JPH01175414A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH01175414A
JPH01175414A JP62333718A JP33371887A JPH01175414A JP H01175414 A JPH01175414 A JP H01175414A JP 62333718 A JP62333718 A JP 62333718A JP 33371887 A JP33371887 A JP 33371887A JP H01175414 A JPH01175414 A JP H01175414A
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    • H03K19/1772Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components arranged in matrix form the logic functions being realised by the interconnection of rows and columns using an AND matrix followed by an OR matrix, i.e. programmable logic arrays with synchronous operation, i.e. using clock signals, e.g. of I/O or coupling register with synchronous operation of at least one of the logical matrixes

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術        (第6〜8図)発明が解決
しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 (1)本発明の基本原理   (第5図)(2)本発明
の一実施例   (第1〜4図)発明の効果 〔概 要〕 ROM、RAMXPLA等の繰返し回路を有する半導体
集積回路に関し、 最少の論理回路構成およびレイアウトパターンピッチで
応答速度の高速化を図った半導体集積回路を提供するこ
とを目的とし、 所定のタイミングで論理演算を行う複数の回路網と、回
路網の間に設けられ、前段からの信号データを所定の伝
達タイミングで次段回路網に伝達する伝達回路と、信号
入力から前記回路網が論理演算を行うのに必要な時間を
経過したときにタイミング信号を発生するとともに、該
タイミング信号を該回路網に続く伝達回路および次段の
回路網に出力するタイミング発生手段と、前記伝達回路
に入力されるタイミング信号を該伝達回路に入力される
回路網の演算結果に応して部分的に遮断する遮断手段と
、を備えるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体集積回路に関し、特に、ダイナミック
ロジックを用いた大規模P 1.、 A (Progr
ammable Logic Array)等に適用し
て好適な最少のチップ専有面積で高速化を図った半導体
集積回路に関する。
近時、半導体集積回路はL S I (Large 5
cale 1ntegrated circuit)か
らVLS I(Very T−3j))に移行しつつあ
り、集積密度の向上を図るためにROM (Read 
0nly Memory)、RA M (Random
 Ac5sess Memory) 、P L A等の
繰返し回路が使われる傾向にある。また、高速化に対す
る要望も強く、昨今では数nsのオーダで論議が展開す
ることも珍しいことではない。
このようなVLS Iでば消費電力を少なく設計して発
熱量を低下させる目的からダイナミックロジックが用い
られることが多く、プリチャージおよびディスチャージ
によって回路の負荷を軽減している。
また、ランダムロジックを構成する場合であっても繰返
し回路の使用か推奨されており、大規模なランダムロジ
ックもP L Aによって実現されつつある。
〔従来の技術〕
VLS Iには様々なものがあることは前述のとおりで
あるが、ここではグイナミソク型のP L Aを例にあ
げて説明する。
AND−OR2段論理回路で任意の論理関数が実現でき
ることはセルラロジック理論として良く知られており、
PLAはこの理論に基づいて構成されている。
従来のこの種のPLAとしては例えば、第6〜9図に示
すようなものがある。第6図において、1はPLAであ
り、PLAIは多数のANDゲートで構成されたAND
アレイ2および多数のORゲートで構成されたORアレ
イ3からなる。ANDアレイ2の出力はORアレイ3に
入力されており、ANDアレイ2のプリチャージおよび
ディスチャージはそれぞれクロックφ1およびクロック
φ1に基づいて行われる。一方、ORアレイ3のプリチ
ャージおよびディスチャージはクロックφ2およびクロ
ックψ2に基づいて行われており、4種類のクロックタ
イミングに従ってPLAIのプリチャージおよびディス
チャージが行われる。
各クロックタイミングは第7図に示すようにANDアレ
イ2側およびORアレイ3側では異なっており、AND
アレイ2側の出力論理レベルが確定した後ORアレイ3
側に伝達されてORアレイ3側の出力論理レベルが確定
するようにしている。
詳細を説明すると、第8図に示すようにANDアレイ2
とORアレイ3の間にはANDアレイ2の出力をクロッ
クφ2に従ってORアレイ3に伝達するハソファ4が設
しノられており、ANDアレイ2の全ての出力はそれぞ
れに対応するNANDゲー)52〜5nに入力される。
各NANDゲート5a〜5nにはORアレイ3側のディ
スチャージタイミングを指示するクロックφ2が入力さ
れており、ANDアレイ2側のディスチャージが完了し
て出力論理レベルが確定するとクロックφ2がHレベル
になってANDアレイ2側の論理演算結果がORアレイ
3側に伝達される。なお、(6a〜6n)はハソファで
ある。これをORアレイ3側から見た場合、第9図に示
すように、クロックφ2がLレベルのとき、Pチャンネ
ル(以下、Pchという)のプリチャージトランジスタ
(以下、PCTrという)7によってOR側出力信号線
8がプリチャージされるが、ORアレイ3例のプリチャ
ージが完了する前にANDアレイ2の論理用カレベルが
確定している。したがって、クロックφ2がHレベル、
すなわち、クロックφ2がLレベルとなったときにAN
Dアレイ2側の出力論理レベルに応してOR側出ノj信
号線8がDCT r 9によりディスチャージされる。
このように、ディスチャージのタイミングに従ってAN
Dアレイ2側からORアレイ3側へ論理レベルの伝達を
行っている。
なお、10ばハソファである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような従来の半導体集積回路にあっ
て、応答性の高速化を考慮するとディスチャージの応答
性を高める必要が生じ高速化を意図しない場合と比較し
て半導体集積回路のチップ面積が拡大する傾向にある。
また、プリチャージおよびディスチャージのタイミング
も複数必要であることから高速な複数のタイミング信号
発生回路を構成する必要があり、同様にチップ面積が拡
大する要因となる。したがって、論理回路を構成するた
めに必要な最少チップ面積を維持しつつ高速化を図るこ
とは困難であるという問題点があった。
すなわち、前述のPLAを例にすると、第8図に示すよ
うにクロックψ2は多数のNANDゲート5a〜5nに
入力されており、クロックψ2のドライバ(以下、クロ
ックドライバφ2という)はすべてのNANDゲー)5
a〜5nの入力容量を同時に駆動しなければならない。
したがって、負荷容量が増大してクロックドライバφ2
を大きな負荷電流を扱うことのできるゲート幅の大きい
トランジスタ、すなわち面積の大きなトランジスタで構
成する必要がある。また、ORアレイ3側のディスチャ
ージを高速で行うにはハソファ4の出力回路面積や第9
図に示すOR側出力信号線8をディスチャージするDC
Tr9の面積を同様の理由から拡大する必要かある。さ
らに、負荷容量が増大した場合、わずかな配線抵抗によ
っても大きな時定数が発生し、応答性が低下する。
このように、大規模な半導体集積回路では最少の論理回
路および最少のレイアウトパターンピッチで高速応答性
を図ることは相反する課題であった。
そこで本発明は、最少の論理回路構成およびレイアウト
パターンピンチで応答速度の高速化を図った半導体集積
回路を提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明による半導体集積回路は上記目的達成のため、所
定のタイミングで論理演算を行う複数の回路網と、回路
網の間に設けられ、前段からの信号データを所定の伝達
タイミングで次段回路網に伝達する伝達回路と、信号入
力から前記回路網が論理演算を行うのに必要な時間を経
過したときにタイミング信号を発生ずるとともに、該タ
イミング信号を該回路網に続く伝達回路および次段の回
路網に出力するタイミング発生手段と、前記伝達回路に
入力されるタイミング信号を該伝達回路に入力される回
路網の演算結果に応じて部分的に遮断する遮断手段と、
を設けている。
〔作 用〕
本発明では、1つのタイミング信号に基づいて複数の繰
返し回路網による論理演算が順次行われるとともに、あ
る繰返し回路網の論理演算結果に応じて次段の論理演算
タイミングを指示するタイミング信号が部分的に遮断さ
れる。
したがって、複数のタイミングが不要であり、必要に応
してタイミング信号に負荷が加わるので回路構成が簡素
化されて集積度が向上するとともに、配線抵抗および負
荷容量が減少して最少の論理回路構成およびレイアウト
パターンピッチを維持しつつ、応答性の高速化が図られ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。説明
の都合上、最初に第5図を参照して本発明の基本原理を
述べる。
同図(2)は第1の基本原理を説明する図である。同図
において、11ばNchのトランスファトランジスタ(
以下、TFTrという)であり、TFTrl、1のケー
トにはデータ信号INが入力される。
TFTrllのドレイン側には出力ハノファ12が接続
されるとともに、PchのPCTr13が設けられる。
TFTrllのドレイン側のプリチャージはPCTr1
3のゲートに入力されるクロック信号CLK2に基づい
て行われる。一方、TFTrllのソースにはクロック
信号CL K 1が入力されており、TFTrllは特
定の条件のときONする。すなわち、予めPCTr13
をONさせてTFTrllのドレイン側をプリチャージ
しておき、データ信号INがI]レベルに確定した後ク
ロック信号CL K 1冊 がLレベルになると、クロック信号CLK、1がLレベ
ルになっている間TFTrllがONする。このとき、
PCTr13によりプリチャージされた電荷はクロック
信号CL K 1のドライバ側へ吸込まれ、TFTrl
lのトレイン側かLレベルとなって出カバソファ12の
出力信号OUTがHレベルとなる。したがって、上記各
条件が整っていないとき、例えばデータ信号INがLレ
ベルあるいはクロック信号CLKIがHレベルであるよ
うなときはTFTrllがONせずTFTrllのトレ
イン側はディスチャーンされない。したがって、データ
信号INをHレベルでアクティブとすればアクティブな
ときのみT F T r 11がONしてディスチャー
ジが行われてデータ信号を出力することができ、非アク
ティブのときはTFTrllをOFFさせることができ
る。すなわち、ディスチャージのときのみクロック信号
CLK 1のトライバに負荷がかかるので、データ信号
INがアクティブとなる割合の少ない回路、例えばメモ
リセルを選択するデコーダやP L A等間−タイミン
グで多数の論理演算素子を駆動する場合に駆動する側の
負荷容量を大幅に減少させることができる。これにより
、駆動する側の回路、すなわち同図(a)においてはク
ロック信号CL K 1のトライバを高速動作を意図し
た大面積のTrで構成する必要がなくなり、素子の専有
面積の減少および負荷容量の減少に伴う遅延時定数の減
少により最少の回路構成およびレイアウトパターンピン
チを維持しつつ高速応答性が実現できる。
第5図(b)は第2の基本回路を説明する図である。デ
ータ信号INはN ’c hのDCTr21のゲートに
入力され、DCTr21のの出力信号線22はNchの
PCTr23によりクロック信号CLK 1に基づいて
プリチャージされる。出力信号線22はTFTr24を
介して出力ハノファ25に接続されており、TFTr2
4の出力側にはPchのP’CTr26が設けられる。
TFTr24のケートにはクロック信号CLK2が入力
されており、PCTr26によるプリチャージを予め行
っておき、出力信号線22のレベルがLレベルに確定し
た後クロック信号CLK2の11レベルを受けてTFT
r24がONする。
ここで、本基本回路はPCTr23によるプリチャージ
に特徴があり、これを詳細に説明する。いま、クロック
信号CL K 1がトIレベルになるとPCTr23は
ONするが、このとき出力信号線22は完全に電源電圧
Vccまでプリチャージされない。
例えば、電源電圧Vccを5Vとするとデータ信号IN
は約3V程度までしかプリチャージされない。
この現象をバックゲート効果と呼ぶ。バックゲート効果
はPchのTrでも発生し、この場合Hレベル(例えば
5V)のPchのトランジスタでLレベル(例えばOV
)にディスチャージすることを意図しても完全にOVに
はならず約2v程度の電位が残る。したがって、Nch
のTrはI77レベル伝達は完全に行うことができ、P
chのTrは11レヘルの伝達を完全に行うことができ
ることになる。
ところで、本基本回路ではこのハソクゲ−1・効果を積
極的に利用しており、PCTr23によるプリチャージ
電圧が3v程度であることからデータ信号INが■ルヘ
ルになってDCTr21がONした場合、出力信号線2
2の電位がOVになるまでに要する時間を短くすること
ができる。すなわち、出力信号線22の電位が5■であ
る場合よりも3■程度と低めに設定した場合の方がOV
にディスチャージするまでの時間が短縮でき、DCTr
21の高速応答性を実現できることを意味する。
第1〜4図は上記第1および第2の基本回路をP 1.
、 Aに適用した場合の一実施例を示す図である。
まず、構成を説明する。第3図において、31はP L
 Aであり、PLA31は多数のANDゲートからなる
ANDアレイ32および多数のORゲートからなるOR
アレイ33を有する。PLA31のデータ信号INは入
力バッファ34を経てPLA31に入力され、さらにA
NDアレイ32とORアレイ33の間に設けられた中間
バッファ (遮断手段)35を介してORアレイ33に
入力される。なお・、36は出カバソファである。AN
Dアレイ32にはANDアレイ32と同しA、 N D
ゲートからなるダミーAND回路(タイミング信号発生
手段)37が設けられ、ANDアレイ32と同一のタイ
ミング信号ψによりプリチャージおよびディスチャージ
が行われる。すなわち、ダミーAND回路37ば第4図
に示すようにANDアレイ32と同様に構成されており
、レイアウト上は入カバソファ34から最も離れた位置
に形成される。ダミーAND回路37の出力は中間バッ
ファ35に入力されており、中間バッファ35はAND
アレイ32の出力が確定するとダミーAND回路37の
出力信号に従ってデータをORアレイ33へ伝達する。
第1図は第3図に示したブロック構成図に基づく回路図
であり、説明の都合上ANDアレイ32およびORアレ
イ33の詳細は省略する。
同図において、入カバソファ34は単一の論理演算層か
らなるバッファ41を多数有し、1つのバッファ41は
TFTr42、pcTr43、インバータ44および出
カバソファ45からなる。入カバソファ34の各出力ば
ANDアレイ32を経てダミーAND回路37に入力さ
れ、入カバソファ34、中間バッファ35およびダミー
AND回路37ではタイミング信号φに基づきプリチャ
ージ、ディスチャージが行われる。ANDアレイ32の
入力信号線46および47にはそれぞれに対応する出力
信号線48.49をディスチャージするDCTr50.
51が配設され、出力信号線48.49にばそれぞれp
cTr52が配設される。
入力信号線46.47はダミーAND回路37のDCT
r54.55のケートに入力され、DCTr54.55
はPCTr53によりプリチャージされたダミーAND
回路37の出力信号線56をディスチャージする。
ダミーANDアレイ37の出力はインバータ57.58
を介して中間バッファ35に入力されており、中間バッ
ファ35ばインバータ58の出力に従ってANDアレイ
32の出力をORアレイ33に伝達する。ここで、中間
バッファ35には前記第1の基本回路が適用されるとと
もに、ORアレイ33側には前記第2の基本回路が適用
されており、第4図(a)、(b)に示す構成と同一構
成部材には同一符号をイ」シその説明を省略する。中間
バッファ35の出力はORアレイ33の入力信号線59
.60に入力されており、P CT r 28のゲート
は入力信号線61に接続される。入力信号線61にはイ
ンバータ58の出力が1フ インバータロ2.63を介して人力され、PCTr23
が出力信号線22をプリチャージする。ORアレイ33
の出力信号線22は出カバソファ36に接続されており
、出カバソファ36のTFTr24ばそのゲートがVc
cに接続されて出力信号線22の論理レベルに応してO
Nする。このとき、出力バッファ25はORアレイ33
の出力を反転して外部に出力する。
以上のような構成において、タイミング信号ψおよびデ
ータ信号INが第2図に示すように与えられたときの各
部の動作を説明する。なお、各部の信号名は説明の都合
上、各部材番号にSの符号を付して対応させである。
まず、タイミング信号ψがLレベルの期間はPCTr4
3がONしてS 4イS 47がLレベルとなっており
、同様にPCTr52.53がONしてS41]、5I
19、S56がHレベルとなっている。いま、データ信
号INがLレベルであるとすると、タイミング信号φの
立上りを受けて346はHレベルとなるが、347はL
レベルのままであることから34.も■(レベルを維持
している。S46がHレベルになるとDCTr50およ
びDCTr54がディスチャージを行い34BおよびS
S6がLレベルになる。このとき、DCTr50とDC
Tr54は距離を離して形成しているので、入力信号線
46の配線抵抗の影響からDCTr54の動作はDc′
rr50の動作よりも若干遅れたものになる。したがっ
て、タイミング信号φがLレベルになったときにも同様
の遅れが発生する。すなわち、ダミーAND回路37を
入カバソファ34から最も遠いANDアレイ32の延長
上に形成したことにより、出力信号線56の信号に意図
的な遅れを発生させて○Rアレイ33例のディスチャー
ジタイミングとしている。また、ダミーAND回路37
ばANDアレイ32と同じ構成であることからANDア
レイ32と同様な繰返し回路として作ることができる。
以上のことから、従来のように複数のタイミング発生回
路を設けるために回路構成が複雑となることがない。加
えて、ダミーAND回路37の負荷は入力信号線47の
みであることからダミーAND回路37を構成するDC
Tr54.55等を必要最少限のレイアウトパターンで
実現することができる。
S56が1.レベルになるとインバータ57.58およ
び62.63を経てS6□がLレベルとなる。このとき
、ANDアレイ32の出力はS56のレベルが確定する
前に確定しており、すでに中間ハソファ35に入力され
ている。中間バッファ35に入力されるSaa、S49
のうち349がHレベル(アクティブ)であるので出力
信号線49に連なるTFTrLlがSSt、の立下りを
受けてONL、PCTr13によるプリチャージ電荷を
インバータ58が吸込む。一方、S48はLレベルにな
っており、出力信号線48に連なるTFTrllはON
Lない。すなわち、前述の第1の基本回路と同様であり
、中間へソファ35の入力がアクティブ(例えば、Hレ
ベル)のときのみTFTrllがONしてディスチャー
ジが行われる。したがって、アクティブとなる信号入力
が少ないほどインバータ58の負荷容量を減少させるこ
とができ、インバータ58を最少のレイアウトパターン
で実現しつつディスチャージの応答性を向上させること
ができる。
S60がHレベルになるとDCTr21bがONし、P
CTr23によるプリチャージ電圧をディスチャージす
る。このとき、PCTr23のハックゲート効果により
出力信号線22bは電源電圧より低めにプリチャージさ
れており、DCTr21bにより0■までディスチャー
ジするのに要する時間を短縮することができる。すなわ
ち、前述の第2の基本回路と同様であり、PCTr23
によるプリチャージを意図的に電源電圧よりも低い値に
しているので、DCTr21bによるディスチャージの
応答性を高めることができる。
S2□、がLレベルになるとデータ出力0UTbはHレ
ベルとなる。
一方、データ信号INがHレベルになると、タイミング
信号φの立上りで346がLレベルとなるが、348は
Hレベルのままである。S4?のHレベルを受けてDC
Tr5]がONL、出力信号線49に連なるTFTrl
lがOFF状態を維持することからS60はLレベルの
ままである。S49のLレベルが確定するとSS6およ
びS61がLレベルとなる。
このとき、S4BがHレベルであることから856の立
下りを受けて359がI(レベルとなる。したがって、
3221はLレベル、データ出力0UTaはHレベルと
なる。
なお、以上の実施例では本発明をPLAに適用した場合
を説明したが、ROMやRAM等の複数の繰返し回路網
を有する半導体集積回路にも適用することができ、同様
の効果を得ることができる。
〔効 果〕
本発明によれば、1つのタイミング信号に基づいて複数
の繰返し回路網による論理演算を順次行うとともに、あ
る繰返し回路網の論理演算結果に応じて次段の論理演算
タイミングを指示するタイミング信号を部分的に遮断し
ているので、タイミング信号に加わる負荷を必要に応じ
て選択し、負荷容量を減少させることができるとともに
、回路構成の簡素化による集積度の向上を実現して配線
抵抗を減少させることができ、最少の論理回路構成およ
びレイアウトパターンピンチを維持しつつ応答性の高速
化を図った半導体集積回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は本発明に係る半導体集積回路の一実施例を
示す図であり、 第1図はその要部を示す回路図、 第2図はその動作を説明するタイミングチャー1〜、 第3図はその全体構成図、 第4図はその要部を示す構成図、 第5図は本発明に係る半導体集積回路の基本原理を説明
する構成図、 第6〜9図は従来の半導体集積回路の一例を示す図であ
り、 第6図はその全体構成図、 第7図はそのクロックタイミングを示すタイミングチャ
ート、 第8図はその中間バッファを示す構成図、第9図はその
ORアレイの要部を示す回路図である。 11・・・・・・TFTr (遮断手段)、31・・・
・・・PLA (半導体集積回路)、32・・・・・・
ANDアレイ、 33・・・・・・ORアレイ、 34・・・・・・人力ハッファ、 35・・・・・・中間ハソファ、 36・・・・・・出カバソファ、 37・・・・・・ダミーAND回路(タイミング発生手
段)。 従来のPLAの( )Rアレイの要部を示す回路図 第9図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定のタイミングで論理演算を行う複数の回路網
    と、 回路網の間に設けられ、前段からの信号データを所定の
    伝達タイミングで次段回路網に伝達する伝達回路と、 信号入力から前記回路網が論理演算を行うのに必要な時
    間を経過したときにタイミング信号を発生するとともに
    、該タイミング信号を該回路網に続く伝達回路および次
    段の回路網に出力するタイミング発生手段と、 前記伝達回路に入力されるタイミング信号を該伝達回路
    に入力される回路網の演算結果に応じて部分的に遮断す
    る遮断手段と、 を設けたことを特徴とする半導体集積回路。
  2. (2)前記複数の回路網を論理積演算を行う論理積演算
    回路網と論理和演算を行う論理和演算回路網とにより構
    成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
    導体集積回路。
JP62333718A 1987-12-29 1987-12-29 半導体集積回路 Expired - Lifetime JP2538628B2 (ja)

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