JP3365701B2 - Semiconductor device having charge recycling means - Google Patents
Semiconductor device having charge recycling meansInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、低消費電力動作を
目的とする電荷再利用手段を有する半導体装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having charge recycling means for low power consumption operation.
【0002】[0002]
【従来の技術】バッテリーでの駆動を行うために半導体
装置に低消費電力での動作を行わせることが従来から要
望されている。この低消費電力動作を行うために動作時
に容量に充電された電荷を無駄に放電することなくでき
るだけ再利用する方法が提案されている。以下に、19
93年度VLSI回路技術シンポジウム論文ダイジェス
ト、第41〜42ページ(1993 SYMPOSIUM ON VLSI CIR
CUITS DIGEST OF TECHNICAL PAPERS PP.41-42 )で提案
された電荷の再利用方法について図24〜27を用いて
簡単に説明する。図24は電荷の再利用方法の概念を示
した回路図、図25は図24の動作時の電荷の状態を示
す図である。図26はこの電荷の再利用方法をDRAM
のセルフリフレッシュ動作時に適用した回路図、図27
は図26のDRAMのセルフリフレッシュ動作時の動作
タイミング図である。2. Description of the Related Art It has been conventionally demanded that a semiconductor device be operated with low power consumption in order to be driven by a battery. In order to perform this low power consumption operation, there has been proposed a method of reusing electric charges stored in a capacitor during operation as much as possible without wasteful discharge. Below, 19
1993 VLSI Circuit Technology Symposium Digest, pp. 41-42 (1993 SYMPOSIUM ON VLSI CIR
The method of reusing charges proposed in CUITS DIGEST OF TECHNICAL PAPERS PP.41-42) will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 24 is a circuit diagram showing the concept of the charge recycling method, and FIG. 25 is a diagram showing the state of charges during the operation of FIG. FIG. 26 shows a method of reusing this charge in a DRAM.
Circuit diagram applied during self refresh operation of
FIG. 27 is an operation timing chart in the self-refresh operation of the DRAM of FIG. 26.
【0003】まず、従来の電荷の再利用方法の概要につ
いて、図24の回路図と図25の電荷状態図を参照しな
がら説明する。図24において、C1,C2は容量、S
C1,SC2はそれぞれ容量C1,C2に電荷を充電す
るためのスイッチである。また、SD1,SD2はそれ
ぞれ容量C1,C2から電荷を放電するためのスイッチ
である。また、STは容量C1とC2を電気的に接続す
るためのスイッチである。First, an outline of a conventional charge recycling method will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 24 and the charge state diagram of FIG. In FIG. 24, C1 and C2 are capacitors and S
C1 and SC2 are switches for charging the capacitors C1 and C2, respectively. SD1 and SD2 are switches for discharging charges from the capacitors C1 and C2, respectively. ST is a switch for electrically connecting the capacitors C1 and C2.
【0004】容量C1の第1の電極は接地電圧に接続さ
れ、第2の電極はスイッチSC1を介して電源電圧に接
続されると共にスイッチSD1を介して接地電圧に接続
されている。同様に容量C2の第1の電極は接地電圧に
接続され、第2の電極はスイッチSC2を介して電源電
圧に接続されるとともに、スイッチSD2を介して接地
電圧に接続されている。さらに、容量C1の第2の電極
と容量C2の第2の電極とがスイッチSTを介して接続
されている。図24において、t1〜t5のそれぞれの
時間での電荷の移動方向を矢印で示している。図25
は、時間t1〜t5の各々の時間における容量C1,C
2の電荷量を模式的に示している。The first electrode of the capacitor C1 is connected to the ground voltage, and the second electrode of the capacitor C1 is connected to the power supply voltage via the switch SC1 and to the ground voltage via the switch SD1. Similarly, the first electrode of the capacitor C2 is connected to the ground voltage, the second electrode is connected to the power supply voltage via the switch SC2, and is connected to the ground voltage via the switch SD2. Further, the second electrode of the capacitor C1 and the second electrode of the capacitor C2 are connected via the switch ST. In FIG. 24, arrows indicate the moving directions of the charges at the respective times t1 to t5. Figure 25
Are the capacities C1 and C at the respective times t1 to t5.
The charge amount of 2 is schematically shown.
【0005】まず時間t1でスイッチSC1をオンにす
ると、容量C1が電源電圧まで充電される。次に時間t
2でスイッチSTをオンにして、容量C1の電荷を容量
C2に移すことによって電荷の再利用を行う。ここで、
容量C1と容量C2が同じ容量値であれば、容量C1と
C2の電荷量は等しくなる。次に時間t3でスイッチS
D1とSC2をオンにして容量C1を放電すると共に容
量C2を電源電圧まで充電する。次に時間t4でスイッ
チSTをオンにして容量C2の電荷を容量C1に移すこ
とにより、同様に電荷の再利用を行う。次に時間t5で
スイッチSD2とSC1をオンにして容量C2を放電す
ると共に容量C1を再び電源電圧まで充電する。これで
時間t1と同じ状態に戻る。First, when the switch SC1 is turned on at time t1, the capacitor C1 is charged to the power supply voltage. Then time t
The switch ST is turned on at 2 to transfer the charge of the capacitor C1 to the capacitor C2, thereby reusing the charge. here,
If the capacitors C1 and C2 have the same capacitance value, the charges of the capacitors C1 and C2 are equal. Then at time t3, switch S
D1 and SC2 are turned on to discharge the capacitance C1 and charge the capacitance C2 to the power supply voltage. Next, at time t4, the switch ST is turned on to transfer the electric charge of the capacitor C2 to the capacitor C1 to similarly reuse the electric charge. Next, at time t5, the switches SD2 and SC1 are turned on to discharge the capacitor C2 and charge the capacitor C1 again to the power supply voltage. This returns to the same state as at time t1.
【0006】このように、容量C1と容量C2のそれぞ
れで充電および放電の動作をさせるとき、容量C1側と
容量C2側とを交互に動作させることによってお互いの
電荷を再利用する。容量C1と容量C2が同じ容量値で
あれば、電荷の再利用率は50%である。As described above, when the capacitors C1 and C2 are respectively charged and discharged, the capacitors C1 side and the capacitor C2 side are alternately operated to reuse the charges of each other. If the capacitance C1 and the capacitance C2 have the same capacitance value, the charge reuse rate is 50%.
【0007】次に、上記のような電荷の再利用方法をD
RAMのセルフリフレッシュ動作に適用した具体例を図
26の回路図と図27の動作タイミング図とに基づいて
説明する。Next, the above method for reusing charges will be described as D
A specific example applied to the self-refresh operation of the RAM will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 26 and the operation timing chart of FIG.
【0008】図26において、MA1,MA2はメモリ
セルアレイであり、D1,/D1,D2,/D2はデー
タ線、W1,W2はワード線、SA1,SA2はセンス
アンプ、CSはメモリセル容量、CDはデータ線容量、
PD1,PD2はデータ線のプリチャージおよびイコラ
イズ回路、PP1,PP2はセンスアンプのハイレベル
ノード、PN1,PN2はセンスアンプのローレベルノ
ード、CCはセンスアンプの各レベルノードの容量をそ
れぞれ示す。In FIG. 26, MA1 and MA2 are memory cell arrays, D1, / D1, D2 and / D2 are data lines, W1 and W2 are word lines, SA1 and SA2 are sense amplifiers, CS is a memory cell capacity, and CD. Is the data line capacity,
PD1 and PD2 are precharge and equalize circuits for data lines, PP1 and PP2 are high level nodes of the sense amplifier, PN1 and PN2 are low level nodes of the sense amplifier, and CC is capacitance of each level node of the sense amplifier.
【0009】PS1,PS2はレベルノードのプリチャ
ージおよびイコライズ回路、VDHはセンスアンプのハ
イレベル電圧、VDLはセンスアンプのローレベル電
圧、DM1,DM2はセンスアンプSA1,SA2のハ
イレベルノードPP1,PP2とハイレベル電圧VDH
との間、及び,ローレベルノードPN1,PN2とロー
レベル電圧VDLとの間に介装されたスイッチ、STは
センスアンプSA1とセンスアンプSA2とハイレベル
ノードPP1,PP2間、及び、ローレベルノードPP
1,PP2間に介装されたスイッチ、φT,/φT,φ
S1,/φS1,φS2,/φS2は各スイッチの制御
信号、/φC1,/φC2はプリチャージおよびイコラ
イズ回路PD1,PD2,PS1,PS2の制御信号を
それぞれ示している。尚、各信号名の先頭の“/”は負
論理であるあことを示している。PS1 and PS2 are precharge and equalize circuits for level nodes, VDH is a high level voltage of the sense amplifier, VDL is a low level voltage of the sense amplifier, and DM1 and DM2 are high level nodes PP1 and PP2 of the sense amplifiers SA1 and SA2. And high level voltage VDH
, And a switch interposed between the low level nodes PN1 and PN2 and the low level voltage VDL, ST is between the sense amplifier SA1 and the sense amplifier SA2 and the high level nodes PP1 and PP2, and the low level node PP
Switch interposed between 1 and PP2, φT, / φT, φ
S1, / φS1, φS2, / φS2 are control signals for each switch, and / φC1, / φC2 are control signals for the precharge and equalize circuits PD1, PD2, PS1, PS2, respectively. The leading "/" of each signal name indicates that it is a negative logic.
【0010】メモリセルアレイMA1は次のように構成
されている。メモリセルトランジスタのソースがメモリ
セル容量CSに接続され、ゲートがワード線W1に接続
され、ドレインがデータ線D1に接続されている。1対
のデータ線D1,/D1の間にデータ線のプリチャージ
およびイコライズ回路PD1とセンスアンプSA1とが
それぞれ接続されている。また、ハイレベル及びローレ
ベルノードPP1,PN1間にセンスアンプSA1とレ
ベルノードのプリチャージおよびイコライズ回路PS1
とが接続されている。データ線のプリチャージおよびイ
コライズ回路PD1とレベルノードのプリチャージおよ
びイコライズ回路との制御信号として/φC1が入力さ
れている。また、ハイレベル及びローレベルノードPP
1,PN1は、ゲートに制御信号φS1または/φS1
が印加されたトランジスタを介してハイレベル及びロー
レベル電圧VDH,VDLにそれぞれ接続されている。The memory cell array MA1 is constructed as follows. The source of the memory cell transistor is connected to the memory cell capacitance CS, the gate is connected to the word line W1, and the drain is connected to the data line D1. A data line precharge / equalize circuit PD1 and a sense amplifier SA1 are connected between the pair of data lines D1, / D1. Further, the precharge and equalize circuit PS1 of the sense amplifier SA1 and the level node is connected between the high level and low level nodes PP1 and PN1.
And are connected. / ΦC1 is input as a control signal for the data line precharge / equalize circuit PD1 and the level node precharge / equalize circuit. In addition, high level and low level nodes PP
1, PN1 is a control signal φS1 or / φS1 at the gate
Is connected to the high level and low level voltages VDH and VDL, respectively.
【0011】メモリセルアレイMA2も同様に、メモリ
セルトランジスタのソースがメモリセル容量CSに接続
され、ゲートがワード線W2に接続され、ドレインがデ
ータ線D2に接続されている。1対のデータ線D2,/
D2の間にデータ線のプリチャージおよびイコライズ回
路PD2とセンスアンプSA2とが接続されている。ま
た、ハイレベル及びローレベルノードPP2,PN2間
にセンスアンプSA2とレベルノードのプリチャージお
よびイコライズ回路PS2とが接続されている。データ
線プリチャージおよびイコライズ回路PD2とレベルノ
ードのプリチャージおよびイコライズ回路PS2との制
御信号として/φC2が入力されている。ノードPP
2,PN2にはそれぞれのゲートに制御信号φS2,/
φS2が印加されたトランジスタを介してレベル電圧V
DH、VDLに接続されている。また、ハイレベル及び
ローレベルノードPP2,PN2は、ゲートに制御信号
φS2または/φS2が印加されたトランジスタを介し
てハイレベル及びローレベル電圧VDH,VDLにそれ
ぞれ接続されている。Similarly, in the memory cell array MA2, the source of the memory cell transistor is connected to the memory cell capacitor CS, the gate is connected to the word line W2, and the drain is connected to the data line D2. A pair of data lines D2, /
A data line precharge / equalize circuit PD2 and a sense amplifier SA2 are connected between D2. A sense amplifier SA2 and a level node precharge / equalize circuit PS2 are connected between the high level and low level nodes PP2 and PN2. / ΦC2 is input as a control signal for the data line precharge / equalize circuit PD2 and the level node precharge / equalize circuit PS2. Node PP
2, PN2 has a control signal φS2, /
Level voltage V is applied through the transistor to which φS2 is applied.
It is connected to DH and VDL. The high-level and low-level nodes PP2 and PN2 are connected to the high-level and low-level voltages VDH and VDL, respectively, through transistors whose gates are supplied with the control signal φS2 or / φS2.
【0012】図27に示すように、セルフリフレッシュ
動作の制御信号/RASが論理電圧“L”になると制御
信号/φC1も論理電圧“L”になる。これによって、
データ線D1,/D1、及び、ノードPP1,PN1の
プリチャージおよびイコライズ回路PD1,PS1の動
作が停止する。次にワード線W1が論理電圧“H”とな
ってデータ線D1にデータが読み出され、次に制御信号
φS1が論理電圧“H”、/φS1が論理電圧“L”と
なってセンスアンプSA1が動作する。これによって、
ハイレベルノードPP1はハイレベル電圧VDHに、ロ
ーレベルノードPN1はローレベル電圧VDLになり、
時間t1でメモリセルアレイMA1のリフレッシュ動作
が完了する。この時、ワード線W1が論理電圧“L”と
なり、制御信号φS1が論理電圧“L”、/φS1が論
理電圧“H”となり、ノードPP1,PN1はフローテ
ィング状態となる。As shown in FIG. 27, when the control signal / RAS for the self-refresh operation becomes the logic voltage "L", the control signal / φC1 also becomes the logic voltage "L". by this,
The precharge of the data lines D1, / D1 and the nodes PP1, PN1 and the operation of the equalize circuits PD1, PS1 are stopped. Next, the word line W1 becomes the logical voltage "H" and the data is read out to the data line D1, and then the control signal φS1 becomes the logical voltage "H" and / φS1 becomes the logical voltage "L". Works. by this,
The high level node PP1 becomes the high level voltage VDH, the low level node PN1 becomes the low level voltage VDL,
At time t1, the refresh operation of the memory cell array MA1 is completed. At this time, the word line W1 becomes the logic voltage "L", the control signal φS1 becomes the logic voltage "L", / φS1 becomes the logic voltage "H", and the nodes PP1 and PN1 are brought into the floating state.
【0013】次に制御信号/RASが一旦論理電圧
“H”になった後、論理電圧“L”になると、制御信号
/φC2の論理電圧が“L”となり、データ線D2,/
D2、及び、ノードPP2,PN2のプリチャージおよ
びイコライズ回路PD2,PS2の動作が停止する。次
にワード線W2が論理電圧“H”となって、データ線D
2にデータが読み出される。次に時間t2から期間tT
の間、制御信号φTが論理電圧“H”、制御信号/φT
が論理電圧“L”となり、ノードPP1,PN1の電荷
がノードPP2,PN2に移動する。すなわちセンスア
ンプSA2が少し動作する。次に制御信号φS2が論理
電圧“H”、/φS2が論理電圧“L”となり、センス
アンプSA2が完全に動作する。この時、ハイレベルノ
ードPP2はハイレベル電圧VDHに、ローレベルノー
ドPN2はローレベル電圧VDLになり、時間t3でメ
モリセルアレイMA2のリフレッシュ動作が完了する。
この時、ワード線W2が論理電圧“L”となり、制御信
号φS2が論理電圧“L”、/φS2が論理電圧“H”
となり、ノードPP2,PN2はフローティング状態と
なる。制御信号/φC1が論理電圧“H”となり、デー
タ線D1,/D1、ノードPP1,PN1のプリチャー
ジおよびイコライズが開始される。Next, when the control signal / RAS once becomes the logic voltage "H" and then becomes the logic voltage "L", the logic voltage of the control signal / φC2 becomes "L", and the data lines D2, /
The operations of D2 and the precharge of the nodes PP2 and PN2 and the equalizing circuits PD2 and PS2 are stopped. Next, the word line W2 becomes the logic voltage "H", and the data line D
The data is read to 2. Next, from time t2 to period tT
While the control signal φT is at the logical voltage “H”, the control signal / φT
Becomes a logical voltage "L", and the charges of the nodes PP1 and PN1 move to the nodes PP2 and PN2. That is, the sense amplifier SA2 operates a little. Next, the control signal φS2 becomes the logic voltage “H” and / φS2 becomes the logic voltage “L”, and the sense amplifier SA2 operates completely. At this time, the high level node PP2 becomes the high level voltage VDH and the low level node PN2 becomes the low level voltage VDL, and the refresh operation of the memory cell array MA2 is completed at time t3.
At this time, the word line W2 becomes the logic voltage "L", the control signal φS2 becomes the logic voltage "L", and / φS2 becomes the logic voltage "H".
And the nodes PP2 and PN2 are in a floating state. The control signal / φC1 becomes the logical voltage "H", and precharge and equalization of the data lines D1, / D1 and the nodes PP1, PN1 are started.
【0014】後は同様に、制御信号/RASがいったん
論理電圧“H”となった後、論理電圧“L”になると、
制御信号/φC1が論理電圧“L”となり、データ線D
1,/D1、ノードPP1,PN1のプリチャージおよ
びイコライズが停止される。次にワード線W1が論理電
圧“H”となり、データ線D1にデータが読み出されれ
る。次に時間t4から期間tTで制御信号φTが論理電
圧“H”、制御信号/φTが論理電圧“L”となり、ノ
ードPP2,PN2の電荷がノードPP1,PN1に移
動する。すなわち、センスアンプSA1が少し動作す
る。次に制御信号φS1が論理電圧“H”、/φS1が
論理電圧“L”となり、センスアンプSA1が完全に動
作する。これによってノードPP1はレベル電圧VDH
に、ノードPN1はレベル電圧VDLとなり、時間t5
でメモリセルアレイMA1のリフレッシュ動作が完了す
る。次にワード線W1が論理電圧“L”となり、制御信
号φS1が論理電圧“L”、/φS1が論理電圧“H”
となる。これによって、ノードPP1,PN1はフロー
ティング状態となる。制御信号/φC2が論理電圧
“H”となり、データ線D2,/D2、ノードPP2,
PN2のプリチャージおよびイコライズが開始される。
以下同様にして必要回数のリフレッシュ動作が行われ
る。このように、メモリセルアレイ間で電荷が移動する
ことにより、電荷の再利用が行われる。Similarly, after the control signal / RAS once becomes the logic voltage "H" and then becomes the logic voltage "L",
The control signal / φC1 becomes the logic voltage "L", and the data line D
1, / D1, precharge and equalization of nodes PP1 and PN1 are stopped. Next, the word line W1 becomes the logic voltage "H", and the data is read out to the data line D1. Next, in the period tT from the time t4, the control signal φT becomes the logical voltage “H”, the control signal / φT becomes the logical voltage “L”, and the charges of the nodes PP2 and PN2 move to the nodes PP1 and PN1. That is, the sense amplifier SA1 operates a little. Next, the control signal φS1 becomes the logical voltage “H” and / φS1 becomes the logical voltage “L”, and the sense amplifier SA1 operates completely. This causes the node PP1 to have the level voltage VDH.
Then, the node PN1 becomes the level voltage VDL, and the time t5
Then, the refresh operation of the memory cell array MA1 is completed. Next, the word line W1 becomes the logical voltage "L", the control signal φS1 becomes the logical voltage "L", and / φS1 becomes the logical voltage "H".
Becomes As a result, the nodes PP1 and PN1 are brought into a floating state. The control signal / φC2 becomes the logic voltage "H", the data lines D2, / D2, the node PP2,
Precharge and equalization of PN2 are started.
Thereafter, the refresh operation is performed the required number of times in the same manner. In this way, the charge is reused by moving the charge between the memory cell arrays.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の半
導体装置の電荷再利用方法は、複数のメモリセルアレイ
間で行われるので、セルフリフレッシュ動作のように順
次リフレッシュ動作を行う場合には有効であるが、通常
のリフレッシュ動作のように同一メモリセルアレイのリ
フレッシュ動作には適用できない。また、必要回数のセ
ルフリフレッシュ動作終了後に最終リフレッシュ動作の
電荷を再利用することはできない。さらに、上記の電荷
再利用方法では、電荷の再利用率は最大で50%であ
り、50%以上の電荷を再利用せずに放電してしまうこ
とになる。Since the conventional charge reusing method for a semiconductor device as described above is performed between a plurality of memory cell arrays, it is effective when performing a sequential refresh operation such as a self refresh operation. However, it cannot be applied to the refresh operation of the same memory cell array like the normal refresh operation. In addition, the charges in the final refresh operation cannot be reused after the required number of self-refresh operations are completed. Further, in the above charge recycling method, the charge recycling rate is 50% at maximum, and 50% or more of the charges are discharged without being recycled.
【0016】そこで、本発明の目的は、電荷の再利用率
を50%以上に高め、同一メモリセルアレイのリフレッ
シュ動作にも適用することができる電荷再利用手段を有
する半導体装置装置を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device device having a charge reusing means which can increase the charge reusing rate to 50% or more and can be applied to the refresh operation of the same memory cell array. is there.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電荷再利用手段を有する半導体装置の第
1の構成は、配線に接続された電荷充放電容量と、前記
配線に第1乃至第nの断続用スイッチのそれぞれを介し
て設けられた第1乃至第nの複数個の電荷回収用容量と
を有し、電荷が充電された前記電荷充放電容量から前記
複数個の電荷回収用容量に電荷を回収するとき、最初
に、前記第1の断続用スイッチをオンし、前記電荷充放
電容量と前記第1の電荷回収用容量のみを接続して前記
第1の電荷回収用容量に電荷を回収した後、前記第1の
断続用スイッチをオフし、以降、第2乃至第nの断続用
スイッチを順次オンしてはオフし、それぞれ第2乃至第
nの電荷回収用容量に電荷を回収することによって、前
記複数個の電荷回収用容量を最高電位の第1の電荷回収
用容量から最低電位の第nの電荷回収用容量に区別し、
次に、電荷が放電された前記電荷充放電容量に前記複数
個の電荷回収用容量から電荷を再利用するとき、最初
に、前記第nの断続用スイッチをオンしてオフし、前記
電荷充放電容量と前記第nの電荷回収用容量のみを接続
して前記第nの電荷回収用容量から電荷を再利用し、以
降、前記電荷回収の順とは逆の順に、同様の動作を繰り
返して、最後に前記第1の電荷回収用容量から電荷を再
利用することにより、前記複数個の電荷回収用容量のう
ちの電位が低いものから順番に電荷を再利用し、次に、
再び電荷が充電された前記電荷充放電容量から再度前記
複数個の電荷回収用容量に電荷を回収するとき、前記複
数個の電荷回収用容量のうちの電位が高いものから順番
に電荷を回収する。 In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor device having a charge reusing means of the present invention has a first configuration, in which a charge / discharge capacity connected to a wiring is
Each of the first to n-th intermittent switches is connected to the wiring.
A plurality of first to n-th plurality of charge recovery capacitors provided
From the charge and discharge capacity charged with electric charge
When recovering charges to multiple charge recovery capacitors,
Then, the first intermittent switch is turned on to discharge the charge.
By connecting only the capacitance and the first charge recovery capacitance,
After the charge is recovered in the first charge recovery capacitor, the first charge recovery capacitor
Turn off the on / off switch, and then connect to the 2nd to nth
The switches are sequentially turned on and off, and the second to the second
n by collecting the charge in the charge collecting capacitor,
A plurality of capacitors for charge recovery are used for the first charge recovery of the highest potential.
Distinguishing from the storage capacitor to the lowest potential nth charge recovery capacitor,
Next, the plurality of charged / discharged charges are discharged into the charge / discharge capacity.
When reusing charges from individual charge recovery capacitors,
To turn on and off the n-th intermittent switch, and
Connect only the charge / discharge capacity and the n-th charge recovery capacity
Then, the charge is reused from the n-th charge recovery capacitor,
The same operation is repeated in the reverse order of the descending and the charge collecting.
Finally, the charge is returned from the first charge recovery capacitor.
By utilizing the plurality of charge recovery capacitors,
The charges are reused in order from the one with the lowest potential, and then
From the charge / discharge capacity charged again,
When recovering charges to a plurality of charge recovery capacitors,
In order from the highest potential of several charge recovery capacitors
To recover the charge.
【0018】本発明の電荷再利用手段を有する半導体装
置の第2の構成では、上記第1の構成の電荷再利用手段
を用いて、電荷回収率が最大となるように前記複数個の
電荷回収用容量の容量値が設定されている。 The second in the structure of the first configuration of the charge recycling means of a semiconductor device having a charge recycling means of the present invention
Is used to maximize the charge recovery rate.
The capacitance value of the charge recovery capacitor is set.
【0019】ここで、電荷の回収とは、電荷充放電容量
に充電されている電荷を電荷回収用容量に移動させて蓄
えることを意味し、電荷の再利用とは、電荷回収用容量
に蓄えられている電荷を電荷充放電容量に戻すことを意
味する。本発明の電荷再利用手段を有する半導体装置
は、上記のような構成により、電荷の再利用率を50%
以上とすることができる。また、同一メモリセルアレイ
のリフレッシュ動作に適用することもできる。セルフリ
フレッシュ動作終了後も電荷を保存し次回のセルフリフ
レッシュに再利用することもできる。Here, the charge recovery means that the charge charged in the charge charge / discharge capacity is transferred to the charge recovery capacity and stored therein, and the charge reuse is stored in the charge recovery capacity. This means returning the stored charge to the charge / discharge capacity. The semiconductor device having the charge recycling means of the present invention has a charge recycling rate of 50% due to the above configuration.
The above can be done. It can also be applied to the refresh operation of the same memory cell array. After the self-refresh operation is completed, the charge can be saved and reused for the next self-refresh.
【0020】本発明の電荷再利用手段を有する半導体装
置の第3の構成は、配線に第1乃至第nの断続用スイッ
チのそれぞれを介して設けられた第1乃至第nの複数個
の電荷充放電容量を有し、前記第1乃至第nの複数個の
電荷充放電容量のそれぞれは、第1乃至第nの電荷充電
用スイッチを介して電荷を充電するための電源に接続可
能に構成され、第1乃至第nの電荷放電用スイッチを介
して電荷を放電するための放電回路に接続可能に構成さ
れており、最初に、前記第1の電荷充電用スイッチをオ
ンして、前記第1の電荷充放電容量に電荷を充電すると
ともに、前記第nの電荷放電用スイッチをオンして、前
記第nの電荷充放電容量から電荷を放電した後、前記第
1の電荷充電用スイッチおよび前記第nの電荷放電用ス
イッチをオフし、次に、前記第1および第2の断続用ス
イッチのみをオンして、前記第1の電荷充放電容量から
前記第2の電荷充放電容量に電荷を回収した後、前記第
2の断続用スイッチをオフし、以降、第3乃至第nの断
続用スイッチを順次オンしてはオフし、前記第1の電荷
充放電容量からそれぞれ第3乃至第nの電荷充放電容量
に順次電荷を回収し、次に、前記第2の電荷充電用スイ
ッチをオンして、前記第2の電荷充放電容量に電荷を充
電するとともに、前記第1の電荷放電用スイッチをオン
して、前記第1の電荷充放電容量から電荷を放電した
後、前記第2の電荷充電用スイッチおよび前記第1の電
荷放電用スイッチをオフし、以降、前記第1の電荷充放
電容量から前記第2乃至第nの電荷充放電容量へ順次電
荷を回収する場合と同様の手順で、前記第2の電荷充放
電容量から前記第3乃至第nの電荷充放電容量および前
記第1の電荷充放電容量へ順次電荷を回収し、さらにそ
れ以降、前記第3乃至第nの電荷充放電容量を順次充電
し、その都度残りの電荷充放電容量に電荷を回収する。 The third structure of the semiconductor device having the charge recycling means of the present invention is that the first to n-th intermittent switches for wiring are provided.
First to n-th plurality provided through the respective
Of the first to n-th plurality of charge / discharge capacities
The charge and discharge capacities are respectively the first to nth charge charges.
Can be connected to the power supply for charging the electric charge via the switch for
Configured to operate through the first to nth charge discharging switches.
Configured to connect to a discharge circuit for discharging electric charge.
First, turn on the first charge charging switch.
And charges the first charge / discharge capacity with
Both turn on the n-th charge discharging switch,
After discharging the charge from the nth charge charge / discharge capacity,
A first charge charging switch and the nth charge discharging switch
Switch off and then the first and second intermittent switches.
Only the switch is turned on, and from the first charge / discharge capacity
After collecting the charge in the second charge / discharge capacity,
Turn off the 2nd on / off switch, and then turn off the 3rd to nth
The continuation switch is sequentially turned on and then turned off, and the first charge
From the charge / discharge capacity to the third to nth charge / discharge capacity
To sequentially collect the electric charge, and then the second charge charging switch.
Switch on to charge the second charge / discharge capacity.
Power on and turn on the first charge discharge switch.
Then, the charge was discharged from the first charge charge / discharge capacity.
Then, the second charge charging switch and the first electric charge
Turn off the load / discharge switch, and then charge / discharge the first charge.
From the electric capacity to the second to nth charge / discharge capacities sequentially.
In the same procedure as for collecting the load, the second charge / discharge
From the capacitance to the third to nth charge / discharge capacitances and
The charge is sequentially collected into the first charge / discharge capacity, and further
After that, the third to nth charge / discharge capacities are sequentially charged.
Then, each time, the charge is collected in the remaining charge / discharge capacity.
【0021】本発明の電荷再利用手段を有する半導体装
置の第4の構成は、配線に断続用スイッチを介して設け
られた少なくとも1つの電荷充放電容量と、前記配線に
断続用スイッチを介して設けられた複数個の電荷回収用
容量とを有し、前記複数個の電荷回収用容量のうちの一
部または全部は互いに並列接続または直列接続の切り換
えが可能なようにスイッチを介して構成され、前記電荷
充放電容量から前記複数個の電荷回収用容量に電荷を回
収するときは、前記複数個の電荷回収用容量が並列接続
され、前記複数個の電荷回収用容量から前記電荷充放電
容量に電荷を再利用するときは、前記複数個の電荷回収
用容量が直列接続される。 In a fourth structure of the semiconductor device having the charge reusing means of the present invention, the wiring is provided through an intermittent switch.
At least one charge / discharge capacity that is
For collecting multiple charges provided via an intermittent switch
And one of the plurality of charge recovery capacitors.
Switching of parts or all connected in parallel or in series
It is configured through a switch to enable the charge
Charge is transferred from the charge / discharge capacity to the plurality of charge recovery capacities.
When collecting, the charge recovery capacitors are connected in parallel.
The charge charging / discharging is performed from the plurality of charge recovery capacitors.
When reusing the charge in the capacitor, the charge recovery
Capacitors are connected in series.
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】[0031]
【0032】[0032]
【0033】[0033]
【0034】[0034]
【0035】[0035]
【0036】[0036]
【0037】[0037]
【0038】[0038]
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面に基づいて説明する。まず、第1の実施形態を図
1の回路図、図2〜5の電荷の状態(各容量の充電状
態)を示す模式図、図6のタイミング図を参照しながら
説明する。尚、図7に本実施形態における電荷充放電容
量と電荷回収用容量との容量比と電荷回収率との関係を
示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 1, schematic diagrams showing the state of charge (charged state of each capacitance) of FIGS. 2 to 5, and the timing diagram of FIG. Note that FIG. 7 shows the relationship between the capacity ratio of the charge / discharge capacity and the charge recovery capacity and the charge recovery rate in this embodiment.
【0040】図1において、CR1は電荷充放電容量、
CS1〜CS4は電荷回収用容量、SC1は電荷充電用
スイッチ、SD1は電荷放電用スイッチ、ST1〜ST
4は電荷回収用容量の接続・遮断用のスイッチ、N10
〜N15は各ノードを示している。スイッチSC1が電
源電圧とノードN10との間に接続され、スイッチSD
1が接地電圧とノードN10との間に接続され、電荷充
放電容量CR1がノードN10と接地電圧との間に接続
されている。また、スイッチST1〜ST4がそれぞれ
ノードN10とノードN12〜N15との間に接続さ
れ、電荷回収用容量CS1〜CS4がそれぞれノードN
12〜N15と接地電圧との間に接続されている。In FIG. 1, CR1 is a charge / discharge capacity,
CS1 to CS4 are charge recovery capacitors, SC1 is a charge charging switch, SD1 is a charge discharging switch, ST1 to ST
4 is a switch for connecting / disconnecting the charge recovery capacitor, N10
-N15 have shown each node. The switch SC1 is connected between the power supply voltage and the node N10, and the switch SD1
1 is connected between the ground voltage and the node N10, and the charge / discharge capacity CR1 is connected between the node N10 and the ground voltage. The switches ST1 to ST4 are connected between the node N10 and the nodes N12 to N15, respectively, and the charge recovery capacitors CS1 to CS4 are respectively connected to the node N.
It is connected between 12 to N15 and the ground voltage.
【0041】図2と図6を参照しながら第1回目の電荷
の回収について説明する。図6において、充電期間P1
で電荷充放電容量CR1が充電され、電荷回収期間P2
で電荷充放電容量CR1の電荷が電荷回収用容量CS1
〜CS4に回収され、放電期間P3で電荷充放電容量C
R1の残存電荷が放電される。以下、順に時間を追って
動作を説明する。The first charge recovery will be described with reference to FIGS. 2 and 6. In FIG. 6, the charging period P1
The charge / discharge capacity CR1 is charged at the charge recovery period P2
Therefore, the charge of the charge / discharge capacity CR1 is equal to the charge recovery capacity CS1.
~ CS4, charge charge / discharge capacity C during discharge period P3
The residual charge of R1 is discharged. Hereinafter, the operation will be described sequentially in order.
【0042】時間t1ではスイッチSC1はオン、他の
スイッチはオフであり、この間に電荷充放電容量CR1
が電源電圧まで充電される。次の時間t2ではスイッチ
SC1がオフ、スイッチST1がオンであり、この間に
電荷充放電容量CR1の電荷の一部が電荷回収用容量C
S1に回収される。次の時間t3ではスイッチST1が
オフ、スイッチST2がオンであり、電荷充放電容量C
R1の残存電荷の一部が電荷回収用容量CS2に回収さ
れる。次に時間t4ではスイッチST2がオフ、スイッ
チST3がオンであり、電荷充放電容量CR1の残存電
荷の一部が電荷回収用容量CS3に回収される。次の時
間t5ではスイッチST3がオフ、スイッチST4がオ
ンであり、電荷充放電容量CR1の残存電荷の一部が電
荷回収用容量CS4に回収される。そして次の時間t6
でスイッチST4がオフ、スイッチSD1がオンである
間に電荷充放電容量CR1の残存電荷が放電される。At time t1, the switch SC1 is on and the other switches are off, during which the charge / discharge capacity CR1
Is charged to the power supply voltage. At the next time t2, the switch SC1 is off and the switch ST1 is on, and during this period, a part of the charge of the charge / discharge capacity CR1 is the charge recovery capacity C.
Collected in S1. At the next time t3, the switch ST1 is off, the switch ST2 is on, and the charge / discharge capacity C
A part of the residual charge of R1 is recovered in the charge recovery capacitor CS2. Next, at time t4, the switch ST2 is off and the switch ST3 is on, and a part of the residual charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered in the charge recovery capacity CS3. At the next time t5, the switch ST3 is off and the switch ST4 is on, and a part of the residual charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered in the charge recovery capacity CS4. And next time t6
Thus, while the switch ST4 is off and the switch SD1 is on, the residual charge in the charge / discharge capacity CR1 is discharged.
【0043】続けて、図3と図6を参照しながら第1回
目の電荷の再利用について説明する。図6において上述
のように放電期間P3で電荷充放電容量CR1の残存電
荷が放電された後、電荷再利用期間P4で、電荷回収用
容量CS1〜CS4に蓄えられている電荷が再利用さ
れ、再び充電期間P1で電荷充放電容量CR1が充電さ
れる。Next, the first charge recycle will be described with reference to FIGS. In FIG. 6, after the residual charge of the charge / discharge capacity CR1 is discharged in the discharge period P3 as described above, the charge stored in the charge recovery capacitors CS1 to CS4 is discharged in the charge reuse period P4. It is reused and the charge / discharge capacity CR1 is charged again in the charging period P1.
【0044】つまり、時間t6でスイッチSD1がオ
ン、他のスイッチがオフである間に電荷充放電容量CR
1の電荷が放電された後、時間t7ではスイッチSD1
がオフ、スイッチST4がオンとなり、電荷回収用容量
CS4の電荷が電荷充放電容量CR1に戻る。次の時間
t8ではスイッチST4がオフ、スイッチST3がオン
であり、電荷回収用容量CS3の電荷が電荷充放電容量
CR1に再利用される。次の時間t9ではスイッチST
3がオフ、スイッチST2がオンであり、電荷回収用容
量CS2の電荷が電荷充放電容量CR1に再利用され
る。次の時間t10ではスイッチST2がオフ、スイッ
チST1がオンであり、電荷回収用容量CS1の電荷が
電荷充放電容量CR1に再利用される。次の時間t11
ではスイッチST1がオフ、スイッチSC1がオンであ
り、電荷充放電容量CR1が電源電圧まで充電される。That is, at time t6, the switch SD1 is on and the other charge / discharge capacities CR are on while other switches are off.
After the electric charge of 1 is discharged, at time t7, the switch SD1
Is turned off, the switch ST4 is turned on, and the charge of the charge recovery capacitor CS4 returns to the charge charge / discharge capacitor CR1. At the next time t8, the switch ST4 is off and the switch ST3 is on, and the charge of the charge recovery capacitor CS3 is reused for the charge / discharge capacitor CR1. At the next time t9, the switch ST
3 is off and the switch ST2 is on, and the charge of the charge recovery capacitor CS2 is reused for the charge / discharge capacitor CR1. At the next time t10, the switch ST2 is off and the switch ST1 is on, and the charge of the charge recovery capacitor CS1 is reused for the charge / discharge capacitor CR1. Next time t11
Then, the switch ST1 is off, the switch SC1 is on, and the charge / discharge capacity CR1 is charged to the power supply voltage.
【0045】図4には第2回目の電荷の回収の様子が示
されており、図6の時間t12〜t16で第1回目の電
荷の回収と同様の動作が行なわれる。第2回目の電荷の
回収では、すでに電荷回収用容量CS1〜CS4に電荷
があるため回収されている電荷量としては第1回目より
も多くなる。FIG. 4 shows the state of the second charge recovery, and the same operation as the first charge recovery is performed from time t12 to t16 in FIG. In the second charge recovery, the charge recovery capacitors CS1 to CS4 already have charges, and therefore the recovered charge amount is larger than that in the first charge recovery.
【0046】図5には第2回目の電荷の再利用の様子が
示されており、図6の時間t16〜tt21で第1回目
の電荷の再利用と同様の動作が行なわれる。第2回目の
電荷の再利用では、電荷回収用容量CS1〜CS4の電
荷量が第1回目よりも多いため電荷充放電容量CR1に
再利用される電荷量は多くなる。FIG. 5 shows a state of the second charge reuse, and the same operation as the first charge reuse is performed from time t16 to tt21 in FIG. In the second charge reuse, the charge recovery capacitors CS1 to CS4 have a larger charge amount than in the first charge reuse, and thus the charge charge / discharge capacitance CR1 has a larger charge amount to be reused.
【0047】以上のような動作を繰り返して電荷の回収
および再利用を行なう。この電荷の回収および再利用の
動作を繰り返していくと回収および再利用される電荷量
はある値に近づいて行く。The above-described operation is repeated to collect and reuse the charges. When the operation of recovering and reusing the charges is repeated, the amount of charges recovered and reused approaches a certain value.
【0048】図7が電荷充放電容量CRmと電荷回収用
容量CSnとの容量比と電荷回収率の関係を示した図で
ある。ここで、電荷充放電容量の個数が1個の場合はm
=1であり、電荷充放電容量CRmはCR1を意味す
る。電荷回収用容量CSnは電荷回収用容量CS1〜C
S4に相当するものであり、電荷回収用容量が4個の場
合はn=4である。m=1、α=CSn/CRm、電荷
回収用容量の個数をnとしたときの第1回目の電荷回収
率R(α,m)は、
R(α,m)=1/(α+2)×(1−1/(1+α)
2m)
で示される。図7には、n=1,2,4,8,16,3
2のときのα=CSn/CRmと電荷回収率R(α,
m)の関係が示されており、それぞれの条件で最適な値
があることがわかる。この実施形態では電荷回収用容量
が4個(n=4)であり、αがほぼ0.5のときに第1
回目の電荷回収率は最大となる。すなわち、電荷回収用
容量CS1〜CS4の値を電荷充放電容量CR1の1/
2の容量値に設定すれば第1回目の電荷回収率は最大と
なる。また、この第1回目の電荷回収率は約40%であ
るが、電荷の回収および再利用の動作を繰り返していく
と電荷回収率は例えば70%となる。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the capacity ratio of the charge / discharge capacity CRm and the charge recovery capacity CSn and the charge recovery rate. Here, when the number of charge / discharge capacities is 1, m
= 1 and the charge / discharge capacity CRm means CR1. The charge recovery capacitors CSn are charge recovery capacitors CS1 to C.
This is equivalent to S4, and n = 4 when there are four charge recovery capacitors. When m = 1, α = CSn / CRm, and the number of charge recovery capacitors is n, the first charge recovery rate R (α, m) is R (α, m) = 1 / (α + 2) × (1-1 / (1 + α)
2m ). In FIG. 7, n = 1, 2, 4, 8, 16, 3
In case of 2, α = CSn / CRm and charge recovery rate R (α,
The relationship of m) is shown, and it can be seen that there is an optimum value under each condition. In this embodiment, there are four charge recovery capacitors (n = 4), and when α is approximately 0.5, the first
The charge collection rate for the second time becomes maximum. That is, the value of the charge recovery capacitors CS1 to CS4 is 1 / the value of the charge / discharge capacitor CR1.
If the capacitance value is set to 2, the first charge recovery rate becomes maximum. Further, although the charge recovery rate of the first time is about 40%, the charge recovery rate becomes, for example, 70% when the operation of recovering and reusing the charge is repeated.
【0049】この第1の実施形態において、電荷回収率
は例えば70%であり、従来の50%より高くすること
ができるので、低消費電力動作に一層寄与することがで
きる。ここで説明した電荷の再利用方法は、従来例で示
したDRAMのセルフリフレッシュ動作にも適用でき
る。In the first embodiment, the charge recovery rate is, for example, 70%, which can be made higher than the conventional 50%, and thus can further contribute to the low power consumption operation. The charge recycling method described here can also be applied to the self-refresh operation of the DRAM shown in the conventional example.
【0050】次に、第2の実施形態を図8の回路図、図
9の各容量の充電状態を示す模式図、図10のタイミン
グ図を参照しながら説明する。図8において、CR1〜
CR4は電荷充放電容量であると共に電荷回収用容量と
しても使用される。SC1は電荷充電用スイッチ、SD
1は電荷放電用スイッチ、SR1〜SR4は電荷充放電
容量の接続用のスイッチ、N80〜N84はノード名で
ある。スイッチSC1は電源電圧とノードN80との間
に接続され、スイッチSD1は接地電圧とノードN80
との間に接続され、電荷充放電容量CR1〜CR4はそ
れぞれノードN80〜N84と接地電圧との間に接続さ
れ、スイッチSR1〜SR4はそれぞれノードN80と
ノードN81〜N84との間に接続されている。Next, a second embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 8, the schematic diagram showing the charging state of each capacitor of FIG. 9, and the timing diagram of FIG. In FIG. 8, CR1 to
CR4 is used not only as a charge / discharge capacity but also as a charge recovery capacity. SC1 is a charge charging switch, SD
Reference numeral 1 is a charge discharging switch, SR1 to SR4 are switches for connecting a charge / discharge capacity, and N80 to N84 are node names. Switch SC1 is connected between the power supply voltage and node N80, and switch SD1 is connected to the ground voltage and node N80.
And the charge / discharge capacitors CR1 to CR4 are connected between the nodes N80 to N84 and the ground voltage, respectively, and the switches SR1 to SR4 are connected between the node N80 and the nodes N81 to N84, respectively. There is.
【0051】時間t1ではスイッチSC1、SR1がオ
ン、他のスイッチはオフであり、電荷充放電容量CR1
が電源電圧まで充電される。次の時間t2ではスイッチ
SR1、SR2がオン、他のスイッチはオフであり、電
荷充放電容量CR1の電荷が電荷充放電容量CR2に回
収される。次の時間t3ではスイッチSR1、SR3が
オン、他のスイッチはオフであり、電荷充放電容量CR
1の電荷が電荷充放電容量CR3に回収される。次の時
間t4ではスイッチSR1、SR4がオン、他のスイッ
チはオフであり、電荷充放電容量CR1の電荷が電荷充
放電容量CR4に回収される。次の時間t5ではスイッ
チSR1、SD1がオン、他のスイッチはオフであり、
電荷充放電容量CR1の電荷が放電する。このように、
電荷充放電容量CR1の電荷を他の電荷充放電容量であ
る電荷充放電容量CR2〜CR4に回収したのちに電荷
充放電容量CR1の電荷を放電している。At time t1, the switches SC1 and SR1 are on, the other switches are off, and the charge / discharge capacity CR1
Is charged to the power supply voltage. At the next time t2, the switches SR1 and SR2 are turned on and the other switches are turned off, so that the charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered by the charge / discharge capacity CR2. At the next time t3, the switches SR1 and SR3 are on, the other switches are off, and the charge / discharge capacity CR is
The charge of 1 is collected in the charge / discharge capacity CR3. At the next time t4, the switches SR1 and SR4 are turned on and the other switches are turned off, and the charge of the charge / discharge capacity CR1 is collected in the charge / discharge capacity CR4. At the next time t5, the switches SR1 and SD1 are on, the other switches are off,
The charge of the charge / discharge capacity CR1 is discharged. in this way,
After the charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered to the charge / discharge capacity CR2 to CR4 which is another charge / discharge capacity, the charge of the charge / discharge capacity CR1 is discharged.
【0052】同様の動作を電荷充放電容量CR2につい
て行なう。時間t6ではスイッチSC1、SR2がオ
ン、他のスイッチはオフであり、電荷充放電容量CR2
が電源電圧まで充電される。次の時間t7でスイッチS
R2、SR3がオン、他のスイッチはオフで、電荷充放
電容量CR2の電荷が電荷充放電容量CR3に回収され
る。次の時間t8ではスイッチSR2、SR4がオン、
他のスイッチはオフであり、電荷充放電容量CR2の電
荷が電荷充放電容量CR4に回収される。次の時間t9
では、スイッチSR2、SR1がオン、他のスイッチは
オフであり、電荷充放電容量CR2の電荷が電荷充放電
容量CR1に回収される。次の時間t10ではスイッチ
SR2、SD1がオン、他のスイッチはオフであり、電
荷充放電容量CR2の電荷が放電される。以下同様に、
電荷充放電容量CR3、CR4、CR1、CR2、CR
3、CR4の順番で電荷充放電容量CR1〜CR4の電
荷の回収および再利用を行なう。The same operation is performed for the charge / discharge capacity CR2. At time t6, the switches SC1 and SR2 are on, the other switches are off, and the charge / discharge capacity CR2 is
Is charged to the power supply voltage. Switch S at next time t7
When R2 and SR3 are on and the other switches are off, the charge of the charge / discharge capacity CR2 is collected in the charge / discharge capacity CR3. At the next time t8, the switches SR2 and SR4 are turned on,
The other switches are off, and the charge of the charge / discharge capacity CR2 is collected in the charge / discharge capacity CR4. Next time t9
Then, the switches SR2 and SR1 are turned on and the other switches are turned off, and the charge of the charge / discharge capacity CR2 is recovered in the charge / discharge capacity CR1. At the next time t10, the switches SR2 and SD1 are turned on and the other switches are turned off, and the charge of the charge / discharge capacity CR2 is discharged. And so on
Charge / discharge capacity CR3, CR4, CR1, CR2, CR
The charges of the charge / discharge capacitors CR1 to CR4 are recovered and reused in the order of 3 and CR4.
【0053】この第2の実施形態は、第1の実施形態と
同様に電荷回収率を50%以上とすることができる。ま
た、電荷充放電容量を電荷回収用容量としても使用する
ため、特別に電荷回収用容量を必要としないという利点
がある。In the second embodiment, the charge recovery rate can be set to 50% or more as in the first embodiment. Further, since the charge / discharge capacity is also used as the charge recovery capacity, there is an advantage that no special charge recovery capacity is required.
【0054】次に、第3の実施形態を図11の回路図、
図12のタイミング図を参照しながら説明する。CR1
〜CR4は電荷充放電容量で電荷回収用容量としても使
用する容量、SC1〜SC4は電荷充電用スイッチ、S
D1〜SD4は電荷放電用スイッチ、SR1〜SR4は
電荷充放電容量の接続用のスイッチ、N110〜N11
4はノード名、t1〜t17は時間である。Next, a third embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG.
This will be described with reference to the timing chart of FIG. CR1
To CR4 are charge / discharge capacities and are also used as charge recovery capacities, SC1 to SC4 are charge charging switches, and S
D1 to SD4 are switches for charge discharge, SR1 to SR4 are switches for connecting charge / discharge capacity, N110 to N11.
4 is a node name, and t1 to t17 are times.
【0055】スイッチSC1〜SC4がそれぞれ電源電
圧とノードN111〜N114との間に接続され、スイ
ッチSD1〜SD4がそれぞれ接地電圧とノードN11
1〜N114との間に接続され、電荷充放電容量CR1
〜CR4がそれぞれノードN111〜N114と接地電
圧との間に接続され、スイッチSR1〜SR4がそれぞ
れノードN110とノードN111〜N114との間に
接続されている。Switches SC1 to SC4 are connected between the power supply voltage and nodes N111 to N114, respectively, and switches SD1 to SD4 are connected to the ground voltage and node N11, respectively.
1 to N114, the charge / discharge capacity CR1
To CR4 are connected between nodes N111 to N114 and the ground voltage, respectively, and switches SR1 to SR4 are connected between node N110 and nodes N111 to N114, respectively.
【0056】時間t1でスイッチSC1、SD4がオ
ン、他のスイッチはオフで、電荷充放電容量CR1に電
荷を電源電圧まで充電、電荷充放電容量CR4の電荷を
接地電圧まで放電する。次に、時間t2でスイッチSR
1、SR2がオン、他のスイッチはオフで、電荷充放電
容量CR1の電荷を電荷充放電容量CR2に回収する。
次に、時間t3でスイッチSR1、SR3がオン、他の
スイッチはオフで、電荷充放電容量CR1の電荷を電荷
充放電容量CR3に回収する。次に、時間t4でスイッ
チSR1、SR4がオン、他のスイッチはオフで、電荷
充放電容量CR1の電荷を電荷充放電容量CR4に回収
する。次に、時間t5でスイッチSC2、SD1がオ
ン、他のスイッチはオフで、電荷充放電容量CR2に電
荷を電源電圧まで充電、電荷充放電容量CR1の電荷を
接地電圧まで放電する。このように、電荷充放電容量C
R1の電荷を他の電荷充放電容量である電荷充放電容量
CR2〜CR4に回収したのちに電荷充放電容量CR1
の電荷を放電している。以下同様に、電荷充放電容量C
R3、CR4、CR1、CR2、CR3、CR4の順番
で電荷充放電容量CR1〜CR4の電荷の回収および再
利用を行なう。At time t1, the switches SC1 and SD4 are turned on and the other switches are turned off to charge the charge / discharge capacity CR1 to the power supply voltage and discharge the charge / discharge capacity CR4 to the ground voltage. Next, at time t2, the switch SR
1, SR2 is on and the other switches are off, and the charge of the charge / discharge capacity CR1 is collected in the charge / discharge capacity CR2.
Next, at time t3, the switches SR1 and SR3 are turned on, and the other switches are turned off, so that the charges of the charge / discharge capacity CR1 are collected in the charge / discharge capacity CR3. Next, at time t4, the switches SR1 and SR4 are turned on and the other switches are turned off, and the charge of the charge / discharge capacity CR1 is collected in the charge / discharge capacity CR4. Next, at time t5, the switches SC2 and SD1 are turned on and the other switches are turned off to charge the charge / discharge capacity CR2 to the power supply voltage and discharge the charge / discharge capacity CR1 to the ground voltage. Thus, the charge / discharge capacity C
After the charge of R1 is recovered to the charge / discharge capacity CR2 to CR4 which is another charge / discharge capacity, the charge / discharge capacity CR1
Is discharging the charge. Similarly, charge and discharge capacity C
The charges in the charge / discharge capacitors CR1 to CR4 are recovered and reused in the order of R3, CR4, CR1, CR2, CR3, and CR4.
【0057】この第3の実施形態は、第1の実施形態と
同様に電荷回収率を50%以上とすることができる。ま
た、電荷充放電容量を電荷回収用容量としても使用する
ため、特別に電荷回収用容量を必要としないという利点
がある。また、第2の実施形態に比べて、時間T1にお
ける電荷充放電容量CR1の電荷の充電、電荷充放電容
量CR4の電荷の放電のように、異なる電荷充放電容量
の充電と放電を同時に行えるため電荷の再利用に要する
時間が短くできる。In the third embodiment, the charge recovery rate can be 50% or more as in the first embodiment. Further, since the charge / discharge capacity is also used as the charge recovery capacity, there is an advantage that no special charge recovery capacity is required. Further, as compared with the second embodiment, different charge / discharge capacities can be charged and discharged at the same time, such as charging of the charge / discharge capacity CR1 and discharge of charge of the charge / discharge capacity CR4 at time T1. The time required to reuse charges can be shortened.
【0058】次に、第4の実施形態について図13の回
路図、図14の各容量の充電状態を示す模式図を参照し
ながら説明する。図中、CR1〜CR4は電荷充放電容
量、CS1〜CS4は電荷回収用容量、SC1〜SC4
は電荷充電用スイッチ、SD1〜SD4は電荷放電用ス
イッチ、SR1〜SR4は電荷充放電容量の接続用のス
イッチ、ST1〜ST4は電荷回収用容量の接続用のス
イッチ、N130〜N138はノード名、t1〜t8は
時間である。Next, a fourth embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 13 and the schematic diagram of FIG. 14 showing the charged state of each capacitor. In the figure, CR1 to CR4 are charge / discharge capacities, CS1 to CS4 are charge recovery capacities, SC1 to SC4.
Is a charge charging switch, SD1 to SD4 are charge discharging switches, SR1 to SR4 are switches for connecting charge / discharge capacitors, ST1 to ST4 are switches for connecting charge collecting capacitors, and N130 to N138 are node names, t1 to t8 are time.
【0059】スイッチSC1が電源電圧とノードN13
0との間に接続され、スイッチSD1が接地電圧とノー
ドN130との間に接続され、電荷充放電容量CR1〜
CR4、電荷回収用容量CS1〜CS4がそれぞれノー
ドN131〜N138と接地電圧との間に接続され、ス
イッチSR1〜SR4、ST1〜ST4がそれぞれノー
ドN130とノードN131〜N138との間に接続さ
れている。この回路は、既述の実施形態と同様に各スイ
ッチを操作することにより、図14に示すような各容量
の充電状態となるように動作する。この実施形態は、第
1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせたもので
あり、より効率よく電荷を回収しようとするものであ
る。第1の実施形態と同様に電荷回収率を50%以上に
することができると共に、電荷充放電容量を電荷回収用
容量としても使用することから、電荷回収が効率的に行
えるという利点がある。The switch SC1 is connected to the power supply voltage and the node N13.
0, the switch SD1 is connected between the ground voltage and the node N130, and the charge / discharge capacitors CR1 to CR1 are connected.
CR4 and charge recovery capacitors CS1 to CS4 are connected between the nodes N131 to N138 and the ground voltage, respectively, and switches SR1 to SR4 and ST1 to ST4 are connected between the node N130 and the nodes N131 to N138, respectively. . This circuit operates so as to be in the charged state of each capacitance as shown in FIG. 14 by operating each switch as in the above-described embodiment. This embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment, and aims to collect charges more efficiently. As in the first embodiment, the charge recovery rate can be set to 50% or more, and since the charge charge / discharge capacity is also used as the charge recovery capacity, there is an advantage that charge recovery can be efficiently performed.
【0060】次に第5の実施形態について図15の回路
図と図16の各容量の充電状態を示す模式図を参照しな
がら説明する。本実施形態は電荷回収率を高くするため
の電荷回収用容量の設定方法に特徴がある。第4の実施
形態を簡易化し電荷回収用容量が1つの場合について説
明する。Next, a fifth embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 15 and the schematic diagram of FIG. 16 showing the charged state of each capacitor. This embodiment is characterized by a method of setting a charge recovery capacitor for increasing the charge recovery rate. A case will be described in which the fourth embodiment is simplified to have one charge recovery capacitor.
【0061】C0,C1,C2は容量、SC1,SC2
はそれぞれ容量C1,C2に電荷を充電するためのスイ
ッチである。SD1,SD2はそれぞれ容量C1,C2
から電荷を放電するためのスイッチである。ST1,S
T2は容量C1とC0、C2とC0を電気的に接続する
ためのスイッチである。C0, C1 and C2 are capacities, SC1 and SC2
Are switches for charging the capacitors C1 and C2, respectively. SD1 and SD2 are capacities C1 and C2, respectively.
It is a switch for discharging the electric charge from. ST1, S
T2 is a switch for electrically connecting the capacitors C1 and C0 and C2 and C0.
【0062】容量C1の第1の電極が接地電圧に接続さ
れ、第2の電極がスイッチSC1を介して電源電圧に接
続され、スイッチSD1を介して接地電圧に接続されて
いる。同様に容量C2の第1の電極が接地電圧に接続さ
れ第2の電極がスイッチSC2を介して電源電圧に接続
されスイッチSD2を介して接地電圧に接続されてい
る。容量C0の第1の電極が接地電圧に接続され、容量
C1の第2の電極と容量C0の第2の電極がスイッチS
T1を介して接続され、容量C2の第2の電極と容量C
0の第2の電極がスイッチST2を介して接続されてい
る。図15中に、時間t1〜t9における電荷の移動方
向をそれぞれの矢印で示している。図16では時間t1
〜t9のそれぞれにおける容量C1,C0,C2の電荷
量を示している。The first electrode of the capacitor C1 is connected to the ground voltage, the second electrode thereof is connected to the power supply voltage via the switch SC1, and is connected to the ground voltage via the switch SD1. Similarly, the first electrode of the capacitor C2 is connected to the ground voltage, the second electrode is connected to the power supply voltage via the switch SC2, and is connected to the ground voltage via the switch SD2. The first electrode of the capacitor C0 is connected to the ground voltage, and the second electrode of the capacitor C1 and the second electrode of the capacitor C0 are connected to the switch S.
It is connected through T1 and is connected to the second electrode of the capacitor C2 and the capacitor C2.
The second electrode of 0 is connected via the switch ST2. In FIG. 15, the arrows indicate the moving directions of the electric charges at times t1 to t9. In FIG. 16, time t1
The charge amounts of the capacitors C1, C0, and C2 at t9 to t9 are shown.
【0063】まず、時間t1でスイッチSC1がオン
し、容量C1に電荷を電源電圧いっぱいまで充電する。
次に時間t2でスイッチST1がオンし、容量C1の電
荷が容量C0に移動し、電荷を回収する。次に時間t3
でスイッチSD1がオンし、容量C1の電荷を放電す
る。次に時間t4でスイッチST2がオンし、容量C0
の電荷が容量C2に移動し、この電荷を再利用する。次
に時間t5でスイッチSC2がオンし、容量C2に電荷
を電源電圧いっぱいまで充電する。次に時間t6でスイ
ッチST2がオンし、容量C2の電荷を容量C0に移動
させて電荷を回収する。次に時間t7でスイッチSD2
がオンし、容量C2の電荷を放電する。次に時間t8で
スイッチST1がオンし、容量C0の電荷を容量C1に
移し電荷を再利用する。次に時間t9でスイッチSC1
がオンし、容量C1に電荷を電源電圧いっぱいまで充電
する。これで時間t1と同じ状態にもどる。First, at time t1, the switch SC1 is turned on to charge the capacitor C1 to the full power supply voltage.
Next, at time t2, the switch ST1 is turned on, the charge of the capacitor C1 moves to the capacitor C0, and the charge is collected. Next time t3
Then, the switch SD1 is turned on, and the electric charge of the capacitor C1 is discharged. Next, at time t4, the switch ST2 is turned on, and the capacitance C0
Charges of C move to the capacitor C2 and reuse the charges. Next, at time t5, the switch SC2 is turned on, and the capacitor C2 is charged with electric charges to the full power supply voltage. Next, at time t6, the switch ST2 is turned on, the charge of the capacitor C2 is moved to the capacitor C0, and the charge is collected. Next, at time t7, the switch SD2
Is turned on, and the electric charge of the capacitor C2 is discharged. Next, at time t8, the switch ST1 is turned on, the charge of the capacitor C0 is transferred to the capacitor C1, and the charge is reused. Next, at time t9, the switch SC1
Turns on, and charges the capacitor C1 to the full power supply voltage. This returns to the same state as at time t1.
【0064】このように、容量C1,C2のそれぞれで
電荷を充電および放電させるとき、電荷回収用容量C0
に容量C1,C2の電荷を回収し、次回に容量C1,C
2に再利用するものである。ここでは容量C1側と容量
C2側とを交互に動作させた場合について説明している
が、例えば容量C1側のみを連続して動作させて電荷を
再利用することもできる。電荷の再利用率は容量C1,
C2と電荷回収用容量C0の比率と電荷回収回数に依存
する。As described above, when the charges are charged and discharged in the capacitors C1 and C2, respectively, the charge recovery capacitor C0 is used.
To collect the charges of the capacitors C1 and C2,
It is reused in 2. Here, the case where the capacitance C1 side and the capacitance C2 side are alternately operated has been described, but for example, only the capacitance C1 side can be continuously operated to reuse the charges. The charge reuse rate is the capacitance C1,
It depends on the ratio of C2 and the charge recovery capacitor C0 and the number of times of charge recovery.
【0065】次に本発明の電荷の再利用方法における電
荷回収率に関して、電荷再利用(リサイクル)回数と電
荷リサイクル後の電位との関係を図17に示す。図15
の電荷の再利用方法の概念回路図における容量C0とC
1の比をα=C0/C1、スイッチSC1をオンしたと
きの容量C1の第2の電極の最大電圧である電圧をVH
とすると、m回目(mは整数)の電荷再利用(リサイク
ル)後の容量C1の第2の電極の電圧Vmは、
Vm=α/(1+2α)×(1−(α/(1+
α))2m)×VH
で示される。ただし、m=0のときVm=0としてい
る。図17は、α=5,10,15,20,25,30
のときの、横軸にリサイクル回数m、縦軸にm回目リサ
イクル後の容量C1の第2の電極の電圧VmをVHで除
した値を示している。FIG. 17 shows the relationship between the number of times of charge reuse (recycling) and the potential after charge recycling, regarding the charge recovery rate in the charge recycling method of the present invention. Figure 15
C0 and C in the conceptual circuit diagram of the method of reusing the electric charge of the
The ratio of 1 is α = C0 / C1, and the maximum voltage of the second electrode of the capacitor C1 when the switch SC1 is turned on is VH.
Then, the voltage Vm of the second electrode of the capacitor C1 after the m-th (m is an integer) charge reuse (recycle) is: Vm = α / (1 + 2α) × (1- (α / (1+
α)) 2m ) × VH. However, when m = 0, Vm = 0. FIG. 17 shows that α = 5, 10, 15, 20, 25, 30
At this time, the horizontal axis shows the number of recycling times m, and the vertical axis shows the value obtained by dividing the voltage Vm of the second electrode of the capacitor C1 after the m-th recycling by VH.
【0066】図からわかるように、リサイクル回数mが
大きくなると、m回目リサイクル後の電圧Vm/VHは
大きくなる。また、αを大きくするほど、mの小さいと
ころではリサイクル後の電圧Vm/VHは小さく、mの
非常に大きいところではリサイクル後の電圧Vm/VH
は大きくなる。As can be seen from the figure, as the number of recycling times m increases, the voltage Vm / VH after the mth recycling increases. Further, as α is increased, the voltage Vm / VH after recycling is small when m is small, and the voltage Vm / VH after recycling is very large when m is large.
Grows.
【0067】次にリサイクルをP回(Pは整数)行うと
きの全リサイクル後の1回当たりの平均リサイクル後電
圧をg(α,P)とすると、
g(α,P)=Σ(m=0,(P−1))Vm/P
=α/P×A×A×(B2P−P×B×B+P−1)×VH
ただし、A=(1+α)/(1+2α)
B=α/(1+α)
で示される。図18は容量C0とC1との比であるαと
1回あたりの平均リサイクル後電圧g(α,P)/VH
との関係を示している。この電圧g(α,P)/VHは
電荷回収率を意味する。Next, assuming that the average post-recycling voltage per one cycle after all the recycles is P times (P is an integer), g (α, P) = Σ (m = 0, (P-1)) Vm / P = [alpha] / P * A * A * ( B2P- P * B * B + P-1) * VH where A = (1+ [alpha]) / (1 + 2 [alpha]) B = [alpha] / ( 1 + α). FIG. 18 shows the ratio α of the capacities C0 and C1 and the average post-recycling voltage g (α, P) / VH per time.
Shows the relationship with. This voltage g (α, P) / VH means the charge recovery rate.
【0068】例えばリサイクル回数P=3ではαを約
1.5、P=10ではαを約3、P=30ではαを約6
に設定することにより、全リサイクル後の1回あたりの
平均リサイクル後電圧g(α,P)/VH(電荷回収
率)を最大にすることができる。例えばリサイクル回数
P≧10であるデバイスを設計する場合、α≧3である
適当な値で設計をおこなう。また、リサイクル回数Pが
約100であるデバイスをαが約10で設計すると、電
荷回収率は約44%となる。For example, when the number of recycles P = 3, α is about 1.5, when P = 10, α is about 3, and when P = 30, α is about 6
By setting to 1, the average post-recycling voltage g (α, P) / VH (charge recovery rate) per time after total recycling can be maximized. For example, when designing a device with the number of recyclings P ≧ 10, design with an appropriate value of α ≧ 3. Further, if a device having a recycling number P of about 100 is designed with α of about 10, the charge recovery rate will be about 44%.
【0069】また、容量C1は必ずしも1つの容量では
なく、第1の実施形態のように独立にスイッチを有した
複数の電荷回収用容量で構成することも可能である。次
に第6の実施形態について図19の回路図、図20の各
容量の充電状態を示す模式図、図21のタイミング図を
参照しながら説明する。Further, the capacitor C1 is not necessarily one capacitor, but may be composed of a plurality of charge recovery capacitors each having an independent switch as in the first embodiment. Next, a sixth embodiment will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 19, the schematic diagram showing the charging state of each capacitor of FIG. 20, and the timing diagram of FIG.
【0070】各図において、CR1は電荷充放電容量、
CS1〜CS4は電荷回収用容量、SC1は電荷充電用
スイッチ、SD1は電荷放電用スイッチ、ST1〜ST
11は電荷回収用容量の並列接続と直列接続との切り換
え用および電荷回収と再利用との切り換え用のスイッ
チ、N10〜N19はノード名、t1〜t5は時間であ
る。In each figure, CR1 is the charge / discharge capacity,
CS1 to CS4 are charge recovery capacitors, SC1 is a charge charging switch, SD1 is a charge discharging switch, ST1 to ST
Reference numeral 11 is a switch for switching between parallel connection and series connection of the charge recovery capacitors and for switching between charge recovery and reuse, N10 to N19 are node names, and t1 to t5 are times.
【0071】スイッチSC1が電源電圧とノードN10
との間に接続され、スイッチSD1が接地電圧とノード
N10との間に接続され、スイッチSR1がノードN1
0とノードN11との間に接続され、電荷充放電容量C
R1がノードN11と接地電圧との間に接続され、スイ
ッチST1〜ST4がそれぞれノードN11とノードN
12〜N15との間に接続され、電荷回収用容量CS1
〜CS4がそれぞれノードN12〜N15とノードN1
6〜N19との間に接続され、スイッチST5〜ST8
がそれぞれノードN16〜N19と接地電圧との間に接
続され、スイッチST9〜ST11がそれぞれノードN
13〜N15とノードN16〜N18との間に接続され
ている。The switch SC1 is connected to the power supply voltage and the node N10.
, The switch SD1 is connected between the ground voltage and the node N10, and the switch SR1 is connected to the node N1.
0 is connected between the node N11 and the charge / discharge capacity C
R1 is connected between the node N11 and the ground voltage, and the switches ST1 to ST4 are connected to the node N11 and the node N, respectively.
12 to N15, and is connected to the charge recovery capacitor CS1.
To CS4 are nodes N12 to N15 and node N1, respectively.
6 to N19 and connected to switches ST5 to ST8
Are respectively connected between the nodes N16 to N19 and the ground voltage, and the switches ST9 to ST11 are connected to the node N, respectively.
It is connected between 13-N15 and nodes N16-N18.
【0072】まず、時間t1でスイッチSC1、SR
1、ST5〜ST8がオン、他のスイッチはオフであ
り、電荷充放電容量CR1が電源電圧まで充電される。
次の時間t2ではスイッチSC1がオフ、スイッチST
1〜ST4がオンであり、電荷充放電容量CR1に蓄積
された電荷が並列接続された電荷回収用容量CS1〜C
S4に回収される。次の時間t3ではスイッチSD1、
ST9〜ST11がオン、ST1〜ST7がオフであ
り、電荷充放電容量CR1の電荷を放電し、電荷回収用
容量CS1〜CS4を直列接続にする。次の時間t4で
はスイッチSD1がオフ、ST1がオンであり、電荷充
放電容量CR1に直列接続された電荷回収用容量CS1
〜CS4から電荷が回収される。次の時間t5ではスイ
ッチSC1、SR1、ST5〜ST8がオン、他のスイ
ッチはオフであり、時間t1と同じ状態となり、電荷充
放電容量CR1が電源電圧まで充電される。このような
動作を繰り返すことにより電荷充放電容量CR1の電荷
が電荷回収用容量に回収され再利用される。First, at time t1, the switches SC1 and SR
1, ST5 to ST8 are on, other switches are off, and the charge / discharge capacity CR1 is charged to the power supply voltage.
At the next time t2, the switch SC1 is turned off and the switch ST is turned on.
1 to ST4 are on, and the charge recovery capacitors CS1 to C in which the charges accumulated in the charge / discharge capacitor CR1 are connected in parallel
Collected in S4. At the next time t3, the switch SD1,
When ST9 to ST11 are on and ST1 to ST7 are off, the charge of the charge / discharge capacity CR1 is discharged, and the charge recovery capacitors CS1 to CS4 are connected in series. At the next time t4, the switch SD1 is off, ST1 is on, and the charge recovery capacitor CS1 is connected in series to the charge charge / discharge capacitor CR1.
The charges are recovered from CS4. At the next time t5, the switches SC1, SR1, ST5 to ST8 are on, and the other switches are off, and the same state as at time t1 is reached, and the charge / discharge capacity CR1 is charged to the power supply voltage. By repeating such an operation, the charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered and reused in the charge recovery capacity.
【0073】この第6の実施形態では、電荷回収時には
電荷回収用容量を並列に接続し電位レベルを低くするこ
とによりできるだけ多くの電荷を回収できるようにし、
電荷再利用時には電荷回収用容量を直列に接続して電位
レベルを高くすることによりできるだけ多くの電荷を再
利用できるようにしている。これにより、電荷回収効率
を高め、より低い消費電力を実現している。本実施形態
では、電荷充放電容量と電荷回収用容量の容量値および
電荷回収用容量の個数にもよるが、50%以上、例えば
70%の電荷回収効率が得られる。ここで説明した電荷
の再利用方法は従来例で示したDRAMのセルフリフレ
ッシュ動作時にも適用できる。In the sixth embodiment, at the time of charge recovery, charge recovery capacitors are connected in parallel to lower the potential level so that as much charge as possible can be recovered.
At the time of charge reuse, a charge recovery capacitor is connected in series to increase the potential level so that as much charge as possible can be reused. As a result, the charge recovery efficiency is improved and lower power consumption is realized. In this embodiment, although depending on the capacitance values of the charge / discharge capacity and the charge recovery capacity and the number of the charge recovery capacity, a charge recovery efficiency of 50% or more, for example 70%, can be obtained. The charge recycling method described here can be applied to the self-refresh operation of the DRAM shown in the conventional example.
【0074】次に、第7の実施形態について、図22の
各容量の充電状態を示す模式図、図23の動作タイミン
グ図を参照しながら説明する。回路構成については、図
19に示した第6の実施形態と同じである。Next, the seventh embodiment will be described with reference to the schematic diagram showing the charging state of each capacitor in FIG. 22 and the operation timing chart in FIG. The circuit configuration is the same as that of the sixth embodiment shown in FIG.
【0075】まず、時間t1ではスイッチSC1、SR
1、ST5〜ST8がオン、他のスイッチはオフであ
り、電荷充放電容量CR1が電源電圧まで充電される。
次の時間t2ではスイッチSC1がオフ、スイッチST
1〜ST4がオンであり、電荷充放電容量CR1の電荷
が並列接続された電荷回収用容量CS1〜CS4に回収
される。次の時間t3ではスイッチSD1がオン、ST
1〜ST4がオフで、電荷充放電容量CR1の電荷が接
地電圧に放電される。次の時間t4ではスイッチSD1
がオフ、ST1〜ST4がオンであり、電荷充放電容量
CR1に並列接続された電荷回収用容量CS1〜CS4
から電荷が回収される。次の時間t5ではスイッチST
1〜ST5、ST7がオフ、スイッチST9、ST11
がオンであり、電荷回収用容量CS1〜CS2と電荷回
収用容量CS3〜CS4とをそれぞれ直列接続にする。
次の時間t6ではスイッチST1、ST3がオンであ
り、電荷充放電容量CR1に直列接続された電荷回収用
容量CS1〜CS2から、そして直列接続された電荷回
収用容量CS3〜CS4から、さらに電荷が回収され
る。次の時間t7ではスイッチST1、ST3、ST7
がオフ、スイッチST10がオンであり、電荷回収用容
量CS1〜CS4が直列接続される。次の時間t8では
スイッチST1がオンであり、直列接続された電荷回収
用容量CS1〜CS4からさらに電荷が回収される。次
の時間t9ではスイッチSC1、SR1、ST5〜ST
8がオン、他のスイッチはオフであり、時間t1と同じ
状態となり、電荷充放電容量CR1が電源電圧まで充電
される。このような動作を繰り返すことにより電荷充放
電容量CR1の電荷が電荷回収用容量に回収され再利用
される。First, at time t1, the switches SC1 and SR
1, ST5 to ST8 are on, other switches are off, and the charge / discharge capacity CR1 is charged to the power supply voltage.
At the next time t2, the switch SC1 is turned off and the switch ST is turned on.
1 to ST4 are on, and the charges of the charge / discharge capacitor CR1 are recovered in the charge recovery capacitors CS1 to CS4 connected in parallel. At the next time t3, the switch SD1 is turned on, ST
1 to ST4 are off, and the charge of the charge / discharge capacity CR1 is discharged to the ground voltage. At the next time t4, the switch SD1
Is off, ST1 to ST4 are on, and the charge recovery capacitors CS1 to CS4 connected in parallel to the charge charge / discharge capacitor CR1.
Charge is recovered from the. At the next time t5, the switch ST
1 to ST5 and ST7 are off, switches ST9 and ST11
Is on, and the charge recovery capacitors CS1 to CS2 and the charge recovery capacitors CS3 to CS4 are connected in series, respectively.
At the next time t6, the switches ST1 and ST3 are on, and further charges are discharged from the charge recovery capacitors CS1 to CS2 connected in series to the charge charge / discharge capacitor CR1 and from the charge recovery capacitors CS3 to CS4 connected in series. Be recovered. At the next time t7, the switches ST1, ST3, ST7
Is off, the switch ST10 is on, and the charge recovery capacitors CS1 to CS4 are connected in series. At the next time t8, the switch ST1 is on, and the charges are further recovered from the charge recovery capacitors CS1 to CS4 connected in series. At the next time t9, the switches SC1, SR1, ST5 to ST
8 is on and the other switches are off, the state is the same as at time t1, and the charge / discharge capacity CR1 is charged to the power supply voltage. By repeating such an operation, the charge of the charge / discharge capacity CR1 is recovered and reused in the charge recovery capacity.
【0076】この第7の実施形態においては、第6の実
施形態と同様に電荷回収時には電荷回収用容量を並列に
接続し電位レベルを低くすることによりできるだけ多く
の電荷を回収できるようにし、電荷再利用時には電荷回
収用容量を直列に接続し電位レベルを高くすることによ
りできるだけ多くの電荷を再利用できるようにしてい
る。さらに、電荷を再利用する際、直列接続する電荷回
収用容量を分割して電位レベルを高くすることによりで
きるだけ多くの電荷を再利用できるような動作をしてい
る。In the seventh embodiment, as in the sixth embodiment, at the time of charge recovery, charge recovery capacitors are connected in parallel and the potential level is lowered to collect as much charge as possible. At the time of reuse, a charge recovery capacitor is connected in series to increase the potential level so that as much charge as possible can be reused. Further, when reusing the charges, the charge recovery capacitors connected in series are divided to increase the potential level, so that as much charge as possible can be reused.
【0077】[0077]
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、複数個の
電荷回収用容量のうち電位が高い電荷回収用容量から順
次電荷を回収すると共に、電位が低い電荷回収用容量か
ら順次電荷を再利用することにより、また、複数個の電
荷充放電容量のうちの電位が高いものから順次電荷を回
収すると共に電位が低いものから順次電荷を再利用する
ことにより、電荷の再利用率を50%以上とすることが
でき、より小さい消費電力を実現することができる。ま
た、同一メモリセルアレイの電荷の充電および放電の動
作ノードにおいても電荷の再利用が可能である。また、
複数個の電荷回収用容量の電気接続を並列接続または直
列接続に切り換えて、並列接続状態の電荷回収用容量で
電荷を回収し、直列接続状態の電荷回収用容量で電荷を
再利用することにより、より多くの電荷を回収すること
ができ、ひいては、より小さい消費電力を実現すること
ができる。According to the semiconductor device of the present invention, among the plurality of charge recovery capacitors, charges are sequentially recovered from the charge recovery capacitors having a high potential, and the charges are sequentially recovered from the charge recovery capacitors having a low potential. By utilizing the charges, and by sequentially recovering the charges from the one having a higher potential among the plurality of charge charging / discharging capacities and sequentially reusing the charges from the one having a lower potential, the charge reuse rate is 50%. As described above, it is possible to realize smaller power consumption. Further, the charges can be reused in the operation nodes for charging and discharging the charges in the same memory cell array. Also,
By switching the electrical connection of multiple charge recovery capacitors to parallel connection or series connection, the charges are recovered by the charge recovery capacitors in parallel connection, and the charges are reused by the charge recovery capacitors in series connection. As a result, it is possible to recover more electric charge, and thus it is possible to realize smaller power consumption.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置にお
ける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 1 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の半導体装置における電荷の再利用動作時
の各容量の充電状態を示す模式図FIG. 2 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図3】図1の半導体装置における電荷の再利用動作時
の各容量の充電状態を示す模式図FIG. 3 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図4】図1の半導体装置における電荷の再利用動作時
の各容量の充電状態を示す模式図FIG. 4 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図5】図1の半導体装置における電荷の再利用動作時
の各容量の充電状態を示す模式図5 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor in the charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図6】図1の半導体装置における電荷の再利用動作時
の動作タイミング図6 is an operation timing chart at the time of charge recycling operation in the semiconductor device of FIG. 1;
【図7】図1の半導体装置における電荷充放電容量と電
荷回収用容量との容量比と電荷回収率との関係を示した
グラフ7 is a graph showing the relationship between the charge collection / discharge capacity and the charge recovery capacity in the semiconductor device of FIG. 1 and the charge recovery rate.
【図8】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置にお
ける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 8 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図9】図8の半導体装置における電荷の再利用動作時
の各容量の充電状態を示す模式図9 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図10】図8の半導体装置における電荷の再利用動作
時の動作タイミング図10 is an operation timing chart at the time of charge recycling operation in the semiconductor device of FIG. 8;
【図11】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置に
おける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 11 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図12】図11の半導体装置における電荷の再利用動
作時の動作タイミング図12 is an operation timing chart at the time of charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図13】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置に
おける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 13 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図14】図13の半導体装置における電荷の再利用動
作時の各容量の充電状態を示す模式図FIG. 14 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図15】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置に
おける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 15 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図16】図15の半導体装置における電荷の再利用動
作時の各容量の充電状態を示す模式図16 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図17】図15の半導体装置における電荷再利用(リ
サイクル)回数と電荷リサイクル後の電位との関係を示
したグラフ17 is a graph showing the relationship between the number of times of charge reuse (recycling) and the potential after charge recycling in the semiconductor device of FIG.
【図18】図15の半導体装置における電荷回収用容量
と1回あたりの電荷再利用(リサイクル)率との関係を
示したグラフ18 is a graph showing the relationship between the charge recovery capacity and the charge recycle rate per cycle in the semiconductor device of FIG.
【図19】本発明の第6の実施形態に係る半導体装置に
おける電荷の再利用方法の概念を示した回路図FIG. 19 is a circuit diagram showing a concept of a charge recycling method in a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図20】図19の半導体装置における電荷の再利用動
作時の各容量の充電状態を示す模式図FIG. 20 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG. 19;
【図21】図19の半導体装置における電荷の再利用動
作時の動作タイミング図FIG. 21 is an operation timing chart at the time of charge recycling operation in the semiconductor device of FIG. 19;
【図22】本発明の第7の実施形態に係る半導体装置に
おける電荷の再利用動作時の各容量の充電状態を示す模
式図FIG. 22 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図23】図22の半導体装置における電荷の再利用動
作時の動作タイミング図FIG. 23 is an operation timing chart at the time of charge recycling operation in the semiconductor device of FIG. 22;
【図24】従来の半導体装置における電荷の再利用方法
の概念を示した回路図FIG. 24 is a circuit diagram showing the concept of a charge recycling method in a conventional semiconductor device.
【図25】図24の半導体装置における電荷の再利用動
作時の各容量の充電状態を示す模式図25 is a schematic diagram showing a charge state of each capacitor during a charge recycling operation in the semiconductor device of FIG.
【図26】図24の半導体装置における電荷の再利用方
法をDRAMのセルフリフレッシュ動作に適用した回路
図FIG. 26 is a circuit diagram in which the charge recycling method in the semiconductor device of FIG. 24 is applied to DRAM self-refresh operation.
【図27】図26のDRAMのセルフリフレッシュ動作
における電荷再利用時の動作タイミング図27 is an operation timing chart at the time of charge reuse in the self-refresh operation of the DRAM of FIG.
C0〜C2,CC,CR1〜CR4,CS1〜CS4
容量
SC1〜SC4,SD1〜SD4,SR1〜SR4,S
T,ST1〜ST11スイッチ
DM1,DM2 スイッチ回路
t1〜t21 時間
P1〜P4 期間
MA1,MA2 メモリセルアレイ
D1,/D1,D2,/D2 データ線
W1,W2 ワード線
SA1,SA2 センスアンプ
CS メモリセル容量
CD データ線容量
PD1,PD2、PS1,PS2 プリチャージおよ
びイコライズ回路
PP1,PP2,PN1,PN2,N10〜N138
ノード名
VDH,VDL レベル電圧
φT,/φT,φS1,/φS1,φS2,/φS2,
/φC1,/φC2制御信号C0-C2, CC, CR1-CR4, CS1-CS4
Capacity SC1 to SC4, SD1 to SD4, SR1 to SR4, S
T, ST1 to ST11 switch DM1, DM2 switch circuit t1 to t21 time P1 to P4 period MA1, MA2 memory cell array D1, / D1, D2, / D2 data line W1, W2 word line SA1, SA2 sense amplifier CS memory cell capacity CD Data line capacitances PD1, PD2, PS1, PS2 Precharge and equalize circuits PP1, PP2, PN1, PN2, N10 to N138
Node name VDH, VDL Level voltage φT, / φT, φS1, / φS1, φS2, / φS2
/ ΦC1, / φC2 control signal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−203557(JP,A) 特開 平5−109273(JP,A) 特開 昭62−21311(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (56) References JP-A-6-203557 (JP, A) JP-A-5-109273 (JP, A) JP 62-21311 (JP, A)
Claims (4)
記配線に第1乃至第nの断続用スイッチのそれぞれを介
して設けられた第1乃至第nの複数個の電荷回収用容量
とを有し、 電荷が充電された前記電荷充放電容量から前記複数個の
電荷回収用容量に電荷を回収するとき、 最初に、前記第1の断続用スイッチをオンし、前記電荷
充放電容量と前記第1の電荷回収用容量のみを接続して
前記第1の電荷回収用容量に電荷を回収した後、前記第
1の断続用スイッチをオフし、 以降、第2乃至第nの断続用スイッチを順次オンしては
オフし、それぞれ第2乃至第nの電荷回収用容量に電荷
を回収することによって、前記複数個の電荷回収用容量
を最高電位の第1の電荷回収用容量から最低電位の第n
の電荷回収用容量に区別し、 次に、電荷が放電された前記電荷充放電容量に前記複数
個の電荷回収用容量から電荷を再利用するとき、 最初に、前記第nの断続用スイッチをオンしてオフし、
前記電荷充放電容量と前記第nの電荷回収用容量のみを
接続して前記第nの電荷回収用容量から電荷を再利用
し、 以降、前記電荷回収の順とは逆の順に、同様の動作を繰
り返して、最後に前記第1の電荷回収用容量から電荷を
再利用することにより、前記複数個の電荷回収用容量の
うちの電位が低いものから順番に電荷を再利用し、 次に、再び電荷が充電された前記電荷充放電容量から再
度前記複数個の電荷回収用容量に電荷を回収するとき、 前記複数個の電荷回収用容量のうちの電位が高いものか
ら順番に電荷を回収する ことを特徴とする電荷再利用手
段を有する半導体装置。1. A charge / discharge capacity connected to wiring,
Each of the first to n-th intermittent switches is connected to the wiring.
First to n-th plurality of charge recovery capacitors provided as
And a plurality of the plurality of charge / discharge capacities charged with electric charges.
When the charge is collected in the charge collecting capacitor, first, the first intermittent switch is turned on to
Connect only the charge / discharge capacity and the first charge recovery capacity
After recovering the charges in the first charge recovery capacitor,
Turn off the intermittent switch No. 1 and turn on the second to n-th intermittent switches in sequence.
When turned off, the second to n-th charge recovery capacitors are charged.
By collecting the plurality of charge collecting capacitors.
From the highest potential first charge recovery capacitor to the lowest potential n-th
Of the charge collection and discharge capacities, and
When reusing the charges from the individual charge recovery capacitors, first, the n-th intermittent switch is turned on and off,
Only the charge / discharge capacity and the n-th charge recovery capacity are
Connect and reuse charge from the nth charge recovery capacitor
After that, the same operation is repeated in the reverse order of the charge recovery.
Finally, the charge is returned from the first charge recovery capacitor.
By reusing, the plurality of charge recovery capacitors
The charges are reused in order from the one with the lowest potential, and then the charges are re-charged from the charged and discharged capacity.
When recovering charges to the plurality of charge recovery capacitors, is the potential of the plurality of charge recovery capacitors higher?
A semiconductor device having a charge reusing means, characterized in that the charges are sequentially recovered .
て、 電荷回収率が最大となるように前記複数個の電荷回収用
容量の容量値が設定されている ことを特徴とする電荷再
利用手段を有する半導体装置。2. The charge recycling means according to claim 1 is used.
The plurality of charge recovery units to maximize the charge recovery rate.
A semiconductor device having charge reusing means characterized in that a capacitance value of a capacitance is set .
それぞれを介して設け られた第1乃至第nの複数個の電
荷充放電容量を有し、前記第1乃至第nの複数個の電荷
充放電容量のそれぞれは、第1乃至第nの電荷充電用ス
イッチを介して電荷を充電するための電源に接続可能に
構成され、第1乃至第nの電荷放電用スイッチを介して
電荷を放電するための放電回路に接続可能に構成されて
おり、 最初に、前記第1の電荷充電用スイッチをオンして、前
記第1の電荷充放電容量に電荷を充電するとともに、前
記第nの電荷放電用スイッチをオンして、前記第nの電
荷充放電容量から電荷を放電した後、前記第1の電荷充
電用スイッチおよび前記第nの電荷放電用スイッチをオ
フし、 次に、前記第1および第2の断続用スイッチのみをオン
して、前記第1の電荷充放電容量から前記第2の電荷充
放電容量に電荷を回収した後、前記第2の断続用スイッ
チをオフし、 以降、第3乃至第nの断続用スイッチを順次オンしては
オフし、前記第1の電荷充放電容量からそれぞれ第3乃
至第nの電荷充放電容量に順次電荷を回収し、 次に、前記第2の電荷充電用スイッチをオンして、前記
第2の電荷充放電容量に電荷を充電するとともに、前記
第1の電荷放電用スイッチをオンして、前記第1の電荷
充放電容量から電荷を放電した後、前記第2の電荷充電
用スイッチおよび前記第1の電荷放電用スイッチをオフ
し、 以降、前記第1の電荷充放電容量から前記第2乃至第n
の電荷充放電容量へ順次電荷を回収する場合と同様の手
順で、前記第2の電荷充放電容量から前記第3乃至第n
の電荷充放電容量および前記第1の電荷充放電容量へ順
次電荷を回収し、 さらにそれ以降、前記第3乃至第nの電荷充放電容量を
順次充電し、その都度残りの電荷充放電容量に電荷を回
収する ことを特徴とする電荷再利用手段を有する半導体
装置。3. The wiring of the first to n-th intermittent switches
A plurality of first to n-th power electrodes provided via the respective
A plurality of first to n-th charges having a charge / discharge capacity.
The charge and discharge capacities are respectively the first to n-th charge charging capacitors.
Can be connected to the power supply to charge the electric charge via the switch
Configured through the first to nth charge discharging switches
It is configured to be connectable to a discharge circuit for discharging electric charge
Cage, first, turns on the first charge charging switch, before
In addition to charging the first charge charge / discharge capacity with charge,
Turn on the nth charge discharging switch to turn on the nth charge.
After discharging the charge from the charge / discharge capacity, the first charge / discharge
Power switch and the nth charge discharging switch.
Was off, then the first and second only on intermittent switch
The first charge charging / discharging capacity to the second charge charging / discharging capacity.
After the charge is collected in the discharge capacity, the second intermittent switch is used.
Switch off and then turn on the 3rd to nth intermittent switches in sequence.
When turned off, the third charge from the first charge / discharge capacity
The charges are sequentially collected into the nth to nth charge charging / discharging capacities, then the second charge charging switch is turned on, and
The second charge charge / discharge capacity is charged with an electric charge, and
The first charge discharging switch is turned on to turn on the first charge.
After discharging the charge from the charge / discharge capacity, the second charge charging
Switch and the first charge discharge switch are turned off
After that, from the first charge / discharge capacity to the second to nth
The same procedure as when recovering charges sequentially to the charge / discharge capacity of
In order from the second charge / discharge capacity to the third to nth
To the first charge and discharge capacity and the first charge and discharge capacity
The next charge is collected, and thereafter, the third to nth charge charge / discharge capacities are collected.
Sequential charging is performed, and each time the charge is discharged to the remaining charge / discharge capacity.
A semiconductor device having charge reusing means characterized by being stored .
た少なくとも1つの電荷充放電容量と、前記配線に断続
用スイッチを介して設けられた複数個の電荷回収用容量
とを有し、 前記複数個の電荷回収用容量のうちの一部または全部は
互いに並列接続または直列接続の切り換えが可能なよう
にスイッチを介して構成され、 前記電荷充放電容量から前記複数個の電荷回収用容量に
電荷を回収するときは、前記複数個の電荷回収用容量が
並列接続され、 前記複数個の電荷回収用容量から前記電荷充放電容量に
電荷を再利用するときは、前記複数個の電荷回収用容量
が直列接続される ことを特徴とする電荷再利用手段を有
する半導体装置。4. The wiring is provided through an intermittent switch.
At least one charge / discharge capacity and intermittent connection to the wiring
Charge recovery capacitors provided via the switch
And a part or all of the plurality of charge recovery capacitors is
Switchable between parallel connection or series connection
And through a switch, from the charge / discharge capacity to the plurality of charge recovery capacity.
When recovering the charge, the plurality of charge recovery capacitors are
Connected in parallel, from the plurality of charge recovery capacitors to the charge / discharge capacitors
When reusing the charges, the plurality of charge recovery capacitors are used.
A semiconductor device having charge reusing means, characterized in that are connected in series .
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| JP24152495A JP3365701B2 (en) | 1994-09-22 | 1995-09-20 | Semiconductor device having charge recycling means |
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| JP22792094 | 1994-09-22 | ||
| JP22792294 | 1994-09-22 | ||
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| JP6-227920 | 1994-09-22 | ||
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- 1995-09-20 JP JP24152495A patent/JP3365701B2/en not_active Expired - Fee Related
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