JP3729582B2 - Semiconductor device, semiconductor device system, and digital delay circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から入力される信号に対して所定の正確な位相で出力を行う半導体装置、そのような半導体装置を使用した半導体装置システム、及びそこで使用するディジタル遅延回路に関し、特に周囲温度や電源電圧の変動にかかわらず外部クロックに対して常に所定の位相で信号が出力されるシンクロナス半導体メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、半導体集積回路(LSI)では、外部から信号が入力され、入力信号に応じた処理動作が行われて出力信号が出力される。従って、外部入力信号に対して、どのようなタイミングで出力信号が得られるかが重要であり、汎用のLSIでは仕様でこのタイミングが定められているのが一般的である。例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)では、アドレス信号の最大周波数等と共に、アドレス信号の変化エッジからデータが出力されるタイミングや、データを書き込むためのデータセットアップ時間が規定されている。
【0003】
近年、コンピュータ・システムにおけるCPUのクロックの高速化、或いは、他の様々な電子回路の処理速度の高速化に伴って、インターフェース部分も高速化する必要に迫られている。例えば、クロックが100MHz以上のCPUも出現しているが、主記憶として広く使用されるDRAMのアクセス速度やデータ転送速度は1桁小さい動作速度である。そこで、100MHz以上でのデータ転送速度を可能にするシンクロナスDRAM(SDRAM)等の新しいDRAMの方式が各種提案されている。
【0004】
SDRAMは、外部から入力される高速のクロックに同期してデータの入出力を行うもので、内部には複数ビットのデータを並行して入出力できる複数のユニットを有し、外部とのインターフェースはこの複数ビットのデータをシリアルデータに変換して行うことにより外部とのインターフェースを高速化する方式と、内部での動作をパイプライン化し、各パイプの動作を並行して行うことにより高速化する方式がある。以下、パイプライン方式のDRAMを例として説明を行う。
【0005】
図1は、パイプライン方式のシンクロナスDRAM(以下、単にSDRAMと称する。)の一例である、16M・2バンク・8ビット幅のSDRAMのブロック構成図である。
SDRAMは、汎用DRAMのDRAMコア108a、108bの他に、クロックバッファ101、コマンドデコーダ102、アドレスバッファ/レジスタ&バンクアドレスセレクト(以下、単にアドレスバッファ)103、I/Oデータバッファ/レジスタ104、制御信号ラッチ105a、105b、モードレジスタ106、コラムアドレスカウンタ107a、107bを有している。/CS、/RAS、/CAS、/WE端子は、従来の動作と異なり、その組み合わせで各種コマンドを入力することによって動作モードが決定されるようになっている。各種コマンドは、コマンドデコーダで解読されて、動作モードに応じて各回路を制御することになる。また、/CS、/RAS、/CAS、/WE信号は、制御信号ラッチ105aと105bにも入力されて次のコマンドが入力されるまで、その状態がラッチされる。
【0006】
一方、アドレス信号はアドレスバッファ103で増幅されて各バンクのロードアドレスとして使用される他、コラムアドレスカウンタ107a、107bの初期値として使用される。DRAMコア108a、108bから読み出された信号は、I/Oデータバッファ/レジスタ104で増幅されて外部から入力される外部クロックCLKの立ち上がりに同期して出力される。入力についても同様の動作が行われ、I/Oデータバッファ/レジスタ104に入力されたデータが書き込まれる。
【0007】
図2は、一般的なSDRAMの読み取り(リード)動作のタイミングを示す図である。
外部クロックCLKは、このSDRAMが使用されるシステムから供給される信号であり、このCLKの立ち上がりに同期して、各種コマンド、アドレス信号、入力データを取込み、又は出力データを出力するように動作する。
【0008】
いま、このSDRAMからデータを読み出す場合、コマンド信号(/CS、/RAS、/CAS、/WE信号)の組み合わせからアクティブ(ACT)コマンドをコマンド端子に入力し、アドレス端子にはローアドレス信号を入力する。このコマンド、ローアドレスが入力されると、SDRAMは活性状態になり、ローアドレスに応じたワード線を選択して、ワード線上のセル情報をビット線に出力し、センスアンプで増幅する。
【0009】
一方、このようなローアドレスに関係した部分の動作時間(tRCD)後に、リードコマンド(Read)とコラムアドレスを入力する。コラムアドレスに従って、選択されたセンスアンプデータをデータバス線に出力し、データバスアンプで増幅し、出力バッファでさらに増幅して出力端子(DQ)にデータが出力される。これら一連の動作は汎用DRAMとまったく同じ動作であるが、SDRAMの場合、コラムアドレスに関係する回路がパイプライン動作するようになっており、リードデータは毎サイクル連続して出力されることになる。これにより、データ転送周期は外部クロックの周期になる。
【0010】
SDRAMでのアクセス時間には3種類あり、いずれもCLKの立ち上がり時点を基準にして定義される。図2において、tRACはローアドレスアクセス時間、tCACはコラムアドレスアクセス時間、tACはクロックアクセス時間を示している。このSDRAMを高速メモリシステムで使用する場合、コマンドを入力してから最初にデータが得られるまでの時間であるtRACやtCACも重要であるが、データの転送速度を高める上では、クロックアクセス時間tACも重要である。
【0011】
図3は、SDRAMにおけるパイプライン動作を説明するためのブロック図で、一例としてパイプが3段設けられている場合を示している。
SDRAMでのコラムアドレスに関係する処理回路は処理の流れに沿って複数段に分割されてあり、分割された各段の回路をパイプと呼んでいる。クロックバッファ101では、CLKから各パイプに供給する内部クロック信号が生成され、各パイプは供給された内部クロック信号に従って制御される。各パイプの間にはパイプ間の信号の伝達タイミングを制御するスイッチが設けられており、これらのスイッチも、クロックバッファ101で生成された内部クロック信号により制御される。
【0012】
この例において、パイプ−1では、コラムアドレスバッファ116でアドレス信号を増幅してコラムデコーダ118にアドレス信号を送り、コラムデコーダ118で選択されたアドレス番地に相当するセンスアンプ回路117の情報をデータバスに出力し、データバスの情報をデータバスアンプ119で増幅するまで行われる。パイプ−2はデータバス制御回路120のみで、パイプ−3はI/Oバッファ104のみで構成されるとした。いずれのパイプ内の回路もクロックサイクル時間内で動作完了するならば、パイプとパイプとの間にあるスイッチをCLKに同期して開閉することで、リレー式にデータを送り出すことができる。これにより、各パイプでの処理は並行に行われることになり、出力端子にはCLKに同期して連続的にデータが出力されることになる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図4は、図1から図3で説明した従来のSDRAMを高速メモリシステムで使用した場合の問題点を説明する図である。
図4において、tACはシステムクロックCLKからのクロックアクセス時間を、tOHは前のサイクル又は次のサイクルへの出力データ保持時間を示している。SDRAMの特性のバラツキ、温度依存性、電源電圧依存性を考えると、tACとtOHとは一致せず、ある幅を持ってしまう。この幅に相当する時間はデータが不確定な時間で、どのようなデータが出力されるか分からない時間を意味し、メモリシステムでは使用できない時間、いわゆるデッドバンドになっている。その他、図示していないが、このデッドバンドにはボード上の配線遅延時間、バラツキも含まれる。
【0014】
一方、SDRAMの出力をシステム側で取り込む(受け取る)には、セットアップ時間(tSI)、ホールド時間(tHI)が必要で、この時間はメモリ出力のデータが確定している時間以内である必要がある。その時間は、図から(tCLK+tOH−tAC)となる。
例えば、100MHzで動作するシステムを考えると、サイクル時間(tCLK)は10ns、メモリアクセス時間(tAC)は6ns、ホールド時間は3nsとすると、差引き7nsがシステム側で使用できる時間になる。通常の入力回路を使用したシステムでの受取側ロジックのセットアップ時間、ホールド時間の合計(tSI+tHI)は3nsであり、残り4nsがボード上での信号遅延、DQ端子間のバラツキ等のシステム余裕時間になる。ボード上での信号伝搬時間などを考えると、この値はシステムにとって非常に厳しい値といえる。更に高速のシステムになれば益々厳しいタイミング調整が必要になるのはいうまでもない。そのため、図4に示したデータの不確定時間をできるだけ小さくすることが重要になってきた。
【0015】
データの不確定時間を短くするには、特性のバラツキ、温度変化、電源電圧の変化があっても、常にデータが外部クロックCLKに対して所定の位相で出力される、すなわちクロックアクセス時間tACが常に一定であればよい。もし、データの出力が外部クロックCLKの立ち上がりに同期して行われることが望ましければ、クロックアクセス時間tACが常にゼロであればよい。
【0016】
以上、シンクロナスDRAMを例として外部から入力される信号に同期して出力信号が出力される必要性について説明したが、これはシンクロナスDRAMに限らず、多くの半導体装置に共通していえることである。半導体装置の内部については、各半導体装置で所望の動作が行えるように各種の対策をとることが可能であるが、各半導体装置の内部での処理結果を出力する場合には、他の半導体装置との関係を規定する必要があり、出力のタイミングを一定にすることが重要である。
【0017】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、特性のバラツキ、温度変化、電源電圧の変化にかかわらず、データが外部クロックCLKに対して所定の位相で出力される半導体装置の実現を目的とする。特に、クロックアクセス時間tACが常に一定に制御されるシンクロナス半導体メモリの実現を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
図5は、本発明の半導体装置の基本構成を示す図である。
図5に示すように、本発明の半導体装置では、外部入力信号が入力され、基準信号を出力する入力回路13と、出力タイミング信号を受け、この出力タイミング信号に応じたタイミングで出力信号の出力を行う出力回路14と、出力回路14からの出力信号の出力タイミングを外部入力信号に対して所定の位相になるように制御する出力タイミング制御回路20とを備える半導体装置であって、出力タイミング制御回路20は、遅延量が選択可能で、基準信号を選択された遅延量だけ遅延させ、出力タイミング信号として出力回路14に印加するディレイ回路21と、基準信号の位相と出力タイミング信号の位相を比較する位相比較回路22と、位相比較回路22の比較結果に基づいて、ディレイ回路21の遅延量を選択するディレイ制御回路23とを備えることを特徴とする。
【0019】
本発明の半導体装置では、出力タイミング制御回路20におけるタイミング調整のための遅延量が固定でなく、実際の回路の信号を入力回路13から出力される外部クロック信号(基準信号に対応)と比較して所定の位相関係になるように遅延量を調整するため、半導体装置の特性のバラツキ、温度変化、電源電圧の変化等があっても、出力信号の外部クロック信号に対する位相関係を所定の値に正確に維持することが可能である。
【0020】
外部クロック信号と比較するのは、実際の回路での遅延量と等しい量だけ遅延した信号であることが必要である。外部クロック信号は、半導体装置の入力回路13に入力されて増幅等の処理が行われる。そのため、比較できる外部クロック信号は、入力回路から出力される外部クロック信号であり、これは実際の外部クロック信号とは入力回路13での遅延分だけ位相差がある。そこで、入力回路13と同じ遅延量を生じるダミー入力回路24を設け、出力タイミング信号をこのダミー入力回路24を通過させた信号と、入力回路13から出力される外部クロック信号とを比較することにより、入力回路13での遅延量を相殺することが望ましい。
【0021】
図5の構成では、ディレイ回路21の出力をダミー入力回路24に入力させている。そのため位相比較回路22で外部クロック信号と比較される比較対象信号には、出力回路14での遅延は入っていない。もちろんこの分の補正を考慮して制御する位相関係を決定するが、出力回路14での遅延は他の部分での遅延量より大きく、半導体装置の特性のバラツキ、温度変化、電源電圧の変化等がある場合に、出力回路14での遅延量の変化が相対的に大きく、無視できないという問題がある。
【0022】
図6はこの問題を説明する図である。ここでは、外部クロック信号CLKの立ち上がりエッジに同期して出力するように制御するものとして説明する。ディレイ回路21から出力回路14に供給され、出力回路14からの信号の出力タイミングを規定する出力タイミング信号は、出力回路14での遅延を見込んで、CLKの立ち上がりエッジの所定量前で立ち上がる。出力回路14での遅延量が予定した値であれば、これによりCLKの立ち上がりエッジに同期して出力が変化することになる。しかし、上記のような要因により、出力回路14での遅延量が変化すると、その分出力回路からの出力タイミングがCLKの立ち上がりエッジからずれることになる。このようなばらつきがある場合には、その分のマージンを見込む必要があり、その分高速化が難しくなる。
【0023】
このような問題を解決するには、出力回路14の出力信号をダミー入力回路24に入力させて外部クロック信号との位相を比較すればよい。位相比較を行うためには、出力回路14の出力信号が変化することが必要である。通常の動作時には、出力回路14からは出力データが出力されるが、この出力データはランダムな信号であり、「高」レベル又は「低」レベルが連続することがあり得る。そこで、通常動作時に出力回路14の出力信号の外部クロック信号に対する位相を比較するには、位相比較回路22は出力信号が変化したか判定し、変化した場合にのみ位相の比較を行い、ディレイ制御回路23は出力信号が変化しない場合にはそれまでの遅延量が維持されるように制御し、出力信号が変化しない場合に位相比較回路22の比較結果に基づいて位相が一致するようにフィードバック制御する。
また別の構成としては、通常動作を開始する前に初期化動作を行うようにし、初期化動作では所定のサイクルで変化するダミーデータが出力されるようにして、このダミーデータと外部クロック信号との位相比較を行って、位相が一致するようにフィードバック制御する。そして一致した後は、調整された遅延量が維持されるようにする。ダミーデータは所定のサイクルでかならず変化するので、位相比較回路22はどちらへの変化であるかを判定すれば、位相の比較が行える。
【0024】
更に、図7に示すように、出力回路14と同等の特性を有するダミー出力回路を設け、ダミー出力回路の出力信号と外部クロック信号との位相比較を行うようにしてもよい。図7の半導体装置は、図5の構成とに対して、ダミー出力回路35を設け、ディレイ回路31からの出力タイミング信号をこのダミー出力回路35にも入力させ、ダミー出力回路35が出力タイミング信号に応じて出力したダミー出力信号をダミー入力回路34を介して位相比較回路32に入力して、入力回路からの外部クロック信号と比較する点が異なる。
【0025】
図7の構成であれば、ダミー出力回路からは出力回路からの出力信号と独立した位相判定に適した信号が常時出力できる。従って、上記のようなのダミーデータを常時出力してフィードバック制御を行うことができる。また、ダーミデータはクロック信号のサイクルよりゆっくり変化する信号とすれば、回路の消費電力が低減できる。
【0026】
更に、出力回路用の第1の出力タイミング制御回路と別にダミー出力回路用の第2の出力タイミング制御回路を設け、初期化時に出力信号とダミー出力信号をそれぞれ外部クロック信号に同期させる。このことは出力信号とダミー出力信号も同期したことを意味するので、その後はダミー出力信号を第1の出力タイミング制御回路にフィードバックして制御を行うようにする。このような構成により、ダミー出力回路を使用しても実際の出力回路に接続された負荷の影響を含めた調整が可能になる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、本発明をシンクロナスDRAMに適用した実施例について述べるが、前述のように本発明はシンクロナスDRAMに限らず、外部から入力される信号に同期して出力信号が出力される半導体集積回路であればどのようなものにも適用可能である。
【0028】
本発明の実施例のシンクロナスDRAM(SDRAM)は、図1に示したような全体構成を有している。図8は、実施例のSDRAMのリード動作のタイミングを示す図である。
図3と図8を比較して明らかなように、実施例のSDRAMは従来のSDRAMとほぼ同様な構成を有するが、クロックバッファ101の構成が異なる。実施例のSDRAMにおいては、クロックバッファ101は内部クロック生成回路121と出力タイミング制御回路122を有する。内部クロック生成回路121は従来のSDRAMと同様のものであり、外部クロックCLKから内部クロック信号を生成し、パイプ−1及びパイプ−2に供給する。出力タイミング制御回路122は、図7に示した基本構成を有し、出力回路14からのデータの出力タイミングが外部クロックCLKに対して常に所定の位相になるように制御する。
【0029】
図9は、第1実施例の出力タイミング制御回路122の構成を示す図であり、外部クロックCLKが入力される端子11と、出力回路14と、データ出力端子12も一緒に示してある。
図9に示すように、第1実施例の出力タイミング制御回路は、外部クロック入力端子11に入力された外部クロクCLKを受ける入力回路13と、入力回路13から入力されるCLKを遅延させて出力回路14からのデータの出力タイミングを規定する出力クロックを生成するDLL(ディレイ・ロック・ループ:DelayLock Loop)回路40と、入力回路13と同一の回路構成を有するダミー入力回路34と、出力回路14と等価な回路構成を有するダミー出力回路37と、DLL回路40とダミー出力回路37の間に設けられ、DLL回路40から出力回路14までの信号配線と等価なダミー信号配線36と、データ出力端子12に接続される負荷を想定しそれと等価な負荷を有するダミー出力負荷38とを有する。
【0030】
入力回路13は静電気保護回路(ESD)131と、CLKを増幅するカレントミラー回路132と、ラッチ回路133と、CLK制御回路134と、1/N分周器135とを有する。この入力回路13は、1/N分周器135を除けば広く使用されている外部クロック入力回路であるので、1/N分周器135については後述するものとし、ここでは詳しい説明は省略する。ダミー入力回路34は、入力回路13と同様に、ダミーESD341と、ダミーカレントミラー回路342と、ダミーラッチ回路343と、ダミーCLK制御回路344とを有し、各回路は入力回路13のものと同じに作られており、信号遅延量は同じである。
【0031】
DLL回路40は、CLK制御回路134から入力された信号を選択された量だけ遅延させるディレイ回路41aと、1/N分周器135から入力された信号を選択された量だけ遅延させるダミーディレイ回路41bと、1/N分周器135の信号とダミーCLK制御回路344の信号を比較する位相比較回路42と、位相比較回路42の比較結果に基づいてディレイ回路41aとダミーディレイ回路41bの遅延量を選択するディレイ制御回路43とを有する。
【0032】
図10は、ディレイ回路41aとダミーディレイ回路41bの回路構成と動作波形を示す図であり、(1)が1ビット分のディレイ回路の構成を、(3)が1ビット分のディレイ回路を複数段接続した時の構成と動作説明を示し、(2)が1ビット分のディレイ回路の動作を示すタイムチャートである。
図10の(1)に示すようように、1ビット分のディレイ回路は2個のNAND回路401と402、及びインバータ403からなる。この1ビット分のディレイ回路の動作を図10の(2)で説明すると、入力φEは活性化信号で、“H”レベルの時にディレイ回路が動作する。(2)ではφEが“H”になって信号の受付が可能になった状態を示してある。信号INは1ビット分のディレイ回路への入力信号を、φNは複数段接続された隣接する右側からの信号を、OUTは1ビット分のディレイ回路の出力信号を、4a−1と4a−2は(1)の回路における対応する内部端子の波形を示している。従って、OUTは左側へのφNになる。
【0033】
φNが“L”の時には、OUTは常に“L”である。φNが“H”でφEが“L”の時にはOUTは“H”である。φNが“H”でφEが“H”の時に、入力信号INが“L”であればOUTは“H”になり、INが“H”であれば“L”になる。図10の(2)は、φE=H、φN=Hの状態で、INがLからHに立ち上がると、その入力信号INがNANADゲート401,402及びインバータ403で反転されながら、出力OUTに伝達されている様子を示している。
【0034】
図10の(3)は、(1)の1ビット分のディレイ回路を複数段カスケード接続した例で、実際のディレイ回路に相当する。図では3段しか示していないが、実際には多数段に接続されている。活性化信号φEの信号線は回路要素毎に、φE−1、φE−2、φE−3のように複数本あり、これらの信号はディレイ制御回路43によってコントロールされる。
【0035】
図では真ん中の1ビット分のディレイ回路が活性化されており、φE−2が“H”となっている。その場合、入力信号INが“L”から“H”に変化すると、左端の1ビット分のディレイ回路と右端の1ビット分のディレイ回路のφE−1とφE−3は“L”であるから、太線のように入力信号INはNAND回路401−1と401−3で止められてしまう。一方、活性化されている真ん中の1ビット分のディレイ回路のφE−2は“H”レベルであるから、入力信号INはNAND回路401−2を通過する。右側の1ビット分のディレイ回路の出力OUTは“H”であるから、入力信号INはNAND回路402−2も通過して、OUTには信号“L”として伝達されることになる。上記のように、右側のOUT、すなわちφNが“L”の時には、OUTは常に“L”になるので、この“L”の信号は左側の1ビット分のディレイ回路のNAND回路、インバータに順次伝達され、最終的なOUT信号として取り出される。
【0036】
このように、活性化された1ビット分のディレイ回路を介して、入力信号INは折り返されるように信号伝達され、最終的なOUT信号になる。つまり、どの部分の活性化信号φEを“H”にするかにより、ディレイ量を制御することができる。1ビット分のディレイ量は、NAND回路とインバータの合計の信号伝搬時間で決定され、この時間がDLL回路のディレイ単位時間になる。全体のディレイ時間は、1ビット分のディレイ量に通過する段数を乗じた量になる。
【0037】
図11はディレイ制御回路の回路構成を示す図であり、図12はその動作を示すタイムチャートである。図11に示すように、ディレイ制御回路も点線で囲った1ビット分のディレイ制御回路430−2を、ディレイ回路の段数分接続した構成であり、各段の出力がディレイ回路の各段の活性化信号φEになる。
1ビット分のディレイ制御回路430−2は、NAND432−2と、インバータ433−2で構成されるフリップフロップの両端にそれぞれ直列に接続されたトランジスタ435−2、437−2、438−2、439−2、そしてNOR回路431−2を有する。トランジスタ438−2のゲートは、前段の端子5a−2に、トランジスタ439−2のゲートは、後段の端子5a−5に接続されて、前段と後段の信号を受けるようになっている。一方、直列接続されている他方のトランジスタには、カウントアップする時のセット信号φSEとφSO、カウントダウンする時のリセット信号φREとφROが1回路おきに接続されている。図示のように、真ん中の1ビット分のディレイ制御回路430−2では、トランジスタ435−2がφSOに、トランジスタ437−2がφROに接続され、ディレイ制御回路430−2の両側の回路ではそれぞれφSEとφREに接続される。NOR回路431−2には、左側の5a−1とこの回路の5a−4の信号が入力される構成になっている。なお、φRはディレイ制御回路をリセットする信号で、電源投入後に一時的に“L”レベルになり、その後は“H”に固定される。
【0038】
図12は、図11のディレイ制御回路の動作を示す図である。
まず、φRが一時的に“L”になり、端子5a−1,5a−3,5a−5が“H”に、5a−2,5a−4,5a−6が“L”にリットされる。カウントアップする時には、カウントアップ信号φSEとφSOが交互に“H”と“L”を繰り返す。φSEが“L”から“H”になると、5a−1は接地されて“L”に、5a−2は“H”に変化する。5a−2が“H”に変化したのを受けて、φE−1は“H”から“L”に変化する。この状態はフリップフロップにラッチされるので、φSEが“L”に戻ったとしても、出力φE−1は“L”のままである。そして、5a−1が“L”に変化したことを受けて、出力φE−2が“L”から“H”に変化する。5a−2が“H”に変化したのでトランジスタ438─2はオン状態になり、φSOが“L”から“H”になると、5a−3は接地されて“L”に、5a−4は“H”に変化する。5a−4が“H”に変化したのを受けて、φE−2は“H”から“L”に変化する。この状態はフリップフロップにラッチされるので、φSOが“L”に戻ったとしても、出力φE−2は“L”のままである。そして、5a−3が“L”に変化したことを受けて、出力φE−3が“L”から“H”に変化する。図では、φSEとφSOが1パルスずつ出ているだけであるが、ディレイ制御回路が何段にも接続されており、φSEとφSOが交互に“H”と“L”を繰り返せば、出力φEが“H”になる段の位置が順次右側にシフトする。従って、位相比較回路42の比較結果によりディレイ量を増加させる必要がある場合には、交互にφSEとφSOのパルスを入力すればよい。
【0039】
カウントアップ信号φSEとφSO、及びカウントダウン信号φREとφROが出力されない状態、すなわち“L”である状態が維持されれば、出力φEは“H”になる段の位置は固定される。従って、位相比較回路42の比較結果によりディレイ量を維持する必要がある場合には、φSE、φSO、φRE及びφROのパルスを入力しないようにする。
【0040】
カウントダウンする時には、φREとφROのパルスを交互に入力すると、カウントアップ時と逆に出力φEが“H”になる段の位置が順次左側にシフトする。
以上説明したように、図11に示したディレイ制御回路では、パルスを入力することにより、出力φEが“H”になる段の位置を1つずつ移動させることが可能であり、これらの出力φEで図10の(c)に示したディレイ回路を制御すればディレイ量が1単位ずつ増減するように制御することができる。
【0041】
ここで、ディレイ回路及びディレイ制御回路について更に詳しく説明する。第1実施例ではディレイ回路として図10の(3)に示すような回路を使用し、図11に示すようなディレイ制御回路で制御している。遅延量を単位量ずつ段階的に変化させることができる回路を実現するには、直列に接続された複数の信号経路を有し、この複数の信号経路の一部から選択的に信号が出力されるようにすることにより遅延量が選択可能なディレイラインを使用するのが一般的である。このようなディレイラインでは、遅延量を変化させるために隣接する信号経路から信号が出力されるように変化させる過渡的状態であっても、いずれの信号経路も選択されない状態は避ける必要がある。そのため、このようなディレイラインを制御するディレイ制御回路は、過渡的状態であっても、いずれかの信号経路を選択する信号を常時出力する必要がある。図11のディレイ制御回路は、各段は2つの相補的な信号を出力する。すなわち、NANDゲートの出力とインバータの出力は相補信号である。そして、ある段までは一方の状態の相補信号を出力し、その段以降の段は反転した相補信号を出力し、反転した相補信号を最初に出力する段がシフトするようになっている。言い換えれば、図11のディレイ制御回路は、シフトレジスタと同じ動作を行う。図11の回路では、NORゲートでこのようなシフトレジスタの相補信号のうち、隣接する2段の異なる相補信号の否定論理和を各段毎に算出して、その出力を図10の(3)の各段の選択信号線に接続している。MOSトランジスタでは、一般に“H”の論理値から“L”の論理値への立ち下がりの方が、“L”の論理値から“H”の論理値への立ち上がりより変化速度が早い。図11の回路では入力が共に“L”の論理値のNORゲートの出力がディレイラインの選択位置を指示しており、このNORゲートの入力の一方が“H”の論理値に変化するのは遅く、次にディレイラインの選択位置を指示するNORゲートの“H”の入力は、より早い速度で“L”に変化する。従って、前に選択位置を指示していたNORゲートの出力が選択位置の指示を停止する前に、次に選択位置を指示するNORゲートの出力が選択位置を指示するようになるので、いずれのNORゲートも選択位置を指示しない状態を避けることができる。
【0042】
図13は、図11のディレイ制御回路において選択位置を指示するNORゲートの位置が順に変化した時の出力変化を示す図である。図示のように、前の選択信号が立ち下がる前に次の選択信号が立ち上がる。従って、ディレイラインのいずれの経路も選択されないといった問題は生じない。
例えば、図11の回路で、ノード5a−2と5a−3、5a−4と5a−5を入力とするANDゲートを設け、その出力をφE−1、φE−2とするといった具合にするディレイ制御回路も考えられるが、このような回路は、過渡的な状態では、すべてのANDゲートの出力が“L”になるといった問題が生じる。
【0043】
図14は、図11の回路でNORゲートの代わりにANDゲート(NANDゲートとインバータの組み合わせ)を用いた場合の例を示す図である。この回路では、ANDゲートの入力を一つ置きの段の異なる相補信号としている。このような構成により、隣接する2個のANDゲートの出力が同時に“H”、すなわち選択位置を指示する状態になる。選択位置を指示する2個のANDゲートは1つずつ変化するため、かならず一方のANDゲートは“H”のままであり、いずれのANDゲートも選択位置を指示しない状態が避けられる。なお、2個のANDゲートの出力が“H”である時、図10の(3)のディレイラインにおいては、2つの経路が同時に活性化されるため、信号が若干形状が変化するが、1段の遅延量が小さければ無視できる。
【0044】
位相比較回路42は、位相比較部と増幅回路部の2つの回路部分で構成される。図15は位相比較部の回路構成を示す図であり、図16は位相比較部の動作を示すタイムチャートであり、図17は増幅回路部の回路構成を示す図であり、図18は増幅回路部の動作を示すタイムチャートである。
図15において、φoutとφextはこの位相比較回路42で比較する出力信号と外部クロックであり、φextを基準としてφoutの位相が判定され、φaからφeは増幅回路に接続される出力信号を示している。図15に示すように、位相比較部は、2個のNAND回路で構成されたフリップフロップ回路421と422、その状態をラッチするラッチ回路425と426、ラッチ回路の活性化信号を生成する回路424、及び外部クロックφextの位相許容値を得る1ディレイ分のディレイ回路423からなる。
【0045】
図16において、(1)は比較対象信号φoutが比較基準信号φextよりも位相が進んでおり、φoutがφextより先に“L”から“H”になる場合を示している。φoutとφextが共に“L”の時にはフリップフロップ回路421と422の端子6a−2、6a−3、6a−4、6a−5は共に“H”になっている。φoutが“L”から“H”に変化すると、端子6a−2と6a−4は共に“H”から“L”に変化する。その後、φextが“L”から“H”に、1ディレイ分遅れて端子6a−1が“L”から“H”になるが、フリップフロップの両端の電位はすでに確定しているので、なにも変化を起きない。結局、6a−2は“L”、6a−3は“H”、6a−4は“L”、6a−5は“H”を維持する。一方、φextが“L”から“H”に変化したのに応じて、回路424のφaは“L”から“H”に変化し、6a−6には一時的に“H”レベルになるパルスが印加される。この6a−6はラッチ回路425と426のNAND回路に入力されているので、NAND回路が一時的に活性化されて、フリップフロップ回路421と422の両端の電位状態をラッチ回路425と426に取り込むことになる。最終的には、φbが“H”、φcが“L”、φdが“H”、φeが“L”となる。
【0046】
次に、(2)は比較対象信号φoutと比較基準信号φextの位相がほぼ同じで、φoutがφextとほぼ同時に“L”から“H”になる場合を示している。φoutの立ち上がり時点と6a−1の立ち上がり時点との時間差内にφoutが“L”から“H”に変化した時である。この場合、まずφextが“L”から“H”になることによってフリップフロップ421の端子6a−3が“L”から“H”に変化するが、フリップフロップ422では6a−1が“L”のままなので、逆に6a−4が“H”から“L”に変化する。その後に6a−1が“H”から“L”に変化するが、フリップフロップ422の状態はすでに決まっているので何も変化が起きない。その後に、6a−6が一時的に“H”になるので、ラッチ回路にはこの状態が記憶される。結局、φbが“L”、φcが“H”、φdが“H”、φeが“L”となる。
【0047】
更に、(3)は比較対象信号φoutが比較基準信号φextよりも位相が遅れており、φoutがφextより後に“L”から“H”になる場合を示している。この場合は、φextによって2個のフリップフロップ回路421と422に変化が生じて、6a−3と6a−5が“H”から“L”に変化する。そして、最終的には、φbが“L”、φcが“H”、φdが“L”、φeが“H”となる。
【0048】
このように、φextの立ち上がり時間を基準として、φoutの立ち上がり時間がそれ以前に“H”になったか、ほぼ同時であったか、遅れて“H”になったかを検出することが可能になる。これらの検出結果をφb、φc、φd、及びφeの値としてラッチしておき、その値に基づいてディレイ制御回路をカウントアップするか、カウントダウンするかを決める。
【0049】
図17は位相比較回路42の増幅回路部の回路構成を示す図である。
増幅回路部は、JKフリップフロップ427と、NANDとインバータで構成される増幅部428の2つの部分からなる。JKフリップフロップ427には、図15の位相比較部から信号φaが入力され、φaが“L”であるか“H”であるかに応じて7a−9と7a−11の電位が交互に“L”と“H”を繰り返す仕組みになている。増幅部428は、JKフリップフロップ427の出力信号と、φbからφdの信号を受けて増幅して出力する。
【0050】
まず、JKフリップフロップ427の動作を図18のタイミングチャートを参照して説明する。時間T1で、φaが“H”から“L”に変化すると、端子7a−17a−10が“L”から“H”に変化する。一方、7a−1の変化に応じて、7a−5と7a−6と7a−7に状態の変化が起こるが、φaが“L”であるために、7a−8には変化が生じない。結局、出力7a−9は変化せず、7a−11のみが“L”から“H”になる。次に、時間T2になって、φaが“L”から“H”に変化すると、時間T1での動きと逆に端子7a−8は“H”から“L”に、7a−10は7a−7が変化しないので変化せず、出力7a−9は“L”から“H”に変化し、7a−11は変化しない。このように、JKフリップフロップ回路427は、φaの動きに応じて出力7a−9と7a−11が交互に“H”と“L”を繰り返す動きをする。
【0051】
次に、増幅部428の動作を、図19から図21を参照して説明する。図19は、比較基準信号φextの立ち上がりに対して、比較対象信号φoutが先に“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“H”、φcが“L”、φdが“H”、φeが“L”である。結局、7a−12が“H”に、7a−13が“L”に固定され、φSOとφSEがJKフリップフロップの状態に応じて変化するが、φROとφREは7a−13が“L”のため変化しない。
【0052】
図20は、比較対象信号φoutが比較基準信号φextとほぼ同時に“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“L”、φcが“H”、φdが“H”、φeが“L”である。結局、7a−12と7a−13が“L”に固定され、φSOとφSEがJKフリップフロップの出力が増幅部に影響することはなく、φSOとφSEとφROとφREは“L”に固定されたままになる。
【0053】
図21は、比較対象信号φoutが比較基準信号φextの立ち上がりに対して遅れて“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“L”、φcが“H”、φdが“L”、φeが“H”である。結局、7a−12が“L”に、7a−13が“H”に固定され、φROとφREがJKフリップフロップの状態に応じて変化するが、φSOとφSEは7a−13が“L”のため変化しない。
【0054】
図22は、出力回路14の回路構成を示す図である。
図22において、Data1とData2は、セルアレイ115から読み出され、センスアンプ117とデータバスアンプ119とデータバス制御回路120を介して出力された記憶データに対応する信号であり、Data1とData2は、出力データが“H”の場合には共に“L”であり、出力データが“L”の場合には共に“H”である。なお、出力データが“H”でも“L”でもないハイインピーダンス状態をとることも可能であり、その場合にはデータバス制御回路120で、Data1が“H”に、Data2が“L”になるように変換される。φoeはディレイ回路40の出力信号であり、φoeに応じてこの出力回路からの出力タイミングが制御される。φoeが“H”になると、Data1とData2の情報をデータ出力端子14に出力するように動作する。いま、データ出力端子14に“H”を出力する場合を想定すると、φoeが“L”から“H”に変化し、8a−1が“L”に8a−2が“H”になって、トランスファーゲートがオンしてData1とData2は8a−3と8a−6に伝達される。結局、8a−5が“L”に、8a−8が“H”になって、出力用のPチャンネルトランジスタはオンし、Nチャンネルトランジスタはオフして、データ出力端子14には“H”出力が現れることになる。φoeが“L”になると、トランスファーゲートはオフして、それまでの出力状態が保持される。
【0055】
図23は、ダミー出力回路37の回路構成を示す図であり、更にダミー出力負荷として設けられた容量素子38も一緒に示してある。また、図24は、図23のダミー出力回路37の動作を示す図であり、内部クロック信号と8a−9のダミー出力信号の関係を示す。図24の(1)は1/N分周器135がない場合を、(2)は分周比が4の場合を示す。
【0056】
図22の出力回路14と比較して明らかなように、ダミー出力回路37は出力回路14と類似の回路構成を有するが、ダミー出力回路では出力回路14と異なりデータを出力する必要がないので、トランスファーゲートに入力される信号は両方とも“L”に固定される。これにより、データを出力する時には、ダミー出力8a−9は常に“H”になる。更に、Int−CLKは内部クロックであり、このダミー出力回路からの出力タイミングを制御するトランスファーゲートの開閉の他に、フィードバック用インバータをNAND回路としてその一方の端子に入力される。図24の(1)に示すように、Int−CLKが“H”になると、出力回路14と同じ動作により、8a−9が“H”になる。一方、Int−CLKが“L”に戻ると、トランスファゲートが閉じられると同時に、8a−3と8a−6が共に“H”になり、ダミー出力8a−9が“L”に戻される。
【0057】
図24の(1)に示したのは1/N分周器135がない場合の波形であり、Int−CLKは外部クロック信号CLKと同じ周期の信号である。図24の(1)に示したのは、ダミー出力負荷の負荷容量38が非常に小さい場合であり、実際にはこのSDRAMの出力回路が接続される配線の容量や駆動する必要のある素子に見合った負荷を設ける必要があり、8a−9の立ち上がりと立ち下がり時間は非常に遅くなり、このダミー出力回路の動作は8a−9の立ち上がりと立ち下がり速度で制限されることになる。従って、外部クロック信号CLKの周期が短くなると、このダミー出力回路は動作しなくなる可能性がある。
【0058】
そこで、本実施例では、図9に示すように、1/N分周器135を設けている。1/N分周器135では、ラッチ回路133の出力を分周して、外部クロック信号に対して図24の(2)に示すInt−CLKを発生させる。このInt−CLKは、外部クロック信号の4パルスに対して1サイクル分だけ“H”になる信号である。ダミー出力回路にこのようなInt−CLKを使用することにより、上記のダミー出力回路の動作可能な周波数が立ち上がりと立ち下がり速度により制限されるという問題を回避できる。
【0059】
1/N分周器135を設けた場合、ダミー出力8a−9は図24の(2)のようになるので、位相比較回路42でのダミー出力と外部クロック信号の位相比較は、外部クロック信号の4サイクルに対して1回行われることになるので、その分消費電力が低減される。
以上が第1実施例のSDRAMの各部の説明である。第1実施例のSDRAMでは、ディレイ回路41aと41bにおける遅延量の選択は、最初に初期位置を選択するようにリセットした後、位相の比較結果に基づいて所定の位相関係に成るように1段ずつ選択位置をシフトすることにより行われる。従って、電源投入時に遅延量をリセットしてから、最適な遅延量が選択されるまである程度の時間が必要である。そのため、第1実施例のSDRAMを使用する場合には、電源投入後所定の初期化期間を設け、その間に所定数以上の外部クロック信号を印加する必要がある。
【0060】
第1実施例のSDRAMでは、内部の処理系は連続して処理が行われる複数のパイプに分割され、それぞれ並行して動作する。上記の説明では出力についてのみ述べたが入力についても同様にパイプ処理される。これにより、データの入出力を高速の外部クロック信号に同期して行うことができるようになり、転送速度が大幅に増加する。
【0061】
以上説明したように、第1実施例のSDRAMでは、データの出力タイミングが外部クロック信号の所定の位相になるように制御されるので、使用中の温度変化や電源電圧の変化があっても、データは常に外部クロック信号の所定の位相に同期して行われることになる。しかも、入力回路や出力回路に等価なダミー回路を設けてそれらでの遅延量の変化も含めて所定の位相になるように制御されるので、位相関係を非常に正確に制御することが可能である。これにより、転送速度の一層の高速化が可能になる。
【0062】
現在の半導体装置では、他の半導体素子との信号の互換性をとるため、出力信号の規格が決められている。SDRAMやSDRAMと組み合わされて使用される半導体装置では、“Low Voltage Transistor Transistor Logic(LVTTL)"と“Series Stub Termination Logic(SSTL)" の2つの規格が一般的であり、SDRAMではデータをこの2つの規格のいずれでも出力できる出力回路を設け、外部から選択信号を印加することにより出力回路をこの2つの規格のいずれかに設定できるようにしたものがある。もし、出力回路が異なる規格での出力が行えるように切り換え可能な場合には、切り換えにより出力回路の特性が変化することになる。出力回路での遅延量の変化が大きいため、出力回路と等価なダミー出力回路を設けてそれを通過した信号で位相比較することが重要であることはすでに述べたが、切り換えにより出力回路の特性が変化する場合には、それに応じてダミー出力回路の特性も切り換えられることが必要である。第2から第4実施例は、切り換えにより出力回路の特性が変化可能なSDRAMの実施例である。
【0063】
図25は、第2実施例のSDRAMのダミー出力回路の回路構成を示す図である。第2実施例のSDRAMにおいては、ダミー出力回路以外の部分は、第1実施例のSDRAMと同じ構成を有する。
図23と比較して明らかなように、第2実施例のSDRAMのダミー出力回路の第1実施例のものと異なる点は、NチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタで構成されるドライバ回路が、参照番号371で示されるLVTTL用と372で示されるSSTL用の2個設けられており、それぞれのNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタのゲートに接続されるNAND回路とNOR回路に、いずれのドライバ回路を選択するかを指示する選択信号cttZが入力されていることである。CVTTL用のドライバ回路371を構成するPチャネルトランジスタ及びNチャネルトランジスタのサイズは、SSTL用のドライバ回路372を構成するPチャネルトランジスタ及びNチャネルトランジスタのサイズと異なっており、各このドライバ回路を構成するトンラジスタのサイズは、出力モードに応じて適当に規定されている。選択信号cttZは、SSTL規格を指示する場合には“H”になり、LVTTL規格を指示する場合には“L”になる信号で、外部から基準電源端子に印加される電圧が所定の値Vref以上であるかを判定して生成される。図23の回路では、選択信号cttZが“L”の時には、LVTTL用ドライバ回路371のNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタのゲートに印加される信号は8a−4と8a−7によって変化してダミー信号を出力するが、SSTL用ドライバ回路371のNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタのゲートには、それぞれ“L”と“H”の信号が印加され、SSTL用ドライバ回路371のNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタは両方ともオフ状態になり、いわゆるハイインピーダンス状態になる。逆に、選択信号cttZが“L”の時には、LVTTL用ドライバ回路371がハイインピーダンス状態になり、SSTL用ドライバ回路371からダミー信号を出力する。
【0064】
このようにして、第2実施例のSDRAMでは、ダミー出力回路の特性が切り換えられる。
図26は、第3実施例のSDRAMのダミー出力回路の回路構成を示す図である。第3実施例のSDRAMにおいては、ダミー出力回路以外の部分は、第1実施例のSDRAMと同じ構成を有する。
【0065】
SSTL規格とLVTTL規格では、ドライバ回路の出力トランジスタに流す電流が異なり、SSTL規格の方が大きな電流を流す必要がある。出力トランジスタに流れる電流はトランジスタの寸法で変わるので、SSTL規格用のトランジスタの方を大きくする必要がある。一般にドライバ回路のトランジスタは大きな寸法であり、図25のようにSSTL用とLVTTL用の2つのドライバ回路を設けると大きな面積が必要である。そこで、第3実施例のSDRAMのダミー出力回路では、LVTTL用ドライバ回路373と、LVTTL用ドライバ回路373に合わせることによりSSTL規格の電流を流せるドライバ回路374を設け、LVTTL規格が指示された時にはドライバ回路374をハイインピーダンス状態にし、SSTL規格が指示された場合にはLVTTL用ドライバ回路373とドライバ回路374の両方を動作状態にして、SSTL規格の電流が流せるようにする。
【0066】
SSTL規格とLVTTL規格では、出力負荷についても規定がある。そこでダミー出力負荷についても切り換え可能にしたのが第4実施例のSDRAMである。
図27は、第4実施例のSDRAMのダミー出力回路の回路構成を示す図である。第4実施例のSDRAMにおいては、ダミー出力負荷以外の部分は、第3実施例のSDRAMと同じ構成を有する。
【0067】
図27に示すように、第4実施例のSDRAMのダミー出力回路では、ダミー出力負荷として、SSTL用負荷377とLVTTL用負荷378の2個の負荷が設けられており、選択信号cttZにより一方のみをダミー出力端子8a−24に選択的に接続できるようになっている。SSTL用負荷377としては30pFの容量素子が、LVTTL用負荷としては50pFの容量素子が使用される。更に、SSTL用負荷377が選択される場合には、一端が電源VccQに接続された終端抵抗379がダミー出力端子8a−24に接続される。
第1から第4実施例では、ダミー出力回路は“L”か“H”に変化する立ち上がるデータのみを出力し、その立ち上がりエッジの外部クロック信号に対する位相を検出していた。しかし、出力回路での遅延量の変化は、出力信号が“L”から“H”に変化する立ち上がるデータの場合と、“H”から“L”に変化する立ち下がるデータの場合で異なる。そのため、第1から第4実施例の構成では立ち上がるデータと立ち下がるデータで外部クロック信号に対する位相に差が生じることになる。一般に出力回路のドライバ回路としては、図25から図27に示したような電源端子とグランドの間にNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタを直列に接続し、出力するデータに応じていずれかのトランジスタをオンにする構成が使用される。このようなドライバ回路では、特にNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタのプロセス条件の違いによりNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタの駆動能力がアンバランスになると差が生じやすくなる。第5実施例はこのような問題を解決した実施例である。
【0068】
図28は、第5実施例のSDRAMの出力タイミング制御回路の構成を示す図である。
図9と図28を比較して明らかなように、第5実施例のSDRAMの第1実施例のSDRAMと異なる点は、立ち上がりデータと立ち下がりデータの位相を独立に調整できるように、ディレイ回路とダミーディレイ回路がそれぞれ2本のディレイ回路を有する点である。以下、第1実施例と異なる点について説明する。
【0069】
第1のディレイ回路41a−Hは立ち上がりデータの出力タイミングを調整するためのディレイ回路であり、第2のディレイ回路41a−Lは立ち下がりデータの出力タイミングを調整するためのディレイ回路であり、共にCLK制御回路134の出力からCLKが入力される。第1のディレイ回路41a−Hの出力は出力回路14に入力されて“H”のデータを出力する時のタイミング信号として使用される。また、第2のディレイ回路41a−Lの出力は出力回路14に入力されて“L”のデータを出力する時のタイミング信号として使用される。同様に、第1のダミーディレイ回路41b−Hは立ち上がりダミーデータの出力タイミングを調整するためのダミーディレイ回路であり、第2のディレイ回路41b−Lは立ち下がりダミーデータの出力タイミングを調整するためのダミーディレイ回路であり、共に1/N分周器135の出力からInt−CLKが入力される。第1のダミーディレイ回路41b−Hの出力はダミー信号配線36−Hを介してダミー出力回路37に入力されて“H”のダミーデータを出力する時のタイミング信号として使用される。また、第2のダミーディレイ回路41b−Lの出力はダミー信号配線36−Lを介してダミー出力回路37に入力されて“L”のダミーデータを出力する時のタイミング信号として使用される。なお、各ディレイ回路は同じように作られている。
【0070】
ディレイ制御回路は、2個の回路43−Hと43−Lで構成され、それぞれ図11に示した構成を有している。ディレイ制御回路43−Hの出力で、第1のディレイ回路41a−Hと第1のダミーディレイ回路41b−Hの遅延量を選択し、ディレイ制御回路43−Lの出力で、第2のディレイ回路41a−Lと第2のダミーディレイ回路41b−Lの遅延量を選択する。
【0071】
図29は、第5実施例における位相比較回路の構成を示す図である。図15及び図17と比較して明らかなように、第1実施例のものと異なるのは、位相比較回路の比較部の前段に信号dataによって信号φddqの“L”と“H”を常に“H”とするスイッチ回路412が設けられている点と、“H”出力用の増幅部414と“L”出力用の増幅部415の2個設けている点である。
【0072】
スイッチ回路412においては、例えば、dataが“H”として“H”を出力する場合、φddqも“L”から“H”に変化する。dataは“H”であるからトランスファーゲート416がオンしてφddqが位相比較部413に信号φoutとして入力する。逆に、dataが“L”の時には、トランスファーゲート417がオンするので、φddqを反転した信号が位相比較部413に信号φoutとして入力することになる。このように、位相比較部413の入力φoutは常に“L”から“H”に変化する信号として入力されることになる。なお、位相比較部413としては、図15に示したのと同じ回路が使用される。
【0073】
2個の増幅部414と415は、それぞれ図17に示した回路構成と同じ構成であるが、入力φbからφeが入力されるNANDゲートを3入力ゲートとして信号dataによって制御できるようにした点が異なる。dataが“H”の場合、“H”出力用の増幅部414が活性化されて動作し、dataが“L”の場合、“L”出力用の増幅部415が活性化されて動作する。内部の動作は、図17の回路と同じである。
【0074】
図30は、第5実施例のダミー出力回路37の構成を示す図である。
ダミー出力回路37には、第1と第2のダミーディレイ回路41b−H、41b−Lから出力されたタイミング信号である2つの活性化信号φdoeHとφdoeLとが入力される。φdoeHは“H”を出力する時に使用される活性化信号であり、φdoeLは“L”を出力する時に使用される活性化信号である。どちらの活性化信号を使用するかは、信号dataと/dataで選択される。
【0075】
いま、dataが“H”で/dataが“L”であるとすると、φdoeHが有効になり、図の上側のトランスファゲートが動作するように端子10−1と10−2の切り換え信号が出る。逆に、dataが“L”で/dataが“H”の時には、φdoeLが有効になり、図の下側のトランスファゲートが動作するように端子10−10と10−11の切り換え信号が出る。一度データがダミー出力回路に出力されると、ラッチ回路にラッチされて保持されるので、活性化信号“L”になっても出力は次に活性化信号が入るまで維持される。
【0076】
なお、活性化信号φdoeHとφdoeLの替わりに第1と第2のディレイ回路41a−H、41a−Lから出力されたタイミング信号が入力される点を除けば、出力回路14は図26と同じ構成である。
図31は、第5実施例における各部の動作を示す波形図である。上側には“H”出力の場合を、下側には“L”出力の場合を示す。
【0077】
“H”出力の場合、外部クロック信号CLKが“L”から“H”になり、その信号が入力回路13で増幅される。φ1/Nは分周器135を通過した信号でダミーディレイ回路41b−Hと41b−Lに入力される。φdoeHはダミーディレイ回路41b−Hを通過した後の信号でダミー出力回路37へ入力される活性化信号になる。この活性化信号によってダミー出力回路37が動作してダミー出力10−9を出力する。この信号がダミー入力回路34に入力されて、位相比較回路42の入力信号φoutになる。結局、位相比較回路は○で囲った(a)の立ち上がりと、位相比較回路の入力信号φoutである○で囲った(b)の立ち上がりとの比較を行う。
【0078】
“L”出力の場合、φ1/Nまでの説明は上記と同じであり、φdoeLは上と異なるダミーディレイ回路41b−Lを通過した信号であり、この信号が活性化信号としてダミー出力回路37に入力され、これに応じてダミー出力回路37は“L”を出力する。この信号はダミー入力回路34に入力されてφddqになる。これは図29のスイッチ回路412で反転され、信号φoutとして位相比較回路42に入力される。結局、位相比較回路は○で囲った(a)の立ち上がりと、位相比較回路の入力信号φoutである○で囲った(c)の立ち上がりとの比較を行う。
【0079】
以上説明したように、第5実施例では“H”出力と“L”出力で別々に遅延量が制御可能であるので、“H”出力時のクロックアクセス時間と“L”出力時のクロックアクセス時間とを一致させることが可能である。これにより、このSDRAMを使用するシステムでのタイミングマージンが拡大され、システムを高速動作させることが可能になる。
【0080】
第1から第5実施例では、出力データを出力するためのディレイ回路、出力回路と相似したダミーディレイ回路、ダミー出力回路を設け、更に出力端子に接続される負荷に相似したダミー負荷を設けて実際に出力される出力信号に類似したダミー出力信号を生成して、それと外部クロック信号の位相を比較していた。これにより出力信号の外部クロック信号に対する位相関係は、従来例に比べて非常に正確に保持される。しかし、このような半導体装置が使用されるシステムで、実際に出力端子に接続される配線の引き回しは一定せず、常に一定の負荷(容量、出力インピーダンス)になることはまれである。そのため、実際の出力回路の負荷とダミー負荷が一致することは極めて稀で、実際の出力波形とダミー出力波形には微小な時間的な誤差が生じる。
【0081】
図32は、このような誤差の発生を説明する図である。
外部クロック信号CLKの立ち上がり時刻T1を基準にして入力回路の動作時間完了時間T2後よりディレイ回路が動作して出力タイミング信号を遅延させ、出力回路からデータを出力する。ここではこれに要する時間をT4とする。ここで、クロックアクセス時間はT6で示される。相似したダミーディレイ回路を製作しても若干の誤差があり、同じ位置を選択したとしても遅延量に差が生じる。更に、ダミー出力回路やダミー負荷の製作誤差による遅延量の差もあるので、ダミー回路の遅延量はT5になる。図でT7で示したのが誤差である。
【0082】
このような誤差はわずかであり、従来はこのようなわずかな時間のずれは問題にならなかったが、最近の高速システムではこのわずかの誤差が動作速度の限界に影響するようになってきており、問題になってきた。
第6実施例は、このようなわずかな誤差も低減するようにしたSDRAMである。第1から第5実施例においては、ディレイ回路とダミーディレイ回路は共通のディレイ制御回路からの選択信号に従って同じ遅延量が選択された。これに対して、第6実施例では、ディレイ回路とダミーディレイ回路にそれぞれ別々に位相比較回路とディレイ制御回路を設ける。電源投入直後の初期化期間には相当数のダミーサイクルを行い、このダミーサイクルでは出力回路からもダミーデータが出力され、ダミーデータと外部クロック信号の位相が同期するようにディレイ回路が制御される。そしてこれとは独立に、ダミーディレイ回路はダミー出力回路から出力されるダミーデータと外部クロック信号の位相が同期するように制御される。この状態では、ディレイ回路の遅延量は実際に接続された負荷の影響を含めた出力回路からの出力データと外部クロック信号の位相が同期する値に制御されていることになる。同様に、ダミーディレイ回路もダミー出力データと外部クロック信号の位相が同期する値に制御されていることになる。この状態で正規のディレイ回路側の位相比較回路にダミー出力データを入力するようにすれば、その後変動があっても追従して出力データと外部クロック信号の位相が同期するように制御されることになる。このような構成は、図9に示した第1実施例のSDRAMにも適用可能であるが、以下に説明する第6実施例は、このような構成を図26の第5実施例のSDRAMに適用した例である。
【0083】
図33は、第6実施例のSDRAMのブロック構成図である。
図示のように、第6実施例においては、正規のデータが出力される出力回路14の出力タイミングを規定するタイミング信号を生成するDLL回路44と、ダミー出力が出力されるダミー出力回路37の出力タイミングを規定するダミータイミング信号を生成するダミーDLL回路45が設けられている。DLL回路44には、“H”用ディレイ回路441aと、“L”用ディレイ回路441bと、位相比較回路442と、ディレイ制御回路443aが設けられている。また、ダミーDLL回路45には、“H”用ダミーディレイ回路451aと、“L”用ダミーディレイ回路451bと、位相比較回路452と、ディレイ制御回路453aが設けられている。また、DLL回路44とダミーDLL回路45に対応してダミー入力回路34cと34dが設けられている。各ディレイ回路には入力回路13からの外部クロック信号に対応する信号が入力される。また、各位相比較回路には入力回路13からの信号と対応するダミー入力回路からの信号が入力される。出力回路14には、電源電圧VccQが印加され、DLL回路44からの出力タイミング信号が供給される。出力回路14の出力は出力端子12に接続されると共に、切り換え回路39に供給される。出力端子12にはボード配線151と別のLSIの入力回路レシーバ152が接続されており、これらが実際の出力負荷になる。同様に、ダミー出力回路37にも、電源電圧VccQが印加され、ダミーDLL回路45からのダミー出力タイミング信号が供給される。ダミー出力回路37の出力はダミー出力負荷38を介してダミー入力回路34dに供給されると共に、切り換え回路39に供給される。切り換え回路39は、ダミー入力回路34cに供給する信号を出力回路14の出力とダミー出力負荷38の出力の間で切り換える。以上説明した、ダミー回路とそれに対応する正規の回路は、まったく同じ回路構成で相似になるように構成されている。
【0084】
この他に、電源投入直後のダミーサイクルで、出力回路14とダミー出力回路37から“L”と“H”の出力を強制的に出力するためのダミーデータを生成するダミーデータ生成回路53と、電源投入を検出する電源投入検出回路52と、コマンドデコーダ回路51が設けられている。
以下、第6実施例の回路の動作を説明する。
【0085】
位相比較回路442と452は、外部クロック信号の立ち上がり時点を基準として、出力信号とダミー出力信号の変化エッジが早かった場合には、ディレイ回路の遅延量を増加させる方向に、逆に外部クロック信号の立ち上がり時点より遅い場合には、遅延量を減少させる方向に制御する。もちろんこの制御は、“H”と“L”の両方の変化エッジについて独立に行われる。
【0086】
このようなSDRAMが使用されるメモリシステムでは、システム電源投入直後、メモリシステムはクロック動作を開始し、システム上に搭載された各種ロジック、PLL回路等の動作確認、調整を行うので、相当数のダミーサイクルが行われ、外部クロック信号が入ってくる。このダミーサイクル中に、上記の出力信号とダミー出力信号の変化エッジが外部クロック信号に対して所定の位相になるように各ディレイ回路の遅延量をシフトさせる動作を繰り返せば、DLL回路とダミーDLL回路の調整が行える。ところが、電源投入直後には、メモリには情報が書き込まれていないので、出力信号とダミー出力信号は一定であり、そのままでは調整動作が行えない。そのため、ダミーサイクルにおけるディレイ回路調整用のデータを内部で発生させることが必要になる。本実施例では、このためにダミーデータ発生回路53を新たに設け、更に従来のSDRAMに以前から設けられている電源投入検出回路52とコマンドデコーダ回路51の出力波形を使用して、強制的にダミーデータを発生し、ディレイ回路の調整を行う。
【0087】
図34は、第6実施例におけるダミーデータ発生回路の回路構成を示す図である。
ダミーデータ発生回路は、活性化信号発生部371と、フリップフロップ部372の2つの部分からなる。活性化信号発生部371には、外部クロック信号CLKを入力回路で増幅した信号φextと、電源投入したことを知らせるφRと、メモリの初期化が完了して実際に動作を開始する信号φMRSとが入力される。これらの動作を第33図の動作波形を参照して説明する。
【0088】
T1の時点で、Vcc電圧が印加されてVcc電圧は上昇する。しばらくすると、電源投入検出回路52が動作してφRを出す。この信号をダミーデータ発生回路53が受け取ると、φSWが“H”に、/φSWが“L”になる。次に、T2の時点で、外部より基準信号となるφextが入力される。この信号によってフリップフロップ部372は外部クロック信号の2倍周期でφDと/φDを出力する。これらの信号は、出力回路、ダミー出力回路に入力されて、出力データとして使用される。
【0089】
SDRAMの場合、実動作を開始する前にかならずメモリ内にあるモードレジスタに動作モードを設定する必要がある。モードレジスタに動作モードをセットするには、モードレジスタセット命令を入れて設定を行うことになっている。この命令が入ってくると、コマンドデコーダ51は信号φMRSを出力する。T3の時点で、φMRSが出たとすると、この信号を受けて、φSWは“L”に、/φSWは“H”になり、10a−2は一定となる。これ以後はダミーデータが一定値になる。
【0090】
図36は、第6実施例の出力回路14の回路構成を示す図であり、図37はその動作を示すタイムチャートである。ダミー出力回路37は、出力回路と同じ回路構成を有し、寸法のみが相似形で小さくしてある。従って、動作はまったく同じである。
ダミーデータ発生回路53で発生されたダミーデータは出力回路14に入力される。出力回路14は、ハイインピーダンス制御部141と、ダミーデータスイッチ部142と、出力増幅部143とからなる。ダミーデータはハイインピーダンス制御部141に入力されている。/φZは出力をハイインピーダンス状態にするための信号で、ハイインピーダンスにする時には/φZは“L”とするが、φSWが“H”である電源投入直後のダミーサイクル期間では無効になり、12a−1は“L”に、12a−2は“H”となる。一方、ダミーデータスイッチ部142は/φSWが“L”であるから、ダミーデータφDが通過状態になる。逆に、実データバスの信号DBはφSWが“H”であるから、5a−11と5a−12に掃き出されることはない。
【0091】
この状態では、ダミーデータφDが有効となっているので、φDが“H”の時には5a−11と5a−12は共に“H”となる。外部クロック信号φextと同期した出力回路活性化信号φoe(DLL回路44を通過した信号)が“H”となった時に、出力信号として“H”が出力される。逆に、φDが“L”の時には5a−11と5a−12は共に“L”となRI、φoeが“H”の時には、出力信号として“L”が出力される。
【0092】
以上のように、電源投入直後のダミーサイクルを使用することにより、外部クロック信号の立ち上がり時点と出力信号が“H”及び“L”となる時点がDLL回路44によって、ダミー出力信号が“H”及び“L”となる時点がダミーDLL回路45によって一致することになる。もちろん、出力信号の波形とダミー出力の波形とは微妙に異なるので、DLL回路44とダミーDLL回路45の各ディレイ回路の設定値は異なることになるが、この時点では外部クロック信号、出力信号、ダミー出力信号の3つの信号の同期がとれたことになる。
【0093】
ダミーサイクル終了後(φMRSが出た後)は、実際にメモリ動作に入るので、出力端子12にはメモリに記憶されていたデータが出力されることになる。これらのデータは、まったくランダムであり、どのようなデータが出力されるかは分からない。更に、SDRAMでは、データ入力端子とデータ出力端子12はI/Oコモン端子になっているので、入力データが入ってくる場合もある。つまり、DLL回路44の系列はディレイ回路441aと441bの調整に使用することはできない。そこで、切り換え回路39を切り換えて、DLL回路44の比較対象信号を出力信号からダミー出力信号へ切り換える。
【0094】
図38は、切り換え回路39の回路構成を示す図である。NチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタを並行に接続したトランスファゲートを2個設け、信号φSWでいずれかを通過状態にするように制御している。
これによって、メモリ動作中に温度等の変動が生じて、DLL回路44のディレイ回路のディレイ量を調整する必要がでた時には、比較対象信号としてダミー出力信号が使用されることになるが、電源投入直後のダミーサイクル中に外部クロック信号、出力信号、ダミー出力信号の3つの波形を一致させたので、外部クロックとダミー出力信号の波形のずれを検出して、その検出結果に基づいて調整すれば出力信号も一致することになる。
【0095】
第6実施例では、一連の動作で、実際に使用するボードの配線、配線負荷の違いを含めて、外部クロック信号と出力信号との同期をとることが可能である。その結果、より高速動作するシステムでも充分なマージンの確保が加工になり、より高速のシステムでも動作が安定する。
第1実施例から第6実施例では、ダミー出力回路を設けてダミーデータを出力し、その出力信号の位相と外部クロック信号の位相を比較したが、ダミー出力回路を設けず、出力回路の出力信号と外部クロック信号の位相を比較することもできる。第7実施例は、出力信号の位相比較を行うようにした例である。
【0096】
図39は、第7実施例の出力タイミング制御回路の構成を示す図である。図39に示すように、第7実施例の出力タイミング制御回路は、入力回路13と、出力回路14と、ディレイ回路501と、ディレイ制御回路502と、位相比較回路503と、入力回路13の出力するクロック信号CLK1から180度位相の異なる1/2シフトクロックを生成する1/2位相シフト回路504と、第1と第2のダミー入力回路505と506と、第1、第2及び第3のラッチ回路507、508、509とを有する。入力回路13と出力回路14はこれまで説明した実施例のものと同じである。第7実施例では、位相比較回路503は出力信号が変化したか判定し、出力信号が変化しない時にはホールド(HOLD)信号を出力し、変化した場合にのみ位相の比較を行い、比較結果に基づいてディレイ制御回路502に遅延量を増加させるか減少させるかを指示する制御信号(UP/DOWN)信号を出力する。1/2位相シフト回路504と、第1、第2及び第3のラッチ回路507、508、509は、位相比較回路503が出力信号が変化したかの判定及び位相の比較を行うための信号を生成する回路である。ラッチ回路については、通常のラッチ回路を使用しており、その構成は広く知られているので、ここでは説明を省略する。
【0097】
図40は、第1のディレイ回路501とディレイ制御回路503の構成例を示す図である。なお、第2のディレイ回路502もディレイ制御回路503の同じ出力で制御されるが、ここでは図示を省略してある。図示のように、ディレイ回路501は、複数のインバータを直列に接続したインバータ列521と、入力の一方がインバータ列521の2段毎の出力を受けるように設けられた複数のANDゲート522−1、522−2、…、522−nで構成されるANDゲート列と、各ANDゲートの出力がゲートに印加され、ソースは接地され、ドレインが共通に接続されているN−チャンネルトランジスタ523−1、523−2、…、523−nで構成されるトランジスタ列と、各N−チャンネルトランジスタのドレインが共通に接続される信号線と電源の高電位側の間に接続された抵抗524と、入力がこの信号線に接続され内部クロックCLK2を出力するバッファ525とを備える。ディレイ制御回路502は、アップ/ダウンカウンタ526とデコーダ527で構成され、アップ/ダウンカウンタ526は、ホールド信号HOLDが“L”の時にはカウント動作を行わず、ホールド信号HOLDが“H”の時に、φ1/2CLK1の立ち上がりに同期してカウント動作を行い、アップ/ダウン信号UP/DOWNが“H”の時にはカウントアップし、“L”の時にはカウントダウンする。デコーダ527は、アップ・ダウンカウンタ29の出力をデコードし、いずれか1つの出力を「H」にし、他の出力を「L」にする。アップ・ダウンカウンタ526がカウントアップした場合には「H」にする出力位置を右にシフトし、カウントダウンする場合には「H」にする出力位置を左にシフトする。デコーダ527の出力は、順に各ANDゲート522−1、522−2、…、522−nのもう一方の入力に接続されており、デコーダ527から「H」が入力されるANDゲートだけが活性化される。そして、インバータ列の出力のうち、活性化されたANDゲートに入力される信号が内部クロックCLK2として出力されることになり、どのANDゲートを活性化するかにより、インバータ列を通過する段数が変化するので、内部クロックの遅延量を選択することができる。従って、遅延量制御の調整単位はインバータ2個分の遅延量である。なお、ディレイ制御回路503についても、図10から14で説明したのと同様に、ディレイ回路501で常時いずれかの経路が選択されるようにするように考慮する必要がある。
【0098】
図41は、1/2位相シフト回路504の構成を示す図である。図41に示すように、1/2位相シフト回路504は、カレントミラー回路511と、クロック入力バッファ回路512と、同一の構成を有する第1と第2の1/2φディレイ回路513と516と、バッファ回路514と517と、位相比較回路518と、ディレイ制御回路519と、φ1/2クロック信号φ1/2CLK1を出力するバッファ回路515とを有する。カレントミラー回路511とクロック入力バッファ回路512は、入力回路を構成する部分である。第1と第2の1/2φディレイ回路513と516は、遅延量が選択的に変化させられるディジタルディレイラインで、同じ遅延量になるように制御される。位相比較回路518は、バッファ回路512の出力するクロック信号と、バッファ回路517の出力するクロック信号の位相を比較し、その位相比較結果をディレイ制御回路519に出力する。ディレイ制御回路519は、位相比較回路518の比較結果に基づいて、バッファ回路512の出力するクロック信号とバッファ回路517の出力するクロック信号の位相が一致するように、第1と第2の1/2φディレイ回路513と516を制御する。位相比較回路518としては後述する図42の回路を、ディレイ回路513と516としては図40に示す回路を使用する。
【0099】
バッファ回路512から出力されたクロック信号は、第1のディレイ回路513で遅延された後、バッファ回路374を介して第2のディレイ回路516に入力され、第1のディレイ回路513の遅延量と同じ量遅延され、バッファ回路517を介して位相比較回路518に入力される。位相比較回路518では、バッファ回路512と517から出力されたクロック信号の位相が比較され、ディレイ制御回路519はその比較結果に基づいて2つの位相が一致するように第1と第2のディレイ回路513と516の遅延量を変化させる。2つの位相が一致した時には、第1のディレイ回路513からバッファ514を介して第2のディレイ回路516に入力するまでの経路と、第2のディレイ回路516からバッファ517を介して位相比較回路518に入力するまでの経路は同一であるから、第2のディレイ回路516に入力する信号の位相は第1のディレイ回路513に入力する信号の位相とちょうど半周期ずれている。従って、バッファ回路514と517からそれぞれ出力されるクロックの位相も半周期ずれており、バッファ回路515からはクロック信号を半周期シフトした1/2シフトクロックφ1/2が出力されることになる。このように、図40に示すような1/2位相シフト回路を使用することにより、クロック信号を正確に1/2位相シフトした1/2シフトクロックφ1/2が得られる。
【0100】
なお、第7実施例では、クロック信号を正確に1/2位相シフトした1/2シフトクロックφ1/2が他の部分で必要なために、図41のような回路を使用したが、第7実施例では正確に1/2位相シフトした信号が必要ではないため、単にインバータを使用してもよい。
いずれにしろ、ラッチ回路507はCLK1の立ち上がりに同期してダミー出力回路505の出力をラッチし、ラッチ回路508はCLK1の立ち下がりに同期してダミー出力回路506の出力をラッチし、ラッチ回路509はCLK1の立ち下がりに同期してラッチ回路508の出力をラッチする。従って、ラッチ回路509はラッチ回路508がラッチするCLK1の立ち下がりの後の1周期後のダミー出力回路506の出力をラッチすることになる。ラッチ回路507の出力がRG1、ラッチ回路508の出力がRG2、ラッチ回路509の出力がRG0として位相比較回路503に入力される。
【0101】
図42は、位相判定回路503の構成を示す回路図であり、位相判定回路503の動作を図43から図45を参照して説明する。
位相ずれがない状態では、出力信号は入力回路13の出力するクロック信号CLK1φ1の立ち上がりエッジで変化するものとする。図で矢印で示した位置が、各ラッチ回路が出力信号をラッチするタイミングで、左から順にRG0、RG1、RG2である。図43の状態1は出力信号が「H」のままで変化しない時であり、この時のRG0、RG1、RG2はすべて「H」であり、ホールド信号HOLDが“L”になり、位相のずれは判定できないので、カウント動作をしないようにする。同様に、状態2は出力信号が「L」のままで変化しない時であり、この時のRG0、RG1、RG2はすべて「L」であり、同様にホールド信号HOLDが“L”になり、カウント動作をしないようにする。
【0102】
図44に示す状態3と4は、出力信号が「H」から「L」に変化する場合で、状態3のようにCLK1の立ち上がりエッジに対して出力信号の変化エッジが遅れている場合には、RG0、RG1、RG2はそれぞれ「H」、「H」、「L」になる。この場合は、ホールド信号HOLDは“H”になり、アップ/ダウン信号UP/DOWNが“L”になり、ディレイ回路501と502の遅延量を減少させる。状態4のようにCLK1の立ち上がりエッジに対して出力信号の変化エッジが進んでいる場合には、RG0、RG1、RG2はそれぞれ「H」、「L」、「L」になる。この場合は、HOLDは“H”になり、UP/DOWNが“H”になり、ディレイ回路501と502の遅延量を増加させる。
【0103】
図45に示す状態5と6は、出力信号が「L」から「H」に変化する場合で、状態5のようにCLK1の立ち上がりエッジに対して出力信号の変化エッジが遅れている場合には、RG0、RG1、RG2はそれぞれ「L」、「L」、「H」になる。この場合は、HOLDは“H”になり、UP/DOWNが“L”になり、ディレイ回路501と502の遅延量を減少させる。状態6のようにCLK1の立ち上がりエッジに対して出力信号の変化エッジが進んでいる場合には、RG0、RG1、RG2はそれぞれ「L」、「H」、「H」になる。この場合は、HOLDは“H”になり、UP/DOWNが“H”になり、ディレイ回路501と502の遅延量を増加させる。
【0104】
上記の各状態とその時のRG0、RG1、RG2の値と、必要な操作が図46の真理値表に示されている。
以上説明したように、図39に示した第7実施例の出力タイミング制御回路では、出力信号とクロック信号の位相比較が行われ、出力信号の位相がクロック信号に同期するように制御される。出力信号はランダムな信号であり、「高」レベル又は「低」レベルが連続することがあり得るが、第7実施例の位相比較回路503は出力信号が変化したか判定し、変化した場合にのみ位相の比較を行い、ディレイ制御回路502は出力信号が変化しない場合にはそれまでの遅延量が維持されるように制御し、出力信号が変化しない場合に位相比較回路503の比較結果に基づいて位相が一致するようにフィードバック制御するので、出力信号であっても位相比較が可能である。
【0105】
図47は、第8実施例の出力タイミング制御回路の構成を示すブロック図である。第8実施例の出力タイミング制御回路は、第7実施例の出力タイミング制御回路に、第5実施例で説明した、出力信号が“L”から“H”に変化する時と、“H”から“L”に変化する時で、それぞれ異なるタイミング制御を行う構成を適用した例である。第7実施例とは、2つのディレイ回路501−Hと501−Lと、それらを独立に制御する2つのディレイ制御回路502−Hと502−Lとが設けられている点が異なる。ここではこれ以上の説明は省略する。
【0106】
なお、出力信号の外部クロック信号に対する位相を比較する場合にも、位相調整モードを設けて、位相調整を行うようにすることもできる。これを行うには、図34に示した所定のサイクルで変化するダミーデータを出力するダミーデータ出力回路を設け、位相調整モードでは、出力回路はダミーデータを出力し、その出力信号と外部クロック信号との位相比較を行って、位相が一致するようにフィードバック制御する。そして一致した後は、通常モードに切り換えるが、そこでは調整された遅延量が維持されるようにする。これであれば、第1から第6実施例と同様にフィードバック制御して位相を調整できる。
【0107】
図48は、第9実施例の出力タイミング制御回路の構成を示すブロック図である。第9実施例の出力タイミング制御回路は、図7に示したダミー出力回路を有する出力タイミング制御回路の基本構成に、別の位相比較回路を適用した例である。前述のように、ダミー出力回路を設けた場合には、ダミーデータ生成回路で生成された所定のサイクルで変化するダミーデータが出力され、この出力信号との位相比較が行われる。ダミーデータは所定のサイクルで変化するため、位相判定回路532は出力信号が変化するかどうかの判定を行い、変化しない時にはディレイ回路の遅延量を変化させないようにホールド信号を出力する必要がない。そこで、第9実施例の回路では、CLK1に同期してダミー入力回路505の出力信号をラッチするラッチ回路533と、φ1/2CLK1に同期してダミー入力回路506の出力信号をラッチするラッチ回路534とを設けて、ラッチ回路533の出力をRG1として、ラッチ回路534の出力をRG2として位相判定回路532に入力している。位相判定回路532は、このRG1とRG2に基づいて位相の判定を行っている。
【0108】
図49は、第9実施例の出力タイミング制御回路で使用する位相比較回路532の回路構成を示す図である。図から明らかなように、この位相比較回路は、図42に示した位相比較回路のアップ/ダウン信号UP/DOWNを算出する側のみの回路で構成される。上記のように、第9実施例では出力信号が変化するかどうかの判定を行い、変化しない時にはホールド信号を出力する必要がないので、ホールド信号HOLDを生成する部分が除かれている。
【0109】
図50は図49の位相判定回路532の判定動作を示す図である。図50の(1)に示すように、出力信号DQ(ここではダミー入力回路の出力)がクロック信号CLK1に対して遅れている時には、RG1とRG2が異なる値になる。また、DQがCLK1に対して進んでいる時には、RG1とRG2が同じ値になる。従って、位相判定回路532は、RG1とRG2が異なる値の時にはクロックの遅延量を減少させるようにアップ/ダウン信号UP/DOWNを“L”とし、RG1とRG2が同じ値の時にはクロックの遅延量を増加させるようにUP/DOWNを“H”とする。
上記の各状態とその時のRG1とRG2の値と、必要な操作が図51の真理値表に示されている。
【0110】
図48に戻って、ディレイ回路501及びディレイ制御回路531としては、図40に示した第7実施例のものと同じ回路が使用されるが、図52に示すように、アップ・ダウンカウンタにはホールド信号HOLDは入力されず、ホールド機能は必要ない。
図53は、第10実施例の出力タイミング制御回路の構成を示すブロック図である。第10実施例の出力タイミング制御回路は、第1実施例で説明した、1/N分周回路を用いてダミー出力回路からの出力信号の変化周期を1/Nにする構成を第9実施例の回路に適用したものである。図示のように、1/N分周回路542と、クロック信号を1/N分周回路542分遅延させるCLK制御回路541と、1/N分周されたクロックCLK1/Nを遅延させるディレイ回路501bと、ダミー入力回路505と506の出力部にCLK制御回路541と同じ遅延量のダミーCLK制御回路543と544が設けられており、ラッチ回路533はCLK1/Nに同期してダミーCLK制御回路543をラッチし、ラッチ回路534はCLK1/Nを反転した/CLK1/Nに同期してダミーCLK制御回路544をラッチする点が第9実施例と異なる。他の部分の構成は第9実施例と同じである。
【0111】
図54は、第10実施例の判定動作を示す図である。図示のように、伝達途中での劣化等により外部クロック信号CLKがデューティ50%の信号でない場合でも、1/N分周した信号CLK1/Nの変化エッジはCLKの立ち上がりに同期している。CLK1/Nに同期してダミー出力回路37からの出力が行われれば、ダミー出力信号は図示のように、CLK1/Nの立ち上がりエッジに同期して変化しする。従って、ラッチ回路533がラッチするタイミングはCLK1/Nの立ち上がり付近であり、ラッチ回路534がラッチするタイミングはCLK1/Nの立ち上がり付近である。すなわち、ラッチ回路534がラッチするタイミングはダミー出力信号の変化エッジの中間点付近になる。DQが遅れている時にはRG1とRG2は異なる値になり、DQが進んでいる時には、RG1とRG2は同じ値になる。
【0112】
図55は、第11実施例の出力タイミング制御回路の構成を示すブロック図である。第11実施例の出力タイミング制御回路は、第10実施例の出力タイミング制御回路に、第5実施例で説明した、出力信号が“L”から“H”に変化する時と、“H”から“L”に変化する時で、それぞれ異なるタイミング制御を行う構成を適用した例である。ここではこれ以上の説明は省略する。
【0113】
以上、第1から第11実施例では、本発明の半導体装置の出力タイミング制御回路について説明したが、このような半導体装置内でこのような出力タイミング制御回路をどのように適用するかについての実施例を説明する。
図56は、第12実施例の半導体装置におけるクロック入力回路13と、出力タイミング制御回路30と、第1から第mの出力回路571−1、571−2、…、571−mと、クロック信号分配回路580の配置構成を示す図である。
【0114】
図示のように、この半導体装置からは、複数の信号OS−1、OS−2、…、OS−nが出力されるので、出力信号毎に出力回路571−1、571−2、…、571−mが設けられている。クロック分配回路580は、クロック入力回路13から出力タイミング制御回路30を介して供給されるクロック信号を、複数のバッファ回路(CB1、CB21、…、CBnm)581から583を介して半導体装置内に配置された各出力回路571−1、571−2、…、571−mに分配する。分配先までの配線長と経由するバッファ回路の個数がすべて同じになる等距離配線になっている。従って、図56においては、各出力回路571−1、571−2、…、571−mに入力されるクロック信号の位相はすべて一致している。クロック入力回路13と出力タイミング制御回路30は、出力回路571−1、571−2、…、571−mのうちの1つ、ここでは第1出力回路571−1の近傍に配置されている。そして、出力タイミング制御回路30は、第1出力回路571−1からの出力信号の位相が外部クロックCLKに同期するように制御する。上記のように、クロック分配回路580は等距離配線になっているので、各出力回路に入力されるクロック信号の位相はすべて一致しており、第1出力回路571−1の出力信号の位相が外部クロックCLKに同期すれば、すべての出力回路からの出力信号の位相は外部クロックCLKに同期することになる。
【0115】
以上説明した第1から第12実施例の回路を適用した半導体装置では、従来例に比べて、出力信号の外部クロックに対する同期の精度が大幅に向上する。このような外部クロックに対して高い同期精度で出力が行われる半導体装置を使用して半導体装置システムを構成する実施例を説明する。
まず、従来の出力タイミングとその問題について説明する。図57は外部クロック信号に同期してデータを出力する従来の半導体装置の出力タイミングを説明する図である。従来例では、外部クロック信号CLKの立ち上がりに応じてデータを出力するための動作が開始される(t0)。そして、実際に出力端子に出力が現れるのはある時間後である。この時間は、プロセスのばらつきや電源の変動や温度等により異なり、最短ではt1に最長ではt2に出力が現れる。すなわち、クロックアクセス時間は外部クロック信号の立ち上がりエッジからtOHとtACの範囲にある。このtOHとtACは半導体装置の仕様で規定されており、このt1とt2の間の期間は実際には使用できないデータが不確定である時間になる。
【0116】
このような出力を受ける側では、セットアップ時間tISとホールド時間tIHが必要であり、外部クロック信号の立ち上がりエッジに対して、tISとtIHが規定されている。セットアップ時間tISの開始時間をt3で、ホールド時間tIHの終了時間をt5で示してある。従って、図において、t2−t6の時間とt3−t5の差がシステムのタイミングマージンとなる。このタイミングマージンは、システムの各種の要因による誤差を吸収するため、ある程度以上必要である。
【0117】
近年、外部クロック信号の周波数は高くなる一方であり、このタイミングマージンが十分に確保できないという問題が生じている。
図58は、本発明の半導体装置の出力タイミングを示す図である。従来例では、図57に示すように、外部クロック信号の立ち上がりエッジから出力動作を開始していた。これに対して、本発明の半導体装置では、外部クロック信号の立ち下がりエッジに同期して出力信号が出力されるようにする。もちろん、外部クロック信号の立ち上がりと立ち下がりのエッジは180度位相の異なる、デューティ比50%の信号であるとする。すでに説明したように、本発明の半導体装置では、出力信号の出力タイミングを外部クロック信号に対して所定の位相になるように正確に制御することが可能である。従って、出力信号は外部クロック信号の立ち下がりエッジに同期して出力端子にただちに現れる。従って、出力信号が確定する期間の中心は、外部クロック信号の立ち上がりエッジに一致することになり、入力の前後に同じタイミングマージンをとることが可能になる。ここで、外部クロック信号の周期がどんどん狭くなった場合を考えると、このようなタイミングで出力を行う利点が明確になる。
【0118】
図59は、出力信号の出力タイミングを外部クロック信号に対して所定の位相になるように正確に制御することが可能な半導体メモリ610から613を使用して構築した第13実施例のメモリシステムにおける素子の配置と信号配線の様子を示す図である。また、図60は、第13実施例のメモリシステムでのクロック信号CLKとデータの位相関係を示す図である。
【0119】
図において、参照番号601はこのメモリシステムのコントローラである。半導体メモリ610から613は図示のように配置され、各半導体メモリ610から613に記憶されたデータが、クロック信号線603に印加されるクロック信号CLKに同期してデータバス602に出力される。ここで、クロック信号CLKがクロック信号線603を伝搬する方向を、図示のように図の右側から左側に向かう方向とすると、各メモリにCLKが到達する時間は、右側のメモリ−3がもっとも早く、左側のメモリほど遅くなる。しかし、CLKに同期して出力されたデータがコントローラ601に到達する時間は左側のメモリほど短い。もし、クロック信号線603上のクロック信号CLKの伝搬速度とデータバス602上のデータ信号の伝搬速度が等しいとすれば、図40に示すように、各メモリから出力されたデータは、CLKがコントローラ601に到達するタイミングでコントローラ601に到達することになる。従って、コントローラ601はCLKに基づいてデータの取込みを行えばよい。
【0120】
図61は、第14実施例のメモリシステムにおける素子の配置と信号配線の様子を示す図である。
第14実施例のメモリシステムででは、CLKはまずコントローラ601に入力され、コントローラ601はこのCLKから書込みクロック信号Write−LKと読み出しクロック信号Read−CLKを生成する。Read−CLKが伝搬されるクロック信号線は、信号線605で一旦右端のメモリ613の位置まで伝搬された後、信号線606でコントローラ601に戻される。各メモリへのRead−CLKの供給は信号線606から行われる。これにより、各メモリから出力されるデータのコントローラ601への取込みは、第13実施例と同様に行われる。
【0121】
第14実施例では、信号線606を伝搬したRead−CLKは、コントローラ601にRead−Receiveとして入力される。そして、このRead−CLKとRead−Receiveが一致するようにRead−CLKの遅延量が調整される。
図62は、第14実施例におけるコントローラ601内でのクロック信号の系統を示す図である。
【0122】
図42に示すように、外部から入力されたCLKは出力バッファ621に入った後、Write−CLKとして出力される。Write−CLKは、カレントミラー回路622とドライバ623を通過して増幅され、ディレイ回路624で選択された量だけ遅延された後、出力バッファ625からRead−CLKとして出力される。戻ってきたRead−CLKはRead−Receiveとして受けられ、カレントミラー回路626とドライバ627を通過した後、位相比較回路628に入力される。位相比較回路628にはドライバ623の出力も入力されて位相が比較される。そしてディレイ制御回路629はその比較結果に基づいてディレイ回路の遅延量を選択する。このようにしてRead−CLKとRead−Receiveが一致するようにRead−CLKの遅延量が調整される。
【0123】
図63は、第15実施例のメモリシステムにおける素子の配置と信号配線の様子を示す図である。
第15実施例のメモリシステムででは、第13実施例と同様に、メモリからの出力データが伝搬する方向に伝搬するクロック信号CLKをコントローラ601がRead−Receiveとして受ける。コントローラ601はこのRead−Receiveから書込みクロック信号Write−CLKを生成する。メモリからの読み出しはCLKに同期して行われる。出力されるWrite−CLKは、Read−Receiveと位相が一致するように遅延量が調整される。
【0124】
図64は、第15実施例におけるコントローラ601内でのクロック信号の系統を示す図である。
図64に示すように、外部から入力されたCLK−Receiveは、カレントミラー回路631とドライバ632を通過して増幅され、ディレイ回路633で選択された量だけ遅延された後、出力バッファ634からWrite−CLKとして出力される。このWrite−CLKは、カレントミラー回路635とドライバ636を通過した後、位相比較回路637に入力される。位相比較回路637にはドライバ632の出力も入力されて位相が比較される。そしてディレイ制御回路638はその比較結果に基づいてディレイ回路633の遅延量を選択する。このようにしてWrite−CLKの位相がRead−Receiveと一致するように調整される。
【0125】
図65は、第16実施例のメモリシステムにおける素子の配置と信号配線の様子を示す図である。
第16実施例のメモリシステムででは、コントローラ601のクロック端子は読み出しクロックと書込みクロックで兼用される。第7実施例と同様に、メモリからの出力データが伝搬する方向に伝搬するクロック信号CLKをコントローラ601がR/W−CLKとして受ける。従って、メモリから出力されたデータのコントローラ601への取込みは第7実施例と同じである。クロック信号CLKは、コントローラ601に入力する直前でクロック信号線607に分岐され、逆方向に戻り、これが書込み用のクロック信号になる。従って、コントローラ601から出力されたメモリに書き込むデータと書込み用のクロック信号は並行に伝搬することになる。問題はメモリに書き込むデータと書込み用のクロック信号の位相を一致させることである。
【0126】
図66は、第16実施例におけるコントローラ601内でのクロック信号の系統を示す図である。
図66に示すように、外部から入力されたR/W−CLKは、カレントミラー回路641とドライバ642を通過して増幅され、ディレイ回路643で選択された量だけ遅延された後、データ出力バッファ644に供給される。データ出力バッファ644では、書込みデータレジスタ640のデータをディレイ回路643から供給されるタイミング信号に同期して出力する。このタイミング信号はダミー出力バッファ649でデータ出力バッファ644と同じ遅延量だけ遅延された後、カレントミラー回路645に入力される。カレントミラー回路645の出力は、ドライバ646を通過した後、位相比較回路647に入力される。位相比較回路647にはドライバ642の出力も入力されて位相が比較される。そしてディレイ制御回路648はその比較結果に基づいてディレイ回路643の遅延量を選択する。このようにして書込みデータWrite−Dataは、R/W−CLKすなわち書込み用のクロック信号と同期することになる。
【0127】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実際の回路の信号を外部クロック信号と比較して所定の位相関係になるように遅延量を調整するため、半導体装置の特性のバラツキ、温度変化、電源電圧の変化等があっても、出力信号の外部クロック信号に対する位相関係を所定の値に正確に維持することが可能になる。
【0128】
更に、入力ダミー回路や出力ダミー回路を設けて、外部クロック信号と比較する信号を実際の出力信号に近い信号としているため、正確に位相を調整することが可能である。
更に、立ち上がる出力データと立ち下がる出力データについてそれぞれ位相を調整するため、位相誤差を更に小さくできる。
【0129】
更に、ダミー回路を相似するように製作しても実際の出力に関係する回路とは差があり、また出力端子に実際に接続される負荷は予測できず、想定したダミー負荷と差が生じるのは避けられない。このような差は位相調整の誤差になるが、本発明によればこのような誤差を含めて調整するので、誤差を一層低減できる。また、このような半導体装置を使用することにより、高速動作可能な半導体システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シンクロナス・DRAM(SDRAM)の全体構成を示すブロック図である。
【図2】SDRAMの基本的な動作を示すタイムチャートである。
【図3】パイプライン型のSDRAMの基本的な動作図である。
【図4】SDRAMのタイミング及び高速動作時の問題を説明する図である。
【図5】出力回路へ供給するタイミング信号を外部クロック信号に同期させる本発明の半導体装置の基本構成を示す図である。
【図6】図5の基本構成での問題点を説明する図である。
【図7】図5の基本構成を更に改良した本発明の半導体装置の構成を示す図である。
【図8】実施例のSDRAMの動作図である。
【図9】第1実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図10】第1実施例のディレイ回路の構成と動作を示す図である。
【図11】第1実施例のディレイ制御回路の構成を示す図である。
【図12】第1実施例のディレイ制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図13】第1実施例のディレイ制御回路の出力信号の変化を示す図である。
【図14】ディレイ制御回路の別の例を示す図である。
【図15】第1実施例の位相比較回路の位相比較部の構成を示す図である。
【図16】第1実施例の位相比較回路の位相比較部の動作を示すタイムチャートである。
【図17】第1実施例の位相比較回路の増幅回路部の構成を示す図である。
【図18】第1実施例の位相比較回路の増幅回路部のJKフリップフロップの動作を示すタイムチャートである。
【図19】第1実施例の位相比較回路の増幅回路部のカウントアップ動作を示すタイムチャートである。
【図20】第1実施例の位相比較回路の増幅回路部のカウント維持動作を示すタイムチャートである。
【図21】第1実施例の位相比較回路の増幅回路部のカウントダウン動作を示すタイムチャートである。
【図22】第1実施例の出力回路の構成を示す図である。
【図23】第1実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図24】第1実施例のダミー出力回路の動作を示すタイムチャートである。
【図25】第2実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図26】第3実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図27】第4実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図28】第5実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図29】第5実施例のSDRAMの位相比較回路の構成を示す図である。
【図30】第5実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図31】第5実施例における動作を示すタイムチャートである。
【図32】正規経路とダミー経路の特性の変化による誤差の発生を説明する図である。
【図33】第6実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図34】第6実施例のダミー出力回路の構成を示す図である。
【図35】第6実施例におけるダミー出力回路の動作を示すタイムチャートである。
【図36】第6実施例の出力回路の構成を示す図である。
【図37】第6実施例における出力回路の動作を示すタイムチャートである。
【図38】第6実施例の切り換え回路の構成を示す図である。
【図39】第7実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図40】第7実施例の受信側半導体装置のディレイ回路と、ディレイ制御回路の構成例を示す図である。
【図41】第7実施例の1/2位相シフト回路の構成を示す図である。
【図42】第7実施例の位相判定回路の構成を示す図である。
【図43】第7実施例での位相判定動作を説明する図である。
【図44】第7実施例での位相判定動作を説明する図である。
【図45】第7実施例での位相判定動作を説明する図である。
【図46】第7実施例での位相判定動作の真理値表である。
【図47】第8実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図48】第9実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図49】第9実施例の位相判定回路の構成を示す図である。
【図50】第9実施例での位相判定動作を説明する図である。
【図51】第9実施例での位相判定動作の真理値表である。
【図52】第9実施例のディレイ制御回路の構成を示す図である。
【図53】第10実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図54】第10実施例での位相判定動作を説明する図である。
【図55】第11実施例のSDRAMの出力タイミング制御に関係する部分の構成を示す図である。
【図56】第12実施例のSDRAMにおけるクロック入力回路と出力タイミング制御回路と、クロック分配回路と、出力回路の配置を示す図である。
【図57】従来例の半導体装置における出力タイミングを示す図である。
【図58】本発明の半導体装置における出力タイミングを示す図である。
【図59】第13実施例の半導体装置システムにおける素子配置と信号配線を示す図である。
【図60】第13実施例における信号波形を示すタイムチャートである。
【図61】第14実施例の半導体装置システムにおける素子配置と信号配線を示す図である。
【図62】第14実施例のコントローラにおけるクロックタイミング調整の系統を示す図である。
【図63】第15実施例の半導体装置システムにおける素子配置と信号配線を示す図である。
【図64】第15実施例のコントローラにおけるクロックタイミング調整の系統を示す図である。
【図65】第16実施例の半導体装置システムにおける素子配置と信号配線を示す図である。
【図66】第16実施例のコントローラにおけるクロックタイミング調整の系統を示す図である。
【符号の説明】
11…外部信号入力端子
12…信号出力端子
13…入力回路
14…出力回路
20、30…出力タイミング制御回路
21、31…ディレイ回路
22、32…位相比較回路
23、33…ディレイ制御回路
34…ダミー入力回路
35…ダミー出力回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device that outputs an externally input signal at a predetermined accurate phase, a semiconductor device system using such a semiconductor device, and a digital delay circuit used therein, and more particularly to ambient temperature and The present invention relates to a synchronous semiconductor memory in which a signal is always output at a predetermined phase with respect to an external clock regardless of fluctuations in power supply voltage.
[0002]
[Prior art]
Usually, in a semiconductor integrated circuit (LSI), a signal is input from the outside, a processing operation corresponding to the input signal is performed, and an output signal is output. Therefore, it is important at what timing the output signal can be obtained with respect to the external input signal. In general-purpose LSIs, this timing is generally determined by the specifications. For example, in a dynamic random access memory (DRAM), the timing at which data is output from the changing edge of the address signal and the data setup time for writing data are defined along with the maximum frequency of the address signal.
[0003]
In recent years, the speed of the CPU in a computer system or the processing speed of various other electronic circuits has been urged to increase the interface portion. For example, although CPUs with a clock of 100 MHz or more have appeared, the access speed and data transfer speed of DRAMs widely used as main memory are operating speeds that are an order of magnitude lower. Therefore, various new DRAM systems such as a synchronous DRAM (SDRAM) that enables a data transfer rate of 100 MHz or higher have been proposed.
[0004]
The SDRAM performs data input / output in synchronization with a high-speed clock input from the outside. The SDRAM has a plurality of units that can input / output a plurality of bits of data in parallel. A method that speeds up the interface with the outside by converting this multi-bit data to serial data, and a method that speeds up the operation by pipelining internal operations and performing each pipe operation in parallel. There is. In the following, a pipelined DRAM will be described as an example.
[0005]
FIG. 1 is a block diagram of a SDRAM of 16M, 2 banks, 8 bits wide, which is an example of a pipelined synchronous DRAM (hereinafter simply referred to as SDRAM).
In addition to the
[0006]
On the other hand, the address signal is amplified by the address buffer 103 and used as a load address for each bank, and also used as an initial value for the
[0007]
FIG. 2 is a diagram showing the timing of a general SDRAM read (read) operation.
The external clock CLK is a signal supplied from a system in which the SDRAM is used, and operates to take in various commands, address signals, input data, or output output data in synchronization with the rising edge of the CLK. .
[0008]
When reading data from the SDRAM, an active (ACT) command is input to the command terminal from a combination of command signals (/ CS, / RAS, / CAS, / WE signal), and a row address signal is input to the address terminal. To do. When this command and row address are input, the SDRAM enters an active state, selects a word line corresponding to the row address, outputs cell information on the word line to the bit line, and amplifies it with a sense amplifier.
[0009]
On the other hand, a read command (Read) and a column address are input after the operation time (tRCD) of the portion related to the row address. According to the column address, the selected sense amplifier data is output to the data bus line, amplified by the data bus amplifier, further amplified by the output buffer, and output to the output terminal (DQ). A series of these operations is exactly the same as that of a general-purpose DRAM. In the case of an SDRAM, a circuit related to a column address is pipelined, and read data is output continuously every cycle. . Thereby, the data transfer cycle becomes the cycle of the external clock.
[0010]
There are three types of access time in the SDRAM, and all are defined on the basis of the rising edge of CLK. In FIG. 2, tRAC indicates a row address access time, tCAC indicates a column address access time, and tAC indicates a clock access time. When this SDRAM is used in a high-speed memory system, tRAC and tCAC, which are times from when a command is input to when data is first obtained, are important, but in order to increase the data transfer speed, the clock access time tAC It is also important.
[0011]
FIG. 3 is a block diagram for explaining the pipeline operation in the SDRAM, and shows a case where three stages of pipes are provided as an example.
The processing circuit related to the column address in the SDRAM is divided into a plurality of stages along the flow of processing, and the divided circuit of each stage is called a pipe. In the
[0012]
In this example, in the pipe-1, the address signal is amplified by the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 4 is a diagram for explaining a problem when the conventional SDRAM described in FIGS. 1 to 3 is used in a high-speed memory system.
In FIG. 4, tAC represents the clock access time from the system clock CLK, and tOH represents the output data holding time to the previous cycle or the next cycle. Considering the variation in SDRAM characteristics, temperature dependence, and power supply voltage dependence, tAC and tOH do not match and have a certain width. The time corresponding to this width is a time when data is indefinite, meaning a time when it is not known what data is output, and is a time that cannot be used in the memory system, which is a so-called dead band. In addition, although not shown, this dead band includes wiring delay time and variation on the board.
[0014]
On the other hand, in order to capture (receive) SDRAM output on the system side, a setup time (tSI) and a hold time (tHI) are required, and these times must be within the time when the data of the memory output is fixed. . The time is (tCLK + tOH−tAC) from the figure.
For example, when considering a system operating at 100 MHz, if the cycle time (tCLK) is 10 ns, the memory access time (tAC) is 6 ns, and the hold time is 3 ns, the
[0015]
In order to shorten the data indeterminate time, data is always output in a predetermined phase with respect to the external clock CLK even if there is a variation in characteristics, a temperature change, or a power supply voltage change, that is, the clock access time tAC is It may be always constant. If it is desired that the data output be performed in synchronization with the rising edge of the external clock CLK, the clock access time tAC may be always zero.
[0016]
As described above, the necessity of outputting an output signal in synchronization with an externally input signal has been described by taking a synchronous DRAM as an example. However, this is not limited to a synchronous DRAM and can be said to be common to many semiconductor devices. It is. Various measures can be taken with respect to the inside of the semiconductor device so that a desired operation can be performed in each semiconductor device. However, in the case of outputting the processing result inside each semiconductor device, other semiconductor devices Therefore, it is important to make the output timing constant.
[0017]
The present invention has been made in view of the above problems, and realizes a semiconductor device in which data is output in a predetermined phase with respect to the external clock CLK regardless of variations in characteristics, temperature changes, and power supply voltage changes. With the goal. In particular, an object is to realize a synchronous semiconductor memory in which the clock access time tAC is always controlled to be constant.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a semiconductor device of the present invention.
As shown in FIG. 5, in the semiconductor device of the present invention, an external input signal is input, an
[0019]
In the semiconductor device of the present invention, the delay amount for timing adjustment in the output
[0020]
The comparison with the external clock signal requires that the signal be delayed by an amount equal to the delay amount in the actual circuit. The external clock signal is input to the
[0021]
In the configuration of FIG. 5, the output of the
[0022]
FIG. 6 is a diagram for explaining this problem. Here, description will be made assuming that control is performed so as to output in synchronization with the rising edge of external clock signal CLK. The output timing signal that is supplied from the
[0023]
In order to solve such a problem, the output signal of the
As another configuration, an initialization operation is performed before starting a normal operation, and dummy data that changes in a predetermined cycle is output in the initialization operation. Are compared, and feedback control is performed so that the phases match. After matching, the adjusted delay amount is maintained. Since the dummy data always changes in a predetermined cycle, the
[0024]
Further, as shown in FIG. 7, a dummy output circuit having characteristics equivalent to those of the
[0025]
With the configuration of FIG. 7, the dummy output circuit can always output a signal suitable for phase determination independent of the output signal from the output circuit. Therefore, it is possible to perform the feedback control by always outputting the dummy data as described above. Moreover, if the dummy data is a signal that changes more slowly than the cycle of the clock signal, the power consumption of the circuit can be reduced.
[0026]
Further, a second output timing control circuit for the dummy output circuit is provided separately from the first output timing control circuit for the output circuit, and the output signal and the dummy output signal are respectively synchronized with the external clock signal at the time of initialization. This means that the output signal and the dummy output signal are also synchronized, and thereafter, the dummy output signal is fed back to the first output timing control circuit for control. With such a configuration, even if a dummy output circuit is used, adjustment including the influence of a load connected to the actual output circuit is possible.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following description, an embodiment in which the present invention is applied to a synchronous DRAM will be described. As described above, the present invention is not limited to a synchronous DRAM, and an output signal is output in synchronization with an externally input signal. Any semiconductor integrated circuit can be applied.
[0028]
A synchronous DRAM (SDRAM) according to an embodiment of the present invention has an overall configuration as shown in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating the timing of the read operation of the SDRAM of the embodiment.
As apparent from comparison between FIG. 3 and FIG. 8, the SDRAM of the embodiment has almost the same configuration as the conventional SDRAM, but the configuration of the
[0029]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the output
As shown in FIG. 9, the output timing control circuit of the first embodiment delays the
[0030]
The
[0031]
The DLL circuit 40 includes a
[0032]
FIG. 10 is a diagram showing circuit configurations and operation waveforms of the
As shown in (1) of FIG. 10, the delay circuit for 1 bit includes two
[0033]
When φN is “L”, OUT is always “L”. When φN is “H” and φE is “L”, OUT is “H”. When φN is “H” and φE is “H”, OUT is “H” if the input signal IN is “L”, and “L” if IN is “H”. (2) in FIG. 10 shows that when IN rises from L to H in the state of φE = H and φN = H, the input signal IN is inverted by the
[0034]
(3) in FIG. 10 is an example in which the delay circuit for 1 bit of (1) is cascade-connected in a plurality of stages, and corresponds to an actual delay circuit. Although only three stages are shown in the figure, they are actually connected in multiple stages. The activation signal φE has a plurality of signal lines such as φE-1, φE-2, and φE-3 for each circuit element, and these signals are controlled by the
[0035]
In the figure, the delay circuit for one bit in the middle is activated, and φE-2 is “H”. In this case, when the input signal IN changes from “L” to “H”, φE-1 and φE-3 of the leftmost one-bit delay circuit and the rightmost one-bit delay circuit are “L”. The input signal IN is stopped by the NAND circuits 401-1 and 401-3, as indicated by the bold line. On the other hand, since φE-2 of the activated delay circuit for one bit in the middle is “H” level, the input signal IN passes through the NAND circuit 401-2. Since the output OUT of the right one-bit delay circuit is “H”, the input signal IN also passes through the NAND circuit 402-2 and is transmitted to OUT as the signal “L”. As described above, when OUT on the right side, that is, φN is “L”, OUT is always “L”, so this “L” signal is sequentially applied to the NAND circuit and inverter of the delay circuit for 1 bit on the left side. Is transmitted and taken out as a final OUT signal.
[0036]
In this way, the input signal IN is transmitted through the activated delay circuit for 1 bit so as to be folded back to become a final OUT signal. That is, the delay amount can be controlled depending on which part of the activation signal φE is set to “H”. The delay amount for one bit is determined by the total signal propagation time of the NAND circuit and the inverter, and this time becomes the delay unit time of the DLL circuit. The overall delay time is an amount obtained by multiplying the delay amount for one bit by the number of stages to be passed.
[0037]
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of the delay control circuit, and FIG. 12 is a time chart showing its operation. As shown in FIG. 11, the delay control circuit is also configured by connecting 1-bit delay control circuits 430-2 surrounded by a dotted line by the number of stages of the delay circuit, and the output of each stage is the activity of each stage of the delay circuit. Signal .phi.E.
The one-bit delay control circuit 430-2 includes transistors 435-2, 437-2, 438-2, and 439 connected in series to both ends of a flip-flop composed of a NAND 432-2 and an inverter 433-2. -2 and a NOR circuit 431-2. The gate of the transistor 438-2 is connected to the terminal 5a-2 at the preceding stage, and the gate of the transistor 439-2 is connected to the terminal 5a-5 at the succeeding stage so as to receive the signals at the preceding and succeeding stages. On the other hand, set signals φSE and φSO for counting up and reset signals φRE and φRO for counting down are connected to the other transistor connected in series every other circuit. As shown in the figure, in the delay control circuit 430-2 for the middle one bit, the transistor 435-2 is connected to φSO and the transistor 437-2 is connected to φRO, and the circuits on both sides of the delay control circuit 430-2 are each φSE. And φRE. The NOR circuit 431-2 is configured to receive the left 5a-1 and 5a-4 signals of this circuit. Note that φR is a signal for resetting the delay control circuit, and temporarily becomes “L” level after power-on, and thereafter is fixed to “H”.
[0038]
FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the delay control circuit of FIG.
First, φR temporarily becomes “L”, and the
[0039]
If the count-up signals φSE and φSO and the count-down signals φRE and φRO are not output, that is, the “L” state is maintained, the position of the stage where the output φE becomes “H” is fixed. Accordingly, when it is necessary to maintain the delay amount based on the comparison result of the
[0040]
When counting down, if the φRE and φRO pulses are alternately input, the position of the stage where the output φE becomes “H” is sequentially shifted to the left as opposed to counting up.
As described above, in the delay control circuit shown in FIG. 11, by inputting a pulse, the position of the stage where the output φE becomes “H” can be moved one by one, and these outputs φE Thus, if the delay circuit shown in FIG. 10C is controlled, the delay amount can be controlled to increase or decrease by one unit.
[0041]
Here, the delay circuit and the delay control circuit will be described in more detail. In the first embodiment, a circuit as shown in (3) of FIG. 10 is used as the delay circuit, and control is performed by a delay control circuit as shown in FIG. In order to realize a circuit in which the delay amount can be changed step by step by a unit amount, it has a plurality of signal paths connected in series, and a signal is selectively output from a part of the plurality of signal paths. In general, a delay line whose delay amount can be selected is used. In such a delay line, it is necessary to avoid a state in which no signal path is selected even in a transient state in which a signal is output from an adjacent signal path in order to change the delay amount. Therefore, a delay control circuit that controls such a delay line needs to always output a signal for selecting one of the signal paths even in a transient state. In the delay control circuit of FIG. 11, each stage outputs two complementary signals. That is, the output of the NAND gate and the output of the inverter are complementary signals. Then, up to a certain stage, a complementary signal in one state is output, the subsequent stages output inverted complementary signals, and the stage that outputs the inverted complementary signal first shifts. In other words, the delay control circuit in FIG. 11 performs the same operation as the shift register. In the circuit of FIG. 11, the NOR gate calculates a negative logical sum of two different stages of complementary signals among the complementary signals of such a shift register for each stage, and outputs the result as (3) in FIG. Are connected to the selection signal line of each stage. In the MOS transistor, the falling speed from the logic value “H” to the logic value “L” is generally faster than the rising speed from the logic value “L” to the logic value “H”. In the circuit of FIG. 11, the output of the NOR gate whose logic value is both “L” indicates the selection position of the delay line, and one of the inputs of this NOR gate changes to the logic value of “H”. Slowly, the “H” input of the NOR gate that indicates the next selected position of the delay line changes to “L” at a faster speed. Therefore, before the output of the NOR gate that has instructed the selection position stops the instruction of the selection position, the output of the NOR gate that indicates the selection position next indicates the selection position. A state where the NOR gate does not indicate the selection position can also be avoided.
[0042]
FIG. 13 is a diagram showing an output change when the position of the NOR gate indicating the selection position is changed in order in the delay control circuit of FIG. As illustrated, the next selection signal rises before the previous selection signal falls. Therefore, there is no problem that no path of the delay line is selected.
For example, in the circuit of FIG. 11, a delay is provided such that an AND gate having the
[0043]
FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which an AND gate (a combination of a NAND gate and an inverter) is used instead of the NOR gate in the circuit of FIG. In this circuit, the input of the AND gate is a complementary signal different in every other stage. With such a configuration, the outputs of two adjacent AND gates are simultaneously “H”, that is, a state in which the selected position is designated. Since the two AND gates indicating the selected position change one by one, one AND gate always remains “H”, and a state where neither of the AND gates indicates the selected position is avoided. When the outputs of the two AND gates are “H”, in the delay line of (3) in FIG. 10, since the two paths are activated simultaneously, the signal changes slightly in shape. If the stage delay is small, it can be ignored.
[0044]
The
In FIG. 15, φout and φext are an output signal and an external clock to be compared by this
[0045]
In FIG. 16, (1) shows a case where the phase of the comparison target signal φout is ahead of the comparison reference signal φext and φout changes from “L” to “H” before φext. When both φout and φext are “L”, the
[0046]
Next, (2) shows a case where the phase of the comparison target signal φout and the comparison reference signal φext are substantially the same, and φout changes from “L” to “H” almost simultaneously with φext. This is when φout changes from “L” to “H” within the time difference between the rising time of φout and the rising time of 6a-1. In this case, first, φext changes from “L” to “H” to change the
[0047]
Further, (3) shows a case where the phase of the comparison target signal φout is delayed from that of the comparison reference signal φext, and φout changes from “L” to “H” after φext. In this case, changes occur in the two flip-
[0048]
In this way, it is possible to detect whether the rising time of φout has become “H” before that, is almost the same time, or has become “H” with a delay, based on the rising time of φext. These detection results are latched as values of φb, φc, φd, and φe, and based on these values, it is determined whether to count up or count down the delay control circuit.
[0049]
FIG. 17 is a diagram showing a circuit configuration of the amplifier circuit section of the
The amplifying circuit unit includes two parts, a JK flip-
[0050]
First, the operation of the JK flip-
[0051]
Next, the operation of the amplifying
[0052]
FIG. 20 shows a case where the comparison target signal φout changes from “L” to “H” almost simultaneously with the comparison reference signal φext. In this case, the input signals from the phase comparison unit are φb “L”, φc “H”, φd “H”, and φe “L”. Eventually, 7a-12 and 7a-13 are fixed to “L”, and φSO and φSE are not affected by the output of the JK flip-flop, and φSO, φSE, φRO, and φRE are fixed to “L”. Will remain.
[0053]
FIG. 21 illustrates a case where the comparison target signal φout changes from “L” to “H” with a delay from the rising edge of the comparison reference signal φext. In this case, the input signals from the phase comparison unit are φb “L”, φc “H”, φd “L”, and φe “H”. Eventually, 7a-12 is fixed to “L”, 7a-13 is fixed to “H”, and φRO and φRE change depending on the state of the JK flip-flop, but φSO and φSE are 7L-13 is “L”. Therefore, it does not change.
[0054]
FIG. 22 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
In FIG. 22, Data1 and Data2 are signals corresponding to the storage data read from the
[0055]
FIG. 23 is a diagram showing a circuit configuration of the
[0056]
As apparent from the comparison with the
[0057]
FIG. 24 (1) shows a waveform when the 1 /
[0058]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 9, a 1 /
[0059]
When the 1 /
The above is the description of each part of the SDRAM of the first embodiment. In the SDRAM of the first embodiment, the delay amounts in the
[0060]
In the SDRAM of the first embodiment, the internal processing system is divided into a plurality of pipes that are continuously processed, and operate in parallel. In the above description, only the output has been described, but the input is similarly piped. As a result, data input / output can be performed in synchronization with a high-speed external clock signal, and the transfer speed is greatly increased.
[0061]
As described above, in the SDRAM of the first embodiment, since the data output timing is controlled to be a predetermined phase of the external clock signal, even if there is a temperature change during use or a power supply voltage change, Data is always performed in synchronization with a predetermined phase of the external clock signal. In addition, dummy circuits equivalent to the input circuit and output circuit are provided and controlled so as to have a predetermined phase including changes in the delay amount thereof, so that the phase relationship can be controlled very accurately. is there. As a result, the transfer speed can be further increased.
[0062]
In current semiconductor devices, output signal standards are determined in order to ensure signal compatibility with other semiconductor elements. In a semiconductor device used in combination with SDRAM or SDRAM, two standards of “Low Voltage Transistor Transistor Logic (LVTTL)” and “Series Stub Termination Logic (SSTL)” are generally used. There is an output circuit that can output any one of the two standards, and the output circuit can be set to one of the two standards by applying a selection signal from the outside. If the output circuit can be switched so that the output can be performed with different standards, the characteristics of the output circuit change due to the switching. As described above, it is important to provide a dummy output circuit equivalent to the output circuit and compare the phase with the signal that passed through it because the change in the delay amount in the output circuit is large. When the value changes, it is necessary to switch the characteristics of the dummy output circuit accordingly. The second to fourth embodiments are SDRAM embodiments in which the characteristics of the output circuit can be changed by switching.
[0063]
FIG. 25 is a diagram showing a circuit configuration of the dummy output circuit of the SDRAM of the second embodiment. The SDRAM of the second embodiment has the same configuration as the SDRAM of the first embodiment except for the dummy output circuit.
As apparent from the comparison with FIG. 23, the difference of the dummy output circuit of the SDRAM of the second embodiment from that of the first embodiment is that a driver circuit composed of an N-channel transistor and a P-channel transistor has a reference number. Two driver circuits are provided for LVTTL indicated by 371 and for SSTL indicated by 372, and either of the driver circuits is selected for the NAND circuit and the NOR circuit connected to the gates of the N channel transistor and the P channel transistor, respectively. That is, the selection signal cttZ is instructed. The sizes of the P-channel transistor and the N-channel transistor that constitute the
[0064]
In this manner, the characteristics of the dummy output circuit are switched in the SDRAM of the second embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing a circuit configuration of the dummy output circuit of the SDRAM of the third embodiment. The SDRAM of the third embodiment has the same configuration as that of the SDRAM of the first embodiment except for the dummy output circuit.
[0065]
The SSTL standard and the LVTTL standard differ in the current that flows to the output transistor of the driver circuit, and the SSTL standard requires a larger current to flow. Since the current flowing through the output transistor varies depending on the size of the transistor, the SSTL standard transistor needs to be larger. In general, the transistor of the driver circuit has a large size. When two driver circuits for SSTL and LVTTL are provided as shown in FIG. 25, a large area is required. Therefore, in the SDRAM dummy output circuit of the third embodiment, the
[0066]
The SSTL standard and the LVTTL standard also define the output load. Therefore, the SDRAM of the fourth embodiment can switch the dummy output load.
FIG. 27 is a diagram showing a circuit configuration of the dummy output circuit of the SDRAM of the fourth embodiment. The SDRAM of the fourth embodiment has the same configuration as the SDRAM of the third embodiment except for the dummy output load.
[0067]
As shown in FIG. 27, in the dummy output circuit of the SDRAM of the fourth embodiment, two loads of an
In the first to fourth embodiments, the dummy output circuit outputs only rising data that changes to "L" or "H", and detects the phase of the rising edge with respect to the external clock signal. However, the change in the delay amount in the output circuit differs between the rising data where the output signal changes from “L” to “H” and the falling data where the output signal changes from “H” to “L”. For this reason, in the configurations of the first to fourth embodiments, there is a difference in phase with respect to the external clock signal between rising data and falling data. In general, as a driver circuit for an output circuit, an N-channel transistor and a P-channel transistor are connected in series between a power supply terminal and the ground as shown in FIGS. The configuration to turn on is used. In such a driver circuit, a difference is likely to occur particularly when the driving capabilities of the N-channel transistor and the P-channel transistor are unbalanced due to a difference in process conditions between the N-channel transistor and the P-channel transistor. The fifth embodiment is an embodiment that solves such a problem.
[0068]
FIG. 28 is a diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the SDRAM of the fifth embodiment.
As apparent from comparison between FIG. 9 and FIG. 28, the fifth embodiment of the SDRAM differs from the first embodiment of the SDRAM in that the delay circuit can adjust the phase of the rising data and the falling data independently. Each of the dummy delay circuits has two delay circuits. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
[0069]
The
[0070]
The delay control circuit is composed of two circuits 43-H and 43-L, each having the configuration shown in FIG. The delay amount of the
[0071]
FIG. 29 is a diagram showing the configuration of the phase comparison circuit in the fifth embodiment. As apparent from comparison with FIG. 15 and FIG. 17, the difference from the first embodiment is that the signal φddq is always set to “L” and “H” by the signal data before the comparison part of the phase comparison circuit. A
[0072]
In the
[0073]
The two amplifying
[0074]
FIG. 30 is a diagram showing the configuration of the
The
[0075]
Now, assuming that data is “H” and / data is “L”, φdoeH becomes valid, and a switching signal for terminals 10-1 and 10-2 is output so that the upper transfer gate in the figure operates. On the other hand, when data is “L” and / data is “H”, φdoeL becomes valid, and a switching signal for terminals 10-10 and 10-11 is output so that the lower transfer gate operates. Once the data is output to the dummy output circuit, it is latched and held in the latch circuit, so that the output is maintained until the next activation signal is input even when the activation signal becomes “L”.
[0076]
The
FIG. 31 is a waveform diagram showing the operation of each part in the fifth embodiment. The upper side shows the case of “H” output, and the lower side shows the case of “L” output.
[0077]
In the case of “H” output, the external clock signal CLK changes from “L” to “H”, and the signal is amplified by the
[0078]
In the case of “L” output, the description up to φ1 / N is the same as described above, and φdoeL is a signal that has passed through a
[0079]
As described above, in the fifth embodiment, the delay amount can be controlled separately for the “H” output and the “L” output. Therefore, the clock access time at the “H” output and the clock access at the “L” output. It is possible to match the time. Thereby, the timing margin in the system using this SDRAM is expanded, and the system can be operated at high speed.
[0080]
In the first to fifth embodiments, a delay circuit for outputting output data, a dummy delay circuit similar to the output circuit, a dummy output circuit are provided, and a dummy load similar to the load connected to the output terminal is provided. A dummy output signal similar to the actual output signal is generated, and the phase of the external clock signal is compared with the dummy output signal. As a result, the phase relationship of the output signal with respect to the external clock signal is maintained more accurately than in the conventional example. However, in a system in which such a semiconductor device is used, the routing of wiring actually connected to the output terminal is not constant, and it is rare that the load (capacitance, output impedance) is always constant. Therefore, it is extremely rare for the load of the actual output circuit and the dummy load to coincide with each other, and a minute time error occurs between the actual output waveform and the dummy output waveform.
[0081]
FIG. 32 is a diagram for explaining the generation of such an error.
The delay circuit operates after the operation time completion time T2 of the input circuit with reference to the rising time T1 of the external clock signal CLK, delays the output timing signal, and outputs data from the output circuit. Here, the time required for this is T4. Here, the clock access time is indicated by T6. Even if a similar dummy delay circuit is manufactured, there is a slight error, and even if the same position is selected, a difference occurs in the delay amount. Further, since there is a difference in delay amount due to manufacturing errors of the dummy output circuit and the dummy load, the delay amount of the dummy circuit is T5. The error is indicated by T7 in the figure.
[0082]
Such errors are slight, and in the past, such a slight time lag was not a problem, but in recent high-speed systems, this slight error has been affecting the speed limit of operation. It has become a problem.
The sixth embodiment is an SDRAM in which such a slight error is reduced. In the first to fifth embodiments, the same delay amount is selected for the delay circuit and the dummy delay circuit according to the selection signal from the common delay control circuit. On the other hand, in the sixth embodiment, a phase comparison circuit and a delay control circuit are provided separately for the delay circuit and the dummy delay circuit, respectively. A considerable number of dummy cycles are performed in the initialization period immediately after the power is turned on. In this dummy cycle, dummy data is also output from the output circuit, and the delay circuit is controlled so that the phase of the dummy data and the external clock signal is synchronized. . Independently of this, the dummy delay circuit is controlled so that the phase of the dummy data output from the dummy output circuit and the external clock signal is synchronized. In this state, the delay amount of the delay circuit is controlled to a value in which the phase of the output data from the output circuit including the influence of the actually connected load and the phase of the external clock signal are synchronized. Similarly, the dummy delay circuit is also controlled to a value in which the phases of the dummy output data and the external clock signal are synchronized. In this state, if dummy output data is input to the phase comparison circuit on the regular delay circuit side, control is performed so that the phase of the output data and the external clock signal are synchronized even if there is a subsequent fluctuation. become. Such a configuration can also be applied to the SDRAM of the first embodiment shown in FIG. 9. However, in the sixth embodiment described below, such a configuration is applied to the SDRAM of the fifth embodiment of FIG. This is an applied example.
[0083]
FIG. 33 is a block diagram of the SDRAM of the sixth embodiment.
As shown in the figure, in the sixth embodiment, a DLL circuit 44 that generates a timing signal that defines the output timing of the
[0084]
In addition, a dummy
The operation of the circuit of the sixth embodiment will be described below.
[0085]
When the change edge of the output signal and the dummy output signal is earlier with respect to the rising point of the external clock signal, the
[0086]
In such a memory system in which SDRAM is used, immediately after the system power is turned on, the memory system starts a clock operation, and confirms and adjusts the operation of various logic and PLL circuits mounted on the system. A dummy cycle is performed and an external clock signal is input. During this dummy cycle, if the operation of shifting the delay amount of each delay circuit is repeated so that the change edge of the output signal and the dummy output signal has a predetermined phase with respect to the external clock signal, the DLL circuit and the dummy DLL The circuit can be adjusted. However, immediately after the power is turned on, no information is written in the memory. Therefore, the output signal and the dummy output signal are constant, and the adjustment operation cannot be performed as it is. For this reason, it is necessary to internally generate data for delay circuit adjustment in the dummy cycle. In this embodiment, a dummy
[0087]
FIG. 34 is a diagram showing a circuit configuration of the dummy data generating circuit in the sixth embodiment.
The dummy data generation circuit includes two parts, an activation
[0088]
At time T1, the Vcc voltage is applied and the Vcc voltage rises. After a while, the power-on detection circuit 52 operates to output φR. When the dummy
[0089]
In the case of the SDRAM, it is necessary to set the operation mode in the mode register in the memory before starting the actual operation. In order to set the operation mode in the mode register, a mode register set instruction is inserted and set. When this command comes in, the
[0090]
FIG. 36 is a diagram showing a circuit configuration of the
The dummy data generated by the dummy
[0091]
In this state, since the dummy data φD is valid, both 5a-11 and 5a-12 become “H” when φD is “H”. When the output circuit activation signal φoe (a signal that has passed through the DLL circuit 44) synchronized with the external clock signal φext becomes “H”, “H” is output as an output signal. Conversely, when φD is “L”, both 5a-11 and 5a-12 become “L”, and when RI and φoe are “H”, “L” is output as an output signal.
[0092]
As described above, by using the dummy cycle immediately after the power is turned on, the DLL circuit 44 determines when the external clock signal rises and when the output signal becomes “H” and “L”, and the dummy output signal becomes “H”. Also, the dummy DLL circuit 45 coincides with the time point when it becomes “L”. Of course, since the waveform of the output signal and the waveform of the dummy output are slightly different, the set values of the delay circuits of the DLL circuit 44 and the dummy DLL circuit 45 are different, but at this time, the external clock signal, the output signal, The three signals of the dummy output signal are synchronized.
[0093]
After the dummy cycle is completed (after φMRS is output), the memory operation is actually started, and the data stored in the memory is output to the
[0094]
FIG. 38 is a diagram showing a circuit configuration of the switching
As a result, when a variation in temperature or the like occurs during the memory operation and the delay amount of the delay circuit of the DLL circuit 44 needs to be adjusted, a dummy output signal is used as a comparison target signal. Since the three waveforms of the external clock signal, the output signal, and the dummy output signal are matched during the dummy cycle immediately after being turned on, the deviation of the waveform of the external clock and the dummy output signal is detected and adjusted based on the detection result. In this case, the output signals also match.
[0095]
In the sixth embodiment, it is possible to synchronize the external clock signal and the output signal in a series of operations, including the difference in board wiring and wiring load actually used. As a result, a sufficient margin can be ensured even in a system that operates at a higher speed, and the operation is stabilized even in a higher-speed system.
In the first to sixth embodiments, a dummy output circuit is provided to output dummy data, and the phase of the output signal and the phase of the external clock signal are compared. However, the output of the output circuit is not provided without providing the dummy output circuit. It is also possible to compare the phase of the signal and the external clock signal. The seventh embodiment is an example in which phase comparison of output signals is performed.
[0096]
FIG. 39 is a diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the seventh embodiment. As shown in FIG. 39, the output timing control circuit of the seventh embodiment includes an
[0097]
FIG. 40 is a diagram illustrating a configuration example of the
[0098]
FIG. 41 is a diagram showing the configuration of the ½
[0099]
The clock signal output from the
[0100]
In the seventh embodiment, the circuit as shown in FIG. 41 is used because the ½ shift clock φ1 / 2 obtained by shifting the clock signal accurately by ½ phase is required in other portions. In the embodiment, since an exactly 1/2 phase shifted signal is not required, an inverter may be simply used.
In any case, the
[0101]
FIG. 42 is a circuit diagram showing the configuration of the
In a state where there is no phase shift, the output signal is assumed to change at the rising edge of the clock signal CLK1φ1 output from the
[0102]
[0103]
[0104]
Each state described above, the values of RG0, RG1, and RG2 at that time, and necessary operations are shown in the truth table of FIG.
As described above, in the output timing control circuit of the seventh embodiment shown in FIG. 39, the phase comparison between the output signal and the clock signal is performed, and the phase of the output signal is controlled to be synchronized with the clock signal. The output signal is a random signal, and the “high” level or the “low” level may continue. However, the
[0105]
FIG. 47 is a block diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the eighth embodiment. The output timing control circuit according to the eighth embodiment is similar to the output timing control circuit according to the seventh embodiment when the output signal changes from “L” to “H” and from “H” as described in the fifth embodiment. This is an example in which different timing control is applied when changing to “L”. The seventh embodiment is different from the seventh embodiment in that two delay circuits 501-H and 501-L and two delay control circuits 502-H and 502-L for controlling them independently are provided. Here, further explanation is omitted.
[0106]
Even when the phase of the output signal with respect to the external clock signal is compared, a phase adjustment mode can be provided to perform phase adjustment. To do this, a dummy data output circuit for outputting dummy data that changes in a predetermined cycle shown in FIG. 34 is provided. In the phase adjustment mode, the output circuit outputs dummy data, and the output signal and the external clock signal are output. And phase control are performed, and feedback control is performed so that the phases match. Then, after matching, the mode is switched to the normal mode, where the adjusted delay amount is maintained. In this case, the phase can be adjusted by feedback control as in the first to sixth embodiments.
[0107]
FIG. 48 is a block diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the ninth embodiment. The output timing control circuit of the ninth embodiment is an example in which another phase comparison circuit is applied to the basic configuration of the output timing control circuit having the dummy output circuit shown in FIG. As described above, in the case where the dummy output circuit is provided, dummy data that changes in a predetermined cycle generated by the dummy data generation circuit is output, and a phase comparison with this output signal is performed. Since the dummy data changes in a predetermined cycle, the
[0108]
FIG. 49 is a diagram showing a circuit configuration of the
[0109]
FIG. 50 is a diagram showing a determination operation of the
Each state described above, the values of RG1 and RG2 at that time, and necessary operations are shown in the truth table of FIG.
[0110]
Returning to FIG. 48, as the
FIG. 53 is a block diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the tenth embodiment. The output timing control circuit of the tenth embodiment has a configuration in which the change period of the output signal from the dummy output circuit is set to 1 / N by using the 1 / N frequency dividing circuit described in the first embodiment. This is applied to the circuit. As shown in the figure, a 1 / N
[0111]
FIG. 54 is a diagram showing the determination operation of the tenth embodiment. As shown in the figure, even when the external clock signal CLK is not a signal with a duty of 50% due to deterioration during transmission or the like, the changing edge of the signal CLK1 / N divided by 1 / N is synchronized with the rising edge of CLK. If the output from the
[0112]
FIG. 55 is a block diagram showing the configuration of the output timing control circuit of the eleventh embodiment. The output timing control circuit of the eleventh embodiment is similar to the output timing control circuit of the tenth embodiment when the output signal changes from “L” to “H” and from “H”, as described in the fifth embodiment. This is an example in which different timing control is applied when changing to “L”. Here, further explanation is omitted.
[0113]
As described above, in the first to eleventh embodiments, the output timing control circuit of the semiconductor device of the present invention has been described. However, how to apply such an output timing control circuit in such a semiconductor device is described. An example will be described.
56 shows the
[0114]
As shown in the figure, a plurality of signals OS-1, OS-2,..., OS-n are output from this semiconductor device, so that output circuits 571-1, 571-2,. -M is provided. The
[0115]
In the semiconductor device to which the circuits of the first to twelfth embodiments described above are applied, the accuracy of synchronization of the output signal with respect to the external clock is greatly improved as compared with the conventional example. An embodiment in which a semiconductor device system is configured using a semiconductor device that outputs with high synchronization accuracy to such an external clock will be described.
First, conventional output timing and its problems will be described. FIG. 57 is a diagram for explaining the output timing of a conventional semiconductor device that outputs data in synchronization with an external clock signal. In the conventional example, an operation for outputting data is started in response to the rising edge of the external clock signal CLK (t0). The output actually appears at the output terminal after a certain time. This time varies depending on process variations, power supply variations, temperature, etc., and the output appears at t1 at the shortest and at t2 at the longest. That is, the clock access time is in the range of tOH and tAC from the rising edge of the external clock signal. These tOH and tAC are defined by the specifications of the semiconductor device, and the period between t1 and t2 is a time when data that cannot be actually used is uncertain.
[0116]
On the side receiving such an output, a setup time tIS and a hold time tIH are required, and tIS and tIH are defined with respect to the rising edge of the external clock signal. The start time of the setup time tIS is indicated by t3, and the end time of the hold time tIH is indicated by t5. Therefore, in the figure, the difference between the time t2-t6 and t3-t5 is the system timing margin. This timing margin is necessary to some extent in order to absorb errors due to various factors of the system.
[0117]
In recent years, the frequency of the external clock signal has been increasing, and there has been a problem that this timing margin cannot be secured sufficiently.
FIG. 58 is a diagram showing output timing of the semiconductor device of the present invention. In the conventional example, as shown in FIG. 57, the output operation is started from the rising edge of the external clock signal. On the other hand, in the semiconductor device of the present invention, the output signal is output in synchronization with the falling edge of the external clock signal. Of course, it is assumed that the rising and falling edges of the external clock signal are signals having a phase difference of 180 degrees and a duty ratio of 50%. As already described, in the semiconductor device of the present invention, the output timing of the output signal can be accurately controlled so as to have a predetermined phase with respect to the external clock signal. Therefore, the output signal immediately appears at the output terminal in synchronization with the falling edge of the external clock signal. Therefore, the center of the period in which the output signal is determined coincides with the rising edge of the external clock signal, and the same timing margin can be taken before and after the input. Here, considering the case where the period of the external clock signal becomes narrower and narrower, the advantage of outputting at such timing becomes clear.
[0118]
FIG. 59 shows a memory system according to a thirteenth embodiment constructed using
[0119]
In the figure,
[0120]
FIG. 61 is a diagram showing element arrangement and signal wiring in the memory system of the fourteenth embodiment.
In the memory system of the fourteenth embodiment, CLK is first input to the
[0121]
In the fourteenth embodiment, Read-CLK propagated through the
FIG. 62 is a diagram showing a clock signal system in the
[0122]
As shown in FIG. 42, CLK input from the outside enters the
[0123]
FIG. 63 is a diagram showing element arrangement and signal wiring in the memory system of the fifteenth embodiment.
In the memory system of the fifteenth embodiment, similarly to the thirteenth embodiment, the
[0124]
FIG. 64 is a diagram showing a clock signal system in the
As shown in FIG. 64, the CLK-Receive input from the outside is amplified by passing through the
[0125]
FIG. 65 is a diagram showing element arrangement and signal wiring in the memory system of the sixteenth embodiment.
In the memory system of the sixteenth embodiment, the clock terminal of the
[0126]
FIG. 66 is a diagram showing a clock signal system in the
As shown in FIG. 66, R / W-CLK input from the outside is amplified by passing through a current mirror circuit 641 and a
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the delay amount is adjusted so that a signal of an actual circuit is compared with an external clock signal so as to have a predetermined phase relationship. Even if there is a change in the power supply voltage or the like, the phase relationship of the output signal with respect to the external clock signal can be accurately maintained at a predetermined value.
[0128]
Further, since an input dummy circuit and an output dummy circuit are provided and a signal to be compared with the external clock signal is a signal close to the actual output signal, the phase can be accurately adjusted.
Furthermore, since the phase is adjusted for each of the rising output data and the falling output data, the phase error can be further reduced.
[0129]
Furthermore, even if the dummy circuit is made similar, there is a difference from the circuit related to the actual output, and the load actually connected to the output terminal cannot be predicted, and a difference from the assumed dummy load occurs. Is inevitable. Such a difference becomes an error in phase adjustment. However, according to the present invention, since such an error is adjusted, the error can be further reduced. Further, by using such a semiconductor device, a semiconductor system capable of operating at high speed can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a synchronous DRAM (SDRAM).
FIG. 2 is a time chart showing the basic operation of the SDRAM.
FIG. 3 is a basic operation diagram of a pipeline type SDRAM.
FIG. 4 is a diagram for explaining SDRAM timing and problems at high-speed operation;
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a semiconductor device of the present invention in which a timing signal supplied to an output circuit is synchronized with an external clock signal.
6 is a diagram for explaining a problem in the basic configuration of FIG. 5;
7 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device of the present invention in which the basic configuration of FIG. 5 is further improved.
FIG. 8 is an operation diagram of the SDRAM of the embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing the configuration and operation of the delay circuit of the first embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a delay control circuit according to the first embodiment;
FIG. 12 is a time chart showing the operation of the delay control circuit of the first embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating a change in an output signal of the delay control circuit according to the first embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a delay control circuit.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a phase comparison unit of the phase comparison circuit according to the first embodiment;
FIG. 16 is a time chart showing the operation of the phase comparison unit of the phase comparison circuit of the first embodiment;
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier circuit section of the phase comparison circuit according to the first embodiment;
FIG. 18 is a time chart showing the operation of the JK flip-flop in the amplifier circuit section of the phase comparison circuit of the first embodiment.
FIG. 19 is a time chart showing the count-up operation of the amplifier circuit section of the phase comparison circuit according to the first embodiment;
FIG. 20 is a time chart illustrating the count maintaining operation of the amplifier circuit unit of the phase comparison circuit according to the first embodiment;
FIG. 21 is a time chart showing the countdown operation of the amplifier circuit section of the phase comparison circuit according to the first embodiment;
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of an output circuit according to the first embodiment;
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a dummy output circuit according to the first embodiment;
FIG. 24 is a time chart illustrating the operation of the dummy output circuit according to the first embodiment;
FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration of a dummy output circuit according to a second embodiment;
FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of a dummy output circuit according to a third embodiment;
FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration of a dummy output circuit according to a fourth embodiment;
FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the fifth embodiment.
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a phase comparison circuit of an SDRAM of a fifth embodiment.
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration of a dummy output circuit according to a fifth embodiment;
FIG. 31 is a time chart showing the operation in the fifth embodiment.
FIG. 32 is a diagram for explaining the generation of an error due to a change in the characteristics of a regular route and a dummy route.
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the sixth embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of a dummy output circuit according to a sixth embodiment.
FIG. 35 is a time chart showing the operation of the dummy output circuit in the sixth embodiment.
FIG. 36 is a diagram showing a configuration of an output circuit according to a sixth embodiment.
FIG. 37 is a time chart showing the operation of the output circuit in the sixth embodiment.
FIG. 38 is a diagram illustrating a configuration of a switching circuit according to a sixth embodiment.
FIG. 39 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the seventh embodiment.
FIG. 40 is a diagram illustrating a configuration example of a delay circuit and a delay control circuit of the receiving-side semiconductor device according to the seventh embodiment.
FIG. 41 is a diagram illustrating a configuration of a ½ phase shift circuit according to a seventh embodiment.
FIG. 42 is a diagram illustrating a configuration of a phase determination circuit according to a seventh embodiment.
FIG. 43 is a diagram illustrating a phase determination operation in the seventh embodiment.
FIG. 44 is a diagram for explaining a phase determination operation in the seventh embodiment;
FIG. 45 is a diagram for explaining a phase determination operation in the seventh embodiment;
FIG. 46 is a truth table of the phase determination operation in the seventh embodiment.
47 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the eighth embodiment; FIG.
FIG. 48 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the ninth embodiment.
FIG. 49 is a diagram illustrating a configuration of a phase determination circuit according to a ninth embodiment.
FIG. 50 is a diagram for explaining a phase determination operation in the ninth embodiment.
FIG. 51 is a truth table of the phase determination operation in the ninth embodiment.
FIG. 52 is a diagram illustrating a configuration of a delay control circuit according to a ninth embodiment.
FIG. 53 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the tenth embodiment.
FIG. 54 is a diagram illustrating a phase determination operation in the tenth embodiment.
FIG. 55 is a diagram showing a configuration of a portion related to output timing control of the SDRAM of the eleventh embodiment.
FIG. 56 is a diagram showing an arrangement of a clock input circuit, an output timing control circuit, a clock distribution circuit, and an output circuit in the SDRAM of the twelfth embodiment.
FIG. 57 is a diagram showing output timing in a conventional semiconductor device.
FIG. 58 is a diagram showing output timing in the semiconductor device of the present invention.
FIG. 59 is a diagram showing an element arrangement and signal wirings in a semiconductor device system according to a thirteenth embodiment.
FIG. 60 is a time chart showing signal waveforms in the thirteenth embodiment.
FIG. 61 is a diagram showing element arrangement and signal wirings in a semiconductor device system according to a fourteenth embodiment.
FIG. 62 is a diagram illustrating a clock timing adjustment system in a controller according to a fourteenth embodiment.
FIG. 63 is a diagram showing an element arrangement and signal wirings in a semiconductor device system according to a fifteenth embodiment.
FIG. 64 is a diagram showing a clock timing adjustment system in the controller of the fifteenth embodiment.
FIG. 65 is a diagram showing an element arrangement and signal wirings in the semiconductor device system according to the sixteenth embodiment.
FIG. 66 is a diagram illustrating a clock timing adjustment system in a controller according to a sixteenth embodiment;
[Explanation of symbols]
11 ... External signal input terminal
12 ... Signal output terminal
13 ... Input circuit
14 ... Output circuit
20, 30 ... Output timing control circuit
21, 31 ... delay circuit
22, 32 ... Phase comparison circuit
23, 33 ... Delay control circuit
34 ... Dummy input circuit
35 ... Dummy output circuit
Claims (14)
一方の入力が前記クロック入力回路に結合され、該一方の入力及び他方の入力における信号を比較する位相比較回路と、
前記クロック入力回路に接続される入力を有し、該入力を前記位相比較回路の出力に応じた遅延時間だけ遅延させて、前記外部クロックに対して所定の位相を有するデータ出力タイミング信号を出力する実遅延回路と、
前記クロック入力回路に結合される入力を有し、該入力を前記位相比較回路の出力に応じた遅延時間だけ遅延させ、その出力を前記位相比較回路の他方の入力に供給するダミー遅延回路と、
前記データ出力タイミング信号に応じてデータを出力するデータ出力回路と、
前記ダミー遅延回路と前記位相比較回路の他方の入力の間直列に設けられた、前記データ出力回路における伝播遅延時間と等価な第1の伝播遅延時間を生成するダミー出力回路及び、前記クロック入力回路における伝播遅延時間と等価な第2の伝播遅延時間を生成するダミークロック入力回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。A clock input circuit for receiving an external clock;
A phase comparison circuit having one input coupled to the clock input circuit for comparing signals at the one input and the other input;
An input connected to the clock input circuit, delaying the input by a delay time corresponding to the output of the phase comparison circuit, and outputting a data output timing signal having a predetermined phase with respect to the external clock A real delay circuit;
A dummy delay circuit having an input coupled to the clock input circuit, delaying the input by a delay time corresponding to the output of the phase comparison circuit, and supplying the output to the other input of the phase comparison circuit;
A data output circuit for outputting data according to the data output timing signal ;
A dummy output circuit that is provided in series between the other input of the dummy delay circuit and the phase comparison circuit and generates a first propagation delay time equivalent to the propagation delay time in the data output circuit, and the clock input circuit A dummy clock input circuit for generating a second propagation delay time equivalent to the propagation delay time in FIG.
A semiconductor device comprising:
当該半導体装置は、シンクロナス半導体メモリである半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device is a semiconductor device which is a synchronous semiconductor memory.
前記実遅延回路及びダミー遅延回路は、それぞれ直列に接続された複数の遅延ユニットを備える半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The real delay circuit and the dummy delay circuit are semiconductor devices each including a plurality of delay units connected in series.
入力端が前記クロック入力回路に接続され、出力端が前記ダミー遅延回路及び前記位相比較回路の一方の入力に接続され、前記クロック入力回路からの基準クロック出力の周波数を分周する1/N分周器(N:整数)をさらに備えた半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The input terminal is connected to the clock input circuit, the output terminal is connected to one input of the dummy delay circuit and the phase comparison circuit, and the frequency of the reference clock output from the clock input circuit is divided by 1 / N. A semiconductor device further comprising a peripheral (N: integer).
前記実遅延回路及び前記ダミー遅延回路の両方における前記遅延時間は、前記位相比較回路の前記出力に応じて共通に制御される半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device in which the delay time in both the actual delay circuit and the dummy delay circuit is controlled in common according to the output of the phase comparison circuit.
前記ダミー出力回路に接続され、該ダミー出力回路により駆動されるダミー負荷回路をさらに備える半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
A semiconductor device further comprising a dummy load circuit connected to the dummy output circuit and driven by the dummy output circuit.
前記ダミー負荷回路における負荷値は、切り換え信号に応じて変化する半導体装置。The semiconductor device according to claim 6 ,
A semiconductor device in which a load value in the dummy load circuit changes according to a switching signal.
前記データ出力回路及び前記ダミー出力回路の電源供給は、当該半導体装置の内部電源供給から独立している半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
The power supply of the data output circuit and the dummy output circuit is a semiconductor device independent of the internal power supply of the semiconductor device.
前記データ出力回路及び前記ダミー出力回路は、モード信号に応じて駆動特性が変化する半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
The data output circuit and the dummy output circuit are semiconductor devices in which drive characteristics change according to a mode signal.
前記ダミー遅延回路と前記位相比較回路の前記他の入力との間にダミー信号線を更に備え、該ダミー信号線は前記実遅延回路と前記データ出力回路との間の信号線における遅延時間と等価な線遅延時間を有する半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
A dummy signal line is further provided between the dummy delay circuit and the other input of the phase comparison circuit, and the dummy signal line is equivalent to a delay time in a signal line between the actual delay circuit and the data output circuit. Semiconductor device having a long line delay time.
前記実遅延回路は、前記データ出力タイミング信号として、第1及び第2の実データ出力タイミング信号をそれぞれ出力する第1及び第2の実遅延回路を含み、
前記ダミー遅延回路は、前記ダミーデータ出力回路に、第1及び第2のダミークロックを出力する第1及び第2のダミー遅延回路を含み、
前記データが高の時には、前記データ出力回路は前記第1の実データ出力タイミング信号に応じて前記データを出力し、前記ダミー出力回路は前記第1のダミークロックに応じて動作し、
前記データが低の時には、前記データ出力回路は前記第2の実データ出力タイミング信号に応じて前記データを出力し、前記ダミー出力回路は前記第2のダミークロックに応じて動作する半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
The actual delay circuit includes first and second actual delay circuits that output first and second actual data output timing signals as the data output timing signal, respectively.
The dummy delay circuit includes first and second dummy delay circuits that output first and second dummy clocks to the dummy data output circuit,
When the data is high, the data output circuit outputs the data according to the first actual data output timing signal, and the dummy output circuit operates according to the first dummy clock,
When the data is low, the data output circuit outputs the data in accordance with the second actual data output timing signal, and the dummy output circuit operates in accordance with the second dummy clock.
前記位相比較回路からの第1の出力信号に応じて、前記第1の実遅延回路及び前記第1のダミー遅延回路における前記遅延時間を制御する第1の遅延制御回路と、
前記位相比較回路からの第2の出力信号に応じて、前記第2の実遅延回路及び前記第2のダミー遅延回路における前記遅延時間を制御する第2の遅延制御回路とを備える半導体装置。The semiconductor device according to claim 11 , wherein
A first delay control circuit for controlling the delay time in the first real delay circuit and the first dummy delay circuit according to a first output signal from the phase comparison circuit;
A semiconductor device comprising: a second delay control circuit that controls the delay time in the second actual delay circuit and the second dummy delay circuit in accordance with a second output signal from the phase comparison circuit.
前記位相比較回路は、前記データに応じて前記第1と第2の出力信号の一方を出力する半導体装置。The semiconductor device according to claim 12 ,
The phase comparison circuit is a semiconductor device that outputs one of the first and second output signals according to the data.
前記ダミー出力回路のサイズは、前記データ出力回路のサイズより小さい半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 ,
The size of the dummy output circuit is a semiconductor device smaller than the size of the data output circuit.
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