JP4745782B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レイテンシ・カウンタを備える半導体記憶装置に関する。
非特許文献1には、リード・コマンドをラッチする複数のラッチ部と、ラッチ部のいずれかからリード・コマンドを読み出すスイッチと、リード・コマンドをラッチさせるラッチ部を順に循環しながら選択する第1のリング・カウンタと、リード・コマンドを読み出すラッチ回路を順に循環しながら選択する第2のリング・カウンタとを備え、あるタイミングで入力したリード・コマンドを所定期間経過後の他のタイミングで出力するレイテンシ・カウンタを備えた半導体記憶装置がある。
Ho Young Song、外15名、"A 1.2Gb/s/pin Double Data Rate SDRAM with On−Die−Termination"、ISSCC 2003/SESSION 17/SRAM AND DRAM/PAPER 17.8、(米国)、IEEE、2003年、p.314
しかしながら、高速でかつ異なるタイミングのクロックで動作している複数のリング・カウンタを設けた半導体記憶装置では、カウンタのリセット(初期設定)を同時に実施することが困難であり、十分なマージンを確保できないとリング・カウンタ間の同期が取れなくなり、さらにはレイテンシのカウントがずれて半導体記憶装置が誤動作する。
本発明は、ラッチ回路における内部コマンドのラッチと読み出しとの同期を高精度に行い、レイテンシを高精度にカウントすることのできるレイテンシ・カウンタを備えた半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体記憶装置は、第1の内部コマンド信号と内部クロックとを入力し、第1の内部コマンド信号をレイテンシに応じた期間だけラッチして第2の内部コマンド信号として出力するレイテンシ・カウンタを備える。レイテンシ・カウンタは、内部コマンド入力端子と内部コマンド出力端子と循環信号生成回路とラッチ回路とゲート・セレクト回路とを有する。循環信号生成回路は、内部クロックを入力し、順に循環する第0から第nの循環信号(nは自然数)を出力する。ラッチ回路は、第0から第nのラッチ部と第0から第nの入力ゲートと第0から第nの出力ゲートとをもつ。第0から第nのラッチ部は、それぞれ、内部コマンド入力端子と内部コマンド出力端子との間に並列に接続されて入力される信号をラッチする。第0から第nの入力ゲートは、それぞれ、内部コマンド入力端子と第0から第nのラッチ部との間に位置し、入力ゲート制御信号が入力されたときに開く。第0から第nの出力ゲートは、それぞれ、第0から第nのラッチ部と内部コマンド出力端子との間に位置し、出力ゲート制御信号が入力されたときに開く。ゲート・セレクト回路は、第0から第nの循環信号のそれぞれに基づいて入力ゲート制御信号と出力ゲート制御信号とを生成し、第p(pは0≦p≦nの整数)の循環信号に基づいて生成される入力ゲート制御信号を第q(qは0≦q≦nの整数)の入力ゲートに出力すると共に、レイテンシのクロック数に応じて決定される所定のずれ数をm(mはn以下の自然数)とした場合に、第pの循環信号に基づいて生成される出力ゲート制御信号を第r(rは0≦r≦nの整数であって、r=q+m(q+m≦nの場合)又はr=q+m−(n+1)(q+m>nの場合)を満たす数)の出力ゲートに出力する。
本発明の半導体記憶装置によれば、ラッチ回路における内部コマンドのラッチと読み出しとの同期を高精度に行い、レイテンシ・カウンタを高精度に動作させることができる。
本実施形態では、半導体記憶装置の例としてDouble Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory(DDR SDRAM)について説明する。なお、本発明の半導体記憶装置には、クロックに同期するとともにコマンドにより動作を制御される各種SDRAMが含まれる。
図1の構成図に示すように本実施形態の半導体記憶装置1は、端子2とレイテンシ・カウンタ3とを備えており、複数のバンクを有するメモリ・セル・アレイに対し、データの読み出し及び書き込みを実行する。端子2は、外部クロック入力端子20とコマンド入力端子21とアドレス入力端子22とデータ入出力端子23とを備えている。外部クロック入力端子20は、外部クロックを入力する。コマンド入力端子21は、アクティブ・コマンド、リード・コマンド、ライト・コマンド等を含む各種コマンドを入力する。アドレス入力端子22は、バンク・アドレス、カラム(列)・アドレス、及び、ロー(行)・アドレスを入力する。データ入出力端子23は、メモリ・セル・アレイから読み出されたデータを出力するとともに、メモリ・セル・アレイに書き込むデータを入力する。
半導体記憶装置1の読み出し時における概略の動作を説明する。まず、コマンド入力端子21からアクティブ・コマンドが入力されると同時にアドレス入力端子22からバンク・アドレス及びロー・アドレスが入力されると、半導体記憶装置1は入力されたバンク・アドレスの入力されたロー・アドレスをアクティブにする。次に、半導体記憶装置1には、アクティブ・コマンドを入力してから所定クロック経過後に、コマンド入力端子21からリード・コマンドが入力されると同時にアドレス入力端子22からバンク・アドレス及び先頭カラム・アドレスが入力される。次に、半導体記憶装置1は、リード・コマンド入力後リード・レイテンシで決まる所定のクロック数が経過したときにデータ入出力端子23にデータが出力されるように、入力された先頭カラム・アドレスから始まるバースト・データをメモリ・セル・アレイから読み出す。
リード・レイテンシは、カラム(列)・アドレスの入力からデータ入出力端子23上でデータを読み出せるようになるまでの時間がクロックいくつ分であるかを表す。
図2の構成図に示すように本実施形態のレイテンシ・カウンタ3は、内部クロック入力端子30と内部コマンド入力端子31とずれ数設定端子32と内部コマンド出力端子33と、循環信号生成回路34とラッチ回路35とゲート・セレクト回路36とレジスタ群37とを備える。
内部クロック入力端子30には、図1の外部クロック入力端子20から入力された外部クロックを所定時間(t3+t4)だけ早めた内部クロックが入力される。内部クロックは、半導体記憶装置1が備えるDelay Locked Loop(DLL)等により生成される。内部コマンド入力端子31には、第1の内部コマンドとしてのコマンド・パルスが入力される。コマンド・パルスは、図1のコマンド入力端子21から入力されるコマンドを半導体記憶装置1が備えるデコーダ等によりデコードして生成される。ずれ数設定端子32には、半導体記憶装置1が備える回路等により生成されるずれ数設定信号が入力される。内部コマンド出力端子33からは、コマンド・パルスのタイミングを調整して生成される第2の内部コマンド信号としての調整後コマンド・パルスが出力される。
循環信号生成回路34は、第0〜第8の循環信号を循環させながら順に出力する。具体的には、循環信号生成回路34は、内部クロック入力端子30から内部クロックを入力する第0〜8のフリップ・フロップ100〜108を順に環状に接続した1つのリング・カウンタにより構成されている。第0〜第7のフリップ・フロップ100〜107の出力は、第1〜第8のフリップ・フロップ101〜108にそれぞれ入力されるとともに、第8のフリップ・フロップ108の出力は第0のフリップ・フロップ100に入力される。内部クロックのクロック・サイクルごとに第0〜8のフリップ・フロップ100〜108の何れかからHigh(H)信号が出力されるとともに、他の全てのフリップ・フロップからLow(L)信号が出力され、順にH信号の出力されるフリップ・フロップが循環する。第0〜第8のフリップ・フロップ100〜108から出力されるH信号は、それぞれ、第0〜第8の循環信号としてラッチ回路35及びゲート・セレクト回路36にも出力される。
ラッチ回路35は、第0〜第8のラッチ部200〜208と、第0〜第8の入力ゲート210〜218と、第0〜第8の出力ゲート220〜228とを有する。第0〜第8のラッチ部200〜208は、内部コマンド入力端子31と内部コマンド出力端子33との間に並列接続されており、内部コマンド入力端子31から入力されるコマンド・パルスをラッチすることができる。第0〜第8の入力ゲート210〜218は、それぞれ、第0〜第8のラッチ部200〜208と内部コマンド入力端子31との間に設けられており、入力ゲート制御信号が入力されたときに個々に開かれてコマンド・パルスを通す。第0〜第8の出力ゲート220〜228は、それぞれ、第0〜第8のラッチ部200〜208と内部コマンド出力端子33との間に設けられており、出力ゲート制御信号が入力されたときに個々に開かれてコマンド・パルスを通す。
ゲート・セレクト回路36は、第0〜第8の遅延回路300〜308と、第0〜第8のセレクタ310〜318とを有し、第0〜第8の循環信号を入力して入力ゲート制御信号及び出力ゲート制御信号を出力する。
ゲート・セレクト回路36は、第0〜第8の循環信号を入力し、それぞれ、第0〜第8の出力ゲート220〜228へ出力ゲート制御信号として出力する。第0〜第8の遅延回路300〜308は、全て同じ遅延時間をもち、第0〜第8の循環信号を入力して所定の遅延時間分遅延させて第0〜第8の遅延循環信号として出力する。第0〜第8のセレクタ310〜318は、第0〜第8の遅延循環信号のいずれかを入力し、それぞれ、第0〜第8の入力ゲート210〜218に入力ゲート制御信号として入力する。第0〜第8のセレクタ310〜318が第0〜第8の遅延循環信号のいずれを入力するかは、ずれ数設定端子32から入力されるずれ数設定信号によって切り替えられる。同一の循環信号により生成される入力ゲート制御信号及び出力ゲート制御信号の出力先は、対応する第0〜第8のラッチ部200〜208で見た場合にずれ数m(mは8以下の自然数)分ずれている。
より具体的に説明すると、ゲート・セレクト回路36は、第p(pは0≦p≦8の整数)の循環信号に基づいて生成される入力ゲート制御信号を第q(qは0≦q≦8の整数)の入力ゲート(第0〜第8の入力ゲート210〜218のいずれか)に出力すると共に、第pの循環信号に基づいて生成される出力ゲート制御信号を第r(rは0≦r≦8の整数であって、q=r+m(r+m≦8の場合)又はq=r+m−(8+1)(r+m>8の場合)を満たす数)の出力ゲート(第0〜第8の出力ゲート220〜228のいずれか)に出力する。
循環信号生成回路34が、1つのリング・カウンタにより形成されていることから、複数のリング・カウンタを高速かつ異なるタイミングのクロックで動作させる半導体記憶装置のようなリセットを同時に実施することが困難であるという問題が生じず、第0〜第8のラッチ部200〜208へのコマンド・パルスの入出力を高精度に行うことができる。さらに、循環信号生成回路34が、1つのリング・カウンタにより形成されていることから、複数のリング・カウンタを使用する場合に比較して消費電力が小さい。
本実施形態のゲート・セレクト回路36は、第0〜第8の循環信号を第0〜第8の出力ゲート220〜228に出力するが、これに限られるものではない。ゲート・セレクト回路36は、第0〜第8の遅延回路300〜308の出力を直接第0〜第8の入力ゲート210〜218に入力ゲート制御信号として出力するとともに、第0〜第8の循環信号を第0〜第8のセレクタ310〜318に入力して第0〜第8の出力ゲート220〜228に出力させるものであってもよい。
レジスタ群37は、第1のレジスタ401と第2のレジスタ402とを有する。第1のレジスタ401及び第2のレジスタ402は、第0〜第8の出力ゲート220〜228と内部コマンド出力端子33との間に設けられている。第2のレジスタ402は第1のレジスタ401より内部コマンド出力端子33側に設けられている。第1のレジスタ401は、第0〜第8の出力ゲート220〜228から出力される中間コマンド・パルスを内部クロックに同期して第2のレジスタ402に出力する。第2のレジスタ402は、第1のレジスタ401から出力される中間コマンド・パルスを内部クロックに同期して調整後コマンド・パルスとして内部コマンド出力端子33に出力する。
ずれ数mは、端子2から入力されるリード・レイテンシのクロック数に応じて決定されるものであり、ずれ数mとレジスタ群47のレジスタの個数との和がリード・レイテンシのクロック数に等しくなる。
図3の信号波形図を参照しながらレイテンシ・カウンタ3の動作を説明する。本実施形態の半導体記憶装置1では、リード・レイテンシが10に設定されているため、外部クロックの第0クロックで図1のコマンド入力端子21からリード・コマンドを入力するとともに、アドレス入力端子22からカラム・アドレスを入力し、外部クロックの第10クロックで対応するバースト・データを図1のデータ入出力端子23に出力し始める。本実施形態では、リード・レイテンシが10クロックであり、レジスタ群37で2クロック遅延させることから、ずれ数mが8となるようにずれ数設定信号が生成される。なお、リード・レイテンシは10に限られるものではない。
半導体記憶装置1は、図1の外部クロック入力端子20から入力される外部クロックに基づいて、外部クロックよりも時間(t3+t4)だけ早いタイミングの内部クロックを生成する。時間t3は、レイテンシ・カウンタ3の第2のレジスタ402を動作させる内部クロックのエッジと、実際に内部コマンド出力端子33に調整後コマンド・パルスが出力されるタイミングとの差である。時間t4は、レイテンシ・カウンタ3の内部コマンド出力端子33に調整後コマンド・パルスが出力されてから、半導体記憶装置1のデータ入出力端子23に実際にデータが出力されるまでの時間である。すなわち、内部クロックが外部クロックよりも時間(t3+t4)だけ早いため、内部クロックの第10クロックでレイテンシ・カウンタ3の第2のレジスタ402を動作させることにより、外部クロックの第10クロックで半導体記憶装置1のデータ入出力端子23にデータを出力することができる。
半導体記憶装置1は、外部クロックの第0クロックでコマンド入力端子21からリード・コマンドを入力するとデコード等の処理を行い、レイテンシ・カウンタ3の内部コマンド入力端子31にコマンド・パルスを出力する。外部クロックの第0クロックから内部コマンド入力端子31にコマンド・パルスが出力されるまで時間t1だけ遅延する。内部コマンド入力端子31にコマンド・パルスが出力されてから、ラッチ回路35の第0〜第8のラッチ部200〜208でコマンド・パルスをラッチすることができるようになるまでにさらに時間t2必要である。
レイテンシ・カウンタ3の循環信号生成回路34は、内部クロックの第0クロックに基づいて第0の循環信号を生成する。ゲート・セレクト回路36は、第0の循環信号を出力ゲート制御信号として直接第0の出力ゲート220に出力するとともに、第0の循環信号を第0の遅延回路300に入力して第0の遅延循環信号として出力し、第0の遅延循環信号を入力ゲート制御信号として第8の入力ゲート218に出力する。内部クロックの第0クロックのエッジから第8の入力ゲート218に入力ゲート制御信号が入力されるまでの時間が、時間(t1+t2+t3+t4)となるように第0の遅延回路300の遅延時間が決定される。第0〜第8の遅延回路300〜308は全て同じ遅延時間を有している。外部クロックの第0クロックから時間(t1+t2)が経過し、内部コマンド入力端子31から入力されたコマンド・パルス信号がラッチ可能となっている状態で、第8の入力ゲート218が開くことにより第8のラッチ部208にコマンド・パルスがラッチされる。
第0〜第8のセレクタ310〜318を、入力ゲート制御信号の生成側に設けることにより、遅延時間を時間(t1+t2+t3+t4)に含ませることができ、出力ゲート制御信号の生成側に設ける場合に比較して、遅延量を小さくすることができる。
その後、内部クロックの第8クロックに基づいて第8の循環信号が生成されると、第8の循環信号が第8の出力ゲート228に出力ゲート制御信号として出力され、第8のラッチ部208にラッチされたコマンド・パルスが中間コマンド・パルスとして第1のレジスタ401に出力される。内部クロックの第9クロックに基づいて中間コマンド・パルスが第1のレジスタ401から第2のレジスタ402に出力され、内部クロックの第10クロックに基づいて中間コマンド・パルスが第2のレジスタ402から内部コマンド出力端子33に調整後コマンド・パルスとして出力される。内部クロックの第10クロックのエッジから内部コマンド出力端子33に調整後コマンド・パルスが実際に出力されるまでに時間t3だけかかる。内部コマンド出力端子33の前段にレジスタ群37を設けることにより、t3の時間を小さく揃えることができる。
内部コマンド出力端子33に調整後コマンド・パルスが出力されてから時間t4だけ経過したとき、すなわち外部クロックの第10クロックのエッジに合わせてバースト・データがデータ入出力端子23に出力される。本実施形態の半導体記憶装置1はDDR SDRAMであるため外部クロックの1クロック・サイクルに2つのデータが読み出されている。
これと並行して、半導体記憶装置1は、外部クロックの第4クロックでリード・コマンドを入力して第3のラッチ部203にラッチし、外部クロックの第8クロックでリード・コマンドを入力して第7のラッチ部207にラッチし、オーバーラップさせながら同様に処理することができる。
なお、図4の構成図に示すように、ラッチ回路35は第0のラッチ部200と第0の入力ゲート210と第0の出力ゲート220との組み合わせに、第0のリセット部230を加えたものであってもよい。第0のリセット部230は、第0の出力ゲート220が開いて第0のラッチ部200からコマンド・パルスが出力された後しばらくしてから第0のラッチ部200のラッチ内容をリセットする。第0のリセット部230は、リセット信号を入力されることにより第0のラッチ部200の内容をリセットすることもできる。具体的には、立ち上げ時などにリセット信号としてH信号が入力されると第0のリセット部230の出力がH信号となって第0のラッチ部200の内容がリセットされる。定常状態ではリセット信号として通常L信号が入力されており、第0のリセット部230からの出力はL信号であるため、第0のラッチ部200のラッチ内容が保持される。第0の出力ゲート220に入力された出力ゲート制御信号がH信号からL信号に変化する際に、第0のリセット部230の出力が一時的にH信号となるため、第0のラッチ部200の内容がリセットされる。すなわち、第0のリセット部230は、第0の出力ゲート220が開いて第0のラッチ部200からコマンド・パルスが出力された後しばらくしてから第0のラッチ部200の内容をリセットすることができる。第0のリセット部230を設けることにより、リード・レイテンシの切り替え時等に、第0のラッチ部200内にコマンドが残ることを防止することができる。第1〜第8のラッチ部201〜208等についても同様である。
なお、半導体記憶装置1のレイテンシ・カウンタ3にレジスタ群37を設けない他の実施形態においては、ずれ数mをリード・レイテンシに一致させるとよく、循環信号生成回路34、ラッチ回路35、ゲート・セレクト回路36の構成要素の数を適宜調整する。
半導体記憶装置の概略の構成図である。 レイテンシ・カウンタの構成図である。 レイテンシ・カウンタの信号波形を示す図である。 リセット部を有するラッチ回路の構成図である。
符号の説明
1;半導体記憶装置、2;端子、3;レイテンシ・カウンタ、
20;外部クロック入力端子、21;コマンド入力端子、22;アドレス入力端子、
23;データ入出力端子、30;内部クロック入力端子、31;内部コマンド入力端子、
32;ずれ数設定端子、33;内部コマンド出力端子、34;循環信号生成回路、
35;ラッチ回路、36;ゲート・セレクト回路、37;レジスタ群、
100〜108;第0〜第8のフリップ・フロップ、
200〜208;第0〜第8のラッチ回路、210〜218;第0〜第8の入力ゲート、
220〜228;第0〜第8の出力ゲート、230;第0のリセット部、
300〜308;第0〜第8のセレクタ、310〜318;第0〜第8の遅延回路、
401;第1のレジスタ、402;第2のレジスタ。

Claims (6)

  1. 第1の内部コマンド信号と内部クロックとを入力し、前記第1の内部コマンド信号をレイテンシに応じた期間だけラッチして第2の内部コマンド信号として出力するレイテンシ・カウンタを備える半導体記憶装置であって、
    前記レイテンシ・カウンタは、
    内部コマンド入力端子と内部コマンド出力端子と循環信号生成回路とラッチ回路とゲート・セレクト回路とを有し、
    前記循環信号生成回路は、前記内部クロックを入力し、順に循環する第0から第nの循環信号(nは自然数)を出力し、
    前記ラッチ回路は、第0から第nのラッチ部と第0から第nの入力ゲートと第0から第nの出力ゲートとをもち、前記第0から第nのラッチ部は、それぞれ、前記内部コマンド入力端子と前記内部コマンド出力端子との間に並列に接続されて入力される信号をラッチし、前記第0から第nの入力ゲートは、それぞれ、前記内部コマンド入力端子と前記第0から第nのラッチ部との間に位置し、入力ゲート制御信号が入力されたときに開き、前記第0から第nの出力ゲートは、それぞれ、前記第0から第nのラッチ部と前記内部コマンド出力端子との間に位置し、出力ゲート制御信号が入力されたときに開き、
    前記ゲート・セレクト回路は、第0から第nの循環信号のそれぞれに基づいて入力ゲート制御信号と出力ゲート制御信号とを生成するゲート・セレクト回路であって、第p(pは0≦p≦nの整数)の循環信号に基づいて生成される入力ゲート制御信号を第q(qは0≦q≦nの整数)の入力ゲートに出力すると共に、 レイテンシのクロック数に応じて決定される所定のずれ数をm(mはn以下の自然数)とした場合に、前記第pの循環信号に基づいて生成される出力ゲート制御信号を第r(rは0≦r≦nの整数であって、q=r+m(r+m≦nの場合)又はq=r+m−(n+1)(r+m>nの場合)を満たす数)の出力ゲートに出力し、
    前記レイテンシ・カウンタは、更に、レジスタを有し、
    前記レジスタは、前記第0から第nの出力ゲートと前記内部コマンド出力端子との間に設けられ、前記内部クロックに合わせて所定のクロック数だけ前記第2の内部コマンド信号の出力を遅らせ、
    前記所定のクロック数と前記所定のずれ数mとの和は、レイテンシのクロック数に等しい、半導体記憶装置。
  2. 前記循環信号生成回路は、n+1個のフリップ・フロップを接続した1台のリング・カウンタで構成されている、請求項1の半導体記憶装置。
  3. 前記所定のクロック数は2である、請求項1又は請求項2の半導体記憶装置。
  4. 前記ラッチ回路は、第0から第nのリセット部をもち、
    前記第0から第nのリセット部は、それぞれ、前記第0から第nの出力ゲートが開くごとに、前記第0から第nのラッチ部をリセットする機能をもつ、請求項1から請求項3のいずれかの半導体記憶装置。
  5. 前記ゲート・セレクト回路は、前記所定のずれ数mを切り替えるセレクタを有する、請求項1から請求項4のいずれかの半導体記憶装置。
  6. 前記ゲート・セレクト回路は、前記出力ゲート制御信号の出力先を固定し、前記所定のずれ数mに応じて前記入力ゲート制御信号の出力先を切り替えるセレクタを有する、請求項1から請求項5のいずれかの半導体記憶装置。
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