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CN1231974C - 半导体集成电路 - Google Patents

半导体集成电路 Download PDF

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CN1231974C CNB028118758A CN02811875A CN1231974C CN 1231974 C CN1231974 C CN 1231974C CN B028118758 A CNB028118758 A CN B028118758A CN 02811875 A CN02811875 A CN 02811875A CN 1231974 C CN1231974 C CN 1231974C
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Abstract

本发明提供一种半导体集成电路，通过以CMOS工序构成的电路单元(1)至(3)与连接于此的模拟控制线(5-1、5-2、5-3)在布局上不重叠的方式，以模拟控制线(5-1、5-2)迂回在AM·FM共同电路单元(3)的布局外部的方式进行配线，由此，尽量使AM·FM电路单元(3)内的信号线与模拟控制线(5-1、5-2)的距离分开，以便使AM·FM电路单元(3)内的信号线与模拟控制线(5-1、5-2)不借助寄生电容而结合，从而可抑制在信号线与模拟控制线(5-1、5-2)之间引起信号相互干涉。

Description

半导体集成电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，尤其适用于在一个芯片上集成多个电路单元并且在各电路单元上连接模拟控制线的CMOS构造的半导体集成电路。
背景技术
用以制造半导体装置的技术是具有Si(硅)双极性技术、化合物半导体的GaAs(砷化锗)技术、CMOS技术等。其中，CMOS技术具有消耗电力小、即便是低电压亦可工作、在微细化的状态下可进行高速工作、制造成本低等特征，现在多用于半导体装置。
其中，接收高频信号而进行处理的RF(Radio Frequency)电路(模拟电路部)多使用双极性技术或GaAs技术，至今尚未使用CMOS技术。这是因为，CMOS技术主要适用于数字电路的技术，在CMOS电路中无法充分获得良好的S/N的高频特性的缘故。
然而，近年来，在面向近距离无线数据通讯技术的蓝牙(bluetooth)或使用5GHz带的无线LAN等半导体芯片中，渐渐引入CMOS技术。这是因为和以声音通话为最优先的携带电话不同，由于蓝牙或无线LAN是以数据通信为主，因此在RF电路所需的特性的基准值与携带电话相比较缓慢。然而，若今后CMOS技术的改良日益进步，则推测携带电话等亦可引入CMOS技术，
另外，近年来半导体高集成化、多功能化，并且也提供在一个半导体芯片上集成多个电路单元的多个IC。如此，在将多个电路单元集成化在一片芯片时，以降低消耗电力等为目的，期望可在每一个电路单元上独立控制电源的导通/断开。
例如，将AM收音机广播与FM收音机广播的两方接收功能集成化于一芯片的电路，在接收AM收音机广播时，必须导通AM用的电路单元，断开FM用的电路单元；在接收FM收音机广播时，必须断开AM用的电路单元，导通FM用的电路单元。因此，不仅需要导通/断开聚集在芯片的外部的电源，在芯片内部的各电路单元上必须具备控制电源的导通/断开的构造。
若使用以往的双极性晶体管的集成电路，则因为即使是小的晶体管亦可实现大的驱动能力，故在各电路单元上设置开关用的晶体管，通过控制该晶体管可切换电源的导通/断开。
然而，在CMOS晶体管的集成电路上，由于其中所使用的MOSFET(场效应晶体管)的驱动能力不高，因此在各电路单元的根基上无法采用仅设置所谓开关用晶体管的构造。因此，在CMOS技术的情况下，必须对在电路单元内使用的各个晶体管进行电源导通/断开的个别控制。当然，用于电源控制的晶体管数量将变多。
另外，在对个别的晶体管进行电源的导通/断开控制时，在导通时，晶体管的栅极成为无法与任一处联系的浮动状态。在该状态下，晶体管将变成高阻抗且容易产生噪音的状态。根据情况不同，必须另外设置用以遮断因这种噪音产生的错误作业的开关晶体管，将导致晶体管的数量增多。
如此，在用以集成多个电路单元的CMOS的IC芯片中，在每一电路单元上需要多个用以控制电源的导通/断开的晶体管。因此，对于上述晶体管而言，用以供给控制信号的模拟控制线的条数大量增加。当然，在以CMOS技术构成模拟电路时，用以控制电路工作的模拟控制线的数量亦变多。结果，使得IC芯片内的配线面积增大。
在以往的CMOS工序中，为了避免因为控制线的配线面积增大而引起的芯片尺寸大型化，所以使用多层配线，在电路单元的上层或下层上，在布局上以重叠电路单元的方式配线控制线。图1是显示此时的配线布局例。
图1所示的IC芯片100是具备有以下构件：进行AM特有处理的电路单元1、进行FM特有处理的电路单元2、进行AM与FM共同的处理的电路单元3以及控制电路4。各电路单元1至3与控制电路4之间配线有模拟控制线105-1至105-3。
在图1的例子中，从控制电路4引拉到AM电路单元1的模拟控制线105-1、从控制电路4引拉到FM电路单元2的模拟控制线105-2是为了防止配线面积的芯片尺寸变大，故重叠配线于(正确而言是配线于与AM、FM共同电路单元3不同的配线层上)AM、FM共同电路单元3上。
然而，如此，重叠电路单元而配线模拟控制线时，电路单元内的信号线与模拟控制线借助绝缘层等效形成寄生电容，结果，将导致电路单元内的信号线与模拟控制线电容结合。
因此，致使在信号线与模拟控制线之间借助寄生电容互相传达信号，引起相互干涉。其结果，存在在信号线上流动的模拟信号的质量基于来自模拟控制线重叠的控制信号而劣化的问题。另外，在模拟控制线上流动的控制信号因为来自信号线的重叠信号而变动，亦有所谓引起错误作业的问题。
特别是，最近经常使用一种作为集成在一片芯片上的多个电路单元而具有模拟电路单元与数字电路单元的所谓模拟·数字混载LSI。在这种混载LSI中，在数字电路单元的上层或下层配线有模拟控制线时，借助寄生电容将方块等大的电压的数字信号完全重叠在微小的模拟控制信号中，以致有容易引起错误作业的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，目的在于在使用CMOS技术将多个电路单元集成在一片芯片上时，防止通过连接于各电路单元的模拟控制线的结合噪音，以抑制模拟特性的劣化或电路的错误作业。
本发明的半导体集成电路，在同一芯片上具备以CMOS工序构成的多个电路单元；以及将上述多个电路单元和具有控制其电源的接通/断开的功能的控制电路之间连接的模拟控制线，其特征在于，在相同配线层或者不同配线层配置上述多个电路单元中的一部分电路单元和对其它电路单元的模拟控制线，上述其它电路单元在由上述控制电路将上述一部分电路单元的电源控制成接通时而没有被控制成接通，将对上述其它电路单元的模拟控制线布线在上述一部分电路单元的布局上，并且将这之外的模拟控制线布线在上述一部分电路单元的布局外部。
本发明的其它方式，其特征在于，具备有以下构件：具有电源的导通/断开功能的以CMOS工序构成的多个电路单元；及连接在上述多个电路单元的用以控制上述电源的导通/断开的模拟控制线；上述多个电路单元与上述模拟控制线以不重叠在相同或相异的配线层的方式，将上述模拟控制线配置于上述多个电路单元的布局外部。
本发明的另一方式，其特征在于，在同一芯片上具备以下构件：具有电源的导通/断开功能的以CMOS工序构成的多个电路单元；用以控制上述多个电路单元的电源导通/断开的控制电路；及连接在上述多个电路单元与上述控制电路之间的模拟控制线，其中在上述多个电路单元的布局外部配置上述模拟控制线，或在某电路单元的布局上，配置基于上述控制电路将上述某电路单元的电源控制为导通时，与此同时对于未控制为导通的其它电路单元的模拟控制线。
本发明又一方式，是具备具有反馈环的模拟电路的CMOS构造的半导体集成电路，其特征在于，将上述反馈环的模拟信号线配置在上述模拟电路布局的外部。
由于本发明是以上述技术手段构成，电路单元内的信号线与模拟控制线不须互相配置在附近，以便使在该电路单元内的信号线与模拟控制线之间不产生寄生电容，可防止借助寄生电容的结合。
另外，根据本发明的其它特征，通过在某电路单元的布局上重叠配线其它电路单元的模拟控制线，可缩小集成电路的面积。另外，即使将某电路单元内的信号线与其它的电路单元的模拟控制线互相配置在附近，由于在该信号线与模拟控制线上不同时流动信号，因此可抑制该信号线与模拟控制线之间的信号相互干涉。
附图说明
图1是表示以往的半导体集成电路的布局例的图。
图2是表示本实施方式的半导体集成电路的布局例的图。
图3是表示AM电路单元内的构成例的图。
图4是表示FM电路单元内的构成例的图。
图5是表示本实施方式的半导体集成电路的其它布局例的图。
图6是表示具备回馈环的电路图。
具体实施方式
以下，依据附图说明本发明的一实施方式。
图2是表示本实施方式的半导体集成电路的布局例图。
图2所示的IC芯片10具备有以下构件：进行AM特有处理的电路单元1、进行FM特有处理的电路单元2、在AM与FM进行共同的处理的电路单元3以及控制电路4。上述电路1至4是以CMOS工序构成。此外，控制电路4亦可为配置在IC芯片10的外部的构成。
在各电路单元1至3与控制电路4之间是配线有模拟控制线5-1至5-3。该模拟控制线5-1至5-3是包含供给个别控制各电路单元1至3的电源导通/断开的控制信号的控制线。另外，除了电源的导通/断开控制以外，亦可包含供给用以控制各电路单元1至3的电路作业的控制信号的控制线。
图3是表示AM电路单元1内的构成例的图，图3所示的电路单元1是包含以下构件而构成：高频放大电路11、混合电路12、局部振荡电路(OSC)13、选局电路14、中间频率放大电路15、AM检波电路16、自动增益控制(AGC)电路17以及低频放大电路18。
高频放大电路11是以未图式的天线选择性放大已接收的广播波中特定频带的广播波。混合电路12、局部振荡电路(OSC)13以及选局电路14构成频率变换器，用以混合来自高频放大电路11输出的频率fc的载波信号，与局部振荡电路13输出的频率fL(通过选局电路14进行设定)的局部振荡信号，不改变调制内容而进行频率变换，以生成并输出fL-fc(例如450KHz)的中间频率信号。
中间频率放大电路15是放大通过混合电路12的中间频率信号。AM检波电路16是使用二极管等将中间频率信号变换为低频信号，AGC电路17是用以将来自AM检波电路16输出的AM广播波的振幅控制为固定的电路，使对应于AM检波电路16的输出振幅的控制电压反馈输出至中间频率放大电路15。低频放大电路18是放大通过AM检波电路16的低频信号，并从未图式的扩音器输出。
在如此所构成的AM电路单元1中，例如从控制电路4在高频放大电路11等上连接有模拟控制线5-1。另外，为了控制AM电路单元1的电源的导通/断开，在各单元11至18的必要处设置的多个开关晶体管上亦从控制电路4连接有模拟控制线5-1。
此外，在此虽然例示了将接收并再生AM广播所需功能大致全部集成在相同的IC芯片10上当作AM电路单元1的例子，但不一定需要全部集成。即，亦可将各电路单元11至18中的一部份集成在其它芯片上。
图4是FM电路单元2内的电路构成例的图。图4所示的FM电路单元2是包含以下构件而构成：高频放大电路21、混合电路22、局部振荡电路(OSC)23、选局电路24、中间频率放大电路25、FM检波电路26、立体解码电路27、减加重(de-emphasis)电路28L、28R以及低频放大电路29L、29R。
高频放大电路21是以未图式的天线选择性放大已接收的广播波中特定频带的广播波。混合电路22、局部振荡电路23以及选局电路24构成频率变换器，用以混合来自高频放大电路21输出的频率fc’的载波信号，与局部振荡电路23输出的频率fL’(通过选局电路24进行设定)的局部振荡信号，不改变调制内容而进行频率变换，以生成并输出fL’-fc’(例如10.7MHz)的中间频率信号。
中间频率放大电路25是放大通过混合电路22的中间频率信号。FM检测电路26是将中间频率信号变换为调制前的立体复合信号。该立体复合信号是合成L信号成分、R信号成分以及19KHz的双极性信号的信号。该立体复合信号是输入至立体解码电路27并分离再生为L信号与R信号。
减加重电路28L、28R是使以立体解码电路27分离再生的L信号与R信号的高域部衰减，以谋求SN比的改善。
低频放大电路29L、29R是放大通过减加重电路28L、28R的低频信号，并从未图式的扩音器输出。
在如此所构成的FM电路单元2中，例如从控制电路4在高频放大电路21等连接有模拟控制线5-2。另外，为了控制FM电路单元2的电源的导通/断开，在各单元21至29的必要处设置的多个开关晶体管亦从控制电路4连接有模拟控制线5-2。
此外，在此虽然例示了将接收并再生FM广播的所需功能大致全部集成在相同的IC芯片10上当作FM电路单元2的例子，但不一定需要全部集成。即，亦可将各电路单元21至29中的一部份集成在其它芯片上。
AM·FM共同电路单元3的内部电路虽省略图式，例如具备有：对AM电路单元1或FM电路单元2供给基准时钟脉冲的时钟脉冲产生电路；或对AM电路单元1内的中间频率放大电路15与FM电路单元2内的立体解码电路27供给特定频率的振荡输出的同步振荡电路等。
图2所示的本实施方式的IC芯片10中，从控制电路4引拉至AM电路单元1的模拟控制线5-1以及从控制电路4引拉至FM电路单元2的模拟控制线5-2，是以不重叠在AM·FM共同电路单元3的布局上(与AM·FM共同电路单元3相同的配线层以及不同的配线层的两方)的方式，迂回配线在该AM·FM共同电路单元3的布局外部。
由此，虽仅增大模拟控制线5-1、5-2的IC芯片10的面积，但是，由于AM·FM共同电路单元3内的信号线(未图式)与模拟控制线5-1、5-2的距离分离，因此可使借助寄生电容而结合的不良状况消失。从而，可抑制在信号线与模拟控制线5-1、5-2之间引起信号的相互干涉。结果，可抑止在信号线上流动的模拟信号的品质劣化，或是基于在模拟控制线5-1、5-2上流动的控制信号变动而引起电路的错误作业。
图5是表示本实施方式的半导体集成电路的其它构成例图。图5所示的IC芯片20是与图2所示的IC芯片10一样具备有以下构件：进行AM特有处理的电路单元1、进行FM特有处理的电路单元2、在AM与FM进行共同处理的电路单元3以及控制电路4。然而，上述各电路1至4的布局是与图2例不同。
在图2的IC芯片10中，与控制电路4相邻接配置有AM·FM共同电路单元3，AM电路单元1与FM电路单元2同时挟住AM·FM共同电路单元3而纵向配置在控制电路4的相反侧。与此相对，在图5所示的1C芯片20中，AM电路单元1与FM电路单元2是横向并列配置在控制电路4的旁边，在其下方配置AM·FM共同电路单元3。
在这样配置的情况下，在各电路单元1至3与控制电路4之间配线有模拟控制线5-1～5-3。在FM电路单元2与控制电路4之间的模拟控制线5-2以及AM·FM共同电路单元3与控制电路4之间的模拟控制线5-3，由于上述电路单元互相邻接，因此不需要使其它的电路迂回，另外，可不必重叠配线在其它电路单元的布局上。
另外，在AM电路单元1与控制电路4之间的模拟控制线5-1，是重叠配置在位于AM电路单元1与控制电路4之间的FM电路单元2的布局上(与FM电路单元2相同的配线层或是不同的配线层)。
如此，在图5的例中，联系各电路单元1至3与控制电路4的模拟控制线5-1，5-3均不需要对它电路单元进行迂回而配线。
在将AM接收功能与FM接收功能一芯片化的IC芯片20中，在接收AM收音机广播时，使AM电路单元1导通，使FM电路单元2断开。另外，在接收FM收音机广播时，使AM电路单元1断开，使FM电路单元2导通。因而，不需要同时导通AM电路单元1与FM电路单元2。
即，对模拟控制线5-1传送控制信号以控制AM电路单元1时，FM电路单元2必须为断开状态，且信号不能在FM电路单元2内的信号线上流动。因此，即使模拟控制线5-1相对于AM电路单元1重叠配线在FM电路单元2的布局上，相对于AM电路单元1的在模拟控制线5-1与FM电路单元2内的信号线之间大致不会引起信号的互相干涉。
由此，根据图5的布局，通过模拟控制线5-1至5-3，不使IC芯片20的面积增大，亦可使各电路单元1至3内的信号线与模拟控制线5-1至5-3借助寄生电容而结合的不良状况消失。从而，可抑制在信号线与模拟控制线5-1至5-3之间引起的信号相互干涉，可抑制在信号线上流动的模拟信号的品质劣化，或是基于在模拟控制线5-1至5-3上流动的控制信号变动而引起电路的错误作业。
此外，在上述实施方式中，作为IC芯片内所具备的多个电路单元的例子，对于AM/FM收音机的接收电路进行了说明，但这只是一个一例子，本发明不限于此。例如，在混载模拟电路与数字电路的IC芯片中，也可以将对于模拟电路的模拟控制线配线于数字电路的布局外部。
另外，在上述实施方式中，对于多个电路单元，说明了可个别控制电源的导通/断开的IC芯片，但是，在模拟控制不具有电源的导通/断开功能的电路时，同样可应用本发明。换言之，模拟控制线并非限定于用以控制电路单元的电源导通/断开的控制线。
而且，在上述实施方式中，虽说明模拟控制线的配线布局，但模拟信号线的配线布局亦同样可应用本发明。例如，如具备图6的反馈环的电路。图6所示的电路是具备有：加法运算器51、用以进行从加法运算器51输出的模拟信号的处理的模拟电路52，借助模拟信号线53将模拟电路52的输出信号反馈输入至加法运算器51。
在这种电路中，未将模拟信号线53重叠配线在模拟电路52的布局上，是将模拟信号线53配线在模拟电路52的布局外部。由此，可防止模拟电路52内的信号线与反馈用的模拟信号线53因寄生电容而结合。
此外，上述说明的实施方式，仅是表示实施本发明的具体化的例子，并非由此限定解释本发明的技术范围。即，本发明在不脱离其构思或其主要特征的情况下，可进行种种变形。
本发明如上述，由于以CMOS工序而构成的电路单元与连接于此的模拟控制线不重叠而将模拟控制线配线在电路单元的布局外部的方式，因此尽量分开电路单元内的信号线与模拟控制线的距离，可消除电路单元的信号线与模拟控制线借助寄生电容而结合的不良状况。从而，可控制信号线与模拟控制线之间引起的信号的互相干涉，可抑制在信号线上流动的模拟信号的品质劣化，或是基于在模拟控制线上流动的控制信号变动而引起电路的错误作业。
另外，根据本发明的其它特征，由于在某电路单元的布局上将该电路单元的电源控制为导通时，同时对未控制为导通的其它电路单元，配线模拟控制线，因此不需要使电路单元迂回，而可配线模拟控制线，可防止基于模拟配线的芯片面积的增大。然而，由于当某电路单元为导通状态时，其它电路单元必须为断开状态，因此，即使在某电路单元布局上对于其它电路单元重叠配线模拟控制线，在信号线与模拟控制线之间，也不产生信号的互相干涉。
产业上的可利用性
本发明是在使用CMOS技术而将多个电路单元集成于一芯片上时，可防止通过连接于各电路单元的模拟控制线的结合噪音，且对于抑制模拟特性的劣化或电路的错误作业极为有效。

Claims (1)

1.一种半导体集成电路，在同一芯片上具备以CMOS工序构成的多个电路单元；以及将上述多个电路单元和具有控制其电源的接通/断开的功能的控制电路之间连接的模拟控制线，其特征在于，
在相同配线层或者不同配线层配置上述多个电路单元中的一部分电路单元和对其它电路单元的模拟控制线，上述其它电路单元在由上述控制电路将上述一部分电路单元的电源控制成接通时而没有被控制成接通，将对上述其它电路单元的模拟控制线布线在上述一部分电路单元的布局上，并且将这之外的模拟控制线布线在上述一部分电路单元的布局外部。
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