KR20020031777A

KR20020031777A - 멀티 파이프라인 구조를 가지는 고속 동기 반도체 메모리및 그의 동작방법

Info

Publication number: KR20020031777A
Application number: KR1020000062502A
Authority: KR
Inventors: 권국환; 서영호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-03
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: DE10152027A1; US20020048196A1; JP2002197870A; DE10152027B4; CN1350301A; KR100391147B1; TW525187B; CN1350301B; US6490206B2

Abstract

파이프 라인동작의 사이클 타임을 줄여 고속동작을 실현하기 위하여, 멀티 파이프라인 구조를 가지는 동기 반도체 메모리가 개시된다. 그러한 메모리는 적어도 2단의 파이프 라인구조를 가지며, 센스앰프와 공통 데이터라인 사이에 상기 센스앰프의 출력을 래치하는 데이터 레지스터를 더 구비하여 적어도 3단이상의 파이프 라인이 되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 파이프라인 구조를 가지는 고속 동기 반도체 메모리 및 그의 동작방법{high speed synchronous semiconductor memory having multi pipeline structure and method for operating same}

본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 특히 고속동작에 적합한 동기 파이프라인 메모리에 관한 것이다.

컴퓨터, 통신 및 산업부문에 이용되는 전자적 시스템이 대용량화 및 고도화됨에 따라 보다 저장능력이 크면서 보다 고속동작기능을 갖는 반도체 메모리가 필요하게 된다. 특히, 고속 스태틱 랜덤 억세스 메모리들은 컴퓨터와 통신어플리케이션에서의 캐쉬메모리로서 중요하게 사용되어진다. 데이터 프로세서들이 아주 고속으로 동작하기 때문에 캐쉬메모리를 가능한 한 빠르게 만드는 것은 시스템 퍼포먼스를 개선한다. 그러한 메모리들의 데이터 전송율을 높이기 위해 더블 데이터 레이트(Double Data Rate)방식이나 파이프 라인 버스트(pipelined burst)방식등이 본 분야에 개시되어 있다.

도 1 및 도 2는 각기 종래 기술에 따른 동기 파이프라인 버스트 메모리의 블록도 및 그에 따른 타이밍도를 보인 것으로, 이는 1999년 7월 13일자로 뤠치(Leach)외 다수에게 허여된 미합중국 특허번호 5,923,615호에 개시되어 있다. 상기 특허는 파이프라인 스테이지를 추가함이 없이 빠른 클럭 스피드로 동작할 수 있는 동기 파이프라인 버스트 메모리를 제공하기 위하여, 어드레스 입력버퍼(22), 어드레스 레지스터(24), 동기 콘트롤 회로(26), 데이터 레지스터(28), 데이터 출력버퍼들(30), 및 비동기 메모리 코어(40)를 구비한다. 상기 어드레스 레지스터(24)는 제1사이클 동안 버스트 어드레스를 래치하며, 래치된 버스트 어드레스는 비동기메모리 코어(40)의 입력으로 보내진다. 메모리 셀을 포함하는 비동기 메모리 코어(40)로부터의 출력데이터는 주기적 클럭신호의 제3사이클까지는 래치되지 않는다. 여기서, 상기 제3사이클은 제1사이클에 뒤이은 주기적 클럭신호의 제2사이클 후에 발생되는 사이클이다. 결론적으로, 버스트 동작사이클을 수행하는 상기 특허는 전형적인 파이프라인 룰(rule)을 위반함에 의해 워드라인 액티베이션의 시작부터 비트라인 차별까지의 시간을 충분히 가짐으로써, 센싱동작이 확실히 보장되는 이점을 가진다.

그러나, 상기 특허에서는 동기 콘트롤 회로(26)에서 제공되는 래치신호의 액티베이션 타이밍에 기인하여 메모리 셀로부터 출력된 데이터가 주기적 클럭신호의 제3사이클까지 여전히 래치되지 않으므로 사이클 타임의 축소에 여전히 제한이 있다. 결국, 사이클 타임(tCYC)은 외부 클럭 신호의 인가시점으로부터 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기까지 걸리는 시간으로 결정되기 때문이다.

그러므로, 상기 특허에서 동작 사이클 타임을 설정된 타임보다 빠르게 할 경우 데이터 래치에 대한 에러가 유발되며, 센싱동작이 불안정해지는 문제들이 있다.

동기 파이프라인 메모리 분야에서, 보다 빠른 사이클 타임을 얻기 위한 연구가 계속되고 있는데, 본 분야에서 알려진 통상적인 파이프라인 동작을, 후술되는 본 발명의 철저한 이해를 돕기 위한 의도 외에는 다른 의도 없이, 이하에서 설명한다.

일반적으로, 2단(stage) 동기 파이프라인 메모리의 리드동작 타이밍은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3을 참조하여 2단 동기 파이프라인 메모리의 리드동작을이하에서 설명한다. 외부 클럭신호(XCLK)의 제1사이클(T1)에서 외부 어드레스(XADD)가 입력되면 제1사이클동안 어드레스가 디코딩되어, 로우(Row)선택신호(SWL)와 컬럼(Column)선택신호(Yi)가 메모리 셀 어레이에 인가된다. 상기 로우 및 컬럼선택신호의 인에이블에 따라 그에 대응되는 메모리 셀이 선택되고, 선택된 메모리 셀에 저장된 전하(charge)는 대응되는 데이터 라인들(SDL,/SDL)과 차아지를 공유한다. 전하가 상기 데이터 라인들에 차아지 셰어링되기 시작한 후, 블록 센스앰프(BSA,또는 제1센스앰프)가 인가되는 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)에 응답하여 동작한다. 상기 센스앰프는 상기 데이터 라인들간에 디벨롭된 전압레벨차를 감지 및 증폭하여 공통 데이터 라인인 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 선택된 메모리 셀에 대한 저장정보를 나타내는 셀데이터로서 제공한다. 상기 셀데이터는 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 연결된 통상의 출력버퍼를 거쳐 상기 출력버퍼의 후단에 연결된 데이터 레지스터에 래치된다. 상기 데이터 레지스터는 상기 외부 클럭신호(XCLK)의 제2사이클에서 인가되는 2차 클럭신호(Kdata)에 응답하여 상기 래치된 셀데이터를 출력드라이버에 인가한다. 마침내, 상기 셀데이터는 상기 출력드라이버에 의해 구동되어 외부데이터 입출력단(I/O)으로 출력된다.

따라서, 상기한 경우의 사이클 타임(tCYC)은 외부 클럭신호의 인가시점으로부터 상기 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기까지의 시간으로 결정되고, 클럭 대(to) 데이터 스피드(tCD)는 상기 2차 클럭신호(Kdata)가 액티베이션된 후부터 상기 데이터 레지스터에 래치되어 있던 셀데이터가 상기 출력드라이버를 거쳐 외부로 출력되기까지의 타임으로 결정된다.

그러므로, 상기한 2단(stage) 동기 파이프라인 메모리의 경우에도, 셀데이터가 데이터 레지스터에 래치되는 타임이 상당히 롱(long)타임이 되므로, 사이클타임의 축소에 여전히 제한이 따르는 문제가 있다. 따라서, 외부 클럭신호가 인가되고나서부터 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기까지 걸리는 타임을 줄여서 사이클 타임의 축소에 대한 제약을 해소할 수 있는 대책이 강력히 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제들을 해소할 수 있는 반도체 메모리를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 데이터 래치타임을 줄여 동작 사이클 타임을 보다 빠르게 할 수 있는 동기 반도체 메모리 및 그의 동작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 클럭신호가 인가된 이후부터 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기까지 걸리는 타임을 최소화함에 의해 사이클 타임을 획기적으로 줄일 수 있는 멀티 파이프라인 구조를 가지는 고속 동기 반도체 메모리 및 그의 동작방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들 및 타의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리는, 적어도 2단의 파이프 라인구조에서 센스앰프와 공통 데이터라인 사이에 데이터 레지스터를 더 구비하여 적어도 3단이상의 파이프 라인이 되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 아스팩트에 따라 동기 반도체 메모리의 동작방법은, 외부클럭의 첫 번째 클럭사이클에서 블록센스앰프의 출력데이터를 출력버퍼의 전단에 연결된 제1데이터 레지스터에 래치하고, 두 번째 클럭사이클에서 상기 래치된 데이터를 상기 출력버퍼의 후단에 연결된 제2데이터 레지스터에 래치하고, 세 번째 클럭사이클에서 상기 제2데이터 레지스터에 저장된 데이터를 출력드라이버를 통해 외부로 출력하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2는 각기 종래 기술에 따른 동기 반도체 메모리의 블록도 및 그에 따른 타이밍도

도 3은 통상적인 2단 동기 파이프라인 메모리의 리드동작 타이밍도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 반도체 메모리의 리드관련부의 블록도

도 5는 도 4에 따른 데이터 리드동작의 타이밍도

도 6은 도 4중 일부에 관한 상세 블록도

도 7은 도 4 및 도 6에 도시된 블록센스앰프 및 제1데이터 레지스터의 세부회로도

도 8은 도 4 및 도 6에 도시된 데이터 출력버퍼, 제2데이터 레지스터 및 출력드라이버의 세부회로도

상기한 본 발명의 목적들 및 타의 목적들, 특징, 그리고 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 도면들 내에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조부호들로 기재됨을 주목하여야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 반도체 메모리의 리드관련부의 블록도이다. 도 4를 참조하면, 클럭버퍼(100), 어드레스 버퍼(110), 디코더(120), 메모리 셀 어레이(130), 블록 센스앰프(140), 제1 데이터 레지스터(150), 출력버퍼(160), 제2 데이터 레지스터(170), 및 출력 드라이버(180)는 상기 동기 반도체 메모리의 리드관련부를 구성한다. 상기 클럭버퍼(100)는 외부클럭(XCLK)을 수신하여 제1,2,3 클럭들(1'st clock, 2'nd clock, 3'rd clock)을 생성한다. 상기 어드레스 버퍼(110)는 상기 제1클럭(1'st clock)에 응답하여 외부 어드레스(XADD)를 수신하고 버퍼링한 후 출력한다. 상기 디코더(120)는 상기 어드레스 버퍼(110)로부터 출력된 로우 및 컬럼 어드레스를 디코딩하여 로우(Row)선택신호(SWL)와컬럼(Column)선택신호(Yi)를 출력한다. 상기 메모리 셀 어레이(130)는 워드라인들과 비트라인 페어들(Pairs)의 교차점들(Intersections)에 위치된 복수의 메모리 셀로 구성되며, 상기 로우 선택신호(SWL)와 컬럼 선택신호(Yi)의 인에이블에 따라 선택된 메모리 셀에 저장된 전하(charge)는 대응되는 데이터 라인들(SDL,/SDL)과 차아지를 공유하게 된다. 상기 블록 센스앰프(140)는 외부클럭(XCLK)의 제1 클럭사이클 동안에 인가되는 센스앰프 인에이블신호(PSA1)에 응답하여 상기 데이터 라인들(SDL,/SDL)에 디벨롭(develop)된 전압레벨차를 감지 및 증폭하여 선택된 메모리 셀에 대한 저장정보를 나타내는 셀데이터로서 출력한다. 제1 데이터 레지스터(150)는 상기 블록 센스앰프(140)로부터의 출력되는 셀데이터를 래치하고 상기 제1 클럭사이클에 뒤따르는 제2 클럭사이클 동안에 인가되는 제2클럭(PSA2)에 응답하여 상기 래치된 셀데이터를 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 출력한다. 출력버퍼(160)는 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 연결되어 상기 셀데이터의 출력레벨을 버퍼링한 후 출력단(DataA, /DataA)으로 출력한다. 제2 데이터 레지스터(170)는 상기 출력단(DataA, /DataA)의 데이터를 래치하고 상기 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클 동안에 인가되는 제3클럭(Kdata)에 응답하여 상기 래치된 데이터를 출력단(DataC, /DataC)으로 출력한다. 출력 드라이버(180)는 상기 제2 데이터 레지스터(170)의 출력단(DataC, /DataC)에 연결되어 상기 제2 데이터 레지스터(170)로부터 출력된 데이터를 리드 출력데이터(DQ)로서 출력한다.

상기 메모리 셀 어레이(130)는 바람직하기로는 단일(single) 어레이가 아니라 다수의 서브블록들로 나뉘어진 한 세트(set)의 어레이일 수 있다. 상기 메모리셀 어레이의 배치 및 구조는 본 발명에서 그다지 중요한 것은 아니다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 블록 센스앰프(140)의 후단과 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)간에 제1 데이터 레지스터(150)가 설치된 것이 특이하다. 이 것이 바로 본 발명에서 매우 중요한 사항이다. 결국, 도 4의 구성상의 특징은 적어도 2단의 통상적인 파이프 라인구조에서 블록 센스앰프(140)와 공통 데이터라인인 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)사이에 데이터 레지스터를 추가로 설치하여 , 1단의 파이프 라인구조가 적어도 2단의 파이프 라인구조에 추가되도록 한 것이다. 그럼에 의해, 외부클럭의 첫 번째 클럭사이클에서 블록 센스앰프의 출력데이터를 출력버퍼(160)의 전단에 연결된 제1데이터 레지스터(150)에 래치하고, 두 번째 클럭사이클에서 상기 래치된 데이터를 상기 출력버퍼(160)의 후단에 연결된 제2데이터 레지스터(170)에 래치하고, 세 번째 클럭사이클에서 상기 제2데이터 레지스터에 래치된 데이터를 출력드라이버(180)를 통해 외부로 출력할 수 있게 된다.

도 5는 도 4에 따른 데이터 리드동작의 타이밍도이다. 도 5에서 수평축은 타임을 나타내고 수직축은 다양한 신호의 전압레벨을 나타낸다. 외부 클럭신호(XCLK)의 제1 클럭사이클(T1)동안 부호 A1으로 라벨링된 외부 어드레스(XADD)가 인가되면, 상기 제1 클럭사이클(T1)에서 로우 선택신호(SWL)와 컬럼 선택신호(Yi)가 로우 및 컬럼 디코더에서 출력된다. 상기 로우 선택신호(SWL)와 컬럼 선택신호(Yi)의 인에이블에 의해, 메모리 셀이 선택되고 그 선택된 메모리 셀에 저장된 전하는 대응되는 데이터 라인들(SDL,/SDL)에 디벨롭된다. 이후, 상기 제1 클럭사이클(T1)동안에 센스앰프 인에이블신호(PSA1)가 블록 센스앰프(140)에 제공되면, 상기 데이터라인들(SDL,/SDL)사이에 나타나는 셀데이터는 제1 데이터 레지스터(150)에 래치된다. 상기 제1 클럭사이클에 뒤따르는 제2 클럭사이클(T2)에서 제2클럭(PSA2)이 인가되면, 상기 제2 클럭사이클(T2)동안에 상기 래치된 셀데이터가 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 출력된다. 출력버퍼(160)의 출력단(DataA, /DataA)에는 도면에 도시된 바와 같이 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에 나타난 데이터가 약간 지연되어 나타난다. 상기 출력단(DataA, /DataA)의 데이터는 제2 데이터 레지스터(170)에 래치되고, 상기 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클(T3)동안에 인가되는 제3클럭(Kdata)에 의해 상기 래치된 데이터는 제2 데이터 레지스터(170)의 출력단(DataC, /DataC)에 나타난다. 상기 출력단(DataC, /DataC)에 연결된 출력 드라이버(180)에 의해 리드 출력데이터(DQ)가 제3 클럭사이클(T3)부터 입출력단(I/O)을 통통해 파이프라인 출력된다.

도 5의 리드동작 타이밍을 참조시 본 발명의 실시 예에서 사이클 타임(tCYC)은 도 3의 종래기술의 경우와는 다르다. 즉, 도 3의 경우에는 외부 클럭신호(XCLK)의 인가시점으로부터 출력버퍼 후단의 데이터 레지스터(도 4와 대조시 제2 데이터 레지스터:170)에 블록 센스앰프(140)의 출력데이터가 래치되기까지의 타임으로 사이클 타임이 결정되어졌다. 그러나, 도 5에서 도시된 바와 같이 본 실시예의 경우에는 외부 클럭신호(XCLK)의 인가시점으로부터 제1 데이터 레지스터(150)에 데이터가 래치되기까지의 타임으로 사이클 타임이 결정된다. 따라서, 사이클 타임은 종래의 기술과 비교시 대폭적으로 단축됨이 명백하다. 보다 구체적으로, 1단의 파이프라인을 종래의 파이프라인 구조에 추가 시 종래의 경우에 비해, 본 실시예에서는센스앰프에서 출력된 데이터가 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)까지 도달하는데 걸리는 타임과 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)에서부터 출력버퍼(160)를 거쳐 제2 데이터 레지스터(170)까지 도달하는데 걸리는 타임을 합한 만큼 사이클 타임을 단축할 수 있는 것이다.

도 6은 도 4중 일부에 관한 상세 블록도로서, 리드 패스동작의 철저한 이해를 제공하기 위하여, 도 4중 메모리 셀 어레이(130)에서 출력드라이버(180)까지 차례로 연결된 블록들을 도식적으로 나타낸 것이다. 메모리 셀 어레이(130)가 복수의 셀 어레이 블록(130-1,..,130-n)으로 구성되어 있을 경우에, 블록 센스앰프(140)는 그에 대응하여 복수의 블록 센스앰프 어레이(140-1,..,140-n)로 이루어지고, 제1 데이터 레지스터(150)도 복수의 제1 데이터 레지스터 어레이(150-1,..,150-n)로 대응되어 설치된다. 여기서, 상기 복수의 제1 데이터 레지스터 어레이(150-1,..,150-n)가 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)을 구성하는 복수의 메인 데이터 라인(MDL0 & /MDL0,MDL1 & /MDL1,..., MDLn & /MDLn)의 전단(front stage)에 위치됨을 주목하라. 복수의 출력버퍼(160-1,..,160-n)로 구성되는 출력버퍼(160)는 상기 복수의 메인 데이터 라인(MDL0 & /MDL0,MDL1 & /MDL1,..., MDLn & /MDLn)에 각기 대응되어 연결된다. 복수의 출력 드라이버(180-1,..,180-n)로 이루어진 출력 드라이버(180)의 전단에 접속된 제2 데이터 레지스터(170)는 복수의 제2 데이터 레지스터 어레이(170-1,..,170-n)로 이루어진다.

여전히 도 6에서도, 도 4에서 설명한 바와 같이, 복수의 제1 데이터 레지스터 어레이(150-1,..,150-n)는 제2 클럭사이클(T2)동안에 인가되는 제2클럭(PSA2)에응답하며, 복수의 제2 데이터 레지스터 어레이(170-1,..,170-n)는 상기 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클(T3) 동안에 인가되는 제3클럭(Kdata)에 응답한다. 그럼에 의해, 1단의 파이프 라인구조가 적어도 2단의 파이프 라인구조에 추가되어진다.

도 7은 도 4 및 도 6에 도시된 블록 센스앰프(140-i) 및 제1 데이터 레지스터(150-i)의 세부회로를 보인 것이고, 도 8은 도 4 및 도 6에 도시된 데이터 출력버퍼(160-i), 제2 데이터 레지스터(170-i) 및 출력드라이버(180-i)의 상세를 보인 것이다. 도 7에서, 블록 센스앰프(140-i)는 피형(p-channel type) 모오스 트랜지스터들(P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P10,P11)과, 엔형(p-channel type) 모오스 트랜지스터들(N1,N2,N3,N4,N5,N6,N7)과, 씨모오스(CMOS)인버터(I1)로 구성된다. 프리차아지 신호(PRCH_SDL)를 게이트 터미널로 수신하는 상기 피형 모오스 트랜지스터들(P1,P2,P3)은 상기 데이터 라인들(SDL,/SDL)을 프리차아지한다. 크로스 커플된 상기 피형 모오스 트랜지스터들(P4,P5)과 상기 데이터 라인들(SDL,/SDL)에 게이트 터미널이 각기 연결된 엔형 모오스 트랜지스터들(N1,N2) 및 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)에 응답하는 엔형 모오스 트랜지스터(N3)는 데이터 리드동작시에 프리차아지된 데이터 라인들(SDL,/SDL)간에 디벨롭된 전압레벨차를 1차적으로 증폭하는 1차 센스앰프로서의 역할을 한다. 상기 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)를 게이트 터미널로 수신하는 상기 피형 모오스 트랜지스터들(P6,P7,P8)은 상기 1차 센스앰프의 출력단들을 상기 1차 센스앰프가 비동작시 프리차아지하는 기능을 한다. 피형 모오스 트랜지스터들(P9,P10,P11) 및 엔형 모오스 트랜지스터들(N4,N5)은 상기1차 센스앰프의 출력을 2차로 증폭하는 2차 센스앰프로서의 역할을 한다. 상기 2차 센스앰프내의 피형 모오스 트랜지스터(P9)는 상기 인버터(I1)를 통하여 상기 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)를 게이터 터미널로 수신한다. 상기 2차 센스앰프의 출력단들(SA0,/SA0)에 드레인 터미널이 각기 연결된 상기 엔형 모오스 트랜지스터들(N6,N7)은 상기 2차 센스앰프의 비동작 시 출력단들(SA0,/SA0)을 접지전압 예컨대 0볼트로 고정하는 기능을 담당한다.

상기 제1 데이터 레지스터(150-i)는 도 7에서 인버터들(I2,I3,I4,I5,I6,I7), 피형 모오스 트랜지스터들(P12,P13), 및 엔형 모오스 트랜지스터들(N8,N9,N10,N11,N12,N13,N14,N15)로 구성된다. 상기 인버터들(I4,I5)은 서로의 출력단에 입력단이 연결되어 인버터 래치(L1)를 구성하며, 인버터(I2)와 피 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P12,N8,N9)은 외부제어신호에 응답함이 없이, 상기 2차 센스앰프의 출력단(SA0)에 나타나는 데이터가 래치단(LAT1)에 셀프(self)래치되도록 하는 셀프래치 구동회로로서 기능한다. 유사하게, 인버터(I3)와 피 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P13,N10,N11)은 상기 2차 센스앰프의 출력단(/SA0)에 나타나는 데이터가 상보(complementary)래치단(/LAT1)에 셀프(self)래치되도록 하는 셀프래치 구동회로로서 기능한다. 게이트 터미널로 제2클럭(PSA2)을 수신하고 드레인 터미널이 메인 데이터 라인(MDL)에 연결된 엔형 모오스 트랜지스터(N12)와 상기 엔형 모오스 트랜지스터(N12)의 소오스 터미널에 드레인 터미널이 연결되고 게이트 터미널이 인버터(I6)의 출력에 연결된 엔형 모오스 트랜지스터(N13)는 래치된 데이터를 제2클럭(PSA2)에 응답하여 후단으로 전송하는 중계구동회로로서 기능한다. 유사하게, 상기 엔형 모오스 트랜지스터들(N14,N15)도 중계구동회로로서 기능한다. 상기 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)은 상기 제2클럭(PSA2)이 하이레벨로 인에이블되기 이전까지는 하이레벨 예컨대 전원전압의 레벨로 프리차아지 되어 있다.

도 8을 참조하면, 인가되는 데이터를 버퍼링하여 출력하기 위한 출력버퍼(160-i)는 인버터들(I8,I9,I10,I11), 피형 모오스 트랜지스터들(P14,P15), 엔형 모오스 트랜지스터들(N16,N17), 지연기(D1), 노아 게이트(NOR1)로 구성된다. 인버터(I8), 그리고 엔형 및 피형 모오스 트랜지스터들(N16,P14)은 지연기(D1)를 통해 인가되는 노아 게이트(NOR1)의 출력에 응답하여 메인 데이터 라인(MDL)을 하이레벨로 프리차아지하는 기능을 담당한다. 유사하게, 인버터(I9), 그리고 엔형 및 피형 모오스 트랜지스터들(N17,P15)은 지연기(D1)를 통해 인가되는 노아 게이트(NOR1)의 출력에 응답하여 상보 메인 데이터 라인(/MDL)을 하이레벨로 프리차아지하는 기능을 한다.

출력버퍼(160)의 출력단(DataA, /DataA)에 연결된 제2 데이터 레지스터(170-i)는 제1,2,3인버터 래치들(L2,L3,L4)과, 셀프래치 구동회로로서 기능하는 인버터들(I12,I13) 및 피형 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P16,P17,N18,N19,N20,N21)과, 1차 및 2차 트랜스미션 게이트들(G1,G2,G3,G4)로 구성된다. 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클(T3)동안에 인가되는 제3클럭(Kdata) 및 상보 제3클럭(/Kdata)은 상기 1차 및 2차 트랜스미션 게이트들(G1,G2,G3,G4)의 패스신호로서 인가된다.

제2 데이터 레지스터(170-i)의 출력단(DataC, /DataC)에 연결된 출력 드라이버(180-i)는, 상기 출력단(DataC, /DataC)에 일측입력단이 각기 연결되고 출력인에이블 신호(OE)를 타측입력으로 공통수신하는 낸드 게이트들(NAN1,NAN2)과, 상기 낸드 게이트(NAN2)의 출력단에 연결된 인버터(I25), 상기 낸드 게이트(NAN1)의 출력에 게이트 터미널이 연결되고 소오스 터미널로 전원전압을 수신하는 구동용 피형 모오스 트랜지스터(P20), 상기 인버터(I25)의 출력단에 게이트 터미널이 연결되고 상기 피형 모오스 트랜지스터(P20)의 드레인 단자와 접지간에 드레이-소오스 채널이 연결된 구동용 엔형 모오스 트랜지스터(N22)로 구성된다. 여기서, 상기 피형 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P20,N22)의 드레인 터미널이 서로 접속되는 노드는 입출력단(I/O)과 연결된다.

도 7 및 도 8에 도시된 회로들의 상세는 일 예를 든 것에 불과하며, 다양한 형태로 변경될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 리드 동작시에 데이터 패스의 흐름을 보다 구체적으로 설명한다. 이미 도 5의 타이밍도를 참조하여 본 발명에 대한 전체적인 설명이 되어졌음을 주목하라.

다시 도 7을 참조하면, 리드동작시 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)는 "하이"레벨로서 인가된다. 여기서, "하이"레벨은 논리레벨을 의미하는 것으로서, 통상 전원전압에 대응하며, "로우"레벨의 반대 의미이다. 상기 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)가 하이레벨로 인가됨에 따라, 엔형 모오스 트랜지스터(N3)가 턴온되어 피형 모오스 트랜지스터들(P4,P5)과 엔형 모오스 트랜지스터들(N1,N2)로 이루어진 1차 센스앰프가 센싱 및 증폭동작을 시작한다. 따라서, 데이터 라인들(SDL,/SDL)간에 디벨롭된 전압레벨차는 1차적으로 증폭된다. 상기 센스앰프 인에이블 신호(PSA1)가 하이레벨로 인가될시, 인버터(I1)가 "로우"레벨을 출력하면, 엔형 모오스 트랜지스터들(N6,N7)은 턴오프되어 출력단들(SA0,/SA0)에 대한 프리차아지 동작이 중단되고, 피형 모오스 트랜지스터(P9)는 턴온 상태로 간다. 그럼에 의해, 피형 모오스 트랜지스터들(P9,P10,P11) 및 엔형 모오스 트랜지스터들(N4,N5)로 이루어진 2차 센스앰프가 동작을 시작한다.

예를 들어, 선택된 메모리 셀에 저장된 차아지가 대응되는 데이터 라인들에 차아지 셰어링된 후, 데이터 라인들(SDL,/SDL)에 각기 프리차아지 전압보다 높은 전압레벨과 프리차아지 전압레벨과 거의 같은 전압레벨이 나타난 경우라 가정하면, 1차 센스앰프내의 엔형 모오스 트랜지스터(N1)은 엔형 모오스 트랜지스터(N2)보다 상대적으로 강하게(strongly) 턴온된다. 그럼에 의해, 피형 모오스 트랜지스터(P5)는 피형 모오스 트랜지스터(P4)보다 상대적으로 강하게 턴온된다. 시간이 경과함에 따라 상기 피형 모오스 트랜지스터(P4)는 점차로 턴오프 상태로 간다. 그럼에 의해 2차 센스앰프의 피형 모오스 트랜지스터(P10)는 피형 모오스 트랜지스터(P11)보다 상대적으로 강하게 턴온된다. 그럼에 의해, 2차 센스앰프의 출력단들(SA0,/SA0)에는 감지 및 증폭된 전압레벨로서 하이 및 로우레벨이 얻어진다.

상기 출력단들(SA0,/SA0)에 하이 및 로우레벨로서 각기 나타난 메모리 셀 데이터는 제1 데이터 레지스터(150-i)내의 인버터 래치(L1)에 셀프래치된다. 여기서, 셀프래치되는 동작을 설명하면 다음과 같다. 상기 출력단(SA0)에 나타난 하이레벨은 인버터(I2)에 의해 로우레벨로 반전되어 피형 모오스 트랜지스터(P12)를 턴온시키고, 엔형 모오스 트랜지스터(N8)를 턴오프시킨다. 이 때 엔형 모오스 트랜지스터(N9)는 상기 출력단(/SA0)로부터 로우레벨을 수신하므로 턴오프된다. 따라서, 래치단(LAT1)에는 하이레벨이 나타난다. 한편, 인버터(I3)를 통해 하이레벨을 수신하는 엔형 모오스 트랜지스터(N10)가 턴온되고, 엔형 모오스 트랜지스터(N11)이 상기 출력단(SA0)에 나타난 하이레벨에 의해 턴온될 때, 피형 모오스 트랜지스터(P13)는 턴오프되므로, 상보 래치단(/LAT1)에는 로우레벨이 나타난다. 결국, 인버터(I2)와 피 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P12,N8,N9)로 구성된 셀프래치 구동회로와, 인버터(I3)와 피 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P13,N10,N11)로 구성된 셀프래치 구동회로에 의해, 상기 래치단(LAT1) 및 상보 래치단(/LAT1)에는 하이 및 로우레벨이 나타난다. 상기 래치단(LAT1) 및 상보 래치단(/LAT1)의 하이 및 로우레벨은 인버터(I4,I5)로 이루어진 인버터 래치에 의해 래치되며, 인버터(I6) 및 인버터(I7)에 의해 각기 반전되어 로우 및 하이레벨로 된다. 중계구동회로내의 엔형 모오스 트랜지스터들(N12,N14)은 메인 데이터 라인(MDL,/MDL)이 하이레벨로 프리차아지되어 있는 상태에서 상기 제2클럭(PSA2)를 하이레벨로 수신하므로, 모두 턴온된다. 그러나, 엔형 모오스 트랜지스터(N13)는 게이트 터미널에 로우레벨이 인가되므로 턴오프상태이고, 엔형 모오스 트랜지스터(N15)는 게이트 터미널로 하이레벨을 수신하므로 턴온된다. 이에 따라, 메인 데이터 라인(MDL)은 접지로의 전류패스가 형성되지 못하므로 여전히 하이레벨을 유지하며, 상보 메인 데이터 라인(/MDL)은 접지로 전류가 흘러서 로우레벨로 천이(transition)된다. 마침내, 상기 중계구동회로에 의해 상기 래치단(LAT1) 및 상보 래치단(/LAT1)에 래치되어 있던 하이 및 로우레벨은 외부클럭신호의 두 번째 주기에서 인가되는 제2클럭(PSA2)에 동기하여 후단에 위치된 출력버퍼(160-i)로 전송된다.

도 8에서 도시된 출력버퍼(160-i)의 출력단(DataA, /DataA)에는 버퍼링된 로우 및 하이레벨이 출력데이터로서 나타난다. 상기 로우 및 하이레벨은 제2 데이터 레지스터(170-i)내의 제1 인버터 래치(L2)의 래치단(DataB) 및 상보 래치단(/DataB)에 로우 및 하이 레벨로서 셀프래치된다. 상기 로우 및 하이 레벨은 인버터(I16) 및 인버터(I17)에 의해 각기 하이 및 로우레벨로 반전되어 각기 대응되는 1차 트랜스미션 게이트(G1,G2)의 입력단에 각기 인가된다. 상기 1차 트랜스미션 게이트(G1,G2)를 각기 통과한 하이 및 로우 레벨은 제2 인버터 래치(L3)에 래치되고, 인버터(I20,I21)의 출력단에 로우 및 하이레벨로 나타난다. 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클(T3)동안에 인가되는 제3클럭(Kdata) 및 상보 제3클럭(/Kdata)에 의해 상기 2차 트랜스미션 게이트들(G3,G4)은 상기 로우 및 하이레벨을 전송한다. 상기 로우 및 하이레벨은 제3 인버터래치(L4)에 래치되어, 결국, 제2 데이터 레지스터(170-i)의 출력단(DataC, /DataC)에 나타난다. 상기 제2 데이터 레지스터(170-i)의 출력단(DataC, /DataC)에 연결된 출력 드라이버(180-i)내의 낸드 게이트(NAN1)는 하이레벨을 출력하고, 낸드 게이트(NAN2)는 로우레벨을 출력한다. 아웃 인에이블 신호(OE)는 인에이블시 하이레벨로 제공되기 때문이다. 따라서, 구동용 피형 모오스 트랜지스터(P20)는 턴오프 상태이고, 엔형 모오스 트랜지스터(N22)는 인버터(I25)의 출력이 하이레벨이므로 턴온상태로 된다. 이에 따라, 최종 입출력단(I/O)에는 선택된 메모리셀의 저장정보를 나타내는 로우레벨이 출력된다.

따라서, 외부 클럭의 세 번째 주기 이후부터는 상기 출력단(I/O)에 데이터가연속적으로 출력되기 시작한다.

결론적으로, 통상적인 동기 반도체 메모리에서 셀 데이터를 증폭시키는 블록 센스앰프와 공통 데이터 라인 MDL,/MDL사이에 데이터 레지스터를 추가로 두어, 1단의 파이프라인을 추가하면, 사이클 타임의 제약이 대폭적으로 해소된다. 그 결과로써, 사이클 타임(tCYC)은, 통상의 경우와는 달리 외부 클럭신호의 인가로부터 출력버퍼의 후단에 연결된 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기 까지의 타임으로 결정되는 것이 아니라, 외부 클럭신호의 인가로부터 센스앰프의 다음단인 제1 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기까지의 타임으로 결정된다. 따라서, 사이클 타임은 대폭적으로 단축되는 것이다.

본 실시예에서 추가된 제1 데이터 레지스터의 설치 위치의 이점에 대하여 첨언적으로 설명한다. 1단의 파이프 라인을 추가시에, 제1 데이터 레지스터를 어디에 위치시키는가가 매우 중요하다. 예를 들어, 디코더 단에 위치시킬 경우에 외부클럭신호의 다음 사이클에서 디코더 단에서부터 셀을 거쳐 데이터 레지스터까지 걸리는 지연타임에 기인하여 사이클 타임이 단축되기 어렵다. 또 다른 경우로서, 상기 제1데이터 레지스터를 출력버퍼 단에 연속으로 두게 될 경우에도, 통상의 경우와 마찬가지로 사이클 타임이 외부 클럭신호의 인가시점부터 출력버퍼의 다음단에 있는 1차 데이터 레지스터에 데이터가 래치되기 까지의 타임으로 되어 사이클 타임의 단축이 어려운 것이다.

그러므로, 본 발명의 실시 예에서는 메모리 셀에서 가장 가까운 곳에 위치된 1차 센스앰프의 출력에 상기 1차 데이터 레지스터를 연결하여 1단이 더 파이프라인되도록 한 것이다.

그럼에 의해, 4메가 비트 동기 파이프라인 SRAM에 통상의 경우와 같이 2단의 파이프라인 방식을 적용한 경우는 275MHz(tCYC = 3.7ns)이고, 본 발명의 실시예의 경우에 400MHz(tCYC = 2.5ns) 로 나타나, 사이클 타임이 획기적으로 향상된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 도면을 기준으로 예를 들어 기술되었지만 이에 한정되지 않으며 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 데이터 레지스터의 내부회로 구성을 타의 회로소자들로 변경할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 적어도 2단의 파이프 라인구조를 가지는 동기 파이프라인 반도체 메모리에서, 센스앰프와 공통 데이터라인 사이에 상기 센스앰프의 출력을 래치하는 데이터 레지스터를 더 구비하여 적어도 3단이상의 파이프 라인이 되도록 한 본 발명에 따르면, 데이터 래치타임이 줄어들어 사이클 타임이 대폭적으로 감소되는 효과가 있다. 따라서, 보다 고속의 동기 반도체 메모리에 유리한 이점을 갖는다.

Claims

적어도 2단의 파이프 라인구조를 가지는 동기 파이프라인 반도체 메모리에서, 센스앰프와 공통 데이터라인 사이에 상기 센스앰프의 출력을 래치하는 데이터 레지스터를 더 구비하여 적어도 3단이상의 파이프 라인 동작구조가 되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 메모리.
복수의 메모리 셀로 이루어진 메모리 셀 어레이;

외부클럭의 제1 클럭사이클 동안에 인가되는 센스앰프 인에이블신호에 응답하여 선택된 메모리 셀의 데이터를 센싱 및 증폭하는 블록 센스앰프;

상기 블록 센스앰프로부터의 출력되는 출력데이터를 래치하고 상기 제1 클럭사이클에 뒤따르는 제2 클럭사이클 동안에 인가되는 제2클럭에 응답하여 상기 래치된 출력데이터를 출력하는 제1데이터 레지스터;

상기 제1데이터 레지스터로부터 출력되는 데이터를 출력버퍼를 개재하여 래치하고 상기 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클 동안에 인가되는 제3클럭에 응답하여 상기 래치된 데이터를 출력하는 제2데이터 레지스터; 및

상기 제2데이터 레지스터로부터 출력된 데이터를 외부로 출력하는 출력드라이버를 구비함을 특징으로 하는 동기 파이프라인 반도체 메모리.
제2항에 있어서, 상기 제1 데이터 레지스터는 셀프래치 구동회로와, 상기 셀프래치 구동회로의 출력에 연결된 인버터 래치와, 상기 인버터 래치의 출력에 연결된 중계구동회로를 포함함을 특징으로 하는 동기 파이프라인 반도체 메모리.
제2항에 있어서, 상기 제1 데이터 레지스터의 출력단은 메인 데이터라인에 연결되어 있으며, 상기 메인 데이터 라인은 하이레벨로 프리차아지됨을 특징으로 하는 동기 파이프라인 반도체 메모리.
제2항에 있어서, 상기 제2 데이터 레지스터는 2단의 트랜스미션 게이트를 개재하여 3단의 래치를 내부적으로 가짐을 특징으로 하는 동기 파이프라인 반도체 메모리.
복수의 메모리 셀로 이루어진 메모리 셀 어레이;

외부클럭의 제1 클럭사이클 동안에 인가되는 센스앰프 인에이블신호에 응답하여 선택된 메모리 셀의 데이터를 센싱 및 증폭하는 블록센스앰프와, 데이터 출력버퍼간에 접속되어, 상기 블록센스앰프로부터의 출력되는 출력데이터를 래치하고상기 제1 클럭사이클에 뒤따르는 제2 클럭사이클 동안에 인가되는 제2클럭에 응답하여 상기 래치된 출력데이터를 출력하는 제1데이터 레지스터와;

상기 출력버퍼와 출력드라이버간에 연결되며, 상기 출력버퍼를 통해 제공되는 상기 제1데이터 레지스터의 출력 데이터를 래치하고 상기 제2 클럭사이클에 뒤따르는 제3 클럭사이클 동안에 인가되는 제3클럭에 응답하여 상기 래치된 데이터를 상기 출력드라이버로 출력하는 제2데이터 레지스터를 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리.
동기 반도체 메모리의 동작방법에 있어서:

외부클럭의 첫 번째 클럭사이클에서 블록센스앰프의 출력데이터를 출력버퍼의 전단에 연결된 제1데이터 레지스터에 래치하는 단계와;

두 번째 클럭사이클에서 상기 래치된 데이터를 상기 출력버퍼의 후단에 연결된 제2데이터 레지스터에 래치하는 단계와;

세 번째 클럭사이클에서 상기 제2데이터 레지스터에 저장된 데이터를 출력드라이버를 통해 외부로 출력하는 단계를 가짐을 특징으로 하는 방법.
외부 클럭신호에 필요 신호들이 동기되어 생성되며 어드레스 입력에서부터 데이터가 출력드라이버를 통해 출력되기까지 여러 사이클에 의해 리드 동작이 완료되며, 데이터를 저장하는 메모리 셀을 복수로 가지는 메모리 셀 어레이를 구비한 동기 파이프라인 메모리에 있어서:

외부 클럭신호를 수신하여 제1,2,3클럭을 생성하는 클럭버퍼와;

상기 제1클럭에 응답하여 외부 어드레스를 수신하는 입력버퍼와;

상기 입력버퍼에서 출력되는 어드레스를 디코딩하여 상기 메모리 셀 어레이에 로우 선택신호와 컬럼 선택신호를 출력하는 디코더와;

상기 디코더에 의해 선택된 메모리 셀의 데이터를 센스앰프 인에이블 신호에 응답하여 감지 및 증폭하는 센스앰프와;

상기 센스앰프로부터 출력되는 데이터를 저장하는 제1데이터 레지스터와;

상기 제1클럭에 뒤따라 상기 외부 클럭신호의 두 번째 주기에서 인가되는 제2클럭에 응답하여 상기 제1데이터 레지스터에 저장된 데이터를 공통 데이터라인에 제공하는 중계 구동회로와;

상기 중계 구동회로의 출력 데이터를 버퍼링 출력하는 출력버퍼와;

상기 출력버퍼의 출력 데이터를 래치하고, 상기 제2클럭에 뒤따라 상기 외부 클럭신호의 세 번째 주기에서 인가되는 제3클럭에 응답하여 상기 저장된 데이터를 상기 출력 드라이버에 제공하는 제2 데이터 레지스터를 구비함을 특징으로 하는 동기 파이프라인 메모리.
제8항에 있어서, 상기 제1 데이터 레지스터는 셀프래치 구동회로와, 상기 셀프래치 구동회로의 출력에 연결된 인버터 래치를 포함함을 특징으로 하는 동기 파이프라인 메모리.
제8항에 있어서, 상기 중계 구동회로의 출력단이 연결된 상기 공통 데이터라인은 하이레벨로 프리차아지됨을 특징으로 하는 동기 파이프라인 메모리.
제8항에 있어서, 상기 제2 데이터 레지스터는 2단의 트랜스미션 게이트를 개재하여 3단의 래치를 내부적으로 가짐을 특징으로 하는 동기 파이프라인 메모리.