JPH0447591A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH0447591A
JPH0447591A JP2157902A JP15790290A JPH0447591A JP H0447591 A JPH0447591 A JP H0447591A JP 2157902 A JP2157902 A JP 2157902A JP 15790290 A JP15790290 A JP 15790290A JP H0447591 A JPH0447591 A JP H0447591A
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JP
Japan
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circuit
internal
transistor
pmos transistor
power supply
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JP2157902A
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Inventor
Shuji Murakami
修二 村上
Kazuyasu Fujishima
一康 藤島
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、半導体集積回路装置に関し、さらに特定的
には、外部電源から与えられる電源電圧を降圧するため
の内部降圧回路を備えた半導体集積回路装置に関する。
[従来の技術] ダイナミックψランダム・アクセス・メモリ(DRAM
)や、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(S
RAM)に代表される半導体記憶装置においては、集積
度を向上するために微細化が進み、トランジスタのサイ
ズが極めて小さなものとなっている。たとえば、16M
ビットのDRAMあるいは4MビットのSRAMでは、
0゜5μm程度のトランジスタが用いられている。しか
し、このような微細トランジスタを、標準的な電源電圧
5vの下で用いると、トランジスタに印加される電界が
強くなり過ぎ、ホットエレクトロン等の問題で、信頼性
を保証できなくなる。
そこで、半導体集積回路装置内に内部降圧回路を設け、
外部から与えられる電源電圧を内部降圧回路で降圧した
後に内部回路に供給することで、微細トランジスタに印
加される電界を弱めることが考えられている。
第5図は、たとえば、Journal  ofSoli
d−3tate  C1rcuits、VOL、5C−
22,No、3.1)p、437〜441、June 
 1987.  “A  New  0n−Chip 
 Vlotage  Converter  for 
 Submicrometer  High−Dens
ity  DRAM’  s”に示された従来の内部降
圧回路を示す回路図である。図において、この内部降圧
回路は、基準電圧発生回路1と、内部電圧補正回路2と
によって構成されている。基準電圧発生回路1は、内部
電圧補正回路2に対して基準電圧vl E Fを発生す
るものでPチャネルMO8)ランジスタ(以下、PMO
S)ランジスタと称する)la〜1eによって構成され
ている。PMOS)ランジスタ1a〜ICは、直列に接
続されて電源入力端子3と接地GNDとの間に介挿され
ている。すなわち、PMOS)ランジスタ1aのソース
は電源入力端子3に接続され、PMOS)ランジスタ1
bのソースはPMOS)ランジスタ1aのドレインに接
続され、PMOSトランジスタICのソースはPMOS
)ランジスタ1bのドレインに接続され、PMOS)ラ
ンジスタICのドレインは接地GNDに接続されている
。また、PMOSトランジスタ1aのゲートはPMOS
)ランジスタ1bのソースに接続され、PMOS)ラン
ジスタ1bのゲートはPMOS)ランジスタICのソー
スに接続され、PMOSトランジスタICのゲートは接
地GNDに接続されている。したがって、これらPMO
Sトランジスタ1a〜ICは、それぞれが抵抗として用
いられ、抵抗分圧回路を構成している。電源入力端子3
には、図示しない外部電源から電源電圧Ext、VCC
が与えられている。一方、PMOSトランジスタ1dお
よび1eは、直列に接続されて、かつ上記PMOSトラ
ンジスタ1a〜ICとは並列に、電源入力端子3と接地
GNDとの間に介挿されている。すなわち、PMOSト
ランジスタ1dのソースは電源入力端子3に接続され、
PMOS)ランジスタ1eのソースはPMOSトランジ
スタ1dのドレインに接続され、PMOS)ランジスタ
1eのドレインは接地GNDに接続されている。
また、PMOSトランジスタ1dのゲートはPMOSト
ランジスタ1bのドレインおよびPMOSトランジスタ
ICのソースに接続され、PMOSトランジスタ1eの
ゲートは接地GNDに接続されている。
内部電圧補正回路2は、電源電圧Ext、VcCの変動
によって内部電圧V1.4アが変動しないように、基準
電圧VII!Fに基づいて内部電圧vlNアを補正する
ための回路であり、電流量切換回路21と電圧比較回路
22と出力トランジスタ23とによって構成されている
。電流量切換回路21は、半導体集積回路装置のアクテ
ィブモードとスタンバイモードとの切換に応じて、電圧
比較回路22に供給される電流量を切換えるための回路
であり、電源入力端子3と電圧比較回路22との間に並
列に介挿された2つのPMOS)ランジスタ21aおよ
び21bによって構成されている。PMOSトランジス
タ21aは、そのソースが電源入力端子3に接続され、
そのゲートにクロック信号φが与えられている。PMO
S)ランジスタ21bは、そのソースが電源入力端子3
に接続され、そのゲートが接地GNDに接続されている
。一方、電圧比較回路22は、基準電圧発生回路1から
与えられる基準電圧■□、と出力トランジスタ23が出
力する内部電圧VINアとを比較し、その比較結果に応
じて出力トランジスタ23の導通度を制御するための回
路であり、2つのPMOS)ランジスタ22aおよび2
2bと、2つのNチャネルMOSトランジスタ(以下、
NMo5トランジスタと称す)22cおよび22dとに
よって構成されている。PMOSトランジスタ22aは
、そのソースがPMOSトランジスタ21aおよび21
bの各ドレインに接続され、そのドレインがPMOSト
ランジスタ22cのドレインに接続され、そのゲートが
PMOSトランジスタ1dのドレインおよびPMOS)
ランジスタ1eのソースに接続されている。PMOSト
ランジスタ22bは、そのソースがPMOS)ランジス
タ21aおよび21bの各ドレインに接続され、そのド
レインがNMOSトランジスタ22dのドレインに接続
され、そのゲートが出力トランジスタ23のソースに接
続されている。NMo5トランジスタ22cおよび22
dの各ソースは接地GNDに接続されている。また、N
MOSトランジスタ22cおよび22dのゲートは共通
接続されて、PMOSトランジスタ22bのドレインに
接続されている。さらに、PMOSトランジスタ22a
およびNMOSトランジスタ22cの各ドレインは出力
トランジスタ23のゲートに接続されている。出力トラ
ンジスタ23は、PMOSトランジスタからなり、その
ソースは電源入力端子3に接続されている。
次に、第5図に示す従来の内部降圧回路の動作について
説明する。
まず、基準電圧発生回路1の動作について説明する。2
MO3)ランジスタ1a〜ICは、それぞれが抵抗接続
されて電源入力端子3と接地GNDとの間に介挿されて
いるため、PMOSトランジスタ1bのドレインとPM
OSトランジスタ1Cのソースとの接続点Pの電位は、
Ext、Vcc  2XIVTPlとなる。なお、vT
PはPMOSトランジスタのしきい値電圧である。点P
は、2MO3)ランジスタ1dのゲートにも接続されて
いるため、点Pの電位はPMOSトランジスタ1dのゲ
ート電位でもある。したがって、PMOSトランジスタ
1dのソースとゲートとの電位差は、電源電圧Ext、
Vccの変動にかかわらず、常に一定の電位(=2xl
Vtpl)となる。そのため、PMOSトランジスタ1
dに流れる飽和電流Idも常に一定となるが、この飽和
電流Idは、電圧比較回路22に流れ込まないため、そ
の全部がPMOSトランジスタ1eに供給される。した
がって、このPMoSトランジスタ1eに流れる電流I
eも一定となる(Ie=Id)。ところで、PMOSト
ランジスタ1eのドレインの電位は、接地電位Ovに固
定されているため、電流Ieが一定ならば、PMOSト
ランジスタ1eのソースの電位も一定の値(=Vitr
)となる。したがって、基準電圧発生回路1は、常に一
定の基準電圧V*tpを発生することになる。
次に、内部電圧補正回路2の動作について説明する。第
5図の内部降圧回路が搭載された半導体集積回路装置が
アクティブモードのときは、クロック信号φが“L”レ
ベルとなっている。したがって、PMOSトランジスタ
21aはアクティブモードにおいてオン状態にある。一
方、PMOSトランジスタ21bは、そのゲートが接地
GNDに接続されているため、常にオン状態にある。し
たがって、アクティブモードにおいては、PMOSトラ
ンジスタ21aおよび21bがいずれもオンしており、
大電流が電圧比較回路22に供給されている。電圧比較
回路22は、基準電圧VREFと内部電圧V INTと
を比較する。たとえば、電源電圧Ext、Vccの上昇
等の原因によって内部電圧v、NTが上昇し、■□r<
V+Nアになると、PMOSトランジスタ22bの導通
度が低下する。
応じて、PMOSトランジスタ22bのドレインの電位
が下がるため、NMOSトランジスタ22Cの導通度が
低下する。その結果、NMOSトランジスタ22cのド
レインの電位が上昇し、出力トランジスタ23の導通度
が低下する。したがって、内部電圧v4アが下がり、V
INア=V□、となる。逆に、内部電圧VINアが低下
し、VIEF>VINアとなった場合は、上記と逆の制
御が行なわれ、内部電圧V INアは基準電圧■、、に
安定する。
以上のようにして、第5図の内部降圧回路は、電源電圧
Ext、Vccに依存しない内部電圧V、□を発生する
。この内部電圧vINアは、半導体集積回路装置の各内
部回路に印加される。
なお、第5図の内部降圧回路2を搭載した半導体集積回
路装置がスタンバイ状態のときは、クロック信号φが“
H”レベルになり、PMO8)ランジスタ21aがオフ
状態にされる。その結果、電流量切換回路21から電圧
比較回路22に供給される電流量が低減され、スタンバ
イモードにおける消費電力の低減が図られている。
[発明が解決しようとする課題] 上述したように、第5図に示す従来の内部降圧回路では
、半導体集積回路装置のスタンバイモード時においてP
MOSトランジスタ21aをオフ状態とすることにより
、スタンバイモード時での消費電力の低減を図っている
。しかしながら、たとえPMO8)ランジスタ21aを
オフしても、PMO8)ランジスタ21bがオンしてい
る結果、このPMO8hランジスタ21bを介してスタ
ンバイモード時に電圧比較回路22に電流が供給される
。また、第5図に示す従来の内部降圧回路では、スタン
バイモード時においても基準電圧発生回路1に電流が流
れる構成となっている。
したがって、第5図に示す従来の内部降圧回路は、スタ
ンバイモード時の消費電力が依然として大きいという問
題点があった。
それゆえに、この発明の目的は、スタンバイモード時に
おける消費電力が極めて小さい内部降圧回路を備えた半
導体集積回路装置を提供することである。
[課題を解決するための手段] この発明に係る半導体集積回路装置は、外部電源から与
えられる電源電圧を降圧するための内部降圧手段と、ス
タンバイモードにおいて内部降圧手段を非活性状態にす
るための非活性化手段と、スタンバイモードにおいて外
部電源から与えられる電源電圧を主回路に直接印加する
ための電源電圧印加手段とを備えている。
[作用コ この発明においては、スタンバイモードにおいて内部降
圧手段が非活性状態にされるため、内部降圧手段に電流
が流れず、消費電力が大幅に低減される。一方で、スタ
ンバイモードにおいて外部電源から与えられる電源電圧
が主回路に直接印加され、主回路における各論理回路の
動作状態が維持される。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係る半導体集積回路装
置の構成を示す概略ブロック図である。
図において、半導体基板5の上には、内部降圧回路6と
内部主回路7とタイミングジェネレータ8とが設けられ
ている。内部降圧回路6は、電源入力端子3を介して外
部電源(図示せず)から与えられる電源電圧Ext、V
ccを降圧して内部電圧v4アを発生する。この内部電
圧v4アは、内部主回路7に与えられる。内部主回路7
は、半導体集積回路装置の種類に応じて様々な回路、た
とえばメモリやゲートアレイロジックやマイクロコンピ
ュータ等を含む。タイミングジェネレータ8には、半導
体基板5に設けられたモード信号入力端子9を介して外
部チップセレクト信号Ex t。
C8が与えられる。この外部チップセレクト信号Ext
、て1は、半導体集積回路装置の動作モードを、アクテ
ィブモードとスタンバイモードとに切換えるための信号
である。タイミングジェネレータ8は、与えられた外部
チップセレクト信号Ext、で丁に基づいて、各種のタ
イミング信号C8,で丁を発生する。これらのタイミン
グ信号は、内部降圧回路6および内部主回路7に与えら
れる。
第2図は、第1図に示す内部降圧回路6の一例を示す回
路図である。この第2図に示す内部降圧回路は、第5図
に示す従来の内部降圧回路と同様に、基準電圧発生回路
1および内部電圧補正回路2を含む。さらに、第2図の
内部降圧回路は、スタンバイモードにおいて基準電圧発
生回路1および内部電圧補正回路2を非活性状態にする
ためのNMOSトランジスタ61と、スタンバイモード
において電源電圧Ext、Vccを内部主回路7に直接
印加するためのPMOSトランジスタ62とを含む。N
MO8)ランジスタロ1は、そのドレインがPMO8)
ランジスタ1cおよび1eの各ドレインおよびNMOS
トランジスタ22cおよび22dの各ソースに接続され
、そのソースが接地GNDに接続されている。また、N
MOSトランジスタ61のゲートには、タイミングジェ
ネレータ8からタイミング信号C8が与えられている。
PMO8)ランジスタロ2は、そのソースが電源入力端
子3に接続され、そのドレインが出力トランジスタ23
のドレインに接続されている。
PMOSトランジスタ62のゲートには、タイミングジ
ェネレータ8からタイミング信号C8が与えられている
。その他の構成は、第5図に示す従来の内部降圧回路と
同様であり、相当する部分には同一の参照番号を付し、
その説明を省略する。
次に、第2図に示す内部降圧回路の動作について説明す
る。まず、アクティブモードにおいては、タイミング信
号C8がH”レベルになっている。
そのため、NMOSトランジスタ61はオンしており、
PMOSトランジスタ62はオフしている。
したがって、基準電圧発生回路1および内部電圧補正回
路2と接地GNDとの間で電流経路が形成され、基準電
圧発生回路1および内部電圧補正回路2はいずれも活性
状態にされている。このとき、基準電圧発生回路1およ
び内部電圧補正回路2は、アクティブモード時における
第5図の基準電圧発生回路1および内部電圧補正回路2
と全く同様の動作を行なう。すなわち、基準電圧発生回
路1は電源電圧Ext、Vccを降圧して基準電圧V+
1Fを発生し、内部電圧補正回路2は基準電圧VBrに
基づいて内部電圧V INTの変動を補正する。
一方、スタンバイモード時においては、タイミング信号
C8が“L”レベルとなる。そのため、NMOSトラン
ジスタ61がオフ状態となり、PMOSトランジスタ6
2がオン状態となる。NMOSトランジスタ61がオフ
状態となることにより、基準電圧発生回路1および内部
電圧補正回路2と接地GNDとの間の電流経路が遮断さ
れ、基準電圧発生回路1および内部電圧補正回路2はい
ずれも非活性状態となる。すなわち、このとき基準電圧
発生回路1および内部電圧補正回路2には電流が流れず
、スタンバイモード時での電力消費が大幅に軽減される
。一方、PMOSトランジスタ62がオンしているため
、電源電圧Ext、VccがこのPMOS)ランジスタ
ロ2を介して内部主回路7に直接印加される。これによ
って、内部主回路7における各論理回路の動作状態(た
とえばメモリにおける記憶データ等)が保持される。
なお、スタンバイモード時においては、内部主回路7に
おけるほとんどすべてのトランジスタに電流が流れない
(特にSRAMにおいてはほとんど電流が流れない)の
で、各トランジスタでホットエレクトロンが発生しにく
い状況にある。したがって、スタンバイモード時におい
て、電源電圧Ext、Vccを内部主回路7に直接印加
しても何ら問題が生じない。回路構成も、内部主回路7
に直接電源電圧Ext、Vccを印加する方が容易であ
る。また、スタンバイモード時には電流がほとんど流れ
ないので、PMOSトランジスタ62のサイズは小さく
てよい。
第3図は、第1図に示す内部降圧回路6の他の例を示す
回路図である。第2図に示す内部降圧回路では、非活性
化手段としてのNMO8)ランジスタロ1が基準電圧発
生回路1および内部電圧補正回路2と接地GNDとの間
に介挿されていたが、第3図に示す内部降圧回路では、
非活性化手段としてのPMOS)ランジスタロ3が電源
入力端子3と基準電圧発生回路1および内部補正回路2
との間に介挿されている。すなわち、PMOS)ランジ
スタロ3は、そのソースが電源入力端子3に接続され、
そのドレインがPMOS)ランジスタ1 a、  1 
d、  21 a、  21 bおよび23の各ソース
に接続されている。また、PMOSトランジスタ63の
ゲートには、タイミングジェネレータ8からタイミング
信号C8の反転信号で1が与えられる。その他の構成は
、第2図に示す内部降圧回路同様であり、相当する部分
には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
次に、第3図に示す内部降圧回路の動作について説明す
る。アクティブモード時にはタイミング信号C8が“H
”レベル、タイミング信号で百が″L″レベルとなる。
そのため、PMosトランジスタ62がオフ状態となり
、PMOSトランジスタ63がオン状態となる。したが
って、基準電圧発生回路1および内部電圧補正回路2が
活性化される。一方、スタンバイモード時には、タイミ
ング信号C8が“L”レベル、タイミング信号でSが“
H”レベルとなる。そのため、PMosトランジスタ6
2がオン状態となり、PMOS)ランジスタロ3がオフ
状態となる。したがって、基準電圧発生回路1および内
部電圧補正回路2が非活性状態となり、これらの基準電
圧発生回路1および内部電圧補正回路2に電流は流れな
い。また、PMOS)ランジスタロ2を介して電源入力
端子3から電源電圧Ex、t、Vccが内部主回路7に
直接印加される。
第4図は、第1図に示す内部降圧回路6のさらに他の例
を示す回路図である。第2図および第3図に示す内部降
圧回路では、スタンバイモード時にPMOSトランジス
タ62を介して内部主回路7に電源電圧Ext、Vcc
を印加するようにしていたが、第4図に示す内部降圧回
路では、スタンバイモード時に出力トランジスタ23を
介して内部主回路7に電源電圧Ext、Vccを直接印
加するようにしている。そのため、出力トランジスタ2
3のソースは直接電源入力端子3に接続されている。ま
た、出力トランジスタ23のゲートと接地GNDとの間
には、NMo5トランジスタ64が介挿されている。こ
のNMO8)ランジスタロ4のゲートには、タイミング
ジェネレータ8からタイミング信号C8が与えられる。
タイミング信号C8は、スタンバイモード時に“H″レ
ベルなるので、PMOSトランジスタ63がオフ状態と
なり、NMo5トランジスタ64がオン状態となる。そ
の結果、基準電圧発生回路1および内部補正回路2への
電流供給経路が遮断され、基準電圧発生回路1および内
部電圧補正回路2は非活性状態となる。また、出力トラ
ンジスタ23のゲート電位が接地電位となるため、この
出力トランジスタ23が完全導通状態となる。したがっ
て、出力トランジスタ23を介して電源電圧Ext。
Vccが内部主回路7に直接印加される。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、スタンバイモード時
には、内部降圧手段を非活性状態にするとともに、電源
電圧を主回路に直接印加するようにしたので、スタンバ
イモード時における消費電力を極めて小さくできるとと
もに、主回路における各論理回路の動作状態を維持する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の構成を示す概略ブロッ
ク図である。 第2図は、第1図に示す内部降圧回路の一例を示す回路
図である。 第3図は、第1図に示す内部降圧回路の他の例を示す回
路図である。 第4図は、第1図に示す内部降圧回路のさらに他の例を
示す回路図である。 第5図は、従来の内部降圧回路の構成を示す回路図であ
る。 図において、1は基準電圧発生回路、2は内部電圧補正
回路、3は電源入力端子、5は半導体基板、6は内部降
圧回路、7は内部主回路、8はタイミングジェネレータ
、9はモード信号入力端子、21は電流量切換回路、2
2は電圧比較回路、23は出力トランジスタ、61は非
活性化手段としてのNMOSトランジスタ、63は非活
性化手段としてのPMOS)ランジスタ、62は電源電
圧印加手段としてのPMOS)ランジスタ、64はNM
O8)ランジスタを示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 外部電源から与えられる電源電圧が降圧されて内部の主
    回路に与えられ、かつアクティブモードとスタンバイモ
    ードとを有する半導体集積回路装置であって、 前記外部電源から与えられる電源電圧を降圧するための
    内部降圧手段、 前記スタンバイモードにおいて、前記内部降圧手段を非
    活性状態にするための非活性化手段、および 前記スタンバイモードにおいて前記外部電源から与えら
    れる電源電圧を前記主回路に直接印加するための電源電
    圧印加手段を備える、半導体集積回路装置。
JP2157902A 1990-06-14 1990-06-14 半導体集積回路装置 Pending JPH0447591A (ja)

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