JPS61296821A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS61296821A
JPS61296821A JP60137779A JP13777985A JPS61296821A JP S61296821 A JPS61296821 A JP S61296821A JP 60137779 A JP60137779 A JP 60137779A JP 13777985 A JP13777985 A JP 13777985A JP S61296821 A JPS61296821 A JP S61296821A
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JP
Japan
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circuit
signal
clock signal
phi
level
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Pending
Application number
JP60137779A
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English (en)
Inventor
Yutaka Shinagawa
裕 品川
Futoshi Inoue
太 井上
Toshio Okamura
俊雄 岡村
Tatsuaki Ueno
上野 達彰
Akitoshi Kitazawa
北沢 昭俊
Shozo Mitarai
御手洗 省三
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、半導体集積回路装置に関するもので、例え
ば、クロック駆動されるCMO3(相補型MO3)回路
を含む半導体集積回路装置に利用して有効な技術に関す
るものごある。
〔背景技術〕
CM OS回路として、クロック駆動される各種ダイナ
ミックゲート回路が公知である(例えば、1976年「
東芝レビュー1誌の第31巻第1号頁66〜頁69参照
)。
このようなダイナミックゲート回路を利用して、例えば
第3図に示すよ・)なシフトレジスタを構成することが
できる。すなわち、1ビツトの回路は、次の入力段回路
と出力段回路とにより構成される。
入力段回路は第1相目のクロック信号φ1.φ1により
動作させられるMO3FETQI〜Q4からなるクロッ
クドインバータ回路と、その出力信号Bを受けるMOS
FETQ5とQ6からなるスタティック型のCMOSイ
ンバータ回路とにより構成される。出力段回路は入出力
段回路の出力信号Cを受は第2相目のクロック信号φ2
.φ2により動作させられるMO3FETQ7〜QIO
からなるクロックドインバータ回路と、その出力信号り
を受けるMOSFETQI 1とQl2からなるスタテ
ィック型のCMOSインバータ回路とにより構成される
このような構成の0M03回路を含む半導体集積回路装
置において、非動作状態における消費電流を低減させる
ために、クロック信号を停止させると、上記初段回路又
は出力段回路におけるクロックドインバータ回路の出力
がハイインピーダンス(フローティング)状態となって
しまう。このようなハイインピーダンス状態が長く継続
すると、それに結合されるMOS F ETのソース、
ドレインにおいて生じるリーク電流等によりレベルが不
安定になって、次段のインバータ回路のPチャンネルM
O3FETQ5 (Qll)とNチャンネルMO3FE
TQ6 (−Ql 2)とを通して大きな貫通電流を発
生させる。このような貫通電流の発生は、クロック信号
を停止させる目的である低消費電力化とは逆に消費電流
が増大するばかりでなく、過電流による寄生サイリスタ
素子によるラッチアップやアルミニニウム配線の断線を
引き起こす原因となる。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、低消費電力化を図った半導体集積回
路袋E’を提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細誓の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、0M03回路に供給される多相のクロック信
号を形成するクロック発生回路として、基本クロック信
号の停止信号により上記多相クロック信号の全てをそれ
が供給されるスイッチMO3FETをオン状態に維持さ
せるレベルに切り換える出力機能を持たせるものである
〔実施例〕
第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、公知の0MO8(相補型MO
3)集積回路の製造技術によって、1個の単結晶シリコ
ンのような半導体基板上において形成される。
特に制限されないが、集積回路は、単結晶P型シリコン
からなる半導体基板に形成される。NチャンネルMOS
 F ETは、かかる半導体基板表面に形成されたソー
ス領域、ドレイン領域及びソース領域とドレイン領域と
の間の半導体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を介し
て形成されたポリシリコンからなるようなゲート電極か
ら構成される。Pチ、t−ンネルM OS 、F E 
Tは、上記半導体基板表面に形成されたN型ウェル領域
に形成される。
これによって、半導体基板は、その上に形成された複数
のNチャンネルMOSFETの共通の基板ゲートを構成
する。N型ウェル領域は、その上に形成されたPチャン
ネルMO3FETの基板ゲートを構成する。Pチャンネ
ルMO8FETの基板ゲートすなわちN型ウェル領域は
、第1図の電源端子Vccに結合される。
M OS F E T Q 1ないしQl2は、単位(
1ビット分)のシフトレジスフを構成する。その初段回
路は、入力信号Aを受けるPチャンネルMO81? E
 ′1” Q 1とNチャンネ)Lt M OS F 
E T Q 4と、上記MO5FETQ1とQ4に直列
接続され、第1相目のクロック信号φ1.φ1を受ける
Pチャンネル型のスイッチMO3FETQ2とNチャン
ネル型のスイッチMO3FETQ3からなるクロ′ ソ
クドインバータ回路と、このクロックドインバータ回路
の出力信号B−¥E:受けるPチャンネル間O3F E
 T Q 5とNチャンネルMO3FETQ6とにより
構成されたスタティック型のCMOSインバータ回路と
により構成される。
出力段回路は、上記初段回路の出力信号Cを受けるPチ
ャンネルMOS F ETQ 7とNチャンネルMO3
FETQIOと、上記MOSFETQ7とQIOに直列
接続され、第2相目のクロック信号φ2.φ2を受ける
Pチャンネル型のスイッチMO5FETQBとNチャン
ネル型のスイッチMOSFETQ9からなるクロックド
インバータ回路と、このクロックドインバータ回路の出
力信号りを受けるPチャンネルMOSFETQI 1と
NチャンネルMOSFETQI 2とにより構成された
スタティック型のCMOSインバータ回路とにより構成
される。
上記クロック信号φ1.φ1及びφ2.φ2は、次のク
ロック発生回路により形成される。
クロック発生回路は、基本タロツク信号ψを受けて、上
記2相のクロック信号ψ1.φ1及びφ2、φ2を出力
する機能と、上記クロック信号φの停止検出信号STP
により、上記2相のクロック信号φ1.φ1及びφ2.
φ2を共に、それが供給される上記各スイッチMO3F
ETをオン状態に維持させるレベルに切り換える出力機
能を持つようにされる。
すなわち、基本クロック信号φは、−万においてノア(
NOR)ゲート回路Glの一方の人力に供給される。上
記基本クロック信号φは、他方においてインバータ回路
N1を通して反転され、ノアゲート回路G2の一方の入
力に供給される。これらのノアゲート回路G1と02の
出力信号は、それぞれ上記出力切り換えi能を実現する
ためのノアゲート回路G3と04及びインバータ回路N
2とN3を通して互いに他方のノアゲート回路G2、G
1の他方の入力に帰還される。これにより、これらのノ
アゲート回路01〜G4とインバータ回路N2.N3は
、上記ノアゲート回路G3及びG4に供給される停止信
号STPがロウレベルのとき上記ノアゲート回路G3及
びG4が実質的にインバータ回路としての動作を行うの
でラッチ回路としての動作を行う。
上記インバータ回路N2の出力信号は、第1相目の非反
転クロック信号φ1とされ、インバータ回路N4により
第1相目の反転クロック信号φlが形成される。また、
上記インバータ回路N3の出力信号は、第2相目の非反
転クロック信号φ2とされ、インバータ回路N5により
第2相目の反転クロ7り信号φ2が形成される。
パルス検出回路PDは、基本クロック信号φを受けて、
それが停止状態にされたとき、ハイレベル(論理“1”
)の停止信号STPを形成する。
この実施例の動作を次に説明する。
基本クロック信号φが一定の周期でハイレベルとロウレ
ベルにされるクロック供給状態では、上記パルス検出回
路PDにより形成される停止信号STPは、ロウレベル
(論理“O”)にされる。
これにより、ノアゲート回路03及びG4は、実質的に
インバータ回路としての動作を行う、これにより、ラン
チ回路として動作を行うので、基本クロック信号φがハ
・イレベルのとき、これに同期してクロック信号φ2が
ハイレベルに、基本クロック信号φがロウレベルのとき
これに同期してクロック信号ψlがハイレベルにされる
。上記基本クロック信号φがハイレベルからロウレベル
に切り換えられるとき、クロック信号φ2がロウレベル
にされた後、ノアゲート回路G1の出力がハイレベルに
されること、及び基本クロック信号がロウレベルからハ
イレベルに切り換えられるとき、クロック信号φ1がロ
ウレベルにされた後、ノアゲート回路G2の出力がハイ
レベルにされることによって、両クロック信号φ1とφ
2は、ノンオーバーラツプの2相りロック信号とされる
基本クロック信号φが停止されると、これを受けてパル
ス検出回路PDは、上記停止信号STPをハイレベルに
する。これにより、ノアゲート回路G3とG4の出力信
号は、基本クロック信号φの停止状態でのレベルに無関
係に、ロウレベルに固定される。これにより、上記非反
転の両クロック信号φ1とφ2は共にロウレベルに、反
転のクロック信号φ1とφ2は、共にハイレベルに維持
される。これに応じて、クロックドインバータ回路の各
スイッチMOSFETはオン状態にされるため、これら
のクロックドインバータ回路は、実質的にスタティック
型インバータ回路としての動作を行う。これにより、ク
ロック信号を長時間にわたって停止させても、それぞれ
のダイナミックゲートは、その出力信号を入力信号に従
ったCMOSレベルを形成するため、前述のような貫通
電流が生じない。したがって、半導体集積回路装置が非
動作状態(チップ非選択状態)におかれるとき、そのク
ロック信号の停止により、シフトレジスタ等のダイナミ
ック回路がスタティック回路的に動作し続けることによ
り、その比較的大きな負荷容量を駆動するために、上記
負荷容量のチャージアップ電流やディスチャージ電流の
発生が防止できるため、低消費電力化を達成することが
できるものとなる。
第2図には、上記パルス検出回路の一実施例の回路図が
示されている。
基本クロック信号φは、特に制限されないが、パフファ
回路としてのインバータ回路N6を通して排他的論理和
回路(一致/不一致回路)EXIの一方の入力に供給さ
れる。上記基本クロック信号φは、上記同様にバッファ
回路としてのインバータ回路N7及び遅延回路としての
縦列形態にされたインバータ回路N8ないしNilを通
して上記排他的論理和回路EXIの他方の入力に供給さ
れる。この排他的論理和回路EXIは、その再入力信号
のレベルが不一致のとき、ロウレベルの出力信号を形成
する。この排他的論理和回路EXIの出力信号は、Pチ
ャンネル型のチャージアップMOSF’ET’Q13の
ゲートに供給される。このMO5FETQI 3は、そ
れがオン状態にされたときキャパシタCヘチャージアン
プ電流を供給する。上記キャパシタCは、特に制限され
ないが、MO3構造により構成される。上記キャパシタ
Cには、それを定常的にディスチャージさせる抵抗Rが
設けられる。この抵抗Rの抵抗値は、そのディスチャー
ジ動作によるレベルが上記基本クロック信号φの半周期
においてレベル判定用のインバータ回路N12のロジン
クスレッショルド電圧より低(されることが熱いように
、比較的大き゛な抵抗値にされる。
なお、上記インバータ回路N8〜Nilからなる遅延時
間が、その素子のプロセスバラツキによって基本クロッ
ク信号ψの1周期と等しくされると、基本クロック信号
φが供給された状態にもかかわらず、排他的論理和回路
EXIは、常に一致出力を形成する虞れがある。そこで
、この実施例では、上記遅延回路を構成する縦列形態の
インバータ回路N8〜Nilの中間点から得られる遅延
信号と、上記インバータ回路NGを通した基本クニック
信号φとを上記同様な排他的論理和回路EX2に供給し
て、その不一致出力によりオン状態にされるチャージア
ップMOS F ETQ 14を追加するものである。
この実施例では、基本クロック信号φが停止されると、
上記排他的論理和回路EXI及びEX2の再入力信号が
同じレベルにされる。これに応じて、それぞれの出力信
号がハイレベルにされるため、上記チャージアップMO
3F’E’I’Q13及びQ14はオフ状態される。こ
の結果、キャパシタCは、抵抗Rによって放電され、そ
のレベルがインバータll1lN 12のロジックスレ
ッショルド電圧以下に低下されると、その出力からハイ
レベルの停止信号S T Pが形成される。基本クロッ
ク信号φが供給された状態では、上記キャパシタCの電
圧がインバータ回路N12のロジックスレッショルド電
圧以下にされる前に、繰り返しチャージアップされるた
め、上記停止信号S T Pは、ロウレベルを維持する
ものとなる。
〔効 果〕
(1)クロック駆動されるCMOS回路に供給される多
相クロック信号をそれが供給されるスイッチrv10S
FETを全てオン状態にさせるレベルにしてクロック駆
動される0M05回路を実質的にスタティックモードで
の動作状態にさせることができる。これにより、半導体
集積回路装置が非動作状態におかれるとき、クロック信
号を停止させても貫通電流の発生が防止できるとともに
、上記クロック信号の停止による低消費電力化を実現す
ることができるという効果が得られる。
(2)上記(1)により、クロック信号の停止を任意に
行うことができるから、ユーザーにとって扱い易い半導
体集積回路装置を得ることができるという効果が得られ
る。
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
能であることはいうまでもない0例えば、クロック発生
回路の構成は、基本クロック信号を分周して多相のクロ
ック信号を得るもの等種々の実施形態を採ることができ
る。この場合、その出力部に停止信号によって制御され
る論理ゲート回路を設けることにより、全てのクロック
信号についてそのレベルを前記同様に同じくすることが
できる。
また、クロック検出回路の具体的構成は、種々の実施形
態を採ることができる。このクロック検出回路に代え、
外部端子から停止信号を供給するものであってもよい。
また、第2図に示したクロック検出回路は、パルス信号
の有無を検出する回路として、例えばロジックテスター
等に広く応用できるものである。
〔利用分野う この発明は、クロック駆動される0M03回路を含む各
種半導体集積回路装置に広く利用できる・ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、第2図は
、そのパルス検出回路の一実施例を示す回路図、 第3図は、シフトレジスタの一例を示す回路図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多相のクロック駆動されるCMOS回路と、基本ク
    ロック信号を受けて、上記基本クロック信号の停止信号
    により上記CMOS回路に供給される多相のクロック信
    号の全てをそれが供給されるスイッチMOSFETをオ
    ン状態に維持させるレベルに切り換える出力回路を持つ
    クロック発生回路とを具備することを特徴とする半導体
    集積回路装置。 2、上記基本クロック信号の停止信号は、基本クロック
    信号を実質的に積分することにより形成されるものであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
    集積回路装置。 3、上記基本クロック信号を積分する回路は、上記基本
    クロックとその遅延信号とを受ける一致/不一致回路と
    、この一致/不一致回路の不一致出力信号によりチャー
    ジアップが成されるキャパシタと、上記キャパシタを定
    常的にディスチャージさせる抵抗手段とからなる時定数
    回路と、上記キャパシタの保持電圧を受けて上記停止信
    号を形成するインバータ回路とからなるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1又は第2項記載の半導
    体集積回路装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2707059A1 (ja) * 1993-06-26 1994-12-30 Itt Ind Gmbh Deutsche
EP0824789B1 (de) * 1995-05-11 2001-08-08 Infineon Technologies AG Vorrichtung zur takterzeugung für cmos-schaltungen mit dynamischen registern

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