JP2724066B2 - Associative memory device - Google Patents
Associative memory deviceInfo
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- JP2724066B2 JP2724066B2 JP4003403A JP340392A JP2724066B2 JP 2724066 B2 JP2724066 B2 JP 2724066B2 JP 4003403 A JP4003403 A JP 4003403A JP 340392 A JP340392 A JP 340392A JP 2724066 B2 JP2724066 B2 JP 2724066B2
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- G11C15/04—Digital stores in which information comprising one or more characteristic parts is written into the store and in which information is read-out by searching for one or more of these characteristic parts, i.e. associative or content-addressed stores using semiconductor elements
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- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、連想メモリ装置に関
し、詳しくは、不揮発性メモリ素子をベースとする新構
造のセルからなるCAM(Content Addressable Memor
y:内容アクセス・メモリ)、すなわち連想メモリ装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an associative memory device, and more particularly, to a CAM (Content Addressable Memory) comprising a cell having a new structure based on a nonvolatile memory element.
y: content access memory), ie, associative memory device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より検索データと記憶データの一致
検出を全ビット並行に行い、一致したデータの記憶アド
レスまたはデータを出力する機能を有する半導体記憶回
路として、連想メモリ、すなわち完全並列型CAM(内
容アクセス・メモリ:ContentAddressable Memory)が
良く知られている(菅野卓雄監修、飯塚哲哉編「CMO
S超LSIの設計」培風館、P176〜P177参
照)。2. Description of the Related Art Conventionally, an associative memory, that is, a fully parallel CAM (CAM) has been used as a semiconductor memory circuit having a function of detecting the coincidence of search data and stored data in parallel with all bits and outputting a storage address or data of the matched data. Content Accessable Memory is well known (edited by Takuo Sugano, Tetsuya Iizuka, "CMO
S Ultra LSI Design, "Baifukan, p. 176-p. 177).
【0003】しかし、従来のCAMの1ビットあたりの
構成例は、SRAMセルとイクスクルーシブNOR回路
から構成されており、セルサイズが大きく実用レベルの
容量をもったCAMを構成することは不可能であった。However, a configuration example per bit of a conventional CAM is composed of an SRAM cell and an exclusive NOR circuit, and it is impossible to configure a CAM having a large cell size and a practical level of capacity. Met.
【0004】また、近年数多く商品化されている個人デ
ータベースとしてICカード等では、上記のようなCA
Mの構成ではなく、あらかじめデータが記憶されたRO
M(リードオンリーメモリ)のデータを1つ1つ順次検
索して所望のデータを探し出す構造になっている。この
ため、国語辞典や英和辞典のようにデータが多くなれば
なるほど、検索に多くの時間を要し、高速でかつフレキ
シブルな検索機能を有するものはまだ存在していない。[0004] In recent years, as personal databases that have been commercialized in large numbers, IC cards and the like use the above-mentioned CA.
Not the configuration of M, but the RO
M (read only memory) data is sequentially searched one by one to search for desired data. For this reason, as the amount of data increases, such as a Japanese dictionary or English-Japanese dictionary, more time is required for search, and there is no one having a high-speed and flexible search function yet.
【0005】以上の従来技術を考慮して従来のROM等
におさめられているデータの検索がソフトウエア的に1
つ1つのデータに対して逐次行なわれるのではなく、C
AMのように一度に全部のデータの検索が可能となれば
今後の大容量メモリを搭載するICカード等のデータ検
索をより高速でかつフレキシビリティをもったものにす
ることが出来る。[0005] Considering the above conventional technology, the search for data stored in a conventional ROM or the like is performed by software.
Rather than being performed sequentially on each piece of data, C
If it becomes possible to search all data at once like AM, it will be possible to make data search of an IC card or the like equipped with a large-capacity memory in the future faster and more flexible.
【0006】このため、大容量連想メモリの可能性を示
唆するものとして、米国特許第3,701,980号公
報(U.S.Patent3,701,980,Oct.1972) あるいは特開平1
−194196号公報に記載の発明等があげられる。ま
ず、前者の米国特許はDRAMベースのもので通常の2
ビットメモリを1組としたCAMセルの構造をもち、後
者のものはEPROM不揮発性メモリをベースとするも
のであり、やはり通常のEPROMメモリ2ビットを1
組としたCAMを構成している。従って、いずれのもの
もSRAMベースのCAMよりも高集積化が可能であ
る。For this reason, US Pat. No. 3,701,980 (US Pat. No. 3,701,980, Oct. 1972) or Japanese Unexamined Patent Publication No.
And the invention described in JP-A-194196. First, the former U.S. Pat.
It has a CAM cell structure with one set of bit memory. The latter is based on EPROM non-volatile memory.
A CAM is configured as a set. Therefore, any of them can achieve higher integration than the SRAM-based CAM.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、米国特許
3,701,980号公報に開示されたDRAMベース
のものはまだ面積的に問題がある。一方、特開平1−1
94196号公報に開示されたEPROM不揮発メモリ
ベースのものでは、構造的に単に2ビット1組としてE
PROMメモリを使用し、共通化されたグランドライン
を一致検索線としただけで、一致検索時の動作の詳細に
ついて十分な考慮がなされておらず、フレキシブルな書
き込み、読み出しができないという問題がある。By the way, the DRAM-based one disclosed in U.S. Pat. No. 3,701,980 still has a problem in area. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open
The EPROM nonvolatile memory-based memory disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
There is a problem that the PROM memory is used and the common ground line is merely used as the match search line, but the details of the operation at the time of the match search are not sufficiently considered, and flexible writing and reading cannot be performed.
【0008】本発明は、このような点に鑑み、多数のメ
モリセルの検索を相互干渉なく高速で行なうことがで
き、より高速でかつ大容量のデータベースを構築するこ
とを可能とする連想メモリ装置を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention allows a large number of memory cells to be searched at high speed without mutual interference, thereby enabling a faster and larger-capacity database to be constructed. The purpose is to provide.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、不揮発性メモリを2ビット1組として
用いる連想メモリについて、鋭意研究した結果、従来の
CAM構造における不具合が下記の点にあることを知見
した。Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present inventor has conducted extensive studies on an associative memory using a non-volatile memory as a set of 2 bits. It was found that there was a point.
【0010】すなわち、(1)この特開平1−1941
96号公報に開示のCAM構造では、一致検索時に、一
致セルと不一致セルが混在すると共通化された一致検索
線を介して、ロウ“0”データの電位とハイ“1”デー
タの電位との衝突が発生してしまい、動作が保証できな
い。That is, (1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1941
In the CAM structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 96-96, when a match cell and a non-match cell are mixed at the time of a match search, the potential of the low “0” data and the potential of the high “1” data are changed via the shared match search line. Collision occurs and operation cannot be guaranteed.
【0011】そればかりか、(2)高集積化になればな
るほどメモリセルの数は莫大なものになり、一致セルと
不一致セルが多数存在することになるため、全体では極
めて大きな電流が流れてしまう。In addition, (2) the higher the degree of integration, the more the number of memory cells becomes enormous, and a large number of coincident cells and unmatched cells exist. I will.
【0012】本発明者は、上記知見に基づいて、本発明
に至ったものである。すなわち、本発明は、第1のデー
タ線から一致検索線への電気的接続または非接続を定義
する第1の不揮発性メモリセルと、これに対し第2のデ
ータ線から前記一致検索線への電気的接続または非接続
を定義する第2の不揮発性メモリセルと、これら第1お
よび第2の不揮発性メモリセルを制御する制御ワード線
とを1組の検索メモリワードブロックとする連想メモリ
装置であって、データ検索時の各信号線の電圧と不揮発
性メモリセルのしきい値電圧とが下記式(I)および
(II)を同時に満足するように調整されていることを特
徴とする連想メモリ装置を提供するものである。 VW −VH <VtL<VW −VL <VtH (I) VW −VS <VtL (II) ただし、 VtL:前記不揮発性メモリセルの低しきい値電圧 VtH:前記不揮発性メモリセルの高しきい値電圧 VW :前記制御ワード線の電圧 VH :前記データ線の“1”データを示す電圧 VL :前記データ線の“0”データを示す電圧 VS :前記データ検索時の前記一致検索線の電圧 である。The present inventors have reached the present invention based on the above findings. That is, the present invention provides a first nonvolatile memory cell that defines an electrical connection or disconnection from a first data line to a match search line, and a second nonvolatile memory cell that defines an electrical connection from the second data line to the match search line. An associative memory device in which a second nonvolatile memory cell defining electrical connection or non-connection and a control word line for controlling the first and second nonvolatile memory cells are a set of search memory word blocks. Wherein the voltage of each signal line and the threshold voltage of the nonvolatile memory cell at the time of data retrieval are adjusted so as to simultaneously satisfy the following expressions (I) and (II). An apparatus is provided. V W -V H <V tL < V W -V L <V tH (I) V W -V S <V tL (II) , however, V tL: low threshold voltage V tH of the nonvolatile memory cells: High threshold voltage of the nonvolatile memory cell V W : voltage of the control word line V H : voltage indicating “1” data of the data line VL : voltage V S indicating “0” data of the data line : Voltage of the match search line at the time of the data search .
【0013】ここで、前記不揮発性メモリセルが、上記
式(I)および(II)を満足するしきい値電圧をもつ不
揮発性トランジスタにより構成されているのが好まし
い。また、上記連想メモリ装置であって、さらに、前記
データ検索時の電圧を上記式(I)および(II)を同時
に満足するように設定する手段を有するのが好ましい。Here, it is preferable that the nonvolatile memory cell is constituted by a nonvolatile transistor having a threshold voltage satisfying the above formulas (I) and (II). The above-mentioned associative memory device, further comprising:
It is preferable to have means for setting the voltage at the time of data search so as to simultaneously satisfy the above expressions (I) and (II).
【0014】[0014]
【発明の作用】本発明の連想メモリ装置は、1組の検索
メモリワードブロックにおいて、第1および第2のデー
タ線と一致検索線との電気的接続または非接続を定義す
る第1および第2の不揮発性メモリセルを制御ワード線
によって制御するように構成されている。一方、前記第
1および第2のデータ線、前記一致検索線、前記制御ワ
ード線などの信号線に印加される電圧と、前記第1およ
び第2の不揮発性メモリセルの低しきい値電圧との関係
が上記式(I)および(II)を満足するように調整され
ている。このため、一本の前記制御ワード線に多数の検
索メモリワードブロックが接続されている場合において
も、前記第1および第2のデータ線から加えられる検索
データと前記検索メモリワードブロックのメモリデータ
とが一致するブロックでは、たとえ、前記制御ワード線
の制御によっても前記第1および第2の不揮発性メモリ
セルの接続定義状態にかかわらず、前記第1および第2
のデータ線のいずれも前記一致検索線に接続することは
なく、前記検索データと前記メモリデータとが不一致の
ブロックのみにおいて、前記制御ワード線により前記第
1および第2の不揮発性メモリセルの接続定義状態に応
じて、前記第1のデータ線および第2のデータ線を各々
前記一致検索線に接続あるいは非接続せしめることが可
能となる。The associative memory device of the present invention defines first and second electric connections or disconnections between the first and second data lines and the coincidence search lines in a set of search memory word blocks. Are controlled by a control word line. On the other hand, a voltage applied to signal lines such as the first and second data lines, the match search line, and the control word line, and a low threshold voltage of the first and second nonvolatile memory cells Is adjusted so as to satisfy the above expressions (I) and (II). Therefore, even when a large number of search memory word blocks are connected to one control word line, the search data added from the first and second data lines and the memory data of the search memory word block are In the blocks in which the first and second nonvolatile memory cells are connected, the first and second nonvolatile memory cells are controlled irrespective of the connection definition state of the first and second nonvolatile memory cells.
None of the data lines is connected to the match search line, and only the blocks where the search data and the memory data do not match are connected by the control word line to the first and second nonvolatile memory cells. According to the definition state, the first data line and the second data line can be connected or disconnected from the match search line, respectively.
【0015】前記一致検索線の電位を前記一致検索線に
接続されているセンスアンプで検出することにより、前
記第1および第2のデータ線に印加される検索データに
よる、各ブロックの前記第1および第2の不揮発性メモ
リセルとの一致検索結果を得ることができる。従って、
たとえ、同一制御ワード線によって制御される多数組の
検索メモリワードブロックにおいて、検索データと不一
致となる検索メモリワードブロックと、一致する検索メ
モリワードブロックとの両方が存在してもこれらのブロ
ック間での電気的衝突をなくすことができ、極めて高い
精度で一致検索結果を得ることができ、かつ極めて高い
メモリセル選択の自由度を持つことができる。The potential of the match search line is detected by a sense amplifier connected to the match search line, so that the first data of each block based on search data applied to the first and second data lines. And a match search result with the second nonvolatile memory cell can be obtained. Therefore,
Even if a search memory word block that does not match the search data and a search memory word block that matches both exist in a large number of sets of search memory word blocks controlled by the same control word line, the search memory Can be eliminated, a match search result can be obtained with extremely high accuracy, and an extremely high degree of freedom in selecting a memory cell can be obtained.
【0016】[0016]
【実施例】以下に、本発明に係る連想メモリ装置を添付
の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an associative memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
【0017】まず、本発明の説明に入る前に、従来の不
揮発性メモリを用いるCAM構造において生じる問題と
同様の問題が、不揮発性メモリセルを高集積CAMに応
用する場合にも存在することを図3に示す新たに考慮し
た2ビット1組のCAMのFlash EEPROMメモリ構
造を用いて説明し、新たな考案を加え、本発明の主たる
発明のポイントを明らかにする。First, before describing the present invention, it should be noted that the same problems as those occurring in a conventional CAM structure using a nonvolatile memory exist when a nonvolatile memory cell is applied to a highly integrated CAM. The description will be made using the newly considered 2-bit CAM Flash EEPROM memory structure of a set of two bits shown in FIG. 3, a new idea is added, and the main point of the present invention is clarified.
【0018】同図ではメモリセル31a,31bを1組
としたメモリぺア31と、メモリセル32a,32bを
1組としたメモリペア32とを各々1つのCAMセルと
している。この例で挙げているものは、スタックセル構
造と称されるもので、電荷を蓄積するフローティングゲ
ート33の直上にコントロールゲート34を積層したも
のであり、高集積化に適した構造となっている。In FIG. 1, a memory pair 31 having one set of memory cells 31a and 31b and a memory pair 32 having one set of memory cells 32a and 32b are each one CAM cell. The structure described in this example is called a stack cell structure, in which a control gate 34 is stacked immediately above a floating gate 33 for storing electric charges, and has a structure suitable for high integration. .
【0019】また、各メモリセルのフローティングゲー
ト33の電荷蓄積状態によるしきい値電圧Vtのばらつ
きを示したものが図4である。通常スタック構造のメモ
リセルの低しきい値電圧VtLは、0.5〜3.5V程度
であり、3V程度のばらつきを持つ。しかし、CAM構
造の場合はこのばらつきが致命的となる。これを論点の
1つとして以下の説明を続ける。FIG. 4 shows the variation of the threshold voltage Vt depending on the charge accumulation state of the floating gate 33 of each memory cell. The low threshold voltage V tL of the memory cell having the normal stack structure is about 0.5 to 3.5 V, and has a variation of about 3 V. However, in the case of a CAM structure, this variation is fatal. This is one of the issues, and the following description is continued.
【0020】メモリセル31aのフローティングゲート
33には電子が注入され、高しきい値電圧VtH(これを
データ“0”L(ロウ)と定義する)が、メモリセル3
1bはその反転の低しきい値電圧VtL(これをデータ
“1”H(ハイ)と定義する)が、メモリセル32aは
低しきい値電圧VtLが、メモリセル32bは高しきい値
電圧VtHが定義されている。即ち、メモリペア31によ
り構成されるCAMセルには“0”L(ロウ)データ
が、メモリペア32のCAMには“1”H(ハイ)デー
タが定義されているとする。この状態で各々のCAMセ
ルに一致検索データ39のデータの“0”L(ロウ)、
“0”L(ロウ)が一致検出される場合について考慮す
る。Electrons are injected into the floating gate 33 of the memory cell 31a, and a high threshold voltage V tH (defined as data “0” L (low)) is applied to the memory cell 3a.
1b is the inverted low threshold voltage VtL (this is defined as data "1" H (high)), the memory cell 32a has the low threshold voltage VtL , and the memory cell 32b has the high threshold voltage. The voltage V tH is defined. That is, it is assumed that "0" L (low) data is defined in the CAM cell constituted by the memory pair 31 and "1" H (high) data is defined in the CAM of the memory pair 32. In this state, "0" L (low) of the match search data 39 is stored in each CAM cell,
Consider a case in which “0” L (row) is detected as coincident.
【0021】まず、接地トランジスタ38をオフとし、
一致検索センスアンプ37をアクティブとする。この一
致検索アンプ37は電流駆動型のアンプであり、自らド
ライブ能力を有する。そのため一致検索線36は、1.
5〜2.0V程度の電位に設定される。この設定電位
は、フローティングゲート33の蓄積電荷に影響を与え
ないように小さい値であることが望ましく、一般的には
2V以下がよいと考えられている。First, the ground transistor 38 is turned off,
The match search sense amplifier 37 is activated. The match search amplifier 37 is a current drive type amplifier and has its own drive capability. Therefore, the match search line 36 is composed of:
The potential is set to about 5 to 2.0 V. This set potential is desirably a small value so as not to affect the charge stored in the floating gate 33, and it is generally considered that 2V or less is good.
【0022】ここで一般的なCAM動作としては、高電
位にプリチャージされた一致検索線の電荷が、不一致C
AMセルのデータ線の“0”L(ロウ)によってディス
チャージされ低電位へと変化する。この変化を起こした
一致検索線が不一致を、逆に電位変化がなく高電位を維
持するものが一致をあらわす。この例では、メモリペア
32のCAMセルのデータ“1”H(ハイ)と検索デー
タ“0”L(ロウ)が異なり、一致検索線36はデータ
線2a(“0”L(ロウ))によりディスチャージが発
生し低電位となる。Here, as a general CAM operation, the charge on the match search line precharged to a high potential
It is discharged by the "0" L (low) of the data line of the AM cell and changes to a low potential. A match search line that has caused this change indicates a mismatch, and a match search line that maintains a high potential without a potential change indicates a match. In this example, the data “1” H (high) of the CAM cell of the memory pair 32 and the search data “0” L (low) are different, and the match search line 36 is connected by the data line 2 a (“0” L (low)). Discharge occurs and becomes low potential.
【0023】具体的な検索動作としては、データ線1a
に一致検索データの“0”L(ロウ)電位の0Vが印加
され、データ線1bにはこの逆の“1”H(ハイ)電位
の1.5〜2.0Vが印加される。同様にして、データ
線2aに一致検索データの“0”L(ロウ)電位の0V
が印加され、データ線2bにはこの逆の“1”H(ハ
イ)電位の1.5〜2.0Vが印加される。この時も、
上記理由によりハイ状態の電位は1.5〜2.0V程度
に低く設定される。As a specific search operation, the data line 1a
0V of the "0" L (low) potential of the match search data is applied, and the opposite "1" H (high) potential of 1.5 to 2.0 V is applied to the data line 1b. Similarly, the data line 2a is supplied with 0V of the "0" L (low) potential of the match search data.
, And the opposite "1" H (high) potential of 1.5 to 2.0 V is applied to the data line 2b. At this time,
For the above reason, the potential in the high state is set as low as about 1.5 to 2.0V.
【0024】この状態で、セレクトワード線35がアク
ティブとなると、しきい値電圧VtがVtH(>6.5
V:図4参照)のメモリセル31a,32bはオフ状態
を保つ。しかし、メモリセル31bとメモリセル32a
の場合は異なる動作をする。In this state, when the select word line 35 becomes active, the threshold voltage Vt becomes V tH (> 6.5).
V: see FIG. 4), the memory cells 31a and 32b remain off. However, the memory cells 31b and 32a
In the case of, a different operation is performed.
【0025】まず、メモリセル32aに着目する。一致
検索線36の電荷を引き抜いて不一致を検出させるため
には、このメモリセル32aがオンしなければならな
い。しかるに、このトランジスタのしきい値電圧Vt
は、0.5〜3.5Vの値をとる(図4参照)。また、
このときのソース電極側はデータ線2aとなり、0Vが
印加されている。従って、セレクトワード線35の電圧
VWは3.5V以上である必要があり、通常はそれより
1V程度高い4.5V程度が適当と思われる。First, attention is paid to the memory cell 32a. This memory cell 32a must be turned on in order to detect the mismatch by extracting the charge from the match search line 36. However, the threshold voltage Vt of this transistor
Takes a value of 0.5 to 3.5 V (see FIG. 4). Also,
At this time, the source electrode side becomes the data line 2a, and 0 V is applied. Therefore, the voltage V W for selective word line 35 must be 3.5V or more, usually deemed appropriate than about 1V higher 4.5V about it.
【0026】つまり、セレクトワード線35の電圧VW
≧4.5Vとしてはじめて一致検索線36の電位がデー
タ線2aの0V電位により引き落とされる。一方、一致
検索センスアンプ37は電流駆動型でありドライブ能力
がある。このため、一致検索線36の電位は最終的に
1.0〜1.5V程度に低下し、この約0.5V程度の
電圧低下によって不一致を検出する。もちろんこの電位
低下により不一致を検出するわけであるが、これにより
一致データを記憶していたCAMセルのメモリセル31
bに不都合が発生することになる。That is, the voltage V W of the select word line 35
Only when ≧ 4.5 V, the potential of the match search line 36 is dropped by the 0 V potential of the data line 2a. On the other hand, the match search sense amplifier 37 is a current drive type and has a drive capability. Therefore, the potential of the match search line 36 finally drops to about 1.0 to 1.5 V, and a mismatch is detected by the voltage drop of about 0.5 V. Of course, a mismatch is detected based on this potential drop, and the memory cell 31 of the CAM cell storing the match data is thereby detected.
Inconvenience will occur in b.
【0027】このメモリセル31bの各々3つの電極
(ドレイン、ゲート、ソース)の電位を考えると、まず
ゲートは、セレクトワード線35の4.5V以上、ソー
スは一致検索線36の電位の1.0〜1.5V、またド
レインはデータ線の1.5〜2.0Vとなる。つまり、
このトランジスタのゲート、ソース電位差VGSは、3.
0〜3.5(4.5−(1.0〜1.5))V以上とな
る。Considering the potential of each of the three electrodes (drain, gate, source) of the memory cell 31b, first, the gate is at least 4.5 V of the select word line 35, and the source is 1. 0 to 1.5 V, and the drain is 1.5 to 2.0 V of the data line. That is,
The gate-source potential difference V GS of this transistor is 3.
0 to 3.5 (4.5 (1.0 to 1.5)) V or more.
【0028】ところでこのメモリセル31bのしきい値
電圧Vt は、最低0.5Vである(図4参照)。つま
り、 VGS(=3.0〜3.5)>Vt (=0.5) となり、この時の基板バイアス効果によるメモリセル3
1bのしきい値電圧の上昇を考慮しても、このメモリセ
ル31bのトランジスタはオンしてしまう。このため、
データ線1bのハイ電位からデータ線2aのロウ電位に
貫通電流が流れることになる。By the way the threshold voltage V t of the memory cell 31b is the lowest 0.5V (see FIG. 4). That is, V GS (= 3.0 to 3.5)> V t (= 0.5), and the memory cell 3 due to the substrate bias effect at this time is obtained.
Even if the rise of the threshold voltage of 1b is considered, the transistor of the memory cell 31b is turned on. For this reason,
A through current flows from the high potential of the data line 1b to the low potential of the data line 2a.
【0029】一般に連想メモリの場合、一致検索動作
は、複数のセレクトワード線に渡り同時に行われる。従
って、各セレクトワード線での貫通電流はチップ全体で
はきわめて大きな値となり、動作不能という致命的な問
題となる。また、データ線1bのハイ電位によりデータ
一致検索線35の電位があがり、一致検索センスアンプ
37による電位差検出が困難な状態になる問題も発生す
る。Generally, in the case of an associative memory, a match search operation is performed simultaneously over a plurality of select word lines. Therefore, the through current in each select word line becomes an extremely large value in the entire chip, which is a fatal problem that operation is impossible. Further, the potential of the data match search line 35 rises due to the high potential of the data line 1b, which causes a problem that it becomes difficult to detect the potential difference by the match search sense amplifier 37.
【0030】このような新たな考察をもとに、本発明に
係わる連想メモリ装置を添付図面に基づいて具体的に説
明する。図1は本発明の連想メモリ装置の一実施例を示
すものである。図1に示すCAMメモリは、前述と同様
に、CAMの構成単位となっている2ビット1組のEE
PROMメモリセルにより構成したものである。CAM
メモリセル11は、例えばスタック型FlashEEP
ROMセル11a、11bからなり、EEPROMセル
11aと11bは、互いに相反する記憶状態を有するよ
うに書き込まれている。ここでは、EEPROMセル1
1aにはデータ“0”L(ロウ)、11bにはデータ
“1”H(ハイ)が書き込まれ、EEPROMセル12
aにはデータ“1”H(ハイ)、12bにはデータ
“0”L(ロウ)が書き込まれたものとする。これらE
EPROMメモリセル11a、11bとメモリセル12
a、12bは各々メモリペアを構成し、2ビットのCA
Mメモリセル11、12となる。Based on such new considerations, the associative memory device according to the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the content addressable memory device according to the present invention. The CAM memory shown in FIG. 1 has a 2-bit EE set, which is a constituent unit of the CAM, as described above.
It is constituted by PROM memory cells. CAM
The memory cell 11 is, for example, a stack type FlashEEP.
It is composed of ROM cells 11a and 11b, and the EEPROM cells 11a and 11b are written so as to have mutually opposite storage states. Here, the EEPROM cell 1
Data "0" L (low) is written in 1a and data "1" H (high) is written in 11b.
It is assumed that data “1” H (high) is written in a, and data “0” L (low) is written in 12b. These E
EPROM memory cells 11a, 11b and memory cell 12
a and 12b each form a memory pair and have a 2-bit CA
M memory cells 11 and 12 are obtained.
【0031】EEPROMメモリセル11a、11b、
12a、12bは、例えば図2に示すような具体的構造
を持つEEPROMメモリセル20からなる。EEPR
OMメモリセル20は、P基板21にnのソース22、
ドレイン23を形成し、その間のP基板21上にトンネ
ル酸化膜24、その上にフローティングゲート25、さ
らにその上にコントロールゲート26を形成したもので
ある。書き込みは高電圧パルス27をコントロールゲー
ト26に印加することによってフローティングゲート2
5へのホットエレクトロンの注入を行ない、しきい値電
圧Vt をVW 以上の所定の電圧に上げることにより
“0”L(ロウ)のデータ状態を定義する。また、
“1”H(ハイ)の書き込みは、ソース22またはドレ
イン23側にフローティングゲートから電子を引き抜く
ことによって行なっている。本願では、データ“0”L
(ロウ)が書き込まれたEEPROMメモリセルのしき
い値電圧は高しきい値電圧VtH、データ“1”H(ハ
イ)が書き込まれたEEPROMメモリセルのしきい値
電圧は低しきい値電圧VtLをとるものとする。The EEPROM memory cells 11a, 11b,
Each of the memory cells 12a and 12b includes an EEPROM memory cell 20 having a specific structure as shown in FIG. EEPR
The OM memory cell 20 includes an n source 22 on a P substrate 21,
A drain 23 is formed, a tunnel oxide film 24 is formed on a P substrate 21 therebetween, a floating gate 25 is formed thereon, and a control gate 26 is formed thereon. Writing is performed by applying a high voltage pulse 27 to the control gate 26 so that the floating gate 2
Performs injection of hot electrons into 5, defining the data state of "0" L (low) by raising the threshold voltage V t to V W or more predetermined voltages. Also,
Writing "1" H (high) is performed by extracting electrons from the floating gate to the source 22 or drain 23 side. In the present application, data “0” L
The threshold voltage of the EEPROM memory cell in which (low) is written is a high threshold voltage V tH , and the threshold voltage of the EEPROM memory cell in which data “1” H (high) is written is a low threshold voltage V tL is assumed.
【0032】従って、図1のEEPROMセル11aお
よび12bのフローティングゲート13に記入されてい
る記号“H”は電子が注入された状態を示し、これらの
セルのトランジスタは高しきい値電圧VtHを持ち、デー
タ“0”L(ロウ)を記憶していることを示す。一方、
EEPROMセル11bおよび12aのフローティング
ゲート13に記入されている記号“L”は電子が引き抜
かれた状態を示し、これらのセルのトランジスタは低し
きい値電圧VtLを持ち、データ“1”H(ハイ)を記憶
していることを示す。Therefore, the symbol "H" written on the floating gate 13 of the EEPROM cells 11a and 12b in FIG. 1 indicates that electrons have been injected, and the transistors of these cells have a high threshold voltage V tH . Indicates that data “0” L (row) is stored. on the other hand,
The symbol "L" written in the floating gates 13 of the EEPROM cells 11b and 12a indicates that electrons have been extracted, the transistors of these cells have a low threshold voltage VtL , and the data "1" H ( High) is stored.
【0033】CAMメモリセル11において、EEPR
OMメモリセル11aのドレインはデータ線(ビット
線)1aに、EEPROMメモリセル11bのドレイン
はデータ線(ビットバー線)1bに接続され、両メモリ
セル11a、11bのコントロールゲート14は同一セ
レクトワード線15に接続され、両メモリセル11a、
11bのソースは一致検索線16に接続される。CAM
メモリセル12についても、構成するEEPROMメモ
リセル12a、12bのデータ内容および両メモリセル
12a、12bのドレインの接続がそれぞれデータ線2
aおよびデータ線2bであること以外は全く同様に構成
される。更に、一致検索線16にはプリチャージトラン
ジスタ17aを含む一致検索センスアンプ17と接地ト
ランジスタ18が設けられている。このようなCAMメ
モリセルが、一致検索線16とセレクトワード線15と
を共通化されて、複数配置されている。In the CAM memory cell 11, the EEPR
The drain of the OM memory cell 11a is connected to the data line (bit line) 1a, the drain of the EEPROM memory cell 11b is connected to the data line (bit bar line) 1b, and the control gates 14 of both memory cells 11a and 11b are connected to the same select word line. 15 and both memory cells 11a,
The source of 11 b is connected to the match search line 16. CAM
As for the memory cell 12, the data contents of the EEPROM memory cells 12a and 12b and the connection of the drains of both memory cells 12a and 12b are connected to the data line 2 respectively.
a and the data line 2b are exactly the same. Further, the match search line 16 is provided with a match search sense amplifier 17 including a precharge transistor 17a and a ground transistor 18. A plurality of such CAM memory cells are arranged so that the match search line 16 and the select word line 15 are shared.
【0034】まず、CAMメモリセルのデータ読み出し
動作について簡単に説明する。通常の読み出し動作で
は、データ線1a,1b,2a,2bの先に設けられた
選択回路5およびセンスアンプ6を用いて行う。選択回
路5によって、例えばデータ線1bにセンスアンプ6が
接続される。このアンプは電流検出型であり、データ線
1bは非読み出し時に例えば1.5〜2.0Vに保たれ
る。次いでセレクトワード線15にVW 、例えば5Vが
印加されると、Vw >VtLに設定されているのでデータ
線1bと一致検索線16との間のメモリセル11bがオ
ンする。一方、この時一致検索線16は接地トランジス
タ18によってグランド電位に固定されており、このた
めデータ線1bの電位は下がり1.0〜1.5V程度に
変化する。この変化をセンスアンプ6で検出し、その結
果を出力する。First, the data read operation of the CAM memory cell will be briefly described. The normal read operation is performed using the selection circuit 5 and the sense amplifier 6 provided at the ends of the data lines 1a, 1b, 2a, 2b. The selection circuit 5 connects, for example, the sense amplifier 6 to the data line 1b. This amplifier is of a current detection type, and the data line 1b is kept at, for example, 1.5 to 2.0 V during non-reading. Next, when V W , for example, 5 V, is applied to the select word line 15, the memory cell 11b between the data line 1b and the match search line 16 is turned on because V w > V tL is set. On the other hand, at this time, the match search line 16 is fixed to the ground potential by the ground transistor 18, so that the potential of the data line 1b drops to about 1.0 to 1.5V. This change is detected by the sense amplifier 6, and the result is output.
【0035】これに対し、選択回路5によってデータ線
1aにセンスアンプ6が接続され、データ線が同様に
1.5〜2.0Vに保たれる。次いでワード線15に同
様にVW(5V)の電圧が印加されるが、データ線1a
と一致検索線との間のEEPROMメモリセル11aは
高しきい値電圧VtHを持ち、VW<VtHに設定され
ているのでオンしない。従って、データ線1aの電位は
変化しない。これをセンスアンプ6で検出し、その結果
を出力する。こうして、各メモリセルに記憶されている
データの読み出しが行われる。ここで、データ線1a、
1bの電位を2V以下にしている理由は、メモリセルに
蓄積された電荷へのデータ読み出し時の影響を抑制する
ためである。On the other hand, the sense amplifier 6 is connected to the data line 1a by the selection circuit 5, and the data line is similarly maintained at 1.5 to 2.0V. Next, a voltage of V W (5 V) is similarly applied to the word line 15, but the data line 1a
The EEPROM memory cell 11a between and the match search line has a high threshold voltage V tH and is not turned on because V W <V tH is set. Therefore, the potential of the data line 1a does not change. This is detected by the sense amplifier 6, and the result is output. Thus, the reading of the data stored in each memory cell is performed. Here, the data lines 1a,
The reason why the potential of 1b is set to 2 V or less is to suppress the influence of the charge stored in the memory cell when data is read.
【0036】次に、上述のような構成のCAMメモリに
ついて、前述のようなメモリセル間の電位干渉などの不
具合が発生することなく、入力データとの一致検索が可
能であることを以下に説明する。Next, a description will be given below of the fact that the CAM memory having the above-described configuration can be searched for a match with the input data without causing the above-described problems such as potential interference between memory cells. I do.
【0037】本発明においては、一致検索時のセレクト
ワード線の印加電圧VW と、データ“0”L(ロウ)が
入力されたデータ線の印加電圧VL 、データ“1”H
(ハイ)が入力されたデータ線の印加電圧VH 、一致検
索線の印加電圧VS と、2ビット1組のCAMメモリの
データ“1”を記憶しているEEPROMセルの低しき
い値電圧VtLとの関係が下記式を満足するように調整さ
れている。 VW −VH <VtL<VW −VL (I) VW −VS <VtL (II) もちろん、従来通り、2ビット1組のCAMメモリのデ
ータ“0”を記憶しているEEPROMセルは高しきい
値電圧VtHを持ち、セレクトワード線の印加電圧VW が
印加(ハイの状態)された場合であってもオンしないよ
うに設定されていることはいうまでもない。すなわち、
ここでも VtH>VW −VL >VW −VH かつVtH>VW −VS (III) ように設定されている。In the present invention, the voltage V W applied to the select word line at the time of a match search, the voltage V L applied to the data line to which data “0” L (row) is input, and the data “1” H
(High) applied voltage V H of the data line to which data is input, applied voltage V S of the match search line, and low threshold voltage of the EEPROM cell storing the data “1” of the 2-bit set CAM memory The relationship with V tL is adjusted so as to satisfy the following expression. V W -V H <V tL < V W -V L (I) V W -V S <V tL (II) of course, conventionally, stores data "0" of 2 bits set of CAM memory It goes without saying that the EEPROM cell has a high threshold voltage V tH and is set so as not to be turned on even when the applied voltage V W to the select word line is applied (in a high state). That is,
It is set here as V tH> V W -V L> V W -V H and V tH> V W -V S ( III) as.
【0038】次に、一致検出動作について説明する。ま
ず、メモリセル11a,11b,12a,12bを2セ
ル1組のメモリペアとしてデータを書き込む。この組は
必ずしも隣接するメモリセルである必要はないが、この
例では説明容易化のために隣接するセルに相反するデー
タを書き込んである。Next, the coincidence detecting operation will be described. First, data is written into the memory cells 11a, 11b, 12a, and 12b as one memory pair of two cells. This set does not necessarily have to be adjacent memory cells, but in this example, contradictory data is written in adjacent cells for ease of explanation.
【0039】メモリペアにより構成されるCAMセル1
1は“0”L(ロウ)、メモリペアであるCAMセル1
2は“1”H(ハイ)である。一致検索データ19は、
これらCAMメモリセル11,12に対して各々“0”
L(ロウ),“0”L(ロウ)を検出することにする。
従って、メモリペア11のCAMセルのデータは検索デ
ータと一致するが、メモリペア12のCAMセルのデー
タは不一致となる。CAM cell 1 composed of a memory pair
1 is "0" L (low), CAM cell 1 which is a memory pair
2 is "1" H (high). The match search data 19 is
"0" is set for each of these CAM memory cells 11 and 12.
L (low), "0" L (low) is detected.
Therefore, the data of the CAM cells of the memory pair 11 match the search data, but the data of the CAM cells of the memory pair 12 do not match.
【0040】まず、データ線1aには“0”L(ロウ)
電圧VL (通常OV)、データ線1bには“1”H(ハ
イ)電圧VH が印加され、データ線2aには“0”L
(ロウ)電圧VL 、データ線2bには“1”H(ハイ)
電圧VH が印加される。また、接地トランジスタ18は
オフ、一致検索線16はプリチャージトランジスタ17
aによって“1”H(ハイ)状態に設定される。ここ
で、一致検索線16の電圧をVS として表す。First, "0" L (low) is applied to the data line 1a.
A voltage VL (normally OV), a "1" H (high) voltage VH is applied to the data line 1b, and a "0" L is applied to the data line 2a.
(Low) voltage V L , “1” H (high) on data line 2 b
Voltage V H is applied. The ground transistor 18 is off, and the match search line 16 is the precharge transistor 17
"a" is set to the "1" H (high) state. Here, the voltage of the match search line 16 is represented as V S.
【0041】この状態でセレクトワード線15が“1”
H(ハイ)となると電圧VW が印加され、メモリペア1
1、12を構成する各々のメモリセル11a,11b,
12a,12bのコントロールゲート14に“1”H
(ハイ)の電圧VW が印加される。In this state, the select word line 15 becomes "1".
When the voltage becomes H (high), the voltage V W is applied, and the memory pair 1
Each of the memory cells 11a, 11b,
"1" H is applied to the control gates 14a and 12b.
The (high) voltage V W is applied.
【0042】メモリセル11aおよび11bは、フロー
ティングゲート13に電子が注入され、上記式(III)で
示すようにセレクトワード線のH(ハイ)電圧VW では
オンしない高しきい値電圧VtHを持ち、前述のデータ読
み出しと同様にオフ状態を保つ(これは、図4に示すよ
うにVtH>6.5VであるEEPROMメモリセルを用
い、VW =5V、VH =1.5〜2.0V、VL =0
V、VS =1.5〜2.0Vとした場合にも同じであ
る)。従って、データ線1aの“0”L(ロウ)状態と
データ線2bの“1”H(ハイ)状態が一致検索線16
に影響を与えることはない。しかし、低しきい値電圧V
tLを持つメモリセル11bおよびメモリセル12aの場
合は異なる。その低しきい値VtLと各信号線の電圧V
W 、VH 、VL、VS との何の関係が上記式(I)およ
び(II)を満足することが重要な問題となる。In the memory cells 11a and 11b, electrons are injected into the floating gate 13, and the high threshold voltage V tH which does not turn on at the H (high) voltage V W of the select word line as shown in the above formula (III) is applied. And maintain the off state in the same manner as the above-described data reading (this is done by using an EEPROM memory cell with V tH > 6.5 V as shown in FIG. 4 and V W = 5 V, V H = 1.5 to 2). 0.0 V, V L = 0
V, V S = 1.5 to 2.0 V). Therefore, the “0” L (low) state of the data line 1 a and the “1” H (high) state of the data line 2 b match the search line 16.
Does not affect However, the low threshold voltage V
The case of the memory cell 11b and the case of the memory cell 12a having tL are different. The low threshold value V tL and the voltage V of each signal line
W, V H, V L, no relationship between V S becomes important problem to satisfy the above formula (I) and (II).
【0043】以下に具体的に説明する。まず、メモリセ
ル12aの場合は、蓄積データ“1”H(ハイ)と検索
データ“0”L(ロウ)が異なる。このためデータ線2
aの“0”L(ロウ)状態によって一致検索線16の
“1”H(ハイ)状態の電荷を引き抜く必要がある。The details will be described below. First, in the case of the memory cell 12a, the stored data “1” H (high) and the search data “0” L (low) are different. Therefore, data line 2
It is necessary to extract the charge in the “1” H (high) state of the match search line 16 depending on the “0” L (low) state of a.
【0044】ここで、データ線の電圧がVL(L状
態)、一致検索線16の電圧がVS(H状態)に電位設
定されており、セレクトワード線にVW(H状態)が印
加されたとする。するとメモリセル12aのゲート、ソ
ース電位差VGSはVW−VLとなる。即ち、 VGS=(セレクトワード線15のH電圧)−(データ線2aのL電圧) =VW=VL 一方、このEEPROMメモリセル12aのしきい値電
圧Vtは、低しきい値電圧VtLである。Here, the potential of the data line is set to V L (L state), the potential of the match search line 16 is set to V S (H state), and V W (H state) is applied to the select word line. Suppose it was done. Then the gates of the memory cell 12a, source potential difference V GS becomes V W -V L. That is, V GS = (H voltage of select word line 15) − (L voltage of data line 2a) = V W = VL The threshold voltage Vt of the EEPROM memory cell 12a is the low threshold voltage V tL .
【0045】ここで、本発明においては、上記式(I)
を満足するよう調整されているので、VW−VL>低し
きい値電圧VtLとなり、メモリセル12aはオンし、
プリチャージトランジスタ17aでプリチャージされた
一致検索線16の電位を下げる。この電位降下を一致検
索センスアンプ17で検出し、不一致信号が出力され
る。Here, in the present invention, the above formula (I)
Since it is adjusted so as to satisfy the, V W -V L> low threshold voltage V tL, and the memory cell 12a is turned on,
The potential of the match search line 16 precharged by the precharge transistor 17a is lowered. This potential drop is detected by the match search sense amplifier 17, and a mismatch signal is output.
【0046】一方、同一セレクトワード線に接続される
メモリペアのメモリセル間で電位干渉を起こさないため
に、メモリペア11の場合は、蓄積データ“0”L(ロ
ウ)と検索データ“0”L(ロウ)が一致しており、メ
モリセル11bはオフの状態を保ちデータ線1bと一致
検索線16は非接続の状態を保つ必要がある。On the other hand, in order to prevent potential interference between the memory cells of the memory pair connected to the same select word line, in the case of the memory pair 11, the stored data "0" L (low) and the search data "0" L (row) matches, the memory cell 11b must be kept off, and the data line 1b and the match search line 16 must be kept disconnected.
【0047】ここで、メモリセル11bのゲート、ドレ
イン電位差VGDはVW−VHおよびゲート、ソース電
位差VGSは、VW−VSとなる。すなわち、 VGD=(セレクトワード線15のH電圧)−(データ線1bのH電圧) =VW−VH VGS=(セレクトワード線15のH電圧)−(一致検索線の電圧) =VW−VS 一方、このEEPROMメモリセル11bのしきい値電
圧Vtは、低しきい値電圧VtLである。本発明におい
ては、上記式(I)および(II)を満足するように調
整されているのでVGD=VW−VH<VtLかつV
GS=VW−VS<VtLであるので、EEPROMメ
モリセル11bはオンしない。従って、データ線1bと
一致検索線1bは非接続の状態を保つ。Here, the gate and drain of the memory cell 11b are
IN potential difference VGDIs VW-VHAnd gate and source voltage
Difference VGSIs VW-VSBecomes That is, VGD= (H voltage of select word line 15) − (H voltage of data line 1b) = VW-VH VGS= (H voltage of select word line 15) − (voltage of match search line) = VW-VS On the other hand, the threshold voltage of this EEPROM memory cell 11b is
The voltage Vt is equal to the low threshold voltage VtLIt is. In the present invention
In order to satisfy the above formulas (I) and (II),
VGD= VW-VH<VtLAnd V
GS= VW-VS<VtLTherefore, the EEPROM memory
The molycell 11b does not turn on. Therefore, the data line 1b and
The match search line 1b remains disconnected.
【0048】つまり、一致検索動作時に各信号線(ワー
ド線15、データ線1a、1b、2a、2bおよび一致
検索線16)の電圧VW 、VH 、VL 、VS とEEPR
OMメモリセル11a、11b、12a、12bのしき
い値電圧、特にセル11bおよび12aの低しきい値電
圧VtLとの関係を調整しているので、メモリセル12a
のみがオンし、メモリセル11bはオフとすることがで
きる。この結果、データ線1bの“1”H(ハイ)電位
VH からデータ線2aの“0”L(ロウ)電位VL への
貫通電流を防止あるいは制御することができる。That is, the voltages V W , V H , V L , V S and EEPR of the signal lines (word line 15, data lines 1a, 1b, 2a, 2b and match search line 16) during the match search operation.
Since the relationship between the threshold voltages of the OM memory cells 11a, 11b, 12a, and 12b, particularly the low threshold voltage V tL of the cells 11b and 12a is adjusted, the memory cells 12a
Only one can be turned on and the memory cell 11b can be turned off. As a result, a through current from the “1” H (high) potential V H of the data line 1 b to the “0” L (low) potential V L of the data line 2 a can be prevented or controlled.
【0049】従って、同一セレクトワード線15で制御
される多数のCAMセル11、12、……に、検索デー
タと記憶データとが不一致のセルと一致のセルが混在し
ていても、一致セルのEEPROMメモリセルは両方と
もオンせず、不一致セルの一方のEEPROMメモリセ
ルのみがオンするので、電位干渉を起こすことなく、確
実に一致検索線16の電位を降下させることができるの
で、この電圧をセンスアンプ17によって検出すること
により不一致を検出することができる。Therefore, even if a large number of CAM cells 11, 12,... Controlled by the same select word line 15 include a cell in which the search data does not match the storage data and a cell in which the search data does not match, Since both of the EEPROM memory cells are not turned on and only one of the mismatched cells is turned on, the potential of the match search line 16 can be reliably reduced without causing potential interference. The mismatch can be detected by the detection by the sense amplifier 17.
【0050】一方、同一のセレクトワード線15で制御
される多数のCAMセル11、12、……のすべてにお
いて、検索データと記憶データとが一致する時にはすべ
てのCAMセルのすべてのEEPROMメモリセルがオ
ンせず、データ線と一致検索線16とが電気的に接続さ
れることはないので、一致検索線16の電位はプリチャ
ージトランジスタ17aによるプリチャージ電圧VS か
ら変化しない。従ってこの電圧をセンスアンプ17によ
って検出することにより一致を検出することができる。On the other hand, when all the CAM cells 11, 12,... Controlled by the same select word line 15 match the search data and the stored data, all the EEPROM memory cells of all the CAM cells are replaced. Since it does not turn on and the data line and the match search line 16 are not electrically connected, the potential of the match search line 16 does not change from the precharge voltage V S by the precharge transistor 17a. Therefore, coincidence can be detected by detecting this voltage with the sense amplifier 17.
【0051】このように、常にメモリセル間の電位干渉
を生じさせることなく確実に一致検索動作させること
は、従来のメモリのしきい値電圧と各信号線の電圧が調
整されていない不揮発性タイプの連想メモリでは、不可
能である。このような不揮発性メモリのしきい値電圧と
各信号線の電圧の調整は、(1)各信号線の電圧に応じ
て、EEPROMの低しきい値電圧を上記式(I)およ
び(II)を満足するように調整あるいは設定することに
よって行う、または(2)使用する不揮発性メモリのし
きい値電圧、特に低しきい値電圧が決められている場合
には、各信号線の電圧、特に制御ワード線、第1および
第2のデータ線、一致検索線の電圧を上記式(I)およ
び(II)を満足するように調整または設定することによ
って行うことができる。As described above, it is possible to always perform the match search operation without causing potential interference between the memory cells. This is because the threshold voltage of the conventional memory and the voltage of each signal line are not adjusted. Is not possible with the associative memory. The adjustment of the threshold voltage of the non-volatile memory and the voltage of each signal line is performed by (1) changing the low threshold voltage of the EEPROM according to the above equations (I) and (II) according to the voltage of each signal line. Or (2) if the threshold voltage of the nonvolatile memory to be used, particularly the low threshold voltage, is determined, the voltage of each signal line, especially This can be performed by adjusting or setting the voltages of the control word line, the first and second data lines, and the match search line so as to satisfy the above equations (I) and (II).
【0052】上記(1)のEEPROMの低しきい値電
圧VtLの調整あるいは設定は、図2に示す高電圧パル
ス印加手段27によって行なうことができる。例えば、
従来のように、制御ワード線の電圧VW=5V、データ
“0”の入力データ線電圧VL、データ“1”の入力デ
ータ線電圧VH、一致検索線の電圧VS=1.5〜2.
0Vとする時、EEPROMの高しきい値電圧をVtH
>5V、低しきい値電圧を3.0V<VtL<5Vに設
定すればよい。このしきい値電圧Vtの調整または設定
は、図2に示すEEPROM20のように、高電圧パル
ス印加手段27によってコントロールゲート14に印加
する高電圧パルスの大きさや印加する回数を変えること
により、フローティングゲート13に注入するホットエ
レクトロンの量を調整または設定することにより行なえ
ばよいし、また、フローティングゲート13から電子を
引き抜いて行なえばよいし、さらには引き抜く電子の量
を調整または設定することにより行なえばよい。The adjustment or setting of the low threshold voltage VtL of the EEPROM (1) can be performed by the high voltage pulse applying means 27 shown in FIG. For example,
As is conventional, the voltage V W = 5V control word line, data "0" input data line voltage V L, the input data line voltage V H of the data "1", the voltage of the match line V S = 1.5 for ~ 2.
When the voltage is set to 0 V, the high threshold voltage of the EEPROM is set to V tH
> 5V, and the low threshold voltage may be set to 3.0V < VtL <5V. The threshold voltage Vt is adjusted or set by changing the magnitude of the high voltage pulse applied to the control gate 14 and the number of times of application by the high voltage pulse applying means 27 as in the EEPROM 20 shown in FIG. 13 may be performed by adjusting or setting the amount of hot electrons to be injected, or may be performed by extracting electrons from the floating gate 13, or by adjusting or setting the amount of electrons to be extracted. Good.
【0053】また、上記(2)の各信号線の電圧の調整
または設定を行なう場合は、図1に示すように、第1お
よび第2データ線のデータ“1”の電圧VHおよびデー
タ“0”の電圧VLを各々の電圧制御手段3によって、
制御ワード線15の駆動電圧VWを電圧制御手段4によ
って、一致検索線16の電圧をプリチャージトランジス
タ17aによって調整または設定することによって行な
うことができる。ここで、電圧制御手段3、4は、特に
限定はなく従来公知のものを用いることができる。例え
ば、図4に示すようなEEPROMを使う場合、すなわ
ちVtH>6.5V、VtL=0.5〜3.5Vである
場合、例えばVW=4.0V、VH=4.0V、VL=
0V、VS=4.0Vに設定すればよい。一致検索セン
スアンプとして図示例のダイナミックタイプの一致検索
センスアンプ17の代りに、データ読み出し時のセンス
アンプ6と同様な電流駆動(検出)型のセンスアンプを
用いてもよい。むしろ電流駆動型のセンスアンプは、定
常的な駆動電流を持たず、低消費電力であるダイナミッ
クタイプの一致検索センスアンプ17よりも一致検索線
16の電位を調整または設定しやすいので好ましい。When adjusting or setting the voltage of each signal line in the above (2), as shown in FIG. 1, the voltage VH and data "1" of the data "1" of the first and second data lines are used. The voltage VL of 0 ″ is changed by each voltage control means 3.
The voltage control means 4 a driving voltage V W of the control word line 15, the voltage of the match line 16 can be performed by adjusting or setting the precharge transistor 17a. Here, the voltage control means 3 and 4 are not particularly limited, and conventionally known means can be used. For example, when an EEPROM as shown in FIG. 4 is used, that is, when V tH > 6.5 V and V tL = 0.5 to 3.5 V, for example, V W = 4.0 V, V H = 4.0 V, V L =
0 V and V S may be set to 4.0 V. Instead of the dynamic type match search sense amplifier 17 in the illustrated example, a current drive (detection) type sense amplifier similar to the sense amplifier 6 at the time of data reading may be used as the match search sense amplifier. Rather, a current drive type sense amplifier is preferable because it does not have a steady drive current and is easier to adjust or set the potential of the match search line 16 than a dynamic type match search sense amplifier 17 consuming less power.
【0054】以上、上述の例ではEEPROMメモリセ
ルを2ビット1組としたCAMセルを代表例にあげて説
明したが、本発明はこれに限定されることはなく、通常
の不揮発性メモリセル(マスクROM、EPROM等)
にも適応できることはいうまでもない。As described above, the CAM cell in which the EEPROM memory cell is a set of two bits is described as a representative example in the above-described example. However, the present invention is not limited to this, and the normal nonvolatile memory cell ( Mask ROM, EPROM, etc.)
Needless to say, it can also be applied to.
【0055】さらに、本発明の連想メモリ装置は、より
高集積化のために、一致検索線、センスアンプ(S.
A.)、第1のデータ線(ビット線)、第2のデータ線
(ビットバー線)を共通化した構造(特願平3−232
073号明細書参照)に適応してもよい。Further, the associative memory device of the present invention uses a match search line and a sense amplifier (S.
A. ), A structure in which a first data line (bit line) and a second data line (bit bar line) are shared (Japanese Patent Application No. 3-232).
073).
【0056】また、これまでは全てNOR型のメモリセ
ルについて説明してきたが、NAND型のCAMセルに
ついても、本発明は適用可能である(このNAND型構
造に関しては、特願平3−239890号明細書参
照)。Further, although all the NOR type memory cells have been described so far, the present invention can be applied to a NAND type CAM cell (for this NAND type structure, Japanese Patent Application No. 3-239890). See specification).
【0057】[0057]
【発明の効果】本発明によれば、不揮発性メモリを2ビ
ット1組とするCAM構造における一致検索時の各メモ
リセル間の貫通電流を防止または制御して、多数のメモ
リセルの一致検索を相互干渉なく、高速で行なうことが
できる。また、各信号線の電圧が大きく変えられないも
のでも、メモリセルの低しきい値電圧を所要値に設定す
ることにより、また、従来のメモリセルのように各CA
Mセルを構成するメモリセルのしきい値電圧等のバラツ
キが大きいものでも、各信号線の電圧を調整することに
より、一致検索時の各CAMセル間の電気的衝突をなく
すことができるものであり、極めて高いメモリセル選択
の自由度を持つものである。According to the present invention, it is possible to prevent or control a through current between memory cells at the time of a match search in a CAM structure in which a non-volatile memory is a set of 2 bits, thereby performing a match search of a large number of memory cells. It can be performed at high speed without mutual interference. Even if the voltage of each signal line cannot be largely changed, the low threshold voltage of the memory cell is set to a required value, and each of the CAs is different from the conventional memory cell.
By adjusting the voltage of each signal line, it is possible to eliminate the electrical collision between the CAM cells at the time of a match search even if the memory cells constituting the M cell have large variations such as the threshold voltage. And has an extremely high degree of freedom in selecting a memory cell.
【0058】また、このCAMを近年重要視されている
データベースメモリとして使用することにより、極めて
高速な任意キーワード検索機能を持つ大容量データベー
スシステムが実現できる。Further, by using the CAM as a database memory which has been regarded as important in recent years, a large-capacity database system having an extremely high-speed arbitrary keyword search function can be realized.
【図1】 本発明に係る連想メモリ装置の一実施例の構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an associative memory device according to the present invention.
【図2】 本発明に係る連想メモリ装置に用いられるE
EPROMメモリセルの一実施例の構成図である。FIG. 2 shows an E used in the content addressable memory device according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment of an EPROM memory cell.
【図3】 本発明に係る連想メモリ装置を説明するため
のスタック型メモリによる構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a stack type memory for explaining an associative memory device according to the present invention.
【図4】 図3に示す連想メモリ装置に用いられるスタ
ック型メモリセルのしきい値電圧の分布図である。4 is a distribution diagram of threshold voltages of stacked memory cells used in the content addressable memory device shown in FIG. 3;
1a、1b、2a、2b データ線 3、4 電圧制御手段 5 選択回路 6 センスアンプ 11a、11b、12a、12b EEPROMセル 11、12 CAMメモリセル 13 フローティングゲート 14 コントロールゲート 15 セレクトワード線 16 一致検索線 17 一致検索センスアンプ 17a プリチャージトランジスタ 18 接地トランジスタ 19 一致検索データ 20 EEPROMメモリセル 21 P基板 22 ソース電極 23 ドレイン電極 24 トンネル酸化膜 25 フローティングゲート 26 コントロールゲート 27 高電圧パルス印加手段 1a, 1b, 2a, 2b Data line 3, 4 Voltage control means 5 Selection circuit 6 Sense amplifier 11a, 11b, 12a, 12b EEPROM cell 11, 12 CAM memory cell 13 Floating gate 14 Control gate 15 Select word line 16 Match search line Reference Signs List 17 Match search sense amplifier 17a Precharge transistor 18 Ground transistor 19 Match search data 20 EEPROM memory cell 21 P substrate 22 Source electrode 23 Drain electrode 24 Tunnel oxide film 25 Floating gate 26 Control gate 27 High voltage pulse applying means
Claims (3)
接続または非接続を定義する第1の不揮発性メモリセル
と、これに対し第2のデータ線から前記一致検索線への
電気的接続または非接続を定義する第2の不揮発性メモ
リセルと、これら第1および第2の不揮発性メモリセル
を制御する制御ワード線とを1組の検索メモリワードブ
ロックとする連想メモリ装置であって、データ検索時の
各信号線の電圧と不揮発性メモリセルのしきい値電圧と
が下記式(I)および(II)を同時に満足するように調
整されていることを特徴とする連想メモリ装置。 VW −VH <VtL<VW −VL <VtH (I) VW −VS <VtL (II) ただし、 VtL:前記不揮発性メモリセルの低しきい値電圧 VtH:前記不揮発性メモリセルの高しきい値電圧 VW :前記制御ワード線の電圧 VH :前記データ線の“1”データを示す電圧 VL :前記データ線の“0”データを示す電圧 VS :前記データ検索時の前記一致検索線の電圧 である。1. A first nonvolatile memory cell defining an electrical connection or disconnection from a first data line to a match search line, and an electrical connection from a second data line to the match search line. And a control word line for controlling the first and second nonvolatile memory cells as a set of search memory word blocks. Wherein the voltage of each signal line and the threshold voltage of the nonvolatile memory cell at the time of data search are adjusted so as to simultaneously satisfy the following expressions (I) and (II). . V W -V H <V tL < V W -V L <V tH (I) V W -V S <V tL (II) , however, V tL: low threshold voltage V tH of the nonvolatile memory cells: High threshold voltage of the nonvolatile memory cell V W : voltage of the control word line V H : voltage indicating “1” data of the data line VL : voltage V S indicating “0” data of the data line : Voltage of the match search line at the time of the data search .
および(II)を満足するしきい値電圧をもつ不揮発性ト
ランジスタにより構成されていることを特徴とする請求
項1に記載の連想メモリ装置。2. The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein
2. The associative memory device according to claim 1, comprising a nonvolatile transistor having a threshold voltage satisfying (II) and (II).
て、さらに、前記データ検索時の電圧を上記式(I)お
よび(II)を同時に満足するように設定する手段を有す
ることを特徴とする連想メモリ装置。3. The associative memory device according to claim 1, further comprising means for setting the voltage at the time of the data search so as to simultaneously satisfy the expressions (I) and (II). Associative memory device.
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