(57)【要約】【課題】本発明は、省電力化の要求の下で所定の機能を実現する回路が組み込まれた半導体集積回路と、その半導体集積回路に電力を供給し、かつ集積回路化が可能に構成された電源回路とに関し、定常的に稼働する回路であっても、確度高く安定に消費電力の節減が実現されることを目的とする。【解決手段】所定の機能を実現する回路が組み込まれた半導体集積回路であって、前記回路の動作を模擬する試験回路と、前記試験回路に駆動電力として印加され、かつ前記試験回路によって模擬される前記回路の動作が正常である最小の電圧を特定し、前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する電圧制御回路とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の機能を実現する回路が組み込まれた半導体集積回路であって、
前記回路の動作を模擬する試験回路と、
前記試験回路に駆動電力として印加され、かつ前記試験回路によって模擬される前記回路の動作が正常である最小の電圧を特定し、前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する電圧制御回路と
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
所定の機能を実現する回路が組み込まれた半導体集積回路であって、
前記回路の動作を模擬する試験回路と、
前記回路および前記試験回路に駆動電力を供給する電源回路と、
前記試験回路に駆動電力として印加され、かつ前記試験回路によって模擬される前記回路の動作が正常である最小の電圧を特定し、前記電源回路によって前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する電圧制御回路と
を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体集積回路において、
前記電圧制御回路は、
前記最小の電圧を特定し、前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する処理を所定の頻度で反復する
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体集積回路において、
前記電圧制御回路は、
前記回路に供給される駆動電力の電圧が低下する更新を見合わせる
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体集積回路に備えられた回路および試験回路に駆動電力を供給し、前記半導体集積回路に備えられた電圧制御回路によって設定された電圧で、前記試験回路に駆動電力を供給する電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省電力化の要求の下で所定の機能を実現する回路が組み込まれた半導体集積回路と、その半導体集積回路に電力を供給し、かつ集積回路化が可能に構成された電源回路とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に普及し、かつ新たな機種が次々と市場に出回っている携帯型の情報端末や通信端末では、軽量小型化の厳しい要求によりバッテリの容量が制限されているにもかかわらず、製造者等の競争の下で高機能化を実現するために、低消費電力化が多様に図られている。
【０００３】
このような低消費電力化は、例えば、所定のシーケンスにより稼働すべき期間が定まる回路については、以下の技術が適用されることによって実現されていた。
【０００４】
(1) 上記期間に限って駆動電力が供給される。
(2) 上記期間に限って稼働に必要なクロック信号その他の信号が供給される。
(3) 上記期間の時間率が可能な限り小さく設定される。
【０００５】
なお、本発明に関連性がある先行技術としては、以下に列記する特許文献１ないし特許文献４がある。
(1) 「内部電源電圧の基準となる内部基準電圧を生成する内部基準電源回路と、外部から電圧が印加可能な電圧印加部と、前記電圧印加部に印加された設定電圧と前記内部基準電圧とを比較し、この比較結果を基にして、前記内部基準電圧のトリミングの要否を判定する電圧比較判定回路とを備える」ことにより、「内部基準電圧のトリミング精度をより一層向上させる」点に特徴がある半導体集積回路装置…特許文献１
【０００６】
(2) 「電源電圧のレベルをシフトした駆動電圧を生成する内部電源回路と、モード信号の入力により動作を開始して前記内部電源回路が出力する前記駆動電圧を監視し、この駆動電圧が所定値に達するまで第１論理レベルを維持し、前記駆動電圧が前記所定値に達してから第２論理レベルとなる活性化信号を出力することにより、前記内部電源回路を活性化制御するリミッタ回路と、前記リミッタ回路の動作開始後に前記活性化信号の第１論理レベルから第２論理レベルへの最初の変化を検出すると共に、この活性化信号の最初の変化が検出されてから前記リミッタ回路が動作している間は一定の論理レベルを保持するモニタ信号を出力するモニタ回路とを備える」ことにより、「内部電源回路の出力電圧状態を外部端子で簡便にモニタできると共に内部電圧のトリミングを容易にした」点に特徴がある半導体集積回路…特許文献２
【０００７】
(3) 「装置が通常動作モードであるか、動作確認モードであるかを示すモード信号を出力するモード設定回路と、このモード設定回路が出力するモード信号に応じて、装置内の電源の出力電圧を変更する電圧調整回路と、装置内の電源の出力電圧を監視する電圧検出回路とを有する電圧監視回路において、前記電圧検出回路は、前記モード設定回路が出力するモード信号に応じて、装置内の電源の出力電圧を監視する際の監視電圧を変更する」ことにより、「装置の動作確認時における監視電圧の変更と、もとの監視電圧への復帰とを簡単な操作で行うことができる」点に特徴がある電圧監視回路および電圧監視回路が内蔵されたＩＣ試験装置…特許文献３
【０００８】
(4) 「電源回路から入力される電源電圧と所定の判定電圧とを比較し、比較結果を出力する電源電圧監視部と、前記電源電圧監視部での比較結果に基づいて、前記電源電圧を用いて動作する内部回路の負荷を制御する負荷制御部とを有する」ことにより、「急激な負荷変動に際しても電源電圧の変動を抑制できる」点に特徴がある半導体集積回路…特許文献４
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１５０７９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２９６９７号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２５６９号公報
【特許文献４】特開２００８−２５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した従来例では、例えば、稼働すべき期間の時間率が大きく、あるいはほぼ定常的に稼働すべき回路は、必ずしも十分には低消費電力化が図られていなかった。
したがって、このような回路には、性能や信頼性が損なわれることなく確実に消費電力の節減が可能な技術の適用が必要であった。
【００１１】
しかも、このような技術の実現には、特に、高機能化、低廉化、小型化および軽量化が厳しく要求される携帯型の端末では、主要なハードウェアが集積回路に組み込まれ、その集積回路との密接な連係が必要であった。
【００１２】
本発明は、定常的に稼働する回路であっても、確度高く安定に消費電力の節減が実現される半導体集積回路および電源回路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】
【００１３】
請求項１に記載の発明では、試験回路は、前記回路の動作を模擬する。電圧制御回路は、前記試験回路に駆動電力として印加され、かつ前記試験回路によって模擬される前記回路の動作が正常である最小の電圧を特定し、前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する。
【００１４】
すなわち、上述した回路は、特性に偏差がある場合であっても、試験回路が行う模擬の下で正常に動作する最小の電圧以上の電圧で駆動電力が供給される。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、試験回路は、前記回路の動作を模擬する。電源回路は、前記回路および前記試験回路に駆動電力を供給する。電圧制御回路は、前記試験回路に駆動電力として印加され、かつ前記試験回路によって模擬される前記回路の動作が正常である最小の電圧を特定し、前記電源回路によって前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する。
【００１６】
すなわち、上述した回路は、その回路に駆動電力を供給する電源回路と共に備えられる場合であっても、請求項１に記載の発明と同様に、試験回路が正常に動作する最小の電圧以上の電圧で駆動電力が供給される。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体集積回路において、前記電圧制御回路は、前記最小の電圧を特定し、前記回路に供給される駆動電力の電圧を前記最小の電圧以上の値に設定する処理を所定の頻度で反復する。
【００１８】
すなわち、上述した回路は、特性等が変動し得る状況であっても、試験回路が行う模擬の下で正常に動作する最小の電圧以上の電圧で駆動電力が供給される。
【００１９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の半導体集積回路において、前記電圧制御回路は、前記回路に供給される駆動電力の電圧が低下する更新を見合わせる。
【００２０】
すなわち、回路に供給される駆動電力の電圧には、このような回路や試験回路の特性が変動し得る場合であっても、安定かつ正常な動作に必要な余裕度が確保される。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の半導体集積回路に備えられた回路および試験回路に駆動電力を供給し、前記半導体集積回路に備えられた電圧制御回路によって設定された電圧で、前記試験回路に駆動電力を供給する。
【００２２】
すなわち、本発明に係る電源回路は、上記半導体集積回路に組み込まれないことにより、その半導体集積回路にかかわる様々な制約に阻まれることなく、多様な機能の追加や付加価値の向上の可能性が担保される。
【発明の効果】
【００２３】
上述したように本発明によれば、所望の回路は、休止することなく定常的に稼働しなければならない状態においても、無用に消費する電力が低く抑えられ、かつ安定に動作する。
【００２４】
また、本発明は、所望の回路の稼働の形態に如何にかかわらず、ランニングコストが削減され、かつ熱設計等にかかわる余裕度の確保と、技術的あるいは物理的な制約の回避とが図られる。
【００２５】
したがって、本発明が適用された集積回路、装置およびシステムは、厳しい節電の要求を満たしつつ総合的な性能および信頼性が高く安定に維持され、かつ多様な分野に対する適用の可能性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における監視回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第二の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
図において、ＬＳＩ１０は、以下の要素から構成される。
【００２８】
(1) 外部との間で所定の数Ｍ（≧１）の入力信号とＮ（≧１）本の出力信号とが引き渡され、かつ所定の機能を実現する回路１１
(2) 外部から所定の電力が供給され、かつ第一の出力が回路１１の電源入力に接続された電源回路１２-1
(3) 上記所定の電力が外部から供給された電源回路１２-2
【００２９】
(4) 電源回路１２-1の第二の出力に縦続接続された電源入力と、電源回路１２-1、１２-2の制御入力にそれぞれ接続された第一の出力と第二の出力とを有する監視回路１３
(5) 監視回路１３の双方向性のポートに接続されたポートを有するテスト回路１４
【００３０】
図２は、本発明の第一の実施形態における監視回路の動作を示すフローチャートである。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
【００３１】
監視回路１３には、以下の最大電圧Ｖmax および最小電圧Ｖmin が予め与えられる。
(1) 回路１１、電源回路１２-1、１２-2、監視回路１３およびテスト回路１４の全てが正常に作動する電源電圧の最大値（以下、「最大電圧」という。）Ｖmax
(2) 回路１１、電源回路１２-1、１２-2およびテスト回路１４が正常に作動する電源電圧の最小値（以下、「最小電圧」という。）Ｖmin
【００３２】
また、監視回路１３は、このような最小電圧Ｖminより低い電圧でも正常に作動するように構成される。
【００３３】
さらに、テスト回路１４は、以下の通りに構成されることにより、回路１１の動作の正常性の判定基準として機能する。
【００３４】
(1) 回路１１の要素の内、電源電圧の低下に応じて動作の正常性が損なわれる可能性が高い要素やこのような要素の組み合わせとして構成される。
(2) 回路１１と共に配置されるチップ上において、その回路１１と熱結合が十分に密となり、かつ電源系統、接地その他の電気的な動作環境に格差が生じ難い位置に配置される。
(3) 駆動電力が供給される電圧が上記最小電圧Ｖminないし上記最大電圧Ｖmax の範囲で正常に作動する。
【００３５】
監視回路１３は、以下の処理を行うことにより、電源回路１２-1、１２-2およびテスト回路１４の動作を統括する。
監視回路１３は、始動時には、電源回路１２-1に上記最大電圧Ｖmaxを指示し（以下、このような処理を「第一の初期電圧設定処理」という。）（図２ステップＳ１）、かつ電源回路１２-2に上記最大電圧Ｖmaxを指示する（以下、このような処理を「第二の初期電圧設定処理」という。）（図２ステップＳ２）。
【００３６】
電源回路１２-1はこのようにして指示された最大電圧Ｖmaxで回路１１および監視回路１３に電力を供給し、これらの回路１１および監視回路１３は、その電力を駆動電力として動作を開始する。
【００３７】
また、電源回路１２-2は同様にして指示された最大電圧Ｖmaxでテスト回路１４に電力を開始し、テスト回路１４はその電力を駆動電力として動作を開始する。
【００３８】
監視回路１３は、所定の頻度でテスト回路１４の動作の正否を判別し（以下、このような処理を「前置判別処理」という。）（図２ステップＳ３）、そのテスト回路１４の動作が正常である場合には、図２に点線で示すように、電源回路１２-2に指示した電源電圧Ｖopt (Ｖmin＜Ｖopt≦Ｖmax)を段階的に（例えば、５０ミリボルトステップで）小さな値に更新する（以下、このような更新の処理を「下方更新処理」という。）（図２ステップＳ４，Ｓ５）。
【００３９】
電源回路１２-2は、このようにして更新された電源電圧でテスト回路１４に電力を供給する。
テスト回路１４は、その電力を駆動電力として稼働することにより、回路１１の動作を模擬する。
【００４０】
監視回路１３は、上記模擬として行われるテスト回路１４の動作が正常である（回路１１の動作の正常性が確保される）か否かを判別し（以下、このような処理を「確認判別処理」という。）（図２ステップＳ５）、回路１１の動作の常性が確保できないと判定した場合には、以下の処理を行う。
【００４１】
(1) その時点で電源回路１２-2に指示されている電源電圧Ｖopt を既述の５０ミリボルト以上高い値に更新する（以下、このような更新の処理を「上方修正処理」という。）（図２ステップＳ６）。
【００４２】
(2) このような上方修正処理の後にテスト回路１４の動作が正常である（回路１１の動作の正常性が確保される）ことの確認ができない場合には、上記「上方修正処理」を所定の頻度で反復する（図２ステップＳ７）。
【００４３】
さらに、監視回路１３は、上方修正処理によってテスト回路１４の動作が正常となった（回路１１の動作の正常性が確保される）ことを確認した場合には、その時点で電源回路１２-2に設定されている電源電圧Ｖopt と同じ電圧を電源回路１２-1に設定する（以下、このような処理を「電圧設定処理」という。）（図２ステップＳ８）。
なお、このような「電圧設定処理」の過程では、電源回路１２-1によって回路１１に電力が供給される電圧の低下に起因するその回路１１の正常な動作が不安定化が回避されるべき場合には、その電圧を低い値に更新する処理が省略されてもよい。
【００４４】
電源回路１２-1は、このようにして引き渡された電源電圧Ｖopt により、回路１１および監視回路１３に駆動電力を供給する。
【００４５】
また、監視回路１３は、上記「電圧設定処理」を完了した後、電源回路１２-2の稼働を規制する（図２ステップＳ９）ことにより、テスト回路１４に対する駆動電力の供給を一旦停止する（以下、このような処理を「間欠節電処理」という。）。さらに、監視回路１３は、所定の周期（頻度）で以下の処理を反復する。
(1) 電源回路１２-2の稼働の規制の解除（図２ステップＳ１０）
(2) 第二の初期電圧設定処理（図２ステップＳ２）
(3) 前置判別処理およびその結果に応じた下方更新処理、確認判別処理、上方修正処理、電圧設定処理および間欠節電処理（図２ステップＳ３〜Ｓ９）
【００４６】
すなわち、回路１１の電源電圧Ｖopt は、その回路１１の動作の正常性の判定基準となるテスト回路１４が正常に作動する最小の電源電圧以上の値に設定され、かつ維持される。
【００４７】
したがって、本実施形態では、回路１１は、定常的に稼働すべき回路であり、しかも、特性に偏差や変動が生じ得る場合であっても、無用な電力の消費が十分に低く抑えられ、かつ正常な動作が確度高く安定に維持される。
【００４８】
［第二の実施形態］
図３は、本発明の第二の実施形態を示す図である。
本実施形態と既述の第一の実施形態との構成の相違点は、以下の点にある。
【００４９】
(1) 本実施形態は、図１に示すＬＳＩ１０と異なるＬＳＩ２０として構成される。
(2) そのＬＳＩ２０とは異なるチップ上に形成（配置）された電源回路３０が備えられ、その電源回路３０の入力には、既述の「所定の電力」が与えられる。
【００５０】
(3) ＬＳＩ２０の構成は、ＬＳＩ１０の構成と以下の点で異なる。
(3-1) 電源回路１２-1に代えて電源回路２１が備えられる。
(3-2) その電源回路２１の入力には、電源回路３０の出力に接続される。
(3-2) 監視回路１３に代えて監視回路２２が備えられる。
(3-3) その監視回路２２の第一の出力は、電源回路２１には接続されず、電源回路３０の制御入力に接続される。
【００５１】
以下、図３を参照して本実施形態の動作を説明する。
本実施形態では、図１に示す電源回路１２-1に代えて、その電源回路１２-1と主要な機能が同じである電源回路３０が備えられる。電源回路２１は、電源回路３０によって電源電圧Ｖopt で供給される駆動電力を回路１１および監視回路２２に分配する。
【００５２】
また、監視回路２２と電源回路３０との連係は、既述の第一の実施形態における監視回路１３と電源回路１２-1との間における連係と同じである。
【００５３】
したがって、図１に示す電源回路１２-1に代わる電源回路３０が「回路１１が組み込まれたＬＳＩ２０」と異なるチップ上に配置されるにもかかわらず、第一の実施形態と同様に、無用な電力の消費が十分に低く抑えられ、かつ回路１１の正常な動作が確度高く安定に維持される。
【００５４】
なお、上述した各実施形態では、既述の電圧設定処理は、電源電圧Ｖopt が低い値に設定されるべき場合に限って行われてもよい。
【００５５】
また、上述した各実施形態では、既述の第一の初期電圧設定処理、第二の初期電圧設定処理および前置判別処理と、その前置判別処理の結果に応じて起動される下方更新処理、確認判別処理、上方修正処理、電圧設定処理および間欠節電処理とは、例えば、温度その他の環境条件の変動と、経年に応じた特性の変化との何れも許容される程度に少ない場合には、始動時に一度だけ行われてもよい。
【００５６】
さらに、上述した各実施形態では、回路１１に供給される駆動電力の電圧Ｖopt は、始動直後から回路１１が正常に稼働する必要がない場合には、例えば、電源回路１２-1、１２-2（２１、１２-2）が併合されることにより、「監視回路１３（２２）に供給される駆動電力の電圧以上の値に設定されてもよい。なお、このような併合により構成される電源回路は、例えば、既述の電圧Ｖopt を分圧することにより監視回路１３（２２）に駆動電力を供給してもよい。
【００５７】
また、上述した各実施形態では、既述の下方更新処理、上方修正処理、電圧設定処理の過程において監視回路１３（２１）と電源回路１２-1（２１）との間で引き渡される信号や情報については、既述の処理に等価な処理が実現されるならば、如何なるものであってもよい。
【００５８】
さらに、上述した各実施形態では、テスト回路１４は、下記の通りに構成されてもよい。
【００５９】
(1) 回路１１がメモリ回路である場合、そのメモリ回路の記憶セルの内、電源電圧に対してクリティカルに反応する記憶セルの組み合わせに相当する回路（と、これらの回路の動作の正常性を判別する回路）として構成される。
【００６０】
(2) 回路１１がプロセッサ（またはＤＳＰ）である場合、そのプロセッサ（またはＤＳＰ）の要素の内、電源電圧に対してクリティカルに反応する演算ユニット（と、その演算ユニットの動作の正常性を判別する回路）としてこ構成される。
【００６１】
(3) 回路１１がシフトレジスタである場合、そのシフトレジスタの段の内、電源電圧に対してクリティカルに反応する所定数の段に相当する回路（と、これらの回路の動作の正常性を判別する回路）として構成される。
【００６２】
また、本発明は、既述の電源回路１２-1（２１，３０）、１２-2、監視回路１３（２２）およびテスト回路１４に相当する回路を備えるならば、以下に列記する何れの観点においても多様な集積回路に適用可能である。
【００６３】
(1) パッケージの形式
(2) 集積度の大小
(3) モノリシック集積回路、ハイブリッド集積回路（マルチチップモジュール）、ＳＩＰ(System In Package)、ＳＯＣ
(System-on-a-chip)等の構成
【００６４】
(4) ウエハの素材、製造工程、プロセスルール等の製造および設計
(5) 汎用ＬＳＩ、汎用ロジックＩＣ、ＡＳＩＣ、システムＬＳＩ、ＡＳＳＰ、デジタル制御用ＬＳＩ、メモリ、アナログ集積回路等の機能
【００６５】
さらに、上述した各実施形態では、電源回路３０は、単にＬＳＩ２０と別体に構成されるだけではなく、例えば、ハイブリッド集積回路、ＷＳＩ、ＳＩＰの何れかに、ＬＳＩ２０と共に組み込み可能に構成されてもよい。
【００６６】
また、本発明は、ＬＳＩ１０（２０）に備えられ、かつ回路１１と同様に所定の機能を有する回路の全てに適用されなくてもよく、例えば、間欠的に稼働する回路に対する駆動電力の供給には、既述の従来例が適用されてもよい。
【００６７】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０,２０  ＬＳＩ
１１,２１  回路
１２,３０  電源回路
１３,２２  監視回路
１４  テスト回路
【図１】
2011175458.tif 000003
【図２】
2011175458.tif 000004
【図３】
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