JP2013254548A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】トランジスタの微細化に伴い、メモリモジュールを内蔵する半導体装置のスタンバイ電流が増加し続けているが、そのスタンバイ電流削減には半導体装置の製造条件や使用環境の変動を反映させた対策が必要である。
【解決手段】第1電源ノード(arvdd)と第2電源ノード(arvss)間に接続された第1トランジスタ(PU_L)、第2トランジスタ(PD_L)、第3トランジスタ(PU_R)、および第4トランジスタ(PD_R)とを有するメモリセル(MC)において、第1電源ノード、および第2電源ノードに各々供給される第1電源電圧、および第2電源電圧の値を、設定するスタンバイモードに応じてシフトさせる。
【選択図】図4The standby current of a semiconductor device with a built-in memory module continues to increase with the miniaturization of transistors. To reduce the standby current, measures that reflect changes in the manufacturing conditions and usage environment of the semiconductor device are taken. is necessary.
A first transistor (PU_L), a second transistor (PD_L), a third transistor (PU_R), and a fourth transistor connected between a first power supply node (arvdd) and a second power supply node (arvss). In the memory cell (MC) having PD_R), the values of the first power supply voltage and the second power supply voltage respectively supplied to the first power supply node and the second power supply node are shifted according to the set standby mode. .
[Selection] Figure 4
Description
本発明は半導体装置に関し、たとえば、メモリモジュールを内蔵する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, for example, a semiconductor device incorporating a memory module.
半導体装置に搭載されるトランジスタの微細化に伴い、電源電圧は供給されているがトランジスタは動作していない状態(以下、スタンバイモード、と記載。)におけるトランジスタのリーク電流は増加し続けている。このリーク電流の増加は、モバイル機器のバッテリー駆動時間の低下や、発熱による高速化への制約等を引き起こしている。なお、本明細書では、トランジスタが動作している状態を、通常動作モード、と記載する。 Along with miniaturization of a transistor mounted on a semiconductor device, a leakage current of the transistor continues to increase in a state where a power supply voltage is supplied but the transistor is not operating (hereinafter referred to as a standby mode). This increase in leakage current causes a decrease in battery driving time of mobile devices, restrictions on speeding up due to heat generation, and the like. Note that in this specification, a state in which a transistor is operating is referred to as a normal operation mode.
半導体装置がSRAM(Static Random Access Memory)を内蔵する場合、このSRAMに起因するリーク電流を削減する種々の方法が開示されている。特開2006−164314号公報(特許文献1)は、選択されたメモリマットのうち、データの読出しや書込み動作が行われていないメモリセルには、それら動作が行われているメモリセルに供給される電圧よりも低い電圧を供給する構成を開示する。これにより、選択されたメモリマットにおけるメモリセルのリーク電流を削減するものである。 When a semiconductor device incorporates an SRAM (Static Random Access Memory), various methods for reducing leakage current caused by the SRAM have been disclosed. In Japanese Patent Laid-Open No. 2006-164314 (Patent Document 1), among the selected memory mats, memory cells that are not subjected to data read or write operations are supplied to the memory cells that are performing those operations. A configuration for supplying a voltage lower than the voltage to be disclosed is disclosed. As a result, the leakage current of the memory cell in the selected memory mat is reduced.
特開2004−206745号公報(特許文献2)は、メモリセルを構成するトランジスタのソース−バックゲート間に正の電圧を印加し、基板バイアス効果によりサブスレッショルドリーク電流を低減させる構成を開示する。特開2005−302071号公報(特許文献3)は、閾値電圧が互いに異なる複数のメモリシステムを有する半導体システムにおいて、各メモリセルのオフリーク電流を決めるゲート・ソース間電圧を絶対値が所定値以上の負電圧に設定する構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2004-206745 (Patent Document 2) discloses a configuration in which a positive voltage is applied between a source and a back gate of a transistor constituting a memory cell to reduce a subthreshold leakage current by a substrate bias effect. Japanese Patent Laying-Open No. 2005-302071 (Patent Document 3) discloses that in a semiconductor system having a plurality of memory systems having different threshold voltages, the gate-source voltage that determines the off-leak current of each memory cell has an absolute value that is greater than or equal to a predetermined value. A configuration for setting a negative voltage is disclosed.
トランジスタの微細化に伴いサブスレッショルドリーク電流が増加している。このサブスレッショルドリーク電流はショートチャネル効果によっても増加し、このショートチャンネル効果を抑制するためhaloイオン注入が導入されている。しかし、このイオン注入によりGIDL(Gate Induced Drain Leakage)と接合リークによる基板リーク電流が増加する。従って、メモリセルのリーク電流を抑制するには、サブスレッショルドリーク電流と基板リーク電流とを総合的に考慮した対策が求められている。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Subthreshold leakage current increases with the miniaturization of transistors. This subthreshold leakage current also increases due to the short channel effect, and halo ion implantation is introduced to suppress this short channel effect. However, this ion implantation increases the substrate leakage current due to GIDL (Gate Induced Drain Leakage) and junction leakage. Therefore, in order to suppress the leakage current of the memory cell, a countermeasure that comprehensively considers the subthreshold leakage current and the substrate leakage current is required. Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態によれば、第1電源配線、および第2電源配線に接続されるメモリセルを複数備えるメモリセルアレイと、メモリセルアレイに対し、第1スタンバイモード、および第2スタンバイモードをそれぞれ選択的に設定するモード設定回路とを備え、メモリセルは、ソースが第1電源配線に、ドレインが第1データノードに、ゲートが第2データノードにそれぞれ接続された第1導電型の第1トランジスタ、ソースが第2電源配線に、ドレインが第1データノードに、ゲートが第2データノードにそれぞれ接続された第2導電型の第2トランジスタ、ソースが第1電源配線に、ドレインが第2データノードに、ゲートが第1データノードにそれぞれ接続された第1導電型の第3トランジスタ、および、ソースが第2電源配線に、ドレインが第2データノードに、ゲートが第1データノードにそれぞれ接続された第2導電型の第4トランジスタ、を有し、モード設定回路により第1スタンバイモードが設定されたとき、第1電源配線に第1電源電圧が供給され、第2電源配線に第2電源電圧が供給され、モード設定回路により第2スタンバイモードが設定されたとき、第1電源配線に第3電源電圧が供給され、第2電源配線に第4電源電圧が供給され、第3電源電圧は第1電源電圧と第2電源電圧の間の電圧値を有し、第2電源電圧は第3電源電圧と第4電源電圧の間の電圧値を有する、半導体装置である。 According to an embodiment, a memory cell array including a plurality of memory cells connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring, and the first standby mode and the second standby mode are selectively selected for the memory cell array, respectively. A memory cell having a first conductivity type first transistor having a source connected to the first power supply line, a drain connected to the first data node, and a gate connected to the second data node, A second transistor of a second conductivity type having a source connected to the second power supply line, a drain connected to the first data node, and a gate connected to the second data node, a source connected to the first power supply line, and a drain connected to the second data node In addition, a third transistor of the first conductivity type whose gate is connected to the first data node and a source of the third transistor are connected to the second power supply wiring. Has a second transistor of the second conductivity type having a gate connected to the first data node and a first standby mode set by the mode setting circuit when the first standby mode is set by the mode setting circuit. When the first power supply voltage is supplied, the second power supply voltage is supplied to the second power supply wiring, and the second standby mode is set by the mode setting circuit, the third power supply voltage is supplied to the first power supply wiring, A fourth power supply voltage is supplied to the power supply wiring, the third power supply voltage has a voltage value between the first power supply voltage and the second power supply voltage, and the second power supply voltage is between the third power supply voltage and the fourth power supply voltage. This is a semiconductor device having the following voltage value.
前記一実施の形態によれば、半導体装置の製造条件や使用環境の変動を反映させたリーク電流の削減機能を有する半導体装置の提供が可能となる。 According to the one embodiment, it is possible to provide a semiconductor device having a leakage current reduction function that reflects variations in manufacturing conditions and usage environments of the semiconductor device.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of the embodiment, reference to the number, amount, and the like is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the drawings of the embodiments, the same reference numerals and reference numerals represent the same or corresponding parts. Further, in the description of the embodiments, the overlapping description may not be repeated for the portions with the same reference numerals and the like.
<実施の形態1>
図1を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIの構成を説明する。
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A configuration of the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
半導体装置LSIは、例えば、携帯電話やデジタル家電向けの高機能SOCであり、中央処理装置CPU1、中央処理装置CPU2、特定機能回路ブロックIP1、特定機能回路ブロックIP2、およびスタンバイモード設定回路RS_CTLを備える。特定機能回路ブロックは、例えば、画像処理や音楽再生を行う機能ブロックである。 The semiconductor device LSI is a high-function SOC for mobile phones and digital home appliances, for example, and includes a central processing unit CPU1, a central processing unit CPU2, a specific function circuit block IP1, a specific function circuit block IP2, and a standby mode setting circuit RS_CTL. . The specific functional circuit block is, for example, a functional block that performs image processing and music playback.
中央処理装置CPU1は、メモリモジュールRAM_MOD1、リークモニタ回路LEAK_MON1、およびモニタ制御回路MON_CTL1を有する。中央処理装置CPU2は、メモリモジュールRAM_MOD2、リークモニタ回路LEAK_MON2、およびモニタ制御回路MON_CTL2を有する。特定機能回路ブロックIP1は、メモリモジュールRAM_MOD3、リークモニタ回路LEAK_MON3、およびモニタ制御回路MON_CTL3を有する。特定機能回路ブロックIP2は、メモリモジュールRAM_MOD4、リークモニタ回路LEAK_MON4、およびモニタ制御回路MON_CTL4を有する。 The central processing unit CPU1 has a memory module RAM_MOD1, a leak monitor circuit LEAK_MON1, and a monitor control circuit MON_CTL1. The central processing unit CPU2 includes a memory module RAM_MOD2, a leak monitor circuit LEAK_MON2, and a monitor control circuit MON_CTL2. The specific function circuit block IP1 includes a memory module RAM_MOD3, a leak monitor circuit LEAK_MON3, and a monitor control circuit MON_CTL3. The specific function circuit block IP2 includes a memory module RAM_MOD4, a leak monitor circuit LEAK_MON4, and a monitor control circuit MON_CTL4.
中央処理装置CPU1は、さらに、電源電圧vdd1の供給を受けて動作する各種演算回路等のロジック回路(図示せず)を有する。中央処理装置CPU2、特定機能回路ブロックIP1、および特定機能回路ブロックIP2も、各々、電源電圧vdd2、vdd3、およびvdd4の供給を受けて動作する各種演算回路等のロジック回路(図示せず)を有する。中央処理装置CPU1、中央処理装置CPU2、特定機能回路ブロックIP1、および特定機能回路ブロックIP2を備える半導体装置LSIは、単一の半導体チップで構成される。 The central processing unit CPU1 further includes logic circuits (not shown) such as various arithmetic circuits that operate in response to the supply of the power supply voltage vdd1. The central processing unit CPU2, the specific function circuit block IP1, and the specific function circuit block IP2 also have logic circuits (not shown) such as various arithmetic circuits that operate in response to the supply of the power supply voltages vdd2, vdd3, and vdd4. . The semiconductor device LSI including the central processing unit CPU1, the central processing unit CPU2, the specific function circuit block IP1, and the specific function circuit block IP2 is composed of a single semiconductor chip.
中央処理装置CPU1、中央処理装置CPU2、特定機能回路ブロックIP1、および特定機能回路ブロックIP2には、各々、電源電圧vdd1、電源電圧vdd2、電源電圧vdd3、および電源電圧vdd4が供給される。各電源電圧vdd1、vdd2、vdd3、およびvdd4は、半導体装置LSIとは別に設けられたレギュレータ回路REG_POWERから供給される。 The central processing unit CPU1, the central processing unit CPU2, the specific function circuit block IP1, and the specific function circuit block IP2 are supplied with the power supply voltage vdd1, the power supply voltage vdd2, the power supply voltage vdd3, and the power supply voltage vdd4, respectively. The power supply voltages vdd1, vdd2, vdd3, and vdd4 are supplied from a regulator circuit REG_POWER provided separately from the semiconductor device LSI.
スタンバイモード設定回路RS_CTLは、各メモリモジュールRAM_MODj(j=1、2,3、4)の動作モードを設定する制御信号rsj、および制御信号ram_rs_cntjを出力する。さらに、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、モニタ制御回路MON_CTLjを活性化するモニタイネーブル信号mon_enjを出力し、リークモニタ回路LEAK_MONjが出力するモニタ信号result_monjを受ける。各メモリモジュールRAM_MODjはSRAMにより構成される。なお、特に断りが無い限り、信号名とその信号配線とは同一の符号を使用する。電源配線名とその電源電圧も同様である。また、トランジスタとはMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)型トランジスタを意味する。 The standby mode setting circuit RS_CTL outputs a control signal rsj and a control signal ram_rs_cntj for setting the operation mode of each memory module RAM_MODj (j = 1, 2, 3, 4). Further, the standby mode setting circuit RS_CTL outputs a monitor enable signal mon_enj that activates the monitor control circuit MON_CTLj, and receives the monitor signal result_monj output from the leak monitor circuit LEAK_MONj. Each memory module RAM_MODj is configured by an SRAM. Unless otherwise specified, the same symbol is used for the signal name and its signal wiring. The same applies to the name of the power supply wiring and its power supply voltage. The transistor means a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) type transistor.
スタンバイモード設定回路RS_CTLは、モニタ信号result_monjに基づき、各制御信号vddj_cntを、レギュレータ回路REG_POWERへ出力する。レギュレータ回路REG_POWERは、制御信号vddj_cntに基づき電源電圧vddjを制御する。例えば、中央処理装置CPU1に供給される電源電圧vdd1の値は、制御信号vdd1_cntに基づき制御される。 The standby mode setting circuit RS_CTL outputs each control signal vddj_cnt to the regulator circuit REG_POWER based on the monitor signal result_monj. The regulator circuit REG_POWER controls the power supply voltage vddj based on the control signal vddj_cnt. For example, the value of the power supply voltage vdd1 supplied to the central processing unit CPU1 is controlled based on the control signal vdd1_cnt.
図2を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIの具体的な構成を説明する。
メモリモジュールRAM_MODjは、メモリセルアレイCELL_ARRAY、周辺回路PERI、およびセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1を備える。周辺回路PERIは、メモリセルアレイCELL_ARRAYに対してデータの書込みや読出しを行うのに必要なロウデコーダ、ワードドライバ、カラムデコーダ、カラム選択スイッチ、センスアンプ、ライトドライバ、およびその他制御回路を有する。メモリセルアレイCELL_ARRAY、および周辺回路PERIには電源電圧vddjが印加される。
A specific configuration of the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The memory module RAM_MODj includes a memory cell array CELL_ARRAY, a peripheral circuit PERI, and a cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1. The peripheral circuit PERI has a row decoder, a word driver, a column decoder, a column selection switch, a sense amplifier, a write driver, and other control circuits necessary for writing and reading data to and from the memory cell array CELL_ARRAY. A power supply voltage vddj is applied to the memory cell array CELL_ARRAY and the peripheral circuit PERI.
セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1は電源配線vssとセル電源配線arvsscに接続され、制御信号nstb_modeに応答してセル電源配線arvsscの電圧値を制御する。周辺回路PERIに電源電圧を供給する電源配線Icvssは、n型トランジスタNSW_PERIを介して、電源配線vssと接続される。このn型トランジスタNSW_PERIのゲートには、制御信号rsjをインバータINVで論理レベルを反転させた信号が印加される。 The cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is connected to the power supply wiring vss and the cell power supply wiring arvssc, and controls the voltage value of the cell power supply wiring arvssc in response to the control signal nstb_mode. The power supply wiring Icvss that supplies the power supply voltage to the peripheral circuit PERI is connected to the power supply wiring vss via the n-type transistor NSW_PERI. A signal obtained by inverting the logic level of the control signal rsj by the inverter INV is applied to the gate of the n-type transistor NSW_PERI.
OR回路ORは、インバータINVの出力と制御信号ram_rs_cntjとのOR処理信号を、制御信号nstb_modeとして出力する。制御信号rsjがロウレベルの場合、制御信号ram_rs_cntjの論理レベルによらず、制御信号nstb_modeはハイレベルに設定される。制御信号rsjがハイレベルの場合、制御信号nstb_mode論理レベルは制御信号ram_rs_cntjの論理レベルと同相となる。 The OR circuit OR outputs an OR processing signal between the output of the inverter INV and the control signal ram_rs_cntj as the control signal nstb_mode. When the control signal rsj is at the low level, the control signal nstb_mode is set to the high level regardless of the logic level of the control signal ram_rs_cntj. When the control signal rsj is at a high level, the control signal nstb_mode logic level is in phase with the logic level of the control signal ram_rs_cntj.
制御信号rsjはスタンバイモード設定回路RS_CTLから出力され、メモリモジュールRAM_MODjを通常動作モードまたはスタンバイモードのいずれか一方に設定する。この結果、周辺回路PERIへの電源電圧vssの供給は制御信号rsjで制御され、メモリセルアレイCELL_ARRAYに電源電圧を供給するセル電源配線arvsscの電圧は制御信号rsjおよび制御信号ram_rs_cntjで制御される。周辺回路PERIおよびメモリセルアレイCELL_ARRAYには電源電圧vddjが供給される。メモリセルアレイCELL_ARRAYは、電源電圧vssが印加されたセル電源配線vssbcと接続される。 The control signal rsj is output from the standby mode setting circuit RS_CTL, and sets the memory module RAM_MODj to either the normal operation mode or the standby mode. As a result, the supply of the power supply voltage vss to the peripheral circuit PERI is controlled by the control signal rsj, and the voltage of the cell power supply wiring arvssc that supplies the power supply voltage to the memory cell array CELL_ARRAY is controlled by the control signal rsj and the control signal ram_rs_cntj. A power supply voltage vddj is supplied to the peripheral circuit PERI and the memory cell array CELL_ARRAY. The memory cell array CELL_ARRAY is connected to the cell power supply wiring vssbc to which the power supply voltage vss is applied.
リークモニタ回路LEAK_MONjは、後述の通り、互いに異なるスタンバイモードに設定されたモニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2を有する。モニタイネーブル信号mon_enjに応答してモニタ制御回路MON_CTLjが出力する制御信号に基づき、リークモニタ回路LEAK_MONjは、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2のリーク電流値の比較結果をモニタ信号result_monjとしてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 As will be described later, the leak monitor circuit LEAK_MONj has a monitor cell array ARY1 and a monitor cell array ARY2 set in different standby modes. Based on the control signal output from the monitor control circuit MON_CTLj in response to the monitor enable signal mon_enj, the leak monitor circuit LEAK_MONj uses the comparison result of the leak current values of the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 as the monitor signal result_monj, and the standby mode setting circuit Output to RS_CTL.
スタンバイモード設定回路RS_CTLは、モニタ信号result_monjに基づき、制御信号ram_rs_cntjをメモリモジュールRAM_MODjへ出力し、電源配線lcvssおよびセル電源配線arvsscの電圧を制御する。さらに、スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力する制御信号vddj_cntに基づき、レギュレータ回路REG_POWERは、半導体装置LSIへ供給する電源電圧vddjを制御する。 The standby mode setting circuit RS_CTL outputs a control signal ram_rs_cntj to the memory module RAM_MODj based on the monitor signal result_monj, and controls the voltages of the power supply wiring lcvss and the cell power supply wiring arvssc. Further, based on the control signal vddj_cnt output from the standby mode setting circuit RS_CTL, the regulator circuit REG_POWER controls the power supply voltage vddj supplied to the semiconductor device LSI.
図3を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIが備えるメモリセルアレイCELL_ARRAYの構成を説明する。 A configuration of the memory cell array CELL_ARRAY included in the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
以下の説明において中央処理装置CPU1が備えるメモリセルアレイCELL_ARRAYの構成(図2において、j=1)を例に示す。他の構成(図2において、j=2〜4)も、メモリセルの個数が各々適宜設定された同様の構成を有する。 In the following description, the configuration of the memory cell array CELL_ARRAY included in the central processing unit CPU1 (j = 1 in FIG. 2) is shown as an example. Other configurations (j = 2 to 4 in FIG. 2) also have similar configurations in which the number of memory cells is appropriately set.
メモリセルアレイCELL_ARRAYはワード線wl[p](p=0〜m−1)方向にn個、ビット線対bt[q]/bb[q](q=0〜n−1)方向にm個のアレイ状に配置されたSRAMタイプのメモリセルMCを有する。各メモリセルMCのバックゲートノードvddbおよび電源ノードarvddは電源配線vdd1と接続される。各メモリセルMCのバックゲートノードvssb、および電源ノードarvssは、各々、セル電源配線vssbc、およびセル電源配線arvsscと接続される。各メモリセルMCにおいて、ワード線ノードwlはワード線wl[p]と接続され、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、各々、ビット線btおよびビット線bbと接続される。 The memory cell array CELL_ARRAY includes n pieces in the direction of the word line wl [p] (p = 0 to m−1) and m pieces in the direction of the bit line pair bt [q] / bb [q] (q = 0 to n−1). It has SRAM type memory cells MC arranged in an array. The back gate node vddb and the power supply node arvdd of each memory cell MC are connected to the power supply wiring vdd1. The back gate node vssb and the power supply node arvss of each memory cell MC are connected to the cell power supply line vssbc and the cell power supply line arvssc, respectively. In each memory cell MC, word line node wl is connected to word line wl [p], and bit line node bt and bit line node bb are connected to bit line bt and bit line bb, respectively.
図4を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIが備えるメモリセルMCの回路図を説明する。 A circuit diagram of the memory cell MC provided in the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
メモリセルMCはp型トランジスタPU_L、p型トランジスタPU_R、n型トランジスタPD_L、およびn型トランジスタPD_Rから成るデータ保持回路DHを有する。p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lの各ドレインはデータノードNd_Rと接続され、p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rの各ゲートはデータノードNd_Lと接続される。p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rの各ドレインはデータノードNd_Rと接続され、p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lの各ドレインはデータノードNd_L接続される。 The memory cell MC has a data holding circuit DH including a p-type transistor PU_L, a p-type transistor PU_R, an n-type transistor PD_L, and an n-type transistor PD_R. The drains of p-type transistor PU_L and n-type transistor PD_L are connected to data node Nd_R, and the gates of p-type transistor PU_R and n-type transistor PD_R are connected to data node Nd_L. Each drain of p-type transistor PU_R and n-type transistor PD_R is connected to data node Nd_R, and each drain of p-type transistor PU_L and n-type transistor PD_L is connected to data node Nd_L.
p型トランジスタPU_LおよびPU_Rの各ソースは電源ノードarvddと接続され、両トランジスタのバックゲートはバックゲートノードvddbと接続される。n型トランジスタPD_Lおよびn型トランジスタPD_Rの各ソースは電源ノードarvssと接続され、両トランジスタのバックゲートはバックゲートノードvssbと接続される。 Each source of p-type transistors PU_L and PU_R is connected to power supply node arvdd, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vdb. The sources of n-type transistor PD_L and n-type transistor PD_R are connected to power supply node arvss, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vssb.
データ保持回路DHは、p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lから成るインバータと、p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rから成るインバータで構成されるラッチ回路である。電源ノードarvddの電圧をバックゲートノードvddbの電圧に対して低下させることで、p型トランジスタPU_LおよびPU_Rから成る1対のp型トランジスタにバックバイアスを印加することが可能となる。同様に、電源ノードarvssの電圧をバックゲートノードvssbの電圧に対して上昇させることで、n型トランジスタPD_LおよびPD_Rから成る1対のn型トランジスタにバックバイアスを印加することが可能となる。 The data holding circuit DH is a latch circuit including an inverter composed of a p-type transistor PU_L and an n-type transistor PD_L and an inverter composed of a p-type transistor PU_R and an n-type transistor PD_R. By lowering the voltage of the power supply node arvdd with respect to the voltage of the back gate node vddb, it becomes possible to apply a back bias to a pair of p-type transistors including the p-type transistors PU_L and PU_R. Similarly, by raising the voltage of the power supply node arvss with respect to the voltage of the back gate node vssb, it becomes possible to apply a back bias to a pair of n-type transistors including the n-type transistors PD_L and PD_R.
メモリセルMCは、さらに、データ保持回路DHのデータノードNd_Lにソース/ドレインの一方が接続され、ビット線ノードbtにソース/ドレインの他方が接続されるn型トランジスタPG_Lと、データ保持回路DHのデータノードNd_Rにソース/ドレインの一方が接続され、ビット線ノードbbにソース/ドレインの他方が接続されるn型トランジスタPG_Rとを有する。n型トランジスタPG_L、およびn型トランジスタPG_Rの各ゲートは、ワード線ノードwlと接続され、両トランジスタのバックゲートはバックゲートノードvssbと接続される。なお、n型トランジスタPG_L、およびn型トランジスタPG_Rのソースとドレインは印加される電圧の大小により変化するため、以降、ソース/ドレインと記載する。 The memory cell MC further includes an n-type transistor PG_L having one of the source / drain connected to the data node Nd_L of the data holding circuit DH and the other of the source / drain connected to the bit line node bt, and the data holding circuit DH One source / drain is connected to the data node Nd_R, and an n-type transistor PG_R is connected to the bit line node bb. Each gate of n-type transistor PG_L and n-type transistor PG_R is connected to word line node wl, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vssb. Note that the source and drain of the n-type transistor PG_L and the n-type transistor PG_R change depending on the magnitude of the applied voltage, and hence will be referred to as source / drain.
図33を参照して、本願発明者等が新たに見出したMOSトランジスタのリーク電流特性について説明する。 With reference to FIG. 33, the leakage current characteristic of the MOS transistor newly found by the present inventors will be described.
図33は、最先端の製造プロセスを設計するに際し、本願発明者等が新たに見出したMOSトランジスタのサブスレッショルドリーク電流と基板リークの特性を説明するグラフである。横軸はMOSトランジスタが形成されている半導体基板の温度であり、縦軸はMOSトランジスタで発生するリーク電流値を示し、任意スケールである。 FIG. 33 is a graph for explaining the characteristics of the subthreshold leakage current and the substrate leakage of the MOS transistor newly found by the inventors of the present application when designing the most advanced manufacturing process. The horizontal axis represents the temperature of the semiconductor substrate on which the MOS transistor is formed, and the vertical axis represents the leak current value generated in the MOS transistor, which is an arbitrary scale.
グラフLK1は、MOSトランジスタの閾値電圧が製造プロセス設計で想定している閾値電圧より高い場合(高Vth)のサブスレッショルドリーク電流の特性を示す。グラフLK2は、MOSトランジスタの閾値電圧が製造プロセス設計で想定している閾値電圧より低い場合(低Vth)のサブスレッショールドリーク電流の特性を示す。グラフLK3は、ドレインから半導体基板に流れる基板リーク電流の特性を示す。 The graph LK1 shows the characteristics of the subthreshold leakage current when the threshold voltage of the MOS transistor is higher than the threshold voltage assumed in the manufacturing process design (high Vth). The graph LK2 shows the characteristics of the subthreshold leakage current when the threshold voltage of the MOS transistor is lower than the threshold voltage assumed in the manufacturing process design (low Vth). A graph LK3 shows the characteristics of the substrate leakage current flowing from the drain to the semiconductor substrate.
サブスレッショルドリーク電流は温度が上昇すると指数関数的に増加するのに対し、基板リーク電流の温度依存性はほとんど見られない。一方、製造プロセスのばらつきによる閾値電圧の変動に関しては、閾値電圧の減少に伴いサブスレッショルドリーク電流は増加するのに対し、基板リーク電流はほとんど変化しない。このため、温度が上昇するに従い、MOSトランジスタのリーク電流は基板リーク電流からサブスレッショルドリーク電流が支配的になることが分かった。低VthのMOSトランジスタ、および高VthのMOSトランジスタの場合、各々温度temp1および温度tempで支配的なリーク電流が交代する。 The subthreshold leakage current increases exponentially as the temperature rises, while the temperature dependence of the substrate leakage current is hardly seen. On the other hand, with respect to threshold voltage fluctuations due to manufacturing process variations, the subthreshold leakage current increases as the threshold voltage decreases, while the substrate leakage current hardly changes. For this reason, it has been found that as the temperature rises, the sub-threshold leakage current becomes dominant in the leakage current of the MOS transistor from the substrate leakage current. In the case of a low Vth MOS transistor and a high Vth MOS transistor, the dominant leakage currents alternate at temperatures temp1 and temp, respectively.
n型MOSトランジスタのサブスレッショルドリーク電流は、バックゲート電圧に対してソース電圧を上昇させるバックバイアスを印加することで効果的に削減可能であるが、基板リーク電流の削減には効果が無い。一方、基板リーク電流は、MOSトランジスタのドレイン電圧を低下させることで低減可能である。従って、MOSトランジスタのサブスレッショルドリーク電流が基板リーク電流より大きい場合はバックバイアスを印加し、基板リーク電流がサブスレッショルドリーク電流より大きい場合はドレイン電圧を減少させることがMOSトランジスタのリーク電流低減に効果的である。つまり、サブスレッショルドリーク電流と基板リーク電流との大小比較を行い、その比較結果に基づき、バックバイアスの印加またはドレイン電圧の低減を行う構成が必要である。 Although the subthreshold leakage current of the n-type MOS transistor can be effectively reduced by applying a back bias that raises the source voltage with respect to the back gate voltage, there is no effect in reducing the substrate leakage current. On the other hand, the substrate leakage current can be reduced by lowering the drain voltage of the MOS transistor. Therefore, if the subthreshold leakage current of the MOS transistor is larger than the substrate leakage current, a back bias is applied, and if the substrate leakage current is larger than the subthreshold leakage current, reducing the drain voltage is effective in reducing the leakage current of the MOS transistor. Is. That is, it is necessary to compare the subthreshold leakage current and the substrate leakage current and apply a back bias or reduce the drain voltage based on the comparison result.
図5を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIが備えるセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1の具体的な回路を説明する。 With reference to FIG. 5, a specific circuit of the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 provided in the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described.
図5(a)は、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1の第1の具体例であるセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Aの回路図である。ノードNcn1aにはn型トランジスタNSW_ARY、n型トランジスタNDIOD、およびn型トランジスタNRESIのドレインが接続され、ノードNcn2aにはそれら各トランジスタのソースが接続される。n型トランジスタNSW_ARYは、そのゲートに印加される制御信号nstb_modeの論理レベルに基づき導通状態が制御される電源スイッチとして動作する。n型トランジスタNDIODは、そのゲートとドレインがともにノードNcn1aと接続されたMOSダイオードとして動作する。n型トランジスタNRESIは、そのゲートに所定の電圧値に設定された電源電圧vddmが印加され、所定のインピーダンスを有する抵抗として動作する。 FIG. 5A is a circuit diagram of a cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1A which is a first specific example of the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1. The node Ncn1a is connected to the drains of the n-type transistor NSW_ARY, the n-type transistor NDIOD, and the n-type transistor NRESI, and the node Ncn2a is connected to the sources of these transistors. The n-type transistor NSW_ARY operates as a power switch whose conduction state is controlled based on the logic level of the control signal nstb_mode applied to its gate. N-type transistor NDIOD operates as a MOS diode whose gate and drain are both connected to node Ncn1a. The n-type transistor NRESI operates as a resistor having a predetermined impedance when a power supply voltage vddm set to a predetermined voltage value is applied to its gate.
制御信号nstb_modeがハイレベルの場合、n型トランジスタNSW_ARYは導通状態(電源スイッチが閉じた状態)となり、ノードNcn1aとノードNcn2aは同電圧となる。即ち、セル電源配線arvsscには電源電圧vssが印加される。制御信号nstb_modeがロウレベルの場合、n型トランジスタNSW_ARYは非導通状態(電源スイッチが開いた状態)となり、セル電源配線arvsscの電圧は電源電圧vssより上昇する。その上昇電圧は、セル電源配線arvssc、ダイオード接続されているn型トランジスタNDIOD、および抵抗として動作するn型トランジスタNRESIに流れる電流により定まる。なお、必要に応じ、n型トランジスタNRESIは省略しても良い。 When the control signal nstb_mode is at a high level, the n-type transistor NSW_ARY is in a conductive state (a state where the power switch is closed), and the node Ncn1a and the node Ncn2a have the same voltage. That is, the power supply voltage vss is applied to the cell power supply wiring arvssc. When the control signal nstb_mode is at a low level, the n-type transistor NSW_ARY is in a non-conducting state (a state where the power switch is opened), and the voltage of the cell power supply wiring arvssc rises from the power supply voltage vss. The increased voltage is determined by the current flowing through the cell power supply line arvssc, the diode-connected n-type transistor NDIOD, and the n-type transistor NRESI operating as a resistor. Note that the n-type transistor NRESI may be omitted as necessary.
図5(b)は、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1の第2の具体例であるセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Bの回路図である。ノードNcn1bにはn型トランジスタNSWD、およびn型トランジスタNRESIのドレインが接続され、ノードNcn2bにはそれら各トランジスタのソースが接続される。n型トランジスタNRESIは、そのゲートに電源電圧vddmが印加され、抵抗として動作する。n型トランジスタNSWDのドレインおよびゲート間には、n型トランジスタNDGのドレインおよびソースが各々接続され、その導通状態は制御信号nstb_modeにより制御される。p型トランジスタPDのソースには電源電圧vddmが印加され、そのドレインはn型トランジスタNSWDのゲートと接続される。p型トランジスタPDは、そのゲートに制御信号nstb_modeが接続される。 FIG. 5B is a circuit diagram of a cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1B which is a second specific example of the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1. Node Ncn1b is connected to the drains of n-type transistor NSWD and n-type transistor NRESI, and node Ncn2b is connected to the sources of these transistors. The n-type transistor NRESI operates as a resistor when the power supply voltage vddm is applied to its gate. The drain and source of the n-type transistor NDG are connected between the drain and gate of the n-type transistor NSWD, respectively, and the conduction state is controlled by the control signal nstb_mode. A power supply voltage vddm is applied to the source of the p-type transistor PD, and its drain is connected to the gate of the n-type transistor NSWD. The control signal nstb_mode is connected to the gate of the p-type transistor PD.
制御信号nstb_modeがロウレベルの場合、n型トランジスタNDGは非導通状態となり、p型トランジスタPDは導通状態となる。その結果、n型トランジスタNSWDは導通状態となり、セル電源配線arvsscには電源電圧vssが印加される。制御信号nstb_modeがハイレベルの場合、p型トランジスタPDは非導通状態となるが、n型トランジスタNDGは導通状態となり、セル電源配線arvsscの電圧は電源電圧vssより上昇する。その上昇電圧は、セル電源配線arvssc、ダイオード接続されているn型トランジスタNSWD、および抵抗として動作するn型トランジスタNRESIに流れる電流により定まる。なお、必要に応じ、n型トランジスタNRESIは省略しても良い。 When the control signal nstb_mode is at a low level, the n-type transistor NDG is turned off and the p-type transistor PD is turned on. As a result, the n-type transistor NSWD becomes conductive, and the power supply voltage vss is applied to the cell power supply wiring arvssc. When the control signal nstb_mode is at a high level, the p-type transistor PD is in a non-conductive state, but the n-type transistor NDG is in a conductive state, and the voltage of the cell power supply wiring arvssc rises from the power supply voltage vss. The increased voltage is determined by the current flowing through the cell power supply line arvssc, the diode-connected n-type transistor NSWD, and the n-type transistor NRESI operating as a resistor. Note that the n-type transistor NRESI may be omitted as necessary.
図6を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIが備えるメモリモジュールRAM_MOD1の動作モードを説明する。 With reference to FIG. 6, an operation mode of the memory module RAM_MOD1 included in the semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described.
メモリモジュールRAM_MOD1は、スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力する制御信号rs1および制御信号ram_rs_cnt1(いずれも、図2において、j=1に対応)によりその動作モードが設定される。制御信号rs1をロウレベル(Low)に設定すると、制御信号ram_rs_cnt1の値によらず、メモリモジュールRAM_MOD1は通常動作モードに設定される。通常動作モードに設定されたメモリモジュールRAM_MOD1には、電源電圧vdd1normに設定された電源電圧vdd1、および電源電圧vssが印加される。 The operation mode of the memory module RAM_MOD1 is set by a control signal rs1 and a control signal ram_rs_cnt1 (both correspond to j = 1 in FIG. 2) output from the standby mode setting circuit RS_CTL. When the control signal rs1 is set to low level (Low), the memory module RAM_MOD1 is set to the normal operation mode regardless of the value of the control signal ram_rs_cnt1. The power supply voltage vdd1 set to the power supply voltage vdd1norm and the power supply voltage vss are applied to the memory module RAM_MOD1 set to the normal operation mode.
メモリモジュールRAM_MOD1が有する周辺回路PERIには、電源電圧vdd1normと電源配線lcvssに設定された電圧が印加される。制御信号rs1でn型トランジスタNSW_PERIは導通状態になるため、電源配線lcvssの電圧は電源電圧vssと同じ電圧となる。メモリセルアレイCELL_ARRAYには、電源電圧vdd1normと、セル電源配線arvsscを介してセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1で制御された電圧とが印加される。 The power supply voltage vdd1norm and the voltage set for the power supply wiring lcvss are applied to the peripheral circuit PERI included in the memory module RAM_MOD1. Since the n-type transistor NSW_PERI is turned on by the control signal rs1, the voltage of the power supply wiring lcvss becomes the same voltage as the power supply voltage vss. A power supply voltage vdd1norm and a voltage controlled by the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 are applied to the memory cell array CELL_ARRAY through the cell power supply wiring arvssc.
図2に示すセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1と制御信号ram_rs_cnt1との関係を説明する。セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1が図5(a)に示すセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Aの場合、ノードNcn1aとノードNcn2a間の電圧は制御信号nstb_modeにより決定される。制御信号rs1がロウレベルの場合、制御信号ram_rs_cnt1の論理レベルによらず、制御信号nstb_modeはハイレベルに設定される。その結果、ノードNcn1aの電圧はノードNcn2aの電圧である電源電圧vssと同じとなる。制御信号rs1がハイレベルの場合、ノードNcn1aの電圧は、制御信号ram_rs_cnt1により制御される。 A relationship between the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 and the control signal ram_rs_cnt1 illustrated in FIG. 2 will be described. When the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1A shown in FIG. 5A, the voltage between the node Ncn1a and the node Ncn2a is determined by the control signal nstb_mode. When the control signal rs1 is at the low level, the control signal nstb_mode is set to the high level regardless of the logic level of the control signal ram_rs_cnt1. As a result, the voltage at the node Ncn1a is the same as the power supply voltage vss, which is the voltage at the node Ncn2a. When the control signal rs1 is at a high level, the voltage of the node Ncn1a is controlled by the control signal ram_rs_cnt1.
セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1が図5(b)に示すセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Bの場合、図2において、制御信号nstb_modeを生成するOR回路ORをNOR回路に置き換えることで、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Bと制御信号ram_rs_cnt1との関係は、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Aと制御信号ram_rs_cnt1との関係と同じになる。 When the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1B shown in FIG. 5B, the OR circuit OR that generates the control signal nstb_mode in FIG. 2 is replaced with a NOR circuit, thereby the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1B. And the control signal ram_rs_cnt1 are the same as the relationship between the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1A and the control signal ram_rs_cnt1.
通常動作モードにおけるメモリセルMCの、各ノード(図3、および図4参照)に印加される電圧を説明する。電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbには、通常動作モードにおける電源電圧vdd1の値として設定される電源電圧vdd1normが印加される。電源電圧vdd1normは、例えば、1.0Vである。電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbには、電源電圧vssが印加される。この結果、1対のp型トランジスタ(PU_L、PU_R)、および1対のn型トランジスタ(PD_L、PD_R)とも、バックバイアスは印加されない。 A voltage applied to each node (see FIGS. 3 and 4) of memory cell MC in the normal operation mode will be described. A power supply voltage vdd1norm set as a value of the power supply voltage vdd1 in the normal operation mode is applied to the power supply node arvdd and the back gate node vddb. The power supply voltage vdd1norm is, for example, 1.0V. A power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss and the back gate node vssb. As a result, no back bias is applied to the pair of p-type transistors (PU_L, PU_R) and the pair of n-type transistors (PD_L, PD_R).
メモリモジュールRAM_MOD1は、制御信号rs1がハイレベルに設定された場合、スタンバイモードに設定される。スタンバイモードに設定されたメモリモジュールRAM_MOD1は、さらに、制御信号ram_rs_cnt1により2つのスタンバイモードのいずれか一方に設定される。各スタンバイモードは、制御信号ram_rs_cnt1をロウレベル(Low)に設定した場合のスタンバイモード1(以下、RSモード、と記載。)と、ハイレベル(High)に設定した場合のスタンバイモード2(以下、LVRSモード、と記載。)とに分類される。 The memory module RAM_MOD1 is set to the standby mode when the control signal rs1 is set to a high level. The memory module RAM_MOD1 set to the standby mode is further set to one of the two standby modes by the control signal ram_rs_cnt1. Each standby mode includes a standby mode 1 (hereinafter referred to as RS mode) when the control signal ram_rs_cnt1 is set to low level (Low), and a standby mode 2 (hereinafter referred to as LVRS) when set to high level (High). Mode, and description.).
周辺回路PERIに電源電圧を供給する電源配線lcvssは、制御信号rs1によりn型トランジスタNSW_PERIが非導通状態に設定されるため、RSモードおよびLVRSモードいずれの場合とも電源電圧vssが印加されないフローティング状態(概ね、電源電圧vdd1まで上昇)となる。メモリセルアレイCELL_ARRAYには、電源電圧vdd1と、セル電源配線arvsscを介して、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1で制御された電圧とが印加される。 The power supply wiring lcvss for supplying the power supply voltage to the peripheral circuit PERI is in a floating state in which the power supply voltage vss is not applied in both the RS mode and the LVRS mode because the n-type transistor NSW_PERI is set in a non-conductive state by the control signal rs1. Generally, the power supply voltage rises to vdd1). The memory cell array CELL_ARRAY is supplied with the power supply voltage vdd1 and the voltage controlled by the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 through the cell power supply wiring arvssc.
RSモードにおけるメモリセルMCの、各ノード(図3、および図4参照)に印加される電圧を説明する。電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbには、RSモードにおける電源電圧vdd1の値として設定される電源電圧vdd1normが印加される。この結果、データ保持回路DHが有する1対のp型トランジスタ(PU_L/PU_R)において、そのソース、およびバックゲートは同電圧(電源電圧vdd1norm)となり、両p型トランジスタは、バックバイアスが印加されない状態に設定される。 A voltage applied to each node (see FIGS. 3 and 4) of the memory cell MC in the RS mode will be described. A power supply voltage vdd1norm set as a value of the power supply voltage vdd1 in the RS mode is applied to the power supply node arvdd and the back gate node vddb. As a result, in the pair of p-type transistors (PU_L / PU_R) included in the data holding circuit DH, the source and back gate are at the same voltage (power supply voltage vdd1norm), and no back bias is applied to both p-type transistors. Set to
電源ノードarvssには、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1で制御された電圧が印加される。RSモードの場合、制御信号ram_rs_cnt1はロウレベル(制御信号nstb_modeがロウレベル)に設定されるため、セル電源配線arvsscの電圧は電源電圧vssに所定のバイアス電圧Δvssを加えた値(vss+Δvss)となる。この結果、データ保持回路DHが有する1対のn型トランジスタ(PD_L/PD_R)において、そのソース、およびバックゲートの電圧は、各々、vss+Δvss、およびvssに設定され、両n型トランジスタは、バイアス電圧Δvssのバックバイアスが印加された状態に設定される。バイアス電圧Δvssは、例えば、0.2Vに設定される。 A voltage controlled by the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is applied to the power supply node arvss. In the RS mode, since the control signal ram_rs_cnt1 is set to a low level (the control signal nstb_mode is low level), the voltage of the cell power supply wiring arvssc becomes a value (vss + Δvss) obtained by adding a predetermined bias voltage Δvss to the power supply voltage vss. As a result, in the pair of n-type transistors (PD_L / PD_R) included in the data holding circuit DH, the source and back gate voltages are set to vss + Δvss and vss, respectively. A state in which a back bias of Δvss is applied is set. For example, the bias voltage Δvss is set to 0.2V.
LVRSモードにおけるメモリセルMCの、各ノードに印加される電圧を説明する。電源ノードarvdd、およびバックゲートノードvddbには、LVRSモードにおける電源電圧vdd1として設定される電圧、即ち、電源電圧vdd1normを所定のバイアス電圧Δvddだけ下降させた電圧(vdd1norm−Δvdd)が印加される。この結果、データ保持回路DHが有する1対のp型トランジスタにおいて、そのソース、およびバックゲートは同電圧(vdd1norm−Δvdd)となり、両p型トランジスタは、バックバイアスが印加されない状態に設定される。バイアス電圧Δvddは、例えば、0.2Vに設定される。 A voltage applied to each node of the memory cell MC in the LVRS mode will be described. A voltage set as the power supply voltage vdd1 in the LVRS mode, that is, a voltage (vdd1norm−Δvdd) obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by a predetermined bias voltage Δvdd is applied to the power supply node arvdd and the back gate node vddb. As a result, in the pair of p-type transistors included in the data holding circuit DH, the source and the back gate have the same voltage (vdd1norm−Δvdd), and both the p-type transistors are set to a state in which no back bias is applied. The bias voltage Δvdd is set to 0.2 V, for example.
電源ノードarvssには、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1で制御された電圧が印加される。LVRSモードの場合、制御信号ram_rs_cnt1はハイレベル(制御信号nstb_modeがハイレベル)に設定されるため、セル電源配線arvsscの電圧は電源電圧vssと同じとなる。この結果、データ保持回路DHが有する1対のn型トランジスタにおいて、そのソース、およびバックゲートは同電圧(vss)となり、バックバイアスが印加されない状態に設定される。 A voltage controlled by the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is applied to the power supply node arvss. In the LVRS mode, the control signal ram_rs_cnt1 is set to a high level (the control signal nstb_mode is at a high level), so that the voltage of the cell power supply wiring arvssc is the same as the power supply voltage vss. As a result, in the pair of n-type transistors included in the data holding circuit DH, the source and the back gate are set to the same voltage (vss), and the back bias is not applied.
図4および図6を参照して、RSモードおよびLVRSモードと、メモリセルMCのリーク電流との関係について説明する。以下の説明において、スタンバイモードに設定されたメモリセルMCのデータ保持回路DHにおいて、データノードNd_Rがハイレベル、データノードNd_Lがロウレベルに設定されていると仮定する。この場合、n型トランジスタPD_Rは非導通状態、p型トランジスタPU_Rは導通状態にあり、n型トランジスタPD_Lは導通状態、p型トランジスタPU_Lは非導通状態にある。さらに、スタンバイモードでは、ワード線ノードwlはロウレベル、ビット線ノードbt、およびビット線bbはハイレベルに設定され、n型トランジスタPG_R、およびn型トランジスタPG_Lはともに非導通状態にある。 With reference to FIG. 4 and FIG. 6, the relationship between the RS mode and the LVRS mode and the leakage current of the memory cell MC will be described. In the following description, it is assumed that the data node Nd_R is set to the high level and the data node Nd_L is set to the low level in the data holding circuit DH of the memory cell MC set to the standby mode. In this case, the n-type transistor PD_R is non-conductive, the p-type transistor PU_R is conductive, the n-type transistor PD_L is conductive, and the p-type transistor PU_L is non-conductive. Further, in the standby mode, the word line node wl is set to the low level, the bit line node bt, and the bit line bb are set to the high level, and the n-type transistor PG_R and the n-type transistor PG_L are both non-conductive.
RSモードにおいて、データ保持回路DHが有する1対のn型トランジスタ(PD_L/PD_R)のソースは電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧に、バックゲートは電源電圧vssに設定され、1対のn型トランジスタにはバイアス電圧Δvssのバックバイアスが印加される。この結果、非導通状態にあるn型トランジスタPD_Rにおいて、その閾値電圧が増加し、サブスレッショルドリーク電流が減少する。 In the RS mode, the source of the pair of n-type transistors (PD_L / PD_R) included in the data holding circuit DH is set to a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss, and the back gate is set to the power supply voltage vss. A back bias having a bias voltage Δvss is applied to the n-type transistor. As a result, in the non-conducting n-type transistor PD_R, the threshold voltage increases and the subthreshold leakage current decreases.
一方、導通状態にあるn型トランジスタPD_Lのソース電圧がバイアス電圧Δvss上昇すると、データノードNd_Lの電圧も同様に上昇する。その結果、非導通状態にあるn型トランジスタPG_Lにおいて、そのソース電圧(データノードNd_Lと接続されているソース/ドレインの電圧)もバイアス電圧Δvss上昇し、サブスレッショルドリーク電流が減少する。 On the other hand, when the source voltage of the n-type transistor PD_L in the conductive state rises, the voltage of the data node Nd_L similarly rises. As a result, in the n-type transistor PG_L in the non-conductive state, the source voltage (source / drain voltage connected to the data node Nd_L) also increases the bias voltage Δvss, and the subthreshold leakage current decreases.
LVRSモードにおいて、データ保持回路DHが有する1対のp型トランジスタ(PU_L/PU_R)のソース、およびバックゲートは、ともに電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvdd下降させた電圧に設定される。導通状態にあるp型トランジスタPU_Rのソース電圧がバイアス電圧Δvdd下降すると、データノードNd_Rの電圧も同様に下降する。その結果、非導通状態にあるn型トランジスタPD_Rにおいて、そのドレイン電圧もバイアス電圧Δvss下降し、基板リーク電流が減少する。さらに、電源電圧vdd1が、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降するため、電源電圧vdd1が印加されるビット線ノードbtとソース/ドレインが接続されるn型トランジスタPG_L、および電源電圧vdd1が印加されるビット線ノードbbとソース/ドレインが接続されるn型トランジスタPG_Rにおける基板リーク電流も減少する。即ち、メモリセルMCをRSモード、およびLVRSモードに設定することで、メモリセルMCが有するn型トランジスタのリーク電流を削減することが可能である。 In the LVRS mode, the source and back gate of the pair of p-type transistors (PU_L / PU_R) included in the data holding circuit DH are both set to a voltage obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd. When the source voltage of the p-type transistor PU_R in the conducting state is lowered, the voltage of the data node Nd_R is similarly lowered. As a result, in the non-conducting n-type transistor PD_R, the drain voltage also decreases by the bias voltage Δvss, and the substrate leakage current decreases. Furthermore, since the power supply voltage vdd1 drops from the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd, the bit line node bt to which the power supply voltage vdd1 is applied and the n-type transistor PG_L to which the source / drain is connected and the power supply voltage vdd1 are applied. The substrate leakage current in the n-type transistor PG_R to which the bit line node bb and the source / drain are connected is also reduced. That is, by setting the memory cell MC to the RS mode and the LVRS mode, it is possible to reduce the leak current of the n-type transistor included in the memory cell MC.
図7を参照して、実施の形態1に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1Aの構成を説明する。 With reference to FIG. 7, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1A provided in semiconductor device LSI according to the first embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1AはモニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYA、比較器COMP、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1を有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1A includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA, a comparator COMP, and an array VSS generation circuit ARVSS_GEN1.
モニタセルアレイARY1は所定数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd1と接続される。各メモリセルMCの電源ノードarvssはセル電源配線arvss1と接続され、セル電源配線arvss1にはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1が出力する所定の電圧が印加される。 The monitor cell array ARY1 includes a predetermined number of memory cells MC. Power supply node arvdd, back gate node vddb, bit line node bt, and bit line node bb of each memory cell MC are connected to cell power supply line arvdd1. The power supply node arvss of each memory cell MC is connected to the cell power supply line arvss1, and a predetermined voltage output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the cell power supply line arvss1.
アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1は、図6に示すバイアス電圧Δvssを生成し、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧をセル電源配線arvss1に印加する。各メモリセルMCのバックゲートノードvssbはセル電源配線vssb1と接続され、電源電圧vssが印加される。 The array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 generates the bias voltage Δvss shown in FIG. 6, and applies a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss to the cell power supply line arvss1. The back gate node vssb of each memory cell MC is connected to the cell power supply wiring vssb1, and the power supply voltage vss is applied.
モニタセルアレイARY2は、モニタセルアレイARY1が備えるメモリセルMCと同一数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd2と接続される。各メモリセルMCのバックゲートノードvssbはセル電源配線vssb2と接続され、電源電圧vssが印加される。各メモリセルMCの電源ノードarvssはセル電源配線arvss2と接続され、セル電源配線arvss2には電源電圧vssが印加される。 The monitor cell array ARY2 includes the same number of memory cells MC as the memory cells MC included in the monitor cell array ARY1. The power supply node arvdd, back gate node vddb, bit line node bt, and bit line node bb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd2. The back gate node vssb of each memory cell MC is connected to the cell power supply wiring vssb2, and the power supply voltage vss is applied. The power supply node arvss of each memory cell MC is connected to the cell power supply wiring arvss2, and the power supply voltage vss is applied to the cell power supply wiring arvss2.
モニタセルアレイARY1が備えるメモリセルMCが有するデータ保持回路DHのn型トランジスタ(PD_L/PD_R)には、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧により、バックバイアスが印加される。一方、モニタセルアレイARY2が有するデータ保持回路DHのn型トランジスタには、バックバイアスは印加されない。 A back bias is applied to the n-type transistor (PD_L / PD_R) of the data holding circuit DH included in the memory cell MC included in the monitor cell array ARY1 by the output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1. On the other hand, no back bias is applied to the n-type transistor of the data holding circuit DH included in the monitor cell array ARY2.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAは、アンプAMP1を有する。アンプAMP1の反転入力端子にはリファレンス電圧ref1が印加され、その正転入力端子はノードNa11と接続される。アンプAMP1の出力は、p型トランジスタARVDD_PWS1のゲートと接続される。p型トランジスタARVDD_PWS1のソースには電源電圧vddmが印加され、そのドレインはノードNa11と接続される。従って、ノードNa11はリファレンス電圧ref1と等しい電圧に設定され、リファレンス電圧ref1は、図6に示すRSモードにおける電源電圧vdd1の値であるvdd1normに設定される。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA includes an amplifier AMP1. A reference voltage ref1 is applied to the inverting input terminal of the amplifier AMP1, and its normal input terminal is connected to the node Na11. The output of the amplifier AMP1 is connected to the gate of the p-type transistor ARVDD_PWS1. A power supply voltage vddm is applied to the source of the p-type transistor ARVDD_PWS1, and its drain is connected to the node Na11. Accordingly, the node Na11 is set to a voltage equal to the reference voltage ref1, and the reference voltage ref1 is set to vdd1norm that is the value of the power supply voltage vdd1 in the RS mode shown in FIG.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAは、さらに、アンプAMP2を有する。アンプAMP2の反転入力端子にはリファレンス電圧ref2が印加され、その正転入力端子はノードNa12と接続される。アンプAMP2の出力は、p型トランジスタARVDD_PWS2のゲートと接続される。p型トランジスタARVDD_PWS2のソースには電源電圧vddmが印加され、そのドレインはノードNa12と接続される。従って、ノードNa12はリファレンス電圧ref2と等しい電圧に設定され、リファレンス電圧ref2は、図6に示すLVRSモードにおける電源電圧vdd1の値であるvdd1norm−Δvddに設定される。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA further includes an amplifier AMP2. A reference voltage ref2 is applied to the inverting input terminal of the amplifier AMP2, and its normal input terminal is connected to the node Na12. The output of the amplifier AMP2 is connected to the gate of the p-type transistor ARVDD_PWS2. A power supply voltage vddm is applied to the source of the p-type transistor ARVDD_PWS2, and its drain is connected to the node Na12. Therefore, the node Na12 is set to a voltage equal to the reference voltage ref2, and the reference voltage ref2 is set to vdd1norm−Δvdd which is the value of the power supply voltage vdd1 in the LVRS mode shown in FIG.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAのp型トランジスタARVDD_PWS1およびARVDD_PWS2は同一の電気的特性を有するように構成される。各トランジスタのゲート電圧が同じ場合は、それぞれ同じドレイン電流が流れる。従って、各トランジスタのゲート電圧を比較することにより、ドレイン電流の大小が可能となる。なお、電源電圧vddmは、p型トランジスタARVDD_PWS1およびARVDD_PWS2のソースと接続されるノードNa11およびNa12に、各々、リファレンス電圧ref1およびref2が正しく出力されるのに必要な電源電圧に設定される。 The p-type transistors ARVDD_PWS1 and ARVDD_PWS2 of the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA are configured to have the same electrical characteristics. When the gate voltage of each transistor is the same, the same drain current flows. Therefore, the drain current can be increased or decreased by comparing the gate voltages of the transistors. Power supply voltage vddm is set to a power supply voltage necessary for correctly outputting reference voltages ref1 and ref2 to nodes Na11 and Na12 connected to the sources of p-type transistors ARVDD_PWS1 and ARVDD_PWS2, respectively.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAは、ノードNa11に接続されているモニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1へ電源電圧vdd1normを出力する。同時に、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAは、ノードNa12に接続されているモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2へ、電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvdd降下させた電圧(vdd1norm−Δvdd)を出力する。さらに、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAは、p型トランジスタARVDD_PWS1およびARVDD_PWS2のゲート電圧を、測定出力imeas1および測定出力imeas2として、各々出力する。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA outputs the power supply voltage vdd1norm to the cell power supply wiring arvdd1 of the monitor cell array ARY1 connected to the node Na11. At the same time, the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA outputs a voltage (vdd1norm−Δvdd) obtained by dropping the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd to the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2 connected to the node Na12. Further, the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA outputs the gate voltages of the p-type transistors ARVDD_PWS1 and ARVDD_PWS2 as the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, respectively.
リファレンス電圧ref1(=vdd1norm)がセル電源配線arvdd1に供給されるモニタセルアレイARY1において、各メモリセルMCの電源ノードarvssには電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧が印加され、バックゲートノードvssbには電源電圧vssが印加される。従って、モニタセルアレイARY1の各メモリセルMCは、メモリモジュールRAM_MOD1のRSモードと同一の状態に設定されている。同時に、リファレンス電圧ref2(=vdd1norm−Δvdd)がセル電源配線arvdd2に供給されるモニタセルアレイARY2において、各メモリセルMCの電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbには電源電圧vssが印加される。従って、モニタセルアレイARY2の各メモリセルMCは、メモリモジュールRAM_MOD1のLVRSモードと同一の状態に設定されている。 In the monitor cell array ARY1 in which the reference voltage ref1 (= vdd1norm) is supplied to the cell power supply wiring arvdd1, a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss of each memory cell MC, and the back gate node vssb. Is supplied with a power supply voltage vss. Accordingly, each memory cell MC of the monitor cell array ARY1 is set to the same state as the RS mode of the memory module RAM_MOD1. At the same time, in the monitor cell array ARY2 to which the reference voltage ref2 (= vdd1norm−Δvdd) is supplied to the cell power supply wiring arvdd2, the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss and the back gate node vssb of each memory cell MC. Accordingly, each memory cell MC of the monitor cell array ARY2 is set to the same state as the LVRS mode of the memory module RAM_MOD1.
比較器COMPは一般的な電圧比較器で、測定出力imeas1および測定出力imeas2の大小を比較し、その比較結果をモニタ信号result_mon1として出力する。測定出力imeas1はp型トランジスタARVDD_PWS1のゲート電圧であり、そのゲート電圧はドレイン電流により変化する。同様に、測定出力imeas2は、p型トランジスタARVDD_PWS2のゲート電圧であり、そのゲート電圧はドレイン電流により変化する。各ドレイン電流は、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1が有するメモリセルMCのリーク電流、およびLVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2が有するメモリセルMCのリーク電流である。 The comparator COMP is a general voltage comparator, which compares the magnitudes of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, and outputs the comparison result as a monitor signal result_mon1. The measurement output imageas1 is the gate voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS1, and the gate voltage changes depending on the drain current. Similarly, the measurement output imageas2 is the gate voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS2, and the gate voltage changes depending on the drain current. Each drain current is a leak current of the memory cell MC included in the monitor cell array ARY1 set in the RS mode and a leak current of the memory cell MC included in the monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode.
例えば、測定出力imeas1の電圧が測定出力imeas2の電圧より低い場合、即ち、p型トランジスタARVDD_PWS1のゲート電圧がp型トランジスタARVDD_PWS2のゲート電圧より低い場合を想定する。この場合は、モニタセルアレイARY1に流れるリーク電流がモニタセルアレイARY2に流れるリーク電流より大きい。従って、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードではなくLVRSモードに設定することで、そのリーク電流を削減することが可能となる。 For example, assume that the voltage of the measurement output imageas1 is lower than the voltage of the measurement output imageas2, that is, the gate voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS1 is lower than the gate voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS2. In this case, the leak current flowing through the monitor cell array ARY1 is larger than the leak current flowing through the monitor cell array ARY2. Therefore, the leakage current can be reduced by setting the memory module RAM_MOD1 to the LVRS mode instead of the RS mode.
図2、図4、および図5を参照して、モニタ信号result_monに基づき、レギュレータ回路REG_POWER、およびスタンバイモード設定回路RS_CTLにより、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードおよびLVRSモードに設定する方法を説明する。 A method of setting the memory module RAM_MOD1 to the RS mode and the LVRS mode by the regulator circuit REG_POWER and the standby mode setting circuit RS_CTL based on the monitor signal result_mon will be described with reference to FIG. 2, FIG. 4, and FIG.
RSモードにおいて、図4に示すメモリセルMCの各ノードは以下の様に設定される。即ち、電源ノードarvssは電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧、バックゲートノードvssbは電源電圧vssに、電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbは電源電圧vdd1normに設定される。モニタ信号result_monに基づきメモリモジュールRAM_MOD1をRSモードに設定する場合、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号vdd1_cntをレギュレータ回路REG_POWERに出力し、電源電圧vdd1を電源電圧vdd1normに設定する。 In the RS mode, each node of the memory cell MC shown in FIG. 4 is set as follows. That is, the power supply node arvss is set to a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss, the back gate node vssb is set to the power supply voltage vss, and the power supply node arvdd and the back gate node vddb are set to the power supply voltage vdd1norm. When the memory module RAM_MOD1 is set to the RS mode based on the monitor signal result_mon, the standby mode setting circuit RS_CTL outputs the control signal vdd1_cnt to the regulator circuit REG_POWER and sets the power supply voltage vdd1 to the power supply voltage vdd1norm.
さらに、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号rs1および制御信号ram_rs_cnt1に基づき、ロウレベルに設定した制御信号nstb_modeをセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1へ出力する。セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1が図5(a)に示すセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Aの場合、ノードNcn1aの電圧はノードNcn2aの電圧(電源電圧vss)に対して、バイアス電圧Δvss上昇する。この結果、ノードNcn1aと接続されるセル電源配線arvsscの電圧、即ち、メモリセルMCの電源ノードarvssの電圧は、電源電圧vssをバイアス電圧Δvss上昇させた値に設定される。一方、セル電源配線vssbcと接続されるメモリセルMCのバックゲートノードvssbの電圧は、電源電圧vssに設定される。 Further, the standby mode setting circuit RS_CTL outputs the control signal nstb_mode set to the low level to the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 based on the control signal rs1 and the control signal ram_rs_cnt1. When the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1A shown in FIG. 5A, the voltage of the node Ncn1a increases with respect to the voltage of the node Ncn2a (power supply voltage vss). As a result, the voltage of the cell power supply wiring arvssc connected to the node Ncn1a, that is, the voltage of the power supply node arvss of the memory cell MC is set to a value obtained by increasing the power supply voltage vss by the bias voltage Δvss. On the other hand, the voltage of the back gate node vssb of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring vssbc is set to the power supply voltage vss.
LVRSモードにおいて、図4に示すメモリセルMCの各ノードは以下の様に設定される。即ち、電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbは、電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvdd下降させた電圧に、電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbは電源電圧vssに設定される。モニタ信号result_monに基づきメモリモジュールRAM_MOD1をLVRSモードに設定する場合、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号vdd1_cntをレギュレータ回路REG_POWERに出力し、電源電圧vdd1を電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvss下降させた電圧に設定する。 In the LVRS mode, each node of the memory cell MC shown in FIG. 4 is set as follows. That is, the power supply node arvdd and the back gate node vddb are set to voltages obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd, and the power supply node arvss and the back gate node vssb are set to the power supply voltage vss. When the memory module RAM_MOD1 is set to the LVRS mode based on the monitor signal result_mon, the standby mode setting circuit RS_CTL outputs the control signal vdd1_cnt to the regulator circuit REG_POWER so that the power supply voltage vdd1 is lowered to the bias voltage Δvss from the power supply voltage vdd1norm. Set.
さらに、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号rs1および制御信号ram_rs_cnt1に基づき、ハイレベルに設定した制御信号nstb_modeをセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Aへ出力し、ノードNcn2aの電圧は電源電圧vssと同電圧に設定される。この結果、電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbの電圧は電源電圧vssに設定される。 Further, the standby mode setting circuit RS_CTL outputs the control signal nstb_mode set to the high level to the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1A based on the control signal rs1 and the control signal ram_rs_cnt1, and the voltage of the node Ncn2a becomes the same voltage as the power supply voltage vss. Is set. As a result, the voltages of the power supply node arvss and the back gate node vssb are set to the power supply voltage vss.
以上の通り、モニタ信号result_mon1に基づき、レギュレータ回路REG_POWER、およびスタンバイモード設定回路RS_CTLは、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードまたはLVRSモードに選択的に設定する。なお、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1が図5(b)に示すセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1Bの場合、図2において、制御信号nstb_modeを生成するOR回路ORをNOR回路とすることで、セル電源配線arvsscの電圧は上記と同様に制御される。 As described above, based on the monitor signal result_mon1, the regulator circuit REG_POWER and the standby mode setting circuit RS_CTL selectively set the memory module RAM_MOD1 to the RS mode or the LVRS mode. In the case where the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1B shown in FIG. 5B, the OR circuit OR that generates the control signal nstb_mode in FIG. Is controlled in the same manner as described above.
実施の形態1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Aの効果を説明する。
メモリセルMCのリーク電流成分のうち、サブスレッショルドリーク電流と基板リーク電流では効果的な削減方法が異なる。サブスレッショルドリーク電流を低減させるには、メモリセルMCを構成するn型トランジスタにバックバイアスを印加することが効果的であった。さらに、基板リーク電流を低減させるには、メモリセルMCを構成するn型トランジスタのドレイン電圧を減少させることが効果的であった。リークモニタ回路LEAK_MON1Aは、メモリセルMCを構成するトランジスタをRSモードに設定したモニタセルアレイARY1とLVRSモードに設定したモニタセルアレイARY2とを備えることにより、温度、電圧、閾値電圧の違いに応じて、最適なリーク削減方式を選択可能とし、メモリモジュールRAM_MOD1におけるリーク電流を最小化できる。
The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1A according to the first embodiment will be described.
Of the leakage current components of the memory cell MC, the effective reduction method differs between the subthreshold leakage current and the substrate leakage current. In order to reduce the subthreshold leakage current, it is effective to apply a back bias to the n-type transistor constituting the memory cell MC. Further, in order to reduce the substrate leakage current, it is effective to reduce the drain voltage of the n-type transistor constituting the memory cell MC. The leak monitor circuit LEAK_MON1A includes a monitor cell array ARY1 in which the transistors constituting the memory cell MC are set in the RS mode and a monitor cell array ARY2 in which the transistor is set in the LVRS mode. It is possible to select a suitable leak reduction method, and to minimize the leak current in the memory module RAM_MOD1.
図8を参照して、実施の形態1の変形例1に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1Bの構成を説明する。
With reference to FIG. 8, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1B provided in the semiconductor device LSI according to
リークモニタ回路LEAK_MON1Bは、モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYB、比較器COMP、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1を有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1B includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYB, a comparator COMP, and an array VSS generation circuit ARVSS_GEN1.
アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の機能は図7における同一の符号を付したもの同一であり、その説明は省略する。また、モニタセルアレイARY1の構成および各メモリセルMCの電源ノードarvdd等に印加される電源電圧も、図7におけるモニタセルアレイARY1と同一である。 The functions of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 are the same as those shown in FIG. Further, the configuration of the monitor cell array ARY1 and the power supply voltage applied to the power supply node arvdd of each memory cell MC are the same as the monitor cell array ARY1 in FIG.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYBは、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYAのアンプAMP2を省略し、アンプAMP1による構成としたものである。p型トランジスタARVDD_PWS1およびp型トランジスタARVDD_PWS2のソースには電源電圧vddmが印加され、各ゲートにはアンプAMP1の出力が印加される。アンプAMP1の反転入力端子にはリファレンス電圧ref1が印加され、その正転入力端子には、p型トランジスタARVDD_PWS1のドレインと接続されるノードNa21が接続される。p型トランジスタARVDD_PWS2のドレインはノードNa22と接続される。リファレンス電圧ref1は電源電圧vdd1normに設定される。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYB is configured by the amplifier AMP1 by omitting the amplifier AMP2 of the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYA. The power supply voltage vddm is applied to the sources of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2, and the output of the amplifier AMP1 is applied to each gate. The reference voltage ref1 is applied to the inverting input terminal of the amplifier AMP1, and the node Na21 connected to the drain of the p-type transistor ARVDD_PWS1 is connected to the normal input terminal. The drain of p-type transistor ARVDD_PWS2 is connected to node Na22. The reference voltage ref1 is set to the power supply voltage vdd1norm.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYBは、ノードNa21、およびノードNa22から、モニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1、およびモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2へ、電源電圧vdd1normを各々出力する。さらに、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYBは、p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2の各ドレイン電圧を、測定出力imeas1、および測定出力imeas2として、各々出力する。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYB outputs the power supply voltage vdd1norm from the node Na21 and the node Na22 to the cell power supply wiring arvdd1 of the monitor cell array ARY1 and the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2. Further, the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYB outputs the drain voltages of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2 as the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, respectively.
モニタセルアレイARY1において、セル電源配線arvdd1にはリファレンス電圧ref1(=vdd1norm)が印加される。各メモリセルMCの電源ノードarvssには電源電圧vssにバイアス電圧Δvss加えた電圧が印加され、バックゲートノードvssbには電源電圧vssが印加される。従って、モニタセルアレイARY1の各メモリセルMCは、メモリモジュールRAM_MOD1のRSモードと同一の状態に設定されている。 In the monitor cell array ARY1, the reference voltage ref1 (= vdd1norm) is applied to the cell power supply line arvdd1. A voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss of each memory cell MC, and the power supply voltage vss is applied to the back gate node vssb. Accordingly, each memory cell MC of the monitor cell array ARY1 is set to the same state as the RS mode of the memory module RAM_MOD1.
モニタセルアレイARY2において、メモリセルMCの電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbはセル電源配線arvdd2と接続され、ノードNa22の電源電圧vdd1normが印加される。各メモリセルMCの電源ノードarvss、およびバックゲートノードvssbは、各々、セル電源配線arvss2、およびセル電源配線vssb2と接続される。セル電源配線arvss2、およびセル電源配線vssb2には、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1から出力される、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧が印加される。 In the monitor cell array ARY2, the power supply node arvdd, the back gate node vddb, the bit line node bt, and the bit line node bb of the memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd2, and the power supply voltage vdd1norm of the node Na22 is applied. The power supply node arvss and the back gate node vssb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvss2 and the cell power supply line vssb2, respectively. A voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the cell power supply wiring arvss2 and the cell power supply wiring vssb2.
モニタセルアレイARY2において、セル電源配線arvdd2にはリファレンス電圧vref1が印加される。各メモリセルMCの電源ノードarvss、バックゲートノードvssb、およびワード線ノードwlには電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧が印加される。その結果、モニタセルアレイARY2における各メモリセルMCのn型トランジスタにはバックバイアスが印加されず、データ保持回路DHの電源ノードarvddと電源ノードarvss間の電源電圧はvdd1norm−バイアス電圧Δvssとなる。従って、モニタセルアレイARY2の各メモリセルMCは、メモリモジュールRAM_MOD1のLVRSモードと同一の状態が再現されている。セル電源配線arvdd2の電圧とセル電源配線arvdd1の電圧とを同一に設定した状態で、モニタセルアレイARY2をLVRSモードに設定することで、図7におけるセル電源配線arvdd2用のリファレンス電圧ref2を生成する電源回路と、セル電源配線arvdd2の電圧を制御するオペアンプが不要となり、面積及び電力を削減可能となる。 In the monitor cell array ARY2, the reference voltage vref1 is applied to the cell power supply line arvdd2. A voltage obtained by adding a bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss, the back gate node vssb, and the word line node wl of each memory cell MC. As a result, no back bias is applied to the n-type transistor of each memory cell MC in the monitor cell array ARY2, and the power supply voltage between the power supply node arvdd and the power supply node arvss of the data holding circuit DH becomes vdd1norm−bias voltage Δvss. Therefore, each memory cell MC of the monitor cell array ARY2 reproduces the same state as the LVRS mode of the memory module RAM_MOD1. A power supply that generates the reference voltage ref2 for the cell power supply wiring rvdd2 in FIG. 7 by setting the monitor cell array ARY2 to the LVRS mode in the state where the voltage of the cell power supply wiring arvdd2 and the voltage of the cell power supply wiring arvdd1 are set to be the same. The circuit and the operational amplifier for controlling the voltage of the cell power supply wiring arvdd2 become unnecessary, and the area and power can be reduced.
比較器COMPは、測定出力imeas1および測定出力imeas2の大小を比較し、その比較結果をモニタ信号result_mon1として出力する。測定出力imeas1はp型トランジスタARVDD_PWS1のドレイン電圧であり、そのドレイン電圧はドレイン電流により変化する。同様に、測定出力imeas2はp型トランジスタARVDD_PWS2のドレイン電圧であり、そのドレイン電圧はドレイン電流により変化する。各ドレイン電流は、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1が有するメモリセルMCのリーク電流、およびLVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2が有するメモリセルMCのリーク電流である。 The comparator COMP compares the magnitudes of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, and outputs the comparison result as a monitor signal result_mon1. The measurement output imageas1 is the drain voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS1, and the drain voltage changes depending on the drain current. Similarly, the measurement output imageas2 is the drain voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS2, and the drain voltage changes depending on the drain current. Each drain current is a leak current of the memory cell MC included in the monitor cell array ARY1 set in the RS mode and a leak current of the memory cell MC included in the monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode.
例えば、測定出力imeas2の電圧が測定出力imeas1の電圧より低い場合、即ち、p型トランジスタARVDD_PWS2のドレイン電圧がp型トランジスタARVDD_PWS1のドレイン電圧より低い場合を想定する。この場合は、モニタセルアレイARY2のリーク電流がモニタセルアレイARY1のリーク電流より大きい。従って、メモリモジュールRAM_MOD1をLVRSモードではなくRSモードに設定することで、そのリーク電流を削減することが可能となる。 For example, assume that the voltage of the measurement output imageas2 is lower than the voltage of the measurement output imageas1, that is, the drain voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS2 is lower than the drain voltage of the p-type transistor ARVDD_PWS1. In this case, the leak current of the monitor cell array ARY2 is larger than the leak current of the monitor cell array ARY1. Therefore, the leak current can be reduced by setting the memory module RAM_MOD1 to the RS mode instead of the LVRS mode.
実施の形態1の変形例1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Bの効果を説明する。 The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1B according to the first modification of the first embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1Bは、メモリセルMCを構成するトランジスタをRSモードに設定したモニタセルアレイARY1と、LVRSモードに設定したモニタセルアレイARY2とを備えることにより、スタンバイモード1とスタンバイモード2のリーク電流を比較することが可能となり、メモリモジュールRAM_MOD1におけるリーク電流を最小化できる。さらに、アンプAMP2とリファレンス電圧ref2の生成回路とを削減することにより、実施の形態1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Aと比較して半導体装置LSIの面積および消費電力の低減が可能となる。
The leak monitor circuit LEAK_MON1B includes a monitor cell array ARY1 in which the transistors constituting the memory cell MC are set in the RS mode and a monitor cell array ARY2 in which the transistor is set in the LVRS mode, thereby comparing the leak currents in the
p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2のドレイン電流の変化に対するドレイン電圧の変化量は、ゲート電圧の変化量に対して大きい。従って、実施の形態1の変形例に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Aに対し、より精度良くリーク電流の測定が可能となる。また、比較器COMPの測定精度を下げることで、リークモニタ回路LEAK_MON1Bの面積および消費電流を削減することが可能となる。 The amount of change in the drain voltage with respect to the change in the drain current of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2 is larger than the amount of change in the gate voltage. Therefore, the leak current can be measured with higher accuracy with respect to the leak monitor circuit LEAK_MON1A according to the modification of the first embodiment. Further, by reducing the measurement accuracy of the comparator COMP, it is possible to reduce the area and current consumption of the leak monitor circuit LEAK_MON1B.
図9を参照して、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1Cの構成を説明する。 With reference to FIG. 9, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1C provided in the semiconductor device LSI according to the second modification of the first embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1Cは、モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYC、比較器COMP、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1を有する。モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の構成は図8における同一の符号を付したものと同一であり、その説明は省略する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1C includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC, a comparator COMP, and an array VSS generation circuit ARVSS_GEN1. The configurations of the monitor cell array ARY1, the monitor cell array ARY2, and the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 are the same as those given the same reference numerals in FIG. 8, and description thereof is omitted.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCは、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYBのアンプAMP1を省略し、p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2の導通状態を制御信号arvdd_enで制御する構成を有する。p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2のゲートには制御信号arvdd_enが印加され、そのソースには電源電圧vdd1normが印加される。p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2のドレインは、ノードNa31、およびノードNa32と各々接続され、モニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1、およびモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2へ電源電圧vdd1normを供給する。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC has a configuration in which the amplifier AMP1 of the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYB is omitted and the conduction state of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2 is controlled by the control signal arvdd_en. The control signal arvdd_en is applied to the gates of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2, and the power supply voltage vdd1norm is applied to the source thereof. The drains of the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2 are connected to the node Na31 and the node Na32, respectively, and supply the power supply voltage vdd1norm to the cell power supply wiring arvdd1 of the monitor cell array ARY1 and the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2. .
実施の形態1のリークモニタ回路LEAK_MON1A、および実施の形態1の変形例1のリークモニタ回路LEAK_MON1Bと異なり、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCは、制御信号arvdd_enがロウレベルにある期間のみ、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2へ電源電圧vdd1normを供給する。制御信号arvdd_enがロウレベルからハイレベルに変化すると、ノードNa31およびノードNa32への電源電圧vdd1normの供給は遮断される。それ以降は、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2のメモリセルのリーク電流により、ノードNa31、およびノードNa32の電圧は、時間の経過とともに電源電圧vdd1normから低下する。 Unlike the leak monitor circuit LEAK_MON1A of the first embodiment and the leak monitor circuit LEAK_MON1B of the first modification of the first embodiment, the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC is only in the period when the control signal arvdd_en is at the low level, and the monitor cell array ARY1 The power supply voltage vdd1norm is supplied to the cell array ARY2. When the control signal arvdd_en changes from the low level to the high level, the supply of the power supply voltage vdd1norm to the node Na31 and the node Na32 is cut off. Thereafter, the voltage at the node Na31 and the node Na32 decreases from the power supply voltage vdd1norm with the passage of time due to the leakage current of the memory cells in the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCは、ノードNa31およびノードNa32の電圧を、測定出力imeas1および測定出力imeas2として、比較器COMPへ出力する。ノードNa31、およびノードNa32には、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1、およびLVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2が、各々接続されている。モニタセルアレイARY2において、図8と同様に、スタンバイモードの設定対象であるメモリセルモジュールRAM_MOD1をLVRSモード設定する場合に電源電圧VSSが設定されるノードに、電源電圧VSSよりバイアス電圧ΔVSS高い電圧が印加されている。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC outputs the voltages of the node Na31 and the node Na32 to the comparator COMP as the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2. A monitor cell array ARY1 set in the RS mode and a monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode are connected to the node Na31 and the node Na32, respectively. In the monitor cell array ARY2, a voltage higher than the power supply voltage VSS by the bias voltage ΔVSS is applied to the node to which the power supply voltage VSS is set when the memory cell module RAM_MOD1 that is to be set in the standby mode is set in the LVRS mode, as in FIG. Has been.
これにより、セル電源配線arvdd1の電圧と、セル電源配線arvdd2の電圧とを同じにした状態で、RSモードとLVRSモードのスタンバイ状態をそれぞれ再現できる。セル電源配線arvdd1とセル電源配線arvdd2の電圧が同じであるため、ノードNa31およびNa32への電源電圧vdd1norm供給遮断後の両ノードの電圧の大小はリーク電流の大小に対応する。よって、両ノードの電圧を比較器COMPで比較することで、モニタセルアレイARY1のリーク電流と、モニタセルアレイARY2のリーク電流との大小比較が可能となる。 As a result, the standby state of the RS mode and the LVRS mode can be respectively reproduced in a state where the voltage of the cell power supply line arvdd1 and the voltage of the cell power supply line arvdd2 are the same. Since the voltages of the cell power supply line arvdd1 and the cell power supply line arvdd2 are the same, the magnitude of the voltage at both nodes after the supply of the power supply voltage vdd1norm to the nodes Na31 and Na32 corresponds to the magnitude of the leakage current. Therefore, by comparing the voltages at both nodes with the comparator COMP, it is possible to compare the leakage current of the monitor cell array ARY1 and the leakage current of the monitor cell array ARY2.
実施の形態1の変形例2に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Cの効果を説明する。 The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1C according to the second modification of the first embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1Cは、アンプとその入力端子に印加するリファレンス電圧生成回路とを削減することにより、実施の形態1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Aおよび実施の形態1の変形例1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Bより、半導体装置LSIの面積および消費電力の低減が可能となる。 Leak monitor circuit LEAK_MON1C reduces leak amplifier circuit LEAK_MON1A according to the first embodiment and leak monitor circuit LEAK_MON1B according to the first modification of the first embodiment by reducing the amplifier and the reference voltage generation circuit applied to its input terminal. Thus, the area and power consumption of the semiconductor device LSI can be reduced.
図10を参照して、実施の形態1およびその変形例に係る半導体装置LSIに適用可能な比較器COMP1の回路を説明する。 With reference to FIG. 10, a circuit of the comparator COMP1 applicable to the semiconductor device LSI according to the first embodiment and the modification thereof will be described.
比較器COMP1は、増幅回路AMP10、増幅回路AMP20、およびインバータ11を有する。 The comparator COMP1 includes an amplifier circuit AMP10, an amplifier circuit AMP20, and an inverter 11.
増幅回路AMP10は、入力端子comp_in1に印加される測定出力imeas1と、入力端子comp_in2に印加される測定出力imeas2との差分を増幅し、出力comp_in1_drvおよび出力comp_in2_drvを出力する。n型トランジスタN11、およびn型トランジスタN12の各ゲートには、入力端子comp_in1、および入力端子comp_in2が接続され、各ソースはノードNac13と接続される。n型トランジスタN13のドレイン、およびソースは、ノードNac13、および電源配線vssと各々接続され、そのゲートには電圧highvが印加される。 The amplifier circuit AMP10 amplifies the difference between the measurement output imageas1 applied to the input terminal comp_in1 and the measurement output imageas2 applied to the input terminal comp_in2, and outputs an output comp_in1_drv and an output comp_in2_drv. An input terminal comp_in1 and an input terminal comp_in2 are connected to gates of the n-type transistor N11 and the n-type transistor N12, and sources are connected to the node Nac13. The drain and source of n-type transistor N13 are connected to node Nac13 and power supply wiring vss, respectively, and voltage highv is applied to the gate.
p型トランジスタP11、およびp型トランジスタP12のドレインは、ノードNac11、およびノードNac12において、n型トランジスタN11、およびN12のドレインと各々接続される。p型トランジスタP11、およびP12のソースには電源電圧vddmが印加され、そのゲートはノードNac11と接続される。ノードNac11、およびNac12から、増幅回路AMP10の出力comp_in1_drv、および出力comp_in2_drvが各々出力される。増幅回路AMP10は、測定出力imeas1と測定出力imeas2との差分を増幅し、出力comp_in1_drvおよび出力comp_in2_drvを出力する。測定出力imeas1、およびimeas2の大小と、出力comp_in1_drv、および出力comp_in2_drvの大小とは逆の関係にある。 The drains of p-type transistor P11 and p-type transistor P12 are connected to the drains of n-type transistors N11 and N12 at nodes Nac11 and Nac12, respectively. Power source voltage vddm is applied to the sources of p-type transistors P11 and P12, and the gate thereof is connected to node Nac11. An output comp_in1_drv and an output comp_in2_drv of the amplifier circuit AMP10 are output from the nodes Nac11 and Nac12, respectively. The amplifier circuit AMP10 amplifies the difference between the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, and outputs an output comp_in1_drv and an output comp_in2_drv. The magnitudes of the measurement outputs “images1” and “images2” are opposite to the magnitudes of the outputs “comp_in1_drv” and “output comp_in2_drv”.
増幅回路AMP20は、増幅回路AMP10の出力comp_in1_drv、および出力comp_in2_drvの大小関係に基づき、2値の値を有するモニタ信号result_mon1を出力端子comp_outから出力する。出力comp_in1_drvが出力comp_in2_drvより小さい場合、モニタ信号result_mon1はハイレベルとなり、出力comp_in1_drvが出力comp_in2_drvより大きい場合、モニタ信号result_mon1はロウレベルとなる。即ち、測定出力imeas1が測定出力imeas2より大きい場合、モニタ信号result_mon1はハイレベルとなり、測定出力imeas1が測定出力imeas2より小さい場合、モニタ信号result_mon1はロウレベルとなる。 The amplifier circuit AMP20 outputs a monitor signal result_mon1 having a binary value from the output terminal comp_out based on the magnitude relationship between the output comp_in1_drv and the output comp_in2_drv of the amplifier circuit AMP10. When the output comp_in1_drv is smaller than the output comp_in2_drv, the monitor signal result_mon1 is at a high level, and when the output comp_in1_drv is greater than the output comp_in2_drv, the monitor signal result_mon1 is at a low level. That is, when the measurement output imageas1 is greater than the measurement output imageas2, the monitor signal result_mon1 is at a high level, and when the measurement output imageas1 is less than the measurement output imageas2, the monitor signal result_mon1 is at a low level.
増幅回路AMP20は、n型トランジスタCOMP_SW、n型トランジスタN23、n型トランジスタN24、p型トランジスタP23、およびp型トランジスタP24で構成される増幅部と、p型トランジスタP20、P21、およびP22で構成されるプリチャージ部とを有する。増幅部への出力comp_in1_drv、および出力comp_in2_drvの入力は、n型トランジスタN21、およびn型トランジスタN22により制御される。n型トランジスタN21、およびN22の導通状態は、制御信号comp_enをインバータINV11で反転させた信号compbで制御される。増幅部を活性化するn型トランジスタCOMP_SWの導通状態は、制御信号comp_enで制御される。 The amplifying circuit AMP20 includes an amplifying unit including an n-type transistor COMP_SW, an n-type transistor N23, an n-type transistor N24, a p-type transistor P23, and a p-type transistor P24, and p-type transistors P20, P21, and P22. And a precharge unit. The inputs of the output comp_in1_drv and the output comp_in2_drv to the amplifying unit are controlled by the n-type transistor N21 and the n-type transistor N22. The conduction state of the n-type transistors N21 and N22 is controlled by a signal compb obtained by inverting the control signal comp_en by the inverter INV11. The conduction state of the n-type transistor COMP_SW that activates the amplifying unit is controlled by a control signal comp_en.
比較器COMP1の動作について説明する。比較器COMP1は、図7に示す実施の形態1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1A、図8に示す実施の形態1の変形例1に係るリークモニタ回路LEAK_MON1B、および図9に示す実施の形態1の変形例2に係るリークモニタ回路LEAK_MON1Cの比較器COMPに適用可能である。比較器COMP1に入力される測定出力imeas1は、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1のリーク電流に基づき生成され、測定出力imeas2は、LVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY1のリーク電流に基づき生成される。
An operation of the comparator COMP1 will be described. Comparator COMP1 includes leak monitor circuit LEAK_MON1A according to
制御信号comp_enで所定時間活性化された比較器COMP1は、測定出力imeas1および測定出力imeas2の大小関係に基づき、モニタ信号result_mon1を出力する。図2に示す通り、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、このモニタ信号result_mon1の論理レベルに基づき、制御信号ram_rs_cnt1でセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1を制御し、セル電源配線arvssの電圧を制御する。さらに、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号vdd1_cntでレギュレータ回路REG_POWERを制御し、電源電圧vdd1の値を制御する。これら一連の制御により、メモリモジュールRAM_MOD1は、そのリーク電流がより小さくなるRSモードおよびLVRSモードのいずれか一方に設定される。 The comparator COMP1 activated by the control signal comp_en for a predetermined time outputs a monitor signal result_mon1 based on the magnitude relationship between the measurement output images1 and the measurement outputs images2. As shown in FIG. 2, the standby mode setting circuit RS_CTL controls the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 with the control signal ram_rs_cnt1 based on the logic level of the monitor signal result_mon1 to control the voltage of the cell power supply wiring arvss. Further, the standby mode setting circuit RS_CTL controls the regulator circuit REG_POWER with the control signal vdd1_cnt to control the value of the power supply voltage vdd1. Through these series of controls, the memory module RAM_MOD1 is set to either the RS mode or the LVRS mode in which the leakage current is further reduced.
比較器COMP1の効果について説明する。
比較器COMP1によるモニタ信号result_mon1の生成は、スタンバイモード設定回路RS_CTLが電源電圧vdd1の供給を受けて動作する中央処理装置CPU1をスタンバイモードに設定する時に行われる。電源電圧vdd2の供給を受けて動作する中央処理装置CPU2等がスタンバイモードに設定される場合も、リーク電流を最小化する制御が各々行われる。これら一連の制御により、半導体装置LSIの製造プロセスに起因するトランジスタの閾値電圧のばらつきや、半導体装置LSIの温度変動に伴いメモリセルMCのリーク電流が変動しても、リーク電流のより小さいスタンバイモードが設定可能となる。
The effect of the comparator COMP1 will be described.
The generation of the monitor signal result_mon1 by the comparator COMP1 is performed when the standby mode setting circuit RS_CTL sets the central processing unit CPU1 that operates in response to the supply of the power supply voltage vdd1 to the standby mode. Even when the central processing unit CPU2 or the like that operates in response to the supply of the power supply voltage vdd2 is set to the standby mode, control for minimizing the leakage current is performed. By this series of controls, even if the leakage current of the memory cell MC fluctuates due to variations in the transistor threshold voltage due to the manufacturing process of the semiconductor device LSI or due to temperature fluctuations of the semiconductor device LSI, the standby mode has a smaller leakage current. Can be set.
図11を参照して、実施の形態1およびその変形例に係る半導体装置LSIに適応可能な他の比較器COMP2の回路を説明する。 With reference to FIG. 11, a circuit of another comparator COMP2 that can be applied to the semiconductor device LSI according to the first embodiment and the modification thereof will be described.
比較器COMP2は、リングオシレータROS1、リングオシレータROS2、カウンタCNT1、カウンタCNT2、およびデジタル比較回路DIG_CMPを有する。 The comparator COMP2 includes a ring oscillator ROS1, a ring oscillator ROS2, a counter CNT1, a counter CNT2, and a digital comparison circuit DIG_CMP.
リングオシレータROS1は、制御信号ros_enで活性化され、入力端子comp_in1に印加される測定出力imeas1に基づき発振周波数が変化する出力信号ros_out1を出力する。リングオシレータROS1は、直列に接続されたp型トランジスタP311、n型トランジスタN312、およびn型トランジスタN311からなるインバータINV31を有する。p型トランジスタP311のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはn型トランジスタN312のドレインと接続される。n型トランジスタN311のドレインはn型トランジスタN312のソースと接続され、そのソースには電源電圧vssが印加される。p型トランジスタP311とn型トランジスタN312のゲートはNANDゲートG11の出力と接続され、n型トランジスタN311のゲートは入力端子comp_in1と接続される。 The ring oscillator ROS1 is activated by the control signal ros_en and outputs an output signal ros_out1 whose oscillation frequency changes based on the measurement output imageas1 applied to the input terminal comp_in1. Ring oscillator ROS1 includes inverter INV31 including p-type transistor P311, n-type transistor N312 and n-type transistor N311 connected in series. A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor P311 and its drain is connected to the drain of the n-type transistor N312. The drain of the n-type transistor N311 is connected to the source of the n-type transistor N312 and the power supply voltage vss is applied to the source. The gates of the p-type transistor P311 and the n-type transistor N312 are connected to the output of the NAND gate G11, and the gate of the n-type transistor N311 is connected to the input terminal comp_in1.
p型トランジスタP311、およびn型トランジスタN312は、両トランジスタのゲートに共通に入力される信号の論理レベルを反転させて、共通に接続される両トランジスタのドレインから出力するスイッチング部を構成する。n型トランジスタN311は、測定出力imeas1に基づき、測定スイッチング部の電流を制御する電流制御部を構成する。 The p-type transistor P311 and the n-type transistor N312 constitute a switching unit that inverts the logic level of the signal input in common to the gates of both transistors and outputs the inverted signal from the drains of both transistors connected in common. The n-type transistor N311 constitutes a current control unit that controls the current of the measurement switching unit based on the measurement output imageas1.
リングオシレータROS1は、所定の段数で縦列接続したインバータINV31の最終段の出力をNANDゲートG11に入力し、その出力を初段のインバータINV31に戻して発振ループを形成したリングオシレータである。インバータINV31のn型トランジスタN311のゲートに印加される測定出力imeas1で、インバータINV31の遅延時間、即ち、リングオシレータROS1が生成する出力信号ros_out1の発振周波数が変化する。NANDゲートG11に入力される制御信号ros_enをハイレベルに設定するとリングオシレータROS1は発振を開始し、ロウレベルに設定すると発振を停止する。 The ring oscillator ROS1 is a ring oscillator in which an output of the final stage of the inverter INV31 connected in cascade with a predetermined number of stages is input to the NAND gate G11, and the output is returned to the inverter INV31 of the first stage to form an oscillation loop. The measured output imas1 applied to the gate of the n-type transistor N311 of the inverter INV31 changes the delay time of the inverter INV31, that is, the oscillation frequency of the output signal ros_out1 generated by the ring oscillator ROS1. When the control signal ros_en input to the NAND gate G11 is set to a high level, the ring oscillator ROS1 starts oscillating, and when it is set to a low level, the oscillation is stopped.
リングオシレータROS2も、以下の点を除いて、リングオシレータROS1と同一の構成である。インバータINV32を構成するn型トランジスタN321のゲートは入力端子comp_in2と接続され、測定出力imeas2で、リングオシレータROS2が生成する出力信号ros_out2の発振周波数が変化する。 The ring oscillator ROS2 has the same configuration as the ring oscillator ROS1 except for the following points. The gate of the n-type transistor N321 constituting the inverter INV32 is connected to the input terminal comp_in2, and the oscillation frequency of the output signal ros_out2 generated by the ring oscillator ROS2 changes at the measurement output imageas2.
カウンタCNT1は、所定期間に発生した出力信号ros_out1の発振数をカウントし、リセット信号resetでリセットされる。カウンタCNT2も、同じ所定期間に発生した出力信号ros_out2の発振数をカウントし、リセット信号resetでリセットされる。 The counter CNT1 counts the number of oscillations of the output signal ros_out1 generated during a predetermined period, and is reset by a reset signal reset. The counter CNT2 also counts the number of oscillations of the output signal ros_out2 generated during the same predetermined period, and is reset by the reset signal reset.
RSモードに設定されたモニタセルアレイARY1のリーク電流が増加すると、測定出力imeas1の電圧は低下する。LVRSモードに設定されたモニタセルアレイARY2のリーク電流が増加すると、測定出力imeas2の電圧は低下する。従って、モニタセルアレイARY1の電流が増大するに従い出力信号ros_out1のパルス周期は長くなり、カウンタCNT1の値(発振数)は減少する。同様に、モニタセルアレイARY2の電流が増加するに従い出力信号ros_out2のパルス周期は長くなり、カウンタCNT2の値(発振数)は減少する。 When the leak current of the monitor cell array ARY1 set to the RS mode increases, the voltage of the measurement output images1 decreases. When the leakage current of the monitor cell array ARY2 set to the LVRS mode increases, the voltage of the measurement output images2 decreases. Therefore, as the current of the monitor cell array ARY1 increases, the pulse period of the output signal ros_out1 becomes longer and the value (number of oscillations) of the counter CNT1 decreases. Similarly, as the current of the monitor cell array ARY2 increases, the pulse period of the output signal ros_out2 becomes longer, and the value (number of oscillations) of the counter CNT2 decreases.
デジタル比較回路DIG_CMPは、制御信号dig_comp_enで活性化後、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outにその比較結果を2値の論理レベルを有するモニタ信号result_mon1として出力する。例えば、モニタセルアレイARY1のリーク電流が、モニタセルアレイARY2のリーク電流より小さい場合、カウンタCNT1の値はカウンタCNT2の値より大きくなる。デジタル比較回路DIG_CMPは、カウンタCNT1の値とカウンタCNT2の値とを比較し、その比較結果をモニタ信号result_mon1として出力する。このモニタ信号result_mon1の論理レベルにより、モニタセルアレイARY1とモニタセルアレイARY2におけるリーク電流の大小関係が検出される。 After being activated by the control signal dig_comp_en, the digital comparison circuit DIG_CMP compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs the comparison result to the output terminal comp_out as a monitor signal result_mon1 having a binary logic level. For example, when the leak current of the monitor cell array ARY1 is smaller than the leak current of the monitor cell array ARY2, the value of the counter CNT1 is larger than the value of the counter CNT2. The digital comparison circuit DIG_CMP compares the value of the counter CNT1 with the value of the counter CNT2, and outputs the comparison result as a monitor signal result_mon1. Based on the logic level of the monitor signal result_mon1, the magnitude relationship between the leak currents in the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 is detected.
比較器COMP2の効果を説明する。
図10に示す比較器COMP1はアナログ回路で構成されているため、いくつかの問題点がある。比較器COMP1はアナログ回路であるためノイズに弱く、また、増幅回路AMP10に代表されるように、直流電流成分が存在し消費電力が大きい。さらに、トランジスタのランダムばらつきの影響を抑制するには、比較器COMP1を構成するトランジスタのサイズを大きくする必要があり、半導体装置LSIの面積増加の要因となる。また、デジタル回路の電源電圧vdd1normとは別に、電源電圧vddmを生成する電源回路が必要となり、消費電力および面積増加の要因となる。
The effect of the comparator COMP2 will be described.
Since the comparator COMP1 shown in FIG. 10 is composed of an analog circuit, there are some problems. Since the comparator COMP1 is an analog circuit, it is vulnerable to noise, and as represented by the amplifier circuit AMP10, a direct current component exists and power consumption is large. Further, in order to suppress the influence of the random variation of the transistors, it is necessary to increase the size of the transistors constituting the comparator COMP1, which causes an increase in the area of the semiconductor device LSI. In addition to the power supply voltage vdd1norm of the digital circuit, a power supply circuit that generates the power supply voltage vddm is required, which causes power consumption and area increase.
それに対し、比較器COMP2は、電圧比較の対象である測定出力imeas1、および測定出力imeas2で発振周波数数が制御されるリングオシレータROS1、およびリングオシレータROS2を備える。この構成により、測定出力imeas1と測定出力imeas2との電圧差が微小であっても、測定期間を長くすることで、精度の良い測定が可能となる。さらに、比較器COMP2はデジタル回路で構成されているため、他のデジタル回路と同じ電源電圧vdd1normで動作させることが可能であり、消費電力および面積抑制に効果がある。 On the other hand, the comparator COMP2 includes a measurement output imageas1 that is an object of voltage comparison, a ring oscillator ROS1 whose number of oscillation frequencies is controlled by the measurement output imageas2, and a ring oscillator ROS2. With this configuration, even if the voltage difference between the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2 is very small, it is possible to measure with high accuracy by extending the measurement period. Furthermore, since the comparator COMP2 is composed of a digital circuit, it can be operated with the same power supply voltage vdd1norm as other digital circuits, which is effective in reducing power consumption and area.
図12を参照して、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置LSIに、他の比較器COMP2を適用した場合のリークモニタ回路LEAK_MON1の構成を説明する。 With reference to FIG. 12, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1 in the case where another comparator COMP2 is applied to the semiconductor device LSI according to the second modification of the first embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1は、モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYC、および比較器COMP2を有する。モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、およびモニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCの具体的構成は図9における同一の符号を付したものと同一であり、その説明は省略する。さらに、比較器COMP2の具体的構成は図11に記載した通りである。 The leak monitor circuit LEAK_MON1 includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC, and a comparator COMP2. The specific configurations of the monitor cell array ARY1, the monitor cell array ARY2, and the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC are the same as those given the same reference numerals in FIG. 9, and the description thereof is omitted. Further, the specific configuration of the comparator COMP2 is as described in FIG.
スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力するモニタイネーブル信号mon_en1に応答して、中央処理装置CPU1のモニタ制御回路MON_CTL1は、リークモニタ回路LEAK_MON1によるリーク電流の測定を開始する。制御信号arvdd_enに基づき、モニタ制御回路MON_CTL1は、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCのノードNa31およびノードNa32からのモニタセルアレイARY1およびARY2への電源電圧vdd1normの供給を遮断する(図9参照)。 In response to the monitor enable signal mon_en1 output from the standby mode setting circuit RS_CTL, the monitor control circuit MON_CTL1 of the central processing unit CPU1 starts measuring the leak current by the leak monitor circuit LEAK_MON1. Based on the control signal arvdd_en, the monitor control circuit MON_CTL1 cuts off the supply of the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 from the nodes Na31 and Na32 of the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC (see FIG. 9).
電源電圧vdd1normの供給が遮断されると、ノードNa31(測定出力imeas1)の電圧、およびノードNa32(測定出力imeas2)の電圧は、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2のリーク電流に応じて下降を開始する。制御信号ros_enで比較器COMP2を所定期間活性化する。その期間にわたり、測定出力imeas1が印加されるリングオシレータROS1の発振数、および測定出力imeas2が印加されるリングオシレータROS2の発振数を、カウンタCNT1およびカウンタCNT2で各々カウントする。比較器COMP2は、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outからモニタ信号result_mon1をスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 When the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off, the voltage of the node Na31 (measurement output images1) and the voltage of the node Na32 (measurement output images2) start to drop according to the leak currents of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2. To do. The comparator COMP2 is activated for a predetermined period by the control signal ros_en. Over that period, the counter CNT1 and the counter CNT2 count the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 to which the measurement output imageas1 is applied and the number of oscillations of the ring oscillator ROS2 to which the measurement output imageas2 is applied. The comparator COMP2 compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs the monitor signal result_mon1 from the output terminal comp_out to the standby mode setting circuit RS_CTL.
図13を参照して、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置LSIに、他の比較器COMP2を適用した場合のリークモニタ回路LEAK_MON1の動作を説明する。 With reference to FIG. 13, an operation of leak monitor circuit LEAK_MON1 when another comparator COMP2 is applied to the semiconductor device LSI according to the second modification of the first embodiment will be described.
図13は、図12に示す各信号の変化を模式的に示すタイミング図であり、各信号は基準となるロウレベル(Low:vss)とハイレベル(High:vdd1norm)との間で変化する。各信号の横軸は、時刻と記載されている共通の時間軸を有する。 FIG. 13 is a timing chart schematically showing changes in each signal shown in FIG. 12, and each signal changes between a reference low level (Low: vss) and a high level (High: vdd1norm). The horizontal axis of each signal has a common time axis described as time.
時刻t0に、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、ロウレベルにあるモニタイネーブル信号mon_en1にパルスを生成する。このモニタイネーブル信号mon_en1の立ち上がりに応答して、モニタ制御回路MON_CTL1は、制御信号arvdd_enを所定時間ハイレベルに維持し、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCによるモニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2への電源電圧vdd1normの供給を遮断する(図9参照)。 At time t0, the standby mode setting circuit RS_CTL generates a pulse for the monitor enable signal mon_en1 at the low level. In response to the rise of the monitor enable signal mon_en1, the monitor control circuit MON_CTL1 maintains the control signal arvdd_en at a high level for a predetermined time, and the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 by the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC. Supply is shut off (see FIG. 9).
電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1の電圧(ノードNa31の電圧)は、モニタセルアレイARY1に流れるリーク電流により低下を開始する。同様に、電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2の電圧(ノードNa32)も、モニタセルアレイARY2に流れるリーク電流により低下を開始する。 The voltage of the cell power supply line arvdd1 (the voltage of the node Na31) of the monitor cell array ARY1 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off starts to decrease due to a leak current flowing through the monitor cell array ARY1. Similarly, the voltage (node Na32) of the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off also starts to decrease due to the leak current flowing through the monitor cell array ARY2.
時刻t1に、モニタ制御回路MON_CTL1は制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに立ち上げ、リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2を活性化させる。活性化したリングオシレータROS1の発振周期は、測定出力imeas1の電圧低下とともに長くなり(出力信号ros_out1)、リングオシレータROS2の発振周期は、測定出力imeas2の電圧低下とともに長くなる(出力信号ros_out2)(図11参照)。図13において、測定出力imeas1の電圧降下速度は測定出力imeas2の電圧降下速度と比較して大きいが、これはモニタセルアレイARY1のリーク電流がモニタセルアレイARY2のリーク電流より大きいことを示す。 At time t1, the monitor control circuit MON_CTL1 raises the control signal ros_en from the low level to the high level, and activates the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2. The oscillation period of the activated ring oscillator ROS1 becomes longer as the voltage of the measurement output imageas1 decreases (output signal ros_out1), and the oscillation period of the ring oscillator ROS2 becomes longer as the voltage of the measurement output imageas2 decreases (output signal ros_out2) (FIG. 11). In FIG. 13, the voltage drop rate of the measurement output imageas1 is larger than the voltage drop rate of the measurement output imageas2, which indicates that the leak current of the monitor cell array ARY1 is larger than the leak current of the monitor cell array ARY2.
時刻t2に、モニタ制御回路MON_CTL1は制御信号ros_enをハイレベルからロウレベルに立ち下げ、リングオシレータROS1とリングオシレータROS2の発振を停止させる。時刻t1から時刻t2の期間にわたり、カウンタCNT1、およびカウンタCNT2は、各々、出力信号ros_out1、および出力信号ros_out2の発振数をカウントする。 At time t2, the monitor control circuit MON_CTL1 lowers the control signal ros_en from the high level to the low level, and stops the oscillation of the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2. Over the period from time t1 to time t2, the counter CNT1 and the counter CNT2 count the number of oscillations of the output signal ros_out1 and the output signal ros_out2, respectively.
時刻t3に、制御信号dig_comp_enでデジタル比較回路DIG_CMPを活性化し、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、その結果をモニタ信号result_mon1としてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する(図12参照)。このモニタ信号result_mon1の値に基づき、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号ram_rs_cnt1でセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1を、制御信号vdd1_cntでレギュレータ回路REG_POWERを制御する。図13の例では、メモリセルアレイCELL_ARRAYをLVRSモードに設定するように、セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1およびレギュレータ回路REG_POWERが制御される。 At time t3, the digital comparison circuit DIG_CMP is activated by the control signal dig_comp_en, the values of the counter CNT1 and the counter CNT2 are compared, and the result is output to the standby mode setting circuit RS_CTL as the monitor signal result_mon1 (see FIG. 12). Based on the value of the monitor signal result_mon1, the standby mode setting circuit RS_CTL controls the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 with the control signal ram_rs_cnt1 and the regulator circuit REG_POWER with the control signal vdd1_cnt. In the example of FIG. 13, the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 and the regulator circuit REG_POWER are controlled so that the memory cell array CELL_ARRAY is set to the LVRS mode.
時刻t4に、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値をリセットする。
図14を参照して、実施の形態1およびその変形例に係る半導体装置LSIに適用可能な、他の比較器COMP2の変形例1である比較器COMP21の構成を説明する。
At time t4, the values of the counter CNT1 and the counter CNT2 are reset.
With reference to FIG. 14, a configuration of a comparator COMP21, which is a
比較器COMP21は、一方の測定出力imeas1をリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2へ印加し、各リングオシレータの発振数をカウンタCNT1で累積カウントするように構成される。同様に、他方の測定出力imeas2に対応する各リングオシレータの発振数をカウンタCNT2で累積カウントする。比較器COMP21の正確な動作は、以下に説明される。比較器COMP21により、リングオシレータROS1およびROS2を構成するトランジスタのランダムばらつき(1つの半導体チップ内で、同一形状を有するトランジスタの特性がランダムに異なる)に起因する発振数の測定誤差を抑えることが可能となる。 The comparator COMP21 is configured to apply one measurement output imageas1 to the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2, and to cumulatively count the number of oscillations of each ring oscillator by the counter CNT1. Similarly, the counter CNT2 cumulatively counts the number of oscillations of each ring oscillator corresponding to the other measurement output images2. The exact operation of the comparator COMP21 is described below. The comparator COMP21 can suppress the measurement error of the number of oscillations caused by random variations in the transistors constituting the ring oscillators ROS1 and ROS2 (characteristics of transistors having the same shape are randomly different in one semiconductor chip). It becomes.
図14と図11において、同一符号を付したトランジスタや回路等は同一の構成・機能を有する。図14において、測定出力imeas1および測定出力imeas2は、セレクタIN_SEL1およびセレクタIN_SEL2へ入力される。セレクタIN_SEL1およびセレクタIN_SEL2は、選択信号seleに基づき、測定出力imeas1および測定出力imeas2の一方と他方を交互に選択する。選択信号seleがロウレベルの場合、セレクタIN_SEL1、およびセレクタIN_SEL2は、測定出力imeas1、および測定出力imeas2を各々選択して出力する。選択信号seleがハイレベルの場合、各セレクタが出力する測定出力は上記と逆の関係となる。 In FIG. 14 and FIG. 11, transistors and circuits with the same reference numerals have the same configuration and function. In FIG. 14, the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2 are input to the selector IN_SEL1 and the selector IN_SEL2. The selector IN_SEL1 and the selector IN_SEL2 alternately select one of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2 based on the selection signal sele. When the selection signal sel is at the low level, the selector IN_SEL1 and the selector IN_SEL2 select and output the measurement output images1 and the measurement output images2, respectively. When the selection signal sel is at a high level, the measurement output output from each selector has a reverse relationship to the above.
セレクタIN_SEL1の出力は、信号配線gin1により、リングオシレータROS1を構成する複数のインバータINV31が各々有するn型トランジスタN311のゲートに印加される。セレクタIN_SEL2の出力は、信号配線gin2により、リングオシレータROS2を構成する複数のインバータINV32が各々有するn型トランジスタN321のゲートに印加される。 The output of the selector IN_SEL1 is applied to the gate of the n-type transistor N311 included in each of the plurality of inverters INV31 configuring the ring oscillator ROS1 through the signal wiring gin1. The output of the selector IN_SEL2 is applied to the gate of the n-type transistor N321 included in each of the plurality of inverters INV32 constituting the ring oscillator ROS2 through the signal wiring gin2.
リングオシレータROS1の出力信号ros_out1、およびリングオシレータROS2の出力信号ros_out2は、セレクタOUT_SEL1およびセレクタOUT_SEL2へ入力される。選択信号seleがロウレベルの場合、セレクタOUT_SEL1およびセレクタOUT_SEL2は、出力信号ros_out1および出力信号ros_out2を各々選択して出力する。選択信号seleがハイレベルの場合、セレクタOUT_SEL1およびセレクタOUT_SEL2は、出力信号ros_out2および出力信号ros_out1を各々選択して出力する。セレクタOUT_SEL1の出力信号cin11の発振数はカウンタCNT1でカウントされ、セレクタOUT_SEL2の出力信号cin12の発振数はカウンタCNT2でカウントされる。カウンタCNT1およびカウンタCNT2は、リセット信号resetによりリセットされる。 The output signal ros_out1 of the ring oscillator ROS1 and the output signal ros_out2 of the ring oscillator ROS2 are input to the selector OUT_SEL1 and the selector OUT_SEL2. When the selection signal sel is at a low level, the selector OUT_SEL1 and the selector OUT_SEL2 select and output the output signal ros_out1 and the output signal ros_out2, respectively. When the selection signal sel is at a high level, the selector OUT_SEL1 and the selector OUT_SEL2 select and output the output signal ros_out2 and the output signal ros_out1, respectively. The number of oscillations of the output signal cin11 of the selector OUT_SEL1 is counted by the counter CNT1, and the number of oscillations of the output signal cin12 of the selector OUT_SEL2 is counted by the counter CNT2. The counter CNT1 and the counter CNT2 are reset by a reset signal reset.
比較器COMP21の動作を説明する。
選択信号seleがロウレベルに設定されると、制御信号ros_enで活性化された期間にわたり、リングオシレータROS1、およびリングオシレータROS2は、測定出力imeas1、および測定出力imeas2に基づいて決定される発振数を有する出力信号ros_out1、および出力信号ros_out2を、各々出力する。セレクタOUT_SEL1およびセレクタOUT_SEL2は、出力信号ros_out1および出力信号ros_out2を選択して出力する。カウンタCNT1およびカウンタCNT2は、出力信号ros_out1および出力信号ros_out2の発振数をカウントし、その値を保持する。
The operation of the comparator COMP21 will be described.
When the selection signal sel is set to the low level, the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 have the number of oscillations determined based on the measurement output images1 and the measurement output images2 over the period activated by the control signal ros_en. The output signal ros_out1 and the output signal ros_out2 are each output. The selector OUT_SEL1 and the selector OUT_SEL2 select and output the output signal ros_out1 and the output signal ros_out2. The counter CNT1 and the counter CNT2 count the number of oscillations of the output signal ros_out1 and the output signal ros_out2, and hold the values.
選択信号seleがロウレベルからハイレベルに設定されると、制御信号ros_enで活性化された期間にわたり、リングオシレータROS1、およびリングオシレータROS2は、測定出力imeas2、および測定出力imeas1に基づいて決定される発振数を有する出力信号ros_out1、および出力信号ros_out2を、各々出力する。セレクタOUT_SEL1およびセレクタOUT_SEL2は、出力信号ros_out2および出力信号ros_out1を選択して出力する。カウンタCNT1およびカウンタCNT2は、選択信号seleがロウレベルの期間のカウント数に、出力信号ros_out2および出力信号ros_out1の発振数を加えたカウントを継続する。 When the selection signal sele is set from the low level to the high level, the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 are oscillated based on the measurement output images2 and the measurement output images1 over the period activated by the control signal ros_en. An output signal ros_out1 having a number and an output signal ros_out2 are output. The selector OUT_SEL1 and the selector OUT_SEL2 select and output the output signal ros_out2 and the output signal ros_out1. The counter CNT1 and the counter CNT2 continue counting by adding the number of oscillations of the output signal ros_out2 and the output signal ros_out1 to the number of counts when the selection signal sel is at the low level.
デジタル比較回路DIG_CMPは、制御信号dig_comp_enで活性化後、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outにその比較結果を2値の論理レベルを有するモニタ信号result_mon1として出力する。 After being activated by the control signal dig_comp_en, the digital comparison circuit DIG_CMP compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs the comparison result to the output terminal comp_out as a monitor signal result_mon1 having a binary logic level.
比較器COMP21の効果を説明する。
上記の通り、カウンタCNT1は、測定出力imeas1が印加されたリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2の各発振数の累積値を保持する。一方、カウンタCNT2は、測定出力imeas2が印加されたリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2の各発振数の累積値を保持する。つまり、比較器COMP21は、測定出力と、その測定出力を印加するリングオシレータとを固定せず、1つの測定出力を2つのリングオシレータへ交互に印加し、各リングオシレータの発振数を1つのカウンタで累積カウントする構成を有する。
The effect of the comparator COMP21 will be described.
As described above, the counter CNT1 holds a cumulative value of the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 to which the measurement output imageas1 is applied. On the other hand, the counter CNT2 holds the accumulated value of the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 to which the measurement output imageas2 is applied. That is, the comparator COMP21 does not fix the measurement output and the ring oscillator to which the measurement output is applied, but alternately applies one measurement output to the two ring oscillators, and sets the number of oscillations of each ring oscillator to one counter. It has the structure which accumulates by.
リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2は同一の構成を備えているが、ランダムばらつきが発生した場合、各リングオシレータを構成するトランジスタの閾値電圧やオン電流に相違が発生する。その場合、各リングオシレータに同じ電圧値を有する測定出力を入力してもそれぞれのリングオシレータの発振周波数が異なり、測定出力比較誤差となる。リングオシレータの段数を増加させたり、リングオシレータを構成するトランジスタのサイズを大きくすることで、ランダムばらつきの影響を低減することは可能であるが、リングオシレータの面積の増加を招く。 The ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 have the same configuration. However, when random variation occurs, a difference occurs in the threshold voltage and on-current of the transistors constituting each ring oscillator. In that case, even if measurement outputs having the same voltage value are input to each ring oscillator, the oscillation frequencies of the respective ring oscillators are different, resulting in a measurement output comparison error. Although the influence of random variation can be reduced by increasing the number of stages of the ring oscillator or increasing the size of the transistors constituting the ring oscillator, the area of the ring oscillator is increased.
図9に示すリークモニタ回路LEAK_MON1Cにおいて、比較器COMPとして図11に示す比較器COMP2を適用した場合、リングオシレータの段数を増加させると以下の問題が発生し得る。リークモニタ回路LEAK_MON1Cは、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCがモニタセルアレイARY1およびARY2に供給する電源電圧vdd1normを遮断し、その後のノードNa31およびNa32の電圧を測定出力imeas1およびimeas2として比較器COMP2へ出力する。 In the leak monitor circuit LEAK_MON1C shown in FIG. 9, when the comparator COMP2 shown in FIG. 11 is applied as the comparator COMP, the following problems may occur if the number of stages of the ring oscillator is increased. The leak monitor circuit LEAK_MON1C cuts off the power supply voltage vdd1norm supplied to the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 by the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC, and outputs the subsequent voltages of the nodes Na31 and Na32 to the comparator COMP2 as measurement outputs imas1 and imas2.
モニタセルアレイのリーク電流が大きい場合、リングオシレータが動作しないレベルまで測定出力imeas1、または測定出力imeas2の電圧が急速に低下するため、リングオシレータによるリーク電流の大小比較ができないという問題が発生する。 When the leak current of the monitor cell array is large, the voltage of the measurement output imageas1 or the measurement output imageas2 rapidly decreases to a level at which the ring oscillator does not operate, which causes a problem that the leakage current cannot be compared by the ring oscillator.
図14に示す比較器COMP21によれば、一方の測定出力imeas1をリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2へ交互に印加し、各リングオシレータの発振数をカウンタCNT1で累積カウントする。同様に、他方の測定出力imeas2に対応する各リングオシレータの発振数をカウンタCNT2で累積カウントする。これにより、リングオシレータROS1およびROS2を構成するトランジスタのランダムばらつきに起因する測定誤差を排除することが可能となる。 According to the comparator COMP21 shown in FIG. 14, one measurement output imageas1 is alternately applied to the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2, and the number of oscillations of each ring oscillator is cumulatively counted by the counter CNT1. Similarly, the counter CNT2 cumulatively counts the number of oscillations of each ring oscillator corresponding to the other measurement output images2. As a result, it is possible to eliminate measurement errors caused by random variations in the transistors constituting the ring oscillators ROS1 and ROS2.
さらに、リングオシレータの段数を適切な範囲で設定できるため、モニタセルアレイに供給する電源電圧を遮断後し、その後の測定出力の変化に基づきリーク電流を測定するリークモニタ回路であっても、リングオシレータによるリーク電流の測定が可能となる。 Furthermore, since the number of stages of the ring oscillator can be set within an appropriate range, even if the leakage monitor circuit measures the leakage current based on the change in the measurement output after the power supply voltage supplied to the monitor cell array is shut off, the ring oscillator Leakage current can be measured.
図15を参照して、実施の形態1およびその変形例に係る半導体装置LSIに適用可能な、他の比較器COMP2の変形例2である比較器COMP22の構成を説明する。
With reference to FIG. 15, a configuration of a comparator COMP22, which is a
比較器COMP22は、1つのリングオシレータROS1に対して測定出力imeas1および測定出力imeas2を交互に印加し、各々の場合におけるリングオシレータROS1の発振数をカウンタCNT1、およびカウンタCNT2でカウントするように構成される。 The comparator COMP22 is configured to alternately apply the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2 to one ring oscillator ROS1, and count the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 in each case by the counter CNT1 and the counter CNT2. The
図15と図14において、同一符号を付したトランジスタや回路等は同一の構成・機能を有する。図15において、セレクタIN_SEL1は、選択信号seleがロウレベルの場合、測定出力imeas1を選択して出力し、選択信号seleがハイレベルの場合、測定出力imeas2を選択して出力する。ゲートG21およびゲートG22の一方にはリングオシレータROS1の出力信号ros_outが入力され、他方には選択信号seleが入力される。 In FIG. 15 and FIG. 14, transistors and circuits having the same reference numerals have the same configuration and function. In FIG. 15, the selector IN_SEL1 selects and outputs the measurement output imageas1 when the selection signal sel is low level, and selects and outputs the measurement output imageas2 when the selection signal sele is high level. The output signal ros_out of the ring oscillator ROS1 is input to one of the gate G21 and the gate G22, and the selection signal sel is input to the other.
従って、選択信号seleがロウレベルの場合、カウンタCNT1は、測定出力imeas1が印加された場合のリングオシレータROS1の発振数をカウントし、選択信号seleがハイレベルの場合、カウンタCTN2は、測定出力imeas2が印加された場合のリングオシレータROS1の発振数をカウントする。デジタル比較回路DIG_CMPは、制御信号dig_comp_enで活性化後、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outにその比較結果を2値の論理レベルを有するモニタ信号result_mon1として出力する。 Accordingly, when the selection signal sel is low level, the counter CNT1 counts the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 when the measurement output image1 is applied. When the selection signal sel is high level, the counter CTN2 When applied, the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 is counted. After being activated by the control signal dig_comp_en, the digital comparison circuit DIG_CMP compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs the comparison result to the output terminal comp_out as a monitor signal result_mon1 having a binary logic level.
比較器COMP22の効果を説明する。
半導体装置LSIの温度や電源電圧の変化に比べて、比較器COMP22の測定時間が十分に短い場合、測定出力imeas1および測定出力imeas2の電圧を時分割で1つのリングオシレータROS1へ印加することにより、動作電力と面積を削減することが可能となる。
The effect of the comparator COMP22 will be described.
When the measurement time of the comparator COMP22 is sufficiently short compared to changes in the temperature and power supply voltage of the semiconductor device LSI, by applying the voltage of the measurement output images1 and 2 to the one ring oscillator ROS1 in a time division manner, It is possible to reduce the operating power and area.
図16を参照して、実施の形態1およびその変形例に係る半導体装置LSIに適用可能な、他の比較器COMP2の変形例3である比較器COMP23の構成を説明する。
With reference to FIG. 16, a configuration of a comparator COMP23, which is a
電源電圧vdd1の供給を受けて動作する中央処理装置CPU1において、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードからLVRSモードに設定した場合、メモリセルアレイCELL_ARRAY以外の回路の電流も減少する。例えば、周辺回路PERIに含まれるデータ出力ラッチ回路や、ロジック回路は、メモリセルアレイCELL_ARRAYがスタンバイモードに設定されても電源電圧は印加された状態にある。比較器COMP23は、そのスタンバイモードにおいても電源電圧が印加されている回路の電流削減効果を考慮して、メモリモジュールRAM_MOD1のスタンバイモードを決定する。 In the central processing unit CPU1 that operates by receiving the supply of the power supply voltage vdd1, when the memory module RAM_MOD1 is set from the RS mode to the LVRS mode, the current of circuits other than the memory cell array CELL_ARRAY also decreases. For example, the data output latch circuit and the logic circuit included in the peripheral circuit PERI are in a state where the power supply voltage is applied even when the memory cell array CELL_ARRAY is set to the standby mode. The comparator COMP23 determines the standby mode of the memory module RAM_MOD1 in consideration of the current reduction effect of the circuit to which the power supply voltage is applied even in the standby mode.
図16と図15において、同一符号を付したトランジスタや回路等は同一の構成・機能を有する。図16において、カウンタCNT1は、測定出力imeas1で制御されるリングオシレータROS1の発振数をカウントする。即ち、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY2のリーク電流に対応した発振数がカウンタCNT1に格納されている。カウンタCNT2は、測定出力imeas2で制御されるリングオシレータROS1の発振数をカウントする。即ち、LVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2のリーク電流に対応した発振数がカウンタCNT2に格納されている。 In FIG. 16 and FIG. 15, transistors and circuits having the same reference numerals have the same configuration and function. In FIG. 16, the counter CNT1 counts the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 controlled by the measurement output imageas1. That is, the number of oscillations corresponding to the leak current of the monitor cell array ARY2 set to the RS mode is stored in the counter CNT1. The counter CNT2 counts the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 controlled by the measurement output images2. That is, the number of oscillations corresponding to the leak current of the monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode is stored in the counter CNT2.
信号logic_offsetは、電源電圧vdd1の供給を受けて動作する中央処理装置CPU1において、上記メモリセルアレイCELL_ARRAY以外の回路に印加する電源電圧を、RSモード時の電源電圧(vdd1norm)からLVRSモード時の電源電圧(vdd1norm−Δvdd)に変更した場合に削減される電流量に相当するカウント数である。 The signal logic_offset is used to change the power supply voltage applied to circuits other than the memory cell array CELL_ARRAY from the power supply voltage in the RS mode (vdd1norm) to the power supply voltage in the LVRS mode in the central processing unit CPU1 that operates by receiving the supply of the power supply voltage vdd1. This is the count number corresponding to the amount of current reduced when it is changed to (vdd1norm−Δvdd).
加算回路ADDRは、カウンタCNT1の出力と信号logic_offsetとの加算値を出力する。デジタル比較回路DIG_CMPは、加算回路ADDRの出力とカウンタCNT2の出力との大小を比較し、その結果を出力端子comp_outにモニタ信号result_mon1として出力する。 The adder circuit ADDR outputs an added value of the output of the counter CNT1 and the signal logic_offset. The digital comparison circuit DIG_CMP compares the output of the adder circuit ADDR and the output of the counter CNT2, and outputs the result as a monitor signal result_mon1 to the output terminal comp_out.
比較器COMP23の効果を説明する。
比較器COMP23により、中央処理装置CPU1のメモリセルアレイCELL_ARRAYをLVRSモードに設定した場合、そのメモリセルアレイCELL_ARRAY以外の回路に流れる電流量の変化を考慮したスタンバイモードの選択が可能となる。
The effect of the comparator COMP23 will be described.
When the memory cell array CELL_ARRAY of the central processing unit CPU1 is set to the LVRS mode by the comparator COMP23, the standby mode can be selected in consideration of a change in the amount of current flowing through a circuit other than the memory cell array CELL_ARRAY.
図17を参照して、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置LSIに、他の比較器COMP2の変形例1であるCOMP21を適用した場合のリークモニタ回路LEAK_MON1の構成を説明する。
With reference to FIG. 17, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1 in the case where COMP21, which is
リークモニタ回路LEAK_MON1は、モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、およびモニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCと、比較器COMP21とを有する。モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、およびモニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCの具体的構成は図9における同一の符号を付したものと同一であり、その説明は省略する。さらに、比較器COMP21の具体的構成は、図14に記載した通りである。 The leak monitor circuit LEAK_MON1 includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC, and a comparator COMP21. The specific configurations of the monitor cell array ARY1, the monitor cell array ARY2, and the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC are the same as those given the same reference numerals in FIG. 9, and the description thereof is omitted. Further, the specific configuration of the comparator COMP21 is as described in FIG.
スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力するモニタイネーブル信号mon_en1に応答して、中央処理装置CPU1のモニタ制御回路MON_CTL1は、リークモニタ回路LEAK_MON1によるリーク電流の測定を開始させる。制御信号arvdd_enに基づき、モニタ制御回路MON_CTL1は、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCのノードNa31およびノードNa32からのモニタセルアレイARY1およびARY2への電源電圧vdd1normの供給を遮断する(図9参照)。 In response to the monitor enable signal mon_en1 output from the standby mode setting circuit RS_CTL, the monitor control circuit MON_CTL1 of the central processing unit CPU1 starts measuring the leak current by the leak monitor circuit LEAK_MON1. Based on the control signal arvdd_en, the monitor control circuit MON_CTL1 cuts off the supply of the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 from the nodes Na31 and Na32 of the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC (see FIG. 9).
電源電圧vdd1normの供給が遮断されると、ノードNa31(測定出力imeas1)の電圧、およびノードNa32(測定出力imeas2)の電圧は、モニタセルアレイARY1およびモニタセルアレイARY2のリーク電流に応じて下降を開始する。1回目のリーク電流測定のため、選択信号seleをロウレベルに設定する。制御信号ros_enで、比較器COMP21のリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2を所定期間活性化する。その期間にわたり、測定出力imeas1が印加されるリングオシレータROS1の発振数、および測定出力imeas2が印加されるリングオシレータROS2の発振数を、カウンタCNT1およびカウンタCNT2で各々カウントする。 When the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off, the voltage of the node Na31 (measurement output images1) and the voltage of the node Na32 (measurement output images2) start to fall according to the leak currents of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2. . For the first leak current measurement, the selection signal sel is set to the low level. With the control signal ros_en, the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 of the comparator COMP21 are activated for a predetermined period. Over that period, the counter CNT1 and the counter CNT2 count the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 to which the measurement output imageas1 is applied and the number of oscillations of the ring oscillator ROS2 to which the measurement output imageas2 is applied.
2回目のリーク電流測定のため、選択信号seleをハイレベルに設定する。制御信号ros_enで、比較器COMP21のリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2を所定期間活性化する。その期間にわたり、測定出力imeas1が印加されるリングオシレータROS2の発振数、および測定出力imeas2が印加されるリングオシレータROS1の発振数を、カウンタCNT1およびカウンタCNT2で各々カウントする。比較器COMP21は、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outからモニタ信号result_mon1をスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 For the second leak current measurement, the selection signal sel is set to a high level. With the control signal ros_en, the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 of the comparator COMP21 are activated for a predetermined period. Over that period, the counter CNT1 and the counter CNT2 count the number of oscillations of the ring oscillator ROS2 to which the measurement output imageas1 is applied and the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 to which the measurement output imageas2 is applied. The comparator COMP21 compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs a monitor signal result_mon1 from the output terminal comp_out to the standby mode setting circuit RS_CTL.
図18を参照して、実施の形態1の変形例2に係る半導体装置LSIに、他の比較器COMP2の変形例1であるCOMP21を適用した場合のリークモニタ回路LEAK_MON1の動作を説明する。
With reference to FIG. 18, the operation of the leak monitor circuit LEAK_MON1 when the
図18は、図17に示す各信号の変化を模式的に示すタイミング図であり、各信号は基準となるロウレベル(Low:vss)とハイレベル(High:vdd1norm)との間で変化する。各信号の横軸は、時刻と記載されている共通の時間軸を有する。 FIG. 18 is a timing chart schematically showing changes in each signal shown in FIG. 17, and each signal changes between a reference low level (Low: vss) and a high level (High: vdd1norm). The horizontal axis of each signal has a common time axis described as time.
モニタ制御回路MON_CTL1は選択信号seleをロウレベルに設定し、1回目のリーク電流の測定が行われる。 The monitor control circuit MON_CTL1 sets the selection signal sel to the low level, and the first leak current is measured.
時刻t0に、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、ロウレベルにあるモニタイネーブル信号mon_en1にパルスを生成する。このモニタイネーブル信号mon_en1の立ち上がりに応答して、モニタ制御回路MON_CTL1は、制御信号arvdd_enを所定時間ハイレベルに維持し、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCによるモニタセルアレイARY1およびモニタセルアレイARY2への電源電圧vdd1normの供給を遮断する(図9参照)。 At time t0, the standby mode setting circuit RS_CTL generates a pulse for the monitor enable signal mon_en1 at the low level. In response to the rise of the monitor enable signal mon_en1, the monitor control circuit MON_CTL1 maintains the control signal arvdd_en at a high level for a predetermined time, and supplies the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 by the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC. Is blocked (see FIG. 9).
電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1の電圧(ノードNa31の電圧)は、モニタセルアレイARY1に流れるリーク電流により低下を開始する。同様に、電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2の電圧(ノードNa32)も、モニタセルアレイARY2に流れるリーク電流により低下を開始する。 The voltage of the cell power supply line arvdd1 (the voltage of the node Na31) of the monitor cell array ARY1 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off starts to decrease due to a leak current flowing through the monitor cell array ARY1. Similarly, the voltage (node Na32) of the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off also starts to decrease due to the leak current flowing through the monitor cell array ARY2.
時刻t1に、モニタ制御回路MON_CTL1は制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに立ち上げ、リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2を活性化させる。リングオシレータROS1には、セレクタIN_SEL1で選択された測定出力imeas1が印加され、リングオシレータROS2には、セレクタIN_SEL2で選択された測定出力imeas2が印加される。カウンタCNT1は、セレクタOUT_SEL1で選択されたリングオシレータROS1の出力の発振数をカウントし、その結果を保持する。カウンタCNT2は、セレクタOUT_SEL2で選択されたリングオシレータROS2の出力の発振数をカウントし、その結果を保持する。 At time t1, the monitor control circuit MON_CTL1 raises the control signal ros_en from the low level to the high level, and activates the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2. The measurement output imageas1 selected by the selector IN_SEL1 is applied to the ring oscillator ROS1, and the measurement output imageas2 selected by the selector IN_SEL2 is applied to the ring oscillator ROS2. The counter CNT1 counts the number of oscillations of the output of the ring oscillator ROS1 selected by the selector OUT_SEL1, and holds the result. The counter CNT2 counts the number of oscillations of the output of the ring oscillator ROS2 selected by the selector OUT_SEL2, and holds the result.
時刻t2に、モニタ制御回路MON_CTL1は、制御信号ros_enをハイレベルからロウレベルに立ち下げ、1回目のリーク電流測定を終了させる。 At time t2, the monitor control circuit MON_CTL1 lowers the control signal ros_en from the high level to the low level, and ends the first leak current measurement.
モニタ制御回路MON_CTL1は選択信号seleをロウレベルからハイレベルに立ち上げ、2回目のリーク電流の測定が行われる。 The monitor control circuit MON_CTL1 raises the selection signal sel from the low level to the high level, and the second leak current measurement is performed.
時刻t3に、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、ロウレベルにあるモニタイネーブル信号mon_en1にパルスを生成する。このモニタイネーブル信号mon_en1の立ち上がりに応答して、モニタ制御回路MON_CTL1は、制御信号arvdd_enを所定時間ハイレベルに維持し、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCによるモニタセルアレイARY1およびモニタセルアレイARY2への電源電圧vdd1normの供給を遮断する。 At time t3, the standby mode setting circuit RS_CTL generates a pulse for the monitor enable signal mon_en1 at the low level. In response to the rise of the monitor enable signal mon_en1, the monitor control circuit MON_CTL1 maintains the control signal arvdd_en at a high level for a predetermined time, and supplies the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 by the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC. Shut off.
電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1の電圧(ノードNa31の電圧)は、モニタセルアレイARY1に流れるリーク電流により低下を開始する。同様に、電源電圧vdd1normの供給が遮断されたモニタセルアレイARY2のセル電源配線arvdd2の電圧(ノードNa32)も、モニタセルアレイARY2に流れるリーク電流により低下を開始する。 The voltage of the cell power supply line arvdd1 (the voltage of the node Na31) of the monitor cell array ARY1 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off starts to decrease due to a leak current flowing through the monitor cell array ARY1. Similarly, the voltage (node Na32) of the cell power supply wiring arvdd2 of the monitor cell array ARY2 from which the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off also starts to decrease due to the leak current flowing through the monitor cell array ARY2.
時刻t4に、モニタ制御回路MON_CTL1は制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに立ち上げ、リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2を活性化させる。リングオシレータROS1には、セレクタIN_SEL1で選択された測定出力imeas2が印加され、リングオシレータROS2には、セレクタIN_SEL2で選択された測定出力imeas1が印加される。カウンタCNT1は、1回目の測定結果のカウント数に、セレクタOUT_SEL1で選択されたリングオシレータROS2の出力の発振数を加えてカウントする。カウンタCNT2は、1回目の測定結果のカウント数に、セレクタOUT_SEL2で選択されたリングオシレータROS2の出力の発振数を加えてカウントする。 At time t4, the monitor control circuit MON_CTL1 raises the control signal ros_en from the low level to the high level, and activates the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2. The measurement output imageas2 selected by the selector IN_SEL1 is applied to the ring oscillator ROS1, and the measurement output imageas1 selected by the selector IN_SEL2 is applied to the ring oscillator ROS2. The counter CNT1 counts by adding the number of oscillations of the output of the ring oscillator ROS2 selected by the selector OUT_SEL1 to the count number of the first measurement result. The counter CNT2 counts by adding the number of oscillations of the output of the ring oscillator ROS2 selected by the selector OUT_SEL2 to the count number of the first measurement result.
時刻t6に、制御信号dig_comp_enでデジタル比較回路DIG_CMPを活性化し、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、その結果をモニタ信号result_mon1としてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。このモニタ信号result_mon1の値に基づき、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、制御信号ram_rs_cnt1でセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL1を、または制御信号vdd1_cntでレギュレータ回路REG_POWERを制御する。 At time t6, the digital comparison circuit DIG_CMP is activated by the control signal dig_comp_en, the values of the counter CNT1 and the counter CNT2 are compared, and the result is output to the standby mode setting circuit RS_CTL as the monitor signal result_mon1. Based on the value of the monitor signal result_mon1, the standby mode setting circuit RS_CTL controls the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL1 with the control signal ram_rs_cnt1, or the regulator circuit REG_POWER with the control signal vdd1_cnt.
時刻t7に、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値をリセットする。
図19を参照して、他の比較器COMP2およびその変形例に適用可能なリングオシレータROS4の構成を説明する。
At time t7, the values of the counter CNT1 and the counter CNT2 are reset.
Referring to FIG. 19, the configuration of ring oscillator ROS4 applicable to another comparator COMP2 and its modification will be described.
リングオシレータROS4と、リングオシレータROS1、およびリングオシレータROS2との相違点は、インバータINV41が有するn型トランジスタN41と並列に、電圧fix_sigがゲートに印加されるn型トランジスタNfixが接続されることである。 The difference between the ring oscillator ROS4, the ring oscillator ROS1, and the ring oscillator ROS2 is that an n-type transistor Nfix to which the voltage fix_sig is applied to the gate is connected in parallel with the n-type transistor N41 of the inverter INV41. .
リングオシレータROS4は、所定の段数で縦列接続したインバータINV41の最終段出力をNANDゲートG41に入力し、その出力を初段のインバータINV41に戻して発振ループを形成したリングオシレータである。インバータINV41はp型トランジスタP41、n型トランジスタN41、N42、およびNfixで構成される。p型トランジスタP41のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはn型トランジスタN42のドレインと接続される。n型トランジスタN41のドレインはn型トランジスタN42のソースと接続され、そのソースには電源電圧vssが印加される。n型トランジスタNfixは、n型トランジスタN41と並列に接続され、n型トランジスタNfixのゲートには電圧fix_sigが印加され、n型トランジスタN41のゲートには信号comp_inxが印加される。ここで、信号comp_inxは、リークモニタ回路LEAK_MON1Cに示される測定出力imeas1(x=1)、および測定出力imeas2(x=2)である。 The ring oscillator ROS4 is a ring oscillator in which the final stage output of the inverter INV41 connected in cascade with a predetermined number of stages is input to the NAND gate G41, and the output is returned to the first stage inverter INV41 to form an oscillation loop. The inverter INV41 includes a p-type transistor P41, n-type transistors N41, N42, and Nfix. A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor P41, and its drain is connected to the drain of the n-type transistor N42. The drain of the n-type transistor N41 is connected to the source of the n-type transistor N42, and the power supply voltage vss is applied to the source. The n-type transistor Nfix is connected in parallel with the n-type transistor N41, the voltage fix_sig is applied to the gate of the n-type transistor Nfix, and the signal comp_inx is applied to the gate of the n-type transistor N41. Here, the signal comp_inx is the measurement output imageas1 (x = 1) and the measurement output imageas2 (x = 2) indicated by the leak monitor circuit LEAK_MON1C.
電圧fix_sigは、n型トランジスタNfixが導通状態を維持するように設定される。n型トランジスタNfixが導通している限り、n型トランジスタN41のゲートに印加される測定出力imeasxの電圧が低下しても、リングオシレータROS4は発振を継続する。つまり、n型トランジスタNfixは、p型トランジスタP41、およびn型トランジスタN42で構成されるスイッチング部に所定のバイアス電流を供給し、n型トランジスタN41によるスイッチング部への電流供給が低下しても、インバータINV41の動作を可能とする。 The voltage fix_sig is set so that the n-type transistor Nfix maintains a conductive state. As long as the n-type transistor Nfix is conductive, the ring oscillator ROS4 continues to oscillate even if the voltage of the measurement output imeasx applied to the gate of the n-type transistor N41 decreases. That is, the n-type transistor Nfix supplies a predetermined bias current to the switching unit composed of the p-type transistor P41 and the n-type transistor N42, and even if the current supply to the switching unit by the n-type transistor N41 decreases, The operation of the inverter INV41 is enabled.
リングオシレータROS4の効果を説明する。
リークモニタ回路LEAK_MON1CでモニタセルアレイARY1およびARY2のリーク電流を測定する場合、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCで供給していた電源電圧vdd1normを遮断し、測定出力imeas1および測定出力imeas2の電圧変動量をリングオシレータROS1およびリングオシレータROS2の発振数に変換する。モニタセルアレイのリーク電流が非常に多い場合、リングオシレータへの入力電圧が低くなりすぎ、リングオシレータを構成するインバータに電源電圧vssが供給されなくなる。その結果、リングオシレータの発振数のカウントに差がつく前にリングオシレータが動作しなくなるという問題がある。
The effect of the ring oscillator ROS4 will be described.
When the leak current of the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 is measured by the leak monitor circuit LEAK_MON1C, the power supply voltage vdd1norm supplied by the monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC is cut off, and the voltage fluctuation amount of the measurement output imageas1 and the measurement output image2 is changed to the ring oscillator ROS1. And the number of oscillations of the ring oscillator ROS2. When the leak current of the monitor cell array is very large, the input voltage to the ring oscillator becomes too low and the power supply voltage vss is not supplied to the inverter constituting the ring oscillator. As a result, there is a problem that the ring oscillator does not operate before a difference in the count of the number of oscillations of the ring oscillator occurs.
リングオシレータROS4を構成するインバータINV41には、測定出力imeas1または測定出力imeas2の値によらず、n型トランジスタNfixにより電源電圧vssが印加されている。その結果、測定出力imeas1および測定出力imeas2の電圧の変化に応答して、リングオシレータROS4は発振を継続することが可能となる。 The power supply voltage vss is applied to the inverter INV41 constituting the ring oscillator ROS4 by the n-type transistor Nfix, regardless of the value of the measurement output images1 and the measurement output images2. As a result, the ring oscillator ROS4 can continue to oscillate in response to changes in the voltages of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2.
図20を参照して、他の比較器COMP2およびその変形例に適用可能なタイマーROS_TIMEの構成を説明する。 With reference to FIG. 20, the configuration of timer ROS_TIME applicable to another comparator COMP2 and its modification will be described.
タイマーROS_TIMEは、他の比較器COMP2、およびその各変形例が備えるリングオシレータROS1やリングオシレータROS2の活性化期間を制御する。タイマーROS_TIMEはリングオシレータROS_TおよびカウンタCNT3を有し、リングオシレータROS_Tは、図11等に示すリングオシレータROS1と同一の構成を有する。カウンタCNT3とカウンタCNT1とのビット数は同一に設定される。リングオシレータROS_Tが有するNANDゲートには信号meas_startが印加され、インバータには電圧tiehが印加される。カウンタCNT3は、リングオシレータROS_Tが出力する出力信号time_ros_outの発振数をカウントし、その結果を信号meas_time_contとして出力する。カウンタCNT3の値は、リセット信号reset_meas_timeでリセットされる。 The timer ROS_TIME controls the activation period of the other comparator COMP2 and the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2 included in the respective modifications. The timer ROS_TIME has a ring oscillator ROS_T and a counter CNT3, and the ring oscillator ROS_T has the same configuration as the ring oscillator ROS1 shown in FIG. The number of bits of the counter CNT3 and the counter CNT1 is set to be the same. The signal meas_start is applied to the NAND gate of the ring oscillator ROS_T, and the voltage tieh is applied to the inverter. The counter CNT3 counts the number of oscillations of the output signal time_ros_out output from the ring oscillator ROS_T, and outputs the result as a signal meas_time_cont. The value of the counter CNT3 is reset by a reset signal reset_meas_time.
図11の比較器COMP2を例に、タイマーROS_TIMEによるリングオシレータROS1の活性化期間制御方法を説明する。制御信号ros_enがロウレベルからハイレベルに変化すると、リングオシレータROS1は活性化し、測定出力imeas1に応じた発振周波数で発振を開始する。制御信号ros_enと同期して信号meas_startがロウレベルからハイレベルに変化すると、リングオシレータROS_Tは活性化し、電圧tiehの値に対応した発振周波数で発振を開始する。電圧tiehは、測定出力imeas1および測定出力imeas2より常に高い一定値に設定される。 Using the comparator COMP2 of FIG. 11 as an example, a method for controlling the activation period of the ring oscillator ROS1 by the timer ROS_TIME will be described. When the control signal ros_en changes from the low level to the high level, the ring oscillator ROS1 is activated and starts oscillating at an oscillation frequency corresponding to the measurement output images1. When the signal meas_start changes from the low level to the high level in synchronization with the control signal ros_en, the ring oscillator ROS_T is activated and starts oscillating at an oscillation frequency corresponding to the value of the voltage tieh. The voltage tieh is always set to a constant value that is higher than the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2.
カウンタCNT3の出力信号meas_time_contが所定の値、例えば、カウンタCNT3でカウント可能な最大値になったときに、リングオシレータROS1を停止(不活性化)させる。リングオシレータROS_Tに印加される電圧tiehは、リングオシレータROS1に印加される測定出力imeas1および測定出力imeas2より高い電圧に設定されているため、カウンタCNT3の値はカウンタCNT1の値よりも大きい。従って、カウンタCNT3の値がカウント可能な最大値となった時点でリングオシレータROS1の動作を停止(非活性化)させることで、比較器COMP2のカウンタCNT1がオーバーフローすることを防ぐことが可能となる。 When the output signal meas_time_cont of the counter CNT3 reaches a predetermined value, for example, the maximum value that can be counted by the counter CNT3, the ring oscillator ROS1 is stopped (inactivated). Since the voltage tieh applied to the ring oscillator ROS_T is set to a voltage higher than the measurement output imageas1 and measurement output imageas2 applied to the ring oscillator ROS1, the value of the counter CNT3 is larger than the value of the counter CNT1. Therefore, the counter CNT1 of the comparator COMP2 can be prevented from overflowing by stopping (inactivating) the operation of the ring oscillator ROS1 when the value of the counter CNT3 reaches the maximum value that can be counted. .
タイマーROS_TIMEの効果を説明する。
半導体装置LSIに搭載されるリングオシレータの発振周波数は、温度、製造プロセス、および電圧条件により変化するため、リングオシレータの発振数の測定時間も一律ではない。測定時間を不要に長く設定すると消費電力が増加し、オーバーフローを避けるためにカウンタのビット数を大きくすると面積増加を招く。逆に、測定時間を必要以上に短く設定すると、リングオシレータによる検出可能な電位差の最小値が大きくなる。
The effect of the timer ROS_TIME will be described.
Since the oscillation frequency of the ring oscillator mounted on the semiconductor device LSI changes depending on the temperature, the manufacturing process, and the voltage condition, the measurement time of the number of oscillations of the ring oscillator is not uniform. If the measurement time is set unnecessarily long, the power consumption increases, and if the number of bits of the counter is increased to avoid overflow, the area increases. Conversely, if the measurement time is set shorter than necessary, the minimum potential difference that can be detected by the ring oscillator increases.
タイマーROS_TIMEが有するリングオシレータROS_Tは、測定出力imeas1が印加されるリングオシレータROS1と同一構造に設定され、また同一の電源電圧vdd1normが印加される。さらに、リングオシレータROS_Tの発振周波数は、リングオシレータROS1の発振周波数よりも大きくなるように設定される。従って、リングオシレータROS_Tの発振数を測定するカウンタCNT3がオーバーフローする前に、リングオシレータROS1を非活性化することで、リングオシレータROS1による測定出力imeas1の測定時間を適切に設定することが可能となる。 The ring oscillator ROS_T included in the timer ROS_TIME is set to have the same structure as the ring oscillator ROS1 to which the measurement output imageas1 is applied, and the same power supply voltage vdd1norm is applied. Further, the oscillation frequency of the ring oscillator ROS_T is set to be higher than the oscillation frequency of the ring oscillator ROS1. Accordingly, by inactivating the ring oscillator ROS1 before the counter CNT3 that measures the number of oscillations of the ring oscillator ROS_T overflows, it is possible to appropriately set the measurement time of the measurement output images1 by the ring oscillator ROS1. .
<実施の形態2>
図21を参照して、実施の形態2に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_2の構成を説明する。
<
With reference to FIG. 21, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_2 provided in the semiconductor device LSI according to the second embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1_2は、1つのモニタセルアレイARY3をRSモードおよびLVRSモードに設定し、各モードにおけるリーク電流の比較結果に基づきモニタ信号result_mon1を出力する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_2 sets one monitor cell array ARY3 to the RS mode and the LVRS mode, and outputs a monitor signal result_mon1 based on the comparison result of the leak current in each mode.
リークモニタ回路LEAK_MON1_2は、モニタセルアレイARY3、リングオシレータROS1、ゲートG21、ゲートG22、カウンタCNT1、カウンタCNT2、およびデジタル比較回路DIG_CMPと、p型トランジスタARVDD_PWS1、セレクタSEL_PWS1、セレクタSEL_PWS2、インバータINV50、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1とを有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_2 includes a monitor cell array ARY3, a ring oscillator ROS1, a gate G21, a gate G22, a counter CNT1, a counter CNT2, a digital comparison circuit DIG_CMP, a p-type transistor ARVDD_PWS1, a selector SEL_PWS1, a selector SEL_PWS2, an inverter INV50, and an array VSS. A generation circuit ARVSS_GEN1;
モニタセルアレイARY3は所定数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd3と接続される。各メモリセルMCの電源ノードarvssはセル電源配線arvss3と接続され、セル電源配線arvss3にはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1が出力する所定の電圧が印加される。 The monitor cell array ARY3 includes a predetermined number of memory cells MC. The power supply node arvdd, the back gate node vddb, the bit line node bt, and the bit line node bb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd3. The power supply node arvss of each memory cell MC is connected to the cell power supply line arvss3, and a predetermined voltage output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the cell power supply line arvss3.
アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1は、図6に示すバイアス電圧Δvssを生成し、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧をセル電源配線arvss3に印加する。各メモリセルMCのバックゲートノードvssb、およびワード線ノードwlはセル電源配線vssb3と接続され、セル電源配線vssb3はセレクタSEL_PWS1およびセレクタSEL_PWS2の一端と接続される。セレクタSEL_PWS1、およびセレクタSEL_PWS2の他端は、電源配線vss、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力と、各々接続される。 The array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 generates the bias voltage Δvss shown in FIG. 6 and applies a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss to the cell power supply wiring arvss3. The back gate node vssb and the word line node wl of each memory cell MC are connected to the cell power supply line vssb3, and the cell power supply line vssb3 is connected to one end of the selector SEL_PWS1 and the selector SEL_PWS2. The other ends of the selector SEL_PWS1 and the selector SEL_PWS2 are connected to the power supply wiring vss and the output of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1, respectively.
セレクタSEL_PWS1、およびセレクタSEL_PWS2は、選択信号sele、および選択信号seleをインバータINV50で論理レベルを反転させた信号により、排他的に導通状態と非導通状態に設定される。p型トランジスタARVDD_PWS1のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはセル電源配線arvdd3と接続される。セル電源配線arvdd3への電源電圧vdd1normの印加・遮断は、p型トランジスタARVDD_PWS1のゲートに印加される制御信号arvdd_enにより制御される。 The selector SEL_PWS1 and the selector SEL_PWS2 are exclusively set to a conductive state and a non-conductive state by a selection signal sel and a signal obtained by inverting the logic level of the selection signal sel by the inverter INV50. A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor ARVDD_PWS1, and its drain is connected to the cell power supply line arvdd3. Application / cutoff of the power supply voltage vdd1norm to the cell power supply wiring arvdd3 is controlled by a control signal arvdd_en applied to the gate of the p-type transistor ARVDD_PWS1.
RSモードに設定されたモニタセルアレイARY3のリーク電流の測定方法を説明する。 A method for measuring the leakage current of the monitor cell array ARY3 set to the RS mode will be described.
選択信号seleがロウレベルに設定されるとセレクタSEL_PWS1は導通状態となり、セル電源配線vssb3に電源電圧vssが印加される。一方、セル電源配線arvss3には、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1が出力する電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧が印加される。この状態で制御信号arvdd_enをロウレベルに設定すると、セル電源配線arvdd3に電源電圧vdd1normが印加され、モニタセルアレイARY3の各メモリセルMCはRSモードに設定される。 When the selection signal sele is set to a low level, the selector SEL_PWS1 becomes conductive, and the power supply voltage vss is applied to the cell power supply wiring vssb3. On the other hand, a voltage obtained by adding a bias voltage Δvss to the power supply voltage vss output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the cell power supply wiring arvss3. When the control signal arvdd_en is set to a low level in this state, the power supply voltage vdd1norm is applied to the cell power supply wiring arvdd3, and each memory cell MC of the monitor cell array ARY3 is set to the RS mode.
制御信号arvdd_enをロウレベルからハイレベルに設定すると、セル電源配線arvdd3の電圧は、モニタセルアレイARY3のリーク電流により、電源電圧vdd1normから下降を開始する。この下降と同じタイミングで制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに変化させると、活性化されたリングオシレータROS1は、下降するセル電源配線arvdd3の電圧に見合った発振周波数を有する出力信号ros_outをカウンタCNT1へ出力する。 When the control signal arvdd_en is set from the low level to the high level, the voltage of the cell power supply wiring arvdd3 starts to drop from the power supply voltage vdd1norm due to the leak current of the monitor cell array ARY3. When the control signal ros_en is changed from the low level to the high level at the same timing as this decrease, the activated ring oscillator ROS1 outputs the output signal ros_out having an oscillation frequency corresponding to the voltage of the cell power line arvdd3 that decreases to the counter CNT1. Output.
カウンタCNT1は、リングオシレータROS1の出力信号ros_outの発振数をカウントする。なお、選択信号seleがロウレベルであるため、リングオシレータROS1の出力は、NAND回路G21の出力信号cin1としてカウンタCNT1へ入力される。制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに変化させてから所定時間経過後、制御信号ros_enはハイレベルからロウレベルに設定される。その結果、リングオシレータROS1は非活性化され、RSモードに設定されたモニタセルアレイARY3のリーク電流測定は終了する。 The counter CNT1 counts the number of oscillations of the output signal ros_out of the ring oscillator ROS1. Since the selection signal sel is at the low level, the output of the ring oscillator ROS1 is input to the counter CNT1 as the output signal cin1 of the NAND circuit G21. After a predetermined time has elapsed since the control signal ros_en was changed from the low level to the high level, the control signal ros_en is set from the high level to the low level. As a result, the ring oscillator ROS1 is deactivated, and the leakage current measurement of the monitor cell array ARY3 set in the RS mode is completed.
LVRSモードに設定されたモニタセルアレイARY3のリーク電流の測定方法を説明する。 A method for measuring the leakage current of the monitor cell array ARY3 set in the LVRS mode will be described.
選択信号seleがハイレベルに設定されるとセレクタSEL_PWS2は導通状態となり、セル電源配線vssb3には、セル電源配線arvss3と同様に、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1が出力する電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧が印加される。この状態で制御信号arvdd_enをロウレベルに設定すると、セル電源配線arvdd3に電源電圧vdd1normが印加され、モニタセルアレイARY3の各メモリセルMCはLVRSモードに再現される。 When the selection signal sel is set to a high level, the selector SEL_PWS2 becomes conductive, and a bias voltage Δvss is applied to the cell power supply wiring vssb3 in addition to the power supply voltage vss output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1, similarly to the cell power supply wiring arvss3. Applied voltage. When the control signal arvdd_en is set to a low level in this state, the power supply voltage vdd1norm is applied to the cell power supply wiring arvdd3, and each memory cell MC of the monitor cell array ARY3 is reproduced in the LVRS mode.
制御信号arvdd_enをロウレベルからハイレベルに設定すると、セル電源配線arvdd3の電圧は、モニタセルアレイARY3のリーク電流により、電源電圧vdd1normから下降を開始する。この下降と同じタイミングで制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに変化させると、活性化されたリングオシレータROS1は、下降するセル電源配線arvdd3の電圧に見合った発振周波数を有する出力信号ros_outをカウンタCNT2へ出力する。 When the control signal arvdd_en is set from the low level to the high level, the voltage of the cell power supply wiring arvdd3 starts to drop from the power supply voltage vdd1norm due to the leak current of the monitor cell array ARY3. When the control signal ros_en is changed from the low level to the high level at the same timing as this decrease, the activated ring oscillator ROS1 outputs the output signal ros_out having an oscillation frequency corresponding to the voltage of the decreasing cell power supply line arvdd3 to the counter CNT2. Output.
カウンタCNT2は、リングオシレータROS1の出力信号ros_outの発振数をカウントする。なお、選択信号seleがハイレベルであるため、リングオシレータROS1の出力は、ゲートG22の出力信号cin2としてカウンタCNT2へ入力される。制御信号ros_enをロウレベルからハイレベルに変化させてから所定時間経過後、制御信号ros_enをハイレベルからロウレベルに設定される。その結果、リングオシレータROS1は非活性化され、LVRSモードに設定されたモニタセルアレイARY3のリーク電流測定は終了する。 The counter CNT2 counts the number of oscillations of the output signal ros_out from the ring oscillator ROS1. Since the selection signal sel is at a high level, the output of the ring oscillator ROS1 is input to the counter CNT2 as the output signal cin2 of the gate G22. After a predetermined time has elapsed since the control signal ros_en was changed from the low level to the high level, the control signal ros_en is set from the high level to the low level. As a result, the ring oscillator ROS1 is deactivated, and the leakage current measurement of the monitor cell array ARY3 set in the LVRS mode is completed.
モニタセルアレイARY3のRSモードおよびLVRSモードのリーク電流測定完了後、制御信号dig_comp_enで活性化されたデジタル比較回路DIG_CMPは、カウンタCNT1およびカウンタCNT2の値を比較し、出力端子comp_outにその比較結果を2値の論理レベルを有するモニタ信号result_mon1として出力する。 After completing the measurement of the leak current in the monitor cell array ARY3 in the RS mode and the LVRS mode, the digital comparison circuit DIG_CMP activated by the control signal dig_comp_en compares the values of the counter CNT1 and the counter CNT2, and outputs the comparison result to the output terminal comp_out. This is output as a monitor signal result_mon1 having a logic level of value.
リークモニタ回路LEAK_MON1_2の効果を説明する。
リークモニタ回路LEAK_MON1_2は、1つのモニタセルアレイARY3を、時分割でRSモードおよびLVRSモードに設定し、各モードにおけるリーク電流の測定を1つのリングオシレータROS1で行う。従って、モニタセルアレイおよびリングオシレータに起因する消費電力および面積を削減することが可能である。また、同一のメモリセルアレイを時分割で使用することで、ランダムばらつきに起因するモニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2のリーク電流ばらつきによる測定誤差を削減することが可能となる。
The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1_2 will be described.
The leak monitor circuit LEAK_MON1_2 sets one monitor cell array ARY3 to the RS mode and the LVRS mode in a time division manner, and measures the leak current in each mode with one ring oscillator ROS1. Therefore, it is possible to reduce the power consumption and area caused by the monitor cell array and the ring oscillator. Also, by using the same memory cell array in a time-sharing manner, it is possible to reduce measurement errors due to leakage current variations in the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 due to random variations.
<実施の形態3>
図22を参照して、実施の形態3に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_3の構成を説明する。
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With reference to FIG. 22, a configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_3 provided in the semiconductor device LSI according to the third embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1_3は、モニタセルアレイARY1(RSモードに設定)、およびモニタセルアレイARY2(LVRSモードに設定)に加え、モニタロジックアレイLARY1、およびモニタロジックアレイLARY2を備え、ロジック回路のリーク電流の影響をも考慮したスタンバイモードの選択を可能とする。 In addition to the monitor cell array ARY1 (set to RS mode) and the monitor cell array ARY2 (set to LVRS mode), the leak monitor circuit LEAK_MON1_3 includes the monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LARY2, and influences the leakage current of the logic circuit. The standby mode can be selected in consideration of the above.
モニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1、p型トランジスタARVDD_PWS1、およびp型トランジスタARVDD_PWS2の構成は、図9で同一の符号が付されたものと同一であり、それらの説明は省略する。 The configurations of the monitor cell array ARY1, the monitor cell array ARY2, the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1, the p-type transistor ARVDD_PWS1, and the p-type transistor ARVDD_PWS2 are the same as those denoted by the same reference numerals in FIG. .
モニタロジックアレイLARY1、およびモニタロジックアレイLARY2とも、電源電圧vdd1の供給を受けて動作する中央処理装置CPU1に含まれるロジック回路を模擬した同一の構成を有する。図22では、複数のインバータが示されているが、より実際の回路構成を模擬するため、NAND回路やNOR回路等を含めても良い。また、ロジック回路を構成するトランジスタの閾値電圧が複数種類ある場合、モニタロジックアレイLARY1、およびモニタロジックアレイLARY2は、各閾値電圧を有するトランジスタ数の比率を反映させた構成となる。 The monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LARY2 have the same configuration that simulates a logic circuit included in the central processing unit CPU1 that operates by receiving the supply of the power supply voltage vdd1. Although a plurality of inverters are shown in FIG. 22, a NAND circuit, a NOR circuit, or the like may be included in order to simulate a more actual circuit configuration. When there are a plurality of types of threshold voltages of the transistors constituting the logic circuit, the monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LARY2 are configured to reflect the ratio of the number of transistors having each threshold voltage.
中央処理装置CPU1のメモリモジュールRAM_MOD1がRSモードに設定されている場合、メモリセルアレイCELL_ARRAYにおけるメモリセルMCの電源ノードarvssには、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電源電圧が印加され、電源ノードarvddには電源電圧vdd1normが印加されている。一方、中央処理装置CPU1に含まれるロジック回路には、電源電圧vdd1normと電源電圧vssが印加されている。ロジック回路に印加される電源電圧vssにはバイアス電圧Δvssが加えられない。従って、モニタロジックアレイLARY1には、電源電圧vdd1normと電源電圧vssが印加されている。 When the memory module RAM_MOD1 of the central processing unit CPU1 is set to the RS mode, a power supply voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss of the memory cell MC in the memory cell array CELL_ARRAY. A power supply voltage vdd1norm is applied to arvdd. On the other hand, the power supply voltage vdd1norm and the power supply voltage vss are applied to the logic circuit included in the central processing unit CPU1. The bias voltage Δvss is not applied to the power supply voltage vss applied to the logic circuit. Accordingly, the power supply voltage vdd1norm and the power supply voltage vss are applied to the monitor logic array LARY1.
中央処理装置CPU1のメモリモジュールRAM_MOD1がLVRSモードに設定されている場合、メモリセルアレイCELL_ARRAYにおけるメモリセルMCの電源ノードarvssには電源電圧vssが印加され、電源ノードarvddには電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降した電源電圧が印加されている。一方、中央処理装置CPU1に含まれるロジック回路には、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降した電源電圧、および電源電圧vssが印加されている。 When the memory module RAM_MOD1 of the central processing unit CPU1 is set to the LVRS mode, the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss of the memory cell MC in the memory cell array CELL_ARRAY, and the bias voltage Δvdd from the power supply voltage vdd1norm is applied to the power supply node arvdd. A lowered power supply voltage is applied. On the other hand, a power supply voltage that is lower than the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd and the power supply voltage vss are applied to the logic circuit included in the central processing unit CPU1.
図22に示すリークモニタ回路LEAK_MON1_3のモニタセルアレイARY2において、各メモリセルMCの電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbには、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降させた電源電圧が印加されず、電源電圧vdd1normが印加されている。代わりに、メモリセルMCの電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbには、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電源電圧が印加され、モニタセルアレイARY2はLVRSモードと同一の状態に再現されている。同様に、モニタロジックアレイLARY2には、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降させた電源電圧を印加する代わりに、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電源電圧が印加されている。 In the monitor cell array ARY2 of the leak monitor circuit LEAK_MON1_3 shown in FIG. 22, the power supply voltage avdd1norm is not applied to the power supply node arvdd and back gate node vddb of each memory cell MC, and the power supply voltage vdd1norm is not applied. Is applied. Instead, a power supply voltage obtained by adding a bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the power supply node arvss and back gate node vssb of the memory cell MC, and the monitor cell array ARY2 is reproduced in the same state as in the LVRS mode. Similarly, a power supply voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss is applied to the monitor logic array LARY2 instead of applying a power supply voltage that is lower than the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd.
モニタセルアレイARY1、およびモニタロジックアレイLARY1と、モニタセルアレイARY2、およびモニタロジックアレイLARY2に電源電圧vdd1normを各々供給するp型トランジスタARVDD_PWS1と、p型トランジスタARVDD_PWS2とを制御信号arvdd_enで同時に非導通にする。その後の測定出力imeas1および測定出力imeas2を比較器COMPで比較し、ロジック回路のリーク電流の影響をも考慮したスタンバイモードの選択が行われる。 The p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2, which respectively supply the power supply voltage vdd1norm to the monitor cell array ARY1 and the monitor logic array LARY1, and the monitor cell array ARY2 and the monitor logic array LARY2, are simultaneously turned off by the control signal arvdd_en. Subsequent measurement output images1 and measurement output images2 are compared by the comparator COMP, and the standby mode is selected in consideration of the influence of the leakage current of the logic circuit.
図23を参照して、実施の形態3に係る半導体装置LSIが備える比較器COMP3の構成を説明する。 With reference to FIG. 23, a configuration of a comparator COMP3 provided in the semiconductor device LSI according to the third embodiment will be described.
比較器COMP3は、図11に示す比較器COMP2と同一の構成を有する。比較器COMP3は、モニタセルアレイARY1およびモニタロジックアレイLARY1の測定出力imeas1と、モニタセルアレイARY2およびモニタロジックアレイLARY2の測定出力imeas2とに基づき、モニタ信号result_mon1を出力する。 The comparator COMP3 has the same configuration as the comparator COMP2 shown in FIG. The comparator COMP3 outputs a monitor signal result_mon1 based on the measurement output images1 of the monitor cell array ARY1 and the monitor logic array LARY1, and the measurement output images2 of the monitor cell array ARY2 and the monitor logic array LARY2.
図22において、メモリセルアレイCELL_ARRAYに対するロジック回路の比率を再現する場合、モニタロジックアレイLARY1およびモニタロジックアレイLAR2の回路規模が増加することが懸念される。そこで、モニタロジックアレイLARY1およびモニタロジックアレイLARY2のリーク電流値を、リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2による発振数のカウント値に各々変換する。 In FIG. 22, when the ratio of the logic circuit to the memory cell array CELL_ARRAY is reproduced, there is a concern that the circuit scale of the monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LAR2 increases. Therefore, the leak current values of monitor logic array LARY1 and monitor logic array LARY2 are converted into count values of the number of oscillations by ring oscillator ROS1 and ring oscillator ROS2, respectively.
その各カウント値を、ロジック回路の回路規模に応じて、数倍または数分の1に適宜調整し、モニタロジックアレイLARY1、およびモニタロジックアレイLARY2の調整カウント値とする。また、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2の各リーク電流値に対応した各メモリセル分のカウント値を求める。そのモニタロジックアレイLARY1の調整カウンタ値およびモニタセルアレイARY1のカウント値との加算値と、モニタロジックアレイLARY2の調整カウント値およびモニタセルアレイARY2のカウント値とを図23の比較器COMP3で比較する。 The respective count values are appropriately adjusted to be several times or a fraction of each according to the circuit scale of the logic circuit, and set as the adjustment count values of the monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LARY2. In addition, the count value for each memory cell corresponding to each leakage current value of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 is obtained. The added value of the adjustment counter value of the monitor logic array LARY1 and the count value of the monitor cell array ARY1, and the adjustment count value of the monitor logic array LARY2 and the count value of the monitor cell array ARY2 are compared by the comparator COMP3 of FIG.
このように、モニタロジックアレイLAR1およびLARY2のリングオシレータによるカウント値をロジック回路の回路規模に応じて調整することで、モニタセルアレイARY1およびARY2に対してモニタロジックアレイLARY1およびLRAY2の回路規模を増加させることなく、ロジック回路の規模を反映させたリーク電流の比較が可能となる。また、メモリセルアレイCELL_ARRAYとロジック回路の比率が異なる中央処理装置CPU2等においても、モニタロジックアレイLARY1およびLARY2の調整カウント値を適宜設定することにより、同じモニタ回路を使用することができる。 As described above, the circuit scales of the monitor logic arrays LARY1 and LRAY2 are increased with respect to the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 by adjusting the count values by the ring oscillators of the monitor logic arrays LAR1 and LARY2 according to the circuit scale of the logic circuits. Therefore, it becomes possible to compare the leak current reflecting the scale of the logic circuit. In the central processing unit CPU2 or the like having a different ratio of the logic circuit and the memory cell array CELL_ARRAY, the same monitor circuit can be used by appropriately setting the adjustment count values of the monitor logic arrays LARY1 and LARY2.
モニタロジックアレイLAR1およびLARY2のリングオシレータによるカウント値をロジック回路の回路規模に応じて演算器で調整する場合、その演算器が必要となり回路規模が増加する。しかし、リングオシレータROS1およびリングオシレータROS2の活性化期間(測定期間)を調整することにより、モニタロジックアレイLARY1およびモニタロジックアレイLARY2のリーク電流から求めたカウント値を、回路規模を反映させた値に調整する演算回路が不要となる。 When the count values by the ring oscillators of the monitor logic arrays LAR1 and LARY2 are adjusted by an arithmetic unit according to the circuit scale of the logic circuit, the arithmetic unit is required and the circuit scale increases. However, by adjusting the activation period (measurement period) of the ring oscillator ROS1 and the ring oscillator ROS2, the count value obtained from the leakage currents of the monitor logic array LARY1 and the monitor logic array LARY2 is changed to a value reflecting the circuit scale. The arithmetic circuit to adjust becomes unnecessary.
図22において、モニタセルアレイARY1およびモニタセルアレイARY2のメモリセルMCの種類や、トランジスタの閾値電圧を変えてリングオシレータの発振周波数を測定し、所定期間におけるリングオシレータの発振数のカウンタ値に重み付けを行う。これにより、メモリセルMCの種類やトランジスタの閾値電圧が異なる場合でも同じ構成のリークモニタ回路を使用することが可能となり、半導体装置の開発時間・開発費用が削減される。 In FIG. 22, the oscillation frequency of the ring oscillator is measured by changing the types of the memory cells MC of the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 and the threshold voltage of the transistors, and the counter value of the number of oscillations of the ring oscillator in a predetermined period is weighted. . As a result, even when the type of the memory cell MC and the threshold voltage of the transistor are different, it is possible to use the leak monitor circuit having the same configuration, thereby reducing the development time and development cost of the semiconductor device.
<実施の形態4>
図24を参照して、実施の形態4に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_4の構成を説明する。
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With reference to FIG. 24, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_4 provided in the semiconductor device LSI according to the fourth embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1_4は、モニタセルアレイARY4、モニタセル書込み回路ARY_WT、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1、およびp型トランジスタARVDD_PWS1を有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_4 includes a monitor cell array ARY4, a monitor cell write circuit ARY_WT, an array VSS generation circuit ARVSS_GEN1, and a p-type transistor ARVDD_PWS1.
モニタセルアレイARY4は所定数のメモリセルMC2を備える。各メモリセルMC2の電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd4と接続される。各メモリセルMC2の電源ノードarvss_lはセル電源配線arvss_l4と接続され、各メモリセルMC2の電源ノードarvss_rはセル電源配線arvss_r4と接続され、各メモリセルMC2のバックゲートノードvssb、およびワード線ノードwlは、セル電源配線vssb4と接続される。セル電源配線vssb4には、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1が出力する所定の電圧が印加される。アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1は、図6に示すバイアス電圧Δvssを生成し、電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧をセル電源配線vssb4に印加する。 The monitor cell array ARY4 includes a predetermined number of memory cells MC2. The power supply node arvdd, the back gate node vddb, the bit line node bt, and the bit line node bb of each memory cell MC2 are connected to the cell power supply line arvdd4. The power supply node arvss_l of each memory cell MC2 is connected to the cell power supply line arvss_l4, the power supply node arvss_r of each memory cell MC2 is connected to the cell power supply line arvss_r4, the back gate node vssb of each memory cell MC2 and the word line node wl are The cell power supply wiring vssb4 is connected. A predetermined voltage output from the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the cell power supply wiring vssb4. The array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 generates the bias voltage Δvss shown in FIG. 6, and applies a voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss to the cell power supply wiring vssb4.
p型トランジスタARVDD_PWS1のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはセル電源配線arvdd4と接続される。セル電源配線arvdd4への電源電圧vdd1normの印加・遮断は、p型トランジスタARVDD_PWS1のゲートに印加される制御信号arvdd_enにより制御される。 A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor ARVDD_PWS1, and its drain is connected to the cell power supply line arvdd4. Application / cutoff of the power supply voltage vdd1norm to the cell power supply wiring arvdd4 is controlled by a control signal arvdd_en applied to the gate of the p-type transistor ARVDD_PWS1.
モニタセル書込み回路ARY_WTの構成を説明する。
モニタセル書込み回路ARY_WTは、ゲートG41、ゲートG42、n型トランジスタN51、n型トランジスタN52、p型トランジスタP51、およびp型トランジスタP52を有する。ゲートG41およびゲートG42の一端には、データ設定信号set_dataが印加され、他端にはデータ選択信号sel_dataが印加される。p型トランジスタP51のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはn型トランジスタN51のドレインと接続される。n型トランジスタN51のソースにはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧が印加され、p型トランジスタP51およびn型トランジスタN51の各ゲートにはゲートG41の出力が印加される。
The configuration of the monitor cell write circuit ARY_WT will be described.
The monitor cell write circuit ARY_WT includes a gate G41, a gate G42, an n-type transistor N51, an n-type transistor N52, a p-type transistor P51, and a p-type transistor P52. The data setting signal set_data is applied to one end of the gate G41 and the gate G42, and the data selection signal sel_data is applied to the other end. A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor P51, and its drain is connected to the drain of the n-type transistor N51. The output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the source of the n-type transistor N51, and the output of the gate G41 is applied to the gates of the p-type transistor P51 and the n-type transistor N51.
p型トランジスタP52のソースには電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはn型トランジスタN52のドレインと接続される。n型トランジスタN52のソースにはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧が印加され、p型トランジスタP52およびn型トランジスタN52の各ゲートにはゲートG42の出力が印加される。n型トランジスタN51のドレイン、およびn型トランジスタN52のドレインは、セル電源配線arvss_l4、およびセル電源配線arvss_r4が各々接続される。 A power supply voltage vdd1norm is applied to the source of the p-type transistor P52, and its drain is connected to the drain of the n-type transistor N52. The output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the source of the n-type transistor N52, and the output of the gate G42 is applied to the gates of the p-type transistor P52 and the n-type transistor N52. The cell power supply line arvss_l4 and the cell power supply line arvss_r4 are connected to the drain of the n-type transistor N51 and the drain of the n-type transistor N52, respectively.
モニタセル書込み回路ARY_WTの動作を説明する。
データ設定信号set_dataをハイレベルに設定すると、モニタセル書込み回路ARY_WTはデータ書込みモードに設定され、ゲートG41およびゲートG42の出力は、データ選択信号sel_dataに依存する。データ選択信号sel_dataをハイレベルに設定すると、ゲートG41はロウレベルを出力し、ゲートG42ハイレベルを出力する。ゲートG41の出力レベルはp型トランジスタP51およびn型トランジスタN51で構成されるインバータで反転され、セル電源配線arvss_l4はハイレベル(電源電圧vdd1norm)に設定される。
The operation of the monitor cell write circuit ARY_WT will be described.
When the data setting signal set_data is set to the high level, the monitor cell write circuit ARY_WT is set to the data write mode, and the outputs of the gate G41 and the gate G42 depend on the data selection signal sel_data. When the data selection signal sel_data is set to a high level, the gate G41 outputs a low level and outputs a gate G42 high level. The output level of the gate G41 is inverted by an inverter composed of a p-type transistor P51 and an n-type transistor N51, and the cell power supply line arvss_l4 is set to a high level (power supply voltage vdd1norm).
ゲートG42の出力レベルはp型トランジスタP52およびn型トランジスタN52で構成されるインバータで反転され、セル電源配線arvss_r4はロウレベル(アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧)に設定される。データ選択信号sel_dataをロウレベルに設定すると、セル電源配線arvss_l4はロウレベル(アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧)に、セル電源配線arvss_r4はハイレベル(電源電圧vdd1norm)に設定される。 The output level of the gate G42 is inverted by an inverter composed of a p-type transistor P52 and an n-type transistor N52, and the cell power supply line arvss_r4 is set to a low level (output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1). When the data selection signal sel_data is set to a low level, the cell power supply line arvss_l4 is set to a low level (output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1), and the cell power supply line arvss_r4 is set to a high level (power supply voltage vdd1norm).
データ設定信号set_dataをロウレベルに設定すると、ゲートG41およびゲートG42の出力は、データ選択信号sel_dataの値によらず、いずれもハイレベルを出力する。この結果、セル電源配線arvss_l4、およびセル電源配線arvss_r4の電圧は、いずれも、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧(電源電圧vssをバイアス電圧Δvss上昇させた電圧)に設定される。 When the data setting signal set_data is set to a low level, the outputs of the gate G41 and the gate G42 both output a high level regardless of the value of the data selection signal sel_data. As a result, the voltages of the cell power supply wiring arvss_l4 and the cell power supply wiring arvss_r4 are both set to the output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 (the voltage obtained by increasing the power supply voltage vss by the bias voltage Δvss).
図25を参照して、実施の形態4に係る半導体装置LSIが備えるメモリセルMC2の構成を説明する。 With reference to FIG. 25, the configuration of memory cell MC2 provided in the semiconductor device LSI according to the fourth embodiment will be described.
メモリセルMC2はp型トランジスタPU_L、p型トランジスタPU_R、n型トランジスタPD_L、およびn型トランジスタPD_Rから成るデータ保持回路DHを有する。p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lの各ドレインはデータノードNd_Lと接続され、p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rの各ゲートはデータノードNd_L接続される。p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rの各ドレインはデータノードNd_Rと接続され、p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lの各ゲートはデータノードNd_Rと接続される。 The memory cell MC2 has a data holding circuit DH including a p-type transistor PU_L, a p-type transistor PU_R, an n-type transistor PD_L, and an n-type transistor PD_R. The drains of p-type transistor PU_L and n-type transistor PD_L are connected to data node Nd_L, and the gates of p-type transistor PU_R and n-type transistor PD_R are connected to data node Nd_L. The drains of p-type transistor PU_R and n-type transistor PD_R are connected to data node Nd_R, and the gates of p-type transistor PU_L and n-type transistor PD_L are connected to data node Nd_R.
p型トランジスタPU_LおよびPU_Rの各ソースは電源ノードarvddと接続され、両トランジスタのバックゲートはバックゲートノードvddbと接続される。n型トランジスタPD_Lのソースは電源ノードarvss_lと、n型トランジスタPD_Rのソースは電源ノードarvss_rと各々接続され、両トランジスタのバックゲートは、バックゲートノードvssbと接続される。 Each source of p-type transistors PU_L and PU_R is connected to power supply node arvdd, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vdb. The source of n-type transistor PD_L is connected to power supply node arvss_l, the source of n-type transistor PD_R is connected to power supply node arvss_r, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vssb.
データ保持回路DHは、p型トランジスタPU_Lおよびn型トランジスタPD_Lから成るインバータと、p型トランジスタPU_Rおよびn型トランジスタPD_Rから成るインバータで構成されるラッチ回路である。電源ノードarvddの電圧をバックゲートノードvddbの電圧に対して低下させることで、p型トランジスタPU_LおよびPU_Rから成る1対のp型トランジスタにバックバイアスを印加ことが可能となる。同様に、電源ノードarvssの電圧をバックゲートノードvssbの電圧に対して上昇させることで、n型トランジスタPD_LおよびPD_Rから成る1対のn型トランジスタに、バックバイアスを印加することが可能となる。 The data holding circuit DH is a latch circuit including an inverter composed of a p-type transistor PU_L and an n-type transistor PD_L and an inverter composed of a p-type transistor PU_R and an n-type transistor PD_R. By lowering the voltage of the power supply node arvdd with respect to the voltage of the back gate node vddb, it becomes possible to apply a back bias to the pair of p-type transistors including the p-type transistors PU_L and PU_R. Similarly, by raising the voltage of the power supply node arvss with respect to the voltage of the back gate node vssb, it is possible to apply a back bias to a pair of n-type transistors including the n-type transistors PD_L and PD_R.
メモリセルMC2は、さらに、データ保持回路DHのデータノードNd_Lにソース/ドレインの一方が接続され、ビット線ノードbtにソース/ドレインの他方が接続されるn型トランジスタPG_Lと、データ保持回路DHのデータノードNd_Rにソース/ドレインの一方が接続され、ビット線ノードbbにソース/ドレインの他方が接続されるn型トランジスタPG_Rとを有する。n型トランジスタPG_L、およびn型トランジスタPG_Rの各ゲートは、ワード線ノードwlと接続され、両トランジスタのバックゲートは、バックゲートノードvssbと接続される。 Memory cell MC2 further includes an n-type transistor PG_L having one of the source / drain connected to data node Nd_L of data holding circuit DH and the other of the source / drain connected to bit line node bt, and data holding circuit DH One source / drain is connected to the data node Nd_R, and an n-type transistor PG_R is connected to the bit line node bb. The gates of n-type transistor PG_L and n-type transistor PG_R are connected to word line node wl, and the back gates of both transistors are connected to back gate node vssb.
図25を参照しつつ、図24のリークモニタ回路LEAK_MON1_4が備えるモニタセル書込み回路ARY_WTによるメモリセルMC2のデータ書込み動作を説明する。 A data write operation of the memory cell MC2 by the monitor cell write circuit ARY_WT included in the leak monitor circuit LEAK_MON1_4 of FIG. 24 will be described with reference to FIG.
データ設定信号set_dataをハイレベルに設定し、モニタセル書込み回路ARY_WTをデータ書込みモードとする。データ選択信号sel_dataをハイレベルに設定すると、セル電源配線arvss_l4、およびセル電源配線arvss_r4は、各々、ハイレベル(電源電圧vdd1norm)、およびロウレベル(電源電圧vssにバイアス電圧Δvssを加えた電圧)に設定される。 The data setting signal set_data is set to a high level, and the monitor cell write circuit ARY_WT is set to the data write mode. When the data selection signal sel_data is set to the high level, the cell power supply wiring arvss_l4 and the cell power supply wiring arvss_r4 are set to the high level (power supply voltage vdd1norm) and the low level (the voltage obtained by adding the bias voltage Δvss to the power supply voltage vss), respectively. Is done.
セル電源配線arvss_l4がハイレベルに変化すると、モニタセルアレイARY4におけるメモリセルMC2のn型トランジスタPD_Lのソースはハイレベルとなる。同時に、セル電源配線arvss_r4がロウレベルに変化すると、メモリセルMC2のn型トランジスタPD_Rのソースはロウレベルとなる。この結果、モニタセルアレイARY4が有するすべてのメモリセルMC2において、各データ保持回路DHのデータノードNd_L、およびデータノードNd_Rは、ハイレベル、およびロウレベルに同時に設定される。データ選択信号sel_dataをロウレベルに設定すると、セル電源配線arvss_l4、セル電源配線arvss_r4の電圧は上記の場合と逆となり、データ保持回路DHのデータノードNd_L、およびデータノードNd_Rは、ロウレベル、およびハイレベルに各々設定される。この結果、すべてのメモリセルMC2に対して、同一データを同時に書込むことが可能となる。 When the cell power supply line arvss_l4 changes to high level, the source of the n-type transistor PD_L of the memory cell MC2 in the monitor cell array ARY4 becomes high level. At the same time, when the cell power supply line arvss_r4 changes to the low level, the source of the n-type transistor PD_R of the memory cell MC2 becomes the low level. As a result, in all the memory cells MC2 included in the monitor cell array ARY4, the data node Nd_L and the data node Nd_R of each data holding circuit DH are simultaneously set to the high level and the low level. When the data selection signal sel_data is set to the low level, the voltages of the cell power supply line arvss_l4 and the cell power supply line arvss_r4 are opposite to the above case, and the data node Nd_L and the data node Nd_R of the data holding circuit DH are set to the low level and the high level. Each is set. As a result, the same data can be simultaneously written into all the memory cells MC2.
図24に示すモニタセルアレイARY4は、例えば、図9に示すモニタセルアレイARY2に対応する。これは、モニタセル書込み回路ARY_WTのデータ設定信号set_dataをロウレベルに設定すると、電源ノードarvss_lおよび電源ノードarvss_rにはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN1の出力電圧が印加された状態になるからである。また、セル電源配線vssb4を電源配線VSSに接続すればモニタセルアレイARY1に対応する。メモリセルMC2において、電源ノードarvssを電源ノードarvss_lと、電源ノードarvss_rとに分離することがセルレイアウトの都合上難しい場合は、電源ノードarvddを電源ノードarvdd_lと、電源ノードarvdd_rとに分離して制御しても構わない。 The monitor cell array ARY4 illustrated in FIG. 24 corresponds to, for example, the monitor cell array ARY2 illustrated in FIG. This is because when the data setting signal set_data of the monitor cell write circuit ARY_WT is set to a low level, the output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN1 is applied to the power supply node arvss_l and the power supply node arvss_r. If the cell power supply wiring vssb4 is connected to the power supply wiring VSS, it corresponds to the monitor cell array ARY1. In the memory cell MC2, when it is difficult to separate the power supply node arvss into the power supply node arvss_l and the power supply node arvss_r for convenience of cell layout, the power supply node arvdd is separated into the power supply node arvdd_l and the power supply node arvdd_r and controlled. It doesn't matter.
リークモニタ回路LEAK_MON1_4の効果について説明する。
図4に示すメモリセルMCのリーク電流は、メモリセルMCが保持するデータに依存する。電源電圧印加で起動(パワーオン)されたメモリセルMCは、リーク電流がより少なくなるデータを保持する。従って、図24に示すモニタセルアレイARY4にこのメモリセルMCを使用した場合、スタンバイモードに設定されているメモリセルアレイCELL_ARRAYのリーク電流が正確に反映されない。パワーオン後のモニタセルアレイARY4に、メモリセルアレイCELL_ARRAYと同様な周辺回路PERIでデータを書込むことも考えられるが、そのための回路や書込み時間のオーバーヘッドが大きい。
The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1_4 will be described.
The leak current of the memory cell MC shown in FIG. 4 depends on the data held in the memory cell MC. The memory cell MC activated (powered on) by applying the power supply voltage holds data for which the leakage current is reduced. Therefore, when this memory cell MC is used in the monitor cell array ARY4 shown in FIG. 24, the leak current of the memory cell array CELL_ARRAY set in the standby mode is not accurately reflected. Although it is conceivable to write data into the monitor cell array ARY4 after power-on by the peripheral circuit PERI similar to the memory cell array CELL_ARRAY, the overhead for the circuit and write time for that is large.
それに対し、リークモニタ回路LEAK_MON1_4は、簡単な回路構成のモニタセル書込み回路ARY_WTを備える。このモニタセル書込み回路ARY_WTにより、電源投入直後にメモリセルMC2が保持するデータを、同時に同一のデータに書き換えることが可能となる。その結果、モニタセルアレイARY4のリーク電流を、メモリセルアレイCELL_ARRAYのリーク電流を反映した値に近づけることが可能となる。 On the other hand, the leak monitor circuit LEAK_MON1_4 includes a monitor cell write circuit ARY_WT having a simple circuit configuration. This monitor cell write circuit ARY_WT makes it possible to rewrite the data held in the memory cell MC2 immediately after power-on to the same data at the same time. As a result, the leak current of the monitor cell array ARY4 can be brought close to a value reflecting the leak current of the memory cell array CELL_ARRAY.
<実施の形態5>
図26を参照して、実施の形態5に係る半導体装置LSIの構成を説明する。
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The configuration of the semiconductor device LSI according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
実施の形態5に係る半導体装置LSIは、リークモニタ回路LEAK_MONjでメモリセルMCを構成するp型トランジスタにバックバイアスをかける場合とかけない場合とを比較し、その比較結果(モニタ信号result_monj)に基づき、レギュレータ回路REG_POWERおよびセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1でメモリモジュールRAM_MODjのスタンバイモードを制御する。 The semiconductor device LSI according to the fifth embodiment compares the case where the back bias is applied to the p-type transistor constituting the memory cell MC with the leak monitor circuit LEAK_MONj and the case where it is not applied, and based on the comparison result (monitor signal result_monj). The standby mode of the memory module RAM_MODj is controlled by the regulator circuit REG_POWER and the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1.
半導体装置LSIは、メモリモジュールRAM_MODj、リークモニタ回路LEAK_MONj、モニタ制御回路MON_CTLj、およびスタンバイモード設定回路RS_CTLを備える。メモリモジュールRAM_MODjは、メモリセルアレイCELL_ARRAY、周辺回路PERI、およびセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1を備える。周辺回路PERIの構成と、電源電圧vddj、および電源電圧vssの供給制御は図2に示すものと同一である。 The semiconductor device LSI includes a memory module RAM_MODj, a leak monitor circuit LEAK_MONj, a monitor control circuit MON_CTLj, and a standby mode setting circuit RS_CTL. The memory module RAM_MODj includes a memory cell array CELL_ARRAY, a peripheral circuit PERI, and a cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1. The configuration of the peripheral circuit PERI and the supply control of the power supply voltage vddj and the power supply voltage vss are the same as those shown in FIG.
メモリモジュールRAM_MODjは、制御信号rsjがロウレベル、およびハイレベルの場合、通常動作モード、およびスタンバイモードに、各々設定される。メモリモジュールRAM_MODjのスタンバイモードは、制御信号ram_rs_cntjがロウレベル、およびハイレベルの場合、RSモード、LVRSモードに各々設定される。RSモードとは、図4に示すメモリセルMCの回路図において、バックゲートノードvddbに電源電圧vdd1normを印加し、電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvddだけ下降させた電圧を電源ノードarvddに印加した状態を意味する。LVRSモードとは、電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvddだけ下降させた電圧をバックゲートノードvddbおよび電源ノードarvddに印加した状態を意味する。なお、両スタンバイモードにあるメモリセルMCにおいて、電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbには電源電圧vssが印加される。 The memory module RAM_MODj is set to the normal operation mode and the standby mode, respectively, when the control signal rsj is at the low level and the high level. The standby mode of the memory module RAM_MODj is set to the RS mode and the LVRS mode, respectively, when the control signal ram_rs_cntj is low level and high level. The RS mode is a state in which the power supply voltage vdd1norm is applied to the back gate node vddb and a voltage obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd is applied to the power supply node arvdd in the circuit diagram of the memory cell MC illustrated in FIG. means. The LVRS mode means a state where a voltage obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd is applied to the back gate node vdb and the power supply node arvdd. In memory cell MC in both standby modes, power supply voltage vss is applied to power supply node arvss and back gate node vssb.
セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1は電源配線vddjとセル電源配線arvddcに接続され、制御信号pstb_modeに応答してセル電源配線arvddcの電圧値を制御する。NOR回路NORは、インバータINV4で制御信号rsjの論理レベルを反転させた信号と、制御信号ram_rs_cntjとのNOR処理信号を、制御信号pstb_modeとして出力する。 The cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 is connected to the power supply wiring vddj and the cell power supply wiring arvddc, and controls the voltage value of the cell power supply wiring arvddc in response to the control signal pstb_mode. The NOR circuit NOR outputs, as a control signal pstb_mode, a NOR processing signal of a signal obtained by inverting the logic level of the control signal rsj by the inverter INV4 and the control signal ram_rs_cntj.
メモリセルアレイCELL_ARRAYには、セル電源配線arvddc、およびセル電源配線vddbcを介して、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1の出力、および電源電圧vddjが各々供給され、セル電源配線arvssc、およびセル電源配線vssbcを介して電源電圧vssが供給される。即ち、メモリセルMCの電源ノードarvdd、およびバックゲートノードvddbには、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1の出力、および電源電圧vddjが各々印加され、電源ノードarvss、およびバックゲートノードvssbには、ともに電源電圧vssが印加される。 The memory cell array CELL_ARRAY is supplied with the output of the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 and the power supply voltage vddj via the cell power supply wiring arvddc and the cell power supply wiring vddbc, respectively, and via the cell power supply wiring arvssc and the cell power supply wiring vssbc. Thus, the power supply voltage vss is supplied. That is, the output of the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 and the power supply voltage vddj are respectively applied to the power supply node arvdd and back gate node vddb of the memory cell MC, and both the power supply node arvss and back gate node vssb are supplied with power. A voltage vss is applied.
リークモニタ回路LEAK_MONjは、RSモード、およびLVRSモードに設定さたモニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2を有し、各モニタセルアレイにおけるリーク電流値の比較結果をモニタ信号result_monjとして出力する。スタンバイモード設定回路RS_CTLは、モニタ信号result_monjに基づき、レギュレータ回路REG_POWERの出力電圧vddjの電圧値と、メモリモジュールRAM_MODjのスタンバイモードとを制御する。 The leak monitor circuit LEAK_MONj has a monitor cell array ARY1 and a monitor cell array ARY2 set in the RS mode and the LVRS mode, and outputs a comparison result of leak current values in each monitor cell array as a monitor signal result_monj. The standby mode setting circuit RS_CTL controls the voltage value of the output voltage vddj of the regulator circuit REG_POWER and the standby mode of the memory module RAM_MODj based on the monitor signal result_monj.
図27を参照して、実施の形態5に係る半導体装置LSIが備える、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1の具体的な構成を説明する。 With reference to FIG. 27, a specific configuration of cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 provided in the semiconductor device LSI according to the fifth embodiment will be described.
図27(a)は、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1の第1の具体例であるセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1Aの回路図である。ノードNcp1aにはpトランジスタPSW_ARY、p型トランジスタPDIOD、およびp型トランジスタPRESIのドレインが接続され、ノードNcp2aにはそれら各トランジスタのソースが接続される。p型トランジスタPSW_ARYは、そのゲートに印加される制御信号pstb_modeの論理レベルに基づき導通状態が制御される電源スイッチとして動作する。p型トランジスタPDIODは、そのゲートとドレインがともにノードNcp1aと接続されたMOSダイオードとして動作する。p型トランジスタPRESIは、そのゲートに電源電圧vssが印加され、所定のインピーダンスを有する抵抗として動作する。 FIG. 27A is a circuit diagram of a cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1A which is a first specific example of the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1. The node Ncp1a is connected to the drains of the p-transistor PSW_ARY, the p-type transistor PDIOD, and the p-type transistor PRESI, and the node Ncp2a is connected to the sources of these transistors. The p-type transistor PSW_ARY operates as a power switch whose conduction state is controlled based on the logic level of the control signal pstb_mode applied to its gate. P-type transistor PDIOD operates as a MOS diode whose gate and drain are both connected to node Ncp1a. The p-type transistor PRESI has a power supply voltage vss applied to its gate and operates as a resistor having a predetermined impedance.
制御信号pstb_modeがロウレベルの場合、p型トランジスタPSW_ARYは導通状態(電源スイッチが閉じた状態)となり、セル電源配線arvddcには電源電圧vdd1が印加される。制御信号pstb_modeがハイレベルの場合、p型トランジスタPSW_ARYは非導通状態(電源スイッチが開いた状態)となり、セル電源配線arvddcの電圧は電源電圧vdd1より下降する。その下降電圧は、セル電源配線arvddc、ダイオード接続されているp型トランジスタPDIOD、および抵抗として動作するp型トランジスタPRESIに流れる電流により定まる。なお、必要に応じ、p型トランジスタPRESIは省略しても良い。 When the control signal pstb_mode is at a low level, the p-type transistor PSW_ARY is in a conductive state (a state where the power switch is closed), and the power supply voltage vdd1 is applied to the cell power supply wiring arvddc. When the control signal pstb_mode is at a high level, the p-type transistor PSW_ARY is in a non-conducting state (a state in which the power switch is opened), and the voltage of the cell power supply wiring arvddc drops from the power supply voltage vdd1. The falling voltage is determined by the current flowing through the cell power supply line arvddc, the diode-connected p-type transistor PDIOD, and the p-type transistor PRESI operating as a resistor. Note that the p-type transistor PRESI may be omitted as necessary.
図27(b)は、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1の第2の具体例であるセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1Bの回路図である。ノードNcp1bにはp型トランジスタPSWD、およびp型トランジスタPRESIのドレインが接続され、ノードNcp2bにはそれら各トランジスタのソースが接続される。p型トランジスタPRESIは、そのゲートに電源電圧vssが印加され、抵抗として動作する。p型トランジスタPSWDのドレインおよびゲートには、p型トランジスタPDGのドレインおよびソースが各々接続され、その導通状態は制御信号pstb_modeにより制御される。n型トランジスタNDのソースには電源電圧vssが印加され、そのドレインはp型トランジスタPSWDのゲートと接続される。n型トランジスタNDは、そのゲートに制御信号pstb_modeが接続される。 FIG. 27B is a circuit diagram of a cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1B which is a second specific example of the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1. The node Ncp1b is connected to the drains of the p-type transistor PSWD and the p-type transistor PRESI, and the node Ncp2b is connected to the sources of these transistors. The p-type transistor PRESI has a power supply voltage vss applied to its gate and operates as a resistor. The drain and the source of the p-type transistor PDG are connected to the drain and the gate of the p-type transistor PSWD, respectively, and the conduction state is controlled by the control signal pstb_mode. A power supply voltage vss is applied to the source of the n-type transistor ND, and its drain is connected to the gate of the p-type transistor PSWD. The control signal pstb_mode is connected to the gate of the n-type transistor ND.
制御信号nstb_modeがハイレベルの場合、p型トランジスタPDGは非導通状態となり、n型トランジスタNDは導通状態となる。その結果、p型トランジスタPSWDは導通状態となり、セル電源配線arvddcには電源電圧vdd1が印加される。制御信号pstb_modeがロウレベルの場合、n型トランジスタNDは非導通状態となるが、p型トランジスタPDGは導通状態となり、セル電源配線arvddcの電圧は電源電圧vdd1より下降する。その下降電圧は、セル電源配線arvddc、ダイオード接続されているp型トランジスタPSWD、および抵抗として動作するp型トランジスタPRESIに流れる電流により定まる。なお、必要に応じ、p型トランジスタPRESIは省略しても良い。 When the control signal nstb_mode is at a high level, the p-type transistor PDG is turned off and the n-type transistor ND is turned on. As a result, the p-type transistor PSWD is turned on, and the power supply voltage vdd1 is applied to the cell power supply wiring arvddc. When the control signal pstb_mode is at a low level, the n-type transistor ND is in a non-conductive state, but the p-type transistor PDG is in a conductive state, and the voltage of the cell power supply line arvddc drops below the power supply voltage vdd1. The falling voltage is determined by the current flowing through the cell power supply line arvddc, the diode-connected p-type transistor PSWD, and the p-type transistor PRESI operating as a resistor. Note that the p-type transistor PRESI may be omitted as necessary.
図28を参照して、実施の形態5に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_5の構成を説明する。 With reference to FIG. 28, the configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_5 provided in the semiconductor device LSI according to the fifth embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1_5はモニタセルアレイARY1、モニタセルアレイARY2、モニタ電圧供給回路ARVSS_SPLY、比較器COMP5、およびアレイVDD生成回路ARVDD_GEN1を有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_5 includes a monitor cell array ARY1, a monitor cell array ARY2, a monitor voltage supply circuit ARVSS_SPLY, a comparator COMP5, and an array VDD generation circuit ARVDD_GEN1.
モニタセルアレイARY1は所定数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd1と接続される。アレイVDD生成回路ARVDD_GEN1は、電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvdd降圧させた電圧生成し、セル電源配線arvdd1に印加する。各メモリセルMCのワード線ノードwl、電源ノードarvss、およびバックゲートノードvssbはセル電源配線arvss1と接続され、その電圧はモニタ電圧供給回路ARVSS_SPLYにより制御される。バックゲートノードvddbには電源電圧vdd1normが印加される。 The monitor cell array ARY1 includes a predetermined number of memory cells MC. The power supply node arvdd, the bit line node bt, and the bit line node bb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd1. The array VDD generation circuit ARVDD_GEN1 generates a voltage obtained by stepping down the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd and applies it to the cell power supply wiring arvdd1. The word line node wl, the power supply node arvss, and the back gate node vssb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvss1, and the voltage is controlled by the monitor voltage supply circuit ARVSS_SPLY. A power supply voltage vdd1norm is applied to the back gate node vddb.
モニタセルアレイARY2は、モニタセルアレイARY1が備えるメモリセルMCと同一数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、バックゲートノードvddb、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbは、セル電源配線arvdd2と接続される。セル電源配線arvdd2には、アレイVDD生成回路ARVDD_GEN1の出力電圧が印加される。各メモリセルMCのワード線ノードwl、電源ノードarvss、およびバックゲートノードvssbはセル電源配線arvss2と接続される。 The monitor cell array ARY2 includes the same number of memory cells MC as the memory cells MC included in the monitor cell array ARY1. The power supply node arvdd, back gate node vddb, bit line node bt, and bit line node bb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd2. The output voltage of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN1 is applied to the cell power supply wiring arvdd2. The word line node wl, the power supply node arvss, and the back gate node vssb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvss2.
モニタセルアレイARY1が備えるメモリセルMCを構成するp型トランジスタPU_LおよびPU_Rには、アレイVDD生成回路ARVDD_GEN1の出力電圧により、バイアス電圧Δvddのバックバイアスが印加されている。一方、モニタセルアレイARY2が備えるメモリセルMCを構成するp型トランジスタの電源ノードarvdd、およびバックゲートノードvddbには、ともにアレイVDD生成回路ARVDD_GEN1の出力電圧が印加され、バックバイアスは印加されない。 A back bias of the bias voltage Δvdd is applied to the p-type transistors PU_L and PU_R constituting the memory cell MC included in the monitor cell array ARY1 by the output voltage of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN1. On the other hand, the output voltage of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN1 is applied to both the power supply node arvdd and the back gate node vddb of the p-type transistor constituting the memory cell MC included in the monitor cell array ARY2, and no back bias is applied.
モニタ電圧供給回路ARVSS_SPLYは、ドレインがセル電源配線arvss1と接続され、ソースに電源電圧vssが印加されるn型トランジスタARVSS_PWS1と、ドレインがセル電源配線arvss2と接続され、ソースに電源電圧vssが印加されるn型トランジスタARVSS_PWS2とを有する。n型トランジスタARVSS_PWS1、およびARVSS_PWS2は、ともに、ゲートに印加された制御信号arvss_enで、その導通状態が制御される。制御信号arvss_enがハイレベルにある期間のみ、モニタ電圧供給回路ARVSS_SPLYはモニタセルアレイARY1およびARY2へ電源電圧vssを供給する。 The monitor voltage supply circuit ARVSS_SPLY has a drain connected to the cell power supply line arvss1, an n-type transistor ARVSS_PWS1 to which the power supply voltage vss is applied to the source, a drain connected to the cell power supply line arvss2, and a power supply voltage vss applied to the source. N-type transistor ARVSS_PWS2. The conduction states of the n-type transistors ARVSS_PWS1 and ARVSS_PWS2 are both controlled by the control signal arvss_en applied to the gates. The monitor voltage supply circuit ARVSS_SPLY supplies the power supply voltage vss to the monitor cell arrays ARY1 and ARY2 only during the period when the control signal arvss_en is at the high level.
制御信号arvss_enがハイレベルからロウレベルに変化すると、セル電源配線arvss1、およびセル電源配線arvss2への電源電圧vssの供給が遮断される。電源電圧vss供給が遮断されると、セル電源配線arvss1の電圧は、RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1のリーク電流により、電源電圧vssから上昇を開始する。一方、セル電源配線arvss2の電圧は、LVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2のリーク電流により、電源電圧vssから上昇を開始する。 When the control signal arvss_en changes from the high level to the low level, the supply of the power supply voltage vss to the cell power supply line arvss1 and the cell power supply line arvss2 is cut off. When the supply of the power supply voltage vss is cut off, the voltage of the cell power supply wiring arvss1 starts to rise from the power supply voltage vss due to the leakage current of the monitor cell array ARY1 set in the RS mode. On the other hand, the voltage of the cell power supply wiring arvss2 starts to rise from the power supply voltage vss due to the leakage current of the monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode.
セル電源配線arvss1、およびセル電源配線arvss2の電圧は、測定出力imeas1、および測定出力imeas2として、比較器COMPへ入力される。比較器COMPは、測定出力imeas1および測定出力imeas2の大小を比較し、その結果をモニタ信号result_mon1としてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 The voltages of the cell power supply line arvss1 and the cell power supply line arvss2 are input to the comparator COMP as the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2. The comparator COMP compares the magnitudes of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2, and outputs the result as a monitor signal result_mon1 to the standby mode setting circuit RS_CTL.
図34を参照して、実施の形態5に係る半導体装置LSIが備える比較器COMP5の構成を説明する。 With reference to FIG. 34, the configuration of comparator COMP5 provided in the semiconductor device LSI according to the fifth embodiment will be described.
比較器COMP5は、セレクタIN_SEL5、セレクタIN_SEL6、リングオシレータROS5、リングオシレータROS6、セレクタOUT_SEL5、セレクタOUT_SEL6、カウンタCNT1、カウンタCNT2、およびデジタル比較回路DIG_CMPを有する。比較器COMP5は、以下の点で、図14に示す比較器COMP21と相違する。比較器COMP5が備えるリングオシレータROS5、およびROS6は、図14に示す比較器COMP21が備えるリングオシレータROS1、およびROS2において、測定出力imeas1や測定出力imeas2がゲートに印加されるトランジスタの導電型を入れ替えた構成である。 The comparator COMP5 includes a selector IN_SEL5, a selector IN_SEL6, a ring oscillator ROS5, a ring oscillator ROS6, a selector OUT_SEL5, a selector OUT_SEL6, a counter CNT1, a counter CNT2, and a digital comparison circuit DIG_CMP. The comparator COMP5 is different from the comparator COMP21 shown in FIG. 14 in the following points. The ring oscillators ROS5 and ROS6 included in the comparator COMP5 are different from the ring oscillators ROS1 and ROS2 included in the comparator COMP21 illustrated in FIG. 14 in that the conductivity types of the transistors to which the measurement output images1 and the measurement output images2 are applied to the gates are switched. It is a configuration.
リングオシレータROS5は、p型トランジスタP511、P512、およびn型トランジスタN511で構成されるインバータを所定段数縦列接続し、最終段のインバータ出力をNAND回路G51の一方に入力したリングオシレータである。p型トランジスタP511は、そのソースに電源電圧vdd1normが印加され、そのドレインはp型トランジスタP512のドレインと接続される。p型トランジスタP511のゲートには、信号配線gin5を介して、セレクタIN_SEL5で選択された測定出力imeas1および測定出力imeas2のいずれか一方の信号が印加される。 The ring oscillator ROS5 is a ring oscillator in which inverters composed of p-type transistors P511 and P512 and an n-type transistor N511 are connected in cascade in a predetermined number of stages, and the inverter output of the final stage is input to one of the NAND circuits G51. In the p-type transistor P511, the power supply voltage vdd1norm is applied to the source, and the drain is connected to the drain of the p-type transistor P512. The signal of either the measurement output imageas1 or the measurement output imageas2 selected by the selector IN_SEL5 is applied to the gate of the p-type transistor P511 via the signal line gin5.
p型トランジスタP512のドレインはn型トランジスタN511のドレインと接続され、n型トランジスタN511のソースには電源電圧vssが印加される。p型トランジスタP512とn型トランジスタN511のゲートはNAND回路G51の出力と接続される。NAND回路G51の他方の入力には、リングオシレータROS5の発振を制御する制御信号ros_enが入力される。 The drain of the p-type transistor P512 is connected to the drain of the n-type transistor N511, and the power supply voltage vss is applied to the source of the n-type transistor N511. The gates of the p-type transistor P512 and the n-type transistor N511 are connected to the output of the NAND circuit G51. A control signal ros_en for controlling the oscillation of the ring oscillator ROS5 is input to the other input of the NAND circuit G51.
リングオシレータROS6も、リングオシレータROS5と同一の構成を有し、p型トランジスタP521のゲートには、信号配線gin6を介して、セレクタIN_SEL6で選択された測定出力imeas1および測定出力imeas2のいずれか他方の信号が印加される。リングオシレータROS6のNAND回路G52の他方の入力には、リングオシレータROS6の発振を制御する制御信号ros_enが入力される。 The ring oscillator ROS6 has the same configuration as the ring oscillator ROS5, and the gate of the p-type transistor P521 is connected to the other of the measurement output images1 and the measurement output images2 selected by the selector IN_SEL6 via the signal wiring gin6. A signal is applied. A control signal ros_en for controlling the oscillation of the ring oscillator ROS6 is input to the other input of the NAND circuit G52 of the ring oscillator ROS6.
比較器COMP5の動作を説明する。
選択信号seleがロウレベルに設定されると、セレクタIN_SEL5は測定出力imeas1をリングオシレータROS5へ出力し、セレクタIN_SEL6は測定出力imeas2をリングオシレータROS6へ出力する。制御信号ros_enで活性化された所定期間にわたり、リングオシレータROS5は、測定出力imeas1で決定される発振周波数を有する出力信号ros_out5を出力し、リングオシレータROS6は、測定出力imeas2で決定される発振周波数を有する出力信号ros_out6を出力する。
The operation of the comparator COMP5 will be described.
When the selection signal sel is set to the low level, the selector IN_SEL5 outputs the measurement output imageas1 to the ring oscillator ROS5, and the selector IN_SEL6 outputs the measurement output imageas2 to the ring oscillator ROS6. Over a predetermined period activated by the control signal ros_en, the ring oscillator ROS5 outputs an output signal ros_out5 having an oscillation frequency determined by the measurement output imageas1, and the ring oscillator ROS6 has an oscillation frequency determined by the measurement output imageas2. The output signal ros_out6 having the same is output.
セレクタOUT_SEL5は出力信号ros_out5を選択してカウンタCNT1へ出力し、セレクタOUT_SEL6は出力信号ros_out6を選択してカウンタCNT2へ出力する。制御信号ros_enで活性化された所定期間にわたり、カウンタCNT1は出力信号ros_out5の発振数をカウントし、カウンタCNT2は出力信号ros_out6の発振数をカウントする。 The selector OUT_SEL5 selects the output signal ros_out5 and outputs it to the counter CNT1, and the selector OUT_SEL6 selects the output signal ros_out6 and outputs it to the counter CNT2. Over a predetermined period activated by the control signal ros_en, the counter CNT1 counts the number of oscillations of the output signal ros_out5, and the counter CNT2 counts the number of oscillations of the output signal ros_out6.
選択信号seleがハイレベルに設定されると、セレクタIN_SEL5は測定出力imeas2をリングオシレータROS5へ出力し、セレクタIN_SEL6は測定出力imeas1をリングオシレータROS6へ出力する。再び、制御信号ros_enで活性化された所定期間にわたり、リングオシレータROS5は、測定出力imeas2で決定される発振周波数を有する出力信号ros_out5を出力し、リングオシレータROS6は、測定出力imeas1で決定される発振周波数を有する出力信号ros_out6を出力する。 When the selection signal sel is set to a high level, the selector IN_SEL5 outputs the measurement output imageas2 to the ring oscillator ROS5, and the selector IN_SEL6 outputs the measurement output imageas1 to the ring oscillator ROS6. Again, over a predetermined period activated by the control signal ros_en, the ring oscillator ROS5 outputs an output signal ros_out5 having an oscillation frequency determined by the measurement output imageas2, and the ring oscillator ROS6 is an oscillation determined by the measurement output imageas1. An output signal ros_out6 having a frequency is output.
セレクタOUT_SEL5は出力信号ros_out6を選択してカウンタCNT1へ出力し、セレクタOUT_SEL6は出力信号ros_out5を選択してカウンタCNT2へ出力する。制御信号ros_enで活性化された所定期間にわたり、カウンタCNT1は、選択信号seleがロウレベルの期間におけるカウント値に累積させて、測定出力imeas1に対応した出力信号ros_out6の発振数をカウントする。カウンタCNT2は、選択信号seleがロウレベルの期間におけるカウント値に累積させて、測定出力imeas2に対応した出力信号ros_out5の発振数をカウントする。 The selector OUT_SEL5 selects the output signal ros_out6 and outputs it to the counter CNT1, and the selector OUT_SEL6 selects the output signal ros_out5 and outputs it to the counter CNT2. Over a predetermined period activated by the control signal ros_en, the counter CNT1 accumulates the count value in the period when the selection signal sel is at the low level, and counts the number of oscillations of the output signal ros_out6 corresponding to the measurement output imageas1. The counter CNT2 accumulates the count value during the period when the selection signal sel is at the low level, and counts the number of oscillations of the output signal ros_out5 corresponding to the measurement output imageas2.
カウンタCNT1およびカウンタCNT2の出力をデジタル比較回路DIG_CMPで比較し、測定出力imeas1および測定出力imeas2の大小比較結果を、モニタ信号result_mon1としてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 The outputs of the counter CNT1 and the counter CNT2 are compared by the digital comparison circuit DIG_CMP, and the magnitude comparison result of the measurement output imageas1 and the measurement output imageas2 is output to the standby mode setting circuit RS_CTL as the monitor signal result_mon1.
RSモードに設定されているモニタセルアレイARY1のリーク電流がLVRSモードに設定されているモニタセルアレイARY2のリーク電流より大きい場合、セル電源配線arvss1の電圧上昇速度はセル電源配線arvss2のそれより大きい。従って、測定出力imeas1が測定出力imeas2より大きい場合、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、メモリモジュールRAM_MOD1を、よりリーク電流が小さいLVRSモードに設定する。 When the leak current of the monitor cell array ARY1 set in the RS mode is larger than the leak current of the monitor cell array ARY2 set in the LVRS mode, the voltage increase rate of the cell power supply line arvss1 is larger than that of the cell power supply line arvss2. Therefore, when the measurement output imageas1 is larger than the measurement output imageas2, the standby mode setting circuit RS_CTL sets the memory module RAM_MOD1 to the LVRS mode with a smaller leakage current.
図2、図26、および図27を参照して、モニタ信号result_mon1に基づき、レギュレータ回路REG_POWERおよびスタンバイモード設定回路RS_CTLが、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードおよびLVRSモードに設定する方法を説明する。 A method in which the regulator circuit REG_POWER and the standby mode setting circuit RS_CTL set the memory module RAM_MOD1 to the RS mode and the LVRS mode based on the monitor signal result_mon1 will be described with reference to FIGS.
RSモードにおいて、図4に示すメモリセルMCの各ノードは以下の様に設定される必要がある。即ち、電源ノードarvddは電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降した電圧に、バックゲートノードvddbは電源電圧vdd1normに、電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbは電源電圧vssに設定される。RSモードにおいて、レギュレータ回路REG_POWERは、スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力する制御信号vdd1_cntに基づき、電源電圧vdd1を電源電圧vdd1normに設定する。従って、バックゲートノードvddbには電源電圧vdd1normが印加される。 In the RS mode, each node of the memory cell MC shown in FIG. 4 needs to be set as follows. That is, the power supply node arvdd is set to a voltage lower than the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd, the back gate node vdd is set to the power supply voltage vdd1norm, and the power supply node arvss and the back gate node vssb are set to the power supply voltage vss. In the RS mode, the regulator circuit REG_POWER sets the power supply voltage vdd1 to the power supply voltage vdd1norm based on the control signal vdd1_cnt output from the standby mode setting circuit RS_CTL. Accordingly, the power supply voltage vdd1norm is applied to the back gate node vddb.
メモリモジュールRAM_MOD1がRSモードに設定されると、スタンバイモード設定回路が出力する制御信号rs1および制御信号ram_rs_cnt1に基づき、制御信号pstb_modeはハイレベルとなる。従って、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1が図27(a)に示すセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1Aの場合、ノードNcp1aの電圧は、ノードNcp2aの電圧(電源電圧vdd1norm)に対して、バイアス電圧Δvdd下降する。この結果、ノードNcp1aと接続されるセル電源配線arvddcの電圧、即ち、メモリセルMCの電源ノードarvddの電圧は電源電圧vdd1normをバイアス電圧Δvddだけ下降させた値に設定される。一方、セル電源配線vssbcと接続されるメモリセルMCのバックゲートノードvssbの電圧、およびセル電源配線arvsscと接続されるメモリセルMCの電源ノードarvssは電源電圧vssに設定される。その結果、メモリセルMCはRSモードに設定される。 When the memory module RAM_MOD1 is set to the RS mode, the control signal pstb_mode becomes high level based on the control signal rs1 and the control signal ram_rs_cnt1 output from the standby mode setting circuit. Therefore, when the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1A shown in FIG. 27A, the voltage of the node Ncp1a falls below the bias voltage Δvdd with respect to the voltage of the node Ncp2a (power supply voltage vdd1norm). As a result, the voltage of the cell power supply line arvddc connected to the node Ncp1a, that is, the voltage of the power supply node arvdd of the memory cell MC is set to a value obtained by lowering the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd. On the other hand, the voltage of the back gate node vssb of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring vssbc and the power supply node arvss of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring arvssc are set to the power supply voltage vss. As a result, the memory cell MC is set to the RS mode.
LVRSモードにおいて、図4に示すメモリセルMCの各ノードは以下の様に設定される必要がある。即ち、電源ノードarvddおよびバックゲートノードvddbの電圧は、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvdd下降させた電圧に、電源ノードarvssおよびバックゲートノードvssbは電源電圧vssに設定される。LVRSモードにおいて、レギュレータ回路REG_POWERは、電源電圧vdd1を、電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvddだけ下降させた電圧に設定する。 In the LVRS mode, each node of the memory cell MC shown in FIG. 4 needs to be set as follows. That is, the voltage of the power supply node arvdd and the back gate node vddb is set to a voltage obtained by lowering the bias voltage Δvdd from the power supply voltage vdd1norm, and the power supply node arvss and the back gate node vssb are set to the power supply voltage vss. In the LVRS mode, the regulator circuit REG_POWER sets the power supply voltage vdd1 to a voltage that is lower than the power supply voltage vdd1norm by the bias voltage Δvdd.
メモリモジュールRAM_MOD1がLVRSモードに設定されると、スタンバイモード設定回路RS_CTLが出力する制御信号rs1および制御信号ram_rs_cnt1に基づき、制御信号pstb_modeはロウレベルとなり、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1AのノードNcp1aの電圧は、ノードNcp2aの電圧(電源電圧vdd1normからバイアス電圧Δvddだけ下降した電圧)と同電圧に設定される。一方、セル電源配線vssbcと接続されるメモリセルMCのバックゲートノードvssbの電圧、およびセル電源配線arvsscと接続されるメモリセルMCの電源ノードarvssは電源電圧vssに設定される。 When the memory module RAM_MOD1 is set to the LVRS mode, the control signal pstb_mode becomes low level based on the control signal rs1 and the control signal ram_rs_cnt1 output from the standby mode setting circuit RS_CTL, and the voltage of the node Ncp1a of the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1A is It is set to the same voltage as the voltage of the node Ncp2a (the voltage that is lowered by the bias voltage Δvdd from the power supply voltage vdd1norm). On the other hand, the voltage of the back gate node vssb of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring vssbc and the power supply node arvss of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring arvssc are set to the power supply voltage vss.
以上の通り、モニタ信号result_mon1に基づき、レギュレータ回路REG_POWERおよびスタンバイモード設定回路RS_CTLは、メモリモジュールRAM_MOD1をRSモードまたはLVRSモードに設定する。なお、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1が図27(b)に示すセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL1Bの場合も、セル電源配線arvddcの電圧は、上記と同様に制御される。 As described above, based on the monitor signal result_mon1, the regulator circuit REG_POWER and the standby mode setting circuit RS_CTL set the memory module RAM_MOD1 to the RS mode or the LVRS mode. Even when the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1 is the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL1B shown in FIG. 27B, the voltage of the cell power supply wiring arvddc is controlled in the same manner as described above.
モニタ電圧供給回路ARVSS_SPLYは図28に示す回路構成に限られず、回路を構成するトランジスタの導電型を適宜入れ替えることで、図7に示すARVDD_SPLYAや図8に示すARVDD_SPLYBを使用することができる。また、比較器COMPも図34に示すリングオシレータを用いたものに限られず、回路を構成するトランジスタの導電型を適宜入れ替えることで、図10に示す比較器COMP1やオペアンプを使用した電流検出回路を使用することができる。 The monitor voltage supply circuit ARVSS_SPLY is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 28, and ARVDD_SPLYA shown in FIG. 7 or ARVDD_SPLYB shown in FIG. 8 can be used by appropriately changing the conductivity type of the transistors constituting the circuit. Further, the comparator COMP is not limited to the one using the ring oscillator shown in FIG. 34, and the current detection circuit using the comparator COMP1 and the operational amplifier shown in FIG. Can be used.
実施の形態5に係るリークモニタ回路LEAK_MON1_5の効果を説明する。
メモリセルMCを構成するp型トランジスタのバックバイアス有無によるリーク電流の大小比較を行うことにより、温度、電圧、閾値電圧の違いに応じて、最適なリーク削減方式が選択可能となり、メモリモジュールRAM_MOD1におけるリーク電流を最小化できる。
The effect of the leak monitor circuit LEAK_MON1_5 according to the fifth embodiment will be described.
By comparing the magnitude of the leakage current depending on the presence or absence of the back bias of the p-type transistor constituting the memory cell MC, an optimal leakage reduction method can be selected according to the difference in temperature, voltage, and threshold voltage, and the memory module RAM_MOD1 Leakage current can be minimized.
<実施の形態6>
図29を参照して、実施の形態6に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_6の構成を説明する。
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With reference to FIG. 29, a configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_6 provided in the semiconductor device LSI according to the sixth embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON_1_6は、各実施の形態およびその変形例に係る半導体装置LSIにおいて、図9に示すモニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCを備えるリークモニタ回路に適用可能である。 Leak monitor circuit LEAK_MON_1_6 can be applied to a leak monitor circuit including monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC shown in FIG. 9 in the semiconductor device LSI according to each embodiment and its modification.
図29のリークモニタ回路LEAK_MON1_6が備えるモニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYCは、電源電圧vdd1normをノードNa31、およびノードNa32からモニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2へ、各々供給する。比較器COMPは、p型トランジスタARVDD_PWS1およびp型トランジスタARVDD_PWS2による電源電圧vdd1normの供給を遮断後、モニタセルアレイARY1およびモニタセルアレイARY2のリーク電流で低下する測定出力imeas1および測定出力imeas2を比較器COMPで検出する。 Monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYC included in leak monitor circuit LEAK_MON1_6 in FIG. 29 supplies power supply voltage vdd1norm from node Na31 and node Na32 to monitor cell array ARY1 and monitor cell array ARY2, respectively. The comparator COMP detects the measurement output imageas1 and the measurement output image2 that are decreased by the leakage current of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 after the supply of the power supply voltage vdd1norm by the p-type transistor ARVDD_PWS1 and the p-type transistor ARVDD_PWS2 is cut off by the comparator COMP. To do.
モニタセルアレイARY1やモニタセルアレイARY2のリーク電流が大きく、セル電源配線arvss1等の電圧変化が速い場合、モニタセルアレイARY1とモニタセルアレイARY2のセル電源配線間のカップリングの影響により、比較器COMPの測定精度が悪化する恐れがある。このカップリングの影響を低減するため、リークモニタ回路LEAK_MON1_6は、モニタセルアレイARY1およびARY2のセル電源配線に接続された安定化容量arvss_capを有する。 When the leakage current of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2 is large and the voltage change of the cell power supply line arvss1 is fast, the measurement accuracy of the comparator COMP is affected by the coupling between the cell power supply lines of the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2. May get worse. In order to reduce the influence of this coupling, the leak monitor circuit LEAK_MON1_6 has a stabilization capacitor arvss_cap connected to the cell power supply lines of the monitor cell arrays ARY1 and ARY2.
図28に示す実施の形態5に係るリークモニタ回路LEAK_MON1_5は、モニタセルアレイARY1、およびモニタセルアレイARY2が備えるセル電源配線arvss1、およびセル電源配線arvss2に印加する電源電圧vssを遮断してリーク電流の大小を比較する構成を有する。この場合は、セル電源配線arvdd1およびセル電源配線arvdd2に安定化容量を接続することが効果的である。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_5 according to the fifth embodiment shown in FIG. 28 cuts off the power supply voltage vss1 applied to the cell power supply line arvss1 and the cell power supply line arvss2 included in the monitor cell array ARY1 and the monitor cell array ARY2, thereby increasing or decreasing the leak current. It has the structure which compares. In this case, it is effective to connect a stabilization capacitor to the cell power supply wiring arvdd1 and the cell power supply wiring arvdd2.
<実施の形態7>
図30を参照して、実施の形態7に係る半導体装置LSIの構成を説明する。
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With reference to FIG. 30, the configuration of the semiconductor device LSI according to the seventh embodiment will be described.
半導体装置LSIは、電源電圧vddjおよび電源電圧vssが印加されるメモリモジュールRAM_MODj、スタンバイモード設定回路RS_CTL、モニタ制御回路MON_CTLj、およびリークモニタ回路LEAK_MONjを備える。 The semiconductor device LSI includes a memory module RAM_MODj to which a power supply voltage vddj and a power supply voltage vss are applied, a standby mode setting circuit RS_CTL, a monitor control circuit MON_CTLj, and a leak monitor circuit LEAK_MONj.
メモリモジュールRAM_MODjは、メモリセルアレイCELL_ARRAY、周辺回路PERI、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL2、およびセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL2を備える。周辺回路PERIは、メモリセルアレイCELL_ARRAYに対してデータの書込みや読出しを行うのに必要なロウデコーダ、ワードドライバ、カラムデコーダ、カラム選択スイッチ、センスアンプ、ライトドライバ、およびその他制御回路を有する。 The memory module RAM_MODj includes a memory cell array CELL_ARRAY, a peripheral circuit PERI, a cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL2, and a cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL2. The peripheral circuit PERI has a row decoder, a word driver, a column decoder, a column selection switch, a sense amplifier, a write driver, and other control circuits necessary for writing and reading data to and from the memory cell array CELL_ARRAY.
セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL2は電源配線vddjとセル電源配線arvddcに接続され、制御信号rsj、制御信号ram_rs_cntj_1、および制御信号ram_rs_cntj_2に応答して、セル電源配線arvddcの電圧値を制御する。セル電源電圧制御回路ARVSS_CTL2は電源配線vssとセル電源配線arvsscに接続され、制御信号rsjをインバータINVで反転した信号、制御信号ram_rs_cntj_1、および制御信号ram_rs_cntj_2に応答して、セル電源配線arvsscの電圧値を制御する。メモリセルアレイCELL_ARRAYは、セル電源配線arvddc、およびセル電源配線arvsscと、電源電圧vddjが印加されたセル電源配線vddbc、および電源電圧vssが印加されたセル電源配線vssbcと接続される。 The cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL2 is connected to the power supply wiring vddj and the cell power supply wiring arvddc, and controls the voltage value of the cell power supply wiring arvddc in response to the control signal rsj, the control signal ram_rs_cntj_1, and the control signal ram_rs_cntj_2. The cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL2 is connected to the power supply wiring vss and the cell power supply wiring arvssc, and the voltage value of the cell power supply wiring arvssc in response to the control signal rsj inverted by the inverter INV, the control signal ram_rs_cntj_1, and the control signal ram_rs_cntj_2 To control. The memory cell array CELL_ARRAY is connected to the cell power supply line arvddc, the cell power supply line arvssc, the cell power supply line vddbc to which the power supply voltage vddj is applied, and the cell power supply line vssbc to which the power supply voltage vss is applied.
周辺回路PERIに電源電圧を供給する電源配線Icvssは、n型トランジスタNSW_PERIを経由して、電源配線vssと接続される。このn型トランジスタNSW_PERIのゲートには、制御信号rsjをインバータINVで論理レベルを反転させた信号が印加される。 The power supply wiring Icvss for supplying the power supply voltage to the peripheral circuit PERI is connected to the power supply wiring vss via the n-type transistor NSW_PERI. A signal obtained by inverting the logic level of the control signal rsj by the inverter INV is applied to the gate of the n-type transistor NSW_PERI.
リークモニタ回路LEAK_MONjはモニタセルアレイARY1を有し、モニタセルアレイARY1に設定される各スタンバイモードにおけるリーク電流値の比較を行い、リーク電流が最小となるスタンバイモードをモニタ信号result_monjとしてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。スタンバイモード設定回路RS_CTLは、モニタ信号result_monjに基づき、制御信号rsj、制御信号ram_rs_cntj_1、および制御信号ram_rs_cntj_2をメモリモジュールRAM_MOD1へ出力し、メモリモジュールRAM_MOD1のリーク電流が最小となるようにセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL2、およびセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL2を制御する。 The leak monitor circuit LEAK_MONj has a monitor cell array ARY1, compares the leak current value in each standby mode set in the monitor cell array ARY1, and sets the standby mode in which the leak current is minimum to the standby mode setting circuit RS_CTL as the monitor signal result_monj. Output. The standby mode setting circuit RS_CTL outputs the control signal rsj, the control signal ram_rs_cntj_1, and the control signal ram_rs_cntj_2 to the memory module RAM_MOD1 based on the monitor signal result_monj, so that the leakage current of the memory module RAM_MOD1 is minimized. The ARVDD_CTL2 and the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL2 are controlled.
図31を参照して、実施の形態7に係る半導体装置LSIが備えるリークモニタ回路LEAK_MON1_7の具体的な構成を説明する。 With reference to FIG. 31, a specific configuration of leak monitor circuit LEAK_MON1_7 provided in the semiconductor device LSI according to the seventh embodiment will be described.
リークモニタ回路LEAK_MON1_7は、モニタセルアレイARY1、モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYD、アレイVSS生成回路ARVSS_GEN3、アレイVDD生成回路ARVDD_GEN3、リングオシレータROS1、レベルシフタLSF、およびカウンタCTN1を有する。 The leak monitor circuit LEAK_MON1_7 includes a monitor cell array ARY1, a monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYD, an array VSS generation circuit ARVSS_GEN3, an array VDD generation circuit ARVDD_GEN3, a ring oscillator ROS1, a level shifter LSF, and a counter CTN1.
モニタセルアレイARY1は所定数のメモリセルMCを備える。各メモリセルMCの電源ノードarvdd、ビット線ノードbt、およびビット線ノードbbはセル電源配線arvdd1と接続される。電源ノードarvssはセル電源配線arvss1と接続され、セル電源配線arvss1にはアレイVSS生成回路ARVSS_GEN3の出力電圧が印加される。バックゲートノードvddbはセル電源配線vddb1と接続され、セル電源配線vddb1には電源電圧vdd1normが印加される。ワード線ノードwl、およびバックゲートノードvssbはセル電源配線vssb1と接続され、セル電源配線vssb1には電源電圧vssが印加される。 The monitor cell array ARY1 includes a predetermined number of memory cells MC. The power supply node arvdd, the bit line node bt, and the bit line node bb of each memory cell MC are connected to the cell power supply line arvdd1. The power supply node arvss is connected to the cell power supply line arvss1, and the output voltage of the array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 is applied to the cell power supply line arvss1. The back gate node vddb is connected to the cell power supply line vddb1, and the power supply voltage vdd1norm is applied to the cell power supply line vddb1. The word line node wl and the back gate node vssb are connected to the cell power supply wiring vssb1, and the power supply voltage vss is applied to the cell power supply wiring vssb1.
モニタ電圧供給回路ARVDD_SPLYDは、ソースにアレイVDD生成回路ARVDD_GEN3の出力電圧が印加され、ドレインがセル電源配線arvdd1と接続され、ゲートに制御信号arvdd_enが印加されたp型トランジスタARVDD_PWS1を有する。リングオシレータROS1は、図11に示すものと同一の回路構成を有し、制御信号ros_enで設定される所定時間にわたり、電源電圧vdd1norm供給遮断後のモニタセルアレイARY1のセル電源配線arvdd1の電圧変動量をリングオシレータROS1の発振数に変換する。レベルシフタLSFは、リングオシレータROS1の出力電圧の振幅をカウンタCNT1に印加される電源電圧までレベル変換し、カウンタCNT1へ出力する。カウンタCNT1は、格納されているカウント数を出力信号ros_outとして出力する。 The monitor voltage supply circuit ARVDD_SPLYD has a p-type transistor ARVDD_PWS1 in which the output voltage of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 is applied to the source, the drain is connected to the cell power supply line arvdd1, and the control signal arvdd_en is applied to the gate. The ring oscillator ROS1 has the same circuit configuration as that shown in FIG. 11, and the voltage fluctuation amount of the cell power supply line arvdd1 of the monitor cell array ARY1 after the supply of the power supply voltage vdd1norm is cut off for a predetermined time set by the control signal ros_en. The number of oscillations of the ring oscillator ROS1 is converted. The level shifter LSF converts the amplitude of the output voltage of the ring oscillator ROS1 to the power supply voltage applied to the counter CNT1, and outputs the converted voltage to the counter CNT1. The counter CNT1 outputs the stored count number as an output signal ros_out.
図32を参照して、実施の形態7に係る半導体装置LSIが備えるメモリモジュールRAM_MOD1の動作モードを説明する。 With reference to FIG. 32, an operation mode of the memory module RAM_MOD1 provided in the semiconductor device LSI according to the seventh embodiment will be described.
動作モードは、制御信号rs1、制御信号ram_rs_cnt1_1、および制御信号ram_cnt1_2に基づき設定される。制御信号rs1がロウレベルの場合、メモリモジュールRAM_MOD1は、制御信号ram_rs_cnt1_1、および制御信号ram_cnt1_2の値によらず、通常動作モードに設定される。制御信号rs1がハイレベルの場合、メモリモジュールRAM_MOD1は、制御信号ram_rs_cnt1_1、およびram_cnt1_2の論理レベルの組み合わせにより、3つのスタンバイモードに設定される。 The operation mode is set based on the control signal rs1, the control signal ram_rs_cnt1_1, and the control signal ram_cnt1_2. When the control signal rs1 is at the low level, the memory module RAM_MOD1 is set to the normal operation mode regardless of the values of the control signal ram_rs_cnt1_1 and the control signal ram_cnt1_2. When the control signal rs1 is at a high level, the memory module RAM_MOD1 is set to three standby modes by the combination of the logic levels of the control signals ram_rs_cnt1_1 and ram_cnt1_2.
メモリモジュールRAM_MOD1は、制御信号ram_rs_cnt1_1がハイレベルで、制御信号ram_rs_cnt1_2がロウレベルの場合はRS1モード、制御信号ram_rs_cnt1_1がロウレベルで、制御信号ram_rs_cnt1_2がハイレベルの場合はRS2モード、制御信号ram_rs_cnt1_1、および制御信号ram_rs_cnt1_2がともにハイレベルの場合はRS3モードに設定される。 When the control signal ram_rs_cnt1_1 is high level and the control signal ram_rs_cnt1_2 is low level, the memory module RAM_MOD1 is in the RS1 mode, the control signal ram_rs_cnt1_1 is low level, the control signal ram_rs_cnt1_2 is in the RS1 mode control signal s When both ram_rs_cnt1_2 are at a high level, the RS3 mode is set.
各動作モードにおけるセル電源電圧制御回路ARVDD_CTL2、およびセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL2は、セル電源配線arvddc、およびセル電源配線arvsscに印加する電圧を、以下の組み合わせで出力する。通常動作モードの場合、vdd1normおよびvssに、RS1モードの場合、vdd1normおよびvss+Δvss2に、RS2モードの場合、vdd1norm−Δvdd1およびvss+Δvss1に、RS3モードの場合、vdd1norm−Δvdd2およびvssに、各々設定される。 The cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL2 and the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL2 in each operation mode output voltages applied to the cell power supply wiring arvddc and the cell power supply wiring arvssc in the following combinations. In the normal operation mode, vdd1norm and vss are set, in the RS1 mode, in vdd1norm and vss + Δvss2, in the RS2 mode, set in vdd1norm−Δvdd1 and vss + Δvss1, and in the RS3 mode, set in vdd1norm−Δvdd2 and vss, respectively.
ここで、Δvdd1、およびΔvdd2はバイアス電圧であり、1例として、0.1V、および0.2Vに各々設定される。Δvss1、およびΔvss2はバイアス電圧であり、1例として、0.1V、および0.2Vに各々設定される。電源電圧vdd1norm、および電源電圧vssを、1.0V、および0Vとすると、通常動作モードにおけるセル電源配線arvddcおよびセル電源配線arvssc間の電圧は1.0Vであるのに対し、RS1モード、RS2モード、およびRS3モードにおけるセル電源配線arvddcおよびセル電源配線arvssc間の電圧は、いずれも0.8Vに設定される。 Here, Δvdd1 and Δvdd2 are bias voltages, and are set to 0.1 V and 0.2 V, respectively, as an example. Δvss1 and Δvss2 are bias voltages, and are set to 0.1 V and 0.2 V, respectively, as an example. When the power supply voltage vdd1norm and the power supply voltage vss are 1.0 V and 0 V, the voltage between the cell power supply line arvddc and the cell power supply line arvssc in the normal operation mode is 1.0 V, whereas the RS1 mode and the RS2 mode And the voltage between the cell power supply line arvddc and the cell power supply line arvssc in the RS3 mode are both set to 0.8V.
各動作モードにおけるメモリセルMC(図4参照)のノード電圧を説明する。図30に示される通り、メモリセルアレイCELL_ARRAYには、セル電源配線vddbcを介して電源電圧vdd1が、セル電源配線vssbcを介して電源電圧vssが、各々印加される。従って、セル電源配線vddbcと接続されるメモリセルMCのバックゲートノードvddbには電源電圧vdd1normが、セル電源配線vssbcと接続されるバックゲートノードvssbには電源電圧vssが印加される。 The node voltage of the memory cell MC (see FIG. 4) in each operation mode will be described. As shown in FIG. 30, the power supply voltage vdd1 is applied to the memory cell array CELL_ARRAY via the cell power supply wiring vddbc, and the power supply voltage vss is applied via the cell power supply wiring vssbc. Therefore, the power supply voltage vdd1norm is applied to the back gate node vddb of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring vddbc, and the power supply voltage vssb is applied to the back gate node vssb connected to the cell power supply wiring vssbc.
通常動作モードにおいて、セル電源配線arvddcと接続されるメモリセルMCの電源ノードarvddには電源電圧vdd1normが印加され、セル電源配線arvsscと接続される電源ノードarvssには電源電圧vssが印加される。RS1モードにおいて、電源ノードarvdd、および電源ノードarvssには、各々、電源電圧vdd1norm、および電源電圧vss+バイアス電圧Δvss2が印加される。RS2モードにおいて、電源ノードarvdd、および電源ノードarvssには、各々、電源電圧vdd1norm−バイアス電圧Δvdd1、および電源電圧vss+バイアス電圧Δvss1が印加される。RS3モードにおいて、電源ノードarvdd、および電源ノードarvssには、各々、電源電圧vdd1norm−バイアス電圧Δvdd2、および電源電圧vssが印加される。 In the normal operation mode, the power supply voltage vdd1norm is applied to the power supply node arvdd of the memory cell MC connected to the cell power supply wiring arvddc, and the power supply voltage vsss is applied to the power supply node arvss connected to the cell power supply wiring arvssc. In the RS1 mode, power supply voltage vdd1norm, power supply voltage vss + bias voltage Δvss2 are applied to power supply node arvdd and power supply node arvss, respectively. In the RS2 mode, the power supply node arvdd and the power supply node arvss are applied with the power supply voltage vdd1norm−the bias voltage Δvdd1 and the power supply voltage vss + the bias voltage Δvss1, respectively. In the RS3 mode, power supply voltage vdd1norm−bias voltage Δvdd2 and power supply voltage vss are applied to power supply node arvdd and power supply node arvss, respectively.
即ち、RS1モードにあるメモリセルMCのn型トランジスタにはバイアス電圧Δvss2(0.2V)のバックバイアスが印加された状態にあり、n型トランジスタに流れるサブスレッショルドリーク電流が減少する。RS2モードにあるメモリセルMCのn型トランジスタにはバイアス電圧Δvss1(0.1V)のバックバイアスが印加され、かつ、メモリセルMCのp型トランジスタにはバイアス電圧Δvdd1のバックバイアスが印加された状態にあり、n型トランジスタおよびp型トランジスタのサブスレッショルドリーク電流が減少する。RS3モードにあるメモリセルMCのp型トランジスタにはバイアス電圧Δvdd2(0.2V)のバックバイアスが印加された状態にあり、p型トランジスタに流れるサブスレッショルドリーク電流が減少する。 That is, the back bias of the bias voltage Δvss2 (0.2 V) is applied to the n-type transistor of the memory cell MC in the RS1 mode, and the subthreshold leakage current flowing through the n-type transistor is reduced. A state in which a back bias of a bias voltage Δvss1 (0.1 V) is applied to the n-type transistor of the memory cell MC in the RS2 mode, and a back bias of a bias voltage Δvdd1 is applied to the p-type transistor of the memory cell MC Therefore, the subthreshold leakage current of the n-type transistor and the p-type transistor is reduced. A back bias of a bias voltage Δvdd2 (0.2 V) is applied to the p-type transistor of the memory cell MC in the RS3 mode, and the subthreshold leakage current flowing through the p-type transistor is reduced.
図31を参照して、各スタンバイモードに設定されたモニタセルアレイARY1のリーク電流の測定方法を説明する。 With reference to FIG. 31, a method for measuring the leakage current of monitor cell array ARY1 set in each standby mode will be described.
アレイVSS生成回路ARVSS_GEN3、およびアレイVDD生成回路ARVDD_GEN3は、以下の3通りの組み合わせで電源電圧を出力する。第1の組み合わせは、電源電圧vss+バイアス電圧Δvss2、および電源電圧vdd1normであり、この組み合わせはRS1モードに対応する。第2の組み合わせは、電源電圧vss+バイアス電圧Δvss1、および電源電圧vdd1norm−バイアス電圧Δvdd1であり、この組み合わせはRS2モードに対応する。第3の組み合わせは、電源電圧vss、および電源電圧vdd1norm−バイアス電圧Δvdd2であり、この組み合わせはRS3モードに対応する。 The array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 and the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 output the power supply voltage in the following three combinations. The first combination is the power supply voltage vss + bias voltage Δvss2 and the power supply voltage vdd1norm, and this combination corresponds to the RS1 mode. The second combination is the power supply voltage vss + the bias voltage Δvss1 and the power supply voltage vdd1norm−the bias voltage Δvdd1, and this combination corresponds to the RS2 mode. The third combination is the power supply voltage vss and the power supply voltage vdd1norm−bias voltage Δvdd2, and this combination corresponds to the RS3 mode.
アレイVDD生成回路ARVDD_GEN3、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN3により、モニタセルアレイARY1へRS1モードの電源電圧を供給している状態で、制御信号arvdd_enをロウレベルからハイレベルに設定、モニタセルアレイARY1への電源電圧供給を遮断する。電源電圧遮断後の所定期間にわたり、セル電源配線arvdd1の電位変化量をリングオシレータROS1の発振数に変換し、カウンタCNT1でカウントする。その後、アレイVDD生成回路ARVDD_GEN3、およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN3により、モニタセルアレイARY1へRS2モード、およびRS3モードの電源電圧を順次印加し、各モードにおけるリングオシレータROS1の発振数をカウンタCNT1で測定する。なお、モニタセルアレイARY1に設定する各スタンバイモードの順番は、適宜変更しても良い。 With the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 and the array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 supplied with the RS1 mode power supply voltage to the monitor cell array ARY1, the control signal arvdd_en is set from the low level to the high level to supply the power supply voltage to the monitor cell array ARY1. Shut off. Over a predetermined period after the power supply voltage is cut off, the amount of change in potential of the cell power supply wiring arvdd1 is converted into the number of oscillations of the ring oscillator ROS1, and counted by the counter CNT1. Thereafter, the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 and the array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 sequentially apply the RS2 mode and RS3 mode power supply voltages to the monitor cell array ARY1, and the number of oscillations of the ring oscillator ROS1 in each mode is measured by the counter CNT1. Note that the order of the standby modes set in the monitor cell array ARY1 may be changed as appropriate.
各スタンバイモードにおいて、リングオシレータROS1には、モニタセルアレイARY1と同じアレイVDD生成回路ARVDD_GEN3およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN3の出力電圧が供給される。さらに、各スタンバイモードにおけるアレイVDD生成回路ARVDD_GEN3およびアレイVSS生成回路ARVSS_GEN3の出力電圧の差は、同一に設定されている。従って、リングオシレータROS1の出力は、各スタンバイモードで印加される電源電圧の影響を受けるとことなく、各スタンバイモードにおけるセル電源配線arvdd1の電圧変動量で決定される発振数を有し、その測定精度は確保される。 In each standby mode, the ring oscillator ROS1 is supplied with the same output voltages of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 and the array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 as the monitor cell array ARY1. Further, the difference between the output voltages of the array VDD generation circuit ARVDD_GEN3 and the array VSS generation circuit ARVSS_GEN3 in each standby mode is set to be the same. Therefore, the output of the ring oscillator ROS1 is not affected by the power supply voltage applied in each standby mode, and has the number of oscillations determined by the voltage fluctuation amount of the cell power supply wiring arvdd1 in each standby mode. Accuracy is ensured.
RS1モード、RS2モード、およびRS3モードの3つのスタンバイモードのうち、モニタセルアレイARY1のリーク電流が最小となるスタンバイモードで、カウンタCNT1の出力信号ros_outは最大となる。従って、各スタンバイモードで測定したカウンタCNT1の出力信号ros_outを図示しない比較回路で比較し、出力信号ros_outが最大の値に対応するスタンバイモードを決定し、モニタ信号result_mon1としてスタンバイモード設定回路RS_CTLへ出力する。 Among the three standby modes of the RS1 mode, the RS2 mode, and the RS3 mode, the output signal ros_out of the counter CNT1 is maximized in the standby mode in which the leak current of the monitor cell array ARY1 is minimized. Accordingly, the output signal ros_out of the counter CNT1 measured in each standby mode is compared by a comparison circuit (not shown), the standby mode corresponding to the maximum value of the output signal ros_out is determined, and is output to the standby mode setting circuit RS_CTL as the monitor signal result_mon1. To do.
モニタ信号result_mon1に基づき、スタンバイモード設定回路RS_CTLは、メモリモジュールRAM_MOD1の設定すべきスタンバイモードに対応した制御信号ram_rs_cnt1_1、および制御信号ram_rs_cnt1_2の値を、セル電源電圧制御回路ARVDD_CTL2およびセル電源電圧制御回路ARVSS_CTL2へ出力する。 Based on the monitor signal result_mon1, the standby mode setting circuit RS_CTL determines the values of the control signal ram_rs_cnt1_1 and the control signal ram_rs_cnt1_2 corresponding to the standby mode to be set in the memory module RAM_MOD1, the cell power supply voltage control circuit ARVDD_CTL2, and the cell power supply voltage control circuit ARVSS_CTL2. Output to.
実施の形態7に係る半導体装置LSIの効果を説明する。
メモリセルアレイCELL_ARRAYのスタンバイモードは、メモリセルMCを構成するp型トランジスタおよびn型トランジスタのサブスレッショルドリーク電流を考慮して設定される。従って、半導体装置LSIの製造プロセス変動によりp型トランジスタおよびn型トランジスタの閾値電圧が変動した場合でも、メモリセルアレイCELL_ARRAYのリーク電流が最小となるスタンバイモードの設定が可能となる。
The effect of the semiconductor device LSI according to the seventh embodiment will be described.
The standby mode of the memory cell array CELL_ARRAY is set in consideration of the subthreshold leakage currents of the p-type transistor and the n-type transistor constituting the memory cell MC. Therefore, even when the threshold voltages of the p-type transistor and the n-type transistor fluctuate due to fluctuations in the manufacturing process of the semiconductor device LSI, it is possible to set a standby mode in which the leakage current of the memory cell array CELL_ARRAY is minimized.
各実施の形態およびその変形例に係る半導体装置LSIにおいて、比較器COMPによるモニタ信号result_mon1の生成とスタンバイモードの最適化は、中央処理装置CPU1がスタンバイモードを維持している期間中も行うことができる。一旦設定したスタンバイモードを、半導体装置LSIの動作環境に見合った適切なスタンバイモードに適宜再設定することにより、よりきめ細かくメモリモジュールRAM_MOD1のリーク電流が制御可能となる。 In the semiconductor device LSI according to each embodiment and the modification thereof, the generation of the monitor signal result_mon1 by the comparator COMP and the optimization of the standby mode may be performed even while the central processing unit CPU1 maintains the standby mode. it can. The leakage current of the memory module RAM_MOD1 can be controlled more finely by appropriately resetting the standby mode once set to an appropriate standby mode that matches the operating environment of the semiconductor device LSI.
また、図11に示すようなリングオシレータとカウンタを利用した比較器では、測定結果のカウント差を保存しておき、別途測定した時のカウント差と比較し、その差が一定以下であれば、スタンバイ方式によるリーク削減効果は微小であると判断し、切り替えを行わないようにする。また、切り替えを行わない場合は、現在の測定結果のカウント差は破棄し、現在保存されているカウント差をそのまま保持する。カウント差が一定値以上となった場合は、そのカウント数を保持データとする。このような制御により、不要な制御による電力の増加を避けることが可能となる。 In addition, in a comparator using a ring oscillator and a counter as shown in FIG. 11, the count difference of the measurement result is stored and compared with the count difference when separately measured. It is determined that the leakage reduction effect by the standby method is very small, and switching is not performed. When switching is not performed, the count difference of the current measurement result is discarded, and the currently stored count difference is held as it is. When the count difference becomes equal to or greater than a certain value, the count number is used as retained data. Such control makes it possible to avoid an increase in power due to unnecessary control.
また、各実施の形態において、レギュレータ回路は、半導体装置LSI外に設けられているが、半導体装置LSI内、例えば、各々メモリモジュールRAM_MODjを含む中央処理装置CPU1〜特定回路機能ブロックIP2と同一の半導体チップ内に設けられても良い。 In each of the embodiments, the regulator circuit is provided outside the semiconductor device LSI. However, the semiconductor circuit in the semiconductor device LSI, for example, the same semiconductor as the central processing unit CPU1 to the specific circuit function block IP2 each including the memory module RAM_MODj. It may be provided in the chip.
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
(1)半導体装置は、第1電源ノード、第2電源ノード、および第3電源ノードを有するメモリセルを複数備えるメモリセルアレイと、第1スタンバイモードに設定されたメモリセルを所定数有する第1モニタセルアレイ、および第2スタンバイモードに設定されたメモリセルを所定数有する第2モニタセルアレイを備えるモニタ回路と、メモリセルアレイのスタンバイモードを設定するスタンバイモード設定回路と、を備える。メモリセルは、第1電源ノード、および第1データノードに、ソース、およびドレインが接続され、バックゲートノードにバックゲートが接続された第1の第1導電型トランジスタと、第2電源ノード、および第2データノードに、ソース、およびドレインが接続され、バックゲートノードにバックゲートが接続された第2の第1導電型トランジスタを有する。モニタ回路は、第1モニタセルアレイにおける第3電源ノードの電圧と、第2モニタセルアレイにおける第3電源ノードの電圧との比較結果に基づき、第1スタンバイモードおよび第2スタンバイモードのいずれか一方に対応したモニタ信号を出力する。スタンバイモード設定回路は、モニタ信号に応答して、スタンバイモード選択信号を生成し、メモリセルアレイは、スタンバイモード選択信号に応答して、第1スタンバイモードおよび第2スタンバイモードのいずれか一方に設定される。
In addition, a part of the contents described in the embodiment will be described below.
(1) A semiconductor device includes a memory cell array including a plurality of memory cells each having a first power supply node, a second power supply node, and a third power supply node, and a first monitor having a predetermined number of memory cells set in a first standby mode. A monitor circuit including a cell array and a second monitor cell array having a predetermined number of memory cells set to the second standby mode, and a standby mode setting circuit for setting the standby mode of the memory cell array. The memory cell includes a first first conductivity type transistor having a source and a drain connected to a first power supply node and a first data node, and a backgate connected to a backgate node; a second power supply node; A source and a drain are connected to the second data node, and a second first conductivity type transistor is connected to the back gate node. The monitor circuit corresponds to one of the first standby mode and the second standby mode based on a comparison result between the voltage of the third power supply node in the first monitor cell array and the voltage of the third power supply node in the second monitor cell array. Output the monitor signal. The standby mode setting circuit generates a standby mode selection signal in response to the monitor signal, and the memory cell array is set to one of the first standby mode and the second standby mode in response to the standby mode selection signal. The
(2)(1)の半導体装置において、モニタ回路は、データ選択信号に応答して、第1データノードを第1状態または第2状態のいずれか一方の電圧に設定し、第2データノードを第1状態または第2状態のいずれか他方の電圧に設定する、モニタセル書込み回路を有する。 (2) In the semiconductor device of (1), in response to the data selection signal, the monitor circuit sets the first data node to the voltage of either the first state or the second state, and sets the second data node to It has a monitor cell write circuit which is set to the other voltage of the first state or the second state.
(3)半導体装置は、第1電源ノードおよび第2電源ノードを有するメモリセルを複数備えるメモリセルアレイと、メモリセルを所定数有するモニタセルアレイを備えるモニタ回路と、メモリセルアレイのスタンバイモードを設定するスタンバイモード設定回路と、を備える。メモリセルは、第1電源ノード、第1データノード、および第1バックゲートノードに、各々、ソース、ドレイン、およびバックゲートが接続された第1導電型トランジスタと、第2電源ノード、第1データノード、および第2バックゲートノードに、各々、ソース、ドレイン、およびバックゲートが接続された第2導電型トランジスタと、を有する。モニタ回路は、第1スタンバイモードに設定されたモニタセルアレイにおける第2電源ノードの電圧、第2スタンバイモードに設定されたモニタセルアレイにおける第2電源ノードの電圧、および第3スタンバイモードに設定されたモニタセルアレイにおける第2電源ノードの電圧、の比較結果に基づき、第1スタンバイモード、第2スタンバイモード、および第3スタンバイモードのいずれかに対応したモニタ信号を出力する。スタンバイモード設定回路は、モニタ信号に応答して、スタンバイモード選択信号を生成する。メモリセルアレイは、スタンバイモード選択信号に応答して、第1スタンバイモード、第2スタンバイモード、および第3スタンバイモードのいずれかに設定される。 (3) A semiconductor device includes a memory cell array having a plurality of memory cells each having a first power supply node and a second power supply node, a monitor circuit having a monitor cell array having a predetermined number of memory cells, and a standby for setting a standby mode of the memory cell array A mode setting circuit. The memory cell includes a first conductivity type transistor having a source, a drain, and a back gate connected to a first power supply node, a first data node, and a first back gate node, respectively, a second power supply node, and a first data And a second conductivity type transistor having a source, a drain, and a back gate connected to the node and the second back gate node, respectively. The monitor circuit includes a voltage of the second power supply node in the monitor cell array set to the first standby mode, a voltage of the second power supply node in the monitor cell array set to the second standby mode, and a monitor set to the third standby mode. A monitor signal corresponding to any of the first standby mode, the second standby mode, and the third standby mode is output based on the comparison result of the voltage of the second power supply node in the cell array. The standby mode setting circuit generates a standby mode selection signal in response to the monitor signal. The memory cell array is set to one of the first standby mode, the second standby mode, and the third standby mode in response to the standby mode selection signal.
(4)(3)の半導体装置は、第1セル電源電圧制御回路、および第2セル電源電圧制御回路と、をさらに備える。第1電源ノードは、第1セル電源電圧制御回路の出力と接続され、第2電源ノードは、第2セル電源電圧制御回路の出力と接続される。スタンバイモードに応答して、第1セル電源電圧制御回路、および第2セル電源電圧制御回路は、メモリセルアレイが、第1スタンバイモードに設定された場合は第1導電型トランジスタにバックバイアスを印加し、第2スタンバイモードに設定された場合は第1導電型トランジスタおよび第2導電型トランジスタにバックバイアスを印加し、第3スタンバイモードに設定された場合は第2導電型トランジスタにバックバイアスを印加する。 (4) The semiconductor device of (3) further includes a first cell power supply voltage control circuit and a second cell power supply voltage control circuit. The first power supply node is connected to the output of the first cell power supply voltage control circuit, and the second power supply node is connected to the output of the second cell power supply voltage control circuit. In response to the standby mode, the first cell power supply voltage control circuit and the second cell power supply voltage control circuit apply a back bias to the first conductivity type transistor when the memory cell array is set to the first standby mode. When the second standby mode is set, a back bias is applied to the first conductivity type transistor and the second conductivity type transistor, and when the third standby mode is set, a back bias is applied to the second conductivity type transistor. .
(5)(4)の半導体装置において、モニタ回路は、モニタ電圧供給回路、第1バイアス生成回路、および第2バイアス生成回路を、さらに備え、モニタセルアレイにおける各メモリセルの第1電源ノード、第2電源ノード、および第1バックゲートノードは、第1セル電源配線、第2セル電源配線、および第3セル電源配線と各々接続される。第2バックゲートノードには、モニタ電圧が印加される。第1バイアス生成回路は、第1アレイバイアス電圧、または第2アレイバイアス電圧を第1セル電源配線に供給する。第2バイアス生成回路は、第3アレイバイアス電圧、または第4アレイバイアス電圧を、モニタ電圧供給回路を介して第2セル電源配線に供給する。 (5) In the semiconductor device of (4), the monitor circuit further includes a monitor voltage supply circuit, a first bias generation circuit, and a second bias generation circuit, the first power supply node of each memory cell in the monitor cell array, the first The two power supply nodes and the first back gate node are connected to the first cell power supply wiring, the second cell power supply wiring, and the third cell power supply wiring, respectively. A monitor voltage is applied to the second back gate node. The first bias generation circuit supplies the first array bias voltage or the second array bias voltage to the first cell power supply wiring. The second bias generation circuit supplies the third array bias voltage or the fourth array bias voltage to the second cell power supply wiring via the monitor voltage supply circuit.
(6)半導体装置は、入力信号の論理レベルを反転させて出力するスイッチング部、およびスイッチング部の電流を制御する電流制御部からなるインバータを環状に複数縦列接続したリングオシレータと、リングオシレータの出力信号の発振数をカウントするカウンタとを備え、リングオシレータにおける各電流制御部のインピーダンスは入力信号により制御され、第1カウンタは所定期間における第1出力信号の発振数をカウントする。 (6) A semiconductor device includes a ring oscillator in which a plurality of inverters each including a switching unit that inverts and outputs a logic level of an input signal and a current control unit that controls a current of the switching unit are connected in cascade, and an output of the ring oscillator A counter for counting the number of oscillations of the signal, the impedance of each current control unit in the ring oscillator is controlled by an input signal, and the first counter counts the number of oscillations of the first output signal in a predetermined period.
(7)(6)の半導体装置において、入力信号の値は所定期間において変動する。
(8)(6)の半導体装置において、インバータは、スイッチング部に所定の電流を供給するバイアス電流部を、さらに有する。
(7) In the semiconductor device of (6), the value of the input signal varies in a predetermined period.
(8) In the semiconductor device of (6), the inverter further includes a bias current unit that supplies a predetermined current to the switching unit.
(9)(6)の半導体装置は、スイッチング部、およびスイッチング部に一定電流を供給する定電流供給部からなるインバータを環状に複数縦列接続したタイマーを備え、タイマーの出力信号の発振周波数は、リングオシレータの出力信号の出力信号の発振周波数より大きい。 (9) The semiconductor device of (6) includes a timer in which a plurality of inverters each including a switching unit and a constant current supply unit that supplies a constant current to the switching unit are connected in a ring, and the oscillation frequency of the output signal of the timer is It is larger than the oscillation frequency of the output signal of the output signal of the ring oscillator.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
arvdd 電源ノード、arvdd_en 制御信号、ARVDD_SPLYA,ARVDD_SPLYB,ARVDD_SPLYC,ARVDD_SPLYD,ARVSS_SPLY モニタ電圧供給回路、arvdd1,arvdd2,arvdd3,arvdd4,arvddc,arvss セル電源配線、arvss_en 制御信号、arvss,arvss_l,arvss_r 電源ノード、arvss_l4,arvss_r4,arvss1,arvss2,arvss3,arvssc セル電源配線、ARY1,ARY2,ARY3,ARY4 モニタセルアレイ、bb,bt ビット線ノード、CPU1,CPU2 中央処理装置、DH データ保持回路、dig_comp_en 制御信号、fix_sig 電圧、Icvss 電源配線、imeas1,imeas2,imeasx 測定出力、IP1,IP2 特定機能回路ブロック、LAR1,LAR2,LARY1,LARY2 モニタロジックアレイ、lcvss 電源配線、logic_offset 信号、LSF レベルシフタ、LSI 半導体装置、MC,MC2 メモリセル、MON_CTL1,MON_CTL2,MON_CTL3,MON_CTL4,MON_CTLj モニタ制御回路、mon_en1,mon_enj モニタイネーブル信号、Nd_L,Nd_R データノード、nstb_mode,pstb_mode,ram_cnt1_2 制御信号、PERI 周辺回路、RAM_MOD1,RAM_MOD2,RAM_MOD3,RAM_MOD4,RAM_MODj メモリモジュール、ref1,ref2 リファレンス電圧、reset,reset_meas_time リセット信号、result_mon,result_mon1,result_monj モニタ信号、ROS,ROS_T,ROS1,ROS2,ROS3,ROS4,ROS5,ROS6 リングオシレータ、ros_en 制御信号、ROS_TIME タイマー、rs1,rsj 制御信号、sel_data データ選択信号、SEL_PWS1,SEL_PWS2 セレクタ、sele 選択信号、set_data データ設定信号、tieh 電圧、vdd1_cnt 制御信号、vdd1norm,vdd1,vdd2,vdd3,vdd4,vddj 電源電圧、vddb バックゲートノード、vddb1 セル電源配線、vddbc セル電源配線、vddj_cnt 制御信号、vddm 電源電圧、vref1 リファレンス電圧、vssb バックゲートノード、vssb1,vssb2,vssb3,vssb4,vssbc セル電源配線。 arvdd power node, arvdd_en control signal, ARVDD_SPLYA, ARVDD_SPLYB, ARVDD_SPLYC, ARVDD_SPLYD, ARVSS_SPLY monitor voltage supply circuit, arvdd1, arvdd2, arvdd3, arvdd4, arvsdc, arvsd cell power v , Arvss_r4, arvss1, arvss2, arvss3, arvssc cell power supply wiring, ARY1, ARY2, ARY3, ARY4 monitor cell array, bb, bt bit line node, CPU1, CPU2 central processing unit, DH data holding circuit, dig_comp_en control signal, fix_sig voltage, cvss power supply wiring, imageas1, images2, imagex measurement output, IP1, IP2 specific function circuit block, LAR1, LAR2, LARY1, LARY2 monitor logic array, lcvss power supply wiring, logic_offset signal, LSF level shifter, LSI semiconductor device, MC, MC2 memory cell , MON_CTL1, MON_CTL2, MON_CTL3, MON_CTL4, MON_CTLj, monitor control circuit, mon_en1, mon_enj, monitor enable signal, Nd_L, Nd_R data node, nstb_mode, pstb_mode, ram_cnt1_2, control signal, PMOD, RAM Memory module, ref1, ref2 reference voltage, reset, reset_meas_time reset signal, result_mon, result_mon1, result_monj monitor signal, ROS, ROS_T, ROS1, ROS2, ROS3, ROS4, ROS5, ROS6 ring oscillator, ros_en T rsj control signal, sel_data data selection signal, SEL_PWS1, SEL_PWS2 selector, sele selection signal, set_data data setting signal, tieh voltage, vdd1_cnt control signal, vdd1norm, vdd1, vdd2, vdd3, vdd1 power supply, vdd4, vdd1 power supply Cell power Line, Vddbc cell power supply lines, Vddj_cnt control signal, VDDM supply voltage, vref1 reference voltage, VSSB back gate node, vssb1, vssb2, vssb3, vssb4, vssbc cell power supply lines.
Claims (20)
前記メモリセルは、ソースが前記第1電源配線に、ドレインが第1データノードに、ゲートが第2データノードにそれぞれ接続された第1導電型の第1トランジスタと、ソースが前記第2電源配線に、ドレインが前記第1データノードに、ゲートが前記第2データノードにそれぞれ接続された第2導電型の第2トランジスタと、ソースが前記第1電源配線に、ドレインが前記第2データノードに、ゲートが前記第1データノードにそれぞれ接続された第1導電型の第3トランジスタと、ソースが前記第2電源配線に、ドレインが前記第2データノードに、ゲートが前記第1データノードにそれぞれ接続された第2導電型の第4トランジスタと、を有し、
前記モード設定回路により前記第1スタンバイモードが設定されたとき、前記第1電源配線に第1電源電圧が供給され、前記第2電源配線に第2電源電圧が供給され、
前記モード設定回路により前記第2スタンバイモードが設定されたとき、前記第1電源配線に第3電源電圧が供給され、前記第2電源配線に第4電源電圧が供給され、
前記第3電源電圧は、前記第1電源電圧と前記第2電源電圧との間の電圧値を有し、
前記第2電源電圧は、前記第3電源電圧と前記第4電源電圧との間の電圧値を有する、半導体装置。 A memory cell array including a plurality of memory cells connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring; and a mode setting circuit for selectively setting the first standby mode and the second standby mode for the memory cell array, respectively. With
The memory cell has a first conductivity type first transistor having a source connected to the first power supply line, a drain connected to a first data node, and a gate connected to a second data node, and a source connected to the second power supply line. And a drain connected to the first data node, a gate connected to the second data node, a second conductivity type second transistor, a source connected to the first power line, and a drain connected to the second data node. A third transistor of a first conductivity type with a gate connected to the first data node, a source to the second power line, a drain to the second data node, and a gate to the first data node, respectively. A second transistor of the second conductivity type connected,
When the first standby mode is set by the mode setting circuit, a first power supply voltage is supplied to the first power supply wiring, and a second power supply voltage is supplied to the second power supply wiring,
When the second standby mode is set by the mode setting circuit, a third power supply voltage is supplied to the first power supply wiring, and a fourth power supply voltage is supplied to the second power supply wiring,
The third power supply voltage has a voltage value between the first power supply voltage and the second power supply voltage;
The semiconductor device, wherein the second power supply voltage has a voltage value between the third power supply voltage and the fourth power supply voltage.
前記モード設定回路により前記第2スタンバイモードが設定されたとき、前記第2トランジスタ、および前記第4トランジスタのそれぞれのバックゲートには前記第4電源電圧が供給されるとともに、前記第1トランジスタ、および前記第3トランジスタのそれぞれのバックゲートには前記第2電源電圧が供給される、請求項1記載の半導体装置。 When the first standby mode is set by the mode setting circuit, the fourth power supply voltage is supplied to the respective back gates of the second transistor and the fourth transistor, and the first transistor, The first power supply voltage is supplied to each back gate of the third transistor,
When the second standby mode is set by the mode setting circuit, the fourth power supply voltage is supplied to the respective back gates of the second transistor and the fourth transistor, and the first transistor, The semiconductor device according to claim 1, wherein the second power supply voltage is supplied to each back gate of the third transistor.
前記第3電源電圧は、前記第1電源電圧より低く且つ前記第2電源電圧より高く、
前記第4電源電圧は、前記第2電源電圧より低い、請求項2記載の半導体装置。 The first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type,
The third power supply voltage is lower than the first power supply voltage and higher than the second power supply voltage;
The semiconductor device according to claim 2, wherein the fourth power supply voltage is lower than the second power supply voltage.
前記モード設定回路は、前記メモリセルアレイを通常動作モードを設定したとき、前記第2電源配線に前記第4電源電圧が供給されるとともに、前記セル電源電圧制御回路から前記第1電源配線に前記第1電源電圧が供給される、請求項1記載の半導体装置。 A cell power supply voltage control circuit connected to the first power supply wiring;
The mode setting circuit supplies the fourth power supply voltage to the second power supply wiring when the memory cell array is set in a normal operation mode, and also supplies the first power supply wiring from the cell power supply voltage control circuit to the first power supply wiring. The semiconductor device according to claim 1, wherein one power supply voltage is supplied.
前記第1モニターセルは、
ソースが第3電源配線に、ドレインが第3データノードに、ゲートが第4データノードに、バックゲートが前記第3電源配線にそれぞれ接続された第1導電型の第5トランジスタと、
ソースが第4電源配線に、ドレインが前記第3データノードに、ゲートが前記第4データノードに、バックゲートには前記第4電源電圧より高い電圧が印加された第5電源配線がそれぞれ接続された第2導電型の第6トランジスタと、
ソースが前記第3電源配線に、ドレインが前記第4データノードに、ゲートが前記第3データノードに、バックゲートが前記第3電源配線にそれぞれ接続された第1導電型の第7トランジスタと、
ソースが前記第4電源配線に、ドレインが前記第4データノードに、ゲートが前記第3データノードに、バックゲートには前記第5電源配線がそれぞれ接続された第2導電型の第8トランジスタと、を有し、
前記第2モニターセルは、
ソースが第6電源配線に、ドレインが第5データノードに、ゲートが第6データノードに、バックゲートが前記第6電源配線にそれぞれ接続された第1導電型の第9トランジスタと、
ソースが第7電源配線に、ドレインが前記第5データノードに、ゲートが前記第6データノードに、バックゲートには第8電源配線がそれぞれ接続された第2導電型の第10トランジスタと、
ソースが前記第6電源配線に、ドレインが前記第6データノードに、ゲートが前記第5データノードに、バックゲートが前記第6電源配線にそれぞれ接続された第1導電型の第11トランジスタと、
ソースが前記第7電源配線に、ドレインが前記第6データノードに、ゲートが前記第5データノードに、バックゲートには前記第8電源配線がそれぞれ接続された第2導電型の第12トランジスタと、を有し、
前記第5電源配線には、前記第6トランジスタ、および第8のトランジスタのそれぞれソースに対するバックゲートが逆バイアスとなる電圧が印加され、
前記第7電源配線、および前記第8電源配線には同じ電圧が印加され、
前記モニター回路は、前記第4電源配線、および前記第6電源配線に接続されて、前記モード設定回路が前記第1スタンバイモード、および前記第2スタンバイモードのいずれを設定するかを特定するための信号を生成する回路をさらに備える、請求項1記載の半導体装置。 A first monitor cell; a second monitor cell; and a monitor circuit that generates a signal for instructing the mode setting circuit to set the first standby mode or the second standby mode. ,
The first monitor cell is
A fifth transistor of the first conductivity type having a source connected to the third power supply line, a drain connected to the third data node, a gate connected to the fourth data node, and a back gate connected to the third power supply line;
The source is connected to the fourth power supply line, the drain is connected to the third data node, the gate is connected to the fourth data node, and the back gate is connected to the fifth power supply line to which a voltage higher than the fourth power supply voltage is applied. A second transistor of the second conductivity type;
A first conductivity type seventh transistor having a source connected to the third power supply line, a drain connected to the fourth data node, a gate connected to the third data node, and a back gate connected to the third power supply line;
A second conductivity type eighth transistor having a source connected to the fourth power supply line, a drain connected to the fourth data node, a gate connected to the third data node, and a back gate connected to the fifth power supply line; Have
The second monitor cell is
A ninth transistor of the first conductivity type having a source connected to the sixth power supply line, a drain connected to the fifth data node, a gate connected to the sixth data node, and a back gate connected to the sixth power supply line;
A second conductivity type tenth transistor having a source connected to the seventh power supply line, a drain connected to the fifth data node, a gate connected to the sixth data node, and an eighth power supply line connected to the back gate;
An eleventh transistor of the first conductivity type having a source connected to the sixth power supply line, a drain connected to the sixth data node, a gate connected to the fifth data node, and a back gate connected to the sixth power supply line;
A twelfth conductivity type twelfth transistor having a source connected to the seventh power supply line, a drain connected to the sixth data node, a gate connected to the fifth data node, and a back gate connected to the eighth power supply line; Have
A voltage is applied to the fifth power supply wiring so that the back gate with respect to the source of each of the sixth transistor and the eighth transistor is reverse-biased,
The same voltage is applied to the seventh power supply wiring and the eighth power supply wiring,
The monitor circuit is connected to the fourth power supply wiring and the sixth power supply wiring, and specifies whether the mode setting circuit sets the first standby mode or the second standby mode. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a circuit that generates a signal.
第1スタンバイモードに設定された前記メモリセルを所定数有する第1モニタセルアレイ、および第2スタンバイモードに設定された前記メモリセルを前記所定数有する第2モニタセルアレイを備えるモニタ回路と、
前記メモリセルアレイのスタンバイモードを設定するスタンバイモード設定回路と、を備え、
前記メモリセルは、前記第1電源ノード、および第1データノードに、ソース、およびドレインが接続され、バックゲートノードにバックゲートが接続された第1導電型トランジスタを有し、
前記モニタ回路は、前記第1モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧と、前記第2モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧との比較結果に基づき、前記第1スタンバイモードおよび前記第2スタンバイモードのいずれか一方に対応したモニタ信号を出力し、
前記スタンバイモード設定回路は、前記モニタ信号に応答して、スタンバイモード選択信号を生成し、
前記メモリセルアレイは、前記スタンバイモード選択信号に応答して、前記第1スタンバイモード、および前記第2スタンバイモードのいずれか一方に設定される、半導体装置。 A memory cell array comprising a plurality of memory cells each having a first power supply node and a second power supply node;
A monitor circuit comprising: a first monitor cell array having a predetermined number of the memory cells set in the first standby mode; and a second monitor cell array having the predetermined number of the memory cells set in a second standby mode;
A standby mode setting circuit for setting a standby mode of the memory cell array,
The memory cell includes a first conductivity type transistor having a source and a drain connected to the first power supply node and the first data node, and a back gate connected to a back gate node,
The monitor circuit includes the first standby mode and the second standby based on a comparison result between the voltage of the second power supply node in the first monitor cell array and the voltage of the second power supply node in the second monitor cell array. Output a monitor signal corresponding to one of the modes,
The standby mode setting circuit generates a standby mode selection signal in response to the monitor signal,
The semiconductor device, wherein the memory cell array is set to one of the first standby mode and the second standby mode in response to the standby mode selection signal.
前記メモリセルアレイの前記メモリセルにおいて、前記第1電源ノードは前記セル電源電圧制御回路の出力と接続され、前記第2電源ノードは前記第2電源配線と接続され、前記バックゲートノードは前記第1電源配線と接続され、
前記メモリセルアレイが前記第1スタンバイモードに設定された場合、前記セル電源電圧制御回路は、前記スタンバイモード選択信号に応答して、前記第1導電型トランジスタに前記第1バイアス電圧のバックバイアスが印加されるように前記第1電源ノードの電圧を制御し、
前記メモリセルアレイが前記第2スタンバイモードに設定された場合、前記セル電源電圧制御回路は、前記スタンバイモード選択信号に応答して、前記第1電源ノードの電圧を前記第1電源配線の電圧と同一に制御する、請求項7記載の半導体装置。 A power supply voltage control circuit connected to the first power supply wiring, the second power supply wiring, and the first power supply wiring;
In the memory cell of the memory cell array, the first power supply node is connected to an output of the cell power supply voltage control circuit, the second power supply node is connected to the second power supply wiring, and the back gate node is connected to the first power supply line. Connected to the power supply wiring,
When the memory cell array is set to the first standby mode, the cell power supply voltage control circuit applies a back bias of the first bias voltage to the first conductivity type transistor in response to the standby mode selection signal. Controlling the voltage of the first power supply node to
When the memory cell array is set to the second standby mode, the cell power supply voltage control circuit makes the voltage of the first power supply node equal to the voltage of the first power supply line in response to the standby mode selection signal. 8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is controlled.
前記電圧制御信号に応答して、前記第2スタンバイモードにおける前記第1電源ノードと前記第2電源ノード間の電圧が、前記第1スタンバイモードにおける前記第1電源ノードと前記第2電源ノード間の電圧に対して前記第1バイアス電圧減少するように、前記第2電源配線の電圧が制御される、請求項8記載の半導体装置。 The standby mode setting circuit outputs a voltage control signal in response to the monitor signal,
In response to the voltage control signal, a voltage between the first power supply node and the second power supply node in the second standby mode is between the first power supply node and the second power supply node in the first standby mode. The semiconductor device according to claim 8, wherein a voltage of the second power supply wiring is controlled so that the first bias voltage decreases with respect to a voltage.
前記第2モニタセルアレイにおける前記各メモリセルの前記第1電源ノード、前記第2電源ノード、および前記バックゲートノードは、第4セル電源配線、第5セル電源配線、および第6セル電源配線と各々接続されている、請求項6記載の半導体装置。 In the monitor circuit, the first power supply node, the second power supply node, and the back gate node of each memory cell in the first monitor cell array include a first cell power supply line, a second cell power supply line, and a third cell power supply line. Each connected to the cell power wiring,
The first power supply node, the second power supply node, and the back gate node of each memory cell in the second monitor cell array are a fourth cell power supply wiring, a fifth cell power supply wiring, and a sixth cell power supply wiring, respectively. The semiconductor device according to claim 6, which is connected.
前記第1モニタセルアレイにおいて、前記第1導電型トランジスタにはアレイバイアス電圧のバックバイアスが印加され、
前記第2モニタセルアレイにおいて、前記第1導電型トランジスタにはバックバイアスが印加されない、請求項10記載の半導体装置。 The monitor circuit further includes a bias voltage generation circuit that generates an array bias voltage,
In the first monitor cell array, a back bias of an array bias voltage is applied to the first conductivity type transistor,
The semiconductor device according to claim 10, wherein no back bias is applied to the first conductivity type transistor in the second monitor cell array.
前記モニタ電圧供給回路は、前記第2セル電源配線に第1モニタ電圧を、前記第5セル電源配線に第2モニタ電圧を各々供給し、前記第2セル電源配線の電圧、および前記第5セル電源配線の電圧を、各々、第1測定出力、および第2測定出力として出力し、
前記比較器は、前記第1測定出力、および前記第2測定出力の比較結果を前記モニタ信号として出力する、請求項11記載の半導体装置。 The monitor circuit further includes a monitor voltage supply circuit and a comparator,
The monitor voltage supply circuit supplies a first monitor voltage to the second cell power supply line, a second monitor voltage to the fifth cell power supply line, and a voltage of the second cell power supply line. Output the voltage of the power supply wiring as the first measurement output and the second measurement output,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the comparator outputs a comparison result between the first measurement output and the second measurement output as the monitor signal.
前記モニタ電圧供給回路は、前記第2セル電源配線、および前記第5セル電源配線に第1モニタ電圧を供給し、前記第2セル電源配線の電圧、および前記第5セル電源配線の電圧を、各々、第1測定出力、および第2測定出力として出力し、
前記比較器は、前記第1測定出力、および前記第2測定出力の比較結果を前記モニタ信号として出力する、請求項11記載の半導体装置。 The monitor circuit further includes a monitor voltage supply circuit and a comparator,
The monitor voltage supply circuit supplies a first monitor voltage to the second cell power line and the fifth cell power line, and the voltage of the second cell power line and the voltage of the fifth cell power line are Output as the first measurement output and the second measurement output,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the comparator outputs a comparison result between the first measurement output and the second measurement output as the monitor signal.
前記第1リングオシレータの発振周波数は前記第1測定出力により制御され、
前記第2リングオシレータの発振周波数は前記第2測定出力により制御され、
前記第1カウンタは、前記第2セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の所定期間における前記第1リングオシレータの発振数をカウントし、
前記第2カウンタは、前記第5セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の前記所定期間における前記第2リングオシレータの発振数をカウントし、
前記比較回路は、前記第1カウンタおよび前記第2カウンタの各カウント値を比較し、その結果を前記モニタ信号として出力する、請求項13記載の半導体装置。 The comparator includes a first ring oscillator, a second ring oscillator, a first counter, a second counter, and a comparison circuit;
The oscillation frequency of the first ring oscillator is controlled by the first measurement output;
The oscillation frequency of the second ring oscillator is controlled by the second measurement output,
The first counter counts the number of oscillations of the first ring oscillator in a predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the second cell power supply line is cut off,
The second counter counts the number of oscillations of the second ring oscillator in the predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the fifth cell power supply line is cut off;
The semiconductor device according to claim 13, wherein the comparison circuit compares the count values of the first counter and the second counter and outputs the result as the monitor signal.
セレクタ選択信号が第1状態の場合、前記第1リングオシレータの発振周波数は、前記第1入力セレクタで選択された前記第1測定出力により制御され、前記第2リングオシレータの発振周波数は、前記第2入力セレクタで選択された前記第2測定出力により制御され、前記第1カウンタは、前記第2セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の所定期間における前記第1リングオシレータの発振数をカウントし、前記第2カウンタは、前記第5セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の前記所定期間における前記第2リングオシレータの発振数をカウントし、
前記セレクタ選択信号が第2状態の場合、前記第1リングオシレータの発振周波数は、前記第1入力セレクタで選択された前記第2測定出力により制御され、前記第2リングオシレータの発振周波数は、前記第2入力セレクタで選択された前記第1測定出力により制御され、前記第1カウンタは、前記第2セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の所定期間における前記第2リングオシレータの発振数をカウントし、前記第2カウンタは、前記第5セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の前記所定期間における前記第1リングオシレータの発振数をカウントし、
前記比較回路は、前記セレクタ選択信号が第1状態と第2状態にある場合の前記第1カウンタの累積値、および前記第2カウンタの累積カウント値を比較し、その結果を前記モニタ信号として出力する、請求項14記載の半導体装置。 The comparator includes a first ring oscillator, a second ring oscillator, a first input selector, a second input selector, a first counter, a second counter, and a comparison circuit,
When the selector selection signal is in the first state, the oscillation frequency of the first ring oscillator is controlled by the first measurement output selected by the first input selector, and the oscillation frequency of the second ring oscillator is Controlled by the second measurement output selected by the two-input selector, the first counter oscillates the first ring oscillator during a predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the second cell power supply line is cut off. And the second counter counts the number of oscillations of the second ring oscillator in the predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the fifth cell power supply line is cut off.
When the selector selection signal is in the second state, the oscillation frequency of the first ring oscillator is controlled by the second measurement output selected by the first input selector, and the oscillation frequency of the second ring oscillator is The first counter is controlled by the first measurement output selected by the second input selector, and the first counter is controlled by the second ring oscillator in a predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the second cell power supply line is cut off. Counting the number of oscillations, the second counter counts the number of oscillations of the first ring oscillator in the predetermined period after the supply of the first monitor voltage to the fifth cell power supply line is cut off,
The comparison circuit compares the accumulated value of the first counter and the accumulated count value of the second counter when the selector selection signal is in the first state and the second state, and outputs the result as the monitor signal The semiconductor device according to claim 14.
セレクタ信号が第1状態の場合、前記リングオシレータの発振数は前記第1測定出力により制御され、前記第1カウンタは、前記第2セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の所定期間における前記リングオシレータの発振数をカウントし、
前記セレクタ信号が第2状態の場合、前記リングオシレータの発振数は前記第2測定出力により制御され、前記第2カウンタは、前記第5セル電源配線への前記第1モニタ電圧の供給遮断後の前記所定期間における前記リングオシレータの発振周波数をカウントし、
前記比較回路は、前記第1カウンタおよび前記第2カウンタの各カウント値を比較し、その結果を前記モニタ信号として出力する、請求項14記載の半導体装置。 The comparator includes a ring oscillator, an input selector, a first counter, a second counter, and a comparison circuit,
When the selector signal is in the first state, the number of oscillations of the ring oscillator is controlled by the first measurement output, and the first counter is predetermined after the supply of the first monitor voltage to the second cell power supply line is cut off. Count the number of oscillations of the ring oscillator in the period,
When the selector signal is in the second state, the number of oscillations of the ring oscillator is controlled by the second measurement output, and the second counter is provided after the supply of the first monitor voltage to the fifth cell power supply line is cut off. Count the oscillation frequency of the ring oscillator in the predetermined period,
The semiconductor device according to claim 14, wherein the comparison circuit compares the count values of the first counter and the second counter and outputs the result as the monitor signal.
前記メモリセルを所定数有するモニタセルアレイを備えるモニタ回路と、
前記メモリセルアレイのスタンバイモードを設定するスタンバイモード設定回路と、を備え、
前記メモリセルは、前記第1電源ノード、および第1データノードに、ソース、およびドレインが接続され、バックゲートノードにバックゲートが接続された第1導電型トランジスタを有し、
前記モニタ回路は、第1スタンバイモードに設定された前記モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧と、第2スタンバイモードに設定された前記モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧との比較結果に基づき、前記第1スタンバイモードおよび前記第2スタンバイモードのいずれか一方に対応したモニタ信号を出力し、
前記スタンバイモード設定回路は、前記モニタ信号に応答して、スタンバイモード選択信号を生成し、
前記メモリセルアレイは、前記スタンバイモード選択信号に応答して、前記第1スタンバイモードおよび前記第2スタンバイモードのいずれか一方に設定される、半導体装置。 A memory cell array comprising a plurality of memory cells each having a first power supply node and a second power supply node;
A monitor circuit comprising a monitor cell array having a predetermined number of the memory cells;
A standby mode setting circuit for setting a standby mode of the memory cell array,
The memory cell includes a first conductivity type transistor having a source and a drain connected to the first power supply node and the first data node, and a back gate connected to a back gate node,
The monitor circuit compares the voltage of the second power supply node in the monitor cell array set to the first standby mode with the voltage of the second power supply node in the monitor cell array set to the second standby mode. And outputting a monitor signal corresponding to one of the first standby mode and the second standby mode,
The standby mode setting circuit generates a standby mode selection signal in response to the monitor signal,
The semiconductor memory device, wherein the memory cell array is set to one of the first standby mode and the second standby mode in response to the standby mode selection signal.
前記セレクタは、セレクタ選択信号が第1状態、および第2状態の場合、第1電源電圧、および前記アレイバイアス電圧を各々出力し、
前記第1電源ノードには前記アレイバイアス電圧が印加され、
前記セレクタ選択信号が前記第1状態の場合、前記モニタセルアレイは、前記バックゲートノードに前記第1電源電圧が印加された前記第1スタンバイモードに設定され、
前記セレクタ選択信号が前記第2状態の場合、前記モニタセルアレイは、前記バックゲートノードに前記アレイバイアス電圧が印加された前記第2スタンバイモードに設定される、請求項18記載の半導体装置。 The monitor circuit further includes a bias voltage generation circuit that generates an array bias voltage, and a selector,
The selector outputs a first power supply voltage and the array bias voltage when the selector selection signal is in the first state and the second state,
The array bias voltage is applied to the first power supply node,
When the selector selection signal is in the first state, the monitor cell array is set to the first standby mode in which the first power supply voltage is applied to the back gate node;
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein when the selector selection signal is in the second state, the monitor cell array is set in the second standby mode in which the array bias voltage is applied to the back gate node.
前記第1モニタロジックアレイにおける前記ロジック回路の高位側電源配線は、前記第1モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードと接続され、
前記第2モニタロジックアレイにおける前記ロジック回路の高位側電源配線は、前記第2モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードと接続され、
前記第1モニタセルアレイにおける前記第1電源ノード、および前記第1モニタロジックアレイにおける前記ロジック回路の低位側電源配線には第1電源電圧が印加され、
前記第2モニタセルアレイにおける前記第1電源ノード、および前記第2モニタロジックアレイにおける前記ロジック回路の低位側電源配線には、前記アレイバイアス電圧が印加され、
前記モニタ回路は、前記第1モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧と、前記第2モニタセルアレイにおける前記第2電源ノードの電圧との比較結果に基づき、前記第1スタンバイモードおよび前記第2スタンバイモードのいずれか一方に対応したモニタ信号を出力し、
前記スタンバイモード設定回路は、前記モニタ信号に応答して、スタンバイモード選択信号を生成し、
前記メモリセルアレイは、前記スタンバイモード選択信号に応答して、前記第1スタンバイモードおよび前記第2スタンバイモードのいずれか一方に設定される、請求項6記載の半導体装置。 The monitor circuit further includes a first monitor logic array having a predetermined number of logic circuits, a second monitor logic array having a predetermined number of logic circuits, and a bias voltage generation circuit for generating an array bias voltage,
A high-order power supply wiring of the logic circuit in the first monitor logic array is connected to the second power supply node in the first monitor cell array;
A higher power supply wiring of the logic circuit in the second monitor logic array is connected to the second power supply node in the second monitor cell array;
A first power supply voltage is applied to the first power supply node in the first monitor cell array and the lower power supply wiring of the logic circuit in the first monitor logic array,
The array bias voltage is applied to the first power supply node in the second monitor cell array and the lower power supply wiring of the logic circuit in the second monitor logic array,
The monitor circuit includes the first standby mode and the second standby based on a comparison result between the voltage of the second power supply node in the first monitor cell array and the voltage of the second power supply node in the second monitor cell array. Output a monitor signal corresponding to one of the modes,
The standby mode setting circuit generates a standby mode selection signal in response to the monitor signal,
The semiconductor device according to claim 6, wherein the memory cell array is set to one of the first standby mode and the second standby mode in response to the standby mode selection signal.
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