JP2004134830A - Semiconductor integrated circuit device and design method therefor - Google Patents

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JP2004134830A JP2002294489A JP2002294489A JP2004134830A JP 2004134830 A JP2004134830 A JP 2004134830A JP 2002294489 A JP2002294489 A JP 2002294489A JP 2002294489 A JP2002294489 A JP 2002294489A JP 2004134830 A JP2004134830 A JP 2004134830A
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Hisayoshi Tanaka
田中 久喜
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit device operable at high speed with low current consumption in a stop or standby state. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit device is provided with a function of fixing a logic circuit between a flip-flop circuit and another flip-flop circuit of next stage to a prescribed state in a stop or standby state of the semiconductor integrated circuit device to determine an ON state or an OFF state of each MOSFET configuring the logic circuit. Then all or parts of the MOSFETs in the ON state are constituted of the MOSFETs having a low threshold voltage and all of the MOSFETs in the OFF state are constituted of the MOSFETs having a high threshold voltage, with the result that the semiconductor integrated circuit device is operated at high speed and an increase in the current consumption due to an off-leak current of the MOSFETs can be suppressed in the stop or standby state. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で動作し、かつ、消費電流の少ない半導体集積回路装置およびその設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯情報機器に使用される半導体集積回路装置では、高速化とともに、電池の長寿命化などのために低消費電力化が要求されている。そのため、前記半導体集積回路装置は動作停止状態や待機状態などの低消費電力動作モードを備えている。動作停止状態ではクロック回路は動作を停止し、半導体集積回路装置内部の回路はすべて停止する。また、待機状態ではクロック回路は動作しているが、半導体集積回路装置内の非動作部分にはクロックを供給しない。
【0003】
また、動作時の消費電力は電源電圧の2乗に比例するので、電源電圧を低下させることが低消費電力化に最も効果的である。そのため、電源電圧を低く設定する傾向にあるが、電源電圧をMOSFETがオンする電圧(以下、しきい値電圧という)付近まで低くすると、MOSFETの電流駆動能力は著しく低下するので、それによる動作速度の低下を防ぐためには、MOSFETのしきい値電圧を低減する必要がある。ところが、MOSFETのしきい値電圧を低減すると、前記半導体回路装置の停止または待機時の消費電流が増加するという別の問題が生じる。これは、MOSFETのしきい値電圧以下のサブスレッショルド領域では、ドレイン電流はゲート電圧に対して指数関数的な依存性を示すため、しきい値電圧を低減すると著しいオフリーク電流の増大が発生するためである。特に、携帯情報機器では、動作時間に比べて停止または待機時間が長く、このモードでの消費電力が電池の寿命に大きな影響を与えるため、オフリーク電流の低減が重要な問題となっている。
【0004】
この問題を解決するために、いくつかの方法が考えられている。これらの中で代表的なものとしては、(1)基板バイアスによりしきい値電圧を制御し、半導体集積回路装置の停止または待機時にはしきい値電圧を大きくして、オフリーク電流を低減する技術(例えば、非特許文献1参照)、(2)複数のしきい値電圧のMOSFETを用いて回路を構成し、動作速度を要求される部分には低しきい値電圧のMOSFETを、逆に動作速度が余り要求されない部分には高しきい値電圧のMOSFETを用いることにより、消費電流と動作速度の調和を図る技術(例えば、特許文献1参照)などがある。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−195976号公報
【非特許文献1】
Proceedings of the 1996 IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE, p.53−56
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術(1)においては、大規模半導体集積回路装置のように100万個以上存在するMOSFETの基板バイアスを均一に制御することとは困難である。また、ゲート長が短くなるとともに、あるいはしきい値電圧が低くなるとともに、その効果は小さくなる。さらに、リーク電流低減効果を高めるために基板バイアスを大きくすると接合リークを増加させるという問題もあった。また、前記従来の技術(2)においては、論理ゲートを構成するMOSFETのすべてを低しきい値電圧のMOSFETもしくは高しきい値電圧のMOSFETとし、所望する消費電流および動作速度に応じて低しきい値電圧のMOSFETより構成される論理ゲートまたは高しきい値電圧のMOSFETより構成される論理ゲートを選択することにより半導体集積回路装置を設計するので、消費電流および動作速度を細かく制御した設計をすることは困難であった。携帯情報機器に用いられるプロセッサなどの半導体集積回路装置は動作時間よりも停止または待機時間の方がはるかに長いのに加え、電池の長寿命化のため、要望される消費電流もかなり小さくなってきているので、半導体集積回路装置の停止または待機時の消費電流を回路の細部にわたって低減することは非常に重要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の半導体集積回路装置では、前記半導体集積回路装置の停止または待機時に、フリップフロップ回路と次段フリップフロップ回路との間の論理回路を所定の状態に固定する機能を備えることにより、論理回路を構成する各MOSFETのオン状態またはオフ状態を決定する。そして、オン状態にあるMOSFETのすべて、または一部を低しきい値電圧のMOSFETで構成し、オフ状態にあるMOSFETのすべてを高しきい値電圧のMOSFETで構成することにより、前記半導体集積回路装置は高速で動作し、かつ停止または待機時において、MOSFETのオフリーク電流による消費電流の増加が抑制される。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による半導体集積回路装置の一実施の形態を示す概念図である。
【0009】
図1において、半導体集積回路装置1を停止または待機状態にする際に、制御回路100は、フリップフロップ回路200および210の間に配置されている論理回路220〜280を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を所定の状態に固定するための信号を出力する。
【0010】
図2は図1の半導体集積回路装置1の論理回路220〜280をMOSFETで記述したもので、図2と図1は等価な回路図である。以下、図2を用いて高速で動作し、かつ低消費電流を実現する半導体集積回路装置の構成を説明する。半導体集積回路装置1を停止または待機状態にする時、制御回路100は、フリップフロップ回路200および210に対して、信号101を出力する。信号101はハイレベル(図2では“H”と表示している。以下同じ)に設定されており、フリップフロップ回路200および210は信号101が入力されることによりリセットされて、フリップフロップ回路200および210から出力される信号300、310はローレベル(図2では“L”と表示している。以下同じ)になる。また、NOR回路220には前記制御回路100から出力される信号101が接続されており、NOR回路220から出力される信号320はローレベルに固定される。これによりインバータ回路230から出力される信号330はハイレベル、NAND回路240から出力される信号340はハイレベル、NOR回路250から出力される信号350はローレベル、インバータ回路260から出力される信号360はハイレベル、インバータ回路270から出力される信号370はローレベル、NAND回路280から出力される信号380はハイレベルに固定される。つまり、半導体集積回路装置1を停止または待機状態にした時には、論理回路220〜280を構成するMOSFETのうち、MOSFET224、231、241、253、254、261、272、281がオン状態(図2において破線で囲んだMOSFET)に、MOSFET221、232、243、251、252、262、271、283がオフ状態になる。そして、オン状態のMOSFETを低しきい値電圧(例えば、NチャンネルMOSFETで0.3V、PチャンネルMOSFETで−0.3V。電源電圧が1.5Vの時のオフリーク電流はともに200pA)のもので、オフ状態のMOSFETを高しきい値電圧(例えば、NチャンネルMOSFETで0.45V、PチャンネルMOSFETで−0.45V。電源電圧が1.5Vの時のオフリーク電流はともに2pA)のもので構成することにより、論理回路220〜280全体のオフリーク電流を低減することができる。
【0011】
また、論理回路220〜280を構成するMOSFETの一部を高しきい値電圧のものから低しきい値電圧のものに変更することは、論理回路220〜280で生じる遅延時間の低減効果もある。MOSFETからなる回路の遅延時間は、回路の負荷容量の充放電時間によって決まるので、MOSFETの電流駆動能力を向上させるか、MOSFETの入力容量および出力容量を低減させることにより、遅延時間を小さくすることができる。したがって、論理回路を構成するMOSFETを高しきい値電圧のものから低しきい値電圧のものに変更した場合、ゲート幅が同じであれば電流駆動能力が向上するので、遅延時間低減に寄与できる。また、MOSFETの電流駆動能力を固定した場合でも、高しきい値電圧のものから低しきい値電圧のものに変更すれば、ゲート幅を小さくすることができ、その結果として入力容量および出力容量が小さくなるので、やはり遅延時間を低減することができる。
【0012】
フリップフロップ回路200からフリップフロップ回路210までの信号経路において、フリップフロップ200から出力される信号300が立ち下がる時の遅延時間が大き過ぎて、必要な速度を満たさない場合、高しきい値電圧のMOSFETを同じゲート幅を有する低しきい値電圧のMOSFETに変更することで電流駆動能力が向上し、遅延時間を短くできるため、半導体集積回路装置1の停止または待機状態でオンしているMOSFETのうち、NAND回路240の立ち上がり時間を短くするPチャンネルMOSFET241、NOR回路250の立ち下がり時間を短くするNチャンネルMOSFET253、インバータ回路260の立ち上がり時間を短くするPチャンネルMOSFET261、インバータ回路270の立ち下がり時間を短くするNチャンネルMOSFET272、NAND回路280の立ち上がり時間を短くするPチャンネルMOSFET281のすべてまたは一部のMOSEFTを低しきい値電圧のMOSFETにすることで遅延時間を低減することができる。
【0013】
また、フリップフロップ回路200の出力信号300から、フリップフロップ回路210の入力380までの信号経路で、出力信号300が立ち上がる時の遅延時間が大き過ぎて、必要な速度を満たさない場合、しきい値電圧の高いMOSFETを同じ電流駆動能力のしきい値電圧の低いMOSFETに変更することで、ゲート幅が小さくなり、入力容量および出力容量を低減でき、遅延時間を短くできるため、停止または待機状態でオンしているMOSFETのうち、NAND回路240の立ち下がり時間を短くするPチャンネルMOSFET241、NOR回路250の立ち上がり時間を短くするNチャンネルMOSFET253、インバータ回路260の立ち下がり時間を短くするPチャンネルMOSFET261、インバータ回路270の立ち上がり時間を短くするNチャンネルMOSFET272、NAND回路280の立ち下がり時間を短くするPチャンネルMOSFET281の全て、または一部のMOSEFTをゲート幅の小さい低しきい値電圧のMOSFETにすることで遅延時間を低減することができる。
【0014】
さらにNOR回路250の中のPチャンネルMOSFET251および252のように、MOSFETが直列に接続されている場合には、半導体集積回路装置1の停止または待機状態ではともにオフしていても、いずれか一つを高しきい値電圧のMOSFETにすれば、もう一方を低しきい値電圧のMOSFETにしても、オフリーク電流が増加することはない。また、MOSFET251および252のいずれか一方を低しきい値電圧MOSFETにすることにより、遅延時間を低減することが可能となる。
【0015】
なお、前記実施の形態では、半導体集積回路装置1の停止または待機時に論理回路の状態を固定するための信号をフリップフロップ回路200および210のリセット端子に入力して、フリップフロップ回路から出力される信号により、論理回路240〜280を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を固定するとしたが、前記固定するための信号を直接論理回路240〜280に入力して、論理回路240〜280を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を固定してもよい。
【0016】
また、前記実施の形態の説明では、NチャンネルとPチャンネルともに低しきい値電圧のMOSFETと高しきい値電圧のMOSFETを使用、すなわち4種類のMOSFETを使用したが、Pチャンネルは低しきい値電圧MOSFETと高しきい値電圧MOSFET、Nチャンネルは高しきい値電圧MOSFETのみにすることや、Nチャンネルは低しきい値電圧MOSFETと高しきい値電圧MOSFET、Pチャンネルは高しきい値電圧MOSFETのみにすることにより、使用するMOSFETの種類を3種類にすれば、前記実施の形態ではすべてのMOSFETを形成するのに4回必要なイオン注入工程を、3回に減らすことができるので、半導体集積回路装置製造プロセスのコストを低減することもできる。
【0017】
次に図3は、前記実施の形態による半導体集積回路装置を設計する手法を示したフロー図である。以下、図3を用いて前記半導体集積回路装置の設計手法を説明する。まず、オフリーク電流の少ない高しきい値電圧のMOSFETのみを使用してターゲットの半導体集積回路装置の論理合成を行う(ステップ1)。この結果、目標の遅延時間をすべての経路が満たしている場合は設計を終了する(ステップ2)。もし、目標の遅延時間を満たさない経路がある場合は、次にターゲットの半導体集積回路装置が停止または待機状態の回路状態情報を入力する(ステップ3)。目標の遅延時間を満たさない経路の論理セルに対して、前記、回路状態情報により、停止または待機状態でオンするMOSFETのみが低しきい値電圧のMOSFETで構成されている論理セルへの置換を行う(ステップ4)。置換に使用する論理セルは、出力電流能力をあわせるためにゲート幅を小さくして入力容量および出力容量を低減した論理セルと、出力電流能力を大きくして遅延時間を低減した論理セルを用意して、低減する遅延特性が立ち上がり時間か、立ち下がり時間かで置換する論理セルを使い分ける。この論理セルの置換を順次実施して、目標の遅延時間を満たすまで、論理セルの置換を実施する(ステップ5)。
【0018】
前記設計手法の実施の形態では、遅延時間を設計の目標として論理セルの置換を行ったが、オフリーク電流を目標として、あるいは遅延時間とオフリーク電流の両方を目標として論理セルの置換を行うことも可能である。
【0019】
また、前記、設計手法の実施の形態では、停止または待機状態でオンするMOSFETのみを低しきい値電圧のMOSFETに置換したが、停止または待機状態でオフするMOSFETでも、それらのMOSFETが直列に接続されている場合、そのうちの少なくとも1つのMOSFETを高しきい値電圧にし、残りのMOSFETのすべて、または一部を低しきい値電圧のものに置換する方法を同時に実施することもできる。
【0020】
【発明の効果】
本発明に係る半導体集積回路装置によれば、前記半導体集積回路装置の停止または待機状態において、MOSFETのオフリーク電流に起因する消費電流の増加を抑制できるとともに、遅延時間の大きな経路の遅延時間を低減して、高速動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体集積回路装置の論理回路ブロック図
【図2】本発明の実施の形態における半導体集積回路装置のMOSFETブロック図
【図3】本発明の実施の形態における半導体集積回路装置の設計手法のフロー図
【符号の説明】
1 半導体集積回路装置
100 停止または待機時に信号を出力する制御回路
200、210 フリップフロップ回路
220、250 NOR回路
221、231、241、251、252、261、271、281 PチャンネルMOSFET
224、232、243、253、254、262、272、283 NチャンネルMOSFET
230、260、270 インバータ回路
240、280 NAND回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device that operates at high speed and consumes less current, and a method for designing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit device used for a portable information device, a reduction in power consumption is required for a high speed operation and a long battery life. Therefore, the semiconductor integrated circuit device has a low power consumption operation mode such as an operation stop state or a standby state. In the operation stop state, the clock circuit stops operating, and all the circuits inside the semiconductor integrated circuit device stop. In the standby state, the clock circuit operates, but does not supply the clock to the non-operating part in the semiconductor integrated circuit device.
[0003]
In addition, since power consumption during operation is proportional to the square of the power supply voltage, lowering the power supply voltage is most effective for reducing power consumption. Therefore, the power supply voltage tends to be set low. However, if the power supply voltage is reduced to a voltage close to a voltage at which the MOSFET is turned on (hereinafter, referred to as a threshold voltage), the current driving capability of the MOSFET is significantly reduced. In order to prevent the decrease in the threshold voltage, it is necessary to reduce the threshold voltage of the MOSFET. However, when the threshold voltage of the MOSFET is reduced, another problem arises in that the current consumption during the stop or standby of the semiconductor circuit device increases. This is because the drain current shows an exponential dependence on the gate voltage in a sub-threshold region equal to or lower than the threshold voltage of the MOSFET. Therefore, when the threshold voltage is reduced, a significant increase in off-leakage current occurs. It is. In particular, in portable information devices, the stop or standby time is longer than the operation time, and the power consumption in this mode has a significant effect on the battery life.
[0004]
Several methods have been considered to solve this problem. Representative examples of these techniques include (1) a technique of controlling a threshold voltage by a substrate bias, and increasing the threshold voltage when the semiconductor integrated circuit device is stopped or in a standby state to reduce off-leakage current ( (See, for example, Non-Patent Document 1), (2) A circuit is configured using a plurality of threshold voltage MOSFETs, and a low threshold voltage MOSFET is used in a portion requiring an operation speed, and an operation speed However, there is a technique (for example, see Patent Document 1) for harmonizing current consumption and operation speed by using a MOSFET having a high threshold voltage in a portion where the operation is not so required.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-195076 [Non-Patent Document 1]
Proceedings of the 1996 IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE, p. 53-56
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional technique (1), it is difficult to uniformly control the substrate bias of 1,000,000 or more MOSFETs such as a large-scale semiconductor integrated circuit device. Further, as the gate length becomes shorter or the threshold voltage becomes lower, the effect becomes smaller. Further, when the substrate bias is increased to enhance the effect of reducing the leakage current, there is a problem that the junction leakage increases. Further, in the conventional technique (2), all of the MOSFETs constituting the logic gate are formed of low threshold voltage MOSFETs or high threshold voltage MOSFETs, and the MOSFETs are reduced in accordance with desired current consumption and operation speed. Since the semiconductor integrated circuit device is designed by selecting a logic gate composed of a MOSFET having a threshold voltage or a logic gate composed of a MOSFET having a high threshold voltage, a design in which current consumption and operation speed are finely controlled is designed. It was difficult to do. In a semiconductor integrated circuit device such as a processor used for a portable information device, a stop or standby time is much longer than an operation time, and a required current consumption is considerably reduced due to a longer battery life. Therefore, it is very important to reduce the current consumption during stoppage or standby of the semiconductor integrated circuit device over the details of the circuit.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a logic circuit between a flip-flop circuit and a next-stage flip-flop circuit is fixed at a predetermined state when the semiconductor integrated circuit device is stopped or on standby. By providing the function, the ON state or the OFF state of each MOSFET constituting the logic circuit is determined. Then, all or a part of the MOSFETs in the on state are constituted by low threshold voltage MOSFETs, and all of the MOSFETs in the off state are constituted by high threshold voltage MOSFETs. The device operates at high speed and suppresses an increase in current consumption due to off-leakage current of the MOSFET when stopped or in standby.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram showing one embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
[0009]
In FIG. 1, when the semiconductor integrated circuit device 1 is stopped or put into a standby state, the control circuit 100 turns on or off MOSFETs constituting the logic circuits 220 to 280 disposed between the flip-flop circuits 200 and 210. A signal for fixing the state to a predetermined state is output.
[0010]
FIG. 2 illustrates the logic circuits 220 to 280 of the semiconductor integrated circuit device 1 of FIG. 1 by MOSFETs, and FIG. 2 and FIG. 1 are equivalent circuit diagrams. Hereinafter, a configuration of a semiconductor integrated circuit device that operates at high speed and realizes low current consumption will be described with reference to FIG. When the semiconductor integrated circuit device 1 is stopped or put into a standby state, the control circuit 100 outputs a signal 101 to the flip-flop circuits 200 and 210. The signal 101 is set to a high level ("H" in FIG. 2; the same applies hereinafter), and the flip-flop circuits 200 and 210 are reset by the input of the signal 101, so that the flip-flop circuit 200 is reset. The signals 300 and 310 output from the signals 210 and 210 are at a low level (in FIG. 2, indicated as “L”; the same applies hereinafter). The signal 101 output from the control circuit 100 is connected to the NOR circuit 220, and the signal 320 output from the NOR circuit 220 is fixed at a low level. Accordingly, the signal 330 output from the inverter circuit 230 is at a high level, the signal 340 output from the NAND circuit 240 is at a high level, the signal 350 output from the NOR circuit 250 is at a low level, and the signal 360 output from the inverter circuit 260 Is fixed at a high level, the signal 370 output from the inverter circuit 270 is fixed at a low level, and the signal 380 output from the NAND circuit 280 is fixed at a high level. That is, when the semiconductor integrated circuit device 1 is stopped or put into the standby state, the MOSFETs 224, 231, 241, 253, 254, 261, 272, and 281 of the MOSFETs constituting the logic circuits 220 to 280 are turned on (see FIG. 2). MOSFETs 221, 232, 243, 251, 252, 262, 271, and 283 are turned off. The on-state MOSFET has a low threshold voltage (for example, 0.3 V for an N-channel MOSFET, −0.3 V for a P-channel MOSFET, and an off-leakage current of 200 pA when the power supply voltage is 1.5 V). The off-state MOSFET is configured with a high threshold voltage (for example, 0.45 V for an N-channel MOSFET, -0.45 V for a P-channel MOSFET, and the off-leakage current is 2 pA when the power supply voltage is 1.5 V). By doing so, it is possible to reduce the off-leak current of the entire logic circuits 220 to 280.
[0011]
Further, changing part of the MOSFETs constituting the logic circuits 220 to 280 from those having the high threshold voltage to those having the low threshold voltage has an effect of reducing the delay time generated in the logic circuits 220 to 280. . Since the delay time of a circuit composed of MOSFETs is determined by the charge / discharge time of the load capacitance of the circuit, the delay time should be reduced by improving the current drive capability of the MOSFET or reducing the input and output capacitances of the MOSFET. Can be. Therefore, when the MOSFET constituting the logic circuit is changed from a high threshold voltage to a low threshold voltage, the current driving capability is improved if the gate width is the same, which can contribute to a reduction in delay time. . Further, even when the current driving capability of the MOSFET is fixed, the gate width can be reduced by changing from a high threshold voltage to a low threshold voltage, and as a result, the input capacitance and the output capacitance are reduced. Is reduced, so that the delay time can be reduced.
[0012]
In the signal path from the flip-flop circuit 200 to the flip-flop circuit 210, if the delay time when the signal 300 output from the flip-flop 200 falls is too long to satisfy the required speed, the high threshold voltage By changing the MOSFET to a low threshold voltage MOSFET having the same gate width, the current driving capability is improved and the delay time can be shortened. The P-channel MOSFET 241 for shortening the rise time of the NAND circuit 240, the N-channel MOSFET 253 for shortening the fall time of the NOR circuit 250, the P-channel MOSFET 261 for shortening the rise time of the inverter circuit 260, and the fall of the inverter circuit 270 It is possible to reduce the delay time by N-channel MOSFET272 to reduce the time, of all or part of the P-channel MOSFET281 to shorten the rise time of the NAND circuit 280 to MOSEFT the MOSFET with a low threshold voltage.
[0013]
In the signal path from the output signal 300 of the flip-flop circuit 200 to the input 380 of the flip-flop circuit 210, if the delay time when the output signal 300 rises is too long and the required speed is not satisfied, By changing a high voltage MOSFET to a low threshold voltage MOSFET having the same current driving capability, the gate width can be reduced, the input capacitance and output capacitance can be reduced, and the delay time can be shortened. Among the ON MOSFETs, a P-channel MOSFET 241 for shortening the fall time of the NAND circuit 240, an N-channel MOSFET 253 for shortening the rise time of the NOR circuit 250, a P-channel MOSFET 261 for shortening the fall time of the inverter circuit 260, and an inverter Circuit 2 All or some of the MOSEFTs of the N-channel MOSFET 272 for shortening the rise time of the zero and the P-channel MOSFET 281 for shortening the fall time of the NAND circuit 280 are MOSFETs having a small gate width and a low threshold voltage, so that the delay time is reduced. Can be reduced.
[0014]
Further, when the MOSFETs are connected in series like the P-channel MOSFETs 251 and 252 in the NOR circuit 250, even if both of them are off when the semiconductor integrated circuit device 1 is stopped or in the standby state, one of them is turned off. Is a high threshold voltage MOSFET, the off-leak current does not increase even if the other is a low threshold voltage MOSFET. Further, the delay time can be reduced by using one of the MOSFETs 251 and 252 as a low threshold voltage MOSFET.
[0015]
In the above embodiment, a signal for fixing the state of the logic circuit when the semiconductor integrated circuit device 1 is stopped or on standby is input to the reset terminals of the flip-flop circuits 200 and 210 and output from the flip-flop circuit. Although the on or off state of the MOSFETs constituting the logic circuits 240 to 280 is fixed by a signal, the signal for fixing is directly input to the logic circuits 240 to 280 and the MOSFETs constituting the logic circuits 240 to 280 are fixed. May be fixed in an on or off state.
[0016]
Further, in the description of the above-described embodiment, the low threshold voltage MOSFET and the high threshold voltage MOSFET are used for both the N channel and the P channel, that is, four types of MOSFETs are used, but the P channel has a low threshold voltage. Value voltage MOSFET and high threshold voltage MOSFET, N channel should be only high threshold voltage MOSFET, N channel should be low threshold voltage MOSFET and high threshold voltage MOSFET, P channel should be high threshold voltage MOSFET If only three MOSFETs are used by using only voltage MOSFETs, the number of ion implantation steps required four times to form all MOSFETs can be reduced to three in the above-described embodiment. Further, the cost of the semiconductor integrated circuit device manufacturing process can be reduced.
[0017]
Next, FIG. 3 is a flowchart showing a method of designing the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment. Hereinafter, a design method of the semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIG. First, logic synthesis of a target semiconductor integrated circuit device is performed using only a high threshold voltage MOSFET having a small off-leak current (step 1). As a result, if all paths satisfy the target delay time, the design is terminated (step 2). If there is a route that does not satisfy the target delay time, circuit status information indicating that the target semiconductor integrated circuit device is stopped or in a standby state is input (step 3). According to the circuit state information, only the MOSFET which is turned on in the stop or standby state is replaced with a logic cell constituted by a MOSFET having a low threshold voltage for the logic cell on the path which does not satisfy the target delay time. Perform (Step 4). For the logic cells used for replacement, prepare a logic cell with a reduced gate width to reduce the input and output capacitance to match the output current capability, and a logic cell with a reduced delay time by increasing the output current capability. The logic cell to be replaced is selected depending on whether the delay characteristic to be reduced is the rise time or the fall time. The replacement of the logic cells is sequentially performed, and the replacement of the logic cells is performed until the target delay time is satisfied (step 5).
[0018]
In the embodiment of the design method, the replacement of the logic cell is performed with the delay time as a design target, but the replacement of the logic cell may be performed with the target of the off-leak current, or both the delay time and the off-leak current. It is possible.
[0019]
Further, in the above-described embodiment of the design method, only the MOSFETs that are turned on in the stop or standby state are replaced with low threshold voltage MOSFETs. However, even in the MOSFETs that are turned off in the stop or standby state, these MOSFETs are connected in series. When connected, a method of setting at least one of the MOSFETs to a high threshold voltage and replacing all or a part of the remaining MOSFETs with a low threshold voltage may be performed simultaneously.
[0020]
【The invention's effect】
According to the semiconductor integrated circuit device of the present invention, when the semiconductor integrated circuit device is stopped or in a standby state, an increase in current consumption due to an off-leak current of the MOSFET can be suppressed, and a delay time of a path having a large delay time can be reduced. Thus, high-speed operation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a logic circuit block diagram of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a MOSFET block diagram of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. Flow chart of design method of semiconductor integrated circuit device
1 Semiconductor Integrated Circuit Device 100 Control Circuits 200, 210 Flip-Flop Circuit 220, 250 NOR Circuits 221, 231, 241, 251, 252, 261, 271, 281 P-Channel MOSFET Outputting Signal During Stop or Standby
224,232,243,253,254,262,272,283 N-channel MOSFET
230, 260, 270 Inverter circuits 240, 280 NAND circuit

Claims (6)

第一のしきい値電圧のMOSFETと、
前記第一のしきい値電圧よりも低い第二のしきい値電圧のMOSFETによって構成された半導体集積回路装置であって、
前記半導体集積回路を停止または待機状態にする時に、前記半導体集積回路を構成する前記MOSFETのオンまたはオフ状態を所定の状態に固定する信号を出力する制御回路を備え、
前記制御回路から出力された信号によりオン状態に固定されるMOSFETのすべて、または一部が前記第二のしきい値電圧のMOSFETによって構成される半導体集積回路装置。
A first threshold voltage MOSFET;
A semiconductor integrated circuit device including a MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage,
A control circuit that outputs a signal for fixing the on or off state of the MOSFET constituting the semiconductor integrated circuit to a predetermined state when the semiconductor integrated circuit is stopped or put into a standby state;
A semiconductor integrated circuit device in which all or a part of MOSFETs fixed in an on state by a signal output from the control circuit is configured by the MOSFET having the second threshold voltage.
前記第二のしきい値電圧のMOSFETがNチャンネルMOSFETであることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the MOSFET having the second threshold voltage is an N-channel MOSFET. 前記第二のしきい値電圧のMOSFETがPチャンネルMOSFETであることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the MOSFET having the second threshold voltage is a P-channel MOSFET. 第一のしきい値電圧のMOSFETと、
前記第一のしきい値電圧よりも低い第二のしきい値電圧のMOSFETによって構成された半導体集積回路装置であって、
前記半導体集積回路を停止または待機状態にする時に、前記半導体集積回路を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を所定の状態に固定する信号を出力する制御回路を備え、
前記制御回路から出力された信号によりオフ状態に固定され、かつ、直列に接続されている複数のMOSFETのうち、少なくとも一つが第一のしきい値電圧のMOSFETで構成され、前記第一のしきい値電圧のMOSFET以外のMOSFETのすべて、または一部が第二のしきい値電圧のMOSFETで構成される半導体集積回路装置。
A first threshold voltage MOSFET;
A semiconductor integrated circuit device including a MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage,
A control circuit that outputs a signal for fixing an on or off state of a MOSFET constituting the semiconductor integrated circuit to a predetermined state when the semiconductor integrated circuit is stopped or put into a standby state;
At least one of a plurality of MOSFETs fixed in an OFF state by a signal output from the control circuit and connected in series is configured by a MOSFET having a first threshold voltage, and A semiconductor integrated circuit device in which all or some of the MOSFETs other than the threshold voltage MOSFETs are constituted by MOSFETs having a second threshold voltage.
第一のしきい値電圧のMOSFETと、前記第一のしきい値電圧よりも低い第二のしきい値電圧のMOSFETによって構成される半導体集積回路を停止または待機状態にする時に、前記半導体集積回路を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を所定の状態に固定する信号を出力する制御回路を備えた半導体集積回路装置の設計手法であって、
初めに第一のしきい値電圧のMOSFETで前記半導体集積回路装置を構成して、前記半導体集積回路装置の遅延時間を検証し、
前記遅延時間が所望の値よりも大きい場合には、前記制御回路から出力された信号によってオン状態に固定される前記第一のしきい値電圧のMOSFETのすべて、または一部を第二のしきい値電圧のMOSFETに変換して、
遅延時間の短縮を図る半導体集積回路装置の設計手法。
When stopping or putting a semiconductor integrated circuit configured by a MOSFET having a first threshold voltage and a MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage into a standby state, the semiconductor integrated circuit A design method of a semiconductor integrated circuit device including a control circuit that outputs a signal for fixing an on or off state of a MOSFET constituting a circuit to a predetermined state,
First, the semiconductor integrated circuit device is configured with a MOSFET having a first threshold voltage, and the delay time of the semiconductor integrated circuit device is verified,
If the delay time is larger than a desired value, all or a part of the MOSFET of the first threshold voltage, which is fixed to the ON state by a signal output from the control circuit, is subjected to a second operation. Convert to threshold voltage MOSFET,
A method for designing a semiconductor integrated circuit device for reducing a delay time.
第一のしきい値電圧のMOSFETと、前記第一のしきい値電圧よりも低い第二のしきい値電圧のMOSFETによって構成される半導体集積回路を停止または待機状態にする時に、前記半導体集積回路を構成するMOSFETのオンまたはオフ状態を所定の状態に固定する信号を出力する制御回路を備えた半導体集積回路装置の設計手法であって、
前記制御回路から出力された信号によってオフ状態に固定され、かつ、直列に接続されている複数のMOSFETを検出し、
前記直列に接続されている複数のMOSFETのうち、少なくとも一つを第一のしきい値電圧のMOSFETで、前記第一のしきい値電圧のMOSFET以外のMOSFETを第二のしきい値のMOSFETで構成する半導体集積回路装置の設計手法。
When stopping or putting a semiconductor integrated circuit configured by a MOSFET having a first threshold voltage and a MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage into a standby state, the semiconductor integrated circuit A design method of a semiconductor integrated circuit device including a control circuit that outputs a signal for fixing an on or off state of a MOSFET constituting a circuit to a predetermined state,
Detecting a plurality of MOSFETs that are fixed in an OFF state by a signal output from the control circuit and are connected in series,
At least one of the plurality of MOSFETs connected in series is a MOSFET having a first threshold voltage, and MOSFETs other than the MOSFET having the first threshold voltage are MOSFETs having a second threshold voltage. Design method for semiconductor integrated circuit devices composed of
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