JP4861679B2 - 半導体装置並びにこれを有する通信端末及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、内部の電源配線に影響を及ぼす外部からのノイズに対する耐性を有する半導体装置に関する。

近年、マイクロエレクトロニクス及びデジタル技術の急速な発展に伴い、半導体装置は動作周波数の高速化や高集積化が進んでいる。しかし、動作周波数の高速化や高集積化が進むにつれ、半導体装置が半導体装置外部からのノイズの影響を受ける電磁気妨害感受（ＥＭＳ；ElectroMagnetic susceptibility）が深刻な問題となっている。半導体装置外部のノイズは、例えば半導体装置内部の各機能部に電力を供給するための電源配線にのり、半導体装置の内部の各機能部に伝播する。各機能部に伝播されたノイズは、各機能部の信号線や機能部素子に影響を与え、誤動作を引き起こす。

一般的に、半導体装置外部からのノイズの伝播は、ノイズ電流に起因する。ノイズ電流は、低いインピーダンスを有する配線へ流れる。従って、半導体装置内部の電源配線のインピーダンスが半導体装置外部の回路上の配線のインピーダンスよりも低いと、半導体装置内部の電源配線は半導体装置外部からのノイズ電流を引き込む。半導体装置内部の電源配線上にノイズ電流が流れると、電源電圧が変動し、各機能部の信号線や機能部素子に影響を与える。

従って、半導体装置に対し、外部からのノイズによる影響を受けないようなＥＭＳ対策を行う必要性が高まっている。

特許文献１には、半導体集積回路の高集積化及び動作周波数の高速化を維持しつつＥＭＳ対策を行う方法が開示されている。特許文献１の方法は、以下の工程を含む。先ず、対象となる半導体集積回路の内部及び外部の電源配線のインピーダンス情報を抽出する。次に、抽出したインピーダンス情報から等価回路を作成する。等価回路の入力情報には外部からのノイズ波形を供給し、半導体集積回路へのノイズの影響を解析する。解析した結果、半導体集積回路が外部からのノイズの影響を受けると判断した場合は、例えば半導体集積回路の電源端子付近にコンデンサ素子を挿入し外部からのノイズを吸収させたり、ローパスフィルタ等のノイズを除去するための対策回路を挿入する。
特開２００２−２７０６９５号公報

一般的に、半導体集積回路は複数の所定の周波数で動作する。しかし、特許文献１の方法では、動作周波数が最大の場合における電源配線のインピーダンスのみしか抽出できない。

例えば、半導体集積回路が“１ＧＨｚ”または“３００ＭＨｚ”のいずれかの動作周波数で動くとする。電源配線のインピーダンス値は、配線の寄生インダクタンスが支配的であるため、動作する周波数に比例する。そのため、動作周波数が“１ＧＨｚ”の場合の電源配線のインピーダンス値は、動作周波数が“３００ＭＨｚ”の場合の電源配線のインピーダンス値よりも高い。“１ＧＨｚ”のような高い周波数で半導体集積回路が動作すると、周波数特性により半導体集積回路内部のクロックがなまる等の現象が生じる。また、動作周波数が“３００ＭＨｚ”の場合の電源配線のインピーダンスが半導体集積回路外部のインピーダンス値よりも低いと、半導体集積回路外部からのノイズは半導体集積回路内部の電源配線に影響を及ぼす。従って、特許文献１の方法では、動作周波数が“１ＧＨｚ”の場合、ローパスフィルタ等の対策回路の挿入により外部からのノイズを抑制することはできるが、内部のクロックがなまる等の現象を解消し安定に動作するとは限らない。また、動作周波数が“３００ＭＨｚ”の場合でも、動作周波数が“１ＧＨｚ”の場合に合わせた対策回路によりノイズの吸収を行うため、外部からのノイズを必ずしも効率よく抑制できるとは限らない。

また、半導体集積回路が、動作を確実に実行することよりも外部からのノイズの抑制を優先させるか、または外部からのノイズの抑制よりも動作を確実に実行することを優先させるかは、半導体集積回路が行う処理に応じて異なる場合がある。しかし、半導体集積回路が行う処理に応じていずれの要望を優先させるかを変更する技術はまだ提案されていない。

そこで、本発明は、複数の動作周波数に応じて、半導体装置を正常に動作させるか、または半導体装置内部の電源配線に影響を及ぼす外部からのノイズに対する耐性を向上させるかを動的に切り替えることができる半導体装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、この半導体装置を有する通信端末及び自動車の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、発明１は、半導体装置内部の各機能部に電源からの電力を供給する電源配線を複数本有し、複数の所定周波数のいずれかで動作する半導体装置であって、以下の手段を含む半導体装置を提供する。
◎前記複数の電源配線それぞれの途中に設けられ、電源から前記各機能部への電力の供給をオン／オフする切替手段
◎前記複数の所定周波数のそれぞれと、前記切替手段のオン状態またはオフ状態を指定する切替情報と、を対応づけて記憶している記憶手段
◎現在の動作周波数に対応する切替情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した切替情報に応じて前記切替手段のオン／オフを制御する制御手段。

１ＧＨｚまたは３００ＭＨｚの周波数で動作する半導体装置を考える。この半導体装置は、外部の電源から半導体装置内部の各機能部に電力を供給する電源配線を１０本有しているとする。半導体装置が１ＧＨｚで動作する場合、制御手段は、周波数“１ＧＨｚ”に対応する切替情報に応じて、全ての切替手段をオン状態に制御する。すると、１０本の電源配線が並列接続されるため、電源配線のうち少なくとも１本の切替手段がオフ状態にある場合に比して電源配線のインピーダンスは低くなる。そのため、周波数特性により高周波帯域において内部のクロックがなまる等の現象が改善され、半導体装置は安定して動作することができる。また、半導体装置が３００ＭＨｚで動作する場合、制御手段は、周波数“３００ＭＨｚ”に対応する切替情報に応じて、電源配線のうち３本の切替手段をオン状態に制御し、残りの７本の切替手段をオフ状態に制御する。すると、３本の電源配線が並列接続されるため、切替手段がオン状態である電源配線が４本以上である場合に比して電源配線インピーダンスは高くなる。そのため、電源配線に影響を与える半導体装置外部からのノイズを抑制することができる。即ち、半導体装置は、外部からのノイズによる誤動作を抑制することができる。

発明２は、前記発明１において、前記切替情報は、前記半導体装置が前記所定の周波数のうちいずれかで動作しても、電源配線のインピーダンス値を所定の範囲に保つように決定されている半導体装置を提供する。

一般的に、電源配線のインピーダンス値は、半導体装置が動作する周波数に比例する。半導体装置が１ＧＨｚの周波数で動作する場合と１０ＭＨｚの周波数で動作する場合とを比較すると、１ＧＨｚで動作する場合の電源配線のインピーダンス値は、１０ＭＨｚで動作する場合のインピーダンス値よりも高い。ここで、「所定の範囲」を、例えば１ＧＨｚの周波数で動作する場合の電源配線のインピーダンスよりも低い所定の値から１０ＭＨｚの周波数で動作する場合の電源配線のインピーダンスの値までの範囲を満たす値とする。すると、１ＧＨｚの周波数で動作する場合の切替情報は、電源配線のインピーダンス値を所定の値以下に調節するような情報に決定される。また、１０ＭＨｚの周波数で動作する場合の切替情報は、電源配線のインピーダンス値を１０ＭＨｚで動作する場合において一番高い値に調節するような情報に決定される。従って、半導体装置は、異なる周波数で動作する場合であっても電源配線のインピーダンス値を所定の範囲内に保つことにより、外部からのノイズに対し決められた範囲内の抑制力を持つことができる。

発明３は、前記発明２において、前記現在の動作周波数を監視し、前記現在の動作周波数が変化した場合は、変化後の動作周波数を検知する周波数検知手段を更に含む半導体装置を提供する。また、半導体装置の前記制御手段は、前記周波数検知手段が検知した変化後の現在の動作周波数に対応する切替情報を前記記憶手段から読み出す。

半導体装置は、その時々の動作状況に応じた周波数で動作する。この半導体装置は、その時々の動作周波数に応じて、電源配線の切替手段をオン状態またはオフ状態に制御する。従って、半導体装置は、その時々の周波数に応じて電源配線のインピーダンスを調節し、動作状況に応じて半導体装置外部から電源配線に影響を与えるノイズを抑制するか、または安定して動作することができる。

発明４は、前記発明２において、少なくとも１つの機能部のオン／オフの状態を示す機能部状態を検知する機能状態検知手段を更に含む半導体装置を提供する。また、半導体装置の前記記憶手段は、少なくとも１つの機能部のオン／オフの状態を指定する機能状態情報を、前記複数の所定周波数のそれぞれ及び前記切替情報に対応づけて更に記憶している。更に、半導体装置の前記制御手段は、前記機能状態検知手段が検知した機能状態と、前記記憶手段に記憶されている機能状態情報と、現在の動作周波数とに基づいて、前記記憶手段から切替情報を読み出す。

この半導体装置は、現在の動作周波数及び機能状態情報に基づいて、切替手段のオン／オフの状態を変化させ、電源配線のインピーダンス値を適切な値に調節する。例えば、現在の動作周波数が低い周波数であって、かつオフしている機能部が多い場合は、半導体装置は、切替手段の多くをオフさせるように制御する。これにより、電源配線のインピーダンス値は、全ての切替手段がオン状態である場合の電源配線のインピーダンス値よりも高くなる。従って、半導体装置は、半導体装置外部からのノイズの影響を受けにくくなる。また、現在の動作周波数が高い周波数であって、かつオンしている機能部が多い場合は、半導体装置は、切替手段の多くをオンさせるように制御する。これにより、電源配線のインピーダンス値は、全ての切替手段がオフ状態である場合の電源配線のインピーダンス値よりも低くなる。従って、半導体装置は、内部のクロックがなまる等の現象を改善し、安定して動作することができる。

発明５は、前記発明４において、前記機能状態情報は、各機能部が実行する処理の重要度に応じて決定されている半導体装置を提供する。

例えば、半導体装置が“４００ＭＨｚ”、“１０ＭＨｚ”の周波数のうちいずれかの周波数で動作すると仮定する。重要度が“高”の処理を行う機能部のオン状態を示す機能状態情報には、一番低い周波数“１０ＭＨｚ”が対応して記憶されている。そして、記憶手段は、周波数“１０ＭＨｚ”に対応して、電源配線のインピーダンスをその周波数で動作する場合において一番高い状態となるように調節された切替情報を記憶している。これにより、半導体装置は、重要度が高い処理を行う機能部がオンしている場合は１０ＭＨｚで動作し、切替情報に基づいて切替手段を制御する。従って、半導体装置は、重要度が高い処理を、外部からのノイズが電源配線に及ぼす影響を抑制しつつ確実に実行することができる。

また、前記課題を解決するために、発明６は、通信ネットワークを介して他の端末と通信を行い、発明１に記載の半導体装置を含むことを特徴とする通信端末を提供する。前記半導体装置は、前記通信端末が他の端末と通信を行う通信部を前記機能部の１つとして含む。

本発明１の半導体装置は、動作周波数に応じて内部の電源配線の状態を変化させることで、電源配線のインピーダンスを適切な値に調整する。これにより、半導体装置外部からのノイズが電源配線に及ぼす影響を抑制する。従って、本発明１の半導体装置を通信端末に搭載する半導体装置として用いるとよい。例えば、通信端末上で課金処理等の重要度の高い処理を行う場合、半導体装置は、周波数を下げて電源の配線インピーダンスを高めるように切替手段のオン／オフの状態を切り替える。これにより、半導体装置は、半導体装置外部からのノイズが電源配線に及ぼす影響を抑制しながら処理を実行する。そのため、通信端末は誤動作することなく確実に処理を実行することができる。

また、前記課題を解決するために、発明７は、車載装置を有しており、発明１に記載の半導体装置を含む自動車を提供する。前記半導体装置は、前記車載装置を制御する信号を出力する出力部を前記機能部の１つとして含む。

本発明１の半導体装置は、動作周波数に応じて内部の電源配線の状態を変化させ、電源配線のインピーダンスを適切な値に調整する。これにより、半導体装置外部からのノイズが電源配線に及ぼす影響を抑制する。従って、本発明１の半導体装置を、自動車に搭載された各装置を制御するための半導体装置として用いるとよい。これにより、例えばエンジン等の車載装置が電磁場を輻射しても、半導体装置内の電源配線は影響を受けることがない。そのため、半導体装置は問題なく動作することができる。従って、本発明１の半導体装置を搭載した自動車は、誤動作等を生じることなく安全である。

本発明を用いれば、複数の動作周波数に応じて、半導体装置を正常に動作させるか、または半導体装置内部の電源配線に影響を及ぼす外部からのノイズに対する耐性を向上させることができる。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る半導体装置の全体構成とその周辺機器との接続を示した図である。この半導体装置は、例えば携帯電話、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）車載器等の通信端末や、自動車内部の各装置を制御するための半導体装置として用いられる。図１の半導体装置１は、半導体装置１の外部の電源８と配線７により接続されている。電源８は半導体装置１に電力を供給する。

（１）半導体装置の構成
図１の半導体装置１は、回路が印刷されたプリント基板２と、これを覆う半導体パッケージとで構成される。半導体パッケージは、複数の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１３及びＧＮＤ端子６ａを備えている。

プリント基板２上には、種々の機能部３１〜３６を含む機能部群３と、電源配線４と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２（切替手段に相当）とを有する回路が設けられている。機能部群３に含まれる各機能部３１〜３６については後述する。電源配線４は、機能部群３とスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２とを接続している。具体的には、機能部群３との接続側からのびた１本の電源配線４は、分岐して各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の一端子に接続されている。以下より、分岐した電源配線４を“分岐配線４ａ〜４ｍ”と言う。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２は、分岐配線４ａ〜４ｌにより並列に接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の他端子は、半導体パッケージの入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１２と接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２は、半導体装置１外部の電源８から各機能部３１〜３６への電力の供給をオン／オフする。分岐配線４ｍは、途中にスイッチが設けられていないため、入力端子ＩＮ１３と直接接続されている。従って、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２がオフした状態であっても、各機能部３１〜３６には分岐配線４ｍを介して電源８からの電力が供給される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の他端子と半導体パッケージの入力端子とを接続する方法には、例えばワイヤボンディング方法やワイヤレスボンディング方法があげられる。本実施形態では、ワイヤボンディング方法である場合を例にとる。即ち、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２及び各入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１２と、分岐配線４ｍ及び入力端子ＩＮ１３とはワイヤにより接続されている。図１中のＬ１〜Ｌ１２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２と各入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１２との間を接続するワイヤのインダクタンスである。Ｌ１３は分岐配線４ｍと入力端子ＩＮ１３との間を接続するワイヤのインダクタンスである。

また、プリント基板２上には、更に配線５及び配線６が設けられている。配線５は、後述する機能部群３内の制御部３３とスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２とを接続している。配線６は、機能部群３内の各機能部３１〜３６と半導体パッケージのＧＮＤ端子６ａとを接続している。ＧＮＤ端子６ａは、半導体装置１外部でＧＮＤと接続されている。

（２）機能部群の構成
次に、機能部群３の構成について説明する。機能部群３は、記憶部３１、周波数検知部３２、機能状態検知部３３、制御部３４、機能部Ａ３５及び機能部Ｂ３６を含む。機能部Ａ３５及び機能部Ｂ３６は任意の機能を有している。以下より、主な機能部について説明する。

（２−１）記憶部
図２は、記憶部３１が記憶している切替情報テーブル３１ａの概念を説明する図である。図２の切替情報テーブル３１ａは、動作周波数と、機能状態情報と、切替情報とを、１レコードとして記憶している。動作周波数は、半導体装置１が動作する所定の周波数である。切替情報は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２のオン状態またはオフ状態を指定する情報である。機能状態情報は、少なくとも１つの機能部のオン／オフ状態を指定する情報である。

例えば、動作周波数“２００ＭＨｚ”に対応する機能状態情報は、機能部Ｂ３６のみのオフ状態と、残りの機能部３１〜３５のオン状態を指定している。これに対応する切替情報は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオンと、残りのスイッチＳＷ７〜ＳＷ１２のオフとを指定している。

切替情報テーブル３１ａ内の切替情報の設定方法については、後述する。

尚、図２の切替情報テーブル３１ａでは機能状態情報を記憶しているが、各機能部３１〜３６のオン／オフと、半導体装置１の動作周波数とが連動していれば、機能状態情報は必須ではない。切替情報テーブル３１ａは、少なくとも動作周波数と切替情報とを対応づけて記憶していればよい。

（２−２）周波数検知部
周波数検知部３２は、半導体装置１が現在動作している動作周波数を監視する。動作周波数が変化した場合は、周波数検知部３２は、変化後の動作周波数を検知して制御部３４へ渡す。

（２−３）機能状態検知部
機能状態検知部３３は、機能部群３内における少なくとも１つの機能部のオン／オフの状態を示す機能部状態を検知する。機能状態検知部３３は、検知した機能部のオン／オフの状態を制御部３４へ通知する。

（２−４）制御部
制御部３４は、周波数検知部３２が検知した現在の動作周波数と、機能状態検知部３３が検知した機能状態とを受け取ると、切替情報テーブル３１ａ内から該当する動作周波数及び機能状態情報を検索する。制御部３４は、検索の結果ヒットした切替情報を読み出す。そして、制御部３４は、読み出した切替情報に応じてスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２のオン／オフを制御する。具体的には、制御部３４は、読み出した切替情報に基づいてスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２を制御する信号を生成し、配線５を経てスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２へ送信する。

尚、制御部３４は、切替情報テーブル３１ａ内から変化後の動作周波数に対応した切替情報を読み出して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２を制御してもよい。

（３）切替情報の設定方法
次に、図２の切替情報テーブル３１ａにおける切替情報の設定方法について説明する。切替情報は、半導体装置１がどの動作周波数で動作しても、分岐配線４ａ〜４ｍ全ての合計インピーダンスが所定の範囲内の値となるように決定される。以下より、分岐した電源配線４ａ〜４ｍ全てを“電源配線全体”と言う。

一般的に、分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺは、配線の寄生インダクタンスが支配的であると考えると、次式で与えられる。

Ｚ＝２πｆＬ
Ｌは、分岐配線４ａ〜４ｍ１本のインダクタンス値であって、主にはワイヤのインダクタンス値である。Ｌの値は、用いるワイヤの種類等により異なる。本実施形態では、インダクタンスＬを１ｎＦとする。

ｆは、動作周波数を奇数倍した高調波の周波数である。ｆに高調波の周波数を用いる理由を簡単に説明する。半導体装置１は、各機能部３１〜３６が動作するための内部クロックを生成する。内部クロックは、半導体装置１内部に備えられたコンデンサに電源配線４を流れる電流を充電及び放電させることで生成される。この電流は、生成する内部クロックの動作周波数の周波数成分や、動作周波数を整数倍した高調波の周波数成分を含む。特に、電流の周波数成分のうち、動作周波数を奇数倍した高調波の周波数成分は無視できないほど大きい。従って、分岐配線４ａ〜４ｍ１本のインダクタンス値を求める場合、上述した式のｆには動作周波数を奇数倍した高周波の周波数を用いる。本実施形態では、ｆには動作周波数を５倍した５倍高調波の周波数を用いた場合を例にとる。

先ず、半導体装置１が切替情報テーブル３１ａにおける各動作周波数で動作した場合の、分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺを上式に基づいて算出する。動作周波数が“４００ＭＨｚ”の場合、５倍高調波の周波数ｆは“２ＧＨｚ”である。従って、分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺは“１２．５６Ω”となる。同様に、動作周波数が“２００ＭＨｚ”及び“１０ＭＨｚ”の場合における分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺは、それぞれ“６．２８Ω”、“０．３１４Ω”となる。

次いで、各動作周波数時の電源配線４全体のインピーダンスを所定の範囲に調節するため、上記で算出した各分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺを元に、必要な分岐配線４ａ〜４ｍの本数を算出する。ここで、「所定の範囲」は、最も低い動作周波数“１０ＭＨｚ”でも半導体装置１外部からのノイズによる影響を抑制し、かつ最も高い動作周波数“４００ＭＨｚ”でも内部クロックがなまることなく正常に動作させることができる値に設定する。本実施形態では、所定の範囲を“１Ω〜０．３１４Ω”とする。各動作周波数においても電源配線４全体のインピーダンスが１Ω〜０．３１４Ω内となるように、分岐配線４ａ〜４ｍの必要な本数を調節する。

例えば、分岐配線４ａ〜４ｍ１本のインピーダンスＺを“Ｒ”とすると、並列に接続されている分岐配線４ａ〜４ｍｎ本の合計インピーダンス、即ち電源配線４全体のインピーダンスは、“Ｒ／ｎ”である。電源配線４全体のインピーダンスを１Ω以下とするには、分岐配線４ａ〜４ｍはＲ本以上必要となる（ｎ≧Ｒ）。具体的には、動作周波数が“４００ＭＨｚ”の場合、分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺは“１２．５６Ω”であるため、電源配線４全体のインピーダンスを１Ω以下にするためには、１３本以上の分岐配線４ａ〜４ｍを必要とする。同様に、動作周波数が“２００ＭＨｚ”の場合は、７本以上の分岐配線４ａ〜４ｍを必要とする。動作周波数が“１０ＭＨｚ”の場合は、電源の分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスＺが“０．３１４Ω”である。そのため、分岐配線４ａ〜４ｍを１本以上並列に接続すると、電源配線４全体のインピーダンスは０．３１４Ωよりも低くなる。従って、分岐配線４ａ〜４ｍは１本でよいことになる。本実施形態では、必要な分岐配線４ａ〜４ｍの数を最小の数としている。従って、動作周波数“４００ＭＨｚ”の場合は分岐配線４ａ〜４ｍを１３本とし、動作周波数“２００ＭＨｚ”の場合は分岐配線４ａ〜４ｍを７本とする。

上記で求めた必要な分岐配線４ａ〜４ｍの数に基づいて、切替情報を決定する。動作周波数が“４００ＭＨｚ”の場合は１３本の分岐配線４ａ〜４ｍが必要であるため、切替情報は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２全てをオンの状態に指定する情報となる。同様に、動作周波数“２００ＭＨｚ”に対応する切替情報は、例えばスイッチＳＷ１〜ＳＷ６をオンの状態にし、残りのスイッチＳＷ７〜ＳＷ１２をオフの状態に指定する情報となる。動作周波数“１０ＭＨｚ”に対応する切替情報は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２全てをオフの状態に指定する情報となる。１本の分岐配線４ｍにはスイッチが設けられていないからである。

（４）効果
半導体装置１は、周波数及び機能部３１〜３６の状態に基づいて各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２のオン／オフ状態を変化させ、どの動作周波数で動作する場合でも電源配線４全体のインピーダンスが所定の範囲内となるように調節する。これにより、半導体装置１は、複数の動作周波数のうちどの動作周波数で動作しても、外部からのノイズに対し適切な範囲内の抑制力を持つことができる。従って、半導体装置１は、外部からのノイズによる誤動作を抑制することができる。特に、動作周波数が高い場合は、分岐配線４ａ〜４ｍ１本あたりのインピーダンスが高くなるため、分岐配線４ａ〜４ｍ上のスイッチをオンさせて電源配線４全体のインピーダンスを下げる。これにより、動作周波数が高い場合、周波数特性により内部のクロックがなまる等の現象が改善され、半導体装置１は安定した動作を行うことができる。
＜実施例＞
次に、前記第１実施形態の半導体装置を通信端末に用いた例について説明する。本実施例の通信端末は、通信ネットワークを介して他の端末と通信を行う。本実施例では、通信端末が、課金処理や認証処理を行う場合を例にとる。

（１）通信端末及び半導体装置の構成
図３は、本実施形態の通信端末１５１の構成図である。図３の通信端末１５１は、処理開始ボタン１５２と、表示部１５３と、通信インターフェース１５４と、半導体装置１０１と、電源１１１とを含む。処理開始ボタン１５２は、課金処理や認証処理の実行の指示をユーザから受ける。表示部１５３は、課金処理や認証処理の実行経過及び結果を表示する。半導体装置１０１は、通信インターフェース１５４を介して実行される他の端末との通信の制御や各処理の実行を行う。電源１１１は、半導体装置１０１や表示部１５３に電力を供給する。

図４は、本実施例の半導体装置１０１の全体構成とその周辺機器との接続を示した図である。半導体装置１０１は、配線１０７〜１０９及び入出力端子１０７ａ〜１０９ａを更に含む。配線１０７は処理開始ボタン１５２と後述する機能群１０３とを接続しており、入力端子１０７ａには機能群１０３へ処理の指示を入力される。配線１０８は、表示部１５３と後述する出力部１３５とを接続しており、出力端子１０８ａは、出力部１３５からの信号を出力する。配線１０９は、後述する通信部１３６と通信インターフェース１５４とを接続しており、入出力端子１０９ａは通信部１３６と通信インターフェース１５４との間の信号を入出力する。

その他の半導体装置１０１の全体構成については、第１実施形態と同様である。即ち、半導体装置１０１は、プリント基板１０２とこれを覆う半導体パッケージとで構成される。プリント基板１０２上には、種々の機能部１３１〜１３８を含む機能部群１０３と、電源配線１０４と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２とを有する回路が設けられている。半導体パッケージ上には入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１３及びＧＮＤ端子１０６ａが設けられている。電源配線１０４は分岐し、機能部群１０３と各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の一端子とをそれぞれ接続されている。以下より、分岐した電源配線１０４を“分岐配線１０４ａ〜１０４ｍ”と言う。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２は、分岐配線１０４ａ〜１０４ｌにより並列に接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の他端子は、ワイヤにより半導体パッケージの各入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１２に接続されている。分岐配線１０４ｍは、入力端子ＩＮ１３と直接接続されている。入力端子ＩＮ１〜ＩＮ１３は、半導体装置１０１外部の電源１１１と配線１１０により接続されている。また、プリント基板１０２上には、更に配線１０５及び配線１０６が設けられている。配線１０５は、後述する制御部１３４とスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２とを接続している。配線１０６は、機能部群１０３内の各機能部１３１〜１３８と半導体パッケージのＧＮＤ端子１０６ａとを接続している。ＧＮＤ端子１０６ａは、半導体装置１０１外部でＧＮＤと接続されている。

（２）機能部群の構成
次に、機能部群１０３の構成について説明する。機能部群１０３は、記憶部１３１、周波数検知部１３２、機能状態検知部１３３、制御部１３４、出力部１３５、通信部１３６、課金処理部１３７及び認証部１３８を含む。本実施例の半導体装置１０１内の出力部１３５、通信部１３６、課金処理部１３７及び認証部１３８は、第１実施形態の機能部群３に含まれる機能部Ａ３５及び機能部Ｂ３６に相当する。

記憶部１３１は、切替情報テーブル１３１ａを記憶している。図５は、切替情報テーブル１３１ａの説明概念図である。図５の切替情報テーブル１３１ａは、図２の切替情報テーブルと同様に、動作周波数と、機能状態情報と、切替情報とを、１レコードとして記憶している。例えば、動作周波数“１０ＭＨｚ”に対応する機能状態情報は、課金処理部１３７がオンし、出力部１３５、通信部１３６及び認証部１３８がオフしていることを示している。尚、周波数検知部１３２、機能状態検知部１３３及び制御部１３４は常にオンしている。そして、これに対応する切替情報は、スイッチＳＷ１〜１２全てのオフ状態を指定している。

周波数検知部１３２は、半導体装置１０１が現在動作している動作周波数を監視し、動作周波数が変化した場合は、変化後の動作周波数を検知する。

機能状態検知部１３３は、機能部群１０３内の各機能部１３１〜１３８のオン／オフの状態を示す機能状態を検知する。

制御部１３４は、周波数検知部１３２及び機能状態検知部１３３がそれぞれ検知した現在の動作周波数及び機能状態に基づいて、記憶部１３１が記憶している切替情報テーブル１３１ａから切替情報を読み出す。制御部１３４は読み出した切替情報に基づいてスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２を制御する。

出力部１３５は、課金処理部１３７及び認証部１３８が実行している処理の経過及び結果を出力する。

通信部１３６は、他の端末と通信ネットワークを介してデータの送受信を行う。

課金処理部１３７は、処理開始ボタン１５２から課金処理の指示を受信すると、課金処理を実行する。

認証部１３８は、処理開始ボタン１５２から認証処理の指示を受信すると、認証処理を実行する。

（３）機能状態情報と処理との関係
次に、図５の切替情報テーブル１３１ａにおける機能状態情報と動作周波数との関係について説明する。本実施例の切替情報テーブル１３１ａにおける機能状態情報は、各機能部が実行する処理の重要度に応じて決定されている。

例えば、課金処理の重要度が、通信処理を基準として “高”である場合を考える。本実施例では、重要度が“高”の課金処理を行う場合、半導体装置１０１外部からのノイズによる誤動作を回避しつつ確実に処理を行うため、一番低い動作周波数“１０ＭＨｚ”で実行する。動作周波数が“１０ＭＨｚ”の時は、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２をオフさせるため、分岐配線は１本となる。この時の電源配線１０４全体のインピーダンスは、動作周波数が“１０ＭＨｚ”である場合において最も高い状態となる。従って、半導体装置１０１は、外部からのノイズを抑制し、かつ誤動作を生じることなく課金処理を実行することができる。

尚、各動作周波数における切替情報の設定については、第１実施形態と同様である。

（３）効果
機能状態情報は、オンしている機能部が行う処理の重要度に応じて決定されている。例えば、重要度が高い処理を行う場合は、低い動作周波数で処理を行う。この場合の電源配線１０４全体のインピーダンスは、高い動作周波数で処理を行う場合の電源配線１０４全体のインピーダンスよりも低く、かつ低い動作周波数で処理を行う場合の電源配線１０４全体のインピーダンスでは一番高い状態となる。これにより、半導体装置１０１は、装置外部からのノイズが電源配線に及ぼす影響を抑制し、かつ確実に処理を実行することができる。

また、一般的に、半導体装置１０１内で消費される消費電力は、動作する周波数の二乗に比例する。従って、半導体装置１０１の動作周波数を下げることで、半導体装置１０１内で消費される消費電力が下がる。そのため、低消費電力を要する通信端末１５１に本発明の半導体装置１０１を搭載すると良い。通信端末１５１全体の消費電力を低くすることができる。
＜その他の実施例＞
（Ａ）
図６は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１を自動車に搭載された半導体装置として用いた場合の、自動車内部の機能部構成の概念図である。図６の自動車２０１は、ＥＴＣ車載器２１１、トランスミッション２１４、エンジン２１６及び車載用エアコン２１７を搭載している。ＥＴＣ車載器２１１及び車載用エアコン２１７は第１実施形態の半導体装置Ａ２１２，Ｄ２１８をそれぞれ搭載している。また、自動車２０１は、第１実施形態のミッション制御用半導体装置Ｂ２１３及びエンジン用半導体装置Ｃ２１５を含む。半導体装置Ａ〜Ｄ２１２，２１３，２１５，２１８は、ＥＴＣ車載器２１１、トランスミッション２１４、エンジン２１６及び車載用エアコン２１７を制御するための信号を出力する出力部をそれぞれ含む。

エンジン２１６は、強い電磁場輻射を行うため、半導体装置Ａ〜Ｄ２１２，２１３，２１５，２１８を用いることにより、エンジン２１６が電磁場を輻射しても、半導体装置内の電源配線は影響を受けにくくなる。そのため、半導体装置Ａ〜Ｄ２１２，２１３，２１５，２１８は安定して動作し、各装置を制御する信号を出力することができる。従って、第１実施形態の半導体装置１を搭載した自動車は、誤動作を生じることなく安全である。

（Ｂ）
第１実施形態では、制御部３４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の制御を行うとしたが、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の制御に加えて各機能部３１〜３６のオン／オフを更に制御してもよい。この時、制御部３４は、周波数検知部３２が検知した現在の動作周波数に基づいて、切替情報テーブル３１ａ内から対応する機能状態情報を更に読み出す。

また、制御部３４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１２の制御に加えて動作周波数を変更してもよい。この時、制御部３４は、機能状態検知部３３が検知した各機能部３１〜３６のオン／オフ状態に基づいて、切替情報テーブル３１ａ内から対応する周波数を更に読み出す。尚、機能状態検知部３３が各機能部３１〜３６のオン／オフの検知を開始するタイミングとしては、例えばこの半導体装置１が搭載されている機器からの処理指示を受信したタイミングがあげられる。

（Ｃ）
第１実施形態及び実施例では、機能部群内の各機能部は、例えば回路で構成されるハードウェアであることができる。また、各機能部の機能は、ソフトウェアで実現されてもよい。

（Ｄ）
第１実施形態及び実施例の切替情報テーブルは、各機能部のオン／オフの状態を示す機能状態情報を記憶しているが、代わりに各機能部が消費する消費電力の合計値の範囲を記憶していてもよい。この場合は、機能部状態検知部の代わりに、消費電力の合計値を検知する消費電力検知部が必要となる。制御部は、更に消費電力検知部が検知した消費電力の合計値に基づいて切替情報を選択し、スイッチのオン／オフを制御する。

（Ｅ）
第１実施形態及び実施例の切替情報テーブルは、各機能部のオン／オフの状態を示す機能状態情報を記憶しているが、代わりに周波数状態情報を記憶していてもよい。周波数状態情報は、各動作周波数を例えば高速、中速及び低速等の段階で示した情報である。この場合は、機能部状態検知部の代わりに、周波数状態検知部が必要となる。周波数状態検知部は、どの動作周波数を選択するかを示す信号を監視する。制御部は、周波数検知部が検知した信号に基づいて動作周波数を推定し、切替情報を選択してスイッチのオン／オフを制御する。この場合、半導体装置は、周波数検知部を有さずともよい。

（Ｆ）
半導体装置のパッケージの総端子数の制約により、電源用の入力端子が十分に確保できない場合は、以下の方法により電源配線１本当たりのインピーダンスを調整するとよい。

（ａ）ワイヤの長さ、太さ、材質等の物理的特性を調節する
（ｂ）半導体装置内部に部品を搭載する
（ｃ）半導体装置内部にインピーダンス調整のための配線を作る
また、第１実施形態及び実施例では、電源配線のインダクタンスを半導体装置のパッケージと回路基板とを結ぶワイヤのインダクタンスとして記載したが、これに限定されない。ワイヤとは別に、半導体装置内部に配線等によりインダクタンスを形成してもよい。

本発明の半導体装置は、自動車やカーナビゲーション、カーオーディオ等のＡＶ機器に用いることができる。また、本発明の半導体装置は、外部からのノイズによる誤動作を防止できることから、課金処理や認証処理等の重要度の高い処理を行う装置に適用できる。例えば、ＰＤＡ、携帯電話等の携帯端末や自動車に搭載されるＥＴＣ車載器が挙げられる。

第１実施形態に係る半導体装置の全体構造とその周辺機器との接続を示した図。 第１実施形態に係る記憶部が記憶している切替情報テーブル。 実施例に係る通信端末の構成図。 実施例に係る半導体装置の構造図とその周辺機器との接続図。 実施例に係る記憶部が記憶している切替情報テーブル。 その他の実施例に係る半導体装置を自動車内部に用いた場合の概念図。

符号の説明

１，１０１ 半導体装置
２．１０２ プリント基板
３，１０３ 機能部群
４，１０４ 電源配線
５，６，７，１０５〜１０９ 配線

Claims (5)

1. 半導体装置内部の各機能部に電源からの電力を供給する電源配線を複数本有し、複数の所定周波数のいずれかで動作する半導体装置であって、
   前記複数の電源配線それぞれの途中に設けられ、電源から前記各機能部への電力の供給をオン／オフする切替手段と、
   前記複数の所定周波数のそれぞれと、前記切替手段のオン状態またはオフ状態を指定する切替情報と、を対応づけて記憶している記憶手段と、
   現在の動作周波数に対応する切替情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した切替情報に応じて前記切替手段のオン／オフを制御する制御手段と、
   少なくとも１つの機能部のオン／オフの状態を示す機能部状態を検知する機能状態検知手段と、
   を含み、
   前記切替情報は、前記半導体装置が前記所定の周波数のうちいずれかで動作しても、電源配線のインピーダンス値を所定の範囲に保つように決定されており、
   前記記憶手段は、少なくとも１つの機能部のオン／オフの状態を指定する機能状態情報を、前記複数の所定周波数のそれぞれ及び前記切替情報に対応づけて更に記憶しており、
   前記制御手段は、前記機能状態検知手段が検知した機能状態と、前記記憶手段に記憶されている機能状態情報と、現在の動作周波数とに基づいて、前記記憶手段から切替情報を読み出す、
   半導体装置。
2. 前記現在の動作周波数を監視し、前記現在の動作周波数が変化した場合は、変化後の動作周波数を検知する周波数検知手段を更に含み、
   前記制御手段は、前記周波数検知手段が検知した変化後の現在の動作周波数に対応する切替情報を前記記憶手段から読み出すことを特徴とする、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記機能状態情報は、各機能部が実行する処理の重要度に応じて決定されていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 通信ネットワークを介して他の端末と通信を行う通信端末であって、
   請求項１または２に記載の半導体装置を含み、
   前記半導体装置は、前記通信端末が他の端末と通信を行う通信部を前記機能部の１つとして含むことを特徴とする、
   通信端末。
5. 車載装置を有する自動車であって、
   請求項１または２に記載の半導体装置を含み、
   前記半導体装置は、前記車載装置を制御する信号を出力する出力部を前記機能部の１つとして含むことを特徴とする、
   自動車。
   
   
   
   

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