JP2009212736A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit.
近年、マイクロコンピュータ等に搭載される半導体集積回路では、低消費電力化の要求が厳しくなりつつある。 In recent years, the demand for low power consumption is becoming stricter in semiconductor integrated circuits mounted on microcomputers and the like.
低消費電力化を図るには、例えば、マイクロコンピュータ内で使用されていないモジュールへの電源電圧の供給を停止し、そのモジュールでの消費電流をゼロとする方法がある。しかしながら、モジュール内には、シフトレジスタや分周回路等のような揮発性のラッチ回路を有するものがあり、電源電圧の供給を停止したのではこれらのラッチ回路に保持されていたデータ信号が消失してしまう。 In order to reduce power consumption, for example, there is a method in which supply of power supply voltage to a module not used in the microcomputer is stopped, and current consumption in the module is reduced to zero. However, some modules have a volatile latch circuit such as a shift register or a frequency divider, and if the supply of power supply voltage is stopped, the data signals held in these latch circuits are lost. Resulting in.
これを解決するため、ラッチ回路に強誘電体キャパシタを補助的に設け、そのラッチ回路に保持されているデータ信号を強誘電体キャパシタに保持させた後に、電源電圧の供給を停止する方法が提案されている(特許文献1)。 In order to solve this problem, a method is proposed in which a ferroelectric capacitor is supplementarily provided in the latch circuit, and the supply of the power supply voltage is stopped after the data signal held in the latch circuit is held in the ferroelectric capacitor. (Patent Document 1).
図1は、特許文献1が開示するラッチ回路5の要部を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a
この回路5では、保持されているデータ信号がインバータ1の出力端子Mから出力される。そして、インバータ1の入力端子Nと出力端子Mには、それぞれ強誘電体キャパシタ2、3が接続されている。なお、各強誘電体キャパシタ2、3の一方の電極は、それぞれ端子Pに共通に接続されており、ラッチ回路5に電源電圧を供給しているときは接地電位にされる。
In this
強誘電体キャパシタ2、3は、強誘電体薄膜の分極を利用してデータ信号を保持するものであり、電源を切った後でもデータ信号を保持する不揮発性メモリとして機能する。
The
したがって、ラッチ回路5に電源電圧の供給を停止した後でも、入力端子Nと出力端子Mの電位が強誘電体キャパシタ2、3に保持される。そして、電源電圧の供給を再び開始した後に、強誘電体キャパシタ2、3に保持されていた電位がラッチ回路5に取り込まれ、データ信号の消失が防止される。
Therefore, even after the supply of the power supply voltage to the
ところで、電源電圧が供給されている状態では、インバータ1の入力端子Nと出力端子Mの電位はそれぞれ逆の電位となり、一方がL電位で他方がH電位となる。また、端子Pは接地電位となっているから、強誘電体キャパシタ2、3のどちらか一方には必ずH電位が印加されることになる。また、インバータ1の出力が反転することで、各強誘電体キャパシタ2、3に保持される電位も反転する。
By the way, in the state where the power supply voltage is supplied, the potentials of the input terminal N and the output terminal M of the
ところが、このように強誘電体キャパシタ2、3の電位が繰り返し反転したり、同じ電位が強誘電体キャパシタ2、3に長時間印加されると、強誘電体キャパシタ2、3のインプリント特性が劣化してしまう。
However, when the potentials of the
図2は、強誘電体キャパシタのインプリント特性の劣化を模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing deterioration of imprint characteristics of the ferroelectric capacitor.
同図において、横軸は強誘電体キャパシタの電極間の電圧Vを示し、縦軸は強誘電体薄膜の残留分極電荷量Qswを示す。 In the figure, the horizontal axis indicates the voltage V between the electrodes of the ferroelectric capacitor, and the vertical axis indicates the residual polarization charge amount Qsw of the ferroelectric thin film.
そして、実線で示される曲線は、インプリント特性が劣化していない状態での強誘電体キャパシタのヒステリシス曲線である。 A curve indicated by a solid line is a hysteresis curve of the ferroelectric capacitor in a state where the imprint characteristics are not deteriorated.
インプリント特性が劣化すると、ヒステリシス曲線は点線で示されるように下側にシフトする。こうなると、例えば電圧が0のときの残留分極量が、元々はQsw1であったものがQsw2に低下し、強誘電体キャパシタにデータを書き込みにくくなってしまう。 When the imprint characteristic deteriorates, the hysteresis curve shifts downward as indicated by a dotted line. In this case, for example, the amount of remanent polarization when the voltage is 0 is originally Qsw1 is reduced to Qsw2, and it becomes difficult to write data to the ferroelectric capacitor.
この他に、本発明に関連する技術が次の特許文献3にも開示されている。
ラッチ回路のデータ信号を強誘電体キャパシタに保持させる半導体集積回路において、強誘電体キャパシタのインプリント特性の劣化を防止することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent deterioration of imprint characteristics of a ferroelectric capacitor in a semiconductor integrated circuit in which a ferroelectric capacitor holds a data signal of a latch circuit.
本発明の一観点によれば、データ信号を保持する信号保持部と、前記信号保持部にスイッチを介して電気的に接続された強誘電体キャパシタとを備えたラッチ回路を有し、所定の期間内のみ前記スイッチをオン状態にし、前記データ信号の電位に応じた残留分極量を前記強誘電体キャパシタに保持させる半導体集積回路が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a latch circuit including a signal holding unit that holds a data signal, and a ferroelectric capacitor that is electrically connected to the signal holding unit via a switch. There is provided a semiconductor integrated circuit in which the switch is turned on only during a period, and the ferroelectric capacitor holds a residual polarization amount corresponding to the potential of the data signal.
本発明によれば、強誘電体キャパシタにデータ信号を保持させるので、所定の期間を経過した後においてラッチ回路への電源電圧の供給を停止しても、データ信号が消失することがない。しかも、その強誘電体キャパシタは、スイッチがオン状態になったときだけ信号保持部と電気的に接続されるので、強誘電体キャパシタの両極板間に長期間にわたって電圧が印加されず、強誘電体キャパシタのインプリント特性の劣化を防止できる。 According to the present invention, since the data signal is held in the ferroelectric capacitor, the data signal is not lost even if the supply of the power supply voltage to the latch circuit is stopped after a predetermined period. In addition, since the ferroelectric capacitor is electrically connected to the signal holding unit only when the switch is turned on, no voltage is applied between the bipolar plates of the ferroelectric capacitor over a long period of time. Deterioration of imprint characteristics of the body capacitor can be prevented.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
なお、以下の各実施形態では、ある信号「S」の反転信号を記号「S\」で表す。また、ある端子「T」に入力される信号の反転信号が入力される端子を記号「TX」で表す。 In the following embodiments, an inverted signal of a certain signal “S” is represented by a symbol “S \”. A terminal to which an inverted signal of a signal input to a certain terminal “T” is input is represented by a symbol “TX”.
(1)第1実施形態
図3は、本実施形態に係る半導体集積回路が備えるラッチ回路10の回路図である。
(1) First Embodiment FIG. 3 is a circuit diagram of a
このラッチ回路10は、第1〜第3クロックドインバータINV1〜INV3と、第1、第2トランスファトランジスタTR1、TR2と、第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2とを有する。
The
このうち、第3クロックドインバータINV3は、入力端子Dからデータ信号Dを取り込む入力部11として機能するものであって、電源線と接地線との間にpチャンネルトランジスタP1、P2とnチャンネルトランジスタN1、N2とを直列に接続してなる。
Among these, the third clocked inverter INV3 functions as the
pチャンネルトランジスタP1とnチャンネルトランジスタN1のそれぞれのゲートは接続されており、これらのゲートにデータ信号Dが印加される。また、nチャンネルトランジスタN2のゲートには端子Cからクロック信号が入力され、pチャンネルトランジスタP2のゲートには端子CXからクロック信号の反転信号が入力される。 The gates of the p-channel transistor P1 and the n-channel transistor N1 are connected, and the data signal D is applied to these gates. The clock signal is input from the terminal C to the gate of the n-channel transistor N2, and the inverted signal of the clock signal is input from the terminal CX to the gate of the p-channel transistor P2.
また、第3クロックドインバータINV3の出力端にはリセットトランジスタTR3のソース/ドレインが接続される。そのリセットトランジスタTR3は、リセット信号RSTがH電位になったときにオン状態となり、第3クロックドインバータINV3の出力端の電位を接地電位にリセットする。以下では、特に断らない限り、リセット信号RSTがL電位でリセットトランジスタTR3がオフ状態になっているものとして説明する。 Further, the source / drain of the reset transistor TR3 is connected to the output terminal of the third clocked inverter INV3. The reset transistor TR3 is turned on when the reset signal RST becomes the H potential, and resets the potential at the output terminal of the third clocked inverter INV3 to the ground potential. In the following description, it is assumed that the reset signal RST is at the L potential and the reset transistor TR3 is in the OFF state unless otherwise specified.
このような第3クロックドインバータINV3では、クロック信号CがH電位となると、トランジスタN2、P2がオン状態となり、トランジスタN1、P1のオン・オフ状態に応じて接地電位GND又は電源電位VddがノードAに出力される。データ信号DがH電位のときは、トランジスタN1がオン状態でトランジスタP1がオフ状態となるので、ノードAに接地電位(L電位)GNDが出力される。データ信号DがL電位のときは、これとは逆に電源電位(H電位)VddがノードAに出力される。 In the third clocked inverter INV3, when the clock signal C becomes H potential, the transistors N2 and P2 are turned on, and the ground potential GND or the power supply potential Vdd is the node according to the on / off state of the transistors N1 and P1. Output to A. When the data signal D is at the H potential, the transistor N1 is on and the transistor P1 is off, so that the ground potential (L potential) GND is output to the node A. On the contrary, when the data signal D is at the L potential, the power supply potential (H potential) Vdd is output to the node A.
一方、クロック信号CがL電位となると、トランジスタN2、P2がオフ状態となるため、ノードAはハイインピーダンス状態となり、データ信号Dの電位レベルによらずにノードAの電位が固定される。 On the other hand, when the clock signal C becomes L potential, the transistors N2 and P2 are turned off, so that the node A is in a high impedance state, and the potential of the node A is fixed regardless of the potential level of the data signal D.
このように、第3クロックドインバータINV3は、クロック信号Cに同期してデータ信号Dを取り込み、その反転信号を後段に出力する機能を有する。 Thus, the third clocked inverter INV3 has a function of taking in the data signal D in synchronization with the clock signal C and outputting the inverted signal to the subsequent stage.
これと同様の機能を第1、第2クロックドインバータINV1、INV2も有する。 The first and second clocked inverters INV1 and INV2 have the same function as this.
第1、第2クロックドインバータINV1、INV2は、互いにループ状に接続されて、データ信号Dをラッチ(保持)するための信号保持部12として機能する。
The first and second clocked inverters INV1 and INV2 are connected to each other in a loop shape and function as a
このうち、第1クロックドインバータINV1は、直列に接続されたpチャンネルトランジスタP5、P6とnチャンネルトランジスタN5、N6とを有し、ノードAの電位を反転した電位をクロック信号C1に同期して出力端子Qに出力する。 Among these, the first clocked inverter INV1 has p-channel transistors P5 and P6 and n-channel transistors N5 and N6 connected in series, and a potential obtained by inverting the potential of the node A is synchronized with the clock signal C1. Output to output terminal Q.
一方、第2クロックドインバータINV2は、直列に接続されたpチャンネルトランジスタP3、P4とnチャンネルトランジスタN3、N4とを有し、ノードBの電位を反転した電位をクロック信号C2に同期してノードAに出力する。 On the other hand, the second clocked inverter INV2 includes p-channel transistors P3 and P4 and n-channel transistors N3 and N4 connected in series, and a potential obtained by inverting the potential of the node B is synchronized with the clock signal C2 to the node. Output to A.
このようなクロックドインバータINV1、INV2のうち、ラッチ回路10の出力側にある第1クロックドインバータINV1のことを出力バッファと呼び、第2クロックドインバータINV2のことを抵抗帰還部と呼ぶ場合もある。
Of such clocked inverters INV1 and INV2, the first clocked inverter INV1 on the output side of the
第1強誘電体キャパシタF1は、スイッチとして機能する第1トランスファトランジスタTR1を介して、第1、第2クロックドインバータINV1、INV2のインバータループの出力端に相当するノードBと電気的に接続される。 The first ferroelectric capacitor F1 is electrically connected to the node B corresponding to the output terminal of the inverter loops of the first and second clocked inverters INV1 and INV2 via the first transfer transistor TR1 functioning as a switch. The
そして、第2強誘電体キャパシタF2は、第2トランスファトランジスタTR2を介して、上記インバータループの入力端に相当するノードAと電気的に接続される。 The second ferroelectric capacitor F2 is electrically connected to the node A corresponding to the input terminal of the inverter loop via the second transfer transistor TR2.
なお、第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2の両電極のうち、ノードA、Bに接続されていない方の電極はプレート端子PLに接続される。 Of the electrodes of the first and second ferroelectric capacitors F1 and F2, the electrode not connected to the nodes A and B is connected to the plate terminal PL.
次に、このラッチ回路10のラッチ動作について説明する。
Next, the latch operation of the
データ信号Dをラッチするときには、トランスファトランジスタTR1、TR2はオフ状態となっており、第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2はそれぞれノードB、Aから切り離された状態となる。 When the data signal D is latched, the transfer transistors TR1 and TR2 are in an off state, and the first and second ferroelectric capacitors F1 and F2 are disconnected from the nodes B and A, respectively.
その後、ラッチすべきデータ信号Dが入力部11に入力され、クロック信号C、C1、C2の全てがH電位になると、第1、第2クロックドインバータINV1、INV2のループにデータ信号Dがラッチされ、該データ信号Dが出力端子Qから出力される。
Thereafter, the data signal D to be latched is input to the
この状態で、クロック信号C、C1、C2の中にL電位になるものが存在しても、ノードA、Bの電位レベルは変動しないので、データ信号Dのラッチ状態が維持され、出力端子Qからデータ信号Dが出力され続ける。 In this state, even if there are clock signals C, C1, and C2 that have an L potential, the potential levels of the nodes A and B do not fluctuate, so that the latched state of the data signal D is maintained and the output terminal Q Continues to output data signal D.
このようなラッチ回路10は、マイクロコンピュータが備えるCPUのモジュール内において、シフトレジスタ等の一部として使用するのが好適である。
Such a
その場合、データ信号Dやクロック信号C、C1、C2の電位レベルに変動がなく、第1〜第3トランジスタINV1〜INV3を構成するトランジスタのオン・オフ状態が変動しない場合でも、これらのトランジスタのソース−ドレイン間にリーク電流が流れることがある。 In this case, even if the potential levels of the data signal D and the clock signals C, C1, and C2 do not fluctuate and the on / off states of the transistors constituting the first to third transistors INV1 to INV3 do not fluctuate, A leak current may flow between the source and the drain.
そのリーク電流はマイクロコンピュータの低消費電力化を妨げるものであるから、この場合はラッチ回路10への電源電圧Vddの供給を停止し、リーク電流を0とするのが好ましい。
Since the leakage current hinders the reduction in power consumption of the microcomputer, in this case, it is preferable to stop the supply of the power supply voltage Vdd to the
このように電源電圧Vddの供給を停止するモードを以下ではスタンバイモードと呼ぶことにする。 The mode in which the supply of the power supply voltage Vdd is stopped in this manner is hereinafter referred to as a standby mode.
ラッチ回路10をスタンバイモードに移行させるには、次のような動作を行えばよい。
In order to shift the
図4は、スタンバイモードの前後におけるラッチ回路10の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the
スタンバイ移行期間では、クロック信号CをL電位にすることで、トランジスタN2、P2をオフ状態にし、ノードAをVddとGNDの双方から切り離す。なお、そのクロック信号Cは、マイクロコンピュータ内のシステムクロック信号CLに同期しており、システムクロック信号CL立ち上がりによりL電位となる。 In the standby transition period, by setting the clock signal C to the L potential, the transistors N2 and P2 are turned off, and the node A is disconnected from both Vdd and GND. Note that the clock signal C is synchronized with the system clock signal CL in the microcomputer, and becomes L potential when the system clock signal CL rises.
そして、リード信号RDをH電位にすることにより、第1、第2トランスファトランジスタTR1、TR2をオン状態にする。また、プレート信号PLをH電位とする。 Then, by setting the read signal RD to the H potential, the first and second transfer transistors TR1 and TR2 are turned on. Further, the plate signal PL is set to the H potential.
このとき、出力端子QからH電位のデータ信号Dが出力されている場合は、第1強誘電体キャパシタF1の両極板間の電位差がゼロとなるので、第1強誘電体キャパシタF1には残留分極は生じない。一方、L電位のノードAに電気的に接続されている第2強誘電体キャパシタF2では、両極板間の電位差がH電位となり、残留分極が生ずる。 At this time, when the data signal D of H potential is output from the output terminal Q, the potential difference between the two polar plates of the first ferroelectric capacitor F1 becomes zero, so that it remains in the first ferroelectric capacitor F1. Polarization does not occur. On the other hand, in the second ferroelectric capacitor F2 that is electrically connected to the node A at the L potential, the potential difference between the bipolar plates becomes the H potential, and remanent polarization occurs.
これとは逆に、出力端子QからL電位のデータ信号Dが出力されている場合には、残留分極は第1強誘電体キャパシタF1に生じ、第2強誘電体キャパシタF2には生じない。 On the contrary, when the data signal D of L potential is output from the output terminal Q, the remanent polarization occurs in the first ferroelectric capacitor F1, and does not occur in the second ferroelectric capacitor F2.
このようにしてスタンバイ移行期間が終了すると、電源電圧Vddの供給を停止し、ラッチ回路10はスタンバイモードとなる。
When the standby transition period ends in this way, the supply of the power supply voltage Vdd is stopped, and the
スタンバイモード中であっても、ラッチ回路10にラッチされていたデータ信号Dは、上記のように第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2に残留分極の形で保持されるので、データ信号Dが消失するおそれはない。
Even during the standby mode, the data signal D latched in the
一方、スタンバイモードから復帰させるには、スタンバイ復帰期間において、各クロック信号C、C1、C2をL電位にする。これにより、トランジスタP2、N2、P4、N4、P6、N6がオフ状態となり、ノードA、BがVddとGNDの双方から切り離される。 On the other hand, in order to recover from the standby mode, the clock signals C, C1, and C2 are set to the L potential during the standby recovery period. As a result, the transistors P2, N2, P4, N4, P6, and N6 are turned off, and the nodes A and B are disconnected from both Vdd and GND.
この状態で、リード信号RDをH電位にしてトランスファトランジスタTR1、TR2をオン状態にし、更にプレート信号PLをH電位にする。 In this state, the read signal RD is set to the H potential, the transfer transistors TR1 and TR2 are turned on, and the plate signal PL is set to the H potential.
ここで、スタンバイモード前にラッチされていたデータ信号DがH電位の場合は、第1強誘電体キャパシタF1に残留分極が生じていないので、強誘電体キャパシタF1の両極板間の電位差が0であり、ノードBの電位がプレート信号PLと同じH電位になる。一方、第2強誘電体キャパシタF2には残留分極が生じており、その残留分極電荷量に応じた分だけノードAの電位はPL端子よりも低いため、プレート信号PLの電位をH電位としてもノードAの電位はL電位となる。 Here, when the data signal D latched before the standby mode is at the H potential, since the residual polarization is not generated in the first ferroelectric capacitor F1, the potential difference between the bipolar plates of the ferroelectric capacitor F1 is zero. And the potential of the node B becomes the same H potential as the plate signal PL. On the other hand, remanent polarization occurs in the second ferroelectric capacitor F2, and the potential of the node A is lower than that of the PL terminal by an amount corresponding to the amount of remanent polarization charge. Therefore, even if the potential of the plate signal PL is set to the H potential. The potential of the node A becomes the L potential.
同様に、スタンバイモード前にラッチされていたデータ信号DがL電位のときは、ノードAの電位がH電位、ノードBの電位がL電位となる。 Similarly, when the data signal D latched before the standby mode is at the L potential, the potential of the node A is the H potential and the potential of the node B is the L potential.
このようにして、各ノードA、Bの電位がスタンバイモード移行前の状態に復帰される。 In this manner, the potentials of the nodes A and B are restored to the state before the transition to the standby mode.
この後は、通常の動作に戻り、入力端子Dから入力されるデータ信号Dが信号保持部12にラッチされる。
Thereafter, the normal operation is resumed, and the data signal D input from the input terminal D is latched by the
以上説明した本実施形態によれば、電源電圧の供給を停止してラッチ回路10をスタンバイモードにする場合であっても、ラッチされていたデータ信号Dが第1、第2強誘電体キャパシタQに保持されるので、そのデータ信号Dが消失しない。
According to the present embodiment described above, the latched data signal D is supplied to the first and second ferroelectric capacitors Q even when the supply of the power supply voltage is stopped and the
しかも、第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2の前段に第1、第2トランスファトランジスタTR1、TR2を設け、スタンバイモードへの移行期間やスタンバイ復帰期間のような所定期間のみこれらのトランジスタTR1、TR2をオン状態にし、これ以外の期間ではオフ状態にする。 In addition, first and second transfer transistors TR1 and TR2 are provided in front of the first and second ferroelectric capacitors F1 and F2, and these transistors TR1 are provided only for a predetermined period such as a transition period to a standby mode or a standby return period. , TR2 is turned on, and is turned off during other periods.
そのため、上記の所定期間以外の期間では、第1、第2強誘電体キャパシタF1、F2が信号保持部12から切り離され、ノードA、Bの電位が各強誘電体キャパシタF1、F2に印加されない。よって、各強誘電体キャパシタF1、F2にノードA、Bの電位が長時間印加されたり、これらのノードの電位の反転に伴って強誘電体キャパシタF1、F2の極板間の電位が繰り返し反転することがない。これにより、強誘電体キャパシタF1、F2が備える強誘電体薄膜のインプリント特性の劣化を防止することができるようになる。
Therefore, in periods other than the predetermined period, the first and second ferroelectric capacitors F1, F2 are disconnected from the
(2)第2実施形態
本実施形態では、第1実施形態で説明したラッチ回路をシフトレジスタに適用する。
(2) Second Embodiment In this embodiment, the latch circuit described in the first embodiment is applied to a shift register.
図5は、本実施形態に係る半導体集積回路が備えるシフトレジスタ20の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of the
このシフトレジスタ20は、CPU等のマイクロコンピュータの内部に設けられるものであって、第1〜第4ラッチ回路21〜24を有する。各ラッチ回路21〜24の各々の回路構成は、第1実施形態で説明したラッチ回路10(図3参照)のそれと同じである。
The
そして、前段のラッチ回路の出力端子Qが後段の入力端子Dに接続されると共に、クロック信号CLKが第1、第3ラッチ回路21、23のクロック端子Cに入力され、その半端信号CLK\が第2、第4ラッチ回路22、24の端子CXに入力される。
Then, the output terminal Q of the latch circuit in the previous stage is connected to the input terminal D in the subsequent stage, the clock signal CLK is input to the clock terminal C of the first and
また、各ラッチ回路21〜24のクロック端子C1、C2は共通であり、該クロック端子C1、C2にスタンバイ解除信号RDSTBが入力される。同様に、クロック端子CX1、CX2は各ラッチ回路21〜24に共通であり、スタンバイ解除信号RDSTBの反転信号RDSTB\がクロック端子CX1、CX2に入力される。
Also, the clock terminals C1 and C2 of the
図6は、このシフトレジスタ20の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
シリアルデータ取込期間では、第1ラッチ回路21の入力端子Dに入力されるシフトデータDSが、クロック信号CLKの立ち上がり時に第1ラッチ回路21にラッチされる。
そして、クロック信号CLKの次の立下り時にそのシフトデータSDが第2ラッチ回路22にラッチされる。このような動作がクロック信号CLKに同期して行われ、シフトデータDSが後段の第3、第4ラッチ回路23、24に順次シフトされていく。
In the serial data capture period, the shift data DS input to the input terminal D of the
The shift data SD is latched by the
シリアルデータ取込停止期間では、クロック信号CLKの供給が停止され、シリアルデータ取込停止期間の直前でのシフトデータDSが各ラッチ回路21〜24にラッチされる。
In the serial data acquisition stop period, the supply of the clock signal CLK is stopped, and the shift data DS immediately before the serial data acquisition stop period is latched by the
その後、スタンバイ移行期間に移り、このシフトレジスタ20を備えたマイクロコンピュータ内のスタンバイ信号STBに基づき、リード信号RDとプレート信号PLがH電位となる。
Thereafter, the operation shifts to the standby transition period, and the read signal RD and the plate signal PL become the H potential based on the standby signal STB in the microcomputer including the
これにより、第1実施形態で説明したように、各ラッチ回路21〜24にラッチされているシフトデータが、これらのラッチ回路内の強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持される。
Thereby, as described in the first embodiment, the shift data latched in each of the
この後に、スタンバイモードに移行し、シフトレジスタ20への電源電圧Vddの供給が停止され、シフトレジスタ20での消費電力がゼロとなる。
Thereafter, the standby mode is entered, the supply of the power supply voltage Vdd to the
そして、所定期間が経過した後、スタンバイ復帰期間に移る。 Then, after the predetermined period has elapsed, the process proceeds to the standby return period.
スタンバイ復帰期間では、スタンバイ解除信号RDSTBの立ち上がりに基づき、リード信号RDとプレート信号PLが共にH電位となる。これにより、第1実施形態で説明したように、強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持されていたシフトデータDSが第1〜第4ラッチ回路21〜24に取り込まれ、スタンバイモード前の状態に復帰する。
In the standby recovery period, both the read signal RD and the plate signal PL are at the H potential based on the rising edge of the standby release signal RDSTB. As a result, as described in the first embodiment, the shift data DS held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 (see FIG. 3) is taken into the first to
この後は、再びシリアルデータ取込期間に移り、シフトデータDSを各ラッチ回路21〜24に順次取り込んで行く。 Thereafter, the process shifts again to the serial data fetching period, and the shift data DS is sequentially fetched into the latch circuits 21-24.
以上説明した本実施形態によれば、図5を参照して説明したように、シフトレジスタ20の第1〜第4ラッチ回路21〜24に第1実施形態で説明したラッチ回路10を適用した。そのため、スタンバイモードにおいてシフトレジスタ20への電源電圧Vddの供給を停止しても、その直前に各ラッチ回路21〜24に保持されていたデータが、ラッチ回路21〜24のそれぞれの強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持されるので、データの消失を防止できる。
According to the present embodiment described above, the
しかも、第1実施形態で説明したように、その強誘電体キャパシタF1、F2には、スタンバイモードへの移行期間やスタンバイ復帰期間のみ電圧が印加されるので、電圧を長時間印加することによる強誘電体薄膜のインプリント特性の劣化を防止できる。 In addition, as described in the first embodiment, the ferroelectric capacitors F1 and F2 are applied with a voltage only during the transition period to the standby mode and during the standby recovery period. It is possible to prevent deterioration of the imprint characteristics of the dielectric thin film.
(3)第3実施形態
本実施形態では、第1実施形態で説明したラッチ回路をデータレジスタに適用する。
(3) Third Embodiment In this embodiment, the latch circuit described in the first embodiment is applied to a data register.
図7は、本実施形態に係る半導体集積回路が備えるデータレジスタ30の回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram of the data register 30 provided in the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment.
そのデータレジスタ30は、CPU等のマイクロコンピュータの内部に設けられるものであって、第1実施形態で説明したラッチ回路10とそれぞれ同じ回路構成の第1〜第8ラッチ回路31〜38を有する。
The data register 30 is provided inside a microcomputer such as a CPU, and includes first to
図示のように、各ラッチ回路31〜38は並列に設けられ、各々の端子Cにはアドレスデコーダ信号(クロック信号)ADDRが共通に入力される。そして、アドレスデコーダ信号ADDRの反転信号ADDR\が、各ラッチ回路31〜38の端子CXに共通に入力される。
As shown in the figure, the
更に、ラッチ回路31〜38のそれぞれの端子C1、C2にはスタンバイ解除信号RDSTBが共通に入力され、その反転信号RDSTB\がラッチ回路31〜38のそれぞれの端子CX1、CX2に入力される。
Further, the standby release signal RDSTB is commonly input to the terminals C1 and C2 of the
それらのラッチ回路31〜38のそれぞれの入力端子Dは独立しており、8ビットのデータバス信号DBUSのそれぞれのビットが各ラッチ回路31〜38の各々に取り込まれる。取り込まれた各ビットは、出力端子Qからデータレジスタ信号DRの各ビットとして出力され、そのデータレジスタ信号DRによってCPUの周辺回路等が制御される。
The input terminals D of the
図8は、このデータレジスタ30の動作を示すタイミングチャートである。 FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the data register 30.
これに示されるように、CPUの命令サイクルの1サイクルであるインストラクションサイクルが終了すると、データレジスタ30へのデータの書き込み期間に移る。 As shown in this figure, when an instruction cycle, which is one of the CPU instruction cycles, is completed, a period for writing data to the data register 30 is started.
その書き込み期間では、各ラッチ回路31〜38のクロック端子Cに入力されているアドレスデコーダ信号ADDRがH電位となり、これと同期してデータバス信号DBUSの各ビットが各々のラッチ回路31〜38に取り込まれる。
In the writing period, the address decoder signal ADDR inputted to the clock terminal C of each
そして、このようにラッチされたデータバス信号DBUSの各ビットが、データレジスタ信号DRの各ビットとして出力される。 Each bit of the data bus signal DBUS latched in this way is output as each bit of the data register signal DR.
なお、図8では、データバス信号DBUSの偶数ビットがH電位で奇数ヒットがL電位の「01010101」の場合を例示しているが、基本的にはデータバス信号DBUSの各ビットは独立しており、図示の例に限定されるものではない。 FIG. 8 illustrates the case where the even bit of the data bus signal DBUS is “01010101” where the even bit is H potential and the odd hit is L potential, but each bit of the data bus signal DBUS is basically independent. However, it is not limited to the illustrated example.
その後、スタンバイ移行期間に移り、CPU内部のスタンバイ信号STBがH電位に立ち上がったのを受けて、リード信号RDとプレート信号PLがH電位となる。これにより、第1実施形態で説明したように、各ラッチ回路31〜38にラッチされていたデータバス信号DBUSの各ビットが、各々のラッチ回路31〜38の強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持される。
Thereafter, the standby transition period starts, and the standby signal STB in the CPU rises to the H potential, so that the read signal RD and the plate signal PL become the H potential. As a result, as described in the first embodiment, each bit of the data bus signal DBUS latched in each of the
続いて、スタンバイモードに移り、電源電圧Vddの供給が停止される。このとき、スタンバイモードの直前のデータバス信号DBUSは、上記のように強誘電体キャパシタF1、F2に保持されているので、消失するおそれはない。 Subsequently, the operation proceeds to the standby mode, and the supply of the power supply voltage Vdd is stopped. At this time, since the data bus signal DBUS immediately before the standby mode is held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 as described above, there is no possibility of disappearance.
次いで、スタンバイ復帰期間に入ると、スタンバイ解除信号RDSTBが立ち上がってH電位となる。これを受けて、リード信号RDとプレート信号PLもH電位となる。これにより、第1実施形態で説明したように、強誘電体キャパシタF1、F2に保持されていたデータバス信号DBUSの各ビットがラッチ回路31〜38の各々に取り込まれ、スタンバイモードの直前の状態に復帰することができる。
Next, when the standby recovery period is entered, the standby release signal RDSTB rises and becomes H potential. In response to this, the read signal RD and the plate signal PL also become the H potential. As a result, as described in the first embodiment, each bit of the data bus signal DBUS held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 is taken into each of the
この後は、インストラクションサイクル等のCPUの命令サイクルが通常通り行われることになる。 Thereafter, a CPU instruction cycle such as an instruction cycle is normally performed.
以上説明した本実施形態によれば、データレジスタ30の第1〜第8ラッチ回路31〜38に第1実施形態で説明したラッチ回路10を適用したので、スタンバイモード直前のデータバス信号DBUSが強誘電体キャパシタF1、F2に保持され、そのデータの消失を防止できる。
According to the present embodiment described above, since the
更に、第1実施形態と同様に、強誘電体キャパシタF1、F2には、スタンバイモードへの移行期間やスタンバイ復帰期間のみ電圧が印加されるので、電圧を長時間印加することによる強誘電体薄膜のインプリント特性の劣化を防止できる。 Further, since the voltage is applied to the ferroelectric capacitors F1 and F2 only during the transition period to the standby mode and during the standby recovery period, as in the first embodiment, the ferroelectric thin film is formed by applying the voltage for a long time. It is possible to prevent deterioration of imprint characteristics.
(4)第4実施形態
本実施形態では、第1実施形態で説明したラッチ回路を分周回路に適用する。
(4) Fourth Embodiment In this embodiment, the latch circuit described in the first embodiment is applied to a frequency divider circuit.
図9は、本実施形態に係る半導体集積回路が備える分周回路40の回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of the
この分周回路40は、CPU等のマイクロコンピュータの内部に設けられるものであって、リセット信号RSTが共通に入力される第1分周回路41と第2分周回路42とを有する。図示のように、第1分周回路41の出力端子Jは、第2分周回路42のクロック端子CLKに接続される。また、第2分周回路42の端子CLK\には、インバータ43を介して第1分周回路41の出力端子Jが接続される。
The
図10は、第1、第2分周回路41、42のそれぞれの回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of each of the first and second
各分周回路41、42は、第1、第2ラッチ回路46、47とインバータ48とを有する。第1、第2ラッチ回路46、47の回路構成は、第1実施形態で説明したラッチ回路10(図3参照)のそれと同様であって、スタンバイモードに移行する直前のデータを保持するための強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)がラッチ回路46、47のそれぞれに設けられる。
Each of the
そして、クロック信号CLKが第1ラッチ回路46のクロック端子Cと第2ラッチ回路47の端子CXに入力され、クロック信号CLKの反転信号CLK\が第1ラッチ回路46の端子CXと第2ラッチ回路47の端子クロック端子Cに入力される。
The clock signal CLK is input to the clock terminal C of the
また、第1ラッチ回路46の出力端子Qは第2ラッチ回路47の入力端子Dに接続され、第2ラッチ回路47の出力端子Qはインバータ48を介して第1ラッチ回路46の入力端子Dに接続される。
The output terminal Q of the
図11は、この分周回路の動作を示すタイミングチャートである。なお、図11において、符号G〜Kは、図9及び図10中の各ノードG〜Kの電位を示す。 FIG. 11 is a timing chart showing the operation of this frequency dividing circuit. In FIG. 11, symbols G to K indicate the potentials of the nodes G to K in FIGS. 9 and 10.
また、分周回路スタンバイ解除信号FDSTBは、第1、第2ラッチ回路46、47のそれぞれの端子C1、C2(図3参照)に共通に入力される信号であり、その反転信号FDSTB\は第1、第2ラッチ回路46、47のそれぞれの端子CX1、CX2に共通に入力される。なお、図10では図が煩雑になるのでこれらの端子C1、C2、CX1、CX2を省略している。
Further, the frequency divider standby release signal FDSTB is a signal that is commonly input to the terminals C1 and C2 (see FIG. 3) of the first and
図11に示されるように、通常動作期間では、リセット信号RSTの立ち上がりと共にクロック信号CLKに対する分周動作が開始し、クロック信号CLKを2分周した信号がノードG〜Jから出力され、4分周した信号がノードKから出力される。 As shown in FIG. 11, in the normal operation period, the frequency dividing operation with respect to the clock signal CLK starts with the rise of the reset signal RST, and a signal obtained by dividing the clock signal CLK by 2 is output from the nodes G to J. The rounded signal is output from node K.
通常動作期間の終了後は、スタンバイ移行期間に移る。 After the normal operation period ends, the standby shift period starts.
スタンバイ移行期間では、CPU内部のスタンバイ信号STBがH電位に立ち上がり、これを受けてリード信号RDとプレート信号PLがH電位となる。これにより、第1、第2ラッチ回路46、47のそれぞれの出力端子Qから出力されていたデータ信号が、各ラッチ回路46、47の強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持される。
In the standby transition period, the standby signal STB in the CPU rises to the H potential, and in response to this, the read signal RD and the plate signal PL become the H potential. As a result, the data signals output from the output terminals Q of the first and
その後、スタンバイ期間に移り、電源電圧Vddの供給が停止される。このとき、スタンバイ期間の直前のデータ信号は、上記のように強誘電体キャパシタF1、F2に保持されているので、消失するおそれはない。 Thereafter, the standby period is entered, and the supply of the power supply voltage Vdd is stopped. At this time, since the data signal immediately before the standby period is held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 as described above, there is no possibility of disappearance.
次いで、スタンバイ復帰期間に入るとリード信号RD、プレート信号PL、及び分周回路スタンバイ解除信号FDSTBがH電位となる。これにより、第1実施形態で説明したように、各強誘電体キャパシタF1、F2に保持されていたデータ信号がラッチ回路46、47の各々に取り込まれ、スタンバイ期間の直前の状態に復帰する。
Next, when the standby recovery period starts, the read signal RD, the plate signal PL, and the frequency divider standby release signal FDSTB are set to the H potential. As a result, as described in the first embodiment, the data signals held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 are taken into the
この後は通常動作に戻り、クロック信号CLKに対する分周動作が再び行われることになる。 Thereafter, the normal operation is resumed, and the frequency dividing operation for the clock signal CLK is performed again.
以上説明した本実施形態によれば、第1、第2分周回路41、42のそれぞれが備える第1、第2ラッチ回路46、47に第1実施形態で説明したラッチ回路10を適用した。
According to the present embodiment described above, the
これにより、スタンバイモード直前のデータ信号が強誘電体キャパシタF1、F2(図3参照)に保持されてそのデータの消失を防止できると共に、強誘電体キャパシタF1、F2に電圧を長時間印加することによる強誘電体薄膜のインプリント特性の劣化を防止できる。 As a result, the data signal immediately before the standby mode is held in the ferroelectric capacitors F1 and F2 (see FIG. 3) to prevent the data from being lost, and the voltage is applied to the ferroelectric capacitors F1 and F2 for a long time. It is possible to prevent deterioration of the imprint characteristics of the ferroelectric thin film due to.
以下に、本発明の特徴を付記する。 The features of the present invention are added below.
(付記1) データ信号を保持する信号保持部と、前記信号保持部にスイッチを介して電気的に接続された強誘電体キャパシタとを備えたラッチ回路を有し、
所定の期間内のみ前記スイッチをオン状態にし、前記データ信号の電位に応じた残留分極量を前記強誘電体キャパシタに保持させることを特徴とする半導体集積回路。
(Additional remark 1) It has a latch circuit provided with the signal holding part holding a data signal, and the ferroelectric capacitor electrically connected to the signal holding part via a switch,
A semiconductor integrated circuit, wherein the switch is turned on only within a predetermined period, and the ferroelectric capacitor holds a residual polarization amount corresponding to the potential of the data signal.
(付記2) 前記信号保持部は、第1インバータ及び第2インバータのインバータループにより前記データを保持し、
前記インバータループの入力端と出力端の少なくとも一方に、前記スイッチを介して前記強誘電体キャパシタの一方の電極が電気的に接続されたことを特徴とする付記1に記載の半導体集積回路。
(Additional remark 2) The said signal holding | maintenance part hold | maintains the said data by the inverter loop of a 1st inverter and a 2nd inverter,
The semiconductor integrated circuit according to
(付記3) 前記第1インバータは出力バッファであり、前記第2インバータは帰還抵抗であることを特徴とする付記2に記載の半導体集積回路。
(Supplementary note 3) The semiconductor integrated circuit according to
(付記4) 前記第1インバータ及び前記第2インバータは、クロックドインバータであることを特徴とする付記2又は付記3に記載の半導体集積回路。
(Supplementary note 4) The semiconductor integrated circuit according to
(付記5) 前記ラッチ回路は、クロック信号に同期して前記データ信号を取り込む入力部を更に有することを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載の半導体集積回路。
(Supplementary Note 5) The semiconductor integrated circuit according to any one of
(付記6) 前記ラッチ回路を複数段設け、前記クロック信号を分周する分周回路を構成したことを特徴とする付記5に記載の半導体集積回路。
(Supplementary note 6) The semiconductor integrated circuit according to
(付記7) 前記ラッチ回路を複数段設け、前記クロック信号に同期して前記データ信号を前記ラッチ回路に順次シフトさせるシフトレジスタを構成したことを特徴とする付記5に記載の半導体集積回路。
(Supplementary note 7) The semiconductor integrated circuit according to
(付記8) 前記ラッチ回路を並列に複数個設け、前記クロック信号に同期して複数ビットのデータ信号のそれぞれのビットを前記ラッチ回路の各々に取り込ませるデータレジスタを構成したことを特徴とする付記5に記載の半導体集積回路。 (Supplementary Note 8) A supplementary note is provided, wherein a plurality of the latch circuits are provided in parallel, and a data register is configured to capture each bit of the data signal of a plurality of bits in each of the latch circuits in synchronization with the clock signal. 5. The semiconductor integrated circuit according to 5.
(付記9) 前記ラッチ回路はプレート端子を更に有し、前記ラッチ回路に接続されていない方の前記強誘電体キャパシタの電極が前記プレート端子に接続されたことを特徴とする付記1〜8のいずれかに記載の半導体集積回路。 (Additional remark 9) The said latch circuit further has a plate terminal, The electrode of the said ferroelectric capacitor which is not connected to the said latch circuit is connected to the said plate terminal, The additional notes 1-8 characterized by the above-mentioned. The semiconductor integrated circuit in any one.
(付記10) 前記所定の期間を経過した後に、前記ラッチ回路への電源電圧の供給を停止することを特徴とする付記1〜9のいずれかに記載の半導体集積回路。
(Supplementary note 10) The semiconductor integrated circuit according to any one of
1…インバータ、2、3…強誘電体キャパシタ、5、10…ラッチ回路、11…入力部、12…信号保持部、20…シフトレジスタ、21〜24…第1〜第4ラッチ回路、30…データレジスタ、31〜38…第1〜第8ラッチ回路、40…分周回路、41、42…第1、第2分周回路、46、47…第1、第2ラッチ回路、48…インバータ、INV1〜INV3…第1〜第3クロックドインバータ、TR1、TR2…第1、第2トランスファトランジスタ、TR3…リセットトランジスタ、F1、F2…第1、第2強誘電体キャパシタ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
所定の期間内のみ前記スイッチをオン状態にし、前記データ信号の電位に応じた残留分極量を前記強誘電体キャパシタに保持させることを特徴とする半導体集積回路。 A latch circuit including a signal holding unit for holding a data signal and a ferroelectric capacitor electrically connected to the signal holding unit via a switch;
A semiconductor integrated circuit, wherein the switch is turned on only within a predetermined period, and the ferroelectric capacitor holds a residual polarization amount corresponding to the potential of the data signal.
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