JP2009170650A - Semiconductor integrated circuit and its placement and routing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、幹配線と、当該幹配線から分岐された複数の分岐線とによって、電源電圧または基準電圧が回路セルに印加される半導体集積回路とその配置配線方法に関する。特に本発明は、電源遮断のためにオン、オフが制御されるスイッチに対する制御線の接続構造を有する半導体集積回路と、制御線の接続対象のスイッチ決定手法を含む、半導体集積回路の配置配線方法とに関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit in which a power supply voltage or a reference voltage is applied to a circuit cell by a trunk wiring and a plurality of branch lines branched from the trunk wiring, and a layout wiring method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor integrated circuit having a connection structure of a control line with respect to a switch that is controlled to be turned on and off to shut off the power supply, and a method for arranging and wiring the semiconductor integrated circuit, including a method for determining a switch to be connected to the control line And about.
回路に対しスイッチにより電源供給の遮断とその解除を制御するものとして、MTCMOS(Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor)技術が知られている。
MTCMOS技術は、信号遅延防止を意図して、電源電圧低下や素子微細化に適合する値にトランジスタの閾値電圧を下げる一方で、停止状態の回路に対しては、より大きな閾値電圧の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。
An MTCMOS (Multi-threshold Complementary Metal Oxide Semiconductor) technique is known as a circuit that controls the interruption and release of power supply by a switch.
MTCMOS technology aims to prevent signal delay, lowers the threshold voltage of the transistor to a value suitable for power supply voltage reduction and device miniaturization, while leaking to a stopped circuit by a transistor with a larger threshold voltage. The current path is interrupted to prevent waste of power consumption.
MTCMOS技術の回路ブロックへの適用では、いわゆる仮想VDD線、仮想GND線と称される、回路ブロック内で局所的に設けられた配線(ローカル電圧線)を設ける。ローカル電圧線は、回路ブロックの外部で共通なグローバル電圧線として配置された実電源線(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スイッチを介して接続される。
スイッチを設ける箇所は、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、スイッチとしては通常、実VDD側ではPMOSトランジスタ、実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 block, a wiring (local voltage line) locally provided in the circuit block, which is referred to as a so-called virtual VDD line or virtual GND line, is provided. The local voltage line is a switch for shutting off and releasing the power to the actual power line (actual VDD line) and the actual reference voltage line (actual VSS line) arranged as a global voltage line common outside the circuit block. Connected through.
There are three places where the switch is provided, between the functional circuit that is repeatedly activated and deactivated and the actual VDD line, and between the functional circuit and the actual VSS line. An NMOS transistor is used on the transistor, actual VSS line side.
MTCMOS適用ブロックの機能回路の起動と停止は、半導体集積回路が起動された後は常時、実VDD線と実VSS線からの電源供給を受けて動作状態におかれるMTCMOS非適用ブロック内の回路によって制御される。MTCMOS非適用ブロックには、クロック発生回路、その他リピーターバッファなどの、主にIC全体の制御、信号の入出力やデータ保持のための回路に加え、上記電源遮断制御のためのスイッチのオンとオフを制御するスイッチ制御回路が含まれる。 The activation and deactivation of the functional circuit of the MTCMOS application block is performed by a circuit in the MTCMOS non-application block that is always in operation after receiving power supply from the actual VDD line and the actual VSS line after the semiconductor integrated circuit is activated. Be controlled. The MTCMOS non-applicable block mainly includes a clock generation circuit, other repeater buffers, and other circuits for controlling the entire IC, inputting / outputting signals and holding data, and turning on / off the switch for controlling the power-off. A switch control circuit is included for controlling.
MTCMOS適用ブロックでは停止時間が長いとローカル電圧線、例えば仮想VSS線が、内部回路のリーク電流により充電され、実VDD線に近い高い電位まで上昇する可能性がある。そのため、MTCMOS適用回路ブロックの再起動時に電源遮断スイッチがオンすると、仮想VSS線の放電により、実VSS線に突発的な電流が流れ込む。この電流は、突入電流(Rush Current)等と称される。突入電流が実VSS線に流れ込むと、正のノイズ電圧となって、当該MTCMOS適用ブロック内の回路のVSS電位を変化させ、さらには近隣のMTCMOS非適用ブロックに伝達される。
これと同様な現象は実VDD線でも生じる可能性がある。ただし、突発的な電流が実VDD線から流れ出すため、実VDD線の電位が急激に下がる負のノイズ電圧が生じる点で上記の場合と異なる。
In the MTCMOS application block, if the stop time is long, the local voltage line, for example, the virtual VSS line, may be charged by the leakage current of the internal circuit and rise to a high potential close to the real VDD line. Therefore, when the power cutoff switch is turned on when the MTCMOS application circuit block is restarted, a sudden current flows into the actual VSS line due to the discharge of the virtual VSS line. This current is called an inrush current (Rush Current) or the like. When the inrush current flows into the actual VSS line, it becomes a positive noise voltage, changes the VSS potential of the circuit in the MTCMOS application block, and is further transmitted to the neighboring MTCMOS non-application block.
A similar phenomenon may occur in the actual VDD line. However, since a sudden current flows out from the actual VDD line, it differs from the above case in that a negative noise voltage is generated in which the potential of the actual VDD line rapidly decreases.
何れにしても、これらのノイズ電圧(電源ノイズ)は、近傍の回路で動作中のクロック発生回路やリピーターバッファなどに伝えられ、電源電圧振幅が急激に低下する結果、動作遅延を起こすなど遅延性の影響を与えてしまう。 In any case, these noise voltages (power supply noise) are transmitted to a clock generation circuit or a repeater buffer that is operating in a nearby circuit, and as a result, the power supply voltage amplitude decreases rapidly, resulting in an operation delay. Will affect.
電源ノイズ対策として、例えば非特許文献1には、グローバルな実VDD線とローカルな仮想VDD線との間に複数のPMOSスイッチを並列接続して、それらのゲートに制御信号を遅延させながら順送りすることで、徐々に接続インピーダンスを下げる技術が開示されている。この技術では、制御信号を遅延させるバッファ回路(インバータの直列回路)を複数設けており、1つの制御信号を、この複数のバッファ回路で順次遅延させている。
しかし、上記非特許文献1に記載の技術では、電源ノイズのピークは抑えられるが制御に時間がかかるという欠点がある。
また、複数のスイッチと、制御信号を遅延させるインバータが多数必要となり、その配置領域が比較的大きい。この配置領域は、上記非特許文献1内のチップ写真を見るとロー(行)方向とカラム(列)方向のそれぞれで離散的に配置されているが、個々の配置領域の面積が大きいため、このようなスイッチ等の配置では回路セルの配置の規則性を乱し、効率的なセル配置ができない。
However, the technique described in Non-Patent
In addition, a plurality of switches and a large number of inverters for delaying the control signal are required, and the arrangement area is relatively large. This arrangement area is discretely arranged in each of the row (row) direction and the column (column) direction when looking at the chip photograph in Non-Patent
さらに、トランジスタ等に製造ばらつきが生じると、上記スイッチのトランジスタが設計時に見積もる値より大きい電流を流すことと、上記インバータによる遅延時間が短くなることが同時に起こり得る。また、これとは逆にスイッチ電流値が小さくなり、かつ、遅延時間が長くなることも生じ得る。このため、上記非特許文献1に記載された技術では、電源ノイズをあるレベル以下に抑える設計が非常に難しいという難点がある。
Further, when manufacturing variations occur in transistors or the like, it may occur simultaneously that a current larger than the value estimated at the time of design by the transistor of the switch and a delay time due to the inverter are shortened. On the contrary, the switch current value may be reduced and the delay time may be increased. For this reason, the technique described in Non-Patent
本発明の一形態に関わる半導体集積回路は、一方向に配線され、電源電圧または基準電圧が印加される幹配線と、前記一方向で等間隔の複数の幹配線箇所から各々が分岐された複数の分岐線と、前記分岐線ごとに設けられたローカル電圧線、および、前記ローカル電圧線に接続された少なくとも1つの回路セルを各々が含み、前記ローカル電圧線と前記分岐線間に接続される少なくとも1つのスイッチの配置(数と位置)と非配置が予め決められている複数のセルラインと、前記複数のセルライン内で、1以上のセルラインを挟んで互いに離れた複数のセルラインが含む所定数の前記スイッチを同時制御可能に接続する複数の制御線と、を有する。 A semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention includes a trunk wiring that is wired in one direction and to which a power supply voltage or a reference voltage is applied, and a plurality of branches that are branched from a plurality of trunk wiring portions that are equally spaced in the one direction. Each branch line, a local voltage line provided for each branch line, and at least one circuit cell connected to the local voltage line, each connected between the local voltage line and the branch line A plurality of cell lines in which arrangement (number and position) and non-arrangement of at least one switch are determined in advance, and a plurality of cell lines separated from each other across one or more cell lines in the plurality of cell lines And a plurality of control lines for connecting a predetermined number of the switches so as to be simultaneously controllable.
本発明の一形態では好適に、一の前記制御線により同時制御される2つのセルラインの第1および第2のスイッチが、セルライン数n(n:2以上の整数)のピッチで、各々前記幹配線から等距離で配置され、回路セル起動のために前記第1スイッチがオンしたときに、前記第1スイッチを含む第1セルラインから、前記第2スイッチを含むセルラインに前記第1セルライン側で隣接した第nセルラインセルラインまでに含まれる複数の回路セルにおいて、前記第1スイッチから、前記第2スイッチに接続する分岐線が設けられた幹配線箇所までの電流経路内で生じる電位落差(IRドロップ)が、前記複数の回路セルが動作したときにセルラインごとに存在し、各回路セルを起点とする前記電流経路で生じるn個の動作時IRドロップの合計値以下となるように、前記セルライン数nが決められている。
さらに好適に、前記セルライン数nのピッチで配置された前記第1および第2スイッチを含む2つのセルライン間で、他のセルラインのスイッチが、対(ただし、端数がでる場合は対でなく単独)で他の制御線に接続され、回路セル起動時に、前記第1および第2スイッチを最初にオンさせ、対を成すスイッチを含む2つのセルライン間隔が大きい方から小さくなる順番で、前記他の制御線をスイッチオンのために制御するスイッチ制御部を、有する。
In one aspect of the present invention, the first and second switches of two cell lines controlled simultaneously by one control line are preferably arranged at a pitch of the number n of cell lines (n: an integer of 2 or more), respectively. When the first switch is placed at an equal distance from the trunk wiring and the first switch is turned on to activate the circuit cell, the first cell line including the first switch changes from the first cell line to the cell line including the second switch. In a plurality of circuit cells included up to the nth cell line cell line adjacent on the cell line side, in a current path from the first switch to a main wiring portion provided with a branch line connected to the second switch A potential drop (IR drop) is generated for each cell line when the plurality of circuit cells are operated, and a total of n operating IR drops generated in the current path starting from each circuit cell. As a value below the cell line number n is determined.
More preferably, between two cell lines including the first and second switches arranged at a pitch of the number n of cell lines, a switch of another cell line is a pair (however, if a fraction is generated, it is a pair. The first and second switches are first turned on when the circuit cell is activated, and the interval between the two cell lines including the paired switches becomes smaller from the larger one. A switch control unit configured to control the other control line for switching on;
以上のような構成によれば、電源電圧または基準電圧を供給する配線が、一方向の幹配線と、その途中の等間隔の箇所から分岐する複数の分岐線とを含んで構成されている。そして、セルラインが分岐線ごとに設けられている。複数のセルラインの全て、または、その幾つかは、1つ以上のスイッチを含んでいる。スイッチは、セルラインごとのローカル電圧線と分岐線との接続と非接続を制御する、いわゆる電源遮断スイッチである。よって、本発明ではスイッチがセル配置領域内にセルとして配置される。望ましくは、スイッチの各々が幹配線から等距離で配置される。つまり、セルラインと同じ数の複数のスイッチが幹配線と平行に配置される。
このように配置された複数のスイッチに対し、制御線が、1以上のセルラインを挟んで互いに離れた複数のセルラインが含む所定数のスイッチを同時制御可能に接続されている。
According to the above configuration, the wiring for supplying the power supply voltage or the reference voltage is configured to include a unidirectional trunk wiring and a plurality of branch lines branching from the equally spaced locations in the middle. A cell line is provided for each branch line. All or some of the cell lines include one or more switches. The switch is a so-called power cutoff switch that controls connection and disconnection between the local voltage line and the branch line for each cell line. Therefore, in the present invention, the switch is arranged as a cell in the cell arrangement region. Desirably, each of the switches is arranged equidistant from the main wiring. That is, the same number of switches as the cell lines are arranged in parallel with the main wiring.
Control lines are connected to the plurality of switches arranged in this manner so that a predetermined number of switches included in a plurality of cell lines separated from each other with one or more cell lines interposed therebetween can be simultaneously controlled.
このようにスイッチをセル配置領域に埋め込んで配置する場合、セルの配置ルール(セルの幅、高さ(幅と直行する長さ)等)に従うことになるが、本発明では、スイッチがオンしたときの電荷排出能力を、同時制御されるスイッチの数で制御している。このため、1つ1つのスイッチの電荷排出能力は比較的小さい場合でも、例えば大きなゲート幅のスイッチと同等の電荷排出能力が必要なときは、同時制御されるスイッチ数を任意に増やすことで、セル配置規則を乱すことなく自由にスイッチ能力設計が可能である。 When the switch is embedded in the cell arrangement area as described above, the cell arrangement rules (cell width, height (width and length perpendicular to the line), etc.) are followed. In the present invention, the switch is turned on. The charge discharge capability is controlled by the number of switches that are simultaneously controlled. For this reason, even if the charge discharging capability of each switch is relatively small, for example, when a charge discharging capability equivalent to a switch with a large gate width is required, the number of simultaneously controlled switches can be arbitrarily increased, It is possible to freely design the switch capacity without disturbing the cell arrangement rule.
また、同時制御される2つのスイッチを1以上のセルライン離すことは、次に述べる、電源ノイズのピーク低減作用がある。
例えば幹配線や分岐線に基準電圧が印加される場合を例にとると、ローカル電圧線は、前述したリーク電流により電源電圧に近いレベルまで充電される可能性がある。このときスイッチをオンすると、突入電流(電圧で言えば電源ノイズ)が分岐線を通って幹配線の片側端(電圧供給側端)に達する。この電流経路は長ければ長いほど、電流量(I)と経路等価配線抵抗(R)の積で表されるIRドロップが大きいため電源ノイズを減衰させ、望ましい。
Further, separating two switches controlled at the same time by one or more cell lines has an effect of reducing the peak of power supply noise as described below.
For example, taking a case where a reference voltage is applied to a trunk line or a branch line as an example, the local voltage line may be charged to a level close to the power supply voltage due to the leakage current described above. When the switch is turned on at this time, an inrush current (in terms of voltage, power supply noise) reaches one end (voltage supply side end) of the trunk wiring through the branch line. The longer this current path is, the more the IR drop expressed by the product of the current amount (I) and the path equivalent wiring resistance (R) is larger, so that the power source noise is attenuated, which is desirable.
隣接する2つのセルラインで、同時制御するスイッチ対を選んだ場合、この対を幹配線の電圧供給側端から遠くに配置すると、そのスイッチ対の導通時に生じる電源ノイズの減衰量は大きいため望ましいが、その後に他のスイッチ対を、減衰量を低くして選ぶ余地を狭める。
言い換えると、オンさせるスイッチ対を順次選ぶことを繰り返す場合、電圧供給側端から遠くと近くでスイッチ対を選ぶことが望ましい。「2つのスイッチを1以上のセルライン分離する」ことは、IRドロップ量を平均化して、ブロック全体として突出したピークの電源ノイズ発生を防止するために、スイッチ選択の基本となるものである。
When a switch pair to be controlled simultaneously is selected in two adjacent cell lines, it is desirable to dispose this pair far from the voltage supply side end of the trunk line because the attenuation amount of power supply noise generated when the switch pair is conductive is large. However, after that, the room for selecting another switch pair with a low attenuation is narrowed.
In other words, when repeatedly selecting the switch pairs to be turned on sequentially, it is desirable to select the switch pairs far from and close to the voltage supply side end. “Separating two switches into one or more cell lines” is the basis of switch selection in order to average the IR drop amount and prevent the occurrence of peak power supply noise protruding as a whole block.
特に、最初に選ばれるスイッチ対は、制御中最大の初期電圧差(例えば電源電圧に近い電圧差)で保持されている配線間をスイッチするのであるから、そのとき生じる電源ノイズが最も大きく、周辺回路ブロックに遅延性の影響を及ぼす。 In particular, the switch pair selected first switches between the wirings held at the maximum initial voltage difference (for example, a voltage difference close to the power supply voltage) during control. It affects the delay of circuit blocks.
このため本発明の好ましい一形態では、対で同時選択されるスイッチ配置の条件を規定している。
スイッチ対選択の場合、2つのスイッチの配置ピッチをセルライン数nで規定すると、そのnの大きさについて、「スイッチ対の1つ(第1スイッチ)をオンしたときの、他のスイッチ(第2スイッチ)に接続する分岐線が設けたれた幹配線箇所までの電流経路のIRドロップが、通常動作時にセルラインごとに存在する電流経路で生じるn個の動作時IRドロップの合計値以下となる値にnが決められている」と規定している。
なお、同時選択されるスイッチが3つ以上ある場合、隣同士となる任意の2つのスイッチで、上記条件が満たされていればよい。
For this reason, in a preferred embodiment of the present invention, conditions for the switch arrangement that are simultaneously selected in pairs are defined.
In the case of selecting a switch pair, if the arrangement pitch of the two switches is defined by the number of cell lines n, the size of the n is expressed as “other switch (first switch) when one switch pair (first switch) is turned on. The IR drop of the current path to the main wiring portion provided with the branch line connected to (2 switches) is equal to or less than the total value of the n operation IR drops generated in the current path existing for each cell line during the normal operation. N is determined as the value ”.
In addition, when there are three or more switches that are simultaneously selected, it is only necessary that the above condition is satisfied by any two adjacent switches.
その意味するところは、「通常動作時のIRドロップの総計値は、これによる基準電圧線の電位変動があっても、これを見越して近隣の回路セルが遅延することなく正常動作するように設計されているはずであるから、その総計値を、スイッチ対がオンすることにより生じる電源ノイズのピークが超えなければ、近隣の回路セルに遅延性の影響を与えることはない」ということである。上記nの大きさに関する規定は、このことをIRドロップの大きさの関係で示すものである。 The meaning is that “the total value of IR drop during normal operation is designed so that neighboring circuit cells operate normally without delay even if there is potential fluctuation of the reference voltage line due to this. As long as the peak value of the power supply noise generated by turning on the switch pair does not exceed the total value, there is no delay effect on neighboring circuit cells. The above definition regarding the size of n indicates this in relation to the size of the IR drop.
本発明の一形態に関する半導体集積回路の配置配線方法は、一方向に配線された幹配線に印加される電源電圧または基準電圧が、前記一方向で等間隔の複数の幹配線箇所から各々が分岐された複数の分岐線を介して分配される複数のセルラインに対し、所定のセルライン内で回路セルに接続されたローカル電圧線と分岐線との接続を制御するスイッチの制御線への接続に関する半導体集積回路の配置配線方法であって、前記制御線により同時制御される2つの第1および第2スイッチを含む2つのセルラインの配置ピッチn(n:2以上の整数)を決定するステップと、前記複数のセルラインおよび前記複数の分岐線を配置配線するステップと、前記幹配線をセルラインと直交する方向に配置し、前記複数の分岐線と接続するステップと、隣のセルライン同士が前記配置ピッチn以上離れた複数のセルラインにおいて複数の前記スイッチを同時制御のために1本の前記制御線に接続する、少なくとも1本の前記制御線の配置配線ステップと、を含み、前記配線ピッチnの決定ステップでは、回路セル起動のために前記第1スイッチがオンしたときに、前記第1スイッチを含む第1セルラインから、前記第2スイッチを含むセルラインに前記第1セルライン側で隣接した第nセルラインまでに含まれる複数の回路セルにおいて、前記第1スイッチから、前記第2スイッチに接続する分岐線が設けられた幹配線箇所までの電流経路内で生じる電位落差(IRドロップ)が、前記複数の回路セルが動作したときにセルラインごとに存在し、各回路セルを起点とする前記電流経路で生じるn個の動作時IRドロップの合計値以下となるように、前記配線ピッチnを決定する。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for arranging and wiring a semiconductor integrated circuit, wherein a power supply voltage or a reference voltage applied to a trunk wiring wired in one direction is branched from a plurality of trunk wiring locations equally spaced in the one direction. Connection to a control line of a switch for controlling connection between a local voltage line connected to a circuit cell and a branch line within a predetermined cell line with respect to a plurality of cell lines distributed through the plurality of branch lines formed A method for arranging and wiring a semiconductor integrated circuit, comprising: determining an arrangement pitch n (n: an integer of 2 or more) of two cell lines including two first and second switches controlled simultaneously by the control line A step of arranging and wiring the plurality of cell lines and the plurality of branch lines; a step of arranging the trunk wiring in a direction orthogonal to the cell lines and connecting to the plurality of branch lines; A step of arranging and wiring at least one of the control lines, wherein the plurality of switches are connected to one of the control lines for simultaneous control in a plurality of cell lines separated from each other by the arrangement pitch n or more. And determining the wiring pitch n from the first cell line including the first switch to the cell line including the second switch when the first switch is turned on to activate the circuit cell. In a plurality of circuit cells included up to the n-th cell line adjacent on the one cell line side, it occurs in a current path from the first switch to a main wiring portion provided with a branch line connected to the second switch. A potential drop (IR drop) exists for each cell line when the plurality of circuit cells are operated, and occurs in the current path starting from each circuit cell. Operation to be equal to or less than the sum of the IR drop, determining the wiring pitch n.
本発明によれば、電源遮断とその解除を制御するスイッチがセル配置領域に埋め込まれて配置されているため、スイッチ配置が回路セルの配置規則性を乱すことなく、配置効率が高く、無駄なスペースが生じにくい。
また、制御線により、互いに離れた所定数のスイッチを同時制御可能に選択でき、このとき近隣の回路セルの動作に影響しない程度にまで電源ノイズのピークを抑えることができる。
According to the present invention, since the switch for controlling the power shutdown and the release thereof is embedded in the cell arrangement region, the switch arrangement does not disturb the arrangement regularity of the circuit cell, and the arrangement efficiency is high and useless. Space is unlikely to occur.
In addition, a predetermined number of switches separated from each other can be selected by the control line so as to be simultaneously controllable, and at this time, the peak of power supply noise can be suppressed to the extent that it does not affect the operation of neighboring circuit cells.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<基本構造>
図1は、本実施形態に関わる半導体集積回路のレイアウトの一例を示す図である。
図1において、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、それぞれ複数の入出力用セル40が列をなして配列されている。これらの入出力用セル40に囲まれたチップエリアに、実VDD線2Dと実VSS線2Sが対をなして配置されている。より詳細には、当該回路ブロック配置領域のロー(行)方向とカラム(方向)にそれぞれ実電源線対(2D,2S)が平行配置され、これにより格子状電源線配置となっている。また、実電源線対(2D,2S)は、その格子状部分の周囲を外枠状部分により囲み、外枠状部分から多くの給電点を格子状部分に与えている。
これら実電源線対(2D,2S)は、そのロウ方向の各ラインとカラム方向の各ラインが、多層配線構造における異なる階層のメタル層から形成され、そのため実VDD線2Dと実VSS線2Sは、電気的に絶縁分離して交差可能である。
<Basic structure>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a layout of a semiconductor integrated circuit according to the present embodiment.
In FIG. 1, a plurality of input /
These real power supply line pairs (2D, 2S) are each formed in the row direction and the column direction from metal layers of different layers in the multilayer wiring structure. Therefore, the
実電源線対の格子状部分と外枠状部分によりチップエリアが区分けされている。その比較的大きな区分けされたエリアに、MTCMOS技術が非適用の回路ブロック(以下、非適用回路ブロックという)30が配置されている。また、大小様々の区分けエリアに、多数のMTCMOS技術が適用された回路ブロック(以下、MTCMOS回路ブロックという)が配置されている。ここで非適用回路ブロック30以外のブロックはMTCMOS回路ブロックであり、図では、そのうちの1つを符号“1”で示している。
なお、図ではMTCMOS回路ブロック1等は全て実電源線対(2D,2S)に接続されている。一方、非適用回路ブロック30に対しては実電源線対(2D,2S)が非接続のように見えるが、実際には非適用回路ブロック30に対し実電源線対(2D,2S)が接続されている。
The chip area is divided by the grid portion and the outer frame portion of the actual power line pair. A circuit block (hereinafter referred to as a non-application circuit block) 30 to which the MTCMOS technology is not applied is arranged in the relatively divided area. In addition, circuit blocks to which a large number of MTCMOS technologies are applied (hereinafter referred to as MTCMOS circuit blocks) are arranged in large and small divided areas. Here, blocks other than the
In the figure, the
図2に、MTCMOS回路ブロック1の1本の実VSS線2Sまたは実VDD線2Dと、その周囲の一部構成を概略的に示す。以下、実VSS線2Sの場合で説明する。
実VSS線2Sは、図2に示すように他の回路ブロックと共通に用いられ半導体チップ内に広く配置されたグローバル電圧線の一種であり、比較的上層のメタル層により形成される。実VSS線2Sは、一方向(ここではカラム方向)に伸びて当該MTCMOS回路ブロック1横切っている。
実VSS線2Sの複数の等間隔個所(黒丸により示す箇所)から、それぞれ、他の方向(ここではカラム方向と直交するロウ方向)に分岐線20Sが延びている。分岐線20Sは、実VSS線2Sの黒丸で示す接続箇所から分岐されているため、実VSS線2Sが「幹配線」に該当する。複数の分岐線20Sは互いに平行に配置されている。なお、幹配線が実VDD線2Dの場合、分岐線を符号“20S”で示す代わりに、符号“20D”で示す。
本例では、実VSS線2Sに対し、回路ブロック外部で印加された基準電圧VDD(例えばGND電圧)が供給され、この電圧が分岐線20Sに伝えられる。
FIG. 2 schematically shows one
As shown in FIG. 2, the
In this example, a reference voltage VDD (for example, a GND voltage) applied outside the circuit block is supplied to the
一方、分岐線20Sの各離間スペースに、近隣の分岐線20Sと平行に、ローカル電圧線としての仮想VSS線30Sが配置されている。なお、仮想VSS線30Sは、幹配線が実VDD線2Dの場合、仮想VDD線30Dという名称で呼ばれる。
仮想VSS線30Sは、分岐線20Sとともに、幹配線である実VSS線2Sより下層のメタル層またはポリシリコン層等から形成される。
ここで複数の仮想VSS線30Sが、より上層のメタル層等からなるカラム方向の仮想VSS連結線3Sにより、互いに連結されている。なお、仮想VSS連結線3Sは、幹配線が実VDD線2Dの場合、仮想VDD連結線3Dという名称で呼ばれる。
仮想VSS線30Sおよび仮想VSS連結線3Sは、実VSS線2S等と異なり、所定の電圧が常時供給されるものではない。回路の動作状態に応じて、仮想VSS線30Sの電圧は基準電圧VSSに下げられて固定される、電気的にフローティング状態となる、あるいはリーク電流により徐々に充電されるなど、動的に変化する。
On the other hand, a
The
Here, a plurality of
Unlike the
図2では2箇所に、分岐線20Sと仮想VSS線30S間にスイッチSW1,SW2が設けられている。スイッチSW1,SW2は、MTCMOSの電源遮断と解除を制御するMTCMOSスイッチである。
おおよそ、1本の分岐線20Sと、隣の仮想VSS線30Sとで規定されるロウ方向に長いチップ領域に、その長手方向に一列に回路セルが並ぶように、セル配置配線がされる。このロウ方向に長いチップ領域は「セルライン」に該当する。
図2では2つのみ示すが、スイッチSW1,SW2は、セルラインごとに最低1つは設けられる。あるいは、所定の規則で、スイッチを含むセルラインと、スイッチを含まないセルラインを配置する。
いずれにしても、図2では同時制御される2つのスイッチSW1,SW2のみ示しており、これらのスイッチSW1,SW2は、1つのセルとして配置され、あるいは、回路セルの一部として設けられる。
In FIG. 2, switches SW1 and SW2 are provided between the
The cell placement and routing is performed so that circuit cells are arranged in a line in the longitudinal direction in a chip region that is long in the row direction defined by one
Although only two switches are shown in FIG. 2, at least one switch SW1, SW2 is provided for each cell line. Alternatively, a cell line including a switch and a cell line not including a switch are arranged according to a predetermined rule.
In any case, FIG. 2 shows only two switches SW1 and SW2 that are simultaneously controlled, and these switches SW1 and SW2 are arranged as one cell or provided as a part of a circuit cell.
図3(A)と図3(B)に、スイッチのセル内配置例を示す。
図3(A)の例では、能動素子としてはスイッチSWのみで回路セル4Aが構成され、図3(B)の例では、スイッチSWが論理回路部5とともに同じ回路セル4Bに含まれる。
なお、図3では、基準電圧VSSを遮断制御するスイッチSWとしてNMOSトランジスタを示す。この場合、基準電圧VSSが印加される分岐線20S、電源電圧VDDが印加される分岐線20D、および、仮想VSS線30Sのセル内要素が図示のように回路セルに含まれる。
図3(A)と図3(B)に示すように、スイッチSWが分岐線20Sと仮想VSS線30S間に接続され、論理回路部5が分岐線20Dと仮想VSS線30S間に接続される。
なお、セル内要素をセル配置によりつなぐだけでこれらの配線を形成する必要は必ずしもなく、上層配線でセル間接続をしてよい。要するに、本実施形態では、1つのセルラインに、1本のローカル電圧線と、1つのスイッチSWと、1以上の回路セルとを含んでいればよい。
FIG. 3A and FIG. 3B show examples of arrangement of switches in a cell.
In the example of FIG. 3A, the
In FIG. 3, an NMOS transistor is shown as the switch SW for controlling the cutoff of the reference voltage VSS. In this case, the in-cell elements of the
As shown in FIGS. 3A and 3B, the switch SW is connected between the
It is not always necessary to form these wirings simply by connecting the elements in the cell by cell arrangement, and the cells may be connected by upper layer wiring. In short, in the present embodiment, it is sufficient that one cell line includes one local voltage line, one switch SW, and one or more circuit cells.
スイッチSWは、上層の制御線CLにより、必要な組み合わせで共通接続される。例えば図2のスイッチSW1,SW2が1本の制御線により共通接続される。そのためには、スイッチSW1,SW2が実VSS線2Sからの距離が同じに配置されることが望ましい。
この距離がばらばらでも構わないが、その場合、制御線にも分岐構造をとる必要があり、あまり望ましくない。
The switches SW are commonly connected in a required combination by an upper control line CL. For example, the switches SW1 and SW2 in FIG. 2 are commonly connected by one control line. For this purpose, it is desirable that the switches SW1 and SW2 are arranged at the same distance from the
This distance may vary, but in that case, the control line needs to have a branch structure, which is not desirable.
<配置配線の基本的考え方>
通常動作時、すなわち図3(A)または図3(B)に示すスイッチSWがオンし、論理回路部5が分岐線20Dからの電源電圧VDDの供給を受けて、仮想VSS線30Sの電圧(VSSV)を電源や信号の基準レベルとして動作する。この動作は図2に示すMTCMOS回路ブロック1全体で行われる。このときMTCMOS回路ブロック1内の全てのスイッチSWがオンしているので、個々のスイッチSWのオン抵抗が数[Ω]あっても、MTCMOS回路ブロック1全体としてはオン抵抗の影響を無視でき、理想的にはVSSV=VSSとなる。
一方、実電源線対(2D,2S)をグローバル電圧線として共有している他の回路ブロックにおいては、実VDD線2Dの基準電圧VSSを電源や信号の基準レベルとして動作する。
よって、通常動作時の電源供給の状態は、MTCMOSが適用されている場合とされていない場合で同様である。
<Basic concept of placement and routing>
During normal operation, that is, the switch SW shown in FIG. 3A or 3B is turned on, the
On the other hand, in other circuit blocks sharing the actual power supply line pair (2D, 2S) as the global voltage line, the reference voltage VSS of the
Therefore, the state of power supply during normal operation is the same when MTCMOS is applied and when it is not applied.
本実施形態では、MTCMOS回路ブロック1内で動作する回路セルの動作時の電源IRドロップ(以下、通常動作IRドロップという)Vdrop_sと、MTCMOS回路ブロック1内のスイッチを有する回路セル(またはスイッチセル)を含むセルラインが停止から起動に復帰するときのIRドロップ(以下、復帰IRドロップという)Vdrop_rとを見積もる。
そして、「復帰IRドロップVdrop_rが通常動作IRドロップVdrop_sが以下」という条件を満たす、スイッチSW1,SW2の配置ピッチ(スイッチ配置ピッチという)nを求める。ここで「スイッチ配置ピッチnの値」は、スイッチSW1,SW2を含む2つのセルラインの配置間隔をセルライン数で表すものである。
In the present embodiment, a circuit cell (or switch cell) having a power supply IR drop (hereinafter referred to as a normal operation IR drop) Vd_rop_s during operation of a circuit cell operating in the
Then, an arrangement pitch n (referred to as switch arrangement pitch) n of the switches SW1 and SW2 that satisfies the condition that “the return IR drop V drop_r is the normal operation IR drop V drop_s is as follows” is obtained. Here, the “value of the switch arrangement pitch n” represents the arrangement interval of two cell lines including the switches SW1 and SW2 by the number of cell lines.
上記条件は、「MTCMOS回路ブロック内における通常動作時のIRドロップの総計値は、これによる基準電圧線の電位変動があっても、これを見越して近隣の回路セルが遅延することなく正常動作するように設計されているはずであるから、その総計値を、スイッチ対がオンすることにより生じる電源ノイズのピークが超えなければ、近隣の回路セルに遅延性の影響を与えることはない」という考えに基づく。
あるいは、「MTCMOS回路ブロック内における通常動作時のIRドロップの総計値は、前述したように通常動作時にはVSSV=VSSとみなせるから、MTCMOS回路ブロック内でMTCMOS非適用のため通常動作する回路セルの動作時のIRドロップと等価である」という前提では、上記通常動作IRドロップVdrop_sと復帰IRドロップVdrop_rの比較は、MTCMOS非適用回路セルの電源変動に対する、MTCMOSスイッチのオンによる電源変動の大きさを比較している」という考えをとることもできる。
The above condition is that “the total value of the IR drop during normal operation in the MTCMOS circuit block operates normally without delay in the vicinity of the circuit cell in anticipation of potential fluctuations in the reference voltage line. If the power supply noise peak caused by the switch pair being turned on does not exceed the total value, there will be no delay effect on neighboring circuit cells. based on.
Or, “the total value of IR drop during normal operation in the MTCMOS circuit block can be regarded as VSSV = VSS during normal operation as described above. Therefore, the operation of the circuit cell that normally operates in the MTCMOS circuit block because MTCMOS is not applied. the size of the time in the premise that IR drop and equivalent "Compare the normal operation IR drop V Drop_s a return IR drop V DROP_R is for power fluctuations in the MTCMOS unapplied circuit cell, the power variation due to the turn-on of the MTCMOS switch Can also be taken.
このような考えの下、スイッチSWをペアで同時制御することを考える。そして、当該2つのスイッチ間には同時制御される他のスイッチが存在しないことを条件として、次に述べる手法によって、容易に、スイッチ配置ピッチnの適正範囲を求めることができる。理由は後述するが、同時制御される3つ以上のスイッチが等間隔で配置されている場合、これらのスイッチのうち隣り合う任意の2つのスイッチで上記スイッチ配置ピッチnに関する適正範囲が満たされていれば、電源スイッチオン時に通常動作している近隣の回路セルの動作に影響しない程度にまで、電源電圧変動をMTCMOS回路ブロック全体で抑圧できる。 Under such an idea, it is considered to simultaneously control the switches SW in pairs. Then, on the condition that there is no other switch that is simultaneously controlled between the two switches, the appropriate range of the switch arrangement pitch n can be easily obtained by the method described below. Although the reason will be described later, when three or more simultaneously controlled switches are arranged at equal intervals, an appropriate range related to the switch arrangement pitch n is satisfied by any two adjacent switches among these switches. Thus, the power supply voltage fluctuation can be suppressed in the entire MTCMOS circuit block to such an extent that it does not affect the operation of neighboring circuit cells that are normally operating when the power switch is turned on.
図4に、2つのIRドロップの関係を図解して示す。
本実施形態では、停止時間が同じ場合は仮想電圧線の初期電圧が同じなので、図4に示す電源ノイズのピーク値は、復帰IRドロップVdrop_rでほぼ決まると仮定している。そして、復帰IRドロップVdrop_rを、予め見積っておいた通常動作IRドロップVdrop_sと比較する。
2つのIRドロップの大小関係が図4(A)のようであれば、スイッチ接続の仕方を変える必要があり、図4(B)のようであれば適正範囲の条件が満たされていることになる。
FIG. 4 illustrates the relationship between two IR drops.
In the present embodiment, since the initial voltage of the virtual voltage line is the same when the stop time is the same, it is assumed that the peak value of the power supply noise shown in FIG. 4 is substantially determined by the return IR drop V drop — r . Then, the return IR drop V drop — r is compared with the normal operation IR drop V d drop — s estimated in advance.
If the magnitude relationship between the two IR drops is as shown in FIG. 4A, it is necessary to change the way of switch connection. If it is as shown in FIG. 4B, the condition of the appropriate range is satisfied. Become.
<配置配線方法>
以上の考え方の下、スイッチ接続手法を含む配置配線方法について説明する。なお、ここではMTCMOS適用ブロック内で、スイッチセル、スイッチを有する回路セルの何れか一方が、または、その両方が混在して、列方向に一列に並ぶ配置が採られることを前提とする。ただし、当該配置配線方法は、スイッチを含むセルライン間に、スイッチを含まないセルラインが存在する場合も同様に適用される。
<Placement and wiring method>
Based on the above concept, a placement and routing method including a switch connection method will be described. Here, it is assumed that one or both of the switch cell and the circuit cell having the switch are mixed in the MTCMOS application block and arranged in a line in the column direction. However, the placement and routing method is similarly applied when there is a cell line that does not include a switch between cell lines that include a switch.
図5に、セル配置から配線までの概略的な手順を示す。
ステップST1では、通常の手法によってセル配置を行う。このときスイッチSWを含む回路セルを、カラム方向に一列に並べて配置するとよい。その配置領域は、図2に示すように、実電源線対(2D,2S)の配置領域の近くが望ましく、さらに配置スペースが許せば、多層配線構造における実電源線対(2D,2S)のメタル層の下層領域に、スイッチSWを含む回路セルのカラム列を形成するとよい。
ステップST2は、スイッチ配置ピッチnの算出ステップであり、より細かなステップST21〜ST24を含む。
ステップST21はエリア分割、ステップST22は電流算出に関する。
FIG. 5 shows a schematic procedure from cell placement to wiring.
In step ST1, cell placement is performed by a normal method. At this time, the circuit cells including the switch SW may be arranged in a line in the column direction. As shown in FIG. 2, the arrangement area is preferably close to the arrangement area of the actual power supply line pair (2D, 2S), and if the arrangement space permits, the arrangement of the actual power supply line pair (2D, 2S) in the multilayer wiring structure is possible. A column column of circuit cells including the switch SW may be formed in the lower layer region of the metal layer.
Step ST2 is a step of calculating the switch arrangement pitch n, and includes finer steps ST21 to ST24.
Step ST21 relates to area division, and step ST22 relates to current calculation.
図6に、エリア分割と電流算出の考え方を図解する。
図6に示すように、MTCMOS回路ブロック1において、セルライン間をつなぐ実電源の電源線(実電源線対(2D,2S))は、図6のように平行ストラップ状の平面パターンを有する。この場合のストラップ間隔、すなわち実VDD線2D同士の間隔、実VSS線2S同士の間隔は同じとする。
FIG. 6 illustrates the concept of area division and current calculation.
As shown in FIG. 6, in the
MTCMOS回路ブロック1は、配線単位2uとセルライン単位1uからなる一定の矩形状の単位エリアに分割できる。
この単位エリアのMTCMOS回路ブロック1内における数を、基準単位“Square”と定義する。セルライン数Nと、実VDD線2Dと実VSS線2S各々の本数を表すストラップ数Mを用いて、基準単位“Square”は次式(1)で表される。
[数1]
“Square”=N×(M+1)…(1)
The
The number of the unit areas in the
[Equation 1]
“Square” = N × (M + 1) (1)
上記基準単位“Square”はステップST21で求め、次のステップST22では2つの電流を求める。
次式(2)のように、MTCMOS回路ブロック1全体の動作電流Iopeの総計(消費電流)を式(1)の基準単位“Square”で割ることにより、単位エリアの大きさで規格化された動作電流(以下、単位動作電流)ISが求まる。
[数2]
IS=Iope/Square …(2)
The reference unit “Square” is obtained in step ST21, and two currents are obtained in the next step ST22.
As shown in the following equation (2), the total operating current I ope (current consumption) of the entire
[Equation 2]
I S = I ope / Square (2)
つぎに、電源復帰時にMTCMOSのスイッチSW1,SW2の一方、例えば第1スイッチとしてのスイッチSW1が流すドレイン電流(以下、スイッチ電流)Idsを求める。
スイッチ電流Idsは、リーク防止のための必要な閾値電圧、トランジスタサイズ、プロセス仕様、配置可能な面積等を考慮して予め決められる。ここでは、仮想VSS線30Sと分岐線20S間に挿入されるNMOSトランジスタを想定し、そのソース・ドレイン間電圧を電源電圧VDDと一律にしている。ソース・ドレイン間電圧は、復帰時に平均的な仮想VSS線30Sの電圧を用いるなど、電源電圧VDDより小さくてもよいが、ここでは最も厳しい条件設定のために、ソース・ドレイン間電圧が電源電圧VDDに等しいとおく。
Next, a drain current (hereinafter referred to as a switch current) I ds flowing through one of the MTCMOS switches SW1 and SW2, for example, the switch SW1 as the first switch, when power is restored is obtained.
The switch current I ds is determined in advance in consideration of a threshold voltage necessary for preventing leakage, a transistor size, process specifications, an area that can be arranged, and the like. Here, an NMOS transistor inserted between the
図5のステップST23sでは、ステップST22で求めた単位動作電流ISを用いて通常動作IRドロップVdrop_sを算出する。 In step ST23s of FIG. 5, the normal operation IR drop V drop — s is calculated using the unit operating current I S obtained in step ST22.
図7(A)に、通常動作時の注目エリアの等価回路を示す。
図7(A)において、電流源は、1つの単位エリア内で単位動作電流ISを流す任意数の論理回路部5(図3(B))の総体を表す。また符号“R”は、当該電流源のローカル電圧線接続端から、隣の単位エリアに属する配線単位2uの分岐線接続箇所までの電流経路の抵抗、即ち当該電流経路における複数の配線抵抗、コンタクト部の抵抗などの総計とその値を表す。
図7(A)に示す単位エリア数nは、求めるスイッチ配置ピッチnそのものである。つまり、第1スイッチとしてのスイッチSW1が一方端の単位エリアに属している場合、他方端のエリアのさらに1つ先の単位エリアに、第2スイッチとしての第2スイッチSW2が存在する。現時点で図解する単位エリア数nは未知である。
FIG. 7A shows an equivalent circuit of the area of interest during normal operation.
In FIG. 7A, a current source represents a total of an arbitrary number of logic circuit sections 5 (FIG. 3B) that allow a unit operating current IS to flow in one unit area. The symbol “R” indicates the resistance of the current path from the local voltage line connection end of the current source to the branch line connection point of the
The unit area number n shown in FIG. 7A is the required switch arrangement pitch n itself. In other words, when the switch SW1 as the first switch belongs to the unit area at one end, the second switch SW2 as the second switch exists in the unit area further ahead of the other end area. The number n of unit areas illustrated at the present time is unknown.
この等価回路から、スイッチSW1が属する一方端の単位エリアから、スイッチSW2の単位エリア側に流れる単位電流は「IS」であることは明らかである。したがって、スイッチSW1が属する一方端の単位エリアにおけるIRドロップは「RIS」である。一方、他の(n−1)個の単位エリアから流れる単位電流も、それぞれ「IS」である。したがって、上記一方端の隣の単位エリア(図7(A)の下から2番目の単位エリア)から流れ出す電流は、それ自身から流れる電流「IS」と、スイッチSW1が属する隣の単位エリアから流れ出す電流「IS」との合計、即ち「2IS」であるため、当該2番目の単位エリアのIRドロップは「2RIS」となる。
同様に、3番目以降の単位エリアのIRドロップは、当該単位エリアから流れ出す電流と、当該単位エリアより図では下方の全ての単位エリアから流れ出す電流との総計値に抵抗Rを掛けたものとなり、それぞれ、「3RIS」、「4RIS」、…、「(n−1)RIS」、「nRIS」となる。
よって、次式(3-1)に示すように、通常動作IRドロップVdrop_sは、上記のようにして求められたn個の単位IRドロップの合計値として求まる。また、式(3-1)から式(3-2)が求まる。
From this equivalent circuit, it is clear that the unit current flowing from the unit area at one end to which the switch SW1 belongs to the unit area of the switch SW2 is “I S ”. Accordingly, IR drop in the unit area of the one end of the switch SW1 belongs is "RI S". On the other hand, the unit currents flowing from the other (n−1) unit areas are also “I S ”. Therefore, the current flowing out of the unit area adjacent to the one end (the second unit area from the bottom in FIG. 7A) is the current “I S ” flowing from itself and the adjacent unit area to which the switch SW1 belongs. Since it is the sum of the flowing current “I S ”, that is, “2I S ”, the IR drop of the second unit area is “2RI S ”.
Similarly, the IR drop of the third and subsequent unit areas is obtained by multiplying the total value of the current flowing out from the unit area and the current flowing out of all unit areas below the unit area in the figure by the resistance R, “3RI S ”, “4 RI S ”,..., “(N−1) RI S ”, “nRI S ”, respectively.
Therefore, as shown in the following equation (3-1), the normal operation IR drop V drop — s is obtained as a total value of the n unit IR drops obtained as described above. Further, equation (3-1) is obtained from equation (3-1).
[数3]
Vdrop_s=RIS+2RIS+…
+(n−1)RIS+nRIS …(3-1)
Vdrop_s=n(n+1)RIS/2 …(3-2)
[Equation 3]
V drop — s = RI S +2 RI S +...
+ (N-1) RI S + nRI S ... (3-1)
V drop — s = n (n + 1) RI S / 2 (3-2)
図5のステップST23rでは、ステップST22で求めたスイッチ電流Idsを用いて復帰IRドロップVdrop_rを算出する。 In step ST23r of FIG. 5, the return IR drop V drop_r is calculated using the switch current I ds obtained in step ST22.
図7(B)に、復帰時の注目エリアの等価回路を示す。
図7(B)においては、回路セルが停止状態にあるため電流源が存在しない。第1スイッチとしてのスイッチSW1が、復帰指令を通常動作している非適用回路ブロック30内の制御部(不図示)から受けると、スイッチSW1がオンする。
すると、図7(B)に太い線で示すように大きなスイッチ電流Idsがn個の(単位)抵抗Rを通って第2スイッチとしての第2スイッチSW2が属する単位エリアに流れ、その後、回路ブロックの外部に送られる。
したがって、スイッチ電流Idsが流れたときの復帰IRドロップVdrop_rは、次式(4)のように表すことができる。
[数4]
Vdrop_r=nRIds …(4)
FIG. 7B shows an equivalent circuit of the attention area at the time of return.
In FIG. 7B, there is no current source because the circuit cell is in a stopped state. When the switch SW1 as the first switch receives a return command from a control unit (not shown) in the
Then, as shown by a thick line in FIG. 7B, a large switch current Ids flows through the n (unit) resistors R to the unit area to which the second switch SW2 as the second switch belongs, and then the circuit Sent outside the block.
Accordingly, the return IR drop V drop — r when the switch current I ds flows can be expressed as the following equation (4).
[Equation 4]
V drop — r = nRI ds (4)
図5のステップST24では、式(3)と(4)で求めた2つの電流を、IRドロップの関係式(式(5-1))に代入し(式(5-2))、これ整理して、式(5-3)のスイッチ配置ピッチnに関する関係式を求める。
[数5]
Vdrop_s≧Vdrop_r …(5-1)
n(n+1)RIS/2≧nRIds …(5-2)
IS/Ids≧2/(n+1) …(5-3)
In step ST24 of FIG. 5, the two currents obtained by the expressions (3) and (4) are substituted into the IR drop relational expression (expression (5-1)) (expression (5-2)), and this is arranged. Then, a relational expression relating to the switch arrangement pitch n in Expression (5-3) is obtained.
[Equation 5]
V drop — s ≧ V drop — r (5-1)
n (n + 1) RI S / 2 ≧ nRI ds (5-2)
I S / I ds ≧ 2 / (n + 1) (5-3)
ここで用いた式(5-1)が、<配置配線の基本的考え方>で説明した条件を表す式であり、これを満たすスイッチ配置ピッチnの最適範囲が式(5-3)により求めることができた。
式(5-3)は、既知の電流値の比であるため、これらの電流値が異なればそれに応じてスイッチ配置ピッチnの最適範囲も変化する。
このようにして求めた最適範囲に入るように、図5のステップST3における制御線の接続対象(スイッチ対)を選べば<配置配線の基本的考え方>で説明した条件を満たすため、電源復帰時に発生する電源ノイズは、通常動作している近隣の回路ブロック内の論理セル動作に遅延性の影響を与えることがない。
Equation (5-1) used here is an equation representing the conditions described in <Basic concept of placement and routing>, and the optimum range of switch placement pitch n satisfying this is obtained by Equation (5-3). I was able to.
Since Expression (5-3) is a ratio of known current values, if these current values are different, the optimum range of the switch arrangement pitch n is also changed accordingly.
If the control line connection target (switch pair) in step ST3 in FIG. 5 is selected so as to fall within the optimum range thus obtained, the condition described in <Basic concept of placement and routing> is satisfied. The generated power supply noise does not have a delay effect on the logic cell operation in the neighboring circuit block that is normally operating.
以上は、対でスイッチを選ぶ場合であるが、この手法は同時制御される3個以上のスイッチが等間隔で配置されている場合に、そのまま適用できる。
以下に、その理由を述べる。
The above is a case where switches are selected in pairs, but this method can be applied as it is when three or more switches to be simultaneously controlled are arranged at equal intervals.
The reason is described below.
ここで、図7(A)に示すスイッチ配置ピッチnのn個のセルラインを1組として、この組が列方向にm組設けられているとする。
通常動作時の電流は、今までの議論(1組)ではn個のセルラインに流れていたが、上記m組の場合、mn個に流れるため、上記式(3-1)と式(3-2)における「n」を単純に「mn」に置き換えればよく、通常動作IRドロップVdrop_sは、次式(6-1),(6-2)で表される。
Here, it is assumed that n cell lines having a switch arrangement pitch n shown in FIG. 7A are set as one set and m sets are provided in the column direction.
The current during normal operation has flown through n cell lines in the discussion so far (one set). However, in the case of the above m sets, the current flows into mn pieces, so that the above equations (3-1) and (3) “N” in −2) may be simply replaced with “mn”, and the normal operation IR drop V drop — s is expressed by the following equations (6-1) and (6-2).
[数6]
Vdrop_s=RIS+2RIS+…
+(mn−1)RIS+mnRIS …(6-1)
Vdrop_s=mn(mn+1)RIS/2 …(6-2)
[Equation 6]
V drop — s = RI S +2 RI S +...
+ (Mn-1) RI S + mnRI S (6-1)
V drop — s = mn (mn + 1) RI S / 2 (6-2)
一方、1組の場合にオンするスイッチSW1は1つであったが、m組の場合に当該スイッチSW1はm個である。このため、電流の排出側から最も遠い一方端の組(1番目の組)では、内部のスイッチSW1のオンによって「RIds」が流れ、復帰IRドロップVdrop_rは、前述した式(4)と同じ「nRIds」である。
2番目の組では、自身の内部スイッチ(SW1)により流れる電流「RIds」と、1番目の組から流れ込む電流「RIds」との合計、即ち「2RIds」が流れ、これによる復帰IRドロップVdrop_rは「2nRIds」となる。
同様に、3番目以降の組の復帰IRドロップは、当該組で発生し流れ出る電流と、当該組より一方端側の全ての組から流れ込む電流との総計値に抵抗Rを掛けたものとなり、それぞれ、「3nRIS」、「4nRIS」、…、「(m−1)nRIS」、「mnRIS」となる。
よって、次式(7-1)に示すように、復帰IRドロップVdrop_rは、上記のようにして求められたm組の復帰IRドロップの合計値として求まる。また、式(7-1)から式(7-2)が求まる。
On the other hand, one switch SW1 is turned on in the case of one set, but there are m switches SW1 in the case of m sets. For this reason, in the one end group (the first group) farthest from the current discharge side, “RI ds ” flows when the internal switch SW1 is turned on, and the return IR drop V drop — r is expressed by the equation (4) described above. The same “nRI ds ”.
In the second group, the sum of the current “RI ds ” flowing from its own internal switch (SW1) and the current “RI ds ” flowing from the first group, that is, “2RI ds ” flows, and thereby the return IR drop V drop — r is “2nRI ds ”.
Similarly, the return IR drop of the third and subsequent sets is obtained by multiplying the total value of the current generated and flowing out of the set and the current flowing from all sets on one end side of the set by the resistance R, respectively. , “3nRI S ”, “4 nRI S ”,..., “(M−1) nRI S ”, “mnRI S ”.
Therefore, as shown in the following equation (7-1), the return IR drop V drop — r is obtained as the total value of the m sets of return IR drops obtained as described above. Further, equation (7-1) is obtained from equation (7-1).
[数7]
Vdrop_r=nRIds+2nRIds+…
+(m−1)nRIds+mnRIds …(7-1)
Vdrop_s=m(m+1)nRIds/2 …(7-2)
[Equation 7]
V drop — r = nRI ds +2 nRI ds +...
+ (M−1) nRI ds + mnRI ds (7-1)
V drop — s = m (m + 1) nRI ds / 2 (7-2)
式(6-2)と式(7-2)で求めた2つの電流を、IRドロップの関係式(式(8-1))に代入し(式(8-2))、これ整理して、式(8-3)のスイッチ配置ピッチnに関する関係式を求める。
[数8]
Vdrop_s≧Vdrop_r …(8-1)
mn(mn+1)RIS/2≧m(m+1)nRIds/2 …(8-2)
IS/Ids≧(m+1)/(mn+1) …(8-3)
Substituting the two currents found in Equation (6-2) and Equation (7-2) into the IR drop relational equation (Equation (8-1)) (Equation (8-2)) Then, a relational expression regarding the switch arrangement pitch n in Expression (8-3) is obtained.
[Equation 8]
V drop — s ≧ V drop — r (8-1)
mn (mn + 1) RI S / 2 ≧ m (m + 1) nRI ds / 2 (8-2)
I S / I ds ≧ (m + 1) / (mn + 1) (8-3)
この式(8-3)の右辺と前述した式(5-3)の右辺とを比較して、「m」「n」が未知の自然数としたときに次式(9-1)が成り立てば、前記式(5-3)だけでスイッチ配置ピッチnを決めてもよい。 If the right side of this equation (8-3) is compared with the right side of the above equation (5-3) and “m” and “n” are unknown natural numbers, the following equation (9-1) holds: The switch arrangement pitch n may be determined only by the equation (5-3).
[数9]
2/(n+1)≧(m+1)/(mn+1) …(9-1)
(m−1)(n−1)≧0 …(9-2)
[Equation 9]
2 / (n + 1) ≧ (m + 1) / (mn + 1) (9-1)
(m−1) (n−1) ≧ 0 (9-2)
上記式(9-1)を整理すると上記式(9-2)が成り立つ。
式(9-2)が成り立つのは「m≧1かつn≧1」と「m≦1かつn≦1」の2つの場合があるが、「m」「n」は自然数(≧1)なので前者の場合にあてはまり、式(9-2)は常に成り立つ。
以上より、同時制御する3つ以上のスイッチSW1が等間隔で配置されている場合、その1つについて前述した式(5-3)が成り立てば、スイッチSW1の数(組数m)と無関係に、電源復帰時に発生する電源ノイズは、通常動作している近隣の回路ブロック内の論理セル動作に遅延性の影響を与えることがない。
If the above formula (9-1) is rearranged, the above formula (9-2) is established.
Equation (9-2) holds in two cases: “m ≧ 1 and n ≧ 1” and “m ≦ 1 and n ≦ 1”, but “m” and “n” are natural numbers (≧ 1). In the former case, equation (9-2) always holds.
As described above, when three or more switches SW1 to be simultaneously controlled are arranged at equal intervals, if the above-described equation (5-3) is established for one of them, the number of switches SW1 (number of sets m) is independent. The power supply noise generated at the time of power recovery does not affect the delay of the logic cell operation in the neighboring circuit block that is normally operating.
図8(A)に、以上のスイッチ配置ピッチの最適範囲を満たすことができる制御線接続例を、スイッチを対で1つの制御線に接続する場合と例として示す。
なお、図8ではロウ方向の線は、それぞれ分岐線20Sと仮想VSS線30Sをまとめて示すものである。また、図8に示すスイッチ制御部(SW.CONT.)31は、実際には図1の非適用回路ブロック30内に設けられているため常時動作する回路である。
FIG. 8A shows a control line connection example that can satisfy the optimum range of the above switch arrangement pitch as an example and a case where switches are connected to one control line in pairs.
In FIG. 8, the lines in the row direction collectively represent the
最初に、仮想VSS線30Sの電圧(VSSV)が電源電圧VDDに近い場合、上述した手法のようにソース・ドレイン間電圧Vds=VDDとすることによって、スイッチ電流Idsを求め、求めたスイッチ電流Idsを、前述した式(5-3)に代入する。
つぎに、単位動作電流ISとスイッチ配置ピッチnの組み合わせを変えて、式(5-3)を満たすように、同時制御すべきスイッチ対の位置を決定する。
この決定によって、図8(A)で「丸1」で表示するスイッチ対の位置が決まる。
First, when the voltage of the
Next, by changing the combination of the unit operating current I S and the switch arrangement pitch n, so as to satisfy the equation (5-3), to determine the position of the switch pair to be controlled simultaneously.
This determination determines the position of the switch pair displayed as “
図8(B)は、スイッチ制御部31によるスイッチ制御時の仮想VSS線30Sの電圧(VSSV)の予想図であるが、最初のスイッチオン時間と、スイッチのサイズや電流経路の抵抗等で、次にスイッチオンすべき時点での電圧(VSSV)の値V2が決まる。この電圧値V2は、スイッチのソース・ドレイン電圧Vdsとなるため、2回目のスイッチオンでは、スイッチ電流Idsが大幅に下がる。
したがって、スイッチ配置ピッチnが小さくても、前述した条件を満たすことになる。一般には、スイッチ対を離すほどよいので、ここでは、「丸2」で表示するように、「丸1」のスイッチ対の間で最大のスイッチ間隔が得られるように2つ目のスイッチ対を配置する。
3つ目のスイッチ対、4つ目のスイッチ対(ただし、この例では端数となるので単独スイッチ)と、仮想VSS線30Sの電圧値がV3→V4と次第に小さくなるため最適配置条件が次第に緩和されることから、以後同様にして、スイッチの並びの中央に向かって順次、両側からスイッチを配置すると、全てのスイッチ制御で電源ノイズが、近隣の回路ブロックに遅延性の影響を与えない配置が可能となる。
FIG. 8B is a prediction diagram of the voltage (VSSV) of the
Therefore, even if the switch arrangement pitch n is small, the above-described conditions are satisfied. Generally, it is better that the switch pair is separated, so here, as indicated by “
Since the voltage value of the third switch pair, the fourth switch pair (in this example, it becomes a fraction and a single switch) and the
このようにして相互接続すべきスイッチ対の組み合わせが決まると、後は、その組み合わせが実現されるように、制御線CL1〜CL4を図示のように、スイッチ制御部31に配線してスイッチ制御部31に接続させれば、当該配線ステップ(図5のST3)が終了する。
When the combination of the switch pairs to be interconnected is determined in this way, the control lines CL1 to CL4 are wired to the
本実施形態によれば、以下の利益が得られる。
通常、MTCMOS適用ブロックの設計において、MTCMOSスイッチにより電源遮断される回路と電源遮断されること無く常時通電している回路を混載して設計を行ったほうが、面積的にもTAT的にも効率的である。
しかし、電源復帰時にMTCMOSスイッチの近傍で電源ノイズが大きくなってしまうという問題が発生する。
本実施形態では、MTCMOSスイッチと論理セルを同じセルライン(例えばロウ方向)に配置を行う場合でも、電源復帰時に通常動作を行っている回路に影響を与えることなく、MTCMOSスイッチの制御を行える。
According to this embodiment, the following benefits can be obtained.
Normally, in designing an MTCMOS application block, it is more efficient both in terms of area and TAT when a circuit that is powered off by an MTCMOS switch and a circuit that is always energized without being powered off are mounted together. It is.
However, there is a problem that power supply noise increases in the vicinity of the MTCMOS switch when power is restored.
In the present embodiment, even when the MTCMOS switch and the logic cell are arranged in the same cell line (for example, in the row direction), the MTCMOS switch can be controlled without affecting the circuit that is performing the normal operation when the power is restored.
1…MTCMOS回路ブロック、2D…実VDD線(幹配線)、2S…実VSS線(幹配線)、3D…仮想VDD連結線、3S…仮想VSS連結線、20D,20S…分岐線、30…非適用回路ブロック、30D…仮想VDD線、30S…仮想VSS線、31…スイッチ制御部、5…論理回路部、SW,SW1,SW2,SW3…スイッチ、CL,CL1〜CL4…制御線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記一方向で等間隔の複数の幹配線箇所から各々が分岐された複数の分岐線と、
前記分岐線ごとに設けられたローカル電圧線、および、前記ローカル電圧線に接続された少なくとも1つの回路セルを各々が含み、前記ローカル電圧線と前記分岐線間に接続される少なくとも1つのスイッチの配置(数と位置)と非配置が予め決められている複数のセルラインと、
前記複数のセルライン内で、1以上のセルラインを挟んで互いに離れた複数のセルラインが含む所定数の前記スイッチを同時制御可能に接続する複数の制御線と、
を有する半導体集積回路。 Trunk wiring wired in one direction and applied with power supply voltage or reference voltage,
A plurality of branch lines each branched from a plurality of equally spaced main wiring locations in the one direction;
A local voltage line provided for each branch line, and at least one circuit cell connected to the local voltage line, each of at least one switch connected between the local voltage line and the branch line A plurality of cell lines whose arrangement (number and position) and non-arrangement are predetermined;
A plurality of control lines for connecting a predetermined number of the switches included in a plurality of cell lines separated from each other across one or more cell lines in the plurality of cell lines so as to be simultaneously controllable;
A semiconductor integrated circuit.
回路セル起動のために前記第1スイッチがオンしたときに、前記第1スイッチを含む第1セルラインから、前記第2スイッチを含むセルラインに前記第1セルライン側で隣接した第nセルラインセルラインまでに含まれる複数の回路セルにおいて、前記第1スイッチから、前記第2スイッチに接続する分岐線が設けられた幹配線箇所までの電流経路内で生じる電位落差(IRドロップ)が、前記複数の回路セルが動作したときにセルラインごとに存在し、各回路セルを起点とする前記電流経路で生じるn個の動作時IRドロップの合計値以下となるように、前記セルライン数nが決められている
請求項1に記載の半導体集積回路。 The first and second switches of two cell lines that are simultaneously controlled by one control line are arranged at an equal distance from the main wiring at a pitch of the number of cell lines n (n: an integer of 2 or more). ,
When the first switch is turned on to activate the circuit cell, the nth cell line adjacent to the cell line including the second switch from the first cell line including the first switch on the first cell line side. In a plurality of circuit cells included up to the cell line, a potential drop (IR drop) generated in a current path from the first switch to a main wiring portion provided with a branch line connected to the second switch is The number of cell lines n is present for each cell line when a plurality of circuit cells are operated, and the number n of cell lines is less than or equal to the total value of n operating IR drops generated in the current path starting from each circuit cell. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, which is determined.
回路セル起動時に、前記第1および第2スイッチを最初にオンさせ、対を成すスイッチを含む2つのセルライン間隔が大きい方から小さくなる順番で、前記他の制御線をスイッチオンのために制御するスイッチ制御部を、有する
請求項2に記載の半導体集積回路。 Between the two cell lines including the first and second switches arranged at a pitch of the cell line number n, the switches of the other cell lines are paired (however, when the fraction is rounded, they are not a pair but alone). Connected to other control lines,
When the circuit cell is activated, the first and second switches are turned on first, and the other control lines are controlled to be turned on in the order of decreasing the interval between two cell lines including a pair of switches. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, further comprising: a switch control unit that performs switching.
前記制御線により同時制御される2つの第1および第2スイッチを含む2つのセルラインの配置ピッチn(n:2以上の整数)を決定するステップと、
前記複数のセルラインおよび前記複数の分岐線を配置配線するステップと、
前記幹配線をセルラインと直交する方向に配置し、前記複数の分岐線と接続するステップと、
隣のセルライン同士が前記配置ピッチn以上離れた複数のセルラインにおいて複数の前記スイッチを同時制御のために1本の前記制御線に接続する、少なくとも1本の前記制御線の配置配線ステップと、
を含み、
前記配線ピッチnの決定ステップでは、回路セル起動のために前記第1スイッチがオンしたときに、前記第1スイッチを含む第1セルラインから、前記第2スイッチを含むセルラインに前記第1セルライン側で隣接した第nセルラインまでに含まれる複数の回路セルにおいて、前記第1スイッチから、前記第2スイッチに接続する分岐線が設けられた幹配線箇所までの電流経路内で生じる電位落差(IRドロップ)が、前記複数の回路セルが動作したときにセルラインごとに存在し、各回路セルを起点とする前記電流経路で生じるn個の動作時IRドロップの合計値以下となるように、前記配線ピッチnを決定する
半導体集積回路の配置配線方法。 A plurality of cells in which a power supply voltage or a reference voltage applied to a trunk wiring wired in one direction is distributed through a plurality of branch lines each branched from a plurality of trunk wiring locations equally spaced in the one direction A method of arranging and wiring a semiconductor integrated circuit related to connection to a control line of a switch that controls connection between a local voltage line and a branch line connected to a circuit cell within a predetermined cell line with respect to a line,
Determining an arrangement pitch n (n: an integer of 2 or more) of two cell lines including two first and second switches controlled simultaneously by the control line;
Arranging and wiring the plurality of cell lines and the plurality of branch lines;
Arranging the trunk wiring in a direction orthogonal to the cell line and connecting to the plurality of branch lines;
An arrangement wiring step of at least one control line, wherein a plurality of switches are connected to one control line for simultaneous control in a plurality of cell lines where adjacent cell lines are separated by the arrangement pitch n or more; ,
Including
In the step of determining the wiring pitch n, when the first switch is turned on to activate the circuit cell, the first cell is changed from the first cell line including the first switch to the cell line including the second switch. In a plurality of circuit cells included up to the nth cell line adjacent on the line side, a potential drop generated in a current path from the first switch to a main wiring portion provided with a branch line connected to the second switch (IR drop) is present for each cell line when the plurality of circuit cells are operated, and is equal to or less than the total value of n operating IR drops generated in the current path starting from each circuit cell. The wiring pitch n is determined. A semiconductor integrated circuit placement and routing method.
請求項4に記載の半導体集積回路の配置配線方法。 In the step of arranging and wiring the plurality of cell lines and the plurality of branch lines, each element of the branch lines and the local voltage lines, a circuit cell having a predetermined number of switches including the switch, the branch lines, The method for arranging and wiring a semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein each element of the local voltage line and a plurality of normal circuit cells each including a circuit are combined and arranged in a line.
請求項5に記載の半導体集積回路の配置配線方法。 In the step of arranging and wiring the plurality of cell lines and the plurality of branch lines, a cell line including a circuit cell having the switch and a cell line without a switch in which the normal circuit cells are arranged in a line are predetermined. The placement and routing method for a semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein the placement is in the one direction by a rule.
請求項4に記載の半導体集積回路の配置配線方法。 In the placement and routing step of the control line, when there is another cell line including a switch in addition to the first cell line within the placement pitch n, the switches in the other cell line can be controlled individually or simultaneously. Place and route other control lines to
5. A method for arranging and wiring a semiconductor integrated circuit according to claim 4.
請求項7に記載の半導体集積回路の配置配線方法。 When arranging and wiring the other control lines, the control lines in the arrangement pitch n are sequentially connected to the switch pair that is farthest from each other while keeping the rules for connecting the control lines to the switch pair that is the farthest from each other. The placement and routing method for a semiconductor integrated circuit according to claim 7, wherein the placement and routing is repeated, and when a single switch that becomes a fraction remains at the end, a control line for controlling the single switch is placed and routed.
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