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JP6808475B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置 Download PDF

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JP6808475B2
JP6808475B2 JP2016249499A JP2016249499A JP6808475B2 JP 6808475 B2 JP6808475 B2 JP 6808475B2 JP 2016249499 A JP2016249499 A JP 2016249499A JP 2016249499 A JP2016249499 A JP 2016249499A JP 6808475 B2 JP6808475 B2 JP 6808475B2
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Description

本発明は、半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置(半導体メモリ)に高速にアクセスするためのインターフェイスの一つとして、パラレルバスを利用するものが知られている。パラレルバスを利用する場合には、周辺デバイスとの接続には少なくとも十数本の信号線を接続する必要があるため、装置の高集積化及びパッケージの小型化を図ることが困難である。一方、シリアルバスを利用する半導体記憶装置は、パラレルバスを利用するものと比較して通信速度は低下するものの、装置の高集積化及びパッケージの小型化を図ることが可能である。近年、シリアル通信方式による半導体記憶装置において高速アクセスを可能とするための様々な開発が進められている。例えば、メモリセルアレイを複数のメモリバンクに分割し、各メモリバンクに同時にコマンドを送信することで、特定の操作を各メモリバンクで同時に実行し、アクセス時間を短縮することが可能である。
複数のメモリバンクを備えた半導体記憶装置に関する技術として、例えば、特許文献1には、同時にアクセス可能な2つのメモリバンクを含むメモリセルアレイと、メモリセルアレイに対するデータの書き込み及び読み出しを制御するコントローラと、を有する半導体記憶装置が記載されている。上記の半導体記憶装置において、データの読み出し動作は、以下のように行われる。
はじめに、コントローラが、コマンドラッチイネーブル信号に応答して受け取った読出しコマンドを解読し、次に、アドレスラッチイネーブル信号に応答して列アドレスおよび行アドレスをアドレスレジスタにセットする。次に、コントローラは、読み出しの列アドレス情報が、メモリバンクの左側ページの列アドレス範囲に属するか否かを判定する。コントローラは、読み出しの列アドレスが左側ページに属すると判定した場合には、フラグ=0に設定し、読み出しの列アドレスが右側ページに属すると判定した場合には、フラグ=1を設定する。次に、コントローラは、読出しモードをプリセットする。
次に、コントローラは、コマンドラッチイネーブル信号に応答して読出し開始コマンドを受け取り、当該コマンドが第1の読み出し命令であるか、第2の読み出し命令であるかを判定する。コントローラは、当該コマンドが、第1の読み出し命令である場合、一方のメモリバンクのn番目のワード線を選択し且つ他方のメモリバンクのn+1またはn−1番目のワード線を選択する第1の読み出し動作を、ワード線選択回路に実行させる。一方、コントローラは、当該コマンドが第2の読み出し命令である場合、一方のメモリバンクのn番目のワード線を選択し且つ他方のメモリバンクのn番目のワード線を選択する第2の読み出し動作を、ワード線選択回路に実行させる。ワード線の選択により、左右ページの読出しが行われる。ページバッファに転送されたデータは、ページアドレスをインクリメントすることにより順次シーケンシャルにデータレジスタへ転送される。
特開2012−190501号公報
SPI(Serial Peripheral Interface)等のシリアルインターフェースを利用する半導体記憶装置においては、クロック信号に同期して、メモリ領域の連続するアドレスからデータの読み出しを順次行う。このような、シリアル通信方式の半導体記憶装置においては、連続するアドレスのうちの先行するアドレスに対応するメモリ領域の読み出し開始位置が、次のアドレスに対応するメモリ領域の先頭位置と近接している場合には、当該次のアドレスに対応するメモリ領域の先頭位置の読み出しのタイミングが遅れ、データの読み出しをクロック信号に同期させることができなくなるおそれがある。
この問題を回避するために、シリアル通信方式の半導体記憶装置においては、メモリセルアレイを2つのメモリバンクに分割し、一方のメモリバンクにおいて入力アドレスに対応するメモリ領域からデータを読み出し、他方のメモリバンクにおいて入力アドレスの次のアドレスに対応するメモリ領域からデータを読み出すことが行われている。
図1は、上記のように、入力アドレスに連続する次のアドレスからデータの読み出しを行うための従来のプリデコーダの構成の一例を示すブロック図であり、該プリデコーダは、内部アドレス生成回路501、プリデコード回路502及びバッファ回路503を含んでいる。内部アドレス生成回路501は、入力されるアドレス信号ADに基づいて内部アドレス信号ADxを生成し、これをプリデコード回路502に供給する。プリデコード回路502は、内部アドレス信号ADxをプリデコードしたプリデコード信号PDを生成し、これをバッファ回路503に供給する。バッファ回路503は、プリデコード信号PDをバッファリングして、これを出力信号Dとして後段のデコーダ(図示せず)に供給する。
上記した従来のプリデコーダによれば、プリデコード回路502は、内部アドレス生成回路501において生成される内部アドレス信号ADxの確定を待ってプリデコード処理を開始する。すなわち、内部アドレス信号ADxの確定が、プリデコード回路502における動作のトリガとなるので、プリデコード回路502は、内部アドレス信号ADxが確定するまでプリデコード処理を開始することができない。従って、従来のプリデコーダによれば、内部アドレス生成回路501にアドレス信号ADが入力されてからバッファ回路503から出力信号Dが出力されるまでの時間(すなわち、プリデコード時間)が長くなり、クロック周波数が高くなるに従って短くなるメモリアクセス時間に対し、これを満足するアクセス時間を実現することが困難であった。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、従来よりもプリデコード時間を短縮することを目的とする。
本発明に係る半導体記憶装置は、 入力されるアドレス信号をデコードして前記アドレス信号によって示される第1のアドレスに対応する第1のプリデコード信号を生成するプリデコード回路と、前記アドレス信号に基づいて前記第1のアドレスをアクセス対象とするか前記第1のアドレスに連続する次のアドレスである第2のアドレスをアクセス対象とするかを示す制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記制御信号に基づいて、前記第1のプリデコード信号または前記第2のアドレスに対応する第2のプリデコード信号を選択的に出力する選択回路と、を含む。前記アドレス信号は、複数のビットからなり、上位ビットから順に前記プリデコード回路に入力され、前記プリデコード回路は、前記アドレス信号の最下位ビットよりも上位のビットが入力された時点で前記第1のプリデコード信号の生成を開始し、前記制御信号生成回路は、前記アドレス信号の最下位ビットよりも上位のビットが入力された時点で前記制御信号を生成する。
本発明によれば、従来よりもプリデコード時間を短縮することができる。
従来のプリデコーダの構成を示すブロックである。 本発明の実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るプリデコーダの構成を示すブロック図で 本発明の実施形態に係る選択回路の機能を示す図である。 本発明の実施形態に係る選択回路の構成の一例を示す等価回路図である。 本発明のプリデコーダの動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係るキャリー信号生成回路及びプリデコード回路12のアドレス入力ラインの構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、各図面において、実質的に同一又は等価な構成要素又は部分には同一の参照符号を付している。
図2は、本発明の実施形態に係る半導体記憶装置1の構成を示すブロック図である。半導体記憶装置1は、SPI(Serial Peripheral Interface)等のシリアルバスを用いたシリアル通信方式によってメモリセルに対してデータの書き込み及び読み出しを行う半導体メモリである。例えば、半導体記憶装置1においてデータの読み出しを行う場合、クロック信号に同期して、メモリ領域の連続するアドレスからデータが連続的に読み出される。
半導体記憶装置1は、データの書き込み及び読み出しが行われるメモリセルアレイ40を備える。メモリセルアレイ40は、2つのメモリバンク40A、40Bを有している。メモリバンク40A、40Bにそれぞれ対応して、プリデコーダ10A、10B、デコーダ20A、20B、ワード線選択回路30A、30Bが設けられている。本実施形態に係る半導体記憶装置1によれば、メモリバンク40A、40Bに独立にアクセスすることが可能であり、例えば、メモリバンク40A、40Bに同時にコマンドを送信することで、特定の操作をメモリバンク40A、40Bで同時に実行し、アクセス時間を短縮することが可能である。
また、メモリセルアレイ40を2つのメモリバンク40A、40Bに分割し、メモリバンク40A、40Bに独立にアクセス可能とすることで、連続するアドレスのうちの先行するアドレスに対応するメモリ領域の読み出し開始位置が、次のアドレスに対応するメモリ領域の先頭位置と近接している場合でも、一方のメモリバンク40Bにおいて入力アドレスに対応するメモリ領域からデータを読み出し、他方のメモリバンク40Aにおいて入力アドレスに連続する次のアドレスに対応するメモリ領域からデータを読み出すことが可能であり、これにより、当該次のアドレスによって指定されるメモリ領域の先頭位置の読み出しのタイミングの遅れを回避することが可能である。
本実施形態に係る半導体記憶装置1において、メモリバンク40A及び40Bのうち、メモリバンク40Aは、アドレス信号ADによって示されるアドレス(入力アドレス)の次のアドレスに対応するメモリ領域からのデータの読み出しがなされ得るメモリバンクである。
図3は、入力アドレスの次のアドレスに対応するメモリ領域からのデータの読み出しがなされ得るメモリバンク40Aに付随するプリデコーダ10Aの構成を示すブロック図である。プリデコーダ10Aは、キャリー信号生成回路11、プリデコード回路12及び選択回路13を含んで構成されている。キャリー信号生成回路11及びプリデコード回路12には、メモリ領域のアクセス位置を指定するアドレス信号ADが入力される。
キャリー信号生成回路11は、アドレス信号ADに基づいて、キャリー信号CAの信号レベルをハイレベルまたはローレベルに設定する。キャリー信号生成回路11は、アドレス信号ADによって示される入力アドレスからデータを読み出す場合には、ローレベルのキャリー信号CAを生成し、入力アドレスに連続する次のアドレスからデータを読み出す場合には、ハイレベルのキャリー信号CAを生成する。すなわち、キャリー信号生成回路11は、入力アドレスに連続する次のアドレスをアクセス対象とするか否かを示すキャリー信号CAを、選択回路13における選択動作を制御する制御信号として生成する。
プリデコード回路12は、アドレス信号ADをプリデコードして第1のプリデコード信号PD1を生成する。第1のプリデコード信号PD1は、アドレス信号ADによって示される入力アドレスに対応した信号である。プリデコード回路12は、生成したプリデコード信号PDを選択回路13に供給する。
図4は、選択回路13の機能を示す図である。選択回路13には、nビットのビット列からなる第1のプリデコード信号PD1及びキャリー信号CAが入力される。ここで、プリデコード回路12から供給される第1のプリデコード信号PD1の第1ビットの値をPD(0)、第2ビットの値をPD(1)、最上位ビットの値をPD(n−1)とする。また、選択回路13から出力される出力信号Dの第1のビットの値をD(0)、第2ビットの値をD(1)、最上位ビットの値をD(n−1)とする。
選択回路13は、キャリー信号CAのレベルがローレベルである場合、プリデコード回路12から供給される第1のプリデコード信号PD1の各ビットの値を変化させずに、これを出力信号Dとして出力する。すなわち、選択回路13は、キャリー信号CAのレベルがローレベルである場合、第1のプリデコード信号PD1を選択し、選択回路13の出力信号の各ビットの値は、D(0)=PD(0)、D(1)=PD(1)、D(n−2)=PD(n−2)、D(n−1)=PD(n−1)となる。
一方、選択回路13は、キャリー信号CAのレベルがハイレベルである場合、プリデコード回路12から供給される第1プリデコード信号PD1の各ビットの値を他のビットにシフトさせた第2のプリデコード信号PD2を生成し、これを出力信号Dとして出力する。すなわち、選択回路13は、キャリー信号CAのレベルがハイレベルである場合、第2のプリデコード信号PD2を生成及び選択し、選択回路13の出力信号Dの各ビットの値は、D(0)=PD(1)、D(1)=PD(2)、D(n−2)=PD(n−1)、D(n−1)=PD(0)となる。このように、第1のプリデコード信号PD1の各ビットの値を1つシフトさせた第2のプリデコード信号PD2は、入力アドレスの次のアドレスに対応するものとなる。選択回路13から出力される出力信号D(第1のプリデコード信号PD1または第2のプリデコード信号PD2)は、後段のデコーダ20Aに供給される。
このように選択回路13は、キャリー信号CAに基づいて、入力アドレスに対応する第1のプリデコード信号PD1または入力アドレスの次のアドレスに対応する第2のプリデコード信号PD2を選択的に出力する。
図5は、選択回路13の構成の一例を示す等価回路図である。なお、図5には、選択回路13に入力される第1のプリデコード信号PD1および選択回路13から出力される出力信号Dが4ビットである場合の構成が例示されているが、第1のプリデコード信号PD1及び出力信号Dのビット数は、適宜変更することが可能である。
選択回路13は、キャリー信号CAが入力される制御端子300、第1のプリデコード信号PDの第1ビットPD(0)〜第4ビットPD(3)の値がそれぞれ入力される入力端子310〜313、出力信号Dの第1ビットD(0)〜第4ビットD(3)の値がそれぞれ出力される出力端子320〜323を有する。出力端子320〜323には、それぞれ、インバータ341及び342を直列接続して構成されるバッファ回路330〜333が接続されている。
選択回路13は、各々がnチャネル型トランジスタ(以下nMOSと称する)及びpチャネル型トランジスタ(以下pMOSと称する)を組み合わせて構成されるトランスファーゲート350〜357を有する。
トランスファーゲート350は、入力端が入力端子310に接続され、出力端がバッファ回路330を介して出力端子320に接続されている。トランスファーゲート350において、nMOS350nのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続され、pMOS350pのゲートは制御端子300に直接接続されている。
トランスファーゲート351は、入力端が入力端子311に接続され、出力端がバッファ回路330を介して出力端子320に接続されている。トランスファーゲート351において、nMOS351nのゲートは制御端子300に直接接続され、pMOS351pのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続されている。
トランスファーゲート352は、入力端が入力端子311に接続され、出力端がバッファ回路331を介して出力端子321に接続されている。トランスファーゲート352において、nMOS352nのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続され、pMOS352pのゲートは制御端子300に直接接続されている。
トランスファーゲート353は、入力端が入力端子312に接続され、出力端がバッファ回路331を介して出力端子321に接続されている。トランスファーゲート353において、nMOS353nのゲートは制御端子300に直接接続され、pMOS353pのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続されている。
トランスファーゲート354は、入力端が入力端子312に接続され、出力端がバッファ回路332を介して出力端子322に接続されている。トランスファーゲート354において、nMOS354nのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続され、pMOS354pのゲートは制御端子300に直接接続されている。
トランスファーゲート355は、入力端が入力端子313に接続され、出力端がバッファ回路332を介して出力端子322に接続されている。トランスファーゲート355において、nMOS355nのゲートは制御端子300に直接接続され、pMOS355pのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続されている。
トランスファーゲート356は、入力端が入力端子313に接続され、出力端がバッファ回路333を介して出力端子323に接続されている。トランスファーゲート356において、nMOS356nのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続され、pMOS356pのゲートは制御端子300に直接接続されている。
トランスファーゲート357は、入力端が入力端子310に接続され、出力端がバッファ回路333を介して出力端子323に接続されている。トランスファーゲート357において、nMOS357nのゲートは制御端子300に直接接続され、pMOS357pのゲートはインバータ360を介して制御端子300に接続されている。
上記の構成を有する選択回路13において、制御端子300に入力されるキャリー信号CAのレベルがローレベルである場合、トランスファーゲート350、352、354及び356がオン状態となり、トランスファーゲート351、353、355及び357がオフ状態となる。これにより、入力端子310に入力されたプリデコード信号PDの第1ビットの値PD(0)が、バッファ回路330においてバッファリングされて出力端子320に出力される。また、入力端子311に入力されたプリデコード信号PDの第2ビットの値PD(1)が、バッファ回路331においてバッファリングされて出力端子321に出力される。また、入力端子312に入力されたプリデコード信号PDの第3ビットの値PD(2)が、バッファ回路332においてバッファリングされて出力端子322に出力される。また、入力端子313に入力されたプリデコード信号PDの第4ビットの値PD(3)が、バッファ回路333においてバッファリングされて出力端子323に出力される。
一方、制御端子300に入力されるキャリー信号CAのレベルがハイレベルである場合、トランスファーゲート351、353、355及び357がオン状態となり、トランスファーゲート350、352、354及び356がオフ状態となる。これにより、入力端子310に入力されたプリデコード信号PDの第1ビットの値PD(0)が、バッファ回路333においてバッファリングされて出力端子323に出力される。また、入力端子311に入力されたプリデコード信号PDの第2ビットの値PD(1)が、バッファ回路330においてバッファリングされて出力端子320に出力される。また、入力端子312に入力されたプリデコード信号PDの第3ビットの値PD(2)が、バッファ回路331においてバッファリングされて出力端子321に出力される。また、入力端子313に入力されたプリデコード信号PDの第4ビットの値PD(3)が、バッファ回路332においてバッファリングされて出力端子322に出力される。
なおバッファ回路330、331、332及び333におけるバッファリングとは、バッファ回路に入力される信号の振幅や駆動能力を、後段のデコーダ20Aに適合するように調整する処理を含む。
図6は、プリデコーダ10Aの動作の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、複数のビットA0〜A11からなるアドレス信号ADが、クロック信号に同期して上位ビットA11から順にプリデコーダ10Aに入力され、アクセス対象となるメモリ領域が指定されるものとする。また、図6において、キャリー信号に関し、ハイレベルはキャリー信号のレベルの確定を意味する。また、プリデコード回路に関し、ハイレベルはプリデコード処理の実行を意味する。また、選択回路に関し、ハイレベルは出力信号の出力を意味する。
アドレス信号ADの上位のビットA11〜A8には入力アドレスを示す情報が含まれている。従って、プリデコード回路12は、アドレス信号ADの上位ビットA11〜A8が入力された時刻t1において、アドレス信号ADをプリデコードして第1のプリデコード信号PD1を生成することが可能である。
一方、入力アドレスに連続する次のアドレスからのデータの読み出しを行うか否かを示す情報は、アドレス信号ADのビットA7〜A4に含まれている。キャリー信号生成回路11は、アドレス信号ADのビットA4までの値が入力された時刻t2において、キャリー信号CAのレベルを確定させる。選択回路13は、キャリー信号CAのレベルが確定すると、キャリー信号CAのレベルに応じて、入力アドレスに対応する第1のプリデコード信号PD1、または入力アドレスの次のアドレスに対応する第2のプリデコード信号PD2を、出力信号Dとして出力し、これを後段のデコーダ20Aに供給する。
なお、キャリー信号生成回路11及びプリデコード回路12は、図7に示すように、アドレス信号ADの各ビットA0〜A11を個別に入力するアドレス入力ラインを有していてもよい。アドレス入力ラインの本数は適宜変更することが可能であり、例えば1本であってもよい。また、本実施形態において、プリデコード回路12は、nビットからなる第1のプリデコード信号PD1の各ビットの値を同時に出力するn本の出力ラインを有している。
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体記憶装置1によれば、選択回路13は、入力アドレスに対応する第1のプリデコード信号PD1または入力アドレスの次のアドレスに対応する第2のプリデコード信号PD2を、キャリー信号CAに基づいて選択して出力するので、プリデコード回路12は、アドレス信号ADをトリガとして動作することが可能である。従って、内部アドレス信号ADxの確定が、プリデコード回路502における動作のトリガとなる、図1に示す構成と比較してプリデコード時間を短縮することが可能である。
なお、キャリー信号生成回路11は、本発明における制御信号生成回路の一例でありキャリー信号CAは、本発明における制御信号の一例である。プリデコード回路12は、本発明におけるプリデコード回路の一例である。選択回路13は、本発明における選択回路の一例である。トランスファーゲート350〜357は、スイッチ回路の一例である。
1 半導体記憶装置
10A プリデコーダ
11 キャリー信号生成回路
12 プリデコード回路
13 選択回路
40 メモリセルアレイ
40A、40B メモリバンク
350〜357 トランスファーゲート

Claims (5)

  1. 入力されるアドレス信号をデコードして前記アドレス信号によって示される第1のアドレスに対応する第1のプリデコード信号を生成するプリデコード回路と、
    前記アドレス信号に基づいて前記第1のアドレスをアクセス対象とするか前記第1のアドレスに連続する次のアドレスである第2のアドレスをアクセス対象とするかを示す制御信号を生成する制御信号生成回路と、
    前記制御信号に基づいて、前記第1のプリデコード信号または前記第2のアドレスに対応する第2のプリデコード信号を選択的に出力する選択回路と、
    を含み、
    前記アドレス信号は、複数のビットからなり、上位ビットから順に前記プリデコード回路に入力され、
    前記プリデコード回路は、前記アドレス信号の最下位ビットよりも上位のビットが入力された時点で前記第1のプリデコード信号の生成を開始し、
    前記制御信号生成回路は、前記アドレス信号の最下位ビットよりも上位のビットが入力された時点で前記制御信号を生成する
    半導体記憶装置。
  2. 前記第1のプリデコード信号は、複数のビットからなり、
    前記第2のプリデコード信号は、前記第1のプリデコード信号の各ビットの値を他のビットにシフトさせた信号である
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記選択回路は、
    前記第1のプリデコード信号の各ビットの値が入力される複数の入力端子と、
    前記第1のプリデコード信号または前記第2のプリデコード信号の各ビットの値が出力される複数の出力端子と、
    前記複数の入力端子と前記複数の入力端子との接続を、前記制御信号に基づいて切り替える複数のスイッチ回路と、
    を含む請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記選択回路は、前記複数の出力端子の各々に接続されたバッファ回路を更に含む
    請求項3に記載の半導体記憶装置。
  5. 複数のメモリバンクを有するメモリセルアレイを含み、
    前記プリデコード回路、前記制御信号生成回路及び前記選択回路が前記複数のメモリバンクのうちの1つに対応して設けられている
    請求項1から請求項のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
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