상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 데이터가 저장되는 코어 영역 상에서 복수의 뱅크 사이에 연결되어 데이터를 전달하는 제1 입출력 라인과; 제어회로가 포함된 페리 영역 상에서 데이터가 입출력되는 데이터 패드에 연결되어 데이터를 전달하는 제2 입출력 라인과; 상기 제1 입출력 라인과 상기 제2 입출력 라인 사이에 연결되고, 리드 명령에 따라 인에이블되는 리드 인에이블 신호에 응답하여 제1 풀업신호 및 제1 풀다운신호를 생성하고, 상기 제1 풀업신호 및 제1 풀다운신호에 의해 상기 제2 입출력 라인을 구동하는 제1 리피터 및; 상기 제1 입출력 라인과 상기 제2 입출력 라인 사이에 연결되고, 라이트 명령에 따라 인에이블되는 라이트 인에이블 신호에 응답하여 제2 풀업신호 및 제2 풀다운신호를 생성하고, 상기 제2 풀업신호 및 제2 풀다운신호에 의해 상기 제1 입출력 라인을 구동하는 제2 리피터를 포함하는 고집적 반도체 장치를 제공한다.
본 발명에서, 상기 제1 리피터는 상기 리드 인에이블 신호를 소정 구간 지연시키는 지연부와; 상기 지연부의 출력신호에 응답하여, 상기 제1 입출력 라인의 신호를 버퍼링하여 전달하는 전달부 및; 상기 전달부로부터 전달된 신호를 버퍼링하여 상기 제2 입출력 라인으로 출력하는 버퍼부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 지연부는 인버터체인으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 전달부는 상기 제1 입출력 라인의 신호를 버퍼링하는 버퍼와; 상기 지연부의 출력신호에 응답하여 상기 버퍼의 출력신호를 풀-업신호로 전달하는 제1 전달소자 및; 상기 지연부의 출력신호에 응답하여 상기 버퍼의 출력신호를 풀-다운신호로 전달하는 제2 전달소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 버퍼는 인버터이고, 상기 제1 및 제2 전달소자는 전달게이트인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 버퍼부는 상기 제1 풀-업신호를 입력받아 상기 제2 입출력 라인을 풀-업 구동하는 풀-업소자 및; 상기 제1 풀-다운신호를 입력받아 상기 제2 입출력 라인을 풀-다운 구동하는 풀-다운소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 풀-업소자는 PMOS 트랜지스터이고, 상기 풀-다운소자는 NMOS 트랜지스터인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제1 리피터는 상기 지연부의 출력신호에 응답하여, 상기 제1 풀-업신호를 풀-업 구동하는 풀-업소자 및; 상기 지연부의 출력신호에 응답하여, 상기 제1 풀-다운신호를 풀-다운 구동하는 풀-다운소자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제1 리피터는 상기 버퍼부의 출력신호를 래치하는 래치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제2 리피터는 상기 라이트 인에이블 신호를 소정 구간 지연시키는 지연부와; 상기 지연부의 출력신호에 응답하여, 상기 제2 입출력 라인의 신호를 버퍼링하여 전달하는 전달부와; 상기 전달부로부터 전달된 신호를 버퍼링하 여 상기 제1 입출력 라인으로 출력하는 버퍼부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 데이터가 저장되는 코어 영역 상에서 복수의 뱅크 중 일부 뱅크에 연결되어 데이터를 전달하는 제1 입출력 라인과; 페리 영역 상에서 데이터가 입출력되는 데이터 패드에 연결되어 데이터를 전달하는 제2 입출력 라인 및; 상기 제1 입출력 라인과 상기 제2 입출력 라인 사이에 연결되고, 리드 또는 라이트 명령에 따라 인에이블되는 인에이블 신호에 응답하여 풀업신호 및 풀다운 신호를 생성하고, 상기 풀업신호 및 풀다운 신호에 의해 상기 제1 입출력 라인 및 상기 제2 입출력 라인을 구동하여, 상기 제1 입출력 라인 및 상기 제2 입출력 라인 사이의 데이터 교환을 가능하도록 하는 리피터부를 포함하는 고집적 반도체 장치를 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 고집적 반도체 장치는 글로벌 입출력 라인(GIO)을 코어(Core) 영역 상의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 페리(Peri) 영역 상의 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 분리하여 글로벌 입출력 라인(GIO)의 전체 길이를 줄임으로써, 글로벌 입출력 라인(GIO)을 통해 데이터가 전달(transition)되는데 필요한 시간 및 전류 소모를 줄이고 있다. 또한, 분리된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO) 사이에 리드와 라이트 명령에 따라 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO) 간의 데이터 교환을 가능하게 하는 리피 터(Repeater)를 구비함으로써, 리드/라이트 동작에서 동일한 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO) 사이의 데이터 교환을 가능하도록 하고 있다. 이에 따라 리드/라이트 동작별로 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)을 구비할 필요가 없어져, 칩 크기를 줄일 수 있게 되었다.
도 1은 고집적 반도체 장치의 구성을 도시한 것으로, 4 비트 프리페치(Prefetch) 동작을 수행하고, 8개의 뱅크로 구성된 2G DDR2 디램의 구조이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 고집적 반도체 장치는 데이터가 저장되는 코어 영역 상에서 제1 내지 제8 뱅크(Bank 0-7) 사이에 연결되어 데이터를 전달하는 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과; 제어회로가 포함된 페리 영역 상에서 데이터가 입출력되는 데이터 패드(DQ)에 연결되어 데이터를 전달하는 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)과; 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO) 사이에 연결되고, 리드 또는 라이트 명령에 따라 인에이블되는 인에이블 신호(MGIO_P. LGIO_P)에 응답하여 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO) 사이에 데이터 교환을 가능하도록 하는 제1 내지 제4 리피터(1-4, GIO Rep)를 포함한다.
제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 메모리 셀이 구비되어 있는 코어(Core) 영역 상에서, 제1 내지 제8 뱅크(Bank 0-7)와 제1 내지 제4 리피터(1-4)에 연결된다. 구체적으로, 제1 뱅크(Bank 0)와 제2 뱅크(Bank 1) 간에 상호 공유되어 연결된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 제1 리피터(1)에 연결된다. 제3 뱅크(Bank 2)와 제4 뱅크(Bank 3)에 각각 연결된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 제2 리피터(2)에 연 결된다. 제5 뱅크(Bank 4)와 제6 뱅크(Bank 5) 간에 상호 공유되어 연결된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 제3 리피터(3)에 연결된다. 그리고, 제7 뱅크(Bank 6)와 제8 뱅크(Bank 7)에 각각 연결된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 제4 리피터(4)에 연결된다.
제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)은 메모리 셀을 제어하는 제어회로와, 데이터가 입/출력되는 데이터 패드(DQ) 등이 구비되어 있는 페리(Peri) 영역 상에서, 제1 내지 제4 리피터(1-4)와 데이터 패드(DQ)에 연결되어, 데이터 패드(DQ)로 입력된 데이터를 전달하거나, 데이터 패드(DQ)로 데이터를 출력한다.
본 실시예의 글로벌 입출력 라인(GIO)은 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 분리되어 각각 코어 영역과 페리영역에 배치된다. 이에 따라, 분리된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 길이는 최대 8000μm 정도로 짧아져, 글로벌 입출력 라인(GIO)을 통해 데이터가 천이(transition)하는데 소모되는 시간 및 전류를 감소시킬 수 있다.
본 실시예의 2G DDR2 디램은 각 뱅크별로 각각 8개씩의 메인앰프 출력을 가지며, 4 비트 프리페치(Prefetch) 동작을 수행하는 경우 4개의 데이터를 병렬로 처리하게 되므로, 32개의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO) 및 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)이 필요하다. 따라서, 리드 또는 라이트 시 동작하는 메인 앰프의 수는 뱅크당 32개이며, 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO) 및 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)에 연결되는 제1 내지 제4 리피터(1-4)도 32개로 구성된다.
제1 내지 제4 리피터(1-4)는 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)와 라이 트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)로 구성된다.
리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)는 리드 명령에 따라 인에이블되는 리드 인에이블 신호(MGIO_P)를 소정 구간 지연시키는 인버터 체인(IV21, IV22)로 구성된 지연부(22)와; 지연부(22)의 출력신호에 응답하여, 인버터(IV24)를 통해 버퍼링된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 신호를 전달하여 풀-업 신호(PU_R)를 생성하는 제1 전달소자(T21)와 인버터(IV25)를 통해 버퍼링된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 신호를 전달하여 풀-다운 신호(PD_R)를 생성하는 제2 전달소자(T22)로 구성된 전달부(24) 및; 풀-업 신호(PU_R)에 응답하여 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)을 풀-업 구동하는 PMOS 트랜지스터(P22)와, 풀-다운 신호(PD_R)에 응답하여 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)을 풀-다운 구동하는 NMOS 트랜지스터(N22)로 구성된 버퍼부(26)를 포함하여 구성된다. 또한, 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)는 지연부(22)의 출력신호(PP_R)에 응답하여 풀-업 신호(PU_R)를 풀-업 구동하는 PMOS 트랜지스터(P21)와, 지연부(22)의 출력신호를 인버터(IV23)를 통해 반전시킨 신호(PN_R)에 응답하여 풀-다운 신호(PD_R)를 풀-다운 구동하는 NMOS 트랜지스터(N21) 및, 버퍼부(26)의 출력신호를 래치하는 복수의 인버터(IV26, IV27)로 구성된 래치를 포함한다.
라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)는 라이트 명령에 따라 인에이블되는 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)를 소정 구간 지연시키는 인버터 체인(IV31, IV32)로 구성된 지연부(32)와; 지연부(32)의 출력신호에 응답하여, 인버터(IV34)를 통해 버퍼링된 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 신호를 전달하여 풀-업 신호(PU_W) 를 생성하는 제1 전달소자(T31)와, 인버터(IV35)를 통해 버퍼링된 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 신호를 전달하여 풀-다운 신호(PD_W)를 생성하는 제2 전달소자(T32)로 구성된 전달부(34) 및; 풀-업 신호(PU_W)에 응답하여 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)을 풀-업 구동하는 PMOS 트랜지스터(P32)와, 풀-다운 신호(PD_W)에 응답하여 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)을 풀-다운 구동하는 NMOS 트랜지스터(N32)로 구성된 버퍼부(36)를 포함하여 구성된다. 또한, 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)는 지연부(32)의 출력신호(PP_W)에 응답하여 풀-업 신호(PU_W)를 풀-업 구동하는 PMOS 트랜지스터(P31)와, 지연부(32)의 출력신호를 인버터(IV33)를 통해 반전시킨 신호(PN_W)에 응답하여 풀-다운 신호(PD_W)를 풀-다운 구동하는 NMOS 트랜지스터(N31) 및, 버퍼부(36)의 출력신호를 래치하는 복수의 인버터(IV36, IV37)로 구성된 래치를 포함한다.
이와 같이 구성된 고집적 반도체 장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 도1의 제1 뱅크(Bank 0)에 저장된 데이터(Q3)에 대한 리드 명령이 입력된 경우를 예를 들어 설명한다. 제1 뱅크(Bank 0)에 대한 리드 명령이 입력되면 뱅크 액티브 신호가 인에이블 되어 제1 뱅크(Bank 0)가 액티브된다. 컬럼 선택 신호에 의해 데이터(Q3)가 저장된 컬럼이 선택되고, 선택된 컬럼에 저장된 데이터(Q3)는 메인 앰프(Main Amplifier)에 의해 증폭된 후 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)에 실리게 된다. 상기 리드 동작은 통상적인 디램에서와 동일하다.
제1 뱅크(Bank 0)에 대한 리드 명령이 입력되면 리드 인에이블 신호(MGIO_P)가 인에이블된다. 여기서, 리드 인에이블 신호(MGIO_P)는 메인 앰프를 인에이블 시키는 인에이블 신호와 동일한 클럭에 동기되며, 뱅크 정보를 포함한다. 앞서 살펴본 바와 같이, 본 실시예는 8개씩의 메인앰프 출력을 가지며, 4 비트 프리페치(Prefetch) 동작을 수행하는 2G DDR2 디램에 관한 것이므로 제1 뱅크(Bank 0)는 32개의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 연결되어 있다. 제1 뱅크(Bank 0)와 제2 뱅크(Bank 1)는 동일한 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)을 공유하므로, 제1 및 제2 뱅크(Bank 0, Bank 1)와 제1 리피터(1)를 연결하는 데 필요한 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 수를 줄일 수 있다.
또한, 각각의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)은 도2 및 도3에서 도시한 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)와 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)에 연결되어 있다. 여기서, 제1 뱅크(Bank 0)에 대한 리드 명령이 입력되면 리드 인에이블 신호(MGIO_P)가 인에이블된다. 인에이블된 리드 인에이블 신호(MGIO_P)는 제1 뱅크(Bank 0)의 선택된 컬럼과 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)으로 연결된 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)를 동작시킨다. 이하, 도2를 참고하여 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)의 동작을 좀 더 구체적으로 살펴본다.
우선, 리드 인에이블 신호(MGIO_P)가 로우레벨로 디스에이블 상태이면 노드a1은 로우레벨이 되고, 노드a2는 하이레벨로 된다. 따라서, 전달게이트(T21, T22)는 턴오프되고, PMOS 트렌지스터(P21) 및 NMOS 트랜지스터(N21)은 턴-온되어, 노드a3는 하이레벨이 되고 노드a4는 로우레벨이 된다. 결국, PMOS 트렌지스터(P22) 및 NMOS 트랜지스터(N22)는 턴-오프되므로 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 데이터가 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 전달되지 않는다.
한편, 리드 인에이블 신호(MGIO_P)가 하이레벨로 인에이블되면 노드a1은 하이레벨이 되고, 노드a2는 로우레벨이 된다. 따라서, 전달게이트(T21, T22)는 턴온되고, PMOS 트렌지스터(P21) 및 NMOS 트랜지스터(N21)은 턴-오프되어, 노드a3 및 노드a4로 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 반전신호가 전달된다. 결국, 버퍼부(20)는 노드a3 및 노드a4로 입력된 신호를 반전시켜 출력하므로 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 데이터가 전달된다.
이상 설명한 바와 같이, 리드 인에이블 신호(MGIO_P)의 인에이블에 의해 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)의 데이터가 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 전달된다. 따라서, 제1 뱅크(Bank 0)에서 선택된 컬럼에 저장된 데이터(Q3)는 32개의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO) 중 선택된 컬럼에 연결된 라인을 타고 전달되며, 데이터(Q3)가 이동하는 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 연결되는 제1 리피터(1) 내부의 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)는 인에이블되어 데이터(Q3)를 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 전달한다. 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)에 전달된 데이터(Q3)는 데이터 패드(DQ)를 통해 출력된다.
다음으로, 도1의 제2 뱅크(Bank 1)에 저장된 데이터(Q3)에 대한 라이트 명령이 입력된 경우를 예를 들어 설명한다. 제2 뱅크(Bank 1)에 대한 라이트 명령이 입력되면 뱅크 액티브 신호가 인에이블 되어 제2 뱅크(Bank 1)가 액티브된다. 데이터 패드(DQ)를 통해 데이터(Q3)가 입력되면 데이터는 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)에 실리게 된다.
제2 뱅크(Bank 1)에 대한 라이트 명령이 입력되면 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)가 인에이블된다. 여기서, 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)는 메인 앰프를 인에이블 시키는 인에이블 신호와 동일한 클럭에 동기되며, 뱅크 정보를 포함한다.
또한, 각각의 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)은 도2 및 도3에서 도시한 리드용 글로벌 입출력 라인 리피터(20)와 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)와 연결되어 있다. 여기서, 제2 뱅크(Bank 1)에 대한 라이트 명령이 입력되면 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)가 인에이블된다. 인에이블된 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)는 데이터 패드(DQ)와 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)으로 연결된 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)를 동작시킨다. 이하, 도3을 참고하여 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)의 동작을 구체적으로 살펴본다.
라이트 인에이블 신호(LGIO_P)가 로우레벨로 디스에이블 상태이면 노드b1은 로우레벨이 되고, 노드b2는 하이레벨이 된다. 따라서, 전달게이트(T31, T32)는 턴오프되고, PMOS 트렌지스터(P31) 및 NMOS 트랜지스터(N31)은 턴-온되어, 노드b3는 하이레벨이 되고 노드b4는 로우레벨이 된다. 결국, PMOS 트렌지스터(P32) 및 NMOS 트랜지스터(N32)는 턴-오프되므로 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 데이터가 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)으로 전달되지 않는다.
한편, 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)가 하이레벨로 인에이블되면 노드b1은 하이레벨이 되고, 노드b2는 로우레벨이 된다. 따라서, 전달게이트(T31, T32)는 턴 온되고, PMOS 트렌지스터(P31) 및 NMOS 트랜지스터(N31)은 턴-오프되어, 노드b3 및 노드b4로 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 반전신호가 전달된다. 결국, 버퍼부(20)는 노드b3 및 노드b4로 입력된 신호를 반전시켜 출력하므로 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)으로 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 데이터가 전달된다.
이상 설명한 바와 같이, 라이트 인에이블 신호(LGIO_P)의 인에이블에 의해 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)의 데이터가 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)으로 전달된다. 따라서, 데이터 패드(DQ)를 통해 입력된 데이터(Q3)는 32개의 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO) 중 데이터(Q3)가 입력되는 데이터 패드(DQ)에 연결된 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)을 통해 전달된다. 그리고, 데이터(Q3)가 이동하는 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)과 연결되는 제1 리피터(1) 내부의 라이트용 글로벌 입출력 라인 리피터(30)는 인에이블되어 데이터(Q3)를 제1 글로벌 입출력 라인(LGIO)으로 전달한다. 제2 글로벌 입출력 라인(MGIO)에 전달된 데이터(Q3)는 앞서, 뱅크 액티브 신호에 의해 액티브된 제2 뱅크(Bank 1)의 선택된 컬럼에 저장된다.