(57)【要約】      （修正有）【課題】  集積回路の動作モードの切り替え時に電源電圧に発生するスパイクを軽減し、電源電圧を安定化するとともに、電源電圧のアンダーシュート量とオーバーシュート量を小さくして、検査時や実使用時において、動作モード切り替えの際におけるＩＣの誤動作を防止する。【解決手段】  動作周波数が異なる動作モードに切り替える場合における集積回路の動作周波数制御方法であって、切り替え後の動作モードにおける動作周波数に向かって、前記集積回路の動作周波数を段階的に変化させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作周波数が異なる動作モードに切り替える場合における集積回路の動作周波数制御方法であって、
切り替え後の動作モードにおける動作周波数に向かって、前記集積回路の動作周波数を段階的に変化させる
集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路の動作開始時、又は前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数が切り替え前の動作モードにおける動作周波数よりも高いときに、前記集積回路の動作周波数を段階的に高くする
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路の動作終了時、又は前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数が切り替え前の動作モードにおける動作周波数よりも低いときに、前記集積回路の動作周波数を段階的に低くする
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
クロック供給源が前記集積回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記集積回路の動作周波数を変化させる
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
クロック供給源からクロックの供給を受けた周波数変調回路が前記集積回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記集積回路の動作周波数を変化させる
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記周波数変調回路が前記集積回路と同一の実装ボード上に装着されている
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項７】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路が周波数変調回路と内部回路とを備えており、
クロック供給源からクロックの供給を受けた前記周波数変調回路が前記内部回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記内部回路の動作周波数を変化させる
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路が、前記周波数変調回路が前記内部回路に与えるクロックの周波数を変化させるタイミングを制御する制御信号発生回路を更に備える
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項９】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路に供給される電源電圧の変動が所定の範囲内に収まるように、前記動作周波数の段階の数及び前記段階のそれぞれの動作周波数が設定されている
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、
前記集積回路の検査を行う際に、前記集積回路の動作周波数が前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数に変化する前においては、前記集積回路についての良品／不良品判定を行わないようにする
ことを特徴とする集積回路の動作周波数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路に関し、特に、集積回路の動作周波数を変化させる際に生ずる電源電流の急激な変化を軽減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の内部回路に供給されるクロックの位相を調整することによって、集積回路の安定動作時の電源電圧変動を抑える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−８８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、供給されるクロックの位相を調整することで、電源電圧を安定化することができる。しかしながら、この技術によっても、停止状態から動作状態へ、動作状態から停止状態へ、消費電力が小さい動作モードから消費電力が大きい動作モードへ、又は消費電力が大きい動作モードから消費電力が小さい動作モードへ、集積回路の動作モードが切り替わる際に、電源電流が変動し、その結果、電源電圧にスパイクが発生していた。すなわち、動作モードが切り替わる際に、電源電圧変動を抑えることができないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、集積回路の動作モードの切り替え時に電源電圧に発生するスパイクを軽減し、電源電圧を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１の発明が講じた手段は、動作周波数が異なる動作モードに切り替える場合における集積回路の動作周波数制御方法であって、切り替え後の動作モードにおける動作周波数に向かって、前記集積回路の動作周波数を段階的に変化させるものである。
【０００６】
これによると、集積回路の動作周波数を段階的に変化させるので、動作モードを切り替える場合の電源電流の変動を抑えることができる。したがって、電源電圧に生じるスパイクを小さくすることができ、電源電圧を安定化することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路の動作開始時、又は前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数が切り替え前の動作モードにおける動作周波数よりも高いときに、前記集積回路の動作周波数を段階的に高くするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路の動作終了時、又は前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数が切り替え前の動作モードにおける動作周波数よりも低いときに、前記集積回路の動作周波数を段階的に低くするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、クロック供給源が前記集積回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記集積回路の動作周波数を変化させるものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、クロック供給源からクロックの供給を受けた周波数変調回路が前記集積回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記集積回路の動作周波数を変化させるものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記周波数変調回路が前記集積回路と同一の実装ボード上に装着されているものである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路が周波数変調回路と内部回路とを備えており、クロック供給源からクロックの供給を受けた前記周波数変調回路が前記内部回路に与えるクロックの周波数を変化させることによって、前記内部回路の動作周波数を変化させるものである。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路が、前記周波数変調回路が前記内部回路に与えるクロックの周波数を変化させるタイミングを制御する制御信号発生回路を更に備えるものである。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路に供給される電源電圧の変動が所定の範囲内に収まるように、前記動作周波数の段階の数及び前記段階のそれぞれの動作周波数が設定されているものである。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項１に記載の集積回路の動作周波数制御方法において、前記集積回路の検査を行う際に、前記集積回路の動作周波数が前記切り替え後の動作モードにおける動作周波数に変化する前においては、前記集積回路についての良品／不良品判定を行わないようにするものである。
【００１６】
これによると、検査時において、良品／不良品判定が正確に行えない場合に判定を行わないようにするので、誤判定を避けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、集積回路の動作モードの切り替え時に電源電圧に発生するスパイクを軽減し、電源電圧を安定化することができる。電源電圧のアンダーシュート量を削減し、アンダーシュート発生期間を短縮することができるので、集積回路の動作に不具合が生じないようにし、かつ、電源電圧が回復するのを待つ時間を短縮することができる。また、電源電圧のオーバーシュート量を小さくすることもできる。したがって、検査時や実使用時において、動作モード切り替えの際における集積回路の誤動作防止、動作切り替え時間短縮、及び過電圧による破壊防止を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る回路のブロック図である。図１の回路は、周波数変調機能付きクロック供給源２と、集積回路（以下では、ＬＳＩと称する）４とを備えている。ＬＳＩ４は、プリント基板等の実装ボード上に装着されている。
【００２０】
ＬＳＩ４は電源回路（図示せず）に接続されており、ＬＳＩ４には、定常状態においては電源回路から電圧Ｅ０が与えられている。以下では、電源回路がＬＳＩ４以外に供給する電流を考慮しないことにする。すると、ＬＳＩ４に供給される電流は、電源回路が供給する電源電流ｉに等しい。
【００２１】
図２は、動作モードを変化させた場合のＬＳＩ４の動作を示すグラフである。（ａ）はＬＳＩ４に供給される電流（電源電流）、（ｂ）はＬＳＩ４に与えられる電源電圧、（ｃ）はＬＳＩ４の内部回路のクロック周波数を表している。
【００２２】
図２に示されているように、動作モードＭ１，Ｍ２，Ｍ３におけるＬＳＩ４の動作周波数（ＬＳＩ４の内部回路のクロック周波数）は、それぞれ周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３である。また、停止状態もＬＳＩ４の動作モードのうちの１つであるとする。ＬＳＩ４の実装ボード上やＬＳＩ４内部の電源ラインにはインダクタンス成分Ｌがあるので、電源回路が供給する電源電流ｉが変化すると、スパイク電圧ΔＶ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔが発生し、図２（ｂ
）に示されているように電源電圧がアンダーシュート又はオーバーシュートする。
【００２３】
まず、ＬＳＩ４の動作モードを停止状態から動作モードＭ１に切り替える場合には、クロック供給源２は、動作モードＭ１における動作周波数ｆ１に向かって、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に高くし（周波数変調期間ＦＭ１）、ＬＳＩ４を動作周波数ｆ１で動作させる（動作モードＭ１）。具体的には、クロック供給源２は、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を、時刻Ｔ０において周波数ｆａに上昇させ、更にその後周波数ｆ１に上昇させる（図２（ｃ）参照）。
【００２４】
ＬＳＩ４に供給される電流は、時刻Ｔ０において電流Ｉａに、その後クロック周波数がｆ１になると電流Ｉ１に増加する（図２（ａ）参照）。ＬＳＩ４の電源電圧値は、時刻Ｔ０において一旦低下した後に上昇し、その後クロック周波数がｆ１になったときに再び低下した後に上昇し、時刻Ｔ１においてほぼ電圧Ｅ０になる（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
もし、クロック供給源２が、クロックの周波数を周波数ｆａにすることなく、周波数ｆ１のクロックの供給を急に始めたとすると、電源電流ｉが瞬時に０からＩ１に変化し、電源電圧が大きくアンダーシュートする。これを避けるために、クロック供給源２は、周波数変調期間ＦＭ１において、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を段階的に上昇させている。すると、単位時間当たりの電流変動量：ｄｉ／ｄｔが小さくなり、電源電圧に生じるスパイクを時間軸上に分散させることができるので、電源電圧のアンダーシュートの大きさを抑え、電源電圧の安定化を実現することができる。
【００２６】
ＬＳＩ４の動作モードを、動作周波数が低く電流消費量が小さい動作モードＭ１から、動作周波数が高く電流消費量が大きい動作モードＭ２に切り替える場合には、クロック供給源２は、動作モードＭ２における動作周波数ｆ２に向かって、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に高くし（周波数変調期間ＦＭ２）、ＬＳＩ４を動作周波数ｆ２で動作させる（動作モードＭ２）。具体的には、クロック供給源２は、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を、時刻Ｔ２において周波数ｆｂに、その後周波数ｆｃに、更にその後周波数ｆ２に上昇させる（図２（ｃ）参照）。
【００２７】
ＬＳＩ４に供給される電流は、時刻Ｔ２において電流Ｉｂに、その後電流Ｉｃ，Ｉ２に増加する（図２（ａ）参照）。ＬＳＩ４の電源電圧値は、クロックの周波数が上昇する毎に、一旦低下した後に上昇することを繰り返し、時刻Ｔ３においてほぼ電圧Ｅ０になる（図２（ｂ）参照）。
【００２８】
ＬＳＩ４の動作モードを、動作周波数が高く電流消費量が大きい動作モードＭ２から動作周波数が低く電流消費量が小さい動作モードＭ３に切り替える場合には、クロック供給源２は、動作モードＭ３における動作周波数ｆ３に向かって、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に低くし（周波数変調期間ＦＭ３）、ＬＳＩ４を動作周波数ｆ３で動作させる（動作モードＭ３）。具体的には、クロック供給源２は、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を、時刻Ｔ４において周波数ｆｄに下降させ、更にその後周波数ｆ３に下降させる（図２（ｃ）参照）。
【００２９】
ＬＳＩ４に供給される電流は、時刻Ｔ４において電流Ｉｄに、その後電流Ｉ３に減少する（図２（ａ）参照）。ＬＳＩ４の電源電圧値は、クロックの周波数が下降する毎に、一旦上昇した後に下降することを繰り返し、時刻Ｔ５においてほぼ電圧Ｅ０になる（図２（ｂ）参照）。
【００３０】
もし、クロック供給源２が、クロックの周波数を、周波数ｆｄにすることなく、周波数ｆ２から周波数ｆ３に急に変化させたとすると、電源電流ｉが瞬時にＩ２からＩ３に変化し、電源電圧が大きくオーバーシュートする。これを避けるために、クロック供給源２は、周波数変調期間ＦＭ３において、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を段階的に下降させている。すると、単位時間当たりの電流変動量：ｄｉ／ｄｔが小さくなり、電源電圧に生じるスパイクを時間軸上に分散させることができるので、電源電圧のオーバーシュートの大きさを抑え、電源電圧の安定化を実現することができる。
【００３１】
更に、ＬＳＩ４の動作モードを、動作モードＭ３から停止状態に切り替える場合には、クロック供給源２は、動作周波数０に向かって、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に低くし（周波数変調期間ＦＭ４）、ＬＳＩ４を停止状態にする。具体的には、クロック供給源２は、ＬＳＩ４に供給するクロックの周波数を、一旦時刻Ｔ６において周波数ｆｅにし、その後周波数ｆｇに下降させ、更にその後クロックの供給を停止する（図２（ｃ）参照）。
【００３２】
ＬＳＩ４に供給される電流は、時刻Ｔ６において電流Ｉｅに、その後電流Ｉｇ，０に減少する（図２（ａ）参照）。ＬＳＩ４の電源電圧値は、クロックの周波数が下降する毎に、一旦上昇した後に下降することを繰り返し、時刻Ｔ７においてほぼ電圧Ｅ０になる（図２（ｂ）参照）。
【００３３】
ここでは、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に変化させる際の動作周波数の段階の数（クロックの変調ステップ数）を、ＬＳＩ４の動作モードの変化によって生じる電源電流ｉの変化の大きさに応じた数としている。例えば、図２の場合は、ＬＳＩ４の動作モードの変化によって生じる電源電流ｉの変化を比較すると、（Ｉ１−Ｉ０）＜（Ｉ２−Ｉ１）である。そこで、クロックの変調ステップ数を、動作開始時にはｆ０→ｆａ→ｆ１の２ステップとし、動作モードＭ１から動作モードＭ２への変化時には、ｆ１→ｆｂ→ｆｃ→ｆ２の３ステップとしている。
【００３４】
また、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に変化させる際における動作周波数の段階の数及び各段階の動作周波数は、ＬＳＩ４に供給される電源電圧の変動が所定の範囲内に収まるように設定されている。
【００３５】
なお、ＬＳＩ４の動作周波数を段階的に変化させる際における、クロックの変調ステップ数や周波数変動量は、ＬＳＩ４に供給される電源電圧の変動がＬＳＩ４の動作保証範囲内であるようにするのであれば、以上で説明した例と異なっていてもよい。
【００３６】
また、図２では、動作モード１、動作モード２、及び動作モード３の３種類の動作モードを用いて説明したが、動作モード数はこれとは異なっていてもよい。
【００３７】
図３は、図１の回路の変形例を示すブロック図である。図３の回路は、クロック供給源１２と、制御信号源１４と、周波数変調回路１６と、ＬＳＩ４とを備えている。周波数変調回路１６とＬＳＩ４とは、同一の実装ボード上に装着されている。
【００３８】
クロック供給源１２は、周波数が一定のクロックＣＬを周波数変調回路１６に出力する。周波数変調回路１６は、制御信号源１４から出力された制御信号ＣＴに従ってクロックＣＬの周波数を変化させてＬＳＩ４に出力し、ＬＳＩ４の動作周波数を変化させる。制御信号源１４は、周波数変調回路１６が出力するクロックの周波数及びその周波数を変化させるタイミングを図２（ｃ）のように制御する制御信号ＣＴを出力する。すなわち、図３のクロック供給源１２、制御信号源１４、及び周波数変調回路１６は、全体として、既に説明した図１のクロック供給源２と同様に動作するものであり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３９】
図３の回路によると、周波数変調回路１６とＬＳＩ４とが同一の実装ボード上に装着されているので、周波数が一定のクロックＣＬを実装ボードに与えるようにした場合でも、クロックＣＬの周波数を図２（ｃ）のように変化させることができる。
【００４０】
図４は、図１の回路の他の変形例を示すブロック図である。図４の回路は、クロック供給源１２と、制御信号源１４と、ＬＳＩ２０とを備えている。ＬＳＩ２０は、周波数変調回路２６と、内部回路２８とを有している。周波数変調回路２６及び内部回路２８は、同一の半導体基板上に形成されていてもよい。
【００４１】
周波数変調回路２６は、図３の周波数変調回路１６と同様の機能を有する回路であり、内部回路２８は、図３のＬＳＩ４に相当する。周波数変調回路２６は、制御信号源１４から出力された制御信号ＣＴに従ってクロックＣＬの周波数を変化させて内部回路２８に出力し、内部回路２８の動作周波数を変化させる。
【００４２】
図５は、図１の回路の更に他の変形例を示すブロック図である。図５の回路は、クロック供給源１２と、ＬＳＩ２２０とを備えている。ＬＳＩ２２０は、制御信号発生回路２４と、周波数変調回路２６と、内部回路２８とを有している。制御信号発生回路２４、周波数変調回路２６、及び内部回路２８は、同一の半導体基板上に形成されていてもよい。
【００４３】
制御信号発生回路２４及び周波数変調回路２６は、図３の制御信号源１４及び周波数変調回路１６とそれぞれ同様の機能を有する回路であり、内部回路２８は、図３のＬＳＩ４に相当する。制御信号発生回路２４は、周波数変調回路２６が出力するクロックの周波数及びその周波数を変化させるタイミングを図２（ｃ）のように制御する制御信号ＣＴを出力する。
【００４４】
図４及び図５の回路は、ＬＳＩ２０，２２０内に周波数変調回路２６や制御信号発生回路２４を含むようにした点の他は、図３と同様であるので、図４及び図５についての詳細な説明は省略する。
【００４５】
図６は、図３〜５の周波数変調回路の構成の例を示すブロック図である。図６の周波数変調回路は、位相同期回路（以下では、ＰＬＬと称する）５２と、自励発振回路５４と、マルチプレクサ（ＭＵＬ）５６と、分周回路５８とを備えている。
【００４６】
ＰＬＬ５２は、クロック供給源１２から与えられたクロックＣＬに同期した信号をマルチプレクサ５６に出力する。自励発振回路５４は、クロックＣＬに関わりなく発振して生成した信号をマルチプレクサ５６に出力する。マルチプレクサ５６は、制御信号ＣＴに従って、ＰＬＬ５２の出力、自励発振回路５４の出力、及びクロックＣＬのうちから１つを選択し、分周回路５８に出力する。分周回路５８は、制御信号ＣＴで指定された分周比でマルチプレクサ５６の出力を分周し、出力する。
【００４７】
なお、マルチプレクサ５６を使用せず、ＰＬＬ５２の出力、自励発振回路５４の出力、又はクロックＣＬを、分周回路５８に直接与えるようにしてもよい。
【００４８】
図７は、検査時におけるダミーサイクルの挿入についての説明図である。ＬＳＩの検査時において図２（ａ）〜（ｃ）のようにＬＳＩ４や内部回路２８に与えるクロックの周波数を変化させると、周波数変調期間ＦＭ１〜ＦＭ４においては、電源電圧が変動するので良品であるか否かの判定（良品／不良品判定）が正確に行えない可能性があり、良品を不良品として判定してしまう場合がある。
【００４９】
そこで、周波数変調期間ＦＭ１〜ＦＭ４においては、良品／不良品判定を行わないようにする。すなわち、周波数変調期間ＦＭ１〜ＦＭ４には、良品／不良品判定を行わないダミーサイクルを挿入するようにする。
【００５０】
例えば、図７のように、クロック周波数がｆ１である動作モードＭ１においては、良品／不良品判定を行う動作サイクルＣ１を実行する。その後、クロック周波数がｆｂである期間と、クロック周波数がｆｃである期間には、各動作モードで用いられるべき周波数以外の周波数のクロックがＬＳＩ４や内部回路２８に与えられるので、ダミーサイクルを実行する。その後、クロック周波数がｆ２である動作モードＭ２においては、良品／不良品判定を行う動作サイクルＣ２を実行するようにする。
【００５１】
ダミーサイクルを挿入すべきポイントは、クロック周波数の変化パターンからソフトウェアで自動検出するようにしてもよい。また、ダミーサイクルは、手動で挿入してもよいし、ソフトウェアで自動挿入してもよい。
【００５２】
このように、ダミーサイクルを挿入することにより、誤判定を回避することができ、かつ、周波数変調期間ＦＭ１〜ＦＭ４を任意に設定することが可能となる。なお、誤判定が生じない場合には、ダミーサイクルは挿入しなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、集積回路の動作モード切り替え時に電源電圧に生じるスパイクを軽減し、電源電圧を安定化させることができるので、集積回路等について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る回路のブロック図である。
【図２】動作モードを変化させた場合のＬＳＩの動作を示すグラフである。（ａ）はＬＳＩに供給される電流（電源電流）、（ｂ）はＬＳＩに与えられる電源電圧、（ｃ）はＬＳＩの内部回路のクロック周波数を表す。
【図３】図１の回路の変形例を示すブロック図である。
【図４】図１の回路の他の変形例を示すブロック図である。
【図５】図１の回路の更に他の変形例を示すブロック図である。
【図６】図３〜５の周波数変調回路の構成の例を示すブロック図である。
【図７】検査時におけるダミーサイクルの挿入についての説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
２，１２  クロック供給源
４，２０，２２０  集積回路（ＬＳＩ）
１４  制御信号源
１６，２６  周波数変調回路
２４  制御信号発生回路
２８  内部回路
【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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