JPH0983349A - 可変配線回路およびこれを用いた論理集積回路 - Google Patents

可変配線回路およびこれを用いた論理集積回路

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JPH0983349A
JPH0983349A JP7237322A JP23732295A JPH0983349A JP H0983349 A JPH0983349 A JP H0983349A JP 7237322 A JP7237322 A JP 7237322A JP 23732295 A JP23732295 A JP 23732295A JP H0983349 A JPH0983349 A JP H0983349A
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memory cell
variable
logic
signal
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JP7237322A
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Nobuo Tanba
展雄 丹場
Akira Masaki
亮 正木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 1または2以上のメモリセルと、入力端子が
同一の信号線に接続されかつ出力端子が互いに方向の異
なる他の信号線に接続された複数のバッファゲート回路
とを備え、上記メモリセルの記憶情報に基づいて上記バ
ッファゲート回路が動作状態にされることにより信号が
出力側信号線へ伝送されるように可変配線回路を構成し
た。 【効果】 信号のレベルダウンがなく次段の回路の動作
マージンを低下させることがないとともに、通過可能な
回路の数に制限のない可変配線回路を得ることができ、
また、信号のレベルダウンをなくすことができるため、
信号伝搬遅延時間を小さくすることができ、その結果、
高速動作可能な論理LSIを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路技術さ
らには回路間の配線接続を変更可能な可変配線回路に適
用して有効な技術に関し、例えば利用者が任意に論理を
構成可能なプログラマブル論理LSI(大規模集積回
路)に利用して有効な技術に関する。上記プログラマブ
ル論理LSIは、FPGA(Field Programmable Gate
Array)やFPLA(Field Programmable Logic Arra
y)等を含む。
【0002】
【従来の技術】従来、ユーザがプログラム可能な可変配
線回路として、例えば図1に示すような回路が知られて
いる(米国特許第4870302号)。図1の可変配線
回路SBは、互いに直交する方向に配設されれた2本の
信号線上に設けられたMOSFET(Metal Oxide Semi
conducter Field Effect Transister))T1,T2
と、このMOSFET T1,T2によって分離された
各信号線L11,L12,L21,L22間に設けられ
たMOSFET T3,T4,T5,T6と、上記各M
OSFETT1〜T6に対応して設けられた6個のメモ
リセルMC1〜MC6とにより構成されている。
【0003】上記可変配線回路においては、メモリ素子
MC1〜MC6のいずれかにデータ「1」を記憶させる
と、MOSFET T1〜T6のうち対応するものがオ
ンされ、図2に示すような2つの直交する信号線間の6
つの方向〜のうちいずれか一つの方向の信号伝達が
可能となる。また、メモリ素子MC1〜MC6のうちい
ずれか2つ(T1とT2、T3とT6またはT4とT
5)をオンさせることで互いに競合しない2方向(図2
のとあるいはとまたはと)の信号伝達が可
能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1の
可変配線回路においては、信号がこの回路を通過する度
にMOSFETのオン抵抗によって信号伝搬遅延時間が
増大するという問題点が本発明者等によって明らかにさ
れた。しかも、大規模な論理LSIを実現するには回路
を構成する素子のサイズを小さくしなければならず、そ
れによってMOSFETのオン抵抗は数Kオームから数
10Kオームに達し、LSIの動作速度が著しく低下し
てしまう。
【0005】またさらに、図1の可変配線回路において
は、信号がこの回路を通過する度に信号のレベルがMO
SFETのしきい値電圧分だけ下がってしまい次段の回
路の動作マージンが低下してしまうことを本発明者等は
見い出した。特に、大規模な論理LSIでは、微細加工
半導体プロセスでのトランジスタの信頼性を確保するた
めや消費電力を低減するために低電源電圧を用いること
が行われるが、その場合には上記伝送時の信号のレベル
ダウンがネックとなって、信号が通過することができる
可変配線回路の数を多くすることができないという問題
点がある。
【0006】上記トランスファMOSFETでの信号の
レベルダウンを回避する方法として、信号線の途中に波
形整形のためのドライバ回路を設けることも考えられる
が、そのようにするには、ドライバを設ける位置を決定
するためのアルゴリズムを必要としプログラムが複雑化
するとともに、そのようなドライバ回路を構成するため
のセルが別途必要になるという不具合がある。
【0007】この発明の目的は、信号のレベルダウンが
なく次段の回路の動作マージンを低下させることがない
とともに通過可能な回路の数に制限のない可変配線回路
を提供することにある。
【0008】この発明の他の目的は、信号伝搬遅延時間
の小さな可変配線回路を提供し、もって高速動作可能な
論理LSIを実現することにある。
【0009】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0010】
【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説明すれば、下記のと
おりである。
【0011】すなわち、1または2以上のメモリセル
と、入力端子が同一の信号線に接続されかつ出力端子が
互いに方向の異なる他の信号線に接続された複数のバッ
ファゲート回路とを備え、上記メモリセルの記憶情報に
基づいて上記バッファゲート回路が動作状態にされるこ
とにより信号が出力側信号線へ伝送されるように可変配
線回路を構成したものである。
【0012】
【作用】上記した手段によれば、メモリセルの記憶情報
にしたがって動作状態または非動作状態が決定されるバ
ッファゲート回路を設けるようにしているため、信号の
レベルダウンがなく次段の回路の動作マージンを低下さ
せることがないとともに、通過可能な回路の数に制限の
ない可変配線回路を得ることができる。
【0013】また、信号のレベルダウンをなくすことが
できるため、信号伝搬遅延時間を小さくすることがで
き、その結果、高速動作可能な論理LSIを実現するこ
とができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
【0015】図3〜図5は本発明に係る可変配線回路の
第1の実施例を示す回路図である。
【0016】この実施例の可変配線回路SB(GSB,
LSB)は、図3に示すように、1本の入力信号線IN
Lと3本の出力信号線OTL1,OTL2,OTL3
と、3個のクロックドインバータ形式のバッファゲート
回路G1,G2,G3と、3個のメモリセルMC1,M
C2,MC3とを備えており、入力された信号をメモリ
セルMC1,MC2,MC3の記憶データに応じて3方
向のいずれか1方向に信号を送出できるように構成され
ている。また、いずれか2つあるいは3つのメモリセル
に「1」を書き込むことによって任意の2方向あるいは
3方向全てに信号を伝送できるように構成されている。
【0017】図4は、上記可変配線回路SBのより具体
的な回路構成例を示す。この実施例においては、入力信
号が入力されるMOSFET MNiとMPiとが各バ
ッファゲートG1〜G3で共有するように構成されてお
り、該入力MOSFET MNi,MPi間に、各メモ
リセルMC1,MC2,MC3の出力電圧をゲート端子
に受けるようにされたNチャネルMOSFETとPチャ
ネルMOSFETのペアQ11,Q12;Q21,Q2
2;Q31,Q32が並列に接続されている。そして、
入力信号線INLはMOSFET MNiおよびMPi
のゲート端子に接続されている。また、出力信号線OT
L1はMOSFET Q11とQ12の共通ドレイン
に、出力信号線OTL2はMOSFET Q21とQ2
2の共通ドレインに、出力信号線OTL3はMOSFE
T Q31とQ32の共通ドレインに、それぞれ接続さ
れている。
【0018】図5は、上記メモリセルMC1,MC2,
MC3としてスタティック型メモリセルを使用した場合
の具体例を、1つのメモリセルおよびバッファゲート回
路について示したものである。同図に示すように、一対
のインバータIV1,IV2と選択用MOSFET Q
sとからなるメモリセルMC1(MC2,MC3)の相
補的な出力が、バッファゲート回路G1(G2,G3)
を構成するMOSFET Q11,Q12(Q21,Q
22;Q31,Q32)のゲート端子にそれぞれ供給さ
れ、一方がオンされるときは他方もオンされるようにな
っている。
【0019】図5に示すように、メモリセルMC1は、
ゲート端子がワード線WLに接続されドレイン端子がビ
ット線BLに接続された書込み選択用のMOSFET
Qsと、互いの入力端子と出力端子とが結合された一対
のインバータからなるフリップフロップ回路FFとによ
って構成されており、選択用MOSFET Qsのソー
ス端子にフリップフロップ回路FFの一方の入出力端子
が接続されている。
【0020】この実施例のメモリセルを使用した場合、
上記ワード線をハイレベルに立ち上げてMOSFET
Qsをオンさせてビット線からデータを供給することに
より、所望のデータをフリップフロップFFに書き込ん
で配線回路の信号伝送方向を一義的に設定してやること
ができる。この信号伝送方向の設定は、システムの立ち
上がり時に行なわれるイニシャライズ等によって行なう
ようにすればよい。メモリセルとしてスタティック型の
もの(SRAM)を用いた場合には、イニシャライズご
とに各可変配線回路における信号伝送方向の設定を変え
ることにより、当該論理LSIに異なる機能を持たせる
ことができるようになる。
【0021】上記実施例の可変配線回路(図3〜図5)
は、1方向から入力された信号を任意の3方向に送出す
るものであるが、実際のLSIでは入力信号が入ってく
る方向は特定されるものでない。そこで、図6に示すよ
うに、図3〜図5の可変配線回路を4個組み合わせて入
力信号の入ってくる方向を90度ずつずらしたものを1
つのブロックとして、これを論理LSI内の任意の位置
に配置するようにするとよい。これによって、いずれの
方向から入力信号が入って来る場合にも対応することが
できるようになる。ただし、比較的離れた位置にある論
理回路に信号を伝送する可変配線回路(遠隔用可変配線
回路)に関しては、信号の伝送方向が比較的特定される
ことが多いので、図3〜図5の可変配線回路を1つだけ
用いたり、2個組み合わせて入力信号の入ってくる方向
を180度ずらしたものを1つのブロックとしてこれを
所望の位置に配置するようにしてもよい。
【0022】なお、可変論理回路を構成するメモリセル
は、図5に示すようなスタティック型のものに限定され
ず、EPROM(Erasable Programmable Read Only Me
mory)を構成するFAMOS(Floating Gate Avalanch
e Injection MOSFET)やヒューズ素子を使用するように
しても良い。
【0023】図7および図8に本発明に係る可変配線回
路の第2の実施例を示す。なお、図7および図8の可変
配線回路は、一方向すなわち信号線L1からL2または
L2からL1への信号の伝達を可能にする可変論理回路
の例であり、バッファゲート回路を2個備えメモリセル
としてスタティック型のものを使用している。周知のよ
うに、スタティック型メモリセル(SRAM)の一対の
入出力端子は互いに相補的なレベルの電圧を出力する。
【0024】そのため、図7に示すように、メモリセル
MCをバッファゲート回路G1とG2とで共有させるよ
うに構成した場合、メモリセルMCの記憶情報によって
例えばバッファゲート回路G1が動作状態にされている
とバッファゲート回路G2は非動作状態にされるため、
信号は信号線L1からL2に向かって伝送される。一
方、メモリセルMCの記憶情報によってバッファゲート
回路G2が動作状態にされているとバッファゲート回路
G1は非動作状態にされるため、信号は信号線L2から
L1に向かって伝送可能にされる。これによって、図7
の実施例は、図3の実施例のようにバッファゲート回路
毎にメモリセルを設ける場合に比べて可変配線回路の構
成素子数を減らすことができる。
【0025】図8に示すように、図7の可変配線回路を
構成するバッファゲート回路G1は電源電圧Vccと接
地点との間に直列に接続されたPチャネル型MOSFE
TQP1,Q11とNチャネル型MOSFET Q1
2,QN1とから構成されており、QP1とQN1のゲ
ート端子に一方の信号線L1が接続され、Q11とQ1
2のゲート端子にメモリセルMCの相補的な出力電圧が
それぞれ印加され、Q11とQ12の共通ドレイン端子
(ノードn1)が他方の信号線L2に接続されている。
また、可変配線回路を構成するバッファゲート回路G2
は電源電圧Vccと接地点との間に直列に接続されたP
チャネル型MOSFET QP2,Q21とNチャネル
型MOSFET Q22,QN2とから構成されてお
り、QP2とQN2のゲート端子に信号線L2が接続さ
れ、Q21とQ22のゲート端子にメモリセルMCの相
補的な出力電圧が上記バッファゲート回路G1側のQ1
1,Q12のゲート印加電圧と逆の関係になるように印
加され、Q21とQ22の共通ドレイン端子(ノードn
2)が他方の信号線L1に接続されている。
【0026】図9〜図11には、上記構成の可変配線回
路SBおよび後述の可変論理回路を用いてプログラマブ
ル論理LSIを構成する場合のレイアウトの一実施例が
示されている。
【0027】図9において、中央に符号LCBで示され
ているのは後述の可変論理回路からなる可変論理ブロッ
クであり、この実施例では4個の可変論理回路をレイア
ウト的に左右対称および上下対称に配置したものを1つ
のブロックLCBとして配置し、その周囲に前述の可変
配線回路SBを4個レイアウト的に左右対称および上下
対称に配置したものを1つのブロックとして、上記可変
論理ブロックLCBの周囲の符号LSBとGSBで示す
ような位置に配置して1つのユニットUNTを構成して
いる。そのため、図9においてはユニットUNTの境界
を示す一点鎖線が可変配線ブロックGSBとLSBの中
心を縦断するように示されている。なお、LSBとGS
Bは、近接配線か遠隔配線かの違いのみで構成は同一の
可変配線ブロックである。
【0028】図9において、実線の矢印は隣接する可変
配線ブロックとの間を接続する配線を示しており、これ
らは例えば一層目のメタル層と二層目のメタル層により
形成される。また、図9において、点線の矢印は比較的
離れた位置にある可変配線ブロックとの間を接続する配
線を示しており、これらは例えば三層目のメタル層と四
層目のメタル層により形成される。
【0029】上記実施例の可変配線回路(図3〜図5)
は、1方向から入力された信号を任意の3方向に送出す
るものであるが、入力信号が入ってくる方向は特定され
るものでない。そこで、図6に示すように、図3〜図5
の可変配線回路を4個組み合わせて入力信号の入ってく
る方向を90度ずつずらしたものを1つのブロックとし
て、これを図9に示されているGSBやLSBとして配
置するようにした。ただし、遠隔用可変配線回路GSB
に関しては、信号の伝送方向が比較的特定されることが
多いので、図7の可変配線回路を2個組み合わせたもの
を1つのブロックとして、これを図9に示されているG
SBの位置に配置するというように2種類のブロックを
用意して使い分けるようにしてもよい。
【0030】さらに、この実施例では、上記のように構
成されたユニットUNTを図10に示すようにマトリッ
クス状に配置してマクロブロックMBLを構成し、この
マクロブロックMBLを図11に示すように、半導体チ
ップCHIP上にタイル状に敷き詰めてプログラマルブ
論理LSIを構成している。
【0031】図10において、ユニットUNTの中心に
縦方向に設けられているのは入出力回路およびワード線
選択回路の配置領域YAR、ユニットUNTの中心に横
方向に設けられているのは入出力回路、ビット線選択回
路および書き込み回路の配置領域XARであり、その交
差部すなわちユニット中央にはクロック分配回路CKD
が配置されている。また、丸印が付されているのは、そ
れぞれ入出力端子、電源端子、接地端子、制御端子であ
る。一方、図11において、各マクロブロックMBL間
に設けられているスペースSPは配線形成領域である。
【0032】次に、上記可変論理ブロックLCBを構成
する可変論理回路PLGの具体例を図12を用いて説明
する。なお、図12の可変論理回路は、メモリセルを8
個有する4入力論理の一例である。図12において、M
0,M1はメモリセルであり、図12の可変論理回路
は、各々メモリセルを2個ずつ有する4個の積和演算回
路CA1〜CA4と、これらの積和演算回路CA1〜C
A4の出力信号を共通の出力ノードn0に伝達するため
の伝送手段としてのMOSトランスファゲートTG1〜
TG4およびTG11,TG12と、共通出力ノードn
0に接続された出力インバータIVoと、入力される選
択信号SEL1に基づいて上記MOSトランスファゲー
トTG2,TG4を制御する信号を形成するインバータ
IV1と、選択信号SEL2に基づいて上記MOSトラ
ンスファゲートTG12を制御する信号を形成するイン
バータIV2とにより構成されている。
【0033】さらに、上記積和演算回路CA1〜CA4
は、それぞれ上記一対のメモリセル(M0,M1)と、
これらのメモリセルの出力電圧(保持情報)をゲート端
子に受ける一対のスイッチMOSFET Q0,Q1
と、これらのスイッチMOSFET Q0,Q1のソー
ス端子と接地点との間にそれぞれ直列形態に接続された
スイッチMOSFET Q2,Q3と、上記MOSFE
T Q0,Q1の共通ドレイン端子と電源電圧端子との
間に接続されたPチャネル形MOSFET Q4と、入
力信号W(X,Y,Z)を反転するインバータIViと
により構成されており、上記MOSFET Q4はその
ゲート端子に接地電位が印加されて負荷抵抗として作用
するとともに、上記MOSFET Q2,Q3のゲート
端子には入力信号W(X,Y,Z)とその反転信号が印
加されるようになっている。
【0034】この実施例の可変論理回路は、上記のよう
に構成されているため、各積和論理回路内のメモリセル
へ記憶させるデータによって、4つの入力信号および2
つの選択信号の組合せに応じて1876通りの論理機能
を実現することができる。
【0035】表1に本実施例の可変論理回路の実現可能
な論理の種類の計算式を示す。表1の計算式の欄に示さ
れている式のなかで、2C1はペアとなっているメモリセ
ルの一方に「1」が記憶されている場合を、また2C2は
ペアとなっているメモリセルの両方に「1」が記憶され
ている場合を示している。さらに、論理種F2〜F8欄
の各計算式の最後の数字「2」,「5」,「15」は、
入力として同一の信号が重複して入力される場合(例え
ば図3のように入力がすべてXの場合等)を考慮したも
ので、有効な信号の組合せ数を示すものである。表2〜
表4に具体的な信号の組合せを示す。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】
【表4】
【0040】また、本実施例の可変論理回路は、図13
に示すように、各積和演算回路CA1〜CA4に共通の
入力信号Xを供給するように接続することにより、選択
信号A,Bと入力信号Xとをアドレス信号とする8×1
ビットのメモリ回路として動作させることができる。表
5に、可変論理回路をメモリ回路として使用する場合の
ビットマップの一例を示す。表5は、信号A,B,Xが
右欄のような組合せになったときに左欄のメモリセルが
選択されることを意味している。
【0041】
【表5】
【0042】図14に可変論理回路の他の実施例を示
す。なお、図14の可変論理回路は、メモリセルを4個
有する2入力論理の例である。
【0043】第1実施例(図2)の4入力可変論理回路
と比較すると明らかなように、2入力可変論理回路で
は、積和演算回路は2個(CA1とCA2)で、これら
の積和演算回路CA1,CA2の出力信号を共通の出力
ノードn0に伝達するための伝送手段としてのMOSト
ランスファゲートは1段(TG1とTG2)で済むこと
が分かる。
【0044】なお、この実施例においては図2の実施例
におけるMOSFET Q0,Q1の共通ドレイン端子
と電源電圧端子との間に接続されたPチャネル形MOS
FET Q4のゲート端子に接地電位を印加する代わり
にメモリセルM0の出力電圧(保持情報)を印加すると
ともに、Q4と直列に接続された第2のPチャネル形M
OSFET Q5を設けて、そのゲート端子にメモリセ
ルM1の出力電圧(保持情報)を印加させてある。
【0045】この実施例の可変論理回路は、上記のよう
に構成されているため、各積和論理回路CA1,CA2
内のメモリセルMiへ記憶させるデータによって、2つ
の入力信号W,Xおよび1つの選択信号Aの組合せに応
じて25通りの論理機能を実現することができる。
【0046】表6に本実施例の可変論理回路の実現可能
な論理の種類の計算式を示す。さらに、表7,表8に
は、本実施例の可変論理回路で実現可能な論理機能のう
ち一部の論理機能の真理値表を示す。
【0047】
【表6】
【0048】
【表7】
【0049】
【表8】
【0050】図15には上記可変論理回路を構成するメ
モリセルの一実施例が示されている。なお、図15はメ
モリセルとして、図3の可変配線回路と同様にスタティ
ック型メモリセルを使用した例である。
【0051】図15に示すように、各メモリセルMi
は、ゲート端子がワード線WLに接続されドレイン端子
がビット線BLに接続された書込み選択用のMOSFE
T Qsと、互いの入力端子と出力端子とが結合された
一対のインバータからなるフリップフロップ回路FFと
によって構成されており、選択用MOSFET Qsの
ソース端子にフリップフロップ回路FFの一方の入出力
端子が接続され、フリップフロップ回路の他方の入出力
端子がスイッチMOSFET Q0(またはQ1)のゲ
ート端子に接続されている。
【0052】この実施例のメモリセルを使用した場合、
上記ワード線WLをハイレベルに立ち上げてMOSFE
T Qsをオンさせてビット線BLからデータを供給す
ることにより、所望のデータを書き込んで当該可変論理
回路の論理を一義的に設定してやることができる。この
論理の設定は、システムの立ち上がり時に行なわれるイ
ニシャライズ等によって行なうようにすればよい。メモ
リセルとしてスタティック型のものを用いた場合には、
イニシャライズごとに各可変論理回路に設定する論理を
変えることにより、当該論理LSIに異なる機能を持た
せることができるようになる。
【0053】可変論理回路を構成するメモリセルは、図
15に示すようなスタティック型のものに限定されず、
EPROMを構成するFAMOSやヒューズ素子を使用
するようにしても良い。図16にはメモリセルにFAM
OSを使用した場合の可変論理回路の構成例を、また、
図17にはメモリセルにヒューズ素子を使用した場合の
可変論理回路の構成例を示す。なお、ここで使用される
ヒューズ素子としては、例えば高電圧をかけて絶縁膜を
破壊することによって上下の導電層を接続させるいわゆ
るアンチヒューズを用いている。メモリセルにヒューズ
素子を使用した場合、データ書込み用のワード線やビッ
ト線は不要となる。
【0054】図18には、図12や図14に示されてい
る可変論理回路を構成するメモリセルMiとして図15
に示すようなスタティック型のものを使用した場合にお
けるメモリセルへのデータの書込みのためのワード線お
よびビット線を含んだより具体的な回路の一実施例を示
す。各ワード線WLiはワード線選択駆動回路WSDか
ら延設されるとともに、各ビット線BLiはビット線選
択、書込み回路BSWから延設され、ワード線とビット
線とは互いに直交する方向に配設されている。
【0055】前述したように、LSIチップ上には複数
個の可変論理回路がマトリックス状に配置されており、
各ワード線WLiにはワード線方向に配置されている複
数の可変論理回路内の対応するメモリセルMiの選択用
MOSFET Qsのゲート端子が共通に接続されてい
るとともに、各ビット線BLiにはビット線方向に配置
されている複数の可変論理回路内の対応するメモリセル
の選択用MOSFETQsのドレイン端子が共通に接続
されている。
【0056】更に、各ビット線BLiの他端には、特に
制限されないが、ビット線のハイインピーダンス時すな
わち非選択時にビット線電位がノイズによって変動して
メモリセルに誤ったデータが書き込まれるのを防止する
ため、プルアップ用のMOSFETQp1,Qp2が接
続されている。
【0057】図19には、可変配線回路SB内のメモリ
セルをスタティック型メモリセルで構成しかつ図9〜図
11のような配置をする場合に好適な可変配線回路の一
部のレイアウトパターン例を示す。また、図20にその
等価回路を示す。図6に示すような4個の可変配線回路
からなるブロックを構成する場合には、図12に示され
ているパターンが一点鎖線α−α’に沿って上下対称に
形成され、かつ一点鎖線β−β’に沿って左右対称に形
成される。
【0058】図20と図15とを比較すれば明らかなよ
うに、可変配線回路と可変論理回路とで一部の回路が類
似しており、図19のレイアウトパターンによれば、可
変配線回路と可変論理回路とでレイアウトパターンの一
部共通化もしくは援用を図ることができる。図19のレ
イアウトパターンに、図4に示されているPチャネルM
OSFET MPiおよびQ11〜,Q21,Q31の
パターンを追加してやれば、図3〜図5に示されている
可変配線回路が得られる。
【0059】図19において、WL1,WL2はワード
線、BL1,BL2,BL3はビット線を示す。また、
M1が付されているパターンは一層目のメタル層で形成
される導電層、M2が付されているパターンは二層目の
メタル層で形成される導電層、M3が付されているパタ
ーンは三層目のメタル層で形成される導電層、ハッチン
グが付されている領域LはMOSFETのソース、ドレ
イン領域となる拡散層、INLは入力信号がのる信号
線、OTL1〜OTL3は出力信号がのる信号線であ
る。
【0060】図21には、可変配線回路内のメモリセル
をヒューズ素子(アンチヒューズ)を用いたメモリセル
で構成しかつ図9〜図11のような配置をする場合に好
適な可変配線回路のレイアウトパターン例を示す。図2
2にその等価回路を示す。このように可変配線回路内の
メモリセルとしてヒューズ素子を使用した場合、図12
の可変論理回路内のメモリセルも同様にヒューズ素子で
構成するようにすれば、可変配線回路と可変論理回路と
でレイアウトパターンの一部共通化もしくは援用を図る
ことができる。
【0061】図21において、M1が付されているパタ
ーンは一層目のメタル層で形成される導電層、M2が付
されているパターンは二層目のメタル層で形成される導
電層、M3が付されているパターンは三層目のメタル層
で形成される導電層、ハッチングが付されている領域L
はMOSFETのソース、ドレイン領域となる拡散層、
FGが付されているのはポリシリコンゲート電極、IN
Lは入力信号がのる信号線、OTL1〜OTL3は出力
信号がのる信号線である。また、黒く塗り潰された四角
はアンチヒューズF1,F2,F3を構成する絶縁膜が
形成されている箇所を示している。
【0062】図23には、可変配線回路内のメモリセル
をFAMOS(フローティングゲート・アバランシェM
OSFET)を用いて構成しかつ図9〜図11のような
配置をする場合に好適な可変配線回路のレイアウトパタ
ーン例を示す。図24にその等価回路を示す。このよう
に可変配線回路内のメモリセルとしてFAMOSを使用
した場合、図12の可変論理回路内のメモリセルも同様
にFAMOSで構成するようにすれば、可変配線回路と
可変論理回路とでレイアウトパターンの一部共通化もし
くは援用を図ることができる。
【0063】図23において、符号FN1,FN2,F
N3が付されている箇所がFAMOSの形成されている
部位であり、図示しないが、このFAMOSのゲート電
極となるワード線WL1の下に一層目のポリシリコン層
等からなるフローティングゲートが形成されている。
【0064】以上説明したように、上記実施例は、1ま
たは2以上のメモリセルと、入力端子が同一の信号線に
接続されかつ出力端子が互いに方向の異なる他の信号線
に接続された複数のバッファゲート回路とを備え、上記
メモリセルの記憶情報に基づいて上記バッファゲート回
路が動作状態にされることにより信号が出力側信号線へ
伝送されるように可配線回路を構成したので、信号のレ
ベルダウンがなく次段の回路の動作マージンを低下させ
ることがないとともに、通過可能な回路の数に制限のな
い可変配線回路を得ることができ、その結果、より高機
能で大規模な論理LSIが実現可能となるという効果が
ある。
【0065】また、従来の可変配線回路のように信号の
伝達/遮断にトランスファMOSFETを使用しないで
バッファゲート回路を用いているので、信号伝搬遅延時
間を小さくすることができ、その結果、高速動作可能な
論理LSIを実現することができるという効果がある。
【0066】さらに、上記実施例で説明したように、可
変配線回路を構成するメモリセルと可変論理回路を構成
するメモリセルとに同一タイプのメモリセルを使用すれ
ば、可変配線回路と可変論理回路とに類似性を持たせる
ことができるため、レイアウトパターンを設計する際に
一方の設計データを他方の設計に利用することができ、
レイアウト設計が容易になるという効果がある。
【0067】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、本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いうまでもない。例えば図3
の実施例においては、出力側の信号線を3本としこれに
応じてバッファゲート回路とメモリセルを3組設けてい
るが、出力側の信号線を2本としバッファゲート回路と
メモリセルを2組設けるようにしてもよい。また、図4
において、MOSFET MNi,Q12等と相補的に
オン、オフされるPチャネルMOSFET MPi,Q
11,Q21,Q31を設けているが、これらのMOS
FETは、図12の可変論理回路内のMOSFET Q
4と同様にゲート端子が接地点に接続された1つのPチ
ャネルMOSFETで置き換えることも可能である。
【0068】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プログ
ラマブル論理LSIに適用した場合について説明した
が、この発明はそれに限定されるものでなく、通常の論
理LSIにおいてその一部の回路の配線接続を可変にす
る可変配線回路として利用することができる。
【0069】
【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
のとおりである。
【0070】すなわち、信号のレベルダウンがなく次段
の回路の動作マージンを低下させることがないとともに
通過可能な回路の数に制限のない可変配線回路を得るこ
とができる。
【0071】また、信号伝搬遅延時間の小さな可変配線
回路を実現し、これを使用した論理LSIの高速化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の可変配線回路の一例を示す回路図であ
る。
【図2】従来の可変配線回路における信号伝送可能な方
向を示す作用説明図である。
【図3】本発明に係る可変配線回路の第1の実施例を示
す回路図である。
【図4】図2の実施例の可変配線回路のより具体的な回
路構成例を示す回路図である。
【図5】図2の実施例の可変配線回路を構成するメモリ
セルとしてスタティック型のものを使用した場合の具体
的な回路構成例を示す回路図である。
【図6】上記可変配線回路をプログラマブル論理LSI
を構成する要素として使用する場合の好適な構成例を示
す概念図である。
【図7】可変配線回路の第2の実施例を示す回路図であ
る。
【図8】図7の実施例の可変配線回路のより具体的な回
路構成例を示す回路図である。
【図9】本発明に係る可変配線回路および可変論理回路
を用いてプログラマブル論理LSIを構成する場合の一
実施例を示すユニットの概念図である。
【図10】本発明に係る可変配線回路および可変論理回
路を用いてプログラマブル論理LSIを構成する場合の
一実施例を示すマクロブロックの概念図である。
【図11】本発明に係る可変配線回路および可変論理回
路を用いてプログラマブル論理LSIを構成する場合の
LSI全体の概念図である。
【図12】上記論理LSIを構成する可変論理回路の一
例(4入力)を示す回路図である。
【図13】図12の実施例の可変論理回路をメモリ回路
として使用する場合の入力信号線の接続例を示す回路図
である。
【図14】可変論理回路の他の例(2入力)を示す回路
図である。
【図15】可変論理回路内のメモリセルの一例を示す回
路図である。
【図16】可変論理回路内のメモリセルの他の例を示す
回路図である。
【図17】可変論理回路内のメモリセルのさらに他の例
を示す回路図である。
【図18】可変論理回路を構成するメモリセルとしてス
タティック型のものを使用した場合における可変論理回
路の具体的な回路の一実施例を示す回路図である。
【図19】可変配線回路内のメモリセルをスタティック
型メモリセルで構成しかつ図9〜図11のような配置を
する場合に好適な可変配線回路の要部のレイアウトパタ
ーン例を示す平面図である。
【図20】図19の可変配線回路の等価回路を示す回路
図である。
【図21】可変配線回路内のメモリセルをヒューズ素子
を用いて構成しかつ図9〜図11のような配置をする場
合に好適な可変配線回路の要部のレイアウトパターン例
を示す平面図である。
【図22】図21の可変論理回路の等価回路を示す回路
図である。
【図23】可変配線回路内のメモリセルをFAMOSを
用いて構成しかつ図9〜図11のような配置をする場合
に好適な可変配線回路の要部のレイアウトパターン例を
示す平面図である。
【図24】図23の可変論理回路の等価回路を示す回路
図である。
【符号の説明】
SB 可変配線回路 MC1〜MC3,MCi メモリセル G1,G2,G3 バッファゲート回路 INL 入力信号線 OTL1〜OTL3 出力信号線 L1,L2 信号線 WL ワード線 BL ビット線 GSB 遠隔用可変配線回路 LSB 近接用可変配線回路 MC1,MC2,MC3 メモリセル LCB 可変論理回路 UNT ユニット MBL マクロブロック SP 配線形成領域 YAR 入出力回路およびワード線選択回路の配置領域 XAR 入出力回路、ビット線選択回路および書き込み
回路の配置領域

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1または2以上のメモリセルと、入力端
    子が同一の信号線に接続されかつ出力端子が互いに方向
    の異なる他の信号線に接続された複数のバッファゲート
    回路とを備え、上記メモリセルの記憶情報に基づいて上
    記バッファゲート回路が動作状態にされることにより信
    号が出力側信号線へ伝送されるように構成されてなるこ
    とを特徴とする可変配線回路。
  2. 【請求項2】 上記バッファゲート回路は電源電圧端子
    と接地点との間に直列形態に接続された2個のPチャネ
    ルMOSFETおよび2個のNチャネルMOSFETと
    からなり、上記PチャネルMOSFETの一方および上
    記NチャネルMOSFETの一方のゲート端子には入力
    信号が供給され、他方のMOSFETのゲート端子には
    上記メモリセルの記憶情報に応じた相補的な信号が供給
    されるように構成されてなることを特徴とする請求項1
    に記載の可変配線回路。
  3. 【請求項3】 上記メモリセルはスタティック型メモリ
    セルからなり、該メモリセルを選択するための選択信号
    線とメモリセルへ書き込むべきデータを供給するための
    データ信号線とが互いに直交する方向に配設されてなる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の可変配線回
    路。
  4. 【請求項4】 複数の論理回路を備え、各論理回路の周
    囲に請求項1、2または3に記載の可変配線回路がそれ
    ぞれ配置されてなることを特徴とする論理集積回路。
  5. 【請求項5】 上記論理回路の周囲に配置された可変配
    線回路には、比較的離れた位置に配置されている論理回
    路と接続する遠隔用可変配線回路および比較的近傍に配
    置されている論理回路と接続する近接用可変配線回路が
    配置されていることを特徴とする請求項4に記載の論理
    集積回路。
  6. 【請求項6】 上記論理回路は、メモリセルと、このメ
    モリセルの記憶情報にしたがってオン状態またはオフ状
    態が決定される1または2以上の第1トランジスタと、
    該第1トランジスタと直列に接続され入力信号によって
    オンまたはオフされる第2トランジスタと、上記第1お
    よび第2トランジスタの状態に応じた電位を発生する第
    3トランジスタと、発生された電位を選択信号に応じて
    出力端子に伝達もしくは遮断する伝送手段とにより構成
    された可変論理回路からなることを特徴とする請求項4
    または5に記載の論理集積回路。
  7. 【請求項7】 上記メモリセルおよび第1トランジスタ
    をそれぞれ偶数個備えるとともに上記第3トランジスタ
    は上記第1トランジスタの半数とされ、第1トランジス
    タは2個ずつ対をなして上記第3トランジスタの一つに
    それぞれ共通に接続されてなることを特徴とする請求項
    6に記載の論理集積回路。
  8. 【請求項8】 上記対をなす第1トランジスタのそれぞ
    れに直列接続された第2トランジスタのうち一方には入
    力信号がまた他方には入力信号の反転信号が供給される
    ように構成されてなることを特徴とする請求項7に記載
    の論理集積回路。
  9. 【請求項9】 上記第1および第2トランジスタはNチ
    ャネルMOSFETからなり、上記第3トランジスタは
    PチャネルMOSFETからなることを特徴とする請求
    項6、7または8に記載の論理集積回路。
  10. 【請求項10】 上記第3トランジスタのゲート端子に
    は接地電位が印加されて負荷抵抗として作用するように
    構成されてなることを特徴とする請求項9に記載の論理
    集積回路。
  11. 【請求項11】 上記第3トランジスタは直列形態の2
    個のPチャネルMOSFETからなり、これらのMOS
    FETのゲート端子には対応するメモリセルの記憶情報
    に応じた電圧が印加されるように構成されてなることを
    特徴とする請求項9に記載の論理集積回路。
  12. 【請求項12】 上記メモリセルはスタティック型メモ
    リセルからなり、該メモリセルを選択するための選択信
    号線とメモリセルへ書き込むべきデータを供給するため
    のデータ信号線とが互いに直交する方向に配設されてな
    ることを特徴とする請求項6、7、8、9、10または
    11に記載の論理集積回路。
JP7237322A 1995-09-14 1995-09-14 可変配線回路およびこれを用いた論理集積回路 Pending JPH0983349A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8525251B2 (en) 2009-03-26 2013-09-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonvolatile programmable logic switch
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