JP4558172B2 - Power consumption reduction circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力制御技術に係り、特にクロック動作時の消費電力及びクロック停止時の消費電力を削減するための消費電力低減回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体設計は高速化、高集積化が年々進んでいる。そのため、ブロックの消費電力、特に高速動作するクロックラインの消費電力は非常に大きいため、消費電力の制限によるパッケージの選択の制限や発熱による問題が多くなってきている。
【0003】
図16は、特開平5−326866号公報に記載の第1の従来技術の構成図である。図16を参照すると、これは、メッシュ状のクロックライン44全体を、外部から供給される小振幅信号42で動作させることで、メッシュ状のクロックライン44の充放電電流を削減し、ロジックに入る直前にレベル変換回路45を介することにより、ロジック自体には、フルスイングのクロック43のようなフルスイングの信号を供給し、メッシュ状のクロックライン44の消費電力の削減を図っている。この手法では、メッシュ状のクロックライン44の小振幅化による消費電力の削減は可能である。
【0004】
図17は、第2の従来技術に開示されているゲーテッドクロックの構成図である。図17を参照すると、第2の従来技術では、後段のクロックが動作する必要が無い場合、クロック1が入力されるAND(論理積)ゲート7のイネーブル信号(クロック停止信号2)により後段のDフリップフロップ10のクロックラインの動作を停止させ、クロックラインの消費電力を抑えることを行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第1の従来技術は、レベル変換回路45での消費電力が大きいという問題点があった。また、レベル変換回路45は大きな面積を有するため、レベル変換回路45での面積の増加は無視できないという問題点があった。
更に、クロック停止時には小振幅部とレベル変換回路45の間で中間電位発生による電流が発生するため、回路全体として消費電力の削減は難しいという問題点もあった。
【0006】
また、上記第2の従来技術の場合、クロックが停止しても良い状態の場合には消費電力を削減することが可能となるが、クロックラインの動作率が高い場合は通常のクロックラインと同じになってしまうという問題点があった。
【0007】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クロック動作時の消費電力及びクロック停止時の消費電力を削減できる消費電力低減回路を提供する点にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に記載の発明の要旨は、LSIチップにおけるクロック信号とクロック停止信号の論理積の信号を出力するANDゲートで構成されたゲーテッドバッファ回路と、フルスイングしない回路である小振幅バッファ回路と、クロック停止時のリークを止める回路であるリーク防止用バッファ回路を有することを特徴とする消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項2に記載の発明の要旨は、前記ゲーテッドバッファ回路のイネーブル端子を、前記リーク防止用バッファ回路のイネーブル端子に接続した回路構成を有することを特徴とする請求項1に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項3に記載の発明の要旨は、前記小振幅バッファ回路は、クロックとクロック停止信号の論理積を行うANDゲートの出力信号をレベル変換して、前記小振幅バッファ回路および前記リーク防止用バッファ回路の出力信号として出力する回路構成を有することを特徴とする請求項2に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項4に記載の発明の要旨は、前記リーク防止用バッファ回路は、前記クロック停止信号が”L”レベルのときに前記ANDゲートの出力信号をそのまま前記小振幅バッファ回路および前記リーク防止用バッファ回路の出力信号として出力する回路構成を有することを特徴とする請求項3に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項5に記載の発明の要旨は、前記リーク防止用バッファ回路は、前記クロック停止信号が”H”レベルのときに出力をハイインピーダンスにすることを特徴とする請求項4に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項6に記載の発明の要旨は、前記小振幅バッファ回路および前記リーク防止用バッファ回路の出力信号は、前記小振幅バッファ回路の出力信号と前記リーク防止用バッファ回路の出力信号とのワイヤードORとなっていることを特徴とする請求項5に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項7に記載の発明の要旨は、前記小振幅バッファ回路および前記リーク防止用バッファ回路の出力信号がクロック入力端子に接続され、データ入力信号がデータ入力端子に接続されたDフリップフロップを有することを特徴とする請求項6に記載の消費電力低減回路に存する。
また、この発明の請求項8に記載の発明の要旨は、前記Dフリップフロップは、前記クロック入力端子の立ち上がりで前記データ入力端子を取り込み、保持している値を常時、前記Dフリップフロップの出力信号として出力端子から出力する回路構成を有することを特徴とする請求項7に記載の消費電力低減回路に存する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、LSIチップにおけるクロック停止回路を備えたクロック回路(不図示)からのクロック信号とクロック停止信号の論理積の信号を出力するANDゲート(以降、現用のゲーテッドバッファ回路と称す)と、フルスイングしない回路(以降、小振幅バッファ回路と称す)と、クロック停止時のリークを止める回路(以降、リーク防止用バッファ回路と称す)を設けることで、クロック動作時の消費電力及びクロック停止時の消費電力を削減することを特徴とする。以下、本発明の各種実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る消費電力低減回路を説明するための機能ブロック図である。図1において、1はクロック、2はクロック停止信号、7はAND(論理積)ゲート、8は小振幅バッファ回路、9はリーク防止用バッファ回路、10はDフリップフロップ、13はAND(論理積)ゲートの出力信号、14は小振幅バッファ回路およびリーク防止用バッファ回路の出力信号、17はDフリップフロップのデータ入力信号、18はDフリップフロップの出力信号、28は本発明の特徴部の回路である。
【0011】
図1を参照すると、本実施の形態の消費電力低減回路は、クロック停止回路を備えたクロック回路(不図示)を備えた現用のゲーテッドバッファ回路(ANDゲート7)と、クロック停止時に中間電位となり次段ゲートのリーク電流を防止する小振幅バッファ回路8を設けるとともに、現用のゲーテッドバッファ回路のイネーブル端子を、リーク防止用バッファ回路9のイネーブル端子に接続した回路構成となっている。
【0012】
図1を参照すると、信号(クロック1)は外部より供給されるクロック信号である。信号(クロック停止信号2)は、クロックの出力信号(AND(論理積)ゲート7の出力信号13)を許可する信号であって、”H”レベルのときに許可を意味し、”L”レベルのときに禁止を意味する。
【0013】
ANDゲート7は、信号(クロック1)と信号(クロック停止信号2)の論理積の信号(ANDゲート7の出力信号13)を出力する。
【0014】
小振幅バッファ回路8は、信号(ANDゲート7の出力信号13)をレベル変換して、小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14として出力する。
【0015】
リーク防止用バッファ回路9は、信号(クロック停止信号2)が”L”レベルのときに信号(ANDゲート7の出力信号13)をそのまま信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)に出力する。また、信号(クロック停止信号2)が”H”レベルのときに出力をHi−Z(ハイインピーダンス)にする。
【0016】
信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)は、小振幅バッファ回路8の出力信号とリーク防止用バッファ回路9の出力信号とのワイヤードORとなっている。
【0017】
Dフリップフロップ10では、信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)がクロック入力端子Cに接続され、信号(Dフリップフロップ10のデータ入力信号17)がデータ入力端子Dに接続されている。
【0018】
Dフリップフロップ10は、クロック入力端子Cの立ち上がり(”L”レベル→”H”レベル)でデータ入力端子Dを取り込み、保持している値を常時、信号(Dフリップフロップ10の出力信号18)として出力端子Qから出力する。
【0019】
図2は、図1の小振幅バッファ回路8の構成例である。図2を参照すると、小振幅バッファ回路8は、Pチャネルトランジスタ3とNチャネルトランジスタ4で構成されるインバータ(第1のインバータ15)と、Pチャネルトランジスタ5,Pチャネルトランジスタ11,Nチャネルトランジスタ6及びNチャネルトランジスタ12で構成されるインバータ(小振幅バッファ回路8を構成する第2のインバータ16)からなる。なお、図2において、符号36は第1の電源を示している。
【0020】
ここで、Pチャネルトランジスタ5及びNチャネルトランジスタ6は、ゲート入力がドレイン接続されているため、信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)は図4に示すようなフルスイングしない信号となる。図4のタイミングチャートに、小振幅バッファ回路8の動作を示す。
【0021】
図3は、図1のリーク防止用バッファ回路9の構成例である。図3を参照すると、リーク防止用バッファ回路9は、Pチャネルトランジスタ19とNチャネルトランジスタ20で構成される第4のインバータ26と、Pチャネルトランジスタ21,Pチャネルトランジスタ22,Nチャネルトランジスタ23,Nチャネルトランジスタ24及び第3のインバータ25からなる3ステートインバータ(第5のインバータ27)で構成されている。
【0022】
以下、本実施の形態の動作について説明する。図5は、第1の実施の形態において、クロック出力を許可した場合のタイミングチャート、図6は、第1の実施の形態において、クロック出力を禁止した場合のタイミングチャート、図7は、クロックラインのシールド配線の説明図である。図8は、クロックライン上をリーク防止用バッファ回路9の配線に用いた例である。
【0023】
初めに、信号(ANDゲート7の出力信号13)が許可されている場合の動作を説明する。
【0024】
信号(ANDゲート7の出力信号13)の出力が許可状態なので信号(クロック停止信号2)は”H”レベルである。
【0025】
このとき、図5のタイミングチャートに示すように、信号(クロック1)はANDゲート7からそのまま伝播し信号(ANDゲート7の出力信号13)となる。
【0026】
リーク防止用バッファ回路9は出力が”Hi−Z”(ハイインピーダンス)であるため、小振幅バッファ回路8の出力信号がそのまま信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)となり、Dフリップフロップ10のクロック入力端子Cにはフルスイングしない信号が入力される。
【0027】
なお、電圧がフルスイングしないとDフリップフロップ10のクロック入力端子Cに中間レベルの電位が印加されるため、フルスイング時に比べて貫通電流による消費電力が大きくなる。しかし充放電電流による消費電力Pは負荷容量C、周波数f、振幅電圧Vを用いると、P=C・f・V2で決定するため、周波数が高くなると、充放電電流による消費電力が支配的となる。
【0028】
このように第1の実施の形態によれば、小振幅により電圧を抑える回路としているため、充放電による消費電力が小さくなり、回路全体として消費電力が削減されることになる。
【0029】
次に、信号(ANDゲート7の出力信号13)が禁止されている場合の動作を説明する。
【0030】
前述したように、リーク防止用バッファ回路9は出力が”Hi−Z”(ハイインピーダンス)であるため、小振幅バッファ回路8の出力信号がそのまま信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)となり、Dフリップフロップ10のクロック入力端子Cにはフルスイングしない信号が入力される。
【0031】
このとき、図6のタイミングチャートに示すように、クロックを停止させる場合、信号(クロック停止信号2)は”L”レベルである。
【0032】
このとき、ANDゲート7は信号(クロック1)の状態によらず信号(ANDゲート7の出力信号13)に”L”レベルを出力する。このため、小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9には”L”レベルが入力される。
【0033】
ここで、リーク防止用バッファ回路9は、信号(クロック停止信号2)が”L”レベルなので、信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)に”L”レベルを出力する。
【0034】
小振幅バッファ回路8も、信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)に完全に”L”レベルにはならない中間電圧を出力するが、リーク防止用バッファ回路9の出力により、信号(小振幅バッファ回路8およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号14)は”L”レベルとなる。
【0035】
その結果、信号(ANDゲート7の出力信号13)の許可時に、従来のゲーテッドクロック構成に比べて増加が懸念される中間電位発生による貫通電流を止めることが可能となる。
【0036】
なお、本実施の形態では、ゲーテッドクロックに対してリーク防止用バッファ回路9が付加されるため、従来技術に比べて配線性が極端に低下することが懸念される。しかし、近年、高周波で回路を動作させる場合、クロックラインはクロストーク等の問題が顕著になるため、その対策として図7に示すようにシールド配線と呼ばれる”L”レベル、または”H”レベルにレベルを固定した配線をクロックラインに並走させることでクロストークの影響を削減する手法が多く使用されている。また、本実施の形態のリーク防止用バッファ回路9のイネーブル信号ラインを図8に示すように、このシールド配線をイネーブル信号として使用すれば、本実施の形態を採用してもレイアウト上、大きな配線性の低下は起こすことなく実現することが可能である。
【0037】
以下に本実施の形態の効果を説明する。前述したように、本実施の形態では、クロック停止回路を備えたクロック回路に小振幅バッファ回路8によるバッファ回路を有するリーク防止用バッファ回路9を設けることで、特に高速動作時の消費電力を削減することが可能となる。
【0038】
まず、従来技術のクロックバッファの消費電流について示す。図9は、従来技術のクロックバッファの回路構成である。また、図11に従来構成と本実施の形態時のSpice波形(電子回路のシミュレーションソフトの1つであるSpice(商標)からの出力波形)の比較を行った結果を示す。
【0039】
図9、図11を参照すると、入力信号(外部より供給されるクロック29)を入力すると、出力波形(従来技術の出力信号30)が変化し、電流(従来技術での消費電流32)が発生する。
【0040】
次に本実施の形態の消費電流について示す。図10は、本実施の形態のクロックバッファ38の回路構成である。
【0041】
図10、図11を参照すると、入力信号(外部より供給されるクロック29)を入力した際、出力波形(本実施の形態の出力信号31)が変化し、消費電流(本実施の形態の消費電流33)が発生する。図11よりわかるように、本実施の形態では、出力波形がフルスイングしないため、充放電電流が減少する。なお、貫通電流は本実施の形態の方が大きくなるが、充放電電流から比べると充分小さいことがわかる。
【0042】
このことからも貫通電流は増加するが、充放電電流の削減効果の方が大きいため、回路全体としての消費電力は小さくなる。
【0043】
図12に周波数と平均電流の関係を本発明と公知構成を比較した結果を示す。
図12を参照すると、例えば250MHz時を比較した場合、本実施の形態の方が従来構成に比べて約20%減少する。また、公知のコンペア方式のレベル変換回路45(図16参照)を用いた出力波形がフルスイングしない方式に比べて消費電力の削減が可能となる。更に、リーク防止用バッファ回路9はクロック停止時のレベルを出力できれば良いため、大きな面積は不要である。
【0044】
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図13は、本発明の第2の実施の形態に係る消費電力低減回路を説明するための機能ブロック図である。なお、図13において、符号38はクロックバッファを示している。
【0045】
第1の実施の形態は、図1に示すように、単一電源にて構成されている。これに対して第2の実施の形態は、第1の電源36(図2、3参照)から電位を供給されるリーク防止用バッファ回路9、及び第2の電源37(後述、図18参照)より電位を供給される従来のクロックバッファより構成する点に特徴を有している。
【0046】
図18に従来のクロックバッファの構成例を示す。図18を参照すると、クロックバッファは、Pチャネルトランジスタ47及びNチャネルトランジスタ48で構成されるインバータ(クロックバッファ38を構成するインバータ51)と、Pチャネルトランジスタ49及びNチャネルトランジスタ50で構成されるインバータ(クロックバッファ38(図13参照)を構成するインバータ52)から構成される。
【0047】
なお、クロックバッファ以外のブロック(本実施の形態の場合、ANDゲート7,Dフリップフロップ10)は第1の電源36より電位を供給される。また、第2の電源37は、第1の電源36よりも低く設定する。
【0048】
本実施の形態では、小振幅バッファ回路8を用いていたが、従来のクロックバッファの電源電圧が低いため、通常のバッファを使用しても出力信号(クロックバッファ38およびリーク防止用バッファ回路9の出力信号46)が小振幅となり、第1の実施の形態と同様に、消費電力の削減が可能となる。
【0049】
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図14、図15は、本発明の第3の実施の形態に係る消費電力低減回路の動作説明図である。
【0050】
本実施の形態は、図15に示すように、小振幅バッファ回路8とリーク防止用バッファ回路9との並列回路を複数直列に接続した構成となっている。リーク防止用バッファ回路9のイネーブル端子は周波数が高い時には”H”レベルを、周波数が低い時には”L”レベルを入力する。
【0051】
本実施の形態では、図14に示すように、高速時にはリーク防止用バッファ回路9のイネーブル端子に”H”レベルを供給し、経路(高速動作時のクロックの経路40)をクロックラインとすることで、充放電電流による消費電力の削減を図った。
【0052】
ただし、図12に示すように、低速時には中間電位による次段の貫通電流が大きくなるため、図9に示すような従来構成の方が消費電力は小さい。しかし、図15に示すように、リーク防止用バッファ回路9のイネーブル端子に”L”レベルでクロックを動作させ、経路(第3の実施の形態での低速時のクロックの経路41)をクロックラインとすることにより、従来と同様に、フルスイングした波形(ANDゲート7の出力信号13)が出力されるため、貫通電流による問題は従来と同等となる。
【0053】
このように、本実施の形態を用いることで、周波数が低周波から高周波まで変化するクロックラインにおいても同構成で最適なクロックラインを提供することが可能である。
【0054】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【0055】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、クロック動作時の消費電力及びクロック停止時の消費電力を削減できるようになるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る消費電力低減回路を説明するための機能ブロック図である。
【図2】図1の小振幅バッファ回路の構成例である。
【図3】図1のリーク防止用バッファ回路の構成例である。
【図4】バッファの動作を示すタイミングチャートである。
【図5】第1の実施の形態において、クロック出力を許可した場合のタイミングチャートである。
【図6】第1の実施の形態において、クロック出力を禁止した場合のタイミングチャートである。
【図7】クロックラインのシールド配線の説明図である。
【図8】クロックライン上をリーク防止用バッファ回路の配線に用いた例である。
【図9】従来技術のクロックバッファの回路構成である。
【図10】本実施の形態のクロックバッファの回路構成である。
【図11】図9と図10での特性を比較したグラフである。
【図12】図9と図10での平均電流の周波数依存性を表したグラフである。
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る消費電力低減回路を説明するための機能ブロック図である。
【図14】本発明の第3の実施の形態に係る消費電力低減回路の動作説明図である。
【図15】本発明の第3の実施の形態に係る消費電力低減回路の動作説明図である。
【図16】特開平5−326866号公報に記載の第1の従来技術の構成図である。
【図17】第2の従来技術に開示されているゲーテッドクロックの構成図である。
【図18】従来のクロックバッファの構成例である。
【符号の説明】
1…クロック
2…クロック停止信号
3,5,11,19,21,22,47,49…Pチャネルトランジスタ
4,6,12,20,23,24,48,50…Nチャネルトランジスタ
7…AND(論理積)ゲート
8…小振幅バッファ回路
9…リーク防止用バッファ回路
10…Dフリップフロップ
13…AND(論理積)ゲートの出力信号
14…小振幅バッファ回路およびリーク防止用バッファ回路の出力信号
15…第1のインバータ
16…第2のインバータ
17…Dフリップフロップのデータ入力信号
18…Dフリップフロップの出力信号
25…第3のインバータ
26…第4のインバータ
27…第5のインバータ
28…本発明の特徴部の回路
29…外部より供給されるクロック
30…従来技術の出力信号
31…本実施の形態の出力信号
32…従来技術での消費電流
33…消費電流
36…第1の電源
37…第2の電源
38…クロックバッファ
40…高速動作時のクロックの経路
41…第3の実施の形態での低速時のクロックの経路
42…外部から供給されるの小振幅信号
43…フルスイングのクロック
44…メッシュ状のクロックライン
45…レベル変換回路
46…クロックバッファおよびリーク防止用バッファ回路の出力信号
51,52…クロックバッファを構成するインバータ
C…クロック入力端子
D…データ入力端子
Q…出力端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power control technique, and more particularly to a power consumption reduction circuit for reducing power consumption during clock operation and power consumption when the clock is stopped.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor design is progressing year by year with higher speed and higher integration. For this reason, the power consumption of the block, particularly the power consumption of the clock line that operates at high speed, is very large, and there are many problems due to restrictions on package selection due to power consumption restrictions and heat generation.
[0003]
FIG. 16 is a block diagram of the first prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-326866. Referring to FIG. 16, this is achieved by operating the entire
[0004]
FIG. 17 is a configuration diagram of a gated clock disclosed in the second prior art. Referring to FIG. 17, in the second prior art, when there is no need to operate the subsequent stage clock, an enable signal (clock stop signal 2) of the AND (logical product)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the first prior art has a problem that power consumption in the
Furthermore, since a current due to the generation of an intermediate potential is generated between the small amplitude portion and the
[0006]
In the case of the second prior art, it is possible to reduce power consumption when the clock may be stopped, but when the operating rate of the clock line is high, the same as the normal clock line. There was a problem of becoming.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a power consumption reduction circuit capable of reducing power consumption during clock operation and power consumption when the clock is stopped.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a gated buffer circuit including an AND gate that outputs a logical product of a clock signal and a clock stop signal in an LSI chip, and a small amplitude that is a circuit that does not perform a full swing. The present invention resides in a power consumption reduction circuit including a buffer circuit and a leak prevention buffer circuit which is a circuit for stopping leakage when the clock is stopped.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a circuit configuration in which an enable terminal of the gated buffer circuit is connected to an enable terminal of the leak prevention buffer circuit. It exists in the described power consumption reduction circuit.
According to a third aspect of the present invention, the small amplitude buffer circuit performs level conversion on an output signal of an AND gate that performs a logical product of a clock and a clock stop signal, and the small amplitude buffer circuit and 3. The power consumption reduction circuit according to
According to a fourth aspect of the present invention, the leak prevention buffer circuit is configured such that when the clock stop signal is at "L" level, the output signal of the AND gate is directly used as the small amplitude buffer circuit and 4. The power consumption reduction circuit according to claim 3, wherein the power consumption reduction circuit has a circuit configuration for outputting as an output signal of the leak prevention buffer circuit.
According to a fifth aspect of the present invention, the buffer circuit for leak prevention makes the output high impedance when the clock stop signal is at "H" level. The power consumption reduction circuit described in the above.
According to a sixth aspect of the present invention, the output signals of the small amplitude buffer circuit and the leak prevention buffer circuit are the output signal of the small amplitude buffer circuit and the output of the leak prevention buffer circuit. 6. The power consumption reduction circuit according to
According to a seventh aspect of the present invention, the output signals of the small amplitude buffer circuit and the leak prevention buffer circuit are connected to the clock input terminal, and the data input signal is connected to the data input terminal. 7. A power consumption reduction circuit according to claim 6, further comprising a D flip-flop.
The gist of the invention described in
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention includes a clock circuit having a clock stop circuit in an LSI chip (not shown) clock signal and logical AND gates (hereinafter referred to as a gated buffer circuits working) for outputting a signal of a clock stop signal from By providing a circuit that does not fully swing (hereinafter referred to as a small amplitude buffer circuit) and a circuit that stops leakage when the clock is stopped (hereinafter referred to as a buffer circuit for preventing leakage), power consumption and clock stop during clock operation are provided. It is characterized by reducing power consumption at the time. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a power consumption reduction circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a clock, 2 is a clock stop signal, 7 is an AND (logical product) gate, 8 is a small amplitude buffer circuit, 9 is a buffer circuit for preventing leakage, 10 is a D flip-flop, and 13 is an AND (logical product). The output signal of the gate, 14 is the output signal of the small amplitude buffer circuit and the leak prevention buffer circuit, 17 is the data input signal of the D flip-flop, 18 is the output signal of the D flip-flop, and 28 is the circuit of the characteristic part of the present invention. It is.
[0011]
Referring to FIG. 1, the power consumption reduction circuit of the present embodiment has a current gated buffer circuit (AND gate 7) having a clock circuit (not shown) having a clock stop circuit and an intermediate potential when the clock is stopped. provided with a small-
[0012]
Referring to FIG. 1, the signal (clock 1) is a clock signal supplied from the outside. The signal (clock stop signal 2) is a signal for permitting the clock output signal (the
[0013]
The AND
[0014]
The small
[0015]
When the signal (clock stop signal 2) is at "L" level, the leak
[0016]
The signal (the
[0017]
In the D flip-
[0018]
The D flip-
[0019]
FIG. 2 is a configuration example of the small
[0020]
Here, since the gate input of the P-
[0021]
FIG. 3 is a configuration example of the leak
[0022]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. 5 is a timing chart when clock output is permitted in the first embodiment, FIG. 6 is a timing chart when clock output is prohibited in the first embodiment, and FIG. 7 is a clock line. It is explanatory drawing of this shield wiring. FIG. 8 shows an example in which the clock line is used for wiring of the leak
[0023]
First, the operation when the signal (the
[0024]
Since the output of the signal (the
[0025]
At this time, as shown in the timing chart of FIG. 5, the signal (clock 1) propagates as it is from the AND
[0026]
Since the output of the leak
[0027]
If the voltage does not fully swing, an intermediate level potential is applied to the clock input terminal C of the D flip-
[0028]
Thus, according to the first embodiment, since the voltage is suppressed by a small amplitude, power consumption due to charging / discharging is reduced, and power consumption is reduced as a whole circuit.
[0029]
Next, the operation when the signal (the
[0030]
As described above, since the output of the leak
[0031]
At this time, as shown in the timing chart of FIG. 6, when the clock is stopped, the signal (clock stop signal 2) is at the “L” level.
[0032]
At this time, the AND
[0033]
Here, since the signal (clock stop signal 2) of the leak
[0034]
The small
[0035]
As a result, when the signal (the
[0036]
In this embodiment, since the leak
[0037]
The effects of this embodiment will be described below. As described above, in the present embodiment, the leakage
[0038]
First, the current consumption of the clock buffer of the prior art will be described. FIG. 9 shows a circuit configuration of a conventional clock buffer. FIG. 11 shows the result of comparison between the conventional configuration and the Spice waveform (output waveform from Spice (trademark), which is one of simulation software for electronic circuits) in the present embodiment.
[0039]
Referring to FIGS. 9 and 11, when an input signal (
[0040]
Next, current consumption of this embodiment will be described. FIG. 10 shows a circuit configuration of the
[0041]
Referring to FIGS. 10 and 11, when an input signal (
[0042]
This also increases the through current. However, since the effect of reducing the charge / discharge current is greater, the power consumption of the entire circuit is reduced.
[0043]
FIG. 12 shows the relationship between the present invention and a known configuration regarding the relationship between frequency and average current.
Referring to FIG. 12, for example, when comparing 250 MHz, the present embodiment is reduced by about 20% compared to the conventional configuration. Further, the power consumption can be reduced as compared with a method in which the output waveform using the known compare method level conversion circuit 45 (see FIG. 16) does not perform a full swing. Furthermore, since the leak
[0044]
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same parts as those already described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 13 is a functional block diagram for explaining a power consumption reduction circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 13,
[0045]
As shown in FIG. 1, the first embodiment is configured by a single power source. On the other hand, in the second embodiment, a leak
[0046]
FIG. 18 shows a configuration example of a conventional clock buffer. Referring to FIG. 18, the clock buffer includes an inverter composed of a P-
[0047]
It should be noted that blocks other than the clock buffer (in the case of the present embodiment, the AND
[0048]
In the present embodiment, the small
[0049]
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same parts as those already described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. 14 and 15 are operation explanatory diagrams of the power consumption reduction circuit according to the third embodiment of the present invention.
[0050]
In this embodiment, as shown in FIG. 15, a plurality of parallel circuits of a small
[0051]
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the high level is supplied to the enable terminal of the leak
[0052]
However, as shown in FIG. 12, since the through current of the next stage due to the intermediate potential becomes large at low speed, the conventional configuration as shown in FIG. 9 consumes less power. However, as shown in FIG. 15, the clock is operated at the “L” level at the enable terminal of the leak
[0053]
As described above, by using this embodiment, it is possible to provide an optimal clock line with the same configuration even in a clock line whose frequency changes from a low frequency to a high frequency.
[0054]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the above-described embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above embodiments, and can be set to a number, position, shape, and the like that are suitable for carrying out the present invention. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
[0055]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the power consumption during the clock operation and the power consumption when the clock is stopped can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a power consumption reduction circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration example of the small amplitude buffer circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a configuration example of the leak prevention buffer circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the buffer.
FIG. 5 is a timing chart when clock output is permitted in the first embodiment;
FIG. 6 is a timing chart when clock output is prohibited in the first embodiment;
FIG. 7 is an explanatory diagram of shield wiring of a clock line.
FIG. 8 is an example in which a clock line is used for wiring of a buffer circuit for preventing leakage.
FIG. 9 is a circuit configuration of a conventional clock buffer.
FIG. 10 is a circuit configuration of a clock buffer according to the present embodiment.
11 is a graph comparing the characteristics of FIG. 9 and FIG.
12 is a graph showing the frequency dependence of the average current in FIGS. 9 and 10. FIG.
FIG. 13 is a functional block diagram for explaining a power consumption reduction circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an operation explanatory diagram of a power consumption reduction circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an operation explanatory diagram of the power consumption reduction circuit according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram of the first prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-326866.
FIG. 17 is a configuration diagram of a gated clock disclosed in the second prior art.
FIG. 18 is a configuration example of a conventional clock buffer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
フルスイングしない回路である小振幅バッファ回路と、
クロック停止時のリークを止める回路であるリーク防止用バッファ回路を有することを特徴とする消費電力低減回路。 A gated buffer circuit composed of an AND gate that outputs a logical product of a clock signal and a clock stop signal in an LSI chip;
A small-amplitude buffer circuit that does not fully swing, and
What is claimed is: 1. A power consumption reduction circuit comprising a leak prevention buffer circuit which is a circuit for stopping leakage when a clock is stopped.
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