出され、センスアンプ6で増幅される。リフレッシュ動作であるので、入出力バッファ7に読み出されることはないが、読み出し動作時と同様に、メモリセルへのリストア及びプリチャージ動作が行われる。
同様に、外部クロックCLKの3クロック目でも、外部コマンドの入力がない。従って、今度はビット線13側に繋がるポートを使用して、対応するメモリセルがリフレッシュされる。
最後に、外部クロックCLKの4クロック目では、外部コマンドCommandが入力される。これにより、リフレッシュイネーブル信号REFENが非活性化状態になる。その結果、リフレッシュ動作は中止されて、通常の書き込み動作が行われる。
以上説明したように、外部コマンドの空き時間を検知してリフレッシュ動作を行うので、システム側では、外部コマンドとしてリフレッシュコマンドを持つ必要がない。換言すれば、リフレッシュ動作を制御するための回路をシステム側が備える必要がない。従って、リフレッシュを必要としない半導体記憶装置、例えばSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)と同等の扱い易さを実現できる。
更に、リフレッシュの開始及び中止は、ランダムアクセスを妨げることなく実行できるので、高速アクセスを実現できる。例えば、16MビットDRAMの場合には、リフレッシュサイクルは2048回/32msであるので、サイクルタイムを100nsとすれば、リフレッシュサイクル時間の0.64%だけをリフレッシュ動作に割り当てれば良い。従って、全有効アクセス時間の約1%以下の空き時間を考慮するだけで、SRAM並みに使い易く、且つ高速で低コストな半導体記憶装置を提供することができる。
尚、以上の説明では、外部クロックに同期して動作する半導体記憶装置について説明したが、同期式ではない半導体記憶装置について本発明を適用しても良いのは言うまでもない。また、システムの空き時間を検知する回路として、外部コマンド/REと/WTとの論理積をとるAND回路201を設けたが、その他、外部コマンドの入力がないことを検知できるコマンドを使用した論理回路を用いても良いのは勿論である。
更に、本実施の形態では、メモリセルアレイ8の構成として、図2に示したように、1個のメモリセル31に2個のトランジスタ11、21が接続された構成を採用したが、本発明は、その他、通常のように1個のメモリセルに1個のトランジスタが接続された構成を採用しても良いのは勿論である。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、外部コマンドの入力がない空き時間に行うリフレッシュ動作を外部クロックに同期させる場合に、リフレッシュの仕様周波数が動作周波数よりも高い又は低いときにも、リフレッシュを適切な周期で行うようにしたものである。
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、外部コマンドの入力がない空き時間に行うリフレッシュ動作を外部クロックに同期させる場合に、リフレッシュの仕様周波数が動作周波数よりも高い又は低いときにも、リフレッシュを適切な周期で行うようにしたものである。
図4は、本発明の第2の実施の形態における半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。同図において、101は外部クロックCLKの周波数を検知する周波数検知回路、102は前記周波数検知回路101の出力及び前記コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENを受ける切り換え制御回路であって、周波数検知回路101の出力の内容が外部クロックCLKの周波数がリフレッシュの仕様周波数よりも高いことを示す場合には、前記コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENを、この信号の受信回数をカウントするリフレッシュカウンタ104に出力し、一方、外部クロックCLKの周波数がリフレッシュの仕様周波数よりも低い場合には、前記コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENをリフレッシュイネーブルコントロール回路103に出力する。このコントロール回路103は、図6に示すように、内部で独自にリフレッシュ仕様を満たす内部クロックICLK for Refresh(同図では外部クロックCLKの2倍周波数の内部クロックICLK for Refresh )を発生すると共に、前記切り換え制御回路102からのリフレッシュイネーブル信号REFENを受けた時には、その時の内部クロックICLK for Refreshと外部クロックCLKとの論理積を取って、外部クロックCLKの立ち上がり期間のみで内部クロックICLK for Refreshを有効にして、この有効な内部クロックICLK for Refreshを、内部で発生させるリフレッシュイネーブル信号REFEN’としている。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、そのリフレッシュ動作を図5及び図6を参照しながら説明する。
外部クロックCLKに同期して動作する半導体記憶装置では、図6に示すように、リフレッシュ動作が外部CLKに同期して内部で自動的に開始及び停止する。周波数検知回路101が外部クロックCLKの周波数を検知し、動作周波数がリフレッシュの仕様周波数に対して高い場合には、切り換え制御回路102は、コマンド制御回路2で発生したリフレッシュイネーブル信号REFENをそのままリフレッシュカウンタ104に伝達する。これより、前記図5に示すように、外部CLKの1サイクルに対して1回のリフレッシュを行われる。
一方、動作周波数がリフレッシュの仕様周波数に対して低い場合には、切り換え制御回路102は、コマンド制御回路2で発生したリフレッシュイネーブル信号REFENをリフレッシュイネーブルコントロール回路103に出力する。前記リフレッシュイネーブルコントロール回路103は、リフレッシュの仕様周波数を満たしたリフレッシュイネーブル信号REFEN’、即ち、図6では外部クロックCLKの1サイクル内に2回のリフレッシュイネーブル信号REFEN’を発生し、この信号REFEN’をリフレッシュカウンタ104に転送する。従って、動作周波数がリフレッシュの仕様周波数よりも低い場合であっても、リフレッシュの仕様周波数を満たしたリフレッシュ動作を繰り返し行うことが可能である。
従って、本実施の形態によれば、外部クロックCLKに同期してリフレッシュ動作が規定されているので、外部コマンドの入力と内部リフレッシュ動作とのタイミングを考慮する必要がなく、タイミング検知回路を必要としないので、チップ面積を小さくできる。また、内部でリフレッシュクロックICLK for Refreshを持ち、動作周波数が低周波数帯であっても周波数の高いリフレッシュ動作を可能にできるので、低動作周波数帯でリフレッシュの仕様を満たさなくなることを防止できる。
尚、本実施の形態では、動作周波数が低い場合に、外部クロックCLKのHIGH期間におけるリフレッシュ用クロックICLK for Refreshをリフレッシュイネーブル信号REFEN’としたが、本発明はこれに限定されず、外部コマンドの入力と通常のリフレッシュ動作とが重ならない期間で更にリフレッシュ動作を行うようにする制御でも良い。
また、本実施の形態では、動作周波数が高い場合には、外部クロックCLKの1サイクル内に1回リフレッシュ動作を行ったが、消費電流を抑えるために、外部クロックCLKの2分周、4分周など、リフレッシュ周期を長くした制御でも良いのは勿論である。
更に、本実施の形態の変形例として次の構成が考えられる。即ち、例えば、図4の周波数検知回路101内に、一定期間外部コマンドの入力がないことを検知する回路を設けて、一定期間外部コマンドの入力がない場合には、切り換え制御回路102がリフレッシュイネーブルコントロール回路103を選択するようにする。そして、リフレッシュイネーブルコントロール回路103は、動作周波数がリフレッシュの仕様周波数よりも低い場合は、既述した制御を行う。しかし、動作周波数がリフレッシュの仕様周波数よりも高い場合には、リフレッシュ用クロックICLK for RefreshがHIGH期間で且つ外部クロックCLKの立ち上る毎にリフレッシュイネーブル信号を内部で発生すれば、リフレッシュイネーブル信号の発生回数を適切にできる。このように一定期間外部コマンドの入力がないことを検知してリフレッシュサイクルを変更すれば、チップの長期のスタンバイ状態では、高い動作周波数の下でのリフレッシュ回数を減らすことができ、消費電流を十分抑えることができる。更に、外部コマンドが一定期間以上ないスタンバイ状態においてリフレッシュ動作に移行する場合にも、特別な外部コマンドを設ける必要がなく、自動的に回数の少ないリフレッシュ動作に移行することができる。
(第3の実施の形態)
続いて、本発明の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態は、外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
続いて、本発明の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態は、外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
図7は、本発明の第3の実施の形態を示す。本実施の形態の半導体記憶装置の主要構成は、図1に示したブロック図と同一であるが、図1のリフレッシュ制御回路1が図7のリフレッシュ制御回路1Aに変更される。このリフレッシュ制御回路1Aにおいて、104はリフレッシュカウンタ、105、106は、各々、ノーマル動作時及びリフレッシュ動作時に外部アドレス及びリフレッシュアドレスをラッチするアドレスラッチ回路、107、108はリフレッシュ動作時に各々アドレスラッチ回路105、106にラッチされたアドレス同士を比較する比較器、109、110は前記比較器107、108の比較結果の情報を受けて、図1のロウデコーダ4に信号を伝達するAND回路である。ここで、アドレスラッチ回路105、106、比較器107、108及びAND回路109、110が各々2つ存在するのは、第1の実施の形態で言及した図2の2個のトランジスタ11、21を持つメモリセル31の構成のためである。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、そのリフレッシュ動作時の制御を図8に示すタイミングチャートに沿って説明する。
リフレッシュ動作が開始すると、コマンド制御回路2からリフレッシュイネーブル信号REFENが発生し、その発生回数がリフレッシュカウンタ104でカウントされる。これを受けて、リフレッシュカウンタ104が出力するリフレッシュアドレスは、一方のアドレスラッチ回路(例えば106)にラッチされる。この時、他方のアドレスラッチ回路105は、その直前の外部クロックCLKで入力された外部アドレスをラッチしている。
その後、アドレスラッチ回路105にラッチされた外部アドレスと、アドレスラッチ回路106にラッチされたリフレッシュアドレスとが比較器108に入力される。この比較器108は、リフレッシュイネーブル信号REFENにより活性化されていて、前記入力された2つのアドレスの比較を行う。この時、2つのアドレスが一致する、即ち、リフレッシュアドレスが前記直前の外部クロックCLKで入力された外部アドレスと一致する場合には、比較器108からLOW信号が出力されて、AND回路110が非活性状態となり、前記直前の外部クロックCLKで入力された外部アドレスのメモリセル(直前に書き込み又は読み出しされたデータのメモリセル)に対するリフレッシュ動作が中止される。一方、2つのアドレスが一致しなければ、比較器108はHIGH信号を出力し、アドレスラッチ回路106から出力されたリフレッシュアドレスをロウデコーダ4に伝達し、該当アドレスのリフレッシュ動作を行う。
前記リフレッシュ動作が行われると、その後、次に該当するリフレッシュアドレスが今度は他方のアドレスラッチ回路105にラッチされ、前サイクルと同様に比較器107で比較されるが、アドレスラッチ回路106にラッチされているリフレッシュアドレスと一致することはない。従って、前記リフレッシュアドレスがAND回路109を通じてロウデコーダ4に伝達されて、リフレッシュが行われる。
以上のように、リフレッシュ動作時のリフレッシュアドレスをその直前に入力された外部アドレスと比較して、一致すれば、直前にアクセスされた外部アドレスのメモリセルはリフレッシュ不要であるので、1回のリフレッシュ動作を省略して、リフレッシュを必要な回数未満で済ませることが可能である。また、ノーマル動作時で使用するアドレスラッチ回路105、106をそのまま使用するので、チップ面積の増加を抑えることができる。更に、第2の実施の形態と組み合わせれば、リフレッシュ効率を更に上げることが可能である。
尚、本実施の形態では、リフレッシュ動作が連続したときにも、比較器107、108でアドレスの一致比較を行うが、リフレッシュ動作を2回以上行ったことを検知して、比較器107、108を非活性状態に制御して、ノーマル動作時と同様に、アドレス比較を行わずにロウデコーダ4に出力する制御でも良い。
(第4の実施の形態)
更に、本発明の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第3の実施の形態と同様に、リフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
更に、本発明の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第3の実施の形態と同様に、リフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
図9は本発明の第4の実施の形態を示す。同図の半導体記憶装置の主要構成は図1と同様であり、リフレッシュ制御回路1Bの内部構成が図1と異なる。図9において、104はリフレッシュカウンタ、105はノーマル動作時及びリフレッシュ動作時に外部アドレス及びリフレッシュアドレスをラッチするアドレスラッチ回路、111はノーマル動作時に入力される外部アドレスをラッチしておくラッチ回路、112は前記ラッチ回路105、111にラッチされたアドレス同士を比較する比較器、113は前記比較器112の比較結果の情報を受けて、前記図1のロウデコーダ4に信号を伝達するAND回路、114は外部クロックCLKに同期し且つ前記コマンド制御回路2のリフレッシュイネーブル信号REFENが活性化されている間は前記アドレスラッチ回路111のラッチ動作を制御する制御回路である。尚、図9では、アドレスラッチ回路105は便宜上1つのみ記載し、他を省略しているが、本来は図7に示すように2系統の伝達経路を有している。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、そのリフレッシュ動作時の制御を図10に示すタイミングチャートに沿って説明する。
リフレッシュ動作が開始すると、コマンド制御回路2からリフレッシュイネーブル信号REFENが発生し、その発生回数がリフレッシュカウンタ104でカウントされる。これを受けて、リフレッシュカウンタ104から出力されるリフレッシュアドレスは、アドレスラッチ回路105にラッチされる。この時、アドレスラッチ回路111には、その前の外部クロックCLKで入力された外部アドレスがラッチされている。
そして、前記外部アドレスとリフレッシュアドレスとが比較器112で比較され、同一アドレスであれば、AND回路113が非活性化されて、リフレッシュ動作を中止する。一方、異なるアドレスであれば、AND回路113が活性化されて、アドレスラッチ回路105のリフレッシュアドレスがロウデコーダ4に伝達され、対応するメモリセルがリフレッシュされる。そして、リフレッシュ動作が行われると、リフレッシュアドレスは、前記アドレスラッチ回路105と対になっている他方のアドレスラッチ回路にラッチされる。このとき、アドレスラッチ回路111には、以前の外部アドレスがラッチされたままであるので、前サイクルでアドレスが一致しなかった場合にも、続いてこのラッチされている外部アドレスとリフレッシュアドレスとのアドレス比較を行うことができる。
尚、本実施の形態では、外部アドレスラッチ用の1個のアドレスラッチ回路111と、1個の比較器112とを設けたが、図9のアドレスラッチ回路111と比較器112とを複数備えてもよい。この場合には、ノーマル動作時に外部アドレスが順次複数個のアドレスラッチ回路111にラッチされ、その後のリフレッシュ動作時に、リフレッシュアドレスを各々前記複数個のアドレスラッチ回路111の外部アドレスと各々比較器112で比較される。この場合のリフレッシュ動作は既述の通りである。
以上説明したように、リフレッシュの最中では、そのリフレッシュアドレスが、以前にアクセスされた外部アドレスと常に比較されるので、アドレスのヒット率を上げて、実際に行われるリフレッシュ動作を規定回数よりも更に減らすことが可能である。更に、アドレスラッチ回路111と比較器112とを複数備えれば、ヒット率がより一層高くなる。その最適な個数は、システムの用途とチップ面積の相関で決まる。
また、本実施の形態は、前記第3の実施の形態と同様に、第2の実施の形態と組み合わせれば、リフレッシュ効率を更に上げることが可能である。
(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第4の実施の形態に更に改良を加えたものである。
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第4の実施の形態に更に改良を加えたものである。
図11は本発明の第5の実施の形態を示し、図9のリフレッシュ制御回路1Bを変更したリフレッシュ制御回路1Cの内部構成を示すブロック図である。同図において、115は、コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENだけでなく、比較器112からの出力信号によってもカウントされるリフレッシュカウンタ、116は外部クロックCLK又は比較器112の出力信号を受けたときにアドレスラッチ回路105に新たなリフレッシュアドレスをラッチさせてリフレッシュアドレスを更新する制御回路である。その他の構成は、前記第4の実施の形態と同じ構成であるので、その説明を省略する。
以上のように構成された半導体記憶装置では、リフレッシュ動作時の制御は基本的に前記第4の実施の形態と同じである。異なる制御は、アドレスラッチ回路105にラッチされたリフレッシュアドレスと、アドレスラッチ回路111にラッチされた外部アドレスとが同一である場合には、図12のタイミングチャートに示すように、比較器112から出力される比較結果信号により、リフレッシュカウンタ115がカウントされて、制御回路116から出力される制御信号によりアドレスラッチ回路105が次のリフレッシュアドレスをラッチして、そのリフレッシュアドレスに対してリフレッシュ動作が行われる点である。この時、アドレスラッチ回路111との比較をする必要がないので、比較器112を非活性状態にして、リフレッシュアドレスをロウデコーダ4に直接伝える制御をしても構わない。
以上のように、リフレッシュアドレスと外部アドレスとが一致したことを検出した際には、次のリフレッシュアドレスに対してリフレッシュするので、リフレッシュサイクルを効率的に利用することができる。また、前記第2の実施の形態と組み合わせれば、リフレッシュ効率を更に上げることが可能である。
(第6の実施の形態)
続いて、本発明の第6の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第3及び第4の実施の形態と同様に、リフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
続いて、本発明の第6の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第3及び第4の実施の形態と同様に、リフレッシュ回数を本来必要な回数よりも少なくて済ませる技術に関する。
図13は本発明の第6の実施の形態を示し、図11のリフレッシュ制御回路1Cを変更したリフレッシュ制御回路1Dの内部構成を示すブロック図である。同図において、115はリフレッシュイネーブル信号だけでなく、比較器117からの比較結果の信号によってもカウントされるリフレッシュカウンタ、105はノーマル動作時に外部アドレスをラッチするアドレスラッチ回路、111はリフレッシュ動作時にリフレッシュアドレスをラッチするアドレスラッチ回路、114はコマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENを受けて活性化されるトライステートインバータ、117は前記アドレスラッチ回路105の外部アドレスと前記アドレスラッチ回路111のリフレッシュアドレスとを比較する比較器、118は前記アドレスラッチ回路111のリフレッシュアドレスを図1のロウデコーダ4に伝達するインバータ、119は前記コマンド制御回路2からのリフレッシュイネーブル信号REFENを受けた時、及び前記比較器117から比較結果の信号を受けた際にアドレスラッチ回路111に新たなリフレッシュアドレスをラッチさせる制御信号を発生する制御回路である。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、ノーマル動作時及びリフレッシュ動作時について説明する。
ノーマル動作時には、外部コマンドの入力時に外部アドレスがアドレスラッチ回路105にラッチされる。この以前にリフレッシュ動作が行われている場合には、アドレスラッチ回路111には、リフレッシュされた次のリフレッシュアドレスがラッチされている。そして、前記ラッチされた外部アドレスと、ラッチされているリフレッシュアドレスとが比較器117で比較される。この時、アドレスが不一致であれば、比較器117から出力される比較結果の信号は非活性状態になる。一方、アドレスが一致する場合には、比較器117から出力された比較結果の信号はリフレッシュカウンタ115に入力されて、次のリフレッシュアドレスがアドレスラッチ回路111にラッチされる。
同様に、次のノーマル動作時に入力された外部アドレスが、前記アドレスラッチ回路111にラッチされているアドレスと一致する場合には、前記と同様に、リフレッシュカウンタ115がカウントされて、アドレスラッチ回路111にその次のリフレッシュアドレスがラッチされる。
その後のリフレッシュ動作時には、コマンド制御回路2のリフレッシュイネーブル信号REFENが活性化されることにより、トライステートインバータ114が活性化されて、アドレスラッチ回路111にラッチされているリフレッシュアドレスがインバータ118を通じてロウデコーダ4へ伝達される。更に、次のリフレッシュ動作時には、前サイクルのリフレッシュ動作時にリフレッシュカウンタ115でカウントされた更にその次のリフレッシュアドレスが、トライステートインバータ114及びインバータ118を通じてロウデコーダ4へ伝達される。
以上のように、ノーマル動作時にアクセスされた外部アドレスを、次にリフレッシュするアドレスと比較するにより、リフレッシュアドレスのヒット率を更に上げることが可能である。更に、前記第3、第4、第5の実施の形態に示したように、リフレッシュ時にリフレッシュアドレスと外部アドレスとを比較する手段と組み合わせれば、より一層に有効である。
(第7の実施の形態)
次に、本発明の第7の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態のように外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ動作を集中して行う場合の技術に関する。
次に、本発明の第7の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態のように外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ動作を集中して行う場合の技術に関する。
図14は、本発明の第7の実施の形態を示す。本実施の形態の半導体記憶装置の全体構成は図1と同様であるが、図1のコマンド制御回路2が図14のコマンド制御回路2Aに変更される。図14のコマンド制御回路2Aにおいて、201はデータの読み出しや書き込みを行うための外部コマンドの反転信号/RE、/WTが入力されているときに活性化されるAND回路、202は内部で独自にリフレッシュ動作を可能にするための内部リフレッシュ信号INTREFと前記AND回路201のHi出力とにより活性化されるAND回路からなる。
リフレッシュ動作時には、外部コマンドの反転信号/RE、/WTが共に入力され、且つ内部で独自にリフレッシュ動作を可能にする信号INTREFが活性化された時に初めてAND回路202からリフレッシュイネーブル信号REFENが発生し、次段のリフレッシュ制御回路1へ伝達されて、リフレッシュ動作が行われることになる。
従って、外部コマンドの入力がないことと、内部で独自にリフレッシュ動作を可能にする内部リフレッシュ信号INTREFを発生する独自のリフレッシュ監視手段を持つこととにより、システム側が如何なる使用方法を採用しても、必要最小限のリフレッシュ動作を自動で行えることが可能になって、必要以上の消費電流を抑えることができる。前記リフレッシュ監視手段の具体的構成は後述する。
尚、本実施の形態では、コマンド制御回路2Aを具体的に2個のAND回路201、202を使って実現しているが、前記内容を満たす回路構成であれば、別の論理回路を使用して実現しても良いのは言うまでもない。
図15は、前記図14に示したコマンド制御回路2Aの具体的構成、及びリフレッシュ制御回路1Eの内部構成を示し、他の構成は前記第1の実施の形態の半導体記憶装置と同様である。
前記コマンド制御回路(制限手段)2Aにおいて、206は、設定リフレッシュサイクルを計測するリフレッシュタイマ、205は前記リフレッシュタイマ206のサイクル開始信号のみを取り出してセット信号SETとする制御回路、207は、リフレッシュ制御回路1E内に備えるリフレッシュカウンタ120のカウンタが1周して必要リフレッシュ回数をカウントしたことを受けて、リセット信号RESETとしてのパルスを発生するパルス制御回路、204は前記制御回路205からのセット信号SETを受けて内部リフレッシュ信号INTREFをセットし、前記パルス制御回路207からのリセット信号RESETを受けて内部リフレッシュ信号INTREFをリセットするラッチ回路、203は、前記図14のAND回路201のHi出力(同図では/RE*/WTと記した)と、前記ラッチ回路204からの内部リフレッシュ信号INTREFとを受けて、リフレッシュイネーブル信号REFENを出力するAND回路である。
また、図15のリフレッシュ制御回路(自動リフレッシュ手段)1Eにおいて、120は前記コマンド制御回路2AのAND回路203からのリフレッシュイネーブル信号REFENをカウントするリフレッシュカウンタであって、そのカウンタ値の情報は前記コマンド制御回路2Aのパルス制御回路207に入力される。121はリフレッシュアドレス比較制御回路であって、前記リフレッシュカウンタ120からのリフレッシュアドレスと、外部アドレスとを受け、この両アドレスを比較し、一致するときにするリフレッシュ動作を行わせない。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、ノーマル動作及びリフレッシュ動作について図16を参照しながら説明する。
先ず、外部クロックCLKのサイクル1では、リフレッシュタイマ206がタイマ動作を開始する。この開始信号は、制御回路205でラッチ回路204にセット信号SETを伝達し、内部リフレッシュ信号INTREFを活性化する。このとき、外部コマンドの反転信号/RE、/WTが共に入力されている場合には、外部コマンド信号/RE*/WTも活性化される。この2つの信号はAND回路203を活性化し、リフレッシュイネーブル信号REFENが活性化される。このリフレッシュイネーブル信号REFENはリフレッシュカウンタ120でカウントされ、対応するリフレッシュアドレスが出力されて、リフレッシュ動作が行われる。
次に、サイクル2においても、内部リフレッシュ信号INTREFはセットされたままであるので、前記と同様にリフレッシュカウンタ120をカウントして、次のリフレッシュアドレスに対応するメモリセルがリフレッシュされる。
次にサイクル3では、外部コマンドCommandが入力され、書き込み動作が行われる。このため、外部コマンド信号/RE*/WTは非活性状態になり、内部リフレッシュ信号INTREFはセットされたままではあるが、リフレッシュイネーブル信号REFENは非活性状態になる。これにより、リフレッシュ動作は中止される。次のサイクル4、5も同様に、外部コマンドCommandが入力されるために、リフレッシュ動作は中止されたままである。
次に、サイクル6において外部コマンドCommandの入力がないので、再びリフレッシュ動作が開始され、リフレッシュカウンタ120がカウントされて次のリフレッシュアドレスのメモリセルがリフレッシュされる。これがサイクルN+1まで続く。
次に、サイクルN+2では、リフレッシュ動作が同様に行われるが、リフレッシュカウンタ120が1周したために、その情報をパルス制御回路207がリセット信号RESETとしてラッチ回路204に伝達し、内部リフレッシュ信号INTREFがサイクル内でリセットされる。
その後、その次のサイクルでは、外部コマンドCommandは入力されないが、内部リフレッシュ信号INTREFがリセットされたままであるので、リフレッシュイネーブル信号REFENは発生せず、リフレッシュ動作は行われない。この状態が次のリフレッシュサイクルの開始まで続く。
サイクル17では、次のリフレッシュサイクルが始まり、即ちリフレッシュタイマ206がタイマ動作を開始して、前記サイクル1の場合と同じ制御が行われる。
従って、本実施の形態では、内部で独自にリフレッシュを監視する手段、具体的には、リフレッシュタイマ206の動作の開始でセットし、リフレッシュカウンタ120が1周、つまり全てのメモリセルをリフレッシュした信号を受けてリセットする監視手段を設けたので、リフレッシュ動作を必要最小限で抑えることができる。また、リフレッシュタイマ206がリフレッシュサイクルを規定しているので、リフレッシュ仕様を満たさない不具合が生じることはない。更に、システム側にとって、従来のリフレッシュ仕様内で外部コマンドを入力しない状態を仕様回数だけ挿入すればよいので、扱い易い有効な手段となる。尚、リフレッシュアドレス比較制御回路121に対して前記第2、第3、第4、第5及び第6の各実施の形態を組み合わせれば、より一層に効果が期待できる。
(第8の実施の形態)
次に、本発明の第8の実施の形態を説明する。本実施の形態は、リフレッシュタイマの動作により消費される電力の軽減に関する。
次に、本発明の第8の実施の形態を説明する。本実施の形態は、リフレッシュタイマの動作により消費される電力の軽減に関する。
図17は、本発明の第8の実施の形態における半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。同図において、301は前記図15及び図23に示したリフレッシュタイマ206、212を構成するリフレッシュタイマ回路ブロックであって、リフレッシュサイクルを規定する。302はラッチ回路(セット手段)であって、Timer enable信号を発生する。前記リフレッシュタイマ回路ブロック301は、前記Timer enable 信号を受けて初めて活性化する。前記ラッチ回路302は、RESET信号と、外部コマンド、例えばwrite コマンド(同図では、WTと表記している)を受けて、前記Timer enable信号を発生する。
次に、本実施の形態の半導体記憶装置のリフレッシュ動作を図20を参照しながら説明する。ラッチ回路302は、外部クロック信号CLKのサイクルAでRESET信号を受けてセットされる。次に、サイクルBでは、外部コマンドが入力されないためにTimer enable信号は出力されない。その後、サイクルCでは、外部コマンドwrite が入力されると、ラッチ回路302はこの外部コマンドwriteをラッチして、Timer enable信号を出力し、この時点で初めてリフレッシュタイマ回路ブロック301が活性化して動作を開始する。外部コマンドが一度ラッチされると、次のサイクルD、E、F、Gでの外部コマンドの入力の有無に拘わらず、Timer enable信号は発生し続ける。
本実施の形態では、外部コマンドが入力されて初めてリフレッシュタイマ回路ブロック301が活性化して動作を開始する。従って、電源投入時から最初の外部コマンドwrite の入力時まで、即ち、データのリフレッシュ動作が不要な期間はリフレッシュタイマ回路ブロック301の動作を停止させるので、消費電力を低減できる。
尚、ラッチ回路302に入力される信号は、外部コマンド信号そのものだけでなく、この外部コマンドに応じた制御信号でも良いのは勿論である。
(第9の実施の形態)
次に、本発明の第9の実施の形態を図18に基づいて説明する。本実施の形態は、集中リフレッシュを行う場合に、チップ内に備えるリフレッシュタイマでのリフレッシュ周期がチップ毎にばらつく場合の対策を示す。
次に、本発明の第9の実施の形態を図18に基づいて説明する。本実施の形態は、集中リフレッシュを行う場合に、チップ内に備えるリフレッシュタイマでのリフレッシュ周期がチップ毎にばらつく場合の対策を示す。
図18は、本実施の形態の半導体記憶装置の主要構成を示すブロック図である。同図において、303はリフレッシュ周期を計測するリフレッシュタイマであって、リフレッシュ周期を計測する毎に信号TCを発生する。304はカウンタであって、前記リフレッシュタイマ303がリフレッシュ周期を計測する毎に前記信号TCを受けてHレベルのカウントアップ信号CNT1を出力する。305はリフレッシュ回数をカウントするリフレッシュカウンタであって、予め設定された必要回数のリフレッシュが終了するとカウント終了信号CNT2を出力する。306は判定回路(リセット手段)であって、前記カウンタ304の出力信号CNT1と前記リフレッシュカウンタ305からのカウント終了信号CNT2とを受け、カウントアップ信号CNT1の受信中に前記カウント終了信号CNT2を受けた時、即ち、リフレッシュカウンタ305により必要回数のリフレッシュが終了する前に既にリフレッシュタイマ303がリフレッシュ周期を計測し終えている時に、信号CNT3を発生して、前記リフレッシュタイマ303及びカウンタ304をリセットする。
次に、本実施の形態の半導体記憶装置のリフレッシュ動作を図21を参照しながら説明する。図21において、外部クロックCLKのサイクルBでリフレッシュタイマ303が1リフレッシュ周期を計測すると、カウンタ304がカウントアップ信号CNT1を発生して維持し、判定回路306はこのカウントアップ信号CNT1を受信する。この時、同図では、リフレッシュカウンタ305は未だカウント終了信号CNT2を出力していず、必要回数のリフレッシュは終了していない。次のサイクルCでは、リフレッシュタイマ303が次のリフレッシュ周期を計測し始め、信号TCはリセットされる(Hレベルに戻る)。その後、サイクルHでリフレッシュカウンタ305がカウント出力信号CNT2を出力し、必要回数のリフレッシュが終了すると、判定回路306では、カウントアップ終了信号CNT1を受けた後にカウント終了信号CNT2を受けたこと、即ち、必要回数のリフレッシュが終了した時点では次のリフレッシュ周期に移行していると判断して、信号CNT3を発生し、リフレッシュタイマ303及びカウンタ304はリセットされる。その結果、残る回数のリフレッシュがサイクルC〜H間で行われると、次のサイクルIでは、リフレッシュタイマ303が新たにセットされて、次のリフレッシュ周期に移行していく。
従って、本実施の形態では、各チップに内蔵するリフレッシュタイマのリフレッシュ周期がばらつきにより所期周期よりも短くなった場合であっても、その所期周期でもって必要回数のリフレッシュを行うことが可能である。これにより、所定周期未満のリフレッシュ周期に起因するリフレッシュ不足によるデータ破壊を防止することができる。また、本実施の形態では、リフレッシュタイマ303のリフレッシュ周期内で必要回数のリフレッシュが行なわれた場合には、次のリフレッシュ周期に移行するまではリフレッシュを行わない機能は維持できる。
(第10の実施の形態)
続いて、本発明の第10の実施の形態を図19に基づいて説明する。本実施の形態は、前記第9の実施の形態と同様にチップ内に備えるリフレッシュタイマのリフレッシュ周期がチップ毎にばらつく場合に、必要回数のリフレッシュの終了時点に応じてリフレッシュタイマのリフレッシュ周期を調整できるようにしたものである。
続いて、本発明の第10の実施の形態を図19に基づいて説明する。本実施の形態は、前記第9の実施の形態と同様にチップ内に備えるリフレッシュタイマのリフレッシュ周期がチップ毎にばらつく場合に、必要回数のリフレッシュの終了時点に応じてリフレッシュタイマのリフレッシュ周期を調整できるようにしたものである。
図19において、カウンタ304、リフレッシュカウンタ305、及び判定回路306は前記図18と同一構成である。307はリフレッシュ周期の異なるn個のリフレッシュタイマ307i、307ii…307nを持つタイマ群、308はリフレッシュタイマ制御回路(周期変更手段)であって、前記判定回路306からの信号CNT3を受けてタイマ群307内の何れか1個のリフレッシュタイマを選択するように選択信号RTE1〜RTEnを発生する。309はタイマ信号制御回路であって、前記リフレッシュタイマ制御回路308で選択されたリフレッシュタイマの出力のみを信号TCとしてカウンタ304に出力する。
次に、本実施の形態の半導体記憶装置のリフレッシュ動作を図22を参照しながら説明する。最初はリフレッシュタイマ制御回路308が選択信号RTE1によりリフレッシュタイマ307iを選択していることを前提として説明する。
前記第9の実施の形態と同様に、外部クロックCLKのサイクルHでリフレッシュカウンタ305がカウント終了信号CNT2を出力し、必要回数のリフレッシュ動作を完了する前に、サイクルBでリフレッシュタイマ307iが1リフレッシュ周期を計測して信号TCを出力しており、サイクルCから次のリフレッシュ周期の計測が開始されている。サイクルHでカウント終了信号CNT2が出力されると、判定回路306が信号CNT3を出力し、カウンタ304がリセットされる。この時、リフレッシュタイマ制御回路308は、前記信号CNT3を受けて、出力する信号を制御信号RTE1から制御信号RTE2へ切り換え、リフレッシュタイマ307iよりも周期の長いリフレッシュタイマ307iiを選択する。同時に、タイマ信号制御回路309は、選択する対象をリフレッシュタイマ307iからリフレッシュタイマ307iiに切り換える。従って、その後にサイクルIで次のリフレッシュ周期に移行すると、サイクルNで次周期のリフレッシュが完了し、サイクルSでリフレッシュタイマ307iiが1リフレッシュ周期の計測を終了して信号TCを出力して、必要回数のリフレッシュがリフレッシュタイマ307iiの1周期内に完了する。尚、図22では、リフレッシュタイマ307iiを選択して最適なリフレッシュ周期が設定された場合を説明したが、リフレッシュタイマ307iiの1周期内に必要回数のリフレッシュを完了できなかった場合には、次に周期の長いリフレッシュタイマが選択されることが繰り返されるのは勿論である。
従って、本実施の形態によれば、リフレッシュタイマ307iの周期が所望のリフレッシュ周期よりも短い場合には、自動でリフレッシュ周期を延ばすことが可能であるので、最適なリフレッシュ周期を保証できる。また、タイマ周期を自動で変更できるので、メモリのデータ保持時間の実力に応じてリフレッシュ周期を変更すれば、より一層の低消費電力がチップ別に実現できる。
尚、本実施の形態では、周期の異なる複数個のリフレッシュタイマを持ったが、1個のリフレッシュタイマの周期を分周する複数個の分周回路を備えても良いのは勿論である。
(第11の実施の形態)
続いて、本発明の第11の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態のように外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ動作を分散して行う場合の技術に関する。
続いて、本発明の第11の実施の形態を説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態のように外部コマンドの入力がない空き時間を利用してリフレッシュ動作を行うのに加えて、そのリフレッシュ動作を分散して行う場合の技術に関する。
図23は本発明の第11の実施の形態を示す。本実施の形態の半導体記憶装置の全体構成は図1と同様であるが、図1のリフレッシュ制御回路1及びコマンド制御回路2の内部構成が図23のリフレッシュ制御回路1E及びコマンド制御回路2Bに変更される。
図23において、212はリフレッシュクロックICLK for Refreshを発生するリフレッシュタイマ、211は前記リフレッシュタイマ212のリフレッシュクロックICLK for Refreshと外部クロックCLKとに基づいて制御されるパルス制御回路であって、リフレッシュクロックICLK for RefreshのHレベルの期間で外部クロックCLKを受けると、この外部クロックCLKの立上りに同期したパルスをインクリメント信号INCとして出力する。210はリフレッシュイネーブル信号REFEN及び前記外部クロックCLKを受けるパルス制御回路であって、リフレッシュイネーブル信号REFENの受信中に外部クロックCLKを受けると、この外部クロックCLKの立下りに同期したパルスをデクリメント信号DECとして出力する。209は前記パルス制御回路211のインクリメント信号INCでインクリメントされ、前記パルス制御回路210のデクリメント信号DECでディクリメントされるアップダウンカウンタ、208は前記カウンタ209のカウンタ値に応じて内部リフレッシュ信号INTREFを発生する制御回路である。その他の構成は前記第7の実施の形態の図15と同様であるので、その説明を省略する。
以上のように構成された半導体記憶装置について、以下、ノーマル動作及びリフレッシュ動作について図24を参照しながら説明する。
先ず、外部クロックCLKのサイクル1では、リフレッシュタイマ212でリフレッシュクロックICLK for Refreshが発生し始め、一定のリフレッシュサイクルを保持する。パルス制御回路211は、このリフレッシュクロックICLK for Refreshと外部クロックCLKとを受けて、外部クロックCLKの立ち上りに同期したパルスINCをカウンタ209に伝達する。カウンタ209は、前記パルスINCを受けてカウントアップされて値”1”となり、制御回路208が内部リフレッシュ信号INTREFを発生する。しかし、このサイクルでは、外部コマンドCommandが入力されているために、リフレッシュイネーブル信号REFENは活性化されず、リフレッシュ動作は行われない。
次に、サイクル2では、カウンタ209のカウンタ値が変化しないために、内部リフレッシュ信号INTREFは活性化状態を保持している。しかし、外部コマンドCommandが入力されているために、リフレッシュイネーブル信号REFENは活性化されず、リフレッシュ動作は行われない。
続いて、サイクル3では、外部コマンドCommandが入力されないので、外部コマンドの反転信号/RE*/WTが活性化されて、AND回路203からリフレッシュイネーブル信号REFENが発生する。これにより、リフレッシュ動作が行われる。これとは別に、リフレッシュイネーブル信号REFENはパルス制御回路210に入力され、外部クロックCLKの立下りに同期したパルスDECがパルス制御回路210から発生して、カウンタ209はディクリメントされて値”0”となり、内部リフレッシュ信号INTREFはリセットされる。
次に、サイクル4では、外部コマンドCommandが入力され、内部リフレッシュ信号INTREFが非活性状態であるので、リフレッシュ動作は行われない。次のサイクル5、6及び7は、前記サイクル1、2及び3と同様である。
次に、サイクル9において、カウンタ209をインクリメントする信号INCがパルス制御回路211から発生すると、内部リフレッシュ信号INTREFが発生する。同時に、外部コマンドCommandも入力されていないので、リフレッシュイネーブル信号REFENが発生し、リフレッシュ動作が行われる。これを受けて、カウンタ209のディクリメント信号DECが発生して、内部リフレッシュ信号INTREFを直ちに非活性状態にする。次にサイクル10及び11では、カウンタ209のインクリメント信号INCが発生しないため、内部リフレッシュ信号INTREFも発生せず、リフレッシュ動作は行われない。
尚、カウンタ209の構成は種々変更可能である。例えば、アップダウンカウンタの代わりに2つのアップカウンタを持ち、各々のカウンタ値が違う場合は内部リフレッシュ信号INTREFを発生し、同じ場合は内部リフレッシュ信号INTREFをリセットして、両カウンタをリセットする制御を備える構成としても良い。このような構成においても既述と同様の動作を行うことができる。
以上のように、内部で独自にリフレッシュを監視する手段、具体的には、リフレッシュタイマ212のリフレッシュクロックICLK for Refresh内で1回リフレッシュされると、そのリフレッシュクロックサイクルでは次のリフレッシュはされないようにしたので、リフレッシュ動作を必要最小限の回数に抑えることができる。また、リフレッシュクロックサイクル内で1度のリフレッシュしか行わないので、リフレッシュ動作が連続して行われることが少なく、ピーク電流を分散することができる。更に、リフレッシュクロックICLK for Refreshが規定されているので、リフレッシュ仕様を満たさない不具合は生じない。
尚、リフレッシュアドレス比較制御回路121に対して前記第2、第3、第4、第5及び第6の各実施の形態を組み合わせれば、更に効果を期待することができる。
1 リフレッシュ制御回路(自動リフレッシュ手段)
2 コマンド制御回路(コマンド検出手段)
2A コマンド制御回路(制限手段)
8 メモリセルアレイ
9 リフレッシュカウンタ
11、21 メモリセルトランジスタ
12、22 ワード線
13、23 ビット線
31 メモリセル
101 周波数検知回路
102 切り換え制御回路
103 リフレッシュイネーブルコントロール回路
104、115、120 リフレッシュカウンタ
105、106、111 アドレスラッチ回路
107、108、
112、117 比較器
109、110、113、
201、202、203 AND回路
116、119、
205、208 制御回路
120 リフレッシュカウンタ
121 リフレッシュアドレス比較制御回路
204 ラッチ回路
206、212 リフレッシュタイマ
207、210、211 パルス制御回路
209 カウンタ
CLK 外部クロック
ICLK for Refresh リフレッシュ用クロック
301 リフレッシュタイマ回路ブロック
302 ラッチ回路(セット手段)
306 判定回路(リセット手段)
308 リフレッシュタイマ制御回路(周期変更手段)
INTREF 内部リフレッシュ信号
2 コマンド制御回路(コマンド検出手段)
2A コマンド制御回路(制限手段)
8 メモリセルアレイ
9 リフレッシュカウンタ
11、21 メモリセルトランジスタ
12、22 ワード線
13、23 ビット線
31 メモリセル
101 周波数検知回路
102 切り換え制御回路
103 リフレッシュイネーブルコントロール回路
104、115、120 リフレッシュカウンタ
105、106、111 アドレスラッチ回路
107、108、
112、117 比較器
109、110、113、
201、202、203 AND回路
116、119、
205、208 制御回路
120 リフレッシュカウンタ
121 リフレッシュアドレス比較制御回路
204 ラッチ回路
206、212 リフレッシュタイマ
207、210、211 パルス制御回路
209 カウンタ
CLK 外部クロック
ICLK for Refresh リフレッシュ用クロック
301 リフレッシュタイマ回路ブロック
302 ラッチ回路(セット手段)
306 判定回路(リセット手段)
308 リフレッシュタイマ制御回路(周期変更手段)
INTREF 内部リフレッシュ信号
Claims (5)
- 複数のメモリセルを持つメモリセルアレイと、
外部から前記メモリセルに対するアクセスを要求するコマンドの入力の有無を検出するコマンド検出手段と、
前記コマンド検出手段により前記コマンドの入力無しが検出されたとき、前記メモリセルのリフレッシュ動作を自動で行う自動リフレッシュ手段とを備え、
前記メモリセルに対するアクセス動作および前記自動リフレッシュ動作は外部クロックに同期して行われ、
前記自動リフレッシュ手段は、
リフレッシュカウンタと、
リフレッシュサイクルを計測するリフレッシュタイマと、
前記リフレッシュタイマで発生するタイマ期間の始まり毎に活性化され、前記リフレッシュカウンタが一周したことを示す制御信号によって非活性となる信号と、前記コマンド検出手段で自動リフレッシュを行うための制御信号との論理積を生成する制御回路を有し、
前記制御回路の出力信号は前記リフレッシュカウンタの制御信号となる
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 1系統の入出力ポートを備え、前記メモリセルアレイは、1個のメモリセル毎に2個のトランジスタを有して信号伝達経路を2系統備え、
前記各系統は、各々、アドレスラッチ回路を有し、
前記自動リフレッシュ手段は更に、
リフレッシュ動作時に一方のアドレスラッチ回路にラッチされたリフレッシュアドレスと、前記リフレッシュ動作の直前に他方のアドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスとを比較する比較器を備えて、
前記両アドレスが一致する場合には、前記リフレッシュアドレスのメモリセルに対するリフレッシュ動作は行わない
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記自動リフレッシュ手段は更に、
メモリセルに対してアクセスするノーマル動作時に外部から入力される外部アドレスをラッチするアドレスラッチ回路と、
リフレッシュ動作時に、リフレッシュアドレスを、このリフレッシュ動作の直前に前記アドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスと比較する比較器とを有し、
前記両アドレスが一致する場合には、前記リフレッシュアドレスのメモリセルに対するリフレッシュ動作は行わない
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記アドレスラッチ回路及び比較器は複数備えられ、
リフレッシュ動作時に、前記リフレッシュアドレスを前記各アドレスラッチ回
路にラッチされた外部アドレスと比較する
ことを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置。 - 前記自動リフレッシュ手段は、
前記リフレッシュアドレスと前記アドレスラッチ回路にラッチされた外部アドレスとが一致する場合には、リフレッシュアドレスを更新する
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の半導体記憶装置。
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