JP2012134321A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは半導体装置に係る電源制御技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power supply control technique related to a semiconductor device.
近年、LSI等の半導体装置では低消費電力化の要求が強くなり、内部に電源遮断機能(電源スイッチ)を搭載する半導体装置が採用されるケースが増加してきている。半導体装置の回路ブロック毎にその使用状況(使用の有無)に応じ、使用していない回路ブロックへの電源供給を遮断することで更なる低消費電力化を図る、いわゆるパワーゲーティング(Power Gating)技術である。 In recent years, there has been a strong demand for lower power consumption in semiconductor devices such as LSI, and the number of cases in which a semiconductor device having a power cutoff function (power switch) is employed is increasing. So-called power gating technology that further reduces power consumption by shutting off power supply to unused circuit blocks according to the usage status (use / non-use) of each circuit block of a semiconductor device It is.
パワーゲーティング技術の概要について、図8を参照して説明する。図8(A)、(B)は、パワーゲーティング技術を適用した半導体装置の一例を示す図である。図8(A)、(B)において、A〜Fは回路ブロックであり、この回路ブロックA〜F毎に電源スイッチが設けられ電源供給が制御される。また、PMU(Power Management Unit)は、半導体装置における電源管理を行う、言い換えれば回路ブロックA〜Fのそれぞれに対する電源供給を管理する電源管理ユニットである。電源管理ユニットPMUは、常に電源が供給されている。 An outline of the power gating technique will be described with reference to FIG. 8A and 8B are diagrams illustrating an example of a semiconductor device to which the power gating technique is applied. 8A and 8B, A to F are circuit blocks, and a power switch is provided for each of the circuit blocks A to F to control power supply. The PMU (Power Management Unit) is a power management unit that performs power management in the semiconductor device, in other words, manages power supply to each of the circuit blocks A to F. The power management unit PMU is always supplied with power.
例えば、図8(A)に示すようにフル稼働時には、電源管理ユニットPMUは、すべての回路ブロックに対して電源が供給されるよう電源スイッチを制御する。それに対して、図8(B)に示すように機能停止し状態保持を行う時には、電源管理ユニットPMUは、回路ブロックA〜Fのうち、状態保持するために動作させておく必要がある回路ブロックDだけに電源が供給されるよう電源スイッチを制御する。すなわち、回路ブロックD以外の回路ブロックA、B、C、E、Fについては電源スイッチをオフ状態に制御して、それら回路ブロックへの電源供給を遮断する。 For example, as shown in FIG. 8A, during full operation, the power management unit PMU controls the power switch so that power is supplied to all circuit blocks. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the function is stopped and the state is held, the power management unit PMU needs to be operated in order to keep the state among the circuit blocks A to F. The power switch is controlled so that power is supplied only to D. That is, for the circuit blocks A, B, C, E, and F other than the circuit block D, the power switch is controlled to be in an OFF state, and the power supply to these circuit blocks is cut off.
パワーゲーティング技術を用いて機能停止させる回路ブロックへの電源供給を遮断することで、その回路ブロック内の回路にて発生するリーク電流が大幅に低減され、消費電力が低減される(図8(C)参照)。図8(C)において、T81がパワーゲーティング期間(回路ブロックへの電源供給を遮断している期間)であり、T82が機能停止状態(電源遮断状態)から動作状態に移行するときの起動期間である。パワーゲーティング技術は、消費電力の更なる低減を図れることから、特に待機時における消費電力の削減要求が厳しい通信用などの携帯機器では必須の技術になりつつある。 By shutting off the power supply to the circuit block whose function is stopped using the power gating technique, the leakage current generated in the circuit in the circuit block is significantly reduced, and the power consumption is reduced (FIG. 8C )reference). In FIG. 8C, T81 is a power gating period (period in which power supply to the circuit block is cut off), and T82 is a start-up period when transitioning from the function stop state (power cut-off state) to the operating state. is there. Since power gating technology can further reduce power consumption, it is becoming an indispensable technology especially for portable devices for communication and the like that are demanded to reduce power consumption particularly during standby.
ここで、パワーゲーティング技術を半導体装置に用いた場合に考慮すべき問題の1つとして、電源ノイズに係る問題が挙げられる。この電源ノイズに係る問題について図9を参照して説明する。図9(A)において、90は半導体装置、91は電源管理ユニット(PMU)、92は回路ブロックA(CBLA)、93は回路ブロックB(CBLB)である。また、CAは回路ブロックA92の安定化容量、CBは回路ブロックB93の安定化容量である。 Here, as a problem to be considered when the power gating technique is used in a semiconductor device, there is a problem related to power supply noise. The problem relating to the power supply noise will be described with reference to FIG. In FIG. 9A, 90 is a semiconductor device, 91 is a power management unit (PMU), 92 is a circuit block A (CBLA), and 93 is a circuit block B (CBLB). CA is a stabilization capacitor of the circuit block A92, and CB is a stabilization capacitor of the circuit block B93.
回路ブロックA92及び安定化容量CAは、電源電位VDDVAを供給するVDDVA電源線と基準電位(例えばグランド電位)VSSを供給するVSS電源線との間に接続される。また、VDDVA電源線と電源電位VDDを供給するVDD電源線とが、電源スイッチPSWAを介して接続される。VDD電源線及びVSS電源線は、それぞれ外部から電源電位VDD及び基準電位VSSが常時印加されている。電源スイッチPSWAは、電源管理ユニット91からの制御信号PGAによりオン/オフ制御され、電源スイッチPSWAがオンのときに回路ブロックA92へ電源が供給され、電源スイッチPSWAがオフのときに回路ブロックA92への電源供給が遮断される。
The circuit block A92 and the stabilization capacitor CA are connected between a VDDVA power supply line that supplies a power supply potential VDDVA and a VSS power supply line that supplies a reference potential (for example, ground potential) VSS. Further, the VDDVA power supply line and the VDD power supply line for supplying the power supply potential VDD are connected via the power switch PSWA. The VDD power supply line and the VSS power supply line are constantly applied with the power supply potential VDD and the reference potential VSS from the outside, respectively. The power switch PSWA is ON / OFF controlled by a control signal PGA from the
同様に、回路ブロックB93及び安定化容量CBは、電源電位VDDVBを供給するVDDVB電源線とVSS電源線との間に接続される。VDDVB電源線とVDD電源線とが、電源スイッチPSWBを介して接続される。電源スイッチPSWBは、電源管理ユニット91からの制御信号PGBによりオン/オフ制御され、電源スイッチPSWBがオンのときに回路ブロックB93へ電源が供給され、電源スイッチPSWBがオフのときに回路ブロックB93への電源供給が遮断される。
Similarly, the circuit block B93 and the stabilization capacitor CB are connected between the VDDVB power supply line that supplies the power supply potential VDDVB and the VSS power supply line. The VDDVB power supply line and the VDD power supply line are connected via the power switch PSWB. The power switch PSWB is ON / OFF controlled by a control signal PGB from the
パワーゲーティング技術を適用した半導体装置において電源供給が遮断されている回路ブロックを再び使用する(動作させる)場合には、その回路ブロックに電源供給を行うために電源スイッチをオフ状態からオン状態にする必要がある。例えば、図9(A)に示した半導体装置90において、回路ブロックB93が電源供給されている動作状態で、電源供給が遮断されている回路ブロックA92を再び動作させるとする。このとき、電源管理ユニット91からの制御信号PGAにより電源スイッチPSWAはオン状態にされるが、電源スイッチPSWAがオンする瞬間に回路ブロックA92の安定化容量CA等を充電するための突入電流(rush current)が流れる。この突入電流は電源電位の変動(電源ノイズ)を発生させ、その電源ノイズにより、例えばVDD電源線及びVSS電源線間の電位差PV、言い換えれば半導体装置90内で動作している回路に供給される電源電圧が低下する(図9(B)参照)。このように電源スイッチがオンするときに突入電流が流れることで発生した電源ノイズが周辺回路へ伝播し、動作中の電源管理ユニット91や回路ブロックB93が誤動作するおそれがある。
In a semiconductor device to which power gating technology is applied, when a circuit block whose power supply is cut off is used (operated) again, the power switch is turned from an off state to an on state in order to supply power to the circuit block. There is a need. For example, in the
電源スイッチをオン状態にするときに発生する電源ノイズを抑制する方法として、1つの電源スイッチを複数の小さいサイズのスイッチで構成し、タイミングを異ならせて各スイッチをオン状態にすることで突入電流を抑制する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図10(A)に、電源スイッチを複数の小さいサイズの電源スイッチに分割して構成した半導体装置の構成例を示す。 As a method of suppressing power supply noise that occurs when the power switch is turned on, a single power switch is composed of a plurality of small-sized switches, and each switch is turned on at different timings. A method for suppressing the above has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 10A illustrates a configuration example of a semiconductor device in which a power switch is divided into a plurality of small-sized power switches.
図10(A)において、100は半導体装置、101は電源管理ユニット(PMU)、102は回路ブロックA(CBLA)、CAは回路ブロックA102の安定化容量である。なお、半導体装置100は、図示した回路ブロックに限らず、それぞれ独立して電源供給を遮断させることが可能な複数の回路ブロックを有しているが、説明の便宜上、回路ブロックA以外については省略している。
In FIG. 10A, 100 is a semiconductor device, 101 is a power management unit (PMU), 102 is a circuit block A (CBLA), and CA is a stabilization capacitor of the circuit block A102. The
回路ブロックA102及び安定化容量CAは、電源電位VDDVAを供給するVDDVA電源線と基準電位VSSを供給するVSS電源線との間に接続される。VDDVA電源線と電源電位VDDを供給するVDD電源線との間に、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3、・・・が並列接続されている。VDD電源線及びVSS電源線は、それぞれ外部から電源電位VDD及び基準電位VSSが常時印加されている。 The circuit block A102 and the stabilization capacitor CA are connected between a VDDVA power supply line that supplies a power supply potential VDDVA and a VSS power supply line that supplies a reference potential VSS. Power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, PSWA3,... Are connected in parallel between the VDDVA power supply line and the VDD power supply line that supplies the power supply potential VDD. The VDD power supply line and the VSS power supply line are constantly applied with the power supply potential VDD and the reference potential VSS from the outside, respectively.
電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3、・・・は、各々が小さいサイズのものであり、1つの電源スイッチをオン状態にさせたときに発生する電源ノイズが周辺回路の誤動作を引き起こすレベルに達するような電流は流れない。しかし、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3、・・・がすべてオン状態となることで、最終的に回路ブロックAの消費電流を供給できるだけのサイズは有している。なお、電源スイッチは、回路構成(負荷や安定化容量の大きさなど)に応じた数の電源スイッチが設けられるが、以下の説明では、4つの電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3を有するものとして説明する。 Each of the power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, PSWA3,... Has a small size, and the power noise generated when one power switch is turned on reaches a level causing malfunction of the peripheral circuit. Such a current does not flow. However, since all of the power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, PSWA3,... Are turned on, the power consumption of the circuit block A can be finally supplied. The number of power switches corresponding to the circuit configuration (the load, the size of the stabilization capacitor, etc.) is provided as the power switch. In the following description, the power switch has four power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3. Will be described.
電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3は、それぞれ制御信号PGA0、PGA1、PGA2、PGA3によりオン/オフ制御される。制御信号PGA0は、電源管理ユニット101から出力される。制御信号PGA1は、制御信号PGA0と遅延バッファDB1により所定時間遅延された制御信号PGA0とを論理積演算した演算結果として論理積演算回路(OR回路)103−1より出力される。また、制御信号PGA2は、制御信号PGA0と遅延バッファDB2により所定時間遅延された制御信号PGA1とを論理積演算した演算結果としてOR回路103−2より出力される。制御信号PGA3は、制御信号PGA0と遅延バッファDB3により所定時間遅延された制御信号PGA2とを論理積演算した演算結果としてOR回路103−3より出力される。
The power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are on / off controlled by control signals PGA0, PGA1, PGA2, and PGA3, respectively. The control signal PGA0 is output from the
図10(B)に示すように、回路ブロックA102を停止させているときには、制御信号PGA0〜PGA3はハイレベル(“H”)であり、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3はすべてオフ状態にされる。すなわち、回路ブロックA102への電源供給が遮断されており、このとき、電源電位VDDVAは0V付近まで下がっている。 As shown in FIG. 10B, when the circuit block A102 is stopped, the control signals PGA0 to PGA3 are at the high level (“H”), and the power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are all turned off. Is done. That is, power supply to the circuit block A102 is interrupted, and at this time, the power supply potential VDDVA is lowered to around 0V.
電源供給が遮断されている回路ブロックA102を再び動作させるとき、電源管理ユニット101は、制御信号PGA0をローレベル(“L”)にアサートする。制御信号PGA0が“L”にアサートされることで電源スイッチPSWA0がオン状態になり、電源スイッチPSWA0を介して回路ブロックA102の安定化容量CAに電流が流れて充電が開始され、電源電位VDDVAが上昇していく。
When the circuit block A102 that has been cut off from power supply is operated again, the
そして、“L”にアサートされた制御信号PGA0が遅延バッファDB1で遅延されてOR回路103−1に入力されると、制御信号PGA1が“L”にアサートされる。また、“L”にアサートされた制御信号PGA1が遅延バッファDB2で遅延されてOR回路103−2に入力されると、制御信号PGA2が“L”にアサートされる。さらに、“L”にアサートされた制御信号PGA2が遅延バッファDB3で遅延されてOR回路103−3に入力されると、制御信号PGA3が“L”にアサートされる。 When the control signal PGA0 asserted to “L” is delayed by the delay buffer DB1 and input to the OR circuit 103-1, the control signal PGA1 is asserted to “L”. When the control signal PGA1 asserted to “L” is delayed by the delay buffer DB2 and input to the OR circuit 103-2, the control signal PGA2 is asserted to “L”. Further, when the control signal PGA2 asserted to “L” is delayed by the delay buffer DB3 and input to the OR circuit 103-3, the control signal PGA3 is asserted to “L”.
制御信号PGA1、PGA2、PGA3が順次“L”にアサートされることで、電源スイッチPSWA1、PSWA2、PSWA3が順にオン状態になり、電源電位VDDVAが電源電位VDDに向かって段階的に上昇していく。そして、回路ブロックAが動作可能な電位に電源電位VDDVAが達すると、回路ブロックAは動作を開始し動作状態になる。なお、動作している回路ブロックAを停止させるときには、電源管理ユニット101が制御信号PGA0を“H”にディアサートすることで、制御信号PGA0〜PGA3が同じタイミングで“H”にディアサートされ、回路ブロックAへの電源供給を遮断する。
By sequentially asserting the control signals PGA1, PGA2, and PGA3 to “L”, the power switches PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are sequentially turned on, and the power supply potential VDDVA gradually increases toward the power supply potential VDD. . When the power supply potential VDDVA reaches a potential at which the circuit block A can operate, the circuit block A starts operating and enters an operating state. When stopping the operating circuit block A, the
このように図10に示した半導体装置では、1つの電源スイッチを複数の小さいサイズに分割して多数のスイッチで構成する。さらに、1つのスイッチがオンしたときの突入電流が十分に小さくなる(収束する)時間を見計らうための遅延手段である遅延バッファを付加して次のスイッチをオンさせる。そして、電源ノイズが重畳しない(電位差PVが所定値より小さくならない)ように各スイッチをオンさせる動作を繰り返していき、最終的に回路ブロックの消費電流を供給するのに必要なサイズ分のスイッチをすべてオンさせることで動作を完了する。 As described above, in the semiconductor device shown in FIG. 10, one power switch is divided into a plurality of small sizes and configured with a large number of switches. Further, a delay buffer, which is a delay means for estimating the time when the inrush current when one switch is turned on becomes sufficiently small (convergence), is added to turn on the next switch. Then, the operation of turning on each switch is repeated so that the power supply noise is not superimposed (the potential difference PV does not become smaller than a predetermined value), and finally the switches for the size necessary to supply the current consumption of the circuit block are provided. The operation is completed by turning everything on.
図10に示した半導体装置において、電源電位VDDVAが低いときには、電源スイッチの両端にかかる電圧、すなわちVDD電源線とVDDVA電源線との電位差が大きいため、単位サイズあたりでの電源スイッチを流れる電流が非常に大きい。そのため、オンさせたときの突入電流が電源ノイズに係る基準を満足する電流以下になるように電源スイッチのサイズを十分に絞らなければならず、次の電源スイッチをオンして良い時間間隔も非常に長くなる。 In the semiconductor device shown in FIG. 10, when the power supply potential VDDVA is low, the voltage applied to both ends of the power switch, that is, the potential difference between the VDD power supply line and the VDDVA power supply line is large. Very big. Therefore, the size of the power switch must be sufficiently reduced so that the inrush current when turned on is less than or equal to the current that satisfies the standard related to power supply noise, and the time interval for turning on the next power switch is also extremely It becomes long.
また、電源電位VDDVAが高くなってくると、VDD電源線とVDDVA電源線との電位差が小さくなってくるため、単位サイズあたりでの電源スイッチを流れる電流も小さくなってくる。そのため、オンさせたときの突入電流が電源ノイズに係る基準を満足するための電源スイッチのサイズも大きくでき、次の電源スイッチをオンして良い時間間隔を短くできるようになってくる。 In addition, as the power supply potential VDDVA increases, the potential difference between the VDD power supply line and the VDDVA power supply line decreases, so the current flowing through the power switch per unit size also decreases. For this reason, the size of the power switch for allowing the inrush current when the switch is turned on to satisfy the standard related to power noise can be increased, and the time interval at which the next power switch can be turned on can be shortened.
したがって、1つの電源スイッチを複数の電源スイッチで構成すると、各段の電源スイッチをオンするために必要となる時間間隔は、前段側ほど長い時間を要し、後段側になるほど短い時間で済む。そのため、前段側の電源スイッチをオンするための時間間隔を実現するには、大量の遅延バッファが必要となりチップに占める回路面積が増大する。さらには、遅延バッファの製造ばらつきによって動作の速いチップ(Fast)や遅いチップ(Slow)が製造されることとなるが、突入電流の確実な抑制のためには動作の速いチップ(Fast)に合わせて遅延値を設定する必要がある。そのため、動作が遅いチップ(Slow)では遅延値が必要以上に長くなってしまい、回路ブロックが停止状態から動作状態へ移行する期間(起動時間)が長くなってしまう。 Therefore, when one power switch is composed of a plurality of power switches, the time interval required to turn on the power switch at each stage requires a longer time on the front side and a shorter time on the rear side. Therefore, in order to realize the time interval for turning on the power switch on the front stage side, a large amount of delay buffer is required, and the circuit area occupied on the chip increases. Furthermore, although a fast chip (Fast) and a slow chip (Slow) are manufactured due to manufacturing variations of the delay buffer, in order to surely suppress the inrush current, it is matched with the fast chip (Fast). It is necessary to set a delay value. Therefore, in a chip (Slow) that operates slowly, the delay value becomes longer than necessary, and the period (start-up time) during which the circuit block shifts from the stopped state to the operating state becomes longer.
また、遅延時間をクロックカウンタなどを用いて制御することも考えられるが、電源スイッチをオンさせるためのクロックが別途必要になり、半導体装置の設計や論理検証に要する工数の増大を招く。 Although it is conceivable to control the delay time by using a clock counter or the like, a separate clock for turning on the power switch is required, resulting in an increase in man-hours required for the design and logic verification of the semiconductor device.
本発明の一観点によれば、電源供給を遮断可能な回路ブロックに対する電源供給を管理する電源管理部と、第1の回路ブロックへの電源供給を制御する複数の電源スイッチと、第1の回路ブロックに供給する電源で動作し、その電位に応じた遅延を生成する遅延生成器とを有する半導体装置が提供される。複数の電源スイッチは、第1の回路ブロックへ電源を供給するためにオン状態に制御されるときに、電源管理部及び遅延生成器の出力に基づいて第1の回路ブロックに供給される電源の電位に応じた時間間隔で順次オン状態にされる。 According to one aspect of the present invention, a power management unit that manages power supply to a circuit block that can cut off power supply, a plurality of power switches that control power supply to a first circuit block, and a first circuit There is provided a semiconductor device having a delay generator that operates with a power supply supplied to a block and generates a delay corresponding to the potential. When the plurality of power switches are controlled to be turned on to supply power to the first circuit block, the plurality of power switches are configured to supply power to the first circuit block based on outputs of the power management unit and the delay generator. The devices are sequentially turned on at time intervals according to the potential.
開示の半導体装置は、遅延生成器が生成する電源の電位に応じた遅延によって、回路ブロックに供給される電源の電位が低いときには電源スイッチをオンする時間間隔を長くし、電位が高くなるのに伴い電源スイッチをオンする時間間隔を短くすることができる。したがって、各電源スイッチを制御するために遅延バッファを大量に用いなくとも、遅延生成器を用いることで、回路面積の増大を抑制して、電源スイッチをオンするための時間間隔を適切に制御することができる。 In the disclosed semiconductor device, when the potential of the power supply supplied to the circuit block is low, the time interval for turning on the power switch is lengthened and the potential is increased due to the delay according to the potential of the power supply generated by the delay generator. Accordingly, the time interval for turning on the power switch can be shortened. Therefore, even if a large amount of delay buffer is not used to control each power switch, the delay generator is used to suppress an increase in circuit area and appropriately control the time interval for turning on the power switch. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態における半導体装置の一例を示す図である。本実施形態における半導体装置は、複数の回路ブロックを有し回路ブロック単位で電源供給を制御することが可能な半導体装置である。また、回路ブロックへの電源供給を制御するための電源スイッチとして複数の小さいサイズの電源スイッチで構成した電源スイッチを有し、小さいサイズの電源スイッチを、タイミングを異ならせてオン状態にすることで突入電流による電源ノイズの発生を抑制する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor device having a plurality of circuit blocks and capable of controlling power supply in units of circuit blocks. In addition, it has a power switch composed of a plurality of small-sized power switches as power switches for controlling power supply to the circuit block, and the small-sized power switches are turned on at different timings. Suppresses the generation of power supply noise due to inrush current.
図1(A)は、本実施形態における半導体装置の構成例を示す図である。図1(A)において、10は半導体装置、11は電源管理ユニット(PMU)、12は電源供給を遮断可能な回路ブロックA(CBLA)、CAは回路ブロックA12の安定化容量、13は遅延生成器(DLG)である。なお、半導体装置10は、図示した回路ブロックに限らず複数の電源供給を遮断可能な回路ブロックを有している。
FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device in this embodiment. In FIG. 1A, 10 is a semiconductor device, 11 is a power management unit (PMU), 12 is a circuit block A (CBLA) capable of shutting off power supply, CA is a stabilizing capacity of the circuit block A12, and 13 is delay generation. (DLG). The
電源管理ユニット11は、半導体装置10における電源管理を行う。電源管理ユニット11は、常に電源が供給されており、半導体装置10が有する回路ブロックのそれぞれに対する電源供給を管理する。電源管理ユニット11は、電源スイッチをオン状態に制御することで当該電源スイッチに対応する回路ブロックに電源を供給したり、電源スイッチをオフ状態に制御することで当該電源スイッチに対応する回路ブロックへの電源供給を遮断したりする。
The
回路ブロックA12及び安定化容量CAは、電源電位VDDVAを供給する電源線(VDDVA電源線)と基準電位VSSを供給する電源線(VSS電源線)との間に接続される。VDDVA電源線と電源電位VDDを供給する電源線(VDD電源線)との間に、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3が並列接続されている。電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3は、例えばトランジスタ(図示した例ではPチャネルトランジスタ)である。VDD電源線及びVSS電源線は、それぞれ外部から電源電位VDD及び基準電位VSSが常時印加されている。なお、図1(A)には、回路ブロックA12への電源供給を制御するための電源スイッチとして、4つの電源スイッチPSWA0〜PSWA3を設けた例を示しているが、これに限定されるものではなく、回路構成等に応じた数の電源スイッチが設けられる。 The circuit block A12 and the stabilization capacitor CA are connected between a power supply line (VDDVA power supply line) that supplies the power supply potential VDDVA and a power supply line (VSS power supply line) that supplies the reference potential VSS. Power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are connected in parallel between the VDDVA power supply line and the power supply line (VDD power supply line) that supplies the power supply potential VDD. The power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are, for example, transistors (P channel transistors in the illustrated example). The VDD power supply line and the VSS power supply line are constantly applied with the power supply potential VDD and the reference potential VSS from the outside, respectively. FIG. 1A shows an example in which four power switches PSWA0 to PSWA3 are provided as power switches for controlling power supply to the circuit block A12. However, the present invention is not limited to this. The number of power switches according to the circuit configuration and the like is provided.
電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3は、各々が小さいサイズのものであり、1つの電源スイッチをオン状態にさせたときに発生する電源ノイズが周辺回路の誤動作を引き起こすレベルに達するような電流は流れない。電源スイッチPSWA0〜PSWA3がすべてオン状態となることで、最終的に回路ブロックAの消費電流を供給できるだけのサイズは有している。 Each of the power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 is of a small size, and the current at which the power noise generated when one power switch is turned on reaches a level causing malfunction of the peripheral circuit is not Not flowing. Since the power switches PSWA0 to PSWA3 are all turned on, the power switch PSWA0 to PSWA3 have a size that can finally supply the current consumption of the circuit block A.
電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3は、それぞれ制御信号GA0、GA1、GA2、GA3によりオン/オフ制御される。制御信号GA0は、電源管理ユニット11から出力される信号である。制御信号GA1は、制御信号GA0と遅延信号DSA1とを論理積演算回路(OR回路)14−1で論理積演算して得られる信号である。制御信号GA2は、制御信号GA0と遅延信号DSA2とをOR回路14−2で論理積演算して得られる信号である。制御信号GA3は、制御信号GA0と遅延信号DSA3とをOR回路14−3で論理積演算して得られる信号である。
The power switches PSWA0, PSWA1, PSWA2, and PSWA3 are ON / OFF controlled by control signals GA0, GA1, GA2, and GA3, respectively. The control signal GA0 is a signal output from the
遅延生成器13は、電源スイッチPSWA0〜PSWA3により電源供給が制御される回路ブロックAに供給されるのと同じ電源電位VDDVAで動作し、遅延信号DSA1、DSA2、DSA3を出力する。遅延信号DSA1〜DSA3は、遅延信号DSA1、DSA2、DSA3の順に遅延値が大きい。遅延生成器13は、遅延素子の電圧依存性を利用し、図1(B)に示すように電源電位VDDVAが低いときには遅延が長く、電源電位VDDVAが高くなるに伴い遅延が短くするよう遅延を生成する。
The
つまり、遅延生成器13は、電源電位VDDVAが電源電位VDDに向かって上昇していくとき、電源電位VDDVAの電位に応じて、遅延信号DSA1〜DSA3をハイレベル(“H”)からローレベル(“L”)にアサートする。例えば、遅延生成器13は、電源電位VDDVAが第1の電位に達すると遅延信号DSA1を“L”にし、第1の電位より高い第2の電位に達すると遅延信号DSA2を“L”にし、第2の電位より高い第3の電位に達すると遅延信号DSA3を“L”にする。
That is, when the power supply potential VDDVA increases toward the power supply potential VDD, the
図1(A)に示す半導体装置において、電源供給が遮断されている回路ブロックA12に対して電源供給を開始するとき、電源管理ユニット11は、制御信号GA0を“L”にアサートする。これにより、初段の電源スイッチPSWA0がオン状態になり、電源スイッチPSWA0を介して回路ブロックA12の安定化容量CAに電流が流れて充電が開始され、電源電位VDDVAが上昇していく。
In the semiconductor device shown in FIG. 1A, when power supply is started to the circuit block A12 whose power supply is interrupted, the
電源スイッチPSWA0がオン状態となってから間もない期間の電源電位VDDVAが低いとき、すなわちVDD電源線とVDDVA電源線との電位差が大きいときには、遅延生成器13は電源電位VDDVAが低いために長い遅延を生成する。そして、電源電位VDDVAが上昇してきて、電源電位VDDVAが高くなる、すなわちVDD電源線とVDDVA電源線との電位差が小さくなってくると、遅延生成器13は電源電位VDDVAが高くなってくるために短い遅延を生成するようになる。したがって、図1(C)に示すように、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3と順にオン状態とされるに従って電源電位VDDVAも上昇していくため、電源スイッチPSWA0〜PSWA3をオンする時間間隔は、後段側に進むにつれて(電源電位VDDVAの上昇に伴って)自動的に短くなっていく。
When the power supply potential VDDVA in the short period after the power switch PSWA0 is turned on is low, that is, when the potential difference between the VDD power supply line and the VDDVA power supply line is large, the
これにより、電源電位VDDVAが低い(VDD電源線とVDDVA電源線との電位差が大きい)ために電源スイッチを流れる電流が大きいときには、次の電源スイッチをオンする時間間隔が長く設定されることとなる。そして、電源電位VDDVAの上昇に伴ってVDD電源線とVDDVA電源線との電位差が小さくなり電源スイッチを流れる電流が小さくなってくると、次の電源スイッチをオンする時間間隔が自動的に短くなって設定されることとなる。したがって、動作中の回路を誤動作させるような電源ノイズを発生させずに、適切な起動時間で回路ブロックへの電源供給を行うことができる。また、従来のように大量の遅延バッファを設ける必要もないので、回路面積の増大を抑制することができる。 As a result, when the power supply potential VDDVA is low (the potential difference between the VDD power supply line and the VDDVA power supply line is large) and the current flowing through the power switch is large, the time interval for turning on the next power switch is set to be long. . As the power supply potential VDDVA rises, the potential difference between the VDD power supply line and the VDDVA power supply line becomes smaller and the current flowing through the power switch becomes smaller, so the time interval for turning on the next power switch is automatically shortened. Will be set. Therefore, it is possible to supply power to the circuit block in an appropriate start-up time without generating power supply noise that causes the operating circuit to malfunction. In addition, since it is not necessary to provide a large amount of delay buffers as in the prior art, an increase in circuit area can be suppressed.
なお、回路ブロックA12への電源供給を遮断するときには、電源管理ユニット11が制御信号GA0を“H”にすることで、遅延生成器13からの遅延信号DSA1〜DSA3にかかわらず制御信号GA1〜GA3も“H”になる。したがって、電源スイッチPSWA0、PSWA1、PSWA2、PSWA3は、電源管理ユニット11からの制御信号GA0が“H”になることによって同じタイミングでオフ状態にされ、回路ブロックA12への電源供給が遮断される。
When the power supply to the circuit block A12 is cut off, the
図2は、本実施形態における半導体装置の具体的な構成例を示す図である。
図2において、20は半導体装置、21は電源管理ユニット(PMU)、22は回路ブロックA(CBLA)、CAは回路ブロックA22の安定化容量である。23はリングオシレータ(ROSC)活性化部、24はリングオシレータ(ROSC)部、25はレベル変換部である。また、FFAi(iは添え字であり、i=1〜nの自然数、以下についても同様)は、リセット付きフリップフロップであり、PSWA0、PSWAiは、回路ブロックA12に対する電源供給を行うための電源スイッチである。なお、半導体装置20は、図示した回路ブロックに限らず複数の回路ブロックを有している。また、半導体装置20が有する回路ブロックは、回路ブロックを単位として電源供給が遮断可能である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific configuration example of the semiconductor device according to the present embodiment.
In FIG. 2, 20 is a semiconductor device, 21 is a power management unit (PMU), 22 is a circuit block A (CBLA), and CA is a stabilization capacitor of the circuit block A22.
電源管理ユニット21は、常に電源電位VDDが供給され、半導体装置20における電源管理を行う。電源管理ユニット21は、電源スイッチをオン/オフ制御することで当該電源スイッチに対応する回路ブロックへの電源供給を制御し、半導体装置20が有する回路ブロックのそれぞれに対する電源供給を管理する。
The
回路ブロックA22及び安定化容量CAは、電源電位VDDVAを供給する電源線(VDDVA電源線)と基準電位VSSを供給する電源線(VSS電源線)との間に接続される。VDDVA電源線と電源電位VDDを供給する電源線(VDD電源線)との間に、電源スイッチPSWA0、PSWAiが並列接続されている。電源スイッチPSWA0、PSWAiは、例えばトランジスタ(図示した例ではPチャネルトランジスタ)である。VDD電源線及びVSS電源線は、それぞれ外部から電源電位VDD及び基準電位VSSが常時印加されている。 The circuit block A22 and the stabilization capacitor CA are connected between a power supply line (VDDVA power supply line) that supplies the power supply potential VDDVA and a power supply line (VSS power supply line) that supplies the reference potential VSS. Power supply switches PSWA0 and PSWAi are connected in parallel between the VDDVA power supply line and a power supply line (VDD power supply line) that supplies the power supply potential VDD. The power switches PSWA0 and PSWAi are, for example, transistors (P channel transistors in the illustrated example). The VDD power supply line and the VSS power supply line are constantly applied with the power supply potential VDD and the reference potential VSS from the outside, respectively.
電源スイッチPSWA0、PSWAiは、各々が小さいサイズのものであり、1つの電源スイッチをオン状態にさせたときに発生する電源ノイズが周辺回路の誤動作を引き起こすレベルに達するような電流は流れない。電源スイッチPSWA0、PSWAiがすべてオン状態となることで、最終的に回路ブロックAの消費電流を供給できるだけのサイズは有している。 Each of the power switches PSWA0 and PSWAi is of a small size, and no current flows such that the power noise generated when one power switch is turned on reaches a level causing malfunction of the peripheral circuit. The power switches PSWA0 and PSWAi are all turned on, so that the power consumption of the circuit block A can be finally supplied.
電源スイッチPSW0は、電源管理ユニット21から出力される制御信号GA0によりオン/オフ制御される。また、電源スイッチPSWiは、フリップフロップFFAiの出力Qが制御信号GAiとして供給され、その制御信号GAiによりオン/オフ制御される。
The power switch PSW0 is ON / OFF controlled by a control signal GA0 output from the
フリップフロップFFAiは、入力Dに制御信号GA(i−1)が入力され、リセット入力Rにリセット信号RST(制御信号GA0)が入力され、クロック入力に発振信号OSCが入力される。図5に、フリップフロップFFAiの真理値表を示す。フリップフロップFFAiは、リセット入力Rが“1”(“H”)の場合には、他の入力にかかわらず出力Qとして“1”(“H”)を出力する。また、フリップフロップFFAiは、リセット入力Rが“0”(“L”)でかつクロック入力が“0”→“1”(“L”→“H”)に変化するポジティブエッジ(Posedge)ときに、入力Dを出力Qとして出力する。なお、フリップフロップFFAiは、リセット入力Rが“0”(“L”)でかつクロック入力がポジティブエッジ(Posedge)でない場合には、出力Qを保持する。 In the flip-flop FFAi, the control signal GA (i−1) is input to the input D, the reset signal RST (control signal GA0) is input to the reset input R, and the oscillation signal OSC is input to the clock input. FIG. 5 shows a truth table of the flip-flop FFAi. When the reset input R is “1” (“H”), the flip-flop FFAi outputs “1” (“H”) as the output Q regardless of other inputs. Further, the flip-flop FFAi has a positive edge (Posedge) when the reset input R is “0” (“L”) and the clock input changes from “0” → “1” (“L” → “H”). The input D is output as the output Q. Note that the flip-flop FFAi holds the output Q when the reset input R is “0” (“L”) and the clock input is not a positive edge (Posedge).
ROSC活性化部23は、ROSC部24を活性化するためのものであり、活性を指示する(動作開始を指示する)信号をROSC部24及びレベル変換部25に出力する。ROSC部24は、例えばCMOSトランジスタを用いて構成したリングオシレータであり、回路ブロックA22に対して供給する電源電位VDDVAで動作する。レベル変換部25は、ROSC部24から出力される電源電位VDDVAのレベルの内部発振信号を、電源電位VDDのレベルの信号に変換し発振信号OSCとして出力する。これは、ROSC部24から出力される電源電位VDDVAのレベルの信号に基づいて、電源電位VDDのレベルの信号で動作する回路(フリップフロップFFAi)を制御するためである。図2に示す半導体装置では、ROSC活性化部23、ROSC部24、及びレベル変換部25により、図1に示した遅延生成器13に相当する機能が実現される。
The
図3は、図2に示したROSC活性化部23、ROSC部24、及びレベル変換部25の構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the
ROSC活性化部23は、PチャネルトランジスタQ11、Q13、NチャネルトランジスタQ12、Q14、抵抗R11、R12、及び容量C11を有する。ここで、少なくともPチャネルトランジスタQ11及びNチャネルトランジスタQ12は、ROSC部24内部に使用されているPチャネルトランジスタ及びNチャネルトランジスタと同じトランジスタを用いて構成される。
The
トランジスタQ11は、ソースがVDDVA電源線に接続され、ゲートがVSS電源線に接続され、ドレインが抵抗R11の一端に接続される。抵抗R11は、他端がVSS電源線に接続される。トランジスタQ11のドレインと抵抗R11の一端との接続点に、一方の電極がVSS電源線に接続された容量C11の他端、及びトランジスタQ12のゲートが接続される。トランジスタQ12は、ソースがVSS電源線に接続され、ドレインが抵抗R12の一端に接続される。抵抗R12は、他端がVDD電源線に接続される。トランジスタQ12のドレインと抵抗R12の一端との接続点に、トランジスタQ13、Q14のゲートが接続される。トランジスタQ13は、ソースがVDD電源線に接続され、ドレインがトランジスタQ14のドレインに接続される。トランジスタQ14のソースはVSS電源線に接続される。トランジスタQ13のドレインとトランジスタQ14のドレインとの接続点の電位が、スタート信号startとして出力される。 The transistor Q11 has a source connected to the VDDVA power supply line, a gate connected to the VSS power supply line, and a drain connected to one end of the resistor R11. The other end of the resistor R11 is connected to the VSS power supply line. The other end of the capacitor C11 having one electrode connected to the VSS power supply line and the gate of the transistor Q12 are connected to a connection point between the drain of the transistor Q11 and one end of the resistor R11. The transistor Q12 has a source connected to the VSS power supply line and a drain connected to one end of the resistor R12. The other end of the resistor R12 is connected to the VDD power supply line. The gates of the transistors Q13 and Q14 are connected to a connection point between the drain of the transistor Q12 and one end of the resistor R12. Transistor Q13 has a source connected to the VDD power supply line and a drain connected to the drain of transistor Q14. The source of the transistor Q14 is connected to the VSS power supply line. The potential at the connection point between the drain of the transistor Q13 and the drain of the transistor Q14 is output as the start signal start.
ROSC活性化部23において、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAがトランジスタの閾値を超えるまでは、トランジスタQ12のドレインの電位noutはほぼ電源電位VDDとなる。したがって、ROSC活性化部23から出力されるスタート信号startは“L”(VSS)となる。
In the
そして、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAが上昇してトランジスタQ11の閾値を超えるとトランジスタQ11のドレインの電位poutが“H”(VDDVA)となる。さらに、電源電位VDDVAが上昇することで電位poutがトランジスタQ12の閾値を超えるとトランジスタQ12がオン状態となり、トランジスタQ12のドレインの電位noutが“L”(VSS)となる。したがって、ROSC活性化部23から出力されるスタート信号startは“L”(VSS)から“H”(VDD)に変化する。
When the power supply potential VDDVA supplied from the VDDVA power supply line rises and exceeds the threshold value of the transistor Q11, the drain potential pout of the transistor Q11 becomes “H” (VDDVA). Further, when the power supply potential VDDVA rises and the potential pout exceeds the threshold value of the transistor Q12, the transistor Q12 is turned on, and the potential nout of the drain of the transistor Q12 becomes “L” (VSS). Therefore, the start signal start output from the
以上のようにして、ROSC活性化部23は、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAがROSC内部で使用されるトランジスタの閾値を超えているか否かを検知する。そして、ROSC活性化部23は、電源電位VDDVAがトランジスタの閾値を超えている場合にはスタート信号startを“H”(VDD)とし、電源電位VDDVAがトランジスタの閾値を超えていない場合にはスタート信号startを“L”(VSS)とする。
As described above, the
ROSC部24は、例えばCMOSトランジスタで構成されたインバータを複数有し、その複数のインバータが縦続接続されたインバータ群32と、ROSC部24の動作状態(活性や停止)を制御するための否定論理積(NAND)ゲート31を有する。ROSC部24が有するNANDゲート31及びインバータ群32内の複数のインバータは、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAで動作する。
The
NANDゲート31には、ROSC活性化部23から出力されるスタート信号start、制御信号GAn、及びインバータ群32の第1の出力が入力され、その演算結果をインバータ群32の入力端に出力する。NANDゲート31及びインバータ群32によりリングオシレータが形成され、インバータ群32の第2の出力が内部発振信号oscpとして出力される。
The
ROSC部24は、ROSC活性化部23からのスタート信号startが“L”のとき発振動作を行わない。また、ROSC部24は、ROSC活性化部23からのスタート信号startが“H”かつ制御信号GAnが“H”のときには発振動作を行い、“L”を基準電位VSSとし、“H”を電源電位VDDVAとする内部発振信号oscpを出力する。そして、ROSC部24は、ROSC活性化部23からのスタート信号startが“H”であるが制御信号GAnが“L”となる(最も後段である電源スイッチPSWAnがオン、すなわち電源スイッチPSWA0〜PSWAnがすべてオン)と、発振動作を停止する。
The
ここで、ROSC部24におけるNANDゲート31及びインバータ群32内の複数のインバータは、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAで動作している。そのため、ROSC部24は、図6に示すように、電源電位VDDVAが低いときには長い周期で発振し、電源電位VDDVAが高くなるに伴って短い周期で発振するようになる。すなわち、ROSC部24から出力される内部発振信号oscpは、電源電位VDDVAに応じた周期で発振された発振信号であり、電源電位VDDVAが低いと周期が長く、電源電位VDDVAが高いと周期が短い。
Here, the
なお、最も後段である電源スイッチPSWAnがオン、すなわち電源スイッチPSWA0、PSWAiのすべてがオンとなってもROSC部24の発振動作を停止させない場合には、NANDゲート31に制御信号GAnを入力する必要はない。しかし、図3に示すようにして、最も後段である電源スイッチPSWAnがオンしたときにROSC部24の発振動作を停止させることで不要な発振動作を行うことを防ぎ、消費電力が増加することを防止することができる。
Note that if the oscillation switch of the
レベル変換部25は、PチャネルトランジスタQ15、Q17、Q19、Q22、NチャネルトランジスタQ16、Q18、Q20、Q21、及びインバータ33、34を有する。トランジスタQ15は、ソースがVDD電源線に接続され、ドレインがトランジスタQ16のドレインに接続される。トランジスタQ16は、ソースがVSS電源線に接続され、ゲートにROSC部24からの内部発振信号oscpが供給される。トランジスタQ17は、ソースがVDD電源線に接続され、ドレインがトランジスタQ18のドレインに接続される。トランジスタQ18は、ソースがVSS電源線に接続され、ゲートにROSC部24からの内部発振信号oscpがインバータ33を介して供給される。インバータ33は、VDDVA電源線より供給される電源電位VDDVAで動作する。トランジスタQ15及びQ16のドレインの接続点にトランジスタQ17のゲートが接続され、トランジスタQ17及びQ18のドレインの接続点にトランジスタQ15、Q19、Q20のゲートが接続される。
The
トランジスタQ19は、ソースがVDD電源線に接続され、ドレインがトランジスタQ20のドレインに接続される。トランジスタQ20は、ソースがトランジスタQ21のドレインに接続される。トランジスタQ21は、ソースがVSS電源線に接続され、ゲートにROSC活性化部23からのスタート信号startが供給される。トランジスタQ22は、ソースがVDD電源線に接続され、ゲートにROSC活性化部23からのスタート信号startが供給される。トランジスタQ19及びQ20のドレインの接続点、及びトランジスタQ22のドレインが、VDD電源線より供給される電源電位VDDで動作するインバータ34の入力端に接続され、インバータ34の出力が発振信号OSCとして出力される。
Transistor Q19 has a source connected to the VDD power supply line and a drain connected to the drain of transistor Q20. Transistor Q20 has its source connected to the drain of transistor Q21. The source of the transistor Q21 is connected to the VSS power supply line, and the start signal start from the
レベル変換部25は、ROSC活性化部23からのスタート信号startが“L”のときには、トランジスタQ22がオン状態となり、発振信号OSCを“L”(VSS)に固定する。そして、レベル変換部25は、ROSC活性化部23からのスタート信号startが“H”になると、ROSC部24からの内部発振信号oscpの信号レベルを変換し、内部発振信号oscpに応じて“L”を基準電位VSSとし“H”を電源電位VDDとする発振信号OSCを出力する。
When the start signal start from the
次に、図2に示した半導体装置の動作について説明する。図4は、図2に示した半導体装置の動作例を示す図であり、電源供給が遮断され停止している回路ブロックA22を動作状態にする場合を示している。 Next, operation of the semiconductor device illustrated in FIG. 2 will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating an operation example of the semiconductor device illustrated in FIG. 2, and illustrates a case where the circuit block A <b> 22 in which power supply is interrupted and stopped is put into an operation state.
回路ブロックA22への電源供給が遮断されているとき、電源管理ユニット21から出力される制御信号GA0は“H”である。このとき、フリップフロップFFAiのリセット入力Rに入力されるリセット信号RSTも“H”であるので、フリップフロップFFAiの出力Q、すなわち制御信号GAiは“H”となる。したがって、電源スイッチPSWA0、PSWAiのすべてがオフ状態にされている。
When power supply to the circuit block A22 is interrupted, the control signal GA0 output from the
この状態で、回路ブロックA22への電源供給を行うために電源管理ユニット21が制御信号GA0を“L”にアサートすると、初段の電源スイッチPSWA0がオン状態になる。また、それとともにリセット信号RSTが“L”となりフリップフロップFFAiのリセットが解除され、電源スイッチPSWA1について発振信号OSCの最初のポジティブエッジをトリガとして待つ状態になる。一方で電源スイッチPSWA0がオン状態になることによってVDDVA電源線により供給する電源電位VDDVAが上昇し始める。しかし、電源電位VDDVAが低い期間(ROSC部24を動作可能な十分なレベルに達していないとき)は、ROSC活性化部23から出力されるスタート信号startは“L”のままである。したがって、ROSC部24は発振動作を行わず、レベル変換部25から出力される発振信号OSCも“L”に固定される。これにより、発振信号OSCとしてフリップフロップFFAiに不定の信号が伝播されることを防止できる。
In this state, when the
そして、電源電位VDDVAがさらに上昇して、ROSC部24で使用されるPチャネルトランジスタの閾値を超えたことがROSC活性化部23で検知されると、トランジスタQ11のドレインの電位poutが上昇する。さらに、ROSC部24で使用されるNチャネルトランジスタの閾値を超えたことがROSC活性化部23で検知されると、トランジスタQ12のドレインの電位noutが下降する。トランジスタQ12のドレインの電位noutが下降することによって、ROSC活性化部23から出力されるスタート信号startが“H”となり、ROSC部24及びレベル変換部25が活性化される。
When the power supply potential VDDVA further rises and the
ROSC部24は、活性化されると発振動作を開始して、電源電位VDDVAに応じた周期の内部発振信号oscpを出力する。また、レベル変換部25は、電源電位VDDVAのレベルでの内部発振信号oscpを、電源電位VDDレベルの発振信号OSCにレベル変換して出力する。
When activated, the
そして、レベル変換部25より出力された発振信号OSCがフリップフロップFFAiに入力されると、発振信号OSCにおける最初のポジティブエッジによって制御信号GA1が“L”となる。これにより、電源スイッチPSWA0に加えて、電源スイッチPSWA1がオン状態になり、電源スイッチPSWA2について発振信号OSCの次のポジティブエッジをトリガとして待つ状態になる。以降、発振信号OSCのポジティブエッジによって、1つの電源スイッチがオン状態になるとともに次段の電源スイッチについて発振信号OSCの次のポジティブエッジをトリガとして待つ状態になることを繰り返し、電源スイッチPSWAiが順次オン状態になる。そして、最終段の電源スイッチPSWAnがオン状態になる、すなわち制御信号GAnが“L”になると、ROSC部24は発振動作を停止する。
When the oscillation signal OSC output from the
ここで、図4に示されるように電源電位VDDVAが上昇するのに伴って、ROSC部24より出力される内部発振信号oscpの発振周期が短くなっていき、発振信号OSCにおけるポジティブエッジ間の時間間隔も短くなる。つまり、電源スイッチPSWAiにおいてiの値が大きくなる(後段側に進む)に従って、電源スイッチPSWAiをオンする時間間隔が短くなっていく。
Here, as shown in FIG. 4, as the power supply potential VDDVA increases, the oscillation period of the internal oscillation signal oscp output from the
本実施形態によれば、対応する回路ブロックに供給される電源電位で動作し、その電源電位が低いときには遅延が長く、その電源電位が高くなるのに伴って遅延を短くするように遅延を生成する遅延生成器の出力を用いて電源スイッチを順次オンする。回路ブロックに供給される電源電位が低いときに順次オンされる前段側の電源スイッチではオンする時間間隔を長くし、電源電位が高くなってから順次オンされる後段側の電源スイッチではオンする時間間隔を短くすることができる。したがって、各電源スイッチを制御するために遅延バッファを大量に用いなくとも、小さな回路の遅延生成器で回路面積の増大を抑制し、電源スイッチを順次オンするための時間間隔を適切に制御することができる。 According to the present embodiment, the operation is performed with the power supply potential supplied to the corresponding circuit block, the delay is long when the power supply potential is low, and the delay is generated so that the delay is shortened as the power supply potential becomes high. The power switches are sequentially turned on using the output of the delay generator. The time interval for turning on the power switch on the preceding stage that is sequentially turned on when the power supply potential supplied to the circuit block is low is lengthened, and the time that is turned on for the power switch on the subsequent stage that is sequentially turned on after the power supply potential is increased. The interval can be shortened. Therefore, even if a large amount of delay buffer is not used to control each power switch, an increase in circuit area can be suppressed with a delay generator of a small circuit, and the time interval for sequentially turning on the power switch can be controlled appropriately. Can do.
また、停止状態から動作状態への移行にかかる起動時間を短くするために、例えば図10(A)に示したような半導体装置では後段側に向かって(回路ブロックに供給される電源電位の上昇に伴って)電源スイッチをオンする時間間隔を短くするよう調整が行われる。この調整は、各電源スイッチに対して設けられた遅延バッファ毎に行う必要があった。それに対して、本実施形態においては回路ブロックに供給される電源電位に応じて、電源スイッチをオンする時間間隔を1つの遅延生成器で自動的に調整することができる。 Further, in order to shorten the start-up time required for the transition from the stopped state to the operating state, for example, in the semiconductor device as shown in FIG. 10A, the power supply potential supplied to the circuit block is increased toward the subsequent stage side. Adjustments are made to shorten the time interval for turning on the power switch. This adjustment needs to be performed for each delay buffer provided for each power switch. On the other hand, in this embodiment, the time interval for turning on the power switch can be automatically adjusted by one delay generator in accordance with the power supply potential supplied to the circuit block.
また、本実施形態によれば、半導体装置の製造ばらつきに応じた起動時間のばらつきを抑制することができる。動作の遅いチップ(Slow)では内部の回路に流れるリーク電流が動作の速いチップより小さいため、電源スイッチをオンした後の電位上昇は、図7(A)に示すように動作の遅いチップで速い。例えば、電源スイッチをオンしてから時間t1が経過した後の電源電位が、動作の遅いチップで電位V1、動作の速いチップで電位V2(V2<V1)とする。遅延生成器として図3に示したようにリングオシレータを利用した場合、電源電位が同じであれば、図7(B)に示すように動作の遅いチップの発振周波数は動作の速いチップの発振周波数よりも長い。しかし、本実施形態によれば、電源スイッチをオンしてから同じ時間が経過した後の電源電位は動作の遅いチップの方が高いため、例えば時間t1経過後の電源電位での発振周波数の差は図7(B)に示すように小さく、起動時間のばらつきが抑制される。 Further, according to the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the startup time according to the manufacturing variation of the semiconductor device. In a chip with a slow operation (Slow), the leakage current flowing in the internal circuit is smaller than that of a chip with a fast operation, so that the potential rise after turning on the power switch is fast in the chip with a slow operation as shown in FIG. . For example, the power supply potential after the time t1 has passed since the power switch is turned on is set to the potential V1 for the slow-operating chip and the potential V2 (V2 <V1) for the fast-operating chip. When the ring oscillator is used as the delay generator as shown in FIG. 3, if the power supply potential is the same, the oscillation frequency of the slow operating chip is the oscillation frequency of the fast operating chip as shown in FIG. 7B. Longer than. However, according to the present embodiment, the power supply potential after the same time has elapsed since the power switch was turned on is higher in the chip with slower operation. Is small as shown in FIG. 7B, and variation in startup time is suppressed.
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
Various aspects of the present invention will be described below as supplementary notes.
(付記1)
回路ブロックを少なくとも1つ有し、前記回路ブロック単位で電源供給を遮断可能な半導体装置であって、
前記回路ブロックに対する電源供給を管理する電源管理部と、
第1の前記回路ブロックへの電源供給を制御する複数の電源スイッチと、
前記第1の回路ブロックに供給する電源で動作し、当該電源の電位に応じた遅延を生成する遅延生成器とを有し、
前記複数の電源スイッチは、前記第1の回路ブロックへ電源を供給するためにオン状態に制御されるときに、前記電源管理部及び前記遅延生成器の出力に基づいて前記第1の回路ブロックに供給される電源の電位に応じた時間間隔で順次オン状態にされることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記複数の電源スイッチは、前記第1の回路ブロックへ電源を供給するためにオン状態に制御されるときに、前記複数の電源スイッチの内の1つの電源スイッチが前記電源管理部より出力される制御信号によりオン状態にされ、前記複数の電源スイッチの他の電源スイッチは、前記遅延生成器の出力によって遅延された前記制御信号により順次オン状態にされることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3)
前記遅延生成器は、供給される電源の電位が高くなるに伴って短くなる遅延を生成することを特徴とする付記1又は2記載の半導体装置。
(付記4)
前記複数の電源スイッチは、外部から所定の電位が供給される電源線と、前記第1の回路ブロックに電源を供給する電源線との間に並列に接続されていることを特徴とする付記1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。
(付記5)
前記遅延生成器は、
前記第1の回路ブロックに供給する電源で動作し、当該電源の電位に応じた周波数の発振信号を出力する発振器と、
前記発振器を活性化する発振器活性化部と、
前記発振器より出力される発振信号を、前記複数の電源スイッチを制御するための信号にレベル変換するレベル変換部とを有することを特徴とする付記1〜4の何れか1項に記載の半導体装置。
(付記6)
前記発振器活性化部は、前記発振器に対し供給される電源の電位が発振器の動作可能電位に到達したことを検知して前記発振器を活性化することを特徴とする付記5記載の半導体装置。
(付記7)
縦属接続され、各々のクロック入力に前記レベル変換部の出力が入力される複数のフリップフロップを有し、
初段のフリップフロップに前記電源管理部より出力される前記複数の電源スイッチをオン状態にさせる制御信号が入力され、各々のフリップフロップの出力が前記複数の電源スイッチの内の対応する電源スイッチの制御信号として出力されることを特徴とする付記5又は6記載の半導体装置。
(付記8)
前記発振器は、前記第1の回路ブロックに供給する電源で動作するリングオシレータであることを特徴とする付記5〜7の何れか1項に記載の半導体装置。
(付記9)
前記遅延生成器は、前記複数の電源スイッチがすべてオン状態になることによって動作が停止されることを特徴とする付記1〜8の何れか1項に記載の半導体装置。
(付記10)
前記複数の電源スイッチは、前記第1の回路ブロックへの電源供給を遮断するためにオフ状態に制御されるときには、前記遅延生成器の出力にかかわらず前記電源管理部の出力に基づいて同じタイミングでオフ状態にされることを特徴とする付記1〜9の何れか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 1)
A semiconductor device having at least one circuit block and capable of interrupting power supply in units of the circuit block,
A power management unit that manages power supply to the circuit block;
A plurality of power switches for controlling power supply to the first circuit block;
A delay generator that operates with a power source supplied to the first circuit block and generates a delay according to the potential of the power source;
When the plurality of power switches are controlled to be turned on to supply power to the first circuit block, the plurality of power switches are connected to the first circuit block based on outputs of the power management unit and the delay generator. A semiconductor device which is sequentially turned on at time intervals according to the potential of a power supply to be supplied.
(Appendix 2)
When the plurality of power switches are controlled to be turned on to supply power to the first circuit block, one power switch of the plurality of power switches is output from the power management unit. The semiconductor according to
(Appendix 3)
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
The plurality of power switches are connected in parallel between a power supply line to which a predetermined potential is externally supplied and a power supply line for supplying power to the first circuit block. The semiconductor device according to any one of?
(Appendix 5)
The delay generator is
An oscillator that operates with a power source supplied to the first circuit block and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the potential of the power source;
An oscillator activation unit for activating the oscillator;
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 6)
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the oscillator activating unit activates the oscillator by detecting that a potential of a power source supplied to the oscillator has reached an operable potential of the oscillator.
(Appendix 7)
It has a plurality of flip-flops that are vertically connected and each clock input is input to the output of the level conversion unit,
A control signal for turning on the plurality of power switches output from the power management unit is input to the flip-flop at the first stage, and the output of each flip-flop controls the corresponding power switch among the plurality of power switches. 7. The semiconductor device according to appendix 5 or 6, wherein the semiconductor device is output as a signal.
(Appendix 8)
8. The semiconductor device according to any one of appendices 5 to 7, wherein the oscillator is a ring oscillator that operates with power supplied to the first circuit block.
(Appendix 9)
9. The semiconductor device according to any one of
(Appendix 10)
When the plurality of power switches are controlled to be turned off in order to cut off the power supply to the first circuit block, the same timing is determined based on the output of the power management unit regardless of the output of the delay generator. The semiconductor device according to any one of
11、21 電源管理ユニット
12、22 回路ブロック
13 遅延生成器
23 リングオシレータ活性化部
24 リングオシレータ部
25 レベル変換部
CA 安定化容量
PSWA 電源スイッチ
VDDVA 回路ブロックへ電源供給する電源線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回路ブロックに対する電源供給を管理する電源管理部と、
第1の前記回路ブロックへの電源供給を制御する複数の電源スイッチと、
前記第1の回路ブロックに供給する電源で動作し、当該電源の電位に応じた遅延を生成する遅延生成器とを有し、
前記複数の電源スイッチは、前記第1の回路ブロックへ電源を供給するためにオン状態に制御されるときに、前記電源管理部及び前記遅延生成器の出力に基づいて前記第1の回路ブロックに供給される電源の電位に応じた時間間隔で順次オン状態にされることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having at least one circuit block and capable of interrupting power supply in units of the circuit block,
A power management unit that manages power supply to the circuit block;
A plurality of power switches for controlling power supply to the first circuit block;
A delay generator that operates with a power source supplied to the first circuit block and generates a delay according to the potential of the power source;
When the plurality of power switches are controlled to be turned on to supply power to the first circuit block, the plurality of power switches are connected to the first circuit block based on outputs of the power management unit and the delay generator. A semiconductor device which is sequentially turned on at time intervals according to the potential of a power supply to be supplied.
前記第1の回路ブロックに供給する電源で動作し、当該電源の電位に応じた周波数の発振信号を出力する発振器と、
前記発振器を活性化する発振器活性化部と、
前記発振器より出力される発振信号を、前記複数の電源スイッチを制御するための信号にレベル変換するレベル変換部とを有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。 The delay generator is
An oscillator that operates with a power source supplied to the first circuit block and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the potential of the power source;
An oscillator activation unit for activating the oscillator;
4. The semiconductor according to claim 1, further comprising: a level converter that converts an oscillation signal output from the oscillator into a signal for controlling the plurality of power switches. 5. apparatus.
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