JPH0690161A - 入力回路、及び半導体集積回路 - Google Patents

入力回路、及び半導体集積回路

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JPH0690161A
JPH0690161A JP4266552A JP26655292A JPH0690161A JP H0690161 A JPH0690161 A JP H0690161A JP 4266552 A JP4266552 A JP 4266552A JP 26655292 A JP26655292 A JP 26655292A JP H0690161 A JPH0690161 A JP H0690161A
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JP
Japan
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circuit
level
input
signal
sense amplifier
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JP4266552A
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Mikio Yamagishi
幹生 山岸
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、半導体集積回路の消費電流
の低下を図ることにある。 【構成】 入力信号のレベル変換を行うレベル変換回路
60と、このレベル変換回路60の出力を保持するラッ
チ回路30と、上記レベル変換回路60の出力を上記ラ
ッチ回路30で保持させるタイミングに同期して上記レ
ベル変換回路60の動作を停止させるための制御回路7
0とを設け、非動作期間を設けることによって、消費電
流の低減を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力回路、さらには入
力信号のレベル変換機能を備えた入力回路において消費
電流を低減するための技術に関し、例えばDRAM(ダ
イナミック・ランダム・アクセス・メモリ)やインタフ
ェース用論理LSIに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】機能ブロック間の信号伝達を高速化する
一つの手段として、信号を例えば0.8Vのような小振
幅で伝達するECL(Emitter Coupled
Logic)インタフェース方式がある。このインタ
フェース方式がディジタルデータ処理装置等のバス接続
に用いられるとき、各機能ブロックは、ECLレベルの
入力信号をMOSレベルの内部信号に変換するECL・
MOSレベルシフタ(レベル変換回路とも称される)
と、逆にMOSレベルの内部信号をECLレベルの出力
信号に変換するMOS・ECLレベル変換回路とを備え
る必要がある。
【0003】また、パーソナルコンピュータやその他の
データ処理システムにおいては、それに含まれるLSI
の電源端子間電圧(動作電源電圧)の定格値が標準の5
Vに統一されており、従ってそのようなシステムに含ま
れるLSI間の論理スレッショルド電圧は整合されてい
るが、今後LSIのプロセスの微細化に伴う電源端子間
電圧の低下により、例えば定格値3.3VのLSIが多
くなると、そのようなLSIと電源端子電圧の定格値が
5VのLSIとが、一つのLSI実装基板において混在
する場合や、定格値3.3VのLSIのみを搭載したL
SI実装基板と定格値5VのLSIのみを搭載したLS
I実装基板とを、信号伝達ラインによって結合しなけれ
ばならない場合が考えられる。例えば0.5ミクロンプ
ロセス時代では、メモリLSIの定格値は3.3Vとさ
れ、ロジックLSIの定格値は5Vとされ、それらを結
合しなければならないことがある。そしてそのような場
合に、LSI間の論理スレッショルド電圧を整合するた
めのレベルシフタが必要とされる。
【0004】尚、レベルシフタについて記載された文献
の例としては、昭和62年6月1日に技術評論社より発
行された「TTL−ICえらび方・使い方(岡田弘
著)」がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レベルシフタは、それの動作時において定常的に電流を
流すため、多ピンLSIにおいては、信号入力回路数が
多くなるので、結果的に、CMOS回路の特徴である低
消費電力性が損なわれてしまう。
【0006】本発明の目的は、半導体集積回路の消費電
流の低下を図ることにある。
【0007】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
【0009】すなわち、入力信号のレベル変換を行うレ
ベル変換回路と、このレベル変換回路の出力を保持する
ラッチ回路と、上記レベル変換回路の出力を上記ラッチ
回路で保持させるタイミングに同期して上記レベル変換
回路の動作を停止させるための制御回路とを含んで入力
回路を構成する。さらに具体的な態様では、上記レベル
変換回路が、定電流源を含んで構成されるとき、この定
電流源を上記ラッチ回路の動作に同期してカットオフ状
態とすることによって、当該レベル変換回路の動作を停
止させるように構成することができる。また、レベル変
換回路は、入力信号を増幅するためのセンスアンプと、
このセンスアンプの出力信号をCMOSレベルに変換す
るためのバッファとを含んで構成することができる。そ
して、テスト用の入力信号に対して上記レベルシフタを
パスさせるための経路が形成され、このテスト信号の取
込みモードが形成されるとき、上記レベルシフタ、及び
センスアンプの動作を停止させるように構成することが
できる。
【0010】
【作用】上記した手段によれば、上記制御回路は、上記
レベル変換回路の出力を上記ラッチ回路で保持させるタ
イミングに同期して上記レベル変換回路の動作を停止さ
せ、このことが、当該レベル変換回路の定常電流を減少
させ、消費電流の低下を達成する。
【0011】
【実施例】図5には本発明の一実施例であるDRAM
(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)の全体
的な構成が示される。
【0012】54は複数個のダイナミック型メモリセル
をマトリクス配置して成るメモリセルアレイであり、メ
モリセルの選択端子はロウ方向毎にワード線に結合さ
れ、メモリセルのデータ入力端子はカラム方向毎に相補
データ線に結合される。そしてそれぞれの相補データ線
は、相補データ線に1対1で結合された複数個のカラム
選択スイッチを含むY選択スイッチ回路57を介して相
補コモンデータ線に共通接続される。特に制限されない
が、アドレスマルチプレクス方式が採用され、ロウ及び
カラムアドレス入力信号を、それらのタイミングをずら
すことにより共通のアドレス端子から取込むようにして
いる。すなわち、Xアドレスラッチ及びXデコーダ52
と、Yアドレスラッチ及びYデコーダ56の前段にはア
ドレスマルチプレクサ51が配置され、アドレスバッフ
ァ50を介して取込まれたアドレス信号が、アドレスマ
ルチプレクサ51によりXアドレスラッチ及びXデコー
ダ52と、Yアドレスラッチ及びYデコーダ56とに振
分けられる。このようなアドレス入力を円滑に行うため
RAS*(ロウアドレスストローブ)及びCAS*(カ
ラムアドレスストローブ)の2種類のクロック信号を外
部から与えるようにしている。一つのメモリサイクル
(RAS*クロックの1周期)中に読出しあるいは書込
みの一方の動作のみを可能とするため、RAS*クロッ
クの立下り時点でロウアドレスを、CAS*クロックの
立下り時点でカラムアドレスを内部回路に取込むように
し、ライトイネーブル信号WE*の状態によって当該サ
イクルが書込みサイクルか読出しサイクルかの判断を可
能としている。このような判断並びに各部の動作制御は
制御部55によって行われる。
【0013】ワードドライバ53は、それの前段に配置
されたXアドレスラッチ及びXデコーダのデコードに基
づいてワード線を選択レベルに駆動する。そしてYアド
レスラッチ及びYデコーダ56のデコード出力に基づい
てY選択スイッチ回路57が駆動され、これにより特定
されるメモリセルからのデータ読出し若しくはデータ書
込みが可能とされる。
【0014】また、上記メモリセルアレイ54にはセン
スアンプ回路59が結合され、メモリセル情報がこのセ
ンスアンプで増幅されるようになっている。この場合、
データ入出力回路58にはメインアンプなどが含まれ、
このメインアンプを介して読出しデータの外部送出が可
能とされる。
【0015】図1には、上記データ入出力回路58に含
まれる入力回路が示される。
【0016】図1に示される入力回路は、特に制限され
ないが、擬似ECLレベルの入力信号Vinを取込み、
それをCMOSレベルに変換するためのレベル変換回路
60と、このレベル変換回路60の出力を保持するため
のラッチ回路30と、上記レベル変換回路60の出力を
上記ラッチ回路30で保持させるタイミングに同期して
上記レベル変換回路の動作を停止させるための制御回路
70とを含んで構成される。
【0017】上記レベル変換回路60は、特に制限され
ないが、入力信号Vinを基準レベルVrefと比較す
ることによって当該入力信号を高電位側電源Vddと低
電位側電源Vss(グランド)との中間レベル程度に電
圧変換するためのレベルシフタ11と、このレベルシフ
タ11の出力信号を増幅するためのセンスアンプ29
と、このセンスアンプ29の出力信号をCMOSレベル
に変換するためのバッファ25とを含む。上記レベルシ
フタ11は、nチャンネル型MOSトランジスタ14,
15の負荷としてpチャンネル型MOSトランジスタ1
2,13が結合される。nチャンネル型MOSトランジ
スタ16,17が並列接続され、上記nチャンネル型M
OSトランジスタ16,17のソース電極がMOSトラ
ンジスタ16,17、及びnチャンネル型MOSトラン
ジスタ18を介して低電位側電源Vssに結合される。
このレベルシフタ11は差動入力構成となっており、E
CLレベルの微小入力信号Vinは、このレベルシフタ
11によって高電位側電源Vccと低電位側電源Vss
との中間のレベルに電圧変換される。このようなレベル
に変換するのは、後段のセンスアンプ29が、ゲインの
最も大きな動作点で動作可能とするためである。レベル
シフタ11の動作はそれの定電流源素子を兼ねるMOS
トランジスタ18によって制御される。つまり、このM
OSトランジスタ18がオン状態の場合には回路に電流
が流れるのでレベルシフタとして動作するが、逆にオフ
の場合には、回路電流が遮断されるので動作しない。
【0018】上記センスアンプ29は、差動結合された
nチャンネル型MOSトランジスタ22,23と、それ
の負荷としてのpチャンネル型MOSトランジスタ1
9,20,21と、上記MOSトランジスタ22,23
のソース電極には、定電流素子を兼ねるnチャンネル型
スイッチMOSトランジスタ24に結合され、このMO
Sトランジスタ24によって動作制御される。上記レベ
ルシフタ11を構成するMOSトランジスタ14,15
のドレイン電極からの差動出力が、MOSトランジスタ
22,23のゲート電極に伝達され、このセンスアンプ
29で増幅されてから、後段のバッファ25に伝達さ
れ、ここでCMOSレベルに変換されるようになってい
る。
【0019】ラッチ回路30は、バッファ25の出力レ
ベルを保持する機能を有する。このラッチ回路30は、
pチャンネル型MOSトランジスタ31とnチャンネル
型MOSトランジスタ32とが並列接続され、pチャン
ネル型MOSトランジスタ35とnチャンネル型MOS
トランジスタ36とが並列接続され、さらにこのMOS
トランジスタ31,32を介してインバータ33,34
とがループ結合されることにより、MOSトランジスタ
35,36を介して入力された信号の論理状態が保持さ
れるようになっている。
【0020】上記レベルシフタ11と、センスアンプ2
9と、ラッチ回路30の動作は制御回路70によって制
御される。この制御回路70は、特に制限されないが、
2相クロックφ1,φ2に基づいて単相クロック信号C
LOCKを生成する単相クロック生成回路49と、この
クロック信号CLOCKを反転するインバータ37と、
それの後段に配置された2入力ノアゲート26とを含
む。pチャンネル型MOSトランジスタ31nチャンネ
ル型MOSトランジスタ36には単相クロック信号CL
OCKがそのまま入力され、nチャンネル型MOSトラ
ンジスタ32,pチャンネル型MOSトランジスタ35
には、単相クロック信号CLOCKがインバータ37で
反転されてから入力されることによって、二組のMOS
トランジスタ対が相補的に動作されるようになってい
る。さらに、2入力ノアゲート26の出力信号がレベル
シフタ11のnチャンネル型MOSトランジスタ18の
ゲート電極に伝達されることによって、当該レベルシフ
タ11の定電流源がオンオフ制御され、それによって当
該レベルシフタ11の動作制御が行われる。同様に上記
ノアゲート26の出力信号は上記センスアンプ29にお
けるnチャンネル型MOSトランジスタ24のゲート電
極に伝達されるようになっており、このセンスアンプ2
9の定電流源がオンオフ制御されることによって当該セ
ンスアンプ29の動作が制御されるようになっている。
【0021】また、本実施例DRAMの動作試験におい
て、入力回路を介してテスト用信号を内部に取込み可能
とするため、テスト用の入力信号に対して上記レベルシ
フタをパスさせるための経路が形成される。この経路
は、テスト制御信号TESTによってオンオフ制御され
るnチャンネル型MOSトランジスタ27が、外部端子
と上記バッファ25の入力端子との間に配置されること
によって形成される。TESTがハイレベルにアサート
されることによってテスト信号の取込みモードが指示さ
れるとき、信号入力端子とバッファ25の入力端子とが
短絡され、それによって入力信号Vinは上記レベルシ
フタ11やセンスアンプ29を経由することなく、バッ
ファ25に伝達され、さらラッチ回路30に伝達され
る。
【0022】図2には本実施例の動作タイミングが示さ
れる。
【0023】本実施例DRAMにおいて、原クロックと
して、2相クロックφ1,φ2が与えられる場合に単相
クロック生成回路49において、単相クロックCLOC
Kが生成される。この単相クロックCLOCKは、図2
に示されるように、φ1の立ち上り波形エッジに同期し
てローレベルとなり、φ2の立ち上りエッジに同期して
ハイレベルになるように形成される。入力信号Vin
は、φ2がハイレベルになってからφ1がハイレベルに
なるまでの間(つまり、単相クロック信号CLOCKの
ハイレベル期間)に変化され、そのときのレベルがレベ
ルシフタで11において基準レベルVrefと比較さ
れ、その比較結果がセンスアンプ29で増幅され、さら
にバッファ25でCMOSレベルに変換された後にラッ
チ回路30に伝達される。φ1がハイレベルになってか
らφ2がハイレベルになるまでの期間に(つまり単相ク
ロック信号49のローレベル期間)は入力信号Vinは
安定しており、そのときのバッファ25の出力状態がラ
ッチ回路30に保持される。そしてこの期間において
は、ノアゲート26の出力がローレベルとされ、nチャ
ンネル型MOSトランジスタ18,24がオフ状態とさ
れることから、レベルシフタ11、及びセンスアンプ2
9の動作は停止される。換言すれば、ノアゲート26の
出力がローレベルとされることによってレベルシフタ1
1、及びセンスアンプ29内の定電流源がカットオフ状
態とされることによって、電流消費が阻止される。その
ようにレベルシフタ11、及びセンスアンプ29の動作
が停止された場合でも、ラッチ回路30には、入力信号
Vinに対応するCMOSレベルの信号が既に保持され
ているので、出力信号Voutの論理状態が変動するこ
とはない。このように、レベル変換回路60の出力をラ
ッチ回路30で保持させるタイミングに同期してレベル
変換回路60の動作を停止させるようにすれば、少なく
ともこの動作停止期間においてレベルシフタ11やセン
スアンプ29に定常電流が流れることはないから、その
分、回路の消費電流が低減される。例えば2相クロック
φ1,φ2が互いに半サイクルずれている場合には、レ
ベル変換回路60の電流消費を1/2にできる。
【0024】また、本実施例DRAMのテストモードの
場合には、テスト信号TESTがハイレベルにアサート
され、nチャンネル型MOSトランジスタ27がオンさ
れることによって入力信号Vinがバッファ25に直接
入力されることになるが、その場合においても、ノアゲ
ート26の論理出力がローレベルとなるので、nチャン
ネル型MOSトランジスタ18,24がオフ状態とさ
れ、上記の場合と同様にレベル変換回路60の動作が停
止されることによって、そこでの電流消費が阻止され
る。
【0025】上記実施例によれば以下の作用効果が得ら
れる。
【0026】(1)入力信号Vinは、φ2がハイレベ
ルになってからφ1がハイレベルになるまでの間に変化
され、そのときのレベルがレベルシフタで11において
基準レベルVrefと比較され、その比較結果がセンス
アンプ29で増幅され、さらにバッファ25でCMOS
レベルに変換された後にラッチ回路30に伝達される。
φ1がハイレベルになってからφ2がハイレベルになる
までの期間に、そのときのバッファ25の出力状態がラ
ッチ回路30に保持される。そしてこの期間において
は、ノアゲート26の出力がローレベルとされ、nチャ
ンネル型MOSトランジスタ18,24がオフ状態とさ
れることから、レベルシフタ11、及びセンスアンプ2
9の動作が停止され、それによって、消費電流の低減を
図ることができる。
【0027】(2)nチャンネル型MOSトランジスタ
18、24をオフさせることによって、定電流源をカッ
トオフ状態とすることは、レベル変換回路60の動作停
止を的確に制御することができる。
【0028】(3)テスト用の入力信号に対してレベル
シフタ11をパスさせるための経路が形成され、このテ
スト制御信号TESTがハイレベルにアサートされるこ
とによってテスト信号の取込みモードとされた場合に、
レベルシフタ11、及びセンスアンプ29の動作を停止
させることができるので、テストモードにおいても消費
電流の低減を図ることができる。
【0029】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは言うまでもない。
【0030】例えば、上記実施例ではレベルシフタ11
とセンスアンプ29とを含むものについて説明したが、
センスアンプを省略したり、逆に、センスアンプを多段
構成にすることができる。また、入力電圧によっては、
レベルシフタを省略することができる。さらに、図3
(A)に示されるように、入力クロックφ1が単相クロ
ックである場合には、図3(B)に示されるように多段
接続された複数のインバータ72と、2入力ナンドゲー
ト73とを含んで成る微分回路によって図3(A)の単
相クロックφ1の波形を微分することによって、所定パ
ルス幅のクロック信号CLOCKを生成するようにする
とよい。この場合において、複数のインバータ72はφ
1を遅延するための素子として機能し、その段数を調整
することによって信号遅延量の調節が可能であり、この
信号遅延量をプログラマブルにすることによって任意の
動作停止期間を設定することができる。
【0031】図4には本発明の他の実施例回路が示され
る。
【0032】図4に示される実施例回路が図1に示され
るのと大きく異なるのは、レベルシフタ11、センスア
ンプ29の定電流源部、及び制御回路70の構成であ
る。nチャンネル型MOSトランジスタ40とnチャン
ネル型MOSトランジスタ41とが直列接続され、MO
Sトランジスタ41のゲート電極にテスト信号TEST
が入力されるようなっている。nチャンネル型MOSト
ランジスタ24とnチャンネル型MOSトランジスタ4
3が直列接続され、MOSトランジスタ43のゲート電
極にテスト信号TESTが入力されるようになってい
る。そのような構成により、制御回路70では、2入力
ナンドゲート26に代えてインバータ44が適用され
る。このように構成しても、上記実施例と同様の作用効
果を得ることができる。
【0033】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるDRA
Mに適用した場合について説明したが、本発明はそれに
限定されるものではなく、各種半導体記憶装置や、それ
を内蔵するようなマイクロコンピュータなどデータ処理
装置、さらには各種半導体集積回路に広く適用すること
ができる。
【0034】本発明は、少なくとも、入力信号を取込む
ことを条件に適用することができる。
【0035】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
【0036】すなわち、入力信号のレベル変換を行うレ
ベル変換回路と、このレベル変換回路の出力を保持する
ラッチ回路と、レベル変換回路の出力をラッチ回路で保
持させるタイミングに同期してレベル変換回路の動作を
停止させるための制御回路とを含んで入力回路を構成す
ることにより、レベル変換回路の出力をラッチ回路で保
持させるタイミングに同期してレベル変換回路の動作を
停止させ、それによって当該レベル変換回路の定常電流
を減少させることができるので、その分、消費電流の低
下を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るDRAMに含まれる入
力回路の電気結線図である。
【図2】上記入力回路の動作タイミング図である。
【図3】(A)はクロックが1相の場合の上記入力回路
の動作タイミング図、及び(B)はその場合に使用され
る微分回路の論理回路図である。
【図4】本発明の他の実施例における入力回路の電気結
線図である。
【図5】本発明の一実施例であるDRAMの全体的な構
成ブロック図である。
【符号の説明】
11 レベルシフタ 29 センスアンプ 49 単相クロック生成回路 50 アドレスバッファ 51 アドレスマルチプレクサ 52 Xアドレスラッチ及びXデコーダ 53 ワードドライバ 54 メモリセルアレイ 55 制御部 56 Yアドレスラッチ及びYデコーダ 57 Y選択スイッチ回路 58 データ入出力回路 59 センスアンプ回路 60 レベル変換回路 70 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 5/02 Z 7402−5J 5/08 E 7402−5J 6741−5L G11C 11/34 354 A 8941−5J H03K 19/00 101 A

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号のレベル変換を行うレベル変換
    回路と、このレベル変換回路の出力を保持するラッチ回
    路と、上記レベル変換回路の出力を上記ラッチ回路で保
    持させるタイミングに同期して上記レベル変換回路の動
    作を停止させるための制御回路とを含んで成る入力回
    路。
  2. 【請求項2】 上記レベル変換回路は、定電流源を含
    み、上記制御回路は、この定電流源を上記ラッチ回路の
    動作に同期してカットオフ状態とする請求項1記載の入
    力回路。
  3. 【請求項3】 上記レベル変換回路は、入力信号を増幅
    するためのセンスアンプと、このセンスアンプの出力信
    号をCMOSレベルに変換するためのバッファとを含
    み、このバッファの出力信号が上記ラッチ回路に伝達さ
    れるように構成された請求項1又は2記載の入力回路。
  4. 【請求項4】 上記レベル変換回路は、入力信号を基準
    レベルと比較することによって当該入力信号を電源とグ
    ランドとの中間レベル程度に電圧変換するためのレベル
    シフタと、このレベルシフタの出力信号を増幅するため
    のセンスアンプと、このセンスアンプの出力信号をCM
    OSレベルに変換するためのバッファとを含み、このバ
    ッファの出力信号が上記ラッチ回路に伝達されるように
    構成された請求項1又は2記載の入力回路。
  5. 【請求項5】 テスト用の入力信号に対して上記レベル
    シフタをパスさせるための経路が形成され、このテスト
    信号の取込みモードにおいて、上記レベルシフタ、及び
    センスアンプの動作を停止させるようにした請求項4記
    載の入力回路。
  6. 【請求項6】 上記請求項1,2,3,4又は5のいず
    れかに記載の入力回路を含む半導体集積回路。
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