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JP2007019997A - Field-effect transistor circuit and designing method - Google Patents

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JP2007019997A
JP2007019997A JP2005200704A JP2005200704A JP2007019997A JP 2007019997 A JP2007019997 A JP 2007019997A JP 2005200704 A JP2005200704 A JP 2005200704A JP 2005200704 A JP2005200704 A JP 2005200704A JP 2007019997 A JP2007019997 A JP 2007019997A
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circuit
field effect
effect transistor
operation state
transistor
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JP2005200704A
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Nobuo Kojima
伸夫 小島
Souchishi Fukushima
早知子 福島
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set a threshold voltage according to the operation state of a field-effect transistor. <P>SOLUTION: This field-effect transistor circuit has a plurality of field-effect transistors. The field-effect transistor circuit includes field-effect transistors having a plurality of threshold voltages in which each threshold voltage is set according to periods of an on-operation state and an off-operation state on a time-axis of the field-effect transistor or in a stochastic way, so that a leak current at the off-time of the field-effect transistor can be reduced, and operation speed can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、しきい値電圧を有する電界効果トランジスタ回路およびその設計方法に関し、特にその回路の動作状態の期間に基き電界効果トランジスタのMulti−Vth(多しきい値電圧)を設定する。   The present invention relates to a field effect transistor circuit having a threshold voltage and a design method thereof, and in particular, sets Multi-Vth (multi-threshold voltage) of a field effect transistor based on a period of an operating state of the circuit.

Multi−Vth(多しきい値電圧)技術の導入として従来、遅延量を計算し、ディレイ(遅延)に余裕の無い経路においては低しきい値電圧の電界効果Tr(トランジスタ)を、ディレイに余裕のある経路には高いしきい値電圧の電界効果トランジスタを用いることにより、リーク電流削減・消費電力の削減を行う技術が特許文献1に開示してある。
しかし、SRAM(Static Random Access Memory)回路のように、十分最適化された回路ブロックでは、全てがクリティカルパスになるため、このMulti−Vth技術を適用できないという問題がある。
Introducing Multi-Vth (multi-threshold voltage) technology, the amount of delay has been calculated in the past, and a field effect Tr (transistor) with a low threshold voltage is provided for the delay (delay) in the path where the delay (delay) is not sufficient. Patent Document 1 discloses a technique for reducing leakage current and power consumption by using a field effect transistor having a high threshold voltage for a certain path.
However, in a fully optimized circuit block such as a static random access memory (SRAM) circuit, all are critical paths, and thus there is a problem that the multi-Vth technique cannot be applied.

また従来のSRAMにおいて、たとえばワードライン(線)ドライバ回路(ワード線駆動回路)などにおいては、たとえばp個(pは正の整数)のワードライングループに分割され、このワードライングループはq本(qは正の整数)のワードラインで構成されている。プリデコーダでp個から特定の1個のワードライングループが選択され、さらにワードアドレスの一部のデータを用いてデコードしたワードアドレスにより、1本のワードラインが選択される。
このとき、ワードライングループは特定の1個しかアクティブ状態になっていないので、同時に他のq−1個のワードライングループをアクティブ状態にする必要がないため、トータルで消費電力を1/pqに削減している。
しかしながら、この選択されたワードライングループのワードラインドライバ回路を構成する各電界効果Tr(トランジスタ)のしきい値電圧は各導電型においては全て同じ値にしている。このため、OFF(オフ)期間が長いとき、出力(電界効果)トランジスタのしきい値電圧に伴うリーク電流があり、特にしきい値電圧が低い場合、リーク電流が増加しそれに伴って消費電流も増加する不利益がある。
In a conventional SRAM, for example, a word line (line) driver circuit (word line drive circuit) or the like is divided into, for example, p (p is a positive integer) word line groups, and this word line group includes q ( q is a positive integer) word line. One specific word line group is selected from p by the predecoder, and one word line is selected by a word address decoded using a part of the data of the word address.
At this time, since only one specific word line group is in an active state, it is not necessary to simultaneously activate other q-1 word line groups, so that the power consumption is reduced to 1 / pq in total. Reduced.
However, the threshold voltages of the field effect transistors (transistors) constituting the word line driver circuit of the selected word line group are all set to the same value in each conductivity type. For this reason, when the OFF period is long, there is a leakage current associated with the threshold voltage of the output (field effect) transistor. In particular, when the threshold voltage is low, the leakage current increases and the current consumption increases accordingly. There are increasing disadvantages.

上述の例において、出力(電界効果)トランジスタ全てのしきい値電圧を可変すると、たとえば大きくした場合、OFF時のリーク電流は抑えられるが、動作スピードが遅くなりワードラインなどの選択に時間がかかり、書き込み、読み出しスピードが遅くなる不具合がある。
また、一方しきい値電圧を小さくした場合、動作スピードは速くなるが、OFF時のリーク電流は大きくなる不具合がある。
このように、回路内で一様に電界効果トランジスタのしきい値電圧を大きく、または小さくすると回路のリーク電流の削減と動作スピードの改善は両立させることはできない。
特開平11−195976号公報 特開平10−199247号公報
In the above example, if the threshold voltage of all output (field effect) transistors is varied, for example, if the threshold voltage is increased, the leakage current at the time of OFF is suppressed, but the operation speed becomes slow and it takes time to select a word line or the like. There is a problem that the writing / reading speed becomes slow.
On the other hand, when the threshold voltage is reduced, the operating speed is increased, but the leakage current at OFF is increased.
As described above, when the threshold voltage of the field effect transistor is uniformly increased or decreased in the circuit, it is impossible to achieve both reduction of the circuit leakage current and improvement of the operation speed.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-195976 JP-A-10-199247

回路の遷移状態、たとえば回路を構成する電界効果トランジスタの時間軸上もしくは確率的なON状態とOFF状態を調査し、ON状態の期間が長い電界効果トランジスタを低しきい値電圧(Low Vth)、またOFF状態の期間が長い電界効果トランジスタに高しきい値電圧(High Vth)をそれぞれ適用することにより、リーク電流削減、消費電流の削減を行う。
また、パルス形クロックに同期する回路の場合、その回路内にある電界効果トランジスタはクロックパルスがアクティブ(Active)の時(短い時間)のみON状態になり、それ以外の時間はOFF状態となっている。このような電界効果トランジスタにはHigh Vth(Hvth;高しきい値電圧)の電界効果トランジスタを適用してリーク電流の削減を行う。
一方、クロックパルスがActiveのときOFF状態、それ以外の時間帯にON状態になっている電界効果トランジスタにはLow Vth(Lvth;低しきい値電圧)の電界効果トランジスタを適用し、速度改善を行う。
The transition state of the circuit, for example, on the time axis or the stochastic ON state and OFF state of the field effect transistor constituting the circuit is investigated, and the field effect transistor having a long ON state period is set to a low threshold voltage (Low Vth), Further, by applying a high threshold voltage (High Vth) to each of the field effect transistors having a long OFF state, leakage current and current consumption are reduced.
In the case of a circuit synchronized with a pulse-type clock, the field effect transistors in the circuit are turned on only when the clock pulse is active (short time), and are turned off at other times. Yes. For such a field effect transistor, a high Vth (Hvth; high threshold voltage) field effect transistor is applied to reduce leakage current.
On the other hand, a field effect transistor of Low Vth (Lvth; low threshold voltage) is applied to a field effect transistor that is in an OFF state when the clock pulse is Active and is in an ON state at other times, thereby improving speed. Do.

本発明の電界効果トランジスタ回路は、複数の電界効果トランジスタを有する電界効果トランジスタ回路において、前記電界効果トランジスタの時間軸上または確率的にオン動作状態とオフ動作状態の期間に応じてしきい値電圧を設定した複数のしきい値電圧の電界効果トランジスタを有する。
本発明の電界効果トランジスタ回路は、複数の電界効果トランジスタを有する電界効果トランジスタ回路において、前記電界効果トランジスタ回路の時間軸上または確率的に、オン動作状態の期間よりオフ動作状態の期間が長い電界効果トランジスタは高しきい値電圧の高い電界効果トランジスタを用い、オフ動作状態の期間よりオン動作状態の期間が長い電界効果トランジスタには低しきい値電圧の電界効果トランジスタを用いた、複数のしきい値電圧の電界効果トランジスタを有する。
本発明の電界効果トランジスタ回路の設計方法は、回路の遷移状態を検証する第1のステップと、前記検証により時間軸上または確率的に、オンまたはオフ動作状態の期間が長い電界効果トランジスタを特定する第2のステップと、前記特定された電界効果トランジスタのしきい値電圧を前記オン、オフ動作状態の期間に対応して設定する第3のステップとを有する。
The field effect transistor circuit according to the present invention is a field effect transistor circuit having a plurality of field effect transistors, wherein the threshold voltage depends on the time axis of the field effect transistor or the period between the on operation state and the off operation state. And a plurality of threshold voltage field effect transistors.
The field effect transistor circuit of the present invention is a field effect transistor circuit having a plurality of field effect transistors, wherein the field effect transistor circuit has an electric field having an off operation period longer than the on operation period on the time axis or stochastically. The effect transistor is a field effect transistor having a high threshold voltage, and a field effect transistor having a low threshold voltage is used for a field effect transistor having a longer on-operation period than an off-operation period. It has a field effect transistor with a threshold voltage.
The field effect transistor circuit design method of the present invention includes a first step of verifying a circuit transition state, and a field effect transistor having a long on or off operation state on the time axis or probabilistically by the verification. And a third step of setting a threshold voltage of the specified field effect transistor corresponding to the period of the on / off operation state.

Multi−Vth技術をたとえば駆動回路の出力トランジスタに適用することにより、十分に最適化された回路ブロックで全てがクリティカルパスのような場合でも、電界効果トランジスタ、たとえばMulti−VthCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタによるリーク電流削減、消費電流削減と速度改善ができる。   By applying the Multi-Vth technology to the output transistor of the drive circuit, for example, even when the circuit block is sufficiently optimized and all are critical paths, a field effect transistor such as a Multi-Vth CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) is used. The leakage current can be reduced by the transistor, the current consumption can be reduced, and the speed can be improved.

図1に実施形態例であるSRAM(Static Random Access Memory)10の回路ブロックの構成を示す。
図1に示すSRAM(回路)10は、ワード線ドライバ(Word Driver)回路20、デコーダ(Decode)/コントロール(制御;Control)回路30、ライトバッファ(Write Buffer)/センスアンプ(SenseAmp)50、メモリセル部40などで構成されている。
図1においては、簡略するため、ワード線ドライバ(Word Driver)回路20とメモリブロックBLK1を1個しか図示していないが、実際はワード線が2を単位として配置されたメモリブロック(BLK1)が2/2個存在する。図1において、ワード線ドライバのブロック(BLK1〜BLKn)内にワード線は2個存在し、WL0〜WL7と図示してあり、またそれぞれのワード線(ライン)に対してメモリセルMC(41−00,41−10,・・・,41−70,・・・)が接続されている。
デコーダ/コントロール回路30は、プリデコーダ、内部タイミング制御回路などで構成され、アドレスデータが入力されこれをデコードし、また外部クロックCKを基準に内部クロック信号、制御信号などを発生する。
Decode(デコーダ)回路の中には、プリデコーダが無く、アドレスバッファで発生した内部アドレス信号で直接デコードする方式がある。
しかし、デコーダを構成するトランジスタの数を減らし、またその面積を減らすとともに高速動作させるため、記憶容量の増加と高速化、低消費電力化を目的としたプリデコーダ方式が一般に用いられている。
このプリデコーダは、多ビットアドレスが入力された場合、たとえば2ビットまたは3ビット単位のグループに分けてデコード(プリデコード)し、このグループの中から特定のグループを選択し、この選択されたグループ内で2ビットまたは3ビットのワード線から1本のワード線を選択する構成となっている。それによって、消費電力を削減している。
また、選択されるデコード単位のビット数を少なくするとアドレスバッファの負荷を少なくして動作スピードを速くすることができ、一方デコード単位内のビット数を多くすると配線による面積は削減できるが、アドレスバッファの負荷が増え動作スピードが遅くなる。そのため、ワード線ドライバ回路20で構成される1ブロック内のワード線は上述したように、2または3ビット構成の例が多い。
デコーダにはローアドレスデコーダの他にカラムアドレスデコーダもあり、このカラムアドレスデコーダは入力されたアドレスデータに基いてカラム(列方向)のアドレスを選択する。
Control(制御)回路のタイミング制御回路は、外部制御信号ControlとクロックCK信号が供給されると、たとえばコントロール信号(WE;ライトイネーブル信号)をデコードしてプリデコーダおよびワード線ドライバ回路20に供給してアドレス信号A[0]〜A[n]をデコードさせ、ワード線を活性化または不活性化させる信号を出力する。
またこれ以外に、クロックPCLKを発生し、Write Buffer(ライトバッファ)にコントロール信号WE(ライトイネーブル)信号を出力し、書き込みタイミングを制御する。
またビット線対BL,XBL(BLの反転)上のデータを増幅するSenseAmp回路50にSenseAmpイネーブル信号を出力する。
さらに、カラムデコーダから出力するカラムアドレス[An+1]〜[Am](データ)を制御するタイミング信号を出力する。
FIG. 1 shows a configuration of a circuit block of an SRAM (Static Random Access Memory) 10 as an embodiment.
An SRAM (circuit) 10 shown in FIG. 1 includes a word line driver (Word Driver) circuit 20, a decoder (Decode) / control (control) circuit 30, a write buffer (Write Buffer) / sense amplifier (SenseAmp) 50, a memory. The cell unit 40 is configured.
In Figure 1, for simplicity, although only one word line driver (Word Driver) circuit 20 and the memory block BLK1 not shown, actually a memory block in which the word lines are arranged 2 3 units (BLK1) is There are 2 n / 2 3 pieces. In Figure 1, the word line is present 2 3 in the block (BLK1~BLKn) of the word line driver, a memory cell MC (41 against Yes illustrated with WLO to WL7, also each of the word lines (lines) -00, 41-10, ..., 41-70, ...) are connected.
The decoder / control circuit 30 comprises a predecoder, an internal timing control circuit, etc., receives address data and decodes it, and generates an internal clock signal, a control signal, etc. with reference to the external clock CK.
In the Decode circuit, there is no predecoder, and there is a method of directly decoding with an internal address signal generated in an address buffer.
However, in order to reduce the number of transistors constituting the decoder, reduce the area, and operate at high speed, a predecoder method is generally used for the purpose of increasing the storage capacity, increasing the speed, and reducing the power consumption.
When a multi-bit address is input, this pre-decoder decodes (pre-decodes), for example, into groups of 2 bits or 3 bits, selects a specific group from the group, and selects the selected group. In this configuration, one word line is selected from 2-bit or 3-bit word lines. Thereby, power consumption is reduced.
In addition, if the number of bits in the selected decoding unit is reduced, the load on the address buffer can be reduced and the operation speed can be increased. On the other hand, if the number of bits in the decoding unit is increased, the wiring area can be reduced. The load increases and the operation speed slows down. For this reason, the word lines in one block constituted by the word line driver circuit 20 often have 2 or 3 bit configurations as described above.
In addition to the row address decoder, there is a column address decoder. The column address decoder selects a column (column direction) address based on the input address data.
When the external control signal Control and the clock CK signal are supplied, the timing control circuit of the Control (control) circuit decodes, for example, a control signal (WE; write enable signal) and supplies it to the predecoder and the word line driver circuit 20. The address signals A [0] to A [n] are decoded to output a signal for activating or deactivating the word line.
In addition to this, a clock PCLK is generated, a control signal WE (write enable) signal is output to a write buffer (write buffer), and the write timing is controlled.
In addition, a SenseAmp enable signal is output to a SenseAmp circuit 50 that amplifies data on the bit line pair BL, XBL (inversion of BL).
Further, a timing signal for controlling the column addresses [An + 1] to [Am] (data) output from the column decoder is output.

ワード線ドライバ(Word Driver)回路20は、プリデコーダで1個選択され、この選択された特定のワード線ドライバ回路20に、デコーダ/コントロール回路30から出力されたクロックPCLKとDATAが供給される。
この選択されたワード線ドライバ回路20のブロックでは、たとえばデコーダの単位が3ビットの場合、8本のワード線から1本のワード線に“H”(ハイ)レベルの電圧を供給することにより、メモリセルMC(41−00〜41−70)部40の中から1本をアクティブ(活性化)にする。またこれと同時に、他の7本のワードラインには“L”(ロー)レベルの電圧が供給され、非活性化される。
各ワード線ドライバ回路の構成は、1例として図1、図2に示すように、NAND回路とNOT回路で構成されている。
このワード線ドライバ回路20において、デコーダ/コントロール回路30から出力された制御信号(クロック)PCLKとデータDATAがNAND回路に供給され演算された後その論理結果がNOT回路で反転されてメモリセルMC(41−00,41−10,・・・)部40を駆動するワード線WL0〜WL7に出力される。
One word line driver (Word Driver) circuit 20 is selected by the predecoder, and clocks PCLK and DATA output from the decoder / control circuit 30 are supplied to the selected specific word line driver circuit 20.
In the selected block of the word line driver circuit 20, for example, when the unit of the decoder is 3 bits, by supplying an “H” (high) level voltage from 8 word lines to one word line, One of the memory cells MC (41-00 to 41-70) 40 is activated (activated). At the same time, the other seven word lines are supplied with an "L" (low) level voltage and are deactivated.
Each word line driver circuit has a NAND circuit and a NOT circuit as shown in FIGS. 1 and 2 as an example.
In the word line driver circuit 20, the control signal (clock) PCLK and data DATA output from the decoder / control circuit 30 are supplied to the NAND circuit and operated, and then the logical result is inverted by the NOT circuit to be converted into the memory cell MC ( 41-00, 41-10,...) To the word lines WL0 to WL7 that drive the unit 40.

ライトバッファ/センスアンプ(回路)50の一部を構成するライトバッファ回路に、ライトイネーブル(WE)信号とカラムデコーダからカラム選択信号が供給され、特定のカラムが選択されると入力データDin(In)がメモリセルMC内のビット線対BL、XBLに(相補)データが出力される。
上述したように、たとえば内部タイミング制御回路からの信号に基いて、選択されたメモリセルMCのデータがビット線対BL,XBL上に出力され、このデータをセンスアンプ回路(50)で増幅し、ライトバッファ/センスアンプ回路50の出力バッファを介してDout(出力)データが出力される。
一方、書き込み時において、データ信号Inが入力端子を介してライトバッファ/センスアンプ回路50に供給される。カラム選択信号でビット線対BL,XBLが選択されると、ライトバッファ回路を介してメモリセルMCに書き込まれる。
A write buffer circuit constituting a part of the write buffer / sense amplifier (circuit) 50 is supplied with a write enable (WE) signal and a column selection signal from a column decoder. When a specific column is selected, input data Din (In (Complementary) data is output to the bit line pair BL, XBL in the memory cell MC.
As described above, for example, based on a signal from the internal timing control circuit, the data of the selected memory cell MC is output onto the bit line pair BL, XBL, and this data is amplified by the sense amplifier circuit (50). Dout (output) data is output through the output buffer of the write buffer / sense amplifier circuit 50.
On the other hand, at the time of writing, the data signal In is supplied to the write buffer / sense amplifier circuit 50 via the input terminal. When the bit line pair BL, XBL is selected by the column selection signal, data is written into the memory cell MC via the write buffer circuit.

メモリセル(MC)部40は、たとえばSRAMセルやROMセルなどの複数のメモリセルMC41−00〜MC41−nmがマトリックス状に配列され、一般にMC41―00〜MC41−0mが同一のワードラインに接続され、MC−00〜MC―n0がビット線対BL,XBLに接続され、このビット線対BL,XBLはセンスアンプ(50)に接続されている。
図1におけるメモリセル(MC)部40の例はSRAMの1列のみを示したもので、複数列構成されていて、またこのメモリセルMC41−00〜MC41−nmはCMOS回路構成となっている。
メモリセルMC41−00〜MC41−nmは、PチャンネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ43,45とNチャンネルMOSトランジスタ42,44,46,47で構成されている。
ワード線(WL0〜WL7)はNMOSトランジスタ42,47のゲートに接続され、ビット線BL,XBLはNMOSトランジスタ42,47のドレイン/ソースに接続されている。
PMOSトランジスタ43のソースは電源に、ドレインはNMOSトランジスタ44のドレインとNMOSトランジスタ42のソース/ドレインに接続されている。またNMOSトランジスタ44のソースは基準電位たとえばGND(グランド)に接続されている。
また同様に、PMOSトランジスタ45のソースは電源に、ドレインはNMOSトランジスタ46のドレインとNMOSトランジスタ47のソース/ドレインに接続されている。NMOSトランジスタ46のソースは基準電位たとえばGND(グランド)に接続されている。
そして、PMOSトランジスタ43とNMOSトランジスタ44の各ゲートが共通接続され、この共通接続されたゲートがPMOSトランジスタ45とNMOSトランジスタ46が共通接続されたドレインに接続されている。
PMOSトランジスタ45とNMOSトランジスタ46の各ゲートが共通接続され、この共通接続されたゲートがPMOSトランジスタ43とNMOSトランジスタ44が共通接続されたドレインに接続されている。
メモリセルMCは、このクロスカップルされた回路構成によりデータがStaticに記憶される。
In the memory cell (MC) unit 40, for example, a plurality of memory cells MC41-00 to MC41-nm such as SRAM cells and ROM cells are arranged in a matrix, and MC41-00 to MC41-0m are generally connected to the same word line. MC-00 to MC-n0 are connected to the bit line pair BL, XBL, and the bit line pair BL, XBL is connected to the sense amplifier (50).
The example of the memory cell (MC) unit 40 in FIG. 1 shows only one column of SRAM, and a plurality of columns are configured, and the memory cells MC41-00 to MC41-nm have a CMOS circuit configuration. .
Memory cells MC41-00 to MC41-nm are composed of P-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors 43, 45 and N-channel MOS transistors 42, 44, 46, 47.
The word lines (WL0 to WL7) are connected to the gates of the NMOS transistors 42 and 47, and the bit lines BL and XBL are connected to the drains / sources of the NMOS transistors 42 and 47.
The source of the PMOS transistor 43 is connected to the power supply, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 44 and the source / drain of the NMOS transistor 42. The source of the NMOS transistor 44 is connected to a reference potential such as GND (ground).
Similarly, the source of the PMOS transistor 45 is connected to the power supply, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 46 and the source / drain of the NMOS transistor 47. The source of the NMOS transistor 46 is connected to a reference potential such as GND (ground).
The gates of the PMOS transistor 43 and the NMOS transistor 44 are commonly connected, and the commonly connected gate is connected to the drain to which the PMOS transistor 45 and the NMOS transistor 46 are commonly connected.
The gates of the PMOS transistor 45 and the NMOS transistor 46 are commonly connected, and the commonly connected gate is connected to the drain to which the PMOS transistor 43 and the NMOS transistor 44 are commonly connected.
The memory cell MC stores data statically by this cross-coupled circuit configuration.

次ぎに図1に示した、SRAM回路10の動作について説明する。
デコーダ/コントロール回路30にアドレスデータやクロックPCLK、制御信号が供給されると、プリデコーダ回路、3to8デコーダ回路、カラムデコーダ回路などが駆動され、その結果がワード線ドライバ(回路)20やライトバッファ/センスアンプ回路50に供給される。
詳細には、デコーダ/コントロール回路30からクロックPCLKとDATAがワード線ドライバに出力される。デコーダ回路のプリデコーダ回路では、ワード線ブロックBLK1〜BLKnの中から1個のブロックが選択される。
さらに、このデコーダ/コントロール回路30のデコード動作により、各ワード線ドライバブロック内のワード線(ライン)、たとえば2の8本中1本が選択される。
したがって、ワード線ドライバ回路20を構成するOFF期間とON期間の長いトランジスタのしきい値電圧を変えることによりリーク電流を削減することができる。詳細については後述する。
ワード線ドライバの各ブロックの中から1つのブロックが選択されると、図1に示してあるように、PCLKとDATAがNAND回路21に入力され、そのNAND回路21の出力がNOT回路22で反転され、そのブロック内の行方向のアドレスが2(=8)本から1本選択され、ワード線が“H”(ハイ)レベルとなり活性化される。
ワード線が8本の場合、選択されるワード線は1本で、残りの7本は非活性化された状態であるので、確率的に活性化されるラインは1/8となる。
このように、確率的に非活性化される回路ブロックが多いところ、たとえばSRM回路10の1例として、ワード線ドライバを構成するトランジスタの中で、OFF期間が長い確率をもつトランジスタのしきい値電圧を可変することにより、リーク電流を削減することができる。これについては、後で図を用いて詳細に述べる。
Next, the operation of the SRAM circuit 10 shown in FIG. 1 will be described.
When address data, a clock PCLK, and a control signal are supplied to the decoder / control circuit 30, a predecoder circuit, a 3to8 decoder circuit, a column decoder circuit, and the like are driven, and the result is a word line driver (circuit) 20 and a write buffer / This is supplied to the sense amplifier circuit 50.
Specifically, the clocks PCLK and DATA are output from the decoder / control circuit 30 to the word line driver. In the predecoder circuit of the decoder circuit, one block is selected from the word line blocks BLK1 to BLKn.
In addition, the decoding operation of the decoder / control circuit 30, the word line driver block word line (line), for example one in 2 3 eight is selected.
Therefore, the leakage current can be reduced by changing the threshold voltage of the transistor having the long OFF period and the OFF period constituting the word line driver circuit 20. Details will be described later.
When one block is selected from each block of the word line driver, PCLK and DATA are input to the NAND circuit 21 and the output of the NAND circuit 21 is inverted by the NOT circuit 22 as shown in FIG. is, the row direction of the address in the block is selected one from the 2 3 (= 8) present, the word line is to "H" (a high-) level and the activation.
When there are eight word lines, only one word line is selected and the remaining seven are deactivated. Therefore, the number of probabilistically activated lines is 1/8.
As described above, where there are many circuit blocks that are stochastically inactivated, for example, as an example of the SRM circuit 10, the threshold value of a transistor having a probability of a long OFF period among transistors constituting a word line driver. By varying the voltage, leakage current can be reduced. This will be described in detail later with reference to the drawings.

列方向において、カラムアドレスにより選択されたビット線対が選択され、読み出し(または書き込み)対象のメモリセルMCが選択される。
たとえばデータ読出しの場合、内部タイミング制御回路からセンスアンプイネーブル信号が出力されると、特定されたメモリセルMCのデータがビット線対BL,XBLに出力される。センスアンプはビット線対BL,XBLに出力されたメモリセルMCのデータを増幅する。そして、この増幅されたデータはバッファを介して出力データ(Dout)として出力される。
データの書き込みは、ローデコーダで1行のみを選択し、またカラムデコーダ回路で1列を選択してメモリセルMCを特定する。ライトバッファ/センスアンプ回路50から入力データInが入力されると、ライトイネーブル(WE;書き込み可能)信号に応じてビット線対BL,XBLに入力データInを転送して、選択したメモリセルMC(41−00,41−10,・・・)に書き込む。
この場合、データの振幅レベルが大きいので、読み出しと異なり、センスアンプは使用していない。
In the column direction, a bit line pair selected by a column address is selected, and a memory cell MC to be read (or written) is selected.
For example, in the case of data reading, when a sense amplifier enable signal is output from the internal timing control circuit, the data of the specified memory cell MC is output to the bit line pair BL, XBL. The sense amplifier amplifies the data of the memory cell MC output to the bit line pair BL, XBL. The amplified data is output as output data (Dout) through the buffer.
For data writing, only one row is selected by the row decoder, and one column is selected by the column decoder circuit to specify the memory cell MC. When the input data In is input from the write buffer / sense amplifier circuit 50, the input data In is transferred to the bit line pair BL, XBL in response to a write enable (WE; writable) signal, and the selected memory cell MC ( 41-00, 41-10, ...).
In this case, since the amplitude level of the data is large, the sense amplifier is not used unlike reading.

図2に、図1に示したデコーダ(/コントロール)回路30とワード線ドライバ回路(20)に関し、さらに詳細な回路構成を示す。
図2において、デコーダ(/コントロール)回路30はプリデコーダ回路152と3to8デコーダ(回路)151とカラムデコーダ(回路)153で構成されている。
各ワード線ドライバのブロックはプリデコーダ回路152で選択される。このワード線ドライバ回路20はたとえば2(3ビットアドレス;8本)のそれぞれのワードラインを駆動するためのドライブ回路で構成されている。
アドレス信号に基づきBLK1(120−1)〜BLKn(120−n)の中から1個のブロックが選択され、この選択されたブロック内のワード線はさらに3(ビット)to8デコーダ回路151で、8本の中から1本選択され、ワード線(WL0〜WL7)に“H”レベルの電圧が出力され、アクティブ化される。
3to8デコーダ回路151から出力される0〜7の8本の行選択線は、図2に示す各ブロックBLK1(120−1)〜BLKn(120−n)全てに接続されアドレスデータ(DATA)を出力する。このDATAはタイミング発生器(TG)110から出力されるタイミングクロック、PCLKに同期してNAND処理とNOT処理され、その結果8本中1本だけが活性化される。
カラムデコーダ回路153はAn+1〜Amのアドレスデータにより、デコードされて列が選択される。このカラムデコーダ回路153の出力回路においても、上述したワード線ドライバ回路と同様に、それを構成するトランジスタについて、OFF動作期間が確率的に長いトランジスタのしきい値電圧を変え、たとえば大きくすることによりリーク電流を削減し、それに伴って消費電流(消費電力)を減らすことができる。
FIG. 2 shows a more detailed circuit configuration regarding the decoder (/ control) circuit 30 and the word line driver circuit (20) shown in FIG.
In FIG. 2, the decoder (/ control) circuit 30 includes a predecoder circuit 152, a 3 to 8 decoder (circuit) 151, and a column decoder (circuit) 153.
Each word line driver block is selected by a predecoder circuit 152. The word line driver circuit 20 is composed of, for example, a drive circuit for driving each of 2 3 (3 bit addresses; 8) word lines.
One block is selected from among BLK1 (120-1) to BLKn (120-n) based on the address signal, and the word line in the selected block is further replaced with a 3 (bit) to8 decoder circuit 151. One of the books is selected, and an “H” level voltage is output to the word lines (WL0 to WL7) to be activated.
The eight row selection lines 0 to 7 output from the 3to8 decoder circuit 151 are connected to all the blocks BLK1 (120-1) to BLKn (120-n) shown in FIG. 2 and output address data (DATA). To do. This DATA is NAND-processed and NOT-processed in synchronization with the timing clock output from the timing generator (TG) 110, PCLK, and as a result, only one of the eight is activated.
The column decoder circuit 153 is decoded by the address data An + 1 to Am to select a column. In the output circuit of the column decoder circuit 153, as in the above-described word line driver circuit, by changing the threshold voltage of a transistor having a long OFF operation period stochastically, for example, by increasing the transistor constituting the transistor, Leakage current can be reduced, and accordingly, current consumption (power consumption) can be reduced.

図3に本発明の実施形態例であるデコーダ回路200とその回路構成を示す。
デコーダ(Dedode)回路201(200)は図3(A)に示すように、3ビットの入力データIn300、In301、In302が入力される。この3ビットの入力データはデコードされて、8本の出力データ(信号)Out303、・・・、Out310が出力される。この出力データの8本の内、1本のみが選択され、例えば“H”レベルの電圧が出力される。
“H”レベルの電圧が、ワード線ドライバ回路にDATAとして出力され、そこでPCLKと共にNAND回路に入力され、NOT回路を介してワード線に“H”レベルの電圧が出力され、活性化される。
FIG. 3 shows a decoder circuit 200 according to an embodiment of the present invention and its circuit configuration.
As shown in FIG. 3A, the decoder circuit 201 (200) receives 3-bit input data In300, In301, and In302. The 3-bit input data is decoded, and eight output data (signals) Out303,..., Out310 are output. Of the eight output data, only one is selected and, for example, an “H” level voltage is output.
The “H” level voltage is output as DATA to the word line driver circuit, where it is input to the NAND circuit together with PCLK, and the “H” level voltage is output to the word line via the NOT circuit and activated.

デコーダ(Decode)回路201(200)の出力段の回路構成は、図3(B)、(C)に示すように、たとえばINV(インバータ)回路で構成される。
たとえばINV回路がCMOS回路構成の場合、PMOSトランジスタ210のソースは電源VDDに接続され、ドレインはNMOSトランジスタ211のドレインに接続され、ゲートはNMOSトランジスタ211のゲートに共通接続される。そして、このNMOSトランジスタ211のソースは基準電位たとえばGND(グランド)に接続される。
図3(B)と図3(C)にINV回路の入力、出力状態に対応するトランジスタの動作状態を示している。
まず入力に“L”レベルの信号(データ)が供給されると、PMOSトランジスタ210はON動作状態で、一方NMOSトランジスタ211はOFF動作状態となり、その結果出力は“H”レベル状態になる(図3(B))。
一方、入力に“H”レベルの信号(データ)が供給されると、PMOSトランジスタ210はOFF動作状態で、一方NMOSトランジスタ211はON動作状態となり、その結果出力は“L”レベル状態になる(図3(C))。
The circuit configuration of the output stage of the decoder (Decode) circuit 201 (200) is, for example, an INV (inverter) circuit, as shown in FIGS.
For example, when the INV circuit has a CMOS circuit configuration, the source of the PMOS transistor 210 is connected to the power supply VDD, the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 211, and the gate is commonly connected to the gate of the NMOS transistor 211. The source of the NMOS transistor 211 is connected to a reference potential such as GND (ground).
FIG. 3B and FIG. 3C show the operation states of the transistors corresponding to the input and output states of the INV circuit.
First, when an “L” level signal (data) is supplied to the input, the PMOS transistor 210 is in the ON operation state, while the NMOS transistor 211 is in the OFF operation state, and as a result, the output is in the “H” level state (FIG. 3 (B)).
On the other hand, when an “H” level signal (data) is supplied to the input, the PMOS transistor 210 is in the OFF operation state, while the NMOS transistor 211 is in the ON operation state, and as a result, the output is in the “L” level state ( FIG. 3 (C)).

上述したように、デコーダ回路201の出力部におけるインバータ(INV)回路は8個構成され、入力データIN300〜In302に応じて、出力データOut303〜Out310から選択された1個が“H”レベルで(図3(B))、また残りの7個は“L”レベルとなる(図3(C))。
さらに詳細には、デコーダ回路201の出力回路の8個のインバータ回路のうち、7個は“L”レベルであるので、7個のPMOSトランジスタ210はOFF動作状態であり、これと逆に7個のNMOSトランジスタ211はON動作状態である。
As described above, eight inverter (INV) circuits in the output section of the decoder circuit 201 are configured, and one selected from the output data Out303 to Out310 is at “H” level according to the input data IN300 to In302 ( 3 (B)) and the remaining seven are at the “L” level (FIG. 3C).
More specifically, since seven of the eight inverter circuits of the output circuit of the decoder circuit 201 are at the “L” level, the seven PMOS transistors 210 are in the OFF operation state. The NMOS transistor 211 is in an ON operation state.

このように、デコーダ回路201の出力回路をインバータ回路構成としかつCMOS回路で構成すると、ワード線ドライバ回路をドライブするインバータ回路の大部分が、OFFであり、またインバータ回路を構成するある導電型のトランジスタ、CMOSトランジスタ構成の場合、PMOSトランジスタのほとんどがOFF状態である。
以上述べたように、デコーダ回路201を構成する出力回路のINV回路は、確率的にOFF動作状態となるトランジスタの数が多く、またはそれを合計するとOFF動作状態になる期間が長い。
図3(B)、図3(C)において、OFF動作期間の長いトランジスタたとえばPMOSトランジスタ210に対してしきい値電圧を大きくすると、しきい値電圧が大きくなるに伴い、所定ゲートバイアスでの電流が減少し、またそれに伴いOFF時のリーク電流も減少する。
一方、インバータ回路の8個のうち7個がOFF状態であるが、その7個の出力CMOS回路において、NMOSトランジスタ211がON動作状態となっている。
7個のNMOSトランジスタ211のON期間を合計すると確率的にON動作状態の時間が長く、NMOSトランジスタ211に対しては、リーク電流を削減するよりしきい値電圧を低くすることにより、動作スピードを速くし、速度の改善を行っている。
As described above, when the output circuit of the decoder circuit 201 has an inverter circuit configuration and a CMOS circuit, most of the inverter circuits that drive the word line driver circuit are OFF, and a certain conductivity type that constitutes the inverter circuit. In the case of a transistor or CMOS transistor configuration, most of the PMOS transistors are in the OFF state.
As described above, the INV circuit of the output circuit that constitutes the decoder circuit 201 has a large number of transistors that are stochastically in the OFF operation state, or has a long period of being in the OFF operation state when the total is added.
3B and 3C, when the threshold voltage is increased for a transistor having a long OFF operation period, for example, the PMOS transistor 210, the current at a predetermined gate bias increases as the threshold voltage increases. As a result, the leakage current at OFF also decreases.
On the other hand, seven of the eight inverter circuits are in the OFF state. In the seven output CMOS circuits, the NMOS transistor 211 is in the ON operation state.
The total ON period of the seven NMOS transistors 211 stochastically increases the ON operation state time. For the NMOS transistor 211, the operation speed can be reduced by lowering the threshold voltage than reducing the leakage current. Speed up and speed improvement.

図4に他の実施形態例であるワード線ドライバ回路(250)の回路構成を示す。
図4のワード線ドライバ回路250は図1、図2に示したように、NAND回路21(NAND1−0〜NAND1−7,・・・,NANDn−0〜NANDn−7)とNOT回路22(NOT1−0〜NOT1−7,・・・,NOTn−0〜NOTn―7)で構成されている。
このワード線ドライバ回路250はPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのCMOS回路で構成されている。
NAND回路(NAND1−0〜NAND1−7,・・・,NANDn−0〜NANDn−7)において、PMOSトランジスタ251のソースは電源VDDに接続され、ドレインはNMOSトランジスタ252のドレインとPMOSトランジスタ253のドレインに接続されている。
NMOSトランジスタ252のゲートはPMOSトランジスタ251のゲートに接続され、ドレインはNMOSトランジスタ254のドレインに接続されている。
NMOSトランジスタ254のソースは基準電位たとえばGNDに接続され、ゲートはPMOSトランジスタ253のゲートに接続されている。
PMOSトランジスタ253のソースは電源VDDに接続され、ドレインはPMOSトランジスタ255のゲートとNMOSトランジスタ256のゲートに接続されている。
FIG. 4 shows a circuit configuration of a word line driver circuit (250) which is another embodiment.
4, the word line driver circuit 250 includes a NAND circuit 21 (NAND1-0 to NAND1-7,..., NANDn-0 to NANDn-7) and a NOT circuit 22 (NOT1). -0 to NOT1-7, ..., NOTn-0 to NOTn-7).
This word line driver circuit 250 is constituted by a CMOS circuit of a PMOS transistor and an NMOS transistor.
In the NAND circuit (NAND1-0 to NAND1-7,..., NANDn-0 to NANDn-7), the source of the PMOS transistor 251 is connected to the power supply VDD, and the drain is the drain of the NMOS transistor 252 and the drain of the PMOS transistor 253. It is connected to the.
The gate of the NMOS transistor 252 is connected to the gate of the PMOS transistor 251, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 254.
The source of the NMOS transistor 254 is connected to a reference potential, for example, GND, and the gate is connected to the gate of the PMOS transistor 253.
The source of the PMOS transistor 253 is connected to the power supply VDD, and the drain is connected to the gate of the PMOS transistor 255 and the gate of the NMOS transistor 256.

このNAND回路を構成するPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252の共通接続されたゲートにはたとえばPCLKデータが入力され、PMOSトランジスタ253とNMOSトランジスタ254の共通接続されたゲートにはDATA(データ)が入力される。
NAND回路(NAND1−0〜NAND1−7,・・・,NANDn−0〜NANDn−7)を構成するPMOSトランジスタ251のしきい値電圧を低くし(Lvth)、一方NMOSトランジスタ252のしきい値電圧を高く(Hvth)設定する。
PCLKデータは図2で示すタイミング発生器110から出力されるクロックに相当し、またDATAは3to8デコーダ回路151から出力されるワード線選択のためのデータに相当する。
For example, PCLK data is input to the commonly connected gates of the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 252 constituting the NAND circuit, and DATA (data) is input to the commonly connected gates of the PMOS transistor 253 and the NMOS transistor 254. The
The threshold voltage of the PMOS transistor 251 constituting the NAND circuit (NAND1-0 to NAND1-7,..., NANDn-0 to NANDn-7) is lowered (Lvth), while the threshold voltage of the NMOS transistor 252 is reduced. Is set high (Hvth).
The PCLK data corresponds to a clock output from the timing generator 110 shown in FIG. 2, and DATA corresponds to data for word line selection output from the 3to8 decoder circuit 151.

また、PMOSトランジスタ255とNMOSトランジスタ256はNOT回路を構成していて、PMOSトランジスタ255のソースは電源VDDに接続され、ドレインはNMOSトランジスタ256のドレインと出力端子(OUT)に接続され、このNMOSトランジスタ256のソースは基準電位たとえばGNDに接続されている。
NOT回路の入力すなわちPMOSトランジスタ255とNMOSトランジスタ256のゲートは共通接続され、このゲートにNAND回路の出力データが供給される。
The PMOS transistor 255 and the NMOS transistor 256 constitute a NOT circuit, the source of the PMOS transistor 255 is connected to the power supply VDD, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 256 and the output terminal (OUT). The source of 256 is connected to a reference potential such as GND.
The input of the NOT circuit, that is, the gates of the PMOS transistor 255 and the NMOS transistor 256 are connected in common, and the output data of the NAND circuit is supplied to this gate.

次に、ワード線ドライバ回路250を構成するNAND回路とNOT回路の動作について、図5に示すタイミングチャートを用いて説明する。
時刻t0以前は、PCLKとDATAは共に“L”レベルであり(図5(A),(B))、PCLKの“L”レベルのデータ(電圧)がPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252の各ゲートに供給される。その結果、PMOSトランジスタ251はON動作状態に、NMOSトランジスタ252はOFF動作状態となる。
一方このとき、DATAの“L”レベルの電圧がPMOSトランジスタ253のゲートとNMOSトランジスタ254のゲートに供給される。その結果、PMOSトランジスタ253はON動作状態となり、NMOSトランジスタ254はOFF動作状態となる。
したがって、NMOSトランジスタ252,254はOFF動作状態、PMOSトランジスタ251,253はON動作状態となるので、NAND回路の出力は“H”レベルになる。
しかし、このNAND回路からの出力の“H”レベルの電圧は、PMOSトランジスタ255とNMOSトランジスタ256で構成されるNOT回路で反転されるので、NOT回路出力(OUT)の出力レベルは“L”レベルとなる(図5(C))。
Next, operations of the NAND circuit and the NOT circuit included in the word line driver circuit 250 will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
Prior to time t0, both PCLK and DATA are at “L” level (FIGS. 5A and 5B), and “L” level data (voltage) of PCLK is applied to the gates of PMOS transistor 251 and NMOS transistor 252. To be supplied. As a result, the PMOS transistor 251 is turned on and the NMOS transistor 252 is turned off.
On the other hand, the “L” level voltage of DATA is supplied to the gate of the PMOS transistor 253 and the gate of the NMOS transistor 254 at this time. As a result, the PMOS transistor 253 is turned on and the NMOS transistor 254 is turned off.
Accordingly, the NMOS transistors 252 and 254 are in the OFF operation state, and the PMOS transistors 251 and 253 are in the ON operation state, so that the output of the NAND circuit becomes “H” level.
However, since the “H” level voltage output from the NAND circuit is inverted by the NOT circuit configured by the PMOS transistor 255 and the NMOS transistor 256, the output level of the NOT circuit output (OUT) is the “L” level. (FIG. 5C).

時刻t0〜t1において、PCLKは“L”レベルであるが、DATAは“L”レベルから“H”レベルに遷移する(図5(A),(B))。
PCLKは“L”レベルであるのでPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252の動作に関して、時刻t0以前と同じ動作状態である。一方、DATAが“H”レベルとなるので、PMOSトランジスタ253とNMOSトランジスタ254の動作が変化する。
すなわち、DATAが“H”レベルであるので、PMOSトランジスタ253のゲートは“H”レベルとなり、OFF動作状態となる。NMOSトランジスタ254のゲートは“H”レベルであるので、ON動作状態が可能となる。しかし、このときNMOSトランジスタ252はOFF動作状態であるので、NMOSトランジスタ252,254は共にOFF動作状態となる。
その結果、PMOSトランジスタ253はOFF動作状態であるが、PMOSトランジスタ251がON動作状態であるので、NAND回路出力は“H”レベルとなる。この“H”レベルの電圧をNOT回路に供給するので、その出力OUTは“L”レベルとなる(図5(C))。
At time t0 to t1, PCLK is at “L” level, but DATA transits from “L” level to “H” level (FIGS. 5A and 5B).
Since PCLK is at the “L” level, the operation state of the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 252 is the same as before time t0. On the other hand, since DATA becomes “H” level, the operations of the PMOS transistor 253 and the NMOS transistor 254 change.
That is, since DATA is at the “H” level, the gate of the PMOS transistor 253 is at the “H” level and is in the OFF operation state. Since the gate of the NMOS transistor 254 is at the “H” level, the ON operation state is possible. However, since the NMOS transistor 252 is in the OFF operation state at this time, both the NMOS transistors 252 and 254 are in the OFF operation state.
As a result, the PMOS transistor 253 is in the OFF operation state, but since the PMOS transistor 251 is in the ON operation state, the NAND circuit output becomes “H” level. Since this “H” level voltage is supplied to the NOT circuit, its output OUT becomes the “L” level (FIG. 5C).

時刻t1において、PCLKが“L”レベルから“H”レベルに遷移する(図5(A))。このとき、DATAは“H”レベルを維持している(図5(B))。
PMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252のゲートにはPCLKの“H”レベルの電圧が供給されるので、PMOSトランジスタ251はOFF動作状態となり、NMOSトランジスタ252はON動作状態へと遷移する。
このとき、DATAは“H”レベルであるので、NMOSトランジスタ254はON動作可能状態であるので、NMOSトランジスタ252,254はON動作状態へと遷移する。また、PMOSトランジスタ253のゲートには“H”レベルの電圧が供給されているので、OFF動作状態である。
その結果、NAND出力は“H”レベルから“L”レベルへ遷移し、その状態を時刻t3まで維持する。
そして、NAND回路出力の“L”レベルの電圧をNOT回路で反転するので、その出力OUTは“H”レベルとなる。だだし、図5(C)においては、DATAやPCLKがデコーダ(3to8デコーダ回路151)またはタイミング発生器110からこのNAND回路の入力端子まで配線容量、配線抵抗などによる信号伝播の遅延や、時定数により信号の立ち上がり立下り波形が劣化するので、その遅延による影響を強調した波形(図5(C)の時刻t2)をタイミングチャートに示している。
At time t1, PCLK changes from the “L” level to the “H” level (FIG. 5A). At this time, DATA maintains the “H” level (FIG. 5B).
Since the “H” level voltage of PCLK is supplied to the gates of the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 252, the PMOS transistor 251 enters the OFF operation state, and the NMOS transistor 252 transitions to the ON operation state.
At this time, since DATA is at the “H” level, the NMOS transistor 254 is in an ON operable state, so that the NMOS transistors 252 and 254 transition to the ON operating state. Further, since the “H” level voltage is supplied to the gate of the PMOS transistor 253, the PMOS transistor 253 is in the OFF operation state.
As a result, the NAND output transits from the “H” level to the “L” level, and maintains that state until time t3.
Since the “L” level voltage of the NAND circuit output is inverted by the NOT circuit, the output OUT becomes the “H” level. However, in FIG. 5C, DATA and PCLK are signal propagation delays and time constants from the decoder (3 to 8 decoder circuit 151) or the timing generator 110 to the input terminal of the NAND circuit due to wiring capacitance, wiring resistance, and the like. As a result, the rising and falling waveform of the signal deteriorates, and the waveform (time t2 in FIG. 5C) highlighting the influence of the delay is shown in the timing chart.

時刻t3において、PCLKが“H”レベルから“L”レベルへと遷移するが(図5(A))、DATAは“H”レベルを維持したままである(図5(B))。
この入力データの条件は時刻t0〜t1と同じである。PCLKが“L”レベルであるので、PMOSトランジスタ251はON動作状態、一方NMOSトランジスタ252はOFF動作状態となる。このとき、DATAは“H”レベルであるので、PMOSトランジスタ253のゲートは“H”レベルとなり、OFF動作状態となり、またNMOSトランジスタ254のゲートは“H”レベルであるので、ON動作状態が可能となる。しかし、このときNMOSトランジスタ252はOFF動作状態であるので、NMOSトランジスタ252,254は共にOFF動作状態である。
PMOSトランジスタ253はOFF動作状態であるが、PMOSトランジスタ251がON動作状態であるので、NAND回路出力は“H”レベルとなる。この“H”レベルの電圧がNOT回路に供給されるので、NOT回路の出力OUTは“L”レベルとなる(図5(C))。ここでも遅延時間を考慮して、NOT回路の出力OUTは時刻t4で“L”レベルに遷移する波形を図示している(図5(C))。
At time t3, PCLK changes from the “H” level to the “L” level (FIG. 5A), but DATA remains at the “H” level (FIG. 5B).
The conditions for this input data are the same as at times t0 to t1. Since PCLK is at “L” level, the PMOS transistor 251 is in the ON operation state, while the NMOS transistor 252 is in the OFF operation state. At this time, since DATA is at “H” level, the gate of the PMOS transistor 253 is at “H” level and is in an OFF operation state, and since the gate of the NMOS transistor 254 is at “H” level, an ON operation state is possible. It becomes. However, at this time, since the NMOS transistor 252 is in the OFF operation state, both the NMOS transistors 252 and 254 are in the OFF operation state.
Although the PMOS transistor 253 is in the OFF operation state, the PMOS circuit 251 is in the ON operation state, so that the NAND circuit output is at the “H” level. Since this “H” level voltage is supplied to the NOT circuit, the output OUT of the NOT circuit becomes the “L” level (FIG. 5C). Again, taking into account the delay time, the output OUT of the NOT circuit shows a waveform that transitions to the “L” level at time t4 (FIG. 5C).

時刻t3〜t5において、入力条件は時刻t3と同じであり、PCLKは“L”レベルを維持したままで、DATAは“H”レベルを維持している。そのときのNOT回路の出力波形は図5(C)のタイミングチャートに図示してあるように、“L”レベルである。   From time t3 to t5, the input condition is the same as that at time t3. PCLK remains at “L” level, and DATA maintains “H” level. The output waveform of the NOT circuit at that time is at the “L” level as shown in the timing chart of FIG.

時刻t5において、PCLKは“L”レベルであり、これに対してDATAは“H”レベルから“L”レベルへ遷移する。このときのNAND回路の入力条件は、上述した時刻t0以前の入力条件と同じである。
PCLKはDATAとともに“L”レベルであり(図5(A),(B))、PMOSトランジスタ251はON動作状態に、NMOSトランジスタ252はOFF動作状態となる。
一方、PMOSトランジスタ253はON動作状態となり、NMOSトランジスタ254はOFF動作状態となる。
その結果、NMOSトランジスタ252,254はOFF動作状態、PMOSトランジスタ251,253はON動作状態となるので、NAND回路出力は“H”レベルになる。
そして、このNAND出力の“H”レベルの電圧は、PMOSトランジスタ255とNMOSトランジスタ256で構成されるNOT回路で反転されるので、NOT回路出力(OUT)の出力レベルは“L”レベルとなる(図5(C))。
At time t5, PCLK is at the “L” level, while DATA changes from the “H” level to the “L” level. The input condition of the NAND circuit at this time is the same as the input condition before time t0 described above.
PCLK is at “L” level together with DATA (FIGS. 5A and 5B), the PMOS transistor 251 is in the ON operation state, and the NMOS transistor 252 is in the OFF operation state.
On the other hand, the PMOS transistor 253 is turned on, and the NMOS transistor 254 is turned off.
As a result, the NMOS transistors 252 and 254 are in the OFF operation state, and the PMOS transistors 251 and 253 are in the ON operation state, so that the NAND circuit output becomes the “H” level.
Then, the “H” level voltage of the NAND output is inverted by the NOT circuit composed of the PMOS transistor 255 and the NMOS transistor 256, so that the output level of the NOT circuit output (OUT) becomes the “L” level ( FIG. 5C).

このように、図4に示すSRAM用ワード線ドライバ回路250は、図5に示すようにPCLKのクロックパルスが非アクティブ(Active)すなわち“L”レベルである長い期間には、NAND回路とNOT回路を構成するトランジスタのうち、NMOSトランジスタ252とPMOSトランジスタ255はOFF動作状態に、PMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ256はON動作状態になっている。   As described above, the SRAM word line driver circuit 250 shown in FIG. 4 includes a NAND circuit and a NOT circuit during a long period in which the clock pulse of PCLK is inactive, that is, at “L” level, as shown in FIG. Among these transistors, the NMOS transistor 252 and the PMOS transistor 255 are in an OFF operation state, and the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 256 are in an ON operation state.

図4と図5に示すワード線ドライバ回路250とそのタイミングチャートにおいて、長い時間OFF動作状態にあるトランジスタ、NMOSトランジスタ252とPMOSトランジスタ255のしきい値電圧をそれぞれ高く(Hvth)設定し、また、長い時間ON動作状態にあるトランジスタ、PMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ256のしきい値電圧をそれぞれ低く(Lvth)設定する。   In the word line driver circuit 250 and its timing chart shown in FIGS. 4 and 5, the threshold voltages of the transistors in the OFF operation state for a long time, the NMOS transistor 252 and the PMOS transistor 255 are set high (Hvth), respectively, The threshold voltages of the transistors that have been in the ON operation state for a long time, the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 256, are set low (Lvth).

このように、時間軸上において、ON動作時間とOFF動作時間の持続期間を考慮することにより、長い時間OFF動作状態にあるトランジスタ、NMOSトランジスタ252とPMOSトランジスタ255には高いしきい値電圧のトランジスタを適用して、OFF動作期間のリーク電流を削減することができる。
また、長い時間ON動作状態にあるトランジスタ、PMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ256には、低いしきい値電圧のトランジスタを適用して、出力信号(OUT)の立下り時の遅延時間を低減することができる。
NMOSトランジスタとPMOSトランジスタを用いたCMOS回路構成について説明してきたが、明らかにその他の電界効果トランジスタでも構成することができ、同様な作用効果が得られる。
上述したように、ローアドレスに関するデコーダ回路とワード線ドライバ回路について主に説明したが、図2に示すカラムデコーダ回路153についても、同様な回路構成、動作が適用できそれに伴い、リーク電流を削減でき、消費電力を低減できる。またこれと同時に動作スピードの改善もできる。
As described above, by considering the duration of the ON operation time and the OFF operation time on the time axis, the transistor in the OFF operation state for a long time, the NMOS transistor 252 and the PMOS transistor 255 have a high threshold voltage transistor. Can be applied to reduce the leakage current during the OFF operation period.
In addition, a transistor having a low threshold voltage is applied to the transistors in the ON operation state for a long time, that is, the PMOS transistor 251 and the NMOS transistor 256, so that the delay time at the fall of the output signal (OUT) can be reduced. it can.
Although the CMOS circuit configuration using the NMOS transistor and the PMOS transistor has been described, it is apparent that other field effect transistors can be configured, and similar effects can be obtained.
As described above, the decoder circuit and the word line driver circuit related to the row address have been mainly described. However, the same circuit configuration and operation can be applied to the column decoder circuit 153 shown in FIG. , Power consumption can be reduced. At the same time, the operation speed can be improved.

いままでSRAMの回路を例にとり説明してきたが、本発明は、これらの実施形態例に限定されるべきものでなく、これ以外に、メモリまたはそれ以外の製品でも使用でき、十分最適化された回路ブロック、全てがクリティカルパスの回路にも本発明の技術思想が適用できる。   Up to now, the SRAM circuit has been described as an example. However, the present invention should not be limited to these example embodiments, but can be used in a memory or other products and is sufficiently optimized. The technical idea of the present invention can also be applied to circuit blocks, all of which are critical path circuits.

以上述べたように、確率的または時間軸上で電界効果トランジスタのOFF動作期間とON動作期間が求められる回路において、電界効果トランジスタのしきい値電圧を動作状態に応じて設定することにより、リーク電流を削減(消費電力を削減)し、また動作スピードの改善ができる。   As described above, in a circuit in which an OFF operation period and an ON operation period of a field effect transistor are required probabilistically or on a time axis, the threshold voltage of the field effect transistor is set according to the operation state, thereby causing leakage. The current can be reduced (power consumption can be reduced), and the operation speed can be improved.

本発明の実施形態例のSRAMの回路構成を示した回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of an SRAM according to an embodiment of the present invention. 図1に示したSRAMのデコーダ回路とワード線ドライバ回路を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a decoder circuit and a word line driver circuit of the SRAM shown in FIG. 1. 本発明の他の実施形態例のデコーダ回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a decoder circuit according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態例のワード線ドライバ回路の回路図である。It is a circuit diagram of the word line driver circuit of the other embodiment of the present invention. 図4に示したワード線ドライバ回路の動作を説明するためのタイミングチートである。6 is a timing chart for explaining the operation of the word line driver circuit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…SRAM回路、20,120−1〜120−n…ワード線ドライバ回路、21…NANAD回路、22…NOT回路、30…デコーダ(Decode)回路/コントロール(Control)回路、40…メモリセル(MC)部、50…ライトバッファ(Write Buffer)/センスアンプ(Sense Amp)回路、110…タイミング発生器、150…デコーダ回路、151,201…3to8デコーダ回路、152…プリデコーダ回路、153…カラムデコーダ回路、210,251,253,255…PMOSトランジスタ、211,252,254,256…NMOSトランジスタ。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... SRAM circuit 20, 120-1-120-n ... Word line driver circuit, 21 ... NANAD circuit, 22 ... NOT circuit, 30 ... Decoder circuit / control circuit, 40 ... Memory cell (MC ) Section, 50... Write buffer / sense amplifier circuit, 110... Timing generator, 150... Decoder circuit, 151, 201 3 to 8 decoder circuit, 152. Predecoder circuit, 153 column decoder circuit 210, 251, 253, 255 ... PMOS transistors, 211, 252, 254, 256 ... NMOS transistors.

Claims (8)

複数の電界効果トランジスタを有する電界効果トランジスタ回路において、
前記電界効果トランジスタの時間軸上または確率的にオン動作状態とオフ動作状態の期間に応じてしきい値電圧を設定した複数のしきい値電圧の電界効果トランジスタ
を有する
電界効果トランジスタ回路。
In a field effect transistor circuit having a plurality of field effect transistors,
A field effect transistor circuit comprising: a plurality of threshold voltage field effect transistors in which threshold voltages are set on the time axis of the field effect transistor or stochastically according to a period between an on operation state and an off operation state.
前記電界効果トランジスタ回路は半導体記憶装置のワード線ドライバ回路である
請求項1記載の電界効果トランジスタ回路。
The field effect transistor circuit according to claim 1, wherein the field effect transistor circuit is a word line driver circuit of a semiconductor memory device.
前記電界効果トランジスタ回路は半導体記憶装置のデコーダ回路である
請求項1記載の電界効果トランジスタ回路。
The field effect transistor circuit according to claim 1, wherein the field effect transistor circuit is a decoder circuit of a semiconductor memory device.
複数の電界効果トランジスタを有する電界効果トランジスタ回路において、
前記電界効果トランジスタ回路の時間軸上または確率的に、オン動作状態の期間よりオフ動作状態の期間が長い電界効果トランジスタは高しきい値電圧の高い電界効果トランジスタを用い、オフ動作状態の期間よりオン動作状態の期間が長い電界効果トランジスタには低しきい値電圧の電界効果トランジスタを用いた、
複数のしきい値電圧の電界効果トランジスタ
を有する
電界効果トランジスタ回路。
In a field effect transistor circuit having a plurality of field effect transistors,
On the time axis of the field effect transistor circuit or on a stochastic basis, a field effect transistor having a longer period of the off operation state than the period of the on operation state uses a field effect transistor having a high threshold voltage, and is more A field effect transistor having a low threshold voltage is used as a field effect transistor having a long on-operation period.
A field effect transistor circuit having a field effect transistor having a plurality of threshold voltages.
前記電界効果トランジスタ回路は半導体記憶装置のワード線ドライバ回路である
請求項4記載の電界効果トランジスタ回路。
The field effect transistor circuit according to claim 4, wherein the field effect transistor circuit is a word line driver circuit of a semiconductor memory device.
前記電界効果トランジスタ回路は半導体記憶装置のデコーダ回路である
請求項4記載の電界効果トランジスタ回路。
The field effect transistor circuit according to claim 4, wherein the field effect transistor circuit is a decoder circuit of a semiconductor memory device.
回路の遷移状態を検証する第1のステップと、
前記検証により時間軸上または確率的に、オンまたはオフ動作状態の期間が長い電界効果トランジスタを特定する第2のステップと、
前記特定された電界効果トランジスタのしきい値電圧を前記オン、オフ動作状態の期間に対応して設定する第3のステップと
を有する
電界効果トランジスタ回路設計方法。
A first step of verifying the transition state of the circuit;
A second step of identifying a field effect transistor having a long period of an on or off operation state on the time axis or probabilistically by the verification;
And a third step of setting a threshold voltage of the identified field effect transistor corresponding to the period of the on / off operation state.
前記しきい値電圧設定は、オフ動作状態の期間が長い電界効果トランジスタには高いしきい値電圧を、オン動作状態の期間が長い電界効果トランジスタには低いしきい値電圧とする
請求項7記載の電界効果トランジスタ回路設計方法。
8. The threshold voltage is set such that a high threshold voltage is set for a field effect transistor having a long off-operation period and a low threshold voltage is set for a field effect transistor having a long on-operation period. Field effect transistor circuit design method.
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