JP3941281B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロプロセッサなどの計算機システムには、高速動作を行うために中央処理装置と主メモリとの間に主メモリ内のプログラムやデータの一部を格納して、高速バッファメモリとして機能するキャッシュメモリが設けられている。
【0003】
また、最近の中央処理装置のアドレスは、仮想アドレスが用いられているために、キャッシュメモリや主メモリの実アドレスとの間でアドレスの高速変換が必要となる。このため、トランスレーションルックアサイドバッファ(以下TLB)と呼ばれる連想機能を持ったテーブルが階層化されたテーブルと並列に設けられて高速に実アドレスを引き出している。
【0004】
上記に述べた連想メモリは、多ビットの入力アドレスと多ビットのメモリ内の記憶データとの一致、不一致を調べ、すべてのビットが一致した記憶データが存在するとその存在を示す信号および記憶しているデータを出力する方式である。
【0005】
このように連想メモリでは、多ビットのデータを一度に比較するので、高速に動作させるには比較回路数が多くなること、これに伴い、回路面積が増加、消費電力の増加となる。検索データと記憶データとの比較を高速に且つ低消費電力且つ回路面積の課題を解決した例が、特開平8−528285号に示されている。この発明の代表的な半導体集積回路を図9に示す。10は、仮想アドレス内の1ビットを示している。11は仮想アドレスデータ線である。12はインバータで仮想アドレスデータ線11の相補信号を発生する。16は、比較回路を内蔵したメモリセルである。13はワード線で仮想アドレスデータ線11に送られたデータをメモリセル16に記憶させる作用をする。ここで、ワード線を選択したり、駆動する回路は省略しているが、これらの回路は広く用いられている回路構成であるので、説明は省略する。15は一致検出信号線で、N型MOSFET14は入力仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致したときにOFFになるように設計されている。信号線15は入力仮想アドレスビットのすべてに並列に接続されており、仮想アドレスすべての入力データと記憶データとが一致の場合のみ信号線15は接地端子から遮断される。活性化信号33は差動回路41を活性化させるための信号線である。活性化信号33が活性化された時、P型MOSFET21、29からは、データが不一致のときにN型MOSFET14に流れる電流と等しい電流が供給され、ダイオード接続されたN型MOSFET22、一致検出信号線15、N型MOSFET14を経て貫通電流が流れる。N型MOSFET27は遮断されているので信号線15の電位は上昇する。P型MOSFET29より供給された電流はダイオード接続されたN型MOSFET25、N型MOSFET26を経て貫通電流が流れる。参照電圧32にはデータが1個不一致のときMOSFET14に流れる電流と同じように電位を設定しておく。この状態で端子30、31の電位の変化を説明する。信号線15のデータは不一致であると不一致の個数だけ比較回路のMOSFET14が導通するので、最も高い電位に信号線15がなるのは1個の比較回路のMOSFET14のみが不一致のときである。このときには、端子30、31はほぼ同電位となる。このため一致検出回路42の左右の回路に流れる電流はほぼ等しい。ここで、一致検出回路42の負荷であるP型MOSFET32、24の寸法の差を与えて等しい電流が流れたときは一致検出回路42の出力34が高電位になるように設計する。すなわち、不一致の場合は、HIGHになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べた構成では、比較器において、高速化と低消費電力化を両立する為、活性化信号に短パルスを生成させ、貫通電流を少なくしているが、活性化信号が活性化されている間、常に電流が電源からPチャンネルトランジスタ21からNチャンネルトランジスタ14を経由し接地へ流れるパスと電源からPチャンネルトランジスタ29からNチャンネルトランジスタ25を経由し接地へ流れるパスがあり、無駄な貫通電流が流れるという第1の課題があった。また、活性化信号は短パルスの為、出力データを活性化信号が不活性になっても更に保持するには、別にラッチ回路を付加させなければならないという第2の課題があった。また、プロセスばらつきによるリファレンス電流を構成するトランジスタ24、25、26、27の電流量のばらつき変動、特にMOSFET27とMOSFET14の物理的配置が離れていることによるトランジスタを形成する際の注入量や露光時のパターン形成のずれが大きくなりMOSFET27とMOSFET14の電流量が等しくならず半導体集積回路の不良が多くなるという第3の課題があった。また、信号線30、31の電位はMOSFET23とMOSFET27のゲートを介してMOSFET24のゲート、ドレインに伝達し増幅するので、どうしても1段ゲートを介さなければならず、これ以上の高速化は望めないという第4の課題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタと前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号線に接続された構成をとることにより、活性化信号が活性化されると第1から第4までのP型電界効果型トランジスタのドレインが所定の固定された電圧からトランジスタの閾値まで下がるまでは、貫通電流が流れず、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出することができるので第1の課題である無駄な貫通電流が流れず、低消費電力化が可能となる。
【0008】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第3のN型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号に接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが保持信号線に接続された構成をとることにより、前記活性化信号保持信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出し、前記活性化信号のみを不活性にすることで前記検出結果を保持することにより、保持信号を活性化信号よりも活性化期間を長く取る信号にすれば、その期間は貫通電流が流れることなく検出出力データは保持できるので、保持回路をわざわざ次段に設ける必要がなくなり第2の課題であるラッチ回路が不必要となる。
【0009】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、第1のP型電界効果型トランジスタと第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、導通時前記第1のN型電界効果型トランジスタと同じ電流量が流れ且つ前記ビット数より1つ少ない数で且つ常に導通している第3のN型電界効果型トランジスタのソースと、導通時前記第1のN型電界効果型トランジスタより少ない電流量が流れ且つ常に導通している1つの第4の電界効果型トランジスタのソース同士が接続され且つ第1のN型電界効果型トランジスタのソースと同電位が供給され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインと前記第4の電界効果型トランジスタのドレインが接続され、且つ第5のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第5のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第5のN型電界効果型トランジスタと前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号線に接続された構成をとることにより、前記活性化信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出でき、比較されるビットの第1のN型電界効果型トランジスタと比較する第3のN型電界効果型トランジスタ及び第4のN型電界効果型トランジスタを隣接配置することにより、第3の課題であるプロセスばらつき変動による電流量の変動を押えることができ、不良を少なくすることが可能となる。
【0010】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインと第3のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第4のP型電界効果型トランジスタのドレインと第5のP型電界効果型トランジスタと第6のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタと前記第5のP型電界効果型トランジスタと前記第6のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第5のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第5のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第3のN型電界効果型トランジスタのゲートが第1の活性化信号に接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが保持信号線に接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第6のP型電界効果型トランジスタのゲートが第2の活性化信号線に接続された構成をとることにより、前記第1の活性化信号、前記第2の活性化信号、前記保持信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を前記第3のP型電界効果型トランジスタと第6のP型電界効果型トランジスタによって強制的に広げ、前記第2のP型電界効果型トランジスタもしくは、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲート及びドレインに直接伝達するため前記データ信号と前記データの一致、不一致が第4の課題であるゲート1段を介さずに高速に検出可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1は本発明の請求項2に係る発明の半導体集積回路の一例であり1ウェイのセットアソシアティブ方式(すなわちダイレクトマップ方式)のTLBの構成を示している。10は、仮想アドレス内の1ビットを示している。11は仮想アドレスデータ線である。12はインバータで11の相補信号を発生する。16は、比較回路を内蔵したメモリセルである。13はワード線で11に送られたデータをメモリセル16に記憶させる作用をする。ここで、ワード線を選択したり、駆動する回路は省略しているが、これらの回路は広く用いられている回路構成であり、例えば、アドレスの下位ビットをデコードしバッファで駆動するような回路であり、詳細説明は省略する。15は一致検出信号線で、N型MOSFET14は入力仮想アドレスとメモリセル内のデータが一致したときにONになるように設計されている。信号線15は入力仮想アドレスのすべてに並列に接続されており、仮想アドレスすべての入力データと記憶データとが不一致の場合のみ信号線15は接地端子から遮断される。活性化信号35は一致検出回路1を活性化させるための信号線である。5は、仮想アドレスデータが全ビット一致のときに信号線15に流れる電流よりも小さく、仮想アドレスデータが1ビットのみ不一致のときに信号線15に流れる電流よりも大きい電流を駆動する電流源である。N型MOSFET2のソースは、信号線15に接続されており、N型MOSFET3のソースは、電流源5に接続されており、N型MOSFET2のドレインは、比較回路出力相補信号線4に接続されており、N型MOSFET3のドレインは、比較回路出力信号線36に接続されており、活性化信号35が不活性の時、N型MOSFET2と3はそれぞれのゲートが活性化信号35に接続されているのでOFFしている。P型MOSFET6、7、8、9のソースは電源に並列に接続されており、P型MOSFET6、7のドレインは比較回路出力相補信号線4に接続されている。P型MOSFET8、9のドレインは比較回路出力信号線36に接続されている。
【0012】
P型MOSFET6、8は活性化信号線35にゲートが接続されているので、不活性時ONしており、比較回路出力信号線36と比較回路出力相補信号線4は電源と同電位に固定されている。また、P型MOSFET7のゲートは、比較回路出力信号線36に接続され、P型MOSFET9のゲートは、比較回路出力信号線36に接続されているので、活性化信号線35が不活性の時、P型MOSFET7、9はOFFしている。入力仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致か否か各ビットのN型MOSFET14によって決定され、その後、活性化信号35が活性化され、一致検出回路1によってすべての仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致したか否かを判定し、比較回路出力信号36に結果が出力される。
【0013】
図2は、すべての入力仮想アドレスとメモリセル内のデータが一致した後、活性化信号35が活性化された場合のタイミングチャートである。横軸は過渡時間であり、縦軸は、電圧であり、各々の信号線の遷移を示す。P型MOSFET6、7、8、9のドレインが電源電位から閾値分だけ下がるまで、P型MOSFET7、9はOFFしており、比較回路出力相補信号線4は、各メモリセル16内のN型MOSFETを経由して、接地へ電流が流れる。同様に比較回路出力信号線36は、電流源を経由して接地へ電流が流れる。しかし、各々の電流量は異なり、比較回路出力相補信号線4の電位の方が早く電源電位からP型MOSFETの閾値分だけ下がる。この時間をT1とする。時間T1から、P型MOSFET9がONし、比較回路出力信号線36は電源から電流が流れ、P型MOSFET9から流れる電流量とN型MOSFET3から電流源5を経由して接地へ流れる電流量の差に比例して電位の減少は妨げられる。しばらくして時間T2で、比較回路出力相補信号線4の電荷は、電源からの供給電流がないのでN型MOSFET2からN型MOSFET14を経由し接地へ流れ比較回路出力相補信号線4の電位は、接地電位と等しくなり、またP型MOSFET9のゲート電位は電源と接地の電位差となるため、P型MOSFET9は飽和モードとなり非常に大きな電流が比較回路出力信号線36に流れ、比較回路出力信号線36の電位は更に急速に上昇する。上記説明のようにすべて入力アドレスとメモリセル内のデータが一致した場合、比較回路出力信号線36はHIGHとなる。また、1ビットでも入力仮想アドレスとメモリセル内のデータが不一致になる場合は、比較回路出力相補信号線4と比較回路出力信号線の振舞いは、逆となり、比較回路出力信号線はLOWとなる。
【0014】
以上のように、P型MOSFET6のドレインが電源電位から閾値まで下がるまで貫通電流が流れることなく、P型MOSFET6のドレインの電位とP型MOSFET8のドレインの電位との差がP型MOSFET9により増幅され高速に比較検出ができる。
【0015】
なお、本半導体集積回路は、P型N型MOSFET及び電位、出力信号を反対にしてもほぼ同様な動作となることはいうまでもない。更に、仮想アドレスデータ信号がすべて一致の時、信号線15が非導通の構成をとれば、電流源5は、1ビットのみが一致した場合より小さな電流が流れる電流源で実現できる。この時仮想アドレスデータ信号がすべて一致の時、比較回路出力信号線36はLOWとなる。仮想アドレスデータ信号がすべて一致の時、一致検出回路1からHIGHの出力を得たい場合は、比較回路出力相補信号線4を出力とすればよい。
【0016】
(実施形態2)
図3は本発明の請求項3に係る発明の半導体集積回路の一例でありTLBの構成を示している。図3は、図1とほぼ同様であるが、P型MOSFET6、7のゲートが保持信号37に接続されているところが違う。
【0017】
入力仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致か否か各ビットのN型MOSFET14によって決定され、その後、活性化信号35と保持信号37が活性化され、一致検出回路1によってすべての仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致したか否かを判定し、比較回路出力信号36に結果が出力され、活性化信号35のみ不活性にすることにより比較回路出力信号36に結果が保持される。
【0018】
すべて入力アドレスとメモリセル内のデータが一致し、活性化信号35と保持信号37が活性化された場合のタイミングチャートを図4に示す。活性化信号35と保持信号37はほぼ同時刻に活性化される。その後、比較回路出力信号36がHIGHになるまでは、図1と図2を用いて実施形態1で説明したのと同じ振舞をする。活性化信号35が不活性になった時間T3で、N型MOSFET2、3は、OFFし、比較回路出力信号36はHIGHのままになり、出力データは、ラッチ回路を付加させることなく保持される。
【0019】
以上のように活性化信号に対して保持信号を長く活性化することにより、出力データが保持される。
【0020】
(実施形態3)
図5は、本発明の請求項4に係る発明の半導体集積回路の一例である。図5は、図1とほぼ同様であるが、図1の電流源5の代わりに、メモリセル19内にあるN型MOSFET17のゲートがメモリセル19内のデータが仮想アドレス11と一致された時、N型MOSFET14のゲート電位18と同じ電位に固定され、ソースが接地され、ドレインが他のビットの同N型MOSFET17のドレインに並列に接続されており、且つN型MOSFET3のソースに接続されている。各ビットで構成されるN型MOSFET17の内、1ビットだけは、N型MOSFET14の形状よりも電流が少ないように作られた形状であるが、他のビットについては、N型MOSFET14と同形状である。電流が少ないように作られたN型MOSFET17とN型MOSFET14の形状を上からみた物理的配置図を図6に示す。図6のようにN型MOSFET14、17のソースを共通にし、ドレイン形状も同様にしN型MOSFET14のゲート長よりも17のゲート長を大きくすることによって電流は少なくなる。
【0021】
以上のように、N型MOSFET14、17を隣接し、ドレイン、ソース、ゲート形状を同形状にすることにより、プロセス製造によるトランジスタ形成時のイオン注入量の場所による局所依存性を改善できほぼ同等性能をもつN型MOSFET14、17が生成できプロセスばらつきを最小限に押えることが可能となる。
【0022】
(実施形態4)
図7は本発明の請求項5に係る発明の半導体集積回路の一例でありTLBの構成を示している。図7は、図3とほぼ同様であるが、P型MOSFET38のドレインが比較回路出力相補信号4に接続され、P型MOSFET38のソースが電源に接続され、P型MOSFET39のドレインが比較回路出力信号36に接続され、P型MOSFET39のソースが電源に接続され、P型MOSFET38、39のゲートが第2の活性化信号40に接続されているところが違う。
【0023】
入力仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致か否か各ビットのN型MOSFET14によって決定され、その後、活性化信号35と保持信号37が活性化され、更に第2の活性化信号40が活性化され、一致検出回路1によってすべての仮想アドレス11とメモリセル16内のデータが一致したか否かを判定し、比較回路出力信号36に結果が出力され、活性化信号35、第2の活性化信号40のみ不活性にすることにより比較回路出力信号36に結果が保持される。
【0024】
すべて入力アドレスとメモリセル内のデータが一致し、活性化信号35と第2の活性化信号40と保持信号37が活性化された場合のタイミングチャートを図8に示す。活性化信号35と保持信号37はほぼ同時刻に活性化される。P型MOSFET6、7、8、9のドレインが電源電位から閾値分だけ下がるまで、P型MOSFET6、7、8、9はOFFしており、比較回路出力相補信号線4は、各メモリセル16内のN型MOSFETを経由して、接地へ電流が流れる。同様に比較回路出力信号線36は、電流源を経由して接地へ電流が流れる。しかし、各々の電流量は異なり、比較回路出力相補信号線4の電位の方が早く電源電位からP型MOSFETの閾値分だけ下がる。この時間をT4とする。このP型MOSFETの閾値分だけ下がる時刻T4とほぼ同時刻に第2の活性化信号を不活性化させる。ここでは、第2の活性化信号40はP型MOSFETのゲートに接続しているのでLOW期間が活性化期間である。すると、P型MOSFET38、P型MOSFET39、P型MOSFET9がONし、比較回路出力信号線36は電源から電流が流れ、P型MOSFET39とP型MOSFET9から流れる電流量の総和とN型MOSFET3から電流源5を経由して接地へ流れる電流量の差に比例して比較回路出力信号線36の電位の減少は妨げられる。また、比較回路出力相補信号線4の電位は、P型MOSFET38の供給電流と各メモリセル16内のN型MOSFETを経由して、接地へ流れる電流量の差に比例して電位の減少は妨げられる。これら比較回路出力信号線36の電位と比較回路出力相補信号線4の電位の差は、P型MOSFET38、P型MOSFET39のゲートとソース間の電圧差が常に一定であるため常に一定の電流が流れる為、すなわち定電流源を追加することにより、比較回路出力信号線36と比較回路出力相補信号線4に電荷が急速に溜まるので、実施形態1で説明した時間よりも急速に広がり、P型MOSFET9は実施形態1で説明した時間よりも早く飽和モードに遷移し更に大きな電流が比較回路出力信号線36に流れ、比較回路出力信号線36の電位は更に急速に上昇する。活性化信号35が不活性となり、第2の活性化信号40が活性になった場合、N型MOSFET2、3は、OFFし、比較回路出力信号36はHIGHのままになり、出力データは、ラッチ回路を付加させることなく保持される。
【0025】
第2の活性化信号を活性化させることにより、P型MOSFET38、P型MOSFET39から電流を強制的に増強させることよりP型MOSFET9のゲート及びドレインに直接伝達されP型MOSFET6のドレインの電位とP型MOSFET8のドレインの電位との差が、高速に比較検出ができ、また、第一の活性化信号に対して保持信号を長く活性化することにより、出力データが保持される。
【0026】
【発明の効果】
以上のように本発明は、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタと前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号線に接続された構成をとることにより、活性化信号が活性化されると第1から第4までのP型電界効果型トランジスタのドレインが所定の固定された電圧からトランジスタの閾値まで下がるまでは、貫通電流が流れず、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出することができるので無駄な貫通電流が流れず、低消費電力化ができる。
【0027】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第3のN型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号に接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが保持信号線に接続された構成をとることにより、前記活性化信号保持信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出し、前記活性化信号のみを不活性にすることで前記検出結果を保持することにより、保持信号を活性化信号よりも活性化期間を長く取る信号にすれば、その期間は貫通電流が流れることなく検出出力データは保持できるので、保持回路をわざわざ次段に設ける必要がなくなり、低面積化ができる。
【0028】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、第1のP型電界効果型トランジスタと第2のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、導通時前記第1のN型電界効果型トランジスタと同じ電流量が流れ且つ前記ビット数より1つ少ない数で且つ常に導通している第3のN型電界効果型トランジスタのソースと、導通時前記第1のN型電界効果型トランジスタより少ない電流量が流れ且つ常に導通している1つの第4の電界効果型トランジスタのソース同士が接続され且つ第1のN型電界効果型トランジスタのソースと同電位が供給され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインと前記第4の電界効果型トランジスタのドレインが接続され、且つ第5のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第5のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第3のP型電界効果型トランジスタのドレインと第4のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第4のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第5のN型電界効果型トランジスタと前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのゲートが活性化信号線に接続された構成をとることにより、前記活性化信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を増幅することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致を検出でき、比較されるビットの第1のN型電界効果型トランジスタと比較する第3のN型電界効果型トランジスタ及び第4のN型電界効果型トランジスタを隣接配置することにより、プロセスばらつき変動による電流量の変動を押えることができ、不良を少なくすることができる。
【0029】
また、多ビットのデータ信号を入力する入力信号線とデータを記憶するメモリセルと入力された多ビットの前記データ信号と記憶された前記データとを比較し、一致の時、導通、不一致の時、非導通となり、比較する入力信号の数に等しい個数の第1のN型電界効果型トランジスタのソース同士が接続され、前記第1のN型電界効果型トランジスタのソースに所定の電位が供給され、かつ前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が接続され、前記第1の電界効果型トランジスタのドレイン同士が第2のN型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第1のP型電界効果型トランジスタのドレインと第2のP型電界効果型トランジスタのドレインと第3のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第2のP型電界効果型トランジスタと前記第3のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第1のN型電界効果型トランジスタの群がすべて導通となった電流量よりも少なく且つ1つのみ不一致となった電流量よりも多い電流源に第3のN型電界効果型トランジスタのソースが接続され、前記第3のN型電界効果型トランジスタのドレインは、第4のP型電界効果型トランジスタのドレインと第5のP型電界効果型トランジスタと第6のP型電界効果型トランジスタのドレインに接続され、前記第4のP型電界効果型トランジスタと前記第5のP型電界効果型トランジスタと前記第6のP型電界効果型トランジスタのソース同士が接続されかつ所定の電位に固定され、前記第2のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第5のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第5のP型電界効果型トランジスタのゲートが前記第2のP型電界効果型トランジスタのソースに接続され、前記第2のN型電界効果型トランジスタと前記第3のN型電界効果型トランジスタのゲートが第1の活性化信号に接続され、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのゲートが保持信号線に接続され、前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第6のP型電界効果型トランジスタのゲートが第2の活性化信号線に接続された構成をすることにより、前記第1の活性化信号、前記第2の活性化信号、前記保持信号が活性化された時、前記第1のP型電界効果型トランジスタと前記第4のP型電界効果型トランジスタのドレインの電位の差を前記第3のP型電界効果型トランジスタと前記第6のP型電界効果型トランジスタによって強制的に広げ、前記第2のP型電界効果型トランジスタもしくは前記第4のP型電界効果型トランジスタのドレイン及びゲートに直接伝達することより、前記データ信号と前記データの一致、不一致が高速に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路の構成図
【図2】 本発明の第1の実施形態に係るタイミングチャート
【図3】 本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路の構成図
【図4】 本発明の第2の実施形態に係るタイミングチャート
【図5】 本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路の構成図
【図6】 本発明の第3の実施形態に係るメモリセル19の中のN型MOSFET14とN型MOSFET17の物理的配置図
【図7】 本発明の第4の実施形態に係る半導体集積回路の構成図
【図8】 本発明の第4の実施形態に係るタイミングチャート
【図9】 従来の半導体集積回路の構成図
【符号の説明】
1 比較回路
2 N型MOSFET
3 N型MOSFET
4 比較回路出力相補信号線
5 電流源
6 P型MOSFET
7 P型MOSFET
8 P型MOSFET
9 P型MOSFET
10 仮想アドレス1ビットの構成
11 仮想アドレス信号線
12 インバータ
13 ワード線
14 N型MOSFET
15 一致検出信号線
16 メモリセル
17 N型MOSFET[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
A computer system such as a microprocessor is provided with a cache memory that functions as a high-speed buffer memory by storing a part of the program and data in the main memory between the central processing unit and the main memory for high-speed operation. It has been.
[0003]
In addition, since a virtual address is used as the address of the recent central processing unit, it is necessary to perform high-speed address conversion between the cache memory and the real address of the main memory. For this reason, a table having an associative function called a translation lookaside buffer (hereinafter referred to as TLB) is provided in parallel with the hierarchized table, and a real address is extracted at high speed.
[0004]
The associative memory described above checks the match / mismatch between the multi-bit input address and the stored data in the multi-bit memory. It is a method to output the data.
[0005]
As described above, in the associative memory, since multi-bit data is compared at a time, the number of comparison circuits is increased in order to operate at high speed, and accordingly, the circuit area is increased and the power consumption is increased. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-528285 discloses an example in which the search data and the stored data are compared with each other at high speed, with low power consumption and the problem of circuit area. A typical semiconductor integrated circuit of the present invention is shown in FIG.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration described in the prior art, in the comparator, in order to achieve both high speed and low power consumption, a short pulse is generated in the activation signal to reduce the through current, but the activation signal is activated. During this time, there is always a path in which current flows from the power source to the ground via the P-channel transistor 21 via the N-
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention compares an input signal line for inputting a multi-bit data signal, a memory cell for storing data, and the input multi-bit data signal with the stored data. At that time, the sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is applied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first N-type field effect transistor are connected to each other, the drains of the first N-type field effect transistor are connected to the source of the second N-type field effect transistor, The drain of the second N-type field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor; The sources of the first P-type field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and all the groups of the first N-type field effect transistor are conductive. The source of the third N-type field effect transistor is connected to a current source that is less than the current amount and greater than the current amount that is the only mismatch, and the third N-type field effect transistor The drain is connected to the drain of the third P-type field effect transistor and the drain of the fourth P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor are connected. The sources of the transistors are connected and fixed at a predetermined potential, and the gate of the second P-type field effect transistor is in contact with the source of the fourth P-type field effect transistor. And the gate of the fourth P-type field effect transistor is connected to the source of the second P-type field effect transistor, and the first N-type field effect transistor and the second N-type field effect transistor are connected. When the activation signal is activated by adopting a configuration in which the gates of the first transistor, the first P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor are connected to the activation signal line The through current does not flow until the drains of the first to fourth P-type field effect transistors drop from a predetermined fixed voltage to the threshold value of the transistor, and the first P-type field effect transistor and the first By amplifying the potential difference between the drains of the three P-type field effect transistors, it is possible to detect the coincidence and mismatch of the data signal and the data. Some useless through current does not flow and power consumption can be reduced.
[0008]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first field effect transistors are connected to each other, the drains of the first field effect transistors are connected to the source of the second N type field effect transistor, and the second N type The drain of the field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor, and the first P From the amount of current that the sources of the field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and all the groups of the first N-type field effect transistors are turned on. The source of the third N-type field effect transistor is connected to a current source that is less and greater than the amount of current that is inconsistent, and the drain of the third N-type field effect transistor is connected to the third source The drain of the P-type field effect transistor is connected to the drain of the fourth P-type field effect transistor, and the sources of the third P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor are connected to each other. And fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fourth P-type field effect transistor, And the gates of the second N-type field effect transistor and the third N-type field effect transistor are connected to the source of the second P-type field effect transistor. Is connected to the activation signal, and the gate of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor is connected to the holding signal line, thereby holding the activation signal. When the signal is activated, the data signal and the data coincide with each other by amplifying the potential difference between the drains of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor. By detecting a mismatch and holding the detection result by inactivating only the activation signal, if the holding signal is a signal that takes a longer activation period than the activation signal, Since the detection output data can be held without a through current flowing during that period, it is not necessary to provide a holding circuit in the next stage, and the latch circuit which is the second problem is unnecessary.
[0009]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first N-type field effect transistor are connected to each other, the drains of the first N-type field effect transistor are connected to the source of the second N-type field effect transistor, and the second The drain of the N-type field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor. The sources of the field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and when conducting, the same amount of current flows as the first N-type field effect transistor and the number of bits The source of the third N-type field effect transistor that is always smaller than the first N-type field effect transistor, and a current amount that is smaller than that of the first N-type field effect transistor when conducting is 1 The sources of the four fourth field effect transistors are connected to each other and the same potential as the source of the first N type field effect transistor is supplied, and the drain of the third N type field effect transistor is connected to the fourth field effect transistor. The drain of the field effect transistor is connected, and the source of the fifth N type field effect transistor is connected, and the drain of the fifth N type field effect transistor is connected. IN is connected to the drain of the third P-type field effect transistor and the drain of the fourth P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor The sources of the transistors are connected and fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fourth P-type field effect transistor, and the fourth P-type A gate of the field effect transistor is connected to a source of the second P type field effect transistor, and the second N type field effect transistor, the fifth N type field effect transistor, and the first P The activation signal is activated by adopting a configuration in which the gates of the p-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor are connected to the activation signal line. At the same time, by amplifying the difference in potential between the drains of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor, it is possible to detect the coincidence / mismatch of the data signal and the data. The third N-type field effect transistor and the fourth N-type field effect transistor to be compared with the first N-type field effect transistor of the bit to be processed are arranged adjacent to each other, thereby causing process variation as a third problem. Variations in the amount of current due to variations can be suppressed, and defects can be reduced.
[0010]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first field effect transistors are connected to each other, the drains of the first field effect transistors are connected to the source of the second N type field effect transistor, and the second N type The drain of the field effect transistor includes the drain of the first P-type field effect transistor, the drain of the second P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor. Connected to the drain of the transistor, the sources of the first P-type field effect transistor, the second P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor are connected to each other and set to a predetermined potential. The third N-type field effect transistor is connected to a current source which is fixed and less than the current amount in which all the first N-type field effect transistor groups are turned on, and more than the current amount in which only one is inconsistent. The source of the transistor is connected, and the drain of the third N-type field effect transistor is the drain of the fourth P-type field effect transistor, the fifth P-type field effect transistor, and the sixth P-type field effect. The fourth P-type field effect transistor, the fifth P-type field effect transistor, and the sixth P-type field effect transistor connected to the drain of the type transistor The sources are connected and fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fifth P-type field effect transistor, and the fifth P-type field effect is obtained. The gate of the second transistor is connected to the source of the second P-type field effect transistor, and the gates of the second N-type field effect transistor and the third N-type field effect transistor are activated first. Connected to a signal, gates of the first P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor are connected to a holding signal line, and the third P-type field effect transistor and the sixth P-type field effect transistor Since the P-type field effect transistor has a gate connected to the second activation signal line, the first activation signal, the second activation signal, and the holding signal are activated. The difference between the drain potentials of the first P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor is calculated as the third P-type field effect transistor and the sixth P-type field. Forcibly spread by the effect transistor and directly transmitted to the gate and drain of the second P-type field effect transistor or the fourth P-type field effect transistor, so that the data signal and the data match or do not match However, it becomes possible to detect at high speed without going through one stage of gate, which is the fourth problem.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of a semiconductor integrated circuit according to a second aspect of the present invention, and shows a one-way set associative (ie, direct map) TLB configuration.
[0012]
Since the gates of the P-type MOSFETs 6 and 8 are connected to the activation signal line 35, they are ON when inactive, and the comparison circuit output signal line 36 and the comparison circuit output
[0013]
FIG. 2 is a timing chart when the activation signal 35 is activated after all the input virtual addresses and the data in the memory cell match. The horizontal axis is the transition time, and the vertical axis is the voltage, showing the transition of each signal line. The P-type MOSFETs 7 and 9 are OFF until the drains of the P-type MOSFETs 6, 7, 8 and 9 are lowered from the power supply potential by the threshold value, and the comparison circuit output
[0014]
As described above, the through current does not flow until the drain of the P-type MOSFET 6 falls from the power supply potential to the threshold value, and the difference between the drain potential of the P-type MOSFET 6 and the drain potential of the P-type MOSFET 8 is amplified by the P-type MOSFET 9. Comparison detection is possible at high speed.
[0015]
Needless to say, the semiconductor integrated circuit operates in the same manner even if the P-type N-type MOSFET, the potential, and the output signal are reversed. Further, when the virtual address data signals all match, if the
[0016]
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows an example of a semiconductor integrated circuit according to a third aspect of the present invention and shows the configuration of a TLB. FIG. 3 is almost the same as FIG. 1 except that the gates of the P-type MOSFETs 6 and 7 are connected to the holding signal 37.
[0017]
Whether or not the input
[0018]
FIG. 4 shows a timing chart in the case where all the input addresses coincide with the data in the memory cell and the activation signal 35 and the holding signal 37 are activated. The activation signal 35 and the holding signal 37 are activated at approximately the same time. Thereafter, until the comparison circuit output signal 36 becomes HIGH, the same behavior as described in the first embodiment with reference to FIGS. 1 and 2 is performed. At time T3 when the activation signal 35 becomes inactive, the N-
[0019]
As described above, the output data is held by activating the holding signal for a long time with respect to the activation signal.
[0020]
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows an example of a semiconductor integrated circuit according to a fourth aspect of the present invention. 5 is substantially the same as FIG. 1 except that the gate of the N-
[0021]
As described above, the N-
[0022]
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows an example of a semiconductor integrated circuit according to a fifth aspect of the present invention and shows the configuration of a TLB. 7 is substantially the same as FIG. 3, but the drain of the P-type MOSFET 38 is connected to the comparison circuit output
[0023]
Whether or not the input
[0024]
FIG. 8 shows a timing chart in the case where the input address and the data in the memory cell all coincide, and the activation signal 35, the second activation signal 40, and the holding signal 37 are activated. The activation signal 35 and the holding signal 37 are activated at approximately the same time. The P-type MOSFETs 6, 7, 8, and 9 are OFF until the drains of the P-type MOSFETs 6, 7, 8, and 9 are lowered from the power supply potential by the threshold value, and the comparison circuit output
[0025]
By activating the second activation signal, the current is forcibly increased from the P-type MOSFET 38 and the P-type MOSFET 39 to be directly transmitted to the gate and drain of the P-type MOSFET 9 and the potential of the drain of the P-type MOSFET 6 and P The difference from the potential of the drain of the MOSFET 8 can be compared and detected at high speed, and the output data is held by activating the holding signal with respect to the first activation signal.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the present invention compares the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, the input multi-bit data signal and the stored data, , Non-conducting when conducting and mismatching, the sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and the sources of the first N-type field-effect transistors are connected to each other A predetermined potential is supplied, the drains of the first N-type field effect transistor are connected to each other, and the drains of the first N-type field effect transistor are connected to the source of the second N-type field effect transistor The drain of the second N-type field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor. A group of the first N-type field effect transistors connected to each other, the sources of the first P-type field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed to a predetermined potential; The third N-type field effect transistor is connected to a current source that is less than the current amount in which all of the transistors are turned on and larger than the current amount in which only one is inconsistent, and the third N-type field effect The drain of the p-type transistor is connected to the drain of the third p-type field effect transistor and the drain of the fourth p-type field effect transistor, and the third p-type field effect transistor and the fourth p-type transistor Sources of field effect transistors are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and the gate of the second P type field effect transistor is the fourth P type field effect transistor. Connected to the source, the gate of the fourth P-type field effect transistor is connected to the source of the second P-type field effect transistor, and the first N-type field effect transistor and the second N-type field effect transistor The activation signal is activated by adopting a configuration in which the gates of the p-type field effect transistor, the first p-type field effect transistor, and the third p-type field effect transistor are connected to the activation signal line. Then, the through current does not flow until the drains of the first to fourth P-type field effect transistors drop from a predetermined fixed voltage to the threshold value of the transistor, and the first P-type field effect transistor And the third P-type field effect transistor by amplifying the difference between the drain potentials, it is possible to detect the coincidence and mismatch between the data signal and the data. Useless through current does not flow and power consumption can be reduced.
[0027]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first field effect transistors are connected to each other, the drains of the first field effect transistors are connected to the source of the second N type field effect transistor, and the second N type The drain of the field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor, and the first P From the amount of current that the sources of the field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and all the groups of the first N-type field effect transistors are turned on. The source of the third N-type field effect transistor is connected to a current source that is less and greater than the amount of current that is inconsistent, and the drain of the third N-type field effect transistor is connected to the third source The drain of the P-type field effect transistor is connected to the drain of the fourth P-type field effect transistor, and the sources of the third P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor are connected to each other. And fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fourth P-type field effect transistor, And the gates of the second N-type field effect transistor and the third N-type field effect transistor are connected to the source of the second P-type field effect transistor. Is connected to the activation signal, and the gate of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor is connected to the holding signal line, thereby holding the activation signal. When the signal is activated, the data signal and the data coincide with each other by amplifying the potential difference between the drains of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor. By detecting a mismatch and holding the detection result by inactivating only the activation signal, if the holding signal is a signal that takes a longer activation period than the activation signal, Since the detection output data can be held without a through current flowing during that period, it is not necessary to provide a holding circuit in the next stage, and the area can be reduced.
[0028]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first N-type field effect transistor are connected to each other, the drains of the first N-type field effect transistor are connected to the source of the second N-type field effect transistor, and the second The drain of the N-type field effect transistor is connected to the drain of the first P-type field effect transistor and the drain of the second P-type field effect transistor. The sources of the field effect transistor and the second P-type field effect transistor are connected to each other and fixed at a predetermined potential, and when conducting, the same amount of current flows as the first N-type field effect transistor and the number of bits The source of the third N-type field effect transistor that is always smaller than the first N-type field effect transistor, and a current amount that is smaller than that of the first N-type field effect transistor when conducting is 1 The sources of the four fourth field effect transistors are connected to each other and the same potential as the source of the first N type field effect transistor is supplied, and the drain of the third N type field effect transistor is connected to the fourth field effect transistor. The drain of the field effect transistor is connected, and the source of the fifth N type field effect transistor is connected, and the drain of the fifth N type field effect transistor is connected. IN is connected to the drain of the third P-type field effect transistor and the drain of the fourth P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor The sources of the transistors are connected and fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fourth P-type field effect transistor, and the fourth P-type A gate of the field effect transistor is connected to a source of the second P type field effect transistor, and the second N type field effect transistor, the fifth N type field effect transistor, and the first P The activation signal is activated by adopting a configuration in which the gates of the p-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor are connected to the activation signal line. At the same time, by amplifying the difference in potential between the drains of the first P-type field effect transistor and the third P-type field effect transistor, it is possible to detect the coincidence / mismatch of the data signal and the data. The third N-type field effect transistor and the fourth N-type field effect transistor to be compared with the first N-type field effect transistor of the bit to be used are arranged adjacent to each other, thereby changing the current amount due to process variation fluctuations. Can be suppressed and defects can be reduced.
[0029]
In addition, the input signal line for inputting a multi-bit data signal, the memory cell for storing the data, and the input multi-bit data signal and the stored data are compared. , The sources of the first N-type field effect transistors equal in number to the number of input signals to be compared are connected to each other, and a predetermined potential is supplied to the sources of the first N-type field effect transistors. And the drains of the first field effect transistors are connected to each other, the drains of the first field effect transistors are connected to the source of the second N type field effect transistor, and the second N type The drain of the field effect transistor includes the drain of the first P-type field effect transistor, the drain of the second P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor. Connected to the drain of the transistor, the sources of the first P-type field effect transistor, the second P-type field effect transistor, and the third P-type field effect transistor are connected to each other and set to a predetermined potential. The third N-type field effect transistor is connected to a current source which is fixed and less than the current amount in which all the first N-type field effect transistor groups are turned on, and more than the current amount in which only one is inconsistent. The source of the transistor is connected, and the drain of the third N-type field effect transistor is the drain of the fourth P-type field effect transistor, the fifth P-type field effect transistor, and the sixth P-type field effect. The fourth P-type field effect transistor, the fifth P-type field effect transistor, and the sixth P-type field effect transistor connected to the drain of the type transistor The sources are connected and fixed at a predetermined potential, the gate of the second P-type field effect transistor is connected to the source of the fifth P-type field effect transistor, and the fifth P-type field effect is obtained. The gate of the second transistor is connected to the source of the second P-type field effect transistor, and the gates of the second N-type field effect transistor and the third N-type field effect transistor are activated first. Connected to a signal, gates of the first P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor are connected to a holding signal line, and the third P-type field effect transistor and the sixth P-type field effect transistor Since the gate of the P-type field effect transistor is connected to the second activation signal line, the first activation signal, the second activation signal, and the holding signal are activated. The difference between the drain potentials of the first P-type field effect transistor and the fourth P-type field effect transistor is set to the third P-type field effect transistor and the sixth P-type. The data signal coincides with the data by being forcibly spread by a field effect transistor and directly transmitted to the drain and gate of the second P-type field effect transistor or the fourth P-type field effect transistor. , Mismatch can be detected at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a physical layout diagram of an N-
FIG. 7 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional semiconductor integrated circuit.
[Explanation of symbols]
1 Comparison circuit
2 N-type MOSFET
3 N-type MOSFET
4 Complementary circuit output complementary signal line
5 Current source
6 P-type MOSFET
7 P-type MOSFET
8 P-type MOSFET
9 P-type MOSFET
10 Configuration of 1-bit virtual address
11 Virtual address signal line
12 Inverter
13 word lines
14 N-type MOSFET
15 Match detection signal line
16 memory cells
17 N-type MOSFET
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