(57)【要約】【課題】  半導体集積回路のクロック配線は、高いトグル動作率のため、他の回路よりも高熱となっている。【解決手段】  予め設定した基準に達しているかを判定しクロックの経路を選択する選択信号を生成し、クロックバッファ部を有し、選択信号の状態によりクロックバッファ部の内部の経路を切替える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定した基準の値に達しているかを判定しクロックの経路を選択する選択信号を生成する判定手段と、
クロックバッファとそれらを切り替えることのできるスイッチと経路を複数有するクロックバッファ部と、
前記判定手段で生成した選択信号の状態により、前記クロックバッファ部の内部の経路を切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とする集積回路。
【請求項２】
温度の情報を取得する取得手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の集積回路。
【請求項３】
前記取得手段が取得した情報を用いて、前記判定手段がクロックの経路の切り替え信号を生成することを特徴とする請求項２記載の集積回路。
【請求項４】
予め設定した基準の値に達しているかを判定しクロックの経路を選択する選択信号を生成する判定工程と、
クロックバッファとそれらを切り替えることのできるスイッチと経路を複数有するクロックバッファ部と、
前記判定工程で生成した選択信号の状態により、前記クロックバッファ部の内部の経路を切り替える切り替え工程と、
を備えることを特徴とする集積回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冗長な経路を持つクロック供給回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術の進歩による素子の微細化に伴い膨大な数のトランジスタが半導体集積回路に集積されるようになった。
この微細化・トランジスタ数の増加とクロックの高周波数化の進展が半導体集積回路の動作中の電力であるダイナミック電力を増大させている。電力の増大により動作時の半導体集積回路の内部は高温になる。
半導体集積回路内の温度が長時間高温の状態になると、回路の一部が切断されるエレクトロマイグレーションを引き起こす。エレクトロマイグレーションは、半導体集積回路の誤動作の原因として問題となっている。
半導体集積回路内でダイナミック電力を最も多く消費し高温となる部分はクロックを供給している回路である。
クロックを供給している回路の中でも特にクロックの幹線となるクロックバッファツリーの部分は、常に動作し続けるためエレクトロマイグレーションを引き起こしやすく対処が必要である。
エレクトロマイグレーション等の経時劣化への対処方法としては、一つまたは複数の冗長な回路を用意して回路の使用頻度を均一化し誤動作を防ぐ方法がある（先行技術文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７５５４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この技術をクロックバッファツリーの部分へ適用する場合、配線の経路の長さが異なることに起因する大きなばらつきが問題となる。クロック配線の大きなばらつきは半導体集積回路のタイミングの設計を困難にする。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、クロック配線に対して、高熱となる状態を抑制した半導体集積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】
【０００５】
本発明に係る半導体集積回路は以下の構成を備える。即ち、予め設定した基準の値に達しているかを判定しクロックの経路を選択する選択信号を生成する判定手段と、クロックバッファとそれらを切り替えることのできるスイッチと経路を複数有するクロックバッファ部と、前記判定手段で生成した選択信号の状態により、前記クロックバッファ部の内部の経路を切り替える切替え手段。
【発明の効果】
【０００６】
長時間、高温な状態になることにより引き起こされる断線による半導体集積回路の誤動作を防止する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１の構成例を示す図
【図２】実施形態１のクロックバッファ部の構造例を示す図
【図３】実施形態１のスイッチ部の例を示す図
【図４】実施形態１のクロック波形の例を示す図
【図５】実施形態２の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【０００９】
［実施形態１］
図１は本発明の実施形態の実施に係る経路を切り替える機構を持つクロックバッファを用いた半導体回路部（１００）の図である。以下、図１を用いて従来手法よりもクロックの共通の経路を増やしながら基準時間毎にクロックの信号が通る経路を切り替える構成について説明する。
【００１０】
本実施形態の半導体回路部（１００）は、クロック生成部（１０１）とクロックバッファツリー部（１０２）と判定部（１０６）とから構成されている。クロック生成部（１０１）は、クロック信号を生成した後にクロックバッファツリー部（１０２）へ送信する。判定部（１０６）は、選択信号を生成した後にクロックバッファツリー部（１０２）へ送信する。クロックバッファツリー部（１０２）は、クロック生成部（１０１）からクロック信号を受信し判定部（１０６）から選択信号を受信し、クロック信号をクロックバッファツリー部（１０２）の外へ送信する。クロックバッファツリー部（１０２）は、クロックバッファ部を１個または複数有している。
【００１１】
ここでは、クロックバッファツリー部（１０２）が、３個のクロックバッファ部（１０３〜１０５）で構成されている一例を説明する。クロックバッファ部（１０３）は、クロック生成部（１０１）からクロック信号を受信し判定部（１０６）から選択信号を受信した後、クロック信号をクロックバッファ部（１０４）へ送信する。クロックバッファ部（１０４）は、クロックバッファ部（１０３）からクロック信号を受信し判定部（１０６）から選択信号を受信した後、クロック信号をクロックバッファ部（１０５）へ送信する。クロックバッファ部（１０５）は、クロックバッファ部（１０４）からクロック信号を受信し判定部（１０６）から選択信号を受信した後、クロック信号を、クロックバッファツリー部（１０２）の外へ送信する。これらの構成により、選択信号の状態に応じてクロックバッファ部（１０３〜１０５）の内部の経路が切り替わる。
【００１２】
図２は、クロックバッファ部（１０３）の内部を説明する図である。
【００１３】
配線（２０６〜２１１）はクロック信号を伝送し、配線（２１２）は選択信号を伝送する。スイッチ部（２００）は、クロック信号と選択信号を受信した後、スイッチ部（２００）で処理したクロック信号をクロックバッファセル部（２０４）へ送信する。クロックバッファセル部（２０４）は、クロック信号を受信した後、クロックバッファセル部（２０４）で処理したクロック信号をスイッチ部（２０１）へ送信する。スイッチ部（２０１）は、クロック信号と選択信号を受信した後、スイッチ部（２０１）で処理したクロック信号をクロックバッファツリー部（１０２）の外へ送信する。スイッチ部（２０２）は、クロック信号と選択信号を受信した後、スイッチ部（２０２）で処理したクロック信号をクロックバッファセル部（２０５）へ送信する。クロックバッファセル部（２０５）は、クロック信号を受信した後、クロックバッファセル部（２０５）で処理したクロック信号をスイッチ部（２０３）へ送信する。スイッチ部（２０３）は、クロック信号と選択信号を受信した後、スイッチ部（２０３）で処理したクロック信号をクロックバッファツリー部（１０２）の外へ送信する。
【００１４】
図３（ａ）は、スイッチ部（２００）の内部の構成の一例である。スイッチ部（２００）は、配線（２０６、２１０、２１２）と接続するｐ型トランジスタで構成されている。図３（ｂ）は、スイッチ部（２０２）の内部の構成の一例である。スイッチ部（２０２）は、配線（２０８、２１０、２１２）と接続するｎ型トランジスタで構成されている。
【００１５】
以上が、本実施形態に係る構成の説明である。
【００１６】
本構成を用いて基準時間毎にクロックの信号が通る経路を切り替えて制御する動作について図１を使用して説明を行う。
【００１７】
判定部（１０６）は、内部にタイマーを内蔵しており基準時間に達すると選択信号を生成する。基準時間の値は、判定部（１０６）の内部の記憶素子に設定する。
【００１８】
例えば基準時間は、予めエレクトロマイグレーション等の経時劣化を測定する試験の結果を元に製品の寿命の仕様を満たす値として数秒から数年の単位の時間を設定できる。
【００１９】
判定部（１０６）は、選択信号を生成した後にクロックバッファツリー部（１０２）へ送信する。判定部（１０６）は、次の基準時間になるまで選択信号の状態を保持する。選択信号の状態を保持し送信し続ける機構としては、ラッチセルを使用した既知の手法を適用可能である。この動作により、判定部（１０６）は、基準時間毎に選択信号（１１２）の状態を変更できる。
【００２０】
以下、図２を使用して配線（２１０）を経由して受信したクロック信号を基準時間毎に経路を切り替えて配線（２１１）へ送信する動作について説明する。
【００２１】
スイッチ部（２００〜２０３）は、選択信号を受信してクロック信号を通す動作と通さない動作とを切り替える動作を行う。
【００２２】
以降、クロック信号を通す動作をオン動作、クロック信号を通さない動作をオフ動作と記載する。
【００２３】
スイッチ部（２００〜２０１）とスイッチ部（２０２〜２０３）は、選択信号の状態により逆の動作を行う構造となっている。
【００２４】
ここで選択信号は、Ｌｏｗの状態とＨｉｇｈの状態の二つの状態を持つ。即ち、スイッチ部（２００〜２０１）は、図３（ａ）に示すようにｐ型トランジスタで構成され、選択信号がＬｏｗの状態の場合、クロック信号がオン動作となる。一方、スイッチ部（２０２〜２０３）は、図３（ｂ）に示すようにｎ型トランジスタで構成され、選択信号がＬｏｗの状態の場合、クロック信号がオフ動作となる。選択信号がＬｏｗの状態の場合スイッチ部（２００〜２０１）の経路を通ったクロック信号が配線（２１１）へ送信される。
【００２５】
逆に、選択信号がＨｉｇｈの状態の場合スイッチ部（２０２〜２０３）の経路を通ったクロック信号が配線（２１１）へ送信される。
【００２６】
以上の動作により基準時間毎に選択信号の状態をオン動作からオフ動作に変更すると、クロック信号の経路を切り替えられる。
【００２７】
図４は、本構成を使用したクロックの波形図を示している。ここで、図２と図４とを使用して、配線２１０のクロック波形が基準時間毎に異なる経路を経由して配線２１１のクロック波形へ伝わることを説明する。図４の配線２１０のクロック波形は、クロック信号を伝送している配線（２１０）におけるクロック信号の波形を示している。
【００２８】
図４の配線２１２の選択信号の波形は、選択信号を伝送する配線（２１２）における選択信号の波形を示している。
【００２９】
ここでは一例として、クロック信号の２サイクル毎に選択信号が生成される場合の波形を示している。スイッチ部（２００〜２０１）は、選択信号の状態によって、クロック信号を通すオン動作と通さないオフ動作とを切り替える。
【００３０】
配線２１０のクロック信号波形において、クロックのエッジ（４０１）の時点では配線（２１２）の選択信号の状態は、Ｈｉｇｈの状態である。そのため、スイッチ部（２００〜２０１）はオフ動作を行い、スイッチ部（２０２〜２０３）はオン動作を行う。
【００３１】
クロックのエッジ（４０１）は、スイッチ部（２００〜２０１）のオフ動作により、配線（２０６〜２０７）を経由してはクロックのエッジ（４０４）へ伝わらない。一方、クロックのエッジ（４０１）は、スイッチ部（２０２）のオン動作により、クロックのエッジ（４０２）へ伝わる。
【００３２】
クロックのエッジ（４０２）は、クロックバッファセル（２０５）の処理により、クロックのエッジ（４０３）へ伝わる。クロックのエッジ（４０３）は、スイッチ部（２０３）のオン動作により、クロックのエッジ（４０４）へ伝わる。
【００３３】
２サイクル後のクロックのエッジ（４１１）の時点では、選択信号の状態は、Ｌｏｗの状態である。
【００３４】
その為、スイッチ部（２００〜２０１）は、クロック信号をオン動作を行い、スイッチ部（２０２〜２０３）は、オフ動作を行う。
【００３５】
クロックのエッジ（４１１）は、スイッチ部（２００〜２０１）のオン動作によりクロックのエッジ（４１２〜４１３）を経由してクロックのエッジ（４１４）へ伝わる。
一方、クロックのエッジ（４１１）は、スイッチ部（２０２〜２０３）のオフ動作により、配線（２０８〜２０９）を経由してはクロックのエッジ（４１４）へ伝わらない。
【００３６】
このように、基準時間に達する度にクロック信号の通る経路が切り替わる構成となっている。
【００３７】
［実施形態２］
以下、図５を使用し本装置を使用した実施形態２について説明する。
【００３８】
実施形態２は、半導体集積回路のクロックバッファセル近傍の温度が基準温度に達する度に、クロック信号の通る経路が切り替わる構成である。半導体回路部（５００）は、クロック生成部（１０１）とクロックバッファツリー部（１０２）と判定部（１０６）と温度取得部（５０１）とから構成されている。
【００３９】
温度取得部（５０１）は、特に場所は限定しないが、例えば対象の詳細な温度情報を得ることのできる半導体集積回路のクロックの幹線のクロックバッファの近傍に配置するのが一般的である。
【００４０】
本構成は実施形態１と同様にクロック生成部（１０１）とクロックバッファツリー部（１０２）と判定部（１０６）を備えるが、半導体集積回路の内部の温度を取得する温度取得部（５０１）を備える点で異なる。
【００４１】
以下図５を使用して、判定部（１０６）が温度取得部（５０１）で生成した切り替え信号を受信して選択信号を生成する動作について説明する。
【００４２】
温度取得部（５０１）は温度センサ等によりクロックバッファの近傍の温度を取得し、基準の温度に達すると切り替え信号を生成し判定部（１０６）へ送信する。信号を生成する基準の温度は、温度取得部（５０１）の内部の記憶素子に設定する。
【００４３】
設定する基準の温度は、予めエレクトロマイグレーション等の経時劣化を測定する試験の結果を元に製品の寿命の仕様を満たす値を設定する。任意に設定可能ではあるが、例えばトランジスタの劣化が加速する温度として７５℃等の値を設定できる。
【００４４】
判定部（１０６）は、温度取得部（５０１）の切り替え信号を受信すると選択信号を生成する。
【００４５】
本実施形態は、前記温度取得部（５０１）を備える構成と、判定部（１０６）にて選択信号の生成に関する動作とが実施形態１と異なり、それ以外の動作は同じ動作となる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  半導体回路部
１０１  クロック生成部
１０２  クロックバッファツリー部
１０３〜１０５  クロックバッファ部
１０６  判定部
２００〜２０３  スイッチ部
２０４〜２０５  クロックバッファセル部
２０６〜２１２  配線
４０１〜４０４  クロックのエッジ
４１１〜４１４  クロックのエッジ
５００  半導体回路部
５０１  温度取得部
【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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