JP2008258816A - 半導体装置、半導体装置の駆動能力切り替え方法および半導体装置を含むシステム - Google Patents

半導体装置、半導体装置の駆動能力切り替え方法および半導体装置を含むシステム Download PDF

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Abstract

【課題】送信側の半導体装置の出力端子の駆動能力を、受信側の半導体装置に必要十分な駆動能力とすることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、装置内の制御情報１１１を元に端子１３０の駆動能力を変更する回路１２０を有する。受信側の半導体装置１６０，１７０が複数ある場合には、それぞれに対して出力端子１３０の駆動能力を最適な設定とすることができるため、これまで必要であったダンピング抵抗をはじめとする付加部品の点数を低減することができる。また、これよりシステムコストを低減させ、あるいは実装スペースを低減させ、あるいはシステム全体の信頼性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、より具体的には、出力端子の駆動能力切り替え方法に関する。
半導体装置の高速化に伴い、半導体装置相互の間で伝送する信号速度も高速化している。半導体装置間で伝送する信号は、半導体装置外の要因（例えば、プリント基板の設計方法や電源電圧の変動など）によって波形が歪む。具体的には、オーバーシュートやアンダーシュートの影響で正しく信号が伝送できなくなる場合がある。
通常、半導体装置を含むシステムにおいて、送信側の第１の半導体装置は、受信側の第２の半導体装置あるいは第３の半導体装置と接続する。その際、第１の半導体装置と第２の半導体装置の伝送線路は、それぞれの半導体装置の特性インピーダンスと整合させることで伝送波形が歪まないようにすることができる（特許文献１）。
しかし、送信側の第１の半導体装置に対して、複数の受信側の第２の半導体装置、および第３の半導体装置を接続する場合、第１の半導体装置と第２の半導体装置間、および第１の半導体装置と第３の半導体装置間のそれぞれのインピーダンス整合をとることは出来ても、両者を満たすインピーダンス整合を取ることは困難である。
例えば、送信側の第１の半導体装置に対して、第２あるいは第３の半導体装置として高速クロック同期フラッシュメモリ、あるいは非同期周辺ペリフェラル素子を接続している場合が該当する。
図２は従来の半導体装置１００，１６０，１７０を備えるシステム構成を示す図である。従来では、設定レジスタ２００の内容によって、制御情報に依存することなく送信側の第１の半導体装置１００の出力端子１３０の駆動能力を決定していた。
特開平５−１６６９３１号公報 特開２０００−１３２９７５号公報
従来のシステム設計においては、送信側の第１の半導体装置１００の出力端子１３０の駆動能力を、受信側の半導体装置１６０，１７０の中でも、最も駆動能力を必要とするものにあわせて設計や設定を行ってきた。
その際、必要以上の駆動能力となった場合のオーバーシュートあるいはアンダーシュートなどの問題には、伝送線路にダンピング抵抗を挿入するなどしてインピーダンス整合を施し、受信側の半導体装置１６０，１７０にあわせた波形整形を行い、信号の伝送を保証していた。
しかし、ダンピング抵抗などによる波形整形、あるいは受信側の半導体装置１６０，１７０での対策（特許文献２）だけでは、受信側の第２あるいは第３の半導体装置１６０，１７０に対しての伝送保証はできても、送信側の第１の半導体装置１００の出力端子１３０の駆動能力を、受信側の第２あるいは第３の半導体装置１６０，１７０に必要十分な駆動能力とすることができないため、受信側の第２の半導体装置１６０および第３の半導体装置１７０を含むシステムの電力が増大してしまうという課題があった。
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、送信側の半導体装置の駆動能力を、受信側の半導体装置に必要十分な駆動能力とすることができる半導体装置、半導体装置の駆動能力を制御する方法およびシステムを提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、他の半導体装置に接続される半導体装置であって、前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御する。
これによれば、受信側の半導体装置に対する駆動能力を必要十分なものにできるため、送信側の半導体装置の消費電力を下げながら、送信側から受信側への伝送保証を実現することができる。
また、本発明に係る半導体装置は、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記出力端子の出力電流を制御するものである。また、本発明に係る半導体装置は、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置と接続される前記出力端子の出力電圧を制御するものである。また、本発明に係る半導体装置は、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記出力端子における出力インピーダンスを制御するものである。
これによれば、出力端子の出力電流、出力電圧または出力インピーダンスを、受信側の半導体装置に適した必要十分な値に設定できるため、送信側の半導体装置の消費電力を下げることができる。
また、本発明に係る半導体装置は、能動にする他の半導体装置に対応するアドレス値に基づいて、制御信号を生成する駆動能力制御回路と、前記制御信号に基づいて、前記出力端子を、前記能動にする他の半導体装置に対応する駆動能力に設定する駆動能力変更回路とを備える。また、本発明に係る半導体装置は、前記駆動能力変更回路が、前記制御信号に応じて出力電流を設定する出力電流決定回路と、前記制御信号に応じて出力電圧を設定する出力電圧決定回路と、前記制御信号に応じて出力インピーダンスを決定する出力インピーダンス決定回路とを有するものである。
これによれば、受信側の半導体装置が複数存在する場合であっても、出力端子の駆動能力を、受信側の半導体装置それぞれに適したものにできるため、消費電力を下げることができる。
また、本発明の方法は、他の半導体装置に接続される半導体装置の駆動能力を制御する方法であって、前記他の半導体装置に対する制御情報を生成し、生成した前記制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御するものである。
また、本発明の方法は、前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電流を制御するものである。
また、本発明の方法は、前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電圧を制御するものである。
また、本発明の方法は、前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力インピーダンスを制御するものである。
また、本発明のシステムは、複数の半導体装置が接続されるシステムであって、前記半導体装置は、他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御する。また、本発明のシステムは、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電流を制御するものである。また、本発明のシステムは、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電圧を制御するものである。また、本発明のシステムは、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力インピーダンスを制御するものである。
これによれば、出力端子の駆動能力を最適な設定とすることができるため、半導体装置間の伝送保証に加え、システム全体の消費電力を下げることができる。また、これまで必要であったダンピング抵抗をはじめとする付加部品の点数を低減することにより、システムコストあるいは実装スペースを低減し、さらにシステム全体の信頼性を向上することができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
図１は、本発明の実施形態にかかる半導体装置を含むシステムの構成例を示している。具体的には、送信側の第１の半導体装置１００、受信側の第２の半導体装置１６０、受信側の第３の半導体装置１７０、および回路切断スイッチ１８０からなる。
送信側の第１の半導体装置１００は、受信側の第２の半導体装置１６０および第３の半導体装置１７０がそれぞれ有する複数の入力端子のそれぞれと接続される複数の出力端子１３０と、複数の出力端子１３０のステートに応じて生成された制御情報１１１を出力するステートマシン１４０と、制御情報１１１に基づいて、能動にする受信側の半導体装置（受信側の第２の半導体装置１６０または第３の半導体装置１７０）に対応する駆動能力を各出力端子１３０に設定するための制御信号ｃｎｔを生成する駆動能力制御回路１１０と、駆動能力制御回路１１０が生成した制御信号ｃｎｔに基づいて、出力端子１３０の駆動能力を変更する駆動能力変更回路１２０とを備えて構成される。また、送信側の第１の半導体装置１００は、複数の出力端子１３０のそれぞれと、受信側の第２の半導体装置１６０や第３の半導体装置１７０が有する複数の入力端子のそれぞれとが、いくつかの信号（ここでは、CLK、ADV、ADQ[15:0]、RE、WE、CS0、CS1）をそれぞれ伝送する複数の信号線を介して接続している。
図１において、受信側の第２の半導体装置１６０はCS0信号が能動状態のとき(例えば、負論理の場合は論理L)、受信側の第３の半導体装置１７０はCS1信号が能動状態のときの制御情報１１１によって、CS0信号あるいはCS1信号、および他のCLK、ADV、ADQ[15:0]、RE、WE信号をあらかじめ設計あるいは設定した駆動能力で能動状態とする。
本発明に係る半導体装置１００は、従来の技術と異なり、バス１９０のアドレスA[31:0]などの制御情報１１１を元に駆動能力制御回路１１０が生成したｃｎｔ信号１２３によって、それぞれの出力端子１３０に接続された各駆動能力変更回路１２０を制御し、各駆動能力変更回路１２０からの出力信号に応じて、送信側の第１の半導体装置１００の各出力端子１３０の駆動能力を必要十分な値に設定する構成を備える。なお、バス１９０のアドレスA[31:0]は、例えば、能動にする受信側の第２の半導体装置１６０に対応するアドレス値を示す。
駆動能力制御回路１１０の出力ｃｎｔ信号１２３は、例えば、図６に示した表６１０に例示する論理で能動状態とする。駆動能力制御回路１１０の具体例としては、バス１９０のアドレスA[31:0]とインバータ６０１を用いて回路６００のように構成しても良い。
駆動能力変更回路１２０は、具体例として図７のように構成しても良い。図７に示す駆動能力変更回路１２０は、ステートに基づくCLK_in信号１２２および駆動能力制御回路１１０から出力されたｃｎｔ信号１２３の入力を受けて、出力端子１３０の駆動能力を設定する信号であるＣＬＫ信号を出力する。図７に示す駆動能力変更回路１２０は、大きく４つの部分からなる。出力電流と出力インピーダンスを決定する第一の出力回路７００、およびcnt信号１２３の状態によって出力電流と出力インピーダンスを決定する第二の出力回路７１０、cnt信号１２３の状態によって、出力端子１３０に印加する出力電圧を決定する出力電圧決定回路７２０、および入力反転回路７３０から構成される。
第一の出力回路７００は、Pチャネルトランジスタ７０１、Nチャネルトランジスタ７０２、５０オームの抵抗７０３から構成される（図７中の抵抗は全て抵抗７０３と同一値とする）。第二の出力回路７１０は、Pチャネルトランジスタ７０１ａとNチャネルトランジスタ７０２ａに加えて、cnt信号１２３が論理LのときにONとなるPチャネルトランジスタ７１１，７１１ａから構成される。
出力電圧決定回路７２０は、例えば三端子レギュレータ７２４を有し、そのリファレンス電圧Vref端子７２５の電位をPチャネルトランジスタ７２１とNチャネルトランジスタ７２２で制御するものである。Pチャネルトランジスタ７２１がON状態（cnt信号１２３が論理L）のとき、ダイオード７２３によって、Vref端子７２５の電位をあげることができる（例えば、ダイオード７２３が一般的なシリコンダイオードの場合は０．７V）。
例えば、CLK信号に関して受信側の第２の半導体装置１６０が、図５のモデル５００で示すような電気的に切断する素子５０２および負荷５０１でモデル化でき、受信側の第３の半導体装置１７０が、図５のモデル５１０で示すような電気的および機械的に切断する回路切断スイッチ１８０および負荷５１１でモデル化できるとする（素子５０２および回路切断スイッチ１８０はステートマシン１４０により排他的にON/OFFされる）。
このとき、CLK信号に関してモデル５００およびモデル５１０に最適な駆動能力変更回路１２０の設定を図３のように行ったと仮定する。図３は、CLK信号について第１の半導体装置１００の出力端子１３０の駆動能力設計例あるいは設定例を示す。
ここでは、駆動能力の内訳として出力電流３１０、あるいは出力電圧３２０、あるいは出力インピーダンス３３０を想定している。また、複数ビットの信号（ここでは、アドレスとデータ信号として時分割で使用するADQ[15:0]信号：図８参照）の場合には、図４のようにそれぞれの信号ビットに対して、同様の設定をしても良い。
このように、受信側の第２の半導体装置１６０、および第３の半導体装置１７０が非能動状態のときに電気的に切断できる手段を持つ場合、伝送線路へ接続している非能動対象の負荷５０１、あるいは５１１を軽減することができる。
このとき、図３および図４に示したように能動対象の半導体装置に対して最適な駆動能力を設定することで、信号の伝送保証に加え、送信側の第１の半導体装置１００を含むシステム全体での消費電力を下げることができる。
また、受信側の半導体装置が複数ある場合には、それぞれに対して出力端子の駆動能力を最適な設定とすることができるため、従来必要であったダンピング抵抗をはじめとする付加部品の点数低減、およびこれによるシステムコスト低減、あるいは実装スペース低減、あるいはシステム全体の信頼性が向上できる。
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明にかかる半導体装置は、装置内の制御情報を元に端子の駆動能力を変更する回路を有し、システムの低消費電力化を可能とするもの等として有用である。
本発明の実施形態にかかる半導体装置を備えるシステム構成を示す図 従来の半導体装置を備えるシステム構成を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置の出力端子の駆動能力を端子ごとに設定する例を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置の出力端子の駆動能力を端子グループごとに設定する例を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置におけるCLK信号の伝送線路のモデル化例を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置の駆動能力制御回路１１０の構成例を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置の駆動能力変更回路１２０の構成例を示す図 本発明の実施形態にかかる半導体装置におけるADQ[15:0]信号を示す図
符号の説明
１００ 送信側の第１の半導体装置
１２０、１２１ 駆動能力変更回路
１３０、１３１ 出力端子
１４０ ステートマシン
１６０、１７０ 受信側の第２の半導体装置および第３の半導体装置
１６１、１７１ 受信側の第２の半導体装置の入力端子、および第３の半導体装置の入力端子
１８０ 回路切断スイッチ
２００ 駆動能力設定レジスタ
３００、４００ 駆動能力設定例
３１０、４１０ 出力電流設定例
３２０、４２０ 出力電圧設定例
３３０、４３０ 出力インピーダンス設定例
５００、５１０ CLK信号の伝送線路について、第２の半導体装置および第３の半導体装置のモデル化例
５０１、５１１ 負荷
５０２ 電気的に切断可能なスイッチ
６００、６１０ 駆動能力制御回路および論理
６０１ インバータ論理
７００，７１０ 出力電流および出力インピーダンス変更回路
７０３ 出力インピーダンス値を決定する抵抗
７２０ 出力電圧設定回路
７２４ 出力電圧を供給する三端子レギュレータ

Claims (14)

  1. 他の半導体装置に接続される半導体装置であって、
    前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御する半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置であって、
    前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、
    前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記出力端子の出力電流を制御する半導体装置。
  3. 請求項１記載の半導体装置であって、
    前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、
    前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置と接続される前記出力端子の出力電圧を制御する半導体装置。
  4. 請求項１記載の半導体装置であって、
    前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子を備え、
    前記他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記出力端子における出力インピーダンスを制御する半導体装置。
  5. 請求項２ないし４のいずれか一項記載の半導体装置であって、
    能動にする他の半導体装置に対応するアドレス値に基づいて、制御信号を生成する駆動能力制御回路と、
    前記制御信号に基づいて、前記出力端子を、前記能動にする他の半導体装置に対応する駆動能力に設定する駆動能力変更回路とを備える半導体装置。
  6. 請求項５記載の半導体装置であって、
    前記駆動能力変更回路は、
    前記制御信号に応じて出力電流を設定する出力電流決定回路と、
    前記制御信号に応じて出力電圧を設定する出力電圧決定回路と、
    前記制御信号に応じて出力インピーダンスを決定する出力インピーダンス決定回路とを有する半導体装置。
  7. 他の半導体装置に接続される半導体装置の駆動能力を制御する方法であって、
    前記他の半導体装置に対する制御情報を生成し、
    生成した前記制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御する方法。
  8. 請求項７記載の半導体装置の駆動能力を制御する方法であって、
    前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電流を制御する方法。
  9. 請求項７記載の半導体装置の駆動能力を制御する方法であって、
    前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電圧を制御する方法。
  10. 請求項７記載の半導体装置の駆動能力を制御する方法であって、
    前記制御情報に基づいて、前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力インピーダンスを制御する方法。
  11. 複数の半導体装置が接続されるシステムであって、
    前記半導体装置は、他の半導体装置に対する制御情報に基づいて、前記他の半導体装置に対する駆動能力を制御するシステム。
  12. 請求項１１記載のシステムであって、
    前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電流を制御するシステム。
  13. 請求項１１記載のシステムであって、
    前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力電圧を制御するシステム。
  14. 請求項１１記載のシステムであって、
    前記半導体装置が備える、前記他の半導体装置へ信号を出力する出力端子の出力インピーダンスを制御するシステム。
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