JP2820006B2 - スタンバイ電流が小さな半導体集積回路 - Google Patents
スタンバイ電流が小さな半導体集積回路Info
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Description
形成され論理演算を行なう論理ゲート回路を含む半導体
集積回路に関する。
導体集積回路に用いられるMOS型電界効果トランジス
タの素子寸法も極めて微細化されてきている。それとと
もに回路速度性能も向上してきているが、一方で様々な
信頼性上の問題が生じている。例えば、ホットキャリヤ
効果によるトランジスタの劣化現象やTDDBによるゲ
ート絶縁膜の破壊等がある。また、半導体集積回路の集
積度の向上によって消費電力の増大も無視できない問題
となっている。
ゲート長が0.5μm以下となる半導体集積回路におい
ては、一般に電源電圧を下げる対策がとられている。さ
らに将来的には、MOS型電界効果トランジスタの微細
化とともに、より一層電源電圧を低電圧化することが避
けられない。
値電圧を変えずに、電源電圧を低電圧化すると、半導体
集積回路の動作速度が低下してしまうという問題があ
る。この原因はMOS型電界効果トランジスタのドレイ
ン電流が概ね下記の式(1)に従うというトランジスタ
動作上の物理現象に起因している。
電圧)}のα乗 ・・ (1) (ただし、αは約2である)上記の式(1)から分かる
ように、閾値電圧を一定として、電源電圧を下げていく
と、印加可能なゲート電圧と閾値電圧の差が小さくな
り、トランジスタの駆動電流がとれなくなってしまうの
である。
集積回路において、電源電圧を下げたとき動作速度を下
げないためには、MOS型電界効果トランジスタの閾値
電圧を小さくすることである。しかし、従来のMOS型
電界効果トランジスタを用いた半導体集積回路において
閾値電圧を小さくすると、図5に示すように電源側から
接地側に貫通するスタンバイ電流が著しく大きくなると
いう問題があった。この原因は、MOS型電界効果トラ
ンジスタのサブスレッショルドリーク電流の成分が無視
できなくなるためである。この制約のため、通常の半導
体集積回路では閾値電圧の絶対値を、例えば0.4V以
下に下げることは非常に困難であるという問題がある。
MOS型電界効果トランジスタを駆動できるとともに、
スタンバイ電流を低く押えることができる半導体集積回
路を提供することを目的とする。
は、クロック信号に同期して与えられるデータを保持す
るデータ保持回路と、MOSトランジスタから形成され
論理演算を行なう論理ゲート回路と、前記データ保持回
路と前記論理ゲート回路とに電源を供給する電源供給ラ
インと、制御信号に基づき前記論理ゲート回路への前記
電源供給ラインからの電源の供給または停止を行なうス
イッチング回路とを有し、前記制御信号に基づき前記ス
イッチング回路は、休止状態に遷移する時は、前記デー
タ保持回路がデータを保持した後に、前記データ保持回
路へのデータ読み込みクロック信号が停止し保持状態に
なって所定時間後、前記論理ゲート回路への電源供給を
停止し、動作状態に遷移する時は、前記論理ゲート回路
への電源供給を開始して所定時間後、クロック信号が供
給されて前記データ保持回路からデータを出力すること
により、休止状態の前記論理ゲート回路のサブスレッシ
ョルドリーク電流を抑える。
トランジスタであり、前記制御信号は前記論理ゲート回
路を活性にさせる場合にはMOS型電界効果トランジス
タを導通状態にさせ、不活性にさせる場合にはMOS型
電界効果トランジスタを非導通状態にさせるのが好まし
い。また、MOS型電界効果トランジスタの代わりにバ
イポーラトランジスタを用いてもよい。
ッチング回路を非導通状態にする。非導通状態にされた
スイッチング回路は、不活性な論理ゲート回路を介して
電源からスタンバイ電流が流れることを防止する。
て説明する。図1は本発明の半導体装置の第1の実施例
を示すブロック図、図2は図1の実施例における論理ゲ
ート回路を詳細に示す回路図、図3は図1の実施例の動
作を説明するためのタイミングチャートである。半導体
集積回路は一般に非同期の論理ゲート回路とデータ保持
を行なうフリップフロップとからなっているように、本
実施例においても半導体集積回路は、クロック信号CK
に同期して与えられるデータを保持するフリップフロッ
プ11,12(以降、FF11,12と記す)と、カッ
トオフ信号CFに制御される論理ゲート回路21,22
とから構成されている。
に示されるように、入力信号を受けるナンドゲートN1
と、ナンドゲートN1の出力を入力するナンドゲートN
2と、ナンドゲートN1,N2の両者に対する共通の電
源供給ラインに挿入され、カトオッフ信号CFにより電
源供給ラインを遮断または接続する電源電流遮断素子Q
1(Nチャネル型MOSトランジスタ)とから構成され
ている。なお、ナンドゲートN1,N2を構成するMO
Sトランジスタの閾値電圧は0.25Vに、電源電流遮
断素子Q1の閾値電圧は0.7Vにそれぞれ設定されて
いる。電源電流遮断素子Q1が電源供給ラインに挿入さ
れているために、ナンドゲートN1,N2を構成するM
OSトランジスタの閾値電圧が0.25Vに下げられて
もスタンバイ電流は極めて小さく抑制される(図5にお
ける比較を参照のこと)。
照して説明する。まず、半導体集積回路が休止している
期間(時刻t1〜t2)、すなわちデータがFF11,1
2に保持されているのみで、論理ゲート回路21,22
が不活性であるとき、電源電流遮断素子Q1はカットオ
フ信号CFにより非導通状態にされている。非導通状態
の電源電流遮断素子Q1により、論理ゲート回路21,
22のスタンバイ電流は非常に小さい量に押えられてい
る。
トオフ信号CFにより導通状態にされ、半導体集積回路
が活性状態にされると、所定時間後の時刻t3にクロッ
ク信号CKがFF11,12に供給され、FF11,1
2が動作を開始する。また、時刻t4に半導体集積回路
の動作が終了し、データがFF11,12に保持される
と、時刻t5に電源電流遮断素子Q1はカットオフ信号
CFにより再び非導通状態にされ、スタンバイ電流を抑
制する。
性状態となった後、データ信号がFF11,12から出
力され論理演算が進行する。しかし、半導体集積回路が
休止状態に遷移するときは、まずクロック信号に同期し
てFF11,12がデータ保持状態となり、次に電源電
流遮断素子Q1の作用により論理ゲート回路21,22
の電源電流がカットオフされる。
になると、電源端子の片側にのみ接続されている場合で
も、内部電位が不安定になり保持していたデータを喪失
してしまう。しかし、本実施例によれば上述の動作によ
り、電源電流を遮断しても全てのデータはFF11,1
2に保持されており、扱っているデータが失われるとい
うことはない。また、本実施例においては図2で示され
るように、2つの論理ゲート回路21,22の組に対し
1つの電源電流遮断素子Q1が割り当てられているが、
各論理ゲート回路21,22にそれぞれ1つずつの電源
電流遮断素子を割り当ててもよい。
参照して説明する。本実施例においては、図1ないし図
3によって示された第1の実施例の電源電流遮断素子Q
1であるNチャネル型MOSトランジスタの代わりにN
PNバイポーラトランジスタQ2を用いている。この場
合、カットオフ信号CFは0V(トランジスタQ2は非
導通状態)または1.2V(トランジスタQ2は導通状
態で論理ゲート回路21,22は活性状態にされる)に
設定される。バイポーラトランジスタQ2の導通抵抗は
MOSトランジスタの導通抵抗よりも低くできるので、
バイポーラトランジスタQ2を電源電流遮断素子として
電源供給ラインに挿入したとしても、論理ゲート回路の
動作に与える影響は、第1の実施例よりは少なくするこ
とができるという利点がある。
積回路の内部構造を論理回路部分とデータ保持回路部分
とに区分し、論理回路部分は閾値電圧の低いMOSトラ
ンジスタで構成するとともに、論理回路部分への電源供
給ラインに電源電流遮断素子を挿入し、データ保持回路
部分がデータを安定に保持しているときにのみ、電源電
流遮断素子により論理回路部分への電源の供給を遮断す
ることにより、回路の動作は高速であり、かつスタンバ
イ電流を極めて低く押えることができる半導体集積回路
を実現できるという効果がある。
ック図である。
図である。
グチャートである。
ック図である。
説明するグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 クロック信号に同期して与えられるデー
タを保持するデータ保持回路と、MOSトランジスタか
ら形成され論理演算を行なう論理ゲート回路と、前記デ
ータ保持回路と前記論理ゲート回路とに電源を供給する
電源供給ラインと、制御信号に基づき前記論理ゲート回
路への前記電源供給ラインからの電源の供給または停止
を行なうスイッチング回路とを有し、 前記制御信号に基づき前記スイッチング回路は、休止状
態に遷移する時は、前記データ保持回路がデータを保持
した後に、前記データ保持回路へのデータ読み込みクロ
ック信号が停止し保持状態になって所定時間後、前記論
理ゲート回路への電源供給を停止し、 動作状態に遷移する時は、前記論理ゲート回路への電源
供給を開始して所定時間後、クロック信号が供給されて
前記データ保持回路からデータを出力することにより、
休止状態の前記論理ゲート回路のサブスレッショルドリ
ーク電流を抑える 半導体集積回路。 - 【請求項2】 前記スイッチング回路はMOS型電界効
果トランジスタであり、前記制御信号は前記論理ゲート
回路を活性にさせる場合にMOS型電界効果トランジス
タを導通状態にさせ、不活性にさせる場合にMOS型電
界効果トランジスタを非導通状態にさせる請求項1記載
の半導体集積回路。 - 【請求項3】 前記スイッチング回路はバイポーラトラ
ンジスタであり、前記制御信号は前記論理ゲート回路を
活性にさせる場合にバイポーラトランジスタを導通状態
にさせ、不活性にさせる場合にバイポーラトランジスタ
を非導通状態にさせる請求項1記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5274134A JP2820006B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | スタンバイ電流が小さな半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5274134A JP2820006B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | スタンバイ電流が小さな半導体集積回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07131323A JPH07131323A (ja) | 1995-05-19 |
JP2820006B2 true JP2820006B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=17537499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5274134A Expired - Lifetime JP2820006B2 (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | スタンバイ電流が小さな半導体集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2820006B2 (ja) |
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US7705625B2 (en) * | 2005-07-08 | 2010-04-27 | Zmos Technology, Inc. | Source transistor configurations and control methods |
JP4535057B2 (ja) * | 2006-11-10 | 2010-09-01 | ソニー株式会社 | 論理処理回路、半導体デバイス及び論理処理装置 |
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JPH05110392A (ja) * | 1991-10-16 | 1993-04-30 | Hitachi Ltd | 状態保持回路を具備する集積回路 |
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-
1993
- 1993-11-02 JP JP5274134A patent/JP2820006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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JPH07131323A (ja) | 1995-05-19 |
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