JP5214002B2 - Nonvolatile memory device - Google Patents
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Description
本発明は、不揮発性記憶装置に関し、特に装置を駆動するために供給する電源電圧のセットアップに関する。 The present invention relates to a non-volatile memory device, and more particularly to the setup of a power supply voltage supplied to drive the device.
近年、不揮発的なデータ記憶が可能な不揮発性記憶装置が主流となってきている。たとえば高集積化可能なフラッシュメモリを挙げることができる。さらには、新世代の不揮発性記憶装置として薄膜磁性体を用いて不揮発的なデータ記憶を実行するMRAM(Magnetic Random Access Memory)デバイス等が特に注目されている。 In recent years, nonvolatile storage devices capable of storing nonvolatile data have become mainstream. For example, a flash memory that can be highly integrated can be cited. Furthermore, MRAM (Magnetic Random Access Memory) devices that perform nonvolatile data storage using a thin film magnetic material are attracting particular attention as a new generation nonvolatile storage device.
不揮発的なデータ記憶を実行する不揮発性装置では、揮発性SRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)などと異なり、動作していないスタンバイ状態時には、電源をオフすることによりスタンバイ電流を0にすることができるのでシステムの電池寿命を長期化することができる等の利点がある。 Unlike a volatile SRAM (Static Random Access Memory) or a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a non-volatile device that performs non-volatile data storage has a standby current by turning off the power supply in a non-operating standby state. Can be reduced to 0, and there is an advantage that the battery life of the system can be extended.
一方、フラッシュメモリあるいはMRAMデバイス等の不揮発性記憶装置には、不揮発的なデータ記憶が可能であるため一般的にデバイスの初期設定に関するプログラムあるいはデータ等を格納し、当該記憶装置に格納された情報に基づいてデバイスのセットアップ動作が実行されてきた。 On the other hand, a nonvolatile storage device such as a flash memory or an MRAM device can store nonvolatile data, and therefore generally stores a program or data relating to the initial setting of the device, and stores information stored in the storage device. Based on the above, a device setup operation has been executed.
なお、以上、本発明についての背景技術を、出願人の知得した一般的技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。 Although the background art of the present invention has been described based on general technical information obtained by the applicant, information to be disclosed as prior art document information before filing within the scope stored by the applicant. The applicant does not have
しかしながら、電源をオフした後、再び電源をオンして起動した際、デバイスのセットアップ動作を実行するための初期設定に関するプログラムあるいはデータ等をメモリから読み出す必要があるが、メモリを構成する回路素子のセットアップ速度は種々異なり、メモリを構成する回路素子の全てが正常に起動するまでにはある程度の期間が必要であった。 However, when the power is turned off and then turned on again to start up, it is necessary to read from the memory a program or data related to the initial settings for executing the device setup operation. The setup speed varies, and a certain period of time is required until all the circuit elements constituting the memory are normally started.
さらには、各回路素子と接続される電源線を駆動する際、デバイスの電源線の配線容量やデカップリング容量は大きいため電源オン/オフする動作は、大きな容量を充放電する動作となり充放電のために長時間かかることになるとともに消費電力が大きいという欠点も存在する。 Furthermore, when driving the power supply line connected to each circuit element, the wiring capacity and decoupling capacity of the power supply line of the device are large, so the operation of turning on / off the power becomes the operation of charging / discharging the large capacity. Therefore, there is a drawback that it takes a long time and power consumption is large.
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであって、電源投入後、高速なセットアップが可能な不揮発性記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device that can be set up at a high speed after the power is turned on.
本発明の一実施例によれば、不揮発性記憶装置は、データを不揮発的に記憶するメモリセルを有する第1および第2のメモリモジュールと、第1および第2のメモリモジュールとそれぞれ接続されて、前記第1および第2のメモリモジュールを駆動するための外部電源を供給する第1および第2の外部電源線とを備え、第1の外部電源線の電源容量は、前記第2の外部電源線の電源容量よりも小さい。 According to one embodiment of the present invention, a nonvolatile memory device is connected to first and second memory modules having memory cells that store data in a nonvolatile manner, and the first and second memory modules, respectively. , And first and second external power supply lines that supply external power for driving the first and second memory modules, and the power capacity of the first external power supply line is the second external power supply. Less than the line power capacity.
本発明の一実施例によれば、外部電源線を分けて別電源線とし、電源容量を他方に比べて小さくすることにより、第1の外部電源線は第2のメモリモジュールよりも先に充電されて第1のメモリモジュールに対してセットアップが早期に完了する。 According to one embodiment of the present invention, the first external power supply line is charged before the second memory module by dividing the external power supply line into separate power supply lines and reducing the power supply capacity compared to the other. Thus, the setup for the first memory module is completed early.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態に従うチップ1の概略構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a chip 1 according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、本発明の実施の形態に従うチップ1は、チップ全体を制御するためのCPU5と、ランダムアクセス可能なメモリを備えたRAM(Random Access Memory)および読出専用のROM(Read Only Memory)等を備えた記憶部15と、クロック信号あるいは制御信号等を生成するための周辺回路であるコントローラ部20とを備える。またチップ1の周辺領域にはパッドPDが形成されており、パッドPDを介してたとえば電源電圧等あるいは外部指示信号が入力されるものとする。ここでは、一例としてロジック回路等、低電圧動作で駆動するために用いられる低電圧の外部電源電圧Vcc1(以下、単に電源電圧Vcc1とも称する)が供給される電源線VL1と、高電圧動作で駆動するために用いられる高電圧の外部電源電圧Vcc2(以下、単に電源電圧Vcc2)が供給される電源線VL2とが示されている。
Referring to FIG. 1, a chip 1 according to an embodiment of the present invention includes a CPU 5 for controlling the entire chip, a random access memory (RAM) and a read only ROM (Read Only ROM). And a
なお、ここでは、図示していないが外部との間で信号の授受を実行するインターフェイス部(IF回路とも称する)も設けられているものとする。本例においては、記憶部15の構成として薄膜磁性体素子を有するMRAMモジュールを例に挙げ、MRAMモジュールに外部電源電圧を供給する電源線の接続構成(以下、電源系統回路とも称する)について説明する。
Here, although not shown, an interface unit (also referred to as an IF circuit) that exchanges signals with the outside is also provided. In this example, an MRAM module having a thin film magnetic element is taken as an example of the configuration of the
図2は、本発明の実施の形態1に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a power system circuit of the MRAM module according to the first embodiment of the present invention.
図2を参照して、本発明の実施の形態に従うMRAMモジュールの電源系統回路は、2つの電源線VL1,VL2とそれぞれ電気的に結合される内部電源線IVL1,IVL1#を含む。 Referring to FIG. 2, the power supply system circuit of the MRAM module according to the embodiment of the present invention includes internal power supply lines IVL1 and IVL1 # electrically coupled to two power supply lines VL1 and VL2, respectively.
内部電源線IVL1は、電源線VL1と電気的に結合され、MRAMモジュール16の電源側の電源ノードに電源電圧Vcc1を供給する。一方、内部電源線IVL1#は、電源線VL2と電気的に結合され、MRAMモジュール16の電源側の電源ノードに電源電圧Vcc2を供給する。電源線VL1の電源容量として容量C0のキャパシタ21が負荷として与えられているものとする。同様に電源線VL2の電源容量として容量C0#のキャパシタ21#が負荷として与えられているものとする。また、内部電源線IVL1,IVL1#の電源容量として容量C1,C1#のキャパシタ23,23#が負荷として与えられているものとする。一方、MRAMモジュールの接地側は接地電圧GNDと電気的に結合される。また、MRAMモジュールの接地側の接地線IGLの接地容量としては、容量C0gのキャパシタ22が負荷されているものとする。
Internal power supply line IVL1 is electrically coupled to power supply line VL1, and supplies power supply voltage Vcc1 to the power supply node on the power supply side of
図3は、本発明の実施の形態1に従うMRAMモジュールの内部の回路ブロックを説明する図である。ここでは、1つのMRAMモジュールについて説明する。 FIG. 3 is a diagram illustrating an internal circuit block of the MRAM module according to the first embodiment of the present invention. Here, one MRAM module will be described.
図3を参照して、本発明の実施の形態1に従うMRAMモジュールは、複数の回路ブロックを含む。代表的には、メモリセルアレイ30と、アドレスADDの入力に応じてメモリセルアレイの行あるいは列選択を実行するためのアドレスデコーダおよびデータ書込時に書込電流を供給する書込電流ドライバとを含む。なお、ここでは、アドレスデコーダおよび書込電流ドライバを総括してアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31として標記している。また、データ読出を制御するデータ読出系回路および読み出されたデータについて増幅動作を実行するセンスアンプを含む。なお、データ読出系回路およびセンスアンプを総括してデータ読出系回路・センスアンプ32として標記している。また、MRAMモジュール16は、IF回路とデータの授受を実行して入力データあるいは出力データ(総括してデータI/Oとも称する)の入出力を制御するデータI/O系回路33と、クロック信号CLKあるいは制御信号CTの入力等に基づいて各回路を動作させるための種々の制御信号等を出力する制御系周辺回路34と、外部電源電圧を受けて電圧レベルを調整して内部電圧として出力する電圧発生回路35とを含む。なお、ここでは、電圧発生回路35の一例としてたとえばデータ読出の際に比較対象として用いられる基準電圧Vrefが生成される場合が一例として示されている。
Referring to FIG. 3, the MRAM module according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of circuit blocks. Typically, it includes a
また、本例においては、必要に応じて内部電源線IVL1,IVL1#から各回路ブロックに電源電圧Vcc1および/またはVcc2が供給される場合が示されており、たとえばアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31、データ読出系回路・センスアンプ32、データI/O系回路33、制御系周辺回路34および電圧発生回路35は、内部電源線IVL1と電気的に結合されて電源電圧Vcc1が供給される。また、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31、データ読出系回路・センスアンプ32、データI/O系回路33および電圧発生回路35は、内部電源線IVL1#と電気的に結合されて電源電圧Vcc2が供給される。
In this example, the power supply voltages Vcc1 and / or Vcc2 are supplied from the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # to each circuit block as required. For example, the address decoder / write
そして、本構成においては、供給される内部電源線IVL1,IVL1#と各回路ブロックとの間にスイッチが設けられる。具体的には、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31は、スイッチSWa,SWa#を介して内部電源線IVL1,IVL1#と電気的に結合される。データ読出系回路・センスアンプ32は、スイッチSWb,SWb#を介して内部電源線IVL1,IVL1#と電気的に結合される。データI/O系回路33は、スイッチSWc,SWc#を介して内部電源線IVL1,IVL1#と電気的に結合される。制御系周辺回路34は、スイッチSWdを介して内部電源線IVL1と電気的に結合される。電圧発生回路35は、スイッチSWe,SWe#を介して内部電源線IVL1,IVL1#と電気的に結合される。
In this configuration, a switch is provided between the supplied internal power supply lines IVL1 and IVL1 # and each circuit block. Specifically, address decoder / write
ここで、メモリセルアレイの構成について説明する。
図4は、メモリセルアレイ30の構成を説明する図である。
Here, the configuration of the memory cell array will be described.
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the
図4を参照して、ここでは行列状に集積配置されたメモリセルMCが示されておりメモリセル行にそれぞれ対応して設けられたワード線WLおよびデジット線DLと、メモリセル列に対応してそれぞれ設けられたビット線BL1〜BLmとが示されている。メモリセルMCは、トンネル磁気抵抗素子TMRと、アクセストランジスタATRとを含む。トンネル磁気抵抗素子TMRは、ビット線BL1と接地電圧GNDとの間にアクセストランジスタATRを介して電気的に結合される。アクセストランジスタATRのゲートはワード線WLと電気的に結合される。 Referring to FIG. 4, here, memory cells MC arranged in a matrix are shown, and correspond to a word line WL and a digit line DL provided corresponding to each memory cell row, and a memory cell column. The bit lines BL1 to BLm provided respectively are shown. Memory cell MC includes a tunneling magneto-resistance element TMR and an access transistor ATR. Tunneling magneto-resistance element TMR is electrically coupled between bit line BL1 and ground voltage GND via access transistor ATR. Access transistor ATR has its gate electrically coupled to word line WL.
ここでメモリセルMCの動作原理について説明する。
図5は、メモリセルMCの構成を示す概略図である。
Here, the operation principle of the memory cell MC will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the memory cell MC.
図5を参照して、メモリセルMCは、記憶データレベルに応じて電気抵抗が変化するトンネル磁気抵抗素子TMRと、データ読出時にトンネル磁気抵抗素子TMRを通過するセンス電流Isの経路を形成するためのアクセストランジスタATRとを備える。アクセストランジスタATRは、トンネル磁気抵抗素子TMRと直列に接続される。 Referring to FIG. 5, memory cell MC forms a tunnel magnetoresistive element TMR whose electrical resistance changes according to the stored data level and a path of sense current Is passing through tunnel magnetoresistive element TMR during data reading. Access transistor ATR. Access transistor ATR is connected in series with tunneling magneto-resistance element TMR.
そして、メモリセルに対して、データ書込を指示するためのデジット線DLと、データ読出を実行するためのワード線WLと、データ読出およびデータ書込において、記憶データのデータレベルに対応した電気信号を伝達するためのデータ線であるビット線BLとが配置される。 A digit line DL for instructing data writing to the memory cell, a word line WL for executing data reading, and an electric power corresponding to the data level of stored data in data reading and data writing A bit line BL which is a data line for transmitting a signal is arranged.
図6は、メモリセルMCからのデータ読出動作を説明する概念図である。
図6を参照して、トンネル磁気抵抗素子TMRは、固定された一定の磁化方向を有する強磁性体層(以下、単に「固定磁化層」とも称する)FLと、外部かの印加磁界に応じた方向に磁化される強磁性体層(以下、単に「自由磁化層」とも称する)VLとを有する。固定磁化層FLおよび自由磁化層VLの間には、絶縁体膜で形成されるトンネルバリア(トンネル膜)TBが設けられる。自由磁化層VLは、書込まれる記憶データのレベルに応じて、固定磁化層FLと同一方向または固定磁化層FLと反対方向に磁化される。これらの固定磁化層FL、トンネルバリアTBおよび自由磁化層VLによって、磁気トンネル接合が形成される。
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a data read operation from memory cell MC.
Referring to FIG. 6, tunneling magneto-resistance element TMR corresponds to a ferromagnetic layer (hereinafter, also simply referred to as “fixed magnetization layer”) FL having a fixed fixed magnetization direction and an externally applied magnetic field. A ferromagnetic layer (hereinafter, also simply referred to as “free magnetic layer”) VL that is magnetized in the direction. A tunnel barrier (tunnel film) TB formed of an insulator film is provided between the fixed magnetic layer FL and the free magnetic layer VL. Free magnetic layer VL is magnetized in the same direction as fixed magnetic layer FL or in the opposite direction to fixed magnetic layer FL according to the level of stored data to be written. A magnetic tunnel junction is formed by these fixed magnetic layer FL, tunnel barrier TB and free magnetic layer VL.
データ読出時においては、ワード線WLの活性化に応じてアクセストランジスタATRがターンオンして、トンネル磁気抵抗素子TMRは、ビット線BLと接地電圧GNDとの間に接続される。これにより、トンネル磁気抵抗素子TMRの両端にビット線電圧に応じたバイアス電圧が印加されて、トンネル膜にトンネル電流が流される。このようなトンネル電流を用いることによって、データ読出時に、ビット線BL〜トンネル磁気抵抗素子TMR〜アクセストランジスタATR〜接地電圧GNDの電流経路にセンス電流を流すことができる。 In data reading, access transistor ATR is turned on in response to activation of word line WL, and tunneling magneto-resistance element TMR is connected between bit line BL and ground voltage GND. As a result, a bias voltage corresponding to the bit line voltage is applied to both ends of the tunnel magnetoresistive element TMR, and a tunnel current flows through the tunnel film. By using such a tunnel current, it is possible to cause a sense current to flow through the current path from bit line BL to tunnel magnetoresistive element TMR to access transistor ATR to ground voltage GND during data reading.
トンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗は、固定磁化層FLおよび自由磁化層VLのそれぞれの磁化方向の相対関係に応じて変化する。具体的には、トンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗値は、固定磁化層FLの磁化方向と自由磁化層VLの磁化方向とが平行である場合に最小値Rminとなり、両者の磁化方向が反対(反平行)方向である場合に最大値Rmaxとなる。 The electric resistance of tunneling magneto-resistance element TMR changes according to the relative relationship between the magnetization directions of fixed magnetic layer FL and free magnetic layer VL. Specifically, the electric resistance value of the tunnel magnetoresistive element TMR becomes the minimum value Rmin when the magnetization direction of the fixed magnetization layer FL and the magnetization direction of the free magnetization layer VL are parallel, and the magnetization directions of both are opposite ( The maximum value Rmax is obtained when the direction is anti-parallel.
したがって、自由磁化層VLを記憶データに応じた方向に磁化すれば、センス電流Isによってトンネル磁気抵抗素子TMRで生じる電圧変化は、記憶データレベルに応じて異なる。したがって、たとえばビット線BLを一定電圧にプリチャージした後に、トンネル磁気抵抗素子TMRにセンス電流Isを流せば、ビット線BLの電圧を検知することによって、メモリセルの記憶データを読出すことができる。 Therefore, if the free magnetic layer VL is magnetized in the direction corresponding to the stored data, the voltage change caused in the tunnel magnetoresistive element TMR by the sense current Is differs depending on the stored data level. Therefore, for example, if the sense current Is is supplied to the tunnel magnetoresistive element TMR after the bit line BL is precharged to a constant voltage, the data stored in the memory cell can be read by detecting the voltage of the bit line BL. .
図7は、メモリセルに対するデータ書込動作を説明する概念図である。
図7を参照して、データ書込時においては、ワード線WLが非活性化され、アクセストランジスタATRはターンオフされる。この状態で、自由磁化層VLを書込データに応じた方向に磁化するためのデータ書込電流が、デジット線DLおよびビット線BLにそれぞれ流される。
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a data write operation for a memory cell.
Referring to FIG. 7, at the time of data writing, word line WL is deactivated and access transistor ATR is turned off. In this state, a data write current for magnetizing free magnetic layer VL in the direction corresponding to the write data is supplied to digit line DL and bit line BL.
図8は、データ書込時におけるデータ書込電流とトンネル磁気抵抗素子の磁化方向との関係を説明する概念図である。 FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the data write current and the magnetization direction of the tunnel magnetoresistive element at the time of data writing.
図8を参照して、横軸は、トンネル磁気抵抗素子TMR内の自由磁化層VLにおいて磁化容易軸(EA:Easy Axis)方向に印加される磁界を示す。一方、縦軸H(HA)は、自由磁化層VLにおいて磁化困難軸(HA:Hard Axis)方向に作用する磁界を示す。磁界H(EA)およびH(HA)は、ビット線BLおよびデジット線DLをそれぞれ流れる電流によって生じる2つの磁界の一方ずつにそれぞれ対応する。 Referring to FIG. 8, the horizontal axis indicates a magnetic field applied in the easy axis (EA) direction in free magnetic layer VL in tunneling magneto-resistance element TMR. On the other hand, the vertical axis H (HA) indicates a magnetic field that acts in the hard magnetization axis (HA) direction in the free magnetic layer VL. Magnetic fields H (EA) and H (HA) respectively correspond to one of two magnetic fields generated by currents flowing through bit line BL and digit line DL, respectively.
メモリセルにおいては、固定磁化層FLの固定された磁化方向は、自由磁化層VLの磁化容易軸に沿っており、自由磁化層VLは、記憶データのレベル(“1”および“0”)に応じて、磁化容易軸方向に沿って、固定磁化層FLと平行あるいは反平行(反対)方向に磁化される。メモリセルは、自由磁化層VLの2通りの磁化方向と対応させて、1ビットのデータ(“1”および“0”)を記憶することができる。 In the memory cell, the fixed magnetization direction of fixed magnetic layer FL is along the easy axis of free magnetic layer VL, and free magnetic layer VL is at the level of stored data (“1” and “0”). Accordingly, it is magnetized in the direction parallel to the fixed magnetization layer FL or in the antiparallel (opposite) direction along the easy axis direction. The memory cell can store 1-bit data (“1” and “0”) corresponding to the two magnetization directions of the free magnetic layer VL.
自由磁化層VLの磁化方向は、印加される磁界H(EA)およびH(HA)の和が、図中に示されるアステロイド特性線の外側の領域に達する場合においてのみ新たに書換えることができる。すなわち、印加されたデータ書込磁界がアステロイド特性線の内側の領域に相当する強度である場合には、自由磁化層VLの磁化方向は変化しない。 The magnetization direction of the free magnetic layer VL can be newly rewritten only when the sum of the applied magnetic fields H (EA) and H (HA) reaches a region outside the asteroid characteristic line shown in the figure. it can. That is, when the applied data write magnetic field has a strength corresponding to the region inside the asteroid characteristic line, the magnetization direction of the free magnetic layer VL does not change.
アステロイド特性線に示されるように、自由磁化層VLに対して磁化困難軸方向の磁界を印加することによって、磁化容易軸に沿った磁化方向を変化させるのに必要な磁化しきい値を下げることができる。 As indicated by the asteroid characteristic line, by applying a magnetic field in the hard axis direction to the free magnetic layer VL, the magnetization threshold required to change the magnetization direction along the easy axis is lowered. be able to.
図8に示した例のようにデータ書込時の動作点を設計した場合には、データ書込対象であるメモリセルにおいて、磁化容易軸方向のデータ書込磁界は、その強度がHWRとなるように設計される。すなわち、このデータ書込磁界HWRが得られるように、ビット線BLまたはデジット線DLを流されるデータ書込電流の値が設計される。一般的に、データ書込磁界HWRは、磁化方向の切換えに必要なスイッチング磁界HSWと、マージン分ΔHとの和で示される。すなわち、HWR=HSW+ΔHで示される。 When the operating point at the time of data writing is designed as in the example shown in FIG. 8, the strength of the data write magnetic field in the easy axis direction in the memory cell that is the data write target is H WR . Designed to be That is, the value of the data write current that flows through bit line BL or digit line DL is designed so that this data write magnetic field HWR is obtained. Generally, data write magnetic field H WR is the switching magnetic field H SW necessary for switching the magnetization direction is indicated by the sum of the margin [Delta] H. That is, H WR = H SW + ΔH.
メモリセルの記憶データ、すなわちトンネル磁気抵抗素子TMRの磁化方向を書換える
ためには、デジット線DLとビット線BLとの両方に所定レベル以上のデータ書込電流を流す必要がある。これにより、トンネル磁気抵抗素子TMR中の自由磁化層VLは、磁化容易軸(EA)に沿ったデータ書込磁界の向きに応じて、固定磁化層FLと平行もしくは、反対(反平行)方向に磁化される。トンネル磁気抵抗素子TMRに一旦書込まれた磁化方向、すなわちメモリセルの記憶データは、新たなデータ書込が実行されるまでの間不揮発的に保持される。
In order to rewrite the data stored in the memory cell, that is, the magnetization direction of tunneling magneto-resistance element TMR, it is necessary to pass a data write current of a predetermined level or more to both digit line DL and bit line BL. Thus, free magnetic layer VL in tunneling magneto-resistance element TMR is parallel to fixed magnetic layer FL or in the opposite (anti-parallel) direction according to the direction of the data write magnetic field along the easy axis (EA). Magnetized. The magnetization direction once written in tunneling magneto-resistance element TMR, that is, data stored in the memory cell is held in a nonvolatile manner until new data writing is executed.
このようにトンネル磁気抵抗素子TMRは、印加されるデータ書込磁界によって書換可能な磁化方向に応じてその電気抵抗が変化するので、トンネル磁気抵抗素子TMRの電気抵抗値RmaxおよびRminと、記憶データのレベル(“1”および“0”)とそれぞれ対応付けることによって、不揮発的なデータ記憶を実行することができる。 Thus, tunnel magnetoresistive element TMR changes its electric resistance in accordance with the direction of magnetization that can be rewritten by the applied data write magnetic field, so that electric resistance values Rmax and Rmin of tunneling magnetoresistive element TMR, and stored data Non-volatile data storage can be executed by associating them with the respective levels (“1” and “0”).
図9は、メモリモジュールの各回路ブロックを構成する素子と供給される電圧との関係を説明する図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the elements constituting each circuit block of the memory module and the supplied voltage.
図9を参照して、メモリセルアレイ30は、アナログ回路としてMOSトランジスタおよびトンネル磁気抵抗素子TMRにより構成される。アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31、データ読出系回路・センスアンプ32は、ディジタル・アナログ回路としてCMOSトランジスタにより構成される。また、制御系周辺回路34、データI/O系回路33はディジタル回路としてCMOSトランジスタにより構成される。電圧発生回路35は、アナログ回路としてMOSトランジスタにより構成される。
Referring to FIG. 9,
そして、ここでは、一例としてアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31、データ読出系回路・センスアンプ32、データI/O系回路33、電圧発生回路35は、電源電圧Vcc1or電源電圧Vcc2のいずれか一方により駆動される。また、制御系周辺回路34は、電源電圧Vcc1により駆動されるものとする。なお、上述したように電源電圧Vcc1は低電圧、電源電圧Vcc2は高電圧であるものとする。
Here, as an example, the address decoder / write
図10は、各回路ブロックについて、スタンバイ電流Istby、電源容量、電源セットアップ速度および回路セットアップ速度を比較した場合の一例を説明する図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example when the standby current Istby, the power supply capacity, the power supply setup speed, and the circuit setup speed are compared for each circuit block.
図3でも説明したように、メモリセルアレイ30は、たとえば書込電流ドライバ等からの電源供給を受けるため直接電源線と接続されない構成である。したがって、スタンバイ電流Istbyは0となる。また電源容量についても、直接電源供給を受ける構成ではないため0(なし)である。
As described with reference to FIG. 3, the
一方、他の回路について比較してみると、制御系周辺回路34は、上述したように低電圧の電源電圧Vcc1で駆動し、スタンバイ電流Istbyおよび電源容量については、他の回路ブロックよりも小さい値に設計されている。同様に、データ読出系回路・センスアンプ32については、電源電圧Vcc1or電源電圧Vcc2のいずれか一方で駆動されるが、データ読出時に用いられるものであり、スタンバイ電流Istbyおよび電源容量については、他の回路ブロックよりも小さい値に設計されている。
On the other hand, comparing the other circuits, the control
データI/O系回路33については、データの入出力時にIF回路との間でデータの授受を実行するためある程度のスタンバイ電流Istbyが流れることなる。後述するがアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31よりもスタンバイ電流Istbyは流れないが、制御系周辺回路よりも流れる。すなわち、その間の中程度流れるためここでは「中」と標記している。電源容量は、データの入出力時に高電圧の電源電圧Vcc2を駆動してデータの授受を実行する構成であるため制御系周辺回路34の電源容量と比較した場合、大きい値となる。
In the data I /
また、電圧発生回路35については、定常的に例えば基準電圧Vrefを生成して出力するためスタンバイ電流Istbyは、データI/O系回路33と同様にアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31よりもスタンバイ電流Istbyは流れないが、制御系周辺回路よりも流れる。すなわち、その間の中程度流れることになる。
Further, since the
アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31は、データ書込時に電源電圧Vcc2を駆動してデータ書込電流等を供給する必要があるためスタンバイ電流Istbyは、他の回路ブロックと比較して大きい値となる。また、電源容量は、上述したようにデータ書込時に高電圧の電源電圧Vcc2を駆動してデータ書込電流を供給する構成であるため、制御系周辺回路34と比較した場合、大きい値となる。
Since the address decoder / write
次に、電源セットアップ速度および回路セットアップ速度について考える。
上述したようにアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31は、制御系周辺回路34を含む他の回路ブロックよりも電源容量が大きい値であるため電源セットアップ速度は、制御系周辺回路34を含む他の回路ブロックよりも遅くなる。
Next, consider the power supply setup speed and the circuit setup speed.
As described above, since the address decoder / write
一方、回路セットアップ速度については、回路の負荷駆動能力と回路の出力ノードの負荷容量との関係に依存しており、基本的には高速動作が求められるため電圧発生回路35以外の他の回路ブロックについては、高速にセットアップされるように設定されているが、電圧発生回路35については、電源電圧を用いて高電圧あるいは低電圧の基準電圧を含む内部電圧を発生させるため電源電圧がある程度安定するまでは、適切な内部電圧を生成することができない。したがって、電源電圧が安定するまで待機する必要があり、他の回路ブロックよりもセットアップ速度は遅く設定されている。
On the other hand, the circuit setup speed depends on the relationship between the load driving capability of the circuit and the load capacity of the output node of the circuit. Basically, high-speed operation is required, so that other circuit blocks other than the
上記において、例えばMRAMモジュール内において、回路ブロックのスタンバイ電流、電源容量、電源セットアップおよび回路セットアップ速度の比較について説明してきたが、この図に示されるように、電源セットアップ速度および回路セットアップ速度の少なくも一方が他の回路ブロックと比較して遅いのはアドレスデコーダ・書込電流ドライバ34、データI/O系回路33および電圧発生回路35である。
In the above, for example, in the MRAM module, the comparison of the standby current of the circuit block, the power supply capacity, the power supply setup and the circuit setup speed has been described. However, as shown in FIG. On the other hand, the address decoder / write
ここで、各回路ブロックが内部電源線IVL1,IVL1#と電気的に結合されて電源供給を受けるため、全ての回路ブロックについて一度に内部電源線IVL1,IVL1#を介して電源供給を実行する場合には、大きな負荷容量がかかるため内部電源線の充電時間が長くなることになる。そして、電源線の充電に時間がかかると、電源セットアップ速度が遅い回路ブロックがセットアップされるまでには、さらに時間がかかることになり、全体として回路ブロックのセットアップに時間がかかることになる。 Here, since each circuit block is electrically coupled to the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # and receives power supply, all the circuit blocks are supplied with power through the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # at a time. Since a large load capacity is applied, the charging time of the internal power supply line becomes long. If it takes time to charge the power supply line, it takes more time to set up a circuit block with a slow power supply setup speed, and it takes time to set up the circuit block as a whole.
一方、本発明は、各回路ブロックと内部電源線IVL1,IVL1#との間にスイッチを設けて、各回路ブロックと電源線との間を電気的に切離した構成となっている。したがって、内部電源線IVL1,IVL1#全体としてかかる負荷容量を低減し、これにより時定数を下げることによって高速に内部電源線IVL1,IVL1#さらには、電源線VL1,VL2を充電することが可能となる。 On the other hand, according to the present invention, a switch is provided between each circuit block and the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # so that each circuit block and the power supply line are electrically separated. Therefore, it is possible to charge the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # and further the power supply lines VL1 and VL2 at a high speed by reducing the load capacity of the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # as a whole and thereby reducing the time constant. Become.
そして、当該構成において、電源投入後、高速に電源セットアップを実行するためにMRAMモジュールに含まれる全ての回路ブロックに同時に電源供給を開始するのではなく、たとえばMRAMモジュールに含まれるアドレスデコーダ・書込電流ドライバ34およびデータI/O系回路33に対して最初に電源供給を実行する。
In this configuration, after power-on, power supply is not started simultaneously to all circuit blocks included in the MRAM module in order to execute power supply setup at high speed. For example, an address decoder / write included in the MRAM module First, power is supplied to the
具体的には、電源セットアップの遅い回路ブロックであるアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31およびデータI/O系回路33に対応するスイッチSWa,SWa#およびスイッチSWcおよびSWc#を最初に動作させて内部電源線IVL1,IVL1#からの電源電圧Vcc1,Vcc2の電源供給を最初に実行する。さらに、回路セットアップの遅い回路ブロックである電圧発生回路35についても対応するスイッチSWd,SWd#を最初に動作させて内部電源線IVL1,IVL1#からの電源電圧Vcc1,Vcc2の電源供給を実行する。
Specifically, the switches SWa and SWa # and the switches SWc and SWc # corresponding to the address decoder / write
次に、他の電源セットアップの速い回路ブロックであるスイッチSWb,SWb#,SWc,SWc#,SWdを動作させて内部電源線IVL1,IVL1#からの電源電圧Vcc1,Vcc2の電源供給を実行する。これにより、電源セットアップ速度の遅いアドレスデコーダ・書込電流ドライバ31およびデータI/O系回路33に対して電源セットアップを高速に実行することができる。また、電圧発生回路35についても電源セットアップは高速であるが、回路セットアップは遅いため最初から動作させることにより、セットアップを高速に実行することができる。
Next, the switches SWb, SWb #, SWc, SWc #, SWd, which are other circuit blocks with a fast power supply setup, are operated to supply power from the internal power lines IVL1, IVL1 #. Thereby, the power supply setup can be executed at high speed for the address decoder / write
これにより、電源線を高速に充電することが可能となり、複数の回路ブロックの一部の回路ブロックにおいて、他の回路ブロックよりも早く電源供給を実行することにより、電源セットアップの遅い回路ブロックのセットアップを高速に実行することができる。また、回路セットアップの遅い回路ブロックについても早く電源供給を実行することによりセットアップを高速に実行することができ、回路ブロック全体として高速なセットアップを実行することが可能となる。なお、スイッチの接続制御については、例えば外部からの指示例えばCPUからの指示に応答して動作させることも可能である。 As a result, it is possible to charge the power supply line at high speed, and in some circuit blocks of the plurality of circuit blocks, the power supply is executed earlier than the other circuit blocks, thereby setting up the circuit block having a slow power supply setup. Can be executed at high speed. In addition, a circuit block with a slow circuit setup can be set up at a high speed by quickly supplying power, and the entire circuit block can be set up at a high speed. Note that the switch connection control can be operated in response to an instruction from the outside, for example, an instruction from the CPU.
(実施の形態1の変形例)
上記の実施の形態1においては、図3において、各回路ブロックと内部電源線との間にスイッチを設けて、高速なセットアップが可能な構成について説明したが、ここでは、後述するメモリマットに対応してスイッチを設けることにより高速なセットアップを実行する構成について説明する。
(Modification of Embodiment 1)
In the first embodiment, the configuration in which a switch is provided between each circuit block and the internal power supply line to enable high-speed setup in FIG. 3 has been described, but here, it corresponds to a memory mat described later. A configuration for executing high-speed setup by providing a switch will be described.
図11は、本発明の実施の形態1の変形例に従うMRAMモジュールの内部の回路ブロックを説明する図である。ここでは、メモリアレイが複数のメモリマットMATに分割された場合が示されている。一例として、メモリアレイ30が4つのメモリマットMAT1〜MAT4(総括してメモリマットMATとも称する)に分割されている場合について説明する。
FIG. 11 is a diagram illustrating an internal circuit block of the MRAM module according to the modification of the first embodiment of the present invention. Here, a case where the memory array is divided into a plurality of memory mats MAT is shown. As an example, a case will be described in which the
そして、各メモリマットMATに対応して、図3で説明した周辺回路が設けられているものとする。具体的には、メモリマットMAT1に対応して、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31a、データ読出系回路・センスアンプ32a,データI/O系回路33aが設けられる。同様に、メモリマットMAT2〜MAT4にそれぞれ対応して、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31b〜31d、データ読出系回路・センスアンプ32b〜32d,データI/O系回路33b〜32dが設けられる。なお、図3で説明した制御系周辺回路34および電圧発生回路35については、図示しないが各メモリマットMAT1〜MAT4に共通に設けられているものとする。また、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31a、データ読出系回路・センスアンプ32aおよびデータI/O系回路33aは、メモリマットMAT1に対応して設けられたマット周辺回路群MCGaを構成するものとする。また、同様にして、アドレスデコーダ・書込電流ドライバ31b〜31d、データ読出系回路・センスアンプ32b〜32dおよびデータI/O系回路33b〜33dは、メモリマットMAT2〜MAT4にそれぞれ対応して設けられたマット周辺回路群MCGb〜MCGdを構成するものとする。
It is assumed that the peripheral circuit described in FIG. 3 is provided corresponding to each memory mat MAT. Specifically, an address decoder / write
また、各マット周辺回路群MCGa〜MCGdにそれぞれ対応して内部電源線が設けられ、電源線VL1,VL2と内部電源線とをそれぞれ電気的に結合するためのスイッチが設けられる。たとえば、マット周辺回路群MCGaに対応して電源線VL1,VL2とそれぞれ電気的に結合するためのスイッチSWma,SWma#が設けられる。同様に、マット周辺回路群MCGbに対応してスイッチSWmb,SWmb#が設けられる。マット周辺回路群MCGcに対応してスイッチSWmc,SWmc#が設けられる。マット周辺回路群MCGdに対応してスイッチSWmd,SWmd#が設けられる。 Further, internal power supply lines are provided corresponding to the respective mat peripheral circuit groups MCGa to MCGd, and switches for electrically coupling the power supply lines VL1 and VL2 and the internal power supply lines are provided. For example, switches SWma and SWma # for electrically coupling to power supply lines VL1 and VL2 are provided corresponding to mat peripheral circuit group MCGa. Similarly, switches SWmb and SWmb # are provided corresponding to the mat peripheral circuit group MCGb. Switches SWmc and SWmc # are provided corresponding to the mat peripheral circuit group MCGc. Switches SWmd and SWmd # are provided corresponding to the mat peripheral circuit group MCGd.
図12は、本発明の実施の形態1の変形例に従うマット周辺回路群MCGaの内部の回路ブロックの電源線の接続関係について説明する図である。なお、ここでは、代表的にマット周辺回路群MCGaについて説明するが、他のマット周辺回路群について同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。 FIG. 12 is a diagram illustrating a connection relationship between power supply lines of circuit blocks in the mat peripheral circuit group MCGa according to the modification of the first embodiment of the present invention. Here, the mat peripheral circuit group MCGa is representatively described here, but the same is true for the other mat peripheral circuit groups, and the detailed description thereof will not be repeated.
図12を参照して、ここでは、図3で説明した各回路ブロックがメモリマットMAT1に対応して設けられている。 Referring to FIG. 12, here, each circuit block described in FIG. 3 is provided corresponding to memory mat MAT1.
ここでは、メモリマットMAT1に対応して内部電源線IVL1a,IVL1#が設けられる。そして、電源線VL1は、スイッチSWmaを介して内部電源線IVL1aに電源電圧Vcc1を供給する。電源線VL2は、スイッチSWma#を介して内部電源線IVL1#aに電源電圧Vcc2を供給する。そして、図3で説明したのと同様の接続関係にしたがって、電源電圧Vcc1,Vcc2が各回路ブロックに供給される。なお、上述したように制御系周辺回路34および電圧発生回路35は、各メモリマットMATに対応して共通に設けられるものであり、各メモリマットMATに対応して設けられた内部電源線と互いに電気的に結合されているものとする。また、図3の構成においては、各回路ブロックと内部電源線との間にスイッチが設けられた構成であるが、本構成は、内部電源線IVL1a,IVL1#aと電源線VL1,VL2との間にスイッチSWma,SWma#を設けた構成である点で異なるが、その他の点については同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。
Here, internal power supply lines IVL1a and IVL1 # are provided corresponding to memory mat MAT1. The power supply line VL1 supplies the power supply voltage Vcc1 to the internal power supply line IVL1a through the switch SWma. Power supply line VL2 supplies power supply voltage Vcc2 to internal power supply line IVL1 # a through switch SWma #. Then, power supply voltages Vcc1 and Vcc2 are supplied to each circuit block in accordance with the same connection relationship as described in FIG. As described above, the control system
ここで、複数のメモリマットMAT1〜MAT4のうちのある特定のメモリマット例えばメモリマットMAT1には、いわゆるブート領域として初期設定に関するプログラムすなわち、電源投入時の初期化プログラムとして、初期設定の際に用いられるDCチューニング等の調整データあるいはメモリ冗長救済情報等が格納されているものとする。また、メモリマットMAT2については、いわゆる命令領域としてCPUの命令(Instruction)情報が格納されているものとする。他のメモリマットMATについては、別の目的たとえばいわゆるデータ領域としてCPUのデータ(Data)等を格納する目的等で割り当てられているものとする。 Here, a specific memory mat among the plurality of memory mats MAT1 to MAT4, for example, the memory mat MAT1, is used for initial setting as a program related to initial setting as a so-called boot area, that is, as an initialization program at power-on. It is assumed that adjustment data such as DC tuning or memory redundancy repair information is stored. In addition, for the memory mat MAT2, CPU instruction information is stored as a so-called instruction area. It is assumed that other memory mats MAT are allocated for another purpose, for example, for storing CPU data as a so-called data area.
電源投入時、CPUは、一般的に記憶部15に記憶されている記憶情報のうち、上述したブート領域あるいは命令領域をアクセスすることにより初期設定に関する初期動作を実行する。一方、他のデータ領域等については、初期動作が実行された後にアクセスされるのが常である。
When the power is turned on, the CPU executes the initial operation related to the initial setting by accessing the boot area or the instruction area described above among the storage information generally stored in the
したがって、本発明の実施の形態1の変形例においては、メモリセルアレイ30が複数のメモリマットMATに分割されており、複数のメモリマットMATのうちのある特定のメモリマットに初期動作を実行するためのプログラム等が格納されている場合すなわちブート領域あるいは命令領域として割り当てられている場合には、全てのメモリマットMATに対して電源供給を実行するのではなく、当該特定のメモリマットについてのみ電源供給を実行する。ここでは、一例として上述したようにブート領域および命令領域としてメモリマットMAT1,MAT2が割り当てられているものとする。
Therefore, in the modification of the first embodiment of the present invention, the
具体的には、マット周辺回路群MCGa,MCGbに対応して設けられたスイッチSWma,SWma#,SWmb,SWmb#を動作させて対応する内部電源線IVL1a,IVL1#a等に電源電圧Vcc1,Vcc2の電源供給を実行する。 Specifically, the switches SWma, SWma #, SWmb, SWmb # provided corresponding to the mat peripheral circuit groups MCGa, MCGb are operated to supply the power supply voltages Vcc1, Vcc2 to the corresponding internal power supply lines IVL1a, IVL1 # a, etc. Execute power supply.
これにより、電源投入後、全てのメモリマットMATに同時に電源供給を開始するのではなく、高速にアクセスしたい特定のメモリマットMAT1,MAT2に対してのみ電源セットアップ等を実行することにより、特定のメモリマットMAT1,MAT2の高速なセットアップが実行でき、高速なアクセスが可能となる。 Thus, after the power is turned on, the power supply is not started to all the memory mats MAT at the same time, but the power supply setup or the like is executed only for the specific memory mats MAT1 and MAT2 to be accessed at high speed. The mats MAT1 and MAT2 can be set up at high speed and can be accessed at high speed.
また、各マット周辺回路群に電源電圧Vcc1およびVcc2を供給するために電源線VL1およびVL2との間でスイッチを設けて、各マット周辺回路群の内部電源線と電源線との間を電気的に切離した構成となっている。したがって、上述したように電源線にかかる負荷容量を低減し、これにより時定数を下げることによって高速に電源線VL1,VL2を充電することが可能となり、高速なセットアップが可能となる。なお、スイッチの接続制御については、例えば外部からの指示例えばCPUからの指示に応答して動作させることも可能である。 In addition, a switch is provided between the power supply lines VL1 and VL2 in order to supply the power supply voltages Vcc1 and Vcc2 to each mat peripheral circuit group, and electrical connection is made between the internal power supply line and the power supply line of each mat peripheral circuit group. It has a structure separated from each other. Therefore, as described above, it is possible to charge the power supply lines VL1 and VL2 at high speed by reducing the load capacity applied to the power supply line and thereby lowering the time constant, thereby enabling high-speed setup. Note that the switch connection control can be operated in response to an instruction from the outside, for example, an instruction from the CPU.
なお、本構成においては、メモリマットMATに対応して電源線と電気的に結合されるスイッチを設けて、高速なセットアップを実現する構成について説明したが、図3において説明したように各回路ブロックと内部電源線との間にスイッチを設けた構成とすることも可能である。図3で説明した構成および方式とした場合には、さらに、特定のメモリマットMATについて高速なセットアップを実行することができる。 In this configuration, the switch that is electrically coupled to the power supply line corresponding to the memory mat MAT is provided to realize a high-speed setup. However, as described with reference to FIG. It is also possible to adopt a configuration in which a switch is provided between the power supply line and the internal power supply line. In the case of the configuration and method described with reference to FIG. 3, a high-speed setup can be executed for a specific memory mat MAT.
なお、本構成においては、一例として、特定のメモリマットMAT1,MAT2がブート領域および命令領域として割り当てられている場合を説明したが、メモリマットMAT1内にブート領域および命令領域が割り当てられている場合にはメモリマットMAT1に対応するスイッチのみを高速に動作させて電源セットアップ等を実行することも可能である。また、ここでは、メモリアレイが一例として4つのメモリマットに分割され、各メモリマットMATに対応して電源線と電気的に結合されるスイッチが設けられる構成について説明したが、本発明は、メモリマットの単位に限られるものではない。たとえば、メモリマットが複数のメモリブロックに分割された場合に各メモリブロックに対応して上記で説明した方式に従って電源線と電気的に結合されるスイッチを設けて、例えばブート領域および命令領域が特定のメモリブロックに割り当てられている場合に、当該特定のメモリブロックに対応するスイッチのみを高速に動作させて電源セットアップ等を実行することも当然に可能である。 In this configuration, as an example, the case where specific memory mats MAT1 and MAT2 are allocated as the boot area and the instruction area has been described, but the boot area and the instruction area are allocated in the memory mat MAT1. It is also possible to perform power supply setup or the like by operating only the switch corresponding to the memory mat MAT1 at high speed. In addition, here, the memory array is divided into four memory mats as an example, and a configuration in which a switch electrically coupled to the power supply line is provided corresponding to each memory mat MAT has been described. It is not limited to mat units. For example, when the memory mat is divided into a plurality of memory blocks, a switch that is electrically coupled to the power supply line is provided according to the method described above corresponding to each memory block, for example, the boot area and the instruction area are specified. Of course, it is possible to execute power supply setup or the like by operating only the switch corresponding to the specific memory block at high speed.
(実施の形態2)
上記の実施の形態1においては、1つのMRAMモジュールについて説明したが、本実施の形態2においては、複数のMRAMモジュールが記憶部15に設けられた構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, one MRAM module has been described. In the second embodiment, a configuration in which a plurality of MRAM modules are provided in the
図13は、本発明の実施の形態2に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating a power system circuit of the MRAM module according to the second embodiment of the present invention.
図13を参照して、ここでは、複数のMRAMモジュール16−1〜16−Nが設けられる。そして、各MRAMモジュールに対応して共通の電源線VL1と電気的に結合される内部電源線IVL1〜IVLNが設けられる。また、内部電源線IVL1〜IVLNと電源線VL1とを電気的に結合するスイッチSW1〜SWNがそれぞれ設けられる。 Referring to FIG. 13, a plurality of MRAM modules 16-1 to 16-N are provided here. Corresponding to each MRAM module, internal power supply lines IVL1 to IVLN electrically connected to common power supply line VL1 are provided. In addition, switches SW1 to SWN that electrically couple internal power supply lines IVL1 to IVLN and power supply line VL1 are provided, respectively.
ここでは、一例としてMRAMモジュール16−1,16−Nに対応して内部電源線IVL1,IVLNと電源線VL1とを電気的に結合するためのスイッチSW1,SWNがそれぞれ設けられている。他のMRAMモジュールについても同様である。MRAMモジュール16−1の電源側の電源ノードは内部電源線IVL1と電気的に結合される。また、電源線VL1の電源容量として容量C0のキャパシタ21が負荷として与えられているものとする。また、電源線IVL1の電源容量として容量C1のキャパシタ23−1が負荷として与えられているものとする。また、MRAMモジュール16−1の接地側の電源ノードは接地電圧GNDと電気的に結合される。また、MRAMモジュール16−1の接地側の接地線IGL1の接地容量としては、容量C1gのキャパシタ22−1が負荷されているものとする。他のMRAMモジュールについても同様である。なお、ここでは、電源電圧Vcc1を供給する電源線VL1についてのみ記載しているが、上述したのと同様の方式に従って電源電圧Vcc2を供給する電源線VL2についても同様である。なお、以下においては、説明の簡易のため主に電源電圧Vcc1を供給する電源線VL1について説明する。
Here, as an example, switches SW1 and SWN for electrically coupling internal power supply lines IVL1 and IVLN and power supply line VL1 are provided corresponding to MRAM modules 16-1 and 16-N, respectively. The same applies to other MRAM modules. The power supply node on the power supply side of MRAM module 16-1 is electrically coupled to internal power supply line IVL1. Further, it is assumed that a
図14は、本発明の実施の形態2に従うMRAMモジュールの内部の回路ブロックを説明する図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an internal circuit block of the MRAM module according to the second embodiment of the present invention.
図14を参照して、図12の構成と比較して異なる点は、メモリマットMAT1をメモリセルアレイ30に置換した点が異なるが、その他の接続関係等については同様である。具体的には、ここでは、内部電源線IVL1,IVL1#が設けられる。そして、電源線VL1は、スイッチSW1を介して内部電源線IVL1に電源電圧Vcc1を供給する。電源線VL2は、スイッチSW1#を介して内部電源線IVL1#に電源電圧Vcc2を供給する。そして、図3で説明したのと同様の接続関係にしたがって、電源電圧Vcc1,Vcc2が各回路ブロックに供給される。
Referring to FIG. 14, the difference from the configuration of FIG. 12 is that memory mat MAT1 is replaced with
上記の実施の形態1の変形例においては、特定のメモリマットMATに初期設定に関するプログラムが格納されている場合について説明したが、本例においては、ある特定のMRAMモジュールに高速立上げに必要な初期設定に関するプログラム等が格納されているものとする。 In the modification of the first embodiment described above, the case where the program related to the initial setting is stored in the specific memory mat MAT has been described. However, in this example, a specific MRAM module is necessary for high-speed startup. It is assumed that a program related to the initial setting is stored.
従来構成においては、この電源線VL1,VL2と内部電源線IVL1,IVL1#との間は全てのMRAMモジュールについて常に電気的に結合された状態であった。すなわち、電気的に切離されておらず、特に何らスイッチ素子等が設けられていなかったため電源の立上げ時等においては、電源容量、配線容量および浮遊容量等全体として過大な負荷容量が電源線にかかることになる。電源線の充電時間は、負荷容量に基づく時定数に起因しているため電源線を充電するまでに一定の期間が必要な構成となっていた。この点で、たとえば、複数のMRAMモジュールの中から特定のMRAMモジュールのみに対してCPU5がアクセスしたい場合であっても、全てのMRAMモジュールに対応して共通の電源線が設けられているため電源線の負荷容量に起因して充電に時間が掛かり、高速にある特定のMRAMモジュールにアクセスすることは難しかった。 In the conventional configuration, the power supply lines VL1 and VL2 and the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # are always electrically coupled to all the MRAM modules. In other words, since it is not electrically isolated and no switch element or the like is provided in particular, an excessively large load capacity such as a power supply capacity, a wiring capacity, and a stray capacity as a whole is generated at the time of starting up the power supply. It will take. Since the charging time of the power line is caused by a time constant based on the load capacity, a certain period is required until the power line is charged. In this regard, for example, even when the CPU 5 wants to access only a specific MRAM module from among a plurality of MRAM modules, a common power supply line is provided corresponding to all the MRAM modules. It takes time to charge due to the load capacity of the line, and it is difficult to access a specific MRAM module at high speed.
本願は、MRAMモジュール毎にスイッチが設けられる構成であるため内部電源線VL1,VL2とそれぞれ電気的に切離した構成である。そして、本願構成においては、特に、特定のMRAMモジュールについて電源線VL1,VL2と内部電源線IVL1,IVL1#との間の電気的な接続を制御するスイッチSW1,SW1#をそれぞれ設けて、その間を電気的に切離することとしたため、電源線VL1,VL2全体としてかかる負荷容量を低減し、これにより時定数を下げることによって高速に電源線VL1,VL2を充電することが可能となる。 In the present application, since a switch is provided for each MRAM module, the internal power supply lines VL1 and VL2 are electrically disconnected from each other. In the configuration of the present application, in particular, switches SW1 and SW1 # for controlling the electrical connection between the power supply lines VL1 and VL2 and the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # are provided for a specific MRAM module, respectively. Since the power supply lines VL1 and VL2 as a whole are reduced, the load capacity of the power supply lines VL1 and VL2 is reduced, and thereby the time constant is lowered, whereby the power supply lines VL1 and VL2 can be charged at high speed.
そして、スイッチSW1,SW1#をオンすることにより、内部電源線IVL1,IVL1#も高速に充電することが可能となるため複数のMRAMモジュールの中から特定のMRAMモジュールに対して電源セットアップを早期に完了することができる。 By turning on the switches SW1 and SW1 #, the internal power supply lines IVL1 and IVL1 # can be charged at high speed, so that power supply setup for a specific MRAM module among a plurality of MRAM modules can be performed early. Can be completed.
また、スイッチSWの抵抗成分により電源立上げ時のピーク電流も抑制することが可能となる。 In addition, the peak current at the time of power-on can be suppressed by the resistance component of the switch SW.
なお、ここでは各MRAMモジュールに対応して内部電源線が設けられた構成について説明したがこれに限られず、少なくとも1つのMRAMモジュールでMRAMモジュール群を構成し、このMRAMモジュール群に対応して内部電源線およびスイッチSWを設けた構成とすることも可能である。また、ここでは、各MRAMモジュールと電気的に結合された内部電源線IVLと電源線VL1とを電気的に結合するスイッチについて説明したが、内部電源線IVLを設けることなく、スイッチを用いて直接電源線VL1と電気的に結合する構成とすることも当然に可能である。以下においても同様である。 Here, the configuration in which an internal power supply line is provided corresponding to each MRAM module has been described. However, the present invention is not limited to this, and an MRAM module group is configured by at least one MRAM module, and an internal corresponding to this MRAM module group is configured. A configuration in which a power supply line and a switch SW are provided is also possible. Further, here, the switch for electrically coupling the internal power supply line IVL and the power supply line VL1 electrically coupled to each MRAM module has been described. However, the switch is directly used without providing the internal power supply line IVL. Needless to say, the power supply line VL1 can be electrically coupled. The same applies to the following.
(実施の形態2の変形例)
図15は、本発明の実施の形態2の変形例に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。
(Modification of Embodiment 2)
FIG. 15 is a diagram illustrating a power system circuit of an MRAM module according to a modification of the second embodiment of the present invention.
図15を参照して、本発明の実施の形態2の変形例に従う電源系統回路の構成は、図13の構成と比較して、内部電源線IVL1と内部電源線IVL2との間にスイッチSW12をさらに設けた点が異なる。なお、ここでは、MRAMモジュール16−1,16−2にそれぞれ対応してスイッチSW1,SW2がそれぞれ設けられている場合が示されている。 Referring to FIG. 15, the configuration of the power supply system circuit according to the modification of the second embodiment of the present invention is different from the configuration of FIG. 13 in that switch SW12 is provided between internal power supply line IVL1 and internal power supply line IVL2. Furthermore, the point provided is different. Here, a case where switches SW1 and SW2 are respectively provided corresponding to the MRAM modules 16-1 and 16-2 is shown.
図16は、本発明の実施の形態2の変形例に従うMRAMモジュール16−1に対して高速な電源セットアップを実行する場合のスイッチの動作タイミングを説明する図である。 FIG. 16 is a diagram illustrating switch operation timings when high-speed power supply setup is executed for the MRAM module 16-1 according to the modification of the second embodiment of the present invention.
まず、図16に示されるようにまずスイッチSW1をオンする。これにより、内部電源線IVL1の充電が実行される。そして、その後スイッチSW2をオンする。そうすると、今度は、内部電源線IVL2の充電が実行される。そして、スイッチSW12をオンすると、内部電源線IVL2の電源容量C2がMRAMモジュール16−1の内部電源線IVL1に対してカップリング容量として作用するためMRAMモジュール16−1の電源電圧をより安定的に駆動することが可能となる。 First, as shown in FIG. 16, the switch SW1 is first turned on. Thereby, the internal power supply line IVL1 is charged. Thereafter, the switch SW2 is turned on. Then, charging of internal power supply line IVL2 is executed this time. When the switch SW12 is turned on, the power supply capacity C2 of the internal power supply line IVL2 acts as a coupling capacity with respect to the internal power supply line IVL1 of the MRAM module 16-1, so that the power supply voltage of the MRAM module 16-1 can be stabilized more stably. It becomes possible to drive.
(実施の形態3)
図17は、本発明の実施の形態3に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。
(Embodiment 3)
FIG. 17 is a diagram illustrating a power system circuit of the MRAM module according to the third embodiment of the present invention.
図17を参照して、ここでは、複数のMRAMモジュールにそれぞれ対応して内部接地線IGL1〜IGLNをそれぞれ設け、内部接地線IGLと接地電圧GNDとの間にスイッチSW1g〜SWNgをそれぞれ設ける。 Referring to FIG. 17, here, internal ground lines IGL1 to IGLN are provided corresponding to a plurality of MRAM modules, respectively, and switches SW1g to SWNg are provided between internal ground line IGL and ground voltage GND, respectively.
本願構成においては、MRAMモジュール16−1〜16−Nにそれぞれ対応して内部接地線IGL1〜IGLNをそれぞれ設けるとともに、内部接地線IGL1〜IGLNと接地電圧GNDとの間をそれぞれ接続するスイッチSW1g〜SWNgを設けて、その間を電気的に結合する構成としたため、内部接地線IGL全体としてかかる負荷容量を低減し、これにより時定数を下げることによって高速に内部接地線IGLの放電時間を短縮することができる。そして、上記で説明したのと同様に、複数のMRAMモジュールの中から特定の選択したMRAMモジュールのみスイッチをオンする。スイッチをオンすることにより、内部接地線IGLも高速に放電することができるため特定のMRAMモジュールに対して電源セットアップを早期に完了することができる。これに伴い、たとえば、上記したように特定のMRAMモジュールに初期設定に関するプログラムが格納されているものとすれば、電源セットアップを早期に完了することにより初期設定に関する動作も早期に完了することができる。また、スイッチは抵抗成分を有するため過大なピーク電流がMRAMモジュールに供給されることも抑制することが可能となる。 In the configuration of the present application, internal ground lines IGL1 to IGLN are provided corresponding to the MRAM modules 16-1 to 16-N, respectively, and switches SW1g to SW1g to connect between the internal ground lines IGL1 to IGLN and the ground voltage GND, respectively. Since the SWNg is provided and electrically connected between them, the load capacity applied to the entire internal ground line IGL is reduced, thereby reducing the time constant to shorten the discharge time of the internal ground line IGL at high speed. Can do. Then, as described above, only the MRAM module specifically selected from the plurality of MRAM modules is switched on. By turning on the switch, the internal ground line IGL can also be discharged at high speed, so that power supply setup for a specific MRAM module can be completed early. Accordingly, for example, if a program related to initial settings is stored in a specific MRAM module as described above, the operation related to initial settings can be completed early by completing power supply setup early. . Further, since the switch has a resistance component, it is possible to prevent an excessive peak current from being supplied to the MRAM module.
また、図示しないがたとえば図15で説明したように内部接地線IGL1と内部接地線IGL2との間にスイッチSWを設けて、図16に従うタイミングにてスイッチSWをオンすることにより、上述したのと同様に非選択MRAMモジュールの回路容量が内部接地線IGL1のデカップリング容量として働くためデカップリング容量を低減することが可能であるという効果もある。 Although not shown, for example, as described above with reference to FIG. 15, a switch SW is provided between the internal ground line IGL1 and the internal ground line IGL2, and the switch SW is turned on at the timing according to FIG. Similarly, since the circuit capacity of the non-selected MRAM module works as a decoupling capacity of the internal ground line IGL1, there is an effect that the decoupling capacity can be reduced.
(実施の形態3の変形例1)
図18は、本発明の実施の形態3の変形例1に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。
(Modification 1 of Embodiment 3)
FIG. 18 is a diagram illustrating a power system circuit of the MRAM module according to the first modification of the third embodiment of the present invention.
図18を参照して、ここでは、MRAMモジュール16−1,16−2が一例として示されている。そして、MRAMモジュール16−1に対応して電源側にスイッチSW1が設けられ、MRAMモジュール16−2に対応して接地側にスイッチSW2gが設けられる。MRAMモジュール16−1の電源側の電源ノードは内部電源線IVL1と電気的に結合される。MRAMモジュール16−1の接地側の電源ノードは接地電圧GNDと電気的に結合される。MRAMモジュール16−2の電源側の電源ノードは電源線VL1と電気的に結合される。MRAMモジュール16−2の接地側の電源ノードは内部接地線IGL2と電気的に結合されている。 Referring to FIG. 18, here, MRAM modules 16-1 and 16-2 are shown as an example. A switch SW1 is provided on the power supply side corresponding to the MRAM module 16-1, and a switch SW2g is provided on the ground side corresponding to the MRAM module 16-2. The power supply node on the power supply side of MRAM module 16-1 is electrically coupled to internal power supply line IVL1. The power supply node on the ground side of MRAM module 16-1 is electrically coupled to ground voltage GND. A power supply node on the power supply side of MRAM module 16-2 is electrically coupled to power supply line VL1. The power supply node on the ground side of MRAM module 16-2 is electrically coupled to internal ground line IGL2.
そして、ここでは容量C1g=C2>>C1=C2gとなるように電源容量および接地容量を設定する。 In this case, the power source capacity and the ground capacity are set so that the capacity C1g = C2 >> C1 = C2g.
これにより各電源線IVL1およびIVL2ならびに接地線IGL1およびIGL2が有効にデカップリング容量として寄与し、かつ電源選択時の充放電容量が少なくなるためさらに高速に電源セットアップを実行することが可能となる。 As a result, the power supply lines IVL1 and IVL2 and the ground lines IGL1 and IGL2 effectively contribute as decoupling capacitors, and charge / discharge capacities at the time of power supply selection are reduced, so that power supply setup can be executed at higher speed.
(実施の形態3の変形例2)
図19は、本発明の実施の形態3の変形例2に従う電源系統回路を説明する図である。
(Modification 2 of Embodiment 3)
FIG. 19 is a diagram illustrating a power supply system circuit according to the second modification of the third embodiment of the present invention.
図19を参照して、本発明の実施の形態3の変形例2に従う電源系統回路の構成は、MRAMモジュール16−1,16−2・・・それぞれの電源側および接地側にそれぞれスイッチSW1,SW1g,SW2およびSW2gをそれぞれ設ける。 Referring to FIG. 19, the configuration of the power system circuit according to the second modification of the third embodiment of the present invention includes switches SW1, SW1 on the power supply side and the ground side of MRAM modules 16-1, 16-2,. SW1g, SW2 and SW2g are provided, respectively.
各MRAMモジュール16−1,16−2・・・にたとえばOS(Operating System)プログラムなどで使い分けられるプログラムがそれぞれ格納されているような場合に、選択されたMRAMモジュールに対してのみ電源セットアップを高速にすることも可能である。 When each MRAM module 16-1, 16-2,... Stores, for example, a program that can be properly used by an OS (Operating System) program, etc., high-speed power supply setup is performed only for the selected MRAM module It is also possible to make it.
(実施の形態4)
上記の実施の形態1〜3においては、共通の電源線に対して内部電源線を設けて、共通の電源線と内部電源線との間に電気的に接続するスイッチを設けた構成について説明してきたが、本実施の形態4においては、電源線が独立に設けられた場合において、MRAMモジュールの電源セットアップを高速にする方式について説明する。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments described above, a configuration in which an internal power supply line is provided for a common power supply line and a switch that is electrically connected between the common power supply line and the internal power supply line has been described. However, in the fourth embodiment, a method for speeding up the power supply setup of the MRAM module when the power supply lines are provided independently will be described.
図20は、本発明の実施の形態4に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。 FIG. 20 is a diagram illustrating a power system circuit of the MRAM module according to the fourth embodiment of the present invention.
図20を参照して、本例においては電源線をMRAMモジュール毎に独立して設けた構成である。具体的には、MRAMモジュール16−1,16−2にそれぞれ対応して電源線VL11,VL12を設ける。そして、電源線VL11およびVL12それぞれに対して電源電圧ext.Vcc11およびext.Vcc12を供給する。 Referring to FIG. 20, in this example, a power supply line is provided independently for each MRAM module. Specifically, power supply lines VL11 and VL12 are provided corresponding to the MRAM modules 16-1 and 16-2, respectively. The power supply voltage ext. Is applied to the power supply lines VL11 and VL12. Vcc11 and ext. Vcc12 is supplied.
すなわち、高速立上げに必要なMRAMモジュールに対応する外部電源線を分けて別電源線とし、電源線VL11の電源容量C2(≫C1)を設定した場合には負荷容量が小さいのでext.Vcc11はMRAMモジュール16−1に対して高速に立ち上がることになる。 That is, when the external power supply line corresponding to the MRAM module required for high-speed startup is divided into separate power supply lines and the power supply capacity C2 (>> C1) of the power supply line VL11 is set, the load capacity is small, so the ext. Vcc11 rises at a high speed with respect to the MRAM module 16-1.
あるいは、ext.Vcc11をExt.Vcc12より先に電源を立上げて供給するように外部制御することにより高速に電源セットアップを実現することも可能である。 Alternatively, ext. Vcc11 is set to Ext. It is also possible to realize power supply setup at high speed by externally controlling the power supply so that the power supply is turned on and supplied before Vcc12.
(実施の形態4の変形例)
図21は、本発明の実施の形態4の変形例に従うMRAMモジュールの電源系統回路を説明する図である。
(Modification of Embodiment 4)
FIG. 21 is a diagram illustrating a power system circuit of an MRAM module according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
図21を参照して、本発明の実施の形態4の変形例に従う構成は、図20に従う構成と比較して、電源線VL11と電源線VL12との間にスイッチSW10をさらに設けた点が異なる。 Referring to FIG. 21, the configuration according to the modification of the fourth embodiment of the present invention is different from the configuration according to FIG. 20 in that a switch SW10 is further provided between power supply line VL11 and power supply line VL12. .
図22は、本発明の実施の形態4の変形例に従うMRAMモジュール16−1に対して高速な電源セットアップを実行する場合の外部電源電圧の供給タイミングおよびスイッチの動作タイミングを説明する図である。 FIG. 22 is a diagram illustrating external power supply voltage supply timing and switch operation timing when executing high-speed power supply setup for MRAM module 16-1 according to the modification of the fourth embodiment of the present invention.
本例の構成においては、まず、外部制御により電源電圧Vcc11を電源電圧Vcc12よりも先に立上げる。これに伴い、当初、電源電圧Vcc11が供給されることにより電源線VL11の電位レベルが上昇する。その後、電源電圧Vcc12を供給することにより、電源線VL12の電位レベルが上昇する。そして、次に、スイッチSW10をオンする。これにより電源線VL11と電源線VL12とが電気的に結合されることにより電源線VL12の容量C2のキャパシタがデカップリング容量として電源線VL11に付加されることになり、より安定的に電源供給が可能となる、すなわち、高速に電源セットアップが完了する。 In the configuration of this example, first, the power supply voltage Vcc11 is raised before the power supply voltage Vcc12 by external control. Along with this, the potential level of the power supply line VL11 is initially raised by the supply of the power supply voltage Vcc11. Thereafter, by supplying the power supply voltage Vcc12, the potential level of the power supply line VL12 increases. Next, the switch SW10 is turned on. As a result, the power supply line VL11 and the power supply line VL12 are electrically coupled, so that the capacitor C2 of the power supply line VL12 is added to the power supply line VL11 as a decoupling capacitor. It becomes possible, that is, power supply setup is completed at high speed.
(実施の形態5)
本実施の形態5においては、電源系統回路で用いられるスイッチの回路構成について説明する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a circuit configuration of a switch used in a power supply system circuit will be described.
図23は、本発明の実施の形態5に従うスイッチの回路構成を説明する図である。
図23を参照して、ここでは、電源線VL1と内部電源線IVL1とを電気的に結合させるためのスイッチSW1としてはPチャネルMOSトランジスタを用いることとする。また、接地電圧GNDと内部接地線IGL1とを電気的に結合させるためのスイッチSW1gとしてはNチャネルMOSトランジスタSW1gを用いる。同様に他の電源線あるいは接地線についても同様のMOSトランジスタを設けることができる。
FIG. 23 is a diagram illustrating a circuit configuration of the switch according to the fifth embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 23, a P-channel MOS transistor is used here as switch SW1 for electrically coupling power supply line VL1 and internal power supply line IVL1. N channel MOS transistor SW1g is used as switch SW1g for electrically coupling ground voltage GND and internal ground line IGL1. Similarly, similar MOS transistors can be provided for other power supply lines or ground lines.
上記実施例中の電源側あるいは接地側のスイッチとしては、オフ時のソース/ドレイン間リークやゲートリークが小さいMOS−FETが望ましいのでたとえばしきい値が比較的大きいMOS−FETやゲート絶縁膜が厚いMOS−FETを用いることが可能である。これらは、混載メモリではチップ内において比較的高電圧部分で使用するトランジスタが該当する。具体的には、インターフェイス部(IF回路とも称する)等で用いられるトランジスタが可能である。たとえば、混載メモリの場合の適用例としては内部ロジックにおいては1.5ボルト駆動で動作するトランジスタが用いられ、IF部等においては、しきい値電圧の高い3.3ボルト駆動で動作するトランジスタが用いられる。あるいは、ゲート絶縁膜が厚いMOS−FETとしては、内部ロジックにおいては、20Åのゲート絶縁膜のトランジスタが用いられ、IF部等においては、ゲート絶縁膜が厚い30Åのトランジスタが用いられている。本願構成においては、このしきい値電圧が高いあるいはゲート絶縁膜の厚いトランジスタを用いることが可能である。 As the switch on the power source side or ground side in the above embodiment, a MOS-FET having a small source-drain leak and a gate leak at the time of OFF is desirable. For example, a MOS-FET or a gate insulating film having a relatively large threshold is used. Thick MOS-FETs can be used. These correspond to transistors used in a relatively high voltage portion in the chip in the embedded memory. Specifically, a transistor used in an interface unit (also referred to as an IF circuit) or the like is possible. For example, as an application example in the case of a mixed memory, a transistor that operates with 1.5 volt drive is used in the internal logic, and a transistor that operates with 3.3 volt drive with a high threshold voltage is used in the IF section or the like. Used. Alternatively, as the MOS-FET having a thick gate insulating film, a transistor having a gate insulating film of 20 mm is used in the internal logic, and a transistor having a thick gate insulating film is used in the IF section or the like. In the configuration of the present application, a transistor having a high threshold voltage or a thick gate insulating film can be used.
なお、単体メモリにおいても、インターフェイス部等チップ内において比較的高電圧部分で使用するトランジスタを用いることが可能である。 In the single memory, it is possible to use a transistor used at a relatively high voltage portion in the chip such as an interface portion.
(実施の形態5の変形例)
図24は、本発明の実施の形態5の変形例に従うスイッチの構成を説明する図である。
(Modification of Embodiment 5)
FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration of a switch according to the modification of the fifth embodiment of the present invention.
図24を参照して、ここでは、電圧発生回路に含まれる電圧降圧回路VDCが示されている。ここでは、3.3V駆動の外部電源線VL1を1.5V駆動の内部電源線IVLに供給する構成について説明する。電圧降圧回路VDCは、スイッチトランジスタPSW1と、コンパレータCPと、抵抗R1,R2とを含む。スイッチトランジスタPSW1は、PチャネルMOSトランジスタであり、電源線VL1と、内部電源線IVLとの間に設けられ、そのゲートはコンパレータCPの出力信号の入力を受ける。コンパレータCPは、内部ノードNdの電圧と基準電圧Vrefとを比較して比較結果を出力する。具体的には、内部ノードNdの電圧が基準電圧Vref(1.5V)よりも高ければ「H」レベルを出力するものとする。これに伴い、スイッチトランジスタPSW1は、オフする。一方、内部ノードNdの電圧が基準電圧Vref(1.5V)よりも低ければ「L」レベルを出力するものとする。これに伴い、スイッチトランジスタPSW1は、オンする。抵抗R1およびR2は、内部ノードNdを介して電源線VL1と接地電圧との間に直列に接続される。この抵抗R1およびR2に基づく抵抗分割は、電源線VL1の電圧が3.3Vの場合に内部ノードNdの電圧が1.5V程度となるように調整されているものとする。 Referring to FIG. 24, here, a voltage step-down circuit VDC included in the voltage generation circuit is shown. Here, a configuration in which the external power supply line VL1 driven by 3.3V is supplied to the internal power supply line IVL driven by 1.5V will be described. Voltage step-down circuit VDC includes a switch transistor PSW1, a comparator CP, and resistors R1 and R2. Switch transistor PSW1 is a P-channel MOS transistor, and is provided between power supply line VL1 and internal power supply line IVL, and its gate receives an output signal of comparator CP. Comparator CP compares the voltage of internal node Nd with reference voltage Vref and outputs a comparison result. Specifically, if the voltage of internal node Nd is higher than reference voltage Vref (1.5 V), “H” level is output. Along with this, the switch transistor PSW1 is turned off. On the other hand, if the voltage of the internal node Nd is lower than the reference voltage Vref (1.5 V), the “L” level is output. Along with this, the switch transistor PSW1 is turned on. Resistors R1 and R2 are connected in series between power supply line VL1 and the ground voltage via internal node Nd. The resistance division based on the resistors R1 and R2 is adjusted so that the voltage of the internal node Nd becomes about 1.5V when the voltage of the power supply line VL1 is 3.3V.
本実施の形態5の変形例に従う構成すなわち電圧降圧回路VDCの最終段のスイッチトランジスタPSW1を、スイッチSW1として用いることにより、全体として回路の部品点数を削減し、コスト的にも有利となる。 By using the configuration according to the modification of the fifth embodiment, that is, the switch transistor PSW1 at the final stage of the voltage step-down circuit VDC as the switch SW1, the number of circuit components is reduced as a whole, which is advantageous in terms of cost.
(実施の形態6)
図25は、本発明の実施の形態6に従う高速電源セットアップのスイッチ動作を説明するタイミングチャート図である。
(Embodiment 6)
FIG. 25 is a timing chart illustrating the switch operation of the high-speed power supply setup according to the sixth embodiment of the present invention.
ここでは、一例として図23に示される構成を例に挙げて説明する。すなわち電源側および接地側にそれぞれPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタをそれぞれ設けた構成について説明する。なお、本例においては、j番目のMRAMモジュール16−j(特定のMRAMモジュール)に対して高速に電源供給を実行し、その他のn番目のMRAMモジュール16−nに対してはそれよりも後に電源供給を実行するものとする。 Here, as an example, the configuration shown in FIG. 23 will be described as an example. That is, a configuration in which a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor are respectively provided on the power supply side and the ground side will be described. In this example, power is supplied to the jth MRAM module 16-j (specific MRAM module) at a high speed, and the other nth MRAM modules 16-n are later than that. Power supply shall be executed.
まず、時刻T0に電源電圧Vcc1が投入される(パワーオン)。そして、時刻T1にスイッチSWTj,SWTjgのゲートに「H」レベルの信号がそれぞれ入力される。なお、この場合、スイッチSWTn,SWTngのゲートには「L」レベルの信号がそれぞれ入力される。これに伴い、スイッチSWTjはオフであるが、スイッチSWTjgはオンし、内部接地線IGLjは、接地電圧GNDと電気的に結合される。また、スイッチSWTnはオンであるが、スイッチSWTngはオフである。したがって、j番目のMRAMモジュール16−jとn番目のMRAMモジュール16−nとの関係は、図18において説明した構成となっている。 First, the power supply voltage Vcc1 is turned on at time T0 (power on). At time T1, “H” level signals are input to the gates of the switches SWTj and SWTjg, respectively. In this case, an “L” level signal is input to the gates of the switches SWTn and SWTng. Accordingly, switch SWTj is off, but switch SWTjg is turned on, and internal ground line IGLj is electrically coupled to ground voltage GND. The switch SWTn is on, but the switch SWTng is off. Therefore, the relationship between the j-th MRAM module 16-j and the n-th MRAM module 16-n has the configuration described in FIG.
次に、時刻T2にスイッチSWTjのゲートに「L」レベルの信号が入力される。これに伴い、スイッチSWTjはオンし、内部電源線IVLjと電源線VL1との間は電気的に結合され、MRAMモジュール16−jに対して高速に電源供給が実行される。そして、その後、時刻T3にスイッチSWTngのゲートに対して「H」レベルの信号が入力され、n番目のMRAMモジュール16−nに対して電源供給が実行されて、図示しないがMRAMモジュール16−nはアクティブ期間となる。 Next, at time T2, an “L” level signal is input to the gate of the switch SWTj. Accordingly, the switch SWTj is turned on, the internal power supply line IVLj and the power supply line VL1 are electrically coupled, and power supply is executed at high speed to the MRAM module 16-j. Thereafter, at time T3, an “H” level signal is input to the gate of the switch SWTng, and power is supplied to the nth MRAM module 16-n. Although not shown, the MRAM module 16-n is not shown. Is the active period.
なお、スイッチSWTjのゲートに対して「H」レベルの信号が入力される時刻T4までのアクティブ期間にMRAMモジュール16−jに対して制御信号Enableが入力される。なお、時刻T4以降は、また、再び、スイッチSWTjのゲートに「L」レベルの信号が入力されるまで一旦スリープ期間となり、入力後再び、アクティブ期間となる。 Note that the control signal Enable is input to the MRAM module 16-j during the active period up to time T4 when the "H" level signal is input to the gate of the switch SWTj. After time T4, the sleep period is once again set until the “L” level signal is input to the gate of the switch SWTj. After the input, the active period is set again.
なお、図21では図示されていないが、内部電源線IVLおよび内部接地線IGLには、それぞれ電源容量あるいは接地容量が付加されているものとする。そして、図18で説明した容量C1g=C2>>C1=C2gと同様に、j番目とn番目とのMRAMモジュールの電源容量および接地容量についても同様の関係となるように設定されている場合には、上記の所定のタイミングでスイッチを動作させることにより高速な電源供給を実行することができる。すなわち、各電源線IVLjおよびIVLnならびに接地線IGLjおよびIGLnが有効にデカップリング容量として寄与し、かつ電源選択時の充放電容量が少なくなるため高速に電源セットアップを実行することが可能となる。 Although not shown in FIG. 21, it is assumed that a power supply capacity or a ground capacity is added to the internal power supply line IVL and the internal ground line IGL, respectively. Then, in the same way as the capacity C1g = C2 >> C1 = C2g described in FIG. 18, the power capacity and the ground capacity of the jth and nth MRAM modules are set to have the same relationship. Can perform high-speed power supply by operating the switch at the predetermined timing. That is, the power supply lines IVLj and IVLn and the ground lines IGLj and IGLn effectively contribute as decoupling capacities, and the charge / discharge capacities at the time of power supply selection are reduced, so that the power supply setup can be executed at high speed.
なお、ここでは、j番目のMRAMモジュールが最優先されるものとして説明したが、この情報は、たとえば電源投入時の初期化プログラムやDCチューニング等の調整データあるいはメモリ冗長救済情報等が格納されるブート領域に格納されているものとし、電源投入時にまず、ブート領域から最優先のMRAMモジュールに関する情報を読出して、レジスタに格納しておき、次に読み出す時は、レジスタに格納された情報を用いることにより最優先のMRAMモジュールを特定することが可能となる。 Here, the j-th MRAM module has been described as being given the highest priority. However, this information stores, for example, an initialization program at power-on, adjustment data such as DC tuning, or memory redundancy relief information. It is assumed that the information is stored in the boot area. When the power is turned on, first, information on the highest priority MRAM module is read from the boot area and stored in the register. When the information is read next time, the information stored in the register is used. This makes it possible to specify the MRAM module having the highest priority.
(実施の形態6の変形例)
上記の実施の形態6においては、高速電源セットアップのスイッチ動作について、j番目のMRAMモジュールを最優先する構成について説明した。ここでは、最優先するMRAMモジュールを変更する場合について説明する。
(Modification of Embodiment 6)
In the sixth embodiment, the configuration in which the j-th MRAM module is given the highest priority for the switching operation of the high-speed power supply setup has been described. Here, a case where the MRAM module having the highest priority is changed will be described.
図26は、本発明の実施の形態6の変形例に従う高速電源セットアップのスイッチ動作を説明するタイミングチャート図である。ここでは、j番目のMRAMモジュール16−jが最初に最優先にアクセスされ、次のサイクル時においてはk番目のMRAMモジュール16−kに最優先にアクセスするものとする。 FIG. 26 is a timing chart illustrating the switch operation of the high-speed power supply setup according to the modification of the sixth embodiment of the present invention. Here, it is assumed that the jth MRAM module 16-j is accessed with the highest priority first, and the kth MRAM module 16-k is accessed with the highest priority during the next cycle.
図26を参照して、時刻T0〜T4迄は、図25と同様である。具体的には、時刻T0に電源電圧Vcc1が投入される(パワーオン)。そして、時刻T1にスイッチSWTj,SWTjgのゲートに「H」レベルの信号がそれぞれ入力される。なお、この場合、スイッチSWTn,SWTngおよびSWTk,SWTkgのゲートには「L」レベルの信号がそれぞれ入力される。これに伴い、スイッチSWTjはオフであるが、スイッチSWTjgはオンし、内部接地線IGLjは、接地電圧GNDと電気的に結合される。また、スイッチSWTn,SWTkはオンであるが、スイッチSWTng,SWTkgはオフである。したがって、j番目のMRAMモジュール16−jとn番目のMRAMモジュール16−nあるいはk番目のMRAMモジュール16−kとの関係は、図18において説明した構成となっている。 Referring to FIG. 26, time T0 to T4 is the same as FIG. Specifically, the power supply voltage Vcc1 is turned on at time T0 (power on). At time T1, “H” level signals are input to the gates of the switches SWTj and SWTjg, respectively. In this case, “L” level signals are respectively input to the gates of the switches SWTn, SWTng and SWTk, SWTkg. Accordingly, switch SWTj is off, but switch SWTjg is turned on, and internal ground line IGLj is electrically coupled to ground voltage GND. The switches SWTn and SWTk are on, but the switches SWTng and SWTkg are off. Therefore, the relationship between the j-th MRAM module 16-j and the n-th MRAM module 16-n or the k-th MRAM module 16-k has the configuration described in FIG.
次に、時刻T2にスイッチSWTjのゲートに「L」レベルの信号が入力される。これに伴い、スイッチSWTjはオンし、内部電源線IVLjと電源線VL1との間は電気的に結合され、MRAMモジュール16−jに対して高速に電源供給が実行される。そして、その後、時刻T3にスイッチSWTng,SWTkgのゲートに対して「H」レベルの信号が入力され、n,k番目のMRAMモジュール16−n,16−kに対して電源供給が実行されて、図示しないがMRAMモジュール16−n,16−kはアクティブ期間となる。 Next, at time T2, an “L” level signal is input to the gate of the switch SWTj. Accordingly, the switch SWTj is turned on, the internal power supply line IVLj and the power supply line VL1 are electrically coupled, and power supply is executed at high speed to the MRAM module 16-j. Then, at time T3, an “H” level signal is input to the gates of the switches SWTng and SWTkg, and power is supplied to the nth and kth MRAM modules 16-n and 16-k. Although not shown, the MRAM modules 16-n and 16-k are in an active period.
なお、スイッチSWTjのゲートに対して「H」レベルの信号が入力される時刻T4までのアクティブ期間にMRAMモジュール16−jに対して制御信号Enableが入力される。なお、時刻T4以降は、スリープ期間となる。そして、次にk番目のMRAMモジュール16−kが優先されて電源供給が実行される。具体的には、時刻T4以降の時刻T5にスイッチSWTjg,SWTjのゲートにはともに「L」レベルの信号が入力される。また、スイッチSWTkg,SWTkのゲートにはともに「H」レベルの信号が入力される。また、スイッチSWTng,SWTnのゲートにはともに「L」レベルの信号が入力される。 Note that the control signal Enable is input to the MRAM module 16-j during the active period up to time T4 when the "H" level signal is input to the gate of the switch SWTj. In addition, after time T4, it becomes a sleep period. Then, power supply is executed with priority given to the k-th MRAM module 16-k. Specifically, at time T5 after time T4, an “L” level signal is input to the gates of switches SWTjg and SWTj. An “H” level signal is input to the gates of the switches SWTkg and SWTk. Further, an “L” level signal is input to the gates of the switches SWTng and SWTn.
これに伴い、スイッチSWTjgはオフ、SWTjはオンしている。また、スイッチSWTkgはオン、SWTkはオフしている。また、スイッチSWTngはオフ、SWTnはオンしている。したがって、k番目のMRAMモジュール16−jとj番目のMRAMモジュール16−jあるいはn番目のMRAMモジュール16−nとの関係は、図18において説明した構成となっている。 Accordingly, the switch SWTjg is turned off and the SWTj is turned on. Further, the switch SWTkg is on and the SWTk is off. Further, the switch SWTng is off and SWTn is on. Therefore, the relationship between the k-th MRAM module 16-j and the j-th MRAM module 16-j or the n-th MRAM module 16-n has the configuration described in FIG.
そして、時刻T6にスイッチSWTkのゲートに「L」レベルの信号が入力される。これに伴い、スイッチSWTkはオンし、内部電源線IVLkと電源線VL1との間は電気的に結合され、MRAMモジュール16−kに対して高速に電源供給が実行される。そして、その後、時刻T7にスイッチSWTjg,SWTngのゲートに対して「H」レベルの信号が入力され、j,n番目のMRAMモジュール16−j,16−nに対して電源供給が実行されて、図示しないがMRAMモジュール16−n,16−kはアクティブ期間となる。 At time T6, an “L” level signal is input to the gate of the switch SWTk. Along with this, the switch SWTk is turned on, the internal power supply line IVLk and the power supply line VL1 are electrically coupled, and power supply is executed at high speed to the MRAM module 16-k. Then, at time T7, an “H” level signal is input to the gates of the switches SWTjg and SWTng, and power is supplied to the j and nth MRAM modules 16-j and 16-n. Although not shown, the MRAM modules 16-n and 16-k are in an active period.
なお、優先するMRAMモジュールの変更については、上記したブート領域に最優先のMRAMモジュールに関する情報が読み出されてレジスタに格納されるものとする。そして、さらにブート領域から次に最優先されるMRAMモジュールに関する情報が読み出されてレジスタに格納された情報が更新される。そして、レジスタに格納された更新された情報に基づいて、最優先のMRAMモジュールが特定されて、対応するスイッチSWTに与えられる信号入力が制御されるものとする。当該信号の入力タイミング等については、CPUが実行するものとする。 As for the change of the priority MRAM module, information on the highest priority MRAM module is read into the boot area and stored in the register. Further, information on the MRAM module having the next highest priority is read from the boot area, and the information stored in the register is updated. Then, based on the updated information stored in the register, the highest priority MRAM module is identified, and the signal input given to the corresponding switch SWT is controlled. The input timing of the signal is executed by the CPU.
なお、上記の実施の形態においては、TMR素子を用いたMRAMモジュールを例に挙げて説明したが、これに限られず他の不揮発性メモリに同様に適用可能である。 In the above embodiment, the MRAM module using the TMR element has been described as an example. However, the present invention is not limited to this and can be similarly applied to other nonvolatile memories.
また、また、MRAMモジュールのメモリセルとして上記のデータ書込方式に従うトンネル磁気抵抗素子TMRに限らずたとえばスピントルクスイッチングセル等他のデータ書込方式に従うメモリセルを採用することも可能である。 Further, the memory cell of the MRAM module is not limited to the tunnel magnetoresistive element TMR conforming to the above data writing method, and a memory cell conforming to another data writing method such as a spin torque switching cell may be employed.
また、上記の構成においては、プロセッサ内蔵の混載メモリについて説明したがこれに限られず、単体のメモリについても同様に適用可能である。 In the above configuration, the embedded memory with a built-in processor has been described.
また、上記の実施の形態においては、優先的に電源供給が実行されるMRAMモジュールについては1つの場合について説明したが、これに限られず複数のMRAMモジュールで構成されるMRAMモジュール群に対して優先的に電源供給を実行する構成とすることも可能である。 In the above-described embodiment, the case where one MRAM module to which power supply is preferentially executed has been described. However, the present invention is not limited to this, and priority is given to an MRAM module group including a plurality of MRAM modules. It is also possible to adopt a configuration in which power supply is executed.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 チップ、5 CPU、10 RAM、15 ROM、16 MRAMモジュール、20 コントローラ部、21,23 電源容量、22 接地容量、30 メモリセルアレイ、31 アドレスデコーダ・書込電流ドライバ、32 データ読出系回路・センスアンプ、33 データI/O系回路、34 制御系周辺回路、35 電圧発生回路。 1 chip, 5 CPU, 10 RAM, 15 ROM, 16 MRAM module, 20 controller unit, 21, 23 power supply capacity, 22 ground capacity, 30 memory cell array, 31 address decoder / write current driver, 32 data read system circuit / sense Amplifier, 33 Data I / O system circuit, 34 Control system peripheral circuit, 35 Voltage generation circuit.
Claims (1)
前記メモリアレイに格納されたデータのデータ読出およびデータ書込を実行するための複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックに対応して設けられ、対応する回路ブロックの駆動電圧を供給する電源線と、
前記複数の回路ブロックにそれぞれ対応して設けられ、前記駆動電圧を供給するために前記電源線との間の電気的な接続を制御する複数のスイッチとを備え、
前記複数の回路ブロックのうちの少なくとも1つの回路ブロックは、電源容量が他の回路ブロックよりも大きく、
電源投入時に、前記少なくとも1つの回路ブロックに対応するスイッチを他の回路ブロックに対応するスイッチよりも先にオンする、不揮発性記憶装置。 A memory array having memory cells for storing data in a nonvolatile manner ;
A plurality of circuit blocks for performing data reading and data writing of data stored in the memory array;
A power line provided corresponding to the plurality of circuit blocks and supplying a driving voltage of the corresponding circuit block;
A plurality of switches provided corresponding to the plurality of circuit blocks, respectively, for controlling an electrical connection with the power supply line to supply the driving voltage;
At least one circuit block of the plurality of circuit blocks has a power supply capacity larger than other circuit blocks,
A nonvolatile memory device that turns on a switch corresponding to the at least one circuit block before a switch corresponding to another circuit block when power is turned on .
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