JP2014093585A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit.
昨今,半導体集積回路の微細化,低電圧化に伴い,トランジスタのチャネル長は短くなり,閾値電圧は低下している。これにより,トランジスタがオフ状態になっても完全な非導通にはならず,ドレイン・ソース間でオフ電流が生じている。そのため,半導体集積回路のスタンバイ時における消費電力を削減するに当たり,オフ状態となっているトランジスタのオフ電流を減らす必要がある。 In recent years, with the miniaturization and lowering of voltage of semiconductor integrated circuits, the channel length of transistors has become shorter and the threshold voltage has been lowered. As a result, even when the transistor is turned off, the transistor is not completely non-conductive, and an off current is generated between the drain and the source. Therefore, in order to reduce the power consumption during standby of the semiconductor integrated circuit, it is necessary to reduce the off-state current of the off-state transistor.
例えば,半導体集積回路のCMOS論理回路部にサイズの大きいトランジスタが使用されると,通常,そのトランジスタのオフ電流は大きくなる。そこで,従来,半導体集積回路のスタンバイ時には,CMOSインバータを構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのうち,予め判明しているオフ電流が大きい方のトランジスタをオン状態にし,オフ電流が小さい方のトランジスタをオフ状態にする(特許文献1)等,オフ電流を低減する方法がとられてきた。 For example, when a large transistor is used in a CMOS logic circuit portion of a semiconductor integrated circuit, the off-current of the transistor usually increases. Therefore, conventionally, when the semiconductor integrated circuit is on standby, the PMOS transistor and NMOS transistor constituting the CMOS inverter are turned on, and the transistor with the smaller off-current is turned off, and the transistor with the smaller off-current is turned off. A method of reducing the off-current has been taken, such as setting the state (Patent Document 1).
しかしながら,オフ電流の特性はチップの製造プロセスに依存し,チップ間でオフ電流の値にばらつきが生じる。また,オフ電流はトランジスタの温度に依存して変動し,トランジスタ毎に温度依存特性が異なる。そのため,CMOSインバータを構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのうち,スタンバイ時にオフ電流が大きい側のトランジスタが,チップによって異なり,さらにその時の温度によって変わる可能性がある。 However, the off-current characteristics depend on the chip manufacturing process, and the off-current value varies between chips. In addition, the off-current varies depending on the temperature of the transistor, and the temperature-dependent characteristics are different for each transistor. For this reason, among the PMOS transistors and NMOS transistors constituting the CMOS inverter, the transistor having the larger off-current during standby differs depending on the chip and may change depending on the temperature at that time.
したがって,上述の従来のオフ電流低減方法は,スタンバイ時にオンするトランジスタ,オフするトランジスタを予め設計段階で決めているため,オフ電流の製造ばらつきや温度による変動に対応することができない。 Therefore, the above-described conventional off-current reduction method cannot cope with manufacturing variations of off-state currents and fluctuations due to temperature because transistors that are turned on and off during standby are determined in advance in the design stage.
そこで,本発明の目的は,上記を鑑み,スタンバイ時におけるオフ電流を低減する半導体集積回路を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that reduces off-current during standby.
半導体集積回路の第1の側面は,
第1の電圧が与えられた第1の電源線と所定のノードとの間に設けられた第1のPチャネル型トランジスタと,前記所定のノードと前記第1の電圧より低い第2の電圧が与えられた第2の電源線との間に設けられた第1のNチャネル型トランジスタとを有するCMOS論理回路と,
オフ状態にされた第2のPチャネル型トランジスタの第1のオフ電流と、オフ状態にされた第2のNチャネル型トランジスタの第2のオフ電流とを比較し比較結果信号を出力するオフ電流測定回路と,
スタンバイモードになる時,最新の前記比較結果信号に基づいて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする制御回路とを有する。
The first aspect of the semiconductor integrated circuit is
A first P-channel transistor provided between a first power supply line to which a first voltage is applied and a predetermined node; a second voltage lower than the predetermined node and the first voltage; A CMOS logic circuit having a first N-channel transistor provided between a given second power supply line;
An off current that compares the first off current of the second P-channel transistor in the off state with the second off current of the second N-channel transistor in the off state and outputs a comparison result signal A measurement circuit;
When entering the standby mode, based on the latest comparison result signal, if the first off-current is larger than the second off-current, the first P-channel transistor is turned on and the first off-current is turned on. When the N-channel transistor is turned off and the second off-current is larger than the first off-current, the first P-channel transistor is turned off and the first N-channel transistor is turned on. A control circuit.
半導体集積回路の第1の側面によれば,スタンバイ時におけるオフ電流を低減することができる。 According to the first aspect of the semiconductor integrated circuit, the off-current during standby can be reduced.
以下,図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は,第1の実施の形態における半導体集積回路を示す図である。図1において,符号の末尾が「x」である信号はロウアクティブ,「z」である信号はハイアクティブであることを示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor integrated circuit according to the first embodiment. In FIG. 1, a signal whose code ends with “x” indicates low active, and a signal with “z” indicates high active.
半導体集積回路10は,PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのオフ電流を比較し比較結果信号cmpoffzを出力するオフ電流測定回路11と,半導体集積回路10のスタンバイモード時にHレベルのスタンバイ信号stbzを出力するスタンバイモード制御回路12と,比較結果信号cmpoffz及びスタンバイ信号stbzに基づいてクランプ信号clmpzと第1のクランプ制御信号outhxと第2のクランプ制御信号outlzとを出力するCMOS制御回路13と,半導体集積回路10のスタンバイモード時にオフ電流を低減するためにオンオフの制御をされるCMOSインバータを有するCMOS論理回路14とを有する。
The semiconductor integrated
半導体集積回路10は,一定期間外部からアクセスがない場合に又は外部からの積極的に低消費電力化する指令が入力された場合に,低消費電力化するために通常動作からスタンバイモードに移行する。半導体集積回路10がスタンバイモードの場合,CMOS論理回路14は動作を停止する。そして,CMOS論理回路14のCMOSインバータを構成するPMOSトランジスタがオン状態となりNMOSトランジスタがオフ状態となるか,PMOSトランジスタがオフ状態となりNMOSトランジスタがオン状態となる。これにより,CMOSインバータの出力はHレベル又はLレベルで固定されCMOSインバータの後続の回路に供給され電流消費は停止する。
The semiconductor integrated
しかし,半導体集積回路10の微細化に伴い,トランジスタの閾値電圧が低下しチャネル長が短くなり,オフ状態のトランジスタでオフ電流が発生する。そのため,スタンバイモード時の消費電流を削減するためにはオフ電流を低減する必要がある。このオフ電流は,通常,製造ばらつきを有するため,チップによってPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのうちオフ電流が大きい側のトランジスタが異なる。また,PMOSトランジスタとNMOSトランジスタとで温度依存特性が異なるため,トランジスタの温度によってオフ電流が大きい側のトランジスタが異なる場合もある。
However, with the miniaturization of the semiconductor integrated
そこで,半導体集積回路10は,スタンバイ時,CMOS論理回路14が有するCMOSインバータを構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのうち,そのスタンバイ時のオフ電流が大きい方のトランジスタをオンし,オフ電流が小さい方のトランジスタをオフして,オフ電流を低減する。
In view of this, the semiconductor integrated
具体的には,後述するように,まずオフ電流測定回路11が,スタンバイモード時に,オフ電流測定用のPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタそれぞれのオフ電流を比較する。そして,CMOS制御回路13が,この比較結果に基づいて,CMOS論理回路14が有するCMOSインバータのPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのうち,オフ電流が大きいトランジスタをオン,オフ電流が小さいトランジスタをオフに制御する。
Specifically, as will be described later, the off-
図2は,第1の実施の形態におけるオフ電流測定回路の第1の構成例を示す図である。オフ電流測定回路11は,電源電圧Vddと基準電圧GNDとの間に,直列に接続した抵抗RP及びCMOSトランジスタC1と,直列に接続した抵抗RN及びCMOSトランジスタC2と,電源電圧GND及び基準電圧GNDと接続する比較器CMP1とを有する。なお,図2では,抵抗RPとRNの抵抗値は等しいとする。
FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the off-current measurement circuit according to the first embodiment. The off-
CMOSトランジスタC1のゲートは,抵抗RPとCMOSトランジスタC1との接続端子G1に接続し,CMOSトランジスタC2のゲートは,基準電圧GNDに接続する。これにより,CMOSトランジスタC1を構成するPMOSトランジスタP1はオフ状態となり,NMOSトランジスタN1はオン状態となる。また,CMOSトランジスタC2を構成するPMOSトランジスタP2はオン状態となり,NMOSトランジスタN2はオフ状態となる。そして,オフ状態となったPMOSトランジスタP1とNMOSトランジスタN2により,電源電圧Vddと基準電圧GNDとの間で,オフ電流Ioff_pとIoff_nがそれぞれ流れる。 The gate of the CMOS transistor C1 is connected to the connection terminal G1 between the resistor RP and the CMOS transistor C1, and the gate of the CMOS transistor C2 is connected to the reference voltage GND. As a result, the PMOS transistor P1 constituting the CMOS transistor C1 is turned off, and the NMOS transistor N1 is turned on. Further, the PMOS transistor P2 constituting the CMOS transistor C2 is turned on, and the NMOS transistor N2 is turned off. Then, the off currents Ioff_p and Ioff_n flow between the power supply voltage Vdd and the reference voltage GND by the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N2 which are turned off, respectively.
比較器CMP1は,抵抗RP及びCMOSトランジスタC1の接続端子G1の電圧V1と,抵抗RN及びCMOSトランジスタC2の接続端子G2の電圧V2とを比較し,比較結果信号cmoffzを出力する。抵抗RP及びRNにはそれぞれオフ電流Ioff_pとIoff_nが流れるため,比較器CMP1は電圧V1及びV2を比較することで,オフ電流Ioff_pとIoff_nのうちどちらのオフ電流が大きいかを判定することができる。 The comparator CMP1 compares the voltage V1 of the resistor RP and the connection terminal G1 of the CMOS transistor C1 with the voltage V2 of the resistor RN and the connection terminal G2 of the CMOS transistor C2, and outputs a comparison result signal cmoffz. Since the off currents Ioff_p and Ioff_n flow in the resistors RP and RN, respectively, the comparator CMP1 can determine which of the off currents Ioff_p and Ioff_n is larger by comparing the voltages V1 and V2. .
例えば,NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nが,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合,電圧V2よりV1が高くなり,比較器CMP1はLレベルの比較結果信号cmpoffzを出力する。一方,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pがNMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nよりも大きい場合,電圧V1がV2より高くなり,比較器CMP1はHレベルの比較結果信号cmpoffzを出力する。 For example, when the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 is larger than the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1, V1 becomes higher than the voltage V2, and the comparator CMP1 outputs an L-level comparison result signal cmoffz. On the other hand, when the off current Ioff_p of the PMOS transistor P1 is larger than the off current Ioff_n of the NMOS transistor N2, the voltage V1 becomes higher than V2, and the comparator CMP1 outputs an H level comparison result signal cmoffz.
なお,抵抗RP及びCMOSトランジスタC1と抵抗RN及びCMOSトランジスタC2とは,それぞれ上下位置を図2と反対に接続してもよい。この場合,抵抗RP及びCMOSトランジスタC1は,電源電圧Vddと基準電圧GNDとの間にCMOSトランジスタC1,抵抗RPの順に直列に接続され,抵抗RN及びCMOSトランジスタC2は,電源電圧Vddと基準電圧GNDとの間にCMOSトランジスタC2,抵抗RNの順に直列に接続される。 Note that the resistor RP and the CMOS transistor C1, and the resistor RN and the CMOS transistor C2 may be connected to each other in the up-down position opposite to that in FIG. In this case, the resistor RP and the CMOS transistor C1 are connected in series in the order of the CMOS transistor C1 and the resistor RP between the power supply voltage Vdd and the reference voltage GND, and the resistor RN and the CMOS transistor C2 are connected to the power supply voltage Vdd and the reference voltage GND. Are connected in series in the order of the CMOS transistor C2 and the resistor RN.
その結果,CMOSトランジスタC1のゲートは電源電圧Vddを供給されてPMOSトランジスタP1はオフ状態となり,NMOSトランジスタN1はオン状態となる。また,CMOSトランジスタC2のゲートには,CMOSトランジスタC2と抵抗RNとの接続端子G2の電圧V2が供給されPMOSトランジスタP2はオン状態となり,NMOSトランジスタN2はオフ状態となる。これにより,PMOSトランジスタP1とNMOSトランジスタN2にはオフ電流が流れるので,比較器CMP1は,図2と同様に,接続端子G1の電圧V1及び接続端子G2の電圧V2を比較することで,オフ電流Ioff_pとIoff_nの大小を判定することができる。 As a result, the gate of the CMOS transistor C1 is supplied with the power supply voltage Vdd, the PMOS transistor P1 is turned off, and the NMOS transistor N1 is turned on. Further, the voltage V2 of the connection terminal G2 between the CMOS transistor C2 and the resistor RN is supplied to the gate of the CMOS transistor C2, so that the PMOS transistor P2 is turned on and the NMOS transistor N2 is turned off. As a result, an off-current flows through the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N2, so that the comparator CMP1 compares the voltage V1 at the connection terminal G1 and the voltage V2 at the connection terminal G2, as in FIG. The magnitudes of Ioff_p and Ioff_n can be determined.
図3は,第1の実施の形態におけるオフ電流測定回路の第2の構成例を示す図である。オフ電流検出回路11は,PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのオフ電流を比較するので,図3に示すようにPMOSトランジスタP1及びNMOSトランジスタN2をそれぞれ抵抗RP,RNに直列に接続してもよい。これにより,PMOSトランジスタP1及びNMOSトランジスタN2は共にオフ状態となり,比較器CMP1は図2と同様にPMOSトランジスタP1及びNMOSトランジスタN2のオフ電流を比較することができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a second configuration example of the off-current measurement circuit according to the first embodiment. Since the off
なお,図3のオフ電流測定回路11においても,図2と同様に,抵抗RP及びPMOSトランジスタP1,抵抗RN及びNMOSトランジスタN2は,上下位置を反対に接続してもよい。
In the off-
図4は,第1の実施の形態におけるCMOS制御回路を示す図である。また,図5は,第1の実施の形態におけるCMOS制御回路の真理値表を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the CMOS control circuit according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a truth table of the CMOS control circuit according to the first embodiment.
CMOS制御回路13は,オフ電流測定回路11から判定結果信号cmpoffzを,スタンバイモード制御回路12からスタンバイ信号stbzを,それぞれ入力端子A1,A2に供給される。
The
そして,CMOS制御回路13は,判定結果信号cmpoffz及びスタンバイ信号stbzに基づき,NANDゲートD1を介して,出力端子A3から第1のクランプ制御信号outhxを出力する。また,CMOS制御回路13は,判定結果信号cmpoffz及びスタンバイ信号stbzに基づき,インバータB1,B3,NANDゲートD2を介して,出力端子A4から第2のクランプ制御信号outlzを出力する。さらに,CMOS制御回路13は,スタンバイ信号stbzに基づき,インバータB2,B4を介して出力端子A5からクランプ信号clmpzを出力する。
Then, the
これにより,スタンバイ信号stbzがクランプ信号clmpzとして出力される。また,通常動作時(stbz=L)では,比較結果信号cmpoffzの電位レベルによらずNANDゲートD1,D2の出力はHレベルとなるため,第1のクランプ制御信号outhxはHレベル,第2のクランプ制御信号outlzはLレベルとなる。一方,スタンバイモード時(stbz=H)では,NANDゲートD1の出力は比較結果信号cmpoffzと反対の電位レベルとなり,さらにNANDゲートD2の出力と反対の電位レベルとなるため,第1のクランプ制御信号outhx及び第2のクランプ制御信号outlzは共に比較結果信号cmpoffzと反対の電位レベルとなる。 As a result, the standby signal stbz is output as the clamp signal clmpz. Further, during normal operation (stbz = L), the outputs of the NAND gates D1 and D2 are at H level regardless of the potential level of the comparison result signal cmoffz, so that the first clamp control signal outhx is at H level, The clamp control signal outlz is at the L level. On the other hand, in the standby mode (stbz = H), the output of the NAND gate D1 has a potential level opposite to that of the comparison result signal cmoffz, and further has a potential level opposite to that of the output of the NAND gate D2. Both the outx and the second clamp control signal outlz are at a potential level opposite to that of the comparison result signal cmoffz.
具体的には,半導体集積回路10が通常動作時(stbz=L)におけるCMOS制御回路13の各出力信号は,次のようになる。
Specifically, the output signals of the
NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),CMOS制御回路13の入力端子A1にはLレベルの比較結果信号cmpoffz,入力端子A2にはLレベルのスタンバイ信号stbzが入力される。その結果,第1のクランプ制御信号outhxはHレベル,第2のクランプ制御信号outlzはLレベル,クランプ信号clmpzはLレベルとなる(図5のA)。
When the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 is larger than the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 (Ioff_n> Ioff_p), the
また,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pがNMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nよりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n),CMOS制御回路13の入力端子A1にはHレベルの比較結果信号cmpoffz,入力端子A2にはLレベルのスタンバイ信号stbzが入力される。その結果,第1のクランプ制御信号outhxはHレベル,第2のクランプ制御信号outlzはLレベル,クランプ信号clmpzはLレベルとなる(図5のB)。
When the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 is larger than the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 (Ioff_p> Ioff_n), the
つまり,半導体集積回路10が通常動作時(stbz=L)では,オフ電流Ioff_p及びIoff_pの比較結果によらず,第1のクランプ制御信号outhxはHレベル,第2のクランプ制御信号outlzはLレベル,クランプ信号clmpzはLレベルとなる。
That is, when the semiconductor integrated
一方,半導体集積回路10がスタンバイモード時(stbz=H)では,CMOS制御回路13の各出力信号は次のようになる。
On the other hand, when the semiconductor integrated
NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),CMOS制御回路13の入力端子A1にはLレベルの比較結果信号cmpoffz,入力端子A2にはHレベルのスタンバイ信号stbzが入力される。その結果,第1のクランプ制御信号outhxはHレベル,第2のクランプ制御信号outlzはHレベル,クランプ信号clmpzはHレベルとなる(図5のC)。
When the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 is larger than the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 (Ioff_n> Ioff_p), the
また,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pが,NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nよりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n),CMOS制御回路13の入力端子A1にはHレベルの比較結果信号cmpoffz,入力端子A2にはHレベルのスタンバイ信号stbzが入力される。その結果,第1のクランプ制御信号outhxはLレベル,第2のクランプ制御信号outlzはLレベル,クランプ信号clmpzはHレベルとなる(図5のD)。
Further, when the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 is larger than the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 (Ioff_p> Ioff_n), the
つまり,半導体集積回路10がスタンバイモード時(stbz=H)では,CMOS制御回路13は,オフ電流Ioff_p及びIoff_pの比較結果に応じて,共にHレベル又はLレベルの第1のクランプ制御信号outhx及び第2のクランプ制御信号outlzを出力する。
That is, when the semiconductor integrated
CMOS制御回路13から出力された第1のクランプ制御信号outhx,第2のクランプ制御信号outlz及びクランプ信号clmpzは,CMOS論理回路14に供給される。そして,CMOS論理回路14は,後述するように,第1のクランプ制御信号outhx,第2のクランプ制御信号outlz及びクランプ信号clmpzに基づいた動作を行う。
The first clamp control signal outhx, the second clamp control signal outlz, and the clamp signal clmpz output from the
図6は,第1の実施の形態におけるCMOS論理回路を示す図である。また,図7は,第1の実施の形態におけるCMOS論理回路の真理値表を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the CMOS logic circuit according to the first embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a truth table of the CMOS logic circuit according to the first embodiment.
図6(1),(2)にはCMOS論理回路14の構成例が示されている。半導体集積回路10は,従来CMOS論理回路14で使用していたCMOSインバータを,図6(1),(2)に示すインバータ回路20又は21に置き換えて,スタンバイモード時のオフ電流を低減する。そして,インバータ回路20,21は,通常動作時には入力信号inを反転した出力信号outを,スタンバイモード時にはオフ電流の比較結果に基づいてHレベル又はLレベルに固定された出力信号outを後続の回路に出力する。
6 (1) and 6 (2) show a configuration example of the
図6(1)は,CMOS論理回路14の第1の例を示す。図6(1)のCMOS論理回路14が有するインバータ回路20は,入力端子A10からゲートに入力信号inを供給されCMOSインバータとして動作するCMOSトランジスタC4と,CMOSトランジスタC4と電源電圧Vddとの間にPMOSトランジスタP3と,CMOSトランジスタC4と電源電圧Vddとの間にNMOSトランジスタN3と,スタンバイ時に出力信号outをクランプするCMOSトランジスタC5とを有する。
FIG. 6A shows a first example of the
PMOSトランジスタP3のゲートはクランプ信号clmpzを供給され,NMOSトランジスタN3のゲートはインバータB10を介してクランプ信号clmpzを供給される。 The gate of the PMOS transistor P3 is supplied with the clamp signal clmpz, and the gate of the NMOS transistor N3 is supplied with the clamp signal clmpz via the inverter B10.
CMOSトランジスタC5のPMOSトランジスタP5のゲートには,第1のクランプ制御信号outhxが供給され,NMOSトランジスタN5のゲートには第2のクランプ制御信号outlzが供給される。 The first clamp control signal outhx is supplied to the gate of the PMOS transistor P5 of the CMOS transistor C5, and the second clamp control signal outlz is supplied to the gate of the NMOS transistor N5.
半導体集積回路10が通常動作時(stbz=L)では,オフ電流Ioff_p及びIoff_pの比較結果に関わらず,入力端子A11にはLレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A13にはHレベルの第1のクランプ制御信号outhxが,入力端子A14にはLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが入力される。
When the semiconductor integrated
その結果,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3はオン状態,PMOSトランジスタP5及びNMOSトランジスタN5はオフ状態となる。これにより,入力端子A10に入力された入力信号inは,CMOSトランジスタC4により反転され,出力信号outとして出力する(図7のA)。 As a result, the PMOS transistor P3 and the NMOS transistor N3 are turned on, and the PMOS transistor P5 and the NMOS transistor N5 are turned off. As a result, the input signal in input to the input terminal A10 is inverted by the CMOS transistor C4 and output as the output signal out (A in FIG. 7).
一方,半導体集積回路10がスタンバイモード時(stbz=H)では,NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),入力端子A11にはHレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A13にはHレベルの第1のクランプ制御信号outhxが,入力端子A14にはHレベルの第2のクランプ制御信号outlzが入力される。
On the other hand, when the semiconductor integrated
その結果,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3はオフ状態となり,CMOSトランジスタC4は,電源電圧Vdd及び基準電圧GNDから切断される。また,CMOSトランジスタC4では,オフ電流Ioff_nが大きいNMOSトランジスタN5はオン状態となり,オフ電流Ioff_pが小さいPMOSトランジスタP5オフ状態となる。それにより,CMOSトランジスタC5の出力信号outはLレベルに固定される(図7のB)。 As a result, the PMOS transistor P3 and the NMOS transistor N3 are turned off, and the CMOS transistor C4 is disconnected from the power supply voltage Vdd and the reference voltage GND. In the CMOS transistor C4, the NMOS transistor N5 having a large off-current Ioff_n is turned on, and the PMOS transistor P5 having a small off-current Ioff_p is turned off. As a result, the output signal out of the CMOS transistor C5 is fixed at the L level (B in FIG. 7).
また,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pがNMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nよりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n),入力端子A11にはHレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A13にはLレベルの第1のクランプ制御信号outhxが,入力端子A14にはLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが入力される。 When the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 is larger than the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 (Ioff_p> Ioff_n), the H level clamp signal clmpz is applied to the input terminal A11 and the L level first signal is input to the input terminal A13. And the second clamp control signal outlz at the L level is input to the input terminal A14.
その結果,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3はオフ状態となり,CMOSトランジスタC4は,電源電圧Vdd及び基準電圧GNDから切断される。また,CMOSトランジスタC4では,オフ電流Ioff_pが大きいPMOSトランジスタP5はオン状態となり,オフ電流Ioff_nが小さいNMOSトランジスタN5オフ状態となる。それにより,CMOSトランジスタC5の出力信号outはHレベルに固定される(図7のC)。 As a result, the PMOS transistor P3 and the NMOS transistor N3 are turned off, and the CMOS transistor C4 is disconnected from the power supply voltage Vdd and the reference voltage GND. In the CMOS transistor C4, the PMOS transistor P5 having a large off-current Ioff_p is turned on, and the NMOS transistor N5 having a small off-current Ioff_n is turned off. As a result, the output signal out of the CMOS transistor C5 is fixed to the H level (C in FIG. 7).
このように,図6(1)のインバータ回路20は,半導体集積回路10が通常動作時にはCMOSトランジスタC4を使用してCMOSインバータとして動作し,スタンバイモード時にはCMOSトランジスタC5を使用してCMOSインバータとして動作する。また,半導体集積回路10がスタンバイモード時には,インバータ回路20はCMOSトランジスタC5のPMOSトランジスタP5及びNMOSトランジスタN5のうちオフ電流が大きいトランジスタをオン状態にし,オフ電流が小さいトランジスタをオフ状態にして,オフ電流を低減する。
As described above, the
また,図6(1)のCMOS論理回路14において,例えばCMOSトランジスタC4のサイズを大きくしCMOSトランジスタC5のサイズを小さくしておけば,半導体集積回路10は通常動作時にはサイズの大きいCMOSトランジスタC4を使用して高速に動作することができ,スタンバイモード時にはサイズの小さいCMOSトランジスタC5を使用してオフ電流を小さくすることができる。
In the
さらに,図6(1)のCMOS論理回路14では,CMOSトランジスタC4及びC5の複数ペアが,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3を共有してもよい。これにより,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3の面積が必要以上に拡大せず,PMOSトランジスタP3及びNMOSトランジスタN3のオフ電流を低減することができる。
Further, in the
図6(2)は,CMOS論理回路14の第2の例を示す。図6(2)のCMOS論理回路14が有するインバータ回路21は,セレクタ22のインバータB11及びスイッチS10,S11と,スイッチS10,S11の出力をゲートに入力してCMOSインバータとして動作するCMOSトランジスタC6とを有する。
FIG. 6B shows a second example of the
入力端子A16に入力されたクランプ信号clmpzは,セレクタ22のスイッチS10,S11のゲートに供給される。ただし,スイッチS10のPMOSのゲート,スイッチS11のNMOSのゲートには,インバータB11を介してクランプ信号clmpzが供給される。
The clamp signal clmpz input to the input terminal A16 is supplied to the gates of the switches S10 and S11 of the
入力端子A17に入力された第1のクランプ制御信号outhx及び入力端子A18に入力された入力信号inは,それぞれスイッチS10,S11を介してCMOSトランジスタC6のゲートに供給される。 The first clamp control signal outhx input to the input terminal A17 and the input signal in input to the input terminal A18 are supplied to the gate of the CMOS transistor C6 via the switches S10 and S11, respectively.
半導体集積回路10が通常動作時(stbz=L)では,オフ電流Ioff_p及びIoff_pの比較結果に関わらず,入力端子A16にはLレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A17にはLレベルの第2のクランプ制御信号outlzがそれぞれ入力される。
When the semiconductor integrated
その結果,スイッチS10はオフ状態,スイッチS11はオン状態となる。これにより,入力端子A18に入力された入力信号inは,CMOSトランジスタC6により反転され,出力信号outとして出力する(図7のA)。 As a result, the switch S10 is turned off and the switch S11 is turned on. As a result, the input signal in input to the input terminal A18 is inverted by the CMOS transistor C6 and output as the output signal out (A in FIG. 7).
一方,半導体集積回路10がスタンバイモード時(stbz=H)では,NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),入力端子A16にはHレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A17にはHレベルの第2のクランプ制御信号outlzがそれぞれ入力される。
On the other hand, when the semiconductor integrated
その結果,スイッチS10はオン状態,スイッチS11はオフ状態となる。また,CMOSトランジスタC6のゲートにはHレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給され,オフ電流Ioff_nが大きいNMOSトランジスタN6はオン状態となり,オフ電流Ioff_pが小さいPMOSトランジスタP6オフ状態となる。これにより,CMOSトランジスタC6の出力信号outはLレベルに固定される(図7のB)。 As a result, the switch S10 is turned on and the switch S11 is turned off. Further, the second clamp control signal outlz at the H level is supplied to the gate of the CMOS transistor C6, the NMOS transistor N6 having a large off current Ioff_n is turned on, and the PMOS transistor P6 having a small off current Ioff_p is turned off. As a result, the output signal out of the CMOS transistor C6 is fixed to the L level (B in FIG. 7).
また,PMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pがNMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nよりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n),入力端子A16にはHレベルのクランプ信号clmpzが,入力端子A17にはLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが入力される。 Further, when the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 is larger than the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 (Ioff_p> Ioff_n), the clamp signal clmpz at the H level is input to the input terminal A16 and the second signal at the L level is input to the input terminal A17. The clamp control signal outlz is input.
その結果,スイッチS10はオン状態,スイッチS11はオフ状態となる。また,CMOSトランジスタC6のゲートにはLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給され,オフ電流Ioff_pが大きいPMOSトランジスタP6はオン状態となり,オフ電流Ioff_nが小さいNMOSトランジスタN6オフ状態となる。そして,CMOSトランジスタC6の出力信号outはHレベルに固定される(図7のC)。 As a result, the switch S10 is turned on and the switch S11 is turned off. Further, the L-level second clamp control signal outlz is supplied to the gate of the CMOS transistor C6, the PMOS transistor P6 having a large off-current Ioff_p is turned on, and the NMOS transistor N6 having a small off-current Ioff_n is turned off. The output signal out of the CMOS transistor C6 is fixed at the H level (C in FIG. 7).
このように,図6(2)のインバータ回路21は,スタンバイモード時には,半導体集積回路10が通常動作時にCMOSインバータとして動作するCMOSトランジスタC4そのものについて,オフ電流が大きいトランジスタをオン状態にし,オフ電流が小さいトランジスタをオフ状態にして,オフ電流を低減する。
As described above, in the
なお,図6(2)のCMOS論理回路14では,スイッチS10,S11及びCMOSトランジスタC6の複数のペアが,インバータB11を共有してもよい。これにより,CMOS論理回路14の回路面積が必要以上に拡大せずに済む。
In the
図8は,第1の実施の形態における半導体集積回路のタイミングチャートである。図8は,適用例として,半導体集積回路10がSRAMと互換のインターフェースを備えたDRAMである疑似SRAMである場合における各信号の出力波形を示す。なお,疑似SRAMは,外部からリフレッシュコマンドを供給されず,自ら内部で定期的にリフレッシュ動作を実行してメモリセルに書込まれたデータを保持するメモリである。
FIG. 8 is a timing chart of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment. FIG. 8 shows an output waveform of each signal when the semiconductor integrated
疑似SRAMの半導体集積回路10は,CPU等外部から供給されるチップイネーブル信号/CEにより,活性化又は非活性化される。図8では,半導体集積回路10はチップイネーブル信号/CEがLレベルのとき活性化され,Hレベルのとき非活性化される。疑似SRAMの半導体集積回路10は,活性化されると,その後に供給されるアドレス(及び書込み時は書込みデータ)に基づいて読み出し動作や書き出し動作等を行う。
The pseudo SRAM semiconductor integrated
また,疑似SRAMの半導体集積回路10は,内部で定期的に(例えば,数μsec毎に)リフレッシュ信号refzを生成してリフレッシュ動作を行う。図8では,リフレッシュ信号refzがHレベルに立ち上がると,疑似SRAMの半導体集積回路10はセルフリフレッシュ動作を行う。
The pseudo-SRAM semiconductor integrated
疑似SRAMの半導体集積回路10の通常動作時には,チップイネーブル信号/CEが短い時間内で(例えば100nsec以下で)頻繁にLレベル(活性化),Hレベル(非活性化)を繰り返すことがある。半導体集積回路10内のスタンバイ制御回路やCMOS制御回路は,通常動作からスタンバイモードへの切り替え動作時において電流を消費するため,チップイネーブル信号/CEの立ち上がりの都度,疑似SRAMの半導体集積回路10が通常動作からスタンバイモードに切り替わると,切り替え動作時に生じる消費電流により却って省電力化に逆行してしまう。
During normal operation of the pseudo-SRAM semiconductor integrated
そこで,図8では,チップイネーブル信号/CEがLレベル(活性化)からHレベル(非活性化)に立ち上がり,その後所定の時間継続してHレベルであれば,疑似SRAMの半導体集積回路10を通常動作からスタンバイモードに切り替えることとしている。具体的には,チップイネーブル信号/CEが立ち上がってから,リフレッシュ信号refzが2回立ち上がった後までの間,チップイネーブル信号/CEがHレベルを維持していれば,半導体集積回路10はスタンバイモードに切り替わる。
Therefore, in FIG. 8, when the chip enable signal / CE rises from the L level (activation) to the H level (deactivation) and then continues for a predetermined time and remains at the H level, the pseudo-SRAM semiconductor integrated
一方,チップイネーブル信号/CEがHレベル(非活性化)からLレベル(活性化)になる場合は,その直後に外部から動作指令等が供給されるため,疑似SRAMの半導体集積回路10を,チップイネーブル信号/CEの立ち下がりに応答してスタンバイモードから通常動作に切り替えることとしている。
On the other hand, when the chip enable signal / CE changes from H level (deactivation) to L level (activation), an operation command or the like is supplied from the outside immediately after that, so that the semiconductor integrated
図8において,スタンバイモード制御信号12は,上述のように,時間T0でのチップイネーブル信号/CEの立ち上がり(非活性化)後からリフレッシュ信号refzが2回立ち上がった後までの間チップイネーブル信号/CEがHレベルを維持したのに応答して,時間T1deスタンバイ信号stbzをHレベル(スタンバイモード)に立ち上げる。
In FIG. 8, as described above, the standby
NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),オフ電流測定回路11からはLレベルの比較結果信号cmpoffzが出力される。そのため,CMOS制御回路13から出力されるクランプ信号clmpz及び第2のクランプ制御信号outlzは,時間T1でのスタンバイ信号stbzの立ち上がりに応答して,LレベルからHレベルに立ち上がる。
When the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 is larger than the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 (Ioff_n> Ioff_p), the off-
その結果,CMOS論理回路14には,Hレベルのクランプ信号clmpz,Hレベルの第1のクランプ制御信号outhx,及びHレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給される。そして,図6で述べたように,オフ電流Ioff_nが大きいNMOSトランジスタN5,N6がオン,オフ電流Ioff_pが小さいPMOSトランジスタP5,P6がオフされ,オフ電流が低減される。
As a result, the
時間T2でチップイネーブル信号/CEがHレベル(非活性化)からLレベル(活性化)に立ち下がると,スタンバイモード制御信号12は,これに応答して時間T3でスタンバイ信号stbzをHレベル(スタンバイモード)からLレベル(通常動作)に立ち下げる。
When the chip enable signal / CE falls from the H level (deactivation) to the L level (activation) at time T2, the standby
そして,クランプ信号clmpz及び第2のクランプ制御信号outlzは,時間T3のスタンバイ信号stbzに応答して,HレベルからLレベルになる。 The clamp signal clmpz and the second clamp control signal outlz change from the H level to the L level in response to the standby signal stbz at time T3.
その結果,CMOS論理回路14には,Lレベルのクランプ信号clmpz,Hレベルの第1のクランプ制御信号outhx,及びLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給される。そして,図6(1),(2)で述べたように,CMOS論理回路14は,入力信号inを反転した出力信号outを出力する。
As a result, an L level clamp signal clmpz, an H level first clamp control signal outhx, and an L level second clamp control signal outlz are supplied to the
一方,NMOSトランジスタN2のオフ電流Ioff_nがPMOSトランジスタP1のオフ電流Ioff_pよりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p),オフ電流測定回路11からはHレベルの比較結果信号cmpoffzが出力される。そのため,CMOS制御回路13から出力されるクランプ信号clmpz及び第1のクランプ制御信号outhxは,時間T1でのスタンバイ信号stbzの立ち上がりに応答して,それぞれLレベルからHレベル,HレベルからLレベルになる。
On the other hand, when the off-current Ioff_n of the NMOS transistor N2 is larger than the off-current Ioff_p of the PMOS transistor P1 (Ioff_n> Ioff_p), the off-
その結果,CMOS論理回路14には,Hレベルのクランプ信号clmpz,Lレベルの第1のクランプ制御信号outhx,及びLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給される。そして,図6(1),(2)で述べたように,オフ電流Ioff_pが大きいPMOSトランジスタP5,P6がオン,オフ電流Ioff_nが小さいNMOSトランジスタN5,N6がオフされ,オフ電流が低減される。
As a result, the
時間T3でスタンバイモード制御信号12がスタンバイ信号stbzをHレベル(スタンバイモード)からLレベル(通常動作)に立ち下げると,クランプ信号clmpz及びクランプ制御信号outhxは,これに応答して,それぞれHレベルからLレベル,LレベルからHレベルになる。
When the standby
その結果,CMOS論理回路14には,Lレベルのクランプ信号clmpz,Hレベルの第1のクランプ制御信号outhx,及びLレベルの第2のクランプ制御信号outlzが供給される。そして,図6(1),(2)で述べたように,CMOS論理回路14は,入力信号inを反転した出力信号outを出力する。
As a result, an L level clamp signal clmpz, an H level first clamp control signal outhx, and an L level second clamp control signal outlz are supplied to the
なお,半導体集積回路10がSDRAMの場合には,リフレッシュ動作を指令するセルフリフレッシュコマンドが外部から供給される。このセルフリフレッシュコマンドは,メモリコントローラが積極的にSDRAMをスタンバイモードにするコマンドである。そのため,SDRAMの半導体集積回路10では,スタンバイモード制御回路12がセルフリフレッシュコマンドに応答してスタンバイ信号をHレベル(スタンバイモード)にするのが好ましい。これにより,半導体集積回路10のオフ電流測定回路11,CMOS制御回路13及びCMOS論理回路14は,図8と同様な動作をすることができる。
When the semiconductor integrated
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では,半導体集積回路10のスタンバイモード時だけでなく通常動作時においても,オフ電流測定回路11はオフ電流の比較動作を行うため,通常動作時においても余計に電流が消費される。そこで,第2の実施の形態では,通常動作時におけるオフ電流比較動作による消費電流を削減するため,オフ電流測定回路31は,スタンバイモード時に入る時だけオフ電流の比較動作を行う。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the off-
図9は,第2の実施の形態における半導体集積回路を示す図である。なお,図1と重複する回路については,同じ符号を付し説明を省略する。 FIG. 9 is a diagram illustrating a semiconductor integrated circuit according to the second embodiment. In addition, about the circuit which overlaps with FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図9の半導体集積回路30は,比較実行信号measz,ラッチ実行信号latz及びスタンバイ信号stbzを出力するスタンバイモード制御回路12と,比較実行信号measzに応答して動作状態になり,比較結果信号cmpoffzを出力するオフ電流測定回路31と,ラッチ実行信号latzに応答して比較結果信号cmpoffzをラッチし比較結果ラッチ信号cmplatzを出力するラッチ回路32と,比較結果ラッチ信号cmplatz及びスタンバイ信号stbzに基づいてクランプ信号clmpzと第1のクランプ制御信号outhxと第2のクランプ制御信号outlzとを出力するCMOS制御回路13と,CMOS論理回路14とを有する。
The semiconductor integrated
第2の実施の形態では,スタンバイモード制御回路12は,半導体集積回路20がスタンバイモードになると,所定の時間ΔTだけ比較実行信号measzをオフ電流測定回路31に出力する。そして,オフ電流測定回路31は,比較実行信号measzの立ち上がりに応答して,PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのオフ電流を比較し,比較実行信号measzを供給されている間,比較結果信号cmpoffzを出力する。
In the second embodiment, the standby
また,スタンバイモード制御回路12は,比較実行信号measzの出力後,ラッチ実行信号latzをラッチ回路32に出力する。そして,ラッチ回路32は,ラッチ信号latzの立ち上がりに応答して,オフ電流測定回路31が出力する比較結果信号cmpoffzをラッチし,比較結果ラッチ信号cmplatzをCMOS制御回路13に出力する。
The standby
CMOS制御回路13は,図4と同様の構成を有する。第2の実施の形態では,CMOS制御回路13は,比較結果信号cmpoffzのかわりに比較結果ラッチ信号cmplatzを入力端子A1に供給され,比較結果ラッチ信号cmplatz及びスタンバイ信号stbzに基づいて,クランプ信号clmpzと第1のクランプ制御信号outhxと第2のクランプ制御信号outlzを出力する。
The
そして,CMOS論理回路14は,第1の実施の形態と同様に,クランプ信号clmpzと第1のクランプ制御信号outhxと第2のクランプ制御信号outlzに基づいて,通常動作又はスタンバイモードの動作を行う。
As in the first embodiment, the
図10は,第2の実施の形態におけるオフ電流測定回路を示す図である。図10のオフ電流測定回路31は,図2のオフ電流測定回路11に対して,比較器CMP1と基準電圧GNDとの間に比較実行信号measzに応答して導通するNMOSトランジスタNS1(電流源トランジスタ)と,CMOSトランジスタC1及びC2と基準電圧GNDとの間に比較実行信号measzに応答して導通するNMOSトランジスタNS2とを設けた構成を有する。なお,図2と重複する箇所については,同じ符号を付している。
FIG. 10 is a diagram illustrating an off-current measurement circuit according to the second embodiment. The off-
NMOSトランジスタNS1及びNS2のゲートには,比較実行信号measzが供給される。通常動作時には,スタンバイモード制御回路12からLレベルの比較実行信号measzが出力され,NMOSトランジスタNS1及びNS2はオフ状態となる。その結果,比較器CMP1が基準電圧GNDから切断され,比較器CMP1に電流が供給されない。また,CMOSトランジスタC1及びC2が基準電圧GNDから切断される。そのため,比較器CMP1の比較動作が行われず,通常動作時の消費電流が削減される。
The comparison execution signal measz is supplied to the gates of the NMOS transistors NS1 and NS2. During normal operation, the standby
一方,スタンバイモード時には,スタンバイモード制御回路12からHレベルの比較実行信号measzが所定の時間ΔT出力され,NMOSトランジスタNS1及びNS2はオン状態となる。これにより,所定の時間ΔTだけオフ電流の比較が行われ,比較結果信号cmpoffzがラッチ回路32に出力される。
On the other hand, in the standby mode, the standby
図11は,第2の実施の形態における半導体集積回路のタイミングチャートである。図11は,図8と同様,半導体集積回路10が疑似SRAMである場合における各信号の出力波形を示す。
FIG. 11 is a timing chart of the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment. FIG. 11 shows the output waveform of each signal when the semiconductor integrated
時間T0で,チップイネーブル信号/CEがLレベル(活性化)からHレベル(非活性化)に立ち上がる。そして,スタンバイモード制御信号12は,リフレッシュ信号refzが2回立ち上がり,チップイネーブル信号/CEがHレベルを維持しているのに応答して,時間T1に比較実行信号measzをLレベルからHレベルにする。 At time T0, the chip enable signal / CE rises from the L level (activation) to the H level (inactivation). The standby mode control signal 12 changes the comparison execution signal measz from the L level to the H level at time T1 in response to the refresh signal refz rising twice and the chip enable signal / CE maintaining the H level. To do.
オフ電流測定回路11は,時間T1までLレベルの比較実行信号measzを供給されてオフ電流の比較を行わないため,比較結果信号cmpoffzは不定(斜線部分)である。そして,オフ電流測定回路11は,時間T1での比較実行信号measzの立ち上がりに応答して,オフ電流の比較を行い,NMOSトランジスタN2のオフ電流がPMOSトランジスタP1のオフ電流よりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p)にはLレベルの比較結果信号cmpoffz(実線)を,PMOSトランジスタP1のオフ電流がNMOSトランジスタN2のオフ電流よりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n)にはHレベルの比較結果信号cmpoffz(破線)を出力する。
Since the off-
次に,スタンバイモード制御信号12は,時間T2で,ラッチ実行信号latzをLレベルからHレベルに立ち上げる。ラッチ回路32は,ラッチ実行信号latzの立ち上がりに応答して,比較結果信号cmpoffzをラッチし,Lレベル(Ioff_n>Ioff_p,実線)又はHレベル(Ioff_p>Ioff_n,破線)の比較結果ラッチ信号cmplatzを出力する。
Next, the standby
スタンバイモード制御信号12は,時間T2から所定の時間ΔTだけ経過した時間T3に,比較実行信号measz及びラッチ実行信号latzをHレベルからLレベルに立ち下げる。オフ電流測定回路11は,比較実行信号measzの立ち下がりによりオフ電流の比較を終了する。これにより,比較結果信号cmpoffzは再び不定(斜線)となる。
The standby
そして,スタンバイモード制御信号12は,時間T4にスタンバイ信号stbzをLレベル(通常動作)からHレベル(スタンバイモード)に立ち上げる。CMOS制御回路13は,Hレベルのスタンバイ信号stbzと,Hレベル又はLレベルの比較結果ラッチ信号cmplatzに基づいて,図8と同様に,クランプ信号clmpz,第1のクランプ制御信号及び第2のクランプ制御信号outlzが出力される。
Then, the standby
すなわち,NMOSトランジスタN2のオフ電流がPMOSトランジスタP1のオフ電流よりも大きい場合(Ioff_n>Ioff_p)には,Hレベルのクランプ信号clmpz,Hレベルの第1のクランプ制御信号及びHレベルの第2のクランプ制御信号outlzが出力される。その結果,CMOS論理回路14では,オフ電流が大きいNMOSトランジスタN5,N6がオン状態となり,オフ電流が小さいPMOSトランジスタP5,P6がオフ状態となり,スタンバイモード時のオフ電流が低減される。
That is, when the off current of the NMOS transistor N2 is larger than the off current of the PMOS transistor P1 (Ioff_n> Ioff_p), the H level clamp signal clmpz, the H level first clamp control signal, and the H level second clamp signal A clamp control signal outlz is output. As a result, in the
一方,PMOSトランジスタP1のオフ電流がNMOSトランジスタN2のオフ電流よりも大きい場合(Ioff_p>Ioff_n)にはHレベルのクランプ信号clmpz,Lレベルの第1のクランプ制御信号及びHレベルの第2のクランプ制御信号outlzが出力される。その結果,CMOS論理回路14では,オフ電流が大きいPMOSトランジスタP5,P6がオン状態となり,オフ電流が小さいNMOSトランジスタN5,N6がオフ状態となり,スタンバイモード時のオフ電流が低減される。
On the other hand, when the off current of the PMOS transistor P1 is larger than the off current of the NMOS transistor N2 (Ioff_p> Ioff_n), the clamp signal clmpz at the H level, the first clamp control signal at the L level, and the second clamp at the H level. A control signal outlz is output. As a result, in the
時間T5でチップイネーブル信号/CEがHレベル(非活性化)からLレベル(活性化)に立ち下がると,スタンバイモード制御信号12はこれに応答し,リフレッシュ信号refzの発生を待たずに時間T6でスタンバイ信号stbzをHレベル(スタンバイモード)からLレベル(通常動作)に立ち下げる。CMOS制御回路13は,図8と同様にスタンバイ信号stbzの立ち下がりに応答して,Lレベルのクランプ信号clmpz,Hレベルの第1のクランプ制御信号及びLレベルの第2のクランプ制御信号outlzを出力する。その結果,CMOS論理回路14は,CMOSトランジスタC4,C6のCMOSインバータによる通常動作を行う。
When the chip enable signal / CE falls from H level (deactivation) to L level (activation) at time T5, the standby
このように第2の実施の形態では,オフ電流測定回路31は,スタンバイモード時に入るときの短い時間で,その時のPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのオフ電流を比較して,比較結果信号cmpoffsを出力する。そして,CMOS制御回路13は,スタンバイモード時に,ラッチされた比較結果信号(比較結果ラッチ信号cmplatz)とHレベルのスタンバイ信号stbzに基づいて,CMOS論理回路14のPMOSトランジスタP5,P6及びNMOSトランジスタN5,N6のオン,オフを制御する。そして,通常動作時はオフ電流測定回路31は非動作となる。これにより,スタンバイモード時におけるCMOS論理回路14のオフ電流が低減されると共に,通常動作時におけるオフ電流比較動作による消費電流を削減することができる。
As described above, in the second embodiment, the off-
以上の実施の形態をまとめると,次の付記のとおりである。 The above embodiment is summarized as follows.
(付記1)
第1の電圧が与えられた第1の電源線と所定のノードとの間に設けられた第1のPチャネル型トランジスタと,前記所定のノードと前記第1の電圧より低い第2の電圧が与えられた第2の電源線との間に設けられた第1のNチャネル型トランジスタとを有するCMOS論理回路と,
オフ状態にされた第2のPチャネル型トランジスタの第1のオフ電流と、オフ状態にされた第2のNチャネル型トランジスタの第2のオフ電流とを比較し比較結果信号を出力するオフ電流測定回路と,
スタンバイモードになる時,最新の前記比較結果信号に基づいて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする制御回路とを有する半導体集積回路。
(Appendix 1)
A first P-channel transistor provided between a first power supply line to which a first voltage is applied and a predetermined node; a second voltage lower than the predetermined node and the first voltage; A CMOS logic circuit having a first N-channel transistor provided between a given second power supply line;
An off current that compares the first off current of the second P-channel transistor in the off state with the second off current of the second N-channel transistor in the off state and outputs a comparison result signal A measurement circuit;
When entering the standby mode, based on the latest comparison result signal, if the first off-current is larger than the second off-current, the first P-channel transistor is turned on and the first off-current is turned on. When the N-channel transistor is turned off and the second off-current is larger than the first off-current, the first P-channel transistor is turned off and the first N-channel transistor is turned on. A semiconductor integrated circuit.
(付記2)
付記1において,
前記オフ電流測定回路は,直列に接続する第1の抵抗及び前記第2のPチャネル型トランジスタと,直列に接続する第2の抵抗及び前記第2のNチャネル型トランジスタと,前記第1の抵抗と前記第2のPチャネル型トランジスタとの第1の接続端の電圧と,前記第2の抵抗と前記第2のNチャネル型トランジスタとの第2の接続端の電圧とを比較し前記比較結果信号を出力する比較器とを有する半導体集積回路。
(Appendix 2)
In
The off-current measuring circuit includes a first resistor and the second P-channel transistor connected in series, a second resistor and the second N-channel transistor connected in series, and the first resistor. And the second connection voltage between the second P-channel transistor and the second connection voltage between the second resistor and the second N-channel transistor. A semiconductor integrated circuit having a comparator for outputting a signal.
(付記3)
付記1において,
前記オフ電流測定回路は,前記スタンバイモードになる時に比較実行信号を供給されて活性化され,前記比較結果信号を所定期間出力し,
前記制御回路は,前記スタンバイモードになる時に,前記比較結果信号をラッチし,ラッチした前記比較結果信号に基づいて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする半導体集積回路。
(Appendix 3)
In
The off-current measurement circuit is activated by being supplied with a comparison execution signal when entering the standby mode, and outputs the comparison result signal for a predetermined period of time.
The control circuit latches the comparison result signal when entering the standby mode, and when the first off-current is larger than the second off-current based on the latched comparison result signal, the control circuit When one P-channel transistor is turned on and the first N-channel transistor is turned off, and the second off-current is larger than the first off-current, the first P-channel transistor is turned on. A semiconductor integrated circuit which is turned off to turn on the first N-channel transistor.
(付記4)
付記3において,
前記オフ電流測定回路は,直列に接続する第1の抵抗及び前記第2のPチャネル型トランジスタと,直列に接続する第2の抵抗及び前記第2のNチャネル型トランジスタと,前記第1の抵抗と前記第2のPチャネル型トランジスタとの第1の接続端の電圧と,前記第2の抵抗と前記第2のNチャネル型トランジスタとの第2の接続端の電圧とを比較し前記比較結果信号を出力する比較器と,前記比較器に電流を供給する電流源トランジスタとを有し,
前記電流源トランジスタは,前記所定期間,ゲートに前記比較実行信号を供給されてオン状態となる半導体集積回路。
(Appendix 4)
In
The off-current measuring circuit includes a first resistor and the second P-channel transistor connected in series, a second resistor and the second N-channel transistor connected in series, and the first resistor. And the second connection voltage between the second P-channel transistor and the second connection voltage between the second resistor and the second N-channel transistor. A comparator that outputs a signal; and a current source transistor that supplies current to the comparator,
The current source transistor is a semiconductor integrated circuit which is turned on when the comparison execution signal is supplied to the gate for the predetermined period.
(付記5)
付記1において,
さらに,前記CMOS論理回路は,前記第1の電源線と前記第2の電源線との間に,入力信号を反転して出力信号を前記所定のノードに出力するCMOSインバータを有し,
前記制御回路は,通常動作時には,前記第1のPチャネル型トランジスタ及び前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし,前記CMOSインバータを前記第1の電源線及び前記第2の電源線に接続し,前記スタンバイモード時には,前記第1の電源線及び前記第2の電源線と前記CMOSインバータとの接続を切断する半導体集積回路。
(Appendix 5)
In
Further, the CMOS logic circuit has a CMOS inverter that inverts an input signal and outputs an output signal to the predetermined node between the first power supply line and the second power supply line,
In the normal operation, the control circuit turns off the first P-channel transistor and the first N-channel transistor, and connects the CMOS inverter to the first power supply line and the second power supply line. In the standby mode, the semiconductor integrated circuit disconnects the connection between the first power supply line and the second power supply line and the CMOS inverter.
(付記6)
付記1において,
前記CMOS論理回路は,前記第1のPチャネル型トランジスタ及び前記第1のNチャネル型トランジスタを有するCMOSインバータと,入力信号又は制御信号のいずれかの信号を選択して前記CMOSインバータに出力するセレクタとを有し,
前記制御回路は,通常動作時には,前記セレクタに前記入力信号を選択させ,前記スタンバイモード時には,前記比較結果信号に基づいて前記制御信号を出力し,前記セレクタに前記制御信号を選択させて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする半導体集積回路。
(Appendix 6)
In
The CMOS logic circuit includes a CMOS inverter having the first P-channel transistor and the first N-channel transistor, and a selector that selects either an input signal or a control signal and outputs the selected signal to the CMOS inverter. And
The control circuit causes the selector to select the input signal in a normal operation, outputs the control signal based on the comparison result signal in the standby mode, causes the selector to select the control signal, and When the first off-current is larger than the second off-current, the first P-channel transistor is turned on, the first N-channel transistor is turned off, and the second off-current is A semiconductor integrated circuit in which the first P-channel transistor is turned off and the first N-channel transistor is turned on when larger than the first off-state current.
(付記7)
付記1において,
前記制御回路は,スタンバイ時には,前記比較結果信号に応じた制御信号を前記CMOS論理回路に出力して,前記第1のPチャネル型トランジスタ及び前記第1のNチャネル型トランジスタのうち,前記オフ電流のより大きいトランジスタをオン状態にし,前記オフ電流のより小さいトランジスタをオフ状態にする半導体集積回路。
(Appendix 7)
In
In the standby mode, the control circuit outputs a control signal corresponding to the comparison result signal to the CMOS logic circuit, and among the first P-channel transistor and the first N-channel transistor, the off-current A semiconductor integrated circuit which turns on a transistor having a larger current and turns off a transistor having a smaller off current.
(付記8)
付記1において,
前記Pチャネル型トランジスタ及びNチャネル型トランジスタそれぞれのオフ電流は,製造ばらつきがある半導体集積回路。
(Appendix 8)
In
A semiconductor integrated circuit in which off currents of the P-channel transistor and the N-channel transistor have manufacturing variations.
(付記9)
付記1において,
前記Pチャネル型トランジスタ及びNチャネル型トランジスタそれぞれのオフ電流は,前記Pチャネル型トランジスタ及びNチャネル型トランジスタそれぞれの温度に依存して変動する半導体集積回路。
(Appendix 9)
In
A semiconductor integrated circuit in which off currents of the P-channel transistor and the N-channel transistor vary depending on the temperatures of the P-channel transistor and the N-channel transistor, respectively.
cmpoffz :比較結果信号
cmplatz :比較結果ラッチ信号
clmpz :クランプ信号
latz :ラッチ信号
measz :比較実行信号
outhx :第1のクランプ制御信号
outlz :第2のクランプ制御信号
stbz :スタンバイ信号
GND :基準電圧
Vdd :電源電圧
Ioff_p,Ioff_n :オフ電流
B1〜B4,B10,B11 :インバータ
C1〜C6 :CMOSトランジスタ
CMP1 :比較器
D1,D2 :NANDゲート
N1〜N6,NS1,NS2 :NMOSトランジスタ
P1〜P6 :PMOSトランジスタ
RP,RN :抵抗
S10,S11 :スイッチ
cmpoffz: comparison result signal cmplatz: comparison result latch signal clmpz: clamp signal latz: latch signal measz: comparison execution signal outhx: first clamp control signal outlz: second clamp control signal stbz: standby signal GND: reference voltage Vdd: Power supply voltages Ioff_p, Ioff_n: OFF currents B1 to B4, B10, B11: Inverters C1 to C6: CMOS transistors CMP1: Comparators D1, D2: NAND gates N1 to N6, NS1, NS2: NMOS transistors P1 to P6: PMOS transistors RP , RN: resistors S10, S11: switches
Claims (6)
オフ状態にされた第2のPチャネル型トランジスタの第1のオフ電流と、オフ状態にされた第2のNチャネル型トランジスタの第2のオフ電流とを比較し比較結果信号を出力するオフ電流測定回路と,
スタンバイモードになる時,最新の前記比較結果信号に基づいて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする制御回路とを有する半導体集積回路。 A first P-channel transistor provided between a first power supply line to which a first voltage is applied and a predetermined node; a second voltage lower than the predetermined node and the first voltage; A CMOS logic circuit having a first N-channel transistor provided between a given second power supply line;
An off current that compares the first off current of the second P-channel transistor in the off state with the second off current of the second N-channel transistor in the off state and outputs a comparison result signal A measurement circuit;
When entering the standby mode, based on the latest comparison result signal, if the first off-current is larger than the second off-current, the first P-channel transistor is turned on and the first off-current is turned on. When the N-channel transistor is turned off and the second off-current is larger than the first off-current, the first P-channel transistor is turned off and the first N-channel transistor is turned on. A semiconductor integrated circuit.
前記オフ電流測定回路は,直列に接続する第1の抵抗及び前記第2のPチャネル型トランジスタと,直列に接続する第2の抵抗及び前記第2のNチャネル型トランジスタと,前記第1の抵抗と前記第2のPチャネル型トランジスタとの第1の接続端の電圧と,前記第2の抵抗と前記第2のNチャネル型トランジスタとの第2の接続端の電圧とを比較し前記比較結果信号を出力する比較器とを有する半導体集積回路。 In claim 1,
The off-current measuring circuit includes a first resistor and the second P-channel transistor connected in series, a second resistor and the second N-channel transistor connected in series, and the first resistor. And the second connection voltage between the second P-channel transistor and the second connection voltage between the second resistor and the second N-channel transistor. A semiconductor integrated circuit having a comparator for outputting a signal.
前記オフ電流測定回路は,前記スタンバイモードになる時に比較実行信号を供給されて活性化され,前記比較結果信号を所定期間出力し,
前記制御回路は,前記スタンバイモードになる時に,前記比較結果信号をラッチし,ラッチした前記比較結果信号に基づいて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする半導体集積回路。 In claim 1,
The off-current measurement circuit is activated by being supplied with a comparison execution signal when entering the standby mode, and outputs the comparison result signal for a predetermined period of time.
The control circuit latches the comparison result signal when entering the standby mode, and when the first off-current is larger than the second off-current based on the latched comparison result signal, the control circuit When one P-channel transistor is turned on and the first N-channel transistor is turned off, and the second off-current is larger than the first off-current, the first P-channel transistor is turned on. A semiconductor integrated circuit which is turned off to turn on the first N-channel transistor.
前記オフ電流測定回路は,直列に接続する第1の抵抗及び前記第2のPチャネル型トランジスタと,直列に接続する第2の抵抗及び前記第2のNチャネル型トランジスタと,前記第1の抵抗と前記第2のPチャネル型トランジスタとの第1の接続端の電圧と,前記第2の抵抗と前記第2のNチャネル型トランジスタとの第2の接続端の電圧とを比較し前記比較結果信号を出力する比較器と,前記比較器に電流を供給する電流源トランジスタとを有し,
前記電流源トランジスタは,前記所定期間,ゲートに前記比較実行信号を供給されてオン状態となる半導体集積回路。 In claim 3,
The off-current measuring circuit includes a first resistor and the second P-channel transistor connected in series, a second resistor and the second N-channel transistor connected in series, and the first resistor. And the second connection voltage between the second P-channel transistor and the second connection voltage between the second resistor and the second N-channel transistor. A comparator that outputs a signal; and a current source transistor that supplies current to the comparator,
The current source transistor is a semiconductor integrated circuit which is turned on when the comparison execution signal is supplied to the gate for the predetermined period.
さらに,前記CMOS論理回路は,前記第1の電源線と前記第2の電源線との間に,入力信号を反転して出力信号を前記所定のノードに出力するCMOSインバータを有し,
前記制御回路は,通常動作時には,前記第1のPチャネル型トランジスタ及び前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし,前記CMOSインバータを前記第1の電源線及び前記第2の電源線に接続し,前記スタンバイモード時には,前記第1の電源線及び前記第2の電源線と前記CMOSインバータとの接続を切断する半導体集積回路。 In claim 1,
Further, the CMOS logic circuit has a CMOS inverter that inverts an input signal and outputs an output signal to the predetermined node between the first power supply line and the second power supply line,
In the normal operation, the control circuit turns off the first P-channel transistor and the first N-channel transistor, and connects the CMOS inverter to the first power supply line and the second power supply line. In the standby mode, the semiconductor integrated circuit disconnects the connection between the first power supply line and the second power supply line and the CMOS inverter.
前記CMOS論理回路は,前記第1のPチャネル型トランジスタ及び前記第1のNチャネル型トランジスタを有するCMOSインバータと,入力信号又は制御信号のいずれかの信号を選択して前記CMOSインバータに出力するセレクタとを有し,
前記制御回路は,通常動作時には,前記セレクタに前記入力信号を選択させ,前記スタンバイモード時には,前記比較結果信号に基づいて前記制御信号を出力し,前記セレクタに前記制御信号を選択させて,前記第1のオフ電流が前記第2のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオン状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオフ状態にし、前記第2のオフ電流が前記第1のオフ電流より大きい場合は、前記第1のPチャネル型トランジスタをオフ状態にし前記第1のNチャネル型トランジスタをオン状態にする半導体集積回路。 In claim 1,
The CMOS logic circuit includes a CMOS inverter having the first P-channel transistor and the first N-channel transistor, and a selector that selects either an input signal or a control signal and outputs the selected signal to the CMOS inverter. And
The control circuit causes the selector to select the input signal in a normal operation, outputs the control signal based on the comparison result signal in the standby mode, causes the selector to select the control signal, and When the first off-current is larger than the second off-current, the first P-channel transistor is turned on, the first N-channel transistor is turned off, and the second off-current is A semiconductor integrated circuit in which the first P-channel transistor is turned off and the first N-channel transistor is turned on when larger than the first off-state current.
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