JPWO2009041010A1 - 半導体集積回路装置、通信装置、情報再生装置、画像表示装置、電子装置、電子制御装置および移動体 - Google Patents

半導体集積回路装置、通信装置、情報再生装置、画像表示装置、電子装置、電子制御装置および移動体 Download PDF

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Abstract

半導体集積回路の電源遮断構造において、瞬時電流およびそれに起因する電源ノイズの発生を抑制するために、本発明は、被制御回路に対する電源の供給制御を行うスイッチ回路を備える。スイッチ回路は、それぞれ異なる電流能力を有する複数のトランジスタを備える。前記トランジスタを、ある規則性を有して電流能力の小さいものから大きいものまで順次設ける。

Description

本発明は、半導体集積回路の低消費電力化技術である電源遮断技術およびソースバイアス制御技術に関するものである。
図16は従来の一般的な電源遮断技術を示す。被制御回路1601は電源1604と擬似グランド1606とに接続されている。スイッチ回路配置領域1603では、擬似グランド1606とグランド1605との間には、一つもしくは複数個のトランジスタからなるスイッチ回路1602が配置されている。各トランジスタはそれぞれのゲート、ドレイン、ソースが共通に接続された構造である。各トランジスタのゲートのすべては、制御信号入力端子1607に接続されており、制御信号入力端子1607には、半導体集積回路から電源供給制御用の制御信号が供給される。
被制御回路1601の動作時には、スイッチ回路1602をオンさせる制御信号が制御信号入力端子1607に入力される。これにより擬似グランド1606とグランド1605とがショートされて被制御回路1601が通常動作を行うことになる。また逆に、被制御回路1601の静止時には、スイッチ回路1602をオフさせる制御信号が制御信号入力端子1607に入力される。これにより擬似グランド1606とグランド1605とは遮断された状態になる。電源遮断時において擬似グランド1606の電位は、被制御回路1601の静止時リーク電流とスイッチ回路1602のリーク電流とが釣り合うところまで上昇する。被制御回路1601の静止状態において電源を遮断するこの電源制御形態は、同静止状態で電源遮断を行わない他の電源制御形態に比して、リーク電流を大きく削減することが出来る。
以上説明したように、回路の動作やデータ保持に不要となるブロックにおいて選択的に電源遮断制御を行う電源遮断技術を採用すると、リーク電流を削減することが出来る。そのため、この技術はLSIの消費電力の低減に大きな効果を発揮する。しかしながら、このような電源遮断技術には、瞬時電流の発生という課題がある。以下、説明する。図17は電源遮断技術における瞬時電流を簡単に説明する図である。
電源遮断状態において、擬似グランド1606は電圧レベル1701まで上昇しているが、スイッチ回路1602がオンして電源供給状態に移行すると擬似グランド1606は電圧レベル1702まで急激に降下する。このとき、被制御回路1601に蓄積されている電荷がスイッチ回路1602を通してグランド1605に向かって引き抜かれることになり、大きな瞬時電流1705が流れる。瞬時電流1705が発生する前は電源遮断状態のリーク電流1703が流れており、瞬時電流1705が発生した後は電源供給状態のリーク電流1704が流れている。またこのリーク電流1704はリーク電流1703より大きい。
瞬時電流1705が流れると、寄生抵抗によるIR−Dropが発生しグランド1605の電位にノイズが発生する。そのため、静止状態であるこの回路ブロックに動作状態である他の回路ブロックがグランド1605を介して接続されていると、静止状態であるこの回路ブロックで生じたノイズが動作状態である他の回路ブロックに伝播してしまい、このことが誤動作の要因になる。
この瞬時電流の課題対策として従来から様々な提案がなされている。図18は特許文献1に提示された第1の提案を簡単に説明したものである。第1の提案では、被制御回路1801とスイッチ回路配置領域1803との間に電流モニター回路1809が設けられる。スイッチ回路1802にはLSI側から制御信号が入力されず、これに換わって電源遮断スイッチ制御回路1808からその出力信号が入力される。このとき電源遮断スイッチ制御回路1808は電流モニター回路1809からの信号に基づいて、スイッチ回路1802に出力する出力信号を決定する。これによりスイッチ回路1802を流れる電流が一定電流値以上になることが抑えられる。
しかしながら、第1の提案では電源遮断スイッチ制御回路1808や電流モニター回路1809などの回路が必要であり、それらの制御系は複雑なものとなる。また、電流モニター回路1809の配置では、電流モニター回路1809の影響が被制御回路1801に及ばないように寄生抵抗などの発生を考慮した設計をする必要がある。このように、第1の提案においても容易に瞬時電流の課題を解決できるものではない。
図19は特許文献2に提示された第2の提案を簡単に説明したものである。第2の提案では、スイッチ回路1902の各基板ノードは基板バイアス制御回路1908に接続される。電源遮断状態から電源供給状態に遷移するとき瞬時電流が流れるが、このとき基板バイアス制御回路1908から出力される逆方向基板バイアスがスイッチ回路1902に印加される。これにより、スイッチ回路1902の電流能力が低減される。その結果、瞬時電流が削減される。
しかしながら、第2の提案では、スイッチ回路1902の電流能力を基板バイアス制御により抑制するため、その効果は限られたものであり、瞬時電流を根本的に解決できるものではない。
また、特許文献3は出力回路に関するもので対象と用途が異なり、これは電流能力の小さいものから大きいものまでを時間をずらしながら駆動するものである。この考え方を電源遮断制御に用いれば、多少の瞬時電流削減は可能であるが、回路の誤動作を根本的に解決するだけの瞬時電流の削減効果は保証できなない。
特開2007−179345号公報 特開2007−201414号公報 特開平1−279631号公報
上記した通り、従来の電源遮断技術は、LSIのリーク電流削減に効果的であるものの、瞬時電流が課題であった。この瞬時電流の対策として上述した複数の提案がなされているが、回路構成が複雑で適用が困難である、ある程度の効果はあるものの根本的解決にならないなど、その効果は十分なものとはいえない。
上記課題を解決するために本発明の半導体集積回路装置は、
被制御回路に対する電源の供給制御を行うスイッチ回路を備え、
前記スイッチ回路は、それぞれ異なる電流能力を有する複数のトランジスタを備え、
前記トランジスタは、ある規則性を有して電流能力の小さいものから大きいものまで順次設けられている。
本発明は、
前記スイッチ回路を制御する制御器を、
さらを備え、
前記複数のトランジスタは、前記被制御回路に並列に接続されており、
前記制御器は、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御することで、前記トランジスタに前記規則性を付与する、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有する前記トランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
という態様がある。
本発明は、
前記トランジスタそれぞれの電流能力は、各トランジスタが導通状態に遷移した際に前記被制御回路で生じる電源電位の変化が一定になるように設定されている、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、導通状態の前記複数のトランジスタを、最大の電流能力を有する前記トランジスタから最小の電流能力を有するトランジスタまで順次導通状態から非導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
という態様がある。
本発明は、
前記トランジスタそれぞれの電流能力は、各トランジスタが非導通状態に遷移した際に前記被制御回路で生じる電源電位の変化が一定になるように設定されている、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、基準クロックに基づいて生成される制御信号を遅延させる遅延回路をさらに備え当該遅延回路の出力と前記制御信号との組み合わせによって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
という態様がある。
本発明は、
前記遅延回路は、前記トランジスタそれぞれに対応して複数設けられるとともに、互いに直列に接続され、
前記遅延回路それぞれの出力端は、対応する前記トランジスタのベースにも接続され、
前記遅延回路それぞれは、列先頭に位置する前記遅延回路に入力される前記制御信号を、その列位置に応じて遅延したうえで、対応する前記トランジスタのベースに供給する、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、基準クロックに基づいて生成される制御信号によって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は制御信号供給源をさらに備え、
前記制御信号供給源は、前記トランジスタそれぞれに対応して前記一定時間間隔で出力変移する前記制御信号を前記基準クロックに基づいて生成して、前記トランジスタのベースに供給する、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、単一の前記制御信号と複数の前記遅延回路との組み合わせに基づいて前記一定時間間隔を規定する、
という態様がある。
本発明は、
前記制御器は、
複数の遅延回路部と、
各遅延回路部固有の前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する制御信号供給源と、
を有し、
前記遅延回路部は、互いに直列に接続された複数の遅延回路を備え、
前記制御信号供給源は、各遅延回路部における最大遅延時間に相当する時間分だけ互いに時間的にずれた前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する、
という態様がある。
本発明は、
前記被制御回路のソースバイアスを制御するソースバイアス制御回路を、
さらに備え、
前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス制御状態からソースバイアス解除状態に遷移する際には、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有する前記トランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させ、
前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス解除状態からソースバイアス制御状態に遷移する際には、導通状態の前記複数のトランジスタを、最大の電流能力を有する前記トランジスタから最小の電流能力を有するトランジスタまで順次導通状態から非導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
という態様がある。
本発明は、
前記被制御回路は、高電圧側電源と低電圧側電源とを備え、
前記トランジスタは前記高電圧側電源による前記被制御回路への電源供給を制御する、
という態様がある。
本発明は、
前記被制御回路は、高電圧側電源と低電圧側電源とを備え、
前記トランジスタは前記低電圧側電源による前記被制御回路への電源供給を制御する、
という態様がある。
本発明の通信装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続された高周波送受信インターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記高周波送受信インターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の情報再生装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたチューナと、
前記半導体集積回路装置に接続されたインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記チューナまたは前記インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の画像表示装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたネットワークインターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ネットワークインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の電子装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたCCDインターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記CCDインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の電子制御装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたナビゲーションインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の移動体は、
本発明の電子制御装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたエンジントランスミッションインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部または前記エンジントランスミッションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明は、LSIのリーク電流削減に効果的な電源遮断技術における大きな課題である瞬時電流を抑制することが出来、瞬時電流を起因とする電源ノイズの発生およびそれによる回路の誤動作を防ぐことが出来る。
また、本発明は、
・被制御回路のソースバイアスを制御してリーク電流を削減するソースバイアス制御技術に応用することができる、
・ソースバイアス制御時とソースバイアス解除時の間の遷移中におけるソース電位の急峻な変化を抑制することができる、
ことから、ソースバイアス制御時に被制御回路で保持されているデータが破壊される危険を回避することが可能となる。
以上のように、本発明を用いることでLSIの低消費電力化技術の課題を解決することができて、結果的にLSIの低消費電力化を実現することができる。
本発明の第1の実施形態を示す回路図 本発明の擬似グランドの電位および電流の変化を示す図 本発明の第2の実施形態を示す回路図 本発明の第3の実施形態を示す回路図 本発明の第4の実施形態を示す回路図 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置の概観図 本発明と通信装置の関係を示したブロック図 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置の概観図 本発明と情報再生装置の関係を示したブロック図 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置の概観図 本発明と画像表示装置の関係を示したブロック図 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置の概観図 本発明と電子装置の関係を示したブロック図 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の概観図 本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体との関係を示したブロック図 従来時術の電源遮断制御を示す回路図 従来技術の擬似グランドの電位および電流の変化を示す図 従来技術の瞬時電流削減対策1を示す回路図 従来技術の瞬時電流削減対策2を示す回路図
符号の説明
101 被制御回路
102 スイッチ回路
103 スイッチ回路配置領域
1041n 遅延回路
104A1m 遅延回路部
104B1i 遅延回路
PSW1n トランジスタ
PSWA1m トランジスタ部
PSWB1i トランジスタ
105 遅延回路配置領域
106 電源
107 グランド
108 擬似グランド
1091m 制御信号入力端子
130A 制御器
130B 制御器
130C 制御器
131A 制御信号供給源
131B 制御信号供給源
201 電源遮断時の擬似グランド電圧値
202 電源供給時の擬似グランド電圧値
203 電源遮断時の擬似グランド電流値
204 電源供給時の擬似グランド電流値
205 瞬時電流
510 ソースバイアス制御回路
601 携帯電話
602 ベースバンドLSI
603 アプリケーションLSI
801 光ディスク装置
802 メディア信号処理LSI
803 誤り訂正・サーボ処理LSI
1001 テレビジョン受像機
1002 画像・音声処理LSI
1003 ディスプレイ・音源制御LSI
1201 デジタルカメラ
1202 信号処理LSI
1401 自動車
1402 電子制御装置
1403 エンジン・トランスミッション制御LSI
1404 ナビゲーション装置
1405 ナビゲーション用LSI
1501 高周波インターフェース部
1502 外部入力インターフェース部
1503 インターフェース部
1504 チューナ
1505 ネットワークインターフェース部
1506 外部入力インターフェース部
1507 外部入力インターフェース部
1508 CCDインターフェース部
1509 エンジントランスミッションインターフェース部
1510 ナビゲーションインターフェース部
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態を示したものである。本実施の形態の半導体集積回路装置は、被制御回路101と、スイッチ回路配置領域103と、遅延回路配置領域105とを有する。被制御回路101は電源106および擬似グランド108に接続されている。スイッチ回路配置領域103にはスイッチ回路102が設けられている。スイッチ回路102は電源の供給および遮断を制御する機能を有する複数のトランジスタPSW1n(nはトランジスタ総数)から構成されている。各トランジスタPSW1nは、電流能力が連続的に異なっている。つまり、スイッチ回路配置領域103には、最小電流能力を有するトランジスタPSW1から最大電流能力を有するトランジスタPSWnに至る複数のトランジスタからなるスイッチ回路102が設けられている。トランジスタPSW1nは、スイッチ回路配置領域103においてその電流能力順に沿って並列配置される、という規則性に沿って設けられている。各トランジスタPSW1nは、擬似グランド108とグランド107との間に並列配置されている。全てのトランジスタPSW1nにおいて、そのドレインは擬似グランド108に接続され、そのソースとその基板とはグランド107に接続されている。
遅延回路配置領域105には、トランジスタPSW1nと同数の遅延回路1041nが配置されている。遅延回路1041nそれぞれは全て同じ遅延値になるようにその特性が調整されている。遅延回路1041nは複数の第1〜第mの遅延回路部104A1m(mは遅延回路部総数)に分けられている。第1の遅延回路部104A1は、回路接続方向先頭に位置し、第mの遅延回路部104Amは、末尾に位置する。第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれは、複数の遅延回路104B1i(図1では、iは3)から構成されている。各遅延回路部104A1mにおいては、各部を構成する遅延回路104B1iどうしが直列接続されている。すなわち、その入力端とその出力端とが互いにチェーン状に連結接続されている。さらに各遅延回路1041nの出力端は、その遅延回路1041nに対応して設けられたトランジスタPSW1nのゲートに接続されている。このように、本実施の形態の説明では、同一の遅延回路に、遅延回路104全体における通し番号符号1041nと、第1〜第mの遅延回路部104A1mにおける通し番号符号104B1iという2つの符号が付されている。
さらに本実施の形態の半導体集積回路装置は、LSIの基準クロックに基づいて第1〜第mの遅延回路部104A1m固有の制御信号を生成して第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれに供給する制御信号供給源131Aを備える。本実施の形態では、制御信号供給源131Aと遅延回路1041nとから制御器130Aが構成されている。
上記のようにして遅延回路1041nに接続されているトランジスタPSW1nは、遅延回路1041nと同様、複数の第1〜第mのトランジスタ部PSWA1m(mはトランジスタ部総数)に分けらたうえで、第1〜第mのトランジスタ部PSWA1mは、複数のトランジスタPSWB1i(図1では、iは3)から構成されている。
第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれに対応して第1〜第mの制御信号入力端子1091mが設けられている。第1〜第mの制御信号入力端子1091mには、制御信号供給源131Aで生成される制御信号が入力される。第xの制御信号入力端子109xは、対応する第xの遅延回路部104Axにおいて、回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1に接続されている(xは、1からmの間の任意の自然数)。したがって、第xの制御信号入力端子109xに入力される制御信号は、第xの遅延回路部104Axの回路接続方向先頭に位置する遅延回路104B1に入力されたのち、第xの遅延回路部104Axを構成する各遅延回路104B1iで順次遅延されながら遅延回路部内で伝達されたうえで各遅延回路104B1iから、その遅延回路104B1iに対応するトランジスタPSWB1iのゲートに供給される。
遅延回路1041nとトランジスタPSW1nとの間の接続構成は、次のように設定されている。すなわち、最小の電流能力を有するトランジスタPSW1が最初に導通し、そののち、電流能力の低い順に沿って各トランジスタPSW1nが順次導通し、最後に最大の電流能力を有するトランジスタPSWnが導通する導通順序が実現されるように上記接続構成は設定されている。
具体的には、任意の第yの遅延回路部104Ayと、その第yの遅延回路部104Ayに対応する第yのトランジスタ部PSWAyとを想定した場合(yは、1からmの間の自然数)、
・第yの遅延回路部104Ayにおいて回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1は、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて最小電流能力を有するトランジスタPSWB1に接続される、
・回路接続方向の次に位置する遅延回路104B2は、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて2番目に小さい電流能力を有するトランジスタPSWB2に接続される、
・回路接続方向の末尾に位置する遅延回路104Biは、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて最も大きい電流能力を有するトランジスタPSWBiに接続される、
といったように、
第yの遅延回路部104Ayを構成する遅延回路104B1iはその回路接続方向の降順に沿い、かつ第yのトランジスタ部PSWAyを構成するトランジスタPSWB1iはその電流能力の昇順に沿って、第yの遅延回路部104Ayと第yのトランジスタ部PSWAyとは互いに順次接続されている。
トランジスタPSW1nにおいて、前述した導通順序を実現させるためには、上述したトランジスタPSW1nと遅延回路1041nとの間の接続構成を備えたうえで、さらに、制御信号供給源130Aが第1〜第mの制御信号入力端子1091mに供給する制御信号において、次のような供給制御が実施される。
隣接する第pの遅延回路部104Apと第p+1の遅延回路部104Ap+1(pは、1からm−1の間の任意の自然数)とにそれぞれ供給される制御信号を、それぞれ第pの制御信号、第p+1の制御信号とし、各遅延回路1041nによって制御信号が遅延される時間量を遅延時間Tとすると、第pの制御信号が遅延回路部104Apに供給されるタイミングTMpと、第p+1の制御信号が第p+1の遅延回路部104Ap+1に供給されるタイミングTMp+1との間の差分dfは、第pの遅延回路部104Apを構成する遅延回路104B1iの総遅延時間T×iに余裕時間αを加算した時間長に設定される(df=T×i+α)。
このような構成を備えた本実施の形態の半導体集積回路装置において、電源遮断状態から電源供給状態に復帰する場合、まず、遅延回路接続方向の先頭に位置する第1の遅延回路部104A1に接続された制御信号入力端子1091に第1のトランジスタ部PSWA1の各トランジスタPSWB1iをオンさせる第1の制御信号が制御信号供給源131Aから供給されると、電流能力の最も小さいトランジスタPSWB1から順番に遅延回路104の遅延時間dだけ順次遅れて各トランジスタPSWB1iがそれぞれオンしていく。そして、第1の遅延回路部104A1に接続された第1のトランジスタ部PSWA1のトランジスタPSW1iが全てオンした後さらに一定の余裕時間αが経つと、第2の遅延回路部104A2に接続された第2の制御信号入力端子1092に第2の制御信号が制御信号供給源131Aから供給される。このようにして、トランジスタPSW1nは、第1〜第mのトランジスタ部PSW1mに区分されているにも拘わらず、電流能力が小さいものから順番にオンしていく動作をする。
図2は第1の実施の形態における電源遮断状態から電源供給状態への復帰時の擬似グランド108と、そこを流れる電流特性を表している。電流能力が小さいものから順番にトランジスタPSW1nがオンすることで、電源遮断時の擬似グランド108の電位レベル201から電源供給時の擬似グランド108の電位レベル202まで、擬似グランド108の電位が階段状に落ちていく。図2おけるT1〜Tnはそれぞれ遅延回路1041nにより作られる遅延時間であり、基本的に同じ値のものである。V1〜VnはトランジスタPSW1nがオンすることにより発生する電位差である。電位差V1〜Vnも基本的には同じ電位差であることが望ましい。トランジスタPSW1nのサイズを決定する際には被制御回路101およびスイッチ回路102(トランジスタPSW1n)の加工プロセス,印加電圧,発生温度などの各ばらつきを考慮して決定しなければならない。
このようにトランジスタPSW1nを、段階的にかつ電流能力の小さなものから順番にオンさせることで、被制御回路101に溜まった電荷を少しずつ段階的に引き抜くことが出来る。そのため、瞬時電流205を問題のない極めて小さいレベルまで小さくすることが可能となる。なお、瞬時電流205が流れる前は電源遮断時のリーク電流203が流れ、瞬時電流205が流れた後は電源供給時のリーク電流204が流れる。このとき、リーク電流203はリーク電流204より小さくなる。
なお、遅延時間T1〜Tnは遅延回路1041nにより自由に決定することが可能であり、全体の電位変化傾きを小さくするほど瞬時電流削減に効果が望める。また、電位差V1〜VnはトランジスタPSW1nの電流能力を調整することで決定することが出来る。また、トランジスタPSW1nの電流能力は例えばトランジスタのチャネル長、チャネル幅などにより自由に調整することが可能である。この電位差V1〜Vnの値を小さくすればするほど、瞬時電流削減に効果が望める。
なお、遅延回路1041nの個数は基本的にトランジスタPSW1nと同じ数であるが、各トランジスタPSW1nが一定の時間間隔でオンしていけるのであれば、遅延回路グループ104A1mにおいて、回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1を省略することも可能である。
なお、遅延時間T1〜Tnおよび電位差V1〜Vnの値は基本的に同じであるが、効率的に瞬時電流を下げるため、また遷移時間を問題ないレベルまで早めるために意図的に値を変えることも可能である。
(第2の実施の形態)
図3は本発明の第2の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、本実施の形態の制御器130Bでは実施の形態1とは異なり制御信号入力端子109は一つしか存在せず、また、制御信号供給源131Aは設けられていない。制御器130Bでは、LSIの基準クロックに基づいて生成される単一の制御信号が制御器130Bに供給される。また、遅延回路1041nは、グループ分けされることなく、すべて直列に接続されており、先頭の遅延回路1041に制御信号が供給される。
スイッチ回路102を構成するトランジスタPSW1nを、単一の制御信号に基づいてその電流能力の小さいものから順次オンさせていく時間間隔は遅延回路1041nにおける遅延時間調整により行われる。この実施形態の制御器130Bでは、単一の御信号入力端子109を設けることで、遅延回路1041nとトランジスタ1nとをグループ分けしていない。この実施の形態で得られる瞬時電流削減効果は第1の実施の形態と同じであるが、さらに制御信号が一つで済むので半導体集積回路側の制御機構(制御信号供給源)や信号線のレイアウトが容易である。
(実施の形態3)
図4は本発明の第3の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、この実施の形態の制御器130Cでは第1の実施の形態とは異なり、遅延回路1041nは設けられておらず、それに換って、制御信号供給源131Bが設けられている。また、制御信号入力端子1071nがトランジスタPSW1nと同じ数だけ存在し、それぞれ異なるトランジスタPSW1nのゲートに接続されている。制御信号供給源131Bは、トランジスタPSW1nそれぞれに対応して一定時間間隔で出力変移する第1〜第nの制御信号をLSIの基準クロックに基づいて生成したうえで、生成した第1〜第nの制御信号を各制御信号入力端子1071nを供給している。制御信号入力端子1071nは、受け取った第1〜第nの制御信号を、対応するトランジスタPSW1nそれぞれに供給している。
各トランジスタPSW1nのオン制御は次のように実施される。すなわち、制御信号入力端子1071nに入力第1〜第nの制御信号に基づいて、トランジスタPSW1nは電流能力の小さい方から順次オン制御される。この実施形態の得られる瞬時電流削減効果としては第1の実施の形態と同じであるが、さらに遅延回路を用いないため小面積化が可能である。
(実施の形態4)
図5は本発明の第4の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、この実施の形態の制御器130Dでは、第1の実施の形態の構成(制御器130A)に、さらにソースバイアス制御回路510を追加している。ソースバイアス制御回路510は電流源や抵抗素子からなり、グランド107と擬似グランド108との間に配置されている。ソースバイアス制御回路510は、スイッチ回路102が遮断状態になっても、ソースバイアス制御回路510に流れる電流と、被制御回路101に流れるリーク電流とが釣り合う電圧に擬似グランド108を固定するものである。ソースバイアス制御回路510を設けることは、電源制御と同様の効果があり、回路ブロックの制御単位を細かく出来ることから技術的な優位性がある。
但し、この技術は擬似グランド108の電位変化が急峻であると、被制御回路101で保持されているデータを破壊させる可能性がある。そこで、第1の実施の形態と同様に擬似グランド108の電位変化を調整する事により、ソースバイアス制御回路510の誤動作を回避することが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はグランド側を制御する電源制御やソースバイアスのみならず、電源側を制御する場合でも同様の構成で作ることが出来、同様の効果を得ることが出来る。
なお、本発明のスイッチ回路102はスイッチ回路領域に配置されているが、このスイッチ回路領域105は分割して配置されてもかまわない。
なお、本発明は電源遮断状態から電源供給状態への遷移時だけではなく、同様に電源供給状態から電源遮断状態への遷移時にも応用できる。その場合は一定の時間間隔で電流能力の大きい側から順番にスイッチ回路102をオフしていくことで容易に実現できる。
次に、本発明の半導体集積回路を備えた実施の形態に関して説明する。図6は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置の一例である携帯電話601の概観を示す。携帯電話601は、ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603を備えている。ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603並びにこれらを備えた携帯電話601についてもまた低電力動作が可能となる。さらに、携帯電話601が備えている半導体集積回路であってベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図7は本発明と通信装置の関係を示したブロック図である。ベースバンドLSI602における本発明の動作は、
・ベースバンドLSI602内のタイマーを認識した結果に基づいて定期的に電気信号が高周波送受信インターフェース部1501または外部入力インターフェース部1502を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
・携帯電話601のアンテナで受信した高周波信号に基づいて電気信号が高周波送受信インターフェース部1501を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
・携帯電話601のキーボードに対する入力等に基づいて電気信号が外部入力インターフェース部1502を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
で実行される。
また、アプリケーションLSI603における本発明の動作は、
・携帯電話601のキーボードに対する入力等に基づいて電気信号が外部入力インターフェース部1502を通りアプリケーションLSI603へ伝わること、
で実行される。
なお、図7は本発明と通信装置の関係を一例として示したものであり、携帯電話601内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置は、携帯電話に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、通信システムにおける送信機/受信機や、データ伝送を行うモデム装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、有線/無線や光通信/電気通信の別を問わず、また、デジタル方式/アナログ方式の別を問わず、あらゆる通信装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
図8は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置の一例である光ディスク装置801の概観を示す。光ディスク装置801は、光ディスクから読み取った信号を処理するメディア信号処理LSI802と、その信号の誤り訂正や光ピックアップのサーボ制御を行う誤り訂正・サーボ処理LSI803とを備えている。メディア信号処理LSI802と誤り訂正・サーボ処理LSI803とは、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。
本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、メディア信号処理LSI802と誤り訂正・サーボ処理LSI803とは低電力動作が可能となる。さらにはこれらのLSI802,803を備えた光ディスク装置801もまた低電力動作が可能となる。
さらに、光ディスク装置801が備えている半導体集積回路であってメディア信号処理LSI802や誤り訂正・サーボ処理LSI803以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図9は本発明と情報再生装置の関係を示したブロック図である。メディア信号処理LSI802における本発明の動作は、
・光ディスク装置801に対する赤外線入力やボタン入力、
・光ディスク装置801が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・DVD信号の出力、
等に基づいて、電気信号がインターフェース部1503やチューナ1504を通りメディア信号処理LSI802へ伝わることで実行される。
また、誤り訂正・サーボ処理LSI803における本発明の動作は、
・光ディスク装置801に対する赤外線入力やボタン入力、
・DVD信号の出力、
等に基づいて、電気信号がインターフェース部1503を通り誤り訂正・サーボ処理LSI803へ伝わることで実行される。
なお、図9は本発明と情報再生装置の関係を一例として示したものであり、光ディスク装置801内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置は、光ディスク装置に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、磁気ディスクを内蔵した画像録画再生装置や半導体メモリを媒体とした情報記録再生装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、情報が記録されたメディアの別を問わず、あらゆる情報再生装置(情報記録機能を含んでいてもよい)について消費電力低減の効果を得ることができる。
図10は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置の概観を示す。テレビジョン受像機1001は、画像信号や音声信号を処理する画像・音声処理LSI1002と、表示画面やスピーカなどのデバイスを制御するディスプレイ・音源制御LSI1003とを備えている。そして、画像・音声処理LSI1002及びディスプレイ・音源制御LSI1003は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、画像・音声処理LSI1002とディスプレイ・音源制御LSI1003とは低電力動作が可能となる。さらには、これらのLSI1002,1003を備えたテレビジョン受像機1001もまた低電力動作が可能となる。
さらに、テレビジョン受像機1001が備えている半導体集積回路であって画像・音声処理LSI1002やディスプレイ・音源制御LSI1003以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図11は本発明と画像表示装置の関係を示したブロック図である。画像・音声処理LSI1002における本発明の動作は、
・テレビジョン受像機1001に対する赤外線入力やボタン入力、
・テレビジョン受像機1001が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・テレビジョン受像機1001に対するビデオ信号入力、
等に基づいて、電気信号がネットワークインターフェース部1505または外部入力インターフェース部1506を通り画像・音声処理LSI1002へ伝わることで実行される。
また、ディスプレイ・音源制御LSI1003における本発明の動作は、
・テレビジョン受像機1001に対する赤外線入力やボタン入力、
・テレビジョン受像機1001が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・テレビジョン受像機1001に対するビデオ信号入力、
等に基づいて電気信号がネットワークインターフェース部1505または外部入力インターフェース部1506を通りディスプレイ・音源制御LSI1003へ伝わることで実行される。
なお、図11は本発明と情報再生装置の関係を一例として示したものであり、テレビジョン受像機1001内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置は、テレビジョン受像機に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、電気通信回線を通じて配信されるストリーミングデータを表示する装置をも含むものである。すなわち、本発明によって、情報の伝送方法の別を問わず、あらゆる画像表示装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
図12は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置の一例であるデジタルカメラ1201の概観を示す。デジタルカメラ1201は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である信号処理LSI1202を備えている。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、信号処理LSI1202は低電力動作が可能となる。さらには、信号処理LSI1202を備えたデジタルカメラ1201もまた低電力動作が可能となる。
さらに、デジタルカメラ1201が備えている半導体集積回路であって信号処理LSI1202以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図13は本発明と電子装置の関係を示したブロック図である。信号処理LSI1202における本発明の動作は、
・デジタルカメラ1201に対する赤外線入力やボタン入力、
・デジタルカメラ1201が有するCCDからの出力、
等に基づいて、電気信号が外部入力インターフェース部15077CCDインターフェース部1508を通り信号処理LSI1202へ伝わることで実行される。
なお、図13は本発明と電子装置の関係を一例として示したものであり、デジタルカメラ1201内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置は、デジタルカメラに限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、各種センサ機器や電子計算機など、およそ半導体集積回路を備えた装置全般を含むものである。そして、本発明によって、電子装置全般について消費電力低減の効果を得ることができる。
図14は、本発明の半導体集積回路装置が組み込まれた電子制御装置を備えた移動体の一例である自動車1401の概観を示す。自動車1401は、電子制御装置1402を備えている。電子制御装置1402は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路であって、自動車1401のエンジンやトランスミッションなどを制御するエンジン・トランスミッション制御LSI1403を備えている。また、自動車1401は、ナビゲーション装置1404を備えている。ナビゲーション装置1404もまた電子制御装置1402と同様に、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路であるナビゲーション用LSI1405を備えている。
本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、エンジン・トランスミッション制御LSI1403やこれを備えた電子制御装置1402yは低電力動作が可能となる。同様に、ナビゲーション用LSI1405やこれを備えたナビゲーション装置1404もまた低電力動作が可能となる。
さらに、電子制御装置1402が備えている半導体集積回路であってエンジン・トランスミッション制御LSI1403以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。ナビゲーション装置1404についても同様のことが言える。そして、電子制御装置1402の低消費電力化によって、自動車1401における消費電力も低減することができる。
図15は本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の関係を示したブロック図である。エンジン・トランスミッション制御LSI1403における本発明の動作は、
・自動車1401のアクセル、ブレーキ、ギアなどの動作を電子制御装置1402が感知することで生成される電気信号がエンジントランスミッションインターフェース部1509を通り、エンジン・トランスミッション制御LSI1403へ伝わることで実行される。
また、ナビゲーション用LSI1405における本発明の動作は、
・自動車1401が有するTVアンテナに対する電波(高周波)入力、
・ナビゲーション装置1404に対する赤外線入力やボタン入力などをナビゲーション装置1404が感知することで生成される電気信号がナビゲーションインターフェース部1510を通り、ナビゲーション用LSI1405へ伝わることで実行される。
なお、図15は本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の関係を一例として示したものであり、自動車1401及び電子制御装置1402、ナビゲーション装置1404の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子制御装置は、上記のエンジンやトランスミッションを制御するものに限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、モータ制御装置など、およそ半導体集積回路を備え、動力源を制御する装置全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような電子制御装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた移動体は、自動車に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、列車や飛行機など、およそ動力源であるエンジンやモータなどを制御する電子制御装置を備えたもの全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような移動体について消費電力低減の効果を得ることができる。
本発明により、電源遮断技術、ソースバイアス制御技術の回路誤動作の課題を解決することが出来る。また、その方法は非常に簡単かつ容易に実現できるため、応用例も期待できる。以上のようにLSIの低消費電力化技術を適用した場合の大きな課題を解決することが出来、結果としてLSIの低消費電力化効果を最大限大きくすることが出来る。
本発明は、半導体集積回路の低消費電力化技術である電源遮断技術およびソースバイアス制御技術に関するものである。
図16は従来の一般的な電源遮断技術を示す。被制御回路1601は電源1604と擬似グランド1606とに接続されている。スイッチ回路配置領域1603では、擬似グランド1606とグランド1605との間には、一つもしくは複数個のトランジスタからなるスイッチ回路1602が配置されている。各トランジスタはそれぞれのゲート、ドレイン、ソースが共通に接続された構造である。各トランジスタのゲートのすべては、制御信号入力端子1607に接続されており、制御信号入力端子1607には、半導体集積回路から電源供給制御用の制御信号が供給される。
被制御回路1601の動作時には、スイッチ回路1602をオンさせる制御信号が制御信号入力端子1607に入力される。これにより擬似グランド1606とグランド1605とがショートされて被制御回路1601が通常動作を行うことになる。また逆に、被制御回路1601の静止時には、スイッチ回路1602をオフさせる制御信号が制御信号入力端子1607に入力される。これにより擬似グランド1606とグランド1605とは遮断された状態になる。電源遮断時において擬似グランド1606の電位は、被制御回路1601の静止時リーク電流とスイッチ回路1602のリーク電流とが釣り合うところまで上昇する。被制御回路1601の静止状態において電源を遮断するこの電源制御形態は、同静止状態で電源遮断を行わない他の電源制御形態に比して、リーク電流を大きく削減することが出来る。
以上説明したように、回路の動作やデータ保持に不要となるブロックにおいて選択的に電源遮断制御を行う電源遮断技術を採用すると、リーク電流を削減することが出来る。そのため、この技術はLSIの消費電力の低減に大きな効果を発揮する。しかしながら、このような電源遮断技術には、瞬時電流の発生という課題がある。以下、説明する。図17は電源遮断技術における瞬時電流を簡単に説明する図である。
電源遮断状態において、擬似グランド1606は電圧レベル1701まで上昇しているが、スイッチ回路1602がオンして電源供給状態に移行すると擬似グランド1606は電圧レベル1702まで急激に降下する。このとき、被制御回路1601に蓄積されている電荷がスイッチ回路1602を通してグランド1605に向かって引き抜かれることになり、大きな瞬時電流1705が流れる。瞬時電流1705が発生する前は電源遮断状態のリーク電流1703が流れており、瞬時電流1705が発生した後は電源供給状態のリーク電流1704が流れている。またこのリーク電流1704はリーク電流1703より大きい。
瞬時電流1705が流れると、寄生抵抗によるIR−Dropが発生しグランド1605の電位にノイズが発生する。そのため、静止状態であるこの回路ブロックに動作状態である他の回路ブロックがグランド1605を介して接続されていると、静止状態であるこの回路ブロックで生じたノイズが動作状態である他の回路ブロックに伝播してしまい、このことが誤動作の要因になる。
この瞬時電流の課題対策として従来から様々な提案がなされている。図18は特許文献1に提示された第1の提案を簡単に説明したものである。第1の提案では、被制御回路1801とスイッチ回路配置領域1803との間に電流モニター回路1809が設けられる。スイッチ回路1802にはLSI側から制御信号が入力されず、これに換わって電源遮断スイッチ制御回路1808からその出力信号が入力される。このとき電源遮断スイッチ制御回路1808は電流モニター回路1809からの信号に基づいて、スイッチ回路1802に出力する出力信号を決定する。これによりスイッチ回路1802を流れる電流が一定電流値以上になることが抑えられる。
しかしながら、第1の提案では電源遮断スイッチ制御回路1808や電流モニター回路1809などの回路が必要であり、それらの制御系は複雑なものとなる。また、電流モニター回路1809の配置では、電流モニター回路1809の影響が被制御回路1801に及ばないように寄生抵抗などの発生を考慮した設計をする必要がある。このように、第1の提案においても容易に瞬時電流の課題を解決できるものではない。
図19は特許文献2に提示された第2の提案を簡単に説明したものである。第2の提案では、スイッチ回路1902の各基板ノードは基板バイアス制御回路1908に接続される。電源遮断状態から電源供給状態に遷移するとき瞬時電流が流れるが、このとき基板バイアス制御回路1908から出力される逆方向基板バイアスがスイッチ回路1902に印加される。これにより、スイッチ回路1902の電流能力が低減される。その結果、瞬時電流が削減される。
しかしながら、第2の提案では、スイッチ回路1902の電流能力を基板バイアス制御により抑制するため、その効果は限られたものであり、瞬時電流を根本的に解決できるものではない。
また、特許文献3は出力回路に関するもので対象と用途が異なり、これは電流能力の小さいものから大きいものまでを時間をずらしながら駆動するものである。この考え方を電源遮断制御に用いれば、多少の瞬時電流削減は可能であるが、回路の誤動作を根本的に解決するだけの瞬時電流の削減効果は保証できなない。
特開2007−179345号公報 特開2007−201414号公報 特開平1−279631号公報
上記した通り、従来の電源遮断技術は、LSIのリーク電流削減に効果的であるものの、瞬時電流が課題であった。この瞬時電流の対策として上述した複数の提案がなされているが、回路構成が複雑で適用が困難である、ある程度の効果はあるものの根本的解決にならないなど、その効果は十分なものとはいえない。
上記課題を解決するために本発明の半導体集積回路装置は、
各々異なる電流能力を有する複数のトランジスタを有し、被制御回路に対する電源の供給制御を行うスイッチ回路と、
非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有するトランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に遷移させる制御器と、
を備え、
前記複数のトランジスタは、前記被制御回路に並列に接続されており、電流能力の小さいものから大きいものまで順次接続され、
前記複数のトランジスタの各々は、各トランジスタが導通状態に遷移した際に前記被制御回路で生じる電源電位の変化が一定になる電流能力を有している。
本発明には、
前記制御器は、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有するトランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
という態様がある。
本発明には、
前記制御器は、基準クロックに基づいて生成される制御信号を遅延させる遅延回路をさらに備え当該遅延回路の出力と前記制御信号との組み合わせによって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
という態様がある。
本発明には、
前記遅延回路は、前記トランジスタそれぞれに対応して複数設けられるとともに、互いに直列に接続され、
前記遅延回路それぞれの出力端は、対応する前記トランジスタのベースにも接続され、
前記遅延回路それぞれは、列先頭に位置する前記遅延回路に入力される前記制御信号を、その列位置に応じて遅延したうえで、対応する前記トランジスタのベースに供給する、
という態様がある。
本発明には、
前記制御器は、基準クロックに基づいて生成される制御信号によって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
という態様がある。
本発明には、
前記制御器は制御信号供給源をさらに備え、
前記制御信号供給源は、前記トランジスタそれぞれに対応して前記一定時間間隔で出力変移する前記制御信号を前記基準クロックに基づいて生成して、前記トランジスタのベースに供給する、
という態様がある。
本発明には、
前記制御器は、単一の前記制御信号と複数の前記遅延回路との組み合わせに基づいて前記一定時間間隔を規定する、
という態様がある。
本発明には、
前記制御器は、
複数の遅延回路部と、
各遅延回路部固有の前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する制御信号供給源と、
を有し、
前記遅延回路部は、互いに直列に接続された複数の遅延回路を備え、
前記制御信号供給源は、各遅延回路部における最大遅延時間に相当する時間分だけ互いに時間的にずれた前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する、
という態様がある。
本発明には、
前記被制御回路のソースバイアスを制御するソースバイアス制御回路を、
さらに備え、
前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス制御状態からソースバイアス解除状態に遷移する際には、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有する前記トランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させ、
前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス解除状態からソースバイアス制御状態に遷移する際には、導通状態の前記複数のトランジスタを、最大の電流能力を有する前記トランジスタから最小の電流能力を有するトランジスタまで順次導通状態から非導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
という態様がある。
本発明には、
前記被制御回路は、高電圧側電源と低電圧側電源とを備え、
前記トランジスタは前記高電圧側電源による前記被制御回路への電源供給を制御する、
という態様がある。
本発明の通信装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続された高周波送受信インターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記高周波送受信インターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の情報再生装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたチューナと、
前記半導体集積回路装置に接続されたインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記チューナまたは前記インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の画像表示装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたネットワークインターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ネットワークインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の電子装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたCCDインターフェース部と、
前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記CCDインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の電子制御装置は、
本発明の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたナビゲーションインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明の移動体は、
本発明の電子制御装置と、
前記半導体集積回路装置に接続されたエンジントランスミッションインターフェース部と、
を備え、
前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部または前記エンジントランスミッションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する。
本発明は、LSIのリーク電流削減に効果的な電源遮断技術における大きな課題である瞬時電流を抑制することが出来、瞬時電流を起因とする電源ノイズの発生およびそれによる回路の誤動作を防ぐことが出来る。
また、本発明は、
・被制御回路のソースバイアスを制御してリーク電流を削減するソースバイアス制御技術に応用することができる、
・ソースバイアス制御時とソースバイアス解除時の間の遷移中におけるソース電位の急峻な変化を抑制することができる、
ことから、ソースバイアス制御時に被制御回路で保持されているデータが破壊される危険を回避することが可能となる。
以上のように、本発明を用いることでLSIの低消費電力化技術の課題を解決することができて、結果的にLSIの低消費電力化を実現することができる。
本発明の第1の実施形態を示す回路図である。 本発明の擬似グランドの電位および電流の変化を示す図である。 本発明の第2の実施形態を示す回路図である。 本発明の第3の実施形態を示す回路図である。 本発明の第4の実施形態を示す回路図である。 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置の概観図である。 本発明と通信装置の関係を示したブロック図である。 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置の概観図である。 本発明と情報再生装置の関係を示したブロック図である。 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置の概観図である。 本発明と画像表示装置の関係を示したブロック図である。 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置の概観図である。 本発明と電子装置の関係を示したブロック図である。 本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の概観図である。 本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体との関係を示したブロック図である。 従来時術の電源遮断制御を示す回路図である。 従来技術の擬似グランドの電位および電流の変化を示す図である。 従来技術の瞬時電流削減対策1を示す回路図である。 従来技術の瞬時電流削減対策2を示す回路図である。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態を示したものである。本実施の形態の半導体集積回路装置は、被制御回路101と、スイッチ回路配置領域103と、遅延回路配置領域105とを有する。被制御回路101は電源106および擬似グランド108に接続されている。スイッチ回路配置領域103にはスイッチ回路102が設けられている。スイッチ回路102は電源の供給および遮断を制御する機能を有する複数のトランジスタPSW1n(nはトランジスタ総数)から構成されている。各トランジスタPSW1nは、電流能力が連続的に異なっている。つまり、スイッチ回路配置領域103には、最小電流能力を有するトランジスタPSW1から最大電流能力を有するトランジスタPSWnに至る複数のトランジスタからなるスイッチ回路102が設けられている。トランジスタPSW1nは、スイッチ回路配置領域103においてその電流能力順に沿って並列配置される、という規則性に沿って設けられている。各トランジスタPSW1nは、擬似グランド108とグランド107との間に並列配置されている。全てのトランジスタPSW1nにおいて、そのドレインは擬似グランド108に接続され、そのソースとその基板とはグランド107に接続されている。
遅延回路配置領域105には、トランジスタPSW1nと同数の遅延回路1041nが配置されている。遅延回路1041nそれぞれは全て同じ遅延値になるようにその特性が調整されている。遅延回路1041nは複数の第1〜第mの遅延回路部104A1m(mは遅延回路部総数)に分けられている。第1の遅延回路部104A1は、回路接続方向先頭に位置し、第mの遅延回路部104Amは、末尾に位置する。第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれは、複数の遅延回路104B1i(図1では、iは3)から構成されている。各遅延回路部104A1mにおいては、各部を構成する遅延回路104B1iどうしが直列接続されている。すなわち、その入力端とその出力端とが互いにチェーン状に連結接続されている。さらに各遅延回路1041nの出力端は、その遅延回路1041nに対応して設けられたトランジスタPSW1nのゲートに接続されている。このように、本実施の形態の説明では、同一の遅延回路に、遅延回路104全体における通し番号符号1041nと、第1〜第mの遅延回路部104A1mにおける通し番号符号104B1iという2つの符号が付されている。
さらに本実施の形態の半導体集積回路装置は、LSIの基準クロックに基づいて第1〜第mの遅延回路部104A1m固有の制御信号を生成して第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれに供給する制御信号供給源131Aを備える。本実施の形態では、制御信号供給源131Aと遅延回路1041nとから制御器130Aが構成されている。
上記のようにして遅延回路1041nに接続されているトランジスタPSW1nは、遅延回路1041nと同様、複数の第1〜第mのトランジスタ部PSWA1m(mはトランジスタ部総数)に分けらたうえで、第1〜第mのトランジスタ部PSWA1mは、複数のトランジスタPSWB1i(図1では、iは3)から構成されている。
第1〜第mの遅延回路部104A1mそれぞれに対応して第1〜第mの制御信号入力端子1091mが設けられている。第1〜第mの制御信号入力端子1091mには、制御信号供給源131Aで生成される制御信号が入力される。第xの制御信号入力端子109xは、対応する第xの遅延回路部104Axにおいて、回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1に接続されている(xは、1からmの間の任意の自然数)。したがって、第xの制御信号入力端子109xに入力される制御信号は、第xの遅延回路部104Axの回路接続方向先頭に位置する遅延回路104B1に入力されたのち、第xの遅延回路部104Axを構成する各遅延回路104B1iで順次遅延されながら遅延回路部内で伝達されたうえで各遅延回路104B1iから、その遅延回路104B1iに対応するトランジスタPSWB1iのゲートに供給される。
遅延回路1041nとトランジスタPSW1nとの間の接続構成は、次のように設定されている。すなわち、最小の電流能力を有するトランジスタPSW1が最初に導通し、そののち、電流能力の低い順に沿って各トランジスタPSW1nが順次導通し、最後に最大の電流能力を有するトランジスタPSWnが導通する導通順序が実現されるように上記接続構成は設定されている。
具体的には、任意の第yの遅延回路部104Ayと、その第yの遅延回路部104Ayに対応する第yのトランジスタ部PSWAyとを想定した場合(yは、1からmの間の自然数)、
・第yの遅延回路部104Ayにおいて回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1は、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて最小電流能力を有するトランジスタPSWB1に接続される、
・回路接続方向の次に位置する遅延回路104B2は、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて2番目に小さい電流能力を有するトランジスタPSWB2に接続される、
・回路接続方向の末尾に位置する遅延回路104Biは、第yのトランジスタ部PSWAyにおいて最も大きい電流能力を有するトランジスタPSWBiに接続される、
といったように、
第yの遅延回路部104Ayを構成する遅延回路104B1iはその回路接続方向の降順に沿い、かつ第yのトランジスタ部PSWAyを構成するトランジスタPSWB1iはその電流能力の昇順に沿って、第yの遅延回路部104Ayと第yのトランジスタ部PSWAyとは互いに順次接続されている。
トランジスタPSW1nにおいて、前述した導通順序を実現させるためには、上述したトランジスタPSW1nと遅延回路1041nとの間の接続構成を備えたうえで、さらに、制御信号供給源130Aが第1〜第mの制御信号入力端子1091mに供給する制御信号において、次のような供給制御が実施される。
隣接する第pの遅延回路部104Apと第p+1の遅延回路部104Ap+1(pは、1からm−1の間の任意の自然数)とにそれぞれ供給される制御信号を、それぞれ第pの制御信号、第p+1の制御信号とし、各遅延回路1041nによって制御信号が遅延される時間量を遅延時間Tとすると、第pの制御信号が遅延回路部104Apに供給されるタイミングTMpと、第p+1の制御信号が第p+1の遅延回路部104Ap+1に供給されるタイミングTMp+1との間の差分dfは、第pの遅延回路部104Apを構成する遅延回路104B1iの総遅延時間T×iに余裕時間αを加算した時間長に設定される(df=T×i+α)。
このような構成を備えた本実施の形態の半導体集積回路装置において、電源遮断状態から電源供給状態に復帰する場合、まず、遅延回路接続方向の先頭に位置する第1の遅延回路部104A1に接続された制御信号入力端子1091に第1のトランジスタ部PSWA1の各トランジスタPSWB1iをオンさせる第1の制御信号が制御信号供給源131Aから供給されると、電流能力の最も小さいトランジスタPSWB1から順番に遅延回路104の遅延時間dだけ順次遅れて各トランジスタPSWB1iがそれぞれオンしていく。そして、第1の遅延回路部104A1に接続された第1のトランジスタ部PSWA1のトランジスタPSW1iが全てオンした後さらに一定の余裕時間αが経つと、第2の遅延回路部104A2に接続された第2の制御信号入力端子1092に第2の制御信号が制御信号供給源131Aから供給される。このようにして、トランジスタPSW1nは、第1〜第mのトランジスタ部PSW1mに区分されているにも拘わらず、電流能力が小さいものから順番にオンしていく動作をする。
図2は第1の実施の形態における電源遮断状態から電源供給状態への復帰時の擬似グランド108と、そこを流れる電流特性を表している。電流能力が小さいものから順番にトランジスタPSW1nがオンすることで、電源遮断時の擬似グランド108の電位レベル201から電源供給時の擬似グランド108の電位レベル202まで、擬似グランド108の電位が階段状に落ちていく。図2おけるT1〜Tnはそれぞれ遅延回路1041nにより作られる遅延時間であり、基本的に同じ値のものである。V1〜VnはトランジスタPSW1nがオンすることにより発生する電位差である。電位差V1〜Vnも基本的には同じ電位差であることが望ましい。トランジスタPSW1nのサイズを決定する際には被制御回路101およびスイッチ回路102(トランジスタPSW1n)の加工プロセス,印加電圧,発生温度などの各ばらつきを考慮して決定しなければならない。
このようにトランジスタPSW1nを、段階的にかつ電流能力の小さなものから順番にオンさせることで、被制御回路101に溜まった電荷を少しずつ段階的に引き抜くことが出来る。そのため、瞬時電流205を問題のない極めて小さいレベルまで小さくすることが可能となる。なお、瞬時電流205が流れる前は電源遮断時のリーク電流203が流れ、瞬時電流205が流れた後は電源供給時のリーク電流204が流れる。このとき、リーク電流203はリーク電流204より小さくなる。
なお、遅延時間T1〜Tnは遅延回路1041nにより自由に決定することが可能であり、全体の電位変化傾きを小さくするほど瞬時電流削減に効果が望める。また、電位差V1〜VnはトランジスタPSW1nの電流能力を調整することで決定することが出来る。また、トランジスタPSW1nの電流能力は例えばトランジスタのチャネル長、チャネル幅などにより自由に調整することが可能である。この電位差V1〜Vnの値を小さくすればするほど、瞬時電流削減に効果が望める。
なお、遅延回路1041nの個数は基本的にトランジスタPSW1nと同じ数であるが、各トランジスタPSW1nが一定の時間間隔でオンしていけるのであれば、遅延回路グループ104A1mにおいて、回路接続方向の先頭に位置する遅延回路104B1を省略することも可能である。
なお、遅延時間T1〜Tnおよび電位差V1〜Vnの値は基本的に同じであるが、効率的に瞬時電流を下げるため、また遷移時間を問題ないレベルまで早めるために意図的に値を変えることも可能である。
(第2の実施の形態)
図3は本発明の第2の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、本実施の形態の制御器130Bでは実施の形態1とは異なり制御信号入力端子109は一つしか存在せず、また、制御信号供給源131Aは設けられていない。制御器130Bでは、LSIの基準クロックに基づいて生成される単一の制御信号が制御器130Bに供給される。また、遅延回路1041nは、グループ分けされることなく、すべて直列に接続されており、先頭の遅延回路1041に制御信号が供給される。
スイッチ回路102を構成するトランジスタPSW1nを、単一の制御信号に基づいてその電流能力の小さいものから順次オンさせていく時間間隔は遅延回路1041nにおける遅延時間調整により行われる。この実施形態の制御器130Bでは、単一の御信号入力端子109を設けることで、遅延回路1041nとトランジスタ1nとをグループ分けしていない。この実施の形態で得られる瞬時電流削減効果は第1の実施の形態と同じであるが、さらに制御信号が一つで済むので半導体集積回路側の制御機構(制御信号供給源)や信号線のレイアウトが容易である。
(実施の形態3)
図4は本発明の第3の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、この実施の形態の制御器130Cでは第1の実施の形態とは異なり、遅延回路1041nは設けられておらず、それに換って、制御信号供給源131Bが設けられている。また、制御信号入力端子1071nがトランジスタPSW1nと同じ数だけ存在し、それぞれ異なるトランジスタPSW1nのゲートに接続されている。制御信号供給源131Bは、トランジスタPSW1nそれぞれに対応して一定時間間隔で出力変移する第1〜第nの制御信号をLSIの基準クロックに基づいて生成したうえで、生成した第1〜第nの制御信号を各制御信号入力端子1071nを供給している。制御信号入力端子1071nは、受け取った第1〜第nの制御信号を、対応するトランジスタPSW1nそれぞれに供給している。
各トランジスタPSW1nのオン制御は次のように実施される。すなわち、制御信号入力端子1071nに入力第1〜第nの制御信号に基づいて、トランジスタPSW1nは電流能力の小さい方から順次オン制御される。この実施形態の得られる瞬時電流削減効果としては第1の実施の形態と同じであるが、さらに遅延回路を用いないため小面積化が可能である。
(実施の形態4)
図5は本発明の第4の実施の形態を示したものである。基本的な構成は第1の実施の形態と同じであるが、この実施の形態の制御器130Dでは、第1の実施の形態の構成(制御器130A)に、さらにソースバイアス制御回路510を追加している。ソースバイアス制御回路510は電流源や抵抗素子からなり、グランド107と擬似グランド108との間に配置されている。ソースバイアス制御回路510は、スイッチ回路102が遮断状態になっても、ソースバイアス制御回路510に流れる電流と、被制御回路101に流れるリーク電流とが釣り合う電圧に擬似グランド108を固定するものである。ソースバイアス制御回路510を設けることは、電源制御と同様の効果があり、回路ブロックの制御単位を細かく出来ることから技術的な優位性がある。
但し、この技術は擬似グランド108の電位変化が急峻であると、被制御回路101で保持されているデータを破壊させる可能性がある。そこで、第1の実施の形態と同様に擬似グランド108の電位変化を調整する事により、ソースバイアス制御回路510の誤動作を回避することが可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はグランド側を制御する電源制御やソースバイアスのみならず、電源側を制御する場合でも同様の構成で作ることが出来、同様の効果を得ることが出来る。
なお、本発明のスイッチ回路102はスイッチ回路領域に配置されているが、このスイッチ回路領域105は分割して配置されてもかまわない。
なお、本発明は電源遮断状態から電源供給状態への遷移時だけではなく、同様に電源供給状態から電源遮断状態への遷移時にも応用できる。その場合は一定の時間間隔で電流能力の大きい側から順番にスイッチ回路102をオフしていくことで容易に実現できる。
次に、本発明の半導体集積回路を備えた実施の形態に関して説明する。図6は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置の一例である携帯電話601の概観を示す。携帯電話601は、ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603を備えている。ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、ベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603並びにこれらを備えた携帯電話601についてもまた低電力動作が可能となる。さらに、携帯電話601が備えている半導体集積回路であってベースバンドLSI602及びアプリケーションLSI603以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図7は本発明と通信装置の関係を示したブロック図である。ベースバンドLSI602における本発明の動作は、
・ベースバンドLSI602内のタイマーを認識した結果に基づいて定期的に電気信号が高周波送受信インターフェース部1501または外部入力インターフェース部1502を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
・携帯電話601のアンテナで受信した高周波信号に基づいて電気信号が高周波送受信インターフェース部1501を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
・携帯電話601のキーボードに対する入力等に基づいて電気信号が外部入力インターフェース部1502を通りベースバンドLSI602へ伝わること、
で実行される。
また、アプリケーションLSI603における本発明の動作は、
・携帯電話601のキーボードに対する入力等に基づいて電気信号が外部入力インターフェース部1502を通りアプリケーションLSI603へ伝わること、
で実行される。
なお、図7は本発明と通信装置の関係を一例として示したものであり、携帯電話601内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた通信装置は、携帯電話に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、通信システムにおける送信機/受信機や、データ伝送を行うモデム装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、有線/無線や光通信/電気通信の別を問わず、また、デジタル方式/アナログ方式の別を問わず、あらゆる通信装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
図8は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置の一例である光ディスク装置801の概観を示す。光ディスク装置801は、光ディスクから読み取った信号を処理するメディア信号処理LSI802と、その信号の誤り訂正や光ピックアップのサーボ制御を行う誤り訂正・サーボ処理LSI803とを備えている。メディア信号処理LSI802と誤り訂正・サーボ処理LSI803とは、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。
本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、メディア信号処理LSI802と誤り訂正・サーボ処理LSI803とは低電力動作が可能となる。さらにはこれらのLSI802,803を備えた光ディスク装置801もまた低電力動作が可能となる。
さらに、光ディスク装置801が備えている半導体集積回路であってメディア信号処理LSI802や誤り訂正・サーボ処理LSI803以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図9は本発明と情報再生装置の関係を示したブロック図である。メディア信号処理LSI802における本発明の動作は、
・光ディスク装置801に対する赤外線入力やボタン入力、
・光ディスク装置801が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・DVD信号の出力、
等に基づいて、電気信号がインターフェース部1503やチューナ1504を通りメディア信号処理LSI802へ伝わることで実行される。
また、誤り訂正・サーボ処理LSI803における本発明の動作は、
・光ディスク装置801に対する赤外線入力やボタン入力、
・DVD信号の出力、
等に基づいて、電気信号がインターフェース部1503を通り誤り訂正・サーボ処理LSI803へ伝わることで実行される。
なお、図9は本発明と情報再生装置の関係を一例として示したものであり、光ディスク装置801内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた情報再生装置は、光ディスク装置に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、磁気ディスクを内蔵した画像録画再生装置や半導体メモリを媒体とした情報記録再生装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、情報が記録されたメディアの別を問わず、あらゆる情報再生装置(情報記録機能を含んでいてもよい)について消費電力低減の効果を得ることができる。
図10は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置の概観を示す。テレビジョン受像機1001は、画像信号や音声信号を処理する画像・音声処理LSI1002と、表示画面やスピーカなどのデバイスを制御するディスプレイ・音源制御LSI1003とを備えている。そして、画像・音声処理LSI1002及びディスプレイ・音源制御LSI1003は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、画像・音声処理LSI1002とディスプレイ・音源制御LSI1003とは低電力動作が可能となる。さらには、これらのLSI1002,1003を備えたテレビジョン受像機1001もまた低電力動作が可能となる。
さらに、テレビジョン受像機1001が備えている半導体集積回路であって画像・音声処理LSI1002やディスプレイ・音源制御LSI1003以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図11は本発明と画像表示装置の関係を示したブロック図である。画像・音声処理LSI1002における本発明の動作は、
・テレビジョン受像機1001に対する赤外線入力やボタン入力、
・テレビジョン受像機1001が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・テレビジョン受像機1001に対するビデオ信号入力、
等に基づいて、電気信号がネットワークインターフェース部1505または外部入力インターフェース部1506を通り画像・音声処理LSI1002へ伝わることで実行される。
また、ディスプレイ・音源制御LSI1003における本発明の動作は、
・テレビジョン受像機1001に対する赤外線入力やボタン入力、
・テレビジョン受像機1001が有するアンテナに対する電波(高周波)入力、
・テレビジョン受像機1001に対するビデオ信号入力、
等に基づいて電気信号がネットワークインターフェース部1505または外部入力インターフェース部1506を通りディスプレイ・音源制御LSI1003へ伝わることで実行される。
なお、図11は本発明と情報再生装置の関係を一例として示したものであり、テレビジョン受像機1001内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた画像表示装置は、テレビジョン受像機に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、電気通信回線を通じて配信されるストリーミングデータを表示する装置をも含むものである。すなわち、本発明によって、情報の伝送方法の別を問わず、あらゆる画像表示装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
図12は、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置の一例であるデジタルカメラ1201の概観を示す。デジタルカメラ1201は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路である信号処理LSI1202を備えている。本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、信号処理LSI1202は低電力動作が可能となる。さらには、信号処理LSI1202を備えたデジタルカメラ1201もまた低電力動作が可能となる。
さらに、デジタルカメラ1201が備えている半導体集積回路であって信号処理LSI1202以外の半導体集積回路についても、その半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
図13は本発明と電子装置の関係を示したブロック図である。信号処理LSI1202における本発明の動作は、
・デジタルカメラ1201に対する赤外線入力やボタン入力、
・デジタルカメラ1201が有するCCDからの出力、
等に基づいて、電気信号が外部入力インターフェース部15077CCDインターフェース部1508を通り信号処理LSI1202へ伝わることで実行される。
なお、図13は本発明と電子装置の関係を一例として示したものであり、デジタルカメラ1201内の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子装置は、デジタルカメラに限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、各種センサ機器や電子計算機など、およそ半導体集積回路を備えた装置全般を含むものである。そして、本発明によって、電子装置全般について消費電力低減の効果を得ることができる。
図14は、本発明の半導体集積回路装置が組み込まれた電子制御装置を備えた移動体の一例である自動車1401の概観を示す。自動車1401は、電子制御装置1402を備えている。電子制御装置1402は、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路であって、自動車1401のエンジンやトランスミッションなどを制御するエンジン・トランスミッション制御LSI1403を備えている。また、自動車1401は、ナビゲーション装置1404を備えている。ナビゲーション装置1404もまた電子制御装置1402と同様に、本発明に係る半導体集積回路装置を有する半導体集積回路であるナビゲーション用LSI1405を備えている。
本発明に係る半導体集積回路装置は従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、エンジン・トランスミッション制御LSI1403やこれを備えた電子制御装置1402yは低電力動作が可能となる。同様に、ナビゲーション用LSI1405やこれを備えたナビゲーション装置1404もまた低電力動作が可能となる。
さらに、電子制御装置1402が備えている半導体集積回路であってエンジン・トランスミッション制御LSI1403以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る半導体集積回路装置とすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。ナビゲーション装置1404についても同様のことが言える。そして、電子制御装置1402の低消費電力化によって、自動車1401における消費電力も低減することができる。
図15は本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の関係を示したブロック図である。エンジン・トランスミッション制御LSI1403における本発明の動作は、
・自動車1401のアクセル、ブレーキ、ギアなどの動作を電子制御装置1402が感知することで生成される電気信号がエンジントランスミッションインターフェース部1509を通り、エンジン・トランスミッション制御LSI1403へ伝わることで実行される。
また、ナビゲーション用LSI1405における本発明の動作は、
・自動車1401が有するTVアンテナに対する電波(高周波)入力、
・ナビゲーション装置1404に対する赤外線入力やボタン入力などをナビゲーション装置1404が感知することで生成される電気信号がナビゲーションインターフェース部1510を通り、ナビゲーション用LSI1405へ伝わることで実行される。
なお、図15は本発明と電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の関係を一例として示したものであり、自動車1401及び電子制御装置1402、ナビゲーション装置1404の機能はこれに限ったものではなく、システム上問題が無ければ機能の追加および構成を変えてもいい。また、各LSIに含まれる機能も集積化が可能な限り変更は自由である。
なお、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた電子制御装置は、上記のエンジンやトランスミッションを制御するものに限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、モータ制御装置など、およそ半導体集積回路を備え、動力源を制御する装置全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような電子制御装置について消費電力低減の効果を得ることができる。
また、本発明に係る半導体集積回路装置を備えた移動体は、自動車に限定されるべきではなく、これ以外にも、例えば、列車や飛行機など、およそ動力源であるエンジンやモータなどを制御する電子制御装置を備えたもの全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような移動体について消費電力低減の効果を得ることができる。
本発明により、電源遮断技術、ソースバイアス制御技術の回路誤動作の課題を解決することが出来る。また、その方法は非常に簡単かつ容易に実現できるため、応用例も期待できる。以上のようにLSIの低消費電力化技術を適用した場合の大きな課題を解決することが出来、結果としてLSIの低消費電力化効果を最大限大きくすることが出来る。
101 被制御回路
102 スイッチ回路
103 スイッチ回路配置領域
1041n 遅延回路
104A1m 遅延回路部
104B1i 遅延回路
PSW1n トランジスタ
PSWA1m トランジスタ部
PSWB1i トランジスタ
105 遅延回路配置領域
106 電源
107 グランド
108 擬似グランド
1091m 制御信号入力端子
130A 制御器
130B 制御器
130C 制御器
131A 制御信号供給源
131B 制御信号供給源
201 電源遮断時の擬似グランド電圧値
202 電源供給時の擬似グランド電圧値
203 電源遮断時の擬似グランド電流値
204 電源供給時の擬似グランド電流値
205 瞬時電流
510 ソースバイアス制御回路
601 携帯電話
602 ベースバンドLSI
603 アプリケーションLSI
801 光ディスク装置
802 メディア信号処理LSI
803 誤り訂正・サーボ処理LSI
1001 テレビジョン受像機
1002 画像・音声処理LSI
1003 ディスプレイ・音源制御LSI
1201 デジタルカメラ
1202 信号処理LSI
1401 自動車
1402 電子制御装置
1403 エンジン・トランスミッション制御LSI
1404 ナビゲーション装置
1405 ナビゲーション用LSI
1501 高周波インターフェース部
1502 外部入力インターフェース部
1503 インターフェース部
1504 チューナ
1505 ネットワークインターフェース部
1506 外部入力インターフェース部
1507 外部入力インターフェース部
1508 CCDインターフェース部
1509 エンジントランスミッションインターフェース部
1510 ナビゲーションインターフェース部

Claims (21)

  1. 被制御回路に対する電源の供給制御を行うスイッチ回路を備え、
    前記スイッチ回路は、それぞれ異なる電流能力を有する複数のトランジスタを備え、
    前記トランジスタは、ある規則性を有して電流能力の小さいものから大きいものまで順次設けられている、
    半導体集積回路装置。
  2. 前記スイッチ回路を制御する制御器を、
    さらを備え、
    前記複数のトランジスタは、前記被制御回路に並列に接続されており、
    前記制御器は、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御することで、前記トランジスタに前記規則性を付与する、
    請求項1の半導体集積回路装置。
  3. 前記制御器は、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有する前記トランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
    請求項2の半導体集積回路装置。
  4. 前記トランジスタそれぞれの電流能力は、各トランジスタが導通状態に遷移した際に前記被制御回路で生じる電源電位の変化が一定になるように設定されている、
    請求項3の半導体集積回路装置。
  5. 前記制御器は、導通状態の前記複数のトランジスタを、最大の電流能力を有する前記トランジスタから最小の電流能力を有するトランジスタまで順次導通状態から非導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
    請求項2の半導体集積回路装置。
  6. 前記トランジスタそれぞれの電流能力は、各トランジスタが非導通状態に遷移した際に前記被制御回路で生じる電源電位の変化が一定になるように設定されている、
    請求項5の半導体集積回路装置。
  7. 前記制御器は、基準クロックに基づいて生成される制御信号を遅延させる遅延回路をさらに備え当該遅延回路の出力と前記制御信号との組み合わせによって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
    請求項2の半導体集積回路装置。
  8. 前記遅延回路は、前記トランジスタそれぞれに対応して複数設けられるとともに、互いに直列に接続され、
    前記遅延回路それぞれの出力端は、対応する前記トランジスタのベースにも接続され、
    前記遅延回路それぞれは、列先頭に位置する前記遅延回路に入力される前記制御信号を、その列位置に応じて遅延したうえで、対応する前記トランジスタのベースに供給する、
    請求項7の半導体集積回路。
  9. 前記制御器は、前記基準クロックに基づいて生成される制御信号によって規定される一定時間間隔で、前記トランジスタそれぞれを、その電流能力順に沿って順次導通制御する、
    請求項2の半導体集積回路装置。
  10. 前記制御器は制御信号供給源をさらに備え、
    前記制御信号供給源は、前記トランジスタそれぞれに対応して前記一定時間間隔で出力変移する前記制御信号を前記基準クロックに基づいて生成して、前記トランジスタのベースに供給する、
    請求項9の半導体集積回路装置。
  11. 前記制御器は、単一の前記制御信号と複数の前記遅延回路との組み合わせに基づいて前記一定時間間隔を規定する、
    請求項7の半導体集積回路装置。
  12. 前記制御器は、
    複数の遅延回路部と、
    各遅延回路部固有の前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する制御信号供給源と、
    を有し、
    前記遅延回路部は、互いに直列に接続された複数の遅延回路を備え、
    前記制御信号供給源は、各遅延回路部における最大遅延時間に相当する時間分だけ互いに時間的にずれた前記制御信号を生成して前記遅延回路部それぞれに供給する、
    請求項7の半導体集積回路装置。
  13. 前記被制御回路のソースバイアスを制御するソースバイアス制御回路を、
    さらに備え、
    前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス制御状態からソースバイアス解除状態に遷移する際には、非導通状態の前記複数のトランジスタを、最小の電流能力を有する前記トランジスタから最大の電流能力を有するトランジスタまで順次非導通状態から導通状態に一定の時間間隔で遷移させ、
    前記制御器は、前記ソースバイアス制御回路が、ソースバイアス解除状態からソースバイアス制御状態に遷移する際には、導通状態の前記複数のトランジスタを、最大の電流能力を有する前記トランジスタから最小の電流能力を有するトランジスタまで順次導通状態から非導通状態に一定の時間間隔で遷移させる、
    請求項7の半導体集積回路装置。
  14. 前記被制御回路は、高電圧側電源と低電圧側電源とを備え、
    前記トランジスタは前記高電圧側電源による前記被制御回路への電源供給を制御する、
    請求項7の半導体集積回路装置。
  15. 前記被制御回路は、高電圧側電源と低電圧側電源とを備え、
    前記トランジスタは前記低電圧側電源による前記被制御回路への電源供給を制御する、
    請求項6の半導体集積回路装置。
  16. 請求項2の半導体集積回路装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続された高周波送受信インターフェース部と、
    前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記高周波送受信インターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    通信装置。
  17. 請求項2の半導体集積回路装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続されたチューナと、
    前記半導体集積回路装置に接続されたインターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記チューナまたは前記インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    情報再生装置。
  18. 請求項2の半導体集積回路装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続されたネットワークインターフェース部と、
    前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記ネットワークインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    画像表示装置。
  19. 請求項2の半導体集積回路装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続されたCCDインターフェース部と、
    前記半導体集積回路装置に接続された外部入力インターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記CCDインターフェース部または前記外部入力インターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    電子装置。
  20. 請求項2の半導体集積回路装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続されたナビゲーションインターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    電子制御装置。
  21. 請求項20の電子制御装置と、
    前記半導体集積回路装置に接続されたエンジントランスミッションインターフェース部と、
    を備え、
    前記制御器は、前記ナビゲーションインターフェース部または前記エンジントランスミッションインターフェース部を介して前記半導体集積回路装置が受信する電気信号に基づいて、前記スイッチ回路を制御する、
    移動体。
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