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JP3269733B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP3269733B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3269733B2
JP3269733B2 JP12608294A JP12608294A JP3269733B2 JP 3269733 B2 JP3269733 B2 JP 3269733B2 JP 12608294 A JP12608294 A JP 12608294A JP 12608294 A JP12608294 A JP 12608294A JP 3269733 B2 JP3269733 B2 JP 3269733B2
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達治 松浦
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路に係
り、特にMOS型集積回路の高速化および低電力化に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a high speed and low power MOS type integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来ディジタル論理LSIは、回路の高
集積化および低電力化を図るためP型MOSトランジス
タとN型MOSトランジスタが対になったCMOS構成
の回路により構成されているLSIが一般的である。ま
た、一方ではCMOS構成とは異なる回路方式として、
動作速度の向上と高集積化を図るため、パストランジス
タを多用したCPL(Complementary Pass-transistor
Logic)回路が、「論理回路およびそれを用いたデータ
処理装置」(特開平2−288917)で公知となって
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a digital logic LSI generally includes a CMOS circuit in which a P-type MOS transistor and an N-type MOS transistor are paired in order to achieve high integration and low power of the circuit. It is. On the other hand, as a circuit system different from the CMOS configuration,
Complementary Pass-transistor (CPL), which uses many pass transistors, in order to improve the operation speed and achieve high integration.
Logic) circuit is disclosed in "Logic Circuit and Data Processing Device Using It" (JP-A-2-288917).

【0003】ここで、上記CMOS構成の回路またはC
PL構成の回路により、全加算器を構成した場合につい
て説明する。図2に、CMOS回路を用いて構成した全
加算器を示す。図2に示す全加算器13は、入力信号
A、B、Cの3入力に対し和信号14および桁上げ信号
15を出力するものである。また、全加算器を構成する
回路は、全てPMOSトランジスタとNMOSトランジ
スタが対になったCMOS回路である。CMOS回路
は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタが同
時にオンすることがないため、電源からグランドの間に
直接流れる電流が無く消費電力が小さい。このため、C
MOS回路はディジタル回路で広く使用されている。
Here, the circuit having the CMOS structure or C
A case where a full adder is configured by a circuit having a PL configuration will be described. FIG. 2 shows a full adder configured using a CMOS circuit. The full adder 13 shown in FIG. 2 outputs a sum signal 14 and a carry signal 15 for three inputs of input signals A, B, and C. The circuits constituting the full adder are all CMOS circuits in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are paired. In the CMOS circuit, since the PMOS transistor and the NMOS transistor do not turn on at the same time, there is no current flowing directly from the power supply to the ground, and the power consumption is small. Therefore, C
MOS circuits are widely used in digital circuits.

【0004】一方、図3にCPL回路を用いて構成した
全加算器を示す。図3に示す全加算器18は、入力信号
A、AB、B、BB、C、CB(AB、BB、CBはそ
れぞれA、B、Cの反転信号)の6入力に対し和信号2
0、和の反転信号19、桁上げ信号21、桁上げの反転
信号22を出力するものである。このように、CPL構
成の回路は相補の信号が必要である。また、CPL回路
は論理を構成する部分が全てNMOSトランジスタのみ
で構成されており、PMOSトランジスタはプルアップ
用のラッチと出力バッファの部分で使用されているだけ
である。このように回路の大部分をNMOSトランジス
タのみで構成できるため、CMOS構成の回路に比べ素
子数の削減、さらにはチップ面積の縮小が可能である。
またCPL回路の特徴として、CMOS回路に比べ高速
である。その反面、消費電力はCMOS回路に比べ若干
大きい。
FIG. 3 shows a full adder constituted by using a CPL circuit. The full adder 18 shown in FIG. 3 is a sum signal 2 for six inputs of input signals A, AB, B, BB, C, and CB (AB, BB, and CB are inverted signals of A, B, and C, respectively).
0, a sum inverted signal 19, a carry signal 21, and a carry inverted signal 22 are output. Thus, the circuit of the CPL configuration needs a complementary signal. In the CPL circuit, all the parts constituting the logic are constituted only by NMOS transistors, and the PMOS transistor is used only in the part of the latch for pull-up and the output buffer. As described above, most of the circuit can be configured only with NMOS transistors, so that the number of elements can be reduced and the chip area can be reduced as compared with a circuit having a CMOS configuration.
As a feature of the CPL circuit, the speed is higher than that of the CMOS circuit. On the other hand, the power consumption is slightly higher than that of the CMOS circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】携帯用電池駆動機器な
どに使用されるディジタル論理LSIでは、使用される
電池の寿命を伸ばすため低電圧化と共に低電力化の要求
が強い。LSIが低電圧化されることは、電源電圧の2
乗に比例して減少する電力の低減には大きな効果があ
る。しかしその反面、動作速度も低下するという問題が
生じる。
In digital logic LSIs used for portable battery-powered equipment, there is a strong demand for lowering the voltage and lowering the power in order to extend the life of the batteries used. Lowering the voltage of an LSI means that the power supply voltage is 2
There is a great effect in reducing the power that decreases in proportion to the power. However, on the other hand, there arises a problem that the operation speed also decreases.

【0006】そこで、上記携帯用電池駆動機器に使用す
るLSIを、従来通りCMOS回路により構成した場
合、電源電圧を低下させることにより低電力化が図れ
る。しかし、電源電圧の低下により動作速度が大幅に低
下するため、動作速度の要求を満足できない可能性があ
る。
Therefore, when the LSI used for the portable battery-powered device is constituted by a CMOS circuit as in the past, the power consumption can be reduced by lowering the power supply voltage. However, since the operating speed is greatly reduced due to the decrease in the power supply voltage, there is a possibility that the demand for the operating speed cannot be satisfied.

【0007】一方、低電圧時における高速性を確保する
ために、CPL回路を用いて回路全体を構成した場合、
動作速度の要求は満足できるが、CMOS構成の回路ほ
ど低電力化が図れないため、消費電力の要求を満足でき
ない可能性がある。これは、CPL回路が相補の入出力
信号を必要とするため、CMOS回路に比べ信号線が約
2倍に増加し、配線容量が増加するからである。また、
パストランジスタにより構成したCPL回路は、パスト
ランジスタを通過した信号のHighレベルが電源電圧
からしきい電圧を引いたレベルまでしか上昇しない。こ
のため、低電圧で使用しパストランジスタの出力端でC
MOS回路を駆動する場合、遅延時間や消費電力が増加
し問題となる。また、パストランジスタの出力のHig
hレベルが、駆動するCMOS回路の論理しきい値以下
になる場合では、回路が正常に動作しなくなる。
On the other hand, when the entire circuit is configured using a CPL circuit in order to ensure high speed at low voltage,
Although the operation speed requirement can be satisfied, the power consumption may not be satisfied because the power consumption cannot be reduced as much as a CMOS circuit. This is because the CPL circuit requires complementary input / output signals, so that the number of signal lines is about twice as large as that of the CMOS circuit, and the wiring capacity is increased. Also,
In the CPL circuit configured by the pass transistor, the High level of the signal passing through the pass transistor rises only to a level obtained by subtracting the threshold voltage from the power supply voltage. For this reason, it is used at a low voltage and C
When driving a MOS circuit, delay time and power consumption increase, which is problematic. Also, the high level of the output of the pass transistor
When the h level becomes equal to or lower than the logical threshold value of the driven CMOS circuit, the circuit does not operate normally.

【0008】本発明の目的は、CMOS回路およびCP
L回路それぞれの特長を生かして、低電圧下においても
高速かつ低電力な乗算器またはそれを用いた信号処理装
置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a CMOS circuit and a CP.
It is an object of the present invention to provide a high-speed and low-power multiplier or a signal processing device using the same by utilizing the features of each of the L circuits.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、従来と同様CMOS回路のみで回路全体を構成す
る場合、低電圧下でも高速動作させるためトランジスタ
のゲート幅を大きくする必要がある。しかし、トランジ
スタのゲート幅を大きくすることは、消費電力を増加さ
せることにつながるため電源電圧を下げたことによる低
電力化の効果が小さくなる。また、CPL回路により回
路全体を構成する場合、低電圧下においても高速性が確
保できるが、CMOS回路ほど低電力化が図れない。こ
のように、CMOS回路のみまたはCPL回路のみで構
成した場合、低電圧下での高速動作と低電力化を同時に
実現することは困難である。
In order to solve the above-mentioned problems, in the case where the entire circuit is constituted only by CMOS circuits as in the prior art, it is necessary to increase the gate width of the transistor in order to operate at high speed even at a low voltage. . However, increasing the gate width of the transistor leads to an increase in power consumption, so that the effect of lowering the power by lowering the power supply voltage is reduced. Further, when the entire circuit is constituted by the CPL circuit, high-speed operation can be ensured even at a low voltage, but power consumption cannot be reduced as much as a CMOS circuit. As described above, when only the CMOS circuit or only the CPL circuit is used, it is difficult to simultaneously realize high-speed operation and low power under a low voltage.

【0010】そこで、上記目的を達成するための本発明
の半導体装置は、図1に示す乗算器の場合加算器アレー
の部分を低電圧時でも高速動作可能なCPL回路を用い
て構成した。加算器アレーは、乗算器全体の遅延時間の
中で約半分を占めるため、加算器アレーの高速化が乗算
器全体の高速化に効果が大きいことと、加算器アレーを
構成する全加算器および半加算器の負荷容量が小さいた
め、CPL回路で構成するのに適している。また、図1
で示すように加算器アレーを信号の伝搬方向に分割し、
それぞれの加算器アレーの近傍にブースデコーダを配置
することにより、ブースデコーダと加算器アレー間の信
号線を短くした。さらに、パストランジスタ回路の出力
部にPMOSトランジスタよりなるプルアップ用のラッ
チ回路を付加し、パストランジスタを通過した信号のH
ighレベルを電源電圧まで引き上げた。ここで用いる
プルアップ用のラッチ回路の回路構成は、「論理回路お
よびそれを用いたデータ処理装置」(特開平2−288
917)において、出力信号の増幅に補助的に働くと述
べらている。しかし、本発明の回路におけるプルアップ
用のラッチ回路は、低しきい値のパストランジスタと組
み合わせて使用し、低電圧において遅延時間や消費電力
の低減、さらには回路自身の正常動作のために働き回路
を低電圧で動作させるうえで必須のものである。
Therefore, in the semiconductor device of the present invention for achieving the above object, in the case of the multiplier shown in FIG. 1, the adder array is constituted by using a CPL circuit which can operate at high speed even at a low voltage. Since the adder array occupies about half of the delay time of the entire multiplier, the speeding up of the adder array has a large effect on the speeding up of the entire multiplier. Since the load capacity of the half adder is small, it is suitable to be configured by a CPL circuit. FIG.
Divides the adder array in the signal propagation direction as shown by
By arranging a booth decoder near each adder array, the signal line between the booth decoder and the adder array was shortened. Further, a pull-up latch circuit composed of a PMOS transistor is added to the output portion of the pass transistor circuit, and the H level of the signal passing through the pass transistor is increased.
The high level was raised to the power supply voltage. The circuit configuration of the pull-up latch circuit used here is “Logic circuit and data processing device using the same” (Japanese Patent Laid-Open No. 2-288).
917) states that it works to assist the amplification of the output signal. However, the latch circuit for pull-up in the circuit of the present invention is used in combination with a low-threshold pass transistor to reduce delay time and power consumption at a low voltage and to operate the circuit itself properly. This is essential for operating the circuit at low voltage.

【0011】一方、駆動する負荷容量の大きいバッファ
や回路内の他の部分より低速動作が許されるフルスケー
ル検出回路では、低電力なCMOS回路を用いて構成し
た。
On the other hand, a low-power CMOS circuit is used for a buffer having a large load capacity to be driven and a full-scale detection circuit capable of operating at a lower speed than other parts in the circuit.

【0012】このように、CPL回路およびCMOS回
路それぞれの特長が生かせる回路構成にすることによ
り、低電圧下でも高速かつ低電力な回路を構成するもの
である。
As described above, by adopting a circuit configuration in which the features of the CPL circuit and the CMOS circuit can be utilized, a high-speed and low-power circuit can be formed even at a low voltage.

【0013】[0013]

【作用】図1に示すように、乗算器全体の遅延時間の中
で大部分を占める加算器アレー9および11をCPL回
路で構成し、バッファ4、5、12やフルスケール検出
回路6などをCMOS回路で構成することにより、乗算
器全体をCMOS回路で構成する従来の場合に比べ遅延
時間を約20%減少させることができる。
As shown in FIG. 1, adder arrays 9 and 11, which occupy a large part of the delay time of the entire multiplier, are constituted by CPL circuits, and buffers 4, 5, 12 and a full-scale detection circuit 6 are provided. By using a CMOS circuit, the delay time can be reduced by about 20% as compared with the conventional case where the entire multiplier is formed by a CMOS circuit.

【0014】また、CPL構成の加算器アレーを信号の
伝搬方向に分割し、近傍にブースデコーダを配置するこ
とによりブースデコーダと加算器アレーの間の配線容量
を小さくでき、CPL構成の加算器アレーを使用したこ
とによる消費電力の増加を抑えることができる。
Further, by dividing the adder array having the CPL structure in the signal propagation direction and disposing a booth decoder in the vicinity, the wiring capacity between the booth decoder and the adder array can be reduced, and the adder array having the CPL structure can be reduced. Can suppress an increase in power consumption due to the use of.

【0015】さらに、パストランジスタ回路の出力部に
PMOSトランジスタよりなるプルアップ用のラッチ回
路を付加することにより、パストランジスタを通過した
信号のHighレベルが電源電圧まで引き上げられ、遅
延時間と消費電力を小さくできる。特に、低電圧におい
てパストランジスタの出力端でCMOS回路を駆動し、
パストランジスタの出力のHighレベルが、駆動する
CMOS回路の論理しきい値以下の場合は、回路の正常
動作を補償するものである。
Further, by adding a pull-up latch circuit composed of a PMOS transistor to the output portion of the pass transistor circuit, the High level of the signal passing through the pass transistor is raised to the power supply voltage, and the delay time and power consumption are reduced. Can be smaller. In particular, driving the CMOS circuit at the output terminal of the pass transistor at a low voltage,
When the High level of the output of the pass transistor is equal to or lower than the logical threshold value of the driven CMOS circuit, the normal operation of the circuit is compensated.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の第1の実施例を図1に示す。図1
は、本発明の回路構成による乗算器回路である。図1
は、ブースのアルゴリズムを用いた並列型乗算器の場合
の回路構成であり、乗数1および被乗数2が入力され乗
算器出力3が得られる。乗算器を構成する回路は、乗数
用入力バッファ4、被乗数用入力バッファ5、入力信号
の最大値を検出するフルスケール検出回路6、被乗数2
をブースコードに変換するブースエンコーダ7、ブース
コードに変換された信号と乗数1との間で部分積を計算
するブースデコーダ8および10、ブースデコーダ8お
よび10により計算された部分積を加算する加算器アレ
ー9および11、出力バッファ12より構成されてい
る。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG.
Is a multiplier circuit having the circuit configuration of the present invention. FIG.
Is a circuit configuration in the case of a parallel multiplier using Booth's algorithm, in which a multiplier 1 and a multiplicand 2 are input and a multiplier output 3 is obtained. The circuits constituting the multiplier include a multiplier input buffer 4, a multiplicand input buffer 5, a full scale detection circuit 6 for detecting the maximum value of the input signal, and a multiplicand 2
Is converted to a Booth code, Booth decoders 8 and 10 for calculating a partial product between the signal converted to the Booth code and the multiplier 1, and addition for adding the partial products calculated by the Booth decoders 8 and 10 And an output buffer 12.

【0017】これらの回路の中で、駆動する負荷容量が
小さく高速動作が要求される加算器アレー9および11
をCPL回路により構成した。加算器アレーの遅延時間
短縮は、加算器アレーが乗算器全体の遅延時間の中で約
半分を占めるため、乗算器全体の高速化に大きな効果が
ある。また、回路をCPL回路により構成した場合、駆
動する負荷容量が大きいと消費電力が大幅に増加する
が、加算器アレーは駆動する負荷容量が小さいため、消
費電力の増加はほとんど問題にならない。この理由につ
いて図3を用い説明する。図3は、図1に示す乗算器の
加算器アレーに用いた全加算器である。図3に示すCP
L構成の全加算器は、入出力が相補であり、和信号2
0、和の反転信号19、桁上げ信号21、桁上げの反転
信号22のそれぞれに負荷容量23、24、25、26
が付く。そのため、従来のCMOS回路に比べ信号線の
本数が多いため、信号線の負荷容量が大きい場合消費電
力が増加する。しかしながら、加算器アレー内は、回路
間の配線長が短く1つの出力端子に接続される信号線は
ほとんどの場合1本であるため、負荷容量が小さい。こ
のように、加算器アレーをCPL回路により構成するこ
とは、消費電力を増加させることなく高速化を図るため
の有効な手段である。
Among these circuits, the adder arrays 9 and 11 for which the driving load capacity is small and high-speed operation is required.
Was constituted by a CPL circuit. The shortening of the delay time of the adder array has a great effect on increasing the speed of the entire multiplier because the adder array occupies about half of the delay time of the entire multiplier. Further, when the circuit is constituted by a CPL circuit, the power consumption increases significantly when the load capacity to be driven is large, but the increase in power consumption is hardly a problem because the load capacity to drive the adder array is small. The reason will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a full adder used in the adder array of the multiplier shown in FIG. CP shown in FIG.
The full adder having the L configuration has complementary inputs and outputs and the sum signal 2
0, the inverted sum signal 19, the carry signal 21, and the inverted carry signal 22 are respectively applied to the load capacitors 23, 24, 25, and 26.
Is attached. Therefore, since the number of signal lines is larger than that of the conventional CMOS circuit, power consumption increases when the load capacity of the signal lines is large. However, in the adder array, since the wiring length between the circuits is short and the number of signal lines connected to one output terminal is almost one in most cases, the load capacity is small. Thus, configuring the adder array by the CPL circuit is an effective means for achieving high speed without increasing power consumption.

【0018】一方、乗数用入力バッファ4、被乗数用入
力バッファ5、フルスケール検出回路6、ブースエンコ
ーダ7、出力バッファ12は、CMOS回路を用いて構
成した。この中で、乗数用入力バッファ4、被乗数用入
力バッファ5、出力バッファ12は、駆動する負荷容量
が大きいからである。また、フルスケール検出回路6
は、乗算器回路内の他の回路に比べ低速動作が許される
ため、それぞれ消費電力の少ないCMOS回路により構
成した。
On the other hand, the input buffer 4 for the multiplier, the input buffer 5 for the multiplicand, the full scale detection circuit 6, the Booth encoder 7, and the output buffer 12 are constituted by using CMOS circuits. Among these, the input buffer 4 for the multiplier, the input buffer 5 for the multiplicand, and the output buffer 12 have large driving load capacities. The full-scale detection circuit 6
Are configured with CMOS circuits that consume less power because each of them can operate at a lower speed than other circuits in the multiplier circuit.

【0019】また、本発明の回路では加算器アレー内の
全加算器に接続されるブースデコーダの消費電力を低減
するため、図1に示すようにブースデコーダおよび加算
器アレーを信号の伝搬方向に2つに分割した。図4に、
16×16ビットで2次のブースアルゴリズムを用いて
構成した乗算器のブースデコーダと加算器アレーの一部
分について示す。従来は、図4に示すように全加算器2
8が8段縦に並べられ、その全加算器に対しブースデコ
ーダ27からの信号線29および30が接続されてい
た。これらの信号線は、全加算器28が8段縦に並ぶた
め、1本当りの配線長が長い。また、CPL回路により
全加算器28を構成した場合入力信号が相補であるた
め、CMOS回路により全加算器を構成した場合に比べ
信号線29および33の本数が約2倍に増加する。その
ため、信号線29および30の配線容量が大きく、消費
電力が増加するという問題があった。
Further, in the circuit of the present invention, in order to reduce the power consumption of the booth decoder connected to the full adder in the adder array, as shown in FIG. Divided into two. In FIG.
A part of a booth decoder of a multiplier and a part of an adder array constructed by using a secondary booth algorithm with 16 × 16 bits will be described. Conventionally, as shown in FIG.
8 are arranged vertically in eight stages, and signal lines 29 and 30 from the booth decoder 27 are connected to the full adder. These signal lines have a long wiring length per full since the full adders 28 are arranged vertically in eight stages. In addition, when the full adder 28 is formed by the CPL circuit, the input signals are complementary. Therefore, the number of the signal lines 29 and 33 is increased about twice as compared with the case where the full adder is formed by the CMOS circuit. Therefore, there is a problem that the wiring capacitance of the signal lines 29 and 30 is large and power consumption increases.

【0020】そこで、図1に示す本発明の回路では、図
5に示すようにブースデコーダと加算器アレーを2つに
分割した。図5は、分割したブースデコーダと加算器ア
レーの一部分について示したものである。図5は、ブー
スデコーダ31および35、ブースデコーダからの信号
線33、34、35、36、全加算器32および36に
より構成されている。ここで、信号線33、34、3
5、36を、図4に示す信号線29、30と比べた場
合、信号線33、34、35、36の各信号線の方が短
いことがわかる。そのため、図4に示す信号線に比べ図
5に示す信号線の方が配線容量が小さく、ブースデコー
ダの消費電力を低減することができる。このように、ブ
ースデコーダおよび加算器アレーを分割することは、全
加算器アレーをCPL回路で構成することにより増加す
る消費電力を、最小限にとどめるものである。また、加
算器アレーを分割したことにより全加算器内部を通過す
る信号線のチャネルを約半分に減らせる。その結果、全
加算器のセルを小さくすることができ、チップ面積の低
減が図れる。
Therefore, in the circuit of the present invention shown in FIG. 1, the Booth decoder and the adder array are divided into two as shown in FIG. FIG. 5 shows the divided Booth decoder and a part of the adder array. FIG. 5 includes booth decoders 31 and 35, signal lines 33, 34, 35 and 36 from the booth decoders, and full adders 32 and 36. Here, the signal lines 33, 34, 3
When the signal lines 5 and 36 are compared with the signal lines 29 and 30 shown in FIG. 4, it can be seen that the signal lines 33, 34, 35 and 36 are shorter. Therefore, the signal line shown in FIG. 5 has a smaller wiring capacitance than the signal line shown in FIG. 4, and the power consumption of the booth decoder can be reduced. Dividing the booth decoder and the adder array in this way minimizes the power consumption that increases by configuring the full adder array with a CPL circuit. Further, by dividing the adder array, the number of channels of signal lines passing through the inside of the full adder can be reduced to about half. As a result, the cells of the full adder can be reduced, and the chip area can be reduced.

【0021】また、CPL回路を低電圧で使用する場
合、パストランジスタを通過した信号のHighレベル
は電源電圧からパストランジスタのしきい電圧分だけ低
下するため回路性能上問題となる。この問題を解決する
ため、本発明の回路では図6に示すようにパストランジ
スタの出力部にプルアップ用のラッチ回路を付加した。
図6は、CPL回路で構成した全加算器回路の一部分で
ある。図6の回路構成を説明すると、入力信号A39、
入力信号Aの反転信号40、入力信号B41、入力信号
Bの反転信号42、入力信号C43、入力信号Cの反転
信号44、和信号の反転信号45、和信号46、パスト
ランジスタ47〜54、VCC55、56、プルアップ
用のラッチ回路57、CMOSインバータ58、59、
パストランジスタの出力端子60、61である。ここ
で、図6の回路を低電圧で使用した場合におけるパスト
ランジスタの出力端子60または61の動作波形を図7
に示す。
Further, when the CPL circuit is used at a low voltage, the High level of the signal passing through the pass transistor is lowered from the power supply voltage by the threshold voltage of the pass transistor, which causes a problem in circuit performance. To solve this problem, a pull-up latch circuit is added to the output of the pass transistor as shown in FIG. 6 in the circuit of the present invention.
FIG. 6 shows a part of a full adder circuit constituted by a CPL circuit. 6, the input signal A39,
Inverted signal 40 of input signal A, input signal B41, inverted signal 42 of input signal B, input signal C43, inverted signal 44 of input signal C, inverted signal 45 of sum signal, sum signal 46, pass transistors 47-54, VCC55 , 56, a latch circuit 57 for pull-up, CMOS inverters 58, 59,
Output terminals 60 and 61 of the pass transistor. Here, the operation waveform of the output terminal 60 or 61 of the pass transistor when the circuit of FIG. 6 is used at a low voltage is shown in FIG.
Shown in

【0022】図7は、パストランジスタを通過した信号
のHighレベルを示し、波形62はプルアップ用のラ
ッチ回路57がある場合の波形であり、波形63はプル
アップ用のラッチ回路が無い場合の波形を示す。プルア
ップ用のラッチ回路が無い場合は、図7に示すようにパ
ストランジスタを通過した信号のHighレベルが大き
く低下する。このレベルの低下した信号を図6に示すC
MOSインバータ58または59に入力した場合、CM
OSインバータ58または59の遅延時間が大きくな
る。また、CMOSインバータを構成するPMOSが完
全にOFFしないため電源からグランドの間に貫通電流
が流れ消費電力が増加する。さらに、図7に示す波形6
3が図6のCMOSインバータ58または59の論理し
きい値以下の場合は回路の正常動作が望めない。
FIG. 7 shows the High level of the signal passing through the pass transistor. The waveform 62 is a waveform when there is a latch circuit 57 for pull-up, and the waveform 63 is a waveform when there is no latch circuit for pull-up. The waveform is shown. When there is no pull-up latch circuit, as shown in FIG. 7, the High level of the signal passing through the pass transistor is greatly reduced. The signal having this lowered level is represented by C shown in FIG.
When input to the MOS inverter 58 or 59, CM
The delay time of the OS inverter 58 or 59 increases. Further, since the PMOS constituting the CMOS inverter is not completely turned off, a through current flows from the power supply to the ground, and power consumption increases. Further, waveform 6 shown in FIG.
When 3 is equal to or less than the logic threshold value of CMOS inverter 58 or 59 in FIG. 6, normal operation of the circuit cannot be expected.

【0023】ここで、図8にプルアップ回路と遅延時間
の関係を示す。図8は、しきい電圧が0.4Vのトラン
ジスタを用いて構成した全加算器の遅延時間を、計算機
シミュレーションにより計算した結果である。同図の結
果より、プルアップ用のラッチ回路が無い場合は、電源
電圧がしきい電圧の5倍の約2V以下に低下すると、プ
ルアップ用のラッチ回路がある場合に比べ急激に遅延時
間が増加する。
FIG. 8 shows the relationship between the pull-up circuit and the delay time. FIG. 8 shows the result of calculating the delay time of a full adder constituted by using a transistor having a threshold voltage of 0.4 V by computer simulation. As can be seen from the figure, when the pull-up latch circuit is not provided, when the power supply voltage drops to about 2 V or less, which is five times the threshold voltage, the delay time is sharply reduced as compared with the case where the pull-up latch circuit is provided. To increase.

【0024】以上のことより、低電圧時において本発明
のプルアップ用のラッチ回路を用いることで、遅延時間
と消費電力の低減が図れると共に回路の正常動作が補償
できる。
As described above, by using the pull-up latch circuit of the present invention at a low voltage, the delay time and the power consumption can be reduced and the normal operation of the circuit can be compensated.

【0025】これら本発明の回路構成により2次のブー
スアルゴリズムを用いて16×16ビットの並列型乗算
器を構成した場合、加算器アレーをCPL回路で構成し
たことにより約20%の速度向上が望める。そのため、
低電圧で使用した場合でも従来回路に比べ高速であると
共に、より低い電圧でも従来回路と同等の性能を達成で
きる。なお、本実施例では、ブースのアルゴリズムを用
いた並列型乗算器について述べたが、ブースのアルゴリ
ズムを用いない他の方式の乗算器に本発明の回路構成を
用いた場合でも同様の効果がある。
When a 16 × 16-bit parallel multiplier is formed by using the second-order Booth algorithm according to the circuit configuration of the present invention, the speed is improved by about 20% by forming the adder array by the CPL circuit. I can expect. for that reason,
Even when used at a low voltage, the speed is higher than that of the conventional circuit, and the same performance as the conventional circuit can be achieved even at a lower voltage. In the present embodiment, the parallel type multiplier using the Booth's algorithm has been described. However, the same effect can be obtained even when the circuit configuration of the present invention is used for a multiplier of another system not using the Booth's algorithm. .

【0026】本発明の第2の実施例を図9に示す。図9
は、図1で示した本発明の乗算器67、算術演算回路6
8、69、レジスタ70、71、メモリ72、制御回路
73、内部信号線74を備えた信号処理回路64であ
る。ここで、信号処理回路64の動作を簡単に説明する
と、入力信号65は、入力されたのちメモリ72に格納
されているデータとの間で、乗算器67により乗算が行
われる。乗算器67により計算された値は、算術演算回
路68、69およびレジスタ70、71により加算およ
び累算などの演算が行われ出力信号66が得られる。ま
た、制御回路73は、信号処理回路内の乗算器67、算
術演算回路68、69、レジスタ70、71、メモリ7
2への制御信号を生成し、内部信号線74を介して各機
能ブロックへ信号を転送している。信号処理回路64の
乗算器67として、図1に示す本発明の回路を用いるこ
とにより、高速な信号処理回路を構成することができ
る。例えば、信号処理回路64の動作時間を決定してい
る要因が乗算器である場合、図1に示す構成の乗算器6
7を用いることにより乗算時間の短縮が図れ、信号処理
回路64全体を高速化できる。なお、信号処理回路の一
例を図9に示したが、他の回路構成の信号処理回路にお
いても本発明の回路構成による動作速度の向上が期待で
きる。
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. FIG.
Is the multiplier 67 and the arithmetic operation circuit 6 of the present invention shown in FIG.
8, 69, a register 70, 71, a memory 72, a control circuit 73, and a signal processing circuit 64 including an internal signal line 74. Here, the operation of the signal processing circuit 64 will be briefly described. The multiplier 67 multiplies the input signal 65 with data stored in the memory 72 after being input. The values calculated by the multiplier 67 are subjected to arithmetic operations such as addition and accumulation by the arithmetic operation circuits 68 and 69 and the registers 70 and 71, and an output signal 66 is obtained. The control circuit 73 includes a multiplier 67 in the signal processing circuit, arithmetic operation circuits 68 and 69, registers 70 and 71, a memory 7
2 is generated, and the signal is transferred to each functional block via the internal signal line 74. By using the circuit of the present invention shown in FIG. 1 as the multiplier 67 of the signal processing circuit 64, a high-speed signal processing circuit can be configured. For example, when the factor determining the operation time of the signal processing circuit 64 is a multiplier, the multiplier 6 having the configuration shown in FIG.
7, the multiplication time can be reduced, and the speed of the entire signal processing circuit 64 can be increased. Although an example of the signal processing circuit is shown in FIG. 9, the operation speed of the signal processing circuit having another circuit configuration can be expected to be improved by the circuit configuration of the present invention.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の回路構成を用いることにより、
乗算器または乗算器を用いて構成した信号処理回路の高
速化を図る効果がある。例えば、本発明の回路構成によ
り16ビット×16ビットの並列型乗算器を構成した場
合、従来回路に比較し約20%の高速化が図れる。その
ため、回路を低電圧化した場合でも、従来の回路に比べ
高速性を維持できる。また、乗算器の動作速度が回路全
体の処理速度を決定している信号処理回路の場合におい
ても、信号処理回路に用いる乗算器として本発明の乗算
器を用いることにより、上記同様に約20%の高速化が
図れる。
By using the circuit configuration of the present invention,
This has the effect of increasing the speed of the multiplier or a signal processing circuit configured using the multiplier. For example, when a 16-bit × 16-bit parallel multiplier is configured by the circuit configuration of the present invention, the speed can be increased by about 20% as compared with the conventional circuit. Therefore, even when the voltage of the circuit is reduced, high speed can be maintained as compared with the conventional circuit. Even in the case of a signal processing circuit in which the operating speed of the multiplier determines the processing speed of the entire circuit, the use of the multiplier of the present invention as the multiplier used in the signal processing circuit allows about 20% Can be speeded up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による半導体装置の第1の実施例を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】CMOS構成の全加算器の回路構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a full adder having a CMOS configuration.

【図3】CPL構成の全加算器の回路構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a full adder having a CPL configuration.

【図4】従来の回路構成によるブースデコーダと加算器
アレーの一部分を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a part of a Booth decoder and an adder array having a conventional circuit configuration.

【図5】本発明の回路構成によるブースデコーダと加算
器アレーの一部分を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a part of a Booth decoder and an adder array according to the circuit configuration of the present invention.

【図6】本発明の回路構成による全加算器の一部分を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a part of a full adder according to the circuit configuration of the present invention.

【図7】パストランジスタ出力部の動作波形を示す図。FIG. 7 is a diagram showing operation waveforms of a pass transistor output unit.

【図8】プルアッブ用のラッチ回路と遅延時間の関係を
示す図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a latch circuit for pull-up and a delay time.

【図9】本発明による半導体装置の第2の実施例を示す
図。
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…乗数、2…被乗数、3…乗算器出力、4…乗数用入
力バッファ、5…被乗数用入力バッファ、6…フルスケ
ール検出回路、7…ブースエンコーダ、8…ブースデコ
ーダ、9…加算器アレー、10…ブースデコーダ、11
…加算器アレー、12…出力バッファ、13…CMOS
構成の全加算器、14…和信号、15…桁上げ信号、1
6…負荷容量、17…負荷容量、18…CPL構成の全
加算器、19…和信号の反転信号、20…和信号、21
…桁上げ信号、22…桁上げ信号の反転信号、23…負
荷容量、24…負荷容量、25…負荷容量、26…負荷
容量、27…ブースデコーダ、28…全加算器、29…
信号線、30…信号線、31…ブースデコーダ、32…
全加算器、33…信号線、34…信号線、35…ブース
デコーダ、36…全加算器、37…信号線、38…信号
線、39…入力信号A、40…入力信号Aの反転信号、
41…入力信号B、42…入力信号Bの反転信号、43
…入力信号C、44…入力信号Cの反転信号、45…和
信号の反転信号、46…和信号、47…パストランジス
タ、48…パストランジスタ、49…パストランジス
タ、50…パストランジスタ、51…パストランジス
タ、52…パストランジスタ、53…パストランジス
タ、54…パストランジスタ、55…VCC56…VC
C、57…プルアップ用のラッチ回路、58…CMOS
インバータ、59…CMOSインバータ、60…パスト
ランジスタの出力端子、61…パストランジスタの出力
端子、62…波形、63…波形、64…信号処理回路、
65…入力信号、66…出力信号、67…乗算器、68
…算術演算回路、69…算術演算回路、70…レジス
タ、71…レジスタ、72…メモリ、73…制御回路、
74…内部信号線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multiplier, 2 ... Multiplicand, 3 ... Multiplier output, 4 ... Multiplier input buffer, 5 ... Multiplicand input buffer, 6 ... Full scale detection circuit, 7 ... Booth encoder, 8 ... Booth decoder, 9 ... Adder array Booth decoder, 11
... Adder array, 12 ... Output buffer, 13 ... CMOS
Full adder of configuration, 14 ... sum signal, 15 ... carry signal, 1
6: load capacity, 17: load capacity, 18: full adder of CPL configuration, 19: inverted signal of sum signal, 20: sum signal, 21
... Carry signal, 22 ... Reverse signal of carry signal, 23 ... Load capacity, 24 ... Load capacity, 25 ... Load capacity, 26 ... Load capacity, 27 ... Booth decoder, 28 ... Full adder, 29 ...
Signal line, 30 ... signal line, 31 ... booth decoder, 32 ...
Full adder, 33 signal line, 34 signal line, 35 booth decoder, 36 full adder, 37 signal line, 38 signal line, 39 input signal A, 40 inverted signal of input signal A,
41: input signal B, 42: inverted signal of input signal B, 43
.. Input signal C, 44... Inverted signal of input signal C, 45... Inverted signal of sum signal, 46... Sum signal, 47... Pass transistor, 48 .. pass transistor, 49. Transistor, 52: pass transistor, 53: pass transistor, 54: pass transistor, 55: VCC56 ... VC
C, 57: Latch circuit for pull-up, 58: CMOS
Inverter, 59: CMOS inverter, 60: Output terminal of pass transistor, 61: Output terminal of pass transistor, 62: Waveform, 63: Waveform, 64: Signal processing circuit,
65 input signal, 66 output signal, 67 multiplier, 68
... arithmetic operation circuit, 69 ... arithmetic operation circuit, 70 ... register, 71 ... register, 72 ... memory, 73 ... control circuit,
74 ... internal signal line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 浩一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 矢野 和男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 力野 邦人 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−317221(JP,A) 特開 平5−167435(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 7/52 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Seki 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kazuo Yano 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Kunito Rikino 3681 Hayano Mobara-shi, Chiba Hitachi Devices Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-4-317221 (JP, A) JP-A-5-167435 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 7/52

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】パストランジスタにより構成した論理構成
部分とPMOSトランジスタにより構成したプルアップ
用のラッチ回路とCMOSインバータを備えた加算器ア
レー部および、CMOS回路により構成したバッファ、
ブースコード変換回路、オーバーフロー検出回路を備え
た回路が、乗算機能を有することを特徴とする半導体装
置。
An adder array comprising a logic component constituted by pass transistors, a pull-up latch circuit constituted by PMOS transistors, and a CMOS inverter; and a buffer constituted by a CMOS circuit.
A semiconductor device, wherein a circuit including a booth code conversion circuit and an overflow detection circuit has a multiplication function.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、加算
器アレー部を信号伝搬方向に分割すると共に、分割した
加算器アレーに接続される部分積生成回路を加算器アレ
ーの近傍に配置することにより、部分積生成回路と加算
器アレーとの間の信号線を短くしたことを特徴とする半
導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the adder array section is divided in the signal propagation direction, and a partial product generation circuit connected to the divided adder array is arranged near the adder array. Wherein the signal line between the partial product generation circuit and the adder array is shortened.
【請求項3】請求項1記載の半導体装置において、使用
する電源電圧がパストランジスタのしきい電圧の5倍未
満の低電圧で動作させる場合、パストランジスタ回路の
出力部にPMOSトランジスタで構成したプルアップ用
のラッチ回路を付加し信号のHighレベルを電源電圧
まで引き上げることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein when a power supply voltage to be used is operated at a low voltage less than five times a threshold voltage of the pass transistor, a pull-up transistor constituted by a PMOS transistor is provided at an output portion of the pass transistor circuit. A semiconductor device characterized by adding a latch circuit for raising and raising a High level of a signal to a power supply voltage.
【請求項4】請求項1、請求項2、請求項3記載のいず
れかまたはすべての回路を用いて構成され、信号処理の
機能を有することを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device comprising any or all of the circuits according to claim 1, 2 and 3, and having a signal processing function.
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