JP3671970B2 - 半導体集積回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、低消費電力機能付きの入力バッファ回路を持つ半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来のMOS集積回路におけるプルアップ機能付き入力バッファ回路部の構成を示す。入力バッファ回路3は、2段のCMOSインバータ3a,3bにより構成され、その入力端子は外部信号入力パッド1に接続されている。入力バッファ回路3の入力端子には、ダイオードD1,D2からなる入力保護回路2が設けられ、またプルアップ抵抗として、電源VDDとの間にpチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタという)QP0が設けられている。PMOSトランジスタQP0のゲートは接地されている。
【0003】
プルアップ抵抗用のPMOSトランジスタQP0は、オン抵抗の大きいものが用いられる。これにより、入力パッド1の信号レベル変化を入力バッファ回路3に伝えることを可能としながら、外部信号入力パッド1がオープンになっても入力バッファ回路3の入力端子をフローティング状態にすることなく、VDDに保持することを可能としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図9に示す従来のプルアップ機能付き入力バッファ回路には、特に、スタンバイ状態で内部回路を低消費電力状態に設定できるようにしたパワーダウンモード付きの集積回路の場合に、次のような理由で十分な消費電力抑制ができないという問題があった。第1に、パワーダウンモードで例えば外部信号入力パッド1を接地した時、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0には電源VDDから外部接地された入力パッド1に定常電流が流れる。第2に、入力パッド1が"L","H"の信号レベル変化がある状態で内部回路をパワーダウンモードに設定した場合には、入力バッファ回路3のインバータ3a,3bは状態遷移を繰り返すことになり、遷移過程で貫通電流が流れる。
【0005】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、入力バッファ回路部での消費電力低減を図り、特にパワーダウンモード付きの場合の消費電力抑制を可能とした半導体集積回路を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、入力端子が外部信号入力パッドにつながる入力バッファ回路と、この入力バッファ回路の前記入力端子と基準電位端子との間に設けられて前記入力端子を基準電位に固定するためのレベル設定用抵抗とを有し、パワーダウンモードの設定を可能とした半導体集積回路において、前記レベル設定用抵抗は制御信号によりオフ制御されるトランジスタであり、前記外部信号入力パッドに入力される信号の状態及び前記パワーダウンモードを設定するパワーダウン設定信号の状態を判別して前記制御信号を発生する状態判別手段を備え、この状態判別手段は、前記パワーダウン設定信号が出力されたとき前記外部信号入力パッドに入力される信号の状態をラッチするラッチ回路と、このラッチ回路の出力及び前記パワーダウン設定信号に基づき前記制御信号を出力する論理回路とを備えたことを特徴とする。
【0007】
この発明によると、入力バッファ回路の入力端子を固定するためのレベル設定用抵抗(プルアップまたはプルダウン抵抗)を、オフ制御信号によりオフ駆動されるトランジスタにより構成すると共に、前記外部信号入力パッドに入力される信号の状態を判別して制御信号を発生する状態判別手段を備えることにより、外部信号入力パッドに入力される信号の状態に対応し、入力バッファ回路の消費電力削減が可能になる。
【0008】
この発明において、前記状態判別手段は、前記外部信号入力パッドに入力される信号が“L”レベル状態であり、かつ前記パワーダウン設定信号がパワーダウンモードを指定している場合に前記制御信号を出力して前記トランジスタをオフ制御すると共に、前記外部信号入力パッドに入力される信号が“H”レベル状態であるか、又は前記外部信号入力パッドが非接続状態である場合には、前記パワーダウン設定信号に拘わらず前記制御信号を出力せずに前記トランジスタをオンに保持するように構成することができる。前記外部信号入力パッドに入力される信号が“L”レベル状態であり、かつ前記パワーダウン設定信号がパワーダウンモードを指定している場合に前記制御信号を出力して前記トランジスタをオフ制御することにより、消費電力削減が可能になる。また、外部信号入力パッドに入力さされる信号が“H”レベル状態であるか、又は前記外部信号入力パッドが非接続状態である場合には、前記パワーダウン設定信号に拘わらず前記制御信号を出力せずに前記トランジスタをオンに保持することにより、入力バッファ回路の入力の不安定状態を招来することを防止できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図1は、この発明の一実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。なお従来の図9と対応する部分には、図9と同一符号を付してある。
【0010】
CMOSインバータ3a,3bからなる入力バッファ回路3の入力端子は、外部信号入力パッド1に接続され、その入力端子には入力保護回路2と共に、電源VDDとの間にプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0が設けられている。入力バッファ回路3は、制御信号PDによりパワーダウンモードが設定できる内部回路4に接続されている。プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0のゲートにはこの制御信号PDが入り、パワーダウンモード時(PD="H")にPMOSトランジスタQP0がオフ駆動されるように構成されている。
この様に構成すると、パワーダウンモード時、入力パッド1が"L"レベルに固定されても、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0に定常電流が流れることはなく、無駄な電力消費が低減される。
【0011】
図2は、入力バッファ回路3の入力端子と接地VSSとの間に、プルダウン抵抗用のnチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタという)QN0を設けた実施例である。このプルダウン抵抗用NMOSトランジスタQN0のゲートは、内部回路4のパワーダウンモードを制御する制御信号PDの反転制御信号PDNにより制御される。即ち、パワーダウンモード時(PDN="L")、NMOSトランジスタQN0はオフ駆動される。
これにより、パワーダウンモード時、入力パッド1が"H"レベルに固定されても、プルダウン抵抗用NMOSトランジスタQN0に定常電流が流れることはなく、やはり無駄な電力消費が低減される。
以下の実施例は、図1に対応するプルアップ抵抗用PMOSトランジスタを持つ場合について説明するが、図2のようにプルダウン抵抗を持つ場合にも同様に適用が可能である。
【0012】
上記実施例は、パワーダウンモード時の入力パッド1の電位状態が"H"または"L"に固定されることが予め分かっている場合に適用できるものであるが、パワーダウンモードで入力パッド1がオープン(無接続)状態とされる場合にプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフにすると、入力バッファ回路3の入力端子がフローティングとなり、初段インバータ3aで貫通電流が流れるといった事態が生じる可能性がある。
【0013】
図3は、上記の不都合を改善した実施例である。この実施例では、図1の実施例に加えて、外部信号入力パッド1の接続状態を判別してパワーダウン制御信号PDによるプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0のオフ駆動を許可する状態判別手段8が設けられている。状態判別手段8は、パワーダウンモード用の制御信号PDをインバータ6で反転した信号S2の立下がり、即ちパワーダウンモードへの遷移時に入力バッファ回路3の出力信号S1をラッチするハーフラッチ7と、このハーフラッチ7の出力信号S3と信号S2の論理をとってプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0のゲート制御を行うNORゲート5により構成される。パワーダウンモード時以外は、ハーフラッチ7は信号S1をスルーする。
【0014】
図4は、この実施例でのパワーダウン制御の動作タイミングである。入力パッド1がオープン状態(または"H"レベル状態)で入力バッファ回路3の出力信号S1が"H"のとき、パワーダウン制御信号PDが"H"になっても、ハーフラッチ7の出力信号S3は"H"、従って、NORゲート5の出力信号S4は"L"のままであり、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0はオン状態に保たれる。
入力パッド1が"L"レベル状態で入力バッファ回路3の出力信号が"L"のとき、パワーダウン制御信号PDが"H"になると、ハーフラッチ7の出力信号S3は"L"、従って、NORゲート5の出力信号S4は"H"となり、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0はオフ駆動される。
この実施例によると、入力パッド1をオープン状態としたパワーダウンモードにおいて、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフにすることなく、従って入力バッファ回路3の入力端子の不安定状態を招来することなく、入力パッド1を"L"に固定したパワーダウンモードでプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0での無駄な電力消費を抑えることが可能になる。
【0015】
図5は更に別の実施例である。この実施例では、図3の実施例における状態判別手段8に加えて、更に外部信号入力パッド1の入力信号が所定の条件でアクティブに変化していることを判別してプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフ駆動する信号状態判別手段としてのアクティブセンス回路12が設けられている。アクティブセンス回路12は、入力バッファ回路3の出力信号S1の"H","L"の繰り返しをカウントするカウンタ10、及びこのカウンタ10の出力によりセットされるフリップフロップ11を有する。RESETは、パワーオンリセットのような初期リセット信号であり、フリップフロップ11はこのRESET信号によりリセットされ、またカウンタ10は、フリップフロップ11の出力信号とRESET信号の論理和をとるORゲート9の出力によりリセットされるようになっている。フリップフロップ11の出力信号と状態判別手段8の出力信号は、ORゲート13を介してプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0のゲートに送られる。
【0016】
図6は、この実施例での動作タイミング図である。RESET信号によりカウンタ10及びフリップフロップ11がリセットされた後、外部入力信号の"H","L"の繰り返しにより、入力バッファ回路3の出力信号S1の立上りでカウンタ10はインクリメントされる。カウンタ10は、所定回数例えばnだけカウントすると、その出力信号S11が"H"となり、これによりフリップフロップ11が"H"にセットされる。これがアクティブ状態検出である。フリップフロップ11が"H"にセットされると、その出力信号S12はORゲート9を介してカウンタ10のリセット端子に入り、カウンタ10は直ちにリセットされる。その後再びRESET信号が入るまでは、カウンタ10及びフリップフロップ11は動作しない。そしてフリップフロップ11の"H"レベル出力はORゲート13を介してプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0に送られ、このPMOSトランジスタQP0をオフ駆動する。
【0017】
アクティブセンス回路12が外部入力信号のアクティブ状態を検知してプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフにすると、その後入力信号が"H","L"を繰り返しても、入力信号"L"の期間にプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0に電流が流れることはない。入力信号が"H","L"を繰り返すアクティブ期間には、入力バッファ回路3の入力端子が不安定になることはないから、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフに保つことにより、入力信号が"L"の期間にプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0に無駄に流れる電流をなくすことができる。
【0018】
図6に示したように、アクティブ状態を検出してプルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0をオフにしたときは、その後パワーダウン制御信号PDが"H"になっても影響はない。言い換えれば、この実施例のアクティブセンス回路12は、パワーダウンモードとは無関係に、プルアップ抵抗制御用として有効である。即ち図5の実施例は、図3の実施例と同様の状態判別手段8を設けて、外部入力パッド1を例えばオープン状態とするパワーダウンモードにも対応できるようにしているが、この状態判別手段8を省略しても有効である。
【0019】
図7は更に、パワーダウンモード時に入力バッファ回路3での貫通電流による電力消費をも抑制するようにした実施例である。これは、図1の実施例を基本として、入力バッファ回路3の初段インバータ3aの部分を2入力NORゲート3cに置換したものである。NORゲート3cの一つの入力端子であるPMOSトランジスタQP11 とNMOSトランジスタQN12 のゲートは、外部信号入力パッド1につながり、他方の入力端子であるPMOSトランジスタQP12 とNMOSトランジスタQN11 のゲートは、パワーダウン制御信号PDが入る状態遷移禁止のための制御端子となっている。
【0020】
この実施例では、PD="H"のパワーダウンモード時、PMOSトランジスタQP12 がオフ、NMOSトランジスタQN11 がオンに保たれる。これにより、外部入力パッド1に"H","L"が繰り返される交流信号が入ったとしても、入力バッファ回路3の状態遷移はなく、状態遷移により生じる貫通電流がなくなる。従って入力信号の周波数に比例して通常入力バッファ回路でのスイッチングにより発生する平均消費電力が削減できることになる。この結果、プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0の制御による消費電力削減の効果と相まって、集積回路の大きな消費電力低減が可能になる。
【0021】
図8は、図7の実施例の回路を等価的に書き直して示したものである。プルアップ抵抗用PMOSトランジスタQP0の部分は、抵抗RとスイッチSWにより表される。パワーダウン制御信号PDはスイッチSWの制御を行うと同時に、入力バッファ3の初段を構成するNORゲート3cの一つの端子に状態遷移を禁止する制御信号として入ることになる。
なお、NORゲート3cに代わって、パワーダウン制御信号PDにより同様のスイッチング動作禁止の制御が可能なAND,OR,NAND等の他の論理ゲートを用いることも可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、入力バッファ回路での無駄な消費電力を低減することができ、特にパワーダウンモード付きの半導体集積回路に適用して効果的な消費電力低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。
【図2】 他の実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。
【図3】 更に他の実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。
【図4】 同実施例の動作タイミング図である。
【図5】 更に他の実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。
【図6】 同実施例の動作タイミング図である。
【図7】 更に他の実施例に係る半導体集積回路の要部構成を示す。
【図8】 同実施例の回路の等価回路である。
【図9】 従来のプルアップ抵抗付き半導体集積回路の入力バッファ回路部の構成を示す。
【符号の説明】
1…外部信号入力パッド、2…入力保護回路、3…入力バッファ回路、3a,3b…CMOSインバータ、4…内部回路、8…状態判別手段、12…アクティブセンス回路(信号状態判別手段)、3c…NORゲート。
Claims (2)
- 入力端子が外部信号入力パッドにつながる入力バッファ回路と、この入力バッファ回路の前記入力端子と基準電位端子との間に設けられて前記入力端子を基準電位に固定するためのレベル設定用抵抗とを有し、パワーダウンモードの設定を可能とした半導体集積回路において、
前記レベル設定用抵抗は制御信号によりオフ制御されるトランジスタであり、前記外部信号入力パッドに入力される信号の状態及び前記パワーダウンモードを設定するパワーダウン設定信号の状態を判別して前記制御信号を発生する状態判別手段を備え、
この状態判別手段は、
前記パワーダウン設定信号が出力されたとき前記外部信号入力パッドに入力される信号の状態をラッチするラッチ回路と、
このラッチ回路の出力及び前記パワーダウン設定信号に基づき前記制御信号を出力する論理回路と
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記状態判別手段は、
前記外部信号入力パッドに入力される信号が“L”レベル状態であり、かつ前記パワーダウン設定信号がパワーダウンモードを指定している場合に前記制御信号を出力して前記トランジスタをオフ制御すると共に、
前記外部信号入力パッドに入力される信号が“H”レベル状態であるか、又は前記外部信号入力パッドが非接続状態である場合には、前記パワーダウン設定信号に拘わらず前記制御信号を出力せずに前記トランジスタをオンに保持するようにされた
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
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