JP2012226558A - Semiconductor integrated circuit device and load current stabilization circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】電源電圧の変動を抑え、回路の動作に必要な電源電圧変動マージンを圧縮する。
【解決手段】負荷電流安定化回路(115/215)は、ダミー負荷回路(142/242)と、ダミークロック生成回路(120/220)と、ダミードライバ回路(152/252)とを具備する。ダミー負荷回路(142/242)は、可変周波数の第1クロック信号(TCLK)に基づいて負荷ドライバ回路(151/251)によって駆動される負荷回路(141/241)を模擬する。ダミークロック生成回路(120/220)は、ダミー負荷回路(142/242)を駆動するためのダミークロック信号(DCLK)を生成する。ダミードライバ回路(152/252)は、負荷ドライバ回路(151/251)に電源を供給するレギュレータ(110/210)から電源を供給され、ダミークロック信号(DCLK)に基づいてダミー負荷回路(142/242)を駆動する。
【選択図】図2Power supply voltage fluctuation is suppressed and a power supply voltage fluctuation margin necessary for circuit operation is compressed.
A load current stabilization circuit (115/215) includes a dummy load circuit (142/242), a dummy clock generation circuit (120/220), and a dummy driver circuit (152/252). The dummy load circuit (142/242) simulates the load circuit (141/241) driven by the load driver circuit (151/251) based on the variable frequency first clock signal (TCLK). The dummy clock generation circuit (120/220) generates a dummy clock signal (DCLK) for driving the dummy load circuit (142/242). The dummy driver circuit (152/252) is supplied with power from a regulator (110/210) that supplies power to the load driver circuit (151/251). Based on the dummy clock signal (DCLK), the dummy driver circuit (142/252) is supplied. 242) is driven.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特にレギュレータを内蔵する半導体集積回路装置、負荷電流安定化回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device incorporating a regulator and a load current stabilizing circuit.
フラッシュマクロ回路のように、電源電圧の変動に敏感な回路に使用されるレギュレータは、動作周波数の変動時に現れる出力電圧への影響を考慮して電源電圧変動マージンを設定する必要がある。動作周波数変動時のレギュレータ出力電圧の変動を抑えることにより、回路面積の削減や性能・信頼性の向上に大きな効果がある。 A regulator used in a circuit that is sensitive to fluctuations in power supply voltage, such as a flash macro circuit, needs to set a power supply voltage fluctuation margin in consideration of the influence on the output voltage that appears when the operating frequency fluctuates. By suppressing fluctuations in the regulator output voltage when the operating frequency fluctuates, there are significant effects in reducing circuit area and improving performance and reliability.
例えば、電流消費が時間的に一定でない回路が接続される電源配線の電圧安定化を図る電源配線の電圧安定化回路は、特開2006−343935号公報に開示されている。電源配線の電圧安定化回路は、本来の回路と同等の電流消費能力を持つ電流補償回路と、本来の回路が停止状態にある期間中、電流補償回路を有効状態にする制御回路とを備える。電源配線に接続される本来の回路が停止状態と動作状態との間を遷移する場合に、電流補償回路は、本来の回路と並列に電源配線に接続される。電流補償回路は、本来の回路が停止状態にある期間中、電源配線から電源の供給を受けて、本来の回路に代わって本来の回路と同等の電流消費を行い、本来の回路が停止状態にある期間に電源配線を流れる電流量を本来の回路が動作状態にある期間での電流量と同じにする。すなわち、本来の回路が停止状態の期間中、電流補償回路が本来の回路に代わって本来の回路と同等の電源電流消費を行い、これによって電源配線の電圧安定化が図られる。しかし、この電圧安定化回路は、停止状態と動作状態との2状態を遷移する場合にしか出力電圧の変動を抑えることが出来ない。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-343935 discloses a voltage stabilization circuit for a power supply wiring that stabilizes the voltage of a power supply wiring connected to a circuit whose current consumption is not constant over time. The voltage stabilization circuit for the power supply wiring includes a current compensation circuit having a current consumption capability equivalent to that of the original circuit, and a control circuit for enabling the current compensation circuit during a period in which the original circuit is in a stopped state. When the original circuit connected to the power supply wiring transitions between the stopped state and the operating state, the current compensation circuit is connected to the power supply wiring in parallel with the original circuit. During the period when the original circuit is in the stopped state, the current compensation circuit receives power from the power supply wiring and consumes the same current as the original circuit in place of the original circuit. The amount of current flowing through the power supply wiring in a certain period is made the same as the amount of current in the period in which the original circuit is in an operating state. That is, while the original circuit is in a stopped state, the current compensation circuit consumes the same power supply current as the original circuit instead of the original circuit, thereby stabilizing the voltage of the power supply wiring. However, this voltage stabilization circuit can suppress fluctuations in the output voltage only when transitioning between two states of a stopped state and an operating state.
本発明は、電源電圧の変動を抑え、回路の動作に必要な電源電圧変動マージンを圧縮する負荷電流安定化回路を提供する。 The present invention provides a load current stabilization circuit that suppresses fluctuations in power supply voltage and compresses a power supply voltage fluctuation margin necessary for circuit operation.
以下に、[発明を実施するための形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the “DETAILED DESCRIPTION”. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].
本発明の観点では、負荷電流安定化回路(115/215)は、ダミー負荷回路(142/242)と、ダミークロック生成回路(120/220)と、ダミードライバ回路(152/252)とを具備する。ダミー負荷回路(142/242)は、可変周波数の第1クロック信号(TCLK)に基づいて負荷ドライバ回路(151/251)によって駆動される負荷回路(141/241)を模擬する。ダミークロック生成回路(120/220)は、ダミー負荷回路(142/242)を駆動するためのダミークロック信号(DCLK)を生成する。ダミードライバ回路(152/252)は、負荷ドライバ回路(151/251)に電源を供給するレギュレータ(110/210)から電源を供給され、ダミークロック信号(DCLK)に基づいてダミー負荷回路(142/242)を駆動する。 In view of the present invention, the load current stabilization circuit (115/215) includes a dummy load circuit (142/242), a dummy clock generation circuit (120/220), and a dummy driver circuit (152/252). To do. The dummy load circuit (142/242) simulates the load circuit (141/241) driven by the load driver circuit (151/251) based on the variable frequency first clock signal (TCLK). The dummy clock generation circuit (120/220) generates a dummy clock signal (DCLK) for driving the dummy load circuit (142/242). The dummy driver circuit (152/252) is supplied with power from a regulator (110/210) that supplies power to the load driver circuit (151/251). Based on the dummy clock signal (DCLK), the dummy driver circuit (142/252) is supplied. 242) is driven.
本発明の他の観点では、半導体集積回路装置は、上記負荷電流安定化回路(115/215)と、レギュレータ(110/210)とを具備する。レギュレータ(110/210)は、負荷電流安定化回路(115/215)のダミードライバ回路(152/252)と負荷ドライバ回路(151/251)とに電源を供給する。 In another aspect of the present invention, a semiconductor integrated circuit device includes the load current stabilization circuit (115/215) and a regulator (110/210). The regulator (110/210) supplies power to the dummy driver circuit (152/252) and the load driver circuit (151/251) of the load current stabilization circuit (115/215).
本発明によれば、電源電圧の変動を抑え、回路の動作に必要な電源電圧変動マージンを圧縮する負荷電流安定化回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a load current stabilization circuit that suppresses fluctuations in power supply voltage and compresses a power supply voltage fluctuation margin necessary for circuit operation.
図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1に、本発明の第1の実施の形態に係る半導体集積回路装置の構成が示される。半導体集積回路装置は、CPU190と、フラッシュメモリ部100と、発振器170とを具備する。フラッシュメモリ部100は、内部で使用される電源電圧を生成するレギュレータ110を含み、発振器170から供給されるクロック信号TCLKに基づいて動作する。CPU190は、発振器170から供給されるクロック信号TCLKに基づいてプログラムを実行し、フラッシュメモリ部100をアクセスする。発振器170は、CPU190およびフラッシュメモリ部100にクロック信号TCLKを供給する。また、CPU190は、動作状況に応じて発振器170の発振周波数を変更する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of a semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit device includes a
図2は、フラッシュメモリ部100に内蔵されるレギュレータ110の周辺の構成を示すブロック図である。フラッシュメモリ部100は、レギュレータ110の周辺に、負荷回路141と、ドライバ回路151と、負荷電流安定化回路115とを備える。負荷電流安定化回路115は、ダミークロック生成回路120、ダミー負荷回路142、ドライバ回路152、発振器130を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing a peripheral configuration of the
発振器130は、負荷回路141を駆動するクロック信号TCLKの最高周波数以上の周波数のクロック信号CLKHを出力する。ダミークロック生成回路120は、クロック信号TCLKと、発振器130から出力されるクロック信号CLKHとに基づいて、ダミー負荷回路142を駆動するクロック信号DCLKを生成して出力する。レギュレータ110は、ドライバ回路151、152に電源を供給する。ドライバ回路151は、クロック信号TCLKを入力して、負荷回路141を駆動する。ドライバ回路152は、クロック信号DCLKを入力して、ダミー負荷回路142を駆動する。
The
負荷回路141は、フラッシュメモリ部100における本来の負荷であり、フラッシュメモリセルのワード線等に例示される。すなわち、ドライバ回路151は、クロック信号TCLKに基づいて、フラッシュメモリセルのワード線等の負荷回路141を充放電する。ダミー負荷回路142は、負荷回路141を模擬する回路である。負荷回路141が容量性の負荷であれば、ダミー負荷回路142も同じように容量性の回路とし、その容量値も同じ値になるように設定される。したがって、ドライバ回路152は、クロック信号DCLKに基づいて負荷回路142を充放電する。
The
ダミークロック生成回路120は、図3に示されるように、非同期リセット入力を有するD型フリップフロップ121、122、123、124と、OR回路125と、NOT回路126と、AND回路128とを備える。
As shown in FIG. 3, the dummy
フリップフロップ122は、データ入力ノードDをHレベル(電源電圧VDD)に接続され、クロック信号TCLKの立ち上がりに同期してHレベルを取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ123は、フリップフロップ122の出力をクロック信号CLKHの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ124は、フリップフロップ123の出力をクロック信号CLKHの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ121は、フリップフロップ123の出力をクロック信号TCLKの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ121がHレベルになると、フリップフロップ121は、リセットされてLレベルの信号を出力する。
The flip-
OR回路125は、フリップフロップ121の出力と、フリップフロップ124の出力との論理和を示す信号をフリップフロップ123、フリップフロップ124に供給し、フリップフロップ121、フリップフロップ124の少なくとも一方の出力がHレベルになると、フリップフロップ123、フリップフロップ124をリセットする。また、フリップフロップ124の出力がHレベルになると、フリップフロップ122はリセットされる。フリップフロップ122の出力は、NOT回路126によって論理反転されてAND回路128に入力される。AND回路128は、クロック信号CLKHと論理反転されたフリップフロップ122の出力との論理積をクロック信号DCLKとして出力する。
The
ダミークロック生成回路120は、クロック信号TCLKの立ち上がりを検出し、クロック信号CLKHをマスクしてクロック信号DCLKのパルス生成を抑制する。クロック信号TCLKの立ち上がりから2つ目のクロック信号CLKHの立ち上がりを検出すると、抑制を解除してクロック信号DCLKのパルスを生成する。したがって、クロック信号TCLKの立ち上がり直後の1パルスが削除されたクロック信号DCLKが生成される。
The dummy
図4を参照して、負荷電流安定化回路115の動作を説明する。
The operation of the load
発振器130は、所定の周波数で定常的に発振し、クロック信号CLKHを出力する(図4(a))。一方、発振器170は、CPU190の制御によって発振周波数を変えてクロック信号TCLKを出力する(図4(b))。ここでは、発振器170は、期間T1では発振停止状態、期間T2ではクロック信号CLKHと同じ周波数で発振する。また、発振器170は、期間T5では1/2の周波数、期間T4では1/4の周波数、期間T3では1/8の周波数で発振して、クロック信号TCLKを出力するものとする。
The
したがって、期間T1では、発振器170は停止しているため、クロック信号TCLKにはパルスがなく(図4(b))、ダミークロック生成回路120が生成するクロック信号DCLKは、発振器130によって生成されるクロック信号CLKHと同じ信号となる(図4(c)期間T1)。したがって、クロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、クロック信号CLKHのパルス数と同数になり、一定である。ここでは、クロック信号TCLKに出現するパルスがないため、クロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じになってほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
Therefore, in the period T1, since the
期間T2では、発振器170は、発振器130と同じ周波数で発振するため、クロック信号TCLKにはクロック信号CLKHと同じ数のパルスが出現する(図4(b))。ダミークロック生成回路120はパルスを出力せず、この期間のクロック信号DCLKにパルスが出現しない(図4(c)期間T2)。したがって、クロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、クロック信号CLKHのパルス数と同数になり、一定である。ここでは、クロック信号DCLKに出現するパルスがないため、クロック信号TCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T2, since the
期間T3では、クロック信号CLKHの8倍の周期のクロック信号TCLKが入力される(図4(b))。ダミークロック生成回路120は、クロック信号TCLKの立ち上がり直後のパルスの1つを出力しないため、クロック信号TCLKの1周期中に、クロック信号DCLKには7個のパルスが出現する(図4(c)期間T3)。したがって、クロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、クロック信号CLKHのパルス数と同数になり、一定である。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T3, the clock signal TCLK having a period eight times the clock signal CLKH is input (FIG. 4B). Since the dummy
期間T4では、発振器170は、クロック信号CLKHの周期の4倍のクロック信号TCLKを出力する(図4(b))。ダミークロック生成回路120は、クロック信号TCLKの立ち上がり直後のパルスの1つを出力しないため、クロック信号TCLKの1周期中に、クロック信号DCLKには3個のパルスが出現する(図4(c)期間T4)。したがって、クロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、クロック信号CLKHのパルス数と同数になり、一定である。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T4, the
期間T5では、発振器170は、クロック信号CLKHの周期の2倍のクロック信号TCLKを出力する(図4(b))。ダミークロック生成回路120は、クロック信号TCLKの立ち上がり直後のパルスの1つを出力しないため、クロック信号TCLKの1周期中に、クロック信号DCLKには1個のパルスが出現する(図4(c)期間T5)。したがって、クロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、クロック信号CLKHのパルス数と同数になり、一定である。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T5, the
このように、ダミークロック生成回路120は、クロック信号DCLKを生成し、ドライバ回路152は、クロック信号DCLKによってダミー負荷回路142を駆動する。クロック信号TCLKとクロック信号DCLKの一定時間当たりのパルス数の合計は、クロック信号CLKHのパルス数とほぼ一致する。このパルス数は、クロック信号TCLKの周波数に依存せず一定になる。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。レギュレータ110の電流負荷は、クロック信号TCLKによって本来の負荷である負荷回路141を駆動する電流と、クロック信号DCLKによってダミー負荷回路142を駆動する電流との合計である。クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKの一定時間当たりのパルス数の合計(密度)が、クロック信号CLKHのパルス数(密度)とほぼ一致するということは、クロック信号CLKHにより本来の負荷である負荷回路141を駆動している場合と同じだけの電流負荷が、クロック信号TCLKの周波数に関わらず常にレギュレータ110にかかっていることになる。これにより、クロック信号TCLKの周波数変動があっても、レギュレータ110の電流負荷をほぼ一定に保つことが可能となる。
As described above, the dummy
通常、レギュレータ110は、常に一定の電圧を出力しようとするが、電流負荷が変化した瞬間に応答が間に合わず、出力電圧が変動してしまう。そのため、クロックの周波数が変化した瞬間すなわちパルスの密度が変化した瞬間には、電流負荷の変化により過渡的に出力電圧が変動する。例えば、図5に示されるように、動作クロック(図5(a))に応答して負荷電流(図5(b))が流れ、出力電圧(図5(c))が変動する。すなわち、動作クロックが高速(周波数大)から低速(周波数小)に変化すると、負荷電流が減少する。負荷電流が減少した瞬間、レギュレータ110の応答が間に合わず、出力電圧が過渡的に上昇する。逆に、動作クロックが低速(周波数小)から高速(周波数大)に変化すると、負荷電流が増加する。負荷電流が増加した瞬間、レギュレータ110の応答が間に合わず、出力電圧が過渡的に低下する。
Normally, the
これに対して、本発明の負荷電流安定化回路115を備えると、クロックの周波数変動に対し、電流負荷を一定に保つことが可能であり、クロックの周波数が変動した瞬間も、出力電圧を一定に保つことが可能となる。この結果、回路設計において、レギュレータの出力電圧の変動への考慮が不要となる。電源電圧変動マージンを圧縮することが可能となり、回路性能の向上や回路面積の削減の効果が得られる。また、通常、レギュレータの出力電圧の変動を抑えるためには、電源に安定化容量を接続する必要がある。この安定化容量は、大きな面積を必要とする。本発明により、大きな安定化容量を接続する必要が無くなるため、面積削減の効果が得られる。
On the other hand, when the load
(第2の実施の形態)
図面を参照して、第2の実施の形態を説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to the drawings.
第2の実施の形態に係る半導体集積回路装置は、高速のクロック信号と低速のクロック信号との一方のクロック信号をスイッチによって選択して使用する。高速のクロック信号と低速のクロック信号とは、異なる発振器によって生成される。半導体集積回路装置は、スイッチの切り替えにより瞬時に動作周波数を切り替えることが可能となる。 In the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment, one of the high-speed clock signal and the low-speed clock signal is selected by a switch and used. The high-speed clock signal and the low-speed clock signal are generated by different oscillators. The semiconductor integrated circuit device can instantaneously switch the operating frequency by switching the switch.
高速のクロック信号CLKHは、通常動作時に使用される。一定の精度が要求されるため、一般にPLL(Phase Locked Loop)回路を使用して生成される。PLL回路は、発振安定時間が長いため、周波数を切り替える場合には必要な時間が長くなるが、一定の周波数のクロックを安定して出力することができる。一方、低速のクロックCLKLは、スタンバイ動作時などに使用される。精度はそれ程必要とされないため、一般にリングオシレータ等を使用して生成される。リングオシレータは、発振安定時間が短いため、周波数の切り替えに必要な時間が短くて済む。このような2種類のクロック信号を備える場合、高速のクロック信号CLKHは、半導体集積回路装置の動作周波数に依らず常に発振しているため、第1の実施の形態における発振器130の代りに、ダミークロック信号DCLKの生成に利用することが可能となる。
The high-speed clock signal CLKH is used during normal operation. Since a certain level of accuracy is required, it is generally generated using a PLL (Phase Locked Loop) circuit. Since the PLL circuit has a long oscillation stabilization time, it takes a long time to switch the frequency, but can stably output a clock having a constant frequency. On the other hand, the low-speed clock CLKL is used during standby operation. Since accuracy is not so much required, it is generally generated using a ring oscillator or the like. Since the ring oscillator has a short oscillation stabilization time, the time required for switching the frequency is short. When such two types of clock signals are provided, the high-speed clock signal CLKH always oscillates regardless of the operating frequency of the semiconductor integrated circuit device. Therefore, a dummy is used instead of the
図6に、第2の実施の形態に係る半導体集積回路装置の構成が示される。第2の実施の形態に係る半導体集積回路装置は、CPU290と、フラッシュメモリ部200と、高い周波数の発振器270と、低い発振器280とを具備する。フラッシュメモリ部200は、使用する電源電圧を生成するレギュレータ210を含み、発振器270、280から供給される高速クロック信号CLKH、低速クロック信号CLKLに基づいて動作する。
FIG. 6 shows a configuration of a semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment. The semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment includes a
CPU290は、発振器270、280から供給される高速クロック信号CLKH、低速クロック信号CLKLの一方を選択し、選択されたクロック信号に基づいてプログラムを実行し、フラッシュメモリ部200をアクセスする。CPU290は、使用する動作周波数を示す選択信号CLKSELをフラッシュメモリ部200に与える。また、CPU290は、動作状況に応じて発振器280の発振周波数を変更する。ここでは、選択信号CLKSELが“H”を示す場合、高速クロック信号CLKHに基づいて動作し、選択信号CLKSELが“L”を示す場合、低速クロック信号CLKLに基づいて動作するものとして説明する。
The
発振器270は、常時、一定の周波数で発振し、高速クロック信号CLKHを出力する。この高速クロック信号CLKHがフラッシュメモリ部200の最高動作周波数を示す。発振器280は、CPU290の指示に応答して発振する周波数を変更し、低速クロック信号CLKLを出力する。したがって、低速クロック信号CLKLの周波数は、0Hz〜最高動作周波数(CLKH)となる。
The
図7は、フラッシュメモリ部200に内蔵されるレギュレータ210の周辺を示すブロック図である。フラッシュメモリ部200は、レギュレータ210の周辺に、負荷回路241と、ドライバ回路251と、負荷電流安定化回路215と、クロック信号を切り替える選択回路230とを備える。負荷電流安定化回路215は、ダミークロック生成回路220と、ダミー負荷回路242と、ドライバ回路252とを備える。
FIG. 7 is a block diagram showing the periphery of the
選択回路230は、入力される高速クロック信号CLKHと低速クロック信号CLKLとのうちの一方を選択信号CLKSELに基づいて選択し、クロック信号TCLKとして出力する。ダミークロック生成回路220は、選択信号CLKSELと高速クロック信号CLKHと低速クロック信号CLKLとに基づいてダミー負荷回路242を駆動するクロック信号DCLKを生成して出力する。レギュレータ210は、ドライバ回路251、252に電源を供給する。ドライバ回路251は、クロック信号TCLKを入力して、負荷回路241を駆動する。ドライバ回路252は、クロック信号DCLKを入力して、負荷回路242を駆動する。
The
負荷回路241は、フラッシュメモリ部200の本来の負荷であり、フラッシュメモリセルのワード線等に例示される。すなわち、ドライバ回路251は、クロック信号TCLKに基づいて、フラッシュメモリセルのワード線等の負荷回路241を充放電する。ダミー負荷回路242は、負荷回路241を模擬する回路である。負荷回路241が容量性の負荷であれば、ダミー負荷回路242も同じように容量性の回路とし、その容量値も同じ値になるように設定される。したがって、ドライバ回路252は、クロック信号DCLKに基づいて負荷回路242を充放電する。
The
ダミークロック生成回路220は、図8に示されるように、非同期リセット入力を有するD型フリップフロップ221、222、223、224と、OR回路225と、NOT回路226、227と、AND回路228、229とを備える。
As shown in FIG. 8, the dummy
フリップフロップ222は、データ入力ノードDをHレベル(電源電圧VDD)に接続され、クロック信号TCLKの立ち上がりに同期してHレベルを取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ223は、フリップフロップ222の出力を高速クロック信号CLKHの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ224は、フリップフロップ223の出力を高速クロック信号CLKHの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ221は、フリップフロップ223の出力をクロック信号TCLKの立ち上がりに同期して取り込み、出力ノードQから出力する。フリップフロップ221がHレベルになると、フリップフロップ221は、リセットされてLレベルの信号を出力する。
The flip-
OR回路225は、フリップフロップ221の出力と、フリップフロップ224の出力との論理和を示す信号をフリップフロップ223、フリップフロップ224に供給し、フリップフロップ221、フリップフロップ224の少なくとも一方の出力がHレベルになると、フリップフロップ223、フリップフロップ224をリセットする。また、フリップフロップ224の出力がHレベルになると、フリップフロップ222はリセットされる。フリップフロップ222の出力は、NOT回路226によって論理反転されてAND回路228に入力される。AND回路228は、高速クロック信号CLKHと論理反転されたフリップフロップ222の出力との論理積を出力する。この信号は、第1の実施の形態において説明されたクロック信号TCLK(クロック信号CLKL相当)の立ち上がり直後のパルスを除いたクロック信号に相当し、選択信号CLKSELが“L”を示すときのクロック信号となる。したがって、AND回路229は、選択信号CLKSELをNOT回路227によって論理反転した信号とAND回路228の出力との論理積をとり、ダミークロック信号DCLKとして出力する。選択信号CLKSELが“H”を示すとき、負荷回路241に供給されるクロック信号TCLKは、高速クロック信号CLKHであり、ダミークロック信号DCLKにパルスは必要ない。このように、高速クロック信号CLKHが外部から供給されるため、第1の実施の形態で説明された発振器130が不要となる。
The OR
図9を参照して、負荷電流安定化回路225の動作を説明する。
The operation of the load
CPU290は、動作状況に応じてクロック信号を切り替えて使用する。その使用されるクロック信号を示す選択信号CLKSELがフラッシュメモリ部200に供給される(図9(a))。期間T1および期間T3〜T5では、選択信号CLKSELは“L”を示し、低速クロック信号CLKLが選択される。期間T2では、選択信号CLKSELは“H”を示し、高速クロック信号CLKHが選択される。
The
高速クロック信号CLKHは、所定の周波数でパルスを常時(期間T1〜T5)供給している(図9(b))。低速クロック信号CLKLは、CPU290から制御を受けて、期間T1、T2では停止状態でパルスを供給しない。低速クロック信号CLKLは、期間T3では高速クロック信号CLKHの8倍の周期でパルスを供給し、期間T4では高速クロック信号CLKHの4倍の周期でパルスを供給し、期間T5では高速クロック信号CLKHの2倍の周期でパルスを供給する(図9(c))。
The high-speed clock signal CLKH constantly supplies pulses at a predetermined frequency (periods T1 to T5) (FIG. 9B). The low-speed clock signal CLKL receives control from the
期間T1では、選択信号CLKSELが“L”を示し、本来の負荷である負荷回路241には、停止中の低速クロック信号CLKLが選択され、クロック信号TCLKとして供給される(図9(d))。また、ダミークロック生成回路220は、低速クロック信号CLKLにパルスが含まれないため、高速クロック信号CLKHをクロック信号DCLKとしてダミー負荷回路242に供給する(図9(e))。したがって、期間T1におけるクロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、高速クロック信号CLKHに出現するパルス数と同数となり、一定である。ここでは、クロック信号DCLKとして高速クロック信号CLKHが供給されるため、クロック信号DCLKに含まれるパルスと、高速クロック信号CLKHに含まれるパルスとは、ほぼ同タイミングで出現する。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T1, the selection signal CLKSEL indicates “L”, and the low-speed clock signal CLKL being stopped is selected and supplied as the clock signal TCLK to the
期間T2では、選択信号CLKSELが“H”を示すため、高速クロック信号CLKHが選択され、クロック信号TCLKとして負荷回路241に供給される(図9(d))。ダミークロック生成回路220は、選択信号CLKSELが“H”を示すため、AND回路229によってパルスを含まないクロック信号DCLKを出力する(図9(e))。したがって、期間T2におけるクロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、高速クロック信号CLKHに出現するパルス数と同数となり、一定である。ここでは、クロック信号TCLKとして高速クロック信号CLKHが選択され、高速クロック信号CLKHとほぼ同じタイミングでクロック信号TCLKにパルスが出現し、クロック信号DCLKにパルスは含まれない。したがって、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the period T2, since the selection signal CLKSEL indicates “H”, the high-speed clock signal CLKH is selected and supplied to the
期間T3〜T5では、選択信号CLKSELが“L”を示すため、低速クロック信号CLKLが選択され、クロック信号TCLKとして負荷回路241に供給される(図9(d))。ダミークロック生成回路220は、低速クロック信号CLKLの立ち上がりを検知して、高速クロック信号CLKHの直後のパルスを削除したクロック信号DCLKを生成してダミー負荷回路242に供給する(図9(e))。したがって、期間T3〜T5におけるクロック信号TCLKとクロック信号DCLKとに出現するパルスの総数は、高速クロック信号CLKHに出現するパルス数と同数となり、一定である。すなわち、クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKに含まれるパルスの立ち上がりエッジは、クロック信号CLKHに含まれるパルスの立ち上がりエッジの時間的分布と同じようにほぼ均等に分布し、所定の単位時間に出現するパルス数(密度)は等しく一定になる。
In the periods T3 to T5, since the selection signal CLKSEL indicates “L”, the low-speed clock signal CLKL is selected and supplied to the
このように、ダミークロック生成回路220は、クロック信号DCLKを生成し、ドライバ回路252は、クロック信号DCLKによってダミー負荷回路242を駆動する。クロック信号TCLKとクロック信号DCLKの一定時間当たりのパルス数の合計は、高速クロック信号CLKHのパルス数と一致し、一定になる。レギュレータ210の電流負荷は、クロック信号TCLKによって本来の負荷である負荷回路241を駆動する電流と、クロック信号DCLKによってダミー負荷回路242を駆動する電流との合計である。クロック信号TCLKおよびクロック信号DCLKの一定時間当たりのパルス数の合計が、高速クロック信号CLKHのパルス数と一致するということは、高速クロック信号CLKHにより本来の負荷である負荷回路241を駆動している場合と同じだけの電流負荷が、クロック信号TCLKの周波数に関わらず常にレギュレータ210にかかっていることになる。これにより、クロック信号TCLKの周波数変動があっても、レギュレータ210の電流負荷をほぼ一定に保つことが可能となる。第1の実施の形態における発振器130に相当する発振器は不要となるため、さらに面積を小さくすることが可能である。
In this manner, the dummy
以上レギュレータを有する回路として、フラッシュマクロ回路を例として実施の形態について説明したが、内部にレギュレータを有する回路であれば、フラッシュマクロ回路に限定されない。このように、内部にレギュレータを有する回路において、動作クロックに基づいて負荷を駆動するドライバ回路の電源を供給するレギュレータの出力電圧は、動作クロックの周波数が変化すると、負荷電流が変化するため、過渡的に変動する。本発明の負荷電流安定化回路は、動作クロックの周波数変化における負荷電流の変化を抑制し、過渡的な出力電圧の変動を軽減する。 The embodiment has been described above by taking the flash macro circuit as an example of the circuit having the regulator. However, the circuit is not limited to the flash macro circuit as long as the circuit has the regulator inside. In this way, in a circuit having a regulator inside, the output voltage of the regulator that supplies power to the driver circuit that drives the load based on the operation clock is changed transiently because the load current changes when the frequency of the operation clock changes. Fluctuates. The load current stabilization circuit of the present invention suppresses a change in load current due to a change in the frequency of an operation clock, thereby reducing a transient output voltage fluctuation.
ドライバ回路が駆動する本来の負荷回路が容量性の負荷であれば、その負荷回路と同じ容量を有するダミー負荷回路を設け、そのダミー負荷回路は、本来の負荷回路を駆動するドライバ回路と同じ電源、同じサイズを有する別のドライバ回路によって駆動される。負荷電流安定化回路は、そのダミー負荷回路を駆動するダミークロック信号を生成するダミークロック生成回路と、ダミー負荷回路と、ドライバ回路とを含む。 If the original load circuit driven by the driver circuit is a capacitive load, a dummy load circuit having the same capacity as the load circuit is provided, and the dummy load circuit has the same power supply as the driver circuit that drives the original load circuit. Driven by another driver circuit having the same size. The load current stabilization circuit includes a dummy clock generation circuit that generates a dummy clock signal for driving the dummy load circuit, a dummy load circuit, and a driver circuit.
ダミークロック信号は、動作クロック信号の最高周波数またはそれ以上の周波数のクロック信号に基づいて、動作クロック信号の立ち上がりを検出して直後のダミークロック信号のパルスの生成を抑制して生成される。したがって、一定時間当たりの動作クロック信号に含まれるパルス数とダミークロック信号に含まれるパルス数との合計は、動作クロック信号の周波数によらず一定となる。クロック信号の1パルスにおいて充放電される負荷電流は、動作クロック信号とダミークロック信号とでは、ほぼ同じになるようにダミー負荷回路が設定される。そのため、動作クロック信号の周波数の変化によらず、負荷電流は一定となる。このようにダミークロック信号を生成することによって、レギュレータの出力電圧の変動を抑えることができる。したがって、レギュレータを電源とする回路の動作に必要な電源電圧変動マージンを圧縮することが可能となり、回路性能の向上や、回路面積の削減の効果が得られる。また、電源電圧の変動を抑える安定化容量を削減することが可能となり、面積削減の効果が得られる。 The dummy clock signal is generated based on a clock signal having the highest frequency or higher frequency of the operation clock signal, and detecting the rising of the operation clock signal and suppressing the generation of the pulse of the dummy clock signal immediately after. Therefore, the sum of the number of pulses included in the operation clock signal per fixed time and the number of pulses included in the dummy clock signal is constant regardless of the frequency of the operation clock signal. The dummy load circuit is set so that the load current charged and discharged in one pulse of the clock signal is substantially the same between the operation clock signal and the dummy clock signal. Therefore, the load current is constant regardless of the change in the frequency of the operation clock signal. By generating the dummy clock signal in this way, fluctuations in the output voltage of the regulator can be suppressed. Therefore, it is possible to compress the power supply voltage fluctuation margin necessary for the operation of the circuit using the regulator as a power source, and the effect of improving the circuit performance and reducing the circuit area can be obtained. In addition, it is possible to reduce the stabilization capacity that suppresses fluctuations in the power supply voltage, and an area reduction effect can be obtained.
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、上記実施の形態は、矛盾のない限り組み合わせて実施可能である。また、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the above embodiment can be implemented in combination as long as there is no contradiction. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
100 フラッシュメモリ部
110 レギュレータ
115 負荷電流安定化回路
120 ダミークロック生成回路
121、122、123、124 フリップフロップ
125 OR回路
126 NOT回路
128 AND回路
130 発振器
141 負荷回路
142 ダミー負荷回路
151、152 ドライバ回路
170 発振器
190 CPU
200 フラッシュメモリ部
210 レギュレータ
215 負荷電流安定化回路
220 ダミークロック生成回路
221、222、223、224 フリップフロップ
225 OR回路
226、227 NOT回路
228、229 AND回路
230 選択回路
241 負荷回路
242 ダミー負荷回路
251、252 ドライバ回路
270、280 発振器
290 CPU
DESCRIPTION OF
200
Claims (8)
前記ダミー負荷回路を駆動するためのダミークロック信号を生成するダミークロック生成回路と、
前記負荷ドライバ回路に電源を供給するレギュレータから電源を供給され、前記ダミークロック信号に基づいて前記ダミー負荷回路を駆動するダミードライバ回路と
を具備する
負荷電流安定化回路。 A dummy load circuit that simulates a load circuit driven by a load driver circuit based on a first clock signal of variable frequency;
A dummy clock generation circuit for generating a dummy clock signal for driving the dummy load circuit;
A load current stabilization circuit comprising: a dummy driver circuit that is supplied with power from a regulator that supplies power to the load driver circuit and drives the dummy load circuit based on the dummy clock signal.
請求項1に記載の負荷電流安定化回路。 The dummy clock generation circuit is configured such that the sum of the number of pulses included in the first clock signal within a predetermined period and the number of pulses included in the dummy clock signal within the predetermined period is constant. The load current stabilization circuit according to claim 1, wherein the dummy clock signal is generated.
前記ダミークロック生成回路は、前記発振器から出力される第2クロック信号に基づいて前記ダミークロック信号を生成する
請求項1または請求項2に記載の負荷電流安定化回路。 An oscillator that oscillates at a frequency equal to or higher than a maximum frequency of the first clock signal;
The load current stabilization circuit according to claim 1, wherein the dummy clock generation circuit generates the dummy clock signal based on a second clock signal output from the oscillator.
請求項3に記載の負荷電流安定化回路。 The load current stabilization circuit according to claim 3, wherein the dummy clock generation circuit generates the dummy clock signal by masking a pulse of the second clock signal that rises immediately after a rise of the pulse of the first clock signal.
請求項1または請求項2に記載の負荷電流安定化回路。 The dummy clock generation circuit receives a third clock signal whose frequency is fixed to the highest frequency of the first clock signal, and generates the dummy clock signal based on the third clock signal. 2. The load current stabilization circuit according to 2.
前記第1クロック信号の周波数が前記第3クロック信号の周波数に等しいときは、前記ダミークロック信号のパルスを生成せず、
前記第1クロック信号の周波数が前記第3クロック信号の周波数より低いときは、前記第1クロック信号のパルスの立ち上がり直後に立ち上がる前記第3クロック信号のパルスをマスクして前記ダミークロック信号を生成する
請求項5に記載の負荷電流安定化回路。 The dummy clock generation circuit includes:
When the frequency of the first clock signal is equal to the frequency of the third clock signal, a pulse of the dummy clock signal is not generated,
When the frequency of the first clock signal is lower than the frequency of the third clock signal, the dummy clock signal is generated by masking the pulse of the third clock signal that rises immediately after the rise of the pulse of the first clock signal. The load current stabilization circuit according to claim 5.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の負荷電流安定化回路。 The load current stabilization circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the dummy load circuit includes a capacitor having a capacitance value equal to a capacitance value of the load circuit.
前記負荷電流安定化回路のダミードライバ回路と前記負荷ドライバ回路とに電源を供給するレギュレータと
を具備する半導体集積回路装置。 The load current stabilization circuit according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor integrated circuit device comprising: a dummy driver circuit of the load current stabilizing circuit; and a regulator for supplying power to the load driver circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011093601A JP2012226558A (en) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | Semiconductor integrated circuit device and load current stabilization circuit |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017058790A (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 株式会社東芝 | Regulator, serializer, deserializer, parallel-serial mutual conversion circuit and control method thereof |
-
2011
- 2011-04-20 JP JP2011093601A patent/JP2012226558A/en not_active Withdrawn
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