JP5346259B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

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Description

本発明は半導体集積回路に関し、特に電源ノイズ低減に関する。
半導体集積回路において、送受信回路間のデータ転送に用いられる各信号線上に電源ノイズが発生し、送受信回路間のデータ転送が正しく行われないという問題がある。この電源ノイズを低減するために、当該信号線上のインピーダンスを低く抑えることが求められている。
そのため、各送受信回路のデータ受信用の信号線上にはODT(On Die Termination)等の電源ノイズを低減する対策が施されている(非特許文献1)。特に送受信回路間で双方向にデータ転送が行われる双方向用信号線に対しては、各送受信回路において、データ受信時にはODT機能をオンし、データ受信時以外にはODT機能をオフするようなターミネーション回路が備えられている。
JEDEC STANDARD,DDR2 SDRAM SPECIFICATION JESD79−2E(Revision of JESD79−2D),April 2008,JEDEC SOLID STATE TECHNOLOGY ASSOCIATION
従来技術では、双方向用信号線を介した各送受信回路間のデータ転送において、データ受信側となる受信側回路がデータ受信後にODT機能をオンからオフにした場合、電源電圧の急な変動により双方向用信号線上に電源ノイズが発生する。この電源ノイズが収束する前に、受信側回路がさらに別のデータを受信するためにODT機能をオフからオンした場合、当該データがこの電源ノイズの影響を受ける。そのため従来技術では、データの送受信を精度良く行うことができないという問題があった。
本発明にかかる半導体集積回路は、信号線を介してデータの送受信が行われる第1及び第2の送受信回路を備え、前記第1の送受信回路は、第1の電源と前記信号線との間に設けられた第1の抵抗と、当該第1の抵抗に流れる電流のオンオフを制御する第1のスイッチと、を有する第1のターミネーション回路と、データ受信時には前記第1のスイッチをオンし、データ送信時には前記第1のスイッチをオフし、データ受信後にさらに別のデータを受信する場合には、先の前記データ受信後から第1の所定の期間前記第1のスイッチをオンし続けるように、前記第1のターミネーション回路に対して第1の制御信号を出力する制御回路と、を備える。
上述のような回路構成により、電源ノイズを低減することができるため、データの送受信を精度良く行うことができる。
本発明により、データの送受信を精度良く行うことが可能な半導体集積回路を提供することができる。
本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路を示す図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態2にかかる半導体集積回路を示す図である。
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
実施の形態1
本発明の実施の形態1について図面を参照して説明する。なお本発明は、第1の送受信回路と、第2の送受信回路と、第1及び第2の送受信回路間で双方向にデータ転送が行われる信号線(以下、単に「双方向用信号線」と称す)と、を備え、電源ノイズ対策としてODT機能を有する回路に対して適用可能である。本実施の形態では、SoC(System On Chip)回路とSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)回路とを備え、両回路間で双方向用信号線を介してデータ転送が行われる場合を例に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体集積回路である。図1に示す回路は、SoC回路(第1の送受信回路)100とSDRAM回路(第2の送受信回路)101とを備える。これら両回路間のデータ転送は、DDR(Double data rate)規格によって行われている。
まず、本実施の形態1の回路構成について説明する。SoC回路100は、2ビット幅のクロックCKと、クロックCKの差動信号である2ビット幅のクロックCKBと、をSDRAM回路101に対して出力する。また、SoC回路100は、SDRAM回路101の各アドレスに対するコマンドが含まれる16ビット幅の制御信号CMDを、当該SDRAM回路101に対して出力する。なお、SDRAM回路101は、クロックCK/CKBに同期して制御信号CMDを取り込む。
また、SoC回路100とSDRAM回路101との間では、32ビット幅のデータDQと、4ビット幅のストローブ信号DQS及びその差動信号DQSBと、が双方向に送受信される。なお、データ受信側となる受信側回路は、ストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信データDQを取り込む。なお便宜上、上記の各信号名は、それぞれ信号線名も表すものとする。
図2は、図1の回路のうち、1ビットの双方向用信号線(ストローブ信号線DQS[3:0]/DQSB[3:0],データ信号線DQ[31:0]のうちいずれか1ビットの信号線)とそれに対応する周辺回路のみを図示している。ここでは、この1ビットの双方向用信号線がデータ信号線DQ[0]である場合を例に説明する。データ信号線DQ[0]は、前述のようにSoC回路100とSDRAM101との間に接続される。
SoC回路100は、外部端子201と、バッファ202と、バッファ203と、ODT機能を有するターミネーション回路(第1のターミネーション回路)204と、ターミネーション回路204のODT機能のオンオフを制御する制御信号(第1の制御信号)200を出力する制御回路205と、インバータ206と、を備える。ターミネーション回路204は、抵抗(第1の抵抗)207と、抵抗208と、スイッチ(第1のスイッチ)209と、スイッチ210と、を有する。また、スイッチ209はPチャネルMOSトランジスタであって、スイッチ210はNチャネルMOSトランジスタである場合を例に説明する。
SoC回路100において、データ信号線DQ[0]は、外部端子201を介して、バッファ202の入力端子とバッファ203の出力端子とに接続される。
また、外部端子201とバッファ202との間にターミネーション回路204が設けられる。ターミネーション回路204において、高電位側電源端子VDDと、外部端子201とバッファ202とを接続する信号線上のノードN1と、の間にスイッチ209及び抵抗207とが直列に接続される。低電位側電源端子VSSとノードN1との間にスイッチ210と抵抗208とが直列に接続される。より具体的には、スイッチ209のソース端子は高電位側電源端子VDDに接続される。スイッチ209のドレイン端子は抵抗207の一端に接続される。抵抗207の他端は抵抗208の一端に接続される。抵抗208の他端はスイッチ210のドレイン端子に接続される。スイッチ210のソース端子は低電位側電源端子VSSに接続される。抵抗207の他端と抵抗208の一端とがノードN1に共通接続される。なお、高電位側電源端子VDDとノードN1との間に直列に接続されたスイッチ209及び抵抗207は、接続関係を入れ替えても良い。同様に低電位側電源端子VSSとノードN1との間に直列に接続されたスイッチ210と抵抗208とは、接続関係を入れ替えても良い。
バッファ202の出力端子は、制御回路205の入力端子INに接続される。バッファ203の入力端子は、制御回路205の出力端子OUTに接続される。制御回路205の出力端子C1は、スイッチ209のゲート端子に接続されるとともに、スイッチ210のゲート端子にインバータ206を介して接続される。このような周辺回路の構成は、他の双方向用信号線にも採用されている。なお、制御回路205は各双方向用信号線に共通に設けられる。
次に、本実施の形態1の動作について説明する。SoC回路100がSDRAM回路101からのデータを受信(リード)する場合について説明する。まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMDを出力する。その後、SDRAM回路101は、例えば、制御信号CMDによって指定されたアドレスのデータDQとストローブ信号DQS/DQSBとをSoC回路100に対して送信する。このとき、SDRAM回路101から送信されるデータDQは、所定のバースト長を有する。
SoC回路100は、対応する信号線、外部端子201、及びバッファ202を介して各信号を受信する。なお、SoC回路100は、データDQをストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信する。SoC回路100が受信したデータは、制御回路205やその他の周辺回路(不図示)に入力される。SoC回路100が制御信号CMDを送信してからデータDQの受信を開始するまでの期間をリードレイテンシ(RL)と称す。
ここでSoC回路100は、SDRAM回路101からのデータ受信時において、データ信号線DQ上及びストローブ信号線DQS/DQSB上に発生する電源ノイズを抑制するために、対応するターミネーション回路204のODT機能をオンする。つまり、SoC回路100は、制御回路205からの制御信号(第1の制御信号)200に基づいて各ターミネーション回路204に含まれるスイッチ209,210をオンし、対応する信号線上のノードを所定の電位(例えば、高電位側電源VDDの1/2の電位)にする。それにより、SoC回路100は、受信データに含まれる電源ノイズを低減し、データの受信を精度良く行うことができる。
SoC回路100がSDRAM回路101に対してデータを送信(ライト)する場合について説明する。まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMDを出力する。その後、SoC回路100は、データDQ及びストローブ信号DQS/DQSBをSDRAM回路101に対して送信する。このとき、SoC回路100から送信されるデータDQは、所定のバースト長を有する。
そして、SDRAM回路101は、データDQをストローブ信号DQS/DQSBに同期して受信する。データDQは、例えば、制御信号CMDによって指定されたアドレスに書き込まれる。なお、SoC回路100が制御信号CMDを送信してからデータDQの送信を開始するまでの期間をライトレイテンシ(WL)と称す。
ここでSoC回路100は、SDRAM回路101へのデータ送信時において、対応するターミネーション回路204のODT機能をオフする。つまり、SoC回路100は、制御回路205からの制御信号200に基づいて各ターミネーション回路204に含まれるスイッチ209,210をオフし、バッファ203及び外部端子201を介してSDRAM回路101に対して送信するデータの電位を減衰させないようにする。それにより、SoC回路100は、データの送信を精度良く行うことができる。
このようにSoC回路100は、SoC回路100がSDRAM回路101からのデータを受信するリードモードと、SoC回路100がSDRAM回路101に対してデータを送信するライトモードと、を制御信号CMDによって切り替える。また、SoC回路100は、1クロックCK周期分のデータ長を有する制御信号CMDを所定の間隔で出力する。
例えば、SoC回路100は、リード/ライトモードでデータを受信/送信し、その後所定の間隔をおいて、再び同じモードで別のデータを送受信する。あるいは、SoC回路100は、リード/ライトモードでデータを受信/送信し、その後所定の間隔をおいて、当該モードと異なるモードで別のデータを送受信する。このようなデータの送受信が繰り返される。
ここで本実施の形態では、SoC回路100がリードモードでデータを受信し、その後所定の間隔をおいて、再びリードモードで別のデータを受信する場合に特徴を有する。このときの動作について、図3を用いて説明する。
まず、SoC回路100は、SDRAM回路101に対して制御信号CMD(図3のA;以下、単に「リードコマンドA」と称す)を出力する。SDRAM回路101は、リードレイテンシRL(図3のC)の期間を経て、所定のバースト長を有するデータDQ(図3のD)と、それに対応するストローブ信号DQS/DQSBと、をSoC回路100に対して送信する。
ここでSoC回路100は、双方向用信号線(データ信号線DQ及びストローブ信号線DQS/DQSB)を介してデータを受信する場合、各信号線に対応するターミネーション回路のODT機能をオンする。
SoC回路100は、リードコマンドAを出力後、所定の間隔(図3のB)をおいて、リードコマンドE(図3のE)を出力する。SDRAM回路101は、リードレイテンシRL(図3のF)の期間を経て、所定のバースト長を有するデータDQ(図3のG)と、それに対応するストローブ信号DQS/DQSBと、をSoC回路100に対して送信する。
このとき、SoC回路100に設けられた制御回路205は、リードコマンド(A,E)の間隔Bと、リードレイテンシRL(C,F)と、データDQのバースト長(D,G)と、に基づいて、データDQが転送されていない期間(H)を求める。それにより、制御回路205は、データDQが転送されていない期間(H)、ターミネーション回路204のODT機能をオフするか否かを判定する。そして制御回路205は、その判定結果に基づいてターミネーション回路204に対して制御信号200を出力する。期間(H)が予め設定されたしきい値以下の場合には、期間(H)中、ターミネーション回路204はODT機能をオンし続ける(図3のI)。一方、期間(H)が予め設定されたしきい値を超える場合には、期間(H)中、ターミネーション回路204はODT機能をオンからオフに切り換える。
リードモードが連続する場合において、データ転送が行われない期間中、ターミネーション回路204がODT機能をオンし続けた場合、当該ターミネーション回路204に対応する双方向用信号線上にはODT機能のオンからオフへの切り替えによる電源ノイズは発生しない。そのため、SoC回路100は、従来問題となっていた電源ノイズの影響を低減し、データの受信を精度良く行うことができる。
一方、リードモードが連続する場合において、データ転送が行われていない期間(例えば、図3のH)がしきい値を超える場合、データ転送が行われない期間中、ターミネーション回路204はODT機能をオンからオフへ切り替える。つまり、SoC回路100は、ODT機能のオンからオフへの切り替えによる電源ノイズが収束するのに十分な期間経過後に、再び当該ターミネーション回路204のODT機能をオフからオンへ切り換えることができる。そのため、SoC回路100は、電源ノイズの影響を低減し、データの受信を精度良く行うことができる。なお、ODT機能をオンからオフへ切り替えるタイミングは、次のデータ受信が開始されるまでに電源ノイズが収束するのであればいつでも良い。
このように、本実施の形態にかかる半導体集積回路は、受信側回路(例えばSoC回路100)が連続してデータを受信する場合において、データ受信の間隔に応じて当該受信側回路のODT機能のオンオフを制御する。つまり、データ受信の間隔に応じて、当該受信側回路のODT機能をオンし続けるか、オンからオフに切り換えるかを制御する。それにより、本実施の形態にかかる半導体集積回路は、電源ノイズの影響を低減し、データの送受信を精度良く行うことができる。
実施の形態2
実施の形態1では、SoC回路100がターミネーション回路204を備えた場合を例に説明したが、本実施の形態では、SDRAM回路にもターミネーション回路を備えた場合について説明する。
図4は、図2のSDRAM回路101にさらにターミネーション回路(第2のターミネーション回路)215を備えた回路である。図4は、1ビットの双方向用信号線(ストローブ信号線DQS[3:0]/DQSB[3:0],データ信号線DQ[31:0]のうちいずれか1ビットの信号線)とそれに対応する周辺回路のみを図示している。
図4に示す回路は、SoC回路100とSDRAM回路102とを備える。SDRAM回路102は、SDRAM部211と、外部端子212と、バッファ213と、バッファ214と、ターミネーション回路215と、インバータ216と、を備える。また、ターミネーション回路215は、抵抗(第2の抵抗)217と、抵抗218と、スイッチ(第2のスイッチ)219と、スイッチ220と、を有する。SoC回路100の回路構成及び動作は、実施の形態1の場合と同様であるため説明を省略する。また、SDRAM回路102に備えられたODT機能に関連する各回路の接続関係及び動作については、SoC回路100の場合と異なる部分のみ説明する。
SDRAM回路102は、SoC回路100からのデータ受信時において、データ信号線DQ上及びストローブ信号線DQS/DQSB上に発生する電源ノイズを抑制するために、対応するターミネーション回路215のODT機能をオンする。つまり、SDRAM回路102は、制御回路205からの制御信号(第2の制御信号)221に基づいて各ターミネーション回路215に含まれるスイッチ219,220をオンし、対応する信号線上のノードを所定の電位(例えば、高電位側電源VDDの1/2の電位)にする。それにより、SDRAM回路102は、受信データに含まれる電源ノイズを低減し、データの受信を精度良く行うことができる。
また、SDRAM回路102は、SoC回路100へのデータ送信時において、対応するターミネーション回路215のODT機能をオフする。つまり、SDRAM回路102は、制御回路205からの制御信号221に基づいて各ターミネーション回路215に含まれるスイッチ219,220をオフし、バッファ214及び外部端子212を介してSoC回路100に対して送信するデータの電位を減衰させないようにする。それにより、SDRAM回路102は、データの受信を精度良く行うことができる。その他、SDRAM回路102のODT機能に関連する各回路の接続関係及び動作については、SoC回路100の場合と同様であるため、説明を省略する。
このような回路構成により、本実施の形態では、双方向用信号線を介した各送受信回路のデータ転送において、送受信回路のうちいずれの回路が受信側回路となった場合でも、当該受信側回路のODT機能を制御することにより、データの送受信を精度良く行うことができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記実施の形態では、半導体集積回路が1つのSDRAM回路を備えた場合について説明したが、これに限られない。半導体集積回路が複数のSDRAM回路を備えた回路構成にも適宜変更可能である。
また上記実施の形態では、受信側回路(例えばSoC回路100)が連続してデータを受信する場合において、制御回路205が、アドレスコマンド間隔、リードレイテンシRL、データDQのバースト長、に基づいて制御信号(例えば制御信号200)を出力する場合について説明したが、これに限られない。データ受信間隔に応じたODT機能の制御が可能であれば、上記情報のうち少なくとも1つの情報(例えばアドレスコマンド間隔)に基づいて制御信号(例えば制御信号200)を出力するような回路構成にも適宜変更可能である。
また、ターミネーション回路は上記実施の形態に示す回路に限られない。所定の電位(例えば、高電位側電源VDDの1/2の電位)を有する電源(第1の電源)端子と、対応する双方向用信号線上のノードと、の間に直列に接続された抵抗及びスイッチを有する回路構成にも適宜変更可能である。
100 SoC回路
101 SDRAM回路
102 SDRAM回路
200 制御信号
201 外部端子
202 バッファ
203 バッファ
204 ターミネーション回路
205 制御回路
206 インバータ
207 抵抗
208 抵抗
209 スイッチ
210 スイッチ
211 SDRAM部
212 外部端子
213 バッファ
214 バッファ
215 ターミネーション回路
216 インバータ
217 抵抗
218 抵抗
219 スイッチ
220 スイッチ
221 制御信号

Claims (10)

  1. 信号線を介してデータの送受信が行われる第1及び第2の送受信回路を備え、
    前記第1の送受信回路は、
    第1の電源と前記信号線との間に設けられた第1の抵抗と、当該第1の抵抗に流れる電流のオンオフを制御する第1のスイッチと、を有する第1のターミネーション回路と、
    データ受信時には前記第1のスイッチをオンし、データ送信時には前記第1のスイッチをオフし、データ受信後にさらに別のデータを受信する場合において、先のデータ受信後から別のデータを受信するまでのデータ受信間隔が第1閾値以下である場合には、前記第1のスイッチをオンし続け、前記データ受信間隔が前記第1閾値を超える場合には、前記第1のスイッチをオンからオフに切り替えるように、前記第1のターミネーション回路に対して第1の制御信号を出力する制御回路と、を備えた半導体集積回路。
  2. 前記データ受信間隔は、前記第1の送受信回路が前記第2の送受信回路に対してデータ受信のコマンドを出力後さらに別のデータ受信のコマンドを出力するまでの期間に基づいて決定される、請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 前記データ受信間隔は、前記第1の送受信回路が前記第2の送受信回路に対してデータ受信のコマンドを出力してからデータ受信を開始するまでのレイテンシに基づいて決定される、請求項1又は2に記載の半導体集積回路。
  4. 前記データ受信間隔は、前記第1の送受信回路が受信するデータのバースト長に基づいて決定される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体集積回路。
  5. 前記第2の送受信回路は、
    前記第1の電源と前記信号線との間に設けられた第2の抵抗と、当該第2の抵抗に流れる電流のオンオフを制御する第2のスイッチと、を有する第2のターミネーション回路を備え、
    前記制御回路は、前記第2の送受信回路のデータ受信時には前記第2のスイッチをオンし、前記第2の送受信回路のデータ送信時には前記第2のスイッチをオフし、前記第2の送受信回路がデータ受信後にさらに別のデータを受信する場合において、先のデータ受信後から別のデータを受信するまでの所定期間が第2閾値以下である場合には、前記所定期間前記第2のスイッチをオンし続けるように、前記第2のターミネーション回路に対して第2の制御信号を出力する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体集積回路。
  6. 前記所定期間は、前記第2の送受信回路のデータ受信間隔である、請求項5に記載の半導体集積回路。
  7. 前記第2の送受信回路のデータ受信間隔は、前記第1の送受信回路が前記第2の送受信回路に対してデータ送信のコマンドを出力後さらに別のデータ送信のコマンドを出力するまでの期間に基づいて決定される、請求項6に記載の半導体集積回路。
  8. 前記第2の送受信回路のデータ受信間隔は、前記第1の送受信回路が前記第2の送受信回路に対してデータ送信のコマンドを出力してからデータ送信を開始するまでのレイテンシに基づいて決定される、請求項6又は7に記載の半導体集積回路。
  9. 前記第2の送受信回路のデータ受信間隔は、前記第2の送受信回路が受信するデータのバースト長に基づいて決定される、請求項6〜8のいずれか一項に記載の半導体集積回路。
  10. 前記制御回路は、前記第2の送受信回路がデータ受信後にさらに別のデータを受信する場合において、前記所定期間が前記第2閾値を超える場合には、前記第2のスイッチをオンからオフに切り替えるように前記第2の制御信号を出力する、請求項5〜9のいずれか一項に記載の半導体集積回路。
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