JPH1051296A - Logic circuit - Google Patents

Logic circuit

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JPH1051296A
JPH1051296A JP8221830A JP22183096A JPH1051296A JP H1051296 A JPH1051296 A JP H1051296A JP 8221830 A JP8221830 A JP 8221830A JP 22183096 A JP22183096 A JP 22183096A JP H1051296 A JPH1051296 A JP H1051296A
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JP
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transistor
inverter
threshold voltage
gate
logic circuit
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JP8221830A
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Japanese (ja)
Inventor
Shintaro Shibata
信太郎 柴田
Hirotoshi Morimura
浩季 森村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize, to reduce the power consumption and to attain a high-speed processing and a low-voltage circuit operation by combining two kinds of MOS transistors(TRs) with high and low threshold voltages and connecting the drain connecting points in common by a local power supply line. SOLUTION: A threshold voltage of TRs QN11, QN21 is set higher until a sub-threshold leak current is allowed, on the assumption that the TRs are controlled to be nonconductive. Thus, the power consumption in the standby state is suppressed. The absolute value of the threshold voltage of other N- channel MOS TRs is set lower, to attain a high-speed processing and a low- voltage circuit operation in the operating state of an LSI. Furthermore, drain contact points of the TRs QN11, QN21 are connected in common by a metal used for wiring in the LSI or a local power supply line LPL of a diffusion layer. Thus, the TRs QN11, QN21 act as TRs whose channel width is a sum of channel widths of both, thereby making the chip area small.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は低電圧電源化と高速
動作化が可能な半導体MOS論理回路に係り、特に高閾
値MOSトランジスタを使用してスタンバイ状態での消
費電力の増加を抑制しながらも、面積縮小化を図った論
理回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor MOS logic circuit capable of operating at a low voltage and operating at high speed, and more particularly to using a high-threshold MOS transistor while suppressing an increase in power consumption in a standby state. And a logic circuit for reducing the area.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯機器の小形軽量化を目的として、電
池1本でLSIを動作させることへの要求が高まってい
る。必然的に電源電圧を従来の5〜3Vから1V近傍ま
で下げることになるが、電源電圧の低下と共にLSIの
動作速度は急速に低下する。これは、主としてLSIを
構成する論理ゲートの遅延時間が増大することによるも
のである。CMOS論理ゲートの遅延時間は、これを構
成するMOSトランジスタの閾値電圧(VTH)と電源電
圧(Vcc)に強く依存する。すなわち、「Vcc−VTH
の減少と共に遅延時間は著しく増大する。
2. Description of the Related Art In order to reduce the size and weight of portable devices, there is an increasing demand for operating an LSI with a single battery. Inevitably, the power supply voltage is reduced from the conventional 5 V to 3 V to about 1 V. However, as the power supply voltage decreases, the operating speed of the LSI rapidly decreases. This is mainly due to an increase in the delay time of the logic gate constituting the LSI. The delay time of a CMOS logic gate strongly depends on the threshold voltage (V TH ) and the power supply voltage (Vcc) of the MOS transistor constituting the CMOS logic gate. That is, “Vcc−V TH
The delay time increases significantly with the decrease of.

【0003】このようなゲート遅延は、閾値電圧を低下
させることによって短縮できるが、この閾値電圧の低下
と共にサブスレッショルドリーク電流が指数関数的に増
大するという問題がある。ここで、サブスレッショルド
リーク電流とは、オフ状態のMOSトランジスタのドイ
レ・ソース間に流れる無駄な電流のことである。スタン
バイ状態のLSIの消費電力は、このサブスレッショル
ドリーク電流で決るので、特に携帯機器に用いるLSI
では、このサブスレッショルドリーク電流が少ないこと
が要求される。
[0003] Such a gate delay can be shortened by lowering the threshold voltage, but there is a problem that the sub-threshold leakage current increases exponentially as the threshold voltage decreases. Here, the sub-threshold leakage current is a useless current flowing between the drain and source of the MOS transistor in an off state. Since the power consumption of the LSI in the standby state is determined by the sub-threshold leakage current, the power consumption of the LSI used in a portable device is particularly high.
Therefore, it is required that the sub-threshold leakage current be small.

【0004】このような要求に応えるために、閾値電圧
の異なるMOSトランジスタを組み合せて論理ゲートを
構成する手法が提案されている。例えば、「高島三郎
半導体装置 特開平6−208790」がそれである。
以下、図7を参照してこの技術について説明する。
In order to meet such a demand, there has been proposed a method of forming a logic gate by combining MOS transistors having different threshold voltages. For example, "Saburo Takashima
The semiconductor device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-208790.
Hereinafter, this technique will be described with reference to FIG.

【0005】図7の(a)は2入力NANDゲートの構
成を示す回路図である。IN(1)とIN(2)は入力
接点、OUTは出力接点、QN(1)とQN(2)はN
chMOSトランジスタ、QP(1)とQP(2)はPch
MOSトランジスタ、Vccは電源である。トランジスタ
QN(1)はその閾値電圧がトランジスタQN(2)に
比べて高く設定されている(図では丸で囲ってい
る。)。ここでは、LSIのスタンバイ時に一方の入力
接点IN(1)が「L」(低電圧)レベルに制御される
(トランジスタQN(1)がオフ状態に制御される)こ
とを想定しており、サブスレッショルドリーク電流を許
容できる程度までにトランジスタQN(1)の閾値電圧
を高く設定することで、スタンバイ時の消費電力を所望
の値に抑えることができる。残りのトランジスタQN
(2)、QP(1)、QP(2)は閾値電圧について制
約はなく、その閾値電圧を絶対値において低くすること
で、LSIの動作状態における高速化と低電圧化を達成
できる。なお、ここで絶対値と断っているのは、エンハ
ンスメント形の場合のPchMOSトランジスタの閾値電
圧は負値となるからである。
FIG. 7A is a circuit diagram showing a configuration of a two-input NAND gate. IN (1) and IN (2) are input contacts, OUT is an output contact, QN (1) and QN (2) are N
chMOS transistors, QP (1) and QP (2) are Pch
A MOS transistor and Vcc are a power supply. The threshold voltage of the transistor QN (1) is set higher than that of the transistor QN (2) (encircled in the figure). Here, it is assumed that one input contact IN (1) is controlled to an “L” (low voltage) level (the transistor QN (1) is controlled to be in an off state) during standby of the LSI. By setting the threshold voltage of the transistor QN (1) high enough to allow the threshold leak current, power consumption during standby can be suppressed to a desired value. The remaining transistor QN
(2), QP (1) and QP (2) have no restrictions on the threshold voltage, and by reducing the absolute value of the threshold voltage, it is possible to achieve high speed and low voltage in the operating state of the LSI. The reason why the absolute value is denied here is that the threshold voltage of the PchMOS transistor in the case of the enhancement type becomes a negative value.

【0006】図7の(b)は2入力NORゲートの構成
を示す回路図である。IN(1)’とIN(2)’は入
力接点、OUT’は出力接点、QN(1)’とQN
(2)’はNchMOSトランジスタ、QP(1)’とQ
P(2)’はPchMOSトランジスタである。トランジ
スタQP(1)’はその閾値電圧がトランジスタQP
(2)’に比べて高く設定されている(図では丸で囲っ
ている。)。ここでは、LSIのスタンバイ時に一方の
入力接点IN(1)’が「H」(高電圧)レベルに制御
される(トランジスタQP(1)’がオフ状態に制御さ
れる)ことを想定しており、サブスレッショルドリーク
電流を許容できる程度までにトランジスタQP(1)’
の閾値電圧を高く設定することで、スタンバイ時の消費
電力を抑えることができる。残りのトランジスタQP
(2)’、QN(1)’、QN(2)’は閾値電圧につ
いて制約はなく、その閾値電圧を絶対値において低くす
ることで、LSIの動作状態における高速化と低電圧化
を達成できる。
FIG. 7B is a circuit diagram showing a configuration of a two-input NOR gate. IN (1) 'and IN (2)' are input contacts, OUT 'is an output contact, QN (1)' and QN
(2) 'is an Nch MOS transistor, QP (1)' and Q
P (2) 'is a PchMOS transistor. Transistor QP (1) ′ has a threshold voltage of transistor QP
(2) It is set higher than '(circled in the figure). Here, it is assumed that one input contact IN (1) ′ is controlled to “H” (high voltage) level (transistor QP (1) ′ is turned off) during the standby state of the LSI. , Transistor QP (1) ′ to the extent that a subthreshold leakage current can be tolerated.
, The power consumption during standby can be suppressed. The remaining transistor QP
(2) ', QN (1)', and QN (2) 'have no restriction on the threshold voltage, and by reducing the threshold voltage in absolute value, it is possible to achieve high speed and low voltage in the operating state of the LSI. .

【0007】論理ゲートの特殊な例としてインバータが
ある。これについては、インバータを構成するMOSト
ランジスタのうち、NchまたはPchのMOSトランジス
タの閾値電圧を絶対値において高く設定することで上記
と同様のことを得ることができる。
[0007] A special example of a logic gate is an inverter. This can be achieved by setting the threshold voltage of the Nch or Pch MOS transistor among the MOS transistors constituting the inverter high in absolute value.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図7(a)
において、入力接点IN(1)はLSIのスタンバイ状
態において前述したように「L」レベルに制御される
が、LSIの動作中は「H」レベルに制御される。よっ
て、この「H」レベルにおいては、トランジスタQN
(1)は導通状態であり、入力接点IN(2)のゲート
遅延がLSIの動作性能を決める。この入力接点IN
(2)のゲート遅延は、トランジスタQP(2)とQN
(2)の閾値電圧を低く設定することで短縮される。
FIG. 7 (a)
In the above, the input contact IN (1) is controlled to the "L" level in the standby state of the LSI as described above, but is controlled to the "H" level during the operation of the LSI. Therefore, at this "H" level, transistor QN
(1) is a conduction state, and the gate delay of the input contact IN (2) determines the operation performance of the LSI. This input contact IN
The gate delay of (2) is based on the transistors QP (2) and QN
This can be shortened by setting the threshold voltage of (2) low.

【0009】しかし、導通状態のトランジスタQN
(1)には有限の導通抵抗が存在し、その抵抗は論理ゲ
ートの出力接点OUTの電位が「H」レベルから「L」
レベルに変化する際に、妨げとなる。これは、特に論理
ゲートの出力接点に大きな負荷容量が接続される場合に
問題となる。トランジスタQN(1)の導通抵抗がゲー
ト遅延に与える影響を抑えるには、そのトランジスタQ
N(1)のチャネル幅を大きく設定すれば良いが、これ
では論理ゲートの占有面積の増大を招く。論理ゲートは
LSIを構成する主要回路であるから、これはさらにL
SIのチップサイズの大形化にもつながるので、問題で
ある。
However, the conducting transistor QN
(1) has a finite conduction resistance, and the resistance is such that the potential of the output contact OUT of the logic gate changes from “H” level to “L”.
When changing to a level, it hinders. This is a problem particularly when a large load capacitance is connected to the output contact of the logic gate. To suppress the effect of the conduction resistance of the transistor QN (1) on the gate delay, the transistor QN (1)
The channel width of N (1) may be set large, but this will increase the occupation area of the logic gate. Since the logic gate is the main circuit constituting the LSI, this
This is a problem because it leads to an increase in the size of the SI chip.

【0010】以上、図7(a)のNANDゲートについ
て説明したが、図7(b)のNORゲートについても同
様にトランジスタQP(1)’の導通抵抗の影響により
同様の問題がある。
Although the NAND gate of FIG. 7A has been described above, the NOR gate of FIG. 7B has a similar problem due to the effect of the conduction resistance of the transistor QP (1) '.

【0011】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、閾値電圧の異なるMOSトランジスタ
により構成された論理回路において、スタンバイ時の消
費電力低減を図ると同時に、低電源電圧で高速動作可能
であり、かつ占有面積を低減できるようにした論理回路
を提供せんとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce power consumption during standby in a logic circuit composed of MOS transistors having different threshold voltages while simultaneously using a low power supply voltage. It is an object of the present invention to provide a logic circuit which can operate at high speed and can reduce an occupied area.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】第1の発明の論理回路
は、少なくとも2以上のNANDゲートが含まれる論理
回路において、ソース接点が接地に接続されたNchMO
Sトランジスタのゲート電極が同一の回路接点に接続さ
れる前記NANDゲートの相互間で、前記NchMOSト
ランジスタのドレイン接点を共通接続し、且つ前記Nch
MOSトランジスタの閾値電圧を他のNchMOSトラン
ジスタのそれよりも高く設定するよう構成した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a logic circuit including at least two or more NAND gates.
A drain contact of the Nch MOS transistor is commonly connected between the NAND gates each having a gate electrode of the S transistor connected to the same circuit contact;
The threshold voltage of the MOS transistor is set higher than those of the other Nch MOS transistors.

【0013】第2の発明の論理回路は、少なくともNA
NDゲートとインバータが含まれる論理回路において、
前記NANDゲート内のソース接点が接地に接続された
NchMOSトランジスタのゲート電極と前記インバータ
の入力接点が同一の回路接点に接続される前記NAND
ゲートと前記インバータの相互間で、前記NchMOSト
ランジスタのドイレン接点と前記インバータの出力接点
を共通接続し、且つ前記NchMOSトランジスタの閾値
電圧と前記インバータ内のNchMOSトランジスタの閾
値電圧を他のNchMOSトランジスタのそれよりも高く
設定するよう構成した。
The logic circuit according to the second invention has at least NA
In a logic circuit including an ND gate and an inverter,
The NAND gate in which a source electrode in the NAND gate is connected to ground and a gate electrode of an NchMOS transistor and an input contact of the inverter are connected to the same circuit contact.
Between the gate and the inverter, the drain contact of the NchMOS transistor and the output contact of the inverter are commonly connected, and the threshold voltage of the NchMOS transistor and the threshold voltage of the NchMOS transistor in the inverter are set to those of other NchMOS transistors. It was configured to be set higher than

【0014】第3の発明の論理回路は、少なくとも2以
上のNORゲートが含まれる論理回路において、ソース
接点が電源に接続されたPchMOSトランジスタのゲー
ト電極が同一の回路接点に接続される前記NORゲート
の相互間で、前記PchMOSトランジスタのドレイン接
点を共通接続し、且つ前記PchMOSトランジスタの閾
値電圧を他のPchMOSトランジスタのそれよりも絶対
値において高く設定するよう構成した。
A logic circuit according to a third aspect of the present invention is the logic circuit including at least two or more NOR gates, wherein the gate electrode of a Pch MOS transistor whose source contact is connected to a power supply is connected to the same circuit contact. , The drain contacts of the PchMOS transistors are commonly connected, and the threshold voltage of the PchMOS transistor is set to be higher in absolute value than that of the other PchMOS transistors.

【0015】第4の発明の論理回路は、少なくともNO
Rゲートとインバータが含まれる論理回路において、前
記NORゲート内のソース接点が電源に接続されたPch
MOSトランジスタのゲート電極と前記インバータの入
力接点が同一の回路接点に接続される前記NORゲート
と前記インバータの相互間で、前記PchMOSトランジ
スタのドイレン接点と前記インバータの出力接点を共通
接続し、且つ前記PchMOSトランジスタの閾値電圧と
前記インバータ内のPchMOSトランジスタの閾値電圧
を他のPchMOSトランジスタのそれよりも絶対値にお
いて高く設定するよう構成した。
The logic circuit according to the fourth invention has at least NO
In a logic circuit including an R gate and an inverter, a source contact in the NOR gate has a Pch connected to a power supply.
A drain electrode of the Pch MOS transistor and an output contact of the inverter are commonly connected between the NOR gate and the inverter, wherein a gate electrode of a MOS transistor and an input contact of the inverter are connected to the same circuit contact; The threshold voltage of the PchMOS transistor and the threshold voltage of the PchMOS transistor in the inverter are set to be higher in absolute value than those of the other PchMOS transistors.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[第1の実施の形態]図1は本発明の第1の実施の形態
の論理回路の構成を示す回路図である。これは、M入力
NANDゲートAとN入力NANDゲートBにおいて、
高閾値電圧のNchMOSトランジスタを共通化して、そ
のチャネル幅を小さくできるようにした例である。IN
(1m)(m=1、2、・・・・、M:以下同じ)とI
N(2n)(n=1、2、・・・・、N:以下同じ)は
入力接点、OUT(1)とOUT(2)は出力接点であ
る。QN(1m)とQN(2n)はNchMOSトランジ
スタ、QP(1m)とQP(2n)はPchMOSトラン
ジスタである。ここで、トランジスタQN(11)とQ
N(21)は他のNchMOSトランジスタにくらべて高
閾値電圧に設定されている(図では丸で囲ってい
る。)。
[First Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to a first embodiment of the present invention. This is because in the M-input NAND gate A and the N-input NAND gate B,
This is an example in which NchMOS transistors having a high threshold voltage are shared so that the channel width can be reduced. IN
(1m) (m = 1, 2,..., M: the same applies hereinafter) and I
N (2n) (n = 1, 2,..., N: the same applies hereinafter) is an input contact, and OUT (1) and OUT (2) are output contacts. QN (1m) and QN (2n) are NchMOS transistors, and QP (1m) and QP (2n) are PchMOS transistors. Here, the transistors QN (11) and Q
N (21) is set to a higher threshold voltage than other NchMOS transistors (circled in the figure).

【0017】ここでは、LSIのスタンバイ時に制御信
号φが「L」レベルに制御される(トランジスタQN
(11)とQN(21)がオフ状態に制御される)こと
を想定しており、サブスレッショルドリーク電流を許容
できる程度までトランジスタQN(11)とQN(2
1)の閾値電圧を高めることで、スタイバン状態での消
費電力を抑えることが可能である。残りのNchMOSト
ランジスタおよびPchMOSトランジスタは閾値電圧に
ついて制約はなく、その閾値電圧を絶対値において低く
設定することで、LSIの動作状態における高速化や低
電圧化を達成することができる。また、LPL(1)は
トランジスタQN(11)とQN(21)のドレイン接
点を相互に接続する局所電源線(Local Power Line)で
ある。この局所電源線LPL(1)の実現法には特に制
約はなく、LSI内で配線として用いられるメタルある
いは拡散層により実現できる。
Here, control signal φ is controlled to "L" level during standby of the LSI (transistor QN
(11) and QN (21) are controlled to be in an off state), and the transistors QN (11) and QN (2) are controlled to the extent that a subthreshold leakage current can be tolerated.
By increasing the threshold voltage of 1), it is possible to suppress the power consumption in the styvan state. There is no restriction on the threshold voltage of the remaining NchMOS transistors and PchMOS transistors. By setting the threshold voltages low in absolute value, it is possible to achieve high speed and low voltage in the operating state of the LSI. LPL (1) is a local power line that connects the drain contacts of the transistors QN (11) and QN (21) to each other. There is no particular limitation on the method of realizing the local power supply line LPL (1), and the local power supply line LPL (1) can be realized by a metal or a diffusion layer used as a wiring in the LSI.

【0018】さて、図1の回路から明らかなように、ト
ランジスタQN(11)とQN(21)は制御信号φに
よって同時にスイッチングされる。さらに両トランジス
タQN(11)とQN(21)のドイレン接点を局所電
源線LPLで共通接続したことによって、これらトラン
ジスタQN(11)とQN(21)はチャネル幅が両者
のチャネル幅の和となる大きさのトランジスタとして機
能する。この結果、M入力NANDゲートAの入力接点
IN(1m)のゲート遅延に対する要求が一定であると
すれば、トランジスタQN(11)のチャネル幅を小さ
くすることが可能になる。トランジスタQN(21)に
ついても同様である。尤も、M入力NANDゲートAと
N入力NANDゲートBの出力が同時に「H」レベルか
ら「L」レベルに変化する場合は、両トランジスタQN
(11)とQN(21)のチャネル幅を小さくすると遅
延時間の増大を招くことになるが、このようなケースは
まれである。
Now, as is apparent from the circuit of FIG. 1, the transistors QN (11) and QN (21) are simultaneously switched by the control signal φ. Further, since the drain contacts of both transistors QN (11) and QN (21) are commonly connected by local power supply line LPL, the channel width of transistors QN (11) and QN (21) is the sum of the channel widths of both transistors. It functions as a large-sized transistor. As a result, the channel width of transistor QN (11) can be reduced if the requirement for the gate delay of input contact IN (1m) of M-input NAND gate A is constant. The same applies to the transistor QN (21). However, if the outputs of M-input NAND gate A and N-input NAND gate B simultaneously change from “H” level to “L” level, both transistors QN
Decreasing the channel width of (11) and QN (21) causes an increase in delay time, but such cases are rare.

【0019】[第2の実施の形態]図2は第1の実施の
形態の特殊な場合として、図1におけるN入力NAND
ゲートBをインバータCに置換した構成の論理回路を示
す図である。インバータCの場合は、局所電源線LPL
(1)がインバータCの出力接点OUT(2)に接続さ
れるが、作用効果については第1の実施の形態の場合と
同じである。
[Second Embodiment] FIG. 2 shows a special case of the first embodiment in which the N-input NAND circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a logic circuit having a configuration in which a gate B is replaced with an inverter C. In the case of inverter C, local power supply line LPL
(1) is connected to the output contact OUT (2) of the inverter C, but the operation and effect are the same as those in the first embodiment.

【0020】[第3の実施の形態]2個のNANDゲー
トを組み合せた論理回路あるいはNANDゲートとイン
バータを組み合せた論理回路において、高閾値電圧のN
chMOSトランジスタの共通化を実現容易な論理回路例
を図3に示す。NANDゲート1、2は2入力であり、
これらとインバータ3に示した○付の数字は入力接点を
区別するためのものである。4もインバータである。○
付の1の入力接点にゲート電極が接続されるNchMOS
トランジスタが他のMOSトランジスタに比べて高閾値
電圧であり、そのソースが接地に接続されている。
[Third Embodiment] In a logic circuit combining two NAND gates or a logic circuit combining a NAND gate and an inverter, a high threshold voltage N
FIG. 3 shows an example of a logic circuit that can easily realize the common use of chMOS transistors. NAND gates 1 and 2 have two inputs,
These and the circled numbers shown on the inverter 3 are for distinguishing the input contacts. 4 is also an inverter. ○
NchMOS whose gate electrode is connected to the input contact 1
The transistor has a higher threshold voltage than other MOS transistors, and its source is connected to ground.

【0021】図3の(a)、(b)は入力信号INから
相補信号を得るための論理回路である。制御信号φはL
SIのスタンバイ時に「L」レベル、動作時に「H」レ
ベルに制御される。動作時において、NANDゲート
1、2は相補的な出力信号(一方の電位が「H」レベル
のとき他方の電位が「L」レベル)を出力する動作を行
なう。このような相補信号を作成する論理回路では、2
つのNANDゲート1、2の出力が同時に「H」レベル
から「L」レベルに変化することはない、つまり両NA
NDゲート1、2の高閾値電圧のNchMOSトランジス
タが同時にオンすることはないので、第1の実施の形態
で示した回路をここに適用することで、面積縮小化の大
きな効果が得られる。
FIGS. 3A and 3B show logic circuits for obtaining a complementary signal from the input signal IN. The control signal φ is L
The SI is controlled to the “L” level during standby and to the “H” level during operation. In operation, NAND gates 1 and 2 perform an operation of outputting complementary output signals (when one potential is at "H" level, the other potential is at "L" level). In a logic circuit for creating such a complementary signal, 2
The outputs of the two NAND gates 1 and 2 do not change from “H” level to “L” level at the same time.
Since the high threshold voltage NchMOS transistors of the ND gates 1 and 2 do not turn on at the same time, a large effect of area reduction can be obtained by applying the circuit shown in the first embodiment here.

【0022】図3の(c)は第2の実施の形態を適用し
た場合の論理回路例である。ここでもLSIの動作中、
制御信号φは「H」レベルに制御される。このLSIの
動作期間を通じて、インバータ3の反転出力接点*OU
T2は「L」レベルを維持する。このような回路におい
て、第2の実施の形態で示した回路をここに適用するこ
とで、面積縮小化の大きな効果がある。
FIG. 3C shows an example of a logic circuit when the second embodiment is applied. Again, during LSI operation,
Control signal φ is controlled to “H” level. Throughout the operation period of this LSI, the inverted output contact * OU of the inverter 3
T2 maintains the “L” level. In such a circuit, by applying the circuit described in the second embodiment here, there is a great effect of reducing the area.

【0023】[第4の実施の形態]図4は本発明の第4
の実施の形態の論理回路の構成を示す回路図である。こ
れは、M入力NORゲートDとN入力NORゲートEに
おいて、高閾値電圧のPchMOSトランジスタを共通化
して、そのチャネル幅を小さくできるようにした例であ
る。IN(1m)’とIN(2n)’は入力接点、OU
T(1)’とOUT(2)’は出力接点である。QN
(1m)’とQN(2n)’はNchMOSトランジス
タ、QP(1m)’とQP(2n)’はPchMOSトラ
ンジスタである。ここで、トランジスタPN(11)’
とQP(21)’は他のNchMOSトランジスタにくら
べて高閾値電圧に設定されている。
[Fourth Embodiment] FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to the embodiment. This is an example in which a high threshold voltage PchMOS transistor is shared between the M-input NOR gate D and the N-input NOR gate E, so that the channel width can be reduced. IN (1m) 'and IN (2n)' are input contacts, OU
T (1) 'and OUT (2)' are output contacts. QN
(1m) 'and QN (2n)' are NchMOS transistors, and QP (1m) 'and QP (2n)' are PchMOS transistors. Here, the transistor PN (11) ′
And QP (21) 'are set to a higher threshold voltage than other NchMOS transistors.

【0024】ここでは、LSIのスタンバイ時に反転制
御信号*φが「H」レベルに制御される(トランジスタ
QP(11)’とQP(21)’がオフ状態に制御され
る)ことを想定しており、サブスレッショルドリーク電
流を許容できる程度までトランジスタQP(11)’と
QP(21)’の閾値電圧を高めることで、スタイバン
状態での消費電力を抑えることが可能である。残りのN
chMOSトランジスタおよびPchMOSトランジスタは
閾値電圧について制約はなく、その閾値電圧を絶対値に
おいて低く設定することで、LSIの動作状態における
高速化や低電圧化を達成できる。また、LPL(2)は
トランジスタQP(11)’とQP(21)’のドレイ
ン接点を相互に接続する局所電源線である。このような
局所電源線LPL(2)によってゲート遅延を増大させ
ることなく、トランジスタQP(11)’とQP(2
1)’のチャネル幅を小さくすることは、前述した第1
の実施の形態と同じである。
Here, it is assumed that the inversion control signal * φ is controlled to the “H” level during the standby of the LSI (the transistors QP (11) ′ and QP (21) ′ are controlled to be off). In addition, by increasing the threshold voltages of the transistors QP (11) ′ and QP (21) ′ to such an extent that the sub-threshold leakage current can be tolerated, it is possible to suppress the power consumption in the styban state. Remaining N
There is no restriction on the threshold voltage of the chMOS transistor and the PchMOS transistor. By setting the threshold voltage to be low in absolute value, it is possible to achieve high speed and low voltage in the operation state of the LSI. LPL (2) is a local power supply line that connects the drain contacts of transistors QP (11) ′ and QP (21) ′ to each other. Transistors QP (11) ′ and QP (2) can be provided without increasing gate delay by such a local power supply line LPL (2).
Reducing the channel width of 1) ′ is equivalent to the first method described above.
This is the same as the embodiment.

【0025】[第5の実施の形態]図5は第4の実施の
形態の特殊な場合として、図4におけるN入力NORゲ
ートEをインバータFに置換した構成の論理回路を示す
図である。インバータFの場合は、局所電源線LPL
(2)がインバータFの出力接点OUT(2)’に接続
されるが、作用効果については第4の実施の形態の場合
と同じである。
[Fifth Embodiment] FIG. 5 is a diagram showing a logic circuit in which the N-input NOR gate E in FIG. 4 is replaced with an inverter F as a special case of the fourth embodiment. In the case of inverter F, local power supply line LPL
(2) is connected to the output contact OUT (2) ′ of the inverter F, but the operation and effect are the same as those in the fourth embodiment.

【0026】[第6の実施の形態]2個のNORゲート
を組み合せた論理回路あるいはNORゲートとインバー
タを組み合せた論理回路において、高閾値電圧のPchM
OSトランジスタの共通化を実現容易な論理回路例を図
6に示す。NORゲート5、6は2入力であり、これら
とインバータ7に示した○付の数字は入力接点を区別す
るためのものである。8はインバータである。○付の1
の入力接点にゲート電極が接続されるPchMOSトラン
ジスタが他のMOSトランジスタに比べて高閾値電圧で
あり、そのソースが電源に接続されている。
[Sixth Embodiment] In a logic circuit combining two NOR gates or a logic circuit combining a NOR gate and an inverter, a high threshold voltage PchM
FIG. 6 shows an example of a logic circuit which can easily realize the common use of the OS transistor. The NOR gates 5 and 6 have two inputs, and the numbers marked with a circle on the inverter 7 are used to distinguish input contacts. 8 is an inverter. ○ attached 1
The Pch MOS transistor whose gate electrode is connected to the input contact has a higher threshold voltage than other MOS transistors, and its source is connected to the power supply.

【0027】図6の(a)、(b)は入力信号INから
相補信号を得るための論理回路である。反転制御信号*
φはLSIのスタンバイ時に「H」レベル、動作時に
「L」レベルに制御される。動作時において、NORゲ
ート5、6は相補的な出力信号を出力する動作を行な
う。このような相補信号を作成する論理回路では、2つ
のNORゲート5、6の出力が同時に「L」レベルから
「H」レベルに変化することはない、つまり両NORゲ
ート5、6の高閾値電圧のPchMOSトランジスタが同
時にオンすることはないので、第4の実施の形態で示し
た回路をここに適用することで、面積縮小化の大きな効
果が得られる。
FIGS. 6A and 6B show logic circuits for obtaining a complementary signal from the input signal IN. Inversion control signal *
φ is controlled to “H” level during standby of the LSI and to “L” level during operation. In operation, NOR gates 5 and 6 perform an operation of outputting complementary output signals. In the logic circuit for generating such a complementary signal, the outputs of the two NOR gates 5 and 6 do not simultaneously change from “L” level to “H” level, that is, the high threshold voltage of both NOR gates 5 and 6 Are not turned on at the same time, the application of the circuit described in the fourth embodiment to this embodiment provides a great effect of area reduction.

【0028】図6の(c)は第5の実施の形態を適用し
た場合の論理回路例である。ここでもLSIの動作中、
反転制御信号*φは「L」レベルに制御される。このL
SIの動作期間を通じて、インバータ7の出力接点OU
T2は「H」レベルを維持する。このような回路に対し
て、第5の実施の形態で示した回路を適用することで、
面積縮小化の大きな効果がある。
FIG. 6C shows an example of a logic circuit when the fifth embodiment is applied. Again, during LSI operation,
Inversion control signal * φ is controlled to the “L” level. This L
During the operation period of SI, the output contact OU of the inverter 7
T2 maintains the “H” level. By applying the circuit described in the fifth embodiment to such a circuit,
There is a great effect of area reduction.

【0029】なお、第1〜第6の実施の形態では、2つ
の論理ゲート間で高閾値電圧のMOSトランジスタのド
レイン接点を局所電源線LPL(1)やLPL(2)で
接続して共通化する例を示したが、3個以上の論理ゲー
ト間で同様な構成を実現することも可能であり、同様に
占有面積縮小化の効果が得られる。
In the first to sixth embodiments, the drain contact of the MOS transistor having a high threshold voltage is connected between the two logic gates via the local power supply lines LPL (1) and LPL (2) and shared. Although an example has been shown, a similar configuration can be realized between three or more logic gates, and the effect of reducing the occupied area can be obtained similarly.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上から本発明によれば、低消費電力
化、低電圧化、高速化を実現できる論理回路、つまり高
閾値電圧のMOSトランジスタと低閾値電圧のMOSト
ランジスタの組み合せの論理回路において、異なる論理
ゲートの高閾値電圧の同一極性のMOSトランジスタの
ドイレン接点を共通接続しているので、その高閾値電圧
のMOSトランジスタが共通化されるため、各々のチャ
ネル幅を小さくすることができ、その占有面積を小形化
できる利点がある。このため、携帯機器用途のようにス
タンバイ時の消費電力が大きな問題となるLSIに本発
明の論理回路を適用すれば、その問題が解決でき且つチ
ップ面積を小形化でき歩留り向上の点でも大きな利点が
ある。
As described above, according to the present invention, in a logic circuit capable of realizing low power consumption, low voltage, and high speed, that is, a logic circuit in which a high threshold voltage MOS transistor and a low threshold voltage MOS transistor are combined. Since the drain contacts of the MOS transistors having the same polarity and having the same high threshold voltage of different logic gates are commonly connected, the MOS transistors having the high threshold voltage are shared, so that the respective channel widths can be reduced. There is an advantage that the occupied area can be reduced. For this reason, if the logic circuit of the present invention is applied to an LSI in which power consumption during standby is a major problem, such as in a portable device, the problem can be solved, the chip area can be reduced, and the yield is greatly improved. There is.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態の論理回路の構成
を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施の形態の論理回路の構成
を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 第1、第2の実施の形態の論理回路の適用例
を示す第3の実施の形態の論理図である。
FIG. 3 is a logic diagram of a third embodiment showing an application example of the logic circuits of the first and second embodiments.

【図4】 本発明の第4の実施の形態の論理回路の構成
を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第5の実施の形態の論理回路の構成
を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a logic circuit according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】 第4、第5の実施の形態の論理回路の適用例
を示す第6の実施の形態の論理図である。
FIG. 6 is a logic diagram of a sixth embodiment showing an application example of the logic circuits of the fourth and fifth embodiments.

【図7】 従来の論理回路の構成を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional logic circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A:M入力NANDゲート B:N入力NANDゲート C:インバータ D:M入力NORゲート E:N入力NORゲート F:インバータ A: M-input NAND gate B: N-input NAND gate C: Inverter D: M-input NOR gate E: N-input NOR gate F: Inverter

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも2以上のNANDゲートが含ま
れる論理回路において、ソース接点が接地に接続された
NchMOSトランジスタのゲート電極が同一の回路接点
に接続される前記NANDゲートの相互間で、前記Nch
MOSトランジスタのドレイン接点を共通接続し、且つ
前記NchMOSトランジスタの閾値電圧を他のNchMO
Sトランジスタのそれよりも高く設定したことを特徴と
する論理回路。
In a logic circuit including at least two or more NAND gates, a gate electrode of an Nch MOS transistor whose source contact is connected to ground is connected between the NAND gates whose gate electrodes are connected to the same circuit contact.
The drain contacts of the MOS transistors are commonly connected, and the threshold voltage of the N-channel MOS transistor is
A logic circuit characterized by being set higher than that of an S transistor.
【請求項2】少なくともNANDゲートとインバータが
含まれる論理回路において、前記NANDゲート内のソ
ース接点が接地に接続されたNchMOSトランジスタの
ゲート電極と前記インバータの入力接点が同一の回路接
点に接続される前記NANDゲートと前記インバータの
相互間で、前記NchMOSトランジスタのドイレン接点
と前記インバータの出力接点を共通接続し、且つ前記N
chMOSトランジスタの閾値電圧と前記インバータ内の
NchMOSトランジスタの閾値電圧を他のNchMOSト
ランジスタのそれよりも高く設定したことを特徴とする
論理回路。
2. A logic circuit including at least a NAND gate and an inverter, wherein the gate electrode of an NchMOS transistor whose source contact in the NAND gate is connected to ground and the input contact of the inverter are connected to the same circuit contact. A drain connection of the NchMOS transistor and an output contact of the inverter are commonly connected between the NAND gate and the inverter;
A logic circuit, wherein a threshold voltage of a chMOS transistor and a threshold voltage of an NchMOS transistor in the inverter are set higher than those of other NchMOS transistors.
【請求項3】少なくとも2以上のNORゲートが含まれ
る論理回路において、ソース接点が電源に接続されたP
chMOSトランジスタのゲート電極が同一の回路接点に
接続される前記NORゲートの相互間で、前記PchMO
Sトランジスタのドレイン接点を共通接続し、且つ前記
PchMOSトランジスタの閾値電圧を他のPchMOSト
ランジスタのそれよりも絶対値において高く設定したこ
とを特徴とする論理回路。
3. A logic circuit including at least two NOR gates, wherein a source contact is connected to a power supply connected to a power supply.
The PchMO is connected between the NOR gates whose gate electrodes are connected to the same circuit contact.
A logic circuit, wherein drain contacts of S transistors are commonly connected, and a threshold voltage of the PchMOS transistor is set to be higher in absolute value than that of another PchMOS transistor.
【請求項4】少なくともNORゲートとインバータが含
まれる論理回路において、前記NORゲート内のソース
接点が電源に接続されたPchMOSトランジスタのゲー
ト電極と前記インバータの入力接点が同一の回路接点に
接続される前記NORゲートと前記インバータの相互間
で、前記PchMOSトランジスタのドイレン接点と前記
インバータの出力接点を共通接続し、且つ前記PchMO
Sトランジスタの閾値電圧と前記インバータ内のPchM
OSトランジスタの閾値電圧を他のPchMOSトランジ
スタのそれよりも絶対値において高く設定したことを特
徴とする論理回路。
4. In a logic circuit including at least a NOR gate and an inverter, a source contact in the NOR gate is connected to a power supply, and a gate electrode of a PchMOS transistor connected to a power supply and an input contact of the inverter are connected to the same circuit contact. A drain connection of the PchMOS transistor and an output contact of the inverter are commonly connected between the NOR gate and the inverter, and the PchMO
Threshold voltage of S transistor and PchM in the inverter
A logic circuit wherein the threshold voltage of the OS transistor is set to be higher in absolute value than that of the other PchMOS transistors.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000124792A (en) * 1998-10-20 2000-04-28 New Japan Radio Co Ltd Level shift circuit
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