JP5505274B2 - スタティックram - Google Patents

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Description

本発明は、スタティックRAM(Static Random Access Memory)に関する。
スタティックRAM(SRAM)は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)のようにリフレッシュ動作を必要とせず、その分高速動作が可能であり、高速のアクセスが可能なメモリとして広く使用されている。
一方、近年メモリの低消費電力化が強く要望されている。低消費電力のメモリを実現するには、動作電圧の低電圧化が必要である。DRAMでは、動作電圧を低くするとメモリセルに設けられた容量の充電電圧が低くなるため、頻繁にリフレッシュ動作を行う必要が生じ、消費電力を低減するのが難しいという問題があった。そのため、SRAMの動作電圧を低電圧化して低消費電力化することが行われている。
一般的なSRAMは、直交するように配置した複数のワード線および複数のビット線対と、複数のワード線および複数のビット線対の交差部に対応して配置された複数のスタティック型メモリセルと、各ビット線対に対応して設けられた複数のカラム回路と、ローデコーダと、カラムデコーダと、ワード線ドライバと、複数のカラムスイッチと、を有する。各カラム回路は、センスアンプ、プリチャージ回路、エコライザ、キーパー回路、およびビット線対分離スイッチなどを有する。
図1は、一般的なSRAMの1ビット線対に対応する部分、すなわち1列分の構成を示す図である。このような回路が、ビット線対の組数分設けられる。
図1に示すように、SRAMは、横方向に平行に伸びる複数(n+1本)のワード線WL0〜WLnと、縦方向に平行に伸びるビット線対BLおよびBLXと、複数のワード線とビット線対の交差部に対応して配置された複数(n+1個)のスタティック型メモリセルC0…Cnと、ビット線対BLおよびBLXに対応しても設けられた延長ビット線対RDおよびRDXと、ビット線対BLおよびBLXと延長ビット線対RDおよびRDXの接続回路を形成するトランジスタTrおよびTrXと、ビット線対BLおよびBLXの間に接続されたプリチャージ回路PCおよびキーパー回路KPと、延長ビット線対RDおよびRDXの間に接続されたセンスアンプSAおよびエコライザEQと、を有する。
各メモリセルは、2個のインバータの入力と出力を相互接続したフリップフロップと、フリップフロップの2個の接続ノードとビット線対BLおよびBLXの間に設けられた2個のトランジスタと、を有する公知のスタティック型メモリセルである。2個のトランジスタは、ゲートが対応するワード線WLに接続され、ワード線にロウ選択信号が印加されると導通(オン)し、メモリセルがビット線対BLおよびBLXに接続された状態になる。
ビット線対BLおよびBLXは、非常に長く、多数(N+1個)のメモリセルC0…Cnが接続される。プリチャージ回路PCは、プリチャージ信号PREが「低(L)」になると動作し、ビット線対BLおよびBLXを「高(H)」レベルにプリチャージし、PREがHの時には動作しない(オフ状態)。キーパー回路KPは、ビット線対BLおよびBLXのH側のビット線をHに維持する。トランジスタTrおよびTrXは、コラム信号COLがLの時に導通し、コラム信号COLがHの時に遮断状態になる。センスアンプSAは、センスアンプ起動信号SAEがHの時に動作状態となり、ビット線対BLおよびBLXの電圧の高い側をHに、低い側をLに増幅し、SAEがLの時には動作しない(オフ状態)。エコライザEQは、プリチャージ回路PCと同じ構成を有し、エコライズ信号EQDがLの時にビット線対BLおよびBLXを短絡してH状態にし、エコライズ信号EQDがHの時には動作しない(オフ状態)。
図2は、図1に示したSRAMの読み出し動作を示すタイムチャートである。ここで、WL0は、0行目のワード線WL0に印加されるロウ選択信号を、BL/BLXは、ビット線対BLおよびBLXの電圧を、RD/RDXは、延長ビット線対RDおよびRDXの電圧を、それぞれ示す。
上記のように、ビット線対BLおよびBLXに多数(n+1個)のメモリセルが接続されており、そのうちの一つのメモリセル(ここでは0行目)のワード線WLにロウ選択信号(Hでアクティブ)が印加され、2個のトランジスタが導通する。これに応じて、メモリセルの記憶データに応じて、ビット線対BLおよびBLXの一方の電圧が低下する。この時、コラム信号COLはLであり、トランジスタTrおよびTrXは導通状態であり、延長ビット線対RDおよびRDXもビット線対BLおよびBLXと同様に変化する。
一方、プリチャージ信号PREおよびエコライズ信号EQDがHであり、プリチャージ回路PCおよびエコライザEQは、オフ状態になる。センスアンプ起動信号SAEは、Lであり、センスアンプSAは、オフ状態である。
ビット線対BLおよびBLX、および延長ビット線対RDおよびRDXの一方の電圧が低下した時点で、センスアンプ起動信号SAEがHに変化する。この時、ロウ選択信号、プリチャージ信号PREおよびコラム信号COLはHに変化し、エコライズ信号EQDはHを維持する。
これに応じて、ビット線対BLおよびBLXと延長ビット線対RDおよびRDXは切り離され、ビット線対BLおよびBLXの電圧は、プリチャージ回路PCにより、Hに変化する。メモリセルC−0は、ロウ選択信号がLに変化するので、ビット線対BLおよびBLXから切り離され、記憶しているデータに対応する状態を維持する。
センスアンプSAは、延長ビット線対RDおよびRDXの電圧が低い側をLに、電圧が高い側をHに変化または維持するように増幅する。延長ビット線対RDおよびRDXの変化した状態が、カラムスイッチを介して出力回路に伝えられる。延長ビット線対RDおよびRDXの状態の外部への出力が完了すると、センスアンプ起動信号SAEがLに変化してセンスアンプSAはオフ状態になり、エコライズ信号EQDがLに変化して、エコライザEQが延長ビット線対RDおよびRDXをHに変化させる。
上記のようにして、ビット線対BLおよびBLX、および延長ビット線対RDおよびRDXは、両方ともHになり、次の読み出しが行える状態になる。
以上が一般的なSRAMの読み出し動作である。
メモリセルを形成するトランジスタの特性は、製造工程でばらつくことが避けられない。2個のインバータのNチャネルトランジスタの特性のバラツキによって、ビット線対BLおよびBLXのLに変化する側の振幅量が大きく異なる。言い換えれば、ビット線対BLおよびBLXの一方のLに変化する速度が異なる。
図2のBL/BLXにおいて、aはNチャネルトランジスタが良好な特性を有する場合の変化を、bはNチャネルトランジスタが平均的な特性を有する場合の変化を、cはNチャネルトランジスタが不十分な特性を有する場合の変化を、それぞれ示す。また、図2のRD/RDXにおいて、dはNチャネルトランジスタが良好な特性を有する場合の変化を、eはNチャネルトランジスタが平均的な特性を有する場合の変化を、fはNチャネルトランジスタが不十分な特性を有する場合の変化を、それぞれ示す。
センスアンプSAが、延長ビット線対RDおよびRDXの低下した側の電圧を正しくLに増幅するには、延長ビット線対RDおよびRDXの電圧差が所定量以上であることが必要である。言い換えれば、延長ビット線対RDおよびRDXの他方の電圧はHなので、一方の電圧が所定値以下であることが必要である。Nチャネルトランジスタの特性が良好な場合は特に問題はないが、Nチャネルトランジスタの特性が不十分な場合、延長ビット線対RDおよびRDXの一方の電圧が所定値以下になるまで、センスアンプ起動信号SAEをHに変化させることができない。そのため、延長ビット線対RDおよびRDXの一方の電圧が所定値以下になるまでの時間が、読み出し速度を決定する。
上記のように、消費電力を低減するため、動作電圧を低下することが行われるが、読み出し速度低下の影響は、動作電圧が低下するほど顕著に現れる。このため、所定の動作速度を維持する上では、動作電圧を十分に低下させるのが難しい。
また、SRAMでは、全てのメモリセルに記憶されたデータを正しく読み出す必要があり、もっとも動作の遅いメモリセルに合わせて読み出し速度を設定する必要がある。このような読み出し速度に設定した場合、平均的または良好な特性のトランジスタを有するメモリセルからデータを読み出す時には、メモリセルのトランジスタがビット線対BLまたはBLXの電圧を大きく変化させることになり、言い換えれば振幅量が大きくなり、消費電力が増加する。
特開2003−151280号公報 特開平01−241093号公報
消費電力を低減するため、ビット線対を階層構造にすることが知られているが、容量の大きなビット線対全体を大きな振幅で変化するように増幅を行うため、消費電力を十分に低減できなかった。
実施形態によれば、動作速度および信頼性を維持しながら、消費電力を低減したSRAMが実現される。
発明の第1の観点によれば、複数のワード線と、複数のグローバルビット線対と、複数のワード線および複数のグローバルビット線対の交差部に対応して設けられた複数のスタティック型メモリセルと、各グローバルビット線対に対応して設けられた複数のセンスアンプと、各グローバルビット線対に対応して設けられた複数のローカルビット線対と、グローバルロウ選択信号に応じて、各ローカルビット線対を対応するグローバルビット線対に接続する複数のグローバルスイッチと、を備え、複数のスタティック型メモリセルは、対応するワード線に印加されるロウ選択信号に応じて、対応するローカルビット線対に接続され、読み出し時には、選択するメモリセルに対応するワード線に、ロウ選択信号を印加して、対応するローカルビット線対をメモリセルの記憶内容に応じた状態にした後、ロウ選択信号の印加を停止し、その後グローバルロウ選択信号を印加して対応するグローバルスイッチを接続状態にして、グローバルビット線対の状態を、ローカルビット線対の状態に対応して変化させた後、対応するセンスアンプを動作させることを特徴とするスタティック型半導体記憶装置が提供される。
実施形態によれば、比較的短い容量の小さなローカルビット線対の一方の電圧を変化させた後、ローカルビット線対とグローバルビット線対を接続して、チャージシェアにより、グローバルビット線対の電圧が変化するので、消費電力を低減できる。
図1は、一般的なSRAMの1ビット線対に対応する部分、すなわち1列分の構成を示す図である。 図2は、図1に示したSRAMの読み出し動作を示すタイムチャートである。 図3は、実施形態のSRAMの全体構成を示す図である。 図4は、実施形態のSRAMの1列目のサブブロック、グローバルビット線対、カラム回路、および延長グローバルビット線対の詳細を示す図である。 図5は、実施形態のSRAMの動作を示すタイムチャートである。 図6は、図5のタイムチャートの一部を拡大して示す図である。 図7は、安定性不良の改善効果を説明するためのタイムチャートを示す図である。
図3は、実施形態のSRAMの全体構成を示す図である。
実施形態のSRAMは、制御回路1と、ローデコーダ2と、ワード線ドライバ3と、ブロック信号回路4と、カラムデコーダ5と、複数のカラムスイッチCS0〜CSpと、データI/O回路6と、複数((k+1)×(m+1))のワード線WLと、複数(p+1)のグローバルビット線対GBL0およびGBLX0〜GBLpおよびGBLXpと、複数(p+1)の延長グローバルビット線対EGBL0およびEGBLX0〜EGBLpおよびEGBLXpと、複数のワード線に対応して配置された複数((k+1)×(p+1))のサブブロック(SUB BLK)B00〜Bkpと、各ビット線対に対応して設けられた複数のカラム回路CL0〜CLpと、を有する。このように、実施形態のSRAMは、複数の短いローカルビット線対を、長いグローバルビット線対に接続した階層構造を有する。
制御回路1は、外部から供給されるクロックCLKおよび制御信号CTLに基づいて、SRAM内の各部に供給する動作制御信号を発生する。制御信号CTLは、例えば、リード信号RE、書込み信号WEなどを含む。動作制御信号は、ライトイネーブル信号WEN、センスアンプ起動信号SAE、グローバルプリチャージ信号GPRE、内部クロックなどを含む。動作制御信号は、ローデコーダ2、カラムデコーダ5およびブロック信号回路4などにも供給される。ローデコーダ2は、クロックCLKに同期してアドレス信号のローアドレス部分を受けて、ワード線選択信号をワード線ドライバ3に供給する。ローデコーダ2は、さらに、アドレス信号のローアドレス部分をデコードした信号をブロック信号回路4に供給する。ワード線ドライバ3は、ワード線選択信号に対応するワード線にロウ選択信号(Hアクティブ)を印加する。ブロック信号回路4は、ロウ選択信号を印加するワード線が接続されるサブブロックに、ローカルプリチャージ信号LPREおよびグローバル接続信号GWLを出力する。カラムデコーダ5は、クロックCLKに同期してアドレス信号のカラムアドレス部分を受けて、カラム選択信号をカラムスイッチCS0〜CSpに供給する。データI/O回路6は、外部から書込みを行う入力データを受けて、読み出した出力データを外部に出力する。カラム選択信号により選択されたカラムスイッチは、書込み時にはデータI/O回路6からの入力データをカラム回路に供給し、読み出し時にはカラム回路からの読み出しデータをデータI/O回路に供給する。実施形態のSRAMは、書込み時には通常の書込み動作と同じ動作を行うので、以下読み出し動作についてのみ説明を行う。
図4は、実施形態のSRAMの1列目のサブブロックB00〜Bk0、グローバルビット線対GBL0とGBLX0、カラム回路CL0、および延長グローバルビット線対EGBL0とEGBLX0の詳細を示す図である。図4のような回路が、列ごとに、すなわちグローバルビット線対ごとに設けられる。
グローバルビット線対GBL0およびGBLX0の間には、複数(k+1)個のサブブロック(SUB BLK)B00〜Bk0が接続される。各サブブロックは同一の構成を有する。
サブブロックB00は、平行に設けられたローカルビット線対LBLおよびLBLXと、ローカルビット線対の間に接続された複数(m+1)個のメモリセルC0〜Cmと、ローカルビット線対の間に接続されたローカルプリチャージ回路LPCおよびキーパー回路KPと、ローカルビット線対LBLおよびLBLXとグローバルビット線対GBL0とGBLX0の接続回路を形成するグローバル接続トランジスタGTrおよびGTrXと、を有する。
各メモリセルは、2個のインバータの入力と出力を相互接続したフリップフロップと、フリップフロップの2個の接続ノードとローカルビット線対LBLおよびLBLXの間に設けられた2個のトランジスタと、を有する公知のスタティック型メモリセルである。2個のトランジスタは、ゲートが対応するワード線WLに接続され、ワード線にロウ選択信号が印加されると導通(オン)し、メモリセルがローカルビット線対LBLおよびLBLXに接続された状態になる。
ローカルプリチャージ回路LPCは、ローカルプリチャージ信号LPREがLになると動作してローカルビット線対LBLおよびLBLXをHにプリチャージし、LPREがHの時には動作しない(オフ状態)。キーパー回路KPは、ビット線対BLおよびBLXのH側のビット線をHに維持する。グローバル接続トランジスタGTrおよびGTrXは、ブロック信号回路4が出力するグローバル接続信号GWLがHの時に導通し、ブロック選択信号GWLがLの時に遮断状態になる。
カラム回路CL0は、グローバルプリチャージ回路GPCと、書込み回路WCと、延長接続トランジスタETrおよびETrXと、エコライザEQと、センスアンプSAと、を有する。
グローバルプリチャージ回路GPCは、グローバルビット線対GBL0とGBLX0の間に接続され、グローバルプリチャージ信号GPREがLになると動作してグローバルビット線対GBL0とGBLX0をHにプリチャージし、GPREがHの時には動作しない。
書込み回路WCは、制御回路1が出力する書込み信号WENがHの時に動作し、書込みデータに応じてWDおよびWDXをHとLまたはLとHに設定して、グローバルビット線対GBL0とGBLX0を書き込みデータに応じた状態にする。ローカルビット線対LBLおよびLBLXは、グローバル接続トランジスタGTrおよびGTrXを介して、グローバルビット線対GBL0とGBLX0の状態に対応した状態に変化する。そして、書込み対象のメモリセルは、ローカルビット線対LBLおよびLBLXに接続されて、書き込みデータに応じた状態になる。本実施形態の書き込み動作は、ビット線対を階層構造とした一般的なSRAMと同様であるので、これ以上の説明は省略する。
延長接続トランジスタETrおよびETrXは、グローバルビット線対GBL0とGBLX0と、グローバルビット線対GBL0とGBLX0に対応して設けられた延長ビット線対RD0およびRDX0との接続回路を形成する。延長接続トランジスタETrおよびETrXは、制御回路1が出力するセンスアンプ起動信号SAEがLの時に導通(オン)し、センスアンプ起動信号SAEがHの時に遮断(オフ)する。
センスアンプSAは、制御回路1が出力するセンスアンプ起動信号SAEがHの時に動作状態となり、延長ビット線対RD0およびRDX0の電圧の高い側をHに、低い側をLに増幅し、SAEがLの時には動作しない(オフ状態)。エコライザEQは、グローバルプリチャージ信号GPREがLの時にビット線対BLおよびBLXを短絡してH状態にし、エコライズ信号EQDがHの時には動作しない(オフ状態)。
図5は、実施形態のSRAMの動作を示すタイムチャートである。動作はクロックCLKに同期して行われる。まず、読み出し動作について説明するが、読み出し動作中は、書込み回路WCは、オフ状態であり、書込み回路WCの動作は説明しない。ここでは、メモリセルC0にアクセスして、記憶されているデータを読み出す場合を説明するが、逆の場合も同様である。メモリセルC0は、ローカルビット線LBLに接続されるノードがL(VSS)で、LBLXに接続されるノードがH(VDD)の状態であるとする。
CLKの立ち上がる前に、LBL、LBLX、GBL0、GBLX0、RD0およびRDX0はHにリセットされている。
CLKの立ち上がりに同期して、LPREおよびGPREがHに変化する共に、ワード線WL0にロウ選択信号が印加されて、WL0がHに変化する。この時、GWL、SAEおよびWENはLである。LPREおよびGPREがHになるので、ローカルプリチャージ回路LPC、グローバルプリチャージ回路GPCおよびエコライザEQはオフ状態になる。GWLがLなので、GTrおよびGTrXはオフ状態である。また、SAEがLであるから、センスアンプSAはオフ状態であり、ETrおよびETrXは導通状態である。
WL0がHに変化するので、メモリセルC0の接続トランジスタが導通して、L状態のノードがLBLに、H状態のノードがLBLXに接続される。LBLに接続されるメモリセルC0のNチャネルトランジスタが導通しているので、LBLはL(VSS)まで変化する。その後、ロウ選択信号の印加が停止され、WL0はLになるのと同期して、GWLがHに変化する。これに応じて、L状態のローカルビット線LBLと、H状態のグローバルビット線GBL0および延長グローバルビット線RD0が接続され、チャージシェアが発生して、グローバルビット線GBL0および延長グローバルビット線RD0は、ローカルビット線との容量比分だけ電圧が低下する。これと同時に、ローカルビット線LBLの電圧はチャージシェアにより増加する。ローカルビット線LBLX、グローバルビット線GBLX0および延長グローバルビット線RDX0は、すべてHなので変化しない。
グローバルビット線GBL0および延長グローバルビット線RD0の電圧が低下した後、センスアンプ起動信号SAEがHに変化する。これにより、延長グローバルビット線対RD0およびRDX0は、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0から切り離される。ローカルビット線対LBLおよびLBLXとグローバルビット線対GBL0およびGBLX0は、接続状態を維持する。したがって、ローカルビット線対LBLおよびLBLXとグローバルビット線GBL0およびGBLX0は、その時点の電圧を維持する。
センスアンプ起動信号SAEがHに変化するので、センスアンプSAが動作し、延長グローバルビット線RD0の電圧をLに変化させる。延長グローバルビット線RDX0の電圧はHを維持する。カラムスイッチCS0は、延長グローバルビット線対RD0およびRDX0の状態を、バスDBおよびDBXを介して、データI/O6から出力する。
その後、センスアンプ起動信号SAEがLに変化し、それと同時に、LPREおよびGPREがLに変化する。これに応じて、センスアンプSAはオフ状態になり、LPC、GPCおよびEQが、ローカルビット線対LBLおよびLBLXと、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と、延長グローバルビット線対RD0およびRDX0と、をHに初期化する。これで次の読み出し動作が行える状態になる。
なお、図5では、書込み時の動作も示されているが、書込み時の動作は通常の階層ビット線構造のSRAMの書込み動作と同じなので、説明は省略する。
本実施形態では、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0の読み出しに伴う電圧変化量は、ローカルビット線対LBLおよびLBLXとの容量比で振幅量が決まる。ローカルビット線対LBLおよびLBLXの容量は比較的小さい。そのため、メモリセルのNチャネルトランジスタの特性にバラツキがあった場合でも、ローカルビット線対LBLまたはLBLXを短時間でLに変化させることが可能であり、メモリセルのNチャネルトランジスタの特性のバラツキの影響を受けない。したがってビット線の振幅量を抑えることができ、電力を削減することができる。
ここで、本実施形態で得られる効果についてさらに詳細に説明する。まず、電力削減効果について説明する。
本実施形態のように階層ビット線構造を用いた場合、通常ローカルビット線対LBLおよびLBLXの充放電電力+グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0=SRAMの1ビット分の読み出し電力になる。
しかし本実施形態では、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0の充放電電力を無くすことが可能となる。その説明を、図6のタイムチャートを参照して説明する。
図6は、図5のタイムチャートの一部を拡大して示す図である。グローバルビット線対GBL0およびGBLX0をメモリセルに記憶されたデータに対応する状態にするまでが、放電期間(Dis-Charge phase)であり、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0などをH状態にするのが充電期間(Pre-Charge phase)である。
本実施形態では、ワード線にロウ選択信号を印加して、メモリセルの接続トランジスタを導通して、ローカルビット線LBLおよびLBLXの一方の電圧をL(VSS)まで下げる。その後、ロウ選択信号の印加を停止して接続トランジスタを遮断し、ローカルビット線LBLおよびLBLXの一方をLでフローティング状態にする。その後、GWLをHにしてGTrおよびGTrXを導通し、ローカルビット線対LBLおよびLBLXと、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0の間でチャージシェアを発生させて、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0の電圧を振幅させる。この時の電圧変化は、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0に溜っている電荷の一部(VGBL分)をローカルビット線対LBLおよびLBLXに移すだけなので電力を消費しない。この時、ローカルビット線対LBLおよびLBLXの電圧は、VLBL分だけ上昇する。図6では、GBLの電荷がLBLに移動したことが示されている。
以上のようにして放電期間(Dis-Charge phase)の動作を行った後充電期間(Pre-Charge phase)で、ローカルビット線対LBLおよびLBLXと、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0と延長グローバルビット線対RD0およびRDX0をH(VDD)にプリチャージする。この時のチャージ量は、ローカルビット線LBLが、VDD−VLBL、グローバルビット線GBLおよび延長グローバルビット線対RD0がVGBL分である。プリチャージ時のチャージ量は、ローカルビット線LBLをVSSからVDDにチャージするのと同じになる。したがって、放電期間(Dis-Charge phase)および充電期間(Pre-Charge phase)の両方とも、グローバルビット線GBLは、電力を消費しない。
次に、図1に示した一般的な回路構成を有するSRAMと本実施形態のSRAMの電力削減効果について説明する。
消費電力は、P=CVの式で表わされる。メモリセル1セル分のビット線対容量をCBLとした場合、ビット線対BLの容量は、行(Row)数×列(Column)数×CBLになる。読み出し時の、平均ビット線振幅量=VDD/2で行数=128、列数=4であった場合、図1のSRAMの1ビット分の読み出し時の消費電力は、次の通りである。
図1の回路読み出し時消費電力=4×128×CBL×0.5×VDD
=256×CBL×VDD
次に、本実施形態のSRAM1ビット分の読み出し時の消費電力について説明する。
前述の通り、本実施形態では、グローバルビット線対GBL0およびGBLX0では、電力を消費しないので、ローカルビット線対LBLおよびLBLXでの電力のみ考慮すればよい。図4で、k=8、m=16と想定すると、ローカルビット線の行数=16、列数=4である場合の消費電力は次のとおりである。
本実施形態での読み出し時消費電力=4×16×CBL×VDD
=64×CBL×VDD
したがって、本実施形態では、図1の一般的なSRAMに対して読み出し時の消費電力を1/4にすることができる。
次に、安定性不良の改善効果について、図7を参照して説明する。図7の(A)は、図1に示した一般的なSRAMの場合を、図7の(B)は本実施形態のSRAMの場合を示す。図7の(A)において、gおよびkはメモリセルのトランジスタの特性が正常な場合を、hおよびlはメモリセルのトランジスタの特性が悪い場合を示す。また、図7の(B)において、mおよびqはメモリセルのトランジスタの特性が正常な場合を、nおよびrはメモリセルのトランジスタの特性が悪い場合を示す。
図7の(A)に示すように、一般的なSRAMの場合は、ビット線BLの容量が大きいため、言い換えればBLに非常に多数のメモリセルが繋がっているため、ビット線BLの電圧は緩やかにしか降下しない。そのため、特性の悪いメモリセルからデータを読み出す場合、ビット線BLの電圧が十分に低下せず、VDDに近い状態にある。SRAMなどの製造に適用される先端プロセスは、ランダムバラツキが非常に大きいのでメモリセル内の6個のトランジスタのバランスによっては、セルの値が反転してしまい誤読み出しを引き起こしてしまうケースがある。
これに対して、本実施形態では、図7の(B)に示すように、メモリセルの値が反転する前にビット線BLがVSSまで下がるため、誤読み出しを防ぐことができる。これは、ビット線BLに繋がっているメモリセルが少なく配線長も短いので容量が小さいためである。反転する前にビット線BLがVSSまで下がることで、メモリセルにデータLを書き戻すことになるので安定性不良が提言され、信頼性が向上する。
以上の説明では、複数のグローバルビット線対に対応して設けられたコラム回路は、同時に動作するものとして説明したが、アクセス対象のメモリセルが属する列のコラム回路を動作させることも可能である。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
1 制御回路
2 ローデコーダ
4 ブロック信号回路
5 カラムデコーダ
6 データI/O回路
BK サブブロック
CL カラム回路
CS カラムスイッチ
LBL,LBLX ローカルビット線対
GBL0,GBLX0 グローバルビット線対
RD0,RDX0 延長グローバルビット線対
C0〜Cm メモリセル

Claims (3)

  1. 複数のワード線と、
    複数のグローバルビット線対と、
    前記複数のワード線および前記複数のグローバルビット線対の交差部に対応して設けられた複数のスタティック型メモリセルと、
    各グローバルビット線対に対応して設けられた複数のセンスアンプと、
    各グローバルビット線対に対応して設けられた複数のローカルビット線対と、
    グローバルロウ選択信号に応じて、各ローカルビット線対を対応する前記グローバルビット線対に接続する複数のグローバルスイッチと、を備え、
    前記複数のスタティック型メモリセルは、対応する前記ワード線に印加されるロウ選択信号に応じて、対応する前記ローカルビット線対に接続され、
    読み出し時には、選択するメモリセルに対応する前記ワード線に、前記ロウ選択信号を印加して、対応する前記ローカルビット線対を前記メモリセルの記憶内容に応じた状態にした後、前記ロウ選択信号の印加を停止し、その後前記グローバルロウ選択信号を印加して対応する前記グローバルスイッチを接続状態にして、前記グローバルビット線対の状態を、前記ローカルビット線対の状態に対応して変化させた後、対応する前記センスアンプを動作させることを特徴とするスタティックRAM。
  2. 各グローバルビット線対は、主グローバルビット線対と、延長グローバルビット線対と、に分割され、
    各グローバルビット線対と対応する各延長グローバルビット線対の接続状態を切り換える複数のビット線対接続スイッチと、をさらに備え、
    前記センスアンプは、前記延長グローバルビット線対の間に接続され、
    前記ビット線対接続スイッチを導通状態にして、前記グローバルロウ選択信号を印加し、前記グローバルビット線対および前記延長グローバルビット線対の状態を、前記ローカルビット線対の状態に対応して変化させた後、前記ビット線対接続スイッチを遮断状態にした後、対応する前記センスアンプを動作させる請求項1記載のスタティックRAM。
  3. 各グローバルビット線対に対応して設けられ、各グローバルビット線対を初期状態に変化させる複数のプリチャージ回路をさらに備え、
    対応する前記センスアンプの動作を停止した後、前記グローバルスイッチおよび前記ビット線対接続スイッチを導通状態にして、前記プリチャージ回路により、前記グローバルビット線対、前記延長グローバルビット線対および前記ローカルビット線対を初期状態に変化させる請求項2記載のスタティックRAM。
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