JP4623788B2 - ウェーブパイプラインスキムを備える同期型半導体メモリ装置及びそれのデータパス制御方法 - Google Patents

ウェーブパイプラインスキムを備える同期型半導体メモリ装置及びそれのデータパス制御方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速半導体メモリ装置に関するものであり、より詳しくはウェーブパイプラインスキム(wave pipeline scheme)の同期型半導体メモリ装置及びそのデータパス制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体メモリ装置の容量が増加するにつれ、それのチップサイズも増加する。チップサイズが増加することによって装置内の選択されたメモリセルに貯蔵されたデータを(又は選択されたメモリセルに書き込まれるデータを)伝達するデータライン(又はデータパスと称する)の長さも長くなる。即ち、メモリ容量が増加するにつれ、データライン(又は信号ライン)及びビットラインが増加する傾向があり、これはデータライン及びビットラインによって生じる抵抗が増加することを意味する。結果的に、長くなるデータパス(又は信号ライン)を通して外部に伝達されるデータはチップサイズが増加する以前のデータパスに比較して遅く伝達され、結局動作周波数の減少原因になる。
【0003】
このような問題を解決するためのデータパス制御スキムとして“ウェーブパイプラインスキム(wave pipeline scheme)”(1ステージパイプラインスキム(one stage pipeline schem))として知られた向上したパイプラインスキムがDerek Wongの外、多数によって“A BIPOLAR POPULATION COUNTER USING WAVE−PIPELINING TO ACHIEVE 2.5*NORMAL CLOCK FREQUENCY”という題目で1992年2月に催されたIEEE International Solid−State Circuit Conference(ISSCC)Digest Technical Papersのp.56〜57に掲載された。また、ウェーブパイプラインスキムが“HIGH−SPEED SEMICONDUCTOR MEMORY SYSTEM”という題目で米国特許公報5703815号に、そして“A 150MHz 8−BANKS 256M SYNCHRONOUS DRAM WITH WAVE PIPELINING METHODS”という題目で1995年に催されたIEEE International Solid−State Circuit Conference Digest Technical Papersのp.250〜251に各々掲載された。
【0004】
前述したウェーブパイプラインスキムを備えた半導体メモリ装置は、パイプラインスキムを備えたデバイスに比較して高い動作周波数で動作可能である。そのようなウェーブパイプラインスキムを備えた従来技術による半導体メモリ装置の構成を示すブロック図が図1に図示されている。説明の便宜上、データ読出しパスによって同期型半導体メモリ装置の構成要素が後述される。
【0005】
図1に図示された半導体メモリ装置1には、ダイナミックランダムアクセスメモリセル(以下、DRAMセルと称する)で構成されるメモリセルアレイ10が設けられる。複数のワードラインWLi(i=0〜m)がメモリセルアレイ10の列方向に配列され、複数のビットラインBLj(j=0〜n)がワードラインWLiと直交する方向(即ち、メモリセルアレイ10の行方向)に配列される。公知のように、各DRAMセルは、‘1’又は‘0’のデータを貯蔵する貯蔵キャパシタと1つのスイッチングトランジスタ(又は、電荷伝達トランジスタ)で構成される。各ワードラインWLiは、行デコーダ回路14に連結され、正常的な動作が行われる間、即ち読出し命令発生回路34から読出し命令信号RMDが発生されるとき、回路14は、アドレスバッファ回路12を通して供給される行アドレス信号RAi(iは定数)によってワードラインWL0〜WLmのうち、1つのワードラインを選択する。
【0006】
ビットラインBL0〜BLnは、ビットライン感知増幅器回路18に連結され、回路18は、選択されたワードラインに関連したメモリセルに連結されたビットライン対の電位差を感知し増幅する。列デコーダ回路16は、アドレスバッファ回路12を通して供給される列アドレス信号CAiをデコーディングして列選択信号CSLiのうち、少なくとも1つの列選択信号を活性化させる。ついで、列パスゲート回路(又は、列選択器)20は、活性化された列選択信号に応じてビットライン対のうち、少なくとも1対のビットラインを対応するデータライン対に電気的に連結する。データライン対に伝達されたデータは、信号PIOSiによってデータライン感知増幅器回路24によって増幅される。
【0007】
前述した半導体メモリ装置、即ちDRAM装置1は、バースト動作モード(burst mode of operation)を支援する。アドレスバッファ回路12を通して列アドレス信号が印加されるとき、列アドレス信号は、公知のようにバースト動作モード下で初期アドレス信号(initial address signals)として機能する。図面には図示されなかったが、初期アドレス信号を受け入れてバースト長さ(burst length、BL)によって次の列アドレス信号を順次発生するバーストアドレス発生器(burstaddress counter)としてバーストカウンタがDRAM装置1に設けられることは自明である。それ故、バーストカウンタによって生成されたバーストアドレス信号は、列デコーダ回路16によって順次デコーディングされ、他の列選択信号がバースト長さによって連続的に活性化される。
【0008】
再び図1を参照すると、データライン感知増幅器回路24によって増幅されたデータは、レジスタ26に臨時的に貯蔵される。即ち、レジスタ26は、レジスタ入力制御回路28からのレジスタ入力制御信号DLLiに応じてデータライン感知増幅器回路24からのデータを順次貯蔵する。ついで、レジスタ26に貯蔵されたデータは、読出し命令信号RMDに同期したレジスタ出力制御回路30からのレジスタ出力制御信号CDQiによってデータ出力バッファ回路32に供給される。レジスタ入力制御回路28は、クロックバッファ回路22及び遅延回路23を通して供給されるクロック信号PCLKDに応じてレジスタ入力制御信号DLLiを順次発生し、レジスタ出力制御回路30は、クロック信号PCLKD、読出し命令信号RMD及びCASレイタンシ(Column AddressStrobe/CAS latency)信号CLiに応じてレジスタ出力制御信号CDQiを順次発生する。ここで、遅延回路23は、図面には図示されなかったが、直列連結された偶数のインバータで構成することができ、遅延回路23の入力及び出力は同一の位相を有する。
【0009】
図1のDRAM装置1が2のCASレイタンシCLと4のバースト長さBLを有する場合、レジスタ入力制御信号はDLL0乃至DLL3であり、レジスタ出力制御信号はCDQ0乃至CDQ3である。このような仮定によって設計されたレジスタ26の回路が図2に図示されている。図2に図示されるように、レジスタ26は、レジスタ入力制御信号DLL0〜DLL3及びレジスタ出力制御信号CDQ0〜CDQ3によって各々スイッチオン/オフされる8つのスイッチ回路SW1〜SW8とラッチされた2つのインバータで構成された4つのラッチ回路L1〜L4からなる。図2で、データパスは、メモリセルアレイ10からレジスタ26以前までの経路を示す。図1のDRAM装置1が1、2、そして4のバースト長さBLを支援する場合、レジスタ26内のラッチ回路の数は、最大バースト長さBLに対応するように実現される。同様に、レジスタ入力及び出力制御信号に各々対応するスイッチ回路は、そのように実現されたラッチ回路に各々対応するように実現される。
【0010】
スイッチ回路SW1〜SW8は、対応する信号DLLi及びCDQiが高レベルであるとき、スイッチオンされるような伝送ゲート回路及びインバータで、又は1つのNMOSトランジスタで構成することができる。一方、PMOSトランジスタを利用してスイッチ回路SW1〜SW8を実現する場合は、対応する信号DLLi及びCDQiが低レベルであるときスイッチオンされる。図2で、データパスとレジスタ26との間に連結されたラッチ回路L5は、レジスタ26の入力NDINが一時的にデローディングされることを防止するために設けられる。
【0011】
図3は、従来技術によるレジスタ入力制御回路28を示す回路図である。レジスタ入力制御回路28は、図3に図示されるように連結された複数のラッチ回路、インバータとPMOS及びNMOSトランジスタで構成される伝送ゲート及びロジック素子からなる。レジスタ入力制御回路28は、入力信号としてアドレスバッファ回路12及び遅延回路23からの信号CAi_BANK及びPCLKDに応じてレジスタ入力制御信号DLL0−DLL3を順次発生する。信号CAi_BANKはバンクを選択するための信号を意味する。これをより詳しく説明すると次のようである。
【0012】
まず、信号RESETが低レベルから高レベルに活性化されるとき、初期化動作が行われる。即ちインバータ62の入力端は、NMOSトランジスタ64を通して高レベルに設定され、インバータ73、82及び91の入力端は、インバータ65を通してスイッチオンされ、対応するPMOSトランジスタ72、81及び90によって高レベルになる。それ故、レジスタ入力制御信号DLL0は、高レベルに初期化され、他のレジスタ入力制御信号DLL1〜DLL3は低レベルに初期化される。信号CAi_BANKが低レベルに非活性化状態に維持される間に、信号DLL0〜DLL3は、初期状態に維持される。これはクロック信号PCLKDがトグルされてもノードA及びBが各々の低レベルと高レベルに維持されるためである。ついで、信号CAi_BANKが低レベルから高レベルに活性化されるとき、ノードA及びBの各レベルは、クロック信号PCLKDが低レベルから高レベルにトグルされる時ごとに変化する。これはレジスタ入力制御信号DLL0〜DLL3のロジックレベルが順次に変わる(図4参照)。即ち、クロック信号PCLKDが低レベルから高レベルに遷移されるとき、高レベルの信号DLL0が低レベルになることと共に、次のレジスタ入力制御信号DLL1が低レベルから高レベルに遷移される。
【0013】
図4は、従来技術によるウェーブパイプラインスキムのバースト読出し動作を説明するためのタイミング図である。図1乃至図4を参照して従来技術のバースト読出し動作が後述される。前述したようにDRAM装置1は、2のCASレイタンシCLと4のバースト長さBLを有する。
【0014】
クロックサイクルC0以前に、1つのワードラインがアドレスバッファ回路12を通して供給される行アドレス信号RAiによって行デコーダ回路14によって選択され、選択されたワードラインに連結されたメモリセルのデータはビットライン感知増幅器回路18によって感知増幅される。クロックサイクルC0の間には、外部から印加されるクロック信号(以下、外部クロック信号と称する)XCLKの上昇エッジXCLK0に同期してバースト読出し動作のための初期アドレス信号CAi(列アドレス信号)がアドレスバッファ回路12を通して列デコーダ回路16に供給されると同時に読出し命令信号RMDが図1の読出し命令発生回路34から発生される。列デコーダ回路16は、クロック信号PCLKDに同期したCSL制御回路15からの信号CSLEに応じて列アドレス信号CAiに対応する列選択信号CSL0を発生し、少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路20を通して対応するデータライン(即ち、1対のデータライン)に連結される。続いてデータライン感知増幅器回路24は、信号PIOSiが活性化されるとき、データラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0015】
次のクロックサイクルC1で、レジスタ入力制御信号DLL0が高レベルに維持されるため、レジスタ26のスイッチ回路SW1は、スイッチオンされた状態に維持され、これはデータライン感知増幅器回路24から出力されたデータ(初期アドレス信号に対応するデータ)をラッチ回路L1にラッチさせる。このとき、残りの信号DLL1〜DLL3が低レベルに維持されるため、それに対応するラッチ回路には入力されない。ついで、レジスタ入力制御回路28は、クロックサイクルC0の上昇エッジに同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL0を低レベルに非活性化させると共に次のレジスタ入力制御信号DLL1を高レベルに活性化させる。結果的にスイッチ回路SW1は、スイッチオフされ、スイッチ回路SW2はスイッチオンされる。
【0016】
図4から分かるように、以前のクロックサイクルC0で活性化された列選択信号CSL0は、クロックサイクルC1のクロックサイクル信号PCLKの上昇エッジに同期したCSL制御回路15からの信号CSLDによって非活性化され、バーストカウンタ(図示せず)によって内部的に発生された次のバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL1が外部クロック信号XCLK1の上昇エッジに同期して活性化される。同様に、少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路20を通して対応するデータライン(即ち、1対のデータライン)に連結され、データライン感知増幅器回路24は、データラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0017】
次のクロックサイクルC2で、以前のクロックサイクルC1で活性化されたレジスタ入力制御信号DLL1が続いて高レベルに維持されるためレジスタ26のスイッチ回路SW2は、スイッチオンされた状態に維持され、これはデータライン感知増幅器回路24から出力されたデータ(バーストアドレス信号に対応するデータ)をラッチ回路L2にラッチさせる。ついで、レジスタ入力制御回路28は、クロックサイクルC1のクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL1を低レベルに非活性化させると共に次のレジスタ入力制御信号DLL2を高レベルに活性化させる。
【0018】
以前のクロックサイクルC1で活性化された列選択信号CSL1は前述したように同一の方法で非活性化される。バーストカウンタによって内部的に発生されたバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL2が外部クロック信号の上昇エッジXCLK2に同期して活性化される。以後続くクロックサイクルC3及びC4の動作は、以前のクロックサイクルC1及びC2と同一であるから、説明は省略する。結果的にバースト読出し動作の間において連続的に読出されたデータがレジスタ26に順次貯蔵される。前述の仮定のように、CASレイタンシCLが2であるため、レジスタ出力制御回路30は、CASレイタンシ信号CLiに応じて外部クロック信号XCLKに同期したレジスタ出力制御信号CDQ0〜CDQ3を読出し命令RMDが生成されたクロックサイクルC0の次のクロックサイクルC1〜C4で順次生成し、これは前述したようにレジスタ26に貯蔵されたデータが順次にスイッチオンされるスイッチ回路SW5〜SW8を通してデータ出力バッファ回路32に伝達されるようにする。このような一連の過程を通してバースト読出し動作が完了する。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
前述したバースト読出し動作から分かるように、高速動作のためのウェーブパイプラインスキムを有するDRAM装置1のデータパスには、読出されたデータを貯蔵するためのレジスタ26(又はラッチ回路)が1つだけ存在する。ここで、レジスタ(又はラッチ回路)は外部クロック信号XCLKに同期する。レジスタ26は、図2に図示されたように並列連結されたラッチ回路L1〜L4で構成され、ファスト−イン−ファスト−アウト(first−in−first−out)概念によって制御される。言い換えると、バースト動作モードによって連続的にデータが読出されるとき、一番目の有効データD0は、レジスタ26の入力NDINに伝達されるとき、レジスタ入力制御信号DLL0によって対応するラッチ回路L1に貯蔵される。それから、二番目の有効データD1は、レジスタ26の入力NDINに伝達されるとき、レジスタ入力制御信号DLL1によって対応するラッチ回路L2に貯蔵される。同様に、三番目及び四番目の有効データD2及びD3がレジスタ入力制御信号DLL2及びDLL3によって対応するラッチ回路L3及びL4に各々貯蔵される。そのように貯蔵される有効データはレジスタ出力制御信号CDQ0〜CDQ3によって順次にデータ出力バッファ回路32に伝達される。
【0020】
そのようなウェーブパイプラインスキムのDRAM装置1を設計するとき、考慮すべき事項のうち、一番重要な事項は、図4でレジスタ26の入力NDIN変化時点とレジスタ入力制御信号DLLiの非活性化時点の間のマージン(以下、データラッチマージンと称する)Tcの確保である。図4で、参照記号Taは、読出し命令信号RMDで発生するクロックサイクルC0の外部クロック信号XCLK0の上昇エッジとレジスタ入力制御信号DLL0が非活性化される時点の間の時間を示し、参照記号Tbは、外部クロック信号XCLK0の上昇エッジ時点とレジスタ26の入力NDINが変化する時点の間の時間を示す(これは読出されたデータがデータパスを通して伝達される時間を意味する)。
【0021】
時間Tbは、メモリセルアレイ10、ビットライン感知増幅器18、列パスゲート回路20及びデータライン感知増幅器回路24によって決定される。特に時間Tbは、メモリセルアレイ10によって左右される。これはメモリセルアレイ10が周辺回路18、20、24等に比較してさらにタイトなデサインルールによって製造されるためである。これは時間Tbがメモリセルアレイ10の工程変化(例えば、データラインが設計された厚さに比較して薄かったり、メモリセルのキャパシタのキャパシタンスが減少する現象)により、予想された時間に比較して長くなる。これはデータパスの全般的な抵抗を増加させ、その結果データがレジスタ26の入力NDINまで伝達される時間が長くなる。一方、時間Taは、工程変化に割と敏感ではない周辺回路領域に配置されたレジスタ入力制御回路28によって決定されるために殆ど一定である。言い換えると、時間Ta及びTbは、同一のクロックサイクルの上昇エッジに同期し、相違なる遅延時間を有する経路を通して伝達される。
【0022】
もし、時間Tbがそのような工程変化のために、点線で表示された時間Tb’まで長くなると、データラッチマージンTcは、点線に表示されたようにTc’に減少する。もし時間Tbが工程変化のために時間Taと同一であったり、より長くなると、データ読出し動作を行うことができない(即ち、デバイス失敗が発生する)。多段パイプラインスキムを有するDRAM装置の場合、そのような問題(デバイス失敗)は動作周波数を下げることによって解決することができる。一方、ウェーブパイプラインスキムを有するDRAM装置の場合(1ステージパイプラインスキム)は、たとえDRAM装置の動作周波数を下げてもレジスタ入力制御信号DLLiの非活性化時点は、同一クロックサイクルの外部クロック信号XCLKの上昇エッジに同期するため、動作周波数を下げる前のそれと殆ど同一に維持される。それ故。図1に図示されたウェーブパイプラインスキムを備えたDRAM装置1のデータパス制御構造によると、データラッチマージンTcを確保することが難しい。このような現象は、動作周波数が高ければ高いほどさらに深刻となる。
【0023】
従って、本発明の目的は、第一に、向上した性能を有するウェーブパイプラインスキムの同期型半導体メモリ装置及びそのデータパス制御方法を提供することにある。
本発明の目的は、第二に、動作周波数を増加させることができるウェーブパイプラインスキムの同期型半導体メモリ装置及びそのデータパス制御方法を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の一特徴によると、本発明の同期型半導体メモリ装置は、データを貯蔵するためのメモリセルアレイと、読出し動作の間、クロック信号に同期してメモリセルアレイに貯蔵されたデータを連続的に読出す読出し回路と、並列連結された複数のラッチ回路を備え、読出し動作の間、レジスタ入力制御信号に応じて、連続的に読出されたデータを対応するラッチ回路に順次貯蔵するレジスタと、読出し動作の間、クロック信号に同期したレジスタ入力制御信号を順次発生するレジスタ制御回路とを含み、レジスタ制御回路は、i番目クロックサイクルに対応する読出しデータがi+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期して対応するラッチ回路に貯蔵されるようにi+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期したレジスタ入力制御信号を発生する。
【0025】
この形態において、レジスタ制御回路は、CASレイタンシ信号及びクロック信号に応じてレジスタ出力制御信号を順次発生し、レジスタに貯蔵されたデータは、レジスタ出力制御信号によって順次外部に出力される。
【0026】
このような装置及び方法によって、読出しデータがデータパス(例えば、選択されたメモリセルからレジスタの入力まで)を通して伝達される時間が各種の要因(例えば、工程変化のための信号ラインローディング増加、貯蔵キャパシタのキャパシタンス減少等)のために長くなっても、レジスタのデータラッチマージンを十分に確保することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明の新たなウェーブパイプラインスキムの同期型半導体メモリ装置には、図5及び図8に示すように、レジスタ280,700のデータ入力及び出力を制御するためのレジスタ入力/出力制御信号DLLi/CDQiを発生するレジスタ制御回路360,800が設けられる。レジスタ制御回路360,800は以前のクロックサイクルのクロック信号に同期して感知増幅読出されたデータが次のクロックサイクルのクロック信号に同期してレジスタ280,700に貯蔵されるようにレジスタ入力制御信号DLLiを順次発生する。これはたとえレジスタ280,700の入力が各種の原因(例えば、工程変化のための信号ラインローディング増加、セルキャパシタのキャパシタンス減少等)によって遅延されても、無効なデータがレジスタ280,700にラッチされないようにする。さらに、このようなデータパス制御スキム下で、上記原因のために無効なデータがレジスタにラッチされる場合、同期型半導体メモリ装置の動作周波数を下げることによって従来のそれとは別にそのような問題を解決することができる。
【0028】
本発明による同期型半導体メモリ装置、より詳しくは、同期型DRAM装置は、この分野によく知られたバースト動作モード(burst mode of operation)を支援する。参照図面には図示されなかったが、外部から印加される列アドレス(初期アドレス)を使用してバースト動作モードで連続的に必要な次の列アドレス、即ちバーストアドレスを順次発生するバーストアドレス発生器(burst address generator)(又はバーストカウンタ)が本発明の同期型DRAM装置に設けられる。そのような同期型DRAM装置のCASレイタンシ(Column Address Strobe/CAS latency、CL)は2であり、同期型DRAM装置のバースト長さ(burst length、BL)は4と仮定して、以下本発明の望ましい実施形態による各同期型DRAM装置の構成及び動作を詳細に説明する。
【0029】
(第1実施形態)
本発明の望ましい第1実施形態によるウェーブパイプラインスキムの同期型半導体メモリ装置100の構成を示すブロック図が図5に図示されている。
図5を参照すると、ダイナミックランダムアクセスメモリセル(以下、DRAMセルと称する)で構成されるメモリセルアレイ110が装置100内に設けられる。複数のワードラインWLi(i=0〜m)がメモリセルアレイ110の列方向に配列され、複数のビットラインBLj(j=0〜n)がワードラインWLiと直交する方向(即ち、メモリセルアレイ110の行方向)に配列される。公知のように、各DRAMセルは、‘1’又は‘0’のデータを貯蔵する貯蔵キャパシタと1つのスイッチングトランジスタ(又は電荷伝達トランジスタ)で構成され、ビットラインBLjは、複数の対に構成される。各ワードラインWLiは、行デコーダ回路140に連結され、回路140は正常的な動作(例えば、書き込み、読出し、そしてリフレッシュ動作)が行われる間に、アドレスバッファ回路120を通して供給される行アドレス信号RAi(iは定数)によってワードラインWL0〜WLmのうち、1つのワードラインを選択する。
【0030】
図面には図示されないが、行デコーダ回路(ワードライン選択回路、又は行選択回路)140には、行アドレスバッファ回路、行デコーダ、メモリセルアレイ110がバンク構造を有する場合バンク選択器等を含むことができる。また、リフレッシュタイマ、リフレッシュコントローラ、リフレッシュカウンタ等からなるリフレッシュ制御回路が同期型DRAM装置100内に設けられ、これは同期型DRAM装置100のリフレッシュ動作を可能にする。
【0031】
ビットラインBL0〜BLnはビットライン感知増幅器回路180に連結され、回路180は選択されたワードラインに関連したメモリセルに連結されたビットライン対の間の電位差を感知し増幅する。列デコーダ回路160は、アドレスバッファ回路120を通して供給される列アドレス信号CAiをデコーディングし、列選択ライン活性化信号CSLEに応じて列選択信号CSLiのうち、少なくとも1つの列選択信号を活性化させる。そして列デコーダ回路160は列選択ライン非活性化信号CSLDに応じて以前のクロックサイクルで活性化された列選択信号を非活性化させる。ついで列パスゲート回路(又は列選択器)200は、活性化された列選択信号に応じてビットライン対のうち、少なくとも1対のビットラインを対応するデータライン対に電気的に連結する。
【0032】
列選択ライン制御回路240は、クロックバッファ回路220及び遅延回路230から供給されるクロック信号PCLK及びPCLKDを受け入れて読出し動作が行われるとき、読出し命令発生回路380がクロック信号PCLK(又は、XCLK)の上昇エッジで低レベルの信号CSB及びCASBと高レベルの信号WEBに応じて読出し命令信号RMDを発生するとき、アドレスバッファ回路120からの信号CAi_BANKに応じてクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期した列選択ライン非活性化信号CSLD及びクロック信号PCLKの上昇エッジに同期した列選択ライン活性化信号CSLEを発生する。結果的に、列デコーダ回路160は、i番目クロックサイクルのクロック信号PCLKの上昇エッジに同期した列選択ライン非活性化信号CSLDを利用してi−1番目クロックサイクルに相応する活性化された列選択信号を非活性化させ、列デコーダ回路160はi番目クロックサイクルのクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期した列選択ライン活性化信号CSLEを利用してi番目クロックサイクルに相応する列選択信号を活性化させる。
【0033】
ここで、本発明の同期型DRAM装置がバースト動作モードで動作するために、ビットライン感知増幅器回路180によって感知増幅されたデータは、列デコーダ回路160の制御下で列パスゲート回路200を通して連続的に出力されることは自明である。
【0034】
ついで、データライン対に連続的に伝達される読出された(感知増幅された)データは信号PIOSiが活性化される間、データライン感知増幅器回路260によって順次感知増幅される。レジスタ280はレジスタ制御回路360で連続的に生成されるレジスタ入力制御信号DLLiに応じてデータライン感知増幅器回路260から順次伝達されるデータを臨時的に貯蔵する。レジスタ280は、図2のそれと同一の回路構成を有する。即ちレジスタ280は、バースト長さBLに対応するラッチ回路L1〜L4、入力スイッチSW0〜SW3及び出力スイッチSW4〜SW8で構成されるために説明は省略する。
【0035】
最後に、レジスタ制御回路360は、レジスタ入力制御回路320とレジスタ出力制御回路340で構成される。レジスタ入力制御回路320は、i番目クロックサイクルに対応する読出しデータがi+1番目クロックサイクルの外部クロック信号XCLKに同期して対応するラッチ回路に貯蔵されるように、列選択ライン制御回路240からの列選択ライン非活性化信号CSLDに応じてi+1番目クロックサイクルのクロック信号PCLKDに同期したレジスタ入力制御信号DLLiを発生する。これに対する説明は後述される。レジスタ出力制御回路340は、読出し命令信号RMD、CASレイタンシ信号CLi(ここで、i=1及び2)及びクロック信号PCLKDに応じてレジスタ出力制御信号CDQiを順次発生し、これはレジスタ280に貯蔵されたデータがレジスタ出力制御信号CDQiによって順次外部に出力されるようにする。
【0036】
本発明の望ましい第1実施形態による列選択ライン制御回路240のCSLD発生器及びレジスタ入力制御回路320が図6に図示されている。CSLD発生器は、図6に図示されるように連結された5つのインバータ241、242、245、246及び248、PMOS及びNMOSトランジスタ243及び244、そして1つのNANDゲート247からなる。信号CAi_BANKが低レベルに維持されるとき、列選択ライン非活性化信号CSLDは、クロック信号PCLKDに関係なしにいつも低レベルに維持される。これと反対に、信号CAi_BANKが高レベルに維持されるとき、信号CSLDは、クロック信号PCLKDと同一の波形を有する。結果的にレジスタ入力制御回路320には、それの入力信号として1クロックサイクルほど遅延したクロック信号として列選択ライン非活性化信号CLSDが印加される。
【0037】
本発明の望ましい第1実施形態によるレジスタ入力制御回路320は従来技術で使用されたNANDゲート51、複数のインバータ52〜53で構成された遅延チェーン、そしてインバータ54が除去されたという点で図3に図示されたレジスタ入力制御回路320と違い、それ故、図6の構成要素は、図3の構成要素と同一の参照番号で表記される。
【0038】
本発明の望ましい第1実施形態によるバースト読出し動作を説明するための動作タイミング図が図7に図示されている。本発明によるウェーブパイプラインスキムを備えた同期型DRAM装置のバースト動作を図面、図2、図5、図6及び図7を参照して、以下説明する。前述のように、本発明によるウェーブパイプラインスキムの同期型DRAM装置100は、2のCASレイタンシCLと4のバースト長さBLを有する。
【0039】
クロックサイクルC0以前に、即ち読出し命令RMDが発生する前に、1つのワードライン(例えば、WL0)がアドレスバッファ回路120を通して供給される行アドレス信号RAiによって行アドレスデコーダ回路140によって選択され、選択されたワードラインWL0に連結されたメモリセルに各々貯蔵されたデータは、ビットライン感知増幅器回路180によって感知増幅される。ついで、クロックサイクルC0の間に、外部クロック信号XCLK0の上昇エッジに同期してバースト読出し動作のための初期アドレス信号(列アドレス信号)がアドレスバッファ回路120を通して列デコーダ回路160に供給されると共に読出し命令RMDが読出し命令発生回路380から発生される。列デコーダ回路160は、列選択ライン制御回路240からの列選択ライン活性化信号CSLEに応じて列アドレス信号に対応する列選択信号(例えば、CSL0)を発生し、少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路200を通して対応するデータライン(即ち、1対のデータライン)に連結される。続いて図7に図示されるように、信号PIOSiが活性化されることによってデータライン感知増幅器回路260は、データラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0040】
次のクロックサイクルC1で、レジスタ入力制御信号DLL0が高レベルに維持されるため、レジスタ280のスイッチ回路SW1は、スイッチオンされた状態に維持され、これはデータライン感知増幅器回路260から出力されたデータ(初期アドレス信号に対応するデータ)が図2のラッチ回路L1にラッチされるようにする。それから、レジスタ入力制御回路320は、図7に図示されるように、列選択ライン制御回路240からの列選択ライン非活性化信号CSLDに応じてクロックサイクルC1の上昇エッジXCLK1に同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL0を低レベルに非活性化させると共に、次のレジスタ入力制御信号DLL1を高レベルに活性化させる(即ち、レジスタ入力制御信号DLL0は、以前のクロックサイクルC0を基準として1クロックサイクルほど遅延したクロックサイクルC1に該当する外部クロック信号XCLK1に同期する)。これはスイッチ回路SW1がスイッチオフされ、スイッチ回路SW2がスイッチオンされるようにする。
【0041】
以前のクロックサイクルC0で活性化された列選択信号CSL0は、外部クロック信号XCLK1、即ちクロック信号PCLKの上昇エッジに同期して非活性化され、バーストカウンタ(図示せず)によって内部的に発生されてからのバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL1がクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期して活性化される。同様に、少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路200を通して対応するデータライン(即ち、1対のデータライン)に連結され、データライン感知増幅器回路260は、データラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0042】
次のクロックサイクルC2で、以前のクロックサイクルC1で活性化されたレジスタ入力制御信号DLL1が続いて高レベルに維持されるために、レジスタ280のスイッチ回路SW2は、スイッチオンされた状態に維持される。これはデータライン感知増幅器回路260から出力されたデータ(バーストアドレス信号に対応するデータ)がラッチ回路L2にラッチされるようにする。ついで、以前の動作と同様にレジスタ入力制御回路320は、クロック信号XCLK1が1クロックサイクル遅延されたクロック信号XCLK2の上昇エッジに同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL1を低レベルに非活性化させると共に、次のレジスタ入力制御信号DLL2を高レベルに活性化させる。即ち、レジスタ入力制御信号DLL1は、以前のクロックサイクルC1を基準として1クロックサイクルほど遅延されたクロックサイクルC2に該当する外部クロック信号XCLK2に同期する。
【0043】
以前のクロックサイクルC1で活性化された列選択信号CSL1は、前述したことと同一の過程を通して非発生化され、バーストカウンタ(図示せず)によって内部的に発生されてからのバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL2が外部クロック信号XCLK2に対応するクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期して活性化される。以後続くクロックサイクルC3及びC4の動作は以前のクロックサイクルC1及びC2と同一であるから、説明は省略する。結果的に、バースト読出し動作によって連続的に読出されたデータがレジスタ280に順次貯蔵される。前述したようにCASレイタンシCLが2であるため、レジスタ出力制御回路320は、CASレイタンシ信号CLiに応じて外部クロック信号XCLKに同期したレジスタ出力制御信号CDQ0〜CDQ3を読出し命令RMDが生成されたクロックサイクルC0の次のクロックサイクルC1〜C4で順次生成し、これは前述したようにレジスタ280に貯蔵されたデータが順次にスイッチオンされるスイッチ回路SW5〜SW8を通してデータ出力バッファ回路300に伝達されるようにする。このような一連の過程を通してバースト読出し動作が完了する。
【0044】
この実施形態において、レジスタ入力制御信号(例えば、DLL0)はデータパスで使用されるクロックサイクル(例えば、C0)の次のクロックサイクル(例えば、C1)のクロック信号XCLK1に同期した列選択ライン非活性化信号CSLDによって非活性化されるという点に注意しなければならない。言い換えると、読出し命令RMDで内部的に生成されるクロック信号XCLK0の上昇エッジ時点から信号DLL0が非活性化される時点までの時間Taが従来のそれよりさらに長くなるために(これはたとえ信号DLL0の伝送経路で発生する遅延時間が従来のそれと同一であってもデータ(セルデータ)経路と信号DLL経路が従来とは違って相異なるクロックサイクルC0及びC1に各々同期するためである)、たとえデータが選択されたメモリセルからレジスタ280の入力まで伝達される時間Tbが工程変化のために点線Tb’に表示されたように長くなっても有効データをレジスタ280にラッチすることができる十分な時間(即ち、データラッチマージン)Tcを保障することができる。悪い場合、このようなデータパス制御スキムでそのような工程変化のために時間Tbがさらに増加するとき、発生する問題(例えば、デバイス失敗)は動作周波数を下げることによって解決することができ、これはデータ経路と信号DLL経路が従来とは違って相異なるクロックサイクルC0及びC1に各々同期するためである。それ故本発明の望ましい第1実施形態によるウェーブパイプラインスキムを有する同期型DRAM装置の性能が向上し、これはそれの動作周波数をウェーブパイプラインスキムで向上させる。
【0045】
本発明の望ましい第2実施形態によるウェーブパイプラインスキムの同期型DRAM装置の構成を示すブロック図が図8に図示されている。
第2実施形態の同期型DRAM装置100’は、レジスタ入力制御回路760がバースト読出し動作の間に、読出し命令信号RMDによって1クロックサイクル遅延されたクロック信号PCLKDDに同期したレジスタ入力制御信号DLLiを順次発生させることが第1実施形態とは違う。言い換えると、レジスタ入力制御回路760は、i番目クロックサイクルのクロック信号に同期して読出されたデータがi+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期してレジスタ700にラッチされるように、遅延回路740を通して供給されるi+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期したレジスタ入力制御信号DLLiを発生する。図8に図示された他の構成要素は、図5と同一の機能を行うために説明は省略する。
【0046】
図9は、本発明の望ましい第2実施形態によるレジスタ制御回路800内の遅延回路740及びレジスタ入力制御回路760の回路図を示す。遅延回路740は図9に図示されるように連結された5つのインバータ741、742、745、746及び748、PMOS及びNMOSトランジスタ743及び744、そして1つのNANDゲート747からなる。図8の読出し命令発生回路880からの信号RMDが低レベルに維持されるとき、NANDゲート747の1入力信号RMD_aも低レベルであるため、遅延回路740の出力信号PCLKDDはクロック信号PCLKDに関係なしにいつも低レベルに維持される。これと反対に、信号RMDが高レベルに維持されるとき、信号PCLKDDは、クロック信号PCLKDと同一の波形を有する。結局、レジスタ入力制御回路760には、それの入力信号として1クロックサイクルほど遅延されたクロック信号PCLKDDが供給される。本発明の望ましい第2実施形態によるレジスタ入力制御回路760は、第1実施形態と同一であるため、説明は省略する。図9の構成要素は、図6の構成要素と同一の参照番号で表記される。
【0047】
図10には、本発明の望ましい第2実施形態によるウェーブパイプラインスキムを備えた同期型DRAM装置のバースト読出し動作を説明するための動作タイミング図が図示されている。前述のように、本発明によるウェーブパイプラインスキムの同期型DRAM装置100’は、2のCASレイタンシCLと4のバースト長さBLを有する。
【0048】
クロックサイクルC0以前に、1つのワードライン(例えば、WL0)がアドレスバッファ回路520を通して供給される行アドレス信号RAiによって行デコーダ回路540によって選択され、選択されたワードラインWL0に連結されたメモリセルに貯蔵されたデータは、ビットライン感知増幅器回路580によって感知増幅される。ついで、クロックサイクルC0の間に、外部クロック信号XCLK0の上昇エッジに同期してバースト読出し動作のための初期アドレス信号(列アドレス信号)がアドレスバッファ回路520を通して列デコーダ回路560に供給されると共に読出し命令RMDが発生される。列デコーダ回路560は、列選択ライン制御回路550からの列選択ライン活性化信号CSLEに応じて列アドレス信号に対応する列選択信号(例えば、CSL0)を発生し、少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路600を通して対応するデータライン(即ち、1対のデータライン)に連結される。続いて図6に図示されたように、信号PIOSiが活性化されることによってデータライン感知増幅器回路680は、データラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0049】
次のクロックサイクルC1で、レジスタ入力制御信号DLL0が高レベルに維持されるため、レジスタ700のスイッチ回路SW1は、スイッチオンされた状態に維持され、これはデータライン感知増幅器回路680から出力されたデータ(初期アドレス信号に対応するデータ)が図2のラッチ回路L1にラッチされるようにする。それから、レジスタ入力制御回路760は、遅延回路740を通して1クロックサイクル遅延されたクロック信号PCLKDD(即ち、XCLK1)の上昇エッジに同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL0を低レベルに非活性化させると共に次のレジスタ入力制御信号DLL1を高レベルに活性させる。結果的にスイッチ回路SW1がスイッチオフされ、スイッチ回路SW2がスイッチオンされる。
【0050】
以前のクロックサイクルC0で活性化された列選択信号CSL0は、外部クロック信号XCLK1、即ちクロック信号PCLKの上昇エッジに同期して非活性化され、バーストカウンタ(図示せず)によって内部的に発生されてからのバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL1が外部クロック信号XCLK1に対応するクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期して活性化される。同様に少なくとも1対のビットラインが列パスゲート回路600を通して対応するデータライン(即ち1対のデータライン)に連結され、データライン感知増幅器回路680はデータラインに伝達されたデータを感知増幅する。
【0051】
次のクロックサイクルC2で、以前のクロックサイクルC1で活性化されたレジスタ入力制御信号DLL1が続いて高レベルに維持されるために、レジスタ700のスイッチ回路SW2は、スイッチオンされた状態に維持される。これはデータライン感知増幅器回路680から出力されたデータ(バーストアドレス信号に対応するデータ)がラッチ回路L2にラッチされるようにする。ついで、以前の動作と同様にレジスタ入力制御回路760は、クロック信号XCLK1が1クロックサイクル遅延されたクロック信号XCLK2の上昇エッジに同期して高レベルのレジスタ入力制御信号DLL1を低レベルに非活性化させると共に、次のレジスタ入力制御信号DLL2を高レベルに活性化させる。
【0052】
以前のクロックサイクルC1で活性化された列選択信号CSL1は、外部クロック信号XCLK2の上昇エッジに同期して非活性化され、バーストカウンタによって内部的に発生されたバーストアドレス信号(次の列アドレス信号)に対応する列選択信号CSL2が外部クロック信号XCLK2に同期したクロック信号PCLKDの上昇エッジに同期して活性化される。以後続くクロックサイクルC3及びC4の動作は以前のクロックサイクルC1及びC2と同一であり、説明の反復を避けるために説明は省略する。結果的に、バースト読出し動作によって連続的に読出されたデータがレジスタ700に順次貯蔵される。前述したようにCASレイタンシCLが2であるため、レジスタ出力制御回路780は、読出し命令RMD及びCASレイタンシ信号CLiに応じて外部クロック信号XCLKに同期したレジスタ出力制御信号CDQ0〜CDQ3を読出し命令RMDが生成されたクロックサイクルC0の次のクロックサイクルC1〜C4で順次生成し、これは前述したようにレジスタ700に貯蔵されたデータが順次にスイッチオンされるスイッチ回路SW5〜SW8を通してデータ出力バッファ回路720に伝達されるようにする。このような一連の過程を通してバスに対して読出し動作が完了する。
【0053】
この実施形態において、このようなデータパス制御スキムで工程変化のために時間Tbがさらに増加するとき、発生する問題は動作周波数を下げることによって解決することができ、これはデータ経路と信号DLL経路が従来と違って相異なるクロックサイクルC0及びC1に各々同期するためである。それ故本発明の望ましい実施形態によるウェーブパイプラインスキムを有する同期型DRAM装置の性能が向上し、これは、それの動作周波数をウェーブパイプラインスキムで向上させる。
【0054】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、読出しデータがデータパス(例えば、選択されたメモリセルからレジスタの入力まで)を通して伝達される時間が各種の要因(例えば、工程変化のための信号ラインローディング増加、貯蔵キャパシタのキャパシタンス減少等)のために長くなっても、レジスタのデータラッチマージンを十分に確保することができる。それ故、動作周波数をウェーブパイプラインスキムで向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による同期型DRAM装置の構成を示すブロック図。
【図2】図1のレジスタを示す回路図。
【図3】従来技術によるレジスタ入力制御回路の詳細回路図。
【図4】従来技術によるウェーブパイプライン読出し動作を説明するためのタイミング図。
【図5】本発明の第1実施形態による同期型DRAM装置の構成を示すブロック図。
【図6】本発明の望ましい第1実施形態による図5のCSL制御回路及びレジスタ入力制御回路の詳細回路図。
【図7】本発明の望ましい第1実施形態によるウェーブパイプライン読出し動作を説明するためのタイミング図。
【図8】本発明の第2実施形態による同期型DRAM装置の構成を示すブロック図。
【図9】本発明の望ましい第2実施形態による図8の遅延回路及びレジスタ入力制御回路の詳細回路図。
【図10】本発明の望ましい第2実施形態によるウェーブパイプライン読出し動作を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
100,100’ 同期型半導体メモリ装置
110,500 メモリセルアレイ
120,520 アドレスバッファ回路
140,540 行デコーダ回路
160,560 列デコーダ回路
180,580 ビットライン感知増幅器回路
200,600 列パスゲート回路
220 クロックバッファ回路
260,680 データライン感知増幅器回路
280,700 レジスタ
320,760 レジスタ入力制御回路
340,780 レジスタ出力制御回路
300,720 データ出力バッファ回路
240,550 CSL制御回路
380,880 読出命令発生回路
230,740 遅延回路
360,800 レジスタ制御回路

Claims (2)

  1. 複数のビットライン、複数のワードライン、そして前記ビットラインと前記ワードラインの交差点に各々配列される複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
    読出し動作の間、前記ワードラインのうち、少なくとも1つのワードラインを選択する行選択回路と、
    前記読出し動作の間、i番目クロックサイクルのクロック信号に同期した列選択ライン活性化信号に応じて前記ビットラインのうち、少なくとも1対のビットラインを選択し、前記i番目クロックサイクルのクロック信号に同期した列選択ライン非活性化信号に応じてi−1番目クロックサイクルから選択されたビットライン対を非活性化させる列選択回路と、
    前記読出し動作の間、クロックサイクルごとに前記クロック信号に応じて前記列選択ライン活性化及び非活性化信号を発生する列選択ライン制御回路と、
    前記読出し動作の間、前記選択されたワードラインに関連したメモリセルのうち、前記列選択回路によって連続的に選択されるビットライン対に対応するデータを順次感知する感知増幅器回路と、
    並列連結された複数のラッチ回路を備え、レジスタ入力制御信号に応じて前記連続的に読出されたデータを対応するラッチ回路に順次貯蔵するレジスタと、
    前記列選択ライン非活性化信号に応じて前記クロック信号に同期した前記レジスタ入力制御信号を順次発生するレジスタ入力制御回路とを含み、
    前記レジスタ入力制御回路は、i番目クロックサイクルに対応する読出しデータがi+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期して対応するラッチ回路に貯蔵されるように前記i+1番目クロックサイクルのクロック信号に同期したレジスタ入力制御信号を発生することを特徴とする同期型半導体メモリ装置。
  2. 読出し命令信号、CASレイタンシ信号及び前記クロック信号に応じてレジスタ出力制御信号を順次発生するレジスタ出力制御回路をさらに含み、前記レジスタに貯蔵されたデータは、前記レジスタ出力制御信号によって順次外部に出力されることを特徴とする請求項に記載の同期型半導体メモリ装置。
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