JP2007049719A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クロック信号に同期する外部出力動作の高速化へ対処するための半導体集積回路技術に関し、例えば、外部インタフェース部分には内部回路に比べて高耐圧のMOSトランジスタを用いた半導体集積回路、さらにはそのような半導体集積回路におけるバーンイン方に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit technology for coping with speeding up of an external output operation synchronized with a clock signal. For example, a semiconductor integrated circuit using a MOS transistor having a higher breakdown voltage than an internal circuit in an external interface part, Furthermore, the present invention relates to a technique effective when applied to a burn-in method in such a semiconductor integrated circuit.
特開平9−8632号公報には、回路素子の微細化及び低消費電力等の観点より、外部電源電圧をLSI内部で降圧し、内部回路の動作電源に降圧電圧を利用し、外部インタフェース回路を外部電源電圧で動作させる技術が記載される。また、特開2000−353947公報には、内部信号レベルを、半導体素子耐圧以上の信号レベルに変換して出力する機能と、変換前の内部信号レベルで出力する機能とを有する半導体出力回路において、出力バッファトランジスタのゲート・ソース間耐圧を増す為の保護用MOSトランジスタを電源側に設けた出力バッファに対し、その保護用MOSトランジスタのオン抵抗に起因する信号立ち上がり変化速度が、レベル変換を行わない(出力バッファの電源電圧が内部回路と同じ)場合に遅くなるのを防止するために、前記保護用MOSトランジスタのオン抵抗をゲート電圧制御で可変可能にする技術が記載される。 In Japanese Patent Laid-Open No. 9-8632, from the viewpoint of circuit element miniaturization and low power consumption, the external power supply voltage is stepped down inside the LSI, the stepped down voltage is used as the operating power supply for the internal circuit, and an external interface circuit is provided. A technique for operating with an external power supply voltage is described. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-353947 discloses a semiconductor output circuit having a function of converting an internal signal level to a signal level equal to or higher than a semiconductor device breakdown voltage, and a function of outputting at an internal signal level before conversion. For the output buffer provided with a protection MOS transistor on the power supply side to increase the gate-source breakdown voltage of the output buffer transistor, the signal rising change rate due to the on-resistance of the protection MOS transistor does not perform level conversion In order to prevent a delay in the case where the power supply voltage of the output buffer is the same as that of the internal circuit, a technique is described in which the on-resistance of the protection MOS transistor can be varied by gate voltage control.
しかしながら、上記従来技術では、クロック信号に同期する外部出力動作の高速化への対応という点で、レベル変換機能による出力動作遅延、更にはクロック信号の伝搬遅延による外部出力動作遅延について着目されていない。本発明者は、クロック信号に同期する外部出力動作の高速化への対応という点で以下の点について検討した。 However, in the above prior art, attention is not paid to the output operation delay due to the level conversion function and further the external output operation delay due to the propagation delay of the clock signal in order to cope with the high speed of the external output operation synchronized with the clock signal. . The present inventor has studied the following points in terms of dealing with speeding up of the external output operation synchronized with the clock signal.
第1に、レベル変換機能による出力動作遅延について検討した。例えば、0.35μmプロセス以降の半導体集積回路は、内部には耐圧の低いMOSトランジスタを使用し、外部とのインタフェース部には高耐圧MOSトランジスタを使用する。内部回路を3.3Vのような低電圧で動作させ、インタフェース部を5.0Vのような高電圧で動作可能にするために、内部回路と入出力バッファとの間には低電圧振幅を高電圧振幅に変換するレベル変換回路が挿入される。内部回路及びインタフェース部の双方に低電圧電源を供給すれば半導体集積回路全体を低電圧動作させることが可能である。ここで、そのような半導体集積回路に、PC(パーソナル・コンピュータ)内パラレルインタフェースであるLPC(Low Pin Count)バスインタフェース用ホストインタフェースモジュール(以下単にLPCモジュールとも記す)を搭載することを検討した。LPCのような高速ホストインタフェース仕様ではバス配線を抑えた上に、33MHzのPCI(Peripheral Component Interconnect)クロック(外部クロック信号)に同期してデータ通信を行なう為、半導体集積回路内部での信号伝播遅延に対してより厳しい設計が求められる。外部電源についても3.3Vのような低電圧電源を利用して低い信号振幅を実現する。しかしながら、レベル変換回路による出力動作遅延、内部クロックの伝搬遅延により、外部クロック信号に対するデータ出力タイミングの遅延が大きくなることが本発明者によって見いだされた。 First, the output operation delay due to the level conversion function was examined. For example, a semiconductor integrated circuit after the 0.35 μm process uses a low breakdown voltage MOS transistor inside, and uses a high breakdown voltage MOS transistor for an interface portion with the outside. In order to operate the internal circuit at a low voltage such as 3.3V and enable the interface unit to operate at a high voltage such as 5.0V, a low voltage amplitude is set between the internal circuit and the input / output buffer. A level conversion circuit for converting to voltage amplitude is inserted. If a low voltage power supply is supplied to both the internal circuit and the interface unit, the entire semiconductor integrated circuit can be operated at a low voltage. Here, it was examined to mount a host interface module for LPC (Low Pin Count) bus interface (hereinafter also simply referred to as an LPC module), which is a parallel interface in a PC (personal computer), in such a semiconductor integrated circuit. In high-speed host interface specifications such as LPC, bus wiring is suppressed, and data communication is performed in synchronization with a 33 MHz PCI (Peripheral Component Interconnect) clock (external clock signal). Demands a stricter design. As for the external power supply, a low signal amplitude is realized by using a low voltage power supply such as 3.3V. However, the present inventors have found that the delay of the data output timing with respect to the external clock signal increases due to the output operation delay by the level conversion circuit and the propagation delay of the internal clock.
そこで本発明者は、レベル変換回路による出力動作遅延については、LPCモジュールの動作を保証する場合は内部回路及インタフェース部の双方共に低電圧動作のみである事から,レベル変換回路を配線層のマスタスライスでバイパスさせる対策を検討した。しかしながら、バーンイン時に高耐圧MOSトランジスタに高電圧を印可するためにインタフェース部を7.0Vのような高電圧で動作させ、内部回路を4.6Vのような低電圧動作させると、バイパスさせた部分ではレベル変換機能が実現されていないため、そのようなインタフェース部で低振幅信号を受けるインバータ若しくはクロックドインバータのような回路には、中間電位が印可され、貫通電流が流れる。この貫通電流は、ホットキャリアによるMOSトランジスタの閾値電圧シフトやMOSトランジスタの破壊を引き起こす。 Therefore, the present inventor, as for the output operation delay due to the level conversion circuit, when the operation of the LPC module is guaranteed, both the internal circuit and the interface unit are only operated at a low voltage. We considered measures to bypass the slice. However, when the interface section is operated at a high voltage such as 7.0 V in order to apply a high voltage to the high voltage MOS transistor during burn-in, and the internal circuit is operated at a low voltage such as 4.6 V, the bypassed portion However, since the level conversion function is not realized, an intermediate potential is applied to a circuit such as an inverter or a clocked inverter that receives a low-amplitude signal in such an interface unit, and a through current flows. This through current causes a threshold voltage shift of the MOS transistor due to hot carriers and destruction of the MOS transistor.
バーンイン時に内部回路及びインタフェース部の双方に4.6V程度の低電圧を印可するなら、上記問題は発生しないが、逆に、高耐圧MOSトランジスタに対して十分な電圧ストレスをかけることができない為、初期不良を見出せず、出荷後に市場で不良が顕在化する可能性が高くなり、信頼性低下が余儀なくされる。LPCモジュール用の外部端子はPCIバスに準拠しており、反射波を利用する終端のない環境で使用される為、最悪の場合電源電圧の2倍の電圧が端子に印加される為、それに接続するインタフェース部のMOSトランジスタには依然として高耐圧であることが要求されるからである。 If a low voltage of about 4.6 V is applied to both the internal circuit and the interface section during burn-in, the above problem will not occur, but conversely, sufficient voltage stress cannot be applied to the high voltage MOS transistor. An initial failure is not found, and there is a high possibility that the failure will become apparent in the market after shipment, and the reliability is inevitably lowered. The external terminal for the LPC module conforms to the PCI bus and is used in an environment with no termination using reflected waves. In the worst case, twice the power supply voltage is applied to the terminal. This is because the MOS transistor in the interface section is still required to have a high breakdown voltage.
第2に、クロック信号の伝搬遅延による外部出力動作遅延について検討した。例えばLPCモジュールでは33MHzのPCIクロック(外部クロック信号)の立ち上り変化から所定の許容遅延時間以内に出力データを確定させなければならない。許容遅延時間が短くなると、データ出力用のラッチクロック信号に内部CPG(クロックパルスジェネレータ)生成のクロック信号を用いたのでは間に合わなくなる虞のあることが本発明者によって見出された。 Second, the external output operation delay due to the propagation delay of the clock signal was examined. For example, in the LPC module, the output data must be determined within a predetermined allowable delay time from the rise change of the 33 MHz PCI clock (external clock signal). It has been found by the present inventor that if the allowable delay time is shortened, using a clock signal generated by an internal CPG (clock pulse generator) as a latch clock signal for data output may not be in time.
本発明の目的は、レベル変換回路による出力動作遅延の解消と出力バッファの高耐圧維持という観点より、クロック信号に同期する外部出力動作の高速化を実現することができる半導体集積回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of realizing a high-speed external output operation synchronized with a clock signal from the viewpoint of eliminating an output operation delay by a level conversion circuit and maintaining a high breakdown voltage of an output buffer. It is in.
本発明の目的は、クロック遅延の抑制という観点より、外部クロック信号に同期する外部出力動作の高速化を実現することができる半導体集積回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of realizing a high-speed external output operation synchronized with an external clock signal from the viewpoint of suppressing clock delay.
本発明の別の目的は、レベル変換回路による出力動作遅延の解消と出力バッファの高耐圧維持という観点よりクロック同期の外部出力動作を高速化した半導体集積回路におけるバーンインによる信頼性を向上させることができるバーンイン方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to improve the reliability due to burn-in in a semiconductor integrated circuit in which the clock-synchronized external output operation is speeded up from the viewpoint of eliminating output operation delay by the level conversion circuit and maintaining a high breakdown voltage of the output buffer. It is to provide a burn-in method that can be used.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
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下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
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下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
〔1〕レベル変換回路による出力動作遅延の解消と出力バッファの高耐圧維持という観点による、本発明の半導体集積回路は、第1回路(4,7)と、前記第1回路よりも高耐圧の第2回路(3)とを有し、双方の回路の動作電圧を等しくし又は相違させることが可能である。前記第2回路はその動作電圧に応じて前記第1回路の出力をレベル変換可能な複数のレベル変換回路(34,35,54,55)と、前記レベル変換回路の出力を受ける複数の外部出力バッファ(33,53)と、所定のレベル変換回路(54,55)の入力を所定の外部出力バッファ(53)の入力へバイパスさせるバイパス経路(70,71)と、前記所定の外部出力バッファの入力に対する前記所定のレベル変換回路又はバイパス経路の接続を選択する選択回路(74)とを有する。 [1] The semiconductor integrated circuit of the present invention from the viewpoint of eliminating the delay in output operation by the level conversion circuit and maintaining the high breakdown voltage of the output buffer includes the first circuit (4, 7) and a higher breakdown voltage than the first circuit. It is possible to have the second circuit (3) and to make the operating voltage of both circuits equal or different. The second circuit has a plurality of level conversion circuits (34, 35, 54, 55) capable of level-converting the output of the first circuit according to the operating voltage, and a plurality of external outputs for receiving the output of the level conversion circuit. A buffer (33, 53), a bypass path (70, 71) for bypassing an input of a predetermined level conversion circuit (54, 55) to an input of a predetermined external output buffer (53), and the predetermined external output buffer And a selection circuit (74) for selecting connection of the predetermined level conversion circuit or bypass path to the input.
第1回路及び第2回路を低電圧動作させる利用形態では前記所定のレベル変換回路におけるバイパス経路を所定の外部出力バッファの入力に接続する。バイパス経路に接続された外部出力バッファを利用する外部インタフェースではレベル変換により動作遅延の影響を受けず、外部との高速インタフェースを実現することが可能になる。 In a usage mode in which the first circuit and the second circuit are operated at a low voltage, a bypass path in the predetermined level conversion circuit is connected to an input of a predetermined external output buffer. An external interface using an external output buffer connected to the bypass path is not affected by an operation delay due to level conversion, and a high-speed interface with the outside can be realized.
半導体集積回路を適用するシステム上の要求により外部インタフェースに高電圧を利用する利用形態では、第1回路を低電圧動作、第2回路を高電圧動作させ、前記所定の外部出力バッファにおいてもバイパス経路を選択せずレベル変換回路を介在させ、第1回路における低電圧の信号振幅を第2回路の高電圧の信号振幅に変換して外部出力バッファに供給可能にされる。 In a usage mode in which a high voltage is used for an external interface according to a requirement on a system to which a semiconductor integrated circuit is applied, the first circuit is operated at a low voltage, the second circuit is operated at a high voltage, and even in the predetermined external output buffer, a bypass path is used. The low voltage signal amplitude in the first circuit is converted to the high voltage signal amplitude in the second circuit and can be supplied to the external output buffer by interposing the level conversion circuit without selecting.
上記何れの利用形態を採用する場合にも、バーンインでは、第1回路をバーンイン用低電圧動作、第2回路をバーンイン用高電圧動作させ、前記所定の外部出力バッファにおいてもバイパス経路を選択せずレベル変換回路を介在させ、第1回路におけるバーンイン用低電圧の信号振幅を第2回路のバーンイン用高電圧の信号振幅に変換して外部出力バッファに供給可能とする。第1回路の相対的に小さい振幅の中間レベル信号によって第2回路に貫通電流が流れることはないから、その貫通電流に起因する第2回路の特性劣化や破壊は生じない。したがって、第1回路及び第2回路をその耐圧に見合った動作電源を用いてバーンインすることが可能であるから、バーンインによる信頼性を保証する事ができる。 In any of the above usage forms, in burn-in, the first circuit is operated with a low voltage for burn-in, the second circuit is operated with a high voltage for burn-in, and the bypass path is not selected even in the predetermined external output buffer. By interposing a level conversion circuit, the signal amplitude of the low voltage for burn-in in the first circuit is converted into the signal amplitude of the high voltage for burn-in in the second circuit and can be supplied to the external output buffer. Since a through current does not flow through the second circuit due to an intermediate level signal having a relatively small amplitude of the first circuit, characteristic deterioration or destruction of the second circuit due to the through current does not occur. Therefore, the first circuit and the second circuit can be burned in using an operating power supply corresponding to the withstand voltage, and thus reliability by burn-in can be guaranteed.
〔2〕前記レベル変換回路は相互にレベル変換範囲の相違する複数のレベル変換回路から構成してもよい。第1回路と第2回路を相互に異なる動作電圧とするとき、その動作電圧差が大きい場合にも対処できるようにするには、レベル変換範囲に応じて最適なレベル変換回路を複数用意しておき、実際に半導体集積回路を動作させるときの動作電圧差に応じて、使用するレベル変換回路を選択すればよい。 [2] The level conversion circuit may be composed of a plurality of level conversion circuits having different level conversion ranges. In order to be able to cope with the case where the operating voltage difference is large when the first circuit and the second circuit have different operating voltages, a plurality of optimum level conversion circuits are prepared according to the level conversion range. In addition, the level conversion circuit to be used may be selected according to the operating voltage difference when the semiconductor integrated circuit is actually operated.
〔3〕本発明の具体的な形態として、半導体集積回路が第1外部端子(VCC)からの入力電圧を降圧する内部電源降圧回路を有するとき、前記第2回路は第1外部端子に供給される入力電圧を動作電圧とする。前記第1回路は前記内部電源降圧回路の降圧出力電圧又は第2外部端子(VCL)からの入力電圧を動作電源とする。 [3] As a specific form of the present invention, when the semiconductor integrated circuit has an internal power supply step-down circuit for stepping down the input voltage from the first external terminal (VCC), the second circuit is supplied to the first external terminal. The input voltage is the operating voltage. The first circuit uses the step-down output voltage of the internal power supply step-down circuit or the input voltage from the second external terminal (VCL) as an operation power supply.
第1回路及び第2回路の動作電圧を相違させるときは第1端子に外部電源電圧を接続し、第2端子に安定化容量素子を接続すればよい。第1回路及び第2回路の動作電圧を等しくするときは、第1端子及び第2端子に同じ外部電源電圧を接続すればよい。このとき、内部電源降圧回路は、その動作を停止させてもよいが、外部電源回路に比べて電源供給能力は小さいから、動作させても支障はない。 When different operating voltages are used for the first circuit and the second circuit, an external power supply voltage may be connected to the first terminal, and a stabilization capacitor element may be connected to the second terminal. In order to make the operating voltages of the first circuit and the second circuit equal, the same external power supply voltage may be connected to the first terminal and the second terminal. At this time, the operation of the internal power supply step-down circuit may be stopped, but since the power supply capability is smaller than that of the external power supply circuit, there is no problem even if it is operated.
前記第1回路は前記選択回路の選択制御情報(87)を保持するレジスタ手段(94)を有してよい。 The first circuit may include register means (94) for holding selection control information (87) of the selection circuit.
前記第1回路は、例えばクロック信号(104,105)に同期して前記所定の外部出力バッファの出力データを保持する出力ラッチ回路(90)と、前記出力ラッチ回路にラッチするデータを処理するデータ処理回路(20)とを有する。 The first circuit includes, for example, an output latch circuit (90) for holding output data of the predetermined external output buffer in synchronization with a clock signal (104, 105), and data for processing data latched in the output latch circuit And a processing circuit (20).
このとき、前記出力ラッチ回路は所定のIOポートの一部であってもよい。或は、前記出力ラッチ回路は前記所定の外部出力バッファに隣接される専用回路であってもよい。外部出力バッファに隣接されることにより、外部出力バッファへのラッチデータの伝播遅延を小さくすることができる。 At this time, the output latch circuit may be a part of a predetermined IO port. Alternatively, the output latch circuit may be a dedicated circuit adjacent to the predetermined external output buffer. Adjacent to the external output buffer can reduce the propagation delay of the latch data to the external output buffer.
前記クロック信号は、外部から前記出力ラッチ回路及び前記データ処理回路に並列に供給されてよい。前記出力ラッチ回路が外部からのクロック信号を受けて出力ラッチ動作を行なうことにより、外部クロック信号に同期する出力動作においてクロック遅延の影響を小さくすることが可能にある。 The clock signal may be supplied from the outside to the output latch circuit and the data processing circuit in parallel. When the output latch circuit receives an external clock signal and performs an output latch operation, the influence of the clock delay can be reduced in the output operation synchronized with the external clock signal.
更に具体的な形態として、前記データ処理回路はホストインタフェース制御回路である。例えば、前記ホストインタフェース制御回路及び出力ラッチ回路は33MHzの前記外部クロック信号に同期動作する。 As a more specific form, the data processing circuit is a host interface control circuit. For example, the host interface control circuit and the output latch circuit operate in synchronization with the external clock signal of 33 MHz.
〔4〕本発明に係るバーンイン方法は、第1回路と、前記第1回路よりも高耐圧の第2回路とを有し、双方の回路の動作電圧を等しくし又は相違させることが可能であり、前記第2回路はその動作電圧に応じて前記第1回路の出力をレベル変換可能なレベル変換回路と、前記レベル変換回路の出力を受ける外部出力バッファと、所定のレベル変換回路の入力を選択的に外部出力バッファの入力へバイパスさせるバイパス回路とを有する半導体集積回路に対するバーンインに当たり、第1回路と第2回路の動作電圧を相違させ、前記バイパス回路にバイパス非選択を設定する。 [4] The burn-in method according to the present invention includes the first circuit and the second circuit having a higher breakdown voltage than the first circuit, and the operating voltages of both circuits can be made equal or different. The second circuit selects a level conversion circuit capable of level-converting the output of the first circuit according to its operating voltage, an external output buffer for receiving the output of the level conversion circuit, and an input of a predetermined level conversion circuit When burn-in is performed on a semiconductor integrated circuit having a bypass circuit that is bypassed to the input of the external output buffer, the operating voltages of the first circuit and the second circuit are made different, and bypass deselection is set for the bypass circuit.
〔5〕クロック遅延の抑制という観点による、本発明に係る半導体集積回路は、外部出力バッファ(53)と、前記外部出力バッファから出力すべきデータを外部クロック信号(100)に同期してラッチするラッチ回路(90)と、前記ラッチ回路にラッチすべきデータの処理回路(20)とを有する。前記ラッチ回路と前記処理回路は前記外部クロック信号を受けるクロックバッファ(101)の出力を共通に入力する。 [5] The semiconductor integrated circuit according to the present invention from the viewpoint of suppressing clock delay latches the external output buffer (53) and data to be output from the external output buffer in synchronization with the external clock signal (100). A latch circuit (90) and a data processing circuit (20) to be latched in the latch circuit are included. The latch circuit and the processing circuit commonly receive the output of a clock buffer (101) that receives the external clock signal.
前記ラッチ回路が外部からのクロック信号を受けて出力ラッチ動作を行なうことにより、外部クロック信号に同期する出力動作において内部クロック遅延の影響を小さくすることが可能になる。 When the latch circuit receives an external clock signal and performs an output latch operation, it is possible to reduce the influence of the internal clock delay in the output operation synchronized with the external clock signal.
前記ラッチ回路を前記外部出力バッファの近傍に配置すれば、外部出力バッファへのラッチデータの伝播遅延を小さくすることができる。 If the latch circuit is arranged in the vicinity of the external output buffer, the delay of propagation of latch data to the external output buffer can be reduced.
前記ラッチ回路とは別に、前記外部出力バッファから出力すべきデータを内部クロック信号に同期してラッチ可能なIOポート(93)を設け、選択的に前記IOポートの動作と前記ラッチ回路の動作を切り換え可能に構成してもよい。 In addition to the latch circuit, an IO port (93) that can latch data to be output from the external output buffer in synchronization with an internal clock signal is provided, and the operation of the IO port and the operation of the latch circuit are selectively performed. You may comprise so that switching is possible.
〔6〕本発明の更に別に観点による半導体集積回路は、中央処理装置と、基準クロック信号を受けて上記中央処理装置に供給されるべき動作クロックを発生するクロック発生回路と、前記中央処理装置に結合される内部バスと、前記内部バスに結合され、複数の出力バッファ、前記複数の出力バッファから出力すべきデータを外部クロック信号に同期してラッチする複数のラッチ回路及び前記複数のラッチ回路にラッチされるべきデータを処理する処理回路を有するホストインタフェースモジュールと、前記外部クロック信号を外部から供給される外部端子と、を有し、前記複数のラッチ回路は前記複数の出力バッファの近傍にそれぞれ配置され、前記外部端子に供給された前記外部クロック信号は、前記複数のラッチ回路に共通に入力される。 [6] A semiconductor integrated circuit according to still another aspect of the present invention includes a central processing unit, a clock generation circuit that receives a reference clock signal and generates an operation clock to be supplied to the central processing unit, and the central processing unit. A plurality of output buffers coupled to the internal bus, a plurality of latch circuits for latching data to be output from the plurality of output buffers in synchronization with an external clock signal, and the plurality of latch circuits; A host interface module having a processing circuit for processing data to be latched; and an external terminal to which the external clock signal is supplied from the outside, wherein the plurality of latch circuits are respectively close to the plurality of output buffers. The external clock signal arranged and supplied to the external terminal is input in common to the plurality of latch circuits. .
具体的な態様として、上記において前記ホストインタフェースモジュールは、LPC(Low Pin Count)バスインタフェース用ホストインタフェースモジュールであってよい。 As a specific aspect, in the above, the host interface module may be an LPC (Low Pin Count) bus interface host interface module.
更に具体的な態様として、前記複数の出力バッファから出力すべきデータを前記クロック発生回路から出力される内部クロック信号に同期してラッチ可能なIOポートを有し、選択的に前記IOポートの動作と前記ラッチ回路の動作が切り換え可能にされてよい。 As a more specific aspect, there is an IO port that can latch data to be output from the plurality of output buffers in synchronization with an internal clock signal output from the clock generation circuit, and selectively operate the IO port. The operation of the latch circuit may be switchable.
さらに、前記内部バスに結合され、外部から供給されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するAD変換回路を有し、前記前記ホストインタフェースモジュールは、前記AD変換回路によって変換された前記デジタル信号を前記半導体集積回路に結合されるべきホストプロセッサへ供給するように構成してもよい。 And an AD conversion circuit coupled to the internal bus for converting an analog signal supplied from the outside into a digital signal, wherein the host interface module converts the digital signal converted by the AD conversion circuit into the semiconductor It may be configured to supply a host processor to be coupled to the integrated circuit.
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。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、第1回路及びこれよりも高耐圧の第2回路を低電圧動作させる利用形態では所定のレベル変換回路におけるバイパス経路を所定の外部出力バッファの入力に接続するから、バイパス経路に接続された外部出力バッファを利用する外部インタフェースでは、レベル変換による動作遅延の影響を受けず、外部との高速インタフェースを実現することが可能になる。 In other words, in the usage mode in which the first circuit and the second circuit having a higher withstand voltage than the first circuit are operated at a low voltage, the bypass path in the predetermined level conversion circuit is connected to the input of the predetermined external output buffer. In the external interface using the external output buffer, it is possible to realize a high-speed interface with the outside without being affected by the operation delay due to the level conversion.
外部インタフェースに高電圧を利用する利用形態では、第1回路を低電圧動作、第2回路を高電圧動作させ、前記所定の外部出力バッファにおいてもバイパス経路を選択せずレベル変換回路を介在させ、第1回路における低電圧の信号振幅を第2回路の高電圧の信号振幅に変換して外部出力バッファに供給可能にされる。 In a usage mode in which a high voltage is used for the external interface, the first circuit is operated at a low voltage, the second circuit is operated at a high voltage, and a level conversion circuit is interposed in the predetermined external output buffer without selecting a bypass path, The low-voltage signal amplitude in the first circuit is converted into the high-voltage signal amplitude in the second circuit and can be supplied to the external output buffer.
半導体集積回路に上記何れの利用形態を採用する場合でも、バーンインでは、第1回路をバーンイン用低電圧動作、第2回路をバーンイン用高電圧動作させ、前記所定の外部出力バッファにおいてもバイパス経路を選択せずレベル変換回路を介在させ、第1回路におけるバーンイン用低電圧の信号振幅を第2回路のバーンイン用高電圧の信号振幅に変換して外部出力バッファに供給可能とされる。第1回路の相対的に小さい振幅の中間レベル信号によって第2回路に貫通電流が流れることはないから、その貫通電流に起因する第2回路の特性劣化や破壊は生じない。したがって、第1回路及び第2回路をその耐圧に見合った動作電源を用いてバーンインすることが可能であるから、バーンインによる信頼性を保証する事ができる。 In any of the above-described usage forms in the semiconductor integrated circuit, in the burn-in, the first circuit is operated with a low voltage for burn-in, the second circuit is operated with a high voltage for burn-in, and a bypass path is also formed in the predetermined external output buffer. The signal amplitude of the low voltage for burn-in in the first circuit is converted to the signal amplitude of the high voltage for burn-in in the second circuit by interposing a level conversion circuit without selection, and can be supplied to the external output buffer. Since a through current does not flow through the second circuit due to an intermediate level signal having a relatively small amplitude of the first circuit, characteristic deterioration or destruction of the second circuit due to the through current does not occur. Therefore, the first circuit and the second circuit can be burned in using an operating power supply corresponding to the withstand voltage, and thus reliability by burn-in can be guaranteed.
レベル変換回路による出力動作遅延の解消と出力バッファの高耐圧維持という観点より、クロック信号に同期する外部出力動作の高速化を実現することができる。 From the viewpoint of eliminating output operation delay due to the level conversion circuit and maintaining a high breakdown voltage of the output buffer, it is possible to realize high speed external output operation synchronized with the clock signal.
クロック遅延の抑制という観点より、外部クロック信号に同期する外部出力動作の高速化を実現することができる。 From the viewpoint of suppressing the clock delay, it is possible to realize a high-speed external output operation synchronized with the external clock signal.
レベル変換回路による出力動作遅延の解消と出力バッファの高耐圧維持という観点よりクロック同期の外部出力動作を高速化した半導体集積回路におけるバーンインによる信頼性を向上させることができる。 From the viewpoint of eliminating output operation delay by the level conversion circuit and maintaining high breakdown voltage of the output buffer, it is possible to improve the reliability due to burn-in in the semiconductor integrated circuit in which the clock-synchronized external output operation is speeded up.
図1には本発明に係る半導体集積回路の一例であるマイクロコンピュータが示される。同図に示されるマイクロコンピュータ1は、単結晶シリコンのような1個の半導体基板(チップ)に例えば公知のCMOS集積回路製造技術により形成される。特に制限されないが、チップの周囲にボンディングパッドのような多数の外部端子2が配置され、その内側にバッファ部3、入出力ポート4、アナログポート5、内部電源降圧回路6が配置され、中央部に、内部ディジタル部7及びアナログ部8が配置される。
FIG. 1 shows a microcomputer as an example of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. The
前記入出力ポート4及び内部ディジタル部7は、比較的耐圧の低いMOSトランジスタ等によって構成される第1回路を成す。これに対し、前記バッファ部3は比較的耐圧の高いMOSトランジスタ等によって構成される、高耐圧の第2回路を成す。前記アナログポート5、内部電源降圧回路6及びアナログ部8も、比較的耐圧の高いMOSトランジスタ等によって構成される。
The input /
内部ディジタル部7は、振動子又は基準システムクロック信号に基づいて内部動作クロック信号を生成するクロック発振器10、中央処理装置(CPU)11、CPU11の動作プログラムなどを保有するROM12、CPU11のワーク領域等に利用されるRAM13、例外処理要求及び割込み処理要求に応答してCPU11への割込みを制御する割込みコントローラ14、CPU11による初期設定にしたがってデータ転送制御を行なうデータトランスファコントローラ(DTC)15、CPU11又はデータトランスファコントローラ15によるアクセス動作に応答して内部バス及び外部バスに対するバス制御を行なうバスコントローラ16を有する。更に、内部ディジタル部6は、IOコントローラ(入出力制御回路)として、シリアルコミュニケーションインタフェース(SCI)コントローラ18、ISA(Industry Standard Architecture)バスHIF(Host Interface)回路19、及びLPCバスHIF回路(LPCバスインタフェースモジュールとも称する)20を有する。その他に内部ディジタル部6は、ウォッチドッグタイマ(WDT)21、16ビットフリーランニングタイマ22、8ビットタイマ23、8ビットPWM(Pulse Width Modulator)24、14ビットPWM25、及びI2C(Inter IC)26を備える。
The internal digital unit 7 includes a
前記アナログ部8はアナログ・ディジタル変換回路(A/D)27、ディジタル・アナログ変換回路(D/A)28を備える。
The
マイクロコンピュータ1は電源用端子として、電源端子VCC、回路の接地端子GND、低圧動作用端子VCL、アナログ電源端子AVCC、アナログ接地端子AVSSを有する。アナログ電源端子AVCC及びアナログ接地端子AVSSはアナログポート5及びアナログ回路部8に専用化される。
The
前記電源端子VCCから供給される動作電源はバッファ部3及び内部電源降圧回路6に供給される。内部電源降圧回路6は電源端子VCCから供給される動作電源の電圧を降圧し、降圧電圧を入出力ポート4及び内部ディジタル部7の降圧電源として供給する。前記低圧動作用端子VCLは降圧電源の供給経路に接続する。マイクロコンピュータ1は、電源端子VCCに比較的高い電圧受けて動作する高電圧動作と、電源端子VCCに比較的低い電圧受けて動作する低電圧動作の双方に対応する。
The operating power supplied from the power supply terminal VCC is supplied to the
図2にはマイクロコンピュータの高電圧動作時における電源端子接続形態が例示される。電源端子VCCには外部電源回路30より4.5〜5.5Vの外部電源が供給される。内部電源降圧回路は例えば3.2V程度に降圧した降圧電圧を出力する。低圧動作用端子VCLには安定化容量素子31(例えば0.1μF)が接続される。これにより、バッファ部3は4.5〜5.5Vの外部電源で動作し、入出力ポート4及び内部ディジタル部7は3.2V程度の降圧電圧で動作する。
FIG. 2 illustrates a power supply terminal connection form when the microcomputer operates at a high voltage. An external power supply of 4.5 to 5.5 V is supplied from the external
図3にはマイクロコンピュータの低電圧動作時における電源端子接続形態が例示される。電源端子VCC及び低圧動作用端子VCLには外部電源回路32より3.0〜3.6Vの外部電源が供給される。内部電源降圧回路6は降圧動作を停止すればよいが、外部電源回路32に比べてその電源供給能力は小さいから動作させても実質的に支障はない。これにより、バッファ部3、入出力ポート4及び内部ディジタル部7は3.0〜3.6Vの比較的低い外部電源で動作する。
FIG. 3 illustrates a power supply terminal connection form when the microcomputer operates at a low voltage. An external power supply of 3.0 to 3.6 V is supplied from the external
図4にはバッファ部3における出力バッファ及びレベル変換回路が例示される。出力バッファ33はpチャネル型MOSトランジスタQ1とnチャネル型MOSトランジスタQ2とによりCMOSインバータで構成される。MOSトランジスタQ1、Q2のゲート電極はレベル変換回路34,35の出力をインバータ36,37を介して受ける。レベル変換回路34,35には入出力ポート4の出力ラッチ回路40のラッチデータが出力制御回路41を介して供給される。前記高電圧動作時において、レベル変換回路34,35は降圧電圧を振幅とする比較的振幅の小さい信号を入力し、外部電源電圧の振幅に変換して出力する。例えばレベル変換回路34においてMOSトランジスタQ3,Q4が降圧電圧のハイレベルを受け、MOSトランジスタQ5,Q6がローレベルを受けると、MOSトランジスタQ4がオン、MOSトランジスタQ3,Q7がオフ、MOSトランジスタQ6がオフ、MOSトランジスタQ5,Q8がオンにされ、MOSトランジスタQ5とQ6のコモンドレインに外部電源電圧のハイレベルを得る。このレベル変換機能により、バッファ部3において外部電源を動作電源とする回路が降圧電圧のハイレベルを中間レベルとして受けることによる誤動作及び不所望な貫通電流の発生を抑制することができる。
FIG. 4 illustrates an output buffer and a level conversion circuit in the
低電圧動作時にはレベル変換回路の入力と出力の間に実質的なレベル変換は行われないが、入力に応答する出力論理値が確定するにはレベル変換回路におけるスタティックラッチ動作を経ることが必要であり、これは出力動作遅延を構成することになる。 During low-voltage operation, no substantial level conversion is performed between the input and output of the level conversion circuit, but it is necessary to go through a static latch operation in the level conversion circuit in order to determine the output logic value that responds to the input. Yes, this constitutes an output operation delay.
尚、図4において42、43はインバータである。出力制御回路41はインバータ44〜47、2入力ノアゲート48及び2入力ナンドゲート49から構成される。出力制御回路41は制御信号50のローレベルで出力バッファ33を高出力インピーダンスとし、制御信号50のハイレベルにより出力バッファ33によるラッチデータの出力動作を可能にする。
In FIG. 4,
図5にはバッファ部3においてLPCバスHIF回路20の出力に割当てられる出力バッファ及びレベル変換回路が例示される。同図に示される構成は、図4と夫々同じ構成の、出力バッファ53、レベル変換回路54,55、及び出力制御回路61を基本とし、その上で、バイパス経路70,71と選択回路74を備えて構成される。
FIG. 5 illustrates an output buffer and level conversion circuit allocated to the output of the LPC
バイパス経路70,71は、レベル変換回路54,55の入力をインバータ72、73などを介して出力バッファ53の入力へバイパスさせる。選択回路74は、出力バッファ53に対するレベル変換回路54,55又はバイパス経路70,71の接続を選択する回路である。選択回路74はレベル変換回路54又はバイパス経路70の接続を選択するために排他的に出力動作可能にされるクロックドインバータ75,76を有し、クロックドインバータ75,76の出力はインバータ80,56を介してMOSトランジスタQ1のゲート電極に接続する。また、選択回路74はレベル変換回路55又はバイパス経路71の接続を選択するために排他的に出力動作可能にされるクロックドインバータ77,78を有し、クロックドインバータ77,78の出力はインバータ81,57を介してMOSトランジスタQ2のゲート電極に接続する。
The
前記クロックドインバータ75〜78は制御信号87によってその動作が選択される。制御信号87はインバータ82〜84を介して相補信号に変換されてクロックドインバータ75〜78に供給される。制御信号87のハイレベルによりバイパス経路70,71が選択され、制御信号87のローレベルによりレベル変換回路54,55の出力が選択される。
The operation of the clocked
図5では出力制御回路61はインバータ64〜67、2入力ノアゲート68及び2入力ナンドゲート69から構成される。出力制御回路61は制御信号85のローレベルで出力バッファ53を高出力インピーダンスとし、制御信号85のハイレベルにより出力バッファ53によるデータ88の出力動作を可能にする。前記データ88は代表的に示された出力ラッチ回路86から出力される。出力ラッチ回路86は、クロック端子CKに供給されるクロック信号に同期してデータをラッチする。
In FIG. 5, the
図6には図5のバッファ部3における信号波形が例示される。バイパス経路70,71の出力波形と、レベル変換回路54,55におけるインバータ62,63の出力とを比べると、レベル変換回路54,55の出力はその動作遅延により遅れるが、バイパス経路70,71ではそのような動作遅延による遅れを生じない。
FIG. 6 illustrates signal waveforms in the
LPCバスHIF回路20を用いるホストインタフェース制御を行なうときは(LPC通信有効時)、ハイレベルの制御信号87にてバイパス経路70,71を選択することにより、ラッチ回路86の出力動作タイミング(ラッチ回路86によるデータ88のラッチ動作を規定するクロック変化)に対して、比較的早いタイミングでそのラッチデータが出力端子2から出力される。この時のラッチデータの出力経路ではレベル変換回路54,55による動作遅延の影響を受けないからである。
When host interface control using the LPC
LPCバスHIF回路20を用いるホストインタフェース制御を行なわないときは(LPC通信無効時)、ローレベルの制御信号87にてレベル変換回路54,55を選択することにより、前記ラッチ回路86の出力動作タイミング(ラッチ動作を規定するクロック変化)に対して、遅延したタイミングでそのラッチデータが出力端子2から出力される。この時はレベル変換回路54,55による動作遅延の影響を受けるからである。
When host interface control using the LPC
図7にはLPC通信の有効/無効と動作電源との対応関係が例示される。動作状態はバーンインと通常動作(バーンイン以外の動作状態)とに大別され、通常動作はLPC通信有効と無効の状態に大別される。通常動作のLPC通信有効時では低電圧動作状態とし、端子VCC、VCLに3.3Vのような低電圧を供給し、バッファ部3、入出力ポート4及び内部ディジタル部7を3.3Vのような低電圧電源で動作させる。この動作形態において、LPCバスHIF回路20を用いるホストインタフェース制御を行なう場合には、制御信号87がハイレベル(この場合には3.3V)に設定されることにより、当該インタフェース用のバッファ部3では、選択回路74のクロックドインバータ76,77がオン、クロックドインバータ75,78がオフにされ、バイパス経路70,71が選択され、前記高速のLPCバスインタフェースを実現することができる。LPCバスインタフェース以外の外部インタフェース用バッファ部に関しては、低電圧動作状態においても出力信号はレベル変換回路を通ることになる。ここでは、LPCバスインタフェース以外の外部インタフェースでは、レベル変換回路の動作遅延が問題になる程厳しい出力タイミングが要求されていないからである。
FIG. 7 illustrates the correspondence between LPC communication valid / invalid and operating power supply. The operation state is broadly divided into burn-in and normal operation (operation states other than burn-in), and the normal operation is broadly divided into LPC communication valid and invalid states. When LPC communication in normal operation is valid, the low voltage operation state is set, a low voltage such as 3.3V is supplied to the terminals VCC and VCL, and the
通常動作のLPC通信無効時では高電圧動作状態とし、端子VCCに5.0Vの外部電源を供給し、端子VCLに安定化容量を結合し、バッファ部3を外部電源で動作させ、入出力ポート4及び内部ディジタル部7を3.2Vのような内部降圧電圧で動作させる。この動作形態では前記制御信号87がローレベル(この場合には0V)に設定され、バッファ部3では、選択回路74のクロックドインバータ76,77がオフ、クロックドインバータ75,78がオンにされ、レベル変換回路54,55の出力が選択され、降圧電圧の低振幅信号をレベル変換回路54,55で外部電源の振幅に拡張して、出力バッファ53から外部端子2に出力させることができる。したがって、5Vのような比較的高い動作電圧を用いるデータ処理システムに適用させて動作させることが可能になる。
When LPC communication in normal operation is disabled, a high voltage operation state is set, an external power supply of 5.0 V is supplied to the terminal VCC, a stabilization capacitor is coupled to the terminal VCL, and the
通常動作時にLPC通信を有効/無効何れで利用する場合にも、バーンイン時には、電源端子VCCに7.0Vのようなバーンイン用高電圧を印加し、通常動作のLPC通信無効状態と同じように制御信号87をローレベルに設定し、電圧変換回路54,55による変換機能を有効にしておく。したがって、相対的に耐圧の低い入出力ポート4及び内部ディジタル部7に対しては比較的電圧の低い4.6V程度の電圧でバーンインを行なうことができ、耐圧の高いバッファ部3などに対しては比較的電圧の高い7.0V程度の外部電源電圧でバーンインを行なうことができ、高耐圧回路3に対してもバーンインの信頼性を保証することができる。しかも、低電圧動作される入出力ポート2はレベル変換回路54,55を介して高電圧動作されるバッファ部3と接続するから、入出力ポート2からバッファ部3のインバータに直接中間レベルの信号が供給され続ける事態を一切生じない。
Regardless of whether LPC communication is enabled or disabled during normal operation, a burn-in high voltage such as 7.0 V is applied to the power supply terminal VCC during burn-in, and control is performed in the same manner as in the normal operation LPC communication disabled state. The
図8にはLPCバスインタフェースの為にバイパス経路を採用しないマイクロコンピュータにおいて通常動作時にLPC通信有効として利用する場合を図5との比較例として示す。図8において、インバータ64,65の入力をプルアップし、インバータ62,63の出力をフローティングとし、ノアゲート68の出力を配線でインバータ56の入力にバイパスし、ナンドゲート69の出力を配線でインバータ57の入力にバイパスする。上記バイパスなどの処理は配線マスタスライスなどのプロセス上の固定的な手法で選択されている。これにより、前記低電圧動作されるLPC通信有効とする利用形態において、レベル変換回路54,55の動作遅延がLPCインタフェースの為のデータ出力動作に影響を与えなくなる。しかしながら、バーンイン時に、図5の場合のバーンイン時と同じように7.0V程度のバーンイン電圧を外部端子VCCに与えて高電圧動作状態にすると、バッファ部3に対して高電圧によるストレスをかけることはできるが、バイパス用配線を介してインバータ56,57のゲートに4.6V程度の電圧振幅を持つ中間レベルの信号が入力され、インバータ56,57に貫通電流が流れ、閾値電圧が変化したり破壊の虞を生ずる。図5に例示されるようにLPCバスインタフェースの為のバイパス経路70,71と選択回路74を採用するマイクロコンピュータではその虞は全くない。
FIG. 8 shows, as a comparative example with FIG. 5, a case where a microcomputer that does not employ a bypass path for the LPC bus interface is used as LPC communication valid during normal operation. In FIG. 8, the inputs of
図9には図5の回路構成とLPCバスHIF回路20との接続関係が例示される。図5の回路構成に対応させて入出力ポート4は、例えばLPC用出力ラッチ回路90を有する出力制御回路91と汎用出力ラッチ回路92を有する出力制御回路93を備える。出力制御回路91はLPCバスHIF回路20に接続されて専用化される。出力制御回路93は内部データバスを介して8ビットタイマ23等のその他の周辺回路に接続可能にされ、汎用的に利用される。
FIG. 9 illustrates a connection relationship between the circuit configuration of FIG. 5 and the LPC
LPCバスHIF回路20はLPCイネーブルビットElpc等の制御ビットを含むコントロールレジスタ94を有する。Elpc=“1(ハイレベル)”でLPC通信有効が設定され、Elpc=“0(ローレベル)”でLPC通信無効が設定される。このLPCイネーブルビットElpcは、出力制御回路91,93に供給され、且つ、制御信号87として前記選択回路74に供給される。
The LPC
Elpc=“1”(87=“1”)で指示されるLPC通信有効時には、LPC用の出力制御回路91が動作可能にされ、汎用の出力制御回路93は動作不可能にされる。このとき、ハイレベルの制御信号87により、前記バイパス経路70,71が選択され、レベル変換機能が無効にされ、前記低電圧動作による高速出力動作可能な状態にされる。一方、Elpc=“0”(87=“0”)で指示されるLPC通信無効時には、LPC用の出力制御回路91が動作不可能にされ、汎用の出力制御回路93が動作可能にされる。このとき、ローレベルの制御信号87により、レベル変換回路54,55によるレベル変換機能が有効にされ、前記高電圧動作によるレベル変換出力動作が可能な状態にされる。
When the LPC communication indicated by Elpc = “1” (87 = “1”) is valid, the LPC
LPC通信を有効にするときのマイクロコンピュータは低電圧動作形態で動作電源の供給を受ける。Elpc=“1”(87=“1”)で指示されるLPC通信有効時には、LPC用の出力制御回路91が動作可能にされ、汎用の出力制御回路93は動作不可能にされる。出力制御回路91は、動作可能にされると、LPCバスHIF回路20からのインタフェースデータをクロック信号に同期させて出力ラッチ回路90にラッチさせ、制御信号85により出力ゲート回路61を出力動作可能に制御して、データ88を出力バッファ53から出力可能にする。このとき選択回路74は制御信号87にてバイパス経路70,71を選択するから、出力バッファ53による出力動作は、レベル変換回路54,55による動作遅延の影響を受けず、高速化される。汎用の出力制御回路93は、動作不可能にされると、制御信号85及びデータ88の出力端子を高出力インピーダンス状態に制御する。
The microcomputer for enabling the LPC communication is supplied with operating power in a low voltage operation mode. When the LPC communication indicated by Elpc = “1” (87 = “1”) is valid, the LPC
一方、LPC通信を無効にするときのマイクロコンピュータは高電圧動作形態で動作電源の供給を受ける。Elpc=“0”(87=“0”)で指示されるLPC通信無効時には、汎用の出力制御回路93が動作可能にされ、LPC用の出力制御回路91は動作不可能にされる。出力制御回路93は、動作可能にされると、所定の周辺回路から内部データバスを介して供給されるインタフェースデータをクロック信号に同期させて出力ラッチ回路92にラッチさせ、制御信号85により出力ゲート回路61を出力動作可能に制御して、データ88を出力バッファ53から出力可能にする。このとき選択回路74は制御信号87にてレベル変換回路54,55を選択するから、出力バッファ53による出力動作において、レベル変換回路54,55による動作遅延の影響を受けるが、降圧電圧振幅から外部電圧振幅へのレベル変換を介して出力動作される。LPC用の出力制御回路91は、動作不可能にされると、制御信号85及びデータ88の出力端子を高出力インピーダンス状態に制御する。
On the other hand, the microcomputer for disabling LPC communication is supplied with operating power in a high voltage operation mode. When LPC communication instructed by Elpc = “0” (87 = “0”) is disabled, the general-purpose
図10にはLPCバスインタフェース用の出力ラッチ回路90に対するラッチクロック信号の伝達系が例示される。図10では、クロック入力端子2(CK)からLPCバスインタフェース用のPCIクロック信号100が入力され、バッファ部3のクロック入力バッファ101、入出力ポート4のクロック入力ポート102、及びクロックドライバ103を介して、内部クロック信号104がLPCバスHIF回路20に供給される。LPCバスHIF回路20は内部クロック信号104に同期してバスインタフェース制御を行い、出力データを出力ラッチ回路90に向けて出力する。出力ラッチ回路90は前記内部クロック信号104をクロック端子CKに受けてラッチ動作を行なう。クロック信号104に同期して出力ラッチ回路90にラッチされたデータ88はバッファ部3を介してデータ出力端子2(D)に出力される。このクロック信号伝達系において、PCIクロック信号100の変化に同期させてデータ出力端子2(D)からデータを出力するときの遅延要素は、クロック入力端子2(CK)から出力ラッチ回路90のクロック入力端子CKに至るクロック遅延と、出力ラッチ回路90からデータ出力端子2(D)に至るデータの伝播遅延である。データ伝播遅延に対しては前記選択回路74で選択可能なバイパス経路70,71にて改善した。クロック遅延に対してはクロック伝達経路中のゲート段数を減らすようにすればよい。
FIG. 10 illustrates a transmission system of a latch clock signal for the
図11にはクロック遅延及びデータ伝播遅延を更に改善する例が示される。LPCバスインタフェース用のデータ出力動作のためのクロック遅延を更に小さくするために、PCIクロック信号100のクロック入力バッファ101の近傍に出力ラッチ回路90を配置し、クロック入力バッファ101から出力されるクロック信号105を出力ラッチ回路90に供給する。更にデータ伝播遅延を更に小さくする為に、出力ラッチ回路90を出力バッファ53の直近、即ちデータ出力端子2(D)の直近に配置する。汎用的な入出力に利用される出力データラッチ回路92には内蔵クロック発振器10で生成される内部クロック信号107が供給される。図11において出力データラッチ回路90は、前記制御信号87のハイレベルによってラッチ出力動作可能にされ、前記制御信号87のローレベルによって高出力インピーダンス状態にされる。出力データラッチ回路92は、前記制御信号87のローレベルによってラッチ出力動作可能にされ、前記制御信号87のハイレベルによって高出力インピーダンス状態にされる。
FIG. 11 shows an example in which the clock delay and the data propagation delay are further improved. In order to further reduce the clock delay for the data output operation for the LPC bus interface, an
図12にはバッファ部近傍のレイアウトが例示される。クロック入力バッファ101、LPCバスインタフェース用の出力データラッチ回路90は出力バッファ53及びデータ出力端子2(D)の直近に配置されている。これに対して、汎用インタフェース用の出力データラッチ回路92は入出力ポート2に配置され、相対的に出力バッファ53及びデータ出力端子2(D)から離れている。
FIG. 12 illustrates a layout near the buffer unit. The
図13には高電圧動作させる外部電源の電圧を2通りに選択可能とする半導体集積回路の例を示す。通常動作における低電圧動作形態はVCC=VCL=1.8V、通常動作における第1の高電圧動作形態はVCC=3.3V,VCL=1.8V、通常動作における第2の高電圧動作形態はVCC=5.0V,VCL=1.8Vとする。バーンイン時における高電圧動作形態はVCC=7.0V,VCL=2.8Vとする。これに対処するレベル変換回路は外部電源に応じてレベル変換範囲を相違しなければならない。同一回路構成で複数のレベル変換範囲に対して変換の高速性を第1とするような場合には、レベル変換範囲に応じて異なった回路構成のレベル変換回路を採用するのが得策である。そこで、図13では、変換レベル範囲の広い変換用にレベル変換回路110,111,113を採用する。それらは、前記レベル変換回路54,55に対して、MOSトランジスタQ3,Q4のコモンドレインに対する電荷引き抜きを加速するためにMOSトランジスタQ10,Q11を追加し、同様に、MOSトランジスタQ5,Q6のコモンドレインに対する電荷引き抜きを加速するためにMOSトランジスタQ12,Q113を追加して構成される。選択回路116にはレベル変換回路110、111を選択するためのクロックドインバータ114,115が追加されている。更に選択回路116の選択動作を行なう選択信号120,121,122の3本とする。選択信号121,122に関してはレベル変換回路112,113でレベル変換を行なってクロックドインバータ75,76とクロックドインバータ114,115に供給される。図5の例では高電圧動作形態において信号87が採り得るレベルはローレベルに限定されるから、選択制御信号87の伝播経路ではレベル変換を要しない。これに対し、図13の例では、高電圧動作形態において信号121,122が採り得るレベルはローレベルに限定されないから、レベル変換回路112,113を必要とする。尚、図13の回路構成において図5と同一機能を有する回路要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
FIG. 13 shows an example of a semiconductor integrated circuit in which the voltage of the external power supply operated at a high voltage can be selected in two ways. The low voltage operation mode in normal operation is VCC = VCL = 1.8V, the first high voltage operation mode in normal operation is VCC = 3.3V, VCL = 1.8V, and the second high voltage operation mode in normal operation is VCC = 5.0V, VCL = 1.8V. The high voltage operation mode at the time of burn-in is assumed to be VCC = 7.0V and VCL = 2.8V. The level conversion circuit for dealing with this must have different level conversion ranges according to the external power supply. In the case where the high-speed conversion is performed first with respect to a plurality of level conversion ranges with the same circuit configuration, it is advantageous to employ level conversion circuits having different circuit configurations according to the level conversion ranges. Therefore, in FIG. 13,
図14には図13の半導体集積回路におけるLPC通信の有効/無効と動作電源との対応関係が例示される。動作状態はバーンインと通常動作(バーンイン以外の動作状態)とに大別され、通常動作はLPC通信有効と無効の状態に大別されることは、図7と同じである。通常動作における低電圧動作形態(VCC=VCL=1.8V)ではLPC通信有効とされる。この動作形態において、LPCバスHIF回路20を用いるホストインタフェース制御を行なう場合には、制御信号120がハイレベル(この場合にはVCLレベル)に設定され、制御信号121,122がローレベル(この場合には0.0V)に設定されることにより、当該インタフェース用のバッファ部3では、選択回路116のクロックドインバータ76,77がオン、クロックドインバータ75,78、114,115がオフにされ、バイパス経路70,71が選択され、前記高速のLPCバスインタフェースを実現することができる。
FIG. 14 illustrates the correspondence relationship between the validity / invalidity of LPC communication and the operation power supply in the semiconductor integrated circuit of FIG. The operation state is roughly divided into burn-in and normal operation (operation states other than burn-in), and the normal operation is roughly divided into LPC communication valid and invalid states, as in FIG. In the low voltage operation mode (VCC = VCL = 1.8 V) in normal operation, LPC communication is valid. In this operation mode, when host interface control using the LPC
通常動作における第1の高電圧動作形態(VCC=3.3V,VCL=1.8V)ではLPC通信無効とされる。この動作形態において、この動作形態では前記制御信号121がハイレベル、制御信号120,122がローレベルに設定され、バッファ部3では、選択回路116のクロックドインバータ76,77、114,115がオフ、クロックドインバータ75,78がオンにされ、レベル変換回路54,55の出力が選択され、降圧電圧の低振幅信号をレベル変換回路54,55で外部電源の振幅に拡張して、出力バッファ53から外部端子2の出力させることができる。3.3Vのような動作電圧を用いるシステムに適用させて動作させることが可能である。
In the first high voltage operation mode (VCC = 3.3V, VCL = 1.8V) in normal operation, LPC communication is disabled. In this operation mode, in this operation mode, the
通常動作における第2の高電圧動作形態(VCC=5.0V,VCL=1.8V)ではLPC通信無効とされる。この動作形態において、この動作形態では前記制御信号122がハイレベル、制御信号120,121がローレベルに設定され、バッファ部3では、選択回路116のクロックドインバータ75〜78がオフ、クロックドインバータ114,115がオンにされ、レベル変換回路110,111の出力が選択され、降圧電圧の低振幅信号をレベル変換回路110,111で外部電源の振幅に拡張して、出力バッファ53から外部端子2の出力させることができる。5.0Vのような動作電圧を用いるシステムに適用させて動作させることが可能である。
In the second high voltage operation mode (VCC = 5.0V, VCL = 1.8V) in normal operation, LPC communication is disabled. In this operation mode, in this operation mode, the
バーンイン時における高電圧動作形態はVCC=7.0V,VCL=2.8Vとし、通常動作における第2の高電圧動作形態と同じように制御信号120,121をローレベル、122をハイレベルに設定し、電圧変換回路110,111による変換機能を有効にしておく。したがって、相対的に耐圧の低い入出力ポート4及び内部ディジタル部7に対しては比較的電圧の低い2.8V程度の電圧でバーンインを行なうことができ、耐圧の高いバッファ部3などに対しては比較的電圧の高い7.0V程度の外部電源電圧でバーンインを行なうことができ、高耐圧回路3に対してもバーンインの信頼性を保証することができる。しかも、低電圧動作される入出力ポート2はレベル変換回路110,111を介して高電圧動作されるバッファ部3と接続するから、入出力ポート2からバッファ部3のインバータに直接中間レベルの信号が供給され続ける事態を一切生じない。
The high voltage operation mode at the time of burn-in is VCC = 7.0V, VCL = 2.8V, and the control signals 120 and 121 are set to low level and 122 is set to high level as in the second high voltage operation mode in normal operation. Then, the conversion function by the
図15にはマイクロコンピュータ1をLPCバスに接続される各種インタフェースコントローラLSIとして用いるデータ処理システムが例示される。ホストプロセッサ130に結合されたLPCバス131には夫々マイクロコンピュータ1によって構成された複数のインタフェースコントローラ1(A)、1(B)、1(C)等が接続される。インタフェースコントローラ1(A)は、キーボードインタフェースを実現し、インタフェースコントローラ1(B)はマウスインタフェースを実現し、インタフェースコントローラ1(C)はパワーマネージメント情報の交換インタフェースを実現する。夫々のインタフェースコントローラ1(A)、1(B)、1(C)のLPCバスHIF回路(LPC)の構成は図11や図12で説明された構成と同等とされており、各LPCバスHIF回路(LPC)はホストプロセッサ130が出力するPCIクロック信号100に同期動作され、出力動作はPCIクロック信号100の立ち上りから一定時間内で確定する高速出力が達成される。132はデータ出力バッファ53、選択回路74、レベル変換回路54,55、バイパス経路70,71、データ入力バッファ、データ出力ラッチ回路等を総称する回路ブロックである。なお、インタフェースコントローラ1(A)は、図示のように、外部から供給されたアナログ信号151をデジタル信号に変換するAD変換回路(A/D)と、中央処理回路(CPU)と、上記AD変換回路(A/D)と中央処理回路(CPU)と上記LPCバスHIF回路(LPC)とが結合された上記内部バス150と有する。上記中央処理回路(CPU)は、特に制限されないが、上記AD変換回路(A/D)によって変換されたデジタル信号を内部バス150を介して上記LPCバスHIF回路(LPC)へ転送するような処理を行う。
FIG. 15 illustrates a data processing system using the
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば、クロック同期で外部インタフェースを行なう回路はLPCバスHIF回路に限定されず、その他のインタフェース回路モジュールであってもよい。また、レベル変換回路の構成もスタティックラッチ形態に限定されない。以上の説明では出力バッファに対するレベル変換回路とバイパス経路について説明した。入力バッファに関してもレベル変換回路を設けることは可能であるが、その場合のレベル変換はレベル低下であり、その意味においてレベル変換回路を設けなくても入力動作には支障はなく、バーンイン動作でも同じく支障はない。半導体集積回路はマイクロコンピュータという名称の回路に限定されず、インタフェースコントローラ或はシステムLSI等と称するLSIに広く適用することができる。また、半導体集積回路の動作電圧も上記に限定されない。高電圧動作形態で印加可能な外部電源電圧の種類は図13及び図14で説明した2種類に限定されず、3種類以上の場合でも本発明を適用することが可能である。また、LPCバスHIF回路の用途は図15で説明した用途に限定されない。 For example, the circuit that performs the external interface in synchronization with the clock is not limited to the LPC bus HIF circuit, and may be another interface circuit module. Further, the configuration of the level conversion circuit is not limited to the static latch configuration. In the above description, the level conversion circuit and bypass path for the output buffer have been described. Although it is possible to provide a level conversion circuit for the input buffer as well, the level conversion in that case is a drop in level. In that sense, there is no problem in the input operation even if the level conversion circuit is not provided, and the burn-in operation is the same. There is no hindrance. The semiconductor integrated circuit is not limited to a circuit named microcomputer, and can be widely applied to an LSI called an interface controller or a system LSI. Further, the operating voltage of the semiconductor integrated circuit is not limited to the above. The types of external power supply voltages that can be applied in the high-voltage operation mode are not limited to the two types described with reference to FIGS. 13 and 14, and the present invention can be applied to the case of three or more types. The use of the LPC bus HIF circuit is not limited to the use described with reference to FIG.
1,1(A),1(B),1(C) マイクロコンピュータ
2 外部端子
2(CK) クロック入力端子
2(D) データ出力端子
3 バッファ部
4 入出力ポート
6 内部電源降圧回路
7 内部ディジタル部
VCC 電源端子
VCL 低電圧動作用端子
11 CPU
20 LPCバスHIF回路
53 出力バッファ
54,55 レベル変換回路
61 出力制御回路
70,71 バイパス経路
74 選択回路
75〜78 クロックドインバータ
85 制御信号
86 出力ラッチ回路
87 選択制御信号
88 ラッチ出力データ
90,92 出力ラッチ回路
91,93 出力制御回路
94 コントロールレジスタ
Elpc LPCイネーブルビット
100 PCIクロック信号
101 クロック入力バッファ
102 クロック入力ポート
105 クロック信号
110,111,112,113 レベル変換回路
116 選択回路
120〜122 選択制御信号
130 ホストプロセッサ
131 LPCバス
1, 1 (A), 1 (B), 1 (C)
20 LPC
Claims (7)
前記ラッチ回路と前記処理回路は前記外部クロック信号を受けるクロックバッファの出力を共通に入力して成るものであることを特徴とする半導体集積回路。 An external output buffer, a latch circuit that latches data to be output from the external output buffer in synchronization with an external clock signal, and a data processing circuit to be latched in the latch circuit,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the latch circuit and the processing circuit are formed by commonly inputting an output of a clock buffer that receives the external clock signal.
基準クロック信号を受けて上記中央処理装置に供給されるべき動作クロックを発生するクロック発生回路と、
前記中央処理装置に結合される内部バスと、
前記内部バスに結合され、複数の出力バッファ、前記複数の出力バッファから出力すべきデータを外部クロック信号に同期してラッチする複数のラッチ回路、及び前記複数のラッチ回路にラッチされるべきデータを処理する処理回路を有するホストインタフェースモジュールと、
前記外部クロック信号を外部から供給される外部端子と、を有し、
前記複数のラッチ回路は前記複数の出力バッファの近傍にそれぞれ配置され、
前記外部端子に供給された前記外部クロック信号は、前記複数のラッチ回路に共通に入力されることを特徴とする半導体集積回路。 A central processing unit;
A clock generation circuit that receives a reference clock signal and generates an operation clock to be supplied to the central processing unit;
An internal bus coupled to the central processing unit;
A plurality of output buffers coupled to the internal bus, a plurality of latch circuits for latching data to be output from the plurality of output buffers in synchronization with an external clock signal, and data to be latched by the plurality of latch circuits A host interface module having a processing circuit for processing;
An external terminal supplied with the external clock signal from the outside,
The plurality of latch circuits are arranged in the vicinity of the plurality of output buffers,
The semiconductor integrated circuit, wherein the external clock signal supplied to the external terminal is input in common to the plurality of latch circuits.
前記前記ホストインタフェースモジュールは、前記AD変換回路によって変換された前記デジタル信号を前記半導体集積回路に結合されるべきホストプロセッサへ供給することを特徴とする請求項5記載の半導体集積回路。 And an AD conversion circuit coupled to the internal bus for converting an analog signal supplied from the outside into a digital signal,
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein the host interface module supplies the digital signal converted by the AD converter circuit to a host processor to be coupled to the semiconductor integrated circuit.
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