JP2005150215A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体集積回路装置に配設された回路に発生する電源電圧降下の影響を無くし、回路の動作不具合や動作速度低下を抑制することができる半導体集積回路装置を提供する。
【解決手段】 電源端子１２を介して電源（Ｖｄｄ）に接続された電源配線１８と、グランド端子１４を介してグランド（０Ｖ）に接続されたグランド配線２０と、電源配線１８及びグランド配線２０の間に並列接続された複数の回路３０１〜３０ｆと、を備えた半導体集積回路装置１０に、負電源（−Ｖｄｄ）に接続された負電源端子１６を設け、該負電源端子１６と、グランドから最も離れた領域に配置された第ｆ回路３０ｆの、グランド配線２０側のノードＧｆとの間に、電流発生部として電流源２２を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＳＩ等の半導体集積回路装置に関し、特に、半導体集積回路装置に配設された回路に発生する電源電圧降下による回路の性能低下を抑制する半導体集積回路装置に関するものである。

近年、ＬＳＩ等の半導体集積回路装置の大規模化や多機能化が求められ、これにより半導体集積回路装置の構成が複雑化し回路面積が増大する傾向がある。これに伴い、半導体集積回路装置に配設された電源配線及びグランド配線の引き回しによる高抵抗化や、消費電力の節約や回路の高速化を目的とした低電源電圧化により、電源供給源から離れた位置に配置される回路において供給電圧の電圧降下が発生し、これにより回路の動作不具合や動作速度低下等の問題が発生している。

この問題を解決するため、電源電圧の供給箇所を増やしたり、供給箇所の工夫により供給箇所から離れた位置に配設される回路を減らしたり、メッシュ上の電源配線や太い電源配線を施し実行的な配線抵抗を低減するなどの方法が採用されている。

また、電源供給源から離れた位置に配置された一般回路における供給電圧の電圧降下を抑制する装置としては、半導体集積回路に配置された一般回路の内部電源電圧レベルおよび内部接地電圧レベルを検知し、得られた内部電源電圧検知信号および内部接地電圧検知信号によって、一般回路の電圧レベルの変化を補償するように一般回路を制御する半導体集積回路装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０５−３１５５４４号公報

しかしながら、上述した電源供給箇所を増やす方法では、電源供給箇所を確保するために入力パッドを増やす必要がある。また、電源配線の形状を工夫したり、電源配線を太くしたりする方法では、電源配線部分のレイアウト面積が増えてしまうという問題がある。また、この方法では、電源配線の実行的な抵抗は減少するが、全く無くなるわけではないため、更なる低電圧化や大規模化に対して十分に対応できず、実際には有効な方法とは言い難い。

また、上述した従来の電源供給源から離れた位置に配置された一般回路における供給電圧の電圧降下を抑制する半導体集積回路装置では、一般回路毎に内部電源電圧レベル及び内部接地電圧レベルを検知するための回路が必要になると共に、半導体集積回路装置上の配線が複雑化する、という問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、半導体集積回路装置に配設された回路に発生する電源電圧降下の影響を無くし、回路の動作不具合や動作速度低下を抑制することができる半導体集積回路装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体集積回路装置は、一端が電源に接続される電源配線と、一端がグランドに接続されるグランド配線と、前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、を備えた半導体集積回路装置であって、前記グランド配線の他端を、負電源に接続された状態で所定の電流を発生する電流発生部に接続したものである。

すなわち、第１の半導体集積回路装置のグランド配線には、電流発生部が接続されている。この電流発生部は、負電源に接続された状態で所定の電流を発生する。

これにより、グランド配線に流れる電流の方向は、負電源（電流発生部）からグランドへの方向となり、複数の回路とグランド配線との接続点である各ノードにおける電位は、グランドに近いほど高くなる。一方、電源配線側でも、電源に近いノードほど電位が高くなる。従って、電源及びグランド間の電位差が確保され、各回路において十分な電圧レベルを保持することができ、回路の動作不具合や動作速度低下を抑制することができる。

本発明に係る第２の半導体集積回路装置は、一端が電源に接続される電源配線と、一端がグランドに接続されるグランド配線と、前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、一端が前記グランド配線の他端に接続され、かつ他端が負電源に接続された状態で所定の電流を発生する電流発生部と、を含んで構成されている。

すなわち、第２の半導体集積回路装置では、電流発生部が半導体集積回路装置内部に配設されている。

本発明に係る第３の半導体集積回路装置は、一端が電源に接続される電源配線と、一端がグランドに接続されるグランド配線と、前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、負電源と、一端がグランド配線に接続されると共に所定の電流を発生するように他端が前記負電源に接続された電流発生部と、を含んで構成されている。

すなわち、第３の半導体集積回路装置では、負電源及び電流発生部が半導体集積回路装置内部に配設されている。

第２及び３の半導体集積回路装置も、本発明の第１の半導体集積回路装置と同様に作用するため、電源及びグランド間の電位差が確保され、各回路において十分な電圧レベルを保持することができ、回路の動作不具合や動作速度低下を抑制することができる。

上述した第１乃至第３の半導体集積回路装置において、前記電流発生部を、前記グランド配線のグランド電位を供給する部位から最も離れた配線部分に設けることが好ましい。

なお、上述した第１乃至第３の半導体集積回路装置において、前記電流発生部は、電流源若しくは所定の電流を消費して動作する動作回路のいずれか一方とすることもできる。すなわち、電流発生部は、電流源であってもよいし、所定の電流を消費して動作する動作回路であってもよい。

例えば、前記所定の電流を消費して動作する動作回路は、クロック信号を出力するクロックジェネレータとすることができる。クロックジェネレータは電流を多く消費するため、これにより電源配線及びグランド配線の間に並列接続された複数の回路において十分な電圧レベルを保持することができる。また、該クロックジェネレータには、前記出力したクロック信号のレベルを変換し前記複数の回路に供給するレベルシフタを接続することが好ましい。

以上説明したように本発明によれば、半導体集積回路装置のグランド配線に電流発生部と負電源とを接続したため、半導体集積回路装置に配設された回路に発生する電源電圧降下の影響を無くし、回路の動作不具合や動作速度低下を抑制することができる、という効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態に係る半導体集積回路装置の回路構成図である。

図示されるように、半導体集積回路装置１０には、電源端子１２、グランド端子（グランドパッド）１４、及び負電源端子１６が設けられている。電源端子１２には、外部の電源が接続され電源電圧（Ｖｄｄ）が供給される。グランド端子１４は、グランド（０Ｖ）に接続される。負電源端子１６には、外部の負電源が接続され負電源電圧（−Ｖｄｄ）が供給される。このように、本実施の形態では、電源及びグランド間の電圧と同じ大きさの電圧が、グランドとの間に発生するように負電源が設けられている。

また電源端子１２には電源配線１８が接続され、グランド端子１４にはグランド配線２０が接続されている。電源配線１８とグランド配線２０との間には、電源及びグランドに近い順に第１回路３０１から第ｆ回路３０ｆまでの複数の回路が並列接続されている。

更に、複数の回路のうち、グランドから最も離れた領域に配置された第ｆ回路３０ｆの、グランド配線２０側のノードＧｆと負電源端子１６との間には電流発生部として電流源２２が配置されている。すなわち、電流源２２は、グランド配線２０にグランド電位（０Ｖ）を供給するグランド端子（グランドパッド）１４から最も離れた配線部分に設けられており、グランド配線２０に流れる電流の方向がグランドから負電源（電流源２２）方向となるように電流を発生する。

以下、本半導体集積回路装置１０の動作を説明する。

電源配線１８から電流が供給されると各回路３０１〜３０ｆを通りグランド配線２０に電流が流れ出るが、このとき、電源配線１８に設けられた各抵抗（以下、電源配線抵抗）に電流が流れることにより電圧降下が発生する。具体的には、電源から電源配線１８上の第１回路３０１のノードＶｌまでの電圧降下は、電源配線抵抗Ｒｖｌに流れる電流をＩｖｌとするとＲｖ１×Ｉｖ１であり、ノードＶ１から第２回路３０２のノードＶ２までの電圧降下は、電源配線抵抗Ｒｖ２に流れる電流をＩｖ２とするとＲｖ２×Ｉｖ２である。従って、電源からノードＶ２までの電圧降下は、各電圧降下を積算したＲｖ１×Ｉｖ１＋Ｒｖ２×Ｉｖ２となる。同様に、電源から第ｆ回路３０ｆの電源配線１８側のノードＶｆまでの電圧降下は、各電源配線抵抗における電圧降下を全て積算した値となる。

従って、電源配線１８上の各ノードＶ１、Ｖ２・・・Ｖｆにおける電位は、電源から離れるに従って低下する。

一方、グランド配線２０において、負電源に接続された電流源２２が配設されていない状態では、グランド配線２０に設けられた各抵抗（以下、グランド配線抵抗）を流れる電流の方向はグランド配線２０上の第ｆ回路３０ｆのノードＶｆからグランドに向かう方向となるが、ここでは負電源に接続された電流源２２がグランド配線２０に接続されているため、各グランド配線抵抗に流れる電流の方向はグランドから電流源２２の方向となる。

これにより、グランド配線２０側でも電圧降下が発生する。具体的には、グランド配線抵抗Ｒｇ１を流れる電流がＩｇ１、グランド配線抵抗Ｒｇ２を流れる電流がＩｇ２とすると、グランドからグランド配線２０上の第１回路のノードＧ１の電圧降下はＲｇ１×Ｉｇ１となり、ノードＧ１から第２回路のノードＧ２までの電圧降下は、Ｒｇ２×Ｉｇ２となる。従って、グランドからノードＧ２までの電圧降下は各電圧降下を積算したＲｇ１×Ｉｇ１＋Ｒｇ２×Ｉｇ２となる。同様に、グランドからノードＧｆまでの電圧降下は各グランド配線抵抗での電圧降下分を全て積算した値となる。

従って、グランド配線２０上の各ノードＧ１、Ｇ２・・・Ｇｆでの電位は全てグランド電位０Ｖより低く、かつグランドから離れるに従って低下する。

上述したように、負電源に接続された電流源２２を配置しない場合には、グランド配線２０を流れる電流の方向はノードＧｆからグランドへの方向となるため、グランド配線２０上のノードの電位は、グランドから離れるに従って（Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｆの順に）高くなり、ノードＧｆで最も高くなる。また、電源配線１８上のノードの電位は、電源から離れるに従って（Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｆの順に）低くなるため、各回路３０１〜３０ｆにおける電源側ノードとグランド側ノード間の電位差は、回路の配置位置が電源（グランド）から離れるに従って小さくなる。特に、電源から最も離れて配置された第ｆ回路３０ｆにおける電圧レベルは、電源（グランド）付近に配置された第１回路３０１に比べ大きく低下してしまう。

これに対して本実施の形態では、負電源に接続された電流源２２を配置したため、グランド配線２０を流れる電流の方向はグランドからノードＧｆへの方向となり、グランド配線２０上のノードの電位は、グランドから離れるに従って（Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｆの順に）低くなり、ノードＧｆで最も低くなる。また、電源配線１８上のノードの電位は、電源から離れるに従って（Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｆの順に）低くなるため、各回路３０１〜３０ｆにおける電源側ノードとグランド側ノード間で十分な電位差を確保でき、電源（グランド）から離れた位置に配置された回路であっても電圧レベルが低下せず、電源電圧降下及びグランド電圧上昇の影響を受けない、安定した回路となる。

なお、本実施の形態では、負電源を半導体集積回路装置の外部に設けた例について説明したが、負電源を半導体集積回路装置に内蔵するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、電流源を内蔵した半導体集積回路装置を例に挙げて説明したが、電流源を半導体集積回路装置の外部に設けた構成としてもよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、半導体集積回路装置１０内に電流発生部として電流源２２を設けた例について説明したが、本実施の形態では、電流源２２に代えて、実際に電流を消費して動作する動作回路を設けた例について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図２は、本実施の形態に係る半導体集積回路装置１０ａの回路構成図である。

図示されるように、複数の回路のうち、グランドから最も離れた領域に配置された第ｆ回路３０ｆの、グランド配線２０側のノードＧｆと負電源端子１６との間には電流発生部として動作回路が配置されている。なお、電流発生部として配置される動作回路は、電流を多く消費する回路により構成することが好適であり、ここでは、クロックジェネレータ２４を用いる。クロックジェネレータ２４により生成された出力信号は、レベルシフタ２６で信号レベルが調整された後、電源及びグランド間に配設された各回路３０１〜３０ｆに出力され、各回路３０１〜３０ｆで同期信号等として使用される。

本実施の形態では、負電源に接続されたクロックジェネレータ２４がグランド配線２０に接続されているため、各グランド配線抵抗に流れる電流の方向はグランドからクロックジェネレータ２４の方向となる。従って、第１の実施の形態と同様に、グランド配線２０上のノードの電位は、グランドから離れるに従って（Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｆの順に）低くなり、電源配線１８上のノードの電位は、電源から離れるに従って（Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｆの順に）低くなるため、各回路３０１〜３０ｆにおける電源側ノードとグランド側ノード間で十分な電位差を確保でき、電源（グランド）から離れた位置に配置された回路であっても電圧レベルが低下せず、電源電圧降下及びグランド電圧上昇の影響を受けない、安定した回路となる。

また、本実施の形態では、グランドから負電源方向に流れる電流もクロックジェネレータ２４の回路動作のために使用するため、回路全体として電流供給量が少なくて済む。更にまた、電流発生部としてクロックジェネレータ２４を配設することにより、電流源２２を配設する場合に比べて、レイアウト面積を小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、負電源を半導体集積回路装置の外部に設けた例について説明したが、負電源を半導体集積回路装置に内蔵するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、動作回路（クロックジェネレータ）を内蔵した半導体集積回路装置を例に挙げて説明したが、該動作回路を半導体集積回路装置の外部に設けた構成としてもよい。

なお、本発明は、上述した第１及び第２の実施の実施の形態で例に挙げた半導体集積回路装置に限定されず、様々な半導体集積回路装置に適用できる。

第１の実施の形態に係る半導体集積回路装置の回路構成図である。 第２の実施の形態に係る半導体集積回路装置の回路構成図である。

符号の説明

１０、１０ａ 半導体集積回路装置
１２ 電源端子
１４ グランド端子
１６ 負電源端子
１８ 電源配線
２０ グランド配線
２２ 電流源
２４ クロックジェネレータ
３０１〜３０ｆ 回路

Claims (7)

1. 一端が電源に接続される電源配線と、
   一端がグランドに接続されるグランド配線と、
   前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、を備えた半導体集積回路装置であって、
   前記グランド配線の他端を、負電源に接続された状態で所定の電流を発生する電流発生部に接続した半導体集積回路装置。
2. 一端が電源に接続される電源配線と、
   一端がグランドに接続されるグランド配線と、
   前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、
   一端が前記グランド配線の他端に接続され、かつ他端が負電源に接続された状態で所定の電流を発生する電流発生部と、
   を含む半導体集積回路装置。
3. 一端が電源に接続される電源配線と、
   一端がグランドに接続されるグランド配線と、
   前記電源配線及び前記グランド配線の間に並列接続された複数の回路と、
   負電源と、
   一端がグランド配線に接続されると共に所定の電流を発生するように他端が前記負電源に接続された電流発生部と、
   を含む半導体集積回路装置。
4. 前記電流発生部を、前記グランド配線にグランド電位を供給する部位から最も離れた配線部分に設けた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の半導体集積回路装置。
5. 前記電流発生部は、電流源若しくは所定の電流を消費して動作する動作回路のいずれか一方である請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の半導体集積回路装置。
6. 前記所定の電流を消費して動作する動作回路は、クロック信号を出力するクロックジェネレータである請求項５記載の半導体集積回路装置。
7. 前記クロックジェネレータには、前記出力したクロック信号のレベルを変換し前記複数の回路に供給するレベルシフタが接続されている請求項６記載の半導体集積回路装置。

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