(57)【要約】【課題】  半導体集積回路が利用されるシステムの動作にあわせて良好な電源ノイズの抑制効果を得ると共に、リーク電流を直接最適化する半導体集積回路を提供する。【解決手段】  機能回路部と、機能回路部と対応するデカップリング回路とを有し、デカップリング回路について、第１の状態と当該第１の状態よりデカップリング効果の高い第２の状態とを切り替えるデカップリング制御手段とを有する。デカップリング制御手段は、前記機能回路部が動作状態に遷移することに応じて前記デカップリング回路を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える。【選択図】  図１
2013118451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能回路部と、
前記機能回路部と対応するデカップリング回路と、
前記デカップリング回路について、第１の状態と当該第１の状態よりデカップリング効果の高い第２の状態とを切り替えるデカップリング制御手段とを有し、
前記デカップリング制御手段は、前記機能回路部が動作状態に遷移することに応じて前記デカップリング回路を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記機能回路部へ供給する電源を制御する電源制御手段をさらに有し、
前記デカップリング回路は、前記電源制御手段によって前記機能回路部と一緒に電源を供給されるように対応している回路領域に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記デカップリング回路に対応するスイッチをさらに有し、
前記デカップリング制御手段は、前記スイッチを制御することで前記デカップリング回路の状態を切り替える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
半導体集積回路の機能を実現する機能回路部と同一の電源ドメインにデカップリングキャパシタを含む半導体集積回路であって、
前記デカップリングキャパシタは、電源とグランドの間に電荷の蓄積をするか否かを制御する電源スイッチを有し、
当該半導体集積回路の回路動作状態に応じて、前記デカップリングキャパシタの前記電源スイッチを制御するキャパシタ電源制御部を有する
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
当該半導体集積回路の動作を制御する回路動作制御部を更に有し、
前記回路動作制御部は、
前記機能回路部を制御する機能制御部と、
前記機能回路部へのクロック供給を制御するクロック制御部と、
前記機能回路部への電源供給を制御する電源制御部と
を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記デカップリングキャパシタの電源スイッチの制御を、当該半導体集積回路の回路動作状態に応じて、前記機能制御部の制御情報を用いて実現する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記デカップリングキャパシタの電源スイッチの制御を、当該半導体集積回路の回路動作状態に応じて、前記クロック制御部の制御情報を用いて実現する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記デカップリングキャパシタの電源スイッチの制御を、当該半導体集積回路の回路動作状態に応じて、前記電源制御部の制御情報を用いて実現する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
機能回路部と、前記機能回路部と対応するデカップリング回路と、を備える半導体集積回路の制御方法であって、
前記機能回路部が動作状態に遷移することに応じて前記デカップリング回路を第１の状態から当該第１の状態よりデカップリング効果の高い第２の状態へ切り替える
ことを特徴とする半導体集積回路の制御方法。
【請求項１０】
半導体集積回路の機能を実現する機能回路部と同一の電源ドメインにデカップリングキャパシタを含み、前記デカップリングキャパシタは、電源とグランドの間に電荷の蓄積をするか否かを制御する電源スイッチを備える半導体集積回路の制御方法であって、
当該半導体集積回路の回路動作状態に応じて、前記デカップリングキャパシタの前記電源スイッチを制御する
ことを特徴とする半導体集積回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路に関するものであり、特に、半導体のスイッチングによる電源のノイズを抑制するデカップリングキャパシタを有する半導体集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴い半導体集積回路に印加する電源電圧が低くなってきており、電源供給経路で観測されるノイズ（以降、電源ノイズと記載）の影響が半導体集積回路の動作電圧に対して無視できなくなってきている。
【０００３】
特に、半導体集積回路のＭＯＳトランジスタが動作する際に発生する電流変化に伴う電源ノイズ（スイッチングノイズ）は、クロックバッファ等の、高速で電気容量の大きなトランジスタを動作させる場合に常に問題とされている。
【０００４】
また、リーク電流削減の直接的な構成として、近年、半導体集積回路内部の電源遮断の技術が用いられるようになった。電源遮断を実施する場合、従来のＭＯＳトランジスタによる電源ノイズに加えて、電源の投入と遮断を行う電源スイッチの電源ノイズが他の回路に影響しないようデカップリングキャパシタを配置する場合がある。
【０００５】
このノイズ対処法としては、半導体集積回路内にデカップリングキャパシタを配置して回路動作時の電流変化に伴う電圧変動を抑制する方法がある。
【０００６】
しかしながら、近年、半導体プロセスの微細化が進み、電界効果トランジスタではゲート電極の下の絶縁層となるゲート酸化膜が薄くなり、ゲート電極からのリーク電流の増加が問題となってきている。
【０００７】
半導体集積回路内に配置するデカップリングキャパシタは、一般に誘電率の高いゲート酸化膜を利用して構成されることが多い。従って、より微細化されたプロセスにおけるデカップリングキャパシタの利用はリーク電流の増加に繋がる可能性が高い。このため、より微細化されたプロセスで半導体集積回路を設計する場合は、ノイズの対策のためデカップリングキャパシタを多めに搭載するという従来の手法ではリーク電力が増加してしまう。
【０００８】
この状況に対応するため、電源ノイズが発生しそうな箇所を設計段階でシミュレーションにより特定し、その場所にデカップリングキャパシタを配置する方法として、例えば、特許文献１がある。
【０００９】
また、トランジスタや電源スイッチから発生する電源ノイズの他に半導体集積回路の低電圧化に伴い電源ノイズ共振による電源ノイズが問題となる場合がある。これは、デカップリングキャパシタを含む半導体集積回路は全般的に受動素子としての側面を持ち、クロック等のある動作の影響を受け特定周波数で共振して電源ノイズを発生する。このため、計算あるいは測定により共振ノイズの特性を特定し、電源スイッチに接続された複数のデカップリングキャパシタを制御して共振ノイズを抑制する方法として、例えば、特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−９９７８号公報
【特許文献２】特開２００８−２４２９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
回路内部の電源遮断を行う場合、電源スイッチの近傍に電源ノイズ抑制用のデカップリングキャパシタを必要な電気容量だけ配置しなければならない。しかしながら、これらデカップリングキャパシタの多くは電源スイッチの状態が遷移しない定常的な動作状態ではあまり必要のないものであり、デカップリングキャパシタを常時通電させておくことは、リーク電流の増加を招く。
【００１２】
従って、リーク電流を削減するためには、電源ノイズを抑制する必要のある期間だけデカップリングキャパシタとして機能し、必要がなくなれば電源が遮断されていることが望ましい。
【００１３】
しかしながら、従来技術では、共振ノイズを抑制する目的で電源スイッチを備えたデカップリングキャパシタにより電気容量を変化させる技術が実施されているものの、このデカップリングキャパシタは半導体集積回路の動作面の特徴に対応して配置されるものではない。従って、この技術では半導体集積回路の動作状態や電源スイッチの投入遮断により半導体集積回路内で局所的に発生する電源ノイズの影響を抑えることはできない。
【００１４】
また、従来技術のデカップリングキャパシタに供えられた電源スイッチは共振ノイズを抑制することが目的であり、共振ノイズを抑制するのに適切な電気容量になるよう設定されるべきもので、半導体集積回路の電源ノイズを抑制する必要が無い時にデカップリングキャパシタの電源を遮断してリーク電流を削減するような制御には適さない。
【００１５】
従って、デカップリングキャパシタの電源の投入と遮断を半導体集積回路の動作状態や電源スイッチの投入遮断に合わせて適切に制御しなければ、電源ノイズの抑制とリーク電流の削減を両立させることはできない。
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、半導体集積回路が利用されるシステムの動作にあわせて良好な電源ノイズの抑制効果を得ると共に、リーク電流を直接最適化する半導体集積回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための半導体集積回路は以下の構成を備える。即ち、
機能回路部と、
前記機能回路部と対応するデカップリング回路と、
前記デカップリング回路について、第１の状態と当該第１の状態よりデカップリング効果の高い第２の状態とを切り替えるデカップリング制御手段とを有し、
前記デカップリング制御手段は、前記機能回路部が動作状態に遷移することに応じて前記デカップリング回路を前記第１の状態から前記第２の状態へ切り替える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体集積回路が電源ノイズを効率的に抑制すると共に、リーク電流を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の半導体集積回路の構成を示す図である。
【図２】実施形態１の半導体集積回路の配置イメージ図である。
【図３】実施形態１のデカップリングキャパシタの構成を示す図である。
【図４】実施形態１の回路動作制御部の構成例を示す図である。
【図５】実施形態２の半導体集積回路の構成を示す図である。
【図６】実施形態２の動作モードの遷移とキャパシタ電源投入タイミングと消費電力の関係を示す図である。
【図７】実施形態３の半導体集積回路の構成を示す図である。
【図８】実施形態３の機能回路ブロックのクロック周波数の状態を示す図である。
【図９】実施形態３のキャパシタ電源投入タイミングと消費電力の関係を示す図である。
【図１０】実施形態４の半導体集積回路の構成を示す図である。
【図１１】実施形態４のキャパシタ電源投入タイミングと電力消費の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
特許文献１のようなシミュレーションで好ましくデカップリングキャパシタを配置することは困難である。例えば、様々な適用先を前提に開発された半導体集積回路において、半導体集積回路の設計段階に実際のシステムに組み込まれた状態を想定してシミュレーション結果を得ることは難しい。また、システムの動作と同等の入出力信号、及び内部の動作状態、温度、電圧の種々の条件を揃えシミュレーションを実施することも困難である。このため、有る程度厳しい条件で見積もったシミュレーション結果をもとに多用途の半導体集積回路のデカップリングキャパシタを配置することが多い。しかし、本発明はシミュレーションによりデカップリングキャパシタの配置を良くする技術を俳除するものではない。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
＜実施形態１＞
実施形態１の半導体集積回路の構成を図１に示す。
【００２２】
半導体集積回路１００は、システムの動作を制御する回路動作制御部１０１により制御信号である制御情報ＣＮＴ（１０２）を用いて機能回路部１０３を制御する。電源とキャパシタの間に電源スイッチを有する電源スイッチ付きデカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３（１０４〜１０６）（以下、単にデカップリングキャパシタと表記する）は、機能回路部１０３と電源、グランドを共有する。
【００２３】
尚、以降の説明で、カップリングとは２つの回路を電気的に結合し信号を伝える事を示し、デカップリングとは意図しない結合（ノイズ）を低減させることを示すものとする。また、以降の説明ではデカップリングキャパシタを用いて説明するが、デカップリング回路としてコンデンサ、キャパシタ、デカップリング素子などのデカップリング効果のある要素を用いてもよい。
【００２４】
また、デカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３（１０４〜１０６）は、キャパシタ電源制御部１０７の制御情報Ｄ１＿ＥＮ、Ｄ２＿ＥＮ、Ｄ３＿ＥＮ（１０８〜１１０）により電源スイッチのオン／オフが制御される。この電源スイッチにより、電源とグランドの間のデカップリングキャパシタに電荷の蓄積をするか否かを制御する。以降の説明では、電荷の蓄積をするか否かを制御する例を用いて説明するが、デカップリング効果の高い状態（第２の状態）とそうでない状態（第１の状態）を切り替えられればよい。このとき、第２の状態の方が第１の状態よりもリーク電流が高い可能性がある。
【００２５】
尚、ここでデカップリングキャパシタを制御する系統の数を、デカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３の３系統としているが、本発明ではデカップリングキャパシタの制御系統に数の制限を設けるものではない。
【００２６】
キャパシタ電源制御部１０７は、回路動作制御部１０１から受信する回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）、及び、その時点での電源制御の状態より、制御情報Ｄ１＿ＥＮ、Ｄ２＿ＥＮ、Ｄ３＿ＥＮ（１０８〜１１０）を生成する。
【００２７】
また、キャパシタ電源制御部１０７は、デカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３の電源制御の状態をキャパシタ電源状態情報ＳＴ＿ＣＰ（１１２）として回路動作制御部１０１に送信することが可能である。
【００２８】
また、図１でデカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３（１０４〜１０６）は機能回路部１０３と同一の電源ドメイン１１３（回路領域）内に配置される。このとき、システムの回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）を用いて機能回路部１０３の電源ノイズが効果的に抑制されるように配置する。例えば、デカップリングキャパシタＤ１、Ｄ２、Ｄ３（１０４〜１０６）の各々を複数のデカップリングキャパシタに分割して配置したり、電源ノイズの強度や局所性に応じて同時に活性化するものをグループ分けしたり、電源投入の優先度などでレベル分けをしたりすることが考えられる。尚、電源ドメインとは同一の電源制御手段（図１、図２では不図示）によって電源の供給を止められる領域を示し、チップ上の漏れ電流を最小にするためのものである。
【００２９】
図２は、図１の半導体集積回路１００を配置した状態を示しており、上述のデカップリングキャパシタのグループ分けを行って配置した場合の一例である。
【００３０】
図２では、キャパシタ電源制御部１０７が回路動作制御部１０１より回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）を取得する。次に、キャパシタ電源制御部１０７は、その回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）に基づいて、制御情報Ｄ１＿ＥＮ、Ｄ２＿ＥＮ、Ｄ３＿ＥＮ（１０８〜１１０）に変換し、電源ドメイン１１３内へ配信する。
【００３１】
デカップリングキャパシタの配置方法に関しては、動作時に活性化させるキャパシタを電源スイッチによりある程度細かくグループ分けしておくと、設計段階でデカップリングキャパシタを多めに配置しても、動作時のリーク電流を調整可能である。
【００３２】
もちろん、従来手法のシミュレーションにより電源ノイズの強度や局所性を特定してデカップリングキャパシタの配置やグループ分けやレベル分けを行ってもよい。
【００３３】
図３は図１のデカップリングキャパシタ１０４の構造を電源スイッチの位置による具体的な例を２種類示している。
【００３４】
図３（ａ）では、電源スイッチＳ１（３０１）を介してキャパシタＣ１（３０２）は電源に接続する。図３（ｂ）では、電源スイッチＳ１（３０１）を介してキャパシタＣ１（３０２）はグランドに接続する。
【００３５】
いずれの構成も本発明が必要とする電源ノイズを抑制する機能とリーク電流を低減する機能を満たすことができるので、本発明では、デカップリングキャパシタと電源スイッチの接続関係は問わない。
【００３６】
以降の実施例では、図３（ａ）を用いて本発明を説明する。
【００３７】
ここで、電源スイッチＳ１（３０１）に用いられるゲート電極のリーク電流とキャパシタＣ１（３０２）のチャージ時のリーク電流とを比較する。
【００３８】
例えば、９０ｎｍ世代のプロセスで電源スイッチのゲート電極のリーク電流とキャパシタに用いるゲート酸化膜からのリーク電流を比較すると、単位面積あたり約３倍程度、キャパシタに用いるゲート酸化膜からのリーク電流が大きい。また、キャパシタの面積は電源スイッチのゲート電極の面積と比べ広いため、リーク電流にして１０倍以上の開きが出てくることが考えられる。
【００３９】
以上のように、今後も更に微細化が進むことを考えると、使用する必要のないデカップリングキャパシタの電源を遮断することは、リーク電流を大幅に抑制する有効な構成である。
【００４０】
より具体的には、キャパシタ電源制御部１０７は、制御情報Ｄ１＿ＥＮ、Ｄ２＿ＥＮ、Ｄ３＿ＥＮ（１０８〜１１０）を用いて、使用する必要のないデカップリングキャパシタの電源を電源スイッチＳ１（３０１）によって遮断する。ここで、使用する必要のないデカップリングキャパシタの判定は、回路動作制御部１０１から取得する回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）に基づいて、キャパシタ電源制御部１０７が行う。
【００４１】
次に、実施形態１における回路動作制御部１０１の構成例を図４に示す。
【００４２】
図４では、例として回路動作制御部１０１に、機能制御部４０１とクロック制御部４０２と電源制御部４０３を含んだ例を示している。
【００４３】
機能制御部４０１は、機能回路部１０３の使用する機能や処理、及び、処理状態を制御する。また、クロック制御部４０２は、機能回路部１０３が処理を行う場合のクロックモード設定やクロックモードの遷移、及び、活性化状態に関する制御（クロック供給）を行う。また、電源制御部４０３は、機能回路部１０３の電源の設定や電源状態の遷移、及び、活性化状態に関する制御（電源供給）を行う。
【００４４】
以上説明したように、実施形態１によれば、使用する必要のないデカップリングキャパシタの電源を遮断する機構を設けることで、機能回路部の動作に合わせて電源ノイズを抑制しつつリーク電流を削減することができる。
【００４５】
＜実施形態２＞
実施形態２の半導体集積回路の構成を図５に示す。
【００４６】
図５は、図４の回路動作制御部１０１のうち機能制御部４０１を利用するキャパシタ電源制御の方式を示している。
【００４７】
機能制御の種類は半導体集積回路により実現する機能にさまざまな形態が考えられるため、ここではそのひとつとしてデータフロー制御を例に挙げて説明する。
【００４８】
半導体集積回路１００内に機能回路ブロックＡ０（５００）から機能回路ブロックＡ１（５０１）を経て機能回路ブロックＡ２（５０２）へと一連のデータ（画像データや動画データなど）を順に処理して行く場合を考える。
【００４９】
ここで、機能回路部１０３の１つである機能回路ブロックＡ１（５０１）には、データフロー制御のためのデータフロー制御部Ａ１＿２（５０４）を備えており、機能処理部Ａ１＿１（５０３）の処理をバイパスすることができる。例えば、機能回路ブロックＡ１（５０１）の入力データ（５０５）に応じて、機能回路ブロックＡ１（５０１）で所定の処理を行うものとする。このとき、バイパス制御回路５０７ではバイパス処理は行わない。代わりに、バイパス制御回路５０７は、機能回路ブロックＡ１（５０１）の出力データ(５０８)として機能処理部Ａ１＿１（５０３）の出力データ（５０６）を選択するように機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）内のバイパス制御情報ｂｙｐａｓｓ＿ｅｎを不活性にする。
【００５０】
一方、機能処理部Ａ１＿１（５０３）をバイパスする場合、バイパス制御回路５０７が機能回路ブロックＡ１（５０１）の入力データ（５０５）を機能回路ブロックＡ１（５０１）の出力データ(５０８)となるように動作する。このとき、機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）のバイパス制御情報ｂｙｐａｓｓ＿ｅｎを活性化することで実現する。
【００５１】
ここで、機能処理部Ａ１＿１（５０３）で所定の処理を行う場合には、回路が誤動作しないようキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を活性化してデカップリングキャパシタに充電させておく必要がある。このとき、キャパシタ電源制御部１０７は回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）内の機能動作要求情報ｆｕｎｃ＿ｒｅｑを参照することによりデカップリングキャパシタの充電を制御する。
【００５２】
一方、バイパス処理を行う場合には、機能処理部Ａ１＿１（５０３）の動作は処理全体に影響を与えない。このとき、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）の機能動作要求情報ｆｕｎｃ＿ｒｅｑが有効でないのでリーク電流を削減するようキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を不活性にしてデカップリングキャパシタを不活性にする。
【００５３】
一方、処理データが機能回路ブロックＡ１（５０１）を通過している間、キャパシタ電源制御部１０７はキャパシタ電源制御情報Ｄ２＿ＥＮ（１０９）を常時活性化してデカップリングキャパシタの活性状態を維持する。
【００５４】
図６は、この制御状態の一例をタイミングチャートに示したものである。
【００５５】
最初に、図６左半分で機能処理部Ａ１＿１（５０３）のデカップリングキャパシタＤ１を無効化する際の手続きを説明する。
【００５６】
機能制御部４０１は、機能処理部Ａ１＿１（５０３）の処理が不要な動作モードに遷移し、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）内の機能動作要求情報ｆｕｎｃ＿ｒｅｑを不活性にしたとする。ここで、機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）内のバイパス制御情報ｂｙｐａｓｓ＿ｅｎが有効になり、機能動作要求情報ｆｕｎｃ＿ｒｅｑの不活性化がキャパシタ電源制御部１０７に伝えられ、これをトリガとしてキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）が不活性にされる。
【００５７】
これと同時にキャパシタ電源状態情報ＳＴ＿ＣＰ（１１２）内のデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙが不活性にされ、機能制御部４０１でバイパス制御情報ｂｙｐａｓｓ＿ｅｎが有効化されるのをロックする。以上が、機能処理部Ａ１＿１（５０３）のデカップリングキャパシタＤ１を無効化する際の手続きである。
【００５８】
次に、図６右半分で機能処理部Ａ１＿１（５０３）のデカップリングキャパシタＤ１を有効化する際の手続きを説明する。
【００５９】
機能制御部４０１は、機能処理部Ａ１＿１（５０３）の処理が必要な旨、キャパシタ電源制御部１０７に機能活性化のリクエストとして、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）の機能動作要求情報ｆｕｎｃ＿ｒｅｑをキャパシタ電源制御部１０７へ送信する。これを受けて、キャパシタ電源制御部１０７からキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）が送信され、センサー等の直接的検出手段、あるいは、タイマー等の二次的な検出あるいは予測手段を通じて、デカップリングキャパシタが活性化されるタイミングを取得する。この状態を示す回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）のデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙの活性化を機能制御部４０１で受信し、機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）のバイパス制御情報ｂｙｐａｓｓ＿ｅｎを不活性にし、バイパス制御を終了させる。
【００６０】
このときのチャージ電流とリーク電流の様子を図６の最下段に示している。
【００６１】
キャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）が不活性である期間Ｔｄ１＿ｄｉｓではキャパシタＣ１の放電以外はリーク電流が流れないので、Ｄ１内の電力消費はスイッチＳ１からのリーク電流のみがキャパシタＣ１の消費電力となりリーク電流を抑えることができる。一方、Ｄ１＿ＥＮが活性化されるとＤ１をチャージするための電流が流れ一時的な消費電力のピークが生じ、チャージとともにリーク電流でも定常的な電力消費がなされる。チャージ電力は一時に多くの電力を消費する傾向にあるが、Ｔｄ１＿ｄｉｓが十分に長くなる場合には一時的なチャージ電力よりもリーク電流による電力消費の方が優勢となるため、実施形態２の制御方式が低電力化に寄与する。
【００６２】
以上説明したように、実施形態２によれば、機能回路部の処理状態に応じて、デカップリングキャパシタへの電源供給を制御することで、電源ノイズを抑制しつつリーク電流を削減することができる。
【００６３】
＜実施形態３＞
実施形態３の半導体集積回路の構成を図７に示す。
【００６４】
図７は、図４の回路動作制御部１０１のうちクロック制御部４０２を利用するキャパシタ電源制御の方式を示している。
【００６５】
例として、半導体集積回路１００に搭載された機能回路ブロックＢ（７００）がクロックドメインＢ１（７０１）とクロックドメインＢ２（７０２）の２つのクロックドメインを持つ場合を示す。
【００６６】
クロックドメインＢ１（７０１）は、クロック生成部７０３により生成されるクロック信号ｃｋ１（７０４）により基本クロックを駆動する。これにより、クロックドメインＢ１（７０１）は、ゲーティングクロックバッファｇｃｂ１（７０６）のクロックｇｃｋ１により制御されるクロックツリー１（７０８）を駆動する。同様に、クロックドメインＢ２（７０２）は、クロック生成部７０３により生成されるクロック信号ｃｋ２（７０５）により基本クロックを駆動する。これにより、クロックドメインＢ２（７０２）は、ゲーティングクロックバッファｇｃｂ２（７０７）のクロックｇｃｋ２により制御されるクロックツリー２（７０９）を駆動する。
【００６７】
ここで、機能回路部１０３の１つである機能回路ブロックＢ（７００）は、クロックドメインＢ１（７０１）とクロックドメインＢ２（７０２）のクロックの動作状態で３つの状態を取りうるとする。
【００６８】
この様子を図８に示す。
【００６９】
即ち、状態１では、クロックドメインＢ１（７０１）が１００Ｍｈｚで動作し、クロックドメインＢ２（７０２）が２００Ｍｈｚで動作する。状態２では、クロックドメインＢ１（７０１）が１００Ｍｈｚで動作し、クロックドメインＢ２（７０２）が１００Ｍｈｚで動作する。状態３では、クロックドメインＢ１（７０１）が停止し、クロックドメインＢ２（７０２）が１００Ｍｈｚで動作する。
【００７０】
状態１では、クロックドメインＢ２（７０２）が２００Ｍｈｚと、他の状態と比べて活性化率が高いため、電圧降下のリスクが高い。これに対応するためキャパシタ電源制御情報Ｄ２＿ＥＮ及びＤ３＿ＥＮの両方を活性化して電源スイッチ付きデカップリングキャパシタＤ２及びＤ３（１０５及び１０６）の両方のデカップリングキャパシタを有効にする。
【００７１】
次に、状態２では、クロックドメインＢ１（７０１）が１００Ｍｈｚで動作し、クロックドメインＢ２（７０２）が１００Ｍｈで動作している状態、つまり、全体に動作周波数が均一である。従って、極端に周波数起因の局所的な電圧降下を起こす可能性が低い。従って、キャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ及びＤ２＿ＥＮの両方を活性化して電源スイッチ付きデカップリングキャパシタＤ１及びＤ２（１０４及び１０５）の両方のデカップリングキャパシタを有効にする。デカップリングキャパシタＤ３（１０６）は不活性状態のままである。しかしながら、デカップリングキャパシタＤ３（１０６）は余分なので電源スイッチを遮断する。
【００７２】
更に、状態３では、クロックドメインＢ１（７０１）が停止状態であるため、クロックドメインＢ１（７０１）にはスイッチング対策を必要としない。また、クロックドメインＢ２（７０２）が１００Ｍｈの動作状態であり、状態２と同じ動作状態なので、電源スイッチ付きデカップリングキャパシタＤ２（１０５）のみを活性化していれば良く、状態２と同様のデカップリングキャパシタの制御状態となる。
【００７３】
これらの状態遷移の一例として、図９で状態２から状態３、及び、状態３から状態２への状態遷移を説明する。
【００７４】
まず、図９の左半分により状態２から状態３への遷移を説明する。
【００７５】
ここで、クロック生成部７０３より出力されるクロックｃｋ１（７０４）は、常に発振し続けているものとする。
【００７６】
次に、クロック制御部４０２により、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）のクロックの停止を指示する情報としてクロック供給要求情報ｃｋ１＿ｒｅｑが不活性にされる。これと同時に、クロック制御部４０２により、ゲーティングクロックバッファｇｃｂ１（７０６）を停止させるために機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）のクロックイネーブル情報ｇｃｂ１＿ｅｎを不活性にする。
【００７７】
回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）のクロック供給要求情報ｃｋ１＿ｒｅｑの不活性化を受けてキャパシタ電源制御部１０７はキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を不活性にし、キャパシタ電源状態情報ＳＴ＿ＣＰ（１１２）のデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙを不活性にする。
【００７８】
次に、図９の右半分により状態３から状態２への遷移を説明する。
【００７９】
ここで、前記の状態と同様、クロック生成部（７０３）より出力されるクロックｃｋ１（７０４）は、常に発振し続けているものとする。
【００８０】
次に、クロック制御部４０２により、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）のクロック信号の再開を要求する情報としてクロック供給要求情報ｃｋ１＿ｒｅｑが活性化される。これを受けて、キャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を活性化し、電流／電圧検出部やタイマーによる予測部によりデカップリングキャパシタＤ１（１０４）の充電状態をキャパシタ電源状態情報ＳＴ＿ＣＰ（１１２）のデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙとして取得する。
【００８１】
このデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙをもとに機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）のクロックイネーブル情報ｇｃｂ１＿ｅｎを活性化してクロック信号をクロックツリー１（７０８）以降へ伝播させる。
【００８２】
このときのデカップリングキャパシタの充電の電流とリーク電流の様子を図９の最下段に示す。
【００８３】
図６の時と同様に、Ｄ１＿ＥＮが不活性にされている期間Ｔｄ１＿ｄｉｓではキャパシタＣ１の放電以外はリーク電流が流れないので、Ｄ１内の電力消費はスイッチＳ１からのリーク電流のみがキャパシタＣ１の消費電力となりリーク電流を抑えることができる。
【００８４】
一方、Ｄ１＿ＥＮが活性化されるとＤ１を充電するための電流が流れ一時的な消費電力のピークが生じ、充電が進むとともにリーク電流でも定常的な電力消費がなされる。デカップリングキャパシタの充電の電力は一時に多くの電力を消費する傾向にあるが、Ｔｄ１＿ｄｉｓが十分に長くなる場合には一時的な充電の電力よりもリーク電流による電力消費の方が優勢となるため、実施形態３の制御方式が低電力化に寄与する。
【００８５】
以上説明したように、実施形態３によれば、回路動作状態に応じて機能回路部へ供給するクロック信号の稼働状態に応じてデカップリングキャパシタへの電源供給を制御することで、機能回路部の動作状態に合わせて電源ノイズを抑制しつつリーク電流を削減することができる。
【００８６】
＜実施形態４＞
実施形態４の半導体集積回路の構成を図１０に示す。
【００８７】
図１０は、図４の回路動作制御部１０１のうち電源制御部４０３を利用するキャパシタ電源制御の方式を示している。
【００８８】
例として、半導体集積回路（１００）に搭載された電源遮断が可能な機能回路部１０３の１つである機能回路ブロックＣ（１００１）が電源スイッチリング（１００２）によって電源が制御される場合を示す。
【００８９】
図１０において、電源スイッチリング１００２の外周に配置したリング状のデカップリングキャパシタＤ１（１０４）は、電源スイッチリング１００２の電源遮断状態から電源投入状態での電圧変異に対応する役割を果たす。
【００９０】
また、図１０において、電源スイッチリング１００２の内周に配置したリング状のデカップリングキャパシタＤ２（１０５）は、機能回路ブロックＣ（１００１）が動作する際の電流量を補う役割を果たす。これは、電源スイッチリング１００２部分には電気抵抗の高い部分が生じることを想定して、電源スイッチリング１００２の内部で電圧降下を抑制する目的で配置されているものである。
【００９１】
ここで、図１０において、デカップリングキャパシタＤ１（１０４）は、機能回路ブロックＣ（１００１）が電源スイッチの遷移に伴うスイッチング段階で最も有効に働き、他の期間はむしろリーク電流が無駄になる。
【００９２】
また、図１０において、デカップリングキャパシタＤ２（１０５）内部の電源スイッチは、機能回路ブロックＣ（１００１）の電源スイッチリング１００２が電源遮断状態から電源投入状態へ遷移する際に、電源投入状態になっていない方が良い。これは、電源スイッチリング（１００２）よりも若干遅れてスイッチングされることで電気容量の急激な電流変化を抑制できるので、電圧降下が起こりにくくなるからである。
【００９３】
従って、図１０のように複数の電源ドメインを持つ場合、電源ドメインの境界１００３を境に各々の用途に合ったデカップリングキャパシタのスイッチ制御を行うことで電源ノイズを抑制するとともにリーク電流を削減することができる。
【００９４】
図１１は、図１０の半導体集積回路（１００）で電源スイッチリング１００２を活性化しクロックを供給するまでの様子を示している。
【００９５】
図１１において、電源制御部４０３が機能回路制御情報ＣＮＴ（１０２）により電源スイッチの電源投入（ＯＮ）を指示する前に、まず、回路動作状態情報ＳＴ＿ＯＰ（１１１）内の電源投入要求情報ｐｏｎ＿ｒｅｑをキャパシタ電源制御部１０７に送信する。これを受けてキャパシタ電源制御部１０７はキャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を制御して、デカップリングキャパシタＤ１（１０４）の充電を開始する。電荷の検知部あるいはタイマー等の予測部により、デカップリングキャパシタＤ１（１０４）が十分活性化されたこと認識する。
【００９６】
キャパシタ電源制御部１０７は、キャパシタ電源状態情報ＳＴ＿ＣＰ（１１２）のうち、デカップリングキャパシタＤ１（１０４）がデカップリングキャパシタＤ１のレディー情報ｄ１ｃ＿ｒｄｙを電源制御部４０３により受信する。これにより、キャパシタ電源制御部１０７は、電源スイッチリング１００２が電源遮断状態から電源投入状態への遷移が可能であることを認識する。このとき、デカップリングキャパシタＤ２（１０５）のキャパシタ電源制御情報Ｄ２＿ＥＮ（１０９）は外部に対し急激に大きな電力容量の変化を起こさないよう、不活性にされた状態を保つ。
【００９７】
ここで、更に、機能回路ブロックＣ（１００１）のみが電源投入されている状態で、一定期間Ｔｄ２＿ｅｎ＿ｗａｉｔ（図１１）の間、デカップリングキャパシタＤ２（１０５）の動作を遅らせているが、これは急激な電気容量の変化を起こさせないためである。デカップリングキャパシタＤ２（１０５）へのチャージ開始のタイミングをずらすことは、タイマー等の予測手段や電圧または電流の変化を検知する検知手段を用いることで容易に実現可能である。
【００９８】
更に、クロック制御部４０２は、デカップリングキャパシタＤ２（１０５）への十分な充電の状態を検知、あるいは、予測できた段階で、デカップリングキャパシタＤ２（１０５）が動作可能なことを示す情報ｄ２ｃ＿ｒｄｙを活性化する。そして、この情報をもとに、キャパシタ電源制御部１０７では、キャパシタ電源制御情報Ｄ１＿ＥＮ（１０８）を不活性にする。また、情報ｄ２ｃ＿ｒｄｙをクロック制御部４０２のクロック開始のトリガとすることで電源の安定性を保証した上で機能回路ブロックＣ（１００１）の動作を開始することができる。
【００９９】
このときの充電の電流とリーク電流の様子を図１１の最下段に示す。
【０１００】
Ｄ１＿ＥＮが活性化されている期間Ｔｄ１＿ｅｎでは、Ｄ１をチャージするための電流が流れ一時的な消費電力のピークが生じ、チャージとともにリーク電流でも定常的な電力消費がなされる。しかし、一度、機能回路ブロックＣ（１００１）とデカップリングキャパシタＤ２（１０５）が動作可能な状態になると、デカップリングキャパシタＤ１（１０４）の電源供給を停止することができる。一時的に使用するデカップリングキャパシタＤ１（１０４）の電源を遮断すれば、常時アクティブにしている状態よりもリーク電流が削減できる。
【０１０１】
以上説明したように、実施形態４によれば、機能回路部への電源供給の制御に応じてデカップリングキャパシタへの電源供給を制御することで、電源ノイズを抑制しつつリーク電流を削減できる。
【０１０２】
前述の実施形態ではデカップリングキャパシタ１０４〜１０５と機能回路部１０３とが対応する例として同一の電源ドメインにある例を用いて説明したが、機能回路部１０３の電源ノイズの影響を小さくできるように対応づけて構成されていればよい。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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