JP2014204146A - Logic circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a logic circuit and a method of drive thereof which are highly tamper-proof and can iteratively provide logic many times.SOLUTION: A logic circuit includes: first and second ferroelectric capacitor groups; an evaluation circuit for detecting an amount of charge read out from the first ferroelectric capacitor group, and evaluating a result of predetermined logic synthesis depending on a charge retention state stored in the first ferroelectric capacitor group; a first transfer circuit for transferring a charge depending on the charge read out from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group to write to the second ferroelectric capacitor group; and a second transfer circuit for transferring a charge depending on a charge read out from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group to write to the first ferroelectric capacitor group.

Description

本発明は、強誘電体キャパシタを用いた論理回路及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to a logic circuit using a ferroelectric capacitor and a driving method thereof.

近年、半導体チップ内部にプログラムやコードを格納する必要性やパスワードなどの極秘情報を格納する必要性が高まっており、より耐タンパー性の高い論理回路の実現が求められている。耐タンパー性を考慮した論理回路としては、ダイナミック・フィールド・プログラマブル・ロジック(Dynamic Field Programmable Logic)等が知られている。ダイナミック・フィールド・プログラマブル・ロジックは、強誘電体メモリ等の不揮発性ラッチのデータ信号を用いてCMOS論理回路のプログラミングを行うことにより、耐タンパー性を高めた論理回路である。   In recent years, the necessity of storing programs and codes in a semiconductor chip and the necessity of storing confidential information such as passwords are increasing, and realization of a logic circuit with higher tamper resistance is required. As a logic circuit considering tamper resistance, a dynamic field programmable logic is known. The dynamic field programmable logic is a logic circuit with improved tamper resistance by programming a CMOS logic circuit using a data signal of a nonvolatile latch such as a ferroelectric memory.

特開平06−275790号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-275790 特開平07−106528号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-106528 特表平08−511895号公報JP-T-08-511895 特開2002−246487号公報JP 2002-246487 A

しかしながら、上記従来の論理回路では、データ信号をCMOS論理回路に入力する際に一旦CMOS振幅信号が出力されるため、それをハッキングして機能をコピーされる虞があった。また、強誘電体メモリは読み出しに伴い記憶情報が破壊されるため、1回しか使用できなかった。このため、より耐タンパー性が高く何回でも繰り返し論理をとることができる論理回路の実現が望まれていた。   However, in the above-described conventional logic circuit, when a data signal is input to the CMOS logic circuit, a CMOS amplitude signal is once output, so that the function may be copied by hacking the signal. Further, since the memory information is destroyed by reading, the ferroelectric memory can be used only once. For this reason, it has been desired to realize a logic circuit that has higher tamper resistance and can repeatedly perform logic.

本発明の目的は、耐タンパー性が高く何回でも繰り返し論理をとることが可能な論理回路及びその駆動方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a logic circuit having high tamper resistance and capable of repeatedly taking logic as many times as possible and a driving method thereof.

実施形態の一観点によれば、第1及び第2の強誘電体キャパシタ群と、前記第1の強誘電体キャパシタ群に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する評価回路と、前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第2の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む第1の転送回路と、前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む第2の転送回路とを有する論理回路が提供される。   According to one aspect of the embodiment, the first and second ferroelectric capacitor groups and the charge connected to the first ferroelectric capacitor group and read from the first ferroelectric capacitor group An evaluation circuit for detecting a quantity and evaluating a result of a predetermined logic synthesis in accordance with a charge holding state stored in the first ferroelectric capacitor group; the first ferroelectric capacitor group; and the second ferroelectric capacitor group; Connected to the second ferroelectric capacitor group, and transfers a charge corresponding to the read charge from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group so as to transfer the second ferroelectric capacitor group. A first transfer circuit for writing into the body capacitor group; and a read circuit connected to the first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group for reading from the second ferroelectric capacitor group The charge corresponding to the charge is changed to the first strong A logic circuit and a second transfer circuit is transferred to the collector capacitor group written in the first ferroelectric capacitor group are provided.

また、実施形態の他の観点によれば、第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する論理回路の駆動方法であって、前記第1の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行う際に、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を第2の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、前記電荷保持状態を前記第2の強誘電体キャパシタ群によりバックアップし、前記第2の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行い、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、バックアップした前記電荷保持状態を前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き戻す論理回路の駆動方法が提供される。   According to another aspect of the embodiment, the amount of charge read from the first ferroelectric capacitor group is detected, and the charge holding state stored in the first ferroelectric capacitor group is determined. A method of driving a logic circuit for evaluating a result of a predetermined logic synthesis, wherein a read charge from the first ferroelectric capacitor group is determined when reading the first ferroelectric capacitor group By transferring the charge to the second ferroelectric capacitor group, the charge retention state is backed up by the second ferroelectric capacitor group, the second ferroelectric capacitor group is read, and the second ferroelectric capacitor group is read out. The charge retention state backed up is transferred to the first ferroelectric capacitor by transferring a charge corresponding to a read charge from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group. The driving method of a logic circuit to write back to the group is provided.

開示の論理回路及びその駆動方法によれば、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。また、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタの読み出し及び書き戻しは電荷転送のみで実現できるので、CMOSレベルで動作を行う場合と比較して耐タンパー性を向上することができる。   According to the disclosed logic circuit and the driving method thereof, logic synthesis is performed according to the charge holding state written in the ferroelectric capacitor, so that it is possible to prevent the logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized. In addition to the ferroelectric capacitor for evaluation, a backup ferroelectric capacitor is provided, and writing is performed after reading out the ferroelectric capacitor for evaluation. Therefore, the charge holding state of the ferroelectric capacitor for evaluation is changed. Can be maintained. Further, since reading and writing back of the ferroelectric capacitor can be realized only by charge transfer, the tamper resistance can be improved as compared with the case of operating at the CMOS level.

図1は、強誘電体キャパシタを用いた論理回路の原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the principle of a logic circuit using a ferroelectric capacitor. 図2は、強誘電体キャパシタを用いた論理回路における合成電荷の検出方法の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a method for detecting a composite charge in a logic circuit using a ferroelectric capacitor. 図3は、読み出された総電荷量をもとに論理値の評価を行う方法を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of evaluating a logical value based on the read total charge amount. 図4は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 4 is a circuit diagram (part 1) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 5 is a circuit diagram (part 2) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その3)である。FIG. 6 is a circuit diagram (part 3) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図7は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その4)である。FIG. 7 is a circuit diagram (part 4) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図8は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その5)である。FIG. 8 is a circuit diagram (part 5) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図9は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その6)である。FIG. 9 is a circuit diagram (part 6) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the first embodiment. 図10は、第1実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その7)である。FIG. 10 is a circuit diagram (part 7) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the first embodiment. 図11は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 11 is a circuit diagram (part 1) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図12は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 12 is a circuit diagram (part 2) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図13は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その3)である。FIG. 13 is a circuit diagram (part 3) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図14は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その4)である。FIG. 14 is a circuit diagram (part 4) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図15は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その5)である。FIG. 15 is a circuit diagram (part 5) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図16は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その6)である。FIG. 16 is a circuit diagram (part 6) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the second embodiment. 図17は、第2実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その7)である。FIG. 17 is a circuit diagram (part 7) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the second embodiment. 図18は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 18 is a circuit diagram (part 1) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図19は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 19 is a circuit diagram (part 2) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図20は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その3)である。FIG. 20 is a circuit diagram (part 3) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図21は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その4)である。FIG. 21 is a circuit diagram (part 4) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図22は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その5)である。FIG. 22 is a circuit diagram (part 5) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図23は、第3実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その6)である。FIG. 23 is a circuit diagram (part 6) illustrating the structure and driving method of the logic circuit according to the third embodiment. 図24は、第4実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。FIG. 24 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit and a driving method according to the fourth embodiment. 図25は、第5実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit and a driving method according to the fifth embodiment. 図26は、第6実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit and a driving method according to the sixth embodiment. 図27は、スクランブル回路の基本構成を示す回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram showing a basic configuration of a scramble circuit. 図28は、セレクタの基本構成を示す回路図である。FIG. 28 is a circuit diagram showing a basic configuration of the selector. 図29は、第7実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 29 is a circuit diagram (part 1) illustrating the structure and driving method of the logical circuit according to the seventh embodiment. 図30は、第7実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 30 is a circuit diagram (part 2) illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the seventh embodiment. 図31は、第8実施形態による論理回路の構造を示す回路図である。FIG. 31 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit according to the eighth embodiment. 図32は、第8実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 32 is a circuit diagram (part 1) illustrating the driving method of the logic circuit according to the eighth embodiment. 図33は、第8実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 33 is a circuit diagram (part 2) illustrating the driving method of the logic circuit according to the eighth embodiment. 図34は、第9実施形態による論理回路の構造を示す回路図である。FIG. 34 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit according to the ninth embodiment. 図35は、第9実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図(その1)である。FIG. 35 is a circuit diagram (part 1) illustrating the driving method of the logic circuit according to the ninth embodiment. 図36は、第9実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図(その2)である。FIG. 36 is a circuit diagram (part 2) illustrating the driving method of the logic circuit according to the ninth embodiment. 図37は、第10実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。FIG. 37 is a circuit diagram showing a structure of a logic circuit and a driving method according to the tenth embodiment. 図38は、第11実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。FIG. 38 is a circuit diagram showing the structure and driving method of a logical circuit according to the eleventh embodiment. 図39は、一般的な4キャパシタタイプの不揮発性ラッチ回路の例を示す回路図である。FIG. 39 is a circuit diagram showing an example of a general 4-capacitor type nonvolatile latch circuit. 図40は、第12実施形態による不揮発性ラッチ回路の構造を示す回路図(その1)である。FIG. 40 is a circuit diagram (part 1) illustrating the structure of the nonvolatile latch circuit according to the twelfth embodiment. 図41は、第12実施形態による不揮発性ラッチ回路の構造を示す回路図(その2)である。FIG. 41 is a circuit diagram (part 2) illustrating the structure of the nonvolatile latch circuit according to the twelfth embodiment.

[第1実施形態]
第1実施形態による論理回路及びその駆動方法について図1乃至図10を用いて説明する。
[First Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、強誘電体キャパシタを用いた論理回路の原理を示す図である。図2は、強誘電体キャパシタを用いた論理回路における合成電荷の検出方法の一例を示す回路図である。図3は、読み出された総電荷量をもとに論理値の評価を行う方法を示す図である。図4乃至図10は、本実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 1 is a diagram showing the principle of a logic circuit using a ferroelectric capacitor. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a method for detecting a composite charge in a logic circuit using a ferroelectric capacitor. FIG. 3 is a diagram illustrating a method of evaluating a logical value based on the read total charge amount. 4 to 10 are circuit diagrams illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態による論理回路を説明する前に、強誘電体キャパシタを用いた論理回路の原理について図1を用いて説明する。   First, before describing the logic circuit according to the present embodiment, the principle of a logic circuit using a ferroelectric capacitor will be described with reference to FIG.

図1に示す回路は、複数の強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcと、複数の強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに接続されたコンパレータ10とを有している。キャパシタCfa,Cfb,Cfcの一方の電極(下部電極、共通電極又はプレート電極とも呼ぶ)は、互いに接続され、コンパレータ10の入力端子に接続されている。キャパシタCfa,Cfb,Cfcの他方の電極(上部電極とも呼ぶ)には入力信号A,B,Cがそれぞれ入力され、コンパレータ10からは判定値である出力信号Xが出力される。ここでは、3つの強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcを有する場合を示すが、強誘電体キャパシタ10の数は、これに限定されるものではない。 The circuit shown in FIG. 1 has a plurality of ferroelectric capacitors C fa , C fb , C fc and a comparator 10 connected to the plurality of ferroelectric capacitors C fa , C fb , C fc . One electrode (also referred to as a lower electrode, a common electrode, or a plate electrode) of the capacitors C fa , C fb , and C fc is connected to each other and connected to the input terminal of the comparator 10. Input signals A, B, and C are input to the other electrodes (also referred to as upper electrodes) of the capacitors C fa , C fb , and C fc , respectively, and an output signal X that is a determination value is output from the comparator 10. Here, although the case where it has three ferroelectric capacitors Cfa , Cfb , Cfc is shown, the number of the ferroelectric capacitors 10 is not limited to this.

強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcは、自発分極方向をもち、電極への印加電圧により電圧−電荷のヒステリシス特性を示す。電極間に加える電圧差が正又は負の値である+V、−Vを超えると、内部の自発分極方向が反転したとき、多くのチャージを放出又は吸収する。なお、Vは抗電圧と呼ばれる。 The ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc have a spontaneous polarization direction, and exhibit voltage-charge hysteresis characteristics depending on the voltage applied to the electrodes. When the voltage difference applied between the electrodes exceeds + V c and −V c which are positive or negative values, many charges are released or absorbed when the internal spontaneous polarization direction is reversed. V c is called coercive voltage.

ここで、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに、予め所定の自発分極方向をプログラムしておくものとする。ここでは、図において上向きの分極をU分極と定義し、図において下向きの分極をP分極と定義するものとする。 Here, it is assumed that a predetermined spontaneous polarization direction is programmed in advance in the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc . Here, upward polarization is defined as U-polarization in the figure, and downward polarization is defined as P-polarization in the figure.

強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの上部電極に信号A,B,Cを入力して上部電極の電位を上げると、電界の方向と強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向との関係に応じて、下部電極からキャパシタに吸収される電荷量が変化する。すなわち、U分極である強誘電体キャパシタでは下部電極側から吸収される電荷量が少量となり、P分極である強誘電体キャパシタでは下部電極側から吸収される電荷量が多量となる。これにより、アナログ的に重みづけをもった信号A,B,Cの合成を実現することができる。 Ferroelectric capacitor C fa, C fb, C fc upper electrode signals A, B, and enter the C raising the potential of the upper electrode, the electric field direction and the ferroelectric capacitor C fa, C fb, C fc The amount of charge absorbed by the capacitor from the lower electrode changes according to the relationship with the spontaneous polarization direction. That is, in the ferroelectric capacitor with U polarization, the amount of charge absorbed from the lower electrode side is small, and in the ferroelectric capacitor with P polarization, the amount of charge absorbed from the lower electrode side is large. As a result, the synthesis of the signals A, B, and C weighted in an analog manner can be realized.

合成したアナログ電荷量は、電圧センスならば浮遊容量へ充電してその電圧により、電流センスならば電圧を一定として電流値により、コンパレータ10でハイレベル(H)かローレベル(L)かの2値の判定が行われる。すなわち、プログラマブルな重みづけをした、信号A,B,Cの合成を行うことができる。コンパレータ10は、ラッチアンプと基準電圧で構成することや、演算増幅器(OpeAmp)で基準電圧との比較を行うことで実現することができる。   The synthesized analog charge amount is charged to the stray capacitance in the case of voltage sensing, and depending on the voltage, and in the case of current sensing, the voltage is kept constant, and the comparator 10 determines whether it is high level (H) or low level (L). A value determination is made. That is, the signals A, B, and C can be combined with programmable weights. The comparator 10 can be realized by a latch amplifier and a reference voltage, or by comparing the reference voltage with an operational amplifier (OpeAmp).

次に、強誘電体キャパシタを用いた論理回路における合成電荷の検出方法の一例について、図2を用いてより詳細に説明する。   Next, an example of a method for detecting a composite charge in a logic circuit using a ferroelectric capacitor will be described in detail with reference to FIG.

強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの下部電極の共通の接続端子であるノードnには、P型トランジスタPcontのドレイン端子が接続されている。P型トランジスタPcontのソース端子の接続端子であるノードnには、制御信号が入力されるインバータ12の出力端子と、P型トランジスタPcurrのソース端子とが接続されている。P型トランジスタPcurrのドレイン端子には、容量Ctankが接続されている。P型トランジスタPcontのゲート端子とP型トランジスタPcurrのゲート端子とは、互いに接続されている。P型トランジスタPcontのゲート端子とP型トランジスタPcurrのゲート端子との接続端子であるノードnとノードnとの間には、容量Cbiasが接続されている。こうして、P型トランジスタPcont、P型トランジスタPcurr、閾値電圧制御用の電圧源としての容量Cbiasにより、カレントミラー回路が構成されている。P型トランジスタPcurrのドレイン端子と容量Ctankとの接続ノードnoutは、コンパレータ10の入力端子に接続される。 The drain terminal of the P-type transistor P cont is connected to the node n 2 that is a common connection terminal of the lower electrodes of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc . The output terminal of the inverter 12 to which a control signal is input and the source terminal of the P-type transistor P curr are connected to the node n 1 that is the connection terminal of the source terminal of the P-type transistor P cont . A capacitor C tank is connected to the drain terminal of the P-type transistor P curr . The gate terminal of the P-type transistor P cont and the gate terminal of the P-type transistor P curr are connected to each other. Between the P-type transistor node n 3 and the node n 2 is a connection terminal of the gate terminals of the P-type transistor P curr of P cont, capacitance C bias is connected. Thus, a current mirror circuit is configured by the P-type transistor P cont , the P-type transistor P curr , and the capacitor C bias as a voltage source for controlling the threshold voltage. A connection node n out between the drain terminal of the P-type transistor P curr and the capacitor C tank is connected to the input terminal of the comparator 10.

強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcには、所定の自発分極方向が書き込まれているものとする。ここでは、分極が上向きでノードnの電位上昇で分極反転し多くの電荷を吸収するものをP分極、分極が下向きでノードnの電位上昇で分極の向きが変わらず少ない電荷を吸収するものをU分極と表すものとする。 It is assumed that a predetermined spontaneous polarization direction is written in the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc . Here, the polarization is upward and the polarization is inverted when the potential of the node n 2 is inverted, and a large amount of charge is absorbed, while the polarization is downward and the potential of the node n 2 is increased and the polarization direction is not changed to absorb a small amount of charge. This shall be expressed as U-polarization.

強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの上部電極に入力する信号A,B,Cをローレベル(GND(グラウンド)レベル)に固定している場合、インバータ12への入力信号である制御信号がハイレベルからローレベルに立ち下がると、カレントミラー回路のVDD側のノードnはローレベルからハイレベルに立ち上がる。これにより、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの下部電極の共通の接続端子であるノードnは、P型トランジスタPcontに流れる電流により、ローレベルであった初期状態からVDDレベルへと向かって充電される。この際、容量CbiasによりP型トランジスタPcontの実質の閾値電圧Vthを0とすることで、ノードnをVDDまで充電するのを可能にしている。 When the signals A, B, and C input to the upper electrodes of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are fixed at a low level (GND (ground) level), a control that is an input signal to the inverter 12 When the signal falls from the high level to the low level, the node n 1 of the VDD side of the current mirror circuit rises from the low level to the high level. As a result, the node n 2, which is a common connection terminal of the lower electrodes of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc , is changed from the initial state that is at the low level to the VDD level due to the current flowing through the P-type transistor P cont. It is charged towards. At this time, the threshold voltage V th of the real P-type transistor P cont With 0 by volume C bias, is it possible to charge the node n 2 to VDD.

ノードnがハイレベルになると、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの上部電極にはローレベルの電圧が、下部電極にはハイレベルの電圧が印加されることとなり、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcには抗電圧を超える電圧が印加される。これにより、P分極の強誘電体キャパシタでは分極反転が生じ、この強誘電体キャパシタには多くの電荷が吸収される。一方、U分極の強誘電体キャパシタでは分極の向きは変わらず少ない電荷が吸収される。 When the node n 2 becomes high level, a low level voltage is applied to the upper electrodes of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc , and a high level voltage is applied to the lower electrodes. A voltage exceeding the coercive voltage is applied to the capacitors C fa , C fb , and C fc . As a result, polarization inversion occurs in the P-polarized ferroelectric capacitor, and a large amount of charge is absorbed in the ferroelectric capacitor. On the other hand, a U-polarized ferroelectric capacitor absorbs a small amount of charge without changing the direction of polarization.

ここで、ノードnの充電電流とこれにミラーリングされた容量Ctankへの充電電流は等しいため、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに吸収される総電荷量と容量Ctankに充電される総電荷量とは等しくなる。この結果、ノードnoutの電圧は、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに吸収された総電荷量に応じたレベルとなる。 Here, since the charging current of the node n 2 and the charging current to the mirrored capacitor C tank are equal to each other, the total charge amount absorbed by the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc and the capacitor C tank are The total amount of charge to be charged is equal. As a result, the voltage at the node n out becomes a level corresponding to the total amount of charge absorbed by the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc .

ノードnoutの電圧レベルは、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向に応じて変化する。すなわち、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcのうち、3つがU分極の場合(U×3)、1つがP分極で2つがU分極の場合(P×1+U×2)、2つがP分極で1つがU分極の場合(P×2+U×1)、3つがP分極の場合(P×3)の順に、ノードnoutの電圧レベルは高くなる。 The voltage level of the node n out changes according to the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc . That is, when three of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are U-polarized (U × 3), one is P-polarized and two are U-polarized (P × 1 + U × 2), two are The voltage level of the node nout increases in the order of P polarization when one is U polarization (P × 2 + U × 1) and three are P polarization (P × 3).

ここで、コンパレータ10における1/0の判定レベルVを、(P×3)の電圧レベルと(P×2+U×1)の電圧レベルとの間のレベルに設定すると、総てがP分極であるANDの論理を判定することができる。また、判定レベルVを、(P×1+U×2)の電圧レベルと(U×3)との間のレベルに設定すると、総てがU分極であるNORの論理を判定することができる(図3参照)。このように、3つの強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに書き込まれた情報の論理合成を、アナログ量で行うことができる。 Here, if the 1/0 determination level V t in the comparator 10 is set to a level between the voltage level of (P × 3) and the voltage level of (P × 2 + U × 1), all are P-polarized. The logic of a certain AND can be determined. Further, when the determination level V t is set to a level between the voltage level of (P × 1 + U × 2) and (U × 3), the logic of NOR that is all U-polarized can be determined ( (See FIG. 3). In this manner, logic synthesis of information written in the three ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc can be performed with an analog amount.

インバータ12に入力する信号に同期して立ち上がる信号A,B,Cを強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに入力する場合、各強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcに吸収される電荷量は、0である場合を含めると、P、U、0(P>U>0)の3値となる。 Signal A rises in synchronization with the signal to be input to the inverter 12, B, C the ferroelectric capacitor C fa, C fb, when entering the C fc, the ferroelectric capacitors C fa, C fb, absorbed C fc Including the case where the charge amount is 0, the charge amount becomes three values of P, U, 0 (P>U> 0).

この場合、信号Aがローレベルで強誘電体キャパシタCfaがP分極、信号Bがローレベルで強誘電体キャパシタCfbがP分極、且つ、信号Cがローレベルで強誘電体キャパシタCfcがP分極の場合に限って、3Pレベルとなる。つまり、各信号A,B,Cのレベルと強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向との論理をとったうえで同期パルス駆動される信号A,B,Cに対してNOR合成ができるようになる。例えば、信号Aがハイレベルで強誘電体キャパシタCfaがP分極、信号Bがローレベルで強誘電体キャパシタCfbがP分極、且つ、信号Cがローレベルで強誘電体キャパシタCfcがP分極では、条件は不成立となる。或いは、信号Aがローレベルで強誘電体キャパシタCfaがU分極、信号Bがローレベルで強誘電体キャパシタCfbがP分極、且つ、信号Cがローレベルで強誘電体キャパシタCfcがP分極でも、条件は不成立となる。 In this case, the signal A is low level and the ferroelectric capacitor C fa is P-polarized, the signal B is low level and the ferroelectric capacitor C fb is P-polarized, and the signal C is low level and the ferroelectric capacitor C fc is Only in the case of P polarization, it becomes 3P level. That is, with respect to the signals A, B, and C that are driven by the synchronous pulse after taking the logic of the level of each signal A, B, and C and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc NOR synthesis can be performed. For example, the signal A is high level and the ferroelectric capacitor C fa is P-polarized, the signal B is low level and the ferroelectric capacitor C fb is P-polarized, and the signal C is low level and the ferroelectric capacitor C fc is P-polarized. In polarization, the condition is not satisfied. Alternatively, the signal A is low level and the ferroelectric capacitor C fa is U-polarized, the signal B is low level and the ferroelectric capacitor C fb is P-polarized, and the signal C is low level and the ferroelectric capacitor C fc is P Even with polarization, the condition is not satisfied.

読み出し、すなわち論理値の評価時の動作原理は以上のようであるが、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向は1回のオペレーション後には総てU分極になる。このため、再度動作させるためには初期の自発分極方向を再び設定する必要がある。そこで、本実施形態による論理回路では、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの読み出し後、初期状態への書き戻しを行う。 The operation principle at the time of reading, that is, the evaluation of the logical value is as described above, but the spontaneous polarization directions of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are all U-polarized after one operation. For this reason, in order to operate again, it is necessary to set the initial spontaneous polarization direction again. Therefore, in the logic circuit according to the present embodiment, after the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are read, writing back to the initial state is performed.

次に、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの読み出し後に書き戻しを行う方法について、図4乃至図9を用いて説明する。   Next, a method for performing writing back after reading out the ferroelectric capacitors Cfa, Cfb, Cfc will be described with reference to FIGS.

強誘電体キャパシタの読み出し後の書き戻しには、評価用の強誘電体キャパシタ(以下、「評価用キャパシタ」と呼ぶ)のほかに、バックアップ用の強誘電体キャパシタ(以下、「スレイブキャパシタ」と呼ぶ)を用いる。   In addition to evaluating ferroelectric capacitors (hereinafter referred to as “evaluation capacitors”), backup ferroelectric capacitors (hereinafter referred to as “slave capacitors”) Call).

ここでは、一つの強誘電体キャパシタの読み出しから書き戻しまでを説明するが、複数の評価用キャパシタを用いる場合には、これらに対応して複数のスレイブキャパシタが用いられる。本願明細書では、評価用キャパシタやスレイブキャパシタを複数用いる場合、これらを「強誘電体キャパシタ群」と表現することもある。   Here, a description will be given from reading to writing back of one ferroelectric capacitor. When a plurality of evaluation capacitors are used, a plurality of slave capacitors are used correspondingly. In the present specification, when a plurality of evaluation capacitors and slave capacitors are used, they may be expressed as a “ferroelectric capacitor group”.

評価用キャパシタの読み出しから書き戻しまでは、例えば図4乃至図7に示す4つのステップにより行うことができる。   From reading to writing back of the evaluation capacitor can be performed by, for example, four steps shown in FIGS.

図4乃至図7において、上段の3つの強誘電体キャパシタが評価用キャパシタCを示し、下段の3つの強誘電体キャパシタがスレイブキャパシタCfxを示している。3つの強誘電体キャパシタは、一つの強誘電体キャパシタについて異なる状態を示したものである。すなわち、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの接続関係を左側に、評価用キャパシタCの初期状態がP分極であるときの自発分極方向の変化を中央に、評価用キャパシタCの初期状態がU分極であるときの自発分極方向の変化を右側に、それぞれ示している。 4 to 7, the upper three ferroelectric capacitors represent the evaluation capacitor C f , and the lower three ferroelectric capacitors represent the slave capacitor C fx . The three ferroelectric capacitors show different states for one ferroelectric capacitor. That is, the connection relationship between the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx on the left, the direction of spontaneous polarization of the change when the initial state of the evaluation capacitor C f is a P-polarization at the center, of the evaluation capacitor C f The change of the spontaneous polarization direction when the initial state is U polarization is shown on the right side.

初期状態において、スレイブキャパシタCfxはU分極に設定しておく。すなわち、評価用キャパシタCがP分極のときにはスレイブキャパシタCfxはU分極であり(図4の中央)、評価用キャパシタCがU分極のときにもスレイブキャパシタCfxはU分極である(図4の右側)。また、下記一連のステップにおいて、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの上部電極には、GNDレベルの電圧を常時印加しておくものと考える。 In the initial state, the slave capacitor C fx is set to U polarization. That is, when the evaluation capacitor C f is P-polarized, the slave capacitor C fx is U-polarized (center of FIG. 4), and when the evaluation capacitor C f is U-polarized, the slave capacitor C fx is U-polarized ( The right side of FIG. Further, in the following series of steps, the upper electrode of the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx, considered to keep constantly applying a GND level voltage.

まず、評価用キャパシタCの読み出しを行う。評価用キャパシタCの読み出しは、評価用キャパシタCのプレート電極(下部電極)PLEvaにプラス電位のパルス信号を印加することにより行う。 First, the evaluation capacitor Cf is read. Reading of the evaluation capacitor C f is performed by applying a pulse signal of a positive potential to the plate electrode (lower electrode) PL Eva evaluation capacitor C f.

評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaにプラス電位が印加されると、評価用キャパシタCには抗電圧の大きさを超える電圧が印加されることになる。これにより、評価用キャパシタCがP分極のときには分極反転が生じ、評価用キャパシタCがP分極からU分極に変化する(図4の中央)。また、評価用キャパシタCがU分極のときには分極反転は生じず、評価用キャパシタCはU分極のまま維持される(図4の右側)。 When positive potential is applied to the plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f, so that the voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied to the evaluation capacitor C f. Thus, evaluation capacitor C f is the polarization inversion occurs when the P polarization, the evaluation capacitor C f is changed to U polarization from P polarization (center of FIG. 4). Further, when the evaluation capacitor Cf is U-polarized, polarization inversion does not occur, and the evaluation capacitor Cf is maintained as U-polarized (right side in FIG. 4).

このとき、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaに印加するプラス電位と同期して、スレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvにはマイナス電位を印加する。また、評価用キャパシタCの上部電極とスレイブキャパシタCfxの上部電極とは、P型トランジスタQP1を含むチャージトランスファアンプを介して接続する。チャージトランスファアンプは、ゲート電位を固定したソースフォロアである。 At this time, a negative potential is applied to the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx in synchronization with the positive potential applied to the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f . Further, the upper electrode and the upper electrode of the slave capacitor C fx evaluation capacitor C f, connected via a charge transfer amplifier comprising P-type transistor Q P1. The charge transfer amplifier is a source follower with a fixed gate potential.

P型トランジスタQP1のゲート電圧を−Vthの電位にすると、評価用キャパシタCの読み出しに伴い発生する電荷によってP型トランジスタQP1のソース(図面において上側)の電位が上昇する。そして、ソースの電位が上昇した分の電荷がP型トランジスタQP1を通過してスレイブキャパシタCfxに移動し、スレイブキャパシタCfxが充電される。 When the gate voltage of the P-type transistor Q P1 is set to a potential of −V th , the potential of the source (upper side in the drawing) of the P-type transistor Q P1 is increased by the charge generated when the evaluation capacitor C f is read. The amount of the charge potential of the source is increased to move the slave capacitor C fx through the P-type transistor Q P1, slave capacitor C fx is charged.

評価用キャパシタCの分極反転が生じたときには、スレイブキャパシタCfxに分極反転に十分な電荷が送られ、スレイブキャパシタCfxはU分極からP分極に変化する(図4の中央)。評価用キャパシタCの分極反転が生じていないときには、スレイブキャパシタCfxの分極反転に十分な電荷は送られず、スレイブキャパシタCfxの分極反転は生じず、スレイブキャパシタCfxはU分極のまま維持される(図4の右側)。すなわち、初期状態における評価用キャパシタCの自発分極方向を、スレイブキャパシタCfxにコピー(バックアップ)することができる。 When the polarization reversal of the evaluation capacitor C f occurs, sufficient charge polarization inversion slave capacitor C fx is sent, slave capacitor C fx changes to P polarization from U polarization (center of FIG. 4). When the polarization reversal of the evaluation capacitor C f is not generated, sufficient charge polarization reversal of the slave capacitor C fx is not sent, the polarization reversal of the slave capacitor C fx does not occur, the slave capacitor C fx remains the U polarization Maintained (right side of FIG. 4). That is, the direction of spontaneous polarization of the evaluation capacitor C f in the initial state, it is possible to copy (backup) in slave capacitor C fx.

次いで、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの接続を、P型トランジスタQP1を含むチャージトランスファアンプ(図6)にもどす。その後、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaの電位及びスレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvの電位をGNDレベルに戻す。このとき、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向は、変化しない。すなわち、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向がU分極であればそのままU分極を維持し、P分極であればそのままP分極を維持する(図5)。 Then, the connection between the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx, returned to the charge transfer amplifier (FIG. 6) including the P-type transistor Q P1. Thereafter, the potential of the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f and the potential of the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are returned to the GND level. At this time, the spontaneous polarization directions of the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx do not change. In other words, the spontaneous polarization direction of the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx maintains intact U polarization if U polarization maintaining intact P polarization if P polarization (FIG. 5).

次いで、評価用キャパシタCの書き戻しを行う。評価用キャパシタCの書き戻しは、スレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvにプラス電位のパルス信号を印加することにより行う。 Next, the evaluation capacitor Cf is written back. Writeback evaluation capacitor C f is performed by applying a pulse signal of a positive potential to the plate electrode PL Slv slave capacitor C fx.

スレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvにプラス電位が印加されると、スレイブキャパシタCfxには抗電圧の大きさを超える電圧が印加される。これにより、スレイブキャパシタCfxがP分極のときには分極反転が生じ、スレイブキャパシタCfxがP分極からU分極に変化する(図6の中央)。また、スレイブキャパシタCfxがU分極のときには分極反転が生じず、スレイブキャパシタCfxU分極のまま維持される(図6の右側)。 When positive potential is applied to the plate electrode PL Slv slave capacitor C fx, the slave capacitor C fx voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied. Thereby, when the slave capacitor C fx is P-polarized, polarization inversion occurs, and the slave capacitor C fx changes from P-polarized to U-polarized (center of FIG. 6). When the slave capacitor C fx is U-polarized, no polarization inversion occurs and the slave capacitor C fx U-polarized is maintained (right side in FIG. 6).

このとき、スレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvに印加するプラス電位と同期して、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaにはマイナス電位を印加する。また、評価用キャパシタCの上部電極とスレイブキャパシタCfxの上部電極とは、P型トランジスタQP1を含むチャージトランスファアンプを介して接続する。 At this time, a negative potential is applied to the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f in synchronization with the positive potential applied to the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx . Further, the upper electrode and the upper electrode of the slave capacitor C fx evaluation capacitor C f, connected via a charge transfer amplifier comprising P-type transistor Q P1.

P型トランジスタQP1のゲート電圧をVthの電位にすると、スレイブキャパシタCfxの読み出しに伴い発生する電荷によってP型トランジスタQP1のソース(図面において下側)の電位が上昇する。そして、ソースの電位が上昇した分の電荷がP型トランジスタQP1を通過して評価用キャパシタCに移動し、評価用キャパシタCが充電される。 When the gate voltage of the P-type transistor Q P1 to the potential of V th, the potential of the source of the P-type transistor Q P1 by the charge generated due to the reading of the slave capacitor C fx (lower side in the drawing) is raised. The amount of the charge potential of the source is increased to move the P-type transistor Q P1 passage to evaluate capacitor C f, the evaluation capacitor C f is charged.

スレイブキャパシタCfxの分極反転が生じたときには、評価用キャパシタCに分極反転に十分な電荷が送られ、評価用キャパシタCはU分極からP分極に変化する(図6の中央)。スレイブキャパシタCfxの分極反転が生じていないときには、評価用キャパシタCの分極反転に十分な電荷は送られず、評価用キャパシタCの分極反転は生じず、評価用キャパシタCはU分極のまま維持される(図6の右側)。すなわち、読み出し後の評価用キャパシタCの自発分極方向を、初期状態に書き戻すことができる。 When the polarization reversal of the slave capacitor C fx occurs, sufficient charge is sent to the polarization inversion evaluation capacitor C f, the evaluation capacitor C f is changed to P polarization from U polarization (center of FIG. 6). When the polarization reversal of the slave capacitor C fx has not occurred is not sent sufficient charge polarization inversion of the evaluation capacitor C f, the polarization reversal of the evaluation capacitor C f does not occur, the evaluation capacitor C f is U polarization (Right side of FIG. 6). That is, the direction of spontaneous polarization of the evaluation capacitor C f after reading can be written back to the initial state.

次いで、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの接続を、P型トランジスタQP1を含むチャージトランスファアンプ(図4)に切り換える。その後、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaの電位及びスレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvの電位を、待機状態のGNDレベルに戻す。このとき、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向は、変化しない。すなわち、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxがU分極であればそのままU分極を維持し、P分極であればそのままP分極を維持する(図7)。これにより、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向は、図4の初期状態に戻る。 Then, the connection between the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx, switch the charge transfer amplifier (Fig. 4) containing a P-type transistor Q P1. Thereafter, the potential of the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f and the potential of the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are returned to the GND level in the standby state. At this time, the spontaneous polarization directions of the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx do not change. That is, if the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx are U-polarized, the U-polarization is maintained as it is, and if it is P-polarized, the P-polarization is maintained as it is (FIG. 7). Thereby, the spontaneous polarization directions of the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx return to the initial state of FIG. 4.

なお、図5及び図7に示すステップでは、分極反転のない常誘電体成分の容量によるチャージ移動が生じるが、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとは等しい容量であり、互いに打ち消しあう。すなわち、キャパシタ電極間には不要な電位差は生じない。 In the steps shown in FIGS. 5 and 7, charge transfer occurs due to the paraelectric component capacitance without polarization inversion, but the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx have the same capacitance and cancel each other. That is, no unnecessary potential difference occurs between the capacitor electrodes.

また、図4に示すステップにおいて評価用キャパシタCがU分極の場合、スレーブキャパシタCfxの初期状態における自発分極方向もU分極にしておく。これにより、図4〜図7に示すステップを一周しても、プレート電極PLEvaとプレート電極PLSlvとが逆相の駆動であるため、常誘電成分電荷転送は起こるが、両キャパシタの打ち消しあいによって、どちらもU分極の状態を維持することができる。 Further, when the evaluation capacitor Cf is U-polarized in the step shown in FIG. 4, the spontaneous polarization direction in the initial state of the slave capacitor Cfx is also U-polarized. As a result, even though the steps shown in FIGS. 4 to 7 are performed once, since the plate electrode PL Eva and the plate electrode PL Slv are driven in opposite phases, the paraelectric charge transfer occurs, but the two capacitors cancel each other. Both can maintain the U-polarized state.

また、図4に示すステップにおいて、プレート電極PLEvaに印加する電圧の立ち上げを図2に示すようなドライブ回路で行い、総チャージの積分値を出力することで、多数決論理をとることができる。 Further, in the step shown in FIG. 4, the voltage applied to the plate electrode PL Eva is raised by a drive circuit as shown in FIG. 2, and the majority charge logic can be obtained by outputting the integrated value of the total charge. .

以上が、チャージトランスファアンプを用いた評価用キャパシタCの書き戻しの方法の原理である。ただし、現実的には、順方向・逆方向に転送される電荷のゲインが1以下では、電荷量が次第に減衰していき、いずれデータが保持できないことになる。 The above is the principle of the write-back method of the evaluation capacitor C f with charge transfer amplifier. However, in reality, when the gain of the charge transferred in the forward direction / reverse direction is 1 or less, the charge amount is gradually attenuated, and data cannot be held.

そこで、転送電荷の増幅方法について、以下に2つの方法を示す。   Accordingly, two methods for amplifying the transfer charge are shown below.

第1の方法は、図4及び図6のステップにおいて、増強チャージを供給するための回路を追加する方法である(図8)。   The first method is a method of adding a circuit for supplying an enhanced charge in the steps of FIGS. 4 and 6 (FIG. 8).

具体的には、図4に示すステップでは、図8(a)に示すように、チャージトランスファ用のP型トランジスタQP1のほかに、電荷増強用のインバータアンプと、ソースをGNDレベルとして増強チャージを供給するP型トランジスタQP2とを追加する。これにより、転送電荷の3倍〜4倍程度の電荷をスレーブキャパシタCfxに供給することができる。 Specifically, in the step shown in FIG. 4, as shown in FIG. 8 (a), in addition to the charge transfer P-type transistor QP1 , the charge amplifier inverter amplifier and the source are set to the GND level for the enhanced charge. And a P-type transistor Q P2 is added. As a result, a charge of about 3 to 4 times the transfer charge can be supplied to the slave capacitor Cfx .

また、図6に示すステップでも同様に、図8(b)に示すように、チャージトランスファ用のP型トランジスタQP1のほかに、電荷増強用のインバータアンプと、ソースをGNDレベルとして増強チャージを供給するP型トランジスタQP2とを追加する。図8(a)と図8(b)で電流方向は逆転するため、それぞれのインバータアンプとP型トランジスタのゲートの接続は異なる。これにより、転送電荷の3倍〜4倍程度の電荷を評価用キャパシタCに供給することができる。 Similarly, in the step shown in FIG. 6, as shown in FIG. 8 (b), in addition to the charge transfer P-type transistor QP1 , the charge amplifier inverter amplifier, and the source is set to the GND level to perform the enhanced charge. A P-type transistor QP2 to be supplied is added. Since the current direction is reversed in FIG. 8A and FIG. 8B, the connection between the inverter amplifier and the gate of the P-type transistor is different. Thus, it is possible to supply 3-fold to 4 times the charge of the transfer charges in the evaluation capacitor C f.

第2の方法は、第1の方法と同様、インバータアンプとP型トランジスタQP2とにより電荷増強を行うものであるが、その際の電荷増強を9倍程度とし、スレイブキャパシタCfxの容量を3倍程度にする方法である(図9)。 Similar to the first method, the second method performs charge enhancement by an inverter amplifier and a P-type transistor QP2. However, the charge enhancement at that time is about nine times, and the capacitance of the slave capacitor Cfx is increased. This is a method of about 3 times (FIG. 9).

具体的には、図4に示すステップでは、図9(a)に示すように、チャージトランスファ用のP型トランジスタQP1のほかに、電荷増強用のインバータアンプと、ソースをGNDレベルとして増強チャージを供給するP型トランジスタQP2とを追加する。また、スレイブキャパシタCfxの容量を3倍程度にしておく(図では、容量の相違を判りやすくするために3つのキャパシタで表現している)。これにより、転送電荷の9倍程度の電荷をスレーブキャパシタCfxに供給することができる。 Specifically, in the step shown in FIG. 4, as shown in FIG. 9 (a), in addition to the P-type transistor Q P1 for the charge transfer, and an inverter amplifier for charge enhancing, enhancing the charge source as GND level And a P-type transistor Q P2 is added. Further, the capacitance of the slave capacitor C fx is set to about three times (in the figure, the capacitor is represented by three capacitors for easy understanding of the difference in capacitance). Thereby, about nine times the transfer charge can be supplied to the slave capacitor Cfx .

また、図7に示すステップでは、図9(b)に示すように、電荷増強は行わず、スレイブキャパシタCfxから評価用キャパタCに電荷を転送する。ただし、スレイブキャパシタCfxの容量は第1の方法と比較して3倍であるので、転送電荷量は3倍になる。このため、一連のループでのゲインは、第1の方法と同様に9倍程度が得られる。第1の方法と同様にして更に電荷増強を行ってもよい。 In the step shown in FIG. 7, as shown in FIG. 9B, the charge is not increased and the charge is transferred from the slave capacitor C fx to the evaluation capacitor C f . However, since the capacity of the slave capacitor C fx is three times that of the first method, the transfer charge amount is three times. For this reason, the gain in a series of loops is obtained about nine times as in the first method. Charge enhancement may be further performed in the same manner as in the first method.

なお、一連のループでのゲインが1以上であれば、データを連続して保持することが可能である。電荷増強用回路の電荷増強倍率やスレイブキャパシタCfxの容量の大きさは、一連のループでのゲインが1以上となるように、適宜設定することが望ましい。 If the gain in a series of loops is 1 or more, data can be held continuously. It is desirable to appropriately set the charge enhancement magnification of the charge enhancement circuit and the capacity of the slave capacitor Cfx so that the gain in a series of loops is 1 or more.

次に、評価用キャパシタCに初期状態としての任意の自発分極方向を書き込む方法について、図10を用いて説明する。 Next, a method of writing an arbitrary direction of spontaneous polarization of the initial state to the evaluation capacitor C f, will be described with reference to FIG. 10.

図10に示すように、評価用キャパシタCの上部電極とGNDレベルとの間に、強制書き込み用のN型トランジスタQN3を接続する。 As shown in FIG. 10, between the upper electrode and the GND level of the evaluation capacitor C f, connects the N-type transistor Q N3 for forced write.

図4の読み出しステップにおいて、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaがプラス電位に立ち上がった時点で、評価用キャパシタCの自発分極方向にかかわらず、N型トランジスタQN3をオンにしU分極とする。また、スレイブキャパシタCfxに電荷を注入する。これにより、スレイブキャパシタCfxの自発分極方向を強制的にP分極にする(図10は、プレート電極PLEvaとプレート電極PLSlvを駆動したあとの状態で、N型トランジスタQN3がオンの状態であり、評価用キャパシタC=U↑とスレイブキャパシタCfx=P↓になっている状態である)。ここからプレート電極PLEvaとプレート電極PLSlvとをGNDにもどしN型トランジスタQN3をオフする。この後、評価サイクル図9(a)から開始すれば、評価用キャパシタC=U設定からのサイクルとなる。一方、評価サイクルを飛ばして図9(b)の評価用キャパシタCへの書き戻しを行えば、評価用キャパシタCをP分極に設定することができる。評価用キャパシタCの設定が終わったあと、評価サイクル+書き戻しサイクルを通常どおり進めればよい。 In reading step of FIG. 4, when the plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f rises to a positive potential, regardless of the direction of spontaneous polarization of the evaluation capacitor C f, and U polarized the N-type transistor Q N3 is turned on To do. Also, charge is injected into the slave capacitor Cfx . As a result, the spontaneous polarization direction of the slave capacitor C fx is forcibly set to P polarization (FIG. 10 shows a state in which the N-type transistor Q N3 is turned on after driving the plate electrode PL Eva and the plate electrode PL Slv. And the evaluation capacitor C f = U ↑ and the slave capacitor C fx = P ↓). It turns off the N-type transistor Q N3 back from here and a plate electrode PL Eva and the plate electrode PL Slv to GND. Thereafter, if the evaluation cycle starts from FIG. 9A, the cycle starts from the evaluation capacitor C f = U setting. On the other hand, if the evaluation cycle is skipped and writing back to the evaluation capacitor C f in FIG. 9B is performed, the evaluation capacitor C f can be set to P polarization. After the setting of the evaluation capacitor C f is finished, it Susumere as usual evaluation cycle + write-back cycle.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第2実施形態]
第2実施形態による論理回路及びその駆動方法について図11乃至図17を用いて説明する。図1乃至図10に示す第1実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Second Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Constituent elements similar to those of the logic circuit according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図11乃至図17は、本実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   11 to 17 are circuit diagrams showing the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、スレイブキャパシタCfxを用いて評価用キャパシタCの書き戻しを行う他の方法について説明する。 In the present embodiment, a description will be given of another method of performing write back of the evaluation capacitor C f with slave capacitor C fx.

評価用キャパシタCの読み出しから書き戻しまでは、例えば図11乃至図14に示す4つのステップにより行うことができる。 To write back the read-out of the evaluation capacitor C f can be performed, for example, by four steps shown in FIGS. 11 to 14.

図11乃至図14において、上段の3つの強誘電体キャパシタが評価用キャパシタCを示し、下段の3つの強誘電体キャパシタがスレイブキャパシタCfxを示している。3つの強誘電体キャパシタは、一つの強誘電体キャパシタについて異なる状態を示したものである。すなわち、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの接続関係を左側に、評価用キャパシタCの初期状態がP分極であるときの自発分極方向の変化を中央に、評価用キャパシタCの初期状態がU分極であるときの自発分極方向の変化を右側に、それぞれ示している。 11 to 14, the upper three ferroelectric capacitors represent the evaluation capacitor C f , and the lower three ferroelectric capacitors represent the slave capacitor C fx . The three ferroelectric capacitors show different states for one ferroelectric capacitor. That is, the connection relationship between the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx on the left, the direction of spontaneous polarization of the change when the initial state of the evaluation capacitor C f is a P-polarization at the center, of the evaluation capacitor C f The change of the spontaneous polarization direction when the initial state is U polarization is shown on the right side.

初期状態において、スレイブキャパシタCfxは、P分極に設定しておく。すなわち、評価用キャパシタCがP分極のときにはスレイブキャパシタCfxはP分極であり(図11の中央)、評価用キャパシタCがU分極のときにもスレイブキャパシタCfxはP分極である(図11の右側)。 In the initial state, the slave capacitor Cfx is set to P polarization. That is, when the evaluation capacitor C f is P-polarized, the slave capacitor C fx is P-polarized (center of FIG. 11), and when the evaluation capacitor C f is U-polarized, the slave capacitor C fx is P-polarized ( FIG. 11 right side).

まず、評価用キャパシタCの読み出しを行う。評価用キャパシタCの読み出しの際、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの間には、N型トランジスタよりなるカレントミラー回路を含む転送回路が接続される(図11参照)。評価用キャパシタCfの上部電極TELは、カレントミラー回路の入力側のN型トランジスタNcontに接続され、GNDレベルに固定される。また、スレイブキャパシタCfxの上部電極TELはカレントミラー回路の出力側のN型トランジスタNcurrに接続される。 First, the evaluation capacitor Cf is read. Upon reading the evaluation capacitor C f, between the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx, transfer circuit including a current mirror circuit composed of N-type transistors are connected (see FIG. 11). The upper electrode TEL of the evaluation capacitor Cf is connected to the N-type transistor N cont on the input side of the current mirror circuit, and is fixed to the GND level. The upper electrode TEL slave capacitor C fx is connected to the N-type transistor N curr output side of the current mirror circuit.

この状態で評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaにGNDレベルからVDDレベルに立ち上がるパルス信号を印加すると、評価用キャパシタCには抗電圧の大きさを超える電圧が印加されることになる。 The application of a pulse signal that rises to the VDD level from the GND level to the plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f in this state, a voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied to the evaluation capacitor C f.

これにより、評価用キャパシタCがP分極のときには分極反転が生じ、評価用キャパシタCがP分極からU分極に変化する(図11の中央)。これに伴い評価用キャパシタCから放出された電荷が入力側のN型トランジスタNcontに転送され、カレントミラー回路によって増幅された分の電荷が出力側のN型トランジスタNcurrによってスレイブキャパシタCfxから引き抜かれる。 Thus, evaluation capacitor C f is the polarization inversion occurs when the P polarization, the evaluation capacitor C f is changed to U polarization from P polarization (center of FIG. 11). Charge released from the evaluation capacitor C f With this is transferred to the N-type transistor N cont input side, the slave capacitor C fx through N-type transistor N curr minute charge amplified by the current mirror circuit the output side Pulled out from.

初期状態においてスレイブキャパシタCfxは、上部電極TELをVDDレベルにプリチャージし、プレート電極PLSlvはVDDレベルに固定しておく。スレイブキャパシタCfxから電荷が引き抜かれると、上部電極TELはVDDレベルからGNDレベルに下がる。これにより、スレイブキャパシタCfxには抗電圧の大きさを超える電圧が印加され、スレイブキャパシタCfxがP分極からU分極に変化する(図11の中央)。 In the initial state, the slave capacitor C fx precharges the upper electrode TEL to the VDD level, and the plate electrode PL Slv is fixed to the VDD level. When charge is extracted from the slave capacitor Cfx , the upper electrode TEL falls from the VDD level to the GND level. Thus, the slave capacitor C fx voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied, the slave capacitor C fx is changed to U polarization from P polarization (center of FIG. 11).

一方、評価用キャパシタCがU分極のときには分極反転は生じず、評価用キャパシタCはU分極のまま維持される(図11の右側)。このときに評価用キャパシタCからカレントミラー回路の入力側のN型トランジスタNcontに転送される電荷は少量であり、カレントミラー回路の出力側のN型トランジスタNcurrによってスレイブキャパシタCfxから引き抜かれる電荷も少量である。このため、スレイブキャパシタCfxの上部電極はVDDレベルからほとんど変化せず、スレイブキャパシタCfxはP分極のまま維持される(図11の右側)。 On the other hand, when the evaluation capacitor Cf is U-polarized, polarization inversion does not occur, and the evaluation capacitor Cf is maintained as U-polarized (right side in FIG. 11). At this time, a small amount of charge is transferred from the evaluation capacitor C f to the N-type transistor N cont on the input side of the current mirror circuit, and is extracted from the slave capacitor C fx by the N-type transistor N curr on the output side of the current mirror circuit. A small amount of charge is generated. For this reason, the upper electrode of the slave capacitor C fx hardly changes from the VDD level, and the slave capacitor C fx is maintained in the P polarization (right side in FIG. 11).

次いで、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaの電位をGNDレベルに戻し、スレイブキャパシタCfxの上部電極TELの電位をVDDレベルに戻す。このとき、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向は、変化しない。すなわち、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxがU分極であればそのままU分極を維持し、P分極であればそのままP分極を維持する(図12)。 Next, the potential of the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f is returned to the GND level, and the potential of the upper electrode TEL of the slave capacitor C fx is returned to the VDD level. At this time, the spontaneous polarization directions of the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx do not change. That is, the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx maintains intact U polarization if U polarization maintaining intact P polarization if P polarization (FIG. 12).

次いで、評価用キャパシタCの書き戻しを行う。評価用キャパシタCの書き戻しの際、評価用キャパシタCとスレイブキャパシタCfxとの間には、P型トランジスタよりなるカレントミラー回路を含む転送回路が接続される(図13参照)。スレイブキャパシタCfxの上部電極TELは、カレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontに接続され、VDDレベルに固定される。また、評価用キャパシタCの上部電極TELは、カレントミラー回路の出力側のP型トランジスタPcurrに接続される。 Next, the evaluation capacitor Cf is written back. When the evaluation capacitor C f is written back, a transfer circuit including a current mirror circuit formed of a P-type transistor is connected between the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx (see FIG. 13). The upper electrode TEL of the slave capacitor C fx is connected to the P-type transistor P cont on the input side of the current mirror circuit and is fixed to the VDD level. The upper electrode TEL of the evaluation capacitor C f is connected to the P-type transistor P curr output side of the current mirror circuit.

この状態でスレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvにVDDレベルからGNDレベルに立ち下がるパルス信号を印加すると、スレイブキャパシタCfxには抗電圧の大きさを超える電圧が印加されることになる。 The application of a falling pulse signal in this state from the plate electrode PL Slv the VDD level slave capacitor C fx to the GND level, the voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is to be applied to the slave capacitor C fx.

これにより、スレイブキャパシタCfxがU分極のときには分極反転が生じ、スレイブキャパシタCfxがU分極からP分極に変化する(図13の中央)。これに伴いカレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontからスレイブキャパシタCfxに電荷が引き抜かれ、カレントミラー回路によって増幅された分の電荷がカレントミラー回路の出力側のP型トランジスタPcurrを介して評価用キャパシタCfに充電される。 Accordingly, when the slave capacitor C fx is U-polarized, polarization inversion occurs, and the slave capacitor C fx changes from U-polarization to P-polarization (center of FIG. 13). Along with this, charge is extracted from the P-type transistor P cont on the input side of the current mirror circuit to the slave capacitor C fx, and the charge amplified by the current mirror circuit is transferred to the P-type transistor P curr on the output side of the current mirror circuit. Through the capacitor Cf for evaluation.

初期状態において評価用キャパシタCは、上部電極TELをGNDレベルにプリチャージし、プレート電極PLEvaはGNDレベルに固定しておく。評価用キャパシタCが充電されると、上部電極はGNDレベルからVDDレベルに上がる。これにより、評価用キャパシタCには抗電圧の大きさを超える電圧が印加され、評価用キャパシタCfがU分極からP分極に変化する(図13の中央)。 Evaluation capacitor C f in the initial state, precharging upper electrode TEL to the GND level, the plate electrode PL Eva is kept fixed at GND level. When the evaluation capacitor Cf is charged, the upper electrode rises from the GND level to the VDD level. Thus, the evaluation capacitor C f voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied, the evaluation capacitor Cf changes into P polarization from U polarization (middle of FIG. 13).

一方、スレイブキャパシタCfxがP分極のときには分極反転は生じず、スレイブキャパシタCfxはP分極のまま維持される(図13の右側)。このときにカレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontからスレイブキャパシタCfxに引き抜かれる電荷は少量であり、カレントミラー回路の出力側のP型トランジスタPcurrによって評価用キャパシタCに充電される電荷も少量である。このため、評価用キャパシタCの上部電極はGNDレベルからほとんど変化せず、評価用キャパシタCはU分極のまま維持される(図13の右側)。 On the other hand, when the slave capacitor C fx is P-polarized, polarization inversion does not occur, and the slave capacitor C fx is maintained as P-polarized (right side in FIG. 13). At this time, a small amount of charge is drawn from the P-type transistor P cont on the input side of the current mirror circuit to the slave capacitor C fx , and the evaluation capacitor C f is charged by the P-type transistor P curr on the output side of the current mirror circuit. The charge is small. Therefore, the upper electrode of the evaluation capacitor C f hardly changes from the GND level, the evaluation capacitor C f is maintained at U polarization (right side in FIG. 13).

次いで、スレイブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvの電位をVDDレベルに戻し、評価用キャパシタCの上部電極TELの電位をGNDレベルに戻す。このとき、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxの自発分極方向は、変化しない。すなわち、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxがU分極であればそのままU分極を維持し、P分極であればそのままP分極を維持する(図14)。 Next, the potential of the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx is returned to the VDD level, and the potential of the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C f is returned to the GND level. At this time, the spontaneous polarization directions of the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx do not change. That is, the evaluation capacitor C f and slave capacitor C fx maintains intact U polarization if U polarization maintaining intact P polarization if P polarization (FIG. 14).

以上のようにして、初期状態で評価用キャパシタCがP分極の場合は、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxが、読み出しステップでP分極からU分極に変化し、書き戻しステップでU分極からP分極に変化して初期状態に戻る。一方、初期状態で評価用キャパシタCがU分極の場合は、初期状態でスレイブキャパシタCfxをP分極にしておけば、評価用キャパシタC及びスレイブキャパシタCfxは読み出し及び書き戻しステップにおいて影響を受けず、分極方向が維持される。 As described above, when the evaluation capacitor C f is P-polarized in the initial state, the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx change from P-polarization to U-polarization in the read step, and U in the write-back step. It changes from polarization to P polarization and returns to the initial state. On the other hand, when the evaluation capacitor C f is U-polarized in the initial state, if the slave capacitor C fx is P-polarized in the initial state, the evaluation capacitor C f and the slave capacitor C fx are affected in the read and write back steps. The polarization direction is maintained.

本実施形態による読み出し及び書き戻しでは、プレート電極PLEva,PLSlvに印加する電圧は、GNDレベル又はVDDレベルであり、第1実施形態の場合のように−VDDレベルは不要である。これには、装置構成を簡略化できる等のメリットがある。 In reading and writing back according to the present embodiment, the voltage applied to the plate electrodes PL Eva and PL Slv is the GND level or the VDD level, and the −VDD level is not required as in the first embodiment. This has the merit that the apparatus configuration can be simplified.

本実施形態の方式では、カレントミラー回路の増幅度は任意に設定することができる。カレントミラー回路の出力側のトランジスタのゲート幅を入力側のトランジスタのゲート幅よりも広く(例えば2倍)することにより、チャージロスを補うための増幅を行うことができる。   In the system of this embodiment, the amplification factor of the current mirror circuit can be set arbitrarily. By making the gate width of the output-side transistor of the current mirror circuit wider (for example, twice) than that of the input-side transistor, amplification for compensating for the charge loss can be performed.

カレントミラー回路を形成するトランジスタの閾値電圧Vthは、入力側のトランジスタに電圧オフセットを与えるキャパシタを挿入することで任意の電圧に設定することができる。例えば0Vにすれば、読み出しステップにおいて完全にGNDレベル固定として、評価用キャパシタCの上部電極TELの電位をGNDレベルにすることができ、書き戻しステップではスレイブキャパシタCfxの上部電極TELの電位をVDDレベルにすることができる。 The threshold voltage Vth of the transistor forming the current mirror circuit can be set to an arbitrary voltage by inserting a capacitor that gives a voltage offset to the input-side transistor. For example, if the voltage is set to 0 V, the potential of the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C f can be set to the GND level by completely fixing the GND level in the reading step, and the potential of the upper electrode TEL of the slave capacitor C fx in the writing back step. Can be set to the VDD level.

本実施形態では、評価用キャパシタCからスレイブキャパシタCfxへの電荷の転送にnMOSカレントミラーを用い、スレイブキャパシタCfxから評価用キャパシタCへの電荷の転送にpMOSカレントミラーを用いたが、いずれか一方を用いてもよい。すなわち、双方の電荷の転送を、nMOSカレントミラー又はpMOSカレントミラーを2つ用いることで行うことも可能である。 In the present embodiment, using the nMOS current mirror from the evaluation capacitor C f to the transfer of charge to the slave capacitor C fx, it was used pMOS current mirror for transfer of charge to the evaluation capacitor C f from slave capacitor C fx Any one of them may be used. That is, both charges can be transferred by using two nMOS current mirrors or two pMOS current mirrors.

なお、カレントミラーのオフセットキャパシタ及びカレントミラーを2つ用いる例については、後の実施形態において示す。   Note that an example in which two offset capacitors and two current mirrors of the current mirror are used will be described in later embodiments.

次に、評価用キャパシタCに初期状態としての任意の自発分極方向を書き込む方法について、図15を用いて説明する。 Next, a method of writing an arbitrary direction of spontaneous polarization of the initial state to the evaluation capacitor C f, will be described with reference to FIG. 15.

図15に示すように、評価用キャパシタCの上部電極TELに、強制書き込みゲート(インバータ)14を接続する。 As shown in FIG. 15, the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C f, connects the forced write gate (inverter) 14.

図11の読み出しステップにおいて、評価用キャパシタCの上部電極TELにVDDレベル又はGNDレベルの電圧を印加した状態で、評価用キャパシタCのプレート電極PLEvaに半分の期間GNDレベルを、残り半分の期間VDDレベルを印加する。これにより、評価用キャパシタCには、上部電極TELにVDDレベルの電圧を印加したときにP分極が書き込まれ、上部電極TELにGNDレベルの電圧を印加したときにU分極が書き込まれる。 In reading step of FIG. 11, while applying a voltage of VDD level or GND level to the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C f, the period GND level half the plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f, the other half During this period, VDD level is applied. Thus, the evaluation capacitor C f, P polarization is written when applying the VDD level voltage to the upper electrode TEL, U polarization is written upon application of a GND level voltage to the upper electrode TEL.

スレーブキャパシタCfxをすべてP分極にリセットする際には、スレーブキャパシタCfxの上部電極TELをVDDレベルに立ち上げた状態で、その後スレーブキャパシタCfxのプレート電極PLSlvをVDDレベルに立ち上げればよい。 When reset all slave capacitor C fx to the P polarization, in a state in which launched the upper electrode TEL slave capacitor C fx to the VDD level, then by raising up the plate electrode PL Slv slave capacitor C fx to the VDD level Good.

このようにしてスレーブキャパシタCfxをすべてP分極にリセットした後、評価用キャパシタCの上部電極TEL及びプレート電極PLEva、スレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvを、図11の読み出しステップにおける初期レベルに設定する。 After resetting all the slave capacitors C fx to P polarization in this way, the upper electrode TEL and the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f , and the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are changed as shown in FIG. Set to the initial level in the read step.

次に、電源オン時及び電源オフ時の動作について、図16及び図17を用いて説明する。   Next, operations at power-on and power-off will be described with reference to FIGS.

電源オフ状態において、評価用キャパシタCの上部電極TEL及びプレート電極PLEva、スレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvは、GNDレベルである。電源オン時には、評価用キャパシタCの分極方向を維持しつつ、総てのスレイブキャパシタCfxにP分極を書き込んでリセットを行い、図11の読み出しステップに備えればよい。 In the power-off state, the upper electrode TEL and the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f and the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are at the GND level. Power During ON, while maintaining the polarization direction of the evaluation capacitor C f, performs reset by writing P polarization to all the slave capacitor C fx, it Sonaere the read step of FIG.

そこでまず、スレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvを、図15に示したように、上部電極TEL、プレート電極PLSlvの順にVDDレベルに立ち上げ、総てのスレイブキャパシタCfxにP分極を書き込む(図16(a))。 Therefore, first, the upper electrode TEL and plate electrodes PLSlv slave capacitor C fx, as shown in FIG. 15, rise to the VDD level upper electrode TEL, in the order of the plate electrode PLSlv, P polarization to all slave capacitor C fx Is written (FIG. 16A).

スレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvをVDDレベルに立ち上げた状態は、図11に示す読み出しステップの初期状態の電圧印加レベルとなる(図16(b))。したがって、この後、前述のようにして、評価用キャパシタCの読み出し及び書き戻しを行えばよい。 The state in which the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are raised to the VDD level is the voltage application level in the initial state of the reading step shown in FIG. 11 (FIG. 16B). Therefore, after this, as described above, it may perform reading and writing back the evaluation capacitor C f.

電源オフ時には、評価用キャパシタCの自発分極方向を保持した状態のまま、総てのノード電位をGNDレベルに落とせばよい。 At power-off, in the state of holding the spontaneous polarization direction of the evaluation capacitor C f, or if you drop all node potential to the GND level.

図13のステップにおいて書き戻しを行い、図14のステップにおいて読み出し前の初期状態の電圧レベルに戻した後には、評価用キャパシタCの上部電極TEL及びプレート電極PLEvaは、GNDレベルになっている(図17(a))。したがって、評価用キャパシタCの上部電極TEL及びプレート電極PLEvaの電圧レベルは、書き戻し後の状態をそのまま維持すればよい。 Writes back at step 13, after returning to the voltage level of the read previous initial state in step 14, the upper electrode TEL and a plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f, taken GND level (FIG. 17A). Accordingly, the voltage level of the upper electrode TEL and a plate electrode PL Eva evaluation capacitor C f may be maintained a state after the write back.

その後、(読み出し前の初期状態になっている)VDDレベルであるスレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvは、プレート電極PLSlv、上部電極TELの順にGNDレベルに立ち下げる(図17(b))。これにより、スレイブキャパシタCfxはすべてP分極方向が書き込まれる。 After that, the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx at the VDD level (in the initial state before reading) fall to the GND level in the order of the plate electrode PL Slv and the upper electrode TEL (FIG. 17). (B)). As a result, the P polarization direction is written in all the slave capacitors Cfx .

このようにして、評価用キャパシタCの上部電極TEL及びプレート電極PLEva、並びに、スレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvが、GNDレベルになった後に、電源をオフにすればよい。 Thus, if the upper electrode TEL and the plate electrode PL Eva of the evaluation capacitor C f and the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx are at the GND level, the power is turned off. Good.

なお、電源オン時に総てのスレイブキャパシタCfxにP分極を書き込む処理を行う場合には、電源オフ動作に伴いスレイブキャパシタCfxの自発分極方向が変化しても問題はない。したがって、電源オフ時には、図17(b)のシーケンスを省いて、何もせずスレイブキャパシタCfxの上部電極TEL及びプレート電極PLSlvを同時にGNDレベルに立ち下げてもよいし、図17(a)の状態から突然電源がオフされても問題はない。 In the case where the process of writing the P polarization to all the slave capacitors C fx is performed when the power is turned on, there is no problem even if the spontaneous polarization direction of the slave capacitor C fx changes with the power off operation. Therefore, when the power is turned off, the sequence of FIG. 17B may be omitted, and the upper electrode TEL and the plate electrode PL Slv of the slave capacitor C fx may be simultaneously lowered to the GND level without doing anything. There is no problem even if the power is suddenly turned off from the state.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第3実施形態]
第3実施形態による論理回路及びその駆動方法について図18乃至図23を用いて説明する。図1乃至図17に示す第1及び第2実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Third Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the logic circuits according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 17 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図18乃至図23は、本実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   18 to 23 are circuit diagrams showing the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、保持用のデータが行き来するキャパシタのペア(Cdata、Cdatax)に加えて、ロジック評価専用のキャパシタのペア(Ceva、Cevax)を設けた論理回路について説明する。 In the present embodiment, a logic circuit provided with a capacitor pair (C eva , C evax ) dedicated to logic evaluation in addition to a capacitor pair (C data , C datax ) through which data for holding is transferred will be described.

本実施形態による論理回路は、図18に示すように、保持用キャパシタCdataとそのスレーブキャパシタCdatax、評価用キャパシタCeva,Cevaxを有している。 A logic circuit according to the present embodiment, as shown in FIG. 18, the holding capacitor C data and its slave capacitor C DATAX, evaluation capacitor C eva, and a C EVAX.

保持用キャパシタCdataの読み出しから書き戻しまでは、例えば図19乃至図24に示す6つのステップにより行うことができる。 From reading to writing back of the holding capacitor C data can be performed by, for example, six steps shown in FIGS.

初期状態において、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxはP分極に設定しておく。 In the initial state, the slave capacitor C datax and the evaluation capacitor C evax are set to P polarization.

まず、保持用キャパシタCdataの読み出しを行う。保持用キャパシタCdataの読み出しの際、保持用キャパシタCdata、スレイブキャパシタCdatax、評価用キャパシタCevaxの間には、N型トランジスタよりなるカレントミラー回路を含む転送回路が接続される(図18参照)。保持用キャパシタCdataの上部電極TELは、カレントミラー回路の入力側のN型トランジスタNcontに接続され、GNDレベルに固定される。また、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxの上部電極TELは、カレントミラー回路の出力側に設けられた2つのN型トランジスタNcurr1,Ncurr2にそれぞれ接続される。 First, the holding capacitor C data is read. During reading of the holding capacitor C data, the holding capacitor C data, slave capacitor C DATAX, between the evaluation capacitor C EVAX, transfer circuit including a current mirror circuit composed of N-type transistors are connected (FIG. 18 reference). The upper electrode TEL of the holding capacitor C data is connected to the N-type transistor N cont on the input side of the current mirror circuit, and is fixed to the GND level. The upper electrode TEL slave capacitor C DATAX and evaluation capacitor C EVAX are respectively connected to the two N-type transistors N curr1, N CURR2 provided on the output side of the current mirror circuit.

この状態で保持用キャパシタCdataのプレート電極PL11及び評価用キャパシタCevaのプレート電極PL12にGNDレベルからVDDレベルに立ち上がるパルス信号を印加すると、保持用キャパシタCdataには抗電圧の大きさを超える電圧が印加されることになる。 The size of the plate when the electrode PL 11 and evaluation capacitor C eva plate electrode PL 12 to GND level applies a pulse signal which rises to the VDD level, the holding capacitor C data coercive voltage of the holding capacitor C data in this state A voltage exceeding 1 is applied.

これにより、保持用キャパシタCdataがP分極のときには分極反転が生じ、保持用キャパシタCdataがP分極からU分極に変化する。これに伴い保持用キャパシタCdataから放出された電荷がカレントミラー回路の入力側のN型トランジスタNcontに転送され、増幅された分の電荷が出力側のN型トランジスタNcurr1,Ncurr2によってスレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxから引き抜かれる。 As a result, when the holding capacitor C data is P-polarized, polarization inversion occurs, and the holding capacitor C data changes from P-polarized to U-polarized. Accordingly, the charge discharged from the holding capacitor C data is transferred to the N-type transistor N cont on the input side of the current mirror circuit, and the amplified charge is slaved by the N-type transistors N curr1 and N curr2 on the output side. It is pulled out from the capacitor C datax and the evaluation capacitor C evax .

初期状態においてスレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxは、上部電極TELをVDDレベルにプリチャージしておく。また、スレイブキャパシタCdataxのプレート電極PL21及び評価用キャパシタCevaxのプレート電極PL22は、VDDレベルに固定しておく。 In the initial state, the slave capacitor C datax and the evaluation capacitor C evax precharge the upper electrode TEL to the VDD level. Also, the plate electrode PL 22 of the plate electrode PL 21 and the evaluation capacitor C EVAX slave capacitor C DATAX is previously fixed to the VDD level.

スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxから電荷が引き抜かれると、上部電極TELはVDDレベルからGNDレベルに下がる。これにより、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxには抗電圧の大きさを超える電圧が印加され、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxがP分極からU分極に変化する(図18)。 When charges are extracted from the slave capacitor C datax and the evaluation capacitor C evax , the upper electrode TEL falls from the VDD level to the GND level. Thus, the slave capacitor C DATAX and evaluation capacitor C EVAX voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied, the slave capacitor C DATAX and evaluation capacitor C EVAX is changed to U polarization from P polarization (FIG. 18) .

一方、保持用キャパシタCdataがU分極のときには分極反転は生じず、保持用キャパシタCdataはU分極のまま維持される。このときに保持用キャパシタCdataからカレントミラー回路の入力側のN型トランジスタNcontに転送される電荷は少量であり、出力側のN型トランジスタNcurr1,Ncurr2によってスレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxから引き抜かれる電荷も少量である。このため、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxの上部電極TELはVDDレベルからほとんど変化せず、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxはP分極のまま維持される。 On the other hand, when the holding capacitor C data is U-polarized, no polarization inversion occurs, and the holding capacitor C data is maintained as U-polarized. At this time, a small amount of charge is transferred from the holding capacitor C data to the N-type transistor N cont on the input side of the current mirror circuit, and the N-type transistors N curr1 and N curr2 on the output side serve as the slave capacitor C datax and the evaluation capacitor. A small amount of charge is extracted from the capacitor C evax . Therefore, the upper electrode TEL slave capacitor C DATAX and evaluation capacitor C EVAX hardly changes from the VDD level, the slave capacitor C DATAX and evaluation capacitor C EVAX is maintained at P polarization.

次いで、保持用キャパシタCdataのプレート電極PL11及び評価用キャパシタCevaのプレート電極PL12の電位をGNDレベルに戻し、スレイブキャパシタCdatax及び評価用キャパシタCevaxの上部電極TELの電位をVDDレベルに戻す。このとき、保持用キャパシタCdata、スレイブキャパシタCdatax、評価用キャパシタCevaxの自発分極方向は、変化しない(図19)。 Next, the potentials of the plate electrode PL 11 of the holding capacitor C data and the plate electrode PL 12 of the evaluation capacitor C eva are returned to the GND level, and the potentials of the slave capacitor C data and the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C evax are set to the VDD level. Return to. At this time, the spontaneous polarization directions of the holding capacitor C data , the slave capacitor C datax , and the evaluation capacitor C evax do not change (FIG. 19).

この状態で、評価用キャパシタCevaxは、合算の評価に用いることができる(なお、図18〜図23では、合算の評価に使用できる評価用キャパシタに丸印を付し、使用できない評価用キャパシタに×印を付している)。評価用キャパシタCdataxのプレート電極PL22を保持用キャパシタCdataxのプレート電極PL21から切り離すことで、保持用キャパシタCdata及びスレイブキャパシタCdataxの自発分極方向を維持しつつ、評価用キャパシタCevaxを用いることができる。 In this state, the evaluation capacitor C evax can be used for summation evaluation (in FIG. 18 to FIG. 23, evaluation capacitors that can be used for summation evaluation are marked with a circle and cannot be used. Is marked with an x). By separating the plate electrode PL 22 Rated capacitor C DATAX from the holding capacitor C DATAX the plate electrode PL 21, while maintaining the spontaneous polarization direction of the holding capacitor C data, and the slave capacitor C DATAX, evaluation capacitor C EVAX Can be used.

保持用キャパシタCdataの初期状態がP分極のとき、評価用キャパシタCevaxはU分極になっている。この状態で、評価用キャパシタCevaxの上部電極TELをVDDレベルからGNDレベルに立ち下げると、評価用キャパシタCevaxの分極反転は生じず、評価用キャパシタCevaxのプレート電極PL22はVDDレベルのまま維持される。 When the initial state of the holding capacitor C data is P-polarized, the evaluation capacitor C evax is U-polarized. In this state, the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C EVAX from VDD level when fall to GND level, the polarization reversal of the evaluation capacitor C EVAX does not occur, the plate electrode PL 22 Rated capacitor C EVAX's VDD level Maintained.

一方、保持用キャパシタCdataの初期状態がU分極のとき、評価用キャパシタCevaxはP分極になっている。この状態で、評価用キャパシタCevaxの上部電極TELをVDDレベルからGNDレベルに立ち下げると、評価用キャパシタCevaxの分極反転が生じ、評価用キャパシタCevaxのプレート電極PL22はGNDレベルに立ち下がる(図20)。 On the other hand, when the initial state of the holding capacitor C data is U polarization, the evaluation capacitor C evax is P polarization. In this state, when the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C EVAX lowers from the VDD level to the GND level, the polarization reversal occurs in the evaluation capacitor C EVAX, the plate electrode PL 22 Rated capacitor C EVAX stood GND level Lower (FIG. 20).

本ステップにおいて評価用キャパシタCevaxで論理をとると記憶データは破壊されるが、評価用キャパシタCevaxは次のフェーズでは書き戻されるため問題はない。 In this step, if the evaluation capacitor C evax takes logic, the stored data is destroyed, but there is no problem because the evaluation capacitor C evax is written back in the next phase.

次いで、保持用キャパシタCdataの書き戻しを行う。保持用キャパシタCdataの書き戻しの際、保持用キャパシタCdata、評価用キャパシタCeva,Cevaxの間には、P型トランジスタよりなるカレントミラー回路を含む転送回路が接続される(図21参照)。スレイブキャパシタCdataxの上部電極TELは、カレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontに接続され、VDDレベルに固定される。また、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaの上部電極TELは、カレントミラー回路の出力側に設けられた2つのP型トランジスタPcurr1,Pcurr2にそれぞれ接続される。 Next, the holding capacitor C data is written back. When the storage capacitor C data is written back, a transfer circuit including a current mirror circuit composed of a P-type transistor is connected between the storage capacitor C data and the evaluation capacitors C eva and C evax (see FIG. 21). ). The upper electrode TEL of the slave capacitor C datax is connected to the P-type transistor P cont on the input side of the current mirror circuit, and is fixed to the VDD level. The upper electrodes TEL of the holding capacitor C data and the evaluation capacitor C eva are connected to two P-type transistors P curr1 and P curr2 provided on the output side of the current mirror circuit, respectively.

この状態でスレイブキャパシタCdataxのプレート電極PL21及び評価用キャパシタCevaxのプレート電極PL22にVDDレベルからGNDレベルに立ち下がるパルス信号を印加すると、スレイブキャパシタCdataxには抗電圧の大きさを超える電圧が印加されることになる。 The application of a falling pulse signal to GND level from VDD level to the plate electrode PL 21 and the evaluation capacitor C EVAX the plate electrode PL 22 slave capacitor C DATAX In this state, the slave capacitor C DATAX the magnitude of the coercive voltage Exceeding voltage will be applied.

これにより、スレイブキャパシタCdataxがU分極のときには分極反転が生じ、スレイブキャパシタCdataxがU分極からP分極に変化する。これに伴いカレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontからスレイブキャパシタCfxに電荷が引き抜かれ、増幅された分の電荷が出力側のP型トランジスタPcurr1,Pcurr2を介して保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaに充電される。 Accordingly, when the slave capacitor C datax is U-polarized, polarization inversion occurs, and the slave capacitor C datax changes from U-polarization to P-polarization. As a result, charge is extracted from the P-type transistor P cont on the input side of the current mirror circuit to the slave capacitor C fx , and the amplified charge is passed through the P-type transistors P curr1 and P curr2 on the output side for holding capacitors. C data and the evaluation capacitor C eva are charged.

初期状態において保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaは、上部電極TELをGNDレベルにプリチャージしておく。また、保持用キャパシタCdataのプレート電極PL11及び評価用キャパシタCevaのプレート電極PL12は、GNDレベルに固定しておく。保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaが充電されると、上部電極TELはGNDレベルからVDDレベルに上がる。これにより、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaには抗電圧の大きさを超える電圧が印加され、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaの自発分極方向がP分極に変化する(図21)。 In the initial state, the holding capacitor C data and the evaluation capacitor C eva precharge the upper electrode TEL to the GND level. Also, the plate electrode PL 12 of the plate electrode PL 11 and evaluation capacitor C eva of the holding capacitor C data is previously fixed to the GND level. When the holding capacitor C data and the evaluation capacitor C eva are charged, the upper electrode TEL rises from the GND level to the VDD level. Accordingly, the holding capacitor C data and evaluation capacitor C eva voltage exceeding the magnitude of the coercive voltage is applied, spontaneous polarization direction of the holding capacitor C data and evaluation capacitor C eva is changed to P polarization ( FIG. 21).

一方、スレイブキャパシタCdataxの自発分極方向がPのときには分極反転は生じず、スレイブキャパシタCdataxはP分極のまま維持される。このときにカレントミラー回路の入力側のP型トランジスタPcontからスレイブキャパシタCdataxに引き抜かれる電荷は少量であり、出力側のP型トランジスタPcurr1,Pcurr2によって保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaに充電される電荷も少量である。このため、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaの上部電極TELはGNDレベルからほとんど変化せず、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaはU分極のまま維持される。 On the other hand, the spontaneous polarization direction of the slave capacitor C DATAX is not generated is polarization inversion at the time of P, slave capacitor C DATAX is maintained at P polarization. At this time, a small amount of charge is drawn from the input-side P-type transistor P cont to the slave capacitor C datax of the current mirror circuit, and the holding-side capacitor C data and the evaluation capacitor are output by the output-side P-type transistors P curr1 and P curr2 . A small amount of charge is charged to C eva . Therefore, the upper electrode TEL of the holding capacitor C data and evaluation capacitor C eva hardly changes from the GND level, the holding capacitor C data and evaluation capacitor C eva is maintained at U polarization.

次いで、スレイブキャパシタCdataxのプレート電極PL21及び評価用キャパシタCevaxのプレート電極PL22の電位をVDDレベルに戻し、保持用キャパシタCdata及び評価用キャパシタCevaの上部電極TELの電位をGNDレベルに戻す。このとき、保持用キャパシタCdata、スレイブキャパシタCdatax、評価用キャパシタCevaの自発分極方向は、変化しない(図22)。 Subsequently, the potentials of the plate electrode PL 21 of the slave capacitor C data and the plate electrode PL 22 of the evaluation capacitor C evax are returned to the VDD level, and the potentials of the holding capacitor C data and the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C eva are set to the GND level. Return to. At this time, the spontaneous polarization directions of the holding capacitor C data , the slave capacitor C datax , and the evaluation capacitor C eva do not change (FIG. 22).

この状態で、評価用キャパシタCevaは、合算の評価に用いることができる。評価用キャパシタCdataのプレート電極PL12を保持用キャパシタCdataのプレート電極PL11から切り離すことで、保持用キャパシタCdata及びスレイブキャパシタCdataxの自発分極方向を維持しつつ、評価用キャパシタCevaを用いることができる。 In this state, the evaluation capacitor C eva can be used for the total evaluation. By separating the plate electrode PL 12 Rated capacitor C data from the holding capacitor C data of the plate electrode PL 11, while maintaining the spontaneous polarization direction of the holding capacitor C data, and the slave capacitor C DATAX, evaluation capacitor C eva Can be used.

保持用キャパシタCdataの初期状態がP分極のとき、評価用キャパシタCevaはP分極になっている。この状態で、評価用キャパシタCevaの上部電極TELをGNDレベルからVDDレベルに立ち上げると、評価用キャパシタCevaの分極反転は生じず、評価用キャパシタCevaのプレート電極PL12はGNDレベルのまま維持される。 When the initial state of the holding capacitor C data is P-polarization, the evaluation capacitor C eva is P-polarization. In this state, the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C eva from GND level when starting up to the VDD level, the polarization reversal of the evaluation capacitor C eva does not occur, the plate electrode PL 12 Rated capacitor C eva's GND level Maintained.

一方、保持用キャパシタCdataの初期状態がU分極のとき、評価用キャパシタCevaはU分極になっている。この状態で、評価用キャパシタCevaの上部電極TELをGNDレベルからVDDレベルに立ち上げると、評価用キャパシタCevaの分極反転が生じ、評価用キャパシタCevaのプレート電極PL12はVDDレベルに立ち上がる(図23)。 On the other hand, when the initial state of the holding capacitor C data is U-polarized, the evaluation capacitor C eva is U-polarized. In this state, when the upper electrode TEL of the evaluation capacitor C eva launch from the GND level to the VDD level, the polarization reversal occurs in the evaluation capacitor C eva, the plate electrode PL 12 Rated capacitor C eva rises to VDD level (FIG. 23).

本ステップにおいて評価用キャパシタCevaで論理をとると記憶データは破壊されるが、評価用キャパシタCevaは次のフェーズでは書き戻されるため問題はない。 In this step, if the evaluation capacitor C eva is logically taken, the stored data is destroyed, but there is no problem because the evaluation capacitor C eva is written back in the next phase.

第2実施形態による論理回路では図11乃至図14に示す4ステップのうち1つのステップでしか合算の評価をできない。これに対し、本実施形態による論路回路では図18乃至図23に示す6ステップのうち2ステップで合算の評価を行うことができる。保持用キャパシタCdata及びスレイブキャパシタCdataxに並列して更に複数の評価用キャパシタを設け、更に多くの合算の評価ができるようにしてもよい。 The logic circuit according to the second embodiment can evaluate the summation only in one of the four steps shown in FIGS. On the other hand, in the logic circuit according to the present embodiment, the total evaluation can be performed in two steps out of the six steps shown in FIGS. A plurality of evaluation capacitors may be further provided in parallel with the holding capacitor C data and the slave capacitor C datax so that more total evaluations can be performed.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。また、データ保持用の強誘電体キャパシタに加え、評価用の強誘電体キャパシタを設けることにより、より多くの合算の評価を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized. Further, by providing a ferroelectric capacitor for evaluation in addition to the ferroelectric capacitor for holding data, more total evaluations can be performed.

[第4実施形態]
第4実施形態による論理回路及びその駆動方法について図24を用いて説明する。図1乃至図23に示す第1乃至第3実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Constituent elements similar to those of the logic circuits according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 23 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図24は、本実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 24 is a circuit diagram illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、強誘電体キャパシタの評価結果をもとに動作する回路の一例として、強誘電体キャパシタを用いた2入力のセレクタについて説明する。   In the present embodiment, a two-input selector using a ferroelectric capacitor will be described as an example of a circuit that operates based on the evaluation result of the ferroelectric capacitor.

図24に示す回路は、図2に示す読み出し回路において、信号φで制御するバイラテラルゲート回路16を介して信号A,Bを入力するものである。信号A,Bは、インバータ22,22を介してバイラテラルゲート回路16に入力される。また、制御信号φは、直接及びインバータ24を介してバイラテラルゲート回路16に入力される。この回路は、共通プレート線PLをGNDレベルからVDDレベルに立ち上げる方向でpMOSカレントドライバで評価する例である。強誘電体キャパシタCfa,Cfbは、第1乃至第3実施形態による論理回路における評価用キャパシタC,Ceva,Cevaxに対応するものであり、これら強誘電体キャパシタCfa,Cfbのプログラムと書き戻しは前述の方式で行う。 The circuit shown in FIG. 24 inputs signals A and B through the bilateral gate circuit 16 controlled by the signal φ in the readout circuit shown in FIG. The signals A and B are input to the bilateral gate circuit 16 via the inverters 22 A and 22 B. Further, the control signal φ is input to the bilateral gate circuit 16 directly and via the inverter 24. This circuit is an example in which the pMOS current driver evaluates the common plate line PL in the direction of rising from the GND level to the VDD level. The ferroelectric capacitors C fa and C fb correspond to the evaluation capacitors C f , C eva and C evax in the logic circuits according to the first to third embodiments, and these ferroelectric capacitors C fa and C fb are used. The program and write back are performed in the manner described above.

まず、容量Ctankをリセットし、制御信号φの立ち上がり前にインバータ12への入力信号をハイレベルからローレベルに立ち下げる。これにより、プレート線PLがローレベルからハイレベルに立ち上がる。なお、容量Ctankのリセットとは、容量CtankをGNDレベルに放電した後、ハイインピーダンス状態にしておくことである。 First, the capacitor C tank is reset, and the input signal to the inverter 12 is lowered from the high level to the low level before the control signal φ rises. As a result, the plate line PL rises from the low level to the high level. Note that the resetting of the capacitor C tank, after discharging the capacitor C tank to the GND level, is to keep the high impedance state.

次いで、2つの入力である信号A,Bを、制御信号φで動作するバイラテラルゲート16によりゲーティングし、強誘電体キャパシタCfa,Cfbの上部電極を駆動する。すなわち、信号A,Bがハイレベルである場合、制御信号φに同期して、上部電極はハイレベルからローレベルに立ち下がる。信号A,Bがローレベルであれば、上部電極はハイレベルを維持する。 Next, the signals A and B which are two inputs are gated by the bilateral gate 16 operated by the control signal φ, and the upper electrodes of the ferroelectric capacitors C fa and C fb are driven. That is, when the signals A and B are at the high level, the upper electrode falls from the high level to the low level in synchronization with the control signal φ. If the signals A and B are at a low level, the upper electrode maintains a high level.

ここで、強誘電体キャパシタCfaの自発分極方向が下向き(P分極)であり、強誘電体キャパシタCfbの自発分極方向が上向き(U分極)であるものと仮定する。P分極の読み出し電荷量は、U分極の読み出し電荷量の約3倍であるものとする。 Here, it is assumed that the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fa is downward (P polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fb is upward (U polarization). It is assumed that the read charge amount of P polarization is about three times the read charge amount of U polarization.

このとき、信号Aがハイレベルの場合、U分極の読み出し電荷量をU、P分極の読み出し電荷量をP=3Uとすると、信号Bがハイレベルのときの読み出し電荷量はP+U=4Uとなり、信号Bがローレベルのときの読み出し電荷量はP+0=3Uとなる。また、信号Aがローレベルの場合、信号Bがハイレベルのときの読み出し電荷量は0+U=Uとなり、信号Bがローレベルのときの読み出し電荷量は0+0=0となる。   At this time, when the signal A is at a high level, if the readout charge amount for U polarization is U and the readout charge amount for P polarization is P = 3 U, the readout charge amount when the signal B is at a high level is P + U = 4 U. The read charge amount when the signal B is at the low level is P + 0 = 3U. When the signal A is at the low level, the read charge amount when the signal B is at the high level is 0 + U = U, and the read charge amount when the signal B is at the low level is 0 + 0 = 0.

したがって、コンパレータレベルをU〜3Uの間、例えば2Uに設定しておけば、信号Aがハイレベルのときにハイレベルであり、信号Aがローレベルのときにローレベルである出力信号を、信号Bのレベルによらずに出力することができる。すなわち、セレクタとして信号Aをセレクトしている状態を実現することができる。プレート線PLへの流入電荷をカレントミラー回路でミラーリングして容量Ctankを充電し、そこで得られる電圧をコンパレータで比較することについては、図2で説明したことと同様である。 Therefore, if the comparator level is set between U to 3U, for example, 2U, an output signal that is high when the signal A is high and low when the signal A is low is Output is possible regardless of the B level. That is, it is possible to realize a state where the signal A is selected as a selector. The charge flowing into the plate line PL is mirrored by the current mirror circuit, the capacitor C tank is charged, and the voltage obtained there is compared by the comparator in the same manner as described in FIG.

信号Bをセレクトする場合は、信号Aをセレクトする場合と同様に、強誘電体キャパシタCfaの自発分極方向を上向き(U分極)、強誘電体キャパシタCfbの自発分極方向を下向き(P分極)に設定しておけばよい。 When selecting the signal B, as in the case of selecting the signal A, the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fa is upward (U-polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fb is downward (P-polarization). ).

表1は、信号A,Bの入力と強誘電体キャパシタCfa,Cfbの自発分極方向との組み合わせと読み出し電荷量の関係をまとめたものである。 Table 1 summarizes the relationship between the input of the signals A and B and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa and C fb and the read charge amount.

Figure 2014204146
Figure 2014204146

表1から判るように、強誘電体キャパシタCfa,Cfbの一方をP分極、他方をU分極とし、3U以上の場合にハイレベルを出力するようにコンパレータレベルを設定することにより、P分極をプログラムした側の信号線のハイレベルを検出するセレクタとなる。また、強誘電体キャパシタCfa,CfbをP分極とし、コンパレータレベルを6U以上に設定すれば、AND(A,B)を検出することができる。また、コンパレータレベルを0.5U以下に設定すれば、OR(A,B)を検出することができる。このように、同じハードウェアでありながら、複数の論理機能を実現することが可能である。 As can be seen from Table 1, by setting one of the ferroelectric capacitors C fa and C fb to P polarization and the other to U polarization, and setting the comparator level so as to output a high level in the case of 3 U or more, P polarization is obtained. This is a selector for detecting the high level of the signal line on the side programmed. If the ferroelectric capacitors C fa and C fb are P-polarized and the comparator level is set to 6 U or more, AND (A, B) can be detected. If the comparator level is set to 0.5 U or less, OR (A, B) can be detected. As described above, a plurality of logical functions can be realized while using the same hardware.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第5実施形態]
第5実施形態による論理回路及びその駆動方法について図25を用いて説明する。図1乃至図24に示す第1乃至第4実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Fifth Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. Constituent elements similar to those of the logic circuits according to the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 24 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図25は、本実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 25 is a circuit diagram showing the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態においても、強誘電体キャパシタの評価結果をもとに動作する回路の一例として、強誘電体キャパシタを用いた2入力のセレクタについて説明する。   Also in this embodiment, a two-input selector using a ferroelectric capacitor will be described as an example of a circuit that operates based on the evaluation result of the ferroelectric capacitor.

第4実施形態では、共通プレート線PLをGNDレベルからVDDレベルに立ち上げる方向でpMOSカレントドライバで評価する例を示した。本実施形態では、共通プレート線をVDDレベルからGNDレベルに立ち下げる方向でnMOSカレントドライバで評価する例を示す。   In the fourth embodiment, the example in which the pMOS current driver evaluates the common plate line PL in the direction of rising from the GND level to the VDD level is shown. In the present embodiment, an example in which the nMOS current driver evaluates the common plate line in the direction of falling from the VDD level to the GND level is shown.

図25に示す回路は、図24に示す回路と同様、制御信号φで制御するバイラテラルゲート回路16を介して信号A,Bを入力するものである。信号A,Bは、直接、バイラテラルゲート回路16に入力される。また、制御信号φは、直接及びインバータ24を介してバイラテラルゲート回路16に入力される。強誘電体キャパシタCfa,Cfbは、第1乃至第3実施形態による論理回路における評価用キャパシタC,Ceva,Cevaxに対応するものであり、これら強誘電体キャパシタCfa,Cfbのプログラムと書き戻しは前述の方式で行う。 The circuit shown in FIG. 25 inputs signals A and B through a bilateral gate circuit 16 controlled by a control signal φ, similarly to the circuit shown in FIG. The signals A and B are directly input to the bilateral gate circuit 16. Further, the control signal φ is input to the bilateral gate circuit 16 directly and via the inverter 24. The ferroelectric capacitors C fa and C fb correspond to the evaluation capacitors C f , C eva and C evax in the logic circuits according to the first to third embodiments, and these ferroelectric capacitors C fa and C fb are used. The program and write back are performed in the manner described above.

強誘電体キャパシタCfa,Cfbの下部電極(プレート電極)に接続されたプレート線PLには、N型トランジスタNcontのドレイン端子が接続されている。N型トランジスタNcontのソース端子の接続端子であるノードnには、評価開始信号が入力されるインバータ12の出力端子と、N型トランジスタNcurrのソース端子とが接続されている。N型トランジスタNcurrのドレイン端子には、容量Ctankが接続されている。N型トランジスタNcontのゲート端子とN型トランジスタNcurrのゲート端子とは、互いに接続されている。N型トランジスタNcontのゲート端子とN型トランジスタNcurrのゲート端子との接続端子であるノードnとプレート線PLとの間には、容量Cbiasが接続されている。こうして、N型トランジスタNcont、N型トランジスタNcurr、閾値電圧制御用の電圧源としての容量Cbiasにより、カレントミラー回路が構成されている。N型トランジスタNcurrのドレイン端子と容量Ctankとの接続ノードnoutは、コンパレータ10に接続される。 The drain terminal of the N-type transistor N cont is connected to the plate line PL connected to the lower electrodes (plate electrodes) of the ferroelectric capacitors C fa and C fb . An output terminal of the inverter 12 to which an evaluation start signal is input and a source terminal of the N-type transistor N curr are connected to a node n 1 that is a connection terminal of the source terminal of the N-type transistor N cont . A capacitor C tank is connected to the drain terminal of the N-type transistor N curr . The gate terminal of the N-type transistor N cont and the gate terminal of the N-type transistor N curr are connected to each other. A capacitor C bias is connected between the node n 2 which is a connection terminal between the gate terminal of the N-type transistor N cont and the gate terminal of the N-type transistor N curr and the plate line PL. Thus, a current mirror circuit is configured by the N-type transistor N cont , the N-type transistor N curr , and the capacitor C bias as a voltage source for threshold voltage control. A connection node n out between the drain terminal of the N-type transistor N curr and the capacitor C tank is connected to the comparator 10.

まず、容量Ctankをリセットし、インバータ12へ入力される評価開始信号をローレベルからハイレベルに立ち上げる。これにより、プレート線PLがハイレベルからローレベルに立ち下がる。なお、容量Ctankのリセットとは、容量Ctankを放電してノードnoutをVDDレベルとした後、ハイインピーダンス状態にしておくことである。 First, the capacitor C tank is reset, and the evaluation start signal input to the inverter 12 is raised from the low level to the high level. As a result, the plate line PL falls from the high level to the low level. Note that the resetting of the capacitor C tank, after the node n out VDD level to discharge capacity C tank, is to keep the high impedance state.

次いで、2つの入力である信号A,Bを、制御信号φで動作するバイラテラルゲート16によりゲーティングし、強誘電体キャパシタCfa,Cfbの上部電極を駆動する。すなわち、信号A,Bがハイレベルである場合、信号φに同期して、上部電極は、ローレベルからハイレベルに立ち上がる。信号A,Bがローレベルであれば、上部電極はローレベルを維持する。 Next, the signals A and B which are two inputs are gated by the bilateral gate 16 operated by the control signal φ, and the upper electrodes of the ferroelectric capacitors C fa and C fb are driven. That is, when the signals A and B are at the high level, the upper electrode rises from the low level to the high level in synchronization with the signal φ. If the signals A and B are at the low level, the upper electrode maintains the low level.

ここで、強誘電体キャパシタCfaの自発分極方向が上向き(P分極:読み出しに分極反転を伴い多量の電荷を出す)であり、強誘電体キャパシタCfbの自発分極方向が下向き(U分極:読み出しに分極反転せず少量の電荷を出す)であるものと仮定する。図25では共通プレート線PLがGNDレベルでの逆極性の読み出しとなるので、ここに限り分極方向の矢印が反転している。P分極の読み出し電荷量は、U分極の読み出し電荷量の約3倍であるものとする。 Here, the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fa is upward (P polarization: a large amount of charge is generated with polarization inversion upon reading), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fb is downward (U polarization: It is assumed that a small amount of electric charge is output without polarization reversal). In FIG. 25, since the common plate line PL is read with the reverse polarity at the GND level, the arrow in the polarization direction is inverted only in this case. It is assumed that the read charge amount of P polarization is about three times the read charge amount of U polarization.

このとき、信号Aがハイレベルの場合、U分極の読み出し電荷量をU、P分極の読み出し電荷量をP=3Uとすると、信号Bがハイレベルのときの読み出し電荷量はP+U=4Uとなり、信号Bがローレベルのときの読み出し電荷量はP+0=3Uとなる。また、信号Aがローレベルの場合、信号Bがハイレベルのときの読み出し電荷量は0+U=Uとなり、信号Bがローレベルのときの読み出し電荷量は0+0=0となる。   At this time, when the signal A is at a high level, if the readout charge amount for U polarization is U and the readout charge amount for P polarization is P = 3 U, the readout charge amount when the signal B is at a high level is P + U = 4 U. The read charge amount when the signal B is at the low level is P + 0 = 3U. When the signal A is at the low level, the read charge amount when the signal B is at the high level is 0 + U = U, and the read charge amount when the signal B is at the low level is 0 + 0 = 0.

したがって、コンパレータレベルをU〜3Uの間、例えば2Uに設定しておけば、信号Aがハイレベルのときにハイレベルであり、信号Aがローレベルのときにローレベルである出力信号を、信号Bのレベルによらずに出力することができる。すなわち、セレクタとして信号Aをセレクトしている状態を実現することができる。プレート線PLへの流入電荷をカレントミラー回路でミラーリングして容量Ctankを充電し、そこで得られる電圧をコンパレータで比較することについては、図2で説明したことと同様である。 Therefore, if the comparator level is set between U to 3U, for example, 2U, an output signal that is high when the signal A is high and low when the signal A is low is Output is possible regardless of the B level. That is, it is possible to realize a state where the signal A is selected as a selector. The charge flowing into the plate line PL is mirrored by the current mirror circuit, the capacitor C tank is charged, and the voltage obtained there is compared by the comparator in the same manner as described in FIG.

信号Bをセレクトする場合は、信号Aをセレクトする場合と同様に、強誘電体キャパシタCfaの自発分極方向を下向き(U分極)、強誘電体キャパシタCfbの自発分極方向を上向き(P分極)に設定しておけばよい。 When selecting the signal B, as in the case of selecting the signal A, the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fa is downward (U-polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fb is upward (P-polarization). ).

信号A,Bの入力と強誘電体キャパシタCfa,Cfbの自発分極方向との組み合わせと読み出し電荷量の関係は、第4実施形態の場合(表1)と同様である。 The relationship between the input of the signals A and B and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa and C fb and the read charge amount are the same as in the case of the fourth embodiment (Table 1).

表1から判るように、強誘電体キャパシタCfa,Cfbの一方をP分極、他方をU分極とし、3U以上の場合にハイレベルを出力するようにコンパレータレベルを設定することにより、P分極をプログラムした側の信号線のハイレベルを検出するセレクタとなる。また、強誘電体キャパシタCfa,CfbをP分極とし、コンパレータレベルを6U以上に設定すれば、AND(A,B)を検出することができる。また、コンパレータレベルを0.5U以下に設定すれば、OR(A,B)を検出することができる。このように、同じハードウェアでありながら、複数の論理機能を実現することが可能である。 As can be seen from Table 1, by setting one of the ferroelectric capacitors C fa and C fb to P polarization and the other to U polarization, and setting the comparator level so as to output a high level in the case of 3 U or more, P polarization is obtained. This is a selector for detecting the high level of the signal line on the side programmed. If the ferroelectric capacitors C fa and C fb are P-polarized and the comparator level is set to 6 U or more, AND (A, B) can be detected. If the comparator level is set to 0.5 U or less, OR (A, B) can be detected. As described above, a plurality of logical functions can be realized while using the same hardware.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第6実施形態]
第6実施形態による論理回路及びその駆動方法について図26を用いて説明する。図1乃至図25に示す第1乃至第5実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Sixth Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. Constituent elements similar to those of the logic circuits according to the first to fifth embodiments shown in FIGS. 1 to 25 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図26は、本実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 26 is a circuit diagram illustrating the structure of the logical circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、強誘電体キャパシタの評価結果をもとに動作する回路の一例として、強誘電体キャパシタを用いた3入力のセレクタについて説明する。なお、ここでは第4実施形態による論理回路と同様のpMOSカレントドライバを用いる例を示すが、第5実施形態と同様のnMOSカレントドライバを用いるようにしてもよい。   In the present embodiment, a three-input selector using a ferroelectric capacitor will be described as an example of a circuit that operates based on the evaluation result of the ferroelectric capacitor. Here, an example using the pMOS current driver similar to that of the logic circuit according to the fourth embodiment is shown, but an nMOS current driver similar to that of the fifth embodiment may be used.

図26に示す回路は、図2に示す読み出し回路において、制御信号φで制御するバイラテラルゲート回路16を介して信号A,B,Cを入力するものである。この回路は、共通プレート線をGNDレベルからVDDレベルに立ち上げる方向でpMOSカレントドライバで評価する例である。強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcは、第2及び第3実施形態による論理回路における評価用キャパシタCeva,Cevaxに対応するものであり、これら強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcのプログラムと書き戻しは前述の方式で行う。 The circuit shown in FIG. 26 inputs signals A, B, and C through the bilateral gate circuit 16 controlled by the control signal φ in the readout circuit shown in FIG. This circuit is an example in which a common plate line is evaluated by a pMOS current driver in the direction of rising from the GND level to the VDD level. The ferroelectric capacitors C fa , C fb , C fc correspond to the evaluation capacitors C eva , C evax in the logic circuit according to the second and third embodiments, and these ferroelectric capacitors C fa , C fb , C fc program and write back are performed in the manner described above.

まず、容量Ctankをリセットし、インバータ12へ入力される制御信号φをハイレベルからローレベルに立ち下げる。これにより、プレート線PLがローレベルからハイレベルに立ち上がる。なお、容量Ctankのリセットとは、容量CtankのノードnoutをGNDレベルに放電した後、ハイインピーダンス状態にしておくことである。 First, the capacitor C tank is reset, and the control signal φ input to the inverter 12 is lowered from the high level to the low level. As a result, the plate line PL rises from the low level to the high level. Note that the resetting of the capacitor C tank, after discharging the node n out of the capacitor C tank to the GND level, is to keep the high impedance state.

次いで、3つの入力である信号A,B,Cを、制御信号φで動作するバイラテラルゲート16によりゲーティングし、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの上部電極を駆動する。すなわち、信号A,B,Cがハイレベルである場合、信号φに同期して、上部電極は、ハイレベルからローレベルに立ち下がる。信号A,B,Cがローレベルであれば、上部電極はハイレベルを維持する。 Next, the signals A, B, and C, which are three inputs, are gated by the bilateral gate 16 operated by the control signal φ, and the upper electrodes of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are driven. That is, when the signals A, B, and C are at the high level, the upper electrode falls from the high level to the low level in synchronization with the signal φ. If the signals A, B, and C are at a low level, the upper electrode maintains a high level.

ここで、強誘電体キャパシタCfaの自発分極方向が下向き(P分極)であり、強誘電体キャパシタCfb,Cfcの自発分極方向が上向き(U分極)であるものと仮定する。P分極の読み出し電荷量は、U分極の読み出し電荷量の約3倍であるものとする。 Here, it is assumed that the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fa is downward (P polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fb and C fc is upward (U polarization). It is assumed that the read charge amount of P polarization is about three times the read charge amount of U polarization.

このとき、信号Aがハイレベルの場合、U分極の読み出し電荷量をU、P分極の読み出し電荷量をP=3Uとすると、信号B,Cがハイレベルのときの読み出し電荷量はP+U+U=5Uとなる。信号B,Cの一方がハイレベルで他方がローレベルのときの読み出し電荷量はP+U+0=4Uとなる。信号B,Cがローレベルのときの読み出し電荷量はP+0+0=3Uとなる。   At this time, when the signal A is at a high level, if the readout charge amount for U polarization is U and the readout charge amount for P polarization is P = 3U, the readout charge amount when the signals B and C are at a high level is P + U + U = 5U. It becomes. When one of the signals B and C is at a high level and the other is at a low level, the read charge amount is P + U + 0 = 4U. The read charge amount when the signals B and C are at the low level is P + 0 + 0 = 3U.

一方、信号Aがローレベルの場合、信号B,Cがハイレベルのときの読み出し電荷量は0+U+U=2Uとなる。信号B,Cの一方がハイレベルで他方がローレベルのときの読み出し電荷量は0+U+0=Uとなる。信号B,Cがローレベルのときの読み出し電荷量は0+0+0=0となる。   On the other hand, when the signal A is at a low level, the read charge amount when the signals B and C are at a high level is 0 + U + U = 2U. When one of the signals B and C is at a high level and the other is at a low level, the read charge amount is 0 + U + 0 = U. The read charge amount when the signals B and C are at the low level is 0 + 0 + 0 = 0.

したがって、コンパレータレベルをU〜3Uの間、例えば2.5Uに設定しておけば、Aがハイレベルのときにハイレベルであり、Aがローレベルのときにローレベルである出力信号を、信号B,Cのレベルによらずに出力することができる。すなわち、セレクタとして信号Aをセレクトしている状態を実現することができる。プレート線PLへの流入電荷をカレントミラー回路でミラーリングして容量Ctankを充電し、そこで得られる電圧をコンパレータで比較することについては、図2で説明したことと同様である。 Therefore, if the comparator level is set between U and 3U, for example, 2.5 U, an output signal that is high when A is high and low when A is low is Output is possible regardless of the levels of B and C. That is, it is possible to realize a state where the signal A is selected as a selector. The charge flowing into the plate line PL is mirrored by the current mirror circuit, the capacitor C tank is charged, and the voltage obtained there is compared by the comparator in the same manner as described in FIG.

信号Bをセレクトする場合は、信号Aをセレクトする場合と同様に、強誘電体キャパシタCfbの自発分極方向を下向き(P分極)、強誘電体キャパシタCfa,Cfcの自発分極方向を上向き(U分極)に設定しておけばよい。また、信号Cをセレクトする場合は、強誘電体キャパシタCfcの自発分極方向を下向き(P分極)、強誘電体キャパシタCfa,Cfbの自発分極方向を上向き(U分極)に設定しておけばよい。 When selecting the signal B, as in the case of selecting the signal A, the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fb is directed downward (P polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa , C fc is directed upward (U-polarization) may be set. When the signal C is selected, the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitor C fc is set downward (P polarization), and the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa and C fb is set upward (U polarization). Just keep it.

表2は、信号A,B,Cの入力と強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向との組み合わせと読み出し電荷量の関係をまとめたものである。 Table 2 summarizes the relationship between the input of the signals A, B, and C and the spontaneous polarization directions of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc and the read charge amount.

Figure 2014204146
Figure 2014204146

表2から判るように、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcのいずれか1つをP分極、他をU分極とし、2.5U以上の場合にハイレベルを出力するようにコンパレータレベルを設定することにより、P分極をプログラムした側の信号線のハイレベルを検出するセレクタとなる。 As can be seen from Table 2, one of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc is P-polarized, the other is U-polarized, and the comparator level is set to output a high level when 2.5 U or more. Is set as a selector for detecting the high level of the signal line on the side where the P polarization is programmed.

また、コンパレータレベルを0.5U以下に設定すれば、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,Cfcの自発分極方向に関わらず、OR(A,B,C)を検出することができる。 If the comparator level is set to 0.5 U or less, OR (A, B, C) can be detected regardless of the spontaneous polarization direction of the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc .

また、強誘電体キャパシタCfa,Cfb,CfcをP分極とし、コンパレータレベルを8U以上に設定すれば、AND(A,B,C)を検出することができる。 If the ferroelectric capacitors C fa , C fb , and C fc are P-polarized and the comparator level is set to 8 U or more, AND (A, B, C) can be detected.

また、例えば、強誘電体キャパシタCfa,CfbをP分極、強誘電体キャパシタCfcをU分極とし、6U以上の場合にハイレベルを出力するようにコンパレータレベルを設定することにより、AND(A,B)を検出することができる。3つのうち2つをP分極とする他の組み合わせの場合も同様である。 Further, for example, the ferroelectric capacitors C fa and C fb are P-polarized, the ferroelectric capacitor C fc is U-polarized, and the comparator level is set so as to output a high level in the case of 6 U or more. A, B) can be detected. The same applies to other combinations in which two of the three are P-polarized.

このように、同じハードウェアでありながら、複数の論理機能を実現することが可能である。   As described above, a plurality of logical functions can be realized while using the same hardware.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第7実施形態]
第7実施形態による論理回路及びその駆動方法について図27乃至図30を用いて説明する。図1乃至図26に示す第1乃至第6実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Seventh Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. Constituent elements similar to those of the logic circuits according to the first to sixth embodiments shown in FIGS. 1 to 26 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図27は、スクランブル回路の基本構成を示す回路図である。図28は、セレクタの基本構成を示す回路図である。図29及び図30は、本実施形態による論路回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 27 is a circuit diagram showing a basic configuration of a scramble circuit. FIG. 28 is a circuit diagram showing a basic configuration of the selector. 29 and 30 are circuit diagrams showing the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

スクランブル回路は、暗号回路などに用いられるものであり、アドレスやデータをハッシュして解析されにくくするものである。通常はハードロジックで形成するためその回路を読まれると動作が解析される虞があるが、例えば第4乃至第6実施形態に示したようなセレクタ回路を用いれば、強誘電体キャパシタの分極方向を検出することは困難なため、高い機密保持性が得られる。   The scramble circuit is used for an encryption circuit or the like, and is designed to make it difficult to analyze by hashing addresses and data. Usually, since it is formed by hard logic, its operation may be analyzed when the circuit is read. For example, if a selector circuit as shown in the fourth to sixth embodiments is used, the polarization direction of the ferroelectric capacitor Since it is difficult to detect, high confidentiality can be obtained.

図27に示す回路は、信号A〜Fの6つの入力信号を、セレクタを使用して信号A〜Fの6つの出力信号に変換するスクランブル回路である。信号Aは、信号A〜FをセレクタSW1A〜SW1Fで処理した信号である。信号Bは、信号A〜FをセレクタSW2A〜SW2Fで処理した信号である。信号Cは、信号A〜FをセレクタSW3A〜SW3Fで処理した信号である。信号Dは、信号A〜FをセレクタSW4A〜SW4Fで処理した信号である。信号Eは、信号A〜FをセレクタSW5A〜SW5Fで処理した信号である。信号Fは、信号A〜FをセレクタSW6A〜SW6Fで処理した信号である。 The circuit shown in FIG. 27 is a scramble circuit that converts six input signals of signals A to F into six output signals of signals A * to F * using a selector. The signal A * is a signal obtained by processing the signals A to F with the selectors SW 1A to SW 1F . The signal B * is a signal obtained by processing the signals A to F with the selectors SW 2A to SW 2F . The signal C * is a signal obtained by processing the signals A to F with the selectors SW 3A to SW 3F . The signal D * is a signal obtained by processing the signals A to F with the selectors SW 4A to SW 4F . The signal E * is a signal obtained by processing the signals A to F with the selectors SW 5A to SW 5F . The signal F * is a signal obtained by processing the signals A to F by the selectors SW 6A to SW 6F .

図28は、図27のセレクタSW1A〜SW6Fに適用可能な6入力1出力のセレクタの例である。図27(a)がロジック表記であり、図27(b)がブロック表記であり、図27(c)がMOS表記である。SW〜SWのいずれかをハイレベルにすることで、その入力信号を選択することができる。 FIG. 28 is an example of a 6-input 1-output selector applicable to the selectors SW 1A to SW 6F in FIG. 27A is a logic notation, FIG. 27B is a block notation, and FIG. 27C is a MOS notation. The input signal can be selected by setting any one of SW A to SW F to a high level.

本実施形態では、上述のようなセレクタを強誘電体キャパシタを用いたセレクタで実現するために、強誘電体キャパシタを用いたセレクタの入力数を拡張する方法について示す。セレクタでは、これまで述べてきた容量結合ロジックとは異なり一つの信号を選択すればよいので、P=3Uの総電荷量を比較しなくとも最大電荷を比較すればよく、入力数の拡張が可能となる。   In the present embodiment, a method of extending the number of inputs of a selector using a ferroelectric capacitor in order to realize the selector as described above with a selector using a ferroelectric capacitor will be described. Unlike the capacitive coupling logic described so far, the selector only needs to select one signal, so it is only necessary to compare the maximum charge without comparing the total charge amount of P = 3U, and the number of inputs can be expanded. It becomes.

図29に示す回路は、入力A〜Fのそれぞれに対して、直列に接続された容量C(C〜C)及び容量C(Cla〜Clf)と、これらの接続ノードにゲート電極が接続されたN型トランジスタQ(Q〜Q)を有している。N型トランジスタQ〜Qのドレイン端子は束ねられ、コンパレータ10に接続されている。 The circuit shown in FIG. 29 has a capacitance C (C a to C f ) and a capacitance C l (C la to C lf ) connected in series to each of the inputs A to F, and gates connected to these connection nodes. An N-type transistor Q (Q a to Q f ) to which electrodes are connected is included. The drain terminals of the N-type transistors Q a to Q f are bundled and connected to the comparator 10.

入力信号がローレベルからハイレベルにスイッチングするときに、複数ある入力のうち1つの容量C(ここでは容量Cを仮定する)のみを上向きの分極(P分極:読み出し電荷量大)としておく。他の容量C(ここでは容量C〜C,容量Cla〜Clfを仮定する)を下向きの分極(U分極:読み出し電荷量小)としておく。すると、容量Cと容量Cとの接続ノードの電位は、容量Cと容量Cとの容量分割により、P分極の容量C(容量C)が接続されたノードでは高く、U分極の容量C(容量C〜C)が接続されたノードでは低くなる。入力A〜Fのこれら接続ノードをN型トランジスタQのソースフォロワでワイヤドオアをとり、最大電圧をノードNmaxに出力する。 When the input signal is switched from the low level to the high level, a plurality of one capacitor C of the input (assuming the capacitance C a in this case) only upward polarization: keep the (P polarization readout charge amount is large). Other capacitance C (capacitance here C b -C f, assume the capacitance C la -C lf) the downward polarization: keep the (U polarization readout charge amount is small). Then, the potential of the connection node between the capacitor C and the capacitor C l, by capacitive division between the capacitance C and the capacitance C l, high in capacitance C (capacitance C a) is connected to the node of the P polarization, the capacity of the U polarization C (capacitance C b -C f) is lower than the connected nodes. These connection nodes of inputs A to F are wired-ORed by the source follower of the N-type transistor Q, and the maximum voltage is output to the node Nmax .

図29において、入力Aがローレベルのままの場合、ノードGはGNDレベルのままであり、たとえ入力B〜Fがローレベルからハイレベルに立ち上がったとしても、容量C〜Cの読み出し電荷量は少ないため、ノードG〜Gのレベルは低い。このため、ノードNmaxは低いU対応レベルとなる。これに対し、入力Aがローレベルからハイレベルに遷移した場合は、ノードGのレベルは高く、ノードNmaxは高いP対応レベルとなる。 29, if left input A is low, node G a remains at the GND level, even if the input B~F has risen from the low level to the high level, the readout of the capacitance C b -C f Since the amount of charge is small, the levels of the nodes G b to G f are low. Therefore, the node Nmax has a low U correspondence level. In contrast, when the input A has transitioned from a low level to a high level, the level of the node G a is high, the node N max becomes higher P corresponding level.

したがって、ノードNmaxの電位がU対応のレベルであるかP対応のレベルであるかをコンパレータ10により判定することで、入力Aがローレベルであるかハイレベルであるかを出力することができる。すなわち、セレクタを実現することができる。 Therefore, by determining whether the potential of the node N max is a level corresponding to U or a level corresponding to P, whether the input A is at a low level or a high level can be output. . That is, a selector can be realized.

入力B〜Fを選択する場合も同様である。   The same applies when selecting the inputs B to F.

図30は、図29の回路において、容量CとN型トランジスタQとを、2つの入力で共用したものである。すなわち、容量C及び容量Cに接続して容量Cl1及びN型トランジスタQが設けられ、容量C及び容量Cに接続して容量Cl2及びN型トランジスタQが設けられ、容量C及び容量Cに接続して容量Cl3及びN型トランジスタQが設けられている。このようにすることで、容量C及びN型トランジスタQの総量を半減することができる。 Figure 30, in the circuit of FIG. 29, a capacitor C l and the N-type transistor Q, it is obtained by sharing two inputs. That is, the capacitance C l1 and N-type transistor Q 1 is arranged in connection to the capacitance C a and the capacitance C b, the capacitance C l2 and N-type transistor Q 2 arranged in connection to the capacitor C c and the capacitor C d, capacity C l3 and N-type transistor Q 3 is provided connected to the capacitance C e and capacitance C f. In this way, it is possible to halve the total capacitance C l and the N-type transistor Q.

この場合も、入力信号がローレベルからハイレベルにスイッチングするときに、複数ある入力のうち一つの容量C(ここでは容量Cを仮定する)のみを上向きの分極(P分極:読み出し電荷量大)としておく。他の容量C(ここでは容量C〜C,容量Cl1〜Cl3を仮定する)を下向きの分極(U分極:読み出し電荷量小)としておく。 Again, when the input signal is switched from the low level to the high level, a plurality of one volume of the input C (assuming capacitance C a in this case) only upward polarization (P polarization: reading the charge amount large ). Other capacitors C (capacitances C b to C f and capacitors C 11 to C 13 are assumed here) are set to downward polarization (U polarization: small read charge amount).

ノードGのレベルは、入力A,BがハイレベルのときにP+U=4U、入力Aがハイレベルで入力BがローレベルのときにP+0=3U、入力Aがローレベルで入力Bがハイレベルのときに0+U=U、入力A,Bがローレベルのときに0+0=0となる。一方、非選択のペアは、最大でもハイレベル及びハイレベルの入力でU+U=2Uとなる。 Level of the node G 1 is input A, P + U = 4U when B is high, P + 0 = 3U at the input B a low level input A is high level, the input A is input B is high at the low level 0 + U = U, and when inputs A and B are at low level, 0 + 0 = 0. On the other hand, the unselected pair has U + U = 2U at the maximum at the high level and high level input.

したがって、コンパレータの比較レベルを2Uと3Uとの間のレベル(例えば2.5U)に設定しておけば、入力Aがハイレベルであるかローレベルであるかを判定することができる。すなわち、セレクタを実現することができる。   Therefore, if the comparison level of the comparator is set to a level between 2U and 3U (for example, 2.5 U), it can be determined whether the input A is at a high level or a low level. That is, a selector can be realized.

入力B〜Fを選択する場合も同様である。   The same applies when selecting the inputs B to F.

[第8実施形態]
第8実施形態による論理回路及びその駆動方法について図31乃至図33を用いて説明する。図1乃至図30に示す第1乃至第7実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Eighth Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the logic circuits according to the first to seventh embodiments shown in FIGS. 1 to 30 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図31は、本実施形態による論理回路の構造を示す回路図である。図32及び図33は、本実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図である。   FIG. 31 is a circuit diagram showing the structure of the logic circuit according to the present embodiment. 32 and 33 are circuit diagrams illustrating the driving method of the logic circuit according to the present embodiment.

本実施形態による論理回路は、入力信号inA〜inDのうちのいずれかの信号レベルを判定するセレクタである。ここでは、紙面の都合で4入力の回路構成を示しているが、同様のユニットを増やしていけば任意の入力数のセレクタに拡張することができる。   The logic circuit according to the present embodiment is a selector that determines any one of the input signals inA to inD. Here, a 4-input circuit configuration is shown for the sake of space, but it can be expanded to a selector with an arbitrary number of inputs by increasing the number of similar units.

容量C,C,C,Cが、評価に使用される強誘電体キャパシタである。これら容量C,C,C,Cは、図30に示すセレクタの場合と同様、2つずつのペアを形成し、各ペア毎に一つの読み出し回路が設けられている。ここでは、容量Cに接続された評価/書き戻し回路18と、容量Ca,Cbに接続された読み出し回路20とを、代表して説明する。他の容量C,C,Cに接続された評価/書き戻し回路18及び読み出し回路20は、容量Cに接続された評価/書き戻し回路18及び読み出し回路20と同様である。 Capacitances C a , C b , C c , C d are ferroelectric capacitors used for evaluation. These capacitors C a , C b , C c , and C d form two pairs as in the case of the selector shown in FIG. 30, and one read circuit is provided for each pair. Here, the return circuit 18 rating / write connected to the capacitor C a, and a read circuit 20 connected capacitor Ca, the Cb, or described as a representative. The evaluation / write-back circuit 18 and the read circuit 20 connected to the other capacitors C b , C c , and C d are the same as the evaluation / write-back circuit 18 and the read circuit 20 connected to the capacitor C a .

評価/書き戻し回路18は、評価用の容量Cと、バックアップ用の容量Caxとを有している。容量Cの一方の電極(図面左側)は、信号φEVAL3で動作するN型トランジスタQ1aを介して、カレントミラー回路CMEaの入力側のN型トランジスタに接続されている。容量Cの一方の電極は、また、信号φRSM1xで動作するP型トランジスタQ2aを介して、VDD線に接続されている。容量Caxの一方の電極(図面左側)は、信号φEVAL4で動作するN型トランジスタQ3aを介して、カレントミラー回路CMEaの出力側のN型トランジスタに接続されている。容量Caxの一方の電極は、また、信号φRSM2xで動作するP型トランジスタQ4aを介して、VDD線に接続されている。カレントミラー回路CMEaの共通ノードは、入力信号inAと信号φEVAL5とを入力とするNANDゲートの出力に接続されている。 The evaluation / write-back circuit 18 has an evaluation capacitor C a and a backup capacitor C ax . One electrode (left side of the drawing) of the capacitor C a is connected to the N-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMEa via the N-type transistor Q 1a that operates with the signal φEVAL3. One electrode of the capacitor C a is also connected to the VDD line via a P-type transistor Q 2a operating with the signal φRSM1x. One electrode (the left side of the drawing) of the capacitor C ax is connected to the N-type transistor on the output side of the current mirror circuit CMEa via the N-type transistor Q 3a operating with the signal φEVAL4. One electrode of the capacitor C ax is also connected to the VDD line via a P-type transistor Q 4a operating with a signal φRSM2x. The common node of the current mirror circuit CMEa is connected to the output of a NAND gate that receives the input signal inA and the signal φEVAL5.

容量Caxの他方の電極(図面右側)は、信号φRSM2で動作するN型トランジスタQ5aを介して、カレントミラー回路CMRaの入力側のN型トランジスタに接続されている。容量Caxの他方の電極は、また、信号φEVAL3xで動作するP型トランジスタQ6aを介して、VDD線に接続されている。容量Cの他方の電極(図面右側)は、信号φRSM1で動作するN型トランジスタQ7aを介して、カレントミラー回路CMRaの出力側のN型トランジスタに接続されている。容量Cの他方の電極は、また、信号φpreEVAL2xで動作するP型トランジスタQ8aを介して、VDD線に接続されている。カレントミラー回路CMRaの出力側ノードは、信号φRSM3を入力とするNOTゲートの出力に接続されている。 The other electrode (right side of the drawing) of the capacitor C ax is connected to the N-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMRa through the N-type transistor Q 5a that operates with the signal φRSM2. The other electrode of the capacitor C ax is also connected to the VDD line via a P-type transistor Q 6a operating with a signal φEVAL 3x. The other electrode (the right side in the drawing) of the capacitance C a, via the N-type transistor Q 7a operating at signals FaiRSM1, is connected to the N-type transistor of the output side of the current mirror circuit CMRA. The other electrode of the capacitor C a is also connected to the VDD line via a P-type transistor Q 8a operating with a signal φpreEVAL2x. The output side node of the current mirror circuit CMRa is connected to the output of a NOT gate that receives the signal φRSM3.

容量Caの他方の電極は、更に、信号φEVAL2xで動作するP型トランジスタQ9aを介して、読み出し回路20を形成するカレントミラー回路CMS1の入力側のP型トランジスタに接続されている。カレントミラー回路CMS1の出力側のP型トランジスタには、容量Cs1と、信号φpreEVAL1で動作するN型トランジスタQ10aと、N型トランジスタQ11aとが接続されている。N型トランジスタQ10aは容量Cs1をリセットする際に用いられるものである。N型トランジスタQ11aのドレイン端子はVDD線に接続され、ソース端子は他のN型トランジスタQ11cなどとともにノードSFOに接続されて、最大電圧をとり、コンパレータ10に接続されている。また、信号φpreEVAL1で動作するN型トランジスタQ12により、このノードSFOは、GNDレベルにリセットされる。 The other electrode of the capacitor Ca is further connected via a P-type transistor Q 9a which operates in the signal FaiEVAL2x, is connected to the P-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMS1 forming the readout circuit 20. The P-type transistor of the output side of the current mirror circuit CMS1 includes a capacitance C s1, and N-type transistor Q 10a which operates by the signal FaipreEVAL1, an N-type transistor Q 11a are connected. The N-type transistor Q10a is used when resetting the capacitor Cs1 . The drain terminal of the N-type transistor Q 11a is connected to the VDD line, the source terminal is connected to the node SFO together with other N-type transistors Q 11c, etc., and takes the maximum voltage and is connected to the comparator 10. In addition, the N-type transistor Q 12 which operates by the signal FaipreEVAL1, this node SFO is reset to the GND level.

次に、本実施形態によるセレクタの動作について、図32及び図33を用いて説明する。ここでは、入力信号inA,inBのどちらかの信号を選択的に通過させる2インプットセレクタの部分の動作を示す。以下の例では、容量CにP分極(図中、右向きの矢印で表す)を、容量CにU分極(図中、左向きの矢印で表す)を書き込んでおき、入力信号inAを選択する例を説明する。容量Cax,Cbxには、第2実施形態の場合と同様、初期状態においてP分極が書き込まれる。 Next, the operation of the selector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 32 and 33. FIG. Here, the operation of the 2-input selector section that selectively passes either the input signal inA or inB is shown. In the following example, (in the figure, represented by right-pointing arrows) P polarization in the capacitor C a, and (in the figure, represented by left-pointing arrow) U polarization in the capacitor C b advance by writing, to select the input signal inA An example will be described. In the capacities C ax and C bx , as in the case of the second embodiment, P polarization is written in the initial state.

まず、評価のステップについて図32を用いて説明する。   First, the evaluation steps will be described with reference to FIG.

評価のステップでは、図32に示すように、信号φEVAL1〜5をハイレベルとし、信号φRSM1〜3をローレベルとする。これにより、N型トランジスタQ1a,Q1b,Q3a,Q3b、P型トランジスタQ6a,Q6b,Q9a,Q9bがオンとなる。信号φpreEVAL1は、容量Cs1をGNDレベルにプリチャージするためにパルス駆動した後、評価のステップではローレベルとする。また、信号φpreEVAL2xは、書き戻しのステップ終了時にローレベルとなっている容量C,Cの右側の電極をパルス駆動してVDDレベルに上げた後、評価のステップではハイレベルとする。 In the evaluation step, as shown in FIG. 32, the signals φEVAL1 to 5 are set to the high level, and the signals φRSM1 to 3 are set to the low level. Thereby, the N-type transistors Q 1a , Q 1b , Q 3a , Q 3b and the P-type transistors Q 6a , Q 6b , Q 9a , Q 9b are turned on. Signal φpreEVAL1, after pulse driving for precharging the capacitance C s1 to GND level, the low level at step evaluation. Further, the signal φpreEVAL2x is driven to the high level in the evaluation step after the electrodes on the right side of the capacitors C a and C b that are at the low level at the end of the write back step are pulse-driven to the VDD level.

入力信号inAがハイレベルの場合、カレントミラー回路CMEaの共通ノードはローレベルとなり、カレントミラー回路CMS1、P型トランジスタQ9a、容量C、N型トランジスタQ1a、カレントミラー回路CMEaを通る経路で電流Iが流れる。この電流Iにより容量Cが分極反転し、多くの電荷を通過させる読み出しとなる。また、カレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iの電流(電荷)によって容量Cs1は高い電位に充電される。この電流−電圧変換によってN型トランジスタQ11aのソースフォロアのゲート電位を与え、他のペアとの間でワイヤドオアをとり、最終的にはコンパレータ10からはハイレベルが出力される。同時に、カレントミラー回路CMEaでミラーリングされた電流Iの電流(電荷)は多いため、容量Caxを分極反転させる。すなわち、容量Caxにより、初期状態の容量Cの分極方向の情報をバックアップする。 When the input signal inA is at a high level, the common node of the current mirror circuit CMEa is at a low level, and the path passes through the current mirror circuit CMS1, the P-type transistor Q 9a , the capacitor C a , the N-type transistor Q 1a , and the current mirror circuit CMEa. current I 1 flows. With this current I 1 , the capacitance C a is inverted in polarization, and readout is performed to pass a large amount of charges. The capacitance C s1 by a current (charge) of the current I s, which is mirrored by the current mirror circuit CMS1 is charged to a higher potential. The current - giving the gate potential of the source follower of the N-type transistor Q 11a by voltage conversion takes Waiyadooa with other pairs, the final high level is output from the comparator 10. At the same time, the current I 2 mirrored by the current mirror circuit CMEa has a large current (charge), so that the capacitance C ax is inverted in polarity. That is, the information on the polarization direction of the capacitor C a in the initial state is backed up by the capacitor C ax .

一方、入力信号inAがローレベルの場合、信号φEVAL1〜5がハイレベルの期間もカレントミラー回路CMEaの共通ノードはハイレベルとなり、電流Iは流れない。したがって、容量Cは、そのままP分極を保つ。カレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iの電流(電荷)はゼロで、容量Cs1は低い電位のままであり、N型トランジスタQ11aのソースフォロアでさらにワイヤドオアをとられ、最終的にはコンパレータ10からはローレベルが出力される。同時に、電流Iも流れないため、容量CaxはP分極を維持する。したがって、評価のステップにおいて破壊読み出しは生じないため書き戻しは必要ないが、一斉に行われる書き戻しのステップでは容量Caxの分極反転はおこらず、容量Cは分極反転されずに、容量CはP分極を保持する。 On the other hand, when the input signal inA is low, period signal φEVAL1~5 is high level the common node of the current mirror circuit CMEa goes high, current I 1 does not flow. Therefore, the capacitance C a maintains the P polarization as it is. A current (charge) is zero mirrored current I s in the current mirror circuit CMS1, capacitance C s1 remains low potential, taken further Waiyadooa in the source follower of the N-type transistor Q 11a, eventually The comparator 10 outputs a low level. At the same time, since the current I 2 does not flow, the capacitor C ax maintains the P polarization. Therefore, write-back is not necessary because destructive reading does not occur in the evaluation step. However, in the write-back step that is performed simultaneously, the polarization of the capacitor C ax does not occur, and the capacitor C a does not undergo polarization inversion. a retains P polarization.

また、入力信号inBがハイレベルの場合、カレントミラー回路CMEbの共通ノードはローレベルとなり、カレントミラー回路CMS1、P型トランジスタQ9b、容量Cb、N型トランジスタQ1b、カレントミラー回路CMEbを通る経路で電流Iが流れる。この場合、電流Iによって容量Cは分極反転せず(U分極を維持)、少量の電荷を通過させる読み出しとなる。したがって、電流Iによるカレントミラー回路CMS1への電流寄与は少なく、ほとんどが電流Iの電流経路による電流である。同時に、カレントミラー回路CMEbでミラーリングされた電流Iの電流(電荷)も少ないため、容量Cbxは分極反転せず、そのままP分極を維持する。 When the input signal inB is high level, the common node of the current mirror circuit CMEb is low level, and the path passes through the current mirror circuit CMS1, the P-type transistor Q 9b , the capacitor Cb, the N-type transistor Q 1b , and the current mirror circuit CMEb. in the current I 3 flows. In this case, the capacitance C b is not poled by a current I 3 (maintaining the U polarization), and read to pass a small amount of charge. Therefore, current contribution is small to the current mirror circuit CMS1 by current I 3, are mostly current by the current path of the current I 1. At the same time, since the current (charge) of the current I 4 mirrored by the current mirror circuit CMEb is small, the capacitor C bx does not invert the polarization and maintains the P polarization as it is.

一方、入力信号inBがローレベルの場合、信号φEVAL1〜5がハイレベルの期間もカレントミラー回路CMEbの共通ノードはハイレベルとなり、電流Iは流れない。したがって、容量Cは、そのままU分極を保つ。電流Iがカレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iに寄与することもない。同時に、電流Iも流れないため、容量CbxはP分極を維持する。したがって、評価のステップにおいて破壊読み出しは生じないため書き戻しは必要ないが、一斉に行われる書き戻しのステップでは容量Cbxの分極反転はおこらないため容量Cも分極反転されずに、容量CはU分極を保持する。 On the other hand, when the input signal inB is low, the common node of the signal φEVAL1~5 also the current mirror circuit in the high level period of CMEb goes high, current I 3 does not flow. Therefore, the capacitance C b keeps the U polarization as it is. Nor current I 3 contributes to the current I s, which is mirrored by the current mirror circuit CMS1. At the same time, since the current I 4 does not flow, the capacitor C bx maintains the P polarization. Accordingly, no destructive read occurs in the evaluation step, so that write back is not required. However, in the write back step that is performed simultaneously, the capacitance C bx does not undergo polarization inversion, and thus the capacitance C b does not undergo polarization inversion. b retains U polarization.

このようにして、入力信号inAがハイレベルの場合だけ電流Iを多く流してコンパレータ10でハイレベルを出力させることで、セレクタ動作が実現される。 Thus, the input signal inA and shunts most only current I s When high be to output a high level at the comparator 10, the selector operation is realized.

次に、書き戻しのステップについて図33を用いて説明する。   Next, the write back step will be described with reference to FIG.

書き戻しのステップでは、図33に示すように、信号φRSM1〜3をハイレベルとし、信号φEVAL1〜5をローレベルとする。これにより、N型トランジスタQ5a,Q5b,Q7a,Q7b、P型トランジスタQ2a,Q2b,Q4a,Q4bがオンとなる。 In the write back step, as shown in FIG. 33, the signals φRSM1 to 3 are set to the high level and the signals φEVAL1 to 5 are set to the low level. Thereby, the N-type transistors Q 5a , Q 5b , Q 7a , Q 7b and the P-type transistors Q 2a , Q 2b , Q 4a , Q 4b are turned on.

信号φRSM3がハイレベルになると、カレントミラー回路CMRaの共通ノードはローレベルとなり、P型トランジスタQ4a、容量Cax、カレントミラー回路CMRaを通る経路で電流Iが流れる。この電流Iは、容量CaxのP分極への分極反転を伴うものであり、多量の電流となる。この電流Iにより、容量CaxはP分極に分極反転し、初期状態に戻る。同時に、カレントミラー回路CMRaでミラーリングされた多量の電流Iが、P型トランジスタQ2a、容量Ca、N型トランジスタQ7a、カレントミラー回路CMRaを通る経路で流れる。この電流Iにより、容量CはP分極に分極反転し、初期状態に戻る。 When the signal φRSM3 becomes high level, the common node of the current mirror circuit CMRa becomes low level, and the current I 5 flows through a path passing through the P-type transistor Q 4a , the capacitor C ax , and the current mirror circuit CMRa. This current I 5 is accompanied by inversion of the capacitance C ax to the P polarization, and becomes a large amount of current. By this current I 5 , the capacitance C ax is reversed to P polarization and returned to the initial state. At the same time, a large amount of current I 6 mirrored by the current mirror circuit CMRa flows through a path passing through the P-type transistor Q 2a , the capacitor Ca, the N-type transistor Q 7a , and the current mirror circuit CMRa. By this current I 6 , the capacitance C a is inverted to P polarization and returns to the initial state.

同様に、カレントミラー回路CMRbの共通ノードはローレベルとなり、P型トランジスタQ4b、容量Cbx、カレントミラー回路CMRbを通る経路で電流Iが流れる。この電流Iは、容量Cbxの分極反転を伴うものではなく、少量の電流となる。同時に、カレントミラー回路CMRbでミラーリングされた電流Iが、P型トランジスタQ2b、容量C、N型トランジスタQ7b、カレントミラー回路CMRbを通る経路で流れる。電流Iは電流Iをミラーリングした少量の電流であり、容量Cの分極反転は生じない。これにより、容量CはU分極を維持し、容量CbxはP分極を維持する。 Similarly, the common node of the current mirror circuit CMRb is at a low level, and the current I 7 flows through a path passing through the P-type transistor Q 4b , the capacitor C bx , and the current mirror circuit CMRb. This current I 7 does not accompany the polarization inversion of the capacitance C bx , and becomes a small amount of current. At the same time, the current I 8 mirrored by the current mirror circuit CMRb flows through a path passing through the P-type transistor Q 2b , the capacitor C b , the N-type transistor Q 7b , and the current mirror circuit CMRb. The current I 8 is a small amount of current that mirrors the current I 7 , and the polarization inversion of the capacitance C b does not occur. Thus, the capacitance C b maintains the U polarization capacity C bx maintains the P polarization.

このようにして、容量C,Cax,C,Cbxの自発分極方向を、初期状態に戻すことができる。 In this way, the spontaneous polarization directions of the capacitors C a , C ax , C b , and C bx can be returned to the initial state.

なお、上記の例では、容量Ca,Cbのみを、カレントミラー回路CMS1を用いた評価回路によって評価しているが、容量Cax,Cbxに対しても同様にカレントミラー回路CMSx1を用いた評価回路を設けてもよい。これにより、書き戻しのステップにおいてもこの評価回路によって電荷積分並びに論理評価を行うことができる。 In the above example, the capacitance Ca, Cb only, but are evaluated by an evaluation circuit using a current mirror circuit CMS1, capacitance C ax, using a current mirror circuit CMSx1 similarly for C bx Rating A circuit may be provided. As a result, charge integration and logic evaluation can be performed by this evaluation circuit even in the write back step.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第9実施形態]
第9実施形態による論理回路及びその駆動方法について図34乃至図36を用いて説明する。図1乃至図33に示す第1乃至第8実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Ninth Embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the ninth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the logic circuits according to the first to eighth embodiments shown in FIGS. 1 to 33 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図34は、本実施形態による論理回路の構造を示す回路図である。図35及び図36は、本実施形態による論理回路の駆動方法を示す回路図である。   FIG. 34 is a circuit diagram showing the structure of the logic circuit according to the present embodiment. 35 and 36 are circuit diagrams illustrating the driving method of the logic circuit according to the present embodiment.

本実施形態による論理回路も、第8実施形態と同様、入力信号inA〜inDのうちのいずれかの信号レベルを判定するセレクタである。ここでは、紙面の都合で4入力の回路構成を示しているが、同様のユニットを増やしていけば任意の入力数のセレクタに拡張することができる。本実施形態によるセレクタは、容量Cax〜Cdxへの書き戻しにpMOSカレントミラー回路を用いる点で、第8実施形態によるセレクタとは異なっている。 Similarly to the eighth embodiment, the logic circuit according to the present embodiment is also a selector that determines one of the input signals inA to inD. Here, a 4-input circuit configuration is shown for the sake of space, but it can be expanded to a selector with an arbitrary number of inputs by increasing the number of similar units. The selector according to the present embodiment is different from the selector according to the eighth embodiment in that a pMOS current mirror circuit is used for writing back to the capacitors C ax to C dx .

容量C,C,C,Cが、評価に使用される強誘電体キャパシタである。これら容量C,C,C,Cは、図30に示すセレクタの場合と同様、2つずつのペアを形成し、各ペア毎に一つの読み出し回路が設けられている。ここでは、容量Cに接続された評価/書き戻し回路18と、容量Ca,Cbに接続された読み出し回路20とを、代表して説明する。他の容量C,C,Cに接続された評価/書き戻し回路18及び読み出し回路20は、容量Cに接続された評価/書き戻し回路18及び読み出し回路20と同様である。 Capacitances C a , C b , C c , C d are ferroelectric capacitors used for evaluation. These capacitors C a , C b , C c , and C d form two pairs as in the case of the selector shown in FIG. 30, and one read circuit is provided for each pair. Here, the return circuit 18 rating / write connected to the capacitor C a, and a read circuit 20 connected capacitor Ca, the Cb, or described as a representative. The evaluation / write-back circuit 18 and the read circuit 20 connected to the other capacitors C b , C c , and C d are the same as the evaluation / write-back circuit 18 and the read circuit 20 connected to the capacitor C a .

評価/書き戻し回路18は、評価用の容量Cと、バックアップ用の容量Caxとを有している。容量Cの一方の電極(図面左側)は、信号φEVAL3で動作するN型トランジスタQ1aを介して、カレントミラー回路CMEaの入力側のN型トランジスタに接続されている。容量Caxの一方の電極(図面左側)は、信号φRSM2で動作するP型トランジスタQ2aを介して、カレントミラー回路CMRaの入力側のP型トランジスタに接続されている。容量Cの一方の電極は、また、信号φRSM1xで動作するP型トランジスタQ3aを介して、カレントミラー回路CMRaの出力側のP型トランジスタに接続されている。容量Caxの一方の電極は、また、信号φEVAL4で動作するN型トランジスタQ4aを介して、カレントミラー回路CMEaの出力側のN型トランジスタに接続されている。カレントミラー回路CMEaの共通ノードは、入力信号inAと信号φEVAL5とを入力とするNANDゲートの出力に接続されている。カレントミラー回路CMRaの共通ノードは、信号φRSM3の信号線に正論理バッファを介して接続されている。 The evaluation / write-back circuit 18 has an evaluation capacitor C a and a backup capacitor C ax . One electrode (left side of the drawing) of the capacitor C a is connected to the N-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMEa via the N-type transistor Q 1a that operates with the signal φEVAL3. One electrode (left side of the drawing) of the capacitor C ax is connected to a P-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMRa through a P-type transistor Q 2a operating with a signal φRSM2. One electrode of the capacitor C a is also connected via a P-type transistor Q 3a which operates by the signal FaiRSM1x, is connected to the P-type transistor of the output side of the current mirror circuit CMRA. One electrode of the capacitor C ax is also connected to the N-type transistor on the output side of the current mirror circuit CMEa via the N-type transistor Q 4a operating with the signal φEVAL4. The common node of the current mirror circuit CMEa is connected to the output of a NAND gate that receives the input signal inA and the signal φEVAL5. The common node of the current mirror circuit CMRa is connected to the signal line of the signal φRSM3 via a positive logic buffer.

容量Cの他方の電極(図面右側)は、信号φRSM1で動作するN型トランジスタQ5aと、信号φpreEVAL2xで動作するP型トランジスタQ6aとの接続ノードに接続されている。N型トランジスタQ5aの他方のノードはGND線に接続され、P型トランジスタQ6aの他方のノードはVDD線に接続されている。 The other electrode (right side of the drawing) of the capacitor C a is connected to a connection node between the N-type transistor Q 5a operating with the signal φRSM1 and the P-type transistor Q 6a operating with the signal φpreEVAL2x. The other node of the N-type transistor Q 5a is connected to a GND line, the other node of the P-type transistor Q 6a is connected to the VDD line.

容量Cの他方の電極は、更に、信号φEVAL2xで動作するP型トランジスタQ9aを介して、読み出し回路を形成するカレントミラー回路CMS1の入力側のP型トランジスタに接続されている。カレントミラー回路CMS1の出力側のP型トランジスタには、信号φpreEVAL1で動作するN型トランジスタQ10aと、N型トランジスタQ11aとが接続されている。N型トランジスタQ11aのドレイン端子はVDD線に接続され、ソース端子はコンパレータ10に接続されている。 The other electrode of the capacitor C a is further connected to a P-type transistor on the input side of the current mirror circuit CMS1 that forms a read circuit, via a P-type transistor Q 9a that operates with a signal φEVAL2x. The P-type transistor of the output side of the current mirror circuit CMS1 includes N-type transistor Q 10a which operates by the signal FaipreEVAL1, an N-type transistor Q 11a are connected. The drain terminal of the N-type transistor Q 11 a is connected to the VDD line, and the source terminal is connected to the comparator 10.

次に、本実施形態によるセレクタの動作について、図35及び図36を用いて説明する。ここでは、入力信号inA,inBのどちらかの信号を選択的に通過させる2インプットセレクタの部分の動作を示す。以下の例では、容量CにP分極(図中、右向きの矢印で表す)を、容量CにU分極(図中、左向きの矢印で表す)を書き込んでおき、入力信号inAを選択する例を説明する。容量Cax,Cbxには、第2実施形態の場合と同様、初期状態においてP分極が書き込まれる。 Next, the operation of the selector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, the operation of the 2-input selector section that selectively passes either the input signal inA or inB is shown. In the following example, (in the figure, represented by right-pointing arrows) P polarization in the capacitor C a, and (in the figure, represented by left-pointing arrow) U polarization in the capacitor C b advance by writing, to select the input signal inA An example will be described. In the capacities C ax and C bx , as in the case of the second embodiment, P polarization is written in the initial state.

まず、評価のステップについて図35を用いて説明する。   First, the evaluation steps will be described with reference to FIG.

評価のステップでは、図35に示すように、信号φEVAL1〜5をハイレベルとし、信号φRSM1〜3をローレベルとする。これにより、N型トランジスタQ1a,Q1b,Q4a,Q4b、P型トランジスタQ9a,Q9bがオンとなる。信号φpreEVAL1は、容量Cs1をGNDレベルにプリチャージするためにパルス駆動した後、評価のステップではローレベルとする。また、信号φpreEVAL2xは、書き戻しのステップ終了時にローレベルとなっている容量C,Cの右側の電極をパルス駆動してVDDレベルに上げた後、評価のステップではハイレベルとする。また、プレート線は、VDDレベルとする。 In the evaluation step, as shown in FIG. 35, the signals φEVAL1 to 5 are set to the high level, and the signals φRSM1 to 3 are set to the low level. Thereby, the N-type transistors Q 1a , Q 1b , Q 4a , Q 4b and the P-type transistors Q 9a , Q 9b are turned on. Signal φpreEVAL1, after pulse driving for precharging the capacitance C s1 to GND level, the low level at step evaluation. Further, the signal φpreEVAL2x is driven to the high level in the evaluation step after the electrodes on the right side of the capacitors C a and C b that are at the low level at the end of the write back step are pulse-driven to the VDD level. The plate line is at the VDD level.

入力信号inAがハイレベルの場合、カレントミラー回路CMEaの共通ノードはローレベルとなり、カレントミラー回路CMS1、P型トランジスタQ9a、容量C、N型トランジスタQ1a、カレントミラー回路CMEaを通る経路で電流Iが流れる。この電流Iにより容量Cが分極反転し、多くの電荷を通過させる読み出しとなる。また、カレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iの電流(電荷)によって容量Cs1は高い電位に充電される。この電流−電圧変換によってN型トランジスタQ11aのソースフォロアのゲート電位を与え、他のペアとの間でワイヤドオアをとり、最終的にはコンパレータ10からはハイレベルが出力される。同時に、カレントミラー回路CMEaでミラーリングされた電流Iの電流(電荷)は多いため、容量Caxを分極反転させる。すなわち、容量Caxにより、初期状態の容量Cの分極方向の情報をバックアップする。 When the input signal inA is at a high level, the common node of the current mirror circuit CMEa is at a low level, and the path passes through the current mirror circuit CMS1, the P-type transistor Q 9a , the capacitor C a , the N-type transistor Q 1a , and the current mirror circuit CMEa. current I 1 flows. With this current I 1 , the capacitance C a is inverted in polarization, and readout is performed to pass a large amount of charges. The capacitance C s1 by a current (charge) of the current I s, which is mirrored by the current mirror circuit CMS1 is charged to a higher potential. The current - giving the gate potential of the source follower of the N-type transistor Q 11a by voltage conversion takes Waiyadooa with other pairs, the final high level is output from the comparator 10. At the same time, the current I 2 mirrored by the current mirror circuit CMEa has a large current (charge), so that the capacitance C ax is inverted in polarity. That is, the information on the polarization direction of the capacitor C a in the initial state is backed up by the capacitor C ax .

一方、入力信号inAがローレベルの場合、信号φEVAL1〜5がハイレベルの期間もカレントミラー回路CMEaの共通ノードはハイレベルとなり、電流Iは流れない。したがって、容量Cは、そのままP分極を保つ。カレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iの電流(電荷)はゼロで、容量Cs1は低い電位のままであり、N型トランジスタQ11aのソースフォロアでさらにワイヤドオアをとられ、最終的にはコンパレータ10からはローレベルが出力される。同時に、電流Iも流れないため、容量CaxはP分極を維持する。したがって、評価のステップにおいて破壊読み出しは生じないため書き戻しは必要ないが、一斉に行われる書き戻しのステップでは容量Caxは分極反転せず、したがって容量Cを分極反転することなく、容量CはP分極を維持する。 On the other hand, when the input signal inA is low, period signal φEVAL1~5 is high level the common node of the current mirror circuit CMEa goes high, current I 1 does not flow. Therefore, the capacitance C a maintains the P polarization as it is. A current (charge) is zero mirrored current I s in the current mirror circuit CMS1, capacitance C s1 remains low potential, taken further Waiyadooa in the source follower of the N-type transistor Q 11a, eventually The comparator 10 outputs a low level. At the same time, since the current I 2 does not flow, the capacitor C ax maintains the P polarization. Therefore, write-back is not required because destructive reading does not occur in the evaluation step, but the capacitance C ax is not reversed in polarity in the simultaneous write-back step, so that the capacitance C a is not reversed without reversing the polarization of the capacitance C a. a maintains P polarization.

また、入力信号inBがハイレベルの場合、カレントミラー回路CMEbの共通ノードはローレベルとなり、カレントミラー回路CMS1、P型トランジスタQ9b、容量C、N型トランジスタQ1b、カレントミラー回路CMEbを通る経路で電流Iが流れる。この場合、電流Iによって容量Cは分極反転せず(U分極を維持)、少量の電荷を通過させる読み出しとなる。したがって、電流Iによるカレントミラー回路CMS1への電流寄与は少なく、ほとんどが電流Iの電流経路による電流である。同時に、カレントミラー回路CMEbでミラーリングされた電流Iの電流(電荷)も少ないため、容量Cbxは分極反転せず、そのままP分極を維持する。 When the input signal inB is at a high level, the common node of the current mirror circuit CMEb is at a low level and passes through the current mirror circuit CMS1, the P-type transistor Q 9b , the capacitor C b , the N-type transistor Q 1b , and the current mirror circuit CMEb. current I 3 flows through the path. In this case, the capacitance C b is not poled by a current I 3 (maintaining the U polarization), and read to pass a small amount of charge. Therefore, current contribution is small to the current mirror circuit CMS1 by current I 3, are mostly current by the current path of the current I 1. At the same time, since the current (charge) of the current I 4 mirrored by the current mirror circuit CMEb is small, the capacitor C bx does not invert the polarization and maintains the P polarization as it is.

一方、入力信号inBがローレベルの場合、信号φEVAL1〜5がハイレベルの期間もカレントミラー回路CMEbの共通ノードはハイレベルとなり、電流Iは流れない。したがって、容量Cは、そのままU分極を保つ。電流Iがカレントミラー回路CMS1でミラーリングされた電流Iに寄与することもない。同時に、電流Iも流れないため、容量CbxはP分極を維持する。したがって、評価のステップにおいて破壊読み出しは生じないため書き戻しは必要ないが、一斉に行われる書き戻しのステップでは容量Cbxは分極反転しないため、容量Cを分極反転することはなく、容量CのU分極を維持する。 On the other hand, when the input signal inB is low, the common node of the signal φEVAL1~5 also the current mirror circuit in the high level period of CMEb goes high, current I 3 does not flow. Therefore, the capacitance C b keeps the U polarization as it is. Nor current I 3 contributes to the current I s, which is mirrored by the current mirror circuit CMS1. At the same time, since the current I 4 does not flow, the capacitor C bx maintains the P polarization. Therefore, write back is not required because destructive reading does not occur in the evaluation step, but the capacitance C bx is not inverted in polarity in the simultaneous write-back step, so that the capacitance C b is not inverted, and the capacitance C b is not inverted. Maintain the U polarization of b .

このようにして、入力信号inAがハイレベルの場合だけ電流Iを多く流してコンパレータ10でハイレベルを出力させることで、セレクタ動作が実現される。 Thus, the input signal inA and shunts most only current I s When high be to output a high level at the comparator 10, the selector operation is realized.

次に、書き戻しのステップについて図36を用いて説明する。   Next, the write back step will be described with reference to FIG.

書き戻しのステップでは、図36に示すように、信号φRSM1〜3をハイレベルとし、信号φEVAL1〜5をローレベルとする。これにより、N型トランジスタQ5a,Q5b、P型トランジスタQ2a,Q2b,Q3a,Q3bがオンとなる。また、プレート線は、GNDレベルとする。 In the write back step, as shown in FIG. 36, the signals φRSM1 to 3 are set to the high level and the signals φEVAL1 to 5 are set to the low level. Thereby, the N-type transistors Q 5a and Q 5b and the P-type transistors Q 2a , Q 2b , Q 3a , and Q 3b are turned on. The plate line is at the GND level.

信号φRSM3がハイレベルになると、カレントミラー回路CMRaの共通ノードはハイレベルとなり、カレントミラー回路CMRa、P型トランジスタQ2a、容量Caxを通る経路で電流Iが流れる。この電流Iは、容量CaxのP分極への分極反転を伴うものであり、多量の電流となる。この電流Iにより、容量CaxはP分極に分極反転し、初期状態に戻る。同時に、カレントミラー回路CMRaでミラーリングされた多量の電流Iが、カレントミラー回路CMRa、P型トランジスタQ3a、容量C、N型トランジスタQ5aを通る経路で流れる。この電流Iにより、容量CはP分極に分極反転し、初期状態に戻る。 When the signal φRSM3 goes high, the common node of the current mirror circuit CMRA goes high, current mirror circuit CMRA, P-type transistors Q 2a, the current I 5 a path passing through the capacitor C ax flows. This current I 5 is accompanied by inversion of the capacitance C ax to the P polarization, and becomes a large amount of current. By this current I 5 , the capacitance C ax is reversed to P polarization and returned to the initial state. At the same time, a large amount of current I 6 mirrored by the current mirror circuit CMRa flows along a path passing through the current mirror circuit CMRa, the P-type transistor Q 3a , the capacitor C a , and the N-type transistor Q 5a . By this current I 6 , the capacitance C a is inverted to P polarization and returns to the initial state.

同様に、カレントミラー回路CMRbの共通ノードはハイレベルとなり、カレントミラー回路CMRb、P型トランジスタQ2b、容量Cbx、を通る経路で電流Iが流れる。この電流Iは、容量Cbxの分極反転を伴うものではなく、少量の電流となる。同時に、カレントミラー回路CMRbでミラーリングされた電流Iが、カレントミラー回路CMRb、P型トランジスタQ3b、容量C、N型トランジスタQ5bを通る経路で流れる。電流Iは電流Iをミラーリングした少量の電流であり、容量Cの分極反転は生じない。これにより、容量CはU分極を維持し、容量CbxはP分極を維持する。 Similarly, the common node of the current mirror circuit CMRb is at a high level, and the current I 7 flows through a path that passes through the current mirror circuit CMRb, the P-type transistor Q 2b , and the capacitor C bx . This current I 7 does not accompany the polarization inversion of the capacitor Cbx, and is a small amount of current. At the same time, the current I 8 mirrored by the current mirror circuit CMRb flows along a path passing through the current mirror circuit CMRb, the P-type transistor Q 3b , the capacitor C b , and the N-type transistor Q 5b . The current I 8 is a small amount of current that mirrors the current I 7 , and the polarization inversion of the capacitance C b does not occur. Thus, the capacitance C b maintains the U polarization capacity C bx maintains the P polarization.

このようにして、容量C,Cax,C,Cbxの自発分極方向を、初期状態に戻すことができる。 In this way, the spontaneous polarization directions of the capacitors C a , C ax , C b , and C bx can be returned to the initial state.

なお、上記の例では、容量C,Cのみを、カレントミラー回路CMS1を用いた評価回路によって評価しているが、容量Cax,Cbxに対しても同様にカレントミラー回路CMSx1を用いた評価回路を設けてもよい。これにより、書き戻しのステップにおいてもこの評価回路によって電荷積分並びに論理評価を行うことができる。 In the above example, only the capacitors C a and C b are evaluated by the evaluation circuit using the current mirror circuit CMS1, but the current mirror circuit CMSx1 is similarly used for the capacitors C ax and C bx . An evaluation circuit may be provided. As a result, charge integration and logic evaluation can be performed by this evaluation circuit even in the write back step.

このように、本実施形態によれば、評価用の強誘電体キャパシタの他にバックアップ用の強誘電体キャパシタを設け、評価用の強誘電体キャパシタの読み出し後に書き戻しを行うため、評価用の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を維持することができる。また、強誘電体キャパシタに書き込まれた電荷保持状態に応じた論理合成を行うため、レイアウトパターンから論理を解析することを防止することができる。これにより、耐タンパー性の高い論理回路を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, a backup ferroelectric capacitor is provided in addition to the evaluation ferroelectric capacitor, and writing is performed after reading the evaluation ferroelectric capacitor. The charge retention state of the ferroelectric capacitor can be maintained. In addition, since logic synthesis is performed according to the charge retention state written in the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent logic from being analyzed from the layout pattern. Thereby, a logic circuit with high tamper resistance can be realized.

[第10実施形態]
第10実施形態による論理回路及びその駆動方法について図37を用いて説明する。図1乃至図36に示す第1乃至第9実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Tenth embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the tenth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those of the logic circuits according to the first to ninth embodiments shown in FIGS. 1 to 36 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図37は、本実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 37 is a circuit diagram showing the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、第9実施形態によるセレクタの強誘電体キャパシタ部をNAND型キャパシタユニットで置き換えた例を示す。   In this embodiment, an example in which the ferroelectric capacitor portion of the selector according to the ninth embodiment is replaced with a NAND capacitor unit is shown.

本実施形態によるセレクタは、図37に示すように、第9実施形態によるセレクタの容量C,Cを、NAND型キャパシタユニットに置き換えたものである。すなわち、強誘電体キャパシタC,Caxの代わりに、強誘電体キャパシタとバイラテラルゲートとの並列接続体を直列に複数接続したNAND型キャパシタユニットを設けている。 The selector according to the present embodiment, as shown in FIG. 37, in which the capacity of the selector according to a ninth embodiment C, and C x, is replaced with a NAND-type capacitor unit. That is, instead of the ferroelectric capacitors C a and C ax , a NAND capacitor unit is provided in which a plurality of parallel connection bodies of ferroelectric capacitors and bilateral gates are connected in series.

バイラテラルゲートは、ローレベルの入力で端子間の接続を切り離し、ハイレベルの入力で端子間を接続する。例えば、容量Ca2,Cax2を選択する場合には、信号S,S,Sをハイレベルとし、信号Sをローレベルとする。これにより、信号S,S,Sで駆動するバイラテラルゲートに並列に接続された容量Ca1,Ca3,Ca4,Cax1,Cax3,Cax4がバイパスされ、容量Ca2,Cax2のみが実質的な回路動作に寄与する。 The bilateral gate disconnects the connection between terminals with a low-level input and connects the terminals with a high-level input. For example, when the capacitors C a2 and C ax2 are selected, the signals S 1 , S 3 , and S 4 are set to the high level, and the signal S 2 is set to the low level. Thus, the signal S 1, S 3, capacitor is connected in parallel with the bilateral gate driven by S 4 C a1, C a3, C a4, C ax1, C ax3, C ax4 is bypassed, the capacitance C a2, Only C ax2 contributes to substantial circuit operation.

したがって、容量Ca1,Cax1の組、容量Ca2,Cax2の組、容量Ca3,Cax3の組、容量Ca4,Cax4の組に、予め所定の自発分極方向をプログラムしておくことで、任意の組を信号S〜Sにより選択することができる。 Therefore, a predetermined spontaneous polarization direction is programmed in advance in a set of capacitors C a1 and C ax1, a set of capacitors C a2 and C ax2, a set of capacitors C a3 and C ax3, and a set of capacitors C a4 and C ax4. Thus, an arbitrary set can be selected by the signals S 1 to S 4 .

本実施形態によるセレクタの動作は、使用する容量の組を選択するほかは、第9実施形態によるセレクタと同様である。   The operation of the selector according to the present embodiment is the same as that of the selector according to the ninth embodiment except that a set of capacitors to be used is selected.

なお、上記の例では、4つの容量の組から1組を選択する例を示したが、容量の組は、4つに限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   In the above example, one example is shown in which one set is selected from four sets of capacities, but the number of sets of capacities is not limited to four, and can be any number.

このように、本実施形態によれば、複数の強誘電体キャパシタから所望の強誘電体キャパシタを選択して接続するキャパシタユニットを設けるので、評価用の強誘電体キャパシタ群の電荷保持状態を所望のセットに容易に切り換えることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the capacitor unit for selecting and connecting a desired ferroelectric capacitor from a plurality of ferroelectric capacitors is provided, the charge holding state of the ferroelectric capacitor group for evaluation is desired. You can easily switch to

[第11実施形態]
第11実施形態による論理回路及びその駆動方法について図38を用いて説明する。図1乃至図37に示す第1乃至第9実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Eleventh embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those of the logic circuits according to the first to ninth embodiments shown in FIGS. 1 to 37 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図38は、本実施形態による論理回路の構造及び駆動方法を示す回路図である。   FIG. 38 is a circuit diagram illustrating the structure of the logic circuit and the driving method according to the present embodiment.

本実施形態では、第9実施形態によるセレクタの強誘電体キャパシタ部をNOR型キャパシタユニットで置き換えた例を示す。   This embodiment shows an example in which the ferroelectric capacitor portion of the selector according to the ninth embodiment is replaced with a NOR type capacitor unit.

本実施形態によるセレクタは、図38に示すように、第9実施形態によるセレクタの容量C,Cを、NOR型キャパシタユニットに置き換えたものである。すなわち、強誘電体キャパシタC,Caxの代わりに、強誘電体キャパシタとバイラテラルゲートとの直列接続体を並列に複数接続したNOR型キャパシタユニットを設けている。バイラテラルゲートは、端子間の接続/開放を制御するスイッチとして機能する。 The selector according to the present embodiment, as shown in FIG. 38, the capacity of the selector according to a ninth embodiment C, and C x, is replaced with a NOR-type capacitor unit. That is, instead of the ferroelectric capacitors C a and C ax , a NOR type capacitor unit in which a plurality of serially connected bodies of ferroelectric capacitors and bilateral gates are connected in parallel is provided. The bilateral gate functions as a switch for controlling connection / release between terminals.

バイラテラルゲートは、ローレベルの入力で端子間の接続を切り離し、ハイレベルの入力で端子間を接続する。例えば、容量Ca2,Cax2を選択する場合には、信号S,S,Sをローレベルとし、信号Sをハイレベルとする。これにより、信号S,S,Sで駆動するバイラテラルゲートに接続された容量Ca1,Ca3,Ca4,Cax1,Cax3,Cax4が切り離され、容量Ca2,Cax2のみが実質的な回路動作に寄与する。 The bilateral gate disconnects the connection between terminals with a low-level input and connects the terminals with a high-level input. For example, when the capacitors C a2 and C ax2 are selected, the signals S 1 , S 3 and S 4 are set to a low level, and the signal S 2 is set to a high level. Thus, the signal S 1, S 3, capacitor connected to the bilateral gate driven by S 4 C a1, C a3, C a4, C ax1, C ax3, C ax4 is disconnected, the capacitance C a2, C ax2 Only contributes to substantial circuit operation.

したがって、容量Ca1,Cax1の組、容量Ca2,Cax2の組、容量Ca3,Cax3の組、容量Ca4,Cax4の組に、予め所定の自発分極方向をプログラムしておくことで、任意の組を信号S〜Sにより選択することができる。 Therefore, a predetermined spontaneous polarization direction is programmed in advance in a set of capacitors C a1 and C ax1, a set of capacitors C a2 and C ax2, a set of capacitors C a3 and C ax3, and a set of capacitors C a4 and C ax4. Thus, an arbitrary set can be selected by the signals S 1 to S 4 .

本実施形態によるセレクタの動作は、使用する容量の組を選択するほかは、第9実施形態によるセレクタと同様である。   The operation of the selector according to the present embodiment is the same as that of the selector according to the ninth embodiment except that a set of capacitors to be used is selected.

なお、上記の例では、4つの容量の組から1組を選択する例を示したが、容量の組は、4つに限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   In the above example, one example is shown in which one set is selected from four sets of capacities, but the number of sets of capacities is not limited to four, and can be any number.

このように、本実施形態によれば、ラッチ回路の強誘電体キャパシタとして、複数の強誘電体キャパシタから所望の強誘電体キャパシタを選択して接続するキャパシタユニットを設けるので、ラッチ回路の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を所望のセットに容易に切り換えることができる。   Thus, according to the present embodiment, as the ferroelectric capacitor of the latch circuit, the capacitor unit for selecting and connecting a desired ferroelectric capacitor from a plurality of ferroelectric capacitors is provided. The charge retention state of the body capacitor can be easily switched to a desired set.

[第12実施形態]
第12実施形態による論理回路及びその駆動方法について図39乃至図41を用いて説明する。図1乃至図38に示す第1乃至第11実施形態による論理回路と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
[Twelfth embodiment]
A logic circuit and a driving method thereof according to the twelfth embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the logic circuits according to the first to eleventh embodiments shown in FIGS. 1 to 38 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図39は、一般的な4キャパシタタイプの不揮発性ラッチ回路の例を示す回路図である。図40及び図41は、本実施形態による不揮発性ラッチ回路の構造を示す回路図である。   FIG. 39 is a circuit diagram showing an example of a general 4-capacitor type nonvolatile latch circuit. 40 and 41 are circuit diagrams showing the structure of the nonvolatile latch circuit according to the present embodiment.

一般的な4キャパシタタイプの不揮発性ラッチ回路は、例えば図39に示すように、フリップフロップ回路の入力側端子に接続された強誘電体キャパシタC,Caxと、フリップフロップ回路の出力端子に接続された強誘電体キャパシタC,Cbxとを有している。これら強誘電体キャパシタC,Cax,C,Cbxにフリップフロップ回路の初期値に対応する分極情報を記憶しておくことで、電源投入後のフリップフロップ回路を初期値の状態に戻すことができる。 For example, as shown in FIG. 39, a general 4-capacitor type nonvolatile latch circuit includes ferroelectric capacitors C a and C ax connected to the input side terminal of the flip-flop circuit, and an output terminal of the flip-flop circuit. The ferroelectric capacitors C b and C bx are connected. By storing polarization information corresponding to the initial value of the flip-flop circuit in these ferroelectric capacitors C a , C ax , C b , and C bx , the flip-flop circuit after power-on is returned to the initial value state. be able to.

図40は、このような不揮発性ラッチ回路の強誘電体キャパシタC,Cax,C,Cbxを、第10実施形態で示したようなNAND型キャパシタユニットで置き換えたものである。また、図41は、強誘電体キャパシタC,Cax,C,Cbxを、第11実施形態で示したようなNOR型キャパシタユニットで置き換えたものである。 In FIG. 40, the ferroelectric capacitors C a , C ax , C b , and C bx of such a nonvolatile latch circuit are replaced with NAND type capacitor units as shown in the tenth embodiment. In FIG. 41, the ferroelectric capacitors C a , C ax , C b , and C bx are replaced with NOR type capacitor units as shown in the eleventh embodiment.

このようにすることで、強誘電体キャパシタC,Cax,C,Cbxのデータとして、信号S〜Sで選択される4セットのデータに切り換えることができる。図40のNAND型キャパシタユニットは、例えば図39に示す回路によって一般的なラッチと同様にして、読み出し及び書き戻しが可能である。また、図41のNOR型キャパシタユニットは、例えば図39に示す回路によって読み出し及び書き戻しが可能である。 By doing in this way, it is possible to switch to four sets of data selected by the signals S 1 to S 4 as the data of the ferroelectric capacitors C a , C ax , C b , and C bx . The NAND type capacitor unit of FIG. 40 can be read and written back in the same manner as a general latch by using the circuit shown in FIG. 39, for example. 41 can be read and written back by the circuit shown in FIG. 39, for example.

なお、上記の例では、4つの容量から1つを選択する例を示したが、並列或いは直列に設ける容量の数は、4つに限定されるものではなく、任意の数とすることができる。   In the above example, one of four capacitors is selected. However, the number of capacitors provided in parallel or in series is not limited to four, and can be any number. .

また、図40の不揮発性ラッチ回路の例において、容量Cax,Cbxを常誘電体キャパシタで形成し、容量C,Cのみを強誘電体キャパシタのNAND型キャパシタユニットとしてもよい。 In the example of the nonvolatile latch circuit of FIG. 40, the capacitors C ax and C bx may be formed of paraelectric capacitors, and only the capacitors C a and C b may be a NAND capacitor unit of a ferroelectric capacitor.

また、図41の不揮発性ラッチの例において、容量Cax,Cbxを常誘電体キャパシタで形成し、容量C,Cのみを強誘電体キャパシタのNOR型キャパシタユニットとしてもよい。 In the example of the nonvolatile latch of FIG. 41, the capacitors C ax and C bx may be formed of paraelectric capacitors, and only the capacitors C a and C b may be NOR capacitor units of ferroelectric capacitors.

また、図39に示す不揮発性ラッチの強誘電体キャパシタC,Cax,C,Cbxを置き換えるキャパシタユニットは、必ずしもNAND型キャパシタユニット又はNOR型キャパシタユニットのいずれか一方に統一する必要はない。例えば、強誘電体キャパシタC,CをNOR型キャパシタユニットに置き換え、強誘電体キャパシタCax,CbxをNAND型キャパシタユニットに置き換えるようにしてもよい。 Further, the capacitor unit that replaces the ferroelectric capacitors C a , C ax , C b , and C bx of the nonvolatile latch shown in FIG. 39 is not necessarily required to be unified with either the NAND type capacitor unit or the NOR type capacitor unit. Absent. For example, the ferroelectric capacitors C a and C b may be replaced with NOR type capacitor units, and the ferroelectric capacitors C ax and C bx may be replaced with NAND type capacitor units.

なお、本実施形態では、フリップフロップ回路の入力ノード及び出力ノードに接続された強誘電体キャパシタを有する不揮発性ラッチ回路を示したが、不揮発性ラッチ回路の基本構成はこれに限定されるものではない。強誘電体キャパシタを用いた不揮発性ラッチ回路であれば、広く適用が可能である。   In this embodiment, the nonvolatile latch circuit having the ferroelectric capacitor connected to the input node and the output node of the flip-flop circuit is shown. However, the basic configuration of the nonvolatile latch circuit is not limited to this. Absent. Any nonvolatile latch circuit using a ferroelectric capacitor can be widely applied.

このように、本実施形態によれば、ラッチ回路の強誘電体キャパシタとして、複数の強誘電体キャパシタから所望の強誘電体キャパシタを選択して接続するキャパシタユニットを設けるので、ラッチ回路の強誘電体キャパシタの電荷保持状態を所望のセットに容易に切り換えることができる。   Thus, according to the present embodiment, as the ferroelectric capacitor of the latch circuit, the capacitor unit for selecting and connecting a desired ferroelectric capacitor from a plurality of ferroelectric capacitors is provided. The charge retention state of the body capacitor can be easily switched to a desired set.

[変形実施形態]
上記実施形態に記載した論理回路及びその駆動方法は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
[Modified Embodiment]
The logic circuit and the driving method thereof described in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately modified or changed according to the common general knowledge of those skilled in the art.

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.

(付記1) 第1及び第2の強誘電体キャパシタ群と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する評価回路と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第2の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む第1の転送回路と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む第2の転送回路と
を有することを特徴とする論理回路。
(Supplementary Note 1) First and second ferroelectric capacitor groups;
It is connected to the first ferroelectric capacitor group, detects the amount of charge read from the first ferroelectric capacitor group, and enters the charge holding state stored in the first ferroelectric capacitor group. An evaluation circuit for evaluating the result of a predetermined logic synthesis according to
The second ferroelectric capacitor group is connected between the first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group, and a charge corresponding to a read charge from the first ferroelectric capacitor group is transferred to the second ferroelectric capacitor group. A first transfer circuit for transferring to the body capacitor group and writing to the second ferroelectric capacitor group;
The first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group are connected between the first ferroelectric capacitor group, and a charge corresponding to a read charge from the second ferroelectric capacitor group is transferred to the first ferroelectric capacitor group. And a second transfer circuit for transferring to the body capacitor group and writing to the first ferroelectric capacitor group.

(付記2) 付記1記載の論理回路において、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電流を入力とし、前記第2の強誘電体キャパシタ群への書き込み電流を出力とする第1のカレントミラー回路を有し、
前記第2の転送回路は、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電流を入力とし、前記第1の強誘電体キャパシタ群への書き込み電流を出力とする第2のカレントミラー回路を有する
ことを特徴とする論理回路。
(Appendix 2) In the logic circuit described in Appendix 1,
The first transfer circuit has a first current mirror circuit that inputs a read current from the first ferroelectric capacitor group and outputs a write current to the second ferroelectric capacitor group. And
The second transfer circuit includes a second current mirror circuit that inputs a read current from the second ferroelectric capacitor group and outputs a write current to the first ferroelectric capacitor group. A logic circuit characterized by that.

(付記3) 付記1記載の論理回路において、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出した電荷を前記第2の強誘電体キャパシタ群に転送する第1のチャージトランスファアンプを有し、
前記第2の転送回路は、前記第2の強誘電体キャパシタ群から読み出した電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送する第2のチャージトランスファアンプを有する
ことを特徴とする論理回路。
(Appendix 3) In the logic circuit described in Appendix 1,
The first transfer circuit includes a first charge transfer amplifier that transfers charges read from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group;
The logic circuit, wherein the second transfer circuit includes a second charge transfer amplifier that transfers charges read from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group.

(付記4) 付記3記載の論理回路において、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論理回路。
(Appendix 4) In the logic circuit described in Appendix 3,
The logic circuit according to claim 1, wherein the first transfer circuit amplifies the electric charge read from the first ferroelectric capacitor group and writes the amplified charge to the second ferroelectric capacitor group.

(付記5) 付記4記載の論理回路において、
前記第2の転送回路は、前記第2の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論理回路。
(Appendix 5) In the logic circuit described in Appendix 4,
The logic circuit according to claim 2, wherein the second transfer circuit amplifies the electric charge read from the second ferroelectric capacitor group and writes the amplified charge to the first ferroelectric capacitor group.

(付記6) 付記4又は5記載の論理回路において、
前記第2の強誘電体キャパシタ群に含まれる強誘電体キャパシタの容量は、前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる強誘電体キャパシタの容量よりも大きい
ことを特徴とする論理回路。
(Appendix 6) In the logic circuit described in Appendix 4 or 5,
A logic circuit, wherein a capacitance of a ferroelectric capacitor included in the second ferroelectric capacitor group is larger than a capacitance of a ferroelectric capacitor included in the first ferroelectric capacitor group.

(付記7) 付記1又は2記載の論理回路において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群は、第1の強誘電体キャパシタ及び第2の強誘電体キャパシタを含み、
前記第2の強誘電体キャパシタ群は、第3の強誘電体キャパシタ及び第4の強誘電体キャパシタを含み、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタを書き込み、
前記第2の転送回路は、前記第3の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタを書き込む
ことを特徴とする論理回路。
(Supplementary note 7) In the logic circuit according to supplementary note 1 or 2,
The first ferroelectric capacitor group includes a first ferroelectric capacitor and a second ferroelectric capacitor;
The second ferroelectric capacitor group includes a third ferroelectric capacitor and a fourth ferroelectric capacitor,
The first transfer circuit transfers charges corresponding to the read charges from the first ferroelectric capacitor to the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor, respectively. 3 ferroelectric capacitors and the fourth ferroelectric capacitor,
The second transfer circuit transfers charges corresponding to the read charges from the third ferroelectric capacitor to the first ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor, respectively. A logic circuit, wherein one ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor are written.

(付記8) 付記1乃至7のいずれか1項に記載の論理回路において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群及び前記第2の強誘電体キャパシタ群は、強誘電体キャパシタとスイッチとの並列接続体が複数直列に接続されたNAND型キャパシタユニットを含む
ことを特徴とする論理回路。
(Supplementary note 8) In the logic circuit according to any one of supplementary notes 1 to 7,
The first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group include a NAND type capacitor unit in which a plurality of parallel connection bodies of ferroelectric capacitors and switches are connected in series. Logic circuit.

(付記9) 付記1乃至7のいずれか1項に記載の論理回路において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群及び前記第2の強誘電体キャパシタ群は、強誘電体キャパシタとスイッチとの直列接続体が複数並列に接続されたNOR型キャパシタユニットを含む
ことを特徴とする論理回路。
(Supplementary note 9) In the logic circuit according to any one of supplementary notes 1 to 7,
The first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group include a NOR type capacitor unit in which a plurality of serially connected bodies of ferroelectric capacitors and switches are connected in parallel. Logic circuit.

(付記10) 付記1乃至9のいずれか1項に記載の論理回路において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタは、一方の電極がプレート線に共通接続されており、前記評価回路は、前記プレート線に読み出された総電荷量をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路。
(Supplementary note 10) In the logic circuit according to any one of supplementary notes 1 to 9,
One electrode of the plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group is commonly connected to a plate line, and the evaluation circuit calculates the total amount of charge read to the plate line. A logic circuit characterized by evaluating the result of logic synthesis.

(付記11) 付記1乃至9のいずれか1項に記載の論理回路において、
前記評価回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタのそれぞれから読み出された電荷量のうちの最大値をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路。
(Supplementary note 11) In the logic circuit according to any one of supplementary notes 1 to 9,
The evaluation circuit evaluates a result of logic synthesis based on a maximum value among charge amounts read from each of a plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group; Characteristic logic circuit.

(付記12) 第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する論理回路の駆動方法であって、
前記第1の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行う際に、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を第2の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、前記電荷保持状態を前記第2の強誘電体キャパシタ群によりバックアップし、
前記第2の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行い、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、バックアップした前記電荷保持状態を前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き戻す
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
(Additional remark 12) The electric charge read from the 1st ferroelectric capacitor group is detected, and the result of the predetermined logic composition according to the electric charge holding state memorize | stored in the said 1st ferroelectric capacitor group is evaluated. A logic circuit driving method,
When reading out the first ferroelectric capacitor group, by transferring a charge corresponding to the read charge from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group, the charge The holding state is backed up by the second ferroelectric capacitor group,
The second ferroelectric capacitor group is read out, and the backup is performed by transferring the charge according to the readout charge from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group. A method of driving a logic circuit, wherein the charge holding state is written back to the first ferroelectric capacitor group.

(付記13) 付記12記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論路回路の駆動方法。
(Supplementary note 13) In the logic circuit driving method according to supplementary note 12,
A logic circuit driving method, comprising: amplifying the electric charge read from the first ferroelectric capacitor group and writing the amplified charge to the second ferroelectric capacitor group.

(付記14) 付記12又は13記載の論理回路の駆動方法において、
前記第2の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
(Supplementary note 14) In the logic circuit driving method according to supplementary note 12 or 13,
A method for driving a logic circuit, comprising: amplifying a charge read from the second ferroelectric capacitor group and writing the amplified charge to the first ferroelectric capacitor group.

(付記15) 付記12乃至14のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群は、第1の強誘電体キャパシタ及び第2の強誘電体キャパシタを含み、
前記第2の強誘電体キャパシタ群は、第3の強誘電体キャパシタ及び第4の強誘電体キャパシタを含み、
前記電荷保持状態をバックアップする際に、前記第1の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタを書き込み、
バックアップした前記電荷保持状態を前記第1の強誘電体キャパシタ群を書き戻す際に、前記第3の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタを書き込む
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
(Supplementary Note 15) In the logic circuit driving method according to any one of Supplementary Notes 12 to 14,
The first ferroelectric capacitor group includes a first ferroelectric capacitor and a second ferroelectric capacitor;
The second ferroelectric capacitor group includes a third ferroelectric capacitor and a fourth ferroelectric capacitor,
When backing up the charge retention state, the charge corresponding to the read charge from the first ferroelectric capacitor is transferred to each of the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor. Writing the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor;
When the first ferroelectric capacitor group is written back to the backed-up charge retention state, the charge corresponding to the read charge from the third ferroelectric capacitor is changed to the first ferroelectric capacitor and the first ferroelectric capacitor. A method for driving a logic circuit, wherein the first ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor are written by transferring to each of the two ferroelectric capacitors.

(付記16) 付記12乃至15のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタから読み出された総電荷量をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
(Supplementary note 16) In the logic circuit driving method according to any one of supplementary notes 12 to 15,
A logic circuit driving method, comprising: evaluating a result of logic synthesis based on a total charge amount read from a plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group.

(付記17) 付記12乃至15のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタのそれぞれから読み出された電荷量のうちの最大値をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
(Supplementary note 17) In the logic circuit driving method according to any one of supplementary notes 12 to 15,
A logic circuit characterized in that a logic synthesis result is evaluated based on a maximum value among electric charges read from each of a plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group. Driving method.

(付記18) フリップフロップ回路と、
前記フリップフロップ回路の入力ノードに接続された第1及び第2のキャパシタと、
前記フリップフロップ回路の出力ノードに接続された第3及び第4のキャパシタとを有し、
前記第1乃至第4のキャパシタの少なくとも一つが、強誘電体キャパシタとスイッチとの並列接続体が複数直列に接続された第1のキャパシタユニットを含む
ことを特徴とする不揮発性ラッチ回路。
(Supplementary Note 18) Flip-flop circuit,
First and second capacitors connected to an input node of the flip-flop circuit;
A third and a fourth capacitor connected to an output node of the flip-flop circuit;
A nonvolatile latch circuit, wherein at least one of the first to fourth capacitors includes a first capacitor unit in which a plurality of parallel connection bodies of a ferroelectric capacitor and a switch are connected in series.

(付記19) フリップフロップ回路と、
前記フリップフロップ回路の入力ノードに接続された第1及び第2のキャパシタと、
前記フリップフロップ回路の出力ノードに接続された第3及び第4のキャパシタとを有し、
前記第1乃至第4のキャパシタの少なくとも一つが、強誘電体キャパシタとスイッチとの直列接続体が複数並列に接続された第1のキャパシタユニットを含む
ことを特徴とする不揮発性ラッチ回路。
(Supplementary note 19) Flip-flop circuit;
First and second capacitors connected to an input node of the flip-flop circuit;
A third and a fourth capacitor connected to an output node of the flip-flop circuit;
A nonvolatile latch circuit, wherein at least one of the first to fourth capacitors includes a first capacitor unit in which a plurality of serially connected bodies of ferroelectric capacitors and switches are connected in parallel.

(付記20) 付記18又は19記載の不揮発性ラッチ回路において、
前記第1のキャパシタユニットと同型の第2のキャパシタユニットと、
前記第1のキャパシタユニットと前記第2のキャパシタユニットとの間に接続され、前記第1のキャパシタユニットの前記強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第2のキャパシタユニットに転送して前記第2のキャパシタユニットの強誘電体キャパシタに書き込む第1の転送回路と、
前記第2のキャパシタユニットの前記強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1のキャパシタユニットに転送して前記第1のキャパシタユニットの前記強誘電体キャパシタに書き込む第2の転送回路と
を更に有することを特徴とする不揮発性ラッチ回路。
(Supplementary note 20) In the nonvolatile latch circuit according to supplementary note 18 or 19,
A second capacitor unit of the same type as the first capacitor unit;
Connected between the first capacitor unit and the second capacitor unit, and transfers a charge corresponding to a read charge from the ferroelectric capacitor of the first capacitor unit to the second capacitor unit. A first transfer circuit for writing into a ferroelectric capacitor of the second capacitor unit;
A second transfer circuit for transferring a charge corresponding to a read charge from the ferroelectric capacitor of the second capacitor unit to the first capacitor unit and writing the charge to the ferroelectric capacitor of the first capacitor unit; And a non-volatile latch circuit.

10…コンパレータ
12…インバータ
14…強制書き込みゲート
16…バイラテラルゲート
18…評価/書き戻し回路
20…読み出し回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Comparator 12 ... Inverter 14 ... Forced write gate 16 ... Bilateral gate 18 ... Evaluation / write-back circuit 20 ... Read-out circuit

Claims (10)

第1及び第2の強誘電体キャパシタ群と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する評価回路と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第2の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む第1の転送回路と、
前記第1の強誘電体キャパシタ群と前記第2の強誘電体キャパシタ群との間に接続され、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む第2の転送回路と
を有することを特徴とする論理回路。
First and second ferroelectric capacitor groups;
It is connected to the first ferroelectric capacitor group, detects the amount of charge read from the first ferroelectric capacitor group, and enters the charge holding state stored in the first ferroelectric capacitor group. An evaluation circuit for evaluating the result of a predetermined logic synthesis according to
The second ferroelectric capacitor group is connected between the first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group, and a charge corresponding to a read charge from the first ferroelectric capacitor group is transferred to the second ferroelectric capacitor group. A first transfer circuit for transferring to the body capacitor group and writing to the second ferroelectric capacitor group;
The first ferroelectric capacitor group and the second ferroelectric capacitor group are connected between the first ferroelectric capacitor group, and a charge corresponding to a read charge from the second ferroelectric capacitor group is transferred to the first ferroelectric capacitor group. And a second transfer circuit for transferring to the body capacitor group and writing to the first ferroelectric capacitor group.
請求項1記載の論理回路において、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電流を入力とし、前記第2の強誘電体キャパシタ群への書き込み電流を出力とする第1のカレントミラー回路を有し、
前記第2の転送回路は、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電流を入力とし、前記第1の強誘電体キャパシタ群への書き込み電流を出力とする第2のカレントミラー回路を有する
ことを特徴とする論理回路。
The logic circuit according to claim 1, wherein
The first transfer circuit has a first current mirror circuit that inputs a read current from the first ferroelectric capacitor group and outputs a write current to the second ferroelectric capacitor group. And
The second transfer circuit includes a second current mirror circuit that inputs a read current from the second ferroelectric capacitor group and outputs a write current to the first ferroelectric capacitor group. A logic circuit characterized by that.
請求項1記載の論理回路において、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出した電荷を前記第2の強誘電体キャパシタ群に転送する第1のチャージトランスファアンプを有し、
前記第2の転送回路は、前記第2の強誘電体キャパシタ群から読み出した電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送する第2のチャージトランスファアンプを有する
ことを特徴とする論理回路。
The logic circuit according to claim 1, wherein
The first transfer circuit includes a first charge transfer amplifier that transfers charges read from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group;
The logic circuit, wherein the second transfer circuit includes a second charge transfer amplifier that transfers charges read from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group.
請求項1又は2記載の論理回路において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群は、第1の強誘電体キャパシタ及び第2の強誘電体キャパシタを含み、
前記第2の強誘電体キャパシタ群は、第3の強誘電体キャパシタ及び第4の強誘電体キャパシタを含み、
前記第1の転送回路は、前記第1の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタを書き込み、
前記第2の転送回路は、前記第3の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタを書き込む
ことを特徴とする論理回路。
The logic circuit according to claim 1 or 2,
The first ferroelectric capacitor group includes a first ferroelectric capacitor and a second ferroelectric capacitor;
The second ferroelectric capacitor group includes a third ferroelectric capacitor and a fourth ferroelectric capacitor,
The first transfer circuit transfers charges corresponding to the read charges from the first ferroelectric capacitor to the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor, respectively. 3 ferroelectric capacitors and the fourth ferroelectric capacitor,
The second transfer circuit transfers charges corresponding to the read charges from the third ferroelectric capacitor to the first ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor, respectively. A logic circuit, wherein one ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor are written.
第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷量を検出し、前記第1の強誘電体キャパシタ群に記憶された電荷保持状態に応じた所定の論理合成の結果を評価する論理回路の駆動方法であって、
前記第1の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行う際に、前記第1の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を第2の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、前記電荷保持状態を前記第2の強誘電体キャパシタ群によりバックアップし、
前記第2の強誘電体キャパシタ群の読み出しを行い、前記第2の強誘電体キャパシタ群からの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ群に転送することにより、バックアップした前記電荷保持状態を前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き戻す
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
A logic circuit that detects a charge amount read from the first ferroelectric capacitor group and evaluates a result of a predetermined logic synthesis according to a charge holding state stored in the first ferroelectric capacitor group. A driving method comprising:
When reading out the first ferroelectric capacitor group, by transferring a charge corresponding to the read charge from the first ferroelectric capacitor group to the second ferroelectric capacitor group, the charge The holding state is backed up by the second ferroelectric capacitor group,
The second ferroelectric capacitor group is read out, and the backup is performed by transferring the charge according to the readout charge from the second ferroelectric capacitor group to the first ferroelectric capacitor group. A method of driving a logic circuit, wherein the charge holding state is written back to the first ferroelectric capacitor group.
請求項5記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第2の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論路回路の駆動方法。
The logic circuit driving method according to claim 5, wherein:
A logic circuit driving method, comprising: amplifying the electric charge read from the first ferroelectric capacitor group and writing the amplified charge to the second ferroelectric capacitor group.
請求項5又は6記載の論理回路の駆動方法において、
前記第2の強誘電体キャパシタ群から読み出された電荷を増幅して前記第1の強誘電体キャパシタ群に書き込む
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
The logic circuit driving method according to claim 5 or 6, wherein:
A method for driving a logic circuit, comprising: amplifying a charge read from the second ferroelectric capacitor group and writing the amplified charge to the first ferroelectric capacitor group.
請求項5乃至7のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群は、第1の強誘電体キャパシタ及び第2の強誘電体キャパシタを含み、
前記第2の強誘電体キャパシタ群は、第3の強誘電体キャパシタ及び第4の強誘電体キャパシタを含み、
前記電荷保持状態をバックアップする際に、前記第1の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第3の強誘電体キャパシタ及び前記第4の強誘電体キャパシタを書き込み、
バックアップした前記電荷保持状態を前記第1の強誘電体キャパシタ群を書き戻す際に、前記第3の強誘電体キャパシタからの読み出し電荷に応じた電荷を前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタのそれぞれに転送して前記第1の強誘電体キャパシタ及び前記第2の強誘電体キャパシタを書き込む
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
The method for driving a logic circuit according to any one of claims 5 to 7,
The first ferroelectric capacitor group includes a first ferroelectric capacitor and a second ferroelectric capacitor;
The second ferroelectric capacitor group includes a third ferroelectric capacitor and a fourth ferroelectric capacitor,
When backing up the charge retention state, the charge corresponding to the read charge from the first ferroelectric capacitor is transferred to each of the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor. Writing the third ferroelectric capacitor and the fourth ferroelectric capacitor;
When the first ferroelectric capacitor group is written back to the backed-up charge retention state, the charge corresponding to the read charge from the third ferroelectric capacitor is changed to the first ferroelectric capacitor and the first ferroelectric capacitor. A method for driving a logic circuit, wherein the first ferroelectric capacitor and the second ferroelectric capacitor are written by transferring to each of the two ferroelectric capacitors.
請求項5乃至8のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタから読み出された総電荷量をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
In the driving method of the logic circuit according to any one of claims 5 to 8,
A logic circuit driving method, comprising: evaluating a result of logic synthesis based on a total charge amount read from a plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group.
請求項5乃至8のいずれか1項に記載の論理回路の駆動方法において、
前記第1の強誘電体キャパシタ群に含まれる複数の強誘電体キャパシタのそれぞれから読み出された電荷量のうちの最大値をもとに論理合成の結果を評価する
ことを特徴とする論理回路の駆動方法。
In the driving method of the logic circuit according to any one of claims 5 to 8,
A logic circuit characterized in that a logic synthesis result is evaluated based on a maximum value among electric charges read from each of a plurality of ferroelectric capacitors included in the first ferroelectric capacitor group. Driving method.
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