(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
第１の電源と、
事前充電プルダウンバスラインとを含み、
該事前充電プルダウンバスラインが、制御回路を有する分路に接続され、該制御回路が、前記分路に、前記事前充電プルダウンバスラインを事前充電する必要がない場合に前記事前充電プルダウンバスラインを含まない経路を介して前記第１の電源から電流を引き出させ、該電流が第２の電流を近似する第１の電流であり、前記第２の電流が、前記事前充電プルダウンバスラインが事前充電されていない状態から事前充電される際に前記第１の電源から引き出される前記事前充電プルダウンバスラインを事前充電するための一定量の電流であり、前記分路が、前記事前充電プルダウンバスラインの事前充電段階中に前記電流を引き出す、集積回路。
【請求項２】
前記第１の電流が、前記第２の電流のタイミング及び振幅を近似する、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
電源から引き出される電流の変動を低減させる方法であって、
第１の事前充電プルダウンバスラインを事前充電する必要がない場合に、第１の電流を、第１の電源から、前記第１の事前充電プルダウンバスラインを含まない経路を介して引き出し、該第１の電流が第２の電流を近似するものであり、該第２の電流が、前記第１の事前充電プルダウンバスラインが事前充電されていない状態から事前充電される際に前記第１の電源から引き出される前記第１の事前充電プルダウンバスラインを事前充電するための一定量の電流である、方法。
【請求項４】
事前充電電流パルス整合器であって、
入力と、
電流分路であって、該電流分路がオンになった際に第１の事前充電プルダウンバスラインを含まない経路を介して電源から電流を引き出す、電流分路と、
該電流分路を制御するパルス生成手段であって、前記第１の事前充電プルダウンバスラインが既に事前充電されているため第１の量の電荷が前記電源から前記電流分路を介して引き出されていることを前記入力が示す場合に、妥当な一定期間のみ前記電流分路をオンにし、前記第１の量の電荷が第２の量の電荷を近似するものであり、該第２の量の電荷が、前記第１の事前充電プルダウンバスラインが事前充電されていない状態から事前充電される際に前記電源から引き出される前記第１の事前充電プルダウンバスラインを事前充電するためのものである、パルス生成手段と
を含む、事前充電電流パルス整合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に集積回路に関し、特に、電源の垂下(droop)及び接地跳ね返り振動(ground bounce oscillation)を低減させる技法及び回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンチップ電源が低下する原因の１つは、オンチップ電源ラインから引き出される（またはオンチップ電源ラインへ放出される）電流の量の変化にある。該引き出される電流の量の変化は、電源供給ラインに固有のインダクタンスに振動を励起させるものとなる。これら固有のインダクタンスは主としてパッケージリード及びボンディングワイヤから生じる。かかる振動の周波数は、パッケージ毎に及びチップ毎に、多数の異なる要因によって決まるものである。しかし、高性能集積回路の場合には、その動作周波数が電源における振動周波数をはるかに超える可能性がある。したがって、かかるチップ上の回路は、接地振動(ground oscillation)のピークと正電源振動(positive supply oscillation)のディップ(dip)との間の最小電位差で動作するよう設計することが重要である。
【０００３】
回路が、接地振動のピークと正電源振動のディップとの間の最小電位差で動作するよう設計されない場合には、トランジスタがそのスイッチ時間に応じることができず、動作周波数を低下させなければならない。したがって、周波数目標値を達成するために、接地振動のピークと電源振動のディップとの間の許容可能な最小電位差が得られるように通常の電源電圧を増大させる。該動作電圧の増大により、集積回路の消費電力が増大する。消費電力の増大は、集積回路パッケージ、ヒートシンク、及びシステム電源を含むシステムの幾つかの構成要素のコストを増大させるものとなり得る。更に、動作電圧の増大は、部品の動作寿命が短縮させる傾向のものであり、このため、システムの保守コスト及び割賦償却コストが増大することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、集積回路の電源から引き出される電流の量の変化を低減させるための装置及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態によれば、集積回路の電源ラインから引き出され又は集積回路の電源ラインへと放出される電流の量の変化すなわち変動が低減する。これにより、接地振動のピークと正電源振動のディップとの間の最小電位差の大きさが低減する。これは、集積回路での作製に良好に適合し、幅広で並列の事前充電プルダウンバスに用いた場合に特に効果的なものとなり得る。
【０００６】
本発明の一実施形態は、事前充電プルダウンバスのワイヤに接続される。各実施形態は、それに接続されたワイヤを監視する。バスのプルダウンサイクル中にワイヤが放電した場合、本発明は電流を全く消費しない。しかし、バスのプルダウンサイクル中にワイヤが放電しなかった場合には、本発明は一定量の電流を消費する。該電流の量は、ワイヤが既に放電している場合に該ワイヤの事前充電に用いられた電流の量に近似するものである。これにより、事前充電プルダウンバスを充電するための消費電力のデータ依存性が弱くなる。消費電力のデータ依存性が弱くなると、消費電力の全体的な変動が低減し、このため接地振動のピークと正電源振動のディップとの間の最小電位差の大きさが減少する。
【０００７】
本発明の他の形態及び利点については、本発明の原理を例示した図面に関連してなされる下記の詳細な説明から明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、事前充電電流パルス整合器100及び事前充電トランジスタ102の概略図である。Pチャネル電界効果トランジスタ（PFET）102は、バスラインBUSを事前充電する１つ又は２つ以上のトランジスタを表している。CK,NCKは、少なくともBUSの事前充電プルダウンシーケンスを制御する、互いに相補的な信号である。
【０００９】
図１において、事前充電トランジスタ102のソースは正電源電圧に接続されている。事前充電トランジスタ102のドレインはバスラインBUSに接続されている。事前充電トランジスタ102のゲートはNCKに接続されている。CKは、CKを遅延させた信号CKDを生成する遅延素子104の入力に接続されている。該遅延素子104は、当業者にとって既知の様々な方法で構成可能なものであり、一連のインバータを含んでいる。CKは、Nチャネル電界効果トランジスタ（NFET）116のゲート及びPFET112のゲートに接続されている。CKDは、PFET108及びNFET110により形成されるインバータ109の入力に接続されている。インバータ109の出力は、NCKDに接続されている。該NCKDは、PFET114のゲート及びNFET120のゲートに接続されている。バスラインBUSは、信号FIREを生成するようバッファ106によりバッファリングされている。該信号FIREはNFET118のゲートに接続される。
【００１０】
PFET112,114は、それらのソースが正電源電圧に接続され、ドレインがNPLSに接続されている。したがって、CKまたはNCKDが低レベルである場合に、PFET112または114がそれぞれNPLSを高レベルへプルアップする。NPLSには、NFET116のドレインも接続されている。NFET116のソースは、NFET118のドレインに接続されている。NFET118のソースは、NFET120のドレインに接続されている。NFET120のソースは、負電源電圧に接続されている。
【００１１】
NFET116,118,120は、NPLSと負の電源レールとの間に直列に接続されているので、NPLSが低レベルへプルダウンされるのは、CK,FIRE,NCKDが全て高レベルの場合に限られる。また、信号FIREが、バスラインBUSをバッファリングしたものであるため、信号NPLSは、バスラインBUSが高レベルの場合には（すなわちバスラインBUSが既に高レベルにありすなわち事前充電された状態にあるため事前充電トランジスタがバスラインBUSを事前充電しない状況では）低レベルへプルダウンされるだけとなる点に留意されたい。また、信号NPLSは、遅延素子104の遅延よりも僅かに長い時間しかプルダウンされないことになる点に留意されたい。これは、かかる時間が、CKの立ち上がりが遅延素子104及びインバータ109を介して伝搬しNCKDが低レベルになってNPLSがプルアップされる前にCK,NCKDが両方とも高レベルになる時間量であるからである。
【００１２】
NPLSは、PFET122及びNFET124により形成されるインバータ123の出力に接続されている。該インバータ123の出力は信号PLSである。該信号PLSは分路トランジスタ130のゲートに接続される。該分路トランジスタ130は、NFETであり、そのドレインが正の電源レールに接続され、そのソースが負の電源レールに接続されており、該分路トランジスタ130がオンになった際に、正の電源レールから負の電源レールへと電流を分流するようになっている。PLSが高レベルの場合には分路トランジスタ130がオンになり、NPLSが低レベルの場合にはPLSが高レベルになる。したがって、分路トランジスタ130は、遅延素子104の遅延よりも僅かに長い時間にわたりオンになる。これは、該時間が、NPLSが低レベルになることができる時間量であるからである。
【００１３】
したがって、遅延素子104の遅延を正しく選択すれば、BUSが高レベルになりCKが低レベルから高レベルへと切り換わる際に分路トランジスタ130により分流される電流を、バスが低レベルになりCKが低レベルから高レベルへと切り換わる際にBUSを充電するのに必要とされる電流に近似させることができる。回路シミュレータによるシミュレーションまたは他の数値方法による計算を利用して遅延素子104の遅延を選択し、これにより、BUSが高レベルでありCKが低レベルから高レベルへと切り換わる場合に分路トランジスタ130により分流される電流を、バスが低レベルでありCKが低レベルから高レベルへと切り換わる場合にBUSを充電するのに必要とされる電流に近似させることが可能である。
【００１４】
BUSが低レベルの場合及びBUSが高レベルの場合に消費される２つの電流が互いに近似するものであるため、BUSの状態から生じる電流消費の変動が低減する。したがって、集積回路に関する電流（または電力）消費の全体的な変動が低減する。この低減は、事前充電に最も多くの電流を必要とする事前充電プルダウンバスの多くについての全てのラインに事前充電電流パルス整合器100を配置することにより、一層劇的なものになる。かかる変動のより大きくより劇的な低減は、接地振動のピークと正電源振動のディップとの間の最小電位差の大きさを大幅に小さくすることができるものである。
【００１５】
図２は、図１の事前充電電流パルス整合器(matcher)100を如何にして静的バス電流パルス整合器として利用することが可能であるかを示す概略図である。図２の場合、BUS2は、クロックCKの立ち下がりエッジで変化する静的バスラインである。該BUS2は、エッジトリガ式ラッチ204の入力及びインバータ202に接続されている。該インバータ202の出力はORゲート206に接続されている。該ORゲート206のもう１つの入力は、前記エッジトリガ式ラッチ204の出力に接続されている。該エッジトリガ式ラッチ204には、信号CKを遅延させた信号CKDがクロックとして入力される。ORゲート206の出力はバッファ106の入力に接続されている。したがって、入力回路202,204,206は、バスの前の状態が低レベルでなく該バスの現在の状態が高レベルでない場合に必ず電流を分流させるように事前充電電流パルス整合器100に命令する。換言すれば、入力回路202,204,206は、BUS2において低レベルから高レベルへの遷移が生じたばかりでない場合に必ず電流を分流させるように事前充電電流パルス整合器に命令する。これは、静的バスの全体的な消費電力を増大させる一方で、該静的バスに関する消費電力の変動を低減させる、という効果を有するものである。また、当業者には自明であるように、図２の回路は、静的バスに関する消費電力の変動を低減させることになる、バスの前の状態に関連する様々な条件下での分流を行うように、容易に修正を加えることが可能である。かかる一例を図３に示す。
【００１６】
図３は、図１の事前充電電流パルス整合器100を如何にして静的バス電流パルス整合器として利用することができるかに関するもう１つの実施形態の概略図である。図３の場合、BUS3は、クロックCKの立ち下がりエッジで変化する静的バスラインである。該BUS3は、エッジトリガ式ラッチ304の入力及びXNOR（又は恒等回路(equality gate)）306の入力に接続されている。XNORゲート306のもう１つの入力は、前記エッジトリガ式ラッチ304の出力に接続されている。該エッジトリガ式ラッチ304には、信号CKを遅延させた信号CKDがクロックとして入力される。XNORゲート306の出力は、バッファ106の入力に接続されている。したがって、入力回路304,306は、バスの状態が１つのサイクルからその次のサイクルへと変化しない場合に必ず電流を分流させるように事前充電電流パルス整合器100に命令する。この分流される電流の量は、低レベルから高レベルへの遷移により消費される電流の約1/2になるよう設定される。これは、図２に示す実施形態の場合ほど電力を消費することなく静的バスに関する消費電力の変動を低減させる効果を有するものである。また、当業者には自明であるように、図３の回路は、静的バスに関する消費電力の変動を低減させることになる、バスの前の状態に関連する様々な条件下での分流を行うように、容易に修正を加えることが可能である。
【００１７】
本発明の特定の実施形態について説明及び図示を行ってきたが、本発明はかかる説明及び図示した部分の特定の形態または構成に制限されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【００１８】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
１．集積回路であって、
電源と、
事前充電プルダウンバス信号とを含み、
該事前充電プルダウンバス信号を事前充電する必要がない場合に分路(130)が前記電源から電流を引き出す、集積回路。
２．前記分路が、前記事前充電プルダウンバス信号の事前充電時に前記電流を引き出す、前項１に記載の集積回路。
３．前記電流が第１の電流であり、該第１の電流が第２の電流に近似するものであり、該第２の電流が、前記事前充電プルダウンバス信号が事前充電される際に前記電源から引き出される一定量の電流である、前項１の集積回路。
４．前記第１の電流の持続時間を制御する遅延素子(104)を更に含む、前項４に記載の集積回路。
５．電源から引き出される電流の変動を低減させる方法であって、
第２の電流に近似する第１の電流を前記電源から引き出すステップを有し、該第２の電流が、事前充電プルダウンバス信号が事前充電される際に前記電源から引き出される一定量の電流である、電源から引き出される電流の変動を低減させる方法。
６．前記事前充電プルダウンバス信号が事前充電を必要とする際に前記第１の電流ではなく前記第２の電流を引き出すステップを更に有する、前項５に記載の方法。
７．集積回路であって、
事前充電プルダウンバス信号と、
分路(130)と、
前記事前充電プルダウンバス信号が既に事前充電されている場合に、前記事前充電プルダウンバス信号の事前充電サイクル時に前記分路(130)をオンにする分路制御回路と
を備えている、集積回路。
８．前記分路制御回路がパルスを使用して前記分路のオン／オフを行い、該パルスの持続時間が主として遅延素子(104)により決定される、前項７に記載の集積回路。
９．前記遅延素子が入力を有しており、該入力が、前記事前充電プルダウンバス信号の事前プルダウンサイクルを制御するために使用されるクロックと相補的な関係を有するものである、前項８に記載の集積回路。
10．前記遅延素子(104)の遅延の持続時間により、前記分路(130)が、前記事前充電プルダウンバス信号が非事前充電状態から事前充電する際に電源から引き出される第２の量の電流に近似する第１の量の電流を電源から引き出すことになる、前項９に記載の集積回路。
【図面の簡単な説明】
【図１】事前充電電流パルス整合器及び事前充電トランジスタの概要を示す回路図である。
【図２】図１の事前充電電流パルス整合器を如何にして静的バス電流パルス整合器として用いるかの概要を示す回路図である。
【図３】図１の事前充電電流パルス整合器を静的バス電流パルス整合器として用いることが可能な別態様の概要を示す回路図である。
【符号の説明】
104  遅延素子
130  分路
BUS  バス
【図１】
0003962566.tif 000002
【図２】
0003962566.tif 000003
【図３】
0003962566.tif 000004