JP3080048B2 - クロック供給回路 - Google Patents

クロック供給回路

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JP3080048B2 JP09310041A JP31004197A JP3080048B2 JP 3080048 B2 JP3080048 B2 JP 3080048B2 JP 09310041 A JP09310041 A JP 09310041A JP 31004197 A JP31004197 A JP 31004197A JP 3080048 B2 JP3080048 B2 JP 3080048B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
関し、特にクロック信号供給回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下「LSI」とい
う)において、高速・低消費電力化の要求はさらに強ま
る傾向にある。そこで、低消費電力化を実現するため
に、必要に応じて動作クロックを切り替える、すなわち
高速動作の要求されるときは高速クロックを用い、待機
状態等、高速動作要求されないときには低速クロックを
用いる事によってトータルの低消費電力化を実現する方
法が用いられている。
【0003】LSIにおけるクロックは、求められる速
度に対して最適な、もしくは最適以上のドライブ能力の
あるクロックドライバで各回路に供給される。なぜな
ら、もしクロックドライバのドライブ能力が不足してい
れば、クロックが供給される各回路に同じタイミングで
クロックを供給することができず、スキューがずれてし
まい、LSIが誤動作を起こしてしまう、ためである。
【0004】このため、LSIで用いられるクロックド
ライバは、高速動作時において十分にスキューを満足す
るように設計されている。この結果、低速動作時にはク
ロックドライバは必要以上にドライブ能力があり、必要
以上に電力を消費していた。
【0005】このような問題を解決するための従来技術
として、例えば特開平3−53310号公報には、高速
クロックと低速クロックを切り換える半導体集積回路に
おいて、クロックドライバを複数個のバッファと複数個
の3ステートバッファの並列構成とし、高速クロック動
作と低速クロック動作の各々に最適なドライブ能力を選
択し、高速動作と低電圧・低消費電流動作という相反す
る機能を実現するようにした半導体集積回路が提案され
ている。図3に、この従来の半導体集積回路の概略構成
を示す。
【0006】図3を参照すると、クロックドライバ50
は、バッファ60と3ステートバッファ70と、クロッ
ク入力端子1と制御信号入力端子2とから構成されてい
る。このクロックドライバ50は、高速で動作を行なう
時には、制御信号2をハイレベルとし、バッファ60、
及び3ステートバッファ70で同時にクロックをドライ
ブし、各論理回路100、101にクロックを供給す
る。
【0007】また低速で動作を行なう時には、制御信号
2をロウレベルとし、3ステートバッファ70の出力を
ハイインピーダンス状態とし、バッファ60のみでクロ
ックをドライブすることにより、低速動作の時に必要以
上のドライブ能力のあるクロックドライバを使用せず、
さらなる低消費電力化を実現している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、論理回
路内部でクロックが使用されるラッチ回路等において
は、ほとんどの場合、クロックの立ち上がりエッジしか
利用していない。すなわち、クロックの立ち上がりにつ
いては、スキューがずれないように、それぞれの動作速
度で十分なドライブ能力のあるクロックドライバを用い
て、駆動しなければならないが、クロックの立ち下がり
は利用されていないのであるから、立ち上がりと同じド
ライブ能力のあるクロックドライバで駆動する必要はな
い。
【0009】しかし、通常、クロックは、立ち上がり、
及び立ち下がりともに、同じ速度でドライブされてい
る。つまり、必要以上のドライブ能力のクロックドライ
バを用いていることになり、余分に電力を消費してい
た。
【0010】したがって本発明は、上記問題点に鑑みて
なされたものであって、その目的は、動作速度に応じ、
立ち上がりと立ち下がりの速度が異なるクロックを供給
し、低消費電力化を図るクロック供給回路を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のクロック供給回路は、論理回路と前記論理
回路にクロックを供給するクロックドライバを持つ半導
体集積回路において、複数個のPチャネルトランジスタ
と、複数個のNチャネルトランジスタと、前記複数個の
Pチャネルトランジスタ並びに複数個のNチャネルトラ
ンジスタの使用量を変えるための複数個のゲートと、前
記複数個のゲートを制御しクロックドライバで使用する
トランジスタの数を変更する制御回路から構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、クロックを出力するクロックドライバ回路(図1の
50)が、高位側電源(Vdd)と出力端子(図1の4
a)間に並列接続した複数のPチャネルトランジスタ
(図1の11、12、13)と、低位側電源(GND)
と前記出力端子(図1の4a)間に並列接続した複数の
Nチャネルトランジスタ(図1の21、22、23)
と、を備え、制御端子(図1の2)に入力する制御信号
の値により、高速動作時には、前記複数のPチャネルト
ランジスタと前記複数のNチャネルトランジスタのゲー
ト端子に、クロック入力端子(図1の1)からのクロッ
ク信号が供給されて、これらすべてのトランジスタによ
り前記出力端子(図1の4a)に駆動出力され、一方、
低速動作時には、前記複数のPチャネルトランジスタ及
びNチャネルトランジスタのうちの予め決められたPチ
ャネルトランジスタ(図1の11、12)及びNチャネ
ルトランジスタ(図1の21)のゲート端子にのみクロ
ック信号が供給され、これ以外のPチャネルトランジス
タ(図1の13)及びNチャネルトランジスタ(図1の
22、23)はオフ状態とするように制御する回路手段
(図1の31a、32a、41b)を、備える。
【0013】本発明の実施の形態においては、低速動作
時に、前記制御信号によりオフ状態とする前記複数のP
チャネルトランジスタと前記複数のNチャネルトランジ
スタの数は、クロックの立ち上がりと立ち下がりに応じ
て、それぞれ個別に設定される。
【0014】
【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。図1は、本発明の一実施例の回路構
成を示す図である。
【0015】図1を参照すると、本発明の一実施例にお
いて、クロックドライバ50は、ソースがともに電源V
ddに接続しドレインが共通接続されて出力端子4aに
接続した複数個のPチャネルMOSトランジスタ11、
12、13と、ソースがともにグランド電位に接続しド
レインが共通接続されて出力端子4aに接続した複数個
のNチャネルMOSトランジスタ21、22、23と、
クロック供給回路からのクロックを入力するクロック入
力端子1と、各内部回路へクロックを供給する出力端子
4と、制御信号端子2と、2入力ANDゲート31a
と、2入力ORゲート32aと、インバータ41aと、
を備え構成されている。出力端子4aは、クロックの立
ち上がりエッジのスキューが合っていれば正常に動作す
る各論理回路100、101へ接続している。
【0016】クロック入力端子1は、PチャネルMOS
トランジスタ11、12のゲート端子と、NチャネルM
OSトランジスタ21のゲート端子と、2入力ANDゲ
ート31aの一の入力端と2入力ORゲート32aの一
の入力端に接続している。
【0017】また、制御信号端子2は、2入力ANDゲ
ート31aの他の入力端に接続し、制御信号2からの信
号をインバータ41aで反転した信号は2入力ORゲー
ト32aの他の入力端に接続している。
【0018】ANDゲート31aの出力端はNチャネル
MOSトランジスタ22、23のゲート端子に接続して
いる。
【0019】ORゲート32aの出力端はPチャネルM
OSトランジスタ13のゲート端子に接続している。
【0020】出力端子4aには、PチャネルMOSトラ
ンジスタ11、12、13とNチャネルトランジスタ2
1、22、23の出力が共通接続している。
【0021】図1を参照して、本発明の一実施例の動作
について以下に説明する。
【0022】制御信号2をハイレベルにすると、クロッ
ク入力端子1から入力されるクロックは、全てのPチャ
ネルMOSトランジスタ11、12、13およびNチャ
ネルトランジスタ21、22、23をドライブ(駆動)
し、出力端子4aからクロックが出力される。このと
き、このクロックドライバ50のドライブ能力(電流駆
動能力)は十分大きく、高速動作を行っても、十分スキ
ューを満足する。
【0023】制御信号2をロウレベルにすると、AND
ゲート31aの出力はロウレベルとなり、ANDゲート
31aの出力をゲート端子に入力とするNチャネルMO
Sトランジスタ22、23は常にオフ状態となり、クロ
ックをドライブしなくなる。
【0024】また、ORゲート32aの出力は、ハイレ
ベルとなり、PチャネルMOSトランジスタ13は常に
オフ状態となり、クロックをドライブしなくなる。
【0025】従って、この時のクロックドライバ50の
クロックドライブ能力は、立ち上がりは、PチャネルM
OSトランジスタ11、12の合計のドライブ能力、立
ち下がりは、NチャネルMOSトランジスタ21のドラ
イブ能力となり、そのドライブ能力に応じたクロックを
出力端子4へ出力する。
【0026】この時、立ち上がり特性については、低速
動作時に、スキューを満足するよう設計時に注意してお
く。
【0027】このようにして、クロック信号をドライブ
するためのトランジスタの数を、立ち上がり、及び、立
ち下がりそれぞれについて削減することにより、スキュ
ーを満足しつつ、クロックドライバでの消費電力を削減
し、低消費電力化を行なっている。
【0028】なお、上記実施例では、PチャネルMOS
トランジスタとNチャネルMOSトランジスタの数の組
み合わせが、高速動作時で3個づつ、低速動作時で2個
と1個の構成であったが、実際には、これ以外にもいろ
いろな数の組み合わせが可能である。
【0029】また、トランジスタ制御に使用したゲート
も、同一の機能を達成することができるのであれば、A
NDとORのゲートの組み合わせ以外の構成としてもよ
いことは明白である。
【0030】図2は、本発明の第2の実施例の構成を示
す図である。
【0031】図2を参照すると、本発明の第2の実施例
において、クロックドライバ50は、前記第1の実施例
の構成と同じである。
【0032】クロックドライバ51は、ソースがともに
電源Vddに接続しドレインが共通接続されて出力端子
4bに接続した複数個のPチャネルMOSトランジスタ
14、15、16と、ソースがともにグランド電位に接
続しドレインが共通接続されて出力端子4bに接続した
複数個のNチャネルMOSトランジスタ24、25、2
6と、内部の各論理回路100、101へ反転クロック
を供給する出力端子4bと、ANDゲート31bと、O
Rゲート32bと、インバータ41bから構成されてい
る。
【0033】クロック入力端子1から入力されたクロッ
クはインバータ42で反転され、PチャネルMOSトラ
ンジスタ14、NチャネルMOSトランジスタ24、2
5のゲート端子、及びORゲート32bの一の入力端、
ANDゲート31bの一の入力端に入力され、制御信号
入力端子2から入力される制御端子は、ANDゲート3
1bの他の入力端、およびインバータ41bで反転され
てORゲー32bの他の入力端に入力される。ORゲー
ト32bの出力はPチャネルMOSトランジスタ15、
16のゲート端子に接続し、ANDゲート31bの出力
は、NチャネルMOSトランジスタ26のゲート端子に
接続している。
【0034】出力端子4bはPチャネルMOSトランジ
スタ14、15、16とNチャネルMOSトランジスタ
24、25、26の出力が並列に接続している。
【0035】クロックドライバ50、51の各出力端子
4a、4bはともに論理回路100、101へ接続し、
クロック及び反転クロックを供給している。各論理回路
100、101はクロックの立ち上がりエッジおよび反
転クロックの立ち下がりエッジのスキューが合っていれ
ば正常に動作する論理回路である。
【0036】制御信号2がハイレベルの時は、クロック
ドライバ50は前記第1の実施例で説明したものと全く
同様の動作を行なう。一方、クロックドライバ51にお
いては、全てのPチャネルMOSトランジスタ14、1
5、16および全てのNチャネルトランジスタ24、2
5、26がドライブされ、反転クロックを出力端子4b
へ出力する。
【0037】このとき、このクロックドライバはクロッ
ク及び反転クロックともに十分なドライブ能力があり、
高速動作を行なっても十分スキューを満足する。
【0038】制御端子2がロウレベルの時は、クロック
ドライバ50は、前記第1の実施例で説明したものと全
く同様の動作を行なう。
【0039】クロックドライバ51では、ORゲート3
2bの出力はハイレベルとなり、PチャネルMOSトラ
ンジスタ14、15は常にオフの状態になる。またAN
Dゲート31bの出力はロウレベルとなり、Nチャネル
MOSトランジスタ24は常にオフの状態になる。
【0040】従って、クロックドライバ51による反転
クロック出力のドライブ能力は、クロックの立ち上がり
はPチャネルMOSトランジスタ16のドライブ能力、
立ち下がりはNチャネルMOSトランジスタ25、26
の合計のドライブ能力となり、その能力に応じた反転ク
ロックを出力端子4bへ出力する。この時、立ち下がり
特性については、低速動作時にスキューを満足するよう
設計時に注意しておく。
【0041】このようにして、本発明の第2の実施例に
おいては、クロック及び反転クロックを必要とする回路
において、クロックおよび反転クロック信号をドライブ
するためのトランジスタの数を立ち上がり、立ち下がり
それぞれについて削減する事により、スキューを満足し
つつ、クロックドライバでの消費電力を削減し、低消費
電力化を行なうことができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
LSIは動作速度を遅くした時に、クロック信号のスキ
ューを十分満足しつつ、クロックの立ち上がり、立ち下
がりのそれぞれで、駆動条件を満たす範囲でドライブす
るトランジスタの数を減らすことにより、クロックドラ
イバでの消費電力を削減し、低消費電力化を行なうこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例の構成を示す図である。
【図3】従来の半導体集積回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 クロック入力端子 2 制御信号端子 4a クロック出力端子 4b 反転クロック出力端子 11、12、13、14、15、16 PチャネルMO
S電界効果トランジスタ 21、22、23、24、25、26 NチャネルMO
S電界効果トランジスタ 31a、31b ANDゲート 32a、32b ORゲート 41a、41b インバータ 100 論理回路1 101 論理回路2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 1/04 301 G06F 1/10 H03K 5/15 H03K 19/0175

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロックを出力するクロックドライバ回路
    が、 高位側電源と出力端子間に並列接続した複数のPチャネ
    ルトランジスタと、 低位側電源と前記出力端子間に並列接続した複数のNチ
    ャネルトランジスタと、 を備え、 制御端子に入力する制御信号が第1の値をとる、高速動
    作時には、前記複数のPチャネルトランジスタと前記複
    数のNチャネルトランジスタの各トランジスタのゲート
    端子にクロック信号が供給されて前記出力端子に駆動出
    力され、前記制御信号が第2の値をとる、 低速動作時には、前記
    複数のPチャネルトランジスタ及び前記複数のNチャネ
    ルトランジスタのうちの予め決められたPチャネルトラ
    ンジスタ及びNチャネルトランジスタのゲート端子にの
    みクロック信号が供給され、これ以外のPチャネルトラ
    ンジスタ及びNチャネルトランジスタはオフ状態とする
    ように制御する回路手段を、 備え、前記低速動作時に、前記クロック信号がゲート端
    子に供給されるPチャネルトランジスタとNチャネルト
    ランジスタの数が、クロック出力の立ち上がりと立ち下
    がりの速度が相違するように、設定される、ことを特徴
    とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体集積回路において、
    さらに、クロックの反転信号を出力する第2のクロック
    ドライバ回路であって、 前記高位側電源と第2の出力端子間に並列接続した複数
    のPチャネルトランジスタと、 前記低位側電源と前記第2の出力端子間に並列接続した
    複数のNチャネルトランジスタと、 を備え、 前記制御端子に入力する制御信号の値により、高速動作
    時には、前記複数のPチャネルトランジスタと前記複数
    のNチャネルトランジスタの各トランジスタのゲート端
    子にクロック信号の反転信号が供給されて前記第2の出
    力端子に駆動出力され、 低速動作時には、前記複数のPチャネルトランジスタ及
    びNチャネルトランジスタのうちの予め決められたPチ
    ャネルトランジスタ及びNチャネルトランジスタのゲー
    ト端子にのみクロック信号の反転信号が供給され、これ
    以外のPチャネルトランジスタ及びNチャネルトランジ
    スタはオフ状態とする、ように制御する回路手段を、備
    え、前記低速動作時に、前記クロック信号の反転信号が
    ゲート端子に供給されるPチャネルトランジスタとNチ
    ャネルトランジスタの数が、クロック出力の立ち上がり
    と立ち下がりの速度が相違するように、設定される第2
    のクロックドライバ回路を有することを特徴とする半導
    体集積回路。
  3. 【請求項3】低速動作時に、前記制御信号によりオフ状
    態とする前記複数のPチャネルトランジスタと前記複数
    のNチャネルトランジスタの数が、クロックの立ち上が
    りと立ち下がりに応じて、それぞれ個別に設定される、
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体集積回
    路。
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