具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

图1示意性地示出了本实施例一种实施方式的半导体存储器部分结构的框图。如图1所示，半导体存储器20包括DQ端口24、存储块(Bank)26以及读操作电路。其中，读操作电路包括全局总线(Global Bus)、翻转标识(Flag)信号线、数据判断模块23、数据缓冲模块(Data Buffer)22、数据接收模块25以及并串转换电路21。在一种实施方式中，半导体存储器20为DRAM，如第四代双倍速率同步动态随机存储器(Double Data Rate SDRAM 4，简称DDR4)。

在一个示例中，如图1所示，一次激活(Active)命令打开唯一指定的存储块26，读操作也只能针对一个存储块26进行。也就是说，当八个存储块26(即Bank<7:0>)中有一个Bank工作的时候，其他Bank不工作。通过读操作电路，存储块26中的读取数据D<127:0>通过DQ端口24输出8位输出数据DQ<7:0>。需要说明的是，存储块26的数量、每个存储块26的数据位数以及DQ端口24的数据位数和数量，本实施例不作限定。例如：DQ端口24也可以为一个，用作输出16位输出数据；DQ端口24也可以为两个，即每个DQ端口24用作输出8位输出数据。

例如，如图2所示，输出数据DQ<7:0>通过上述的一个读操作电路对一组存储块Bank<7:0>执行读操作而得到；输出数据DQ<15:8>通过上述的另一个读操作电路对另一组存储块Bank<15:8>执行读操作而得到。相应地，与DQ<15:8>对应的八个存储块26(即Bank<15:8>)中，当有一个Bank工作的时候，其他Bank不工作。

半导体存储器20为阵列式结构，各单元结构可以相同，但因输入的数据不同，各单元输出的数据可能不同。下面以其中一个存储块为例，介绍本实施例的读操作电路。

数据判断模块23连接于存储块26，用于从存储块26中读出读取数据，如D<127:0>，并根据读取数据中为低的数据的位数，确定是否翻转读取数据，以输出供全局总线传输的全局总线数据和供Flag信号线传输的Flag数据。其中，数据为高可以是数据等于“1”，数据为“低”可以是数据等于“0”。数据的翻转可以理解为从“0”变为“1”，或者，从“1”变为“0”。数据线或信号线的翻转可以理解为高电平变为低电平，或低电平变为高电平。

在一种实施方式中，数据判断模块23用于在读取数据中为低的数据的位数大于预设值的情况下，将读取数据的翻转数据作为全局总线数据输出，并将Flag数据置为高；以及在读取数据中为低的数据的位数小于等于预设值的情况下，将原始的读取数据作为全局总线数据输出，并将Flag数据置为低。

在一个示例中，多位读取数据没有被分组，即Flag数据可以为一位。在一个示例中，多位读取数据可以被分组。例如：在一种实施方式中，读取数据和全局总线数据均被划分为M组，Flag数据为M位，M位Flag数据与M组读取数据一一对应，并且M位Flag数据与M组全局总线数据一一对应，其中，M为大于1的整数。

进一步地，每组读取数据可以为N位，其中，N为大于1的整数，数据判断模块23用于在输入的一组读取数据中为低的数据的位数大于N/2的情况下，将输入的一组读取数据的翻转数据作为对应的一组全局总线数据输出，并将输入的一组读取数据对应的一位Flag数据置为高；以及在输入的一组读取数据中为低的数据的位数小于等于N/2的情况下，将输入的一组读取数据作为对应的一组全局总线数据输出，并将输入的一组读取数据对应的一位Flag数据置为低。

例如：读取数据D<127:0>被划分为16组，每组读取数据为8位，每组读取数据与一位Flag数据对应。相应地，Flag数据为16位，如Flag<15:0>。全局总线数据D1′<127:0>相应也会被划分为16组。每一位Flag数据与一组全局总线数据对应。对于一组读取数据D<127:120>，如果D<127:120>中等于“0”的位数大于4位，则对应的Flag<15>＝1，输出的一组全局总线数据D1′<120:127>等于D<127:120>的翻转数据；如果读取数据中等于“0”的位数小于等于4位，则对应的Flag<15>＝0，输出的一组全局总线数据D1′<120:127>即为D<127:120>。

于是，当Flag<15>＝1时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<127：120>为存储块26(如Bank0)的读取数据D<127:120>的翻转数据；当Flag<15>＝0时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<127：120>即为存储块26(如Bank0)的读取数据D<127:120>，即读取数据D1′<127:120>＝D<127:120>。类似地，当Flag<1>＝1时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<15:8>为存储块26(如Bank0)的读取数据D<15:8>的翻转数据；当Flag<1>＝0时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<15:8>即为存储块26(如Bank0)的读取数据D<15:8>，即全局总线数据D1′<15:8>＝D<15:8>。当Flag<0>＝1时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<7:0>为存储块26(如Bank0)的读取数据D<7:0>的翻转数据；当Flag<0>＝0时，从数据判断模块23输出的全局总线数据D1′<7：0>即为存储块26(如Bank0)的读取数据D<7:0>，即全局总线数据D1′<7:0>＝D<7:0>。

在一个示例中，全局总线为多根且被划分为M(M为大于1的整数)组，每根全局总线传输一位全局总线数据。例如：全局总线为128根，128根全局总线分为16组。全局总线<0>传输全局总线数据D1′<0>；全局总线<1>传输全局总线数据D1′<1>；……；全局总线<127>传输全局总线数据D1′<127>。

在一个示例中，Flag信号线为16根，每根Flag信号线传输1位Flag数据，如Flag信号线<0>传输Flag数据Flag<0>，并且与全局总线数据D1′<7:0>对应，表征D1′<7:0>是否为翻转后的数据；Flag信号线<1>传输Flag数据Flag<1>，并且与全局总线数据D1′<15:8>对应，表征D1′<15:8>是否为翻转后的数据；……；Flag信号线<15>传输Flag数据Flag<15>，并且与全局总线数据D1′<127:120>对应，表征D1′<127:120>是否为翻转后的数据。

从而，在全局总线上传输的全局总线数据D1′<127:0>中，为“1”的数据较多。相应地，在图2所示的半导体存储器20中，256位的全局总线数据(包括与DQ<7:0>对应的128位全局总线数据和与DQ<15:8>对应的128位全局总线数据)中，为“1”的数据较多。

数据缓冲模块22通过全局总线连接于存储块26，预充电模块27连接于预充电信号线(Precharge)，用于将全局总线的初始态设置为高。也就是说，本实施例中，半导体存储器20采用的是Precharge上拉的全局总线传输结构。

图3示意性地示出了本实施例一种实施方式的数据缓冲模块22和预充电模块27的电路图(对应于一个存储块26)。图4示意性地示出了本实施例一种实施方式的数据缓冲模块22和预充电模块27的电路图(对应于8个存储块26)。

如图3和图4所示，数据缓冲模块22包括多个NMOS(Negative Channel MetalOxide Semiconductor)晶体管222，预充电模块27包括多个PMOS(Positive Channel MetalOxide Semiconductor)晶体管221、和多个保持(hold)电路223。其中，PMOS晶体管221的栅极连接于预充电信号线，PMOS晶体管221的漏极连接于全局总线；NMOS晶体管222的栅极连接于存储块26，NMOS晶体管222的漏极连接于全局总线(Global Bus)；保持电路223的输入和输出端连接于全局总线，从而形成正反馈电路。

Precharge的作用是将每根全局总线的初始态设置为高，具体过程为Precharge产生一个上拉脉冲(pulse，大约2ns左右)，将相应的某根全局总线上拉片刻，保持电路223形成正反馈并将这根全局总线锁在高电平，但是该保持电路223的上拉和下拉电流的能力比较弱；当某根全局总线需要变为低电平的时候，将代表这根全局总线对应的数据线(即对应的NMOS晶体管222的栅极上连接的数据线)拉高一下(也是一个pulse，大约2ns左右)，这样相应的NMOS晶体管222就会将这根全局总线下拉片刻(下拉能力大于保持电路223的上拉能力)，然后会通过正反馈将这根全局总线锁到低电平，完成数据线的翻转动作。由于全局总线数据D1′<127:0>中，为“1”的数据较多，因此需要的翻转动作就会较少。因此，半导体存储器的IDD4R(读出电流)将会被降低，从而可以降低半导体存储器的功耗。

在一种实施方式中，如图5所示，数据判断模块23包括数据判断单元231和数据选择器232。

数据判断单元231的输入端通过局部总线(local Bus)连接于存储块26，数据判断单元231的输出端与Flag信号线连接，并与数据选择器232的输入端连接。数据判断单元231用于在读取数据中为低的数据的位数大于预设值的情况下，将Flag数据置为高；以及在读取数据中为低的数据的位数小于等于预设值的情况下，将Flag数据置为低。

在一个示例中，数据判断单元231可以包括多个数据判断子单元，每个数据判断子单元用于处理一组读取数据，进而输出一位Flag数据。例如：数据选择单元子单元可以有16个，分别对应于16组读取数据，进而输出16位Flag数据，其中，每组读取数据可以有8位。

数据选择器232的输入端连接于数据判断单元231，用于通过数据判断单元231接收读取数据，数据选择器232的输入端还通过Flag信号线接收Flag数据，数据选择器232的输出端与全局总线连接。数据选择器232用于在Flag数据为高的情况下，将读取数据的翻转数据作为全局总线数据输出；以及在Flag数据为高的情况下，将原始的读取数据作为全局总线数据输出。

在一种实施方式中，数据选择器232包括多个数据选择单元232′，每个数据选择单元232′用于处理一位Flag数据和一组读取数据。例如：数据选择单元232′可以有16个，分别对应于16组读取数据和一位Flag数据，每组读取数据可以有8位。

图6示出了数据选择单元232′的一种实现方式。如图6所示，数据选择单元232′包括第一反相器232A、第二反相器232B、第一传输门232C和第二传输门232D。

第一反相器232A的输入端通过Flag信号线接收Flag数据；第二反相器232B的输入端连接于数据判断单元231，用于从数据判断单元231接收读取数据；第一传输门232C的输入端连接于第二反相器232B的输出端，第一传输门232C的输出端与全局总线连接，用于输出全局总线数据，第一传输门232C的反控制端(图6中的上方控制端)连接于第一反相器232A的输出端，第一传输门232C的正控制端(图6中的下方控制端)通过Flag信号线接收Flag数据；第二传输门232D的输入端连接于数据判断单元231，用于从数据判断单元231接收读取数据，第二传输门232D的输出端与全局总线连接，用于输出全局总线数据，第二传输门232D的反控制端通过Flag信号线接收Flag数据，第二传输门232D的正控制端连接于第一反相器232A的输出端。

以Flag<0>和读取数据D<7:0>为例，如图6所示，当Flag＝1时，全局总线数据D1′<7:0>为读取数据D<7:0>的翻转数据；当Flag＝0时，全局总线数据D1′<7:0>即为读取数据D<7:0>。

需要说明的是，一组第二反相器232B、第一传输门232C和第二传输门232D用于处理一位读取数据，输出一位对应的全局总线数据。也就说说，对应于8位的读取数据D<7:0>，第二反相器232A、第一传输门232C和第二传输门232D也应当有8组，进而输出8位的全局总线数据D1′<7:0>。

如图1、图2和图7所示，本实施例中的读操作电路还包括数据接收模块25，分别与全局总线和Flag信号连接，用于根据Flag数据，确定是否翻转全局总线数据，以输出缓存数据。例如：在Flag数据为高的情况下，将全局总线数据的翻转数据作为缓存数据输出；以及在Flag数据为低的情况下，将原始的全局总线数据作为缓存数据输出。

由此，缓存数据恢复为存储块26中的读取数据。进而，半导体存储器20的外部端口，如DQ端口24以及DBI端口(图中未示出)的数据和功能都不会被改变。

在一种实施方式中，数据接收模块25可以包括多个数据接收单元250，每个数据接收单元250用于处理一位Flag数据和一组全局总线数据。例如：数据接收单元250可以有16个，分别对应于16组全局总线数据和一位Flag数据。图8示出了数据接收单元250的一种实现方式。

如图8所示，数据接收单元250包括第三反相器251、第四反相器252、第三传输门253和第四传输门254。

第三反相器251的输入端通过Flag信号线接收Flag数据；第四反相器252的输入端通过全局总线接收全局总线数据；第三传输门253的输入端连接于第四反相器252的输出端，第三传输门253的输出端与并串转换电路21连接，用于向并串转换电路21输出缓存数据，第三传输门253的反控制端(图8中的上方控制端)连接于第三反相251器的输出端，第三传输门253的正控制端通过Flag信号线接收Flag数据；第四传输门254的输入端通过全局总线接收全局总线数据，第四传输门254的输出端与并串转换电路21连接，用于向并串转换电路21输出缓存数据，第四传输门254的反控制端(图8中的上方控制端)通过Flag信号线接收Flag数据，第四传输门254的正控制端(图8中的下方控制端)连接于第三反相器251的输出端。

以Flag<0>和全局总线数据D1′<7:0>为例，如图8所示，当Flag＝1时，缓存数据D2′<7:0>为全局总线数据D1′<7:0>的翻转数据；当Flag＝0时，缓存数据D2′<7:0>即为全局总线数据D1′<7:0>，即D2′<7:0>＝D1′<7:0>。

需要说明的是，一组第四反相器252、第三传输门253和第四传输门254用于处理一位全局总线数据，输出一位对应的缓存数据。也就说说，对应于8位的全局总线数据D1′<7:0>，第四反相器252、第三传输门253和第四传输门254也应当有8组，进而输出8位的缓存数据D2′<7:0>。

如图1和图2所示，本实施例的读操作电路还包括并串转换电路21。并串转换电路21连接于数据接收模块25，用于对缓存数据进行并串转换，以生成DQ端口24的输出数据，并通过数据总线(data bus)传输给DQ端口24。例如：并串转换电路21对Bank0对应的128位的缓存数据D2′<127:0>进行并串转换，进而生成8位的输出数据DQ<7:0>。

根据本实施例的半导体存储器20，在从半导体存储器20读出数据(DQ<7:0>＝<00000000>；DQ<15:8>＝<00000000>)的过程中，全局总线数据为256位，如果需要256位全局总线数据翻转，将变成只有32位Flag数据在翻转，IDD4R电流将会大幅压缩。

本实施例的半导体存储器20在实际应用中还包括灵敏放大器、预充电电路等其他结构，因其均为现有技术本实施例在此不复赘述。

图9示出示意性地示出了本实施例一种实施方式的读操作方法的流程图。该读操作方法可以应用上述的半导体存储器20中。如图9所示，该读操作方法可以包括：

步骤S901、将全局总线的初始态设置为高；

步骤S902、从存储块中读出读取数据；

步骤S903、根据读取数据中为低的数据的位数，确定是否翻转读取数据，以输出供全局总线传输的全局总线数据和供翻转标识信号线传输的翻转标识数据；

步骤S904、根据翻转标识数据，确定是否翻转全局总线数据，以输出缓存数据；

步骤S905、对缓存数据进行并串转换，以生成DQ端口的输出数据。

在一种实施方式中，在步骤S903中可以包括：在读取数据中为低的数据的位数大于预设值的情况下，将读取数据的翻转数据作为全局总线数据输出，并将Flag数据置为高；在读取数据中为低的数据的位数小于等于预设值的情况下，将原始的读取数据作为全局总线数据输出，并将Flag数据置为低。

在一种实施方式中，在步骤S903中可以包括：将读取数据划分为M组，其中，每组读取数据为N位，M和N均为大于1的整数；在输入的一组读取数据中为低的数据的位数大于N/2的情况下，将输入的一组读取数据的翻转数据作为对应的一组全局总线数据输出，并将输入的一组读取数据对应的一位翻转标识数据置为高；在输入的一组读取数据中为低的数据的位数小于等于N/2的情况下，将输入的一组读取数据作为对应的一组全局总线数据输出，并将输入的一组读取数据对应的一位翻转标识数据置为低。

本申请实施例提供的读操作电路，应用于全局总线传输结构为Precharge上拉的半导体存储器，通过数据判断模块对读取数据进行翻转，可以实现全局总线上传输为“1”的数据较多，从而减少内部全局总线翻转次数，可以大幅压缩电流，降低功耗。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本申请的各方面。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

此外，虽然已经参考若干具体实施方式描述了本申请的精神和原理，但是应该理解，本申请并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本申请旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。