CN1905367A - 集成电路工作频率控制方法 - Google Patents

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Abstract

在集成电路的工作模式转换时，减小电源电压产生的尖峰电压，进而稳定电源电压。这里阐述的是在转换为工作频率不同的工作模式时，集成电路工作频率控制方法，即以转换后工作模式的工作频率为目标，使上述的集成电路的工作频率产生阶梯式的变化。

Description

集成电路工作频率控制方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路，特别是涉及减轻当改变集成电路的工作频率时所产生的电源电流急剧变化的技术。
背景技术
通过调整向集成电路的内部电路输入的时钟相位，从而抑制集成电路稳定工作时的电源电压变动这一技术已为众所周知(例如：参照日本国专利公开2004-88638号公报)。
(发明所要解决的课题)
如上所述所示，通过调整输入的时钟相位能够稳定电源电压。然而，即使根据这一技术，在以下的集成电路的工作模式转换时，例如：从停止状态转换为工作状态，从工作状态转换为停止状态，从消耗电力小的工作模式转换为消耗电力大的工作模式，或者从消耗电力大的工作模式转换为消耗电力小的工作模式，都会引起电源电流的变动，其结果是电源电压将会产生尖峰电压。即：当工作模式转换时，会发生无法控制电源电压变动的问题。
发明内容
本发明的目的在于转换集成电路的工作模式时，减小电源电压产生的尖峰电压，并且稳定电源电压。
(为解决课题的方法)
为解决上述课题，权利要求1的发明所阐述的方法是，在转换为工作频率不同的工作模式时的集成电路工作频率控制方法，即以转换后所在的工作模式的工作频率为目标，使上述的集成电路的工作频率产生阶梯式的变化。
因为根据上述的方法，可以将集成电路的工作频率进行阶梯式的变化，所以能够抑制转换工作模式时所产生的电源电流的变动。因此，可以减小电源电压产生的尖峰电压，也就可以稳定电源电压。
权利要求2的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，当上述集成电路的工作开始时，或上述转换后所在的工作模式的工作频率比转换前所在的工作模式的工作频率高时，使上述集成电路的工作频率能够进行阶梯式升高的方法。
权利要求3的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，当上述集成电路的工作结束时，或上述转换后所在的工作模式的工作频率比转换前所在的工作模式的工作频率低时，使上述集成电路的工作频率能够进行阶梯式降低的方法。
权利要求4的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，通过改变时钟供给源对上述集成电路输入的时钟频率，从而改变上述集成电路的工作频率的方法。
权利要求5的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，频率调节电路从时钟供给源处接收的时钟在向上述集成电路输送时，通过改变其时钟的频率，从而使上述集成电路的工作频率产生变化的方法。
权利要求6的发明是，根据权利要求5所述的集成电路工作频率控制方法，将上述频率调节电路与上述集成电路安装于同一个组装板上的方法。
权利要求7的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，上述集成电路中包括频率调节电路和内部电路，上述频率调节电路从时钟供给源处接收的时钟在向上述内部电路输送时，通过改变其时钟的频率，从而调整上述内部电路工作频率的方法。
权利要求8的发明是，根据权利要求7所述的集成电路工作频率控制方法，上述集成电路还包括控制信号发生电路，上述控制信号发生电路将对调整上述频率调节电路向上述内部电路输送的时钟频率的时间进行控制。
权利要求9的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，为了将供给上述集成电路的电源电压的变动控制在所设定的范围内，设定上述工作频率的阶梯数及上述阶梯中的每个工作频率的方法。
权利要求10的发明是，根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，对上述集成电路进行检查时，在上述集成电路的工作频率达到上述转换后所在的工作模式的工作频率之前，不对上述集成电路的成品/次品进行判定。
这样一来，检查时，因为在对成品/次品无法进行正确判定的情况下停止了判定工作，所以能够避免错误判定结果的产生。
(发明的效果)
根据本发明，可以减小集成电路工作模式转换时电源电压产生的尖峰电压，也能稳定电源电压。因为能够减少电源电压的负脉冲信号量，也能缩短负脉冲信号发生的时间，所以可以弥补集成电路工作中的缺陷，并且也可以缩短电源电压回复时所用的时间。此外，还可以减小电源电压的正脉冲信号量。因此，检查时或者实际应用时，能够防止工作模式转换时集成电路的误操作，也能缩短工作转换的时间及防止因过电压带来的损坏。
附图说明
图1是关于本发明实施形态的电路方块图。
图2是在改变工作模式时所显示的大规模集成电路工作情况的图表。图2(a)是通过大规模集成电路的电流(电源电流)，图2(b)是附加在大规模集成电路上的电源电压，图2(c)表示的是大规模集成电路内部电路的时钟频率。
图3是在图1电路的基础上变化而来的变形例的方块图。
图4是在图1电路的基础上另一种变化而来的变形例的方块图。
图5是在图1电路的基础上又一种变化而来的变形例的方块图。
图6是显示图3～5的频率调节电路构成示例的方块图。
图7是关于在检查时插入仿真周波的说明图。
(符号说明)
2，12                         时钟供给源
4，20，220                    集成电路(LSI)
14                            控制信号源
16，26                        频率调节电路
24                        控制信号发生电路
28                        内部电路
具体实施方式
以下关于本发明的具体实施方式，将在参照图例的同时进行说明。
图1是关于本发明实施形态的电路方块图。图1的电路包括具有频率调节功能的时钟供给源2和大规模集成电路4(LSI4)。大规模集成电路4是安装在印刷电路板等组装板上的。
大规模集成电路4是连接在电源电路(无图示)上的，电源电路在通常状态下对大规模集成电路4附加的电压为E0。以下将不对电源电路向大规模集成电路4以外输出的电流进行考虑。于是，向大规模集成电路4输送的电流就等于电源电路所输出的电源电流i。
图2是在改变工作模式时所显示的大规模集成电路4工作情况的图表。图2(a)是通过大规模集成电路4的电流(电源电流)，图2(b)是附加在大规模集成电路4上的电源电压，图2(c)表示的是大规模集成电路4内部电路的时钟频率。
如图2所示，在工作模式M1，M2，M3时大规模集成电路4的工作频率(大规模集成电路4内部电路的时钟频率)分别是频率f1，f2，f3。而且，将停止状态也规定为大规模集成电路4的工作模式之一。因为大规模集成电路4的组装板上和大规模集成电路4内部的电源线都有电感感应系数L，所以电源电路输出的电源电流i一旦变化，就会产生尖峰电压ΔV＝L×di/dt，如图2(b)所示的那样电源电压就会出现负脉冲信号或正脉冲信号。
首先，大规模集成电路4的工作模式从停止状态向工作状态M1转换时，时钟供给源2以所在的工作模式M1的工作频率f1为目标，使大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式升高(频率调节期间FM1)，从而使大规模集成电路4按照工作频率f1进行工作(工作模式M1)。具体地说，时钟供给源2向大规模集成电路4输送的时钟频率在T0时刻上升到频率fa，然后又上升到频率f1(参照图2(c))。
在大规模集成电路4中通过的电流在T0时刻增加到电流Ia，其后时钟的频率为f1时，其电流又增加到I1(参照图2(a))。大规模集成电路4的电源电压值在T0时刻先降后升，随后时钟的频率达到f1时，再次出现先降后升，在时刻T1时的电压就基本接近于电压E0(参考图2(b))。
如果，时钟供给源2不将时钟的频率调整到频率fa，而突然开始输出频率为f1的时钟，那么电源电流i就会瞬间由0增加到I1，而电源电压也会产生很大的负脉冲信号。为了避免这个问题，时钟供给源2在频率调节期间FM1，使输送给大规模集成电路4的时钟频率进行阶梯性地升高。于是，因为每个单位时间的电流变动量：di/dt的减小，电源电压所产生的尖峰电压在时间轴上能够分散，所以可以控制电源电压的负脉冲信号量，也可实现电源电压的稳定化。
大规模集成电路4的工作模式，从工作频率低电流消耗量小的工作模式M1向工作频率高电流消耗量大的工作模式M2转换时，时间供给源2以所在的工作模式M2的工作频率f2为目标，使大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式地升高(频率调节期间FM2)，从而使大规模集成电路4按照工作频率f2进行工作(工作模式M2)。具体地说，时钟供给源2向大规模集成电路4输送的时钟频率在T2时刻上升到频率fb，之后上升到频率fc，而后又上升到频率f2(参照图2(c))。
在大规模集成电路4中通过的电流在T2时刻增加到电流Ib，其后又增加到电流Ic，I2(参照图2(a))。大规模集成电路4的电源电压值随着时钟频率的每一次上升，都在反复地先降后升的变化着，在时刻T3时的电压基本接近于电压E0(参照图2(b))。
大规模集成电路4的工作模式，从工作频率高电流消耗量大的工作模式M2向工作频率低电流消耗量小的工作模式M3转换时，时间供给源2以所在的工作模式M3的工作频率f3为目标，将大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式地降低(频率调节期间FM3)，从而使大规模集成电路4按照工作频率f3进行工作(工作模式M3)。具体地说，时钟供给源2向大规模集成电路4输送的时钟频率在T4时刻下降到频率fb，之后又下降到频率f3(参照图2(c))。
在大规模集成电路4中通过的电流在T4时刻下降到电流Id，其后又下降到电流I3(参照图2(a))。大规模集成电路4的电源电压值随着时钟频率的每一次降低，都在反复地先升后降的变化着，在时刻T5时的电压基本接近于电压E0(参照图2(b))。
如果，时钟供给源2不将时钟的频率调整到频率fd，而突然由频率f2向频率f3变化，那么电源电流i就会瞬间由I2变化到I3，而电源电压也会产生很大的正脉冲信号。为了避免这个问题，时钟供给源2在频率调节期间FM3时，使输送给大规模集成电路4的时钟频率进行阶梯性地降低。于是，因为每个单位时间的电流变动量：di/dt的减小，电源电压所产生的尖峰电压在时间轴上能够分散，所以可以控制电源电压的正脉冲信号量，也可实现电源电压的稳定化。
此外，大规模集成电路4的工作模式，从工作模式M3向停止状态转换时，时间供给源2以工作频率0为目标，使大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式地降低(频率调节期间FM4)，从而使大规模集成电路4达到停止状态。具体地说，时钟供给源2向大规模集成电路4输送的时钟频率在T6时刻下降到频率fe，之后下降到频率fg，随后更加停止了时钟的供给(参照图2(c))。
在大规模集成电路4中通过的电流在T6时刻下降到电流Ie，其后又下降到电流Ig，0(参照图2(a))。大规模集成电路4的电源电压值随着时钟频率的每一次降低，都在反复地先升后降的变化着，在时刻T7时的电压基本接近于电压E0(参照图2(b))。
在此，使大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式变化时，其工作频率的阶梯数(时钟的调节阶梯数)是由大规模集成电路4的工作模式的变化而产生的电源电流i的变化值的大小决定的。例如：图2所示，将大规模集成电路4的工作模式的变化所产生的电源电流i的变化进行比较，那么会发现(I1-I0)＜(I2-I1)成立。因此，时钟的调节阶梯数在工作开始时为f0→fa→f1的二个步骤，而从工作模式M1向工作模式M2转换时为f1→fb→fc→f2的三个步骤。
并且，大规模集成电路4的工作频率在产生阶梯式变化时，其工作频率的阶梯数及各个阶梯的工作频率均要求设定为可使附加在大规模集成电路4上的电源电压的变动控制在所定的范围内。
此外，使大规模集成电路4的工作频率进行阶梯式变化时，时钟的调节步骤数或频率的变动值只要可以将附加在大规模集成电路4上的电源电压的变动控制在大规模集成电路4的正常工作范围内，即使和上述提及的实施例有所区别也可以。
还有，图2中是用工作模式M1，工作模式M2和工作模式M3的三种工作模式进行说明的，工作模式数和此说明的模式数不一致也可以。
图3是在图1电路的基础上变化而来的变形例的方块图。图3的电路包括时钟供给源12，控制信号源14和频率调节电路16，以及大规模集成电路4。频率调节电路16和大规模集成电路4是安装在同一个组装板上的。
时钟供给源12将一定频率的时钟CL向频率调节电路16输出。频率调节电路16按照控制信号源14输出的控制信号CT将时钟CL的频率改变后，向大规模集成电路4中输送，并使大规模集成电路4的工作频率发生改变。控制信号源14发出的控制信号CT可以按照图2(c)所示的那样，控制频率调节电路16输出的时钟频率和使该频率产生变化的时间。即：图3的时钟供给源12，控制信号源14和频率调节电路16整体上来说，和上述的图1的时钟供给源2进行着相同的工作，所以在这里就不再进行详细说明了。
根据图3所示的电路，因为频率调节电路16和大规模集成电路4都组装在同一个组装板上，所以即使将一定频率的时钟CL输到组装板时，也能使时钟CL的频率像图2(c)所示的那样发生变化。
图4是在图1电路的基础上另一种变化而来的变形例的方块图。图4的电路包括时钟供给源12，控制信号源14和大规模集成电路20。大规模集成电路20包含频率调节电路26和内部电路28。频率调节电路26和内部电路28可以组装在同一个半导体基片上。
频率调节电路26是和图3的频率调节电路16具有相同功能的电路，而内部电路28就相当于图3中的大规模集成电路4。频率调节电路26按照控制信号源14发出的控制信号CT将时钟CL的频率进行变化后，向内部电路28输出，从而改变内部电路28的工作频率。
图5所示的是在图1电路的基础上又一种变化而来的变形例的方块图。图5的电路包括时钟供给源12和大规模集成电路220。大规模集成电路220包含控制信号发生电路24和频率调节电路26及内部电路28。控制信号发生电路24，频率调节电路26及内部电路28可以组装在同一个半导体基片上。
控制信号发生电路24及频率调节电路26是分别和图3的控制信号源14及频率调节电路16具有相同功能的电路，内部电路28就相当子图3的大规模集成电路4。控制信号发生电路24发出的控制信号CT可以按照图2(c)所示的那样，控制频率调节电路26输出的时钟频率和使该频率产生变化的时间。
因为图4和图5的电路，除了大规模集成电路20，220内部包含的频率调节电路26或控制信号发生电路24以外，其他均和图3相同，所以在这里就不再关于图4及图5进行详细的说明了。
图6是显示图3～图5的频率调节电路构成示例的方块图。图6的频率调节电路包括同相位电路(以下称PLL)52，自激振荡电路54和多路调制转换器(MUX)56及分频电路58。
PLL52将和从时钟供给源12那里获得的时钟CL同步的信号输送给多路调制转换器56。自激振荡电路54将与时钟CL无关的因振荡而产生的信号输送给多路调制转换器56。多路调制转换器56按照控制信号CT从PLL52的输出，自激振荡电路54的输出及时钟CL中选择其一后，再输送给分频电路58。分频电路58按照控制信号CT所指定的分频比，将多路调制转换器56的输出进行分频后再输出。
此外，也可不使用多路调制转换器56，而使PLL52的输出，自激振荡电路54的输出或者时钟CL直接输送给分频电路58。
图7是关于在检查时插入仿真周波的说明图。在检查大规模集成电路时，如图2(a)～图2(c)所示的那样，改变输送给大规模集成电路4或者内部电路28的时钟频率，那么在FM1～FM4这一频率调节期间，因为电源电压是在变动的，所以有可能无法正确地进行合格与否的判定(成品/次品的判定)，有时会出现将成品错误地判定为次品的现象。
因此，在FM1～FM4这一频率调节期间，不进行成品/次品的判定。即：在FM1～FM4这一频率调节期间，插入停止成品/次品判定的仿真周波。
例如，如图7所示的那样，在时钟频率为f1的工作模式M1时，将执行成品/次品判定的工作周波C1。其后，在时钟频率为fb的期间和时钟频率为fc的期间，因为把各工作模式所应使用的频率以外的时钟输送给大规模集成电路4或者内部电路28，所以执行仿真周波。然后，在时钟频率为f2的工作模式M2时，则执行成品/次品判定的工作周波C2。
应插入仿真周波的关键点可以从时钟频率的变化图中用软件自动检测。此外，也可以把仿真周波用手动插入的方式或软件自动插入的方式插入。
这样一来，通过插入仿真周波，能够避免误判断，而且也可以任意设定FM1～FM4的频率调节期间。但如果没有产生误判断时，也可不必插入仿真周波。
(产业上的利用可能性)
如上述说明所示，本发明因为在集成电路的工作模式转换时可以减小电源电压产生的尖峰电压，也能够稳定电源电压，所以对于集成电路等是有实用性的。

Claims (10)

1.一种集成电路工作频率控制方法，使用于转换为工作频率不同的工作模式时，其特征在于：
以转换后所在的工作模式的工作频率为目标，使上述集成电路的工作频率产生阶梯式的变化。
2.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
当上述集成电路的工作开始时，或上述转换后所在的工作模式的工作频率比转换前所在的工作模式的工作频率高时，使上述集成电路的工作频率进行阶梯式升高。
3.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
当上述集成电路的工作结束时，或上述转换后所在的工作模式的工作频率比转换前所在的工作模式的工作频率低时，使上述集成电路的工作频率进行阶梯式降低。
4.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
通过改变时钟供给源对上述集成电路输送的时钟频率，从而改变上述集成电路的工作频率。
5.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
频率调节电路从时钟供给源处接收的时钟在向上述集成电路输送时，通过改变其时钟的频率，从而使上述集成电路的工作频率产生变化。
6.根据权利要求5所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
将上述频率调节电路与上述集成电路安装于同一个组装板上。
7.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
上述集成电路中包含频率调节电路和内部电路，
上述频率调节电路从时钟供给源处接收的时钟在向上述内部电路输送时，通过改变其时钟的频率，从而改变上述内部电路的工作频率。
8.根据权利要求7所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
在上述集成电路中，还包括控制信号发生电路，上述控制信号发生电路将对调整上述频率调节电路向上述内部电路输送的时钟频率的时间进行控制。
9.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
为了将附加在上述集成电路的电源电压的变动控制在所设定的范围内，设定上述工作频率的阶梯数及上述阶梯中的每个工作频率。
10.根据权利要求1所述的集成电路工作频率控制方法，其特征在于：
对上述集成电路进行检查时，在上述集成电路的工作频率达到上述转换后所在的工作模式的工作频率之前，不对上述集成电路的成品/次品进行判定。
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