DE19502557C2

DE19502557C2 - Temperaturabhängige Selbstrefresh-Steuerschaltung für ein Speicherzellenfeld

Info

Publication number: DE19502557C2
Application number: DE19502557A
Authority: DE
Inventors: Jae Sik Lee
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2015-01-28
Also published as: US5532968A; JPH07296582A; DE19502557A1; KR950030155A; KR0129197B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Selbstrefresh-Steuerschaltung für ein Speicherzellenfeld, die fähig ist, eine Selbstrefreshperiode des Speicherzel lenfeldes gemäß einer Temperaturvariation in dem Spei cherchip variabel einzustellen, um den Strombedarf zum Halten von im Speicherzellenfeld gespeicherten Daten zu verringern.

Beschreibung des Stands der Technik

Eine dynamische Speichervorrichtung umfaßt allgemein eine Vielzahl von Speicherzellen und eine auf einem Kon densator jeder Speicherzelle gespeicherte Ladungsmenge wird im Lauf der Zeit wegen einer Leckage verringert. Aus diesem Grund wird ein Refreshvorgang periodisch ausge führt, um die Leck-Ladungsmenge auf dem Kondensator wie derherzustellen. Falls eine Refreshperiode zu lang ist, wird die Leck-Ladungsmenge auf dem Kondensator groß, was es unmöglich macht, zu unterscheiden, ob in der Speicher zelle gespeicherte Daten logisch "1" oder "0" sind. Eine zum Halten der in der Speicherzelle gespeicherten Daten während des Refreshintervalls erforderliche kritische Zeit wird hier als Datenhaltezeit bezeichnet. Der Re freshvorgang wird mit einer gewünschten Periode ausge führt, um die in der Speicherzelle gespeicherten Daten zu halten, was als Selbstrefreshvorgang (SR) bezeichnet wird. Der Selbstrefreshvorgang wird in einem Selbstre freshmodus ausgeführt. Eine Selbstrefreshperiode muß kla rerweise so eingestellt werden, daß alle Speicherzellen in der dynamischen Speichervorrichtung wenigstens einmal während der Datenhaltezeit aufgefrischt werden.

Fig. 1 ist eine Grafik, die basierend auf einer Tem peraturvariation einen allgemeinen Zusammenhang zwischen der Datenhaltezeit und der Selbstrefreshperiode dar stellt. Wenn eine Umgebungstemperatur ansteigt, wird die Leck-Ladungsmenge auf dem Kondensator erhöht, was be wirkt, daß die Datenhaltezeit verkürzt wird. Die Selbstrefreshperiode ist nämlich wie in Fig. 1 gezeigt ungeachtet der Variation der Umgebungstemperatur kon stant, wohingegen die Datenhaltezeit nach und nach kurz wird, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Aus diesem Grund muß die Selbstrefreshperiode auf dem Weg der Vor sorge gegenüber der schlechtesten Bedingung oder der sehr hohen Temperatur bestimmt werden.

In dem Fall, in dem die Selbstrefreshperiode auf dem Weg der Vorsorge gegenüber der schlechtesten Bedingung eingestellt wird, wird der Selbstrefreshvorgang jedoch übermäßig oft ausgeführt, wenn die Temperatur normal ist, was zu einem unnötig hohen Stromverbrauch führt. Um den unnötig hohen Stromverbrauch wegen des Selbstrefreshvor gangs zu verhindern, ist es aus diesem Grund nötig, die Selbstrefreshperiode gemäß einer Variation der Datenhal tezeit mit der Temperaturvariation einzustellen.

Fig. 2 ist eine Grafik, welche basierend auf einer Temperaturvariation ein ideales Verhältnis zwischen der Datenhaltezeit und der Selbstrefreshperiode darstellt. Aus dieser Zeichnung ist ersichtlich, daß die Selbstre freshperiode in einem Fall, in dem die Datenhaltezeit bei niedriger Temperatur lang ist, so eingestellt werden muß, daß sie lang ist. In dem Fall, in dem die Datenhaltezeit bei hoher Temperatur kurz ist, muß auch die Selbstre freshperiode so eingestellt werden, daß sie kurz ist. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen M und M' jeweils Spannen zwischen der Datenhaltezeit und der Selbstre freshperiode bei den hohen und niedrigen Temperaturen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Spannen M und M' bei hohen und niedrigen Temperaturen im wesentlichen diesel ben, nämlich M ≈ M'.

Um das obige Problem zu lösen, umfaßt eine herkömm liche Selbstrefresh-Steuerschaltung eine Temperatur- Kompensationsschaltung, um ein Selbstrefresh- Anforderungssignal bei der hohen Temperatur mit einer kürzeren Periode zu erzeugen, dagegen mit einer längeren Periode bei der niedrigen Temperatur, um so den Stromver brauch im Selbstrefreshmodus zu verringern.

Eine derartige herkömmliche Selbstrefreshschaltung hat jedoch darin einen Nachteil, daß eine Temperaturva riation eines Speicherzellenfeldes in der Speichervor richtung nicht genau kompensiert werden kann, weil ein Temperaturfühler außerhalb der Speichervorrichtung ange ordnet ist. Die Temperaturvariation des Speicherzellen feldes kann auch nicht genau kompensiert werden, da die durch den Temperaturfühler aufgenommenen Temperaturen nur in zwei Bereiche, hohe und niedrige Temperaturen klassi fiziert werden. Desweiteren werden Zeitgeber mit Perioden betrieben, die gemäß den Temperaturbereichen unterschied lich sind, was zu einem Anstieg des Leistungsverbrauchs und einer Erhöhung einer Layoutfläche führt.

Aus der DE 43 14 321 A1 ist eine Selbstrefresh- Steuerschaltung für ein Speicherzellenfeld bekannt, das eine Selbstrefresh-Steuereinrichtung und eine Referenz spannungs-Erzeugungseinrichtung aufweist, die eine Tempe ratur-Überwachungseinrichtung zum Erzeugen einer mit der Temperaturvariation im das Speicherzellenfeld tragenden Chip variablen Spannung aufweist. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Temperatur-Überwachungseinrichtung wird ein Selbstrefresh-Taktsignal ausgegeben, das varia bel ist.

Aus der US-5,278,796 ist eine temperaturabhängige Refresh-Steuerschaltung bekannt, die eine Referenzspan nungs-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen mehrerer tempe raturabhängiger Referenzspannungen und eine Temperatur- Überwachungseinrichtung zum Erzeugen einer temperaturab hängigen Spannung aufweist. Die temperaturabhängige Span nung wird mit den Referenzspannungen verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches eine von mehreren Refreshperioden ausgewählt.

Aus "Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers, Kyoto, Japan, Mai 1993, S. 43/44" ist eine Schal tung bekannt, die der aus der DE 43 14 321 A1 ähnelt.

Die obigen Probleme löst die vorliegende Erfindung durch eine Selbstrefresh-Steuerschaltung für ein Spei cherzellenfeld mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Diese Schaltung ermöglicht es, daß eine Temperaturvaria tion des Speicherzellenfeldes genau aufgenommen werden kann und eine Selbstrefreshperiode gemäß der genau aufge nommenen Temperaturvariation des Speicherzellenfeldes eingestellt werden kann, und in der ein einzelner Zeitge ber dazu verwendet wird, eine Vielzahl von Selbstre freshperioden zu erzeugen, kann die Chipfläche verringert werden.

Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Er findung werden aus der folgenden ausführlichen Beschrei bung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, worin:

Fig. 1 eine Grafik ist, welche basierend auf einer Temperaturvariation einen allgemeinen Zusammenhang zwi schen einer Datenhaltezeit und einer Selbstrefreshperiode darstellt;

Fig. 2 eine Grafik ist, welche basierend auf einer Temperaturvariation einen idealen Zusammenhang zwischen der Datenhaltezeit und der Selbstrefreshperiode dar stellt;

Fig. 3 eine Grafik ist, welche auf der Temperatur variation basierende Eigenschaften von Widerständen dar stellt;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Selbstrefresh-Steuer schaltung für ein Speicherzellenfeld gemäß der vorliegen den Erfindung ist;

Fig. 5 ein ausführliches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines Referenzspannungserzeugers und ei nes Temperaturfühlers in Fig. 4 ist;

Fig. 6 ein ausführliches Schaltungsdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Referenzspannungserzeu gers und des Temperaturfühlers in Fig. 4 ist;

Fig. 7 eine Grafik ist, welche basierend auf der Temperaturvariation das Verhältnis zwischen einer Viel zahl von Referenzspannungen vom Referenzspannungserzeuger und einer variablen Spannung vom Temperaturfühler in Fig. 5 und 6 darstellt;

Fig. 8 eine Tabelle ist, welche basierend auf der Temperaturvariation das Verhältnis zwischen Ausgangs signalen von einer Vielzahl von Komparatoren in Fig. 5 und einer Vielzahl von Temperaturbereichen in Fig. 7 dar stellt;

Fig. 9 ein ausführliches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines Zeitgebers, einer Temperatursteue rung und eines Frequenzteilers in Fig. 4 ist; und

Fig. 10 eine Grafik ist, welche basierend auf der Temperaturvariation das Verhältnis zwischen einer Daten haltezeit und einer Vielzahl von Selbstrefreshperioden gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

In Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Selbstrefresh- Steuerschaltung für ein Speicherzellenfeld gemäß der vor liegenden Erfindung gezeigt, in welcher das Speicherzel lenfeld durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Speicherzellenfeld 10 ist darauf ausgelegt, Daten darin zu speichern.

Wie in Fig. 4 gezeigt umfaßt die Selbstrefresh- Steuerschaltung einen X-Adreßpuffer 1 zum Eingeben einer Zeilenadresse als Reaktion auf ein Zeilenadreß-Strobesignal RAS, einen Y-Adreßpuffer 2 zum Eingeben einer Spaltenadresse als Reaktion auf ein Spaltenadreß-Strobe signal CAS, einen CBR-Decoder 3 zum Erzeugen eines ge wünschten Steuersignals als Reaktion auf die Zeilen- und Spaltenadreß-Strobesignale RAS und CAS, einen Refreshzäh ler 4 zum Erzeugen eines Selbstrefresh-Betriebssignals mit einer gewünschten Periode, um die im Speicherzellen feld 10 gespeicherten Daten zu halten, einen Multiplexer 5 zum Auswählen der Zeilenadresse aus dem X-Adreßpuffer 1 in einem normalen Modus und eines Ausgangssignals vom Re freshzähler 4 in einem Selbstrefreshmodus unter der Kon trolle des CBR-Decoders 3, einen X-Adreßdecoder 6 zum De codieren eines Ausgangssignals vom Multiplexer 5 und ei nen Zeilendecoder 7 zum Auswählen einer Wortzeile des Speicherzellenfeldes 10 als Reaktion auf ein Ausgangs signal vom X-Adreßdecoder 6.

Die Selbstrefreshschaltung umfaßt auch eine Spalten steuerung 8 zum Decodieren der Spaltenadresse vom Y- Adreßpuffer 2 unter der Kontrolle des CBR-Decoders 3, ei nen Spaltendecoder 9 zum Auswählen von Dateneingabe/aus gabepfaden des Speicherzellenfeldes 10 als Reaktion auf ein Ausgangssignal von der Spaltensteuerung 8, eine SR- (Selbstrefresh-)Modus-Steuerschaltung 20 zum Erzeugen ei ner Vielzahl von mit einer Temperaturvariation variablen Selbstrefreshperioden unter der Kontrolle des CBR-Deco ders 3, einen Referenzspannungserzeuger 40 zum Erzeugen einer Vielzahl von Referenzspannungen als Reaktion auf ein Ausgangssignal von der SR-Modus-Steuerschaltung 20 und eine Temperatur-Überwachungsschaltung 30 zum Auswäh len einer Gewünschten aus der Vielzahl von Selbstre freshperioden von der SR-Modus-Steuerschaltung 20 gemäß der Temperaturvariation als Reaktion auf Ausgangssignale von der SR-Modus-Steuerschaltung 20 und vom Referenzspan nungserzeuger 40 und zum Ausgeben der ausgewählten Selbstrefreshperiode an die SR-Modus-Steuerschaltung 20.

Die SR-Modus-Steuerschaltung 20 enthält eine Ausga beeinheit für SR-Modus-Startsignale 21 zum Ausgeben eines SR-Modus-Startsignals unter der Kontrolle des CBR-Deco ders 3, einen Zeitgeber 23 zum Erzeugen der Vielzahl von Selbstrefreshperioden als Reaktion auf das SR-Modus- Startsignal von der Ausgabeeinheit für SR-Modus-Start signale 21 und zum Ausgeben der erzeugten Selbstrefresh perioden an die Temperatur-Überwachungsschaltung 30, eine Refreshsteuerung 22 zum Ausgeben eines Selbstrefresh-An forderungssignals als Reaktion auf das SR-Modus-Start signal von der Ausgabeeinheit für SR-Modus-Startsignale 21 und einen Frequenzteiler 24 zum Eingeben der ausge wählten Selbstrefreshperiode von der Temperatur-Überwa chungsschaltung 30 und zum Ausgeben eines zeitlich ge teilten Zeitablaufssignals Φ_T.

Die Temperatur-Überwachungsschaltung 30 enthält ei nen Temperaturfühler 31 zum Erzeugen einer mit der Tempe raturvariation variablen Spannung und zum jeweiligen Ver gleichen der erzeugten variablen Spannung mit der Viel zahl von Referenzspannungen vom Referenzspannungserzeuger 40 und eine Temperatursteuerung 32 zum Auswählen der Ge wünschten aus der Vielzahl von Selbstrefreshperioden von der Selbstrefreshmodus-Steuerschaltung, 20 als Reaktion auf eine Vielzahl von Ausgangssignalen vom Temperaturfüh ler 31 und zum Ausgeben der ausgewählten Selbstrefreshpe riode an die Selbstrefreshmodus-Steuerschaltung 20.

Die Arbeitsweise der Selbstrefresh-Steuerschaltung mit dem oben beschriebenen Aufbau wird im folgenden aus führlich beschrieben.

Zunächst wird im normalen Modus das Zeilenadreß- Strobesignal RAS an den X-Adreßpuffer 1 angelegt und das Spaltenadreß-Strobesignal CAS wird an den Y-Adreßpuffer 2 angelegt. Die Zeilen- und Spaltenadreß-Strobesignale RAS und CAS werden auch an den CBR-Decoder 3 angelegt. Der X- Adreßpuffer 1 übernimmt die Zeilenadresse als Reaktion auf das Zeilenadreß-Strobesignal RAS und der Y-Adreßpuffer 2 übernimmt die Spaltenadresse als Reaktion auf das Spaltenadreß-Strobesignal CAS. Der CBR-Decoder 3 steuert den Multiplexer 5 und die Spaltensteuerung 8 als Reaktion auf die Zeilen- und Spaltenadreß-Strobesignale RAS und CAS, so daß die Ausgangssignale von den X- und Y- Adreßpuffern 1 und 2 jeweils zum X-Adreßdecoder 6 und zum Spaltendecoder 9 übertragen werden können. Dann decodiert der X-Adreßdecoder 6 die durch den Multiplexer S übertra gene X-Adresse vom X-Adreßpuffer 1 und gibt das decodier te Signal an den Zeilendecoder 7 aus. Der Zeilendecoder 7 decodiert das Ausgangssignal vom X-Adreßdecoder 6 und gibt das decodierte Signal an das Speicherzellenfeld 10 aus, um dessen Zeilenadresse zu bezeichnen. Der Spalten decoder 9 decodiert ebenfalls das Ausgangssignal von der Spaltensteuerung 8 und gibt das decodierte Signal an das Speicherzellenfeld 10 aus, um dessen Spaltenadresse zu bestimmen. Als Ergebnis werden an einer Stelle des Spei cherzellenfeldes 10, welche den Zeilen- und Spaltenadres sen von den Zeilen- und Spaltendecodern 7 und 9 ent spricht, die Daten geschrieben oder ausgelesen.

In einem Fall, in dem die Zeilen- und Spaltenadres sen andererseits nicht innerhalb einer vorherbestimmten Zeitspanne nach der Eingabe der Zeilen- und Spaltenadreß- Strobesignale RAS und CAS an die X- und Y-Adreßpuffer 1 und 2 angelegt werden, erkennt der CBR-Decoder 3 den ge genwärtigen Modus als den Selbstrefreshmodus und steuert die SR-Modus-Steuerschaltung 20, um den Selbstrefreshvor gang zu starten. Der CBR-Decoder 3 steuert auch den Mul tiplexer 5 so, daß er das Ausgangssignal vom X-Adreß puffer 1 an den X-Adreßdecoder 6 blockiert und das Aus gangssignal vom Refreshzähler 4 auswählt. Desweiteren steuert der CBR-Decoder 3 die Spaltensteuerung 8 so, daß sie das Ausgangssignal vom Y-Adreßpuffer 2 an den Spal tendecoder 9 blockiert.

In der SR-Modus-Steuerung 20 betreibt die Ausgabe einheit für SR-Modus-Startsignale 21 die Refreshsteuerung 22 und den Zeitgeber 23 als Reaktion auf das Steuersignal vom CBR-Decoder 3. Im Betrieb gibt die Refreshsteuerung 22 das Selbstrefresh-Anforderungssignal SREQ an den Refe renzspannungserzeuger 40 und die Temperatur-Überwachungs schaltung 30 aus. Wenn das Selbstrefresh-Anforderungs signal SREQ von der Refreshsteuerung 22 logisch high ist, erzeugt der Referenzspannungserzeuger 40 die Referenz spannungen. Dann werden das Selbstrefresh-Anforderungs signal SREQ von der Refreshsteuerung 22 und die Referenz spannungen vom Referenzspannungserzeuger 40 an den Tempe raturfühler 31 in der Temperatur-Überwachungsschaltung 30 angelegt.

Fig. 5 ist ein ausführliches Schaltungsdiagramm ei ner Ausführungsform des Referenzspannungserzeugers 40 und des Temperaturfühlers 31. In dieser Zeichnung enthält der Referenzspannungserzeuger 40 Komponenten zum Ausgeben der Referenzspannungen Vref1-Vref3 und der Temperaturfühler 31 enthält die übrigen Komponenten. Der Referenzspan nungserzeuger 40 enthält eine Vielzahl von Widerständen TIM1-TIM4, die zwischen zwei Spannungsquellen Vc und Vd in Reihe geschaltet sind. Jeder der Widerstände TIM1-TIM4 enthält ein temperaturinvariantes Material (TIM), das wie in Fig. 3 gezeigt ungeachtet der Temperaturvariation ei nen Widerstand mit kleiner Variation besitzt. Die Wider stände TIM1-TIM4 sind darauf ausgelegt, eine Spannungs differenz zwischen den beiden Spannungsquellen Vc und Vd zu teilen, um die Referenzspannungen Vref1-Vref3 zu er zeugen. Die Referenzspannung Vref1 wird von einem Knoten zwischen den Widerständen TIM1 und TIM2 ausgegeben, die Referenzspannung Vref2 wird von einem Knoten zwischen den Widerständen TIM2 und TIM3 ausgegeben und die Referenz spannung Vref3 wird von einem Knoten zwischen den Wider ständen TIM3 und TIM4 ausgegeben.

Der Temperaturfühler 31 enthält zwei Widerstände TVM und TIM, die zwischen zwei Spannungsquellen Va und Vb in Reihe geschaltet sind. Die beiden Widerstände TVM und TIM bilden eine Schaltung zur Erzeugung variabler Spannung. Der Widerstand TVM enthält ein mit der Temperatur variie rendes Material (TVM), das wie in Fig. 3 gezeigt einen Widerstand mit einer großen Variation mit der Temperatur variation besitzt. Die Widerstände TVM und TIM sind dar auf ausgelegt, eine Spannungsdifferenz zwischen den bei den Spannungsquellen Va und Vb zu teilen, um die mit der Temperaturvariation variable Spannung Vtv zu erzeugen. Die variable Spannung Vtv wird von einem Knoten zwischen den Widerständen TVM und TIM ausgegeben. Der Temperatur fühler 31 enthält auch drei Komparatoren CP1-CP3, bei de nen jeweils der eine Eingangsanschluß zum Eingeben einer Entsprechenden der Referenzspannungen Vref1-Vref3 vom Re ferenzspannungserzeuger 40 und der andere Eingangsan schluß zum Eingeben der variablen Spannung Vtv dient. Die Komparatoren CP1-CP3 vergleichen die variable Spannung Vtv mit den Referenzspannungen Vref1-Vref3 vom Referenz spannungserzeuger 40 und geben jeweils die Vergleichser gebnissse TC1-TC3 an die Temperatursteuerung 32 aus.

In Fig. 6 ist ein ausführliches Schaltungsdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Referenzspannungs erzeugers 40 und des Temperaturfühlers 31 gezeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, enthält der Referenzspannungs erzeuger 40 statt der Widerstände TIM1-TIM4 in Fig. 5 ei ne Vielzahl von Widerständen R1-R4 aus polykristallinem Silizium, die zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vcc und einem Masseanschluß in Reihe geschaltet sind. Der Referenzspannungserzeuger 40 enthält auch einen zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Widerstand R1 geschalteten PMOS-Transistor PM1 und zwischen den Wider stand R4 und den Masseanschluß in Reihe geschaltete NMOS- Transistoren NM1 und NM2. Der PMOS-Transistor PM1 besitzt eine mit der Versorgungsspannungsquelle Vcc verbundene Source und gemeinsam mit dem Widerstand R1 verbundenes Drain und Gate. Der NMOS-Transistor NM1 besitzt gemeinsam mit dem Widerstand R4 verbundenes Drain und Gate und eine mit einer Drain des NMOS-Transistors NM2 verbundene Sour ce. Der NMOS-Transistor NM2 besitzt eine mit dem Massean schluß verbundene Source und ein Gate zum Eingeben des Selbstrefresh-Anforderungssignals SREQ von der Refresh steuerung 22.

Die Erzeugungsschaltung für variable Spannung im Temperaturfühler 31 enthält statt des Widerstands TVM in Fig. 5 einen n-well Widerstand Rnw und statt des Wider stands TIM in Fig. 5 einen Widerstand RP aus polykristal linem Silizium. Der n-well Widerstand Rnw und der Wider stand RP aus polykristallinem Silizium sind zwischen den beiden Spannungsquellen Va und Vb in Reihe geschaltet. Die Erzeugungsschaltung für variable Spannung enthält auch einen NMOS-Transistor NM3, der einen mit der Span nungsquelle Vb verbundenen Drain, eine mit dem Massean schluß verbundene Source und ein Gate zum Eingeben des Selbstrefresh-Anforderungssignals SREQ von der Refresh steuerung 22 besitzt. Die Spannungsquelle Vb bildet einen Knoten zwischen dem Widerstand RP aus polykristallinem Silizium und dem Drain des NMOS-Transistors NM3, der ge meinsam mit dem Drain und dem Gate des NMOS-Transistors NM1 verbunden ist.

Die Referenzspannung Vref1 wird von einem Knoten zwischen den Widerständen R1 und R2 ausgegeben, die Refe renzspannung Vref2 wird von einem Knoten zwischen den Wi derständen R2 und R3 ausgegeben und die Referenzspannung Vref3 wird von einem Knoten zwischen den Widerständen R3 und R4 ausgegeben. Die variable Spannung Vtv wird von ei nem Knoten zwischen dem n-well Widerstand Rnw und dem Wi derstand RP aus polykristallinem Silizium ausgegeben. Die PMOS- und NMOS-Transistoren PM1 und NM1 arbeiten so, daß sie eine Spannung über eine Kette aus den Widerständen R1-R4 stabilisieren. Wenn das Selbstrefresh-Anforderungs signal SREQ von der Refreshsteuerung 22 logisch high ist, wird der NMOS-Transistor NM2 angeschaltet und bewirkt da durch, daß Strom durch die Widerstandskette fließt. Als Ergebnis hat die Verwendung des NMOS-Transistors NM2 den Effekt der Vermeidung eines unnötigen Stromverbrauchs.

Beim Entwurf des Referenzspannungserzeugers 40 und des Temperaturfühlers 31 muß die zu verwendende Anzahl von Widerständen übrigens in Anbetracht der folgenden Be dingungen bestimmt werden. Die variable Spannung Vtv in Fig. 6 kann nämlich durch die folgende Gleichung ausge drückt werden:

Vtv = (Va - Vb) × RP/(RP + Rnw)

Da der n-well Widerstand Rnw einen mit der Tempera turvariation variierenden Widerstand besitzt, kann dieser folgendermaßen ausgedrückt werden.

Rnw' = Rnw + D(Rnw)

wobei D(Rnw) eine Variation des Widerstands des n- well Widerstands Rnw mit der Temperaturvariation ist.

Die auf der Temperaturvariation basierende Spannung Vtv' kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

Vtv' = (Va - Vb) × RP/(RP + Rnw')
= Vtv × (RP + Rnw)/(RP + Rnw + D(Rnw))

Dann kann eine Variation D(Vtv) der variablen Span nung Vtv folgendermaßen ausgedrückt werden:

D(Vtv) = Vtv - Vtv'
= Vtv × D(Rnw)/(RP + Rnw + D(Rnw))

Der Zusammenhang zwischen einer Variation D(Vref) der Referenzspannung Vref und der Variation D(Vtv) der variablen Spannung Vtv ist:

D(Vref) = D(Vtv)/n

wobei n 2, 3, usw. ist.

In der obigen Gleichung ist n die Anzahl der in der Widerstandskette des Referenzspannungserzeugers 40 zu verwendenden Widerstände. Deshalb muß die Anzahl der Wi derstände so bestimmt werden, daß sie in einem Bereich liegt, der die Variation D(Vref) der Referenzspannung Vref im Bauteil umfaßt.

Fig. 7 ist eine Grafik, welche basierend auf der Temperaturvariation den Zusammenhang zwischen den Referenzspannungen Vref1-Vref3 vom Referenzspannungserzeuger 40 und der variablen Spannung Vtv vom Temperaturfühler 31 darstellt. In dieser Zeichnung bezeichnet das Bezugszei chen AA einen Temperaturbereich bis, zu einem Punkt, an dem die variable Spannung Vtv die Referenzspannung Vref1 schneidet, wenn die Temperatur ansteigt. Das Bezugszei chen BB bezeichnet einen Temperaturbereich zwischen Punk ten, an denen die variable Spannung Vtv die Referenzspan nungen Vref1 und Vref2 schneidet, wenn die Temperatur an steigt. Das Bezugszeichen CC bezeichnet einen Temperatur bereich zwischen Punkten, an denen die variable Spannung Vtv die Referenzspannungen Vref2 und Vref3 schneidet, wenn die Temperatur ansteigt. Das Bezugszeichen DD be zeichnet einen Temperaturbereich zwischen Punkten, an de nen die variable Spannung Vtv die Referenzspannungen Vref3 und Vref4 schneidet, wenn die Temperatur ansteigt. Obwohl die Temperaturbereiche in der bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung in vier klassifi ziert werden, können sie in eine größere Anzahl unter teilt werden, wenn die Anzahl der Referenzspannungen vom Referenzspannungserzeuger 40 erhöht wird.

Fig. 8 ist eine Tabelle, welche basierend auf der Temperaturvariation den Zusammenhang zwischen den Aus gangssignalen TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 in Fig. 5 und den Temperaturbereichen AA, BB, CC und DD in Fig. 7 zeigt. Die Komparatoren CP1-CP3 sind darauf ausge legt, die variable Spannung Vtv mit den Referenzspannun gen Vref1-Vref3 vom Referenzspannungserzeuger 40 zu ver gleichen und die Vergleichsergebnisse TC1-TC3 jeweils an die Temperatursteuerung 32 auszugeben. Wenn die variable Spannung Vtv höher als alle Referenzspannungen Vref1- Vref3 vom Referenzspannungserzeuger 40 ist, werden die Ausgangssignale TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 alle logisch high (H). Falls die variable Spannung Vtv im Ge gensatz dazu niedriger als alle Referenzspannungen Vref1- Vref3 vom Referenzspannungserzeuger 40 ist, werden die Ausgangssignale TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 alle logisch low (L). Im Temperaturbereich AA ist die variable Spannung Vtv wie in Fig. 7 gezeigt höher als alle Refe renzspannungen Vref1-Vref3. Als Ergebnis werden die Aus gangssignale TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 wie in Fig. 8 gezeigt alle logisch high. Im Temperaturbereich BB ist die variable Spannung Vtv niedriger als die Referenz spannung Vref1 und höher als die Referenzspannungen Vref2 und Vref3. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal TC1 vom Komparator CP1 logisch low, während die Ausgangssignale TC2 und TC3 von den Komparatoren CP2 und CP3 logisch high werden. Dann werden die Ausgangssignale TC1-TC3 vom Tem peraturfühler 31 an die Temperatursteuerung 32 angelegt.

In Fig. 9 ist ein ausführliches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform des Zeitgebers 23, der Temperatur steuerung 32 und des Frequenzteilers 24 in Fig. 4 ge zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, enthält die Tem peratursteuerung 32 drei Inverter I1-I3 zum jeweiligen Invertieren der Ausgangssignale TC1-TC3 vom Temperatur fühler 31, ein UND-Gatter AD1 zum VerUNDen der Ausgangs signale TC1-TC3 vom Temperaturfühler 31 und zum Ausgeben des resultierenden Signals SW1, ein UND-Gatter AD2 zum VerUNDen eines Ausgangssignals vom Inverter I1 und der Ausgangssignale TC2 und TC3 vom Temperaturfühler 31 und zum Ausgeben des resultierenden Signals SW2, ein UND- Gatter AD3 zum VerUNDen des Ausgangssignals vom Inverter I1, eines Ausgangssignals vom Inverter I2 und des Aus gangssignals TC3 vom Temperaturfühler 31 und zum Ausgeben des resultierenden Signals SW3 und ein UND-Gatter AD4 zum VerUNDen des Ausgangssignals vom Inverter I1, des Aus gangssignals vom Inverter I2 und eines Ausgangssignals vom Inverter I3 und zum Ausgeben des resultierenden Si gnals SW4. Die Ausgangssignale SW1-SW4 von den UND-Gat tern AD1-AD4 werden jeweils direkt an einen Eingangsan schluß der Durchlaßgatter TR1-TR4 angelegt. Die Ausgangs signale SW1-SW4 von den UND-Gattern AD1-AD4 werden auch jeweils durch Inverter I4-I7 invertiert und dann jeweils an die anderen Eingangsanschlüsse der Durchlaßgatter TR1- TR4 angelegt. Als Ergebnis werden die Durchlaßgatter TR1- TR4 jeweils als Reaktion auf die Ausgangssignale SW1-SW4 von den UND-Gattern AD1-AD4 und deren invertierte Aus gangssignale umgeschaltet.

Der Zeitgeber 23 in der SR-Modus-Steuerschaltung 20 enthält einen Basisperiodenerzeuger 25 zum Erzeugen einer Basisperiode als Reaktion auf das SR-Modus-Startsignal von der Ausgabeeinheit für SR-Modus-Startsignale 21 und eine Zählschaltung 26 zum Zählen der Basisperiode vom Ba sisperiodenerzeuger 25. Die Zählschaltung 26 enthält eine Vielzahl von Zählern TD1-TD3 zum jeweiligen Zählen der Basisperiode vom Basisperiodenerzeuger 25. Die Zählschal tung 26 nimmt die Basisperiode vom Basisperiodenerzeuger 25 auf und gibt sie direkt als ein Signal T1 aus. In der Zählschaltung 26 zählt der Zähler TD1 auch die Basisperi ode vom Basisperiodenerzeuger 25 und gibt das resultie rende Signal T2 (T1 × 2¹) aus. Der Zähler TD2 zählt das Ausgangssignal T2 vom Zähler TD1 und gibt das resultie rende Signal T3 (T2 × 2¹ = T1 × 2²) aus. Der Zähler TD3 zählt das Ausgangssignal T3 vom Zähler TD2 und gibt das resultierende Signal T4 aus. Als Ergebnis teilen die Zäh ler TD1-TD3 in der Zählschaltung 26 aufeinanderfolgend die Frequenz der Basisperiode von Basisperiodenerzeuger 26 durch eine Potenz von 2. Dann werden die Ausgangs signale T1-T4 von der Zählschaltung 26 jeweils an die Durchlaßgatter TR1-TR4 angelegt. Die Durchlaßgatter TR1- TR4 werden als Reaktion auf die Umschalt-Steuersignale SW1-SW4 von den UND-Gattern AD1-AD4 umgeschaltet, um ein Gewünschtes aus den Ausgangssignalen T1-T4 von der Zähl schaltung 26 auszuwählen und das ausgewählte Signal an den Frequenzteiler 24 auszugeben.

Da die Ausgangssignale TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 im Temperaturbereich AA alle logisch high sind, wird das Ausgangssignal SW1 vom UND-Gatter AD1 in der Temperatursteuerung 32 logisch high, während die übrigen UND-Gatter AD2-AD4 alle logisch low werden. Als Ergebnis wird das Durchlaßgatter TR4 angeschaltet, um so das Aus gangssignal T4 vom Zähler TD3 in der Zählschaltung 26 zum Frequenzteiler 24 zu übertragen. Als Ergebnis hat das frequenzgeteilte Signal im Temperaturbereich AA einen Pe gel in einem Intervall Ta von Fig. 10. Da die Ausgangs signale TC1-TC3 von den Komparatoren CP1-CP3 im Tempera turbereich DD alle logisch low sind, wird das Ausgangs signal SW4 vom UND-Gatter AD4 in der Temperatursteuerung 32 logisch high, während die übrigen UND-Gatter AD1-AD3 alle logisch low werden. Als Ergebnis wird das Durchlaß gatter TR1 angeschaltet, um so das Ausgangssignal T1 von der Zählschaltung 26 zum Frequenzteiler 24 zu übertragen. Als Ergebnis hat das frequenzgeteilte Signal im Tempera turbereich DD einen Pegel in einem Intervall Td von Fig. 10.

Nachfolgend erzeugt der Frequenzteiler 24 als Reak tion auf das Ausgangssignal von jedem der Durchlaßgatter TR1-TR4 das zeitlich geteilte Zeitablaufssignal Φ_T und gibt das erzeugte zeitlich geteilte Signal Φ_T an den Re freshzähler 4 aus. Dann zählt der Refreshzähler 4 das zeitlich geteilte Zeitablaufssignal Φ_T vom Frequenztei ler 24 und gibt gemäß dem Zählergebnis das Selbstrefresh- Betriebssignal aus. Als Ergebnis wird als Reaktion auf das Selbstrefresh-Betriebssignal vom Refreshzähler 4 der Selbstrefreshvorgang des Speicherzellenfeldes 10 ausge führt.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ist der Temperaturfühler gemäß der vorliegenden Erfindung in der Speichervorrichtung angeordnet und die durch den Tem peraturfühler aufgenommenen Temperaturen werden in die Vielzahl von Bereichen klassifiziert. Deshalb kann die Temperaturvariation des Speicherzellenfeldes genau aufge nommen werden und die Selbstrefreshperiode kann gemäß der genau aufgenommenen Temperaturvariation des Speicherzel lenfeldes eingestellt werden. Zur Erzeugung der Vielzahl von Selbstrefreshperioden wird auch ein einzelner Zeitge ber verwendet. Deshalb hat die Selbstrefresh-Steuerschal tung für das Speicherzellenfeld den Effekt der Verringe rung der Chipfläche.

Claims

1. Eine Selbstrefresh-Steuerschaltung für ein Speicherzellenfeld (10), die mehrere Adreßpuf fer (1, 2) zum Eingeben von Adressen des Speicherzellenfeldes und mehrere Decoder (6, 7, 8, 9) zum Decodieren der Adressen von den Adreßpuffern umfaßt, mit:
einer Selbstrefreshmodus-Steuereinrichtung (20) zum Steuern eines Selbstrefreshvorgangs des Speicherzellenfeldes (10) als Reaktion auf ein Zeilenadreß-Strobesignal und ein Spal tenadressen-Strobesignal, wobei die Selbstrefreshmodus-Steuereinrichtung (20),
eine Ausgabeeinheit für Selbstrefreshmodus-Startsignale (21) zum Starten des Selbstre freshvorgangs des Speicherzellenfeldes (10), falls die Zeilen- und Spaltenadreß-Strobesignale für eine vorherbestimmte Zeitspanne in einem spezifizierten logischen Zustand bleiben,
einen Zeitgeber (23), der mehrere Selbstrefreshperioden (T1, T2, T3, T4) erzeugt und diese parallel ausgibt, und
einen Frequenzteiler (24) aufweist,
einer Refresh-Steuerung (22), die in Anwort auf das Startsignal der Ausgabeeinheit für Selbstrefreshmodus-Startsignale (21) ein Selbstrefresh-Anforderungssignales (SREQ) ausgibt,
einer Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung (40) zum Erzeugen mehrerer Referenz spannungen (V_ref1, V_ref2, V_ref3), die jeweils nur eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweisen, und
einer Temperatur-Überwachungseinrichtung (30) zum Erzeugen einer mit der Temperaturva riation im Chip variablen Spannung (V_TV) und zum jeweiligen Vergleichen der erzeugten va riablen Spannung (V_TV) mit den Referenzspannungen (V_ref1, V_ref2, V_ref3), wobei die Tempera tur-Überwachungseinrichtung (30)
eine Temperatursteuerung (32), die die Selbstrefreshperioden (T1, T2, T3, T4) empfängt, und
eine Auswahleinrichtung (AD1, AD2, AD3, AD4, I1, I2, I3, TR1, TR2, TR3, TR4, 14, 15, 16, 17) aufweist, die eine der Selbstrefreshperioden (T1, T2, T3, T4) gemäß den vergliche nen Ergebnissen auswählt und die ausgewählte Selbstrefreshperiode ausgibt,
wobei der Frequenzteiler (24) in Antwort auf die von der Temperatursteuerung (32) ausge gebene Selbstrefreshperiode ein Selbstrefresh-Betriebssignal ausgibt.

2. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der der Zeitgeber (23) aufweist:

- einen Basisperiodenerzeuger (25) zum Erzeugen einer Basisperiode (T1) als Reaktion auf das Startsignal von der Ausgabeeinheit für Selbstrefreshmodus-Startsignale (21), und
- eine Zähleinrichtung (26) zum Teilen der Frequenz der Basisperiode vom Basisperiodener zeuger (25), um die Selbstrefreshperioden zu erzeugen und zum Ausgeben der erzeugten Selbstrefreshperioden an die Temperatur-Überwachungseinrichtung (30).

3. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 2, bei der die Zähleinrichtung (26) mehrere in Reihe mit dem Basisperiodenerzeuger (25) geschaltete Zähler (TD1, TD2, TD3) enthält, um die Frequenz der Basisperiode (T1) durch eine Potenz von 2 zu teilen, wobei die Zähleinrich tung (26) die Basisperiode (T1) und Ausgangssignale von den Zählern (TD1, TD2, TD3) als die Selbstrefreshperioden (T1, T2, T3, T4) an die Temperatur-Überwachungseinrichtung (30) ausgibt.

4. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Temperatur-Überwachungsein richtung (30) aufweist:

- einen Temperaturfühler (31) zum Erzeugen der mit der Temperaturvariation variablen Span nung (V_TV), und
- mehrere Komparatoren (CP1, CP2, CP3) zum jeweiligen Vergleichen der erzeugten varia blen Spannung (V_TV) mit den Referenzspannungen (V_ref1, V_ref2, V_ref3), wobei
- die Temperatursteuerung (32) die eine der Selbstrefreshperioden (T₁, T₂, T₃, T₄) als Reaktion auf Ausgangssignale von den Komparatoren (CP1, CP2, CP3) auswählt.

5. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 4, bei der der Temperaturfühler (31) an meh reren Stellen im Speicherzellenfeld angeordnet ist, um das Mittel der aufgenommenen Tempe raturen auszugeben.

6. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Referenzspannungs- Erzeugungseinrichtung (40) mehrere zwischen ersten und zweiten Spannungsquellen (Vc, Vcc; Vd) in Reihe geschaltete Widerstände (TIM1, TIM2, TIM3; R1, R2, R3, R4) enthält, um eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten und zweiten Spannungsquelle (Vc, Vcc; Vd) zu teilen und die geteilten Spannungen an jeweiligen Knoten zwischen angrenzenden der Widerstände (TIM1, TIM2, TIM3; R1, R2, R3, R4) als die Referenzspannungen (V_ref1, V_ref2, V_ref3) auszugeben, wobei jeder der Widerstände (TIM1, TIM2, TIM3; R1, R2, R3, R4) ein Material enthält, dessen Widerstand nur eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist.

7. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 6, bei der das Material mit geringer Tempe raturabhängigkeit seines Widerstandes polykristallines Silizium ist.

8. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 6, bei der

- die erste Spannungsquelle (Vc) eine Versorgungsspannungsquelle ist und die zweite Span nungsquelle eine Massespannungsquelle ist, und
- die Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung (40) aufweist:
- einen zwischen der Versorgungsspannungsquelle (Vc) und einer Seite in Reihe geschalteter Widerstände (R1, R2, R3, R4) angeschlossenen PMOS-Transistor (PM1), und
- einen zwischen der anderen Seite der in Reihe geschalteten Widerstände (R1, R2, R3, R4) und der Massespannungsquelle angeschlossenen ersten NMOS-Transistor (NM1),
- wobei der PMOS-Transistor (PM1) und der erste NMOS-Transistor (NM1) eine Spannung über den in Reihe geschalteten Widerständen (R1, R2, R3, R4) stabilisieren.

9. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 8, bei der die Referenzspannungs- Erzeugungseinrichtung (40) einen zweiten NMOS-Transistor (NM2) aufweist, bei dem ein Drain mit einer Source des ersten NMOS-Transistors (NM1) verbunden ist, eine Source mit der Massespannungsquelle und einem Gate zum Eingeben des Selbstrefresh-Anforderungs signals (SREQ) verbunden ist, wobei der zweite NMOS-Transistor (NM2) erlaubt, daß die Referenzspannungen (V_ref1, V_ref2, V_ref3) von den Knoten der Widerstände (R1, R2, R3, R4) ausgegeben werden, wenn das Selbstrefresh-Anforderungssignal (SREQ) logisch high ist, um so den Stromverbrauch zu verringern.

10. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 4, bei der der Temperaturfühler (31) erste und zweite zwischen ersten und zweiten Spannungsquellen (Va, Vb) in Reihe geschaltete Wi derstände (TVM, TIM; Rnw, RP) aufweist, um eine Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Spannungsquellen (Va, Vb) zu teilen und die geteilte Spannung an einem Knoten dazwischen als die variable Spannung (V_TV) auszugeben, wobei der erste Widerstand (TVM; Rnw) ein mit der Temperatur variierendes Material enthält, welches einen Widerstand mit einer großen Variation mit der Temperaturvariation besitzt, und der zweite Widerstand (TIM; RP) ein Material enthält, welches ungeachtet der Temperaturvariation einen Widerstand mit geringer Variation besitzt.

11. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 10, bei der der erste Widerstand (TVM; RP) ein n-well-Widerstand ist.

12. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 10, bei der das Material des zweiten Wider standes (TIM; RP) polykristallines Silizium ist.

13. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 10, bei der der Temperaturfühler (31) einen dritten NMOS-Transistor (NM3) mit einem über die zweite Spannungsquelle (Vb) mit dem zweiten Widerstand (RP) verbundenen Drain, einer mit einem Masseanschluß und einem Gate zum Eingeben des Selbstrefresh-Anforderungssignal (SREQ) verbundenen Source besitzt, wobei der dritte NMOS-Transistor (NM3) erlaubt, daß die variable Spannung (V_TV) vom Knoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen (TVM, TIM; Rnw, RP) ausgegeben wird, wenn das Selbstrefresh-Anforderungssignal (SREQ) von der Selbstrefreshmodus- Steuereinrichtung (20) logisch high ist, um so den Stromverbrauch zu verringern.

14. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 4, bei der Komparatoren (CP1, CP2, CP3) eine Anzahl von n haben und die Temperatursteuerung (32) aufweist:

- erste bis n-te Inverter (I1, I2, I3) zum jeweiligen Invertieren der Ausgangssignale (TC1, TC2, TC3) von den ersten bis n-ten Komparatoren (CP1, CP2, CP3),
- ein erstes UND-Gatter (AD1) zum VerUNDen der Ausgangssignale (TC1, TC2, TC3) von den ersten bis n-ten Komparatoren (CP1, CP2, CP3),
- ein zweites UND-Gatter (AD2) zum VerUNDen der Ausgangssignale (TC2, TC3) von den zweiten bis n-ten Komparatoren (CP2, CP3) und eines Ausgangssignal vom ersten Inverter (I1),
- ein drittes UND-Gatter (AD3) zum VerUNDen der Ausgangssignale (TC3) von den dritten bis n-ten Komparatoren (CP3), des Ausgangssignals (TC1) vom ersten Inverter (I1) und des Ausgangssignals (TC2) vom zweiten Inverter (I2),
- vierte bis n-te UND-Gatter zum VerUNDen der Ausgangssignale von den vierten bis n-ten Komparatoren, der Ausgangssignale von den ersten und zweiten Invertern (I1, I2) und von Ausgangssignalen von den dritten bis n - 1-ten Invertern (I3) auf dieselbe Art und Weise wie das dritte UND-Gatter (AD3),
- ein n + 1-tes UND-Gatter (AD4) zum VerUNDen der Ausgangssignale von den ersten bis n- ten Invertern (I1, I2, I3), und
- n + 1 Übertragungsgatter (TR1, TR2, TR3, TR4) zum Auswählen der Gewünschten der Selbstrefreshperioden (T1, T2, T3, T4) als Reaktion auf Ausgangssignale (SW1, SW2, SW3, SW4) von den ersten bis n + 1-ten UND-Gattern (AD1, AD2, AD3, AD4) und zum Ausgeben der ausgewählten Selbstrefreshperiode an die Selbstrefreshmodus-Steuereinrichtung (20).

15. Selbstrefresh-Steuerschaltung nach Anspruch 3, bei der die Anzahl der Zählern (TD1, TD2, TD3) gemäß der Anzahl der klassifizierten Temperaturbereiche bestimmt wird.