JP4408513B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は信号レベルの変換を行なう多電源半導体装置に関し、特に、信号レベルの変換を低消費電力、かつ小さなハードウェア量で実現する多電源半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の信号レベル変換方法が適用された多電源半導体装置を示すブロック図である。図において、1はSDRAMコア、2はそのパワーサプライ、3は電源変換回路、4はロジック回路、5はSDRAMテスト回路、6はレベルシフタ、7は入出力回路、8は入出力レベル変換回路である。
【0003】
なお、上記多電源半導体装置における各半導体回路は、ゲート酸化膜の厚さの違いによって耐圧が異なるトランジスタで構成されている。図3に示す例によれば、SDRAMコア1には電圧が3.0Vの電源と、電源変換回路3で変換された2.5Vの電源とが供給されているため、ゲート酸化膜厚Toxが57Åで耐圧が2.7Vのトランジスタと、ゲート酸化膜厚Toxが75Åで耐圧が4.0Vのトランジスタの2種類が用いられている。また、ロジック回路4、SDRAMテスト回路5、レベルシフタ6には1.3Vの電源のみ、もしくはそれと電源変換回路3で変換された2.5Vの電源とが供給されているため、ゲート酸化膜厚Toxが57Åで耐圧が2.7Vのトランジスタが用いられている。
【0004】
次に動作について説明する。
通常のリード動作を行う場合、外部からの入力信号は入出力回路7より入力され、入出力レベル変換回路8に送られて、その信号レベルが3.0Vから1.3Vに変換される。信号レベルが1.3Vに変換された信号は、1.3Vの電源が供給されているロジック回路4で処理されて、処理結果がレベルシフタ6に出力される。従って、このロジック回路4からレベルシフタ6に送られる信号の信号レベルは1.3Vである。レベルシフタ6には1.3Vの電源とともに、電源変換回路3で3.0Vより変換された2.5Vの電源が供給されており、このレベルシフタ6は入力された信号の信号レベルを1.3Vから2.5Vにレベル変換してSDRAMコア1に送る。
【0005】
SDRAMコア1ではレベルシフタ6より受け取った、信号レベルが2.5Vの信号に基づいてアクセス動作が実行され、指定されたアドレスよりデータが読み出される。なお、この読み出されたデータの信号レベルは2.5Vである。この読み出されたデータの信号はレベルシフタ6に送られてその信号レベルが2.5Vから1.3Vにレベル変換され、ロジック回路4に入力される。この信号レベルが1.3Vの信号はロジック回路4で処理されて入出力レベル変換回路8に送られる。なお、このロジック回路4から入出力レベル変換回路8に送られる信号の信号レベルは1.3Vである。入出力レベル変換回路8では入力された信号の信号レベルを1.3Vから3.0Vに変換して入出力回路7に送り、入出力回路7はそれを外部に出力する。
【0006】
以上、通常時において、外部からの信号によりSDRAMコア1のリード動作を行う場合について説明したが、外部からの信号によるSDRAMコア1へのライト動作についても全く同様である。
【0007】
また、SDRAMテストモードにおいても、上記通常時と同様の動作によってSDRAMコア1のテストが行われる。すなわち、入出力レベル変換回路8にて1.3Vにレベル変換されたテスト信号は、ロジック回路4内のSDRAMテスト回路5で処理され、レベルシフタ6に送られる。レベルシフタ6では受け取ったテスト信号の信号レベルを1.3Vから2.5Vにレベル変換してSDRAMコア1に送る。このテスト信号に対するSDRAMコア1からの応答信号はレベルシフタ6に送られて、その信号レベルが2.5Vから1.3Vに変換される。この1.3Vにレベル変換された応答信号はSDRAMテスト回路5にて処理され、入出力レベル変換回路8にてその信号レベルが3.0Vにレベル変換されて入出力回路7より出力される。これにより、SDRAMコア1の正常性が検証される。
【0008】
この図3においては、通常のリード・ライト時における信号の流れを細線によって、SDRAMテストモードにおける信号の流れを太線によってそれぞれ示している。
【0009】
なお、このような従来の信号レベル変換方法に関連する記載のある文献としては、例えば特開昭59−139725号公報、特開平9−148913号公報などがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信号レベル変換方法は以上のように行われているので、SDRAMテスト回路5を含むロジック回路4と、SDRAMコア1との間の全信号に対して、レベルシフタ6によるレベル変換が必要となり、ハードウェア量が大きなものになるとともに、電源変換回路3は2.5V電源をSDRAMコア1に供給するだけでなく、レベルシフタ6にも供給する必要があるため、SDRAMコア1以外のロジック部の電力消費も考慮する必要があり、大きな電流供給能力が要求されて、ハードウェア量が大きくなり、さらに、消費電力も増大するなどの課題があった。
【0011】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号レベル変換を、消費電力が少なく、小さなハードウェア量で実現することのできる多電源半導体装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、第1の電圧が供給され、信号レベルが第1の電圧である信号が入出力される第1の半導体回路と、第1の電圧よりも低い第2の電圧が外部から供給され、信号レベルが第2の電圧である信号が入出力される第2の半導体回路と、外部から供給される第3の電圧を第3の電圧よりも低い第1の電圧に変換して第1の半導体回路に供給する電源変換回路と、第3の電圧が供給され、第2の半導体回路が出力する信号の信号レベルを第3の電圧に変換するレベルシフタと、レベルシフタによって信号レベルが第3の電圧にレベル変換された信号を、第1の電圧にレベル変換した後、第1の半導体回路に入力する第1のゲート受け回路とを備える。
この発明に係る半導体装置は、レベルシフタを介して第1の半導体回路の出力する信号を受け、信号レベルが第2の電圧である信号にレベル変換して第2の半導体回路に入力する第2のゲート受け回路をさらに備える。
【0013】
この発明に係る半導体装置において、第2の半導体回路は、第1の半導体回路の正常性を検証するために、信号レベルが第1の電圧である信号を出力するテスト回路を有し、第1の半導体回路は、テスト回路の出力する信号をレベルシフタでレベル変換せずにそのままの信号レベルで受ける。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による信号レベル変換を行なう多電源半導体装置を示すブロック図である。図において、11は信号レベルが第1の電圧(2.5V)の信号が入出力される第1の半導体回路であり、ここでは、蓄積したデータのリード・ライトが行われるSDRAMコアが例示されている。12はこのSDRAMコア11内に配置されて、外部より受けた3.0Vの電源をSDRAMコア11内に供給するパワーサプライである。13は外部からの3.0Vの電源を2.5Vの電源に変換して、上記SDRAMコア11にのみ供給する電源変換回路である。
【0015】
また、14は信号レベルが上記第1の電圧である2.5Vよりも低い第2の電圧(1.3V)の信号が入出力される第2の半導体回路であり、ここでは、SDRAMコア11のリード・ライト制御を行うロジック回路が例示されている。15はこのロジック回路14内に配置されて、第1の半導体回路の正常性をテストするテスト回路で、ここではSDRAMコア11のテストを行うSDRAMテスト回路が例示されており、テスト用の信号は2.5Vの信号レベルで入出力されている。16はロジック回路14からSDRAMコア11に送られる信号の信号レベルを、第2の電圧(1.3V)から第1の電圧(2.5V)よりも高い第3の電圧(3.0V)にレベル変換するレベルシフタであり、SDRAMテスト回路15からの信号についてはレベル変換を行わず、2.5Vの信号レベルのままSDRAMコア11に入力する。
【0016】
171はレベルシフタ16によってレベル変換された3.0Vの信号がゲート入力され、その信号レベルを2.5Vに変換してSDRAMコア11の入力とするゲート受け回路としてのインバータであり、172はSDRAMコア11より出力された2.5Vの信号がレベルシフタ16を経由せずに直接ゲート入力され、その信号レベルを1.3Vに変換してロジック回路14の入力とするゲート受け回路としてのインバータである。また、173はレベル変換を受けずにレベルシフタ16より出力された、SDRAMテスト回路15からの2.5Vの信号がゲート入力され、そのままの信号レベルでSDRAMコア11の入力とするゲート受け回路としてのインバータであり、174はSDRAMコア11より出力された2.5Vの信号がレベルシフタ16を経由せずに直接ゲート入力され、そのままの信号レベルでSDRAMテスト回路15の入力とするゲート受け回路としてのインバータである。なお、ここでは、これらゲート受け回路171〜174として、インバータを用いたものを例示したが、NAND回路、NOR回路などの、入力をゲートで受ける回路であれば他の回路であってもよい。
【0017】
7は外部からの信号の入出力を制御する、図3に同一符号を付して示したものと同等の入出力回路であり、18はこの入出力回路7にて入出力される信号のレベル変換を行う入出力レベル変換回路である。なお、この入出力レベル変換回路18は、通常のリード・ライト動作時の信号についてはその信号レベルを3.0Vと1.3Vとでレベル変換しているが、SDRAMテストモードの信号についてはレベル変換を行わず、入力された2.5Vの信号をそのまま2.5Vで出力している。
【0018】
この図1に示す実施の形態1の多電源半導体装置によれば、SDRAMコア11には、外部からの3.0Vの電源と、それを電源変換回路13にて変換された2.5Vの電源とが供給され、レベルシフタ16には、外部からの1.3Vの電源と、3.0Vの電源とが供給されているので、それぞれゲート酸化膜厚Toxが57Åで耐圧が2.7Vのトランジスタと、ゲート酸化膜厚Toxが75Åで耐圧が4.0Vのトランジスタの2種類が用いられている。また、ロジック回路14とSDRAMテスト回路15には、1.3Vの電源のみが供給されているため、ゲート酸化膜厚Toxが57Åで耐圧が2.7Vのトランジスタが用いられている。
【0019】
なお、この実施の形態1においても、図1に示すように、通常のリード・ライト時の信号の流れを細線で、SDRAMテストモードにおける信号の流れを太線でそれぞれ示している。
【0020】
次に動作について説明する。
通常のリード動作では、従来の場合と同様に、外部からの入力信号は細線で示すように、入出力回路7より入力されて入出力レベル変換回路18に送られ、その信号レベルが3.0Vから1.3Vに変換される。この1.3Vにレベル変換された信号は、1.3Vの電源が供給されているロジック回路14に入力されて処理され、処理結果がレベルシフタ16に出力される。従って、このロジック回路14からレベルシフタ16に送られる信号の信号レベルは1.3Vである。このレベルシフタ16には1.3Vの電源と3.0Vの電源が供給されており、入力された信号の信号レベルを1.3Vから3.0Vにレベル変換する。
【0021】
ここで、これらレベルシフタ16および入出力レベル変換回路18で用いられる信号レベルの変換回路の一例を図2に示す。なお、同図(a)は1.3Vから3.0Vへの変換回路を示す回路図であり、同図(b)は3.0Vから1.3Vへの変換回路を示す回路図である。
【0022】
この図2(a)に示す変換回路では、入力端子INの電圧が1.3VになるとトランジスタTr1がON、Tr2がOFF、Tr3がOFF、Tr4がONとなって、出力端子OUTの電圧は3.0Vになる。また入力端子INの電圧が0VになるとトランジスタTr1がOFF、Tr2がON、Tr3がON、Tr4がOFFとなって、出力端子OUTの電圧は0Vになる。このようにして、信号レベルが1.3Vから3.0Vにレベル変換される。また、図2(b)に示す変換回路も同様に、入力端子INの電圧が3.0VになるとトランジスタTr1がON、Tr2がOFF、Tr3がOFF、Tr4がONとなって、出力端子OUTの電圧は1.3Vになる。また入力端子INの電圧が0VになるとトランジスタTr1がOFF、Tr2がON、Tr3がON、Tr4がOFFとなって、出力端子OUTの電圧は0Vになる。このようにして、信号レベルが3.0Vから1.3Vにレベル変換される。
【0023】
このレベルシフタ16によってレベル変換された3.0Vの信号は、ゲート酸化膜厚Toxが75Åのインバータ171にゲート入力され、その信号レベルが2.5Vに変換されてSDRAMコア11のアクセス入力となる。SDRAMコア11ではインバータ171にてレベル変換された、信号レベルが2.5Vの信号に基づいてアクセス動作が実行され、指定されたアドレスよりデータが読み出される。なお、この読み出されたデータの信号レベルは2.5Vである。
【0024】
このSDRAMコア11より読み出されたデータの信号は、レベルシフタ16を経由せずに直接ロジック回路14に送られて、ゲート酸化膜厚Toxが57Åのインバータ172に入力される。インバータ172では受け取った信号の信号レベルを2.5Vから1.3Vにレベル変換して、ロジック回路14の入力とする。この信号レベルが1.3Vの信号はロジック回路14で処理されて入出力レベル変換回路18に送られる。このロジック回路14から入出力レベル変換回路18に送られる信号の信号レベルは1.3Vである。入出力レベル変換回路18では、入力された信号の信号レベルを1.3Vから3.0Vに変換して入出力回路7に送り、入出力回路7はそれを外部に出力する。
【0025】
以上、通常時において、外部からの信号によりSDRAMコア11のリード動作を行う場合について説明したが、外部からの信号によりSDRAMコア11へのライト動作についても全く同様である。
【0026】
ここで、このように構成された多電源半導体装置では、レベルシフタ16に大電流が流れ、それによってノイズや誤動作が発生することがあり、SDRAMコア11の正常性を正確にテストできなくなることもある。そのような場合、SDRAMテストモードではなく、通常のリード・ライトの動作モードにおいても、当該多電源半導体装置全体の動作に問題が生ずることがある。この場合、図3に示す構成の多電源半導体装置における従来の信号レベル変換方法では、問題がレベルシフタ16にあるのか、SDRAMコア11にあるのかを区別することが困難となる。
【0027】
多電源半導体装置では、レベルシフタ16を含んだ装置全体として問題なく動作する必要がある。そのため、SDRAMテストモードにおいては、上述のようなことを避け、SDRAMコア11のみをテストして、SDRAMコア11に問題がないことだけを判定し、問題がどのブロックにあるのかを判断しやすくする必要がある。そのため、SDRAMテストモードにおいては、レベルシフタ16および入出力レベル変換回路18を、2.5Vで動作する単なるバッファとして使用してテストを行っている。
【0028】
以下に、そのようなSDRAMテストモードの動作について説明する。
このSDRAMテストモードにおいて、入出力レベル変換回路18はロジック回路14のSDRAMテスト回路15との間で授受する、通常時において、信号レベルが1.3Vであった信号の信号レベルを2.5Vとし、入出力回路7との間で授受する、通常時において、信号レベルが3.0Vであった信号の信号レベルを2.5Vにすることによって、単なるバッファとして動作している。また、レベルシフタ16も同様に単なるバッファとして動作し、SDRAMテスト回路15より出力される信号レベルが2.5Vの信号を、レベル変換を行わずにそのまま2.5Vの信号レベルでSDRAMコア11に送出している。
【0029】
図1に太線で示した、SDRAMコア11をテストするための信号は、入出力回路7から2.5Vの信号レベルで入出力レベル変換回路18に入力される。入出力レベル変換回路18はバッファとして動作して、レベル変換を行わずに2.5Vの信号レベルのまま、ロジック回路14内のSDRAMテスト回路15に送られる。SDRAMテスト回路15では受け取った信号を処理して、信号レベルが2.5Vのテスト信号を発生し、それをレベルシフタ16に入力する。レベルシフタ16もバッファとして動作し、この入力されたテスト信号を、レベル変換を行わずに2.5Vの信号レベルのまま出力する。このレベルシフタ16の出力する信号レベルが2.5Vのテスト信号は、ゲート酸化膜厚Toxが75Åのインバータ173にゲート入力され、そのままの信号レベルでSDRAMコア11に送られ、そのアクセス入力となる。
【0030】
SDRAMコア11ではインバータ173からの信号レベルが2.5Vのテスト信号に基づいてアクセス動作が実行され、指定されたアドレスよりデータが読み出される。なお、この読み出されたデータの信号レベルは2.5Vである。このSDRAMコア11から読み出されたデータの信号は、レベルシフタ16を経由せずに直接ロジック回路14に送られて、ゲート酸化膜厚Toxが57Åのインバータ174に入力される。このインバータ174で受け取られた信号レベルが2.5Vの信号がSDRAMテスト回路15の入力となる。この信号レベルが2.5Vの信号はロジック回路14のSDRAMテスト回路15で処理され、処理結果が入出力レベル変換回路18に送られる。入出力レベル変換回路18は単なるバッファとして動作し、受け取った信号を2.5Vの信号レベルのまま入出力回路7に送り、入出力回路7はそれを外部に出力する。これにより、SDRAMコア11の正常性が検証される。
【0031】
以上、SDRAMコア11のリード動作におけるSDRAMコア11のテストについて説明したが、SDRAMコア11へのライト動作におけるSDRAMコア11のテストについても全く同様である。
【0032】
このように、この実施の形態1によれば、SDRAMテスト回路15を含むロジック回路14と、SDRAMコア11との間で授受される全ての信号に対して、信号レベルのレベル変換を行う必要がなくなるとともに、電源変換回路13は2.5Vの電源をSDRAMコア11にのみ供給すればよくなるので、ハードウェア量を削減することができ、かつ消費電力も小さな信号レベル変換方法が実現可能となり、また、SDRAMテストモードにおいて、レベルシフタ16、および入出力レベル変換回路18を単なるバッファとして動作させることができるため、これらレベルシフタ16や入出力レベル変換回路18の影響をなくして、SDRAMコア11の正常性のみをテストすることが可能となるなどの効果が得られる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る半導体装置は、第1の電圧が供給され、信号レベルが第1の電圧である信号を入出力する第1の半導体回路と、第1の電圧よりも低い第2の電圧が外部から供給され、信号レベルが第2の電圧である信号を入出力する第2の半導体回路と、外部から供給される第3の電圧を第3の電圧よりも低い第1の電圧に変換して第1の半導体回路に供給する電源変換回路と、第3の電圧が供給され、第2の半導体回路が出力する信号の信号レベルを第3の電圧に変換するレベルシフタと、レベルシフタによって信号レベルが第3の電圧にレベル変換された信号を、第1の電圧に変換した後、第1の半導体回路に入力する第1のゲート受け回路とによって構成される。この発明に係る半導体装置は、さらに、レベルシフタを介して第1の半導体回路の出力する信号を受け、信号レベルが第2の電圧である信号にレベル変換して第2の半導体回路に入力する第2のゲート受け回路を備える。したがって、第2の半導体回路と第1の半導体回路との間の全信号に対してレベル変換を行う必要がなくなるとともに、電源変換回路からは第1の半導体回路に対してのみ、変換した電源を供給すればよいので、ハードウェア量を削減でき、かつ消費電力も少ない信号レベル変換を行なう多電源半導体装置が得られるという効果がある。
【0034】
この発明に係る半導体装置によれば、第2の半導体回路は、第1の半導体回路の正常性を検証するために、信号レベルが第1の電圧である信号を出力するテスト回路を有し、第1の半導体回路は、テスト回路の出力する信号をレベル変換せずにそのままの信号レベルで受けるように構成したので、レベルシフタの影響をなくし、それを時に単なるバッファとして動作させることが可能となって、第1の半導体回路のテストのみが行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による信号レベル変換を行なう多電源半導体装置を示すブロック図である。
【図2】 実施の形態1の信号レベル変換を行なう多電源半導体装置で用いられる変換回路を示す回路図である。
【図3】 従来の信号レベル変換方法が適用される多電源半導体装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
7 入出力回路、11 SDRAMコア(第1の半導体回路)、12 パワーサプライ、13 電源変換回路、14 ロジック回路(第2の半導体回路)、15 SDRAMテスト回路(テスト回路)、16 レベルシフタ、171〜174 インバータ(ゲート受け回路)、18 入出力レベル変換回路。
Claims (3)
- 第1の電圧が供給され、信号レベルが前記第1の電圧である信号が入出力される第1の半導体回路と、
前記第1の電圧よりも低い第2の電圧が外部から供給され、信号レベルが前記第2の電圧である信号が入出力される第2の半導体回路と、
外部から供給される第3の電圧を前記第3の電圧よりも低い前記第1の電圧に変換して前記第1の半導体回路に供給する電源変換回路と、
前記第3の電圧が供給され、前記第2の半導体回路の出力する信号の信号レベルを、前記第3の電圧にレベル変換するレベルシフタと、
前記レベルシフタによって信号レベルが前記第3の電圧にレベル変換された信号を、前記第1の電圧にレベル変換して前記第1の半導体回路に入力する第1のゲート受け回路とを備える、半導体装置。 - 前記半導体装置は、前記レベルシフタを介して前記第1の半導体回路の出力する信号を受け、信号レベルが前記第2の電圧である信号にレベル変換して前記第2の半導体回路に入力する第2のゲート受け回路をさらに備える、請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体回路は、前記第1の半導体回路の正常性を検証するために、信号レベルが前記第1の電圧である信号を出力するテスト回路を有し、
前記第1の半導体回路は、前記テスト回路の出力する信号をレベルシフタを介して、その信号の信号レベルを前記第1の電圧のまま受ける、請求項1記載の半導体装置。
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