KR101666590B1

KR101666590B1 - 글리치 프리 및 파워 세이빙 기능을 갖는 시프트 레지스터 회로

Info

Publication number: KR101666590B1
Application number: KR1020090014836A
Authority: KR
Inventors: 문용삼
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2016-10-14
Also published as: US20100214854A1; KR20100095830A; US8199589B2

Abstract

파워 세이빙 기능을 가지면서 글리치 프리 클럭을 생성할 수 있는 시프트 레지스터 회로가 개시된다. 그러한 시프트 레지스터 회로는, 입력 데이터를 클럭에 응답하여 시프팅 하기 위해 캐스캐이드 구조로 연결된 복수의 플립플롭들을 가지는 시프트 레지스터와; 상기 입력 데이터가 상기 시프트 레지스터에 인가될 경우에 상기 플립플롭들이 구동되도록 하는 파워 세이빙 기능 구현을 위해, 상기 플립플롭들의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭을 생성하고, 그 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부에 상기 클럭으로서 제공하는 구동 동작 제어부를 구비한다. 상기한 실시 예의 구성에 따르면, 파워 다운 모드 및 웨이크 업 모드를 가지므로 파워 세이빙 기능이 구현됨은 물론 데이터 시프팅을 위한 클럭에 글리치가 발생되는 것이 방지 또는 최소화되므로 데이터 시프팅 동작이 보다 안정해진다.

반도체 메모리 장치, 시프트 레지스터, 파워 다운 모드, 웨이크 업 모드, 리치

Description

글리치 프리 및 파워 세이빙 기능을 갖는 시프트 레지스터 회로{Shift register having glitch free function in power saving operation}

본 발명은 시프트 레지스터 회로에 관한 것으로, 특히 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 등과 같은 반도체 메모리 장치에 채용하기 적합한 시프트 레지스터 회로에 관한 것이다.

통상적으로, 전자적 시스템의 메인 메모리로서 흔히 채용되고 있는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리는 사용자들의 요구에 따라 나날이 고속 및 고집적화 되는 추세이다.

그러한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 장치는 하나의 억세스 트랜지스터와 하나의 스토리지 커패시터를 단위 메모리 셀로서 갖는 휘발성 메모리이므로 리드 및 라이트 동작 이외에 리프레쉬 동작을 갖는다.

SDRAM(Synchronous DRAM), DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM), 또는 FCRAM(Fast Cycle RAM) 등과 같이 동작 속도가 개선된 고성능 DRAM이 개발되어져 있는데, 이 중에서 SDRAM은 클럭의 라이징 엣지(Rising Edge) 또는 폴링 엣지(Falling Edge)에서만 데이터의 입출력이 가능하다. 한편, DDR SDRAM은 클럭의 라이징 엣지 뿐만 아니라 폴링 에지에서도 데이터의 입출력이 이루어지므로 SDRAM에 비해 2배의 데이터 전송 속도를 갖는다.

위와 같은 반도체 메모리에서 일반적으로 라이트 레이턴시(Write Latency :WL) 또는 리드 레이턴시(Read Latency :RL)를 회로적으로 구현하기 위하여, 복수의 플립플롭(flip-flop;FF)으로 구성된 시프트 레지스터(shift register)를 대개 사용하고 있다. 복수의 플립플롭에 클럭(clock)이 인가되는 구동 동작 시에 소모되는 전력(power)를 줄이기 위해서, 시프트 레지스터가 사용되지 않을 때에는 클럭의 토글링(toggling)을 없애 버리는 파워 다운(power-down)모드가 필요하다.

그러한 파워 다운모드에서도 입력 데이터가 인가되기만 하면, 언제라도 클럭의 토글링이 원래의 상태로 복원되는 것이 중요하다. 즉, 웨이크 업(wake-up)모드에서의 동작이 안정화되어야 한다.

시프트 레지스터 회로에서 파워 다운 모드와 웨이크 업 모드의 동작이 반복될 때, 데이터 시프팅을 위한 클럭에 원하지 않는 작은 펄스(이하 글리치:glitch)가 생기지 않도록 하는 것은 시프팅 동작의 신뢰성과 직결되므로 매우 중요하다. 즉, 클럭에 글리치가 발생되는 경우에 데이터를 원하는 대로 시프팅하기 어렵기 때문에, 파워 세이빙을 위해 파워 다운 모드와 웨이크 업 모드를 갖는 시프트 레지스터에서 글리치 프리(glitch-free)조건을 만들어 주는 것이 요망된다.

따라서, 본 발명의 목적은 파워 세이빙 기능을 가지는 시프트 레지스터 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 파워 세이빙 기능의 구현은 물론 글리치 프리한 클럭을 시프팅 클럭으로서 생성할 수 있는 시프트 레지스터 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 메모리 장치에서 리드 및 라이트 회로의 리드 및 라이트 레이턴시를 제어하며, 파워 세이빙을 위한 파워 다운 모드 및 웨이크 업 동작 모드를 내부적으로 갖는 레이턴시 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예적 일 양상(an aspect)에 따른 시프트 레지스터 회로는, 입력 데이터를 클럭에 응답하여 시프팅 하기 위해 캐스캐이드 구조로 연결된 복수의 플립플롭들을 가지는 시프트 레지스터와; 상기 입력 데이터가 상기 시프트 레지스터에 인가될 경우에 상기 플립플롭들이 구동되도록 하는 파워 세이빙 기능 구현을 위해, 상기 플립플롭들의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭을 생성하고, 그 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부에 상기 클럭으로서 제공하는 구동 동작 제어부를 구비한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 게이팅 결과 신호는 상기 플립플롭들 중 최종 단에 연결된 플립플롭을 제외하거나 포함한 플립플롭들의 출력을 오아 게이팅함에 의해 얻어진 신호일 수 있다.

또한, 상기 플립플롭들은 라이징 에지 트리거드 플립플롭들, 또는 폴링 에지 트리거드 플립플롭들일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2 클럭은, 상기 게이팅 결과신호를 상기 클럭으로써 리타이밍하여 클럭 인에이블 신호를 얻은 후 이를 반전한 신호와 상기 클럭을 오아 게이팅함에 의해 얻어지거나, 상기 게이팅 결과신호를 상기 클럭으로써 리타이밍하여 클럭 인에이블 신호를 얻고 이를 상기 클럭과 앤드 게이팅함에 의해 얻어진 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 입력 데이터가 상기 플립플롭들 중 첫 번째 플립플롭의 입력으로 인가되는 경우에 상기 제2 클럭은 상기 플립플롭들 중 3번째 연결된 플립플롭의 클럭단부터 마지막 번째 플립플롭의 클럭단까지 공통으로 인가될 수 있다.

또한, 상기 입력 데이터가 리타이밍된 신호로서 상기 플립플롭들 중 첫 번째 플립플롭의 입력으로 인가되는 경우에 상기 제2 클럭은 상기 플립플롭들 중 2번째 연결된 플립플롭의 클럭단부터 마지막 번째 플립플롭의 클럭단까지 공통으로 인가될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예적 양상에 따른 반도체 메모리 장치는,

복수의 메모리 셀을 행과 열의 매트릭스 형태로 갖는 메모리 셀 어레이와;

상기 메모리 셀로부터 데이터를 리드 하고 상기 메모리 셀에 데이터를 라이트하기 위한 리드 및 라이트 회로와;

상기 리드 및 라이트 회로의 리드 및 라이트 레이턴시를 제어하며, 파워 세이빙을 위한 파워 다운 모드 및 웨이크 업 동작 모드를 내부적으로 갖는 레이턴시 제어회로를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 레이턴시 제어회로는,

입력 데이터를 클럭에 응답하여 시프팅 하기 위해 캐스캐이드 구조로 연결된 복수의 플립플롭들을 가지는 시프트 레지스터와;

상기 입력 데이터가 상기 시프트 레지스터에 인가될 경우에 상기 플립플롭들이 구동되도록 하는 파워 세이빙 기능 구현을 위해, 상기 플립플롭들의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭을 생성하고, 그 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부에 상기 클럭으로서 제공하는 구동 동작 제어부를 가지는 시프트 레지스터 회로를 구비할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 데이터 입력이 존재하는 가의 유무에 따라 비활성화 및 활성화되는 파워 다운 모드 및 웨이크 업 모드를 가지므로 파워 세이빙 기능이 구현됨은 물론 데이터 시프팅을 위한 클럭에 글리치가 발생되는 것이 방지 또는 최소화되므로 데이터 시프팅 동작이 보다 안정해진다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라, 파워 세이빙 기능을 가짐은 물론 시프 팅 동작의 안정화를 위해 글리치 프리 클럭을 생성할 수 있는 시프트 레지스터 회로에 관한 실시예가 첨부된 도면들을 참조로 설명될 것이다.

이하의 실시예에서 많은 특정 상세들이 도면을 따라 예를 들어 설명되고 있지만, 이는 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 설명되었음을 주목(note)하여야 한다. 그렇지만, 본 발명이 이들 특정한 상세들 없이도 실시될 수 있을 것임은 본 분야의 숙련된 자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 공지의 반도체 제조 공정 및 다이나믹 랜덤 억세스 메모리의 기본적 데이터 억세스 동작 및 그와 관련된 통상적 내부 회로들은 본 발명을 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않는다. 또한, 시프트 레지스터의 기본적 동작 및 D 타입 플립플롭의 래치 출력 동작에 관한 기본적 사항은 생략된다.

후술되는 본 발명의 실시예와의 보다 철저한 구별을 위한 의도만으로서, 도 1 내지 도 4를 통하여 컨벤셔날 기술들이 간략히 설명될 것이다.

도 1 내지 도 4는 컨벤셔날 기술에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들이다.

먼저, 도 1은 라이징 에지 트리거드(rising-edge triggered)플립플롭들에 근거한 시프트 레지스터의 구성회로도이고, 도 3은 폴링 에지 트리거드 플립플롭들(falling-edge triggered FFs)에 근거한(based on) 시프트 레지스터의 구성 회로도이다.

도 2는 도 1에 따른 타이밍 다이아 그램(timing diagram)이고, 도 4는 도 3 에 따른 타이밍 다이아 그램이다. 예시를 위해서, 도 1 및 도 3에서는 각기 5개의 플립플롭(2,4,6,8,10)이 연결되어 있지만, 개수의 가감이 가능하다.

도 1에서, 시프트 레지스터는 입력 데이터 (IN)을 받은 후에 Q1에서 Q5까지 차례대로 한 클럭 사이클 동안 "H"가 되는 출력들을 생성한다. 원하는 레이턴시(latency)에 따라, 제1 출력 내지 제5출력 Q[1:5]중 일부 또는 모두를 시프트 레지스터의 출력으로서 사용할 수 있다.

그런데, 입력 데이터(IN)과 Q[1:5] 모두가 "L"인 경우에도 (예를 들어, 도 2의 T6에서 T9구간까지) 모든 플립플롭들(FF1-FF5)의 클럭이 토글링하기 때문에 계속해서 전력을 소모하게 된다. 따라서, 입력 데이터(IN)가 "L"에서 "H"로 (또는 "H"에서 "L"로) 바뀌는 빈도가 높지 않다면, 불필요한 전력의 소모가 생김을 알 수 있다.

SDRAM과 같은 메모리 어플리케이션(memory application)은 매우 적은 파워 소모를 요구하기 때문에 시프트 레지스터에서의 이러한 불필요한 파워 소모를 줄이기 위해 파워 다운 모드(power-down mode)을 추가할 필요가 있다.

입력 데이터(IN)가 들어오지 않을 경우에는 시프트 레지스터가 파워 다운 상태에 있도록 하고, 입력 데이터(IN)가 들어 올 경우에는 웨이크 업 상태에 있도록 조절하면 된다. 다만, 이와 같은 파워 다운 기능이 추가되더라도 도 2 및 도 4의 타이밍에서 보여지는 바와 같은 출력(Q[1:5])파형에는 변화가 없어야 한다. 이를 위해서는 파워 다운 모드에서 웨이크 업 모드으로의 동작 변화시 또는 웨이크 업에서 파워다운 모드로의 동작 변화 시에 플립플롭의 클럭단에 인가되는 클럭에 글리 치가 생기지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 왜냐하면, 클럭에 글리치가 발생되는 경우에 데이터를 원하는 대로 시프팅하기 어렵기 때문이다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같은 시프트 레지스터 회로가 일 실시예의 회로로써 강구되었다. 도 5의 회로는 파워 세이빙을 위해 파워 다운 모드와 웨이크 업 모드를 갖는 시프트 레지스터에서 글리치 프리(glitch-free)조건을 만들어 주기 위해, 구동 동작 제어부를 갖는다. 상기 구동 동작 제어부는 오아 게이트(21), 플립플롭(23), 인버터(25), 및 오아 게이트(27)를 포함한다.

상기 구동 동작 제어부는 상기 플립플롭들(2,4,6,8,10)의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호 OR_Out 를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭 CLK2을 생성하고, 그 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부(6,8,10)에 상기 클럭으로서 제공한다.

도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들이다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시프트 레지스터 회로의 구성을 보여주는 도 5를 참조한다.

도 5에서, OR 게이트(OR1;21)는 Q[1:4]을 입력으로서 수신하여 오아 응답을 생성한다. 상기 오아 응답은 OR 게이트(OR1;21)의 출력단을 통해 OR_out이라는 신호로서 나타난다. 상기 오아 출력 OR_out는 플립플롭(23)의 입력단(D)으로 인가되고, 상기 플립플롭(23)은 상기 오아 출력 OR_out을 클럭단에 인가되는 클럭(CLK)으로 리타이밍(retiming)하여 클럭 인에이블 신호(CKEN)을 만든다. 상기 클럭 인에이 블 신호(CKEN)를 인버터(INV0)로써 인버젼(inversion)하면, CKEN_b가 나온다. 상기 CKEN_b과 상기 CLK을 함께 오아 게이트(27)를 통해 오아링하면, 새로운 클럭인 제2 클럭 CLK2이 얻어진다. 상기 제2 클럭 CLK2이 FF3(6), FF4(8), 및 FF5(10)의 새로운 트리거링 클럭(triggering clock)으로 사용된다. 도 5의 경우에는 상기 OR 게이트(OR1;21)가 Q[1:4]를 수신하여 오아 응답을 생성하는 것이 나타나 있지만, 제2 클럭 CLK2에서 필요치 않는 토글링 구간이 포함되어도 크게 지장이 없는 경우에는 Q[1:5]를 수신하여 오아 응답을 생성할 수도 있다.

여기서, 상기 오아 출력 OR_out를 클럭단으로 인가되는 클럭(CLK)으로 리타이밍(retiming)하여 상기 클럭 인에이블 신호(CKEN)을 생성하는 데는 두 가지 이유가 있다.

첫 번째 이유는 FF[1:4]의 클럭 대 q 딜레이(clock-to-q delay:tCLK2Q)와 오아 게이트(21)의 게이트 딜레이(td_OR1)의 합과 관련이 있기 때문이다. 구체적으로 설명하기 전에 모든 FF의 tCLK2Q는 0.5×tCLK보다 작다고 가정한다. 여기서 tCLK는 클럭의 한 주기이다. "tCLK2Q < 0.5×tCLK"라는 가정은 대부분의 경우에 쉽게 성립한다.

도 5에서 보여 지듯이, 클럭 CLK의 라이징 에지로부터 "tCLK2Q+td_OR1" 후에 OR 게이트(21)의 오아 출력 OR_out의 값이 변경된다. 도 5에서, OR 게이트(21)의 입력의 개수를 4개로 예시하였지만, 시프트 레지스터를 구성하는 플립플롭의 개수에 따라 OR 게이트(21)의 입력 수는 증가된다. 따라서, "tCLK2Q+td_OR1 > 0.5×tCLK"일 경우가 발생될 수 있다. 따라서, 이 경우에 오아 출력 OR_out을 바로 CKEN 에 연결하여 사용하면 도 11에서 보여지는 바와 같이 CLK2에 글리치(glitch)가 생길 수 있다. 그렇지만, 상기 오아 출력 OR_out를 클럭단(FFEN)으로 인가되는 클럭(CLK)으로 리타이밍(retiming)하게 되면, 클럭 CLK의 라이징 에지로부터 '0.5×tCLK'이내에 CKEN이 변경되므로 CLK2에는 글리치가 생기지 않게 된다.

두 번째 이유는 "tCLK2Q+td_OR1 < 0.5×tCLK"인 경우에도 OR_out를 바로 CKEN에 연결하는 것은 바람직하지 않기 때문이다. 오아 출력 OR_out는 글리치가 포함되어 있을 가능성이 높기 때문에, 리타이밍하여 글리치가 제거된 CKEN을 사용하는 것이 바람직하다.

입력 데이터(IN)가 시프트 레지스터에 인가되어 차례로 플립플롭들을 거치는 동안에 제2 클럭 CLK2의 토글링이 수행된다. 그리고, 데이터가 플립플롭들을 통과한 후에는 제2 클럭 CLK2의 토글링이 멈추게 된다. 이와 같이 파워 다운 모드를 추가하더라도, 시프트 레지스터 출력들의 타이밍 관계는 변하지 않는다. 즉, 도 6의 타이밍 다이아그램 중 입력 데이터 IN, 클럭 CLK, 그리고, Q[1:5]의 파형은 도 2의 대응되는 파형과 동일하다.

만약, 데이터 입력 IN이 CLK에 의해 이미 리타이밍된 신호라면, 도 7에서 보여지는 바와 같이 데이터 입력 IN을 오아 게이트(22)의 입력으로서 추가하고 플립플롭(4)부터 상기 제2 클럭 CLK2으로써 구동할 수 있다. 도 7과 같이 시프트 레지스터를 구성하면, 전력 소모를 추가로 감소시킬 수 있다. 도 7의 경우에는 상기 데이터 입력 IN을 출력하는 플립플롭(1)이 플립플롭(2)의 전단에 연결되어 있다. 도 8에는 도 7에 따른 동작 타이밍이 나타나 있다.

도 9 내지 도 11은 도 5 및 도 7에서 채용된 글리치 프리 클럭 게이팅(glitch-free clock gating)방식을 보다 상세히 설명하기 위해 제시된 도면들이다.

도 9의 플립플롭(24)의 출력단(Q)의 출력인 클럭 인에이블 신호(CKEN)가 인버터(INV0)를 통과하면서 클럭 인에이블 바아 신호 CKEN_b가 된다. 이 경우에, 상기 플립플롭(24)의 클럭단(FFEN)에 인가되는 클럭의 클럭 대 q 딜레이(tCLK2Q)와 INV0(25)의 게이트 딜레이(td_INV0)의 합이 0.5×tCLK보다 작다고 가정한다. tCLK2Q+td_INV0 < 0.5×tCLK 이 만족된다면, CKEN_b의 변화는 항상 CLK가 "H"인 구간에서만 발생한다. OR 게이트(27)의 두 입력 중에서 한 입력만 "H"가 되어도 OR 게이트(27)의 출력은 "H"가 되므로, CLK가 "H"인 상태에서는 CKEN_b의 논리 상태에 무관하게 CLK2는 "H"상태를 유지한다. 그리고, CKEN_b가 "H"인 구간에서도 CLK2는 항상 "H"을 유지한다. 결론적으로 말해, 도 9와 같이 회로를 설계하고 "tCLK2Q+td_INV0 < 0.5×tCLK"라는 가정을 만족한다면, 도 10과 같이 글리치 프리 게이팅(glitch-free clock gating)이 가능하다.

그러나 만약, 도 11에서 참조문자 SP1, SP2로서 보여지는 바와 같이, CLK가 "L"인 구간에서 CKEN_b가 변화된다면 제2 클럭 CLK2에는 원하지 않는 쇼트 펄스(short pulse)들 즉 글리치가 발생된다. 그러나, 도 9와 같이 회로를 구성하고, "tCLK2Q+td_INV0 < 0.5×tCLK"라는 가정을 만족한다면, 도 11에서와 같이 글리치가 발생되는 경우는 생기지 않는다.

이제 부터는 본 발명에 대한 철저한 이해를 제공할 의도외에는 다른 의도 없 이 본 발명의 제2 실시예가 설명될 것이다.

도 12 내지 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들이다.

도 12는 폴링 에지 트리거드(falling-edge triggered) 플립플롭에 근거하여 구성된 시프트 레지스터에 파워 다운 모드를 장착한 경우를 보여 주고 있다. OR 게이트(21)가 입력들 Q[1:4]을 오아링하여 오아 출력 OR_out을 생성한다. 플립플롭(23)은 상기 오아 출력 OR_out을 클럭단(FFEN)으로 인가되는 클럭 CLK으로써 리타이밍하여 클럭 인에이블 신호 CKEN을 만든다. 앤드 게이트(27)는 상기 CKEN과 상기 CLK을 수신하여 앤드 응답을 생성한다. 상기 앤드 응답은 바로 새로운 클럭인 제2 클럭 CLK2이 된다. 이에 대한 타이밍 관계는 도 13에 나타나 있다.

상기 제2 클럭 CLK2은 제3,4,5 플립플롭들(6,8,10)의 트리거링 클럭(triggering clock)으로서 사용된다. 상기 오아 출력 OR_out을 클럭단(FFEN)으로 인가되는 클럭으로써 리타이밍하여 상기 클럭 인에이블 신호 CKEN을 생성하는 데는 두 가지 이유가 있다.

먼저, 첫 번째 이유는 제1 내지 제4 플립플롭들(2,4,6,8)의 클럭 대 q 딜레이(tCLK2Q)와 오아 게이트(21)의 게이트 딜레이(td_OR1)의 합과 관련이 있기 때문이다. 도 12에서 사용되는 모든 플립플롭들의 tCLK2Q는 0.5×tCLK보다 작다고 가정한다. 여기서 tCLK는 클럭의 한 주기를 의미한다. "tCLK2Q < 0.5×tCLK"라는 가정은 대부분의 경우에 쉽게 성립된다. 도 13의 타이밍 다이아그램에서 보여지듯이, CLK의 폴링 에지로부터 "tCLK2Q+td_OR1" 후에 오아 출력 OR_out의 값이 변경됨을 알 있다. 비록, 도 12에서 오아 게이트(21)의 입력 개수가 4개로 예시되었지만, 실제 시프트 레지스터를 구성하는 플립플롭들의 개수에 따라 입력의 개수는 증가된다. 따라서, "tCLK2Q+td_OR1 > 0.5×tCLK"일 경우가 발생될 수 있다. 그러므로, 오아 출력 OR_out을 바로 CKEN에 연결하여 사용하면 도 18에서 보여지는 바와 같이 제2 클럭 CLK2에 글리치가 발생될 수 있다. 그러나, 상기 클럭 CLK으로 상기 오아 출력 OR_out을 리타이밍하면, CLK의 폴링 에지로부터 '0.5×tCLK'이내에 CKEN이 변경되므로 CLK2에 글리치가 생기지 않는다.

두 번째 이유는 "tCLK2Q+td_OR1 < 0.5×tCLK"인 경우에도 오아 출력 OR_out를 바로 CKEN에 연결하는 것은 바람직하지 않기 때문이다. 오아 출력 OR_out에는 글리치가 포함되어 있을 가능성이 높기 때문에, 리타이밍을 행하여 글리치를 제거한 후 CKEN을 얻는 것이 더욱 바람직하다.

결론적으로, 입력 데이터(IN)가 시프트 레지스터에 인가되어 차례로 복수의 플립플롭들을 거치는 동안에 제2 클럭 CLK2의 토글링이 수행된다. 그리고, 데이터가 플립플롭들을 통과한 후에는 제2 클럭 CLK2의 토글링이 멈추게 된다. 이와 같이 파워 다운 모드 기능을 추가하였지만, 시프트 레지스터 출력들의 타이밍 관계는 변하지 않는다. 도 13의 타이밍 파형들 중 IN, CLK, 그리고, Q[1:5]의 파형은 도 4의 대응되는 파형과 같음을 알 수 있다.

만약, 입력 데이터(IN)가 클럭 CLK에 의해 이미 리타이밍된 신호라면, 도 14와 같이 오아 게이트(22)의 입력으로서 상기 입력 데이터(IN)를 추가한다. 이 경우에는 제2 플립플롭(4)부터 제5 플립플롭(10)까지를 제2 CLK2으로 구동할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 파워 다운 모드로 제어되는 플립플롭의 개수가 늘어나므로 전력 소모를 추가로 감소시킬 수 있다.

도 16 내지 도 18은 도 12 및 도 14에서 채용된 글리치 프리 클럭 게이팅 (glitch-free clock gating)방식을 보다 상세히 설명하기 위해 제시된 도면들이다. 여기서, 폴링 에지 트리거드 플립플롭인 플립플롭(24)의 클럭 대 q 딜레이(tCLK2Q)가 0.5×tCLK보다 작다고 가정한다. 상기 q 는 플립 플롭의 출력을 의미한다.

도 17에서 보여지는 바와 같이, tCLK2Q < 0.5×tCLK 이 만족된다면, CKEN의 변화는 항상 CLK가 "L"인 구간에서만 발생한다. AND 게이트(27)의 두 입력 중에서 하나의 입력만이 "L"이 되어도 그 출력은 "L"가 되기 때문에, CLK가 "L"인 상태에서는 CKEN의 변화에 무관하게 CLK2가 "L"을 유지한다. 그리고, CKEN가 "L"인 구간에서도 CLK2는 항상 "L"을 유지한다. 결론적으로 말해, 도 16과 같이 회로를 설계하고 "tCLK2Q < 0.5×tCLK"라는 가정을 만족한다면, 도 17과 같이 글리치 프리 클럭 게이팅(glitch-free clock gating)이 가능하다.

만약, 도 18의 경우와 같이, CLK가 "H"인 구간에서, CKEN가 변화된다면 CLK2에는 원하지 않는 쇼트펄스 즉 글리치가 발생한다. 그러나, 도 16과 같이 회로를 구성하고 "tCLK2Q < 0.5×tCLK"라는 가정을 만족한다면, 도 18에서 보여지는 바와 같은 글리치 문제는 발생되지 않는다.

상술한 바와 같이, 시프트 레지스터에 관련된 글리치 프리 파워다운과 웨이크 업 구현의 예가 개시되었다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 시프트 레지스터는 복수의 메모리 셀을 행과 열의 매트릭스 형태로 갖는 메모리 셀 어레이와, 상기 메모리 셀로부터 데이터를 리드 하고 상기 메모리 셀에 데이터를 라이트하기 위한 리드 및 라이트 회로를 갖는 반도체 메모리 장치에서, 레이턴시 제어회로로써 채용될 수 있다.

그러한 레이턴시 제어회로는, 상기 리드 및 라이트 회로의 리드 및 라이트 레이턴시를 제어하며, 파워 세이빙을 위한 파워 다운 모드 및 웨이크 업 동작 모드를 내부적으로 갖는다.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 구동 동작 제어부의 내구적 연결 구성이나 타이밍을 다르게 할 수 있을 것이다.

또한, DRAM에서의 경우를 예로 들었으나, 의사(Pseudo) SRAM 등과 같은 타의 휘발성 메모리 등에서도 본 발명의 기술적 사상이 확장적으로 적용가능할 것이다.

도 1 내지 도 4는 컨벤셔날 기술에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들

도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들

도 12 내지 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시프트 레지스터의 회로블록들 및 타이밍 다이아 그램들

Claims

입력 데이터를 클럭에 응답하여 시프팅 하기 위해, 캐스캐이드 구조로 연결된 복수의 플립플롭들을 가지는 시프트 레지스터; 및

상기 입력 데이터가 상기 시프트 레지스터에 인가될 경우 상기 플립플롭들이 구동되도록 하는 파워 세이빙 기능 구현을 위해, 상기 플립플롭들의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭을 생성하고, 상기 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부에 상기 클럭으로서 제공하는 구동 동작 제어부를 포함하고,

상기 제2 클럭은 상기 게이팅 결과신호를 상기 클럭으로 리타이밍하여 클럭 인에이블신호를 얻은 후, 상기 클럭인에이블신호를 반전한 신호와 상기 클럭을 오아 게이팅한 것인 시프트 레지스터 회로.
제1항에 있어서, 상기 게이팅 결과 신호는 상기 플립플롭들 중 최종 단에 연결된 플립플롭을 제외하거나 포함한 플립플롭들의 출력을 오아 게이팅함에 의해 얻어진 신호임을 특징으로 하는 시프트 레지스터 회로.
제1항에 있어서, 상기 플립플롭들은 라이징 에지 트리거드 플립플롭들임을 특징으로 하는 시프트 레지스터 회로.
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제1항에 있어서, 상기 입력 데이터가 상기 플립플롭들 중 첫 번째 플립플롭의 입력으로 인가되는 경우에 상기 제2 클럭은 상기 플립플롭들 중 3번째 연결된 플립플롭의 클럭단부터 마지막 번째 플립플롭의 클럭단까지 공통으로 인가됨을 특징으로 하는 시프트 레지스터 회로.
제1항에 있어서, 상기 입력 데이터가 리타이밍된 신호로서 상기 플립플롭들 중 첫 번째 플립플롭의 입력으로 인가되는 경우에 상기 제2 클럭은 상기 플립플롭들 중 2번째 연결된 플립플롭의 클럭단부터 마지막 번째 플립플롭의 클럭단까지 공통으로 인가됨을 특징으로 하는 시프트 레지스터 회로.
복수의 메모리 셀을 행과 열의 매트릭스 형태로 갖는 메모리 셀 어레이;

상기 메모리 셀로부터 데이터를 리드 하고 상기 메모리 셀에 데이터를 라이트하기 위한 리드 및 라이트 회로; 및

상기 리드 및 라이트 회로의 리드 및 라이트 레이턴시를 제어하며, 파워 세이빙을 위한 파워 다운 모드 및 웨이크 업 동작 모드를 내부적으로 갖는 레이턴시 제어회로를 포함하고,

상기 레이턴시 제어회로는,

입력 데이터를 클럭에 응답하여 시프팅 하기 위해 캐스캐이드 구조로 연결된 복수의 플립플롭들을 가지는 시프트 레지스터와

상기 입력 데이터가 상기 시프트 레지스터에 인가될 경우에 상기 플립플롭들이 구동되도록 하는 파워 세이빙 기능 구현을 위해, 상기 플립플롭들의 출력을 게이팅 하여 게이팅 결과신호를 얻은 후 이를 이용하여 제2 클럭을 생성하고, 상기 생성된 제2 클럭을 상기 플립플롭들의 일부에 상기 클럭으로서 제공하는 구동 동작 제어부를 포함하는 시프트 레지스터 회로를 포함하고,

상기 제2 클럭은, 상기 게이팅 결과신호를 상기 클럭으로 리타이밍하여 클럭 인에이블신호를 얻은 후, 상기 클럭인에이블신호를 반전한 신호와 상기 클럭을 오아 게이팅한 것인 반도체 메모리 장치.
제9 항에 있어서,

상기 플립플롭들의 출력은, 최종 단의 플립플롭의 출력을 제외한 것인 반도체 메모리 장치.