JP2009105699A - Semiconductor integrated circuit, and method of starting the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent useless power consumption by keeping a power supply switch transistor in an off-state just after starting the transistor. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit has a circuit part (circuit block B(BLK_B), etc.), power supply switch transistors SW1 and SW2, and a control part (off start switch control part 2). The off-start switch control part 2 starts an activation operation in a conduction inhibition state (clear signal (CL): "0") of the power supply switch transistors SW1 and SW2 when a set signal (OSM_SET) of an off-start mode input from the outside is active ("1"). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電源電圧を回路に供給するときに流れる電源電流の経路を、前記回路内のトランジスタより閾値電圧が高い電源スイッチトランジスタによりスイッチング制御することが可能な半導体集積回路と、その起動方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit in which a path of a power supply current that flows when a power supply voltage is supplied to a circuit can be controlled by a power supply switch transistor having a threshold voltage higher than that of the transistor in the circuit, and a starting method thereof .

電源スイッチトランジスタを用いて、当該電源スイッチトランジスタより閾値電圧が低いトランジスタを含む回路の電源電流の経路を遮断する技術は、いわゆるMTCMOS(Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor)として知られている。
電源電圧低下や素子微細化に付随して信号遅延が発生しないように、論理回路等のトランジスタの閾値電圧を下げる必要がある。MTCMOS技術は、トランジスタの閾値電圧を下げるとリーク電流が増大するため、停止状態の回路に対しては、より大きな閾値電圧の電源スイッチトランジスタによってリーク電流経路を遮断して消費電力の浪費を防ぐものである。
A technique of using a power switch transistor to cut off a power source current path of a circuit including a transistor having a threshold voltage lower than that of the power switch transistor is known as a so-called MTCMOS (Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor).
It is necessary to lower the threshold voltage of a transistor such as a logic circuit so that signal delay does not occur accompanying power supply voltage reduction or element miniaturization. In MTCMOS technology, leakage current increases when the threshold voltage of a transistor is lowered. Therefore, for a circuit in a stopped state, the leakage current path is blocked by a power switch transistor having a larger threshold voltage to prevent waste of power consumption. It is.

MTCMOS技術の回路への適用では、いわゆる仮想VDD線、仮想GND線と称される、回路内に設けられた内部電圧線を設ける。内部電圧線は、回路の外部でブロック間接続を行うグローバルな実電源線(実VDD線)や実基準電圧線(実VSS線)に対して、電源遮断とその解除のための電源スイッチトランジスタを介して接続される。
電源スイッチトランジスタを設ける箇所は、起動と停止が繰り返される機能回路と実VDD線との間、機能回路と実VSS線との間、その両方の3通りがあり、電源スイッチトランジスタとしては通常、VDD側ではPMOSトランジスタ、VSS線側ではNMOSトランジスタを用いる。
In the application of the MTCMOS technology to a circuit, an internal voltage line provided in the circuit, which is called a so-called virtual VDD line or virtual GND line, is provided. The internal voltage line has a power switch transistor for shutting off and releasing the power supply for the global real power line (real VDD line) and real reference voltage line (real VSS line) that connect the blocks outside the circuit. Connected through.
There are three places where the power switch transistor is provided, between the functional circuit that is repeatedly activated and stopped and the actual VDD line, and between the functional circuit and the actual VSS line. A PMOS transistor is used on the side, and an NMOS transistor is used on the VSS line side.

VSS線側にNMOSトランジスタを設けて電源遮断を行う構成が、例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1は、MTCMOS技術が適用される論理回路のデータ保持のためのフリップフロップ回路の制御に関する。そして、特許文献1には、初期パワーアップ時、即ち起動時に、電源電圧値を監視するパワーオンリセット(Power On reset)回路が、電源電圧が適正値になったことを検出すると、当該電源電圧の適正化に応答して、上記データ保持のためのフリップフロップ回路をリセットするための構成が開示されている。
特開2005−218099号公報
For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which an NMOS transistor is provided on the VSS line side and power is shut off.
Patent Document 1 relates to control of a flip-flop circuit for holding data in a logic circuit to which MTCMOS technology is applied. In Patent Document 1, when a power-on reset circuit that monitors a power supply voltage value at initial power-up, that is, at startup, detects that the power supply voltage has reached an appropriate value, the power supply voltage A configuration for resetting the flip-flop circuit for holding the data in response to the optimization of the above is disclosed.
JP 2005-218099 A

上記特許文献1に開示された構成では、起動時にパワーオンリセット回路が電源電圧の適正化を検出したことに応答して、電源スイッチトランジスタを制御する第1制御信号SCをハイレベルに初期化する制御がとられていることから、電源電圧適正化が検出されると電源スイッチトランジスタがオンする。
一方、特許文献1には、起動後から電源電圧の適正化検出までの間に電源スイッチトランジスタの状態について記載がない。電源電圧の適性化に応答して電源スイッチトランジスタをオンすることから、それまではオフされているとの前提であると考えられる。
In the configuration disclosed in Patent Document 1, the first control signal SC for controlling the power switch transistor is initialized to a high level in response to the power-on reset circuit detecting the appropriate power supply voltage at the time of startup. Since the control is taken, when the power supply voltage optimization is detected, the power switch transistor is turned on.
On the other hand, Patent Document 1 does not describe the state of the power switch transistor after the startup until the detection of the optimization of the power supply voltage. Since the power supply switch transistor is turned on in response to the appropriateness of the power supply voltage, it is assumed that it has been turned off until then.

しかしながら実際には、起動開始から電源電圧の値が次第に大きくなる過程で、電源スイッチトランジスタがオフになるとは限らず、何も対策をとらないと、ある程度電源電圧が大きくなった時点で電源スイッチトランジスタがオンする場合がある。その場合、起動時に無駄な電力が消費され、このことがMTCMOS技術を適用する効果である低消費電力化を不十分なものとする。   However, in reality, the power supply switch transistor is not necessarily turned off in the process of gradually increasing the power supply voltage value from the start of the start, and if no measures are taken, the power supply switch transistor is turned on when the power supply voltage increases to some extent. May turn on. In this case, useless power is consumed at the time of start-up, and this makes the power consumption reduction that is an effect of applying the MTCMOS technology insufficient.

以上のように、MTCMOS技術が適用された半導体集積回路の分野において、起動直後に電源スイッチトランジスタをオフ状態にとどめる機能を実現した提案はされていない。   As described above, in the field of semiconductor integrated circuits to which the MTCMOS technology is applied, no proposal has been made to realize a function of keeping the power switch transistor in the OFF state immediately after startup.

本発明の一形態に関わる半導体集積回路は、電源電圧の供給を受けて動作する回路部と、前記電源電圧を前記回路部に供給するときに流れる電源電流の経路に設けられ、前記回路部内のトランジスタより閾値電圧が高い電源スイッチトランジスタと、制御部と、を同一半導体基板に有する。
前記制御部は、外部から入力されるオフスタートモードの設定信号が起動時に活性のときは、前記電源スイッチトランジスタの導通禁止状態で起動動作を開始し、前記設定信号が前記起動時に非活性のときは、前記電源スイッチトランジスタの導通を禁止することなく前記起動動作を開始する。
A semiconductor integrated circuit according to one embodiment of the present invention is provided in a circuit portion that operates by receiving supply of a power supply voltage and a path of a power supply current that flows when the power supply voltage is supplied to the circuit portion. A power switch transistor having a threshold voltage higher than that of the transistor and a control unit are provided on the same semiconductor substrate.
When the setting signal of the off-start mode input from the outside is active at the start-up, the control unit starts the start-up operation with the power switch transistor being in a conduction-inhibited state, and when the setting signal is inactive at the start-up Starts the start-up operation without inhibiting conduction of the power switch transistor.

本発明の上記一形態では好適に、前記制御部は、前記電源スイッチトランジスタの導通と非導通を制御する制御信号を発生するスイッチ制御回路と、前記起動動作の開始後に所定の起動処理が終了したことに応答して、前記オフスタートモードのリセット信号を非活性にするリセット回路と、前記スイッチ制御回路と前記電源スイッチトランジスタの制御ノードとの間に設けられ、前記設定信号が起動時に活性のときは前記導通禁止状態で起動され、起動後は、前記リセット信号の前記非活性に応答して前記導通禁止状態を解除することにより、起動された前記スイッチ制御回路からの前記制御信号を通過可能にする規制回路と、を有する。   Preferably, in the above aspect of the present invention, the control unit includes a switch control circuit that generates a control signal for controlling conduction and non-conduction of the power switch transistor, and a predetermined activation process is completed after the activation operation is started. In response, a reset circuit that deactivates the reset signal in the off-start mode, and is provided between the switch control circuit and the control node of the power switch transistor, and when the setting signal is active at startup Is activated in the continuity prohibition state, and after the activation, the control signal from the activated switch control circuit can be passed by releasing the continuity prohibition state in response to the inactivation of the reset signal. And a regulation circuit for

このリセット回路と規制回路を有する構成では、さらに好適に、前記所定の起動処理として前記電源電圧の安定化を検出する電源安定化検出部を、さらに有し、前記リセット回路は、前記電源安定化検出部が検出した前記電源電圧の前記安定化に応答して、ユーザによる設定と変更が可能な遅延時間が前記安定化から経過したときに活性となる信号と、前記電源電圧の安定化で活性化する信号とを入力し、入力した2つの信号が共に活性となるときに出力の前記リセット信号を活性化する回路を含む。
あるいは好適に、前記回路部内の前記トランジスタに印加する基板バイアスの内部電源電圧を発生する内部電源電圧発生部と、前記電源電圧の安定化を検出する電源電圧安定化検出部と、前記内部電源電圧の安定化を検出する内部電源安定化検出部と、クロック信号を発生するクロック信号発生部と、前記クロック信号の入力により初期化を開始する基板バイアス制御部と、をさらに有し、前記所定の起動処理として、前記電源電圧の安定化検出、前記内部電源電圧の発生および安定化検出、前記クロック信号の発生、ならびに、前記基板バイアス制御部の初期化の処理が全て終了したことに応答して、前記リセット回路が前記リセット信号を活性化する。
In the configuration including the reset circuit and the regulation circuit, it is more preferable to further include a power supply stabilization detection unit that detects stabilization of the power supply voltage as the predetermined activation process, and the reset circuit includes the power supply stabilization. In response to the stabilization of the power supply voltage detected by the detection unit, a signal that becomes active when a delay time that can be set and changed by the user has elapsed from the stabilization, and activated by stabilization of the power supply voltage And a circuit that activates the output reset signal when both of the input signals become active.
Alternatively, preferably, an internal power supply voltage generating section that generates a substrate bias internal power supply voltage applied to the transistor in the circuit section, a power supply voltage stabilization detecting section that detects stabilization of the power supply voltage, and the internal power supply voltage An internal power supply stabilization detection unit that detects the stabilization of the clock signal, a clock signal generation unit that generates a clock signal, and a substrate bias control unit that starts initialization upon input of the clock signal, In response to the completion of all of the power supply voltage stabilization detection, the generation and stabilization detection of the internal power supply voltage, the generation of the clock signal, and the initialization of the substrate bias controller The reset circuit activates the reset signal.

前述したリセット回路と規制回路を有する構成では、さらに好適に、前記規制回路は、前記スイッチ制御回路と前記電源スイッチトランジスタの制御ノードとの間に設けられているフリップフロップ回路と、前記設定信号と前記リセット信号を入力し、前記設定信号と前記リセット信号が共に活性のときに、前記フロップフロップの出力を、前記電源スイッチトランジスタを前記導通禁止状態とする論理に固定し、前記設定信号が非活性で前記リセット信号が活性のときに、前記フリップフロップ回路の出力を前記論理と逆の論理に固定し、他の入力論理の組み合わせでは、前記制御信号に応じた論理を前記フリップフロップ回路の出力に出現可能とするクリア信号およびプリセット信号を発生し、発生した前記クリア信号および前記プリセット信号を前記フリップフロップ回路の制御入力に出力する論理回路と、を含む。   In the configuration including the reset circuit and the regulation circuit described above, more preferably, the regulation circuit includes a flip-flop circuit provided between the switch control circuit and a control node of the power switch transistor, and the setting signal. When the reset signal is input, and both the setting signal and the reset signal are active, the output of the flop flop is fixed to a logic that disables the power switch transistor and the setting signal is inactive. When the reset signal is active, the output of the flip-flop circuit is fixed to the logic opposite to the logic, and in other combinations of input logic, the logic according to the control signal is used as the output of the flip-flop circuit. A clear signal and a preset signal that are allowed to appear are generated, and the generated clear signal and preset signal are generated. Including a logic circuit for outputting a preparative signal to the control input of the flip-flop circuit.

上記構成によれば、制御部が、外部から入力されるオフスタートモードの設定信号の論理(活性、非活性)に応じて電源スイッチトランジスタの導通禁止状態を設定するか、しないかを決め、その状態で起動する。
具体的には、設定信号が起動時に活性のときは、電源スイッチトランジスタの導通禁止状態で起動動作を開始する。一方、設定信号が非活性のときは、電源スイッチトランジスタの導通を禁止することなく起動動作を開始する。
According to the above configuration, the control unit determines whether or not to set the conduction prohibition state of the power switch transistor according to the logic (active or inactive) of the off-start mode setting signal input from the outside, Start in state.
Specifically, when the setting signal is active at the time of activation, the activation operation is started with the conduction of the power switch transistor prohibited. On the other hand, when the setting signal is inactive, the starting operation is started without prohibiting conduction of the power switch transistor.

リセット回路と規制回路を備える構成の形態では、リセット回路が、起動動作の開始後に所定の起動処理が終了したことに応答して、オフスタートモードのリセット信号を活性化する。リセット信号の活性化のトリガとなる「所定の起動動作」は任意であるが、例えば、最初の処理である電源電圧の安定化検出であってよい。電源電圧は外部入力される場合と内部発生する場合がある。また、電源電圧安定化に加え、例えば、内部電源電圧の発生および安定化検出と、クロック信号の発生処理を含んでよい。基板バイアス制御を行う場合、更に、基板バイアス制御部の初期化を含んでよい。   In the configuration including the reset circuit and the regulation circuit, the reset circuit activates the reset signal in the off-start mode in response to the completion of the predetermined startup process after the startup operation is started. The “predetermined start-up operation” that triggers activation of the reset signal is arbitrary, but may be, for example, detection of stabilization of the power supply voltage as the first process. The power supply voltage may be input externally or generated internally. In addition to power supply voltage stabilization, for example, generation of internal power supply voltage and detection of stabilization, and generation processing of a clock signal may be included. When the substrate bias control is performed, the substrate bias control unit may be initialized.

規制回路は、設定信号が起動時に活性のときは、電源スイッチトランジスタの導通禁止状態で起動される。そして、規制回路は、起動後に、リセット信号の活性化に応答して導通禁止状態を解除する。例えば、導通禁止状態の解除後に、電源スイッチトランジスタの導通と非導通を制御する制御信号を発生するスイッチ制御回路が起動されると、起動されたスイッチ制御回路からの制御信号が規制回路で通過可能となる。あるいは、スイッチ起動回路が起動されているが、規制回路が導通禁止状態であるために、規制回路を介した電源スイッチトランジスタの制御が不能の場合、解除と同時に、スイッチ制御回路からの制御信号が規制回路で通過可能(制御許可)となる。
以上の機能を有する規制回路は、フリップフロップ回路と、当該フリップフロップ回路に与えるクリア信号とプリセット信号の論理状態の組み合わせを、設定信号とリセット信号の入力論理状態に応じて変化させる論理回路で実現できる。
When the setting signal is active at the time of activation, the regulation circuit is activated in a state where the power switch transistor is not conductive. Then, after the activation, the regulation circuit cancels the conduction prohibited state in response to the activation of the reset signal. For example, when a switch control circuit that generates a control signal that controls conduction and non-conduction of the power switch transistor is activated after the conduction prohibited state is released, the control signal from the activated switch control circuit can pass through the regulation circuit It becomes. Alternatively, when the switch activation circuit is activated but the regulation circuit is in a conduction-inhibited state, and the control of the power switch transistor through the regulation circuit is impossible, the control signal from the switch control circuit is simultaneously released. It can pass through the restriction circuit (control permission).
The regulation circuit having the above functions is realized by a flip-flop circuit and a logic circuit that changes the combination of the logic state of the clear signal and preset signal given to the flip-flop circuit according to the input logic state of the setting signal and the reset signal. it can.

本発明の一形態に関わる半導体集積回路の起動方法は、電源電圧を回路に供給するときに流れる電源電流の経路を、前記回路内のトランジスタより閾値電圧が高い電源スイッチトランジスタによりスイッチング制御することが可能な半導体集積回路の起動方法であって、オフスタートモードの設定信号を前記半導体集積回路に印加するステップと、前記設定信号を印加した状態で前記半導体集積回路の起動を開始して、前記電源電圧の入力を有効化し、あるいは、前記電源電圧を内部発生するステップと、前記起動の開始時に前記設定信号が活性のときは前記電源スイッチトランジスタを導通禁止状態とし、非活性のときは前記導通禁止状態としないステップと、前記電源電圧の供給を受けて開始した所定の起動処理が終了したことに応答して、前記オフスタートモードのリセット信号を非活性にするステップと、前記起動の開始後に前記導通禁止状態となっている場合、前記リセット信号の前記非活性に応答して前記導通禁止状態を解除するステップと、を含む。   In a method for starting a semiconductor integrated circuit according to one embodiment of the present invention, a path of a power supply current that flows when a power supply voltage is supplied to a circuit can be controlled by a power supply switch transistor having a threshold voltage higher than that of the transistor in the circuit. A method for starting a semiconductor integrated circuit, comprising: applying an off-start mode setting signal to the semiconductor integrated circuit; starting the semiconductor integrated circuit in a state where the setting signal is applied; and Validating voltage input or internally generating the power supply voltage, and when the setting signal is active at the start of startup, the power switch transistor is in a conduction prohibited state, and when inactive, the conduction prohibited In response to the completion of the predetermined start-up process started upon receiving the supply of the power supply voltage. A step of deactivating the reset signal in the off-start mode, and a step of releasing the conduction prohibited state in response to the inactivation of the reset signal when the conduction is prohibited after the start of the activation. And including.

本発明によれば、起動時における電源スイッチトランジスタの導通禁止を、外部から入力されるオフスタートモードの設定信号の論理状態で制御できる。よって、電源電圧が適正化あるいは安定化する過程で制御トランジスタがオンすることを有効に防止でき、これによる無駄な電力消費をなくすことができるという利益が得られる。   According to the present invention, prohibition of conduction of the power switch transistor at the time of start-up can be controlled by a logic state of an off-start mode setting signal input from the outside. Therefore, it is possible to effectively prevent the control transistor from being turned on in the process where the power supply voltage is optimized or stabilized, thereby obtaining a benefit that unnecessary power consumption can be eliminated.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1に、本発明の実施形態に関わる半導体集積回路のブロック図を示す。
図1に図解する半導体集積回路において、符号1Aは、機能回路や制御回路を配置するためのチップエリアを表す。チップエリア1Aの周囲に位置する半導体チップの外周に沿う枠状部分に、特に図示しないが、複数の入出力セルが、半導体集積回路が形成される矩形半導体チップの4つの辺に沿って、それぞれ列をなして配列される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention.
In the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 1, reference numeral 1A represents a chip area for arranging a functional circuit and a control circuit. Although not particularly illustrated, a plurality of input / output cells are respectively provided along four sides of the rectangular semiconductor chip on which the semiconductor integrated circuit is formed, in a frame-like portion along the outer periphery of the semiconductor chip located around the chip area 1A. Arranged in rows.

入出力セルに四方を囲まれた回路配置のためのチップエリア1Aに、幾つかの回路ブロックが配置されている。図1において、縁部を斜線で示すブロックが、「通電領域」と称されるMTCMOS非適用の領域に形成され、また、縁部を斜線で示していないブロックが、MTCMOS適用領域に形成されている。
MTCMOS適用領域に、回路ブロックA(BLK_A)と回路ブロックB(BLK_B)が配置されている。
Several circuit blocks are arranged in a chip area 1A for circuit arrangement surrounded by four sides of input / output cells. In FIG. 1, blocks whose edges are indicated by diagonal lines are formed in MTCMOS non-application areas called “current-carrying areas”, and blocks whose edges are not indicated by diagonal lines are formed in MTCMOS application areas. Yes.
A circuit block A (BLK_A) and a circuit block B (BLK_B) are arranged in the MTCMOS application region.

回路ブロックA(BLK_A)は、MTCMOSに加え、VTCMOS(Variable Threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor)と称される基板バイアス技術が適用される機能回路ブロックである。
回路ブロックB(BLK_B)は、MTCMOS技術が適用されているが、VTCMOS技術は適用されていない機能回路ブロックである。
The circuit block A (BLK_A) is a functional circuit block to which a substrate bias technique called VTCMOS (Variable Threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor) is applied in addition to MTCMOS.
The circuit block B (BLK_B) is a functional circuit block to which the MTCMOS technology is applied but the VTCMOS technology is not applied.

回路ブロックA(BLK_A)と回路ブロックB(BLK_B)の両方からアクセスが容易な、例えばチップエリア1Aのほぼ中央部が通電領域となっており、当該通電領域に、MTCMOSが適用されないため、起動後は常時、電源電圧の供給を受けて動作する回路ブロックC(BLK_C)が配置されている。
回路ブロックC(BLK_C)は、例えば、起動後に常時、通電することが必要なレジスタやメモリなどの記憶回路を含んで構成される。また、全体の制御を行うCPU、あるいは、DSP等の制御系回路を回路ブロックC(BLK_C)に含ませてもよい。ただし、図1では、回路ブロックC(BLK_C)は非制御系回路であることを前提とする。
Easy access from both the circuit block A (BLK_A) and the circuit block B (BLK_B), for example, the substantially central portion of the chip area 1A is a current-carrying region, and MTCMOS is not applied to the current-carrying region. Is always provided with a circuit block C (BLK_C) that operates by receiving supply of power supply voltage.
The circuit block C (BLK_C) includes, for example, a storage circuit such as a register or a memory that needs to be energized constantly after activation. Further, a CPU or a control system circuit such as a DSP that performs overall control may be included in the circuit block C (BLK_C). However, in FIG. 1, it is assumed that the circuit block C (BLK_C) is a non-control system circuit.

その他の通電領域に、VTCMOS制御部(VTCMOS.CONT.)2A、MTCMOS制御部(MTCMOS.CONT.)2B、「クロック信号発生部」としてのPLL(Phase-locked Loop)部5、および、「内部電源電圧発生部」としてのVTCMOS電圧レギュレータ(VTCMOS.V−REG.)6Vとが配置されている。
VTCMOS制御部2Aは、いわゆるCPUと同様な、所定のプログラムシーケンスを実行する機能を持ち、当該プログラムシーケンスに従って、VTCMOS電圧レギュレータ6VがVTCMOSの基板バイアス電圧を発生することを制御する回路である。
MTCMOS制御部2Bは、いわゆるCPUと同様な、所定のプログラムシーケンスを実行する機能を持ち、当該プログラムシーケンスに従って、例えば不図示のCPUにより制御され、MTCMOSの電源制御を行う回路である。MTCMOS制御部2Bは、後述するオフスタートモードに応じた起動制御を実行する「制御部」を構成する。
Other energization regions include a VTCMOS control unit (VTCMOS.CONT.) 2A, an MTCMOS control unit (MTCMOS.CONT.) 2B, a PLL (Phase-locked Loop) unit 5 as a “clock signal generation unit”, and “internal A VTCMOS voltage regulator (VTCMOS.V-REG.) 6V serving as a “power supply voltage generator” is disposed.
The VTCMOS control unit 2A is a circuit that has a function of executing a predetermined program sequence similar to a so-called CPU, and controls that the VTCMOS voltage regulator 6V generates a VTCMOS substrate bias voltage according to the program sequence.
The MTCMOS control unit 2B has a function of executing a predetermined program sequence similar to a so-called CPU, and is a circuit that is controlled by a CPU (not shown), for example, and performs power supply control of the MTCMOS according to the program sequence. The MTCMOS control unit 2B constitutes a “control unit” that executes start-up control according to an off-start mode to be described later.

PLL部5は、VTCMOS制御部2AやMTCMOS制御部2Bからの指令により起動し、クロック信号CLKを、発振周波数を変更可能に発生する回路である。
VTCMOS電圧レギュレータ6Vは、VTCMOS制御部2Aの制御を受け基板バイアス電圧を発生し、回路ブロックA(BLK_A)のロジックトランジスタ等の基板領域(ウェル)に、電圧値を変更可能に印加する回路である。
The PLL unit 5 is a circuit that is activated by a command from the VTCMOS control unit 2A or the MTCMOS control unit 2B and generates the clock signal CLK so that the oscillation frequency can be changed.
The VTCMOS voltage regulator 6V is a circuit that generates a substrate bias voltage under the control of the VTCMOS control unit 2A and applies the voltage value to a substrate region (well) such as a logic transistor of the circuit block A (BLK_A) in a changeable manner. .

チップエリア1Aの外にメイン電圧レギュレータ(M.V−REG.)6M、制御電圧レギュレータ(C.V−REG.)6C、および、PLL電圧レギュレータ(PLL.V−REG.)6Pが設けられている。
ここではメイン電圧レギュレータ6M、制御電圧レギュレータ6CおよびPLL電圧レギュレータ6Pを、半導体集積回路と同じプリント配線基板に実装した場合を前提とする。ただし、メイン電圧レギュレータ6M、制御電圧レギュレータ6C、PLL電圧レギュレータ6Pの全部または一部を半導体集積回路内に形成してもよい。
A main voltage regulator (MVV-REG.) 6M, a control voltage regulator (CV-REG.) 6C, and a PLL voltage regulator (PLL.V-REG.) 6P are provided outside the chip area 1A. Yes.
Here, it is assumed that the main voltage regulator 6M, the control voltage regulator 6C, and the PLL voltage regulator 6P are mounted on the same printed circuit board as the semiconductor integrated circuit. However, all or part of the main voltage regulator 6M, the control voltage regulator 6C, and the PLL voltage regulator 6P may be formed in the semiconductor integrated circuit.

メイン電圧レギュレータ6Mは、PLL駆動電圧回路ブロックA(BLK_A)〜C(BLK_C)に電源電圧を供給する電圧発生回路である。
制御電圧レギュレータ6Cは、VTCMOS電圧レギュレータ6Vが発生する基板バイアス電圧の元となる電圧を発生する電圧発生回路である。この電圧は、VTCMOS制御部2AおよびMTCMOS制御部2Bの電源電圧としても用いられる。
なお、基板バイアス電圧を発生するVTCMOS電圧レギュレータ6Vは半導体集積回路内に形成することが望ましい。その理由は、回路ブロックA(BLK_A)のウェルに対し細かな電圧の調整を迅速に行うためである。
The main voltage regulator 6M is a voltage generation circuit that supplies a power supply voltage to the PLL drive voltage circuit blocks A (BLK_A) to C (BLK_C).
The control voltage regulator 6C is a voltage generation circuit that generates a voltage that is a source of the substrate bias voltage generated by the VTCMOS voltage regulator 6V. This voltage is also used as a power supply voltage for the VTCMOS control unit 2A and the MTCMOS control unit 2B.
The VTCMOS voltage regulator 6V that generates the substrate bias voltage is preferably formed in the semiconductor integrated circuit. The reason is that a fine voltage adjustment is quickly performed on the well of the circuit block A (BLK_A).

MTCMOS制御部2Bは、オフスタートモードに応じた起動制御を行う機能を有するスイッチ制御部(以下、オフスタート・スイッチ制御部)2を含む。オフスタート・スイッチ制御部2は、本発明の「制御部」の中心的な役割を担う回路である。
また、MTCMOS技術が適用される回路ブロックA(BLK_A)と回路ブロックB(BLK_B)に、それぞれ、「電源安定化検出部」としてのパワーオンリセット(POR:Power On Reset)回路4(以下、POR回路という)が設けられている。POR回路4は、メイン電圧レギュレータ6Mから与えられる電源電圧VDDmが安定化したことを、電源電圧VDDmの値から検出する回路である。
また、MTCMOS制御部2Bにも、制御電圧レギュレータ6Cから入力される電源電圧VDDcの安定化を検出する同様な回路として、POR回路4cが設けられている。
The MTCMOS control unit 2B includes a switch control unit (hereinafter referred to as off-start / switch control unit) 2 having a function of performing start-up control according to the off-start mode. The off-start switch control unit 2 is a circuit that plays a central role in the “control unit” of the present invention.
In addition, a power-on reset (POR: Power On Reset) circuit 4 (hereinafter referred to as POR) as a “power stabilization detector” is applied to the circuit block A (BLK_A) and the circuit block B (BLK_B) to which the MTCMOS technology is applied. Circuit). The POR circuit 4 is a circuit that detects from the value of the power supply voltage VDDm that the power supply voltage VDDm supplied from the main voltage regulator 6M is stabilized.
The MTCMOS control unit 2B is also provided with a POR circuit 4c as a similar circuit for detecting stabilization of the power supply voltage VDDc input from the control voltage regulator 6C.

つぎに、MTCMOS技術の概要を説明する。
図2に、MTCMOSが適用された回路ブロックと、MTCMOS動作の制御部(スイッチ制御部)との接続を、3つの態様にて示す。
図2(A)〜図2(C)に示す3態様でMTCMOSが適用された回路ブロック10A,10B,10Cは、図1の回路ブロックA(BLK_A)または回路ブロックB(BLK_B)に対応する回路ブロックの一部を示すものである。
回路ブロック10A,10B,10Cは、通常、複数の論理(回路)セル11を含んで構成される。各図では、簡略化のため論理セル11は1つしか示していない。
論理セル11を構成する不図示のトランジスタが微細化し、また、動作電圧が低電圧化し、その微細化および低電圧化に伴う動作遅延の影響を排除するにはトランジスタの閾値電圧を小さくする必要がある。このため、微細トランジスタがオフしている間のオフリーク電流が増大している。MTCMOS技術は、オフリーク電流による消費電力増大の抑制と動作の安定化のために適用される技術であり、回路ブロック10A,10B,10Cごとに1つ以上の電源スイッチトランジスタを設けることで、オフリーク電流を遮断する。
Next, an outline of the MTCMOS technology will be described.
FIG. 2 shows connections between a circuit block to which MTCMOS is applied and a control unit (switch control unit) for MTCMOS operation in three modes.
Circuit blocks 10A, 10B, and 10C to which MTCMOS is applied in the three modes shown in FIGS. 2A to 2C are circuits corresponding to circuit block A (BLK_A) or circuit block B (BLK_B) in FIG. A part of the block is shown.
The circuit blocks 10 </ b> A, 10 </ b> B, and 10 </ b> C are usually configured to include a plurality of logic (circuit) cells 11. In each figure, only one logic cell 11 is shown for simplicity.
Transistors (not shown) constituting the logic cell 11 are miniaturized and the operating voltage is reduced. To eliminate the influence of the operation delay due to the miniaturization and voltage reduction, it is necessary to reduce the threshold voltage of the transistors. is there. For this reason, the off-leakage current increases while the fine transistor is off. The MTCMOS technology is a technology applied for suppressing an increase in power consumption due to an off-leakage current and stabilizing the operation. By providing one or more power switch transistors for each of the circuit blocks 10A, 10B, and 10C, the off-leakage current is provided. Shut off.

図2(A)に示す電源スイッチトランジスタは、回路ブロック10A内に設けられ、いわゆる仮想VSS線と称されるローレベルの内部電圧線22(L)と、いわゆるVSS線を構成する基準電圧供給線21との間に接続されたNMOS(N channel Metal Oxide Semiconductor)構成のNMOSスイッチSW(L)である。NMOSスイッチSW(L)は、論理セル11を構成するNMOSロジックトランジスタより閾値電圧が十分大きく、そのため、回路ブロック10Aの動作が停止しているときにオフされることで、論理セル11の無駄な電力消費を阻止する。   The power switch transistor shown in FIG. 2A is provided in the circuit block 10A, and a low-level internal voltage line 22 (L) called a so-called virtual VSS line and a reference voltage supply line constituting the so-called VSS line. 21 is an NMOS switch SW (L) having an NMOS (N channel Metal Oxide Semiconductor) configuration connected between the two. The NMOS switch SW (L) has a threshold voltage sufficiently higher than that of the NMOS logic transistor constituting the logic cell 11, and is turned off when the operation of the circuit block 10A is stopped. Stop power consumption.

図2(A)では、論理セル11が、内部電圧線22(L)と、図1のメイン電圧レギュレータ6Mが発生する電源電圧VDDmを供給するメイン電源電圧供給線23Mとの間に接続されている。
図2(A)では、さらに、回路ブロック10Aの外、具体的には図1のオフスタート・スイッチ制御部2内に、スイッチ制御部(SW.CONT.)20Aが配置されている。
スイッチ制御回路20Aは、基準電圧供給線21に印加される電圧を基準として、図1の制御電圧レギュレータ6Cで発生し、制御電源電圧供給線23Cから供給される電源電圧VDDcによって駆動されるため、回路ブロック10Aと異なり、当該、半導体集積回路全体の動作許可がされている間は、常に、電源電圧の供給を受ける。NMOSスイッチSW(L)のゲートはスイッチ制御回路20Aに接続されている。NMOSスイッチSW(L)は、スイッチ制御回路20Aにより、回路ブロック10Aの動作の停止時にオフ、復帰時にオンされる。NMOSスイッチSW(L)のオンとオフのタイミングは、図1のMTCMOS制御部2Bが実行するプログラムにより規定される動作シーケンスにより決められ、当該半導体集積回路の起動中にオンとオフが交互に繰り返される。
In FIG. 2A, the logic cell 11 is connected between the internal voltage line 22 (L) and the main power supply voltage supply line 23M that supplies the power supply voltage VDDm generated by the main voltage regulator 6M of FIG. Yes.
In FIG. 2A, a switch control unit (SW.CONT.) 20A is arranged outside the circuit block 10A, specifically, in the off-start switch control unit 2 of FIG.
The switch control circuit 20A is driven by the power supply voltage VDDc generated by the control voltage regulator 6C in FIG. 1 and supplied from the control power supply voltage supply line 23C with reference to the voltage applied to the reference voltage supply line 21. Unlike the circuit block 10A, the power supply voltage is always supplied while the operation of the entire semiconductor integrated circuit is permitted. The gate of the NMOS switch SW (L) is connected to the switch control circuit 20A. The NMOS switch SW (L) is turned off by the switch control circuit 20A when the operation of the circuit block 10A is stopped and turned on when the operation is restored. The on / off timing of the NMOS switch SW (L) is determined by an operation sequence defined by a program executed by the MTCMOS control unit 2B of FIG. 1, and is repeatedly turned on and off during startup of the semiconductor integrated circuit. It is.

図2(B)に示す電源スイッチトランジスタは、回路ブロック10B内に設けられ、いわゆる仮想VDD線と称せられるハイレベルの内部電圧線22(H)と、電源電圧VDDmを供給するメイン電源電圧供給線23Mとの間に接続されたPMOS(P channel Metal Oxide Semiconductor)構成のPMOSスイッチSW(H)である。PMOSスイッチSW(H)は、論理セル11を構成するPMOSロジックトランジスタより閾値電圧が十分大きく、そのため、回路ブロック10Bの動作が停止しているときにオフされることで、論理セル11の無駄な電力消費を阻止する。
図2(A)に示すスイッチ制御回路20Aと同様に常時、電源電圧VDDcの供給を受けるスイッチ制御部(SW.CONT.)20Bが、図2(B)に示すように回路ブロック10Bの外、具体的には図1のMTCMOS制御部2B内に配置されている。PMOSスイッチSW(H)のゲートはスイッチ制御部20Bに接続されている。PMOSスイッチSW(H)は、スイッチ制御部20Bにより、回路ブロック10Bの動作の停止時にオフ、復帰時にオンされる。PMOSスイッチSW(H)のオンとオフのタイミングは、図1のMTCMOS制御部2Bが実行するプログラムにより規定される動作シーケンスにより決められ、当該半導体集積回路の起動中にオンとオフが交互に繰り返される。
The power switch transistor shown in FIG. 2B is provided in the circuit block 10B and has a high level internal voltage line 22 (H) called a so-called virtual VDD line and a main power supply voltage supply line for supplying the power supply voltage VDDm. This is a PMOS switch SW (H) having a PMOS (P channel Metal Oxide Semiconductor) configuration connected between the terminals 23M and 23M. The threshold voltage of the PMOS switch SW (H) is sufficiently larger than that of the PMOS logic transistor constituting the logic cell 11, and therefore, the PMOS switch SW (H) is turned off when the operation of the circuit block 10B is stopped. Stop power consumption.
Similar to the switch control circuit 20A shown in FIG. 2A, the switch control unit (SW.CONT.) 20B that constantly receives the supply of the power supply voltage VDDc is connected to the outside of the circuit block 10B as shown in FIG. Specifically, it is arranged in the MTCMOS control unit 2B of FIG. The gate of the PMOS switch SW (H) is connected to the switch control unit 20B. The PMOS switch SW (H) is turned off by the switch control unit 20B when the operation of the circuit block 10B is stopped and turned on when the operation is restored. The on / off timing of the PMOS switch SW (H) is determined by an operation sequence defined by a program executed by the MTCMOS control unit 2B in FIG. 1, and the on / off is alternately repeated during startup of the semiconductor integrated circuit. It is.

図2(C)に示す電源スイッチトランジスタは、図2(A)に示すNMOSスイッチSW(L)と、図2(B)に示すPMOSスイッチSW(H)との両方を含む。NMOSスイッチSW(L)とPMOSスイッチSW(H)は、回路ブロック10Cが停止しているときに共にオフされることで、論理セル11の電力消費を阻止する。
図2(C)に示すスイッチ制御部(SW.CONT.)20Cは、図2(A)に示すスイッチ制御回路20Aと、図2(B)に示すスイッチ制御部20Bの機能を併せ持つものであり、制御電源電圧供給線23Cと基準電圧供給線21間に接続されて、当該半導体集積回路の起動中は常に電源電圧VDDの供給を受けて動作する。
The power switch transistor shown in FIG. 2C includes both the NMOS switch SW (L) shown in FIG. 2A and the PMOS switch SW (H) shown in FIG. The NMOS switch SW (L) and the PMOS switch SW (H) are both turned off when the circuit block 10C is stopped, thereby preventing power consumption of the logic cell 11.
The switch control unit (SW.CONT.) 20C shown in FIG. 2 (C) has both the functions of the switch control circuit 20A shown in FIG. 2 (A) and the switch control unit 20B shown in FIG. 2 (B). The control power supply voltage supply line 23C and the reference voltage supply line 21 are connected to each other, and the power supply voltage VDD is always supplied during operation of the semiconductor integrated circuit.

図2(A)において、動作停止時間が長いと、論理セル11のオフリーク電流により内部電圧線22(L)の電圧(基準電圧供給線21の電圧(例えば0[V])との電圧差)が上昇する。このため、次の動作復帰時にスイッチ制御回路20AがNMOSスイッチSW(L)をオンすると、内部電圧線22(L)の電圧が低下する。
これとは逆に、図2(B)では、動作停止の直前では電源電圧VDDに近かった内部電圧線22(H)が、動作停止期間中に論理セル11のオフリーク電流によってディスチャージされて、内部電圧線22(H)の電圧が電源電圧VDDより下がる。このため、次の動作復帰時にスイッチ制御部20BがPMOSスイッチSW(H)をオンすると、検出対象電圧VL2(H)の電圧が上昇する。
図2(C)では、動作停止中に、論理セル11のオフリーク電流によって、ハイレベル側の内部電圧線22(H)と、ローレベル側の内部電圧線22(L)とが電位的に近づく。このため、次の動作復帰時にスイッチ制御部20CがPMOSスイッチSW(H)とNMOSスイッチSW(L)を同時にオンすると、図2(A)に示す内部電圧線22(L)の電圧低下と、図2(B)に示す内部電圧線22(H)の電圧上昇が同時に起こる。
In FIG. 2A, if the operation stop time is long, the voltage of the internal voltage line 22 (L) due to the off-leakage current of the logic cell 11 (voltage difference from the voltage of the reference voltage supply line 21 (for example, 0 [V])). Rises. For this reason, when the switch control circuit 20A turns on the NMOS switch SW (L) at the time of the next operation return, the voltage of the internal voltage line 22 (L) decreases.
On the contrary, in FIG. 2B, the internal voltage line 22 (H) close to the power supply voltage VDD immediately before the operation stop is discharged by the off-leakage current of the logic cell 11 during the operation stop period. The voltage of the voltage line 22 (H) falls below the power supply voltage VDD. For this reason, when the switch control unit 20B turns on the PMOS switch SW (H) at the time of the next operation return, the voltage of the detection target voltage VL2 (H) increases.
In FIG. 2C, the internal voltage line 22 (H) on the high level side and the internal voltage line 22 (L) on the low level side approach the potential due to the off-leak current of the logic cell 11 while the operation is stopped. . Therefore, when the switch control unit 20C simultaneously turns on the PMOS switch SW (H) and the NMOS switch SW (L) at the time of the next operation return, the voltage drop of the internal voltage line 22 (L) shown in FIG. The voltage rise of the internal voltage line 22 (H) shown in FIG.

つぎに、図2(A)の場合を例として、オフスタート・スイッチ制御部2の具体的な回路構成例を説明する。
図3(A)は、図2(A)のスイッチ制御回路20A以外の制御回路まで含めて更に詳細に示す回路図である。
図3(A)に示すように、オフスタート・スイッチ制御部2内に、スイッチ制御回路20Aの他に、フリップフロップ回路FFと、フリップフロップ回路FFの制御信号としてクリア信号(CL)とプリセット信号(PR)を発生する「論理回路」としてのFF制御論理回路(FF.CONT.)24とを有する。フリップフロップ回路FFとFF制御論理回路24が、「規制回路」を構成する。
またオフスタート・スイッチ制御部2内に、リセット回路(RST.C.)25が配置されている。
Next, a specific circuit configuration example of the off-start switch control unit 2 will be described by taking the case of FIG. 2A as an example.
FIG. 3A is a circuit diagram showing in more detail including control circuits other than the switch control circuit 20A of FIG.
As shown in FIG. 3A, in the off-start switch control unit 2, in addition to the switch control circuit 20A, a clear signal (CL) and a preset signal as control signals for the flip-flop circuit FF and the flip-flop circuit FF. FF control logic circuit (FF.CONT.) 24 as a “logic circuit” for generating (PR). The flip-flop circuit FF and the FF control logic circuit 24 constitute a “regulator circuit”.
Further, a reset circuit (RST.C.) 25 is disposed in the off-start switch control unit 2.

スイッチ制御回路20Aの出力は、スイッチ制御回路20A内で発生した制御信号CSを出力可能に、フリップフロップ回路FFのデータ入力端子に接続されている。   The output of the switch control circuit 20A is connected to the data input terminal of the flip-flop circuit FF so that the control signal CS generated in the switch control circuit 20A can be output.

一方、図1に示す「電圧安定化検出部」としてのPOR回路4,4Cが、電圧安定化検出の結果を示す、例えばローアクティブのPOR検出信号(POR_X)が入力可能に、リセット回路25と接続されている。なお、以下、POR検出信号(POR_X)を含め、「ローアクティブ」の信号を、信号名を表す記号の末尾に「_X」を付加することにより示す。
またリセット回路25に対して、ユーザによるリセット遅延時間の指定と変更が可能なシステムリセット信号(SysRST_X)が入力可能となっている。
On the other hand, the POR circuits 4 and 4C as the “voltage stabilization detection unit” shown in FIG. 1 can input a low active POR detection signal (POR_X) indicating the result of voltage stabilization detection. It is connected. Hereinafter, “low active” signals including the POR detection signal (POR_X) are indicated by adding “_X” to the end of a symbol representing the signal name.
A system reset signal (SysRST_X) that allows the user to specify and change the reset delay time can be input to the reset circuit 25.

図4に、リセット回路25の例を示す。
図解したリセット回路25は、負論理入力のアンド回路AND1と、正論理入力のアンド回路AND2から構成されている。アンド回路AND1の一方入力に、上記システムリセット信号(SysRST_X)が入力され、他方入力にPOR回路4からのパワーオンリセット信号(POR_X)が入力可能となっている。アンド回路AND1の出力がアンド回路AND2の一方入力に接続されている。アンド回路AND2の他方入力に、MTCMOS制御部2B内のPOR回路4cからのパワーオンリセット信号(PORc_X)が入力可能となっている。そして、アンド回路AND2の出力から、ローアクティブのリセット信号(RST_X)が出力可能になっている。
パワーオンリセット信号(POR_X)と(PORc_X)は、図示するように、検出対象の電源電圧VDDmまたはVDDcがあるレベルに達したことを検出してローアクティブの信号、すなわち、POR検出信号(POR_X)または(PORc_X)を出力する回路である。
FIG. 4 shows an example of the reset circuit 25.
The illustrated reset circuit 25 includes an AND circuit AND1 having a negative logic input and an AND circuit AND2 having a positive logic input. The system reset signal (SysRST_X) can be input to one input of the AND circuit AND1, and the power-on reset signal (POR_X) from the POR circuit 4 can be input to the other input. The output of the AND circuit AND1 is connected to one input of the AND circuit AND2. The power-on reset signal (PORc_X) from the POR circuit 4c in the MTCMOS control unit 2B can be input to the other input of the AND circuit AND2. A low active reset signal (RST_X) can be output from the output of the AND circuit AND2.
As shown in the figure, the power-on reset signals (POR_X) and (PORc_X) detect that the power supply voltage VDDm or VDDc to be detected has reached a certain level and are low active signals, that is, the POR detection signal (POR_X). Alternatively, it is a circuit that outputs (PORc_X).

図3に戻り、リセット回路25からのリセット信号(RST_X)がFF制御論理回路24の一方入力に印加可能となっている。またFF制御論理回路24の他方入力には、半導体集積回路の外部から入力されるオフスタートモード(OSM)の設定信号(OSM_SET)が印加可能となっている。
OSMの設定信号(OSM_SET)は、半導体集積回路の起動、停止に無関係に常時、半導体集積回路の外部、例えば実装基板上で発生する信号である。OSMの設定信号(OSM_SET)が活性を表す“H”または“1”のときは、オフスタートモードの設定、非活性を表す“L”または“0”のときはオフスタートモードの解除を意味する。ここで「オフスタートモード」とは、半導体集積回路の起動時にMTCMOSの電源スイッチトランジスタSWを導通禁止とする起動モードである。よって、「オフスタートモード解除」は、電源スイッチトランジスタSWの導通禁止状態を解除することを意味する。
Returning to FIG. 3, the reset signal (RST_X) from the reset circuit 25 can be applied to one input of the FF control logic circuit 24. Further, an off-start mode (OSM) setting signal (OSM_SET) inputted from the outside of the semiconductor integrated circuit can be applied to the other input of the FF control logic circuit 24.
The OSM setting signal (OSM_SET) is a signal that is always generated outside the semiconductor integrated circuit, for example, on a mounting board, regardless of whether the semiconductor integrated circuit is started or stopped. When the OSM setting signal (OSM_SET) is “H” or “1” indicating activity, it means setting of the off-start mode, and when “L” or “0” indicating inactivity, it means releasing the off-start mode. . Here, the “off start mode” is a start mode in which the MTCMOS power switch transistor SW is prohibited from conduction when the semiconductor integrated circuit is started. Therefore, “off start mode release” means to release the conduction prohibited state of the power switch transistor SW.

FF制御論理回路24は、入力したリセット信号(RST_X)とOSMの設定信号(OSM_SET)とから、フリップフロップ回路FFのクリア端子に与えるクリア信号(CL)と、フリップフロップ回路FFのプリセット端子に与えるプリセット信号(PR)を発生させる回路である。
なお、クリア端子とプリセット端子は負論理入力となっているが、これは、図4に示すシステムリセット信号(SysRST_X)、POR検出信号(POR_X)およびリセット信号(RST_X)が全てローアクティブの信号であることに対応する。よって、これらの信号がハイアクティブの信号であれば、フリップフロップ回路FFの制御入力を正論理としてよい。
The FF control logic circuit 24 supplies the clear signal (CL) to be supplied to the clear terminal of the flip-flop circuit FF and the preset terminal of the flip-flop circuit FF from the input reset signal (RST_X) and the OSM setting signal (OSM_SET). This circuit generates a preset signal (PR).
Note that the clear terminal and the preset terminal are negative logic inputs. This is because the system reset signal (SysRST_X), the POR detection signal (POR_X), and the reset signal (RST_X) shown in FIG. Corresponding to something. Therefore, if these signals are high active signals, the control input of the flip-flop circuit FF may be positive logic.

フリップフロップ回路FFのデータ出力端子が、回路ブロックB(BLK_B)または回路ブロックA(BLK_A)内の電源スイッチトランジスタSW1,SW2のゲートに接続されている。このゲート接続ノードを、以下、制御ノードNDcと表記する。
電源スイッチトランジスタSW1,SW2は、図2(A)と同様、内部電圧線22(L)と基準電圧供給線21との間に接続されている。内部電圧線22(L)とメイン電源電圧供給線23Mとの間に論理セル11が接続されている。
一方、オフスタート・スイッチ制御部2を含むMTCMOS制御部2B全体(図1参照)が、制御電源電圧供給線23Cと基準電圧供給線21間に接続されている。
The data output terminal of the flip-flop circuit FF is connected to the gates of the power switch transistors SW1 and SW2 in the circuit block B (BLK_B) or the circuit block A (BLK_A). Hereinafter, this gate connection node is referred to as a control node NDc.
The power switch transistors SW1 and SW2 are connected between the internal voltage line 22 (L) and the reference voltage supply line 21 as in FIG. The logic cell 11 is connected between the internal voltage line 22 (L) and the main power supply voltage supply line 23M.
On the other hand, the entire MTCMOS control unit 2B (see FIG. 1) including the off-start switch control unit 2 is connected between the control power supply voltage supply line 23C and the reference voltage supply line 21.

図3(B)に、FF制御論理回路24の入出力関係を図表にして示す。
フリップフロップ回路FFは、クリア信号(CL)が“0”のときに、制御ノードNDcを、Nチャネル型の電源スイッチトランジスタSW1,SW2が導通禁止となる“L”レベルとするため、フリップフロップ回路FFの出力を“0”にする。この状態をとるときのFF制御論理回路24の入力は、OSMの設定信号(OSM_SET)が“1”(活性)、リセット信号(RST_X)が“0”(活性)の場合である。
一方、フリップフロップ回路FFは、プリセット信号(PR)が“0”のときに、制御ノードNDcを、電源スイッチトランジスタSW1,SW2を強制的に導通させる“H”レベルとするため、フリップフロップ回路FFの出力を“1”にする。この状態をとるときのFF制御論理回路24の入力は、OSMの設定信号(OSM_SET)が“0”(非活性)、リセット信号(RST_X)が“0”(活性)の場合である。
FIG. 3B is a chart showing the input / output relationship of the FF control logic circuit 24.
When the clear signal (CL) is “0”, the flip-flop circuit FF sets the control node NDc to the “L” level where the N-channel power switch transistors SW1 and SW2 are prohibited from conducting. Set FF output to “0”. The input of the FF control logic circuit 24 in this state is when the OSM setting signal (OSM_SET) is “1” (active) and the reset signal (RST_X) is “0” (active).
On the other hand, when the preset signal (PR) is “0”, the flip-flop circuit FF sets the control node NDc to “H” level forcibly turning on the power switch transistors SW1 and SW2. Is set to “1”. The input of the FF control logic circuit 24 in this state is when the OSM setting signal (OSM_SET) is “0” (inactive) and the reset signal (RST_X) is “0” (active).

その他の入力論理の組み合わせ、即ち、OSMの設定信号(OSM_SET)が“0”(非活性)でリセット信号(RST_X)が“1”(非活性)の場合と、OSMの設定信号(OSM_SET)が“1”(活性)でリセット信号(RST_X)が“1”(非活性)の場合は、クリア信号(CL)とプリセット信号(PR)が共に“1”となるため、入力の制御信号CSがそのまま出力側の制御ノードNDcに与えられる「制御信号の通過許可状態」となる。   Other combinations of input logic, that is, when the OSM setting signal (OSM_SET) is “0” (inactive) and the reset signal (RST_X) is “1” (inactive), and the OSM setting signal (OSM_SET) is When “1” (active) and the reset signal (RST_X) are “1” (inactive), both the clear signal (CL) and the preset signal (PR) are “1”, so that the input control signal CS is The “control signal pass permission state” is given to the control node NDc on the output side as it is.

このようにOSMの設定信号(OSM_SET)を“0”と“1”で切り替える場合、外部の他のCPU等からOSMの設定信号(OSM_SET)を発生させてよい。
ただし、オフスタート制御の目的が無駄な消費電力の低減であるため、重要なのは電源スイッチトランジスタSW1,SW2をオフする導通禁止状態の設定、すなわちクリア信号(CL)が“0”の場合である。よって、外部の実装基板において、OSMの設定信号(OSM_SET)を常時“1”(ハイレベル)とするため、抵抗等を介して電源電圧にプルアップしておいても差し支えない。この場合、リセット信号(RST_X)の論理により、導通禁止とその解除(制御信号の通過許可)が制御される。
When the OSM setting signal (OSM_SET) is switched between “0” and “1” as described above, the OSM setting signal (OSM_SET) may be generated from another external CPU or the like.
However, since the purpose of the off-start control is to reduce wasteful power consumption, what is important is the setting of the conduction prohibited state in which the power switch transistors SW1 and SW2 are turned off, that is, the clear signal (CL) is “0”. Therefore, since the OSM setting signal (OSM_SET) is always set to “1” (high level) on the external mounting board, it may be pulled up to the power supply voltage via a resistor or the like. In this case, conduction prohibition and release thereof (control signal passage permission) are controlled by the logic of the reset signal (RST_X).

以上のオフスタート・スイッチ制御部2の構成は、図1の回路ブロックA(BLK_A)と回路ブロックB(BLK_B)に対応して2つ設けられ、その一方が回路ブロックA(BLK_A)内に設けられたPOR回路4からの電圧安定化情報に基づいて動作し、他方が回路ブロックB(BLK_B)内に設けられた他のPOR回路4からの電圧安定化情報に基づいて動作する。   Two off-start switch control units 2 are provided corresponding to circuit block A (BLK_A) and circuit block B (BLK_B) in FIG. 1, one of which is provided in circuit block A (BLK_A). The other operates based on the voltage stabilization information from the other POR circuit 4 provided in the circuit block B (BLK_B).

つぎに、以上構成を前提に、本実施形態の起動制御の動作説明を行う。最初に起動制御の概要を説明する。
図5は、本実施形態の起動方法の概要を示すフローチャートである。この起動方法は、以下のステップを含む。
Next, on the premise of the above configuration, the operation of the start control of this embodiment will be described. First, an outline of start control will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing an outline of the activation method of the present embodiment. This activation method includes the following steps.

ステップST0:オフスタートモードの設定信号(OSM_SET)を半導体集積回路に印加する。
ステップST1:設定信号(OSM_SET)を印加した状態で半導体集積回路の起動を開始して、電源電圧VDDcの入力を有効化し、あるいは、電源電圧VDDcを内部発生する。ここで「電源電圧VDDcの入力を有効化する」とは、VTCMOS電圧レギュレータ6Vが外部に設けられている場合に、半導体集積回路の電源端子に与えられている電源電圧VDDcを内部の電源線に取り込むことを意味する。また「電源電圧VDDcを内部発生する」とは制御電圧レギュレータ6Cが半導体集積回路内に設けられている場合に対応する。
Step ST0: An off start mode setting signal (OSM_SET) is applied to the semiconductor integrated circuit.
Step ST1: Starting the semiconductor integrated circuit with the setting signal (OSM_SET) applied, enables the input of the power supply voltage VDDc or internally generates the power supply voltage VDDc. Here, “validating the input of the power supply voltage VDDc” means that when the VTCMOS voltage regulator 6V is provided outside, the power supply voltage VDDc applied to the power supply terminal of the semiconductor integrated circuit is used as an internal power supply line. It means capturing. Further, “to generate the power supply voltage VDDc internally” corresponds to the case where the control voltage regulator 6C is provided in the semiconductor integrated circuit.

ステップST2:起動の開始時に設定信号(OSM_SET)が活性(“1”)のときは電源スイッチトランジスタSW1,SW2を導通禁止状態(クリア信号(CL)を“0”)とし、非活性(“0”)のときは導通禁止状態としない(クリア信号(CL)を“1”とする)。   Step ST2: When the setting signal (OSM_SET) is active (“1”) at the start of startup, the power switch transistors SW1 and SW2 are set in a conduction-inhibited state (clear signal (CL) is “0”) and inactive (“0”) ")", The conduction is not prohibited (clear signal (CL) is set to "1").

ステップST3:電源電圧VDDcの供給を受けて開始した所定の起動処理が終了したことに応答して、オフスタートモードのリセット信号(RST_X)を非活性化(“0”→“1”)する。ここで「所定の起動処理」とは、後述する具体的な動作例では、電源電圧VDDmの取り込みまたは発生、あるいは、その後に続くクロック信号CLKの発生と基板バイアス電圧VBB制御の初期化などを指す。   Step ST3: In response to the completion of the predetermined activation process started upon receiving the supply of the power supply voltage VDDc, the off-start mode reset signal (RST_X) is deactivated (“0” → “1”). Here, the “predetermined start-up process” refers to the capture or generation of the power supply voltage VDDm or the subsequent generation of the clock signal CLK and the initialization of the substrate bias voltage VBB control in a specific operation example described later. .

ステップST4:起動の開始後に導通禁止状態となっている場合、リセット信号(RST_X)を活性化(“0”→“1”)に応答して導通禁止状態を解除する(クリア信号(CL)を“0”→“1”に遷移させる)。ここで「導通禁止状態の解除」は、その後に発生する制御信号CSの、フリップフロップ回路FFでの通過許可を与えることを指す。   Step ST4: If the continuity prohibition state has been set after the start of activation, the continuity prohibition state is canceled in response to activation of the reset signal (RST_X) (“0” → “1”) (clear signal (CL) is set). Transition from “0” to “1”). Here, “cancellation of the conduction prohibited state” means that the control signal CS generated thereafter is permitted to pass through the flip-flop circuit FF.

なお、以上のステップと次の波形図を用いた動作との対応を、その動作の説明の最後に説明することにより、以上の各ステップの詳細を明らかにする。   The correspondence between the above steps and the operation using the next waveform diagram will be described at the end of the description of the operation to clarify the details of the above steps.

図6(A)〜図6(L)は、電源電圧その他の電圧および各種信号の波形を示すタイミングチャートである。
ここで図6(A)に、図1の制御電圧レギュレータ6Cから出力される電源電圧VDDcの入力波形を示す。図6(B)にVTCMOS制御部2Aの電源入力状態を示す。図6(C)に回路ブロックA(BLK_A)における制御ノードNDc(図3(A)参照)の電圧VGAを、図6(D)に回路ブロックB(BLK_B)における制御ノードNDcの電圧VGBを、それぞれ示す。図6(E)に、図1のメイン電圧レギュレータ6Mにより発生する電源電圧VDDmと、PLL電圧レギュレータ6Pにより発生する電源電圧VDDpの各入力波形を、それぞれ示す。図6(F)に、初期の基板バイアス電圧VBBの波形を示す。図6(G)に、図1のPLL部5に外部(実装基板上の他のCPU等)から与えられるPLLロック信号(LS_PLL)を、図6(H)にクロック信号CLKを、それぞれ示す。
FIGS. 6A to 6L are timing charts showing power supply voltages and other voltages and waveforms of various signals.
Here, FIG. 6A shows an input waveform of the power supply voltage VDDc output from the control voltage regulator 6C of FIG. FIG. 6B shows a power input state of the VTCMOS control unit 2A. FIG. 6C shows the voltage VGA of the control node NDc (see FIG. 3A) in the circuit block A (BLK_A), and FIG. 6D shows the voltage VGB of the control node NDc in the circuit block B (BLK_B). Each is shown. FIG. 6E shows input waveforms of the power supply voltage VDDm generated by the main voltage regulator 6M of FIG. 1 and the power supply voltage VDDp generated by the PLL voltage regulator 6P. FIG. 6F shows a waveform of the initial substrate bias voltage VBB. FIG. 6G shows a PLL lock signal (LS_PLL) given from the outside (another CPU or the like on the mounting board) to the PLL unit 5 in FIG. 1, and FIG. 6H shows the clock signal CLK.

また、図6(I)に、図1のVTCMOS制御部2Aに対し、外部からユーザによる設定と変更が可能に与えられる制御リセット信号(RST_A)を示す。同様に、図6(K)に、図1のMTCMOS制御部2Bに対し、外部からユーザによる設定と変更が可能に与えられる制御リセット信号(RST_B)を示す。この2つの制御リセット信号は、VTCMOS制御部2AやMTCMOS制御部2Bが実行する動作の初期化信号であり、これらの制御リセット信号の活性化(時間T11)により、それぞれ、VTCMOSの基板バイアス電圧VBBの制御シーケンス、制御信号CSの制御シーケンスの初期化(ルーチンプログラムのロード等)の実行が開始される。
図6(J)と図6(L)は、回路ブロックA(BLK_A)と回路ブロックB(BLK_B)の入力データを示す。
FIG. 6I shows a control reset signal (RST_A) that can be externally set and changed by the user to the VTCMOS control unit 2A of FIG. Similarly, FIG. 6K shows a control reset signal (RST_B) that can be externally set and changed by the user to the MTCMOS control unit 2B of FIG. These two control reset signals are initialization signals for operations executed by the VTCMOS control unit 2A and the MTCMOS control unit 2B, and the activation of these control reset signals (time T11) causes the substrate bias voltage VBB of the VTCMOS, respectively. The control sequence and the initialization of the control sequence of the control signal CS (loading of a routine program, etc.) are started.
FIGS. 6J and 6L show input data of the circuit block A (BLK_A) and the circuit block B (BLK_B).

図1に示す半導体集積回路が電源投入されると、当該半導体集積回路が起動する。ここで電源投入は、メイン電圧レギュレータ6M、制御電圧レギュレータ6CおよびPLL電圧レギュレータ6Pから電源電圧が印加されること、あるいは、既に電源端子に印加されている電源電圧の入力許可を行うことである。
いずれにしても、半導体集積回路内の電源電圧VDDcの電源線に、図6(A)に示すように電圧が出現し、この電圧が上昇して所定の電源電圧VDDcの値で安定化する。
When the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 1 is powered on, the semiconductor integrated circuit is activated. Here, turning on the power means applying a power supply voltage from the main voltage regulator 6M, the control voltage regulator 6C, and the PLL voltage regulator 6P, or permitting the input of the power supply voltage already applied to the power supply terminal.
In any case, a voltage appears on the power supply line of the power supply voltage VDDc in the semiconductor integrated circuit as shown in FIG. 6A, and this voltage rises and stabilizes at a value of the predetermined power supply voltage VDDc.

電源電圧VDDcの安定化により、VTCMOS制御部2Aの動作が開始され(図6(B))、同時に、MTCMOS制御部2Bの動作が開始される。これにより、回路ブロックA(BLK_A)における電源スイッチトランジスタのゲートに印加する電圧VGAと、回路ブロックB(BLK_B)における電源スイッチトランジスタのゲートに印加する電圧VGBが“L”レベルで確定する(図6(C)および図6(D))。
このとき確定する“L”レベルは、起動時の電源スイッチトランジスタの導通禁止を意味し、このことが本実施形態の大きな特徴であり、以下のような動作で実現される。
By stabilizing the power supply voltage VDDc, the operation of the VTCMOS control unit 2A is started (FIG. 6B), and at the same time, the operation of the MTCMOS control unit 2B is started. As a result, the voltage VGA applied to the gate of the power switch transistor in the circuit block A (BLK_A) and the voltage VGB applied to the gate of the power switch transistor in the circuit block B (BLK_B) are determined at the “L” level (FIG. 6). (C) and FIG. 6 (D)).
The “L” level determined at this time means prohibition of conduction of the power switch transistor at the start-up, which is a major feature of the present embodiment and is realized by the following operation.

図3(A)のオフスタート・スイッチ制御部2は、半導体集積回路の電源投入(起動)に応答して、制御電圧レギュレータ6Cから発生した電源電圧VDDcの入力許可がされるため、電源供給を受ける。ただし、スイッチ制御回路20Aが制御信号CSを発生する動作は制御リセット(時間T11)以降となるため、この時点(時間T1)ではスイッチ制御回路20Aには電源電圧VDDcが供給されたに過ぎない。   Since the off-start switch control unit 2 in FIG. 3A is allowed to input the power supply voltage VDDc generated from the control voltage regulator 6C in response to power-on (startup) of the semiconductor integrated circuit, the power supply is supplied. receive. However, since the switch control circuit 20A generates the control signal CS after the control reset (time T11), the power supply voltage VDDc is only supplied to the switch control circuit 20A at this time (time T1).

一方、電源電圧VDDcは、オフスタート・スイッチ制御部2内のFF制御論理回路24、リセット回路25およびフリップフロップ回路FFにも供給される。
電源電圧VDDcの安定化検出するPOR回路4cがMTCMOS制御部2B内にも設けられ、これが電源電圧VDDcの安定化を検出すると直ぐに、クリア信号(CL)を“0”にする動作が、リセット回路25およびFF制御論理回路24によって実行される。このため、電源スイッチトランジスタSW1,SW2の導通禁止状態のままMTCMOS制御部2B(オフスタート・スイッチ制御部2を含む)が起動される。
なお、図6(C)および図6(D)において、電圧VGAとVGBが“L”レベルになっているのは、このオフスタート制御が実行されているためである。
On the other hand, the power supply voltage VDDc is also supplied to the FF control logic circuit 24, the reset circuit 25, and the flip-flop circuit FF in the off-start switch control unit 2.
The POR circuit 4c for detecting the stabilization of the power supply voltage VDDc is also provided in the MTCMOS control unit 2B. As soon as this detects the stabilization of the power supply voltage VDDc, the operation of setting the clear signal (CL) to “0” 25 and FF control logic circuit 24. Therefore, the MTCMOS control unit 2B (including the off-start switch control unit 2) is activated while the conduction state of the power switch transistors SW1 and SW2 is prohibited.
In FIG. 6C and FIG. 6D, the voltages VGA and VGB are at the “L” level because the off-start control is executed.

続く時間T2にて、電源電圧VDDmおよび電源電圧VDDpの電源投入がされ、これにより図6(E)に示すように対応する各電源線電圧が上昇し、それぞれ、時間T4にて電源電圧VDDmと電源電圧VDDpの値で一定となる。
時間T2に続く時間T3にて、図1のVTCMOS電圧レギュレータ6Vが基板バイアス電圧VBBを出力し始める。この最初の基板バイアス電圧VBBの値は、基板バイアス制御の動作シーケンスを規定するルーチンプログラムがロードされる前の段階で規定値として与えられたものである。初期の基板バイアス電圧VBBは、時間T5で安定する。
At the subsequent time T2, the power supply voltage VDDm and the power supply voltage VDDp are turned on. As a result, the corresponding power supply line voltages rise as shown in FIG. 6E. The power supply voltage VDDp is constant.
At time T3 following time T2, the VTCMOS voltage regulator 6V in FIG. 1 starts outputting the substrate bias voltage VBB. The value of the first substrate bias voltage VBB is given as a specified value at a stage before the routine program for specifying the operation sequence of the substrate bias control is loaded. The initial substrate bias voltage VBB stabilizes at time T5.

回路ブロックA(BLK_A)はVTCMOS適用ブロックであるため、先に回路ブロック内の動作を開始させる必要がある。そこで、電源電圧VDDmの安定化(時間T4)から所定の遅延時間を経た時間T7で、電源スイッチトランジスタSW1,SW2の導通禁止が解除される。
具体的には、時間T7にて図4に示すシステムリセット信号(SysRST_X)が“0”から“1”に遷移するため、リセット回路25の出力であるリセット信号(RST_X)が、非活性の“1”に遷移する。よって、図3(A)のフリップフロップ回路FFが制御信号の通過許可状態となる。
なお、この時間T7では未だ、図6(H)に示すクロック信号CLK(高速クロック信号)が発生していないが、図3(A)に示すオフスタート・スイッチ制御部2を含むMTCMOS制御部2B、および、VTCMOS制御部2Aは、PLL部5で内部発生し、または、PLL部5に外部から入力される低速な基本クロック信号(PLL部5で逓倍される前のクロック信号)を用いて動作可能な回路である。よって、VTCMOS制御部2Aは、上記基本クロック信号を用いることによって動作し、上記した時間T7の経過に応答するリセット信号の非活性化(ステップST3)の制御が可能である。
この基本クロック信号を用いる方法以外では、制御回路用のクロック信号を別途用意、例えば予め入力しておく方法でもよいが、新たにクロック信号を別途発生させ、また端子数が増えるため、PLL部5の基本クロック信号により制御回路を動作させる上記方法が、より望ましい。
Since the circuit block A (BLK_A) is a VTCMOS application block, it is necessary to start the operation in the circuit block first. Therefore, the conduction prohibition of the power switch transistors SW1 and SW2 is released at a time T7 after a predetermined delay time has elapsed since the stabilization of the power supply voltage VDDm (time T4).
Specifically, since the system reset signal (SysRST_X) shown in FIG. 4 changes from “0” to “1” at time T7, the reset signal (RST_X) output from the reset circuit 25 is inactive “ Transition to 1 ″. Therefore, the flip-flop circuit FF in FIG.
At this time T7, the clock signal CLK (high-speed clock signal) shown in FIG. 6 (H) has not yet been generated, but the MTCMOS control unit 2B including the off-start switch control unit 2 shown in FIG. 3 (A). The VTCMOS control unit 2A operates using a low-speed basic clock signal (clock signal before being multiplied by the PLL unit 5) generated internally in the PLL unit 5 or input to the PLL unit 5 from the outside. It is a possible circuit. Therefore, the VTCMOS control unit 2A operates by using the basic clock signal, and can control the deactivation of the reset signal (step ST3) in response to the elapse of the time T7.
Other than the method using the basic clock signal, a clock signal for the control circuit is separately prepared, for example, a method of inputting in advance may be used. However, since a new clock signal is newly generated and the number of terminals is increased, the PLL unit 5 The above method of operating the control circuit with the basic clock signal is more desirable.

図6では、制御信号が発生していない時間T7の段階で導通禁止が解除されると、制御ノードNDcが初期レベルとして“H”に遷移するように構成されている場合を示す。これにより、図3(A)の論理セル11に電源供給がなされ、回路ブロックA(BLK_A)が動作可能となる。よって、以後、図6(J)に示すように、入力データ(IN_A)を受付可能となる(時間T8)。   FIG. 6 illustrates a case where the control node NDc is configured to transition to “H” as an initial level when the conduction prohibition is canceled at the time T7 when the control signal is not generated. As a result, power is supplied to the logic cell 11 in FIG. 3A, and the circuit block A (BLK_A) becomes operable. Therefore, thereafter, as shown in FIG. 6J, the input data (IN_A) can be accepted (time T8).

一方、例えば時間T5より遅れた時間T6で、PLL部5に対し、発振周波数を確定するPLLロック信号(LS_PLL)が外部のCPU等から与えられる。従って、図6(H)に示すように、PLLロック信号(LS_PLL)の確定入力(電圧の立ち上がり)から期間TI1の待機時間を経た後に、時間T10から(高速)クロック信号CLKがPLL部5から出力される。また、時間T10からリセット待機期間TI2を経ると、前述した制御リセット信号(RST_A)に応じて制御リセットがかかり、VTCMOS制御部2Aが初期化動作を開始する。この初期化動作には、動作シーケンスを規定するルーチンプログラムのロード等も含まれる。
その後、初期化待機期間TI3が経過した時間T14で、VTCMOSが適用された回路ブロックA(BLK_A)と非適用の回路ブロックB(BLK_B)の双方で起動処理が完了し、通常の処理、すなわち動作シーケンスに従った動作が開始される。
On the other hand, for example, at time T6 delayed from time T5, a PLL lock signal (LS_PLL) for determining the oscillation frequency is given to the PLL unit 5 from an external CPU or the like. Therefore, as shown in FIG. 6 (H), after a standby time of the period TI1 has elapsed from the definite input (rising of the voltage) of the PLL lock signal (LS_PLL), the (high-speed) clock signal CLK is output from the PLL unit 5 from time T10. Is output. When the reset waiting period TI2 passes from time T10, a control reset is applied in accordance with the control reset signal (RST_A) described above, and the VTCMOS control unit 2A starts an initialization operation. This initialization operation includes loading of a routine program that defines an operation sequence.
Thereafter, at time T14 when the initialization waiting period TI3 has elapsed, the startup processing is completed in both the circuit block A (BLK_A) to which VTCMOS is applied and the circuit block B (BLK_B) to which VTCMOS is applied, and normal processing, that is, operation The operation according to the sequence is started.

なお、回路ブロックB(BLK_B)はVTCMOS技術が非適用なため、起動処理を先に回路ブロックA(BLK_A)で進め、データ入力が不要な回路ブロックB(BLK_B)の起動処理は、時間T14に終了が間に合うように、可能な限り遅らせている。つまり、時間T13までは回路ブロックB(BLK_B)は電源スイッチトランジスタSW1,SW2の導通禁止が解除されないため、その分、大幅に電力消費の無駄を削減できる。
また、時間T13の導通禁止の解除タイミングは、図4のシステムリセット信号(SysRST_X)によるユーザ設定により決められる。
Since the circuit block B (BLK_B) is not applied with the VTCMOS technology, the start-up process is first advanced in the circuit block A (BLK_A), and the start-up process of the circuit block B (BLK_B) that does not require data input is performed at time T14. Delayed as much as possible so that the end is in time. That is, until time T13, the circuit block B (BLK_B) does not release the prohibition of conduction of the power switch transistors SW1 and SW2, and therefore, waste of power consumption can be greatly reduced.
In addition, the release timing of the conduction prohibition at time T13 is determined by the user setting by the system reset signal (SysRST_X) in FIG.

なお、VTCMOSが非適用な回路ブロックが複数ある場合、通常動作が始まっても、ある回路ブロックに対しては電源スイッチトランジスタSW1,SW2の導通禁止解除の遅延時間動作を長くし、必要となるまで通電しない制御を行うことで、さらに電力消費を抑制できる。なお、この場合の遅延時間を決める図4のシステムリセット信号(SysRST_X)は、動作シーケンスのプログラムから読み出して与えるとよい。
また、以上のオフスタート制御で行ったフリップフロップ回路FFのクリア信号(CL)による導通禁止とその解除の制御は、電源スイッチトランジスタ制御以外に、オフスタート制御を行うことを前提として、MTCMOS制御に必要な他の信号の制御にも同様にして実施できる。このような信号としては、不定伝搬を防止するフェンス(Fence)信号、データ保持のために回路(データ保持フリップフロップ回路FFに関する制御信号)がある。
When there are a plurality of circuit blocks to which VTCMOS is not applied, even if the normal operation starts, the delay time operation for releasing the conduction prohibition of the power switch transistors SW1 and SW2 is increased for a certain circuit block until it becomes necessary. By performing control without energization, power consumption can be further suppressed. Note that the system reset signal (SysRST_X) shown in FIG. 4 for determining the delay time in this case may be read out from the program of the operation sequence.
Further, the conduction prohibition and release control by the clear signal (CL) of the flip-flop circuit FF performed in the above-described off-start control is controlled by MTCMOS control on the assumption that off-start control is performed in addition to the power switch transistor control. The control of other necessary signals can be similarly performed. Such signals include a fence signal that prevents indefinite propagation and a circuit for holding data (a control signal related to the data holding flip-flop circuit FF).

また、VTCMOS技術との併用に関してはオフスタート起動を説明したが、その後の通常動作において、適応的に基板バイアス電圧VBBを変化させるDVC(Dynamic Voltage Control)を行ってよい。   Further, although the off-start start-up has been described for the combined use with the VTCMOS technology, DVC (Dynamic Voltage Control) for adaptively changing the substrate bias voltage VBB may be performed in the subsequent normal operation.

図6(M)に、図5に示す各ステップとの対応関係を示す。
起動時(時間T0)には、ステップST0によるオフスタートモード(OSM)の設定信号(OSM_SET)が印加された状態となっている。
ステップST1は、電源電圧の入力の有効化により内部電源線に電源電圧VDDcが安定する過程である(時間T0〜時間T1)。
ステップST2は、POR回路4cによる安定化検出に応答してリセット信号(RST_X)を活性(“0”)とし、これによりフリップフロップ回路FFのクリア信号(CL)を“0”とする処理である(時間ST2から僅かな時間)。
ステップST3では、「所定の起動処理」の一例として電源電圧VDDm等の安定化検出が終了したことに応答して、リセット信号(RST_X)を活性(“0”)から非活性(“1”)に遷移させる(時間T4〜時間T7の少し前)。あるいは、他の一例として、さらにクロック信号CLKの発生と基板バイアス制御の初期化がほぼ終了したことに応答して、リセット信号(RST_X)を非活性化(“0”→“1”)する(時間T4〜時間T13の少し前)。
ステップST4では、時間T7あるいは時間T13から僅かな時間で、クリア信号(CL)を“0”から“1”に遷移させ、これにより電源スイッチトランジスタSW1,SW2の導通禁止を解除する。
FIG. 6M shows a correspondence relationship with each step shown in FIG.
At start-up (time T0), the off-start mode (OSM) setting signal (OSM_SET) in step ST0 is applied.
Step ST1 is a process in which the power supply voltage VDDc is stabilized in the internal power supply line by the validation of the input of the power supply voltage (time T0 to time T1).
Step ST2 is a process in which the reset signal (RST_X) is activated (“0”) in response to the stabilization detection by the POR circuit 4c, and thereby the clear signal (CL) of the flip-flop circuit FF is set to “0”. (Slight time from time ST2).
In step ST3, as an example of the “predetermined start-up process”, the reset signal (RST_X) is changed from active (“0”) to inactive (“1”) in response to completion of detection of stabilization of the power supply voltage VDDm or the like. (Slightly before time T4 to time T7). Alternatively, as another example, the reset signal (RST_X) is deactivated (“0” → “1”) in response to the completion of the generation of the clock signal CLK and the initialization of the substrate bias control. A little before time T4 to time T13).
In step ST4, the clear signal (CL) is changed from “0” to “1” in a short time from the time T7 or the time T13, thereby releasing the conduction prohibition of the power switch transistors SW1 and SW2.

本実施形態によれば、以下のように従来受けていた不利益を解消でき、これにより回路電源投入(起動)から実際に回路動作を開始するまでの不要電力を削除することができる。   According to the present embodiment, the disadvantages received in the past can be eliminated as follows, and unnecessary power from when the circuit power is turned on (startup) to when the circuit operation is actually started can be deleted.

一般に、電源投入(起動)から電源電圧の安定化までに数[ms]の待機時間が必要で、その後、クロック信号を発生するPLL部がロックインするまでに更に数[ms]が必要である。また、発生したクロック信号によって動作するCPU等が、必要なプログラムをメモリからロードするなどの処理が、上記電源安定化、クロック信号発生と共に起動処理に含まれることがある。   Generally, a waiting time of several [ms] is required from power-on (start-up) to stabilization of the power supply voltage, and then several [ms] are required until the PLL unit that generates the clock signal is locked in. . In addition, a process in which a CPU or the like that operates based on the generated clock signal loads a necessary program from a memory may be included in the startup process together with the power supply stabilization and the generation of the clock signal.

これらの起動処理に関係する制御回路は、通常、MTCMOS技術が非適用である。
しかしながら、MTCMOS技術が適用された回路ブロックには、起動処理に無関係なものが多数存在する。そのうち、起動直後に動作することが動作シーケンスで決められた回路ブロックについては、電源安定化の直後に電源スイッチトランジスタをオンしても、そのことが電力消費の面で大きな不利益とはならない。
In general, the MTCMOS technology is not applied to the control circuits related to these startup processes.
However, many circuit blocks to which the MTCMOS technology is applied are irrelevant to the startup process. Among them, for a circuit block whose operation sequence is determined to operate immediately after startup, even if the power switch transistor is turned on immediately after power stabilization, this does not constitute a significant disadvantage in terms of power consumption.

しかし、起動後に比較的長い待機時間を有する回路ブロックが多く含まれると、電力消費の面で不利益が大きい。
より詳細には、起動後に比較的長い待機時間の間動作しない回路ブロックの内部電圧線、例えば仮想GND線の電位は、長い待機時間をかけてゆっくり回路内のリーク電流により充電される。一方、起動後の電源電圧安定化で電源スイッチトランジスタをオンし、仮想GND線の電位をGNDレベルに下げても、結局は、長い待機時間で仮想GND線が充電されることに変わりがない。このため、電源スイッチトランジスタをオンして、仮想GND線を放電するだけ無駄な消費電力が発生する。
However, if many circuit blocks having a relatively long standby time after activation are included, there is a great disadvantage in terms of power consumption.
More specifically, the potential of the internal voltage line of the circuit block that does not operate for a relatively long standby time after startup, for example, the potential of the virtual GND line, is slowly charged by the leakage current in the circuit over a long standby time. On the other hand, even if the power switch transistor is turned on to stabilize the power supply voltage after startup and the potential of the virtual GND line is lowered to the GND level, the virtual GND line is still charged in a long standby time. For this reason, useless power consumption is generated only by turning on the power switch transistor and discharging the virtual GND line.

本実施形態では、このような無駄な電力消費を防止できる。
また、PLL部の出力が安定するまでの時間など、論理的に電源投入後一定時間、回路待機を要するような場合において、不要電力を削減することが出来る。
In this embodiment, such wasteful power consumption can be prevented.
Further, in the case where a circuit standby is required for a certain period of time after the power is turned on, such as the time until the output of the PLL unit is stabilized, unnecessary power can be reduced.

本発明の実施形態に関わる半導体集積回路のブロック図である。1 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention. (A)から(C)は、本実施形態で適用可能な電源スイッチ制御の態様を3通り示す図である。(A) to (C) are diagrams showing three modes of power switch control applicable in this embodiment. (A)は、図2(A)をより詳細に示す回路ブロック図である。(B)は、FF制御論理回路の機能を示す入出力状態の図表である。FIG. 2A is a circuit block diagram showing FIG. 2A in more detail. (B) is a chart of an input / output state showing functions of the FF control logic circuit. リセット回路の構成とPOR回路との関係、ならびに、POR回路の機能を示す回路ブロック図である。FIG. 3 is a circuit block diagram showing a relationship between a configuration of a reset circuit and a POR circuit, and a function of the POR circuit. 本実施形態の起動方法の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the starting method of this embodiment. (A)〜(L)は、本実施形態に関わる起動方法の実行時におけるタイミングチャートである。(M)は、図5の各ステップとの関係を示すタイミングチャートである。(A)-(L) are timing charts at the time of execution of the starting method concerning this embodiment. (M) is a timing chart which shows the relationship with each step of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1A…チップエリア、2…オフスタート・スイッチ制御部、2A…VTCMOS制御部、2B…MTCMOS制御部、4,4c…POR回路、5…PLL部、6C…制御電圧レギュレータ、6M…メイン電圧レギュレータ、6P…PLL電圧レギュレータ、6V…VTCMOS電圧レギュレータ、11…論理セル、20A等…スイッチ制御部、21…基準電圧供給線、22(L)…内部電圧線、23C…制御電源電圧供給線、23M…メイン電源電圧供給線、24…FF制御論理回路、25…リセット回路、FF…フリップフロップ回路、(BLK_A)等…回路ブロック、SW1等…電源スイッチトランジスタ、CS…制御信号、(RST_X)…リセット信号、(POR_X),(PORc_X)…POR検出信号、(SysRST_X)…システムリセット信号、(OSM_SET)…OSMの設定信号   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Chip area, 2 ... Off start switch control part, 2A ... VTCMOS control part, 2B ... MTCMOS control part, 4, 4c ... POR circuit, 5 ... PLL part, 6C ... Control voltage regulator, 6M ... Main voltage regulator, 6P ... PLL voltage regulator, 6V ... VTCMOS voltage regulator, 11 ... logic cell, 20A, etc .... switch control unit, 21 ... reference voltage supply line, 22 (L) ... internal voltage line, 23C ... control power supply voltage supply line, 23M ... Main power supply voltage supply line, 24 ... FF control logic circuit, 25 ... Reset circuit, FF ... Flip-flop circuit, (BLK_A), etc. Circuit block, SW1, etc .... Power switch transistor, CS ... Control signal, (RST_X) ... Reset signal , (POR_X), (PORc_X)... POR detection signal, (SysRST_X) System reset signal, (OSM_SET) ... OSM of the setting signal

Claims (6)

電源電圧の供給を受けて動作する回路部と、
前記電源電圧を前記回路部に供給するときに流れる電源電流の経路に設けられ、前記回路部内のトランジスタより閾値電圧が高い電源スイッチトランジスタと、
外部から入力されるオフスタートモードの設定信号が起動時に活性のときは、前記電源スイッチトランジスタの導通禁止状態で起動動作を開始し、前記設定信号が前記起動時に非活性のときは、前記電源スイッチトランジスタの導通を禁止することなく前記起動動作を開始する制御部と、
を同一半導体基板に有する半導体集積回路。
A circuit unit that operates upon receiving a supply voltage; and
A power supply switch transistor provided in a path of a power supply current that flows when the power supply voltage is supplied to the circuit unit; and a threshold voltage higher than a transistor in the circuit unit;
When the setting signal of the off-start mode input from the outside is active at the start-up, the start-up operation is started with the power switch transistor being in a conduction-inhibited state, and when the setting signal is inactive at the start-up, the power switch A control unit for starting the start-up operation without prohibiting conduction of the transistor;
A semiconductor integrated circuit having the same semiconductor substrate.
前記制御部は、
前記電源スイッチトランジスタの導通と非導通を制御する制御信号を発生するスイッチ制御回路と、
前記起動動作の開始後に所定の起動処理が終了したことに応答して、前記オフスタートモードのリセット信号を非活性にするリセット回路と、
前記スイッチ制御回路と前記電源スイッチトランジスタの制御ノードとの間に設けられ、前記設定信号が起動時に活性のときは前記導通禁止状態で起動され、起動後は、前記リセット信号の前記非活性に応答して前記導通禁止状態を解除することにより、起動された前記スイッチ制御回路からの前記制御信号を通過可能にする規制回路と、
を有する請求項1に記載の半導体集積回路。
The controller is
A switch control circuit for generating a control signal for controlling conduction and non-conduction of the power switch transistor;
A reset circuit for deactivating the reset signal in the off-start mode in response to completion of a predetermined activation process after the start of the activation operation;
Provided between the switch control circuit and the control node of the power switch transistor. When the setting signal is active at the time of activation, it is activated in the conduction prohibited state, and after activation, responds to the inactivation of the reset signal. And a regulation circuit that allows the control signal from the activated switch control circuit to pass by releasing the conduction prohibition state, and
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, comprising:
前記所定の起動処理として前記電源電圧の安定化を検出する電源安定化検出部を、さらに有し、
前記リセット回路は、前記電源安定化検出部が検出した前記電源電圧の前記安定化に応答して、ユーザによる設定と変更が可能な遅延時間が前記安定化から経過したときに活性となる信号と、前記電源電圧の安定化で活性化する信号とを入力し、入力した2つの信号が共に活性となるときに出力の前記リセット信号を活性化する回路を含む
請求項2に記載の半導体集積回路。
A power supply stabilization detector that detects the stabilization of the power supply voltage as the predetermined startup process;
In response to the stabilization of the power supply voltage detected by the power stabilization detection unit, the reset circuit is activated when a delay time that can be set and changed by a user has elapsed from the stabilization. 3. A semiconductor integrated circuit according to claim 2, further comprising: a circuit that inputs a signal that is activated when the power supply voltage is stabilized, and that activates the reset signal when the two input signals are both activated. .
前記回路部内の前記トランジスタに印加する基板バイアスの内部電源電圧を発生する内部電源電圧発生部と、
前記電源電圧の安定化を検出する電源電圧安定化検出部と、
前記内部電源電圧の安定化を検出する内部電源安定化検出部と、
クロック信号を発生するクロック信号発生部と、
前記クロック信号の入力により初期化を開始する基板バイアス制御部と、をさらに有し、
前記所定の起動処理として、前記電源電圧の安定化検出、前記内部電源電圧の発生および安定化検出、前記クロック信号の発生、ならびに、前記基板バイアス制御部の初期化の処理が全て終了したことに応答して、前記リセット回路が前記リセット信号を活性化する
請求項2に記載の半導体集積回路。
An internal power supply voltage generating section for generating an internal power supply voltage of a substrate bias applied to the transistor in the circuit section;
A power supply voltage stabilization detector for detecting the stabilization of the power supply voltage;
An internal power supply stabilization detector for detecting the stabilization of the internal power supply voltage;
A clock signal generator for generating a clock signal;
A substrate bias controller that starts initialization upon input of the clock signal;
As the predetermined start-up process, the stabilization detection of the power supply voltage, the generation and stabilization detection of the internal power supply voltage, the generation of the clock signal, and the initialization process of the substrate bias control unit are all completed. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the reset circuit activates the reset signal in response.
前記規制回路は、
前記スイッチ制御回路と前記電源スイッチトランジスタの制御ノードとの間に設けられているフリップフロップ回路と、
前記設定信号と前記リセット信号を入力し、前記設定信号と前記リセット信号が共に活性のときに、前記フロップフロップの出力を、前記電源スイッチトランジスタを前記導通禁止状態とする論理に固定し、前記設定信号が非活性で前記リセット信号が活性のときに、前記フリップフロップ回路の出力を前記論理と逆の論理に固定し、他の入力論理の組み合わせでは、前記制御信号に応じた論理を前記フリップフロップ回路の出力に出現可能とするクリア信号およびプリセット信号を発生し、発生した前記クリア信号および前記プリセット信号を前記フリップフロップ回路の制御入力に出力する論理回路と、
を含む請求項2に記載の半導体集積回路。
The regulation circuit is
A flip-flop circuit provided between the switch control circuit and a control node of the power switch transistor;
The setting signal and the reset signal are input, and when the setting signal and the reset signal are both active, the output of the flop flop is fixed to a logic that sets the power switch transistor in the conduction-inhibited state, and the setting When the signal is inactive and the reset signal is active, the output of the flip-flop circuit is fixed to the logic opposite to the logic, and in other combinations of input logic, the logic according to the control signal is set to the flip-flop. A logic circuit that generates a clear signal and a preset signal that can appear at an output of the circuit, and outputs the generated clear signal and the preset signal to a control input of the flip-flop circuit;
The semiconductor integrated circuit according to claim 2, comprising:
電源電圧を回路に供給するときに流れる電源電流の経路を、前記回路内のトランジスタより閾値電圧が高い電源スイッチトランジスタによりスイッチング制御することが可能な半導体集積回路の起動方法であって、
オフスタートモードの設定信号を前記半導体集積回路に印加するステップと、
前記設定信号を印加した状態で前記半導体集積回路の起動を開始して、前記電源電圧の入力を有効化し、あるいは、前記電源電圧を内部発生するステップと、
前記起動の開始時に前記設定信号が活性のときは前記電源スイッチトランジスタを導通禁止状態とし、非活性のときは前記導通禁止状態としないステップと、
前記電源電圧の供給を受けて開始した所定の起動処理が終了したことに応答して、前記オフスタートモードのリセット信号を非活性にするステップと、
前記起動の開始後に前記導通禁止状態となっている場合、前記リセット信号の前記非活性に応答して前記導通禁止状態を解除するステップと、
を含む半導体集積回路の起動方法。
A method for starting a semiconductor integrated circuit, wherein a path of a power supply current that flows when supplying a power supply voltage to a circuit can be controlled by a power supply switch transistor having a threshold voltage higher than that of a transistor in the circuit,
Applying an off-start mode setting signal to the semiconductor integrated circuit;
Starting the semiconductor integrated circuit in a state where the setting signal is applied, enabling the input of the power supply voltage, or generating the power supply voltage internally;
When the setting signal is active at the start of the activation, the power switch transistor is in a conduction prohibited state, and when inactive, the step of not in the conduction prohibited state;
Deactivating the reset signal in the off-start mode in response to completion of a predetermined start-up process started by receiving the supply of the power supply voltage;
If the continuity prohibition state is in effect after the start of the activation, releasing the continuity prohibition state in response to the inactivation of the reset signal;
A method for starting a semiconductor integrated circuit comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014057018A (en) * 2012-09-14 2014-03-27 Ricoh Co Ltd Semiconductor integrated circuit and electronic circuit
CN111474876A (en) * 2019-01-23 2020-07-31 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device and semiconductor system

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