JP2004241116A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レジスタファイル、キャッシュRAM、命令メモリ、データメモリ等の半導体記憶装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor memory device such as a register file, a cache RAM, an instruction memory, and a data memory.
一般的に、半導体記憶装置には非同期型のものと同期型のものとがある。非同期型の半導体記憶装置では、アドレスを与えるとそのアドレスに対応したデータを常に出力する構成となっている。近年、高速化の要求が高まり、同期型が広く用いられるようになっている。非同期型の半導体記憶装置では、RAMセル内部のトランジスタを介してビット線のチャージアップを行っていたが、同期型の半導体記憶装置では、チャージアップ用のトランジスタにその動作を肩代わりさせて、読出し動作の前にビット線を高速にプリチャージしている。このプリチャージ動作の制御を行うプリチャージ信号φには、クロック等が用いられている。 Generally, semiconductor memory devices include an asynchronous type and a synchronous type. In an asynchronous semiconductor memory device, when an address is given, data corresponding to the address is always output. In recent years, the demand for high speed has been increased, and the synchronous type has been widely used. In an asynchronous semiconductor memory device, the bit line is charged up through a transistor inside the RAM cell. In a synchronous semiconductor memory device, the charge-up transistor takes over the operation and the read operation is performed. Before the bit line is precharged at high speed. A clock or the like is used as the precharge signal φ for controlling the precharge operation.
しかしながら、従来の半導体記憶装置では、次のような課題があった。即ち、同期型の半導体記憶装置では、例えばプリチャージ信号φのサイクル毎にチャージアップを行うため、メモリセルに格納しているデータによっては、高周波になるに従い消費電力が膨大なものになってしまう。例えば、RAMセルが"0"を格納している状態では、毎クロックサイクルごとにビット線がチャージアップされ、"0"が読出されてディスチャージが行われる。よって、高周波になるに従い消費電力が増加する。 However, the conventional semiconductor memory device has the following problems. That is, in the synchronous semiconductor memory device, for example, since charge-up is performed every cycle of the precharge signal φ, depending on data stored in the memory cell, power consumption becomes enormous as the frequency becomes higher. . For example, when the RAM cell stores "0", the bit line is charged up every clock cycle, "0" is read, and discharge is performed. Therefore, power consumption increases as the frequency increases.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、本発明の半導体記憶装置の一つは、複数のワード線と、複数のワード線と交差する複数のビット線と、複数のワード線と複数のビット線との交点に配置される複数のメモリセルと、制御信号に基づいて複数のビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、複数のビット線と1対1に接続される複数のデータ格納回路と、複数のデータ格納回路と1対1に接続されかつ接続された複数のデータ格納回路が接続する複数のビット線の一つと接続する複数のセレクタとを具備し、複数のデータ格納回路の各々は制御信号に基づいて接続されたビット線に接続している複数のメモリセルの一つに格納されているデータを格納し、複数のセレクタの各々は制御信号に基づいて複数のビット線の一つと接続している複数のメモリセルの一つに格納されているデータ若しくは接続している複数のデータ格納回路に格納されているデータのいずれか一つを出力する。 That is, one of the semiconductor memory devices of the present invention includes a plurality of word lines, a plurality of bit lines intersecting the plurality of word lines, and a plurality of word lines arranged at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines. A memory cell, a precharge circuit for precharging a plurality of bit lines based on a control signal, a plurality of data storage circuits connected one-to-one with the plurality of bit lines, and a one-to-one connection with the plurality of data storage circuits A plurality of selectors connected to one of a plurality of bit lines connected to and connected to the plurality of data storage circuits connected to the plurality of data storage circuits, each of the plurality of data storage circuits being connected based on a control signal. The data stored in one of the plurality of memory cells connected to one of the plurality of memory cells connected to one of the plurality of bit lines is stored based on a control signal. One Stored in a plurality of data storage circuits are data or connections are stored outputs one of the data is.
また、本発明の半導体記憶装置の一つは、複数のワード線と、複数のワード線と交差する複数のビット線と、複数のワード線と複数のビット線との交点に配置される複数のメモリセルと、複数のビット線と1対1に接続され接続されたビット線に接続している複数のメモリセルの一つに格納されているデータをそれぞれ格納する複数のデータ格納回路と、複数のデータ格納回路と1対1に接続されかつ接続された複数のデータ格納回路が接続する複数のビット線の一つと接続する複数のセレクタと、アドレスデータに基づいて複数のワード線の活性化を制御する制御回路とを具備し、制御回路は先に入力したアドレスデータが示すアドレスと連続したアドレスを示すアドレスデータを入力した場合には複数のワード線を活性化させずセレクタから複数のデータ格納回路に格納されているデータを出力させる。 One of the semiconductor memory devices of the present invention includes a plurality of word lines, a plurality of bit lines intersecting the plurality of word lines, and a plurality of word lines arranged at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines. A memory cell; a plurality of data storage circuits each storing data stored in one of the plurality of memory cells connected to the plurality of bit lines connected one-to-one with the plurality of bit lines; A plurality of selectors connected to one of a plurality of bit lines connected to a plurality of data storage circuits connected one-to-one with the data storage circuit, and activating a plurality of word lines based on address data. A control circuit for controlling a plurality of word lines when address data indicating a continuous address with the address indicated by the previously input address data is not activated. To output the data stored in Luo plurality of data storage circuits.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。本発明の半導体記憶装置は、入力されたアドレスによっては、複数のメモリセルから読出しをせずに、データ格納手段の格納データを選択的に出力する構成となる。そのため、ビット線における読出し時の消費電力を低減することができる。 The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. The semiconductor memory device of the present invention is configured to selectively output data stored in the data storage means without reading data from a plurality of memory cells, depending on an input address. Therefore, power consumption during reading on the bit line can be reduced.
以下、本発明の実施の形態の半導体記憶装置を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1の実施例
図1は、本発明の第1の実施例を示す半導体記憶装置の回路図である。図1には半導体記憶装置中のメモリセルのRAMセル1,2と、それらRAMセル1,2をビット線BLにそれぞれ接続するNMOS3,4とが、示されている。NMOS3のゲート電極はワード線WL1 に接続され、NMOS4のゲート電極はワード線WL2 に接続されている。各ワード線WL1 ,WL2 の入力側には、ゲート5,6がそれぞれ接続されている。各ゲート5,6は、プリチャージ信号φが"0"の時に、各ワード線選択信号のアドレスのレベルをワード線WL1 ,WL2 にそれぞれ伝えるものである。また、ビット線BLと電源の間には、該ビット線BLをチャージアップするプリチャージ手段であるPMOS7が備えられている。なお、RAMセル1,2の内部では、1対のCMOSインバータの出力が襷がけ接続されており、書込まれたデータを保持する構成となっている。以上は従来の半導体記憶装置と同様の構成でるが、本実施例の半導体記憶装置には、さらに、チャージアップ動作を制御する論理手段である2入力NANDゲート10が、設けられている。NANDゲート10には、プリチャージ信号φとイネーブル信号RAMEが入力される構成であり、ビット線BLのチャージアップの条件に、プリチャージ信号φが"1"であるという条件の他に、信号RAMEのレベルが"1"であるという条件が加わったことになる。
First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows
図2は、図1の動作を説明する波形図であり、この図2を参照しつつ、図1の動作を説明する。ワード線WL1 に接続されたRAMセル1には"0"、ワード線WL2 に接続されたRAMセル2には"1"のデータが保持されているものとする。信号RAMEは、読出し動作を指示するとき"1"となって与えられる。図2に示されたサイクルCy1及びサイクルCy3の期間、信号RAMEは"1"であり、読出し動作中である。サイクルCy2では、信号RAMEが"0"であるので、外部に読出しは行われない。ワード線WL1 を選択するアドレスを活性化してRAMセル1のデータを読出す場合、図2のサイクルCy1及びサイクルCy3の期間では、プリチャージ信号φが"1"のとき、ビット線BLのチャージアップが行われる。ただし、サイクルCy1の前のビット線BLのレベルが、"1"である場合は、その"1"のレベルが維持される。その後、プリチャージ信号φが"0"に変化するとNMOS3がオンし、RAMセル1とビット線BLが接続される。RAMセル1に保持しているデータが"0"なので、ビット線BLはディスチャージされる。サイクルCy2においては信号RAMEが"0"であり、PMOS7がオフ状態となって、ビット線BLは、信号φが"1"となってもチャージアップされない。ワード線WL2 が活性化されてRAMセル2のデータが読出される場合、RAMセル2の保持しているデータが"1"であるので、ビット線BLは一度もディスチャージされない。つまり、ディスチャージによる電流消費がない。以上のように、本実施例では、従来の同期型半導体記憶装置にNANDゲート10を設けているので、ビット線BLのチャージアップ条件に信号RAMEの論理条件を加える構成となっている。そのため、データの読出しが不要なときに、信号RAMEを"0"とすることで、ビット線BLのチャージアップを行わなくてよくなる。即ち、少ないハードウエアの追加で、無駄なプリチャージ電流を削減することができる。
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of FIG. 1. The operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG. It is assumed that the
第2の実施例
図3は、本発明の第2の実施例を示す半導体記憶装置の回路図であり、図1と共通する要素には、共通の符号が付されている。この半導体記憶装置は、第1の実施例と同様に、RAMセル1,2と、それらRAMセル1,2をビット線BLにそれぞれ接続するNMOS3,4とを、備えている。NMOS3のゲート電極はワード線WL1 に接続され、NMOS4のゲート電極がワード線WL2 に接続されている。ビット線BLと電源の間には、該ビット線BLをチャージアップするプリチャージ手段のNMOS8が接続されている。本実施例は第1の実施例とは異なり、NMOS8のゲート電極には、プリチャージ信号φが直接入力される構成である。また、各ワード線WL1 ,WL2 には、該ワード線WL1 ,WL2 を必要なときだけ活性化する論理手段である3入力ゲート11,12の出力側が、それぞれ接続されている。各ゲート11,12の一つの入力端子には、ワード線選択信号であるアドレスがそれぞれ入力されている。各ゲート11,12の他の入力端子には、プリチャージ信号φと信号RAMEが共通にそれぞれ入力されている。即ち、各ゲート11,12は、プリチャージ信号φが"0"で、信号RAMEが"1"で、かつアドレスが"1"のとき、ワード線WL1 ,WL2 のレベルを"1"にするように機能する構成である。
Second Embodiment FIG. 3 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. Elements common to FIG. 1 are denoted by common reference numerals. As in the first embodiment, this semiconductor memory device includes
図4は、図3の動作を説明する波形図であり、この図4を参照しつつ、図3の半導体記憶装置の動作を説明する。ワード線WL1 に接続されたRAMセル1には"0"、ワード線WL2 に接続されたRAMセル2には"1"のデータが保持されているものとする。本実施例の半導体記憶装置は第1の実施例と異なり、プリチャージ信号φが"1"のとき、必ずNMOS8がオンしてビット線BLがチャージアップされる。ワード線WL1 に接続されたRAMセル1の保持したデータの"0"を読出す場合、ワード線WL1 に対応するアドレスが活性化されると共に、図4のサイクルCy11でプリチャージ信号φが"1"のとき、ビット線BLのチャージアップが行われる。そして、プリチャージ信号φが"0"で信号RAMEが"1"となると、ワード線WL1 が活性化されて"1"となる。その結果、NMOS3がオンする。NMOS3がオンすると、保持データの"0"のため、ビット線BLがディスチャージされる。サイクルCy12の期間で、ビット線BLが一度プリチャージされるが、ワード線WL1 が活性化されないので、該ビット線BLがディスチャージされない。続くサイクルCy13では、プリチャージ信号φが"1"となっても、すでに、ビット線BLのレベルは"1"となっているので、新たなチャージアップが行われずに、データの"0"が読出される。
FIG. 4 is a waveform diagram illustrating the operation of FIG. 3. The operation of the semiconductor memory device of FIG. 3 will be described with reference to FIG. It is assumed that the
ワード線WL2 に対応するアドレスが活性化されてRAMセル2のデータが読出される場合、RAMセル2の保持しているデータが"1"であるので、ビット線BLは一度もディスチャージされない。つまり、ディスチャージによる電流消費がない。以上のように、この第2の実施例ではゲート11,12を設け、必要でないときに、ワード線WL1 及びワード線WL2 の活性化させないようにしている。そのため、ビット線BLにおける不要なディスチャージがなくなり、電流の消費が少なくなる。また、プリチャージ信号φが立ち下がるまでに、信号RAMEが"1"となれば読出しが可能であり、信号RAMEを生成する回路の精度を緩くすることができる。
If the address corresponding to the word line WL 2 is read is activated by
第3の実施例
図5は、本発明の第3の実施例を示す半導体記憶装置の回路図である。この半導体記憶装置は、レジスタファイル等に用いられる多ビット長のRAMであり、同一構成の複数のRAMセル201 〜20n を備えている。RAMセル201 〜20n は、ビット線対BLw ,BLr と、ワード線対WLw ,WLr 間に接続されている。各RAMセル201 〜20n は、7トランジスタ構成でされ、リードポートRとライトポートWをそれぞれ有したものとなっている。各RAMセル201 〜20n において、書込み用のビット線BLw にはNMOS21が接続されている。NMOS21の出力側には、2個のインバータ22,23が襷がけ接続されたフリップフロップが接続され、そのフリップフロップの出力側が、NMOS24のゲート電極に接続されている。NMOS24の出力側がNMOS25を介して読出し用のビット線BLrに接続されている。NMOS21のゲート電極はワード線WLwに接続され、NMOS25のゲート電極がワード線WLr に接続されている。各ビット線BLrと電源との間には、該ビット線BLrをチャージアップするプリチャージ手段のPMOS301 〜30n が接続されている。
Third Embodiment FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention. The semiconductor memory device is a multi-bit length of RAM used in the register file, etc., and includes a plurality of RAM cells 20 1 to 20 n of the same structure. RAM cells 20 1 to 20 n, the bit line pair BLw, and BLr, the word line pairs WLw, are connected between WLr. Each RAM cell 20 1 to 20 n is 7 transistor configuration, it has become one having a read port R and the write port W, respectively. In each RAM cell 20 1 ~20 n, NMOS21 is connected to the bit line BLw for writing. The output side of the
このような構成の半導体記憶装置では、各RAMセル201 〜20n の保持するデータがすべて"0"の場合、そのデータを読出すと消費電力が大きくなる。そこで、本実施例の半導体記憶装置では、書込み用の各ビット線BLw に与えられた入力データDi0〜Dinを選択信号Sによってそれぞれ反転する書込み手段であるゲート41と、読出し用の各ビット線BLr に読出された出力データDo0〜Donを信号Sによってそれぞれ反転する読出し手段であるゲート42とを、設けている。
In the semiconductor memory device having such a configuration, when data held in the respective RAM cells 20 1 to 20 n are all "0", power consumption is increased and reads the data. Therefore, in the semiconductor memory device of the present embodiment, the
次に、図5の半導体記憶装置の動作を説明する。実行するアプリレケーションによって、統計的にデータに"0"が多いか、"1"が多いかを予め調べておく。この調査結果から、書込むデータに"0"が多い場合、信号Sのレベルを"1"にする。データの書込み時に、書込みデータとなる入力データDi0〜Dinのレベルを信号Sによって反転してRAMセル201 〜20n に書込む。これにより、RAMセル201 〜20n に書込まれたデータは"1"が多くなる。データ読出しの時、同様に信号Sによって読出したデータを反転し、各ゲート42から出力データDo0〜Donを反転して出力する。これによって、本来読出されるべきデータが出力される。以上のように、この第3の実施例では、ゲート41,42を設けているので、RAMセル201 〜20n に入力データDi0〜Dinを反転して書込むことができる。よって、各RAMセル201 〜20n の保持データは、"1"が多くなり、それらを読出すときのデイスチャージ量を削減できる。即ち、消費電流を少なくすることができる。
Next, the operation of the semiconductor memory device of FIG. 5 will be described. Depending on the application to be executed, it is checked beforehand whether the data has a large number of "0" or "1" in the data. From the result of this investigation, if there are many "0" s in the data to be written, the level of the signal S is set to "1". When writing data, the write to the RAM cell 20 1 to 20 n by inverting the level of the input data Di0~Din as the write data by the signal S. Thus, the data written into the RAM cells 20 1 to 20 n is a number "1". At the time of data reading, similarly, the read data is inverted by the signal S, and the output data Do0 to Don are inverted and output from each
第4の実施例
図6は、本発明の第4の実施例を示す半導体記憶装置の回路図であり、図5と共通する要素には、共通の符号が付されている。この半導体記憶装置は、第3の実施例における半導体記憶装置に、データDi0〜Dinを判定し、判定結果に対応するレベルの選択信号Sを生成するデータ判定手段であるS信号発生回路50と、該S信号発生回路50の出力を格納するRAMセル51を設けている。S信号発生回路50には、入力データDi0〜Dinが入力される接続である。S信号発生回路50は図示しない例えば多数決回路等を備え、入力データDi0〜Dinに"1"が多ければ信号Sに非反転を示す"1"を発生し、"0"が多ければ反転を示す"0"を発生する機能を有している。S信号発生回路50の出力側が、記憶手段であるRAMセル51のライトポートWに接続されている。RAMセル51の内部構成は他のRAMセル201〜20n と同様の構成であり、該RAM51もワード線対WLw ,WLr に接続されている。RAM51のリードポートRは、PMOS52を介して電源に接続され、また、出力データDo0〜Donを出力するゲート42の入力側にも共通接続されている。
Fourth Embodiment FIG. 6 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention. Elements common to FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. This semiconductor memory device is different from the semiconductor memory device according to the third embodiment in that an S
次に、図6の半導体記憶装置の動作を説明する。データの書込み時に、S信号発生回路50は入力データDi0〜Dinに"1"が多いか"0"が多いかを判定する。判定結果で"1"が多い場合に、信号Sのレベルを"1"にし、"0"が多ければ"0"にする。この信号Sのレベルは、RAMセル51にデータとして保持されると共に、各ゲート41に与えられる。信号Sに基づき、各ゲート41は入力データDi0〜Dinを反転或いは非反転したレベルをビット線BLwにそれぞれ与え、各RAMセル201 〜20n にデータがそれぞれ書込まれる。各RAMセル201 〜20n からデータを読出す場合、RAMセル51に格納されたデータが読出され、そのデータが信号Sとして各ゲート42に与えられる。各RAMセル201 〜20n からビット線BLrを介して読出されデータに対して、各ゲート42は反転するかまたはそのまま非反転で出力データDo0〜Donを出力する。以上のように、この第4の実施例では第3の実施例の半導体記憶装置に、さらにS信号判定回路50とRAMセル51を設けた構成なので、入力データDi0〜Dinがどのようなデータ群であっても、ビット線BLr におけるディスチャージ量を削減することが可能となる。即ち、消費電流を少なくすることができる。
Next, the operation of the semiconductor memory device of FIG. 6 will be described. At the time of writing data, the S
第5の実施例
図7は、本発明の第5の実施例を示す半導体記憶装置の回路図である。一般的に、大容量のRAMでは性能を確保するために、カラム分割という構成が採用される。本実施例はカラム分割されたRAMに対して、低消費電力化を行うものである。図7では大容量のRAMの読出し動作に関与する部分が示されている。この半導体記憶装置は、4ビットラ16ワードの容量のRAMであり、4つのカラム60,70,80,90を備えている。各カラム60〜90は、同様の構成であり、ワード線WL1 に共通に接続された4個のRAMセルC0〜C3と、ワード線WL2 に共通に接続された4個のRAMセルC4〜C7と、ワード線WL3 に共通に接続された4個のRAMセルC8〜C11と、ワード線WL4に共通に接続された4個のRAMセルC12〜C15とを、有している。各RAMセルC0,C4,C8,C12は、各ワード線WL1 〜WL4 に直交するビット線BL1 に接続されている。同様に、各RAMセルC1,C5,C9,C13はビット線BL2 に、各RAMセルC2,C6,C10,C14はビット線BL3 に、各RAMセルC3,C7,C11,C15はBL4 に接続されている。各ビット線BL1 〜BL4 は、プリチャージ手段である4個のNPMOSt1〜t4を介してそれぞれ電源に接続されている。
Fifth Embodiment FIG. 7 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention. Generally, in a large-capacity RAM, a configuration called column division is adopted in order to ensure performance. This embodiment is intended to reduce the power consumption of a column-divided RAM. FIG. 7 shows a portion related to a read operation of a large-capacity RAM. This semiconductor storage device is a RAM having a capacity of 4 bits × 16 words and includes four
各ワード線WL1 〜WL4 は、アドレスをデコードするデコーダ(decoder)100に接続されている。各カラム60〜90のビット線BL1 〜BL4 の出力側には、読出し制御部110が接続されている。読出し制御部110の出力側が、各カラム60〜90に対応した出力手段である4個のセレクタ(Sel)120,130,140,150が接続されている。セレクタ120,130,140,150には、アドレスの下位2ビットが与えられ、各セレクタ120〜150はその下位2ビットに基づき、各カラム60〜90に対応した読出し制御部110の出力を選択して出力する構成となっている。各カラム60〜90のNMOSt1〜t4のゲート電極は、プリチャージ信号φと読出し動作制御信号READを入力して各ビット線BL1 〜BL4 のチャージアップの制御手段であるゲート160の出力側が接続されている。この信号READは、デコーダ100と読出し制御部110にも接続されている。本実施例の半導体記憶装置の特徴はこの信号READを用いることと、読出し制御部110とゲート160を従来の半導体記憶装置に設けていることである。
Each of the word lines WL 1 to WL 4 is connected to a decoder (decoder) 100 for decoding an address. The
読出し制御部110の内部は、各カラム60〜90に対応した同一の回路で構成でされている。その各回路において、各ビット線BL1 〜BL4 は、該ビット線BL1 〜BL4 上のデータをそれぞれ格納する4個のデータ格納手段111a,111b,111c,111dを備えている。各データ格納手段111a〜111dの出力側は、該データ格納手段111a〜111dの格納データとビット線BL1 〜BL4 上のデータを選択して出力する選択手段のセレクタ112a,112b,112c,112dにそれぞれ接続されている。各データ格納手段111a〜111dには、信号READがライトイネーブルWEとして共通に与えられ、各セレクタ112a〜112dにも信号READが共通入力される構成である。
The inside of the read
図8は図7の動作を示すタイムチャートであり、この図を参照しつつ、図7の半導体記憶装置の動作を説明する。この半導体記憶装置には、4ビットのアドレスが与えられる。アドレスの上位2ビットはローアドレスである。半導体記憶装置の読出し動作は、各カラム60〜90ごとに同じ動作が行われ、各セレクタ120〜150は、各カラム60〜90内で選択されたRAMセルの保持データを、それぞれ出力データDo1〜Do3として出力する。あるアドレスAが与えられている状態で、信号φと信号READが"1"となると、各NMOSt1〜t4がオンし、図8のようにビット線BL1 〜BL4 がそれぞれプリチャージされる。プリチャージ動作の後に、信号φが"0"になり、デコーダ100がアドレスAの上位2ビットで指示された例えばワード線WL1 を活性化する。これより、各ビット線BL1 〜BL4 には、RAMセルC0〜C3のデータがそれぞれ与えられる。ビット線BL1 〜BL4 上のデータは、各セレクタ112a〜112dの選択によって、セレクタ120〜150に与えられる。この時、信号READが"1"であるので、データ格納手段111a〜111dにRAMセルC0〜C3のデータが、それぞれ格納される。セレクタ120〜150はアドレスAの下位2ビットに基づいた選択を行い、例えば、各カラム60〜90のRAMセルC0のデータをそれぞれ選択する。それら選択された各RAMセルC0のデータが、出力データDo1〜Do3として出力される。
FIG. 8 is a time chart showing the operation of FIG. 7, and the operation of the semiconductor memory device of FIG. 7 will be described with reference to FIG. This semiconductor memory device is given a 4-bit address. The upper two bits of the address are the row address. The same read operation of the semiconductor memory device is performed for each of the
続いて、アドレスA+1が与えられたときには、信号φは"0"のままである。また、信号READのレベルは"0"とする。この状態のとき、各セレクタ112a〜112dは、データ格納手段111a〜111dの格納データの方を選択してセレクタ120〜150に与える。セレクタ120〜150は、各カラム60〜90のRAMセルC1のデータをそれぞれ選択する。それら選択された各RAMセルC1のデータが、出力データDo1〜Do3として出力される。アドレスA+1が与えられたときと同様の動作がアドレスA+2,A+3でも行われ、RAMセルC2,C3のデータが読出される。即ち、先に読出したデータと同じローアドレスを有するアドレスの場合は、信号READを"1"にしなくても、読出しが可能である。この半導体記憶装置は、主に命令キャッシュRAMに使用される。命令キャッシュRAMでは、分岐が発生する場合以外、アドレスは+1にインクリメントされるので、カウンタ回路等を用いればREAD信号の生成も容易である。アドレスの下位2ビットが"0"であるか分岐アドレスの時にのみ、信号READのレベルを"1"とすればよい。以上のように、この第5の実施例では、読出し制御部110とゲート160を従来の半導体記憶装置に設けているので、連続アドレスに対応するデータをデータ格納手段111a〜111dから読出せるので、従来に比べて、ビット線における消費電力を低減することができる。本実施例の半導体記憶装置を命令キャッシュとして用いると、読出し動作の消費電力を最大1/4に低減できる。
Subsequently, when address A + 1 is applied, signal φ remains "0". Also, the level of the signal READ is “0”. In this state, each of the
第6の実施例
図9は、本発明の第6の実施例を示す半導体記憶装置の回路図であり、図7と共通する要素には共通の符号が付されている。この半導体記憶装置は4ビットラ16ワードの容量のRAMであり、第5の実施例と同様の4つのカラム60,70,80,90を備えている。各カラム60〜90のビット線BL1 〜BL4 の出力側には、読出し制御部110が接続され、該読出し制御部110の出力側が、各カラム60〜90に対応した4個のセレクタ120,130,140,150に接続されている。本実施例では、第5の実施例のデコーダ100とは異なるデコーダ100Aを備え、アドレス制御部170を設けている。各カラム60〜90のビット線BL1 〜BL4 と電源間に接続されたプリチャージ手段のNMOSt1〜t4のゲート電極には、直接プリチャージ信号φが入力される構成である。
Sixth Embodiment FIG. 9 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention, in which components common to those in FIG. This semiconductor storage device is a RAM having a capacity of 4 bits × 16 words, and has four
アドレス制御部170は、各データ格納手段111a〜111dに格納したデータに対応するアドレスの上位2ビットをタッグとして格納するアドレス格納手段171と、有効信号valid をフラグとして出力するフラグ手段のフラグ回路172と、与えられているアドレスの上位2ビットとアドレス格納手段171の格納したタッグとを比較する比較手段である比較器173と、比較器173の出力する一致信号S173を信号valid に基づいて出力するANDゲート174とを、備えている。ANDゲート174の出力側は、読出し制御部110中の複数のセレクタ112a〜112dに共通に接続されると共に、インバータ180を介してワード線制御回路190に接続されている。ANDゲート174とインバータ180とワード線制御回路190とは、制御手段を構成し、RAMセルの読出し動作をするものとなる。インバータ180の出力信号はアドレス格納手段171とデータ格納手段111a〜111dのライトイネーブル信号WEとしても用いられる構成である。ワード線制御回路190は、デコーダ100Aの4本の出力端子に一方の入力端子が接続された4個の2入力ANDゲート191〜194を備えている。各ANDゲート191〜194の他方の入力端子には、インバータ180の出力端子が共通接続されている。各ANDゲート191〜194の出力側が、ワード線WL1 〜WL4 にそれぞれ接続されている。
The
図10は、図9の動作を示すタイムチャートである。信号φが"1"とされ、ビット線BL1 〜BL4 がチャージアップされる。この状態で信号valid が"0"であると、ANDゲート174からは"0"のレベルが出力される。デコーダ100AはアドレスAの上位2ビットのデコード結果を出力し、ワード線制御回路190は、例えば、ワード線WL1 のレベルを"1"にする。これによって、各RAMセルC0〜C3のデータが、ビット線BL1〜BL4 に読出される。ビット線BL1 〜BL4 上のデータは、第5の実施例と同様にデータ格納手段111a〜111dに格納され、また、アドレスの上位2ビットがアドレス格納手段171に格納される。アドレス格納手段171にアドレスが格納されるとフラグ回路172の出力する信号valid は"1"になる。このとき各セレクタ120〜150は、アドレスの下位2ビットに基づく選択を行い、RAMセルC0〜C3のデータのいずれかが、出力データDo1〜Do3として出力される。
FIG. 10 is a time chart showing the operation of FIG. Signal φ is "1", the bit lines BL 1 to BL 4 is charged up. If the signal valid is "0" in this state, the level of "0" is output from the AND
続いて、例えばアドレスA+1が与えられたときには、信号φは再び"1"となり、ビット線BL1 〜BL4 がチャージアップされる。ここで、アドレスA+1の上位2ビットがアドレスAと同じであった場合、比較器173からは"1"の信号Sが出力され、ゲート174は"1"の信号Sをそのまま出力する。ゲート174の出力する信号Sは、インバータ180を介してワード線制御回路190に与えられ、各ワード線WL1 〜WL4 のレベルはすべて"0"にされる。即ち、ワード線WL1 〜WL4 はすべて活性化しない。これと同時に、"1"の信号Sの与えられたセレクタ112a〜1112dは、データ格納手段111a〜111dのデータを選択してセレクタ120〜150に与える。各セレクタ120〜150は、アドレスA+1の下位2ビットに応じて、各カラム60〜90のRAMセルC1のデータをそれぞれ選択する。それら選択された各RAMセルC1のデータが、出力データDo1〜Do3として出力される。アドレスA+1が与えられたときと同様の動作がアドレスA+2,A+3でも行われ、RAMセルC2,C3のデータが読出される。即ち、先に読出したデータと同じローアドレスを有するアドレスの場合は、各ワード線WL1 〜WL4 を活性化しないので、ビット線におけるディスチャージが発生しない。アドレス格納手段171の格納しているタッグと異なったアドレスが入力された場合は、信号S173のレベルが"0"になり、各ビット線BL1 〜BL4 に対するデータの読出しが行われると共に、新たに、データ格納手段111a〜111dに対するデータの格納とアドレス格納手段171に対するタッグの格納が行われる。
Then, for example, when the address A + 1 is given, the signal φ is again "1", the bit lines BL 1 to BL 4 is charged up. Here, when the upper two bits of the address A + 1 are the same as the address A, the
以上のように、この第6の実施例では、一度ビット線BL1 〜BL4 を活性化して読出したデータをデータ格納手段111a〜111dに格納し、アドレスのタッグとなる上位2ビットが同じであるデータは、ワード線WL1 〜WL4 を活性化せずに、データ格納手段111a〜111dから読出すので、ビット線BL1 〜BL4 における余分なディスチャージが発生せず、消費電力を低減できる。また、データ格納手段111a〜111dからデータを読出すタイミングを自ら出力するアドレス制御部170を備えているので、命令キャッシュRAM以外にも、データキャッシュや独立した一般的なRAMあるいはROMとしても、適用が可能となっている。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、例えば次のようなものがある。
As described above, in the sixth embodiment stores the read data in the data storage means 111a~111d and once activated bit lines BL 1 to BL 4, the upper which is a
(1)第1、第2、第5及び第6の実施例では、RAMに適用した例を示しているが、ROMにも適用が可能である。
(2)第3及び第4の実施例では、RAMに適用した例を示しているが、書込みデータを最初から反転、非反転を選択して書込んで置けば、ROMにも適用が可能である。
(3)第5の実施例では、与えられたアドレスの上位2ビットが先のアドレスと同じであったら、ビット線BL1 〜BL4 のチャージアップを行わない構成としているが、第6の実施例のようにワード線WL1 〜WL4 を活性化しない構成として、消費電流の低減化を行ってもよい。
(4)第6の実施例では、与えられたアドレスの上位2ビットが先のアドレスと同じであったら、ワード線WL1 〜WL4 を活性化しない構成としているが、ビット線BL1 〜BL4 のチャージアップを行わない構成としても同様の効果が期待できる。
(5)第4の実施例では、多数決回路で構成されたS信号発生回路50を用いて、ゲート41,42による反転,非反転を行っているが、入力データDi0〜Dinのサインビット(例えば上位2ビット)を用いて、反転,非反転を行うことも可能である。この場合、反転,非反転が適性である確率は、上記実施例よりも劣るが、通常絶対値の小さいデータの方が多いので、サインビットを用いても十分な効果が期待できる。また、RAMセル51を別に設けなくても、サインビットのデータを保持するRAMセルを代用することができる。
(1) In the first, second, fifth, and sixth embodiments, examples in which the present invention is applied to a RAM are shown, but the present invention is also applicable to a ROM.
(2) Although the third and fourth embodiments show examples in which the present invention is applied to a RAM, the present invention can be applied to a ROM if write data is selected by inverting or non-inverting from the beginning and written. is there.
(3) In the fifth embodiment, when the upper two bits of the applied address is the same as the previous address has a configuration that does not perform the charge-up of the bit lines BL 1 to BL 4, implementation of the sixth example the word lines WL 1 to WL 4 as a configuration that does not activate may be performed a reduction in current consumption.
(4) In the sixth embodiment, when the upper two bits of the applied address is the same as the previous address has a configuration that does not activate the word lines WL 1 to WL 4, the bit lines BL 1 to BL The same effect can be expected even if the charge-up of 4 is not performed.
(5) In the fourth embodiment, the inversion and non-inversion are performed by the
1,2,20O 〜20n ,C0〜C16 RAMセル
7,8,300 〜30n ,t1〜t4 PMOS,NMOS(プリチャージ手段)
10,11,12 論理手段
41,42 書込み手段、読出し手段
50 S信号発生回路(入力データ判定手段)
51 記憶手段
111a〜111d データ格納手段
112a〜112d セレクタ(選択手段)
120〜150 セレクタ(出力手段)
160 制御手段
171 アドレス格納手段
172 フラグ手段
173 比較器(比較手段)
BL,BL1 〜BL4 ビット線
WL,WL1 〜WL4 ワード線
1,2,20O ~20n, C0~C16 RAM cell 7,8,30 0 ~30 n, t1~t4 PMOS, NMOS ( precharge circuit)
10, 11, 12 Logic means 41, 42 Writing means, reading means 50 S signal generation circuit (input data determination means)
51 storage means 111a-111d data storage means 112a-112d selector (selection means)
120-150 Selector (output means)
160 control means 171 address storage means 172 flag means 173 comparator (comparison means)
BL, BL 1 ~BL 4 bit lines WL, WL1 ~WL 4 word line
Claims (7)
前記複数のワード線と交差する複数のビット線と、
前記複数のワード線と前記複数のビット線との交点に配置される複数のメモリセルと、
制御信号に基づいて、前記複数のビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、
前記複数のビット線と1対1に接続される複数のデータ格納回路と、
前記複数のデータ格納回路と1対1に接続され、かつ該接続された該複数のデータ格納回路が接続する前記複数のビット線の一つと接続する複数のセレクタとを具備し、
前記複数のデータ格納回路の各々は、前記制御信号に基づいて、前記接続されたビット線に接続している前記複数のメモリセルの一つに格納されているデータを格納し、
前記複数のセレクタの各々は、前記制御信号に基づいて、前記複数のビット線の一つと接続している前記複数のメモリセルの一つに格納されているデータ若しくは前記接続している前記複数のデータ格納回路に格納されているデータのいずれか一つを出力する、ことを特徴とする半導体記憶装置。 Multiple word lines,
A plurality of bit lines crossing the plurality of word lines;
A plurality of memory cells arranged at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A precharge circuit for precharging the plurality of bit lines based on a control signal;
A plurality of data storage circuits connected one-to-one with the plurality of bit lines;
A plurality of selectors connected one-to-one with the plurality of data storage circuits and connected to one of the plurality of bit lines connected to the plurality of connected data storage circuits;
Each of the plurality of data storage circuits, based on the control signal, stores data stored in one of the plurality of memory cells connected to the connected bit line,
Based on the control signal, each of the plurality of selectors stores data stored in one of the plurality of memory cells connected to one of the plurality of bit lines or the plurality of connected plurality of memory cells. A semiconductor memory device for outputting any one of data stored in a data storage circuit.
前記複数のワード線と交差する複数のビット線と、
前記複数のワード線と前記複数のビット線との交点に配置される複数のメモリセルと、
前記複数のビット線と1対1に接続され、該接続されたビット線に接続している前記複数のメモリセルの一つに格納されているデータをそれぞれ格納する複数のデータ格納回路と、
前記複数のデータ格納回路と1対1に接続され、かつ該接続された該複数のデータ格納回路が接続する前記複数のビット線の一つと接続する複数のセレクタと、
アドレスデータに基づいて、前記複数のワード線の活性化を制御する制御回路とを具備し、
前記制御回路は、先に入力したアドレスデータが示すアドレスと連続したアドレスを示すアドレスデータを入力した場合には、前記複数のワード線を活性化させず、前記セレクタから前記複数のデータ格納回路に格納されているデータを出力させることを特徴とする半導体記憶装置。 Multiple word lines,
A plurality of bit lines crossing the plurality of word lines;
A plurality of memory cells arranged at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A plurality of data storage circuits connected one-to-one with the plurality of bit lines and respectively storing data stored in one of the plurality of memory cells connected to the connected bit lines;
A plurality of selectors connected one-to-one with the plurality of data storage circuits and connected to one of the plurality of bit lines to which the plurality of connected data storage circuits are connected;
A control circuit for controlling activation of the plurality of word lines based on the address data,
The control circuit does not activate the plurality of word lines when inputting address data indicating an address continuous with the address indicated by the previously input address data. A semiconductor memory device for outputting stored data.
前記アドレスデータをデコードするデコーダと、
前記入力したアドレスデータが示すアドレスが前記先に入力したアドレスデータが示すアドレスと連続しているか否かを判断するアドレス制御部と、
前記アドレス制御部の出力に基づいて、前記複数のワード線を活性化させるか否かを制御するワード線制御回路とにより構成されることを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 The control circuit includes:
A decoder for decoding the address data;
An address control unit that determines whether an address indicated by the input address data is continuous with an address indicated by the previously input address data,
6. The semiconductor memory device according to claim 5, further comprising: a word line control circuit that controls whether to activate the plurality of word lines based on an output of the address control unit.
前記データ格納回路に格納されたデータに対応する前記アドレスデータの共通する一部のデータをタッグとして格納するアドレス格納部と、
有効信号をフラグとして出力するフラグ部と、
前記入力したアドレスデータと前記タッグとの比較結果を出力する比較部と、
前記有効信号に基づいて、前記比較結果を出力する論理回路とにより構成されることを特徴とする請求項6記載の半導体記憶回路。
The address control unit includes:
An address storage unit that stores, as a tag, some common data of the address data corresponding to the data stored in the data storage circuit;
A flag unit that outputs a valid signal as a flag,
A comparing unit that outputs a comparison result between the input address data and the tag,
7. The semiconductor memory circuit according to claim 6, comprising: a logic circuit that outputs the comparison result based on the valid signal.
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| JP2004113772A JP2004241116A (en) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | Semiconductor memory device |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008059717A (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Kobe Univ | Semiconductor device |
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2004
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