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JPH0793973A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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Publication number
JPH0793973A
JPH0793973A JP5236879A JP23687993A JPH0793973A JP H0793973 A JPH0793973 A JP H0793973A JP 5236879 A JP5236879 A JP 5236879A JP 23687993 A JP23687993 A JP 23687993A JP H0793973 A JPH0793973 A JP H0793973A
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JP
Japan
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input
stage circuit
circuit
cmos
level
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JP5236879A
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JP3550168B2 (ja
Inventor
Noboru Egawa
昇 江川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0793973A publication Critical patent/JPH0793973A/ja
Priority to US08/449,951 priority patent/US5699301A/en
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Priority to US08/951,658 priority patent/US5877989A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SRAM半導体記憶装置におけるアクセスの
高速化と低消費電力化。 【構成】 動作時にTTLレベルのチップイネーブル信
号CE1/の“L”が、入力初段回路10へ入力され
る。入力初段回路10中のトランジスタ11〜14のデ
ィメンジョンは、入力初段回路20〜60内のトランジ
スタより大きいので、入力初段回路10はTTLレベル
をCMOSレベルの高速に変換する。この変換された信
号を受けて内部回路100と入力初段回路30〜60は
活性化する。この動作時にはTTLレベルのチップイネ
ーブル信号の“L”であり、入力初段回路における消費
電流が小さい。非選択時において、入力初段回路10は
CMOSレベルが入力され、消費電流の小さい状態にさ
れるか或いは入力初段回路20によって非活性の状態に
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スタティクランダムア
クセスメモリ(以下、SRAMという)或いはリードオ
ンリーメモリ(以下、ROMという)等で構成され、チ
ップイネーブル信号によって高速でアクセスし、かつ低
消費電力で動作する半導体記憶装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献1;特開昭59-110090 号公報 文献2;特開昭60-125992 号公報 文献3;特開昭61-104490 号公報 文献4;特開昭64- 39688 号公報 現在、SRAM等で構成された半導体記憶装置には、動
作時の高速アクセスと低消費電力化の両方が求められて
いる。しかしながら、高速化と低消費電力化とは、相反
することが多く、一方の特性を良くすると他方の特性が
劣化している。図2は、従来の入力初段回路を示す回路
図である。この入力初段回路は相補型MOSトランジス
タ(以下、CMOSという)で構成されたSRAMに備
えられ、外部のTTL(トランジスタ−トランジスタ論
理回路)出力であるTTLレベルの信号を、CMOSレ
ベルの信号に変換する回路である。図2の入力初段回路
は、CMOSインバータで構成され、電源電位VCCに
ソースが接続されたPMOS1と、接地電位VSSにソ
ースが接続されたNMOS2と、インバータ3とが備え
られ、TTLレベルの信号がそれらPMOS1及びNM
OS2のゲートにそれぞれ入力されている。図3は、図
2の入・出力信号を示す図であり、この図はTTLレベ
ルとCMOSレベルの信号の電圧を示している。図3を
参照しつつ図2の入力初段回路の動作を説明する。例え
ば、“L”レベルである0.8VのTTLレベルの信号
が、この入力初段回路に入力した場合、PMOS1がオ
ン状態、NMOS2がオフ状態となり、インバータ3を
介して出力信号のレベルは、例えば接地電位VSSの0
Vとなる。次に、“H”レベルである2.2VのTTL
レベルの信号が入力した場合、NMOS2が導通し、イ
ンバータ3を介して出力信号のレベルは、例えば電源電
位VCCの5Vとなる。再び0.8VのTTLレベルの
信号が入力初段回路に入力した場合、NMOS2がオフ
状態となり、PMOS1が導通する。インバータ3を介
した出力信号のレベルは、例えば接地電位VSSの0V
となる。その結果、TTLレベルの信号が、図3のよう
にCMOSレベルの信号に変換される。
【0003】以上の動作過程において、図2の入力初段
回路で信号の遅延と電力の消費が生じている。図4は、
図2の動作波形と消費電流を示す図である。信号の遅延
は、図2の入力初段回路が、CMOSレベルの出力信号
に対して低いTTLレベルの“H”信号を変換するため
に発生するものである。即ち、電圧の低いTTLレベル
の“H”を検出しやすくするために、PMOS1の駆動
能力をNMOS2に比べて下げている。このため、入力
のTTLレベルの信号が、“H”から“L”に変化する
場合のほうが、“L”から“H”に変化する場合よりも
スピードが遅くなる。また、入力のTTLの信号入力
が、“H”から“L”及び“L”から“H”に変化する
とき、過渡的に貫通電流IがPMOS1とNMOS2を
介して電源電位VCCから接地電位VSSに流れる。入
力信号が“H”のときには、そのTTLレベルの“H”
がPMOSのしきい値を越えた中間的電位のためPMO
S1が完全にオフ状態にならず、電源電位VCCから接
地電位VSSに貫通電流Iが、PMOS1とNMOS2
を介して定常的に流れる。そのため、この入力初段回路
は多大な電力消費をする。一方、入力がTTLレベルの
“L”の場合は、NMOS1がほぼオフ状態となるので
消費電流が小さい。また、CMOSレベルの“H”又は
“L”入力される場合も消費電流は小さい。従来、SR
AMの高速アクセスを実現するために、障害となる信号
の遅延をトランジスタのディメンジョンを大きくするこ
とで対処している。即ち、入力初段回路を構成するMO
Sトランジスタのゲートの幅を大きくするか或いはゲー
トの長さを細くする方法を採っていた。一方、消費電力
を低減するために、トランジスタのディメンジョンを小
さくしていた。即ち、入力初段回路を構成するMOSト
ランジスタのゲートの幅を小さくするか或いはゲートの
長さを太くする方法によって、貫通電流Iを低減してい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CMOS構成のSRAMの半導体記憶装置においては、
次のような課題があった。インバータ、NAND、NO
R等で構成された入力初段回路において、TTLレベル
の入力信号がCMOSレベルの信号に変換されるので、
信号に遅延が発生すると共に貫通電流Iが流れて大きな
電力が消費される。これらを解決するため方法に、SR
AMの入力初段回路のトランジスタのディメンジョンを
変化させて、アクセス時の高速化と低消費電力化をする
方法がある。しかし、このアクセス時の高速化と低消費
電力化をする方法は、相反する改善をトランジスタのゲ
ートに対して施すことである。即ち、高速化と低消費電
力化とは、一方の特性を良くすると他方の特性が劣化す
ることになり、両方の特性を改善するには、限界が在っ
た。本発明は前記従来技術が持っていた課題として、入
力されたTTLレベルの信号に遅延が発生して高速アク
セスを困難にしている点と消費電力が大である点につい
て解決をした半導体記憶装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するために、データを記憶するメモリセルアレイを
有する内部回路と、外部からのTTLレベルの複数のチ
ップイネーブル信号以外の入力信号をCMOSレベルに
変換して前記内部回路に入力する複数の第1の入力初段
回路と、TTLレベルのチップイネーブル信号をCMO
Sレベルに変換する第2の入力初段回路とを備え、CM
OSで構成された半導体記憶装置を次のように構成して
いる。即ち、本発明の半導体記憶装置は、前記第1及び
第2の入力初段回路を、それぞれCMOS回路を例えば
CMOSインバータ、NAND、及びNOR等で構成
し、かつ該第2の入力初段回路を構成するトランジスタ
のディメンジョンを、第1の入力初段回路を構成するト
ランジスタよりも大きく設定している。ここでディメン
ジョンを大きくするとは、例えば半導体記憶装置におけ
る前記第2の入力初段回路を構成するトランジスタを、
前記第1の入力初段回路を構成するトランジスタに対し
てゲート幅を大きく、またはゲート長をり細く設定する
ことである。
【0006】
【作用】この発明によれば、以上のように半導体記憶装
置を構成したので、TTLレベルの負論理のチップイネ
ーブル信号が、第2の入力初段回路に入力されると、第
2の入力初段回路がそのチップイネーブル信号をCMO
Sレベルの信号に変換する。内部回路と第1の入力初段
回路は、第2の入力初段回路の出力をうけて活性化す
る。内部回路は、第1の入力初段回路から伝達された入
力信号に基づいてデータの書き込み或いは読出しをす
る。ここで、第2の入力初段回路中のディメンジョンが
大きく設定されたトランジスタによって、第2の入力初
段回路は、チップイネーブルの信号を高速に取り込む。
また、チップイネーブル信号が待期時には、内部回路は
非活性化し、第1の入力初段回路中のトランジスタは、
貫通電流を抑える。具体的には第1の入力初段回路より
も第2の入力初段回路を構成する各トランジスタのゲー
ト幅を大きく、またはゲート長を細く設定することによ
り、第2の入力初段回路中のトランジスタのディメンジ
ョンを、第1の入力初段回路に対して大きくする。従っ
て、前記課題を解決できるのである。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の実施例の半導体記憶装置の
構成ブロック図である。この半導体記憶装置は、CMO
Sで構成されたSRAMであり、複数のチップの内から
チップイネーブル信号によって選択されて動作する。図
1の半導体記憶装置には、選択時にTTLレベルの負論
理のチップイネーブル信号CE1/(但し、/は反転を
意味する)をCMOSレベルに変換する第2の入力初段
回路10と、この半導体記憶装置の動作中、信号CE1
/に対して相補的な信号となる正論理のチップイネーブ
ル信号CE2を入力する入力初段回路20と、活性化す
ることによって入力データDinを伝達する入力初段回
路30と、負論理のライトイネーブル信号WE/を入力
する入力初段回路40と、負論理のアウトプットイネー
ブル信号OE/を入力する入力初段回路50と、メモリ
セルアレイに対するアドレスADRを入力する複数個の
入力初段回路60とを、備えている。図1の半導体記憶
装置には、さらに、入力初段回路10の出力と、インバ
ータ71を介した入力初段回路20の出力とから、各入
力初段回路30,40,50,60を活性化させるNA
ND回路72が設けられている。各入力初段回路30,
40,50,60は第1の入力初段回路であり、チップ
イネーブル信号CE1/,CE2のレベルによってそれ
ぞれ活性化される。
【0008】この半導体記憶装置は、各入力初段回路3
0,40,50,60からの入力信号を入力してアクセ
ス動作をする内部回路100を備えている。内部回路1
00には、例えば、CMOSで構成されてデータを保持
するSRAMのメモリセルアレイ110と、入力初段回
路60からの行アドレス及び列アドレスをそれぞれデコ
ードする行アドレスデコーダ120及び列アドレスデコ
ーダ130と、入力初段回路30からのデータDinを
開閉する入力データ制御回路140と、各デコーダ12
0,130によって選定されたメモリセルに対して書き
込み用データ或いは読出し用データを入出力するR/W
入出力回路150と、アウトプットイネーブル信号OE
/とチップイネーブルCE/によって活性化して読出し
用データを外部へ出力するデータ出力制御回路160と
を備えている。入力初段回路10は、2入力のNAND
で構成され、その一方の入力端子T10からチップイネ
ーブル信号CE1/が入力されてTTLレベルの信号C
E1/を、CMOSレベルに変換する。入力端子T10
は、ドレインが接続されたCMOSのPMOS11及び
NMOS12のゲート電極に接続され、そのPMOS1
1のソースは、電源VCCに接続されている。また入力
初段回路10は、PMOS13及びNMOS14を有
し、PMOS13及びNMOS14のゲート電極には、
入力初段回路20の出力がインバータ71を介して入力
されている。PMOS13のソースは、PMOS11と
並列に電源VCC接続され、NMOS14のソースが、
接地電位VSSに接続されている。PMOS13とNM
OS14のドレインは、NMOS12を介して接続され
ている。
【0009】入力初段回路20は、選択時にチップイネ
ーブル信号CE1/に対して反転したTTLレベルの信
号CE2を入力端子T20から入力してCMOSレベル
に変換する回路であり、この入力初段回路20は、PM
OS21及びNMOS22のCMOSインバータで構成
されている。入力初段回路30は、2入力のNANDで
構成され、TTLレベルのデータDinを入力端子T3
0から入力し、他方の入力にはNAND72の出力信号
CE/が入力されている。入力端子T30は、ドレイン
同志が接続されたPMOS31及びNMOS32のゲー
ト電極に接続され、そのNMOS32のソースは、接地
電位VSSに接続されている。他方のPMOS33及び
NMOS34のゲート電極には、NANDゲート72の
出力が共通に入力されている。NMOS34のソース
は、NMOS32と並列に接地電位VSS接続され、P
MOS33のソースが、電源電位VCCに接続されてい
る。PMOS33とNMOS34のドレインは、PMO
S31を介して接続されている。各TTLレベルのライ
トイネーブル信号WE/、アウトプットイネーブル信号
OE/及びアドレスADRをそれぞれCMOSレベルに
変換する各入力初段回路40,50,60は、入力初段
回路30と同一の構成でトランジスタ41〜44,51
〜54,61〜64をそれぞれ有している。入力初段回
路10内の各トランジスタ11〜14のディメンジョン
は、入力初段回路20内のトランジスタ21,22或い
は入力初段回路30〜60内のトランジスタ31〜3
4,41〜44,51〜54,61〜64のディメンジ
ョンより大きく設定されている。即ち、入力初段回路3
0〜60内の各NMOSまたはPMOSは、入力初段回
路10内の各PMOS及びNMOSに対して、それぞれ
ゲート幅が大きくされているか、またはゲート長が細く
されている。
【0010】次に、図1の半導体記憶装置の動作を説明
する。複数のチップの内から選択されると、この半導体
記憶装置において入力端子T10にTTLレベルの
“L”のチップイネーブル信号CE1/が入力される。
この時、入力端子T20にはTTLレベルの“H”のチ
ップイネーブル信号CE2が入力される。チップイネー
ブル信号CE2は、入力初段回路20でCMOSレベル
に変換され、さらにインバータ71を介して反転され
る。このチップが選択されているときは、入力初段回路
10は、“H”を出力する。この時、NANDゲート7
2の2入力は、共に“H”であるので、NANDゲート
72からの“L”の出力CE/が各入力初段回路30,
40,50,60のPMOS33,43,53,63へ
入力される。これによって、各入力初段回路30,4
0,50,60が活性化される。活性化された各入力初
段回路30,40,50,60は、内部回路100中の
各回路へ信号或いはデータを伝達する。この結果、この
半導体記憶装置は、動作してメモリセルに対して書き込
みと読出しの動作を実施する。書き込み動作において、
アドレスADRが行アドレスデコーダ120と列アドレ
スデコーダ130に伝達され、アドレスADRは、各デ
コーダ120,130でデコードされる。デコードの結
果、メモリセルアレイ100中のワード線とビット線が
活性化され、所望のメモリセルが選択される。データD
inは、入力データ制御回路140に入力され、入力デ
ータ制御回路140は、ライトイネーブル信号WE/に
よって開閉してそのデータDinをR/W入出力回路1
50に伝える。R/W入出力回路150に入力されたデ
ータDinは、活性化されたビット線を介して所望のメ
モリセルに伝達されて書き込まれる。
【0011】読出し時にも、アドレスADRが行アドレ
スデコーダ120と列アドレスデコーダ130に伝達さ
れ、アドレスADRは、各デコーダ120,130でコ
ードされる。デコードの結果、メモリセルアレイ100
中のワード線とビット線が活性化され、所望のメモリセ
ルが選択される。メモリセルに保持されていたデータ
は、活性化されたビット線を介して、R/W入出力回路
150に伝達される。R/W入出力回路150に接続さ
れたデータ出力制御回路160が、チップイネーブル信
号CE/とアウトプットイネーブル信号OE/を受け
て、メモリセル読み出されたデータを外部へ出力する。
チップ非選択の場合、チップイネーブル信号CE1/に
“H”が入力されるか或いはチップイネーブル信号CE
2に“L”が入力される。そのため、各入力初段回路3
0,40,50,60が非活性状態となる。チップイネ
ーブル信号CE2に“L”が入力されているとき、入力
初段回路10も非活性状態となる。
【0012】次に、チップイネーブル信号を入力してか
ら、データが読み出されるまでのアクセス時間Tcoが
高速になる理由と、この半導体記憶装置の動作時の消費
電流である動作時電流ICA及び非選択時の消費電流で
あるスタンバイ電流ICSが低減される理由を説明す
る。(1)は、アクセス時間Tcoが高速になる理由を
示し、(2)は、動作時電流ICA及びスタンバイ電流
ICSが低い理由を示している。 (1)入力初段回路10の内のPMOS11,13及び
NMOS12,14のゲートのディメンジョンが大きく
されている。そのため、チップイネーブル信号CE1/
の取り込みスピードが速くなり、結果として、アクセス
時間Tcoが短縮されて高速となる。一方、TTLレベ
ルの信号をCMOSレベルに変化する場合、“L”から
“H”に変換するほうが“H”から“L”にするよりも
早い。チップイネーブル信号CE2は、選択時に“L”
から“H”となるので入力初段回路10での変換よりも
入力初段回路20でTTLレベルのチップイネーブル信
号CE2をCMOSレベルに変換するより方が速い。そ
のため、入力初段回路20のPMOS21及びNMOS
22のディメンジョンは、大きくする必要がない。 (2)半導体記憶装置が動作中、チップイネーブル信号
CE1/は、“L”である。チップイネーブル信号CE
1/が“L”で動作するように設定された半導体記憶装
置においては、入力初段回路10において、TTLレベ
ルの“L”が、入力された状態では、図4に示されたよ
うに、貫通する電流Iは小さい。なお、他の入力初段回
路20,30,40,50,60内のトランジスタのデ
ィメンジョンは、大きくされていないので、動作時電流
ICAは増加することはない。そのため、低消費電力化
が達成される。
【0013】一方、非選択時において、CMOSレベル
のチップイネーブル信号CE1/,CE2を入力する構
成の場合、入力がCMOSレベルであるので、入力初段
回路10の内のPMOS11,13及びNMOS12,
14のディメンジョンを大きくしても消費電流は少な
い。この時、各入力初段回路30,40,50,60
は、非活性状態となり、消費電流が流れない。このた
め、スタンバイ電流ICSが増加せず低消費電力であ
る。また、非選択時に、TTLレベルのチップイネーブ
ル信号CE1/,CE2を入力する構成の場合、この時
のチップイネーブル信号CE2を“L”と設定すれば、
入力初段回路10が非活性状態となる。そのため、消費
電流が流れず、低消費電力である。以上のように、本実
施例では、入力初段回路10中のPMOS11,13及
びNMOS12,14のディメンジョンを他の入力初段
回路20,30,40,50,60内のトランジスタの
ディメンジョンより大きくすることで、スタンバイ電流
ICS及び動作時電流ICAを増加させずに、アクセス
を高速化することができる。なお、本発明は、上記実施
例に限定されず種々の変形が可能である。その変形例と
しては、例えば、SRAMで構成された半導体記憶装置
は、ROMで構成された半導体記憶装置としても、同様
に、低消費電力の高速アクセスを実施することができ
る。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1及び第
2の発明によれば、第1及び第2の入力初段回路は、そ
れぞれCMOSインバータ、AND、及びNOR等で構
成し、かつ第1の入力初段回路を活性化する第2の入力
初段回路を構成するトランジスタのディメンジョンを、
第1の入力初段回路を構成するトランジスタよりも大き
く設定している。そのため、チップイネーブル信号の取
り込みスピードが速くなり、結果的に半導体記憶装置の
アクセスが速くすることができる。また、第2の入力初
段回路を構成するトランジスタのディメンジョンを大き
くしていても、第1の入力初段回路中のトランジスタの
ディメンジョンは、大きくされていないので、例えば動
作時に、第2の入力初段回路がTTLレベルのチップイ
ネーブル信号の“L”を入力して活性化する構成とすれ
ば、動作時の消費電流が増加することがない。さらに、
非選択時に、CMOSレベル信号を第2の入力初段回路
へ入力する構成或いは第2の入力初段回路を非活性にす
る回路を設けておけば、消費電流の低減がはかれる。即
ち、低消費電力を確保した状態で、高速アクセスを可能
とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体記憶装置を示す構成ブ
ロック図である。
【図2】従来の入力初段回路を示す回路図である。
【図3】図2の入・出力信号を示す図てある。
【図4】図2の動作波形と消費電流を示す図である。
【符号の説明】
10 第2の入力初段回路 30〜60 第1の入力初段回路 100 内部回路 110 メモリセルアレイ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データを記憶するメモリセルアレイを有
    する内部回路と、 外部からの前記内部回路に対する信号のうち、TTLコ
    ンパチブルなレベルのチップイネーブル信号をCMOS
    レベルに変換する第2の入力初段回路と、 前記内部回路に対する信号のうち、前記チップイネーブ
    ル信号以外の複数のTTLコンパチブルなレベルの入力
    信号をCMOSレベルに変換し、該内部回路へ入力する
    複数の第1の入力初段回路とを備え、 CMOSで構成された半導体記憶装置において、 前記第1及び第2の入力初段回路は、それぞれCMOS
    回路で構成し、かつ該第2の入力初段回路を構成するト
    ランジスタのディメンジョンを、第1の入力初段回路を
    構成するトランジスタよりも大きく設定したことを特徴
    とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の入力初段回路を構成するトラ
    ンジスタは、前記第1の入力初段回路を構成するトラン
    ジスタに対してゲート幅を大きく、またはゲート長を細
    く設定したことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶
    装置。
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