JP3767697B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置に係わり、特に高速性と低電力性を兼ね備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having both high speed and low power.
特開平8-274620号公報に記載されている従来技術を図2に示す。(以下、この従来例を従来例Aと記す)
発振回路OSC0は、端子B1に制御回路から制御信号を受けその信号の値により発振周波数が変化するように構成されている。制御回路CNT0は、外部から基準クロックCLK0を受けると共に、発振回路OSC0の発振出力を受けるように構成される。ここで、周波数可変型発振回路OSC0と、周波数可変型発振回路OSC0の出力S0を入力とする制御回路CNT0からなる閉回路系は、互いに負帰還がかかる安定な系になるように構成されている。この閉回路系により、周波数可変型発振回路OSC0の出力S0の発振周波数は基準クロックCLK0の周波数に対応した周波数となり、例えば出力S0の発振周波数と外部クロックの周波数とは同じ周波数で同期することとなる。
The prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-274620 is shown in FIG. (Hereinafter, this conventional example will be referred to as Conventional Example A)
The oscillation circuit OSC0 is configured such that the terminal B1 receives a control signal from the control circuit and the oscillation frequency changes depending on the value of the signal. The control circuit CNT0 is configured to receive the reference clock CLK0 from the outside and the oscillation output of the oscillation circuit OSC0. Here, the closed circuit system including the variable frequency oscillation circuit OSC0 and the control circuit CNT0 that receives the output S0 of the variable frequency oscillation circuit OSC0 is configured to be a stable system to which negative feedback is applied. . By this closed circuit system, the oscillation frequency of the output S0 of the frequency variable oscillation circuit OSC0 becomes a frequency corresponding to the frequency of the reference clock CLK0.For example, the oscillation frequency of the output S0 and the frequency of the external clock are synchronized at the same frequency. Become.
発振回路OSC0を半導体基板上に形成されたN型MOSFET(NMOSFET)とP型MOSFET(PMOSFET)とで構成し、制御回路CNT0からの制御電圧がそのMOSFETの基板バイアスを変化する。その変化によりMOSFETのしきい値が変化し、発振回路OSC0の発振周波数が変化するように構成している。 The oscillation circuit OSC0 is composed of an N-type MOSFET (NMOSFET) and a P-type MOSFET (PMOSFET) formed on a semiconductor substrate, and the control voltage from the control circuit CNT0 changes the substrate bias of the MOSFET. Due to the change, the threshold value of the MOSFET changes, and the oscillation frequency of the oscillation circuit OSC0 changes.
さらに主回路LOG0は、端子B0に制御回路CNT0の制御信号をうけるように構成され、この制御信号により主回路LOG0を構成するMOSFETの基板バイアスを制御し、MOSFETのしきい値電圧を制御するように構成している。 Further, the main circuit LOG0 is configured to receive the control signal of the control circuit CNT0 at the terminal B0, and by this control signal, the substrate bias of the MOSFET constituting the main circuit LOG0 is controlled, and the threshold voltage of the MOSFET is controlled. It is configured.
このような構成により。基準クロックCLK0により主回路LOG0中のMOSFETのしきい値電圧を制御することが可能となり、基準クロックの周波数に応じて(動作周波数に適応して)、主回路を構成するMOSFETのしきい値電圧、ひいては消費電力と動作速度を可変とすることができている。 With such a configuration. The threshold voltage of the MOSFET in the main circuit LOG0 can be controlled by the reference clock CLK0, and the threshold voltage of the MOSFETs constituting the main circuit is adjusted according to the frequency of the reference clock (adapted to the operating frequency). As a result, power consumption and operation speed can be made variable.
(1) 従来例Aでは信号B0の主回路中のMOSFETへの分配方法についての限定がないが、基板バイアスの主回路への分配方法は主回路の消費電力および実装密度に大きく関係する。 (1) In the conventional example A, there is no limitation on the method of distributing the signal B0 to the MOSFET in the main circuit, but the method of distributing the substrate bias to the main circuit is largely related to the power consumption and mounting density of the main circuit.
(2) 従来例Aでは主回路LOG0は端子B1の信号に対応したB0の信号により制御されるとしている。この対応関係は基板バイアス制御回路の安定度や安定時間に大きく関係する。 (2) In the conventional example A, the main circuit LOG0 is controlled by the signal B0 corresponding to the signal at the terminal B1. This correspondence is greatly related to the stability and stabilization time of the substrate bias control circuit.
本発明は上記二つの課題を解決する発明である。 The present invention solves the above two problems.
(1) 従来例Aの主回路LOG0を、PMOS基板バイアススイッチおよびNMOS基板バイアススイッチを用いて複数の基板制御ブロックに分割し、それぞれの回路ブロックの基板バイアスを、基板バイアス制御回路とは独立して制御できるようにする。 (1) The main circuit LOG0 of Conventional Example A is divided into a plurality of substrate control blocks using a PMOS substrate bias switch and an NMOS substrate bias switch, and the substrate bias of each circuit block is independent of the substrate bias control circuit. Control.
(2) 従来例Aの実施例では、主回路LOG0に入力される信号B0は、周波数可変型発振回路OSC0に入力される信号B1に対応した信号としている。本発明の実施例では具体的に、信号B0に相当する基板バイアスは、信号B1に相当する基板バイアスから、基板バイアスバッファを用いて生成する。基板バイアスバッファの入力は高インピーダンスにし、出力はそれよりも低インピーダンスにする。 (2) In the embodiment of Conventional Example A, the signal B0 input to the main circuit LOG0 is a signal corresponding to the signal B1 input to the variable frequency oscillation circuit OSC0. Specifically, in the embodiment of the present invention, the substrate bias corresponding to the signal B0 is generated from the substrate bias corresponding to the signal B1 using a substrate bias buffer. The substrate bias buffer input is high impedance and the output is lower impedance.
(1) 従来例Aの主回路LOG0を、PMOS基板バイアススイッチおよびNMOS基板バイアススイッチを用いて複数の基板制御ブロックに分割することで、それぞれの回路ブロックの基板バイアスを、基板バイアス制御回路とは独立して制御することができる。 (1) By dividing the main circuit LOG0 of Conventional Example A into a plurality of substrate control blocks using a PMOS substrate bias switch and an NMOS substrate bias switch, the substrate bias of each circuit block is defined as a substrate bias control circuit. It can be controlled independently.
回路ブロック毎に個別に基板バイアスを制御することで、停止中の回路ブロックの基板バイアスを制御することで、その回路ブロックのサブスレッショルドリーク電流を削減することができ、主回路全体の実効的な消費電力を低減することができる。 By controlling the substrate bias for each circuit block individually, by controlling the substrate bias of the stopped circuit block, the sub-threshold leakage current of that circuit block can be reduced, and the entire main circuit can be effectively Power consumption can be reduced.
またさらに、回路ブロックの基板バイアスを、PMOS基板バイアススイッチおよびNMOS基板バイアススイッチを用いて基板バイアス制御回路とは独立して制御することができるため、回路ブロックを停止状態から動作状態あるいは動作状態から停止状態に移行させるのに必要な時間を速くできる。したがって、スタンバイ信号401、402を高頻度に変化させて回路ブロックの動作状態を高頻度に変化させても、システムのパフォーマンスが低下しない。
Furthermore, since the substrate bias of the circuit block can be controlled independently of the substrate bias control circuit using the PMOS substrate bias switch and the NMOS substrate bias switch, the circuit block can be moved from the stopped state to the operating state or the operating state. The time required for shifting to the stop state can be increased. Therefore, even if the
(2) 従来例Aの実施例では、主回路LOG0に入力される信号B0は、周波数可変型発振回路OSC0に入力される信号B1に対応した信号としている。本発明の実施例では具体的に、信号B0に相当する基板バイアスは、信号B1に相当する基板バイアスから基板バイアスバッファを用いて生成する。このようにすることで、信号B0に相当する基板バイアスに大きな負荷が接続されても、信号B1に相当する基板バイアスは影響を受けない。したがって、信号B1に相当する基板バイアスを生成するフェーズロックドループ系の設計が容易になり、かつ、フェーズロックドループ系が安定になる時間(ロック時間)が短縮できる。 (2) In the embodiment of Conventional Example A, the signal B0 input to the main circuit LOG0 is a signal corresponding to the signal B1 input to the variable frequency oscillation circuit OSC0. Specifically, in the embodiment of the present invention, the substrate bias corresponding to the signal B0 is generated from the substrate bias corresponding to the signal B1 using a substrate bias buffer. By doing so, even if a large load is connected to the substrate bias corresponding to the signal B0, the substrate bias corresponding to the signal B1 is not affected. Therefore, the design of the phase-locked loop system that generates the substrate bias corresponding to the signal B1 is facilitated, and the time during which the phase-locked loop system is stabilized (lock time) can be shortened.
以下、図を参照して本発明の具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第一発明の実施例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the first invention of the present invention.
100は従来例Aに記載の基板バイアス制御回路で、周波数可変型発振回路OSC0と、制御回路CNT0から構成されている。310、311は基板制御ブロックで、複数のMOSFETからなる回路ブロック300と、PMOS基板バイアススイッチ回路200、NMOS基板バイアススイッチ回路201から構成されている。120はパワー制御回路である。
従来例Aの構造により基板バイアス制御回路100から動作周波数に適応したPMOS基板バイアス110およびNMOS基板バイアス111が出力され、それぞれ各基板制御ブロック310、311内の回路ブロック300へ、PMOS基板バイアススイッチ200およびNMOS基板バイアススイッチ201を通して入力されている。
With the structure of the conventional example A, the
入力されたPMOS基板バイアス112およびNMOS基板バイアス113は回路ブロック300中のMOSFETのバックゲートへ接続されている。(ここでのバックゲートはMOSFETの基板バイアスを印可する端子を意味する。したがって、自明なことだが実際にはN型ウェルやP型ウェルへの給電になる可能性もある)
The input
基板バイアス制御回路100は、パワー制御回路120からのスタンバイ信号400によって制御され、スタンバイ信号400が'H'の時は動作状態になり、スタンバイ信号400が'L'の時には停止状態となる。
The substrate
上記動作状態と停止状態の違いは、停止状態の方が基板バイアス制御回路100の消費電力が動作状態のときよりも小さいことであり、それ以外は特に限定しない。また当然、基板バイアス制御回路100が動作状態のみを持つ場合などでは、スタンバイ信号400は無くてもよい。
The difference between the operation state and the stop state is that the power consumption of the substrate
PMOS基板バイアススイッチ200およびNMOS基板バイアススイッチ201は、パワー制御回路120から出力されるスタンバイ信号401、402によって制御され、スタンバイ信号401、402が'H'の時は、基板バイアス110および111の電位をそのまま基板バイアス112および113に電送する。スタンバイ信号401、402が'L'の時には、基板バイアス112および113の電位はそれぞれ前記スタンバイ信号が'H'の時の基板バイアス値よりも深い基板バイアス電位になる。
The PMOS
例えば、電源電圧が1.0Vで、基板バイアス110および111がそれぞれ1.2V、-0.2Vと仮定すると、スタンバイ信号401、402が'H'の時には基板バイアス112および11にはそれぞれ1.2V、-0.2Vが印可され、スタンバイ信号401、402が'L'の時には基板バイアス112および113はそれぞれ3.3V、-2.3Vが印可される。
For example, assuming that the power supply voltage is 1.0 V and the
図1のように従来例Aの主回路LOG0を、PMOS基板バイアススイッチ200およびNMOS基板バイアススイッチ201を用いて複数の基板制御ブロック310、311に分割することで、それぞれの回路ブロック300の基板バイアスを、基板バイアス制御回路100とは独立して制御することができる。
As shown in FIG. 1, the main circuit LOG0 of the conventional example A is divided into a plurality of
たとえば、回路ブロック300が動作中にはスタンバイ信号401を'H'にする。基板バイアス110および111の電位がそのまま基板バイアス112および113に電送されるので、回路ブロック300中のMOSFETの基板バイアスには動作周波数に適応した基板バイアスが印加される。
For example, the
また、回路ブロック300が停止中には、スタンバイ信号を'L'にする。基板バイアス112および113にはそれぞれ動作時よりもより深く基板バイアスが出力され、回路ブロック300中のMOSFETのしきい値電圧が増加し、サブスレッショルドリーク電流を低減することができる。
Further, the standby signal is set to “L” while the
さらに、その方法については特に限定しないが、各回路ブロック300が動作中にのみ回路ブロック300へクロックを供給するようにすえば、停止中の回路ブロックの消費電力を低減できる。
Further, the method is not particularly limited. However, if the clock is supplied to the
上記のように、従来例の主回路LOG0を複数の回路ブロックに分割し、個別に基板バイアスを制御することで、停止中の回路ブロックのサブスレッショルドリーク電流を削減することができ、主回路全体の実効的な消費電力を低減することができる。 As described above, the main circuit LOG0 of the conventional example is divided into a plurality of circuit blocks, and the substrate bias is individually controlled, so that the subthreshold leakage current of the stopped circuit block can be reduced, and the entire main circuit The effective power consumption can be reduced.
またさらに、回路ブロック300の基板バイアスを、PMOS基板バイアススイッチ200およびNMOS基板バイアススイッチ201を用いて基板バイアス制御回路100とは独立して制御することができるため、回路ブロック300を停止状態から動作状態あるいは動作状態から停止状態に移行させるのに必要な時間を速くできる。基板バイアススイッチ200、201の基板ドライブ能力に依存するが、数百ナノ秒程度の短い時間で可能となる。したがって、スタンバイ信号401、402を高頻度に変化させて回路ブロックの動作状態を高頻度に変化させても、システムのパフォーマンスが低下しない。
Furthermore, since the substrate bias of the
図3は図1の基板バイアス制御回路100の実施例である。従来例Aにも実施例があるが、ここで示したのは基本動作は同一だが別の実施例である。
FIG. 3 shows an embodiment of the substrate
OSC1は周波数可変型発振回路で、インバータ列と2入力NAND回路で構成されたリングオシレータである。PFD、CP、LPFはそれぞれ従来例Aにも記述されている位相周波数比較回路、チャージポンプ回路、ローパスフィルタである。RCLKは周波数可変型発振回路OSC1に入力される基準クロックである。 OSC1 is a variable frequency oscillation circuit, which is a ring oscillator composed of an inverter array and a 2-input NAND circuit. PFD, CP, and LPF are a phase frequency comparison circuit, a charge pump circuit, and a low-pass filter, which are also described in Conventional Example A. RCLK is a reference clock input to the frequency variable oscillation circuit OSC1.
CNV1、CNV2は電圧レベル変換器で、ハイレベル'H'がVdd(正の電源電圧電位で、例えば1.0V)で、ローレベル'L'がVss(負の電源電圧電位で、例えば0.0V)のデジタル信号を、ハイレベル'H'がVddでローレベル'L'がVssq(第二の負の電源電圧電位で、例えば、-2.3V)のデジタル信号に変換する。 CNV1, CNV2 are voltage level converters, high level 'H' is Vdd (positive power supply voltage potential, for example 1.0V), low level 'L' is Vss (negative power supply voltage potential, for example 0.0V) The digital signal is converted into a digital signal having a high level 'H' of Vdd and a low level 'L' of Vssq (second negative power supply voltage potential, for example, -2.3V).
MP1からMP4はPMOSFETで、MN1からMN4はNMOSFETで、CM1からCM3は差動増幅器である。SBUF1、SBUF2は基板バイアスバッファで、400が'H'の時、基板バイアスVbp0およびVbn0を高インピーダンスで受け、低インピーダンスで110および111に利得1で出力する。
MP1 to MP4 are PMOSFETs, MN1 to MN4 are NMOSFETs, and CM1 to CM3 are differential amplifiers. SBUF1 and SBUF2 are substrate bias buffers. When 400 is 'H', substrate biases Vbp0 and Vbn0 are received with high impedance, and are output to 110 and 111 with
400が'L'の時には、110および111にはそれぞれVddq(第二の正の電源電圧電位で、たとえば3.3V)、Vssqが出力されると同時に、差動増幅器CM1およびCM2中の定電流源の電流がオフされ、基板バイアスバッファSBUF1およびSBUF2の消費電力は小さくなる。 When 400 is 'L', Vddq (second positive power supply voltage potential, for example, 3.3V) and Vssq are output to 110 and 111 respectively, and at the same time, constant current sources in the differential amplifiers CM1 and CM2 Current is turned off, and the power consumption of the substrate bias buffers SBUF1 and SBUF2 is reduced.
SBMは基板バイアスミラー回路で、基板バイアスVbn0を入力として、基板バイアスVbp0を図4のように出力する。このSBMの詳しい動作は図9で記述する。 SBM is a substrate bias mirror circuit, which receives the substrate bias Vbn0 and outputs the substrate bias Vbp0 as shown in FIG. The detailed operation of this SBM is described in FIG.
基準クロックRCLKと周波数可変型発振回路OSC1の出力OCLKは位相周波数比較回路PFDに入力され、その位相あるいは周波数差に応じてUP信号およびDN信号が出力される。それぞれの信号は電圧レベル変換器CNV1およびCNV2を通してチャージポンプCPに入力され、ローパスフィルタLPFを通して基板バイアスVbn0が生成される。基板バイアスVbn0は前述の基板バイアスミラー回路SBMに入力され、基板バイアスVbp0が生成される。生成された基板バイアスVbp0とVbn0は、それぞれ周波数可変型発振回路OSC1を構成しているMOSFETのPMOSFETおよびNMOSFETの基板バイアスとしてMOSFETのバックゲートに接続されている。 The reference clock RCLK and the output OCLK of the frequency variable oscillation circuit OSC1 are input to the phase frequency comparison circuit PFD, and an UP signal and a DN signal are output according to the phase or frequency difference. Each signal is input to the charge pump CP through the voltage level converters CNV1 and CNV2, and the substrate bias Vbn0 is generated through the low-pass filter LPF. The substrate bias Vbn0 is input to the aforementioned substrate bias mirror circuit SBM, and the substrate bias Vbp0 is generated. The generated substrate biases Vbp0 and Vbn0 are connected to the back gate of the MOSFET as the substrate bias of the PMOSFET and NMOSFET of the MOSFET constituting the variable frequency oscillation circuit OSC1, respectively.
このフェーズロックドループ系により、周波数可変型発振回路OSC1の発振周波数は基準クロックの周波数と同一になり、基準クロックにより基板バイアスVbp0およびVbn0の制御ができる。 By this phase-locked loop system, the oscillation frequency of the variable frequency oscillation circuit OSC1 becomes the same as the frequency of the reference clock, and the substrate biases Vbp0 and Vbn0 can be controlled by the reference clock.
図2に示した従来例Aの実施例では、主回路LOG0に入力される信号B0は、周波数可変型発振回路OSC0に入力される信号B1に対応した信号としている。図3の実施例では具体的に、信号B0に相当する基板バイアス110および111は、信号B1に相当する基板バイアスVbp0、Vbn0から基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2を用いて生成されている。
In the embodiment of Conventional Example A shown in FIG. 2, the signal B0 input to the main circuit LOG0 is a signal corresponding to the signal B1 input to the variable frequency oscillation circuit OSC0. Specifically, in the embodiment of FIG. 3, the
このようにすることで、基板バイアス110および111に大きな負荷が接続されても、基板バイアスVbp0およびVbn0は影響を受けない。したがって、上記フェーズロックドループ系の設計が容易になり、かつ、フェーズロックドループ系が安定になる時間(ロック時間)が短縮できる。
By doing so, even if a large load is connected to the
基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2の構造は図3に示したものに特に限定しないが、基板バイアスVbp0およびVbn0を高インピーダンスで受け、低インピーダンスで110および111に出力できるものであればよい。 The structure of the substrate bias buffers SBUF1 and SBUF2 is not particularly limited to that shown in FIG. 3, but any substrate that can receive the substrate biases Vbp0 and Vbn0 with high impedance and output them to 110 and 111 with low impedance may be used.
図5は図3に示した図1の基板バイアス制御回路100の実施例のさらに別の実施例である。
FIG. 5 shows still another embodiment of the substrate
OSC2は周波数可変型発振回路で、インバータ列と2入力NAND回路で構成されたリングオシレータで構成されている。PFD1、PFD2は位相周波数比較回路、CP1、CP2はチャージポンプ回路、LPF1、LPF2はローパスフィルタである。RCLKはデューティー比(クロックの一周期中の'H'期間の割合)が50%の基準クロックである。SBUF1、SBUF2は図3で示した基板バイアスバッファである。 OSC2 is a variable frequency oscillation circuit, and is composed of a ring oscillator composed of an inverter array and a 2-input NAND circuit. PFD1 and PFD2 are phase frequency comparison circuits, CP1 and CP2 are charge pump circuits, and LPF1 and LPF2 are low-pass filters. RCLK is a reference clock having a duty ratio (the ratio of the “H” period in one cycle of the clock) of 50%. SBUF1 and SBUF2 are the substrate bias buffers shown in FIG.
周波数可変型発振回路OSC2、位相周波数比較回路PFD1、チャージポンプ回路CP1、ローパスフィルタLPF1から構成されたフェーズロックドループ系により、周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1の立ち下がりと基準クロックRCLKの立ち下がりが同一タイミングになるように、基板バイアスVbp1が変化する。 The fall of the oscillation output OCLK1 of the frequency variable oscillation circuit OSC2 and the rise of the reference clock RCLK are achieved by a phase-locked loop system composed of the frequency variable oscillation circuit OSC2, the phase frequency comparison circuit PFD1, the charge pump circuit CP1, and the low-pass filter LPF1. The substrate bias Vbp1 is changed so that the drops are at the same timing.
同様にして、周波数可変型発振回路OSC2、位相周波数比較回路PFD2、チャージポンプ回路CP2、ローパスフィルタLPF2から構成されたフェーズロックドループ系により、周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1の立ち上がりと基準クロックRCLKの立ち上がりが同一タイミングになるように基板バイアスVbn1が変化する。 Similarly, the rising edge of the oscillation output OCLK1 of the frequency variable oscillation circuit OSC2 and the reference clock are generated by the phase-locked loop system including the frequency variable oscillation circuit OSC2, the phase frequency comparison circuit PFD2, the charge pump circuit CP2, and the low pass filter LPF2. The substrate bias Vbn1 changes so that the rising edges of RCLK are at the same timing.
結局、上記二つのフェーズロックドループ系により、周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1の立ち上がりと立ち下がりが基準クロックRCLKの立ち上がりと立ち上がりが同一タイミングになるように基板バイアスVbn1、Vbn1が変化することになる。言い替えれば、周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1の位相と周波数とデューティー比と、基準ロックRCLKの位相と周波数とデューティー比(50%)が同一になるように、基板バイアスVbn1、Vbn1が変化することになる。 After all, the above two phase-locked loop systems change the substrate biases Vbn1 and Vbn1 so that the rising and falling edges of the oscillation output OCLK1 of the frequency variable oscillation circuit OSC2 are the same timing as the rising and rising edges of the reference clock RCLK. become. In other words, the substrate biases Vbn1 and Vbn1 change so that the phase, frequency, and duty ratio of the oscillation output OCLK1 of the variable frequency oscillation circuit OSC2 and the phase, frequency, and duty ratio (50%) of the reference lock RCLK are the same. Will do.
基板バイアスVbp1とVbn1はそれぞれ独立して決定されるべきものではなく、たとえばそれらの基板バイアスがバックゲートに印可されたPMOSFETとNMOSFETのドレイン電流(駆動能力)が2:1等の適当な比率になるように保つ必要がある。 The substrate biases Vbp1 and Vbn1 should not be determined independently.For example, the drain current (drive capability) of the PMOSFET and NMOSFET with the substrate bias applied to the back gate is set to an appropriate ratio such as 2: 1. It is necessary to keep it.
周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1の'H'期間は主に周波数可変型発振回路OSC2中のPMOSFETの駆動能力(PMOSFETのしきい値、すなわち、PMOSFETに印加される基板バイアスVbn1に依存する)によって決定され、'L'期間は主に周波数可変型発振回路OSC2中のNMOSFETの駆動能力(NMOSFETのしきい値、すなわち、NMOSFETに印可される基板バイアスVbp1に依存する)によって決定される。したがって、周波数可変型発振回路OSC2の発振出力OCLK1のデューティー比が50%になるということは、PMOSFETとNMOSFETの駆動能力が周波数可変型発振回路OSC2中のPMOSFETとNMOSFETのw(ゲート幅)比になることを意味し、上記の基板バイアスVbp1とVbn1のバランスが保たれることになる。 The 'H' period of the oscillation output OCLK1 of the variable frequency oscillation circuit OSC2 mainly depends on the drive capability of the PMOSFET in the variable frequency oscillation circuit OSC2 (which depends on the threshold of the PMOSFET, that is, the substrate bias Vbn1 applied to the PMOSFET) The 'L' period is mainly determined by the driving capability of the NMOSFET in the variable frequency oscillation circuit OSC2 (which depends on the threshold of the NMOSFET, that is, the substrate bias Vbp1 applied to the NMOSFET). Therefore, the duty ratio of the oscillation output OCLK1 of the variable frequency oscillation circuit OSC2 is 50%, which means that the drive capability of the PMOSFET and NMOSFET is equal to the w (gate width) ratio of the PMOSFET and NMOSFET in the variable frequency oscillation circuit OSC2. This means that the balance between the substrate biases Vbp1 and Vbn1 is maintained.
このように図5の実施例では、基板バイアスVbp1とVbn1の値は基準クロックRCLKの周波数によって決定され、基板バイアスVbp1とVbn1のバランスは周波数可変型発振回路OSC2中のPMOSFETとNMOSFETのw比によって決定されることになる。 Thus, in the embodiment of FIG. 5, the values of the substrate biases Vbp1 and Vbn1 are determined by the frequency of the reference clock RCLK, and the balance of the substrate biases Vbp1 and Vbn1 is determined by the w ratio of the PMOSFET and NMOSFET in the frequency variable oscillation circuit OSC2. Will be decided.
図5では図3と同様に、基板バイアス110および111は基板バイアスVbp1、Vbn1から基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2を用いて生成されている。
In FIG. 5, similarly to FIG. 3, the
したがって、図3の場合と同様に、基板バイアス110および111に大きな負荷が接続されても、基板バイアスVbp1およびVbn1は影響を受けない。したがって、上記フェーズロックドループ系の設計が容易になり、かつ、フェーズロックドループ系が安定になる時間(ロック時間)が短縮できる。
Therefore, as in the case of FIG. 3, even if a large load is connected to the
もちろん、図3の場合と同様に、基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2の構造は図5に示したものに特に限定しない。基板バイアスVbp1およびVbn1を高インピーダンスで受け、低インピーダンスで110および111に出力できるものであればよい。 Of course, as in the case of FIG. 3, the structure of the substrate bias buffers SBUF1 and SBUF2 is not particularly limited to that shown in FIG. Any substrate that can receive the substrate biases Vbp1 and Vbn1 with high impedance and output them to 110 and 111 with low impedance may be used.
図6(A)、(B)はそれぞれ図1の基板バイアススイッチ200、201の実施例である。図3や図5で示した基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2と同様のもので実現できる。 FIGS. 6A and 6B are embodiments of the substrate bias switches 200 and 201 in FIG. 1, respectively. This can be realized with the same substrate bias buffers SBUF1 and SBUF2 as shown in FIGS.
401が'H'の時は、基板バイアス110および111を高インピーダンスで受け、低インピーダンスで112および113に利得1で出力する。
When 401 is “H”,
400が'L'の時には、112および113にはそれぞれVddq、Vssqが出力されると同時に、差動増幅器CM1およびCM2に供給される低電流源の電流がオフされ、基板バイアススイッチ200および201の消費電力は小さくなる。 When 400 is 'L', Vddq and Vssq are output to 112 and 113, respectively, and at the same time, the current of the low current source supplied to the differential amplifiers CM1 and CM2 is turned off, and the substrate bias switches 200 and 201 Power consumption is reduced.
図7は本発明の別の実施例である。 FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.
図1では、基板バイアス制御回路100から動作周波数に適応したPMOS基板バイアス110およびNMOS基板バイアス111が出力されているが、図3ではバイアス120だけが出力されている。パワー制御信号401あるいは402が'H'の時、PMOS基板バイアススイッチ204およびNMOS基板バイアススイッチ205により、バイアス120からPMOS基板バイアス112およびNMOS基板バイアス113が出力される。そのPMOS基板バイアス112およびNMOS基板バイアス113は回路ブロック300のMOSFETのバックゲートに入力される。
In FIG. 1, a
バイアス120は図1のPMOS基板バイアス110およびNMOS基板バイアス111の内のどちらか一方でもよい。例えばバイアス120は図1のPMOS基板バイアス110と同一の信号だとすれば、基板バイアススイッチ204は図1の基板バイアススイッチ200と同一のものでよい。また、基板バイアススイッチ205はパワー制御信号401あるいは402が'H'の時、バイアス120(この場合PMOS基板バイアス110と同一)からNMOS基板バイアス111に相当するものを作り、基板バイアス113に出力できるものであればよい。
The
図1の場合と全く同様の効果を得ることができる。さらに、図1の場合には基板バイアス110と111の2本の配線が必要なのに比較して、図7の実施例ではバイアス120の1本の配線で基板制御ブロック310、311に基板バイアスが給電できるため、配線効率が良くなるという利点がある。
The same effect as in the case of FIG. 1 can be obtained. Further, in the case of FIG. 1, the substrate bias is supplied to the substrate control blocks 310 and 311 by one wire of the
図8は図7の基板バイアス制御回路100の実施例である。
FIG. 8 shows an embodiment of the substrate
図3から基板バイアスバッファSBUF1を取り除いたもので実現できる。すなわち、バイアス120は図1のNMOS基板バイアス111と同一の信号になる。図8の回路動作については図3と同様であるのでここでは省略する。
This can be realized by removing the substrate bias buffer SBUF1 from FIG. That is, the
図9は図7の基板バイアス制御回路100に図8の回路を用いた場合の、図7の基板バイアス205の実施例である。なお、その場合の基板バイアススイッチ204は図6(B)の回路をそのまま用いることができる。
FIG. 9 shows an embodiment of the
図9の回路は図3および図8の実施例中にある基板バイアスミラー回路と同一のもので、基板バイアス120を入力として、基板バイアス113を出力する。ここではこの動作を詳しく記述する。
The circuit of FIG. 9 is the same as the substrate bias mirror circuit in the embodiment of FIGS. 3 and 8, and receives the
特に限定しないが、説明の簡便さから、401は'H'で、Vddq=3.3V、Vdd=1.0V、Vss=0.0V、Vssq=-2.3Vと仮定する。 Although not particularly limited, for simplicity of explanation, 401 is assumed to be “H”, and Vddq = 3.3V, Vdd = 1.0V, Vss = 0.0V, and Vssq = −2.3V.
MP3からMP5はPMOSFETで、MN3からMN5はNMOSFETである。MP3とMN3のゲート長は等しく、w(ゲート幅)比をm:1で、同様に、MP5とMN5のゲート長は等しく、w(ゲート幅)比をm:1に設定している。CM3は差動増幅器であり、Vh1とVh2の電位差を増幅し、出力Vh3をMP5のゲートに入力している。 MP3 to MP5 are PMOSFETs, and MN3 to MN5 are NMOSFETs. The gate lengths of MP3 and MN3 are equal and the w (gate width) ratio is m: 1. Similarly, the gate lengths of MP5 and MN5 are equal and the w (gate width) ratio is set to m: 1. CM3 is a differential amplifier, amplifies the potential difference between Vh1 and Vh2, and inputs the output Vh3 to the gate of MP5.
MP3とMN3ならなる分圧器によって、MP3とMN3の駆動能力に対応した電圧がVh1に出力される。すなわち、Vh1が 0.5V (=(Vdd+Vss/2)+Vss) のときは、MP3とMN3の駆動能力は等しくなっていることを意味する。いま、MP3とMN3の駆動能力が等しいと仮定し、Vh1は0.5Vになっていると仮定する。 A voltage corresponding to the driving ability of MP3 and MN3 is output to Vh1 by the voltage divider consisting of MP3 and MN3. That is, when Vh1 is 0.5V (= (Vdd + Vss / 2) + Vss), it means that the drive capacities of MP3 and MN3 are equal. Now, it is assumed that the driving capabilities of MP3 and MN3 are equal, and Vh1 is assumed to be 0.5V.
差動増幅器CM3の出力Vh3はMP4の基板バイアス制御し、それによってVh2の電位が制御されるので、差動増幅器CM3は負帰還がかけられている。したがって、定常状態ではVh2の電位はVh1と同電位になり、0.5Vとなる。 Since the output Vh3 of the differential amplifier CM3 controls the substrate bias of the MP4 and thereby the potential of Vh2 is controlled, the differential amplifier CM3 is negatively fed back. Therefore, in the steady state, the potential of Vh2 becomes the same potential as Vh1, and becomes 0.5V.
MP4とMN4ならなる分圧器によって、MP3とMN3の駆動能力に対応した電圧がVh2に出力されるので、Vh2の電位が0.5Vということは、MP4とMN4の駆動能力が等しくなっていることを意味する。 Since the voltage corresponding to the driving capacity of MP3 and MN3 is output to Vh2 by the voltage divider consisting of MP4 and MN4, the potential of Vh2 of 0.5V means that the driving capacity of MP4 and MN4 is equal. means.
したがって、MP3とMN3のw比と、MP4のMN4のw比を同じ値に設定することで、基板バイアスをソース電位と同じ電位にしたときのMP4のMN4の駆動能力比を保ちながら、入力された基板バイアス120に対して、基板バイアス113の電位が出力されることになる。
Therefore, by setting the w ratio of MP3 and MN3 and the w ratio of MN4 of MP4 to the same value, it is input while maintaining the drive capacity ratio of MN4 of MP4 when the substrate bias is set to the same potential as the source potential. The potential of the
上記したように、基板バイアス120と113はそれぞれ独立して決定されるべきものではなく、たとえばそれらの基板バイアスがバックゲートに印可されたPMOSFETとNMOSFETの単位ゲート幅あたりのドレイン電流(駆動能力)が2:1等の適当な比率になるように保つ必要があるが、図9の回路でそれが実現できる。
As described above, the
また一般に、PMOSFETとNMOSFETで、しきい値電圧の基板バイアス依存性が異なり、さらに電源電圧の変化に伴う単位ゲート幅あたりのドレイン電流の依存性も異なる。たとえば、電源電圧の低下にともなって、PMOSFETの方がNMOSFETよりも駆動能力の減少が著しい。本発明の図9の基板バイアスミラー回路SBMを用いることで、上記依存性の違いも補償できる。 In general, the substrate bias dependency of the threshold voltage is different between the PMOSFET and the NMOSFET, and the dependency of the drain current per unit gate width due to the change of the power supply voltage is also different. For example, as the power supply voltage decreases, the driving capability of the PMOSFET is significantly lower than that of the NMOSFET. By using the substrate bias mirror circuit SBM of FIG. 9 of the present invention, the difference in dependency can be compensated.
図9は401が'L'の時、基板バイアス113にはVddqが出力され、さらに、MP3とMN3、MP4とMN4からなる分圧器と、差動増幅器CM3に供給される電流がオフされて消費電力が小さくなる。
FIG. 9 shows that when 401 is “L”, Vddq is output to the
図10は図1の基板バイアス110、111の給電配線の実施例である。パワー制御回路、およびそれから出力されるスタンバイ信号は簡単化のため省略している。
FIG. 10 shows an embodiment of the power supply wiring of the
500は例えばマイクロコンピュータであり、そのマイクロコンピュータの内部電源はVdd、Vssによって供給されている。501は外部インターフェース用のI/O回路で、Vddそれよりも高い電圧Vddqが供給されている。電源電圧電位は特に限定しないが、たとえば Vddq=3.3V、Vdd=1.0V、Vss=0.0V、Vssq=-2.3Vである。この電圧設定にすればVddq-Vssと、Vdd-Vssqが同一電位差になり、デバイス設計が容易になるという利点がある。
500 is a microcomputer, for example, and the internal power supply of the microcomputer is supplied by Vdd and Vss.
マイクロプロセッサ内の回路はMA1からMA4までの4つの基板制御ブロックに分割されている。200、201は図1の基板バイアススイッチと同様である。基準クロックRCLKの供給源については限定しないが、マイクロプロセッサ500内のクロック信号から生成してもよい。
The circuit in the microprocessor is divided into four board control blocks MA1 to MA4.
ここでは(特願平8-314506)の発明の方法を用いて、基板バイアス110、111を給電している。すなわち、メタルの三層目M3からメタルの二層目M2を通して、基板電位を取るための表面高濃度拡散層DLで各トランジスタの基板バイアスを給電している。
Here, the
メタルの一層目を用いないので各トランジスタを高密度で実装することができる。 Since the first layer of metal is not used, each transistor can be mounted with high density.
この実施例のメタルの使用方法は特に限定しない。 The method of using the metal of this embodiment is not particularly limited.
図11に図10を実現する基板構造(ウェル構造)の断面図例を示す。基板表面にはnウェルとpウェルが交互に並んでおり、その表面にトランジスタを形成することで回路を実装できる。mウェルはn極性をもつウェルである。 FIG. 11 shows an example of a cross-sectional view of a substrate structure (well structure) for realizing FIG. N wells and p wells are alternately arranged on the surface of the substrate, and a circuit can be mounted by forming transistors on the surface. The m well is an n-polar well.
基板制御ブロックMA1内のnウェルと基板制御ブロックMA2内のnウェルとはp基板によって電気的に分離され、基板制御ブロックMA1内のpウェルと基板制御ブロックMA2内のpウェルとはn極性をもつmウェルによって電気的に分離されている。 The n well in the substrate control block MA1 and the n well in the substrate control block MA2 are electrically separated by the p substrate, and the p well in the substrate control block MA1 and the p well in the substrate control block MA2 have n polarity. It is electrically isolated by the m-well.
したがって、基板制御ブロックMA1内のPMOSFETと基板制御ブロックMA2内のPMOSFET、および、基板制御ブロックMA1内のNMOSFETと基板制御ブロックMA2内のNMOSFETに独立した基板バイアスが印可できることになり、図10の回路が実現できる。 Therefore, independent substrate biases can be applied to the PMOSFET in the substrate control block MA1, the PMOSFET in the substrate control block MA2, and the NMOSFET in the substrate control block MA1 and the NMOSFET in the substrate control block MA2. Can be realized.
図3、図5あるいは図8で、400が'H'の時は上記したような動作を行うが、'L'の時は、周波数可変型発振回路OSC1あるいはOSC2の発振が停止し、基板バイアスミラー回路SBMおよび基板バイアスバッファSBUF1、SBUF2が低電力状態となる。したがって、回路全体の消費電力が小さくなる。 In FIG. 3, FIG. 5 or FIG. 8, the operation as described above is performed when 400 is “H”, but when it is “L”, the oscillation of the variable frequency oscillation circuit OSC1 or OSC2 is stopped and the substrate bias is applied. The mirror circuit SBM and the substrate bias buffers SBUF1 and SBUF2 are in a low power state. Therefore, the power consumption of the entire circuit is reduced.
本発明を用いたマイクロプロセッサでは、400の信号をマイクロプロセッサのスタンバイ信号に接続すれば、スタンバイ時のマイクロプロセッサの消費電力が削減できる。 In the microprocessor using the present invention, the power consumption of the microprocessor during standby can be reduced by connecting 400 signals to the standby signal of the microprocessor.
あるいは、マイクロプロセッサのIDDQテスト時に400を'L'にしてもよい。図3、図5あるいは図8の回路に流れるリーク電流が小さくなり、かつ基板バイアス110、111に大きな基板バイアス値が出力されるので、基板バイアス110、111によってしきい値が制御されているMOSFETのサブスレッショルドリーク電流を低減することができる。
Alternatively, 400 may be set to “L” during the microprocessor IDDQ test. Since the leakage current flowing through the circuit of FIG. 3, FIG. 5 or FIG. 8 is reduced and a large substrate bias value is output to the
また、上記400が'L'の時に位相周波数比較器PFD、PFD1、PFD2の出力UPおよびDNをそれぞれ'H'、'L'に固定するようにしてもよい。上記400が'L'にしたときのローパスフィルタLPF、LPF1、LPF2中のキャパシタンスC1の放電が抑制される。400の高頻度にスイッチングさせてもキャパシタンスC1の電位が保たれるため、キャパシタンスC1の充放電分の消費電力が低減できる。 Further, when 400 is “L”, the outputs UP and DN of the phase frequency comparators PFD, PFD1, and PFD2 may be fixed to “H” and “L”, respectively. The discharge of the capacitance C1 in the low-pass filters LPF, LPF1, and LPF2 when the 400 is set to “L” is suppressed. Since the potential of the capacitance C1 is maintained even when the switching is performed at a high frequency of 400, power consumption for charging and discharging the capacitance C1 can be reduced.
以上の実施例ではトランジスタの構造およびその基板構造は特に限定しない。アイ・エー・ディ・エム、テクニカル・ダイジェスト、第35頁から第38頁、1992年(1992 IEDM Technical Digest, pp35-38)に記載されているようなSOI構造のMOSトランジスタを用いてもよい。要はしきい値が制御できるような構造のトランジスタであればよい。 In the above embodiments, the transistor structure and the substrate structure are not particularly limited. A MOS transistor having an SOI structure as described in IDM, Technical Digest, pages 35 to 38, 1992 (1992 IEDM Technical Digest, pp 35-38) may be used. In short, any transistor having a structure in which the threshold value can be controlled may be used.
100……基板バイアス制御回路、
110、112、Vbp0、Vbp1……PMOS基板バイアス、
111、113、Vbn0、Vbn1……NMOS基板バイアス、
120……パワー制御回路、
310、311……基板制御ブロック、
200……PMOS基板バイアススイッチ、
201……NMOS基板バイアススイッチ、
300……回路ブロック、
LOG0……主回路、
OSC0、OSC1、OSC2……周波数可変型発振回路、
CNT0……制御回路、
CLK0、RCLK……基準クロック、
400、401、402……スタンバイ信号、
MP1、MP2、MP3、MP4、MP5……P型MOSFET、
MN1、MN2、MN3、MN4、MN5……N型MOSFET、
CM1、CM2、CM3……作動増幅器、
SBM……基板バイアスミラー回路、
Vddq……第二の正の電源電位、
Vdd……第一の正の電源電位、
Vss……第一の負の電源電位、
Vssq……第二の負の電源電位、
CNV1、CNV2……電圧レベル変換器、
CP、CP1、CP2……チャージポンプ回路、
LPF、LPF1、LPF2……ローパスフィルタ、
PFD、PFD1、PFD2……位相周波数比較回路、
R1、R2……抵抗、
C1……キャパシタンス、
SBUF1……PMOS基板バイアスバッファ、
SBUF2……NMOS基板バイアスバッファ、
204、205……基板バイアススイッチ、
MA1、MA2、MA3、MA4……基板制御ブロック、
M3……第三層メタル、
M2……第二層メタル、
500……マイクロプロセッサ、
501……I/O回路。
100 …… Substrate bias control circuit,
110, 112, Vbp0, Vbp1 ... PMOS substrate bias,
111, 113, Vbn0, Vbn1 …… NMOS substrate bias,
120 …… Power control circuit,
310, 311 …… Board control block,
200 …… PMOS substrate bias switch,
201 …… NMOS substrate bias switch,
300 …… Circuit block,
LOG0 …… Main circuit,
OSC0, OSC1, OSC2 …… Variable frequency oscillation circuit,
CNT0 …… Control circuit,
CLK0, RCLK ...... reference clock,
400, 401, 402 …… Standby signal,
MP1, MP2, MP3, MP4, MP5 …… P-type MOSFET,
MN1, MN2, MN3, MN4, MN5 …… N-type MOSFET,
CM1, CM2, CM3 …… Operating amplifier,
SBM …… Board bias mirror circuit,
Vddq …… Second positive power supply potential
Vdd …… First positive power supply potential,
Vss …… First negative power supply potential
Vssq …… Second negative power supply potential,
CNV1, CNV2 …… Voltage level converter,
CP, CP1, CP2 …… Charge pump circuit,
LPF, LPF1, LPF2 …… Low-pass filter,
PFD, PFD1, PFD2 …… Phase frequency comparison circuit,
R1, R2 …… resistance,
C1 …… Capacitance,
SBUF1 …… PMOS substrate bias buffer,
SBUF2 …… NMOS substrate bias buffer,
204, 205 …… Substrate bias switch,
MA1, MA2, MA3, MA4 …… Board control block,
M3 …… Third layer metal,
M2 …… Second layer metal,
500 …… Microprocessor,
501 …… I / O circuit.
Claims (12)
上記第1MISトランジスタに印加する第1基板バイアス電圧と上記第2MISトランジスタに印加する第2基板バイアス電圧を生成する基板バイアス制御回路とを有し、
上記基板バイアス制御回路は、それぞれその基板にソース電位を印加したときの第1MISトランジスタに対する第2MISトランジスタの駆動能力比を保つように、第1基板バイアス電圧に対する第2基板バイアス電圧の大きさを決定する半導体集積回路装置。 A logic circuit including a first MIS transistor of a first conductivity type and a second MIS transistor of a second conductivity type;
A substrate bias control circuit for generating a first substrate bias voltage to be applied to the first MIS transistor and a second substrate bias voltage to be applied to the second MIS transistor;
The substrate bias control circuit determines the magnitude of the second substrate bias voltage with respect to the first substrate bias voltage so as to maintain the drive capability ratio of the second MIS transistor to the first MIS transistor when the source potential is applied to the substrate. A semiconductor integrated circuit device.
上記駆動能力は、単位ゲート幅あたりのドレイン電流で定義される半導体集積回路装置 In claim 1,
A semiconductor integrated circuit device in which the driving capability is defined by a drain current per unit gate width
上記基板バイアス制御回路は差動増幅器を有し、
上記差動増幅器の一方の入力には、それぞれオン状態とされかつその基板にソース電位が印加された第1導電型の第3MISトランジスタと第2導電型の第4MISトランジスタとにより分圧された電圧が入力され、
上記差動増幅器の他方の入力には、オン状態とされかつその基板に上記第1基板バイアス電圧が印加された第1導電型の第5MISトランジスタと、オン状態とされかつその基板に上記第2基板バイアス電圧が印加された第2導電型の第6MISトランジスタとにより分圧された電圧が入力され、
上記差動増幅器の出力により上記第2基板バイアス電圧の大きさが制御される半導体集積回路装置。 In claim 1,
The substrate bias control circuit has a differential amplifier,
One input of the differential amplifier is a voltage divided by a first conductivity type third MIS transistor and a second conductivity type fourth MIS transistor, each of which is turned on and whose source potential is applied to the substrate. Is entered,
The other input of the differential amplifier has an ON state and a first conductivity type fifth MIS transistor to which the first substrate bias voltage is applied to the substrate, and an ON state and the second input to the substrate. A voltage divided by the second conductivity type sixth MIS transistor to which the substrate bias voltage is applied is input,
A semiconductor integrated circuit device in which the magnitude of the second substrate bias voltage is controlled by the output of the differential amplifier.
上記第3MISトランジスタと上記第4MISトランジスタのゲート長は等しく、ゲート幅比を1:mに設定し、
上記第5MISトランジスタと上記第6MISトランジスタのゲート長は等しく、ゲート幅比を1:mに設定した半導体集積回路装置。 In claim 3,
The gate lengths of the third MIS transistor and the fourth MIS transistor are equal, and the gate width ratio is set to 1: m.
A semiconductor integrated circuit device in which the fifth MIS transistor and the sixth MIS transistor have the same gate length and a gate width ratio of 1: m.
第1導電型の第7MISトランジスタと第2導電型の第8MISトランジスタとを含み、発振出力の周波数を可変とできるよう構成された発振出力回路と、
所定の周波数を有するクロック信号と上記発振出力回路の出力する発振出力とが入力され、上記クロック信号の周波数と上記発信出力の周波数とを比較して上記第1の基板バイアス電圧を発生する半導体集積回路装置。 In claim 3,
An oscillation output circuit including a first conductivity type seventh MIS transistor and a second conductivity type eighth MIS transistor, and configured to be able to vary a frequency of oscillation output;
A semiconductor integrated circuit that receives a clock signal having a predetermined frequency and an oscillation output output from the oscillation output circuit, and compares the frequency of the clock signal with the frequency of the oscillation output to generate the first substrate bias voltage. Circuit device.
上記第1の基板バイアス電圧及び上記第2の基板バイアス電圧は、それぞれバッファ回路を介して上記第1MISトランジスタ及び上記第2MISトランジスタに供給される半導体集積回路装置。 In claim 5,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first substrate bias voltage and the second substrate bias voltage are respectively supplied to the first MIS transistor and the second MIS transistor via a buffer circuit.
上記第1の基板バイアス電圧及び上記第2の基板バイアス電圧は、バッファ回路を介することなく上記第7MISトランジスタ及び上記第8MISトランジスタに供給される半導体集積回路装置。 In claim 5,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first substrate bias voltage and the second substrate bias voltage are supplied to the seventh MIS transistor and the eighth MIS transistor without passing through a buffer circuit.
上記第1MISトランジスタに印加する第1基板バイアス電圧と上記第2MISトランジスタに印加する第2基板バイアス電圧を生成する基板バイアス制御回路とを有し、
上記基板バイアス制御回路は差動増幅器を有し、
上記差動増幅器の一方の入力には、それぞれオン状態とされかつその基板にソース電位が印加された第1導電型の第3MISトランジスタと第2導電型の第4MISトランジスタとにより分圧された電圧が入力され、
上記差動増幅器の他方の入力には、オン状態とされかつその基板に上記第1基板バイアス電圧が印加された第1導電型の第5MISトランジスタと、オン状態とされかつその基板に上記第2基板バイアス電圧が印加された第2導電型の第6MISトランジスタとにより分圧された電圧が入力され、
上記差動増幅器の出力により上記第2基板バイアス電圧の大きさが制御される半導体集積回路装置。 A logic circuit including a first MIS transistor of a first conductivity type and a second MIS transistor of a second conductivity type;
A substrate bias control circuit for generating a first substrate bias voltage to be applied to the first MIS transistor and a second substrate bias voltage to be applied to the second MIS transistor;
The substrate bias control circuit has a differential amplifier,
One input of the differential amplifier is a voltage divided by a first conductivity type third MIS transistor and a second conductivity type fourth MIS transistor, each of which is turned on and whose source potential is applied to the substrate. Is entered,
The other input of the differential amplifier has an ON state and a first conductivity type fifth MIS transistor to which the first substrate bias voltage is applied to the substrate, and an ON state and the second input to the substrate. A voltage divided by the second conductivity type sixth MIS transistor to which the substrate bias voltage is applied is input,
A semiconductor integrated circuit device in which the magnitude of the second substrate bias voltage is controlled by the output of the differential amplifier.
上記第3MISトランジスタと上記第4MISトランジスタのゲート長は等しく、ゲート幅比を1:mに設定し、
上記第5MISトランジスタと上記第6MISトランジスタのゲート長は等しく、ゲート幅比を1:mに設定した半導体集積回路装置。 In claim 8,
The gate lengths of the third MIS transistor and the fourth MIS transistor are equal, and the gate width ratio is set to 1: m.
A semiconductor integrated circuit device in which the fifth MIS transistor and the sixth MIS transistor have the same gate length and a gate width ratio of 1: m.
第1導電型の第7MISトランジスタと第2導電型の第8MISトランジスタとを含み、発振出力の周波数を可変とできるよう構成された発振出力回路と、
所定の周波数を有するクロック信号と上記発振出力回路の出力する発振出力とが入力され、上記クロック信号の周波数と上記発信出力の周波数とを比較して上記第1の基板バイアス電圧を発生する半導体集積回路装置。 In claim 8,
An oscillation output circuit including a first conductivity type seventh MIS transistor and a second conductivity type eighth MIS transistor, and configured to be able to vary a frequency of oscillation output;
A semiconductor integrated circuit that receives a clock signal having a predetermined frequency and an oscillation output output from the oscillation output circuit, and compares the frequency of the clock signal with the frequency of the oscillation output to generate the first substrate bias voltage. Circuit device.
上記第1の基板バイアス電圧及び上記第2の基板バイアス電圧は、それぞれバッファ回路を介して上記第1MISトランジスタ及び上記第2MISトランジスタに供給される半導体集積回路装置。 In claim 10,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first substrate bias voltage and the second substrate bias voltage are respectively supplied to the first MIS transistor and the second MIS transistor via a buffer circuit.
上記第1の基板バイアス電圧及び上記第2の基板バイアス電圧は、バッファ回路を介することなく上記第7MISトランジスタ及び上記第8MISトランジスタに供給される半導体集積回路装置。 In claim 10,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first substrate bias voltage and the second substrate bias voltage are supplied to the seventh MIS transistor and the eighth MIS transistor without passing through a buffer circuit.
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