JPH05291929A - Semiconductor circuit - Google Patents

Semiconductor circuit

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JPH05291929A
JPH05291929A JP4094070A JP9407092A JPH05291929A JP H05291929 A JPH05291929 A JP H05291929A JP 4094070 A JP4094070 A JP 4094070A JP 9407092 A JP9407092 A JP 9407092A JP H05291929 A JPH05291929 A JP H05291929A
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circuit
logic
switch
semiconductor circuit
semiconductor
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Japanese (ja)
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Takeshi Sakata
健 阪田
Kiyoo Ito
清男 伊藤
Shinji Horiguchi
真志 堀口
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor circuit in which the possibility of an inverted output is precluded, stable operation is attained and high speed stability operation is implemented with low power consumption by providing a level hold circuit to an output terminal of a logic circuit so as to hold an output of the logic circuit. CONSTITUTION:In the operation of a logic circuit LC, switches SWH, SWL are closed to confirm an output OUT in response to an input IN, then the switches SWH, SWL are open. Then, a current path from a current source VHH to a source VLL via the logic circuit LC is interrupted and a level hold circuit LH holds an output of the logic circuit LC. On the other hand, the circuit with a large drive capability is used for the circuit LC to attain high speed operation in a short delay time. Furthermore, since no current flows through the circuit LC in the standby state, the current consumption is due to a current flowing through the circuit LH and the circuit LH keeps the output OUT of the circuit LC, then, the circuit is realized in which the possibility of malfunction is precluded, the operation is stable at a high speed with low power consumption.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体回路に関し、特に
低消費電力で高速に安定動作を行う半導体回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor circuit, and more particularly to a semiconductor circuit which consumes low power and operates stably at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOS論理回路は、低消費電力で高集
積化に適しているため広く用いられている。例として、
CMOSインバータを図8に示す。NMOSトランジス
タMNとPMOSトランジスタMPで構成されている。
入力INがトランジスタMN,MPのゲートに入力さ
れ、MN,MPのドレインに出力OUTが得られる。
2. Description of the Related Art CMOS logic circuits are widely used because they have low power consumption and are suitable for high integration. As an example,
A CMOS inverter is shown in FIG. It is composed of an NMOS transistor MN and a PMOS transistor MP.
The input IN is input to the gates of the transistors MN and MP, and the output OUT is obtained at the drains of MN and MP.

【0003】1989 インターナショナル シンポジ
ウム オン ブイ・エル・エス・アイ テクノロジー,
システムズ アンド アプリケーションズ、プロシーデ
ィングズ オブ テクニカル ペーパーズ(1989年5
月)第188頁から第192頁(1989 International S
ymposium on VLSI Technology, Systems and Applicati
ons, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989))に述べられているように、CMOS論理回
路の発展は、製造技術の向上によるMOSデバイスのス
ケーリングに支えられてきた。一方、このスケーリング
によるゲート酸化膜の耐圧低下に伴い、半導体装置の動
作電圧を下げる必要がある。また、電池動作の携帯用機
器などで用いる必要がある半導体装置では、低消費電力
化のために、一層動作電圧を下げる必要がある。また、
動作電圧を下げても動作速度が低下しないようにするた
めには、トランジスタの駆動能力を確保するためには、
トランジスタのしきい値電圧を小さくしなければならな
い。例えば、上記文献によれば、チャネル長0.25μ
mで1.5V動作を行うトランジスタのしきい値電圧
は、0.35Vと予想される。周知のスケーリング則に
従えば、動作電圧にしきい値電圧を比例させるので、動
作電圧を1Vとすれば、しきい値電圧は0.24V程度
になる。
1989 International Symposium on VLS Technology,
Systems and Applications, Proceedings of Technical Papers (1989 May 5
Mon) 188 to 192 (1989 International S
ymposium on VLSI Technology, Systems and Applicati
ons, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989)), the evolution of CMOS logic circuits has been supported by scaling of MOS devices due to improvements in manufacturing technology. On the other hand, as the breakdown voltage of the gate oxide film is reduced due to this scaling, it is necessary to reduce the operating voltage of the semiconductor device. In addition, in a semiconductor device that needs to be used in a battery-operated portable device or the like, it is necessary to further reduce the operating voltage in order to reduce power consumption. Also,
In order not to reduce the operating speed even if the operating voltage is lowered, in order to secure the driving ability of the transistor,
The threshold voltage of the transistor must be reduced. For example, according to the above document, the channel length is 0.25 μ.
The threshold voltage of a transistor operating at 1.5V at m is expected to be 0.35V. According to a well-known scaling rule, the threshold voltage is proportional to the operating voltage, so if the operating voltage is 1V, the threshold voltage will be about 0.24V.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しきい値電圧を小さく
すると、オフとなっているトランジスタのサブスレッシ
ョルド電流が増加する。例えば、図8で入力INがハイ
レベルVHHの時、PMOSトランジスタMPはゲー
ト,ソース共にVHHであるのでオフであるが、MPの
しきい値電圧が小さいとサブスレッショルド電流が流れ
る。この時NMOSトランジスタMNはオンであるの
で、MPのサブスレッショルド電流は、第1電源電圧V
HHから第2電源電圧VLLに流れる貫通電流となる。
しかし、MNのオン抵抗は十分小さいから、MPのサブ
スレッショルド電流により出力OUTが高レベルになる
ことはない。このように、トランジスタのサブスレッシ
ョルド電流は、スタティック回路の信号出力動作を不安
定にする訳ではない。また、サブスレッショルド電流
は、一般に出力端子OUTに接続される負荷容量を充放
電する電流に比べれば小さく、動作時の消費電流に与え
る影響は小さい。しかし、電池で動作して待機状態が長
く続くような装置では、貫通電流による消費電力が問題
となることが、上記文献に述べられている。エクステン
デッドアブストラクツ オブ ザ 1991 インター
ナショナル コンファレンスオン ソリッド ステート
デバイシズ アンド マテリアルズ(1991年8月)第
468頁から第471頁(Extended Abstracts of the
1991 International Conference on Solid State Devic
es and Materials, pp.468-471 (Aug. 1991))によれ
ば、電池動作のCMOSDRAMの周辺回路用トランジ
スタのしきい値電圧の最小値は0.22V以上であり、
さらに製造上のバラツキを見込んで、0.4V程度以上
の値としなければならない。したがって、しきい値電圧
がスケーリングできないため、従来通りのスケーリング
で動作電圧を1V程度以下にすることは不可能である。
待機状態の貫通電流を低減するために、トランジスタM
N,MPと直列にスイッチを挿入し、待機時でそのスイ
ッチをオフにして貫通電流を遮断する手法が考えられ
る。しかし、その場合スイッチをオフにすると出力端子
OUTがフローティング状態になるため、リーク電流な
どにより出力が反転する恐れがあり、動作が不安定にな
る。本発明は、以上のような問題を解決するためになさ
れた。すなわち本発明の目的は、動作時の遅延時間が小
さく高速で、待機状態で貫通電流が流れず低消費電力
で、待機状態でも出力が保持され安定な半導体回路を提
供することにある。
When the threshold voltage is decreased, the subthreshold current of the transistor which is turned off increases. For example, in FIG. 8, when the input IN is at the high level VHH, the PMOS transistor MP is off because both the gate and the source are VHH, but when the threshold voltage of MP is small, a subthreshold current flows. At this time, since the NMOS transistor MN is on, the subthreshold current of MP is equal to the first power supply voltage V
A through current flows from HH to the second power supply voltage VLL.
However, since the ON resistance of MN is sufficiently small, the output OUT does not become high level due to the subthreshold current of MP. Thus, the subthreshold current of the transistor does not make the signal output operation of the static circuit unstable. In addition, the subthreshold current is generally smaller than the current that charges and discharges the load capacitance connected to the output terminal OUT, and has a small effect on the consumption current during operation. However, it is described in the above-mentioned document that power consumption due to a through current is a problem in a device that operates on a battery and remains in a standby state for a long time. Extended Abstracts of the 1991 International Conference on Solid State Devices and Materials (August 1991) 468-471 (Extended Abstracts of the
1991 International Conference on Solid State Devic
es and Materials, pp.468-471 (Aug. 1991)), the minimum threshold voltage of the peripheral circuit transistor of the battery-operated CMOS DRAM is 0.22 V or more,
Furthermore, considering the manufacturing variations, the value should be about 0.4 V or more. Therefore, since the threshold voltage cannot be scaled, it is impossible to reduce the operating voltage to about 1 V or less by conventional scaling.
In order to reduce the shoot-through current in the standby state, the transistor M
A method in which a switch is inserted in series with N and MP and the switch is turned off during standby to cut off the through current is conceivable. However, in that case, when the switch is turned off, the output terminal OUT becomes in a floating state, so that the output may be inverted due to a leak current or the like, and the operation becomes unstable. The present invention has been made to solve the above problems. That is, it is an object of the present invention to provide a semiconductor circuit which has a small delay time during operation, a high speed, a low through-current does not flow in the standby state, low power consumption, and an output that is stable even in the standby state.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、入力が変化しない待機状態で電源間
に貫通電流が流れる論理回路に対して、貫通電流の経路
にスイッチを設け、待機状態では上記スイッチをオフに
して該論理回路を通じて流れる電流経路を遮断し、論理
回路の出力端子にレベルホールド回路を設け、少なくと
もスイッチがオフの期間に上記レベルホールド回路によ
り該論理回路の出力を保持することにある。
A feature of the present invention for achieving the above object is to provide a switch in a path of a through current for a logic circuit in which a through current flows between power supplies in a standby state where an input does not change. In the standby state, the switch is turned off to interrupt the current path flowing through the logic circuit, a level hold circuit is provided at the output terminal of the logic circuit, and the level hold circuit outputs the output of the logic circuit at least while the switch is off. To hold.

【0006】[0006]

【作用】遅延時間は、レベルホールド回路の影響は小さ
く、論理回路により定まる。論理回路に駆動能力の大き
い高速な回路を用いても、待機状態では論理回路を通じ
て電流が流れないため、消費電流はレベルホールド回路
を通じて流れる電流だけである。レベルホールド回路
は、出力を保持するだけなので駆動能力が小さくて良
く、消費電流は小さくできる。スイッチをオフにして
も、レベルホールド回路により論理回路の出力が保持さ
れるので、出力が反転する恐れが無く、安定に動作す
る。従って、低消費電力で高速に安定動作を行う半導体
装置を実現できる。
The effect of the level hold circuit on the delay time is small, and the delay time is determined by the logic circuit. Even if a high-speed circuit having a large driving capability is used as the logic circuit, current does not flow through the logic circuit in the standby state, so the current consumption is only the current flowing through the level hold circuit. Since the level hold circuit only holds the output, it may have a small driving capability, and the current consumption can be reduced. Even if the switch is turned off, since the output of the logic circuit is held by the level hold circuit, there is no risk of the output being inverted, and stable operation is achieved. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device with low power consumption and stable operation at high speed.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。図
1に本発明の概念的実施例を示す。論理回路LCが、ス
イッチSWH及びSWLを介して、高電位の電源線VH
H及び低電位の電源線VLLに接続される。論理回路L
Cの出力端子OUTには、レベルホールド回路LHが接
続される。スイッチSWHとSWLは、制御パルスCK
で制御され、同時にオン,オフする。論理回路LCは、
インバータ、NAND回路、NOR回路などの論理ゲー
トやフリップフロップ回路、あるいはそれら複数個の組
合せで構成される。レベルホールド回路LHは、正帰還
回路により構成できる。論理回路LCの動作は、スイッ
チSWH及びSWLをオンにして行う。論理回路LCの
入力INに応じた出力OUTが確定した後、スイッチS
WH及びSWLをオフにして、論理回路LCを介したV
HHからVLLへの電流経路を遮断し、論理回路LCの
出力をレベルホールド回路LHにより保持する。回路の
遅延時間は、レベルホールド回路LHのゲート入力容量
が小さいので、このレベルホールド回路LHがほとんど
影響せずに、実質的に論理回路LCの遅延時間により定
まる。一方、論理回路LCに駆動能力の大きい回路を用
いて遅延時間の短い高速な動作を行うことができる。ま
た、待機状態では論理回路LCを通じて電流が流れない
ため、消費電流はレベルホールド回路LHを通じて流れ
る電流だけである。レベルホールド回路LHは、駆動能
力が小さくて良いので、消費電流は小さくできる。しか
も、レベルホールド回路LHにより論理回路LCの出力
OUTが維持されるため、誤動作の恐れがない。したが
って、低消費電力で高速に安定動作を行う回路を実現で
きる。以下に、本発明の具体的な実施例を、より詳細に
説明する。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. FIG. 1 shows a conceptual embodiment of the present invention. The logic circuit LC receives the high-potential power line VH via the switches SWH and SWL.
It is connected to H and a low potential power supply line VLL. Logic circuit L
A level hold circuit LH is connected to the output terminal OUT of C. Switches SWH and SWL have control pulse CK
It is controlled by and turns on and off at the same time. The logic circuit LC is
It is composed of a logic gate such as an inverter, a NAND circuit, a NOR circuit, a flip-flop circuit, or a combination of a plurality thereof. The level hold circuit LH can be composed of a positive feedback circuit. The operation of the logic circuit LC is performed by turning on the switches SWH and SWL. After the output OUT according to the input IN of the logic circuit LC is determined, the switch S
WH and SWL are turned off and V via logic circuit LC
The current path from HH to VLL is cut off, and the output of the logic circuit LC is held by the level hold circuit LH. Since the gate input capacitance of the level hold circuit LH is small, the delay time of the circuit is substantially determined by the delay time of the logic circuit LC with little influence by the level hold circuit LH. On the other hand, it is possible to perform a high-speed operation with a short delay time by using a circuit having a large driving capability for the logic circuit LC. Moreover, since no current flows through the logic circuit LC in the standby state, the consumption current is only the current flowing through the level hold circuit LH. Since the level hold circuit LH may have a small driving capability, the current consumption can be reduced. Moreover, since the output OUT of the logic circuit LC is maintained by the level hold circuit LH, there is no risk of malfunction. Therefore, it is possible to realize a circuit that operates stably at high speed with low power consumption. Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in more detail.

【0008】本発明をCMOSインバータに適用した実
施例を、図2に示す。NMOSトランジスタMN1,P
MOSトランジスタMP1が、それぞれ図1でのスイッ
チSWL,SWHとして動作する。論理回路LCをオフ
にしたときのリーク電流を小さくするため、トランジス
タMN1,MP1のしきい値電圧は論理回路LCを構成
するMOSトランジスタのしきい値電圧より大きくす
る。また、オン抵抗が大きくならないように、トランジ
スタMN1,MP1のチャネル幅/チャネル長を論理回
路LCを構成するMOSトランジスタのチャネル幅/チ
ャネル長より大きな値に定める。NMOSトランジスタ
MN1のゲートには制御パルスCKが、PMOSトラン
ジスタMP1のゲートには制御パルスCKBが入力され
る。CKBは、CKの逆相の相補信号である。論理回路
としてNMOSトランジスタMN2とPMOSトランジ
スタMP2からなるCMOSインバータINVを、スイ
ッチとしてのMN1,MP1に直列に接続する。また、
低電圧動作で駆動能力を大きくするため、CMOSイン
バータINVのトランジスタMN2,MP2のしきい値
電圧は小さくする。またインバータINVの出力端子O
UTには、NMOSトランジスタMN3,MN4とPM
OSトランジスタMP3,MP4からなるレベルホール
ド回路LHが接続される。出力OUTを保持している間
の貫通電流を小さくするため、レベルホールド回路LH
のトランジスタMN3,MN4,MP3,MP4のしき
い値電圧をインバータINVを構成するMOSトランジ
スタより大きくし、またチャネル幅/チャネル長を小さ
くし消費電力を低減する。電源電圧としきい値電圧の数
値例を挙げる。VLLを接地電位0Vとし、VHHを外
部電源電圧1Vとする。NMOSトランジスタのしきい
値電圧は、MN2は0.2V,MN1とMN3及びMN
4は0.4Vとする。PMOSトランジスタのしきい値
電圧は、MP2は−0.2V,MP1とMP3及びMP
4は−0.4Vとする。
An embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter is shown in FIG. NMOS transistors MN1 and P
The MOS transistor MP1 operates as the switches SWL and SWH in FIG. 1, respectively. In order to reduce the leakage current when the logic circuit LC is turned off, the threshold voltage of the transistors MN1 and MP1 is set higher than the threshold voltage of the MOS transistors forming the logic circuit LC. Further, the channel width / channel length of the transistors MN1 and MP1 is set to a value larger than the channel width / channel length of the MOS transistors forming the logic circuit LC so that the ON resistance does not increase. The control pulse CK is input to the gate of the NMOS transistor MN1 and the control pulse CKB is input to the gate of the PMOS transistor MP1. CKB is a complementary signal of the opposite phase of CK. A CMOS inverter INV composed of an NMOS transistor MN2 and a PMOS transistor MP2 as a logic circuit is connected in series to MN1 and MP1 as switches. Also,
The threshold voltage of the transistors MN2 and MP2 of the CMOS inverter INV is set to be small in order to increase the driving ability by the low voltage operation. Also, the output terminal O of the inverter INV
The UT has NMOS transistors MN3, MN4 and PM.
A level hold circuit LH including OS transistors MP3 and MP4 is connected. In order to reduce the shoot-through current while holding the output OUT, the level hold circuit LH
The threshold voltage of the transistors MN3, MN4, MP3, MP4 is set higher than that of the MOS transistors forming the inverter INV, and the channel width / channel length is reduced to reduce power consumption. Numerical examples of power supply voltage and threshold voltage will be given. VLL is ground potential 0V and VHH is external power supply voltage 1V. The threshold voltage of the NMOS transistor is 0.2V for MN2, MN1 and MN3 and MN
4 is 0.4V. The threshold voltage of the PMOS transistor is -0.2V for MP2, MP1 and MP3 and MP.
4 is -0.4V.

【0009】図3に示すタイミング図を用いて、図2の
半導体回路の動作を説明する。まず、入力信号INのレ
ベル変化に先行して制御パルスCKをVHHに上げ、C
KBをVLLに下げて、スイッチ・トランジスタMN
1,MP1をオンにして、インバータINVを電源VH
Hと,接地電位VLLとに接続する。入力信号INがV
LLからVHHに上がることにより、インバータINV
のMP2がオフにMN2がオンになり、出力OUTがV
HHからVLLに放電される。この時、トランジスタM
N2は飽和領域で導通を始め、MN2を流れる電流値は
ゲート(入力端子IN)−ソース(ノードNL)間の電
圧で定まる。スイッチ・トランジスタMN1がノードN
LとVLLとの間に設けられているので、MN1のオン
抵抗とMN2から流れる電流によりノードNLの電位が
一時的に上昇する。しかし、MN1のゲートはVHHと
なっているので、しきい値電圧が大きくても、オン抵抗
が十分小さくなるように設計することができ、遅延時間
に対する影響を小さくできる。また、このように出力O
UTがVHHからVLLに反転するとき、レベルホール
ド回路LHは出力OUTをVHHに保つように、MN4
がオフにMP4がオンになっている。そのため、MN2
がオンになることによりVHHからMP4,MN2を通
じてVLLに貫通電流が流れるが、MN2に比べてMP
4の駆動能力を小さく設計することにより、遅延時間や
消費電流に対する影響を小さくすることができる。この
ようにレベルホールド回路LHの駆動能力よりインバー
タの駆動能力が大きいので、入力INの上昇に応答して
出力OUTが低下することにより、レベルホールド回路
LHのMN3がオフにMP3がオンになり、レベルホー
ルド回路内のノードNLHがVLLからVHHに反転
し、MN4がオンにMP4がオフになって、レベルホー
ルド回路LHは出力OUTをVLLに保つように動作
し、貫通電流は流れなくなる。また、インバータINV
のMP2はゲート,ソースが共にVHHなのでオフであ
るが、しきい値電圧が小さいため、この状態のままで
は、リーク電流が大きく貫通電流がインバータINVを
通じて流れる。そして、制御パルスCKをVLLに下
げ、CKBをVHHに上げて、スイッチ・トランジスタ
MN1,MP1をオフにして、インバータINVを電源
VHHと接地電位VLLから分離する。この時に、MN
1,MP1はゲート,ソースが等電位で、しきい値電圧
が大きいため完全にオフになる。しかし、レベルホール
ド回路LHの正帰還動作により、出力OUTはVHHに
保たれることができる。このとき、NMOSトランジス
タMN2がオンなので、ノードNLはレベルホールド回
路LHによりVLLに保たれる。一方、ノードNHから
出力端子OUTへのPMOSトランジスタMP2のリー
ク電流のため、ノードNHの電圧はレベルホールド回路
LHの低レベル出力の影響により低下し始める。従っ
て、MP2はゲート電位よりもソース電位が下がり完全
にオフとなる。その結果、待機状態でインバータINV
の貫通電流は流れない。そして、入力信号INが変化す
る前に、再び制御パルスCKをVHHに上げ、CKBを
VLLに下げて、スイッチ・トランジスタMN1,MP
1をオンにして、ノードNHをVHHにする。入力IN
がVHHからVLLに反転することにより、先の動作と
は逆に出力OUTがVLLからVHHに反転する。尚、
インバータINVとレベルホールド回路LHを通じて貫
通電流が流れる期間が短くなるように、レベルホールド
回路LHが出力OUTにすばやく追従するのが望まし
い。そのため、インバータINVとレベルホールド回路
LHは近接して配置し、配線遅延を小さくする。図2と
図3で説明した本実施例から明らかなように、スイッチ
として用いるMOSトランジスタMN1,MP1のしき
い値電圧を、従来サブスレッショルド電流を小さくする
ために必要とされている0.4V程度以上にすれば、待
機状態の貫通電流を増加させずに、論理回路中のMOS
トランジスタMN2,MP2のしきい値電圧を小さくす
ることができる。動作電圧を1V以下に低電圧化して
も、MOSトランジスタMN2,MP2のしきい値電圧
を0.25V以下にして駆動能力を確保できる。したが
って、低電圧化による低消費電力かが実現できる。ま
た、従来のスケーリング則に基づき、素子のスケーリン
グによる性能向上が実現できる。しかも、スイッチとレ
ベルホールド回路を負荷すること以外は、従来のCMO
S論理回路と同じ構成であるので、従来と同じ設計手法
を用いることができる。
The operation of the semiconductor circuit shown in FIG. 2 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. First, the control pulse CK is raised to VHH before the level change of the input signal IN, and C
Lowering KB to VLL, switch transistor MN
1, MP1 is turned on and the inverter INV is powered by VH
It is connected to H and the ground potential VLL. Input signal IN is V
By increasing from LL to VHH, the inverter INV
MP2 is turned off, MN2 is turned on, and the output OUT is V
It is discharged from HH to VLL. At this time, the transistor M
N2 starts conducting in the saturation region, and the current value flowing through MN2 is determined by the voltage between the gate (input terminal IN) and the source (node NL). The switch transistor MN1 is the node N
Since it is provided between L and VLL, the potential of the node NL temporarily rises due to the on-resistance of MN1 and the current flowing from MN2. However, since the gate of MN1 is at VHH, the ON resistance can be designed to be sufficiently small even if the threshold voltage is large, and the influence on the delay time can be reduced. Also, output O
When the UT inverts from VHH to VLL, the level hold circuit LH keeps the output OUT at VHH so that MN4
Is off and MP4 is on. Therefore, MN2
Is turned on, a through current flows from VHH to VLL through MP4 and MN2.
By designing the driving capability of No. 4 small, it is possible to reduce the influence on the delay time and current consumption. Since the drive capacity of the inverter is larger than the drive capacity of the level hold circuit LH, the output OUT decreases in response to the increase of the input IN, so that MN3 of the level hold circuit LH is turned off and MP3 is turned on. The node NLH in the level hold circuit is inverted from VLL to VHH, MN4 is turned on and MP4 is turned off, the level hold circuit LH operates so as to keep the output OUT at VLL, and the through current stops flowing. In addition, the inverter INV
MP2 is off because its gate and source are both VHH, but its threshold voltage is small, so in this state, a large leak current flows and a through current flows through the inverter INV. Then, the control pulse CK is lowered to VLL, CKB is raised to VHH, the switch transistors MN1 and MP1 are turned off, and the inverter INV is separated from the power source VHH and the ground potential VLL. At this time, MN
1, MP1 is completely turned off because the gate and the source have the same potential and the threshold voltage is large. However, the output OUT can be kept at VHH by the positive feedback operation of the level hold circuit LH. At this time, since the NMOS transistor MN2 is turned on, the node NL is kept at VLL by the level hold circuit LH. On the other hand, due to the leakage current of the PMOS transistor MP2 from the node NH to the output terminal OUT, the voltage of the node NH starts to drop due to the influence of the low level output of the level hold circuit LH. Therefore, MP2 has a source potential lower than the gate potential and is completely turned off. As a result, the inverter INV in the standby state
Through current does not flow. Then, before the input signal IN changes, the control pulse CK is again raised to VHH and CKB is lowered to VLL, and the switch transistors MN1 and MP are
1 is turned on to bring the node NH to VHH. Input IN
Is inverted from VHH to VLL, the output OUT is inverted from VLL to VHH, contrary to the previous operation. still,
It is desirable that the level hold circuit LH quickly follow the output OUT so that the period in which the through current flows through the inverter INV and the level hold circuit LH is shortened. Therefore, the inverter INV and the level hold circuit LH are arranged close to each other to reduce the wiring delay. As is apparent from the embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3, the threshold voltage of the MOS transistors MN1 and MP1 used as switches is about 0.4 V which is conventionally required to reduce the subthreshold current. With the above configuration, the MOS in the logic circuit is not increased without increasing the shoot-through current in the standby state.
The threshold voltage of the transistors MN2 and MP2 can be reduced. Even if the operating voltage is lowered to 1 V or less, the driving capability can be secured by setting the threshold voltage of the MOS transistors MN2 and MP2 to 0.25 V or less. Therefore, low power consumption can be realized by lowering the voltage. Also, based on the conventional scaling law, performance improvement due to element scaling can be realized. Moreover, except for loading the switch and the level hold circuit, the conventional CMO
Since it has the same configuration as the S logic circuit, it is possible to use the same design method as the conventional one.

【0010】図4は、本発明をCMOSインバータチェ
ーンに適用した他の実施例を示している。図2に示した
1段のインバータにスイッチ2個とレベルホールド回路
も設けた構成を多段接続すればインバータチェーンが実
現できるが、本実施例はスイッチとレベルホールド回路
とを複数のインバータで共有して、素子数及び面積を小
さくした例である。ここでは4段のインバータチェーン
の場合を例にとるが、他の段数の場合も同様に構成され
る。4個のインバータINV1,INV2,INV3,
INV4が直列接続される。最終段のインバータINV
4の出力端子OUTにレベルホールド回路LHが接続さ
れる。各インバータは、図2中のINVと同様なしきい
値およびチャネル幅/チャネル長のPMOSトランジス
タ1個とNMOSトランジスタ1個とで構成される。こ
れとは異なり、各インバータのトランジスタサイズ(チ
ャネル幅/チャネル長)は、同じであっても異なってい
ても良い。ドライバとしてよく用いられるように、チャ
ネル長を同じにして、一定の段間でチャネル幅をINV
1,INV2,INV3,INV4の順に大きくしてい
くこともできる。各インバータのPMOSトランジスタ
のソースはノードNHに、各インバータのNMOSトラ
ンジスタのソースはノードNLに接続される。ノードN
Lと低レベルの電源VLLとの間にスイッチSWLが、
ノードNHと高レベルの電源VHHとの間にスイッチS
WHが設けられる。スイッチSWLとSWHは制御パル
スCKにより制御され、同時にオン,オフする。図2に
示したように、スイッチSWLはNMOSトランジスタ
で、SWHはCKの相補信号をゲートに入力したPMO
Sトランジスタで実現される。インバータチェーンの動
作は、スイッチSWL,SWHをオンにして行う。例え
ば、入力INが低レベルVLLから高レベルVHHに反
転すると、インバータINV1によりノードN1がVH
HからVLLに反転し、INV2によりノードN2がV
LLからVHHに反転し、INV3によりノードN3が
VHHからVLLに反転し、INV4により出力端子O
UTがVLLからVHHに反転する。OUTがVHHに
確定すると、レベルホールド回路LHはOUTをVHH
に保つように動作する。待機状態では、スイッチSW
L,SWHをオフにすることにより、インバータを介し
たVHHからVLLへの電流経路を遮断する。インバー
タチェーンに本発明を適用する場合、本実施例の様にイ
ンバータチェーンをまとめて一つの論理回路として取扱
うことにより、その出力端子にのみレベルホールド回路
を設ければ良い。また、スイッチSWL,SWHを複数
のインバータで共有できる。スイッチSWL、SWHの
大きさは、流れるピーク電流の大きさで決定される。複
数個のインバータを流れる電流和のピークは、各インバ
ータのピーク電流での和よりも小さくなる。例えば、段
間比を3としてインバータチェーンを構成する場合、電
流和のピークは最終段のピーク電流にほぼ同じになる。
したがって、複数のインバータでスイッチを共有する方
が、インバータごとにスイッチを設ける場合に比べて、
スイッチの面積が小さくて済む。
FIG. 4 shows another embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter chain. An inverter chain can be realized by connecting the configuration in which two switches and a level hold circuit are provided to the single-stage inverter shown in FIG. 2 in multiple stages, but in the present embodiment, the switch and the level hold circuit are shared by a plurality of inverters. In this example, the number of elements and the area are reduced. Here, the case of a four-stage inverter chain is taken as an example, but the case of other numbers of stages is similarly configured. Four inverters INV1, INV2, INV3
INV4 is connected in series. Final stage inverter INV
The level hold circuit LH is connected to the output terminal OUT of No. 4. Each inverter is composed of one PMOS transistor and one NMOS transistor having the same threshold and channel width / channel length as INV in FIG. Unlike this, the transistor size (channel width / channel length) of each inverter may be the same or different. As often used as a driver, the channel length is the same and the channel width is set to INV between certain stages.
It is also possible to increase in the order of 1, INV2, INV3, INV4. The source of the PMOS transistor of each inverter is connected to the node NH, and the source of the NMOS transistor of each inverter is connected to the node NL. Node N
The switch SWL is connected between L and the low level power supply VLL,
A switch S is provided between the node NH and the high level power source VHH.
WH is provided. The switches SWL and SWH are controlled by the control pulse CK and are turned on and off at the same time. As shown in FIG. 2, the switch SWL is an NMOS transistor, and SWH is a PMO in which a complementary signal of CK is input to the gate.
It is realized by S-transistor. The operation of the inverter chain is performed by turning on the switches SWL and SWH. For example, when the input IN is inverted from the low level VLL to the high level VHH, the inverter INV1 causes the node N1 to reach VH.
Invert from H to VLL, and the node N2 becomes V by INV2
It is inverted from LL to VHH, the node N3 is inverted from VHH to VLL by INV3, and the output terminal O by INV4.
UT flips from VLL to VHH. When OUT is set to VHH, the level hold circuit LH sets OUT to VHH.
Works to keep on. In standby state, switch SW
By turning off L and SWH, the current path from VHH to VLL via the inverter is cut off. When the present invention is applied to the inverter chain, it is sufficient to provide the level hold circuit only at the output terminal by treating the inverter chain as one logic circuit as a whole as in the present embodiment. Further, the switches SWL and SWH can be shared by a plurality of inverters. The sizes of the switches SWL and SWH are determined by the size of the peak current that flows. The peak of the sum of the currents flowing through the plurality of inverters is smaller than the sum of the peak currents of the respective inverters. For example, when an inverter chain is configured with an interstage ratio of 3, the peak of the current sum is almost the same as the peak current of the final stage.
Therefore, it is better to share a switch among multiple inverters than to provide a switch for each inverter.
The switch area is small.

【0011】図5は、本発明をインバータチェーンに適
用した別の実施例を示している。図4と同様に4段のイ
ンバータチェーンの場合を例にとるが、他の段数の場合
も同様に構成される。4個のインバータINV1,IN
V2,INV3,INV4が直列接続される。インバー
タINV3の出力端子でINV4の入力端子であるノー
ドN3とINV4の出力端子OUTに、それぞれレベル
ホールド回路LH3,LH4が接続される。各インバー
タは、図2中のINVと同様にPMOSトランジスタと
NMOSトランジスタ1個ずつで構成される。奇数番目
のインバータINV1,INV3はノードNL1及びN
H1に、偶数番目のインバータINV2,INV4はノ
ードNL2及びNH2に接続される。ノードNL1,N
L2と低レベルの電源VLLとの間にそれぞれスイッチ
SWL1,SWL2が、ノードNH1,NH2と高レベ
ルの電源VHHとの間にそれぞれスイッチSWH1,S
WH2が設けられる。スイッチSWL1,SWL2とS
WH1,SWH2は制御パルスCKにより制御され、同
時にオン,オフする。インバータの動作は、スイッチS
WL1,SWL2,SWH1,SWH2をオンにして行
う。例えば、入力INが低レベルVLLから高レベルV
HHに反転すると、ノードN1がVHHからVLLに、
ノードN2がVLLからVHHに、ノードN3がVHH
からVLLに、INV4により出力端子OUTがVLL
からVHHに順次反転する。N3がVLLに確定する
と、レベルホールド回路LH1はN3をVLLに保つよ
うに動作する。また、OUTがVHHに確定すると、レ
ベルホールド回路LHはOUTをVHHに保つように動
作する。待機状態では、スイッチSWL1,SWL2,
SWH1,SWH2をオフにすることにより、インバー
タを介したVHHからVLLへの電流経路を遮断する。
このとき、ノードN3がレベルホールド回路LH3によ
り低レベルVLLに保たれるため、ノードNL1もイン
バータINV3を通じてVLLに保たれる。さらに、イ
ンバータINV1を通じてノードN1がVLLに保たれ
る。同様に、出力端子OUTがレベルホールド回路LH
4により高レベルVHHに保たれることにより、ノード
NH2及びN2もVHHに保たれる。したがって、イン
バータ間を接続するノードN1,N2,N3がVHHと
VLLのいずれかに保たれる。以上のように、スイッチ
を2組設け、奇数番目のインバータと偶数番目のインバ
ータとを違うスイッチに接続し、奇数番目のインバータ
のいずれかの出力端子と偶数番目のインバータのいずれ
かの出力端子とに、それぞれレベルホールド回路を接続
することにより、インバータ間のノードN1,N2,N
3が全て高レベルと低レベルのいずれかに保たれる。待
機状態が長く続いてもインバータの入力が中間レベルと
ならないため安定に動作し、スイッチをオンにしたとき
に情報が反転したり貫通電流が流れたりする恐れがな
い。
FIG. 5 shows another embodiment in which the present invention is applied to an inverter chain. Similar to FIG. 4, the case of an inverter chain of four stages is taken as an example, but the configuration is similar for other stages. 4 inverters INV1, IN
V2, INV3, INV4 are connected in series. Level hold circuits LH3 and LH4 are connected to a node N3 which is an output terminal of the inverter INV3 and an input terminal of INV4 and an output terminal OUT of INV4, respectively. Each inverter is composed of one PMOS transistor and one NMOS transistor, similar to INV in FIG. The odd-numbered inverters INV1 and INV3 have nodes NL1 and N
To H1, the even-numbered inverters INV2 and INV4 are connected to the nodes NL2 and NH2. Nodes NL1, N
Switches SWL1 and SWL2 are connected between L2 and the low level power supply VLL, and switches SWH1 and SW are connected between the nodes NH1 and NH2 and the high level power supply VHH, respectively.
WH2 is provided. Switches SWL1, SWL2 and S
WH1 and SWH2 are controlled by a control pulse CK and are turned on and off at the same time. The operation of the inverter is switch S
This is performed by turning on WL1, SWL2, SWH1, and SWH2. For example, when the input IN is low level VLL to high level V
When inverted to HH, the node N1 changes from VHH to VLL,
Node N2 goes from VLL to VHH, node N3 goes to VHH
To VLL, the output terminal OUT is VLL by INV4
To VHH. When N3 is determined to be VLL, the level hold circuit LH1 operates to keep N3 at VLL. When OUT is set to VHH, the level hold circuit LH operates to keep OUT at VHH. In the standby state, the switches SWL1, SWL2,
By turning off SWH1 and SWH2, the current path from VHH to VLL via the inverter is cut off.
At this time, since the node N3 is kept at the low level VLL by the level hold circuit LH3, the node NL1 is also kept at VLL through the inverter INV3. Further, the node N1 is kept at VLL through the inverter INV1. Similarly, the output terminal OUT has a level hold circuit LH.
By being kept at the high level VHH by 4, the nodes NH2 and N2 are also kept at VHH. Therefore, the nodes N1, N2, N3 connecting the inverters are maintained at either VHH or VLL. As described above, two sets of switches are provided, the odd-numbered inverter and the even-numbered inverter are connected to different switches, and one output terminal of the odd-numbered inverter and one output terminal of the even-numbered inverter are connected. To the nodes N1, N2, N between the inverters by connecting level hold circuits to
All three are kept at either high or low level. Even if the standby state continues for a long time, the input of the inverter does not reach the intermediate level, so that the operation is stable, and there is no fear that information will be inverted or a through current will flow when the switch is turned on.

【0012】以上本発明を、CMOSインバータやイン
バータチェーンに適用した実施例を示しながら説明して
きたが、論理回路にスイッチとレベルホールド回路とを
付加して低消費電力で高速に安定動作を行うという本発
明の趣旨を逸脱しないかぎり、これまでに述べた実施例
に限定されるものではない。
The present invention has been described above with reference to the embodiments applied to the CMOS inverter and the inverter chain, but it is said that a switch and a level hold circuit are added to the logic circuit to perform stable operation at high speed with low power consumption. The present invention is not limited to the embodiments described above without departing from the spirit of the present invention.

【0013】例えば、本発明をCMOSインバータに適
用した別の実施例を図6に示す。図2に示した実施例で
は、スイッチとして動作するトランジスタMN1,MP
2をCMOSインバータINVと電源VLL,VHHと
の間に設けている。それに対して、本実施例ではNMO
SトランジスタとPMOSトランジスタとの間に設け
る。2個のNMOSトランジスタMN2,MN1と2個
のPMOSトランジスタMP1,MP2が直列に、低レ
ベルの電源VLLと高レベルの電源VHHの間に接続さ
れる。NMOSトランジスタMN1,PMOSトランジ
スタMP1は、スイッチとして動作する。オフにしたと
きのリーク電流を小さくするため、トランジスタMN
1,MP1のしきい値電圧は大きくする。NMOSトラ
ンジスタMN1のゲートには制御パルスCKが、PMO
SトランジスタMP1のゲートにはCKの相補信号の制
御パルスCKBが入力される。NMOSトランジスタM
N2とPMOSトランジスタMP2は、ゲートが入力端
子INに接続され、CMOSインバータとして動作す
る。低電圧動作で駆動能力を大きくするため、トランジ
スタMN1,MP1のしきい値電圧は小さくする。出力
端子OUTには、図2と同様に構成されたレベルホール
ド回路LHが接続される。図2に示した実施例と同様
に、動作を行う。制御パルスCK,CKBにより、トラ
ンジスタMN1,MP1をオンにして、トランジスタM
N2,MP2をCMOSインバータとして動作させる。
例えば、入力INが低レベルVLLから高レベルVHH
に反転すると、それまでオフであったトランジスタMN
2が導通し始め飽和領域で動作する。このときMN2の
電流値はゲート−ソース間の電圧で定まる。本実施例で
は、トランジスタMN1がMN2と出力端子OUTとの
間に設けられているので、スイッチ・トランジスタMN
1のオン抵抗は論理トランジスタMN2のドレインに接
続される。そのため、MN1のオン抵抗の、MN2の電
流値に対する影響は小さい。出力OUTが確定後、トラ
ンジスタMN1,MP1をオフにして、貫通電流を防止
し、レベルホールド回路LHにより出力OUTを維持す
る。本実施例のようにスイッチを論理回路の出力端子側
に挿入すると、スイッチを複数の論理ゲートで共有する
ことは出来ないが、スイッチのオン抵抗の影響が小さ
い。スイッチとして用いるトランジスタが同じ場合、図
2に示した実施例の様にスイッチを論理回路の電源側に
設ける場合に比べて、遅延時間が短くなる。あるいは、
遅延時間が同じになるように設計すると、スイッチとし
て用いるトランジスタのチャネル幅/チャネル長が小さ
くて済み、その面積を小さくできる。
For example, another embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter is shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 2, the transistors MN1 and MP operating as switches
2 is provided between the CMOS inverter INV and the power supplies VLL and VHH. On the other hand, in this embodiment, the NMO
It is provided between the S transistor and the PMOS transistor. Two NMOS transistors MN2 and MN1 and two PMOS transistors MP1 and MP2 are connected in series between a low level power source VLL and a high level power source VHH. The NMOS transistor MN1 and the PMOS transistor MP1 operate as switches. To reduce the leakage current when turned off, the transistor MN
1, the threshold voltage of MP1 is increased. A control pulse CK is applied to the gate of the NMOS transistor MN1 by PMO.
The control pulse CKB of the complementary signal of CK is input to the gate of the S transistor MP1. NMOS transistor M
The gates of the N2 and the PMOS transistor MP2 are connected to the input terminal IN and operate as a CMOS inverter. The threshold voltage of the transistors MN1 and MP1 is set to be small in order to increase the driving capability by the low voltage operation. To the output terminal OUT, the level hold circuit LH configured similarly to FIG. 2 is connected. The operation is performed in the same manner as the embodiment shown in FIG. The control pulses CK and CKB turn on the transistors MN1 and MP1 to turn on the transistor M.
N2 and MP2 are operated as a CMOS inverter.
For example, when the input IN is low level VLL to high level VHH
When it is turned off, the transistor MN that was off until then
2 starts to conduct and operates in the saturation region. At this time, the current value of MN2 is determined by the gate-source voltage. In this embodiment, since the transistor MN1 is provided between the MN2 and the output terminal OUT, the switch transistor MN is provided.
The ON resistance of 1 is connected to the drain of the logic transistor MN2. Therefore, the influence of the ON resistance of MN1 on the current value of MN2 is small. After the output OUT is determined, the transistors MN1 and MP1 are turned off to prevent a through current, and the level hold circuit LH maintains the output OUT. When the switch is inserted on the output terminal side of the logic circuit as in this embodiment, the switch cannot be shared by a plurality of logic gates, but the on resistance of the switch has a small effect. When the transistors used as switches are the same, the delay time becomes shorter than when the switch is provided on the power supply side of the logic circuit as in the embodiment shown in FIG. Alternatively,
If the delay time is designed to be the same, the transistor used as a switch can have a small channel width / channel length and its area can be reduced.

【0014】図7は、レベルホールド回路LHの別な構
成例である。このレベルホールド回路LHを、図2に示
した実施例でNMOSトランジスタMN3,MN4とP
MOSトランジスタMP3,MP4で構成されているレ
ベルホールド回路LHと置き換えて、用いた場合につい
て説明する。図7のこのレベルホールド回路LHは、そ
れぞれ3個のNMOSトランジスタMN3,MN4,M
N5とPMOSトランジスタMP3,MP4,MP5で
構成される。待機状態でのリーク電流を低減するため、
各トランジスタのしきい値電圧は大きくする。例えば、
NMOSトランジスタは0.4V,PMOSトランジス
タは−0.4Vとする。MN3,MP3はインバータを
構成しており、MN4,MN5,MP4,MP5はスイ
ッチングインバータを構成している。MN5のゲートに
は制御パルスCKBが、MP5のゲートには制御パルス
CKが入力される。動作タイミングは、図2に示したレ
ベルホールド回路LHを用いた場合と同じで、図3に示
したとおりである。制御パルスCKを高レベルVHHに
上げ、CKBを低レベルVLLに下げてインバータIN
Vを動作させる。この時、レベルホールド回路LHで、
トランジスタMN5,MP5がオフとなる。そのため、
出力OUTが反転するときに、インバータINVとレベ
ルホールド回路LHを通じて貫通電流が流れることがな
く、遅延時間と消費電流が小さくて済む。待機状態で
は、制御パルスCKを低レベルVLLに下げ、CKBを
高レベルVHHに上げてインバータINVを電源VL
L,VHHから切り離す。この時、レベルホールド回路
で、トランジスタMN5,MP5がオンとなり、正帰還
により出力OUTが保持される。このように、レベルホ
ールド回路をインバータとスイッチングインバータの組
合せで構成することにより、トランジスタが2個増える
が、論理回路とレベルホールド回路が競合することが無
くなり、遅延時間と消費電流が小さくて済む。また、レ
ベルホールド回路の駆動能力を大きくしてもよく、出力
端子でのリークが大きい場合でも出力が変動する恐れが
なく安定動作ができる。
FIG. 7 shows another configuration example of the level hold circuit LH. This level hold circuit LH is provided with NMOS transistors MN3, MN4 and P in the embodiment shown in FIG.
A case where the level hold circuit LH configured by the MOS transistors MP3 and MP4 is used instead will be described. This level hold circuit LH of FIG. 7 has three NMOS transistors MN3, MN4 and M, respectively.
It is composed of N5 and PMOS transistors MP3, MP4 and MP5. To reduce the leakage current in the standby state,
The threshold voltage of each transistor is increased. For example,
The NMOS transistor is 0.4V and the PMOS transistor is -0.4V. MN3 and MP3 form an inverter, and MN4, MN5, MP4 and MP5 form a switching inverter. The control pulse CKB is input to the gate of MN5, and the control pulse CK is input to the gate of MP5. The operation timing is the same as that when the level hold circuit LH shown in FIG. 2 is used, and is as shown in FIG. The control pulse CK is raised to the high level VHH, CKB is lowered to the low level VLL, and the inverter IN
Operate V. At this time, the level hold circuit LH
The transistors MN5 and MP5 are turned off. for that reason,
When the output OUT is inverted, a through current does not flow through the inverter INV and the level hold circuit LH, and the delay time and current consumption can be reduced. In the standby state, the control pulse CK is lowered to the low level VLL, CKB is raised to the high level VHH, and the inverter INV is switched to the power source VL.
Separate from L and VHH. At this time, the transistors MN5 and MP5 are turned on in the level hold circuit, and the output OUT is held by positive feedback. As described above, by configuring the level hold circuit by the combination of the inverter and the switching inverter, the number of transistors is increased by two, but the logic circuit and the level hold circuit do not conflict with each other, and the delay time and current consumption can be reduced. Further, the drive capability of the level hold circuit may be increased, and stable operation can be performed without fear of fluctuation of the output even when the leakage at the output terminal is large.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上に述べた実施例で明らかなように、
入力が変化しない待機状態で電源間に貫通電流が流れる
可能性の有る論理回路に対して、貫通電流の経路にスイ
ッチを設け、待機状態では上記スイッチをオフにして論
理回路を通じて流れる電流経路を遮断し、論理回路の出
力端子にレベルホールド回路を設け、少なくともスイッ
チがオフの期間に上記レベルホールド回路により論理回
路の出力を保持することにより、低消費電力で高速に安
定動作を行う半導体回路を実現できる。
As is apparent from the embodiments described above,
For a logic circuit in which a through current may flow between power supplies in the standby state where the input does not change, a switch is provided in the path of the through current, and in the standby state, the switch is turned off to cut off the current path flowing through the logic circuit. By providing a level hold circuit at the output terminal of the logic circuit and holding the output of the logic circuit by the level hold circuit at least while the switch is off, a semiconductor circuit that realizes stable operation at high speed with low power consumption is realized. it can.

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

【図1】本発明の概念的実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a conceptual embodiment of the present invention.

【図2】CMOSインバータに本発明を適用した実施例
の回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter.

【図3】CMOSインバータに本発明を適用した実施例
の動作タイミング図である。
FIG. 3 is an operation timing chart of an embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter.

【図4】インバータチェーンに本発明を適用した実施例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to an inverter chain.

【図5】インバータチェーンに本発明を適用した別の実
施例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment in which the present invention is applied to an inverter chain.

【図6】CMOSインバータに本発明を適用した別の実
施例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment in which the present invention is applied to a CMOS inverter.

【図7】本発明に茂一いるレベルホールド回路の別の構
成例の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of another configuration example of the level hold circuit according to the present invention.

【図8】従来のCMOSインバータを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional CMOS inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LC…論理回路、SWL,SWH,SWL1,SWL
2,SWH1,SWH2…スイッチ、LH,LH3,L
H4…レベルホールド回路、VHH…高レベルの電源、
VLL…低レベルの電源、CK…制御パルス、CKB…
CKの相補信号である制御パルス、IN…入力、OUT
…出力、INV,INV1,INV2,INV3,IN
V4…インバータ、MN,MN1,MN2,MN3,M
N4,MN5…NMOSトランジスタ、MP,MP1,
MP2,MP3,MP4,MP5…PMOSトランジス
LC ... Logic circuit, SWL, SWH, SWL1, SWL
2, SWH1, SWH2 ... Switch, LH, LH3, L
H4 ... Level hold circuit, VHH ... High level power supply,
VLL ... low level power supply, CK ... control pulse, CKB ...
Control pulse which is a complementary signal of CK, IN ... input, OUT
... Output, INV, INV1, INV2, INV3, IN
V4 ... Inverter, MN, MN1, MN2, MN3, M
N4, MN5 ... NMOS transistor, MP, MP1,
MP2, MP3, MP4, MP5 ... PMOS transistor

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力が変化しない待機状態で貫通電流が流
れうる論理回路と、 該貫通電流の経路に設けられたスイッチと、 上記論理回路の出力端子に設けられたレベルホールド回
路とを具備してなり、 上記待機状態では上記スイッチをオフにして上記経路を
遮断せしめ、上記スイッチがオフの期間に上記レベルホ
ールド回路によって上記論理回路の上記出力端子の電位
を保持することを特徴とする半導体回路。
1. A logic circuit capable of allowing a through current to flow in a standby state where the input does not change, a switch provided in a path of the through current, and a level hold circuit provided at an output terminal of the logic circuit. In the standby state, the switch is turned off to interrupt the path, and the level hold circuit holds the potential of the output terminal of the logic circuit while the switch is off. ..
【請求項2】請求項1に記載の半導体回路において、上
記論理回路は、NMOSトランジスタとPMOSトラン
ジスタの組合せで構成されていることを特徴とする半導
体回路。
2. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is composed of a combination of an NMOS transistor and a PMOS transistor.
【請求項3】請求項1に記載の半導体回路において、上
記論理回路の動作電圧は1V以下であることを特徴とす
る半導体回路。
3. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the operating voltage of the logic circuit is 1 V or less.
【請求項4】請求項3に記載の半導体回路において、上
記NMOSトランジスタとPMOSトランジスタのしき
い値電圧の絶対値は0.25V以下であることを特徴と
する半導体回路。
4. The semiconductor circuit according to claim 3, wherein absolute values of threshold voltages of the NMOS transistor and the PMOS transistor are 0.25 V or less.
【請求項5】請求項1に記載の半導体回路において、上
記スイッチは、高レベルの電源と上記論理回路との間及
び低レベルの電源と上記論理回路との間にそれぞれ設け
られることを特徴とする半導体回路。
5. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the switch is provided between a high level power supply and the logic circuit and between a low level power supply and the logic circuit. Semiconductor circuit.
【請求項6】請求項1に記載の半導体回路において、上
記論理回路を出力端子から高レベルの電源側の回路と低
レベルの電源側の回路との二つに分け、出力端子と高レ
ベル側の回路とのあいだ及び出力端子と低レベル側の回
路との間に、上記スイッチがそれぞれ設けられることを
特徴とする半導体回路。
6. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is divided into a high level power supply side circuit and a low level power supply side circuit from the output terminal, and the output terminal and the high level side are provided. The semiconductor circuit, wherein the switch is provided between the output circuit and the circuit on the low level side and between the output circuit and the circuit on the low level side.
【請求項7】請求項3または請求項4に記載の半導体回
路において、低レベルの電源側に設けられたスイッチは
NMOSトランジスタであり、高レベルの電源側に設け
られたスイッチはPMOSトランジスタであり、上記N
MOSトランジスタとPMOSトランジスタのゲートに
は互いに相補な制御パルスが入力されることを特徴とす
る半導体回路。
7. The semiconductor circuit according to claim 3, wherein the switch provided on the low level power supply side is an NMOS transistor, and the switch provided on the high level power supply side is a PMOS transistor. , Above N
A semiconductor circuit characterized in that complementary control pulses are input to the gates of a MOS transistor and a PMOS transistor.
【請求項8】請求項7に記載の半導体回路において、上
記スイッチとして動作するNMOSトランジスタとPM
OSトランジスタのしきい値電圧の絶対値は0.4V以
上であることを特徴とする半導体回路。
8. The semiconductor circuit according to claim 7, wherein an NMOS transistor and a PM that operate as the switch are provided.
A semiconductor circuit, wherein the absolute value of the threshold voltage of the OS transistor is 0.4 V or more.
【請求項9】請求項1に記載の半導体回路において、上
記レベルホールド回路は、正帰還回路であることを特徴
とする半導体回路。
9. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the level hold circuit is a positive feedback circuit.
【請求項10】請求項6に記載の半導体回路において、
上記レベルホールド回路は、上記スイッチがオフとなっ
ている期間だけ、正帰還回路として動作することを特徴
とする半導体回路。
10. The semiconductor circuit according to claim 6, wherein:
The semiconductor circuit characterized in that the level hold circuit operates as a positive feedback circuit only while the switch is off.
【請求項11】請求項1に記載の半導体回路において、
上記論理回路は複数の論理ゲートを含んで構成され、上
記スイッチは該複数の論理ゲートに共通に設けられるこ
とを特徴とする半導体回路。
11. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein:
A semiconductor circuit, wherein the logic circuit is configured to include a plurality of logic gates, and the switch is commonly provided to the plurality of logic gates.
【請求項12】請求項8に記載の半導体回路において、
上記スイッチを共有する上記複数の論理ゲートの出力は
同じ値であることを特徴とする半導体回路。
12. The semiconductor circuit according to claim 8,
A semiconductor circuit, wherein outputs of the plurality of logic gates sharing the switch have the same value.
【請求項13】請求項1に記載の半導体回路において、
上記論理回路は複数の論理ゲートの直列接続により構成
され、最終段の論理ゲートの出力端子にのみ上記レベル
ホールド回路が接続されることを特徴とする半導体回
路。
13. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein:
A semiconductor circuit characterized in that the logic circuit is configured by connecting a plurality of logic gates in series, and the level hold circuit is connected only to an output terminal of a final-stage logic gate.
【請求項14】請求項1に記載の半導体回路において、
上記論理回路は複数の論理ゲートの直列接続により構成
され、最終段の論理ゲートの出力端子と、最終段の論理
ゲートと事なる値を出力する他のいずれかの論理ゲート
の出力端子にそれぞれ上記レベルホールド回路が接続さ
れることを特徴とする半導体回路。
14. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein:
The logic circuit is configured by connecting a plurality of logic gates in series, and the output terminal of the last-stage logic gate and the output terminal of any other logic gate that outputs a value different from that of the last-stage logic gate are respectively described above. A semiconductor circuit to which a level hold circuit is connected.
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