JP4188974B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
本発明は半導体集積回路装置に係わり、特に高速・低電力動作特性の優れた半導体集積回路装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device excellent in high-speed and low-power operation characteristics.
チップに多くの機能を集積するため、”Deep-Submicron Microprocessor Design Issues”, IEEE Micro, pp. 11-22, July/Aug., 1999に記載されているように、チップの製造プロセスを微細化することが一般的に行われている。微細化によりチップ上に集積できるMOSトランジスタの数を増やすことができ、これによって多くの機能を一つのチップで実現するものである。 Minimize the chip manufacturing process as described in “Deep-Submicron Microprocessor Design Issues”, IEEE Micro, pp. 11-22, July / Aug., 1999 to integrate many functions on the chip. It is generally done. By miniaturization, the number of MOS transistors that can be integrated on a chip can be increased, thereby realizing many functions in one chip.
チップを微細化することによってチップ上に多くの回路を集積できる。しかし、多くの回路をチップ上に十分に小さな不良率で集積するためには大きな設計工数を必要とする。そのため、チップの開発期間が長くなってしまう。逆に、大きな設計工数を投入して開発期間を短縮する場合には、設計のための人的リソースを圧迫し、多くの品種を開発することの妨げとなる。このような課題に対応するため、既開発の回路ブロックを多品種のチップに流用することが検討されている。 Many circuits can be integrated on a chip by miniaturizing the chip. However, a large design man-hour is required to integrate many circuits on a chip with a sufficiently small defect rate. As a result, the chip development period becomes longer. On the other hand, when a large design man-hour is used to shorten the development period, human resources for design are under pressure, which hinders the development of many varieties. In order to cope with such a problem, it is considered to divert already developed circuit blocks to various kinds of chips.
一方、”Identifying defects in deep-submicron CMOS ICs”, IEEE Spectrum, pp. 66-71, September, 1996に記載されているように、チップの製造プロセスの微細化にともなってリーク電流(リーク電流にはサブスレッショルドリーク電流、ゲートトンネルリーク電流、GIDL(Gate-Induced Drain Leakage)電流などの接合リーク電流を含む)が増大することが知られている。それらのリーク電流はチップの消費電流を増加させてしまう。待機時に回路の電源電圧を制御することにより、それらのリーク電流によるチップの消費電流を低減させることが可能である。 On the other hand, as described in “Identifying defects in deep-submicron CMOS ICs”, IEEE Spectrum, pp. 66-71, September, 1996, leakage current (leakage current is not included in the manufacturing process of chips). It is known that subthreshold leakage current, gate tunnel leakage current, junction leakage current such as GID (Gate-Induced Drain Leakage) current increases). Those leakage currents increase the current consumption of the chip. By controlling the power supply voltage of the circuit during standby, the current consumption of the chip due to these leakage currents can be reduced.
しかしながら、待機時に回路ブロックの電源電圧を遮断するとその回路ブロックの出力ノードがフローティング状態となる。そのため、当該出力ノードからの出力を受ける回路ブロックではそれに起因して貫通電流が流れてしまうことになる。このため、電源電圧を制御する回路ブロックを流用する場合には、貫通電流を防止するためのインターフェースを再設計することが必要になってしまう。このことは、低電力化した回路ブロックが流用されることを妨げるおそれがある。 However, when the power supply voltage of the circuit block is cut off during standby, the output node of the circuit block is in a floating state. Therefore, a through current flows in the circuit block that receives the output from the output node. For this reason, when diverting a circuit block for controlling the power supply voltage, it is necessary to redesign an interface for preventing a through current. This may prevent diversion of the circuit block with reduced power.
第1回路ブロックと、第2回路ブロックと、第1回路ブロックと第2回路ブロックとを接続する変換回路とを有し、第1回路ブロックは、電源電圧が供給される第1モードと電源電圧の供給が遮断される第2モードとを有し、第1回路ブロックが第2モードにある場合には、変換回路は第2回路ブロックの入力ノードの電位を第2回路ブロックの動作電位のいずれかに制御するようにする。特に、変換回路は所定の電源制御インターフェースを有する回路であって、各回路ブロックを接続する場合にはこの変換回路を介して接続するようにする。 A first circuit block; a second circuit block; and a conversion circuit connecting the first circuit block and the second circuit block. The first circuit block includes a first mode and a power supply voltage to which a power supply voltage is supplied. When the first circuit block is in the second mode, the conversion circuit sets the potential of the input node of the second circuit block to any of the operating potentials of the second circuit block. Try to control it. In particular, the conversion circuit is a circuit having a predetermined power supply control interface. When connecting each circuit block, the conversion circuit is connected via the conversion circuit.
さらに、回路ブロックを周回するように電源線を設け、これら電源線が配置される領域を適切に利用して電源制御回路を配置するようにする。 Further, power supply lines are provided so as to circulate around the circuit block, and the power supply control circuit is arranged by appropriately using the region where these power supply lines are arranged.
本発明による主な効果は以下の通りである。モジュールの開発に必要な工数を削減でき、製造プロセス変更にともなう回路ブロックの変更を最小限に抑えることができる。また、最適な電源電圧を各回路ブロックに供給することができ、動作速度の向上と低電力化を同時に実現できる。またさらに、種々の手段によって回路ブロックを使用しない時に電源供給を遮断することができ、リーク電流等による不要な電力消費を最小限に抑えることができる。 The main effects of the present invention are as follows. The number of man-hours required for module development can be reduced, and circuit block changes accompanying changes in the manufacturing process can be minimized. In addition, an optimum power supply voltage can be supplied to each circuit block, and an improvement in operating speed and a reduction in power can be realized simultaneously. Furthermore, power supply can be cut off by various means when the circuit block is not used, and unnecessary power consumption due to leakage current or the like can be minimized.
<第1の実施の形態>
図1に本発明の基本的な構成を示す。回路ブロックBLK1、BLK2は、1個以上のMOSトランジスタで構成されている。なお、本明細書においては、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの総称としてMOSトランジスタの語を使用する。回路ブロックBLKは望ましくはP型MOSとN型MOSとを直列接続したCMOS回路として構成されている。ここで、回路ブロックBLK1は、チップCHP1全体に対する電源の投入/遮断とは独立にリーク電流低減のために電源電圧を制御するモードを有する(回路ブロックBLK2も同様のモードを有していてもよい)。マイクロI/O MIO1、MIO2、MIO3、MIO4は本発明の特徴的な構成であり、その詳しい構成形態は後述する。I/OバッファIOB1、IOB2は、モジュールMDL1外部の大きな負荷容量を駆動するための低インピーダンスの出力ドライバ回路DRV1や、必要に応じて静電破壊防止素子などが付加された入力バッファ回路IBF1などから構成されている。I/OバッファMIOB1、MIOB2は、チップCHP1外部(モジュールMDL1内部)の比較的大きな負荷容量を駆動するための低インピーダンス(但し、I/Oバッファ IOBの出力ドライバ回路DRVの出力インピーダンスよりは高いインピーダンスである)の出力ドライバ回路DRV2や、必要に応じて静電破壊防止素子などが付加された入力バッファ回路IBF2などから構成されている。本明細書においては、モジュール内のチップ間を接続するためのI/Oバッファのことを、モジュール間を接続するためのI/Oバッファと区別する場合には、「ミニI/Oバッファ」と称することにする。また、L11、L12、L13、L21、L22、L23、L24、L31、L32、L41、L42、L43は信号線群を示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a basic configuration of the present invention. The circuit blocks BLK1, BLK2 are composed of one or more MOS transistors. In this specification, the word MOS transistor is used as a general term for an insulated gate field effect transistor. The circuit block BLK is preferably configured as a CMOS circuit in which a P-type MOS and an N-type MOS are connected in series. Here, the circuit block BLK1 has a mode in which the power supply voltage is controlled to reduce leakage current independently of turning on / off the power supply to the entire chip CHP1 (the circuit block BLK2 may have a similar mode). ). Micro I / O MIO1, MIO2, MIO3, and MIO4 are characteristic configurations of the present invention, and detailed configurations thereof will be described later. The I / O buffers IOB1 and IOB2 are output from the low-impedance output driver circuit DRV1 for driving a large load capacity outside the module MDL1, or the input buffer circuit IBF1 to which an electrostatic breakdown prevention element is added if necessary. It is configured. I / O buffers MIOB1 and MIOB2 have low impedance to drive a relatively large load capacity outside chip CHP1 (inside module MDL1) (however, higher impedance than output impedance of output driver circuit DRV of IOB buffer IOB) Output driver circuit DRV2, and an input buffer circuit IBF2 to which an electrostatic breakdown preventing element is added if necessary. In this specification, when distinguishing an I / O buffer for connecting chips in a module from an I / O buffer for connecting modules, the term “mini I / O buffer” is used. I will call it. L11, L12, L13, L21, L22, L23, L24, L31, L32, L41, L42, and L43 indicate signal line groups.
チップは1個の半導体基板を用いた半導体集積回路装置であり、モジュールはそれらのチップを1個あるいは複数個用いて構成した半導体集積回路装置である。モジュールの例としては、積層CSP(Stacked Chip Scale Package)やMCP(MultiChip Package)のように1パッケージに複数チップが実装されるような形態がある。さらに別の例としては、MCM(Multi Chip Module)やダイナミックメモリで広く使われているSIMM(Single Inline Memory Module)のように、プリント基板上に複数のパッケージが実装される形態がある。 The chip is a semiconductor integrated circuit device using one semiconductor substrate, and the module is a semiconductor integrated circuit device configured by using one or a plurality of these chips. As an example of the module, there is a form in which a plurality of chips are mounted in one package, such as a stacked CSP (Stacked Chip Scale Package) and an MCP (MultiChip Package). As another example, there is a form in which a plurality of packages are mounted on a printed circuit board, such as MCM (Multi Chip Module) and SIMM (Single Inline Memory Module) widely used in dynamic memory.
回路ブロックBLK1の信号線群L41は、マイクロI/O MIO1を介して信号線群L42によりI/Oバッファ IOB1と接続され、信号線群L43によりモジュールMDL1の外部と接続される。回路ブロックBLK1の信号線群L32は、マイクロI/O MIO4を介して信号線群L31により回路ブロックBLK2と接続されている。回路ブロックBLK2の信号線群L11は、マイクロI/O MIO2を介して信号線群L12によりI/OバッファIOB2と接続され、信号線群L13によりモジュールMDL1の外部と接続される。また、回路ブロックBLK2の信号線群L21は、マイクロI/O MIO3を介して信号線群L22によりミニI/OバッファMIOB1に接続され、信号線群L23により、チップCHP1と同一モジュール内にあるチップCHP2内のミニI/OバッファMIOB2と接続されている。 The signal line group L41 of the circuit block BLK1 is connected to the I / O buffer IOB1 by the signal line group L42 via the micro I / O MIO1, and is connected to the outside of the module MDL1 by the signal line group L43. The signal line group L32 of the circuit block BLK1 is connected to the circuit block BLK2 by the signal line group L31 via the micro I / O MIO4. The signal line group L11 of the circuit block BLK2 is connected to the I / O buffer IOB2 by the signal line group L12 via the micro I / O MIO2, and is connected to the outside of the module MDL1 by the signal line group L13. The signal line group L21 of the circuit block BLK2 is connected to the mini I / O buffer MIOB1 by the signal line group L22 via the micro I / O MIO3, and the chip in the same module as the chip CHP1 by the signal line group L23. It is connected to the mini I / O buffer MIOB2 in CHP2.
信号線群L11、L12、L21、L22、L31、L32、L41、L42はそれぞれ、回路(回路ブロック、I/Oバッファ)固有の信号線群と電源制御インターフェース信号線群とを含んでいる。回路固有の信号線群は特に限定しないが、データ信号線やアドレス信号線などが含まれる。電源制御インターフェース信号線群の詳細については後述する。 Each of the signal line groups L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, and L42 includes a signal line group specific to a circuit (circuit block, I / O buffer) and a power supply control interface signal line group. The signal line group specific to the circuit is not particularly limited, but includes a data signal line, an address signal line, and the like. Details of the power control interface signal line group will be described later.
図2は別の構成例である。回路ブロックBLK1は図1の回路ブロックBLK1と同一機能の回路ブロックであり、MIO1、MIO4はマイクロI/O、IOB1、IOB3はI/Oバッファである。CHP3はチップ、MDL2はモジュールである。回路ブロックBLK1の信号線群L41は、マイクロI/O MIO1を介して信号線群L42によりI/OバッファIOB1に接続され、信号線群L43によりモジュールMDL2の外部と接続される。回路ブロックBLK1の信号線群L32は、マイクロI/O MIO4を介して信号線群L31によりI/OバッファIOB3に接続され、信号線群L33によりモジュールMDL2の外部と接続される。 FIG. 2 shows another configuration example. The circuit block BLK1 is a circuit block having the same function as the circuit block BLK1 in FIG. 1, MIO1 and MIO4 are micro I / O, and IOB1 and IOB3 are I / O buffers. CHP3 is a chip and MDL2 is a module. The signal line group L41 of the circuit block BLK1 is connected to the I / O buffer IOB1 by the signal line group L42 via the micro I / O MIO1, and is connected to the outside of the module MDL2 by the signal line group L43. The signal line group L32 of the circuit block BLK1 is connected to the I / O buffer IOB3 by the signal line group L31 via the micro I / O MIO4, and is connected to the outside of the module MDL2 by the signal line group L33.
本発明では、各回路ブロックはマイクロI/Oを介して、回路ブロックの外部と通信を行っている。したがって、図1および図2のいずれの構成例でも回路ブロックBLK1の接続先はマイクロI/Oである。接続先が同じであることから、図1および図2のように、同じ回路ブロックBLK1を、その回路ブロックの電源制御に関するインターフェース仕様を変更することなくそのまま別々のチップまたはモジュールを構成するために使用することができる。これにより、モジュールの開発に必要な工数を大幅に削減できる。これは図1のチップCHP1と図2R>2のチップCHP3の製造プロセスが異なっていても可能であり、製造プロセス変更にともなう回路ブロックの変更を最小限に抑えることができる。具体的には、図2のチップCHP3は0.18μmのCMOSプロセスで製造されたチップであったとする。これに対して、図1のチップCHP1には0.13μmのCMOSプロセスを適用する。このプロセスの微細化によって同じチップ面積でも多くの回路を集積できるようになるため、チップCHP1には回路ブロックBLK1に加えて、回路ブロックBLK2も集積する。このように既開発の回路ブロックを他のチップに流用して新たなチップを開発するような場合に、各回路ブロックがマイクロI/Oを介して外部に接続する仕様となっていれば、流用する回路ブロックに対して電源制御インターフェースを追加開発する工程が不要となる。そのため、プロセスの微細化にともなう回路ブロックの修正を最小限に抑えることができる。 In the present invention, each circuit block communicates with the outside of the circuit block via the micro I / O. Therefore, in both the configuration examples of FIGS. 1 and 2, the connection destination of the circuit block BLK1 is the micro I / O. Because the connection destination is the same, the same circuit block BLK1 is used to configure separate chips or modules as they are without changing the interface specifications related to power control of the circuit block as shown in FIGS. can do. Thereby, the man-hours required for module development can be greatly reduced. This is possible even if the manufacturing processes of the chip CHP1 of FIG. 1 and the chip CHP3 of FIG. 2R> 2 are different, and the change of the circuit block accompanying the manufacturing process change can be minimized. Specifically, it is assumed that the chip CHP3 in FIG. 2 is a chip manufactured by a CMOS process of 0.18 μm. On the other hand, a 0.13 μm CMOS process is applied to the chip CHP1 of FIG. Since this process miniaturization allows many circuits to be integrated even in the same chip area, the circuit block BLK2 is also integrated in the chip CHP1 in addition to the circuit block BLK1. In this way, when developing a new chip by diverting an already developed circuit block to another chip, if each circuit block is designed to be connected to the outside via micro I / O, the diversion is used. This eliminates the need for additional development of a power supply control interface for the circuit block to be performed. Therefore, the correction of the circuit block accompanying the process miniaturization can be minimized.
また、チップが異なれば回路ブロックのマイクロI/Oを介した通信先が変わることがある。例えば、回路ブロックBLK1の信号線群L31の接続先は図1と図2で異なる。図2の構成例では信号線群L32は、信号線群L31を介して最終的にはモジュールMDL2の外部に接続される。一方、図1の構成例では信号線群L32は、信号線群L31を介して最終的には同じチップCHP1上の回路ブロックBLK2に接続される。このようにチップ/モジュール構成を変更するのに伴って回路ブロックのマイクロI/Oを介した通信先が変わる場合にも、マイクロI/OにI/OバッファやミニI/Oバッファなどを接続することにより構成できる。その通信先が同一モジュール内の別チップにあるの場合には、比較的小さな負荷容量をドライブすればよいのでミニI/Oバッファを用い、その通信先が別モジュール内にある場合には、比較的大きな負荷容量をドライブする必要があるためにI/Oバッファを用いればよい。さらに、その通信先が同一チップ内にある場合には、I/OバッファやミニI/Oバッファは無くてもよいし、ミニI/Oバッファよりも小さな駆動力のバッファを接続してもよい。マイクロI/Oの存在によって、その通信先に従って使用するバッファを自由に選択でき、インターフェースの高速化と低電力化を図ることができる。 Also, if the chip is different, the communication destination of the circuit block via the micro I / O may change. For example, the connection destination of the signal line group L31 of the circuit block BLK1 differs between FIG. 1 and FIG. In the configuration example of FIG. 2, the signal line group L32 is finally connected to the outside of the module MDL2 via the signal line group L31. On the other hand, in the configuration example of FIG. 1, the signal line group L32 is finally connected to the circuit block BLK2 on the same chip CHP1 via the signal line group L31. Even if the communication destination of the circuit block via micro I / O changes as the chip / module configuration changes in this way, I / O buffers, mini I / O buffers, etc. are connected to the micro I / O. Can be configured. If the communication destination is on another chip in the same module, it is only necessary to drive a relatively small load capacity, so use a mini I / O buffer, and if the communication destination is in another module, compare Since it is necessary to drive a large load capacity, an I / O buffer may be used. Furthermore, when the communication destination is in the same chip, there may be no I / O buffer or mini I / O buffer, or a buffer having a driving force smaller than that of the mini I / O buffer may be connected. . Due to the presence of the micro I / O, the buffer to be used can be freely selected according to the communication destination, and the interface can be increased in speed and power consumption.
図3に本発明の基本構成を示している。回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBとはマイクロI/O MIOを介して信号線群LA, LBにより接続されている。一般に、回路ブロックとは多くのモジュール間で共有して使用することが可能な、ある機能を持ったひとまとまりの回路群である。いわゆるIPプロバイダの供給するIP(Intellectual Property:半導体集積回路に設けられる演算機能や信号制御機能等の機能上のまとまりを単位とする回路群)なども含まれる。本発明のマイクロI/Oを用いることが望ましい回路ブロックとは電源制御の単位となっている回路ブロックである。例えば、回路ブロックBLKAは、チップ全体に対する電源の投入/遮断とは独立に電源を供給/遮断が可能であるとする。回路ブロックBLKAの電源供給が遮断され、回路ブロックBLKBには電源供給がなされているという場合においては、回路ブロックBLKAから回路ブロックBLKBへの信号線がフローティング状態となり、仮に回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBとを直接接続すると、電源が供給されている回路ブロックBLKBに貫通電流が流れるという悪影響が生じる。マイクロI/Oを用いることにより、回路ブロックBLKAの電源制御に起因する回路ブロックBLKBの動作への悪影響を容易に防止することができる。 FIG. 3 shows the basic configuration of the present invention. The circuit block BLKA and the circuit block BLKB are connected by signal line groups LA and LB via a micro I / O MIO. In general, a circuit block is a group of circuits having a certain function that can be shared among many modules. IP (Intellectual Property: a group of circuits in units of functional units such as arithmetic functions and signal control functions provided in a semiconductor integrated circuit) supplied by a so-called IP provider is also included. A circuit block in which the micro I / O of the present invention is preferably used is a circuit block that is a unit of power control. For example, it is assumed that the circuit block BLKA can supply / shut off power independently of power on / off for the entire chip. In the case where power supply to the circuit block BLKA is cut off and power is supplied to the circuit block BLKB, the signal line from the circuit block BLKA to the circuit block BLKB is in a floating state, and the circuit block BLKA and the circuit block BLKB are temporarily Is directly connected to the circuit block BLKB to which power is supplied. By using the micro I / O, it is possible to easily prevent adverse effects on the operation of the circuit block BLKB due to the power control of the circuit block BLKA.
なお、上記の例において回路ブロックBLKBもまた、チップ全体に対する電源の投入/遮断とは独立に電源を供給/遮断が可能である回路ブロックであってもよい。また、回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBとが異なる動作電圧で動作する回路ブロックであってもよい。例えば、図1、図2に示したI/OバッファIOB1、IOB2、IOB3やミニI/OバッファMIOB1、MIOB2もまた回路ブロックの一種である。 In the above example, the circuit block BLKB may also be a circuit block that can supply / shut off power independently of power on / off for the entire chip. Further, the circuit block BLKA and the circuit block BLKB may be circuit blocks that operate at different operating voltages. For example, the I / O buffers IOB1, IOB2, and IOB3 and the mini I / O buffers MIOB1 and MIOB2 shown in FIGS. 1 and 2 are also a type of circuit block.
本発明では、上述のように一つの回路ブロックBLKAと別の回路ブロックBLKBとのインターフェースは、マイクロI/Oを介して行われる構造になっている。回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBの電源電圧が異なる場合には、その間で信号振幅の変換(以下、レベル変換と呼ぶ)が必要になる。図4にレベル変換機能を有する場合の、図3に示したマイクロI/Oを含む本発明の基本構成例を示す。VDDA、VSSAは回路ブロックBLKAの電源と接地を、VDDB、VSSBは回路ブロックBLKAの電源と接地を示している。なお、回路に供給する電源電圧は高い電位と低い電位で定義されるが、電源は高い電位を、接地は低い電位をそれぞれ表すものとしてこれらの語を使用する。信号線d1、d3は回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBとの間の信号線群のうち、1ビット分を代表して示したものである。ここでは送信側の回路ブロックBLKAからの信号が信号線d1を通して出力され、マイクロI/O MIOを介して信号線d3を通して受信側の回路ブロックBLKBに入力されている。マイクロI/Oは電源VDDAと接地VSSAの間で動作するマイクロI/O前段回路MIOAと、電源VDDBと電源VSSB電源の間で動作するマイクロI/O後段回路MIOBとの二段の回路から構成されている。また、信号線d2はマイクロI/O前段回路MIOAとマイクロI/O後段回路MIOBとの間の複数本の信号線群を示している。回路ブロックBLKAから出力された信号振幅(VDDA-VSSA)の信号d1はマイクロI/O前段回路MIOAに入力され、マイクロI/O前段回路MIOAはレベル変換に必要な信号を信号線群d2を通してマイクロI/O後段回路MIOBに入力し、マイクロI/O後段回路MIOBは信号振幅(VDDB-VSSB)の信号に変換して、信号線d3を通して回路ブロックBLKBに入力する。 In the present invention, as described above, the interface between one circuit block BLKA and another circuit block BLKB is structured to be performed via a micro I / O. When the power supply voltages of the circuit block BLKA and the circuit block BLKB are different, signal amplitude conversion (hereinafter referred to as level conversion) is required between them. FIG. 4 shows a basic configuration example of the present invention including the micro I / O shown in FIG. 3 in the case of having a level conversion function. VDDA and VSSA indicate the power and ground of the circuit block BLKA, and VDDB and VSSB indicate the power and ground of the circuit block BLKA. Note that the power supply voltage supplied to the circuit is defined as a high potential and a low potential, but these terms are used to represent a high potential for the power supply and a low potential for the ground. The signal lines d1 and d3 represent one bit of the signal line group between the circuit block BLKA and the circuit block BLKB as a representative. Here, a signal from the circuit block BLKA on the transmission side is output through the signal line d1, and is input to the circuit block BLKB on the reception side through the signal line d3 via the micro I / O MIO. Micro I / O consists of a two-stage circuit, a micro I / O pre-stage circuit MIOA that operates between the power supply VDDA and the ground VSSA, and a micro I / O post-stage circuit MIOB that operates between the power supply VDDB and the power supply VSSB power supply. Has been. A signal line d2 indicates a plurality of signal line groups between the micro I / O pre-stage circuit MIOA and the micro I / O post-stage circuit MIOB. The signal d1 of the signal amplitude (VDDA-VSSA) output from the circuit block BLKA is input to the micro I / O pre-stage circuit MIOA, and the micro I / O pre-stage circuit MIOA transmits the signal necessary for level conversion through the signal line group d2. The micro I / O post-stage circuit MIOB is input to the I / O post-stage circuit MIOB, and is converted into a signal amplitude (VDDB-VSSB) signal and input to the circuit block BLKB through the signal line d3.
この構成により、最適な電源電圧を各回路ブロックに供給することができ、動作速度の向上と低電力化を同時に実現できる。例えばI/Oバッファ、ミニI/Oバッファ、リアルタイムクロック(RTC)、割り込み処理回路、DRAMリフレッシュ回路、低速・大容量メモリなどの回路ブロックには比較的高い電源電圧を供給し、それらの回路ブロックを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値を大きくすればよい。それらの回路ブロックは活性化率が比較的小さいために、サブスレッショルドリーク電流等のDC電流による電力消費が支配的であるが、そのDC電流による電力消費を小さくできる。一方、CPU、MPEG4アクセラレータ、高速・小容量メモリなどの回路ブロックには、比較的低い電源電圧を供給し、それらの回路ブロックを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値を小さくすればよい。高速動作が要求されるこれらの回路ブロックは、充放電電流による消費電流が支配的であるが、それを効率良く削減できる。 With this configuration, an optimum power supply voltage can be supplied to each circuit block, and an improvement in operating speed and a reduction in power can be realized simultaneously. For example, circuit blocks such as I / O buffers, mini I / O buffers, real-time clock (RTC), interrupt processing circuits, DRAM refresh circuits, and low-speed / large-capacity memories are supplied with relatively high power supply voltages. What is necessary is just to enlarge the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor which comprises. Since these circuit blocks have a relatively low activation rate, power consumption by a DC current such as a subthreshold leakage current is dominant, but power consumption by the DC current can be reduced. On the other hand, a relatively low power supply voltage is supplied to circuit blocks such as a CPU, MPEG4 accelerator, and high-speed / small-capacity memory, and the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistors constituting these circuit blocks may be reduced. . In these circuit blocks that require high-speed operation, current consumption due to charge / discharge current is dominant, but it can be efficiently reduced.
なお、回路ブロックを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧やゲート絶縁膜厚は、その回路ブロックに供給される電源電圧や要求される動作速度に応じて適切な大きさのものにすればよい。チップあるいはモジュール内で一種類の大きさに限定するものではない。 Note that the threshold voltage and the gate insulating film thickness of the MOS transistors constituting the circuit block may be appropriately set according to the power supply voltage supplied to the circuit block and the required operation speed. It is not limited to a single size within a chip or module.
つぎに、図4に示したような回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBの動作電圧が異なる場合を例に、マイクロI/Oの構成及び動作を説明する。マイクロI/Oが正常動作しているというためには、フローティング状態の信号線が入力されても、貫通電流が流れない状態になっている必要がある。電源供給の遮断パターンとして、以下の4つを考える。
(1)送信側の回路ブロックBLKAの電源供給とマイクロI/O前段回路MIOAの電源供給とが遮断される場合(VDDAあるいはVSSAへの電位供給が遮断される場合)。この状態を「電源遮断ケース1」と称する。
(2)受信側の回路ブロックBLKBの電源供給が遮断される(回路ブロックBLKBへのVDDBあるいはVSSBへの電位供給が遮断される)一方、マイクロI/O後段回路MIOBの電源供給は行われている場合。この状態を「電源遮断ケース2」と称する。
(3)送信側の回路ブロックBLKAの電源供給が遮断される(回路ブロックBLKAへのVDDAあるいはVSSAへの電位供給が遮断される)一方、マイクロI/O前段回路MIOAの電源供給は行われている場合。この状態を「電源遮断ケース3」と称する。
(4)受信側の回路ブロックBLKBの電源供給とマイクロI/O後段回路MIOBの電源供給とが遮断される場合(VDDBあるいはVSSBへの電位供給が遮断される場合)。この状態を「電源遮断ケース4」と称する。
Next, the configuration and operation of the micro I / O will be described by taking as an example a case where the operation voltages of the circuit block BLKA and the circuit block BLKB as shown in FIG. 4 are different. In order for the micro I / O to operate normally, it is necessary that a through current does not flow even when a floating signal line is input. Consider the following four power supply interruption patterns.
(1) When the power supply of the circuit block BLKA on the transmission side and the power supply of the micro I / O pre-stage circuit MIOA are interrupted (when the potential supply to VDDA or VSSA is interrupted). This state is referred to as “
(2) The power supply to the circuit block BLKB on the receiving side is cut off (the potential supply to VDDB or VSSB to the circuit block BLKB is cut off), while the power supply to the micro I / O post-stage circuit MIOB is carried out If yes. This state is referred to as “power cutoff case 2”.
(3) The power supply of the circuit block BLKA on the transmission side is cut off (the potential supply to VDDA or VSSA to the circuit block BLKA is cut off), while the power supply of the micro I / O pre-stage circuit MIOA is carried out If yes. This state is referred to as “power cutoff case 3”.
(4) When the power supply of the circuit block BLKB on the receiving side and the power supply of the micro I / O post-stage circuit MIOB are interrupted (when the potential supply to VDDB or VSSB is interrupted). This state is referred to as “power cutoff case 4”.
電源遮断ケース4の場合には、基本的に図4R>4の構成例のままでマイクロI/Oは正常動作する。受信側の回路ブロックBLKB及びマイクロI/O後段回路MIOBの電源供給が遮断されているので、送信側の回路ブロックBLKAへの電源供給の有無に拘わらず、受信側回路ブロックBLKBまたはマイクロI/O後段回路MIOBに貫通電流が流れることはないためである。以下には電源遮断ケース1から3をサポートするためのマイクロI/Oの構成例を示す。
In the case of the power cutoff case 4, basically the micro I / O operates normally with the configuration example of FIG. 4R> 4. Since the power supply to the circuit block BLKB on the receiving side and the post-stage circuit MIOB on the micro I / O is cut off, the circuit block BLKB or the micro I / O on the receiving side regardless of whether the power is supplied to the circuit block BLKA on the transmitting side. This is because no through current flows through the subsequent circuit MIOB. A configuration example of a micro I / O for supporting the
電源遮断ケース1においてマイクロI/Oが正常動作するようにしたのが、図5の構成例である。電源遮断ケース1とは、例えばチップへの電位(VDDA,VSSA,VDDB,VSSB)供給を行うレギュレータが、電位VDDAまたは電位VSSAの供給を遮断することによって行える。図5R>5の構成例では、信号線eが受信側の回路ブロックBLKBからマイクロI/O後段回路MIOBに入力されている。電源遮断ケース1の場合、マイクロI/O前段回路MIOAへの電源供給が遮断されるため、信号線群d2のうちマイクロI/O前段回路MIOAから出力されている信号線がフローティング状態になる。このフローティング状態の信号がマイクロI/O後段回路MIOBに入力されても、マイクロI/O後段回路MIOBに貫通電流等が流れないようにする必要がある。図5では、このマイクロI/Oの正常動作を実現するために、上記信号線eをマイクロI/O後段回路MIOBに入力している。したがって、回路ブロックBLKBは電位VDDAまたは電位VSSAの供給の遮断を認識する必要がある。例えば、回路ブロックBLKBの仕様に「電位VDDAまたは電位VSSAの供給が遮断された場合にはそれを通知する」という内容を含ませればよい。または、チップが複数のモードを有し、その特定のモードにおいては電位VDDAまたは電位VSSAの供給が遮断されるものとしておけばよい。この場合にはチップが当該特定のモードに入ることにより、回路ブロックBLKBは電位VDDAまたは電位VSSAの供給の遮断を認識することができる。受信側の回路ブロックBLKBが、送信側の回路ブロックBLKAの電源供給遮断を検出し、信号線eを用いてそれをマイクロI/O後段回路MIOBに送信することで、マイクロI/Oを正常動作させる。
FIG. 5 shows a configuration example in which the micro I / O operates normally in the power shut-off
電源遮断ケース1に加えて、電源遮断ケース2でもマイクロI/Oが正常動作するようにしたのが、図6の構成例である。電源遮断ケース2とは、例えばレギュレータからの電位VDDBまたは電位VSSBの供給は行いつつ、回路ブロックBLKBへの供給は阻止することによって行える。図6の構成例では、回路ブロックBLKBへの電源供給は、電源VDDBはそのまま供給されているが、接地VSSBが電源スイッチPSWBを介して供給されている。電源スイッチPSWBのオン・オフは、電源スイッチ制御回路PSCBにより制御されている。電源スイッチ制御回路PSCBが電源スイッチPSWBをオフするように制御することで、電源遮断ケース2の状態になる。この電源遮断ケース2が発生すると、信号線eがフローティング状態になる。そこで、電源スイッチ制御回路PSCBが電源スイッチPSWBをオフするように制御すると、信号線crを用いてそれをマイクロI/O後段回路MIOBに通知する。マイクロI/O後段回路MIOBは、この信号線crにより信号線eのフローティング状態を検出できるため、マイクロI/Oを正常動作させることができる。
FIG. 6 shows a configuration example in which the micro I / O operates normally in the power cutoff case 2 in addition to the
電源遮断ケース1に加えて、電源遮断ケース3でもマイクロI/Oが正常動作するようにしたのが、図7の構成例である。電源遮断ケース3とは、例えばレギュレータからの電位VDDAまたは電位VSSAの供給は行いつつ、回路ブロックBLKAへの供給は阻止することによって行える。図7の構成例では、回路ブロックBLKAへの電源供給は、電源VDDAはそのまま供給されているが、接地VSSAが電源スイッチPSWAを介して供給されている。電源スイッチPSWAのオン・オフは、電源スイッチ制御回路PSCAにより制御されている。電源スイッチ制御回路PSCAが電源スイッチPSWAをオフするように制御することで、電源遮断ケース3の状態になる。この電源遮断ケース3が発生すると、信号線d1がフローティング状態になる。そこで、電源スイッチ制御回路PSCAが電源スイッチPSWAをオフするように制御すると、信号線csを用いてそれをマイクロI/O前段回路MIOAに通知する。マイクロI/O前段回路MIOAは、この信号線csにより信号線d1のフローティング状態を検出できるため、マイクロI/Oを正常動作させることができる。
FIG. 7 shows a configuration example in which the micro I / O operates normally in the power cutoff case 3 in addition to the
図8は、電源遮断ケース1に加えて、電源遮断ケース2及び電源遮断ケース3でもマイクロI/Oが正常動作するようにした構成例である。図6および図7の構成例の組み合わせとして構成すればよく、ここでは詳しい説明は省略する。
FIG. 8 shows a configuration example in which the micro I / O operates normally in the power cutoff case 2 and the power cutoff case 3 in addition to the
図9は図8のマイクロI/Oのより詳しい構成例である。NAND1は2入力NAND回路、INV1、INV2はインバータ回路、AND1は2入力AND回路、MP1はPMOSトランジスタ、MN1はNMOSトランジスタである。LC1はレベル変換回路であり、入力信号(d2, /d2)の信号振幅(VDDA-VSSA)を増幅あるいは減衰させ、レベル変換回路LC1の電源電圧振幅(VDDB-VSSB)に一致させてd4に出力する。d4に出力する論理レベルは、d2として入力される論理レベルと同じである。レベル変換回路LC1の電源供給は、電源VDDBはそのまま供給されているが、接地VSSBがNMOSトランジスタMN1を介して供給されている。 FIG. 9 is a more detailed configuration example of the micro I / O of FIG. NAND1 is a 2-input NAND circuit, INV1 and INV2 are inverter circuits, AND1 is a 2-input AND circuit, MP1 is a PMOS transistor, and MN1 is an NMOS transistor. LC1 is a level conversion circuit that amplifies or attenuates the signal amplitude (VDDA-VSSA) of the input signal (d2, / d2) and outputs it to d4 in accordance with the power supply voltage amplitude (VDDB-VSSB) of the level conversion circuit LC1 To do. The logic level output to d4 is the same as the logic level input as d2. As for the power supply of the level conversion circuit LC1, the power supply VDDB is supplied as it is, but the ground VSSB is supplied via the NMOS transistor MN1.
電源遮断ケース1の場合、信号線eを'L'レベルにすることで、NMOSトランジスタMN1がオフし、PMOSトランジスタMP1がオンする。したがって、信号線d2および/d2がフローティング状態になってもオフ状態のNMOSトランジスタMN1により、レベル変換回路LC1に貫通電流が流れることが阻止される。さらに、このときレベル変換回路LC1の出力レベルはフローティング状態になるが、PMOSトランジスタMP1により信号線d4の論理レベルは'H'レベルに固定されるために、マイクロI/Oを正常動作させることができる。
In the case of the
電源遮断ケース2の場合、信号線crを'L'レベルにすることで、信号線eがフローティング状態になってもAND回路AND1に貫通電流が流れることなく、さらにその出力レベルは'L'レベルに固定されるために、マイクロI/Oを正常動作させることができる。 In the case of the power shutdown case 2, by setting the signal line cr to the “L” level, even if the signal line e is in a floating state, the through current does not flow through the AND circuit AND1, and the output level is also the “L” level Therefore, the micro I / O can be operated normally.
電源遮断ケース3の場合、信号線csを'L'レベルにすることで、信号線d1がフローティング状態になってもNAND回路NAND1に貫通電流が流れることなく、さらにその出力レベルは'H'レベルに固定されるために、マイクロI/Oを正常動作させることができる。 In the case of the power shutdown case 3, by setting the signal line cs to the “L” level, even if the signal line d1 is in the floating state, no through current flows through the NAND circuit NAND1, and the output level is also the “H” level. Therefore, the micro I / O can be operated normally.
図19にレベル変換回路LC1の構成例を示す。信号d1と相補信号/d1が入力される差動型のレベル変換回路である。 FIG. 19 shows a configuration example of the level conversion circuit LC1. This is a differential level conversion circuit to which a signal d1 and a complementary signal / d1 are input.
なお、図4〜図9の構成例においては、回路ブロックBLKAは1本の信号線d1により1ビット分の情報を送信する、いわゆるシングルエンド信号で通信が行われている。これに対して、デュアルレール信号で通信が行われる場合(回路ブロックBLKAが信号d1とその相補信号/d1を送信する、すなわち2本の信号線により1ビット分の情報を送信する)には、マイクロI/O前段回路MIOAは不要となる。デュアルレール信号で通信を行う場合の論理ゲートレベルの回路の構成例は、図9の構成例においてマイクロI/O前段回路MIOAを削除し、信号d1が信号/d2として、信号/d1が信号d2としてレベル変換回路LC1に入力されるようにした回路に相当する。もちろんこの場合、信号線csは不要である。 In the configuration examples of FIGS. 4 to 9, the circuit block BLKA communicates with a so-called single-end signal that transmits information for one bit through one signal line d1. On the other hand, when communication is performed with a dual rail signal (the circuit block BLKA transmits the signal d1 and its complementary signal / d1, that is, transmits one bit of information through two signal lines) The micro I / O pre-stage circuit MIOA becomes unnecessary. In the configuration example of the logic gate level circuit in the case of performing communication with the dual rail signal, the micro I / O pre-stage circuit MIOA is deleted from the configuration example of FIG. 9, the signal d1 is the signal / d2, and the signal / d1 is the signal d2. Is equivalent to a circuit that is input to the level conversion circuit LC1. Of course, in this case, the signal line cs is unnecessary.
図9の入出力信号関係をまとめると図10のようになる。送信側回路ブロックSNDと受信側回路ブロックRCVの各電源供給状態(ON, OFF1, OFF2)における信号線d1,e,cs,crの論理レベルを示している。回路ブロックの電源供給状態”ON”とはVDDA/VDDBおよびVSSA/VSSBの電位供給がなされている状態である。回路ブロックの電源供給状態”OFF1”とはVDDA/VDDBおよびVSSA/VSSBの電位供給がなされ、マイクロI/O(送信側回路ブロックの場合はその前段回路または受信側回路ブロックの場合はその後段回路)への電源供給はなされているが、電源スイッチPSWAや電源スイッチPSWBのような手段により回路ブロックへの電源供給が遮断されている状態である。回路ブロックの電源供給状態”OFF2”はVDDA/VDDBまたはVSSA/VSSBの電位供給が遮断された状態である'*'はフローティング状態を含む全ての状態を示す。'-は'H'レベルまたは'L'レベルの状態を示す。 The input / output signal relationships in FIG. 9 are summarized as shown in FIG. The logic levels of the signal lines d1, e, cs, cr in the power supply states (ON, OFF1, OFF2) of the transmission side circuit block SND and the reception side circuit block RCV are shown. The power supply state “ON” of the circuit block is a state in which VDDA / VDDB and VSSA / VSSB potentials are supplied. The power supply status of the circuit block “OFF1” means that VDDA / VDDB and VSSA / VSSB potentials are supplied, and micro I / O (in the case of a transmitter circuit block, its pre-stage circuit or in the case of a receiver circuit block, its subsequent circuit The power supply to the circuit block is interrupted by means such as the power switch PSWA and the power switch PSWB. The power supply state “OFF2” of the circuit block is a state where the potential supply of VDDA / VDDB or VSSA / VSSB is cut off, and “*” indicates all states including the floating state. '-' Indicates the state of 'H' level or 'L' level.
以上により、回路ブロックを構成しているMOSトランジスタのしきい値電圧の絶対値が小さいことによって無視できないサブスレッショルドリーク電流が流れる場合や、MOSトランジスタの酸化膜を薄くしたために無視できないゲートトンネルリーク電流が流れる場合でも、その回路ブロックを使用しない時に上記電源遮断ケース1〜4の状態によって、電源供給を遮断することができる。これにより、リーク電流によるモジュールの不要な電力消費を最小限に抑えることができる。また、これらの制御によりフローティング状態となったノードに起因して貫通電流が流れることを、マイクロI/Oにより阻止することができることが理解される。なお、回路ブロックを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧やゲート絶縁膜厚および、電源スイッチを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧やゲート絶縁膜厚は特に限定しない。電源スイッチは電源スイッチのゲート端子の電位を制御することで大きなオン電流と十分に小さなオフ電流を得る必要がある。そのため、回路ブロックを構成するMOSトランジスタのしきい値電圧よりも高いしきい値電圧とし、回路ブロックを構成するMOSトランジスタのゲート絶縁膜よりも厚いゲート絶縁膜で構成する方が望ましい。ここで、ゲート絶縁膜厚とはゲート絶縁膜材料の誘電率等を考慮した実効的なゲート絶縁膜厚である。
As described above, when the sub-threshold leakage current that cannot be ignored due to the small absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor constituting the circuit block flows, or the gate tunnel leakage current that cannot be ignored due to the thin oxide film of the MOS transistor Even when the current flows, the power supply can be cut off according to the state of the power cut-off
また、図9の構成例において、レベル変換回路LC1の接地電位供給はNMOSトランジスタMN1を介して行っているが、この方法に限定しない。レベル変換回路LC1内の一部あるいは全部の回路について、NMOSトランジスタMN1を用いる代わりにPMOSトランジスタを、電源VDDBとレベル変換回路LC1の間に挿入し、電源遮断ケース1の場合にそのPMOSトランジスタをオフするように構成してもよい。 In the configuration example of FIG. 9, the ground potential supply of the level conversion circuit LC1 is performed via the NMOS transistor MN1, but the present invention is not limited to this method. For some or all of the level converter circuit LC1, in place of using the NMOS transistor MN1, a PMOS transistor is inserted between the power supply VDDB and the level converter circuit LC1. You may comprise.
また、図6から図8の構成例では、電源遮断ケース2または電源遮断ケース3を実現するために、電源スイッチとしてNMOSトランジスタPSWAまたはNMOSトランジスタPSWBを回路ブロックと接地線の間に設置している。これに対して、電源スイッチとしてPMOSトランジスタを回路ブロックと電源線の間に設置してもよい。 Further, in the configuration examples of FIGS. 6 to 8, in order to realize the power cutoff case 2 or the power cutoff case 3, the NMOS transistor PSWA or the NMOS transistor PSWB is installed as a power switch between the circuit block and the ground line. . On the other hand, a PMOS transistor may be installed as a power switch between the circuit block and the power line.
さらに、電源遮断ケース1〜4の全てのケースを有する必要はなく、チップまたはモジュールの仕様に応じて適宜設ければよい。電源遮断ケース1が存在しない場合には、AND回路AND1の代わりにバッファ回路を挿入し、信号線crをバッファリングした後にそのままNMOSトランジスタMN1とPMOSトランジスタMP1のゲート端子に接続すればよい。また、電源遮断ケース2が存在しない場合には、AND回路AND1の代わりにバッファ回路を挿入し、信号線eをバッファリングした後にそのままNMOSトランジスタMN1とPMOSトランジスタMP1のゲート端子に接続すればよい。さらにまた、上記電源遮断ケース3が存在しない場合には、NAND回路NAND1の代わりにインバータ回路を挿入し、信号線d1をインバートした後にそのまま信号線/d2に接続すればよい。この他種々の電源遮断ケースの組み合わせに対応できる。
Furthermore, it is not necessary to have all of the
なお、図4から図9においてわかりやすさのために、回路ブロック間で送受信される信号を1ビットの場合で説明した。通常、回路ブロック間で信号をやりとりするための信号線は複数ビット分存在し、これらの複数ビット分の信号線に対して、制御信号e, cr, csを設ければよいのであって、1ビット毎に制御信号を設ける必要があるという訳ではない。また、通常、回路ブロックは送信、受信可能であって、回路ブロックを送信側、受信側とに分けて説明したが、わかりやすさを考えてのために過ぎない。また、図4〜図9の例では差動型のレベル変換回路を用いることを想定しているが、インバータ型のレベルダウン回路を用いてもよく、また回路ブロック間の動作電圧が同じであればレベル変換回路が不要になる。かかる変更に応じた回路変更は種々可能である。 For ease of understanding in FIGS. 4 to 9, the signal transmitted and received between the circuit blocks has been described in the case of 1 bit. Usually, signal lines for exchanging signals between circuit blocks exist for a plurality of bits, and control signals e, cr, cs may be provided for the signal lines for the plurality of bits. It is not necessary to provide a control signal for each bit. Normally, the circuit block can transmit and receive, and the circuit block is divided into the transmission side and the reception side. However, the circuit block is only for the sake of easy understanding. 4 to 9, it is assumed that a differential type level conversion circuit is used. However, an inverter type level down circuit may be used, and the operation voltage between circuit blocks may be the same. In this case, a level conversion circuit is unnecessary. Various circuit changes can be made in accordance with such changes.
<第2の実施の形態>
図11は、図6から図8の電源スイッチ制御回路PSCAあるいはPSCBのインターフェース構成例である。電源スイッチPSWを制御する電源スイッチ制御回路PSCは、要求線reqと応答線ackによるハンドシェイクによって、電源スイッチPSWのオン・オフを制御し、回路ブロックBLKの電源供給状態を制御している。ここでは、要求線reqを'H'レベルにする(時刻T1)ことで電源スイッチPSWがオンし、回路ブロックBLKに電源供給を行う。完全に電源スイッチPSWがオンし、回路ブロックBLKへの電源供給が完了した後、応答線ackが'H'レベルになる(時刻T1B)ことで、電源スイッチ制御回路外部に回路ブロックBLKが動作可能状態に移行したことを通知する。逆に、要求線reqを'L'レベルにする(時刻T2)ことで電源スイッチPSWをオフし、回路ブロックBLKを電源遮断状態に制御する。完全に電源スイッチPSWがオフし、応答線ackが'L'レベルになる(時刻T2B)ことで、電源スイッチ制御回路外部に回路ブロックBLKが電源遮断状態に移行したことを通知する。
<Second Embodiment>
FIG. 11 shows an example of the interface configuration of the power switch control circuit PSCA or PSCB of FIGS. The power switch control circuit PSC that controls the power switch PSW controls on / off of the power switch PSW by handshaking with the request line req and the response line ack, and controls the power supply state of the circuit block BLK. Here, the power switch PSW is turned on by setting the request line req to the 'H' level (time T1), and power is supplied to the circuit block BLK. After the power switch PSW is completely turned on and the power supply to the circuit block BLK is completed, the response line ack becomes the “H” level (time T1B), so that the circuit block BLK can operate outside the power switch control circuit. Notify that the status has been changed. Conversely, by setting the request line req to the “L” level (time T2), the power switch PSW is turned off, and the circuit block BLK is controlled to be in the power-off state. When the power switch PSW is completely turned off and the response line ack is set to the “L” level (time T2B), the fact that the circuit block BLK has shifted to the power shut-off state is notified outside the power switch control circuit.
図8では電源スイッチ制御回路からマイクロI/Oへ電源スイッチのオン・オフ状態を示す信号が信号線csやcrを通じて出力されている。図11の構成例では、信号線cがそれらの信号線に相当し、信号線cは応答線ackよりも十分に早くに確定させている。例えば、応答線ackが'H'レベルになるより以前(時刻T1A)に、信号線cが'H'レベルになっている。また、応答線ackが'L'レベルになるより以前(時刻T2B)に、信号線cが'L'レベルになっている。このように、信号線cは応答線ackよりも十分に早くに確定させる。電源スイッチPSWの制御後、回路ブロックBLKに信号が入出力可能になった状態において、マイクロI/Oが動作可能な状態になっていなければ回路ブロック間の通信に誤動作が生じる。応答線ackが'H'レベルに確定する以前に、信号cによりマイクロI/Oを動作可能な状態に制御しておくことが望ましい。 In FIG. 8, a signal indicating the on / off state of the power switch is output from the power switch control circuit to the micro I / O through the signal lines cs and cr. In the configuration example of FIG. 11, the signal line c corresponds to those signal lines, and the signal line c is determined sufficiently earlier than the response line ack. For example, the signal line c is at the “H” level before the response line ack becomes the “H” level (time T1A). In addition, the signal line c is at the “L” level before the response line ack is at the “L” level (time T2B). Thus, the signal line c is determined sufficiently earlier than the response line ack. After the control of the power switch PSW, in the state where signals can be input / output to / from the circuit block BLK, if the micro I / O is not operable, communication between the circuit blocks will malfunction. It is desirable to control the micro I / O to be operable by the signal c before the response line ack is fixed to the “H” level.
なお、簡単のために、回路ブロックには電源スイッチを介して接地が接続されているものとして説明をしているが、リーク電流等によるDC的な電力消費が問題にならない場合には電源スイッチによる電源供給遮断は必要ない。例えば、高い動作電圧で動作し、厚いゲート絶縁膜を有するトランジスタで構成されるI/Oバッファがこの例に相当する。また、しきい値電圧が高いトランジスタで構成された回路であって、DC的な電力消費が問題にならない場合もある。その場合には電源スイッチを介して接地に接続する必要がない。電源スイッチを使用するか否かは、回路ブロックを構成しているMOSトランジスタの構成や、回路ブロックを構成している回路の特性に応じて決定される。 For simplicity, the circuit block is described as being connected to the ground via a power switch. However, if the DC power consumption due to leakage current does not matter, the power switch There is no need to shut off the power supply. For example, an I / O buffer that operates at a high operating voltage and includes a transistor having a thick gate insulating film corresponds to this example. Further, in some cases, the circuit is composed of transistors having a high threshold voltage, and DC power consumption may not be a problem. In that case, it is not necessary to connect to the ground via the power switch. Whether or not to use the power switch is determined according to the configuration of the MOS transistor constituting the circuit block and the characteristics of the circuit constituting the circuit block.
また、回路ブロックを電源スイッチを介して接地に接続した場合には、ある回路ブロックから発生したノイズが、接地を介して別の回路ブロックに伝播することを抑制することができる。接地線を介したノイズの伝播が電源スイッチを介することで減衰される。電源スイッチは抵抗に相当し、その抵抗と各回路ブロックの寄生容量や、接地線の寄生容量によってローパスフィルタが形成されるためである。例えば、回路ブロックBLKAが高速で動作するデジタル回路、回路ブロックBLKBが高精度なA/Dコンバータ等のアナログ回路である場合を考える。一般にデジタル回路にはアナログ回路よりも低い電源電圧を印加するため、電源VDDA<電源VDDBとするのが適当である。また、接地VSSAと接地VSSBはチップ内あるいはモジュール外部等で接続されるのが一般的である。この場合、電源VDDAと電源VDDBはその電圧が異なるために、モジュール外部においても分離されているので、電源VDDAに発生したデジタル回路のノイズが電源VDDBに伝播することは少ない。しかし、接地VSSAと接地VSSBは接続されているために、電源スイッチがない場合には、デジタル回路のノイズは接地VSSA及び接地VSSBを介してアナログ回路に直接伝播されてしまう。しかし電源スイッチを接地に設けることによって、図8の構成例に即して説明すると、デジタル回路から発生したノイズは、電源スイッチPSWAによって減衰されて接地VSSA及び接地VSSBに伝播する。さらに、この接地VSSA及び接地VSSB上のノイズも、電源スイッチPSWBによって減衰されて、アナログ回路の実質的な接地線である仮想接地線VSSMBに伝播する。このようにしてデジタル回路とアナログ回路のノイズのカップリングが低減できる。 In addition, when a circuit block is connected to the ground via a power switch, it is possible to suppress noise generated from a certain circuit block from propagating to another circuit block via the ground. Noise propagation through the ground wire is attenuated through the power switch. This is because the power switch corresponds to a resistor, and a low-pass filter is formed by the resistor, the parasitic capacitance of each circuit block, and the parasitic capacitance of the ground line. For example, consider a case where the circuit block BLKA is a digital circuit that operates at high speed, and the circuit block BLKB is an analog circuit such as a high-precision A / D converter. In general, since a power supply voltage lower than that of an analog circuit is applied to a digital circuit, it is appropriate that power supply VDDA <power supply VDDB. In general, the ground VSSA and the ground VSSB are connected within the chip or outside the module. In this case, since the power supply VDDA and the power supply VDDB are different from each other in voltage, they are separated outside the module, so that the noise of the digital circuit generated in the power supply VDDA hardly propagates to the power supply VDDB. However, since the ground VSSA and the ground VSSB are connected, if there is no power switch, the noise of the digital circuit is directly propagated to the analog circuit via the ground VSSA and the ground VSSB. However, when the power switch is provided at the ground, the description will be made in accordance with the configuration example of FIG. 8. Noise generated from the digital circuit is attenuated by the power switch PSWA and propagates to the ground VSSA and the ground VSSB. Further, the noise on the ground VSSA and the ground VSSB is also attenuated by the power switch PSWB and propagates to the virtual ground line VSSMB which is a substantial ground line of the analog circuit. In this way, noise coupling between the digital circuit and the analog circuit can be reduced.
<第3の実施の形態>
回路ブロックを構成しているMOSトランジスタの基板端子(ウェル)の接続形態は多様な形態が考えられる。図12はPMOSトランジスタMP2の基板端子vbpは電源VDDに、NMOSトランジスタMN2の基板端子vbnは接地VSSに接続されている構成例である。NMOSトランジスタMN2の基板端子vbnを接地VSSに接続することにより、電源スイッチPSWがオフされた場合には仮想接地線VSSMの電位が上昇するために、NMOSトランジスタMN2のソース・基板間に基板バイアスが印加されることになる。これにより、基板バイアス効果によってNMOSトランジスタMN2に流れるリーク電流を小さくすることができる。一方、vbnを仮想接地線VSSMに接続してもよい。この場合にはNMOSトランジスタMN2のウェル電位とソース電位とが等しくなるために、トランジスタの高速動作に適している。
<Third Embodiment>
Various connection forms of the substrate terminals (wells) of the MOS transistors constituting the circuit block can be considered. FIG. 12 shows a configuration example in which the substrate terminal vbp of the PMOS transistor MP2 is connected to the power supply VDD, and the substrate terminal vbn of the NMOS transistor MN2 is connected to the ground VSS. By connecting the substrate terminal vbn of the NMOS transistor MN2 to the ground VSS, the potential of the virtual ground line VSSM rises when the power switch PSW is turned off, so that the substrate bias is applied between the source and the substrate of the NMOS transistor MN2. Will be applied. Thereby, the leakage current flowing through the NMOS transistor MN2 due to the substrate bias effect can be reduced. On the other hand, vbn may be connected to the virtual ground line VSSM. In this case, the well potential and the source potential of the NMOS transistor MN2 are equal, which is suitable for high-speed operation of the transistor.
図13の構成例では、回路ブロックを構成しているPMOSトランジスタMP2の基板端子vbpと、NMOSトランジスタMN2の基板端子vbnの電位を、基板電圧制御回路VBCによって制御した例である。vbpとvbnの電位は特に限定しないが、回路ブロックBLKを高速動作させるためには、vbpには低い電圧(VDDまたはそれ以下の電圧)を、vbnには高い電圧(VSSまたはそれ以上の電圧)を印加すればよい。さらには、回路ブロックBLKに要求される動作速度に応じて、最適な電位を基板端子vbp、vbnに印加してもよい。特にその電位をプロセスや温度、電源電圧に応じて決定すれば、プロセスばらつきや温度・電源電圧変動を補償できる。 The configuration example of FIG. 13 is an example in which the substrate voltage control circuit VBC controls the potentials of the substrate terminal vbp of the PMOS transistor MP2 and the substrate terminal vbn of the NMOS transistor MN2 constituting the circuit block. The potentials of vbp and vbn are not particularly limited. In order to operate the circuit block BLK at high speed, a low voltage (VDD or lower voltage) is used for vbp, and a high voltage (VSS or higher voltage) is used for vbn. May be applied. Furthermore, an optimum potential may be applied to the substrate terminals vbp and vbn according to the operation speed required for the circuit block BLK. In particular, if the potential is determined according to the process, temperature, and power supply voltage, process variations and temperature / power supply voltage fluctuations can be compensated.
なお、図12や図13では回路ブロックBLKの中の、インバータ回路の構成例を示しているが、これはCMOS論理回路の典型例として示したに過ぎず、種々の回路に対して適用できる。 Although FIG. 12 and FIG. 13 show configuration examples of the inverter circuit in the circuit block BLK, this is merely shown as a typical example of the CMOS logic circuit, and can be applied to various circuits.
<第4の実施の形態>
回路ブロックのレイアウトについて説明する。図14は、図12で示した回路ブロックBLKのレイアウト配置例を示している。RUSRは回路ブロックBLKを構成しているMOSトランジスタを配置する領域である。RPWR1、RPWR2、RPWR3、RPWR4、RPWR5、RPWR6、RPWR7、RPWR8で構成されるリング状の領域は、図12でいう電源線VDD、接地線VSS、仮想接地線VSSMなどの電源幹線が、比較的太い配線幅の配線で周回して配置されており、電源リングを形成している。これにより、回路ブロックを構成しているMOSトランジスタに供給される電源線、接地線、仮想接地線を低抵抗化している。
<Fourth embodiment>
A circuit block layout will be described. FIG. 14 shows a layout arrangement example of the circuit block BLK shown in FIG. RUSR is an area where MOS transistors constituting the circuit block BLK are arranged. In the ring-shaped area composed of RPWR1, RPWR2, RPWR3, RPWR4, RPWR5, RPWR6, RPWR7, and RPWR8, the power trunks such as the power line VDD, ground line VSS, and virtual ground line VSSM in FIG. 12 are relatively thick. The power supply ring is formed around the wiring having the wiring width. Thereby, the resistance of the power supply line, the ground line, and the virtual ground line supplied to the MOS transistors constituting the circuit block is reduced.
電源スイッチPSWは上記電源リングの四辺の領域(RPWR2、RPWR4、RPWR6、RPWR8)に配置することが望ましい。特に電源スイッチPSWは、領域RPWR4, RPWR8に配置することが望ましい。図15に示すように、回路ブロックを構成するスタンダードセルCELLに電源、接地を供給する電源線VDD105(M1)、仮想接地線VSSM105(M1)は、横方向に延伸している。そのため、領域RPWR4, RPWR8に電源スイッチPSWを配置することにより、配線抵抗の影響を小さくできる。一方、電源スイッチPSWを領域RPWR2, RPWR6に配置する場合には、領域RPWR4, RPWR8に配置される電源線VDD、接地線VSSの配線抵抗の影響が大きくなる。そのため、領域RPWR4, RPWR8に電源スイッチPSWを優先的に配置し、さらに電源スイッチPSWのオン抵抗の影響を減らしたい場合にさらに領域RPWR2, RPWR6にも電源スイッチPSWを配置することが望ましい。また、図12などに図示されている電源スイッチ制御回路PSCや、図13の基板バイアス制御回路VBCは、上記電源リングの四隅の領域(RPWR1、RPWR3、RPWR5、RPWR7)に配置することができる。回路ブロックが大きくなれば領域RUSRが大きくなり、これに応じて領域RPWR2, RPWR4, RPWR6, RPWR8も大きくなり、回路ブロックの規模の大きさに応じたゲート幅となるように電源スイッチPSWを配置できる。これに対して、領域RPWR1, RPWR3, RPWR5, RPWR7の大きさは回路ブロックの規模に影響を受けない。この意味からも、電源スイッチ制御回路PSCや図13の基板バイアス制御回路VBCを上記電源リングの四隅の領域に配置することが望ましい。 The power switch PSW is desirably disposed in the four side regions (RPWR2, RPWR4, RPWR6, RPWR8) of the power ring. In particular, the power switch PSW is preferably arranged in the regions RPWR4 and RPWR8. As shown in FIG. 15, the power supply line VDD105 (M1) and the virtual ground line VSSM105 (M1) for supplying power and ground to the standard cells CELL constituting the circuit block extend in the horizontal direction. Therefore, the influence of the wiring resistance can be reduced by arranging the power switch PSW in the regions RPWR4 and RPWR8. On the other hand, when the power switch PSW is arranged in the regions RPWR2 and RPWR6, the influence of the wiring resistances of the power supply line VDD and the ground line VSS arranged in the regions RPWR4 and RPWR8 increases. Therefore, when the power switch PSW is preferentially disposed in the regions RPWR4 and RPWR8, and it is desired to further reduce the influence of the on-resistance of the power switch PSW, it is desirable to dispose the power switch PSW also in the regions RPWR2 and RPWR6. Further, the power switch control circuit PSC shown in FIG. 12 and the like and the substrate bias control circuit VBC in FIG. 13 can be arranged in the four corner regions (RPWR1, RPWR3, RPWR5, RPWR7) of the power supply ring. As the circuit block becomes larger, the area RUSR becomes larger. Accordingly, the areas RPWR2, RPWR4, RPWR6, and RPWR8 also become larger, and the power switch PSW can be arranged so that the gate width corresponds to the size of the circuit block. . On the other hand, the sizes of the regions RPWR1, RPWR3, RPWR5, and RPWR7 are not affected by the scale of the circuit block. From this point of view, it is desirable to arrange the power switch control circuit PSC and the substrate bias control circuit VBC of FIG. 13 in the four corner regions of the power ring.
図15は、図14のR14の部分について、より具体的な電源線VDD、接地線VSS、仮想接地線VSSMのレイアウトを図示したものである。VDD100〜VDD110は電源線、VSS101〜VSS103およびVSS107〜VSS113は接地線、VSSM101〜VSSM107は仮想接地線を示している。SIG100は縦方向に電源リングを横断する配線を代表して一本だけ示したものであり、SIG101は横方向に電源リングを横断する配線を代表して一本だけ示したものである。図15で各記号の後の括弧内に記述しているM1〜M4の記号は、その配線を設置するために使用した配線層名を示している。複数記述されている場合には、それらの複数の配線層で配線されていることを示している。M4はM3よりも、M3はM2よりも、M2はM1よりも半導体基板から見て上層の配線層である。また、×印入りの四角印の記号は各配線層を接続するためのビア(VIA)を示している。RPWRで示している部分が電源リング領域であり、RUSRで示している部分が回路ブロックを構成しているMOSトランジスタを配置する領域である。 FIG. 15 illustrates a more specific layout of the power supply line VDD, the ground line VSS, and the virtual ground line VSSM for the portion R14 in FIG. VDD100 to VDD110 are power supply lines, VSS101 to VSS103 and VSS107 to VSS113 are ground lines, and VSSM101 to VSSM107 are virtual ground lines. SIG100 shows only one wiring representative of the wiring crossing the power supply ring in the vertical direction, and SIG101 shows only one wiring representative of the wiring crossing the power supply ring in the horizontal direction. The symbols M1 to M4 described in parentheses after each symbol in FIG. 15 indicate the names of the wiring layers used for installing the wiring. When a plurality of descriptions are described, it indicates that the wiring is performed by the plurality of wiring layers. M4 is an upper wiring layer as viewed from the semiconductor substrate than M3, M3 is higher than M2, and M2 is higher than M1. In addition, square symbols with X marks indicate vias (VIA) for connecting the wiring layers. A portion indicated by RPWR is a power supply ring region, and a portion indicated by RUSR is a region where MOS transistors constituting a circuit block are arranged.
電源リングは半導体基板より比較的上層の配線層M2乃至M4によって、VDD101〜VDD103、VSS101〜VSS103、VSSM101〜VSSM103、VSS111〜VSS113によって構成されている。半導体基板より比較的上層の配線層は下層の配線層と比較してピッチを広くすることができるために配線層厚さを厚くでき、シート抵抗を小さくできて低抵抗な配線が実現できる。電源リングにこのような低抵抗な配線を用いることで、電源リングを低抵抗に形成することができ、いわゆる電圧ドロップを小さく抑えることができる。 The power supply ring is composed of VDD101 to VDD103, VSS101 to VSS103, VSSM101 to VSSM103, and VSS111 to VSS113 by wiring layers M2 to M4 that are relatively higher than the semiconductor substrate. Since the wiring layer relatively higher than the semiconductor substrate can have a wider pitch than the lower wiring layer, the wiring layer thickness can be increased, the sheet resistance can be reduced, and a low resistance wiring can be realized. By using such a low-resistance wiring for the power supply ring, the power supply ring can be formed with a low resistance, and so-called voltage drop can be suppressed small.
図15では、上記電源リングを縦方向にシャントする縦方向電源幹線RPWRVを、VDD106およびVSSM106によって形成している。また、電源リングを横方向にシャントする横方向電源幹線RPWRHを、VDD107、VSS107、VSSM107によって形成している。これらにより、さらに電源リングを低抵抗化できる。ここでは縦方向電源幹線RPWRVの横方向の配置間隔および、横方向電源幹線RPWRHの縦方向の配置間隔は特に限定しないが、縦方向電源幹線RPWRVには比較的下層のM2配線層を用いているため、あまり多くの縦方向電源幹線RPWRVを配置すると、回路ブロックを構成しているMOSトランジスタの信号線配線のためのチャネルを少なくしてしまうことになる。したがって、例えば約100μmおきに配置するのが適当である。一方、横方向電源幹線RPWRHには比較的上層のM4配線層を用いているため上記信号線配線のためのチャネルを少なくすることは少ない。そのため、多くの数の横方向電源幹線RPWRHを配置できる。 In FIG. 15, a vertical power supply trunk line RPWRV that shunts the power supply ring in the vertical direction is formed by VDD 106 and VSSM 106. Further, a lateral power supply main line RPWRH that shunts the power supply ring in the lateral direction is formed by VDD 107, VSS 107, and VSSM 107. As a result, the resistance of the power supply ring can be further reduced. Here, the horizontal arrangement interval of the vertical power supply trunk line RPWRV and the vertical arrangement interval of the horizontal power supply trunk line RPWRH are not particularly limited, but a relatively lower M2 wiring layer is used for the vertical power supply trunk line RPWRV. Therefore, if too many vertical power supply main lines RPWRV are arranged, the number of channels for signal line wiring of the MOS transistors constituting the circuit block is reduced. Therefore, for example, it is appropriate to arrange them at intervals of about 100 μm. On the other hand, since the M4 wiring layer which is a relatively upper layer is used for the lateral power supply main line RPWRH, the number of channels for the signal line wiring is rarely reduced. Therefore, a large number of horizontal power supply trunks RPWRH can be arranged.
上記電源リングから回路ブロックを構成しているMOSトランジスタへの電源供給RCELLはM1配線層を用いて、VDD105およびVSSM105によって行っている。多くのスタンダートセルCELL100を並べて回路を構成する場合、全セルに電源が供給されるようにRCELLを縦方向にスタンダートセルの配置間隔で配置することになる。なお、回路ブロックを構成しているMOSトランジスタの信号線を配線するためのチャネルは、主にM1〜M3の配線層を用いる。同様な理由で、電源リングの四隅の領域には、電源線、接地線にはM4の配線層を用いてそれより下層の配線を用いていない。電源スイッチ制御回路PSCや基板バイアス制御回路VBCを設ける場合には、十分な数の配線層M1〜M3を用いて回路を構成する。これらの回路を設けない場合には、電源線、接地線のためにこれらの配線層を用いることができる。 The power supply RCELL from the power ring to the MOS transistors constituting the circuit block is performed by VDD 105 and VSSM 105 using the M1 wiring layer. When a circuit is configured by arranging many standard cells CELL100, RCELLs are arranged in the vertical direction at intervals of the standard cells so that power is supplied to all the cells. Note that the channels for wiring the signal lines of the MOS transistors constituting the circuit block mainly use the wiring layers M1 to M3. For the same reason, an M4 wiring layer is used for the power supply line and the grounding line in the four corner regions of the power supply ring, and no lower layer wiring is used. When the power switch control circuit PSC and the substrate bias control circuit VBC are provided, the circuit is configured using a sufficient number of wiring layers M1 to M3. When these circuits are not provided, these wiring layers can be used for power supply lines and ground lines.
電源リング外部から電源リングへの電源および接地の供給は、VDD109、VDD110、VSS109、VSS110によって行っている。それぞれM4配線層およびM1配線層を用いているため、回路ブロックとマイクロI/Oとの間の信号線の配線には、SIG100およびSIG101で示したようにM2配線層およびM3配線層を用いることができる。 Power supply and ground are supplied from the outside of the power supply ring to the power supply ring by VDD109, VDD110, VSS109, and VSS110. Since the M4 wiring layer and M1 wiring layer are used respectively, the M2 wiring layer and the M3 wiring layer should be used for the signal line wiring between the circuit block and the micro I / O as shown by SIG100 and SIG101. Can do.
簡単のために、VDD100とVDD103を電気的に接続するための配線VDD108は一本だけが図示されているが、実際にはある間隔で多数配置して低抵抗に接続するのが適当である。また、VDD108のごとくVDD100とVDD101を縦方向に直接電気的に接続する配線が図示されていないが、M2配線層を用いてVDD108と同様に配置することが望ましい。また、簡単のために、VSS103とVSS113を電気的に接続するための配線VSS108は一本だけが図示されているが、実際にはある間隔で多数配置して低抵抗に接続するのが適当である。また、VSS108のごとくVSS101とVSS111を縦方向に直接電気的に接続する配線が図示されていないが、M3配線層を用いてVSS108と同様に配置することが望ましい。 For simplicity, only one wiring VDD108 for electrically connecting VDD100 and VDD103 is shown in the figure, but it is actually appropriate to arrange a large number of wirings at a certain interval and connect them to a low resistance. Further, although wiring for directly electrically connecting VDD100 and VDD101 in the vertical direction as in VDD108 is not shown in the figure, it is desirable to arrange them in the same manner as VDD108 using an M2 wiring layer. For simplicity, only one wiring VSS108 for electrically connecting VSS103 and VSS113 is shown, but in practice it is appropriate to arrange a large number of wirings at a certain interval and connect them to a low resistance. is there. Further, although wiring for directly electrically connecting VSS 101 and VSS 111 in the vertical direction as in VSS 108 is not shown, it is desirable to arrange them in the same manner as VSS 108 using an M3 wiring layer.
上記レイアウトにより、配線層を効率良く使用して、スタンダートセルCELL100への低インピーダンスな電源供給が可能になる。なお、図15は配線層が4層ある場合の構成例であるが、より多くの配線層がある場合には、図15の構成図でさらにその配線層を用いて電源リングをさらに低抵抗に構成することができる。その配線層の具体的な使用方法は限定しないが、最上層の配線層(図15の場合M4)と最下層の配線層(図15の場合M1)を用いて電源リング外部から電源リングへの電源および接地の供給を行うのが適当である。これにより、回路ブロックとマイクロI/Oとの間の信号線配線のために、多くの配線層を効率良く用いることができる。また、横方向電源幹線RPWRHは最上位層の配線層(図15の場合M4)を用いて実現した方がよい。回路ブロックを構成しているMOSトランジスタの信号線を配線するためのチャネルを多く取れるためである。 With the above layout, it is possible to efficiently supply power to the standard cell CELL100 by using the wiring layer efficiently. FIG. 15 shows a configuration example in which there are four wiring layers. However, if there are more wiring layers, the power supply ring can be further reduced in resistance by using the wiring layers in the configuration diagram of FIG. Can be configured. Although the specific usage method of the wiring layer is not limited, the uppermost wiring layer (M4 in FIG. 15) and the lowermost wiring layer (M1 in FIG. 15) are used to connect the power supply ring from the outside to the power supply ring. It is appropriate to supply power and ground. Thereby, many wiring layers can be used efficiently for signal line wiring between the circuit block and the micro I / O. Further, the lateral power supply main line RPWRH is preferably realized by using the uppermost wiring layer (M4 in FIG. 15). This is because a large number of channels for wiring the signal lines of the MOS transistors constituting the circuit block can be obtained.
<第5の実施の形態>
図16は本発明のチップ断面図例を示している。PSUB100はP型基板、NW100、NW110はN型ウェル、PW100、PW110はP型ウェル、NISO100およびNISO110はNW100およびNW110よりも深い位置に生成した不純物層であり、いわゆる三重ウェル構造を構成するためのディープN型ウェルである。P100およびP101はP型拡散層であり、ゲート電極G100およびゲート絶縁膜T100とともにPMOSトランジスタMP100を構成している。P110およびP111もP型拡散層であり、ゲート電極G110およびゲート絶縁膜T110とともにPMOSトランジスタMP110を構成している。N100およびN101はN型拡散層であり、ゲート電極G101およびゲート絶縁膜T101とともにNMOSトランジスタMN100を構成している。N110およびN111もN型拡散層であり、ゲート電極G111およびゲート絶縁膜T111とともにNMOSトランジスタMN110を構成している。N102はN型拡散層であり、N型ウェルNW100に電位を供給するための、PMOSトランジスタPMOS100の基板端子である。P102はP型拡散層であり、P型ウェルPW100に電位を供給するための、NMOSトランジスタNMOS100の基板端子である。N112はN型拡散層であり、N型ウェルNW110に電位を供給するための、PMOSトランジスタPMOS110の基板端子である。P112はP型拡散層であり、P型ウェルPW110に電位を供給するための、NMOSトランジスタNMOS110の基板端子である。S100はP型拡散層であり、PSUB100に電位をここから供給する。
<Fifth embodiment>
FIG. 16 shows an example of a chip cross-sectional view of the present invention. PSUB100 is a P-type substrate, NW100 and NW110 are N-type wells, PW100 and PW110 are P-type wells, and NISO100 and NISO110 are impurity layers generated deeper than NW100 and NW110. Deep N type well. P100 and P101 are P-type diffusion layers, and together with the gate electrode G100 and the gate insulating film T100, constitute a PMOS transistor MP100. P110 and P111 are also P-type diffusion layers, and constitute a PMOS transistor MP110 together with the gate electrode G110 and the gate insulating film T110. N100 and N101 are N-type diffusion layers, and together with the gate electrode G101 and the gate insulating film T101, constitute an NMOS transistor MN100. N110 and N111 are also N-type diffusion layers, and constitute the NMOS transistor MN110 together with the gate electrode G111 and the gate insulating film T111. N102 is an N-type diffusion layer and is a substrate terminal of the PMOS transistor PMOS100 for supplying a potential to the N-type well NW100. P102 is a P-type diffusion layer and is a substrate terminal of the NMOS transistor NMOS100 for supplying a potential to the P-type well PW100. N112 is an N-type diffusion layer and is a substrate terminal of the PMOS transistor PMOS110 for supplying a potential to the N-type well NW110. P112 is a P-type diffusion layer and is a substrate terminal of the NMOS transistor NMOS110 for supplying a potential to the P-type well PW110. S100 is a P-type diffusion layer, and supplies a potential to the
このような三重ウェル構造を用いることにより、各回路ブロックの電源の電位と接地の電位を独立して設定できる。例えば図4の構成例の回路ブロックBLKAはディープN型ウェルNISO100上に、MOSトランジスタMP100、MN100のように構成でき、回路ブロックBLKBはディープN型ウェルNISO110上に、MOSトランジスタMP110、MN110のように構成できる。各回路ブロックで独立してMOSトランジスタの基板電位を設定できることから、図13R>3の構成例が実現できる。 By using such a triple well structure, the power supply potential and the ground potential of each circuit block can be set independently. For example, the circuit block BLKA in the configuration example of FIG. 4 can be configured as the MOS transistors MP100 and MN100 on the deep N type well NISO100, and the circuit block BLKB can be configured as the MOS transistors MP110 and MN110 on the deep N type well NISO110. Can be configured. Since the substrate potential of the MOS transistor can be set independently in each circuit block, the configuration example of FIG. 13R> 3 can be realized.
図17は図4の構成例のレイアウト例を示している。ここでは簡単のため、図16のディープN型ウェルのレイアウトだけを図示している。NISOBLKAは回路ブロックBLKAのディープN型ウェル、NISOBLKBは回路ブロックBLKBのディープN型ウェル、NISOMIOA1〜NISOMIOA3はマイクロI/O前段回路MIOAのディープN型ウェル、NISOMIOB1〜NISOMIOB3はマイクロI/O後段回路MIOBのディープN型ウェルを示している。ディープN型ウェルNISOBLKAはディープN型ウェルNISOMIOA1〜NISOMIOA3と同じ電位(VDDA)であるために接続して形成してもよい。ディープN型ウェルNISOBLKBはディープN型ウェルNISOMIOB1〜NISOMIOB3と同じ電位(VDDB)であるために接続して形成してもよい。また、ディープN型ウェルNISOMIOA1〜NISOMIOA3とディープN型ウェルNISOMIOB1〜NISOMIOB3の間に、図16のP型拡散層S100を設けてもよい。回路ブロックBLKAと回路ブロックBLKBで発生したノイズがお互い干渉し合うのを低減することができる。 FIG. 17 shows a layout example of the configuration example of FIG. Here, for the sake of simplicity, only the layout of the deep N-type well of FIG. 16 is shown. NISOBLKA is deep N type well of circuit block BLKA, NISOBLKB is deep N type well of circuit block BLKB, NISOMIOA1 to NISOMIOA3 are deep N type wells of micro I / O pre-stage circuit MIOA, and NISOMIOB1 to NISOMIOB3 are micro I / O post stage circuits MIOB Shows a deep N-type well. The deep N-type well NISOBLKA has the same potential (VDDA) as the deep N-type wells NISOMIOA1 to NISOMIOA3 and may be connected to each other. Since the deep N type well NISOBLKB has the same potential (VDDB) as the deep N type wells NISOMIOB1 to NISOMIOB3, they may be connected to each other. Further, the P-type diffusion layer S100 of FIG. 16 may be provided between the deep N-type wells NISOMIOA1 to NISOMIOA3 and the deep N-type wells NISOMIOB1 to NISOMIOB3. It is possible to reduce the noise generated in the circuit block BLKA and the circuit block BLKB from interfering with each other.
<第6の実施の形態>
回路ブロックのテスト容易化手法の一つとして、本発明のマイクロI/Oにスキャン機能を付加した場合の構成例を図18に示す。図18で、BLKAは送信側の回路ブロック、BLKBは受信側の回路ブロック、MIOb1からMIObnはそれぞれ1ビット分のマイクロI/Oを示している。LA1からLAnはマイクロI/Oへの入力信号であり、LB1からLBnはマイクロI/Oからの出力信号である。ここでは簡単のために、図8で図示したようなcr、cs、eなどの制御信号と電源関係の接続は省略している。si0がスキャンデータの入力であり、si1、si2、sinの順番にそのデータがシフトしていく。
<Sixth Embodiment>
As one of the circuit block test facilitating methods, FIG. 18 shows a configuration example when a scan function is added to the micro I / O of the present invention. In FIG. 18, BLKA is a circuit block on the transmission side, BLKB is a circuit block on the reception side, and MIOb1 to MIObn each indicate a micro I / O for one bit. LA1 to LAn are input signals to the micro I / O, and LB1 to LBn are output signals from the micro I / O. Here, for simplicity, control signals such as cr, cs, and e as shown in FIG. 8 and power-related connections are omitted. si0 is the input of scan data, and the data shifts in the order of si1, si2, and sin.
一般のフリップフロップ(FF)のスキャンは、フリップフロップの内部状態をチップ外部から強制的に設定する場合に用いられる。ここでは、マイクロI/Oへの入力(LA1〜LAn)を無視して、強制的にsi0からの入力データでマイクロI/Oの出力(LB1〜LBn)を設定する。具体的なマイクロI/Oの構成例は省略するが、例えばマイクロI/O内にフリップフロップを設け、複数のマイクロI/Oでシフトレジスタを形成することで実現できる。また、このスキャンパスを用いることにより、マイクロI/Oへの入力(LA1〜LAn)の値を、LAnからLA1の順番でsinに出力できる。以上のようにマイクロI/Oにスキャン機能を付加することにより、回路ブロックの機能検証を容易に短時間に実行することができる。 A general flip-flop (FF) scan is used to forcibly set the internal state of the flip-flop from the outside of the chip. Here, the input (LA1 to LAn) to the micro I / O is ignored, and the micro I / O output (LB1 to LBn) is forcibly set by the input data from si0. Although a specific configuration example of the micro I / O is omitted, for example, it can be realized by providing a flip-flop in the micro I / O and forming a shift register with a plurality of micro I / Os. Also, by using this scan path, the values of the inputs (LA1 to LAn) to the micro I / O can be output to sin in the order of LAn to LA1. As described above, by adding the scan function to the micro I / O, the function verification of the circuit block can be easily executed in a short time.
以上、本発明者によりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば回路の具体的構造やレイアウト構造は、種々の実施形態を取ることができる。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the specific structure and layout structure of the circuit can take various embodiments.
BLK1、BLK2、BLKA、BLKB、BLK……回路ブロック
MIO1、MIO2、MIO3、MIO4、MIO、MIOb1、MIOb2、MIObn……マイクロI/O
IOB1、IOB2、IOB3……I/Oバッファ
MIOB1、MIOB2……ミニI/Oバッファ
CHP1、CHP2、CHP3……チップ
MDL1、MDL2……モジュール
L11、L12、L13、L21、L22、L23、L24、L31、L32、L33、L41、L42、L43、LA、LB、d……信号線群
VDDA、VDDB、VDD……電源
VSSA、VSSB、VSS……接地
MIOA……マイクロI/O前段回路
MIOB……マイクロI/O後段回路
d1、d2、e、cr、cs、/d2……信号線
PSCA、PSCB、PSC……電源スイッチ制御回路
ctla、ctlb……電源スイッチ制御回路のインターフェース信号群
PSWA、PSWB、PSW……電源スイッチ
VSSMA、VSSMB、VSSM……仮想接地線
NAND1……NAND回路
INV1、INV2……インバータ回路
AND1……AND回路
LC1……レベル変換回路
MN1、MN2、MN100……NMOSトランジスタ
MP1、MP2、MP100……NMOSトランジスタ
req……要求線
ack……応答線線
vbp……PMOSトランジスタの基板端子
vbn……NMOSトランジスタの基板端子
VBC……基板バイアス制御回路
RPWR1、RPWR2、RPWR3、RPWR4、RPWR5、RPWR6、RPWR7、RPWR8……電源リングを形成している領域
RUSR……回路ブロックを構成しているMOSトランジスタを配置する領域
VDD100、VDD101、VDD102、VDD103、VDD104、VDD105、VDD106、VDD107、VDD108、VDD109、VDD110……電源線
VSS100、VSS101、VSS102、VSS103、VSS104、VSS105、VSS106、VSS107、VSS108、VSS109、VSS110、VSS111、VSS113……接地線
VSSM100、VSSM101、VSSM102、VSSM103、VSSM104、VSSM105、VSSM106、VSSM107……仮想接地線
SIG100、SIG101……信号線
RPWRV……縦方向電源幹線
RPWRH……横方向電源幹線
CELL100……スタンダートセル。
BLK1, BLK2, BLKA, BLKB, BLK …… Circuit block
MIO1, MIO2, MIO3, MIO4, MIO, MIOb1, MIOb2, MIObn …… Micro I / O
IOB1, IOB2, IOB3 …… I / O buffer
MIOB1, MIOB2 …… Mini I / O buffer
CHP1, CHP2, CHP3 …… Chip
MDL1, MDL2 …… Module
L11, L12, L13, L21, L22, L23, L24, L31, L32, L33, L41, L42, L43, LA, LB, d ... Signal line group
VDDA, VDDB, VDD …… Power supply
VSSA, VSSB, VSS …… Ground
MIOA …… Micro I / O pre-stage circuit
MIOB …… Micro I / O latter circuit
d1, d2, e, cr, cs, / d2 …… Signal line
PSCA, PSCB, PSC …… Power switch control circuit
ctla, ctlb: Interface signals for power switch control circuit
PSWA, PSWB, PSW …… Power switch
VSSMA, VSSMB, VSSM …… Virtual ground wire
NAND1 …… NAND circuit
INV1, INV2 …… Inverter circuit
AND1 …… AND circuit
LC1 …… Level conversion circuit
MN1, MN2, MN100 …… NMOS transistors
MP1, MP2, MP100 …… NMOS transistors
req …… Request line
ack …… Response line
vbp …… PMOS transistor substrate terminal
vbn …… NMOS transistor substrate terminal
VBC …… Substrate bias control circuit
RPWR1, RPWR2, RPWR3, RPWR4, RPWR5, RPWR6, RPWR7, RPWR8 ... Area that forms the power ring
RUSR: Area where MOS transistors that make up the circuit block are placed
VDD100, VDD101, VDD102, VDD103, VDD104, VDD105, VDD106, VDD107, VDD108, VDD109, VDD110 …… Power supply line
VSS100, VSS101, VSS102, VSS103, VSS104, VSS105, VSS106, VSS107, VSS108, VSS109, VSS110, VSS111, VSS113 …… Ground line
VSSM100, VSSM101, VSSM102, VSSM103, VSSM104, VSSM105, VSSM106, VSSM107 …… Virtual ground line
SIG100, SIG101 …… Signal line
RPWRV …… Vertical power supply trunk
RPWRH: Horizontal power supply trunk
CELL100 …… Standard cell.
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