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JP3099931B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3099931B2
JP3099931B2 JP05242932A JP24293293A JP3099931B2 JP 3099931 B2 JP3099931 B2 JP 3099931B2 JP 05242932 A JP05242932 A JP 05242932A JP 24293293 A JP24293293 A JP 24293293A JP 3099931 B2 JP3099931 B2 JP 3099931B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、バーストデータ転送
を行う半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図10に示すような基本的な構成の従来
のDRAMにおいては、図11に示すように、ワード線
により選択されたメモリセルから読み出されたデータは
ビット線を介してセンスアップに与えられ、センスアッ
プによってセンス増幅された1対のデータは、カラムセ
レクト線CSLの信号により導通制御される1対のFE
T101を介して出力バッファへと読み出される。
【0003】このようなDRAMに対して、従来のシン
クロナスDRAM(SDRAM)のひとつのアーキテク
チャの一部構成を図12に示す。図12に示す構成はひ
とつのデータ入出力に対してシンクロナス動作を行うた
めのデータ転送の経路を示したものである。以下簡単に
動作を説明する。
【0004】一連のシリアルデータの出力に際して、先
頭のデータのアドレスが与えられるとカラムセレクト線
CSL1〜2の対応する隣接した2つのCSLが選択さ
れて、4つのデータが4ペアのDB線に読み出される。
2クロックサイクルの内に同時に2カラムから読み出さ
れたデータがシリアルに出力されるのがSDRAMの2
ビットプリフェッチのシステムであるから、この4ペア
のDB線からシリアルアクセスのアドレッシングに合う
2ペアのDB線が選択される。この選択を行うのがDB
セレクトである。
【0005】選ばれた2ペアのDB線のデータは2ペア
のRWD線に転送される。2ペアのRWD線のデータ
は、最初の2サイクルのデータについてはレジスタR
1,R2に格納され、次の2サイクルのデータはR3,
R4に格納される。この際、RWD線のデータをどの順
序でレジスタに格納するのかを決めるのがRWDスイッ
チ1,2である。このスイッチを経てデータは2サイク
ル毎に交互に開くレジスタトランスファゲート1,2に
よってレジスタR1〜R4にアクセス順に格納されて高
速なデータ出力が実現される。
【0006】図12に示すRWDスイッチ1,2及びレ
ジスタトランスファゲート1,2は、例えばFETから
なるゲートにより構成され、レジスタR1,R4に格納
されたデータは、例えば図13に示すように、シフトレ
ジスタ102の各出力に対応して導通制御されるFET
ゲート103を介して出力バッファへと読み出される。
【0007】上述したデータ転送の状態を時間を追って
みたのが図14のタイミング図である。図14ではバー
スト長8、アドレス設定からのレイテンシー3のデータ
転送を示している。
【0008】図14には図12の各部の状態が示されて
いるが、これを順を追って説明する。
【0009】まず、クロックサイクル(CLK)におい
て/CASがLになり、一連のバーストデータの先頭の
アドレスが設定されアクセスが開始される。先頭のアド
レスが決まると後はデータのバーストアクセスのアドレ
ッシング順に従って2サイクル毎に内部アドレスが発生
されて2本ずつのカラムセレクト線CSLが立ち上がり
アクセス動作を行う。
【0010】カラムセレクト線CSLが立ち上がるとD
B線ペアはすぐにbusy状態になる。DB線ペアにデ
ータが充分確定した頃DBセレクタが作用して4ペアの
DB線の2ペアからデータをRWD線ペアに転送して、
RWD線を2サイクル毎にbusy状態にする。RWD
線に充分データを確定すると、RWDスイッチ及びレジ
スタトランスファゲート1または2の一方が動作して
レジスタにデータを格納する。
【0011】この動作の際に、RWDスイッチはバース
トデータのアドレッシングにより1または2の適当な方
が選択されてオン、レジスタトランスファゲートの方は
常に1と2が交互にオンしてデータをレジスタに格納し
ていく。それぞれのレジスタトランスファゲートがオン
するとすぐにレジスタの内容は書き換えられてbusy
状態となりOUTPUTからデータがシリアルに出力さ
れる。
【0012】これらのバーストデータ転送の制御の際、
内部の動作は2クロックサイクルを周期として行われる
ために、一連のデータバーストのアクセスが終了した後
の新たなバーストアクセスの開始クロックサイクルには
制限がでてくる。バースト終了後任意のサイクルから新
たなアクセスを開始しようとするには制限がでてくる。
バースト終了後任意のサイクルから新たなアクセスを開
始しようとする、クロック周期の制御を一旦リセットし
て新たに2クロックサイクルを開始する必要がある。
【0013】このために、一連のバーストアクセスが終
了してこのバーストのアクセスの制御が不要になった時
点でデータバースト終了信号を内部で発生する。この信
号が発生しているクロックサイクルから制御系をリセッ
トする。図14ではクロックサイクル9である。リセッ
トが終了しなければ新たなバーストサイクルは開始でき
ないのと、リセットには十数nsの時間が必要であるた
め、新たな開始アドレスの設定はクロックサイクル11
からとなる。このため、クロックサイクル9と10は新
たなバーストアクセスの設定はできない。したがって、
図14の太い点線からの新たなバーストデータの出力は
できず、細い点線のみからのデータ出力となる。
【0014】
【0015】
【0016】
【発明が解決しようとする課題】一方、従来のシンクロ
ナスDRAMにおいては、多バンク構成のセルアレイと
データ転送系統とが最適に配置されておらず、チップ面
積の大型化を招いていた。
【0017】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、多バンクの構成のセルア
レイとデータ転送系統との配置構成の最適化することに
より、チップ面積の大型化を防止し得る半導体装置を提
供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、行列状に配置されたセルからなる複数の
セルアレイと、前記複数のセルアレイとの間で同時にn
ビットのデータを入出力する複数の入出力(I/O)バ
スとを有し、前記複数のセルアレイは、それぞれ非同期
にアクセスできる複数のバンクに分割され、前記各バン
クは、複数のセルアレイを有するm個のブロックに分割
され、前記nビットのI/Oバスは、前記各バンクのm
個のブロックに対応して、n/mビット毎にm個にグル
ープ化され、各グループは異なるバンクの対応するブロ
ックの相互間に配置されて共有され、前記各ブロック
は、隣接するセルアレイにより共有され、時分割で使用
されるデータバスを有し、このデータバスを介してセル
アレイと前記n/mビットのI/Oバスとの間でデータ
が入出力される。
【0019】前記n=8、m=2又は4として、2又は
4個のブロックに分割されてなるバンク間で8ビットの
I/Oバスが共通化され、それぞれのブロックに4ビッ
ト又は2ビットのI/Oバスが対応してなることを特徴
とする。
【0020】前記それぞれのI/Oバスに対応したI/
Oバッファは、対応するI/Oパッドに隣接して配置さ
れてなることを特徴とする。
【0021】また、本発明は、行列状に配置された複数
のセルを含む複数のセルアレイが第1の方向に配列され
たブロックが前記第1の方向にm個配置され、これらm
個のブロックが前記第1の方向と直交する第2の方向に
複数個配置された複数のバンクと、前記複数のセルアレ
イのうち隣接するセルアレイにより共有され、前記隣接
するセルアレイのうち活性化された一方のセルアレイと
データを入出力するデータバスと、前記複数のバンクの
相互間に配置され、隣接するバンクにより共有され、前
記各隣接するバンクのうち活性化された一方のバンクと
の間でデータを入出力するnビットのI/Oバスとを有
し、前記nビットのI/Oバスは、前記各バンクのm個
のブロックに対応して、n/mビット毎にm個のグルー
プとされ、各グループは各ブロックに対応して配置され
る。
【0022】さらに、本発明は、行列状に配置されたセ
ルからなる複数のセルアレイと、前記複数のセルアレイ
との間で同時にnビットのデータを入出力する複数の入
出力(I/O)バスとを有し、前記複数のセルアレイ
は、第1の方向にそれぞれ非同期にアクセスできる複数
のバンクに分割され、前記各バンクは、複数のセルアレ
イを有し、前記第1の方向と直交する第2の方向にのみ
m個のブロックに分割され、前記nビットのI/Oバス
は、前記各バンクのm個のブロックに対応して、n/m
ビット毎にm個にグループ化され、各グループは異なる
バンクの対応するブロックで共有され、前記各ブロック
は、隣接するセルアレイにより共有され、時分割で使用
されるデータバスを有し、このデータバスを介してセル
アレイと前記n/mビットのI/Oバスとの間でデータ
が入出力される。
【0023】
【作用】本発明は、各バンクをm個のブロックに分割
し、nビットのI/Oバスをm個のブロックに対応し
て、n/mビット毎にm個に分割し、各ブロックに対応
して配置している。したがって、バンク間などで時分割
使用可能なI/Oバスをセルアレイ、バンクで共有でき
るため、チップ面積の増大を防止できる。
【0024】
【0025】
【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。
【0026】図1は、本発明の一実施例に係わるシンク
ロナスDRAMの構成を示す図である。
【0027】図1に示す実施例では、具体的に64M
(メガ)ビット構成のシンクロナスDRAMを考え、図
1は64MシンクロナスDRAMを4096行×512
列×8I/O4バンクとして構成した実施例である。
【0028】各バンクは1Mビットのアレイペア1が8
つの二つのブロックから構成される。更に詳しくは、こ
の1Mビットのセルアレイペア1はセンスアンプを挟ん
だ1024列×512行セルアレイ2つによって構成さ
れている。各バンクにおいて、各ブロックは4I/Oづ
つのデータバス2を持っている。このようにバンクを2
つのブロックに分けて半分づつのI/Oに対応さるこ
とで4I/O分のバスで8I/Oに対応できる。
【0029】また、セルアレイの活性化は例えばバンク
1の場合は斜線の入った1Mセルアレイペア1が活性化
されて、各セルアレイペア1が2I/Oづつのデータに
対応する。I/Oバス2は4I/Oづつで構成されてお
り、隣接する二つのバンク間で共用される。これは、シ
ンクロナスDRAMの仕様上二つのバンクと同時にデー
タ転送を行うことはないからである。
【0030】次に、セルアレイとI/Oバスの間のデー
タ転送路についてその構成を説明する。図2は図1のセ
ルアレイペア1(斜線部)の詳細な構成を示した図であ
る。
【0031】図2において、セルアレイ3は1024列
×512行からなり、センスアンプ(S/A)4は両側
のセルアレイ3に共有されて活性化されたセルアレイ3
のセンス動作を行う。選択された活性化されたセルアレ
イ3の両側に並ぶS/A4がこのセルアレイ3のビット
線のセンス動作を行う。データバス線のDB11、1
2、13、14、21、22、23、24のペアはセル
アレイ3の間に4ペアあり、これから2ペアがDBセレ
クタ5によって選択されてデータ転送が行われるのは図
12の説明と同じである。
【0032】なお、図2には示されていないが、点線で
表示したビット線6とS/A4の接続は活性化されてい
ないセルアレイのものとは切り離されるようなスイッチ
回路がビット線とS/Aの間に挿入されている。
【0033】ひとつのセルアレイ3のビット線6は二つ
づつ左右に振り分けられて異なるI/Oを構成してい
る。カラムセレクト線CSL1とCSL2はクロックサ
イクル毎に同時に選択される隣接した2つのカラム選択
線を表している。これによって、セルアレイ3の両側に
ある各I/Oに4ペアづつのDB線がS/A4と接続さ
れる。
【0034】次に、I/Oバスを構成するRWD線との
接続の様子を図3に示す。図3は図1の点線で囲まれた
部分に対応している。
【0035】図3ではバンク1とバンク2に共有の各I
/OのRWD線が示されている。バンク1の斜線部1が
選択活性化されているとしている。セルアレイ1の詳細
は拡大して示してあるように、一つおきに二つのセルア
レイ3が活性化されている。活性化されるDBセレクタ
5も斜線で示したが、バンクを構成する図示された半分
のブロックでは端から順にI/O1,2,3,4のRW
D線に接続されている。また、図示されていないバンク
の残りの半分のブロックではI/O5,6,7,8のR
WD線に接続されている。DB線が両側のセルアレイ3
で共用されているのでセルアレイ3の活性化は一つおき
に行うことによって、このようなデータ転送経路の接続
を行えば,各I/Oのアドレスをセルアレイに無駄なく
割り付けることができる。
【0036】したがって上記実施例のセルアレイ、デー
タ転送線経路の構成によれば、バンクをブロックに分け
てI/Oの割り付けを2分し、時分割使用不可能なデー
タバスは空間的になるべく局在して分離し、バンク間な
どで時分割使用可能なデータバスはデータ転送経路がセ
ルアレイ、バンクなどで共有し、データ転送経路による
システムの面積増加を最小に抑えて大容量のシンクロナ
スDRAMを構成できる。
【0037】なお、上記実施例では1つのバンクを2分
割したが、例えば図4に示すように、1つのバンクを4
つのブロックに分割して、それぞれのブロックに2I/
Oバスを対応させるようにしてもよい。
【0038】また、図1に示す配置構成において、それ
ぞれのI/Oバス2に対応したI/Oバッファ(図示せ
ず)は、図5に示すように、I/Oバッド(図示せず)
に隣接させてパッドの配置領域6内に設けるようにすれ
ば、I/OバッファとI/Oパット間の配線経路が短縮
されて、チップ面積の縮小化を図ることが可能となる。
【0039】図6は、データの転送を制御する内部クロ
ックについて従来例において説明したリセットによる制
限の緩和のためのアーキテクチャを示すものであり、内
部動作を制御するクロックの系統のブロック図である。
【0040】図6において、太い線で示されているのが
一つの信号経路であり、この系統の一連の動作が終わる
と点線のようにリセット及び切り替え信号が各ブロック
に伝えられる。
【0041】外部クロックCLKはスイッチS1を経
て、図12に示すレジスタR1〜R4の出力を制御する
信号を生成する内部クロック系1に伝えられる。内部ク
ロック系1は外部信号/CAS信号を受けて制御用の内
部クロックを外部クロックCLKから発生する。内部ク
ロックはスイッチW1を通り、データのアクセスのバー
ストを制御するバースト制御部7を駆動する。
【0042】一連のバーストアクセスがバースト制御部
7によって終了するか、又はバーストアクセスを途中で
中断させるバーストインタラプト信号が外部から入力さ
れると、END信号がバースト制御部7からリセット及
び切り替え信号を発生するブロックES8に出力され
る。ブロックES8はEND信号を受ける度に交互に信
号R1または信号R2を出力する。図6では、信号R1
が立ち上がる場合を示した。この時信号R2は立ち下が
る。これによって、スイッチS1はオフ、スイッチS2
はオンし、内部クロック系1はリセット状態に入り内部
クロック系2は待機状態になる。
【0043】次に、/CAS信号が入力されると、外部
クロックCLKに従いいつでも内部クロック系2は動作
可能となる。また、スイッチW1はオフしスイッチW2
はオンとなる。これにより、次のバースト制御は内部ク
ロック系2から行われることになる。
【0044】このように、今まで使用していた内部クロ
ック系統のリセット終了を待たずに次の動作を他の内部
クロック系統を使用して行うことができるために、従来
のような制限は生じない。
【0045】図6に示すスイッチS1,S2,W1,W
2内部クロック系1,2及びバースト制御部7は、例え
ば図7に示すように構成されており、スイッチS1,S
2,W1,W2は相補型のFETからなり,内部ブロッ
ク系1,2は、レジスタR1〜R4からデータを出力制
御するトランスファゲート9を順次導通制御する制御信
号を生成するシフトレジスタ10と、シフトレジスタ1
0で生成された内部クロック系1又は内部クロック系2
の制御信号をブロックES8から出力される切換え信号
R1又はR2により選択してトランスファゲート9に与
えるトランスファゲート11とからなり、バースト制御
部7は、一連のバーストデータ転送の長さをカウントし
て終了を判別するカウンタ12と、カウンタ12の出力
又はバーストインタラプト信号の入力によりEND信号
を出力するORゲート13とから構成されている。
【0046】また、ブロックES8は、例えば図8に示
すように構成されており、図8に示すクロックトイン
ータ14はそこの記入されている信号が立ち上がるとイ
ンバータとして作用し、立ち下がると出力が高インピー
ダンスになる。/ENDはEND信号の相補的な信号で
あるから、END信号が供給される度に信号R1とR2
が図9に示すように交互に立ち上がる。
【0047】このように、データ転送を制御する内部ク
ロック系統を2系統設け、これを交互に使用することに
よってクロック系統のリセットに掛かる時間によるデー
タ転送に関する制限を無くすことができる。また、図1
に示す構成と組み合わせることで、システムに必要な面
積を小さくすることによるコスト低下と、データ転送に
関わる制限の緩和による使い勝手のよさと合わせ持った
大容量SDRAMを提供できる。
【0048】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
バンクを複数のブロックに分割してI/Oバスをそれぞ
れのブロックに対応して分割し、I/Oバスを隣接する
バンク間で共通化するとともに、データバスを隣接する
セルアレイ間で共通化するようにしたので、バンク化さ
たセルアレイとデータ転送機構との最適な配置構成が
可能となり、構成の小型化を達成することができる。
【0049】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる半導体装置の構成を
示す図である。
【図2】図1に示すセルアレイとデータバスの関係を示
す図である。
【図3】図1に示すデータ転送経路とバンクの関係を示
す図である。
【図4】図1の変形例を示す構成図である。
【図5】本発明の一実施例に係わり、I/Oバッファの
配置例を示す図である。
【図6】本発明に適用される制御回路の一例を示す図で
ある。
【図7】図6に示す構成の一部の具体例を示す図であ
る。
【図8】図6に示す構成の一部の具体例を示す図であ
る。
【図9】図8に示す構成の動作タイミングを示す図であ
る。
【図10】従来のDRAMの基本構成を示す図である。
【図11】図10の一部構成を示す図である。
【図12】従来のシンクロナスDRAMのバーストデー
タ転送に係わる一部構成を示す図である。
【図13】図12の一部構成を示す図である。
【図14】図12に示す構成の動作タイミングを示す図
である。
【符号の説明】
3 セルアレイペア 2 I/Oバス 4 センスアンプ 5 DBセレクタ 6 I/Oバス、I/Oバッドの配置領域 7 バースト制御部 8 ブロックES 9、11 トランスファーゲート 10 シフトレジスタ S1、S2、W1、W2 スイッチ

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 行列状に配置されたセルからなる複数の
    セルアレイと、前記 複数のセルアレイとの間で同時にnビットのデータ
    を入出力する複数の入出力(I/O)バスとを有し、前記 複数のセルアレイは、それぞれ非同期にアクセスで
    きる複数のバンクに分割され、前記各 バンクは、複数のセルアレイを有するm個のブロ
    ックに分割され、前記nビットのI/Oバスは、前記各バンクのm個のブ
    ロックに対応して、n/mビット毎にm個にグループ化
    され、各グループは異なるバンクの対応するブロックの
    相互間に配置されて共有され、 前記各ブロックは、隣接するセルアレイにより共有さ
    れ、時分割で使用されるデータバスを有し、このデータ
    バスを介してセルアレイと前記n/mビットのI/Oバ
    スとの間でデータが入出力される ことを特徴とする半導
    体装置
  2. 【請求項2】 前記n=8、m=2又は4として、2又
    は4個のブロックに分割されてなるバンク間で8ビット
    のI/Oバスが共通化され、それぞれのブロックに4ビ
    ット又は2ビットのI/Oバスが対応してなることを特
    徴とする請求項1記載の半導体装置
  3. 【請求項3】 それぞれのI/Oバスに対応したI/O
    バッファは、対応するI/Oパッドに隣接して配置され
    てなることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装
  4. 【請求項4】 行列状に配置された複数のセルを含む複
    数のセルアレイが第1の方向に配列されたブロックが前
    記第1の方向にm個配置され、これらm個のブロックが
    前記第1の方向と直交する第2の方向に複数個配置され
    た複数のバンクと、 前記複数のセルアレイのうち隣接するセルアレイにより
    共有され、前記隣接するセルアレイのうち活性化された
    一方のセルアレイとデータを入出力するデータバスと、 前記複数のバンクの相互間に配置され、隣接するバンク
    により共有され、前記 各隣接するバンクのうち活性化さ
    れた一方のバンクとの間でデータを入出力するnビット
    のI/Oバスとを有し、 前記nビットのI/Oバスは、前記各バンクのm個のブ
    ロックに対応して、n/mビット毎にm個のグループと
    され、各グループは各ブロックに対応して配置される
    とを特徴とする半導体装置
  5. 【請求項5】 行列状に配置されたセルからなる複数の
    セルアレイと、 前記複数のセルアレイとの間で同時にnビットのデータ
    を入出力する複数の入出力(I/O)バスとを有し、 前記複数のセルアレイは、第1の方向にそれぞれ非同期
    にアクセスできる複数のバンクに分割され、 前記各バンクは、複数のセルアレイを有し、前記第1の
    方向と直交する第2の方向にのみm個のブロックに分割
    され、 前記nビットのI/Oバスは、前記各バンクのm個のブ
    ロックに対応して、n/mビット毎にm個にグループ化
    され、各グループは異なるバンクの対応するブロックで
    共有され、 前記各ブロックは、隣接するセルアレイにより共有さ
    れ、時分割で使用されるデータバスを有し、このデータ
    バスを介してセルアレイと前記n/mビットのI/Oバ
    スとの間でデータが入出力されることを特徴とする半導
    体装置。
  6. 【請求項6】 前記I/Oバスは前記第2の方向に延在
    していることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記各グループは異なるバンクの対応す
    るブロックの相互間に配置されて共有されていることを
    特徴とする請求項5又は6記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記n=8、m=2又は4として、2又
    は4個のブロックに分割されてなるバンク間で8ビット
    のI/Oバスが共通化され、それぞれのブロックに4ビ
    ット又は2ビットのI/Oバスが対応してなることを特
    徴とする請求項5又は7記載の半導体装置
  9. 【請求項9】 それぞれのI/Oバスに対応したI/O
    バッファは、対応するI/Oパッドに隣接して配置され
    てなることを特徴とする請求項5又は8記載の半導体装
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