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JP3460956B2 - Adiabatic charging logic - Google Patents
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JP3460956B2 - Adiabatic charging logic - Google Patents

Adiabatic charging logic

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JP3460956B2
JP3460956B2 JP24922898A JP24922898A JP3460956B2 JP 3460956 B2 JP3460956 B2 JP 3460956B2 JP 24922898 A JP24922898 A JP 24922898A JP 24922898 A JP24922898 A JP 24922898A JP 3460956 B2 JP3460956 B2 JP 3460956B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、緩やかに立ち上が
り緩やかに立ち下がる波形の電源電圧を使用することに
より断熱充電論理を行い、消費電力と回路規模を大幅に
低減させるBDD論理回路及ぴDラッチ論理回路等の論
理回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention performs adiabatic charging logic by using a power supply voltage having a waveform that gently rises and falls gently, and a BDD logic circuit and a D latch that significantly reduce power consumption and circuit scale. The present invention relates to a logic circuit such as a logic circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】断熱充電論理は、論理処理を低消費電力
で行うことができる方法として、以前から注目されてい
る。この断熱充電論理の特徴として、電源電圧が緩やか
に周期的に変化する(緩やかに立ち上がり緩やかに立ち
下がる)ことを挙げることができる。かりに、Low
(低電圧レベル)からHigh(高電圧レベル)にむけ
て電源電圧が論理回路であるインバータのRC時定数よ
りも十分ゆっくりと上昇すると、このとき電源電圧のす
る仕事は、1/2・CV2 となり、負荷容量に蓄えられ
たエネルギーと一致することが知られている。また、H
ighからLowへ移行するときに、負荷容量に蓄えら
れたエネルギーは接地(GND)に放出されず、電源回
路の方に戻り(電荷リサイクル)、理想的にはエネルギ
ーをほとんど消費せずに、Low→High→Lowの
論理処理を行うことが知られている(文献1:Davi
dJ.Frank and Paul Solomo
n,低電力LSIの技術白書、第105頁、日経BP社
発行、日経マイクロデバイス編)。
2. Description of the Related Art Adiabatic charging logic has been attracting attention as a method capable of performing logic processing with low power consumption. A feature of this adiabatic charging logic is that the power supply voltage changes gently and periodically (slowly rises and gently falls). By the way, Low
When the power supply voltage rises from the (low voltage level) to the High (high voltage level) sufficiently slower than the RC time constant of the inverter, which is a logic circuit, the work of the power supply voltage at this time is 1 / 2.CV 2 Therefore, it is known that the energy is equal to the energy stored in the load capacity. Also, H
The energy stored in the load capacitance is not discharged to the ground (GND) and returns to the power supply circuit (charge recycling) at the time of shifting from the high level to the low level, ideally consuming almost no energy, and the low level. It is known to perform logical processing of → High → Low (Reference 1: Davi
dJ. Frank and Paul Solomo
n, White paper on low power LSI technology, page 105, published by Nikkei BP, Nikkei Microdevices).

【0003】これを実現するための電源回路の例とし
て、インダクタとコンデンサを用いる交流回路がある。
インダクタとコンデンサにより共振回路を作り交流電圧
を発生させ、これを電力再利用型電源として用いるなら
ば、断熱充電および電荷リサイクルが可能である。ま
た、コンデンサをN−1個用いて、N個の階段状電圧
(N個の階段状に変化して立ち上がり、同じようにN個
の階段状に変化して立ち下がる電圧)を形成する回路が
知られている(前記文献1)。これによっても、断熱充
電および電荷リサイクルが可能である。
An example of a power supply circuit for realizing this is an AC circuit using an inductor and a capacitor.
If a resonance circuit is created by an inductor and a capacitor to generate an AC voltage and this is used as a power reusable power source, adiabatic charging and charge recycling are possible. In addition, a circuit that uses N-1 capacitors to form N staircase voltages (voltages that change and rise in N staircase shapes and similarly change and fall in N staircase shapes) It is known (Reference 1). This also allows adiabatic charging and charge recycling.

【0004】ところが、電力再利用型電源を用いて断熱
充電や電荷リサイクルを通常のCMOS回路で行おうと
した場合、1つの論理ゲートに対して電力再利用型電源
の出力電圧の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを
うまく合わせても、次段の論理ゲートに対しては新たに
タイミングを合わせ直さなければならない。ここではタ
イミングを合わせることが難しい例として、上で述べた
CMOS回路とは異なるが、より断熱充電および電荷リ
サイクルを実現し易いことが知られているトランスミッ
ションゲート型リトラクタイル論理回路について示すこ
とにする。
However, when an adiabatic charge or charge recycle is attempted to be performed by a normal CMOS circuit using the power reusable power supply, the output voltage of the power reusable power supply rises and falls with respect to one logic gate. Even if the timing is adjusted properly, the timing must be newly adjusted for the logic gate in the next stage. Here, as an example in which it is difficult to match the timing, a transmission gate type retractable logic circuit which is different from the CMOS circuit described above but is known to be easier to realize adiabatic charging and charge recycling will be shown. .

【0005】図67(a)はそのリトラクタイル論理回
路を示す図であり、501〜504は論理ゲート、50
5,506はコンデンサである。ここでは、入力信号
A,Bを入力して、そのAND論理(=A・B)を処理
し、さらにこの結果と入力信号CとのOR論理(=A・
B+C)を得ている。このリトラクタイル論理回路の論
理ゲートとしては、図68(b)、(c)に示すよう
に、トランスミションゲート507による2線式論理を
用いることが提案されている。ここでは、相補入力信号
A、*A、相補入力信号B、*Bを入力して、出力信号
A・Bと、*(A・B)を出力している。なお、*は反
転信号であることを示す。このリトラクタイル論理回路
では、図67(b)〜(f)のタイムチャートに示すよ
うに、ゲート数に応じて電源電圧V1,V2の波形を制
御する。つまり入力信号A,Bの立ち上がりよりも後に
電源電圧V1を緩やかに(一定の傾斜で)立ち上げ、そ
の入力信号A,Bの立ち下がりよりも前に電源電圧V1
を緩やかに立ち下げるよう制御する必要がある。入力信
号Cと電源電圧V2の関係についても同様である。
FIG. 67 (a) is a diagram showing the retractable logic circuit, in which 501 to 504 are logic gates and 50 is a logic gate.
5, 506 are capacitors. Here, the input signals A and B are input and their AND logic (= A · B) is processed, and the result and the input signal C are ORed (= A · B).
B + C). As a logic gate of this retractable logic circuit, it has been proposed to use a two-wire logic by a transmission gate 507 as shown in FIGS. 68 (b) and 68 (c). Here, the complementary input signals A and * A and the complementary input signals B and * B are input and output signals A and B and * (A and B) are output. Note that * indicates an inverted signal. In this retractable logic circuit, as shown in the time charts of FIGS. 67 (b) to (f), the waveforms of the power supply voltages V1 and V2 are controlled according to the number of gates. That is, the power supply voltage V1 rises gently (at a constant slope) after the rising of the input signals A and B, and the power supply voltage V1 rises before the falling of the input signals A and B.
It is necessary to control so as to slowly drop. The same applies to the relationship between the input signal C and the power supply voltage V2.

【0006】図69(a),(b)は従来のBDD論理
回路の一例を示す図である。この論理回路で使用するB
DDグラフ(2分決定グラフ;Binary Dici
sion Diagram)は、図69(a)に示すよ
うに、始点1,2と終点3,4をもつグラフであり、各
節点5には入力変数(同図では、A,B,C)が対応す
る。与えられた入力変数値のもとで論理出力の値を求め
るときは、グラフの始点1,又は2から入って下向きに
各節点5をたどり、最後に2つの終点3,4のいずれか
に到達する。各節点5においては、その入力変数値に対
応して2つのブランチ6,7のうちのいずれかをたど
る。すなわち、例えば、入力変数CがC=「0」ならば
0ブランチ6をたどり、C=「1」ならば1ブランチ7
をたどる。つまり、入力が与えられると、始点から終点
への1つのパスが指定される。パスの終わりが終点
「0」ならば論理出力は「0」、終点「1」ならば論理
出力は「1」とするものである。
69 (a) and 69 (b) are diagrams showing an example of a conventional BDD logic circuit. B used in this logic circuit
DD graph (2-minute decision graph; Binary Dici
69 (a) is a graph having start points 1 and 2 and end points 3 and 4, and input variables (A, B, C in the figure) correspond to each node 5. To do. When obtaining the value of the logical output under the given input variable value, enter from the start point 1 or 2 of the graph, trace each node 5 downward, and finally reach either of the two end points 3 or 4. To do. At each node 5, one of the two branches 6 and 7 is traced according to the input variable value. That is, for example, if the input variable C is C = "0", the 0 branch 6 is followed, and if C = "1", the 1 branch 7 is taken.
Follow That is, given an input, one path from the start point to the end point is specified. If the end of the path is the end point "0", the logical output is "0", and if the end point is "1", the logical output is "1".

【0007】BDD論理回路は、図69(a)のBDD
グラフを用いて、図69(b)に示すように、BDDの
各ブランチに上記条件を満たすような論理素子、例えば
nチャネル型MOSFET8と配線9を対応させる。ま
た、BDDグラフの始点1,2には論理出力を対応させ
る。さらに、BDDグラフの「0」の終点3に接地(G
ND)を接続し、BDDグラフの「1」の終点4に定電
源電圧VDDを接続した回路である(文献2:黒田、桜
井、低電力LSIの技術白書、第98頁、日経BP社発
行、日経マイクロデバイス編)。
The BDD logic circuit is the BDD shown in FIG.
Using the graph, as shown in FIG. 69 (b), each branch of the BDD is associated with a logic element satisfying the above condition, for example, an n-channel MOSFET 8 and a wiring 9. Further, logical outputs are made to correspond to the starting points 1 and 2 of the BDD graph. Furthermore, the grounding (G
ND) and the constant power supply voltage VDD is connected to the end point 4 of “1” of the BDD graph (Reference 2: Kuroda, Sakurai, White Paper on Low Power LSI Technology, page 98, published by Nikkei BP, Nikkei Micro Device Edition).

【0008】次に、図70は従来のDラッチ論理回路の
構成を示す図である。この論理回路は、データ取込回路
を構成する2個のトランスミッションゲート601,6
02と、記憶回路を構成するクロス接続のトランスミッ
ションゲート603,604およびインバータ605,
606とから構成されている。トランスミッションゲー
ト601〜604には、クロック信号CKとその反転信
号*CKが入力され、インバータ605,606の電源
には定電源電圧VDDが印加される。
Next, FIG. 70 is a diagram showing the structure of a conventional D-latch logic circuit. This logic circuit includes two transmission gates 601 and 6 which form a data acquisition circuit.
02, the cross-connected transmission gates 603 and 604 and the inverter 605 that form a memory circuit.
And 606. The clock signal CK and its inverted signal * CK are input to the transmission gates 601 to 604, and the constant power supply voltage VDD is applied to the power supplies of the inverters 605 and 606.

【0009】このDラッチ論理回路では、クロック信号
CKがHighのとき、ノード607,608に入力し
た信号が、それぞれトランスミッションゲート601,
602を通過してノード609,610に到達し、イン
バータ605,606で反転されて、ノード611,6
12に出力する。そして、次にクロック信号CKがLo
wになると、ノード610と611が接続され、ノード
609と612が接続されて、インバータ605,60
6の出力信号が互いに反対側のインバータ606,60
5の入力側に与えられ、次にクロック信号CKがHig
hになるまで、その出力信号を保持する(記憶モー
ド)。
In this D-latch logic circuit, when the clock signal CK is High, the signals input to the nodes 607 and 608 are transmitted to the transmission gate 601, respectively.
It passes through 602 to reach the nodes 609 and 610, is inverted by the inverters 605 and 606, and passes through the nodes 611 and 6
Output to 12. Then, the clock signal CK is Lo
At w, the nodes 610 and 611 are connected, the nodes 609 and 612 are connected, and the inverters 605 and 60 are connected.
Inverters 606, 60 whose output signals are opposite to each other
5 is applied to the input side, and then the clock signal CK goes high.
The output signal is held until it becomes h (memory mode).

【0010】また、図71に示す組合せ論理回路やDラ
ッチ論理回路等の従来のCMOS論理回路の配線400
は、次段のゲートをps程度の時間で速やかに駆動する
ために、配線断面積を大きくとっている。この配線断面
積は、日本電信電話株式会社(NTT)の0.25um
プロセスにおいては、図67に示すように550nm
(0.55μm:信号配線幅W0 )×550nm(0.
55μm:信号配線厚みH0 )であり、この場合のCR
時定数は0.5ns程度である。
Further, the wiring 400 of the conventional CMOS logic circuit such as the combinational logic circuit and the D latch logic circuit shown in FIG.
Has a large wiring cross-sectional area in order to rapidly drive the gate of the next stage in a time of about ps. This wiring cross section is 0.25um of Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT)
In the process, as shown in FIG. 67, 550 nm
(0.55 μm: signal wiring width W 0 ) × 550 nm (0.
55 μm: signal wiring thickness H 0 ) and CR in this case
The time constant is about 0.5 ns.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】前記したリトラクタイ
ル論理回路では、ゲート数が数百段、数千段にも及ぶよ
うな回路に対しては、数百、数千の電源電圧波形を制御
しなければならない。したがって、電力再利用型電源を
用いて断熱充電および電荷リサイクルを行うと、却って
電力が消費されてしまうという問題があった。また、D
ラッチ型の論理回路では、トランスミッションゲートの
部分において、トランスミッションゲートを構成するM
OSFETのゲートヘの充放電やクロック信号線の充放
電を行う必要があり、この充放電においてCTGVDD2
だけ余分なエネルギーが消費されるという問題があっ
た。ここで、VDDは電源電圧、CTGはトランスミッシ
ョンゲートのゲート容量とクロック信号線の容量の和で
ある。また、記憶回路においても、CMEVDD2 だけ余
分にエネルギーが消費されるという問題もあった。な
お、CMEは記憶回路の容量である。また、従来のCMO
S論理回路では配線断面積を大きくしているため、回路
規模の縮小が困難になるという問題もあった。また、配
線の自己キャパシタンス及び配線間の相互キャパシタン
スを小さくできないという問題があった。
In the retractable logic circuit described above, the power supply voltage waveform of hundreds or thousands is controlled for a circuit having hundreds or thousands of gates. There must be. Therefore, when adiabatic charging and charge recycling are performed using a power reusable power source, there is a problem that power is rather consumed. Also, D
In the latch-type logic circuit, in the transmission gate portion, M constituting the transmission gate is formed.
It is necessary to charge and discharge the gate of the OSFET and charge and discharge of the clock signal line. In this charge and discharge, C TG VDD 2
There was a problem that only extra energy was consumed. Here, VDD is the power supply voltage, and C TG is the sum of the gate capacitance of the transmission gate and the capacitance of the clock signal line. Further, also in the memory circuit, there is a problem that extra energy is consumed by C ME VDD 2 . Note that C ME is the capacity of the memory circuit. Also, conventional CMO
Since the wiring cross-sectional area is large in the S logic circuit, there is a problem that it is difficult to reduce the circuit scale. Further, there is a problem that the self capacitance of the wiring and the mutual capacitance between the wirings cannot be reduced.

【0012】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、効率的に断熱充
電論理を実現でき、また配線断面積も小さくでき、これ
らにより回路の低消費電力化と回路規模の縮小化を実現
可能にした論理回路を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to efficiently realize adiabatic charging logic and also reduce the wiring cross-sectional area, thereby reducing the circuit. It is to provide a logic circuit that can realize power consumption reduction and circuit scale reduction.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、複数の論理素子からなる論理回路
と、各論理素子のゲートに入力信号が与えられた後に論
理回路に電源を供給して論理処理を行わせるとともに、
この論理処理が終了し論理素子のゲートに新たな入力信
号が与えられる前に電源の供給を停止する電源部とを備
、論理回路を、1つの始点と,終点と,該始点と該終
点間に配置された節点と,節点に配置され節点間を結ぶ
ブランチとを有する2分決定グラフに基づき構成され、
前記複数の論理素子は前記2分決定グラフの各ブランチ
に対応して設けられるとともに前記2分決定グラフの前
記始点に相当する部分が接地されたBDD論理回路と、
出力とゲートとが互いに接続されるとともにゲートが前
記BDD論理回路の出力に接続され、かつ電源が前記電
源部に接続されたフリップフロップ回路またはPMOS
ラッチ論理回路の何れか一方とから構成したものであ
る。また、論理回路を、1つの始点と,終点と,該始点
と該終点間に配置された節点と,節点に配置され節点間
を結ぶブランチとを有する2分決定グラフに基づき構成
され、前記複数の論理素子は前記2分決定グラフの各ブ
ランチに対応して設けられるとともに前記2分決定グラ
フの前記始点に相当する部分が前記電源部に接続された
BDD論理回路と、出力とゲートとが互いに接続される
とともにゲートが前記BDD論理回路の出力に接続さ
れ、かつソースが接地されたNMOSラッチ回路とから
構成したものである。 また、論理回路を、1つの始点
と,終点と,該始点と該終点間に配置された節点と,節
点に配置され節点間を結ぶブランチとを有する2分決定
グラフに基づき構成され、前記複数の論理素子は前記2
分決定グラフの各ブランチに対応して設けられるととも
に前記2分決定グラフの前記始点に相当する部分が前記
電源部に接続されたBDD論理回路と、出力とゲートと
が互いに接続されるとともにゲートが前記BDD論理回
路の出力に接続され、かつ電源が前記電源部に接続され
たPMOSラッチ回路とから構成したものである。
In order to solve such a problem, the present invention provides a logic circuit composed of a plurality of logic elements and a power supply to the logic circuit after an input signal is applied to the gate of each logic element. Supply it for logical processing,
The logic circuit is provided with a power supply unit that stops the supply of power before the logic process ends and a new input signal is applied to the gate of the logic element , and the logic circuit includes one start point, an end point, the start point and the end point.
Connect the nodes placed between the points and the nodes placed at the nodes
Based on a binary decision graph with branches and
The plurality of logic elements are each branch of the binary decision graph.
It is provided corresponding to and in front of the binary decision graph
A BDD logic circuit in which a portion corresponding to the starting point is grounded,
The output and gate are connected together and the gate is in front
Note: Connected to the output of the BDD logic circuit, and the power source is
Flip-flop circuit or PMOS connected to the source
It is composed of either one of the latch logic circuits . In addition, the logic circuit has one start point, an end point, and the start point.
And a node placed between the end points and between the nodes placed at the nodes
Constructed based on a binary decision graph with a branch connecting
And the plurality of logic elements are connected to each block of the binary decision graph.
It will be provided for lunch and the 2 minute decision
The part corresponding to the starting point of the cable is connected to the power supply unit.
BDD logic circuit, output and gate connected to each other
And the gate is connected to the output of the BDD logic circuit.
And an NMOS latch circuit whose source is grounded
It is composed. Also, the logic circuit is
And an end point, a node arranged between the start point and the end point, and a node
Binary decision with branches placed at points and connecting nodes
And the plurality of logic elements are configured based on the graph.
It is provided corresponding to each branch of the minute decision graph
And the part corresponding to the starting point of the binary decision graph is
BDD logic circuit connected to the power supply, output and gate
Are connected to each other and the gate is connected to the BDD logic circuit.
Connected to the output of the circuit and the power supply is connected to the power supply section.
And a PMOS latch circuit.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。 [第1の実施の形態]第1の実施の形態の内容は、BD
Dグラフを回路化した既に説明済みの図65Bに示すB
DD論理回路の定電源電圧VDDに代えて、電力再利用
型電源を使用し、数百段、数千段のゲートの論理を1回
の断熱充電で行った後、BDD論理回路に蓄えられた電
荷を再び電源回路の方に戻すものである。ここで、図6
9(a)を参照して上記BDDグラフについて再度説明
する。BDDグラフは、始点1,2と終点3,4をもつ
グラフであり、各節点5には入力変数(同図では、A,
B,C)が対応する。与えられた入力変数値のもとで論
理出力の値を求めるときは、グラフの始点1,又は2か
ら入って下向きに各節点5をたどり、最後に2つの終点
3,4のいずれかに到達する。各節点5においては、そ
の入力変数値に対応して2つのブランチ6,7のうちの
いずれかをたどる。すなわち、例えば、入力変数CがC
=「0」ならば0ブランチ6をたどり、C=「1」なら
ば1ブランチ7をたどる。即ち、入力が与えられると、
始点から終点への1つのパスが指定される。パスの終わ
りが終点「0」ならば論理出力は「0」、終点「1」な
らば論理出力は「1」とするものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] The contents of the first embodiment are BD
The B shown in FIG. 65B, which has already been described, is a circuitization of the D graph.
Instead of the constant power supply voltage VDD of the DD logic circuit, a power reusable power supply was used, and the logic of the gate of hundreds or thousands of stages was performed by adiabatic charging once, and then stored in the BDD logic circuit. The charge is returned to the power supply circuit again. Here, FIG.
The BDD graph will be described again with reference to FIG. The BDD graph is a graph having start points 1 and 2 and end points 3 and 4, and each node 5 has an input variable (A,
B, C) correspond. When obtaining the value of the logical output under the given input variable value, enter from the start point 1 or 2 of the graph, trace each node 5 downward, and finally reach either of the two end points 3 or 4. To do. At each node 5, one of the two branches 6 and 7 is traced according to the input variable value. That is, for example, the input variable C is C
If 0 = “0”, follow 0 branch 6, and if C = “1”, follow 1 branch 7. That is, given an input,
One path from the start point to the end point is specified. If the end of the path is the end point "0", the logical output is "0", and if the end point is "1", the logical output is "1".

【0015】図1に示す本発明の第1の実施の形態のB
DD論理回路は、こうしたBDDグラフの各ブランチに
上記条件を満たすような論理素子、例えばnチャネル型
MOSFET8と配線9を対応させる。また、BDDグ
ラフの始点1,2には、論理出力を対応させる。さら
に、BDDグラフの「0」の終点3に接地(GND)を
接続し、BDDグラフの「1」の終点4に電力再利用型
電源10を接続する。この電力再利用型電源10として
は、後述するように、例えばインダクタとコンデンサを
用いた交流電源回路か、又はコンデンサをN−1個用い
たN段の階段状電圧を生成する電源回路を使用する。そ
して、この電力再利用型電源10のBDD論理回路及び
後述するDラッチ論理回路への電源供給のタイミングは
図66に示すようにタイミング制御部450により制御
される。なお、図66のBDD論理回路30Aは図1及
び図2等に示されるBDD論理回路、図66のBDD論
理回路30Bは後述の図30以降の各図に示されるBD
D論理回路である。また、BDD論理回路のゲート部分
の電力再利用型電源10(#2)によるリサイクルにつ
いては、後述の第4,第5,第6,第7の各実施の形態
等で説明する。
B of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
The DD logic circuit associates each branch of such a BDD graph with a logic element that satisfies the above condition, for example, an n-channel MOSFET 8 and a wiring 9. Further, logical outputs are made to correspond to the starting points 1 and 2 of the BDD graph. Furthermore, the ground (GND) is connected to the end point 3 of "0" of the BDD graph, and the power reusable power source 10 is connected to the end point 4 of "1" of the BDD graph. As this power reuse type power source 10, as will be described later, for example, an AC power source circuit using an inductor and a capacitor, or a power source circuit generating N-step staircase voltage using N-1 capacitors is used. . The timing of power supply to the BDD logic circuit and the D-latch logic circuit, which will be described later, of the power reusable power supply 10 is controlled by the timing controller 450 as shown in FIG. The BDD logic circuit 30A shown in FIG. 66 is the BDD logic circuit shown in FIGS. 1 and 2, and the BDD logic circuit 30B shown in FIG. 66 is the BD shown in each of FIGS.
D logic circuit. In addition, recycling of the gate portion of the BDD logic circuit by the power reuse type power source 10 (# 2) will be described in each of fourth, fifth, sixth and seventh embodiments described later.

【0016】図2はインダクタ11とコンデンサ12を
用いた交流電源回路10Aの例を、図3は3個のコンデ
ンサ13〜15を用いて4段の階段状電圧を発生する電
源回路10Bの例を示す。図3において、16〜23は
nチャネル型MOSFETである。これらの電源回路1
0A,10Bでは、その出力電圧を緩やかに上昇させ緩
やかに下降させる交流波形(繰り返し波形)とすること
ができる。なお、電力再利用型電源で発生させるこの他
の交流電圧の例として、図4(a)に示す三角波、図4
(b)に示す台形波を用いることもできる。さらに、図
4(c),図4(d),図4(e)にそれぞれ示す正弦
波から生成される電圧波形を用いることもできる。な
お、三角波の生成は、例えば、階段状波形の電圧を積分
回路を通過させなまらせることにより、近似的に行え
る。
FIG. 2 shows an example of an AC power supply circuit 10A using an inductor 11 and a capacitor 12, and FIG. 3 shows an example of a power supply circuit 10B using four capacitors 13 to 15 to generate a four-step staircase voltage. Show. In FIG. 3, 16 to 23 are n-channel MOSFETs. These power supply circuits 1
At 0A and 10B, an AC waveform (repetitive waveform) that gradually increases and gradually decreases the output voltage can be obtained. As another example of the alternating voltage generated by the power reusable power source, the triangular wave shown in FIG.
The trapezoidal wave shown in (b) can also be used. Further, voltage waveforms generated from the sine waves shown in FIGS. 4C, 4D, and 4E can also be used. The triangular wave can be generated approximately by, for example, passing a voltage having a stepped waveform through an integrating circuit.

【0017】次に、図1に示すBDD論理回路30Aの
動作を説明する。まず、時刻t=0において、BDD論
理回路の各nチャネル型MOSFET8のゲートに入力
電圧*A、*B,*C,A,B,Cをそれぞれ入力す
る。次に、電力再利用型電源10の出力電圧を緩やかに
上昇させる。これにより、BDD論理回路を断熱充電す
ることが可能となる。この充電により論理演算が行われ
出力信号が得られる。そして、この断熱充電の後、電力
再利用型電源10の出力電圧を緩やかに下降させる。こ
の時、BDD論理回路内に蓄えられた電荷が電力再利用
型電源10に再び戻される。BDD論理回路の出力電位
がLowになった後の時刻t=Tにおいて、次の入力信
号をゲートに入力させる。以下、これを周期Tとして繰
り返すことにより、断熱充電および電荷リサイクルを実
行することが可能となる。以上から、ゲート数が数百
段、数千段に増加した場合でも、共通の電力再利用型の
電源10を用いるので、従来のリトラクタイル論理回路
と異なり、消費電力が増大せず、複雑な論理構造を有す
る論理回路においても低消費電力を実現できる。図4
(f)は本発明のBDD論理回路と従来のリトラクタイ
ル論理回路との電源部における消費電力の比較を示す説
明図である。この説明図から明らかなように、従来のリ
トラクタイル論理回路では論理回路のゲート数が増加す
るにつれて消費電力が増加するのに対し、本発明のBD
D論理回路では消費電力は常に一定の低電力を維持して
いる。
Next, the operation of the BDD logic circuit 30A shown in FIG. 1 will be described. First, at time t = 0, the input voltages * A, * B, * C, A, B, and C are input to the gates of the respective n-channel MOSFETs 8 of the BDD logic circuit. Next, the output voltage of the power reuse type power supply 10 is gradually increased. This allows the BDD logic circuit to be adiabatically charged. A logical operation is performed by this charging and an output signal is obtained. Then, after this adiabatic charging, the output voltage of the power reusable power source 10 is gradually decreased. At this time, the electric charge stored in the BDD logic circuit is returned to the power reusable power source 10. At time t = T after the output potential of the BDD logic circuit becomes Low, the next input signal is input to the gate. Hereinafter, by repeating this as the cycle T, it is possible to perform adiabatic charging and charge recycling. From the above, even when the number of gates is increased to several hundreds or thousands, the common power reusable power source 10 is used, so unlike the conventional retractable logic circuit, the power consumption does not increase and the power consumption is complicated. Low power consumption can be realized even in a logic circuit having a logic structure. Figure 4
(F) is an explanatory view showing a comparison of power consumption in the power supply section between the BDD logic circuit of the present invention and the conventional retractable logic circuit. As is clear from this explanatory diagram, in the conventional retractable logic circuit, the power consumption increases as the number of gates of the logic circuit increases, whereas in the BD of the present invention.
In the D logic circuit, the power consumption always maintains a constant low power.

【0018】図5はBDD論理回路が複数ある場合の例
である。ここでは、BDD論理回路が符号301〜30
nで示すようにn個(n≧4)あり、i番目とj番目と
は隣接しているものとする(j=i+1)。このとき、
各々のBDD論理回路は最適の電力再利用型電源101
〜10nにより各々独立して動作させる。例えば、k番
目のBDD論理回路の電源として、周波数fk 、位相φ
k の電力再利用型電源を用いる。そして、速い論理動作
が必要なBDD論理回路では周波数fk を大きくした電
力再利用型電源を用い、遅い論理動作でよいBDD論理
回路では周波数fk を小さくした電力再利用型電源を用
いる。これにより、BDD論理回路毎に並列処理を効率
的に行うことが可能となる。
FIG. 5 shows an example in which there are a plurality of BDD logic circuits. Here, the BDD logic circuits are denoted by reference numerals 301 to 30.
As shown by n, there are n pieces (n ≧ 4), and the i-th and the j-th are adjacent to each other (j = i + 1). At this time,
Each BDD logic circuit is an optimal power reusable power supply 101
10n to operate independently. For example, as the power supply for the kth BDD logic circuit, frequency f k and phase φ
Use a power reusable power source of k . A BDD logic circuit requiring a fast logic operation uses a power reusable power supply with a large frequency f k, and a BDD logic circuit requiring a slow logic operation uses a power reusable power supply with a low frequency f k . As a result, parallel processing can be efficiently performed for each BDD logic circuit.

【0019】また、特に同じ周波数、同じ位相の電源で
よいBDD論理回路については、電源線を結ぶことで共
通の電力再利用型電源を用いることとし、電源回路の数
を減らすことにより、低電力化を実現することが可能と
なる。図6は共通の電力再利用型電源を用いた例を示す
図である。ここでは、1番目からi番目までの電源を共
通の電力再利用型電源101とし、j番目からn番目ま
での電源を共通の電力再利用型電源10nとした回路構
成としている。
Further, particularly for BDD logic circuits which may be power supplies of the same frequency and the same phase, a common power reusable power supply is used by connecting power supply lines, and the number of power supply circuits is reduced to reduce the power consumption. Can be realized. FIG. 6 is a diagram showing an example using a common power reusable power source. Here, the circuit configuration is such that the first to i-th power sources are the common power reusable power source 101 and the j-th to n-th power sources are the common power reusable power source 10n.

【0020】[第2の実施の形態]図7は第2の実施の
形態のBDD論理回路を示す図である。図7では、図1
に示したBDD論理回路において、論理素子としてのn
チャネル型MOSFET8の中で、ゲートに入力信号と
して反転信号*A、*B、*Cが入力される素子を、そ
の論理素子と相補型の関係にある論理素子として置き換
えた例である。即ち、ここではその論理素子をpチャネ
ル型MOSFET24に置き換え、且つそのゲートヘの
入力信号を非反転の信号A,B,Cとしたものである。
これにより、入力信号として非反転の信号A,B,Cの
みを使用することができるので、非反転の信号から反転
信号を作成するためのインバータを各々1個省くことが
可能となる。したがって図1に示したBDD論理回路よ
りも低消費電力化が可能となる。なお、図2,図3,図
5,図6の各BDD論理回路についても同様である。
[Second Embodiment] FIG. 7 is a diagram showing a BDD logic circuit according to a second embodiment. In FIG.
In the BDD logic circuit shown in FIG.
This is an example in which, in the channel type MOSFET 8, the element whose inverted signals * A, * B, and * C are input to the gate as input signals is replaced with a logic element having a complementary relationship with the logic element. That is, here, the logic element is replaced with the p-channel MOSFET 24, and the input signals to the gates thereof are non-inverted signals A, B and C.
As a result, since only the non-inverted signals A, B, C can be used as the input signal, it is possible to omit one inverter for creating the inverted signal from the non-inverted signals. Therefore, the power consumption can be reduced as compared with the BDD logic circuit shown in FIG. The same applies to the BDD logic circuits shown in FIGS. 2, 3, 5, and 6.

【0021】以下、シミュレーション結果を用いて、図
7に示したnチャネル型MOSFET8とpチャネル型
MOSFET24の混在型のBDD論理回路の動作例を
詳細に説明する。ここでは、電力再利用型電源として、
図8に示すように、3個のコンデンサ13〜15を用い
て4段の階段状電圧を発生するタイプの電源10B(図
3に示したものと同じ)を使用する。この電力再利用型
電源10Bは、4つの定電源電圧VDD,3/4VD
D,2/4VDD,1/4VDD,3個のコンデンサ1
3〜15,8個のnチャネル型MOSFET16〜23
より構成される。3つのコンデンサ13〜15は各々3
/4VDD,2/4VDD,1/4VDDの電圧に充電
される。3つのnチャネル型MOSFET16〜18の
ゲートには入力信号Preが印加され、4つのnチャネ
ル型MOSFET19〜22のゲートには入力信号T1
〜T4が印加され、1つのnチャネル型MOSFET2
3のゲートには入力信号CLが印加される。なお、3/
4VDD,2/4VDD,1/4VDDの各電源は、こ
れらがなくても自然にコンデンサ13,14,15はそ
れぞれ3/4VDD,2/4VDD,1/4VDDに充
電され安定状態となる。しかし、ここでは高速に充電さ
せる場合を考慮して図10のような回路機構としてい
る。
The operation example of the mixed BDD logic circuit of the n-channel type MOSFET 8 and the p-channel type MOSFET 24 shown in FIG. 7 will be described in detail below by using simulation results. Here, as a power reuse type power source,
As shown in FIG. 8, a power source 10B of the type (the same as that shown in FIG. 3) that uses four capacitors 13 to 15 to generate a four-step staircase voltage is used. This power reuse type power source 10B has four constant power source voltages VDD and 3 / 4VD.
D, 2/4 VDD, 1/4 VDD, 3 capacitors 1
3 to 15 and 8 n-channel MOSFETs 16 to 23
It is composed of The three capacitors 13-15 are each 3
It is charged to a voltage of / 4 VDD, 2/4 VDD, 1/4 VDD. The input signal Pre is applied to the gates of the three n-channel MOSFETs 16 to 18, and the input signal T1 is applied to the gates of the four n-channel MOSFETs 19 to 22.
~ T4 is applied and one n-channel MOSFET 2
The input signal CL is applied to the gate of 3. 3 /
The power supplies of 4 VDD, 2/4 VDD, and 1/4 VDD are naturally in a stable state, even without them, because the capacitors 13, 14, and 15 are charged to 3/4 VDD, 2/4 VDD, and 1/4 VDD, respectively. However, here, the circuit mechanism as shown in FIG. 10 is used in consideration of the case of charging at high speed.

【0022】この電力再利用型電源10Bの動作の詳細
なタイムチャートを図9(a)〜(h)に示す。まず図
9(a)の入力信号Preを一定時間だけHighにし
て、nチャネル型MOSFET16〜18をオンし、コ
ンデンサ13〜15を各々3/4VDD,2/4VD
D,1/4VDDの電圧に充電する。次に、図9(e)
〜図9(h)の各入力信号T1〜T4を、T1→T2→
T3→T4→T3→T2→T1の順に所定時間ずつHi
ghにしてnチャネル型MOSFET19〜22をオン
させ、コンデンサ13〜15に充電されている電圧3/
4VDD,2/4VDD,1/4VDDを時分割的に出
力電圧Voutとして出力し、最後に入力信号T1がL
owになったら入力信号CLをHighにしてnチャネ
ル型MOSFET23を所定時間だけオンして出力電圧
Voutを接地電位とする。このようなタイミング制御
により、電力再利用型電源10Bの出力電圧Vout
は、図9(c)に示すように立ち上がり立ち下がりに4
つの階段をもつ波形となる。
Detailed time charts of the operation of the power reusable power source 10B are shown in FIGS. 9 (a) to 9 (h). First, the input signal Pre of FIG. 9A is set to High for a certain period of time, the n-channel MOSFETs 16 to 18 are turned on, and the capacitors 13 to 15 are set to 3/4 VDD and 2/4 VD, respectively.
D, charged to 1/4 VDD. Next, FIG. 9 (e)
9 to the input signals T1 to T4 of FIG.
Hi for a predetermined time in the order of T3 → T4 → T3 → T2 → T1
gh to turn on the n-channel MOSFETs 19 to 22, and the voltage 3 /
4VDD, 2 / 4VDD, 1 / 4VDD are output as the output voltage Vout in a time division manner, and finally the input signal T1 is L
When it becomes ow, the input signal CL is set to High and the n-channel MOSFET 23 is turned on for a predetermined time to set the output voltage Vout to the ground potential. By such timing control, the output voltage Vout of the power reusable power source 10B
4 rises and falls as shown in FIG. 9 (c).
The waveform has two steps.

【0023】上記した入力信号(パルス)CL,T1,
T2,T3,T4は、図10(a)〜(f)に示すよう
に、例えば3個のT型フリップフロップ回路41〜4
3,11個のNAND回路44〜54,3個のインバー
タ55〜57を用いた回路により、生成可能である。こ
の図10(a)〜(f)において、200は所定のクロ
ックCKの入力端子、211は信号T1の出力端子、2
12は信号T2の出力端子、213は信号T3の出力端
子、214は信号T4の出力端子、215は信号CLの
出力端子である。他の符号は、ノードであり、同一符号
のノードは共通接続される。
The above-mentioned input signals (pulses) CL, T1,
As shown in FIGS. 10A to 10F, T2, T3, and T4 are, for example, three T-type flip-flop circuits 41 to 4.
It can be generated by a circuit using 3,11 NAND circuits 44 to 54 and three inverters 55 to 57. In FIGS. 10A to 10F, 200 is an input terminal of a predetermined clock CK, 211 is an output terminal of the signal T1, 2
Reference numeral 12 is an output terminal of the signal T2, 213 is an output terminal of the signal T3, 214 is an output terminal of the signal T4, and 215 is an output terminal of the signal CL. Other codes are nodes, and nodes having the same code are commonly connected.

【0024】シミュレーションにおいては、電力再利用
型電源10Bのコンデンサ13〜15の容量は各々50
00pF,8個のnチャネル型MOSFET16〜23
のトランジスタ幅Wは各々36μmとした。また、図8
の各々の3入力XORのBDD論理回路において、トラ
ンジスタ幅Wを6μmとし、XOR側の出力の負荷容量
を0.5pFとした。ここでは、この3入力XORのB
DD論理回路を1000個並列接続した回路について、
シミュレーションを行った。また、入力クロック信号C
Kの周波数は4MHzとした。シミュレーション結果を
図11,図12に示す。
In the simulation, the capacitors 13 to 15 of the power reusable power source 10B each have a capacitance of 50.
00pF, 8 n-channel MOSFETs 16-23
The width W of each transistor was 36 μm. Also, FIG.
In each of the 3-input XOR BDD logic circuits, the transistor width W was set to 6 μm, and the load capacitance of the output on the XOR side was set to 0.5 pF. Here, B of this 3-input XOR
Regarding a circuit in which 1000 DD logic circuits are connected in parallel,
A simulation was performed. Also, the input clock signal C
The frequency of K was 4 MHz. The simulation results are shown in FIGS.

【0025】図11は電力再利用型電源10Bの各信号
Pre,CK,CL,T1〜T4,Voutの波形図で
ある。確かに、図9(a)〜(h)に示したものと同様
の所望の波形が得られていることがわかる。出力の負荷
の総和が0.5pFの1000倍(=500pF)であ
るため、波形は階段状から少し滑らかな形状となってい
る。図12は入力信号A,B,C、電源電圧Vout、
出力信号XOR,XNORの電圧の波形図である。先に
述べたように、入力電圧の切り替えは、電源電圧Vou
tがLowレベルのとき行われるよう設定している。入
力信号A,B,Cがいずれも「1」のときXORは
「1」となり、XNORは「0」となる。また、A=B
=「1」、C=「0」とのき、XORは「0」であり、
XNORは「1」となり、論理処理がうまく行われてい
ることがわかる。信号Cのパルス幅(ビット幅)は2μ
sであり、出力電圧の周波数は500kHzである。
FIG. 11 is a waveform diagram of the signals Pre, CK, CL, T1 to T4 and Vout of the power reusable power source 10B. Certainly, it can be seen that the desired waveforms similar to those shown in FIGS. 9A to 9H are obtained. Since the total output load is 1000 times 0.5 pF (= 500 pF), the waveform has a slightly smoother shape than the stepwise shape. FIG. 12 shows input signals A, B, C, power supply voltage Vout,
It is a waveform diagram of the voltage of the output signals XOR and XNOR. As described above, the switching of the input voltage is performed by the power supply voltage Vou.
It is set to be performed when t is Low level. When all the input signals A, B and C are "1", XOR becomes "1" and XNOR becomes "0". Also, A = B
= “1”, C = “0”, XOR is “0”,
XNOR becomes "1", which shows that the logical processing is performed well. The pulse width (bit width) of signal C is 2μ
s, and the frequency of the output voltage is 500 kHz.

【0026】また、消費電力の結果は、500KHzの
周波数において、4.76×10-4Wとなる。一方、通
常のCMOSの1個のXOR回路の1論理処理当りの消
費電力は1.06×10-6Wとなり、1000個のXO
Rの1論理処理当りの消費電力は1.06×10-3Wと
なる。本発明の回路を用いると、通常のCMOS論理回
路と比較すると、消費電力が約1/2となることがわか
る。以上の議論から、本発明の電力再利用型電源を使用
するBDD論理回路が低消費電力であることが確認でき
る。
The result of power consumption is 4.76 × 10 -4 W at a frequency of 500 KHz. On the other hand, the power consumption per logic process of one normal CMOS XOR circuit is 1.06 × 10 −6 W, and 1000 XO circuits
The power consumption per logical processing of R is 1.06 × 10 −3 W. It can be seen that when the circuit of the present invention is used, the power consumption is reduced to about 1/2 as compared with a normal CMOS logic circuit. From the above discussion, it can be confirmed that the BDD logic circuit using the power reusable power supply of the present invention has low power consumption.

【0027】[第3の実施の形態]図13は電力再利用
型電源を使用する第3の実施の形態のBDD論理回路で
ある。ここでは、図1に示したBDD論理回路における
論理素子であるnチャネルMOSFET8を、nチャネ
ル型MOSFETとpチャネル型MOSFETとが並列
接続されたトランスミッションゲート81に置換して構
成している。pチャネル型MOSFETの入力信号はn
チャネル型MOSFETの入力信号の反転信号である。
これにより、図1に示した回路と比較し、出力信号とし
て得られるHighレベルの信号がVDD−Vth(V
thはnチャネル型MOSFETのしきい値電圧)か
ら、電源電圧VDDに上昇するので、論理信号の電圧振
幅を大きくとることができるという利点がある。すなわ
ち、nチャネル型MOSFETではLowレベル信号の
伝搬特性は良好であるものの、Highレベル信号の伝
搬はしきい値電圧分だけの電圧降下があるが、これを防
止することができる。なお、pチャネル型MOSFET
ではHighレベル信号の伝搬特性は良好であるもの
の、Lowレベル信号の伝搬は苦手である。トランスミ
ッションゲートではこれらが改善できる。
[Third Embodiment] FIG. 13 shows a BDD logic circuit according to a third embodiment using a power reusable power source. Here, the n-channel MOSFET 8 which is the logic element in the BDD logic circuit shown in FIG. 1 is replaced with a transmission gate 81 in which an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET are connected in parallel. The input signal of the p-channel MOSFET is n
It is an inverted signal of the input signal of the channel MOSFET.
As a result, as compared with the circuit shown in FIG. 1, the High level signal obtained as the output signal is VDD-Vth (V
Since th increases from the threshold voltage of the n-channel MOSFET to the power supply voltage VDD, there is an advantage that the voltage amplitude of the logic signal can be increased. That is, in the n-channel MOSFET, although the propagation characteristic of the Low level signal is good, the propagation of the High level signal has a voltage drop corresponding to the threshold voltage, which can be prevented. In addition, p-channel type MOSFET
Therefore, although the propagation characteristics of the High level signal are good, the propagation of the Low level signal is poor. Transmission gates can improve these.

【0028】[第4の実施の形態]図14は電力再利用
型電源を使用する第4の実施の形態のBDD論理回路で
あり、その電力再利用型電源として交流電源を用い、入
力ゲートに蓄えられる電荷のリサイクルを行うために、
論理素子の入力ゲートに交流電源電圧V1acと同じ周
波数と位相を持った交流電圧Aac、Bac,Cacを
与える。図14の回路とインバータ25〜27を組み合
わせ、具体的回路によって示したのが図15(a)〜
(d)である。ここで、BDD論理回路の電源電圧は交
流電圧V1acである。また、反転信号*Aを入力とし
て非反転信号Aを出力するインバータ25の電源電圧も
交流電圧V1acである。他のインバータ26,27も
同様である。ここで、V1acとして、1Vのオフセッ
ト(中心電圧1V)をもち1Vの振幅をもつ正弦波を用
いることにする。また、*A,*B,*Cとして、Lo
wレベルが0V,Highレベルが2Vの信号を用いる
こととする。
[Fourth Embodiment] FIG. 14 shows a BDD logic circuit according to a fourth embodiment which uses a power reusable power supply. An AC power supply is used as the power reusable power supply and an input gate is used. In order to recycle the stored charge,
AC voltages Aac, Bac and Cac having the same frequency and phase as AC power supply voltage V1ac are applied to the input gate of the logic element. The circuit of FIG. 14 and the inverters 25 to 27 are combined and shown by a concrete circuit of FIG.
It is (d). Here, the power supply voltage of the BDD logic circuit is the AC voltage V1ac. The power supply voltage of the inverter 25 that receives the inverted signal * A and outputs the non-inverted signal A is also the AC voltage V1ac. The same applies to the other inverters 26 and 27. Here, as V1ac, a sine wave having an offset of 1V (center voltage of 1V) and an amplitude of 1V is used. Also, as * A, * B, * C, Lo
A signal having a w level of 0 V and a high level of 2 V is used.

【0029】動作速度を500KHzとしてシミュレー
ションした結果が図16である。図16は、交流電圧V
1ac、入力信号*A,A、*B,B、*C,C、出力
信号XOR,XNORの波形図を示したものである。入
力信号Aにおいて、2Vを山(ピーク)とする交流電圧
はHighレベル(「1」)に対応し、0VはLowレ
ベル(「0」)に対応する。A,B,Cは7μsから2
5μsまで、各々、111100001、110011
001、101010101であることがわかる。ま
た、A=B=C=「1」のときXORが「1」、A=B
=「1」で、C=「0」とのときXORが「0」である
ことがわかる。消費電力については、BDD論理回路内
で2.71×10-7Wである。ここに示した交流BDD
論理回路の消費電力は、CMOSと比較すると約1/4
に低減することがわかる。なお、ここでは交流電圧とし
て正弦波を用いたが、必ずしも正弦波である必要はな
く、例えば電圧Vlacとして、図4(a)〜(e)に
示した三角波、台形波、正弦波から生成した電圧波形で
あっても良い。また、図8に示した電力再利用型電源1
0Bにより得られる階段状の電圧波形(図9(c)のV
out)を用いても良いことは勿論である。
FIG. 16 shows the result of simulation performed at an operating speed of 500 KHz. FIG. 16 shows the AC voltage V
1ac, waveforms of input signals * A, A, * B, B, * C, C and output signals XOR, XNOR are shown. In the input signal A, an AC voltage having a peak of 2V corresponds to a high level (“1”), and 0V corresponds to a low level (“0”). A, B, C is from 7μs to 2
Up to 5 μs, 111100001 and 110011 respectively
It can be seen that it is 001, 101010101. When A = B = C = “1”, XOR is “1”, A = B
It can be seen that XOR is “0” when C = “0” when “= 1”. The power consumption is 2.71 × 10 −7 W in the BDD logic circuit. AC BDD shown here
The power consumption of the logic circuit is about 1/4 that of CMOS.
It can be seen that it is reduced to. Although a sine wave is used as the AC voltage here, it does not have to be a sine wave. For example, the voltage Vlac is generated from the triangular wave, the trapezoidal wave, and the sine wave shown in FIGS. It may be a voltage waveform. In addition, the power reuse type power source 1 shown in FIG.
0B, the stepwise voltage waveform (V in FIG. 9C)
Of course, out) may be used.

【0030】〔第5の実施の形態]図17(a)〜
(f)及び図18は電力再利用型電源を使用する第5の
実施の形態のBDD論理回路の例である。ここでは、図
13に示したBDD論理回路の電力再利用型電源として
交流電源V1acを使用したとき、図15(a)〜
(c)に示したインバータ25〜27を用いる代わり
に、トランスミッションゲート81を直列接続した回路
を使用する。そして、図17(a),(b)に示すよう
に論理信号Ain,*Ainを入力して交流電圧信号
A,*Aを作成する。また図17(c),(d)に示す
ように論理信号Bin,*Binを入力して交流電圧信
号B,*Bを作成する。さらに、図17(e),(f)
に示すように論理信号Cin,*Cinを入力して交流
電圧信号C,*Cを作成する。そしてこの交流電圧A,
*A,B,*B,C,*Cを図18のBDD論理回路に
入力して論理処理を行う。
[Fifth Embodiment] FIG. 17A to FIG.
(F) and FIG. 18 are examples of the BDD logic circuit of the fifth embodiment that uses a power recycling type power supply. Here, when the AC power source V1ac is used as the power reuse type power source of the BDD logic circuit shown in FIG.
Instead of using the inverters 25 to 27 shown in (c), a circuit in which transmission gates 81 are connected in series is used. Then, as shown in FIGS. 17A and 17B, the logic signals Ain and * Ain are input to generate the AC voltage signals A and * A. Further, as shown in FIGS. 17 (c) and 17 (d), the logic signals Bin and * Bin are input to generate the AC voltage signals B and * B. Furthermore, FIG. 17 (e), (f)
Input the logic signals Cin and * Cin to generate the AC voltage signals C and * C as shown in FIG. And this AC voltage A,
* A, B, * B, C, * C are input to the BDD logic circuit of FIG. 18 to perform logic processing.

【0031】[第6の実施の形態]図19(a)〜
(d)は電力再利用型電源を使用する第6の実施の形態
のBDD論理回路の例であり、入力電圧として前記した
交流電圧V1acを用い、電力再利用型電源としては交
流電圧V2ac’を用いる。この交流電圧V2ac’は
交流電圧V1acの2倍の周波数をもっている。また、
BDD論理回路と交流電圧V2ac’との間には、スイ
ッチ機能をもつnチャネル型MOSFET28を接続す
る。このnチャネル型MOSFET28のゲートに図示
のようなクロック信号φ(交流信号V1acと同じ周波
数)を与えることにより交流電圧V2ac’のピークを
1つ置きに取り出した交流電圧V2acを電源電圧とす
る。
[Sixth Embodiment] FIG. 19A to FIG.
(D) is an example of the BDD logic circuit of the sixth embodiment using a power reusable power supply, in which the AC voltage V1ac described above is used as an input voltage, and an AC voltage V2ac 'is used as a power reusable power supply. To use. This AC voltage V2ac 'has twice the frequency of the AC voltage V1ac. Also,
An n-channel MOSFET 28 having a switch function is connected between the BDD logic circuit and the AC voltage V2ac '. By supplying a clock signal φ (the same frequency as the AC signal V1ac) to the gate of the n-channel MOSFET 28, the AC voltage V2ac obtained by taking out every other peak of the AC voltage V2ac ′ is used as the power supply voltage.

【0032】シミュレーション結果を図20に示す。こ
こでは、交流電圧V2ac’、クロック信号φ、nチャ
ネル型MOSFET28通過後の交流電圧V2ac、交
流電圧V1ac、入力信号C、出力信号XOR,XNO
Rの波形を示している。なお、入力信号A,Bは図示し
ないが図16の波形と同じである。XOR,XNORの
信号が図16に示した結果と同様に正しく出力されてい
ることがわかる。この回路の場合、消費電力は3.6×
10-8Wであり、CMOSと比較すると約1/30の低
電力となる。この理由として、入力する交流電圧V1a
cの波形の中に電源の交流電圧V2acの波形が収まる
ために、電源から接地へのリークがほとんどなくなるた
めであると考えられる。
The simulation results are shown in FIG. Here, the AC voltage V2ac ′, the clock signal φ, the AC voltage V2ac after passing through the n-channel MOSFET 28, the AC voltage V1ac, the input signal C, the output signals XOR and XNO.
The waveform of R is shown. The input signals A and B have the same waveforms as those in FIG. 16, although they are not shown. It can be seen that the XOR and XNOR signals are correctly output as in the result shown in FIG. In the case of this circuit, power consumption is 3.6 ×
It is 10 −8 W, which is low power of about 1/30 as compared with CMOS. The reason is that the input AC voltage V1a is
It is considered that this is because the waveform of the AC voltage V2ac of the power supply is contained in the waveform of c, so that the leak from the power supply to the ground is almost eliminated.

【0033】[第7の実施の形態]図21(a)〜
(f)及び図22は電力再利用型電源を使用する第7の
実施の形態のBDD論理回路の例であり、入力電圧とし
て前記した交流電圧V1acを用い、図18に示したB
DD論理回路の電力再利用型電源として交流電圧V2a
c’を用いる。この交流電圧V2ac’は交流電圧V1
acの2倍の周波数をもっている。また、BDD論理回
路と交流電圧V2ac’との間には、図22に示すよう
にトランスミッションゲート91を接続する。このトラ
ンスミッションゲート91に図示のようなクロック信号
φ(交流信号V1acと同じ周波数)及びクロック*φ
を与えることにより交流電圧V2ac’のピークを1つ
置きに取り出した交流電圧V2acを電源電圧とする。
なお、この第7の実施の形態及び前記した第5、第6の
実施の形態において、先に述べたように、交流電圧は正
弦波である必要はなく、台形波や電力再利用型電源10
Bによる階段状波形等であっても良い。また、交流電圧
V1ac,V2acのタイミング関係は、V1acがV
2acよりも速く立ち上がり、遅く立ち下りさえすれば
よい。いくつかの例を、図23に示した。
[Seventh Embodiment] FIG. 21A to FIG.
FIG. 22 (f) and FIG. 22 are examples of the BDD logic circuit of the seventh embodiment using a power reusable power source. The AC voltage V1ac described above is used as an input voltage, and the BDD logic circuit shown in FIG.
AC voltage V2a as a power reusable power source for a DD logic circuit
Use c '. This AC voltage V2ac 'is AC voltage V1.
It has twice the frequency of ac. In addition, a transmission gate 91 is connected between the BDD logic circuit and the AC voltage V2ac 'as shown in FIG. A clock signal φ (the same frequency as the AC signal V1ac) and a clock * φ are shown in the transmission gate 91.
The AC voltage V2ac 'is obtained by taking every other peak of the AC voltage V2ac' as the power supply voltage.
In the seventh embodiment and the fifth and sixth embodiments, as described above, the AC voltage does not have to be a sine wave, but a trapezoidal wave or a power reusable power source 10
It may be a stepwise waveform by B or the like. The timing relationship between the AC voltages V1ac and V2ac is that V1ac is V
It only needs to rise faster than 2ac and fall slowly. Some examples are shown in FIG.

【0034】〔第8の実施の形態]図24(a)は第8
の実施の形態のBDD論理回路を示す図である。ここで
は、図1に示したBDD論理回路の電力再利用型電源1
0を、電力非再利用型電源10’に置き換えている。こ
の電力非再利用型電源10’は、電力を再利用しない交
流電源(立ち上がりと立ち下がりが緩慢で周期的に変化
する電圧を生成する)である。交流電源と電力再利用型
電源10、電力非再利用型電源10’とは図24(b)
に示すような関係にある。図25はこの電力非再利用型
電源10’の具体例を含む回路を示す図である。ここで
は、インバータ35から出力する矩形波を抵抗36とコ
ンデンサ37により積分して立ち上がりと立ち下がりが
緩やかな繰り返し電圧を作成している。このような電力
を再利用しない交流電源では電荷のリサイクルはできな
いが、矩形波とは異なって、断熱的に充電できるため、
消費電力が1/2になるという利点がある。
[Eighth Embodiment] FIG. 24A shows an eighth embodiment.
It is a figure which shows the BDD logic circuit of embodiment. Here, the power reusable power supply 1 of the BDD logic circuit shown in FIG.
0 is replaced with a power non-reusable power source 10 '. The power non-reusable power supply 10 ′ is an AC power supply that does not reuse power (generates a voltage that rises and falls slowly and changes periodically). The AC power supply, the power reusable power supply 10 and the power non-reusable power supply 10 'are shown in FIG. 24 (b).
The relationship is as shown in. FIG. 25 is a diagram showing a circuit including a specific example of the power non-reusable power source 10 '. Here, the rectangular wave output from the inverter 35 is integrated by the resistor 36 and the capacitor 37 to create a repetitive voltage with a gentle rise and fall. An AC power source that does not reuse such power cannot recycle electric charges, but unlike rectangular waves, it can be charged adiabatically,
There is an advantage that power consumption is halved.

【0035】[第9の実施の形態]図26は第9の実施
の形態のICカード60の例を示す図である。ここで
は、通信(又は電力送電)のために使用するリーダライ
タ61等の無線の電磁波からインダクタ(アンテナ)6
2を介して誘導される交流電圧が存在する場合に、この
交流電圧そのものをICカード60の電力再利用型電源
電圧として用いるようにしたものである。ここで、63
はBDD論理回路、64はCMOS論理回路65用の直
流電源作成用の整流電源回路、66はコンデンサであ
る。Mは相互コンダクタンスである。
[Ninth Embodiment] FIG. 26 is a view showing an example of an IC card 60 according to the ninth embodiment. Here, an inductor (antenna) 6 is generated from a wireless electromagnetic wave such as the reader / writer 61 used for communication (or power transmission).
In the case where an AC voltage induced via 2 exists, the AC voltage itself is used as the power reusable power supply voltage of the IC card 60. Where 63
Is a BDD logic circuit, 64 is a rectification power supply circuit for creating a DC power supply for the CMOS logic circuit 65, and 66 is a capacitor. M is the transconductance.

【0036】[第10の実施の形態]図27は第10の
実施の形態のBDD論理回路の一部を示す図である。こ
こでは、論理素子として相補型のMOSFETの代わり
に相補型のTFT(ThinFilm Transis
tor)を用いた。このようなTFTを用いた回路構成
であっても、断熱充電および電荷リサイクルが可能であ
る。TFTの場合、MOSFETと比較して低速に動作
しており、断熱充電に極めて適したデバイスと考えられ
る。
[Tenth Embodiment] FIG. 27 shows a part of a BDD logic circuit according to a tenth embodiment. Here, as a logic element, a complementary TFT (Thin Film Transistor) is used instead of the complementary MOSFET.
tor) was used. Even with a circuit configuration using such a TFT, adiabatic charging and charge recycling are possible. The TFT operates at a lower speed than the MOSFET, and is considered to be an extremely suitable device for adiabatic charging.

【0037】このTFTを使用した回路は3次元的に高
集積化が可能であり、これにより厚み方向に素子を並列
接続することが可能となって、論理処理速度を向上させ
ることができる。図27において、71はサブストレー
ト、72は絶縁膜、73はメタル又はポリシリコンの配
線又はゲート、74はゲート絶縁膜、75はソース又は
ドレインとなるn型領域、76はチャネルとなるp型領
域、77はソース又はドレインとなるp型領域、78は
チャネルとなるn型領域、79はグローバルスルホール
である。なお、ここでは、第2〜第7の実施の形態に使
用したBDD論理回路(図7、図8,図13,図14,
図15(d),図18,図19(d)、図22)を実現
するために相補型のTFTを構成しているが、相補型で
ない図1〜図3及び図5,図6の第1の実施の形態のB
DD論理回路にも適用できることは勿論である。
A circuit using this TFT can be highly integrated three-dimensionally, whereby elements can be connected in parallel in the thickness direction, and the logic processing speed can be improved. In FIG. 27, 71 is a substrate, 72 is an insulating film, 73 is a metal or polysilicon wiring or gate, 74 is a gate insulating film, 75 is an n-type region to be a source or drain, and 76 is a p-type region to be a channel. , 77 is a p-type region serving as a source or drain, 78 is an n-type region serving as a channel, and 79 is a global through hole. In addition, here, the BDD logic circuits (FIGS. 7, 8, 13, 14, 14) used in the second to seventh embodiments are used.
Although complementary TFTs are formed in order to realize FIGS. 15 (d), 18, 19 (d) and 22), the complementary TFTs are not the complementary TFTs of FIGS. 1 to 3 and FIGS. B of the first embodiment
Of course, it can be applied to the DD logic circuit.

【0038】[第11の実施の形態]図28(e)は本
発明の第11の実施の形態のBDD論理回路に用いられ
るBDDグラフを説明する図である。図28(e)に示
すBDDグラフは、図28(a)〜(d)に示す各BD
Dグラフを共有化したものである。図29(a),
(b)は、図28(e)に示される共有化BDDグラフ
を用いたBDD論理回路である。このように各BDDグ
ラフを共有化することにより、BDD論理回路に用いら
れるトランジスタの数を低減することができる。
[Eleventh Embodiment] FIG. 28E is a diagram for explaining a BDD graph used in a BDD logic circuit according to an eleventh embodiment of the present invention. The BDD graph shown in FIG. 28 (e) corresponds to each BD shown in FIGS. 28 (a) to (d).
This is a shared D graph. 29 (a),
FIG. 28B is a BDD logic circuit using the shared BDD graph shown in FIG. By sharing each BDD graph in this manner, the number of transistors used in the BDD logic circuit can be reduced.

【0039】[第12の実施の形態]図30は本発明の
第12の実施の形態のBDD論理回路30Bの構成を示
す図である。ここでは、入力信号A,*Aと,B,*B
と、C,*Cとを入力して、そのキャリー出力f=(A
B+BC+CA)、*f=*(AB+BC+CA)を取
り出す場合のBDD論理回路を示した。この第12の実
施の形態以降のBDD論理回路30Bは、上述した第1
〜第11の実施の形態に示すBDD論理回路30Aと異
なり、始点1に電力再利用型電源10を接続して電源電
圧として与え、終点4の「1」から出力信号fを、また
終点3の「0」から出力信号*fをそれぞれ取り出すも
のである。なお、この電力再利用型電源10の出力電圧
の波形としては、上述した図4(a)〜(e)及び図9
(c)に示すような、階段状波形、交流的(極性は変化
せず、レベルが滑らかに変化する)波形等がある。
[Twelfth Embodiment] FIG. 30 shows a structure of a BDD logic circuit 30B according to a twelfth embodiment of the present invention. Here, input signals A, * A and B, * B
, C, * C, and carry output f = (A
B + BC + CA) and * f = * (AB + BC + CA) are shown in the BDD logic circuit. The BDD logic circuit 30B according to the twelfth embodiment is the same as the first embodiment described above.
-Unlike the BDD logic circuit 30A shown in the eleventh embodiment, the power reusable power source 10 is connected to the starting point 1 and given as a power supply voltage, and the output signal f from the end point 4 "1" and the end point 3 The output signal * f is extracted from "0". The waveform of the output voltage of the power reusable power source 10 is shown in FIGS. 4 (a) to 4 (e) and FIG. 9 described above.
As shown in (c), there are a stepwise waveform, an AC-like waveform (the polarity does not change, and the level changes smoothly) and the like.

【0040】図31(a),(b)は、図31(c)に
示す2ビットの加算器140において2ビットの入力信
号A0,A1と、2ビットの入力信号B0,B1と、1
ビットのキャリーC0を入力して、和の出力信号S1、
*S1を出力させるときの説明図である。ここで図31
(a)はそのBDDグラフ、図31(b)はその論理回
路、図31(c)は加算器140の入出力関係を示す図
である。図32(a),(b)は、図32(c)に示し
た2ビットの加算器140において、2ビットの入力信
号A0,A1と、2ビットの入力信号B0,B1と、1
ピットのキャリーC0を入力して、キャリーの出力信号
C2、*C2を出力させるときの説明図である。ここ
で、図32(a)はそのBDDグラフ、図32(b)は
その論理回路、図32(c)は加算器140の入出力関
係を示す図である。
FIGS. 31 (a) and 31 (b) show 2-bit input signals A0 and A1 and 2-bit input signals B0 and B1 in the 2-bit adder 140 shown in FIG. 31 (c).
The carry C0 of the bit is input and the sum output signal S1,
It is explanatory drawing when outputting * S1. Figure 31
31A is its BDD graph, FIG. 31B is its logic circuit, and FIG. 31C is a diagram showing the input / output relationship of the adder 140. 32A and 32B, in the 2-bit adder 140 shown in FIG. 32C, 2-bit input signals A0 and A1 and 2-bit input signals B0 and B1 and 1
It is explanatory drawing at the time of inputting the carry C0 of a pit, and outputting the carry output signals C2 and * C2. Here, FIG. 32A is its BDD graph, FIG. 32B is its logic circuit, and FIG. 32C is a diagram showing the input / output relationship of the adder 140.

【0041】ここで電力再利用型電源10としては、イ
ンダクタとコンデンサを用いた交流的電源回路、或いは
コンデンサをN−1個用いたN段の階段状電圧を生成す
る電源回路を使用することができる。図33はインダク
タ11とコンデンサ12を用いた交流的電源回路10A
の例を示す。また、図34は3個のコンデンサ13〜1
5を用いて4段の階段状電圧を発生する電源回路10B
の例を示す。図34において、16〜23はnチャネル
型MOSFETである。これらの電源回路10A,10
Bでは、その出力電圧を緩やかに上昇させ緩やかに下降
させることができる。
Here, as the power reusable power source 10, an AC power supply circuit using an inductor and a capacitor, or a power supply circuit generating N steps of staircase voltage using N-1 capacitors can be used. it can. FIG. 33 shows an AC power supply circuit 10A using an inductor 11 and a capacitor 12.
For example: In addition, FIG. 34 shows three capacitors 13 to 1
Power supply circuit 10B for generating a four-step staircase voltage using 5
For example: In FIG. 34, 16 to 23 are n-channel MOSFETs. These power supply circuits 10A, 10
At B, the output voltage can be gently increased and gradually decreased.

【0042】次に図34に示すBDD論理回路の動作を
説明する。まず、時刻t=0において、BDD論理回路
の各nチャネル型MOSFET8のゲートに入力信号*
A,*B,*C,A,B,Cを入力する。次に、電力再
利用型電源10Bの出力電圧を緩やかに上昇させる。こ
れにより、BDD論理回路を断熱充電することが可能と
なる。この充電により論理演算行われ出力信号が得られ
る。そして、この断熱充電の後、電力再利用型電源10
Bの出力電圧を緩やかに下降させる。この時、BDD論
理回路内に蓄えられた電荷が電力再利用型電源10Bに
再び戻される。BDD論理回路の電位がLowになった
後に、時刻t=Tにおいて、次の入力信号をゲートに入
力させる。以下、これを周期Tとして繰り返すことによ
り、断熱充電および電荷リサイクルを実行することが可
能となる。
Next, the operation of the BDD logic circuit shown in FIG. 34 will be described. First, at time t = 0, an input signal * is input to the gate of each n-channel MOSFET 8 of the BDD logic circuit.
Input A, * B, * C, A, B, C. Next, the output voltage of the power reusable power source 10B is gradually increased. This allows the BDD logic circuit to be adiabatically charged. By this charging, a logical operation is performed and an output signal is obtained. Then, after this adiabatic charging, the power reuse type power source 10
The output voltage of B is gradually decreased. At this time, the electric charge accumulated in the BDD logic circuit is returned to the power reusable power source 10B again. After the potential of the BDD logic circuit becomes Low, at time t = T, the next input signal is input to the gate. Hereinafter, by repeating this as the cycle T, it is possible to perform adiabatic charging and charge recycling.

【0043】以上から、ゲート数が数百段、数千段に増
加した場合でも、共通の電力再利用型の電源を用いるの
で、消費電力が増大せず、複雑な論理構造を有する論理
回路においても低消費電力を実現できる。なお、図34
に示す電力再利用型電源10Bの具体的な動作は既に図
9のタイムチャートで説明した動作と同等であるのでそ
の動作説明は省略する。また、電力再利用型電源10B
に与える各入力信号の生成回路も図10の回路と同等で
あるのでその説明を省略する。また、この電力再利用型
電源10Bでは、既に説明した図9(c)のVoutと
同等の電圧波形を発生し、BDD論理回路に与える。
From the above, even when the number of gates is increased to several hundreds or thousands, the common power reuse type power supply is used, so that the power consumption does not increase and the logic circuit has a complicated logic structure. Can achieve low power consumption. Note that FIG.
Since the specific operation of the power reusable power source 10B shown in FIG. 9 is the same as the operation already described in the time chart of FIG. 9, its operation description will be omitted. In addition, the power reuse type power source 10B
The circuit for generating each input signal given to is also equivalent to the circuit of FIG. Further, the power reusable power supply 10B generates a voltage waveform equivalent to Vout in FIG. 9C already described and supplies it to the BDD logic circuit.

【0044】図35はBDD論理回路が複数ある場合の
例である。ここでは、BDD論理回路が301〜30n
に示すようにn個(n≧4)あり、i番目とj番目とは
隣接しているものとする(j=i+1)。このとき、各
々のBDD論理回路は最適の電力再利用型電源101〜
10nにより各々独立して動作させる。例えば、k番目
のBDD論理回路の電源として、周波数fk 、位相φk
の電力再利用型電源を用いる。そして、速い論理動作が
必要なBDD論理回路ではfk を大きくした電力再利用
型電源を用い、遅い論理動作でよいBDD論理回路では
k を小さくした電力再利用型電源を用いる。これによ
り、BDD論理回路毎に並列処理を効率的に行うことが
可能になる。また、特に同じ周波数、同じ位相の電源で
よいBDD論理回路については、電源線を結ぶことで共
通の電力再利用型電源を用いることとし、電源回路の数
を減らすことにより、低電力化を実現することが可能と
なる。図36は、共通の電力再利用型電源を用いる例を
示す図であり、1番目からi番目までの電源を共通の電
力再利用型電源101とし、j番目からn番目までの電
源を共通の電力再利用型電源10nとした回路構成とし
ている。
FIG. 35 shows an example in which there are a plurality of BDD logic circuits. Here, the BDD logic circuits are 301 to 30n.
As shown in FIG. 3, there are n pieces (n ≧ 4), and the i-th and the j-th are adjacent to each other (j = i + 1). At this time, each of the BDD logic circuits has an optimal power reusable power supply 101-
10n to operate independently. For example, as the power supply for the kth BDD logic circuit, frequency f k and phase φ k
The power reusable power source of is used. A BDD logic circuit that requires a fast logic operation uses a power reusable power supply with a large f k, and a BDD logic circuit that requires a slow logic operation uses a power reusable power supply with a small f k . As a result, parallel processing can be efficiently performed for each BDD logic circuit. In addition, especially for BDD logic circuits that require power supplies of the same frequency and the same phase, a common power reusable power supply is used by connecting power supply lines, and the power consumption is reduced by reducing the number of power supply circuits. It becomes possible to do. FIG. 36 is a diagram showing an example in which a common power reusable power supply is used. The first to i-th power supplies are the common power reusable power supply 101, and the j-th to n-th power supplies are common. The circuit configuration is a power reusable power source 10n.

【0045】[第13の実施の形態]図37は第13の
実施の形態のBDD論理回路を示す図である。ここで
は、図30に示したBDD論理回路において、論理素子
としてのnチャネル型MOSFET8の中で、入力信号
として図30の反転信号*A、*B、*Cがゲートに入
力される素子を、その論理素子と相補型の関係にある論
理素子に置き換える。即ち、ここではpチャネル型MO
SFET24に置き換え、且つそのゲートヘの入力信号
を非反転の信号A,B,Cとしたものである。これによ
り、入力信号として非反転の信号A,B,Cのみを使用
することができるので、非反転の信号から反転信号を作
成するためのインバータを各々1個省くことが可能とな
る。したがって、図30に示した回路よりも小回路規模
化、低電力化が可能となる。図31(b),図32
(b),図33,図34,図35,図36のBDD論理
回路についても同様に適用できる。
[Thirteenth Embodiment] FIG. 37 shows a BDD logic circuit according to the thirteenth embodiment. Here, in the BDD logic circuit shown in FIG. 30, in the n-channel MOSFET 8 as a logic element, an element to which the inverted signals * A, * B and * C of FIG. It is replaced with a logic element having a complementary relationship with the logic element. That is, here, the p-channel MO
It is replaced with the SFET 24, and the input signal to the gate thereof is the non-inverted signals A, B and C. As a result, since only the non-inverted signals A, B, C can be used as the input signal, it is possible to omit one inverter for creating the inverted signal from the non-inverted signals. Therefore, the circuit scale and the power consumption can be reduced as compared with the circuit shown in FIG. 31 (b) and 32
The same can be applied to the BDD logic circuits shown in (b), FIG. 33, FIG. 34, FIG. 35, and FIG.

【0046】〔第14の実施の形態]図38は電力再利
用型電源を使用する第14の実施の形態のBDD論理回
路である。ここでは、図30に示したBDD論理回路に
おける論理素子である各nチャネルMOSFET8を、
nチャネル型MOSFETとpチャネル型MOSFET
とが並列接続されたトランスミッションゲート81に置
換して構成している。pチャネル型MOSFETの入力
信号はnチャネル型MOSFETの入力信号の反転信号
である。これにより、図30に示した回路と比較し、出
力信号として得られるHighレベルの信号がVDD−
Vth(VthはnチャネルMOSFETのしきい値電
圧)から、電源電圧VDDに上昇するので、論理信号の
電圧振幅を大きくとることができるという利点がある。
すなわち、nチャネル型MOSFETではLowレベル
信号の伝搬特性は良好であるものの、Highレベル信
号の伝搬はしきい値電圧分だけの電圧降下があるが、こ
れが防止できる。なお、pチャネル型MOSFETでは
Highレベル信号の伝搬特性は良好であるものの、L
owレベル信号の伝搬は苦手である。トランスミッショ
ンゲートではこれらが改善できる。
[Fourteenth Embodiment] FIG. 38 shows a BDD logic circuit according to a fourteenth embodiment which uses a power reuse type power supply. Here, each n-channel MOSFET 8 which is a logic element in the BDD logic circuit shown in FIG.
n-channel MOSFET and p-channel MOSFET
And are replaced by a transmission gate 81 connected in parallel. The input signal of the p-channel MOSFET is an inverted signal of the input signal of the n-channel MOSFET. As a result, as compared with the circuit shown in FIG. 30, the High level signal obtained as the output signal is VDD−
Since the voltage rises from Vth (Vth is the threshold voltage of the n-channel MOSFET) to the power supply voltage VDD, there is an advantage that the voltage amplitude of the logic signal can be made large.
That is, in the n-channel MOSFET, although the propagation characteristic of the Low level signal is good, the propagation of the High level signal has a voltage drop corresponding to the threshold voltage, which can be prevented. Although the p-channel MOSFET has good propagation characteristics of a high level signal,
Propagation of ow level signals is not good. Transmission gates can improve these.

【0047】[第15の実施の形態]図39は電力再利
用型電源を使用する第15の実施の形態のBDD論理回
路であり、その電力再利用型電源として交流的電源を用
い、さらに入力ゲートに蓄えられる電荷のリサイクルを
行うために、各論理素子の入力ゲートに、電源の交流的
電圧V1acと同じ周波数と位相を持った交流的電圧A
ac,Bac,Cacを与える。図39の回路とインバ
ータ25〜27を組み合わせ、具体的回路によって示し
たのが図40(a)〜(d)である。BDD論理回路の
電源電圧は交流的電圧V1acである。また、反転信号
*Aを入力として非反転信号Aを出力するインバータ2
5の電源電圧も交流的電圧V1acである。他のインバ
ータ26,27の電源電圧も同様である。ここでは、V
1acとして、例えば、1Vのオフセット(中心電圧1
V)をもち1Vの振幅をもつ正弦波を用いる。また、*
A,*B,*Cとして、Lowレベルが0V,High
レベルが2Vの信号を用いる。なお、ここでは、交流的
電圧として正弦波を用いたが、必ずしも正弦波である.
必要はなく、例えば電圧V1acとして、図4(a)〜
図4(e)に示した三角波、台形波、正弦波から生成し
た電圧波形であっても良い。また、図8に示した電力再
利用型電源10Bにより得られる階段状の電圧波形(図
9(c)のVout)を用いても良いことは勿論であ
る。
[Fifteenth Embodiment] FIG. 39 shows a BDD logic circuit according to a fifteenth embodiment which uses a power reusable power supply. An AC power supply is used as the power reusable power supply and further input. In order to recycle the charge stored in the gate, an AC voltage A having the same frequency and phase as the AC voltage V1ac of the power supply is applied to the input gate of each logic element.
Give ac, Bac, and Cac. FIGS. 40 (a) to 40 (d) show specific circuits by combining the circuit of FIG. 39 and the inverters 25 to 27. The power supply voltage of the BDD logic circuit is an AC voltage V1ac. Also, an inverter 2 that receives the inverted signal * A and outputs the non-inverted signal A
The power supply voltage of 5 is also an AC voltage V1ac. The same applies to the power supply voltages of the other inverters 26 and 27. Here, V
As 1ac, for example, an offset of 1V (center voltage 1
Use a sine wave with V) and an amplitude of 1V. Also,*
As A, * B and * C, Low level is 0V, High
A signal with a level of 2V is used. Although a sine wave is used as the AC voltage here, it is necessarily a sine wave.
It is not necessary to use, for example, the voltage V1ac as shown in FIG.
It may be a voltage waveform generated from the triangular wave, the trapezoidal wave, or the sine wave shown in FIG. Further, it goes without saying that a stepwise voltage waveform (Vout in FIG. 9C) obtained by the power reusable power source 10B shown in FIG. 8 may be used.

【0048】〔第16の実施の形態]図41(a)〜
(f)及び図42は電力再利用型電源を使用する第16
の実施の形態のBDD論理回路の例である。ここでは、
図39に示したBDD論理回路の電力再利用型電源とし
て交流的電源V1acを使用したとき、図40(a)〜
(c)に示したようなインバータ25〜27を用いる代
わりに、トランスミッションゲート81を直列接続した
回路を使用する。そして、図41(a),(b)に示す
ように論理信号Ain,*Ainを入力して交流電圧信
号A,*Aを作成する。また図41(c),(d)に示
すように論理信号Bin,*Binを入力して交流電圧
信号B,*Bを作成する。さらに、図41(e),
(f)に示すように論理信号Cin,*Cinを入力し
て交流電圧信号C,*Cを作成する。そして生成したこ
の交流的電圧A,*A,B,*B,C,*Cを図42の
BDD論理回路に入力して論理処理を行う。
[Sixteenth Embodiment] FIG. 41A to FIG.
(F) and FIG. 42 are the 16th which uses a power reuse type power supply.
It is an example of the BDD logic circuit of the embodiment. here,
When the AC power source V1ac is used as the power reuse type power source of the BDD logic circuit shown in FIG. 39, FIG.
Instead of using the inverters 25 to 27 as shown in (c), a circuit in which a transmission gate 81 is connected in series is used. Then, as shown in FIGS. 41 (a) and 41 (b), the logic signals Ain and * Ain are input to generate the AC voltage signals A and * A. Further, as shown in FIGS. 41 (c) and 41 (d), the logic signals Bin, * Bin are input to create the AC voltage signals B, * B. Further, FIG. 41 (e),
As shown in (f), the logic signals Cin and * Cin are input to generate AC voltage signals C and * C. Then, the generated AC voltages A, * A, B, * B, C, * C are input to the BDD logic circuit of FIG. 42 to perform logic processing.

【0049】[第17の実施の形態]図43(a)〜
(d)は電力再利用型電源を使用する第17の実施の形
態のBDD論理回路の例であり、入力電圧として前記し
た交流的電圧V1acを用い、BDD論理回路の電源と
しては交流的電圧V2ac’を用いる。この交流的電圧
V2ac’は交流的電圧V1acの2倍の周波数をもっ
ている。また、BDD論理回路と交流的電圧V2ac’
との間には、スイッチ機能をもつnチャネル型MOSF
ET28を接続する。このnチャネル型MOSFET2
8のゲートに図示のようなクロック信号φ(交流信号V
1acと同じ周波数)を与えることによって、交流的電
圧V2ac’のビークを1つ置きに取り出した交流的電
圧V2acを電源電圧とする。
[Seventeenth Embodiment] FIG. 43A to FIG.
(D) is an example of the BDD logic circuit of the seventeenth embodiment using a power reuse type power supply, in which the AC voltage V1ac described above is used as an input voltage, and the AC voltage V2ac is used as the power supply of the BDD logic circuit. 'Is used. This AC voltage V2ac 'has twice the frequency of the AC voltage V1ac. Also, the BDD logic circuit and the AC voltage V2ac '
N-channel type MOSF having a switch function between
Connect ET28. This n-channel type MOSFET 2
The clock signal φ (AC signal V
By applying the same frequency as 1ac), the AC voltage V2ac obtained by taking out every other beak of the AC voltage V2ac 'is used as the power supply voltage.

【0050】[第18の実施の形態]図44(a)〜
(f)及び図45は電力再利用型電源を使用する第18
の実施の形態のBDD論理回路の例であり、入力電圧と
して前記した交流的電圧V1acを用い、図42に示し
たBDD論理回路の電力再利用型電源として交流的電圧
V2ac’を用い、図43(d)のBDD論理回路と同
様に、交流的電圧V2ac’のビークを1つ置きに取り
出した交流的電圧V2acを電源電圧とするものであ
る。なお、この第18の実施の形態及び前記した第1
6、第17の実施の形態において、交流的電圧は正弦波
である必要はなく、上述した図23(a)〜(h)に示
すような、台形波や三角波、及び正弦波をもとにした交
流的電圧や電力再利用型電源10Bによる階段状波形等
であっても良い。また、交流的電圧V1ac,V2ac
のタイミング関係は、V1acがV2acよりも速く立
ち上がり、遅く立ち下りさえすればよい。
[Eighteenth Embodiment] FIG. 44A to FIG.
(F) and FIG. 45 are the 18th which uses a power recycling type power supply.
43 is an example of the BDD logic circuit of the embodiment of the present invention, in which the AC voltage V1ac described above is used as an input voltage, and the AC voltage V2ac ′ is used as a power reusable power source of the BDD logic circuit shown in FIG. Similar to the BDD logic circuit of (d), the AC voltage V2ac obtained by taking out every other beak of the AC voltage V2ac 'is used as the power supply voltage. The eighteenth embodiment and the above-mentioned first embodiment
In the sixth and seventeenth embodiments, the AC voltage does not have to be a sine wave, and is based on the trapezoidal wave, the triangular wave, and the sine wave as shown in FIGS. It may be an alternating voltage or a staircase waveform generated by the power reusable power source 10B. In addition, AC voltages V1ac and V2ac
As for the timing relationship of, V1ac needs to rise faster than V2ac and fall later than V2ac.

【0051】[第19の実施の形態]図46(a)は第
19の実施の形態のBDD論理回路を示す図である。こ
こでは、図30で示したBDD論理回路の電力再利用型
電源10を、電力非再利用型電源10’に置き換えてい
る。この電力非再利用電源10’は電力を再利用しない
交流的電源である。交流的電源と電力再利用型電源1
0,電力非再利用型電源10’とは、図46(b)に示
すような関係にある。図47はこの電力非再利用型電源
10’の具体例を示す図である。ここでは、インバータ
35から出力する矩形波を抵抗36とコンデンサ37に
より積分して立上りや立ち下がりが緩やかな交流的電圧
を作成している。このような電力を再利用しない交流的
電源であっても、矩形波とは異なって、断熱的に充電で
きるため、消費電力が1/2になるという利点がある。
なお、以上の第12〜第19の実施の形態の論理回路の
素子には、既に述べたように断熱充電に極めて適したT
FTを使用することができる。また、図27で示したよ
うに三次元的に集積化することも可能である。また、以
上の第12〜第19の実施の形態の論理回路は、既に図
26の第9の実施の形態で説明したICカード60に同
様に適用することができる。
[Nineteenth Embodiment] FIG. 46A shows a BDD logic circuit according to a nineteenth embodiment. Here, the power reusable power supply 10 of the BDD logic circuit shown in FIG. 30 is replaced with a power non-reusable power supply 10 '. The power non-reuse power source 10 'is an AC power source that does not reuse power. AC power supply and power reuse type power supply 1
0 and the power non-reusable power source 10 'have a relationship as shown in FIG. 46 (b). FIG. 47 is a diagram showing a specific example of the power non-reusable power source 10 '. Here, the rectangular wave output from the inverter 35 is integrated by the resistor 36 and the capacitor 37 to create an AC voltage having a gradual rise and fall. Even with such an AC power supply that does not reuse electric power, unlike a rectangular wave, since it can be adiabatically charged, there is an advantage that the power consumption is halved.
The elements of the logic circuits according to the twelfth to nineteenth embodiments described above are extremely suitable for adiabatic charging as described above.
FT can be used. Further, as shown in FIG. 27, it is also possible to integrate them three-dimensionally. Further, the logic circuits of the above twelfth to nineteenth embodiments can be similarly applied to the IC card 60 already described in the ninth embodiment of FIG.

【0052】[第20の実施の形態]図48(a)は本
発明の第20の実施の形態の論理回路であるDラッチ論
理回路90を示す図である。この回路90は、データ取
込回路を構成する2個のトランスミッションゲート9
1,92と、記憶回路を構成するクロス接続のトランス
ミッションゲート93,94およびインバータ95,9
6とから構成されている。
[Twentieth Embodiment] FIG. 48A shows a D-latch logic circuit 90 which is a logic circuit according to the twentieth embodiment of the present invention. This circuit 90 includes two transmission gates 9 that form a data acquisition circuit.
1, 92, cross-connected transmission gates 93, 94 and inverters 95, 9 that form a memory circuit.
6 and 6.

【0053】ここでは、インバータ95,96の電源電
圧として、図48(b)に示すように、立ち上がりと立
ち下がりが緩やかな波形の電圧V3acを使用する。ま
た、クロック信号としては、図48(c)に示すよう
に、電圧V3acが立ち下がった後に立ち上がり、電圧
V3acの立ち上がる前に立ち下がり、且つ立ち上がり
と立ち下がりが緩やかなデューティの小さい波形の電圧
V4acとその反転電圧*V4acを使用する。これら
電圧V3ac,V4acの発生には、インダクタとコン
デンサを組み合わせた図2に示す発振型の電源回路10
A、複数のコンデンサを用いてその切替や充放電を行い
階段状の電圧を発生するようにした図3及び図8に示す
階段状電源回路10B、sin波の1波又は複数波を利
用し図4(a)〜(e)に示すように生成した電源回路
等の電力再利用型電源、既に図26で説明した無線の電
磁波を誘導するインダクタで得られる交流などを使用す
る。また、図23(a)〜(h)に示したものと類似の
波形(V1acに対してV2acを180度位相をずら
せた波形)を使用することもできる。さらに、電圧V3
ac,V4acの発生には、電力非再利用型電源10’
(図24(a),図25)を使用することもできる。
Here, as the power supply voltage for the inverters 95 and 96, as shown in FIG. 48 (b), the voltage V3ac having a gentle rising and falling waveform is used. Further, as the clock signal, as shown in FIG. 48 (c), the voltage V4ac rises after the voltage V3ac falls, falls before the voltage V3ac rises, and has a waveform with a small duty such that the rise and the fall are gentle. And its inversion voltage * V4ac. In order to generate these voltages V3ac and V4ac, the oscillation type power supply circuit 10 shown in FIG.
A. Stepwise power supply circuit 10B shown in FIGS. 3 and 8 in which switching and charging / discharging are performed by using a plurality of capacitors to generate a staircase voltage, and one or a plurality of sin waves are used. 4 (a) to (e), a power reuse type power source such as a power source circuit generated, an alternating current obtained by the inductor for guiding the wireless electromagnetic wave already described in FIG. 26, etc. is used. Alternatively, a waveform similar to that shown in FIGS. 23A to 23H (a waveform in which V2ac is 180 degrees out of phase with V1ac) can be used. Furthermore, the voltage V3
To generate ac and V4ac, a power non-reusable power source 10 '
(FIGS. 24 (a) and 25) can also be used.

【0054】このDラッチ論理回路90は、まず電圧V
4acがLow→High→Lowに変化する過程にお
いて、トランスミッションゲート91,92が一時的に
導通し、このときノード97,98に入力している信号
がノード99,100に転送される。また、電圧V4a
cがHigh→Lowになると、トランスミッションゲ
ート91,92が遮断してトランスミッションゲート9
3,94が導通し、記憶モードに入る。この記憶モード
に入ったときは、最初はV3ac=0であるので、ノー
ド102又は103は、たとえそのときの出力信号がH
ighの状態になるべきときであっても、電圧Vth
(インバータ95,96を構成するpチャネル型MOS
FETのしきい値電圧)にまで低下している。Lowの
状態になるときであれば、0Vのままである。
The D-latch logic circuit 90 first detects the voltage V
In the process in which 4ac changes from Low to High to Low, transmission gates 91 and 92 are temporarily turned on, and the signals input to nodes 97 and 98 at this time are transferred to nodes 99 and 100. In addition, the voltage V4a
When c changes from High to Low, the transmission gates 91 and 92 are cut off and the transmission gate 9
3, 94 are conductive, and the memory mode is entered. When this storage mode is entered, V3ac = 0 at first, so that the node 102 or 103 outputs the H signal at the H level.
Even when it should be in the high state, the voltage Vth
(P-channel type MOS forming the inverters 95, 96
FET threshold voltage). If it is in the Low state, it remains at 0V.

【0055】次に、電圧V3acが0Vから電源電圧V
DDに向けて立ち上がると、前記しきい値Vthであっ
たノード102又は103の電位は、ゆっくりと電源電
圧VDDに立ち上がる。この後に電圧V3acがVDD
から0Vになると、電源電圧VDDになっていたノード
102又は103の電位は、しきい値電圧Vthに低下
する。このような一連の過程により、しきい値電圧Vt
hから電源電圧VDDに上昇する過程でほぼ断熱的に充
電が行われる。さらに電圧V3acには電力再利用型電
源を使用すると、電源電圧VDDからしきい値Vthに
下降する過程では断熱的に電荷をV3acの電源側にリ
サイクルする。このような断熱充電と電荷リサイクル
は、電圧V4ac、*V4acで駆動されるトランスミ
ッションゲートの部分においても同様に実施される。
Next, the voltage V3ac changes from 0V to the power supply voltage V
When rising toward DD, the potential of the node 102 or 103 having the threshold value Vth slowly rises to the power supply voltage VDD. After this, the voltage V3ac is VDD
From 0V to 0V, the potential of the node 102 or 103 which has been at the power supply voltage VDD drops to the threshold voltage Vth. Through such a series of processes, the threshold voltage Vt
Charging is performed almost adiabatically in the process of increasing from h to the power supply voltage VDD. Further, when a power recycle power source is used for the voltage V3ac, the charges are adiabatically recycled to the power source side of V3ac in the process of decreasing from the power source voltage VDD to the threshold value Vth. Such adiabatic charging and charge recycling are similarly carried out in the portion of the transmission gate driven by the voltages V4ac and * V4ac.

【0056】以上から、クロック信号で駆動する部分
(トランスミッションゲート91〜94)においては、
その充放電エネルギーが従来回路(図70)では前述し
たように、CTGVDD2 であったものが、本発明の回路
では、CTGVDD2 ・2τ/Tのように、2τ/T倍に
なる。ここでτは電圧V4acで充電する際の回路のC
R時定数、Tは電圧V4acの立ち上がり時間(立ち下
がり時間)である。したがって、τ<<Tとすること
で、十分にゆっくりと充放電してやれば、図49(a)
に示すように、そのエネルギーを十分小さくすることが
でき、消費電力を低減できる。一方、記憶回路に関する
部分では、本発明の回路では、情報をVDDではなくV
thで記憶するために、帯電エネルギーは、従来回路の
1/2・CMEVDD2から1/2・CMEVth2 に低減
できる。よって、この部分の充放電に必要なエネルギー
が従来回路では前述したように、CMEVDD2 であった
ものが、CMEVth2 +CMEVDD2 ・2τ/Tとなる
(図49(b))。なお、Tやτはクロック信号部分を
駆動する場合と同じとした。このように、本発明のDラ
ッチ論理回路90は、トランスミッションゲートの部分
および記憶回路の部分ともに、低消費電力化が可能とな
ることがわかる。
From the above, in the portion driven by the clock signal (transmission gates 91 to 94),
The charge / discharge energy of the conventional circuit (FIG. 70) was C TG VDD 2 , as described above, but in the circuit of the present invention, it is 2 τ / T times as C TG VDD 2 · 2 τ / T. Become. Where τ is C of the circuit when charging with voltage V4ac
R time constant, T is the rise time (fall time) of the voltage V4ac. Therefore, by setting τ << T, if charging / discharging is performed slowly enough, FIG. 49 (a)
As shown in, the energy can be made sufficiently small and the power consumption can be reduced. On the other hand, in the portion related to the memory circuit, in the circuit of the present invention, the information is not V
for storage in th, charging energy may be reduced from 1/2 · C ME VDD 2 of the conventional circuit in 1/2 · C ME Vth 2. Therefore, the energy required for charging / discharging this portion was C ME VDD 2 as described above in the conventional circuit, but becomes C ME Vth 2 + C ME VDD 2 · 2τ / T (FIG. 49 (b)). ). Note that T and τ are the same as those used when driving the clock signal portion. As described above, it is understood that the D latch logic circuit 90 of the present invention can reduce the power consumption of both the transmission gate portion and the storage circuit portion.

【0057】[第21の実施の形態]図50は本発明の
第21の実施の形態のDラッチ論理回路を示す図であっ
て、図48(a)に示したDラッチ論理回路90の入力
側のノード97,98に、各々電力再利用型のBDD論
理回路110,120の出力を接続したものである。こ
のBDD論理回路110,120はnチャネル型MOS
FET8とpチャネル型MOSFET24の組み合わせ
で構成される。そして、それらMOSFETのゲートに
印加する信号A,B,Cは、図51(a)〜(c)に示
すように、電圧V3acを電源電圧とするインバータ1
31〜133により、矩形波の入力信号*a,*b,*
cを波形変換した(反転すると共に立ち上がりと立ち下
がり傾斜を電圧V3acの立ち上がりと立ち下がりに対
応させた)ものである。
[Twenty-first Embodiment] FIG. 50 is a diagram showing a D-latch logic circuit according to a twenty-first embodiment of the present invention. The input to the D-latch logic circuit 90 shown in FIG. 48 (a). The outputs of the power reuse type BDD logic circuits 110 and 120 are respectively connected to the nodes 97 and 98 on the side. The BDD logic circuits 110 and 120 are n-channel type MOS
It is composed of a combination of the FET 8 and the p-channel MOSFET 24. The signals A, B and C applied to the gates of the MOSFETs are, as shown in FIGS. 51 (a) to (c), the inverter 1 using the voltage V3ac as the power supply voltage.
31-133, rectangular wave input signals * a, * b, *
c is waveform-converted (inverted and the rising and falling slopes are made to correspond to the rising and falling of the voltage V3ac).

【0058】また、ここでは、図50のBDD論理回路
110,120の出力をDラッチ論理回路90のノード
97,98に対して伝達する経路に、pチャネル型MO
SFET24を接続し、そのゲートに図52(b)に示
すような波形の電圧V5acの反転電圧*V5acを印
加している。この電圧V5acも、前述した電力再利用
型電源又は電力非再利用型電源により生成される電圧で
あって、図52(a)の電圧V3acよりも遅く立ち上
がり速く立ち下がる波形をもつ電圧であり、BDD論理
回路110の一方の終点、BDD論理回路120の他方
の終点にも印加されている。
Further, here, in the path for transmitting the outputs of the BDD logic circuits 110 and 120 of FIG. 50 to the nodes 97 and 98 of the D latch logic circuit 90, the p-channel type MO is provided.
The SFET 24 is connected, and an inversion voltage * V5ac of the voltage V5ac having a waveform as shown in FIG. 52B is applied to its gate. This voltage V5ac is also a voltage generated by the power reusable power supply or the power non-reusable power supply described above, and is a voltage having a waveform that rises later and falls faster than the voltage V3ac in FIG. It is also applied to one end point of the BDD logic circuit 110 and the other end point of the BDD logic circuit 120.

【0059】次に図50のBDD論理回路の動作を説明
する。まず入力信号A,B,Cは電圧V3acに同期し
てHigh,Lowに変化しながらBDD論理回路11
0,120に入力される。次に、電圧V5acが立ち上
がることによって、そのBDD論理回路110,120
に電源電圧が印加される。そこで、論理処理(BDD回
路110では、信号A,B,Cの排他的論理和(XO
R)の処理、BDD論理回路120では信号A,B,C
の反転排他的論理和(XNOR)の処理)が行われて、
この論理処理の結果(Low又はHighの信号)が電
圧V5acの立ち上がりに同期してノード97,98に
伝えられ、その後に電圧V5acが立ち下がる。この時
点でノード97,98にその信号が蓄えられる。また、
電圧V5acの立ち下がりの後に電圧V3acも立ち下
がり、BDD論理回路110,120の入力信号A,
B,Cが立ち下がる。
Next, the operation of the BDD logic circuit shown in FIG. 50 will be described. First, the input signals A, B, and C change to High and Low in synchronization with the voltage V3ac, and the BDD logic circuit 11
It is input to 0,120. Next, when the voltage V5ac rises, the BDD logic circuits 110, 120
The power supply voltage is applied to. Therefore, the logical processing (in the BDD circuit 110, the exclusive OR (XO) of the signals A, B, and C is performed.
R) processing, and in the BDD logic circuit 120, signals A, B, C
Inversion exclusive OR (XNOR) processing of
The result of this logic processing (Low or High signal) is transmitted to the nodes 97 and 98 in synchronization with the rising of the voltage V5ac, and then the voltage V5ac falls. At this point, the signals are stored in the nodes 97 and 98. Also,
After the voltage V5ac falls, the voltage V3ac also falls, and the input signals A of the BDD logic circuits 110 and 120,
B and C fall.

【0060】次に、電圧V4acが立ち上がるとトラン
スミッションゲート91,92が導通して、ノード9
7,98の信号がノード99,100に転送される。こ
れ以後は、図48(a)の回路について説明した動作と
同様の動作がDラッチ論理回路90において行われ、ノ
ード97,98に入力した信号を反転した信号が電圧V
3acに同期してノード102,103に出力される。
このノード102,103に出力した信号Q又はその反
転信号*Qは、次段の同様な構成のDラッチ論理回路の
入力信号としたり、あるいはBDD論理回路110,1
20の入力信号A,B,Cのいずれか1つとすることが
できる。図52(d)〜(h)はDラッチ論理回路90
の出力をBDD論理回路110,120に入力するよう
にしたときの説明図である。以上のように、この第21
の実施の形態の論理回路では、BDD論理回路110,
120において断熱充電と電荷リサイクルにより論理処
理を行い、その処理結果をDラッチ論理回路90に入力
して同様に断熱充電と電荷リサイクルにより論理処理を
行い、次段の別の回路又はBDD論理回路110,12
0の入力側に送り出すことができるので、低消費電力を
実現できる。
Next, when the voltage V4ac rises, the transmission gates 91 and 92 become conductive and the node 9
The signals of 7, 98 are transferred to the nodes 99, 100. After that, the same operation as the operation described for the circuit of FIG. 48A is performed in the D latch logic circuit 90, and the signal obtained by inverting the signal input to the nodes 97 and 98 is the voltage V.
It is output to the nodes 102 and 103 in synchronization with 3ac.
The signal Q output to the nodes 102 and 103 or the inverted signal * Q thereof is used as an input signal of a D latch logic circuit having a similar structure in the next stage, or the BDD logic circuits 110 and 1
It can be any one of the 20 input signals A, B, C. 52D to 52H show a D latch logic circuit 90.
FIG. 3 is an explanatory diagram when the output of is input to the BDD logic circuits 110 and 120. As mentioned above, this 21st
In the logic circuit of the embodiment, the BDD logic circuit 110,
At 120, adiabatic charging and charge recycling perform logical processing, and the processing result is input to the D-latch logic circuit 90, and similarly adiabatic charging and charge recycling perform logical processing, and another circuit at the next stage or the BDD logic circuit 110. , 12
Since it can be sent to the input side of 0, low power consumption can be realized.

【0061】[第22の実施の形態]図53(a)は本
発明の第22の実施の形態のDラッチ論理回路を示す図
であって、図48(a)に示したDラッチ論理回路90
の出力側のノード102,103に、インバータ10
4,105の対からなるインバータ回路130を接続し
たものである。なお、図中、106,107は出力ノー
ドである。ここでは、インバータ104,105の電源
電圧V6acを、図53(c)に示すように、立ち上が
り、立ち下がりが緩やかで、かつ図53(b)の電圧V
3acの立ち上がりよりも遅く立ち上がり速く立ち下が
る波形の電圧としている。この電源V6acも、前述し
た電力再利用型電源又は電力非再利用型電源によって生
成される電圧である。
[Twenty-second Embodiment] FIG. 53 (a) is a diagram showing a D-latch logic circuit according to a twenty-second embodiment of the present invention, which is the D-latch logic circuit shown in FIG. 48 (a). 90
Of the inverter 10 at the nodes 102 and 103 on the output side of the
An inverter circuit 130 consisting of a pair of 4,105 is connected. In the figure, 106 and 107 are output nodes. Here, the power supply voltage V6ac of the inverters 104 and 105 has a gradual rise and fall, as shown in FIG. 53 (c), and the voltage V6 of FIG. 53 (b).
The voltage has a waveform that rises later and rises faster than the rise of 3ac. This power supply V6ac is also a voltage generated by the above-described power reusable power supply or power non-reusable power supply.

【0062】インバータ回路130がないとき、Dラッ
チ論理回路90の出力ノード102,103に容量の非
常に大きな負荷が接続された場合には、そのノード10
2又は103がトランスミッションゲート93,94を
伝達してくる信号によりHighになるべきとき(この
ときはV3ac=0Vであるので、前記したようにしき
い値Vthになる)であっても、瞬間的に0Vになり、
これが負荷側に伝達されて、データ保持に誤りが生じる
可能性がある。この点について、この実施の形態のよう
に、そのノード102,103にインバータ回路130
を接続し、そのインバータ回路130のノード106,
107に大容量の負荷を接続することにより、ノード1
06,107はもはやトランスミッションゲート93,
94で伝達される信号を直接的には受けなくなるので、
正しくデータを保持することができる。
When a load having a very large capacity is connected to the output nodes 102 and 103 of the D latch logic circuit 90 without the inverter circuit 130, the node 10 of the output node 102 and 103 is connected to the node 10.
Even when 2 or 103 should be High due to the signal transmitted through the transmission gates 93 and 94 (at this time, since V3ac = 0V, the threshold value becomes Vth as described above), it is momentary. Becomes 0V,
This may be transmitted to the load side, causing an error in data retention. In this respect, as in this embodiment, the inverter circuit 130 is connected to the nodes 102 and 103.
, And the node 106 of the inverter circuit 130,
By connecting a large-capacity load to 107, node 1
06 and 107 are transmission gates 93,
Since the signal transmitted at 94 is not directly received,
Data can be retained correctly.

【0063】[第23の実施の形態]図54は本発明の
第23の実施の形態のDラッチ論理回路を示す図であっ
て、図53(a)に示したDラッチ論理回路90の入力
側のノード97,98に、図50に示したBDD論理回
路110,120を接続したものである。この実施の形
態では、電圧V3ac,V4ac,V5ac,V6ac
として、図55(a)〜(d)に示すようなタイミング
と波形の電圧を使用する。とりわけ、電圧V5acは電
圧V6acよりも遅く立ち上がり速く立ち下がる波形と
し、また電圧V6acは電圧V3acよりも遅く立ち上
がり速く立ち下がる波形とする。この結果、BDD論理
回路110,120の各MOSFETに入力した信号
A,B,Cの処理内容(XOR,XNOR)が、電圧V
5acに同期してノード97,98に出力され、次に電
圧V4acに同期してノード99,100に転送され、
続いて電圧V3acに同期してノード102,103に
転送され、さらに電圧V6acに同期してノード10
6,107に転送される。このノード106,107に
得られる信号は、BDD論理回路110,120の入力
信号とすることができる。
[Twenty-third Embodiment] FIG. 54 is a diagram showing a D-latch logic circuit according to a twenty-third embodiment of the present invention. The input to the D-latch logic circuit 90 shown in FIG. 53 (a). BDD logic circuits 110 and 120 shown in FIG. 50 are connected to the nodes 97 and 98 on the side. In this embodiment, the voltages V3ac, V4ac, V5ac, V6ac
As such, the timing and waveform voltages shown in FIGS. 55 (a) to 55 (d) are used. In particular, the voltage V5ac has a waveform that rises later and falls faster than the voltage V6ac, and the voltage V6ac has a waveform that rises later and falls faster than the voltage V3ac. As a result, the processing contents (XOR, XNOR) of the signals A, B, C input to the respective MOSFETs of the BDD logic circuits 110, 120 become the voltage V.
5ac is output to the nodes 97 and 98 in synchronism with 5ac, and then is transferred to nodes 99 and 100 in synchronism with the voltage V4ac.
Subsequently, the voltage is transferred to the nodes 102 and 103 in synchronization with the voltage V3ac, and further, the node 10 is transferred in synchronization with the voltage V6ac.
6, 107 is transferred. The signals obtained at the nodes 106 and 107 can be input signals to the BDD logic circuits 110 and 120.

【0064】[第24の実施の形態]図56(a)は本
発明の第24の実施の形態のDラッチ論理回路90Aを
示す図であって、図48(a)に示したDラッチ論理回
路90のトランスミッションゲート91,92をnチャ
ネル型MOSFET8に代えたものである。この場合、
MOSFET8のゲートには、非反転の電圧V4acを
印加する。なお、図56(b)のDラッチ論理回路90
Bに示すように、同トランスミッションゲート91,9
2をpチャネル型MOSFET24に代えることもでき
る。このときは、MOSFET24のゲートには、電圧
V4acを反転した電圧*V4acを印加する。これら
のように単一のMOSFETを転送ゲートに使用するこ
とにより、トランジスタ数を削減することができる。
[Twenty-fourth Embodiment] FIG. 56 (a) is a diagram showing a D-latch logic circuit 90A according to a twenty-fourth embodiment of the present invention, which is the D-latch logic shown in FIG. 48 (a). The transmission gates 91 and 92 of the circuit 90 are replaced with the n-channel type MOSFET 8. in this case,
A non-inverted voltage V4ac is applied to the gate of the MOSFET 8. The D latch logic circuit 90 of FIG.
As shown in B, the transmission gates 91, 9
2 can be replaced with the p-channel MOSFET 24. At this time, the voltage * V4ac which is the inverted voltage V4ac is applied to the gate of the MOSFET 24. By using a single MOSFET for the transfer gate as described above, the number of transistors can be reduced.

【0065】[第25の実施の形態]図57(a)〜
(c)は第25の実施の形態の論理回路を示す図であ
る。ここでは、図57(c)に示す2ビット加算器14
0において、2ビットのデータA1,A0とB1,B0
と1ビットのキャリーC0から、その和S1とその反転
信号*S1を出力させる回路部分を、図57(b)に示
すようにPMOSラッチ論理回路140AとBDD論理
回路140Bから構成したものである。まず、PMOS
ラッチ論理回路140Aには、トランスミッションゲー
トやインバータを使用せず、2個のpチャネル型MOS
FET24を使用し、ソースに電圧V3acを接続して
いる。また、BDD論理回路140Bは、図57(a)
に示すBDDグラフを複数個のnチャネル型MOSFE
T8により実現したものであり、ノード141,142
に現れるこのBDD論理回路140Bの出力信号S1と
その反転信号*S1がPMOSラッチ論理回路140A
で保持され、次段(図示せず)に転送される。このBD
D論理回路140Bの始点は接地されている。
[25th Embodiment] FIGS. 57A to 57C.
(C) is a figure which shows the logic circuit of 25th Embodiment. Here, the 2-bit adder 14 shown in FIG.
In 0, 2-bit data A1, A0 and B1, B0
The circuit portion for outputting the sum S1 and its inverted signal * S1 from the 1-bit carry C0 is composed of a PMOS latch logic circuit 140A and a BDD logic circuit 140B as shown in FIG. 57 (b). First, the PMOS
The latch logic circuit 140A does not use a transmission gate or an inverter and does not include two p-channel type MOSs.
The FET 24 is used, and the voltage V3ac is connected to the source. In addition, the BDD logic circuit 140B has a configuration shown in FIG.
The BDD graph shown in FIG.
It was realized by T8, and nodes 141 and 142
The output signal S1 of the BDD logic circuit 140B and its inverted signal * S1 appearing in
It is held at and transferred to the next stage (not shown). This BD
The starting point of the D logic circuit 140B is grounded.

【0066】この実施の形態では、入力信号A1,A
0,B1,B0,C0が入力した後に電源の電圧V3a
cが立ち上がり、これによって論理処理が行われ、その
後に電圧V3acが立ち下がり、その後に入力信号A
1,A0,B1,B0,C0が立ち下がる。PMOSラ
ッチ論理回路140Aの出力ノード141,142は、
電圧V3ac=0のときはそのHigh側がpチャネル
型MOSFETのしきい値電圧Vthに低下しており、
電圧V3acが電源電圧VDDに上昇するとき断熱充電
され、その後電圧V3acが0Vに低下する際に電荷リ
サイクルが行われるので、消費電力を低減することがで
きる。
In this embodiment, the input signals A1, A
After inputting 0, B1, B0, C0, the voltage V3a of the power supply
c rises, whereby logical processing is performed, and then the voltage V3ac falls, and then the input signal A
1, A0, B1, B0, C0 fall. The output nodes 141 and 142 of the PMOS latch logic circuit 140A are
When the voltage V3ac = 0, the High side is lowered to the threshold voltage Vth of the p-channel MOSFET,
Adiabatic charging is performed when the voltage V3ac rises to the power supply voltage VDD, and charge recycle is performed when the voltage V3ac drops to 0V, so that power consumption can be reduced.

【0067】すなわち、PMOSラッチ論理回路とBD
D論理回路を組み合わせることにより、出力信号S1と
その反転信号*S1を、HighはV3acのピーク値
に、Lowは0Vに正しく信号の電圧値をもっていくこ
とができる。また、BDD論理回路を用いると、トラン
ジスタ数を少なくして効率的に回路を組み込むことが可
能となり、またコンピュータを用いた設計により、大規
模なBDD論理回路であってもその設計・構成を容易に
行い得るという利点がある。また、上述したゲート入力
と電源電圧の制御方法の他に、4相クロック方式による
制御が可能なことは言うまでもない(文献3:Y.Mo
on and D.K.Jeong“An Effic
ient Chage RecoveryLogic
Circuit” IEEE Jornal of S
olid−state circuits p.51
4)
That is, the PMOS latch logic circuit and BD
By combining the D logic circuit, the output signal S1 and its inverted signal * S1 can be correctly brought to the peak value of V3ac for High, and 0V for Low. In addition, by using a BDD logic circuit, it is possible to reduce the number of transistors and efficiently incorporate the circuit, and the design using a computer facilitates the design and configuration of a large-scale BDD logic circuit. There is an advantage that can be done. In addition to the above-described gate input and power supply voltage control method, it goes without saying that control by a four-phase clock method is possible (Reference 3: Y. Mo.
on and D.I. K. Jeong “An Effic
ient Change RecoveryLogic
Circuit ”IEEE Journal of S
solid-state circuits p. 51
4)

【0068】[第26の実施の形態]図58(a)〜
(c)は第26の実施の形態の論理回路を示す図であ
る。ここでは、図58(c)に示す2ビット加算器14
0(図57(c)の回路と同じ)において、2ビットの
データA1,A0とB1,B0と1ビットのキャリーC
0から、キャリーC2とその反転信号を出力させる回路
部分を、図58(b)に示すようにPMOSラッチ論理
回路140CとBDD論理回路140Dから構成したも
のである。
[26th Embodiment] FIGS. 58A to 58C.
(C) is a figure which shows the logic circuit of 26th Embodiment. Here, the 2-bit adder 14 shown in FIG.
0 (same as the circuit of FIG. 57 (c)), 2-bit data A1, A0 and B1, B0 and 1-bit carry C
A circuit portion for outputting carry C2 and its inverted signal from 0 is constituted by a PMOS latch logic circuit 140C and a BDD logic circuit 140D as shown in FIG. 58 (b).

【0069】PMOSラッチ論理回路140Cは、前記
のPMOSラッチ論理回路140Aと同様に、2個のp
チャネル型MOSFET24を使用し、ソースに電圧V
3acを接続している。また、BDD論理回路140D
は、図58(a)に示すBDDグラフを複数個のnチャ
ネル型MOSFET8で実現したものであり、ノード1
43,144に現れるこのBDD論理回路140Dの出
力信号C2とその反転信号*C2が、PMOSラッチ論
理回路140Cでラッチされ、次段(図示せず)に転送
される。この実施の形態の動作は、図57(b)に示し
た回路とほぼ同じであり、出力ノード143,144
は、電圧V3ac=0のときはそのHigh側がpチャ
ネル型MOSFETのしきい値Vthに低下しており、
電圧V3acがVDDに上昇するとき断熱充電され、そ
の後電圧V3acが0Vに低下する際に電荷リサイクル
されるので、消費電力を低減することができる。
The PMOS latch logic circuit 140C, like the PMOS latch logic circuit 140A, has two p-types.
A channel type MOSFET 24 is used, and the voltage V
3ac is connected. Also, the BDD logic circuit 140D
58A shows the BDD graph shown in FIG. 58A realized by a plurality of n-channel MOSFETs 8.
The output signal C2 of the BDD logic circuit 140D appearing at 43 and 144 and its inverted signal * C2 are latched by the PMOS latch logic circuit 140C and transferred to the next stage (not shown). The operation of this embodiment is almost the same as that of the circuit shown in FIG. 57 (b), and the output nodes 143, 144 are the same.
When the voltage V3ac = 0, the High side is lowered to the threshold value Vth of the p-channel MOSFET,
Adiabatic charging is performed when the voltage V3ac rises to VDD, and charge is recycled when the voltage V3ac subsequently drops to 0V, so that power consumption can be reduced.

【0070】[第27の実施の形態]図59は第27の
実施の形態の論理回路を示す図であり、この論理回路
を、NMOS型BDD論理回路140B(または140
D)と、インバータ140G1,140G2からなるフ
リップフロップ回路とにより構成したものである。イン
バータ140G1,140G2からなるフリップフロッ
プ回路140GとNMOS型BDD論理回路140B
(または140D)との接続例を図60(a),(b)
に示す。
[Twenty-seventh Embodiment] FIG. 59 is a diagram showing a logic circuit according to the twenty-seventh embodiment. This logic circuit corresponds to an NMOS type BDD logic circuit 140B (or 140).
D) and a flip-flop circuit including inverters 140G1 and 140G2. A flip-flop circuit 140G including inverters 140G1 and 140G2 and an NMOS type BDD logic circuit 140B
(Or 140D) connection example in FIG. 60 (a), (b)
Shown in.

【0071】[第28の実施の形態]図61(a)は第
28の実施の形態の論理回路を示す図であり、図57
(b)に示した論理回路を変形したものである。ここで
は、NMOSラッチ論理回路を140A’に示すよう
に、nチャネル型MOSFET8で構成してそのソース
を接地し、BDD論理回路を140B’に示すように、
すべてpチャネル型MOSFET24で構成してその始
点に電圧V3acを接続したものである。ここにおいて
は、BDD論理回路140B’の論理処理結果が、電圧
V3acが立ち上がることによってノード141,14
2に現れ、NMOSラッチ論理回路140A’でラッチ
される。すなわち、ここでも断熱充電と電荷リサイクル
が行われる。
[Twenty-eighth Embodiment] FIG. 61A shows a logic circuit according to the twenty-eighth embodiment.
This is a modification of the logic circuit shown in (b). Here, as shown in 140A ', the NMOS latch logic circuit is composed of an n-channel type MOSFET 8, its source is grounded, and the BDD logic circuit is shown in 140B'.
All are constructed by p-channel MOSFETs 24, and the voltage V3ac is connected to the starting point thereof. Here, the logical processing result of the BDD logic circuit 140B ′ is the nodes 141, 14 when the voltage V3ac rises.
2 and is latched by the NMOS latch logic circuit 140A '. That is, also here, adiabatic charging and charge recycling are performed.

【0072】[第29の実施の形態]図61(b)は第
29の実施の形態の論理回路を示す図であり、図58
(b)に示した回路を変形したものである。ここでは、
NMOSラッチ論理回路を140C’に示すように、n
チャネル型MOSFET8で構成してそのソースを接地
し、BDD論理回路を140D’に示すように、すべて
pチャネル型MOSFET24で構成してその始点を電
圧V3ac接続している。ここでも、BDD論理回路1
40D’の論理処理結果が、電圧V3acが立ち上がる
ことによりノード143,144に現れ、断熱充電と電
荷リサイクルが行われる。
[Twenty-ninth Embodiment] FIG. 61B is a diagram showing a logic circuit according to a twenty-ninth embodiment.
This is a modification of the circuit shown in (b). here,
As shown in 140C ′ of the NMOS latch logic circuit, n
A channel type MOSFET 8 is used, the source of which is grounded, and a BDD logic circuit is constituted by p channel type MOSFET 24 as shown in 140D ', and its starting point is connected to voltage V3ac. Again, BDD logic circuit 1
The logic processing result of 40D 'appears at the nodes 143 and 144 when the voltage V3ac rises, and adiabatic charging and charge recycling are performed.

【0073】[第30の実施の形態]図62(a)は第
30の実施の形態の論理回路を示す図であり、図57
(b)に示した回路を変形したものである。ここでは、
PMOSラッチ論理回路140Aのpチャネル型MOS
FET24のソースに電圧V3acを接続すると共に、
BDD論理回路140Bの始点にも同じ電圧V3acを
接続している。ここでは、ノード141,142の内の
Lowの信号が現れる側がフローティングになるが、ハ
イインピーダンスではなく、接地電位に近い電位をも
つ。これはシミュレーションで確認できた。High信
号が現れる側では、断熱充電と電荷リサイクルが行われ
る。
[Thirtieth Embodiment] FIG. 62A shows a logic circuit according to the thirtieth embodiment.
This is a modification of the circuit shown in (b). here,
P-channel type MOS of the PMOS latch logic circuit 140A
While connecting the voltage V3ac to the source of the FET24,
The same voltage V3ac is connected to the start point of the BDD logic circuit 140B. Here, the side of the nodes 141 and 142 where the Low signal appears is in a floating state, but has a potential close to the ground potential instead of a high impedance. This could be confirmed by simulation. Adiabatic charging and charge recycling are performed on the side where the High signal appears.

【0074】[第31の実施の形態]図62(b)は第
31の実施の形態の論理回路を示す図であり、図58
(b)に示した回路を変形したものである。ここでは、
PMOSラッチ論理回路140Cのpチャネル型MOS
FET24のソースに電圧V3acを接続すると共に、
BDD論理回路140Dの始点にも同じ電源V3acを
接続している。ここでも、ノード143,144の内の
Lowの信号が現れる側がフローティングになるが、ハ
イインピーダンスではなく、接地電位に近い電位をも
つ。High信号が現れる側は、断熱充電と電荷リサイ
クルが行われる。
[31st Embodiment] FIG. 62B is a diagram showing a logic circuit according to the 31st embodiment.
This is a modification of the circuit shown in (b). here,
P-channel type MOS of the PMOS latch logic circuit 140C
While connecting the voltage V3ac to the source of the FET24,
The same power source V3ac is also connected to the start point of the BDD logic circuit 140D. Also here, the side of the nodes 143 and 144 where the Low signal appears is in a floating state, but has a potential close to the ground potential rather than a high impedance. Adiabatic charging and charge recycling are performed on the side where the High signal appears.

【0075】[第32の実施の形態]図63(a),
(b)は、第32の実施の形態の論理回路を示す図であ
りPMOSラッチ論理回路140C及びNMOSラッチ
論理回路140A’にそれぞれ接続されるBDD論理回
路140E,140Fの各MOSFETをNチャネルM
OSFET及びPチャネルMOSFETの混在型とした
ものである。これにより、各入力ゲートに接続されるイ
ンバータを省略できる。なお、以上の第20〜第32の
実施の形態の論理回路の素子には、図27で説明したよ
うな断熱充電に極めて適したTFTを使用することがで
きる。
[Thirty-second Embodiment] FIG. 63 (a),
(B) is a figure which shows the logic circuit of 32nd Embodiment, Each MOSFET of BDD logic circuit 140E, 140F respectively connected to PMOS latch logic circuit 140C and NMOS latch logic circuit 140A 'is N channel M.
It is a mixed type of OSFET and P-channel MOSFET. Thereby, the inverter connected to each input gate can be omitted. For the elements of the logic circuits according to the twentieth to thirty-second embodiments described above, TFTs extremely suitable for adiabatic charging as described with reference to FIG. 27 can be used.

【0076】[第33の実施の形態]ところで、従来の
CMOS論理回路では、配線はエレクトロマイグレーシ
ョンによる断線をさけるために、電流密度をある上限値
0 以下に設定している。一般にエレクトロマイグレー
ションによる配線の寿命τは、 τ=KST/{J2 Dexp(−ΔE/kT)} (1) で表すことができる(文献4:CMOS超LSIの設
計、第87頁、菅野卓雄監修、飯塚哲哉編、培風館発
行)。ここで、Kは比例定数、Sは配線断面積、Tは絶
対温度、Jは電流密度、Dはアルミニウム原子の拡散係
数、kはボルツマン定数である。
[Thirty-Third Embodiment] In the conventional CMOS logic circuit, the current density is set to a certain upper limit value J 0 or less in order to avoid disconnection due to electromigration. Generally, the life τ of the wiring due to electromigration can be expressed by τ = KST / {J 2 Dexp (−ΔE / kT)} (1) (Reference 4: Design of CMOS VLSI, page 87, supervised by Takuo Sugano) , Tetsuya Iizuka, published by Baifukan). Here, K is a proportional constant, S is a wiring cross-sectional area, T is an absolute temperature, J is a current density, D is a diffusion coefficient of an aluminum atom, and k is a Boltzmann constant.

【0077】このように、配線幅が短くなり電流密度J
が高くなると、断線するまでの時間τが短くなることが
わかる。よって、CMOS論理回路の場合には配線断面
積には下限値があることがわかる。換言すれば、電流密
度には上限値がある。たとえば、実際のCMOS論理L
SIでは、電源電圧を2Vとしたとき、信号線において
8mA程度の電流が流れ、その電流密度は2.7×10
6 A/cm2程度である。このときの信号線の断面積は
(0.55μm)2 =0.30μm2程度である(図6
4(b)及び図71参照)。
In this way, the wiring width becomes shorter and the current density J
It can be seen that the higher τ, the shorter the time τ until the wire breaks. Therefore, in the case of the CMOS logic circuit, it is understood that the wiring cross-sectional area has a lower limit value. In other words, the current density has an upper limit value. For example, the actual CMOS logic L
In SI, when the power supply voltage is 2 V, a current of about 8 mA flows in the signal line, and the current density is 2.7 × 10.
It is about 6 A / cm 2 . The cross-sectional area of the signal line at this time is about (0.55 μm) 2 = 0.30 μm 2 (see FIG. 6).
4 (b) and FIG. 71).

【0078】一方、前記断熱充電論理を利用したBDD
論理回路やDラッチ論理回路等では、断熱的に充電、放
電を行っているために、金属配線やトランジスタを流れ
る電流密度が非常に小さくなる。従って、配線における
エレクトロマイグレーション効果も小さくなる。よっ
て、従来と比較し、その配線断面積を上記した(0.5
5μm)2 =0.30μm2 よりも小さくすることが可
能となる。そこで、この第33の実施の形態では、断熱
充電論理を行う論理回路において、エレクトロマイグレ
ーションによる寿命を従来のCMOS論理回路における
場合の寿命と同程度にしたままで、その配線断面積を小
さくし、消費電力の低減化を更に増進するようにした。
On the other hand, BDD using the adiabatic charging logic
In a logic circuit, a D-latch logic circuit, and the like, charging and discharging are performed adiabatically, so that the current density flowing through the metal wiring and the transistor becomes extremely small. Therefore, the electromigration effect in the wiring is also reduced. Therefore, the wiring cross-sectional area is described above (0.5
5 μm) 2 = 0.30 μm 2 . Therefore, in the thirty-third embodiment, in the logic circuit that performs adiabatic charging logic, the wiring cross-sectional area is reduced while keeping the life due to electromigration to be about the same as that in the conventional CMOS logic circuit. We have further improved the reduction of power consumption.

【0079】上記の式(1)は、電流IがI=SJであ
るので、 τ=KTS3 /{I2 Dexp(−△E/kT)} (2) のように書き換えることができる。これにより、エレク
トロマイグレーションによる配線の寿命は、S3 /I2
に比例することがわかる。CMOS論理回路の場合の配
線の平均寿命、配線断面積、配線を流れる電流をτ0
0 、I0 とすると、それらの関係は、 τ0 =aS0 3 /I0 2 (3) のようになる。ここでaは比例定数である。
Since the current I is I = SJ, the above equation (1) can be rewritten as τ = KTS 3 / {I 2 Dexp (-ΔE / kT)} (2). Therefore, the life of the wiring due to electromigration is S 3 / I 2
It turns out that it is proportional to. In the case of a CMOS logic circuit, the average life of the wiring, the wiring cross-sectional area, the current flowing through the wiring is τ 0 ,
If S 0 and I 0 , the relationship between them is as follows: τ 0 = aS 0 3 / I 0 2 (3) Here, a is a proportional constant.

【0080】一方、断熱充電を行う論理回路の場合の配
線の平均寿命、配線断面積、配線を流れる電流をτ、
S、Iとすると、それらの関係は、 τ=aS3 /I2 (4) のようになる。したがって、 τ/τ0 =(S/S03(I0 /I)2 (5) が成立し、両者の平均寿命が等しいとした場合、つまり
τ0=τとおくと、 S=S0 (I/I02/3 (6) の関係式が成立する。
On the other hand, in the case of a logic circuit performing adiabatic charging, the average life of the wiring, the wiring cross-sectional area, and the current flowing through the wiring are represented by τ,
Letting S and I be the relations, τ = aS 3 / I 2 (4). Therefore, if τ / τ 0 = (S / S 0 ) 3 (I 0 / I) 2 (5) holds and the average lifespans of both are equal, that is, if τ 0 = τ, then S = S 0 (I / I 0 ) 2/3 The relational expression (6) holds.

【0081】断熱充電の場合、ゆっくりと動作させるた
め、CMOS論理に比べて、電流値をたとえば1/10
00倍まで低減することが可能であり、よって電流が1
/1000倍になったとき、断面積を1/100倍にま
で縮小しても、その配線寿命は全く同じである。以上の
ことから、たとえば、図64(a)に示すように、配線
幅が0.15μm、厚みが0.02μm(断面積:0.
0030μm2 )という超薄膜配線を用いることが可能
となる。厚み0.2μm(断面積=0.030μm2
であっても通常の配線断面積(0.30μm2 )の1/
10であり十分効果的である。以上により、配線容量も
1/10〜1/100倍に低減させることができ、図6
4(c)に示すように、充電の際の消費電力を1/10
〜1/100倍に低減させることが可能となる。また、
この発展形態として、配線のみならず、トランジスタに
おいても、大きな電流駆動能力を必要としないことから
トランジスタ幅(チャネル幅)を従来の10μm程度か
ら1/100倍の0.1μm程度に低減することが可能
である。これにより、トランジスタの容量も低減可能で
ある。
In the case of adiabatic charging, since it operates slowly, the current value is, for example, 1/10 of that of the CMOS logic.
It is possible to reduce the current up to 00 times, so the current is 1
When the cross-sectional area is reduced to 1/100 times, the wiring life is exactly the same. From the above, for example, as shown in FIG. 64A, the wiring width is 0.15 μm and the thickness is 0.02 μm (cross-sectional area: 0.
It is possible to use ultra thin film wiring of 0030 μm 2 ). Thickness 0.2 μm (Cross section area = 0.030 μm 2 )
Even if it is 1 / of the normal wiring cross-sectional area (0.30 μm 2 ).
It is 10 and is sufficiently effective. As described above, the wiring capacity can be reduced to 1/10 to 1/100 times,
As shown in FIG. 4 (c), the power consumption during charging is 1/10.
It is possible to reduce the amount to 1/100 times. Also,
As a development of this, not only the wiring but also the transistor does not require a large current driving capability, so that the transistor width (channel width) can be reduced from about 10 μm to 0.1 μm, which is 1/100 times the conventional value. It is possible. As a result, the capacity of the transistor can be reduced.

【0082】[第34の実施の形態]次に電気信号の伝
達が断熱充電論理の場合、緩やかで良くかつ遅くても良
いという観点から配線断面積の低減が可能であることに
ついて説明する。まず、配線の断面積Aを低減する場
合、1/k倍に低減したとする。このとき抵抗値Rはk
倍となる。また、配線のキャパシタンスは通常、次段の
ゲートの負荷のキャパシタンスに比べて十分小さい。し
たがってキャパシタンスCは一定と考えて良い。以上か
ら、近似的に A×CR=constant(一定) (7) となる。
[Thirty-fourth Embodiment] Next, in the case where adiabatic charging logic is used for transmission of an electric signal, it will be described that the wiring cross-sectional area can be reduced from the viewpoint of being gentle and slow. First, when the cross-sectional area A of the wiring is reduced, it is assumed that it is reduced to 1 / k times. At this time, the resistance value R is k
Doubled. Further, the capacitance of the wiring is usually sufficiently smaller than the capacitance of the load of the gate in the next stage. Therefore, the capacitance C may be considered to be constant. From the above, approximately A × CR = constant (constant) (7) is obtained.

【0083】ここでCMOS論理回路の配線の断面積を
0 、断熱充電論理回路の配線の断面積をSとすると、 S0(CR)CMOS=S(CR)adiabatic (8) が成立する。断熱充電の際には電気信号の伝達は遅くて
良い。よって、10×(CR)CMOS≦(CR)
adiabaticとすることができる。したがって以下の式が
成立する。 S=S0(CR)CMOS/(CR)adiabatic≦1/10×S0 (9) また、断熱充電回路の電源の上昇までに要する時間T
は、断熱充電回路のCR時定数より大きくする必要があ
るから、 (CR)adiabatic。≦T (10) が成立する。よって次式が成立する。 S0(CR)CMOS=S(CR)adiabatic≦ST (11)
When the cross-sectional area of the wiring of the CMOS logic circuit is S 0 and the cross-sectional area of the wiring of the adiabatic charging logic circuit is S, S 0 (CR) CMOS = S (CR) adiabatic (8) is established. During adiabatic charging, transmission of electric signals may be slow. Therefore, 10 × (CR) CMOS ≦ (CR)
Can be adiabatic . Therefore, the following formula is established. S = S 0 (CR) CMOS / (CR) adiabatic ≦ 1/10 × S 0 (9) Further, the time T required to raise the power supply of the adiabatic charging circuit T
Needs to be larger than the CR time constant of the adiabatic charging circuit, so (CR) adiabatic . ≦ T (10) is established. Therefore, the following equation is established. S 0 (CR) CMOS = S (CR) adiabatic ≦ ST (11)

【0084】ここで(CR)CMOS=τとおくと、 τ/T×S0 ≦S (12) が得られる。式(9)と(12)より、 τ/T×S0 ≦S≦1/10×S0 (13) が得られる。When (CR) CMOS = τ is set here, τ / T × S 0 ≤S (12) is obtained. From equations (9) and (12), τ / T × S 0 ≦ S ≦ 1/10 × S 0 (13) is obtained.

【0085】即ち、図71に示すCMOS論理回路の配
線400の信号配線幅W0 550nm(0.55μ
m)、及び信号配線厚みH0 550nm(0.55μ
m)の配線の断面積を低減するときに、τ/Tを1/1
00とした場合、断面積Sは、0.003μm2 ≦S
≦0.03μm2 の範囲内になる。以上のことから図6
4(a)に示したような超薄膜配線を用いることが可能
になる。
That is, the signal wiring width W 0 550 nm (0.55 μm) of the wiring 400 of the CMOS logic circuit shown in FIG.
m), and signal wiring thickness H 0 550 nm (0.55 μm
When reducing the wiring cross section of m), τ / T is set to 1/1
00, the cross-sectional area S is 0.003 μm 2 ≦ S
Within the range of ≦ 0.03 μm 2 . From the above, FIG.
It becomes possible to use the ultrathin film wiring as shown in FIG.

【0086】[第35の実施の形態]図65は本発明の
第35の実施の形態を示す説明図である。図71に示す
CMOS論理回路の信号配線の断面積は上述したように
1/10〜1/100に低減可能であるが、こうした論
理回路の電源線及び接地線についても、同様に低減が可
能である。即ち、図65(a)に示す例えば幅30μ
m、厚さ3μmを有する論理回路の電源線または接地線
410の断面積をS0 とした場合、断熱充電論理により
図65(b)に示すように1/10の断面積(1/10
×S0 )にすることができ、さらに図65(c)に示す
ように1/100の断面積(1/100×S0 )にする
こともできる。すなわち、論理回路の電源線及び接地線
についても、断熱充電論理により信号線と同様に断面積
が1/10〜1/100に低減可能になる。
[35th Embodiment] FIG. 65 is an explanatory view showing the 35th embodiment of the present invention. The cross-sectional area of the signal wiring of the CMOS logic circuit shown in FIG. 71 can be reduced to 1/10 to 1/100 as described above, but the power supply line and the ground line of such a logic circuit can be similarly reduced. is there. That is, for example, a width of 30 μ shown in FIG.
When the cross-sectional area of the power supply line or the ground line 410 of the logic circuit having m and a thickness of 3 μm is S 0 , the adiabatic charging logic shows a cross-sectional area of 1/10 (1/10) as shown in FIG.
× S 0 ), and as shown in FIG. 65 (c), the cross-sectional area can be 1/100 (1/100 × S 0 ). In other words, the power supply line and the ground line of the logic circuit can be reduced in cross-sectional area to 1/10 to 1/100 by the adiabatic charging logic like the signal line.

【0087】なお、第33〜第35の各実施の形態にお
いて、断熱充電をより緩やかに行うことにより、信号
線,電源線及び接地線の各断面積を1/1000倍まで
低減できることは勿論である。このように、断熱充電論
理において配線断面積を低減し、少数の電子輸送によ
り、効率的に論理処理を実現でき、これにより、一回当
たりの論理処理のエネルギーを従来のCMOS論理回路
と比べて大きく低減することが可能になる。
In each of the thirty-third to thirty-fifth embodiments, it is needless to say that the cross-sectional areas of the signal line, the power line and the ground line can be reduced to 1/1000 times by performing the adiabatic charging more slowly. is there. In this way, in the adiabatic charging logic, the wiring cross-sectional area can be reduced, and a small number of electrons can be transported to efficiently implement the logic processing. As a result, the energy of one logic processing can be compared with that of the conventional CMOS logic circuit. It is possible to greatly reduce it.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、数
百段、数千段のゲート数を持つBDD論理回路やDラッ
チ論理回路等において、断熱充電や電荷リサイクルが極
めて容易に実現可能となり、従来のCMOS論理回路、
Dラッチ論理回路と比較し、低消費電力化や回路規模の
縮小化が可能となる。また、本発明は断熱的に充電、放
電を行っているために、金属配線やトランジスタを流れ
る電流密度が非常に小さくなるので、配線におけるエレ
クトロマイグレーション効果も小さく、配線の断面積を
CMOS論理回路の配線の断面積と比較して大幅に低減
でき、配線容量を大きく低減できるという特徴を有す
る。このように本発明は、少数の電子の輸送により、効
率的に論理処理を実現でき、これにより、1回当たりの
論理処理のエネルギーを従来のCMOS論理回路と比べ
て大きく低減することを可能とするものである。
As described above, according to the present invention, adiabatic charging and charge recycling can be extremely easily realized in a BDD logic circuit or a D latch logic circuit having a number of gates of hundreds or thousands. , The conventional CMOS logic circuit,
As compared with the D-latch logic circuit, lower power consumption and smaller circuit scale can be achieved. Further, since the present invention performs charging and discharging adiabatically, the current density flowing through the metal wiring and the transistor is extremely small, so that the electromigration effect in the wiring is small and the cross-sectional area of the wiring is smaller than that of the CMOS logic circuit. Compared with the cross-sectional area of the wiring, it has a feature that it can be greatly reduced and the wiring capacitance can be greatly reduced. As described above, according to the present invention, logical processing can be efficiently realized by transporting a small number of electrons, and thus the energy of one logical processing can be significantly reduced as compared with the conventional CMOS logic circuit. To do.

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

【図1】 第1の実施の形態のBDD論理回路の回路図
である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a first embodiment.

【図2】 図1のBDD論理回路の電力再利用型電源と
して交流電源回路を使用した例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example in which an AC power supply circuit is used as a power reuse type power supply of the BDD logic circuit of FIG.

【図3】 図1のBDD論理回路の電力再利用型電源と
して階段状の電圧を発生する電源回路を使用した例を示
す図である。
3 is a diagram showing an example in which a power supply circuit that generates a staircase voltage is used as a power reusable power supply of the BDD logic circuit of FIG.

【図4】 電力再利用型電源としての別の電圧波形等を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another voltage waveform or the like as a power reusable power source.

【図5】 複数個のBDD論理回路の電源回路に個々の
電力再利用型電源を使用した例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which individual power-reuse-type power supplies are used in power supply circuits of a plurality of BDD logic circuits.

【図6】 複数個のBDD論理回路を2つのグループに
分け各々のグルーブに共通の電力再利用型電源を使用し
た例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a plurality of BDD logic circuits are divided into two groups and a common power reuse type power source is used for each groove.

【図7】 第2の実施の形態のBDD論理回路の回路図
である。
FIG. 7 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a second embodiment.

【図8】 図7のBDD論理回路の電力再利用型電源と
して階段状の電圧を発生する電源回路を使用した例を示
す図である。
8 is a diagram showing an example in which a power supply circuit that generates a staircase voltage is used as a power reuse power supply of the BDD logic circuit of FIG.

【図9】 図8の電源回路の動作の波形図である。9 is a waveform diagram of the operation of the power supply circuit of FIG.

【図10】 図8の電源回路の各々のタイミング信号を
発生するための回路図である。
10 is a circuit diagram for generating a timing signal for each of the power supply circuits of FIG.

【図11】 図8の電源回路のシミュレーション結果を
示す波形図である。
11 is a waveform chart showing a simulation result of the power supply circuit of FIG.

【図12】 図8のBDD論理回路のシミュレーション
結果を示す波形図である。
12 is a waveform diagram showing a simulation result of the BDD logic circuit of FIG.

【図13】 第3の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 13 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a third embodiment.

【図14】 第4の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 14 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a fourth embodiment.

【図15】 図14のより具体的な回路図である。FIG. 15 is a more specific circuit diagram of FIG.

【図16】 図15のBDD論理回路のシミュレーショ
ン結果を示す波形図である。
16 is a waveform diagram showing a simulation result of the BDD logic circuit of FIG.

【図17】 第5の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 17 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a fifth embodiment.

【図18】 第5の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 18 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a fifth embodiment.

【図19】 第6の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 19 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a sixth embodiment.

【図20】 図18のBDD論理回路のシミュレーショ
ン結果を示す波形図である。
20 is a waveform diagram showing a simulation result of the BDD logic circuit of FIG.

【図21】 第7の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 21 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a seventh embodiment.

【図22】 第7の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 22 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a seventh embodiment.

【図23】 交流電源の別の波形の説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram of another waveform of the AC power supply.

【図24】 第8の実施の形態のBDD論理回路の回路
図である。
FIG. 24 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to an eighth embodiment.

【図25】 具体的な電力非再利用型電源を接続したB
DD論理回路の回路図である。
FIG. 25: B to which a specific non-reusable power source was connected
It is a circuit diagram of a DD logic circuit.

【図26】 第9の実施の形態のICカードの説明図で
ある。
FIG. 26 is an explanatory diagram of an IC card according to a ninth embodiment.

【図27】 第10の実施の形態のBDD論理回路の一
部の断面図である。
FIG. 27 is a partial cross-sectional view of the BDD logic circuit of the tenth embodiment.

【図28】 第11の実施の形態のBDD論理回路に適
用されるBDDグラフの共有化の例を示す説明図であ
る。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing an example of sharing a BDD graph applied to the BDD logic circuit of the eleventh embodiment.

【図29】 第11の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 29 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to the eleventh embodiment.

【図30】 第12の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 30 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to a twelfth embodiment.

【図31】 図30のBDD論理回路を2ビット加算器
の和の演算用に適用した例のBDDグラフとBDD論理
回路を示す図である。
31 is a diagram showing a BDD graph and a BDD logic circuit of an example in which the BDD logic circuit of FIG. 30 is applied to a sum operation of a 2-bit adder.

【図32】 図30のBDD論理回路を2ピット加算器
のキャリーの演算用に適用した例のBDDグラフとBD
D論理回路を示す図である。
32 is a BDD graph and BD of an example in which the BDD logic circuit of FIG. 30 is applied to carry operation of a 2-pit adder.
It is a figure which shows a D logic circuit.

【図33】 図30のBDD論理回路の電力再利用型電
源としてインダクタを用いた電源回路を使用した例を示
す図である。
33 is a diagram showing an example in which a power supply circuit using an inductor is used as a power reuse type power supply of the BDD logic circuit of FIG. 30.

【図34】 図30のBDD論理回路の電力再利用型電
源として階段状の電圧を発生する電源回路を使用した例
を示す図である。
34 is a diagram showing an example in which a power supply circuit for generating a staircase voltage is used as a power reuse type power supply of the BDD logic circuit of FIG. 30.

【図35】 複数個のBDD論理回路の電源回路に個々
の電力再利用型電源を使用した例を示す図である。
FIG. 35 is a diagram showing an example in which individual power-reuse-type power supplies are used in the power supply circuits of a plurality of BDD logic circuits.

【図36】 複数個のBDD論理回路を2つのグループ
に分け各々のグループに共通の電力再利用型電源を使用
した例を示す図である。
FIG. 36 is a diagram showing an example in which a plurality of BDD logic circuits are divided into two groups and a common power reusable power source is used for each group.

【図37】 第13の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 37 is a circuit diagram of a BDD logic circuit of the thirteenth embodiment.

【図38】 第14の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 38 is a circuit diagram of a BDD logic circuit of the fourteenth embodiment.

【図39】 第15の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 39 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to the fifteenth embodiment.

【図40】 図39の回路を具体化した回路を示す図で
ある。
FIG. 40 is a diagram showing a circuit embodying the circuit of FIG. 39.

【図41】 第16の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 41 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to the 16th embodiment.

【図42】 第16の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 42 is a circuit diagram of a BDD logic circuit according to the 16th embodiment.

【図43】 第17の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 43 is a circuit diagram of a BDD logic circuit of the seventeenth embodiment.

【図44】 第18の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 44 is a circuit diagram of a BDD logic circuit of the eighteenth embodiment.

【図45】 第18の実施の形態のBDD論理回路の回
路図である。
FIG. 45 is a circuit diagram of a BDD logic circuit of the eighteenth embodiment.

【図46】 第19の実施の形態のBDD論理回路の説
明図である。
FIG. 46 is an explanatory diagram of a BDD logic circuit according to the nineteenth embodiment.

【図47】 図46のBDD論理回路の電力非再利用型
電源回路を示す図である。
47 is a diagram showing a power non-reusable power supply circuit of the BDD logic circuit of FIG. 46. FIG.

【図48】 第20の実施の形態のDラッチ論理回路と
電源電圧波形の説明図である。
FIG. 48 is an explanatory diagram of a D latch logic circuit and a power supply voltage waveform according to the twentieth embodiment.

【図49】 クロック部分と記憶回路部分の充放電エネ
ルギーの比較説明図である。
FIG. 49 is a comparative explanatory diagram of charge and discharge energies of a clock portion and a memory circuit portion.

【図50】 第21の実施の形態のDラッチ論理回路の
回路図である。
FIG. 50 is a circuit diagram of a D-latch logic circuit according to a twenty-first embodiment.

【図51】 図50の回路における信号A,B,Cを生
成するための回路図である。
51 is a circuit diagram for generating signals A, B, and C in the circuit of FIG. 50.

【図52】 図50の回路の電圧波形図である。52 is a voltage waveform diagram of the circuit of FIG. 50. FIG.

【図53】 第22の実施の形態のDラッチ論理回路と
電源電圧波形の説明図である。
FIG. 53 is an explanatory diagram of a D latch logic circuit and a power supply voltage waveform according to the 22nd embodiment.

【図54】 第23の実施の形態のDラッチ論理回路の
回路図である。
FIG. 54 is a circuit diagram of a D-latch logic circuit according to a 23rd embodiment.

【図55】 図54の回路の電圧波形図である。FIG. 55 is a voltage waveform diagram of the circuit of FIG. 54.

【図56】 第24の実施の形態のDラッチ論理回路の
回路図である。
FIG. 56 is a circuit diagram of a D-latch logic circuit according to a 24th embodiment.

【図57】 第25の実施の形態のPMOSラッチ論理
回路の回路図である。
FIG. 57 is a circuit diagram of a PMOS latch logic circuit according to a 25th embodiment.

【図58】 第26の実施の形態のPMOSラッチ論理
回路の回路図である。
FIG. 58 is a circuit diagram of a PMOS latch logic circuit according to the 26th embodiment.

【図59】 第27の実施の形態を示す論理回路のブロ
ック図である。
FIG. 59 is a block diagram of a logic circuit showing a twenty-seventh embodiment.

【図60】 第27の実施の形態を示す論理回路の回路
図である。
FIG. 60 is a circuit diagram of a logic circuit showing a twenty-seventh embodiment.

【図61】 第28、第29の実施の形態のNMOSラ
ッチ論理回路の回路図である。
FIG. 61 is a circuit diagram of an NMOS latch logic circuit according to the 28th and 29th embodiments.

【図62】 第30、第31の実施の形態のPMOSラ
ッチ論理回路の回路図である。
FIG. 62 is a circuit diagram of a PMOS latch logic circuit according to the 30th and 31st embodiments.

【図63】 第32の実施の形態の回路図である。FIG. 63 is a circuit diagram of a thirty-second embodiment.

【図64】 第33の実施の形態の説明図である。FIG. 64 is an explanatory diagram of the 33rd embodiment.

【図65】 第35の実施の形態の説明図である。FIG. 65 is an explanatory diagram of the thirty-fifth embodiment.

【図66】 BDD論理回路及びDラッチ論理回路に対
する電源供給制御の状況を示すブロック図である。
FIG. 66 is a block diagram showing a state of power supply control for a BDD logic circuit and a D latch logic circuit.

【図67】 従来のリトラクタイル論理回路と動作波形
の説明図である。
FIG. 67 is an explanatory diagram of a conventional retractile logic circuit and operation waveforms.

【図68】 リトラクタイル論理回路を具体化するとき
の説明図である。
FIG. 68 is an explanatory diagram when embodying a retractable logic circuit.

【図69】 従来のBDD論理回路の回路図である。FIG. 69 is a circuit diagram of a conventional BDD logic circuit.

【図70】 従来のDラッチ論理回路の回路図である。FIG. 70 is a circuit diagram of a conventional D latch logic circuit.

【図71】 従来のCMOS論理回路の配線断面積の状
況を示す図である。
FIG. 71 is a diagram showing a state of a wiring cross-sectional area of a conventional CMOS logic circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…始点、3,4…終点、5…節点、6,7…ブラ
ンチ、8,28…nチャネル型MOSFET,9…配
線、10,10A,10B,101〜10n…電力再利
用型電源、10’…電力非再利用型電源、11,62…
インダクタ、12〜15,37,66…コンデンサ、1
6〜23…nチャネル型MOSFET、24…pチャネ
ル型MOSFET、,25〜27,35,55〜57,
95,96,104,105,131〜133…インバ
ータ、30A,30B,63,110,120,301
〜30n,140B,140B’140D,140D’
…BDD論理回路、36…抵抗、41〜43…Tフリッ
プフロップ回路、44〜54…NAND回路、60…I
Cカード、61…リーダライタ、64…電源整流回路、
65…CMOS論理回路、71…サブストレート、72
…絶縁膜、73…メタル又はポリシリコン(配線又はゲ
ート)、74…ゲート絶縁膜、75…n型領域(ソース
又はドレイン)、76…p領域(チャネル)、77…p
型領域(ソース又はドレイン)、78…n型領域(チャ
ネル)、79…グローバルスルホール、81,82…ト
ランスミッションゲート、90,90A,90B…Dラ
ッチ論理回路、91〜94…トランスミッションゲー
ト、130…インバータ回路、140…2ビット加算
器、140A,140C…PMOSラッチ論理回路、1
40A’,140C’…NMOSラッチ論理回路、40
0,410…CMOS論理回路配線、450…タイミン
グ制御部。
1, 2 ... Start point, 3, 4 ... End point, 5 ... Node, 6, 7 ... Branch, 8, 28 ... N-channel type MOSFET, 9 ... Wiring, 10, 10A, 10B, 101-10n ... Power reuse type power source 10 '... Power non-reusable power source, 11, 62 ...
Inductors, 12 to 15, 37, 66 ... Capacitors, 1
6 to 23 ... n-channel MOSFET, 24 ... p-channel MOSFET, 25-27, 35, 55-57,
95, 96, 104, 105, 131-133 ... Inverter, 30A, 30B, 63, 110, 120, 301
~ 30n, 140B, 140B '140D, 140D'
... BDD logic circuit, 36 ... Resistor, 41-43 ... T flip-flop circuit, 44-54 ... NAND circuit, 60 ... I
C card, 61 ... Reader / writer, 64 ... Power rectification circuit,
65 ... CMOS logic circuit, 71 ... Substrate, 72
... Insulating film, 73 ... Metal or polysilicon (wiring or gate), 74 ... Gate insulating film, 75 ... N-type region (source or drain), 76 ... P region (channel), 77 ... P
Type region (source or drain), 78 ... N type region (channel), 79 ... Global through hole, 81, 82 ... Transmission gate, 90, 90A, 90B ... D latch logic circuit, 91-94 ... Transmission gate, 130 ... Inverter Circuit, 140 ... 2-bit adder, 140A, 140C ... PMOS latch logic circuit, 1
40A ', 140C' ... NMOS latch logic circuit, 40
0,410 ... CMOS logic circuit wiring, 450 ... Timing control section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−89582 (32)優先日 平成10年3月19日(1998.3.19) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−96944 (32)優先日 平成10年3月26日(1998.3.26) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−169459 (32)優先日 平成10年6月17日(1998.6.17) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 武谷 健 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−15319(JP,A) 特開 平8−335873(JP,A) 特開 平7−221631(JP,A) 特開 平5−268000(JP,A) 特開 平11−88150(JP,A) 特開 平10−308662(JP,A) 特開 平7−168874(JP,A) 特開 昭61−221685(JP,A) 米国特許5493240(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/00 G06F 7/50 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-89582 (32) Priority date March 19, 1998 (March 19, 1998) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-96944 (32) Priority date March 26, 1998 (Mar. 26, 1998) (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-169459 (32) Priority Date June 17, 1998 (June 17, 1998) (33) Priority claiming country Japan (JP) (72) Inventor Ken Takeya Sanjuku Nishi Shinjuku-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-7-15319 (JP, A) JP-A-8-335873 (JP, A) JP-A-7-221631 (JP, A) JP-A-5-268000 (JP, A) JP-A-11-88150 (JP, A) JP-A-10-308662 (JP, A) JP-A-7-168874 (JP A) Patent Akira 61-221685 (JP, A) United States Patent 5493240 (US, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H03K 19/00 G06F 7/50

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の論理素子からなる論理回路と、 各論理素子のゲートに入力信号が与えられた後に前記論
理回路に電源を供給して論理処理を行わせるとともに、
前記論理処理が終了し前記論理素子のゲートに新たな入
力信号が与えられる前に前記電源の供給を停止する電源
部とを備え 前記論理回路は、1つの始点と,終点と,該始点と該終
点間に配置された節点と,節点に配置され節点間を結ぶ
ブランチとを有する2分決定グラフに基づき構成され、
前記複数の論理素子は前記2分決定グラフの各ブランチ
に対応して設けられるとともに前記2分決定グラフの前
記始点に相当する部分が接地されたBDD論理回路と、
出力とゲートとが互いに接続されるとともにゲートが前
記BDD論理回路の出力に接続され、かつ電源が前記電
源部に接続されたフリップフロップ回路またはPMOS
ラッチ論理回路の何れか一方とからなる ことを特徴とす
る断熱充電論理回路。
1. A logic circuit comprising a plurality of logic elements, and after supplying an input signal to the gate of each logic element, power is supplied to the logic circuit to perform logic processing,
The logic processing and a power supply unit for stopping the supply of the power before a new input signal is supplied to the gate of the finished said logic elements, said logic circuit, one of the starting point, and end point, and above start point The end
Connect the nodes placed between the points and the nodes placed at the nodes
Based on a binary decision graph with branches and
The plurality of logic elements are each branch of the binary decision graph.
It is provided corresponding to and in front of the binary decision graph
A BDD logic circuit in which a portion corresponding to the starting point is grounded,
The output and gate are connected together and the gate is in front
Note: Connected to the output of the BDD logic circuit, and the power source is
Flip-flop circuit or PMOS connected to the source
An adiabatic charging logic circuit characterized by comprising either one of a latch logic circuit.
【請求項2】 複数の論理素子からなる論理回路と、 各論理素子のゲートに入力信号が与えられた後に前記論
理回路に電源を供給して論理処理を行わせるとともに、
前記論理処理が終了し前記論理素子のゲートに新たな入
力信号が与えられる前に前記電源の供給を停止する電源
部とを備え、 前記論理回路は、1つの始点と,終点と,始点と
点間に配置された節点と,節点に配置され節点間を結ぶ
ブランチとを有する2分決定グラフに基づき構成され、
前記複数の論理素子は前記2分決定グラフの各ブランチ
に対応して設けられるとともに前記2分決定グラフの
始点相当する部分前記電源部接続されBDD
論理回路と、出力とゲートとが互いに接続されるととも
にゲートが前記BDD論理回路の出力に接続され、かつ
ソースが接地されたNMOSラッチ回路とからなること
を特徴とする断熱充電論理回路。
2. A logic circuit comprising a plurality of logic elements and the above-mentioned theory after an input signal is applied to the gate of each logic element.
While supplying power to the logic circuit to perform logical processing,
After the logic processing is completed, a new input is made to the gate of the logic element.
Power supply to stop the supply of the power supply before the power signal is given
And a section, the logic circuit is a 2-minute with a one start point and end point, and the start point and the positioned between end <br/> point node, the branch connecting the nodes are arranged in the node Configured based on a decision graph,
The plurality of logic elements are provided corresponding to each branch of the binary decision graph, and are provided in front of the binary decision graph.
BDD that portion corresponding to the serial start is connected to the power supply unit
When the logic circuit and the output and gate are connected to each other
Has a gate connected to the output of the BDD logic circuit, and
An adiabatic charging logic circuit comprising an NMOS latch circuit whose source is grounded .
【請求項3】 複数の論理素子からなる論理回路と、 各論理素子のゲートに入力信号が与えられた後に前記論
理回路に電源を供給して論理処理を行わせるとともに、
前記論理処理が終了し前記論理素子のゲートに新たな入
力信号が与えられる前に前記電源の供給を停止する電源
部とを備え、記論理回路は、1つの始点と,終点と,該始点と該終
点間に配置された節点 と,節点に配置され節点間を結ぶ
ブランチとを有する2分決定グラフに基づき構成され、
前記複数の論理素子は前記2分決定グラフの各ブランチ
に対応して設けられるとともに前記2分決定グラフの前
記始点に相当する部分前記電源部接続されBDD
論理回路と、出力とゲートとが互いに接続されるととも
にゲートが前記BDD論理回路の出力に接続され、かつ
電源が前記電源部に接続されたPMOSラッチ回路とか
らなることを特徴とする断熱充電論理回路。
3. A logic circuit comprising a plurality of logic elements, and the above-mentioned theory after an input signal is applied to the gate of each logic element.
While supplying power to the logic circuit to perform logical processing,
After the logic processing is completed, a new input is made to the gate of the logic element.
Power supply to stop the supply of the power supply before the power signal is given
And a section, before Symbol logical circuit has one starting point, and end point, above start point and said end
Connect the nodes placed between the points and the nodes placed at the nodes
Based on a binary decision graph with branches and
The plurality of logic elements are each branch of the binary decision graph.
It is provided corresponding to and in front of the binary decision graph
BDD that portion corresponding to the serial start is connected to the power supply unit
When the logic circuit and the output and gate are connected to each other
Has a gate connected to the output of the BDD logic circuit, and
A PMOS latch circuit whose power source is connected to the power source
Adiabatic charging logic circuit, characterized in that Ranaru.
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