JP2011044025A - 半導体集積回路およびパワーゲーティング制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】搭載される機能ブロックの個数によらず、一定数の少数の配線のみでパワーゲーティング制御を行うことのできる半導体集積回路およびパワーゲーティング制御方法を提供する。
【解決手段】パワーゲーティング制御情報生成部1が、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御情報PGCを生成し、クロック信号制御部2が、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報PGCを重畳し、機能ブロックBLK1〜BLK3へ供給するクロックとなるクロック信号CKを生成し、機能ブロックBLK1〜BLK3のそれぞれと一体に1個ずつ配置されたパワーゲーティング制御部31〜33が、クロック信号CKに重畳されたパワーゲーティング制御情報PGCを解読して、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成する。
【選択図】図1
【解決手段】パワーゲーティング制御情報生成部1が、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御情報PGCを生成し、クロック信号制御部2が、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報PGCを重畳し、機能ブロックBLK1〜BLK3へ供給するクロックとなるクロック信号CKを生成し、機能ブロックBLK1〜BLK3のそれぞれと一体に1個ずつ配置されたパワーゲーティング制御部31〜33が、クロック信号CKに重畳されたパワーゲーティング制御情報PGCを解読して、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体集積回路およびパワーゲーティング制御方法に関する。
大規模・高集積の半導体集積回路はCMOS回路により構成されることが多いが、近年、CMOS回路では、ゲート幅の縮小や酸化膜の薄膜化など、製造プロセスの微細化が進展している。このような製造プロセスの微細化に対して、酸化膜厚に対する耐圧の関係上、CMOS回路の電源電圧を低くすると同時に、MOSFETのしきい値電圧を低下させる必要がある。
しかし、しきい値電圧を低下させていくと、CMOS回路が動作していなくても、つまりCMOS回路がスイッチングしていなくても、電源電圧が印加されている限り電流が流れる、リーク電流の増加が顕著になる。
このリーク電流増加への対策の1つとして、回路が動作していない期間はその回路への電源の供給を遮断する、パワーゲーティング手法がある。
このパワーゲーティング手法による電源供給の制御を行うため、従来、半導体集積回路を機能ごとの機能ブロックに分割し、電源分配制御信号により、各機能ブロックへの電源の供給を制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、上述の従来の方法では、各機能ブロックへ、電源分配制御信号により制御された分岐電源線を配線するため、機能ブロックの数が増加すると、その分、各機能ブロックへ配線される分岐電源線の数が増え、半導体集積回路の配線面積が増加し、半導体集積回路のチップ面積が増大する、という問題があった。
そこで、本発明の目的は、搭載される機能ブロックの個数によらず、一定数の少数の配線のみでパワーゲーティング制御を行うことのできる半導体集積回路およびパワーゲーティング制御方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路であって、前記複数の機能ブロックのそれぞれに対するパワーゲーティング制御情報を生成するパワーゲーティング制御情報生成手段と、前記パワーゲーティング制御情報生成手段により生成された前記パワーゲーティング制御情報を前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号に重畳するクロック信号制御手段と、前記複数の機能ブロックのそれぞれに前記機能ブロックと一体に1個ずつ配置され、前記クロック信号に重畳された前記パワーゲーティング制御情報を解読して、前記一体に配置された前記機能ブロックのパワーゲーティングを制御するパワーゲーティング制御手段とを備えることを特徴とする半導体集積回路が提供される。
また、本発明の別の一態様によれば、パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路のパワーゲーティング制御方法であって、前記複数の機能ブロックへパワーゲーティング制御情報を伝達するときは、前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号のデューティレシオを通常の値から変化させ、その変化量を異ならせることにより前記パワーゲーティング制御情報の伝達先の機能ブロックを指定することを特徴とするパワーゲーティング制御方法が提供される。
また、本発明のさらに別の一態様によれば、パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路のパワーゲーティング制御方法であって、前記複数の機能ブロックへパワーゲーティング制御情報を伝達するときは、所定の伝達期間を設定し、前記伝達期間中に前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号のパルス数を異ならせることにより前記パワーゲーティング制御情報の伝達先の機能ブロックを指定することを特徴とするパワーゲーティング制御方法が提供される。
本発明によれば、搭載される機能ブロックの個数によらず、一定数の少数の配線のみでパワーゲーティング制御を行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路の構成の例を示すブロック図である。図1に示す実施の形態では、図の煩雑さを避けるため、3個の機能ブロックBLK1〜BLK3を有する半導体集積回路を例にとって示しているが、本発明は、パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路に適用可能であり、機能ブロックの数は3個に限るものではない。
ここで、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティングは、スイッチSW1〜SW3により、電源ラインVDDとの接続/遮断が、個々に制御されるものとする。
図1に示す本実施の形態の半導体集積回路は、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御情報PGCを生成するパワーゲーティング制御情報生成部1と、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報生成部1により生成されたパワーゲーティング制御情報PGCを重畳し、機能ブロックBLK1〜BLK3へ供給するクロックとなるクロック信号CKを生成するクロック信号制御部2と、チップレイアウト上、機能ブロックBLK1〜BLK3のそれぞれと一体に、1個ずつ配置され、クロック信号CKに重畳されたパワーゲーティング制御情報PGCを解読して、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成するパワーゲーティング制御部31〜33と、を備える。
次に、図2を用いながら、本実施の形態の半導体集積回路のパワーゲーティング制御動作について説明する。
パワーゲーティング制御情報生成部1は、パワーゲーティング制御情報PGC中に機能ブロック名を記述して、電源ラインVDDとの接続/遮断の切り替えを行う機能ブロックを指定する。
ここで、本実施の形態では、電源ラインVDDとの接続/遮断の切り替えは、パワーゲーティング制御情報PGC中に機能ブロック名が記述されるごとに、電源ラインVDDへの接続と遮断を交互に繰り返す、トグル動作をするものとする。
クロック信号制御部2は、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報生成部1により生成されたパワーゲーティング制御情報PGCを重畳し、機能ブロックBLK1〜BLK3へ供給するクロックとなるクロック信号CKを生成する。
クロック信号CKは、パワーゲーティング制御情報PGCが重畳されても、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するクロックとして機能する。
パワーゲーティング制御部31〜33は、クロック信号CKに重畳されたパワーゲーティング制御情報PGCを解読して、機能ブロックBLK1〜BLK3に対するパワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成する。
パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3により、スイッチSW1〜SW3のオン、オフが、交互に切り替えられる。
例えば、図2に示す例では、パワーゲーティング制御信号PG1は、スイッチSW1を、パワーゲーティング制御情報PGCに最初に記述されたBLK1により、オンからオフに切り替え、次に記述されたBLK1により、オフからオンに切り替える。
同様に、パワーゲーティング制御信号PG2は、スイッチSW2を、パワーゲーティング制御情報PGCに最初に記述されたBLK2により、オンからオフに切り替え、次に記述されたBLK2により、オフからオンに切り替える。
同様に、パワーゲーティング制御信号PG3は、スイッチSW3のオン、オフの切り替えを制御する。
このような本実施の形態によれば、各機能ブロックと一体に配置されたパワーゲーティング制御部へ、各機能ブロックに供給するクロック信号配線を介してパワーゲーティング制御情報を伝達するので、機能ブロックの数が増加しても、パワーゲーティング制御情報を伝達するための信号線を追加する必要がなく、半導体集積回路の配線面積が増加することを防止することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
本実施例では、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報PGCを重畳する方法として、パワーゲーティング制御情報PGCに記載された機能ブロックのブロック名の指定に応じて、各機能ブロックへ供給するクロック信号CKのデューティレシオを異ならせる、という方法をとる。
図3は、本発明の実施例1に係る半導体集積回路の構成の例を示すブロック図である。
本実施例のクロック信号制御部2Aは、パワーゲーティング制御情報PGCに記載された機能ブロックのブロック名の指定に応じて、各機能ブロックへ供給するクロック信号CKのデューティレシオを変化させる。
例えば、パワーゲーティング制御情報PGCに記載されたブロック名のBLK1、BLK2、BLK3に応じて、クロック信号CKのデューティレシオを、12.5%、25%、75%と変化させる。
これに対応して、本実施例のパワーゲーティング制御部3A1〜3A3は、クロック信号CKのデューティレシオを判定して、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成する。
すなわち、パワーゲーティング制御部3A1は、クロック信号CKのデューティレシオが12.5%であるとき、パワーゲーティング制御信号PG1の状態を変化させて、スイッチSW1のオン/オフの切り替えを行う。
同様に、パワーゲーティング制御部3A2は、クロック信号CKのデューティレシオが25%であるとき、パワーゲーティング制御信号PG2の状態を変化させて、スイッチSW2のオン/オフの切り替えを行う。
また、パワーゲーティング制御部3A3は、クロック信号CKのデューティレシオが75%であるとき、パワーゲーティング制御信号PG3の状態を変化させて、スイッチSW3のオン/オフの切り替えを行う。
ここで、クロック信号制御部2Aにおけるデューティレシオの変更は、3クロック連続して行うものとする。これは、偶然発生するデューティレシオの単発的な変動による誤動作を防止するためである。
図4に、パワーゲーティング制御部3A1〜3A3の内部構成の例を示す。
パワーゲーティング制御部3A1〜3A3は、それぞれのデューティレシオの判定値を設定する判定値設定部331Aと、クロック信号CKのデューティレシオを判定値設定部331Aで設定されたデューティレシオの値と比較し、その値が一致したときに一致パルスを出力する比較部332Aと、比較部332Aから出力される一致パルスの数をカウントし、その値が3になったときにキャリー信号CAを出力するカウンタ333Aと、カウンタ333Aからキャリー信号CAが出力されるごとにトグル動作を行うトグルF/F(フリップフロップ)334Aと、を有する。
本実施例では、判定値設定部331Aに設定される判定値を、パワーゲーティング制御部3A1では12.5%、パワーゲーティング制御部3A2では25%、パワーゲーティング制御部3A3では75%、とする。
図5〜7に、本実施例の半導体集積回路の動作の様子を波形図で示す。
図5に示すように、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3が、スイッチSW1〜SW3をオンさせているときに、パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLK1、BLK2、BLK3が、順次記載されたとすると、クロック信号CKには、デューティレシオ12.5%、25%、75%のパルスが3個ずつ、順次出力される。
このクロック信号の入力を受けて、パワーゲーティング制御部3A1は、デューティレシオ12.5%のパルスが3個出力されたときに、パワーゲーティング制御信号PG1をトグルさせてスイッチSW1をオフさせる。
同様に、パワーゲーティング制御部3A2は、デューティレシオ25%のパルスが3個出力されたときに、パワーゲーティング制御信号PG2をトグルさせてスイッチSW2をオフさせ、パワーゲーティング制御部3A3は、デューティレシオ75%のパルスが3個出力されたときに、パワーゲーティング制御信号PG3をトグルさせてスイッチSW3をオフさせる。
図6は、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3が、スイッチSW1〜SW3をオフさせているときに、パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLK1、BLK2、BLK3が、順次、記載されたときの様子を示す。
この場合、クロック信号CKにデューティレシオ12.5%のパルスが3個出力されたとき、パワーゲーティング制御部3A1がパワーゲーティング制御信号PG1をトグルさせてスイッチSW1をオンさせ、デューティレシオ25%のパルスが3個出力されたとき、パワーゲーティング制御部3A2がパワーゲーティング制御信号PG2をトグルさせてスイッチSW2をオンさせ、デューティレシオ75%のパルスが3個出力されたとき、パワーゲーティング制御部3A3がパワーゲーティング制御信号PG3をトグルさせてスイッチSW2をオンさせる。
図7は、パワーゲーティング制御情報PGCに、ブロック名BLK3、BLK1、BLK3、BLK1が、順次記載されたときの様子である。
この場合、クロック信号CKのデューティレシオは、75%→12.5%→75%→12.5%と変化する。
パワーゲーティング制御部3A1は、デューティレシオ12.5%のパルスが3個出力されるごとにパワーゲーティング制御信号PG1をトグルさせて、スイッチSW1をオン→オフ→オンと変化させ、パワーゲーティング制御部3A3は、デューティレシオ75%のパルスが3個出力されるごとにパワーゲーティング制御信号PG3をトグルさせて、スイッチSW3をオン→オフ→オンと変化させる。
このような本実施例によれば、各機能ブロックへ供給するクロック信号のデューティレシオを変化させることにより、各機能ブロックのパワーゲーティングを制御することができる。これにより、各機能ブロックに対するパワーゲーティング制御用の信号線を設ける必要がなく、半導体集積回路の配線面積の増加を防止することができる。
本実施例では、クロック信号CK0にパワーゲーティング制御情報PGCを重畳する方法として、パワーゲーティング制御情報の伝達期間を設定し、パワーゲーティング制御情報PGCに記載された機能ブロックのブロック名の指定に応じて、上述の伝達期間中に出力するクロック信号CKのパルス数を異ならせる方法をとる。
図8は、本発明の実施例2に係る半導体集積回路の構成の例を示すブロック図である。
本実施例のクロック信号制御部2Bは、パワーゲーティング制御情報PGCに記載された機能ブロックのブロック名の指定に応じて、各機能ブロックへ供給するクロック信号CKの、パワーゲーティング制御情報伝達期間中に出力するパルス数を変化させる。
例えば、パワーゲーティング制御情報PGCに記載されたブロック名のBLK1、BLK2、BLK3に応じて、パワーゲーティング制御情報伝達期間中に出力するクロック信号CKのパルス数を、1、2、3と変化させる。
これに対応して、本実施例のパワーゲーティング制御部3B1〜3B3は、クロック信号CKのパルス数を判定して、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3をそれぞれ生成する。このとき、パワーゲーティング制御部3B1〜3B3へは伝達期間設定信号ENが入力され、この伝達期間設定信号ENにより指定された期間のみ、パワーゲーティング制御部3B1〜3B3はクロック信号CKのパルス数の判定を行う。
すなわち、伝達期間設定信号ENにより指定された期間中に、クロック信号CKのパルス数が1であるとき、パワーゲーティング制御部3B1は、パワーゲーティング制御信号PG1の状態を変化させて、スイッチSW1のオン/オフの切り替えを行い、クロック信号CKのパルス数が2であるとき、パワーゲーティング制御部3B2は、パワーゲーティング制御信号PG2の状態を変化させて、スイッチSW2のオン/オフの切り替えを行い、クロック信号CKのパルス数が3であるとき、パワーゲーティング制御部3B3は、パワーゲーティング制御信号PG3の状態を変化させて、スイッチSW3のオン/オフの切り替えを行う。
図9に、パワーゲーティング制御部3B1〜3B3の内部構成の例を示す。
パワーゲーティング制御部3B1〜3B3は、それぞれのパルス数の判定値を設定する判定値設定部331Bと、伝達期間設定信号ENにより指定された期間イネーブル状態となり、クロック信号CKのパルス数をカウントするカウンタ332Bと、伝達期間設定信号ENにより指定された期間の終了時に、カウンタ332Bのカウンタ値を判定値設定部331Bで設定された値と比較し、その値が一致したときに一致パルスを出力する比較部333Bと、比較部333Bから一致パルスが出力されるごとにトグル動作を行うトグルF/F334Bと、を有する。
図10〜11に、本実施例の半導体集積回路の動作の様子を波形図で示す。ここでは、伝達期間設定信号ENが‘H’のときをパワーゲーティング制御情報伝達期間とする。
図10に示すように、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3が、スイッチSW1〜SW3をオンさせているときに、パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLK1、BLK2、BLK3が、順次記載されたとすると、伝達期間設定信号ENが‘H’のとき、クロック信号CKのパルス数は、順次、1、2、3となる。
このクロック信号の入力を受けて、パワーゲーティング制御部3B1は、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が1のときに、パワーゲーティング制御信号PG1をトグルさせてスイッチSW1をオフさせる。
同様に、パワーゲーティング制御部3B2は、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が2のときに、パワーゲーティング制御信号PG2をトグルさせてスイッチSW2をオフさせ、パワーゲーティング制御部3B3は、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が3のときに、パワーゲーティング制御信号PG3をトグルさせてスイッチSW3をオフさせる。
図11は、パワーゲーティング制御信号PG1〜PG3が、スイッチSW1〜SW3をオフさせているときに、パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLK1、BLK2、BLK3が、順次、記載されたときの様子を示す。
この場合、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が1のとき、パワーゲーティング制御部3B1がパワーゲーティング制御信号PG1をトグルさせてスイッチSW1をオンさせ、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が2のとき、パワーゲーティング制御部3B2がパワーゲーティング制御信号PG2をトグルさせてスイッチSW2をオンさせ、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数が3のとき、パワーゲーティング制御部3B3がパワーゲーティング制御信号PG3をトグルさせてスイッチSW3をオンさせる。
本実施例では、パワーゲーティング制御情報伝達期間の長さは任意に設定することができる。したがって、機能ブロックの数が多い場合には、パワーゲーティング制御情報伝達期間を長くして、その期間に出力するパルスの数の最大数を増加させるようにすればよい。
図12は、半導体集積回路に含まれる機能ブロックの数がn個の場合の構成の例である。
この場合、機能ブロックの数に合わせて、パワーゲーティング制御部3Bの数を増やし、n番目の機能ブロックBLKnに対して、パワーゲーティング制御部3Bnを配置する。
このとき、パワーゲーティング制御部3Bnの判定値設定部331Bに設定する判定値は、nとする。
図13は、図12に示した例において、パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLKnが記載されたときの動作の様子を示す。
パワーゲーティング制御情報PGCにブロック名BLKnが記載されると、伝達期間設定信号ENが‘H’のとき、クロック信号CKに出力されるパルス数は、nとなる。
パワーゲーティング制御部3Bnは、伝達期間設定信号ENが‘H’のときのクロック信号CKのパルス数がnのとき、パワーゲーティング制御信号PGnをトグルさせて、この例では、スイッチSWnをオンからオフへ変化させる。
このような本実施例によれば、パワーゲーティング制御情報伝達期間中に各機能ブロックへ供給するクロック信号のパルス数を変化させることにより、各機能ブロックのパワーゲーティングを制御することができる。このとき、各機能ブロックのパワーゲーティングの制御に必要な信号線は、クロック信号線と各機能ブロックに共通の伝達期間設定信号の信号線の2本のみであるので、機能ブロックの数が増加したときに、パワーゲーティングの制御に必要な信号線が増加することを防止することができる。
また、機能ブロックの数が増加しても、パワーゲーティング制御情報伝達期間中に出力するパルス数を増やすだけで、パワーゲーティングの制御を行うことができるので、機能ブロック数の増加に対するパワーゲーティング対応を容易に行うことができる。
1 パワーゲーティング制御情報生成部
2、2A、2B クロック信号制御部
31〜33、3A1〜3A3、3B1〜3B3 パワーゲーティング制御部
331A、331B 判定値設定部
332A、333B 比較部
333A、332B カウンタ
334A、334B トグルF/F
2、2A、2B クロック信号制御部
31〜33、3A1〜3A3、3B1〜3B3 パワーゲーティング制御部
331A、331B 判定値設定部
332A、333B 比較部
333A、332B カウンタ
334A、334B トグルF/F
Claims (5)
- パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路であって、
前記複数の機能ブロックのそれぞれに対するパワーゲーティング制御情報を生成するパワーゲーティング制御情報生成手段と、
前記パワーゲーティング制御情報生成手段により生成された前記パワーゲーティング制御情報を前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号に重畳するクロック信号制御手段と、
前記複数の機能ブロックのそれぞれに前記機能ブロックと一体に1個ずつ配置され、前記クロック信号に重畳された前記パワーゲーティング制御情報を解読して、前記一体に配置された前記機能ブロックのパワーゲーティングを制御するパワーゲーティング制御手段と
を備えることを特徴とする半導体集積回路。 - 前記クロック信号制御手段が、
前記パワーゲーティング制御情報を前記クロック信号のデューティレシオに変換して前記クロック信号に重畳する
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記クロック信号制御手段が、
前記パワーゲーティング制御情報を所定の期間のクロック数に変換して前記クロック信号に重畳する
ことを特徴とする半導体集積回路。 - パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路のパワーゲーティング制御方法であって、
前記複数の機能ブロックへパワーゲーティング制御情報を伝達するときは、前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号のデューティレシオを通常の値から変化させ、その変化量を異ならせることにより前記パワーゲーティング制御情報の伝達先の機能ブロックを指定する
ことを特徴とするパワーゲーティング制御方法。 - パワーゲーティング可能な複数の機能ブロックを有する半導体集積回路のパワーゲーティング制御方法であって、
前記複数の機能ブロックへパワーゲーティング制御情報を伝達するときは、所定の伝達期間を設定し、前記伝達期間中に前記複数の機能ブロックへ供給するクロック信号のパルス数を異ならせることにより前記パワーゲーティング制御情報の伝達先の機能ブロックを指定する
ことを特徴とするパワーゲーティング制御方法。
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