JP4723278B2 - Semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit system - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路装置および半導体集積回路システムの高速動作化に関する。 The present invention relates to high-speed operation of a semiconductor integrated circuit device and a semiconductor integrated circuit system.
近年、半導体集積回路装置および半導体集積回路システムは、搭載されるトランジスタ等の半導体素子の微細化に伴って高集積化および低消費電力化が図られている。ところが、高集積化および低消費電力化が進むに従って、半導体集積回路における貫通電流(リーク電流)がシステムの消費電力の大きなウエイトを占めるようになってきている。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuit devices and semiconductor integrated circuit systems have been highly integrated and reduced in power consumption with the miniaturization of mounted semiconductor elements such as transistors. However, as high integration and low power consumption progress, a through current (leakage current) in a semiconductor integrated circuit occupies a large weight of system power consumption.
そこで、貫通電流を削減するために、トランジスタのスイッチングのタイミングを変更する手法が、例えば下記特許文献1に開示されている。
上記従来の手法では、設計段階で、スイッチングのタイミングを設定する。このため、スイッチングのタイミングを設定する際に、マージンを予め見積もっておく。しかしながら、このマージンが大き過ぎることによって動作速度が低下するおそれがある。 In the conventional method, switching timing is set at the design stage. For this reason, when setting the switching timing, the margin is estimated in advance. However, if the margin is too large, the operation speed may be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、動作速度が速い半導体集積回路装置および半導体集積回路システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor integrated circuit device and a semiconductor integrated circuit system that have a high operation speed.
本発明の半導体集積回路装置は、トランジスタのスイッチングの際の貫通電流をモニタリングする対象となるサンプル回路と、上記サンプル回路のスイッチングのための出力信号を出力するノンオーバーラップ回路と、上記サンプル回路のスイッチングの際の貫通電流を検知する電流検知回路と、上記貫通電流の基準電流値が設定されており、上記電流検出回路で検知された電流値と上記基準電流値とを比較し、比較結果を上記ノンオーバーラップ回路へ出力する電流比較回路とを備える。 A semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a sample circuit for monitoring a through current at the time of transistor switching, a non-overlap circuit for outputting an output signal for switching the sample circuit, A current detection circuit that detects a through current at the time of switching and a reference current value of the through current are set. The current value detected by the current detection circuit is compared with the reference current value, and a comparison result is obtained. A current comparison circuit for outputting to the non-overlap circuit.
本発明によれば、サンプル回路の貫通電流が基準電流値に応じた値となるようなタイミングでノンオーバーラップ回路がスイッチングのための出力信号を出力するように調節することができる。従って、従来の手法のような、設計段階でスイッチングのタイミングを設定することは不要となる。このため、スイッチングのタイミングを設定する際に、マージンを予め見積る必要もなくなり、過大なマージンによって動作速度が低下するおそれがない。つまり、本発明によれば、動作速度が速い半導体集積回路装置が得られる。 According to the present invention, the non-overlap circuit can be adjusted so as to output an output signal for switching at a timing such that the through current of the sample circuit becomes a value corresponding to the reference current value. Therefore, it is not necessary to set the switching timing at the design stage as in the conventional method. For this reason, when setting the switching timing, it is not necessary to estimate the margin in advance, and there is no possibility that the operation speed is lowered due to an excessive margin. That is, according to the present invention, a semiconductor integrated circuit device having a high operating speed can be obtained.
上記ノンオーバーラップ回路は、上記電流比較回路から出力された上記比較結果に基づいて、上記スイッチングのための出力信号に遅延時間を設定する遅延回路、または上記スイッチングのための出力信号の遷移時間を設定するバッファをさらに含む構成とすることが好ましい。 The non-overlap circuit is configured to set a delay time for an output signal for switching based on the comparison result output from the current comparison circuit, or to set a transition time of the output signal for switching. It is preferable to further include a buffer to be set.
このことによって、上記サンプル回路のスイッチングのタイミングを遅延時間または遷移時間を設定することによって調節することができる。 Thus, the switching timing of the sample circuit can be adjusted by setting a delay time or a transition time.
上記ノンオーバーラップ回路は、上記遅延回路および上記バッファのいずれも備え、上記遅延回路および上記バッファは、電源電流が供給されたときに平均の電源電流値が最も小さくなるように、上記スイッチングのための出力信号の遅延時間と遷移時間とを設定する構成とすれば、消費電力削減効果が得られる。 The non-overlap circuit includes both the delay circuit and the buffer. The delay circuit and the buffer are used for the switching so that the average power supply current value becomes the smallest when the power supply current is supplied. If the delay time and the transition time of the output signal are set, a power consumption reduction effect can be obtained.
上記遅延回路および上記バッファのそれぞれは、並列に接続された複数のトランジスタを備え、上記複数のトランジスタのチャネル幅およびチャネル長は互いに異なり、上記遅延回路および上記バッファのそれぞれは、上記複数のトランジスタのうちの少なくとも1つを選択することによって、上記スイッチングのための出力信号の遅延時間または遷移時間を設定する構成としてもよい。 Each of the delay circuit and the buffer includes a plurality of transistors connected in parallel, and the channel widths and channel lengths of the plurality of transistors are different from each other, and each of the delay circuit and the buffer includes each of the plurality of transistors. The delay time or transition time of the output signal for the switching may be set by selecting at least one of them.
上記遅延回路および上記バッファのそれぞれはトランジスタを備え、上記トランジスタの基板電位を変化させることによって出力信号の遅延時間または遷移時間を設定する構成としてもよい。 Each of the delay circuit and the buffer may include a transistor, and the delay time or transition time of the output signal may be set by changing the substrate potential of the transistor.
上記基準電流値は、電源電圧、温度条件および上記ノンオーバーラップ回路への入力信号の周波数に応じて設定される構成としてもよい。 The reference current value may be set according to a power supply voltage, a temperature condition, and a frequency of an input signal to the non-overlap circuit.
上記スイッチングのための出力信号の遅延時間または遷移時間を記憶する記憶手段をさらに備える構成とすれば、記憶手段にスイッチングのための出力信号の遅延時間または遷移時間を予め格納しておいた場合に、電流検知回路および電流比較回路を動作させる必要がない。このため、上記サンプル回路のスイッチングのタイミングが調節されるまでの時間、さらには、半導体集積回路装置全体の消費電力を削減することができる。 If the storage means for storing the delay time or transition time of the output signal for switching is further provided, the delay time or transition time of the output signal for switching is stored in the storage means in advance. There is no need to operate the current detection circuit and the current comparison circuit. Therefore, it is possible to reduce the time until the switching timing of the sample circuit is adjusted, and further the power consumption of the entire semiconductor integrated circuit device.
上記サンプル回路への入力信号の基準位相差が設定されており、上記サンプル回路への入力信号の位相差を検出する位相差比較回路をさらに備え、上記位相差比較回路は、上記サンプル回路への入力信号の位相差が上記基準位相差と同じになるように調節する構成としてもよい。 A reference phase difference of an input signal to the sample circuit is set, and further includes a phase difference comparison circuit that detects a phase difference of the input signal to the sample circuit, and the phase difference comparison circuit is connected to the sample circuit. A configuration may be adopted in which the phase difference of the input signal is adjusted to be the same as the reference phase difference.
上記位相差比較回路は、上記基準位相差が外部から設定される構成としてもよい。 The phase difference comparison circuit may be configured such that the reference phase difference is set from the outside.
上記電流検知回路は、上記電流検出回路で検知された電流値と上記基準電流値との差分を算出し、上記差分に応じて上記サンプル回路への入力信号の位相差を調節する構成としてもよい。 The current detection circuit may be configured to calculate a difference between the current value detected by the current detection circuit and the reference current value and adjust a phase difference of an input signal to the sample circuit according to the difference. .
上記電流検知回路は、上記基準電流量が外部から設定される構成としてもよい。 The current detection circuit may be configured such that the reference current amount is set from the outside.
上記サンプル回路への入力信号の位相差が設定値を超えないように、上記位相差比較回路を制限するリミッタ回路をさらに備える構成としてもよい。 A limiter circuit for limiting the phase difference comparison circuit may be provided so that the phase difference of the input signal to the sample circuit does not exceed a set value.
本発明の半導体集積回路システムは、上記サンプル回路と、上記サンプル回路に接続され、上記サンプル回路のスイッチングのための出力信号を出力するノンオーバーラップ回路と、上記サンプル回路に接続され、サンプル回路のスイッチングの際の貫通電流を検出する電流検知回路と、上記電流検知回路に接続され、上記電流検出回路で検出した電流値と、予め設定された基準電流値とを比較し、比較結果を上記ノンオーバーラップ回路へ出力する電流比較回路とを備える半導体集積回路と、上記ノンオーバーラップ回路の出力信号が入力される内部回路とを含む。 The semiconductor integrated circuit system of the present invention includes the sample circuit, a non-overlap circuit that is connected to the sample circuit and outputs an output signal for switching the sample circuit, and is connected to the sample circuit. A current detection circuit that detects a through current at the time of switching, and a current value that is connected to the current detection circuit and detected by the current detection circuit is compared with a preset reference current value, and the comparison result is A semiconductor integrated circuit including a current comparison circuit for outputting to the overlap circuit; and an internal circuit to which an output signal of the non-overlap circuit is input.
本発明によれば、内部回路が複数存在する場合においても、半導体集積回路で各内部回路のスイッチングのタイミングを設定することができる。つまり、本実施形態によれば、各内部回路内に、スイッチングのタイミングを設定するための半導体集積回路をそれぞれ設ける必要が無く、半導体集積回路システムの省スペース化を図ることができる。 According to the present invention, even when there are a plurality of internal circuits, the switching timing of each internal circuit can be set in the semiconductor integrated circuit. That is, according to the present embodiment, it is not necessary to provide a semiconductor integrated circuit for setting the switching timing in each internal circuit, and space saving of the semiconductor integrated circuit system can be achieved.
当該半導体集積回路システムの消費電力、作業量または平均電流値のいずれかのモニタをさらに備える構成としてもよい。 The semiconductor integrated circuit system may further include a monitor for power consumption, work load, or average current value.
上記半導体集積回路は、当該半導体集積回路システムの動作モードに応じて作動する構成としてもよい。 The semiconductor integrated circuit may be configured to operate according to an operation mode of the semiconductor integrated circuit system.
本発明によれば、動作速度が速い半導体集積回路装置および半導体集積回路システムが提供される。 According to the present invention, a semiconductor integrated circuit device and a semiconductor integrated circuit system having a high operating speed are provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、説明の煩雑さを避けるために、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in order to avoid the complexity of description, the component common to each embodiment is shown with the same referential mark.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の半導体集積回路装置の構成を表すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit device of this embodiment.
図1に示すように、本実施形態の半導体集積回路装置100は、ノンオーバーラップ回路3と、サンプル回路11と、電流検知回路9と、カウンタ10と、電流比較回路20とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor
ノンオーバーラップ回路3は、入力端子1および2と、出力ノード12および13とを備える。入力端子1にはenable信号(以下、EN信号と称する)が入力され、入力端子2には実際の回路動作を行なう入力信号が入力される。ノンオーバーラップ回路3のさらに詳細な構成は後述する。
サンプル回路11は、例えばPチャネル型トランジスタ7(以下、P型トランジスタ7と称する)と、Nチャネル型トランジスタ8(以下、N型トランジスタ8と称する)と、出力端子5とから構成されている。P型トランジスタ7のソースは電源(VDD)に接続され、ドレインはN型トランジスタ8のドレインに接続されている。N型トランジスタ8のソースは接地(GND)され、P型トランジスタ7およびN型トランジスタ8のドレインには出力端子5が接続されている。また、各トランジスタでは、それぞれ基板とソースが接続され、ノンオーバーラップ回路3の出力ノード12および13は、それぞれサンプル回路11のP型トランジスタ7およびN型トランジスタ8のゲートに接続される構成となっている。なお、サンプル回路11の構成は、本実施形態のものに限らず、出力端子5に対して出力ノード12からの入力によってプリチャージ、または出力ノード13からの入力によってディスチャージされる構成であればよい。
The
電流検知回路9は、サンプル回路11のN型トランジスタ8とGNDとの間の電流が入力され、電流検知情報を出力する。
The
電流比較回路20は、入力端子19から入力された比較基準情報と、電流検知回路9からの電流検知情報とから比較基準情報を作成し、delay制御信号aおよびバッファ制御信号bを出力する。
The
カウンタ10は、電流比較回路20から出力されたdelay制御信号aとバッファ制御信号bとが入力され、それらの入力をそれぞれカウントし、delay制御信号Aとバッファ制御信号Bとを出力する構成となっている。
The
図2は、ノンオーバーラップ回路3の構成を表す図である。図2に示すように、ノンオーバーラップ回路3は、NAND回路37aおよび37b、NOR回路38、INV回路39aおよび39b、delay回路35および36、ならびにバッファ31および34から構成されており、入力端子1からのEN1信号、入力端子2の入力信号、カウンタ10からのdelay制御信号A、およびバッファ制御信号Bが入力され、出力ノード12および13から出力する。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
NAND回路37aは、図2に示すように、入力側が入力端子1および2に接続され、出力側がNAND回路37bおよびNOR回路38の入力側に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
NOR回路38およびNAND回路37bは、入力側がNAND回路37aにそれぞれ接続されており、出力側がバッファ31および34を通じて出力ノード12および13にそれぞれ接続されている。また、NOR回路38およびNAND回路37bは、ともに出力側はバッファ31および34の前で分岐してdelay回路35および36の入力側ににそれぞれ接続されている。
The
delay回路35および36は、出力側がINV回路39aおよび39bを通じてNAND回路37bおよびNOR回路38の入力側にそれぞれ接続されており、delay制御信号Aがそれぞれ入力される構成となっている。
The
このノンオーバーラップ回路3は、delay回路35および36、バッファ31および34の設定によって、出力ノード12および13からの出力信号のタイミングを調節することができる。
The
次にdelay回路35および36、バッファ31および34の構成について図3を参照しながら説明する。
Next, the configuration of the
図3(a)および(b)は、図2のdelay回路35および36内の構成を表す。図3(a)および(b)に示すように、delay回路35(36)は、複数のdelay部311が直列に接続されている構成となっている。
FIGS. 3A and 3B show the configurations in the
delay部311の構成は、図3(a)に示すように、出力端子38に対してプリチャージするP型トランジスタ314とディスチャージするN型トランジスタ313と、ゲートへの入力信号によってP型トランジスタ314へ電源電圧VDDの印加を選択するP型セレクトトランジスタ315と、ゲートへの入力信号によってN型トランジスタ313へ接地電位GNDの印加を選択するN型セレクトトランジスタ312からなる複数の段から構成されている。つまり、delay部311は、P型トランジスタ314およびN型トランジスタ313からなるインバータと、このインバータに接続されたP型セレクトトランジスタ315およびN型セレクトトランジスタ312とから構成されている。なお、各インバータの間でP型トランジスタ314およびN型トランジスタ313のチャネル長は、それぞれ異なる。また、各P型トランジスタ314および各N型トランジスタ313のゲートには、入力端子30が共通に接続されており、各P型トランジスタ314および各N型トランジスタ313のドレインには出力端子38が共通に接続されている。
As shown in FIG. 3A, the
各P型セレクトトランジスタ315および各N型セレクトトランジスタ312のゲートへ入力する信号は、並列段毎にそれぞれ異なるセレクト信号PA、PB、・・・PEおよびNA、NB、・・・NEによって制御される。なお、NAはPAの反転信号が入力される、これは各段とも同じである。
Signals input to the gates of each P-type
以上の構成により、本実施形態のdelay回路35(36)では、セレクト信号PA、PB、・・・PEおよびNA、NB、・・・NEで、チャネル長の異なるインバータを少なくとも1つ以上選択することによって、delay部311を構成するトランジスタのチャネル長を変更し、これによって入力端子316への入力信号と出力端子318からの出力信号との間のタイミングを調節する。
With the above configuration, the delay circuit 35 (36) of this embodiment selects at least one or more inverters having different channel lengths with the select signals PA, PB,... PE and NA, NB,. Thus, the channel length of the transistors constituting the
図3(c)は、本実施形態のdelay部311の入力端子30への入力信号および出力端子38からの出力信号のタイミングチャートである。図3(c)に示すように、入力端子30と出力端子38との間に、一定の遅延時間(delay値D)が生じる。このdelay値Dは、セレクト信号PA、PB、・・・PEおよびNA、NB、・・・NEによって、上述のように調節することが可能である。なお、各インバータの間でP型トランジスタ314およびN型トランジスタ313のチャネル幅を、それぞれ異なるように構成すれば、セレクト信号PA、PB、・・・PEおよびNA、NB、・・・NEによって、delay部311を構成するインバータのチャネル幅を変更することが可能である。
FIG. 3C is a timing chart of the input signal to the
また、本実施形態ではdelay回路35および36の回路構成を図3に示したが、チャネル長、チャネル幅を信号によって制御できる構成を持つ回路であればよい。なお、本実施形態で示したdelay回路35および36の回路構成は、バッファ31および34の構成と同様であり、インバータの各トランジスタのチャネル長およびチャネル幅を変更することによって、図3(c)に示した出力信号の傾き、つまり、出力信号の遷移時間(立ち上がり時間および立ち下がり時間)を変更する。
In the present embodiment, the circuit configurations of the
次に、本実施形態の半導体集積回路装置100の動作を図1を参照しながら説明する。
Next, the operation of the semiconductor integrated
(タイミング生成ステップ)
図1のノンオーバーラップ回路3の構成により、EN信号が“H”である場合、ノンオーバーラップ回路3が作動し、入力端子2に入力される入力信号に応じて出力ノード12および13の間で互いにタイミングがずれた出力信号を生成し、サンプル回路11へ出力する。
(Timing generation step)
With the configuration of the
(電流検知ステップ)
上記タイミング生成ステップにて生成された出力ノード12および13の各出力信号がサンプル回路11のP型トランジスタ7およびN型トランジスタ8のゲートに入力され、入力された出力ノード12および13の各出力信号に応じた値を出力端子5に出力する。このとき、サンプル回路11において、スイッチングの際にN型トランジスタ8のソースに流れる貫通電流が電流検知回路9へ入力される。電流検知回路9は貫通電流を検知し、検知した電流検知情報を出力する。
(Current detection step)
The output signals of the
(電流比較ステップ)
上記電流検知ステップにて検知された電流検知情報を、入力端子19から入力された比較基準情報を基に電流比較回路20にて比較し、比較結果情報をdelay制御信号aおよびバッファ制御信号bとして出力する。
(Current comparison step)
The current detection information detected in the current detection step is compared by the
(カウンタステップ)
上記電流比較ステップより出力された、delay制御信号a、バッファ制御信号bを、カウンタ10がカウントし、変換した情報(カウンタ値)をdelay制御信号Aおよびバッファ制御信号Bとして出力する。
(Counter step)
The counter 10 counts the delay control signal a and the buffer control signal b output from the current comparison step, and outputs the converted information (counter value) as the delay control signal A and the buffer control signal B.
(フィードバックステップ)
上記カウンタステップにて出力されたdelay制御信号Aをノンオーバーラップ回路3内のdelay回路35および36に入力し、バッファ制御信号Bをバッファ31および34に入力し、delay能力(上記delay値D)、バッファ能力(上記出力信号の傾き)を調節する。
(Feedback step)
The delay control signal A output in the counter step is input to the
上述のタイミング生成ステップ、電流検知ステップ、電流比較ステップ、カウンタステップおよびフィードバックステップを数サイクル実施することによって、サンプル回路11に貫通電流が流れない最適なタイミングでノンオーバーラップ回路3内のdelay回路35および36、バッファ31および34が調節される。つまり、本実施形態の半導体集積回路装置100によれば、従来の手法のような、設計段階でスイッチングのタイミングを設定することは不要となる。このため、スイッチングのタイミングを設定する際に、マージンを予め見積る必要もなくなり、過大なマージンによって動作速度が低下するおそれがない。つまり、本実施形態によれば、低消費電力で、且つ、動作速度が速い半導体集積回路装置が得られる。
By performing the above-described timing generation step, current detection step, current comparison step, counter step, and feedback step for several cycles, the
さらに、本実施形態の半導体集積回路装置100において、貫通電流が流れないようにカウンタ10が設定された後は、電流検出回路9、電流比較回路20の動作を停止させることによって消費電力を抑えることができる。
Furthermore, in the semiconductor integrated
次に、電流比較ステップの代表的な構成を説明する。 Next, a typical configuration of the current comparison step will be described.
電流比較ステップでは、比較基準情報として、電源電圧、温度および入力信号の周波数等の条件と基準となる貫通電流の値(基準電流値)との相関を入力し、電流検知情報と電流比較回路20で比較する。このことによって、電源電圧、温度および入力信号の周波数等に対して最適な基準電流値と比較することが可能となる。なお、基準電流値は、電源電圧、温度および入力信号の周波数等のいずれか1つの条件に対しても設定可能であり、複数の条件を考慮して設定することも可能である。
In the current comparison step, as comparison reference information, a correlation between conditions such as power supply voltage, temperature, and frequency of the input signal and a reference through current value (reference current value) is input, and current detection information and the
図4は、電源電圧と基準電流値との相関関係を示すテーブルである。例えば、図4に示すテーブルを用意し、比較基準情報として設定すると、電源電圧に応じて基準電流値を設定することが可能となる。このことによって、電源電圧に応じた高効率な貫通電流削減が可能となる。また、温度、入力信号の周波数に対しても図4と同様のテーブルを用意し、基準電流値を設定することで同様の効果が得られる。 FIG. 4 is a table showing the correlation between the power supply voltage and the reference current value. For example, if the table shown in FIG. 4 is prepared and set as comparison reference information, the reference current value can be set according to the power supply voltage. As a result, it is possible to reduce the through current with high efficiency according to the power supply voltage. Also, the same effect can be obtained by preparing a table similar to FIG. 4 for the temperature and the frequency of the input signal and setting the reference current value.
なお、本実施形態では、上記フィードバックステップにてdelay回路35および36、バッファ31および34に対して調節する(delayバッファフィードバック方式)と記述したが、これに限らず、delay回路35および36に対してのみフィードバックする構成(delayフィードバック方式)、または、バッファ31および34のみにフィードバックする構成(バッファフィードバック方式)等としてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、delayバッファフィードバック方式を採用しており、出力ノード12および13のタイミング設定に対し、同一タイミングに設定できるdelay回路およびバッファの設定の組み合わせは複数存在する。そこで、電源電流値が最適となるようにdelay回路およびバッファを調節すれば、消費電力削減効果が得られる。従って、delay回路およびバッファの設定の組み合わせ毎に電源電流をモニタし、最も平均の電源電流が少ない組み合わせを決定すれば、貫通電流が少ない出力ノード12および13のタイミング設定を施し、且つ消費電力の最も少ないdelay、バッファの組み合わせを決定することで更なる低消費電力化を実現できる。
In this embodiment, the delay buffer feedback method is employed, and there are a plurality of combinations of delay circuit and buffer settings that can be set at the same timing with respect to the timing settings of the
(実施形態2)
本実施形態では、上記実施形態1の半導体集積回路装置100のdelay回路35および36、バッファ31および34の別の構成について図5を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, another configuration of the
図5(a)および(b)は、図2のdelay回路35および36内の構成を表す。図5(a)および(b)に示すように、delay回路35(36)は、複数のdelay部335が複数接続されている構成となっている。
FIGS. 5A and 5B show the configurations in the
delay部335は、出力端子338に対して入力端子330からの入力信号によって電源電圧VDDへプリチャージするP型トランジスタ331と、入力端子330からの入力信号によって接地電位GNDへディスチャージするN型トランジスタ332とによって構成され、更にP型トランジスタ331の基板にはノード336が、N型トランジスタ332の基板にはノード337が接続されている。
The
図5(c)は、本実施形態のdelay部335の入力端子330への入力信号および出力端子338からの出力信号のタイミングチャートである。delay部335は、ノード336および337に印加される電圧(すなわち基板電位)を変化させることにより、図5(c)に示すように、出力端子338からの出力信号の入力信号に対する遅延時間または傾きを調節できる。この作用を利用して、delay回路35および36では、入力316と出力318のタイミングを調節することが可能となる。
FIG. 5C is a timing chart of an input signal to the
(実施形態3)
図6は、本実施形態の半導体集積回路システムの構成を表すブロック図である。図6に示すように、本実施形態の半導体集積回路システム200は、レプリカ回路41と、内部回路42とから構成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit system of this embodiment. As shown in FIG. 6, the semiconductor integrated
レプリカ回路41は、ノンオーバーラップ回路3と、サンプル回路11と、電流検知回路9と、カウンタ10と、電流比較回路20とから構成されている。つまり、レプリカ回路41は、上記実施形態1の半導体集積回路装置100と全く同じ構成となっている。従って、レプリカ回路41は、ノンオーバーラップ回路3の出力ノード12および13(図1を参照のこと)に分岐して設けられた配線43を通じて各内部回路42(ここでは、例としてインバータ回路が設けられている)に対して、貫通電流が流れない最適のタイミングで、各内部回路42内のP型トランジスタ、N型トランジスタの各々のゲートに個別の出力信号を出力する。
The
本実施形態の構成によれば、内部回路42が複数存在する場合においても、1つのレプリカ回路41で各内部回路42のスイッチングのタイミングを設定することができる。つまり、本実施形態によれば、各内部回路42内に、スイッチングのタイミングを設定するための上記実施形態1で示した半導体集積回路装置100をそれぞれ設ける必要が無く、半導体集積回路システム200の省スペース化を図ることができる。
According to the configuration of the present embodiment, even when there are a plurality of
(実施形態4)
本実施形態の半導体集積回路装置を図7を参照しながら説明する。
(Embodiment 4)
The semiconductor integrated circuit device of this embodiment will be described with reference to FIG.
図7(a)は、本実施形態の半導体集積回路システム300の構成を表すブロック図である。図7(a)に示すように、本実施形態の半導体集積回路システム300は、レプリカ回路41’と、内部回路42とから構成されている。
FIG. 7A is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated
レプリカ回路41’は、上記実施形態3のレプリカ回路41にセレクタ514および518と、不揮発性メモリ51と、レジスタ52とが更に設けられた構成となっている。セレクタ514は、入力側がノンオーバーラップ回路3の出力ノード12および13(図1を参照のこと)に接続され、出力側が配線43とサンプル回路11とに接続されている。セレクタ518は、入力側がカウンタ10およびレジスタ52の出力側に接続され、出力側がノンオーバーラップ回路3に接続されている。
The
不揮発性メモリ51の入力側は、カウンタ10のセレクタ518への出力側に分岐して接続され、出力側はレジスタ52の入力側に接続されている。レジスタ52の出力側は、セレクタ518に接続されている。
The input side of the nonvolatile memory 51 is branched and connected to the output side to the
本実施形態においても、レプリカ回路41’は、出力ノード12および13に分岐して設けられた配線43を通じて各内部回路42(ここでは、例としてインバータ回路が設けられている)に対して、貫通電流が流れない最適のタイミングで、各内部回路42内のP型トランジスタ、N型トランジスタの各々のゲートに個別の出力信号を出力する。
Also in this embodiment, the
次に、図7(a)および(b)を参照しながら本実施形態の半導体集積回路システム300の動作を説明する。図7(b)は、本実施形態の半導体集積回路システム300の動作を表すフローチャートである。なお、ここでは、図7(a)に示す半導体集積回路システム300が、1チップで構成されているものとする。
Next, the operation of the semiconductor integrated
(カウンタ値決定ステップ)
半導体集積回路システム300は、まず、出荷時テストにおいて、ノンオーバーラップ回路3のEN信号を“H”としてレプリカ回路41’を動作させる。このことによって、サンプル回路11に貫通電流が流れないタイミングにカウンタ10が設定され、カウンタ値が決定される。
(Counter value determination step)
First, the semiconductor integrated
(不揮発性メモリ書き込みステップ)
上記カウンタ値決定ステップを経た後、カウンタ10で決定されたカウンタ値が不揮発性メモリへの書き込みモードがアクティブの時に、カウンタ10から不揮発性メモリ51に書き込まれる。
(Non-volatile memory writing step)
After the counter value determining step, the counter value determined by the
(不揮発性メモリ読み出しステップ)
上記不揮発性メモリ書き込みステップで書き込まれたカウンタ値を不揮発性メモリの読み出しモードがアクティブ時に、不揮発性メモリ51から読み出し、そのデータをレジスタ52に格納する。
(Non-volatile memory reading step)
When the read mode of the nonvolatile memory is active, the counter value written in the nonvolatile memory writing step is read from the nonvolatile memory 51 and the data is stored in the register 52.
(レジスタ読み出しステップ)
上記不揮発性メモリ読み出しステップの後、レジスタ52に格納されたデータをレジスタの読み出しモードがアクティブ時に、レジスタ52から読み出し、そのデータをセレクタ518に転送する。
(Register read step)
After the nonvolatile memory reading step, the data stored in the register 52 is read from the register 52 when the register reading mode is active, and the data is transferred to the
(セレクタ切り換えステップ)
上記レジスタ読み出しステップの後、セレクタ518はレジスタ52の出力側を有効にし、ノンオーバーラップ回路3に転送する。また、同時にセレクタ514も、配線43への出力を有効にし、ノンオーバーラップ回路3からの出力信号は、内部回路42に転送される。
(Selector switching step)
After the register reading step, the
図7(b)に示すように、上記カウンタ値決定ステップから不揮発性メモリ書き込みステップまでをテスト時に動作するテストフローとし、不揮発性メモリ読み出しステップからセレクタモードステップまでを実際に回路動作させる際に実施する実動作フローとすると、出荷時テストでテストフローを実施し、実動作時に実動作フローを実施することによって、内部回路42の実動作時には、カウンタ10のカウンタ値が不揮発性メモリ51にテストフローの際に格納されているため、サンプル回路11、電流検知回路9、電流比較回路20およびカウンタ10を動作させる必要がない。このため、レプリカ回路41’が、出力ノード12および13に分岐して設けられた配線43を通じて各内部回路42に対して、貫通電流が流れない最適のタイミングで出力信号を出力するようになるまでの時間を削減することができる。さらに、半導体集積回路システム300全体の消費電力を削減することができる。
As shown in FIG. 7B, the test flow from the counter value determination step to the nonvolatile memory writing step is a test flow that operates at the time of the test, and the steps from the nonvolatile memory reading step to the selector mode step are performed when the circuit is actually operated. Assuming that the actual operation flow is to be performed, the test flow is performed in the shipping test, and the actual operation flow is performed in the actual operation, so that the counter value of the
また、本実施形態では、サンプル回路11、電流検知回路9、電流比較回路20およびカウンタ10は、出荷時テストの際に設けられていればよく、実動作時には不要となる。従って、出荷時テストの際にのみ、サンプル回路11、電流検知回路9、電流比較回路20およびカウンタ10が外付けで付加される構成としてもよい。この場合、半導体集積回路システム300内に、サンプル回路11、電流検知回路9、電流比較回路20およびカウンタ10を設ける必要がないので、半導体集積回路システム300の省スペース化を図ることが可能となる。
In the present embodiment, the
(実施形態5)
本実施形態では、上記実施形態1〜4に好適な用途を説明する。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, applications suitable for the first to fourth embodiments will be described.
上記実施形態1〜4の代表的な用途としては、上記実施形態の半導体集積回路装置100、レプリカ回路41または41’のいずれかを含むシステムが挙げられる。
A typical application of the first to fourth embodiments includes a system including any one of the semiconductor integrated
まず第1の適用例として、上記システムに、システムの消費電力をモニタし、消費電力が基準値以上に達した場合に半導体集積回路装置100、レプリカ回路41または41’のいずれかを作動させる消費電力モニタを設け、半導体集積回路装置100を作動させることで、システムの低消費電力化および動作速度の高速化を図ることができる。
First, as a first application example, the above system monitors the power consumption of the system, and when the power consumption reaches a reference value or higher, the semiconductor integrated
また第2の適用例として、上記実施形態の半導体集積回路装置100、レプリカ回路装置41または41’を含むシステムの実際の作業量をモニタし、システム作業量に応じて半導体集積回路装置100、レプリカ回路41または41’のいずれかを作動させるシステム作業量モニタが設けられた構成としてもよい。
As a second application example, the actual work amount of the system including the semiconductor integrated
第3の適用例として、図8に示すように、上記実施形態の半導体集積回路装置100と、システム制御装置63と、システム動作モード入力端子64とを備えるシステム62が挙げられる。システム62では、システム動作モード信号が同時に半導体集積回路装置100に入力される。従って、特定のシステム動作モードに対して半導体集積回路装置100内のEN信号を“H”として動作させ、上記特定のシステム動作モードにおいてのみ半導体集積回路装置100が動作する構成としてもよい。このことによって、必要に応じて、システム62の消費電力および動作速度を切り換え、システム全体としての高効率化、低消費電力化および動作速度の高速化を図ることができる。
As a third application example, as shown in FIG. 8, there is a
上記実施形態の半導体集積回路装置100、レプリカ回路装置41または41’を含むシステムの平均電流値を常にモニタし、平均電流値が常に基準値以下となるように半導体集積回路装置100、レプリカ回路41または41’のいずれかを作動させるシステム電流値モニタが設けられた構成としてもよい。
The average current value of the system including the semiconductor integrated
(実施形態6)
図9は、本実施形態の半導体集積回路装置の構成を表すブロック図である。
(Embodiment 6)
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit device of this embodiment.
図9に示すように、本実施形態の半導体集積回路装置400は、ノンオーバーラップ回路3と、位相差比較回路71と、サンプル回路11と、電流検知回路9と、電流比較回路20と、カウンタ10と、セレクタ72とから構成されている。ノンオーバーラップ回路3、サンプル回路11と、電流検知回路9と、電流比較回路20と、カウンタ10とは、上記実施形態1と全く同じ構成である。
As shown in FIG. 9, the semiconductor integrated
位相差比較回路71は、ノンオーバーラップ回路3からの出力ノード12および13からの入力信号に対応したdelayバッファ制御信号Qをセレクタ72に出力する。
The phase
セレクタ72は、セレクトモードがアクティブ時にdelayバッファ制御信号Qが有効となり、delay制御信号A、バッファ制御信号Bをノンオーバーラップ回路3に入力する。
The
本実施形態によれば、位相差比較回路71は、ノンオーバーラップ回路3から出力される出力ノード12および13の位相差を検知し、予め設定しておいた基準位相差との比較を行ない、その結果に応じてdelayバッファ制御信号Qを出力する。delayバッファ制御信号Qは、セレクタ72を通じてノンオーバーラップ回路3へフィードバックされるので、ノンオーバーラップ回路3から出力される出力ノード12および13の位相差を早急に基準位相差に設定することができる。
According to this embodiment, the phase
このため、従来の手法のような、設計段階でスイッチングのタイミングを設定することは不要となる。従って、スイッチングのタイミングを設定する際に、マージンを予め見積る必要もなくなり、過大なマージンによって動作速度が低下するおそれがない。つまり、本実施形態によれば、動作速度が速い半導体集積回路装置が得られる。さらに、本実施形態においても、貫通電流が流れないようにカウンタ10が設定された後は、電流検出回路9、電流比較回路20の動作を停止させることによって消費電力を抑えることができる。
For this reason, it is not necessary to set the switching timing at the design stage as in the conventional method. Therefore, when setting the switching timing, it is not necessary to estimate the margin in advance, and there is no possibility that the operation speed is lowered due to an excessive margin. That is, according to this embodiment, a semiconductor integrated circuit device having a high operation speed can be obtained. Furthermore, also in this embodiment, after the
また、ノンオーバーラップ回路3から出力される出力ノード12および13の位相差を予め位相差比較回路71に入力してdelayバッファ制御信号Qを作成し、ノンオーバーラップ回路3へフィードバックする構成としてもよい。この場合、出力ノード12および13の位相差を基準としてノンオーバーラップ回路3へフィードバックすることが可能となる。
In addition, the phase difference between the
(実施形態7)
図10は、本実施形態の半導体集積回路装置の構成を表すブロック図である。
(Embodiment 7)
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit device of this embodiment.
図10に示すように、本実施形態の半導体集積回路装置500は、ノンオーバーラップ回路3と、サンプル回路11と、電流検知回路9と、電流比較回路20’とから構成されており、上記実施形態1の半導体集積回路装置100とほぼ同じ構成である。但し、電流比較回路20の代わりに電流比較回路20’が設けられている点と、カウンタが設けられていない点が異なる。
As shown in FIG. 10, the semiconductor integrated
半導体集積回路装置500では、電流比較回路20’は、入力端子19から入力される比較基準情報と電流検知情報との間で電流値の差分を算出し、delay制御信号Aおよびバッファ制御信号Bを作成して、ノンオーバーラップ回路3へフィードバックする。電流値の差分から作成されるdelay制御信号Aおよびバッファ制御信号Bは、出力ノード12および13の位相差の大小を決定する。例えば、電流値の差分が大きい場合には出力ノード12および13からの出力信号の位相差が大きくなるように、電流値の差分が小さい場合には位相差が小さくなるように、delay制御信号Aおよびバッファ制御信号Bを作成するように電流比較回路20’を設定しておく。勿論、必要に応じて、電流値の差分が大きい場合には出力ノード12および13からの出力信号の位相差が小さくなるように、電流値の差分が小さい場合には位相差が大きくなるように、delay制御信号Aおよびバッファ制御信号Bを作成するように電流比較回路20’を設定してもよい
以上の構成により、本実施形態の半導体集積回路装置500では、迅速に最適の出力ノード12および13からの出力信号のスイッチングのタイミングを設定することが可能となる。
In the semiconductor integrated
また、電流比較回路20’は、予め電流比較回路20’に電流値の差分を入力し、出力ノード12および13からの出力信号のスイッチングのタイミングを外部から随時調節可能な構成としてもよい。この場合、半導体集積回路装置500を製造した後でも、出力ノード12および13からの出力信号のスイッチングのタイミングを調節することができる。
Further, the current comparison circuit 20 'may be configured such that a current value difference is input to the current comparison circuit 20' in advance, and the switching timing of the output signals from the
(実施形態8)
図11は、本実施形態の半導体集積回路装置の構成を表すブロック図である。
(Embodiment 8)
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit device of this embodiment.
図11に示すように、本実施形態の半導体集積回路装置600は、ノンオーバーラップ回路3と、位相差比較回路71と、リミッタ設定回路73と、サンプル回路11と、電流検知回路9と、電流比較回路20と、カウンタ10と、セレクタ72とから構成されており、上記実施形態6の半導体集積回路装置400とほぼ同じ構成である。但し、位相差比較回路71にリミッタ設定回路73が接続されている点でのみ、上記実施形態の半導体集積回路装置400と異なる。
As shown in FIG. 11, the semiconductor integrated
リミッタ設定回路73は、リミッタ設定値を出力し、出力ノード12および13の位相差がリミッタ設定値を超えないように位相差比較回路71を制御する。
The limiter setting circuit 73 outputs a limiter setting value and controls the phase
本実施形態の半導体集積回路装置600では、位相差の取り過ぎによる動作不具合が生じない。
In the semiconductor integrated
なお、リミッタ設定回路73は、リミッタ設定値があらかじめ設定されていても、外部から随時設定できる構成であってもよい。特に、リミッタ設定値を外部から随時設定できる構成では、半導体集積回路装置600を製造した後に、リミッタ設定値を随時設定することが可能となる。
The limiter setting circuit 73 may have a configuration in which the limiter set value is set in advance or can be set from the outside at any time. In particular, in a configuration in which the limiter set value can be set from the outside at any time, the limiter set value can be set at any time after the semiconductor integrated
本発明は、高速動作が求められる半導体集積回路装置および半導体集積回路システムについて有用である。 The present invention is useful for semiconductor integrated circuit devices and semiconductor integrated circuit systems that require high-speed operation.
1、2、19、316、330 入力端子
3 ノンオーバーラップ回路
5、318、338 出力端子
7 P型トランジスタ
8 N型トランジスタ
9 電流検知回路
10 カウンタ
11 サンプル回路
12、13 出力ノード
20、20’ 電流比較回路
31、34 バッファ
35、36 delay回路
37a、37b NAND回路
38 NOR回路
39a、39b INV回路
41、41’ レプリカ回路
42 内部回路
43 配線
51 不揮発性メモリ
52 レジスタ
62 システム
63 システム制御装置
64 システム動作モード入力端子
71 位相差比較回路
72 セレクタ
73 リミッタ設定回路
100、400、500、600 半導体集積回路装置
200、300 半導体集積回路システム
311、335 delay部
312 N型セレクトトランジスタ
313、332 N型トランジスタ
314、331 P型トランジスタ
315 P型セレクトトランジスタ
336、337 ノード
514、518 セレクタ
1, 2, 19, 316, 330
Claims (14)
上記貫通電流の基準電流値が設定されており、上記電流検知回路で検知された電流値と上記基準電流値とを比較し、比較結果を上記ノンオーバーラップ回路へ出力する電流比較回路とを備え、
上記ノンオーバーラップ回路は、上記電流比較回路から出力された上記比較結果に基づいて、上記スイッチングのための出力信号に遅延時間を設定する遅延回路、及び上記スイッチングのための出力信号の遷移時間を設定するバッファを含む、半導体集積回路装置。 A sample circuit to be monitored for through current at the time of transistor switching, a non-overlap circuit that outputs an output signal for switching the sample circuit, and a through current at the time of switching of the sample circuit are detected. A current detection circuit;
Are set reference current value of the through current, compares the current value and the reference current value detected by the current detection known circuits, and a current comparison circuit for outputting a comparison result to the non-overlap circuit Prepared ,
The non-overlap circuit includes a delay circuit that sets a delay time for the output signal for switching based on the comparison result output from the current comparison circuit, and a transition time of the output signal for switching. A semiconductor integrated circuit device including a buffer to be set .
上記遅延回路および上記バッファは、電源電流が供給されたときに平均の電源電流値が最も小さくなるように、上記スイッチングのための出力信号の遅延時間と遷移時間とを設定する、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 ,
Upper SL delay circuit and the buffer, so that the power supply current value of the average is minimized when the supply current is supplied to set a delay time of the output signal and the transition time for the switching, the semiconductor integrated circuit apparatus.
上記遅延回路および上記バッファのそれぞれは、並列に接続された複数のトランジスタを備え、上記複数のトランジスタのチャネル幅およびチャネル長は互いに異なり、上記複数のトランジスタのうちの少なくとも1つを選択することによって、能力を変更することで、上記サンプル回路の上記スイッチングのための出力信号の遅延時間または遷移時間を調節する、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 ,
Each of the delay circuit and the buffer includes a plurality of transistors connected in parallel, and the channel widths and channel lengths of the plurality of transistors are different from each other, and by selecting at least one of the plurality of transistors A semiconductor integrated circuit device that adjusts the delay time or transition time of the output signal for the switching of the sample circuit by changing the capability.
上記遅延回路および上記バッファのそれぞれはトランジスタを備えており、上記トランジスタの基板電位を変化させることによって出力信号の遅延時間または遷移時間を調節する、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 ,
Each of the delay circuit and the buffer includes a transistor, and adjusts a delay time or a transition time of an output signal by changing a substrate potential of the transistor.
上記基準電流値は、電源電圧、温度条件および上記ノンオーバーラップ回路への入力信号の周波数に応じて設定される、半導体集積回路装置。 In the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 4 ,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the reference current value is set according to a power supply voltage, a temperature condition, and a frequency of an input signal to the non-overlap circuit.
上記スイッチングのための出力信号の遅延時間または遷移時間を記憶する記憶手段を備える、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
A semiconductor integrated circuit device comprising storage means for storing a delay time or transition time of an output signal for switching.
上記サンプル回路への入力信号の基準位相差が設定されており、上記サンプル回路への入力信号の位相差を検出する位相差比較回路をさらに備え、
上記位相差比較回路は、上記サンプル回路への入力信号の位相差が上記基準位相差と同じになるように調節する、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The reference phase difference of the input signal to the sample circuit is set, further comprising a phase difference comparison circuit for detecting the phase difference of the input signal to the sample circuit,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the phase difference comparison circuit adjusts so that a phase difference of an input signal to the sample circuit is the same as the reference phase difference.
上記位相差比較回路は、上記基準位相差が外部から設定される、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 7 ,
In the phase difference comparison circuit, the reference phase difference is set from the outside.
上記電流検知回路は、上記電流検知回路で検知された電流値と上記基準電流値との差分を算出し、上記差分に応じて上記サンプル回路への入力信号の位相差を調節する、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The current sensing circuit calculates the difference between the current value detected by the current detection latch circuit and the reference current value, adjusting the phase difference between the input signal to the sampling circuit in accordance with the difference, a semiconductor integrated Circuit device.
上記電流検知回路は、上記基準電流量が外部から設定される、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 9 ,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the current detection circuit has the reference current amount set from the outside.
インバータ回路への入力信号の位相差が設定値を超えないように、上記位相差比較回路を制限するリミッタ回路をさらに備える、半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 7 ,
A semiconductor integrated circuit device further comprising a limiter circuit for limiting the phase difference comparison circuit so that a phase difference of an input signal to the inverter circuit does not exceed a set value.
上記ノンオーバーラップ回路の出力信号が入力される内部回路と、
を含む、半導体集積回路システム。 In the semiconductor integrated circuit device according to claim 1 to 11,
An internal circuit to which the output signal of the non-overlap circuit is input;
A semiconductor integrated circuit system.
当該半導体集積回路システムの消費電力、作業量または平均電流値のいずれかのモニタをさらに備える、半導体集積回路システム。 The semiconductor integrated circuit system according to claim 12 , wherein
A semiconductor integrated circuit system, further comprising a monitor for any one of power consumption, work load, and average current value of the semiconductor integrated circuit system.
上記半導体集積回路は、当該半導体集積回路システムの動作モードに応じて作動する、半導体集積回路システム。 The semiconductor integrated circuit system according to claim 12 , wherein
The semiconductor integrated circuit system operates according to an operation mode of the semiconductor integrated circuit system.
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