JP3436210B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JP3436210B2
JP3436210B2 JP31474599A JP31474599A JP3436210B2 JP 3436210 B2 JP3436210 B2 JP 3436210B2 JP 31474599 A JP31474599 A JP 31474599A JP 31474599 A JP31474599 A JP 31474599A JP 3436210 B2 JP3436210 B2 JP 3436210B2
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真志 堀口
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は微細MOSトランジ
スタで構成された半導体集積回路に係り、特に高速・低
電力動作に適した回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit composed of fine MOS transistors, and more particularly to a circuit suitable for high speed / low power operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】1989 インターナショナル シンポ
ジウム オン ブイ・エル・エス・アイ テクノロジ
ー,システムズ アンド アプリケーションズ、プロシ
ーディングズ オブ テクニカル ペーパーズ(1989年
5月)第188頁から第192頁(1989 International
Symposium on VLSI Technology, Systems and Applicat
ions, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989))に述べられているように、MOSトランジ
スタが微細化されるにつれてその耐圧が低下するため
に、その動作電圧を低くせざるを得ない。
[Prior Art] 1989 International Symposium on VLS Technology, Systems and Applications, Proceedings of Technical Papers (1989
May) Pages 188 to 192 (1989 International
Symposium on VLSI Technology, Systems and Applicat
ions, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989)), the breakdown voltage of a MOS transistor decreases as it is miniaturized, so that the operating voltage must be lowered.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この場合に、高速動作
を維持するためには、動作電圧の低下に見合ってMOS
トランジスタのしきい電圧(VT)も低下させる必要が
ある。これは、動作速度は、MOSトランジスタの実効
ゲート電圧、すなわち動作電圧からVTを差し引いた値
で支配され、この値が大きいほど高速だからである。し
かし、VTを0.4V程度以下にすると、以下に述べる
ように、MOSトランジスタのサブスレッショルド特性
(テーリング特性)によって、トランジスタを完全にオ
フすることはもはやできなくなり、直流電流が流れると
いう現象が生ずる。
In this case, in order to maintain the high speed operation, the MOS should be adjusted according to the decrease in the operating voltage.
The threshold voltage (V T ) of the transistor also needs to be lowered. This is because the operating speed is governed by the effective gate voltage of the MOS transistor, that is, the value obtained by subtracting V T from the operating voltage, and the higher this value, the higher the speed. However, when V T is set to about 0.4 V or less, as described below, due to the subthreshold characteristic (tailing characteristic) of the MOS transistor, it is no longer possible to completely turn off the transistor, and a direct current flows. Occurs.

【0004】図28に示す従来のCMOSインバータに
ついて説明する。理想的には、入力信号INが低レベル
(=VSS)の時はNチャネルMOSトランジスタMN
オフ、INが高レベル(=VCC)の時はPチャネルMO
SトランジスタMPがオフになり、いずれにしても電流
が流れることはない。しかし、MOSトランジスタのV
Tが低くなると、サブスレッショルド特性を無視するこ
とができなくなる。
The conventional CMOS inverter shown in FIG. 28 will be described. Ideally, the N-channel MOS transistor M N is turned off when the input signal IN is at a low level (= V SS ), and the P-channel MO transistor is when the input signal IN is at a high level (= V CC ).
The S-transistor M P is turned off and no current flows in any case. However, V of MOS transistor
When T becomes low, the subthreshold characteristic cannot be ignored.

【0005】図29に示すように、サブスレッショルド
領域におけるドレイン電流IDSは、ゲート・ソース間電
圧VGSの指数関数に比例し、次式で表される。
As shown in FIG. 29, the drain current I DS in the subthreshold region is proportional to the exponential function of the gate-source voltage V GS and is represented by the following equation.

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】ただし、WはMOSトランジスタのチャネ
ル幅、I0、W0はVTを定義する際の電流値およびチャ
ネル幅、Sはテーリング係数(VGS-log IDS特性の傾
きの逆数)である。したがって、VGS=0でもサブスレ
ッショルド電流
Here, W is the channel width of the MOS transistor, I 0 and W 0 are the current value and channel width when defining V T , and S is the tailing coefficient (the reciprocal of the slope of the V GS -log I DS characteristic). is there. Therefore, even if V GS = 0, the subthreshold current

【0008】[0008]

【数2】 [Equation 2]

【0009】が流れる。図28のCMOSインバータで
オフ状態のトランジスタはVGS=0であるから、非動作
時において高電源電圧VCCから接地電位である低電源電
圧VSSに向かって上記の電流ILが流れることになる。
Flows. Since the transistor in the off state in the CMOS inverter of FIG. 28 has V GS = 0, the above current I L flows from the high power supply voltage V CC toward the low power supply voltage V SS which is the ground potential in the non-operating state. Become.

【0010】このサブスレッショルド電流は、図29に
示すように、しきい電圧をVTからVT'に低下させる
と、ILからIL'に指数関数的に大きくなる。
[0010] The sub-threshold current, as shown in FIG. 29, 'Lowering the, I L from I L' V T the threshold voltage from V T exponentially increases in the.

【0011】数2の上式から明らかなように、サブスレ
ッショルド電流を低減するためには、VTを大きくする
かSを小さくすればよい。しかし、前者は実効ゲート電
圧の低下による速度の低下を招く。特に、耐圧の点から
微細化とともに動作電圧を低くしていくと、速度低下は
顕著になり、微細化の利点を生かせなくなるので好まし
くない。また後者は、室温動作を前提とする限り、次の
理由により困難である。
As is clear from the above equation of Equation 2, in order to reduce the subthreshold current, V T should be increased or S should be decreased. However, the former causes a decrease in speed due to a decrease in effective gate voltage. In particular, from the viewpoint of breakdown voltage, if the operating voltage is lowered along with the miniaturization, the speed decrease becomes remarkable, and the advantage of miniaturization cannot be utilized, which is not preferable. In addition, the latter is difficult for the following reasons as long as it is assumed to operate at room temperature.

【0012】テーリング係数Sは、ゲート絶縁膜の容量
OXとゲート下の空乏層の容量CDにより、次のように
表される。
The tailing coefficient S is expressed as follows by the capacitance C OX of the gate insulating film and the capacitance C D of the depletion layer under the gate.

【0013】[0013]

【数3】 [Equation 3]

【0014】ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは素電荷である。上式から明らかなように、COX
およびCDの如何にかからわずS≧kT ln 10/qであ
り、室温では60mV以下にすることは困難である。
Here, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and q is the elementary charge. As is clear from the above equation, C OX
S ≥ kT ln 10 / q regardless of whether C D or C D , and it is difficult to make it 60 mV or less at room temperature.

【0015】以上述べた現象のために、多数のMOSト
ランジスタで構成された半導体集積回路の実質的な直流
電流は著しく増大してしまう。特に高温動作時には、V
Tが低くSが大きくなるため、この問題はさらに深刻に
なる。低電力化が重要である今後のコンピュータ等のダ
ウンサイジング時代においては、このサブスレッショル
ド電流の増大は本質的な問題である。
Due to the above-mentioned phenomenon, the substantial direct current of the semiconductor integrated circuit composed of a large number of MOS transistors remarkably increases. Especially at high temperature operation, V
This problem is exacerbated by the low T and high S. In the future downsizing era of computers and the like where low power consumption is important, the increase of the subthreshold current is an essential problem.

【0016】一方、サブスレッショルド電流の増大を抑
えるためではないが、特開平2−350号公報の第11
図には、インバータのMOSトランジスタのソースと電
源の間に他のトランジスタを挿入し、そのゲート電圧を
制御することにより、インバータの動作電流を制御して
動作速度を制御するものが開示されている。これは、プ
ロセス上のバラツキや温度変化に対して回路性能の変動
を抑えることを目的としており、MOSトランジスタが
微細化され動作電圧を低くした際の上記問題点を解決す
る開示はなされていない。
On the other hand, although it is not for suppressing the increase of the subthreshold current, the eleventh method disclosed in JP-A-2-350
The figure discloses that another transistor is inserted between the source of the MOS transistor of the inverter and the power supply and the gate voltage thereof is controlled to control the operating current of the inverter to control the operating speed. . This is intended to suppress fluctuations in circuit performance due to process variations and temperature changes, and there is no disclosure that solves the above-mentioned problems when MOS transistors are miniaturized and the operating voltage is lowered.

【0017】本発明の目的は、MOSトランジスタを微
細化した際のサブスレッショルド電流を低減し、高速・
低電力の半導体集積回路を提供することにある。
An object of the present invention is to reduce the subthreshold current when a MOS transistor is miniaturized, and
An object is to provide a low power semiconductor integrated circuit.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、インバータを構成する低いしきい電圧
(例えば0.1V)のMOSトランジスタのソースと電
源の間に高いしきい電圧のMOSトランジスタと抵抗を
並列に挿入し、高いしきい電圧のMOSトランジスタが
オン時にはこの高いしきい電圧のMOSトランジスタを
介して大電流を供給し、オフ時には抵抗を介して小電流
を供給する。これらの電流は、たとえば、高速動作が要
求される時は大電流を供給し、低消費電力が要求される
時は小電流を供給するようにする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a high threshold voltage MOS is provided between the source and the power supply of a low threshold voltage MOS transistor (for example, 0.1 V) forming an inverter. A transistor and a resistor are inserted in parallel, and when the high threshold voltage MOS transistor is on, a large current is supplied via this high threshold voltage MOS transistor, and when it is off, a small current is supplied via the resistor. These currents supply a large current when a high speed operation is required and a small current when a low power consumption is required.

【0019】通常動作時には高速動作が要求されるの
で、上記電流供給手段から大電流をMOSトランジスタ
回路に供給し、高速動作を可能にする。この時、MOS
トランジスタ回路には前述のとおり直流電流が流れる
が、動作電流すなわち負荷の充放電電流に比べて普通十
分小さいので差し支えない。
Since high speed operation is required during normal operation, a large current is supplied from the current supply means to the MOS transistor circuit to enable high speed operation. At this time, MOS
Although a direct current flows through the transistor circuit as described above, it is acceptable because it is usually sufficiently smaller than the operating current, that is, the load charging / discharging current.

【0020】一方、待機時には低消費電力が要求される
ので、供給される電流を小電流に切り換え、サブスレッ
ショルド電流を抑える。この時、電流が制限されること
により、MOSトランジスタ回路の論理振幅は一般に大
電流供給時よりも小さくなるが、論理レベルを保証でき
る程度であれば差し支えない。
On the other hand, since low power consumption is required during standby, the supplied current is switched to a small current to suppress the subthreshold current. At this time, since the current is limited, the logic amplitude of the MOS transistor circuit is generally smaller than that at the time of supplying a large current, but it does not matter as long as the logic level can be guaranteed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の具体
的な実施例を、より詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.

【0022】〔実施例1〕まず、図1は本発明の原理を
説明するのに好適な実施例である。
[Embodiment 1] First, FIG. 1 is a preferred embodiment for explaining the principle of the present invention.

【0023】図1(a)は本発明の実施例によるインバ
ータの回路図である。図中、LはCMOSインバータで
あり、PチャネルMOSトランジスタMPとNチャネル
MOSトランジスタMNからなる。本発明は、後述のよ
うに、インバータだけでなくNAND、NORなどの論
理ゲートあるいは論理ゲート群にも適用できるが、ここ
では簡単のためインバータの場合について説明する。S
CおよびSSはスイッチ、RCおよびRSは抵抗であり、本
実施例の特徴は、インバータLの電源端子VCL、VSL
電源VCC、VSSの間にそれぞれスイッチSC、SSと抵抗
C、RSが並列に挿入されていることであり、これによ
り以下に説明するようにサブスレッショルド電流低減が
実現される。
FIG. 1A is a circuit diagram of an inverter according to an embodiment of the present invention. In the figure, L is a CMOS inverter, which is composed of a P-channel MOS transistor M P and an N-channel MOS transistor M N. As described later, the present invention can be applied to not only an inverter but also a logic gate or a logic gate group such as NAND and NOR. However, for simplicity, the case of an inverter will be described here. S
C and S S are switches, and R C and R S are resistors, and the feature of this embodiment is that switches S C and S are provided between the power supply terminals V CL and V SL of the inverter L and the power supplies V CC and V SS , respectively. The S and the resistors R C and R S are inserted in parallel, which realizes the reduction of the subthreshold current as described below.

【0024】高速動作が要求される時間帯には、スイッ
チSC、SSをオンにし、VCC、VSSを直接インバータL
に印加する(以下、高速動作モードという)。MP、MN
のしきい電圧(VT)を低く設定しておけば、高速動作
させることができる。この時、前述のようにインバータ
Lにはサブスレッショルド電流が流れるが、これは普
通、動作電流すなわち負荷の充放電電流に比べて十分小
さいので問題にならない。
During a time period when high speed operation is required, the switches S C and S S are turned on and V CC and V SS are directly connected to the inverter L.
(Hereinafter, referred to as high-speed operation mode). M P , M N
If the threshold voltage (V T ) is set low, high speed operation can be achieved. At this time, a subthreshold current flows through the inverter L as described above, but this is not a problem because it is usually sufficiently smaller than the operating current, that is, the load charging / discharging current.

【0025】一方、低消費電力が要求される時間帯に
は、スイッチSC、SSをオフにして、抵抗RC、RSを通
してインバータに電源を供給する(以下、低消費電力モ
ードという)。サブスレッショルド電流が抵抗を通して
流れることによる電圧降下により、VCLはVCCよりも低
下し、VSLはVSSよりも上昇する。図2に示すように、
この電圧降下により、次の2種の機構によってサブスレ
ッショルド電流が減少する。尚、入力信号INが低レベ
ル(VSS)の場合のMNについて説明するが、INが高
レベル(VCC)の場合のMPも同様である。
On the other hand, during a time period when low power consumption is required, the switches S C and S S are turned off and power is supplied to the inverter through the resistors R C and R S (hereinafter referred to as the low power consumption mode). . The voltage drop due to the subthreshold current flowing through the resistor causes V CL to fall below V CC and V SL to rise above V SS . As shown in FIG.
Due to this voltage drop, the subthreshold current is reduced by the following two mechanisms. The M N when the input signal IN is at the low level (V SS ) will be described, but the same applies to M P when the input signal IN is at the high level (V CC ).

【0026】(i)ソース電位VSLが上昇するため、バッ
クゲートバイアスVBS=VSS−VSL=−VMがかかり、
しきい電圧がVT0からVT1まで上昇する。しきい電圧の
上昇分は、
[0026] (i) because the source potential V SL rises, takes a back gate bias V BS = V SS -V SL = -V M,
The threshold voltage rises from V T0 to V T1 . The increase in the threshold voltage is

【0027】[0027]

【数4】 [Equation 4]

【0028】である。これにより、サブスレッショルド
電流はIL0からIL1まで減少する。減少率は、
[0028] This reduces the subthreshold current from I L0 to I L1 . The rate of decrease is

【0029】[0029]

【数5】 [Equation 5]

【0030】である。ここでKは基板効果係数である。
例えば、VM=0.3V、K=0.4√V、S=100mV/deca
de、2ψ=0.64Vならば、サブスレッショルド電流は21
%に低減される。
It is Here, K is a substrate effect coefficient.
For example, V M = 0.3V, K = 0.4√V, S = 100mV / deca
de, if 2ψ = 0.64V, the subthreshold current is 21
%.

【0031】(ii)ソース電位VSLが上昇するため、ゲー
ト・ソース間電圧VGS=VSS−VSL=−VMが負にな
る。これにより、サブスレッショルド電流はさらにIL1
からIL2まで減少する。減少率は、
[0031] (ii) Since the source potential V SL rises, the gate-source voltage V GS = V SS -V SL = -V M is negative. As a result, the subthreshold current is further increased to I L1.
To I L2 . The rate of decrease is

【0032】[0032]

【数6】 [Equation 6]

【0033】である。例えば、VM=0.3V、S=100m
V/decadeならば、サブスレッショルド電流は0.1%
に低減される。
It is For example, V M = 0.3V, S = 100m
If V / decade, the subthreshold current is 0.1%
Is reduced to.

【0034】(i)(ii)の効果を併せると、When the effects of (i) and (ii) are combined,

【0035】[0035]

【数7】 [Equation 7]

【0036】となる。例えば、VM=0.3Vならば0.02%
になる。ここで、VMは方程式
It becomes For example, if V M = 0.3V, 0.02%
become. Where V M is the equation

【0037】[0037]

【数8】 [Equation 8]

【0038】の解である。The solution of

【0039】尚、インバータLのMOSトランジスタM
P、MNのバックゲートはそれぞれのソース(VCL
SL)に接続してもよいが、(i)の効果を得るためには
図1(a)のようにVCC、VSSに接続する方が望まし
い。
The MOS transistor M of the inverter L
The back gates of P and M N are the respective sources (V CL ,
Although it may be connected to V SL ), in order to obtain the effect of (i), it is preferable to connect to V CC and V SS as shown in FIG.

【0040】図3にサブスレッショルド電流低減効果を
示す。ここでは、将来の超低電圧動作の超高集積LSI
を想定し、バックゲートバイアスが0のときのしきい電
圧VT0=0.05〜0.15V、LSI全体のオフ状態のトラン
ジスタのチャネル幅の総和W=100mである場合につい
て計算している。抵抗を大きくするほどVMが大きくな
り、効果が大きくなる。
FIG. 3 shows the effect of reducing the subthreshold current. This section describes ultra-high-integrated LSI for future ultra-low voltage operation.
Assuming that, the threshold voltage V T0 when the back gate bias is 0 is 0.05 to 0.15 V, and the total channel width W of the transistors in the off state of the entire LSI is W = 100 m. The larger the resistance, the larger V M and the larger the effect.

【0041】ただし、図1(b)に示すように、出力信
号OUTの論理振幅は入力信号INの論理振幅よりも小
さくなるので、多段接続の際は信号の電圧レベルに注意
しなければならないが、これについては後述する。
However, as shown in FIG. 1B, since the logical amplitude of the output signal OUT is smaller than the logical amplitude of the input signal IN, it is necessary to pay attention to the voltage level of the signal in the multi-stage connection. This will be described later.

【0042】また、本発明にはしきい電圧のバラツキを
自動的に補償する作用がある。すなわち、しきい電圧が
低くサブスレッショルド電流が大きいときは、抵抗によ
る電圧降下VMが大きくなり、しきい電圧が高くサブス
レッショルド電流が小さいときは、VMが小さくなる。
いずれの場合も、電流の変動が抑制される。図3から明
らかなように、サブスレッショルド電流の変動は抵抗値
が大きいほど小さい。例えば、抵抗値を3kΩ以上にす
れば、しきい電圧が±0.05Vばらついても、サブス
レッショルド電流ILの変動は±20%以内に抑えられ
る。
Further, the present invention has a function of automatically compensating for variations in threshold voltage. That is, when the threshold voltage subthreshold current is large low voltage drop V M due to resistance is increased, when the threshold voltage is high and the subthreshold current is small, V M becomes smaller.
In either case, fluctuations in current are suppressed. As is clear from FIG. 3, the fluctuation of the subthreshold current is smaller as the resistance value is larger. For example, if the resistance value is set to 3 kΩ or more, the variation of the subthreshold current I L can be suppressed within ± 20% even if the threshold voltage varies by ± 0.05V.

【0043】〔実施例2〕次に、実施例1で説明したス
イッチと抵抗の具体的な実現方法を示す。図4は、スイ
ッチと抵抗とをともにMOSトランジスタで実現した例
である。
[Embodiment 2] Next, a specific method of realizing the switch and the resistor described in Embodiment 1 will be described. FIG. 4 shows an example in which both the switch and the resistor are realized by MOS transistors.

【0044】スイッチ用のMOSトランジスタMC1とM
S1は、コンダクタンスの大きいMOSトランジスタであ
り、それぞれ図1のスイッチSC、SSに相当する。高速
動作モードの時は、信号φCを低レベル、φSを高レベル
にすることによって、MC1、MS1はオンになる。φC
φSの電圧レベルは、それぞれVSS、VCCでもよいが、
C1、MS1のコンダクタンスをより大きくするために、
φCをVSSよりも低く、φSをVCCよりも高くしてもよ
い。そのための電圧は、チップの外部から与えるか、E
EPROMやDRAMで周知のオンチップ昇圧回路で発
生させればよい。
Switch MOS transistors M C1 and M
S1 is a MOS transistor having a large conductance, which corresponds to the switches S C and S S of FIG. 1, respectively. In the high speed operation mode, the signal φ C is set to the low level and the signal φ S is set to the high level to turn on M C1 and M S1 . φ C ,
The voltage level of φ S may be V SS and V CC , respectively,
In order to increase the conductance of M C1 and M S1 ,
φ C may be lower than V SS and φ S may be higher than V CC . The voltage for that is given from the outside of the chip or E
It may be generated by a well-known on-chip booster circuit in EPROM or DRAM.

【0045】低消費電力モードのときは逆に、φCを高
レベル、φSを低レベルにすることによって、MC1、M
S1はオフになる。この時は、電流を確実に抑止できるよ
うにしなければならない。そのためには、次の2通りの
方法がある。第1の方法は、外部電圧またはオンチップ
昇圧回路によって、φCをVCCよりも高く、φSをVSS
りも低くすることである。第2の方法は、MC1、MS1
して、インバータLに用いられているものよりもしきい
電圧が高い(よりエンハンスメントの)トランジスタを
用いることである。第1の方法は、しきい電圧の異なる
トランジスタを作るための工程が不要であるという利点
がある。一方、第2の方法は、外部電圧を受ける端子あ
るいはオンチップ昇圧回路が不要であるから、面積の点
で有利である。
In the low power consumption mode, conversely, by setting φ C to a high level and φ S to a low level, M C1 , M
S1 turns off. At this time, the current must be surely suppressed. For that purpose, there are the following two methods. The first method is to make φ C higher than V CC and φ S lower than V SS by an external voltage or an on-chip boost circuit. The second method is to use, as M C1 and M S1 , transistors having a higher threshold voltage (more enhancement) than that used in the inverter L. The first method has an advantage that a step for producing transistors having different threshold voltages is unnecessary. On the other hand, the second method is advantageous in terms of area because it does not require a terminal for receiving an external voltage or an on-chip booster circuit.

【0046】MOSトランジスタMC2とMS2はコンダク
タンスの小さいMOSトランジスタであり、それぞれ図
1の抵抗RC、RSに相当する。これらのトランジスタ
は、ゲートがそれぞれVSS、VCCに接続されており、常
にオンである。これらのトランジスタはオフにする必要
がないので、そのしきい電圧は低くても差し支えない。
The MOS transistors M C2 and M S2 are MOS transistors having a small conductance and correspond to the resistors R C and R S of FIG. 1, respectively. The gates of these transistors are connected to V SS and V CC , respectively, and are always on. These transistors do not need to be turned off, so their threshold voltage can be low.

【0047】次に、本発明が適用される時間帯について
述べる。図5に信号φC、φSのタイミングの例を示す。
Next, the time zone to which the present invention is applied will be described. FIG. 5 shows an example of the timing of the signals φ C and φ S.

【0048】図5(a)および(b)は、本発明をメモ
リLSIに適用した場合である。メモリLSIは、チッ
プエネーブル信号CE ̄(補信号)が低レベルのとき動
作状態、高レベルのとき待機状態になる。図5(a)の
場合は、信号φCは、CE ̄の立下りに同期して低レベ
ルになり、CE ̄の立上りからやや遅れて高レベルにな
る。信号φSはその逆である。従って、図中のaの時間
帯は高速動作モード、bの時間帯は低消費電力モードに
なる。一般に多数のメモリLSIを用いたメモリ装置で
は、動作状態にあるLSIは少数であり、大多数のLS
Iは待機状態にある。従って、待機状態にあるLSIを
低消費電力にすれば、メモリ装置全体の低消費電力化に
大きく寄与する。なお、CE ̄の立上りから低消費電力
モードに入るまでに遅延を設ける理由は、この間にLS
Iの内部回路のリセットが行われるからである。
FIGS. 5A and 5B show a case where the present invention is applied to a memory LSI. The memory LSI is in an operating state when the chip enable signal CE (complementary signal) is at a low level, and is in a standby state when it is at a high level. In the case of FIG. 5 (a), the signal φ C becomes low level in synchronization with the fall of CE_, and becomes high level slightly after the rise of CE_. The signal φ S is the opposite. Therefore, in the figure, the time zone a is in the high-speed operation mode, and the time zone b is in the low power consumption mode. Generally, in a memory device using a large number of memory LSIs, a small number of LSIs are in an operating state, and a large number of LSs are used.
I is in a standby state. Therefore, reducing the power consumption of the LSI in the standby state greatly contributes to the reduction of the power consumption of the entire memory device. The reason for providing the delay from the rise of CE to the low power consumption mode is that LS is in between.
This is because the internal circuit of I is reset.

【0049】図5(b)はさらに低消費電力化を図った
例である。ここでは、CE ̄が変化した直後のみを高速
動作モードにしている。すなわち、CE ̄が低レベルに
なった直後はデータの読出し/書込みが行なわれ、CE
 ̄が高レベルになった直後は内部回路のリセットが行な
われるので、これらの時間帯は高速動作モードとし、そ
の他の時間帯は低消費電力モードにしている。なお、こ
こには記載されていないが、アドレス信号が変化したと
きに高速動作モードに入るようにしてもよい。
FIG. 5B shows an example in which the power consumption is further reduced. Here, the high speed operation mode is set only immediately after the change of CE. That is, immediately after CE goes low, data reading / writing is performed, and CE
Immediately after  ̄ becomes high level, the internal circuit is reset, so the high-speed operation mode is set in these time zones and the low power consumption mode is set in other time zones. Although not shown here, the high-speed operation mode may be entered when the address signal changes.

【0050】図5(c)は本発明をマイクロプロセッサ
に適用した例である。通常動作状態では、クロックCL
Kが印加されている。このとき、信号φCは低レベル、
φSは高レベルであり、高速動作モードである。マイク
ロプロセッサが待機状態またはデータ保持状態になる
と、クロックCLKが停止し、信号BUが高レベルにな
る。これに同期して、φCは高レベル、φSは低レベルに
なり、低消費電力モードになる。これにより、マイクロ
プロセッサの消費電力が低減され、電池などの小容量の
電源で長時間バックアップすることが可能になる。
FIG. 5C shows an example in which the present invention is applied to a microprocessor. In the normal operation state, the clock CL
K is applied. At this time, the signal φ C is low level,
φ S is at a high level, which is a high speed operation mode. When the microprocessor enters the standby state or the data holding state, the clock CLK is stopped and the signal BU goes high. In synchronization with this, φ C becomes high level and φ S becomes low level, and the low power consumption mode is set. As a result, the power consumption of the microprocessor is reduced, and it becomes possible to back up for a long time with a small capacity power source such as a battery.

【0051】図6は、図4の回路を実現するためのデバ
イス構造の一例である。この図のポリシリコン130、
131、132、133がそれぞれ図4のMC2、MP
N、MS2のゲートに相当する(MC1、MS1はここには
記載されていない)。
FIG. 6 is an example of a device structure for realizing the circuit of FIG. Polysilicon 130 in this figure,
131, 132, and 133 are M C2 , M P , and
Corresponds to the gates of M N and M S2 (M C1 and M S1 are not listed here).

【0052】注意すべきことは、MC2とMPとが同一の
nウェル101(n+拡散層120を介してVCCに接続
されている)を共有していることである。MNとMS2
同様にp基板(VSSに接続されている)100を共有し
ている。これからわかるように、MOSトランジスタの
バックゲートをVCC、VSSに接続する方が、ソースに接
続する場合に比べて、前述の(i)の効果が得られるだけ
でなく、レイアウト面積の点でも有利である。
It should be noted that M C2 and M P share the same n-well 101 (connected to V CC through n + diffusion layer 120). M N and M S2 likewise share a p-substrate (connected to V SS ) 100. As can be seen, connecting the back gate of the MOS transistor to V CC and V SS not only achieves the effect of (i) above, but also in terms of layout area, compared to connecting it to the source. It is advantageous.

【0053】ここに示した例では、p基板中にnウェル
を形成しているが、逆にn基板中にpウェルを形成して
もよい。あるいは、アイ・エス・エス・シー・シー、ダ
イジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第248
頁から第249頁、1989年2月(ISSCC Digest of
Technical Papers, pp.248-249, Feb.1989)に記載され
ているような三重ウェル構造を用いてもよい。
In the example shown here, the n-well is formed in the p-substrate, but conversely, the p-well may be formed in the n-substrate. Alternatively, ISC SCI, Digest of Technical Papers, 248.
Pages 249, February 1989 (ISSCC Digest of
A triple well structure as described in Technical Papers, pp.248-249, Feb.1989) may be used.

【0054】〔実施例3〕図7にスイッチと抵抗の他の
実現方法を示す。本実施例の特徴は、カレントミラー回
路を用いていることである。すなわち、しきい電圧が同
じMOSトランジスタMC2とMC3は、ゲートとソースを
共有するいわゆるカレントミラー回路を成しており、M
C2には電流源I0に比例する電流が流れ、そのインピー
ダンスは大きい。MS2とMS3についても同様である。し
たがって、MC2、MS2は高抵抗とみなすことができる。
尚、電流源I0とMC3、MS3から成る回路CSを複数の
論理ゲートで共有してもよい。
[Embodiment 3] FIG. 7 shows another method of realizing a switch and a resistor. The feature of this embodiment is that a current mirror circuit is used. That is, the MOS transistors M C2 and M C3 having the same threshold voltage form a so-called current mirror circuit sharing a gate and a source.
A current proportional to the current source I 0 flows through C2 , and its impedance is large. The same applies to M S2 and M S3 . Therefore, M C2 and M S2 can be regarded as high resistance.
The circuit CS including the current source I 0 and M C3 and M S3 may be shared by a plurality of logic gates.

【0055】カレントミラー回路はここに示した回路だ
けでなく、他の回路でもよい。例えば、MOSトランジ
スタの代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよ
い。
The current mirror circuit may be not only the circuit shown here but also other circuits. For example, a bipolar transistor may be used instead of the MOS transistor.

【0056】このように、スイッチと抵抗の実現方法
は、いろいろな変形がありうる。要は、高速動作が要求
される時間帯には大電流を、低消費電力が要求される時
間帯には小電流を流す手段であればよい。以下の図面で
は、簡単のため、図1のようにスイッチと抵抗で表すこ
とにする。
As described above, the method of realizing the switch and the resistor can be variously modified. In short, any means may be used as long as it allows a large current to flow during a time period when high speed operation is required and a small current during a time period when low power consumption is required. In the following drawings, for simplicity, the switches and resistors are used as shown in FIG.

【0057】〔実施例4〕インバータのMOSトランジ
スタのバックゲートは、VCC、VSSに限らず別の電源に
接続してもよく、その電圧を可変にしてもよい。図8に
その例を示す。ここでは、MP、MNのバックゲートをそ
れぞれ電源VWW、VBBに接続し、それらのバックゲート
電圧値を動作時と待機時とで変えている。VBBについて
言えば、高速動作が要求される時間帯にはVBBを浅くし
て(あるいは極端な場合わずかに正にして)MNのVT
低くして高速動作を可能にする。低消費電力が要求され
る時間帯にはVBBを深くしてMNのVTを高くして、サブ
スレッショルド電流を抑える。これにより、前記(i)の
効果がさらに大きくなる。以上VBBについて述べたが、
WWも電圧の極性が逆になるだけで同様である。なお、
この種のバックゲート電圧発生回路は、例えばアイ・エ
ス・エス・シー・シー、ダイジェスト・オブ・テクニカ
ル・ペーパーズ、第254頁から第255頁、1985
年2月(ISSCCDigest of Technical Papers, pp.254-25
5, Feb.1985)に記載されている。
[Embodiment 4] The back gate of the MOS transistor of the inverter is not limited to V CC and V SS , but may be connected to another power source, and its voltage may be variable. FIG. 8 shows an example thereof. Here, the back gates of M P and M N are connected to the power supplies V WW and V BB , respectively, and their back gate voltage values are changed during operation and during standby. As for V BB, the time zone in which high-speed operation is required by shallow V BB (or in extreme cases slightly positively) that enable high-speed operation by reducing the V T of M N. The time zone requiring low power consumption by increasing the V T of M N to deepen the V BB, suppress the subthreshold current. As a result, the effect of (i) above is further enhanced. The V BB has been described above,
V WW is the same except that the polarities of the voltages are reversed. In addition,
This type of back gate voltage generating circuit is disclosed in, for example, ISC SCI, Digest of Technical Papers, pages 254 to 255, 1985.
February (ISSCC Digest of Technical Papers, pp.254-25
5, Feb. 1985).

【0058】図9は、図8の回路を実現するためのデバ
イス構造の一例である。ここでは、前述の三重ウェル構
造を用いており、nウェル105(PチャネルMOSト
ランジスタのバックゲート)はn+拡散層120を介し
てVWWに、pウェル103(NチャネルMOSトランジ
スタのバックゲート)はp+拡散層127を介してVBB
に接続されている。
FIG. 9 is an example of a device structure for realizing the circuit of FIG. Here, the above-mentioned triple well structure is used. The n-well 105 (back gate of P-channel MOS transistor) is connected to V WW via the n + diffusion layer 120, and the p-well 103 (back gate of N-channel MOS transistor) is connected to V WW. V BB via the p + diffusion layer 127
It is connected to the.

【0059】この三重ウェル構造は、Pチャネル、Nチ
ャネル共に回路ごとに独立したウェルに入れることがで
きるので、回路ごとにバックゲート電圧を設定できると
いう利点がある。例えば、1つのLSI内に動作状態に
ある回路と待機状態にある回路が混在する場合、前者の
バックゲート電圧を浅く、後者のバックゲート電圧を深
くすることができる。
This triple well structure has the advantage that the back gate voltage can be set for each circuit because both P-channel and N-channel can be placed in independent wells for each circuit. For example, when a circuit in the operating state and a circuit in the standby state coexist in one LSI, the back gate voltage of the former can be made shallow and the back gate voltage of the latter can be made deep.

【0060】〔実施例5〕次に、インバータを多段接続
したインバータ列の場合について述べる。簡単のため、
まず2段の場合で原理を説明する。
[Embodiment 5] Next, the case of an inverter array in which inverters are connected in multiple stages will be described. For simplicity,
First, the principle will be described in the case of two stages.

【0061】図10(a)は、CMOSインバータ
1、L2を接続した場合の回路図である。各段のインバ
ータごとに、スイッチSCi、SSiと抵抗RCi、RSi(i
=1,2)が挿入されている。
FIG. 10A is a circuit diagram when the CMOS inverters L 1 and L 2 are connected. Switches S Ci and S Si and resistors R Ci and R Si (i
= 1, 2) has been inserted.

【0062】高速動作モードでは、4個のスイッチをす
べてオンにし、VCC、VSSを直接インバータL1、L2
印加する。インバータのMOSトランジスタのしきい電
圧(VT)を低く設定しておけば、高速動作させること
ができる。一方、低消費電力モードでは、4個のスイッ
チをすべてオフにして、抵抗を通してインバータに電源
を供給する。サブスレッショルド電流が抵抗を通して流
れることによる電圧降下により、VCL1、VCL2はVCC
りも低下し、VSL1、VSL2はVSSよりも上昇する。
In the high speed operation mode, all four switches are turned on and V CC and V SS are directly applied to the inverters L 1 and L 2 . If the threshold voltage (V T ) of the MOS transistor of the inverter is set low, high speed operation can be achieved. On the other hand, in the low power consumption mode, all the four switches are turned off and power is supplied to the inverter through the resistors. Due to the voltage drop caused by the subthreshold current flowing through the resistor, V CL1 and V CL2 are lower than V CC , and V SL1 and V SL2 are higher than V SS .

【0063】第1段のインバータL1については、図1
の場合と同様に、前記(i)(ii)の機構によってサブスレ
ッショルド電流が減少する。しかし、図10(b)に示
すように、L1の出力N1の論理振幅は入力信号INの論
理振幅よりも小さい。すなわち、INが低レベル(=V
SS)の時はN1の電圧レベルはVCL1になり、INが高レ
ベル(=VCC)の時はN1の電圧レベルはVSL1になる。
これが第2段のインバータL2の入力となるから、L2
サブスレッショルド電流低減のためには、VCC>VCL1
>VCL2、VSS<VSL1<VSL2となるように抵抗値を設
定するのが望ましい。これにより、L2についても前記
(i)(ii)の機構によってサブスレッショルド電流が減少
する。VCL1=VCL2、VSL1=VSL2の時は、(i)による
効果は得られるが(ii)による効果は得られない。
The first stage inverter L 1 is shown in FIG.
Similar to the case, the subthreshold current is reduced by the mechanisms (i) and (ii). However, as shown in FIG. 10B, the logical amplitude of the output N 1 of L 1 is smaller than the logical amplitude of the input signal IN. That is, IN is at a low level (= V
When SS ), the voltage level of N 1 becomes V CL1 , and when IN is at a high level (= V CC ), the voltage level of N 1 becomes V SL1 .
Since this becomes the input of the second stage inverter L 2 , in order to reduce the subthreshold current of L 2 , V CC > V CL1
It is desirable to set the resistance values such that> V CL2 and V SS <V SL1 <V SL2 . As a result, L 2
The subthreshold current is reduced by the mechanisms (i) and (ii). When V CL1 = V CL2 and V SL1 = V SL2 , the effect (i) can be obtained but the effect (ii) cannot be obtained.

【0064】〔実施例6〕図11(a)に示す多段接続
の場合も上と同様で、VCC>VCL1>VCL2>……>V
CLk、VSS<VSL1<VSL2<……<VSLkとなるようにす
るのがよい。ただし、図11(b)に示すように、1段
ごとに論理振幅が小さくなるので、適宜レベル変換回路
を挿入して振幅を回復させる。この例では、k段のイン
バータの後にレベル変換回路LCを付加して、出力信号
OUTの論理振幅が入力信号INと同じになるようにし
ている。この種のレベル変換回路は、例えばシンポジウ
ム・オン・ブイ・エル・エス・アイ・サーキッツ、ダイ
ジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第82頁か
ら第83頁、1992年6月(Symposium on VLSI Circ
uits, Digest of Technical Papers, pp.82-83, June 1
992)に記載されている。
[Embodiment 6] The same applies to the case of the multistage connection shown in FIG. 11A, where V CC > V CL1 > V CL2 >...> V
CLk , V SS <V SL1 <V SL2 <... <V SLk is preferable. However, as shown in FIG. 11B, since the logical amplitude becomes smaller for each stage, a level conversion circuit is appropriately inserted to recover the amplitude. In this example, a level conversion circuit LC is added after the k-stage inverter so that the logical amplitude of the output signal OUT becomes the same as that of the input signal IN. This kind of level conversion circuit is described, for example, in Symposium on VLS L.S.K., Digest of Technical Papers, pages 82 to 83, June 1992 (Symposium on VLSI Circ).
uits, Digest of Technical Papers, pp.82-83, June 1
992).

【0065】レベル変換回路LCは高速動作時には不要
である。なぜなら、スイッチがすべてオンになっている
ので、VCL1=VCL2=……=VCLk=VCC、VSL1=V
SL2=……=VSLk=VSSであり、論理振幅の減少がない
からである。したがって、高速動作時には、スイッチS
LCをオンにしてレベル変換回路をバイパスさせることに
よって、遅延を避けることができる。
The level conversion circuit LC is unnecessary in high speed operation. Because all the switches are on, V CL1 = V CL2 = ... = V CLk = V CC , V SL1 = V
This is because SL2 = ... = V SLk = V SS and there is no decrease in logic amplitude. Therefore, when operating at high speed, the switch S
Delays can be avoided by turning on LC and bypassing the level translation circuit.

【0066】〔実施例7〕図12(a)に多段接続イン
バータ列の他の例を示す。この例では、スイッチSC
Sと抵抗RC、RSがすべてのインバータL1〜Lkによ
り共有されており、電圧VCL、VSLはL1〜Lkに共通で
ある。それゆえに、図10の説明で述べたように、前記
(i)の機構によるサブスレッショルド電流低減効果は得
られるが(ii)による効果は得られない。したがって、サ
ブスレッショルド電流低減効果は前実施例よりも小さく
なる。
[Embodiment 7] FIG. 12A shows another example of a multistage connected inverter array. In this example, the switch S C ,
S S and resistors R C and R S are shared by all the inverters L 1 to L k, and the voltages V CL and V SL are common to L 1 to L k . Therefore, as described in the explanation of FIG.
The effect of reducing the subthreshold current by the mechanism of (i) can be obtained, but the effect by (ii) cannot be obtained. Therefore, the effect of reducing the subthreshold current is smaller than that in the previous embodiment.

【0067】しかし、その反面スイッチと抵抗のレイア
ウト面積が節約できるという利点がある。また、図12
(b)に示すように、すべての信号(入出力信号を含め
て)の電圧レベルが同一であり、前実施例のような論理
振幅の減少がないという特長がある。そのため、レベル
変換回路は不要であり、また、NAND、NORなどの
論理が組みやすいという利点がある。
However, on the other hand, there is an advantage that the layout area of the switch and the resistor can be saved. In addition, FIG.
As shown in (b), the voltage levels of all signals (including input / output signals) are the same, and there is the feature that there is no decrease in logic amplitude as in the previous embodiment. Therefore, there is an advantage that a level conversion circuit is unnecessary and logic such as NAND and NOR can be easily assembled.

【0068】〔実施例8〕次に、本発明を一般の組合せ
論理回路に適用する場合について述べる。
[Embodiment 8] Next, the case where the present invention is applied to a general combinational logic circuit will be described.

【0069】例えば、図13に示す組合せ論理回路を考
える。これに本発明を適用するには、まず論理ゲートを
図13のようにグループ分けする。この例では、15個
の論理ゲートL1〜L15が3つのグループG1、G2、G3
に分けられている。グループ分けに当たっては、第i番
目のグループに含まれる論理ゲートの出力信号は、第
(i+1)番目以降のグループの論理ゲートにのみ入力
されるようにする。
For example, consider the combinational logic circuit shown in FIG. To apply the present invention to this, first, the logic gates are divided into groups as shown in FIG. In this example, 15 logic gates L 1 to L 15 are divided into three groups G 1 , G 2 and G 3.
It is divided into In grouping, the output signals of the logic gates included in the i-th group are input only to the logic gates of the (i + 1) th and subsequent groups.

【0070】次に、図14に示すように、各グループご
とに電源との間にスイッチと抵抗を挿入する。論理ゲー
トの出力信号の論理振幅は、図11の場合と同様に、1
段ごとに小さくなるから、図14に示すようにレベル変
換回路群GC1、GC2を挿入して振幅を回復させる。
尚、図示されていないが、高速動作時には図11の場合
と同様にレベル変換回路群GC1、GC2をパイパスさせ
てもよい。
Next, as shown in FIG. 14, a switch and a resistor are inserted between each group and the power source. The logic amplitude of the output signal of the logic gate is 1 as in the case of FIG.
Since each stage becomes smaller, the level conversion circuit groups GC 1 and GC 2 are inserted to restore the amplitude as shown in FIG.
Although not shown, the level conversion circuit groups GC 1 and GC 2 may be bypassed during high speed operation as in the case of FIG.

【0071】本実施例の特徴の1つは、同じグループに
含まれる論理ゲートは、スイッチと抵抗を共有している
ことである。図13の例で言えば、グループG1に含ま
れる3個のインバータは、スイッチSC1、SS1と抵抗R
C1、RS1を共有している。
One of the characteristics of this embodiment is that the logic gates included in the same group share the resistance with the switch. In the example of FIG. 13, the three inverters included in the group G 1 include the switches S C1 and S S1 and the resistor R 1.
C1 and R S1 are shared.

【0072】本実施例のもう1つの特徴は、レベル変換
回路の前後のグループでスイッチと抵抗を共有している
ことである。すなわち、グループG1とGk+1はスイッチ
C1、SS1および抵抗RC1、RS1を、グループG2とG
k+2はスイッチSC2、SS2および抵抗RC2、RS2を、…
…、グループGkとG2kはスイッチSCk、SSkおよび抵
抗RCk、RSkをそれぞれ共有している。
Another feature of this embodiment is that the groups before and after the level conversion circuit share the switch and the resistance. That is, the groups G 1 and G k + 1 include the switches S C1 , S S1 and the resistors R C1 , R S1 and the groups G 2 and G k , respectively.
k + 2 includes switches S C2 , S S2 and resistors R C2 , R S2 , ...
.., groups G k and G 2k share switches S Ck , S Sk and resistors R Ck , R Sk , respectively.

【0073】このように、複数の論理ゲートでスイッチ
と抵抗を共有することにより、LSI全体として見れば
スイッチと抵抗との数を低減でき、レイアウト面積を節
約できる。
By thus sharing the switch and the resistance with a plurality of logic gates, it is possible to reduce the number of the switch and the resistance as a whole LSI and save the layout area.

【0074】〔実施例9〕図15に本発明の他の実施例
を示す。図15の実施例がこれまでの実施例と相違する
のは、電圧リミッタ(降圧回路、昇圧回路)VC1、V
2、……、VCk、VS1、VS2、……、VSkを用い
ていることである。
[Embodiment 9] FIG. 15 shows another embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 15 differs from the previous embodiments in that voltage limiters (step-down circuit, step-up circuit) VC 1 , V
That is, C 2 , ..., VC k , VS 1 , VS 2 , ..., VS k are used.

【0075】低消費電力が要求される時には、スイッチ
C1〜TCk、TS1〜TSkを図示の側に切換え、電圧リミ
ッタによって論理ゲート群に電源を供給する。電圧リミ
ッタVC1、VC2、……、VCkは、電源電圧VCC側の
降圧回路として動作し、VCCよりも低くほぼ安定化され
た内部電圧VCL1、VCL2、……、VCLkをそれぞれ発生
する。一方、VS1、VS2、……、VSkは、接地VSS
側の昇圧回路として動作し、VSSよりも高くほぼ安定化
された内部電圧VSL1、VSL2、……、VSLkをそれぞれ
発生する。発生する電圧は前述の実施例と同様に、VCC
>VCL1>VCL2>……>VCLk、VSS<VSL1<VSL2
……<VSLkとするのがよい。尚、この種の電圧リミッ
タについては、特開平2−246516号公報に開示さ
れている。
When low power consumption is required, the switches T C1 to T Ck and T S1 to T Sk are switched to the illustrated side, and power is supplied to the logic gate group by the voltage limiter. The voltage limiters VC 1 , VC 2 , ..., VC k operate as a step-down circuit on the power supply voltage V CC side, and are lower than V CC and are almost stabilized internal voltages V CL1 , V CL2 , ..., V CLk. Occurs respectively. On the other hand, VS 1 , VS 2 , ..., VS k are connected to the ground V SS.
It operates as a booster circuit on the side and generates internal voltages V SL1 , V SL2 , ..., V SLk that are higher than V SS and are almost stabilized. The generated voltage is V CC as in the previous embodiment.
> V CL1 > V CL2 > …… > V CLk , V SS <V SL1 <V SL2 <
...... <V SLk is better. A voltage limiter of this type is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-246516.

【0076】逆に、高速動作が要求される時は、スイッ
チを図示されているのとは反対側に切換えて、VCC、V
SSを直接論理ゲート群に印加して、高速動作を可能にす
る。尚、この時は電圧リミッタは不要になるので、その
動作を停止させてもよい。
On the contrary, when a high speed operation is required, the switch is switched to the side opposite to that shown in the drawing, and V CC , V
Apply SS directly to the group of logic gates to enable high speed operation. At this time, the voltage limiter is not necessary, so the operation may be stopped.

【0077】〔実施例10、11〕これまでの実施例
は、インバータ列や組合せ論理回路といったフィードバ
ックのない回路であったが、本発明はフィードバックの
ある回路にも適用できる。一例として、図16(a)に
示す2個のNANDゲートを組合せたラッチ回路の場合
について説明する。
[Embodiments 10 and 11] In the above embodiments, circuits having no feedback such as inverter trains and combinational logic circuits were used, but the present invention can be applied to circuits having feedback. As an example, a case of a latch circuit shown in FIG. 16A in which two NAND gates are combined will be described.

【0078】図16(b)に回路図を示す。2個のNA
NDゲートL1、L2と電源Vccおよび接地Vssとの間
に、それぞれスイッチSC1、SS1、SC2、SS2および抵
抗RC1、RS1、RC2、RS2が挿入されている。VCL1
CL2がVCCよりも低下し、VSL 1、VSL2がVSSよりも
上昇し、前記(i)の機構によってサブスレッショルド電
流が低減される。
A circuit diagram is shown in FIG. 2 NA
Switches S C1 , S S1 , S C2 , S S2 and resistors R C1 , R S1 , R C2 , R S2 are inserted between the ND gates L 1 and L 2 and the power supply Vcc and the ground Vss, respectively. V CL1 ,
V CL2 falls below V CC , V SL 1 and V SL2 rise above V SS , and the mechanism (i) reduces the subthreshold current.

【0079】図17は、さらにサブスレッショルド電流
を低減するために、情報のラッチに用いられる4個のM
OSトランジスタMP12、MP22、MN12、MN22のしきい
電圧VTを他のMOSトランジスタMP11、MP21
N11、MN21のしきい電圧より高く(よりエンハンスメ
ントに)した例である。入力信号が印加される他のMO
SトランジスタMP11、MP21、MN11、MN21のしきい電
圧VTは低いままであるから、高速動作が可能である。
この場合、VSS側のスイッチと抵抗は不要である。なぜ
ならば、高しきい電圧のVSS側トランジスタMN12、M
N22によって電流を確実に抑止できるからである。
FIG. 17 shows four M's used to latch information in order to further reduce the subthreshold current.
The threshold voltage V T of the OS transistors M P12 , M P22 , M N12 , and M N22 is set to the other MOS transistors M P11 , M P21 ,
In this example, the threshold voltage is higher (more enhanced) than that of M N11 and M N21 . Another MO to which the input signal is applied
Since the threshold voltage V T of the S transistors M P11 , M P21 , M N11 and M N21 remains low, high speed operation is possible.
In this case, the switch and the resistor on the V SS side are unnecessary. This is because the high threshold voltage V SS side transistors M N12 , M
This is because the current can be reliably suppressed by N22 .

【0080】〔実施例12、13〕これまでの実施例
は、入力信号が低レベルでも高レベルでもサブスレッシ
ョルド電流を低減できるものであった。しかし実際のL
SIでは、サブスレッショルド電流低減が必要な時間
帯、例えば待機状態における特定の信号のレベルは予め
判っていることが多い。このような場合は、より簡単な
回路でサブスレッショルド電流を低減することができ
る。
[Embodiments 12 and 13] In the embodiments so far, the subthreshold current can be reduced regardless of whether the input signal is at a low level or a high level. But the actual L
In SI, the time zone in which the subthreshold current reduction is required, for example, the level of a specific signal in a standby state is often known in advance. In such a case, the subthreshold current can be reduced with a simpler circuit.

【0081】図18は、待機状態における入力信号IN
は低レベル(“L”)であると判っている場合のインバ
ータ列の回路例である。INが低レベルであるから、ノ
ードN1、N3、N5、……は高レベル、N2、N4、N6
……は低レベルになり、PチャネルMOSトランジスタ
のうちMP2、MP4、……がオフ、NチャネルMOSトラ
ンジスタのうちMN1、MN3、……がオフである。スイッ
チと抵抗は、これらのオフ状態のトランジスタのソース
にのみ挿入すれば十分である。サブスレッショルド電流
が流れるのはオフ状態のトランジスタだからである。
FIG. 18 shows the input signal IN in the standby state.
Is an example of a circuit of an inverter array when it is known to be at a low level (“L”). Since IN is low, nodes N 1 , N 3 , N 5 , ... Are high, N 2 , N 4 , N 6 ,.
... becomes low level, M P2 , M P4 , ... Of the P channel MOS transistors are off, and M N1 , M N3 , ... Of the N channel MOS transistors are off. It is sufficient to insert the switches and resistors only in the sources of these off-state transistors. The subthreshold current flows because it is a transistor in the off state.

【0082】また、図19に示すように、スイッチと抵
抗を複数のインバータで共有しても差し支えない。
As shown in FIG. 19, the switch and the resistor may be shared by a plurality of inverters.

【0083】これらの実施例は、入力信号のレベルが判
っていなければならないという制約はあるが、簡単な回
路でサブスレッショルド電流を低減できるという利点が
ある。図18、19を図11と比較してみれば明らかな
ように、スイッチと抵抗の数が少なくなり、レベル変換
回路が不要になる。
Although these embodiments have the restriction that the level of the input signal must be known, they have the advantage that the subthreshold current can be reduced with a simple circuit. As is clear from comparing FIGS. 18 and 19 with FIG. 11, the number of switches and resistors is reduced, and the level conversion circuit becomes unnecessary.

【0084】〔実施例14、15〕インバータだけでな
くNAND、NORなどの論理ゲートでも、待機状態に
おける入力信号のレベルが判っている場合は、より簡単
な回路でサブスレッショルド電流を低減することができ
る。
[Embodiments 14 and 15] If the level of the input signal in the standby state is known not only in the inverter but also in the logic gates such as NAND and NOR, the subthreshold current can be reduced by a simpler circuit. it can.

【0085】図20は2入力NANDゲート、図21は
2入力NORゲートの例である。2つの入力信号IN1
とIN2がいずれも低レベル、あるいはいずれも高レベ
ルの場合は、これらのゲートは実質的にインバータと等
価であるから、図18、図19で説明した方法が適用で
きる。問題は、図のように一方の入力が低レベル
(“L”)、他方の入力が高レベル(“H”)の場合で
ある。
FIG. 20 shows an example of a 2-input NAND gate, and FIG. 21 shows an example of a 2-input NOR gate. Two input signals IN 1
When IN and IN 2 are both low level or both are high level, these gates are substantially equivalent to the inverter, and therefore the method described with reference to FIGS. 18 and 19 can be applied. The problem is when one input is low level (“L”) and the other input is high level (“H”) as shown.

【0086】図20のNANDゲートの場合は、Pチャ
ネルMOSトランジスタMP12とNチャネルMOSトラ
ンジスタMN11がオフであるが、出力OUTは高レベル
であるから、サブスレッショルド電流が流れるのはM
N11である。従って、VSS側にスイッチと抵抗を挿入す
ればよい。図21のNORゲートの場合は逆に、サブス
レッショルド電流が流れるのはPチャネルMOSトラン
ジスタMP14である。従って、VCC側にスイッチと抵抗
を挿入すればよい。
In the case of the NAND gate of FIG. 20, the P-channel MOS transistor M P12 and the N-channel MOS transistor M N11 are off, but the output OUT is at a high level, so that the subthreshold current flows in M.
It is N11 . Therefore, it suffices to insert a switch and a resistor on the V SS side. On the contrary, in the case of the NOR gate in FIG. 21, it is the P-channel MOS transistor M P14 that the subthreshold current flows. Therefore, it suffices to insert a switch and a resistor on the V CC side.

【0087】図20、図21は本発明を2入力論理ゲー
トに適用した例であるが、3入力以上の論理ゲートでも
同様にできる。また、スイッチと抵抗は、他の論理ゲー
トと共有してもよいことはもちろんである。
20 and 21 show an example in which the present invention is applied to a 2-input logic gate, the same can be applied to a 3-input or higher logic gate. Of course, the switch and the resistor may be shared with other logic gates.

【0088】〔実施例16〕図22はクロックインバー
タにおいて、待機状態ではクロックCLK1は低レベ
ル、CLK2は高レベルであると判っている場合の回路
例である。この場合は、MOSトランジスタMP16、M
N16が共にオフであるから、出力OUTは高インピーダ
ンスになり、その電圧レベルはOUTに接続されている
他の回路(図示せず)によって決まる。電圧レベルによ
ってMOSトランジスタMP16、MN16のいずれにサブス
レッショルド電流が流れるかが決まるから、この場合
は、図のようにスイッチと抵抗をVCC側、VSS側の両方
に挿入すればよい。
[Embodiment 16] FIG. 22 shows an example of a circuit in the clock inverter when it is known that the clock CLK 1 is at a low level and the clock CLK 2 is at a high level in the standby state. In this case, the MOS transistors M P16 , M
Since both N16 are off, the output OUT will be high impedance and its voltage level will be determined by other circuitry (not shown) connected to OUT. Since the subthreshold current flows in which of the MOS transistors M P16 and M N16 depends on the voltage level, in this case, a switch and a resistor may be inserted on both the V CC side and the V SS side as shown in the figure.

【0089】〔実施例17〕一般の組合せ論理回路の場
合も、入力信号のレベルが予め判っている場合は、より
簡単な回路でサブスレッショルド電流を低減することが
できる。図13に示した組合せ論理回路を例にとりあげ
て説明する。
[Embodiment 17] Even in the case of a general combinational logic circuit, if the level of the input signal is known in advance, the subthreshold current can be reduced by a simpler circuit. The combinational logic circuit shown in FIG. 13 will be described as an example.

【0090】図23は、この回路の入力IN1〜IN6
すべて低レベルと判っている場合の回路構成例である。
インバータL1〜L3、L5、L6については、図18、図
19と同様に、L1〜L3のVSS側とL5、L6のVCC側に
スイッチと抵抗を挿入する。NORゲートL7は、入力
信号がいずれも低レベルであるから、実質的にインバー
タと等価である。従って、VSS側にスイッチと抵抗を挿
入すればよい。NORゲートL4は、入力信号の一方が
低レベル、他方が高レベルであるから、図21と同様
に、VCC側にスイッチと抵抗を挿入する。8個のNAN
Dゲートのうち、L12だけは3つの入力信号がすべて高
レベルであり、インバータと等価であるから、VCC側に
スイッチと抵抗を挿入する。他のNANDゲートは、入
力信号に低レベルのものと高レベルのものが混在するか
ら、図20と同様に、VSS側にスイッチと抵抗を挿入す
ればよい。
FIG. 23 shows an example of the circuit configuration when the inputs IN 1 to IN 6 of this circuit are all known to be low level.
For the inverters L 1 to L 3 , L 5 and L 6 , switches and resistors are inserted on the V SS side of L 1 to L 3 and the V CC side of L 5 and L 6 as in FIGS. 18 and 19. . The NOR gate L 7 is substantially equivalent to an inverter because all the input signals are low level. Therefore, it suffices to insert a switch and a resistor on the V SS side. Since one of the input signals of the NOR gate L 4 is at a low level and the other is at a high level, a switch and a resistor are inserted on the V CC side as in the case of FIG. 8 NANs
Of the D gates, only L 12 has all three input signals at high levels and is equivalent to an inverter. Therefore, a switch and a resistor are inserted on the V CC side. In other NAND gates, low level and high level input signals coexist, so that a switch and a resistor may be inserted on the V SS side as in FIG.

【0091】以上の説明から明らかなように、出力が高
レベルである論理ゲートにはVSS側に、出力が低レベル
である論理ゲートにはVCC側に、スイッチと抵抗を挿入
すればよい。図23に示すように、これらのスイッチと
抵抗を複数の論理ゲートで共有することにより、レイア
ウト面積を節約できる。
As is apparent from the above description, a switch and a resistor may be inserted on the side of V SS for the logic gate whose output is at the high level, and on the side of V CC for the logic gate whose output is at the low level. . As shown in FIG. 23, the layout area can be saved by sharing these switches and resistors among a plurality of logic gates.

【0092】〔実施例18〕フィードバックがある回路
についても、信号のレベルが予め判っている場合は、よ
り簡単な回路でサブスレッショルド電流を低減すること
ができる。図24は、図16(a)のラッチに適用した
例である。
[Embodiment 18] Even for a circuit having feedback, if the signal level is known in advance, the subthreshold current can be reduced by a simpler circuit. FIG. 24 shows an example applied to the latch of FIG. 16 (a).

【0093】この種のラッチは、待機状態においては普
通、入力信号IN1、IN2が共に高レベルであり、出力
信号OUT1、OUT2のうちの一方が低レベル、他方が
高レベルとなって1ビットの情報を保持している。図2
4は、OUT1が低レベル、OUT2が高レベルであると
判っている場合の回路構成例である。NANDゲートL
1は、2つの入力信号が共に高レベルであるから、イン
バータと等価であり、図18、図19と同様に、VCC
にスイッチと抵抗を挿入する。NANDゲートL2は、
入力信号の一方が低レベル、他方が高レベルであるか
ら、図20と同様に、VSS側にスイッチと抵抗を挿入す
ればよい。これらのスイッチと抵抗は、他の論理ゲート
と共有してもよいことはもちろんである。
In a latch of this type, in the standby state, both the input signals IN 1 and IN 2 are normally at a high level, one of the output signals OUT 1 and OUT 2 is at a low level, and the other is at a high level. Holds 1-bit information. Figure 2
4 is an example of a circuit configuration when it is known that OUT 1 is low level and OUT 2 is high level. NAND gate L
1 is equivalent to an inverter because the two input signals are both at high level, and a switch and a resistor are inserted on the V CC side as in FIGS. 18 and 19. NAND gate L 2 is
Since one of the input signals is at the low level and the other is at the high level, a switch and a resistor may be inserted on the V SS side as in the case of FIG. Of course, these switches and resistors may be shared with other logic gates.

【0094】〔実施例19〕図25は、本発明をメモリ
LSIなどで周知のデータ出力バッファに適用した例で
ある。待機状態においては、出力エネーブル信号OEが
低レベルであり、NANDゲートL21及びL22の出力は
高レベル、インバータL23の出力は低レベルである。従
って、出力段L24を構成する2個のMOSトランジスタ
P20およびMN20は共にオフであり、出力DOUTは高
インピーダンスである。
[Embodiment 19] FIG. 25 is an example in which the present invention is applied to a known data output buffer in a memory LSI or the like. In the standby state, the output enable signal OE is at low level, the outputs of the NAND gates L 21 and L 22 are at high level, and the output of the inverter L 23 is at low level. Therefore, the two MOS transistors M P20 and M N20 forming the output stage L 24 are both off, and the output DOUT has a high impedance.

【0095】論理ゲートL21〜L23については、図23
の説明で述べた方針に従って、VSS側もしくはVCC側に
スイッチと抵抗を挿入すればよい。出力段L24について
は、図22のクロックインバータの場合と同様に、スイ
ッチと抵抗をVCC側、VSS側の両方に挿入すればよい。
FIG. 23 shows the logic gates L 21 to L 23 .
In accordance with the policy described in the above description, the switch and the resistor may be inserted on the V SS side or the V CC side. For the output stage L 24 , switches and resistors may be inserted on both the V CC side and the V SS side, as in the case of the clock inverter of FIG.

【0096】〔実施例20〕図26は、本発明をメモリ
LSIなどで周知のデータ入力バッファに適用した例で
ある。図中、SBは待機状態のときに高レベルになる信
号である。インバータL31およびL32の出力は、図4お
よび図7に示したように、それぞれφS、φCとしてスイ
ッチの制御に用いることができる。L33はNANDゲー
トであり、その入力はφSとデータ入力信号DINであ
る。待機状態のときはφSは低レベルであるから、DIN
の如何にかかわらずL33の出力は高レベル、従ってイン
バータL34の出力dINの出力は低レベルになる。一方、
動作状態のときは、SBが低レベルであるから、dIN
INに追随する。
[Embodiment 20] FIG. 26 is an example in which the present invention is applied to a well-known data input buffer in a memory LSI or the like. In the figure, SB is a signal that goes high in the standby state. The outputs of the inverters L 31 and L 32 can be used for controlling the switches as φ S and φ C , respectively, as shown in FIGS. 4 and 7. L 33 is a NAND gate, the inputs of which are φ S and the data input signal D IN . Since φ S is at a low level in the standby state, D IN
Regardless of the above, the output of L 33 is high, and thus the output of the output d IN of the inverter L 34 is low. on the other hand,
In the operating state, SB is at a low level, so d IN follows D IN .

【0097】NANDゲートL33とインバータL34につ
いては、それぞれVSS側、VCC側にスイッチと抵抗を
挿入することにより、サブスレッショルド電流を低減で
きる。インバータL31とL32についてはこの手法は使え
ないが、MOSトランジスタのしきい電圧を高くするこ
とにより、サブスレッショルド電流を低減できる。待機
状態と動作状態の切り換えにはそれほど高速性は要求さ
れないことが多いから、しきい電圧の高いMOSトラン
ジスタを用いても差し支えない。
For the NAND gate L 33 and the inverter L 34 , the subthreshold current can be reduced by inserting a switch and a resistor on the V SS side and the VCC side, respectively. This method cannot be used for the inverters L 31 and L 32 , but the subthreshold current can be reduced by increasing the threshold voltage of the MOS transistor. Since switching between the standby state and the operating state does not often require high speed, a MOS transistor having a high threshold voltage may be used.

【0098】図18〜25の実施例は、簡単な回路でサ
ブスレッショルド電流を低減できるという利点がある反
面、サブスレッショルド電流低減が必要な時間帯、例え
ば待機状態における信号レベルが判っていなければ適用
できないという制約がある。従って、このときには、L
SI内のできるだけ多くのノードのレベルが確定するよ
うにすることが望ましい。図26の入力バッファを用い
ることによって、このときの信号dINのレベルを低レベ
ルに確定させることができる。なお、信号dINのレベル
を確定させる方法としては、この他に、例えば「待機状
態のときはデータ入力端子DINは低レベル(または高レ
ベル)にする」という仕様を定めておく方法もある。
The embodiments of FIGS. 18 to 25 have the advantage of being able to reduce the subthreshold current with a simple circuit, but are applicable if the signal level in the time zone where the subthreshold current reduction is required, for example, in the standby state is not known. There is a constraint that you cannot do it. Therefore, at this time, L
It is desirable to have as many levels of nodes in the SI as established. By using the input buffer of FIG. 26, the level of the signal d IN at this time can be fixed at a low level. As a method of determining the level of the signal d IN , other than this, for example, there is a method of defining a specification that “the data input terminal D IN is set to a low level (or a high level) in the standby state”. .

【0099】以上、データ入力バッファについて述べた
が、アドレス信号その他の信号の入力バッファも同様で
ある。
Although the data input buffer has been described above, the same applies to the input buffers for address signals and other signals.

【0100】図18〜図26の実施例は、メモリLSI
に適用するのに好適である。メモリLSIでは、待機状
態の時に高レベルであるか低レベルであるかが判ってい
るノードが比較的多く、さらに図26の入力バッファを
用いることによってほとんどのノードのレベルを確定さ
せられるからである。
The embodiment of FIGS. 18 to 26 is a memory LSI.
It is suitable to be applied to. This is because, in the memory LSI, there are relatively many nodes whose high level or low level is known in the standby state, and the levels of most nodes can be fixed by using the input buffer of FIG. .

【0101】図25、26の実施例は、LSIチップの
外部端子に対する入出力回路としてだけでなく、例えば
マイクロプロセッサの内部バスに対するドライバ/レシ
ーバとしても用いることができる。
The embodiments of FIGS. 25 and 26 can be used not only as an input / output circuit for external terminals of an LSI chip, but also as a driver / receiver for an internal bus of a microprocessor, for example.

【0102】〔実施例21〕これまでは本発明をCMO
S回路に適用した実施例について述べてきたが、本発明
は、単一極性のMOSトランジスタで構成された回路に
も適用できる。図27にNチャネルMOSトランジスタ
のみで構成された回路の例を示す。図中、PCはプリチ
ャージ信号、IN1、IN2は入力信号である。
[Embodiment 21] The present invention has been so far carried out by CMO.
Although the embodiment applied to the S circuit has been described, the present invention can also be applied to a circuit composed of a single-polarity MOS transistor. FIG. 27 shows an example of a circuit composed of only N-channel MOS transistors. In the figure, PC is a precharge signal, and IN 1 and IN 2 are input signals.

【0103】待機時、すなわちプリチャージ状態では、
PCが高レベル、IN1とIN2は低レベルであり、出力
OUTは高レベル(=VCC−VT)にプリチャージされ
ている。動作時には、PCが低レベルになった後、IN
1とIN2は高レベルになるかあるいは低レベルにとどま
る。IN1とIN2のうち少なくとも一方が高レベルにな
れば、OUTは低レベルになり、両方共低レベルにとど
まれば、OUTは高レベルのままである。すなわち、こ
の回路はIN1とIN2のNORを出力する回路である。
In the standby state, that is, in the precharge state,
PC is at high level, IN 1 and IN 2 are at low level, and the output OUT is precharged to high level (= V CC -V T ). In operation, after the PC goes low, IN
1 and IN 2 go high or stay low. If at least one of IN 1 and IN 2 goes high, OUT goes low, and if both stay low, OUT remains high. That is, this circuit is a circuit that outputs NOR of IN 1 and IN 2 .

【0104】この回路では、待機時にオフになっている
トランジスタは、VSS側のMN41、MN42であり、これら
のトランジスタにサブスレッショルド電流が流れる。従
って、この回路に本発明を適用するには、図に示すよう
に、VSS側にスイッチと抵抗を挿入すればよい。VCC
には不要である。
In this circuit, the transistors that are turned off during standby are M N41 and M N42 on the V SS side, and a subthreshold current flows through these transistors. Therefore, to apply the present invention to this circuit, a switch and a resistor may be inserted on the V SS side as shown in the figure. It is not necessary on the V CC side.

【0105】以上説明したように、本発明は、MOSト
ランジスタ回路およびそれで構成された半導体集積回路
の低消費電力化にきわめて有効である。半導体集積回路
の低消費電力化に対する要求は、最近特に強く、例えば
日経エレクトロニクス1991年9月2日号、第106
頁から第111頁には、低電力バックアップモードを有
するマイクロプロセッサシステムについて記載されてい
る。バックアップモードでは、クロックを停止させた
り、不要な部分への電源の供給を停止したりして、低消
費電力化を図っている。しかし、サブスレッショルド電
流の低減についてまでは考慮されていない。本発明を、
例えばレジューム用回路(バックアップモードでも電源
が供給されている)に適用すれば、さらに低消費電力化
が実現できる。
As described above, the present invention is extremely effective in reducing the power consumption of a MOS transistor circuit and a semiconductor integrated circuit composed of the MOS transistor circuit. Recently, the demand for low power consumption of semiconductor integrated circuits is particularly strong, and for example, Nikkei Electronics September 2, 1991, No. 106.
Pages 111 to 111 describe a microprocessor system having a low power backup mode. In the backup mode, the power consumption is reduced by stopping the clock and stopping the power supply to unnecessary parts. However, even the reduction of the subthreshold current is not considered. The present invention
For example, if applied to a resume circuit (power is supplied even in the backup mode), further lower power consumption can be realized.

【0106】[0106]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速・低消費電力のMOSトランジスタ回路、およびそ
れで構成された半導体集積回路が実現できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to realize a high-speed and low-power-consumption MOS transistor circuit and a semiconductor integrated circuit configured by the MOS transistor circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1のインバータを示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an inverter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるサブスレッショルド電流低減の原
理を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a principle of reducing a subthreshold current according to the present invention.

【図3】本発明によるサブスレッショルド電流低減効果
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a subthreshold current reduction effect according to the present invention.

【図4】本発明の実施例2のインバータの回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram of an inverter according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の信号のタイミングを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the timing of signals of the present invention.

【図6】本発明のデバイス構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a device structure of the present invention.

【図7】本発明の実施例3のインバータの回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram of an inverter according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例4のインバータの回路図であ
る。
FIG. 8 is a circuit diagram of an inverter according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明のデバイス構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a device structure of the present invention.

【図10】本発明の実施例5のインバータ列を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an inverter array according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例6のインバータ列を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing an inverter array according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例7のインバータ列を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing an inverter array according to a seventh embodiment of the present invention.

【図13】本発明が適用される組合せ論理回路のグルー
プ分けの例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example of grouping of combinational logic circuits to which the present invention is applied.

【図14】本発明の実施例8の組合せ論理回路を示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing a combinational logic circuit according to an eighth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例9の組合せ論理回路を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a combinational logic circuit according to a ninth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例10のラッチを示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a latch according to the tenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例11のラッチの回路図であ
る。
FIG. 17 is a circuit diagram of a latch according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例12のインバータ列の回路図
である。
FIG. 18 is a circuit diagram of an inverter array according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例13のインバータ列の回路図
である。
FIG. 19 is a circuit diagram of an inverter array according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施例14のNANDゲートの回路
図である。
FIG. 20 is a circuit diagram of a NAND gate according to Example 14 of the present invention.

【図21】本発明の実施例15のNORゲートの回路図
である。
FIG. 21 is a circuit diagram of a NOR gate according to Embodiment 15 of the present invention.

【図22】本発明の実施例16のクロックインバータの
回路図である。
FIG. 22 is a circuit diagram of a clock inverter according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の実施例17の組合せ論理回路の回路
図である。
FIG. 23 is a circuit diagram of a combinational logic circuit according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の実施例18のラッチの回路図であ
る。
FIG. 24 is a circuit diagram of a latch according to an eighteenth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の実施例19の出力バッファの回路図
である。
FIG. 25 is a circuit diagram of an output buffer according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施例20の入力バッファの回路図
である。
FIG. 26 is a circuit diagram of an input buffer according to a twentieth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施例21のNMOSダイナミック
回路の回路図である。
FIG. 27 is a circuit diagram of an NMOS dynamic circuit according to a working example 21 of the invention.

【図28】従来のCMOSインバータの回路図である。FIG. 28 is a circuit diagram of a conventional CMOS inverter.

【図29】MOSトランジスタのサブスレッショルド特
性を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing a subthreshold characteristic of a MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

L、L1〜Lk……論理ゲート、G1〜Gk……論理ゲート
群、SC、SC1〜SCk、SS、SS1〜SSk……スイッチ、
C、RC1〜RCk、RS、RS1〜RSk……抵抗。
L, L 1 to L k ... Logic gate, G 1 to G k ... Logic gate group, S C , S C1 to S Ck , S S , S S1 to S Sk ... switch,
R C , R C1 to R Ck , R S , R S1 to R Sk, ... Resistors.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−122354(JP,A) 特開 平2−179121(JP,A) 特開 平2−122726(JP,A) 特開 平4−156007(JP,A) 特開 昭53−15056(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/00 H03K 19/0948 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-53-122354 (JP, A) JP-A-2-179121 (JP, A) JP-A-2-122726 (JP, A) JP-A-4- 156007 (JP, A) JP-A-53-15056 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H03K 19/00 H03K 19/0948

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1動作電位点と、 第2動作電位点と、 それぞれ第1ノードと第2ノードとの間にソース・ドレ
イン経路を有する第1導電型の第1MOSトランジスタ
及び第2導電型の第2MOSトランジスタを有し、上記
第1MOSトランジスタと上記第2MOSトランジスタ
とは直列接続され、その入力ノードが上記第1MOSト
ランジスタと上記第2MOSトランジスタのゲートに接
続され、その出力ノードが上記第1MOSトランジスタ
と上記第2MOSトランジスタのドレインに接続された
複数の論理ゲートと、 上記第1動作電位点と上記第1ノードとの間に配置さ
れ、第1制御信号を受ける第1制御回路と、 上記第2動作電位点と上記第2ノードとの間に配置さ
れ、第2制御信号を受ける第2制御回路とを有し、 上記複数の論理ゲートのうちいずれかの論理ゲートの上
記出力ノードは、上記複数の論理ゲートのうち他の論理
ゲートの上記入力ノードに接続され、 上記第1制御回路は、上記第1制御信号が第1状態のと
きには、上記第1ノードを介して第1電流値の電流が上
記第1動作電位点と上記第2動作電位点との間に流れる
ことを許容し、上記第1制御信号が第2状態のときに
は、上記第1ノードを介して上記第1動作電位点と上記
第2動作電位点との間に流れる電流を上記第1電流値よ
り小さい第2電流値に制限し、 上記第2制御回路は、上記第2制御信号が第1状態のと
きには、上記第2ノードを介して第3電流値の電流が上
記第1動作電位点と上記第2動作電位点との間に流れる
ことを許容し、上記第2制御信号が第2状態のときに
は、上記第2ノードを介して上記第1動作電位点と上記
第2動作電位点との間に流れる電流を上記第3電流値よ
り小さい第4電流値に制限し、 上記第1制御信号が第1状態のときには上記第2制御信
号は第1状態をとり、上記第1制御信号が第2状態の時
には上記第2制御信号は第2状態をとり、 上記第1及び第2MOSトランジスタのしきい値電圧の
絶対値は0.4V以下である半導体集積回路。
1. A a first operating potential point, and a second operating potential point, the 1MOS transistor and the second conductivity type of a first conductivity type having a source-drain path between the first node and the second node, respectively Second MOS transistor, the first MOS transistor and the second MOS transistor are connected in series, the input node is connected to the gates of the first MOS transistor and the second MOS transistor, and the output node thereof is the first MOS transistor. A plurality of logic gates connected to the drain of the second MOS transistor, a first control circuit arranged between the first operating potential point and the first node, and receiving a first control signal; A second control circuit arranged between the operating potential point and the second node and receiving a second control signal; The output node of one of the logic gates of the gates is connected to the input node of another logic gate of the plurality of logic gates, and the first control circuit is configured so that the first control signal is in the first state. Occasionally, a current having a first current value is allowed to flow between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node, and when the first control signal is in the second state. Limiting the current flowing between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node to a second current value smaller than the first current value, and the second control circuit: When the second control signal is in the first state, a current having a third current value is allowed to flow between the first operating potential point and the second operating potential point via the second node, and When the second control signal is in the second state, the second node Then, the current flowing between the first operating potential point and the second operating potential point is limited to a fourth current value smaller than the third current value, and when the first control signal is in the first state, The second control signal takes the first state, the second control signal takes the second state when the first control signal is in the second state, and the absolute values of the threshold voltages of the first and second MOS transistors are 0. A semiconductor integrated circuit having a voltage of 4 V or less.
【請求項2】 請求項1において、 上記第1及び第2MOSトランジスタは、それぞれその
ゲート・ソース間電圧が0Vであってもサブスレッショ
ルド電流が流れるトランジスタであって、 上記第1制御信号が第1状態のときには、上記第1ノー
ドを介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点と
の間に負荷の充放電電流が流れ、上記第1制御信号が第
2状態のときには、上記第1制御回路は上記第1ノード
を介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点との
間に流れるサブスレッショルド電流を上記第2電流値に
制限し、 上記第2制御信号が第1状態のときには、上記第2ノー
ドを介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点と
の間に負荷の充放電電流が流れ、上記第2制御信号が第
2状態のときには、上記第2制御回路は上記第2ノード
を介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点との
間に流れるサブスレッショルド電流を上記第4電流値に
制限する半導体集積回路。
2. The first and second MOS transistors according to claim 1, wherein each of the first and second MOS transistors is a transistor through which a subthreshold current flows even when the gate-source voltage thereof is 0 V, and the first control signal is the first In the state, the charge / discharge current of the load flows between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node, and when the first control signal is in the second state, The first control circuit limits the subthreshold current flowing between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node to the second current value, and the second control signal is the first In the state, a charge / discharge current of the load flows between the first operating potential point and the second operating potential point via the second node, and when the second control signal is in the second state, 2 Control circuit is above The semiconductor integrated circuit limits the subthreshold current flowing between the second node via the first operating potential point and the second operating potential point to the fourth current value.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、 上記第1制御回路は第3MOSトランジスタを具備し、 上記第2制御回路は第4MOSトランジスタを具備し、 上記第3MOSトランジスタのゲートは上記第1制御信
号を受け、上記第3MOSトランジスタのソース・ドレ
イン経路は上記第1ノードと上記第1動作電位点との間
に接続され、 上記第4MOSトランジスタのゲートは上記第2制御信
号を受け、上記第4MOSトランジスタのソース・ドレ
イン経路は上記第2ノードと上記第2動作電位点との間
に接続される半導体集積回路。
3. The first control circuit according to claim 1, wherein the first control circuit includes a third MOS transistor, the second control circuit includes a fourth MOS transistor, and the gate of the third MOS transistor includes the first MOS transistor. A control signal is received, a source / drain path of the third MOS transistor is connected between the first node and the first operating potential point, and a gate of the fourth MOS transistor receives the second control signal. A semiconductor integrated circuit in which a source / drain path of the 4MOS transistor is connected between the second node and the second operating potential point.
【請求項4】 第1動作電位点と、 第2動作電位点と、 それぞれ第1ノードと上記第2動作電位点との間にソー
ス・ドレイン経路を有する第1導電型の第1MOSトラ
ンジスタ及び第2導電型の第2MOSトランジスタを有
し、上記第1MOSトランジスタと上記第2MOSトラ
ンジスタとは直列接続され、その第1出力ノードが上記
第1MOSトランジスタと上記第2MOSトランジスタ
のドレインに接続された複数の第1論理ゲートと、 それぞれ第2ノードと上記第1動作電位点との間にソー
ス・ドレイン経路を有する第1導電型の第3MOSトラ
ンジスタ及び第2導電型の第4MOSトランジスタを有
し、上記第3MOSトランジスタと上記第4MOSトラ
ンジスタとは直列接続され、その第2出力ノードが上記
第3MOSトランジスタと上記第4MOSトランジスタ
のドレインに接続された複数の第2論理ゲートと、 上記第1動作電位点と上記第1ノードとの間に配置さ
れ、第1制御信号を受ける第1制御回路と、 上記第2動作電位点と上記第2ノードとの間に配置さ
れ、第2制御信号を受ける第2制御回路とを有し、 上記第1制御回路は、上記第1制御信号が第1状態のと
きには、上記第1ノードを介して第1電流値の電流が上
記第1動作電位点と上記第2動作電位点との間に流れる
ことを許容し、上記第1制御信号が第2状態のときに
は、上記第1ノードを介して上記第1動作電位点と上記
第2動作電位点との間に流れる電流を上記第1電流値よ
り小さい第2電流値に制限し、 上記第2制御回路は、上記第2制御信号が第1状態のと
きには、上記第2ノードを介して第3電流値の電流が上
記第1動作電位点と上記第2動作電位点との間に流れる
ことを許容し、上記第2制御信号が第2状態のときに
は、上記第2ノードを介して上記第1動作電位点と上記
第2動作電位点との間に流れる電流を上記第3電流値よ
り小さい第4電流値に制限し、 上記複数の第1論理ゲートは、上記第1制御信号が第2
状態のときには第1論理値をとり、 上記複数の第2論理ゲートは、上記第2制御信号が第2
状態のときには上記第1論理値と異なる第2論理値をと
り、 上記第1乃至第4MOSトランジスタのしきい値電圧の
絶対値は0.4V以下である半導体集積回路。
4. A first conductivity type first MOS transistor having a first operating potential point, a second operating potential point, and a source / drain path between the first node and the second operating potential point, respectively. A plurality of second conductivity type second MOS transistors, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor are connected in series, and the first output node is connected to the drains of the first MOS transistor and the second MOS transistor. A first logic gate, a third MOS transistor of a first conductivity type and a fourth MOS transistor of a second conductivity type each having a source / drain path between a second node and the first operating potential point; The transistor and the fourth MOS transistor are connected in series, and the second output node of the transistor is connected to the third MOS transistor. A plurality of second logic gates connected to the drain of the fourth MOS transistor, a first control circuit arranged between the first operating potential point and the first node, and receiving a first control signal, A second control circuit arranged between the second operating potential point and the second node and receiving a second control signal, wherein the first control circuit is configured such that when the first control signal is in the first state. , Allowing a current having a first current value to flow between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node, and when the first control signal is in the second state, The current flowing between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node is limited to a second current value smaller than the first current value, and the second control circuit is When the second control signal is in the first state, via the second node A current of three current values is allowed to flow between the first operating potential point and the second operating potential point, and when the second control signal is in the second state, the second control signal is passed through the second node. A current flowing between one operating potential point and the second operating potential point is limited to a fourth current value smaller than the third current value, and the plurality of first logic gates have the first control signal of the second control value.
In the state, it takes a first logic value, and the plurality of second logic gates receive the second control signal in the second
A semiconductor integrated circuit having a second logical value different from the first logical value when in the state, and the absolute value of the threshold voltage of the first to fourth MOS transistors is 0.4 V or less.
【請求項5】 請求項4において、 上記第1乃至第4MOSトランジスタは、それぞれその
ゲート・ソース間電圧が0Vであってもサブスレッショ
ルド電流が流れるトランジスタであって、 上記第1制御信号が第1状態のときには、上記第1ノー
ドを介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点と
の間に負荷の充放電電流が流れ、上記第1制御信号が第
2状態のときには、上記第1制御回路は上記第1ノード
を介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点との
間に流れるサブスレッショルド電流を上記第2電流値に
制限し、 上記第2制御信号が第1状態のときには、上記第2ノー
ドを介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点と
の間に負荷の充放電電流が流れ、上記第2制御信号が第
2状態のときには、上記第2制御回路は上記第2ノード
を介して上記第1動作電位点と上記第2動作電位点との
間に流れるサブスレッショルド電流を上記第4電流値に
制限する半導体集積回路。
5. The transistor according to claim 4, wherein each of the first to fourth MOS transistors is a transistor through which a subthreshold current flows even if the gate-source voltage thereof is 0 V, and the first control signal is the first In the state, the charge / discharge current of the load flows between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node, and when the first control signal is in the second state, The first control circuit limits the subthreshold current flowing between the first operating potential point and the second operating potential point via the first node to the second current value, and the second control signal is the first In the state, a charge / discharge current of the load flows between the first operating potential point and the second operating potential point via the second node, and when the second control signal is in the second state, 2 Control circuit is above The semiconductor integrated circuit limits the subthreshold current flowing between the second node via the first operating potential point and the second operating potential point to the fourth current value.
【請求項6】 請求項1または請求項2において、 上記第1制御回路は第5MOSトランジスタを具備し、 上記第2制御回路は第6MOSトランジスタを具備し、 上記第5MOSトランジスタのゲートは上記第1制御信
号を受け、上記第5MOSトランジスタのソース・ドレ
イン経路は上記第1ノードと上記第1動作電位点との間
に接続され、 上記第6MOSトランジスタのゲートは上記第2制御信
号を受け、上記第6MOSトランジスタのソース・ドレ
イン経路は上記第2ノードと上記第2動作電位点との間
に接続される半導体集積回路。
6. The first control circuit according to claim 1 or 2, wherein the first control circuit comprises a fifth MOS transistor, the second control circuit comprises a sixth MOS transistor, and the gate of the fifth MOS transistor comprises the first MOS transistor. The fifth MOS transistor receives a control signal, the source / drain path of the fifth MOS transistor is connected between the first node and the first operating potential point, and the gate of the sixth MOS transistor receives the second control signal. A semiconductor integrated circuit in which the source / drain path of the 6MOS transistor is connected between the second node and the second operating potential point.
【請求項7】 請求項4乃至請求項6のいずれかにおい
て、 上記第1動作電位点は上記第2動作電位点よりも高電位
であり、上記第1論理値のレベルは上記第2論理値のレ
ベルよりも低い半導体集積回路。
7. The method according to claim 4, wherein the first operating potential point is higher in potential than the second operating potential point, and the level of the first logical value is the second logical value. Integrated circuit lower than the level of.
【請求項8】 請求項4乃至請求項6のいずれかにおい
て、 上記第1動作電位点は上記第2動作電位点よりも低電位
であり、上記第1論理値のレベルは上記第2論理値のレ
ベルよりも高い半導体集積回路。
8. The method according to claim 4, wherein the first operating potential point is lower in potential than the second operating potential point, and the level of the first logical value is the second logical value. Integrated circuit higher than the level of.
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