專利名稱：半導體集成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路，特別涉及具有多進出口的寄存器文卷的結(jié)構(gòu)。
背景技術：
以往，在半導體集成電路中，當具有多進出口的寄存器文卷時，將多個功能塊連接在該多進出口寄存器文卷上，以便可利用這些多個功能塊進行數(shù)據(jù)的并列處理。
例如，在專利文獻1中，使寄存器文卷為寫人進出口數(shù)是2，讀出進出口數(shù)也是2的多進出口型(2Write 2Read(2W2R)型)，將1W1R型功能塊和其它1W1R型功能塊連接在上述2W2R進出口型寄存器文卷上。也就是說，此2W2R進出口型寄存器文卷，構(gòu)成為對于一個存儲器單元準備兩個讀出進出口和兩個寫入進出口，且將一個讀出進出口和一個寫人進出口連接在第1功能塊上，同時將另一個讀出進出口和另一個寫人進出口連接在第2功能塊上。
并且，在含有上述存儲器單元的晶體管電路中，以往，在其組成晶體管的閾值電壓、向其組成晶體管提供的供給電壓、其組成晶體管的活性化率、以及其耗電之間，存在有在所給予的規(guī)定活性化率下使耗電最少的閾值電壓及供給電壓，例如，記載在非專利文獻1中。
專利文獻1特開平11-175394號公報(

圖13)非專利文獻1K.Nose et al.，.Optimization of VDD and VTH forlow-power and high-speed applications，.ASPDAC.00，pp.469-474，Jan.2000.
但是，在具有上述以往的多進出口型寄存器文卷的半導體集成電路中，存在下述缺點。
也就是說，在以往的多進出口型寄存器文卷中，如上所述，對每一個存儲器單元準備連接的多個功能塊的寫入進出口及讀出進出口的合計數(shù)的進出口。因此，多進出口型寄存器文卷具有面積增大的缺點。
而且，在上述以往的多進出口型寄存器文卷中，例如，當連接的一個功能塊的活性化率(訪問頻度)較高，其它功能塊的活性化率較低時，由于雖然在一個活性化率下存在為了使耗電少到最佳狀態(tài)的供給電壓和晶體管的閾值電壓，但是在另一個活性化率使用存儲器單元時，其供給電壓和閾值電壓不會成為最佳值，因此存在沒有使耗電最少，浪費耗電的課題。
于是，例如，想到了不采用以往那樣的在多個功能塊之間共用存儲器單元的結(jié)構(gòu)，而是采用在各功能塊中使用專用的存儲器單元的結(jié)構(gòu)。在此構(gòu)思下，能夠?qū)Ｓ玫拇鎯ζ鲉卧?，設定與該專用功能塊的活性化率相對應的供給電壓和閾值電壓，能夠有效地減少耗電。而且，只要對專用的存儲器單元設置其專用的功能塊所具有的讀出進出口及寫人進出口的合計進出口數(shù)就行，能夠削減其它功能塊所具有的進出口數(shù)，將進出口數(shù)削減到所需要的進出口數(shù)，能夠節(jié)省面積。
但是，在上述構(gòu)思中，當某功能塊所需要的數(shù)據(jù)，不是收納在其專用的存儲器單元中，而是收納在其它功能塊的專用存儲器單元中時，產(chǎn)生在進行將該數(shù)據(jù)交換到自己的專用存儲器單元中的操作后，再從自己的專用存儲器單元進行該數(shù)據(jù)的讀出的必要性。此時，例如，想到了采用將已經(jīng)收納在自己的專用存儲器單元中的數(shù)據(jù)暫時保存在外部寄存器中，然后，將來自其它功能塊的專用存儲器單元的數(shù)據(jù)傳送到自己的專用存儲器單元中的結(jié)構(gòu)，在該構(gòu)思中，產(chǎn)生下述課題需要設置在外部的保存寄存器、和與其連接的數(shù)據(jù)總線等，不僅在數(shù)據(jù)的訪問上需要時間，而且導致面積增大。并且，存在有微細化過程(process)為數(shù)十毫微左右的柵極長，因光刻的極限和量子效果而引起漏電流增大等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著眼于上述課題，其目的在于提供一種既削減了一個存儲器單元所需的進出口數(shù)，又具有在短時間可進行數(shù)據(jù)訪問的多進出口型寄存器文卷的半導體集成電路。
為了達到上述目的，在本發(fā)明中采用了下述結(jié)構(gòu)在基本上采用在各功能塊中使用專用的存儲器單元的結(jié)構(gòu)的同時，當在另一個功能塊中需要其它功能塊專用的存儲器單元的數(shù)據(jù)時，在存儲器單元陣列內(nèi)進行存儲器單元之間的數(shù)據(jù)交換。
具體地說，本發(fā)明的半導體集成電路的特征在于，包括第1及第2信息保持電路，形成在存儲器單元陣列，保持信息；第1進出口部，僅連接在上述第1信息保持電路上，用于信息輸入或輸出；第2進出口部，僅連接在上述第2信息保持電路上，用于信息輸入或輸出；以及交換電路，接受交換控制信號，在上述存儲器單元陣列內(nèi)相互交換保持在上述第1信息保持電路中的信息和保持在上述第2信息保持電路中的信息。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部分別由晶體管電路構(gòu)成。上述第1及第2進出口部的晶體管電路，彼此由閾值電壓不同的晶體管構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部，訪問頻度彼此不同。由閾值電壓較高的晶體管構(gòu)成的進出口部的訪問頻度，低于由閾值電壓較低的晶體管構(gòu)成的進出口部的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部，接受供給的電源電壓彼此不同。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，電源電壓較低的進出口部的訪問頻度，低于電源電壓較高的進出口部的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成。上述第1及第2信息保持電路的晶體管電路，由閾值電壓彼此不同的晶體管構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，由上述閾值電壓較高的晶體管構(gòu)成的信息保持電路的訪問頻度，低于由閾值電壓較低的晶體管構(gòu)成的信息保持電路的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2信息保持電路，接受供給的電源電壓彼此不同。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，電源電壓較低的信息保持電路的訪問頻度，低于電源電壓較高的信息保持電路的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述交換電路具有將信息暫時保持起來的暫時保持電路。在上述第1及第2信息保持電路中保持的信息，根據(jù)上述交換控制信號，經(jīng)上述暫時保持電路相互交換。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，檢測出相互交換保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息的交換動作的結(jié)束，在檢測出該交換結(jié)束時停止上述交換控制信號的輸出。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，檢測出應該讓保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息已被保持在這些第1及第2信息保持電路中的狀態(tài)，在檢測出后，進行保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息的相互交換。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部分別由晶體管電路構(gòu)成。上述第1及第2進出口部的晶體管電路，分別由與自己的進出口部的訪問速度相對應的晶體管寬度的晶體管構(gòu)成。訪問速度較慢的進出口部的晶體管電路的晶體管寬度，窄于訪問速度較快的進出口部的晶體管電路的晶體管寬度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2信息保持電路分別由晶體管電路構(gòu)成。上述第1及第2信息保持電路的晶體管電路，分別由與連接在自己的信息保持電路上的進出口部的訪問速度相對應的晶體管寬度的晶體管構(gòu)成。訪問速度較慢的信息保持電路的晶體管電路的晶體管寬度，窄于訪問速度較快的信息保持電路的晶體管電路的晶體管寬度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述暫時保持電路由門閂電路構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述門閂電路為差動電路。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述交換電路，包括門閂電路，將保持在電源電壓較低的信息保持電路中的信息暫時保持起來，且將該保持的信息輸出到電源電壓較高的信息保持電路中。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成。由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有襯底電壓控制電路。上述襯底電壓控制電路，分別將構(gòu)成自己組的進出口部及信息保持電路的各晶體管電路的晶體管的閾值電壓控制為與自己組的進出口部的訪問頻度相應的閾值電壓。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有電源電壓控制電路。上述電源電壓控制電路，分別根據(jù)自己的進出口部中的信息讀出時間及寫入時間，控制向自己的進出口部及信息保持電路提供的電源電壓。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路分別由晶體管電路構(gòu)成。由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有襯底電壓控制電路及電源電壓控制電路。上述襯底電壓控制電路，分別將構(gòu)成自己組的進出口部及信息保持電路的各晶體管電路的晶體管的閾值電壓控制為規(guī)定的閾值電壓。上述電源電壓控制電路，分別控制向自己的進出口部及信息保持電路提供的電源電壓，使自己的進出口部中的信息讀出時間及寫入時間分別為設定時間。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，形成在將多個晶體管并列布置的晶體管并列部。動作速度較慢的進出口部及信息保持電路，位于上述晶體管并列部的端部。動作速度較快的進出口部及信息保持電路，位于上述晶體管并列部的內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，包括第1及第2虛擬信息保持電路，形成在形成了上述第1及第2信息保持電路的單元陣列中。上述交換控制信號，反映出實際彼此交換保持在上述第1及第2虛擬信息保持電路中的信息的切換時間，在經(jīng)過該切換時間后停止輸出。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，形成了上述第1進出口部的襯底與形成了上述第2進出口部的襯底分開。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，形成了上述第1信息保持電路的襯底與形成了上述第2信息保持電路的襯底分開。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述暫時保持電路由晶體管電路構(gòu)成，且將構(gòu)成的晶體管的閾值設定為與上述切換控制信號的訪問頻度相應的閾值。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述暫時保持電路將供給的電源電壓設定為與上述切換控制信號的訪問速度相應的電壓。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部的訪問速度為規(guī)定速度。電源電壓較低的進出口部的訪問頻度，高于電源電壓較高的進出口部的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，電源電壓較低的信息保持電路的訪問頻度，高于電源電壓較高的信息保持電路的訪問頻度。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述交換電路的電源電壓，高于電源電壓較低的信息輸入用的進出口部的電源電壓。上述交換電路，包括門閂電路，將在連接在電源電壓較高的信息輸入用的進出口部的信息保持電路中保持的信息暫時保持起來，且將該保持的信息輸出到連接在電源電壓較低的信息輸入用的進出口部的信息保持電路中。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述暫時保持電路由第1倒相電路及第2倒相電路構(gòu)成。上述第1倒相電路的輸出連接在上述第2倒相電路的輸入上。上述第2倒相電路，具有串聯(lián)的第1及第2NMOS晶體管。上述第1倒相電路的輸入，連接在信息輸入用的第1或第2進出口部的輸出、和上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管的漏極上。上述第2倒相電路的上述第1NMOS晶體管，其柵極連接在上述第1倒相電路的輸出上，其源極連接在上述第2NMOS晶體管的漏極上。向上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的柵極輸入上述信息輸入用的第1或第2進出口部的輸出。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，信息輸入用的第1或第2進出口部的數(shù)目為一個。向上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的源極輸入上述信息輸入用的第1或第2進出口部的信號的翻轉(zhuǎn)信號。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，信息輸人用的第1或第2進出口部的數(shù)目為多個。上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的個數(shù)，為與上述第1及第2進出口部的數(shù)目相等的個數(shù)。上述多個第2NMOS晶體管串聯(lián)在一起，將其中位于距上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管最遠的位置的第2NMOS晶體管的源極接地。向上述多個第2NMOS晶體管的各柵極輸入相應的上述第1或第2進出口部的信號。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，將多個信息輸入用的第1或第2進出口部中的活性化率較高的進出口部的信號輸入到位于距上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管最遠的位置的第2NMOS晶體管的柵極。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，包括第1虛擬電路，對上述第1信息保持電路進行數(shù)據(jù)的讀出及其后的數(shù)據(jù)寫入、和第1及第2信息保持電路之間的數(shù)據(jù)交換；以及第2虛擬電路，對上述第2信息保持電路進行數(shù)據(jù)的讀出及其后的數(shù)據(jù)的寫入、和第1及第2信息保持電路之間的數(shù)據(jù)交換。構(gòu)成上述第1虛擬電路的多個MOS晶體管，擴散層濃度、襯底電壓或柵極氧化膜壓的MOS特性都相同。構(gòu)成上述第2虛擬電路的多個MOS晶體管，其一部分與上述MOS特性具有同一MOS特性，其余的部分具有與構(gòu)成上述第1虛擬電路的MOS晶體管的MOS特性不同的MOS特性；該半導體集成電路具有調(diào)整分別提供給上述第1及第2虛擬電路的電源電壓的電源電壓調(diào)整電路。上述電源電壓調(diào)整電路，調(diào)整向上述第1虛擬電路提供的電源電壓值，使上述第1虛擬電路的輸出信號的延遲值成為預先設定的第1參照延遲值，同時將該調(diào)整的電源電壓值提供給上述第2虛擬電路中的與上述第1虛擬電路的MOS晶體管同一的MOS特性的MOS晶體管；并且，調(diào)整向上述第2虛擬電路中的與上述第1虛擬電路的MOS晶體管不同的MOS特性的MOS晶體管提供的電源電壓值，使上述第2虛擬電路的輸出信號的延遲值成為預先設定的第2參照延遲值。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路分別由晶體管電路構(gòu)成。由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和上述第2進出口部及上述第2信息保持電路與上述交換電路構(gòu)成的組，分別具有提供不同值的電源電壓的電源電壓供給電路。將上述各組電源電壓供給電路的電源電壓值分別設定為自己的進出口部中的信息讀出時間、寫入時間和交換時間的總和為規(guī)定時間的電源電壓值。
本發(fā)明的特征在于，在上述半導體集成電路中，半導體集成電路為多線程型處理機。
如上所述，在本發(fā)明的半導體集成電路中，由于第1信息保持電路基本上專用于第1進出口部，第2信息保持電路基本上專用于第2進出口部，因此在這些信息保持電路中削減了自己的專用進出口部以外的進出口部的部分的進出口數(shù)。而且，例如，當產(chǎn)生要將第1信息保持電路的信息從第2進出口部讀出的必要性時，由于在存儲器單元陣列內(nèi)通過交換電路將第1信息保持電路的信息交換到第2信息保持電路中，因此與將保存寄存器等設置在外部進行信息的交換操作時相比，信息的訪問速度變快，能夠在短時間內(nèi)進行訪問。
而且，由于總是從專用的第1進出口部讀出/寫入第1信息保持電路的信息，因此能夠?qū)Φ?信息保持電路和第1進出口部，將其提供的電源電壓、和其組成晶體管的閾值電壓設定為與其專用的第1進出口部的訪問頻度(活性化率)對應的值，能夠使第1信息保持電路及第1進出口部的耗電少到最佳。這對于第2信息保持電路及第2進出口部也是一樣。
而且，在本發(fā)明中，在兩個信息保持電路之間進行的信息交換，是通過門閂電路進行的。此時，由于將用低電源電壓動作的信息保持電路的信息鎖存在上述門閂電路中，然后，輸出到用高電源電壓動作的信息保持電路中，因此能夠?qū)⒌碗娫措妷旱男畔⒈３蛛娐返男畔⑤^好地交換到高電源電壓的信息保持電路中。所以，在低電源電壓的信息保持電路中，其電源電壓即使為低電壓，也沒有問題。
另外，在本發(fā)明中，由于在晶體管并列部中的、恐怕因STI(SharrowTrench Isolation元件隔離區(qū)域)的影響太大而造成晶體管性能劣化的端部，布置動作速度較慢的進出口部及信息保持電路，在晶體管并列部的內(nèi)側(cè)STI影響較弱的區(qū)域中，布置動作速度較快的進出口部及信息保持電路，因此較好地確保了其動作速度較快的進出口部及信息保持電路的動作的高速性及穩(wěn)定性。
并且，另外，在本發(fā)明中，由于當在兩個信息保持電路間進行信息的交換時，反映出形成在存儲器單元陣列的兩個虛擬信息保持電路之間的信息的實際交換時間，因此能夠在不那么受制造工序的偏差、溫度、電壓等外部環(huán)境的影響的情況下，在信息保持電路之間確實地進行信息的交換，能夠?qū)崿F(xiàn)動作的穩(wěn)定化。
而且，在本發(fā)明中，由于當將HI數(shù)據(jù)寫入暫時保持電路中時，不必為了削減飽和電流而將第2倒相電路的第1NMOS晶體管的柵極長設定得較長，能夠?qū)⑵湓O定得較短，因此能夠削減面積，并且由于不必將多個柵極長較短的晶體管串聯(lián)來構(gòu)成第1NMOS晶體管，因而即使在更加微細化的制造工序中，也不會產(chǎn)生面積的負擔。另外，由于將第1及第2NMOS晶體管串聯(lián)，因此能夠用DIBL效果實現(xiàn)亞閾值(subthreshold)漏電流的削減。
并且，在本發(fā)明中，由于為將在第2倒相電路的兩個NMOS晶體管、和信息輸入用的進出口部的信號的倒相電路的NMOS晶體管串聯(lián)而成的3段串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此將第2倒相電路的漏電流進一步減少到1/10。
而且，在本發(fā)明中，由于為信息輸入用的進出口部的數(shù)目為復數(shù)，還增加了第2倒相電路中所具有的NMOS晶體管的個數(shù)，將它們等串聯(lián)在一起的結(jié)構(gòu)，因此更加削減了漏電流。
另外，在本發(fā)明中，由于能夠在第2倒相電路內(nèi)，將柵極電位為L的較高的NMOS晶體管的源極·漏極電壓設定得較低，因此能夠削減柵極漏電流。
并且，在本發(fā)明中，由于能夠?qū)τ梢?guī)定的MOS特性的多個MOS晶體管構(gòu)成的虛擬電路、和由那些MOS晶體管及其它MOS特性的多個MOS晶體管構(gòu)成的其它虛擬電路分別提供恰當?shù)碾娫措妷海虼四軌驅(qū)崿F(xiàn)低耗電化。
(發(fā)明的效果)如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體集成電路，由于將各進出口部僅連接在自己專用的信息保持電路上，因此能夠明顯地削減各信息保持電路的進出口數(shù)，并且當必須從各進出口部讀出自己專用的信息保持電路以外的其它信息保持電路的信息時，由于通過設置在存儲器單元陣列內(nèi)的交換電路，將上述其它信息保持電路的信息交換到自己專用的信息保持電路中，因此能夠?qū)⑿畔⒌脑L問速度保持得較快，能夠在短時間進行訪問。而且，能夠以由進出口部及專用于此的信息保持電路構(gòu)成的組為單位，設定與自己組的進出口部的訪問頻度(活性化率)相對應的電源電壓、組成晶體管的閾值電壓，具有可降低各組耗電的效果。
而且，使用本發(fā)明，能夠?qū)⒌碗娫措妷旱男畔⒈３蛛娐返男畔⑤^好地交換到高電源電壓的信息保持電路中，同時使低電源電壓的信息保持電路中的其電源電壓低電壓化。
另外，使用本發(fā)明，由于將動作速度較快的進出口部及信息保持電路布置在晶體管并列部中的難以受到STI影響的內(nèi)側(cè)，因此能夠較好地維持其高速動作性及穩(wěn)定性。
再加上，使用本發(fā)明，由于當在兩個信息保持電路之間進行信息的交換時，反映出虛擬信息保持電路之間的信息的實際交換時間，因此能夠在不那么受到制造工序的偏差、溫度、電壓等外部環(huán)境的影響的情況下，在信息保持電路之間確實地進行信息的交換，能夠?qū)崿F(xiàn)動作的穩(wěn)定化。
另外，使用本發(fā)明，能夠削減暫時保持電路的面積，同時即使在更加微細化的制造工序中，也能夠抑制產(chǎn)生面積負擔的情況，而且能夠用DIBL效果來削減亞閾值漏電流。
并且，使用本發(fā)明，能夠更進一步地削減第2倒相電路的漏電流。
而且，使用本發(fā)明，由于能夠?qū)哂幸?guī)定的MOS特性的多個MOS晶體管的多個虛擬電路提供恰當?shù)碾娫措妷?，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低耗電化。
附圖的簡單說明圖1為示出了本發(fā)明的實施例所涉及的半導體集成電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為示出了同半導體集成電路所具有的晶體管文卷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的要部圖。
圖3為示出了在同寄存器文卷進行數(shù)據(jù)的交換動作的時序圖。
圖4為示出了同半導體集成電路的寫入進出口部、讀出進出口部、保持電路及門閂電路的活性化率、組成晶體管的閾值電壓及電源電壓的關系圖。
圖5為示出了在同半導體集成電路中具有的襯底電壓控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖6為示出了在同半導體集成電路中具有的DLL電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖7為示出了從同DLL電路輸出的各種信號的時序圖。
圖8為示出了同半導體集成電路中具有的延遲電壓變換電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖9為說明構(gòu)成同半導體集成電路的晶體管列中的動作速度較快的電路部和動作速度較慢的電路部的布置位置的概要圖。
圖10為示出了在同半導體集成電路中具有的控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、及將使用了兩個虛擬電路的實際數(shù)據(jù)交換反映出來的各種控制信號生成的詳細電路圖。
圖11為示出了在同半導體集成電路中具有的控制電路及使用了兩個虛擬電路的數(shù)據(jù)交換信號生成電路的詳細電路圖。
圖12為示出了通過同數(shù)據(jù)交換信號生成電路而進行數(shù)據(jù)交換動作的時序圖。
圖13為示出了當將訪問速度固定時，同半導體集成電路的寫入進出口部、讀出進出口部、保持電路及門閂電路的活性化率、組成晶體管的閾值電壓及電源電壓的關系圖。
圖14為示出了滿足圖13所示的關系的寄存器文卷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的要部圖。
圖15為示出了滿足圖13所示的同寄存器文卷的全體概略結(jié)構(gòu)圖。
圖16為示出了延遲電壓變換電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖17為示出了同延遲電壓變換電路的動作時序圖。
圖18為示出了寄存器文卷內(nèi)的1R/1W的存儲器單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖19為示出了寄存器文卷內(nèi)的1R/3W的存儲器單元的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖20(a)為示出了為同半導體集成電路的具體應用例的處理機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，同圖(b)為示出了在同處理機中的線程(thread)的切換時序圖。
圖21為示出了為同半導體集成電路的具體應用例的其它處理機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
(符號的說明)
1-寄存器文卷；2A-第1功能塊；2B-第2功能塊；5-存儲器單元陣列；5a-正常存儲器單元群；5b～5f-虛擬存儲器單元群；6-讀出/寫入電路；7-譯碼電路；8-控制電路；9-延遲電壓變換電路；10-DLL電路；12a～12c-電源電壓控制電路；13a～13c-襯底電壓控制電路；20A-第1保持電路(第1信息保持電路)；20AD1、20AD2-第1虛擬保持電路(第1虛擬信息保持電路)；30BD1、30BD2-第2虛擬保持電路(第2虛擬信息保持電路)；21AW-第1寫入進出口部；21AR1、21AR2-第1讀出進出口部；30B-第2保持電路(第2信息保持電路)；31AW-第2寫入進出口部；31AR-第2讀出進出口部；40-門閂電路(暫時保持電路)；41、42-傳送電路；43-交換電路；61-晶體管列；70-檢測電路；71-控制信號生成電路；16B-MCA虛擬電路(第2虛擬電路)；16C-MCB虛擬電路(第1虛擬電路)；B1L、C1M-電源控制電路(電源電壓調(diào)整電路及電源電壓供給電路)。
具體實施例方式
參照附圖對本發(fā)明的實施例的半導體集成電路加以說明。
(第1實施例)圖1示出了本發(fā)明的第1實施例的半導體集成電路的整體結(jié)構(gòu)。
在同圖中，1為寄存器文卷，2A及2B分別為功能塊。上述寄存器文卷1為寫入進出口數(shù)是2，讀出進出口數(shù)是3的2W3R進出口型。一個功能塊2A為寫入進出口數(shù)是1，讀出進出口數(shù)是2的1W2R進出口型，另一個功能塊2B為寫入進出口數(shù)及讀出進出口數(shù)都是1的1W1R進出口型。因此，寄存器文卷1和一個功能塊2A與一根寫入數(shù)據(jù)線A-W1及兩根讀出數(shù)據(jù)線A-R1、A-R2連接，寄存器文卷1和另一個功能塊2B分別與一根寫入數(shù)據(jù)線B-W1及讀出數(shù)據(jù)線B-R1連接。
在上述寄存器文卷1中，包括存儲器單元陣列5、寫入/讀出電路6、譯碼電路7、控制電路8、延遲電壓變換電路9及DLL電路10。上述存儲器單元陣列5還包括正常存儲器單元群5a、和5個虛擬存儲器單元群5b～5f。這些虛擬存儲器單元群5b～5f與正常存儲器單元群5a的位(bit)線形狀、字線形狀及存儲器單元形狀相同。上述寫入/讀出電路6，與上述兩個功能塊2A、2B和兩根寫入數(shù)據(jù)線A-W1、B-W1及3根讀出數(shù)據(jù)線A-R1、A-R2、B-R1連接。將用以在上述兩個功能塊2A、2B之間進行數(shù)據(jù)的寫入/讀出的地址信號、讀出活性化信號及寫入活性化信號輸入到上述控制電路8，將時鐘信號輸入到上述DLL電路10。
而且，在圖1所示的半導體集成電路中，包括3個電源電壓控制電路12a、12b、12c，和3個襯底電壓控制電路13a、13b、13c，以后再對它們進行詳細說明。
圖2示出了對上述正常存儲器單元群5a進行數(shù)據(jù)(信息)的寫入/讀出結(jié)構(gòu)的詳細情況。在同圖中，20A為專用于上述1W2R型功能塊2A的第1保持電路(第1信息保持電路)，30B為專用于上述另一個1W1R型功能塊2B的第2保持電路(第2信息保持電路)，分別由兩個變換器(inverter)電路I1、I2構(gòu)成。將專用于上述1W2R型功能塊2A的一個第1寫入進出口部(信息輸入用的第1進出口部)21AW、及兩個第1讀出進出口部(信息輸出用的第1進出口部)21AR1、21AR2連接在上述第1保持電路20A上。上述第1寫入進出口部21AW，由各為1個的P型及N型晶體管Tr1、Tr2構(gòu)成，且通過寫入數(shù)據(jù)線A-W1連接在功能塊2A上，上述兩個讀出進出口部21AR1、21AR2分別由兩個N型晶體管Tr3、Tr4構(gòu)成，且通過讀出數(shù)據(jù)線A-R1、A-R2連接在功能塊2A上。將數(shù)據(jù)寫入用字線WLWA連接在上述寫入進出口部21AW的N型晶體管Tr2的柵極上，將數(shù)據(jù)讀出用字線WLRA1、WLRA2連接在各讀出進出口部21AR1、21AR2的N型晶體管Tr4的柵極上。
同樣，將專用于上述1W1R型功能塊2B的一個第2寫入進出口部(信息輸入用的第2進出口部)31AW、及1個第2讀出進出口部(信息輸出用的第2進出口部)31AR連接在上述第2保持電路30B上。上述第2寫入進出口部31AW，與上述第1寫入進出口部21AW一樣，由各為1個的P型及N型晶體管Tr1、Tr2構(gòu)成，且通過寫入數(shù)據(jù)線B-W1連接在功能塊2B上，上述讀出進出口部31AR與上述讀出進出口部21AR1一樣，分別由兩個N型晶體管Tr3、Tr4構(gòu)成，且通過讀出數(shù)據(jù)線B-R1連接在功能塊2B上。將數(shù)據(jù)寫入用字線WLWB連接在上述寫入進出口部31AW的N型晶體管Tr2的柵極上，將數(shù)據(jù)讀出用字線WLRB連接在各讀出進出口部31AR的N型晶體管Tr4的柵極上。
而且，在圖2中，40為門閂電路(暫時保持電路)，由包括4個P型晶體管Tr5～Tr8、和3個N型晶體管Tr9～Tr11的差動電路構(gòu)成。41及42為傳送電路，分別包括4個N型晶體管Tr12～Tr15、Tr16～Tr19。上述門閂電路40，連接在上述第2功能塊2B專用的第2保持電路30B上，當將H(高)電平的控制信號B→LEN輸入到內(nèi)藏的N型晶體管Tr11的柵極時，將上述第2保持電路30B的保持數(shù)據(jù)鎖存。上述一個傳送電路41，連接在上述門閂電路40和上述第1保持電路20A上，當將控制信號L→AEN輸入到兩個N型晶體管Tr13、Tr15的柵極上時，將上述門閂電路40的鎖存數(shù)據(jù)傳送到第1保持電路20A上。而且，另一個傳送電路42，連接在第1保持電路20A和第2保持電路30B上，當將控制信號A→BEN輸入到兩個N型晶體管Tr17、Tr19的柵極上時，將上述第1保持電路20A的保持數(shù)據(jù)傳送到第2保持電路30B上。因此，由上述門閂電路40及上述兩個傳送電路41、42構(gòu)成在第1及第2保持電路20A、30B之間進行數(shù)據(jù)的交換的交換電路43。
圖3示出了由上述交換電路43進行數(shù)據(jù)的交換序列的時序圖。在同圖中，最初，控制信號B→LEN被活性化，由此，門閂電路40將第2保持電路30B的保持數(shù)據(jù)鎖存。然后，控制信號A→BEN被活性化，第1保持電路20A的保持數(shù)據(jù)被傳送到第2保持電路30B。并且，在將第1保持電路20A的數(shù)據(jù)收納到第2保持電路30B后，控制信號A→BEN被活性化，接著，控制信號L→AEN被活性化，在上述門閂電路40中鎖存的第2保持電路30B的數(shù)據(jù)被傳送到第1保持電路20A。然后，控制信號B→LEN及控制信號L→AEN成為非活性化，完成了第1及第2保持電路20A、30B之間的數(shù)據(jù)交換。
這里，如圖1及圖2所示，由于第1保持電路20A基本上專用于1W2R的第1功能塊2A，第2保持電路30B基本上專用于1W1R的第2功能塊2B，因此僅將1W2R的第1功能塊2A的一個寫入進出口部21AW及兩個讀出進出口部21AR1、21AR2連接在第1保持電路20A，另一方面，僅將1W1R的第2功能塊2B的一個寫入進出口部31BW及1個讀出進出口部31BR連接在第2保持電路30B。以往，由于必須對各個保持電路20A、30B布置兩個功能塊2A、2B的合計進出口數(shù)(2W3R)(＝5)，因此與此相比，在本實施例中，作為整個半導體集成電路，能夠?qū)⑦M出口數(shù)減半，能夠有效地縮小寄存器文卷1的面積。
而且，例如，當在第1功能塊2A對自己專用的第1保持電路20A進行數(shù)據(jù)的讀出/寫入，而且，第2功能塊2B對自己專用的第2保持電路30B進行數(shù)據(jù)的讀出/寫入之后，產(chǎn)生在保持電路20A、30B之間必須交換數(shù)據(jù)使用的必要性時，通過上述存儲器單元陣列5內(nèi)的門閂電路40在第1及第2保持電路20A、30B之間進行數(shù)據(jù)的交換。當例如將保存寄存器布置在外部，經(jīng)數(shù)據(jù)總線將寄存器文卷1和保存寄存器連接在一起來進行該數(shù)據(jù)的交換時，需要寄存器文卷1的訪問數(shù)的周期那么多的交換時間，在本實施例中，僅用一個周期完成。
因此，在本實施例的寄存器文卷1中，發(fā)揮了小面積，且高速進行數(shù)據(jù)寫入/讀出的性能。
并且，在上述圖2中，由于門閂電路40，如圖2所示的那樣，由差動電路構(gòu)成，因此即使第2保持電路30B用低電源電壓動作，也能夠?qū)⒃摰?保持電路30B的保持數(shù)據(jù)較好地鎖存在門閂電路40中。所以，當專用于第2功能塊2B的第2寫入進出口部31BW及讀出進出口部31BR的活性化率(訪問頻度)較低時、和這些進出口部31BW、31BR的訪問速度即使慢于其它進出口部也沒有關系時，能夠?qū)⒌?保持電路30B更進一步地設定為低電源電壓，能夠更進一步地實現(xiàn)低耗電化。
圖4示出了上述寫入及讀出的各進出口部21AW、21AR1、21AR2、31BW、31BR、各保持電路20A、30B及門閂電路40的活性化率(訪問頻度)、組成晶體管的閾值電壓及接受供給的電源電壓的關系。
在同圖中，第1寫入及讀出進出口部21AW、21AR1、21AR2、第1保持電路20A的第1組，第2寫入及讀出進出口部31AW、31AR、第2保持電路30B的第2組，和門閂電路40的第3組的活性化率(訪問頻度)、組成晶體管的閾值電壓及接受供給的電源電壓互不相同。具體地說，上述第1組的活性化率高于上述第2及第3組，組成晶體管的閾值電壓與該較高的活性化率相對應被設定得較低，同時，接受供給的電源電壓被設定得較高。而在活性化率最低的第3組中，組成晶體管的閾值電壓最高，接受供給的電源電壓被設定得最低。在活性化率處于中間的第2組中，組成晶體管的閾值電壓及接受供給的電源電壓被設定為上述第1組和第3組之間的值。
也就是說，當晶體管的活性化率(訪問頻度)較高時，將該晶體管的閾值電壓設定得較低的話，則能夠降低耗電，且若將向該晶體管提供的電源電壓設定成在該閾值電壓下晶體管的動作速度滿足規(guī)定速度的話，則能夠確保規(guī)定的動作速度。如上所述，由于在各組中，根據(jù)自己組的活性化率，來設定組成晶體管的閾值電壓及接受供給的電源電壓，因此能夠?qū)Ω鹘M有效地降低來自組成晶體管的漏電流，實現(xiàn)低耗電化，且能夠?qū)幼魉俣缺ＷC在規(guī)定的速度。
另外，由于將構(gòu)成存儲器單元陣列5中的各進出口部及各保持電路的晶體管的襯底與其它進出口部及保持電路的襯底分開，因此能夠個別設定閾值電壓。并且，若事先用閾值電壓不同的晶體管構(gòu)成各進出口部及保持電路的話，則能夠更進一步有效地降低耗電。
并且，如果寫入或讀出的各進出口部的訪問速度因其要求的規(guī)定范圍而不同時，通過在其各進出口部之間，將組成晶體管的晶體管寬度生成為事先不同的晶體管寬度，則能夠更有效地實現(xiàn)低耗電化。
通過上述以各組為單位設置的合計3個襯底電壓控制電路13a～13c及合計3個電源電壓控制電路12a～12c將上述圖4所示的以各組為單位的組成晶體管的閾值電壓、及接受供給的電源電壓控制為上述設定值，如圖1所示。
圖5示出了上述襯底電壓控制電路13a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其它襯底電壓控制電路13b、13b也為同一結(jié)構(gòu)。同圖所示的襯底電壓控制電路13a，為不管溫度變動和過程變動如何，都將晶體管的閾值電壓保持為設定值的電路，其輸出端子BN連接在構(gòu)成第1組進出口部及保持電路的N型晶體管的襯底上。以下，對圖5所示的襯底電壓控制電路13a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以說明。
在圖5中，襯底電壓控制電路13a具有閾值電壓發(fā)動機用的N型晶體管Trn。該N型晶體管Trn是在與上述寄存器文卷1內(nèi)的正常存儲器單元群5a內(nèi)的N型晶體管同一的制造工序中制造的。從定電流源80向該N型晶體管Trn提供定電流。該定電流源80，沒有溫度依存性，例如由示出定電流特性的帶隙基準電路等構(gòu)成，該流動的定電流值為在提供給上述正常存儲器單元群5a內(nèi)的N型晶體管的電源電壓下且在該N型晶體管的設定閾值電壓下與該N型晶體管流動的飽和電流值相等的電流值。上述控制器用的N型晶體管Trn，將來自上述定電流源80的定電流進行電流-電壓變換，將其變換后的電壓(漏極電壓)Vd輸入到2輸入型比較部81。
上述比較部81，由差動放大器等構(gòu)成，向其一個輸入端子輸入來自上述控制器用的N型晶體管Trn的變換電壓Vd，向另一個輸入端子輸入對襯底電壓控制電路13a的控制對象即例如構(gòu)成第1寫入/讀出進出口部21AW、21AR1、21AR2及第1保持電路20A的N型晶體管提供的電源電壓VREF，該輸出通過電壓極限部82連接在輸出端子BN上，同時連接在上述控制器用的N型晶體管Trn的襯底上。上述比較部81控制上述控制器用的N型晶體管Trn的襯底電壓，以使上述兩輸入電壓Vd、VREF相等。該被控制的襯底電壓，從上述輸出端子BN輸出，成為構(gòu)成上述第1組的進出口部及保持電路的N型晶體管的襯底電壓。另外，上述電壓極限部82將來自輸出端子BN的輸出電壓的上限及下限限制為設定上限極限電壓VU及設定下限極限電壓VL。
所以，在圖5所示的襯底電壓控制電路13a中，在供給的電源電壓VREF下，將控制對象的N型晶體管的實際飽和電流保持控制在固定值，因此其結(jié)果也將該控制對象的N型晶體管的閾值電壓保持在設定的閾值電壓值。另外，在圖5中示出了將正常存儲器單元群5a內(nèi)的N型晶體管的襯底電壓保持控制在設定值的結(jié)構(gòu)，由于將P型晶體管的襯底電壓保持控制在設定值的情況也是一樣，因此對其說明加以省略。
圖1所示的電源電壓控制電路12a～12c，基本上分別具有將自己組的電源電壓控制在上述圖4所示的設定電源電壓值的功能，且接收來自延遲電壓變換電路9的控制信號，調(diào)整生成的電源電壓值，如圖1所示。圖1所示的延遲電壓變換電路9及DLL電路10，當上述第1～第3各組因使用時的溫度變動而引起動作延遲變動時，通過在延遲電壓變換電路9中將該延遲變動變換成電壓變動，用以該電壓變動為內(nèi)容的控制信號調(diào)整各組的電源電壓控制電路12a～12c的生成電源電壓，來作為使各組的動作速度不受溫度變動影響的對策。
圖6示出了圖1所示的DLL電路10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。并且，圖8示出了圖1所示的延遲電壓變換電路9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖6的DLL電路10生成讀出進出口、寫入進出口及交換電路43的動作延遲標準值。也就是說，DLL電路10，包括由串聯(lián)的4個緩沖器50a～50d構(gòu)成的電壓控制延遲電路50；接收該電壓控制延遲電路50的輸出和規(guī)定時鐘信號CL，將兩者進行比較的比較器51；和接收該比較器51的輸出，向電容C進行充電的充電泵52。將上述電容C的充電狀態(tài)反饋到上述4個緩沖器50a～50d。并且，將電壓控制延遲電路50的最初段緩沖器50a的輸出信號作為虛擬讀出進出口部的延遲時鐘從輸出端子53a輸出，將第2段緩沖器50b的輸出信號作為虛擬寫入進出口部的延遲時鐘從輸出端子53b輸出，將第3段緩沖器50c的輸出信號作為虛擬切換延遲時鐘從輸出端子53c輸出。圖7示出了這些延遲時鐘及規(guī)定的時鐘信號的關系。將上述3種延遲時鐘事先調(diào)諧為寄存器文卷1的訪問預算(access budget)。
圖8所示的延遲電壓變換電路9，從上述DLL電路10接收上述3種延遲時鐘進行動作。該延遲電壓變換電路9，包括在圖1所示的虛擬存儲器單元群5b～5f的任意一個中形成的虛擬讀出進出口部9a、虛擬寫入進出口部9b和虛擬切換電路9c。這些虛擬進出口部及切換電路，為與形成在上述正常存儲器單元群5a的進出口部21AW…及切換電路43同一的結(jié)構(gòu)。并且，在延遲電壓變換電路9中包括對應于上述虛擬進出口部及切換電路的合計3個比較器9d～9f及計數(shù)器9g～9i。
并且，在延遲電壓變換電路9中，在比較器9d中將在規(guī)定的時鐘信號動作的虛擬讀出進出口部9a的輸出信號、和來自上述DLL電路10的虛擬讀出進出口部的延遲時鐘(標準延遲時鐘)進行比較，當虛擬讀出進出口部9a的延遲(讀出時間)較慢時，通過來自比較器9d的輸出將計數(shù)器電路9g增量，調(diào)整控制信號，使上述第1組用電源電壓控制電路12a的電源電壓值上升。同樣，在比較器9e中將接收來自上述DLL電路10的虛擬讀出進出口部的延遲時鐘進行動作的虛擬寫入進出口部9b的輸出信號、和來自上述DLL電路10的虛擬寫入進出口部的延遲時鐘(標準延遲時鐘)進行比較，當虛擬寫入進出口部9b的延遲(寫入時間)較慢時，通過來自比較器9e的輸出將計數(shù)器電路9h增量，調(diào)整控制信號，使上述第2組用電源電壓控制電路12b的電源電壓值上升。而且，在比較器9f中將接收來自上述DLL電路10的虛擬寫入進出口部的延遲時鐘進行動作的虛擬切換電路9c的輸出信號、和來自上述DLL電路10的虛擬切換延遲時鐘(標準延遲時鐘)進行比較，當虛擬寫入電路9c的延遲較慢時，通過來自比較器9f的輸出將計數(shù)器電路9i增量，調(diào)整控制信號，使上述第3組用電源電壓控制電路12c的電源電壓值上升。
因此，若使用圖6的DLL電路10及圖8的延遲電壓變換電路9的話，由于即使上述虛擬讀出/寫入進出口部9a、9b及虛擬切換電路9c的動作延遲因溫度變動而變動，也能夠與此相應的用電源電壓控制電路12a～12c來調(diào)整被供給的電源電壓，因此能夠不受溫度變動的影響而將與上述虛擬電路9a～9c具有一樣的延遲的正常讀出/寫入進出口部21AW…及切換電路43的動作延遲大致保持為規(guī)定的固定值。
圖9示出了生成上述寫入/讀出進出口部21AW、31BR…和保持電路20A、30B的多個晶體管的布置結(jié)構(gòu)的概略圖。在同圖中，在N型襯底60上形成構(gòu)成上述進出口部及保持電路的晶體管列61。使用該晶體管列61中的位于端部的多個晶體管，構(gòu)成動作速度較慢的進出口部及保持電路，另一方面，使用上述晶體管列61中的位于內(nèi)側(cè)的多個晶體管，構(gòu)成動作速度較快的進出口部及保持電路。通過采用此結(jié)構(gòu)，在上述N型襯底60上，在位于晶體管列61的左右的其它晶體管列62、63之間布置元件隔離區(qū)域(STI)65，雖然受到此STI的影響，晶體管列61端部的晶體管劣化程度較大，但由于布置有動作速度較慢的進出口部及保持電路，因此該劣化的影響較少。另一方面，由于動作速度較快的進出口部及保持電路由位于晶體管列61的內(nèi)側(cè)的難以受到STI影響的晶體管構(gòu)成，因此能夠較好地確保其較快的動作速度。
圖10為示出了用以使用利用虛擬存儲器單元群5d內(nèi)的多個虛擬保持電路實際進行了數(shù)據(jù)交換的結(jié)果，確實地在正常存儲器單元群5a中的兩個保持電路20A、30B之間進行數(shù)據(jù)交換的結(jié)構(gòu)。
在同圖中，使用兩個虛擬存儲器單元群5d內(nèi)的相當于圖2的電路5d1、5d2，且在控制電路8中包括檢測必須進行數(shù)據(jù)交換時的檢測電路70；和接收該檢測電路70的輸出信號，生成數(shù)據(jù)交換用的6種控制信號(交換控制信號)B→LEN_D、B→LEN、A→BEN_D、A→BEN、L→AEN_D、L→AEN的控制信號生成電路71。
由于上述兩個虛擬電路5d1、5d2與圖2電路的基本結(jié)構(gòu)相同，因此對同一部分繼續(xù)圖2的符號，分別標注符號D1、D2，在此省略其說明。上述一個虛擬電路5d1用以檢測出從第1虛擬保持電路(第1虛擬信息保持電路)20AD1向第2虛擬保持電路(第2虛擬信息保持電路)30BD1進行數(shù)據(jù)交換所需的時間，另一個虛擬電路5d2用以檢測出從虛擬門閂電路40D2向第1虛擬保持電路20AD2進行數(shù)據(jù)交換所需的時間。在第1虛擬電路5d1中，將第1讀出進出口部21AR2D1和第2讀出進出口部31BRD1連接在控制信號生成電路71上。而在第2虛擬電路5d2中，將第1讀出進出口部21AR1D2連接在控制信號生成電路71上。
上述檢測電路70，接收存儲體交換(bank select)信號，當訪問中的存儲體切換成其它存儲體時，換句話說，在應保持在第1及第2保持電路20A、30B中的數(shù)據(jù)被保持后，檢測出上述存儲體交換信號的電位變化，判斷出必須進行數(shù)據(jù)交換的時刻，將檢測信號輸出。
并且，上述控制信號生成電路71如下述那樣動作。也就是說，作為初期狀態(tài)，例如，在一個虛擬電路5d1中，將「1」數(shù)據(jù)保持在第1虛擬保持電路20AD1中，同時將「0」保持在第2虛擬保持電路30BD1及虛擬門閂電路40D1中，而在另一個虛擬電路5d2中，將「0」保持在第1虛擬保持電路20AD2中，同時將「1」保持在第2虛擬保持電路30BD2及虛擬門閂電路40D2中。
而且，上述控制信號生成電路71，在上述初期狀態(tài)后，從上述檢測電路70接收到檢測信號，必須進行數(shù)據(jù)交換時，對上述一個虛擬電路5d1輸出從第1虛擬保持電路20AD1向第2虛擬保持電路30BD1進行數(shù)據(jù)交換用的控制信號A→BEN_D，并且隔上所規(guī)定的時間對圖2的正常電路輸出從第1保持電路20A向第2保持電路30B進行數(shù)據(jù)交換用的控制信號A→BEN。然后，在將第1虛擬保持電路20AD1的數(shù)據(jù)交換到一個虛擬電路5d1的第2虛擬保持電路30BD1中，從讀出進出口部31BRD1實際讀出該數(shù)據(jù)「1」后，隔上所規(guī)定的時間讓上述兩個控制信號A→BEN_D、A→BEN的輸出停止，與此同時，此次，對另一個虛擬電路5d2輸出從虛擬門閂電路40D2向第1虛擬保持電路20AD2進行數(shù)據(jù)交換用的控制信號L→AEN_D，并且，隔上所規(guī)定的時間對圖2的正常電路輸出從門閂電路40向第1保持電路20A進行數(shù)據(jù)交換用的控制信號L→AEN。
然后，控制信號生成電路71，在另一個虛擬電路5d2中，將虛擬門閂電路40D2的數(shù)據(jù)「1」傳送到第1虛擬保持電路20AD2，從讀出進出口部21ARD2讀出后，隔上所規(guī)定的時間將上述兩個控制信號L→AEN_D、L→AEN的輸出停止。
由于通過內(nèi)藏在上述控制電路8中的檢測電路70及控制信號生成電路71，在虛擬電路5d1、5d2中實際進行數(shù)據(jù)的交換，反映出其實際交換時間的結(jié)果，在圖2所示的正常電路中進行兩個保持電路20A、30B之間的數(shù)據(jù)交換，因此能夠在該正常電路中確實地進行數(shù)據(jù)交換，而且，能夠在數(shù)據(jù)交換結(jié)束后停止上述控制信號B→LEN、A→BEN、L→AEN的輸出。
(使用虛擬保持電路控制數(shù)據(jù)交換的結(jié)構(gòu)變形例)圖11示出了在構(gòu)成讀出寄存器文卷的數(shù)據(jù)的動作后，檢測出在虛擬電路中進行寫入的結(jié)束，完成兩個存儲器單元之間的數(shù)據(jù)交換的電路時，生成數(shù)據(jù)交換用的6種控制信號(交換控制信號)B→LEN_D、B→LEN、A→BEN_D、A→BEN、L→AEN_D、L→AEN的電路的變形例，相當于圖10所示的虛擬存儲器單元群5d內(nèi)的相當于圖2的電路5d1、5d2及控制信號生成電路71。
圖11所示的電路也與在圖10的說明中所述的一樣，使用兩個虛擬電路Rep1、Rep2。在上述圖10中，為交換寫入位線的數(shù)據(jù)，在一個寫入進出口中完成寫入，返回初期狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，而在圖11所示的虛擬電路Rep1、Rep2中，為預先將連接在兩個寫入進出口的位線設定為固定電位，利用寫入控制信號WWL、及其翻轉(zhuǎn)信號/WWL，檢測出寫入的完成，將保持電路的信息返回到初期狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。另外，雖然標注在圖11的符號11A用開關記號簡略表示，但是實際上由MOS晶體管形成，且通過記載在圖中附近的控制信號來控制MOS晶體管的ON/OFF。
圖12示出了上述圖11的各節(jié)點的時序圖。利用該圖12對圖11的電路結(jié)構(gòu)及動作進一步加以說明。
在寄存器文卷的時鐘信號CLK升起來后，寄存器文卷的讀出進出口的控制信號RWL被活性化，動態(tài)電路DC1(相當于圖10中的控制信號生成電路71的電路)的節(jié)點DW被預充電。然后，在讀出控制信號RWL成為非活性化后，寫入控制信號WWL及交換控制信號B→L的翻轉(zhuǎn)信號被活性化化，動態(tài)電路DC3的節(jié)點DBA被預充電。由于上述寫入控制信號WWL的活性化化，動態(tài)電路DC1的節(jié)點DW放電，上述寫入控制信號WWL和交換控制信號B→L的翻轉(zhuǎn)信號成為非活性化，交換控制信號A→B被活性化化，動態(tài)電路DC2的節(jié)點DCB被預充電。并且，動態(tài)電路DC3的節(jié)點DBA因上述交換控制信號A→B的活性化化而被放電，然后，在上述交換控制信號A→B成為非活性化，交換控制信號L→A信號被活性化化后，動態(tài)電路DC2的節(jié)點DCB被放電，交換控制信號L→A成為非活性化，完成了寫入檢測動作和兩個保持電路的信息交換動作。
由于上述圖11所示的電路在具有多進出口的寫入進出口時存在有利之點，不必轉(zhuǎn)變寫入位線，因此能夠小面積化。另外，在圖12的時序圖中，雖然在時鐘信號CLK的一個周期中完成了讀出(Read)、寫入(Write)、交換(Copy)動作，但是不用說也可以在時鐘信號的一個周期中完成讀出(Read)、寫入(Write)，在第2個周期中完成交換(Copy)動作。此時，雖然為了交換動作的延遲發(fā)生了一個周期，但是在后述的多線程型處理機的應用例中，僅有一點性能上的劣化。
(電源電壓控制的其它例子)圖13示出了圖4所示的進出口部、保持電路及門閂電路的活性化率(訪問頻度)、閾值電壓及電源電壓的其它控制例。在圖13中，示出了當寄存器文卷由7R5W的存儲器單元MCA、1R1W的存儲器單元MCB、和在這兩個存儲器單元MCA、MCB之間交換數(shù)據(jù)的交換電路(門閂電路)構(gòu)成時，使各存儲器單元MCA、MCB的訪問速度幾乎一定時的控制例。圖中的閾值電壓、電源電壓表示在制造工序中沒有偏差，溫度條件為最佳時的目標值。
通常，在寄存器文卷中，即使在每個進出口，活性化率(訪問頻度)不同時，也要將各進出口的訪問速度控制為一定，以滿足其動作的規(guī)定范圍。在附加了為本發(fā)明的特征結(jié)構(gòu)要素的交換電路時，也使該交換電路幾乎為一定的訪問速度。一般，在為了削減耗電而根據(jù)活性化率將MOS晶體管的閾值電壓升高后，其訪問速度變慢。因此，為了補償其訪問速度，而將電源電壓設定得較高。在上述圖4中，由于以低耗電作為了主要目的，因此活性化率越低，就將電源電壓設定得越低，但在幾乎為一定的訪問速度后，有必要在訪問頻度越低時將電源電壓設定得越高。但是，即使此時，也能夠更進一步地實現(xiàn)低耗電化。這是因為例如用90nm的CMOS晶體管來考慮，若閾值電壓比200mV高大約200mV的話，則能夠?qū)⒙╇娏飨鳒p到1/1000或1/1000以下，另一方面，在電源電壓為0.8V時和1V時，由于漏電流的比率僅有1/4不同，因此作為整體來說，與設定為低閾值電壓相比，能夠?qū)⒙╇娏飨鳒p1/250。在圖13中，對將交換電路的閾值電壓和電源電壓值設定為與一個存儲器單元MCB的值相同的理由在以后加以說明。
圖14(a)示出了根據(jù)圖13所示的活性化率和閾值電壓等各種設定，且為了削減存儲器單元MCA、MCB的面積，制造工序的偏差及溫度偏差，謀求閾值電壓最恰當化時的電路圖。
在圖14(a)中，將7R/5W的存儲器單元MCA、1R/1W的存儲器單元MCB、交換電路(門閂電路)L1的各組成PMOS晶體管的閾值電壓設定為共通，為了僅使其各組成NMOS晶體管的閾值電壓在兩個存儲器單元MCA、MCB之間不同，事先在各個制造過程工序中將其制造為低閾值電壓及高閾值電壓。能夠通過使各個連接點的濃度或柵極氧化膜壓的材質(zhì)和厚度發(fā)生變化，來設定閾值電壓。
而且，從襯底電壓生成電路(圖中沒有示出)向存儲器單元MCA、MCB和交換電路L1的組成NMOS晶體管的襯底提供襯底電壓，該襯底電壓不管溫度偏差和制造過程偏差如何，都可將NMOS晶體管的閾值電壓Vt設定為一定值。圖14(b)示出了此時的物理結(jié)構(gòu)的剖面。
在圖14(b)中，在存儲器單元MCA具有的低閾值電壓LVt的圖中左端的NMOS晶體管中，又如同圖(d)及圖(f)所示，從襯底電壓生成電路將襯底電壓VBN提供給PWELL，在存儲器單元MCB及交換電路L1具有的高閾值HVt的圖中右端的NMOS晶體管中，如同圖(c)及圖(e)所示，從襯底電壓生成電路將VBNC的襯底電壓提供給PWELL1。在圖14(b)中央的PMOS晶體管中，將襯底電壓VBP提供給NWELL。這樣一來，即使活性化率因各電路不同而有某種程度的不同時，也能夠通過考慮物理上的布置，將閾值電壓和電源電壓共有，來謀求小面積化。也就是說，雖然存儲器單元MCB和交換電路L1的活性化率不同，但是由于在任意一個活性化率都足夠低的點上共通，因此使閾值電壓和電源電壓共通，將因襯底分開而造成的面積增大抑制在最小限度。
并且，對于PMOS晶體管，也能夠通過使閾值電壓及電源電壓共通，來謀求小面積化。這是因為假設對PMOS晶體管，在訪問頻度不同的兩種存儲器單元MCA、MCB之間分別設定閾值電壓，從襯底電壓生成電路向各個PMOS晶體管的襯底分別提供能夠在不受溫度偏差和過程偏差影響的情況下設定一定的閾值電壓Vt的電源電壓時，也會產(chǎn)生分別設置PMOS晶體管的NWELL的必要性。在NWELL的分離寬度和PWELL的分離寬度中，一般以較深的阱作為共通阱的分離寬度較大。因此，此時，是因為將NWELL分離、和與將PWELL分離時相比，內(nèi)務操作的開銷(overhead)更重。例如，在處于90nmCMOS的時候，分別為2μm和1μm。
而且，在圖14(a)中，將存儲器單元MCB的電源電壓設定得高于存儲器單元MCA的電壓，將交換電路L1的電源電壓設定為與存儲器單元MCB的電源電壓相同的電壓值。藉此結(jié)構(gòu)，通過首先將數(shù)據(jù)從一個存儲器單元MCB輸入到交換電路L1，其次，將數(shù)據(jù)從另一個存儲器單元MCA輸入到上述一個存儲器單元MCB，最后，將數(shù)據(jù)從交換電路L1輸入到上述另一個存儲器單元MCA，來構(gòu)成進行數(shù)據(jù)交換的結(jié)構(gòu)。這樣一來，具有抑制貫穿電流的效果。以下，對其理由加以詳細說明。
假設，當存儲器單元MCB的寫入進出口的電源電壓低于交換電路L1的電源電壓，存儲器單元MCB的寫入進出口和保持電路的連接點的節(jié)點為Hi(高)時，該節(jié)點的電壓值與交換電路L1的電源電壓相等。但是，由于存儲器單元MCB的寫入進出口的電源電壓為低電壓，因此有可能上述節(jié)點的電壓變得高于存儲器單元MCB的寫入進出口的電源電壓。這樣一來，即使連接在該寫入進出口的位線的電位為L(低)時，也有形成寫入進出口的傳輸門的組成PMOS晶體管的柵極電壓，比存儲器單元MCB的寫入進出口和保持電路的連接節(jié)點的電源電壓低PMOS晶體管的閾值電壓那么多的可能性。這樣一來，形成寫入進出口的傳輸門的組成PMOS晶體管成為ON狀態(tài)。也就是說，有貫通電流從存儲器單元MCB的寫入進出口和保持電路的連接節(jié)點流向?qū)懭胛痪€的可能性。但是，若如圖14(a)的結(jié)構(gòu)那樣，將存儲器單元MCB的電源電壓設定為交換電路L1的電源電壓或交換電路L1的電源電壓以上的話，則形成寫入進出口的傳輸門的組成PMOS晶體管的柵極電壓沒有比存儲器單元MCB的寫入進出口和保持電路的連接節(jié)點的電源電壓低PMOS晶體管的閾值電壓那么多的現(xiàn)象，沒有貫穿電流流動的現(xiàn)象。
其次，在圖15中示出了在使用利用了圖14的存儲器單元的襯底電壓的供給電路及電源電壓的供給電路時的寄存器文卷的物理布置圖。該寄存器文卷在一個周期中進行讀出動作和完成讀出動作后的寫入動作，然后，在一個存儲器單元MCA和另一個存儲器單元MCB之間進行交換動作。圖15所示的比較器15D、15E及計數(shù)器15B、15C相當于圖1中的延遲電壓變換電路9，圖16示出了將它們和虛擬存儲器單元1J合在一起的結(jié)構(gòu)。另外，在圖15中，電源控制電路B1L、C1M和襯底生成電路B1P、C1P不管在寄存器文卷的內(nèi)部或外部，對電源電壓供給的損失幾乎都不太變。因此，當向其它半導體集成電路塊提供同樣的電源電壓時，在寄存器文卷的外部中共有這些電源控制電路，當不布置在外部，布置在寄存器內(nèi)部時，由于布線引線等的面積負擔較少，因此可有效節(jié)省面積。
參照圖16對本例電壓控制結(jié)構(gòu)的詳細情況進一步加以說明。在圖16所示的延遲電壓變換電路16A中，MCB虛擬電路(第1虛擬電路)16C、和MCA虛擬電路(第2虛擬電路)16B位于圖15的虛擬存儲器單元群1J。在MCA虛擬電路16B中存在檢測來自存儲器單元MCA的數(shù)據(jù)讀出的讀出檢測電路90、檢測寫入的寫入檢測電路91、和交換檢測電路16D。上述讀出檢測電路90，輸入時鐘信號來進行動作，寫入檢測電路91，輸入從上述讀出檢測電路90輸出的讀出檢測信號來進行動作，交換檢測電路16D，輸入從上述寫入檢測電路91輸出的寫入檢測信號來進行動作。上述讀出檢測電路90、寫入檢測電路91、交換檢測電路16D的基本結(jié)構(gòu)與上述圖10及圖11的電路結(jié)構(gòu)類似，由虛擬存儲器單元和動態(tài)電路構(gòu)成。本行人能夠根據(jù)圖10及圖11進行設計。
由于上述MCA虛擬電路16B由存儲器單元MCA的寫入進出口部、讀出進出口部、保持電路的任意一個、低閾值電壓LVt的NMOS晶體管構(gòu)成，因此同樣用低閾值電壓LVt的NMOS晶體管設計。交換檢測電路16D與圖13所示的交換電路(門閂電路)一樣，由高閾值電壓HVt的NMOS晶體管構(gòu)成。
因此，MCA虛擬電路16B，在完成從將時鐘信號輸入到讀出檢測電路90的存儲器中讀出數(shù)據(jù)、向存儲器寫入數(shù)據(jù)、交換數(shù)據(jù)的一連串處理后，將輸出信號輸出。比較器15D將來自該MCA虛擬電路16B的輸出信號的延遲相位、和為寄存器文卷的動作時鐘的標準時鐘進行比較，且將其結(jié)果輸出到計數(shù)器電路15B。計數(shù)器電路15B，在來自交換檢測電路16D的輸出信號的延遲慢于標準時鐘時增量，在交換檢測電路16D的輸出信號的延遲快于標準時鐘時減量。將上述計數(shù)器電路15B的計數(shù)器結(jié)果輸出到電源控制電路(電源電壓調(diào)整電路及電源電壓供給電路)C1M。該電源控制電路C1M進行在增量時升高電源電壓，在減量時降低電源電壓的動作。另一個MCB虛擬電路16C的基本結(jié)構(gòu)及動作與上述MCA虛擬電路16B一樣，但是讀出檢測電路92及寫入檢測電路93都由高閾值電壓HVt構(gòu)成。
圖17示出了上述圖16的電路的時序圖。用這些圖15～圖17對動作加以說明。
在圖17中示出了最初無論是MCA虛擬電路16B，還是MCB虛擬電路16C的任意一個，供給電源電壓都不適當，較低。首先，在比較器15E中將MCB虛擬電路16C的輸出信號的延遲和標準時鐘的周期加以比較，其結(jié)果是將MCB虛擬電路16C的電源電壓設定為是在一個周期最恰當?shù)碾娫措妷旱?.0V。從第2個周期開始，比較器15E提供為同相位的輸出信號，將電源電壓保持在1.0V。通過設定與MOS晶體管的高閾值電壓HVt相對應的電源電壓(＝1.0V)，來將MCA虛擬電路16B中的交換檢測電路16D的電源電壓確定為1.0V，在此狀態(tài)下，通過將MCA虛擬電路16B的延遲和標準時鐘信號設定為同相位，來將MCA虛擬電路16B的電源電壓也設定為是最恰當?shù)碾娫措妷旱?.8V。由于從第3個周期開始是同相位，因此將電源電壓值保持在0.8V。
如上所述，在將使用了高閾值電壓HVt的MOS晶體管的電路、和使用了低閾值電壓LVt的MOS晶體管的電路混載在一起的路徑中，高閾值電壓HVt的電路的電源電壓和低閾值電壓LVt的電路的電源電壓不同，在提供該最恰當?shù)碾娫措妷旱姆绞街?，圖16的電路為有效的結(jié)構(gòu)。也就是說，在圖16中，通過比較僅由具有規(guī)定的一個閾值電壓的MOS晶體管構(gòu)成的電路的延遲、和所定義的延遲值，來最初決定其電路的電源電壓，然后，通過決定其電源電壓，來決定混載的另一個電路，即由其它的具有規(guī)定的閾值電壓的MOS晶體管構(gòu)成的電路的電源電壓值。
若在所有的路徑中混載多個閾值電壓不同的MOS晶體管的電路的話，則由于存在兩個不定值，對任意一個電路均不能確定電源電壓，因此反饋電路(feedback loop)不會聚。但是，如本例所示，通過使用由具有單一閾值電壓的多個MOS晶體管構(gòu)成的路徑，首先，決定具有規(guī)定的閾值電壓的MOS晶體管的電路的電源電壓，再使用該被決定的電源電壓，來決定含具有其它閾值電壓的MOS晶體管的電路的電源電壓，能夠使反饋電路收斂。并且，與上述圖8的電路方式相比，本方式不需要DLL電路等，能夠進一步實現(xiàn)小面積。
另外，本例示出了僅對NMOS晶體管混載了閾值電壓不同的MOS晶體管的電路的例子，但是即使對PMOS晶體管混載由閾值電壓不同的多個MOS晶體管構(gòu)成的電路，也是一樣。并且，即使混載3種閾值電壓不同的多個MOS晶體管時，只要生成由具有一種多個MOS晶體管構(gòu)成的電路、由具有兩種閾值電壓的多個MOS晶體管構(gòu)成的電路、且由具有3種閾值電壓的多個MOS晶體管構(gòu)成的電路的話，不必說也能夠用本例的方式?jīng)Q定電源電壓值。
(存儲器單元的其它變形例)圖18示出了寄存器文卷的存儲器單元的其它變形例。
同圖示出了與綜合了圖2中的第2寫入進出口部31BW、傳送電路42、第2保持電路30B及第2讀出進出口部31BR的結(jié)構(gòu)，或者，綜合了第1寫入進出口部21AW、傳送電路41、第1保持電路20A及第1讀出進出口部21AR2的結(jié)構(gòu)相對應的1R/1W的存儲器單元。
在同圖中，寫入進出口AW，在數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2為Hi(高)時成為不保存(desave)狀態(tài)，不能寫入數(shù)據(jù)。保持電路2B中的第1及第2倒相電路18A、18B中的第2倒相電路18B，由一個PMOS晶體管94，和兩個NMOS晶體管18C、18d構(gòu)成。將第2NMOS晶體管18c的漏極連接在第1NMOS晶體管18d的源極上，將第2NMOS晶體管18c的柵極連接在數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2上。而且，將上述第2NMOS晶體管18c的源極連接在翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2的變換器電路INV8的輸出上。以下，對此電路的動作加以說明。
在上述圖2的寄存器文卷的存儲器單元中，當從寫入位線寫入Hi(高)時，第1保持電路或第2保持電路內(nèi)的倒相電路I2的NMOS晶體管的柵極長，由成為一對的PMOS晶體管的電流能力、和連接在位線的寫入電路內(nèi)的PMOS晶體管的電流能力決定。也就是說，倒相電路I2的NMOS晶體管的電流能力，必須要比使保持電路為Hi的PMOS晶體管的驅(qū)動能力小很多。一般希望這些寄存器文卷的存儲器單元小面積化，使用接近于各過程世代的MOS晶體管的最小晶體管寬度的尺寸。也要求倒相電路I2的NMOS晶體管和PMOS晶體管的最小晶體管寬度。為了在使用最小晶體管寬度的同時，滿足該驅(qū)動能力的制約，以往是通過加長NMOS晶體管的柵極長度來對應的。例如，在電源電壓0.8V中，滿足該驅(qū)動能力的制約的晶體管大小，在為90nm過程世代時，當使倒相電路I2的PMOS晶體管的晶體管寬度為0.3μm，柵極長度為0.1μm時，必須要使倒相電路I2的NMOS晶體管的晶體管寬度為0.3μm，柵極長為1μm。
但是，在65nm過程世代中，由于光刻的局限性，只能形成柵極長度為最小柵極長度的兩倍左右的MOS晶體管。雖然通過將0.1μm柵極長度的NMOS晶體管串聯(lián)10段，能夠形成相當于1μm的晶體管，但是在此結(jié)構(gòu)中，面積負擔變得太大。這是因為當將多個MOS晶體管串聯(lián)形成時，必須使該串聯(lián)區(qū)域的擴散范圍為最小柵極長度(此時為0.1μm)的約兩倍。也就是說，這是因為當為10段串聯(lián)晶體管時，在晶體管的柵極長度方向上需要0.1*2*9＝1.8μm左右的擴散范圍，與由在1段柵極長度為1μm的NMOS晶體管構(gòu)成的時候相比變得相當大。
為了解決這個問題，本案發(fā)明人對上述圖18那樣的存儲器單元進行了研究。在同圖中，由于當數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2為Hi(高)時，NMOS晶體管18c為ON(通)狀態(tài)，因此倒相電路18B發(fā)揮一般倒相邏輯電路的功能。另一方面，由于當數(shù)據(jù)2A寫入字線為L(低)時，NMOS晶體管18c被斷開，因此能夠使NMOS晶體管18c的驅(qū)動能力較低，能夠很容易地向保持電路2B寫入Hi。藉此結(jié)構(gòu)，即使在今后的制造過程中，也能夠?qū)崿F(xiàn)不會產(chǎn)生無用面積負擔的存儲器單元。
而且，圖18所示的存儲器單元的特征還在于不是直接將NMOS晶體管18c的源極接地，而是連接在數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2的倒相電路INV8的輸出上。
假設，數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2的倒相電路INV8由變換器構(gòu)成，由于倒相電路18B的NMOS晶體管18d和PMOS晶體管94之間的輸出節(jié)點經(jīng)由NMOS晶體管18d、18c，然后是數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2的倒相電路INV8內(nèi)的NMOS晶體管接地，因此這些NMOS晶體管成為3段串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)。因DIBL(Drain Induced Barrier Lower)的影響，源極·漏極電壓越低越能夠削減漏電流，在一段NMOS晶體管和兩段串聯(lián)NMOS晶體管中，漏電流的比率為1∶1/4，在3段串聯(lián)NMOS晶體管中成為1∶1/10。因此，與將NMOS晶體管18c的源極直接接地的情況相比，能夠?qū)⒙╇娏鳒p少大約6成。
而且，由于不必重新設置NMOS晶體管，而是與本來存在的變換器INV8內(nèi)的NMOS晶體管串聯(lián)，因此也沒有面積增加的現(xiàn)象。另外，雖然數(shù)據(jù)2A寫入字線WL2的倒相電路INV8不必是變換器電路，也可以是其它電路，但是接地連接的NMOS晶體管的串聯(lián)段數(shù)越多，越能夠削減漏電流。
另外，當?shù)瓜嚯娐?8A的輸出為L的頻度多于為H的頻度時，最好將NMOS晶體管18d的源極連接在變換器電路INV8的輸出側(cè)，連接NMOS晶體管18d的漏極和NMOS晶體管18c的源極，將NMOS晶體管18c的漏極連接在倒相電路18A的輸入側(cè)。這樣一來，能夠進一步地削減柵極漏電流，并且，由于能夠削減讀出進出口AR的放電次數(shù)，因此能夠減少耗電。
圖19為示出了寄存器文卷的其它存儲器單元的變形例的圖，示出了3W/1R的存儲器單元。
保持電路2B中的第2倒相電路19B，由1個PMOS晶體管95，連接該晶體管95和柵極之間的1個第1NMOS晶體管19c和3個第2NMOS晶體管19d、19e、19f構(gòu)成。將上述3個NMOS晶體管19d、19e、19f的柵極連接在相對應的3個寫入進出口的各寫入字線WL2、WL3、WL4上。在同圖的倒相電路19B中，由于當3個數(shù)據(jù)寫入字線WL2～WL4為Hi(高)時，所有的NMOS晶體管19c、19d、19e、19f為通態(tài)，因此倒相電路19B發(fā)揮一般倒相邏輯電路的作用。另一方面，當任意一個數(shù)據(jù)2A寫入字線為L時，相對應的NMOS晶體管19c、19d、19e、19f斷開，因此能夠很容易地將Hi寫入保持電路2B。
而且，連接在距第2倒相電路19B的第1NMOS晶體管19c最遠的第2NMOS晶體管，即距接地最近的第2NMOS晶體管19f的數(shù)據(jù)2C寫入字線WL4的活性化率最高，以其它第2NMOS晶體管19e、19d的順序連接它們，使活性化率越來越低。藉此結(jié)構(gòu)，削減柵極漏電流。這是因為在任意一個寫入字線為L，其它寫入字線為Hi時，將第2NMOS晶體管19f、19e、19d的源極·漏極電壓進行比較的結(jié)果是NMOS晶體管19f的源極·漏極電壓最低。由于柵極漏電流與MOS晶體管的源極·漏極電壓的指數(shù)常數(shù)成比例，因此通過將活性化率最高的寫入字線連接在倒相電路19B的4個NMOS晶體管中的最接近于接地的NMOS晶體管19f的柵極上，最能夠削減柵極漏電流。
另外，當?shù)瓜嚯娐?9A的輸出為L的頻度多于為H的頻度時，最好將NMOS晶體管19d的漏極連接在倒相電路19A的輸入，將NMOS晶體管19c的漏極連接在NMOS晶體管19f的源極，使NMOS晶體管19c的源極接地。這樣一來，能夠進一步地削減柵極漏電流，并且，由于能夠削減讀出進出口AR的放電次數(shù)，因此能夠減少耗電。
(應用例)圖20(a)示出了圖1的具體應用例。
在同圖中，100為多線程型處理機，切換多個線程。在切換線程后，產(chǎn)生要將上下文(context)保存復歸到存儲器中的必要性。1為也在圖1中示出的本發(fā)明的寄存器文卷，1a為上下文保存復歸用的寄存器，結(jié)構(gòu)為包括多個圖2的第2保持電路30B。1b為上述處理機100在其執(zhí)行時使用的一般寄存器，結(jié)構(gòu)為包括多個圖2的第1保持電路20A。103為運算器，為圖2的功能塊2A的具體應用例。107為數(shù)據(jù)總線，106為通過數(shù)據(jù)總線107連接在處理機100的外部的外部存儲器，104為既將上下文從上述寄存器1a保存到外部存儲器106中，又使上下文從外部存儲器106復歸到寄存器1a的傳送裝置，為圖2的功能塊2A的具體應用例。105為收納外部存儲器106的數(shù)據(jù)的超高速緩沖存儲器，101為控制上述傳送裝置104、寄存器文卷1和運算器103的控制部。
圖20(b)為示出了切換處理機100的線程時的動作的時機圖。這里，以時刻T為界，線程從線程A切換到線程B。在接近時刻T后，開始線程B的上下文的復歸。用向右傾斜的斜線表示的部分示出了上下文的復歸，利用在超高速緩沖105和外部存儲器106之間沒有進行數(shù)據(jù)傳送的時間，將上下文從外部存儲器106復歸到寄存器1a。在處理機100執(zhí)行線程A的同時，準備線程B的上下文。并且，在成為時刻T后，使用本發(fā)明的寄存器文卷的功能，交換寄存器1a的內(nèi)容和寄存器1b的內(nèi)容。通過這樣做，使線程A的上下文切換成線程B的上下文。
然后，在時刻T之后，進行線程A的上下文的保存。用向左傾斜的斜線表示的部分示出了上下文的保存，利用在超高速緩沖105和外部存儲器106之間沒有進行數(shù)據(jù)傳送的時間，將上下文從寄存器1a保存到外部存儲器106中。在處理機100執(zhí)行線程B的同時，使線程A的上下文保存到外部存儲器106中。
在上述處理機100中，為了掩蓋保存復歸上下文的損失，寄存器1除了包括處理機100在其執(zhí)行時使用的一般寄存器1b之外，還包括上下文保存復歸用的寄存器1a。藉此結(jié)構(gòu)，能夠在線程A的執(zhí)行中準備線程B的上下文，能夠在時刻T的一瞬間切換成線程B。因此，雖然必須實際安裝執(zhí)行時使用的寄存器1b的成倍容量的寄存器，但是通過使用本發(fā)明的寄存器文卷，能夠?qū)崿F(xiàn)小面積、低耗電及高速動作。
圖21示出了多線程型處理機的變形例。在同圖中，400為多線程型處理機，切換多個線程。在上述圖20所示的處理機100中，用一個運算器103兼作了裝入存儲器和算數(shù)運算，在本例的處理機400中，實際安裝有3個運算器408、409、410和一個裝入存儲器裝置403。而且，運算器408、409、410各自的寫入進出口數(shù)為1，讀出進出口數(shù)為2，裝入存儲器裝置403的寫入進出口數(shù)為2，讀出進出口數(shù)為1。并且，407為數(shù)據(jù)總線，406為通過數(shù)據(jù)總線407連接在處理機400外部的外部存儲器，404為既將上下文從寄存器文卷501內(nèi)的上下文保存復歸用的寄存器501a保存到外部存儲器406中，又使上下文從外部存儲器406復歸到上述寄存器501a的傳送裝置。405為收納外部存儲器406的數(shù)據(jù)的超高速緩沖存儲器，401為控制上述傳送裝置404，寄存器文卷501，運算器408、409、410和裝入存儲器裝置403的控制部。
在上述結(jié)構(gòu)的處理機400中，示出的切換線程時的動作的時機圖與上述圖20(b)一樣。
在上述處理機400中，為了掩蓋保存復歸上下文的損失，寄存器文卷501除了包括處理機400的執(zhí)行時使用的一般寄存器501b之外，還包括上下文保存復歸用的寄存器501a。因此，雖然必須實際安裝執(zhí)行時使用的寄存器501b的成倍容量的寄存器，但是通過使用本發(fā)明的寄存器文卷，能夠?qū)崿F(xiàn)小面積、低耗電及高速動作。特別是在寄存器501a和寄存器501b的進出口數(shù)大不相同的本變形例中，其效果大于圖20的時候。
(實用性)如上所述，本發(fā)明與以往相比，能夠有效地減少一個存儲器單元所必須的進出口數(shù)，同時，作為具有數(shù)據(jù)的訪問時間在短時間完成的多進出口型寄存器文卷的半導體集成電路非常有用，適用于包括了該半導體集成電路的攜帶電話、IC卡芯片、或者放置型電氣產(chǎn)品。
權利要求
1.一種半導體集成電路，其特征在于包括第1及第2信息保持電路，形成在存儲器單元陣列，將信息保持起來；第1進出口部，僅連接在上述第1信息保持電路上，用于信息輸入或輸出；第2進出口部，僅連接在上述第2信息保持電路上，用于信息輸入或輸出；以及交換電路，接收交換控制信號，在上述存儲器單元陣列內(nèi)互相交換保持在上述第1信息保持電路中的信息和保持在上述第2信息保持電路中的信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部，分別由晶體管電路構(gòu)成；上述第1及第2進出口部的晶體管電路，由閾值電壓彼此不同的晶體管構(gòu)成。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部，訪問頻度彼此不同；由閾值電壓較高的晶體管構(gòu)成的進出口部的訪問頻度，低于由閾值電壓較低的晶體管構(gòu)成的進出口部的訪問頻度。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部，接受供給的電源電壓彼此不同。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體集成電路，其特征在于電源電壓較低的進出口部的訪問頻度，低于電源電壓較高的進出口部的訪問頻度。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成；上述第1及第2信息保持電路的晶體管電路，由閾值電壓彼此不同的晶體管構(gòu)成。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體集成電路，其特征在于由上述閾值電壓較高的晶體管構(gòu)成的信息保持電路的訪問頻度，低于由閾值電壓較低的晶體管構(gòu)成的信息保持電路的訪問頻度。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2信息保持電路，接受供給的電源電壓彼此不同。
9.根據(jù)權利要求8所述的半導體集成電路，其特征在于電源電壓較低的信息保持電路的訪問頻度，低于電源電壓較高的信息保持電路的訪問頻度。
10.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述交換電路，具有將信息暫時保持起來的暫時保持電路；在上述第1及第2信息保持電路中保持的信息，根據(jù)上述交換控制信號，通過上述暫時保持電路相互交換。
11.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于檢測出將保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息相互交換的交換停止動作，在檢測出該交換停止時將上述交換控制信號的輸出停止。
12.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于將應保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息已被保持在這些第1及第2信息保持電路中的狀態(tài)檢測出來，在檢測出后，將保持在上述第1及第2信息保持電路中的信息相互交換。
13.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部，分別由晶體管電路構(gòu)成；上述第1及第2進出口部的晶體管電路，分別由與自己的進出口部的訪問速度相應的晶體管寬度的晶體管構(gòu)成；訪問速度較慢的進出口部的晶體管電路的晶體管寬度，窄于訪問速度較快的進出口部的晶體管電路的晶體管寬度。
14.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成；上述第1及第2信息保持電路的晶體管電路，分別由與連接在自己的信息保持電路上的進出口部的訪問速度相應的晶體管寬度的晶體管構(gòu)成；訪問速度較慢的信息保持電路的晶體管電路的晶體管寬度，窄于訪問速度較快的信息保持電路的晶體管電路的晶體管寬度。
15.根據(jù)權利要求10所述的半導體集成電路，其特征在于上述暫時保持電路，由門閂電路構(gòu)成。
16.根據(jù)權利要求15所述的半導體集成電路，其特征在于上述門閂電路，為差動電路。
17.根據(jù)權利要求8所述的半導體集成電路，其特征在于上述交換電路，包括門閂電路，將保持在電源電壓較低的信息保持電路中的信息暫時保持起來，且將該保持的信息輸出到電源電壓較高的信息保持電路中。
18.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成；由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有襯底電壓控制電路；上述襯底電壓控制電路，分別將構(gòu)成自己組的進出口部及信息保持電路的各晶體管電路的晶體管的閾值電壓控制為與自己組的進出口部的訪問頻度相應的閾值電壓。
19.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有電源電壓控制電路；上述電源電壓控制電路，分別根據(jù)自己的進出口部中的信息讀出時間及寫入時間，控制向自己的進出口部及信息保持電路提供的電源電壓。
20.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成；由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和由上述第2進出口部及上述第2信息保持電路構(gòu)成的組，分別具有襯底電壓控制電路及電源電壓控制電路；上述襯底電壓控制電路，分別將構(gòu)成自己組的進出口部及信息保持電路的各晶體管電路的晶體管的閾值電壓控制為所規(guī)定的閾值電壓；上述電源電壓控制電路，分別控制向自己的進出口部及信息保持電路提供的電源電壓，使自己的進出口部中的信息讀出時間及寫入時間分別為設定的時間。
21.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，形成在將多個晶體管并列布置的晶體管并列部；動作速度較慢的進出口部及信息保持電路，位于上述晶體管并列部的端部；動作速度較快的進出口部及信息保持電路，位于上述晶體管并列部的內(nèi)側(cè)。
22.根據(jù)權利要求11所述的半導體集成電路，其特征在于包括第1及第2虛擬信息保持電路，形成在形成了上述第1及第2信息保持電路的單元陣列中；上述交換控制信號，反映出將保持在上述第1及第2虛擬信息保持電路中的信息實際相互交換的切換時間，在經(jīng)過該切換時間后停止輸出。
23.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于將形成了上述第1進出口部的襯底與形成了上述第2進出口部的襯底分開。
24.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于將形成了上述第1信息保持電路的襯底與形成了上述第2信息保持電路的襯底分開。
25.根據(jù)權利要求10所述的半導體集成電路，其特征在于上述暫時保持電路，由晶體管電路構(gòu)成，且將構(gòu)成的晶體管的閾值設定為與上述切換控制信號的訪問頻度相應。
26.根據(jù)權利要求10所述的半導體集成電路，其特征在于上述暫時保持電路，將供給的電源電壓設定為與上述切換控制信號的訪問頻度相應的電壓。
27.根據(jù)權利要求4所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部的訪問速度為規(guī)定速度；電源電壓較低的進出口部的訪問頻度，高于電源電壓較高的進出口部的訪問頻度。
28.根據(jù)權利要求8所述的半導體集成電路，其特征在于電源電壓較低的信息保持電路的訪問頻度，高于電源電壓較高的信息保持電路的訪問頻度。
29.根據(jù)權利要求8所述的半導體集成電路，其特征在于上述交換電路的電源電壓，高于電源電壓較低的信息輸入用的進出口部的電源電壓；上述交換電路，包括門閂電路，將在連接在電源電壓較高的信息輸入用的進出口部的信息保持電路中保持的信息暫時保持起來，且將該保持的信息輸出到連接在電源電壓較低的信息輸入用的進出口部的信息保持電路中。
30.根據(jù)權利要求10所述的半導體集成電路，其特征在于上述暫時保持電路，由第1倒相電路及第2倒相電路構(gòu)成；上述第1倒相電路的輸出連接在上述第2倒相電路的輸入上；上述第2倒相電路，具有串聯(lián)的第1及第2NMOS晶體管；上述第1倒相電路的輸入，連接在信息輸入用的第1或第2進出口部的輸出、和上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管的漏極上；上述第2倒相電路的上述第1NMOS晶體管，其柵極連接在上述第1倒相電路的輸出上，其源極連接在上述第2NMOS晶體管的漏極上；向上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的柵極輸入上述信息輸入用的第1或第2進出口部的輸出。
31.根據(jù)權利要求30所述的半導體集成電路，其特征在于信息輸人用第1或第2進出口部的數(shù)目為一個；向上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的源極輸入上述信息輸入用第1或第2進出口部的信號的翻轉(zhuǎn)信號。
32.根據(jù)權利要求30所述的半導體集成電路，其特征在于信息輸人用第1或第2進出口部的數(shù)目為多個；上述第2倒相電路的上述第2NMOS晶體管的個數(shù)，為與上述第1或第2進出口部的數(shù)目相等的個數(shù)；上述多個第2NMOS晶體管，串聯(lián)在一起，將其中位于距上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管最遠的位置的第2NMOS晶體管的源極接地；向上述多個第2NMOS晶體管的各柵極輸入對應的上述第1或第2進出口部的信號。
33.根據(jù)權利要求32所述的半導體集成電路，其特征在于將多個信息輸入用第1或第2進出口部中的活性化率較高的進出口部的信號輸入到位于距上述第2倒相電路的第1NMOS晶體管最遠的位置的第2NMOS晶體管的柵極。
34.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于包括第1虛擬電路，對上述第1信息保持電路進行數(shù)據(jù)的讀出及其后的數(shù)據(jù)寫入、和第1及第2信息保持電路之間的數(shù)據(jù)交換，以及第2虛擬電路，對上述第2信息保持電路進行數(shù)據(jù)的讀出及其后的數(shù)據(jù)寫入、和第1及第2信息保持電路之間的數(shù)據(jù)交換；構(gòu)成上述第1虛擬電路的多個MOS晶體管，擴散層濃度、襯底電壓或柵極氧化膜壓的MOS特性都相同；構(gòu)成上述第2虛擬電路的多個MOS晶體管，其一部分與上述MOS特性具有同一MOS特性，其余的部分具有與構(gòu)成上述第1虛擬電路的MOS晶體管的MOS特性不同的MOS特性；半導體集成電路，具有調(diào)整分別提供給上述第1及第2虛擬電路的電源電壓的電源電壓調(diào)整電路；上述電源電壓調(diào)整電路，調(diào)整向上述第1虛擬電路提供的電源電壓值，使上述第1虛擬電路的輸出信號的延遲值成為預先設定的第1參照延遲值，同時將該調(diào)整的電源電壓值提供給上述第2虛擬電路中的與上述第1虛擬電路的MOS晶體管同一的MOS特性的MOS晶體管；并且，調(diào)整向上述第2虛擬電路中的與上述第1虛擬電路的MOS晶體管不同的MOS特性的MOS晶體管提供的電源電壓值，使上述第2虛擬電路的輸出信號的延遲值成為預先設定的第2參照延遲值。
35.根據(jù)權利要求1所述的半導體集成電路，其特征在于上述第1及第2進出口部、和上述第1及第2信息保持電路，分別由晶體管電路構(gòu)成；由上述第1進出口部及上述第1信息保持電路構(gòu)成的組、和上述第2進出口部及上述第2信息保持電路與上述交換電路構(gòu)成的組，分別具有提供不同值的電源電壓的電源電壓供給電路；將上述各組電源電壓供給電路的電源電壓值分別設定為自己的進出口部中的信息讀出時間、寫入時間和交換時間的總和成為規(guī)定時間的電源電壓值。
36.根據(jù)權利要求1～35的任意一項所述的半導體集成電路，其特征在于半導體集成電路，為多線程型處理機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體集成電路。在具有多進出口結(jié)構(gòu)的寄存器文卷的半導體集成電路中，第1保持電路20A是專門使用于具有1個第1寫入進出口部21AW及兩個第1讀出進出口部21AR1、21AR2的第1功能塊。第2保持電路30B是專門使用于具有一個第2寫入進出口部31AW及1個第2讀出進出口部3 1BR的第2功能塊。當產(chǎn)生要將第1保持電路20A的保持數(shù)據(jù)從例如第2讀出進出口部31BR讀出時，在將第2保持電路30B的數(shù)據(jù)鎖存在門閂電路40中后，將第1保持電路20A的數(shù)據(jù)傳送到第2保持電路30B中，接著，將已鎖存在上述門閂電路40中的第2保持電路30B的數(shù)據(jù)傳送到第1保持電路20A中，進行數(shù)據(jù)的交換。因此，大大地削減了寄存器文卷所必需的面積。
文檔編號G11C11/412GK1820324SQ200580000639
公開日2006年8月16日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權日2004年6月9日
發(fā)明者炭田昌哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社