JP3288749B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
係り、特に半導体集積回路装置の内部電源の改良に関す
る。
係り、特に半導体集積回路装置の内部電源の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置は、素子の微細化,
高集積化が進み、64MビットDRAMや1000万ト
ラジスタ・レベルのMPU等が実用化されつつある。半
導体集積回路装置の大規模集積化に伴って、例えば、M
OS集積回路装置では、サブミクロンのチャネル長を持
つMOSFETが用いられている。
高集積化が進み、64MビットDRAMや1000万ト
ラジスタ・レベルのMPU等が実用化されつつある。半
導体集積回路装置の大規模集積化に伴って、例えば、M
OS集積回路装置では、サブミクロンのチャネル長を持
つMOSFETが用いられている。
【0003】このような微細素子を持つ半導体集積回路
装置では、これまでの外部電源電位Vcc=5Vをそのま
ま用いたのでは、第1に、信頼性が確保できない。例え
ば、ホットキャリア生成による不良や、TDDB(Time
Dependent Dielectric Break Down)不良等が大きな問
題になる。第2に、大規模化に伴って消費電力がますま
す大きくなるという問題がある。
装置では、これまでの外部電源電位Vcc=5Vをそのま
ま用いたのでは、第1に、信頼性が確保できない。例え
ば、ホットキャリア生成による不良や、TDDB(Time
Dependent Dielectric Break Down)不良等が大きな問
題になる。第2に、大規模化に伴って消費電力がますま
す大きくなるという問題がある。
【0004】このような問題を解決するには、外部電源
電位を下げることが必要である。しかしながら、ユ−ザ
−の立場からすると、他の回路との整合性の必要上、外
部電源電位は一定であることが望ましい。
電位を下げることが必要である。しかしながら、ユ−ザ
−の立場からすると、他の回路との整合性の必要上、外
部電源電位は一定であることが望ましい。
【0005】そこで、例えば、16MビットDRAMで
は、図7に示すような外部電源電位Vcc=5Vを用い、
チップ内部に降圧器を設けて内部電源電位Vint =3.
3Vを発生させるという工夫がなされている。
は、図7に示すような外部電源電位Vcc=5Vを用い、
チップ内部に降圧器を設けて内部電源電位Vint =3.
3Vを発生させるという工夫がなされている。
【0006】64MビットDRAMでは、外部電源電位
Vcc=3.3Vとすることが予定されている。しかし、
256MビットDRAMになるとこれでも高く、内部電
源電位として、Vint =2.5〜1.5Vが必要とな
る。
Vcc=3.3Vとすることが予定されている。しかし、
256MビットDRAMになるとこれでも高く、内部電
源電位として、Vint =2.5〜1.5Vが必要とな
る。
【0007】半導体メモリにおいては、定電流源回路を
持つ多くのロジック回路と異なり、消費電流は時間と共
に変化する。図7に示すようなオンチップの降圧器を用
いたメモリにおいて、メモリ・チップの消費電力をI
(t)とすると、メモリ回路自信の消費電力が、 P1 =I(t)×Vint であるのに対し、降圧器での消費電力は、 P2 =I(t)×(Vcc−Vint ) となる。
持つ多くのロジック回路と異なり、消費電流は時間と共
に変化する。図7に示すようなオンチップの降圧器を用
いたメモリにおいて、メモリ・チップの消費電力をI
(t)とすると、メモリ回路自信の消費電力が、 P1 =I(t)×Vint であるのに対し、降圧器での消費電力は、 P2 =I(t)×(Vcc−Vint ) となる。
【0008】内部電源電位Vint は、例えば、Vcc/
2,Vcc/3,Vcc/4等に設定されるが、Vint =V
cc/2とすると、P1 =P2 となる。即ち、メモリ・チ
ップの消費電力の半分は降圧器で無駄に消費されること
になる。無駄な電力を消費しない降圧器として、インダ
クタンスを用いる方法があるが、オンチップ方式として
は実現困難である。
2,Vcc/3,Vcc/4等に設定されるが、Vint =V
cc/2とすると、P1 =P2 となる。即ち、メモリ・チ
ップの消費電力の半分は降圧器で無駄に消費されること
になる。無駄な電力を消費しない降圧器として、インダ
クタンスを用いる方法があるが、オンチップ方式として
は実現困難である。
【0009】そこで、本発明者等は先に無駄な電力消費
をなくして低電源動作を可能とした半導体集積回路装置
を提案した(特願平3−91730号)。この半導体集
積回路装置は,図8に示す如き構成になっている。
をなくして低電源動作を可能とした半導体集積回路装置
を提案した(特願平3−91730号)。この半導体集
積回路装置は,図8に示す如き構成になっている。
【0010】即ち、半導体基板に形成された集積回路部
111 と集積回路部112 とは、外部の高電源電位Vcc
と低電源電位Vssとの間に縦続接続され、これによって
集積回路部111 ,112 に直列に電流が供給される。
また、基板上には、この他、チップ外部との間で信号の
授受を行なうための入力回路・制御回路12及び出力回
路13が形成されている。
111 と集積回路部112 とは、外部の高電源電位Vcc
と低電源電位Vssとの間に縦続接続され、これによって
集積回路部111 ,112 に直列に電流が供給される。
また、基板上には、この他、チップ外部との間で信号の
授受を行なうための入力回路・制御回路12及び出力回
路13が形成されている。
【0011】高電位電源側(上段)の集積回路部111
と、下電位電源側(下段)の集積回路部112 とは、同
様な回路構成を有する。いずれも、消費電力は時間と共
に変化するが、上段、下段の集積回路部11,12の消
費電力I1 (t),I2 (t)を比較すると、図9に示
すようにどのタイミングでも等しいという同期のとれた
動作を行なうものとする。
と、下電位電源側(下段)の集積回路部112 とは、同
様な回路構成を有する。いずれも、消費電力は時間と共
に変化するが、上段、下段の集積回路部11,12の消
費電力I1 (t),I2 (t)を比較すると、図9に示
すようにどのタイミングでも等しいという同期のとれた
動作を行なうものとする。
【0012】このとき、縦積みされた上段の集積回路部
111 と下段の集積回路部112 との接続部Vmmは、図
10に示すように、時間によらず一定の中間電位Vmm=
Vcc/2となる。このため、上段の集積回路部111 に
は、内部電源電圧としてVcc−Vmm=Vcc/2が印加さ
れ、下段の集積回路部112 には同じく内部電源電圧と
してVcc/2が印加され、外部電源電位を下げることな
く、有効な消費電力を半分にすることができる。なお、
入力回路・制御回路12及び出力回路13の部分は、外
部電源電圧Vcc−Vssで動作する。しかしながら、この
ように構成された半導体集積回路装置には次のような問
題があった。
111 と下段の集積回路部112 との接続部Vmmは、図
10に示すように、時間によらず一定の中間電位Vmm=
Vcc/2となる。このため、上段の集積回路部111 に
は、内部電源電圧としてVcc−Vmm=Vcc/2が印加さ
れ、下段の集積回路部112 には同じく内部電源電圧と
してVcc/2が印加され、外部電源電位を下げることな
く、有効な消費電力を半分にすることができる。なお、
入力回路・制御回路12及び出力回路13の部分は、外
部電源電圧Vcc−Vssで動作する。しかしながら、この
ように構成された半導体集積回路装置には次のような問
題があった。
【0013】即ち、図11に示す如く、同一回路構成,
同期動作のn(n≧3)段の集積回路部111 ,1
12 ,…,11n を電源間に縦続接続すれば、外部電源
電位Vcc−Vssをn等分した電源電位を、各集積回路部
111 ,112 ,…,11n に印加することはできた
が、外部電源電位Vcc−Vssの自然数等分でない電源電
位、例えば、外部電源電位Vcc−Vssを10/3等分し
たような電源電位は印加できなかった。
同期動作のn(n≧3)段の集積回路部111 ,1
12 ,…,11n を電源間に縦続接続すれば、外部電源
電位Vcc−Vssをn等分した電源電位を、各集積回路部
111 ,112 ,…,11n に印加することはできた
が、外部電源電位Vcc−Vssの自然数等分でない電源電
位、例えば、外部電源電位Vcc−Vssを10/3等分し
たような電源電位は印加できなかった。
【0014】したがって、このような構成では、64M
ビットDRAMの外部電源電位、例えば、予定されてい
る外部電源電位Vcc=3.3Vを用いて、2.5〜1.
5V程度の内部電源電位を必要とする256MビットD
RAMに対応するのは困難である。また、たとえ、3.
3Vのn等分の電位が許容範囲であっても、信頼性上の
観点からなるべく所定の内部電源電位に近いほうが望ま
しい。
ビットDRAMの外部電源電位、例えば、予定されてい
る外部電源電位Vcc=3.3Vを用いて、2.5〜1.
5V程度の内部電源電位を必要とする256MビットD
RAMに対応するのは困難である。また、たとえ、3.
3Vのn等分の電位が許容範囲であっても、信頼性上の
観点からなるべく所定の内部電源電位に近いほうが望ま
しい。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、オンチッ
プの降圧器を用いた従来の半導体集積回路装置では、降
圧器で無駄な電力を消費するとい問題があった。そこ
で、降圧器を用いずに無駄な電力消費をなくして低電源
動作を可能とした半導体集積回路装置が提案されたが、
この半導体集積回路装置は、外部高電源電位のn等分の
内部電源電位しか生成できないという問題があった。
プの降圧器を用いた従来の半導体集積回路装置では、降
圧器で無駄な電力を消費するとい問題があった。そこ
で、降圧器を用いずに無駄な電力消費をなくして低電源
動作を可能とした半導体集積回路装置が提案されたが、
この半導体集積回路装置は、外部高電源電位のn等分の
内部電源電位しか生成できないという問題があった。
【0016】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、無駄な消費電力が少な
く、外部電源電位から所望の内部電源電位を生成できる
半導体集積回路装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、無駄な消費電力が少な
く、外部電源電位から所望の内部電源電位を生成できる
半導体集積回路装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体集積回路装置は、直列接続された
第1の内部回路と第1の内部降圧回路とからなる第1の
回路と、この第1の回路に選択的に接続され、前記第1
の回路の消費電力の時間変化と同様な消費電力の時間変
化を示す、直列接続された第2の内部回路と第2の内部
降圧回路とからなる第2の回路とを備え、前記第1の回
路が前記第2の回路から切り離されているときには、前
記第1の回路及び前記第2の回路は、外部高電源電位と
外部低電源電位との間で、並列接続され、前記第1の回
路が前記第2の回路に接続されているときには、前記第
1の回路及び前記第2の回路は、外部高電源電位と外部
低電源電位との間で、直列接続されていることを特徴と
する。
めに、本発明の半導体集積回路装置は、直列接続された
第1の内部回路と第1の内部降圧回路とからなる第1の
回路と、この第1の回路に選択的に接続され、前記第1
の回路の消費電力の時間変化と同様な消費電力の時間変
化を示す、直列接続された第2の内部回路と第2の内部
降圧回路とからなる第2の回路とを備え、前記第1の回
路が前記第2の回路から切り離されているときには、前
記第1の回路及び前記第2の回路は、外部高電源電位と
外部低電源電位との間で、並列接続され、前記第1の回
路が前記第2の回路に接続されているときには、前記第
1の回路及び前記第2の回路は、外部高電源電位と外部
低電源電位との間で、直列接続されていることを特徴と
する。
【0018】
【作用】本発明によれば、Vcc/2<VintL,且つVcc
/2<Vcc−VintUのときには第1の内部降圧回路と第
2の内部降圧回路を切り離し、第1及び第2の内部降圧
回路をそれぞれ外部高電位電源,外部低電位電源に接続
して、第1の内部電源電位を外部高電位電源から生成
し、第2の内部電源電位を外部低電位電源から生成する
ことで、無駄な消費電力を50%未満にすることができ
る。
/2<Vcc−VintUのときには第1の内部降圧回路と第
2の内部降圧回路を切り離し、第1及び第2の内部降圧
回路をそれぞれ外部高電位電源,外部低電位電源に接続
して、第1の内部電源電位を外部高電位電源から生成
し、第2の内部電源電位を外部低電位電源から生成する
ことで、無駄な消費電力を50%未満にすることができ
る。
【0019】また、Vcc/2≧VintL,且つVcc/2≧
Vcc−VintUのときには第1及び第2の内部降圧回路を
それぞれ外部高電位電源,外部低電位電源から切り離
し、第1の内部降圧回路と第2の内部降圧回路とを接続
して、第1の内部降圧回路と第2の内部降圧回路との間
の接続ノードの電位をVcc/2にすることで、Vcc/2
=VintL=VintUの場合には無駄な消費電力をなくすこ
とができる。また、Vcc/2>VintL,Vcc/2<V
intUの場合には、第1,第2の内部電源電位を上記Vcc
/2から生成することにより、Vcc/4<VintL<Vcc
/1,且つVcc/4≧Vcc−VintU<Vccに場合には無
駄な消費電力を50%未満にすることができる。
Vcc−VintUのときには第1及び第2の内部降圧回路を
それぞれ外部高電位電源,外部低電位電源から切り離
し、第1の内部降圧回路と第2の内部降圧回路とを接続
して、第1の内部降圧回路と第2の内部降圧回路との間
の接続ノードの電位をVcc/2にすることで、Vcc/2
=VintL=VintUの場合には無駄な消費電力をなくすこ
とができる。また、Vcc/2>VintL,Vcc/2<V
intUの場合には、第1,第2の内部電源電位を上記Vcc
/2から生成することにより、Vcc/4<VintL<Vcc
/1,且つVcc/4≧Vcc−VintU<Vccに場合には無
駄な消費電力を50%未満にすることができる。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の一実施例に係る半導体集積回路装
置のブロック図である。
る。図1は、本発明の一実施例に係る半導体集積回路装
置のブロック図である。
【0021】下部内部回路1(第1の内部回路)は、電
位Vssの外部低電位電源に接続されていると共に、下部
内部降圧器3(第1の内部降圧回路),スイッチSW1
を介して電位Vccの外部高電源電位に選択的に接続され
るようになっている。また、下部内部回路1の動作電位
は、下部内部回路1と下部内部降圧器3との間の接続ノ
ードの電位(以下、下部内部電源電位という)をVintL
(Vss<VintL≦Vcc)とすると、高電源電位Vccと下
部内部電源電位VintL(Vss<VintL≦Vcc)との間と
なる。
位Vssの外部低電位電源に接続されていると共に、下部
内部降圧器3(第1の内部降圧回路),スイッチSW1
を介して電位Vccの外部高電源電位に選択的に接続され
るようになっている。また、下部内部回路1の動作電位
は、下部内部回路1と下部内部降圧器3との間の接続ノ
ードの電位(以下、下部内部電源電位という)をVintL
(Vss<VintL≦Vcc)とすると、高電源電位Vccと下
部内部電源電位VintL(Vss<VintL≦Vcc)との間と
なる。
【0022】同様に、上部内部回路2(第2の内部回
路)には、電位Vccの外部高電位電源に接続されている
と共に、上部内部降圧器4(第2の内部降圧回路),ス
イッチSW2を介して電位Vssの外部の低電位電源に選
択的に接続される。上部内部回路2の動作電位は、上部
内部回路2と上部内部降圧器4との間の接続ノードの電
位(以下、上部内部電源電位という)をVintU(Vss≦
VintU<Vcc)とすると、上部内部電源電位VintUと高
電源電位Vccとの間となる。
路)には、電位Vccの外部高電位電源に接続されている
と共に、上部内部降圧器4(第2の内部降圧回路),ス
イッチSW2を介して電位Vssの外部の低電位電源に選
択的に接続される。上部内部回路2の動作電位は、上部
内部回路2と上部内部降圧器4との間の接続ノードの電
位(以下、上部内部電源電位という)をVintU(Vss≦
VintU<Vcc)とすると、上部内部電源電位VintUと高
電源電位Vccとの間となる。
【0023】下部内部回路1と上部内部回路2とは、ス
イッチSW3によって選択的に接続されるようになって
いる。また、下部内部回路1と上部内部回路2とは同一
回路構成を有し、更に、消費電力もどのタイミングでも
等しいという同期のとれた動作を行なうものとする。こ
のように構成された半導体集積回路装置では、次のよう
にして外部電源電位から所定の内部電源電位の生成が行
なわれる。
イッチSW3によって選択的に接続されるようになって
いる。また、下部内部回路1と上部内部回路2とは同一
回路構成を有し、更に、消費電力もどのタイミングでも
等しいという同期のとれた動作を行なうものとする。こ
のように構成された半導体集積回路装置では、次のよう
にして外部電源電位から所定の内部電源電位の生成が行
なわれる。
【0024】まず、内部降圧器3,4での電圧降下が高
電源電位Vccの50%未満の場合、つまり、Vcc/2<
VintL,且つVcc/2<Vcc−VintUの場合には、スイ
ッチSW1,2が閉じられ、即ち、導通し、スイッチS
W3が開かれる。この結果、下部内部回路1には、下部
内部降圧器3を介して、高電源電位である所定値の下部
内部電源電位VintL(Vcc/2<VintL≦Vcc)が印加
される。また、上部内部回路2には、上部内部降圧器4
を介して所定のレベルまで昇圧された上部内部電源電位
VintU(Vss<VintU<Vcc/2)が印加される。
電源電位Vccの50%未満の場合、つまり、Vcc/2<
VintL,且つVcc/2<Vcc−VintUの場合には、スイ
ッチSW1,2が閉じられ、即ち、導通し、スイッチS
W3が開かれる。この結果、下部内部回路1には、下部
内部降圧器3を介して、高電源電位である所定値の下部
内部電源電位VintL(Vcc/2<VintL≦Vcc)が印加
される。また、上部内部回路2には、上部内部降圧器4
を介して所定のレベルまで昇圧された上部内部電源電位
VintU(Vss<VintU<Vcc/2)が印加される。
【0025】次に内部降圧器3,4での電圧降下が高電
源電位Vccの50%の場合、つまり、VintL=VintU=
Vcc/2の場合は、スイッチSW1,2が開かれ、スイ
ッチSW3が閉じられる。この結果、図8と同じような
構成になるので、下部内部降圧器3と上部内部降圧器4
との間の接続ノードの電位はVcc/2となり、無駄な消
費電力がなくなる。
源電位Vccの50%の場合、つまり、VintL=VintU=
Vcc/2の場合は、スイッチSW1,2が開かれ、スイ
ッチSW3が閉じられる。この結果、図8と同じような
構成になるので、下部内部降圧器3と上部内部降圧器4
との間の接続ノードの電位はVcc/2となり、無駄な消
費電力がなくなる。
【0026】そして内部降圧器3,4での電圧降下が高
電源電位Vccの50%より大きい場合、つまり、VintL
<Vcc/2,且つVcc−VintU<Vcc/2の場合も、ス
イッチSW1,2が開かれ、スイッチSW3が閉じられ
る。この結果、下部内部降圧器3と上部内部降圧器4と
の間の接続ノードの電位はVcc/2となり、この電位V
cc/2は下部内部降圧器3,上部内部降圧器4によって
所定値の電位まで降下され、それぞれ下部内部回路1の
高電源電位,上部内部回路2の低電源電位が生成され
る。この場合、Vcc/4<VintL<Vcc/2,Vcc/4
<Vcc−VintU<Vcc/2においては、無駄な消費電力
を50%未満に抑えつつ、安定で一定の下部内部電源電
位VintL,上部内部電源電位VintUが得られる。
電源電位Vccの50%より大きい場合、つまり、VintL
<Vcc/2,且つVcc−VintU<Vcc/2の場合も、ス
イッチSW1,2が開かれ、スイッチSW3が閉じられ
る。この結果、下部内部降圧器3と上部内部降圧器4と
の間の接続ノードの電位はVcc/2となり、この電位V
cc/2は下部内部降圧器3,上部内部降圧器4によって
所定値の電位まで降下され、それぞれ下部内部回路1の
高電源電位,上部内部回路2の低電源電位が生成され
る。この場合、Vcc/4<VintL<Vcc/2,Vcc/4
<Vcc−VintU<Vcc/2においては、無駄な消費電力
を50%未満に抑えつつ、安定で一定の下部内部電源電
位VintL,上部内部電源電位VintUが得られる。
【0027】かくして本実施例によれば、広い範囲の内
部電源電位に亘って、従来より少ない無駄な消費電力
で、任意の高電源電位Vccから所望の内部電源電位を生
成できる。このため、従来のままの高電源電位Vccで、
無駄な消費電力が少なく、信頼性の低下を招かない半導
体集積回路装置を実現できる。
部電源電位に亘って、従来より少ない無駄な消費電力
で、任意の高電源電位Vccから所望の内部電源電位を生
成できる。このため、従来のままの高電源電位Vccで、
無駄な消費電力が少なく、信頼性の低下を招かない半導
体集積回路装置を実現できる。
【0028】図2は、本発明の半導体集積回路装置をよ
り具体的に示した図である。また、図3は、同半導体集
積回路装置における各電圧電位と高電源電位Vcc(0≦
Vcc≦4VintL)との関係を示す図である。
り具体的に示した図である。また、図3は、同半導体集
積回路装置における各電圧電位と高電源電位Vcc(0≦
Vcc≦4VintL)との関係を示す図である。
【0029】この半導体集積回路装置は、大きく分け
て、下部内部回路1と下部内部降圧器とからなる回路A
(第1の回路)と、上部内部回路2と上部内部降圧器と
からなる回路B(第2の回路)と、回路Aと回路Bとを
選択的に接続する回路Cとで構成されている。
て、下部内部回路1と下部内部降圧器とからなる回路A
(第1の回路)と、上部内部回路2と上部内部降圧器と
からなる回路B(第2の回路)と、回路Aと回路Bとを
選択的に接続する回路Cとで構成されている。
【0030】回路Aの下部内部降圧器は、差動増幅回路
OP2と、この差動増幅回路OP2の負極に接続された
基準電源電位VrefLと、ゲートに差動増幅回路OP2の
出力が与えられたp型MOSトランジスタTr2と、こ
のp型MOSトランジスタTr2のドレインに接続され
た抵抗体R3と、一端がこの抵抗体R3に接続され他端
が低電源電位Vssに接続された抵抗体R4とで構成され
ている。また、差動増幅回路OP2の正極は抵抗体R
3,R4間の接続ノードに接続され、下部内部回路1は
p型MOSトランジスタTr2と抵抗体R3との間の接
続ノードに接続され、この接続ノードの電位が下部内部
電源電位VintLとなる。また、差動増幅回路OP2,低
抗体R3,R4及び基準電源電位VrefLを用いて下部内
部電源電位VintLが所定値より下がった場合にはp型M
OSトランジスタTr2がオン状態になり、逆に所定値
より上がった場合にはp型MOSトランジスタTr2が
オフ状態になるように選ばれている。
OP2と、この差動増幅回路OP2の負極に接続された
基準電源電位VrefLと、ゲートに差動増幅回路OP2の
出力が与えられたp型MOSトランジスタTr2と、こ
のp型MOSトランジスタTr2のドレインに接続され
た抵抗体R3と、一端がこの抵抗体R3に接続され他端
が低電源電位Vssに接続された抵抗体R4とで構成され
ている。また、差動増幅回路OP2の正極は抵抗体R
3,R4間の接続ノードに接続され、下部内部回路1は
p型MOSトランジスタTr2と抵抗体R3との間の接
続ノードに接続され、この接続ノードの電位が下部内部
電源電位VintLとなる。また、差動増幅回路OP2,低
抗体R3,R4及び基準電源電位VrefLを用いて下部内
部電源電位VintLが所定値より下がった場合にはp型M
OSトランジスタTr2がオン状態になり、逆に所定値
より上がった場合にはp型MOSトランジスタTr2が
オフ状態になるように選ばれている。
【0031】回路Bは、回路Aの電源系の極性を逆にし
た構成になっており、回路Bの上部降圧器は、差動増幅
回路OP3と、基準電源電位VrefUと、n型MOSトラ
ンジスタTr5と、抵抗体R5,R6とで構成され、上
部内部回路2はMOSトランジスタTr5と抵抗体5と
の間の接続ノードに接続され、この接続ノードの電位を
上部電源電位VintUとして上部内部回路2に印加され
る。また、差動増幅回路OP3,抵抗体R5,R6及び
基準電源電位VrefUを用いて上部電源電位VintUが所定
値より下がった場合にはMOSトランジスタTr5がオ
フ状態になり、逆に所定値より上がった場合にはMOS
トランジスタがオン状態になるように選ばれている。
た構成になっており、回路Bの上部降圧器は、差動増幅
回路OP3と、基準電源電位VrefUと、n型MOSトラ
ンジスタTr5と、抵抗体R5,R6とで構成され、上
部内部回路2はMOSトランジスタTr5と抵抗体5と
の間の接続ノードに接続され、この接続ノードの電位を
上部電源電位VintUとして上部内部回路2に印加され
る。また、差動増幅回路OP3,抵抗体R5,R6及び
基準電源電位VrefUを用いて上部電源電位VintUが所定
値より下がった場合にはMOSトランジスタTr5がオ
フ状態になり、逆に所定値より上がった場合にはMOS
トランジスタがオン状態になるように選ばれている。
【0032】回路Cは、高電源電位Vccに接続された抵
抗体R1と、一端がこの抵抗体R1に接続され他端が低
電源電位Vssに接続された抵抗体R2と、正極,負極が
それぞれ抵抗体R1,R2間の接続ノード,基準電源電
位VrefCに接続された差動増幅回路OP1と、この差動
増幅回路OP1の出力の極性を反転するインバ−タIN
V1と、このインバ−タINV1の出力の極性を反転す
るインバ−タINV2と、高電源電位Vccと上記MOS
トランジスタTr2のソースとの間に設けられゲートに
インバ−タINV2の出力が与えられたp型MOSトラ
ンジスタTr1と、低電源電位Vssと上記MOSトラン
ジスタTr5のソースとの間に設けられゲートにインバ
−タINV1の出力が与えられたn型MOSトランジス
タTr6と、並列接続され共通ドレイン,ソースがそれ
ぞれMOSトランジスタTr1,2間の接続ノード,M
OSトランジスタTr5,Tr6間の接続ノードに接続
されるn型及びp型MOSトランジスタTr3,4とで
構成されている。このn型n型MOSトランジスタTr
3,p型MOSトランジスタTr4のゲートにはそれぞ
れインバ−タINV2,1の出力が与えられている。ま
た、基準電圧電位VrefL及び抵抗体R1,R2は、Vcc
/2<VintLのときにR2・Vcc/(R1+R2)<V
refCとなるように選ばれている。このように構成された
半導体集積回路装置では、次のようにして外部電源電位
から所定の内部電源電位の生成が行なわれる。まず、回
路Cの差動増幅回路OP1で、抵抗体R1と抵抗体R2
との間の接続ノードの電位と、基準電圧電位VrefLとの
比較が行なわれる。
抗体R1と、一端がこの抵抗体R1に接続され他端が低
電源電位Vssに接続された抵抗体R2と、正極,負極が
それぞれ抵抗体R1,R2間の接続ノード,基準電源電
位VrefCに接続された差動増幅回路OP1と、この差動
増幅回路OP1の出力の極性を反転するインバ−タIN
V1と、このインバ−タINV1の出力の極性を反転す
るインバ−タINV2と、高電源電位Vccと上記MOS
トランジスタTr2のソースとの間に設けられゲートに
インバ−タINV2の出力が与えられたp型MOSトラ
ンジスタTr1と、低電源電位Vssと上記MOSトラン
ジスタTr5のソースとの間に設けられゲートにインバ
−タINV1の出力が与えられたn型MOSトランジス
タTr6と、並列接続され共通ドレイン,ソースがそれ
ぞれMOSトランジスタTr1,2間の接続ノード,M
OSトランジスタTr5,Tr6間の接続ノードに接続
されるn型及びp型MOSトランジスタTr3,4とで
構成されている。このn型n型MOSトランジスタTr
3,p型MOSトランジスタTr4のゲートにはそれぞ
れインバ−タINV2,1の出力が与えられている。ま
た、基準電圧電位VrefL及び抵抗体R1,R2は、Vcc
/2<VintLのときにR2・Vcc/(R1+R2)<V
refCとなるように選ばれている。このように構成された
半導体集積回路装置では、次のようにして外部電源電位
から所定の内部電源電位の生成が行なわれる。まず、回
路Cの差動増幅回路OP1で、抵抗体R1と抵抗体R2
との間の接続ノードの電位と、基準電圧電位VrefLとの
比較が行なわれる。
【0033】この比較の結果、R2・Vcc/(R1+R
2)<VrefCの場合、つまり、Vcc/2<VintLの場合
には、差動増幅回路OP1の出力がローレベルとなるの
で、MOSトランジスタTr1,Tr6はオン状態とな
り、MOSトランジスタTr3,Tr4はオフ状態とな
る。このため、MOSトランジスタTr1とMOSトラ
ンジスタTr2との間の接続ノードの電源電位VmLは高
電源電位Vccとなり、MOSトランジスタTr5とMO
SトランジスタTr6との間の接続ノードの電位VmUは
低電源電位Vssとなる。
2)<VrefCの場合、つまり、Vcc/2<VintLの場合
には、差動増幅回路OP1の出力がローレベルとなるの
で、MOSトランジスタTr1,Tr6はオン状態とな
り、MOSトランジスタTr3,Tr4はオフ状態とな
る。このため、MOSトランジスタTr1とMOSトラ
ンジスタTr2との間の接続ノードの電源電位VmLは高
電源電位Vccとなり、MOSトランジスタTr5とMO
SトランジスタTr6との間の接続ノードの電位VmUは
低電源電位Vssとなる。
【0034】したがって、下部内部電源電位VintLが所
定のレベルに達するまでは、MOSトランジスタTr2
がオン状態であるので、このMOSトランジスタTr2
を介して電源電位VmLが下部内部回路1に印加される。
換言すれば、下部内部電源電位VintLは、電源電位VmL
の降圧によって発生される。また、下部内部電源電位V
intLが所定のレベルより高くなると、MOSトランジス
タTr2がオフ状態になるので、下部内部電源電位V
intLには電源電位VmLが印加されなくなるので、下部内
部電源電位VintLは降圧する。このようにして、下部内
部回路には所定の下部内部電源電位VintLが印加され
る。同様な理由によって上部内部回路2にも所定のレベ
ルの上部内部電源電位が印加される。
定のレベルに達するまでは、MOSトランジスタTr2
がオン状態であるので、このMOSトランジスタTr2
を介して電源電位VmLが下部内部回路1に印加される。
換言すれば、下部内部電源電位VintLは、電源電位VmL
の降圧によって発生される。また、下部内部電源電位V
intLが所定のレベルより高くなると、MOSトランジス
タTr2がオフ状態になるので、下部内部電源電位V
intLには電源電位VmLが印加されなくなるので、下部内
部電源電位VintLは降圧する。このようにして、下部内
部回路には所定の下部内部電源電位VintLが印加され
る。同様な理由によって上部内部回路2にも所定のレベ
ルの上部内部電源電位が印加される。
【0035】また、差動増幅回路OP1での電位の比較
の結果が、R2・Vcc/(R1+R2)≧VrefCの場
合、つまり、Vcc/2≧VintLのときには、差動増幅回
路OP1の出力がハイレベルとなるので、MOSトラン
ジスタTr1,Tr6はオフ状態となり、MOSトラン
ジスタTr3,Tr4はオン状態となる。
の結果が、R2・Vcc/(R1+R2)≧VrefCの場
合、つまり、Vcc/2≧VintLのときには、差動増幅回
路OP1の出力がハイレベルとなるので、MOSトラン
ジスタTr1,Tr6はオフ状態となり、MOSトラン
ジスタTr3,Tr4はオン状態となる。
【0036】即ち、電源電位VmL,電源電位VmUは、そ
れぞれ高電源電位Vcc,低電源電位Vssから切り離さ
れ、電源電位VmLと電源電位VmUとが短絡される。
れぞれ高電源電位Vcc,低電源電位Vssから切り離さ
れ、電源電位VmLと電源電位VmUとが短絡される。
【0037】回路Aと回路Bとは同一回路構成を有し、
更に、消費電力もどのタイミングでも等しい同期のとれ
た動作を行なうので、Vcc/2=VintLの場合には、V
mL=VmU=Vcc/2となり、無駄な電力を消費すること
無く、下部内部回路1,上部内部回路2を動作できる。
また、Vcc/2>VintLの場合には、電源電位VmL,電
源電位VmU、Vcc/2>VintLの場合と同様な回路動作
によって、下部内部回路1,上部内部回路2にそれぞれ
所定のレベルの下部内部電源電位VintL,上部電源電位
VintUを印加できる。この場合、無駄な降圧電圧が下部
内部回路1ではVcc/2−VintLとなり、上部内部回路
2ではVintU−Vcc/2となり、従来に比べて大幅に低
減する。以上述べた各電源電位と高電源電位Vcc(0≦
Vcc≦4VintL)との関係を示すと図3のようになる。
更に、消費電力もどのタイミングでも等しい同期のとれ
た動作を行なうので、Vcc/2=VintLの場合には、V
mL=VmU=Vcc/2となり、無駄な電力を消費すること
無く、下部内部回路1,上部内部回路2を動作できる。
また、Vcc/2>VintLの場合には、電源電位VmL,電
源電位VmU、Vcc/2>VintLの場合と同様な回路動作
によって、下部内部回路1,上部内部回路2にそれぞれ
所定のレベルの下部内部電源電位VintL,上部電源電位
VintUを印加できる。この場合、無駄な降圧電圧が下部
内部回路1ではVcc/2−VintLとなり、上部内部回路
2ではVintU−Vcc/2となり、従来に比べて大幅に低
減する。以上述べた各電源電位と高電源電位Vcc(0≦
Vcc≦4VintL)との関係を示すと図3のようになる。
【0038】また、このような半導体集積回路装置を用
いれば、内部回路に与えられる電力(全体電力)に対す
る実際に内部回路で消費される電力(実効電力)の比
(実効電力/全体電力)を図4に示すように改善でき
る。即ち、高電源電位Vcc=3.3Vを想定した場合、
本実施例の半導体集積回路装置によるDRAMでは1G
bまでは従来構成のそれと同様に世代が新しくなるほど
実効電力/全体電力が小さくなるが、1Gbより先の世
代で大幅な改善が図れる。
いれば、内部回路に与えられる電力(全体電力)に対す
る実際に内部回路で消費される電力(実効電力)の比
(実効電力/全体電力)を図4に示すように改善でき
る。即ち、高電源電位Vcc=3.3Vを想定した場合、
本実施例の半導体集積回路装置によるDRAMでは1G
bまでは従来構成のそれと同様に世代が新しくなるほど
実効電力/全体電力が小さくなるが、1Gbより先の世
代で大幅な改善が図れる。
【0039】また、本実施例によれば、実効電力/全体
電力の値は、0≦Vcc≦4VintLの間では必ず0.5以
上となる。この様子を図5にVintL=1Vの場合につい
て従来と比較して示す。即ち、Vcc<2VintLまでは本
実施例の実効電力/全体電力と従来のそれとは同じであ
るが、Vcc≧2VintLで従来の実効電力/全体電力がそ
のまま小さくなるのに対し、本実施例では実効電力/全
体電力が1に改善されて徐々に小さくなる。
電力の値は、0≦Vcc≦4VintLの間では必ず0.5以
上となる。この様子を図5にVintL=1Vの場合につい
て従来と比較して示す。即ち、Vcc<2VintLまでは本
実施例の実効電力/全体電力と従来のそれとは同じであ
るが、Vcc≧2VintLで従来の実効電力/全体電力がそ
のまま小さくなるのに対し、本実施例では実効電力/全
体電力が1に改善されて徐々に小さくなる。
【0040】図6は、本実施例の半導体集積回路装置に
適用する場合に、低電源電位Vssから高電源電位Vccと
の間で振幅する外部の信号と、低電源電位Vssから下部
内部電源電位VintLとの間及び上部内部電源電位VintU
から高電源電位Vccとの間で振幅する内部の信号との変
換に必要な電圧変換器である。
適用する場合に、低電源電位Vssから高電源電位Vccと
の間で振幅する外部の信号と、低電源電位Vssから下部
内部電源電位VintLとの間及び上部内部電源電位VintU
から高電源電位Vccとの間で振幅する内部の信号との変
換に必要な電圧変換器である。
【0041】同図(a)は、高電源電位Vccと低電源電
位Vssの間で振幅する信号Sinを、下部内部電源電位V
intLと低電源電位Vssと間で振幅する信号SoutLと、上
部内部電源電位VintUと高電源電位Vccとの間で振幅す
る信号SoutUに変換する入力電圧変換器である。
位Vssの間で振幅する信号Sinを、下部内部電源電位V
intLと低電源電位Vssと間で振幅する信号SoutLと、上
部内部電源電位VintUと高電源電位Vccとの間で振幅す
る信号SoutUに変換する入力電圧変換器である。
【0042】同図(b)は、上部内部電源電位VintUと
高電源電位Vccとの間で振幅する信号SinL を高電源電
位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号SoutLに
変換する電圧変換器である。
高電源電位Vccとの間で振幅する信号SinL を高電源電
位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号SoutLに
変換する電圧変換器である。
【0043】同図(c)は、低電源電位Vssと下部内部
電源電位VintLとの間で振幅する信号SinU を高電源電
位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号SoutUに
変換する電圧変換器である。
電源電位VintLとの間で振幅する信号SinU を高電源電
位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号SoutUに
変換する電圧変換器である。
【0044】このような電圧変換器を用いることで、高
電源電位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号S
inを下部内部回路1,上部内部回路2に与えることがで
き、逆に、下部内部回路1及び上部内部回路2の出力信
号を高電源電位Vccと低電源電位Vssとの間で動作する
回路に与えることもできる。また、もともとVcc/2=
VinU =VinL のみに用いる場合、上部内部降圧回路と
下部内部降圧回路とを接続した回路にしても良い。
電源電位Vccと低電源電位Vssとの間で振幅する信号S
inを下部内部回路1,上部内部回路2に与えることがで
き、逆に、下部内部回路1及び上部内部回路2の出力信
号を高電源電位Vccと低電源電位Vssとの間で動作する
回路に与えることもできる。また、もともとVcc/2=
VinU =VinL のみに用いる場合、上部内部降圧回路と
下部内部降圧回路とを接続した回路にしても良い。
【0045】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例ではMOSトラン
ジスタを用いたが他のトランジスタでも良い。また、本
発明は図11の多段構成のものにも適用できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
るものではない。例えば、上記実施例ではMOSトラン
ジスタを用いたが他のトランジスタでも良い。また、本
発明は図11の多段構成のものにも適用できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
【0046】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、広
い範囲の内部電源電位に亘って、従来より少ない無駄な
消費電力で、任意の外部高電源電位から所望の内部電源
電位を生成できる半導体集積回路装置を得ることができ
る。
い範囲の内部電源電位に亘って、従来より少ない無駄な
消費電力で、任意の外部高電源電位から所望の内部電源
電位を生成できる半導体集積回路装置を得ることができ
る。
【図1】本発明の一実施例に係る半導体集積回路装置の
ブロック図。
ブロック図。
【図2】本発明の半導体集積回路装置をより具体的に示
した図。
した図。
【図3】図2の半導体集積回路装置の各電圧電位と高電
源電位との関係を示す図。
源電位との関係を示す図。
【図4】本発明の実効電力/全体電力とDRAM世代と
の関係を従来のそれと比較して示す図。
の関係を従来のそれと比較して示す図。
【図5】本発明の実効電力/全体電力と高電源電位との
関係を従来のそれと比較して示す図。
関係を従来のそれと比較して示す図。
【図6】本発明の一実施例に係る電圧変換器の等価回路
図。
図。
【図7】従来の内部降圧器を持つ半導体メモリを示す
図。
図。
【図8】従来の低電源動作を可能とした半導体集積回路
装置の構成図。
装置の構成図。
【図9】図8の半導体集積回路装置の消費電流の時間変
化特性を示す図。
化特性を示す図。
【図10】図8の半導体集積回路装置の内部電源電位を
示す図。
示す図。
【図11】図8の回路を多段集積化した半導体集積回路
装置の構成図。
装置の構成図。
1…下部内部回路、2…上部内部回路、3…下部内部降
圧器、4…上部内部回路、VrefL ,VrefC,VrefU…
基準電源電位、OP1,OP2,OP3…差動増幅回
路、Tr1,Tr2,Tr3,Tr4,Tr5,Tr6
…トランジスタ、R1,R2,R3,R4,R5,R6
…抵抗体、INV1,INV2…インバ−タ、VmL,V
mU…電源電位、VintL…下部内部電源電位、VintU…上
部内部電源電位、Vcc…高電源電位、Vss…低電源電
位。
圧器、4…上部内部回路、VrefL ,VrefC,VrefU…
基準電源電位、OP1,OP2,OP3…差動増幅回
路、Tr1,Tr2,Tr3,Tr4,Tr5,Tr6
…トランジスタ、R1,R2,R3,R4,R5,R6
…抵抗体、INV1,INV2…インバ−タ、VmL,V
mU…電源電位、VintL…下部内部電源電位、VintU…上
部内部電源電位、Vcc…高電源電位、Vss…低電源電
位。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−228351(JP,A) 特開 昭57−133644(JP,A) 特開 昭61−150365(JP,A) 特開 平1−114066(JP,A) 実開 昭59−50538(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/56 310 H01L 21/822 H01L 27/04 H03K 19/00
Claims (3)
- 【請求項1】直列接続された第1の内部回路と第1の内
部降圧回路とからなる第1の回路と、 この第1の回路に選択的に接続され、前記第1の回路の
消費電力の時間変化と同様な消費電力の時間変化を示
す、直列接続された第2の内部回路と第2の内部降圧回
路とからなる第2の回路とを具備してなり、 前記第1の回路が前記第2の回路から切り離されている
ときには、前記第1の回路及び前記第2の回路は、外部
高電源電位と外部低電源電位との間で、並列接続され、
前記第1の回路が前記第2の回路に接続されているとき
には、前記第1の回路及び前記第2の回路は、外部高電
源電位と外部低電源電位との間で、直列接続されている
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】外部高電源電位に選択的に接続される第1
の内部降圧回路と、 この第1の内部降圧回路が生成する第1の内部電源電位
と外部低電源電位との間で動作する第1の内部回路と、 前記外部低電源電位及び前記第1の内部降圧回路に選択
的に接続される第2の内部降圧回路と、 この第2の内部降圧回路が生成する第2の内部電位と前
記外部高電源電位との間の電位で動作する第2の内部回
路とを具備してなり、 前記外部高電源電位をVcc,前記外部低電源電位を
Vss,前記第1の内部電源電位をVintL,前記第2の内
部電源電位をVintUとすると、Vss<VintL≦Vcc,V
ss≦VintU<Vccの関係を満たし、 前記第1の内部降圧回路及び前記第1の内部回路での消
費電流と、前記第2の内部降圧回路及び前記第2の内部
回路での消費電流とが同様な時間変化を示すことを特徴
とする半導体集積回路装置。 - 【請求項3】第1の電源と第1のノードの間に設けられ
た第1のスイッチと、 前記第1のノードと第2の電源の間に直列接続された第
1の内部回路及びこの第1の内部回路に供給する電源電
圧を規定する第1の電位変換回路と、 前記第2の電源と第2のノードの間に接続された第2の
スイッチと、 前記第2のノードと前記第1の電源の間に直列接続され
た第2の内部回路及びこの第2の内部回路に供給する電
源電位を規定する第2の電位変換回路と、 前記第1のノードと前記第2のノードの間に接続され、
前記第1及び第2スイッチと相補的に開閉する第3のス
イッチとを具備してなることを特徴とする半導体集積回
路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13922992A JP3288749B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13922992A JP3288749B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体集積回路装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05333951A JPH05333951A (ja) | 1993-12-17 |
JP3288749B2 true JP3288749B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=15240495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13922992A Expired - Fee Related JP3288749B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3288749B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5060940B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2012-10-31 | 三洋電機株式会社 | 電源装置 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13922992A patent/JP3288749B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05333951A (ja) | 1993-12-17 |
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Date | Code | Title | Description |
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