JP2002543731A - 先進cmosプロセスでの使用のための集積回路の低漏れ電力回路 - Google Patents
先進cmosプロセスでの使用のための集積回路の低漏れ電力回路Info
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Abstract
Description
、本発明は、漏れ電流を低減した回路に関する。
て、オフになっているトランジスタ内に見られるサブスレッショルドの漏れ電流
Ioff が、初期のCMOSプロセスにおける漏れ電流に比べ劇的に増加した。サ
ブ−ミクロン・フィーチャが微細になるほど、すなわちライン幅ならびにプロセ
ス・フィーチャが小さくなるほど、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(M
OSFET)のドレインの漏れ電流Ioff の増加が指摘されるようになってきた
。この高いIoff は、アイドルまたは非アクティブ状態にある超大規模集積(V
LSI)回路内では、非常に高い累積電流(Ioff(chip) )となっている。アイ
ドル状態は、スイッチング・アクティビティがまったくなく、かつDCバイアス
電流がまったく存在しない状態として定義される。
が初期のプロセスにおいて達成可能であったIoff(chip) 電流仕様に適合しない
と見られるポイントに達している。初期のプロセッサにおいては、たとえば約2
00万のトランジスタを有するマイクロプロセッサについては、10マイクロア
ンペア台から100マイクロアンペア台のIoff(chip) を達成することが可能で
あった。ロー・フィーチャー・サブ−ミクロン・プロセスを用いて製造された、
より性能の高いマイクロプロセッサでは、Ioff(chip) がより微細な形状の集積
回路(IC)に対して約10〜100ミリアンペアとなる。この高い漏れ電流は
、初期のサブ−ミクロン・デバイスの漏れ電流の100ないし1,000倍であ
り、たとえば超低待機電力を必要とする応用に使用されるマイクロプロセッサ等
のICパーツに大きな問題をもたらす。
ン−ソース電流(Ids)をゲート−ソース電圧(Vgs)の関数として示したグラ
フである。理想的には、MOSFETのVgsがスレッショルド電圧(Vt )より
低くなったとき、つまりVgs−Vt <0になると、Idsが0に等しくなることで
ある。しかし現実には、Vgsの関数としてlog(Ids)を示しているグラフ1
02からわかるように、ゲート電圧がVt より低くなってもIdsは0に等しくな
らない。Vgsが0ボルトになったときにトランジスタに流れる電流が、漏れ電流
Ioff1である。
は、バッテリの使用可能期間をより長くするために、プロセス・フィーチャがス
ケール・ダウンされ、電源レベルがさらに低い電圧に抑えられる。プロセスがス
ケール・ダウンされ、電源がより低い電圧に抑えられると、ドレイン−ソース電
圧(Vds)が低下する。こういった場合においては、より低い電源電圧Vddのた
めに、Vt もまた下げられて処理の高速化が図られる。また、サブ−ミクロンC
MOSジオメトリ・プロセス等の、より微細なプロセスについては、トランジス
タのチャンネル領域における電界または電磁界の突き抜け現象を防止するために
Vddも下げられる。ここでVt が下げられなければ、そのトランジスタをオンに
するために比較的高い電圧をMOSFETのゲートに加えなければならない。 これは、電子回路の性能が低下し、MOSFET特性に達しなくなる。Vt を下
げると、グラフ104からわかるように、漏れ電流がIoff2まで上昇する。グラ
フ104に示されるようにVt が下げられた状態に対応する漏れ電流Ioff2は、
グラフ102に示した状態における漏れ電流Ioff1より高い。Ioff が上昇する
と、そのMOSFETを組み込んでいる電子回路によって消費される電力もまた
上昇する。したがってサブ−ミクロンCMOSプロセス等の微細な特徴のCMO
Sプロセスに関して、電力消費を抑えることが望まれている。
トロール回路を含む回路を提供する。コントロール回路は、コア回路がドラウジ
ーモード(Drowsy mode)に入っているとき、当該コア回路のロジック状態を維持
する。
許請求の範囲、および添付の図面からより明らかなものとなろう。
細が示されている。しかしながら、当業者であれば当然に認識されようが、これ
らの具体的な詳細がなくても本発明の実施は可能である。一方、周知の回路、構
造、およびテクニックについては、本発明の不明瞭化を避けるために詳細を示し
ていない。
集積回路(IC)である。この回路は、進んだ深サブ−ミクロンCMOSプロセ
ス等の微細なフィーチャの相補形金属酸化物半導体(CMOS)プロセスに関連
して使用され、コアCMOS回路がアイドル・モードで動作しているとき、つま
り、回路が動的に動作してなく、かつDCバイアス電流を有していないときに、
その回路によって消費される電力を抑える。コア回路の電力を節約し、かつ望ま
しいときにはその(1ないしは複数の)論理状態を保持するため、本発明に従っ
た回路の実施形態においては、2つの状態(モード)、すなわちスリープモード
および状態保持(ドラウジー)モードをそれぞれセットすることができる。本発
明に従った実施形態は、コントロール回路に結合されたコア回路を含む。このコ
ントロール回路は、コア回路がスリープモードに入っているとき、コア回路内の
漏れ電流を実質的に低減する。また、コントロール回路は、コア回路がドラウジ
ーモードに入っているとき、コア回路のロジック状態を維持する。
になるように作用する。このモードにおいては、「オン」にバイアスされたトラ
ンジスタによって生じる電流とは異なり、電流パスが漏れ電流によって支配され
ることから、RAMメモリ、ラッチ、およびフリップフロップを含めて、ICの
メモリ・エレメントのロジック状態が失われる可能性がある。スリープモードの
間は、外部的にVdd電源がグラウンド電位に引き込まれるのではなく、この回路
がVddに積極的にバイアスされる。ドラウジーモードの間は、コントロール回路
の作用によって、コア回路のメモリ・エレメントがアイドルもしくはアクティブ
動作状態にある間に消費する電力を伴うことなく、これらのメモリ・エレメント
がそのロジック状態を維持できることを保証するだけの充分な電流が提供される
。たとえば、ドラウジーモードの間にコア回路のデバイスを通って流れる電流は
、アイドルモードで動作しているこれらのデバイスを通って流れる電流の約20
ないし100分の1に抑えられる。スリープモードに対するドラウジーモードの
利点は、マシンの「状態」を失うことなく、回路がドラウジーモードから完全に
アクティブな動作に戻れることである。これは、マイクロプロセッサが適正に動
作する上で非常に重要であり、ドラウジーモードを実装しているマイクロプロセ
ッサにおいては、マイクロプロセッサのマシン状態を外部メモリにバックアップ
する必要がなくなる。
の一実施形態を図2に示す。回路204は、進んだ相補形金属酸化物半導体(C
MOS)プロセスを実装している電子回路とともに使用される。コア回路202
は、この回路に意図された機能を実装するトランジスタ等の電子デバイスを含ん
でいる。コントロール回路204は、コア回路202がスリープモードもしくは
ドラウジーモードのいずれかに入っているとき、コア回路202を通って流れる
漏れ電流をコントロールする。
が、回路202をそのほかのタイプの回路を含むものとすることもできる。イン
バータまたはシングル・スタック構造は、集積回路における高い漏れ電流パスの
主要ソースである。たとえば、今日のマイクロプロセッサの場合は、漏れ電流の
大半がインバータ構造からもたらされている。通常、ロジックCMOSインバー
タ等のインバータは、シングルP型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(M
OSFET)およびシングルN型MOSFETを有する。動作においては、2つ
のMOSFETの一方が「オン」になり他方が「オフ」になる。漏れ電流は、オ
フになっているデバイス(P−MOSFETまたはN−MOSFET)のIoff によって決定される。
全体的に電圧が降下している状態にあるとき、もしくはシングル・スタック構造
が、完全な電位Vdd、またはゼロを除くVssに対して(Vdd−Vss)にあり、ソ
ースとバルクの電圧Vsbがゼロ・ボルトのとき、インバータは大量の漏れ電流を
消費する。全体的な電圧降下は、高側の電源レールVddに結合されているMOS
FETのドレインと、低側の電源レールVssに結合されているMOSFETのソ
ースの間における電圧降下である。漏れ電流による大量の電力消費の影響を克服
するために、本発明に従った実施形態の回路200は、コア回路202がアクテ
ィブでないとき、ソース−バルク電圧Vsbを所定の電圧値、すなわちコア回路2
02の「オフ」になっているMOSFETのスレッショルド電圧Vt を著しく低
くする電圧値に調整する。ここで説明している実施形態においては、バルク−ソ
ース間の接合を逆バイアスすることによってこれが行なわれている。またVsbに
おける増加は、フェルミ準位をφs としたとき、Vtが(2φs+Vsb)の平方根
に関連して変化することから、Vt を高くする。先に図1に関連した考察の中で
説明したように、Vtにおける増加は漏れ電流Ioffの減少に影響する。したがっ
て、コントロール回路204は、コア回路202がスリープモードに入っている
とき、「オフ」になっているコア・トランジスタに関するVsbが減少し、それに
より前述したIoff+における減少が導かれることを保証する。
路に関するIoff が減少するメカニズムを提供する。これは、回路200の「オ
フ」になっているコア・トランジスタ(1ないしは複数)のVds電圧における減
少をもたらす。「オフ」のトランジスタ(1ないしは複数)全体にわたってVds を減少させると、Ioff において大きな節約効果が得られる。電力の漏れを招い
ているコア回路のトランジスタ(以下、これを「オフのコア・トランジスタ」と
いう)に関するVdsの減少は、Vdsに伴って変化するIoff の指数関数的な依存
関係に起因して、これらのトランジスタに関するIoff の減少をもたらす。「オ
フ」のコア・トランジスタに関するVdsの減少は、主としてコア回路の、P−M
OSFET 218およびN−MOSFET 217等のスタックされたエレメ
ント間の全体的な電圧降下として生じる。
回路200は、1対の内部電源レール214(Vddi)および216Vssiを有し
、これらはコア回路202に電源を供給する。スリープモードにおいては、コン
トロール回路204が内部電源レール214および216(VddiおよびVssi)
の「つぶれ(collapse)」を引き起こし、それが外部レールVddおよびVssの電圧
より、絶対値において低くなる。その結果、「オフ」のコア・トランジスタに関
するVdsが、この内部電源レール214および216のつぶれに伴って、より小
さくなる。一実施形態の場合、内部電源レール電圧のつぶれおよびIoff のコン
トロールが、2組の電流コントロール・トランジスタ(207、209)および
(213、217)によってもたらされる。電流コントロール・トランジスタ2
07、209、および215は、Vssi とVssの間において動作し、電流コント
ロール・トランジスタ213、217、および208は、Vddi とVddの間にお
いて動作する。
9、213、および217が、これらのトランジスタのゲート−ソース電圧(V gs )をサブスレッショルドの電圧値にセットすることによってオフになる。スリ
ープモードにおいては、漏れがトランジスタ207および213によってコント
ロールされる。トランジスタ207および213の寄与は、トランジスタ208
、209、217、および215より、これらのトランジスタがはるかに広いこ
とから、「オフ」のコア・トランジスタを通って流れる全体的な漏れ電流Ioff の優勢な部分となる。したがって、トランジスタ217および209を通って
生じる漏れ電流は、トランジスタ207および213を通る漏れ電流に比較する
と無視できる程度になる。
スタ207および213のドレインとソースの間に、数百ミリボルト台の電圧降
下(Vds)をもたらす。スリープモードの間にトランジスタ207および213
にわたってVdsが現れる結果、トランジスタ207および213がオンになって
いたとき内部電源レール214および216が有していた電圧に比較して、これ
らの内部電源レール電圧がつぶれる。内部電源レール214および216のつぶ
れは、コア・トランジスタ218および217に関するVdsの低下をもたらす。
このトランジスタ218および217に関するVdsにおいて低下した結果、これ
らのトランジスタに関するIoff がVdsと指数関数的な関係を有することから、
Ioff が低下する。一例を示すと、VddとVssの間の差は、約1.3ボルトであ
り、内部電源レール214および216のつぶれによって生じるそれらの間の電
圧降下は、約1〜200ミリボルトの範囲となる。また、回路200の一例にお
いては、内部電源レールが1つ、すなわち214もしくは216のいずれか一方
しか備えられない。その場合、コア回路のトランジスタ間の全体的な電圧も、内
部電源レールのつぶれの結果として下がる。さらにここで、本発明の一実施形態
が複数組の内部レール、すなわち異なるコア回路の構造に使用される複数の内部
電源レールを備える形で実装されることもある点に注意を要する。
理由から、コア回路202のP−MOSFETデバイス218およびN−MOS
FETデバイス217内に「受動的な」Vsbが生じる。コア回路のN−MOSF
ET 217およびP−MOSFET 218は、ともにそれぞれに関するバル
クおよびソースが、それぞれ異なる電源電圧に結合されている。すなわちN−M
OSFET 217のソースは、Vssi に結合されており、そのバルクはVssに
結合されている。P−MOSFET 218のソースは、Vddi に結合され、そ
のバルクはVddに結合されている。コア回路のトランジスタ217および218
内に生じる受動的なVsbは、それらのスレッショルド電圧Vt を、より大きな値
に向けてシフトさせる。IoffがVtに逆比例することから、Vt における増加に
伴って、Ioffが減少する。
よび218をバイアスし、スリープモードの間における低いIoff 電流を保証す
る。これは、本質的な負帰還メカニズムから結果的にもたらされ、その際、コア
回路202内の、より高い漏れ電流Ioff が、スリープモード・コントロール・
トランジスタ207および213内に、より大きなVdsの降下を生じさせる。ト
ランジスタ207および213内における、より大きなVdsの降下は、VddとV ss の間の電位差が固定されていることから、内部電源レール214と216の間
の電圧をより小さく「保持」する。したがって、コア・トランジスタ217およ
び218に関して、より低いVdsが「残存」する。コア・トランジスタ217お
よび218に関するVdsがより低くなれば、これらのトランジスタを通るIoff 電流がより低くなる。
ンジスタ207および213の有効幅の比は、Ioff の決定におけるパラメータ
をコントロールする。上記の幅の比が低いと、トランジスタ207および213
のVdsの降下がより大きくなり、トランジスタ207および213のIoff によ
ってこの電流が支配されることから、Ioff 電流においてさらに低減が得られる
。このIoff 電流は、2つのトランジスタ207および213の幅に1次従属す
る。アクティブ・モードの動作の間は、トランジスタ207および213がコア
電流を提供することから、スリープモードおよびアクティブ・モードの動作仕様
の両方を考慮して、上記の比をバランスさせなければならない。一実施形態にお
いては、スリープコントロール・トランジスタ207および213と、コア・ト
ランジスタ217および218の間の、それぞれの幅の比が10%であり、スリ
ープモードの間におけるIoff 電流を望ましい範囲に設定することができる。ア
クティブ・モードにおいては、VddiとVssiの間に適切なオン−ダイ減結合キャ
パシタンスC1 を補うことによって、この比が、50ミリボルト以下のデバイス
207および213にわたる総合的な電圧降下をもたらす。
モードに入っているときのIoffに付加して与えられ、コア回路202のVssiに
対するVddi の電位が、所定のポイント、すなわちそれを超えると「オン」のコ
ア・トランジスタに関するVdsおよびVgsが低くなりすぎてこのトランジスタの
コンダクタンスが「オフ」のコア・トランジスタのそれより低くなる可能性のあ
るポイントまでつぶれないことを保証する。この追加の電流は、Vssi に対する
Vddi の電位が充分に生じ、その結果「オン」のトランジスタが充分なVgsバイ
アスを有し、それらのコンダクタンスが「オフ」のトランジスタのコンダクタン
スより優位になることを保証する。ドラウジーモードにおいてコントロール回路
204によって提供される追加の電流は、コア回路のすべてのロジック・ゲート
内のいずれの内部ノードも、Ioff 電流が原因となってロジック状態を「フリッ
プ」、つまり変化させないことを保証する。「電流不足」に起因して状態が失わ
れるメモリ・エレメントがないことから、このドラウジーモードは、消費するI off 電流を最小に抑えつつ、状態を保持する特性を有することになる。
えるメカニズムは、トランジスタ209、215、208、217を含む。トラ
ンジスタ209および217は、ドラウジーモードを設定するスイッチとして作
用し、ダイオード接続されたトランジスタ208および215は、飽和状態で動
作され、ドラウジーモードのための、追加の電流のコントロールを行う。飽和電
流レベルは、差(Vdd−Vddi)および(Vss−Vssi)によって、かつトランジ
スタ208および215の幅によって決定されるドレイン−ソース電圧(Vds)
によりコントロールされる。一実施形態においては、トランジスタ208および
215の幅がコア・トランジスタ217および218の有効幅の0.1%にセッ
トされる。これは、非常に低いサブ−ミクロンCMOSプロセスに関して、数百
マイクロアンペアのドラウジー電流レベルを保証し、その一方で堅牢なVssi に
対するVddi の電位が生じることを保証する。またこの構成は、本質的に適応型
である、すなわちトランジスタ208および215のVdsは、Ids(Ioff )の
平方根に依存して増加し、コア回路によって要求される電流を供給する。これは
、コア回路202を適切にバイアスするために必要な最小電流を提供する、もう
1つの負帰還メカニズムである。またこのメカニズムは、回路200内にあるト
ランジスタに「漏れ欠陥」が存在する場合に、追加の電流を提供することにもな
る。
回路300を示している。回路300は、複数のスタティック・ランダム・アク
セス・メモリ(SRAM)セルを含んでいる。この種のSRAMセルの1つ30
2が、破線で囲まれた枠内に示されている。SRAMセル302は、交差結合さ
れた2つのインバータを含み、そのそれぞれは、MOSFETのペア(303、
304)および(305、306)で構成される。またSRAMセル302は、
それぞれがこのSRAMセルの出力ノード320および322に結合されたパス
・トランジスタ308および310を含んでいる。さらにパス・トランジスタ3
08および310は、それぞれビット・ライン326および328に結合されて
いる。回路300は、前述した図2に示した漏れ電流コントロール回路204、
すなわちSRAMセル302がスリープモードに入っているときのこのセルの交
差結合されたインバータの漏れ電流を抑え、さらにこのセルがドラウジーモード
に入っているときの追加の電流を与えるコントロール回路とともに使用される。
えることができるワードライン(WL)ドライバ回路312を含んでいる。ワー
ドライン(WL)ドライバ回路は、SRAMワードライン(WL)330をドラ
イブする。ワードライン・ドライバ312は、内部電源レールVddi 316およ
びVssi 314を有し、これらは、図2の実施形態に関連して説明した内部電源
レールと同じ形態で機能する。それに加えて回路312は、2つのインバータを
有している。第1のインバータはトランジスタ313および315を含み、第2
のインバータはトランジスタ318および320を含む。
れらのトランジスタを通って流れる漏れ電流を低減するように設計されている。
さらに、回路312は、そのデバイスのいくつかがオフになったとき、限られた
量の電力しか消費しない。ここで、SRAMセル302が、ノード320がロジ
ック「1」にセットされ、ノード322がロジック「0」にセットされた状態に
ある場合を考える。したがって、パス・トランジスタ308も、そのドレインに
ロジック「1」を有する。またパス・トランジスタ308は、当初ビット・ライ
ン326が、高側の内部電源レール316がセットされている電圧に等しい電圧
Vddi にプレチャージされていることから、このビット・ラインに結合されたソ
ースにロジック「1」を有する。ビット・ライン326および328は、パワー
・ダウン・モードのスリープ、アイドル、およびドラウジーを含めて、任意の非
アクティブ期間にわたって、Vddi のプレチャージ電圧に維持される。トランジ
スタ308は、したがってそのドレインおよびソースに実質的に同じ電圧を有す
る。
08がカットオフする。しかしながらトランジスタ308のドレインおよびソー
スが同じ電圧、つまりVddi に結合されていることから、トランジスタ308の
Vdsが約0ボルトになる。その結果、トランジスタ308を通って流れる漏れ電
流(Ioff )がなくなる。
れたビット・ライン328に結合されている。トランジスタ310のソースは、
そのノードを低側の内部レールVssi に引き込むトランジスタ306によってロ
ジック「0」にセットされる。これは、相補電圧、すなわちロジック「0」がS
RAMセルの他方の側にストアされるからである。パス・トランジスタ310を
通る漏れ電流を低減するために、回路312は、トランジスタ310のゲートを
、より低い内部レールVssi ではなく、外部レールVssにバイアスする手段を提
供する。その結果、ノード322のソース電圧が概略でVssi に等しくなり、ゲ
ートが概略でVssに等しくなることから、トランジスタ310に関するゲート−
ソース電圧(Vgs)がスレッショルド値より低くなる。スレッショルドより低く
なったゲート−ソース電圧(Vgs)は、漏れ電流Ioff を下げる上で寄与し、そ
の関係は次式で示される。
Physi cs of Semiconductor Devices(半導
体デバイスの物理学)」(Wiley Publications(ウィリー・
パブリケーションズ)1969年)を参照されたい。前述の式からわかるように
、漏れ電流は、Vgsの指数関数に依存する。トランジスタ310に関する漏れ電
流が、SRAMセルを通って流れる漏れ電流の約40%を構成することから、こ
れにより、動作電圧およびトランジスタの幅の比に応じてSRAM回路(アレイ
)に関する約40%の、実際の電力の節約が達成されることになる。
Vsbを生じさせるメカニズムによってトランジスタ306を通る漏れ電流が低減
する。この電力の節約は、図2との関係ですでに説明したコア回路におけるそれ
に類似である。SRAMセルの対称性は、セル内にストアされた状態が上記の逆
の場合、つまりノード320がロジック「0」にセットされ、ノード322がロ
ジック「1」にセットされている場合にも、同じ漏れ電流(Ioff )の低減をも
たらす。
のインバータを次の形態で使用する。トランジスタ313および315を含む第
1のインバータは、トランジスタ313のソースがVssi ではなくVssにセット
されている。トランジスタ313および315のゲートにロジック「1」の電圧
が印加されると、トランジスタ313がワードライン330に結合されているド
レインの電圧をVssi ではなくVssに引き込む。これは、ワードライン330を
Vssにセットし、それによってパス・トランジスタ310を通る漏れ電流を無視
できると見なせるポイントまで下げる。
20は、そのソースがVddi ではなくVddに結合されている。ライン340を介
してドライブされるワードライン選択信号WLSELがVssi にセットされると
、トランジスタ320のソースがVddに結合されていることから、トランジスタ
320が第2のインバータの出力ノード332をVddと実質的に等しい電圧値に
引き込む。ノード332はトランジスタ313および315のゲートに結合され
ており、VddがVddi より大きいことから、トランジスタ315に関するゲート
−ソース電圧は、サブスレッショルドの電圧値になる。これによって、上記のよ
うにドライブしない場合に比べるとトランジスタ315に関する漏れ電流が著し
く低くなるが、これは、このトランジスタに関するゲート−ソース電圧Vgsが正
になることによる。P−MOSデバイスは、負のVgsによってより強くオンにな
り、正のVgsによってより強くオフになることから、正のVgsは、漏れ電流を指
数関数的に低下させる。Vgsに対するIoff の依存を示した前述の式は、P−M
OSデバイスに適用可能であるが、当業者にとっては周知のとおり、逆極性にな
る。このようにして、比較的広いデバイス315を通る漏れ電流が、トランジス
タ315のドレインをVssi ではなくVssに結合したことにより生成される、よ
り高いVdsによって不当に悪化しないことが保証される。その逆の場合には、こ
の大きな漏れ電流が、結合されたSRAMセル302に関してワードライン33
0をVssにセットすることによって得られる利得を実質的に相殺することもあり
得る。ここで、SRAMが、ワードライン330に結合される多数のこの種のS
RAMセルを有する可能性があることに注意する必要がある。一実施形態におい
ては、SRAMセルの数が140になる。
るデバイス318を介したこのように高い漏れ電流は、よりサイズの小さいトラ
ンジスタ320および318によって緩和される。これらのトランジスタは充分
に大きく、ノード332にある容量性負荷、すなわちデバイス315および31
3のゲートをドライブすることができる。それに加えてパワーダウン状態におい
ては、デバイス318、329、および334がすべてカットオフになることか
ら、これら3つの直列のデバイスを含む直列スタックが生成する漏れ電流がほと
んどなくなる。
らなるナンド回路を含んでいる。Vssi に対するVddがより大きくなると、パワ
ーダウン状態においてすべてカットオフ動作領域に入る318、329、および
334からなる三重スタックを介して第2のインバータが受ける電圧が低下する
。直列の組み合わせは、上側のデバイス318および329の両方にソース−ボ
ディ電圧を生成し、その一方、各トランジスタのVdsが、これらの間の差電圧(
Vdd−Vssi )を分圧することによって生成され、各トランジスタには、約(V dd −Vssi )/3のVdsが現れる。
デバイス329および334からなる二重スタックに結合されている。この構成
を用いれば、WLドライバ回路の総合漏れ電流が、従来のWLドライバ回路の約
30%になる。つまり、このWLドライバ回路を使用することによって、アレイ
・デバイス全体の漏れ電流が抑えられるだけでなく、WLドライバ回路自体にお
いても大きくそれが抑えられる。
ノード332は3状態であるが、仮想グラウンド(VGND)338は、ロジッ
ク「1」、つまりVddi である。ノード332は、P−MOSトランジスタ33
5および、常にVGND信号スルーライン338と逆の状態にドライブされるV
GND#信号スルーライン336によって高い状態に維持される。このP−MO
S「キーパ」デバイス335のソースはVddとなる。
ライン(WL)ドライバ回路が、図3において説明した方法と類似の方法に従っ
て修正され、その漏れ電流が抑えられる。ナンド・ゲート402およびインバー
タ403からなるWLドライバ回路は、選択入力WLSEL(404)および同
期クロック入力CLK(405)に基づいてワードライン(WL)430をドラ
イブする。前述の実施形態の場合と同様に、SRAMセルのパス・トランジスタ
内のIoff は、WL電圧をVssi ではなくVssに下げることによって低減される
。これは、図5に示した回路構成によって達成される。
から構成されている。トランジスタ413は、WLノードを、前述したようにV ssi ではなく0V(Vss)にドライブするように、そのソースおよびバルクがと
もにVss(ノード414)に結合されている。この直前の説明で述べたたように
、トランジスタ415上のVdsが高くなると、ナンド・ゲート402によって生
成される、P−MOSデバイス415上の正のVgsによってその効果が緩和され
ない限り、デバイス415を通って流れる漏れ電流が不当に増加する。この電圧
は、トランジスタ420および421のソースをVddに結合するライン431を
介し、Vddi ではなくVddにおいてWLN信号を生成することによって生成され
る。前述した実施形態の場合と同様に、これはワードライン・ドライバのトラン
ジスタ415を通るIoff を制限する。
電圧は、これらのトランジスタがスタック構成になっているとき、これらのトラ
ンジスタを通る大きなIoff を生成することがなく、したがって前述したように
漏れ電流の抑制に有効である。図3に関連して説明した実施形態は、SRAMア
レイ内におけるIoff に起因する電力消費をより効果的に制限するが、図4およ
び5に示した実施形態は、その単純さから望ましいと考えられる。
されている。しかしながら、特許請求の範囲に示すように本発明の精神ならびに
範囲はより広く、それから逸脱することなしにこれらの実施形態に対する各種の
修正ならびに変更を行い得ることは明らかであろう。したがって、明細書ならび
に図面は、限定の意味ではなく、例示として考えられるべきである。
−ソース電流(Ids)をゲート−ソース電圧(Vgs)の関数として示したグラフ
である。
ク・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)回路を示している。
Claims (20)
- 【請求項1】 コア回路;および、 前記コア回路に結合され、前記コア回路がスリープ・モードに入っているとき
、前記コア回路内の漏れ電流を低減し、前記コア回路がドラウジー・モードに入
っているとき、前記コア回路のロジック状態を維持するコントロール回路; を包含する回路。 - 【請求項2】 前記コア回路は、少なくとも1つの能動デバイスを含み、前
記コントロール回路は、前記少なくとも1つの能動デバイスのソース−バルク電
圧を調整するデバイスを含むことを特徴とする前記請求項1記載の回路。 - 【請求項3】 前記回路は、1対の外部電源レールに結合されており、それ
によって前記コントロール回路は、絶対値において前記外部電源レールの供給電
圧より小さい供給電圧に前記コア回路をバイアスするための1対の内部電源レー
ルを含むことを特徴とする前記請求項2記載の回路。 - 【請求項4】 前記少なくとも1つの能動デバイスの前記ソース−バルク電
圧は、実質的に、前記外部電源レールの供給電圧と前記内部電源レールの供給電
圧の差に等しいことを特徴とする前記請求項3記載の回路。 - 【請求項5】 前記コントロール回路は、可調コンダクタンスを伴うデバイ
スであって、内部電源レールと、それに対応する外部電源レールの間に結合され
て、バルク−ソース電圧を生成するデバイスを含むことを特徴とする前記請求項
4記載の回路。 - 【請求項6】 前記コア回路は、少なくとも1つの能動デバイスを含み、前
記コントロール回路は、前記コア回路がスリープ・モードに入っているとき、前
記少なくとも1つの能動デバイスのドレイン−ソース電圧を低減する回路を含む
ことを特徴とする前記請求項1記載の回路。 - 【請求項7】 前記ドレイン−ソース電圧を低減する回路は、前記コア回路
をバイアスするための1対の内部電源レールを含んでおり、前記内部電源レール
は、前記コア回路がスリープ・モードに入っているとき、それらの間に生じる電
圧降下が外部電源レールが前記コア回路をバイアスしているときに前記外部電源
レール間に生じる電圧降下より低いことを特徴とする前記請求項6記載の回路。 - 【請求項8】 前記コントロール回路は、前記コア回路がドラウジー・モー
ドに入っているとき、前記コア回路のロジック状態を維持する電流を生成するた
めのデバイスを含むことを特徴とする前記請求項1記載の回路。 - 【請求項9】 前記コントロール回路は、さらにスイッチ・デバイスを含み
、前記スイッチ・デバイスは、前記コア回路がドラウジー・モードに入っている
ときオンとなり、かつ前記コア回路がスリープ・モードに入っているときオフと
なることを特徴とする前記請求項8記載の回路。 - 【請求項10】 少なくとも1つのワードラインおよび前記少なくとも1つ
のワードラインに結合された少なくとも1つのSRAMセルを含むスタティック
・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)回路;および、 前記SRAM回路に結合され、前記少なくとも1つのワードラインをドライブ
し、かつ前記SRAM回路によって消費される電力を低減するワードライン・ド
ライバ; を包含する回路。 - 【請求項11】 前記ワードライン・ドライバは、前記少なくとも1つのS
RAMセルに結合されたパスMOSFETに結合されていることを特徴とする前
記請求項10記載の回路。 - 【請求項12】 前記回路は、1対の高低の外部電源レールに結合されてお
り、かつ前記回路は、さらに1対の高低の内部電源レールを含み、それにおいて
前記外部電源レール間の電圧降下は、前記内部電源レール間の電圧降下より大き
いことを特徴とする前記請求項14記載の回路。 - 【請求項13】 前記SRAMセルは、前記高低の内部電源レールによって
バイアスされることを特徴とする前記請求項12記載の回路。 - 【請求項14】 前記ワードライン・ドライバは、さらにワードライン選択
信号を受け取るための入力ノードおよび第1のインバータの入力ノードに結合さ
れる出力ノードを有することを特徴とする前記請求項12記載の回路。 - 【請求項15】 さらに、前記SRAM回路に結合された、前記SRAM回
路がスリープ・モードに入っているとき、前記SRAM回路内の漏れ電流を低減
し、前記SRAM回路がドラウジー・モードに入っているとき、前記SRAM回
路のロジック状態を維持するためのコントロール回路を含むことを特徴とする前
記請求項10記載の回路。 - 【請求項16】 コア回路;および、 前記コア回路に結合され、前記コア回路がドラウジー・モードに入っていると
き、前記コア回路のロジック状態を維持するためのコントロール回路; を包含する回路。 - 【請求項17】 コア回路;および、 前記コア回路に結合され、前記コア回路が、電力がオフになる第1のモードに
入っているとき、前記コア回路の漏れ電流を低減し、前記コア回路が第2のモー
ドに入っているとき、前記コア回路のロジック状態を保持する漏れ電流コントロ
ール回路を含み、前記第2のモードに入っている前記コア回路によって消費され
る電力は、前記コア回路がアクティブ・モードになる第3のモードに入っている
前記コア回路によって消費される電力より小さいことを特徴とする回路。 - 【請求項18】 回路内の電力消費をコントロールする方法において: 前記回路がスリープ・モードに入っているとき前記回路をバイアスする電源電
圧を低減することによって漏れ電流の低減を行い;かつ、 前記回路がドラウジー・モードに入っているとき、前記漏れ電流のほかに電流
を生成し、前記回路のロジック状態を維持することを特徴とする方法。 - 【請求項19】 前記漏れ電流の低減は、前記回路がアクティブ・モードに
入っているとき前記回路をバイアスする外部電源レール間に現れる電圧降下より
低い電圧降下を有する1対の内部電源レールによって前記回路をバイアスするこ
とを含む前記請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 ソース−バルク電圧の発生は、MOSFETデバイスのバ
ルクを低側の電圧の内部電源レールに結合し、前記MOSFETデバイスのソー
スを低側の電圧の外部電源レールに結合することを含む前記請求項18記載の方
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