JP3672184B2 - 中継用マクロセル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に関し、特に電源の異なる回路ブロック間に配置するレベルシフト機能付きの中継用マクロセルに関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯機器などでは待機時の低消費電力化の観点から、近年CMOS型半導体集積回路でも必要のない回路は電源を切って消費電力の削減を行うことが一般的となった。これは、半導体集積回路の微細化に伴い電源電圧およびしきい値電圧を下げざるを得ず、待機時消費電力が増加するという問題のためである。
【0003】
電源を切った回路ブロックの入力や出力の処置などの一般的な注意や、電源を複数の系統に分けた場合、回路ブロック毎に電源を切るために電源系統間の電圧差に対する注意が必要である。
【0004】
図9は、従来におけるレベルシフト回路の回路図である。これは、2入力NAND回路である。入力信号A,Bおよびその反転信号は、VDD1の電源系統に含まれている。NMOSトランジスタMN903は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN901,PMOSトランジスタMP901)を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN904は、ソースがGNDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN903のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN902,PMOSトランジスタMP902)を介した入力信号Bの反転信号が供給されている。
【0005】
また、NMOSトランジスタMN906は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号Bが供給されている。NMOSトランジスタMN905は、ソースがNMOSトランジスタMN906のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。
【0006】
また、PMOSトランジスタMP903は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN903,MN904のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP905は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN905のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP903のゲートは、PMOSトランジスタMP905とNMOSトランジスタMN905のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP905のゲートは、PMOSトランジスタMP903とNMOSトランジスタMN903,MN904のドレインに接続されている。そして、出力信号Zとして、PMOSトランジスタMP905とNMOSトランジスタMN905のドレイン電圧が出力される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、消費電力削減のために電源(VDD1)を切ると、CMOS回路の出力信号はGNDレベルまで低下するのに長い時間を要してしまう。これは、電源を切ってMOSFETのゲート・ソース間電圧がしきい値電圧あたりまで低下するとソース・ドレイン間を流れる電流が微小になるためであり、出力電圧はGNDレベルより幾分高い電圧に留まる傾向がある。電源の入った回路ブロックがその様な信号をそのまま入力信号として受け取ると、NMOSトランジスタが十分にオフせず、スタティックリーク電流の増加を招くことになる。
【0008】
図9において、例えば入力信号Aが“L”レベルである時にVDD1を切った場合、インバータIN1の出力は“H”レベル(VDD1レベル)からGNDレベルまで低下して、NMOSトランジスタMN903をオフ状態にする。しかし、GNDレベルよりも幾分高いレベルに留まってしまうことがあり、NMOSトランジスタMN903は完全にオフ状態にならない。そのため、VDD2からGNDにリーク電流が流れてしまう。
【0009】
また、電源電圧を系統間で意図的に変えていない場合についても、しきい値電圧を下げると電源系統間の僅かな電圧差でもスタティックリーク電流の増加が危惧される。
【0010】
その様なことを防ぐため、同電位で動作する回路ブロックの場合、電源の入った回路ブロックの入力部分で電源の切れた回路ブロックからの信号を遮断する処置として、NANDゲート、クロックド・インバータ、ラッチまたはフリップ・フロップ等を挿入するが、回路規模が大きくなってしまう。
【0011】
また、CMOS回路は、入力端子にPMOSトランジスタのドレインが含まれる場合、電源を切ってPMOSのソースおよびNウェル電位が低下すると、ドレイン・Nウェル間のPN接合が順方向バイアスになり電流が流れてしまうため、入力端子の入力インピーダンスの低下が起こる。入力端子に電流が流れ込んでしまうと、スタティック電流の増加や誤作動の要因になる。
【0012】
本発明の目的は、動作に必要のない電源を切った場合に、安定した動作を行うレベルシフト機能付中継用マクロセルを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明による中継用マクロセルは、第1の電位である第1の電源と、第2の電位である第2の電源と、前記第1の電源と前記第2の電源との間に接続された第1の電流経路と第2の電流経路を有し、前記第1の電流経路の前記第2の電源側に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号と前記第2の電位または接地電位である第2の入力信号により制御される第1のスイッチ回路と、前記第2の電流経路の前記第2の電源側に接続され、前記第1の入力信号の反転信号と前記第2の入力信号の反転信号により制御される第2のスイッチ回路とから成る第1のレベルシフト回路とを具備することを特徴としている。
【0014】
また、第1の電位である第1の電源と、第2の電位である第2の電源と、前記第1の電源に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号とこの反転信号が入力される第1のレベルシフト回路と、前記第1のレベルシフト回路の出力を保持する第1の保持回路と、前記第1のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第1のスイッチ素子と、前記第1の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第2のスイッチ素子とを備え、前記第1のスイッチ素子は、前記第1の電位または接地電位である第2の入力信号により制御され、前記第2のスイッチ素子は、前記第2の入力信号の反転信号により制御されることを特徴としている。
【0015】
また、第1の電位である第1の電源と、第2の電位である第2の電源と、前記第1の電源に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号とこの反転信号が入力されるレベルシフト回路と、前記レベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続され、前記第1の電位または接地電位である第2の入力信号により制御されるスイッチ素子と、前記レベルシフト回路の出力信号と前記第2の入力信号とこの反転信号が供給されるクロックド・インバータとを具備することを特徴としている。
【0016】
また、第1の電位である第1の電源と、第2の電位である第2の電源と、前記第1の電源に接続され、第3の電位からなる第1および第2の入力信号とこれら反転信号が入力される第1のレベルシフト回路と、前記第1のレベルシフト回路に接続され、前記第1のレベルシフト回路の出力信号を保持する第1の保持回路と、前記第1の電源に接続され、前記第1および第2の入力信号とこれら反転信号が入力される第2のレベルシフト回路と、前記第1および第2のレベルシフト回路に接続され、前記第2のレベルシフト回路の出力信号を保持する第2の保持回路と、前記第1のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第1のスイッチ素子と、前記第2のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第2のスイッチ素子と、前記第1の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第3のスイッチ素子と、前記第2の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第4のスイッチ素子と、ソースが前記第1の電源に接続され、ゲートに前記第1のレベルシフト回路または前記第1の保持回路の出力信号が供給される一導電型の第1のMOSトランジスタと、ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2のレベルシフト回路または前記第2の保持回路の出力信号が供給される逆導電型の第2のMOSトランジスタとを備え、前記第1および第2のスイッチ素子は、前記第1の電位または接地電位である第3の入力信号により制御され、前記第3および第4のスイッチ素子は、前記第3の入力信号の反転信号により制御されることを特徴としている。
【0017】
この発明によれば、ある電源系統を切ってその系統から電源供給を受けている回路ブロックの信号が不安定になっても、電源の入っている回路ブロックの動作に影響がおよぶことを防ぐことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるイネーブル付きバッファ(2入力NANDゲート)になっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号A(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、入力信号A,入力信号VOFFおよびこれらインバータIN1,IN2の出力信号により制御されるバッファから構成されている。入力信号Aとその反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号および出力信号ZはVDD2の電源系統に含まれている。
【0019】
バッファについて説明する。NMOSトランジスタMN103(第1のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN101,PMOSトランジスタMP101)の出力信号が供給されている。NMOSトランジスタMN103と並列に接続されたNMOSトランジスタMN104(第2のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN103のドレインと接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN102,PMOSトランジスタMP102)の出力信号が供給されている。そして、PMOSトランジスタMP103(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN103およびNMOSトランジスタMN104のドレインに接続されている。
【0020】
また、NMOSトランジスタMN106(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN106と直列に接続されたNMOSトランジスタMN105(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN106のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。そして、PMOSトランジスタMP105(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインはNMOSトランジスタMN105のドレインと接続されている。
【0021】
また、PMOSトランジスタMP103のゲートはPMOSトランジスタMP105およびNMOSトランジスタMN105のドレインに、PMOSトランジスタMP105のゲートはPMOSトランジスタMP103およびNMOSトランジスタMN103,MN104のドレインに接続されている。そして、出力信号ZとしてPMOSトランジスタMP103およびNMOSトランジスタMN103,MN104のドレイン電圧が出力される。
【0022】
尚、NMOSトランジスタMN105,MN106のゲートに供給する入力信号を逆にしてもよい。すなわち、NMOSトランジスタMN105のゲートに入力信号VOFFが供給され、NMOSトランジスタMN106のゲートに入力信号Aが供給されてもよい。
【0023】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“L”レベルが入力された場合、出力信号Zは“L”レベルに固定される。NMOSトランジスタMN106のゲートには“L”レベルが供給され、オフ状態となる。また、NMOSトランジスタMN104のゲートにはインバータIN2を介した入力信号VOFFの反転信号(“H”レベル)が供給され、オン状態となる。すると、NMOSトランジスタMN104のドレイン電圧はGNDレベルになり、出力信号ZにはGNDレベルの信号が出力される。
【0024】
また、PMOSトランジスタMP105のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP105はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP105のドレイン電圧はVDD2レベルとなる。PMOSトランジスタMP103のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP103はオフ状態となる。
【0025】
よって、入力信号Aにより動作するNMOSトランジスタMN105は、入力信号VOFFが“L”レベルの時、NMOSトランジスタMN106がオフ状態になることによって遮断される。したがって、入力信号VOFFが“L”レベルの時、入力信号Aを含むVDD1を切っても、NMOSトランジスタMN104がオン状態になることによって、出力信号ZはGNDレベルに固定される。
【0026】
また、入力信号VOFFが“L”レベルの時、NMOSトランジスタMN104はオン状態となるので、NMOSトランジスタMN103とのドレインはGNDレベルとなり、また、NMOSトランジスタMN106はオフ状態となる。したがって、VDD1を切って入力信号Aおよびその反転信号が不安定な状態になっても、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。
【0027】
一方、入力信号VOFFに“H”レベルが入力された場合、入力信号Aを出力信号Zの信号レベルに変換することのできるレベルシフト回路として動作する。入力信号VOFFが“H”レベルであるので、NMOSトランジスタMN104はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN106はオン状態となる。
【0028】
入力信号Aが“L”レベルの場合、NMOSトランジスタMN103にはインバータIN1を介した入力信号Aの反転信号(“H”レベル)が供給され、オン状態となる。また、NMOSトランジスタMN105のゲートには“L”レベルが供給され、オフ状態となる。すると、NMOSトランジスタMN103のドレイン電圧はGNDレベルになり、出力信号ZにはGNDレベルの信号が出力される。
【0029】
また、入力信号Aが“H”レベルの場合、NMOSトランジスタMN103にはインバータIN1を介した入力信号Aの反転信号(“L”レベル)が供給され、オフ状態となる。また、NMOSトランジスタMN105のゲートには“H”レベルが供給され、オン状態となる。すると、NMOSトランジスタMN106とNMOSトランジスタMN105がオン状態となるので、NMOSトランジスタMN105のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP103のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給されるので、PMOSトランジスタMP103はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP103のドレイン電圧はVDD2レベルとなる。したがって、出力信号ZにはVDD2レベルの信号が出力される。
【0030】
したがって、入力信号VOFFが“H”レベルの場合、本実施形態はレベルシフト回路として動作する。
【0031】
よって、本実施形態は、レベルシフト回路として働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号Aおよびその反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
【0032】
尚、上記説明では、出力信号ZとしてPMOSトランジスタMP103とNMOSトランジスタMN103,MN104のドレイン電圧が出力されるが、PMOSトランジスタMP105とNMOSトランジスタMN105のドレイン電圧を出力としてもよい。この場合、上記説明に対して反転した信号レベルが出力される。
【0033】
また、同様の問題を解決するための半導体装置が、特開平9−74348号公報に開示されている。図10に、この半導体装置の回路図を示す。低電圧電源(VDDL)を電源とするインバータ101と、高電圧電源(VDDH)を電源とする昇圧回路102、および、VDDHを電源とするインバータ103で昇圧レベルシフタを構成している。この昇圧回路102は、VDDH電源と出力ノードであるA点の間にプルアップトランジスタとしてPchトランジスタ110が設けられ、VSS電源と電流源の接続ノードであるC点の間に昇圧回路102の動作を制御するスイッチとしてNchトランジスタ111が設けられている。Pchトランジスタ110とNchトランジスタ111のゲートにはVDDH電源の回路からの信号が伝播されるCNT端子が接続され、制御機能部を構成している。
【0034】
Nchトランジスタ111がオンした場合、IN端子に伝播された電位は昇圧回路102で昇圧され、OUT端子へ伝播され昇圧レベルシフタとして機能する。また、Pchトランジスタ110がオンした場合、インバータ103にVDDH電位が供給されるため、OUT端子にVSS電位が出力される。このように、図10の半導体装置は、Nchトランジスタ111をオフすることにより昇圧レベルシフタとしての機能を遮断し、OUT端子への出力をVSS電位に固定している。
【0035】
しかしながら、Pchトランジスタ110がオンした場合、A点はVDDH電位となり安定するが、もう一方の電流源の接続ノードであるB点は、VDDL電源を切った場合、電位が安定しなくなる。
【0036】
それに対し本発明は、入力信号Aを含むVDD1を切っても、NMOSトランジスタMN104がオン状態になることによって、NMOSトランジスタMN104のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP105がオン状態になるので、PMOSトランジスタMP105のドレイン電圧はVDD2レベルで安定する。
【0037】
また、本発明の中継用マクロセルのレベルシフト機能部分は、少ないMOSトランジスタで構成されているので、図10の昇圧回路102よりも面積を小さくすることができる。
(第2の実施の形態)
図2は、第2の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるラッチになっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号D(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、入力信号D,入力信号VOFFおよびこれらインバータIN1、IN2の出力信号により制御されるラッチから構成されている。入力信号Dとその反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号および出力信号Q,QNはVDD2の電源系統に含まれている。
【0038】
ラッチについて説明する。NMOSトランジスタMN205(第1のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN203(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN205のドレインに接続され、ゲートに入力信号Dが供給されている。NMOSトランジスタMN204(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN205のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN201,PMOSトランジスタMP201)を介した入力信号Dの反転信号が供給されている。また、PMOSトランジスタMP203(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN203のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP204(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN204のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP203のゲートが、PMOSトランジスタMP204とNMOSトランジスタMN204のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP204のゲートが、PMOSトランジスタMP203とNMOSトランジスタN203のドレインに接続されている。
【0039】
また、NMOSトランジスタMN208(第2のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN202,PMOSトランジスタMP202)を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN206(第7のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN208のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP204とNMOSトランジスタMN204のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN207(第8のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN208のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP203とNMOSトランジスタMN203のドレインに接続されている。
【0040】
そして、出力信号Qとして、PMOSトランジスタMP204とNMOSトランジスタMN204,MN207のドレイン電圧が出力される。また、出力信号QNとして、PMOSトランジスタMP203とNMOSトランジスタMN203,MN206のドレイン電圧が出力される。
【0041】
このラッチ回路は、入力信号VOFFによりNMOSトランジスタMN205またはNMOSトランジスタMN208のどちらかをオン状態とし、NMOSトランジスタMN205がオン状態となった場合は、入力信号Dに応じた信号を出力し、NMOSトランジスタMN208がオン状態となった場合は、保持された信号を出力し続ける。
【0042】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“H”レベルが入力された場合、入力信号Dを出力信号Q,QNの信号レベルに変換することのできるレベルシフト回路として動作する。入力信号VOFFが“H”レベルであるので、NMOSトランジスタMN205はオン状態、NMOSトランジスタMN208はオフ状態となる。したがって、入力信号Dに応じた出力信号Q,QNが出力される。
【0043】
入力信号Dが“H”レベルの場合を考える。NMOSトランジスタMN203のゲートには“H”レベルの信号が供給され、オン状態となる。一方、NMOSトランジスタMN204のゲートにはインバータIN1を介した入力信号Dの反転信号(“L”レベル)が供給され、オフ状態となる。すると、NMOSトランジスタMN203のドレイン電圧はGNDレベルになり、出力信号QNとしてGNDレベルの信号が出力される。そして、PMOSトランジスタMP204のゲートにはGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP204はオン状態となる。PMOSトランジスタMP204のドレイン電圧はVDD2レベルになり、出力信号QとしてVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP203のゲートにはVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP203はオフ状態となる。
【0044】
入力信号Dが“L”レベルの場合を考える。NMOSトランジスタMN203のゲートには“L”レベルの信号が供給され、オフ状態となる。一方、NMOSトランジスタMN204のゲートにはインバータIN1を介した入力信号Dの反転信号(“H”レベル)が供給され、オン状態となる。すると、NMOSトランジスタMN204のドレイン電圧はGNDレベルになり、出力信号QとしてGNDレベルの信号が出力される。そして、PMOSトランジスタMP203のゲートにはGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP203はオン状態となる。したがって、PMOSトランジスタMP203のドレイン電圧はVDD2レベルになり、出力信号QNとしてVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP204のゲートにはVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP204はオフ状態となる。
【0045】
したがって、入力信号VOFFが“H”レベルの場合、本実施形態は入力信号Dに応じたレベルシフト回路として動作する。
【0046】
一方、入力信号VOFFが“H”レベルから“L”レベルに変化した場合、出力信号Q,QNには保持された信号を出力し続ける。入力信号VOFFが“L”レベルであるので、NMOSトランジスタMN205はオフ状態に変化し、NMOSトランジスタMN208はオン状態に変化する。PMOSトランジスタMP203とNMOSトランジスタMN203のドレインノードと、PMOSトランジスタMP204とNMOSトランジスタMN204のドレインノードとの電位差によって、NMOSトランジスタMN206,MN207のどちらか一方がオン状態となり、オン状態となったNMOSトランジスタのドレイン電圧はGNDレベルとなる。オフ状態のNMOSトランジスタのドレイン電圧は、保持された信号レベルのままである。
【0047】
この時、VDD1を切ったとすると、入力信号Dは不安定な状態となる。しかし、NMOSトランジスタMN205はオフ状態となっているので、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。また、VDD1を切った場合でも、保持した信号を出力し続けるので、出力信号Q,QNに影響はない。
【0048】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるラッチ回路として働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号Dおよびその反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
(第3の実施の形態)
図3は、第3の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるイネーブル付きフリップ・フロップになっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号D(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第4の入力信号)とクロック信号CPNが供給されるNAND回路と、VDD2とGND間にこのNAND回路の出力信号(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、入力信号D,NAND回路の出力信号およびインバータIN1,IN2の出力信号により制御されるマスター・ラッチ(第1のレベルシフト回路、第1の保持回路)とスレーブ・ラッチ(第2のレベルシフト回路、第2の保持回路)から成るフリップ・フロップから構成されている。入力信号Dとその反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとクロック信号CPNとこれらNAND論理とその反転信号および出力信号Q,QNはVDD2の電源系統に含まれている。
【0049】
NAND回路は、PMOSトランジスタMP302,MP303とNMOSトランジスタMN302,MN303から構成されている。VDD2とGND間にPMOSトランジスタMP302,NMOSトランジスタMN302,NMOSトランジスタMN303が直列接続されている。PMOSトランジスタMP302とNMOSトランジスタMN302のゲートにはクロック信号CPNが供給され、NMOSトランジスタMN303のゲートには入力信号VOFFが供給されている。また、PMOSトランジスタMP302と並列にPMOSトランジスタMP303が接続されている。PMOSトランジスタMP303は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP302およびNMOSトランジスタMN302のドレインに接続され、ゲートには入力信号VOFFが供給されている。このNAND回路の出力信号が、NMOSトランジスタMN310とNMOSトランジスタMN313に供給される。また、インバータIN2(NMOSトランジスタMN304,PMOSトランジスタMP304)を介した信号、すなわち、NAND回路の出力信号の反転信号が、NMOSトランジスタMN307とNMOSトランジスタMN316に供給される。
【0050】
次に、マスター・ラッチについて説明する。NMOSトランジスタMN307(第1のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにNAND回路の出力信号の反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN305(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN307のドレインに接続され、ゲートに入力信号Dが供給されている。NMOSトランジスタMN306(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN307のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN301,PMOSトランジスタMP301)を介した入力信号Dの反転信号が供給されている。また、PMOSトランジスタMP305(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN305のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP306(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN306に接続されている。そして、PMOSトランジスタMP305のゲートがPMOSトランジスタMP306とNMOSトランジスタMN306のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP306のゲートがPMOSトランジスタMP305とNMOSトランジスタMN305のドレインに接続されている。
【0051】
そして、PMOSトランジスタMP305とNMOSトランジスタMN305のドレイン電圧およびPMOSトランジスタMP306とNMOSトランジスタNMOS306のドレイン電圧が、すなわち、入力信号Dに応じた信号が次段のスレーブ・ラッチに供給される。
【0052】
また、NMOSトランジスタMN310(第2のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにNAND回路の出力信号が供給されている。NMOSトランジスタMN308(第7のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN310のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP306とNMOSトランジスタMN306のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN309(第8のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN310のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP305とNMOSトランジスタMN305のドレインに接続されている。そして、NMOSトランジスタMN308のドレインが、PMOSトランジスタMP305とNMOSトランジスタMN305のドレインに接続され、NMOSトランジスタMN309のドレインが、PMOSトランジスタMP306とNMOSトランジスタMN306のドレインに接続されている。
【0053】
次に、スレーブ・ラッチについて説明する。NMOSトランジスタMN313は、ソースがGNDに接続され、ゲートにNAND回路の出力信号が供給されている。NMOSトランジスタMN311は、ソースがNMOSトランジスタMN313のドレインに接続され、ゲートに前段のマスター・ラッチのPMOSトランジスタMP306とNMOSトランジスタMN306,MN309のドレイン電圧(第3の入力信号)が供給される。NMOSトランジスタMN312は、ソースがNMOSトランジスタMN313のドレインに接続され、ゲートに前段のマスター・ラッチのPMOSトランジスタMP305とNMOSトランジスタMN305,MN308のドレイン電圧が供給される。また、PMOSトランジスタMP311は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN311に接続されている。PMOSトランジスタMP312は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN312に接続されている。そして、PMOSトランジスタMP311のゲートが、PMOSトランジスタMP312とNMOSトランジスタMN312のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP312のゲートが、PMOSトランジスタMP311とNMOSトランジスタMN311のドレインに接続されている。ここでは、前段のマスター・ラッチからの出力信号に応じて、出力信号Q,QNが出力される。
【0054】
また、NMOSトランジスタMN316は、ソースがGNDに接続され、ゲートにNAND回路の出力信号の反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN314は、ソースがNMOSトランジスタMN316のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP312とNMOSトランジスタMN312のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN315は、ソースがNMOSトランジスタMN316のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP311とNMOSトランジスタMN311のドレインに接続されている。そして、NMOSトランジスタMN314のゲートが、PMOSトランジスタMP312とNMOSトランジスタMN312のドレインに接続され、NMOSトランジスタMN315のゲートが、PMOSトランジスタMP311とNMOSトランジスタMN311のドレインに接続されている。そして、出力信号Qとして、PMOSトランジスタMP312とNMOSトランジスタMN312,MN315のドレイン電圧が出力され、出力信号QNとして、PMOSトランジスタMP311とNMOSトランジスタMN311,MN314のドレイン電圧が出力される。
【0055】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFF,クロック入力信号CPN共に“H”レベルが入力された場合、入力信号Dの信号レベルを変換してマスター・ラッチに信号を読み込むレベルシフト回路として動作し、スレーブ・ラッチに保持されているデータが出力信号Q,QNとして出力される。この場合、NAND回路の出力信号は“L”レベルとなる。したがって、NMOSトランジスタMN307とNMOSトランジスタMN316は、オン状態となり、NMOSトランジスタMN310とNMOSトランジスタMN313は、オフ状態となる。
【0056】
この時、入力信号Dが“H”レベルの場合、NMOSトランジスタMN305はオン状態、NMOSトランジスタMN306はオフ状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN305のドレイン電圧はGNDレベルとなり、次段のスレーブ・ラッチのNMOSトランジスタMN312に供給される。そして、PMOSトランジスタMP306のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP306はオン状態となる。よって、PMOSトランジスタMP306のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、次段のスレーブ・ラッチのNMOSトランジスタMN311に供給される。また、PMOSトランジスタMP305のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP305はオフ状態となる。
【0057】
また、入力信号Dが“L”レベルの場合、NMOSトランジスタMN305はオフ状態、NMOSトランジスタMN306はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN306のドレイン電圧はGNDレベルとなり、次段のスレーブ・ラッチのNMOSトランジスタMN311に供給される。そして、PMOSトランジスタMP305のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP305はオン状態となる。よって、PMOSトランジスタMP305のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、次段のスレーブ・ラッチのNMOSトランジスタMN312に供給される。また、PMOSトランジスタMP306のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP306はオフ状態となる。
【0058】
この様に、入力信号Dに応じて、マスター・ラッチは信号を読み込むレベルシフト回路として動作している。スレーブ・ラッチは、NMOSトランジスタMN313がオフ状態、NMOSトランジスタMN312がオン状態なので、入力信号Dが“H”レベルまたは“L”レベル、どちらの場合も、出力信号Q,QNとしてスレーブ・ラッチに保持された信号が出力される。
【0059】
一方、入力信号VOFFに“H”レベル、クロック入力信号CPNに“L”レベルが入力された場合、または、入力信号VOFFに“L”レベルが入力された場合、出力信号Q,QNとして、マスター・ラッチに保持されている信号がスレーブ・ラッチを通して出力される。この場合、NAND回路の出力は“H”レベルとなるので、NMOSトランジスタMN307,MN316はオフ状態、NMOSトランジスタMN310,MN313はオン状態となる。
【0060】
ここでVDD1を切ったとすると、入力信号Dおよびその反転信号は不安定な状態となる。しかし、NMOSトランジスタMN307はオフ状態となっているので、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。また、VDD1を切った場合でも、マスター・ラッチに保持された信号がスレーブ・ラッチを通して出力し続けるので、出力信号Q,QNに影響はない。尚、VDD1の電源を切る時は、それより前にクロックの供給を止める。
【0061】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるイネーブル付きフリップ・フロップ回路として働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号Dおよびその反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
(第4の実施の形態)
図4は、第4の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるクロックド・インバータになっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号A(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、入力信号Aと入力信号VOFFによりレベル変換を行うレベルシフト回路と、入力信号VOFFとその反転信号およびレベルシフト回路の出力信号により“H”レベル,“L”レベルまたはハイインピーダンスの信号を出力するクロックド・インバータから構成されている。入力信号Aとその反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号および出力信号ZはVDD2の電源系統に含まれている。
【0062】
レベルシフト回路について説明する。NMOSトランジスタMN404(スイッチ素子)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN402は、ソースがNMOSトランジスタMN404のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。NMOSトランジスタMN403は、ソースがNMOSトランジスタMN404のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN401,PMOSトランジスタMP401)を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。また、PMOSトランジスタMP402は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN402のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP403は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMP403のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP402のゲートが、PMOSトランジスタMP403とNMOSトランジスタMN403のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP403のゲートが、PMOSトランジスタMP402とNMOSトランジスタMN402のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP403とNMOSトランジスタMN403のドレイン電圧が、次段のクロックド・インバータに供給される。
【0063】
次に、クロックド・インバータについて説明する。VDD2とGND間に、PMOSトランジスタMP406,MP407とNMOSトランジスタMN406,MN407が直列接続されている。NMOSトランジスタMN407は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。PMOSトランジスタMP407は、ソースがVDD2に接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN405,PMOSトランジスタMP405)を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。また、NMOSトランジスタMN406は、ソースがNMOSトランジスタMN407のドレインに接続され、ゲートにレベルシフト回路からの出力信号が供給されている。PMOSトランジスタMP406は、ソースがPMOSトランジスタMP407のドレインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN406のドレインに接続され、ゲートにレベルシフト回路の出力信号が供給されている。そして、出力信号Zとして、PMOSトランジスタMP406とNMOSトランジスタMN406のドレイン電圧が出力される。
【0064】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“L”レベルが入力された場合、出力信号Zはハイインピーダンスに固定される。この場合、NMOSトランジスタMN407は、オフ状態になる。また、PMOSトランジスタMP407のゲートには、インバータIN2を介した入力信号VOFFの反転信号(“H”レベル)が供給され、オフ状態となる。すなわち、PMOSトランジスタMP407,NMOSトランジスタMN407共にオフ状態となるので、クロックド・インバータの出力信号Zはハイインピーダンスとなる。
【0065】
この時、VDD1を切ったとすると、入力信号Aおよびその反転信号は不安定な状態となる。しかし、NMOSトランジスタMN404はオフ状態となっているので、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。また、PMOSトランジスタMP407とNMOSトランジスタMN407が共にオフ状態となっているので、レベルシフト回路から不安定な出力信号が供給されても、出力信号Zに影響はない。
【0066】
一方、入力信号VOFFに“H”レベルが入力された場合、入力信号Aを出力信号Zの信号レベルに変換することのできるレベルシフト回路として動作する。入力信号VOFFが“H”レベルなので、クロックド・インバータのPMOSトランジスタMP407とNMOSトランジスタMN407は共にオン状態となる。また、入力信号VOFFが“H”レベルなので、NMOSトランジスタMN404はオン状態となる。
【0067】
入力信号Aが“L”レベルの場合を考える。この時、NMOSトランジスタMN402はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN403はオン状態となる。すると、NMOSトランジスタMN403のドレイン電圧はGNDレベルになり、レベルシフト回路からGNDレベルの信号が出力される。
【0068】
また、PMOSトランジスタMP402のゲートにはGNDレベル(“L”レベル)が供給され、PMOSトランジスタMP402はオン状態となり、PMOSトランジスタMP402のドレイン電圧はVDD2レベルとなる。PMOSトランジスタMP403にはVDD2レベル(“H”レベル)が供給され、オフ状態となる。
【0069】
PMOSトランジスタMP406とNMOSトランジスタMN406は、ゲートにレベルシフト回路からの出力信号(“L”レベル)が供給されるので、PMOSトランジスタMP406はオン状態、NMOSトランジスタMN406はオフ状態となる。したがって、出力信号Zとして、VDD2レベルの信号が出力される。
【0070】
入力信号Aが“H”レベルの場合を考える。NMOSトランジスタMN402はオン状態となり、NMOSトランジスタMN403はオフ状態となる。すると、NMOSトランジスタMN402のドレイン電圧は、GNDレベルになる。そして、PMOSトランジスタMP403のゲートにはGNDレベル(“L”レベル)が供給され、PMOSトランジスタMP403はオン状態となる。したがって、PMOSトランジスタMP403のドレイン電圧はVDD2レベルになり、レベルシフト回路からVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP402のゲートにはVDD2レベル(“H”レベル)が供給され、オフ状態となる。
【0071】
PMOSトランジスタMP406とNMOSトランジスタMN406は、ゲートにレベルシフト回路からの出力信号(“H”レベル)が供給されるので、PMOSトランジスタMP406はオフ状態、NMOSトランジスタMN406はオン状態となる。よって、出力信号Zとして、GNDレベルの信号が出力される。
【0072】
したがって、入力信号VOFFが“H”レベルの場合は、入力信号Aを出力信号Zの信号レベルに変換することのできるレベルシフト回路として動作する。
【0073】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるクロックド・インバータとして働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号Aおよびその反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
(第5の実施の形態)
図5は、第5の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるトライステートゲートになっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号A(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、入力信号Aと,入力信号VOFFとこれらインバータIN1,IN2の出力信号により制御される2つの差動回路と、これら差動回路の出力信号により制御される2つのMOSトランジスタから構成されている。入力信号Aとその反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号、そして2つの差動出力と出力信号ZはVDD2の電源系統に含まれている。
【0074】
第1の差動回路(第1のレベルシフト回路)について説明する。NMOSトランジスタMN504(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN503(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN504のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN501,PMOSトランジスタMP501)を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。また、NMOSトランジスタMN505(第1のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。NMOSトランジスタMN506(第2のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN505のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN502,PMOSトランジスタMP502)を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。
【0075】
また、PMOSトランジスタMP503(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN503のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP505(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN505とNMOSトランジスタMN506のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP503のゲートが、PMOSトランジスタMP505とNMOSトランジスタMN505,MN506のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP505のゲートが、PMOSトランジスタMP503とNMOSトランジスタMN503のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP505とNMOSトランジスタMN505,MN506のドレイン電圧が次段に出力される。
【0076】
次に、第2の差動回路(第2のレベルシフト回路)について説明する。NMOSトランジスタMN507(第9のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN1を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN508(第10のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN507のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。また、NMOSトランジスタMN510(第11のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN509(第12のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN510のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。
【0077】
また、PMOSトランジスタMP507(第13のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN507,MN508のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP509(第14のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN509のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP507のゲートが、PMOSトランジスタMP509とNMOSトランジスタMN509のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP509のゲートが、PMOSトランジスタMP507とNMOSトランジスタMN507,MN508のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP509とNMOSトランジスタMN509のドレイン電圧が次段に出力される。
【0078】
次に、第1および第2の差動回路からの出力を受ける2つのMOSトランジスタについて説明する。VDD2とGND間にPMOSトランジスタMP511(第8のMOSトランジスタ)とNMOSトランジスタMN511(第7のMOSトランジスタ)が直列接続されている。NMOSトランジスタMN511は、ソースがGNDに接続され、ゲートに第1の差動回路からの出力信号が供給されている。PMOSトランジスタMP511は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN511のドレインに接続され、ゲートに第2の差動回路からの出力信号が供給されている。そして、出力信号Zとして、PMOSトランジスタMP511とNMOSトランジスタMN511のドレイン電圧が出力される。
【0079】
尚、NMOSトランジスタMN503,MN504のゲートに供給する入力信号を逆にしてもよい。すなわち、NMOSトランジスタMN503のゲートに入力信号VOFFが供給され、NMOSトランジスタMN504のゲートに入力信号Aの反転信号が供給されてもよい。同様に、NMOSトランジスタMN509のゲートに入力信号VOFFが供給され、NMOSトランジスタMN510のゲートに入力信号Aが供給されてもよい。
【0080】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“L”レベルが入力された場合、出力信号Zはハイインピーダンスに固定される。第1の差動回路のNMOSトランジスタMN504はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN506はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN506のドレイン電圧はGNDレベルとなり、第1の差動回路からはGNDレベルの信号が出力される。
【0081】
また、PMOSトランジスタMP503のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP503はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP503のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、PMOSトランジスタMP505のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP505はオフ状態となる。
【0082】
一方、第2の差動回路のNMOSトランジスタMN508はオン状態となり、NMOSトランジスタMN510はオフ状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN508のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP509のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP509はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP509のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、第2の差動回路からはVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP507のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP507はオフ状態となる。
【0083】
NMOSトランジスタMN511は、第1の差動回路からGNDレベルの信号が供給され、オフ状態となる。一方、PMOSトランジスタMP511は、第2の差動回路からVDD2レベルの信号が供給され、オフ状態となる。共にオフ状態となるので、出力信号Zはハイインピーダンスとなる。
【0084】
よって、入力信号Aにより動作するNMOSトランジスタMN503,MN509は、入力信号VOFFが“L”レベルの時、NMOSトランジスタMN504,MN510がオフ状態になることによって遮断される。したがって、入力信号VOFFが“L”レベルの時、入力信号Aを含むVDD1を切っても、NMOSトランジスタMN506,MN508がオン状態になることによって、次段のMOSトランジスタに供給する出力信号が、第1の差動回路からは“L”レベルに、第2の差動回路からは“H”レベルに固定される。
【0085】
また、入力信号VOFFが“L”レベルの時、NMOSトランジスタMN506,MN508はオン状態となるので、NMOSトランジスタMN505,MN507とのドレインはGNDレベルとなり、また、NMOSトランジスタMN504,MN510はオフ状態となる。したがって、VDD1を切って入力信号Aおよびその反転信号が不安定な状態になっても、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。
【0086】
入力信号VOFFに“H”レベルが入力された場合、入力信号Aを出力信号Zの信号レベルに変換することのできるレベルシフト回路として動作する。第1の差動回路のNMOSトランジスタMN504はオン状態となり、NMOSトランジスタMN506はオフ状態となる。また、第2の差動回路のNMOSトランジスタMN508はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN510はオン状態となる。
【0087】
入力信号Aが“L”レベルの場合を考える。第1の差動回路のNMOSトランジスタMN505はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN503はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN503,MN504が共にオン状態となるので、NMOSトランジスタMN503のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP505のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP505はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP505のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、第1の差動回路からはVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP503のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP503はオフ状態となる。
【0088】
第2の差動回路のNMOSトランジスタMN507はオン状態となり、NMOSトランジスタMN509はオフ状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN507のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP509のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP509はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP509のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、第2の差動回路からはVDD2レベルの信号が出力される。また、PMOSトランジスタMP507のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP507はオフ状態となる。
【0089】
NMOSトランジスタMN511は、第1の差動回路からVDD2レベルの信号が供給され、オン状態となる。一方、PMOSトランジスタMP511は、第2の差動回路からVDD2レベルの信号が供給され、オフ状態となる。したがって、出力信号Zとして、GNDレベルの信号が出力される。
【0090】
入力信号Aが“H”レベルの場合を考える。第1の差動回路のNMOSトランジスタMN503はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN505はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN505のドレイン電圧はGNDレベルとなり、第1の差動回路からはGNDレベルの信号が出力される。そして、PMOSトランジスタMP503のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP503はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP503のドレイン電圧はVDD2レベルとなる。PMOSトランジスタMP505のゲートにはVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、オフ状態となる。
【0091】
第2の差動回路のNMOSトランジスタMN507はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN509はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN509,MN510が共にオン状態となるので、NMOSトランジスタMN509のドレイン電圧はGNDレベルとなり、第2の差動回路からはGNDレベルの信号が出力される。
【0092】
また、PMOSトランジスタMP507のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP507はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP507のドレイン電圧はVDD2レベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP509のゲートにはVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP509はオフ状態となる。
【0093】
NMOSトランジスタMN511は、第1の差動回路からGNDレベルの信号が供給され、オフ状態となる。一方、PMOSトランジスタMP511は、第2の差動回路からGNDレベルの信号が供給され、オン状態となる。したがって、出力信号Zとして、VDD2レベルの信号が出力される。
【0094】
以下に、第5の実施形態における真理値表を表1に表す。
【0095】
【表1】
【0096】
したがって、入力信号VOFFが“H”レベルの場合、本実施形態はレベルシフト回路として動作する。
【0097】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるトライステートゲートとして働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号Aおよびその反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
(第6の実施の形態)
図6は、第6の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるラッチ2個とクロックド・インバータを組み合わせた構成になっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号A(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1とイネーブル信号E(第3の入力信号)が供給されるインバータIN2と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第2の入力信号)が供給されるインバータIN3と、これら信号とその反転信号により制御される2つのラッチと、このラッチの出力信号により制御されるクロックド・インバータから構成されている。入力信号A、イネーブル信号Eとこれらの反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号および出力信号ZはVDD2の電源系統に含まれている。
【0098】
第1のラッチ(第1のレベルシフト回路、第1の保持回路)は、入力信号Aに応じた信号を出力する。NMOSトランジスタMN606(第1のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN604(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN606のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。NMOSトランジスタMN605(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN606のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN601,PMOSトランジスタMP601)を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。また、PMOSトランジスタMP604(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN604のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP605(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN605のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP604のゲートが、PMOSトランジスタMP605とNMOSトランジスタMN605のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP605のゲートが、PMOSトランジスタMP604とNMOSトランジスタMN604のドレインに接続されている。
【0099】
また、NMOSトランジスタMN609(第2のMOSトランジスタ)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN3(NMOSトランジスタMN603,PMOSトランジスタMP603)を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN607(第7のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN609のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP604とNMOSトランジスタMN604のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP605とNMOSトランジスタMN605のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN608(第8のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN609のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP605とNMOSトランジスタMN605のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP604とNMOSトランジスタMN604のドレインに接続されている。
【0100】
そして、PMOSトランジスタMP605とNMOSトランジスタMN605,MN608のドレイン電圧が第1のラッチの出力信号として、後段のクロックド・インバータに出力される。
【0101】
第2のラッチは、イネーブル信号Eに応じた信号を出力する。NMOSトランジスタMN612は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN610は、ソースがNMOSトランジスタMN612のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号Eが供給されている。NMOSトランジスタMN611は、ソースがNMOSトランジスタMN612のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN602,PMOSトランジスタMP602)を介したイネーブル信号Eの反転信号が供給されている。
【0102】
また、PMOSトランジスタMP610は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN610のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP611は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN611のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP610のゲートが、PMOSトランジスタMP611とNMOSトランジスタMN611のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP611のゲートが、PMOSトランジスタMP610とNMOSトランジスタMN610のドレインに接続されている。
【0103】
また、NMOSトランジスタMN615は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN3を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN613は、ソースがNMOSトランジスタMN615のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP610とNMOSトランジスタMN610のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP611とNMOSトランジスタMN611のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN614は、ソースがNMOSトランジスタMN615のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP611とNMOSトランジスタMN611のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP610とNMOSトランジスタMN610のドレインに接続されている。
【0104】
そして、第2のラッチの出力信号として、PMOSトランジスタMP611とNMOSトランジスタMN611,MN614のドレイン電圧が、後段のクロックド・インバータに出力される。また、第2のラッチの出力信号の反転信号として、PMOSトランジスタMP610とNMOSトランジスタMN610,MN613のドレイン電圧が、後段のクロックド・インバータに出力される。
【0105】
クロックド・インバータについて説明する。VDD2とGND間に、PMOSトランジスタMP616,MP617とNMOSトランジスタMP616,MN617が直列接続されている。PMOSトランジスタMP617は、ソースがVDD2に接続され、ゲートに第2のラッチからの出力信号の反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN617は、ソースがGNDに接続され、ゲートに第2のラッチからの出力信号が供給されている。また、PMOSトランジスタMP616は、ソースがPMOSトランジスタMP617のドレインに接続され、ゲートに第1のラッチからの出力信号が供給されている。NMOSトランジスタMN616は、ソースがNMOSトランジスタMN617のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP616のドレインに接続され、ゲートに第1のラッチから出力信号が供給されている。そして、出力信号Zとして、PMOSトランジスタMP616とNMOSトランジスタMN616のドレイン電圧が出力される。
【0106】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“H”レベルが入力されている場合、入力信号Aおよびイネーブル信号Eの信号レベルを変換して出力信号Zに信号を出力するレベルシフト回路として動作する。入力信号VOFFが“H”レベルなので、NMOSトランジスタMN606とNMOSトランジスタMN612はオン状態となり、NMOSトランジスタMN609とNMOSトランジスタMN615はオフ状態となる。
【0107】
入力信号Aが“H”レベルの場合を考える。第1のラッチのNMOSトランジスタMN604はオン状態となり、NMOSトランジスタMN605はオフ状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN604のドレイン電圧はGNDレベルとなる。そして、PMOSトランジスタMP605のゲートにはGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP605はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP605のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、第1のラッチの出力信号として、次段のクロックド・インバータに出力される。また、PMOSトランジスタMP604のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP604はオフ状態となる。
【0108】
イネーブル信号Eが“H”レベルの場合、第2のラッチでも同様に動作し、第2のラッチの出力信号としてVDD2レベル(“H”レベル)の信号が、出力信号の反転信号としてGNDレベル(“L”レベル)の信号が、次段のクロックド・インバータに供給される。
【0109】
この時、クロックド・インバータは、NMOSトランジスタMN616,MN617がオン状態となるので、出力信号ZとしてGNDレベル(“L”レベル)の信号が出力される。
【0110】
入力信号Aが“L”レベルの場合を考える。NMOSトランジスタMN604はオフ状態、NMOSトランジスタMN605はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN605のドレイン電圧はGNDレベルとなり、次段のクロックド・インバータに出力される。そして、PMOSトランジスタMP604のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP604はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP604のドレイン電圧はVDD2レベルとなり、PMOSトランジスタMP605のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP605はオフ状態となる。
【0111】
この時、クロックド・インバータは、PMOSトランジスタMP616,MP617がオン状態となるので、出力信号ZとしてVDD2レベル(“H”レベル)の信号が出力される。
【0112】
イネーブル信号Eが“L”レベルの場合、第2のラッチから、出力信号としてGNDレベル(“L”レベル)の信号が、出力信号の反転信号としてVDD2レベル(“H”レベル)の信号が、次段のクロックド・インバータに供給される。
【0113】
この時、クロックド・インバータは、PMOSトランジスタMP617とNMOSトランジスタMN617は共にオフ状態となるので、出力信号Zとしてハイインピーダンスの信号が出力される。
【0114】
一方、入力信号VOFFに“L”レベルが入力されている場合、NMOSトランジスタMN606,MN612はオフ状態、NMOSトランジスタMN609,MN615はオン状態となる。第1のラッチおよび第2のラッチは、入力信号VOFFに“H”レベルが入力されていた時の入力信号A,イネーブル信号Eに応じた信号を保持しているので、VDD1を切っても出力信号Zは“H”レベル(VDD2レベル)、“L”レベル(GNDレベル)、または、ハイインピーダンスを出力し続ける。
【0115】
以下に、第6の実施形態における真理値表を表2に示す。表2中の“X”は、“H”または“L”である。
【0116】
【表2】
【0117】
入力信号VOFFが“L”レベルの時に、VDD1を切ったとすると、入力信号A、イネーブル信号Eおよびこれらの反転信号は不安定な状態となる。しかし、NMOSトランジスタMN606,MN612はオフ状態となっているので、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。また、VDD1を切った場合でも、第1および第2のラッチは保持した信号を出力し続けるので、これら2つのラッチの出力信号やその反転信号に影響はない。
【0118】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるクロックド・インバータとして働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号A、イネーブル信号Eおよびこれらの反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。(第7の実施の形態)
図7は、第7の実施形態における中継用マクロセルの回路図である。これは、レベルシフト機能のあるラッチ2個を有するトライステートゲートになっている。VDD1(第3の電位)とGND(第2の電位)間に入力信号A(第1の入力信号)が供給されるインバータIN1と、イネーブル信号E(第2の入力信号)が供給されるインバータIN2と、VDD2(第1の電位)とGND間に入力信号VOFF(第3の入力信号)が供給されるインバータIN3と、これら入力信号とその反転信号により制御される2つのラッチと、このラッチの出力信号により制御される2つのMOSトランジスタから構成されている。入力信号A,Eとこれらの反転信号はVDD1の電源系統に含まれ、入力信号VOFFとその反転信号および2個のラッチと出力信号ZはVDD2の電源系統に含まれている。
【0119】
第1のラッチ(第1のレベルシフト回路、第1の保持回路)について説明する。NMOSトランジスタMN708(第1のスイッチ素子)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN704(第3のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN708のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1(NMOSトランジスタMN701,PMOSトランジスタMP701)を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN705(第4のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN708のドレインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN704のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2(NMOSトランジスタMN702,PMOSトランジスタMP702)を介したイネーブル信号Eの反転信号が供給されている。
【0120】
また、NMOSトランジスタMN707(第5のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN708のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号Eが供給されている。NMOSトランジスタMN706(第6のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN707のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。
【0121】
PMOSトランジスタMP704(第7のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN704,MN705のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP706(第8のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN706のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP704のゲートが、PMOSトランジスタMP706とNMOSトランジスタMN706のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP706のゲートが、PMOSトランジスタMP704とNMOSトランジスタMN704,MN705のドレインに接続されている。
【0122】
また、NMOSトランジスタMN711(第3のスイッチ素子)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN3(NMOSトランジスタMN703,PMOSトランジスタMP703)を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN709(第9のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN711のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP704とNMOSトランジスタMN704,MN705のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP706とNMOSトランジスタMN706のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN710(第10のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN711のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP706とNMOSトランジスタMN706のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP704とNMOSトランジスタMN704,MN705のドレインに接続されている。
【0123】
そして、第1のラッチの出力信号として、PMOSトランジスタMP706とNMOSトランジスタMN706,MN710のドレイン電圧が次段に出力される。
【0124】
次に、第2のラッチ(第2のレベルシフト回路、第2の保持回路)について説明する。NMOSトランジスタMN716(第2のスイッチ素子)は、ソースがGNDに接続され、ゲートに入力信号VOFFが供給されている。NMOSトランジスタMN713(第11のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN716のドレインに接続され、ゲートにイネーブル信号Eが供給されている。NMOSトランジスタMN712(第12のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN713のドレインに接続され、ゲートにインバータIN1を介した入力信号Aの反転信号が供給されている。
【0125】
また、NMOSトランジスタMN714(第13のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN716のドレインに接続され、ゲートに入力信号Aが供給されている。NMOSトランジスタMN715(第14のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN716のドレインに接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN714のドレインに接続され、ゲートにインバータIN2を介したイネーブル信号Eの反転信号が供給されている。
【0126】
PMOSトランジスタMP712(第15のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN712のドレインに接続されている。PMOSトランジスタMP714(第16のMOSトランジスタ)は、ソースがVDD2に接続され、ドレインがNMOSトランジスタMN714,MN715のドレインに接続されている。そして、PMOSトランジスタMP712のゲートが、PMOSトランジスタMP714とNMOSトランジスタMN714,MN715のドレインに接続され、PMOSトランジスタMP714のゲートが、PMOSトランジスタMP712とNMOSトランジスタMN712のドレインに接続されている。
【0127】
また、NMOSトランジスタMN721(第4のスイッチ素子)は、ソースがGNDに接続され、ゲートにインバータIN3を介した入力信号VOFFの反転信号が供給されている。NMOSトランジスタMN718(第17のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN721のドレインに接続され、ゲートが第1のラッチのPMOSトランジスタMP706とNMOSトランジスタMN706,MN710のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN717(第18のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN718のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP712とNMOSトランジスタMN712のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP714とNMOSトランジスタMN714,MN715のドレインに接続されている。
【0128】
また、NMOSトランジスタMN719(第19のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN721のドレインに接続され、ゲートがPMOSトランジスタMP712とNMOSトランジスタMN712,MN717のドレインに接続されている。NMOSトランジスタMN720(第20のMOSトランジスタ)は、ソースがNMOSトランジスタMN721のドレインに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP714とNMOSトランジスタMN714,MN715およびMN719のドレインに接続され、ゲートが第1のラッチのPMOSトランジスタMP704とNMOSトランジスタMN704,MN705およびMN709のドレインに接続されている。
【0129】
そして、第2のラッチの出力信号として、PMOSトランジスタMP714とNMOSトランジスタMN714,MN715およびMN717のドレイン電圧が次段に出力される。
【0130】
次に、第1および第2のラッチからの出力を受ける2つのMOSトランジスタについて説明する。VDD2とGND間にPMOSトランジスタMP722(第1のMOSトランジスタ)とNMOSトランジスタMN722(第2のMOSトランジスタ)が直列接続されている。PMOSトランジスタMP722は、ソースがVDD2に接続され、ゲートに第1のラッチの出力信号が供給されている。また、NMOSトランジスタMN722は、ソースがGNDに接続され、ドレインがPMOSトランジスタMP722のドレインに接続され、ゲートに第2のラッチの出力信号が供給されている。そして、出力信号Zとして、PMOSトランジスタMP722とNMOSトランジスタMN722のドレイン電圧が出力される。
【0131】
次に、本実施形態の動作について説明する。入力信号VOFFに“H”レベルが入力された場合、入力信号A,Eの信号レベルを変換して出力信号Zに信号を出力するレベルシフト回路として動作する。入力信号VOFFが“H”レベルなので、NMOSトランジスタMN708,MN716はオン状態となり、NMOSトランジスタMN711,MN721はオフ状態となる。
【0132】
入力信号A,イネーブル信号Eが“H”レベルの場合を考える。第1のラッチのNMOSトランジスタMN704,MN705はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN706,N707はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN706のドレイン電圧はGNDレベルとなり、第1のラッチの出力信号としてGNDレベルの信号が次段に供給される。
【0133】
また、PMOSトランジスタMP704のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP704はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP704のドレイン電圧はVDD2レベル(“H”レベル)となる。そして、PMOSトランジスタMP706のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP706はオフ状態となる。
【0134】
一方、第2のラッチのNMOSトランジスタMN712,MN715はオフ状態となり、NMOSトランジスタMN713,MN714はオン状態となる。したがって、NMOSトランジスタMN714,MN715のドレイン電圧はGNDレベルとなり、第2のラッチの出力信号としてGNDレベルの信号が次段に供給される。
【0135】
また、PMOSトランジスタMP712のゲートにGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、PMOSトランジスタMP712はオン状態となる。すると、PMOSトランジスタMP712のドレイン電圧はVDD2レベル(“H”レベル)となる。PMOSトランジスタMP714のゲートにVDD2レベル(“H”レベル)が供給され、PMOSトランジスタMP714はオフ状態となる。
【0136】
そして、PMOSトランジスタMP722のゲートに、第1のラッチからGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、オン状態となる。一方、NMOSトランジスタMN722のゲートに、第2のラッチからGNDレベル(“L”レベル)の信号が供給され、オフ状態となる。したがって、出力信号Zとして、VDD2レベルの信号が出力される。
【0137】
一方、入力信号VOFFに“L”レベルが入力された場合、入力信号VOFFに“H”レベルを入力していた時の入力信号A、イネーブル信号Eに応じた信号を第1および第2のラッチの出力信号に保持しているので、出力信号Zは“H”レベル、“L”レベル、または、ハイインピーダンスを出力し続ける。入力信号VOFFが“L”レベルであるので、NMOSトランジスタMN708,MN716はオフ状態、NMOSトランジスタMN711,MN721はオン状態となる。
【0138】
この時、PMOSトランジスタMP722とNMOSトランジスタMN722が共にオン状態とならないように、第2のラッチは、リセット機能付き(NMOSトランジスタMN718,MN720)となっている。第1のラッチの出力信号がPMOSトランジスタMP722のゲートの入力信号として“L”レベルを保持した時は、第2のラッチの出力信号がNMOSトランジスタMN722のゲートの入力信号として保持した信号を“L”レベルにリセットする。つまり、NMOSトランジスタMN718をオフ状態にして遮断し、NMOSトランジスタMN720をオン状態にしてNMOSトランジスタMN720のドレイン電圧、すなわち、出力信号Q2をGNDレベル(“L”レベル)にすることで、NMOSトランジスタMN722への入力信号を“L”レベルの状態に設定する。
【0139】
したがって、PMOSトランジスタMP722とNMOSトランジスタMN722は共にオン状態となることなく、出力信号Zは“H”レベル、“L”レベル、または、ハイインピーダンスを出力し続ける。
【0140】
以下、第7の実施形態の真理値表を表3に示す。表3中の“X”は、“H”または“L”である。
【0141】
【表3】
【0142】
入力信号VOFFが“L”レベルの時に、VDD1を切ったとすると、入力信号A、イネーブル信号Eおよびこれらの反転信号は不安定な状態となる。しかし、NMOSトランジスタMN708,MN716はオフ状態となっているので、VDD2からGNDにスタティックリーク電流は流れない。また、VDD1を切った場合でも、出力段のMOSトランジスタは共にオンすることなく、第1および第2のラッチは保持した信号を出力し続けるので、出力信号Zに影響はない。
【0143】
よって、本実施形態は、レベルシフト機能のあるトライステートゲートとして働き、VDD1を切っても出力信号には影響がない。また、VDD1を切った場合に、不安定となる入力信号A、イネーブル信号Eおよびこれらの反転信号を遮断できるので、スタティックリーク電流が流れない。また、意図的に電源電圧に差を持たせている場合はもとより、同一電圧を供給する電源の系統間での電圧にズレが生じた場合でも、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
(第8の実施の形態)
図8は、本発明の中継用マクロセルを組み込んだ半導体集積回路のブロック図である。上記に説明した実施の形態の中継用マクロセルを、回路ブロック間に組み込んでいる。
【0144】
回路ブロックB1はVDD1で動作し、回路ブロックB2はVDD2で動作する。そして、回路ブロックB1,B2間に、中継用マクロセルT1,T2が組み込まれている。中継用マクロセルT1は、VDD2の電源系統に含まれている入力信号VOFF1が入力され、VDD1からVDD2の信号レベルに変換するレベルシフト回路として動作する。また、中継用マクロセルT2は、VDD1の電源系統に含まれている入力信号VOFF2が入力され、VDD2からVDD1の信号レベルに変換するレベルシフト回路として動作する。そして、回路ブロック間に組み込む中継用マクロセルは、入力信号および出力信号に応じて第1〜第7の実施の形態を選択する。
【0145】
尚、図8の半導体集積回路は、同一チップ上に配置してもよいし、別々のチップ上に配置してもよい。別々のチップ上に配置する場合は、回路ブロックB1,B2の入力側または出力側に中継用マクロセルを配置すればよい。例えば、回路ブロックB1と中継用マクロセルT1が同一のチップ上に配置され、回路ブロックB2と中継用マクロセルT2が同一のチップ上に配置される。そして、中継用マクロセルT1からの出力信号が回路ブロックB2に、中継用マクロセルT2からの出力信号が回路ブロックB1に入力される。
【0146】
本実施の形態は、電源電圧が異なるかどうかによらず、電源系統の異なる回路ブロック間での信号のレベルシフトはもとより、同じ電源電圧でも系統間で電圧が微妙に異なってしまった場合についても、信号レベル変換され、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。また、電源系統のいくつかを切って、その系統から電源供給を受けている回路ブロックの信号が不安定になっても、信号を遮断し、電源の入っている回路ブロックの動作に影響が及ぶのを防ぐことができる。
【0147】
【発明の効果】
本発明の中継用マクロセルを用いることにより、ある電源系統を切ってその系統から電源供給を受けている回路ブロックの信号が不安定になっても、電源の入っている回路ブロックの動作に影響がおよぶことを防ぐことができる。
【0148】
電源電圧が異なる回路ブロック間での信号のレベルシフトはもとより、同じ電源電圧でも系統間で電圧が微妙に異なってしまった場合についても、本発明の中継用マクロセルを用いることにより、信号レベルが変換され、スタティックリーク電流の増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図2】第2の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図3】第3の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図4】第4の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図5】第5の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図6】第6の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図7】第7の実施形態における中継用マクロセルの回路図。
【図8】本発明の中継用マクロセルを組み込んだ半導体集積回路のブロック図。
【図9】従来の半導体装置の回路図。
【図10】従来の半導体装置の回路図。
【符号の説明】
MP101〜MP905…PMOSトランジスタ
MN101〜MN906…NMOSトランジスタ
A、D、VOFF…入力信号
E…イネーブル信号
CPN…クロック入力信号
Z、Q、QN…出力信号
B1、B2…回路ブロック
T1、T2…中継用マクロセル
Claims (19)
- 第1の電位である第1の電源と、
第2の電位である第2の電源と、
前記第1の電源と前記第2の電源との間に接続された第1の電流経路と第2の電流経路を有し、前記第1の電流経路の前記第2の電源側に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号と前記第1の電位または接地電位である第2の入力信号により制御される第1のスイッチ回路と、前記第2の電流経路の前記第2の電源側に接続され、前記第1の入力信号の反転信号と前記第2の入力信号の反転信号により制御される第2のスイッチ回路とから成る第1のレベルシフト回路と、
を具備することを特徴とする中継用マクロセル。 - 前記第1のスイッチ回路は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートに前記第1の入力信号が供給される一導電型の第1のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2の入力信号が供給される一導電型の第2のMOSトランジスタと
から構成されることを特徴とする請求項1記載の中継用マクロセル。 - 前記第2のスイッチ回路は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートに前記第2の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第3のMOSトランジスタと、
ソースが前記第3のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第4のMOSトランジスタとから構成されることを特徴とする請求項1または2記載の中継用マクロセル。 - 前記第1の電流経路は、
前記第1のスイッチ回路と、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第1および第2のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第4のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第5のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第2の電流経路は、
前記第2のスイッチ回路と、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第4のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第1、第2および第5のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第6のMOSトランジスタと
から構成されることを特徴とする請求項3記載の中継用マクロセル。 - 前記第1の電流経路に接続された第1の出力信号線と、
前記第1の電源と前記第2の電源との間に接続された第3の電流経路と第4の電流経路を有し、前記第3の電流経路の前記第2の電源側に接続され、前記第1の入力信号の反転信号と前記第2の入力信号により制御される第3のスイッチ回路と、前記第4の電流経路の前記第2の電源側に接続され、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の反転信号により制御される第4のスイッチ回路とから成る第2のレベルシフト回路と、
前記第4の電流経路に接続された第2の出力信号線と、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートが前記第1の出力信号線に接続された一導電型の第7のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第7のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第2の出力信号線に接続された逆導電型の第8のMOSトランジスタと、
前記第7および第8のMOSトランジスタのドレインに接続された第3の出力信号線と
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至4記載の中継用マクロセル。 - 前記第3のスイッチ回路は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートに前記第1の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第9のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第9のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2の入力信号が供給される一導電型の第10のMOSトランジスタと
から構成されることを特徴とする請求項5記載の中継用マクロセル。 - 前記第4のスイッチ回路は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートに前記第2の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第11のMOSトランジスタと、
ソースが前記第11のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号が供給される一導電型の第12のMOSトランジスタと
から構成されることを特徴とする請求項5または6記載の中継用マクロセル。 - 前記第3の電流経路は、
前記第3のスイッチ回路と、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第9および第10のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第12のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第13のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第4の電流経路は、
前記第4のスイッチ回路と、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第12のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第9、第10および第13のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第14のMOSトランジスタと
から構成された請求項7記載の中継用マクロセル。 - 第1の電位である第1の電源と、
第2の電位である第2の電源と、
前記第1の電源に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号とこの反転信号が入力される第1のレベルシフト回路と、
前記第1のレベルシフト回路の出力を保持する第1の保持回路と、
前記第1のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第1のスイッチ素子と、
前記第1の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第2のスイッチ素子と
を備え、
前記第1のスイッチ素子は、前記第1の電位または接地電位である第2の入力信号により制御され、
前記第2のスイッチ素子は、前記第2の入力信号の反転信号により制御され、
前記第1のスイッチ素子がオフ状態のときは、前記第2のスイッチ素子がオン状態となる
ことを特徴とする中継用マクロセル。 - 前記第1の電源に接続され、前記第3の電位または接地電位である第3の入力信号とこの反転信号が入力される第2のレベルシフト回路と、
前記第2のレベルシフト回路の出力を保持する第2の保持回路と、
前記第2のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第3のスイッチ素子と、
前記第2の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第4のスイッチ素子と
を備え、
前記第3のスイッチ素子は、前記第2の入力信号により制御され、
前記第4のスイッチ素子は、前記第2の入力信号の反転信号により制御され、
前記第3のスイッチ素子がオフ状態のときは、前記第4のスイッチ素子がオン状態となる
ことを特徴とする請求項9記載の中継用マクロセル。 - 前記第2の入力信号は、
クロック信号と前記第1の電位または接地電位である第4の入力信号を入力とするNAND回路の出力信号であることを特徴とする請求項9または10記載の中継用マクロセル。 - 前記第3の入力信号は、
前記第1のレベルシフト回路または前記第1の保持回路の出力信号であることを特徴とする請求項10または11記載の中継用マクロセル。 - 前記第1および第2のレベルシフト回路の出力信号、または、前記第1および第2の保持回路の出力信号が供給されるクロックド・インバータと
を具備することを特徴とする請求項10記載の中継用マクロセル。 - 前記第1のスイッチ素子は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第1のレベルシフト回路に接続され、ゲートに前記第2の入力信号が供給される一導電型の第1のMOSトランジスタであり、
前記第2のスイッチ素子は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第1の保持回路に接続され、ゲートに前記第2の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第2のMOSトランジスタである
ことを特徴とする請求項9乃至13記載の中継用マクロセル。 - 前記第1のレベルシフト回路は、
ソースが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号が供給される一導電型の第3のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号の反転信号が供給される一導電型の第4のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第3のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第4のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第5のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第4のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第3と第5のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第6のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第1の保持回路は、
ソースが前記第2のMOSトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第3と第5のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第4と第6のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第7のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2のMOSトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第4と第6のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第3と第5のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第8のMOSトランジスタと
から構成されたことを特徴とする請求項14記載の中継用マクロセル。 - 第1の電位である第1の電源と、
第2の電位である第2の電源と、
前記第1の電源に接続され、第3の電位または接地電位である第1の入力信号とこの反転信号が入力されるレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続され、前記第1の電位または接地電位である第2の入力信号により制御されるスイッチ素子と、
前記レベルシフト回路の出力信号と前記第2の入力信号とこの反転信号が供給されるクロックド・インバータと
を具備することを特徴とする中継用マクロセル。 - 第1の電位である第1の電源と、
第2の電位である第2の電源と、
前記第1の電源に接続され、第3の電位からなる第1および第2の入力信号とこれら反転信号が入力される第1のレベルシフト回路と、
前記第1のレベルシフト回路に接続され、前記第1のレベルシフト回路の出力信号を保持する第1の保持回路と、
前記第1の電源に接続され、前記第1および第2の入力信号とこれら反転信号が入力される第2のレベルシフト回路と、
前記第1および第2のレベルシフト回路に接続され、前記第2のレベルシフト回路の出力信号を保持する第2の保持回路と、
前記第1のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第1のスイッチ素子と、
前記第2のレベルシフト回路と前記第2の電源との間に接続された第2のスイッチ素子と、
前記第1の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第3のスイッチ素子と、
前記第2の保持回路と前記第2の電源との間に接続された第4のスイッチ素子と、
ソースが前記第1の電源に接続され、ゲートに前記第1のレベルシフト回路または前記第1の保持回路の出力信号が供給される一導電型の第1のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2の電源に接続され、ドレインが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2のレベルシフト回路または前記第2の保持回路の出力信号が供給される逆導電型の第2のMOSトランジスタと
を備え、
前記第1および第2のスイッチ素子は、前記第1の電位または接地電位である第3の入力信号により制御され、
前記第3および第4のスイッチ素子は、前記第3の入力信号の反転信号により制御される
ことを特徴とする中継用マクロセル。 - 前記第1乃至第4のスイッチ素子は、
ソースが前記第2の電源に接続され、ゲートに前記第3の入力信号またはこの反転信号が供給される逆導電型のMOSトランジスタであることを特徴とする請求項17記載の中継用マクロセル。 - 前記第1のレベルシフト回路は、
ソースが前記第1のスイッチ素子に接続され、ゲートに前記第1の入力信号の反転信号が供給される逆導電型の第3のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第3のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2の入力信号の反転信号が供給される逆導電型の第4のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1のスイッチ素子に接続され、ゲートに前記第2の入力信号が供給される逆導電型の第5のMOSトランジスタと、
ソースが前記第5のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号が供給される逆導電型の第6のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第3および第4のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第6のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第7のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第6のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第3、第4および第7のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第8のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第1の保持回路は、
ソースが前記第3のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第3、第4および第7のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第6および第8のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第9のMOSトランジスタと、
ソースが前記第3のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第6および第8のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第3、第4および第7のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第10のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第2のレベルシフト回路は、
ソースが前記第2のスイッチ素子に接続され、ゲートに前記第2の入力信号が供給される逆導電型の第11のMOSトランジスタと、
ソースが前記第11のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第1の入力信号の反転信号が供給される逆導電型の第12のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2のスイッチ素子に接続され、ゲートに前記第1の入力信号が供給される逆導電型の第13のMOSトランジスタと、
ソースが前記第2のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第13のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートに前記第2の入力信号の反転信号が供給される逆導電型の第14のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第12のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第13および第14のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第15のMOSトランジスタと、
ソースが前記第1の電源に接続され、ドレインが前記第13および第14のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第12および第15のMOSトランジスタのドレインに接続された一導電型の第16のMOSトランジスタと
から構成され、
前記第2の保持回路は、
ソースが前記第4のスイッチ素子に接続され、ゲートが前記第6および第8のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第17のMOSトランジスタと、
ソースが前記第17のMOSトランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第12および第15のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第13、第14および第16のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第18のMOSトランジスタと、
ソースが前記第4のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第13、第14および第16のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第12および第15のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第19のMOSトランジスタと、
ソースが前記第4のスイッチ素子に接続され、ドレインが前記第19のMOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第3、第4および第7のMOSトランジスタのドレインに接続された逆導電型の第20のMOSトランジスタと
から構成されることを特徴とする請求項17または18記載の中継用マクロセル。
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