(57)【要約】【課題】高集積で大規模な半導体装置では、消費電力が増大し、その影響として、隣接論理領域への電源ノイズの発生や、（大）電流消費による内部電源電圧の降下等の懸念を払拭した半導体装置の提供など。【解決手段】内部論理回路領域用の内部電源電圧と、外部入出力領域用の外部電源電圧とが異なり、単一の外部電源を降圧して内部論理回路領域へ電源供給するレギュレータを内蔵する半導体装置において、発生電圧を個別に設定できる複数のレギュレータを有し、２つ以上に分割された内部論理回路領域に対して、異なる電圧を供給する機能を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部論理回路領域用の内部電源電圧と、外部入出力領域用の外部電源電圧とが異なり、単一の外部電源を降圧して内部論理回路領域へ電源供給するレギュレータを内蔵する半導体装置において、発生電圧を個別に設定できる複数のレギュレータを有し、２つ以上に分割された内部論理回路領域に対して、異なる電圧を供給する機能を備えたことを特徴とするレギュレータ内蔵型半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、内部論理回路領域を、半導体装置の中心に近い中央部と、外部入出力回路に近い周辺部に分割し、個々に独立したレギュレータから電源供給し、内部論理回路領域周辺部の電源電圧と比較して、内部論理回路中央部の電源電圧を高電位に設定することを特徴とするレギュレータ内蔵型半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、内部論理回路領域中央部へ供給後の電圧を観測する機能を備え、観測された電圧値に応じて、該領域へ電源供給するレギュレータに対して発生電圧を変動させる機能を備えた事を特徴とするレギュレータ内蔵型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レギュレータを内蔵する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レギュレータを内蔵する半導体装置が知られている。
図６は、半導体装置への電源供給方式の従来例を示した例であり、ひとつの半導体装置に、少なくとも２つ以上の電源電圧（この図では、ＶＣＣ１とＶＣＣ２の２種類）を供給する必要があった。
図７は、レギュレータを内蔵して単一電源を実現した半導体装置の別の例を示したものであり、内部論理回路の電源を、内臓レギュレータから供給している。図６、図７いずれの例においても、内部論理回路中央部へのＩＲドロップの対策は、電源供給の配線幅、配線の本数を変化させる程度の対策しかできず、根本的に問題を解決することはできなかった（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２３４８５１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５０１５２号公報
【特許文献３】
特許第３０８００１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高集積で大規模な半導体装置では、消費電力が増大し、その影響として、隣接論理領域への電源ノイズの発生や、（大）電流消費による内部電源電圧の降下が懸念されている。
本発明を用いる事で、分離された内部論理回路領域に対して、独立した電源供給が可能となり、隣接領域からの影響を低減させる事を目的とする（請求項１）。
【０００５】
また、大規模な半導体集積回路では、内部論理回路電力消費と電源配線抵抗成分によって、半導体装置のチップ中央部にＩＲドロップと呼ばれる内部電源電圧降下が発生すると、トランジスタ性能が劣化し、論理回路の応答速度が遅くなるといった、性能劣化が発生する。内部論理回路中央部の電源電圧を、周辺部に比べて高電位に設定する事で、論理回路の性能劣化を抑える事を目的とする（請求項２）。
【０００６】
さらに、大規模な半導体集積回路では、内部論理回路電力消費と電源配線抵抗成分によって、半導体装置のチップ中央部に、ＩＲドロップと呼ばれる内部電源電圧降下が発生すると、トランジスタ性能が劣化し、論理回路の応答速度が遅くなるといった、性能劣化が発生する。内部論理回路中央部の電源電圧変動を観測し、フィードバック制御が可能となり、論理回路の性能劣化を抑えながら、余分な電力消費を抑える事を目的とする（請求項３）。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレギュレータ内蔵型半導体装置の発明は、内部論理回路領域用の内部電源電圧と、外部入出力領域用の外部電源電圧とが異なり、単一の外部電源を降圧して内部論理回路領域へ電源供給するレギュレータを内蔵する半導体装置において、発生電圧を個別に設定できる複数のレギュレータを有し、２つ以上に分割された内部論理回路領域に対して、異なる電圧を供給する機能を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載のレギュレータ内蔵型半導体装置の発明は、請求項１において、内部論理回路領域を、半導体装置の中心に近い中央部と、外部入出力回路に近い周辺部に分割し、個々に独立したレギュレータから電源供給し、内部論理回路領域周辺部の電源電圧と比較して、内部論理回路中央部の電源電圧を高電位に設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載のレギュレータ内蔵型半導体装置の発明は、請求項２において、内部論理回路領域中央部へ供給後の電圧を観測する機能を備え、観測された電圧値に応じて、該領域へ電源供給するレギュレータに対して発生電圧を変動させる機能を備えた事を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、一つの半導体装置上に、内部論理回路領域用の内部電源電圧と、外部入出力領域用の外部電源電圧との複数の電源電圧を必要とする半導体装置に関する。
このような半導体装置における内部論理回路用電源電圧は、半導体製造技術の微細化の進歩に伴い、低電圧化に進む方向にあり、製造技術の世代が変われば、供給する電源電圧を変更しなければならない。複数の半導体装置を使用してシステム装置を構成する場合、同一システム基板上に、半導体製造技術世代の異なる半導体装置を搭載する場合、複数の異なる電源電圧を準備する必要が生じ、システム基板設計の電源設計が複雑になり、部品コストも高くなってしまう。
【００１１】
本発明のレギュレータ内蔵半導体装置を用いる事で、システム基板から該半導体装置へ供給する電源電圧は１系統で実現でき、システム基板設計の容易化と、部品コストの低減を同じに実現することが可能となる。
また同時に、内部論理回路領域を複数の領域に分割し、電源供給を独立させる事で、ＩＲドロップと呼ばれる、内部論理回路中央部の電圧降下の問題を解消し、単一電源供給でありながら、かつ安定した動作を実現することを可能とする。
【００１２】
図６は、半導体装置への電源供給方式の従来例を図式化したもので、ひとつの半導体装置に、少なくとも２つ以上の電源電圧を供給する必要があった。
図７は、レギュレータを内蔵して単一電源を実現した半導体装置の従来例を図式化したもので、内部論理回路の電源は、内臓レギュレータから供給している。
【００１３】
図６、図７いずれの例においても、内部論理回路中央部へのＩＲドロップの対策は、電源供給の配線幅、本数を変化させる程度の対策しかできず、根本的に問題を解決することはできなかった。
【００１４】
図１は、内蔵レギュレータの一実現例で、“ＩＮ”の部分から外部電源が入力される。Ｔｒ３のゲート電圧Ｖｒｅｆと、Ｔｒ４のゲート電位を同電位となる様に、デプレッショントランジスタＴｒ６のゲート電位が調整される。またＲ１〜Ｒｎで構成される直列抵抗で構成された分圧回路によって、“ＯＵＴ”から出力される電圧レベルを決定できる。図１に示す例の場合、分圧抵抗で決められた“ＯＵＴ”電圧は、ある一定に固定されているのが基本である。
【００１５】
図２は、請求項１の発明の実施形態例であり、内部論理回路領域を複数の領域（モジュール１から４）に分割し、個々のモジュールへの電源供給用に独立したレギュレータを１個づつ配置することを特徴としている。これにより各モジュールの電源は、隣接するモジュールと分離することができ、ある任意のモジュールで電力消費が多くなり、電源電圧の変動等のノイズ要因が発生する可能性が高まった場合であっても、このノイズ発生区域には安定な電源を供給してノイズ源となるのを極力抑えると共に、隣接モジュールへは安定した電源供給を行う事が可能となり、内部論理回路の安定動作を実現する事が可能となる。
【００１６】
図３は、請求項２の発明の実施形態例であり、この例では、内部論理回路領域を複数の領域（モジュール１から５）に分割されている。中央部のモジュール５への電源供給用の接続線は、周辺のモジュール１〜４に比べ、配線抵抗が多くなってしまい、モジュール５内部での電力消費が大きい場合、電源電圧が降下する可能性が高くなるため、Ｒｅｇ５（レギュレータ５）の出力電圧は、Ｒｅｇ１〜４（レギュレータ１〜４）の出力電圧に比べ、高く設定する。
これにより、中央部のモジュール５の電圧レベルが低くなる事が防げ、内部論理回路全てのモジュールの安定動作が保証される。
【００１７】
図４は、請求項３の発明の実施形態例であり、この例では、内部論理回路モジュールの内、電圧レベルが変動する危険性の高いモジュールの電圧を観測する電圧判定機能回路を内蔵している。図３に示す実施形態例では、モジュール５の電圧レベルを電圧判定機能回路で判定し、推奨動作に適した電圧レベルと比較して、結果が高く得られた場合には、Ｒｅｇ５に対して“ＯＵＴ”電圧を低く変更する指示を、結果が低く得られた場合には、Ｒｅｇ５に対して“ＯＵＴ”電圧を高く変更する指示を与える。このような指示は、フィードバック制御を用いて行うため、このような制御により、電圧変動が懸念されたモジュール５の電圧レベルは、常に、推奨動作に適した電圧レベルで安定供給される。これによって、たとえばノイズを起こさないがノイズを起こしやすい状況が続いても、安定供給された電源が供給されることによって、ノイズは発生しない。
【００１８】
図５は、内蔵レギュレータの他の１例であり、図１のレギュレータと同様に、“ＩＮ”から外部電源が入力される。Ｔｒ３のゲート電圧Ｖｒｅｆと、Ｔｒ４のゲート電位を同電位とする様に、デプレッショントランジスタＴｒ６のゲート電位が調整される。Ｒ１〜Ｒｎで構成される直列抵抗で構成された分圧回路からＴｒ４ゲートへの接続位置を、Ｓ１、Ｓ２としたスイッチにより選択する事で、“ＯＵＴ”から出力する電圧レベルを変更する事が可能である。
【００１９】
図５に示すレギュレータは、図１に示すレギュレータに代えて本発明の半導体装置に内蔵することができる。なおスイッチＳ１、Ｓ２を構成するトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴを用いているが、このスイッチは、他のスイッチ手段であってもよい。またＭＯＳＦＥＴは、一般にはｎ−型が用いられるが、ｐ−型であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
２つ以上に分割された内部論理回路領域に対して、独立したレギュレータから電源の供給を可能にする事で、隣接する内部論理回路領域の電流消費による電源電圧降下やノイズの影響を低減することが可能となる（請求項１）。
【００２１】
内部論理回路領域中央部への供給電圧を予め高く設定しておく事で、内部論理回路電力消費と電源配線抵抗成分による電源電圧降下が発生しても、内部論理回路領域中央部の性能劣化を抑える事が可能となる（請求項２）。
【００２２】
内部論理回路電力消費と電源配線抵抗成分による電源電圧降下状態を観測し、該当領域のレギュレータ供給電圧を制御可能にする事で、内部論理回路全領域均一な電源供給が可能となる（請求項３）。
このような本発明のレギュレータ内蔵半導体装置は、ＯＡ機器、ＡＶ機器、通信機器あるいはＰＣ関連機器等に使用することができ、このような本発明のレギュレータ内蔵半導体装置を有する上記機器は、上記した効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレギュレータ内臓半導体装置に使用されるレギュレータの１例を示す図である。
【図２】本発明に係るレギュレータ内臓半導体装置の一例を示す図である（請求項１）。
【図３】本発明に係るレギュレータ内臓半導体装置の他の一例を示す図である（請求項２）。
【図４】本発明に係るレギュレータ内臓半導体装置の他の一例を示す図である（請求項３）。
【図５】本発明に係るレギュレータ内臓半導体装置に使用される他のレギュレータの１例を示す図である。
【図６】従来のレギュレータ内臓の半導体装置の一例を示す図である。
【図７】従来のレギュレータ内臓の半導体装置の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
ＲＥＧ１〜ＲＥＧ５  レギュレータ１〜５
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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