JPH06259986A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH06259986A
JPH06259986A JP7527493A JP7527493A JPH06259986A JP H06259986 A JPH06259986 A JP H06259986A JP 7527493 A JP7527493 A JP 7527493A JP 7527493 A JP7527493 A JP 7527493A JP H06259986 A JPH06259986 A JP H06259986A
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JP
Japan
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read
speed mode
memory
potential
chip microcomputer
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Application number
JP7527493A
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English (en)
Inventor
Atsuo Omiya
厚生 近江谷
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Hitachi Ltd
Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

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  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速モードにおける高速性と低速モードにお
ける低消費電力性とをあわせて確保したシングルチップ
マイクロコンピュータ等を実現する。 【構成】 リードオンリーメモリを内蔵しかつ高速モー
ド及び低速モードを有するシングルチップマイクロコン
ピュータ等に、その出力電位がクロック信号の周波数に
比例して変化される周波数電圧変換回路FVCを設け、
この周波数電圧変換回路FVCの出力電圧を、リードオ
ンリーメモリのリードアンプRAを構成する単位リード
アンプURA0〜URA15の駆動MOSFETN3の
ゲートに制御電圧VGとして供給する。これにより、高
速モードにおいては、制御電圧VGの電位を高くしてリ
ードアンプRAを高速動作させ、低速モードにおいて
は、制御電圧VGの電位を低くしてリードアンプRAの
消費電力を削減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置に関する
もので、例えば、リードオンリーメモリを内蔵しかつ高
速モード及び低速モードを有するシングルチップマイク
ロコンピュータ等に利用して特に有効な技術に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】中央処理装置の制御プログラムや固定デ
ータ等を格納するためのリードオンリーメモリを内蔵す
るシングルチップマイクロコンピュータがある。リード
オンリーメモリは、シングルチップマイクロコンピュー
タの内部バスのビット構成に応じて多ビット化され、例
えば図4に示されるように、同時に出力される16ビッ
トの読み出しデータの各ビットに対応して設けられる1
6個の単位リードアンプURA0〜URA15を具備す
る。これらの単位リードアンプは、メモリアレイの選択
された16個のメモリセルから共通データ線CD0〜C
D15を介して出力される読み出し電流を所定の電圧信
号に変換する電流センス回路CSと、Nチャンネル型の
一対の差動MOSFET(金属酸化物半導体型電界効果
トランジスタ。この明細書では、MOSFETをして絶
縁ゲート型電界効果トランジスタの総称とする)N1及
びN2を中心とする差動増幅回路DAとを含む。差動増
幅回路DAを構成する差動MOSFETN1及びN2の
共通結合されたソースと回路の接地電位との間には、そ
のゲートに所定の制御電圧VGを受けることで電流源と
して作用するNチャンネル型の駆動MOSFETN3が
設けられる。
【0003】MOSFETを基本構成とするリードアン
プを具備するマスクROMについては、例えば、199
1年9月、株式会社日立製作所発行の『日立ICメモリ
データブック』第754頁〜第761頁に記載されてい
る。また、リードオンリーメモリを内蔵するシングルチ
ップマイクロコンピュータについては、例えば、199
0年2月、株式会社日立製作所発行の『H32/200
HD642032ユーザーズマニュアル』等に記載さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記に記載される従来
のリードオンリーメモリにおいて、差動増幅回路DAを
構成する駆動MOSFETN3のゲートに供給される制
御電圧VGは一定電位を有する定電圧とされ、その電位
は、駆動MOSFETN3を介して差動増幅回路DAに
流すべき動作電流値に応じて設定される。すなわち、制
御電圧VGの電位が比較的高く設定される場合、駆動M
OSFETN3を介して差動増幅回路DAに与えられる
動作電流の値は比較的大きくなる。このため、リードア
ンプRAひいてはリードアンプRAを内蔵するシングル
チップマイクロコンピュータの動作は高速化されるが、
その消費電力は比較的大きなものとなる。一方、制御電
圧VGの電位が比較的低く設定される場合、駆動MOS
FETN3を介して差動増幅回路DAに与えられる動作
電流の値は比較的小さくなる。このため、リードアンプ
RAひいてはリードアンプRAを内蔵するシングルチッ
プマイクロコンピュータの消費電力は小さくなるが、そ
の動作は比較的遅いものとなる。つまり、制御電圧VG
の電位は、シングルチップマイクロコンピュータの高速
性を重要視する場合には比較的高く設定し、シングルチ
ップマイクロコンピュータの低消費電力性を重要視する
場合には比較的低く設定する必要がある。
【0005】ところが、シングルチップマイクロコンピ
ュータが例えばそのクロック信号の周波数を高くして行
われる高速モードと低くして行われる低速モードとを備
える場合、制御電圧VGの電位が比較的高く設定された
状態では、高速モードにおけるシングルチップマイクロ
コンピュータの高速性は確保できても、低速モードにお
ける低消費電力性を実現できず、逆に制御電圧VGの電
位が比較的低く設定された状態では、低速モードにおけ
る低消費電力性は確保できても、高速モードにおける高
速性を実現できないという問題が生じる。
【0006】この発明の目的は、高速モードにおける高
速性と低速モードにおける低消費電力性とをあわせて確
保したシングルチップマイクロコンピュータ等の半導体
装置を実現することにある。
【0007】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、リードオンリーメモリを内蔵
しかつ高速モード及び低速モードを有するシングルチッ
プマイクロコンピュータ等に、その出力電位がクロック
信号の周波数に比例して変化される周波数電圧変換回路
を設け、この周波数電圧変換回路の出力電圧を、リード
オンリーメモリに含まれる複数の単位リードアンプの駆
動MOSFETのゲートに制御電圧として供給する。
【0009】
【作用】上記手段によれば、高速モードにおいては、制
御電圧の電位を高くしてリードアンプを高速動作させ、
低速モードにおいては、制御電圧の電位を低くしてリー
ドアンプの動作電流を削減することができる。これによ
り、高速モードにおける高速性と低速モードにおける低
消費電力性とをあわせて確保したシングルチップマイク
ロコンピュータ等を実現することができる。
【0010】
【実施例】図1には、この発明が適用されたシングルチ
ップマイクロコンピュータの一実施例のブロック図が示
されている。同図をもとに、まずこの実施例のシングル
チップマイクロコンピュータの構成及び動作の概要を説
明する。なお、図1の各ブロックを構成する回路素子
は、公知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シ
リコンのような1個の半導体基板上に形成される。
【0011】図1において、この実施例のシングルチッ
プマイクロコンピュータは、ストアドプログラム方式の
中央処理装置CPUと、内部バスIBUSを介して中央
処理装置CPUに結合されるランダムアクセスメモリR
AM,リードオンリーメモリROM,タイマー回路TI
M及びシリアルコミュニケーションインタフェースSC
Iとを備え、さらに所定の非反転クロック信号CLKT
及び反転クロック信号CLKBを受けるクロック発生回
路CPGを備える。
【0012】ここで、クロック発生回路CPGは、非反
転クロック信号CLKT及び反転クロック信号CLKB
をもとに所定の内部クロック信号を形成し、中央処理装
置CPU及びタイマー回路TIMに供給するとともに、
その一部つまり内部クロック信号CPをリードオンリー
メモリROMに供給する。この実施例において、シング
ルチップマイクロコンピュータは、非反転クロック信号
CLKT及び反転クロック信号CLKBの周波数が比較
的高くされることで高速モードとされ、その周波数が比
較的低くされることで低速モードとされる。
【0013】次に、中央処理装置CPUは、クロック発
生回路CPGから供給される内部クロック信号に従って
同期動作し、リードオンリーメモリROMに格納される
プログラムに従って所定の演算処理を実行するととも
に、シングルチップマイクロコンピュータの各部を制御
・統轄する。また、ランダムアクセスメモリRAMは、
例えば所定の記憶容量を有するスタティック型RAMか
らなり、中央処理装置CPUによる演算結果や制御デー
タ等を一時的に格納する。リードオンリーメモリROM
は、所定の記憶容量を有するマスクROMからなり、中
央処理装置CPUの制御に必要なプログラムや固定デー
タ等を格納する。
【0014】この実施例において、シングルチップマイ
クロコンピュータの内部バスIBUSは、そのデータバ
スが16ビット構成とされ、中央処理装置CPUによる
演算処理は、16ビットを単位として行われる。また、
リードオンリーメモリーROMは、これに対応して16
個の単位リードアンプURA0〜URA15からなるリ
ードアンプRAを含み、各単位リードアンプは、一対の
差動MOSFETを中心とする差動増幅回路DAと、こ
の差動増幅回路DAに所定の動作電流を供給する駆動M
OSFETとを含む。リードオンリーメモリROMなら
びにそのリードアンプRAの具体的構成については、後
で詳細に説明する。
【0015】タイマー回路TIMは、クロック発生回路
CPGから供給される内部クロック信号をもとに所定の
時間計算処理を行い、中央処理装置CPUの時間管理や
カレンダー機能等を実現する。また、シリアルコミュニ
ケーションインタフェースSCIは、例えばシングルチ
ップマイクロコンピュータの外部に結合されるシリアル
入出力装置等と中央処理装置CPU又はランダムアクセ
スメモリRAMとの間の連続的なデータ授受を制御・管
理する。
【0016】図2には、図1のシングルチップマイクロ
コンピュータに含まれるリードオンリーメモリROMの
一実施例のブロック図が示されている。また、図3に
は、図2のリードオンリーメモリROMに含まれる周波
数電圧変換回路FVCの一実施例の出力特性図が示され
ている。これらの図をもとに、この実施例のシングルチ
ップマイクロコンピュータに含まれるリードオンリーメ
モリROMの構成及び動作の概要について説明する。
【0017】図2において、この実施例のリードオンリ
ーメモリROMは、いわゆるマスクROMからなり、そ
のレイアウト所要面積の大半を占めて配置されるメモリ
アレイMARYを基本構成要素とする。メモリアレイM
ARYは、同図の垂直方向に平行して配置される複数の
ワード線と水平方向に平行して配置される複数のビット
線ならびにこれらのワード線及びビット線の交点に格子
状に配置される多数のメモリセルとを含む。これらのメ
モリセルは、NチャンネルMOSFETからなり、その
チャンネル部にイオン打ち込みされる不純物の量が選択
的に変化されることで選択的に異なるしきい値電圧を持
つものとされる。すなわち、メモリセルは、そのチャン
ネル部に比較的少量の不純物がイオン打ち込みされると
き、比較的小さなしきい値電圧を持つものとされ、いわ
ゆる低しきい値電圧型のNチャンネルMOSFETとな
る。このとき、メモリセルは論理“0”のデータを保持
するものとされ、選択時において比較的大きな読み出し
電流を流す。一方、そのチャンネル部に比較的多量の不
純物がイオン打ち込みされるとき、メモリセルは比較的
大きなしきい値電圧を持つものとされ、いわゆる高しき
い値電圧型のNチャンネルMOSFETとして作用す
る。このとき、メモリセルは論理“1”のデータを保持
するものとされ、選択時において比較的小さな読み出し
電流を流す。
【0018】メモリアレイMARYを構成するワード線
は、XアドレスデコーダXDに結合され、択一的にハイ
レベルの選択状態とされる。XアドレスデコーダXDに
は、XアドレスバッファXBからi+1ビットの内部ア
ドレス信号X0〜Xiが供給される。また、Xアドレス
バッファXBには、シングルチップマイクロコンピュー
タの図示されないメモリ制御回路からアドレス入力端子
AX0〜AXiを介してXアドレス信号AX0〜AXi
が供給される。
【0019】XアドレスバッファXBは、アドレス入力
端子AX0〜AXiを介して供給されるXアドレス信号
AX0〜AXiを取り込み、保持するとともに、これら
のXアドレス信号をもとに内部アドレス信号X0〜Xi
を形成し、XアドレスデコーダXDに供給する。Xアド
レスデコーダXDは、XアドレスバッファXBから供給
される内部アドレス信号X0〜Xiをデコードして、メ
モリアレイMARYの対応するワード線を択一的にハイ
レベルの選択状態とする。
【0020】次に、メモリアレイMARYを構成するビ
ット線は、YスイッチYSの対応するスイッチMOSF
ETに結合され、このYスイッチYSを介して16本ず
つ選択的に共通データ線CD0〜CD15に接続され
る。YスイッチYSは、メモリアレイMARYの各ビッ
ト線に対応して設けられる複数のスイッチMOSFET
を含む。これらのスイッチMOSFETのゲートは、順
次16個ずつ共通結合され、YアドレスデコーダYDか
ら対応するビット線選択信号が供給される。Yアドレス
デコーダYDには、YアドレスバッファYBからj+1
ビットの内部アドレス信号Y0〜Yjが供給され、Yア
ドレスバッファYBには、シングルチップマイクロコン
ピュータの図示されないメモリ制御回路からアドレス入
力端子AY0〜AYjを介してYアドレス信号AY0〜
AYjが供給される。
【0021】YアドレスバッファYBは、アドレス入力
端子AY0〜AYjを介して供給されるYアドレス信号
AY0〜AYjを取り込み、保持するとともに、これら
のYアドレス信号をもとに内部アドレス信号Y0〜Yj
を形成し、YアドレスデコーダYDに供給する。Yアド
レスデコーダYDは、YアドレスバッファYBから供給
される内部アドレス信号Y0〜Yjをデコードして、対
応するビット線選択信号を択一的にハイレベルの選択状
態とする。YスイッチYSを構成するスイッチMOSF
ETは、対応するビット線選択信号がハイレベルとされ
ることで16個ずつ選択的にオン状態とされ、メモリア
レイMARYの対応する16本のビット線と共通データ
線CD0〜CD15とを選択的に接続状態とする。
【0022】共通データ線CD0〜CD15は、リード
アンプRAの対応する単位リードアンプの入力端子に結
合される。これらの単位リードアンプには、周波数電圧
変換回路FVCから制御電圧VGが共通に供給され、そ
の出力端子は、データ出力バッファOBの対応する単位
回路の入力端子に結合される。データ出力バッファOB
の各単位回路には、タイミング発生回路TGから内部制
御信号OEが共通に供給され、その出力端子は、対応す
るデータ出力端子D0〜D15に結合される。周波数電
圧変換回路FVCには、クロック発生回路CPGから内
部クロック信号CPが供給され、タイミング発生回路T
Gから内部制御信号CEが供給される。なお、内部制御
信号CEは、ROMイネーブル信号ROENの立ち上が
りを受けて選択的にハイレベルとされ、内部制御信号O
Eは、ROM出力イネーブル信号ROOEの立ち上がり
を受けて選択的にハイレベルとされる。
【0023】周波数電圧変換回路FVCは、クロック発
生回路CPGから供給される内部クロック信号CPとタ
イミング発生回路TGから供給される内部制御信号CE
とをもとに所定の制御電圧VGを形成し、リードアンプ
RAの各単位リードアンプに供給する。この実施例にお
いて、周波数電圧変換回路FVCから出力される制御電
圧VGの電位は、リードオンリーメモリROMが非選択
状態とされ内部制御信号CEがロウレベルとされると
き、回路の接地電位のようなロウレベルに固定され、リ
ードオンリーメモリROMが選択状態とされ内部制御信
号CEがハイレベルとされるとき、内部クロック信号C
Pの周波数に比例して選択的に高く又は低くされる。こ
れにより、制御電圧VGの電位は、図3に示されるよう
に、シングルチップマイクロコンピュータが高速モード
とされ内部クロック信号CPの周波数が比較的高いF1
とされるとき比較的高い電位VG1とされ、シングルチ
ップマイクロコンピュータが低速モードとされ内部クロ
ック信号CPの周波数が比較的低いF2とされるとき比
較的低い電位VG2とする。
【0024】リードアンプRAは、共通データ線CD0
〜CD15に対応して設けられる16個の単位リードア
ンプURA0〜URA15を備える。これらの単位リー
ドアンプは、制御電圧VGが比較的高い電位VG1又は
比較的低い電位VG2とされるとき選択的に動作状態と
され、メモリアレイMARYの選択された16個のメモ
リセルから対応する共通データ線CD0〜CD15を介
して出力される読み出し電流を電圧信号に変換し、増幅
する。単位リードアンプURA0〜URA15の出力信
号つまり読み出し信号RO0〜RO15は、データ出力
バッファOBの対応する単位回路に供給される。なお、
リードアンプRAの具体的構成及び動作ならびにその特
徴については、後で詳細に説明する。
【0025】データ出力バッファOBは、リードアンプ
RAの単位リードアンプURA0〜URA15に対応し
て設けられる16個の単位回路を備える。これらの単位
回路は、内部制御信号OEがハイレベルとされることで
選択的にかつ一斉に動作状態とされ、リードアンプRA
の対応する単位リードアンプから出力される読み出し信
号RO0〜RO15をさらに増幅して、対応するデータ
出力端子D0〜D15を介して図示されないメモリ制御
回路に出力する。
【0026】タイミング発生回路TGは、シングルチッ
プマイクロコンピュータのメモリ制御回路から起動制御
信号として供給されるROMイネーブル信号ROEN及
びROM出力イネーブル信号ROOEをもとに、上記各
種の内部制御信号を形成し、リードオンリーメモリRO
Mの各部に供給する。
【0027】図4には、図2のリードオンリーメモリR
OMに含まれるリードアンプRAの一実施例の回路図が
示されている。同図をもとに、この実施例のシングルチ
ップマイクロコンピュータのリードオンリーメモリRO
Mに含まれるリードアンプRAの具体的構成及び動作と
この実施例のシングルチップマイクロコンピュータの特
徴について説明する。なお、同図において、そのチャン
ネル(バックゲート)部に矢印が付されるMOSFET
はPチャンネル型であり、矢印の付されないNチャンネ
ルMOSFETと区別して示される。
【0028】図4において、リードアンプRAは、共通
データ線CD0〜CD15に対応して設けられる16個
の単位リードアンプURA0〜URA15を備える。こ
れらの単位リードアンプは、単位リードアンプURA0
に代表して示されるように、電流センス回路CS及び差
動増幅回路DAをそれぞれ備える。このうち、電流セン
ス回路CSの入力端子は、各単位リードアンプの入力端
子として対応する共通データ線CD0〜CD15に結合
され、差動増幅回路DAの非反転出力信号は、各単位リ
ードアンプの出力信号つまり読み出し信号RO0〜RO
15としてデータ出力バッファOBの対応する単位回路
に供給される。
【0029】単位リードアンプURA0〜URA15の
電流センス回路CSは、メモリアレイMARYの選択さ
れた16個のメモリセルから対応する共通データ線CD
0〜CD15を介して出力される読み出し電流を電圧信
号つまりその出力信号VS0〜VS15に変換して、対
応する差動増幅回路DAに伝達する。この実施例におい
て、電流センス回路CSの出力信号VS0〜VS15の
電位は、特に制限されないが、選択されたメモリセルが
論理“0”のデータを保持するものとされ対応する共通
データ線CD0〜CD15に比較的大きな読み出し電流
が流されるとき比較的高いハイレベルとされ、選択され
たメモリセルが論理“1”のデータを保持するものとさ
れ対応する共通データ線CD0〜CD15に比較的小さ
な読み出し電流が流されるとき比較的低いロウレベルと
される。
【0030】次に、差動増幅回路DAは、Nチャンネル
型の一対の差動MOSFETN1及びN2を含む。これ
らの差動MOSFETのドレインは、一対のPチャンネ
ルMOSFETP1及びP2を介して回路の電源電圧に
結合され、その共通結合されたソースは、Nチャンネル
MOSFETN3を介して回路の接地電位に結合され
る。差動MOSFETN1のゲートには、図示されない
定電圧発生回路から所定の基準電位VRが供給され、差
動MOSFETN2のゲートには、対応する電流センス
回路CSの出力信号VS0〜VS15がそれぞれ供給さ
れる。また、MOSFETP1及びP2のゲートは、共
通結合された後MOSFETP1のドレインに共通結合
され、MOSFETN3のゲートには、前記制御電圧V
Gが供給される。なお、基準電位VRは、電流センス回
路CSの出力信号VS0〜VS15のハイレベル及びロ
ウレベルのほぼ中間レベルとされる。
【0031】これにより、MOSFETP1及びP2
は、差動MOSFETN1及びN2に対するアクティブ
負荷として作用し、MOSFETN3は、差動MOSF
ETN1及びN2に対して制御電圧VGに従った所定の
動作電流を与える駆動MOSFETとして作用する。差
動MOSFETN2のドレイン電位は、差動増幅回路D
Aの非反転出力信号つまり読み出し信号RO0〜RO1
5として、データ出力バッファOBの対応する単位回路
に供給される。この結果、単位リードアンプURA0〜
URA15の出力信号つまり読み出し信号RO0〜RO
15は、対応するメモリセルの保持データつまりは対応
する電流センス回路CSの出力信号VS0〜VS15に
従って選択的にハイレベル又はロウレベルとされる。
【0032】すなわち、メモリアレイMARYの選択さ
れたメモリセルが論理“0”のデータを保持し対応する
電流センス回路CSの出力信号VS0〜VS15が基準
電位VRより高いハイレベルとされるとき、差動増幅回
路DAでは、対応する差動MOSFETN2がオン状態
とされ、差動MOSFETN1はオフ状態とされる。こ
のため、差動MOSFETN2のドレイン電位つまり読
み出し信号RO0〜RO15は、所定のロウレベルとさ
れる。一方、選択されたメモリセルが論理“1”のデー
タを保持し対応する電流センス回路CSの出力信号VS
0〜VS15が基準電位VRより低いロウレベルとされ
るとき、差動増幅回路DAでは、対応する差動MOSF
ETN2がオフ状態とされ、代わって差動MOSFET
N1がオン状態とされる。このため、差動MOSFET
N2のドレイン電位つまり読み出し信号RO0〜RO1
5は、所定のハイレベルとされる。
【0033】ところで、単位リードアンプURA0〜U
RA15の駆動MOSFETN3のゲートに供給される
制御電圧VGの電位は、前述のように、シングルチップ
マイクロコンピュータが高速モードとされるとき比較的
高い電位VG1とされ、低速モードとされるとき比較的
低い電位VG2とされる。シングルチップマイクロコン
ピュータが高速モードとされ制御電圧VGが比較的高い
電位VG1とされるとき、単位リードアンプURA0〜
URA15では駆動MOSFETN3が比較的強いオン
状態となり、比較的大きな動作電流を流す。このため、
差動増幅回路DAの消費電力は比較的大きくなるもの
の、差動増幅回路DAによる読み出し信号の増幅動作は
高速化され、これによってリードアンプRAひいてはシ
ングルチップマイクロコンピュータの高速性が確保され
る。
【0034】一方、シングルチップマイクロコンピュー
タが低速モードとされ制御電圧VGが比較的低い電位V
G2とされるとき、単位リードアンプURA0〜URA
15では駆動MOSFETN3が比較的弱いオン状態と
なり、差動増幅回路DAに対して比較的小さな動作電流
を流す。このため、差動増幅回路DAによる読み出し信
号の増幅動作はやや遅くなるものの、差動増幅回路DA
の消費電力は相応して小さくなり、これによってリード
アンプRAひいてはシングルチップマイクロコンピュー
タの低消費電力性が確保される。これらの結果、高速モ
ードにおいて重要視される高速性と低速モードにおいて
重要視される低消費電力性とをあわせて確保したシング
ルチップマイクロコンピュータを実現できるものとな
る。
【0035】以上の本実施例に示されるように、この発
明をリードオンリーメモリを内蔵しかつ高速モード及び
低速モードを有するシングルチップマイクロコンピュー
タ等の半導体装置に適用することで、次のような作用効
果が得られる。すなわち、 (1)リードオンリーメモリを内蔵しかつ高速モード及
び低速モードを有するシングルチップマイクロコンピュ
ータ等に、その出力電位がクロック信号の周波数に比例
して変化される周波数電圧変換回路を設け、この周波数
電圧変換回路の出力電圧を、リードオンリーメモリに含
まれる複数の単位リードアンプの駆動MOSFETのゲ
ートに制御電圧として供給することで、高速モードにお
いては、制御電圧の電位を高くしてリードアンプを高速
動作させ、低速モードにおいては、制御電圧の電位を低
くしてリードアンプの動作電流を削減することができる
という効果が得られる。 (2)上記(1)項により、高速モードにおける高速性
と低速モードにおける低消費電力性とをあわせて確保し
たシングルチップマイクロコンピュータ等を実現するこ
とができるという効果が得られる。
【0036】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、シングルチップマイクロコンピュー
タの低速モードという名称は、例えば低消費電力モード
に置き換えることができる。また、シングルチップマイ
クロコンピュータは、高速モード及び低速モードを選択
的に指定するためのモード制御信号を備えることができ
る。この場合、リードオンリーメモリROMの各単位リ
ードアンプの駆動MOSFETN3のゲートに供給され
る制御電圧VGの電位を、上記モード制御信号によって
選択的に切り換えればよい。ランダムアクセスメモリR
AMは、リードアンプRAと同様に、差動増幅回路なら
びに駆動MOSFETを含む複数の単位リードアンプを
備えることができる。この場合、ランダムアクセスメモ
リRAMの駆動MOSFETのゲートに供給される制御
電圧についても同様な電位切り換えを実施し、シングル
チップマイクロコンピュータの高速モードにおける高速
性ならびに低速モードにおける低消費電力性を推進する
ことができる。シングルチップマイクロコンピュータの
内部バスIBUSのビット構成は、32ビット又は64
ビット構成を採ることができる。この場合、リードアン
プRAに設けられる単位リードアンプの数は相応して多
くなり、この発明の効果はより大きなものとなる。シン
グルチップマイクロコンピュータは、タイマー回路TI
MやシリアルコミュニケーションインタフェースSCI
を備えることを必須条件とはしないし、そのブロック構
成は種々の実施形態を採りうる。
【0037】図2において、メモリアレイMARYは、
例えば出力データD0〜D15に対応して複数のサブメ
モリアレイに分割できる。また、メモリアレイMARY
を構成するメモリセルは、例えばその配線の一部が選択
的に形成されることによって選択的に論理“0”又は論
理“1”のデータを保持するものとしてもよい。周波数
電圧変換回路FVCは、リードオンリーメモリROMの
外に設けてもよいし、電流源となる駆動MOSFETを
含む複数のブロックにより共有することもできる。リー
ドオンリーメモリROMのブロック構成や起動制御信号
及びアドレス信号の組み合わせ等は、この実施例による
制約を受けない。
【0038】図3において、周波数電圧変換回路FVC
の出力特性は、直線的であることを必須条件としない。
図4において、メモリアレイMARYの選択されたメモ
リセルの保持データと電流センス回路CSの出力信号V
S0〜VS15の論理レベルとの関係は、読み出し信号
RO0〜RO15が差動増幅回路DAの差動MOSFE
TN1のドレイン電位として出力されることを条件に反
転してもよい。また、制御電圧VGの電位が内部クロッ
ク信号CPの周波数によってのみ制御される場合には、
駆動MOSFETN3と直列に、内部制御信号CEに従
って選択的にオン状態とされるもう一つの駆動MOSF
ETを設ければよい。単位リードアンプURA0〜UR
A15は、MOSFETに代えてバイポーラトランジス
タを基本に構成することができる。この場合、やはり電
流源となるトランジスタのベースに供給される制御電圧
の電位を動作モードに応じて選択的に切り換えればよ
い。単位リードアンプURA0〜URA15の具体的な
回路構成や電源電圧の極性ならびにMOSFETの導電
型等は、種々の実施形態を採りうる。
【0039】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるシン
グルチップマイクロコンピュータに適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではなく、例え
ば、リードオンリーメモリとして単体で形成されるもの
や電流源となるバイポーラトランジスタを含むECL
(Emitter Coupled Logic)回路
ならびにECL回路を基本構成とする論理集積回路装置
等にも適用できる。この発明は、少なくとも電流源とな
るトランジスタを含む半導体装置に広く適用できる。
【0040】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。すなわち、リードオンリーメモリを内蔵
しかつ高速モード及び低速モードを有するシングルチッ
プマイクロコンピュータ等に、その出力電位がクロック
信号の周波数に比例して変化される周波数電圧変換回路
を設け、この周波数電圧変換回路の出力電圧を、リード
オンリーメモリに含まれる複数の単位リードアンプの駆
動MOSFETのゲートに制御電圧として供給すること
で、高速モードにおいては、制御電圧の電位を高くして
リードアンプを高速動作させ、低速モードにおいては、
制御電圧の電位を低くしてリードアンプの動作電流を削
減することができる。これにより、高速モードにおいて
重要視される高速性と低速モードにおいて重要視される
低消費電力性とをあわせて確保したシングルチップマイ
クロコンピュータ等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されたシングルチップマイクロ
コンピュータの一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1のシングルチップマイクロコンピュータに
含まれるリードオンリーメモリの一実施例を示すブロッ
ク図である。
【図3】図2のリードオンリーメモリに含まれる周波数
電圧変換回路の一実施例を示す出力特性図である。
【図4】図2のリードオンリーメモリに含まれるリード
アンプの一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
CPU・・・中央処理装置、CPG・・・クロック発生
回路、IBUS・・・内部バス、RAM・・・ランダム
アクセスメモリ、ROM・・・リードオンリーメモリ、
TIM・・・タイマー回路、SCI・・・シリアルコミ
ュニケーションインタフェース。MARY・・・メモリ
アレイ、XD・・・Xアドレスデコーダ、XB・・・X
アドレスバッファ、YS・・・Yスイッチ、YD・・・
Yアドレスデコーダ、YB・・・Yアドレスバッファ、
RA・・・リードアンプ、OB・・・データ出力バッフ
ァ、FVC・・・周波数電圧変換回路、TG・・・タイ
ミング発生回路。URA0〜URA15・・・単位リー
ドアンプ、CS・・・電流センス回路、DA・・・差動
増幅回路、P1〜P2・・・PチャンネルMOSFE
T、N1〜N3・・・NチャンネルMOSFET。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 F 8427−4M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 そのゲート又はベースに所定の制御電圧
    を受けることで電流源として作用するトランジスタを含
    み、上記制御電圧の電位が動作モードに応じて選択的に
    変化されることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記半導体装置は、高速モード及び低速
    モードを有するものであって、上記制御電圧の電位は、
    上記高速モードにおいて上記トランジスタを介して流さ
    れる電流の値が比較的大きくなるべく設定され、上記低
    速モードにおいて上記トランジスタを介して流される電
    流の値が比較的小さくなるべく設定されるものであるこ
    とを特徴とする請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記半導体装置は、リードオンリーメモ
    リを内蔵するシングルチップマイクロコンピュータであ
    り、上記リードオンリーメモリは、複数のリードアンプ
    を具備するものであって、上記トランジスタは、上記リ
    ードアンプの差動増幅回路に所定の動作電流を与えるた
    めの駆動MOSFETであることを特徴とする請求項1
    又は請求項2の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記半導体装置は、そのクロック信号の
    周波数が高く又は低くされることでそれぞれ選択的に上
    記高速モード又は低速モードとされるものであって、上
    記リードオンリーメモリは、上記クロック信号の周波数
    に応じて上記制御電圧の電位を選択的に切り換える周波
    数電圧変換回路を備えるものであることを特徴とする請
    求項1,請求項2又は請求項3の半導体装置。
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