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JP3516296B2 - Semiconductor integrated circuit and semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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JP3516296B2 - Semiconductor integrated circuit and semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit and semiconductor integrated circuit device

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JP3516296B2
JP3516296B2 JP16607299A JP16607299A JP3516296B2 JP 3516296 B2 JP3516296 B2 JP 3516296B2 JP 16607299 A JP16607299 A JP 16607299A JP 16607299 A JP16607299 A JP 16607299A JP 3516296 B2 JP3516296 B2 JP 3516296B2
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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】本発明は半導体集積回路の構
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a semiconductor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、低消費電力化、高速化、小チップ
面積化を可能とする技術としてパストランジスタ論理に
よる回路構成法が提案されている(『低電力LSIの技
術白書』日経BP杜;p98〜104)。
2. Description of the Related Art In recent years, a circuit configuration method using pass transistor logic has been proposed as a technology that enables low power consumption, high speed, and small chip area ("Technical White Paper on Low-Power LSI", Nikkei BP Mori; p98-104).

【0003】日立のCPL(Complementar
y Pass−Transistor Logic)で
は、出力にCMOSインバータをつけて、鈍ったハイレ
ベルの論理レベルを元に戻すとともに後段負荷の駆動力
を増強している。この際PMOS交差ラッチをつけてイ
ンバータのスタティック電流を抑えるといった回路構成
法を採っている(K.Yano,T.Yamanak
a,T.Nishida,M.Saito,K.Shi
mohigashi,andA.Shimizu,”A
3.8nsCMOS16x16−bMultiplie
r UsingComplementary Pass
−Transistor Logic,”IEEE
J.Solid−State Circuits.,V
ol.25,No.2,pp.388−395,(19
90).)。
Hitachi's CPL (Complementar)
In y Pass-Transistor Logic, a CMOS inverter is attached to the output to restore the dulled high-level logic level to the original level and enhance the driving force of the latter-stage load. At this time, a circuit configuration method is adopted in which a PMOS cross latch is attached to suppress the static current of the inverter (K. Yano, T. Yamanak).
a. Nishida, M .; Saito, K .; Shi
mohashi, and A. Shimizu, "A
3.8ns CMOS 16x16-b Multiply
r Using Complementary Pass
-Transistor Logic, "IEEE
J. Solid-State Circuits. , V
ol. 25, No. 2, pp. 388-395, (19
90). ).

【0004】東芝のSRPL(Swing Resto
red Pass−Transistor Logi
c)では、出力の保証にCMOSラッチを用いる回路構
成法を提案している(A.Parameswar,H.
Hara,andT.Sakurai,”A High
Speed,Low Power,Swing Re
stored Pass−Transistor Lo
gic Based Multiply and Ac
−cumulate Circuit forMilt
imedia Applications,”Pro
c.IEEE 1994 CICC,pp.278−2
81,May 1994.)。
Toshiba's SRPL (Swing Resto)
red Pass-Transistor Logi
In c), a circuit configuration method using a CMOS latch to guarantee the output is proposed (A. Parameswar, H. et al.
Hara and T. Sakurai, "A High
Speed, Low Power, Swing Re
Stored Pass-Transistor Lo
gic Based Multiply and Ac
-Cumulate Circuit for Milt
immedia Applications, "Pro
c. IEEE 1994 CICC, pp. 278-2
81, May 1994. ).

【0005】更にこれらのパストランジスタ論理回路に
於いては、一定段数毎のトランジスタ継続接続に対して
CMOSバッファを挿入して信号遅延を回復するといっ
た回路構成を採用している。
Further, in these pass transistor logic circuits, a circuit structure is adopted in which a CMOS buffer is inserted into a continuous transistor connection for every fixed number of stages to recover a signal delay.

【0006】以上の様な回路構成を採用することで、信
号の立ち上げ/立ち下げを急峻にすることで波形なまり
に起因する貫通電流の増大や遅延時間の増大をなくし、
低消費電力化、高速化といった観点からCMOSとの差
別化を実現しているのである。
By adopting the circuit configuration as described above, the rise / fall of the signal is made steep, and the increase of the through current and the increase of the delay time due to the waveform rounding are eliminated,
Differentiating from CMOS is realized from the viewpoint of low power consumption and high speed.

【0007】また、回路の高速化を計る別の手法の一つ
としてパストランジスタ論理回路に関わらず、CMOS
回路に低閾値のトランジスタを用いて回路のスピードを
改善する方法が提案されている。
As another method for increasing the circuit speed, CMOS is used regardless of the pass transistor logic circuit.
Methods have been proposed to improve circuit speed by using low threshold transistors in the circuit.

【0008】ただし、低閾値のトランジスタは高速化を
図れる一方、一般にオフ時のリーク電流が大きいことか
らこのリーク電流削減の手法と併せた回路構成が提案さ
れることになる。
However, while a low-threshold transistor can achieve higher speed, it generally has a large leak current when it is off, so a circuit configuration combined with this leak current reduction method is proposed.

【0009】MTCMOS(S.Mutoh,et a
l.1V high−speeddigital ci
rcuit technology with 0.5
μm multi−threshold.CMOS.I
n Proceedings of the IEEE
ASIC Conference,pp.186−1
89.1993。)では論理ゲートを低閾値のトランジ
スタで構成し、それを疑似電源線に接続するという構成
を採る。疑似電源線はスリープ制御用の高閾値のトラン
ジスタで直に電源線に接続される。動作時は疑似電源線
が電源線として動作するため、低閾値のトランジスタで
低電圧高速動作を可能とする。待機時は高閾値のトラン
ジスタで疑似電源線と電源線を遮断状態にしてリーク電
流を削減する。
MTCMOS (S. Mutoh, et al.
l. 1V high-speed digital ci
rcuit technology with 0.5
μm multi-threshold. CMOS. I
n Proceedings of the IEEE
ASIC Conference, pp. 186-1
89.1993. ) Adopts a configuration in which a logic gate is composed of a low-threshold transistor and is connected to a pseudo power supply line. The pseudo power supply line is a high threshold transistor for sleep control and is directly connected to the power supply line. Since the pseudo power supply line operates as a power supply line during operation, low-voltage high-speed operation is possible with a low-threshold transistor. During standby, a high threshold transistor cuts off the pseudo power supply line and the power supply line to reduce the leakage current.

【0010】VT−CMOS(黒田忠広、松尾研二、桜
井貴康.閾電圧を可変にして消費電流を最大で1桁カッ
トする−最適設計のガイドラインを提示−.日経マイク
ロデバイス、pp.57−66,8月1996.)では
従来電源に固定であった基板電圧を制御して、動作時は
トランジスタの閾値を低くし低電圧高速動作を行い、待
機時は閾値を高くしてリーク電流を削減している。
VT-CMOS (Tadahiro Kuroda, Kenji Matsuo, Takayasu Sakurai. Cut the current consumption by one digit at maximum by changing the threshold voltage.-Providing guidelines for optimum design.-Nikkei Microdevice, pp.57-66, In August 1996.), by controlling the substrate voltage that was conventionally fixed to the power supply, the threshold of the transistor was lowered during operation to perform low-voltage high-speed operation, and the threshold was increased during standby to reduce leakage current. There is.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】回路の高速化を図るた
めに低閾値のトランジスタの適用を考える場合、潜在的
にトランジスタのオフリーク電流の問題が存在してい
る。
When considering application of a low-threshold transistor in order to speed up the circuit, there is a potential problem of off-leakage current of the transistor.

【0012】閾値を0.1V下げる毎にオフしているト
ランジスタのリーク電流は、おおよそ1桁づつ増大す
る。このため携帯機器用回路の場合、待機時の消費電流
が増大して、携帯機器の電池の消耗を速める結果とな
る。
Each time the threshold value is lowered by 0.1 V, the leak current of the transistor which is turned off increases by about one digit. Therefore, in the case of a circuit for a mobile device, the current consumption during standby increases, resulting in faster consumption of the battery of the mobile device.

【0013】よって従来は回路スピードとリーク電流の
兼ね合いから閾値を決定し、そのトレードオフが大きな
問題となっていた。
Therefore, conventionally, the threshold value is determined from the trade-off between circuit speed and leakage current, and the trade-off has been a big problem.

【0014】低閾値トランジスタを用いることによる高
速動作を損なうことなく、オフ時の消費電流も抑制でき
るような回路構成が望まれている。本発明は、さらに別
の解決手段による半導体集積回路を提案するものであ
る。
There is a demand for a circuit configuration which can suppress the current consumption at the time of turning off without impairing the high speed operation by using the low threshold transistor. The present invention proposes a semiconductor integrated circuit according to still another solution.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体集積
回路は、MOSFETを含む半導体集積回路を構成する
第1の閾値を有する第1のトランジスタから成る半導体
集積回路において、電源とグランドとの間、あるいは、
電源若しくはグランドと該半導体集積回路への出力回路
との間、あるいは、該該半導体集積回路の出力回路同士
の間に存在し電流パスを形成する該第1のトランジスタ
の少なくとも1つを、該第1の閾値よりも高い第2の閾
値を有する第2のトランジスタを含むトランジスタ部で
置き換えたことを特徴とし、そのことにより上記目的が
達成される。
A semiconductor integrated circuit according to the present invention is a semiconductor integrated circuit including a first transistor having a first threshold value, which constitutes a semiconductor integrated circuit including a MOSFET. , Or
At least one of the first transistors existing between the power supply or ground and the output circuit to the semiconductor integrated circuit or between the output circuits of the semiconductor integrated circuit to form a current path is connected to the first transistor. It is characterized in that it is replaced with a transistor portion including a second transistor having a second threshold value higher than the threshold value of 1, whereby the above object is achieved.

【0016】該半導体集積回路は、パストランジスタ論
理回路であり、該第1のトランジスタと該第2のトラン
ジスタとは、NMOSトランジスタであってもよい。
The semiconductor integrated circuit may be a pass transistor logic circuit, and the first transistor and the second transistor may be NMOS transistors.

【0017】該第2のトランジスタのソースが該グラン
ドに接続されてもよい。
The source of the second transistor may be connected to the ground.

【0018】該第2のトランジスタのソースは、該電源
に接続されており、該トランジスタ部は、該第2のトラ
ンジスタがオンの時にのみ動作するプルアップPMOS
トランジスタをさらに含んでもよい。
The source of the second transistor is connected to the power supply, and the transistor section has a pull-up PMOS that operates only when the second transistor is on.
A transistor may be further included.

【0019】該第2のトランジスタのソースは、該出力
回路に接続されており、該トランジスタ部は、ハイレベ
ル信号が該第2のトランジスタを通過する時にのみ動作
するプルアップPMOSトランジスタをさらに含んでも
よい。
The source of the second transistor is connected to the output circuit, and the transistor section may further include a pull-up PMOS transistor that operates only when a high-level signal passes through the second transistor. Good.

【0020】MOSFETを含む半導体集積回路を構成
する第1の閾値を有する第1のトランジスタから成る半
導体集積回路において、該半導体集積回路を構成するパ
ストランジスタ論理回路のトランジスタペアを、請求項
3から請求項5に記載のトランジスタ部のいずれか2つ
の組み合わせで置き換えてもよい。
In a semiconductor integrated circuit including a first transistor having a first threshold value, which constitutes a semiconductor integrated circuit including a MOSFET, a transistor pair of a pass transistor logic circuit constituting the semiconductor integrated circuit is claimed in claims 3 to 4. It may be replaced by a combination of any two of the transistor units described in the item 5.

【0021】請求項1から請求項6に記載の半導体集積
回路を複数個備えてもよい。
A plurality of semiconductor integrated circuits according to any one of claims 1 to 6 may be provided.

【0022】該半導体集積回路は、パストランジスタ論
理回路であり、該パストランジスタ論理回路は、NMO
Sトランジスタで構成されており、該半導体集積回路装
置は、CMOS論理回路をさらに備えてもよい。
The semiconductor integrated circuit is a pass transistor logic circuit, and the pass transistor logic circuit is an NMO.
The semiconductor integrated circuit device may include an S transistor, and the semiconductor integrated circuit device may further include a CMOS logic circuit.

【0023】該第1のトランジスタは、NMOSトラン
ジスタであり、該第2のトランジスタは、PMOSトラ
ンジスタであり、該第2のトランジスタは、ソースを有
し、該ソースは、該電源に接続されてもよい。
The first transistor is an NMOS transistor, the second transistor is a PMOS transistor, the second transistor has a source, and the source is connected to the power supply. Good.

【0024】該出力回路は、CMOS論理回路を含み、
該第2のトランジスタは、トランスミッションゲートを
含み、該トランスミッションゲートは、PMOSトラン
ジスタとNMOSトランジスタとを含み、該PMOSト
ランジスタと該NMOSトランジスタとのそれぞれは、
ソースを有し、該ソースは、該CMOS論理回路に接続
されてもよい。
The output circuit includes a CMOS logic circuit,
The second transistor includes a transmission gate, the transmission gate includes a PMOS transistor and an NMOS transistor, and each of the PMOS transistor and the NMOS transistor includes:
A source may be connected to the CMOS logic circuit.

【0025】パストランジスタ論理回路の高速化を図る
ことを目的として低閾値のNMOSトランジスタを適用
する場合に、オフしているトランジスタのリーク電流は
閾値を0.1V下げる毎におおよそ1桁づつ増大するた
め、従来は回路のスピードとリーク電流のトレードオフ
が大きな問題となっていた。
When a low threshold NMOS transistor is used for the purpose of increasing the speed of the pass transistor logic circuit, the leak current of the transistor which is turned off increases by about one digit each time the threshold is lowered by 0.1V. Therefore, conventionally, the trade-off between circuit speed and leakage current has been a big problem.

【0026】そこで本発明では、電源パスに直接継る1
段目のNMOSトランジスタに高閾値のNMOSトラン
ジスタを用いて、それ以降のNMOSトランジスタに低
閾値のNMOSトランジスタを用いる。
Therefore, according to the present invention, 1 directly connecting to the power path
A high threshold NMOS transistor is used as the stage NMOS transistor, and a low threshold NMOS transistor is used as the subsequent NMOS transistors.

【0027】これにより、オフ状態にあるトランジスタ
のリーク電流はトランジスタが直列に結ばれているた
め、パストランジスタ論理回路の1段目に適用されてい
る高閾値のNMOSトランジスタの特性に相応するレベ
ルまで抑えることが可能となる。
As a result, the leakage current of the transistor in the off state is up to a level corresponding to the characteristic of the high threshold NMOS transistor applied to the first stage of the pass transistor logic circuit because the transistors are connected in series. It becomes possible to suppress.

【0028】しかし、パストランジスタ論理回路ではN
MOSトランジスタで論理を構成するためローレベルの
信号の導電性には優れているが、ハイレベルの信号を通
す際、基板効果の影響によって、その出力の電圧レベル
がNMOSトランジスタの閾値分だけ低下するという問
題がある。(ここで信号のレベルはローレベルをローレ
ベルと、又、ハイレベルをHレベルと記述する。以下同
様である。)よって電源パスに直接継る1段目のNMO
Sトランジスタに高閾値のNMOSトランジスタを用い
た場合、1段目で高い閾値分のHレベルの低下が生じて
しまい、その結果1段目以降のパストランジスタネット
ワークの回路スピードがそこで抑えられてしまうという
問題が出てくる。
However, in the pass transistor logic circuit, N
Since the logic is composed of MOS transistors, the conductivity of low-level signals is excellent, but when passing high-level signals, the voltage level of the output is reduced by the threshold value of the NMOS transistors due to the influence of the substrate effect. There is a problem. (Here, the signal level is described as a low level being a low level and a high level being an H level. The same applies hereinafter.) Therefore, the NMO of the first stage directly connected to the power supply path.
When a high threshold NMOS transistor is used as the S transistor, the H level is reduced by a high threshold at the first stage, and as a result, the circuit speed of the pass transistor network at the first stage and thereafter is suppressed. The problem comes out.

【0029】そこで、1段目に高閾値のNMOSトラン
ジスタを適用することで生じる、高い閾値分の信号レベ
ル劣化に起因する回路スピードの低下を回避するため、
1段目のNMOSトランジスタの出力に電源電圧に等し
いレベルまで信号のHレベルを回復するプルアップ用の
PMOSトランジスタを付加する。これにより低閾値の
トランジスタを用いる回路スピードのメリットを享受し
つつ、オフ時のリーク電流の低減も併せて達成可能とな
る。
Therefore, in order to avoid a decrease in the circuit speed due to the deterioration of the signal level corresponding to the high threshold value, which is caused by applying the high threshold NMOS transistor to the first stage,
A PMOS transistor for pull-up that restores the H level of the signal to a level equal to the power supply voltage is added to the output of the first-stage NMOS transistor. As a result, it is possible to achieve the reduction of the leak current at the time of turning off, while enjoying the merit of the circuit speed using the low threshold transistor.

【0030】図13(a)、(b)にパストランジスタ
論理回路に於けるリーク電流の流れを示して、更に説明
する。
The flow of the leak current in the pass transistor logic circuit is shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) for further explanation.

【0031】パストランジスタ論理回路は図13に示さ
れるように2つのNMOSトランジスタを1組として、
そのどちらか一方が選択されることにより論理が構成さ
れる。よって電源パスに直接継るノードを持つNMOS
パストランジスタペアに於いては図13中の矢印で示さ
れるように、オフ時のトランジスタのリーク電流の直流
パスが存在している。(CMOSインバータ出力のハイ
信号がパストランジスタペアのオンのトランジスタを介
して一方のオフのトランジスタのリーク電流となること
によりグランドへの電流の直流パスが形成される。)図
13(a)は、パストランジスタ論理回路を低閾値のN
MOSトランジスタTrL1、TrL2のみで構成した
場合のリークLIA電流を示す。図13(b)は、高閾
値のNMOSトランジスタTrH1、TrH2のみでパ
ストランジスタ論理回路を構成した場合のリーク電流L
IBを示す。閾値を0.1V下げる毎にオフしているト
ランジスタのリーク電流は、おおよそ1桁づつ増大す
る。このため、例えば低閾値のNMOSトランジスタT
rL1、TrL2(図13(a))と高閾値のNMOS
トランジスタTrH1、TrH2(図13(b))との
閾値の差が、例えば0.3Vである場合、オフ時のリー
ク電流の差はおおよそ1000倍もの違いとなる。
As shown in FIG. 13, the pass transistor logic circuit has two NMOS transistors as one set,
The logic is configured by selecting either one of them. Therefore, NMOS with a node that directly connects to the power path
In the pass transistor pair, as shown by the arrow in FIG. 13, there is a DC path for the leak current of the transistor when it is off. (A DC signal path of the current to the ground is formed by the high signal of the CMOS inverter output becoming a leak current of one of the OFF transistors via the ON transistor of the pass transistor pair.) FIG. The pass transistor logic circuit has a low threshold N
The leak LIA current in the case of only MOS transistors TrL1 and TrL2 is shown. FIG. 13B shows a leak current L in the case where a pass transistor logic circuit is composed of only high threshold NMOS transistors TrH1 and TrH2.
IB is shown. Every time the threshold is lowered by 0.1 V, the leak current of the transistor which is turned off increases by about one digit. Therefore, for example, the low threshold NMOS transistor T
rL1 and TrL2 (FIG. 13A) and high threshold NMOS
When the threshold difference between the transistors TrH1 and TrH2 (FIG. 13B) is, for example, 0.3 V, the difference in the leak current at the time of OFF is about 1000 times.

【0032】このため低閾値のNMOSトランジスタを
用いたパストランジスタ論理回路は高速化ははかれる
が、一方、待機時の消費電流が非常に大きな値となり、
例えばパストランジスタ論理回路をその動作のほとんど
を待機時が占める携帯機器に適用することを考えた場
合、パストランジスタ論理回路の低消費電力という特長
を損なう結果となってしまっていた。
For this reason, the pass-transistor logic circuit using the low-threshold NMOS transistor can be sped up, but on the other hand, the standby current consumption becomes very large.
For example, when applying the pass transistor logic circuit to a portable device in which most of the operation is in standby, the low power consumption feature of the pass transistor logic circuit is impaired.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】図1に本発明の基本構成を示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention.

【0034】パストランジスタ論理回路の入力は、前段
のパストランジスタ論理回路PTrの出力をそのまま受
けるもの(図1(a))、グランドGNDが入力となる
もの(図1(b))、電源VDDが入力となるもの(図
1(c))、それ以外のCMOS出力に継るもの(図1
(d))とに大別できる。これらはNMOSパストラン
ジスタペアであり一方のゲートにはEnable−
(i)、もう一方のゲートにはEnable−(i)の
反転信号(i=a、b、c、d)が入力されている。
The input of the pass transistor logic circuit receives the output of the pass transistor logic circuit PTr of the previous stage as it is (FIG. 1A), the ground GND as an input (FIG. 1B), and the power supply VDD. Input (Fig. 1 (c)), other CMOS output (Fig. 1)
(D)). These are a pair of NMOS pass transistors, and one gate has an Enable-
(I), an inverted signal of Enable- (i) (i = a, b, c, d) is input to the other gate.

【0035】図1(a)に示される、前段のパストラン
ジスタ論理回路出力をそのまま受けるものについては、
低閥値のNMOSトランジスタTrLをそのまま用い
る。パストランジスタ論理回路のこの部分には電源に直
接継る直流パスが存在しないため、回路全体のリーク電
流には影響を与えないためである。これによりオフリー
ク電流の増加というデメリットなしに低閾値のNMOS
トランジスタを適用することによる回路スピードの改善
効果を享受できる。
Regarding the one shown in FIG. 1A which receives the output of the pass transistor logic circuit of the preceding stage as it is,
The low threshold NMOS transistor TrL is used as it is. This is because there is no DC path that directly connects to the power supply in this portion of the pass transistor logic circuit, so that the leak current of the entire circuit is not affected. This allows low threshold NMOS without the disadvantage of increased off-leakage current.
The effect of improving the circuit speed by applying the transistor can be enjoyed.

【0036】図1(b)を参照して、高閾値のNMOS
トランジスタTrHは、グランドGNDと前段のパスト
ランジスタ論理回路PTrとの間に存在している。図1
(b)に示されるグランドGNDに直接継るNMOSト
ランジスタのノードについては、高閾値のNMOSトラ
ンジスタTrHをそのまま用いる。このノードについて
は理想的にローレベルの信号しか通さないため、高閾値
のNMOSトランジスタTrHを用いることによって生
じる高い閾値分のハイレベルの信号劣化による回路のス
ピードダウンを考える必要がないからである。
Referring to FIG. 1B, a high threshold NMOS
The transistor TrH exists between the ground GND and the preceding pass transistor logic circuit PTr. Figure 1
For the node of the NMOS transistor directly connected to the ground GND shown in (b), the high threshold NMOS transistor TrH is used as it is. This is because only a low-level signal ideally passes through this node, so it is not necessary to consider the speed-down of the circuit due to the high-level signal deterioration corresponding to the high threshold generated by using the high-threshold NMOS transistor TrH.

【0037】図1(c)を参照して、高閾値のNMOS
トランジスタTrHは、電源VDDと前段のパストラン
ジスタ論理回路PTrとの間に存在している。図1
(c)に示される電源VDDに直接継るNMOSトラン
ジスタのノードについても高閾値のNMOSトランジス
タTrHを用いる。しかしこのノードはハイレベルの信
号しか通さないため、高閾値のNMOSトランジスタT
rHを用いた場合には高い閾値分のハイレベルの信号劣
化が生じ、回路スピードを減じてしまう。そこで電源V
DDに継るNMOSノードが選択された場合(つまりE
nable−(c)がハイレベル、Enable−
(c)の反転信号がローレベルの場合である)にのみ動
作するプルアップPMOSトランジスタTrPを付加す
る。これにより高閾値のNMOSトランジスタTrHを
介して劣化したハイレベル信号の劣化をPMOSトラン
ジスタTrPをオンすることにより電源電圧に等しいレ
ベルまで回復でき、高閾値のNMOSトランジスタTr
Hを用いる回路スピードに於いてのデメリットを回避し
ている。
Referring to FIG. 1C, a high threshold NMOS
The transistor TrH exists between the power supply VDD and the pass transistor logic circuit PTr at the previous stage. Figure 1
The high threshold NMOS transistor TrH is also used for the node of the NMOS transistor directly connected to the power supply VDD shown in (c). However, since this node passes only a high level signal, the high threshold NMOS transistor T
When rH is used, high level signal deterioration corresponding to a high threshold value occurs, and the circuit speed is reduced. Then power supply V
When an NMOS node succeeding DD is selected (that is, E
enable- (c) is high level, Enable-
A pull-up PMOS transistor TrP that operates only when the inverted signal of (c) is at a low level is added. As a result, the deterioration of the high level signal that has deteriorated through the high threshold NMOS transistor TrH can be restored to a level equal to the power supply voltage by turning on the PMOS transistor TrP.
It avoids the demerit in the circuit speed using H.

【0038】図1(d)を参照して、高閾値のNMOS
トランジスタTrHは、前段のCMOS出力CMと前段
のパストランジスタ論理回路PTrとの間に存在してい
る。図1(d)に示されるCMOS出力CMに継るNM
OSトランジスタノードについても高閥値のNMOSト
ランジスタTrHを用いる。このノードについてはハイ
レベルの信号、ローレベルの信号ともに通じる可能性が
ある。そこで該ノードにハイレベルの信号が通じた時の
み動作するプルアップ用のPMOSトランジスタTrP
を付加し、ハイレベル時にPMOSトランジスタTrP
がオンすることにより信号レベルを電源電圧に等しいレ
ベルまで回復させる。信号がローレベルのときはプルア
ップPMOSTrPはオフになるため、回路動作に影響
を与えない。
Referring to FIG. 1D, a high threshold NMOS
The transistor TrH exists between the CMOS output CM of the preceding stage and the pass transistor logic circuit PTr of the preceding stage. NM succeeding CMOS output CM shown in FIG.
Also for the OS transistor node, a high threshold NMOS transistor TrH is used. Both a high level signal and a low level signal may be transmitted to this node. Therefore, a pull-up PMOS transistor TrP that operates only when a high-level signal is passed to the node
Is added, and at the time of high level, the PMOS transistor TrP
Is turned on to restore the signal level to a level equal to the power supply voltage. When the signal is at the low level, the pull-up PMOSTrP is turned off, which does not affect the circuit operation.

【0039】図2を参照して、実施の形態に係るパスト
ランジスタ論理回路の他の基本構成を説明する。
Another basic structure of the pass transistor logic circuit according to the embodiment will be described with reference to FIG.

【0040】図2(a)に示される電源VDDに直接接
続されるNMOSトランジスタのノードについては、高
閾値のPMOSトランジスタTrPHを用いる。PMO
SトランジスタTrPHを用いると、ゲートの制御信号
にNMOSトランジスタTrLのゲートの制御信号と同
じEnable−(e)の反転信号を使用することがで
きる。上記のTrPHを用いることにより、NMOSト
ランジスタで構成されるパストランジスタ論理回路で問
題となっていた閾値分のH(high)レベル信号の信
号レベルの低下に起因する回路スピードの低下を防ぐこ
とができる。高閾値のPMOSトランジスタTrPHは
電源VDDに直接接続されるため、H(high)レベ
ルとなるノードであるプルアップ用PMOS不要となる
ので、パストランジスタ論理回路の簡略化が可能とな
る。
For the node of the NMOS transistor directly connected to the power supply VDD shown in FIG. 2A, a high threshold PMOS transistor TrPH is used. PMO
When the S-transistor TrPH is used, the same inversion signal of Enable- (e) as the control signal of the gate of the NMOS transistor TrL can be used as the control signal of the gate. By using the TrPH, it is possible to prevent a decrease in circuit speed due to a decrease in the signal level of the H (high) level signal corresponding to the threshold value, which has been a problem in the pass transistor logic circuit including the NMOS transistor. . Since the high-threshold PMOS transistor TrPH is directly connected to the power supply VDD, the pull-up PMOS, which is a node at the H (high) level, is not required, and the pass transistor logic circuit can be simplified.

【0041】図2(b)に示されるCMOS出力CMに
接続されるNMOSトランジスタのノードについては、
トランスミッションゲートTMGを用いる。トランスミ
ッションゲートTMGは、NMOSトランジスタTrH
とPMOSトランジスタTrPHとを含む。CMOS出
力CMに接続されるNMOSトランジスタのノードに関
しては、H(high)レベル信号とL(low)レベ
ル信号との双方とも通じる可能性がある。トランスミッ
ションゲートTMGを用いると、信号が劣化することな
く信号を次の段へ伝えることができる。トランスミッシ
ョンゲートTMGは、電源VDDレベルとGNDレベル
との間でオン抵抗が低いからである。PMOSトランジ
スタTrPHのゲートの制御信号としては、NMOSト
ランジスタTrHのゲートの制御信号に対して逆相の制
御信号が必要となる。
Regarding the node of the NMOS transistor connected to the CMOS output CM shown in FIG. 2B,
The transmission gate TMG is used. The transmission gate TMG is an NMOS transistor TrH.
And a PMOS transistor TrPH. Regarding the node of the NMOS transistor connected to the CMOS output CM, both the H (high) level signal and the L (low) level signal may be communicated. By using the transmission gate TMG, the signal can be transmitted to the next stage without deterioration of the signal. This is because the transmission gate TMG has a low on-resistance between the power supply VDD level and the GND level. As a control signal for the gate of the PMOS transistor TrPH, a control signal having an opposite phase to the control signal for the gate of the NMOS transistor TrH is required.

【0042】図2(b)に示すパストランジスタ論理回
路では、図1(d)に示すプルアップ用のPMOSトラ
ンジスタTrPがないので、図1(d)に示すパストラ
ンジスタ論理回路よりも回路が簡略化する。
Since the pass transistor logic circuit shown in FIG. 2B does not have the pull-up PMOS transistor TrP shown in FIG. 1D, the circuit is simpler than the pass transistor logic circuit shown in FIG. 1D. Turn into.

【0043】図3を参照して、パストランジスタ論理回
路の他の基本構成を説明する。図3(a)は、高閾値の
NMOSトランジスタTrHが、電源VDDとグランド
GNDとの間に存在している例を示している。この例で
は、パストランジスタ論理回路の双方のNMOSトラン
ジスタに高閾値のNMOSトランジスタTrHを用いる
必要がある。
Another basic configuration of the pass transistor logic circuit will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an example in which the high threshold NMOS transistor TrH exists between the power supply VDD and the ground GND. In this example, it is necessary to use a high threshold NMOS transistor TrH for both NMOS transistors of the pass transistor logic circuit.

【0044】図3(b)は、高閾値のNMOSトランジ
スタTrHが、CMOS出力CMとグランドGNDとの
間に存在している例を示している。この例でも、図3
(a)と同様にパストランジスタ論理回路の双方のNM
OSトランジスタに高閾値のNMOSトランジスタTr
Hを用いる必要がある。
FIG. 3B shows an example in which the high threshold NMOS transistor TrH is present between the CMOS output CM and the ground GND. Also in this example, FIG.
Both NMs of the pass transistor logic circuit are the same as in (a).
High threshold NMOS transistor Tr for OS transistor
It is necessary to use H.

【0045】図3(c)は、高閾値のNMOSトランジ
スタTrHが、CMOS出力CMと電源VDDとの間に
存在している例を示している。この例でも、図3
(a)、図3(b)と同様にパストランジスタ論理回路
の双方のNMOSトランジスタに高閾値のNMOSトラ
ンジスタTrHを用いる必要がある。
FIG. 3C shows an example in which the high threshold NMOS transistor TrH exists between the CMOS output CM and the power supply VDD. Also in this example, FIG.
As in (a) and FIG. 3 (b), it is necessary to use a high threshold NMOS transistor TrH for both NMOS transistors of the pass transistor logic circuit.

【0046】次に図4にパストランジスタ論理回路に用
いるパストランジスタ論理セルを示す。実際の回路は図
4に示されるセルの組合せによって構成される。このセ
ルを設計し、ライブラリー化しておくことにより以後の
CADによる設計が容易になるものである。
Next, FIG. 4 shows a pass transistor logic cell used in the pass transistor logic circuit. The actual circuit is composed of the combination of cells shown in FIG. By designing this cell and making it into a library, the subsequent design by CAD becomes easy.

【0047】図4(a)は前段のパストランジスタ論理
回路出力をそのまま受ける箇所に適用する。電源に直接
継るNMOSトランジスタノードが存在しないため低閥
値のNMOSトランジスタTrLをそのまま用いて回路
の高速化を図っている。
FIG. 4 (a) is applied to a portion directly receiving the output of the pass transistor logic circuit of the preceding stage. Since there is no NMOS transistor node directly connected to the power supply, the circuit speed is increased by using the low clique value NMOS transistor TrL as it is.

【0048】図4(b)はNMOSトランジスタノード
の片側がグランドGNDの場合である。このノードはロ
ーレベルの信号しか通さないため高閾値のNMOSトラ
ンジスタTrHをそのまま用い、オフ時のリーク電流を
抑える。図1(b)の場合に使用する。
FIG. 4B shows the case where one side of the NMOS transistor node is the ground GND. Since this node passes only a low level signal, the high threshold NMOS transistor TrH is used as it is to suppress the leak current when it is turned off. It is used in the case of FIG.

【0049】図4(c)はNMOSトランジスタノード
の片側が電源VDDの場合である。高閾値のNMOSト
ランジスタTrHと該ノード選択時にのみ動作するプル
アップ用のPMOSトランジスタTrPを併せて用いる
ことで、高閾値のNMOSトランジスタTrHを用いる
際の回路スピードに於いてのデメリットを回避する。図
1(c)の場合に使用する。
FIG. 4C shows the case where one side of the NMOS transistor node is the power supply VDD. By using the high-threshold NMOS transistor TrH and the pull-up PMOS transistor TrP which operates only when the node is selected, the disadvantage in the circuit speed when using the high-threshold NMOS transistor TrH is avoided. It is used in the case of FIG.

【0050】図4(d)は片側のノードがCMOS出力
CMを直接受けている場合である。高閾値のNMOSト
ランジスタTrHとハイレベルの信号が通じた時にのみ
動作するプルアップ用のPMOSトランジスタTrPを
併せて用いることで、高閾値のNMOSトランジスタT
rHを用いることによる回路スピードのデメリットを回
避する。図1(d)の場合に使用する。
FIG. 4D shows the case where the node on one side directly receives the CMOS output CM. By using the high-threshold NMOS transistor TrH and the pull-up PMOS transistor TrP that operates only when a high-level signal is transmitted, the high-threshold NMOS transistor T
Avoid the disadvantage of circuit speed by using rH. It is used in the case of FIG.

【0051】図4(e)、(f)はその組合せであり、
又、一方がグランドGNDもしくは電源VDDに継るも
のであり、もう一方がCMOS出力CMを受けている場
合のものである。図4(g)は両方のノードがCMOS
出力CMを受けている場合である。
FIGS. 4E and 4F show the combination,
Also, one is for connecting to the ground GND or the power supply VDD, and the other is for receiving the CMOS output CM. Figure 4 (g) shows that both nodes are CMOS
This is the case where the output CM is received.

【0052】上記以外にもパストランジスタ論理回路の
構成によって様々な組合せが考えられる。実際の回路の
構成例(実際の回路の構成及びBDD(Binary
Decisioon Diagram(二分決定木))
の一例を図5に示す。BDDは、パストランジスタ論理
回路を構成する方法の1つである(「低電力LSIの技
術白書1ミリ・ワットへ挑戦p98〜104日経BP社
日経マイクロデバイス編1994年10月発刊」を参
照。) 回路機能的には3入力AND(Y=A・B・C)の例で
ある。まず図5(b)のようにBDDがつくられる。こ
れをトランジスタで置き換えたものが図5(a)に示す
パストランジスタ論理回路である。このパストランジス
タ論理回路はNMOSトランジスタのみで論理を構成す
る。
In addition to the above, various combinations are possible depending on the configuration of the pass transistor logic circuit. Actual circuit configuration example (actual circuit configuration and BDD (Binary)
Decision on Diagram (binary decision tree))
An example is shown in FIG. BDD is one of the methods of constructing a pass transistor logic circuit (see “White Paper on Low-Power LSI Technology Challenge 1 Milliwatt, p98-104, Nikkei BP Nikkei Microdevices Edition, October 1994”). In terms of circuit function, this is an example of a 3-input AND (Y = A · B · C). First, a BDD is created as shown in FIG. The pass transistor logic circuit shown in FIG. 5A is obtained by replacing this with a transistor. This pass transistor logic circuit comprises logic only with NMOS transistors.

【0053】図5(a)ではグランドGNDに継るNM
OSノードに関しては全て高閾値のNMOSトランジス
タTrH1、TrH2、TrH3を用い、電源VDDに
継るノードには高閾値のNMOSトランジタTrH4及
び該ノード選択時のみ動作するハイレベル回復用のプル
アップPMOSトランジスタTrPを付加している。そ
れ以外のノードには低閾値のNMOSトランジスタTr
Lを用い、パストランジスタ論理回路の高速化を図つて
いる。これによりリーク電流はリーク電流は抑制されか
つ高速化がはかられている。
In FIG. 5 (a), the NM connected to the ground GND
High threshold NMOS transistors TrH1, TrH2, and TrH3 are used for all OS nodes, and a high threshold NMOS transistor TrH4 is used as a node connected to the power supply VDD, and a high level recovery pull-up PMOS transistor TrP that operates only when the node is selected. Is added. A low threshold NMOS transistor Tr is provided at the other nodes.
By using L, the speed of the pass transistor logic circuit is increased. As a result, the leak current is suppressed and the speed is increased.

【0054】尚、NMOSトランジタの閾値を高くする
には、NMOSトランジスタのチャネル部へのボロ
ン(”B+)のイオン注入やゲート厚を厚くすることに
より実現できる。これらは周知の技術であり、ここでは
説明を省略する。
The threshold value of the NMOS transistor can be increased by ion implantation of boron ("B + ") into the channel portion of the NMOS transistor or by increasing the gate thickness, which are well known techniques. The description is omitted here.

【0055】以上によりオフ時のリーク電流を抑えるこ
とができ、パストランジスタ論理回路の高速化と低電力
化を併せて実現可能である。
As described above, it is possible to suppress the leak current at the time of turning off, and it is possible to realize both high speed operation and low power operation of the pass transistor logic circuit.

【0056】以上のように、パストランジスタ論理回路
に低閾値のNMOSトランジスタを用いて高速化を図る
際に生じるオフ時のNMOSトランジスタのリーク電流
を抑制でき、パストランジスタ論理回路の高速化と共
に、先述のように待機時やオフのトランジスタが多い回
路での低消費電力化に大きく寄与する。
As described above, it is possible to suppress the leak current of the NMOS transistor at the time of off which occurs when a high speed NMOS transistor is used for the pass transistor logic circuit to increase the speed. As described above, it greatly contributes to low power consumption in a circuit in which many transistors are in a standby state or off.

【0057】低閾値電圧と消費電カの関係は、例えば、
『ASICしきい電圧を可変にして消費電力を最大で1
桁カットする 日経マイクロデバイス1996年8月号
57〜66頁』に詳しく述べられているので、ここでの
説明は省略する。
The relationship between the low threshold voltage and the power consumption is, for example,
"The ASIC threshold voltage is variable and the maximum power consumption is 1
The details are described in "Nikkei Microdevice, August 1996, p. 57-66".

【0058】本発明の構成によれば、複雑な回路を付加
する必要もなく、また、トランジスタの大幅な増大によ
る回路の増大もなく、閾値を変えるだけの周知技術で実
現できる。
According to the configuration of the present invention, there is no need to add a complicated circuit, and there is no increase in the circuit due to a large increase in the number of transistors.

【0059】本発明では、グランドGNDと電源VDD
間や、グランドGNDもしくは電源VDDと半導体集積
回路もしくは半導体集積回路出力同士間の電流パス上に
あるトランジスタ群の中の、少なくとも一つが高閾値の
NMOSトランジスタに置き換えられ配置される。この
高閾値トランジスタのリーク電流により、この電流パス
のリークが決まるため、低リーク電流が実現される(低
消費電力化を実現するためには、パストランジスタ論理
回路とその周辺回路をCMOS論理回路で構成するのが
最もマッチングが良い。)。
In the present invention, the ground GND and the power supply VDD
At least one of the transistor groups on the current path between the ground GND or the power supply VDD and the semiconductor integrated circuit or the output of the semiconductor integrated circuit is replaced with a high threshold NMOS transistor. The leakage current of this high threshold transistor determines the leakage of this current path, so that a low leakage current is realized (In order to realize low power consumption, the pass transistor logic circuit and its peripheral circuit are formed by a CMOS logic circuit. The best match is to configure it.).

【0060】図6は、実施の形態に係る実際のパストラ
ンジスタ論理回路の他の実現例を示す回路図である。図
6(a)に示すパストランジスタ論理回路は、図5
(a)に示すパストランジスタ論理回路において、高閾
値のNMOSトランジタTrH4及びプルアップPMO
SトランジスタTrPを高閾値のPMOSトランジタT
rPHに置き換えた例である。高閾値のNMOSトラン
ジスタTrH3の制御信号(制御信号Cと逆相の制御信
号)と共通の制御信号を使用することができる。図5
(a)に示すパストランジスタ論理回路において使用し
ていたプルアップPMOSトランジスタTrPが不要に
なるので、回路を簡略化することができる。さらに、前
述したようにHレベルでの回路スピードが低下しない。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another implementation example of the actual pass transistor logic circuit according to the embodiment. The pass transistor logic circuit shown in FIG.
In the pass transistor logic circuit shown in (a), a high threshold NMOS transistor TrH4 and pull-up PMO are provided.
The S-transistor TrP is a high-threshold PMOS transistor T
In this example, it is replaced with rPH. A control signal common to the control signal of the high-threshold NMOS transistor TrH3 (control signal having a phase opposite to that of the control signal C) can be used. Figure 5
Since the pull-up PMOS transistor TrP used in the pass transistor logic circuit shown in (a) is unnecessary, the circuit can be simplified. Further, as described above, the circuit speed at H level does not decrease.

【0061】5(a)に示すパストランジスタ論理回路
と同様に、回路機能的には3入力AND(Y=A・B・
C)の例である。
Similar to the pass transistor logic circuit shown in FIG. 5 (a), in terms of circuit function, a 3-input AND (Y = A.B.
It is an example of C).

【0062】図6(a)に示すパストランジスタ論理回
路では、グランドGNDに継るNMOSノードに関して
は全て高閾値のNMOSトランジスタTrH1、TrH
2、TrH3を用い、電源VDDに継るノードには高閾
値のPMOSトランジタTrPHを用いる。それ以外の
ノードには低閾値のNMOSトランジスタTrLを用
い、パストランジスタ論理回路の高速化を図つている。
In the pass-transistor logic circuit shown in FIG. 6A, all the high-threshold NMOS transistors TrH1 and TrH are connected to the NMOS node connected to the ground GND.
2, TrH3 is used, and a high threshold PMOS transistor TrPH is used for a node connected to the power supply VDD. Low threshold NMOS transistors TrL are used for the other nodes to speed up the pass transistor logic circuit.

【0063】図5(a)に示すパストランジスタ論理回
路と異なり、電源VDDに継るノードには高閾値のPM
OSトランジタTrPHを用いるので、パストランジス
タ論理回路のスピードをさらに向上させることができ、
さらに回路構成を簡略化することができる。
Unlike the pass-transistor logic circuit shown in FIG. 5A, the node connected to the power supply VDD has a high threshold PM.
Since the OS transistor TrPH is used, the speed of the pass transistor logic circuit can be further improved,
Further, the circuit configuration can be simplified.

【0064】以上によりオフ時のリーク電流を抑えるこ
とができ、パストランジスタ論理回路の高速化と低電力
化を併せて実現可能である。
As described above, it is possible to suppress the leak current at the time of turning off, and it is possible to realize both high speed operation and low power operation of the pass transistor logic circuit.

【0065】次に、本発明によるパストランジスタ論理
回路の高速化実現の分かりやすい一例を、図7の回路構
成にて検証し、本発明の効果を更に説明する。
Next, an example in which the high speed realization of the pass transistor logic circuit according to the present invention is easy to understand will be verified with the circuit configuration of FIG. 7, and the effect of the present invention will be further described.

【0066】本発明の構成図7(a)は、先述のよう
に、CMOS出力CMに高閾値のNMOSトランジスタ
TrHとハイレベルの信号時のみオンして、信号劣化の
ないハイレベルを保証するPMOSトランジスタTrP
を具備している。それ以外のパストランジスタ論理回路
を構成するNMOSトランジスタは低閾値のトランジス
タTrLである。
Configuration of the Present Invention FIG. 7A shows, as described above, a PMOS which is turned on only when the CMOS output CM has a high threshold NMOS transistor TrH and a high level signal to guarantee a high level without signal deterioration. Transistor TrP
It is equipped with. The other NMOS transistors forming the pass transistor logic circuit are low-threshold transistors TrL.

【0067】本パストランジスタ部(図7中のNMOS
チェイン部CHA。2段から8段継ぐものとする。)で
のリーク電流は、高閾値のNMOSトランジスタTrH
並びにPMOSトランジスタTrPで決まるため、回路
全体としては、低リーク回路を維持している。
This pass transistor section (NMOS in FIG. 7)
Chain part CHA. Two to eight steps should be connected. ), The leakage current at
Moreover, since it is determined by the PMOS transistor TrP, the circuit as a whole maintains a low leak circuit.

【0068】一方、高速性としては、図7(c)の波形
を入力端子Inに入力した場合の出力端子Outの出力
信号の遅延時間を、立ち上り時[delay(ris
e)]並びに立ち下がり時[delay(fall)]
について、シミュレーションを行った。
On the other hand, as for high speed, the delay time of the output signal of the output terminal Out when the waveform of FIG. 7 (c) is input to the input terminal In is set at the time of rising [delay (ris
e)] and at fall [delay (fall)]
The simulation was performed.

【0069】電源VDDは、3.3V、高閾値トランジ
スタTrHのVthは0.55V、低閾値トランジスタ
TrLのVthは0.35Vとしている。遅延時間はV
DD/2の点で測定している。
The power supply VDD is 3.3V, the Vth of the high threshold transistor TrH is 0.55V, and the Vth of the low threshold transistor TrL is 0.35V. Delay time is V
It is measured at the point of DD / 2.

【0070】図8に立ち下がり波形(パストランジスタ
回路(NMOSチェイン部CHA)では、立ち上がり波
形になる。)の遅延時間を、図9に立ち上がり波形(パ
ストランジスタ回路(NMOSチェイン部CHA)で
は、立ち下がり波形に当たる。)の遅延時間を示す。
FIG. 8 shows the delay time of the falling waveform (the rising waveform in the pass transistor circuit (NMOS chain portion CHA)) and the rising time in the rising waveform (pass transistor circuit (NMOS chain portion CHA)) in FIG. This corresponds to the falling waveform).

【0071】NMOSチェイン部CHAおよび図7
(b)に示す従来回路のNMOSチェイン部CHBのN
MOSトランジスタのチェインの段数を変えて、遅延時
間を比較している。
NMOS chain portion CHA and FIG.
N of the NMOS chain portion CHB of the conventional circuit shown in (b)
The delay times are compared by changing the number of stages in the chain of MOS transistors.

【0072】図8では、NMOSトランジスタの段数に
関わらず、本発明の回路の方が、従来回路より遅延時間
が短く、低閾値トランジスタにより高速化されているこ
とが分かる。
In FIG. 8, it can be seen that the circuit of the present invention has a shorter delay time than the conventional circuit and has a high speed by the low threshold transistor regardless of the number of stages of the NMOS transistors.

【0073】一方、図9では、インバータ回路を介し
て、パストランジスタ部は、立ち下がりとなり、パスト
ランジスタ回路(NMOSチェーンCHA)の前状態が
ハイレベルである場合には、PMOSトランジスタTr
Pがオンしているため、NMOSチェーンCHAがロー
レベルになりにくくなる。
On the other hand, in FIG. 9, the pass transistor section falls through the inverter circuit, and when the previous state of the pass transistor circuit (NMOS chain CHA) is high level, the PMOS transistor Tr
Since P is on, it is difficult for the NMOS chain CHA to go low.

【0074】このため、NMOSトランジスタTrLの
段数の3段以下では、回路全体の遅延時間と比べて、P
MOSトランジスタTrPがオフするまでの遅延時間が
無視できなくなり、従来回路より遅延時間が大きくなる
が、NMOSトランジスタTrLが4段以上になると、
低閾値の高速化効果がPMOSトランジスタTrPをオ
フする遅延時間をキャンセルするため、従来回路より遅
延時間が短くなり高速化しているのが分かる。
Therefore, when the number of NMOS transistors TrL is 3 or less, the delay time of the circuit is P
The delay time until the MOS transistor TrP turns off cannot be ignored, and the delay time becomes longer than the conventional circuit. However, when the NMOS transistor TrL has four or more stages,
It can be seen that the speedup effect of the low threshold value cancels the delay time for turning off the PMOS transistor TrP, so that the delay time is shorter than that of the conventional circuit and the speed is increased.

【0075】次に、本発明によるパストランジスタ論理
回路の高速化実現の分かりやすい他の一例を、図10の
回路構成にて検証し、本発明の効果を更に説明する。
Next, another example in which the high speed realization of the pass transistor logic circuit according to the present invention is easy to understand will be verified with the circuit configuration of FIG. 10, and the effect of the present invention will be further described.

【0076】図10(b)に示す従来のパストランジス
タ論理回路は、CMOSのインバータINV0の出力段
を含め高閾値のNMOSトランジスタTrHと、高閾値
のPMOSトランジスタTrP1と高閾値のNMOSト
ランジスタTrHとで構成されるインバータINVと、
インバータINVの出力のLOWレベルでオンしてイン
バータINVの入力段におけるHighレベルの信号の
低下を保証するプルアップ用PMOSトランジスタTr
P2とを含む。PMOSトランジスタTrP2のプルア
ップにより、インバータINVに貫通電流が流れること
が防止される。
The conventional pass transistor logic circuit shown in FIG. 10B includes a high threshold NMOS transistor TrH including the output stage of the CMOS inverter INV0, a high threshold PMOS transistor TrP1 and a high threshold NMOS transistor TrH. A configured inverter INV,
A pull-up PMOS transistor Tr which is turned on at the LOW level of the output of the inverter INV and guarantees a drop in the signal of the High level at the input stage of the inverter INV.
P2 and. The pull-up of the PMOS transistor TrP2 prevents a through current from flowing through the inverter INV.

【0077】図10(a)に示すパストランジスタ論理
回路は、CMOSのインバータINV0の出力段にトラ
ンスミッションゲートTMGを用い、NMOSチェイン
部CHCのトランジスタに低閾値のNMOSトランジス
タTrLを用いる。NMOSチェイン部CHCは、2段
〜8段のNMOSトランジスタTrLが接続される。リ
ーク電流は、高閾値のPMOSトランジスタTrPHと
高閾値のNMOSトランジスタTrHとにより定まるの
で、パストランジスタ論理回路全体としては、低リーク
電流が維持される。
In the pass transistor logic circuit shown in FIG. 10A, a transmission gate TMG is used in the output stage of the CMOS inverter INV0, and a low threshold NMOS transistor TrL is used in the NMOS chain CHC. The NMOS chain portion CHC is connected to the NMOS transistors TrL of 2 to 8 stages. Since the leak current is determined by the high threshold PMOS transistor TrPH and the high threshold NMOS transistor TrH, the pass transistor logic circuit as a whole maintains a low leak current.

【0078】パストランジスタ論理回路の高速性につい
て説明する。図10(c)の波形を入力端子Inに入力
した場合の出力端子Outの出力信号の遅延時間を、立
ち上り時[delay(rise)]並びに立ち下がり
時[delay(fall)]について、シミュレーシ
ョンを行った結果を図11および図12に示す。する。
The high speed of the pass transistor logic circuit will be described. The delay time of the output signal of the output terminal Out when the waveform of FIG. 10 (c) is input to the input terminal In is simulated for rising [delay (rise)] and falling [delay (fall)]. The results are shown in FIGS. 11 and 12. To do.

【0079】シミュレーション条件として、電源VDD
は、3.3V、高閾値トランジスタTrHのVthは
0.55V、低閾値トランジスタTrLのVthは0.
35Vとしている。遅延時間はVDD/2の点で測定し
ている。
As a simulation condition, the power supply VDD
3.3V, Vth of the high threshold transistor TrH is 0.55V, Vth of the low threshold transistor TrL is 0.
It is set to 35V. The delay time is measured at the point of VDD / 2.

【0080】図11に立ち下がり波形(パストランジス
タ回路(NMOSチェイン部CHC)では、立ち上がり
波形になる。)の遅延時間を、図12に立ち上がり波形
(パストランジスタ回路(NMOSチェイン部CHC)
では、立ち下がり波形に当たる。)の遅延時間をNMO
Sチェイン部CHCおよびCHDの段数を変化させて示
す。
FIG. 11 shows the delay time of the falling waveform (the rising waveform in the pass transistor circuit (NMOS chain portion CHC)) and the rising waveform (pass transistor circuit (NMOS chain portion CHC)) in FIG.
Then, hit the falling waveform. ) Delay time of NMO
The number of stages of the S chain portions CHC and CHD is shown by being changed.

【0081】図11では、NMOSトランジスタの段数
に関わらず、本発明の回路の方が、従来回路より遅延時
間が短く、低閾値トランジスタにより高速化されている
ことが分かる。
It can be seen from FIG. 11 that the circuit of the present invention has a shorter delay time than the conventional circuit and has a high speed by the low threshold transistor regardless of the number of stages of the NMOS transistors.

【0082】一方、図12では、インバータ回路INV
0を介して、パストランジスタ部CHCおよびCHDで
は、立ち下がりとなる。この場合には、トランスミッシ
ョンゲートTMGを構成するPMOSトランジスタTr
PHのバックゲート効果のためNMOS単体の構成時よ
りも、ローレベルになりにくくなる。
On the other hand, in FIG. 12, the inverter circuit INV
Through 0, the pass transistor sections CHC and CHD fall. In this case, the PMOS transistor Tr forming the transmission gate TMG
Due to the back gate effect of PH, it is less likely to go to a low level than when a single NMOS is configured.

【0083】このため、NMOSトランジスタTrL
(NMOSチェイン部CHC)の段数における4段以下
では、回路全体の遅延時間と比べて、PMOSトランジ
スタTrPのレベルを返してパスを放電するための遅延
が大きくなるため、従来回路より遅延時間が大きくなる
が、NMOSトランジスタTrL(NMOSチェイン部
CHC)が5段以上になると、低閾値NMOSトランジ
スタTrLの高速化効果が発揮され、従来回路より遅延
時間が短くなり高速化しているのが分かる。
Therefore, the NMOS transistor TrL
When the number of stages of the (NMOS chain portion CHC) is 4 or less, the delay time for returning the level of the PMOS transistor TrP and discharging the path becomes larger than the delay time of the entire circuit, and therefore the delay time is longer than that of the conventional circuit. However, it can be seen that when the NMOS transistor TrL (NMOS chain portion CHC) has five or more stages, the high-speed effect of the low-threshold NMOS transistor TrL is exerted, and the delay time is shortened and the speed is increased as compared with the conventional circuit.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上のように、高速化を図るため、低閾
値トランジスタを基本にして構成した際、リーク電流の
削減による低消費電カ化も併せて実現していることが分
かる。これは、携帯機器に使用される半導体集積回路装
置等の開発に大きく貢献する。
As described above, it is understood that, when a low-threshold transistor is used as a basic component for speeding up, low power consumption is realized by reducing leak current. This greatly contributes to the development of semiconductor integrated circuit devices used in portable equipment.

【0085】又、グランドGNDと電源VDD間、グラ
ンドGNDもしくは電源VDD間と例えば半導体集積回
路出力部間にある電流パスによるリーク電流を、電流パ
ス内にあるいずれか、または両方のトランジスタを高閾
値トランジスタ化することで、抑制することができる。
The leakage current due to a current path between the ground GND and the power supply VDD, between the ground GND or the power supply VDD, and the output portion of the semiconductor integrated circuit, for example, has a high threshold value for one or both transistors in the current path. It can be suppressed by forming a transistor.

【0086】本発明の回路構成によれば、グランドGN
D、電源VDD及び、パストランジスタ論理回路へ出力
するCMOS出力部に継がるNMOSトランジスタに高
閾値トランジスタあるいは、信号劣化のないハイレベル
保証用のPMOSトランジスタも併せて配置すること
で、配置箇所は一意的に決まり、電流パスを検証して高
閾値NMOSトランジスタの配置箇所を検討する必要は
なくなり、設計は容易となる。
According to the circuit configuration of the present invention, the ground GN
D, power supply VDD, and a high-threshold transistor or a PMOS transistor for high-level guarantee without signal deterioration are arranged together with the NMOS transistor connected to the CMOS output section that outputs to the pass transistor logic circuit, so that the arrangement location is unique. It is not necessary to examine the location of the high-threshold NMOS transistor by verifying the current path, and the design becomes easy.

【0087】更に、本発明の主要回路構成部を図4に記
載のように論理セルとして設計し、ライブラリー化する
ことで、CADによる設計を容易にすることができると
いう効果がある。
Furthermore, by designing the main circuit components of the present invention as logic cells as shown in FIG. 4 and forming a library, there is an effect that the design by CAD can be facilitated.

【0088】最後に、本発明は、パストランジスタ論理
回路の他の組み合わせへの展開に限らず、他の論理回路
への展開並びにCMOS回路等の他の回路への展開も可
能であることは、勿論である。
Finally, the present invention is not limited to expansion to other combinations of pass transistor logic circuits, but can be expanded to other logic circuits and other circuits such as CMOS circuits. Of course.

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

【図1】本発明の実施の形態に係るパストランジスタ論
理回路の基本構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a pass transistor logic circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係るパストランジスタ論
理回路の他の基本構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing another basic configuration of the pass transistor logic circuit according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係るパストランジスタ論
理回路のさらに他の基本構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing still another basic configuration of the pass transistor logic circuit according to the embodiment of the present invention.

【図4】実施の形態に係るパストランジスタ論理回路に
用いる実際のトランジスタ論理セルの一例を示す回路図
である。これらの組合せによりパストランジスタ論理回
路が構成される。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an actual transistor logic cell used in the pass transistor logic circuit according to the embodiment. The combination of these forms a pass transistor logic circuit.

【図5】実施の形態に係る実際のパストランジスタ論理
回路の実現例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an implementation example of an actual pass transistor logic circuit according to the embodiment.

【図6】実施の形態に係る実際のパストランジスタ論理
回路の他の実現例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another implementation example of the actual pass transistor logic circuit according to the embodiment.

【図7】本発明の実施の形態に係るパストランジスタ論
理回路の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of a pass transistor logic circuit according to an embodiment of the present invention.

【図8】実施の形態に係るパストランジスタ論理回路と
従来回路との立ち下がり波形の遅延時間を比較する表で
ある。
FIG. 8 is a table for comparing the delay times of the falling waveforms of the pass transistor logic circuit according to the embodiment and the conventional circuit.

【図9】実施の形態に係るパストランジスタ論理回路と
従来回路との立ち上がり波形の遅延時間を比較する表で
ある。
FIG. 9 is a table for comparing delay times of rising waveforms of the pass transistor logic circuit according to the embodiment and the conventional circuit.

【図10】本発明の実施の形態に係る他のパストランジ
スタ論理回路の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of another pass transistor logic circuit according to the exemplary embodiment of the present invention.

【図11】実施の形態に係る他のパストランジスタ論理
回路と従来回路との立ち下がり波形の遅延時間を比較す
る表である。
FIG. 11 is a table for comparing delay times of falling waveforms of another pass transistor logic circuit according to the embodiment and a conventional circuit.

【図12】実施の形態に係る他のパストランジスタ論理
回路と従来回路との立ち上がり波形の遅延時間を比較す
る表である。
FIG. 12 is a table for comparing delay times of rising waveforms of another pass transistor logic circuit according to the embodiment and a conventional circuit.

【図13】パストランジスタ論理回路に於けるリーク電
流を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a leak current in a pass transistor logic circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

TrL 低閾値のNMOSトランジスタ TrH 高閾値のNMOSトランジスタ TrP プルアップPMOSトランジスタ GND グランド VDD 電源 CM CMOS出力 TrL Low threshold NMOS transistor TrH High threshold NMOS transistor TrP pull-up PMOS transistor GND ground VDD power supply CM CMOS output

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−224206(JP,A) 特開 平10−200394(JP,A) 特開 平9−148916(JP,A) 特開 平9−64283(JP,A) 特開 平9−18332(JP,A) 特開 平7−168874(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/0944 H01L 21/822 H01L 27/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 10-224206 (JP, A) JP 10-200394 (JP, A) JP 9-148916 (JP, A) JP 9- 64283 (JP, A) JP 9-18332 (JP, A) JP 7-168874 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H03K 19/0944 H01L 21 / 822 H01L 27/04

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MOSFETを含む半導体集積回路を構
成する第1の閾値を有する第1のトランジスタから成る
半導体集積回路において、 電源とグランドとの間、あるいは、電源若しくはグラン
ドと該半導体集積回路への出力回路との間、あるいは、
該該半導体集積回路の出力回路同士の間に存在し電流パ
スを形成する該第1のトランジスタの少なくとも1つ
を、該第1の閾値よりも高い第2の閾値を有する第2の
トランジスタを含むトランジスタ部で置き換えたことを
特徴とする半導体集積回路。
1. A semiconductor integrated circuit comprising a first transistor having a first threshold value, which constitutes a semiconductor integrated circuit including a MOSFET, wherein a power source and a ground are provided, or a power source or a ground and the semiconductor integrated circuit are provided. Between the output circuit, or
At least one of the first transistors existing between output circuits of the semiconductor integrated circuit and forming a current path includes a second transistor having a second threshold value higher than the first threshold value. A semiconductor integrated circuit characterized by being replaced by a transistor section.
【請求項2】 該半導体集積回路は、パストランジスタ
論理回路であり、該第1のトランジスタと該第2のトラ
ンジスタとは、NMOSトランジスタである、請求項1
に記載の半導体集積回路。
2. The semiconductor integrated circuit is a pass transistor logic circuit, and the first transistor and the second transistor are NMOS transistors.
The semiconductor integrated circuit according to 1.
【請求項3】 該第2のトランジスタのソースが該グラ
ンドに接続されている、請求項2に記載の半導体集積回
路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the source of the second transistor is connected to the ground.
【請求項4】 該第2のトランジスタのソースは、該電
源に接続されており、 該トランジスタ部は、該第2のトランジスタがオンの時
にのみ動作するプルアップPMOSトランジスタをさら
に含んでいる、請求項2に記載の半導体集積回路。
4. The source of the second transistor is connected to the power supply, and the transistor portion further includes a pull-up PMOS transistor that operates only when the second transistor is on. Item 2. The semiconductor integrated circuit according to item 2.
【請求項5】 該第2のトランジスタのソースは、該出
力回路に接続されており、 該トランジスタ部は、ハイレベル信号が該第2のトラン
ジスタを通過する時にのみ動作するプルアップPMOS
トランジスタをさらに含んでいる、請求項2に記載の半
導体集積回路。
5. The source of the second transistor is connected to the output circuit, and the transistor section is a pull-up PMOS that operates only when a high-level signal passes through the second transistor.
The semiconductor integrated circuit according to claim 2, further comprising a transistor.
【請求項6】 MOSFETを含む半導体集積回路を構
成する第1の閾値を有する第1のトランジスタから成る
半導体集積回路において、 該半導体集積回路を構成するパストランジスタ論理回路
のトランジスタペアを、請求項3から請求項5に記載の
トランジスタ部のいずれか2つの組み合わせで置き換え
たことを特徴とする半導体集積回路。
6. A semiconductor integrated circuit including a first transistor having a first threshold value that constitutes a semiconductor integrated circuit including a MOSFET, wherein a transistor pair of a pass transistor logic circuit that constitutes the semiconductor integrated circuit is defined by claim 3. 6. A semiconductor integrated circuit characterized by being replaced by any two combinations of the transistor parts according to claim 5.
【請求項7】 請求項1から請求項6に記載の半導体集
積回路を複数個備えた半導体集積回路装置。
7. A semiconductor integrated circuit device comprising a plurality of semiconductor integrated circuits according to claim 1. Description:
【請求項8】 該半導体集積回路は、パストランジスタ
論理回路であり、 該パストランジスタ論理回路は、NMOSトランジスタ
で構成されており、 該半導体集積回路装置は、CMOS論理回路をさらに備
えている、請求項7に記載の半導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit is a pass transistor logic circuit, the pass transistor logic circuit is configured by an NMOS transistor, and the semiconductor integrated circuit device further includes a CMOS logic circuit. Item 8. A semiconductor integrated circuit device according to item 7.
【請求項9】 該第1のトランジスタは、NMOSトラ
ンジスタであり、 該第2のトランジスタは、PMOSトランジスタであ
り、 該第2のトランジスタは、ソースを有し、 該ソースは、該電源に接続される、請求項1に記載の半
導体集積回路装置。
9. The first transistor is an NMOS transistor, the second transistor is a PMOS transistor, the second transistor has a source, and the source is connected to the power supply. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
【請求項10】 該出力回路は、CMOS論理回路を含
み、 該第2のトランジスタは、トランスミッションゲートを
含み、 該トランスミッションゲートは、PMOSトランジスタ
とNMOSトランジスタとを含み、 該PMOSトランジスタと該NMOSトランジスタとの
それぞれは、ソースを有し、 該ソースは、該CMOS論理回路に接続される、請求項
1に記載の半導体集積回路装置。
10. The output circuit includes a CMOS logic circuit, the second transistor includes a transmission gate, the transmission gate includes a PMOS transistor and an NMOS transistor, and the PMOS transistor and the NMOS transistor. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein each has a source, and the source is connected to the CMOS logic circuit.
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