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JP2007110254A - Integrated circuit - Google Patents

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JP2007110254A
JP2007110254A JP2005296823A JP2005296823A JP2007110254A JP 2007110254 A JP2007110254 A JP 2007110254A JP 2005296823 A JP2005296823 A JP 2005296823A JP 2005296823 A JP2005296823 A JP 2005296823A JP 2007110254 A JP2007110254 A JP 2007110254A
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circuit
voltage
type mosfet
control signal
substrate
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Withdrawn
Application number
JP2005296823A
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Inventor
Kazuhiro Nagasawa
和広 長澤
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated circuit with a simple configuration that increases the operating speed of an operation section and reduces the power consumption by controlling a substrate voltage. <P>SOLUTION: The integrated circuit is provided with a plurality of logic circuit groups each comprising multi-stage connection of switch circuits, and at least one of the logic circuit groups is configured so as to control part or all substrate voltages of the other switch circuits by using the control signal of a particular switch circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、集積回路に関し、特に、集積回路における動作部の動作速度の向上及び低消費電力化を図る技術に関する。   The present invention relates to an integrated circuit, and more particularly to a technique for improving the operation speed and reducing power consumption of an operation unit in an integrated circuit.

従来から、集積回路(LSI)の高速動作或いは低消費電力化のための手法としてLSIの基板電圧制御技術がある。この基板電圧制御技術は、下記の集積回路の性質を利用したものであり、これにより低消費電力化、及び、動作速度の高速化が実現されている。集積回路の性質としては、トランジスタレベルで集積回路を見たときに、nチャネルMOSトランジスタ(N型MOSFET)及びpチャネルMOSトランジスタ(P型MOSFET)のオン状態時に、夫々のゲート電圧と同じ電圧を基板にも印加すると、ソース/ドレイン間が導通する際に閾値電圧が下がり電流が増加する性質がある。逆に、N型MOSFET及びP型MOSFETのオフ状態時に、夫々のゲート電圧と同じ電圧を基板にも印加するとソース/ドレイン間の閾値電圧が上がり電流が減少する性質がある。   Conventionally, there is a substrate voltage control technique for LSI as a technique for high-speed operation or low power consumption of an integrated circuit (LSI). This substrate voltage control technology utilizes the following characteristics of the integrated circuit, thereby realizing low power consumption and high operating speed. As an integrated circuit property, when the integrated circuit is viewed at the transistor level, when the n-channel MOS transistor (N-type MOSFET) and the p-channel MOS transistor (P-type MOSFET) are in the ON state, the same voltage as each gate voltage is applied. When applied also to the substrate, the threshold voltage decreases and the current increases when the source / drain is conducting. Conversely, when the N-type MOSFET and the P-type MOSFET are in the off state, if the same voltage as the gate voltage is applied to the substrate, the threshold voltage between the source and drain is increased and the current is reduced.

図5に、N型MOSFETの基板に関する従来の接続方法の一例を示す。ここで、電圧Vgはトランジスタのゲートに印加される電圧、電圧Vdはトランジスタのドレインに印加される電圧、電圧Vbは基板に印加される電圧を示している。尚、トランジスタのソースは接地されている。   FIG. 5 shows an example of a conventional connection method for an N-type MOSFET substrate. Here, the voltage Vg is a voltage applied to the gate of the transistor, the voltage Vd is a voltage applied to the drain of the transistor, and the voltage Vb is a voltage applied to the substrate. Note that the source of the transistor is grounded.

図5(a)は、従来の一般的な接続方法を示しており、N型MOSFETの基板電圧Vbが接地されている。この場合、基板電圧Vbが接地レベル(0V)に固定されているので、ゲート電圧Vgにハイレベル(Hレベル、電源電圧レベル)の電圧(たとえば+5V)が印加されると、トランジスタのソース/ドレイン間がオン状態となる。また、このような接続方法では、トランジスタの閾値電圧はプロセス固有の値となり、製造のばらつき等を無視すれば固定値と考えることができる。   FIG. 5A shows a conventional general connection method, in which the substrate voltage Vb of the N-type MOSFET is grounded. In this case, since the substrate voltage Vb is fixed at the ground level (0 V), when a high level (H level, power supply voltage level) voltage (for example, +5 V) is applied to the gate voltage Vg, the source / drain of the transistor The interval is turned on. Further, in such a connection method, the threshold voltage of the transistor is a value unique to the process, and can be considered as a fixed value if manufacturing variations are ignored.

一方、図5(b)は、基板電圧Vbをゲート電圧Vgで制御する接続方法を示している。この接続方法では、N型MOSFETのゲート電圧Vgに印加する電圧と同電位を基板に対しても印加する(Vb=Vg)。ゲート電圧VgにHレベルが印加されることにより、トランジスタのソース/ドレイン間がオン状態となることに変わりはないが、基板にもHレベルが印加されているため、閾値電圧を大幅に低くすることができる。そのため同じ電圧印加状態であっても、閾値電圧低下による電流の増加が見込まれ、高速動作、或いは低電圧での動作が可能となる。また、N型MOSFETのゲート電圧VgがLレベルのとき、つまりトランジスタのオフ状態を考えると、図5(b)の場合は基板にもLレベルが印加される。このとき閾値電圧は大きくなり、オフ状態のソース/ドレイン間のサブスレッショルド電流が低減できる。   On the other hand, FIG. 5B shows a connection method in which the substrate voltage Vb is controlled by the gate voltage Vg. In this connection method, the same potential as the voltage applied to the gate voltage Vg of the N-type MOSFET is also applied to the substrate (Vb = Vg). Although the H level is applied to the gate voltage Vg, the source / drain between the transistors is turned on, but the threshold voltage is significantly lowered because the H level is also applied to the substrate. be able to. Therefore, even in the same voltage application state, an increase in current due to a decrease in threshold voltage is expected, and high-speed operation or operation at a low voltage is possible. When the gate voltage Vg of the N-type MOSFET is at L level, that is, considering the off state of the transistor, the L level is also applied to the substrate in the case of FIG. 5B. At this time, the threshold voltage increases, and the subthreshold current between the source and drain in the off state can be reduced.

図6に、P型MOSFETの基板に関する従来の接続方法の一例を示す。電圧Vgはトランジスタのゲートに印加される電圧、電圧Vdはトランジスタのドレインに印加される電圧、電圧Vbは基板に印加される電圧を示している。尚、トランジスタのソースは電源電圧に接続されている。ここで、図6(a)は、基板電圧Vbを電源電圧(Vcc)に固定した場合であり、図6(b)は基板電圧Vbをゲート電圧Vgで制御する場合を示している。図6(b)の場合、図5に示したN型MOSFETとは、基板に印加する電圧(Vb)が異なるが、N型MOSFETと同様に、基板に印加する電圧とともに閾値電圧を変化させることができるので、集積回路の高速動作及び低消費電力化が可能となる。   FIG. 6 shows an example of a conventional connection method relating to a substrate of a P-type MOSFET. The voltage Vg is a voltage applied to the gate of the transistor, the voltage Vd is a voltage applied to the drain of the transistor, and the voltage Vb is a voltage applied to the substrate. Note that the source of the transistor is connected to the power supply voltage. Here, FIG. 6A shows a case where the substrate voltage Vb is fixed to the power supply voltage (Vcc), and FIG. 6B shows a case where the substrate voltage Vb is controlled by the gate voltage Vg. In the case of FIG. 6B, although the voltage (Vb) applied to the substrate is different from the N-type MOSFET shown in FIG. 5, the threshold voltage is changed together with the voltage applied to the substrate, as in the N-type MOSFET. Therefore, it is possible to operate the integrated circuit at high speed and reduce power consumption.

また、基板電圧制御技術に関する技術としては、基板に印加する電圧Vbを制御するための専用の回路(基板電位制御回路,基板電位変換回路)を設けて、サブスレッショルドリーク電流を抑え、高速動作と低消費電力化を実現した半導体集積回路装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, as a technology related to the substrate voltage control technology, a dedicated circuit (substrate potential control circuit, substrate potential conversion circuit) for controlling the voltage Vb applied to the substrate is provided to suppress the subthreshold leakage current, A semiconductor integrated circuit device realizing low power consumption has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、他の基板電圧制御技術に関する技術としては、基板上の主回路を、PMOS基板バイアススイッチ及びNMOS基板バイアススイッチを用いて複数の基板電圧制御ブロックに分割し、そのブロック単位で基板バイアスを独立して制御して低消費電力化を測る半導体集積回路装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   As another substrate voltage control technology, the main circuit on the substrate is divided into a plurality of substrate voltage control blocks using a PMOS substrate bias switch and an NMOS substrate bias switch, and the substrate bias is independent for each block. Thus, there has been proposed a semiconductor integrated circuit device that controls and reduces power consumption (see, for example, Patent Document 2).

特開2000−339047号公報JP 2000-339047 A 特開平10−190444号公報JP-A-10-190444

一般的に、集積回路は、機能毎に多数の回路ブロックに分けることができ、同時に全てのブロックが動作していることは少ない。集積回路を非常に小さなブロック単位で考えると、通常動作時において実際に動作しているブロック(以下の活性部、選択部と等価)は一部のブロックであり、他の多くのブロックは非動作状態(以下の非活性、非選択と等価)になっている場合が多い。   In general, an integrated circuit can be divided into a large number of circuit blocks for each function, and it is rare that all the blocks are operating at the same time. When an integrated circuit is considered in units of very small blocks, the blocks that are actually operating during normal operation (equivalent to the following active part and selection part) are some blocks, and many other blocks are not operating. It is often in a state (equivalent to the following inactive, non-selected).

また、最近の集積回路の大規模化に従い、回路中の動作部及び非動作部の分割が、非常に細かい単位になってきている。更に、近年のような低動作電圧、低閾値電圧のトランジスタで構成される回路では、低消費電力化のためには非動作状態であってもトランジスタオフ時に流れるサブスレッショルド電流が問題となる。今後、電源電圧の低電圧化に伴う低閾値化が進めば、回路全体に流れる電流のうち、サブスレッショルド電流の占める割合は益々顕著となる。   In addition, with the recent increase in the scale of integrated circuits, the division of the operating part and the non-operating part in the circuit has become very fine units. Further, in a circuit composed of transistors having a low operating voltage and a low threshold voltage as in recent years, a subthreshold current that flows when the transistor is turned off becomes a problem in order to reduce power consumption even when the transistor is off. In the future, if the threshold value is lowered along with the lowering of the power supply voltage, the proportion of the subthreshold current in the current flowing through the entire circuit becomes more prominent.

一方、回路を細かい単位で考えると、回路中の同時に動作する動作部は少ないことが予め分かっているので、回路設計者が設計時に細かく指定をすれば、高速動作や低消費電力化が可能である。しかしながら、設計者が回路の動作部や非動作部を設計時に各々指定することは、現在の集積回路の規模からいって設計の工数が大幅に増えるため、基板電圧制御単位の分割方法自体が問題となる。   On the other hand, when considering the circuit in fine units, it is known in advance that there are few operating parts that operate simultaneously in the circuit, so if the circuit designer makes detailed specifications during design, high-speed operation and low power consumption are possible. is there. However, if the designer designates the operating part or non-operating part of the circuit at the time of designing, the number of man-hours for designing greatly increases due to the scale of the current integrated circuit, so the division method of the substrate voltage control unit itself is a problem. It becomes.

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で基板電圧を制御することにより、動作部の動作速度の向上及び低消費電力化を図ることが可能な集積回路を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an integrated circuit capable of improving the operation speed and reducing the power consumption of the operation unit by controlling the substrate voltage with a simple configuration. The point is to provide a circuit.

上記目的を達成するための本発明に係る集積回路は、スイッチ回路を多段接続してなる論理回路群を複数備えてなる集積回路であって、前記論理回路群の少なくとも1つが、前記スイッチ回路の内の特定のスイッチ回路に入力する制御信号を用いて同じ前記論理回路群内に存在する前記スイッチ回路を構成するMOSFETの一部または全部の基板電圧を制御するように構成されていることを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, an integrated circuit according to the present invention is an integrated circuit including a plurality of logic circuit groups in which switch circuits are connected in multiple stages, and at least one of the logic circuit groups includes the switch circuit. The control circuit is configured to control a substrate voltage of a part or all of the MOSFETs constituting the switch circuit existing in the same logic circuit group by using a control signal input to a specific switch circuit in the first switch circuit. One feature.

上記特徴の本発明に係る集積回路は、前記特定のスイッチ回路は、前記論理回路群の出力側の最終段の前記スイッチ回路であることを第2の特徴とする。   The integrated circuit according to the present invention having the above characteristics is characterized in that the specific switch circuit is the switch circuit at the final stage on the output side of the logic circuit group.

前記スイッチ回路が、P型MOSFET及びN型MOSFETを並列に接続したCMOS型スイッチ回路であることを第3の特徴とする。   A third feature is that the switch circuit is a CMOS switch circuit in which a P-type MOSFET and an N-type MOSFET are connected in parallel.

上記特徴の本発明に係る集積回路は、前記特定のスイッチ回路の前記P型MOSFETのゲートに入力する制御信号で、前記P型MOSFETの基板電圧を制御し、前記特定のスイッチ回路の前記N型MOSFETのゲートに入力する制御信号で、前記N型MOSFETの基板電圧を制御することを第4の特徴とする。   In the integrated circuit according to the present invention having the above characteristics, the substrate voltage of the P-type MOSFET is controlled by a control signal input to the gate of the P-type MOSFET of the specific switch circuit, and the N-type of the specific switch circuit A fourth feature is that the substrate voltage of the N-type MOSFET is controlled by a control signal input to the gate of the MOSFET.

上記第3の特徴の本発明に係る集積回路は、前記特定のスイッチ回路の前記P型MOSFETのゲートに入力する制御信号と同極性の信号で、前記P型MOSFETの基板電圧を制御し、前記特定のスイッチ回路の前記N型MOSFETのゲートに入力する制御信号と同極性の信号で、前記N型MOSFETの基板電圧を制御することを第5の特徴とする。   The integrated circuit according to the third aspect of the present invention controls the substrate voltage of the P-type MOSFET with a signal having the same polarity as the control signal input to the gate of the P-type MOSFET of the specific switch circuit, A fifth feature is that the substrate voltage of the N-type MOSFET is controlled by a signal having the same polarity as the control signal input to the gate of the N-type MOSFET of a specific switch circuit.

上記特徴の本発明によれば、論理回路群の少なくとも1つが、特定のスイッチ回路の制御信号を用いて他のスイッチ回路の一部または全部の基板電圧を制御する基板電圧制御信号とするように構成されているため、回路の動作部及び非動作部の分割を容易に行うことができ、基板電圧(スイッチ回路の基板電圧)を制御する制御単位を容易に画定することができる。また、前記簡易な構成で集積回路の動作時における動作速度の向上、及び、低消費電力化及び低電圧動作時の動作余裕の向上を図ることができる。   According to the present invention having the above characteristics, at least one of the logic circuit groups may be a substrate voltage control signal for controlling a substrate voltage of a part or all of other switch circuits using a control signal of a specific switch circuit. Since it is configured, the operation part and the non-operation part of the circuit can be easily divided, and a control unit for controlling the substrate voltage (substrate voltage of the switch circuit) can be easily defined. In addition, with the simple configuration, it is possible to improve the operation speed during the operation of the integrated circuit, and to reduce the power consumption and the operation margin during the low voltage operation.

尚、一般に、基板上には基本要素となる多数の回路素子が形成されており、これらの回路素子をいくつか組合せて接続することにより1つの論理回路群が実現される。本発明では、特にその論理回路群を多段のスイッチ回路によって構成する。ここで、多段のスイッチ回路により構成可能な論理回路群とは、例えば、組み合わせ回路、加算回路、選択回路等が挙げられる。   In general, a large number of circuit elements serving as basic elements are formed on a substrate, and one logic circuit group is realized by connecting some of these circuit elements in combination. In the present invention, the logic circuit group is constituted by a multistage switch circuit. Here, examples of the logic circuit group that can be configured by a multi-stage switch circuit include a combinational circuit, an addition circuit, and a selection circuit.

このように構成された集積回路は、論理回路群を構成する多段スイッチ回路の出力側の最終段のスイッチ切り替え信号等の特定のスイッチ回路の制御信号を用いて基板電圧を制御するため、基板電圧を制御するための特別な追加回路を必要としない。更に、動作が不要な多段接続されたスイッチ回路の出力側から見て下流側の信号経路の閾値電圧を上昇させることができ、低消費電力化を図ることができる。   The integrated circuit configured in this manner controls the substrate voltage using a control signal of a specific switch circuit such as a switch switching signal at the final stage on the output side of the multi-stage switch circuit constituting the logic circuit group. There is no need for a special additional circuit for controlling. Furthermore, the threshold voltage of the signal path on the downstream side as viewed from the output side of the multi-stage connected switch circuits that do not require operation can be increased, and the power consumption can be reduced.

以下、本発明に係る集積回路(以下、適宜「本発明回路」と称する)の実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an integrated circuit according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention circuit” where appropriate) will be described below with reference to the drawings.

〈第1実施形態〉
先ず、本発明回路の第1実施形態について図1〜図3を基に説明する。
図1を用いて本発明回路の回路構成を説明する。多段接続されたスイッチ回路によって構成される論理回路群A1、A2は、CMOSスイッチ回路PTC1、PTC2を出力側の最終段のスイッチ回路とする組み合わせ回路である。図1において、スイッチ回路PTC1がオフのときは、スイッチ回路PTC2がオンとなり、論理回路群A2の出力がスイッチ回路PTC2を介して出力回路OUT1に出力される。論理回路群A1の出力は、スイッチ回路PTC1がオフであるため、その出力が出力回路OUT1とは切り離され、該状態では論理回路群A1の状態は出力回路OUT1に影響を与えない。そこで該状態においては、基板電圧(バックゲート電圧)を制御して論理回路群A1の閾値電圧を上昇させることで、動作速度を減じることなく漏れ電流を低減させる。逆に、オンしているスイッチ回路PTC2の信号経路は、基板電圧を制御して論理回路群A2の閾値電圧を低下させることで、動作速度の高速化を実現する。
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.
The circuit configuration of the circuit of the present invention will be described with reference to FIG. The logic circuit groups A1 and A2 configured by switch circuits connected in multiple stages are combinational circuits in which the CMOS switch circuits PTC1 and PTC2 are the final-stage switch circuits on the output side. In FIG. 1, when the switch circuit PTC1 is off, the switch circuit PTC2 is turned on, and the output of the logic circuit group A2 is output to the output circuit OUT1 via the switch circuit PTC2. Since the output of the logic circuit group A1 is disconnected from the output circuit OUT1 because the switch circuit PTC1 is off, the state of the logic circuit group A1 does not affect the output circuit OUT1 in this state. Thus, in this state, the substrate current (back gate voltage) is controlled to increase the threshold voltage of the logic circuit group A1, thereby reducing the leakage current without reducing the operation speed. On the contrary, the signal path of the switch circuit PTC2 that is turned on realizes a higher operation speed by controlling the substrate voltage and lowering the threshold voltage of the logic circuit group A2.

本発明回路では、スイッチ回路PTC1、PTC2のnチャネルMOSトランジスタ(N型MOSFET)及びpチャネルMOSトランジスタ(P型MOSFET)の各ゲートに入力するオン、オフを制御する制御信号を、各々、論理回路群A1のN型MOSFETの基板電圧制御信号BCn1、及び、P型MOSFETの基板電圧制御信号BCp1に接続する。これによって、基板電圧を制御するための特別な追加回路を必要とせず、更に、基板電圧の制御単位を最終段の論理回路だけで決めるため、基板電圧の制御単位を容易に画定可能である。   In the circuit of the present invention, control signals for controlling on and off input to the gates of the n-channel MOS transistors (N-type MOSFETs) and p-channel MOS transistors (P-type MOSFETs) of the switch circuits PTC1 and PTC2, respectively, are logic circuits. The substrate voltage control signal BCn1 of the N-type MOSFET of the group A1 and the substrate voltage control signal BCp1 of the P-type MOSFET are connected. Accordingly, a special additional circuit for controlling the substrate voltage is not required, and the control unit for the substrate voltage is determined only by the logic circuit at the final stage, so that the control unit for the substrate voltage can be easily defined.

このように、多段接続されたスイッチ回路の出力側の最終段のスイッチ切り替え信号を制御信号として基板電圧を制御することにより、選択されていない信号経路上の多段接続されたスイッチ回路の閾値電圧を上昇させることができ、低消費電力化に加え、低電圧動作での動作余裕を向上させることができる。更に、選択された信号経路上の多段接続されたスイッチ回路の閾値電圧を低下させることができ、動作速度を高速化することができる。   In this way, by controlling the substrate voltage using the switch switching signal at the final stage on the output side of the multi-stage connected switch circuit as a control signal, the threshold voltage of the multi-stage connected switch circuit on the unselected signal path is obtained. In addition to reducing power consumption, the operation margin in low voltage operation can be improved. Furthermore, the threshold voltage of the switch circuits connected in multiple stages on the selected signal path can be lowered, and the operation speed can be increased.

続いて、図2に、図1に示す組合せ回路AA1と基板との具体的な接続方法を示す。上述したように、スイッチ回路PTC1のN型MOSFETに対する制御信号CTLn1を、N型MOSFETの基板電圧制御信号BCn1に接続し、スイッチ回路PTC1のP型MOSFETに対する制御信号CTLp1を、P型MOSFETの基板電圧制御信号BCp1に接続する。このように構成することで、基板電位を制御するための特別な追加回路を必要とせず、基板電圧の制御を容易に実現可能となる。   Next, FIG. 2 shows a specific method for connecting the combinational circuit AA1 shown in FIG. 1 and the substrate. As described above, the control signal CTLn1 for the N-type MOSFET of the switch circuit PTC1 is connected to the substrate voltage control signal BCn1 of the N-type MOSFET, and the control signal CTLp1 for the P-type MOSFET of the switch circuit PTC1 is connected to the substrate voltage of the P-type MOSFET. Connect to control signal BCp1. With this configuration, it is possible to easily control the substrate voltage without requiring a special additional circuit for controlling the substrate potential.

尚、予め用意した数種類の基板電圧、ここでは、N型MOSFETの制御信号CTLn1若しくはP型MOSFETの制御信号CTLp1を、N型MOSFET及びP型MOSFET毎に、その時の状態に応じて切り替えて使用するように構成しても構わない。尚、本構成についてはここでは詳述しない。   Note that several types of substrate voltages prepared in advance, here, the control signal CTLn1 of the N-type MOSFET or the control signal CTLp1 of the P-type MOSFET are switched and used for each of the N-type MOSFET and the P-type MOSFET according to the state at that time. You may comprise as follows. This configuration will not be described in detail here.

更に、図3に多数の組み合わせ回路(論理回路群)を有する回路ブロックの図を示す。
図中のグループ1、2、・・・、x、yは、例えば、多段スイッチ回路で構成された論理回路群A1、A2等と等価である。出力回路OUT1は、グループ1若しくはグループ2の何れかが選択され、出力回路OUTxはグループx若しくはグループyの何れかが選択され、選択されている論理回路群の論理が出力される。図3の例では、グループ1とグループyが選択されている場合について示している。選択されているグループ1、グループyは、閾値電圧を低下させて動作速度の向上を図り、選択されていないグループ2、グループxは閾値電圧を上昇させて漏れ電流の低減を図ることができる。
Further, FIG. 3 shows a circuit block diagram having a large number of combinational circuits (logic circuit groups).
In the figure, groups 1, 2,..., X, y are equivalent to, for example, logic circuit groups A1, A2, etc. composed of multistage switch circuits. Either the group 1 or the group 2 is selected as the output circuit OUT1, and either the group x or the group y is selected as the output circuit OUTx, and the logic of the selected logic circuit group is output. In the example of FIG. 3, the case where the group 1 and the group y are selected is shown. The selected group 1 and group y can reduce the threshold voltage to improve the operation speed, and the unselected group 2 and group x can increase the threshold voltage and reduce the leakage current.

〈第2実施形態〉
次に、本発明回路の第2実施形態について図4を基に説明する。
図4は、本発明回路を実際のデコーダ回路に適用した場合を示す図であり、本実施形態では、デコーダの論理をN型MOSFETのみで構成している。このように、本実施形態では、N型MOSFETのみを用いた論理構成も可能である。選択信号としては、正転信号SA、SB、SCと、各正転信号の反転信号を用いる。また、データ信号D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8は各選択信号によって選択される。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the circuit of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a case where the circuit of the present invention is applied to an actual decoder circuit. In this embodiment, the logic of the decoder is composed of only an N-type MOSFET. Thus, in this embodiment, a logical configuration using only an N-type MOSFET is possible. As selection signals, normal rotation signals SA, SB, SC and inverted signals of the respective normal rotation signals are used. The data signals D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, and D8 are selected by each selection signal.

本実施例では、デコーダの機能を多段スイッチ回路で構成し、且つ、出力側の最終段のスイッチ回路PTN3、PTN4の切り替え信号を制御信号として基板電圧を制御する。図4の場合、データ信号D5、D6、D7、D8の信号経路を備える論理回路群A4は、スイッチ回路PTN4により非選択となる。この場合、閾値電圧を上昇させ漏れ電流の低減を行う。逆に、データ信号D1、D2、D3、D4の信号経路を備える論理回路群A3は、スイッチ回路PTN3により出力回路OUT3に繋がるため、閾値電圧を低下させて動作速度の向上を図っている。   In this embodiment, the function of the decoder is configured by a multistage switch circuit, and the substrate voltage is controlled using the switching signal of the switch circuits PTN3 and PTN4 in the final stage on the output side as a control signal. In the case of FIG. 4, the logic circuit group A4 including the signal paths of the data signals D5, D6, D7, and D8 is not selected by the switch circuit PTN4. In this case, the threshold voltage is increased to reduce the leakage current. On the contrary, the logic circuit group A3 including the signal paths of the data signals D1, D2, D3, and D4 is connected to the output circuit OUT3 by the switch circuit PTN3, so that the threshold voltage is lowered to improve the operation speed.

上記各実施形態では、実際のレイアウトの際には、通常の電源以外に、基板電圧の制御用の信号線が必要となる。更に、グループ単位(論理回路群単位)で基板電圧を制御できるようにグループ単位で拡散層を分離する必要がある。また、実際にトランジスタを形成するウェルも分離できるような2重ウェル構造である必要がある。ただしSOI(Silicon On Insulator)のような素子分離可能なプロセスの場合は拡散層の分離は特に意識する必要はない。   In each of the above-described embodiments, a signal line for controlling the substrate voltage is required in addition to the normal power supply in the actual layout. Furthermore, it is necessary to separate the diffusion layers in groups so that the substrate voltage can be controlled in groups (logic circuit group units). It is also necessary to have a double well structure that can also separate wells that actually form transistors. However, in the case of a process capable of element isolation such as SOI (Silicon On Insulator), it is not necessary to be aware of isolation of the diffusion layer.

〈別実施形態〉
次に、本発明回路の別実施形態について説明する。
<Another embodiment>
Next, another embodiment of the circuit of the present invention will be described.

〈1〉例えば、パストランジスタ論理回路のように、多段接続されたスイッチ回路で論理回路群が構成され、且つ、複数の論理回路群をまたがって論理の共有化が行われる可能性があるような回路構成である場合についても、出力側の最終段のスイッチ回路の切り替え信号を制御信号として基板電圧を制御することにより、本発明回路を実現できる。この場合、論理の共有化により、そのときの状態において出力回路OUTに繋がる活性化された信号経路と、繋がっていない非活性な信号経路とを完全には分離できなくなる。しかしながら、それを考慮しても本発明回路を適用した部分の基板電圧の制御の効果を見込むことができる。更に、多段接続されたスイッチ回路を構成することにより、電源、グランドへの信号経路が高抵抗となり回路構成自体にリーク電流の削減効果がある。   <1> For example, a logic circuit group may be configured by switch circuits connected in multiple stages, such as a pass transistor logic circuit, and logic may be shared across a plurality of logic circuit groups. Even in the case of a circuit configuration, the circuit of the present invention can be realized by controlling the substrate voltage using the switching signal of the switch circuit at the final stage on the output side as a control signal. In this case, sharing of logic makes it impossible to completely separate an activated signal path connected to the output circuit OUT and an inactive signal path that is not connected in the current state. However, even if this is taken into consideration, the effect of controlling the substrate voltage in the portion to which the circuit of the present invention is applied can be expected. Furthermore, by configuring the switch circuits connected in multiple stages, the signal path to the power supply and ground becomes high resistance, and the circuit configuration itself has an effect of reducing leakage current.

〈2〉本発明の適用対象となる集積回路は、半導体基板上に多数のトランジスタが形成されるものであれば特にその種類は限定されるものではないが、例えばマイクロプロセッサやASICなどに適用可能である。   <2> The type of integrated circuit to which the present invention is applied is not particularly limited as long as a large number of transistors are formed on a semiconductor substrate, but can be applied to, for example, a microprocessor or an ASIC. It is.

〈3〉上記各実施形態では、例えば、図2において、スイッチ回路PTC1の制御信号CTLn1を基板電圧制御信号BCn1に接続し、制御信号CTLp1を基板電圧制御信号BCp1に接続するように構成したが、制御信号CTLp1に代えて制御信号CTLp1と同極性の信号、例えば、スイッチ回路PTC1の制御信号CTLn1の反転信号を基板電圧制御信号BCp1に接続し、制御信号CTLn1に代えて制御信号CTLn1と同極性の信号、例えば、スイッチ回路PTC1の制御信号CTLp1の反転信号を基板電圧制御信号BCn1に接続するように構成しても構わない。基板電圧制御信号BCn1若しくは基板電圧制御信号BCp1の信号経路の負荷が大きい場合、制御信号CTLn1及び制御信号CTLp1と、基板電圧制御信号BCn1及び基板電圧制御信号BCp1が直接接続されるので、制御信号CTLn1及び制御信号CTLp1の信号経路の負荷の増大を回避できる。   <3> In the above embodiments, for example, in FIG. 2, the control signal CTLn1 of the switch circuit PTC1 is connected to the substrate voltage control signal BCn1, and the control signal CTLp1 is connected to the substrate voltage control signal BCp1, Instead of the control signal CTLp1, a signal having the same polarity as the control signal CTLp1, for example, an inverted signal of the control signal CTLn1 of the switch circuit PTC1 is connected to the substrate voltage control signal BCp1, and instead of the control signal CTLn1, the signal having the same polarity as the control signal CTLn1 A signal, for example, an inverted signal of the control signal CTLp1 of the switch circuit PTC1 may be connected to the substrate voltage control signal BCn1. When the load of the signal path of the substrate voltage control signal BCn1 or the substrate voltage control signal BCp1 is large, the control signal CTLn1 and the control signal CTLp1, and the substrate voltage control signal BCn1 and the substrate voltage control signal BCp1 are directly connected. In addition, an increase in the load on the signal path of the control signal CTLp1 can be avoided.

本発明に係る集積回路の第1実施形態における概略構成を示す概略ブロック図1 is a schematic block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an integrated circuit according to the present invention. 本発明に係る集積回路のMOSFETと基板との接続方法を説明する概略回路図Schematic circuit diagram for explaining a method of connecting a MOSFET and a substrate of an integrated circuit according to the present invention 本発明に係る集積回路の第1実施形態における概略構成を示す概略回路図1 is a schematic circuit diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an integrated circuit according to the present invention. 本発明に係る集積回路の第2実施形態における概略構成を示す概略ブロック図The schematic block diagram which shows schematic structure in 2nd Embodiment of the integrated circuit which concerns on this invention. 従来技術に係る集積回路におけるN型MOSFETの概略構成を示す概略回路図Schematic circuit diagram showing a schematic configuration of an N-type MOSFET in an integrated circuit according to the prior art 従来技術に係る集積回路におけるN型MOSFETの概略構成を示す概略回路図Schematic circuit diagram showing a schematic configuration of an N-type MOSFET in an integrated circuit according to the prior art

符号の説明Explanation of symbols

A1 :論理回路群
A2 :論理回路群
A3 :論理回路群
A4 :論理回路群
AA1 :組合せ回路
BCn1 :基板電圧制御信号
BCp1 :基板電圧制御信号
BCn2 :基板電圧制御信号
BCp2 :基板電圧制御信号
BCnx :基板電圧制御信号
BCpx :基板電圧制御信号
CTLn1:制御信号
CTLp1:制御信号
D1 :データ信号
D2 :データ信号
D3 :データ信号
D4 :データ信号
D5 :データ信号
D6 :データ信号
D7 :データ信号
D8 :データ信号
OUT1 :出力回路
OUT3 :出力回路
OUTx :出力回路
PTC1 :スイッチ回路
PTC2 :スイッチ回路
PTCx :スイッチ回路
PTCy :スイッチ回路
PTN3 :スイッチ回路
PTN4 :スイッチ回路
A1: Logic circuit group A2: Logic circuit group A3: Logic circuit group A4: Logic circuit group AA1: Combination circuit BCn1: Substrate voltage control signal BCp1: Substrate voltage control signal BCn2: Substrate voltage control signal BCp2: Substrate voltage control signal BCnx: Substrate voltage control signal BCpx: Substrate voltage control signal CTLn1: Control signal CTLp1: Control signal D1: Data signal D2: Data signal D3: Data signal D4: Data signal D5: Data signal D6: Data signal D7: Data signal D8: Data signal OUT1: output circuit OUT3: output circuit OUTx: output circuit PTC1: switch circuit PTC2: switch circuit PTCx: switch circuit PTCy: switch circuit PTN3: switch circuit PTN4: switch circuit

Claims (5)

スイッチ回路を多段接続してなる論理回路群を複数備えてなる集積回路であって、
前記論理回路群の少なくとも1つが、前記スイッチ回路の内の特定のスイッチ回路に入力する制御信号を用いて同じ前記論理回路群内に存在する前記スイッチ回路を構成するMOSFETの一部または全部の基板電圧を制御するように構成されていることを特徴とする集積回路。
An integrated circuit comprising a plurality of logic circuit groups formed by connecting switch circuits in multiple stages,
At least one of the logic circuit groups is a part or all of the MOSFETs constituting the switch circuit existing in the same logic circuit group using a control signal input to a specific switch circuit in the switch circuit An integrated circuit configured to control a voltage.
前記特定のスイッチ回路は、前記論理回路群の出力側の最終段の前記スイッチ回路であることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。   The integrated circuit according to claim 1, wherein the specific switch circuit is the last-stage switch circuit on the output side of the logic circuit group. 前記スイッチ回路が、P型MOSFET及びN型MOSFETを並列に接続したCMOS型スイッチ回路であることを特徴とする請求項1または2に記載の集積回路。   3. The integrated circuit according to claim 1, wherein the switch circuit is a CMOS switch circuit in which a P-type MOSFET and an N-type MOSFET are connected in parallel. 前記特定のスイッチ回路の前記P型MOSFETのゲートに入力する制御信号で、前記P型MOSFETの基板電圧を制御し、前記特定のスイッチ回路の前記N型MOSFETのゲートに入力する制御信号で、前記N型MOSFETの基板電圧を制御することを特徴とする請求項3に記載の集積回路。   The control signal input to the gate of the P-type MOSFET of the specific switch circuit controls the substrate voltage of the P-type MOSFET, and the control signal input to the gate of the N-type MOSFET of the specific switch circuit 4. The integrated circuit according to claim 3, wherein the substrate voltage of the N-type MOSFET is controlled. 前記特定のスイッチ回路の前記P型MOSFETのゲートに入力する制御信号と同極性の信号で、前記P型MOSFETの基板電圧を制御し、前記特定のスイッチ回路の前記N型MOSFETのゲートに入力する制御信号と同極性の信号で、前記N型MOSFETの基板電圧を制御することを特徴とする請求項3に記載の集積回路。
The substrate voltage of the P-type MOSFET is controlled by a signal having the same polarity as the control signal input to the gate of the P-type MOSFET of the specific switch circuit, and input to the gate of the N-type MOSFET of the specific switch circuit. 4. The integrated circuit according to claim 3, wherein the substrate voltage of the N-type MOSFET is controlled by a signal having the same polarity as the control signal.
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