JP5785759B2

JP5785759B2 - 半導体集積回路、その制御方法、電子機器、及び周波数の変更回数の決定方法

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Publication number: JP5785759B2
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Inventors: 井上　武; 武井上; 伸次高嶋
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Publication date: 2015-09-30
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Description

本発明は、動作周波数を変更して動作する半導体集積回路、その制御方法、及び当該半導体集積回路を備える電子機器に関する。

例えば中央処理装置（ＣＰＵ）やＳＯＣ（System-on-a-chip）等、ＣＭＯＳを備える半導体集積回路が電子機器の部品として広く用いられている（例えば特許文献１参照）。一般に、このような半導体集積回路は一定の動作周波数で動作する。しかしながら、当該半導体集積回路が実行する処理内容など、状況によっては、それほど高い動作周波数での動作は不要なことがある。また、高い周波数で動作し続けることは半導体集積回路の消費電力を増大させることになる。そこで、状況に応じて自身の動作周波数を動的に変更することのできる半導体集積回路が登場している。このような半導体集積回路は、状況に応じて高い動作周波数で動作するが、高い周波数での動作が不要な場合には動作周波数を低くすることで、消費電力を抑えることができる。

米国特許第６５１８８２３号明細書

半導体集積回路が動作周波数を変更する際には、ノイズによる電流の変動が生じる。ここで、もし半導体集積回路に供給される供給電圧が、動作周波数変更後の動作に最低限必要な下限電圧ぎりぎりの値だったとすると、このような電流の変動による一時的な電圧の低下により、半導体集積回路の動作電圧がこの下限電圧を下回ってしまうおそれがある。そのため、動作周波数を変更する際には、変更後の動作周波数での動作に最低限必要な下限電圧に対して、ノイズによって生じる可能性のある電圧低下の分以上に高い電圧を半導体集積回路に供給する必要がある。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、動作周波数の変更を行う場合に当該半導体集積回路に供給されるべき供給電圧を低く抑えることのできる半導体集積回路、その制御方法、及び当該半導体集積回路を備える電子機器を提供することにある。

本発明に係る半導体集積回路は、電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路であって、動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更手段と、前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更手段と、を含み、前記周波数変更手段は、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、複数回に分けて段階的に行うことを特徴とする。

前記半導体集積回路において、前記周波数変更手段が前記動作周波数を前記初期周波数から前記目標周波数へ変更する際の変更回数は、前記初期周波数及び前記目標周波数の双方に応じて決定されることとしてもよい。

さらに、前記半導体集積回路において、前記周波数変更手段は、前記動作周波数を、前記初期周波数及び前記目標周波数の双方に応じて決定される１又は複数の中間周波数に段階的に変更してから、前記目標周波数への変更を行うこととしてもよい。

また、本発明に係る半導体集積回路の制御方法は、電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路の制御方法であって、動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更ステップと、前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更ステップと、を含み、前記周波数変更ステップでは、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、複数回に分けて段階的に行うことを特徴とする。

また、本発明に係る電子機器は、電源回路と、当該電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路と、を含む電子機器であって、前記半導体集積回路は、動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更手段と、前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更手段と、を含み、前記電源回路は、前記供給電圧変更手段の要求に応じて前記供給電圧を前記目標電圧に変更する手段を含み、前記周波数変更手段は、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、複数回に分けて段階的に行うことを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る半導体集積回路を備える電子機器の概略構成図である。従来例における動作周波数ｆ変更時の動作周波数ｆ及び供給電圧Ｖｐの時間変化を模式的に示す図である。本実施形態における動作周波数ｆ変更時の動作周波数ｆ及び供給電圧Ｖｐの時間変化を模式的に示す図である。動作周波数ｆ変更時における変更回数Ｎと、当該変更に要する所要時間Ｒ、及び目標電圧Ｖｐ２との関係を示すグラフである。動作周波数ｆの下限電圧Ｖｌと温度Ｔとの関係を模式的に示すグラフである。温度に応じた電圧制御を行う場合と行わない場合の消費電力を比較するグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

［電子機器の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体集積回路１０を備える電子機器１の概略の回路構成を示す構成図である。電子機器１は、半導体集積回路１０と、温度センサ１１と、温度コントローラ１２と、電源回路１３と、電源制御回路１４と、を含んで構成されている。

半導体集積回路１０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を含んで構成される集積回路であって、例えばＣＰＵやＳＯＣ等であってよい。半導体集積回路１０は、電源回路１３から供給される供給電圧Ｖｐにより動作する。以下では半導体集積回路１０は、内蔵メモリ又は外部メモリに格納されるプログラムに従って各種の情報処理を行う演算装置であるものとする。半導体集積回路１０は、その動作内容（ここでは実行するプログラムの内容）に応じて、自身の動作周波数ｆを内部的に変更可能になっている。自身の動作周波数ｆを変更する際には、半導体集積回路１０は、当該変更に応じて供給電圧Ｖｐを変化させるための指示を電源制御回路１４に対して出力する。

また、半導体集積回路１０には温度センサ１１が内蔵されている。温度センサ１１は、半導体集積回路１０の温度を計測し、その結果を示す電気信号を温度コントローラ１２に対して出力する。

温度コントローラ１２は、温度センサ１１が出力する信号を受け付けて、当該受け付けた信号に応じて求められる半導体集積回路１０の温度Ｔを表す情報を電源制御回路１４に対して出力する。

電源回路１３は、例えばスイッチングレギュレータとして機能する電源用ＩＣ等を含んで構成され、電子機器１外部の電力供給源（例えば商用の交流電源やＵＳＢホスト機器）や、電子機器１に内蔵される電池などが供給する電力を、所与の電圧に変換して電子機器１の各部に供給する。特に電源回路１３は、電源制御回路１４から入力される指示に応じた供給電圧Ｖｐで、半導体集積回路１０に対する電力供給を行う。

電源制御回路１４は、電源回路１３の動作を制御する回路であって、マイクロコンピュータ等により構成される。本実施形態において電源制御回路１４は、半導体集積回路１０から入力される動作周波数ｆの変更に応じた指示、及び／又は温度コントローラ１２から入力される半導体集積回路１０の温度Ｔを表す情報に基づいて供給電圧Ｖｐを決定し、当該決定した供給電圧Ｖｐで半導体集積回路１０への電力供給を行うよう電源回路１３に指示する。

［動作周波数の変更］
次に、本実施形態において半導体集積回路１０が動作周波数ｆを変更する際の制御について、説明する。

一般的に、半導体集積回路１０に供給すべき供給電圧Ｖｐの下限値（半導体集積回路１０を正常に動作させるために最低限必要な電圧の値）は、動作周波数ｆに応じて変化する。すなわち、動作周波数ｆが高くなればなるほど、必要な供給電圧Ｖｐの値も大きくなる。そこで、半導体集積回路１０の消費電力を抑えるために、動作周波数ｆを動的に変更する場合には、それに合わせて供給電圧Ｖｐも変更して、動作周波数ｆの変更前後にわたって、できる限り下限値に近い供給電圧Ｖｐを半導体集積回路１０に供給することが望ましい。具体的に、半導体集積回路１０が動作周波数ｆを初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２（＞ｆ１）に変更する場合、供給電圧Ｖｐも、初期周波数ｆ１に対応する初期電圧Ｖｐ１から目標周波数ｆ２に対応する目標電圧Ｖｐ２（＞Ｖｐ１）に変更する。なお、以下では目標周波数ｆ２で半導体集積回路１０が安定的に動作するために最低限必要な電圧の下限値を下限電圧Ｖｌとする。

ここで、目標電圧Ｖｐ２を下限電圧Ｖｌとほぼ等しい値に設定してしまうと、動作周波数ｆの変更に伴って半導体集積回路１０内に生じるノイズにより、半導体集積回路１０内に流れる電流が変動し、供給電圧Ｖｐが下限電圧Ｖｌを下回ってしまうおそれがある。そのため電源制御回路１４は、目標電圧Ｖｐ２を下限電圧Ｖｌよりも大きな値に設定する。すなわち、目標電圧Ｖｐ２は、
Ｖｐ２＝Ｖｌ＋α
で表される値に設定する必要がある。ここで、αの値はノイズによる供給電圧Ｖｐの変動分を考慮して決定される。しかしながら、このように下限電圧Ｖｌよりも大きな供給電圧Ｖｐを半導体集積回路１０に供給することとすると、その分だけ半導体集積回路１０の消費電力は増大してしまう。

そこで本実施形態においては、半導体集積回路１０は、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を複数回に分けて、１又は複数の中間周波数ｆｍ（ｆ１＜ｆｍ＜ｆ２）を経て段階的に動作周波数ｆを変更する。こうすれば、ノイズによって生じる電圧の変動を小さくすることができるので、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を一度に行う場合と比較して、αの値を小さくすることができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、動作周波数ｆの変更時における従来例の電圧制御と本実施形態の電圧制御とを比較するための図であって、図２Ａは従来例における動作周波数ｆ及び供給電圧Ｖｐの時間変化を、図２Ｂは本実施形態における動作周波数ｆ及び供給電圧Ｖｐの時間変化を、それぞれ模式的に示している。いずれの図においても、横軸は時間であって、時刻ｔ０は初期電圧Ｖｐ１から目標電圧Ｖｐ２への変更タイミングを示している。また、縦軸は供給電圧Ｖｐ及び動作周波数ｆの大きさを示している。図２Ａに示すように、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を一度に行っている場合には、周波数変更後、ノイズにより供給電圧Ｖｐが比較的大きく変動しており、そのため目標電圧Ｖｐ２は、このような変動後の供給電圧Ｖｐが下限電圧Ｖｌを下回らないように、比較的大きな値となっている。一方図２Ｂでは、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を３回に分けて実施している。すなわち、まず初期周波数ｆ１から第１中間周波数ｆｍ１へ、次に第１中間周波数ｆｍ１から第２中間周波数ｆｍ２へ、さらに第２中間周波数ｆｍ２から目標周波数ｆ２へと段階的に動作周波数ｆが変更される。こうすれば、複数回の変更のそれぞれにおいて、変更前の周波数に対する変更後の周波数の比が一度に変更してしまう場合と比較して相対的に小さくなるので、その分ノイズにより発生する供給電圧Ｖｐの変動も小さくなる。そのため、図２Ａの例と比較して目標電圧Ｖｐ２を低くしても、供給電圧Ｖｐが下限電圧Ｖｌを下回らないようにすることができる。

図２Ｂから明らかなように、本実施形態ではまず一度だけ供給電圧Ｖｐを変更し、その後に複数回にわたって動作周波数ｆを変更することとしている。一般的に、供給電圧Ｖｐの変更は半導体集積回路１０外部の電源回路１３を制御して行うため、時間を要する。一方、動作周波数ｆの変更は、半導体集積回路１０自身で内部的に行われるので、それほど時間を要しない。本実施形態では、動作周波数ｆの変更回数が従来例と比較して増えるものの、供給電圧Ｖｐの変更回数は１回で従来と変わらないため、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更に要する時間は、従来と比べてほとんど変わらない。なお、供給電圧Ｖｐの変更にそれほど時間を要さない場合には、動作周波数ｆを段階的に変更するのに合わせて供給電圧Ｖｐも複数回に分けて段階的に変更してもよい。

ここで、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を行う際に、動作周波数ｆの変更を何回に分けて行うべきか、また１又は複数の中間周波数ｆｍのそれぞれをどのように決定すべきか、について説明する。

ある初期周波数ｆ１からある目標周波数ｆ２への変更を行う際の動作周波数ｆの変更回数を仮にＮ回とすると、半導体集積回路１０は、（Ｎ−１）個の中間周波数ｆｍを経て動作周波数ｆの変更を行うことになる。この場合の中間周波数ｆｍは、各回の変更により発生するノイズの大きさのばらつきができる限り少なくなるように決定すべきである。ここで、１回の変更に起因して生じるノイズの大きさは、変更前後の動作周波数ｆの比に応じて決まる。そのため、ｎ回目（ｎは１からＮ−１までの自然数）の変更で設定すべき中間周波数ｆｍをｆｍ（ｎ）と表記すると、中間周波数ｆｍ（ｎ）は、理想的には以下の計算式により求められる。

このような計算式によれば、半導体集積回路１０の動作周波数ｆは、初期周波数ｆ１から始まって（Ｎ−１）個の中間周波数ｆｍ（ｎ）を経て目標周波数ｆ２まで等比数列的に増加することになる。なお、実際には半導体集積回路１０で変更可能な動作周波数ｆの値には制約がある場合もあるが、そのときには変更可能な動作周波数ｆのうち上述した計算式で求められる値に近い値を設定すればよい。

中間周波数ｆｍ（ｎ）が決定されると、これに応じて目標電圧Ｖｐ２として設定すべき値も決定される。上述した計算式によれば、１回あたりの変更において、動作周波数ｆは変更前の（ｆ２／ｆ１）^{（１／Ｎ）}倍に増えることになる。電子機器１の製造者は、例えば事前にプロトタイプを用いて測定するなどの方法で、このような動作周波数ｆの変更に伴ってどの程度の大きさの電圧低下が生じるかに関する情報を取得することができる。そして、この情報を用いてαの値を決定することにより、目標電圧Ｖｐ２を決定できる。

さらに、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２への変更を何回に分けて行うべきかは、以下のようにして決定できる。図３は、初期周波数ｆ１から目標周波数ｆ２へと動作周波数ｆを変更する際における変更回数Ｎと、当該変更に要する所要時間Ｒ、及び目標電圧Ｖｐ２との関係を示すグラフである。この図に示されるように、変更回数Ｎを増やせば増やすほど、動作周波数ｆの変更に要する全体の所要時間Ｒは延びることになる。一方で、変更回数Ｎを増やせば１回あたりの動作周波数ｆの変更幅を小さくすることができるため、それだけ目標電圧Ｖｐ２を下げることができる。ただし、図から分かるように、変更回数Ｎがある程度以上になると、それ以上変更回数Ｎを増やしても目標電圧Ｖｐ２の低下率はそれほど大きくならない。そこで、変更回数Ｎは、目標電圧Ｖｐ２をどの程度低く抑えたいか、及び変更に要する所要時間Ｒをどの程度の範囲に収めたいか、の兼ね合いにより決定する必要がある。図３の例では、変更回数Ｎと所要時間Ｒの間の関係を示す曲線と、変更回数Ｎと目標電圧Ｖｐ２の間の関係を示す曲線とが、変更回数＝３の近傍で交差している。そのため、短い所要時間Ｒと低い目標電圧Ｖｐ２とを両立させたい場合、変更回数Ｎを３回にすればよい。あるいは、所要時間Ｒ及び目標電圧Ｖｐ２のいずれかをより重視して他の変更回数を採用してもよい。

目標電圧Ｖｐ２及び中間周波数ｆｍとして設定すべき値は、初期周波数ｆ１と目標周波数ｆ２の組み合わせごとに決定される必要がある。これらの値は、予め電子機器１の工場出荷時に半導体集積回路１０内に記録されることとしてもよい。半導体集積回路１０は、動作周波数ｆをある初期周波数ｆ１からある目標周波数ｆ２に変更する際には、この初期周波数ｆ１と目標周波数ｆ２の組み合わせに関連づけられて記録されている目標電圧Ｖｐ２の値を電源制御回路１４に出力することによって、当該目標電圧Ｖｐ２での電力供給を電源回路１３に要求する。その後に半導体集積回路１０は、この初期周波数ｆ１と目標周波数ｆ２の組み合わせに関連づけられて記録されている（Ｎ−１）個の中間周波数ｆｍを経由するように、Ｎ回に分けて動作周波数ｆの変更を行う。こうすれば、動作周波数ｆの変更に伴うノイズの発生を抑えて、目標電圧Ｖｐ２を低くすることができる。

これまでは、特に動作周波数ｆを上げる変更を行う場合の制御について説明した。消費電力を抑えるために供給電圧Ｖｐを下げるという観点からは、動作周波数ｆを下げる変更を行う場合には、以上説明したように複数回に分けて動作周波数ｆを変更する必要は必ずしもない。しかしながら、半導体集積回路１０には、下限電圧Ｖｌだけでなく、動作周波数ｆに応じた上限電圧Ｖｕが設定されている場合もある。この場合、半導体集積回路１０を正常に動作させるために、この上限電圧Ｖｕを超える電圧が印加されないようにする必要があるが、動作周波数ｆを一度に大きく変更させると、動作周波数ｆの変更に伴って生じるノイズにより、供給電圧Ｖｐが一時的に上限電圧Ｖｕを超えてしまうおそれがある。上限電圧Ｖｕが動作周波数ｆに応じて変化する値である場合、動作周波数ｆを下げる変更を行う場合にも、変更後の供給電圧Ｖｐが上限電圧Ｖｕを超えてしまうことが考えられる。そこで半導体集積回路１０は、動作周波数ｆを下げる変更を行う場合にも、目標周波数ｆ２への変更を複数回に分けて行ってよい。この場合の変更回数Ｎ、及び中間周波数ｆｍは、いずれも前述した動作周波数ｆを上げる場合と同様にして決定されてよい。また、変更後の目標電圧Ｖｐ２は、上限電圧Ｖｕからノイズによる変動として予想される値以上低い値に設定される。

なお、以上の説明においては電源制御回路１４が電源回路１３の供給電圧Ｖｐを制御することとしたが、半導体集積回路１０が直接電源回路１３の供給電圧Ｖｐを制御してもよい。また、以上説明した動作周波数ｆの変更制御を行うためだけであれば、温度センサ１１及び温度コントローラ１２は必ずしも必要ない。

［温度に応じた電圧制御］
電源制御回路１４は、温度センサ１１によって測定される半導体集積回路１０の温度変化に応じて、電源回路１３が半導体集積回路１０に供給する供給電圧Ｖｐを変化させてもよい。特に本実施形態では、半導体集積回路１０の温度上昇に応じて供給電圧Ｖｐを下げる制御を行う。これについて、以下に説明する。

半導体集積回路１０に使用されるＣＭＯＳの特性により、前述した動作周波数ｆに対応する下限電圧Ｖｌは、温度Ｔに依存して変化する。図４は、この下限電圧Ｖｌと温度Ｔとの関係を模式的に示すグラフであって、破線は従来のゲート長が６５ｎｍを超えるＣＭＯＳの特性を、実線は近年のゲート長が６５ｎｍ以下のＣＭＯＳの特性を、それぞれ示している。具体的に、ＣＭＯＳは、その性能を決定するパラメタである移動度及び閾値電圧に温度依存性があり、移動度については高温になるほど性能が劣化し、閾値電圧については高温になるほど性能が向上する。従来のゲート長が６５ｎｍを超えるＣＭＯＳは、移動度の影響が支配的であったため、高温になると性能が劣化する傾向があった。すなわち、このようなＣＭＯＳを備える半導体集積回路は、図４に示すように、同じ動作周波数で動作する場合であっても、温度が高くなったときには温度が低いときよりも下限電圧Ｖｌが上昇する。それゆえ、温度が高い環境下でこのようなＣＭＯＳを備える半導体集積回路を使用する場合、比較的高い供給電圧Ｖｐで動作させる必要があった。ところが近年、ＣＭＯＳの微細化に伴って、ＣＭＯＳの性能の温度依存性にもこれまでと異なる傾向が見られるようになった。すなわち、近年登場したゲート長が６５ｎｍ以下のＣＭＯＳは、高温になったときに閾値電圧の影響が支配的となり、高温になると性能が向上する傾向が見られるようになった。そのため、このようなゲート長の短いＣＭＯＳを備える半導体集積回路は、図４に示すように、温度が高くなるほど下限電圧Ｖｌが低くなる傾向にある。

そこで本実施形態に係る電子機器１は、半導体集積回路１０の温度上昇に応じて、半導体集積回路１０に供給する供給電圧Ｖｐを下げることとしている。具体的に、例えば電源制御回路１４は、温度コントローラ１２が出力する情報が示す半導体集積回路１０の温度Ｔが所定の閾値Ｔｔｈ以上になったときには、所定の下げ幅βだけ供給電圧Ｖｐを下げるよう電源回路１３に指示する。なお、この場合のβの値は予め電源制御回路１４に記録されているものとする。また、電源制御回路１４は、温度Ｔが所定の閾値Ｔｔｈ未満になったときには、供給電圧Ｖｐを下げる前の値に戻すこととする（つまり、供給電圧Ｖｐをβだけ上昇させる）。

図５は、このような制御を行う場合と行わない場合の消費電力を比較するグラフであって、横軸は温度Ｔを、縦軸は電力Ｐを、それぞれ示している。また、実線は温度上昇に伴う供給電圧Ｖｐの変更制御を行わない場合を、破線は変更制御を行う場合を、それぞれ示している。この図の例では、電源回路１３は閾値Ｔｔｈ以上になると供給電圧Ｖｐを０．５Ｖ下げることとしており、その結果として温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上の領域で半導体集積回路１０の消費電力が大きく改善していることが分かる。

なお、図５の例では閾値Ｔｔｈは１つだけであることとしたが、閾値Ｔｔｈは複数あってもよい。例えば２０度ごとに閾値Ｔｔｈを設定する場合、電源制御回路１４は、半導体集積回路１０の温度が２０度上昇するごとに段階的に供給電圧Ｖｐを下げることになる。この場合、供給電圧Ｖｐの下げ幅βは複数の閾値Ｔｔｈのそれぞれに対応して互いに異なる値であってもよい。こうすれば、温度Ｔの上昇に対して下限電圧Ｖｌが非線形に変化する場合であっても、温度Ｔの上昇に伴って最適な値に供給電圧Ｖｐを変更することができる。

また、供給電圧Ｖｐを下げる際のβの値は、余裕を持って設定されることが望ましい。例えば閾値Ｔｔｈが５０℃とすると、電源制御回路１４は、温度Ｔが５０℃以上になった場合には、半導体集積回路１０の温度が（５０−γ）度の場合の下限電圧Ｖｌ以上となるように供給電圧Ｖｐを変更する。このγの値は、例えば温度センサ１１の測定誤差に応じて決定される。こうすれば、電源回路１３は、温度センサ１１の測定誤差などがあったとしても、半導体集積回路１０の動作に必要な電圧を供給することができる。また、電源制御回路１４は、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となったことを検知したときに、直ちに供給電圧Ｖｐを変更するのではなく、所定時間の経過を待ってから供給電圧Ｖｐを変更してもよい。また、電源制御回路１４は、半導体集積回路１０の動作状況に応じて決まるタイミングで供給電圧Ｖｐを変更してもよい。具体的には、半導体集積回路１０の処理負荷が所定値未満のときには、温度Ｔがそれほど上昇しない傾向にあるので、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上になっても直ちに供給電圧Ｖｐを下げるのではなく、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となる状態が所定時間以上続いてから供給電圧Ｖｐを下げることとし、逆に温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となった時点で半導体集積回路１０の処理負荷が所定値以上の場合には直ちに供給電圧Ｖｐを下げることとしてもよい。

以上の説明では、温度センサ１１が半導体集積回路１０自身に内蔵されているものとしたが、温度センサ１１は半導体集積回路１０の外部に配置されてもよい。この場合、温度Ｔの測定精度は温度センサ１１が半導体集積回路１０内部に配置されている場合よりも低くなる。しかしながら、事前に温度センサ１１の測定結果と半導体集積回路１０の実際の温度を調査し、その結果に応じて閾値Ｔｔｈ及び下げ幅βを決定すれば、温度センサ１１が半導体集積回路１０内部に配置されている場合と同様に、半導体集積回路１０の温度上昇に応じて供給電圧Ｖｐを下げる制御を実現できる。

また、以上の説明では、温度コントローラ１２は温度Ｔに関する情報を電源制御回路１４に直接出力することとしたが、これに代えて、温度コントローラ１２は温度Ｔに関する情報を半導体集積回路１０に対して出力することとしてもよい。この場合、半導体集積回路１０自身が、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となったか否かを判定し、当該判定結果に応じて供給電圧Ｖｐ変更の要求を電源制御回路１４に出力する。

以上説明した動作周波数ｆ変更時の制御、及び温度による供給電圧Ｖｐの制御は、それぞれ単独で実施してもよいし、互いに組み合わせて実施してもよい。組み合わせる場合、動作周波数ｆの変更時には、変更後の目標周波数ｆ２に応じて決まる目標電圧Ｖｐ２から、当該時点の温度Ｔに応じて決まる下げ幅βを減じることで、変更後の供給電圧Ｖｐを決定できる。

１電子機器、１０半導体集積回路、１１温度センサ、１２温度コントローラ、１３電源回路、１４電源制御回路。

Claims

電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路であって、
動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更手段と、
前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更手段と、
を含み、
前記周波数変更手段は、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、所与の回数に分けて段階的に行い、
前記所与の回数は、変更回数と変更に要する所要時間との間の関係と、変更回数と前記目標周波数に応じて変更する目標電圧との間の関係と、に応じて決まる回数である
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項１に記載の半導体集積回路において、
前記所与の回数は、さらに前記初期周波数及び前記目標周波数の双方に応じて決定される
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項２に記載の半導体集積回路において、
前記周波数変更手段は、前記動作周波数を、前記初期周波数及び前記目標周波数の双方に応じて決定される１又は複数の中間周波数に段階的に変更してから、前記目標周波数への変更を行う
ことを特徴とする半導体集積回路。
請求項３に記載の半導体集積回路において、
前記周波数変更手段は、前記動作周波数を、前記初期周波数から前記中間周波数を経て前記目標周波数まで等比数列的に段階的に変更する
ことを特徴とする半導体集積回路。
電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路の制御方法であって、
動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更ステップと、
前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更ステップと、
を含み、
前記周波数変更ステップでは、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、所与の回数に分けて段階的に行い、
前記所与の回数は、変更回数と変更に要する所要時間との間の関係と、変更回数と前記目標電圧との間の関係と、に応じて決まる回数である
ことを特徴とする半導体集積回路の制御方法。
電源回路と、当該電源回路から供給される供給電圧により動作する半導体集積回路と、を含む電子機器であって、
前記半導体集積回路は、
動作周波数を初期周波数から目標周波数に変更する周波数変更手段と、
前記動作周波数を変更する際に、前記供給電圧を前記目標周波数に応じて変更する目標電圧に変更するよう前記電源回路に要求する供給電圧変更手段と、
を含み、
前記電源回路は、前記供給電圧変更手段の要求に応じて前記供給電圧を前記目標電圧に変更する手段を含み、
前記周波数変更手段は、前記初期周波数から前記目標周波数への変更を、所与の回数に分けて段階的に行い、
前記所与の回数は、変更回数と変更に要する所要時間との間の関係と、変更回数と前記目標周波数に応じて変更する目標電圧との間の関係と、に応じて決まる回数である
ことを特徴とする電子機器。
動作周波数を初期周波数から目標周波数に、所与の回数に分けて段階的に変更する周波数変更手段と、前記動作周波数を変更する際に、供給電圧を前記目標周波数に応じて決定される目標電圧に変更するよう電源回路に要求する供給電圧変更手段と、を含む半導体集積回路の前記周波数変更手段による周波数の変更の際の変更回数を決定する方法であって、
変更回数と変更に要する所要時間との間の関係と、変更回数と前記目標周波数に応じて変更する目標電圧との間の関係と、に応じて前記変更回数を決定する、
ことを特徴とする周波数の変更回数の決定方法。