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Dokumentenidentifikation DE10120054B4 03.01.2008
Titel Halbleiterspeicherbauelement
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Baenisch, Andreas, 81737 München, DE;
Zimmermann, Ellen, 85653 Aying, DE;
Obergrussberger, Xaver, 84568 Pleiskirchen, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 24.04.2001
DE-Aktenzeichen 10120054
Offenlegungstag 07.11.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse G11C 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G11C 7/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G11C 7/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterspeicherbauelement. Bei derartigen Bauelementen ist ein Halbleiterspeicher auf einem Chip als Anordnung von Speicherzellen ausgebildet. Eine integrierte Schaltung ermöglicht die Nutzung des Halbleiterspeichers, insbesondere die Adressierung der einzelnen Speicherzellen. Elektrisch leitende Verbindungen als Wortleitungen und Bitleitungen stellen die Verbindung der für eine Ansteuerung der Speicherzellen vorgesehenen Anschlüsse mit den Speicherzellen her und sind für ein Programmieren der Speicherzellen vorgesehen. Durch das Programmieren bzw. Umprogrammieren der Speicherzellen werden digitale Informationen als logische Null bzw. logische Eins in den Zellen abgespeichert. Diese Informationen werden bei einer Adressierung der Speicherzellen in einer vorgegebenen Weise ausgelesen.

Die Eingabe und Ausgabe der gespeicherten Daten sowie die Eingabe der für die Adressierung oder allgemein die Steuerung der Nutzung des Speichers vorgesehenen Steuersignale erfolgt in Form digitaler Eingabesignale und Ausgabesignale. Da der Informationsgehalt des einzelnen Bit äußerst gering ist, muss eine Vielzahl derartiger Signale parallel oder seriell übermittelt werden. Bei üblichen Halbleiterspeicherchips ist daher eine sehr große Anzahl von Anschlusskontakten vorgesehen. Daraus ergeben sich hohe Kosten für die Gehäuse, in denen die Halbleiterspeicherchips montiert werden.

Ein derartiges Gehäuse umfasst z. B. einen strukturierten metallischen Träger, auf dem ebenfalls eine entsprechende Anzahl von Anschlusskontakten vorhanden ist. Diese Kontakte müssen paarweise mit den entsprechenden Kontakten des Speicherchips verbunden werden. Da an jedem Datenausgang zu jedem Zeitpunkt nur ein Wert ausgegeben werden kann, erreicht man damit nur eine niedrige Datenrate.

In der GB 2 352 072 A ist ein Aufnahme-Wiedergabe-System für eine aus Halbleiterbauelementen aufgebaute Vorrichtung beschrieben, bei dem zwischen einem Eingang und dem Speicher ein Analog-Digital-Wandler und zwischen dem Speicher und einem Ausgang ein Digital-Analog-Wandler angeordnet ist. Das System ist für eine ununterbrochene zyklische Aufnahme von Daten vorgesehen.

In der US 4 160 273 A ist ein System zur elektronischen Bildwiedergabe mittels einer Anzeigevorrichtung, die eine Elektronenkanone umfasst, beschrieben. Die einem Videosignal eines Bildelementes entsprechenden Ansteuerdaten werden in einem RAM gespeichert. Um einen A/D-Wandler einzusparen, wird das einem analogen Signal entsprechende digitale Signal ermittelt, indem digitale Signale, die in einer zugehörigen Schaltungseinheit erzeugt werden, in analoge Signale umgewandelt und diese analogen Signale mit dem Eingangssignal verglichen werden. Wenn auf diese Weise ein dem Eingangssignal entsprechendes digitales Signal als beste Approximation gefunden ist, wird mit diesem digitalen Signal der Speicher adressiert, dessen Inhalt zur Steuerung der Elektronenkanone verwendet wird. Das analoge Eingangssignal ist so einerseits das wiederzugebende Videosignal und andererseits in digitalisierter Form die zugehörige Speicheradresse.

Bei einer matrixförmigen Anordnung der Speicherzellen in dem Halbleiterspeicher müssen über die Bitleitungen und Wortleitungen die Zeilen und Spalten dieser Speicherzellenmatrix zeitversetzt adressiert werden. Daraus ergeben sich lange Zugriffszeiten. Die Anzahl der erforderlichen Anschlusskontaktflächen steigt daher sehr stark mit zunehmender Größe des Speichers an, die aber angestrebt wird. Durch die Begrenzung der möglichen Anzahl der Anschlusskontakte wird die Grenze der Kapazität eines Speicherchips sehr schnell erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterspeicherbauelement anzugeben, mit dem auch bei hoher Speicherkapazität kurze Zugriffszeiten oder hohe Datenraten realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird mit dem Halbleiterspeicherbauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement ist mindestens ein Digital-Analog-Wandler und/oder mindestens ein Analog-Digital-Wandler vorhanden, und zwar vorzugsweise eine Mehrzahl derartiger Wandler, die so in die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusskontakten und den Speicherzellen eingebaut sind, dass eine Nutzung des Halbleiterspeichers durch eine Eingabe oder Ausgabe von analogen Signalen möglich ist. Die analogen Signale entsprechen einer Überlagerung einer Vielzahl digitaler Signale.

Wenn daher anstelle der bisherigen Digitalausgänge eines Halbleiterspeichers Analogausgänge vorgesehen sind, kann die gleiche Datenmenge, für die man normalerweise mehrere Anschlusskontaktflächen (Pads) benötigte, über nur einen Anschlusskontakt ausgelesen werden. Es lässt sich das Einschreiben der Daten bewerkstelligen, indem die Daten in Form analoger Signale eingegeben werden und mittels eines Analog-Digital-Wandlers in eine Mehrzahl von digitalen Signalen umgewandelt werden, die z. B. in einem üblichen 16-Bit-Bus weitergeleitet werden.

Das gleiche Prinzip kann auch für die Adressierung der Speicherzellen angewendet werden. Man ersetzt dazu die Anschlusskontaktflächen für die Eingabe der Adressierungssignale durch eine geringere Anzahl von Anschlusskontaktflächen, insbesondere zwei Kontaktflächen für die Zeilenadresse und die Spaltenadresse, und sieht dahinter Analog-Digital-Wandler vor, um die analogen Steuersignale, die an den Anschlusskontaktflächen eingegeben werden, in digitale Adressierungssignale umzuwandeln. Mit diesem Bauelement werden daher sehr viele Anschlusskontaktflächen auf dem Halbleiterchip und insbesondere auch auf dem Gehäuse eingespart. Zusätzlich erhält man eine schnellere Schnittstelle (Interface) für die Daten und Adressen.

Es folgt eine genauere Beschreibung des erfindungsgemäßen Bauelementes anhand der beigefügten 1 bis 5.

Die 1 und 2 zeigen Schaltungsschemata zu Halbleiterspeichern aus dem Stand der Technik.

Die 3 bis 5 zeigen entsprechende Schaltungsschemata für Beispiele des erfindungsgemäßen Bauelementes.

Zur Erläuterung des Bauelementes ist in der 1 ein Schaltungsschema dargestellt, bei dem entsprechend dem Stand der Technik ein Halbleiterspeicher 1, hier ein FIFO-Speicher, über eine übliche 16-Bit-Datenleitung 2 mit Anschlusskontaktflächen 3 verbunden ist. An den Anschlusskontaktflächen können die parallel übertragenen digitalen Daten beim Auslesen des Speichers 1 abgegriffen werden.

In der 2 ist ein entsprechendes Schema für die Adressierung des Halbleiterspeichers nach dem Stand der Technik dargestellt. Es sind dort Adressierungs-Latches 40 dargestellt, die über einen Adress-Bus 50 mit den an den Anschlusskontaktflächen 3 eingegebenen digitalen Signalen gesteuert werden. An die Anschlusskontaktflächen (Adresspads) wird eine Zeilenadresse und anschließend ein Strobe-Signal (Row Address Strobe) angelegt, wodurch die Zeilenadresse in den Latches gespeichert wird. Anschließend wird an dieselben Anschlusskontaktflächen 3 die Spaltenadresse angelegt. Es wird wieder ein Strobe-Signal (Column Address Strobe) angelegt, wodurch die Spaltenadresse in den Latches gespeichert wird.

In der 3 ist ein der 1 entsprechendes Schema dargestellt, nach dem ein erfindungsgemäßes Bauelement ein Auslesen des Speicherinhalts ermöglicht. Aus dem Halbleiterspeicher 1 ist eine Vielzahl von Datenleitungen geführt, in dem dargestellten Beispiel als 16-Bit-Datenleitungen 2. Statt direkt auf die Anschlusskontaktfläche 3 geführt zu werden, ist in die Datenleitungen ein Digital-Analog-Wandler 6 eingebaut, der die digitalen Signale in ein analoges Signal umwandelt. Dieses analoge Signal kann jetzt an einer gemeinsamen Anschlusskontaktfläche 3 abgegriffen werden.

Falls es bei bestimmten Ausführungsbeispielen des Bauelementes nicht möglich ist, alle Signale eines 16-Bit-Datenbusses zu einem analogen Signal zu überlagern, können auch mehrere Anschlusskontaktflächen 3 vorgesehen sein, zu denen jeweils ein analoges Signal, das aus einer teilweisen Überlagerung der digitalen Signale gebildet wird, geführt ist. Die Verwendung paralleler Datenbusse für die umgewandelten, analogen Signale ermöglicht außerdem die schnellere Übertragung der Daten.

Die Adressierung des erfindungsgemäßen Speicherbauelements gestaltet sich entsprechend dem in 4 dargestellten Schema. Es wird in diesem Beispiel nur jeweils eine Anschlusskontaktfläche für die Zeilenadressierung und die Spaltenadressierung vorgesehen. An diese Kontaktflächen können die analogen Steuersignale angelegt werden, die jeweils anschließend in einem Analog-Digital-Wandler 7 in die digitalen Signale umgewandelt werden, die über einen jeweiligen Adress-Bus 5 den Adress-Latches 4 zugeführt werden.

In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel anhand eines der 3 entsprechenden Schemas dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel erläutert, dass mehrere 16-Bit-Datenbusse 20, 21, von denen hier zwei dargestellt sind, parallel mittels Digital-Analog-Wandlern 60, 61 in analoge Signale umgewandelt werden können, die den Anschlusskontaktflächen 3 zugeführt werden. Damit ist es möglich, eine noch größere Anzahl von Daten parallel zu übertragen, ohne dass die Anzahl der Anschlusskontaktflächen 3 eine tolerierbare Grenze überschreitet.

Das erfindungsgemäße Bauelement kann so ausgebildet sein, dass Lese- und Schreibvorgänge durch eine Ausgabe bzw. Eingabe von analogen Daten möglich sind. Statt der abzuspeichernden oder abgespeicherten Daten können auch Steuersignale zur Steuerung von Lese- und Schreibvorgängen, insbesondere zur Adressierung von Speicherplätzen, durch Eingabe von analogen Steuersignalen übermittelt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Bauelements erfolgt beides, d. h. die Lese- und Schreibvorgänge und deren Steuerung, ausschließlich durch Eingabe und Ausgabe von analogen Signalen. Eine Kommunikation mit einem Speicher-Controller erfolgt daher bei dieser Ausgestaltung ausschließlich mittels analoger Signale.

Wenn für die Dateneingabe und Datenausgabe mehrere Anschlusskontaktflächen vorgesehen sind, lassen sich die übermittelten Datenraten wesentlich erhöhen. Mit einer Anschlusskontaktfläche und einem 16-Bit-Digital-Analog-Wandler beispielsweise lassen sich 16 Bit pro Takt bei einem Lesevorgang übertragen; dieselbe Datenrate erreicht man mit zwei 8-Bit-Digital-Analog-Wandlern und zwei Anschlusskontaktflächen. Durch Einsatz von Digital-Analog-Wandlern geeigneter Kapazität und eine ausreichend hohe Anzahl von Anschlusskontaktflächen lassen sich daher gegenüber herkömmlichen Speicherbauelementen erheblich höhere Datenraten übertragen.

Die Umwandlung zwischen digitalen und analogen Signalen wird dabei jeweils so vorgenommen, dass die relevante Information erhalten bleibt. Die Anzahl der digitalen Signale, die zu analogen Signalen überlagert wird, muss daher bei bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Bauelementes gegebenenfalls entsprechend eingeschränkt werden. Da aber in jedem Fall eine Umwandlung mehrerer digitaler Signale in ein analoges Signal bzw. die Umwandlung eines analogen Signales in eine Mehrzahl digitaler Signale möglich ist, können mit dem erfindungsgemäßen Speicherbauelement bei jedem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Anschlusskontaktflächen eingespart werden.

1
Halbleiterspeicher
2
Datenleitung
3
Anschlusskontaktfläche
4
Adress-Latch
5
Adress-Bus
6
Digital-Analog-Wandler
7
Analog-Digital-Wandler
20
16-Bit-Datenbus
21
16-Bit-Datenbus
40
Adressierungs-Latch
50
Adress-Bus
60
Digital-Analog-Wandler
61
Digital-Analog-Wandler


Anspruch[de]
Halbleiterbauelement, bei dem auf einem Halbleiterchip

– ein Halbleiterspeicher als Anordnung von Speicherzellen ausgebildet ist,

– mindestens ein Anschlusskontakt (3) vorhanden ist und

– mindestens eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Anschlusskontakt und Speicherzellen vorhanden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein Digital-Analog-Wandler (6; 60, 61) und/oder mindestens ein Analog-Digital-Wandler (7) so in die elektrisch leitende Verbindung eingebaut sind bzw. ist, dass eine Nutzung des Halbleiterspeichers durch eine Eingabe oder Ausgabe von analogen Signalen möglich ist, und

die Anzahl vorhandener Anschlusskontakte (3) gegenüber der Anzahl der zu den Speicherzellen geführten elektrisch leitenden Verbindungen entsprechend der vorgesehenen Eingabe oder Ausgabe von analogen Signalen vermindert ist.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem Digital-Analog-Wandler und Analog-Digital-Wandler so angeordnet sind, dass Lese- und Schreibvorgänge durch eine Ausgabe bzw. Eingabe von analogen Daten möglich sind. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens ein Analog-Digital-Wandler (7) so angeordnet ist, dass eine Steuerung von Lese- und Schreibvorgängen und/oder eine Adressierung von Speicherplätzen durch eine Eingabe von analogen Steuersignalen möglich ist. Bauelement nach Anspruch 3, bei dem jeweils ein Anschlusskontakt (3) für eine Zeilenadressierung und eine Spaltenadressierung vorhanden ist. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Digital-Analog-Wandler und Analog-Digital-Wandler so angeordnet sind, dass sowohl Lese- und Schreibvorgänge als auch deren Steuerung durch eine Ausgabe bzw. Eingabe von ausschließlich analogen Daten und eine Eingabe von ausschließlich analogen Steuersignalen möglich sind.






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