JP4882303B2 - Signal processing circuit - Google Patents
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Description
本発明は、所定のタイミングで制御信号を発生する制御信号発生回路を用いた信号処理回路に関し、特に非活性化時に制御信号を保持すると共に回路動作を制御し電力を削減する。 The present invention relates to a signal processing circuit using a control signal generating circuits for generating a control signal at a predetermined timing, to reduce and control the circuit operating power holds the particular control signal when deactivated.
従来から、Power Gate(パワーゲート;電力制御)適用ブロック(信号処理回路)の活性化時のラッシュ電流を抑制するために、Power(パワー)スイッチを開くタイミングをずらすなどの制御がなされているが(特許文献1)、それらは最小単位回路ブロック全体を一度に活性化させている。そのため以下の2つの信号が信号処理回路全体を伝播し、活性化時に信号処理回路内のスイッチング率が高くなり無駄な電力を消費してしまう。
1つの信号は、入力信号であり、活性化時必ず入力から出力まで伝播し、内部ノードを安定させる。
他の信号は、信号処理回路内の不特定の場所で自然発生するグリッチであり、発生すればするほど信号処理回路内の無駄なスイッチング源となる。
このように、信号処理回路の活性化時に生じるこの無駄な電力消費が、リーク削減効果を得るための最小単位回路のOFF(オフ)期間を増加させてしまう。
また、活性化時のスイッチング率の抑制に注目した技術はまだ知られていない。
Conventionally, in order to suppress a rush current at the time of activation of a Power Gate (power gate) application block (signal processing circuit), control such as shifting the timing of opening a Power (power) switch has been performed. (Patent Document 1), they activate the entire minimum unit circuit block at once. For this reason, the following two signals propagate through the entire signal processing circuit, and when activated, the switching rate in the signal processing circuit increases and wasteful power is consumed.
One signal is an input signal, which always propagates from input to output when activated, and stabilizes the internal node.
Other signals are glitches that occur naturally at unspecified locations in the signal processing circuit, and the more they are generated, the more wasteful switching sources in the signal processing circuit become.
As described above, this wasteful power consumption generated when the signal processing circuit is activated increases the OFF period of the minimum unit circuit for obtaining the effect of reducing the leakage.
Moreover, the technique which paid attention to suppression of the switching rate at the time of activation is not yet known.
これらの信号処理回路にPower Gateを適用した時、Power Gate制御するための制御信号を発生する制御信号発生回路、またこの一部を構成する不定値伝播遮断回路、制御信号を伝達させる回路等はそれ自体がPower Gate適用回路ではないためリーク電流発生源となり、リーク電流削減効果を抑制していた。
さらに、Power Gate適用回路の活性化時においては、回路が活性化しきったか、すなわち内部状態が安定したか、を回路で判断するのは困難であり、見積りから予想する必要があった。しかしながら、活性化したかどうかを判断するための具体的な回路例は知られていない。
Furthermore, when the Power Gate application circuit is activated, it is difficult for the circuit to determine whether the circuit has been activated, that is, whether the internal state is stable, and it has been necessary to predict from the estimation. However, a specific circuit example for determining whether or not it is activated is not known.
このように従来のパワーゲート適用ブロックでは、ラッシュ電流の抑制、グリッチの発生および伝播による無駄なスイッチング動作を抑制することが求められている。As described above, the conventional power gate application block is required to suppress the rush current, the generation of glitches, and the unnecessary switching operation due to the propagation.
第1の本発明の信号処理回路は、信号を伝播しつつ処理する回路ブロックと、前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路とを有し、前記制御信号発生回路は、前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、前記複数段のインバータは、前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、前記複数段のインバータのうちの、前記制御信号を出力するインバータは、前記電源供給ラインに接続され、それ以外のインバータは、前記制御信号に基づいて前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続されている。
第2の本発明の信号処理回路は、信号を伝播しつつ処理する回路ブロックと、前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路とを有し、前記制御信号発生回路は、前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、前記複数段のインバータは、前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、前記制御信号を出力する各インバータと1対1対応で設けられた複数個のトランジスタを有し、各前記トランジスタにより、各インバータの値を保持する。
第3の本発明の信号処理回路は、信号を伝播しつつ処理する回路ブロックと、前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路とを有し、前記制御信号発生回路は、前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力し、前記回路ブロックの最終段のドメインから信号が入力される最小単位回路ブロックを形成するための不定値伝播遮断回路を有し、前記不定値伝播遮断回路は、前記回路ブロックの初段から最終段までのドメインのすべてが活性されていない非活性状態にある場合に、前記回路ブロックの不定値信号を伝播しないように一定値を出力する。
第4の本発明の信号処理回路は、信号を伝播しつつ処理する回路ブロックと、前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路とを有し、前記制御信号発生回路は、前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号発生回路は、前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、前記複数段のインバータは、前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、前記回路ブロックの最終段のドメインから信号が入力される最小単位回路ブロックを形成するための不定値伝播遮断回路を有し、前記不定値伝播遮断回路は、前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続され、前記制御信号発生回路の最終段のインバータの出力信号により、活性化が制御される。
The signal processing circuit according to the first aspect of the present invention includes a circuit block that processes a signal while propagating the signal, a power supply line that supplies power for activating the circuit block, and the signal propagation timing of the circuit block is early. A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when divided into a plurality of domains in order, and connected between each of the virtual power supply lines and the power supply lines, and the virtual power supply lines with respect to the power supply lines A plurality of switching means for connecting or disconnecting, and a control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal, The control signal generating circuit is provided to the plurality of switching means so as to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals. When the control signal corresponding to the domain activated second or later in the order of the propagation timing of the signal is output, the control signal of the individual timing is already activated according to the order of the propagation timing of the signal. A plurality of stages in which an enable signal that is a basis of the control signal for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state is input to the first stage for each switching means of the domain The plurality of inverters propagate the delay while inverting the enable signal, and output the control signal for activating the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain Of the plurality of inverters, the inverter that outputs the control signal is connected to the power supply line, Inverter other than that is connected to the virtual power line connection between the power supply line is connected or cut off by the switching unit based on the control signal.
A signal processing circuit according to a second aspect of the present invention includes a circuit block that processes a signal while propagating the signal, a power supply line that supplies power for activating the circuit block, and the signal propagation timing of the circuit block is early. A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when divided into a plurality of domains in order, and connected between each of the virtual power supply lines and the power supply lines, and the virtual power supply lines with respect to the power supply lines A plurality of switching means for connecting or disconnecting, and a control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal, The control signal generating circuit is provided to the plurality of switching means so as to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals. When the control signal corresponding to the domain activated second or later in the order of the propagation timing of the signal is output, the control signal of the individual timing is already activated according to the order of the propagation timing of the signal. A plurality of stages in which an enable signal that is a basis of the control signal for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state is input to the first stage for each switching means of the domain The plurality of inverters propagate the delay while inverting the enable signal, and output the control signal for activating the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain And a plurality of transistors provided in one-to-one correspondence with each inverter that outputs the control signal. The Star, holds the values of each inverter.
A signal processing circuit according to a third aspect of the present invention includes a circuit block that processes a signal while propagating the signal, a power supply line that supplies power for activating the circuit block, and the signal propagation timing of the circuit block is early. A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when divided into a plurality of domains in order, and connected between each of the virtual power supply lines and the power supply lines, and the virtual power supply lines with respect to the power supply lines A plurality of switching means for connecting or disconnecting, and a control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal, The control signal generating circuit is provided to the plurality of switching means so as to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals. When the control signal corresponding to the domain activated second or later in the order of the propagation timing of the signal is output, the control signal of the individual timing is already activated according to the order of the propagation timing of the signal. A minimum unit circuit block in which a control signal for maintaining each activated domain in an active state is continuously output to each switching means in the domain, and a signal is input from the final domain of the circuit block An indefinite value propagation cut-off circuit for forming the circuit, wherein the indefinite value propagation cut-off circuit is in an inactive state in which all domains from the first stage to the last stage of the circuit block are not activated. A constant value is output so as not to propagate the block indefinite signal .
A signal processing circuit according to a fourth aspect of the present invention includes a circuit block that processes a signal while propagating the signal, a power supply line that supplies power for activating the circuit block, and the signal propagation timing of the circuit block is early. A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when divided into a plurality of domains in order, and connected between each of the virtual power supply lines and the power supply lines, and the virtual power supply lines with respect to the power supply lines A plurality of switching means for connecting or disconnecting, and a control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal, The control signal generating circuit is provided to the plurality of switching means so as to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals. When the control signal corresponding to the domain activated second or later in the order of the propagation timing of the signal is output, the control signal of the individual timing is already activated according to the order of the propagation timing of the signal. The control signal generation circuit for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state to each switching means of the domain is provided with an enable signal based on the control signal. A plurality of inverters input to the first stage have a plurality of inverters, and the plurality of inverters propagate the delay while inverting the enable signal, and activate the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain. The minimum unit circuit block that outputs the control signal for and receives the signal from the final domain of the circuit block An indeterminate value propagation cut-off circuit for forming the indeterminate value propagation cut-off circuit connected to the virtual power supply line connected to or cut off from the power supply line by the switching means, and the control signal Activation is controlled by the output signal of the inverter at the final stage of the generation circuit.
本発明では、パワーゲート適用ブロックにおけるラッシュ電流を抑制し、グリッチの発生または伝播による無駄なスイッチング動作を抑制することができる。In the present invention, it is possible to suppress a rush current in a power gate application block and suppress a useless switching operation due to generation or propagation of glitches.
図1に実施形態例であるパワーゲートブロック(Power Gate Block;パワーゲート回路)を有する信号処理回路10のブロック構成図を示す。
信号処理回路10は、または制御信号発生(コントロール)回路20、パワーゲートトランジスタ(21〜23)、パワーゲートブロック30が動作タイミングに基き分割されたドメイン31〜33と不定値信号伝搬遮断回路(フェンス回路;Fence Circuit)34などで構成されている。
制御信号発生回路20は、バッファアンプまたはINV(インバータ)などの信号反転回路を複数個従属接続し、さらにこの信号反転回路間に状態を保持する回路、キーパー(回路)を設けている。詳細については後述する。
この制御信号発生回路20に制御(イネーブル;Enable)信号が供給されると、バッファ(インバータ)を所定の遅延時間で伝播し、また上述のキーパー回路でそのデータを保持し、伝播された制御信号を順次上述のパワーゲートトランジスタ(21〜23)に出力する。
パワーゲートトランジスタ(21〜23)は、たとえばMOSトランジスタで構成され、SW(スイッチ)として機能している。各ドメインの動作時間に対応して、制御信号発生回路20から所定の間隔で遅延した制御信号(イネーブル;Enable)1〜制御信号Nがパワーゲートトランジスタ(21〜23)に供給され、順次パワーゲートトランジスタがON動作し、パワーゲートブロック30の各ドメイン(ドメイン1(31)〜ドメインN(33))の仮想GND(グランド)1(41)〜仮想GNDN(43)とGND間をスイッチする。
FIG. 1 is a block diagram of a
The
The control
When a control (enable) signal is supplied to the control
The power gate transistors (21 to 23) are composed of, for example, MOS transistors and function as SW (switches). Corresponding to the operation time of each domain, control signal (Enable) 1 to control signal N delayed from the control
パワーゲートブロック30は回路の1つの機能として成り立つブロック最小ブロックであり、さらにドメイン(Domain)1〜ドメインNで構成され、これらの各ドメインにはそれぞれに対応して仮想GND1(41)〜仮想GNDN(43)が設けられている。
ここで、ドメイン1〜ドメインNとは、そのパワーゲートブロック30を信号伝播のタイミングで適当に分けたものである。
ドメイン1〜ドメインNの動作は、たとえば図1においては、パワーゲートトランジスタ21〜23が順次ON動作すると、それに応じて仮想GND1〜仮想GNDNが順次グランドに接続されるので、ドメイン1からドメインNまで所定の遅延したタイミングで順次動作するようになる。
これにより、入力端子から入力された入力信号(データ)(Input)はドメイン1、ドメイン2、・・・、ドメインNと各ドメイン内で活性化または信号処理されながら後段のドメインへ伝播されていく。
図1に示した不定値信号伝搬遮断回路(フェンス回路;Fence Circuit)34は、信号処理回路10からの不定値(信号)を後段の回路ブロックへ伝播させないための回路である。不定値信号伝搬遮断回路34は最小単位回路ブロックとして定義するための目安の1つである。
The
Here, the
For example, in FIG. 1, when the
As a result, the input signal (data) (Input) input from the input terminal is propagated to the subsequent domain while being activated or signal-processed in each domain, domain 2,..., Domain N. .
The indeterminate value signal propagation cutoff circuit (fence circuit) 34 shown in FIG. 1 is a circuit for preventing the indefinite value (signal) from the
次に、信号処理回路10の動作について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、最小単位回路ブロックを信号伝播タイミングの早いものから順にドメイン化し、たとえばその順序をドメイン1、ドメイン2、・・・、ドメインNとする。
このドメインを伝播する信号伝播タイミングは、STA(Static Timing Analysis)結果等から求められる。
上述したように、各ドメイン内にある仮想電源ライン(線)を仮想グランド(GND)1、仮想GND2、・・・、仮想GNDNとする。この様に、図1の場合、仮想電源ラインをGND側にとっている。
通常動作時、入力信号はInput(入力端子)側からドメイン1、ドメイン2、・・・、ドメインNの順に伝播し、最後に不定値信号伝搬遮断回路34を通ってOutput(出力端子)側へ出力される。
各ドメイン内の仮想電源ラインはパワーゲートトランジスタ21〜23を通して本来の電源(供給)ラインへ接続されている。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, the minimum unit circuit blocks are domainized in order from the earliest signal propagation timing. For example, the order is defined as
The signal propagation timing for propagating in this domain is obtained from STA (Static Timing Analysis) results and the like.
As described above, virtual power lines (lines) in each domain are assumed to be virtual ground (GND) 1, virtual GND 2,..., Virtual GND. Thus, in the case of FIG. 1, the virtual power supply line is on the GND side.
During normal operation, the input signal propagates in the order of
The virtual power supply line in each domain is connected to the original power supply (supply) line through the
また、それぞれのパワーゲートトランジスタ21〜23は制御信号発生回路20により制御され、時間t0〜tNのタイミングで、入力(Input)に近いドメインにつながっているパワーゲートトランジスタから順にONされる。タイミングの制約は以下の通りである。
ここで、i番目のドメイン(ドメインi)に活性化信号が入力されてから、i+1番目のドメインに活性化信号が入力されるまでの時間は、i番目のドメイン内で信号伝播が終わり、i番目のドメインの出力に相当する信号が決定するのに十分な時間とする。
Further, each of the
Here, the time from when the activation signal is input to the i-th domain (domain i) to when the activation signal is input to the (i + 1) -th domain is such that signal propagation ends within the i-th domain, i The time is sufficient for the signal corresponding to the output of the th domain to be determined.
時刻t0に、制御信号発生回路20から制御信号1の“H”レベルの電圧がパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ21)のゲートに供給される。すると、このNMOSトランジスタ21は導通し、ドレインに接続されている仮想GND1は本来の電源ライン、ここではグランド(GND)に接続される。
その結果、ドメイン1は活性化状態となり、信号処理(演算処理)を開始する。しかし、この時刻t0では他のパワーゲートトランジスタ22〜23は非導通状態であり、それに対応するドメイン2〜ドメインNも非動作(非活性化)状態である。
At time t0, the control
As a result, the
時刻t1になると、制御信号1は“H”レベルの電圧を維持したままでドメイン1は動作を継続しているが、さらに“H”レベルに遷移した制御信号2がパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ22)のゲートに供給される。
すると、NMOSトランジスタ22は導通状態となり、ドメイン2の仮想GND2は本来のグランドに接続され、ドメイン2は動作状態となり、信号処理を開始する。
またこの時刻t1になると、時刻t0で動作開始したドメイン1の信号処理結果がドメイン2に伝播され、この伝播された信号(データ)やその他の信号を用いて新たに信号処理が行われる。
At time t1, the
Then, the
At time t1, the signal processing result of
以後同様な動作を繰り返す。
時刻tNになると、制御信号発生回路20から制御信号Nがパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ23)のゲートに供給され、このNMOSトランジスタ23が導通し、ドメインNの仮想GNDNが本来のグランドに接続され、動作を開始する。
そして、制御信号発生回路20からの制御信号に応じてドメインNから出力されたデータが不定値信号伝搬遮断回路34を介して出力される。
Thereafter, the same operation is repeated.
At time tN, the control signal N is supplied from the control
Then, data output from the domain N according to the control signal from the control
このように、各ドメインを動作ブロックに分け、各ブロックを動作順に動作させることにより、前段のドメインが活性化または動作が終わるまで後段のドメインの動作を停止し、各ドメインの入力側でスイッチング回数を大幅に削減できるので回路全体のスイッチング率を削減でき、消費電力を削減できる。 In this way, each domain is divided into operation blocks, and each block is operated in the order of operation, so that the operation of the subsequent domain is stopped until the previous domain is activated or the operation ends, and the number of switching operations is performed on the input side of each domain. As a result, the switching rate of the entire circuit can be reduced and power consumption can be reduced.
図2に他の実施形態例である、図1で示した制御信号発生回路20(100)の回路構成を示す。
制御信号発生回路100において、キーパー回路(キーパーとも記載する)は、パワーゲート(Power Gate)対象でない通常インバータ(INV)と、プルアップPMOSトランジスタからなる。このプルアップPMOSトランジスタは値を確実に保持(キープ)するために設けてある。またデータを保持するキーパー回路は変形可能である。
回路の他の部分はパワーゲート(Power Gate)対象インバータ(INV)と不定値信号伝播遮断回路からなる。
ここで、不定値信号伝播遮断回路とは、パワーゲート適用回路(信号処理回路)が非活性化状態にある時、回路内の不定値信号が他のブロックに伝播してしまうのを防ぐための回路であり、非活性化状態のときはある一定値を出力し続ける。
キーパーはパワースイッチまたは不定値信号伝播遮断回路とセットで実装される(図中破線で囲んだ領域)。入力とキーパー間、または2つのキーパー間には奇数個のパワーゲート対象インバータが配置され、キーパーの出力値がイネーブル信号と等しくなるように調整されている。
このように実装することで、非活性化状態になった時にもパワースイッチの入力ノードに外部のパワースイッチ制御信号と同じ値を保持し続けることができるようになる。そのため制御信号伝播回路や不定値信号伝播遮断回路もパワーゲートの対象とでき、非活性化時には電源を遮断してもよくなる。
FIG. 2 shows a circuit configuration of the control signal generation circuit 20 (100) shown in FIG. 1, which is another embodiment.
In the control
The other part of the circuit includes a power gate target inverter (INV) and an indeterminate value signal propagation cutoff circuit.
Here, the indeterminate value signal propagation cutoff circuit is for preventing the indefinite value signal in the circuit from propagating to other blocks when the power gate application circuit (signal processing circuit) is in the inactive state. It is a circuit and keeps outputting a certain value when it is in an inactive state.
The keeper is mounted as a set with a power switch or an indeterminate value signal propagation cutoff circuit (area surrounded by a broken line in the figure). An odd number of power gate target inverters are arranged between the input and the keeper, or between the two keepers, and the output value of the keeper is adjusted to be equal to the enable signal.
By mounting in this way, it becomes possible to keep the same value as the external power switch control signal at the input node of the power switch even in the inactive state. Therefore, the control signal propagation circuit and the indeterminate value signal propagation cutoff circuit can also be the target of the power gate, and the power supply may be shut off when inactive.
次に、図2に示す制御信号発生回路の実施形態例である具体回路構成について述べる。
パワーゲートイネーブル(PGEN;またはEnable)信号が入力される端子は、PMOSトランジスタ105とNMOSトランジスタ106の共通接続されたゲートとNMOSトランジスタ107のゲートに接続される。
PMOSトランジスタ105のソースは電源VDD101に、ドレインはNMOSトランジスタ106のドレインとPMOSトランジスタ108とNMOSトランジスタ109の共通接続されたゲートに接続される。
NMOSトランジスタ106のソースは仮想電源(または仮想GND(グランド))102に接続され、またこの仮想GND102はNMOSトランジスタ107のドレインに接続され、NMOSトランジスタ107のソースはGND103に接続されている。
Next, a specific circuit configuration as an embodiment of the control signal generation circuit shown in FIG. 2 will be described.
A terminal to which a power gate enable (PGEN; Enable) signal is input is connected to a commonly connected gate of the
The source of the
The source of the
PG(パワーゲート)対象INV(インバータ)を構成するPMOSトランジスタ108のソースは電源101に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ109のドレインとPMOSトランジスタ110とNMOSトランジスタ111の共通接続されたゲートに接続されている。また、NMOSトランジスタ109のソースは仮想GND102に接続されている。
PMOSトランジスタ110のソースは電源101に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ111のドレイン、PMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたゲート、さらにPMOSトランジスタ114のドレインにそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタ111のソースは仮想GND102に接続されている。
通常INVとPG(パワーゲート)−SW(スイッチ)を構成する、PMOSトランジスタ112のソースは電源101に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ113のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ113のソースはGND103に接続されている。PMOSトランジスタ114のソースは電源110に接続され、ゲートはPMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたドレインに接続されている。
さらに、NMOSトランジスタ115のドレインは仮想GND102に接続され、ゲートはPMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたドレインに接続され、ソースはGND103に接続されている。
The source of the
The source of the PMOS transistor 110 is connected to the
The source of the
Further, the drain of the
以下同様に、PG対象INV、通常INVとPG−SW、PG対象INV、・・・、と繰り返し、その出力がPMOSトランジスタ124とNMOSトランジスタ125の共通接続されたゲートに接続される。
PMOSトランジスタ124のソースは電源101に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ125のドレインとPMOSトランジスタ126のゲートに接続されている。
NMOSトランジスタ125のソースはGND103に接続される。また、PMOSトランジスタ126のソースは電源101に接続され、ドレインはPMOSトランジスタ124とNMOSトランジスタ125の共通接続されたゲートに接続される。
PMOSトランジスタ124とNMOSトランジスタ125の共通接続されたドレインはPMOSトランジスタ128のゲートとNMOSトランジスタ130のゲートに接続され、さらにNMOSトランジスタ127のゲートに接続される。
PMOSトランジスタ128のソースは電源101に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ130のドレインとPMOSトランジスタ129のドレインに接続されている。
NMOSトランジスタ130のソースはNMOSトランジスタ131のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ131のソースは仮想GND102に接続され、ゲートにLOGIC OUT(ロジック出力信号)が供給される。
PMOSトランジスタ129のソースは電源101に接続され、ゲートはNMOSトランジスタ131のゲートに接続され、LOGIC OUT信号が供給される。
また、NMOSトランジスタ127のドレインは仮想GND102に接続され、ゲートはPMOSトランジスタ124とNMOSトランジスタ125の共通接続されたゲートに接続され、ソースはGND103に接続されている。
Similarly, PG target INV, normal INV and PG-SW, PG target INV,... Are repeated, and the output is connected to the commonly connected gates of the
The source of the
The source of the
The commonly connected drains of the
The source of the
The source of the
The source of the
The drain of the
次に図2に示す制御信号発生回路100の動作(活性化、非活性化)について図3を用いて説明する。
まず、OFFからON動作に遷移するときの動作について説明する。
制御信号発生回路100はOFF期間中にリーク電流によって内部回路がチャージアップさている。そのとき制御信号発生回路(100)内の主要ノードの論理値は図3の表に示す通りであり、全てのパワースイッチ(NMOSトランジスタ107,115,121,127)はOFFされている。
(1)イネーブル(PGEN)信号が“H”レベルになると先頭のパワー(Power)スイッチがONし、回路を活性化させ始める。ここで、パワースイッチはPMOSトランジスタ105、NMOSトランジスタ106,107で構成されている。
(2)Power Gate対象INVで構成される伝播回路が動作し始め、キーパーまでイネーブル信号を伝播させる。
ここで、Power Gate対象INVはPMOSトランジスタ108とNMOSトランジスタ109、PMOSトランジスタ110とNMOSトランジスタ111、PMOSトランジスタ116とNMOSトランジスタ117、PMOSトランジスタ122とNMOSトランジスタ123などで構成されている。これらのINVで入力信号が反転され、その反転された信号が次のINVまたはキーパーに出力される。
また、キーパーはPMOSトランジスタ112,114とNMOSトランジスタ113、PMOSトランジスタ118,120とNMOSトランジスタ119で構成されている。
(3)キーパーまでイネーブル信号が伝播すると次のパワースイッチがONし、信号処理回路(ドメイン)の活性化がさらに促進される。そして、キーパーには“H”レベルが保持される。
たとえば、PMOSトランジスタ112,114とNMOSトランジスタ113で構成されるキーパーにおいて、入力端子に“L”レベルの電圧が供給されるとPMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたドレインは“H”レベルとなり、この“H”レベルの電圧が正帰還用PMOSトランジスタ114のゲートに入力され、OFF動作するので、PMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたゲートは“L”レベルとなる。その結果、出力は“H”レベルに維持される。
また、この“H”レベルの電圧がパワーゲートトランジスタのNMOSトランジスタ115のゲートに供給されるので、導通し、仮想GND102が本来のグランド103に接続される。
ここで、パワーゲート(スイッチ)は、NMOSトランジスタ115,121,127などで構成されている。
(4)以後(2)、(3)の動作が繰り返され、回路の活性化とパワースイッチのON動作が平行して行われる。
(5)イネーブル(PGEN)信号が不定値信号伝播遮断回路まで伝播すると、ロジックのOutputに相当する信号が反転して出力される。
不定値信号伝播遮断回路はPMOSトランジスタ124,126、NMOSトランジスタ125で構成されている。
またロジックのOutput信号を反転する回路は、PMOSトランジスタ128,129、NMOSトランジスタ130,131で構成されている。
いま、PMOSトランジスタ124とNMOSトランジスタ125のドレイン出力は“H”レベルであるので、PMOSトランジスタ128はOFF、NMOSトランジスタ130はON動作状態である。
この条件において、Logic Outが“H”レベルであるとすると、PMOSトランジスタ129のゲートとNMOSトランジスタ131のゲートに“H”レベルの電圧が供給されるので、PMOSトランジスタ129はOFFし、NMOSトランジスタ131はON動作状態となる。その結果、出力端子Outは“L”レベルとなる。
一方Logic Outが“L”レベルであるとすると、PMOSトランジスタ129はON動作し、NMOSトランジスタ131はOFF動作状態となる。
その結果、Out出力端子は“H”レベルとなる。
(6)回路の活性化が終了する。
Next, the operation (activation, deactivation) of the control
First, the operation when transitioning from OFF to ON operation will be described.
In the control
(1) When the enable (PGEN) signal becomes “H” level, the leading power switch is turned on to start activating the circuit. Here, the power switch includes a
(2) The propagation circuit configured by the Power Gate target INV starts to operate and propagates the enable signal to the keeper.
Here, the Power Gate target INV includes a
The keeper includes
(3) When the enable signal propagates to the keeper, the next power switch is turned on, and the activation of the signal processing circuit (domain) is further promoted. The keeper holds the “H” level.
For example, in a keeper composed of
In addition, since this “H” level voltage is supplied to the gate of the
Here, the power gate (switch) includes
(4) Thereafter, the operations of (2) and (3) are repeated, and the activation of the circuit and the ON operation of the power switch are performed in parallel.
(5) When the enable (PGEN) signal propagates to the indefinite value signal propagation cutoff circuit, a signal corresponding to the output of the logic is inverted and output.
The indeterminate value signal propagation cutoff circuit is composed of
The circuit that inverts the output signal of the logic includes
Since the drain outputs of the
Under this condition, if Logic Out is at “H” level, a voltage of “H” level is supplied to the gate of the
On the other hand, when Logic Out is at “L” level, the
As a result, the Out output terminal becomes “H” level.
(6) The activation of the circuit is completed.
次に制御信号発生回路100がONからOFF動作するときの回路動作について説明する。
(1)イネーブル(PGEN)信号が“L”レベルになると先頭のパワースイッチがOFFし、信号処理回路を非活性化させ始める。しかし後段のパワースイッチはONのままなので伝播回路自体は動作可能である。
(2)Power Gate対象INVで構成される伝播回路はキーパーまでイネーブル信号を伝播させる。
たとえば、PMOSトランジスタ110とNMOSトランジスタ111で構成されるINVにイネーブル信号の“L”レベルが伝播されると、PMOSトランジスタ110はON動作状態、NMOSトランジスタ111はOFF動作状態となり、出力の共通接続されたドレインは“H”レベルとなる。
(3)キーパーまでイネーブル信号が伝播すると次のパワースイッチがOFFし、回路の非活性化がさらに促進される。ここでキーパーに“L”レベルがキープされることが重要である。
図2において、Power Gate対象INVのPMOSトランジスタ110とNMOSトランジスタ111のドレイン出力の“H”レベルがキーパーを構成するPMOSトランジスタ112,114とNMOSトランジスタ113に供給される。
その結果、PMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通接続されたドレインは“L”レベルとなる。そして、この“L”レベルの電圧は正帰還用PMOSトランジスタ114のゲートに供給され、ON動作状態となり導通して、このPMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113の共通ゲートに“H”レベルの電圧を供給し、キーパー出力は“L”レベルの状態に維持される。
またこれと同時に、PMOSトランジスタ112とNMOSトランジスタ113のドレイン出力の“L”レベルがパワースイッチのNMOSトランジスタ115のゲートに供給されるので、このNMOSトランジスタ(115)はON動作状態からOFF動作状態へ遷移する。
(4)以後、(2)、(3)が繰り返され、回路の非活性化とパワースイッチのOFF動作が平行して行われる。最後のパワースイッチ(たとえばNMOSトランジスタ121)がOFFされるのは伝播回路の最後まで信号が伝播した後なので、回路の非活性化に伴って信号が伝播しなくなることはない。
(5)イネーブル信号が不定値信号伝播遮断回路まで伝播すると、“H”レベルが出力される。この不定値信号伝播遮断回路は図3のFence回路に相当する。
(6)回路の非活性化が終了する。
Next, circuit operation when the control
(1) When the enable (PGEN) signal becomes “L” level, the head power switch is turned off and the signal processing circuit starts to be deactivated. However, since the power switch at the subsequent stage remains ON, the propagation circuit itself can operate.
(2) The propagation circuit constituted by the Power Gate target INV propagates the enable signal to the keeper.
For example, when the “L” level of the enable signal is propagated to INV composed of the PMOS transistor 110 and the NMOS transistor 111, the PMOS transistor 110 is turned on and the NMOS transistor 111 is turned off, and the outputs are connected in common. The drain becomes “H” level.
(3) When the enable signal propagates to the keeper, the next power switch is turned OFF, and the inactivation of the circuit is further promoted. Here, it is important that the “L” level is kept in the keeper.
In FIG. 2, the “H” level of the drain output of the PMOS transistor 110 and NMOS transistor 111 of the Power Gate target INV is supplied to the
As a result, the commonly connected drains of the
At the same time, the “L” level of the drain outputs of the
(4) Thereafter, (2) and (3) are repeated, and the circuit deactivation and the power switch OFF operation are performed in parallel. Since the last power switch (for example, NMOS transistor 121) is turned off after the signal has propagated to the end of the propagation circuit, the signal will not stop propagating as the circuit is deactivated.
(5) When the enable signal propagates to the indefinite value signal propagation cutoff circuit, the “H” level is output. This indeterminate value signal propagation cutoff circuit corresponds to the Fence circuit of FIG.
(6) Deactivation of the circuit is completed.
次に、制御信号発生回路100のOFF期間中のチャージアップについて図3を用いて説明する。
OFF期間中はリーク電流によって回路内がチャージアップされ、各ノードは、“L”レベル→“H”レベル、“H”レベル→“H”レベルの変化が生じる。本回路におけるノードN2、N4は、もともと“H”レベルであり、チャージアップの影響は受けないのでキーパーに保持されている値が変化しない。これにより、チャージアップ中もパワースイッチを正確にOFFし続けることができる。
以上が、制御信号発生回路100が動作することの説明である。
Next, charge-up during the OFF period of the control
During the OFF period, the circuit is charged up by a leak current, and each node changes from "L" level to "H" level and from "H" level to "H" level. The nodes N2 and N4 in this circuit are originally at the “H” level and are not affected by the charge-up, so that the value held in the keeper does not change. As a result, the power switch can be accurately kept OFF even during charge-up.
The above is the description of the operation of the control
次に、この回路構成でロジック回路を例として、活性化状態のモニタ動作について説明する。
Power Gate適用回路のロジック回路が活性化しきったという時、活性化時において入力信号が回路内を伝播し切って、全内部ノードを安定させたということが最低限必要である。ここで、伝播回路とロジック回路の仮想電源ラインが共通であれば、ロジック回路の活性化状態を反映することができる。
活性化時のロジック回路の信号伝播速度は仮想電源ラインの電位に依存して動的に変化し、仮想電源ラインが求める電位に近づくに従って伝播速度も速くなる。仮想電源ラインが共通であることに加えてお互いの遅延時間を予め揃えておくと、ロジック回路の信号伝播速度の変化が伝播回路でもそのまま反映される。
よって伝播回路を信号が伝播し切ったかどうかをモニタするだけで、ロジック回路でも信号が伝播しきったかどうかをモニタすることができる。
ロジック回路で内部状態が安定したという信号を信号処理回路内部で生成できると、不定値信号伝播遮断回路の制御信号や、次のPower Gate適用ブロックの制御信号の生成が自動で行える。
Next, the monitoring operation in the activated state will be described by taking a logic circuit as an example with this circuit configuration.
When the logic circuit of the Power Gate application circuit has been activated, it is at least necessary that the input signal has propagated through the circuit at the time of activation and all internal nodes have been stabilized. Here, if the virtual power supply line of the propagation circuit and the logic circuit is common, the activation state of the logic circuit can be reflected.
The signal propagation speed of the logic circuit at the time of activation dynamically changes depending on the potential of the virtual power supply line, and the propagation speed increases as the potential of the virtual power supply line approaches. If the virtual power supply lines are shared and the delay times of each other are set in advance, the change in the signal propagation speed of the logic circuit is reflected in the propagation circuit as it is.
Therefore, it is possible to monitor whether the signal has been propagated even in the logic circuit only by monitoring whether the signal has completely propagated through the propagation circuit.
If a signal indicating that the internal state is stable in the logic circuit can be generated in the signal processing circuit, the control signal for the indefinite value signal propagation blocking circuit and the control signal for the next Power Gate application block can be automatically generated.
以下に他の実施形態例である制御信号発生回路の回路構成を示す。
図2ではキーパーにプルアップPMOSトランジスタを実装していたが、プルアップPMOSトランジスタのないタイプのキーパーも可能である。プルアップPMOSトランジスタを削除してフィードバック構造をなくした場合、キーパー出力値は寄生容量によって保持される。
キーパーの入力に相当するノードは非活性化時に“H”レベルに遷移し、非活性状態の間もリーク電流によってチャージされ続けるので“H”レベルを保持し続けることができる。それによりキーパーの出力値は非活性状態の間もパワースイッチ制御信号と同じ“L”を保持し続けることができる。
The circuit configuration of a control signal generation circuit which is another embodiment will be described below.
In FIG. 2, a pull-up PMOS transistor is mounted on the keeper. However, a keeper having no pull-up PMOS transistor is also possible. If the feedback structure is eliminated by removing the pull-up PMOS transistor, the keeper output value is held by the parasitic capacitance.
The node corresponding to the input of the keeper transitions to the “H” level when deactivated, and continues to be charged by the leak current even during the inactive state, so that the “H” level can be maintained. Thereby, the output value of the keeper can continue to hold the same “L” as the power switch control signal even in the inactive state.
図4に他の実施形態例のプルアップPMOSトランジスタのないキーパーを用いた、ツリー状の制御信号を伝達する制御信号発生回路200を示す。
入力端子がインバータ201の入力とパワースイッチのNMOSトランジスタ211のゲートに接続され。インバータ201の出力は後段のインバータ202の入力に接続されている。
インバータ201の接地用端子(グランド)は、NMOSトランジスタ211のドレインと仮想電源(仮想GND)220に接続され、NMOSトランジスタ211のソースは本来のグランド(GND)に接続されている。
またインバータ202の出力はインバータ203の入力とインバータ203Bの入力に接続されている。
インバータ202の接地用端子、たとえばCMOS構成の場合、NMOSトランジスタのソースは仮想GND220に接続されている。
以下同様な回路接続構成であるが、インバータ205の出力は、後段に接続された通常インバータとプルアップPMOSで構成されたキーパー(図4では、206,206A〜206C、208,208A〜208C)の入力に接続され、その出力はパワースイッチNMOSトランジスタ212のゲートと通常のインバータ207の入力に接続されている。インバータ207の接地用端子は仮想GND220に接続されている。
インバータ207の出力はキーパー(208)の入力に接続され、キーパー(208)の出力は、パワースイッチのNMOSトランジスタ213のゲートに接続されている。
これらのパワースイッチのNMOSトランジスタ211,212,213のドレインは仮想GND220に共通接続され、ソースは本来のグランド(GND)に接続されている。
FIG. 4 shows a control
The input terminal is connected to the input of the
The grounding terminal (ground) of the
The output of the
In the case of a grounding terminal of the
In the following, the same circuit connection configuration is used, but the output of the
The output of the
The drains of the
また、インバータ203の出力は、別のツリーの初段インバータ204Aの入力に接続され、そのグランド出力端子は仮想GND220Aに接続されている。この仮想GND220Aは仮想GND220,220B,220Cと1端で接続されている。
仮想GND220Aに接続されるインバータとキーパーの接続構成は仮想GND220Bに接続されているインバータ204以降の回路構成と同一である。
The output of the
The connection configuration between the inverter connected to the
仮想GND220Bに接続されるインバータとキーパーの接続構成は、仮想GND220に接続されるインバータ203以降の回路構成と同一である。
さらに、仮想GND220Cに接続されるインバータとキーパーの接続構成は、仮想GND220Bに接続されるインバータ204B以降の回路構成と同一である。
The connection configuration between the inverter connected to the
Furthermore, the connection configuration between the inverter connected to the
次に、制御信号発生回路200の動作について説明する。
制御信号(Enable信号)の“H”レベルの電圧がインバータ201の入力とPower(パワー)スイッチのNMOSトランジスタ211のゲートに入力されると、NMOSトランジスタ211はON動作状態となり、仮想GND220は本来のグランドに接続される。そして、インバータ201で入力信号が反転されて“H”レベルの電圧が出力される。
インバータ動作を繰り返し、キーパー206の入力に“L”レベルの電圧が供給され、そこで反転されて“H”レベルの電圧が出力される。この“H”レベルの電圧は次段のインバータ207の入力とパワースイッチのNMOSトランジスタ212のゲートに供給される。するとNMOSトランジスタ212はON動作し、配線の途中に配置されたパワースイッチを介して仮想GND220(配線長を考慮して、この配線の途中にパワースイッチを設けている)と本来のグランドが接続される。
インバータ207で反転された“L”レベルの電圧はキーパー208に入力され、そこで反転されて“H”レベルの電圧が出力され、パワースイッチのNMOSトランジスタ213のゲートに供給され、その仮想GND220の配線の一端が本来のグランドに接続される。
これらのキーパー出力電圧はパワーゲートブロックのドメインを駆動するパワーゲートトランジスタに制御電圧として出力される。
仮想GND220A,220B,220Cのツリーに接続された回路動作も上述した動作と同一である。
Next, the operation of the control
When the “H” level voltage of the control signal (Enable signal) is input to the input of the
The inverter operation is repeated, and an “L” level voltage is supplied to the input of the
The “L” level voltage inverted by the
These keeper output voltages are output as control voltages to the power gate transistors that drive the domains of the power gate block.
The circuit operation connected to the tree of the
入力信号が“L”レベルのとき、この“L”レベルの信号が伝播し、パワースイッチのNMOSトランジスタ211,212,212A,212B,212C,213,213A,213B,213Cは順次OFF状態に遷移し、各ツリーを構成するインバータやキーパーは動作を停止する。
しかしながら、各キーパー(206,206A〜206C,208,208A〜208C)は上述したように、寄生容量によりその値は保持される。
キーパーの入力端子は、非活性化時に“H”レベルとなるので、キーパー出力は“L”レベルの保持されることになる。
When the input signal is at “L” level, this “L” level signal propagates, and the
However, the values of the keepers (206, 206A to 206C, 208, 208A to 208C) are held by the parasitic capacitance as described above.
Since the input terminal of the keeper becomes “H” level when inactivated, the keeper output is held at “L” level.
図4に示したツリー構成の制御信号発生回路200は、パワースイッチとしてNMOSトランジスタを使用している例を示しているが、図5に示すように、パワースイッチとしてPMOSトランジスタを使用しているときも適用できる。そのときキーパーの構造として変更になるのは、プルアップPMOSトランジスタがプルダウンNMOSトランジスタになるだけで、通常インバータの変更はない。
また、キーパーは正帰還用のトランジスタを設けなくとも、たとえば寄生容量などを用いてもデータを保持できる。
The control
Further, the keeper can hold data without using a positive feedback transistor, for example, using a parasitic capacitance.
図5に制御信号発生回路を構成するキーパー(回路)250の回路構成を示す。PMOSトランジスタ251のソースが電源VDD254に接続され、ドレインはNMOSトランジスタ252のドレインに接続され、ゲートはNMOSトランジスタ252のゲートとNMOSトランジスタ253のドレインにそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタ252のソースはグランド256に接続され、NMOSトランジスタ253のソースもグランド256に接続されている。
またPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252の共通接続されたドレインはPMOSトランジスタ254のゲートとNMOSトランジスタ253のゲートに接続され、このPMOSトランジスタ254のソースは電源VDD254に接続され、ドレインは仮想電源(ライン)VDD255に接続されている。
FIG. 5 shows a circuit configuration of a keeper (circuit) 250 constituting the control signal generating circuit. The source of the
The source of the
The drain of the
インバータを構成するPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252のゲートの入力に“H”レベルの電圧が供給されると、出力は“L”レベルとなり、PMOSトランジスタ254はON動作状態となり、回路は動作開始する。このとき、NMOSトランジスタ253はOFF動作している。
一方、インバータの入力に“L”レベルの電圧が供給されると、出力は“H”レベルとなり、パワースイッチのPMOSトランジスタ254はOFF動作状態となる。
また、インバータ出力の“H”レベル電圧がNMOSトランジスタ253のゲートに供給されてON動作し、入力に“L”レベルの電圧を帰還し、この状態を維持する。
キーパーがOFF期間とチャージアップ期間、インバータを構成するPMOSトランジスタ251とNMOSトランジスタ252の入力は“L”レベルで、その出力は“H”レベルであるので、正帰還用NMOSトランジスタ253のゲートに“H”レベルの電圧が供給され、ON動作する。その結果、キーパーの入力は“L”レベル、出力は“H”レベルに保持される。
When the “H” level voltage is supplied to the gate inputs of the
On the other hand, when the “L” level voltage is supplied to the input of the inverter, the output becomes the “H” level, and the
Further, the “H” level voltage of the inverter output is supplied to the gate of the
Since the input of the
このように、Power Gate適用時の付加回路(制御信号発生回路)自体もパワーゲートの対象とすることができ、リーク電流発生源の無駄な増加を抑制することができる。
また、Power Gate適用回路とキーパーまでの信号伝達(制御信号発生)回路は仮想電源線を共有することにより、両者の遅延時間を揃えておけば回路活性化中の信号伝播速度が両者でほぼ等しくなり、キーパーの値をモニタリングすることで回路が活性化し終わったかどうかをダイナミックに知ることができる。その信号を利用することで、不定値信号伝播遮断回路の制御信号や次のPower Gate適用ブロックの制御信号の生成が自動で行える。
As described above, the additional circuit (control signal generation circuit) itself when the Power Gate is applied can also be a target of the power gate, and a wasteful increase in leakage current generation sources can be suppressed.
In addition, the Power Gate application circuit and the signal transmission (control signal generation) circuit to the keeper share a virtual power supply line, so that the signal propagation speed during circuit activation is almost the same if both delay times are aligned. Thus, it is possible to dynamically know whether or not the circuit has been activated by monitoring the value of the keeper. By using the signal, it is possible to automatically generate a control signal for the indefinite value signal propagation blocking circuit and a control signal for the next Power Gate application block.
次に、図1の実施形態例であるパワーゲートブロックを乗算器300に適用した回路について図6を用いて説明する。
図6−Aは従来通り、パワーゲートを乗算器300に適用したときの回路を示し、また図6−Bは最小単位回路ブロックを用いて乗算器350を構成し、その回路を3つのドメイン(部分積;Partial Products、ワランスツリー;Wallance Tree、加算器;Adder)に分割した回路を示している。この図6−A、図6−Bにおいて、実線矢印は入力信号の伝播の様子を、点線矢印は回路中で自然発生したグリッチの伝播の様子を示している。
Next, a circuit in which the power gate block according to the embodiment shown in FIG. 1 is applied to the
6A shows a circuit when a power gate is applied to the
図6−Aに示す乗算器300は、部分積ブロック303、ワランスツリーブロック304、加算器ブロック305の破線で示す3つのブロックが1つのドメインとして構成され、加算器ブロック305の出力に不定値信号伝搬遮断回路306が接続されている。
また部分積ブロック303のブロック内に仮想グランド(GND)が、ワランスツリーブロック304に仮想GNDがまた加算器ブロック305に仮想GNDがそれぞれ設けられている。
しかし、図示してあるように、これらの各ブロックに設けられた仮想GNDはお互いに接続されている。
In the
Further, a virtual ground (GND) is provided in the block of the
However, as shown in the figure, the virtual GNDs provided in each of these blocks are connected to each other.
部分積ブロック303の仮想GND310はパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)307のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ307のソースは本来のグランドに接続され、ゲートにイネーブル(Enable)信号の制御信号1が供給される。
ワランスツリーブロック304の仮想GND310はパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)308のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ308のソースは本来のグランドに接続され、ゲートにイネーブル信号の制御信号2が供給される。
同様に、加算器ブロック305の仮想GND310はパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)309のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ309のソースは本来のグランドに接続され、ゲートにイネーブル信号の制御信号3が供給される。
The virtual GND 310 of the
The virtual GND 310 of the
Similarly, the virtual GND 310 of the
パワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ307,308,309)のゲートに供給される制御信号のタイミングは、制御信号1の“H”レベルの電圧が時刻t0でNMOSトランジスタ307のゲートに供給され、それより遅延した時刻t1で“H”レベルの電圧の制御信号2,3がNMOSトランジスタ308,309のゲートに同時に供給される。
ただ、回路全体が同時に活性化するのでグリッチの伝播経路長が長くなる。
The timing of the control signal supplied to the gates of the power gate transistors (
However, since the entire circuit is activated simultaneously, the propagation path length of the glitch becomes long.
図6−Aに示した実線矢印は、入力信号が各ブロックを伝播する時の様子を示したものである。この入力信号は、通常動作時の信号伝播と同じで、各ノードは入力信号(a,c,e)に応じて数回スイッチングする。
一方、各ブロックで発生したグリッチ(b,d,f,g,h,i)の伝播の様子を点線矢印で示した。たとえば、部分積ブロック303で発生したグリッチ(b,d)はワランスツリーブロック304、加算器ブロック305を伝播し、不定値信号伝搬遮断回路306に出力される。
また、ワランスツリーブロック304で発生したグリッチ(f,g)は加算器ブロック305を伝播して不定値信号伝搬遮断回路306に出力される。
同様に、加算器ブロック305で発生したグリッチ(h,i)は不定値信号伝搬遮断回路306に出力される。
このように、自然発生するグリッチは、入力信号の伝播と同様に回路内を伝播し、途中で吸収されなければ不定値信号伝搬遮断回路306まで伝播する。
また、場合によっては回路に数回入力を与えたのと同じくらいのスイッチングを発生させ、不定値信号伝搬遮断回路306まで伝播する。
したがって、図6−Aに示した乗算器350にパワーゲート回路を適用した場合、パワーゲート適用回路の活性化時に生じる無駄な電力を削減することはできない。
A solid arrow shown in FIG. 6A indicates a state when the input signal propagates through each block. This input signal is the same as the signal propagation during normal operation, and each node switches several times according to the input signal (a, c, e).
On the other hand, the state of propagation of glitches (b, d, f, g, h, i) generated in each block is indicated by dotted arrows. For example, the glitch (b, d) generated in the
Further, the glitch (f, g) generated in the
Similarly, the glitch (h, i) generated in the
As described above, the naturally occurring glitch propagates in the circuit similarly to the propagation of the input signal, and propagates to the indefinite value signal
Further, in some cases, the switching is generated as much as the input is given several times to the circuit and propagates to the indefinite value signal
Therefore, when a power gate circuit is applied to the
次に、図6−Bに本発明の実施形態例であるパワーゲートを適用した乗算器350を示す。
この乗算器350の回路ブロックは図6−Aに示したものと同じであるが、各回路ブロックを1つのドメインとし、お互い独立して動作する構成となっている。
以下具体的に乗算器350について説明をする。
乗算器(351)は部分積ドメイン353、ワランスツリードメイン354、加算器ドメイン355、不定値信号伝搬遮断回路356と各ドメインの仮想GND(グランド)1(360)、仮想GND2(361)、仮想GND3(362)とそれを駆動するパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)357,358,359で構成されている。
部分積ドメイン353に独立した仮想GND1が設けられ、この仮想GND1はパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)357のドレインに接続され、ゲートに制御信号1が供給されて、ON(オン)、OFF(オフ)制御され、仮想GND1と本来のグランド間がソースを介して接続または遮断される。
ワランスツリードメイン354に独立した仮想GND2が設けられ、この仮想GND2は、パワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)358のドレインに接続され、ゲートに制御信号2が供給されて、ON、OFF制御され、仮想GND2と本来のグランド間がソースを介して接続または遮断される。
同様に、加算器ドメイン355にも独立した仮想GND3が設けられ、この仮想GND3は、パワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)359のドレインに接続され、ゲートに制御信号3が供給されて、ON、OFF制御されて、仮想GND3と本来のグランド間がソースを介して接続または遮断される。
Next, FIG. 6B shows a
The circuit block of the
The
The multiplier (351) includes a
An independent
An independent virtual GND 2 is provided in the
Similarly, an independent virtual GND 3 is also provided in the
次に図6−Bのパワーゲート回路を適用した乗算器350の動作について説明する。
時刻t0以前は、NMOSトランジスタ357,358,359のゲートに供給される制御電圧1,2,3は全て“L”レベルの電圧であるので、各NMOSトランジスタ357〜359の動作はOFFで、非導通となり、仮想GNDと本来のグランドが遮断される。
その結果、全てのドメイン(部分積ドメイン353、ワランスツリードメイン354、加算器ドメイン355)はオフ動作状態である。
Next, the operation of the
Prior to time t0, the
As a result, all domains (
時刻t0になると、制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号1が“L”レベルから“H”レベルに遷移し、その“H”レベルの電圧がNMOSトランジスタ357のゲートに供給される。すると、このNMOSトランジスタ357はON動作状態となり、導通して仮想GND1は本来のグランドに接続され、部分積ドメイン353の電源とグランド間に正常な電圧が供給されて活性化され、積演算処理が開始される。
このときの入力信号はたとえば、a1,c1,e1と実線矢印で示し、また部分積ドメイン353で自然発生したグリッチをb1,d1の破線矢印で示す。
グリッチb1とd1は次段のワランスツリードメイン354の入力に供給されるが、まだこのワランスツリードメイン354は動作していないので、このグリッチは入力されない(図6−B)。
At time t 0, the
The input signal at this time is indicated by, for example, a1, c1, e1 and solid line arrows, and a glitch naturally generated in the
The glitches b1 and d1 are supplied to the input of the next-stage
時刻t1になると、制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号2がNMOSトランジスタ358のゲートに供給され、制御信号2が“H”レベルであるので、ON動作になり、導通する。その結果、仮想GND2は本来のグランドに接続される。
ここで、時刻t1は時刻t0に対して所定時間遅延しているが、この遅延時間は部分積ドメイン353について、時刻t0から演算処理の電源立ち上がりが安定化またはその動作が完了するまでの時間である。
ワランスツリードメイン354は動作を開始し、部分積ドメイン353で信号a1、c1とe1が演算処理された結果が入力され、列加算器に似たビット切り加算器のワランスツリー処理、すなわち部分積の和を求める演算処理が行われる(実線矢印)。
また、このワランスツリードメイン354においても同様に、自然発生的にグリッチが発生し、その様子をたとえば破線矢印、f1とg1で表す。グリッチf1とg1は後段の加算器ドメイン355の入力に出力されるが、まだこの加算器ドメイン355は動作していないので、加算器ドメイン355の入力で阻止される。
At time t1, since the control signal 2 output from the control signal generation circuit (20, 100, 200) is supplied to the gate of the
Here, the time t1 is delayed by a predetermined time with respect to the time t0, but this delay time is the time from the time t0 until the power-on of the arithmetic processing is stabilized or the operation is completed for the
The
Similarly, in this
ワランスツリードメイン354で演算処理の電源の立ち上がり動作が安定化し、またはその動作が完了し、時刻t2になると、制御信号発生回路(20,100,200)から出力される“H”レベルの電圧の制御信号3がNMOSトランジスタ359のゲートに供給され、ON動作し、仮想GND3が本来のグランドに接続され、その結果加算器ドメイン355は所定の動作を開始する。
加算器ドメインで演算処理されたデータ(信号)、a1とe1は不定値信号伝搬遮断回路356に出力され、さらにこのドメイン内で発生したグリッチh1とi1は後段の不定値信号伝搬遮断回路356に出力される。
When the power-on operation of the arithmetic processing power supply stabilizes or completes in the
The data (signals) a1 and e1 processed in the adder domain are output to the indeterminate value signal propagation cut-
上述したように、図6−Bに示す乗算器350は、入力信号によりドメインの入力ノード(端子)が何度スイッチングしても、ドメイン自体はまだ活性化していないので、そこで生じるグリッチはドメイン内へ伝播しない。
また、入力ノードが決定してからドメインが活性化されるので、ドメインから見れば入力ノードの実質のスイッチングは1回以下である。
このように、各ドメインの入口でスイッチング回数を大幅に削減できるので回路全体のスイッチング率を削減できる
さらに、各ドメイン内で発生したグリッチは、後段のドメイン内には伝播しないので無駄なスイッチングを抑えている。
このように、無駄なグリッチの伝播を大幅に削減でき、回路全体のスイッチング率を削減できる。
以上により、ドメインをパワーゲートの制御信号に対応して順次動作させることにより、Power Gate適用回路の活性化時に生じる無駄な電力を削減できる。
また、この乗算器350のパワーゲートトランジスタを制御する制御信号発生回路自体もパワーゲート制御できるので、さらに消費電力を削減することができる。
As described above, in the
Further, since the domain is activated after the input node is determined, the actual switching of the input node is not more than once from the viewpoint of the domain.
In this way, the number of switching operations can be greatly reduced at the entrance of each domain, so that the switching rate of the entire circuit can be reduced.Furthermore, glitches generated in each domain do not propagate in the subsequent domain, thus suppressing unnecessary switching. ing.
In this way, useless glitch propagation can be greatly reduced, and the switching rate of the entire circuit can be reduced.
As described above, by sequentially operating the domains in response to the control signal of the power gate, it is possible to reduce wasteful power generated when the Power Gate application circuit is activated.
Further, since the control signal generation circuit itself for controlling the power gate transistor of the
図7に他の実施形態例のパワーゲートブロックを有する信号処理回路400を示す。
図1、図6−B中のPower Gate Blockのドメインは、パワースイッチとしてNMOSトランジスタを使用したN型(NチャンネルMOSトランジスタを用いたパワーゲート)回路に対する適用例を示したが、この他に、PMOSトランジスタを使用したP型の回路を図7に示す。
信号処理回路400は、ドメイン1(401)、ドメイン2(402)、・・・、ドメインN(403)、不定値信号伝搬遮断回路404、とパワーゲートトランジスタのPMOSトランジスタ405,407,409などで構成されている。
パワーゲートブロックを構成する各ドメイン1〜ドメインNはそれぞれ仮想電源ラインVDD(仮想VDD1(406)、仮想VDD2(408)、・・・、仮想VDDN(410))を備えている。
またこれらの仮想電源ラインVDDはパワーゲートトランジスタ(PMOSトランジスタ405,407,409)のドレインに接続され、ソースは本来の電源VDD(電源供給)ラインに接続され、ゲートには制御信号1、制御信号2、・・・、制御信号Nが所定のタイミングで供給される。
FIG. 7 shows a
The domain of Power Gate Block in FIGS. 1 and 6-B shows an application example for an N-type (power gate using an N-channel MOS transistor) circuit using an NMOS transistor as a power switch. FIG. 7 shows a P-type circuit using a PMOS transistor.
The
Each of the
These virtual power supply lines VDD are connected to the drains of the power gate transistors (
N型においては、仮想GND(ライン)をパワーゲートトランジスタ(NMOSトランジスタ)で本来のグランドに接続する構成であったが、P型のパワーゲートブロックにおいては、制御信号によりPMOSトランジスタのパワーゲートトランジスタをON、OFF制御し、各ドメインの設けられた仮想電源(ライン)VDDを本来の電源(供給ライン)に接続または遮断する構成である。 In the N type, the virtual GND (line) is connected to the original ground by a power gate transistor (NMOS transistor). However, in the P type power gate block, the power gate transistor of the PMOS transistor is controlled by a control signal. The configuration is such that ON / OFF control is performed, and the virtual power supply (line) VDD provided in each domain is connected to or cut off from the original power supply (supply line).
図7に示すP型パワーゲートブロックを有する信号処理回路400の動作について述べる。
制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号1、制御信号2、・・・、制御信号Nは“H”レベルの電圧で、その“H”レベルの電圧がパワーゲートトランジスタ(PMOSトランジスタ)405,407,・・・,409のゲートに供給され、これらのPMOSトランジスタは全てOFF動作状態である。
そのため、各ドメイン1、ドメイン2、・・・、ドメインNの仮想電源VDD1、VDD2、・・・、VDDNは本来の電源VDDに接続されず、全てのドメインの動作はOFF状態である。
次に、制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号1が“H”レベルから“L”レベルに遷移し、その他の制御信号2、・・・、制御信号Nは“H”レベルを維持していると、パワーゲートトランジスタのPMOSトランジスタ405だけがON動作し、仮想電源VDD1が本来の電源VDDに接続され、その他の仮想電源VDD2、・・・、VDDNと本来の電源間は遮断されたままである。
するとドメイン1は動作を開始し、入力端子から信号(a2,b2,c2)が入力され、信号処理が開始される。また、この信号処理中、このドメイン1内で自然発生的にグリッチが発生しドメイン2の入力端子に出力される。
しかし、このときドメイン2はまだOFF動作状態であるので、グリッチが入力されても入力側で阻止され、このドメイン2に入力されることは無い。この動作状態はドメイン2が動作を開始するまで続く。
The operation of the
The
Therefore, the virtual power supplies VDD1, VDD2,..., VDDN of each
Next, the
Then, the
However, since the domain 2 is still in the OFF operation state at this time, even if a glitch is input, it is blocked on the input side and is not input to the domain 2. This operating state continues until domain 2 starts operating.
制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号2が制御信号1より所定時間遅延して“L”レベルの電圧がPMOSトランジスタ407に供給されると、ON動作し、仮想電源VDD2は本来の電源VDDに接続され、ドメイン2が動作を開始する。このとき、ドメイン1は、既に活性化されていて、その動作状態は安定し、動作を開始または完了している。
入力信号(a2,b2,c2)はドメイン2で信号処理を開始し、また一方このドメイン2内で自然発生的にグリッチが発生する。しかしながら、このグリッチは後段のドメイン3が非動作状態であるので、その入力端で阻止される。
When the control signal 2 output from the control signal generation circuit (20, 100, 200) is delayed for a predetermined time from the
The input signal (a2, b2, c2) starts signal processing in the domain 2, while a glitch occurs spontaneously in the domain 2. However, this glitch is blocked at the input end because the subsequent domain 3 is inactive.
以後同様に動作が繰り返される。
そして、制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号Nが“H”レベルから“L”レベルになると、PMOSトランジスタ409がON動作し、仮想電源VDDNが本来の電源VDDに接続され、ドメインNは動作を開始する。
ドメインNで信号処理が終わると、その処理された信号は不定値信号伝搬遮断回路404に出力され、所定のタイミングでパワーゲートブロック400から出力される。
Thereafter, the operation is repeated in the same manner.
When the control signal N output from the control signal generation circuit (20, 100, 200) changes from the “H” level to the “L” level, the
When the signal processing is completed in the domain N, the processed signal is output to the indeterminate value signal
上述したように、図7に示すP型のパワーゲートブロックを有する信号処理回路400は、入力信号によりドメインの入力ノード(端子)が何度スイッチングしても、ドメイン自体はまだ活性化していないので、そこで生じるグリッチはドメイン内へ伝播しない。
各ドメインの入口でスイッチング回数を大幅に削減できるので回路全体のスイッチング率を削減できる
さらに、各ドメイン内で発生したグリッチは、後段のドメイン内には伝播しないので無駄なスイッチングを抑えている。
このように、無駄なグリッチの伝播を大幅に削減でき、回路全体のスイッチング率を削減できる。
以上により、ドメインをパワーゲートの制御信号に対応して順次動作させることにより、Power Gate適用回路の活性化時に生じる無駄な電力を削減できる。
また、このパワーゲートブロックを有する信号処理回路400のパワーゲートトランジスタを制御する制御信号発生回路自体もパワーゲート制御できるので、さらに消費電力を削減することができる。
As described above, in the
The switching frequency of the entire circuit can be reduced because the number of switching operations can be significantly reduced at the entrance of each domain. Further, since glitches generated in each domain do not propagate in the subsequent domain, unnecessary switching is suppressed.
In this way, useless glitch propagation can be greatly reduced, and the switching rate of the entire circuit can be reduced.
As described above, by sequentially operating the domains in response to the control signal of the power gate, it is possible to reduce wasteful power generated when the Power Gate application circuit is activated.
Further, since the control signal generation circuit itself for controlling the power gate transistor of the
図8に他の実施形態例であるパワーゲートトランジスタにPMOSトランジスタとNMOSトランジスタの両方を使用したPN型のパワーゲートブロックを有する信号処理回路450を示す。
図8に示す信号処理回路450は、各ドメインに仮想電源VDD(ライン)と仮想GND(ライン)を設け、これらの仮想電源VDDと仮想GNDラインをPMOSトランジスタとNMOSトランジスタを用いて、制御信号によりON、OFF動作させ、両ラインを接続または遮断して、各ドメインの動作を制御している。
FIG. 8 shows a
A
ドメイン1(451)内には、仮想電源VDD1(457)と仮想GND1(458)が設けられていて、仮想電源VDD1はPMOSトランジスタ456のドレインが接続され、このPMOSトランジスタ456のソースは本来の電源VDDに接続され、ゲートに制御信号1が供給されている。
また仮想GND1はNMOSトランジスタ458のドレインに接続され、このNMOSトランジスタ458のソースは本来のGNDに接続され、ゲートには制御信号1がインバータ455で反転された制御信号が供給される。
以下、各ドメイン内の仮想電源VDD、仮想GNDとそれを駆動するパワーゲートトランジスタは同様に構成される。
制御信号1から制御信号Nまで、所定のタイミングで“H”レベルから“L”レベルに遷移し、それに対応して各ドメイン1(451)、・・・、ドメインN(452)の動作を順次開始する。
ドメインN−1までのドメインが安定し、または動作完了し、制御信号Nが“L”レベルになると、この時刻において制御信号1、・・・、制御信号Nまで全て“L”レベルであるので、全てのドメインは動作状態となる。
すると、ドメインNで信号処理が開始され、その処理が終わるとドメインNで処理された信号が不定値信号伝搬遮断回路453の入力に出力される。
そして、この不定値信号伝搬遮断回路453からこのパワーゲートブロック450で処理された信号は所定のタイミングで出力される。
この信号処理回路450においても、各ドメインは制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号1、・・・、制御信号Nが所定のタイミングでそれに対応するドメイン1、・・・、ドメインNに供給されるので、グリッチを後段に伝播することは無い。
In the domain 1 (451), a virtual power supply VDD1 (457) and a virtual GND1 (458) are provided. The virtual power supply VDD1 is connected to the drain of the
The
Hereinafter, the virtual power supply VDD and virtual GND in each domain and the power gate transistor for driving the same are configured similarly.
From the
When the domain up to the domain N-1 is stabilized or the operation is completed and the control signal N becomes the “L” level, the
Then, the signal processing is started in the domain N, and when the processing is completed, the signal processed in the domain N is output to the input of the indefinite value signal
The signal processed by the
Also in the
上述したように、図8に示すPN型のパワーゲートブロックを有する信号処理回路450において、入力信号によりドメインの入力ノード(端子)が何度スイッチングしても、ドメイン自体はまだ活性化していないので、そこで生じるグリッチはドメイン内へ伝播しない。
各ドメインの入口でスイッチング回数を大幅に削減できるので回路全体のスイッチング率を削減できる
さらに、各ドメイン内で発生したグリッチは、後段のドメイン内には伝播しないので無駄なスイッチングを抑えている。
このように、無駄なグリッチの伝播を大幅に削減でき、回路全体のスイッチング率を削減できる。
以上により、ドメインをパワーゲートの制御信号に対応して順次動作させることにより、Power Gate適用回路の活性化時に生じる無駄な電力を削減できる。
さらに、パワーゲートトランジスタを制御する制御信号発生回路自体もパワーゲート制御できるので、さらに消費電力を削減することができる。
As described above, in the
The switching frequency of the entire circuit can be reduced because the number of switching operations can be significantly reduced at the entrance of each domain. Further, since glitches generated in each domain do not propagate in the subsequent domain, unnecessary switching is suppressed.
In this way, useless glitch propagation can be greatly reduced, and the switching rate of the entire circuit can be reduced.
As described above, by sequentially operating the domains in response to the control signal of the power gate, it is possible to reduce wasteful power generated when the Power Gate application circuit is activated.
Furthermore, since the control signal generation circuit itself for controlling the power gate transistor can also be power gate controlled, power consumption can be further reduced.
また、図1、図6−B、図7、図8に示したドメインは、1列に配置してあったが、ドメインは、フィードバックのないトポロジであれば1列に並んだトポロジでなくてもよい。
図9に他の実施形態例であるパワーゲートブロックを有する信号処理回路500を示す。
ここで、図9の信号処理回路500においては、各ドメインを制御するパワーゲートトランジスタとそれを制御する制御信号については省略している。
信号処理回路500は、ドメイン1(501)とドメイン2(502)が信号入力側に並列に配置してある。従来は列方向に配置してあったが、この例では行方向に配置してある。
ドメイン3(503)はドメイン1に対して列方向に配置してあり、その一部はドメイン2に隣接している。
ドメイン4(504)はドメイン3に対して平行にかつ列方向に配置され、また、ドメイン5(505)とドメイン6(506)は並列に配置されている。
以下ドメインをたとえば信号の流れに沿い任意に配置し、最後に信号処理回路500の出力端に不定値信号伝搬遮断回路507を配置する。
In addition, the domains shown in FIGS. 1, 6B, 7 and 8 are arranged in one column. However, if the domain has no feedback, the domain is not a topology arranged in one column. Also good.
FIG. 9 shows a
Here, in the
In the
Domain 3 (503) is arranged in the column direction with respect to
The domain 4 (504) is arranged in parallel and in the column direction with respect to the domain 3, and the domain 5 (505) and the domain 6 (506) are arranged in parallel.
In the following, domains are arbitrarily arranged, for example, along the signal flow, and finally an indefinite value signal
図9に示すドメインの動作とそれに伴う信号の流れについて説明する。
制御信号発生回路(20,100,200)から出力される制御信号に応じてまずドメイン1が動作し、次にドメイン2が動作する。ドメイン1が動作しているときは、ドメイン2はまだ動作停止中である。
ドメイン1の電源立ち上がり動作が安定化またはその動作が完了するとドメイン2が活性化され動作を開始する。また、このとき、ドメイン1も動作している。
ドメイン2の電源立ち上がりが安定化しまたはその動作が完了すると、制御信号によりドメイン3が活性化され動作を開始する。このとき、ドメイン3にはドメイン1とドメイン2の両方の出力から、そこで信号処理された信号が供給される。
他の例として、ドメイン1とドメイン2が互いに独立して動作し、しかもこの両者間で信号の授受が無ければ、同時に動作を開始してもよい。この場合、ドメイン1とドメイン2の電源立ち上がりが安定化しまたはその動作が完了すると、これらのドメインで処理された信号がドメイン3に出力される。
ドメイン3で電源の立ち上がりが安定化または動作が完了すると、制御信号によりドメイン4が動作開始する。すると、たとえば、ドメイン3とドメイン2で信号処理された信号がドメイン4に入力され、信号処理が行われる。
以下同様な動作が繰り返され、最後のドメインが動作完了すると、その結果得られたデータが不定値信号伝搬遮断回路507に供給され、所定のタイミングで信号処理回路500から出力される。
The operation of the domain shown in FIG. 9 and the accompanying signal flow will be described.
In accordance with the control signal output from the control signal generation circuit (20, 100, 200), the
When the power-on operation of
When the power supply rise of the domain 2 is stabilized or the operation is completed, the domain 3 is activated by the control signal to start the operation. At this time, the domain 3 is supplied with signals that have been subjected to signal processing from the outputs of both the
As another example, if the
When the rise of the power supply is stabilized or the operation is completed in the domain 3, the domain 4 starts to operate according to the control signal. Then, for example, the signal processed in the domain 3 and the domain 2 is input to the domain 4 and signal processing is performed.
Thereafter, the same operation is repeated, and when the last domain is completed, the data obtained as a result is supplied to the indeterminate value signal
以上述べたドメインの領域や配置は1例であり、その配置の変形は任意に行うことができる。
この図9に示す信号処理回路500においても、各ドメイン内で発生したグリッチは後段のドメインに伝播することは無く、無駄なスイッチングを抑えることができる。
また、ドメインをパワーゲートの制御信号に対応して順次動作させることにより、パワーゲートブロックの活性化時に生じる無駄な電力を削減できる。
さらに、このパワーゲートのドメインを制御する制御信号発生回路自体もパワーゲート制御できるので、さらに消費電力を削減することができる。
The domain regions and arrangements described above are only examples, and the arrangement can be arbitrarily changed.
Also in the
In addition, by sequentially operating the domains in response to the power gate control signal, it is possible to reduce wasteful power generated when the power gate block is activated.
Further, since the control signal generation circuit itself for controlling the domain of the power gate can also be power gate controlled, the power consumption can be further reduced.
以上述べたように、活性化していないドメインには前段からのグリッチが伝播しないため、活性化時のスイッチング率を抑制することができ、無駄な消費電力を大幅に削減できる。
また、回路ブロック全体が同時に活性化する時間より各ドメインが活性化する時間のほうが短いので内部ノードの不定値状態が短くて済み、活性化中の貫通電流も削減できる。
さらに、パワーゲート適用回路のOFFからON動作に生じるオーバーヘッドが抑制されるので、リーク電流削減効果を得るための最小回路OFF期間を短くできる。
また、回路ブロック内のパワーゲートトランジスタのONタイミングがずれるのでラッシュ電流抑制の機能も含むことができる。
また、Power Gate適用時の付加回路自体もパワーゲートの対象とすることができ、リーク電流発生源の無駄な増加を抑制することができる。
Power Gate適用回路と付加回路のキーパーまでの信号伝達回路は仮想電源線を共有しているので、両者の遅延時間を揃えておけば回路活性化中の信号伝播速度が両者でほぼ等しくなり、キーパーの値をモニタリングすることで回路が活性化し終わったかどうかをダイナミックに知ることができる。その信号を利用することで、不定値信号伝播遮断回路の制御信号や次のPower Gate適用ブロックの制御信号の生成が自動で行える。
As described above, since the glitch from the previous stage does not propagate to the domain that is not activated, the switching rate at the time of activation can be suppressed, and wasteful power consumption can be greatly reduced.
In addition, since the time for activating each domain is shorter than the time for activating the entire circuit block at the same time, the indefinite state of the internal node can be shortened, and the through current during activation can be reduced.
Furthermore, since the overhead that occurs in the ON operation from the OFF state of the power gate application circuit is suppressed, the minimum circuit OFF period for obtaining the leakage current reduction effect can be shortened.
Further, since the ON timing of the power gate transistor in the circuit block is shifted, a function of suppressing rush current can be included.
Further, the additional circuit itself at the time of applying the power gate can also be the target of the power gate, and a wasteful increase in the leakage current generation source can be suppressed.
Since the signal transmission circuit to the keeper of the Power Gate application circuit and the additional circuit shares a virtual power line, if the delay times of both are made uniform, the signal propagation speed during circuit activation is almost equal between the two. It is possible to dynamically know whether the circuit has been activated by monitoring the value of. By using the signal, it is possible to automatically generate a control signal for the indefinite value signal propagation blocking circuit and a control signal for the next Power Gate application block.
10,300,350,400,450,500…信号処理回路、20,100,200…制御信号発生(コントロール)回路、21,22,23,307,308,309,357,358,359,405,407,409,456,459,461,464…パワーゲートトランジスタ、41〜43,102,220,220A〜220C,310,360〜362,458,463…仮想電源(GND;グランド)、30,301,351,430,480,530…パワーゲートブロック、31,32,33,353,354,355,401,402,403,451,452,501〜506…ドメイン、34,306,356,404,453,507…不定値信号伝搬遮断回路、106,107,109,111,113,115,117,119,121,123,125,127,130,131,211,212,212A〜212C,213,213A〜213C,252,253…NMOSトランジスタ、105,108,110,112,114,116,118,120,122,124,126,128,129,251,254…PMOSトランジスタ、201〜205,207,204A〜204C,205A〜205C,207A〜207C,455,460…インバータ、255,406,408,410,457,462…仮想VDD。 10, 300, 350, 400, 450, 500 ... signal processing circuit, 20, 100, 200 ... control signal generation (control) circuit, 21, 22, 23, 307, 308, 309, 357, 358, 359, 405 407, 409, 456, 459, 461, 464 ... power gate transistors, 41-43, 102, 220, 220A-220C, 310, 360-362, 458, 463 ... virtual power supply (GND; ground), 30, 301, 351, 430, 480, 530 ... power gate block, 31, 32, 33, 353, 354, 355, 401, 402, 403, 451, 452, 501-506 ... domain, 34, 306, 356, 404, 453 507... Undefined value signal propagation cutoff circuit, 106, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 130, 131, 211, 212, 212A to 212C, 213, 213A to 213C, 252, 253 ... NMOS transistors, 105, 108, 110, 112, 114, 116 , 118, 120, 122, 124, 126, 128, 129, 251, 254 ... PMOS transistors, 201-205, 207, 204A-204C, 205A-205C, 207A-207C, 455,460 ... inverters, 255,406, 408, 410, 457, 462... Virtual VDD.
Claims (9)
前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、
前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、
各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、
前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路と
を有し、
前記制御信号発生回路は、
前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、
前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、
前記複数段のインバータは、
前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、
前記複数段のインバータのうちの、
前記制御信号を出力するインバータは、前記電源供給ラインに接続され、
それ以外のインバータは、前記制御信号に基づいて前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続されている
信号処理回路。 A circuit block that processes signals while propagating;
A power supply line for supplying power for activating the circuit block;
A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when the circuit block is divided into a plurality of domains in order of early signal propagation timing;
A plurality of switching means connected between each of the virtual power supply line and the power supply line, for connecting or blocking the virtual power supply line to the power supply line;
A control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal;
The control signal generation circuit includes:
In order to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals, output control signals of individual timing to the plurality of switching means,
When outputting a control signal corresponding to a domain that is activated second or later in the order of propagation timing of the signal, the switching means of the domain that has already been activated according to the order of propagation timing of the signal Having a plurality of inverters to which an enable signal as a basis of the control signal for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state is input to the first stage;
The plurality of inverters are
Propagating while inverting the enable signal, and outputting the control signal for activating the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain,
Of the plurality of inverters,
The inverter that outputs the control signal is connected to the power supply line,
The other inverters are connected to the virtual power line that is connected or disconnected by the switching means based on the control signal.
Signal processing circuit.
複数の前記制御信号により前記複数のドメインを順番に活性化する際に、あるドメインを活性化するための制御信号を出力してから、次のドメインを活性化するための制御信号を出力するまでの時間として、当該あるドメイン内で信号が伝播して動作が完了するまでの時間を確保する
請求項1記載の信号処理回路。 The control signal generation circuit includes:
When the plurality of domains are sequentially activated by the plurality of control signals, from when a control signal for activating a certain domain is output until a control signal for activating the next domain is output The signal processing circuit according to claim 1, wherein a time until the operation is completed after the signal is propagated in the certain domain is secured as the time.
前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、
前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、
各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、
前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路と
を有し、
前記制御信号発生回路は、
前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、
前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、
前記複数段のインバータは、
前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、
前記制御信号を出力する各インバータと1対1対応で設けられた複数個のトランジスタを有し、
各前記トランジスタにより、各インバータの値を保持する
信号処理回路。 A circuit block that processes signals while propagating;
A power supply line for supplying power for activating the circuit block;
A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when the circuit block is divided into a plurality of domains in order of early signal propagation timing;
A plurality of switching means connected between each of the virtual power supply line and the power supply line, for connecting or blocking the virtual power supply line to the power supply line;
A control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal;
Have
The control signal generation circuit includes:
In order to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals, output control signals of individual timing to the plurality of switching means,
When outputting a control signal corresponding to a domain that is activated second or later in the order of propagation timing of the signal, the switching means of the domain that has already been activated according to the order of propagation timing of the signal Having a plurality of inverters to which an enable signal as a basis of the control signal for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state is input to the first stage;
The plurality of inverters are
Propagating while inverting the enable signal, and outputting the control signal for activating the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain,
A plurality of transistors provided in a one-to-one correspondence with each inverter that outputs the control signal;
Each transistor holds the value of each inverter
Signal processing circuit .
複数の前記制御信号により前記複数のドメインを順番に活性化する際に、あるドメインを活性化するための制御信号を出力してから、次のドメインを活性化するための制御信号を出力するまでの時間として、当該あるドメイン内で信号が伝播して動作が完了するまでの時間を確保する
請求項3記載の信号処理回路。 The control signal generation circuit includes:
When the plurality of domains are sequentially activated by the plurality of control signals, from when a control signal for activating a certain domain is output until a control signal for activating the next domain is output 4. The signal processing circuit according to claim 3, wherein a time until the operation is completed after the signal is propagated in the certain domain is secured as the time .
前記制御信号を出力するインバータは、前記電源供給ラインに接続され、
それ以外のインバータは、前記制御信号に基づいて前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続されている
請求項3または4記載の信号処理回路。 Of the plurality of inverters,
The inverter that outputs the control signal is connected to the power supply line,
5. The signal processing circuit according to claim 3 , wherein the other inverter is connected to the virtual power supply line that is connected or disconnected by the switching means based on the control signal .
前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、
前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、
各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、
前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路と
を有し、
前記制御信号発生回路は、
前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、
前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力し、
前記回路ブロックの最終段のドメインから信号が入力される最小単位回路ブロックを形成するための不定値伝播遮断回路を有し、
前記不定値伝播遮断回路は、
前記回路ブロックの初段から最終段までのドメインのすべてが活性されていない非活性状態にある場合に、前記回路ブロックの不定値信号を伝播しないように一定値を出力する
信号処理回路。 A circuit block that processes signals while propagating;
A power supply line for supplying power for activating the circuit block;
A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when the circuit block is divided into a plurality of domains in order of early signal propagation timing;
A plurality of switching means connected between each of the virtual power supply line and the power supply line, for connecting or blocking the virtual power supply line to the power supply line;
A control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal;
Have
The control signal generation circuit includes:
In order to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals, output control signals of individual timing to the plurality of switching means ,
When outputting a control signal corresponding to a domain that is activated second or later in the order of propagation timing of the signal, the switching means of the domain that has already been activated according to the order of propagation timing of the signal Continue to output a control signal that keeps each activated domain active,
An indefinite value propagation blocking circuit for forming a minimum unit circuit block to which a signal is input from a final domain of the circuit block;
The indefinite value propagation cutoff circuit is:
When a domain from the first stage to the last stage of the circuit block is in an inactive state where it is not activated, a constant value is output so as not to propagate an indefinite value signal of the circuit block.
Signal processing circuit.
前記回路ブロックを活性化させるための電力を供給する電源供給ラインと、
前記回路ブロックを信号の伝播タイミングが早い順番で複数のドメインに分けた場合の各ドメインに設けられる複数の仮想電源ラインと、
各前記仮想電源ラインと前記電源供給ラインとの間に接続され、前記電源供給ラインに対して前記仮想電源ラインを接続し又は遮断する複数の切り換え手段と、
前記複数の切り換え手段へ制御信号を出力し、前記制御信号が供給された切り換え手段に対応するドメインを活性化させる制御信号発生回路と
を有し、
前記制御信号発生回路は、
前記信号の伝播タイミングの順番で前記複数のドメインを順番に活性化するように、前記複数の切り換え手段に対して個別のタイミングの制御信号を出力し、
前記信号の伝播タイミングの順番において2番目以降に活性化するドメインに対応する制御信号を出力する場合、前記信号の伝播タイミングの順番にしたがって既に活性化したドメインの各前記切り換え手段に対して、当該活性化した各ドメインを活性状態に維持する制御信号を継続して出力するための前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、
前記複数段のインバータは、
前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力し、
前記回路ブロックの最終段のドメインから信号が入力される最小単位回路ブロックを形成するための不定値伝播遮断回路を有し、
前記不定値伝播遮断回路は、
前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続され、
前記制御信号発生回路の最終段のインバータの出力信号により、活性化が制御される
信号処理回路。 A circuit block that processes signals while propagating;
A power supply line for supplying power for activating the circuit block;
A plurality of virtual power supply lines provided in each domain when the circuit block is divided into a plurality of domains in order of early signal propagation timing;
A plurality of switching means connected between each of the virtual power supply line and the power supply line, for connecting or blocking the virtual power supply line to the power supply line;
A control signal generating circuit for outputting a control signal to the plurality of switching means and activating a domain corresponding to the switching means supplied with the control signal;
Have
The control signal generation circuit includes:
In order to sequentially activate the plurality of domains in the order of propagation timing of the signals, output control signals of individual timing to the plurality of switching means,
When outputting a control signal corresponding to a domain that is activated second or later in the order of propagation timing of the signal, the switching means of the domain that has already been activated according to the order of propagation timing of the signal Having a plurality of inverters to which an enable signal as a basis of the control signal for continuously outputting a control signal for maintaining each activated domain in an active state is input to the first stage;
The plurality of inverters are
Propagating while inverting the enable signal, and outputting the control signal for activating the next domain from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain,
An indefinite value propagation blocking circuit for forming a minimum unit circuit block to which a signal is input from a final domain of the circuit block;
The indefinite value propagation cutoff circuit is:
Connected to the virtual power line to be connected or disconnected by the switching means with the power supply line,
Activation is controlled by the output signal of the inverter at the final stage of the control signal generation circuit.
Signal processing circuit .
前記制御信号の基になるイネーブル信号が初段に入力される複数段のインバータを有し、
前記複数段のインバータは、
前記イネーブル信号を反転しながら遅延伝播し、各ドメインの動作完了時間に対応するインバータから、次のドメインを活性化させるための前記制御信号を出力する
請求項6記載の信号処理回路。 The control signal generation circuit includes:
An enable signal that is the basis of the control signal has a plurality of inverters that are input to the first stage,
The plurality of inverters are
The control signal for activating the next domain is output from the inverter corresponding to the operation completion time of each domain while delay-propagating while inverting the enable signal.
The signal processing circuit according to claim 6 .
前記制御信号を出力するインバータは、前記電源供給ラインに接続され、
それ以外のインバータは、前記制御信号に基づいて前記切り換え手段により前記電源供給ラインとの接続が接続され又は遮断される前記仮想電源ラインに接続されている
請求項7または8記載の信号処理回路。 Of the plurality of inverters,
The inverter that outputs the control signal is connected to the power supply line,
The other inverters are connected to the virtual power line that is connected or disconnected by the switching means based on the control signal.
The signal processing circuit according to claim 7 or 8 .
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