JP2009032908A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、例えば1ないし複数の機能モジュールごとに回路ブロックに分割して、それぞれに独立に電源電圧を供給するようにしたシステムLSI(大規模集積回路)のようなものに利用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, for example, a system LSI (Large Scale Integrated Circuit) in which one or a plurality of functional modules are divided into circuit blocks and a power supply voltage is supplied to each independently. It is related to effective technology.
本願出願人においては、特開2005−286082号公報において、内部回路(コア)の接地線VSSM(仮想GND)と回路の接地電位VSSとの間に電源スイッチMOSFETを設け、ロジックのセル列を多数並べたモジュール(もしくはブロック)単位で、電源電圧を遮断するものを提案している。
上記特許文献1のように、電源スイッチを回路の仮想接地端子VSSMと接地端子VSSとの間に配置して不要時(スタンバイモード等)に切断することで低電力化を図ることができる。本願発明者においては、上記特許文献1のように内部回路に設けた電源スイッチを遮断して低消費電力モードにしたときに、入出力回路部での消費電力の占める割合が相対的に大きくなるものであることに着目し、電池動作するモバイル向けの半導体集積回路装置で求められる更なる低消費電力に向けて入出力回路部での低消費電力化を検討した。しかしながら、入出力回路部の電源を遮断してしまうと、システム全体の電源を遮断したと同じこととなり、上記スタンバイモードのような一時的な動作停止状態にできないという問題を有する。
As in
この発明の目的は、一時的な動作停止状態での低消費電力化を実現した半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device that realizes low power consumption in a temporary operation stop state. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願の実施例の1つを簡単に説明すれば下記の通りである。入出力回路部は、外部端子との間で第1電圧に対応した入力信号を受ける入力回路及び上記第1電圧に対応した出力信号を形成する出力回路とを有する。内部回路部は、上記第1電圧と異なる第2電圧で動作し、上記第2電圧又は回路の接地電位側に第1スイッチを有する。上記入力回路は、上記外部端子からの入力信号を受け、上記第1電圧で動作する入力部と、少なくとも上記第2電圧で動作し、上記第1電圧に対応した信号振幅を上記第2電圧に対応した信号振幅に変換する第1レベル変換回路を有する。上記出力回路は、上記内部回路部からの入力信号を受け、上記第1電圧と上記第2電圧とで動作し、上記第2電圧に対応した信号振幅を上記第1電圧に対応した信号振幅に変換する第2レベル変換回路、及び上記第1電圧で動作し、上記第2レベル変換回路の出力信号を受けて上記外部端子から出力される出力信号を形成する出力部及び上記出力部の入力信号を保持するラッチを有する。上記入出力回路部は、上記第2電圧又は上記第2電圧で動作する回路部分の接地電位側に第2スイッチを有し、電源スイッチ制御回路により、上記内部回路が動作状態のときに上記第1スイッチ及び第2スイッチをオン状態にし、上記内部回路が動作を行わない所定モードのときに上記第1及び第2スイッチをオフ状態にする。 One example of the present application will be briefly described as follows. The input / output circuit section includes an input circuit that receives an input signal corresponding to a first voltage with an external terminal, and an output circuit that forms an output signal corresponding to the first voltage. The internal circuit section operates at a second voltage different from the first voltage, and has a first switch on the second voltage or the ground potential side of the circuit. The input circuit receives an input signal from the external terminal, operates with the input unit operating at the first voltage, and operates with at least the second voltage, and sets the signal amplitude corresponding to the first voltage to the second voltage. A first level conversion circuit for converting to a corresponding signal amplitude is provided. The output circuit receives an input signal from the internal circuit unit, operates at the first voltage and the second voltage, and changes a signal amplitude corresponding to the second voltage to a signal amplitude corresponding to the first voltage. A second level conversion circuit for conversion, an output unit that operates with the first voltage, receives an output signal of the second level conversion circuit and forms an output signal output from the external terminal, and an input signal of the output unit Has a latch for holding. The input / output circuit section includes a second switch on a ground potential side of the second voltage or a circuit portion that operates at the second voltage, and the power switch control circuit causes the second switch when the internal circuit is in an operating state. The first switch and the second switch are turned on, and the first and second switches are turned off in a predetermined mode in which the internal circuit does not operate.
外部端子との間での信号を授受する回路部分は動作状態にして一時的な動作停止状態を維持しつつ、内部回路に対応した信号振幅で動作して入出力回路部でのリーク電流の大半を占める回路部分のリーク電流を遮断することにより、低消費電力化を実現できる。 Most of the leakage current in the input / output circuit section operates with the signal amplitude corresponding to the internal circuit while the circuit section that sends and receives signals to and from the external terminal operates and maintains a temporary operation stop state The power consumption can be reduced by cutting off the leakage current of the circuit portion occupying.
図1には、この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例の半導体集積回路装置は、入出力回路部と内部回路部から構成される。内部回路部は、内部回路は、特定の機能ブロックを構成するものであり、コアとも呼ばれる。この実施例では、前記特許文献1において提案されているように、スタンバイ電流を低減するために回路の接地電位側を遮断する電源スイッチとしてのMOSFETQ1(電源スイッチSW1)が設けられる。上記MOSFETQ1は、厚膜(厚いゲート絶縁膜)のMOSFETで構成される。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing one embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. The semiconductor integrated circuit device of this embodiment is composed of an input / output circuit section and an internal circuit section. In the internal circuit unit, the internal circuit constitutes a specific functional block and is also called a core. In this embodiment, as proposed in
この実施例では、上記入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCに対応した信号振幅を扱う回路と、1.2Vのような内部電源電圧VDDに対応した信号振幅を扱う回路及び両者のレベル変換を行う回路とで構成される。このように入出力回路部においては、3.3V系回路と、1.2V系回路に分けられる。そして、1.2V系回路は、内部回路部と同様に薄膜(薄いゲート絶縁膜)MOSFETで構成される。マイクロコンピュータ等のようなモバイル向けの半導体集積回路装置では、上記入出力端子数は、約400本等のように多い。それ故、本願発明者においては、上記入出力回路部は、400個もの入出力回路が存在し、上記1.2V系回路で消費されるリーク電流が無視できないことに気が付いた。特に、内部回路部が電源スイッチ(SW1)のオフによりリーク電流を遮断した場合、上記1.2V系回路でのリーク電流の相対的割合が多くなって、半導体集積回路装置全体としてのスタンバイ電流の低減には上記入出力回路部でのリーク電流の低減が効果的となる。 In this embodiment, the input / output circuit section includes a circuit that handles a signal amplitude corresponding to the power supply voltage VCC such as 3.3V, a circuit that handles a signal amplitude corresponding to the internal power supply voltage VDD such as 1.2V, and It is comprised with the circuit which performs both level conversion. As described above, the input / output circuit section is divided into a 3.3V system circuit and a 1.2V system circuit. The 1.2V system circuit is composed of a thin-film (thin gate insulating film) MOSFET as in the internal circuit section. In a semiconductor integrated circuit device for mobile use such as a microcomputer, the number of input / output terminals is as large as about 400. Therefore, the present inventor has noticed that there are as many as 400 input / output circuits in the input / output circuit section, and the leakage current consumed by the 1.2V circuit cannot be ignored. In particular, when the internal circuit section cuts off the leakage current by turning off the power switch (SW1), the relative ratio of the leakage current in the 1.2V circuit increases, and the standby current of the semiconductor integrated circuit device as a whole increases. For the reduction, it is effective to reduce the leakage current in the input / output circuit section.
上記入出力回路部の3.3V系回路は、電源電圧VCCと回路の接地電位VSSが定常的に供給される。これに対して、1.2V系回路は、特に制限されないが、電源電圧VDDが定常的に供給され、回路の接地電位VSSは、電源スイッチSW2を構成する厚膜MOSFETQ2を介して選択的に供給される。言い換えるならば、上記内部回路部がスタンバイ状態になるときには、内部回路の電源スイッチMOSFETQ1がオフ状態にされるとともに、上記1.2V系回路の上記電源スイッチMOSFETQ2もオフ状態にされる。これにより、入出力回路部のうち、上記1.2V系回路については、スタンバイ状態のときには、内部回路部と同様にリーク電流を遮断するスイッチMOSFETQ2がオフ状態にされる。 The 3.3V circuit in the input / output circuit section is constantly supplied with the power supply voltage VCC and the circuit ground potential VSS. On the other hand, the 1.2V system circuit is not particularly limited, but the power supply voltage VDD is constantly supplied, and the ground potential VSS of the circuit is selectively supplied via the thick film MOSFET Q2 constituting the power switch SW2. Is done. In other words, when the internal circuit unit is in a standby state, the power switch MOSFET Q1 of the internal circuit is turned off and the power switch MOSFET Q2 of the 1.2V system circuit is also turned off. As a result, in the input / output circuit section, for the 1.2V system circuit, in the standby state, the switch MOSFET Q2 that cuts off the leakage current is turned off in the same manner as the internal circuit section.
この実施例では、内部回路側及び入出力回路部の1.2V系回路は、VSS側に電源スイッチ(厚膜MOSFETQ1、Q2)が配置される。このように入出力回路部の1.2V系回路は、VSS側で回路を切断し、内部回路部も同様にVSS側で回路を遮断することで、電源スイッチMOSFETQ2及びQ1の総チャネル幅のオフリーク量がスタンバイ電流を決めることになる。薄膜MOSFETと厚膜MOSFETのオフリーク電流は、一般に2〜3桁も差があることから、半導体集積回路装置の全体でみたスタンバイ電流を大幅に低減することができる。このことは、上記定常的に電源電圧VCC及びVSSが供給される3.3V系回路でのリーク電流も上記2〜3桁少ないことを意味し、実質的に入出力回路部でのスタンバイ時のリーク電流の大半が上記1.2V系回路で消費されることになる。この実施例では、上記入出力回路部でのリーク電流が2〜3桁も少なくされることにより、半導体集積回路装置全体としてのスタイバイ状態でのリーク電流を大幅に低減することができる。更に、この実施例の入出力回路部の1.2系回路と内部回路部の電源遮断領域間の入出力信号が、電源遮断時に同一方向に遷移するため、信号レベルのミスマッチはなく、信号の不定伝播等を考慮する必要がない。 In this embodiment, the 1.2V circuit on the internal circuit side and the input / output circuit section is provided with power switches (thick film MOSFETs Q1 and Q2) on the VSS side. As described above, the 1.2V circuit in the input / output circuit section is disconnected on the VSS side, and the internal circuit section is similarly cut off on the VSS side, so that the total channel width of the power switch MOSFETs Q2 and Q1 is off-leaked. The amount will determine the standby current. Since the off-leakage current between the thin-film MOSFET and the thick-film MOSFET generally has a difference of 2 to 3 digits, it is possible to significantly reduce the standby current as seen in the entire semiconductor integrated circuit device. This means that the leakage current in the 3.3V system circuit to which the power supply voltages VCC and VSS are constantly supplied is also reduced by 2 to 3 digits, which is substantially equal to the standby time in the input / output circuit section. Most of the leakage current is consumed by the 1.2V circuit. In this embodiment, the leakage current in the input / output circuit section is reduced by 2 to 3 digits, so that the leakage current in the standby state as the entire semiconductor integrated circuit device can be greatly reduced. Further, since the input / output signal between the 1.2 system circuit of the input / output circuit section of this embodiment and the power shut-off area of the internal circuit section transitions in the same direction when the power is shut off, there is no signal level mismatch, There is no need to consider indefinite propagation.
例えば、前記のように入出力端子数が400個の場合は、1つの入出力端子数当たりのリーク電流が0.1μA/IOと考えられる全体で40μAものリーク電流が発生することになる。この実施例では、前記スイッチMOSFETQ2を設けて、それをオフ状態にすることにより、約40μAものリーク電流の削減が可能になる。ちなみに、上記400端子を有するマイクロコンピュータのような半導体集積回路装置(内部回路部)におけるスタンバイ状態でのリーク電流は、前記特許文献1の技術を適用して上記電源スイッチMOSFETQ1のオフ状態により、100μA程度に小さくすることができる。したがって、入出力回路部に上記スイッチMOSFETQ2を設けない場合には、スタンバイ状態でのリーク電流が約140μA程度あったものを、上記スイッチMOSFETQ2を設けて、それをスタンバイ状態でオフ状態にすることにより上記100μA程度に小さくすることができる。つまり、上記スイッチMOSFETQ2を設けただけで、約30%ものリーク電流の削減が可能になる。
For example, when the number of input / output terminals is 400 as described above, a leak current of 40 μA is generated as a whole, where the leak current per input / output terminal is considered to be 0.1 μA / IO. In this embodiment, the leakage current can be reduced by about 40 μA by providing the switch MOSFET Q2 and turning it off. Incidentally, the leakage current in the standby state in the semiconductor integrated circuit device (internal circuit portion) such as the microcomputer having 400 terminals is 100 μA depending on the off state of the power switch MOSFET Q1 by applying the technique of the above-mentioned
図2には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例では、入出力回路部でのリーク電流の低減のために、1.2V系回路については、VDD側に電源スイッチSW2としてMOSFETQ2が設けられる。この構成では、入出力回路部の1.2系回路と内部回路部の電源遮断領域間の入出力信号が、電源遮断時にVSSとVDDのように異なる方向に遷移するため、信号レベルのミスマッチを防止する不定伝播防止回路が設けられる。この不定伝播防止回路については、例えば後述するようなゲート回路で構成される。他の構成は、前記図1と同様であり、前記図1の実施例と同様に半導体集積回路装置全体としてのスタンバイ状態でのリーク電流を大幅に低減することができる。 FIG. 2 is a schematic block diagram showing another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, a MOSFET Q2 is provided as a power switch SW2 on the VDD side for the 1.2V system circuit in order to reduce the leakage current in the input / output circuit section. In this configuration, the input / output signal between the 1.2 system circuit of the input / output circuit section and the power shut-off area of the internal circuit section transitions in different directions such as VSS and VDD when the power is shut off. An indeterminate propagation preventing circuit is provided to prevent this. This indeterminate propagation preventing circuit is constituted by a gate circuit as described later, for example. The other configuration is the same as that of FIG. 1, and the leakage current in the standby state of the entire semiconductor integrated circuit device can be greatly reduced as in the embodiment of FIG.
図3には、この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、IO(入出力回路)部のVSS側に電源スイッチSW2を配置している。内部回路部は、前記特許文献1と同様に電源スイッチSW1が設けられる。内部回路部は、AないしC領域及びRAM領域のように機能ブロック毎が電源遮断領域とされる。これらの電源遮断領域の同図における両側にVSS側に設けられる電源スイッチSW1がそれぞれ配置される。この実施例のように、I/O部のVSS側で回路を切断し、内部回路部では、それぞれの電源遮断領域である機能ブロック(以下、コアともいう)側でVSS側を切断する構成とした場合は、I/O部とコア側の電源遮断領域間の入出力信号が遮断時に同一方向であるVDD側に遷移するため、不定伝播等の考慮をする必要がない。この実施例では、電源スイッチSW2をI/Oセルに組み込んでいるために、遮断制御信号の結線を施せば良い。結果、電源スイッチの配置を意識する必要はなく、IO部のレイアウトは、各外部端子に対応して予め設計されたIOセルを並べるだけでよい。
FIG. 3 is an overall layout diagram of an embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the power switch SW2 is arranged on the VSS side of the IO (input / output circuit) section. The internal circuit unit is provided with a power switch SW1 in the same manner as in
図4には、図3の半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。図4は、図3の一部の入出力回路及びそれに対応した1つの内部回路(ユーザー論理)が代表として例示的に示されている。1つの外部端子に対応したIOセルは、入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCで動作し、外部端子との間での信号授受を行う3.3V系回路と、1.2Vのような電源電圧VDDに対応した内部回路部との間で信号授受を行う1.2V系回路とで構成される。上記3.3V系回路と、1.2V系回路には、3.3Vと1.2Vの信号振幅のレベル変換を行うレベル変換回路も含まれる。この実施例では、上記1.2V系回路の接地電位VSS側に電源スイッチとしてのMOSFETQ2が設けられる。 FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the semiconductor integrated circuit device of FIG. FIG. 4 exemplarily shows a part of the input / output circuits of FIG. 3 and one internal circuit (user logic) corresponding thereto. In the IO cell corresponding to one external terminal, the input / output circuit unit operates at a power supply voltage VCC such as 3.3V, and transmits / receives a signal to / from the external terminal. It is composed of a 1.2V system circuit that exchanges signals with an internal circuit unit corresponding to a power supply voltage VDD such as 2V. The 3.3V system circuit and the 1.2V system circuit include a level conversion circuit that performs level conversion of signal amplitudes of 3.3V and 1.2V. In this embodiment, a MOSFET Q2 as a power switch is provided on the ground potential VSS side of the 1.2V circuit.
内部回路であるユーザー論理は、インバータ回路、ノアゲート回路あるいはナンドゲート回路のような論理回路が横方向に並べられてセルROWが構成される。このセルROWに沿って電源線VDD、接地線VSS及び仮想接地線VSSMが横方向に配置される。上記接地線VSSと仮想接地線VSSMの両端部に電源スイッチとしてのMOSFETQ12,Q13等が配置される。これらのMOSFETQ12、Q13は、前記図3のようにコアの両側のSW1に対応している。この実施例では、コア領域の外側(左右外側)に電源スイッチを構成するMOSFETQ11〜Q14が配置されて、それぞれのゲートを接続する制御信号線GATEがリング状態にされる。電源スイッチコントローラVSWCは、制御信号線GATEをリング状の一端から供給し、他端からモニタ信号MONIを得ることができる。つまり、電源スイッチSW1を構成する全MOSFETのオン/オフを上記モニタ信号MONIにより確認することができる。上記電源スイッチコントローラVSWCは、システムコントローラSYSCからの制御信号に従って、上記電源スイッチSW1,SW2を制御する制御信号GATE等を形成する。 The user logic, which is an internal circuit, includes a logic cell such as an inverter circuit, a NOR gate circuit, or a NAND gate circuit arranged in the horizontal direction to form a cell ROW. A power line VDD, a ground line VSS, and a virtual ground line VSSM are arranged in the horizontal direction along the cell ROW. MOSFETs Q12 and Q13 as power switches are disposed at both ends of the ground line VSS and the virtual ground line VSSM. These MOSFETs Q12 and Q13 correspond to SW1 on both sides of the core as shown in FIG. In this embodiment, MOSFETs Q11 to Q14 constituting a power switch are arranged outside the core region (left and right outside), and the control signal line GATE connecting each gate is brought into a ring state. The power switch controller VSWC can supply the control signal line GATE from one end of the ring shape and obtain the monitor signal MONI from the other end. That is, it is possible to confirm on / off of all the MOSFETs constituting the power switch SW1 by the monitor signal MONI. The power switch controller VSWC forms a control signal GATE for controlling the power switches SW1 and SW2 in accordance with a control signal from the system controller SYSC.
上記ユーザー論理を構成する各回路は、同図にインバータ回路を構成するMOSFETが例示的に示されているように1.2Vのような低電源電圧VDDに対応した耐圧しか持たない薄膜MOSにより構成される。これらの薄膜MOSは、当然に低しきい値電圧にされる。これに対して、前記電源スイッチSW1を構成するMOSFETQ11〜Q14及び電源スイッチSW2を構成するMOSFETQ2は、3.3Vに対応した高耐圧を持つ厚膜MOSにより構成され、高しきい値電圧を持つようにされる。この厚膜MOSFETは、前記入出力回路部の3.3V系回路を構成するMOSFETとしても用いられる。 Each circuit constituting the user logic is constituted by a thin-film MOS having only a withstand voltage corresponding to a low power supply voltage VDD such as 1.2 V, as shown in the figure by way of example of the MOSFET constituting the inverter circuit. Is done. These thin film MOSs are naturally set to a low threshold voltage. On the other hand, the MOSFETs Q11 to Q14 constituting the power switch SW1 and the MOSFET Q2 constituting the power switch SW2 are composed of a thick film MOS having a high breakdown voltage corresponding to 3.3V and have a high threshold voltage. To be. This thick film MOSFET is also used as a MOSFET constituting the 3.3V system circuit of the input / output circuit section.
図5には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、IO(入出力回路)部のVSS側に電源スイッチSW2を配置している。内部回路部は、前記特許文献1と同様に電源スイッチSW1が設けられる。内部回路部は、前記同様にAないしC領域及びRAM領域のように機能ブロック毎が電源遮断領域とされる。これらの電源遮断領域の同図における両側にVSS側に設けられる電源スイッチSW1がそれぞれ配置される。この実施例のように、I/O部のVSS側で回路を切断し、内部回路部では、それぞれの電源遮断領域である機能ブロック(以下、コアともいう)側でVSS側を切断する構成とした場合は、I/O部とコア側の電源遮断領域間の入出力信号が遮断時に同一方向であるVDD側に遷移するため、不定伝播等の考慮をする必要がない。この実施例の電源スイッチSW2は、入出力回路部と内部回路部の間に内部回路部を取り囲むようリング状に配置される。
FIG. 5 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the power switch SW2 is arranged on the VSS side of the IO (input / output circuit) section. The internal circuit unit is provided with a power switch SW1 in the same manner as in
図6には、図5の半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。図6は、図5に点線示した部分の入出力回路及び内部回路が示されている。1つの外部端子に対応したIOセルは、前記同様に入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCで動作し、外部端子との間での信号授受を行う3.3V系回路と、1.2Vのような電源電圧VDDに対応した内部回路部との間で信号授受を行う1.2V系回路とで構成される。上記3.3V系回路と、1.2V系回路には、3.3Vと1.2Vの信号振幅のレベル変換を行うレベル変換回路も含まれる。この実施例では、上記1.2V系回路の接地電位VSS側に電源スイッチSW2としてのMOSFETQ21〜23が内部回路を取り囲むようにリング状に設けられる。このように電源スイッチSW2を構成するMOSFETをリング状にすることで半導体集積回路装置LSIの4辺に配置したIO部に対して、各IO部からの仮想接地線VSSMと接地線VSSの結線が自由な位置で可能になる。結果、配線が最短化でき、IO部の1.2V系(VDD系)回路の接地線の低抵抗化も可能になる。他の構成は、前記図3、図4と同様である。 FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the semiconductor integrated circuit device of FIG. FIG. 6 shows the input / output circuit and the internal circuit in the portion indicated by the dotted line in FIG. In the IO cell corresponding to one external terminal, the input / output circuit unit operates with a power supply voltage VCC such as 3.3 V, and 3.3 V system circuit for exchanging signals with the external terminal, as described above. And a 1.2V system circuit that exchanges signals with an internal circuit unit corresponding to a power supply voltage VDD such as 1.2V. The 3.3V system circuit and the 1.2V system circuit include a level conversion circuit that performs level conversion of signal amplitudes of 3.3V and 1.2V. In this embodiment, MOSFETs Q21 to 23 as power switches SW2 are provided in a ring shape so as to surround the internal circuit on the ground potential VSS side of the 1.2V circuit. Thus, by connecting the MOSFETs constituting the power switch SW2 in a ring shape, the virtual ground line VSSM and the ground line VSS from each IO unit are connected to the IO units arranged on the four sides of the semiconductor integrated circuit device LSI. It is possible at any position. As a result, the wiring can be shortened, and the resistance of the ground line of the 1.2V (VDD) circuit of the IO section can be reduced. Other configurations are the same as those in FIGS.
図7には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、IO(入出力回路)部のVSS側に電源スイッチSW2を配置している。内部回路部は、前記特許文献1と同様に電源スイッチSW1が設けられる。前記同様に内部回路部は、AないしC領域及びRAM領域のように機能ブロック毎が電源遮断領域とされる。これらの電源遮断領域の同図における両側にVSS側に設けられる電源スイッチSW1がそれぞれ配置される。この実施例のように、I/O部のVSS側で回路を切断し、内部回路部では、それぞれの電源遮断領域である機能ブロック(以下、コアともいう)側でVSS側を切断する構成とした場合は、I/O部とコア側の電源遮断領域間の入出力信号が遮断時に同一方向であるVDD側に遷移するため、不定伝播等の考慮をする必要がない。この実施例の電源スイッチSW2は、I/Oセル外に電源遮断スイッチ領域SW2を設け、複数のI/Oセルを纏めて遮断する。
FIG. 7 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the power switch SW2 is arranged on the VSS side of the IO (input / output circuit) section. The internal circuit unit is provided with a power switch SW1 in the same manner as in
図8には、図7の半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。図8は、図7に点線示した部分の入出力回路及び内部回路が示されている。1つの外部端子に対応したIOセルは、前記同様に入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCで動作し、外部端子との間での信号授受を行う3.3V系回路と、1.2Vのような電源電圧VDDに対応した内部回路部との間で信号授受を行う1.2V系回路とで構成される。上記3.3V系回路と、1.2V系回路には、3.3Vと1.2Vの信号振幅のレベル変換を行うレベル変換回路も含まれる。この実施例では、複数のIOセルに対して纏めて1つのMOSFETQ2が設けられる。 FIG. 8 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the semiconductor integrated circuit device of FIG. FIG. 8 shows the input / output circuit and the internal circuit in the portion indicated by the dotted line in FIG. In the IO cell corresponding to one external terminal, the input / output circuit unit operates with a power supply voltage VCC such as 3.3 V, and 3.3 V system circuit for exchanging signals with the external terminal, as described above. And a 1.2V system circuit that exchanges signals with an internal circuit unit corresponding to a power supply voltage VDD such as 1.2V. The 3.3V system circuit and the 1.2V system circuit include a level conversion circuit that performs level conversion of signal amplitudes of 3.3V and 1.2V. In this embodiment, one MOSFET Q2 is provided collectively for a plurality of IO cells.
本願のようにIO部のVDD遮断構成に於いては、電源スイッチSW2が厚膜MOSで構成され、遮断時の素子レイアウト分離が必要で、遮断に必要なMOSFETのサイズが大きくなることから、IOセル毎にいれることはIOセルサイズを長くすることになる。この結果、X/Y方向にチップサイズを大きくし、チップ面積的に好ましくないことが生じる可能性がある。そこで、この実施例では、複数のIOセルを纏めて、1箇所に遮断MOSFETQ2を配置する構成とされる。さらに、電源スイッチSW2は、配線による電位低下(ドロップ)の悪影響を防止するため、IOセル内の薄膜MOS系回路の近傍に設けられる。 In the VDD cut-off configuration of the IO section as in the present application, the power switch SW2 is formed of a thick film MOS, and element layout separation at the time of cut-off is necessary, and the size of the MOSFET necessary for cut-off increases. Entering each cell lengthens the IO cell size. As a result, there is a possibility that the chip size is increased in the X / Y direction and the chip area is not preferable. Therefore, in this embodiment, a plurality of IO cells are grouped together and the cutoff MOSFET Q2 is arranged at one place. Further, the power switch SW2 is provided in the vicinity of the thin film MOS system circuit in the IO cell in order to prevent an adverse effect of potential drop (drop) due to the wiring.
この実施例では、電源スイッチSW2のレイアウトは適宜変更でき、電源スイッチSW2のゲート幅Wも容易に増減できることからWサイズの大小で、電源スイッチSW2のオン/オフ時間を制御することができる。この結果、遮断する領域(回路規模)に応じてオン時間を高速化したり低速にしたり調整できることから、遮断速度の調整によって電源ノイズの原因となる突入電流等を緩和することもできる利点も生じる。複数のIOセル毎に電源スイッチSW2を纏めて配置することにより、個々のIOセル内の面積を低減し、また任意の位置またモジュール(もしくはIP)もしくはセル間の隙間が生じた空間に配置する事で面積効率の向上が図られる。 In this embodiment, the layout of the power switch SW2 can be changed as appropriate, and the gate width W of the power switch SW2 can be easily increased or decreased. Therefore, the on / off time of the power switch SW2 can be controlled with the size of W. As a result, the ON time can be increased or decreased according to the area (circuit scale) to be interrupted, so that the inrush current or the like that causes power supply noise can be reduced by adjusting the interrupt speed. By arranging the power switch SW2 collectively for each of the plurality of IO cells, the area in each IO cell is reduced, and the IO switch SW2 is arranged in an arbitrary position, a module (or IP), or a space in which a gap between cells is generated. This improves the area efficiency.
図9には、この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。この実施例では、入出力回路部の電源スイッチSW2が、内部回路部の電源スイッチSW1が共用される。前記実施例のように、入出力回路部及び内部回路部ともに接地電位側VSSに電源スイッチを設ける構成では、それぞれを共用することができる。この実施例では、入出力回路部のVDD系回路の仮想接地線VSSMを複数纏めて、内部回路側の仮想接地線VSSMに接続するものである。 FIG. 9 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the power switch SW2 of the input / output circuit unit is shared with the power switch SW1 of the internal circuit unit. In the configuration in which the power switch is provided on the ground potential side VSS for both the input / output circuit portion and the internal circuit portion as in the above embodiment, both can be shared. In this embodiment, a plurality of virtual ground lines VSSM of the VDD system circuit in the input / output circuit section are collected and connected to the virtual ground line VSSM on the internal circuit side.
図10には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の概略回路図が示されている。この実施例は、図9の実施例の変形例であり、IOセルの仮想接地線VSSMを一本毎に内部回路側の遮断領域の仮想接地線VSSMと接続するものである。図9及び図10のようにIOセルの仮想接地線VSSMを内部回路の仮想接地線VSSMに接続する構成では、IOセル用に電源スイッチSW2を予め準備する必要がない。また、内部回路部の仮想接地線VSSMと入出回路部と仮想接地線VSSMを共有化することで、内部回路部の電源スイッチSW1を有効に生かし、入出回路部の電源スイッチSW2が削除でき、チップサイズを抑えて低コスト化および小型化に寄与できる。 FIG. 10 is a schematic circuit diagram showing another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. This embodiment is a modification of the embodiment of FIG. 9 and connects the virtual ground lines VSSM of the IO cells to the virtual ground lines VSSM in the cutoff region on the internal circuit side one by one. In the configuration in which the virtual ground line VSSM of the IO cell is connected to the virtual ground line VSSM of the internal circuit as shown in FIGS. 9 and 10, it is not necessary to prepare the power switch SW2 for the IO cell in advance. Further, by sharing the virtual ground line VSSM, the input / output circuit unit, and the virtual ground line VSSM of the internal circuit unit, the power switch SW1 of the internal circuit unit can be effectively utilized, and the power switch SW2 of the input / output circuit unit can be deleted. The size can be reduced to contribute to cost reduction and miniaturization.
図11には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、IO(入出力回路)部のVDD側に電源スイッチSW2を配置している。内部回路部は、前記特許文献1と同様に電源スイッチSW1が設けられる。前記同様に内部回路部は、AないしC領域及びRAM領域のように機能ブロック毎が電源遮断領域とされる。これらの電源遮断領域の同図における両側にVSS側に設けられる電源スイッチSW1がそれぞれ配置される。この実施例のように、I/O部のVDD側で回路を切断し、内部回路部では、それぞれの電源遮断領域である機能ブロック(以下、コアともいう)側でVSS側を切断する構成とした場合は、I/O部とコア側の電源遮断領域間の入出力信号が遮断時にVSS側とVDD側のように異なる電位に遷移するため、不定伝播防止回路G1,G2が配置される。
FIG. 11 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the power switch SW2 is arranged on the VDD side of the IO (input / output circuit) section. The internal circuit unit is provided with a power switch SW1 in the same manner as in
図12には、図11の半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。図12は、図11に点線示した部分の入出力回路及び内部回路が示されている。1つの外部端子に対応したIOセルは、前記同様に入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCで動作し、外部端子との間での信号授受を行う3.3V系回路と、1.2Vのような電源電圧VDDに対応した内部回路部との間で信号授受を行う1.2V系回路とで構成される。上記3.3V系回路と、1.2V系回路には、3.3Vと1.2Vの信号振幅のレベル変換を行うレベル変換回路も含まれる。この実施例では、IOセル毎に電源電圧VDDを遮断するMOSFETQ2が設けられる。 FIG. 12 shows a schematic circuit diagram of one embodiment of the semiconductor integrated circuit device of FIG. FIG. 12 shows the input / output circuit and the internal circuit in the portion indicated by the dotted line in FIG. In the IO cell corresponding to one external terminal, the input / output circuit unit operates with a power supply voltage VCC such as 3.3 V, and 3.3 V system circuit for exchanging signals with the external terminal, as described above. And a 1.2V system circuit that exchanges signals with an internal circuit unit corresponding to a power supply voltage VDD such as 1.2V. The 3.3V system circuit and the 1.2V system circuit include a level conversion circuit that performs level conversion of signal amplitudes of 3.3V and 1.2V. In this embodiment, a MOSFET Q2 for cutting off the power supply voltage VDD is provided for each IO cell.
本実施例においては、電源VDD、VSSを遮断すると出力信号が不定となり入力信号がハイインピーダンスとなる可能性があることから、信号を受け取った側のモジュールで不定が伝播したり、不定で貫通電流が発生したりする虞がある。従って、不定伝播を防止する例えばアンド(AND)回路G1,G2がIO側と遮断領域側に配置される。この不定伝播防止回路は遮断領域間(A領域−B領域等)でも同様に考慮が必要である。例えば、A領域のVSSを遮断し、B領域のVSSを遮断しないで動作状態にするとき、A領域からB領域に不定レベルが入力される可能性のある信号経路がある場合には、かかる不定レベルの伝播を防止する必要がある。 In this embodiment, if the power supply VDD and VSS are cut off, the output signal may become indefinite and the input signal may become high impedance. Therefore, the indeterminate may propagate in the module receiving the signal, or the indeterminate through current May occur. Therefore, for example, AND circuits G1 and G2 for preventing indefinite propagation are arranged on the IO side and the cutoff region side. This indefinite propagation prevention circuit needs to be similarly considered between the cut-off regions (A region-B region, etc.). For example, when there is a signal path in which an indefinite level may be input from the A area to the B area when the VSS of the A area is shut off and the VSS of the B area is not shut off, the indefinite state is present. Need to prevent level propagation.
上記ゲート回路G1、G2の制御入力端子には、特に制限されないが、システムコントローラSYSCで形成された不定伝播防止のための信号がレベルシフタLSによりVDDレベルに変換されて供給される。また、入出力回路部の電源電圧VDDと内部回路部の電源電圧VDDが異なる外部電源端子からそれぞれ供給される場合、静電破壊防止のためのダイオードD1,D2がそれぞれの制御信号のレベルに対応して接地電位側VSS,電源電圧側VDDに配置される。 A signal for preventing indefinite propagation formed by the system controller SYSC is supplied to the control input terminals of the gate circuits G1 and G2 after being converted to the VDD level by the level shifter LS. Further, when the power supply voltage VDD of the input / output circuit section and the power supply voltage VDD of the internal circuit section are supplied from different external power supply terminals, the diodes D1 and D2 for preventing electrostatic breakdown correspond to the levels of the respective control signals. Thus, they are arranged on the ground potential side VSS and the power supply voltage side VDD.
この実施例のように、電源電圧VDD側を遮断する場合は、VDD側遮断は、遮断対応でないIOセルでも構築できる利点がある。つまり、遮断しないIOセルと遮断するIOセルが隣接して配置されていても、VDD電源の電源線が異なる場合には、そのVDD線毎に遮断することができる。この実施例では、不定伝播防止回路は左側に配置した例で示しているが、上下辺に対しても、右辺に対しても必要に応じて不定伝播防止回路を付加すればよい。 When the power supply voltage VDD side is cut off as in this embodiment, there is an advantage that the VDD side cut-off can be constructed even by an IO cell that is not cut-off compatible. That is, even if the non-blocking IO cells and the blocking IO cells are arranged adjacent to each other, if the power supply lines of the VDD power supply are different, they can be blocked for each VDD line. In this embodiment, the indefinite propagation preventing circuit is shown on the left side, but an indefinite propagation preventing circuit may be added to the upper and lower sides and the right side as necessary.
図13には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例でも、IO(入出力回路)部のVDD側に電源スイッチSW2を配置している。ただし、前記図7の実施例と同様に複数のIOセルに纏めて電源スイッチSW2を構成するMOSFETが設けられる。前記不定伝播防止回路は、内部回路側の電源スイッチSW1とIO部との中間に配置される。 FIG. 13 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. Also in this embodiment, the power switch SW2 is arranged on the VDD side of the IO (input / output circuit) section. However, as in the embodiment of FIG. 7, MOSFETs constituting the power switch SW2 are provided in a plurality of IO cells. The indefinite propagation prevention circuit is arranged between the power switch SW1 on the internal circuit side and the IO unit.
図14には、図13の半導体集積回路装置の一実施例の概略回路図が示されている。図12は、図13の一部の入出力回路及びそれに対応した内部回路が例示的に示されている。1つの外部端子に対応したIOセルは、前記同様に入出力回路部は、3.3Vのような電源電圧VCCで動作し、外部端子との間での信号授受を行う3.3V系回路と、1.2Vのような電源電圧VDDに対応した内部回路部との間で信号授受を行う1.2V系回路とで構成される。上記3.3V系回路と、1.2V系回路には、3.3Vと1.2Vの信号振幅のレベル変換を行うレベル変換回路も含まれる。この実施例では、複数のIOセルに対して纏めて電源電圧VDDを遮断するMOSFETQ2が設けられる。そして、これらの電源スイッチSW2と内部回路部との間に、前記図12に示したような不定伝播防止回路が配置される。この実施例のようにI/Oセルの外側に纏めて電源スイッチSW2SWを設けることで、前記図7、図8と同様な効果が期待できる。また、VDD側遮断の場合、図12で説明したように遮断対応でないIOセルでも構築できる。 FIG. 14 shows a schematic circuit diagram of one embodiment of the semiconductor integrated circuit device of FIG. FIG. 12 exemplarily shows a part of the input / output circuit of FIG. 13 and the internal circuit corresponding thereto. In the IO cell corresponding to one external terminal, the input / output circuit unit operates with a power supply voltage VCC such as 3.3 V, and 3.3 V system circuit for exchanging signals with the external terminal, as described above. And a 1.2V system circuit that exchanges signals with an internal circuit unit corresponding to a power supply voltage VDD such as 1.2V. The 3.3V system circuit and the 1.2V system circuit include a level conversion circuit that performs level conversion of signal amplitudes of 3.3V and 1.2V. In this embodiment, a MOSFET Q2 that cuts off the power supply voltage VDD collectively for a plurality of IO cells is provided. An indefinite propagation preventing circuit as shown in FIG. 12 is arranged between the power switch SW2 and the internal circuit section. By providing the power switch SW2SW collectively outside the I / O cell as in this embodiment, the same effect as in FIGS. 7 and 8 can be expected. Further, in the case of VDD side blocking, it is possible to construct an IO cell that does not support blocking as described with reference to FIG.
図15には、この発明に係るIOセルの一実施例の回路図が示されている。同図には、内部回路の一部も例示的に示されている。IOセルは、入力系回路と出力系回路から構成される。入力系回路は、入力系回路として入力回路IN、レベルシフタDLS及びバッファ回路BA1で構成される。出力系回路としてバッファ回路BA2、レベルシフタULS、出力回路OB及びフリップフロップ回路FFで構成される。入力系回路において、入力回路INは、外部端子から供給される入力信号Dが供給される。レベルシフタDLSは、VCCレベルの信号をVDDレベルにレベルダウン動作を行う。バッファ回路BA1は、VDDレベルに変換された入力信号を内部回路に伝える。出力系回路において、バッファ回路には、内部回路からのVDDレベルの信号が供給される。レベルシフタULSは、VDDレベルの信号をVCCレベルにレベルアップ動作を行う。出力回路OBは、VCCレベルに変換された出力信号Qを外部端子から出力させる。 FIG. 15 is a circuit diagram showing one embodiment of the IO cell according to the present invention. In the drawing, a part of the internal circuit is also exemplarily shown. The IO cell is composed of an input system circuit and an output system circuit. The input system circuit includes an input circuit IN, a level shifter DLS, and a buffer circuit BA1 as an input system circuit. The output system circuit includes a buffer circuit BA2, a level shifter ULS, an output circuit OB, and a flip-flop circuit FF. In the input system circuit, the input circuit IN is supplied with an input signal D supplied from an external terminal. The level shifter DLS performs a level down operation of the VCC level signal to the VDD level. The buffer circuit BA1 transmits the input signal converted to the VDD level to the internal circuit. In the output system circuit, the VDD level signal from the internal circuit is supplied to the buffer circuit. The level shifter ULS performs a level-up operation on the VDD level signal to the VCC level. The output circuit OB outputs the output signal Q converted to the VCC level from an external terminal.
上記入力回路INと出力回路OBと、レベルシフタDLS、ULSの一部には電源電圧VCCが供給される。上記レベルシフタDLS、ULSの一部とバッファ回路BA1,BA2には電源電圧VDDが供給される。上記電源電圧VDDが供給される回路の接地電位は、仮想接地線VSSMに接続される。この仮想接地線VSSMは、電源スイッチSW2を構成するMOSFETQ2を介して接地線VSSに接続される。このMOSFETQ2のゲートには、電源スイッチコントローラVSWCで形成された制御信号swcaが供給される。上記電源スイッチSW2を構成するMOSFETQ2は、前記説明したようにIOセル単位に設けても良いし、複数のIOセル毎に纏めて設けても良い。更にVSSMの配線抵抗が低抵抗の範囲であれば、IOセル側とコア側のVSSMを複数纏めても共通化してもよい。 A power supply voltage VCC is supplied to a part of the input circuit IN, the output circuit OB, and the level shifters DLS and ULS. A power supply voltage VDD is supplied to a part of the level shifters DLS and ULS and the buffer circuits BA1 and BA2. The ground potential of the circuit to which the power supply voltage VDD is supplied is connected to the virtual ground line VSSM. The virtual ground line VSSM is connected to the ground line VSS via the MOSFET Q2 constituting the power switch SW2. A control signal swca formed by the power switch controller VSWC is supplied to the gate of the MOSFET Q2. The MOSFET Q2 constituting the power switch SW2 may be provided for each IO cell as described above, or may be provided for each of a plurality of IO cells. Further, if the wiring resistance of the VSSM is in a low resistance range, a plurality of VSS cells on the IO cell side and the core side may be combined or shared.
図16には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、内部回路部がマルチVDD化(VDD1〜VDDn)された電源遮断領域で構成される。このようにマルチVDD化された場合、電源電圧側VDD1〜VDDnに電源スイッチSW2が設けられ、異なるVDD1〜VDDnの遮断が制御される。この実施例のようにマルチVDD化する目的は、電源電圧をオーバードライブ、もしくはアンダードライブ化して、高速化と低電力を得るための技術である。この際、内部回路部においては、少なくとも各遮断領域間には電源レベルが異なることからレベルシフタLSと不定伝播防止回路Gが設けられる。一方、各IO部の電源電圧は、コア側遮断領域の電源種に応じてVDD1〜VDDnを同一種として揃えているので、コアの遮断領域1〜遮断領域nと、それぞれに対応したIO部の間には、レベルシフタ回路が不要である。ただし、前記IO部は、電源電圧側VDDを遮断し、内部回路側は接地電位側VSSを遮断するので、前記不定伝播防止回路が内部回路側又はIO部に設けられる。
FIG. 16 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, the internal circuit portion is constituted by a power cut-off region that is multi-VDD (VDD1 to VDDn). In the case of multi-VDD in this way, the power supply switch SW2 is provided on the power supply voltage side VDD1 to VDDn, and cutoff of different VDD1 to VDDn is controlled. The purpose of multi-VDD as in this embodiment is a technique for obtaining high speed and low power by overdriving or underdriving the power supply voltage. At this time, in the internal circuit section, since the power supply level is different at least between the cut-off regions, the level shifter LS and the indefinite propagation prevention circuit G are provided. On the other hand, since the power supply voltage of each IO unit has VDD1 to VDDn as the same type according to the power supply type of the core side cut-off region, the core cut-off
この実施例では、図示しないシステムコントローラSYSCからの指示でパワーマネージャPMGは、電源遮断コントローラVSWCを制御し、遮断領域のオン/オフを制御すると共に各領域のVDDをオーバードライブ、もしくはアンダードライブ化の指示をする。この実施例のようにマルチVDD化として、VDD1、VDD2、…VDDnが複数ある場合、VDDにある程度以上レベル差があると、遮断中に電源間で電流が流れるため、遮断領域間でレベルシフタLSが必要となる。更には各領域間で不定伝播防止回路Gが必要になる。これらのレベルシフタLSは、後述するように遮断対応も図れる様にすることで、不要な際は一層低電力化される。 In this embodiment, the power manager PMG controls the power-off controller VSWC by controlling the power-off controller VSWC in accordance with an instruction from the system controller SYSC (not shown), and controls the on / off of the cut-off area and overdrives or underdrives the VDD in each area. Give instructions. As in this embodiment, when there are a plurality of VDD1, VDD2,... VDDn as a multiple VDD, if there is a level difference of VDD to some extent, a current flows between the power supplies during shutoff. Necessary. Furthermore, an indefinite propagation prevention circuit G is required between the regions. These level shifters LS can be cut off as will be described later, thereby further reducing the power consumption when not required.
図17には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、前記図16と同様に内部回路部がマルチVDD化(VDD1〜VDDn)された電源遮断領域で構成される。このようにマルチVDD化された場合、電源電圧側VDD1〜VDDnに電源スイッチSW2が設けられ、異なるVDD1〜VDDnの遮断が制御される。一方、各IO部の電源電圧は、VCCと同一種のVDDとされる。この場合は、電源遮断される領域があることから、IO部と内部回路(遮断領域)との間に不定伝播防止(兼レベルシフタ)回路を付加される。さらにIO部にも不定伝播回路、レベルシフタ回路が付加される。この実施例では、IO部の電源種はVCC,VDDの同一タイプになるので、図16の実施例のように電源種VDD1〜VDDnの違いによるIO部の分離領域が不要になり、また不定伝播防止等制御信号等も不要であり、レイアウトが容易になる。他の構成は、前記図16と同様である。 FIG. 17 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, as in FIG. 16, the internal circuit section is configured by a power cutoff region that is multi-VDD (VDD1 to VDDn). In the case of multi-VDD in this way, the power supply switch SW2 is provided on the power supply voltage side VDD1 to VDDn, and cutoff of different VDD1 to VDDn is controlled. On the other hand, the power supply voltage of each IO unit is the same type of VDD as VCC. In this case, since there is a region where the power is cut off, an indefinite propagation prevention (also level shifter) circuit is added between the IO unit and the internal circuit (cut-off region). Further, an indefinite propagation circuit and a level shifter circuit are also added to the IO section. In this embodiment, the power source type of the IO unit is the same type of VCC and VDD, so that the isolation region of the IO unit due to the difference between the power source types VDD1 to VDDn is not required as in the embodiment of FIG. A control signal such as prevention is not required, and the layout becomes easy. Other configurations are the same as those in FIG.
図18には、この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実施例の全体レイアウト図が示されている。この実施例では、前記図17の実施例に加えて、不定伝播防止/レベルシフタ回路も完全に遮断する様、電源スイッチが付加される。この実施例では、前記不定伝播防止/レベルシフタ回路に付加される電源スイッチは、不定伝播防止回路のVSSMとVSS間の低抵抗化を実現する意味で分割した単位で配置される。この構成は、内部回路の遮断領域1〜nに設けられた不定伝播防止回路にも、スイッチMOSFETを付加して全ての内部回路の遮断時に制御信号swccによりリーク電流を遮断する。
FIG. 18 shows an overall layout of another embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this embodiment, in addition to the embodiment of FIG. 17, a power switch is added so that the indeterminate propagation preventing / level shifter circuit is completely cut off. In this embodiment, the power switch added to the indeterminate propagation preventing / level shifter circuit is arranged in divided units in order to realize a low resistance between the indeterminate propagation preventing circuit VSSM and VSS. In this configuration, a switch MOSFET is added to the indefinite propagation prevention circuit provided in the
図19には、この発明に係る半導体集積回路装置の内部回路に設けられる電源スイッチの一実施例のブロック図が示されている。内部回路の機能ブロック又は遮断領域に設けられる電源スイッチは、VDD側もしくはVSS側に挿入され、PチャネルMOSFET、NチャネルMOSFETの二通りの組み合わせになる。PチャネルMOSFET、NチャネルMOSFETの各利点を考慮して付加される。 FIG. 19 is a block diagram showing one embodiment of a power switch provided in the internal circuit of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. The power switch provided in the functional block or the shut-off region of the internal circuit is inserted on the VDD side or the VSS side, and has two combinations of P-channel MOSFET and N-channel MOSFET. It is added in consideration of the advantages of P-channel MOSFET and N-channel MOSFET.
図19(A)の例は、VSS遮断、厚膜NチャネルMOSFETが用いられ、ゲートには0/VCC振幅の制御信号が供給される。図19(B)の例は、VDD遮断、厚膜PチャネルMOSFETが用いられ、ゲートには0/VDD振幅の制御信号が供給される。図19(C)の例は、VDD遮断、厚膜NチャネルMOSFETが用いられ、ゲートには0/VCC振幅の制御信号が供給される。図19(D)の例は、VDD/VSS両遮断、厚膜NチャネルMOSFETと厚膜PチャネルMOSFETが用いられる。NチャネルMOSFETのゲートには、0/VCC振幅の制御信号が供給され、PチャネルMOSFETのゲートには、0/VDD振幅の制御信号が供給される。 In the example of FIG. 19A, a VSS cut-off, thick N-channel MOSFET is used, and a control signal with 0 / VCC amplitude is supplied to the gate. In the example of FIG. 19B, a VDD blocking, thick film P-channel MOSFET is used, and a control signal with 0 / VDD amplitude is supplied to the gate. In the example of FIG. 19C, VDD blocking and thick N-channel MOSFET are used, and a control signal with 0 / VCC amplitude is supplied to the gate. In the example of FIG. 19D, both VDD / VSS blocking, thick film N-channel MOSFET and thick film P-channel MOSFET are used. A control signal with 0 / VCC amplitude is supplied to the gate of the N-channel MOSFET, and a control signal with 0 / VDD amplitude is supplied to the gate of the P-channel MOSFET.
図20には、この発明に係る半導体集積回路装置の入出力回路部における出力系回路に設けられる電源スイッチの一実施例のブロック図が示されている。図20(A)の例は、VSS遮断のための厚膜NチャネルMOSFETが制御信号swcaでスイッチ制御される。出力部には出力情報保持のためのフリップフロップ回路FFと、VDD系回路での電源遮断時の不定伝播防止用のためのゲート回路が設けられる。このゲート回路は、VDD系電源遮断時に信号cにより出力信号を固定レベルにする。 FIG. 20 is a block diagram showing an embodiment of a power switch provided in the output system circuit in the input / output circuit section of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In the example of FIG. 20A, a thick film N-channel MOSFET for blocking VSS is switch-controlled by a control signal swca. The output unit is provided with a flip-flop circuit FF for holding output information and a gate circuit for preventing indefinite propagation when the power is shut off in the VDD circuit. This gate circuit sets the output signal to a fixed level by the signal c when the VDD power supply is shut off.
図20(B)の例は、VDD遮断のための厚膜PチャネルMOSFETが制御信号/swcaでスイッチ制御される。出力部には前記同様に出力情報保持のためのフリップフロップ回路FFと、VDD系回路での電源遮断時の不定伝播防止用のためのゲート回路が設けられる。このゲート回路は、VDD系電源遮断時に信号cにより出力信号を固定レベルにする。 In the example of FIG. 20B, the thick film P-channel MOSFET for blocking VDD is switch-controlled by the control signal / swca. Similarly to the above, the output unit is provided with a flip-flop circuit FF for holding output information and a gate circuit for preventing indefinite propagation when the power is shut down in the VDD system circuit. This gate circuit sets the output signal to a fixed level by the signal c when the VDD power supply is shut off.
図20(C)の例は、VDD/VSS遮断のための厚膜PチャネルMOSFET/厚膜NチャネルMOSFETが制御信号/swcaとswcaでスイッチ制御される。出力部には前記同様に出力情報保持のためのフリップフロップ回路FFと、VDD系回路での電源遮断時の不定伝播防止用のためのゲート回路が設けられる。このゲート回路は、VDD系電源遮断時に信号cにより出力信号を固定レベルにする。 In the example of FIG. 20C, the thick film P-channel MOSFET / thick film N-channel MOSFET for blocking VDD / VSS are switch-controlled by the control signals / swca and swca. Similarly to the above, the output unit is provided with a flip-flop circuit FF for holding output information and a gate circuit for preventing indefinite propagation when the power is shut down in the VDD system circuit. This gate circuit sets the output signal to a fixed level by the signal c when the VDD power supply is shut off.
図21には、この発明に係る半導体集積回路装置の入出力回路部における出力系回路に設けられる電源スイッチの他の一実施例のブロック図が示されている。図21(D)の例は、VSS遮断のための厚膜NチャネルMOSFETが制御信号swcaでスイッチ制御される。出力部はフリップフロップ回路FFが設けられない。フリップフロップ回路FFが不要な場合、VDD系の出力が不定レベルになっても、あるいはVDD系の出力が電源遮断により一定レベルになり、VCCとの間で直流電流が流れない場合である。 FIG. 21 is a block diagram showing another embodiment of the power switch provided in the output system circuit in the input / output circuit section of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In the example of FIG. 21D, the thick film N-channel MOSFET for blocking VSS is switch-controlled by the control signal swca. The output unit is not provided with the flip-flop circuit FF. When the flip-flop circuit FF is not required, even when the VDD output becomes an indefinite level, or when the VDD output becomes a constant level due to power shutoff, no direct current flows between VCC.
図21(E)の例は、VDD遮断のための厚膜PチャネルMOSFETが制御信号/swcaでスイッチ制御される。出力部は前記(D)と同様にフリップフロップ回路FFが設けられない。図21(F)の例は、VSS遮断のための厚膜NチャネルMOSFETが制御信号swcaでスイッチ制御される。出力部はフリップフロップ回路FFが設けられる。出力部の動作電圧は、VOEとVOSが用いられる。このVOEとVOSは高速差動出力回路の動作電圧である。 In the example of FIG. 21E, the thick film P-channel MOSFET for blocking the VDD is switch-controlled by the control signal / swca. As in the case (D), the output unit is not provided with the flip-flop circuit FF. In the example of FIG. 21F, a thick film N-channel MOSFET for blocking VSS is switch-controlled by a control signal swca. The output unit is provided with a flip-flop circuit FF. VOE and VOS are used as the operating voltage of the output unit. VOE and VOS are operating voltages of the high-speed differential output circuit.
図22には、この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例の概略構成図が示されている。この実施例は、携帯電話機等のモバイル電子装置に用いられるマイクロコンピュータに向けられており、内部回路は電源遮断領域として、マイクロコンピュータ部、USB部クロック生成部CPGM及びアナログ部AD/DAから構成される。マイクロコンピュータ部の上部には、保持RAM部が設けられ、VCCとVSSとが定常的に供給されて、マイクロコンピュータ部での電源遮断時のおける保持データの退避エリアとして用いられる。この保持RAMは、マイクロコンピュータ部のURAM(ユーザーメモリ)やレジスタでの必要なデータを保持する等ために用いられる。上記の内部回路は、スタンバイ時には電源スイッチSW1がオフ状態にされて低消費電力モードにされる。このときに、必要なデータは、上記保持RAMに退避される。 FIG. 22 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention. This embodiment is directed to a microcomputer used in a mobile electronic device such as a cellular phone, and an internal circuit is composed of a microcomputer unit, a USB unit clock generation unit CPGM, and an analog unit AD / DA as a power cutoff region. The A holding RAM unit is provided above the microcomputer unit, and VCC and VSS are constantly supplied to be used as an area for saving stored data when the microcomputer unit is powered off. This holding RAM is used for holding necessary data in a URAM (user memory) or a register of the microcomputer unit. In the above-described internal circuit, the power switch SW1 is turned off in the standby state to enter the low power consumption mode. At this time, necessary data is saved in the holding RAM.
この実施例では、スタンバイ時での入出力回路部のVDD系回路については、同図では図示しない電源スイッチが設けられて、前記同様にスタンバイ時に遮断される。この実施例では、半導体チップの外周に沿って配置された入出力回路部上に、USB部、アナログ部を除いて、外側から順にVSS−VCC−VCC−VSS−VSS−VDD−VSSの順に電源線が配置される。外側から順にVSS−VCCのペアは、前記図15の入力回路IN,出力回路OBに用いられる。次のVCC−VSSのペアは、前記図15のレベルシフタDLS、ULSを構成する回路に用いられる。そして、VSS−VDD−VSSは、図14のレベルシフタDLS、ULSを構成する回路、バッファ回路BA1,BA2及び内部回路への電源線として用いられる。入出力回路部においては、VSSはスイッチを介して上記レベルシフタDLS、ULSを構成する回路、バッファ回路BA1,BA2のVSSMと接続される。これらの電源線には、チップの4つの辺からそれぞれ複数の外部端子が設けられて供給される。 In this embodiment, the VDD system circuit of the input / output circuit section at the time of standby is provided with a power switch (not shown) and is shut off at the time of standby as described above. In this embodiment, on the input / output circuit portion arranged along the outer periphery of the semiconductor chip, except for the USB portion and the analog portion, the power is sequentially supplied in the order of VSS-VCC-VCC-VSS-VSS-VDD-VSS. A line is placed. The VSS-VCC pair in order from the outside is used for the input circuit IN and the output circuit OB in FIG. The next VCC-VSS pair is used in the circuits constituting the level shifters DLS and ULS of FIG. VSS-VDD-VSS is used as a power supply line to the circuits constituting the level shifters DLS and ULS in FIG. 14, the buffer circuits BA1 and BA2, and the internal circuit. In the input / output circuit section, VSS is connected to the circuits constituting the level shifters DLS and ULS and the VSSM of the buffer circuits BA1 and BA2 through a switch. These power supply lines are supplied with a plurality of external terminals respectively provided from four sides of the chip.
上記クロック生成部CPGMには、PLLVSS、PLLVDDが、USB部にはUSBVDD,USBVCC、USBVSS、USBVDDA,USBVCCA、USBVSSAが、AD/DA部にはAVCC,AVSS及び基準電圧AVREFがそれぞれの外部端子から独自に供給される。厚膜MOSFETで構成される電源VCC系からなるリアルタイムクロックRTC、パワーマネージャPMGなどのシステムコントロール回路SYSCは、常時電源供給されて動作状態に置かれる。アナログ回路AD/DAなどはオフリークが2〜3桁小であり定常的に電源供給AVCC,AVSSが供給される。薄膜MOSFET,VDD系回路はオフリークが多いので、コアとIO部を含んでスイッチSW1によって遮断する構成となっている。なお、電源スイッチSW2はIO部用にチップの上下左右に(例えば各SW1の左右外側に)別途配置し、また上下に配置し、IO部電源VDDを遮断して良い事はいうまでもない。 PLLVSS and PLLVDD for the clock generation unit CPGM, USBVDD, USBVCC, USBVSS, USBVDDA, USBVCCA, and USBVSSA for the USB unit, and AVCC, AVSS, and the reference voltage AVREF for the AD / DA unit are independent from each external terminal. To be supplied. A system control circuit SYSC such as a real-time clock RTC and a power manager PMG made of a power supply VCC system composed of a thick film MOSFET is always supplied with power and placed in an operating state. The analog circuit AD / DA or the like has off-leakage of 2 to 3 orders of magnitude, and is constantly supplied with power supply AVCC and AVSS. Since the thin film MOSFET and the VDD system circuit have many off-leaks, the circuit includes the core and the IO unit and is cut off by the switch SW1. Needless to say, the power switch SW2 may be separately provided on the top, bottom, left, and right of the chip for the IO unit (for example, on the left and right outside of each SW1), and may be disposed on the top and bottom to shut off the IO unit power VDD.
図23には、図22の半導体集積回路装置の入出力部の一実施例のレイアウト図が示されている。この実施例は、IO部とコア間に電源スイッチを配置する例であり、IO側はVSS遮断で、コア側もVSS遮断の場合が示されている。この実施例は、コア側に設けられる電源スイッチをIO側の複数のIOセルのVDD系回路の仮想接地線VSSMに接続する例が示されている。この構成は、前記図9の構成に対応している。 FIG. 23 shows a layout diagram of an embodiment of the input / output unit of the semiconductor integrated circuit device of FIG. This embodiment is an example in which a power switch is disposed between an IO unit and a core, and the case where the IO side is VSS cut off and the core side is also cut off the VSS is shown. In this embodiment, an example is shown in which a power switch provided on the core side is connected to a virtual ground line VSSM of a VDD system circuit of a plurality of IO cells on the IO side. This configuration corresponds to the configuration of FIG.
図24には、図22の半導体集積回路装置の入出力部の他の一実施例のレイアウト図が示されている。この実施例は、IO部とコア間に電源スイッチを配置する例であり、IO側はVDD遮断で、コア側はVSS遮断の場合が示されている。IO側に設けられた2つのスイッチMOSFETは、電源電圧VDDを上下のIOセル群の仮想電源線VDDMに振り分けて電源電圧VDDを供給する。これに対して、コア側に設けられた2つのスイッチMOSFETは、接地電位VSSを上下のセルROWの仮想接地線VSSMに振り分けて接地電位VSSを供給する。このようにIO側のVDD系回路遮断スイッチは、IOセル幾つかごとに纏めて分散配置される。 FIG. 24 shows a layout diagram of another embodiment of the input / output unit of the semiconductor integrated circuit device of FIG. This embodiment is an example in which a power switch is arranged between an IO unit and a core, and a case where VDD is cut off on the IO side and VSS is cut off on the core side is shown. The two switch MOSFETs provided on the IO side distribute the power supply voltage VDD to the virtual power supply lines VDDM of the upper and lower IO cell groups and supply the power supply voltage VDD. On the other hand, the two switch MOSFETs provided on the core side distribute the ground potential VSS to the virtual ground lines VSSM of the upper and lower cells ROW and supply the ground potential VSS. As described above, the VDD-side circuit cutoff switches on the IO side are collectively distributed for every several IO cells.
図25には、図22の半導体集積回路装置の入出力部の更に他の一実施例のレイアウト図が示されている。半導体チップ(LSI)において、上辺は電源スイッチを配置し、IO側VSSMとコア側VSSMの結線をする。このことは、図示しない半導体チップの下辺においても同様である。半導体チップ左辺は、IO側VSSMとコア側VSSMとが結線される。つまり、IO側に設けられる電源スイッチSW2は、コア側の電源スイッチSW1を併用する。図示しない半導体チップの右辺においても同様である。本実施例ではコア側左右の電源スイッチSW1を活用してIO側に併用し、上下辺では左右の電源スイッチSW1では距離が遠すぎることから、またチップの大きさ(5〜10mm)を考慮すると電源配線を太くして低抵抗するにも限界があることから、別途IO近傍に電源スイッチSW2を配置するものである。 FIG. 25 shows a layout diagram of still another embodiment of the input / output unit of the semiconductor integrated circuit device of FIG. In a semiconductor chip (LSI), a power switch is arranged on the upper side to connect the IO side VSSM and the core side VSSM. The same applies to the lower side of a semiconductor chip (not shown). The left side of the semiconductor chip is connected to the IO side VSSM and the core side VSSM. That is, the power switch SW2 provided on the IO side uses the power switch SW1 on the core side in combination. The same applies to the right side of a semiconductor chip (not shown). In this embodiment, the power switch SW1 on the left and right sides of the core side is used together on the IO side, and the distance between the left and right power switches SW1 is too far on the upper and lower sides, and the chip size (5 to 10 mm) is taken into consideration. Since there is a limit to reducing the resistance by increasing the thickness of the power supply wiring, a power switch SW2 is separately provided in the vicinity of the IO.
図26には、この実施例の半導体集積回路装置における電源スイッチの制御動作の一実施例を示すフローチャート図が示されている。この発明に係る半導体集積回路装置における電源遮断復帰について、ディープスタンバイ動作の遷移フローとして以下に説明する。状態1は電源オフ状態からVCC,VDDの電源を投入した過渡状態である。状態2では電源の投入が完了後チップは通常動作状態になっている。通常動作時にCPUからディープスタンバイの命令が実行されると状態3になり、下記の順番で電源遮断が行われる。
FIG. 26 is a flowchart showing one embodiment of the control operation of the power switch in the semiconductor integrated circuit device of this embodiment. The power interruption recovery in the semiconductor integrated circuit device according to the present invention will be described below as a transition flow of the deep standby operation.
状態3において、URAMの情報保持及びIOバッファの前置情報保持の有無を選択する。状態4は、IOのVDD電源遮断が実行される過渡状態である。この状態4によりは、コア部のVSSの電源遮断(ディープスタンバイ状態)にされる。 In state 3, whether or not to hold information in the URAM and pre-information in the IO buffer is selected. State 4 is a transient state in which the VDD power supply of IO is executed. Depending on the state 4, the VSS power supply of the core unit is cut off (deep standby state).
状態6は、端子からの復帰信号を入力される過渡状態である。状態7は、IOのVDD電源の復帰が行われる過渡状態である。状態8では、コアのVSS電源の復帰が行われて、前記状態2の通常の動作状態になる。
State 6 is a transient state in which a return signal from the terminal is input. State 7 is a transient state in which the IO VDD power supply is restored. In state 8, the VSS power supply of the core is restored, and the normal operation state of
図27には、図15の入力系回路の一実施例の回路図が示されている。図15の入力回路INは、インバータ回路IV1で構成される。インバータ回路IV2と、MOSFETQ10〜Q14がレベルシフタDLSを構成する。インバータ回路IV1とIV2は、電源電圧VCCで動作し、厚膜MOSFETで構成される。インバータ回路IV2は、レベルシフト動作のために入力信号Dと同相の内部信号を形成してNチャネルMOSFETQ10のゲートに供給する。NチャネルMOSFETQ11のゲートには、上記インバータ回路IV1の出力信号が供給される。これらのMOSFETQ10とQ11は、上記VCCレベルの入力信号が供給されるので、Nチャネル型の厚膜MOSFETで構成される。上記MOSFETQ10とQ11のドレインと電源電圧VDDとの間には、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたPチャネルMOSFETQ12とQ13が設けられる。これらのMOSFETQ12とQ13は、薄膜MOSFETで構成される。 FIG. 27 shows a circuit diagram of an embodiment of the input system circuit of FIG. The input circuit IN in FIG. 15 includes an inverter circuit IV1. The inverter circuit IV2 and the MOSFETs Q10 to Q14 constitute a level shifter DLS. Inverter circuits IV1 and IV2 operate with power supply voltage VCC and are formed of thick film MOSFETs. Inverter circuit IV2 forms an internal signal in phase with input signal D for level shift operation and supplies it to the gate of N-channel MOSFET Q10. The output signal of the inverter circuit IV1 is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q11. These MOSFETs Q10 and Q11 are constituted by N-channel type thick film MOSFETs because the VCC level input signal is supplied. Between the drains of the MOSFETs Q10 and Q11 and the power supply voltage VDD, there are provided P-channel MOSFETs Q12 and Q13 in which the gates and drains are cross-connected to form a latch. These MOSFETs Q12 and Q13 are formed of thin film MOSFETs.
上記MOSFETQ11とQ13の共通接続されたドレインからレベルシフトされた出力信号が形成され、インバータ回路IV3、IV4を通して内部回路に伝えられる信号dinが形成される。これらのMOSFETQ10、Q11及びインバータ回路IV3,IV4は、仮想接地線VSSMに接続される。この仮想接地線VSSMと接地線VSSとの間には、電源スイッチMOSFETQ2が設けられる。このMOSFETQ2は、厚膜ゲートMOSFETで構成される。 A level-shifted output signal is formed from the commonly connected drains of the MOSFETs Q11 and Q13, and a signal din transmitted to the internal circuit through the inverter circuits IV3 and IV4 is formed. These MOSFETs Q10 and Q11 and inverter circuits IV3 and IV4 are connected to a virtual ground line VSSM. A power switch MOSFETQ2 is provided between the virtual ground line VSSM and the ground line VSS. The MOSFET Q2 is formed of a thick film gate MOSFET.
図28には、図15の出力系回路の一実施例の回路図が示されている。図15の出力回路OBは、駆動用インバータ回路IV7と出力段としてのインバータ回路IV8で構成される。インバータ回路IV7とIV8は、電源電圧VCCで動作し、厚膜MOSFETで構成される。内部回路で形成された信号qは、バッファ回路BA2を構成するインバータ回路IV5に入力される。インバータ回路IV6と、MOSFETQ20〜Q24がレベルシフタULSを構成する。上記インバータ回路IV6は、レベルシフト動作のために入力信号qと同相の内部信号を形成してNチャネルMOSFETQ20のゲートに供給する。NチャネルMOSFETQ21のゲートには、上記インバータ回路IV5の出力信号が供給される。これらのMOSFETQ20とQ21は、上記VCCで動作するのでNチャネル型の厚膜MOSFETで構成される。上記MOSFETQ20とQ21のドレインと電源電圧VCCとの間には、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたPチャネルMOSFETQ22とQ23が設けられる。これらのMOSFETQ22とQ23は、厚膜MOSFETで構成される。 FIG. 28 shows a circuit diagram of an embodiment of the output system circuit of FIG. The output circuit OB in FIG. 15 includes a drive inverter circuit IV7 and an inverter circuit IV8 as an output stage. Inverter circuits IV7 and IV8 operate at power supply voltage VCC and are formed of thick film MOSFETs. The signal q formed by the internal circuit is input to the inverter circuit IV5 that constitutes the buffer circuit BA2. The inverter circuit IV6 and the MOSFETs Q20 to Q24 constitute a level shifter ULS. The inverter circuit IV6 forms an internal signal in phase with the input signal q for level shift operation and supplies it to the gate of the N-channel MOSFET Q20. The output signal of the inverter circuit IV5 is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q21. Since these MOSFETs Q20 and Q21 operate at the VCC, they are constituted by N-channel thick film MOSFETs. Between the drains of the MOSFETs Q20 and Q21 and the power supply voltage VCC, there are provided P-channel MOSFETs Q22 and Q23 in which the gates and drains are cross-connected to form a latch. These MOSFETs Q22 and Q23 are constituted by thick film MOSFETs.
上記MOSFETQ21とQ23の共通接続されたドレインからレベルシフトされた出力信号が形成され、上記インバータ回路IV7、IV8を通して外部端子から出力信号Qが出力される。これらのMOSFETQ20、Q21及びインバータ回路IV5,IV6は、仮想接地線VSSMに接続される。この仮想接地線VSSMと接地線VSSとの間には、電源スイッチMOSFETQ2が設けられる。このMOSFETQ2は、厚膜ゲートMOSFETで構成される。この出力系回路のMOSFETQ2と前記入力系回路のMOSFETQ2は同じものである。この実施例では、前記図15のフリップフロップ回路FFに代えて、MOSFETQ24がインバータ回路IV7の入力端子と電源電圧VCCとの間に設けられて、上記スイッチMOSFETQ2の制御信号swcaが供給される。制御信号swcaがロウレベルにされるとき、MOSFETQ2がオフ状態にされてVDD系回路の電源遮断が行われるとき、MOSFETQ24がオン状態となってインバータ回路IV7の入力信号をVCCレベルにプルアップする。これにより、出力系回路から出力される出力信号Qはロウレベルに固定される。なお、VCC系のMOSFETQ20、Q21、22、Q23は厚膜系MOSFETでありオフリーク電流が薄膜より2〜3桁小の為、VDD側インバータ回路IV5,IV6の仮想接地線VSSMのみに上記スイッチMOSFETQ2を接続する構成としても良い。 A level-shifted output signal is formed from the commonly connected drains of the MOSFETs Q21 and Q23, and an output signal Q is output from an external terminal through the inverter circuits IV7 and IV8. These MOSFETs Q20 and Q21 and inverter circuits IV5 and IV6 are connected to a virtual ground line VSSM. A power switch MOSFETQ2 is provided between the virtual ground line VSSM and the ground line VSS. The MOSFET Q2 is formed of a thick film gate MOSFET. The MOSFET Q2 of the output system circuit and the MOSFET Q2 of the input system circuit are the same. In this embodiment, instead of the flip-flop circuit FF of FIG. 15, a MOSFET Q24 is provided between the input terminal of the inverter circuit IV7 and the power supply voltage VCC, and the control signal swca of the switch MOSFET Q2 is supplied. When the control signal swca is set to the low level, the MOSFET Q2 is turned off, and when the VDD system circuit is powered off, the MOSFET Q24 is turned on to pull up the input signal of the inverter circuit IV7 to the VCC level. Thereby, the output signal Q output from the output system circuit is fixed at the low level. The VCC MOSFETs Q20, Q21, 22, and Q23 are thick film MOSFETs whose off-leakage current is 2 to 3 orders of magnitude smaller than that of the thin film. Therefore, the switch MOSFET Q2 is connected only to the virtual ground line VSSM of the VDD side inverter circuits IV5 and IV6. It is good also as a structure to connect.
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前記半導体チップの角部の入出力回路が形成されない領域に、システムコントローラSYSC等が配置されるようにしてもよい。データを保持したいために電源遮断を行えないRAMやレジスタについては、電源電圧VDDを低電圧に切り替えたり、仮想接地電位VSSMをデータ保持に必要な電圧を確保しつつ、中間電位にしたりする等の低消費電力技術を組み合わせるものであってもよい。 Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the system controller SYSC or the like may be arranged in a region where the input / output circuit at the corner of the semiconductor chip is not formed. For RAMs and registers that cannot be powered off because they want to retain data, the power supply voltage VDD can be switched to a low voltage, or the virtual ground potential VSSM can be set to an intermediate potential while securing a voltage necessary for data retention. It may be a combination of low power consumption technologies.
この発明は、スタンバイ(待機)時の低電力化を必要とするモバイル機器、バッテリー駆動時における待機時電力低減が期待されるカーオーディオ等の製品、SOC(システム・オン・チップ)、マイコン、フラッシュメモリ、その他システムLSI等のような半導体集積回路装置に広く利用することができる。 The present invention relates to a mobile device that requires low power consumption during standby (standby), a product such as a car audio that is expected to reduce standby power consumption during battery operation, an SOC (system on chip), a microcomputer, and a flash. The present invention can be widely used for semiconductor integrated circuit devices such as memories and other system LSIs.
SW1,SW2…電源スイッチ、IO部…入出力回路部、SYSC…システムコントローラ、VSWC…電源スイッチコントラーラ、G1,G2…ゲート回路(不定伝播防止回路)、IN…入力回路、OB…出力回路、DLS…レベルシフタ(ダウン)、ULS…レベルシフタ(アップ)、BA1,BA2…バッファ回路、URAM…ユーザーRAM、CARAM…キャッシュメモリ、CPGM…クロック生成部、AD/DA…アナログ回路部、Q1(Q11〜Q14)…電源スイッチMOSFET、Q2(Q21〜Q23)…電源スイッチMOSFET、IV1〜IV8…インバータ回路、Q10〜Q24…MOSFET。 SW1, SW2 ... power switch, IO unit ... I / O circuit unit, SYSC ... system controller, VSWC ... power switch controller, G1, G2 ... gate circuit (undefined propagation prevention circuit), IN ... input circuit, OB ... output circuit, DLS ... Level shifter (down), ULS ... Level shifter (up), BA1, BA2 ... Buffer circuit, URAM ... User RAM, CARAM ... Cache memory, CPGM ... Clock generation unit, AD / DA ... Analog circuit unit, Q1 (Q11-Q14) )... Power switch MOSFET, Q2 (Q21 to Q23)... Power switch MOSFET, IV1 to IV8... Inverter circuit, Q10 to Q24.
Claims (11)
上記入出力回路部との間で信号の授受を行い、上記第1電圧とは異なる第2電圧で動作する内部回路部と、
電源スイッチ制御回路とを有し、
上記内部回路部は、上記第2電圧又は回路の接地電位側に第1スイッチを有し、
上記入力回路は、上記外部端子からの入力信号を受け、上記第1電圧で動作する入力部と、少なくとも上記第2電圧で動作し、上記第1電圧に対応した信号振幅の第1信号を上記第2電圧に対応した信号振幅に変換する第1レベル変換回路を有し、
上記出力回路は、上記内部回路部からの入力信号を受け、上記第1電圧と上記第2電圧とで動作し、上記第2電圧に対応した信号振幅の第2信号を上記第1電圧に対応した信号振幅に変換する第2レベル変換回路、及び上記第1電圧で動作し、上記第2レベル変換回路の出力信号を受けて上記外部端子から出力される出力信号を形成する出力部及び上記出力部の入力信号を保持するラッチを有し、
上記入出力回路部は、上記第2電圧又は上記第2電圧で動作する回路部分の接地電位側に第2スイッチを有し、
上記電源スイッチ制御回路は、上記内部回路が動作状態のときに上記第1スイッチ及び第2スイッチをオン状態にし、上記内部回路が動作を行わない所定モードのときに上記第1及び第2スイッチをオフ状態にする半導体集積回路装置。 An input / output circuit unit having an input circuit that receives an input signal corresponding to a first voltage with an external terminal, and an output circuit that forms an output signal corresponding to the first voltage;
An internal circuit unit that exchanges signals with the input / output circuit unit and operates at a second voltage different from the first voltage;
A power switch control circuit,
The internal circuit unit has a first switch on the ground potential side of the second voltage or circuit,
The input circuit receives an input signal from the external terminal, operates with the input unit operating at the first voltage, and operates with at least the second voltage, and outputs the first signal having a signal amplitude corresponding to the first voltage. Having a first level conversion circuit for converting to a signal amplitude corresponding to the second voltage;
The output circuit receives an input signal from the internal circuit unit, operates at the first voltage and the second voltage, and corresponds a second signal having a signal amplitude corresponding to the second voltage to the first voltage. A second level conversion circuit that converts the signal amplitude into a signal, an output unit that operates with the first voltage, receives an output signal of the second level conversion circuit, and forms an output signal output from the external terminal, and the output A latch for holding the input signal of the unit,
The input / output circuit unit has a second switch on the ground potential side of the circuit portion operating at the second voltage or the second voltage,
The power switch control circuit turns on the first switch and the second switch when the internal circuit is in an operating state, and turns the first and second switches on in a predetermined mode in which the internal circuit does not operate. A semiconductor integrated circuit device to be turned off.
上記内部回路部は、第1ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、
上記第1スイッチ及び第2スイッチは、上記第1ゲート絶縁膜よりも厚い第2ゲート絶縁膜のMOSFETで構成される半導体集積回路装置。 In claim 1,
The internal circuit unit is configured by a MOSFET of a first gate insulating film,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first switch and the second switch are MOSFETs having a second gate insulating film thicker than the first gate insulating film.
上記入力回路は、上記第2ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、
上記第1レベル変換回路は、上記入力回路の出力信号を受けるMOSFETが上記第2ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、他のMOSFETは上記第1ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、
上記出力回路は、上記第2ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、
上記第2レベル変換回路は、上記第2電圧で動作する回路のMOSFETが上記第1ゲート絶縁膜のMOSFETで構成され、上記第1電圧で動作する回路のMOSFETが上記第2ゲート絶縁膜のMOSFETで構成される半導体集積回路装置。 In claim 2,
The input circuit is composed of a MOSFET of the second gate insulating film,
In the first level conversion circuit, the MOSFET that receives the output signal of the input circuit is configured by the MOSFET of the second gate insulating film, and the other MOSFET is configured by the MOSFET of the first gate insulating film,
The output circuit is composed of a MOSFET of the second gate insulating film,
In the second level conversion circuit, the MOSFET of the circuit operating at the second voltage is constituted by the MOSFET of the first gate insulating film, and the MOSFET of the circuit operating at the first voltage is the MOSFET of the second gate insulating film. A semiconductor integrated circuit device comprising:
上記第1スイッチが上記第2電圧側に設けられ、上記第2スイッチが上記回路の接地電位側に設けられ、又は上記第1スイッチが上記回路の接地電位に設けられ、上記第2スイッチが上記第2電圧側に設けられ、
上記入出力回路部と上記内部回路部との信号伝達経路には、上記第2電圧で動作し、上記電源スイッチ制御回路からの制御信号によって上記第1信号及び第2信号の伝達が制御されるゲート回路を更に有し、
上記電源スイッチ制御回路は、上記所定モードのときに上記制御信号を上記第1信号及び第2信号の伝達を停止させ、第1スイッチと第2スイッチをオフ状態にさせるタイミングに時間差を設けた半導体集積回路装置。 In claim 2,
The first switch is provided on the second voltage side, the second switch is provided on the ground potential side of the circuit, or the first switch is provided on the ground potential of the circuit, and the second switch is provided on the ground potential side. Provided on the second voltage side,
The signal transmission path between the input / output circuit unit and the internal circuit unit operates with the second voltage, and the transmission of the first signal and the second signal is controlled by a control signal from the power switch control circuit. A gate circuit;
The power switch control circuit has a time difference in timing when the transmission of the control signal to the first signal and the second signal is stopped in the predetermined mode and the first switch and the second switch are turned off. Integrated circuit device.
上記1つの外部端子に対応した1つの入出力回路部に上記第2スイッチを構成するMOSFETがそれぞれ設けられる半導体集積回路装置。 In claim 2,
A semiconductor integrated circuit device in which a MOSFET constituting the second switch is provided in one input / output circuit section corresponding to the one external terminal.
上記複数の外部端子に対応した複数の入出力回路部に対して共通領域に上記第2スイッチを構成するMOSFETが設けられる半導体集積回路装置。 In claim 2,
A semiconductor integrated circuit device in which a MOSFET constituting the second switch is provided in a common region for a plurality of input / output circuit portions corresponding to the plurality of external terminals.
上記入出力回路部及び内部回路部は、異なる回路機能を有する複数組を有し、
上記回路機能の動作に対応して複数組の入出力回路部及び内部回路部がそれぞれ独立して上記所定モードにされる半導体集積回路装置。 In claim 5 or 6,
The input / output circuit section and the internal circuit section have a plurality of sets having different circuit functions,
A semiconductor integrated circuit device in which a plurality of sets of input / output circuit units and internal circuit units are independently set to the predetermined mode in response to the operation of the circuit function.
上記内部回路部に設けられる第1スイッチは、並列形態にされた複数のMOSFETにより構成され、ゲートが1つの配線に順次に接続され、
上記電源スイッチ制御回路で形成された制御信号は、上記配線の一端側から供給されて他端側からの信号が上記複数の全てのMOSFETのオン/オフ状態の検出するモニタ信号として上記電源スイッチ制御回路に入力される半導体集積回路装置。 In claim 5 or 6,
The first switch provided in the internal circuit unit is configured by a plurality of MOSFETs arranged in parallel, and the gate is sequentially connected to one wiring,
The control signal formed by the power switch control circuit is supplied from one end of the wiring, and the signal from the other end is used as a monitor signal for detecting the on / off states of all the MOSFETs. A semiconductor integrated circuit device input to a circuit.
上記第1スイッチ及び第2スイッチは共に上記回路の接地電位側に設けられ、
上記第2スイッチは上記第1スイッチが共用される半導体集積回路装置。 In claim 1,
The first switch and the second switch are both provided on the ground potential side of the circuit,
The second switch is a semiconductor integrated circuit device in which the first switch is shared.
上記第1スイッチ及び第2スイッチは共に上記回路の接地電位側に設けられ、
上記第1のスイッチは、上記内部回路部が形成される半導体領域の両側に設けられ、
上記入出力回路部は、上記内部回路部を取り囲むように半導体チップの周辺部に設けられ、
上記入出力回路部の上記内部回路の両側に対応した入出力回路部分の第2スイッチは、上記第1スイッチを共用され、
上記内部回路の上下側に対応した入出力回路部部分の第2スイッチは、かかる入出力回路部に隣接して設けられる半導体集積回路装置。 In claim 1,
The first switch and the second switch are both provided on the ground potential side of the circuit,
The first switch is provided on both sides of a semiconductor region where the internal circuit portion is formed,
The input / output circuit portion is provided in a peripheral portion of the semiconductor chip so as to surround the internal circuit portion,
The second switch of the input / output circuit portion corresponding to both sides of the internal circuit of the input / output circuit portion is shared with the first switch,
The second switch in the input / output circuit portion corresponding to the upper and lower sides of the internal circuit is a semiconductor integrated circuit device provided adjacent to the input / output circuit portion.
上記所定モードに入るときには、上記入出力回路部の上記第2スイッチをオフ状態にした後に上記内部回路部の上記第1スイッチをオフ状態にし、
上記所定モードから通常モードに復帰するときには、上記入出力回路部の上記第2スイッチをオン状態にした後に上記内部回路部の上記第2スイッチをオン状態にする半導体集積回路装置。 In claim 1,
When entering the predetermined mode, after turning off the second switch of the input / output circuit unit, turn off the first switch of the internal circuit unit,
A semiconductor integrated circuit device that, when returning from the predetermined mode to the normal mode, turns on the second switch of the internal circuit section after turning on the second switch of the input / output circuit section.
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