JP3235281B2 - 半導体装置および電子機器 - Google Patents

半導体装置および電子機器

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JP3235281B2 JP17403593A JP17403593A JP3235281B2 JP 3235281 B2 JP3235281 B2 JP 3235281B2 JP 17403593 A JP17403593 A JP 17403593A JP 17403593 A JP17403593 A JP 17403593A JP 3235281 B2 JP3235281 B2 JP 3235281B2
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clock
voltage
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level shifter
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秀明 横内
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

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  • Electric Clocks (AREA)
  • Microcomputers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロコンピュータ
と、マイクロコンピュータを使用した計時機能を含む電
子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の計時機能を有するマイクロコンピ
ュータは、計時の基準クロックを発生する水晶発振回路
とタイマ等の計時回路とCPUが同一の動作電圧にて動
作していた。
【0003】たとえば、ウオッチ等のように低消費電力
が要求されるものの比較的低速で処理可能なものは前記
の水晶発振回路とタイマ等の計時回路とCPUの動作電
圧を極力低く抑えることにより低消費電力化を図ってき
た。
【0004】また、電子手帳等のように大量のデータの
検索や並び換え等高速処理を要求される応用に使用され
るマイクロコンピュータでは動作電圧を高くしてCPU
の処理速度を上げていた。この場合、計時機能を実現す
るためにはマイクロコンピュータの外部にリアルタイム
クロックと呼ばれる計時のための専用ICを接続した
り、電流容量の大きな電池を複数個用いたりする必要が
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術では
次のような課題を有していた。
【0006】すなわち、CPU外部にリアルタイムクロ
ックを接続する場合は、部品点数が増大することとな
り、製品がコストアップしたり、基板サイズが大きくな
り製品の小型化を妨げる要因となったりした。
【0007】また、電流容量の大きな電池を複数個使用
しても、製品がコストアップしたり、製品の小型化を妨
げる要因となったりした。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置は、水晶発振回路と、クロック
信号に基づき計時信号を発生する計時回路と、CPU
と、前記CPUを動作させる電圧を選択的に切り替える
切り替え手段とを有する半導体装置において、前記水晶
発振回路から出力された発振クロックを高電圧レベルの
信号振幅に変換するレベルシフタを有し、前記CPUが
第1の電圧で動作している場合は、前記クロック信号と
して前記発振回路からの発振クロックを選択し、前記C
PUが前記第1の電圧より高電圧な第2の電圧で動作し
ている場合は、前記クロック信号として前記レベルシフ
タによって変換されたクロックを選択する選択手段を有
することを特徴とする。さらには、CPUが前記第1の
電圧で駆動しているときは、前記水晶発振回路からの前
記レベルシフタへの発振クロックの入力を禁止する手段
を有することを特徴とする。
【0009】また、本発明の電子機器は、前記計時回路
より出力される計時信号により計時情報を表示する手段
とを有することを特徴とする。
【0010】
【実施例】以下、本発明について実施例に基づいて詳細
に説明する。
【0011】図1は、本発明の半導体装置に内蔵される
水晶発振回路を中心とした計時基準クロック発生回路の
一例を示す図である。
【0012】1の発振インバータ、15の帰還抵抗、1
6の出力抵抗および14の外付け水晶振動子によって構
成される水晶発振回路は半導体装置に印可される正電源
VDDを正電源とし、半導体装置内部で発生する負電源
VS1を負電源として動作している。
【0013】VS1は10の低基準電圧発生回路より出
力される低基準電圧を入力とするオペアンプよりボルテ
ージホロアの負帰還増幅によって出力されている。この
低基準電圧発生回路とオペアンプは半導体装置に印可さ
れる電源VDD、VSSを動作電源としており、VS1
はVSSより高い電圧となる。したがって、発振回路の
動作電圧(VDD−VS1)は(VDD−VSS)より
小さくなり、(VDD−VSS)を動作電源として発振
回路を動作させるより、発振回路部の消費電流を低くす
ることが可能となる。
【0014】図2は、本発明の半導体装置のCPU17
とその周辺回路の構成図である。CPUの動作速度が遅
いとき、またはCPUがスタンバイ状態のときはCPU
の動作電圧を低くて構わないが、高速処理が必要なとき
は動作電圧を高くする必要がある。図1の9のオペアン
プは定電圧として高電圧と低電圧のうち一方を選択的に
出力する定電圧発生回路である。9のオペアンプより出
力される定電圧はVS2であり、VS2負電源として図
1の4のクロック選択回路と図2のCPUおよび周辺回
路は動作している。
【0015】CPUが高速処理が必要なときはメモリマ
ップドI/Oにてアドレス割付された電圧切替制御レジ
スタ26に”1”を書き込むことにより6の電圧切替制
御信号が”1”となり図1のアナログスイッチの12と
13のうち13がオンとなり11の高基準電圧発生回路
から出力される高基準電圧がオペアンプ9に入力され
(VDD−VS2)は高電圧となる。もちろんCPUの
低速動作時またはスタンバイ時は電圧切替制御信号は”
0”とすることにより(VDD−VS2)は(VDD−
VS1)と同じ低電圧となりCPUおよび周辺回路の消
費電流を小さく抑えてことができる。図1のレベルシフ
タ7は、VDD−VS2を振幅とする電圧切替制御信号
をVDD−VSSの振幅に変換するためのレベルシフタ
である。
【0016】なお、図2の20はデータバス、21はア
ドレスバス、22は読み出し制御信号、23は書き込み
制御信号、24は電圧切替制御レジスタのアドレスデコ
ーダ、25は電圧切替制御レジスタのデータをデータバ
スに乗せるバスバッファである。また、電圧切替制御レ
ジスタは電源投入時等の初期時は初期化信号29によっ
て”0”にリセットされている。
【0017】図1の発振回路からの出力信号31は電圧
切替制御信号が”0”のときはVS1とVS2が同電位
であるため4のクロック選択回路を通して5の計時クロ
ックとして出力される。しかし、電圧切替制御信号が”
1”のときはレベルシフタ3を介した後クロック選択回
路を通して計時クロックとして出力される。レベルシフ
タの構成図を図3に示す。図3は低電圧(VDD−VS
1)の振幅の入力信号32を高電圧(VDD−VS2)
の振幅の出力信号32に変換するレベルシフタである。
一般にレベルシフタでは入力信号の立ち上がり時と立ち
下がり時にはトランジェントの貫通電流が流れる。した
がって低消費電力が要求される応用では高速のクロック
を常時レベルシフタに入力することは好ましくない。そ
のため、本発明では電圧切替制御信号が”0”のときは
発振出力31のレベルシフタへの入力を禁止するAND
ゲート2を設定してある。本発明では、このANDゲー
ト2とクロック選択回路4により必要なときのみレベル
シフタ3をアクティブにすることにより低消費電流化を
図っている。
【0018】計時基準クロック5は図2の計時回路18
に入力される。計時回路は1秒等所定の時間経過したと
きCPUに対して計時割込要求信号28を出力しCPU
は計時処理をすることができる。CPUはCPUにて生
成された計時データを液晶表示回路19に出力する。液
晶表示回路は27の液晶駆動信号を発生させ、外部の液
晶パネル30により計時データを表示させることができ
る。
【0019】なお、図1のレベルシフタ7は、VDD−
VS2を振幅とする電圧切替制御信号をVDD−VSS
の振幅に変換するためのレベルシフタである。
【0020】以上のような実施例において、発振回路の
動作電圧は常に低電圧に設定されており、半導体装置の
平均的な消費電流を低下させることに有効に作用する。
また、半導体装置外部に液晶パネル等を接続した電子機
器の消費電力を低下させることにも有効に作用する。
【0021】
【発明の効果】本発明の効果は、水晶発振回路の動作電
圧を常に低く設定し、必要なときのみレベルシフタを介
して発振出力をCPUやその周辺回路に出力することに
よって消費電力の小さな半導体装置を提供することにあ
る。また、本発明の半導体装置を使用することにより、
高速処理と低消費電力を必要とする電子機器を安価で小
型に実現せしめることにある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の水晶発振回路周辺のブロ
ック図。
【図2】本発明の半導体装置のCPUと周辺回路ブロッ
ク図。
【図3】レベルシフタ回路図。
【符号の説明】
1・・・発振インバータ 2・・・ANDゲート 3・・・レベルシフタ 4・・・クロック選択回路 5・・・計時基準クロック 6・・・電圧切替信号 7・・・レベルシフタ 8・・・オペアンプ 9・・・オペアンプ 10・・・低基準電圧発生回路 11・・・高基準電圧発生回路 12・・・アナログスイッチ 13・・・アナログスイッチ 14・・・水晶振動子 15・・・帰還抵抗 16・・・出力抵抗 15・・・水晶発振回路等VS1系回路 16・・・クロック選択回路等VS2系回路 17・・・CPU 18・・・計時回路 19・・・液晶表示回路 20・・・データバス 21・・・アドレスバス 22・・・読み出し制御信号 23・・・書き込み制御信号 24・・・アドレスデコーダ 25・・・バスバッファ 26・・・電圧切替制御レジスタ 27・・・液晶駆動信号 28・・・計時割込要求信号 29・・・初期化信号 30・・・液晶表示パネル 31・・・発振出力 32・・・レベルシフタ入力信号 33・・・レベルシフタ出力信号
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−11897(JP,A) 特開 平6−202755(JP,A) 特開 平5−324870(JP,A) 特開 平5−324867(JP,A) 特開 平5−108193(JP,A) 特開 平5−11879(JP,A) 特開 平4−112312(JP,A) 実開 平5−43226(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 1/04 G06F 1/26 G04G 1/00 311 G06F 15/78 510

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水晶発振回路と、クロック信号に基づき
    計時信号を発生する計時回路と、CPUと、前記CPU
    を動作させる電圧を選択的に切り替える切り替え手段と
    を有する半導体装置において、 前記水晶発振回路から出力された発振クロックを高電圧
    レベルの信号振幅に変換するレベルシフタを有し、 前記CPUが第1の電圧で動作している場合は、前記ク
    ロック信号として前記発振回路からの発振クロックを選
    択し、前記CPUが前記第1の電圧より高電圧な第2の
    電圧で動作している場合は、前記クロック信号として前
    記レベルシフタによって変換されたクロックを選択する
    選択手段を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 CPUが前記第1の電圧で駆動している
    ときは、前記水晶発振回路からの前記レベルシフタへの
    発振クロックの入力を禁止する手段を有することを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1乃至2いずれか記載の半導体装
    置と、前記計時回路より出力される計時信号により計時
    情報を表示する手段とを有することを特徴とする電子機
    器。
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