(57)【要約】【課題】半導体装置における停止状態から動作状態への移行時に、消費電流が急激に増加することを回避して電源電圧降下を防止する。【解決手段】基準クロックを実動作クロックへ逓倍するクロック逓倍部１０２と、実動作クロックを分周するクロック分周部１０３と、分周されたクロックからのクロックの選択とクロック供給時間を指定するクロック選択信号を生成するクロック選択信号生成部１０４と、クロック選択信号によりクロックを選択しクロック供給時間を制御するクロック選択部１０５と、機能ブロック毎にクロック供給とクロック停止を個別に制御するクロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６とを有し、停止状態から動作状態への移行時に供給するクロックの周波数を最低速クロックから実動作クロックまで漸次高めるように制御する。【選択図】  図１
2006079505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置にクロックを供給する半導体装置のクロック制御装置であって、前記半導体装置の停止状態から動作状態への移行時に、最低速クロックから実動作クロックへ漸次切り替えて前記半導体装置へ供給する制御手段を備える半導体装置のクロック制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記実動作クロックを分周する分周機能と、分周したクロックから前記半導体装置へ供給するクロックを選択する選択機能とを備える請求項１記載の半導体装置のクロック制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、基準クロックを前記実動作クロックへ逓倍する逓倍機能を備える請求項２記載の半導体装置のクロック制御装置。
【請求項４】
前記選択機能は、前記基準クロックを前記最低速クロックとして選択し、前記最低速クロック以外のクロックを分周したクロックから選択する請求項３記載の半導体装置のクロック制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、複数のクロックの選択により前記最低速クロックから前記実動作クロックへ移行する際の前記半導体装置へのクロックの供給時間を指定するクロック選択信号生成機能を備える請求項２から４の何れか一項記載の半導体装置のクロック制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記半導体装置を構成する各機能ブロック毎にクロック供給とクロック停止と制御する機能を備える請求項１記載の半導体装置のクロック制御装置。
【請求項７】
半導体装置にクロックを供給する半導体装置のクロック制御装置であって、前記半導体装置の停止状態から動作状態への移行時に、クロック供給の対象となる前記半導体装置を構成する機能ブロックを漸次増加させる制御手段を備える半導体装置のクロック制御装置。
【請求項８】
請求項１から６の何れか一項記載の半導体装置のクロック制御装置の設計方法であって、
ネットリストを用いたシミュレーションにより動作電流を算出するステップと、
前記最低速クロックから前記実動作クロックまでのクロック分割数および各クロックの速度および各クロックの供給時間を前記動作電流に基づき決定するステップと、
決定したクロック分割数および各クロックの速度および各クロックの供給時間を実現するクロック制御部を設計するステップとを含む半導体装置のクロック制御装置の設計方法。
【請求項９】
ネットリストをもとに回路レイアウトを行うステップと、前記回路レイアウトから実動作クロックを供給する機能ブロックの順番を決定するステップとを含む請求項８記載の半導体装置のクロック制御装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置のクロック制御に関し、特に半導体装置の停止状態から動作状態への移行時に、急激な電源電流の増加により電源供給源の電圧値制御が追従できなくなることを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器の小型化が進み、可能な限り省電力化を図ることが課題となっている。そのために、ある動作モードで不要な機能については、装置を構成する一部の半導体装置の動作停止や、複数の機能ブロックで構成される半導体装置における一部の機能ブロックの動作停止などの対策が行われている。これらの動作停止は、停止対象の半導体装置や機能ブロックに対するクロック供給を停止することにより実行される。
【０００３】
図６は、従来の半導体装置における実動作クロックの生成方法をフロー形式で示した図である。図６において、１０１は基準クロック入力部、１０２はクロック逓倍部、１０６はクロックＯＮ／ＯＦＦ制御部、１０７は機能ブロック１、１０８は機能ブロック２、１０９は機能ブロック３である。
【０００４】
基準クロック入力部１０１より入力された基準クロックは、クロック逓倍部１０２で実動作クロックに逓倍される。この実動作クロックの機能ブロック１０７〜１０９に対する個別のクロック供給と停止が、動作モードに応じてクロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６により制御される。すなわち、各機能ブロックにおいては、実動作クロックが供給されるかクロックが停止されるかのいずれかの状態となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の半導体装置における実動作クロックの生成方法においては、停止状態から動作状態への移行時に、対象機能ブロックに対して実動作クロックが供給され、それに伴い急激に電源電流が増加することなる。急激に電源電流が増加することにより、半導体装置の外部に設置された電源供給源の電圧制御が追従できずに電源電圧値が降下し、そのことにより半導体装置が誤動作する可能性がある。
【０００６】
本発明は半導体装置における停止状態から動作状態への移行時に、消費電流が急激に増加することを回避することが可能な実動作クロックの生成方法を実現し、電源電圧降下の防止することができる半導体装置のクロック制御装置およびその設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のクロック制御装置は、半導体装置にクロックを供給する半導体装置のクロック制御装置であって、前記半導体装置の停止状態から動作状態への移行時に、最低速クロックから実動作クロックへ漸次切り替えて前記半導体装置へ供給する制御手段を備える。この構成によれば、最低速クロックから所定の実動作クロックまで半導体装置に供給されるクロックの周波数が徐々に増加するように制御されるため、停止状態から動作状態までの期間における電源電流の急激な増加が抑制され、電源供給部の電源電圧を安定させることができる。
【０００８】
本発明において、前記制御手段は、前記実動作クロックを分周する分周機能と、分周したクロックから前記半導体装置へ供給するクロックを選択する選択機能とを備える。この構成によれば、半導体装置に供給されるクロックが実動作クロックの分周により生成されたクロックから選択されるため、周波数が徐々に増加する最適なクロック系列を容易に実現することができる。
【０００９】
本発明において、前記制御手段は、基準クロックを前記実動作クロックへ逓倍する逓倍機能を備える。また、本発明において、前記選択機能は、前記基準クロックを前記最低速クロックとして選択し、前記最低速クロック以外のクロックを分周したクロックから選択する。この構成によれば、基準クロックから実動作クロックへの逓倍が完了するまでの逓倍周波数が安定しない遷移時間中は基準クロックを選択し続けることができるため、動作開始から最後に実動作クロックが選択されるまでの時間を短縮することができる。
【００１０】
本発明において、前記制御手段は、複数のクロックの選択により前記最低速クロックから前記実動作クロックへ移行する際の前記半導体装置へのクロックの供給時間を指定するクロック選択信号生成機能を備える。この構成によれば、最低速クロックから所定の実動作クロックまでのクロック系列において、それぞれのクロック供給時間を任意に設定することができるため、周波数が徐々に増加する最適なクロック系列を容易に実現することができる。
【００１１】
本発明において、前記制御手段は、前記半導体装置を構成する各機能ブロック毎にクロック供給とクロック停止と制御する機能を備える。この構成によれば、最低速クロックから所定の実動作クロックまで半導体装置に供給されるクロックの周波数が徐々に増加するように制御される上に、個別の機能ブロック毎にクロック供給とクロック停止を制御することができるため、停止状態から動作状態までの期間における電源電流の増加を一層きめ細かく制御することが可能になり、電源供給部の電源電圧のさらなる安定化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明のクロック制御装置は、半導体装置にクロックを供給する半導体装置のクロック制御装置であって、前記半導体装置の停止状態から動作状態への移行時に、クロック供給の対象となる前記半導体装置を構成する機能ブロックを漸次増加させる制御手段を備える。この構成によれば、クロック供給が半導体装置を構成する機能ブロック毎に制御され、クロックを供給する機能ブロックが徐々に増加されるように制御されるため、停止状態から動作状態までの期間における電源電流の急激な増加が抑制され、電源供給部の電源電圧を安定させることができる。
【００１３】
また、本発明のクロック制御装置の設計方法は、本発明のクロック制御装置の設計方法であって、ネットリストを用いたシミュレーションにより動作電流を算出するステップと、前記最低速クロックから前記実動作クロックまでのクロック分割数および各クロックの速度および各クロックの供給時間を前記動作電流に基づき決定するステップと、決定したクロック分割数および各クロックの速度および各クロックの供給時間を実現するクロック制御部を設計するステップとを含む。本発明において、ネットリストをもとに回路レイアウトを行うステップと、前記回路レイアウトから実動作クロックを供給する機能ブロックの順番を決定するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、最低速クロックから所定の実動作クロックまで半導体装置に供給されるクロックの周波数が徐々に増加するように制御されるため、あるいはクロックを供給する機能ブロックが徐々に増加されるように制御されるため、停止状態から動作状態までの期間における電源電流の急激な増加が抑制され、電源供給部の電源電圧を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の実動作クロックの生成方法をフロー形式で示す図である。図１において、１０１は基準クロック入力部、１０２はクロック逓倍部、１０３はクロック分周部、１０４はクロック選択信号生成部、１０５はクロック選択部、１０６はクロックＯＮ／ＯＦＦ制御部、１０７は機能ブロック１、１０８は機能ブロック２、１０９は機能ブロック３である。
【００１６】
基準クロック入力部１０１より入力された基準クロックは、クロック逓倍部１０２により実動作クロックへと逓倍される。生成された実動作クロックは、クロック分周部１０３への入力となる。
【００１７】
クロック逓倍部１０２では基準クロックから実動作クロックへの逓倍が完了するまでに遷移期間が発生する。遷移期間中はクロック逓倍部で生成されるクロックは、その周波数が安定していないため、実動作クロックとして半導体装置全体へ供給することが出来ない。そのため、遷移期間中はクロック分周回路１０３の動作は停止し、余分な消費電流が発生しないようにする。遷移期間完了後、クロック分周部１０３は、実動作クロックの２分周クロックから、最低速クロックまで数種類クロックを出力する。
【００１８】
クロック分周部１０３から出力される実動作クロックの２分周クロックから最低速クロックまでの数種類の信号と実動作クロックは、クロック選択部１０５の入力信号となる。
【００１９】
クロック選択信号生成部１０４では実動作クロックと移行時間設定信号により停止時から実動作開始までの移行時間、すなわち、クロック選択部１０５に入力された最低速クロックが選択される時刻から実動作クロックが選択されるまでの時刻が設定される。移行時間設定信号は１ビット以上のビット幅を有している。
【００２０】
さらに、クロック選択信号生成部１０４で最低速クロックから実動作クロックまでのどのクロックを選択するかを決定するクロック選択信号を生成する。ここで、詳細な移行時間の決定には何種類かの手順を想定している。
【００２１】
まず、第１の手順は、あらかじめ１ミリ秒や１００マイクロ秒などに設定しておく移行の単位時間と、移行時間設定信号の数値により具体的な移行時間を決定するものである。さらに、移行時間設定信号の数値が最低速クロックから実動作クロックまでのクロック分割数となる。
【００２２】
例えば、移行時間設定信号の数値が「５」の場合は、５ミリ秒や５００マイクロ秒となる。さらに、最低速クロックから実動作クロックまでのクロック分割数が５となり、各クロックの間隔は、あらかじめ設定された１ミリ秒や１００マイクロ秒となる。
【００２３】
第２の手順では、移行時間設定信号の数値は移行時間を決定するためのカウント値の基数と、カウントに用いるクロックを選択する機能を含んでいる。ここで、カウント値はカウント値の基数とあらかじめ設定しておく基準指数との積になる。
【００２４】
さらに、カウントに用いるクロックはクロック選択部１０５に入力されるクロックの中から選択され、何種類のクロックを選択候補とするかはクロック選択信号のビット幅に依存する。実際の移行時間は、カウント値の基数と基準指数の積と、選択されたカウントに用いるクロックの周期の積となる。
【００２５】
クロック選択部１０５では入力された数種類のクロックからクロック選択信号により１つのクロックが選択される。このとき、最初に選択されるのは最低速クロックであり移行時間の間で徐々に高速なクロックへと移って行き、最後に実動作クロックが選択される。
【００２６】
ここで、最低速クロックは基準クロックと比較して速度制約はなく、基準クロックより低速であっても高速であっても良い。クロック選択部１０５で選択されたクロックは、クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６において各動作モードに応じてクロック供給とクロック停止が制御される。
【００２７】
クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６で制御されたクロックは機能ブロック１０７〜１０９に動作クロックとして供給される。ここで、クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６ではクロック供給とクロック停止の制御を機能ブロック別に実施する場合と、機能ブロック間の個別制御機能が無く共通して制御する場合がある。
【００２８】
図４は本実施の形態における半導体装置の設計フローを示す図である。図４において、４０１は半導体装置の仮ネットリスト、４０２はテストベクタ、４０３はシミュレーションステップ、４０４はシミュレーションより求められた電流値と電流値増加の勾配、４０５はクロック分割数を決定するステップ、４０６は各クロック速度を決定するステップ、４０７は停止状態から動作状態への移行時間を決定するステップ、４０８はクロック制御部を設計するステップ、４０９はクロック制御部のネットリスト、４１０は半導体装置のネットリストである。
【００２９】
半導体装置の仮ネットリスト４０１とテストベクタ４０２によりシミュレーション４０３を行い、結果として半導体装置全体と機能ブロック毎の動作電流値と電流増加の勾配４０４を得る。次に、動作状態の急激な電流増加を防止するために、動作電流値と電流増加の勾配４０４により、クロック分割数の決定４０５と、各クロック速度の決定４０６と、停止状態から動作状態への移行時間の決定４０７を行う。
【００３０】
ここで、ステップ４０７で決定される移行時間には移行時間の基数となる数値と単位時間となる数値が含まれる。決定したクロック分割数と、各クロック速度と、停止状態から動作状態への移行時間からクロック制御部の設計４０８、または変更を行い、クロック制御部のネットリスト４０９を得る。さらに、半導体装置の仮ネットリスト４０１とクロック制御部のネットリスト４０９から半導体装置のネットリスト４１０を作成する。
【００３１】
本実施の形態では、移行時間設定信号が半導体装置の外部から入力可能な場合を想定して説明した。この形態は半導体装置が動作状態になったときに、あらかじめ決められたシーケンスを経て動作するのではなく、複数の候補からシーケンスが選択され動作する場合を想定している。これは、選択されるシーケンスにより動作電流値や電流値増加の勾配がまちまちであるためプログラマブルな制御が必要なためである。
【００３２】
あらかじめ決められたシーケンスを経て動作する半導体装置の場合は、動作電流値や電流値増加の勾配は一定であり、移行時間設定信号を外部入力とする必要はなく、クロック選択信号生成部１０４に固定値として設定することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の実動作クロックの生成方法をフロー形式で示す図である。図１と比較すると、クロック分周部１０３とクロック選択部１０５が除かれ、代わりに個別クロック生成部２０５が挿入されているが、それ以外は図１と同様の構成である。クロック逓倍部１０２で逓倍された実動作クロックは個別クロック生成部２０５への入力となる。
【００３４】
クロック選択信号生成部１０４では実動作クロックと移行時間設定信号により停止時から実動作開始までの移行時間、すなわち、最初の機能ブロックに実動作クロックが供給されてから全ての機能ブロック１０７〜１０９に実動作クロックが供給されるまでの時刻が設定される。
【００３５】
さらに、個別クロック生成部２０５において、どの機能ブロックに最初に実動作クロックを供給するかと、実動作クロックを順次供給する機能ブロックの順番を決定する。ここで、実動作クロックを供給する順番を決定するには数種類の手順を想定している。
【００３６】
第１の手順は、消費電流の多い機能ブロックから消費電流の少ないブロックへと順にクロックを供給する方法である。第２の手順は、レイアウト面積の大きな機能ブロックからレイアウト面積の小さなブロックへと順にクロックを供給する方法である。第３の手順は、レイアウトにおいて、個別クロック生成部から遠い機能ブロックから近い機能ブロックへと順にクロックを供給する方法である。
【００３７】
これらの手順は、停止状態から動作状態へ至る移行期間の初期段階において消費電流の多い機能ブロックに実動作クロックを供給することで、電流増加に応じた供給電圧制御の時間を確保することができるようにクロック供給順序を決定するものである。
【００３８】
個別クロック生成部２０５では実動作クロックから機能ブロック１０７〜１０９に供給する個別クロックを生成する。個別クロック生成部２０５で生成されたクロックは、クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６で各動作モードに応じてクロック供給とクロック停止が個別クロック毎に制御される。クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６で制御された個別クロックは機能ブロック１０７〜１０９へ固有の動作クロックとして供給される。
【００３９】
図５は本実施の形態における半導体装置の設計フローを示す図である。図５において、５０１は半導体装置の仮ネットリスト、５０２は仮レイアウトをするステップ、５０３は実動作クロックを供給するブロック順番を決定するステップ、５０４はクロック制御部を設計するステップ、５０５はクロック制御部のネットリスト、５０６は半導体装置のネットリストである。
【００４０】
半導体装置の仮ネットリスト５０１を用い、半導体装置の仮レイアウト５０２を行い、レイアウト情報を得る。このレイアウト情報から実動作クロックを供給するブロックの順番の決定５０３を行う。ここで、実動作クロックを供給するブロックの順番は、前述したように、動作クロックを供給する順番を決定する手順の中で最もレイアウト特性に合致した手順を選択する。
【００４１】
決定した実動作クロックを供給するブロックの順番からクロック制御部の設計５０４を行い、クロック制御部のネットリスト５０５を得る。さらに半導体装置の仮ネットリスト５０１とクロック制御部のネットリスト５０５から半導体装置のネットリスト５０６を作成する。
【００４２】
本実施の形態では、個別クロック生成部２０５は停止状態から動作状態への移行期間に機能ブロック１０７〜１０９に対してクロック供給とクロック停止を制御しており、さらに、クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６は動作モードに応じて機能ブロック１０７〜１０９に対してクロック供給クロック停止を制御している。
【００４３】
ここで、個別クロック生成部２０５とクロックＯＮ／ＯＦＦ制御部１０６を同一のクロック制御ブロックとし、停止状態から動作状態への移行期間と動作状態を区別せずクロック供給とクロック停止を制御することも可能である。
【００４４】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３に係る半導体装置の実動作クロックの生成方法をフロー形式で示す図である。図１と比較すると、クロック選択部１０５がクロック選択部３０５に変わっているが、それ以外は図１と同じ構成である。クロック選択部３０５には基準クロックが入力している点がクロック選択部１０５と異なる。
【００４５】
全体の動作は実施の形態１と同様であり、クロック選択部３０５では入力された数種類のクロックからクロック選択信号によりひとつのクロックが選択される点も実施の形態１と同じであるが、このとき、クロック選択部３０５において最初に選択されるのは基準クロックである点が本実施の形態の特徴である。その後は移行時間の間で徐々に高速なクロックへと移って行き、最後に実動作クロックが選択される。
【００４６】
ここで、基準クロックを最初に選択することにより、実施の形態１で説明した基準クロックから実動作クロックへの逓倍が完了するまでの遷移時間中は基準クロックを選択し続けることにすることで、クロック逓倍部１０２の動作開始からクロック選択部３０５で最後に実動作クロックが選択されるまでの時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の半導体装置のクロック制御装置は、停止状態から動作状態への移行時に電源電流の急激な増加を制御する機構を有し、この機構は多数の機能ブロックから構成される大規模半導体装置への適用において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の実動作クロック生成方法を示す図。
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の実動作クロック生成方法を示す図。
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の実動作クロック生成方法を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体装置の設計フローを示す図。
【図５】本発明の実施の形態２における半導体装置の設計フローを示す図。
【図６】従来の半導体装置における実動作クロック生成方法を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１０１  基準クロック入力部
１０２  クロック逓倍部  
１０３  クロック分周部
１０４  クロック選択信号生成部
１０５  クロック選択部
１０６  クロックＯＮ／ＯＦＦ制御部
１０７  機能ブロック１
１０８  機能ブロック２
１０９  機能ブロック３
２０５  個別クロック生成部
３０５  クロック選択部
４０１〜４１０、５０１〜５０６  半導体装置設計フローのステップ
【図１】
2006079505.tif 000003
【図２】
2006079505.tif 000004
【図３】
2006079505.tif 000005
【図４】
2006079505.tif 000006
【図５】
2006079505.tif 000007
【図６】
2006079505.tif 000008