JPH11340806A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JPH11340806A
JPH11340806A JP10142003A JP14200398A JPH11340806A JP H11340806 A JPH11340806 A JP H11340806A JP 10142003 A JP10142003 A JP 10142003A JP 14200398 A JP14200398 A JP 14200398A JP H11340806 A JPH11340806 A JP H11340806A
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JP
Japan
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power supply
potential
mosfet
supply voltage
voltage
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Pending
Application number
JP10142003A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazufumi Suzukawa
一文 鈴川
Masamichi Fujito
正道 藤戸
Yozo Kawai
洋造 河合
Yutaka Shinagawa
裕 品川
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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  • Logic Circuits (AREA)
  • Dram (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily conduct an IddQ test or the like for discriminating a standby current by decreasing the voltage applied to a gate oxide film of a MOSFET in a standby state. SOLUTION: An N-channel MOSFETN51, whose gate potential VP is selected to be a 1st potential with an absolute value higher than a power supply voltage VCC in a normal operation and is selected to be a 2nd potential, the same potential as the power supply voltage VCC or with a smaller absolute value than the power supply voltage VCC in a standby state, is provided between a point of the power supply voltage VCC and a source of a P-channel MOSFETP1 which is the component of a CMOS logic gate of a logic circuit section LC, and the P-channel MOSFETP51 whose gate potential VM is selected to be a 3rd potential that is a negative potential lower than a ground potential VSS in a normal operation and selected to be a 4th potential, that is the same as the ground potential VSS or slightly higher than the ground potential VSS in a standby state is provided between the point of the ground potential VSS and a source of the N-channel MOSFETN1 which the component of the CMOS logic gate.

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】この発明は半導体集積回路装
置に関し、例えば、CMOS論理ゲートを基本素子とす
る論理回路を含むシングルチップマイクロコンピュータ
等ならびにその高速化及び低消費電力化に利用して特に
有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, for example, a single chip microcomputer including a logic circuit having a CMOS logic gate as a basic element and the like, and is particularly effective when used for high speed and low power consumption. Technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】Pチャンネル及びNチャンネルMOSF
ET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この
明細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの総称とする)が組み合わされてなるいわ
ゆるCMOS(相補型MOS)論理ゲートをその基本素
子とする論理回路があり、このような論理回路を含むシ
ングルチップマイクロコンピュータ(以下、単にマイク
ロコンピュータと略称する)等の半導体集積回路装置が
ある。
2. Description of the Related Art P-channel and N-channel MOSFs
A so-called CMOS (complementary MOS) logic gate in which an ET (metal oxide semiconductor type field effect transistor; in this specification, a MOSFET is used as a generic term for an insulated gate field effect transistor) is used as its basic element. There is a semiconductor integrated circuit device such as a single-chip microcomputer (hereinafter simply referred to as a microcomputer) including such a logic circuit.

【0003】一方、近年における半導体集積回路の微細
化・高集積化技術の進歩は目覚ましく、マイクロコンピ
ュータ等もその恩恵を受けて大規模化の一途にある。ま
た、半導体集積回路の微細化にともなう素子の耐圧破壊
を防止し、大規模化されたマイクロコンピュータ等の低
消費電力化を図るために動作電源の低電圧化が進みつつ
あり、例えば+3.3V(ボルト)又は+2.5Vとい
った絶対値の小さな電源電圧VCCを動作電源とするマ
イクロコンピュータ等も開発されつつある。しかしなが
ら、半導体集積回路の微細化は、必ずしもMOSFET
のしきい値電圧の低減に寄与せず、動作電源の低電圧化
は、その一方でMOSFETの動作電流を小さくしてマ
イクロコンピュータ等の高速動作の妨げとなる。
On the other hand, in recent years, the technology for miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuits has been remarkably advanced, and microcomputers and the like have also benefited from the technology and are on a large scale. Further, in order to prevent breakdown voltage breakdown of elements due to miniaturization of semiconductor integrated circuits and to reduce power consumption of large-scale microcomputers and the like, the operating power supply has been reduced in voltage, for example, + 3.3V. Microcomputers and the like that use a power supply voltage VCC having a small absolute value such as (volts) or +2.5 V as an operation power supply are being developed. However, miniaturization of semiconductor integrated circuits is not
Does not contribute to the lowering of the threshold voltage, and the lowering of the operating power supply, on the other hand, lowers the operating current of the MOSFET and hinders high-speed operation of a microcomputer or the like.

【0004】これに対処するため、MOSFETのしき
い値電圧を小さくして、CMOS論理ゲートの高速動作
を確保する方法もあるが、MOSFETのしきい値電圧
が小さくなると例えば待機時(32KHz程度の低速動
作時あるいはスタンバイモード時)におけるCMOS論
理ゲートのリーク電流が大きくなり、マイクロコンピュ
ータ等の待機時の消費電力が大きくなる。したがって、
近年のマイクロコンピュータ等では、通常動作時はMO
SFETの基板電圧を浅くし、そのしきい値電圧を小さ
くして高速動作を優先し、待機時つまりスタンバイモー
ド時には、MOSFETの基板電圧を深くし、そのしき
い値電圧を大きくして低消費電力化を優先するいわゆる
VT(Variable Threshold−vol
tage)方式や、CMOS論理ゲートの電源供給経路
にしきい値電圧の大きなMOSFETを設け、待機時に
はこのMOSFETを介してCMOS論理ゲートに動作
電源を供給するいわゆるMT(Multi−Thres
hold)方式をとるケースが多くなりつつある。
To cope with this, there is a method of reducing the threshold voltage of the MOSFET to ensure high-speed operation of the CMOS logic gate. However, when the threshold voltage of the MOSFET is reduced, for example, during standby (about 32 KHz). The leakage current of the CMOS logic gate during a low-speed operation or a standby mode increases, and the power consumption during standby of a microcomputer or the like increases. Therefore,
In recent microcomputers and the like, the MO
The substrate voltage of the SFET is made shallow, its threshold voltage is made small, and high-speed operation is prioritized. During standby, that is, in the standby mode, the substrate voltage of the MOSFET is made deep and its threshold voltage is made large, thereby reducing power consumption. So-called VT (Variable Threshold-vol)
stage) or a so-called MT (Multi-Thres) in which a MOSFET having a large threshold voltage is provided in a power supply path of a CMOS logic gate and operation power is supplied to the CMOS logic gate via the MOSFET during standby.
hold) system is increasing.

【0005】VT方式及びMT方式については、例え
ば、『日経マイクロデバイス』1996年8月号の第5
0頁〜第66頁に記載されている。
The VT method and the MT method are described in, for example, “Nikkei Micro Devices”, August 1996, No. 5
It is described on page 0 to page 66.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記VT方
式をとった場合、比較的大規模の基板電圧発生回路が必
要となり、マイクロコンピュータ等の所要素子数が増大
するとともに、基板電圧が待機時に深くされることで、
基板電圧発生回路の待機時における消費電力が無視でき
なくなり、マイクロコンピュータ等の待機時における消
費電力を思うように低減できない。また、例えばNチャ
ンネルMOSFETのしきい値電圧を充分な低消費電力
化が見込まれる0.1V〜0.5V程度に小さくするに
は、基板電圧を−3.3V程度にすることが必要となる
が、この場合、MOSFETのゲート酸化膜にはVCC
+3.3Vの電圧が印加され、これによってMOSFE
Tの耐圧破壊を招き、マイクロコンピュータ等の信頼性
が低下する。
However, when the above-mentioned VT method is employed, a relatively large-scale substrate voltage generating circuit is required, the required number of elements such as microcomputers increases, and the substrate voltage becomes deep during standby. Being done
The power consumption of the substrate voltage generation circuit during standby cannot be ignored, and the power consumption of the microcomputer or the like during standby cannot be reduced as desired. Further, for example, in order to reduce the threshold voltage of the N-channel MOSFET to about 0.1 V to 0.5 V at which sufficient reduction in power consumption is expected, it is necessary to set the substrate voltage to about -3.3 V. However, in this case, VCC is applied to the gate oxide film of the MOSFET.
+ 3.3V is applied, which causes the MOSFE
T withstand voltage breakdown is caused, and the reliability of the microcomputer or the like is reduced.

【0007】一方、上記MT方式を採った場合、待機時
にしきい値電圧の高いMOSFETがオフ状態とされる
ことで各内部ノードのデータ保持が必要となり、そのた
めのフリップフロップ等の追加によってマイクロコンピ
ュータ等の所要素子数が増大する。また、各MOSFE
Tの素子破壊を考慮すると、比較的絶対値の大きな電源
電圧を印加して行われるスタンバイ電流判定のためのい
わゆるIddQ試験が困難となり、マイクロコンピュー
タ等の信頼性が低下する。
On the other hand, when the above-mentioned MT method is adopted, the MOSFET having a high threshold voltage is turned off during standby, so that data retention at each internal node is required. And the number of required elements increase. In addition, each MOSFE
In consideration of the element destruction of T, a so-called IddQ test for determining a standby current performed by applying a power supply voltage having a relatively large absolute value becomes difficult, and the reliability of a microcomputer or the like decreases.

【0008】この発明の目的は、その所要素子数の増大
を抑えつつ、低速動作時あるいはスタンバイ時における
消費電力の低減を図ったマイクロコンピュータ等を提供
することにある。この発明の他の目的は、スタンバイ時
にMOSFETのゲート酸化膜に印加される電圧を小さ
くし、スタンバイ電流判定のためのIddQ試験等を容
易に実施できるようにして、マイクロコンピュータ等の
信頼性を高めることにある。
An object of the present invention is to provide a microcomputer or the like which suppresses an increase in the number of required elements and reduces power consumption during low-speed operation or standby. Another object of the present invention is to reduce the voltage applied to the gate oxide film of the MOSFET at the time of standby so that an IddQ test or the like for determining the standby current can be easily performed, thereby improving the reliability of the microcomputer and the like. It is in.

【0009】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【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、次
の通りである。すなわち、CMOS論理ゲートを基本素
子とするマイクロコンピュータ等の半導体集積回路装置
において、CMOS論理ゲートを構成するPチャンネル
型の第1のMOSFETのソースと電源電圧VCCとの
間に、そのゲート電位が、通常動作時は電源電圧VCC
より絶対値の大きな第1の電位とされ、待機時には電源
電圧VCCと同電位又は電源電圧VCCより絶対値の小
さな第2の電位とされるNチャンネル型の第2のMOS
FETを設けるとともに、CMOS論理ゲートを構成す
るNチャンネル型の第3のMOSFETのソースと接地
電位VSSとの間に、そのゲート電位が、通常動作時は
接地電位VSSより低い負の第3の電位とされ、待機時
には接地電位VSSと同電位又は接地電位VSSよりや
や高い第4の電位とされるPチャンネル型の第4のMO
SFETを設ける。また、第1及び第3のMOSFET
の基板部に、通常動作時は各MOSFETのソース電位
あるいは電源電圧VCC又は接地電位VSSをそれぞれ
供給し、待機時には電源電圧VCC又は接地電位VSS
をそれぞれ供給する。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application. That is, in a semiconductor integrated circuit device such as a microcomputer using a CMOS logic gate as a basic element, the gate potential between the source of the P-channel type first MOSFET constituting the CMOS logic gate and the power supply voltage VCC is: Power supply voltage VCC during normal operation
An N-channel type second MOS having a first potential having a larger absolute value and having the same potential as the power supply voltage VCC or a second potential having a smaller absolute value than the power supply voltage VCC during standby.
An FET is provided, and a negative third potential whose gate potential is lower than the ground potential VSS during normal operation is provided between the source of the N-channel type third MOSFET constituting the CMOS logic gate and the ground potential VSS. In a standby state, a P-channel type fourth MO which is set to the same potential as the ground potential VSS or a fourth potential slightly higher than the ground potential VSS is provided.
An SFET is provided. Also, first and third MOSFETs
During normal operation, the source potential or the power supply voltage VCC or the ground potential VSS of each MOSFET is supplied to the substrate portion, and during standby, the power supply voltage VCC or the ground potential VSS is supplied.
Respectively.

【0011】上記した手段によれば、通常動作時は、上
記第2又は第4のMOSFETのしきい値電圧の影響を
受けることなく、電源電圧VCC及び接地電位VSSを
そのままCMOS論理ゲートの動作電源として供給し、
あるいは外部供給される電源電圧VCC又は接地電位V
SSの電位変動の影響を受けない比較的安定した動作電
源をCMOS論理ゲートの動作電源として供給し、待機
時には、その絶対値が上記Pチャンネル又はNチャンネ
ルMOSFETのしきい値電圧分だけ圧縮された電源電
圧VCC及び接地電位VSSをCMOS論理ゲートの動
作電源として供給できるとともに、待機時には、さほど
深い基板電圧を印加することなく、第1及び第3のMO
SFETのソース・基板間を逆バイアス状態とし、その
リーク電流を小さくすることができる。この結果、マイ
クロコンピュータ等のスタンバイ時における低消費電力
化を図り、その信頼性を高めることができる。
According to the above-mentioned means, during normal operation, the power supply voltage VCC and the ground potential VSS are used as they are without being affected by the threshold voltage of the second or fourth MOSFET. Supplied as
Alternatively, an externally supplied power supply voltage VCC or ground potential V
A relatively stable operation power supply which is not affected by the SS potential fluctuation is supplied as the operation power supply of the CMOS logic gate, and its absolute value is reduced by the threshold voltage of the P-channel or N-channel MOSFET during standby. The power supply voltage VCC and the ground potential VSS can be supplied as operation power of the CMOS logic gate, and the first and third MOs can be supplied during standby without applying a very deep substrate voltage.
A leak current can be reduced by setting a reverse bias state between the source and the substrate of the SFET. As a result, it is possible to reduce the power consumption during standby of the microcomputer or the like, and to improve its reliability.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1には、この発明が適用された
マイクロコンピュータ(半導体集積回路装置)の一実施
例のブロック図が示されている。同図をもとに、まずこ
の実施例のマイクロコンピュータの構成及び動作の概要
について説明する。なお、この実施例のマイクロコンピ
ュータは、CMOS論理ゲートを基本素子とし、図1の
各ブロックを構成する回路素子は、公知のCMOS集積
回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の
半導体基板面上に形成される。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a microcomputer (semiconductor integrated circuit device) to which the present invention is applied. First, an outline of the configuration and operation of the microcomputer of this embodiment will be described with reference to FIG. The microcomputer of this embodiment uses a CMOS logic gate as a basic element, and a circuit element constituting each block of FIG. It is formed on the substrate surface.

【0013】図1において、この実施例のマイクロコン
ピュータは、特に制限されないが、ストアドプログラム
方式の中央処理装置CPUと、クロック発生回路CPG
と、内部バスIBUSを介して中央処理装置CPUに結
合されるダイレクトメモリアクセスコントローラDMA
C,リードオンリメモリROM,ランダムアクセスメモ
リRAMならびにバスコントローラBSCとを備える。
このうち、バスコントローラBSCは、さらに内部バス
PBUSに結合され、内部バスPBUSには、さらにタ
イマー回路TIM,シリアルコミュニケーションインタ
ーフェイスSCIならびに9個の入出力ポートIOP1
〜IOP9が結合される。入出力ポートIOP1〜IO
P5は、さらに内部バスIBUSにも結合される。
In FIG. 1, the microcomputer of this embodiment is not particularly limited, but a central processing unit CPU of a stored program type and a clock generation circuit CPG
And a direct memory access controller DMA coupled to the central processing unit CPU via an internal bus IBUS
C, a read only memory ROM, a random access memory RAM, and a bus controller BSC.
The bus controller BSC is further coupled to an internal bus PBUS. The internal bus PBUS further includes a timer circuit TIM, a serial communication interface SCI, and nine input / output ports IOP1.
IIOP9 are combined. I / O ports IOP1-IO
P5 is further coupled to an internal bus IBUS.

【0014】マイクロコンピュータには、外部端子VC
C及びVSSを介して、その動作電源となる電源電圧V
CC及び接地電位VSSがそれぞれ供給される。また、
マイクロコンピュータの中央処理装置CPUには、外部
端子MODE,STBYならびにRESを介してモード
制御信号MODE,スタンバイ信号STBYならびにリ
セット信号RESがそれぞれ供給され、クロック発生回
路CPGには、外部端子XTAL及びEXTALを介し
て所定のクロック信号が供給される。マイクロコンピュ
ータは、さらに、電源電圧VCCを受けて図示されない
各種の内部電圧を生成する電源制御部VCを備えるが、
この電源制御部VC及び関連回路の具体的構成及びその
動作等については、後で詳細に説明する。
The microcomputer has an external terminal VC.
A power supply voltage V serving as an operation power supply through C and VSS
CC and ground potential VSS are supplied, respectively. Also,
The central processing unit CPU of the microcomputer is supplied with the mode control signal MODE, the standby signal STBY and the reset signal RES via the external terminals MODE, STBY and RES, respectively. The clock generating circuit CPG is supplied with the external terminals XTAL and EXTAL. A predetermined clock signal is supplied through the terminal. The microcomputer further includes a power supply control unit VC that receives the power supply voltage VCC and generates various internal voltages (not shown).
The specific configuration and operation of the power control unit VC and related circuits will be described later in detail.

【0015】この実施例において、マイクロコンピュー
タは、その動作電源の低電圧化が進み、電源電圧VCC
は、+3.3Vのような比較的絶対値の小さな正電位と
される。言うまでもなく、接地電位VSSは0Vとされ
る。
In this embodiment, in the microcomputer, the operating power supply has been reduced in voltage, and the power supply voltage VCC has been reduced.
Is a positive potential having a relatively small absolute value such as + 3.3V. Needless to say, the ground potential VSS is set to 0V.

【0016】クロック発生回路CPGは、外部端子XT
AL及びEXTALを介して供給されるクロック信号を
もとに、所定数の位相を有する内部クロック信号を生成
し、マイクロコンピュータの各部に供給する。また、中
央処理装置CPUは、予めリードオンリメモリROMに
格納されたプログラムに従ってステップ制御され、所定
の演算処理を行うとともに、マイクロコンピュータの各
部を統括・制御する。中央処理装置CPUは、さらに、
モード制御信号MODE,スタンバイ信号STBYある
いはリセット信号RESに従って、マイクロコンピュー
タの動作モードを選択的に設定し、又はマイクロコンピ
ュータを選択的にスタンバイ状態つまり待機状態とし、
あるいは選択的にリセットして初期状態とする。
The clock generation circuit CPG has an external terminal XT
An internal clock signal having a predetermined number of phases is generated based on the clock signal supplied via the AL and EXTAL, and supplied to each unit of the microcomputer. The central processing unit CPU is step-controlled in accordance with a program stored in advance in a read-only memory ROM, performs predetermined arithmetic processing, and controls and controls each unit of the microcomputer. The central processing unit CPU further includes:
The operation mode of the microcomputer is selectively set according to the mode control signal MODE, the standby signal STBY or the reset signal RES, or the microcomputer is selectively set to a standby state, that is, a standby state.
Alternatively, it is selectively reset to an initial state.

【0017】一方、ダイレクトメモリアクセスコントロ
ーラDMACは、例えば中央処理装置CPUとリードオ
ンリメモリROM,ランダムアクセスメモリRAMある
いは入出力ポートIOP1〜IOP5との間で直接かつ
連続的に行われるデータ転送を介助する。また、リード
オンリメモリROMは、マスクROMやフラッシュメモ
リ等の不揮発性半導体メモリからなり、中央処理装置C
PUのステップ動作に必要なプログラムや固定データ等
を格納する。さらに、ランダムアクセスメモリRAM
は、例えばスタティック型RAM等の揮発性半導体メモ
リからなり、中央処理装置CPUによる演算結果や制御
データ等を格納する。
On the other hand, the direct memory access controller DMAC assists, for example, direct and continuous data transfer between the central processing unit CPU and the read only memory ROM, the random access memory RAM, or the input / output ports IOP1 to IOP5. . The read-only memory ROM is composed of a nonvolatile semiconductor memory such as a mask ROM or a flash memory, and has a central processing unit C.
Stores programs, fixed data, and the like necessary for the step operation of the PU. Furthermore, random access memory RAM
Is composed of a volatile semiconductor memory such as a static RAM, for example, and stores calculation results and control data by the central processing unit CPU.

【0018】次に、タイマー回路TIMは、クロック発
生回路CPGから供給されるクロック信号に従って時間
管理を行い、中央処理装置CPUの割込み処理等に供す
る。また、シリアルコミュニケーションインターフェイ
スSCIは、外部の入出力装置とマイクロコンピュータ
の中央処理装置CPU又はランダムアクセスメモリRA
M等との間のシリアルデータ転送を高速サポートし、バ
スコントローラBSCは、内部バスIBUS及びPBU
Sに対するバスアクセスを統括・制御する。さらに、入
出力ポートIOP1〜IOP9は、外部に設けられた各
種入出力装置との間の信号授受を介助するインターフェ
イス装置として機能する。
Next, the timer circuit TIM performs time management in accordance with the clock signal supplied from the clock generation circuit CPG, and provides it to interrupt processing of the central processing unit CPU. The serial communication interface SCI is connected to an external input / output device and a central processing unit CPU or a random access memory RA of a microcomputer.
M supports high-speed serial data transfer to and from the internal buses IBUS and PBU.
Supervises and controls bus access to S. Further, the input / output ports IOP1 to IOP9 function as interface devices for assisting transmission and reception of signals with various input / output devices provided outside.

【0019】この実施例において、マイクロコンピュー
タの各部は、リードオンリメモリROM,ランダムアク
セスメモリRAM等のモジュールとして形成されるブロ
ックを除き、CMOS論理ゲートを基本素子として構成
され、これらのCMOS論理ゲートを構成するPチャン
ネル及びNチャンネルMOSFETは、動作の高速性を
確保するため、比較的小さなしきい値電圧となるべく設
計される。
In this embodiment, each section of the microcomputer is constituted by CMOS logic gates as basic elements, except for blocks formed as modules such as a read only memory ROM and a random access memory RAM. The constituent P-channel and N-channel MOSFETs are designed to have a relatively small threshold voltage in order to ensure a high-speed operation.

【0020】前述のように、この実施例のマイクロコン
ピュータは、スタンバイ信号STBYが有効レベルとさ
れることで選択的にスタンバイ状態とされ、そのスタン
バイ時における消費電力は極めて小さな値とされる。し
かし、その基本素子となるCMOS論理ゲートが低しき
い値電圧のMOSFETにより構成されることから、M
OSFETのサブスレッショルド電流つまりリーク電流
が大きくなり、これによってマイクロコンピュータのス
タンバイ時における消費電力が増大する。これに対処す
るため、この実施例のマイクロコンピュータでは、CM
OS論理ゲートを構成するPチャンネル又はNチャンネ
ルMOSFETのソース及び基板部の電位を選択的に切
り換え、スタンバイ時におけるリーク電流の低減を図る
電源制御部VCが設けられるが、このことについては後
で詳細に説明する。
As described above, the microcomputer of this embodiment is selectively put in the standby state by setting the standby signal STBY to the valid level, and the power consumption in the standby state is set to an extremely small value. However, since the CMOS logic gate, which is the basic element, is composed of a low threshold voltage MOSFET,
The sub-threshold current, that is, the leakage current of the OSFET increases, which increases the power consumption of the microcomputer during standby. In order to deal with this, the microcomputer of this embodiment uses a CM
A power supply controller VC is provided for selectively switching the source of the P-channel or N-channel MOSFET constituting the OS logic gate and the potential of the substrate to reduce the leakage current during standby. This will be described later in detail. Will be described.

【0021】図2には、図1のマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部VC1(ここで図1ではVCとして
示した電源制御部を実施例ごとに分別するため、追番を
付して表す。以下同様)及び論理回路部LCの第1の実
施例の回路図が示され、図3には、その一実施例の信号
波形図が示されている。これらの図をもとに、この実施
例のマイクロコンピュータに含まれる電源制御部VC1
及び論理回路部LCの具体的構成及び動作ならびにその
特徴について説明する。なお、論理回路部LCとは、モ
ジュールではなくCMOS論理ゲートを基本素子として
構成される前記中央処理装置CPU,クロック発生回路
CPGならびにダイレクトメモリアクセスコントローラ
DMAC等を包括的に指すものであり、図2には、論理
回路部LCを構成するCMOS論理ゲートのほんの一部
であるインバータV1のみが代表して示される。以下の
回路図において、そのゲートに丸印が付されるMOSF
ETはPチャンネル型(第1導電型)であって、丸印の
付されないNチャンネル型(第2導電型)MOSFET
と区別して示される。
FIG. 2 shows a power control unit VC1 included in the microcomputer of FIG. 1 (here, the power control unit shown as VC in FIG. 1 is shown with an additional number in order to be classified according to each embodiment. The same applies to the following) and a circuit diagram of a first embodiment of the logic circuit section LC. FIG. 3 shows a signal waveform diagram of the first embodiment. Based on these figures, a power supply controller VC1 included in the microcomputer of this embodiment
The specific configuration and operation of the logic circuit unit LC and the features thereof will be described. Note that the logic circuit section LC comprehensively refers to the central processing unit CPU, the clock generation circuit CPG, the direct memory access controller DMAC, and the like, which are configured using CMOS logic gates as basic elements instead of modules. Shows only an inverter V1 which is only a part of the CMOS logic gates constituting the logic circuit portion LC. In the following circuit diagrams, MOSFs whose gates are marked with circles
ET is a P-channel type (first conductivity type) N-channel type (second conductivity type) MOSFET without a circle mark
Are shown separately from

【0022】図2において、この実施例のマイクロコン
ピュータの論理回路部LCは、前述のように、CMOS
論理ゲートを基本素子して構成され、これらのCMOS
論理ゲートは、図のインバータV1に代表されるよう
に、そのドレイン及びゲートがそれぞれ共通結合される
PチャンネルMOSFETP1(第1のMOSFET)
及びNチャンネルMOSFETN1(第3のMOSFE
T)を含む。このうち、インバータV1の高電位側電源
ノードとなるMOSFETP1のソースは、内部電圧供
給線VCLPに結合され、インバータV1の低電位側電
源ノードとなるMOSFETN1のソースは、直接接地
電位VSSに結合される。内部電圧供給線VCLPに
は、図示されない他のCMOS論理ゲートの高電位側電
源ノードとなるPチャンネルMOSFETのソースが共
通結合される。
In FIG. 2, the logic circuit portion LC of the microcomputer of this embodiment is, as described above, a CMOS circuit.
These CMOS devices are configured using logic gates as basic elements.
The logic gate is a P-channel MOSFET P1 (first MOSFET) whose drain and gate are commonly coupled as represented by the inverter V1 in the figure.
And N-channel MOSFET N1 (third MOSFET
T). The source of the MOSFET P1 serving as the high-potential power supply node of the inverter V1 is coupled to the internal voltage supply line VCLP, and the source of the MOSFET N1 serving as the low-potential power supply node of the inverter V1 is directly coupled to the ground potential VSS. . A source of a P-channel MOSFET serving as a high-potential power supply node of another CMOS logic gate (not shown) is commonly coupled to internal voltage supply line VCLP.

【0023】この実施例において、インバータV1のM
OSFETP1及びN1に代表されるCMOS論理ゲー
トのPチャンネル及びNチャンネルMOSFETは、例
えばそのチャネル領域における不純物濃度が比較的大き
くされるとともに、そのゲート酸化膜の膜厚が比較的小
さくなるように設計される。このため、MOSFETP
1及びN1等は、その耐圧性は比較的小さいものの、充
分に小さなしきい値電圧を持つものとされ、これによっ
てその基板電圧がソース電位と同電位とされる通常の動
作状態では、比較的高速に動作しうるものとされる。
In this embodiment, M of the inverter V1
P-channel and N-channel MOSFETs of CMOS logic gates represented by OSFETs P1 and N1 are designed such that, for example, the impurity concentration in the channel region is relatively high and the thickness of the gate oxide film is relatively small. You. Therefore, MOSFETP
1 and N1, etc., have relatively small withstand voltage, but have a sufficiently small threshold voltage, so that in a normal operating state where the substrate voltage is the same as the source potential, It can operate at high speed.

【0024】論理回路部LCを構成するインバータV1
の入力端子つまりMOSFETP1及びN1の共通結合
されたゲートには、論理回路部LCの図示されない前段
回路から内部信号s1が供給され、その出力端子つまり
MOSFETP1及びN1の共通結合されたドレインに
おける電位は、内部信号s2として論理回路部LCの図
示されない後段回路に供給される。MOSFETP1の
バックゲートつまりその基板部には、電源電圧VCCが
供給される。なお、電源電圧VCCは、前述のように、
例えば+3.3Vとされ、接地電位VSSは0Vとされ
る。
Inverter V1 constituting logic circuit portion LC
The internal signal s1 is supplied from an unillustrated preceding circuit of the logic circuit portion LC to the input terminal of the logic circuit portion LC, that is, the commonly coupled gates of the MOSFETs P1 and N1, and the potential at the output terminal thereof, that is, the commonly coupled drain of the MOSFETs P1 and N1 is The internal signal s2 is supplied to a subsequent circuit (not shown) of the logic circuit unit LC. The power supply voltage VCC is supplied to the back gate of the MOSFET P1, that is, its substrate. The power supply voltage VCC is, as described above,
For example, it is set to +3.3 V, and the ground potential VSS is set to 0 V.

【0025】次に、電源制御部VC1は、電源電圧供給
点つまり電源電圧VCCと内部電圧供給線VCLPつま
りMOSFETP1のソースとの間に設けられるNチャ
ンネルMOSFETN11(第2のMOSFET)を含
む。このMOSFETN11のゲートには、チャージポ
ンプ回路CP1からその出力たる内部電圧VPが供給さ
れ、その基板部は、接地電位VSSに結合される。チャ
ージポンプ回路CP1には、図示されない制御部から電
源制御信号CVが供給される。なお、MOSFETN1
1は、そのゲート酸化膜の膜厚が比較的大きくなるよう
に設計され、充分な耐圧性を持つものとされる。また、
電源制御信号CVは、図3に示されるように、マイクロ
コンピュータが通常の動作状態とされるとき接地電位V
SSのようなロウレベルとされ、マイクロコンピュータ
がスタンバイ状態つまり待機状態とされるときは電源電
圧VCCのようなハイレベルとされる。
Next, the power supply controller VC1 includes an N-channel MOSFET N11 (second MOSFET) provided between a power supply voltage supply point, that is, the power supply voltage VCC, and the internal voltage supply line VCLP, that is, the source of the MOSFET P1. The gate of the MOSFET N11 is supplied with the internal voltage VP as its output from the charge pump circuit CP1, and its substrate is coupled to the ground potential VSS. A power control signal CV is supplied to the charge pump circuit CP1 from a control unit (not shown). Note that MOSFET N1
Reference numeral 1 is designed so that the thickness of the gate oxide film is relatively large, and has a sufficient withstand voltage. Also,
The power supply control signal CV is, as shown in FIG. 3, a ground potential V when the microcomputer is in a normal operation state.
When the microcomputer is in a standby state, that is, in a standby state, it is at a high level such as the power supply voltage VCC.

【0026】電源制御部VC1のチャージポンプ回路C
P1はポンプ容量を含み、マイクロコンピュータが通常
の動作状態とされ電源制御信号CVがロウレベルとされ
ることで選択的に動作状態とされる。この動作状態にお
いて、チャージポンプ回路CP1は、電源電圧VCCを
もとに所定の内部電圧VPを生成し、MOSFETN1
1のゲートに供給する。このとき、内部電圧VPの電位
は、図3に示されるように、電源電圧VCCの絶対値を
VCCとし、MOSFETN11のしきい値電圧をVt
hnとするとき、その絶対値VPがVCC+Vthnよ
り大きな例えば+5Vのような高電位V11(第1の電
位)とされる。
Charge pump circuit C of power supply control unit VC1
P1 includes a pump capacity, and the microcomputer is set to a normal operation state and selectively set to an operation state when the power supply control signal CV is set to a low level. In this operation state, the charge pump circuit CP1 generates a predetermined internal voltage VP based on the power supply voltage VCC, and
1 gate. At this time, as shown in FIG. 3, the potential of the internal voltage VP is such that the absolute value of the power supply voltage VCC is VCC, and the threshold voltage of the MOSFET N11 is Vt.
hn, the absolute value VP is set to a high potential V11 (first potential) larger than VCC + Vthn, for example, + 5V.

【0027】なお、マイクロコンピュータが低速動作状
態あるいはスタンバイ状態とされ電源制御信号CVがハ
イレベルとされるとき、チャージポンプ回路CP1はそ
のチャージポンプ動作を停止し、内部電圧VPは、電源
電圧VCCと同電位つまり+3.3Vとされる。このス
タンバイ時における内部電圧VPの電位は、電源電圧V
CCよりやや絶対値の小さな所定の正電位(第2の電
位)としてもよい。
When the microcomputer is set to the low-speed operation state or the standby state and the power supply control signal CV is set to the high level, the charge pump circuit CP1 stops its charge pump operation, and the internal voltage VP becomes equal to the power supply voltage VCC. The same potential, that is, + 3.3V. The potential of the internal voltage VP at the time of standby is the power supply voltage V
A predetermined positive potential (second potential) having an absolute value slightly smaller than CC may be used.

【0028】マイクロコンピュータが通常の動作状態と
され、内部電圧VPが+5Vのような高電位V11とさ
れるとき、電源制御部VC1では、MOSFETN11
が完全なオン状態となり、内部電圧供給線VCLPに
は、電源電圧VCCがMOSFETN11のしきい値電
圧の影響を受けることなくそのまま伝達される。このた
め、論理回路部LCのインバータV1のMOSFETP
1は、その基板電位とソース電位が同電位となり、比較
的高速に動作しうるものとなる。このことは、その高電
位側電源ノードが内部電圧供給線VCLPに共通結合さ
れる他のCMOS論理ゲートでも同様であり、これによ
って論理回路部LCひいてはこれを含むマイクロコンピ
ュータの通常動作時の高速性が確保される。
When the microcomputer is set in a normal operation state and the internal voltage VP is set to a high potential V11 such as +5 V, the power supply control unit VC1 controls the MOSFET N11.
Is completely turned on, and power supply voltage VCC is transmitted to internal voltage supply line VCLP as it is without being affected by the threshold voltage of MOSFET N11. Therefore, the MOSFET P of the inverter V1 of the logic circuit portion LC
In No. 1, the substrate potential and the source potential become the same potential, and the device can operate at relatively high speed. This is the same for other CMOS logic gates whose high-potential-side power supply node is commonly coupled to internal voltage supply line VCLP. Is secured.

【0029】一方、マイクロコンピュータが低速動作状
態あるいはスタンバイ状態とされ、内部電圧VPが電源
電圧VCCつまり+3.3Vのような低電位とされると
き、電源制御部VC1ではMOSFETN11がオン状
態とはなるものの、内部電圧供給線VCLPには、電源
電圧VCCがMOSFETN11のしきい値電圧Vth
n分だけ低くされ、VCC−Vthnつまり例えば+
2.3Vの電位V12となって伝達される。このため、
論理回路部LCのインバータV1に代表されるCMOS
論理ゲートは、その動作電源の絶対値が圧縮されること
自体によってその動作速度が遅くされ、その動作電流が
低減されるとともに、MOSFETP1に代表されるP
チャンネルMOSFETの基板部及びソース間が逆バイ
アス状態となり、基板効果によりそのしきい値電圧が大
きくなって、動作電流がさらに低減される。
On the other hand, when the microcomputer is set to a low-speed operation state or a standby state and the internal voltage VP is set to a low potential such as the power supply voltage VCC, that is, +3.3 V, the MOSFET N11 is turned on in the power supply control unit VC1. However, the power supply voltage VCC is connected to the internal voltage supply line VCLP by the threshold voltage Vth of the MOSFET N11.
n minus VCC−Vthn, for example +
It is transmitted as a potential V12 of 2.3V. For this reason,
CMOS represented by the inverter V1 of the logic circuit section LC
The operation speed of the logic gate is reduced by the compression of the absolute value of the operation power supply itself, the operation current is reduced, and the logic gate P1 represented by MOSFET P1 is used.
A reverse bias state is established between the substrate and the source of the channel MOSFET, the threshold voltage increases due to the body effect, and the operating current is further reduced.

【0030】以上の説明から明らかなように、電源制御
部VC1のチャージポンプ回路CP1は、電源電圧VC
Cより若干高い電位の内部電圧VPを生成すればよく、
その回路構成は比較的簡素化される。また、チャージポ
ンプ回路CP1は、マイクロコンピュータがスタンバイ
状態とされるときそのチャージポンプ動作を停止し、動
作電流を必要としない。さらに、インバータV1に代表
されるCMOS論理ゲートのPチャンネルMOSFET
P1等には、その基板電圧として通常動作時の動作電源
たる電源電圧VCCをそのまま供給すればよく、そのゲ
ート基板間に不必要な高電圧が印加されることもない。
これらの結果、この実施例のマイクロコンピュータで
は、MOSFETの耐圧破壊を防止しつつ、スタンバイ
時の動作電流を低減でき、これによってマイクロコンピ
ュータのスタンバイ時における低消費電力化を図り、そ
の信頼性を高めることができるものとなる。
As is apparent from the above description, the charge pump circuit CP1 of the power supply control unit VC1 operates at the power supply voltage VC
What is necessary is just to generate the internal voltage VP of a potential slightly higher than C,
The circuit configuration is relatively simplified. The charge pump circuit CP1 stops its charge pump operation when the microcomputer is in a standby state, and does not require an operating current. Furthermore, a P-channel MOSFET of a CMOS logic gate represented by the inverter V1
The power supply voltage VCC, which is an operation power supply during normal operation, may be supplied to P1 and the like as it is, and an unnecessary high voltage is not applied between the gate substrates.
As a result, in the microcomputer of this embodiment, the operating current in the standby state can be reduced while preventing the breakdown voltage of the MOSFET, thereby reducing the power consumption of the microcomputer in the standby state and improving its reliability. Can be done.

【0031】なお、この実施例の電源制御部VC1を構
成するMOSFETN11は、前述のように、そのゲー
ト酸化膜の膜厚が比較的大きくなるように設計され、充
分な耐圧性を持つものとされる。したがって、この実施
例のマイクロコンピュータでは、論理回路部LCを構成
するPチャンネルMOSFETの耐圧性を気にすること
なく、電源電圧VCCの電位を比較的大きく変化させな
がらスタンバイ電流判定のためのいわゆるIddQ試験
を容易に実施することができ、これによってマイクロコ
ンピュータの信頼性を高めることができるものとなる。
As described above, the MOSFET N11 constituting the power supply controller VC1 of this embodiment is designed so that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has a sufficient withstand voltage. You. Therefore, in the microcomputer of this embodiment, the so-called IddQ for the standby current determination is performed while the potential of the power supply voltage VCC is changed relatively largely without regard to the withstand voltage of the P-channel MOSFET constituting the logic circuit portion LC. The test can be easily performed, thereby improving the reliability of the microcomputer.

【0032】図4には、図1のマイクロコンピュータの
電源制御部VC2及び論理回路部LCの第2の実施例の
回路図が示され、図5には、その一実施例の信号波形図
が示されている。なお、この実施例は、前記図2及び図
3の実施例を基本的に踏襲するものであるため、これと
異なる部分についてのみ説明を追加する。
FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the power supply control unit VC2 and the logic circuit unit LC of the microcomputer of FIG. 1, and FIG. 5 is a signal waveform diagram of one embodiment. It is shown. Note that this embodiment basically follows the embodiment of FIGS. 2 and 3, and therefore, a description will be added only for portions different from this.

【0033】図4において、この実施例の論理回路部L
Cは、インバータV1に代表されるCMOS論理ゲート
を基本素子として構成される。インバータV1の高電位
側電源ノードとなるMOSFETP1のソースは、前記
図2の実施例の場合と同様、内部電圧供給線VCLPに
結合され、その基板部となるバックゲートは、内部電圧
供給線VCBPに結合される。内部電圧供給線VCLP
には、図示されない他のCMOS論理ゲートの高電位側
電源ノードとなるPチャンネルMOSFETのソースが
共通結合され、内部電圧供給線VCBPには、これらの
PチャンネルMOSFETのバックゲートつまり基板部
が共通結合される。
In FIG. 4, the logic circuit section L of this embodiment is shown.
C is configured using a CMOS logic gate represented by the inverter V1 as a basic element. The source of the MOSFET P1 serving as the high-potential-side power supply node of the inverter V1 is coupled to the internal voltage supply line VCLP as in the case of the embodiment of FIG. 2, and the back gate serving as its substrate is connected to the internal voltage supply line VCBP. Be combined. Internal voltage supply line VCLP
, A source of a P-channel MOSFET serving as a high-potential-side power supply node of another CMOS logic gate (not shown) is commonly coupled, and a back gate of these P-channel MOSFETs, that is, a substrate is commonly coupled to an internal voltage supply line VCBP. Is done.

【0034】次に、電源制御部VC2は、電源電圧VC
Cと内部電圧供給線VCLPとの間に設けられるNチャ
ンネルMOSFETN21(第2のMOSFET)と、
電源電圧VCCと内部電圧供給線VCBPとの間に設け
られるPチャンネルMOSFETP21と、内部電圧供
給線VCLP及びVCBP間に設けられるPチャンネル
MOSFETP22とを含む。このうち、MOSFET
N21のゲートには、電源制御信号CVを受けるチャー
ジポンプ回路CP2からその出力たる内部電圧VPが供
給され、そのバックゲートつまり基板部は、接地電位V
SSに結合される。また、MOSFETP22のゲート
には、電源制御信号CVが供給され、MOSFETP2
1のゲートには、そのインバータV21による反転信号
が供給される。これらのMOSFETP21及びP22
の基板部には、電源電圧VCCが供給される。なお、M
OSFETN21は、そのゲート酸化膜の膜厚が比較的
大きくなるように設計され、充分な耐圧性を持つものと
される。
Next, the power supply control unit VC2 outputs the power supply voltage VC
An N-channel MOSFET N21 (second MOSFET) provided between C and the internal voltage supply line VCLP;
It includes a P-channel MOSFET P21 provided between the power supply voltage VCC and the internal voltage supply line VCBP, and a P-channel MOSFET P22 provided between the internal voltage supply lines VCLP and VCBP. Among them, MOSFET
The output of the internal voltage VP is supplied to the gate of N21 from the charge pump circuit CP2 receiving the power supply control signal CV.
Connected to SS. The power supply control signal CV is supplied to the gate of the MOSFET P22,
The inverted signal from the inverter V21 is supplied to one gate. These MOSFETs P21 and P22
Is supplied with a power supply voltage VCC. Note that M
The OSFET N21 is designed such that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has a sufficient withstand voltage.

【0035】電源制御部VC2のチャージポンプ回路C
P2は、マイクロコンピュータが通常の動作状態とさ
れ、電源制御信号CVがロウレベルとされることで選択
的に動作状態とされる。この動作状態において、チャー
ジポンプ回路CP2は、電源電圧VCCをもとに内部電
圧VPを生成し、MOSFETN21のゲートに供給す
る。このとき、内部電圧VPの電位は、図5に示される
ように、電源電圧VCCより高く、電源電圧VCCにM
OSFETN21のしきい値電圧Vthnを加えた電位
より低い例えば+4.0Vのような電位V21とされ
る。
Charge pump circuit C of power supply control unit VC2
At P2, the microcomputer is set to a normal operation state, and is selectively set to an operation state when the power supply control signal CV is set to a low level. In this operation state, the charge pump circuit CP2 generates the internal voltage VP based on the power supply voltage VCC and supplies the internal voltage VP to the gate of the MOSFET N21. At this time, the potential of the internal voltage VP is higher than the power supply voltage VCC as shown in FIG.
The potential V21 is lower than the potential obtained by adding the threshold voltage Vthn of the OSFET N21, for example, + 4.0V.

【0036】マイクロコンピュータが通常の動作状態と
され、内部電圧VPが+4.0Vのような電位V21と
されるとき、電源制御部VC2では、MOSFETN2
1がオン状態となる。しかし、上記のように、内部電圧
VPの電位V21が電源電圧VCCの電位にMOSFE
TN21のしきい値電圧Vthnを加えた電位より低い
電位とされることで、内部電圧供給線VCLPには、内
部電圧VPよりMOSFETN21のしきい値電圧Vt
hn分だけ低いV21−Vthn、つまり例えば+3.
0Vのような電位V23が伝達される。
When the microcomputer is set to the normal operation state and the internal voltage VP is set to the potential V21 such as +4.0 V, the power supply control unit VC2 sets the MOSFET N2
1 is turned on. However, as described above, the potential V21 of the internal voltage VP is changed to the potential of the power supply voltage VCC by the MOSFET.
Since the potential is lower than the potential obtained by adding the threshold voltage Vthn of the TN21, the internal voltage supply line VCLP has a threshold voltage Vt of the MOSFET N21 higher than the internal voltage VP.
hn lower than V21−Vthn, that is, for example, +3.
A potential V23 such as 0 V is transmitted.

【0037】このとき、電源制御部VC2では、さらに
MOSFETP22が電源制御信号CVのロウレベルを
受けてオン状態となり、MOSFETP21はオフ状態
となって、内部電圧供給線VCBPには内部電圧供給線
VCLPと同じ+3.0Vのような電位V23が伝達さ
れる。このため、論理回路部LCのインバータV1のM
OSFETP1は、その基板電位とソース電位が同電位
となり、比較的高速に動作しうるものとなる。このこと
は、その高電位側電源ノードが内部電圧供給線VCLP
に共通結合され、PチャンネルMOSFETの基板部が
内部電圧供給線VCBPに共通結合される他のCMOS
論理ゲートでも同様であり、これによってマイクロコン
ピュータの通常動作時の高速性が確保される。
At this time, in the power supply control section VC2, the MOSFET P22 is turned on in response to the low level of the power control signal CV, and the MOSFET P21 is turned off. A potential V23 such as +3.0 V is transmitted. For this reason, M of the inverter V1 of the logic circuit portion LC
The OSFET P1 has the same substrate potential and source potential, and can operate at a relatively high speed. This means that the high potential side power supply node is connected to the internal voltage supply line VCLP.
, And a substrate portion of the P-channel MOSFET is commonly coupled to the internal voltage supply line VCBP.
The same applies to logic gates, which ensures high speed during normal operation of the microcomputer.

【0038】一方、マイクロコンピュータが低速動作状
態あるいはスタンバイ状態とされ、内部電圧VPが電源
電圧VCCつまり+3.3Vのような比較的低電位とさ
れると、電源制御部VC2では、MOSFETN21が
オン状態とはなるものの、内部電圧供給線VCLPに
は、電源電圧VCCがMOSFETN21のしきい値電
圧Vthn分だけ低くされ、VCC−Vthnつまり例
えば+2.3Vのような電位V22となって伝達され
る。このとき、電源制御部VC2では、MOSFETP
22が電源制御信号CVのハイレベルを受けてオフ状態
となり、MOSFETP21がオン状態となって、内部
電圧供給線VCBPには、電源電圧VCCがそのまま伝
達される。これにより、論理回路部LCのインバータV
1に代表されるCMOS論理ゲートは、その動作電源の
絶対値が圧縮されること自体によってその動作速度が遅
くされ、その動作電流が低減されるとともに、MOSF
ETP1に代表されるPチャンネルMOSFETの基板
部及びソース間が逆バイアス状態となり、基板効果によ
りそのしきい値電圧が大きくなって、動作電流がさらに
低減される。
On the other hand, when the microcomputer is set to a low-speed operation state or a standby state and the internal voltage VP is set to a relatively low potential such as the power supply voltage VCC, that is, +3.3 V, in the power supply control unit VC2, the MOSFET N21 is turned on. However, the power supply voltage VCC is lowered to the internal voltage supply line VCLP by the threshold voltage Vthn of the MOSFET N21, and transmitted as VCC-Vthn, that is, a potential V22 such as + 2.3V. At this time, in the power control unit VC2, the MOSFET P
22 is turned off in response to the high level of the power supply control signal CV, the MOSFET P21 is turned on, and the power supply voltage VCC is transmitted to the internal voltage supply line VCBP as it is. Thereby, the inverter V of the logic circuit portion LC
The operation speed of the CMOS logic gate represented by 1 is reduced by compressing the absolute value of the operation power supply itself, the operation current is reduced, and the MOSF
A reverse bias state is applied between the substrate and the source of the P-channel MOSFET represented by ETP1, and the threshold voltage increases due to the body effect, thereby further reducing the operating current.

【0039】以上の説明から明らかなように、この実施
例の場合も、前記図2及び図3の実施例と同様な作用効
果を得ることができ、マイクロコンピュータの待機時に
おける低消費電力化を図り、その信頼性を高めることが
できるとともに、スタンバイ電流判定のためのIddQ
試験を容易に実施することができ、これによってマイク
ロコンピュータの信頼性を高めることができる。
As is apparent from the above description, in this embodiment, the same operation and effect as those of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained, and low power consumption during standby of the microcomputer can be achieved. IddQ for standby current determination
The test can be easily performed, thereby increasing the reliability of the microcomputer.

【0040】さらに、この実施例では、上記のように、
マイクロコンピュータが通常の動作状態とされるとき、
電源制御部VC2のMOSFETN21のゲートに供給
される内部電圧VPの電位21が、電源電圧VCCより
高く、電源電圧VCCにMOSFETN21のしきい値
電圧Vthnを加えた電位より低い例えば+4.0Vと
され、内部電圧供給線VCLPを介して論理回路部LC
のCMOS論理ゲートの高電位側電源ノードに供給され
る高電位側動作電源の電位は、これよりMOSFETN
21のしきい値電圧Vthnだけ低い例えば+3.0V
とされる。このため、電源電圧VCCの電位が例えば+
3.6V程度に変動した場合でも、論理回路部LCのC
MOS論理ゲートの高電位側電源ノードに供給される高
電位側動作電源の電位を+3.0Vに固定することがで
き、これによってマイクロコンピュータの動作を安定化
することができる。また、内部電圧供給線VCLPつま
り論理回路部LCのCMOS論理ゲートの高電位側電源
ノードと電源電圧VCCとの間にMOSFETN21が
設けられることで、逆に高電位側電源ノードの電位変動
が電源電圧VCCに伝達されるのを防止することがで
き、これによって電源電圧VCCの電位変動を抑制し、
マイクロコンピュータひいてはこれを含むシステムの動
作をさらに安定化することができるものとなる。
Further, in this embodiment, as described above,
When the microcomputer is in normal operation,
The potential 21 of the internal voltage VP supplied to the gate of the MOSFET N21 of the power supply control unit VC2 is, for example, +4.0 V higher than the power supply voltage VCC and lower than the potential obtained by adding the threshold voltage Vthn of the MOSFET N21 to the power supply voltage VCC; Logic circuit section LC via internal voltage supply line VCLP
Of the high-potential-side operation power supply supplied to the high-potential-side power supply node of the CMOS logic gate
For example, +3.0 V lower by the threshold voltage Vthn of 21
It is said. Therefore, the potential of the power supply voltage VCC is, for example, +
Even when the voltage fluctuates to about 3.6 V, C
The potential of the high-potential-side operation power supply supplied to the high-potential-side power supply node of the MOS logic gate can be fixed at +3.0 V, whereby the operation of the microcomputer can be stabilized. In addition, since MOSFET N21 is provided between internal voltage supply line VCLP, that is, the high-potential power supply node of the CMOS logic gate of logic circuit portion LC and power supply voltage VCC, conversely, the potential fluctuation of the high-potential power supply node is reduced by the power supply voltage. It can be prevented from being transmitted to VCC, thereby suppressing the potential fluctuation of the power supply voltage VCC,
The operation of the microcomputer and thus the system including the microcomputer can be further stabilized.

【0041】図6には、図1のマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部VC3及び論理回路部LCの第3の
実施例の回路図が示されている。なお、この実施例の電
源制御部VC3及び論理回路部LCは、前記図2の実施
例を基本的に踏襲するものであるため、これと異なる部
分についてのみ説明を追加する。
FIG. 6 is a circuit diagram of a third embodiment of the power supply control unit VC3 and the logic circuit unit LC included in the microcomputer of FIG. Note that the power supply control unit VC3 and the logic circuit unit LC of this embodiment basically follow the embodiment of FIG. 2, and therefore, a description will be added only for parts different from this.

【0042】図6において、この実施例の論理回路部L
Cは、インバータV1に代表されるCMOS論理ゲート
を基本素子として構成される。インバータV1の高電位
側電源ノードとなるMOSFETP1のソースは、直接
電源電圧VCCに結合され、インバータV1の低電位側
電源ノードとなるNチャンネルMOSFETN1(第3
のMOSFET)のソースは、内部電圧供給線VCLS
に結合される。MOSFETN1のバックゲートつまり
基板部には、接地電位VSSが供給される。内部電圧供
給線VCLSには、図示されない他のCMOS論理ゲー
トの低電位側電源ノードとなるNチャンネルMOSFE
Tのソースが共通結合される。
In FIG. 6, the logic circuit section L of this embodiment is shown.
C is configured using a CMOS logic gate represented by the inverter V1 as a basic element. The source of the MOSFET P1 serving as the high-potential power supply node of the inverter V1 is directly coupled to the power supply voltage VCC, and the N-channel MOSFET N1 (the third power supply node) serves as the low-potential power supply node of the inverter V1.
MOSFET) is connected to the internal voltage supply line VCLS.
Is combined with The ground potential VSS is supplied to the back gate of the MOSFET N1, that is, the substrate portion. The internal voltage supply line VCLS is connected to an N-channel MOSFE serving as a low-potential power supply node of another CMOS logic gate (not shown).
The sources of T are commonly coupled.

【0043】次に、電源制御部VC3は、内部電圧供給
線VCLSつまりMOSFETN1のソースと接地電位
供給点つまり接地電位VSSとの間に設けられるPチャ
ンネルMOSFETP31(第4のMOSFET)を含
む。このMOSFETP31のゲートには、チャージポ
ンプ回路CP3からその出力たる内部電圧VMが供給さ
れ、その基板部は、電源電圧VCCに結合される。チャ
ージポンプ回路CP3には、電源制御信号CVが供給さ
れる。なお、MOSFETP31は、そのゲート酸化膜
の膜厚が比較的大きくなるように設計され、充分な耐圧
性を持つものとされる。また、電源制御信号CVは、前
述のように、マイクロコンピュータが通常の動作状態と
されるとき接地電位VSSのようなロウレベルとされ、
スタンバイ状態とされるとき電源電圧VCCのようなハ
イレベルとされる。
Next, the power supply controller VC3 includes a P-channel MOSFET P31 (fourth MOSFET) provided between the internal voltage supply line VCLS, that is, the source of the MOSFET N1, and the ground potential supply point, that is, the ground potential VSS. The gate of the MOSFET P31 is supplied with the internal voltage VM as its output from the charge pump circuit CP3, and its substrate is coupled to the power supply voltage VCC. The power supply control signal CV is supplied to the charge pump circuit CP3. The MOSFET P31 is designed so that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has a sufficient withstand voltage. Further, as described above, the power control signal CV is set to a low level such as the ground potential VSS when the microcomputer is in a normal operation state,
When in the standby state, it is at a high level like the power supply voltage VCC.

【0044】電源制御部VC3のチャージポンプ回路C
P3は、マイクロコンピュータが通常の動作状態とさ
れ、電源制御信号CVがロウレベルとされることで選択
的に動作状態とされる。この動作状態において、チャー
ジポンプ回路CP3は、電源電圧VCCをもとに所定の
内部電圧VMを生成し、MOSFETP31のゲートに
供給する。このとき、内部電圧VMの電位は、図6に併
記されるように、MOSFETP31のしきい値電圧を
Vthpとするとき、VSS−Vthp(Vthpは絶
対値とする)より低い例えば−2Vのような負電位(第
3の電位)とされる。
Charge pump circuit C of power supply control section VC3
At P3, the microcomputer is set to a normal operation state, and is selectively set to an operation state when the power supply control signal CV is set to a low level. In this operation state, the charge pump circuit CP3 generates a predetermined internal voltage VM based on the power supply voltage VCC, and supplies it to the gate of the MOSFET P31. At this time, as shown in FIG. 6, when the threshold voltage of the MOSFET P31 is Vthp, the potential of the internal voltage VM is lower than VSS−Vthp (Vthp is an absolute value), for example, −2V. It is set to a negative potential (third potential).

【0045】なお、マイクロコンピュータがスタンバイ
状態とされ電源制御信号CVがハイレベルとされると
き、チャージポンプ回路CP3はそのチャージポンプ動
作を停止し、内部電圧VPは、接地電位VSSと同電位
つまり0Vとされる。このスタンバイ時における内部電
圧VMの電位は、例えば電源電圧VCCと同極性とされ
その絶対値が小さな正電位(第4の電位)としてよい。
When the microcomputer is in the standby state and the power supply control signal CV is at the high level, the charge pump circuit CP3 stops its charge pump operation, and the internal voltage VP becomes the same potential as the ground potential VSS, that is, 0V. It is said. The potential of the internal voltage VM during the standby may be, for example, a positive potential (fourth potential) having the same polarity as the power supply voltage VCC and having a small absolute value.

【0046】マイクロコンピュータが通常の動作状態と
され、内部電圧VPが−2Vのような負電位とされると
き、電源制御部VC3では、MOSFETP31が完全
なオン状態となり、内部電圧供給線VCLSには、接地
電位VSSがMOSFETP31のしきい値電圧の影響
を受けることなくそのまま伝達される。このため、論理
回路部LCのインバータV1のMOSFETN1は、そ
の基板電位とソース電位が同電位となり、比較的高速に
動作しうるものとなる。このことは、その低電位側電源
ノードが内部電圧供給線VCLSに共通結合される他の
CMOS論理ゲートの場合も同様であり、これによって
論理回路部LCひいてはこれを含むマイクロコンピュー
タの通常動作時の高速性が確保される。
When the microcomputer is set to a normal operation state and the internal voltage VP is set to a negative potential such as -2 V, in the power supply control unit VC3, the MOSFET P31 is completely turned on, and the internal voltage supply line VCLS is , The ground potential VSS is transmitted as it is without being affected by the threshold voltage of MOSFET P31. Therefore, the MOSFET N1 of the inverter V1 of the logic circuit portion LC has the same substrate potential and source potential, and can operate at a relatively high speed. The same applies to the case of another CMOS logic gate whose low potential side power supply node is commonly coupled to the internal voltage supply line VCLS, whereby the logic circuit portion LC and thus the microcomputer including the same during normal operation are provided. High speed is ensured.

【0047】一方、マイクロコンピュータが低速動作状
態あるいはスタンバイ状態とされ、内部電圧VPが接地
電位VSSつまり0Vとされるとき、電源制御部VC3
ではMOSFETP31がオン状態とはなるものの、内
部電圧供給線VCLSには、接地電位VSSがMOSF
ETP31のしきい値電圧Vthp分だけ高くされ、V
SS+Vthpつまり例えば+1.0Vとなって伝達さ
れる。このため、論理回路部LCのインバータV1に代
表されるCMOS論理ゲートは、その動作電源の絶対値
が圧縮されること自体によりその動作速度が遅くされ、
その動作電流が低減されるとともに、MOSFETN1
に代表されるNチャンネルMOSFETの基板部及びソ
ース間が逆バイアス状態となり、基板効果によりそのし
きい値電圧が大きくなって、各CMOS論理ゲートの動
作電流がさらに低減される。
On the other hand, when the microcomputer is set to the low-speed operation state or the standby state and the internal voltage VP is set to the ground potential VSS, that is, 0 V, the power supply control unit VC3
In this case, although the MOSFET P31 is turned on, the ground potential VSS is applied to the internal voltage supply line VCLS.
The voltage is increased by the threshold voltage Vthp of ETP31, and
The power is transmitted as SS + Vthp, that is, for example, +1.0 V. For this reason, the operation speed of the CMOS logic gate represented by the inverter V1 of the logic circuit portion LC is reduced by compressing the absolute value of the operation power supply itself,
The operating current is reduced and the MOSFET N1
, A reverse bias state is applied between the substrate and the source of the N-channel MOSFET, the threshold voltage increases due to the body effect, and the operating current of each CMOS logic gate is further reduced.

【0048】以上の結果、この実施例の場合も、前記図
2及び図3の実施例と同様な作用効果を得ることがで
き、これによってマイクロコンピュータの待機時におけ
る低消費電力化を図り、その信頼性を高めることができ
るとともに、スタンバイ電流判定のためのIddQ試験
を容易に実施することができ、これによってマイクロコ
ンピュータの信頼性を高めることができる。
As a result, also in this embodiment, the same operation and effect as those of the embodiments of FIGS. 2 and 3 can be obtained, whereby the power consumption of the microcomputer at the time of standby can be reduced. The reliability can be improved, and the IddQ test for determining the standby current can be easily performed, whereby the reliability of the microcomputer can be improved.

【0049】図7には、図1のマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部VC4及び論理回路部LCの第4の
実施例の回路図が示されている。なお、この実施例の電
源制御部VC4及び論理回路部LCは、前記図6の実施
例を基本的に踏襲するものであるため、これと異なる部
分についてのみ説明を追加する。
FIG. 7 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the power supply control unit VC4 and the logic circuit unit LC included in the microcomputer of FIG. Since the power supply control section VC4 and the logic circuit section LC of this embodiment basically follow the embodiment shown in FIG. 6, only the different parts will be described.

【0050】図7において、この実施例の論理回路部L
Cは、インバータV1に代表されるCMOS論理ゲート
を基本素子として構成される。インバータV1の高電位
側電源ノードとなるPチャンネルMOSFETP1のソ
ースは、直接電源電圧VCCに結合される。また、イン
バータV1の低電位側電源ノードとなるNチャンネルM
OSFETN1(第3のMOSFET)のソースは、内
部電圧供給線VCLSに結合され、そのバックゲートつ
まり基板部は、内部電圧供給線VCBNに結合される。
内部電圧供給線VCLSには、図示されない他のCMO
S論理ゲートの低電位側電源ノードとなるNチャンネル
MOSFETのソースが共通結合され、内部電圧供給線
VCBNには、その基板部が共通結合される。
In FIG. 7, the logic circuit section L of this embodiment is shown.
C is configured using a CMOS logic gate represented by the inverter V1 as a basic element. The source of P-channel MOSFET P1, which is the high-potential power supply node of inverter V1, is directly coupled to power supply voltage VCC. Further, an N-channel M serving as a low potential side power supply node of the inverter V1
The source of the OSFET N1 (third MOSFET) is coupled to the internal voltage supply line VCLS, and its back gate or substrate is coupled to the internal voltage supply line VCBN.
Another CMO (not shown) is connected to the internal voltage supply line VCLS.
The sources of the N-channel MOSFETs serving as the low-potential-side power supply nodes of the S logic gates are commonly coupled, and the substrate portion is commonly coupled to the internal voltage supply line VCBN.

【0051】次に、電源制御部VC4は、内部電圧供給
線VCLSと接地電位VSSとの間に設けられるPチャ
ンネルMOSFETP41(第4のMOSFET)と、
内部電圧供給線VCBNと接地電位VSSとの間に設け
られるNチャンネルMOSFETN41と、内部電圧供
給線VCLS及びVCBN間に設けられるNチャンネル
MOSFETN42とを含む。このうち、MOSFET
P41のゲートには、電源制御信号CVを受けるチャー
ジポンプ回路CP4からその出力たる内部電圧VMが供
給され、そのバックゲートつまり基板部は、電源電圧V
CCに結合される。また、MOSFETN41のゲート
には、電源制御信号CVが供給され、MOSFETN4
2のゲートには、そのインバータV41による反転信号
が供給される。これらのMOSFETN41及びN42
の基板部には、接地電位VSSが供給される。なお、M
OSFETP41は、そのゲート酸化膜の膜厚が比較的
大きくなるように設計され、充分な耐圧性を持つものと
される。
Next, the power control unit VC4 includes a P-channel MOSFET P41 (fourth MOSFET) provided between the internal voltage supply line VCLS and the ground potential VSS,
An N-channel MOSFET N41 provided between the internal voltage supply line VCBN and the ground potential VSS, and an N-channel MOSFET N42 provided between the internal voltage supply lines VCLS and VCBN are included. Among them, MOSFET
The output of the internal voltage VM is supplied to the gate of P41 from the charge pump circuit CP4 that receives the power supply control signal CV.
Connected to CC. The power supply control signal CV is supplied to the gate of the MOSFET N41.
The inverted signal from the inverter V41 is supplied to the gate of No. 2. These MOSFETs N41 and N42
Is supplied with the ground potential VSS. Note that M
The OSFET P41 is designed so that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has sufficient withstand voltage.

【0052】電源制御部VC4のチャージポンプ回路C
P4は、マイクロコンピュータが通常の動作状態とさ
れ、電源制御信号CVがロウレベルとされることで選択
的に動作状態とされる。この動作状態において、チャー
ジポンプ回路CP4は、電源電圧VCCをもとに内部電
圧VMを生成し、MOSFETP41のゲートに供給す
る。このとき、内部電圧VMの電位は、図7に併記され
るように、接地電位VSSより低く、接地電位VSSか
らMOSFETP41のしきい値電圧Vthpを差し引
いた電位よりは高い例えば−0.7Vのような負電位と
される。
Charge pump circuit C of power supply control unit VC4
At P4, the microcomputer is set to a normal operation state, and is selectively set to an operation state when the power supply control signal CV is set to a low level. In this operation state, the charge pump circuit CP4 generates the internal voltage VM based on the power supply voltage VCC and supplies the internal voltage VM to the gate of the MOSFET P41. At this time, as shown in FIG. 7, the potential of the internal voltage VM is lower than the ground potential VSS and higher than a potential obtained by subtracting the threshold voltage Vthp of the MOSFET P41 from the ground potential VSS, such as -0.7 V. Negative potential.

【0053】マイクロコンピュータが通常の動作状態と
され、内部電圧VMが−0.7Vのような負電位とされ
るとき、電源制御部VC4では、MOSFETP41が
オン状態となる。しかし、上記のように、内部電圧VM
の電位が接地電位VSSからMOSFETP41のしき
い値電圧Vthpを差し引いた電位より高い電位とされ
ることで、内部電圧供給線VCLSには、内部電圧VM
よりMOSFETP31のしきい値電圧Vthp分だけ
高い例えば+0.3Vのような電位が伝達される。この
とき、電源制御部VC4では、さらにMOSFETN4
2が電源制御信号CVのロウレベルを受けてオン状態と
なり、MOSFETN41はオフ状態となって、内部電
圧供給線VCBNには、内部電圧供給線VCLSと同じ
例えば+0.3Vが伝達される。このため、論理回路部
LCのインバータV1のMOSFETN1は、その基板
電位とソース電位が同電位となり、比較的高速に動作し
うるものとなる。このことは、その低電位側電源ノード
が内部電圧供給線VCLSに共通結合され、Nチャンネ
ルMOSFETの基板部が内部電圧供給線VCBNに共
通結合される他のCMOS論理ゲートでも同様であり、
これによってマイクロコンピュータの通常動作時の高速
性が確保される。
When the microcomputer is set to a normal operation state and the internal voltage VM is set to a negative potential such as -0.7 V, the MOSFET P41 is turned on in the power supply control section VC4. However, as described above, the internal voltage VM
Is higher than the potential obtained by subtracting the threshold voltage Vthp of the MOSFET P41 from the ground potential VSS, the internal voltage supply line VCLS is connected to the internal voltage VMS.
A potential such as +0.3 V higher than the threshold voltage Vthp of MOSFET P31 is transmitted. At this time, the power supply control unit VC4 further includes a MOSFET N4
2 is turned on in response to the low level of the power supply control signal CV, the MOSFET N41 is turned off, and the same voltage as that of the internal voltage supply line VCLS, for example, +0.3 V is transmitted to the internal voltage supply line VCBN. Therefore, the MOSFET N1 of the inverter V1 of the logic circuit portion LC has the same substrate potential and source potential, and can operate at a relatively high speed. The same applies to other CMOS logic gates whose low-potential-side power supply nodes are commonly coupled to the internal voltage supply line VCLS and whose N-channel MOSFET substrate is commonly coupled to the internal voltage supply line VCBN.
As a result, high speed operation during normal operation of the microcomputer is ensured.

【0054】一方、マイクロコンピュータがスタンバイ
状態とされ、内部電圧VMが接地電位VSSつまり0V
とされると、電源制御部VC4では、MOSFETP4
1がオン状態とはなるものの、内部電圧供給線VCLS
には、接地電位VSSがMOSFETP41のしきい値
電圧Vthp分だけ高くされ、VSS+Vthpつまり
例えば+1.0Vのような電位V22となって伝達され
る。このとき、電源制御部VC4では、MOSFETN
42が電源制御信号CVのハイレベルを受けてオフ状態
となり、MOSFETN41がオン状態となって、内部
電圧供給線VCBNには、接地電位VSSがそのまま伝
達される。これにより、論理回路部LCのインバータV
1に代表されるCMOS論理ゲートは、その動作電源の
絶対値が圧縮されること自体によってその動作速度が遅
くされ、その動作電流が低減されるとともに、MOSF
ETN1に代表されるNチャンネルMOSFETの基板
部及びソース間が逆バイアス状態となり、基板効果によ
りそのしきい値電圧が大きくなって、CMOS論理ゲー
トの動作電流がさらに低減される。
On the other hand, the microcomputer is set to the standby state, and the internal voltage VM is set to the ground potential VSS, that is, 0V.
In the power control unit VC4, the MOSFET P4
1 is turned on, but the internal voltage supply line VCLS
, The ground potential VSS is raised by the threshold voltage Vthp of the MOSFET P41, and transmitted as VSS + Vthp, that is, a potential V22 such as +1.0 V, for example. At this time, in the power supply control unit VC4, the MOSFET N
42 is turned off in response to the high level of the power supply control signal CV, the MOSFET N41 is turned on, and the ground potential VSS is transmitted to the internal voltage supply line VCBN as it is. Thereby, the inverter V of the logic circuit portion LC
The operation speed of the CMOS logic gate represented by 1 is reduced by compressing the absolute value of the operation power supply itself, the operation current is reduced, and the MOSF
A reverse bias state is established between the substrate and the source of the N-channel MOSFET represented by ETN1, the threshold voltage increases due to the body effect, and the operating current of the CMOS logic gate is further reduced.

【0055】以上の結果、この実施例の場合も、前記図
6の実施例と同様な作用効果を得ることができ、これに
よってマイクロコンピュータの待機時における低消費電
力化を図り、その信頼性を高めることができるととも
に、スタンバイ電流判定のためのIddQ試験を容易に
実施することができ、これによってマイクロコンピュー
タの信頼性を高めることができる。
As a result, in this embodiment, the same operation and effect as those of the embodiment of FIG. 6 can be obtained, whereby the power consumption of the microcomputer during standby can be reduced, and its reliability can be improved. In addition, the IddQ test for determining the standby current can be easily performed, thereby improving the reliability of the microcomputer.

【0056】さらに、この実施例では、上記のように、
マイクロコンピュータが通常の動作状態とされるとき、
電源制御部VC4のMOSFETP41のゲートに供給
される内部電圧VMの電位が、接地電位VSSより低
く、接地電位VSSからMOSFETP41のしきい値
電圧Vthpを差し引いた電位より高い例えば−0.7
Vとされ、内部電圧供給線VCLSを介して論理回路部
LCのCMOS論理ゲートの低電位側電源ノードに供給
される低電位側動作電源の電位は、これよりMOSFE
TP41のしきい値電圧Vthpだけ低い例えば+0.
3Vとされる。このため、接地電位VSSの電位が変動
した場合でも、論理回路部LCのCMOS論理ゲートの
低電位側電源ノードに供給される低電位側動作電源の電
位を+0.3Vに固定することができ、これによってマ
イクロコンピュータの動作を安定化することができる。
また、内部電圧供給線VCLSつまり論理回路部LCの
CMOS論理ゲートの低電位側電源ノードと接地電位V
SSとの間にMOSFETP41が設けられることで、
逆に低電位側電源ノードの電位変動が接地電位VSSに
伝達されるのを防止することができ、これによって外部
供給される接地電位VSSの電位変動をさらに抑制し、
マイクロコンピュータひいてはこれを含むシステムの動
作をさらに安定化することができるものとなる。
Further, in this embodiment, as described above,
When the microcomputer is in normal operation,
The potential of the internal voltage VM supplied to the gate of the MOSFET P41 of the power supply control unit VC4 is lower than the ground potential VSS and higher than a potential obtained by subtracting the threshold voltage Vthp of the MOSFET P41 from the ground potential VSS, for example, -0.7.
V, and the potential of the low-potential-side operation power supply supplied to the low-potential power supply node of the CMOS logic gate of the logic circuit portion LC via the internal voltage supply line VCLS is
TP41 lower by threshold voltage Vthp, for example, +0.
3V. Therefore, even when the potential of the ground potential VSS fluctuates, the potential of the low-potential-side operation power supply supplied to the low-potential power supply node of the CMOS logic gate of the logic circuit portion LC can be fixed at +0.3 V. Thereby, the operation of the microcomputer can be stabilized.
Also, the internal voltage supply line VCLS, that is, the low potential side power supply node of the CMOS logic gate of the logic circuit portion LC and the ground potential V
By providing the MOSFET P41 between SS and SS,
Conversely, it is possible to prevent the potential fluctuation of the low potential side power supply node from being transmitted to the ground potential VSS, thereby further suppressing the potential fluctuation of the externally supplied ground potential VSS,
The operation of the microcomputer and thus the system including the microcomputer can be further stabilized.

【0057】図8には、図1のマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部VC51及びVC52ならびに論理
回路部LCの第5の実施例の回路図が示されている。な
お、この実施例は、前記図2及び図6の実施例を併合し
たものに相当するため、これらの実施例と異なる部分に
ついてのみ説明を追加する。
FIG. 8 is a circuit diagram of a fifth embodiment of the power supply control units VC51 and VC52 and the logic circuit unit LC included in the microcomputer of FIG. Note that this embodiment corresponds to a combination of the embodiments of FIGS. 2 and 6, and therefore, a description will be added only for parts different from these embodiments.

【0058】図8において、この実施例の論理回路部L
Cは、インバータV1に代表されるCMOS論理ゲート
を基本素子として構成される。インバータV1の高電位
側電源ノードとなるPチャンネルMOSFETP1(第
1のMOSFET)のソースは、内部電圧供給線VCL
Pに結合され、そのバックゲートつまり基板部には、電
源電圧VCCが供給される。また、インバータV1の低
電位側電源ノードとなるNチャンネルMOSFETN1
(第3のMOSFET)のソースは、内部電圧供給線V
CLSに結合され、その基板部には、接地電位VSSが
供給される。内部電圧供給線VCLPには、論理回路部
LCの図示されない他のCMOS論理ゲートの高電位側
電源ノードとなるPチャンネルMOSFETのソースが
共通結合され、内部電圧供給線VCLSには、その低電
位側電源ノードとなるNチャンネルMOSFETのソー
スが共通結合される。
In FIG. 8, the logic circuit section L of this embodiment is shown.
C is configured using a CMOS logic gate represented by the inverter V1 as a basic element. The source of a P-channel MOSFET P1 (first MOSFET) serving as a high-potential power supply node of the inverter V1 is connected to an internal voltage supply line VCL.
The power supply voltage VCC is supplied to its back gate, that is, the substrate portion. An N-channel MOSFET N1 serving as a low potential side power supply node of the inverter V1
The source of the (third MOSFET) is the internal voltage supply line V
The ground potential VSS is supplied to the substrate of the CLS. A source of a P-channel MOSFET serving as a high-potential power supply node of another CMOS logic gate (not shown) of the logic circuit portion LC is commonly coupled to the internal voltage supply line VCLP, and a low-potential side is connected to the internal voltage supply line VCLS. Sources of N-channel MOSFETs serving as power supply nodes are commonly coupled.

【0059】次に、電源制御部VC51は、電源電圧V
CC及び内部電圧供給線VCLP間に設けられるNチャ
ンネルMOSFETN51(第2のMOSFET)を含
む。このMOSFETN51のゲートには、チャージポ
ンプ回路CP51からその出力たる内部電圧VPが供給
され、その基板部は、接地電位VSSに結合される。な
お、MOSFETN51は、そのゲート酸化膜の膜厚が
比較的大きくなるように設計され、充分な耐圧性を持つ
ものとされる。
Next, the power supply controller VC51 outputs the power supply voltage V
An N-channel MOSFET N51 (second MOSFET) provided between CC and the internal voltage supply line VCLP is included. The gate of the MOSFET N51 is supplied with the output of the internal voltage VP from the charge pump circuit CP51, and its substrate is coupled to the ground potential VSS. The MOSFET N51 is designed so that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has sufficient withstand voltage.

【0060】同様に、電源制御部VC52は、内部電圧
供給線VCLSと接地電位VSSとの間に設けられるP
チャンネルMOSFETP51(第4のMOSFET)
を含む。このMOSFETP51のゲートには、チャー
ジポンプ回路CP52からその出力たる内部電圧VMが
供給され、その基板部は、電源電圧VCCに結合され
る。なお、MOSFETP51は、そのゲート酸化膜の
膜厚が比較的大きくなるように設計され、充分な耐圧性
を持つものとされる。
Similarly, power supply control unit VC52 is provided between internal voltage supply line VCLS and ground potential VSS.
Channel MOSFET P51 (fourth MOSFET)
including. The gate of the MOSFET P51 is supplied with the internal voltage VM output from the charge pump circuit CP52, and its substrate is coupled to the power supply voltage VCC. The MOSFET P51 is designed so that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has a sufficient withstand voltage.

【0061】電源制御部VC51及びVC52のチャー
ジポンプ回路CP51及びCP52はポンプ容量を含
み、マイクロコンピュータが通常の動作状態とされ電源
制御信号CVがロウレベルとされることで選択的に動作
状態とされる。この動作状態において、チャージポンプ
回路CP51及びCP52は、電源電圧VCCをもとに
所定の内部電圧VP及びVMをそれぞれ生成し、MOS
FETN51又はP51のゲートにそれぞれ供給する。
このとき、内部電圧VPの電位は、図8に併記されるよ
うに、その絶対値VPがVCC+Vthnより大きな例
えば+5Vのような高電位とされ、内部電圧VMの電位
は、接地電位VSSからMOSFETP51のしきい値
電圧Vthpを差し引いた電位VSS−Vthpより低
い例えば−2.0Vのような負電位とされる。なお、マ
イクロコンピュータがスタンバイ状態とされ電源制御信
号CVがハイレベルとされるとき、チャージポンプ回路
CP51及びCP52はチャージポンプ動作を停止し、
内部電圧VP及びVMはそれぞれ電源電圧VCC又は接
地電位VSSと同電位とされる。
The charge pump circuits CP51 and CP52 of the power supply control units VC51 and VC52 each include a pump capacitor, and are selectively activated when the microcomputer is in a normal operation state and the power supply control signal CV is at a low level. . In this operation state, the charge pump circuits CP51 and CP52 generate predetermined internal voltages VP and VM based on the power supply voltage VCC, respectively.
It is supplied to the gate of the FET N51 or P51, respectively.
At this time, as shown in FIG. 8, the potential of the internal voltage VP is set to a high potential such as +5 V whose absolute value VP is larger than VCC + Vthn, and the potential of the internal voltage VM is changed from the ground potential VSS to the potential of the MOSFET P51. For example, a negative potential such as −2.0 V lower than the potential VSS−Vthp obtained by subtracting the threshold voltage Vthp. When the microcomputer is in the standby state and the power supply control signal CV is at the high level, the charge pump circuits CP51 and CP52 stop the charge pump operation, and
The internal voltages VP and VM are set to the same potential as the power supply voltage VCC or the ground potential VSS, respectively.

【0062】マイクロコンピュータが通常の動作状態と
され、内部電圧VPが+5Vのような高電位とされ内部
電圧VMが−2.0Vのような負電位とされるとき、電
源制御部VC51では、MOSFETN51が完全なオ
ン状態となり、内部電圧供給線VCLPには、電源電圧
VCCがMOSFETN51のしきい値電圧の影響を受
けることなくそのまま伝達される。また、電源制御部V
C52では、MOSFETP51が完全なオン状態とな
り、内部電圧供給線VCLSには、接地電位VSSがM
OSFETP51のしきい値電圧の影響を受けることな
くそのまま伝達される。このため、論理回路部LCのイ
ンバータV1を構成するMOSFETP1及びN1は、
ともにその基板電位とソース電位が同電位となり、比較
的高速に動作しうるものとなる。このことは、その高電
位側電源ノードが内部電圧供給線VCLPに共通結合さ
れその低電位側電源ノードが内部電圧供給線VCLSに
共通結合される他のCMOS論理ゲートでも同様であ
り、これによってマイクロコンピュータの通常動作時の
高速性が確保される。
When the microcomputer is brought into a normal operation state, the internal voltage VP is set to a high potential such as +5 V, and the internal voltage VM is set to a negative potential such as -2.0 V, the power supply control unit VC51 uses the MOSFET N51. Is completely turned on, and power supply voltage VCC is transmitted to internal voltage supply line VCLP as it is without being affected by the threshold voltage of MOSFET N51. Also, the power control unit V
In C52, the MOSFET P51 is completely turned on, and the ground potential VSS is applied to the internal voltage supply line VCLS.
The signal is transmitted without being affected by the threshold voltage of the OSFET P51. Therefore, the MOSFETs P1 and N1 that constitute the inverter V1 of the logic circuit unit LC are:
In both cases, the substrate potential and the source potential become the same potential, and the device can operate at a relatively high speed. The same applies to other CMOS logic gates whose high-potential-side power supply nodes are commonly coupled to the internal voltage supply line VCLP and whose low-potential-side power supply nodes are commonly coupled to the internal voltage supply line VCLS. High speed during normal operation of the computer is ensured.

【0063】一方、マイクロコンピュータが低速動作状
態あるいはスタンバイ状態とされ、内部電圧VPが電源
電圧VCCつまり+3.3Vのような低電位とされ内部
電圧VMが接地電位VSSつまり0Vとされるとき、電
源制御部VC51では、MOSFETN51がオン状態
とはなるものの、内部電圧供給線VCLPには、電源電
圧VCCがMOSFETN51のしきい値電圧Vthn
分だけ低くされ、VCC−Vthnつまり例えば+2.
3Vのような電位となって伝達される。また、電源制御
部VC52では、MOSFETP51がオン状態とはな
るものの、内部電圧供給線VCLSには、接地電位VS
SがMOSFETP51のしきい値電圧Vthp分だけ
高くされ、VSS+Vthpつまり例えば+1.0Vと
なって伝達される。このため、論理回路部LCのインバ
ータV1に代表されるCMOS論理ゲートは、その動作
電源の絶対値が圧縮されること自体によってその動作速
度が遅くされ、その動作電流が低減されるとともに、M
OSFETP1に代表されるPチャンネルMOSFET
ならびにMOSFETN1に代表されるNチャンネルM
OSFETの基板部及びソース間が逆バイアス状態とな
り、基板効果によりそのしきい値電圧が大きくなって、
各CMOS論理ゲートの動作電流がさらに低減される。
On the other hand, when the microcomputer is set to the low-speed operation state or the standby state, the internal voltage VP is set to the low potential such as the power supply voltage VCC, that is, +3.3 V, and the internal voltage VM is set to the ground potential VSS, that is, 0 V, In the control unit VC51, although the MOSFET N51 is turned on, the power supply voltage VCC is applied to the internal voltage supply line VCLP by the threshold voltage Vthn of the MOSFET N51.
Lower by VCC-Vthn, for example, +2.
The potential is transmitted as 3V. In the power supply control unit VC52, although the MOSFET P51 is turned on, the internal voltage supply line VCLS is connected to the ground potential VS.
S is raised by the threshold voltage Vthp of the MOSFET P51, and transmitted as VSS + Vthp, that is, for example, + 1.0V. Therefore, the operation speed of the CMOS logic gate represented by the inverter V1 of the logic circuit portion LC is reduced by compressing the absolute value of the operation power supply itself, the operation current is reduced, and M
P-channel MOSFET represented by OSFET P1
And N-channel M represented by MOSFET N1
A reverse bias is applied between the substrate and the source of the OSFET, and the threshold voltage increases due to the substrate effect.
The operating current of each CMOS logic gate is further reduced.

【0064】以上の結果、この実施例では、前記図2及
び図6の実施例の作用効果を併せて得ることができ、こ
れによってマイクロコンピュータの待機時におけるさら
なる低消費電力化を図り、その信頼性を高めることがで
きるとともに、スタンバイ電流判定のためのIddQ試
験を容易に実施することができ、これによってマイクロ
コンピュータの信頼性をさらに高めることができる。
As a result, in this embodiment, the operation and effect of the embodiment shown in FIGS. 2 and 6 can be obtained together, thereby further reducing the power consumption during standby of the microcomputer and improving its reliability. In addition, the IddQ test for determining the standby current can be easily performed, and the reliability of the microcomputer can be further improved.

【0065】図9には、図1のマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部VC6及び論理回路部LCの第6の
実施例の回路図が示されている。なお、この実施例の電
源制御部及び論理回路部は、前記図4の実施例を基本的
に踏襲するものであるため、これと異なる部分について
のみ説明を追加する。
FIG. 9 is a circuit diagram of a power supply control section VC6 and a logic circuit section LC included in the microcomputer of FIG. 1 according to a sixth embodiment. Since the power supply control unit and the logic circuit unit of this embodiment basically follow the embodiment of FIG. 4, only the parts different from this will be described.

【0066】図9において、この実施例の論理回路部L
Cは、インバータV1に代表されるCMOS論理ゲート
を基本素子して構成される。論理回路部LCを構成する
インバータV1の高電位側電源ノードとなるMOSFE
TP1のソースは、内部電圧供給線VCLPに結合さ
れ、その基板部は、内部電圧供給線VCBPに結合され
る。内部電圧供給線VCLPには、図示されない他のC
MOS論理ゲートの高電位側電源ノードとなるPチャン
ネルMOSFETのソースが共通結合され、内部電圧供
給線VCBPには、その基板部が共通結合される。
In FIG. 9, the logic circuit section L of this embodiment is shown.
C is configured using a CMOS logic gate represented by the inverter V1 as a basic element. MOSFE to be a high-potential-side power supply node of inverter V1 constituting logic circuit portion LC
The source of TP1 is coupled to internal voltage supply line VCLP, and its substrate is coupled to internal voltage supply line VCBP. The internal voltage supply line VCLP has another C (not shown).
The sources of the P-channel MOSFETs serving as the high-potential power supply nodes of the MOS logic gates are commonly coupled, and the substrate portion is commonly coupled to the internal voltage supply line VCBP.

【0067】次に、電源制御部VC6は、電源電圧VC
Cと内部電圧供給線VCLPつまりMOSFETP1の
ソースとの間に設けられるNチャンネルMOSFETN
61(第2のMOSFET)を含む。このMOSFET
N61のゲートには、チャージポンプ回路CP6からそ
の出力たる内部電圧VPが供給され、その基板部は、接
地電位VSSに結合される。MOSFETN61は、そ
のゲート酸化膜の膜厚が比較的大きくなるように設計さ
れ、充分な耐圧性を持つ。
Next, the power supply controller VC6 supplies the power supply voltage VC
C and an N-channel MOSFET N provided between the internal voltage supply line VCLP, that is, the source of the MOSFET P1.
61 (second MOSFET). This MOSFET
The gate of N61 is supplied with the internal voltage VP as its output from the charge pump circuit CP6, and its substrate is coupled to the ground potential VSS. The MOSFET N61 is designed such that its gate oxide film has a relatively large thickness, and has a sufficient withstand voltage.

【0068】この実施例において、マイクロコンピュー
タは、内部電圧供給線VCLPつまり論理回路部LCの
インバータV1のMOSFETP1のソースに結合され
る外部端子つまり試験パッドTPADを備える。この試
験パッドTPADには、マイクロコンピュータが通常の
動作状態とされるとき、例えば比較的大きな静電容量値
を有する電源平滑用のキャパシタを結合することがで
き、これによって内部電圧供給線VCLPにおける高電
位側動作電源の電位を安定化することができる。また、
マイクロコンピュータが所定のテストモードとされると
きには、この試験パッドTPADを介して内部電圧供給
線VCLPにおける高電位側動作電源の電位をモニタ
し、その正常性を確認できるとともに、テストモード時
には、例えばチャージポンプ回路CP6の出力たる内部
電圧VPを強制的に接地電位VSSとし、電源制御部V
C6のMOSFETN61をオフ状態として、試験パッ
ドTPADから任意の高電位側動作電源を入力すること
もでき、これによってマイクロコンピュータの試験動作
を効率良く実施することができる。
In this embodiment, the microcomputer has an external terminal or test pad TPAD coupled to the internal voltage supply line VCLP, that is, the source of the MOSFET P1 of the inverter V1 of the logic circuit portion LC. When the microcomputer is put into a normal operation state, for example, a power supply smoothing capacitor having a relatively large capacitance value can be coupled to the test pad TPAD. The potential of the potential side operation power supply can be stabilized. Also,
When the microcomputer is set to the predetermined test mode, the potential of the high-potential-side operating power supply on the internal voltage supply line VCLP can be monitored via the test pad TPAD to confirm its normality. The internal voltage VP output from the pump circuit CP6 is forcibly set to the ground potential VSS, and the power supply control unit V
When the MOSFET N61 of C6 is turned off, an arbitrary high-potential-side operation power supply can be input from the test pad TPAD, whereby the test operation of the microcomputer can be efficiently performed.

【0069】図10には、図1のマイクロコンピュータ
に含まれる入出力バッファIOB1及びIOB2の第1
の実施例の回路図が示され、図11には、その一実施例
の信号波形図が示されている。また、図12には、図1
のマイクロコンピュータに含まれる入出力バッファIO
B1及びIOB2の第2の実施例の回路図が示されてい
る。これらの図をもとに、この実施例のマイクロコンピ
ュータに含まれる入出力バッファの具体的構成及び動作
ならびにその特徴について説明する。なお、図10及び
図12の入出力バッファIOB1は、言わばこの発明の
主旨を用いた応用例となる。また、入出力バッファIO
B1は、例えばマイクロコンピュータの中央処理装置C
PU又はダイレクトメモリアクセスコントローラDMA
C等に内部バスIBUSの各ビットに対応して設けられ
るものの一つであり、入出力バッファIOB2は、例え
ば入出力ポートIOP1〜IOP5に内部バスIBUS
の各ビットに対応して設けられるものの一つである。さ
らに、図12の入出力バッファIOB1は、図10の入
出力バッファIOB1にバスデータ保持回路BDHを追
加したものであり、その他の部分はこれと同一構成とさ
れる。
FIG. 10 shows first input / output buffers IOB1 and IOB2 included in the microcomputer shown in FIG.
FIG. 11 is a circuit diagram of the embodiment, and FIG. 11 is a signal waveform diagram of the embodiment. FIG. 12 also shows FIG.
Input / output buffer IO included in microcomputer
A circuit diagram of a second embodiment of B1 and IOB2 is shown. The specific configuration and operation of the input / output buffer included in the microcomputer of this embodiment and the features thereof will be described with reference to these drawings. The input / output buffer IOB1 of FIGS. 10 and 12 is an application example using the gist of the present invention. Also, input / output buffer IO
B1 is, for example, a central processing unit C of a microcomputer.
PU or direct memory access controller DMA
C and the like, one of which is provided corresponding to each bit of the internal bus IBUS. The input / output buffer IOB2 is connected to the input / output ports IOP1 to IOP5 by the internal bus IBUS.
Is provided corresponding to each of the bits. Further, the input / output buffer IOB1 of FIG. 12 is obtained by adding a bus data holding circuit BDH to the input / output buffer IOB1 of FIG. 10, and the other parts have the same configuration.

【0070】図10において、入出力バッファIOB1
は、電源電圧VCC1と内部ノードn1つまり内部バス
IBUSの対応するビット(信号経路)との間に直列形
態に設けられるNチャンネルMOSFETN71(第2
のMOSFET)及びPチャンネルMOSFETP71
(第1のMOSFET)を含む。このうち、MOSFE
TN71のゲートには、チャージポンプ回路CP7の出
力たる内部電圧VPが供給され、その基板部には接地電
位VSSが供給される。また、MOSFETP71のゲ
ートには、ナンド(NAND)ゲートNA71の出力信
号が供給され、その基板部は、そのソースつまり内部ノ
ードn2に結合される。内部ノードn1は、さらにNチ
ャンネルMOSFETN72を介して接地電位VSSに
結合される。このMOSFETN72のゲートには、ノ
ア(NOR)ゲートNO71の出力信号が供給され、そ
の基板部には接地電位VSSが供給される。
In FIG. 10, input / output buffer IOB1
Is an N-channel MOSFET N71 (second
MOSFET) and P-channel MOSFET P71
(First MOSFET). Of these, MOSFE
The gate of the TN 71 is supplied with the internal voltage VP output from the charge pump circuit CP7, and the substrate thereof is supplied with the ground potential VSS. The output signal of a NAND gate NA71 is supplied to the gate of MOSFET P71, and its substrate is coupled to its source, that is, internal node n2. Internal node n1 is further coupled to ground potential VSS via N-channel MOSFET N72. The output signal of the NOR (NOR) gate NO71 is supplied to the gate of the MOSFET N72, and the ground potential VSS is supplied to its substrate.

【0071】この実施例において、入出力バッファIO
B1の高電位側動作電源となる電源電圧VCC1は、特
に制限されないが、例えば+2.0Vとされ、その低電
位側動作電源となる接地電位VSSは0Vとされる。
In this embodiment, the input / output buffer IO
The power supply voltage VCC1 serving as the high-potential-side operation power supply of B1 is not particularly limited, but is, for example, +2.0 V, and the ground potential VSS serving as the low-potential-side operation power supply is 0 V.

【0072】入出力バッファIOB1のチャージポンプ
回路CP7には、図示されない制御部から入出力制御信
号IOCが供給される。また、ナンドゲートNA71の
一方の入力端子には、出力イネーブル信号OE1が供給
され、ノアゲートNO1の一方の入力端子には、そのイ
ンバータV71による反転信号が供給される。ナンドゲ
ートNA71及びノアゲートNO71の他方の入力端子
には、図示されない前段のレジスタから内部出力データ
OD1が共通に供給される。
The charge pump circuit CP7 of the input / output buffer IOB1 is supplied with an input / output control signal IOC from a control unit (not shown). An output enable signal OE1 is supplied to one input terminal of the NAND gate NA71, and an inverted signal from the inverter V71 is supplied to one input terminal of the NOR gate NO1. The internal output data OD1 is commonly supplied to the other input terminal of the NAND gate NA71 and the other input terminal of the NOR gate NO71 from a register (not shown) in a preceding stage.

【0073】入出力バッファIOB1は、さらに、その
一方の入力端子に入出力制御信号IOCを受けるナンド
ゲートNA72を含む。このナンドゲートNA72の他
方の入力端子は、内部ノードn1つまり内部バスIBU
Sに結合され、その出力信号は、内部入力データID1
として図示されない後段回路に供給される。
The input / output buffer IOB1 further includes a NAND gate NA72 at one input terminal for receiving the input / output control signal IOC. The other input terminal of NAND gate NA72 is connected to internal node n1, that is, internal bus IBU.
S, whose output signal is the internal input data ID1
Are supplied to a subsequent circuit (not shown).

【0074】次に、入出力バッファIOB2は、特に制
限されないが、電源電圧VCC2と接地電位VSSとの
間に設けられるPチャンネルMOSFETP81及びN
チャンネルMOSFETN81を含む。これらのMOS
FETP81及びN81の共通結合されたドレインは、
内部バスIBUSの対応するビットに結合される。ま
た、MOSFETP81のゲートには、ナンドゲートN
A81の出力信号が供給され、MOSFETN81のゲ
ートには、ノアゲートNO81の出力信号が供給され
る。ナンドゲートNA81の一方の入力端子には、出力
イネーブル信号OE2が供給され、ノアゲートNO81
の一方の入力端子には、そのインバータV81による反
転信号が供給される。ナンドゲートNA81及びノアゲ
ートNO81の他方の入力端子には、内部出力データO
D2が共通に供給される。
Next, the input / output buffer IOB2 is, although not particularly limited, P-channel MOSFETs P81 and N
Includes a channel MOSFET N81. These MOS
The commonly coupled drains of FETs P81 and N81 are:
It is coupled to the corresponding bit of the internal bus IBUS. The gate of the MOSFET P81 has a NAND gate N
The output signal of A81 is supplied, and the output signal of NOR gate NO81 is supplied to the gate of MOSFET N81. Output enable signal OE2 is supplied to one input terminal of NAND gate NA81, and NOR gate NO81
Is supplied with an inverted signal from the inverter V81. The other input terminals of the NAND gate NA81 and the NOR gate NO81 have internal output data O.
D2 is supplied in common.

【0075】入出力バッファIOB2は、さらに、その
入力端子が内部バスIBUSの対応するビットに結合さ
れるレベル変換回路LCを含む。このレベル変換回路L
Cの出力信号は、内部入力データID2として、入出力
バッファIOB2の図示されない後段回路に供給され
る。なお、入出力バッファIOB2の高電位側動作電源
となる電源電圧VCC2は、例えば+3.3Vとされ
る。
The input / output buffer IOB2 further includes a level conversion circuit LC whose input terminal is coupled to a corresponding bit of the internal bus IBUS. This level conversion circuit L
The output signal of C is supplied as internal input data ID2 to a subsequent circuit (not shown) of the input / output buffer IOB2. The power supply voltage VCC2 serving as the high-potential-side operation power supply of the input / output buffer IOB2 is, for example, + 3.3V.

【0076】ここで、入出力制御信号IOCは、特に制
限されないが、図11に示されるように、入出力バッフ
ァIOB1が出力モードとされるとき選択的に接地電位
VSSのようなロウレベルとされ、入出力バッファIO
B1が入力モードとされるとき選択的に電源電圧VCC
1のようなハイレベルとされる。また、出力イネーブル
信号OE1は、入出力バッファIOB1が出力モードと
されかつその出力動作を可能とするとき選択的に電源電
圧VCC1のようなハイレベルとされ、内部出力データ
OD1は、出力イネーブル信号OE1がハイレベルとさ
れる間に選択的に論理“0”のロウレベル又は論理
“1”のハイレベルとされる。
Here, the input / output control signal IOC is not particularly limited, but is selectively set to a low level such as the ground potential VSS when the input / output buffer IOB1 is set to the output mode, as shown in FIG. I / O buffer IO
When B1 is set to the input mode, power supply voltage VCC is selectively applied.
It is set to a high level such as 1. The output enable signal OE1 is selectively set to a high level like the power supply voltage VCC1 when the input / output buffer IOB1 is set to the output mode and the output operation is enabled, and the internal output data OD1 is set to the output enable signal OE1. Are selectively set to the low level of the logic "0" or the high level of the logic "1" during the high level.

【0077】一方、入出力バッファIOB1のチャージ
ポンプ回路CP7は、入出力バッファIOB1が出力モ
ードとされ入出力制御信号IOCがロウレベルとされる
ことで選択的に動作状態とされる。この動作状態におい
て、チャージポンプ回路CP7は電源電圧VCC1をも
とに内部電圧VPを生成し、MOSFETN71のゲー
トに供給する。このとき、内部電圧VPの電位は、図1
1に示されるように、入出力バッファIOB2の高電位
側動作電源たる電源電圧VCC2つまり例えば+3.3
Vとされる。入出力バッファIOB1が入力モードとさ
れ入出力制御信号IOCがハイレベルとされるとき、チ
ャージポンプ回路CP7はその動作を停止し、内部電圧
VPは電源電圧VCC1つまり+2.0Vとされる。
On the other hand, the charge pump circuit CP7 of the input / output buffer IOB1 is selectively activated when the input / output buffer IOB1 is set to the output mode and the input / output control signal IOC is set to the low level. In this operation state, the charge pump circuit CP7 generates the internal voltage VP based on the power supply voltage VCC1 and supplies the internal voltage VP to the gate of the MOSFET N71. At this time, the potential of the internal voltage VP is
As shown in FIG. 1, the power supply voltage VCC2, which is the high-potential-side operation power supply of the input / output buffer IOB2, that is, for example, +3.3
V. When input / output buffer IOB1 is set to the input mode and input / output control signal IOC is set to the high level, charge pump circuit CP7 stops its operation, and internal voltage VP is set to power supply voltage VCC1, that is, + 2.0V.

【0078】入出力バッファIOB1が出力モードとさ
れて入出力制御信号IOCがロウレベルとされ、かつ出
力イネーブル信号OE1がハイレベルとされるとき、入
出力バッファIOB1では、チャージポンプ回路CP7
が動作状態とされ、内部電圧VPは電源電圧VCC2の
ような高電位とされる。このとき、MOSFETN71
は、内部電圧VPの高電位を受けて完全なオン状態とな
り、電源電圧VCC1はMOSFETN71のしきい値
電圧の影響を受けることなくそのままMOSFETP7
1のソースつまり内部ノードn2に伝達される。また、
ナンドゲートNA71及びノアゲートNO71の出力信
号は、内部出力データOD1の論理値に応じて選択的に
かつ相補的にハイレベル又はロウレベルとされる。
When the input / output buffer IOB1 is set to the output mode, the input / output control signal IOC is set to the low level, and the output enable signal OE1 is set to the high level, the charge pump circuit CP7 is set in the input / output buffer IOB1.
Is in an operating state, and internal voltage VP is set to a high potential such as power supply voltage VCC2. At this time, MOSFET N71
Is completely turned on in response to the high potential of the internal voltage VP, and the power supply voltage VCC1 is directly affected by the MOSFET P7
1 to the internal node n2. Also,
The output signals of the NAND gate NA71 and the NOR gate NO71 are selectively and complementarily set to the high level or the low level according to the logical value of the internal output data OD1.

【0079】すなわち、内部出力データOD1が論理
“0”つまり接地電位VSSのようなロウレベルとされ
るとき、ノアゲートNO71の出力信号は電源電圧VC
C1のようなハイレベルとなり、ナンドゲートNA71
の出力信号も電源電圧VCC1のようなハイレベルとな
る。このため、MOSFETP71がオフ状態となり、
MOSFETN71がオン状態となって、内部バスIB
USの対応するビットには接地電位VSSのようなロウ
レベルが出力される。
That is, when the internal output data OD1 is at logic "0", that is, at a low level such as the ground potential VSS, the output signal of the NOR gate NO71 becomes the power supply voltage VC.
It becomes a high level like C1, and the NAND gate NA71
Also becomes a high level like the power supply voltage VCC1. Therefore, the MOSFET P71 is turned off,
MOSFET N71 is turned on, and internal bus IB
A low level such as the ground potential VSS is output to the corresponding bit of US.

【0080】一方、内部出力データOD1が論理“1”
つまり電源電圧VCC1のようなハイレベルとされる
と、ノアゲートNO71の出力信号は接地電位VSSの
ようなロウレベルとなり、ナンドゲートNA71の出力
信号も接地電位VSSのようなハイレベルとなる。この
ため、MOSFETN71はオフ状態となり、代わって
MOSFETP71がオン状態となって、内部バスIB
USの対応するビットには電源電圧VCC1のようなハ
イレベルが出力される。
On the other hand, when the internal output data OD1 is logic "1"
That is, when a high level such as the power supply voltage VCC1 is set, the output signal of the NOR gate NO71 becomes a low level such as the ground potential VSS, and the output signal of the NAND gate NA71 also becomes a high level such as the ground potential VSS. Therefore, the MOSFET N71 is turned off, the MOSFET P71 is turned on instead, and the internal bus IB is turned off.
A high level such as the power supply voltage VCC1 is output to the corresponding bit of US.

【0081】言うまでもなく、入出力バッファIOB1
が出力モードとされるとき、入出力バッファIOB2は
入力モードとされ、出力イネーブル信号OE2は接地電
位VSSのようなロウレベルとされる。入出力バッファ
IOB2では、出力イネーブル信号OE2のロウレベル
を受けてナンドゲートNA81の出力信号が電源電圧V
CC2のようなハイレベルとされ、ノアゲートNO81
の出力信号は接地電位VSSのようなロウレベルとされ
る。したがって、MOSFETP81及びN81はとも
にオフ状態となり、内部バスIBUSの入出力バッファ
IOB2側からみた電位はハイインピーダンス状態Hz
とされる。このとき、出力モードにある入出力バッファ
IOB1から内部バスIBUSに出力される接地電位V
SSのようなロウレベルあるいは電源電圧VCC1のよ
うなハイレベルは、入出力バッファIOB2のレベル変
換回路LCにより、接地電位VSSをロウレベルとし電
源電圧VCC2をハイレベルとする内部入力データID
2に変換され、入出力バッファIOB2の図示されない
後段回路に伝達される。
Needless to say, the input / output buffer IOB1
Is set to the output mode, the input / output buffer IOB2 is set to the input mode, and the output enable signal OE2 is set to the low level such as the ground potential VSS. In the input / output buffer IOB2, the output signal of the NAND gate NA81 receives the low level of the output enable signal OE2, and
It is set to a high level like CC2, and NOR gate NO81
Is at a low level such as the ground potential VSS. Therefore, both the MOSFETs P81 and N81 are turned off, and the potential viewed from the input / output buffer IOB2 side of the internal bus IBUS is in the high impedance state Hz.
It is said. At this time, the ground potential V output from the input / output buffer IOB1 in the output mode to the internal bus IBUS.
The low level such as SS or the high level such as the power supply voltage VCC1 is set by the level conversion circuit LC of the input / output buffer IOB2 so that the internal input data ID in which the ground potential VSS is set to the low level and the power supply voltage VCC2 is set to the high level.
2 and transmitted to a subsequent circuit (not shown) of the input / output buffer IOB2.

【0082】次に、入出力バッファIOB1が入力モー
ドとされ、入出力制御信号IOCが電源電圧VCC1の
ようなハイレベルとされるとき、入出力バッファIOB
1では、チャージポンプ回路CP7のチャージポンプ動
作が停止され、内部電圧VPは電源電圧VCC1つまり
+2.0Vのような比較的低い電位とされる。このと
き、MOSFETN71は一応オン状態となるが、電源
電圧VCC1は、MOSFETN71のしきい値電圧V
thn分だけ低い電位つまり例えば+1.0Vとなって
MOSFETN71のソースつまり内部ノードn2に伝
達される。また、出力イネーブル信号OE1のロウレベ
ルを受けてナンドゲートNA71の出力信号が電源電圧
VCC1のようなハイレベルとされ、ノアゲートNO7
1の出力信号は接地電位VSSのようなロウレベルとさ
れる。したがって、MOSFETP71及びN72がと
もにオフ状態となり、内部バスIBUSの入出力バッフ
ァIOB1側からみた電位はハイインピーダンス状態H
zとされる。
Next, when the input / output buffer IOB1 is set to the input mode and the input / output control signal IOC is set to a high level like the power supply voltage VCC1, the input / output buffer IOB1 is set to the input mode.
At 1, the charge pump operation of the charge pump circuit CP7 is stopped, and the internal voltage VP is set to a relatively low potential such as the power supply voltage VCC1, that is, + 2.0V. At this time, the MOSFET N71 is turned on for the time being, but the power supply voltage VCC1 becomes the threshold voltage V
The potential becomes lower by thn, that is, for example, +1.0 V and transmitted to the source of MOSFET N71, that is, internal node n2. In response to the low level of the output enable signal OE1, the output signal of the NAND gate NA71 is set to a high level like the power supply voltage VCC1, and the NOR gate NO7
1 is at a low level such as the ground potential VSS. Therefore, both the MOSFETs P71 and N72 are turned off, and the potential viewed from the input / output buffer IOB1 side of the internal bus IBUS becomes the high impedance state H
z.

【0083】入出力バッファIOB1が入力モードとさ
れるとき、入出力バッファIOB2は出力モードとさ
れ、出力イネーブル信号OE2は電源電圧VCC2のよ
うなハイレベルとされる。このため、入出力バッファI
OB2では、出力イネーブル信号OE2のハイレベルを
受けてナンドゲートNA81及びノアゲートNO81の
出力信号は選択的にかつ相補的にロウレベル又はハイレ
ベルとされ、これを受けてMOSFETP81及びN8
1が選択的にかつ相補的にオン状態となって、内部バス
IBUSには接地電位VSSのような論理“0”あるい
は電源電圧VCC2のような論理“1”の出力信号が選
択的に伝達される。これらの出力信号は、入出力バッフ
ァIOB1のナンドゲートNA72を経て内部入力デー
タID1となり、入出力バッファIOB1の図示されな
い後段回路に伝達される。
When input / output buffer IOB1 is set to the input mode, input / output buffer IOB2 is set to the output mode, and output enable signal OE2 is set to the high level such as power supply voltage VCC2. Therefore, the input / output buffer I
In OB2, in response to the high level of the output enable signal OE2, the output signals of the NAND gate NA81 and the NOR gate NO81 are selectively and complementarily set to the low level or the high level. In response to this, the MOSFETs P81 and N8
1 is selectively and complementarily turned on, and an output signal of logic "0" such as ground potential VSS or logic "1" such as power supply voltage VCC2 is selectively transmitted to internal bus IBUS. You. These output signals become internal input data ID1 via the NAND gate NA72 of the input / output buffer IOB1, and are transmitted to a subsequent circuit (not shown) of the input / output buffer IOB1.

【0084】ところで、入出力バッファIOB1が入力
モードとされ、内部バスIBUSを介して電源電圧VC
C2つまり+3.3Vのような高電位のハイレベルが伝
達されるとき、入出力バッファIOB1では、MOSF
ETP71のドレイン及びチャネル間のPN接合部が順
バイアス状態となり、MOSFETN71のソースつま
り内部ノードn2には、電源電圧VCC2よりMOSF
ETP71の順方向電圧α分だけ低い高電位つまりVC
C2−αが伝達される。しかし、この実施例では、前述
のように、入出力バッファIOB1が入力モードとされ
るときチャージポンプ回路CP7の出力たる内部電圧V
Pの電位が電源電圧VCC1つまり+2.0Vとされる
ため、MOSFETN71は逆バイアス状態となってオ
フ状態となる。したがって、電源電圧VCC1は、内部
ノードn1の高電位による影響を受けなくなり、その電
位変動を防止することができる。
By the way, the input / output buffer IOB1 is set to the input mode, and the power supply voltage VC is input via the internal bus IBUS.
When a high level of a high potential such as C2, ie, +3.3 V, is transmitted, the input / output buffer IOB1
The PN junction between the drain and the channel of the ETP 71 is in a forward-biased state, and the source of the MOSFET N 71, ie, the internal node n 2, is connected to the MOSF from the power supply voltage VCC 2.
High potential that is lower by the forward voltage α of ETP71, that is, VC
C2-α is transmitted. However, in this embodiment, as described above, when the input / output buffer IOB1 is set to the input mode, the internal voltage V which is the output of the charge pump circuit CP7 is output.
Since the potential of P is set to the power supply voltage VCC1, that is, +2.0 V, the MOSFET N71 is in a reverse bias state and is turned off. Therefore, power supply voltage VCC1 is not affected by the high potential of internal node n1, and its potential fluctuation can be prevented.

【0085】以上のように、この実施例では、比較的簡
素な構成をもって、異なる電位の電源電圧VCC2を高
電位側動作電源とする入出力バッファIOB2との間で
信号を授受し、かつその高電位側動作電源たる電源電圧
VCC1の電位変動を抑制しうる入出力バッファIOB
1を構成することができるものである。
As described above, in this embodiment, a signal is transmitted / received to / from the input / output buffer IOB2 which uses the power supply voltage VCC2 of a different potential as the high-potential-side operation power supply and has a relatively simple configuration. Input / output buffer IOB capable of suppressing potential fluctuation of power supply voltage VCC1 as a potential side operation power supply
1 can be configured.

【0086】なお、マイクロコンピュータが待機状態と
されるとき、内部バスIBUSに電源電圧VCC2のよ
うな高電位が出力されたままの状態とされ、かつ内部バ
スIBUS上の信号をそのままの論理レベルで保持した
い場合、入出力バッファIOB1に図12のようなバス
データ保持回路BDHを追加すればよい。このバスデー
タ保持回路BDHは、PチャンネルMOSFET91及
びNチャンネルMOSFETN91からなるインバータ
V91と、PチャンネルMOSFETP92及びNチャ
ンネルMOSFETN92からなるインバータV92
と、PチャンネルMOSFETP93及びP94ならび
にNチャンネルMOSFETN93及びN94からなる
インバータV93とを含む。このうち、インバータV9
1及びV93は、マイクロコンピュータがスタンバイ状
態とされ内部制御信号STBYNがロウレベルとされる
とき、インバータV92の出力信号がハイレベルとされ
ることで選択的に交差結合され、一つのラッチ回路を構
成する。このラッチ回路は、その入出力端子が内部バス
IBUSの対応するビットに結合され、スタンバイ時に
おける内部バスIBUSの論理レベルを保持する。
When the microcomputer is in the standby state, a high potential such as the power supply voltage VCC2 is kept output to the internal bus IBUS, and the signal on the internal bus IBUS is kept at the same logical level. If the data is to be held, a bus data holding circuit BDH as shown in FIG. 12 may be added to the input / output buffer IOB1. The bus data holding circuit BDH includes an inverter V91 including a P-channel MOSFET 91 and an N-channel MOSFET N91, and an inverter V92 including a P-channel MOSFET P92 and an N-channel MOSFET N92.
And an inverter V93 including P-channel MOSFETs P93 and N94 and N-channel MOSFETs N93 and N94. Among them, inverter V9
1 and V93 are selectively cross-coupled by setting the output signal of the inverter V92 to a high level when the microcomputer is in a standby state and the internal control signal STBYN is at a low level, thereby forming one latch circuit. . This latch circuit has its input / output terminals coupled to corresponding bits of internal bus IBUS, and holds the logical level of internal bus IBUS during standby.

【0087】この実施例において、ラッチ回路のPチャ
ンネルMOSFETP91,P92ならびにP93のソ
ースは、そのゲートにチャージポンプ回路CP9の出力
たる内部電圧VPを受けるNチャンネルMOSFETN
90(第5のMOSFET)を介して電源電圧VCC1
に結合される。この内部電圧VPの電位は、マイクロコ
ンピュータが通常の動作状態とされるとき、電源電圧V
CC1より高い例えば電源電圧VCC2つまり+3.3
Vのような高電位(第5の電位)とされ、スタンバイ時
には、電源電圧VCC1と同電位つまり+2.0Vとさ
れる。これにより、マイクロコンピュータが通常の動作
状態とされMOSFETP91〜P94がオフ状態とさ
れる場合でも、入出力バッファIOB2から内部バスI
BUSに出力される電源電圧VCC2のような高電位に
よって内部電圧VCC1が影響を受け、その電位が変動
するのを防止することができる。
In this embodiment, the sources of P-channel MOSFETs P91, P92 and P93 of the latch circuit are N-channel MOSFETs N.sub.1 which receive the internal voltage VP output from charge pump circuit CP9 at their gates.
90 (fifth MOSFET) through the power supply voltage VCC1
Is combined with The potential of the internal voltage VP is equal to the power supply voltage V when the microcomputer is in a normal operation state.
For example, power supply voltage VCC2 higher than CC1, that is, +3.3
V and a high potential (fifth potential) such as V, and at the time of standby, the same potential as the power supply voltage VCC1, that is, + 2.0V. Thus, even when the microcomputer is in a normal operating state and MOSFETs P91 to P94 are off, the internal bus I
It is possible to prevent the internal voltage VCC1 from being affected by a high potential such as the power supply voltage VCC2 output to the BUS and fluctuating the potential.

【0088】以上の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1)CMOS論理ゲートを基本素子とするマイクロコ
ンピュータ等の半導体集積回路装置において、CMOS
論理ゲートを構成するPチャンネル型の第1のMOSF
ETのソースと電源電圧VCCとの間に、そのゲート電
位が、通常動作時は電源電圧VCCより絶対値の大きな
第1の電位とされ、待機時には電源電圧VCCと同電位
とされるNチャンネル型の第2のMOSFETを設け、
あるいはCMOS論理ゲートを構成するNチャンネル型
の第3のMOSFETのソースと接地電位VSSとの間
に、そのゲート電位が、通常動作時は接地電位VSSよ
り低い負の第3の電位とされ、待機時には接地電位VS
Sと同電位とされるPチャンネル型の第4のMOSFE
Tを設けることで、通常動作時は、上記第2又は第4の
MOSFETのしきい値電圧の影響を受けることなく、
電源電圧VCC及び接地電位VSSをそのままCMOS
論理ゲートの動作電源として供給し、CMOS論理ゲー
トの高速性を確保できるという効果が得られる。
The operational effects obtained from the above embodiment are as follows. That is, (1) In a semiconductor integrated circuit device such as a microcomputer using a CMOS logic gate as a basic element, a CMOS
P-channel first MOSF constituting a logic gate
An N-channel type in which the gate potential between the source of ET and the power supply voltage VCC is a first potential having an absolute value greater than the power supply voltage VCC during normal operation, and is the same as the power supply voltage VCC during standby. And a second MOSFET of
Alternatively, between the source of the N-channel type third MOSFET constituting the CMOS logic gate and the ground potential VSS, the gate potential is set to a negative third potential lower than the ground potential VSS during normal operation, and the standby state is established. Sometimes the ground potential VS
P-channel type fourth MOSFE having the same potential as S
By providing T, during normal operation, without being affected by the threshold voltage of the second or fourth MOSFET,
The power supply voltage VCC and the ground potential VSS are directly used in CMOS.
The effect is obtained that the power is supplied as the operation power of the logic gate and the high speed of the CMOS logic gate can be secured.

【0089】(2)上記(1)項により、待機時には、
その絶対値が上記Pチャンネル又はNチャンネルMOS
FETのしきい値電圧分だけ圧縮された電源電圧VCC
及び接地電位VSSをCMOS論理ゲートの動作電源と
して供給し、CMOS論理ゲートの動作電流を低減でき
るという効果が得られる。 (3)上記(1)項により、待機時には、それほど深い
基板電圧を印加することなく、第1及び第3のMOSF
ETのソース・基板間を逆バイアス状態とし、そのリー
ク電流を小さくすることができるという効果が得られ
る。
(2) According to the above item (1), during standby,
The absolute value is the above P channel or N channel MOS
Power supply voltage VCC compressed by the threshold voltage of FET
In addition, by supplying the ground potential VSS as the operation power supply of the CMOS logic gate, the effect of reducing the operation current of the CMOS logic gate can be obtained. (3) According to the above item (1), the first and third MOSFs can be supplied during standby without applying a very deep substrate voltage.
An effect is obtained that a reverse bias state is provided between the source and the substrate of the ET so that the leakage current can be reduced.

【0090】(4)上記(1)項ないし(3)項におい
て、第2のMOSFETの通常動作時におけるゲート電
位を、電源電圧VCCに第2のMOSFETのしきい値
電圧を加えた電位よりやや低い電位とし、第4のMOS
FETの通常動作時におけるゲート電位を、接地電位V
SSから第4のMOSFETのしきい値電圧を差し引い
た電位よりやや低い負電位とすることで、電源電圧の電
位変動の影響を受けることなく、第1及び第3のソース
電位たるCMOS論理ゲートの高電位側動作電源の電位
を安定化することができるという効果が得られる。 (5)上記(1)項ないし(4)項により、CMOS論
理ゲートを基本素子とするマイクロコンピュータ等の動
作を安定化しつつ、スタンバイ時における低消費電力化
を図り、その信頼性を高めることができるという効果が
得られる。
(4) In the above items (1) to (3), the gate potential during the normal operation of the second MOSFET is slightly higher than the potential obtained by adding the threshold voltage of the second MOSFET to the power supply voltage VCC. Low potential and the fourth MOS
The gate potential during normal operation of the FET is changed to the ground potential V
By setting the negative potential slightly lower than the potential obtained by subtracting the threshold voltage of the fourth MOSFET from SS, the first and third source potentials of the CMOS logic gate, which are the source potentials, are not affected by the potential fluctuation of the power supply voltage. The effect that the potential of the high potential side operation power supply can be stabilized can be obtained. (5) According to the above items (1) to (4), it is possible to reduce the power consumption during standby and increase the reliability thereof while stabilizing the operation of a microcomputer or the like having a CMOS logic gate as a basic element. The effect that it can be obtained is obtained.

【0091】(6)上記(1)項において、第1及び第
2のMOSFETをもとにマイクロコンピュータ等の入
出力バッファを構成することで、比較的簡素な構成をも
って、絶対値の大きな電源電圧を動作電源とする他の入
出力バッファとの間で信号を授受し、かつ絶対値の大き
な信号が伝達される場合でもその電源電圧の電位変動を
抑制しうる入出力バッファを実現できるという効果が得
られる。 (7)上記(6)項において、入出力バッファに、上記
第1及び第2のMOSFETと同様なMOSFETを含
むバスデータ保持回路を設けることで、マイクロコンピ
ュータ等がスタンバイ状態とされ、信号経路に高電位が
出力されたままの状態とされる場合でも、電源電圧の電
位変動を抑制しつつ、信号レベルを保持しうる入出力バ
ッファを実現できるという効果が得られる。
(6) In the above item (1), the input / output buffer of the microcomputer or the like is formed based on the first and second MOSFETs, so that the power supply voltage having a relatively simple configuration and a large absolute value is obtained. This enables an input / output buffer to transmit and receive signals to and from another input / output buffer whose power supply is the operating power supply and to suppress the potential fluctuation of the power supply voltage even when a signal having a large absolute value is transmitted. can get. (7) In the above item (6), by providing a bus data holding circuit including a MOSFET similar to the first and second MOSFETs in the input / output buffer, the microcomputer or the like is in a standby state, and a signal path is provided. Even when the high potential is kept output, the input / output buffer that can hold the signal level while suppressing the potential fluctuation of the power supply voltage can be realized.

【0092】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、マイクロコンピュータのブロック構
成は、この実施例による制約を受けない。図2,図4な
らびに図6〜9において、論理回路部LCはインバータ
以外の各種論理ゲートを含むことができるし、その論理
構成や電源電圧の極性ならびにMOSFETの導電型等
も、各実施例による制約を受けない。図3及び図5にお
いて、電源制御信号CVの有効レベルは任意に設定でき
るし、電源電圧及び各内部電圧の具体的な絶対値ならび
にそのレベル関係は本発明の主旨に影響を与えない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say, there is. For example, in FIG. 1, the block configuration of the microcomputer is not restricted by this embodiment. 2 and 4, and FIGS. 6 to 9, the logic circuit portion LC may include various logic gates other than the inverter, and the logic configuration, the polarity of the power supply voltage, the conductivity type of the MOSFET, and the like according to each embodiment. No restrictions. 3 and 5, the effective level of the power supply control signal CV can be arbitrarily set, and the absolute values of the power supply voltage and the respective internal voltages and their level relationships do not affect the gist of the present invention.

【0093】図8において、電源制御部VC51及びV
C52は、インバータV1を構成するMOSFETP1
及びN1の基板部を内部電圧供給線VCBP又はVCB
Nに結合することで、それぞれ図4の電源制御部VC2
又は図7の電源制御部VC4に置き換えてもよい。図9
において、試験パッドTPADは、外部端子としてもよ
い。また、試験パッドTPADは、テストモード時に選
択的にオン状態とされるトランスファゲートを介して内
部電圧供給線VCLPに結合されるようにしてもよい。
マイクロコンピュータは、例えば図6の内部電圧供給線
VCLSに結合される試験パッドを備えることができる
し、例えば内部電圧VP又はVMの電位をモニタし設定
するための試験パッドを備えることもできる。
In FIG. 8, power supply control units VC51 and VC51
C52 is a MOSFET P1 constituting the inverter V1.
And N1 are connected to the internal voltage supply line VCBP or VCB.
N, the power control unit VC2 of FIG.
Alternatively, it may be replaced with the power control unit VC4 of FIG. FIG.
In, the test pad TPAD may be an external terminal. Further, test pad TPAD may be coupled to internal voltage supply line VCLP via a transfer gate that is selectively turned on in the test mode.
The microcomputer may include, for example, a test pad coupled to the internal voltage supply line VCLS of FIG. 6, or may include, for example, a test pad for monitoring and setting the potential of the internal voltage VP or VM.

【0094】図10及び図12において、入出力バッフ
ァIOB1及びIOB2の具体的構成は種々の実施形態
をとりうるし、電源電圧VCC1及びVCC2の極性及
び絶対値も任意に設定できる。図11において、各制御
信号等の具体的なレベル及び時間関係は、本発明の主旨
に影響を与えない。
10 and 12, the specific configuration of the input / output buffers IOB1 and IOB2 can take various embodiments, and the polarities and absolute values of the power supply voltages VCC1 and VCC2 can be set arbitrarily. In FIG. 11, the specific level and time relationship of each control signal and the like do not affect the gist of the present invention.

【0095】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シン
グルチップマイクロコンピュータに適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではなく、例え
ば、CMOS論理ゲートを基本素子とする各種の論理集
積回路装置やメモリ集積回路装置等にも適用できる。こ
の発明は、少なくともMOSFET論理ゲートを基本素
子とする半導体集積回路装置ならびにこれを含む装置又
はシステムに広く適用できる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to a single-chip microcomputer, which is the field of application, has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to various logic integrated circuit devices and memory integrated circuit devices having a logic gate as a basic element. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a semiconductor integrated circuit device having at least a MOSFET logic gate as a basic element and a device or system including the same.

【0096】[0096]

【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。すなわち、CMOS論理ゲートを基本
素子とするシングルチップマイクロコンピュータ等の半
導体集積回路装置において、CMOS論理ゲートを構成
するPチャンネル型の第1のMOSFETのソースと電
源電圧VCCとの間に、そのゲート電位が、通常動作時
は電源電圧VCCより絶対値の大きな第1の電位とさ
れ、待機時には電源電圧VCCと同電位又は電源電圧V
CCより絶対値の小さな第2の電位とされるNチャンネ
ル型の第2のMOSFETを設けるとともに、CMOS
論理ゲートを構成するNチャンネル型の第3のMOSF
ETのソースと接地電位VSSとの間に、そのゲート電
位が、通常動作時は接地電位VSSより低い負の第3の
電位とされ、待機時には接地電位VSSと同電位又は接
地電位VSSよりやや高い第4の電位とされるPチャン
ネル型の第4のMOSFETを設ける。また、CMOS
論理ゲートを構成する第1及び第3のMOSFETの基
板部に、通常動作時は各MOSFETのソース電位ある
いは電源電圧VCC又は接地電位VSSをそれぞれ供給
し、待機時には電源電圧VCC又は接地電位VSSをそ
れぞれそのまま供給する。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, in a semiconductor integrated circuit device such as a single-chip microcomputer having a CMOS logic gate as a basic element, the gate potential is applied between the source of the P-channel type first MOSFET constituting the CMOS logic gate and the power supply voltage VCC. However, during normal operation, it is set to a first potential having an absolute value larger than the power supply voltage VCC, and during standby, it is set to the same potential as the power supply voltage VCC or the power supply voltage V
An N-channel type second MOSFET having a second potential smaller in absolute value than CC is provided.
N-channel type third MOSF constituting a logic gate
The gate potential between the source of ET and the ground potential VSS is a third negative potential lower than the ground potential VSS during normal operation, and is equal to or slightly higher than the ground potential VSS during standby. A fourth P-channel MOSFET having a fourth potential is provided. Also, CMOS
The source potential or power supply voltage VCC or ground potential VSS of each MOSFET is supplied to the substrate portion of the first and third MOSFETs constituting the logic gate during normal operation, and the power supply voltage VCC or ground potential VSS is supplied during standby. Supply as is.

【0097】これにより、通常動作時は、上記第2又は
第4のMOSFETのしきい値電圧の影響を受けること
なく、電源電圧VCC及び接地電位VSSをそのままC
MOS論理ゲートの動作電源として供給し、あるいは外
部供給される電源電圧VCC又は接地電位VSSの電位
変動の影響を受けない比較的安定した動作電源をCMO
S論理ゲートに供給し、待機時には、その絶対値が上記
Pチャンネル又はNチャンネルMOSFETのしきい値
電圧分だけ圧縮された電源電圧VCC及び接地電位VS
SをCMOS論理ゲートの動作電源として供給すること
ができるとともに、待機時には、それほど深い基板電圧
を印加することなく、上記第1及び第3のMOSFET
のソース・基板間を逆バイアス状態とし、そのリーク電
流を小さくすることができる。この結果、マイクロコン
ピュータ等のスタンバイ時における低消費電力化を図
り、その信頼性を高めることができる。
As a result, during normal operation, the power supply voltage VCC and the ground potential VSS are not changed by the threshold voltage of the second or fourth MOSFET.
A relatively stable operation power supply which is supplied as an operation power supply of a MOS logic gate or which is not affected by potential fluctuations of a power supply voltage VCC or a ground potential VSS externally supplied is used as a CMO.
The power supply voltage VCC and the ground potential VS whose absolute values are compressed by the threshold voltage of the P-channel or N-channel MOSFET during standby are supplied to the S logic gate.
S can be supplied as an operating power supply for the CMOS logic gate, and during standby, the first and third MOSFETs can be supplied without applying a very deep substrate voltage.
Between the source and the substrate in a reverse bias state, thereby reducing the leakage current. As a result, it is possible to reduce the power consumption during standby of the microcomputer or the like, and to improve its reliability.

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

【図1】この発明が適用されたシングルチップマイクロ
コンピュータの一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a single-chip microcomputer to which the present invention is applied.

【図2】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第1の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 2 is a partial circuit diagram showing a first embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図3】図2の電源制御部及び論理回路部の一実施例を
示す信号波形図である。
FIG. 3 is a signal waveform diagram illustrating an embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit of FIG. 2;

【図4】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第2の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 4 is a partial circuit diagram showing a second embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図5】図4の電源制御部及び論理回路部の一実施例を
示す信号波形図である。
FIG. 5 is a signal waveform diagram illustrating an embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit of FIG. 4;

【図6】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第3の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 6 is a partial circuit diagram showing a third embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図7】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第4の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 7 is a partial circuit diagram showing a fourth embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図8】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第5の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 8 is a partial circuit diagram showing a fifth embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図9】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれる電源制御部及び論理回路部の第6の実施例を示
す部分的な回路図である。
FIG. 9 is a partial circuit diagram showing a sixth embodiment of a power supply control unit and a logic circuit unit included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図10】図1のシングルチップマイクロコンピュータ
に含まれる入出力バッファの第1の実施例を示す回路図
である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a first embodiment of an input / output buffer included in the single-chip microcomputer of FIG. 1;

【図11】図10の入出力バッファの一実施例を示す回
路図である。
11 is a circuit diagram showing one embodiment of the input / output buffer of FIG.

【図12】図1のシングルチップマイクロコンピュータ
に含まれる入出力バッファの第2の実施例を示す回路図
である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a second embodiment of the input / output buffer included in the single-chip microcomputer of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

CPU……中央処理装置、CPG……クロック発生回
路、IBUS,PBUS……内部バス、DMAC……ダ
イレクトメモリアクセスコントローラ、ROM……リー
ドオンリーメモリ、RAM……ランダムアクセスメモ
リ、TIM……タイマー回路、SCI……シリアルコミ
ュニケーションインターフェイス、BSC……バスコン
トローラ、IOP1〜IOP9……入出力ポート、VC
……電源制御部、XTAL,EXTAL,MODE,S
TBY,RES,VCC,VSS……外部端子。LC…
…論理回路部、VC1〜VC6,VC51〜VC52…
…電源制御部、CP1〜CP9,CP51〜CP52…
…チャージポンプ回路。CV……電源制御信号、VP,
VCLP,VCBP……内部電圧。TPAD……試験パ
ッド。IOB1〜IOB2……入出力バッファ、LC…
…レベル変換回路。BDH……バスデータ保持回路。I
OC……入出力制御信号、OE1〜OE2……出力イネ
ーブル信号、OD1〜OD2……内部出力データ、ID
1〜ID2……内部入力データ、VP……内部電圧、n
1〜n2……内部ノード。P1,P21〜P22,P3
1,P41,P51,P71,P81,P91〜P94
……PチャンネルMOSFET、N1,N11,N2
1,N41〜N42,N51,N61,N71〜N7
2,N81,N90〜N94……NチャンネルMOSF
ET、V1,V21,V41,V71,V81,V91
〜V93……インバータ、NA71〜NA72,NA8
1……ナンド(NAND)ゲート、NO71,NO81
……ノア(NOR)ゲート、s1〜s2……内部信号、
VCC,VCC1,VCC2……電源電圧、VSS……
接地電位。
CPU central processing unit, CPG clock generation circuit, IBUS, PBUS internal bus, DMAC direct memory access controller, ROM read-only memory, RAM random access memory, TIM timer circuit SCI: Serial communication interface, BSC: Bus controller, IOP1 to IOP9: Input / output port, VC
...... Power control unit, XTAL, EXTAL, MODE, S
TBY, RES, VCC, VSS ... External terminals. LC ...
... Logic circuit sections, VC1 to VC6, VC51 to VC52 ...
... Power supply control units, CP1 to CP9, CP51 to CP52 ...
... charge pump circuit. CV: power control signal, VP,
VCLP, VCBP... Internal voltage. TPAD ... Test pad. IOB1 to IOB2 ... I / O buffer, LC ...
... Level conversion circuit. BDH: Bus data holding circuit. I
OC: input / output control signal, OE1 to OE2: output enable signal, OD1 to OD2: internal output data, ID
1 to ID2: internal input data, VP: internal voltage, n
1 to n2 ... internal nodes. P1, P21 to P22, P3
1, P41, P51, P71, P81, P91 to P94
... P-channel MOSFET, N1, N11, N2
1, N41 to N42, N51, N61, N71 to N7
2, N81, N90 to N94 ... N-channel MOSF
ET, V1, V21, V41, V71, V81, V91
To V93 ... inverter, NA71 to NA72, NA8
1 ... NAND gate, NO71, NO81
... NOR gate (NOR), s1 to s2 ... internal signal,
VCC, VCC1, VCC2 ... power supply voltage, VSS ...
Ground potential.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H03K 19/094 (72)発明者 藤戸 正道 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 河合 洋造 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 品川 裕 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H03K 19/094 (72) Inventor Masamichi Fujito 5-22-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi, Ltd.・ Inside I-Systems (72) Inventor Hirozo Kawai 5-22-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Inside Hitachi Super-LSI Systems Inc. (72) Inventor Hiroshi Shinagawa Kodaira, Tokyo 5-22-1, Ichimizu Honcho, Ichimizu Inside Hitachi Cho LSI Systems Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1のMOSFETと、 上記第1のMOSFETのソースと電源電圧供給点との
間に設けられ、そのゲート電位が、通常動作時、上記電
源電圧より絶対値の大きな第1の電位とされ、待機時に
は、上記電源電圧と同電位又は上記電源電圧より絶対値
の小さな第2の電位とされる第2導電型の第2のMOS
FETとを含んでなることを特徴とする半導体集積回路
装置。
1. A first MOSFET of a first conductivity type is provided between a source of the first MOSFET and a power supply voltage supply point, and a gate potential of the first MOSFET has an absolute value larger than the power supply voltage during normal operation. A second potential of the second conductivity type which is the same potential as the power supply voltage or a second potential whose absolute value is smaller than the power supply voltage during standby.
A semiconductor integrated circuit device comprising an FET.
【請求項2】 請求項1において、 上記半導体集積回路装置は、さらに、 第2導電型の第3のMOSFETと、 上記第3のMOSFETのソースと接地電位供給点との
間に設けられ、そのゲート電位が、通常動作時、上記電
源電圧とは逆極性の第3の電位とされ、待機時には、上
記接地電位と同電位又は上記電源電圧と同極性の比較的
絶対値の小さな第4の電位とされる第1導電型の第4の
MOSFETとを含むものであることを特徴とする半導
体集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the semiconductor integrated circuit device is further provided between a third MOSFET of a second conductivity type, a source of the third MOSFET, and a ground potential supply point. The gate potential is a third potential having a polarity opposite to the power supply voltage during normal operation, and a fourth potential having the same potential as the ground potential or the same polarity as the power supply voltage and having a relatively small absolute value during standby. And a fourth MOSFET of a first conductivity type.
【請求項3】 請求項1又は請求項2において、 上記第1の電位は、その絶対値が上記電源電圧に上記第
2のMOSFETのしきい値電圧を加えた値より大きく
され、 上記第3の電位は、その絶対値が上記第4のMOSFE
Tのしきい値電圧より大きくされるものであって、 上記第1のMOSFETの基板部には、上記電源電圧が
供給され、上記第3のMOSFETの基板部に、上記接
地電位が供給されるものであることを特徴とする半導体
集積回路装置。
3. The method according to claim 1, wherein an absolute value of the first potential is greater than a value obtained by adding a threshold voltage of the second MOSFET to the power supply voltage. Is the absolute value of the fourth MOSFE.
The power supply voltage is supplied to a substrate portion of the first MOSFET, and the ground potential is supplied to a substrate portion of the third MOSFET. A semiconductor integrated circuit device.
【請求項4】 請求項1又は請求項2において、 上記第1の電位は、その絶対値が上記電源電圧に上記第
2のMOSFETのしきい値電圧を加えた値より小さく
され、 上記第3の電位は、その絶対値が上記第4のMOSFE
Tのしきい値電圧より小さくされるものであって、 上記第1及び第3のMOSFETの基板部には、通常動
作時、そのソース電位がそれぞれ供給され、待機時に
は、上記電源電圧又は接地電位がそれぞれ供給されるも
のであることを特徴とする半導体集積回路装置。
4. The method according to claim 1, wherein an absolute value of the first potential is smaller than a value obtained by adding a threshold voltage of the second MOSFET to the power supply voltage. Is the absolute value of the fourth MOSFE.
The source voltage is supplied to the substrate portions of the first and third MOSFETs during normal operation, and the power supply voltage or the ground potential is supplied during standby. Are supplied, respectively.
【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3又は請求
項4において、 上記半導体集積回路装置は、上記第1又は第3のMOS
FETの実質的なソース電位をモニタし又は設定するた
めのパッド又は外部端子を備えるものであることを特徴
とする半導体集積回路装置。
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the first or third MOS transistor is provided.
A semiconductor integrated circuit device comprising a pad or an external terminal for monitoring or setting a substantial source potential of an FET.
【請求項6】 請求項1,請求項2,請求項3,請求項
4又は請求項5において、 上記第2及び第4のMOSFETは、そのゲート酸化膜
の膜厚が上記第1及び第3のMOSFETに比較して大
きくされるものであることを特徴とする半導体集積回路
装置。
6. The second and fourth MOSFETs according to claim 1, wherein said second and fourth MOSFETs have a gate oxide film thickness of said first and third MOSFETs. A semiconductor integrated circuit device which is made larger than the MOSFET described in (1).
【請求項7】 請求項1において、 上記第1及び第2のMOSFETは、その絶対値が上記
電源電圧より大きな他の電源電圧を動作電源とする他の
入出力バッファとの間で、対応する信号経路を介して所
定の信号を授受する入出力バッファであって、 上記第1のMOSFETのドレインは、上記対応する信
号経路に結合されるものであり、その基板部は、そのソ
ースに共通結合されるものであることを特徴とする半導
体集積回路装置。
7. The device according to claim 1, wherein the first and second MOSFETs correspond to another input / output buffer whose absolute value is another power supply voltage larger than the power supply voltage. An input / output buffer for transmitting and receiving a predetermined signal via a signal path, wherein a drain of the first MOSFET is coupled to the corresponding signal path, and a substrate portion of the input / output buffer is commonly coupled to the source. A semiconductor integrated circuit device.
【請求項8】 請求項7において、 上記半導体集積回路装置は、さらに、 その入出力端子が上記対応する信号経路に結合されるラ
ッチ回路を含むバスデータ保持回路を備えるものであっ
て、 上記ラッチ回路には、そのゲート電位が、通常動作時、
上記電源電圧より絶対値の大きな第5の電位とされ、待
機時には、上記電源電圧と同電位とされる第2導電型の
第5のMOSFETを介して、上記電源電圧がその高電
位側動作電源として供給されるものであることを特徴と
する半導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 7, further comprising a bus data holding circuit including a latch circuit whose input / output terminal is coupled to the corresponding signal path. In the circuit, the gate potential during normal operation,
The power supply voltage is set to a fifth potential having an absolute value larger than the power supply voltage. During standby, the power supply voltage is supplied to the high-potential-side operation power supply via a second conductivity-type fifth MOSFET which is set to the same potential as the power supply voltage. A semiconductor integrated circuit device characterized by being supplied as a device.
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