JP2013251807A - Power switch circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源スイッチ回路に関する。 The present invention relates to a power switch circuit.
パワーゲーティング技術は、パワードメインへの電源供給のオン/オフを制御する技術である。パワーゲーティング技術を利用することによる問題の一つに、ノイズの問題がある。具体的には、回路の一部の電源供給を止めたり、供給を開始したりする際に、ノイズが発生する。特に、電源供給を開始する際に発生するノイズは、電源供給を止めていない周りの回路へ影響を及ぼすため、その対策が必要である。 The power gating technique is a technique for controlling on / off of power supply to the power domain. One of the problems caused by using power gating technology is a noise problem. Specifically, noise is generated when power supply to a part of the circuit is stopped or supplied. In particular, since noise generated when power supply is started affects peripheral circuits that do not stop power supply, countermeasures are required.
また、半導体集積回路のレイアウトの前段階で、電源制御回路を用いた半導体集積回路の内部回路の電源の接続及び切断時に発生する電源ノイズを算出する電源ノイズ算出手段と、算出された電源ノイズが第一基準値以下であるか否かを判定する基準値判定手段とを有するノイズ解析装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, the power supply noise calculation means for calculating the power supply noise generated when the power supply of the internal circuit of the semiconductor integrated circuit using the power supply control circuit is connected and disconnected in the previous stage of the layout of the semiconductor integrated circuit, and the calculated power supply noise There is known a noise analysis apparatus including a reference value determination unit that determines whether or not a value is equal to or less than a first reference value (see, for example, Patent Document 1).
また、電源ノイズ解析に係る基本単位回路の解析モデルを作成する解析モデル作成部と、解析モデル作成部で作成した基本単位回路を半導体集積回路の内部回路の解析モデルとして組み込み、半導体集積回路のレイアウトの前段階で、内部回路への電源供給を制御する複数のスイッチ群を有する電源制御回路を用いた半導体集積回路にて内部回路の電源の接続及び切断を行った際に発生する電源ノイズを算出する電源ノイズ算出部とを有するノイズ解析装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Also, an analysis model creation unit that creates an analysis model of a basic unit circuit related to power supply noise analysis, and a basic unit circuit created by the analysis model creation unit are incorporated as an analysis model of an internal circuit of a semiconductor integrated circuit, and the layout of the semiconductor integrated circuit The power supply noise generated when the power supply of the internal circuit is connected and disconnected in the semiconductor integrated circuit using the power supply control circuit having a plurality of switch groups for controlling the power supply to the internal circuit at the previous stage. There is known a noise analysis device having a power supply noise calculation unit (see, for example, Patent Document 2).
本発明の目的は、電源供給を開始する際に発生するノイズを抑えつつ、容量素子により発生するリーク電流を低減することができる電源スイッチ回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power switch circuit capable of reducing a leak current generated by a capacitive element while suppressing noise generated when power supply is started.
電源スイッチ回路は、電源電位が供給される電源電位線と、基準電位が供給される基準電位線と、電圧線と、前記電圧線及び前記基準電位線間に接続されるパワードメインと、前記電源電位線及び前記電圧線間に接続される第1のスイッチと、前記電源電位線及び前記基準電位線間に接続される容量素子と、前記電源電位線及び前記基準電位線間において、前記容量素子に対して直列に接続される第2のスイッチとを有し、前記第2のスイッチは、前記第1のスイッチがオンすると、オンからオフに切り替わる。 The power switch circuit includes a power supply potential line to which a power supply potential is supplied, a reference potential line to which a reference potential is supplied, a voltage line, a power domain connected between the voltage line and the reference potential line, and the power supply A first switch connected between the potential line and the voltage line; a capacitive element connected between the power supply potential line and the reference potential line; and the capacitive element between the power supply potential line and the reference potential line The second switch is connected in series to the second switch, and the second switch is switched from on to off when the first switch is turned on.
第1のスイッチを設けることにより、パワードメインへの電源供給をオン/オフし、消費電力を低減することができる。また、容量素子を設けることにより、パワードメインに電源供給を開始する際に発生するノイズを抑えることができる。また、第2のスイッチを設けることにより、容量素子により発生するリーク電流を低減することができる。 By providing the first switch, power supply to the power domain can be turned on / off and power consumption can be reduced. Further, by providing the capacitive element, it is possible to suppress noise generated when power supply to the power domain is started. In addition, by providing the second switch, leakage current generated by the capacitor can be reduced.
図1は実施形態による電源スイッチ回路の構成例を示す図であり、図2は図1の電源スイッチ回路の動作例を示すタイミングチャートである。電源電位線VDDSRCは、電源電位が供給される線である。基準電位線VSSは、基準電位(例えば0V)が供給される線である。電圧線VDDPDは、パワードメイン105の電源電位ノードに接続される線である。パワードメイン105の基準電位ノードは、基準電位線VSSに接続される。制御回路106は、第1の制御信号Psw及び第2の制御信号Preを生成する。複数の第1のスイッチ104は、電源電位線VDDSRC及び電圧線VDDPD間に並列に接続される。例えば、第1のスイッチ104は、pチャネル電界効果トランジスタである。pチャネル電界効果トランジスタ104は、ソースが電源電位線VDDSRCに接続され、ゲートが第1の制御信号Pswの線に接続され、ドレインが電圧線VDDPDに接続される。論理和(OR)回路103は、電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSSに接続され、電圧線VDDPDの電位及び第2の制御信号Preの論理和信号を出力する。容量素子101及び第2のスイッチ102の直列接続回路は、電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSS間に接続される。例えば、第2のスイッチ102は、pチャネル電界効果トランジスタである。pチャネル電界効果トランジスタ102は、ソースが電源電位線VDDSRCに接続され、ゲートN1が論理和回路103の出力端子に接続される。容量素子101は、pチャネル電界効果トランジスタ102のドレイン及び基準電位線VSS間に接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power switch circuit according to the embodiment, and FIG. 2 is a timing chart illustrating an operation example of the power switch circuit of FIG. The power supply potential line VDDSRC is a line to which a power supply potential is supplied. The reference potential line VSS is a line to which a reference potential (for example, 0 V) is supplied. The voltage line VDDPD is a line connected to the power supply potential node of the
例えば通常モードでは、制御回路106は、ローレベルの第1の制御信号Pswを出力する。第1のスイッチ104は、第1の制御信号Pswがローレベルであるときにはオンする。すると、電圧線VDDPDは、第1のスイッチ104を介して電源電位線VDDSRCに接続され、電源電位の供給を受ける。パワードメイン105は、電圧線VDDPDから電源電位の供給を受けて動作する。
For example, in the normal mode, the
例えば低消費電力モードでは、制御回路106は、ハイレベルの第1の制御信号Pswを出力する。第1のスイッチ104は、第1の制御信号Pswがハイレベルであるときにはオフする。すると、電圧線VDDPDは、電源電位線VDDSRCから切断され、やがて0Vになる。パワードメイン105は、電圧線VDDPDから電源電位の供給を受けることができず、動作を停止する。パワードメイン105の動作を停止させることにより、消費電力を低減することができる。
For example, in the low power consumption mode, the
以上のように、第1のスイッチ104のオン/オフを制御することにより、パワードメイン105への電源供給のオン/オフを制御することができる。ここで、第1のスイッチ104がオフからオンに切り替わる際に、電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSSにノイズが発生する。このノイズを低減するために、容量素子101を設ける。容量素子101を設けることにより、第1のスイッチ104のオン/オフを切り替える際に発生するノイズを低減することができる。ここで、第2のスイッチ102がない場合には、容量素子101は常に電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSSに接続され、リーク電流が発生し、無駄な電力を消費してしまう。特に、最近の半導体テクノロジの微細化に伴い、リーク電流の問題が大きくなってきている。そこで、第2のスイッチ102が設けられる。第2のスイッチ102は、第1のスイッチ104がオフからオンに切り替わる際のノイズ発生時にのみ容量素子101を電源電位線VDDSRCに接続し、それ以外では容量素子101を電源電位線VDDSRCから切断し、リーク電流を防止する。これにより、消費電力を低減することができる。
As described above, on / off of the power supply to the
制御回路106は、例えば通常モードでは第1の制御信号Pswをローレベルにし、例えば低消費電力モードでは第1の制御信号Pswをハイレベルにする。例えば、第1の制御信号Pswは、時刻t3より前ではハイレベルであり、時刻t3以降ではローレベルである。また、制御回路106は、第1の制御信号Pswに応じて第2の制御信号Preを生成する。第2の制御信号Preは、第1の制御信号Pswがハイレベルからローレベルに切り替わる時刻t3の第1のマージン時間前の時刻t2において、ハイレベルからローレベルに切り替わり、第1の制御信号Pswがハイレベルからローレベルに切り替わる時刻t3の第2のマージン時間後の時刻t5において、ローレベルからハイレベルに切り替わる。
For example, the
第1のスイッチ104がオフからオンに切り替わる際に発生するノイズは、第1の制御信号Pswがハイレベルからローレベルへ変化した直後に現れる。この時に発生するノイズは、容量素子101により低減することができる。その後、電圧線VDDPDの電位が立ち上がる。すると、論理和回路103はハイレベルを出力し、第2のスイッチ102はオンからオフに切り替わり、電源電位線VDDSRCから容量素子101へ電源電位の印加がストップする。これにより、ノイズが発生する期間以外の期間では、電源電位線VDDSRCから容量素子101への電源電位の印加がストップされ、容量素子101によるリーク電流を抑制することができる。
Noise generated when the
次に、図2を参照しながら、図1の電源スイッチ回路の動作例を説明する。まず、時刻t1では、第1の制御信号Pswがハイレベル、第2の制御信号Preがハイレベルである。第2の制御信号Preがハイレベルであるので、論理和回路103はハイレベルを出力する。第2のスイッチ102のゲートN1はハイレベルであるので、第2のスイッチ102はオフし、容量素子101の充電電圧は0Vである。これにより、容量素子101によるリーク電流を防止することができる。また、第1の制御信号Pswがハイレベルであるので、第1のスイッチ104がオフし、電圧線VDDPDは0Vである。これにより、パワードメイン105への電源供給は停止される。電源電位線VDDSRCは電源電位であり、基準電位線VSSは0Vである。
Next, an operation example of the power switch circuit of FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, at time t1, the first control signal Psw is at a high level and the second control signal Pre is at a high level. Since the second control signal Pre is at a high level, the
次に、時刻t2では、制御回路106は、第2の制御信号Preをハイレベルからローレベルに切り替える。第2の制御信号Pre及び電圧線VDDPDが共にローレベルになるので、論理和回路103はローレベルを出力する。これにより、第2のスイッチ102のゲートN1はローレベルになり、第2のスイッチ102はオフからオンに切り替わる。すると、容量素子101は、電源電位に充電される。容量素子101は、電源電位線VDDSRCに接続され、ノイズ低減機能が活性化される。
Next, at time t2, the
次に、時刻t3では、容量素子101は、電源電位にまで充電されている。制御回路106は、パワードメイン105に電源を供給するため、第1の制御信号Pswをハイレベルからローレベルに切り替える。すると、第1のスイッチ104がオンし、電圧線VDDPDは電源電位に向けて電位が上昇する。第1のスイッチ104がオフからオンに切り替わると、電圧線VDDPD及びパワードメイン105に一時的に大量の電荷が流入するため、電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSSにノイズが発生する。ただし、第2のスイッチ102により容量素子101が電源電位線VDDSRCに接続されているので、電源電位線VDDSRC及び基準電位線VSSに発生するノイズは低減されている。電圧線VDDPDに電源電位が供給されると、パワードメイン105にも電源が供給され、パワードメイン105は動作状態になる。
Next, at time t3, the
次に、時刻t4では、電圧線VDDPDの電位が閾値以上になり、電圧線VDDPDがローレベルからハイレベルになる。すると、論理和回路103はハイレベルを出力し、第2のスイッチ102のゲートN1がローレベルからハイレベルになり、第2のスイッチ102はオンからオフに切り替わる。すると、容量素子101は、充電を終了し、徐々に充電電圧が低下していく。容量素子101は、電源電位線VDDSRCから切断されるので、容量素子101によるリーク電流が防止され、消費電力を低減することができる。
Next, at time t4, the potential of the voltage line VDDPD becomes equal to or higher than the threshold value, and the voltage line VDDPD changes from the low level to the high level. Then, the
次に、時刻t5では、制御回路106は、第2の制御信号Preをローレベルからハイレベルに切り替える。この際、第2のスイッチ102のオン/オフ状態は、変わらない。その後、時刻t1の状態に戻る。
Next, at time t5, the
以上のように、容量素子101は、時刻t2からt4までの期間では電源電位線VDDSRCに接続されるのでノイズ低減機能を果たすことができ、それ以外の期間では電源電位線VDDSRCから切断されるのでリーク電流を防止することにより消費電力を低減することができる。
As described above, since the
本実施形態によれば、第1のスイッチ104を設けることにより、パワードメイン105への電源供給をオン/オフし、消費電力を低減することができる。また、容量素子101を設けることにより、パワードメイン105に電源供給を開始する際に発生するノイズを抑えることができる。また、第2のスイッチ102を設けることにより、容量素子101により発生するリーク電流を低減することができる。
According to the present embodiment, by providing the
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
101 容量素子
102 第2のスイッチ
103 論理和回路
104 第1のスイッチ
105 パワードメイン
106 制御回路
101
Claims (5)
基準電位が供給される基準電位線と、
電圧線と、
前記電圧線及び前記基準電位線間に接続されるパワードメインと、
前記電源電位線及び前記電圧線間に接続される第1のスイッチと、
前記電源電位線及び前記基準電位線間に接続される容量素子と、
前記電源電位線及び前記基準電位線間において、前記容量素子に対して直列に接続される第2のスイッチとを有し、
前記第2のスイッチは、前記第1のスイッチがオンすると、オンからオフに切り替わることを特徴とする電源スイッチ回路。 A power supply potential line to which a power supply potential is supplied;
A reference potential line to which a reference potential is supplied;
Voltage lines,
A power domain connected between the voltage line and the reference potential line;
A first switch connected between the power supply potential line and the voltage line;
A capacitive element connected between the power supply potential line and the reference potential line;
A second switch connected in series with the capacitor between the power supply potential line and the reference potential line;
The power switch circuit, wherein the second switch is switched from on to off when the first switch is turned on.
前記第1のスイッチは、前記第1の制御信号に応じてオン/オフすることを特徴とする請求項1又は2記載の電源スイッチ回路。 And a control circuit for generating the first control signal.
3. The power switch circuit according to claim 1, wherein the first switch is turned on / off according to the first control signal.
前記第2のスイッチは、前記電圧線の電位及び前記第2の制御信号に応じてオン/オフすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源スイッチ回路。 The control circuit generates a second control signal;
4. The power switch circuit according to claim 1, wherein the second switch is turned on / off in accordance with a potential of the voltage line and the second control signal. 5.
前記第2のスイッチは、ゲートが前記論理和回路の出力端子に接続されるpチャネル電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項4記載の電源スイッチ回路。 And a logical sum circuit for outputting a logical sum signal of the potential of the voltage line and the second control signal,
5. The power switch circuit according to claim 4, wherein the second switch is a p-channel field effect transistor having a gate connected to an output terminal of the OR circuit.
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