JP2011114817A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
大規模な半導体集積回路では、消費電力の低減を図るため、機能停止時にクロックの供給を停止する、クロックゲーティング回路を使用することが行われる。 In a large-scale semiconductor integrated circuit, in order to reduce power consumption, a clock gating circuit that stops clock supply when a function is stopped is used.
また、クロック・スキューの低減を図るため、複数のクロックバッファをツリー状に配置したクロックツリーを用いてクロックを供給することも行われる。 In order to reduce clock skew, a clock is also supplied using a clock tree in which a plurality of clock buffers are arranged in a tree shape.
さらに、クロックバッファの負荷駆動力の向上を図るため、クロックバッファを構成するトランジスタの閾値を低くすることも行われる。ただし、トランジスタの閾値を低くするとサブスレッショルドリーク電流が増大するという問題が発生する。そこで、低閾値のトランジスタと電源との間に高閾値のトランジスタによるスイッチを挿入し、サブスレッショルドリーク電流を低減させることが行われる。 Further, in order to improve the load driving capability of the clock buffer, the threshold value of the transistor constituting the clock buffer is also lowered. However, if the threshold value of the transistor is lowered, there arises a problem that the subthreshold leakage current increases. Therefore, a switch by a high threshold transistor is inserted between the low threshold transistor and the power source to reduce the subthreshold leakage current.
特許文献1には、ゲーテッドクロックの出力が接続されたクロックツリーの各バッファに、電源VDD、VSSとの接続を遮断する高閾値のトランジスタによるスイッチを挿入した、クロックネットワークの消費電力低減回路が開示されている。
しかし、特許文献1に開示された回路では、機能停止状態(スイッチ・オフ)から動作可能状態(スイッチ・オン)に復帰するときに、各段の高閾値のトランジスタのスイッチングにタイミングのずれがあると、前段の出力がハイインピーダンス状態であるときに後段のバッファが先に動作を開始し、後段のバッファに大きな貫通電流が流れる、という問題が発生することがある。
However, in the circuit disclosed in
この問題に対して、特許文献2には、クロックツリーの各バッファに対して、電源VDD、VSSのいずれか一方にのみ高閾値のトランジスタによるスイッチを挿入することにより、スタンバイ時の各バッファの出力電位を固定し、スタンバイ状態から動作可能状態に復帰するときに各バッファに貫通電流が流れることを防止する、半導体装置が開示されている。
In order to solve this problem,
ところで、近年の半導体集積回路の薄膜化の進展により、トランジスタのゲート酸化膜も薄くなる傾向にある。そのため、従来に比べ、トンネル効果によって流れるゲートリーク電流が増加するようになってきた。 By the way, with the recent progress of thinning of semiconductor integrated circuits, the gate oxide film of transistors tends to be thin. For this reason, the gate leakage current that flows due to the tunnel effect has increased compared to the prior art.
そのため、特許文献2に示される回路のように、スタンバイ状態のときに前段の出力電位が固定される回路では、後段のバッファのゲート電極とソース電極との間に生じる電位差により、機能停止状態のときにゲートリーク電流が流れる、という問題が発生する。
For this reason, in a circuit in which the output potential of the previous stage is fixed in the standby state as in the circuit shown in
そこで、本発明の目的は、スタンバイ時のサブスレッショルドリーク電流およびゲートリーク電流を低減できるとともに、スタンバイモードからの復帰時に貫通電流が流れることを防ぐことのできる半導体装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce a subthreshold leakage current and a gate leakage current during standby and prevent a through current from flowing when returning from a standby mode.
本発明の一態様によれば、縦続接続された複数の論理ゲート回路と、高電位電源線と前記複数の論理ゲート回路のそれぞれの高電位電源端子との間にそれぞれ接続された高閾値の第1のMOSトランジスタと、低電位電源線と前記複数の論理ゲート回路のそれぞれの低電位電源端子との間にそれぞれ接続された高閾値の第2のMOSトランジスタと、前記複数の論理ゲート回路を機能停止させ、それぞれの出力電位を高電位あるいは低電位のいずれかに固定する機能停止制御信号を入力する第1の信号線と、前記機能停止時の出力電位が高電位である論理ゲート回路に接続された前記第2のMOSトランジスタおよび前記機能停止時の出力電位が低電位である論理ゲート回路に接続された前記第1のMOSトランジスタのスイッチングを制御する第1のスタンバイ制御信号を入力する第2の信号線と、前記機能停止時の出力電位が高電位である論理ゲート回路に接続された前記第1のMOSトランジスタおよび前記機能停止時の出力電位が低電位である論理ゲート回路に接続された前記第2のMOSトランジスタのスイッチングを制御する第2のスタンバイ制御信号を入力する第3の信号線とを備えることを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a plurality of logic gate circuits connected in cascade and a high threshold voltage first circuit connected between a high potential power supply line and each high potential power supply terminal of the plurality of logic gate circuits are connected. 1 MOS transistor, a high-potential second MOS transistor connected between a low-potential power line and a low-potential power terminal of each of the plurality of logic gate circuits, and the plurality of logic gate circuits Stopped and connected to a first signal line for inputting a function stop control signal for fixing each output potential to either a high potential or a low potential, and a logic gate circuit whose output potential at the time of the function stop is a high potential The switching of the second MOS transistor and the first MOS transistor connected to the logic gate circuit whose output potential when the function is stopped is low is controlled. A second signal line for inputting the first standby control signal, the first MOS transistor connected to the logic gate circuit having a high output potential when the function is stopped, and the output potential when the function is stopped And a third signal line for inputting a second standby control signal for controlling the switching of the second MOS transistor connected to the logic gate circuit having a low potential. The
本発明によれば、スタンバイ時のサブスレッショルドリーク電流およびゲートリーク電流を低減できるとともに、スタンバイ状態からの復帰時に貫通電流が流れることを防ぐことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the subthreshold leakage current and the gate leakage current during standby, and to prevent a through current from flowing when returning from the standby state.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置であるクロックバッファ10の構成の例を示す論理回路図である。
FIG. 1 is a logic circuit diagram showing an example of the configuration of a clock buffer 10 which is a semiconductor device according to
クロックバッファ10は、初段にクロックゲーティング回路であるNANDゲート1を有し、このNANDゲート1の出力に5段のインバータ2〜6が縦続接続されている。なお、インバータの段数は5段に限られるものではなく、回路設計上の必要性に応じて任意の段数とされるものである。
The clock buffer 10 has a
NANDゲート1およびインバータ2〜6のそれぞれの高電位電源端子と高電位電源線VDDとの間には、高閾値のPMOSトランジスタPH1〜PH6がそれぞれ接続されている。
High threshold PMOS transistors PH1 to PH6 are respectively connected between the high potential power supply terminals of the
また、NANDゲート1およびインバータ2〜6のそれぞれの低電位電源端子と低電位電源線VSSとの間には、高閾値のNMOSトランジスタNH1〜NH6がそれぞれ接続されている。
Also, high threshold NMOS transistors NH1 to NH6 are connected between the low potential power supply terminals of the
NANDゲート1へは、クロック信号CLKとクロックゲート信号Gが入力される。クロックゲート信号Gを論理‘0’とするとクロックゲーティングが行われ、NANDゲート1の出力は‘H’レベルに固定される。このNANDゲート1の出力が順次反転されて伝達され、インバータ2、3、4、5、6の出力も、‘L’、‘H’、‘L’、‘H’、‘L’に固定される。
A clock signal CLK and a clock gate signal G are input to the
また、クロックバッファ10へは、スタンバイ制御信号SB1およびスタンバイ制御信号SB2が入力される。 Further, the standby control signal SB1 and the standby control signal SB2 are input to the clock buffer 10.
スタンバイ制御信号SB1、SB2は、それぞれ、インバータIV1、IV2で反転され、それぞれの反転信号、SB1N、SB2Nが生成される。 Standby control signals SB1 and SB2 are inverted by inverters IV1 and IV2, respectively, and inverted signals SB1N and SB2N are generated.
スタンバイ制御信号SB1、SB2およびそれぞれの反転信号SB1N、SB2Nは、高閾値のPMOSトランジスタPH1〜PH6およびNMOSトランジスタNH1〜NH6のゲート電極に入力される。その入力先は、クロックゲーティング時のNANDゲート1およびインバータ2〜6の出力レベルにもとづいて決定される。
The standby control signals SB1 and SB2 and the inverted signals SB1N and SB2N are input to the gate electrodes of the high threshold PMOS transistors PH1 to PH6 and NMOS transistors NH1 to NH6. The input destination is determined based on the output levels of the
すなわち、クロックゲーティング時の出力レベルが‘H’であるNANDゲート1、インバータ3、インバータ5にそれぞれ接続されるNMOSトランジスタNH1、NH3、NH5のゲート電極にはスタンバイ制御信号SB1が入力され、PMOSトランジスタPH1、PH3、PH5のゲート電極にはスタンバイ制御信号SB2の反転信号SB2Nが入力される。
That is, the standby control signal SB1 is input to the gate electrodes of the NMOS transistors NH1, NH3, and NH5 connected to the
また、クロックゲーティング時の出力レベルが‘L’であるインバータ2、インバータ4、インバータ6にそれぞれ接続されるPMOSトランジスタPH2、PH4、PH6のゲート電極にはスタンバイ制御信号SB1の反転信号SB1Nが入力され、NMOSトランジスタNH2、NH4、NH6のゲート電極にはスタンバイ制御信号SB2が入力される。
Further, the inverted signal SB1N of the standby control signal SB1 is input to the gate electrodes of the PMOS transistors PH2, PH4, and PH6 connected to the
スタンバイ制御信号SB1、SB2による高閾値のPMOSトランジスタPH1〜PH6およびNMOSトランジスタNH1〜NH6のスイッチングの制御により、スタンバイモード時に、NANDゲート1およびインバータ2〜6にオフリーク電流が流れることが防止される。
By controlling the switching of the high threshold PMOS transistors PH1 to PH6 and the NMOS transistors NH1 to NH6 by the standby control signals SB1 and SB2, it is possible to prevent an off-leakage current from flowing through the
図2は、図1に示した回路の論理ゲート、すなわちNANDゲート1およびインバータ2〜6をMOSトランジスタで構成したときの回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram when the logic gate, that is,
NANDゲート1は、並列接続されたPMOSトランジスタP11、P12に、直列接続されたNMOSトランジスタN11、N12が、直列に接続されている。
In the
インバータ2は、PMOSトランジスタP2とNMOSトランジスタN2とが、直列に接続されている。インバータ3〜6も、インバータ2と同じ構成である。
In the
ここで、NANDゲート1およびインバータ2〜6の出力をO1〜O6と表す。
Here, the outputs of the
次に、図3〜図5を用いて、本実施例のクロックバッファ10を、通常動作モードからスタンバイモードへ移行させるとき、およびスタンバイモードから通常動作モードへ復帰させるときの、高閾値のPMOSトランジスタPH1〜PH6およびNMOSトランジスタNH1〜NH6のスイッチングの制御について説明する。 Next, referring to FIG. 3 to FIG. 5, the high-threshold PMOS transistor when the clock buffer 10 of the present embodiment is shifted from the normal operation mode to the standby mode and is returned from the standby mode to the normal operation mode. The switching control of PH1 to PH6 and NMOS transistors NH1 to NH6 will be described.
図3は、スタンバイ動作制御に関わる入力信号の波形と、高閾値のPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタのスイッチング状態を示す図であり、図4は、スタンバイモード時の回路内部の動作状態を示す図であり、図5は、スタンバイモードから通常動作モードへ復帰する途中の回路内部の動作状態を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a waveform of an input signal related to standby operation control and a switching state of a high threshold PMOS transistor and an NMOS transistor, and FIG. 4 is a diagram showing an internal operation state in the standby mode. FIG. 5 is a diagram illustrating an operation state inside the circuit during the return from the standby mode to the normal operation mode.
なお、以降の説明では、NANDゲート1およびインバータ2、3の動作についてのみ説明する。インバータ4〜6の動作に関しては、インバータ1あるいはインバータ2と同じ動作となるので、その説明を省略する。
In the following description, only operations of the NAND
本実施例では、図3に示すように、クロックゲート信号G、スタンバイ制御信号SB1、スタンバイ制御信号SB2の信号レベルを時間差を設けて変化させることにより、スタンバイ動作の制御が行われる。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the standby operation is controlled by changing the signal levels of the clock gate signal G, the standby control signal SB1, and the standby control signal SB2 with a time difference.
すなわち、通常動作モードからスタンバイモードへ移行させるときは、最初に、クロックゲート信号Gを‘1’から‘0’へ変化させ、次に、スタンバイ制御信号SB1を‘1’から‘0’へ変化させ、最後に、スタンバイ制御信号SB2を‘1’から‘0’へ変化させる。 That is, when shifting from the normal operation mode to the standby mode, first, the clock gate signal G is changed from “1” to “0”, and then the standby control signal SB1 is changed from “1” to “0”. Finally, the standby control signal SB2 is changed from “1” to “0”.
上述したように、通常動作モードからスタンバイモードへ移行させるときは、最初に、クロックゲート信号Gを‘1’から‘0’へ変化させる。 As described above, when shifting from the normal operation mode to the standby mode, first, the clock gate signal G is changed from ‘1’ to ‘0’.
これにより、NANDゲート1の出力O1が‘H’レベルに固定される。また、インバータ2の出力O2は、‘L’レベル、インバータ3の出力O3は、‘H’レベルに固定される。
As a result, the output O1 of the
次に、スタンバイ制御信号SB1を‘1’から‘0’へ変化させる。 Next, the standby control signal SB1 is changed from “1” to “0”.
これにより、NANDゲート1に接続されている高閾値のNMOSトランジスタNH1、インバータ2に接続されている高閾値のPMOSトランジスタPH2、インバータ3に接続されている高閾値のNMOSトランジスタNH3が、オフする。
As a result, the high threshold NMOS transistor NH1 connected to the
このオフする高閾値のトランジスタは、いずれも出力O1〜O3の出力レベルとは反対電位の電源線に接続されているトランジスタである。換言すれば、ロックゲート信号Gが‘0’となったときにオフするNANDゲート1のNMOSトランジスタN11、インバータ2のPMOSトランジスタP2、インバータ3のNMOSトランジスタN3と、低電位電源線VSSあるいは高電位電源線VDDとの間に接続されているトランジスタである。
The high-threshold transistors that are turned off are all connected to a power supply line having a potential opposite to the output levels of the outputs O1 to O3. In other words, the NMOS transistor N11 of the
したがって、高閾値のNMOSトランジスタNH1、PMOSトランジスタPH2、NMOSトランジスタNH3をオフさせることにより、オフ状態のNMOSトランジスタN11、PMOSトランジスタP2、NMOSトランジスタN3から、低電位電源線VSSあるいは高電位電源線VDDへ、サブスレショールド電流が流れることを防止することができる。 Therefore, by turning off the high threshold NMOS transistor NH1, the PMOS transistor PH2, and the NMOS transistor NH3, the NMOS transistor N11, the PMOS transistor P2, and the NMOS transistor N3 in the off state are transferred to the low potential power supply line VSS or the high potential power supply line VDD. Therefore, it is possible to prevent the subthreshold current from flowing.
最後に、スタンバイ制御信号SB2を‘1’から‘0’へ変化させる。 Finally, the standby control signal SB2 is changed from “1” to “0”.
これにより、NANDゲート1に接続されている高閾値のPMOSトランジスタPH1、インバータ2に接続されている高閾値のNMOSトランジスタNH2、インバータ3に接続されている高閾値のPMOSトランジスタPH3がオフし、クロックバッファ10はスタンバイモードとなる。
This turns off the high threshold PMOS transistor PH1 connected to the
スタンバイモードとなると、NANDゲート1の出力O1、インバータ2の出力O2、インバータ3の出力O3はハイインピーダンス状態となるが、オフしている高閾値のMOSトランジスタにサブスレショールド電流がほとんど流れないので、出力O1〜O3の出力レベルは、一時的にはそのまま保持される。
In the standby mode, the output O1 of the
図4は、スタンバイモードのときの回路内部の状態を回路図に示したものである。 FIG. 4 is a circuit diagram showing the internal state of the circuit in the standby mode.
上述したように、スタンバイモードのとき、NANDゲート1の出力O1は‘H’レベル、インバータ2の出力O2は‘L’レベルに一時的には保持される。したがって、その出力が入力されるインバータ2のNMOSトランジスタN2、インバータ3のPMOSトランジスタP3のゲート電極には、ゲートリーク電流が発生する恐れがある。
As described above, in the standby mode, the output O1 of the
しかし、本実施例では、スタンバイ制御信号SB2により高閾値のNMOSトランジスタNH2、PMOSトランジスタPH3をオフさせるので、NMOSトランジスタN2およびPMOSトランジスタP3のソース電極がハイインピーダンス(‘HZ’)となり、それぞれのゲート電極との間にゲートリーク電流が高閾値のMOSトランジスタにサブスレショールド電流以上に流れ続けることがない。 However, in this embodiment, the high threshold NMOS transistor NH2 and the PMOS transistor PH3 are turned off by the standby control signal SB2, so that the source electrodes of the NMOS transistor N2 and the PMOS transistor P3 become high impedance ('HZ'), and the respective gates thereof. The gate leakage current between the electrodes does not continue to flow beyond the subthreshold current in the high threshold MOS transistor.
すなわち、スタンバイモードのときにゲートリーク電流が流れ続けることを防止することができる。 That is, it is possible to prevent the gate leakage current from continuing to flow in the standby mode.
次に、本実施例のクロックバッファ10をスタンバイモードから通常動作モードへ復帰させるときの、クロックゲート信号G、スタンバイ制御信号SB1、スタンバイ制御信号SB2入力の手順について説明する。 Next, the procedure for inputting the clock gate signal G, the standby control signal SB1, and the standby control signal SB2 when the clock buffer 10 of this embodiment is returned from the standby mode to the normal operation mode will be described.
スタンバイモードから通常動作モードへ復帰させるときは、図3に示すように、最初に、スタンバイ制御信号SB2を‘0’から‘1’へ変化させ、次に、スタンバイ制御信号SB1を‘0’から‘1’へ変化させ、最後に、クロックゲート信号Gを‘0’から‘1’へ変化させる。 When returning from the standby mode to the normal operation mode, as shown in FIG. 3, first, the standby control signal SB2 is changed from “0” to “1”, and then the standby control signal SB1 is changed from “0”. Then, the clock gate signal G is changed from “0” to “1”.
最初に、スタンバイ制御信号SB2を‘0’から‘1’へ変化させると、図5に示すように、高閾値のPMOSトランジスタPH1、NMOSトランジスタNH2、PMOSトランジスタPH3が、オンする。しかし、このとき、高閾値のNMOSトランジスタNH1、PMOSトランジスタPH2、NMOSトランジスタNH3は、未だオフ状態であるので、NANDゲート1およびインバータ2、3に、貫通電流が流れることはない。
First, when the standby control signal SB2 is changed from "0" to "1", the high threshold PMOS transistor PH1, NMOS transistor NH2, and PMOS transistor PH3 are turned on as shown in FIG. However, at this time, since the high threshold NMOS transistor NH1, the PMOS transistor PH2, and the NMOS transistor NH3 are still in the off state, no through current flows through the
また、高閾値のPMOSトランジスタPH1、NMOSトランジスタNH2、PMOSトランジスタPH3は、出力O1〜O3の出力レベルと同電位の電源線に接続されるトランジスタであり、出力O1〜O3の出力レベルは、NANDゲート1およびインバータ2、3を構成するトランジスタのサブスレッショルドリークにより、入力レベルに依存せずに低電位電源線VSSあるいは高電位電源線VDDと同電位に定まる。したがって、出力O1〜O3と低電位電源線VSSあるいは高電位電源線VDDとの間に、電流が流れることもない。
The high threshold PMOS transistor PH1, NMOS transistor NH2, and PMOS transistor PH3 are transistors connected to the power supply line having the same potential as the output levels of the outputs O1 to O3, and the output levels of the outputs O1 to O3 are the NAND gates. 1 and the subthreshold leakage of the transistors constituting the
その後、スタンバイ制御信号SB1を‘0’から‘1’へ変化させ、最後に、クロックゲート信号Gを‘0’から‘1’へ変化させることにより、クロックバッファ10は、通常動作モードへ復帰する。 Thereafter, the standby control signal SB1 is changed from “0” to “1”, and finally the clock gate signal G is changed from “0” to “1”, whereby the clock buffer 10 returns to the normal operation mode. .
このような本実施例によれば、機能停止制御信号であるクロックゲート信号Gにより出力レベルを固定した上で、クロックバッファ10の各段の論理ゲート回路と高電位電源線VDDとの間に接続された高閾値のPMOSトランジスタ、および低電位電源線VSSとの間に接続された高閾値のNMOSトランジスタのスイッチングを、スタンバイ制御信号SB1およびスタンバイ制御信号SB2で制御してスタンバイモードとすることにより、クロックバッファ10の各段の論理ゲート回路に、スタンバイモード時にサブスレッショルド電流およびゲートリーク電流が流れることを防止できるとともに、通常動作への復帰時に貫通電流が流れることを防止することができる。 According to this embodiment, the output level is fixed by the clock gate signal G which is a function stop control signal, and the connection is made between the logic gate circuit at each stage of the clock buffer 10 and the high potential power line VDD. By switching the switching of the high threshold NMOS transistor connected between the high threshold PMOS transistor and the low potential power supply line VSS by the standby control signal SB1 and the standby control signal SB2, the standby mode is set. It is possible to prevent the subthreshold current and the gate leakage current from flowing through the logic gate circuit of each stage of the clock buffer 10 in the standby mode, and also prevent the through current from flowing when returning to the normal operation.
図6は、本発明の実施例2に係る半導体装置であるクロックバッファ20の構成の例を示す論理回路図である。 FIG. 6 is a logic circuit diagram showing an example of the configuration of the clock buffer 20 which is a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
クロックバッファ20は、実施例1のクロックバッファ10のインバータ3〜6が、クロックツリー構造へ展開されたものである。ここでは、インバータ2段が1つのバッファとされ、このバッファがツリー状に配置されている。
The clock buffer 20 is obtained by expanding the
すなわち、インバータ2の出力にインバータ31、41からなるバッファとインバータ32、42からなるバッファが接続され、インバータ31、41からなるバッファの出力には、インバータ51、61からなるバッファとインバータ52、62からなるバッファが接続され、インバータ32、42からなるバッファの出力には、インバータ53、63からなるバッファとインバータ54、64からなるバッファが接続されている。
That is, a buffer consisting of
各段のインバータには、実施例1と同様、高電位電源線VDDとの間に高閾値のPMOSトランジスタが接続され、低電位電源線VSSとの間に高閾値のNMOSトランジスタが接続される。 As in the first embodiment, a high-threshold PMOS transistor is connected to the high-potential power line VDD, and a high-threshold NMOS transistor is connected to the low-level power line VSS.
この高閾値のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのスイッチングも、実施例1と同様、スタンバイ制御信号SB1、SB2と、それぞれの反転信号SB1N、SB2Nにより制御される。 The switching between the high threshold PMOS transistor and the NMOS transistor is also controlled by the standby control signals SB1 and SB2 and the inverted signals SB1N and SB2N, respectively, as in the first embodiment.
例えば、インバータ31と高電位電源線VDDとの間に接続された高閾値のPMOSトランジスタPH31のスイッチングはスタンバイ制御信号SB2の反転信号SB2Nにより制御され、インバータ31と低電位電源線VSSとの間に接続された高閾値のNMOSトランジスタNH31のスイッチングはスタンバイ制御信号SB1により制御される。また、インバータ41と高電位電源線VDDとの間に接続された高閾値のPMOSトランジスタPH41のスイッチングはスタンバイ制御信号SB1の反転信号SB1Nにより制御され、インバータ41と低電位電源線VSSとの間に接続された高閾値のNMOSトランジスタNH41のスイッチングはスタンバイ制御信号SB2により制御される。
For example, switching of the high-threshold PMOS transistor PH31 connected between the
このような接続により、本実施例においても、通常動作モードからスタンバイモードへの移行およびスタンバイモードから通常動作モードへの復帰に関し、実施例1と同様の制御を行うことができる。 With this connection, in the present embodiment, the same control as in the first embodiment can be performed with respect to the transition from the normal operation mode to the standby mode and the return from the standby mode to the normal operation mode.
このような本実施例によれば、クロックゲート信号Gにより出力レベルが固定されるクロックバッファがクロックツリー構造であっても、スタンバイモード時に各段の論理ゲート回路にサブスレッショルド電流およびゲートリーク電流が流れることを防止できるとともに、通常動作への復帰時に各段の論理ゲート回路に貫通電流が流れることを防止することができる。 According to the present embodiment, even if the clock buffer whose output level is fixed by the clock gate signal G has a clock tree structure, the sub-threshold current and the gate leakage current are generated in the logic gate circuit in each stage in the standby mode. It is possible to prevent the current from flowing, and to prevent a through current from flowing through the logic gate circuit at each stage when returning to the normal operation.
1 NANDゲート
2〜6、31〜64.IV1、IV2 インバータ
PH1〜PH6、PH31〜PH64 高閾値PMOSトランジスタ
NH1〜NH6、NH31〜NH64 高閾値NMOSトランジスタ
P11、P12、P2〜P6 PMOSトランジスタ
N11、N12、N2〜N6 PMOSトランジスタ
10、20 クロックバッファ
1 NAND gates 2-6, 31-64. IV1, IV2 Inverters PH1-PH6, PH31-PH64 High threshold PMOS transistors NH1-NH6, NH31-NH64 High threshold NMOS transistors P11, P12, P2-P6 PMOS transistors N11, N12, N2-N6 PMOS transistors 10, 20 Clock buffer
Claims (4)
高電位電源線と前記複数の論理ゲート回路のそれぞれの高電位電源端子との間にそれぞれ接続された高閾値の第1のMOSトランジスタと、
低電位電源線と前記複数の論理ゲート回路のそれぞれの低電位電源端子との間にそれぞれ接続された高閾値の第2のMOSトランジスタと、
前記複数の論理ゲート回路を機能停止させ、それぞれの出力電位を高電位あるいは低電位のいずれかに固定する機能停止制御信号を入力する第1の信号線と、
前記機能停止時の出力電位が高電位である論理ゲート回路に接続された前記第2のMOSトランジスタおよび前記機能停止時の出力電位が低電位である論理ゲート回路に接続された前記第1のMOSトランジスタのスイッチングを制御する第1のスタンバイ制御信号を入力する第2の信号線と、
前記機能停止時の出力電位が高電位である論理ゲート回路に接続された前記第1のMOSトランジスタおよび前記機能停止時の出力電位が低電位である論理ゲート回路に接続された前記第2のMOSトランジスタのスイッチングを制御する第2のスタンバイ制御信号を入力する第3の信号線と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A plurality of cascaded logic gate circuits;
A high-threshold first MOS transistor connected between a high-potential power line and a high-potential power terminal of each of the plurality of logic gate circuits;
A high-threshold second MOS transistor connected between a low-potential power line and each low-potential power terminal of each of the plurality of logic gate circuits;
A first signal line for inputting a function stop control signal for stopping the function of the plurality of logic gate circuits and fixing each output potential at either a high potential or a low potential;
The second MOS transistor connected to the logic gate circuit whose output potential when the function is stopped is high and the first MOS connected to the logic gate circuit whose output potential when the function is stopped is low A second signal line for inputting a first standby control signal for controlling switching of the transistor;
The first MOS transistor connected to the logic gate circuit whose output potential when the function is stopped is high and the second MOS transistor connected to the logic gate circuit whose output potential when the function is stopped is low A semiconductor device comprising: a third signal line for inputting a second standby control signal for controlling switching of the transistor.
最初に前記機能停止制御信号が機能停止を指示するレベルとされ、次に前記第1のスタンバイ制御信号がスイッチングオフを指示するレベルとされ、最後に前記第2のスタンバイ制御信号がスイッチングオフを指示するレベルとされ、
スタンバイモードから通常動作モードへ復帰するときは、
最初に前記第2のスタンバイ制御信号がスイッチングオンを指示するレベルとされ、次に前記第1のスタンバイ制御信号がスイッチングオンを指示するレベルとされ、最後に前記機能停止制御信号が機能動作を指示するレベルとされる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 When shifting from normal operation mode to standby mode,
First, the function stop control signal is set to a level for instructing function stop, then the first standby control signal is set to a level for instructing switching off, and finally, the second standby control signal is instructed to switch off. Is the level to be
When returning from standby mode to normal operation mode,
First, the second standby control signal is set to a level for instructing switching on, then the first standby control signal is set to a level for instructing switching on, and finally, the function stop control signal indicates a functional operation. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is at a level to be used.
初段を前記機能停止制御信号によりクロックを停止させるクロックゲーティング回路とし、後段を総てインバータとする、
クロックバッファを構成する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 A plurality of cascaded logic gate circuits,
The first stage is a clock gating circuit that stops the clock by the function stop control signal, and the subsequent stages are all inverters.
3. The semiconductor device according to claim 1, comprising a clock buffer.
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the clock buffer has a clock tree structure.
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