JP4852598B2 - 集積回路、電子デバイス及び集積回路制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の機能ブロックであって、これら複数の機能ブロックの各々が第１電源ラインと第２電源ラインとの間に結合され、第１機能ブロックは第１スイッチを有する第１導電路を介して前記第１電源ラインに結合され、第２機能ブロックは第２スイッチを有する第２導電路を介して前記第１電源ラインに結合され、前記第１スイッチ及び第２スイッチは、それぞれ前記第１機能ブロック及び第２機能ブロックを前記第１電源ラインから切断して前記機能ブロックをアクティブモードからスタンバイモードに切り換えるように配置されているこれら複数の機能ブロックを具える集積回路（ＩＣ）に関する。

本発明は更に、このようなＩＣを有する電子デバイスに関する。

本発明はまた、このようなＩＣのための電荷再利用方法にも関する。

現在のＩＣ設計に関連する最大の課題の１つは、ＩＣの電力消費に関する取り扱いである。ＩＣにおける機能の高密化及びその寸法の最小化の為に、このようなＩＣが、アクティブモード中に関連の電源から多量の電流を取り込むと、このＩＣを過熱させたり、電源の容量が制限されている場合、例えば電源がバッテリパックを有している場合には、電源の急速な消耗が生じる。

ＩＣの電力消費は、その機能ブロックがスリープモード、すなわち、スタンバイモードに入っている際に、これらの機能ブロックを電源から切断することにより、制限することができる。その理由は、このようにすることにより、このような機能ブロックに関連する漏洩電流の量が大幅に減少する為である。しかし、このような機能ブロックを再度アクティブモードに切り換える際、この機能ブロックのパワーアップにより電源に大きな電流供給量が課され、これにより電源電圧を一時的に大きく降下させるとともに、同一基板上の隣接チップに大きな影響を及ぼすおそれがある。これにより、既にアクティブ状態にある他の機能ブロック及びＩＣの双方又はいずれか一方の適正な機能を阻害させる。

米国特許出願公開ＵＳ２００４／０２３９３６８では、上述した問題を解決するために、複数の機能ブロックを有するＩＣを開示しており、各機能ブロックには、モード移行検知手段を有する電荷再分配回路が設けられ、この各電荷再分配回路は、関連する機能ブロックのアイドルモードへの移行の検出時に、容量性の中間浮動仮想ソース／シンクに接続するようにしている。容量性の仮想ソース／シンクに蓄積された電荷は、他の機能ブロックを充電するのに再利用することができるため、電源への負荷をある程度軽減させる。

しかし、このＩＣには、電荷再利用手段によりＩＣの上部にかなりの面積が必要となるという欠点がある。
米国特許出願公開ＵＳ２００４／０２３９３６８

本発明の目的は、電荷再利用機能を簡単化した、頭書に記載のＩＣを提供することにある。

本発明の他の目的は、このようなＩＣを有する電子デバイスを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、このようなＩＣにおける電荷の再利用方法を提供することにある。

本発明の観点によれば、頭書に記載のＩＣを提供するものであり、このＩＣは更に、前記第１スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第１導電路のノードに結合された第１端子と、前記第２スイッチ及び前記第２機能ブロック間の前記第２導電路のノードに結合された第２端子とを有する他のスイッチであって、この他のスイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフであることを表わすイネーブル信号に応答する制御端子を有する当該他のスイッチを具える。

本発明は、ＩＣが、互いに排他的な、すなわち、相補的な機能、例えば、第２機能ブロックがスタンバイモードにある時にのみ、第１機能ブロックがアクティブになるか、またはその逆となる機能をますます有するようになってきているという認識を基に成したものである。従って、スタンバイモードに入ろうとする機能ブロックに蓄えられた電荷を、専用の電荷蓄積装置を必要することなく、アクティブモードに入ろうとする機能ブロックに再利用することができる。

一例では、本発明による集積回路は更に、イネーブル信号を発生させるためのコントローラを具える。このコントローラは、機能ブロックのモード選択を制御するのと同一のコントローラとするのが好ましく、このようにすることで、イネーブル信号を発生させるための専用の機能が不要になるという利点が得られる。

或いはまた、本発明による集積回路は更に、前記第１スイッチの制御端子に結合された第１ラインと、前記第２スイッチの制御端子に結合された第２ラインと、前記第１ラインに結合された第１入力端及び前記第２ラインに結合された第２入力端並びに前記イネーブル信号を発生させる出力端を有する論理ゲートとを具える。これにより、イネーブル信号を前記他のスイッチの近くで発生させることができ、グローバルコントローラと他のスイッチの制御端子との間の長い導線を必要としなくなるという利点が得られる。

本発明の他の観点によれば、請求項１に記載の集積回路と、この集積回路の第１電源ライン及び第２電源ライン間に結合した電源とを具える電子デバイスを提供する。このような電子デバイスは本発明によるＩＣの利点を有する。その理由は、機能ブロックのパワーアップ及びパワーダウン時に、ＩＣに供給する電力が、電荷再利用機能のない従来のＩＣと比較して少なくてすむ為である。このことは、電源がバッテリを有している場合に特に有利である。

本発明の更に他の観点によれば、頭書に記載のＩＣ内に蓄積された電荷を再利用する方法を提供するものであり、この方法は、前記第１スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第１導電路のノードに結合された第１端子と、前記第２スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第２導電路のノードに結合された第２端子とを有する他のスイッチを設ける工程と、
前記第１スイッチをオフにすることにより前記第１機能ブロックを前記第１電源ラインから切断して、前記第１機能ブロックをアクティブモードからスタンバイモードに切り換える工程と、
前記第２スイッチがオフの場合に、前記他のスイッチを所定の期間の間オンにすることにより、前記第１機能ブロックから前記第２機能ブロックへの電荷の移動を可能にする工程と、
前記所定の期間の経過後前記他のスイッチをオフにする工程と
を具えるものであり、好ましくは更に、
前記他のスイッチをオフにした後、前記第２スイッチをオンにして前記第２機能ブロックを前記第１電源ラインに接続することにより、前記第２機能ブロックをスタンバイモードからアクティブモードへ切り換える工程を具える。

この方法によれば、ＩＣ内のグラウンド（接地）バウンス及び電源バウンス並びに電力消費量を低減させることができる。

以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図面は概略的なものにすぎず、正しい比率で描かれたものではないことを理解されたい。また、図面を通じて、同一の参照符号は同一または同様の部分を示すものとして用いていることを理解されたい。

図１は、機能ブロック１０１、１０２、１０３を含む複数個の機能ブロックを有するＩＣ１０を示す。各機能ブロックは、第１電源ライン１１０、例えば電源電圧（Ｖｄｄ）ラインと、第２電源ライン１２０、例えば接地ラインとの間に結合されており、また、各機能ブロックは、イネーブルスイッチを含む導電路を介して第１電源ライン１１０に結合されている。例えば、第１機能ブロック１０１は、第１イネーブルスイッチ１３１を含む導電路を介して、第１電源ライン１１０に結合されており、第２機能ブロック１０２は、第２イネーブルスイッチ１３２を含む第２導電路を介して、第１電源ライン１１０に結合されており、以下同様である。

多くの機能ブロックの導電路は他のスイッチを介して相互接続されている。例えば、他のイネーブルスイッチ１４１は、第１導電路のノード１２１に結合した第１端子と、第２導電路のノード１２２に結合した第２端子とを有し、更に他のイネーブルスイッチ１４２は、第２導電路のノード１２２に結合した第１端子と、第３導電路、すなわち第３機能ブロック１０３及び第１電源ライン１１０間にあり第３イネーブルスイッチ１３３を含む導電路のノード１２３に結合した第２端子とを有し、以下同様である。必ずしも機能ブロックのすべてを相互接続する必要はない。すなわち、いくつかの機能ブロックにはそうした相互接続を施さないことができる。これは例えば、これらのいくつかの機能ブロックが、ＩＣ１０の動作時間の大部分の間同時にアクティブ状態になる為である。図１に示したスイッチは任意の適切な種類のスイッチとすることができ、例えばＭＯＳ、ＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳまたはバイポーラトランジスタ、サイリスタ等とすることができる。

上述したスイッチ、すなわち図１に示したスイッチ１３１、１３２、１３３並びに他のスイッチ１４１及び１４２の制御端子を制御するのに、コントローラ１５０を配置する。このコントローラ１５０はＩＣ１０の機能ブロック１０１、１０２、１０３をアクティブモードとスタンバイモードとの間で切り換えるように設定する。この切り換えは、外部信号１５２、例えばユーザ定義信号に応答して行われるか、または内部で決定するようにすることができる。コントローラ１５０は、機能ブロック、例えば第１機能ブロック１０１をスタンバイモードに切り換える必要があると判断した場合、第１機能ブロック１０１から第１電源ライン１１０への第１導電路にある関連のスイッチ１３１をオフにすることにより、第１機能ブロック１０１を電源から切断する。

次いで、コントローラ１５０は、他のスイッチを介して第１機能ブロック１０１の第１導電路に結合されている導電路を介して結合されている他の機能ブロック、例えば、他のスイッチ１４１を介して第１機能ブロック１０１の第１導電路に結合されている第２機能ブロック１０２の第２導電路を介して結合されている当該第２機能ブロックがスタンバイモードにあるかを、すなわちその関連の第２スイッチ１３２がオフであるかを検査する。この他の機能ブロックがスタンバイモードにある場合、コントローラ１５０は第１の他のスイッチ１４１をオンにして、充電済みの第１機能ブロック１０１から未充電の第２機能ブロック１０２に電荷を流すようにする。

コントローラ１５０は、第２機能ブロック１０２をアクティブモードにする必要があると判断した場合にのみ、第１の他のスイッチ１４１をオンにすることが好ましい。しかし、第１の他のスイッチ１４１は、これに関連する双方の機能ブロックをスタンバイモードに維持する場合でも、オンにすることができる。この場合、第１機能ブロック１０１の電荷を第２機能ブロック１０２を介して漏出させるだけである。第２機能ブロック１０２をアクティブモードに切り換える必要がある場合、続いて、コントローラ１５０は第２スイッチ１３２をオンにすることにより、第２機能ブロック１０２を第１電源ライン１１０に接続する。第２スイッチ１３２を、予め決定した遅延後にオンにすることで、第１機能ブロック１０１内に蓄積された電荷が第１機能ブロック１０１と第２機能ブロック１０２とに均等分配されるようにする。第２スイッチ１３２をオンにした際、他のスイッチ１４１は再度オフにし、第１機能ブロック１０１を電源ライン１１０から切断した状態に保つ。

他のスイッチ１４１、１４２はカスケード的に同時にオンにすることもできる。例えば、第１機能ブロック１０１と第２機能ブロック１０２とが同時にスタンバイに切り換わっており、第３機能ブロックをアクティブモードに切り換えようとする場合、第１の他のスイッチ１４１と第２の他のスイッチ１４２との双方をオンにすることで、第１機能ブロック１０１と第２機能ブロック１０２との合成電荷を第３機能ブロック１０３に流すようにすることができる。

図２は、本発明に係るＩＣ１０の他の実施例を示す。この実施例では、他のスイッチ１４１、１４２をそれぞれ論理ゲート２０１、２０２によりオンにする。第１論理ゲート２０１は、第１スイッチ１３１のイネーブルラインに結合された第１入力端と、第２スイッチ１３２のイネーブルラインに結合された第２入力端とを有し、第２論理ゲート２０２は、第２スイッチ１３２のイネーブルラインに結合された第１入力端と、第３スイッチ１３３のイネーブルラインに結合された第２入力端とを有する。例えば第２機能ブロック１０２がスタンバイモードにあり、コントローラ１５０が第１スイッチ１３１をオフに切り換えて第１機能ブロック１０１をスタンバイモードにする場合、論理ゲート２０１はその出力により第１の他のスイッチ１４１を自動的にオンにする。その理由は、第１スイッチ１３１及び第２スイッチ１３２のイネーブルラインの論理状態が、これらのスイッチをオフにする状態と一致している為である。第１スイッチ１３１、第２スイッチ１３２及び第１の他のスイッチ１４１を論理値０によりオフにする場合、例えばこれらのスイッチがｎＭＯＳトランジスタであると、論理ゲート２０１及び論理ゲート２０２はＮＯＲゲートとして構成される。

第１機能ブロック１０１がスタンバイモードに切り換った際に、第２機能ブロック１０２をアクティブモードに切り換えようとする場合には、コントローラ１５０は、第１スイッチ１３１をオフにしてから所定の時間後に第２スイッチ１３２をオンにすることで、第１機能ブロック１０１から第２機能ブロック１０２に電荷が再分配されるように構成する。第２スイッチ１３２をアクティブモードにすることにより、第１の他のスイッチ１４１は自動的にオフになる。その理由は、第１論理ゲート２０１の入力値の一方が変化することによりその出力値が変化し、その結果、第１の他のスイッチ１４１がオフになる為である。

図１及び図２に示したＩＣ１０の実施例は、本発明の方法を実現するものである。第１スイッチ１３１と第１機能ブロック１０１との間の第１導電路のノード１２１に結合された第１端子と、第２スイッチ１３２と第２機能ブロック１０２との間の第２導電路のノード１２２に結合された第２端子とを有する他のスイッチ１４１を設けることにより、第１機能ブロック１０１から第２機能ブロック１０２への電荷の再分配が可能になる。この電荷の再分配は、第１スイッチ１３１をオフにして第１機能ブロック１０１を第１電源ライン１１０から切断し、これにより、第１機能ブロック１０１をアクティブモードからスタンバイモードに切り換えることにより行われ、第２スイッチがオフの場合には、更に、他のスイッチ１４１を所定の期間の間オンにして第１機能ブロック１０１から第２機能ブロック１０２への電荷の転送を可能にする工程と、予め決定した期間後に他のスイッチ１４１をオフにする工程と、この他のスイッチ１４１をオフにした後、第２スイッチ１３２をオンにして第２機能ブロック１０２を第１電源ライン１１０に接続することにより、第２機能ブロック１０２をスタンバイモードからアクティブモードに切り換える工程との順次の工程により行われる。

図３は、本発明によるＩＣ１０を有する電子デバイス３００を示す。この電子デバイス３００は、ＩＣ１０の機能ブロックに電力を供給するためにＩＣ１０の第１電源ライン１１０及び第２電源ライン１２０間に結合された電源３２０、例えばバッテリまたは幹線電源装置を有する。この電子デバイス３００には、ＩＣ１０上に電荷再利用手段を設けた結果として、電源３２０がバッテリを具える場合にはバッテリ電力の持続時間を延長したり、電源バウンスが低減したりするという利点がある。これにより、電子デバイス３００の性能及び信頼性が全体として向上する。

上述した実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を、これら実施例に限定するものではないこと、及び、当業者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例を設計することが可能であるということに注意されたい。特許請求の範囲における用語「具える」は、特許請求の範囲内に記載した以外の構成要素または工程の存在を排除するものではない。又、本発明は、複数の別々の構成要素を具えるハードウェアにより実施することができる。複数個の手段を列挙する装置の請求項においては、これらの手段のいくつかを、１つの同一のハードウェアにより実現することができる。ある手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段を組み合わせて用いるのが有利ではないということを意味するものではない。

図１は、本発明のＩＣの実施例を示すブロック線図である。 図２は、本発明のＩＣの他の実施例を示すブロック線図である。 図３は、本発明の電子デバイスを示すブロック線図である。

Claims (7)

1. 複数の機能ブロックであって、これら複数の機能ブロックの各々が第１電源ラインと第２電源ラインとの間に結合され、第１機能ブロックは第１スイッチを有する第１導電路を介して前記第１電源ラインに結合され、第２機能ブロックは第２スイッチを有する第２導電路を介して前記第１電源ラインに結合され、前記第１スイッチ及び第２スイッチは、それぞれ前記第１機能ブロック及び第２機能ブロックを前記第１電源ラインから切断して前記機能ブロックをアクティブモードからスタンバイモードに切り換えるように配置されているこれら複数の機能ブロックと、
   前記第１スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第１導電路のノードに結合された第１端子と、前記第２スイッチ及び前記第２機能ブロック間の前記第２導電路のノードに結合された第２端子とを有する他のスイッチであって、この他のスイッチは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフであることを表わすイネーブル信号に応答する制御端子を有する当該他のスイッチと、
   前記イネーブル信号を発生させるコントローラと
   を具える集積回路。
2. 請求項１に記載の集積回路において、前記第１機能ブロックと前記第２機能ブロックとが相補的にアクティブ動作するようになっている集積回路。
3. 請求項１又は２に記載の集積回路において、この集積回路が更に、前記第１スイッチの制御端子に結合された第１イネーブルラインと、前記第２スイッチの制御端子に結合された第２イネーブルラインと、前記第１イネーブルラインに結合された第１入力端及び前記第２イネーブルラインに結合された第２入力端並びに前記イネーブル信号を発生させる出力端を有する論理ゲートとを具える集積回路。
4. 請求項１に記載の集積回路と、
   この集積回路の第１電源ライン及び第２電源ライン間に結合された電源と
   を具える電子デバイス。
5. 請求項４に記載の電子デバイスにおいて、前記電源がバッテリを具えている電子デバイス。
6. 複数の機能ブロックであって、これらの機能ブロックの各々が第１電源ラインと第２電源ラインとの間に結合され、第１機能ブロックが、第１スイッチを有する第１導電路を介して前記第１電源ラインに結合され、第２機能ブロックが、第２スイッチを有する第２導電路を介して前記第１電源ラインに結合されている当該複数の機能ブロックを具える集積回路内に蓄積された電荷を再利用する電荷再利用方法において、この電荷再利用方法が、
   前記第１スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第１導電路のノードに結合された第１端子と、前記第２スイッチ及び前記第１機能ブロック間の前記第２導電路のノードに結合された第２端子とを有する他のスイッチを設ける工程と、
   前記第１スイッチをオフにすることにより前記第１機能ブロックを前記第１電源ラインから切断して、前記第１機能ブロックをアクティブモードからスタンバイモードに切り換える工程と、
   前記第２スイッチがオフの場合に、前記他のスイッチを所定の期間の間オンにすることにより、前記第１機能ブロックから前記第２機能ブロックへの電荷の移動を可能にする工程と、
   前記所定の期間の経過後前記他のスイッチをオフにする工程と
   を具える電荷再利用方法。
7. 請求項６に記載の電荷再利用方法において、この電荷再利用方法が更に、前記他のスイッチをオフにした後、前記第２スイッチをオンにして前記第２機能ブロックを前記第１電源ラインに接続することにより、前記第２機能ブロックをスタンバイモードからアクティブモードへ切り換える工程を具える電荷再利用方法。

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