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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Speicherschaltung, bei der der durch Spannungsgeneratoren
lieferbare Strom einstellbar ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung
und ein Verfahren zum Betrieb derselben.
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Hochgeschwindigkeitsspeicherbausteine (SDRAM)
benötigen
zur Erzeugung verschiedener Spannungen bzw. Betriebsspannungen (VIN
T, VBLH, VPP etc.) aus einer von außen zugeführten Versorgungsspannung mehrere
On-Chip-Spannungsgeneratoren. Die den Spannungsgeneratoren durch
nachgeschaltete Lasten entzogenen Ströme sind stark von der Taktfrequenz
bzw. Glock-Frequenz abhängig.
Die Leistungsmerkmale und die Anzahl der Spannungsgeneratoren werden
ausgelegt, um auch bei einer maximalen Taktfrequenz der Speicherschaltung
Worst-Case-Ströme
bzw. Ströme
unter den ungünstigsten
möglichen
Gegebenheiten zu gewährleisten.
Wenn die Speicherschaltung unterhalb oder weit unterhalb ihrer maximalen
Taktfrequenz betrieben wird, wie dies beispielsweise bei Serveranwendungen
regelmäßig der
Fall ist, ist die Anzahl der Spannungsgeneratoren unnötig hoch.
Da andererseits der Eigenstromverbrauch der Spannungsgeneratoren
von der Leistung, die sie an nachgeschaltete Schaltungen abgeben,
nur schwach oder gar nicht abhängig
ist, ist bei Taktfrequenzen unterhalb der maximalen Taktfrequenz
auch der Stromverbrauch bzw. die Stromaufnahme bzw. die Leistungsaufnahme
der Spannungsgeneratoren nicht optimal, sondern unnötig hoch.
Da der Eigenstromverbrauch der Spannungsgeneratoren typischerweise
zwei Drittel des Gesamtstromverbrauchs der Speicherschaltung begründet, kommt
ihm eine erhebliche technische und wirtschaftliche Bedeutung zu,
zumal der Gesamtstromverbrauch bzw. seine Minimierung bei Serveranwendungen
in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen wird.
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Die
DE 19748031 A1 beschreibt eine Halbleiterschaltungsvorrichtung
mit einer internen Stromversorgungsschaltung zum Versorgen von internen Schaltungen
der Halbleiterschaltungsvorrichtung mit einer stabilen Versorgungsspannung,
die nicht mit einer. Frequenz eines internen Taktsignales der Halbleiterschaltungsvorrichtung
variiert. Zu diesem Zweck wird eine Rückkoppelungsschleife mit einem Differenzverstärker verwendet,
um die interne Versorgungsspannung auf eine Referenzspannung zu regeln.
Bei einer Ausführungsform
wird der lieferbare Strom durch einen Transistor bestimmt und durch eine
Verstärkungssteuerschaltung
nicht beeinflußt. Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird eine Spannungsheruntertransformierschaltung mit einer Ausgabeschaltung
beschrieben, deren Ausgabestrom bei Frequenzen unterhalb eines spezifischen Niveaus
von einem ersten p-Kanal-MOS-Transistor und bei Frequenzen oberhalb
des spezifischen Niveaus von einem zweiten p-Kanal-MOS-Transistor geliefert
wird. Der zweite p-Kanal-MOS-Transistor
ist derart ausgebildet, daß mehr
Strom durch ihn fließt als
durch den ersten p-Kanal-MOS-Transistor.
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Der Artikel „Advanced controlling scheme
for a DRAM voltage generator system" von O. Weinfurtner et al. (IEEE
Journal of Solid-State Circuits, Bd. 35, Nr. 4, April 2000) beschreibt
Spannungsgenerator-Subsysteme, die aus einem Aktiv-Teil und einem Standby-Teil
bestehen. Der Aktiv-Teil ist in der Lage die größeren Betriebsströme zu erzeugen,
verbraucht aber auch einen hohen Strom. Der Standby-Teil ist nur
in der Lage Spannungspegel durch Kompensation von Leckströmen aufrecht
zu erhalten, verbraucht aber einen sehr geringen Strom. In einem
Ruhemodus oder einem Schlafmodus werden nur die Standby-Teile der
Spannungsgeneratoren betrieben. Die Aktiv-Teile der Spannungsgeneratoren werden
nur in einem, aktiven Modus betrieben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht deshalb darin, eine Speicherschaltung mit mehreren Spannungsgeneratoren
ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Speicherschaltung und
ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Spei cherschaltung zu schaffen,
die auf einfache Weise eine Reduzierung des Stromverbrauchs ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Speicherschaltung
gemäß Anspruch
1, ein Verfahren gemäß Anspruch
7 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt eine
Speicherschaltung einen oder mehrere Spannungsgeneratoren zum Erzeugen
von Betriebsspannungen für
Speicherelemente der Speicherschaltung und eine Einrichtung zum
selektiven Einstellen eines von dem einen oder den mehreren Spannungsgeneratoren
lieferbaren Stroms abhängig
von einer Betriebsfrequenz der Speicherschaltung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Idee zugrunde, den Stromverbrauch einer Speicherschaltung zu
minimieren, indem ein von einem oder mehreren Spannungsgeneratoren
lieferbarer Strom abhängig
von einer Betriebsfrequenz der Speicherschaltung eingestellt bzw.
an den von der Betriebsfrequenz abhängigen, von der Speicherschaltung
benötigten
Strom angepaßt
wird.
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Der benötigte Strom ist dabei der Strom,
der von den Speicherelementen im Worst-Case-Fall gezogen wird, wenn
durch den einen oder die mehreren Spannungsgeneratoren eine Betriebsspannung
an die Speicherelemente angelegt wird. Der von einem jeweiligen
Speicherelement gezogene Strom kann dabei sowohl vom Speicherzustand
des Speicherelements als auch von den an demselben anliegenden Steuersignalen
und Datensignalen abhängen.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß mit
dem lieferbaren Strom auch der Stromverbrauch des oder der mehreren
Spannungsgeneratoren einstellbar ist und deshalb nicht mehr größer sein
muß als
technisch erforderlich. Typischerweise ist bei einer Betriebsfrequenz
von 75 MHz der maximale Strombedarf der die Spannungsgeneratoren
belastenden Schaltungen nur ca. halb so groß wie bei einer Frequenz von
166 MHz. Beispielsweise verbraucht eine nach der Intel Spec PC166
entworfene SDRAM-Speicherschaltung nach dem Aktivschatten einen
Standby-Strom (ICC3N; definiert nach dem JEDEC-Standard) von ca. 30 mA, wovon ca. zwei
Drittel dem Eigenstromverbrauch der Spannungsgeneratoren zuzurechnen
sind. Folglich sinkt der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen SDRAM-Speicherschaltung
bei 75 MHz um ca. 10 mA.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Speicherschaltung mehrere Spannungsgeneratoren, die abhängig von
der Betriebsfrequenz der Speicherschaltung selektiv deaktiviert werden.
Die selektive Deaktivierung erfolgt entweder während der Herstellung der Speicherschaltung durch
Maskieren oder Aufschmelzen einer schmelzbaren Solltrennstelle (Fuse)
oder während
des Betriebs durch eine dafür
vorgesehene Einrichtung in oder an der Speicherschaltung. In beiden
Fällen
wird ohne eine aufwendige und teure Entwicklung eines speziellen
Low-Power-Designs der Stromverbrauch der Speicherschaltung abhängig von
der Betriebsfrequenz, für
die die Speicherschaltung vorgesehen ist, bzw. von der Betriebsfrequenz,
bei der die Speicherschaltung betrieben wird, minimiert. Das von
der Betriebsfrequenz abhängige
Deaktivieren bzw. Aktivieren einzelner Spannungsgeneratoren erfordert
dabei nur einen minimalen zusätzlichen
schaltungstechnischen Aufwand, ermöglicht aber den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-DRAM
als leistungsoptimierte Niedergeschwindigkeits-DRAM. Durch das frequenzabhängige Aktivieren
von Spannungsgeneratoren kann eine Anpassung der Speicherschaltung
an zwei, drei oder mehr Frequenzkategorien bzw. Intervalle der Betriebsfrequenz
erfolgen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden
Erfindung sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Speicherschaltung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen, ob eine Periode eines
Taktsignals größer als
eine Grenzperiode ist;
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3 eine
schematische Darstellung von Zeitabhängigkeiten von Signalen an
der Schaltung aus 2;
und
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4 eine
schematische Darstellung von Zeitabhängigkeiten von Signalen an
der Schaltung aus 2.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Speicherschaltung 10 umfaßt einen Taktsignaleingang 12 zum
Empfangen eines Taktsignals, einen Initialisierungssignaleingang 14 zum Empfangen
eines Initialisierungssignals und einen Versorgungsleistungseingang 16 zum
Empfangen elektrischer Leistung, die allen Komponenten der Speicherschaltung 10 zugeführt wird,
welche während
des Betriebs eine Versorgung mit elektrischer Leistung benötigen. In 1 sind ferner ein erster Spannungsgenerator 20 mit
einem Versorgungsleistungseingang 22 und einem Spannungsausgang 24 und
ein zweiter Spannungsgenerator 30 mit einem Versorgungsleistungseingang 32,
einem Spannungsausgang 34 und einem Deaktivierungseingang 36 dargestellt.
Alle weiteren herkömmlichen
Komponenten und Funktionselemente der Speicherschaltung 10 sind
schematisch zu ei nem Speicherschaltungsblock 40 mit einem
Taktsignaleingang 42, einem Initialisierungssignaleingang 44,
einem Versorgungsleistungseingang 46 und einem Spannungseingang 48 zusammengefaßt.
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Der Taktsignaleingang 42 des
Speicherschaltungsblocks 40 ist mit dem Taktsignaleingang 12 der
Speicherschaltung 10 verbunden, der Initialisierungssignaleingang 44 des
Speicherschaltungsblocks 40 ist mit dem Initialisierungssignaleingang 14 der
Speicherschaltung 10 verbunden, der Versorgungsleistungseingang 46 des
Speicherschaltungsblocks 40 ist mit dem Versorgungsleistungseingang 16 der
Speicherschaltung 10 verbunden und der Spannungseingang 48 des
Speicherschaltungsblocks 40 ist mit dem Spannungsausgang 24 des
ersten Spannungsgenerators 20 und mit dem Spannungsausgang 34 des
zweiten Spannungsgenerators 30 verbunden. Der Versorgungsleistungseingang 16 der
Speicherschaltung 10 ist ferner mit dem Versorgungsleistungseingang 22 der
ersten Speicherschaltung 20 und dem Versorgungsleistungseingang 32 der
zweiten Speicherschaltung 30 verbunden.
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Über
den Taktsignaleingang 12, den Initialisierungssignaleingang 14 und
den Versorgungsleistungseingang 16 sind die Speicherschaltung 10 und damit
ihre Komponenten und Funktionselemente mit einer nicht dargestellten äußeren Schaltung,
beispielsweise einem Arbeitsspeicherbus oder einer Speichertreiberschaltung
verbunden, die der Speicherschaltung 10 ein Taktsignal,
ein Initialisierungssignal und Versorgungsleistung zuführt. Die
Spannungsgeneratoren 20, 30 nehmen über ihre
Versorgungsleistungseingänge 22, 32 Strom
und damit elektrische Leistung auf und erzeugen eine Betriebsspannung,
die anderen, summarisch durch den Speicherschaltungsblock 40 dargestellten
Komponenten und Funktionselementen zugeführt wird.
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Die Speicherschaltung 10 umfaßt neben
den dargestellten Einund Ausgängen,
Verbindungsleitungen, Komponenten und Funkti onselementen zahlreiche
weitere, deren Darstellung zum Verständnis der vorliegenden Erfindung
nicht erforderlich ist und deshalb aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen ist.
Insbesondere weist eine Speicherschaltung in der Regel zahlreiche
Steuer-, Adreß-
und Dateneingänge
und -Ausgänge
auf .
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Die Spannungsgeneratoren 20, 30 führen über die
Spannungsausgänge 24, 34 den
Komponenten und Funktionselementen im Speicherschaltungsblock 40,
beispielsweise Speicherzellen in demselben, eine Spannung bzw. Betriebsspannung zu,
wobei die Komponenten und Funktionselemente abhängig von dieser Betriebsspannung
einen Strom ziehen und somit Leistung aufnehmen. Diese Leistung
ist stark von einer Betriebsfrequenz bzw. einer Frequenz eines die
Speicherschaltung 10 taktenden Taktsignals abhängig. Darüber hinaus
ist diese Leistung von den momentan ausgeführten Operationen (Schreiben,
Lesen, Löschen
etc.) abhängig.
Bei der Auslegung der Spannungsgeneratoren 20, 30 sowie ihrer
Anzahl wird die maximale Leistungs- bzw. Stromaufnahme im ungünstigsten
Fall (Worst-Case-Strom) und bei der maximalen Betriebsfrequenz der
Speicherschaltung 10 zugrundegelegt.
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Die elektrische Leistung, die durch
die Spannungsgeneratoren 20, 30 über ihre
Versorgungsleistungseingänge 22, 32 aufgenommen
wird, ist dabei von der an den Spannungsausgängen 24, 34 abgegebenen
Leistung nicht oder nur schwach abhängig. Der Stromverbrauch der
Spannungsgeneratoren 20, 30 wird somit nicht oder
nicht wesentlich durch die momentan anliegende Betriebsfrequenz
der Speicherschaltung 10, sondern im wesentlichen nur durch
ihre maximale Betriebsfrequenz bestimmt. Bei vielen Anwendungen
werden Speicherschaltungen bei Betriebsfrequenzen betrieben, die
wesentlich niedriger als ihre maximale Betriebsfrequenz sind. In diesen
Fällen
ist der Stromverbrauch der Spannungsgeneratoren 20, 30 und
damit der gesamten Speicherschaltung 10 wesentlich höher als
nötig.
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Die vorliegende Erfindung sieht vor,
den Stromverbrauch der Spannungsgeneratoren 20, 30 abhängig von
der Betriebsfrequenz zu reduzieren. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist dazu eine Einrichtung 60 zum selektiven Deaktivieren
der Spannungsgeneratoren 20, 30 abhängig von der
Betriebsfrequenz vorgesehen. Die Einrichtung 60 umfaßt einen
Taktsignaleingang 62, der mit dem Taktsignaleingang 12 der
Speicherschaltung 10 verbunden ist, einen Initialisierungssignaleingang 64, der
mit dem Initialisierungssignaleingang 14 der Speicherschaltung 10 verbunden
ist, und einen Deaktivierungssignalausgang 66, der mit
dem Deaktivierungssignaleingang 36 des zweiten Spannungsgenerators 30 verbunden
ist. Solange an dem Initialisierungssignaleingang 14 der
Speicherschaltung 10 und damit auch am Initialisierungssignaleingang 64 der
Einrichtung 60 ein Initialisierungssignal anliegt, bestimmt
die Einrichtung 60, ob die Betriebsfrequenz bzw. die Frequenz
des am Taktsignaleingang 12 der Speicherschaltung 10 und
damit auch am Taktsignaleingang 62 der Einrichtung 60 anliegenden
Taktsignals kleiner als eine vorbestimmte Grenzfrequenz ist. Wenn
dies der Fall ist, erzeugt die Einrichtung 60 an ihrem
Deaktivierungssignalausgang 66 ein Deaktivierungssignal,
das der zweite Spannungsgenerator 30 über seinen Deaktivierungssignaleingang 36 empfängt und
das die Deaktivierung des zweiten Spannungsgenerators 30 bewirkt.
Die Deaktivierung des zweiten Spannungsgenerators 30 hat
zur Folge, daß die
Leistungsaufnahme und die Leistungsabgabe des zweiten Spannungsgenerators 30 über seinen
Versorgungsleistungseingang 32 bzw. seinen Spannungsausgang 34 nahezu
oder vollständig
auf Null zurückgehen.
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Wenn die Spannungsgeneratoren 20, 30 baugleich
sind, halbieren sich damit sowohl ihre gemeinsame Leistungsaufnahme
als auch ihre maximal mögliche
gemeinsame Leistungsabgabe an Komponenten und Funktionselementen
des Speicherschaltungsblocks 40. In diesem Fall wird die
vorbestimmte Grenzfrequenz vorzugsweise so gewählt, daß bei Betriebsfrequenzen unterhalb
dieser vorbestimmten Grenzfrequenz die Komponenten und Funk tionselemente
der Speicherschaltung 10, die mit den Spannungsausgängen 24, 34 der
Spannungsgeneratoren 20, 30 verbunden sind, über die
durch die Spannungsgeneratoren 20, 30 erzeugte
Betriebsspannung nur noch maximal die elektrische Leistung aufnehmen,
die der aktive erste Spannungsgenerator 20 maximal abgeben
kann.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Einrichtung 60 zum selektiven Deaktivieren der Spannungsgeneratoren 20, 30.
Die Einrichtung 60 umfaßt ein erstes D-Flip-Flop 70 mit
einem Takteingang C, einem D-Eingang D; einem nichtinvertierenden
Ausgang Q und einem invertierenden Ausgang Q, ein zweites D-Flip-Flop 72 mit
einem Takteingang C, einem D-Eingang D und einem nichtinvertierenden Ausgang
Q, eine Verzögerungsschaltung 74 mit
einem Eingang 76 und einem Ausgang 78 und ein UND-Gatter 80 mit
einem invertierenden Eingang 82, einem ersten, einem zweiten
und einem dritten nichtinvertierenden Eingang 84, 86, 88 und
einem Ausgang 90. Die Verzögerungsschaltung 74 umfaßt beispielsweise
ein RC-Glied oder eine Serienschaltung von Invertern.
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Der Takteingang C des ersten D-Flip-Flops 70 ist
mit dem Taktsignaleingang 62 verbunden, der D-Eingang D
des ersten D-Flip-Flops 70 ist
mit dem invertierenden Ausgang Q desselben verbunden und der nichtinvertierende
Ausgang Q des ersten D-Flip-Flops
D ist mit dem Eingang 76 der Verzögerungsschaltung 74 sowie
dem ersten nichtinvertierenden Eingang 84 des UND-Gatters 80 verbunden. Der
Ausgang 78 der Verzögerungsschaltung 74 ist mit
dem zweiten nichtinvertierenden Eingang 86 des UND-Gatters 80 verbunden,
der invertierende Eingang 82 des UND-Gatters 80 ist
mit dem Taktsignaleingang 62 verbunden, der dritte nichtinvertierende Eingang 88 des
UND-Gatters 80 und der D-Eingang D des zweiten D-Flip-Flops 72 sind
mit dem Initialisierungssignaleingang 64 verbunden. Der
Ausgang 90 des UND-Gatters 80 ist mit dem Takteingang
C des zweiten D-Flip-Flops 72 verbunden und der nichtinvertierende
Ausgang Q des zweiten D-Flip-Flops 72 ist mit dem Deaktivierungssignalausgang 66 verbunden.
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Die Funktion der Einrichtung 60 wird
nachfolgend mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. Die 3 und 4 sind schematische Darstellungen der Zeitabhängigkeiten
mehrerer Signale, wobei nach rechts die Zeit t und nach oben die
Signalpegel U in beliebigen Einheiten aufgetragen sind. Ein Initialisierungssignal
I wird von einer äußeren Schaltung
an den Initialisierungssignaleingang 14 der Speicherschaltung 10 und
damit über
den Initialisierungssignaleingang 64 der Einrichtung 60 an
den dritten nichtinvertierenden Eingang 88 des UND-Gatters 80 und
den D-Eingang D des zweiten D-Flip-Flops 72 angelegt. Ein
Taktsignal f wird von der äußeren Schaltang
an den Taktsignaleingang 12 der Speicherschaltung 10 und
damit über
den Taktsignaleingang 62 der Einrichtung 60 an
den Takteingang C des ersten D-Flip-Flops 70 und an den
invertierenden Eingang 82 des UND-Gatters 80 angelegt.
Jede steigende Flanke des Taktsignals f triggert das erste D-Flip-Flop 70.
Da der invertierende Ausgang Q und der D-Eingang D des ersten D-Flip-Flops 70 kurzgeschlossen
sind, erzeugt das erste D-Flip-Flop 70 am nichtinvertierenden
Ausgang Q ein Signal R, das die halbe Frequenz des Taktsignals f
aufweist. Das Signal R liegt am ersten nichtinvertierenden Eingang 84 des
UND-Gatters 80 und
parallel am Eingang 76 der Verzögerungsschaltung 74 an.
Die Verzögerungsschaltung 74 verzögert das
Signal R bzw. erzeugt an ihrem Ausgang 78 ein Signal E,
das gegenüber
dem Signal R um eine vorbestimmte Zeitdauer d verzögert ist.
Die 3 und 4 unterscheiden sich darin,
daß in 3 der Fall dargestellt ist,
daß die
Periode p kleiner ist als die vorbestimmte Zeitdauer d und in 4 die Periode p größer ist
als die vorbestimmte Zeitdauer d.
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In dem in 3 dargestellten Fall p < d entsprechen zu
keinem Zeitpunkt die Werte sowohl des Initialisierungssignals I,
des Inversen des Taktsignals f, des Signals R als auch des Signals
E gleichzeitig einer logischen Eins („high"). Ein von dem UND-Gatter 80 am
Ausgang 90 erzeugtes Signal S entspricht deshalb zu allen
Zeiten einer logischen Null („low"). Deshalb
entspricht auch ein von dem zweiten D-Flip-Flop 72 am nichtinvertierenden
Ausgang Q erzeugtes Signal G, das über den Deaktivierungssignalausgang 66 der
Einrichtung 60 an den Deaktivierungssignaleingang 36 des
zweiten Spannungsgenerators 30 angelegt wird, zu jedem
Zeitpunkt einer logischen Null. Folglich entsprechen sowohl der
von den Spannungsgeneratoren 20, 30 gemeinsam
lieferbare Strom bzw. die gemeinsam abgebbare Leistung als auch
die von den Spannungsgeneratoren 20, 30 gemeinsam über die
Versorgungsleistungseingänge 22, 32 aufgenommene
Leistung den Werten für
die maximale Betriebsfrequenz der Speicherschaltung 10.
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In dem in 4 dargestellten Fall p > d gibt es ein Zeitintervall,
dessen Dauer der Differenz der Periode p und der vorbestimmten Zeitdauer
d entspricht, vor jeder zweiten ansteigenden Flanke des Taktsignals
f, in dem sowohl das Initialisierungssignal I als auch das Inverse
des Taktsignals f, das Signal R und das Signal E gleichzeitig einer
logischen Eins entsprechen. Folglich entspricht in diesen Zeitintervallen
auch das durch das UND-Gatter 80 am Ausgang 90 erzeugte
Signal S einer logischen Eins, d. h. es werden Pulse mit dem Wert
einer logischen Eins erzeugt. Ab dem ersten Zeitpunkt, zu dem das
Signal S einer logischen Eins entspricht, entspricht das von dem
zweiten D-Flip-Flop am Ausgang Q erzeugte Deaktivierungssignal G
einer logischen Eins. Dieses Deaktivierungssignal G wird vom zweiten
Spannungsgenerator 30 am Deaktivierungssignaleingang 36 empfangen
und bewirkt, daß der
zweite Spannungsgenerator 30 deaktiviert wird. Folglich
betragen sowohl die durch die Spannungsgeneratoren 20, 30 an
den Spannungsausgängen 24, 34 gemeinsam
lieferbare Leistung als auch die Gesamtstromaufnahme der Spannungsgeneratoren 20, 30 über die
Versorgungsleistungseingänge 22, 32 jeweils
die Hälfte
der Werte für
die maximale Betriebsfrequenz der Speicherschaltung 10.
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Den 3 und 4 ist zu entnehmen, daß die Grenze
zwischen dem Zustand maximaler Leistungsaufnahme und dem Zustand
halber maximaler Leistungsaufnahme der Spannungsgeneratoren 20, 30 genau
dort liegt, wo die Periode p des Taktsignals f der vorbestimmten
Zeitdauer d entspricht. Die vorbestimmte Zeitdauer d bestimmt somit
eine Grenzfrequenz, wobei die Gesamtleistungsaufnahme der Spannungsgeneratoren 20, 30 der
Leistungsaufnahme bei der maximalen Betriebsfrequenz der Speicherschaltung 10 entspricht,
wenn die Betriebsfrequenz größer als
die Grenzfrequenz ist, und wobei die Gesamtleistungsaufnahme der
Spannungsgeneratoren 20, 30 nur halb so groß ist, wenn
die Betriebsfrequenz der Speicherschaltung 10 unter dieser Grenzfrequenz
liegt. Die in 2 dargestellte
Schaltung ist verwendbar solange d/2 < p < 2d
gilt.
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Wenn die Speicherschaltung 10 drei
oder mehr Spannungsgeneratoren aufweist, können mit einer entsprechenden
Anzahl von Schaltungen, wie sie in 2 dargestellt
sind, mehrere Grenzfrequenzen definiert werden, unterhalb derer
selektiv jeweils einer oder mehrere Spannungsgeneratoren deaktiviert
werden. Je höher
die Anzahl der Spannungsgeneratoren ist, desto genauer kann also
die gesamte Leistungsaufnahme der Spannungsgeneratoren an das tatsächlich erforderliche
Maß angepaßt werden. Dabei
sind zahlreiche Variationen der in 2 dargestellten
Schaltung oder andere Schaltungen, die ein entsprechendes Deaktivierungssignal
G erzeugen, verwendbar.
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Die Spannungsgeneratoren 20, 30 müssen nicht
baugleich sein. Vorzugsweise wird die lieferbare Leistung bzw. der
lieferbare Strom der Spannungsgeneratoren an die Leistungsaufnahme
der nachgeschalteten Verbraucher bei bevorzugten Betriebsfrequenzen
angepaßt.
Wenn eine Speicherschaltung beispielsweise in erster Linie für Betriebsfrequenzen von
200 MHz und 133 MHz vorgesehen ist, bei denen die Spannungsgeneratoren
maximal 24 mA bzw. 16 mA liefern müssen, können ein Spannungsgenerator der
16 mA liefern kann und ein Spannungsgenerator, der 8 mA liefern
kann und bei Betriebsfrequenzen von maximal 133 MHz deaktivierbar
ist, vorgesehen werden. Alternativ können drei Spannungsgeneratoren,
die jeweils 8 mA liefern können,
und von denen einer bei Betriebsfrequenzen von maximal 133 MHz deaktivierbar
ist, vorgesehen werden.
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Bei der in 2 dargestellten Schaltung bzw. Einrichtung 60 ist
eine Änderung
des Deaktivierungssignals G nur möglich, solange das Initialisierungssignal
I einer logischen Eins entspricht. Die Schaltung ist deshalb besonders
für all
jene Fälle
geeignet, in denen sich die Betriebsfrequenz der Speicherschaltung
nach der Initialisierungsphase nicht mehr ändert. Für andere Fälle wird die Schaltung vorzugsweise
so modifiziert, daß jederzeit
während
des Betriebs der Speicherschaltung ein Unterschreiben bzw. Überschreiten
der Grenzfrequenz ein Deaktivieren bzw. Aktivieren eines Spannungsgenerators
zur Folge hat.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 60 innerhalb
der Speicherschaltung 10 angeordnet, wobei vorzugsweise
die gesamte Speicherschaltung monolithisch in einem Halbleiterbaustein
integriert ist. Alternativ ist die in 2 dargestellte
Schaltung ganz oder teilweise außerhalb der Speicherschaltung 10 angeordnet.
Die in 2 dargestellte
Schaltung ist dann vorzugsweise in die Speichersteuerung bzw. in
den Memory Controller integriert, wobei die Speicherschaltung das Deaktivierungssignal
von der Speichersteuerung empfängt.
Die in der Speicherschaltung 10 angeordnete Einrichtung 60 zum
selektiven Deaktivieren umfaßt
dann im einfachsten Fall nur noch einen Eingang zum Empfangen des
Deaktivierungssignals und eine Schaltung zum Zuführen desselben zu dem oder
den Spannungsgeneratoren.
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Wenn die Betriebsfrequenz der Speicherschaltung 10 bereits
vom Zeitpunkt ihrer Herstellung an bekannt ist, weist die Einrichtung 60 zum
selektiven Deaktivieren vorzugsweise eine durch Maskieren oder durch
Aufschmelzen einer schmelzbaren Solltrennstelle programmierbare
Einrichtung auf, durch die ein Deaktivierungssignal G dauerhaft
einstellbar oder einer oder mehrere Spannungsgeneratoren direkt
deaktivierbar sind. Ein Spannungsgenerator ist beispielsweise durch
Unterbrechung seiner Verbindung mit der Leistungsversorgung deaktivierbar.
Eine durch Maskieren oder Aufschmelzen der schmelzbaren Solltrennstelle
vorzugsweise direkt in Anschluß an
die Herstellung programmierte Speicherschaltung kann zwar nicht
mehr bei Betriebsfrequenzen oberhalb der Grenzfrequenz verwendet werden,
ist jedoch hinsichtlich ihres Stromverbrauchs für Betriebsfrequenzen bis zu
der Grenzfrequenz optimiert und stellt deshalb eine einfache und
kostengünstige
Alternative zu einem speziellen Low-Power-Design bzw. zur Entwicklung
einer Low-Power-Speicherschaltung, die von vornherein eine geringere
Anzahl von Spannungsgeneratoren aufweist, dar.
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die vorliegende Erfindung spart somit
den Aufwand für
eine parallele Entwicklung von Speicherschaltungen, deren Stromverbrauch
für verschiedene
Betriebsfrequenzen optimiert ist, sowie für die Herstellung von Fertigungswerkzeugen,
beispielsweise Lithographiemasken.
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Funktional äquivalent zu der beschriebenen selektiven
Deaktivierung von einem oder mehreren Spannungsgeneratoren, wenn
die Betriebsfrequenz unter einer vorbestimmten Grenzfrequenz liegt,
ist eine selektive Aktivierung von Spannungsgeneratoren, wenn die
Betriebsfrequenz über
der Grenzfrequenz liegt. In diesem Fall wird ein Aktivierungssignal bereitgestellt
oder durch eine Schaltung, die der in 2 dargestellten ähnliche
ist, erzeugt und an einen oder mehrere Spannungsgeneratoren angelegt. Wenn
das Aktivierungssignal einer logischen Null („low") entspricht, ist der
eine oder sind die mehreren Spannungsgeneratoren deaktiviert, und
wenn das Aktivierungssignal einer logischen Eins („high")
entspricht ist der eine oder sind die mehreren Spannungsgeneratoren
aktiviert.