JP2007049752A - Logical processing circuit, semiconductor device and logical processing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce off-leakage current in an operation mode where a circuit actually is in operation. <P>SOLUTION: The logical processing circuit is constituted so that, for example, data held by flip-flops 11 to 13 at rising of a clock signal CK are processed by a logical gate circuit network 31, to which power is supplied during a low-level state period of the clock signal CK and its processing result is held in flip-flops 21 to 23, in a state with the power being always supplied to the flip-flops 11 to 13, 21, to 23 at each of front and rear stages. When power supply time to the logical gate circuit network 31 is set as the necessary minimum, the off-leak current at the logical gate circuit network 31 can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、前段フリップフロップに保持されているデータが論理ゲート回路網で処理された上、処理結果が後段フリップフロップに保持されるようにした、CMOS型半導体集積回路としての論理処理回路に係り、特に論理ゲート回路網でのオフリーク電流が低減化され得る論理処理回路、更には、この論理処理回路が搭載されてなるチップをパッケージ内部に封止してなる半導体デバイス、更にはまた、その半導体デバイスを構成要素として含む論理処理装置に関する。   The present invention relates to a logic processing circuit as a CMOS type semiconductor integrated circuit in which data held in a front-stage flip-flop is processed by a logic gate circuit network and a processing result is held in a rear-stage flip-flop. In particular, a logic processing circuit that can reduce off-leakage current in a logic gate circuit network, a semiconductor device in which a chip on which the logic processing circuit is mounted is sealed inside a package, and also the semiconductor The present invention relates to a logical processing apparatus including a device as a component.

近年、機器のモバイル化に伴い、LSI自体等での消費電力のより一層の低消費電力化が要請されているのが実情である。一方、CMOS(Complementary MOS、相補型MOS)プロセスの進化に伴い90nm、65nmといったプロセス世代では、MОSトランジスタでのオフリーク電流が大きくなり、これによる電力消費も無視し得なくなってきているのも事実である。これに対する対策として、これまでにあっては、MT(Multi Threshold)―CMOSを用いたり、クロックが停止される待機モードでは、電源遮断が行われるようになっている。   In recent years, with the trend toward mobile devices, there has been a demand for further lower power consumption of LSI itself. On the other hand, with the evolution of CMOS (Complementary MOS) processes, in process generations such as 90 nm and 65 nm, the off-leakage current in MOS transistors increases, and it is also true that power consumption due to this has become negligible. is there. As countermeasures against this, until now, power is shut off in a standby mode in which MT (Multi Threshold) -CMOS is used or the clock is stopped.

因みに、特許文献1には、低電源電圧で高速動作するとともに、消費電力を低減するために、確実で安定したパワーダウン動作が実施可能とされた順序回路が開示されている。また、特許文献2には、待機時に消費電力を低減する機能を備え、記憶されているデータが待機時に失われないマスタスレーブ型フリップフロップが開示されている。   Incidentally, Patent Document 1 discloses a sequential circuit that is capable of high-speed operation with a low power supply voltage and capable of performing a reliable and stable power-down operation in order to reduce power consumption. Patent Document 2 discloses a master-slave flip-flop that has a function of reducing power consumption during standby and that does not lose stored data during standby.

更に、特許文献3には、MOSトランジスタを含む半導体集積回路において、アクティブ時には低電源電圧での動作が可能であり、且つスタンバイ時にはリーク電流に起因する消費電力が抑制可能とされた半導体集積回路装置が開示されている。更にまた、特許文献4には、待機時での消費電力が削減されるべく、一時記憶素子(電源電圧を遮断すると記憶情報が消滅してしまうレジスタ素子およびメモリ素子)以外の素子には、一切、電源電圧が供給されないようになっている。
特開平07―271477号公報 特開平11―284493号公報 特開2000―208713号公報 特開2001―251180号公報
Further, Patent Document 3 discloses a semiconductor integrated circuit device that can operate with a low power supply voltage when active in a semiconductor integrated circuit including a MOS transistor and can suppress power consumption caused by a leakage current during standby. Is disclosed. Furthermore, in Patent Document 4, there are no elements other than temporary storage elements (register elements and memory elements whose stored information disappears when the power supply voltage is cut off) in order to reduce power consumption during standby. The power supply voltage is not supplied.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-271477 JP-A-11-284493 JP 2000-208713 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-251180

しかしながら、クロックが入力され、回路が実際に動作している動作モードにおいては、オフリーク電流を低減させることは、実際上、不可能となっているのが実情である。   However, in the operation mode in which the clock is input and the circuit is actually operating, it is actually impossible to reduce the off-leak current.

よって、本発明の目的は、クロックが入力され、回路が実際に動作している動作モードにおいて、オフリーク電流が低減化され得る論理処理回路、更には、この論理処理回路が搭載されてなるチップをパッケージ内部に封止してなる半導体デバイス、更にはまた、その半導体デバイスを構成要素として含む論理処理装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a logic processing circuit capable of reducing off-leakage current in an operation mode in which a clock is input and the circuit is actually operated, and a chip on which the logic processing circuit is mounted. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device sealed inside a package and a logic processing apparatus including the semiconductor device as a component.

本発明の論理処理回路は、前段フリップフロップおよび後段フリップフロップを含む複数のフリップフロップと、前記前段フリップフロップに保持されているデータを処理して処理結果を前記後段フリップフロップに格納する論理ゲート回路網と、クロック信号のローレベル状態期間およびハイレベル状態期間の一方が、前記論理ゲート回路網に対して電源を供給する電源オン期間として定められ、他方が、電源をカットする電源オフ期間として定められ、前記電源オン期間と前記電源オフ期間とを切り替える切替手段と、を備え、 前記電源オン期間および前記電源オフ期間の双方において、前記複数のフリップフロップは、電源が供給され、前記電源オン期間から前記電源オフ期間への切替に同期して、前記複数のフリップフロップは、それぞれに入力されたデータを格納し、前記電源オン期間内でのみ、前記論理ゲート回路網は、前記前段フリップフロップに保持されているデータを処理した上、処理結果を前記後段フリップフロップに出力するように、構成されたものである。   The logic processing circuit of the present invention includes a plurality of flip-flops including a front-stage flip-flop and a rear-stage flip-flop, and a logic gate circuit that processes data held in the front-stage flip-flop and stores a processing result in the rear-stage flip-flop One of the network and the low-level state period and the high-level state period of the clock signal is defined as a power-on period for supplying power to the logic gate circuit network, and the other is defined as a power-off period for cutting off the power. And switching means for switching between the power-on period and the power-off period, and in both the power-on period and the power-off period, the plurality of flip-flops are supplied with power, and the power-on period In synchronization with the switching from the power off period to the plurality of flip-flops, Each input data is stored, and only during the power-on period, the logic gate circuit processes the data held in the previous stage flip-flop, and the processing result is stored in the subsequent stage flip-flop. It is configured to output.

上記構成によると、例えばクロック信号の立上り時点で(電源オン期間から電源オフ期間への切替に同期して)前段フリップフロップにはデータが、また、後段フリップフロップには論理ゲート回路網からの処理結果が保持され、そのクロック信号のローレベル状態期間、即ち、Lレベル状態期間内でのみ論理ゲート回路網には電源が供給された状態で、前段フリップフロップからのデータが処理可能とされる。例えば、そのローレベル状態期間が必要最小限の時間(その論理ゲート回路網での処理遅延時間と後段フリップフロップでのデータセットアップ時間との和)よりも若干大きい時間として設定される場合には、論理ゲート回路網でのオフリーク電流が大幅に低減化され得る。   According to the above configuration, for example, at the rising edge of the clock signal (synchronized with the switching from the power-on period to the power-off period), data is stored in the front-stage flip-flop, and processing from the logic gate network is performed in the rear-stage flip-flop. The result is held, and the data from the previous flip-flop can be processed while the power is supplied to the logic gate circuit only during the low level state period of the clock signal, that is, the L level state period. For example, when the low level state period is set as a time slightly longer than the minimum necessary time (the sum of the processing delay time in the logic gate network and the data setup time in the subsequent flip-flop), The off-leakage current in the logic gate network can be greatly reduced.

クロックが入力され、回路が実際に動作している動作モードにおいて、オフリーク電流が低減化され得る論理処理回路や、この論理処理回路が搭載されてなるチップをパッケージ内部に封止してなる半導体デバイス、この半導体デバイスを構成要素として含む論理処理装置が提供される。   A logic processing circuit capable of reducing off-leakage current in an operation mode in which a clock is inputted and the circuit is actually operated, and a semiconductor device in which a chip on which the logic processing circuit is mounted is sealed in a package A logic processing apparatus including the semiconductor device as a component is provided.

以下、本発明の一実施の形態について、図1から図10により説明する。
先ず本発明による論理処理回路の一例での基本構成を図1に示す。図示のように、前段フリップフロップ11〜13や後段フリップフロップ21〜23には、常時、電源電圧VDDが供給されている一方、それら間に介在配置されている論理ゲート回路網31に対しては、電源カットTr(Tr:トランジスタ)としてのpチャネルMОSトランジスタ(以下、単にpMОSと称す)41、nチャネルMОSトランジスタ(以下、単にnMОSと称す)51を介し、電源電圧VDDが供給可能とされている。論理ゲート回路網31に対し、何時、電源電圧VDDが供給されるかは、クロック信号CKの状態によっている。本例では、フリップフロップ11〜13,21〜23に対し、クロック信号CKの立上り時点で、外部からのデータD11〜D13や論理ゲート回路網31からの処理結果D21〜D23が保持(取込み)される場合が想定されていることから、クロック信号CKがLレベル状態にある期間、論理ゲート回路網31には電源電圧VDDが供給されるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1 shows a basic configuration of an example of a logic processing circuit according to the present invention. As shown in the figure, the power supply voltage V DD is always supplied to the front-stage flip-flops 11 to 13 and the rear-stage flip-flops 21 to 23, while the logic gate circuit network 31 is interposed therebetween. Can supply a power supply voltage V DD via a p-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as pMOS) 41 and an n-channel MOS transistor (hereinafter simply referred to as nMOS) 51 as a power cut Tr (Tr: transistor). Has been. When the power supply voltage V DD is supplied to the logic gate network 31 depends on the state of the clock signal CK. In this example, the flip-flops 11 to 13 and 21 to 23 hold (capture) external data D11 to D13 and processing results D21 to D23 from the logic gate network 31 when the clock signal CK rises. Therefore, the power supply voltage V DD is supplied to the logic gate circuit network 31 while the clock signal CK is in the L level state.

クロック信号CKがLレベル状態にある期間、pMOS41はON状態に、また、nMОS51もインバータ61を介しON状態におかれることで、論理ゲート回路網31では、前段フリップフロップ11〜13から保持出力されているデータD11〜D13が処理されているが、その処理結果はまた、クロック信号CKの次立上り時点で後段フリップフロップ21〜23に保持されているものである。因みに、本例では、pMОS41及びnMОS51を介し論理ゲート回路網31に電源が供給可能とされているが、何れか一方を不要として、他方のみがON/OFF制御されるようにしてもよい。また、本例では、フリップフロップ11〜13,21〜23として、立上りエッジのD型フリップフロップ(以下、単にDFFと称す)が想定されているが、立下りエッジのものでもよく、これら以外には、JKマスタスレーブ型フリップフロップ等が使用可能となっている。   While the clock signal CK is in the L level state, the pMOS 41 is turned on, and the nMOS 51 is also turned on via the inverter 61, so that the logic gate circuit 31 holds and outputs from the previous stage flip-flops 11-13. The processed data D11 to D13 are processed, and the processing result is also held in the subsequent flip-flops 21 to 23 at the next rising edge of the clock signal CK. Incidentally, in this example, power can be supplied to the logic gate network 31 via the pMOS 41 and the nMOS 51, but either one may be unnecessary and only the other may be ON / OFF controlled. Further, in this example, as the flip-flops 11 to 13 and 21 to 23, D-type flip-flops with rising edges (hereinafter simply referred to as DFFs) are assumed, but those with falling edges may be used. JK master-slave type flip-flops can be used.

さて、図2にはまた、以上の論理処理回路での動作タイミングチャートが示されているが、これによる場合、クロック信号CKが立上がる度に、外部からのデータD11〜D13はDFF11〜13に保持されるようになっている。保持されたデータD11〜D13は、その後、クロック信号CKのLレベル状態への遷移を待って、論理ゲート回路網31で処理される。この論理ゲート回路網31からの処理結果D21〜D23はまた、クロック信号CKの立上り時点でDFF21〜23に取込みされるようになっている。結局、クロック信号CKが立上がる度に、データD11〜D13がDFF11〜13に保持されると同時に、処理結果D21〜D23がDFF21〜23に保持されているものであり、データD11〜D13がDFF11〜13に保持されれば、クロック信号CKの1周期後には、それの処理結果D21〜D23がDFF21〜23に保持されているものである。因みに、図中、メッシュ表示は、処理結果D21〜D23が不確定状態にあることを示す。   FIG. 2 also shows an operation timing chart in the above logic processing circuit. In this case, every time the clock signal CK rises, the external data D11 to D13 are transferred to the DFFs 11 to 13, respectively. It is supposed to be retained. The retained data D11 to D13 are then processed by the logic gate circuit network 31 after the clock signal CK transitions to the L level state. The processing results D21 to D23 from the logic gate network 31 are also taken into the DFFs 21 to 23 when the clock signal CK rises. Eventually, every time the clock signal CK rises, the data D11 to D13 are held in the DFFs 11 to 13, and simultaneously, the processing results D21 to D23 are held in the DFFs 21 to 23, and the data D11 to D13 are stored in the DFF11. If held at ˜13, the processing results D21 to D23 are held in the DFFs 21 to 23 after one cycle of the clock signal CK. Incidentally, in the figure, the mesh display indicates that the processing results D21 to D23 are in an indeterminate state.

したがって、処理結果D21〜D23はそれが確定されるのを待って、DFF21〜23に保持される必要があることから、クロック信号CKのLレベル状態期間は、論理ゲート回路網31での処理に要される時間(処理遅延時間)と後段フリップフロップでのデータセットアップ時間との和よりも大きい時間以上として設定されることになる。しかしながら、本発明の所期の目的、即ち、回路が実際に動作している動作モードにおいて、オフリーク電流を低減化させることからすれば、その和よりも若干大きい時間として設定されることになる。   Therefore, since the processing results D21 to D23 need to be held in the DFFs 21 to 23 after being determined, the L level state period of the clock signal CK is not processed in the logic gate network 31. It is set as a time longer than the sum of the required time (processing delay time) and the data setup time in the subsequent flip-flop. However, if the off-leakage current is reduced in the intended purpose of the present invention, that is, in the operation mode in which the circuit is actually operating, the time is set slightly longer than the sum.

以上、論理処理回路の基本構成とその動作について説明したが、図3に示すような構成も考えられるものとなっている。図示のように、既述の論理ゲート回路網31全体は処理方向に沿って3分割されており、既述のクロック信号CKと同一周波数とされるクロック信号CK1からは、位相が異なるクロック信号、例えば位相が2π/3づつずれた、2種類の遅延クロック信号CK2,CK3が作成されている一方、3分割後の論理ゲート回路網部分311,312、312,313間それぞれには、新たに中間段DFF71〜73,81〜83が介在配置されている。論理ゲート回路網部分311〜313それぞれの周囲にはまた、pMОS411〜413やnMОS511〜513、インバータ611〜613が図示の如くに配置された上、クロック信号CK1〜CK3が所定に与えられるようになっている。   Although the basic configuration and operation of the logic processing circuit have been described above, a configuration as shown in FIG. 3 is also conceivable. As shown in the figure, the entire logic gate circuit network 31 described above is divided into three along the processing direction, and the clock signal CK1 having the same frequency as the clock signal CK described above has a clock signal having a different phase, For example, two types of delayed clock signals CK2 and CK3 whose phases are shifted by 2π / 3 are created, while there is a new intermediate between the logic gate circuit portions 311, 312, 312 and 313 after the division into three. Stages DFF71 to 73 and 81 to 83 are interposed. Further, pMOS 411 to 413, nMOS 511 to 513, and inverters 611 to 613 are arranged around the logic gate network portions 311 to 313 as shown in the figure, and clock signals CK1 to CK3 are given to the logic gate network portions 311 to 313, respectively. ing.

図4にはまた、以上の論理処理回路での動作タイミングチャートが示されているが、これによる場合、クロック信号CK1が立上がる度に、外部からのデータD11〜D13はDFF11〜13に保持されるようになっている。保持されたデータD11〜D13は、その後、クロック信号CK2のLレベル状態への遷移を待って、論理ゲート回路網部分311で処理された上、その(中間)処理結果D21〜D23はクロック信号CK2の立上り時点でDFF71〜73に保持される。このDFF71〜73に保持された処理結果はまた、クロックCK3のLレベル状態への遷移を待って、論理ゲート回路網部分312で処理された上、その(中間)処理結果D31〜D33はクロック信号CK3の立上り時点でDFF81〜83に保持される。DFF81〜83に保持された処理結果はまた、クロックCK1のLレベル状態への遷移を待って、論理ゲート回路網部分313で処理された上、その(最終)処理結果D41〜D43はクロック信号CK1の立上り時点でDFF21〜23に保持されるようになっている。   FIG. 4 also shows an operation timing chart in the above logic processing circuit. In this case, the external data D11 to D13 are held in the DFFs 11 to 13 every time the clock signal CK1 rises. It has become so. The held data D11 to D13 are then processed by the logic gate network portion 311 after waiting for the transition of the clock signal CK2 to the L level state, and the (intermediate) processing results D21 to D23 are processed by the clock signal CK2. Is held in the DFFs 71 to 73 at the time of rising. The processing results held in the DFFs 71 to 73 are also processed by the logic gate circuit portion 312 after waiting for the transition of the clock CK3 to the L level state, and the (intermediate) processing results D31 to D33 are clock signals. It is held in DFF 81-83 at the rising edge of CK3. The processing results held in the DFFs 81 to 83 are also processed by the logic gate network part 313 after waiting for the transition of the clock CK1 to the L level state, and the (final) processing results D41 to D43 are the clock signal CK1. Are held in the DFFs 21 to 23 at the time of rising.

結局、クロック信号CK1が立上がる度に、データD11〜D13がDFF11〜13に保持されると同時に、処理結果D41〜D43がDFF21〜23に保持されているものであり、データD11〜D13がDFF11〜13に保持されれば、クロック信号CKの1周期後には、それの処理結果D41〜D43がDFF21〜23に保持されているものである。以上のように、論理ゲート回路網部分311,312、312,313それぞれでの処理タイミングがずらされる場合は、図1の場合に比し、ラッシュカーレント(突入電流)の大きさが抑制され得るものである。また、論理ゲート回路網部分311〜313それぞれでの処理に要される時間は一般に同一とはされないが、もしも、ほぼ同一であるとすれば、クロック信号CK1〜CK3それぞれにおけるLレベル状態期間もほぼ同一時間として設定されることになる。当然のことながら、この時間は、クロック信号CKにおけるそれよりも短く設定されることになる。   As a result, every time the clock signal CK1 rises, the data D11 to D13 are held in the DFFs 11 to 13, and simultaneously, the processing results D41 to D43 are held in the DFFs 21 to 23. The data D11 to D13 are stored in the DFF11. If held in ˜13, the processing results D41 to D43 are held in the DFFs 21 to 23 after one cycle of the clock signal CK. As described above, when the processing timings of the logic gate network portions 311, 312, 312, and 313 are shifted, the magnitude of the rush current (inrush current) can be suppressed as compared with the case of FIG. 1. Is. In addition, the time required for processing in each of the logic gate circuit portions 311 to 313 is generally not the same. However, if they are substantially the same, the L level state period in each of the clock signals CK1 to CK3 is almost the same. It will be set as the same time. As a matter of course, this time is set shorter than that in the clock signal CK.

ここで、DFFについて説明すれば、その一例での内部構成を図5(A)に、また、その構成要素として使用されているクロックド・インバータへのクロック信号CK,CKI,XCKI相互間の関係を図5(B)に示す。これら図(A),(B)についての説明に先立って、先ずクロックド・インバータなるものについて説明すれば、そのシンボル表示を図6(A)に、また、その一例での具体的回路構成を図6(B)に示す。即ち、図6(A)に示すクロックド・インバータ600は、図6(B)に示すように、電源電圧VDDとグランドGND電位との間に、pMOS601、CMOSインバータ(pMOS602及びnMOS603から構成)、nMOS604が直列接続されたものとして構成されており、相互に反転関係にあるクロック信号EN,XENがそれぞれ、Hレベル状態、Lレベル状態にある期間のみ、そのCMOSインバータでは、入力信号INの反転されたものが出力信号OUTとして、低出力インピーダンス状態で出力され得るものとなっている。 Here, the DFF will be described. The internal configuration in one example is shown in FIG. 5A, and the relationship between the clock signals CK, CKI, and XCKI to the clocked inverter used as the constituent elements. Is shown in FIG. Prior to the description of these drawings (A) and (B), first, what is called a clocked inverter will be described. Its symbol display is shown in FIG. 6 (A), and a specific circuit configuration in one example is shown. As shown in FIG. That is, the clocked inverter 600 shown in FIG. 6A has a pMOS 601 and a CMOS inverter (consisting of a pMOS 602 and an nMOS 603) between the power supply voltage V DD and the ground GND potential as shown in FIG. 6B. , The nMOS 604 is connected in series, and the CMOS inverter inverts the input signal IN only during the period in which the clock signals EN and XEN having the inversion relationship with each other are in the H level state and the L level state, respectively. As a result, the output signal OUT can be output in a low output impedance state.

さて、再び図5に戻り、DFFについての説明を続行すれば、先ずクロック信号CK,CKI,XCKI相互間の関係は、図5(B)に示すようである。即ち、クロック信号CKはインバータ501により反転されることで、クロック信号XCKIが得られており、そのクロック信号XCKIはまた、更にインバータ502により反転されることで、クロック信号CKIが得られるようになっている。結局、クロック信号CK,CKIはほぼ同一として得られることになる。   Returning to FIG. 5 again, if the description of the DFF is continued, the relationship among the clock signals CK, CKI, and XCKI is as shown in FIG. 5B. That is, the clock signal CK is inverted by the inverter 501 to obtain the clock signal XCKI, and the clock signal XCKI is further inverted by the inverter 502 to obtain the clock signal CKI. ing. Eventually, the clock signals CK and CKI are obtained as substantially the same.

ここで、DFFの内部構成について、具体的に説明すれば、その入力段としてクロックド・インバータ503が配置されているが、これにより、クロック信号CKIがLレベル状態の期間にある場合のみ、入力信号Dはそのクロックド・インバータ503により反転され、その後、更にインバータ504により反転されるようになっている。やがて、クロック信号CKIがHレベル状態に遷移すれば、その遷移直前での入力信号Dの状態が、インバータ504とクロックド・インバータ505により記憶保持されることになる。この記憶状態はクロックド・インバータ506、インバータ507を介し、バッファゲート509から外部にQ出力として取出されるが、その記憶状態は、たとえ、クロック信号CKIが、その後、Lレベル状態に遷移したとしても、インバータ507とクロックド・インバータ508により記憶保持されるようになっている。これにより、DFFでは、クロック信号CKの立上り時点で、その直前での入力信号Dの状態が保持出力可能とされているものである。したがって、クロック信号CKがHレベル状態にある期間内では、電源が供給されていない論理ゲート回路網や論理ゲート回路網部分から不確定な入力電圧が入力されようとも、クロックド・インバータ503内のpMOS601、nMOS604はともにOFF状態におかれ、入力段で貫通電流が発生されることはないことから、省電力化が図れることになる。   Here, the internal configuration of the DFF will be described in detail. The clocked inverter 503 is arranged as an input stage thereof. However, only when the clock signal CKI is in the L level state, the input is performed. The signal D is inverted by the clocked inverter 503 and then further inverted by the inverter 504. Eventually, when the clock signal CKI transitions to the H level state, the state of the input signal D immediately before the transition is stored and held by the inverter 504 and the clocked inverter 505. This storage state is taken out as Q output from the buffer gate 509 via the clocked inverter 506 and the inverter 507, but the storage state is assumed that the clock signal CKI subsequently transitions to the L level state. Are also stored and held by the inverter 507 and the clocked inverter 508. As a result, the DFF can hold and output the state of the input signal D immediately before the rising edge of the clock signal CK. Therefore, in the period in which the clock signal CK is in the H level state, even if an uncertain input voltage is input from a logic gate circuit network or a logic gate circuit network part to which power is not supplied, Since both the pMOS 601 and the nMOS 604 are in the OFF state and no through current is generated in the input stage, power saving can be achieved.

引続き、論理処理回路の異なる他の構成について説明すれば、その構成を図7に、また、その動作タイミングチャートを図8に示す。図示のように、Lレベル状態期間の一部が相互に重複する状態となるべく、図3におけるクロック信号CK1と同一周波数とされているクロック信号CK1は、遅延ゲート701,702を順次、介されることで、クロック信号CK1から、少しづつ遅延されたクロック信号CK2,CK3が作成されており、これらクロック信号CK1,CK2,CK3それぞれにより、論理ゲート回路網部分311,312,313が順次、処理可能状態におかれている。結果的に、図1の場合と同様に、クロック信号CK1の立上り時点でデータD11〜D13がDFF11〜13に保持されれば、クロック信号CK1の1周期後には、それの処理結果D41〜D43がDFF21〜23に保持されるようになっている。図1の場合とは異なり、そのような電源供給方法が採られているのは、一般に、論理ゲート回路網部分311,312,313それぞれに同時に電源が供給された場合を想定すれば、回路としての安定状態は、論理ゲート回路網部分311での初段から始まり、論理ゲート回路網部分311から徐々に論理ゲート回路網部分313での最終段に向かうと考えられ、したがって、既に十分、安定状態にある回路部分や、処理が行われるまでに、まだ、十分、時間的余裕がある回路部分については、電源の供給が不要であり、図1に示すものよりもオフリーク電流の低減化が図れると考えられたからである。   Next, another configuration of the logic processing circuit will be described. FIG. 7 shows the configuration and FIG. 8 shows an operation timing chart thereof. As shown in the figure, the clock signal CK1 having the same frequency as the clock signal CK1 in FIG. 3 is sequentially passed through the delay gates 701 and 702 so that a part of the L level state period overlaps each other. Thus, clock signals CK2 and CK3 that are delayed little by little are generated from the clock signal CK1, and the logic gate circuit portions 311, 312, and 313 can be sequentially processed by these clock signals CK1, CK2, and CK3, respectively. It is in As a result, as in the case of FIG. 1, if the data D11 to D13 are held in the DFFs 11 to 13 at the rising edge of the clock signal CK1, the processing results D41 to D43 are obtained after one cycle of the clock signal CK1. It is held by DFF 21-23. Unlike the case of FIG. 1, such a power supply method is generally adopted as a circuit assuming that power is simultaneously supplied to each of the logic gate network portions 311, 312, and 313. Is considered to start from the first stage in the logic gate network part 311 and gradually move from the logic gate network part 311 to the last stage in the logic gate network part 313. A circuit portion or a circuit portion that has sufficient time before processing is performed does not need to be supplied with power, and the off-leakage current can be reduced more than that shown in FIG. Because it was.

その論理処理回路とは更に異なる他の構成について説明すれば、その構成を図9に、また、その動作タイミングチャートを図10に示す。図9に示すように、全体としての構成は図7に示すものにほほ同様ながらも、クロック信号CK2,CK3それぞれにおけるLレベル状態期間が短く設定されるようになっている。即ち、図7に示すものにおいては、クロック信号CK2,CK3はそれぞれ、遅延ゲート701,702から直接得られているが、図9では、それぞれ、1入力を元のクロック信号CK2,CK3、他入力をクロック信号CK1とする2入力否定NANDゲート(その機能は、2入力ОRゲートに同一)から改めてクロック信号CK2,CK3が得られており、その結果、図7におけるクロック信号CK2,CK3に比し、Lレベル状態期間は短く設定されており、しかも、クロック信号CK3のLレベル状態期間の終了タイミングは、クロック信号CK1の立上り時点に一致するようになっている。したがって、図7に示すものに比し、オフリーク電流の低減化がより図れることになる。   If another configuration different from the logic processing circuit is described, the configuration is shown in FIG. 9, and the operation timing chart is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the overall configuration is almost the same as that shown in FIG. 7, but the L level state period in each of the clock signals CK2 and CK3 is set short. That is, in FIG. 7, the clock signals CK2 and CK3 are obtained directly from the delay gates 701 and 702, respectively, but in FIG. 9, one input is the original clock signals CK2 and CK3, and the other input, respectively. The clock signals CK2 and CK3 are obtained again from the two-input NAND gate with the clock signal CK1 as the clock signal CK1 (the function is the same as that of the two-input OR gate). As a result, compared with the clock signals CK2 and CK3 in FIG. The L level state period is set short, and the end timing of the L level state period of the clock signal CK3 coincides with the rising point of the clock signal CK1. Accordingly, the off-leakage current can be further reduced as compared with that shown in FIG.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき、具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明による論理処理回路の一例での基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition in an example of the logic processing circuit by this invention. その動作タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement timing chart. 本発明による論理処理回路の他の例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other example of the logic processing circuit by this invention. その動作タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement timing chart. DFF(D型フリップフロップ)の一例での内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure in an example of DFF (D type flip-flop). クロックド・インバータの具体的回路構成を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure of a clocked inverter. 本発明による論理処理回路の異なる他の例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other example from which the logic processing circuit by this invention differs. その動作タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement timing chart. 本発明による論理処理回路の更に異なる他の例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the further another example of the logic processing circuit by this invention. その動作タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement timing chart.

符号の説明Explanation of symbols

11〜13…前段フリップフロップ、21〜23…後段フリップフロップ、71〜73,81〜83…中間段フリップフロップ、31…論理ゲート回路網、311〜313…論理ゲート回路網部分、41,411〜413…pチャネルMOSトランジスタ、51,511〜513…nチャネルMOSトランジスタ、61,611〜613…インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-13 ... Pre-stage flip-flop, 21-23 ... Post-stage flip-flop, 71-73, 81-83 ... Intermediate stage flip-flop, 31 ... Logic gate network, 311-313 ... Logic gate circuit part, 41, 411- 413... P channel MOS transistor, 51, 511 to 513... N channel MOS transistor, 61, 611 to 613.

Claims (9)

前段フリップフロップおよび後段フリップフロップを含む複数のフリップフロップと、
前記前段フリップフロップに保持されているデータを処理して処理結果を前記後段フリップフロップに格納する論理ゲート回路網と、
クロック信号のローレベル状態期間およびハイレベル状態期間の一方が、前記論理ゲート回路網に対して電源を供給する電源オン期間として定められ、他方が、電源をカットする電源オフ期間として定められ、前記電源オン期間と前記電源オフ期間とを切り替える切替手段と、
を備え、
前記電源オン期間および前記電源オフ期間の双方において、前記複数のフリップフロップは、電源が供給され、
前記電源オン期間から前記電源オフ期間への切替に同期して、前記複数のフリップフロップは、それぞれに入力されたデータを格納し、
前記電源オン期間内でのみ、前記論理ゲート回路網は、前記前段フリップフロップに保持されているデータを処理した上、処理結果を前記後段フリップフロップに出力する
論理処理回路。
A plurality of flip-flops including a front-stage flip-flop and a rear-stage flip-flop;
A logic gate circuit for processing data held in the preceding flip-flop and storing a processing result in the subsequent flip-flop;
One of the low-level state period and the high-level state period of the clock signal is defined as a power-on period for supplying power to the logic gate network, and the other is defined as a power-off period for cutting off the power. Switching means for switching between a power-on period and the power-off period;
With
In both the power-on period and the power-off period, the plurality of flip-flops are supplied with power,
In synchronization with switching from the power-on period to the power-off period, the plurality of flip-flops store data input to each of them,
Only during the power-on period, the logic gate network processes the data held in the preceding flip-flop and outputs the processing result to the subsequent flip-flop.
前記電源オン期間は、前記論理ゲート回路網での処理遅延時間および前記後段フリップフロップでのデータセットアップ時間の和より大きい時間として設定される、
請求項1に記載の論理処理回路。
The power-on period is set as a time larger than the sum of a processing delay time in the logic gate network and a data setup time in the subsequent flip-flop.
The logic processing circuit according to claim 1.
前記複数のフリップフロップが、D型フリップフロップである、
請求項1に記載の論理処理回路。
The plurality of flip-flops are D-type flip-flops;
The logic processing circuit according to claim 1.
前記D型フリップフロップの入力段は、クロックド・インバータとして構成される、
請求項3に記載の論理処理回路。
The input stage of the D-type flip-flop is configured as a clocked inverter.
The logic processing circuit according to claim 3.
上記論理ゲート回路網が処理方向に沿ってn(n:2以上の整数)分割される場合、上記クロック信号からは位相が異なる、(n−1)種類の遅延クロック信号が作成され、n個の論理ゲート回路網部分間それぞれには中間段フリップフロップが介在配置され、
上記クロック信号は前段フリップフロップ及び後段フリップフロップにクロック信号として与えられ、
該クロック信号により最終段論理ゲート回路網部分には電源が供給され、
上記(n−1)種類の遅延クロック信号は、該当する中間段フリップフロップにクロック信号として与えられるとともに、該遅延クロック信号により該当する非最終段論理ゲート回路網部分には順次、電源が供給される、
請求項1に記載の論理処理回路。
When the logic gate network is divided into n (n: an integer greater than or equal to 2) along the processing direction, (n-1) types of delayed clock signals having different phases from the clock signal are generated, and n An intermediate stage flip-flop is interposed between each logic gate network part of
The clock signal is given to the front flip-flop and the rear flip-flop as a clock signal,
The clock signal supplies power to the final stage logic gate network part,
The (n-1) types of delayed clock signals are supplied as clock signals to the corresponding intermediate stage flip-flops, and power is sequentially supplied to the corresponding non-final stage logic gate circuit portions by the delayed clock signals. The
The logic processing circuit according to claim 1.
上記論理ゲート回路網が処理方向に沿ってn(n:2以上の整数)分割される場合、前記電源オン期間が直前のものと少しずつオーバラップするように、前記電源オン期間への切替タイミングが少しずつずれた(n−1)種類の遅延クロック信号が、上記クロック信号から作成され、
前記n個の論理ゲート回路網部分それぞれには、対応する前記遅延クロック信号及び上記クロック信号に応じて少しずつずれた前記切替タイミングを有する電源が供給される、
請求項1に記載の論理処理回路。
When the logic gate network is divided into n (n: an integer of 2 or more) along the processing direction, the switching timing to the power-on period so that the power-on period slightly overlaps the previous one. (N-1) types of delayed clock signals are generated from the above clock signals,
Each of the n logic gate network portions is supplied with the corresponding delayed clock signal and the power having the switching timing slightly shifted according to the clock signal.
The logic processing circuit according to claim 1.
前記(n−1)種類の遅延クロック信号は、前記クロック信号に対する前記切替タイミングのずれが大きいものほど、前記電源オン期間が小さくなるように作成される、
請求項6に記載の論理処理回路
The (n-1) types of delayed clock signals are created such that the greater the shift in the switching timing with respect to the clock signal, the shorter the power-on period.
The logic processing circuit according to claim 6.
請求項1ないし7のいずれかに記載の論理処理回路を搭載したチップが、パッケージ内部に封止された半導体デバイス。   A semiconductor device in which a chip on which the logic processing circuit according to claim 1 is mounted is sealed inside a package. 請求項8に記載の半導体デバイスを備えた論理処理装置。   A logic processing apparatus comprising the semiconductor device according to claim 8.
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