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JP2783138B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP2783138B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2783138B2
JP2783138B2 JP5303765A JP30376593A JP2783138B2 JP 2783138 B2 JP2783138 B2 JP 2783138B2 JP 5303765 A JP5303765 A JP 5303765A JP 30376593 A JP30376593 A JP 30376593A JP 2783138 B2 JP2783138 B2 JP 2783138B2
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supply voltage
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Dram (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の改良に係
り、特にバッテリ(電池)バックアップ動作に好適な半
導体装置に関する。 【0002】 【従来の技術】メモリに代表されるいわゆる情報記憶機
能を有する半導体装置では、これを構成部品として用い
る電子装置において、半導体装置駆動用電源装置などの
故障時のいわゆる停電状態において、上記の情報記憶機
能部に蓄えられた情報の消滅の無いことが一般に望まれ
る。この目的のため、通常動作状態の電気的特性と、停
電時における情報保持特性の両者を満足させるために、
電子装置内に電池(バッテリ)を設け、上記の停電時に
はこの電池によって動作電力を供給する、いわゆるバッ
テリバックアップ方式が採られる。 【0003】上記のバッテリバックアップ方式では、電
池による動作継続時間を長くするため、半導体装置には
情報保持状態(以下単に情報保持状態と称する場合はこ
の状態を指すものとする)での消費電力が極力小さい必
要がある。この情報保持状態の低消費電力特性は、上記
停電時のバッテリバックアップ方式の時のみでなく、情
報のみを長期に安定して記憶する必要のある場合、ある
いは持ち運びの容易な小形の電子装置において、必要な
情報のみを低消費電力で記憶した状態で装置を持ち運
び、任意の場所で上記記憶した情報を元に各種処理を行
なうなどの場合にも極めて都合がよい。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】スタティックRAMの
メモリセルに供給する電源電圧を該メモリセルの選択時
または非選択時で切り換え、該メモリセルの消費電力を
低減させることを開示しているものとして特開昭58−
1884号公報があるものの、上記特開昭58−188
4号公報では非選択のメモリセル、すなわち、信号の伝
達のない回路の低消費電力化をするのみの開示に留ま
り、電源電圧低下時でも信号を伝達する回路の低消費電
力化という点に関しては一切考慮されていなかった。す
なわち、従来技術による半導体装置では、電源電圧低下
時の低消費電力特性に対する施策はほとんどなされてお
らず、またあったとしても不充分であり、上記のバッテ
リバックアップ方式のような使用には不向きであった。 【0005】したがって、本発明の目的は、電源電圧低
下時に、更なる低消費電力化を施した半導体装置を提供
することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記目的は、電源電圧を
供給する電源配線(3)と、上記電源配線より入力され
た上記電源電圧を降圧して出力する電源電圧変換手段
(200)と、上記電源配線からの上記電源電圧と基準
電圧とを比較する比較手段(110)と、上記電源配線
より上記電源電圧が供給される第1のパルス発生回路
(PG1)と、上記電源配線より上記電源電圧が供給さ
れる第2のパルス発生回路(PG2)とを有し、上記電
源配線からの上記電源電圧が上記基準電圧より低下した
際の上記比較手段の出力に応じて、上記第2のパルス発
生回路に供給される電圧を上記電源配線からの上記電源
電圧から上記電源電圧変換手段の出力電圧に切り換える
ことを特徴とする半導体装置により達成される(図4乃
至図11参照)。 【0007】また、上記目的は、第1のパルス発生回路
(PG1)と、第2のパルス発生回路(PG2)とを有
する半導体装置において、上記第2のパルス発生回路よ
りも信号遅延時間が大きく、かつ消費電力の小さい第3
のパルス発生回路(PG2′)と、上記第2のパルス発
生回路又は上記第3のパルス発生回路の何れか一方を上
記第1のパルス発生回路に接続する如く設けられたスイ
ッチ手段(SW502,SW502′)とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置により達成される(図11
参照)。 【0008】 【作用】上記電源配線からの上記電源電圧が上記基準電
圧より低下した際の上記比較回路の出力に応じて、上記
第2のパルス発生回路に供給する電源電圧を上記第1の
パルス発生回路に供給される電源電圧より低下させる。
その結果、電源電圧低下時に動作を停止させずに上記第
2のパルス発生回路の更なる低消費電力化を図ることが
できる。 【0009】また、上記第2のパルス発生回路又は上記
第3のパルス発生回路の何れか一方を上記第1のパルス
発生回路に接続する如く設けられた上記スイッチ手段に
より、電源電圧低下時に上記第3のパルス発生回路を上
記第1のパルス発生回路に接続する。上記第3のパルス
発生回路は上記第2のパルス発生回路より消費電力が小
さいので、電源電圧低下時に更なる半導体装置の低消費
電力化を図ることができる。 【0010】 【実施例】以下、本発明の詳細を実施例によって説明す
る。 【0011】図1(A)は本発明の基本概念を説明する
実施例である。同図では1はLSIチップであり、一般
に、情報記憶機能を有するLSIチップを指し、ダイナ
ミック,スタティックなどのランダムアクセスメモリ
(RAM)、あるいはリードオンリメモリ(ROM)、
さらにはマイクロコンピュータのようなロジックLSI
などの、いずれの形式のLSIチップでもよい。また、
その構成素子はバイポーラ形トランジスタ,MOS形ト
ランジスタ、これらの素子の組み合せ、あるいはSi以
外の材料を用いた、たとえばGaAs形のトランジスタ
などのいずれでも良い。2は回路部を示す。3は電源配
線、VINTはその電圧を示し、ここでは3に外部電源電
圧VEXTが印加される。すなわち、VINT=VEXTとな
る。ここでは簡単のため、電源は1個として示している
が、複数種類の電源が外部から印加される場合でも構わ
ない。これは以下の実施例においても同様である。4は
信号の入出力配線である。同図で5は電池、VBTはその
電圧であり、情報保持状態ではこの電池を電源としてチ
ップ全体は動作する。6は通常動作時に3から5へ電流
が逆流するのを防止するためのダイオードである。ここ
では説明を簡単にするため、6は順方向電圧が0V、順
方向インピーダンス0Ω、逆方向イピーダンス∞Ω(無
限大)の特性を持つ、理想ダイオードを仮定する。な
お、これらはバッテリバックアップ方式における外部電
源と電池の一接続法を例示したもので、他に例えば電子
装置に停電検出手段を設け、これによって3と5を自動
的に接続する方法も考えられる。以下の実施例ではこれ
らの電池の接続に関しては簡単のため図示しない。 【0012】100は通常の動作状態から情報保持状態
に移行したことを検出する動作状態検出手段であり、そ
の結果を101に信号“1”、もしくは“0”として出
力する。なおここでは、LSIチップ内部に上記検出手
段を設けているが、同図の破線7で示すような入力端子
を設け、前に述べた電子装置の停電検出手段による検出
結果を信号として入力してもよい。これは以下に述べる
各実施例においても同様である。 【0013】さて、ここで100は3の電圧もしくは電
流の変化を検出して、通常の動作状態から情報保持状態
に移行したことを認識する。以下、各実施例では電圧変
化を検知する方法を主体にして説明するが、電流変化は
勿論、LSIチップの性格によって生じる他の物理量の
変化、たとえば温度,湿度,音量,光量,速度,加速度
などの変化を検知してもよい。さらに、LSIチップ自
体の物理量変化でなく、電子装置もしくはLSIチップ
の動作状態が他の装置の動作に波及し、その結果生じる
物理量の変化を検知する手段であっても良い。上に述べ
た速度,加速度、などが一般的にその例である。いずれ
にしても各物理量は一度電気量に変換される訳であるか
ら、以下に述べる電圧変化を検出する方法は、いずれの
場合にも適用できる。 【0014】以下、100が3の電圧変化を検知する場
合を例にして説明する。 【0015】100は、一般にVBT<VEXTの場合は3
の電圧が低くなつたことを、VBT>VEXTの場合は3の
電圧が高くなったことを、VBT≒VEXTの場合は外部電
源の停電などにより3に生じる雑音(グリッジ雑音な
ど)などを検知して信号を101に出力するが、本発明
の目的である情報保持状態での低消費電力化のために
は、VEXT>VBTとした方が望ましいわけであるから、
この場合を例にして本実施例の動作を図1(B)によっ
て説明する。なお本実施例にて必ずしもVEXT>VBT
条件を満たす必要はなく、これは後に示す他の実施例に
おいても同様である。 【0016】図1(B)に示すように、たとえば外部電
源の停電(電源の故障による停電、故意に電源をオフに
した場合の停電など)などが生じると、3の電圧VINT
はVEXTからVBTの電圧に向かって徐々に降下する。こ
の電圧が、あらかじめ定めた一定の基準電圧たとえばV
BC1より低くなると(時刻t1)、状態検出手段100
は、出力101にφBC(“0”→“1”に変化)、φ
BC~(“1”→“0”に変化)などの信号を検出する。
すなわち、状態検出手段100によって、動作状態が通
常状態から情報保持状態に移行したことを認識したわけ
である。101の信号を受けて、回路部2は、情報保持
状態へ動作を切替え、情報の保持に必要な最低の消費電
力に低減する。3の電圧VINTは、時刻t1からt2にか
けて低下するが、VBTの電圧になるとダイオード6(前
に述べたように順方向電圧は0Vと仮定)がオン、すな
わち5から電力が供給され、3の電圧VINTの低下はV
BTで停止し、その後この電圧で情報保持動作を継続す
る。一方、停電の復帰もしくは外部電源の投入により、
3の電圧VBTが上昇して、一定の基準電圧VBC2より高
くなると、φBC、φBC~等の信号を元の通常動作状態の
ようにそれぞれ復帰させる。これにより回路部2を元の
通常動作状態に戻す。 【0017】以上述べた実施例によれば、動作状態の変
化を検知し、情報保持動作状態では消費電力を情報保持
の動作に必要最小限な量に低減でき、従ってバッテリバ
ックアップ方式動作時、あるいは可搬形の電池装置にお
ける持運び時などの電池による動作継続時間を長くでき
る。 【0018】本実施例では、動作状態の変化を内部で検
出する方式について述べたが、前にも述べたように、外
部から状態の変化を信号などで指示する方式においても
同様の効果が得られる。また、状態変化の検出も前に述
べたように電圧変化以外の物理量、例えば電流変化など
を検出してもよい。電圧変化検出において、検出基準電
圧VBCを電圧の下降時と上昇時でVBC1,VBC2とした
が、これは設計の都合上種々変わるもので、場合によっ
てはVBC=VBC1=VBC2としてもよい。また、これらの
値はVEXTおよびVBTのそれぞれの通常起こりえる電圧
変動を考慮して設定する方が望ましい。例えば、VEXT
の中心値が5Vで、変動が±0.5V、VBTの中心値が
3Vで、変動が±0.3Vなどの場合にはVBC1,VBC2
などのVBCの値を3.3V<VBC<4.5Vのように設定
しておけば、通常起こりえるVEXT,VBTの変動を、誤
って動作状態の変化として検出する問題を無くすことが
できる。 図2はさらに具体的な他の実施例を示してい
る。図1と同番号のものは、同一内容を示している。同
図において、回路部2を2aと2bに分けた点で図1と
主に異なり、2aは停電時などの情報保持状態において
情報保持に係わらない回路部、2bは情報保持に関連す
る回路部を指す。具体的には、例えば、ロジック回路と
メモリ回路が混在するマイクロコンピュータなどのLS
Iチップでロジック回路が2a、メモリ回路が2bに対
応する。またこの場合、直接のメモリ回路でなくてもメ
モリ回路の動作に必要な信号などを発生する回路などは
2bに含まれることは勿論である。 【0019】本実施例においても、図1と同様に動作状
態の変化を100によって検出し、その結果を101に
出力する。この信号により、情報保持に特に関係のない
回路部2aの動作を停止し、低消費電力化を図る。情報
保持に係わる2bには電力を供給し、情報を保持する。 【0020】本実施例によれば、情報保持に関係のない
回路部の動作を停止するので消費電力の大幅な低減が可
能である。 【0021】なお、本実施例における2aと2bは前に
も述べたように、停電時などの情報保持状態において、
それぞれ情報保持に関連しない回路部と、関連する回路
を指すものであり、具体例として挙げたロジック回路
(2a)、メモリ回路(2b)に限定されない。例え
ば、同一のメモリ回路であっても、特に停電時などにそ
の情報を記憶しておく必要のないメモリ部分は、2aの
部分に含めてもよい。このようなLSIチップの具体例
としては、例えば、大形電子計算機のメモリシステムの
ように、高速で動作するBS(Buffer Storage) 、低速
であるが大容量のMS(Main Storage) などのように2
種類(もしくはさらに多種類)のメモリを有し、主とし
てMSに情報を記憶しておくが、通常動作時には動作速
度を速くするために、必要に応じて少量の情報をMSか
ら高速のBSに読み出して動作させるようなLSIチッ
プなどが挙げられる。この場合は、BSを2a、MSを
2とすればよい。なお、一般にBSの如き高速のメモリ
はバイポーラ形のスタテイックメモリ、MSの如き大容
量メモリはMOS形のダイナミックメモリで構成される
が、その構成素子、回路方式などは前にも述べたように
他に種々選択可能である。例えば2a,2bの双方とも
それぞれ、バイポーラ形、MOS形の各トランジスタ、
両形式のトランジスタの組み合せ、さらにはSi以外の
GaAs形材料などによるトランジスタなどを構成素子
とする、スタティック形あるいはダイナミック形メモリ
などの各形式のメモリが任意に選択可能である。 【0022】図3は、本発明のさらに具体的な他の実施
例を示しており、図2と同番号のものは同一内容を示し
ている。同図において、回路部2bを2b1と2b2に
分けた点で異なる。 【0023】同図で2b1は、停電時などの情報保持動
作状態において、情報保持の動作に関連するが、通常動
作時の高性能化(例えば高速動作など)のために、消費
電力を大きく設計した回路部である(周知のように遅延
時間・消費電力積はほぼ一定の関係にある)。すなわ
ち、情報保持動作だけのためには、性能が過剰で、その
ため消費電力の大きくなっている回路部である。2b2
は2bのうち2b1を除いた回路部である。 【0024】本実施例においては、情報保持動作状態で
は図2の実施例で述べた出力101の信号によって、情
報保持動作に不要な部分2aの動作を停止して消費電力
を低減すると同時に情報保持動作だけのためには過剰な
性能を有する2b1の回路部を情報保持動作に必要な性
能にして、この回路部の消費電力の低減を図る。 【0025】本実施例によれば、図2に述べた実施例に
加えさらに、低消費電力化が可能になる。なお、本施例
はおいては、2aの動作停止による低消費電力化と、2
b1の性能とのトレードオフによる低消電力化の2つを
実施しているが、それぞれ単独に実施しても同様の効果
が得られることは言うまでもない。 【0026】図4は、図3の実施例に加えてLSIチッ
プ内に電源電圧の変換手段200を設けたものであり、
2b3はその出力201で動作する。2b1´,2b2
´は、図3の2b1,2b2から2b3の部分を取り除
いた回路部を指す。 【0027】電圧変換手段200は情報保持状態におい
ては、2b3以外の回路部2a等の動作電圧より、降圧
もしくは昇圧した電圧を出力する。ここで通常動作状態
における200の出力電圧は、一般に3の電圧に等しい
が、通常動作状態においてもその電圧自体が、特願昭5
6−57143号,特願昭56−168698号などに
記載されているように他の目的で3の電圧を変換した値
であってもよい。 【0028】さてここで、情報保持状態において、電圧
を降圧する目的は、2b3の動作電源電圧をたとえば情
報保持状態における電源電圧VBT(電池電圧)よりさら
に低くして低消費電力化を図るためである。すなわち、
図3における2b1の低消費電力化を図る方法の具体的
実施にもなっている訳である。また、電圧を昇圧する目
的は、たとえば情報保持状態における電源電圧VBTでは
動作電圧が低すぎるために、回路性能が悪くなり動作が
不安定となる場合に、これを昇圧した電圧で動作させ動
作の安定化を図るためである。 【0029】以上のように、情報保持状態においては、
LSIチップ内の一部回路を他に比べ降圧もしくは昇圧
した電圧で動作させることにより、低消費電力化、動作
の安定化を図ることができる。なお、本実施例では、説
明を簡単にするため、電源電圧を変換する場合について
述べたが、場合によってはパルス信号の振幅電圧などを
変換の対象としてもよい。 【0030】以上、図1〜図4によって本発明の基本的
な概念について説明した。これらの実施例で述べた内容
は、それぞれ単独、もしくは任意の組み合せで実施する
ことが可能であり、各実施例で述べた効果がそのまま得
られることは勿論である。さらに各実施例において、動
作状態検出手段100は、通常動作状態と情報保持状態
の2つの状態を検出する例について述べたが、さらに細
かい動作状態の検出、たとえば複数のVBTの値を用意し
て、VINTの細かい変化を検出し、それに応じて複数の
φBCを発生し、これによってさらに細かい回路の制御を
行なうことも可能である。あるいは、このようにして発
生されたφBCと、図1〜図4で述べた各実施例を任意に
組み合せて動作させることも可能である。すなわち、図
4においてφBCとして、φBC1〜φBC4を発生し、φBC1
によって2a、φBC2によって2b1´、φBC3によって
2b2´、φBC4によって2b3の動作を制御するよう
なことも可能である。 【0031】また、各実施例においては説明を簡単にす
るため、100,200,2a,2b……などの各回路
部を明確に分離して示したが、一般には各回路がLSI
チップ内の空間的配置,回路結線などにおいて相互に入
り組んで混在することは言うまでもない。 【0032】以下、以上に述べた各実施例のさらに具体
的な実施例について説明する。 【0033】図5は動作状態検出手段100の具体的実
施例であり、ここでは電圧の変化を検出して動作状態の
変化を検出する例について述べる。 【0034】同図で110は、入力111と112の電
位関係の高低を弁別し、111の方が高い場合は出力1
13に低電位(情報“0”)、111の方が低い場合は
高電位(情報“1”)を出力する弁別回路であり、いわ
ゆるシュッミットトリガ回路、あるいはコンパレータ回
路などである。これらの回路の具体的な構成法は種々あ
るが、一般的には差動増幅器、あるいはアイ・イー・イ
ー・イー・トランスアクション・オン・サーキッツ・ア
ンド・システムズVol.CAS−25,No.7,July 1
978,第482頁−第489頁(IEEE Transact
ion on Circuits and Systems,Vol.CAS−25,N
o.7,July 1978,pp482−489)に記載さ
れているような演算増幅器(Operational Amplifier)
を用いればよい。 【0035】120は121に入力されるたとえばV
INTの電圧を110の入力に適切な値VINT´に変換する
回路であり、場合によってはVINT´=VINTとしてもよ
い。130は図1に述べた基準電圧VBC(VBC1
BC2)を発生する回路である。115は113の信号
φBCを反転して、114にφBC ̄を出力するインバータ
回路である。 【0036】本実施例により、VINT´>VBCの場合
は、113に低電位(情報“0”)、114に高電位
(情報“1”)を、VINT´<VBCの場合は、113,
114にそれぞれ上記とは逆の信号を出力することが可
能で、これにより動作状態が変化したことを検出でき
る。なおここで、VINTとVINT´の関係は予め120に
よって定められているので、結局はVINTとVBCの一定
の関係で、上記の検出が行なえる。 【0037】本実施例によれば、120,130の特性
を種種変えることによって、微細に検出レベルを変化さ
せることが可能で、汎用性ならびに設計の自由度を高め
ることができる。また、本実施例では基準電圧VBCを1
30で発生して弁別回路110に入力する方法を述べた
が110自体がある基準となるしきい値を有し、この値
と入力の電圧を比較し、その結果によって、“1”もし
くは“0”を出力するような、いわゆるしきい値回路で
あってもよい。このような場合には、120によってV
INTを任意のVINT´に変換して入力することにより、所
望の特性を得ることができる。この具体的実施例の一つ
を図8で後述する。 【0038】図6は、図1に述べたように、3の電圧V
INTの低下時と上昇時の検出基準電圧をVBC1,VBC2
異なる場合の具体的実施例である。 【0039】同図に示すように、本実施例では基準電圧
発生回路部に、2値のVBC1,VBC2を発生する機能を持
たせ、これらをS131,S132のスイッチの切換えてVBC
として出力し、112に印加する。S131,S132の切換
えは、ここではφBC(場合によってはφBC ̄を使用して
もよい)によって行なっており、φBCが“0”の時、す
なわち通常動作状態では、S131をオン、S132をオフと
して、VBC=VBC1とし、φBCが“1”の時、すなわち
情報保持状態ではS131をオフ、S132をオンとして、V
BC=VBC2とすれば、図1のように、VINTの低下時には
BC1が基準電圧となり、上昇時にはVBC2が基準電圧に
なる。 【0040】本実施例により、VINTの低下時と上昇時
の基準電圧をそれぞれ独立に任意の値に設計できる。 【0041】図7は、図5においてVINTをVINT´に変
換して出力する回路120の具体的実施例一つである。 【0042】同図に示すように本実施例では、VINT´
はVINTをR121,R122によって抵抗分割することによ
り得られている。また、VBCの値はほぼQ131のしきい
電圧VT131に等しい。 【0043】本実施例においては、110によってV
INT´=R122/R123+R121・VINTとVBC≒VT131
相対的な電圧を比較し、前者が高い場合はφBC
“0”、前者が低い場合は、φBC=“1”をそれぞれ出
力するが、これをVINTとVT131の関係について再整理
すると次のようになる。すなわち、 【0044】 【数1】 【0045】の場合はφBC=“0”となり、 【0046】 【数2】 【0047】の場合はφBC=“1”となる。 【0048】これらは、図1(b)においてVBCの値が
(1+R121/R122)VT131になることと等価である。
したがって、R121とR122を適当に選ぶことによって、
基準電圧を任意の値に容易に設定可能である。 【0049】図8は、動作状態検出回路100のさらに
別の具体的実施例であり、基本構成回路として、特願昭
57−220083号、第16図に提示されている回路
DCVを用いている。 【0050】同図でQ141〜Q14n,Q151はそれぞれし
きい値がVT141〜VT14n,VT151のMOSトランジスタ
である。ここで、Q141〜Q14nは図5におけるVINT
変換回路120を構成しており、150にVINT´=V
INT−(VT141+・・・+VT14n)を出力する。Q151,R
151は図5の弁別回路110を構成しているが、前に述
べた自分自身がある一定の基準となるしきい値を有し、
これに対する入力電圧の高低を弁別するところのしきい
値回路となっている。この回路のしきい値VTCはVT151
のしきい値電圧VT151とR151とQ151のオン抵抗の比に
より定まり、任意に設定できるが、R151の値をQ151
オン抵抗より充分大きく設定しておけば、VTC=VT151
とすることができる。ここでは簡単のためこの場合につ
いて説明する。 本実施例の動作を同図(B)を用いて
説明する。 【0051】VINTが徐々に低下して、150の電圧
が、VINT´=VINT−(VT141+…+VT14n)≦VT151
なわち、VINT≦VT151+(VT141+…+VT14n)=φBC
となると(時刻t0)Q151はオフになり、出力φBC
“0”から“1”に変化する。これによって、既に述べ
た実施例と同様にVINTの電圧変化を検出し、動作が情
報保持状態に移行したことを検知できる。 【0052】本実施例においても、使用するMOSトラ
ンジスタのしきい電圧、あるい段数を調整することによ
り、同図(B)の等価的なVBCの値を任意に設定でき
る。また、本実施例によればVINT≦VT151+(VT141
…+VT14n)の下ではQ151はオフになり、本発明の目
的である、情報保持状態における消費電力の低減に極め
て有効である。 【0053】同図でR150はVINTが高い状態から低い状
態に変化するときに、150などのノードに電荷が蓄積
されるのを防止するための放電用抵抗である。この抵抗
値は、VINTの変化速度に応じて選ぶ必要があるが、そ
の変化速度が遅い場合には、ノード150とSi基板間
などに寄生的に生じるリク抵抗で代用することも可能で
あり、その場合はR151は不要である。ここでR150,R
151はMOSトランジスタのオン抵抗で代用することも
可能である。 【0054】以上に述べた本実施例においても他と同様
に各種の変形が可能である。たとえばQ141〜Q14nは一
定の電圧シフトが得られる素子であれば使用可能で、バ
イポーラトランジスタ、FETトランジスタ、タイオー
ド、ツエナーダイオードなどでも代用できる。また、Q
151は、一定のしきい値を有する能動素子であれば使用
可能で、バイポーラトランジスタ、FETトランジスタ
などで代用可能である。またさらに、前に述べた各実施
例と任意に組み合せて使うことも可能である。たとえ
ば、VINT´の発生に図7で述べた抵抗分割回路を用い
ても良いし、あるいは反対に、図7の120を本実施例
のQ141〜Q14nの如き回路で置き替えてもよい。 【0055】図9は、図8の抵抗R150,R151をそれぞ
れQ152,Q153で置き替えた実施例である。 【0056】VG2,VG3はQ152,Q153のゲートバイア
ス用電圧であり、場合によってそれぞれドレインと接続
し、VG2=VINT´,VG3=VINTとしてもよい。但しV
G3=VINTとした場合には、φBCの高電位圧側
(“1”)の電圧が、VINTからQ153のしきい電圧V
T153だけ低くなる点に注意を要する。したがって、この
電圧をVINTと等しくしたい場合には、VG3≧VINT+V
T153のように設定する必要がある。 本実施例において
も、図8と同様の動作および効果が得られるが、VG2
INT´として、Q152のしきい電圧VT152をVT152≒V
T151としておけば、VINT´<VT151となる情報保持動
作状態では、Q152もオフとなるため、この状態での消
費電力を図8の場合よりさらに低減できる。 【0057】以上、図5〜図9の実施例において、図1
〜図4の動作状態検出手段100の具体的実施例につい
ても述べた。次に100の出力信号によって、情報保持
動作状態の消費電力を低減する具体的な実施例を、MO
Sのダイナミック形メモリでかつアドレスマルチプレッ
クス方式のメモリを例にして説明する。なお、本発明の
適用範囲はこれに限定されず、以下の実施例においても
前に述べたように各種の形式のLSIチップに適用可能
である。 【0058】図10は、本発明をアドレスマルチプレッ
クス方式のMOSダイナミックメモリに適用した実施例
である。 【0059】さて、MOSダイナミックメモリでは良く
知られているように、メモリセル内の記憶容量に蓄積さ
れた情報電荷が時間の経過と共に消滅するため、一定の
周期で再書き込み動作を行なう必要がある。これがいわ
ゆるリフレッシュ動作であり、本発明の情報保持動作状
態においても本動作が必要である。アドレスマルチプレ
ックス方式とは、たとえば、メモリセルが行と列の2次
元状に配置されたメモリにおいて、行指定アドレスと列
指定アドレスを同一の信号線上に時間帯を分けて多重化
して外部から入力し、LSI全体の入出力ピン数の低減
を図る方式である。これらの詳細は、特願昭56−28
109号などに述べられている。 【0060】図10において1はメモリLSIチップ、
3は電源配線であり、VINTはその電圧を示している。
3に外部からVEXTもしくはバッテリバックアップ用の
BTが印加される。4は接地線であり、一般にVSS(0
V)が外部から印加される。100は3の電圧変化を検
出して、メモリLSIチップの動作状態を検知する回路
であり、前に述べた各種の実施例が適用できる。300
はメモリLSIチップ内に内蔵された基板電圧発生回路
である。この基板電圧はメモリLSIの動作性能(動作
速度など)を良くするために印加するものであるが、場
合によっては外部から与えたり、あるいは内部でそのま
ま接地電位としても良い。この場合は300は不要にな
る。700はメモリセルが行、列の2次元状に配置され
たメモリアレー部であり、行選択デコーダ800によっ
て選ばれた任意の行選択80iと列選択デコーダ900
によって選ばれた任意の列選択線90iの交点によって
指定されたメモリセルが読み出し、書き込み回路43
0、データ入力バッファ回路440、データ出力バッフ
ァ回路450などを介して、外部のDin,Doutと信号
の授受を行なう。400は外部からの書き込み制御信号
WEにより、書き込み動作に必要な内部クロック信号を
発生する回路である。410は列選択制御信号CASに
よって、主として上に述べた列選択動作に係わる内部ク
ロック信号を発生する回路である。420はCASと行
選択制御信号RASの位相を比較して、後で述べるリフ
レッシュ用の信号φfを発生する回路である。通常の動
作時はRASがCASに先行して入力されるので(いず
れの信号も“1”から“0”になる)、一般にCASが
RASより先行して入力された場合にリフレッシュして
動作と判断してφr0を発生する。500はRASによ
り、主として行選択動作に係わる内部クロック信号を発
生する回路である。一般にアドレスマルチプレックス方
式のメモリでは、行選択線(一般にはワード線)801
−80nを順次(順番は任意)、アドレスバッファ46
0の出力信号と行選択デコーダによって選択して動作さ
せることによってリフレッシュ動作が行なわれる。した
がって、リフレッシュ動作時には主として500の回路
のみを動作させるだけでよい。 【0061】600,610,620はそれぞれ、リフ
レッシュ制御回路、600の指示にしたがい一定の時間
tf毎に信号φfを発生するリフレッシュタイマ、および
アドレスカウンタであり、オートリフレッシュ(Autom
atic Refresh)、セルフリフレッシュ(Self Refres
h)の各リフレッシュ動作を行なう。 【0062】オートリフレッシュはリフレッシュ動作の
起動は外部の指示に従って行なうが、リフレッシュアド
レスは内部アドレスカウンタによって自動的に発生され
る動作モードである。これに対し、セルフリフレッシュ
は、リフレッシュ動作の起動、リフレッシュアドレスの
発生共にメモリLSIチップ内で自動的に行なう。これ
らの動作は外部からのリフレッシュ信号REFもしく
は、前述した420の出力φr0により制御される。 【0063】すなわち、オートリフレッシュではREF
(一般に高電圧→低電圧に変化)もしくはφr0が入力さ
れる毎に、φrを発生してリフレッシュ動作時に必要な
500を動作させると同時に、内部のアドレスカウンタ
620により内部で自動的にリフレッシュ用アドレスA
i′を発生して、外部アドレス信号Aiのかわりに46
0に入力し、Ai′にしたがって、801〜80nを順
次選択動作させリフレッシュ動作を行なう。セルフリフ
レッシュは上記のリフレッシュアドレスの内部発生に加
えて、リフレッシュタイマにより一定時間tf毎に発生
される信号φfにより、内部で自動的にリフレッシュ動
作の起動が行なわれる。オートリフレッシュとセルフリ
フレッシュの外部からの指示は、一般にREF信号のあ
る状態(一般に低電圧状態)の継続時間によって区別さ
れ、継続時間がある一定時間以上になるとセルフリフレ
ッシュ動作を行なうようになっている。これらの詳細は
電子技術,第23巻,第3号などに述べられている。 【0064】さて、以上のような構成のメモリにおい
て、本発明では、図1の実施例でも述べたように、3の
電圧変化を100によって検出し、動作状態の変化を検
知する。これによって、たとえば外部電源の停電などに
より、情報保持動作に入ったことが検知されると、60
0,610,620などの回路を起動し、前に述べたセ
ルフリフレッシュ動作と同様の動作により、メモリセル
内の情報が消滅するのを防止する。このとき、本発明に
おいては、前に述べたと同様に情報保持動作に必要な回
路のみに必要最小限の電力を供給し、その他の回路への
電力供給は停止する。したがって、リフレッシュ動作に
主として関係のない、400,410,430,44
0,450,900などの回路は原則として動作を停止
させる。 【0065】さらに、情報保持動作に必要な回路におい
てもその消費電力を極力低減させる。すなわち、前にも
述べたように、各回路の性能は通常動作時に必要な性能
に合せて設定してあるので、情報保持動作だけのために
は動作速度が速すぎるなどのように、性能が過剰になっ
ている。この性能を情報保持動作に必要な最小限に低減
する。たとえば、500の回路は動作速度を情報保持動
作に適切な速度にして、低消費電力化を図る。また、基
板電圧発生回路の動作を停止して、基板電位を接地電位
(0V)にしたり、あるいは起動能力を小さくして低消
費電力化を図る。さらに特願昭58−99341号に述
べられたと同様にリフレッシュ動作の回数も通常動作時
より少なくして、低消費電力化を図る。たとえば、電子
技術,第23巻,第3号に述べられている64Kビット
ダイナミックメモリなどでは、リフレッシュ時間tref
2ms、リフレッシュサイクルNref128サイクルが
一般的な仕様になっているが、これは2msの間に12
8回のリフレッシュ動作が必要なことを意味する。した
がって、平均的にtf=tref/Nref≒15μsに1回
の割合で、リフレッシュタイマ610から信号φtを発
生して、リフレッシュ動作をする必要がある。tfの値
は、LSIチップの内部温度Tjの上昇と共に小さくす
る必要があり、Tjが30℃変化すると約1桁tfを小
さくする必要のあることが実験的に分っている。上記の
仕様は通常の動作状態における最悪条件を考慮して決め
てある。すなわち、LSIチップを使用する周囲温度T
aが最高(一般に70℃)、LSIチップの消費電力P
dが最大の条件で定めてある。このときのTjはたとえ
ばTa=70℃,Pb=300mWとすると、 【0066】 【数3】 【0067】ここで、θjaはLSIチップパッケージの
熱抵抗であり、通常のセラミック形パッケージではθja
〜100℃/W程度である。 【0068】以上のように、最悪条件でTj≒100℃
になり、この値を基に上記tfは定めてある。 【0069】さて、本発明における情報保持状態におい
ては、消費電力の低減を目的としており、この状態で
は、Pd≦1mWとすることが充分可能であり、そのた
めに、上記Tjの値はたとえ外部電源が故障してもTa
は70℃の高温であるとしても、式(4)から明らかな
ように、通常の動作状態よりも、Tjは約30℃低くな
り、したがって、tfも約1桁長くできる。すなわち、
単位時間当りのリフレッシュ動作回数を約1桁少なくで
きるわけである。なお、情報保持動作状態においては、
LSIチップを使用する電子装置全体も動作停止状態に
あるのが一般的であり、そのためTaも70℃以下にな
ると考えてよい。したがって、tfの値はさらに長くし
ても良い。本発明においては、上記を利用して、情報保
持状態においては、リフレッシュタイマから発生するφ
fの時間間隔tfを通常動作時より、約1桁以上長くし
て、リフレッシュ動作の回数を低減し、低消費電力化を
図る。また、さらに本発明では、情報保持動作状態にお
いては、メモリアレー部700の動作電圧の一部を他の
回路より高くして動作の安定化を図る。 【0070】なお、本実施例においては、動作状態の変
化を、3の電圧変化によって検出する方法について述べ
たが、前にも述べたように外部から指示する方法も可能
であり、たとえば、リフレッシュ動作の説明で述べた、
RASとCASの位相差によってφr0を発生する方法
や、REFの信号を入力する方法で代用することもでき
る。すなわち従来の技術でのセルフリフレッシュ指示を
本発明での動作状態変化の指示として用いるわけであ
る。また、ここで、RASとCASの位相差によってφ
r0を発生する方法と、REFの信号を入力する方法は、
ほぼ同一機能であるため、一般にどちらか一方の方法を
備えれば良い。たとえば、状態変化の検出は100で行
ない、RASとCASの位相差によってφr0を発生し、
従来のオートリフレッシュ動作を指示し、REFの入力
を無くす構成も可能である。このとき、セルフリフレッ
シュ機能を設けても良いが、本発明の情報保持動作状態
がほぼセルフリフレッシュ動作に対応するので、省いて
もよい。 【0071】以上述べた本実施例によれば、情報保持動
作状態における消費電力を大幅に低減できる。 【0072】以下、本実施例の各部の具体例を他の実施
例によって詳述する。なお、以下の実施例ではメモリの
構成素子としてNチャネル形MOSトランジスタを想定
して説明するが他のPチャネル形MOSトランジスタ、
あるいはP,N両チャネル形、さらにはバイポーラ形ト
ランジスタ、およびMOS形とバイポーラ形の組合せな
どを構成素子とする場合にも適用できる。 【0073】図11は、低消費電力化の一実施例であ
り、図10の500の回路の低消費電力化を例にして説
明している。 【0074】一般に500の回路は同図に示すように、
PG1〜PG3などの複数のダイナミック形パルス発生
回路の従属接続から構成される。このパルス発生回路P
Gの回路構成および動作の一例は、昭和54年度電子通
信学会半導体・材料部門全国大会No.69に記載されて
いる。VINT1〜VINT3は各PGの電源電圧を示してお
り、一般にはチップ内の共通の電源電圧VINTに接続さ
れる。 【0075】さて、本発明では前にも述べたように、情
報保持動作だけのためには、動作速度が速すぎるのを、
本動作状態に適切な速度にして(遅くして)、低消費電
力化を図る。すなわち、一般の回路においては、回路の
信号遅延時間tPdと消費電力Pdの積が、ほぼ一定であ
ることを利用する訳である。このため本実施例では、低
消費電力化したい回路の電源、たとえばPG2の電源電
圧VINT2を他の回路の電源電圧より下げ、低消費電力化
を図る。また、別の手段としては、情報保持状態では、
たとえばPG2の回路定数を内部で切換え、tPdを大き
くしてPdを小にする。また、さらに別の手段としては
同図破線で示すように、消費電力の小さいPG2′を用
意しておき、情報保持動作状態では、SW502、SW
502′,SW503,SW503′のスイッチによっ
て、動作させる回路をPG2からPG2′に切換えて低
消費電力化を図る。 【0076】以上述べた実施例により、500の回路の
低消費電力化が可能になる。なお、本実施例の適用範囲
は、500のみに止まらず、他の同様の回路においても
適用可能である。 【0077】さて、一般に図11に示した回路は大半が
ダイナミック形回路になっている。したがって、入力5
01、もしくは602に信号が入力されて、回路が動作
する時のみしか電力を消費しないようになっている。し
かし、PG1の回路だけは外部からの信号RAS ̄が、
任意の時刻に入力されてもただちに応答して動作できる
ように、常に電力を消費する待機状態にしてある。すな
わち、PG1はスタテイック形の回路となっている図1
2は図10で説明した基板電圧発生回路300の低消費
電力化のための具体的実施例の一つである。 【0078】一般に基板電圧発生回路は、1976年ア
イ・エス・エス・シー・シー・ダイジェスト・オブ・テ
クニカル・ペーパーズ第138頁−第139頁(197
6ISSCC DIGEST of TECHNICAL
PAPERS,pp138−139)などに記載され
ているように、チャージパンプの原理により、電源電圧
と逆極性の電圧を発生する。 【0079】同図で311は、リングオシレータ回路な
どから構成される発振回路であり、チャージパンプ信号
φBBを発生する。CBBはチャージパンプ容量QBB1は直
流再生用、QBB2は整流用MOSトランジスタである。
また、IBBはLSIチップ内の回路全体で発生する基板
電流を模式的に示したものであり、一般に基板電圧発生
回路の電流駆動能力IoutはIout≧IBBでなければなら
ない。これらの動作の詳細は上記文献に述べられてい
る。 【0080】さて、本発明における情報保持状態では、
LSIチップは大半が動作を停止した状態にあるため、
LSIチップの基板電流は極めて小さくなり、基板電圧
発生回路の電流駆動能力Ioutを小さくしても、LSI
チップ全体の動作に支障はない。このIoutと基板電圧
発生回路の消費電力PdBBはほぼ比例関係にあるため、
このIoutを小さくしてPdBBを低減することができ
る。 【0081】Ioutは一般に次式で表わされる。 【0082】 【数4】 【0083】ここで、VφBBはφBBの電圧振幅、fBB
φBBの周波数である。 【0084】したがって、本実施例では、情報保持状態
ではVφBBの値を小さくして、PdBBを小さくする。こ
のVφBBの値を小さくする方法は種々あるが、たとえ
ば、回路の動作電圧VINTBを低くすれば良い(一般に通
常動作状態ではVINTB=VINT)。このVINTBを低くす
る手段としては、たとえば、特願昭56−168698
号、特願昭57−220083号などに記載されている
回路により、LSIチップ全体の動作電圧VINTより低
い電圧を発生して、動作状態によってVINTとその低い
電圧を切り換えて使えばよい。またさらにPdBBを小さ
くするためにfBBを小さくしてもよい。そのためには、
たとえば上に述べた動作電圧を低くする方法を用いれば
よい。あるいは、311内のfBBを決める回路の時定数
を制御してもよい。また、311がインバータを複数個
リング状に縦続接続したリングオシレータで構成されて
いる場合には、インバータの負荷抵抗を切り換えて、f
BB(インバータの遅延時間で決まる)、PdBBを制御し
てもよい。また、さらにPdBBを小さくする方法として
は、複数のCBBを用意しておき、これを動作状態によっ
て切り換えて使用するようにしてもよい。 【0085】以上、基板電圧発生回路の低消費電力化に
ついて述べたが、場合によっては、基板電圧発生回路の
動作を情報保持状態では停止し、VBB=0Vとして、消
費電力を完全に0にすることも可能である。そのために
は、図12のように311の接地線(電源線側でもよ
い)にQBB3設け、これをφBC ̄でオフにして、電力供
給を停止すればよい。このとき、出力316は、QBB4
接地電位(0V)に固定する。このようにVBB=0Vと
すると、LSIチップ内の拡散層容量Cjが大きくなり
(Cjは拡散層−基板間電圧のほぼ平方根に逆比例す
る)、動作速度が遅くなるなどの問題を生じるが、前に
も述べたように、情報保持状態では特に高速で動作する
必要はないので問題ない。また、VBB=0Vにすると外
部からLSIチップの入出力ピンなどを介して、電源電
圧と逆極性の雑音が入力された場合に、メモリセルに記
憶された情報が消滅する可能性があるが、そのような場
合には、LSIチップを作成するシリコン基板として、
比抵抗の充分小さいシリコン基板を用いて、基板抵抗を
小さくし上記雑音が入力されたとしても直ちに接地線に
吸収できるようにしておけばよい。なお、比抵抗が小さ
すぎると、そこに形成するMOSトランジスタのしきい
電圧が高すぎるなどの特性上の問題を生じるが、そのよ
うな場合には、MOSトランジスタの作成に適した比抵
抗のシリコン層を上記低比抵抗シリコン基板上に形成し
た。たとえばエピ形シリコン基板などを用いればよい。 【0086】以上述べたように本実施例により、情報保
持状態における基板電圧発生回路の消費電力を低減でき
る。 【0087】以上図1〜図4に述べた本発明の基本概念
の具体的な実施を、主としてダイナミックメモリを例題
として説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定され
ず、前にも述べたように種々の形式のLSIに適用可能
である。 【0088】 【発明の効果】以上述べた発明によれば、電源電圧低下
時に、更なる低消費電力化を施した半導体装置を提供す
ることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improvement of a semiconductor device.
Especially suitable for battery (battery) backup operation.
The present invention relates to a conductor device. [0002] 2. Description of the Related Art A so-called information storage device represented by a memory.
In semiconductor devices that have the ability to
Electronic devices such as power supplies for driving semiconductor devices.
In the so-called power failure state at the time of failure, the above information storage device
It is generally desired that the information stored in
You. For this purpose, the electrical characteristics in normal operating conditions and the shutdown
In order to satisfy both the information retention characteristics during power transmission,
A battery (battery) is provided in the electronic device,
The battery supplies operating power with this battery, a so-called battery.
Terry backup method is adopted. In the above-mentioned battery backup system, the power
In order to extend the operation duration of the pond, semiconductor devices
Information holding state (hereinafter simply referred to as information holding state)
Power consumption) should be as small as possible.
It is necessary. The low power consumption characteristic in this information holding state is as described above.
In addition to the battery backup method during a power outage,
There is a case where only the information needs to be stored stably for a long time.
Or small electronic devices that are easy to carry
Carry the device with only information stored at low power consumption
And perform various processes at any location based on the information stored above.
It is also very convenient in the case of nau. [0004] SUMMARY OF THE INVENTION Static RAM
When the power supply voltage supplied to the memory cell is selected
Or, switch when not selected to reduce the power consumption of the memory cell.
Japanese Patent Application Laid-Open No.
JP-A-5884 / 8884
In Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 4 (1999) -2004, non-selected memory cells, that is, signal transmission
It merely discloses the reduction of power consumption of circuits without
Power consumption of the circuit that transmits signals even when the power supply voltage drops.
No consideration was given to empowerment. You
That is, in the semiconductor device according to the related art, the power supply voltage drops.
Most measures have been taken for low power consumption characteristics.
Is not sufficient, and if any, it is insufficient.
It was not suitable for use like the re-backup method. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the power supply voltage.
Providing semiconductor devices with even lower power consumption
Is to do. [0006] An object of the present invention is to reduce a power supply voltage.
Power supply wiring (3) to be supplied,
Power supply voltage converting means for reducing and outputting the above power supply voltage
(200), the power supply voltage from the power supply wiring and the reference
Comparing means (110) for comparing a voltage with the power supply wiring;
Pulse generating circuit to which the power supply voltage is supplied
(PG1) and the power supply voltage is supplied from the power supply wiring.
A second pulse generation circuit (PG2),
The power supply voltage from the source wiring has dropped below the reference voltage
In response to the output of the comparing means, the second pulse
The power supplied from the power supply wiring to the power supply
Switching from voltage to output voltage of the power supply voltage conversion means
(See FIG. 4).
To FIG. 11). It is another object of the present invention to provide a first pulse generating circuit.
(PG1) and a second pulse generation circuit (PG2).
Semiconductor device, the second pulse generation circuit
Signal delay time is large and power consumption is small.
Pulse generation circuit (PG2 ') and the second pulse generation circuit
Either the raw circuit or the third pulse generation circuit
A switch provided to be connected to the first pulse generation circuit.
Switch means (SW502, SW502 ').
(FIG. 11)
reference). [0008] The power supply voltage from the power supply wiring is equal to the reference voltage.
Depending on the output of the comparison circuit when the pressure drops below
The power supply voltage supplied to the second pulse generation circuit is changed to the first voltage.
Make it lower than the power supply voltage supplied to the pulse generation circuit.
As a result, the operation can be stopped without stopping when the power supply voltage drops.
It is possible to further reduce the power consumption of the second pulse generation circuit.
it can. The second pulse generating circuit or the second pulse generating circuit
Either of the third pulse generation circuits is set to the first pulse
The switch means provided to be connected to the generating circuit
When the power supply voltage drops, the third pulse generation circuit is raised.
It is connected to the first pulse generation circuit. The third pulse above
The generator consumes less power than the second pulse generator.
Therefore, when the power supply voltage drops, further reduction of semiconductor device consumption
Electricity can be achieved. [0010] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to embodiments.
You. FIG. 1A illustrates the basic concept of the present invention.
This is an example. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an LSI chip.
Is an LSI chip having an information storage function.
Random access memory such as Mick and Static
(RAM) or read-only memory (ROM),
Furthermore, a logic LSI such as a microcomputer
Any type of LSI chip may be used. Also,
Its components are bipolar transistors and MOS transistors.
Transistors, combinations of these elements, or Si
For example, a GaAs transistor using an external material
Any of these may be used. Reference numeral 2 denotes a circuit unit. 3 is power supply
Line, VINTIndicates the voltage, here 3 is the external power supply
Pressure VEXTIs applied. That is, VINT= VEXTTona
You. Here, for simplicity, only one power supply is shown.
However, even when a plurality of types of power are externally applied,
Absent. This is the same in the following embodiments. 4 is
This is the signal input / output wiring. In the figure, 5 is a battery, VBTIs that
Voltage, and this battery is used as a power source in the information retention state.
The whole top works. 6 is current from 3 to 5 during normal operation
Is a diode for preventing backflow. here
Then, for simplicity of explanation, reference numeral 6 indicates that the forward voltage is 0 V,
Directional impedance 0Ω, reverse impedance ∞Ω (no
Suppose an ideal diode having the characteristic of (maximum). What
These are external power sources in the battery backup system.
An example of one connection method between a power source and a battery.
The device is equipped with a power failure detection means so that 3 and 5 can be automatically
It is also conceivable to make a connection. In the following example
The connection of these batteries is not shown for simplicity. Numeral 100 denotes an information holding state from a normal operating state.
Operating state detecting means for detecting that the
Is output to 101 as a signal “1” or “0”.
Power. In this case, the above detection means is provided inside the LSI chip.
Although a stage is provided, an input terminal as shown by a broken line 7 in FIG.
And the detection by the power failure detection means of the electronic device described above.
The result may be input as a signal. This is described below
The same applies to each embodiment. [0013] Here, 100 is the voltage or voltage of 3
Detects changes in flow and changes from normal operating state to information holding state
Recognize that the transition to. Hereinafter, in each embodiment, the voltage change
The explanation focuses on the method of detecting
Of course, other physical quantities caused by the characteristics of the LSI chip
Changes, eg temperature, humidity, volume, light intensity, speed, acceleration
Such a change may be detected. In addition, the LSI chip
Not a physical quantity change of the body, but an electronic device or LSI chip
Operating state affects the operation of other devices, resulting in
Means for detecting a change in physical quantity may be used. Stated above
Speed, acceleration, etc. are generally examples. Either
But is each physical quantity converted to an electrical quantity once?
Therefore, any of the methods for detecting a voltage change described below
Also applicable to cases. Hereinafter, a case where 100 detects a voltage change of 3 will be described.
An example will be described. 100 is generally VBT<VEXT3 if
That the voltage ofBT> VEXTIn the case of 3
The fact that the voltage has increasedBT≒ VEXTIn case of
Noise (such as glitch noise)
) And outputs a signal to 101.
To reduce power consumption in the information retention state
Is VEXT> VBTIs better
The operation of the present embodiment will be described with reference to FIG.
Will be explained. Note that in this embodiment, VEXT> VBTof
It is not necessary to meet the condition, which will be
It is the same as above. As shown in FIG. 1B, for example,
Power outage (power failure due to power failure, intentionally turning off the power
If a power failure occurs, the voltage of 3INT
Is VEXTTo VBTIt gradually drops toward the voltage of. This
Is a predetermined fixed reference voltage, for example, V
BC1If it becomes lower (time t1), State detecting means 100
Is φBC(Change from “0” to “1”), φ
BC ~(Change from “1” to “0”).
That is, the operating state is communicated by the state detecting means 100.
Recognition of transition from normal state to information holding state
It is. In response to the signal 101, the circuit unit 2
Switch the state to the minimum power consumption required to retain information.
Reduce to force. Voltage V of 3INTIs the time t1To tTwoShy
, But VBTWhen the voltage of the diode 6
(Assuming that the forward voltage is 0 V as described in (2)).
That is, electric power is supplied from 5 and a voltage V of 3INTDecrease in V
BTAnd then continue the information retention operation at this voltage
You. On the other hand, when the power failure recovers or the external power is turned on,
Voltage V of 3BTRises to a constant reference voltage VBC2Higher
When it becomesBC, ΦBC ~Signal of the original normal operating state.
As described above. As a result, the circuit unit 2
Return to normal operation. According to the above-described embodiment, the change of the operation state is performed.
Information is detected and power consumption is retained in the information retention operation state.
To the minimum required for operation of the
When operating in the backup mode, or when using a portable battery
Battery operation time when carrying
You. In this embodiment, a change in the operating state is detected internally.
I mentioned the method of issuing
Even when the status change is indicated by signals from the
Similar effects can be obtained. Also, the detection of state changes was described earlier.
Physical quantity other than voltage change, such as current change
May be detected. In voltage change detection, the detection reference voltage
Voltage VBC when the voltage falls and rises.BC1, VBC2Made
However, this varies depending on the design, and may vary.
And VBC= VBC1= VBC2It may be. Also, these
Value is VEXTAnd VBTEach normally possible voltage of
It is desirable to set in consideration of fluctuation. For example, VEXT
Is 5V, the fluctuation is ± 0.5V, and the center value of VBT is
3V, and if the fluctuation is ± 0.3V, VBC1, VBC2
Such as VBCOf 3.3V <VBCSet as <4.5V
If it does, V which can usually occurEXT, VBTFluctuations
To eliminate the problem of detection as a change in operating state
it can. FIG. 2 shows another specific embodiment.
You. 1 have the same contents. same
In the figure, the circuit part 2 is divided into 2a and 2b,
Mainly different, 2a is in the information holding state such as at the time of power failure
The circuit section 2b not related to information retention is related to information retention.
Circuit part. Specifically, for example, with a logic circuit
LS for microcomputers with mixed memory circuits
Logic circuit 2a and memory circuit 2b
Respond. In this case, even if it is not a direct memory circuit,
Circuits that generate signals necessary for the operation of memory circuits
2b. In this embodiment, the operation state is the same as in FIG.
A change in state is detected by 100, and the result is converted to 101.
Output. With this signal, it is not particularly related to information retention
The operation of the circuit section 2a is stopped to reduce power consumption. information
Power is supplied to 2b related to the holding, and the information is held. According to this embodiment, there is no relation to information retention.
Stops the operation of the circuit section, enabling a significant reduction in power consumption
Noh. Note that 2a and 2b in this embodiment are
As described above, in the information retention state such as during a power outage,
Circuit parts not related to information retention and related circuits
The logic circuit mentioned as a specific example
(2a) It is not limited to the memory circuit (2b). example
If the same memory circuit is used,
The memory portion that does not need to store the information of
It may be included in the part. Specific example of such an LSI chip
For example, in the memory system of a large computer
BS (Buffer Storage) operating at high speed, low speed
However, as with large-capacity MS (Main Storage)
Have (or even more) types of memory, mainly
The information is stored in the MS at normal operation.
To speed up the process, a small amount of information may be
LSI chip that reads and operates from a high-speed BS
And the like. In this case, BS 2a, MS
It should be 2. Generally, high-speed memory such as BS
Is a bipolar static memory, large like a MS
The quantity memory is composed of MOS type dynamic memory
However, its components, circuit method, etc.
Various other selections are possible. For example, both 2a and 2b
Bipolar and MOS transistors, respectively
Combination of both types of transistors, and also other than Si
Components such as transistors made of GaAs type material
Static or dynamic memory
And other types of memory can be arbitrarily selected. FIG. 3 shows another specific embodiment of the present invention.
An example is shown, and the same numbers as those in FIG. 2 indicate the same contents.
ing. In the figure, the circuit section 2b is divided into 2b1 and 2b2.
They differ in that they are divided. In FIG. 2, reference numeral 2b1 denotes an information holding operation at the time of a power failure or the like.
In the operation state, it is related to the information
Consumption due to high performance during operation (for example, high-speed operation)
This is a circuit part designed to have large power.
The product of time and power consumption is almost constant.) Sand
In other words, the performance is excessive for only the information retention operation,
Therefore, the power consumption is high in the circuit section. 2b2
Is a circuit portion except for 2b1 in 2b. In this embodiment, in the information holding operation state,
Is obtained by the signal of the output 101 described in the embodiment of FIG.
Power consumption by stopping the operation of the portion 2a unnecessary for the information holding operation
At the same time as reducing the
The necessity of using the high performance 2b1 circuit for the information retention operation
To reduce the power consumption of this circuit section. According to this embodiment, the embodiment shown in FIG.
In addition, power consumption can be reduced. In this example,
In addition, low power consumption by stopping the operation of 2a and 2
The two of low power consumption by trade-off with the performance of b1
The same effects can be achieved even if implemented independently.
Needless to say, this is obtained. FIG. 4 shows an LSI chip in addition to the embodiment of FIG.
Power supply voltage conversion means 200 is provided in the
2b3 operates at its output 201. 2b1 ', 2b2
'Removes 2b3 from 2b1, 2b2 in FIG.
Circuit part that was The voltage conversion means 200 is in the information holding state.
From the operating voltage of the circuit section 2a other than 2b3
Alternatively, a boosted voltage is output. Here is the normal operating state
The output voltage of 200 at is generally equal to the voltage of 3.
However, even under normal operating condition, the voltage itself is
6-57143, Japanese Patent Application No. 56-168698, etc.
The value obtained by converting the voltage of 3 for other purposes as described
It may be. Now, in the information holding state, the voltage
The purpose of stepping down is to reduce the operating power supply voltage of 2b3 to information, for example.
Power supply voltage VBT (battery voltage)
This is to reduce power consumption by lowering the power consumption. That is,
Specific example of the method for reducing the power consumption of 2b1 in FIG.
It is also a practice. Also, the eye that boosts the voltage
Specifically, for example, in the power supply voltage VBT in the information holding state,
The operating voltage is too low, and the circuit performance deteriorates,
If it becomes unstable, operate it with the boosted voltage
This is to stabilize the crop. As described above, in the information holding state,
Step down or boost some circuits in the LSI chip compared to others
Low power consumption and operation by operating at the specified voltage
Can be stabilized. In the present embodiment,
To convert the power supply voltage for simplicity
As mentioned, in some cases the amplitude voltage of the pulse signal
It may be a conversion target. As described above, FIG. 1 to FIG.
Concept was explained. Contents described in these examples
Are implemented individually or in any combination
It is possible to obtain the effect described in each embodiment as it is.
Of course, it can be done. Further, in each embodiment,
The operation state detecting means 100 includes a normal operation state and an information holding state.
The example of detecting the two states described above has been described.
Detection of operating state, for example,BTPrepare the value of
And VINTOf small changes in the
φBCCauses more fine-grained circuit control.
It is also possible to do. Alternatively, launch in this way
Born φBCAnd each embodiment described with reference to FIGS.
It is also possible to operate in combination. That is, the figure
Φ at 4BCAs φBC1~ ΦBC4And φBC1
2a, φBC22b1 ', φBC3By
2b2 ', φBC4Controls the operation of 2b3
Other things are possible. In each embodiment, the description will be simplified.
100, 200, 2a, 2b, etc.
Sections are clearly separated, but in general each circuit is an LSI
Mutual input in the spatial arrangement in the chip, circuit connection, etc.
It goes without saying that they are mixed and mixed. The following is a more specific description of each embodiment described above.
Examples will be described. FIG. 5 shows a specific example of the operation state detecting means 100.
In this example, the change in voltage is detected and the
An example of detecting a change will be described. In the figure, reference numeral 110 denotes the power of the inputs 111 and 112.
Discriminates the level of the positional relationship. If 111 is higher, output 1
13 is low potential (information “0”), and 111 is lower
This is a discrimination circuit that outputs high potential (information "1").
Loose Schmitt trigger circuit or comparator circuit
Road. There are various concrete construction methods of these circuits.
However, in general, a differential amplifier or IEE
ー E Transaction on Circuits A
And Systems Vol. CAS-25, No. 7, July 1
978, pages 482-489 (IEEE Transact
ion on Circuits and Systems, Vol. CAS-25, N
o.7, July 1978, pp482-489).
Operational Amplifier
May be used. 120 is input to 121, for example, V
INTTo the appropriate value V for the input of 110INTConvert to ´
Circuit, and in some cases VINT'= VINTAs well
No. 130 is the reference voltage V described in FIG.BC(VBC1,
VBC2). 115 is the 113 signal
φBCIs inverted to 114BCInverter that outputs  ̄
Circuit. According to this embodiment, VINT´> VBCin the case of
Is a low potential (information “0”) at 113 and a high potential at 114
(Information "1")INT´ <VBCIn the case of, 113,
114 can output the opposite signal to the above.
To detect changes in operating conditions.
You. Here, VINTAnd VINTThe relationship of 'is 120 in advance
Therefore, after all, VINTAnd VBCConstant
The above detection can be performed in the relation of According to the present embodiment, the characteristics of 120 and 130
The detection level can be changed minutely by changing the
Versatility and design flexibility
Can be In this embodiment, the reference voltage VBC is set to 1
The method of generating at 30 and inputting it to the discrimination circuit 110 has been described.
Has a certain threshold value which is itself 110, and this value
And the input voltage, and according to the result,
Or a so-called threshold circuit that outputs "0"
There may be. In such a case, V
INTTo any VINTBy converting to ´ and inputting,
The desired characteristics can be obtained. One of the specific embodiments
Will be described later with reference to FIG. FIG. 6 shows that, as described in FIG.
INTThe detection reference voltage at the time of drop and rise of VBC1, VBC2When
It is a specific example in the case of different. As shown in the drawing, in this embodiment, the reference voltage
Binary VBC1, VBC2With the ability to generate
Add these to S131, S132Switch of VBC
And output to 112. S131, S132Switching
Well, here is φBC(In some cases, φBCUsing  ̄
), And φBCWhen “0” is
That is, in the normal operation state, S131On, S132Off and
Then VBC= VBC1And φBCIs “1”, that is,
S in the information holding state131Off, S132Is turned on and V
BC= VBC2Then, as shown in FIG.INTAt the time of decline
VBC1Becomes the reference voltage, and when rising, VBC2Becomes the reference voltage
Become. According to this embodiment, VINTWhen falling and rising
Can be independently set to arbitrary values. FIG. 7 shows V in FIG.INTTo VINTChange to ´
This is one specific embodiment of the circuit 120 for converting and outputting. As shown in FIG.INT´
Is VINTTo R121, R122By dividing the resistance by
Have been obtained. Also, VBCIs almost the threshold of Q131
Voltage VT131be equivalent to. In the present embodiment, V
INT´ = R122/ Rone two Three+ R121・ VINTAnd VBC≒ VT131of
Compare the relative voltages, and if the former is higher,BC=
“0”, if the former is low, φBC= Output "1"
Power, but this is VINTAnd VT131Reorganization of relationships
Then it looks like this: That is, [0044] (Equation 1) In the case of φBC= “0”, [0046] (Equation 2) In the case of φBC= “1”. These are shown in FIG.BCIs the value of
(1 + R121/ R122) VT131Is equivalent to
Therefore, R121And R122By choosing
The reference voltage can be easily set to any value. FIG. 8 is a circuit diagram of the operation state detection circuit 100.
This is another specific embodiment, and the basic configuration circuit is described in
No. 57-220083, the circuit presented in FIG.
DCV is used. In FIG.141~ Q14n, Q151Each
Threshold is VT141~ VT14n, VT151MOS transistor
It is. Where Q141~ Q14nIs V in FIG.INTof
The conversion circuit 120 is composed of 150 VINT'= V
INT− (VT141+ ... + VT14n) Is output. Q151, R
151Constitutes the discrimination circuit 110 of FIG.
Solid himself has a certain reference threshold,
Threshold for discriminating input voltage level
It is a value circuit. The threshold V of this circuitTCIs VT151
Threshold voltage VT151And R151And Q151To the on-resistance ratio of
It is more defined and can be set arbitrarily.151The value of151of
If it is set sufficiently higher than the on-resistance, VTC= VT151
It can be. Here, for simplicity,
Will be described. The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
explain. VINTGradually decreases to a voltage of 150
Is VINT'= VINT− (VT141+ ... + VT14n) ≦ VT151You
That is, VINT≤VT151+ (VT141+ ... + VT14n) = ΦBC
(Time t0) Q151Turns off and the output φBCIs
"0" changes to "1". By this, already mentioned
V as in the previous embodiment.INTOperation is detected
The transition to the information holding state can be detected. Also in this embodiment, the MOS transistor used is
By adjusting the threshold voltage of the transistor or the number of stages
And the equivalent V in FIG.BCCan be set to any value
You. Further, according to the present embodiment, VINT≤VT151+ (VT141+
… + VT14n) Under Q151Is turned off and the eyes of the present invention
To reduce power consumption in the information retention state
Effective. In FIG.150Is VINTFrom high to low
Charge at nodes such as 150 when changing state
This is a discharge resistor for preventing the discharge from occurring. This resistance
The value is VINTMust be selected according to the rate of change of
If the rate of change of the
It is also possible to substitute a parasitic resistor that is parasitic on
Yes, in which case R151Is unnecessary. Where R150, R
151Can be replaced with the on-resistance of the MOS transistor.
It is possible. In the present embodiment described above, the same as the other embodiments
Various modifications are possible. For example, Q141~ Q14nHaichi
Any device that can provide a constant voltage shift can be used.
Polar transistor, FET transistor, Tio
And zener diodes can be substituted. Also, Q
151Is used if the active device has a certain threshold
Possible, bipolar transistor, FET transistor
Etc. can be substituted. In addition, each of the implementations described above
Any combination with the examples is possible. for example
If VINT'Is generated by using the resistance dividing circuit described in FIG.
Alternatively, or conversely, 120 in FIG.
Q of141~ Q14nMay be replaced by a circuit such as FIG. 9 shows the resistance R of FIG.150, R151Each
Re Q152, Q153This is an embodiment replaced with. VG2, VG3Is Q152, Q153Gate via
Voltage, connected to the drain in some cases
Then VG2= VINT', VG3= VINTIt may be. Where V
G3= VINT, Then φBCHigh voltage side of
(“1”) voltage is VINTTo Q153Threshold voltage V
T153Note that it is only lower. So this
Voltage to VINTIf you want to be equal toG3≧ VINT+ V
T153It is necessary to set as follows. In this embodiment
Also has the same operation and effect as FIG.G2=
VINT´ as Q152Threshold voltage VT152To VT152≒ V
T151So, VINT´ <VT151Information retention behavior
In the working state, Q152Will also be turned off,
The power consumption can be further reduced than in the case of FIG. As described above, in the embodiment shown in FIGS.
4 to FIG. 4 show a specific embodiment of the operation state detecting means 100.
I also mentioned. Next, information is held by the output signal of 100.
A specific embodiment for reducing the power consumption in the operating state is described in MO.
S dynamic memory and address multiple
A description will be given by taking a memory of the matrix type as an example. It should be noted that the present invention
The scope of application is not limited to this, and in the following examples,
Applicable to various types of LSI chips as described above
It is. FIG. 10 is a block diagram showing an address multiplexer according to the present invention.
Example applied to a matrix-type MOS dynamic memory
It is. Now, with a MOS dynamic memory,
As is known, the storage capacity in the memory cell
Information charge disappears over time,
It is necessary to perform the rewrite operation periodically. This is it
This is a refresh operation, and the information holding operation state of the present invention.
This operation is also required in the state. Address multiplex
For example, a memory cell is a memory cell in which a row and a column are secondary.
In the originally arranged memory, the row designation address and column
Multiplex the specified address on the same signal line by dividing the time zone
Input from outside to reduce the number of input / output pins of the entire LSI
It is a method of aiming. These details are described in Japanese Patent Application No. 56-28.
No. 109, etc. In FIG. 10, 1 is a memory LSI chip,
3 is a power supply wiring,INTIndicates the voltage.
V from outside to 3EXTOr for battery backup
VBTIs applied. 4 is a ground line, generally VSS(0
V) is applied from the outside. 100 detects the voltage change of 3
Circuit for detecting the operating state of the memory LSI chip
Therefore, the various embodiments described above can be applied. 300
Is the substrate voltage generation circuit built in the memory LSI chip
It is. This substrate voltage is the operating performance (operation) of the memory LSI.
Speed, etc.).
Depending on the situation, it may be given externally or
Alternatively, the ground potential may be used. In this case, 300 is unnecessary
You. Reference numeral 700 denotes a two-dimensional array of memory cells arranged in rows and columns.
Memory array section, and is provided by a row selection decoder 800.
Row selection 80i and column selection decoder 900 selected by
By the intersection of any column selection line 90i selected by
The designated memory cell is read and the write circuit 43
0, data input buffer circuit 440, data output buffer
An external Din, DoutAnd signal
Give and receive 400 is an external write control signal
WE generates the internal clock signal necessary for the write operation.
This is the circuit that occurs. 410 is the column selection control signal CAS
Therefore, the internal clock mainly related to the column selection operation described above is used.
This is a circuit that generates a lock signal. 420 is CAS and line
By comparing the phase of the selection control signal RAS,
Signal φ for reshfIs a circuit that generates Normal movement
At the time of the work, RAS is input before CAS.
These signals also change from “1” to “0”).
Refresh if input before RAS
Judge as operationr0Occurs. 500 by RAS
Generates an internal clock signal mainly related to the row selection operation.
It is a circuit that produces. Generally address multiplex
In the memory of the formula, a row selection line (generally a word line) 801
-80n sequentially (arbitrary order), address buffer 46
0 and an output signal selected by the row selection decoder.
By doing so, a refresh operation is performed. did
Therefore, 500 circuits are mainly used during the refresh operation.
Only one need be operated. Reference numerals 600, 610, and 620 denote riffs, respectively.
Resh control circuit, fixed time according to 600 instructions
signal φ every tffA refresh timer that generates
It is an address counter and auto refresh (Autom
atic Refresh, Self Refresh
h) Perform each refresh operation. Auto refresh is a refresh operation.
Start-up is performed according to an external instruction.
Is automatically generated by the internal address counter.
Operating mode. In contrast, self-refresh
Is the activation of the refresh operation and the refresh address
The generation is automatically performed in the memory LSI chip. this
These operations are based on the external refresh signal REF or
Is the output φ of 420 described above.r0Is controlled by That is, in the auto refresh, REF
(Generally changes from high voltage to low voltage) or φr0Is entered
Every timerOccurs during the refresh operation
500 as well as an internal address counter
620 automatically refresh address A internally
i ′, and 46 instead of the external address signal Ai.
0, and 801 to 80n in order according to Ai '.
The next selection operation is performed and the refresh operation is performed. Self riff
Refresh is in addition to the internal generation of the refresh address described above.
In addition, a certain time tfOccurs every time
Signal φfAutomatically refreshes internally
The work is started. Auto refresh and self-refresh
An instruction from the outside of the fresh is generally sent after the REF signal.
State (generally low voltage state)
Self-reflection when the duration exceeds a certain time.
A flash operation is performed. These details
Electronic technology, Vol. 23, No. 3, etc. Now, in the memory having the above configuration,
Therefore, in the present invention, as described in the embodiment of FIG.
A voltage change is detected by 100, and a change in the operation state is detected.
Know. This can be used, for example, in the event of an external power outage.
When it is detected that the information holding operation has started, 60
0, 610, 620, etc., and activates the previously described cell.
The memory cell operates in the same manner as the
To prevent the information in the inside from disappearing. At this time, the present invention
In the same way as described above,
Supply only the minimum necessary power to the
The power supply stops. Therefore, the refresh operation
400, 410, 430, 44 primarily unrelated
Circuits such as 0, 450, and 900 stop operating in principle
Let it. Further, the circuit required for the information holding operation
However, the power consumption is reduced as much as possible. That is, before
As mentioned, the performance of each circuit is the performance required for normal operation.
Is set according to the
Is over-performing, such as operating too fast.
ing. This performance is reduced to the minimum required for information retention operation
I do. For example, a circuit of 500 has an operation speed
Set the speed appropriate for the operation to reduce power consumption. In addition,
Stop the operation of the plate voltage generation circuit and set the substrate potential to the ground potential
(0V) or lower the starting capacity to reduce power consumption.
Reduce power consumption. Further described in Japanese Patent Application No. 58-99341.
The number of refresh operations is the same as in the normal operation.
Lower power consumption is achieved. For example, electronic
64K bits described in Technology, Vol. 23, No. 3.
In a dynamic memory or the like, the refresh time tref
2ms, refresh cycle Nref128 cycles
Although it is a general specification, this is 12 ms in 2 ms.
This means that eight refresh operations are required. did
Therefore, once every tf = tref / Nref ≒ 15 μs on average
, The signal φ from the refresh timer 610tDepart
It is necessary to perform a refresh operation. tfThe value of the
Is reduced as the internal temperature Tj of the LSI chip increases.
When Tj changes by 30 ° C., about one digit tfIs small
We know experimentally what we need to do. above
Specifications are determined by considering the worst conditions under normal operating conditions
It is. That is, the ambient temperature T using the LSI chip
a is the highest (generally 70 ° C), the power consumption P of the LSI chip
d is determined under the maximum condition. Tj at this time is
If Ta = 70 ° C. and Pb = 300 mW, [0066] (Equation 3) Here, θjaIs the LSI chip package
Thermal resistance, θja
100100 ° C./W. As described above, under the worst conditions, Tj ≒ 100 ° C.
And based on this value, tfIs defined. Now, in the information holding state in the present invention,
Is intended to reduce power consumption.
Can sufficiently satisfy Pd ≦ 1 mW.
For example, the value of Tj is Ta even if the external power supply fails.
Is apparent from equation (4) even at a high temperature of 70 ° C.
Thus, Tj is lower by about 30 ° C. than in the normal operating state.
And therefore tfCan be increased by about one digit. That is,
The number of refresh operations per unit time can be reduced by about one digit.
You can. In the information holding operation state,
The entire electronic device that uses the LSI chip also stops operating
In general, there is a need to keep Ta below 70 ° C.
You can think that. Therefore, the value of tf should be longer.
May be. In the present invention, utilizing the above,
In the holding state, φ generated from the refresh timer
fThe time interval tf is set to be longer than normal operation by one digit or more.
To reduce the number of refresh operations and reduce power consumption.
Aim. Further, in the present invention, in the information holding operation state,
In other words, a part of the operating voltage of the memory
The operation is stabilized by setting it higher than the circuit. In this embodiment, the change of the operation state is performed.
Describes how to detect
However, as mentioned earlier, it is also possible to give instructions from outside
For example, as described in the description of the refresh operation,
Φ due to the phase difference between RAS and CASr0How to cause
Alternatively, you can use the REF signal input method
You. In other words, the self-refresh instruction in the prior art
It is used as an instruction for operating state change in the present invention.
You. Here, φ is determined by the phase difference between RAS and CAS.
r0And the method of inputting the REF signal are as follows.
Since the functions are almost the same, either method is generally used.
Just prepare. For example, state change detection is performed at 100
No, φ due to phase difference between RAS and CASr0Causes
Instruct conventional auto refresh operation and input REF
Is possible. At this time,
The information holding operation state of the present invention may be provided.
Almost corresponds to the self-refresh operation.
Is also good. According to the above-described embodiment, the information holding operation
Power consumption in the working state can be significantly reduced. Hereinafter, specific examples of each part of the present embodiment will be described in other embodiments.
This will be described in detail with an example. In the following embodiment, the memory
Assuming N-channel MOS transistor as constituent element
As described above, other P-channel MOS transistors,
Alternatively, both P and N channel types, and even bipolar type
Transistors and combinations of MOS and bipolar
It can be applied to the case where any of the constituent elements is used. FIG. 11 shows an embodiment of low power consumption.
Thus, an example is described in which the power consumption of the circuit 500 in FIG. 10 is reduced.
Clear. Generally, a circuit of 500 is as shown in FIG.
Generation of multiple dynamic pulses such as PG1 to PG3
It consists of cascaded connections of circuits. This pulse generation circuit P
An example of the circuit configuration and operation of G
Listed in the IEICE National Conference on Semiconductors and Materials No. 69
I have. VINT1~ VINT3Indicates the power supply voltage of each PG
Connected to a common power supply voltage VINT in the chip.
It is. Now, in the present invention, as described above,
The operation speed is too fast just for the information holding operation,
Set an appropriate speed (lower speed) for this operation state to reduce power consumption.
Strengthen. That is, in a general circuit,
Signal delay time tPdAnd the power consumption Pd are almost constant.
That is to say that it is used. Therefore, in this embodiment,
The power supply of the circuit to be reduced in power consumption, for example, the power supply of PG2
Pressure VINT2Lower than the power supply voltage of other circuits to reduce power consumption
Plan. As another means, in the information holding state,
For example, the circuit constant of PG2 is internally switched and tPdThe size
To reduce Pd. Also, as another means,
As shown by the broken line in FIG.
Note that in the information holding operation state, SW502, SW
502 ', SW503 and SW503' switches.
The operating circuit is switched from PG2 to PG2 '
Reduce power consumption. According to the embodiment described above, 500 circuits
Low power consumption can be achieved. In addition, the applicable range of this embodiment
Is not limited to 500, but in other similar circuits
Applicable. In general, most of the circuits shown in FIG.
It is a dynamic circuit. Therefore, input 5
01 or 602 receives a signal and the circuit operates
It consumes power only when it does. I
However, only the PG1 circuit receives an external signal RAS #,
Can respond immediately if entered at any time
As described above, the apparatus is always in a standby state in which power is consumed. sand
That is, PG1 is a static type circuit.
2 is the low consumption of the substrate voltage generation circuit 300 described in FIG.
This is one of the specific embodiments for power generation. Generally, a substrate voltage generating circuit is
ESSC Sea Digest of Te
Clinical Papers, pp. 138-139 (197
6ISSCC DIGEST of TECHNICAL
  PAPERS, pp. 138-139).
As shown in the figure, the power supply voltage is
And generates a voltage of the opposite polarity. In the figure, reference numeral 311 denotes a ring oscillator circuit.
Oscillation circuit consisting of a charge pump signal
φBBOccurs. CBBIs the charge pump capacity QBB1Is straight
For flow regeneration, QBB2Is a rectifying MOS transistor.
Also, IBBIs a substrate generated in the entire circuit in the LSI chip
This is a schematic representation of the current, and is generally
Circuit current driving capability IoutIs Iout≧ IBBMust be
Absent. Details of these operations are described in the above literature.
You. Now, in the information holding state in the present invention,
Most of the LSI chips are in a stopped state.
The substrate current of the LSI chip becomes extremely small and the substrate voltage
Current drive capability I of generating circuitoutLSI
There is no hindrance to the operation of the entire chip. This IoutAnd substrate voltage
Power consumption Pd of generating circuitBBAre approximately proportional, so
This IoutAnd PdBBCan be reduced
You. IoutIs generally represented by the following equation. [0082] (Equation 4) Here, VφBBIs φBBVoltage amplitude of fBBIs
φBBFrequency. Therefore, in this embodiment, the information holding state
Then VφBBAnd reduce the value of PdBBSmaller. This
Vφ ofBBThere are various ways to reduce the value of
The operating voltage V of the circuitINTBCan be reduced (generally
V in normal operationINTB= VINT). This VINTBLower
For example, Japanese Patent Application No. 56-168698
And Japanese Patent Application No. 57-220083.
The operating voltage V of the entire LSI chip is determined by the circuit.INTLower
Voltage, and VINTAnd its low
It suffices to switch the voltage for use. Also PdBBThe small
FBBMay be reduced. for that purpose,
For example, if you use the above method of lowering the operating voltage,
Good. Or f in 311BBTime constant of the circuit that determines
May be controlled. 311 has a plurality of inverters
Consists of a ring oscillator cascaded in a ring
If it is, the load resistance of the inverter is switched so that f
BB(Determined by the delay time of the inverter), PdBBControl
You may. In addition, PdBBAs a way to reduce
Is a multiple CBBAnd prepare this depending on the operating state.
It is also possible to switch and use it. As described above, the power consumption of the substrate voltage generation circuit is reduced.
As mentioned above, in some cases,
The operation stops in the information holding state, and VBB= 0V
It is also possible to completely reduce power consumption to zero. for that reason
As shown in FIG. 12, the ground line 311 (the power line
Q)BB3And this is φBC ̄ to turn off the power
You only need to stop paying. At this time, the output 316 is QBB4
It is fixed to the ground potential (0 V). Thus VBB= 0V
Then, the diffusion layer capacitance Cj in the LSI chip increases.
(Cj is inversely proportional to the square root of the voltage between the diffusion layer and the substrate.
Problems), such as slow operation speed.
As mentioned, it operates at a particularly high speed in the information holding state
There is no problem because there is no need. Also, VBB= 0V
Power supply via the input / output pins of the LSI chip
When noise with a polarity opposite to the voltage is input,
Remembered information may disappear, but such
In this case, as a silicon substrate for making an LSI chip,
Using a silicon substrate with a sufficiently low specific resistance,
Even if the above noise is input,
What is necessary is just to be able to absorb. Note that the specific resistance is small.
If too much, the threshold of MOS transistor formed there
This may cause characteristic problems such as too high voltage.
In such a case, the resistivity suitable for making a MOS transistor
Forming an anti-silicon layer on the low resistivity silicon substrate
Was. For example, an epi silicon substrate may be used. As described above, according to this embodiment, the information storage
The power consumption of the substrate voltage generation circuit in the holding state can be reduced.
You. The basic concept of the present invention described above with reference to FIGS.
Examples of dynamic memory
However, the scope of the present invention is limited to this.
And can be applied to various types of LSI
It is. [0088] According to the invention described above, the power supply voltage drops.
Occasionally, we provide semiconductor devices with even lower power consumption.
Can be

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の基本概念を説明する実施例。 【図2】本発明の基本概念を説明する実施例。 【図3】本発明の基本概念を説明する実施例。 【図4】本発明の基本概念を説明する実施例。 【図5】動作状態検出手段の具体的実施例。 【図6】動作状態検出手段の具体的実施例。 【図7】動作状態検出手段の具体的実施例。 【図8】動作状態検出手段の具体的実施例。 【図9】動作状態検出手段の具体的実施例。 【図10】チップ全体の低消費電力化のための具体的実
施例。 【図11】チップ全体の低消費電力化のための具体的実
施例。 【図12】チップ全体の低消費電力化のための具体的実
施例。 【符号の説明】 1・・・LSIチップ、2・・・回路部、3・・・電源配線、4・・・信
号入力線、5・・・電池、6・・・ダイオード。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an embodiment illustrating a basic concept of the present invention. FIG. 2 is an example illustrating a basic concept of the present invention. FIG. 3 is an embodiment illustrating the basic concept of the present invention. FIG. 4 is an example illustrating the basic concept of the present invention. FIG. 5 is a specific example of an operation state detection unit. FIG. 6 is a specific example of an operation state detection unit. FIG. 7 is a specific example of an operation state detection unit. FIG. 8 is a specific example of an operation state detection unit. FIG. 9 is a specific example of an operation state detection unit. FIG. 10 is a specific example for reducing power consumption of the entire chip. FIG. 11 is a specific example for reducing power consumption of the entire chip. FIG. 12 is a specific example for reducing power consumption of the entire chip. [Description of Signs] 1 ... LSI chip, 2 ... Circuit part, 3 ... Power supply wiring, 4 ... Signal input line, 5 ... Battery, 6 ... Diode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−159891(JP,A) 特開 昭56−159892(JP,A) 特開 昭54−137246(JP,A) 特開 昭57−172761(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11C 11/407──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-56-15991 (JP, A) JP-A-56-159892 (JP, A) JP-A-54-137246 (JP, A) 172761 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G11C 11/407

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.電源電圧を供給する電源配線と、 上記電源配線より入力された上記電源電圧を降圧して出
力する電源電圧変換手段と、 上記電源配線からの上記電源電圧と基準電圧とを比較す
る比較手段と、 上記電源配線より上記電源電圧が供給される第1のパル
ス発生回路と、 上記電源配線より上記電源電圧が供給される第2のパル
ス発生回路とを有し、 上記電源配線からの上記電源電圧が上記基準電圧より低
下した際の上記比較手段の出力に応じて、上記第2のパ
ルス発生回路に供給される電圧を上記電源配線からの上
記電源電圧から上記電源電圧変換手段の出力電圧に切り
換えることを特徴とする半導体装置。 2.上記第2のパルス発生回路は、基板電圧発生回路の
発振回路であることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。 3.外部から制御信号が供給され、該制御信号に対して
信号遅延されたパルス信号を形成するパルス発生回路を
備えてなり、 上記パルス発生回路が、 上記第1のパルス発生回路と、 第2のパルス発生回路、 上記第2のパルス発生回路よりも信号遅延時間が大き
く、かつ消費電力の小さい第3のパルス発生回路と、 上記第2のパルス発生回路又は上記第3のパルス発生回
路の何れか一方を上記第1のパルス発生回路に接続する
如く設けられたスイッチ手段とを有してなることを特徴
とする半導体装置。 4.上記第1のパルス発生回路と上記第2のパルス発生
回路とに電源電圧を供給する電源配線と、 上記電源配線からの上記電源電圧と基準電圧とを比較す
る比較手段を更に有し、 上記電源配線からの上記電源電圧が上記基準電圧より低
下した際の上記比較手段の出力に応じて、上記第3のパ
ルス発生回路が上記第1のパルス発生回路に接続される
が如く上記スイッチ手段を制御することを特徴とする請
求項3に記載の半導体装置。
(57) [Claims] A power supply line for supplying a power supply voltage, power supply voltage conversion means for stepping down and outputting the power supply voltage input from the power supply wiring, a comparison means for comparing the power supply voltage from the power supply wiring with a reference voltage, A first pulse generation circuit to which the power supply voltage is supplied from the power supply wiring; and a second pulse generation circuit to which the power supply voltage is supplied from the power supply wiring, wherein the power supply voltage from the power supply wiring is Switching the voltage supplied to the second pulse generation circuit from the power supply voltage from the power supply wiring to the output voltage of the power supply voltage conversion means according to the output of the comparison means when the voltage falls below the reference voltage. A semiconductor device characterized by the above-mentioned. 2. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second pulse generation circuit is an oscillation circuit of a substrate voltage generation circuit. 3. A control signal is supplied from outside, and the control signal
A pulse generation circuit that forms a delayed pulse signal
Wherein the pulse generation circuit comprises a first pulse generation circuit, a second pulse generation circuit, and a third pulse generation circuit having a longer signal delay time and a smaller power consumption than the second pulse generation circuit. wherein a pulse generator circuit, to become one of the second pulse generating circuit or the third pulse generating circuit and a switching means as provided for connecting to the first pulse generating circuit Semiconductor device. 4. A power supply line for supplying a power supply voltage to the first pulse generation circuit and the second pulse generation circuit; and a comparing means for comparing the power supply voltage from the power supply line with a reference voltage. In response to the output of the comparing means when the power supply voltage from the wiring falls below the reference voltage, the switching means is controlled so that the third pulse generating circuit is connected to the first pulse generating circuit. The semiconductor device according to claim 3, wherein:
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