半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體系統(tǒng)
[0001 ] 相關(guān)申請案
[0002]本申請案享有以日本專利申請案2014-259422號(hào)(申請日:2014年12月22日)為基礎(chǔ)申請案的優(yōu)先權(quán)。本申請案通過參照該基礎(chǔ)申請案而包含基礎(chǔ)申請案的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，正在推進(jìn)半導(dǎo)體集成電路的低耗電化。
[0005]作為用來削減半導(dǎo)體集成電路的耗電的一方法，將對于半導(dǎo)體集成電路內(nèi)未被驅(qū)動(dòng)的電路塊的電力的供給切斷。
[0006]對于電路塊的電力的切斷通過配置在電路塊與電源線(或接地線)之間的開關(guān)電路而執(zhí)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種能夠縮短半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作中的電源的切換時(shí)間及削減耗電的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體系統(tǒng)。
[0008]實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置包含:電壓線，被施加第I電壓;第I電路，使用所述第I電壓進(jìn)行動(dòng)作;及第2電路，對所述電壓線與所述第I電路的連接進(jìn)行控制。所述第2電路包含:I個(gè)以上的第I開關(guān)電路，根據(jù)第I控制信號(hào)而將所述第I電路與所述電壓線連接;及第2開關(guān)電路，包含多個(gè)開關(guān)區(qū)，根據(jù)與所述第I控制信號(hào)不同的多個(gè)第2控制信號(hào)而將所述第I電路與所述電壓線連接。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示包含實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的半導(dǎo)體系統(tǒng)的整體構(gòu)成的圖。
[0010]圖2是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路內(nèi)的開關(guān)電路的構(gòu)成例的圖。
[0011]圖3是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的內(nèi)部構(gòu)成的一例的圖。
[0012]圖4是用來對實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作例進(jìn)行說明的圖。
[0013]圖5是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的構(gòu)成例的圖。
[0014]圖6是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的開關(guān)電路的內(nèi)部構(gòu)成的一例的圖。
[0015]圖7A及圖7B是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的開關(guān)電路的內(nèi)部構(gòu)成的一例的圖。
[0016]圖8是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的動(dòng)作例的圖。
[0017]圖9是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的動(dòng)作例的圖。
[0018]圖10是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的動(dòng)作例的圖。
[0019]圖11是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的開關(guān)電路的內(nèi)部構(gòu)成的變化例的圖。
[0020]圖12是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的動(dòng)作例的圖。
[0021]圖13是表示實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中的開關(guān)電路的動(dòng)作例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下，一面參照附圖，一面對本實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。在以下的說明中，對具有相同功能及構(gòu)成的要素標(biāo)注相同符號(hào)并省略重復(fù)的說明。另外，在以下的實(shí)施方式中，末尾帶有用來進(jìn)行區(qū)別的數(shù)字/英文的參照符號(hào)(例如開關(guān)元件及控制信號(hào)等)在不相互區(qū)別的情況下省略末尾數(shù)字的表記用于各參照符號(hào)。
[0023]參照圖1至圖12，對實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路及其控制方法進(jìn)行說明。
[0024](^第丨實(shí)施方式
[0025]參照圖1至圖9，對第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的構(gòu)成例進(jìn)行說明。
[0026](a)基本構(gòu)成
[0027](a-Ι)整體構(gòu)成
[0028]圖1是表示包含本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的半導(dǎo)體系統(tǒng)的圖。
[0029]例如，如圖1所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路(半導(dǎo)體裝置)1設(shè)置在半導(dǎo)體系統(tǒng)800內(nèi)。包含本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路I的半導(dǎo)體系統(tǒng)800搭載在移動(dòng)終端、無線通信裝置、個(gè)人電腦等各種電子設(shè)備。
[0030]半導(dǎo)體系統(tǒng)800除包含本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路I以外，還包含系統(tǒng)控制器70、省電控制器(Low Power ControlIer)79等。
[0031 ]系統(tǒng)控制器70執(zhí)行半導(dǎo)體系統(tǒng)800內(nèi)的整體的管理及控制。
[0032]省電控制器79與系統(tǒng)控制器70的控制連動(dòng)而對半導(dǎo)體集成電路I的動(dòng)作的一部分或電源的接通/斷開進(jìn)行控制。另外，省電控制器79將來自半導(dǎo)體集成電路I的處理結(jié)果傳送至系統(tǒng)控制器70或其他裝置。以下，為了簡化說明，系統(tǒng)控制器70及省電控制器79的至少一者也稱為外部控制裝置7。
[0033]此外，在半導(dǎo)體系統(tǒng)800中，半導(dǎo)體集成電路1、系統(tǒng)控制器70及省電控制器79是以能夠相互收發(fā)信號(hào)的方式直接或間接地連接。另外，半導(dǎo)體系統(tǒng)800通過電纜、無線通信或因特網(wǎng)而與半導(dǎo)體系統(tǒng)800的外部的其他裝置直接或間接地結(jié)合。
[0034]半導(dǎo)體集成電路1、系統(tǒng)控制器70及省電控制器79的各者連接于2條電壓線900、990 間。
[0035]電源電壓VDD被施加至第I電壓線(以下，稱為電源線)900，接地電壓VSS被施加至第2電壓線(以下，稱為接地線)990。通過電源線900及接地線990，而將用來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體系統(tǒng)800的電壓供給至半導(dǎo)體系統(tǒng)800內(nèi)的各電路(裝置)1、70、79。
[0036]如圖1所示，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路(以下，也表記為LSKLargeScaleIntegrat1n，大規(guī)模集成電路)裝置)1是SoC(System on Chip，芯片上系統(tǒng))方式的裝置。
[0037]LSI裝置I包含多個(gè)電路(宏、電路塊)^SI裝置I包含控制電源的接通/斷開(電力的供給/切斷)的電路(電路塊)10、及不對電源的接通/斷開進(jìn)行控制的電路11。另外，在LSI裝置I中，有時(shí)在LSI裝置I內(nèi)或電路10內(nèi)設(shè)置有包含優(yōu)選始終被供給電源電壓VDD的存儲(chǔ)元件或邏輯元件的電路12。
[0038]例如，本實(shí)施方式的LSI裝置I包含通信處理電路11、存儲(chǔ)器電路12及CPlKCentralProcessing Unit，中央處理器)10等。
[0039]通信處理電路11例如執(zhí)行用于基于WiFi或藍(lán)牙等無線通信規(guī)格的其他外部裝置(服務(wù)器、存取點(diǎn)或通信終端)與半導(dǎo)體系統(tǒng)800的連接(及介面)的控制及數(shù)據(jù)的收發(fā)的各種信號(hào)處理。此外，通信處理電路11也可具有無線通信功能。
[0040]存儲(chǔ)器電路12存儲(chǔ)來自LSI裝置I的外部的數(shù)據(jù)、在LSI裝置I的內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、及LSI裝置I內(nèi)的各電路的設(shè)定信息及控制信息。存儲(chǔ)器電路12包含SRAM(Static RandomAccess Memory，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等存儲(chǔ)器裝置、觸發(fā)器電路及鎖存電路等。
[0041 ] CPU (內(nèi)部控制電路)1對LSI裝置I內(nèi)的各電路11、12的動(dòng)作進(jìn)行管理及控制。CPUlO能將LSI裝置I的內(nèi)部的動(dòng)作狀況通知給系統(tǒng)控制器70及省電控制器79XPU10執(zhí)行對于來自LSI裝置I的外部的信號(hào)的計(jì)算處理、及對于在LSI裝置I的內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)的計(jì)算處理。
[0042]CPUlO包含多個(gè)電路塊。CPUlO是通過多個(gè)電路塊的各者所具有的功能而執(zhí)行電路的管理及控制、數(shù)據(jù)傳送的控制、介面處理、及各種信號(hào)處理等。電路塊是為了執(zhí)行CPUlO的各種處理而執(zhí)行邏輯運(yùn)算及信號(hào)處理。
[0043]CPUlO例如為了削減CPUlO及LSI裝置I的耗電，而根據(jù)LSI裝置I的動(dòng)作狀況，以多個(gè)動(dòng)作模式中的I個(gè)模式驅(qū)動(dòng)。CHJlO能夠根據(jù)對CPUlO所設(shè)定的動(dòng)作模式而使CPUlO內(nèi)的多個(gè)電路塊中的I個(gè)以上的電路塊為非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。
[0044]以下，關(guān)于本實(shí)施方式的系統(tǒng)及電路的動(dòng)作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)狀態(tài)也稱為接通狀態(tài)或運(yùn)轉(zhuǎn)(RUN)狀態(tài)，非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)也稱為斷開狀態(tài)或休眠狀態(tài)。
[0045]在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，執(zhí)行利用電路塊的各種處理。在休眠狀態(tài)(也稱為待機(jī)狀態(tài)或電源切斷狀態(tài))下，將對于電路塊的電力(電壓/電流)的供給切斷。此外，在本實(shí)施方式中，在不執(zhí)行計(jì)算處理及數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)下繼續(xù)數(shù)據(jù)(例如CPUlO的設(shè)定信息或高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的信息)的保持的狀態(tài)稱為保留狀態(tài)。
[0046]CPUlO是為了將CPUlO的內(nèi)部電路的動(dòng)作狀態(tài)設(shè)定為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或休眠狀態(tài)而包含開關(guān)電路20。
[0047]開關(guān)電路20控制對于CPU1的電力(例如電源電壓VDD)的供給。以下，控制電力(電源電壓/電流)的供給的開關(guān)電路20稱為電源開關(guān)電路20。
[0048]電源開關(guān)電路20對執(zhí)行處理的電路塊(應(yīng)設(shè)定為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的電路塊)供給電源電壓VDD。由此，電路塊被設(shè)定為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(接通狀態(tài))。
[0049]根據(jù)CPUlO的動(dòng)作狀況而使電路塊從運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)向休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，電源開關(guān)電路20能基于外部控制裝置7的控制，而將CPUlO內(nèi)的電路塊內(nèi)的內(nèi)部電源線909從電源線900電性分離。
[0050]由此，多個(gè)電路塊中的從電源線900電性分離的電路塊被設(shè)定為休眠狀態(tài)(斷開狀態(tài))ο其結(jié)果，CPUlO的耗電中休眠狀態(tài)的電路塊的耗電被削減。
[0051]在多個(gè)電路塊中至少I個(gè)電路塊的動(dòng)作狀態(tài)從休眠狀態(tài)向運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，電源開關(guān)電路20基于外部控制裝置7的控制，而使轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的電路塊與電源線900導(dǎo)通。由此，對于應(yīng)驅(qū)動(dòng)的電路塊供給電源電壓VDD，電路塊恢復(fù)為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此外，在本實(shí)施方式中，電路塊從休眠狀態(tài)向運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的動(dòng)作(恢復(fù)動(dòng)作、重新啟動(dòng))也稱為喚醒(或喚醒動(dòng)作)。
[0052]本實(shí)施方式的LSI裝置I的CPUlO內(nèi)的電源開關(guān)電路20包含控制方式不同的多個(gè)開關(guān)塊(開關(guān)電路)210、290。
[0053](a-2)電源開關(guān)電路的基本構(gòu)成
[0054]圖2是用來對本實(shí)施方式的LSI裝置中所使用的電源開關(guān)電路的概略進(jìn)行說明的圖。
[0055]如圖2所示，在本實(shí)施方式中，電源開關(guān)電路20包含第I及第2開關(guān)塊210、290。開關(guān)塊210、290連接在電源線900與CPUlO的電路塊190內(nèi)的內(nèi)部電源線(也稱為假想電源線)909之間。在電路塊190內(nèi)，在內(nèi)部電源線909連接有元件及模塊。此外，多個(gè)內(nèi)部電源線909也可設(shè)置在I個(gè)電路塊190內(nèi)。
[0056]第I及第2開關(guān)塊210、290分別包含并聯(lián)排列的I個(gè)以上的開關(guān)單元SC。開關(guān)單元SC包含I個(gè)以上的開關(guān)元件PSW。開關(guān)元件PSW例如為P通道型場效應(yīng)晶體管(以下，表記為P型晶體管)。開關(guān)元件PSW的電流路徑串聯(lián)連接在電源線900、909間。
[0057]第I開關(guān)塊210在開始對電路塊190供給電源電壓時(shí)(例如從電路塊的斷開狀態(tài)向接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí))，可連續(xù)地以某種程度的固定的提升速率將電源電壓VDD供給至電路塊190。
[0058]第I開關(guān)塊210接收來自外部控制裝置7的第I控制信號(hào)PSW_ENa。第I開關(guān)塊210根據(jù)第I控制信號(hào)PSW_ENa而使開關(guān)元件PSW為接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)。例如，第I控制信號(hào)PSW_ENa經(jīng)由反相器204供給至開關(guān)單元SC的開關(guān)元件(P型晶體管)PSW。
[0059]此外，控制信號(hào)PSW_ENa也可基于外部控制裝置7的控制而在CPUlO內(nèi)產(chǎn)生。系統(tǒng)控制器70及省電控制器79的至少一者產(chǎn)生控制信號(hào)PSW_ENa。
[0060]第I開關(guān)塊210將通知信號(hào)PSW_ACK輸出至第I開關(guān)塊210的外部。通知信號(hào)(完成通知信號(hào))PSW_ACK是表示第I開關(guān)塊210的控制(開關(guān)元件的接通/斷開)已完成的信號(hào)。
[0061 ] 第2開關(guān)塊290包含多個(gè)開關(guān)區(qū)(開關(guān)組)291-1?291-5。相對于I個(gè)電路塊190設(shè)置有多個(gè)開關(guān)區(qū)291。多個(gè)開關(guān)區(qū)291-1?291-5的各者相互并聯(lián)地連接在電源線900與電路塊190內(nèi)的內(nèi)部電源線909之間。多個(gè)開關(guān)區(qū)291-1?291-5分別包含連接在電源線900與內(nèi)部電源線909之間的I個(gè)以上的開關(guān)單元SC。
[0062]在本實(shí)施方式中，第2開關(guān)塊290是經(jīng)由例如反相器205接收來自第I開關(guān)塊210的通知信號(hào)PSW_ACK。通過通知信號(hào)PSW_ACK而控制多個(gè)開關(guān)區(qū)291-1?291-5中的至少I個(gè)。
[0063]由此，電源開關(guān)電路20可不等待基于通知信號(hào)PSW_ACK的來自外部控制裝置7的控制，而在CPUlO內(nèi)部與第I開關(guān)塊210的動(dòng)作連動(dòng)地執(zhí)行第2開關(guān)塊290的動(dòng)作(激活及失活)。
[0064]第2開關(guān)塊290從外部控制裝置7接收多個(gè)第2控制信號(hào)PSW-ENbl-PSW-ENbSt3Sf第2控制信號(hào)PSW_ENbl?PSW_ENb5中的I個(gè)控制信號(hào)例如經(jīng)由反相器208分別供給至多個(gè)開關(guān)區(qū)291-1?291-5中的I個(gè)開關(guān)區(qū)。
[0065]系統(tǒng)控制器70及省電控制器79的至少一者產(chǎn)生控制信號(hào)PSW_ENbl?PSW_E