JP2011243794A - Semiconductor device, method of controlling power supply switch and designing method of the same - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の半導体装置では、電源制御領域への突入電流の発生を抑制するためにチップ面積が増大する問題があった。
【解決手段】本発明にかかる半導体装置は、オン抵抗が大きな第1のスイッチトランジスタSWLと、オン抵抗が小さな第2のスイッチトランジスタSWSと、を有し、第1、第2のスイッチトランジスタSWL、SWSは、異なる領域に電流を供給し、第1のスイッチトランジスタSWSは、制御信号CONTを直列的に伝搬するように直列に接続され、第2のスイッチトランジスタSWLは、前記制御信号を直列的に伝搬するように直列に接続され、第2のスイッチトランジスタSWLのうち初段に配置される第2のスイッチトランジスタSWLは、第1のスイッチトランジスタSWSのうち最も後ろに配置される第1のスイッチトランジスタSWSが出力する制御信号CONTが入力される。
【選択図】図8A conventional semiconductor device has a problem that a chip area increases in order to suppress generation of an inrush current into a power supply control region.
A semiconductor device according to the present invention includes a first switch transistor SWL having a large on-resistance and a second switch transistor SWS having a small on-resistance, and the first and second switch transistors SWL, The SWS supplies current to different regions, the first switch transistor SWS is connected in series so as to propagate the control signal CONT in series, and the second switch transistor SWL transmits the control signal in series. The second switch transistor SWL connected in series so as to propagate and disposed in the first stage among the second switch transistors SWL is the first switch transistor SWS disposed at the rearmost among the first switch transistors SWS. The control signal CONT output from is input.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は半導体装置、電源スイッチの制御方法及びその設計方法に関し、特にグローバル電源配線とローカル電源配線とを接続する電源スイッチを有する半導体装置、電源スイッチの制御方法及びその設計方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a power switch control method, and a design method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a power switch that connects a global power supply wiring and a local power supply wiring, a power switch control method, and a design method thereof.
半導体装置では、高集積化に伴い消費電力が増大している。そこで、近年、半導体装置では、チップ内に配置される回路を回路ブロックごとに複数の領域に分けて、利用しないブロックに対する電源の供給を部分的に遮断するなどの制御が行われる。このような電源制御に用いられる回路の1つに電源スイッチ回路がある。電源スイッチ回路は、チップに配置される回路の全体に対して設けられるグローバル電源配線と、電源制御領域に設けられる回路に対して設けられるローカル電源配線と、の接続状態を制御するスイッチトランジスタを有する。そして、電源スイッチ回路は、電源供給が制御される領域(以下電源制御領域と称す)に配置される回路への電源供給をスイッチトランジスタのオン・オフを切り替えることで制御する。 In semiconductor devices, power consumption is increasing with higher integration. Therefore, in recent years, in a semiconductor device, a control is performed such that a circuit arranged in a chip is divided into a plurality of regions for each circuit block, and supply of power to blocks that are not used is partially cut off. One of the circuits used for such power control is a power switch circuit. The power switch circuit includes a switch transistor that controls a connection state between a global power supply wiring provided for the entire circuit arranged in the chip and a local power supply wiring provided for a circuit provided in the power supply control region. . The power switch circuit controls power supply to a circuit arranged in a region where power supply is controlled (hereinafter referred to as a power control region) by switching on / off of the switch transistor.
この電源スイッチ回路を用いた場合、半導体装置では、電源が遮断された電源制御領域への電源の供給を再開すると、電源制御領域に流れ込む電流が増加する事によってグローバル電源配線の電圧が低下する。一方、近年の半導体装置では、低消費電力化のために電源電圧を低く設定することが多い。このような低い電源電圧に基づき動作する半導体装置では、動作が可能な電源電圧の幅が狭くなる傾向がある。つまり、低い電源電圧に基づく半導体装置では、動作を保証できる電源電圧の変動幅が小さい。そのため、低い電源電圧に対して電源スイッチ回路の動作に伴う電圧変動が生じると半導体装置の動作が不安定になる問題が生じる。そこで、このような電源スイッチ回路による電源電圧の変動を防止する技術が特許文献1〜3に開示されている。
In the case where this power switch circuit is used, in the semiconductor device, when the supply of power to the power control region where the power is cut off is resumed, the current flowing into the power control region is increased, thereby reducing the voltage of the global power supply wiring. On the other hand, in recent semiconductor devices, the power supply voltage is often set low in order to reduce power consumption. In a semiconductor device that operates based on such a low power supply voltage, the range of power supply voltages that can operate tends to be narrow. That is, in a semiconductor device based on a low power supply voltage, the fluctuation range of the power supply voltage that can guarantee the operation is small. For this reason, when a voltage variation accompanying the operation of the power switch circuit occurs with respect to a low power supply voltage, there arises a problem that the operation of the semiconductor device becomes unstable. Therefore,
特許文献1に記載の電源スイッチ回路のブロック図を図14に示す。図14に示すように、特許文献1に記載の電源スイッチ回路は、複合スイッチ回路505が縦続接続される。そして、先頭に配置される複合スイッチ回路505に制御信号PONに入力される。制御信号PONは、縦続接続される複合スイッチ回路505を伝搬し、末尾に配置される複合スイッチ回路505において折り返される。折り返された制御信号PON(以下折り返される制御信号をPGOODとする)は、再度、縦続接続される複合スイッチ回路505を伝搬し、先頭に配置される複合スイッチ回路505から制御信号PGOODとして出力される。
FIG. 14 shows a block diagram of the power switch circuit described in
また、複合スイッチ回路505の回路図を図15に示す。図15に示すように、複合スイッチ回路505は、反転バッファ回路615、617、620、622と、プリチャージ用ヘッダースイッチ605と、ヘッダースイッチ610を有する。複合スイッチ回路505は、反転バッファ回路615、617を介して制御信号PONを伝搬する。そして、反転バッファ回路615の出力によりプリチャージ用ヘッダースイッチ605をオンさせる。また、複合スイッチ回路505は、反転バッファ回路620、622を介して制御信号PGOODを伝搬する。そして、反転バッファ回路620の出力によりヘッダースイッチ610をオンさせる。また、プリチャージ用ヘッダースイッチ605及びヘッダースイッチ610は、グローバル電源配線VDDCとローカル電源配線VDDとの間に並列に接続される。プリチャージ用ヘッダースイッチ605は、ヘッダースイッチ610よりも小さなトランジスタサイズを有する。
A circuit diagram of the
特許文献1では、制御信号PONの入力に応じてまずプリチャージ用ヘッダースイッチ605を順次導通させ、その後、ヘッダースイッチ610を順次導通させる。プリチャージ用ヘッダースイッチ605及びヘッダースイッチ610をこのように制御することで、ローカル電源配線VDDに電源を供給する最初の段階はローカル電源配線LVDDに与える電流を制限する。そして、プリチャージ用ヘッダースイッチ605が全て導通した後にヘッダースイッチ610による電源供給を開始する。このような制御を行うことで、グローバル電源配線VDDCからローカル電源配線VDDに流れる電流の最大値を抑制することができる。また、電流の最大値を抑制することで、グローバル電源配線VDDCの電圧降下を抑制することができる。
In
また、特許文献2に記載の半導体集積回路では、複数の回路セルと、電源線群と、少なくとも一部が電源線群の下層領域に含まれ、電源線群に接続される電源スイッチセルと、電源スイッチセルに接続され、所定の回路セルに電源を供給する分岐線群と、を有し、電源スイッチセルは、入力される制御信号に応じて、分岐線群のうち、所定の回路セルに接続される少なくとも1つの分岐線への電源の供給を遮断する。そして、電源スイッチセルは、所定の回路セルの非電源遮断時における消費電力に応じて設定された駆動能力を有するスイッチ用トランジスタを含む。これにより、特許文献2に記載の半導体集積回路では、電源電圧の降下を抑制することができる。 Further, in the semiconductor integrated circuit described in Patent Document 2, a plurality of circuit cells, a power supply line group, a power switch cell that is at least partially included in a lower layer region of the power supply line group, and is connected to the power supply line group, A branch line group connected to the power switch cell and supplying power to the predetermined circuit cell. The power switch cell is connected to the predetermined circuit cell in the branch line group in accordance with an input control signal. The power supply to at least one branch line to be connected is cut off. The power switch cell includes a switch transistor having a driving capability set in accordance with power consumption when a predetermined circuit cell is not powered off. Thereby, in the semiconductor integrated circuit described in Patent Document 2, a drop in power supply voltage can be suppressed.
また、特許文献3に記載の半導体集積回路では、スイッチトランジスタとして、導通時抵抗が異なる複数のトランジスタを含むものを用いる。そして、スイッチトランジスタは、複数の信号線により当該トランジスタより導通時抵抗が高いスイッチトランジスタが全て導通した後に導通させるという規則を守りながら、複数のトランジスタを複数回に分けて、非導通状態から導通状態へと導通制御される。これにより、特許文献3に記載の半導体集積回路では、スイッチトランジスタを非導通状態から導通状態に切り替えるときの突入電流による電源電圧の降下を抑制しながら、導通後のスイッチトランジスタのオン抵抗を低減する。 In the semiconductor integrated circuit described in Patent Document 3, a switch transistor including a plurality of transistors having different resistances during conduction is used. The switch transistor is divided from a non-conductive state to a conductive state by dividing the plurality of transistors into a plurality of times while observing a rule that all switch transistors having higher resistance than the transistor are turned on by a plurality of signal lines. The continuity is controlled. Thereby, in the semiconductor integrated circuit described in Patent Document 3, the on-resistance of the switch transistor after conduction is reduced while suppressing a drop in the power supply voltage due to the inrush current when the switch transistor is switched from the non-conduction state to the conduction state. .
しかしながら、特許文献1に記載の電源スイッチ回路及び特許文献3に記載の半導体集積回路では、1つのスイッチトランジスタを構成するために複数のトランジスタを用いなければならず、スイッチトランジスタが回路面積に占める割合が大きく、面積効率が悪い問題がある。また、特許文献2に記載の半導体集積回路では、電源スイッチセルが導通状態である場合の電源電圧の降下を抑制することを目的としており、電源スイッチセルの導通状態の切り替わりに応じて発生する突入電流及び電源電圧の降下を抑制することができない。特許文献2に記載の半導体集積回路において突入電流を抑制する場合には、特許文献1、3に記載の技術を適用する必要がある。
However, in the power switch circuit described in
つまり、特許文献1〜3に記載の技術においては、面積効率を悪化させることなく、電源スイッチの導通状態の切り替わりに応じて発生する電源電圧の低下を防止することができない問題がある。
In other words, the techniques described in
本発明にかかる半導体装置の一態様は、常時電源の供給を受ける第1の回路領域と、前記電源の供給状態と遮断状態とが切り換えられる第2の回路領域と、外部から電源の供給を受けるグローバル電源配線と、前記グローバル電源配線を介して前記電源が与えられローカル電源配線と、前記第2の回路領域に配置され、前記グローバル電源配線と前記ローカル電源配線との間の導通状態を制御信号に基づき制御し、オン抵抗が第1の抵抗値に設定される複数の第1のスイッチトランジスタと、前記第2の回路領域に配置され、前記グローバル電源配線と前記ローカル電源配線との間の導通状態を前記制御信号に基づき制御し、オン抵抗が前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値に設定される複数の第2のスイッチトランジスタと、を有する。そして、本発明にかかる半導体装置では、前記第1、第2のスイッチトランジスタは、前記第2の回路領域内の異なる領域に電流を供給し、前記複数の第1のスイッチトランジスタは、前記制御信号を直列的に伝搬するように直列に接続され、前記複数の第2のスイッチトランジスタは、前記制御信号を直列的に伝搬するように直列に接続され、前記複数の第2のスイッチトランジスタのうち初段に配置される第2のスイッチトランジスタは、前記複数の第1のスイッチトランジスタのうち最も後ろに配置される第1のスイッチトランジスタが出力する制御信号が入力される。 According to one aspect of the semiconductor device of the present invention, a first circuit region that is constantly supplied with power, a second circuit region that is switched between the power supply state and the cutoff state, and a power supply from the outside A global power supply wiring, a local power supply wiring to which the power supply is applied via the global power supply wiring, and a control signal that is arranged in the second circuit region and controls a conduction state between the global power supply wiring and the local power supply wiring. And a plurality of first switch transistors whose on-resistance is set to a first resistance value, and conduction between the global power supply wiring and the local power supply wiring, which are arranged in the second circuit region. A plurality of second switch transistors which control the state based on the control signal and whose on-resistance is set to a second resistance value smaller than the first resistance value. . In the semiconductor device according to the present invention, the first and second switch transistors supply currents to different regions in the second circuit region, and the plurality of first switch transistors include the control signal. Are connected in series so as to propagate in series, and the plurality of second switch transistors are connected in series so as to propagate the control signal in series, and the first stage of the plurality of second switch transistors is The second switch transistor disposed in the first switch transistor receives a control signal output from the first switch transistor disposed rearmost among the plurality of first switch transistors.
本発明にかかる電源スイッチ制御方法の一態様は、常時電源が供給される第1の回路領域と、前記電源の供給状態と遮断状態とが切り換えられる第2の回路領域と、外部から電源の供給を受けるグローバル電源配線と、前記グローバル電源配線を介して前記電源が与えられるローカル電源配線と、前記第2の回路領域に配置され前記グローバル配線と前記ローカル配線の間の導通状態を制御信号に基づき制御するスイッチトランジスタと、を有する半導体装置における電源スイッチ制御方法であって、前記スイッチトランジスタは、オン抵抗が第1の抵抗値に設定された複数の第1のスイッチトランジスタと、オン抵抗が前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値に設定された複数の第2のスイッチトランジスタと、を備え、前記制御信号を前記複数の第1のスイッチトランジスタにおいて直列的に伝搬させた後に前記第2のスイッチトランジスタに入力し、前記第2のスイッチトランジスタに入力された前記制御信号を複数の第2のスイッチトランジスタにおいて直列的に伝搬させる。 One aspect of a power switch control method according to the present invention includes: a first circuit region to which power is constantly supplied; a second circuit region in which the power supply state and the power supply state are switched; and power supply from the outside Based on a control signal, a global power supply wiring that receives power, a local power supply wiring to which the power is supplied via the global power supply wiring, and a conduction state between the global wiring and the local wiring arranged in the second circuit region A switch control method for a power supply switch in a semiconductor device comprising: a plurality of first switch transistors having an on-resistance set to a first resistance value; and A plurality of second switch transistors set to a second resistance value smaller than the first resistance value, and the control signal After being propagated in series in the plurality of first switch transistors, it is input to the second switch transistor, and the control signal input to the second switch transistor is serialized in the plurality of second switch transistors. To propagate.
本発明にかかる半導体装置の設計方法は、演算回路を用いて電源スイッチを有する半導体装置の設計を行う半導体装置の設計方法であって、前記演算回路が、回路設計データに基づき回路素子及びオン抵抗が第2の抵抗値に設定される第2のスイッチトランジスタを配置した電源制御領域を含む第1のレイアウトデータを作成する物理設計ステップと、前記電源制御領域の回路素子の通常動作に起因して生じる第1の電源電圧降下量を算出して、前記第1の電源電圧降下量が多い領域と少ない領域との境界を算出する第1の電源降下量算出ステップと、前記回路設計データに基づき前記電源遮断領域の電源の切り替わりに応じて生じる突入電流の電流量を算出して、オン抵抗が前記第2の抵抗値よりも大きな第1の抵抗値に設定される第1のスイッチトランジスタの必要個数を算出する見積もりステップと、前記電源遮断領域のうち前記第1の電源電圧降下量が少ない領域に配置される前記第2のスイッチトランジスタを前記第1のスイッチトランジスタに置き換えた第2のレイアウトデータを生成する置換ステップと、前記第2のレイアウトデータに基づき前記電源制御領域の前記突入電流に起因する第2の電源電圧降下量を算出する第2の電源降下量算出ステップと、前記第2の電源電圧降下量が予め設定された目標値よりも小さくなるまで前記第2のレイアウトデータ中の前記第2のスイッチトランジスタを置き換える前記第1のスイッチトランジスタの個数を増加させる最適化ステップと、を実行し、前記物理設計ステップ、前記置換ステップ、及び前記最適化ステップにおいて前記第1、第2のスイッチトランジスタの導通状態を制御する制御信号を伝搬させる信号配線は、前記制御信号が前記第1のスイッチトランジスタの後に前記第2のスイッチトランジスタに伝搬するように配線される。 A semiconductor device design method according to the present invention is a semiconductor device design method for designing a semiconductor device having a power switch using an arithmetic circuit, and the arithmetic circuit includes a circuit element and an on-resistance based on circuit design data. Resulting from a physical design step of creating first layout data including a power control region in which a second switch transistor in which a second resistance value is set is arranged, and normal operation of circuit elements in the power control region Based on the circuit design data, a first power supply voltage drop calculation step for calculating a first power supply voltage drop generated to calculate a boundary between a region where the first power supply voltage drop is large and a region where the first power supply voltage drop is small. A first amount in which the on-resistance is set to a first resistance value larger than the second resistance value is calculated by calculating a current amount of an inrush current generated according to switching of the power source in the power cutoff region. An estimation step for calculating the required number of switch transistors, and a second switch transistor arranged in a region where the first power supply voltage drop amount is small in the power cutoff region is replaced with the first switch transistor. A replacement step for generating the second layout data; a second power supply voltage drop calculating step for calculating a second power supply voltage drop caused by the inrush current in the power supply control region based on the second layout data; Optimization step of increasing the number of the first switch transistors replacing the second switch transistors in the second layout data until the second power supply voltage drop amount becomes smaller than a preset target value. And executing the physical design step, the replacement step, and the optimization step. The signal wiring for propagating the control signal for controlling the conduction state of the first and second switch transistors is wired so that the control signal propagates to the second switch transistor after the first switch transistor. The
本発明にかかる半導体装置、電源スイッチ制御方法及びその設計方法では、半導体装置が、オン抵抗の高い第1のスイッチトランジスタと、オン抵抗の低い第2のスイッチトランジスタとを有する。そして、電源制御領域への給電を開始する場合には、オンする第1のスイッチトランジスタの個数を段階的に増加させ、その後、オンする第2のスイッチトランジスタの個数を段階的に増加させる。これにより、本発明にかかる半導体装置及び電源スイッチ制御方法では、電源制御領域への給電開始時に発生する突入電流のピーク値を抑制する。また、本発明にかかる半導体装置の設計方法に基づき形成された半導体装置では、第1のスイッチトランジスタが、第2のスイッチトランジスタとの置き換えにより配置される。つまり、本発明にかかる半導体装置の設計方法に基づき形成された半導体装置では、第1のスイッチトランジスタと第2のスイッチトランジスタとが、それぞれ異なる領域への給電を行う。これにより、本発明では、電源スイッチの面積効率を向上させることができる。 In the semiconductor device, the power switch control method, and the design method thereof according to the present invention, the semiconductor device includes a first switch transistor having a high on-resistance and a second switch transistor having a low on-resistance. When power supply to the power supply control region is started, the number of first switch transistors that are turned on is increased stepwise, and then the number of second switch transistors that are turned on is increased stepwise. Thereby, in the semiconductor device and the power switch control method according to the present invention, the peak value of the inrush current generated at the start of power feeding to the power control region is suppressed. Further, in the semiconductor device formed based on the semiconductor device design method according to the present invention, the first switch transistor is arranged by replacing the second switch transistor. That is, in the semiconductor device formed based on the semiconductor device design method according to the present invention, the first switch transistor and the second switch transistor supply power to different regions. Thereby, in this invention, the area efficiency of a power switch can be improved.
本発明にかかる半導体装置、電源スイッチ制御方法及びその設計方法によれば、電源スイッチの面積効率を向上させながら、電源電圧変動を抑制することができる。 According to the semiconductor device, the power switch control method, and the design method according to the present invention, it is possible to suppress the power supply voltage fluctuation while improving the area efficiency of the power switch.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に本実施の形態にかかる半導体装置の模式図を示す。図1に示すように、本実施の形態にかかる半導体装置は、I/O領域、第1の回路領域(例えば、電源制御領域)、第2の回路領域(例えば、常時電源供給領域)を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor device according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes an I / O region, a first circuit region (for example, a power control region), and a second circuit region (for example, a constant power supply region). .
I/O領域は、半導体装置における外部インタフェース回路が配置される領域である。外部インタフェース回路は、例えば、入出力回路及びパッドを有する。電源制御領域及び常時電源供給領域には、ともに半導体装置に実装される各種機能を実現する機能回路が配置される。本実施の形態では、機能回路は回路の最小機能を実現するセル(以下、スタンダードセルと称す)を組み合わせることで構成されるものとする。 The I / O region is a region where an external interface circuit in the semiconductor device is arranged. The external interface circuit includes, for example, an input / output circuit and a pad. In both the power control area and the constant power supply area, functional circuits that implement various functions mounted on the semiconductor device are arranged. In this embodiment, the functional circuit is configured by combining cells (hereinafter referred to as standard cells) that realize the minimum function of the circuit.
また、電源制御領域は、電源スイッチ(以下、スイッチトランジスタと称す)を有する。電源制御領域に配置されるスタンダードセルは、スイッチトランジスタを介して電源が供給される。つまり、電源制御領域に配置されたスタンダードセルは、スイッチトランジスタがオン状態のときには電源が供給されて動作可能な状態となり、スイッチトランジスタがオフ状態のときには電源の供給が遮断されて停止状態となる。 Further, the power control region has a power switch (hereinafter referred to as a switch transistor). The standard cells arranged in the power control region are supplied with power via the switch transistor. In other words, the standard cell arranged in the power control region is in an operable state by being supplied with power when the switch transistor is in an on state, and is in a stopped state when the switch transistor is in an off state.
一方、常時電源供給領域に配置されるスタンダードセルは、スイッチトランジスタを介さずに外部から供給される電源がそのまま供給される。つまり、常時電源供給領域に配置されるスタンダードセルは、半導体装置に外部から電源が供給されている期間は常に電源が供給される。 On the other hand, the standard cells arranged in the constant power supply region are supplied with the power supplied from the outside without going through the switch transistor. In other words, the standard cells arranged in the constant power supply region are always supplied with power while the power is supplied from the outside to the semiconductor device.
ここで、図2に、図1に示すII−II線に沿った半導体装置の断面図の模式図を示す。図2に示すように、半導体装置は、半導体基板1と半導体基板1の上層に設けられる複数の配線層を有する。図2に示す例では、配線層を3層としたが、本発明を実施するに当たり、配線層の層数は任意に設定できる。
Here, FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross-sectional view of the semiconductor device along the line II-II shown in FIG. As shown in FIG. 2, the semiconductor device has a
半導体基板1において常時電源供給領域に相当する領域には、半導体装置の機能ブロックを構成するスタンダードセル10が形成され、電源制御領域に相当する領域にはスタンダードセル10L、10S、第1のスイッチトランジスタ(例えば、スイッチトランジスタSWS)及び第2のスイッチトランジスタ(例えば、スイッチトランジスタSWL)が形成される。スタンダードセル10Lは消費電流の大きなセルであり、スタンダードセル10Sは消費電流の小さなセルである。また、スイッチトランジスタSWSはオン抵抗が第1の抵抗値に設定されるものであり、スイッチトランジスタSWLはオン抵抗が第1の抵抗値よりも小さな第2の抵抗値に設定されるものである。つまり、スイッチトランジスタSWSのオン抵抗は大きく、スイッチトランジスタSWLのオン抵抗は小さい。そして、図2に示す例では、スイッチトランジスタSWSは、電源遮断領域の外周側又はスタンダードセル10Sの近傍に配置される。また、スイッチトランジスタSWLは、スタンダードセル10Lの近傍に配置される。
In the
また、図2に示す例では、グローバル電源配線GVDDが配線層のうち最上層に設けられる。グローバル電源配線GVDDは、半導体装置の回路形成領域(電源制御領域と常時電源供給領域とを含む領域)に形成される回路に対して電源を供給する。グローバル電源配線GVDDは、回路形成領域の全体に亘って形成される。このグローバル電源配線GVDDは、I/O領域に設けられる電源パッドに接続され、外部から電源の供給を受ける。 In the example shown in FIG. 2, the global power supply wiring GVDD is provided in the uppermost layer of the wiring layers. The global power supply wiring GVDD supplies power to a circuit formed in a circuit formation region (a region including a power control region and a constant power supply region) of the semiconductor device. The global power supply wiring GVDD is formed over the entire circuit formation region. The global power supply wiring GVDD is connected to a power supply pad provided in the I / O region, and is supplied with power from the outside.
また、図2に示す例では、グローバル電源配線GVDDの下層にローカル電源配線LVDDが設けられる。ローカル電源配線LVDDは、電源制御領域と常時電源供給領域とで分離して形成される。ローカル電源配線LVDDのうち電源制御領域に対応して設けられるローカル電源配線LVDDは、スイッチトランジスタSWL、SWSを介してグローバル電源配線GVDDに接続される。また、ローカル電源配線LVDDのうち電源制御領域に対応して設けられるローカル電源配線LVDDは、電源制御領域に設けられる回路に対して電源供給を行う。ローカル電源配線LVDDのうち常時電源供給領域に対応して設けられるローカル電源配線LVDDは、直接グローバル電源配線GVDDに接続される。また、ローカル電源配線LVDDのうち常時電源供給領域に対応して設けられるローカル電源配線LVDDは、常時電源供給領域に設けられる回路に対して電源供給を行う。 In the example shown in FIG. 2, the local power supply wiring LVDD is provided below the global power supply wiring GVDD. The local power supply wiring LVDD is formed separately in the power supply control region and the constant power supply region. Of the local power supply wiring LVDD, the local power supply wiring LVDD provided corresponding to the power supply control region is connected to the global power supply wiring GVDD via the switch transistors SWL and SWS. Further, the local power supply wiring LVDD provided corresponding to the power supply control region in the local power supply wiring LVDD supplies power to a circuit provided in the power supply control region. Of the local power supply wiring LVDD, the local power supply wiring LVDD provided corresponding to the constant power supply region is directly connected to the global power supply wiring GVDD. In addition, the local power supply wiring LVDD provided corresponding to the constant power supply region in the local power supply wiring LVDD supplies power to a circuit provided in the constant power supply region.
また、図2に示す例では、ローカル電源配線LVDDの下層にセル配線が設けられる。セル配線は、半導体基板1上に形成されるスタンダードセル間、又は、回路を構成する素子の間を接続する配線である。なお、セル配線の一部をローカル電源配線LVDDとして利用することも可能である。この場合、ローカル電源配線LVDDとして利用するセル配線はスイッチトランジスタSWL、SWSに直接接続される形態となる。
In the example shown in FIG. 2, a cell wiring is provided below the local power supply wiring LVDD. The cell wiring is a wiring for connecting between standard cells formed on the
なお、本実施の形態にかかる半導体装置においては、常時電源供給領域のグローバル電源配線GVDDとローカル電源配線LVDDはビア配線により接続される。また、ローカル電源配線LVDDとセル配線とはビア配線により接続される。セル配線とスタンダードセルとはコンタクト配線によりと接続される。 In the semiconductor device according to the present embodiment, the global power supply wiring GVDD and the local power supply wiring LVDD in the constant power supply region are connected by via wiring. The local power supply wiring LVDD and the cell wiring are connected by via wiring. The cell wiring and the standard cell are connected by contact wiring.
そこで、本実施の形態にかかる半導体装置のスイッチトランジスタとスタンダードセルとの関係を説明するための概略図を図3に示す。図3では、PMOSトランジスタMPとNMOSトランジスタとから構成されるインバータを一つのスタンダードセルの例として示した。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between the switch transistor and the standard cell of the semiconductor device according to this embodiment. In FIG. 3, an inverter composed of a PMOS transistor MP and an NMOS transistor is shown as an example of one standard cell.
図3に示すように、電源制御領域では、外部から供給される電源電圧VDDが供給されるグローバル電源配線GVDDとローカル電源配線LVDDはスイッチトランジスタSWLを介して接続される。そして、スタンダードセルは、接地電圧GNDが供給される接地配線とローカル電源配線LVDDとの間に接続される。図3では、グローバル電源配線GVDDに与えられる電源電圧をVDDとし、スイッチトランジスタSWLを介してローカル電源配線LVDDに与えられる電源電圧をVSDとした。なお、スイッチトランジスタSWLのゲートには図示していない制御回路から制御信号CONTが与えられ、スイッチトランジスタSWLは制御信号CONTによりオン状態とオフ状態が制御される。また、本実施の形態では、スイッチトランジスタの配置場所に応じてスイッチトランジスタSWLをスイッチトランジスタSWSに置き換える。 As shown in FIG. 3, in the power supply control region, the global power supply wiring GVDD supplied with the power supply voltage VDD supplied from the outside and the local power supply wiring LVDD are connected via the switch transistor SWL. The standard cell is connected between the ground wiring to which the ground voltage GND is supplied and the local power supply wiring LVDD. In FIG. 3, the power supply voltage applied to the global power supply wiring GVDD is VDD, and the power supply voltage applied to the local power supply wiring LVDD via the switch transistor SWL is VSD. The gate of the switch transistor SWL is supplied with a control signal CONT from a control circuit (not shown), and the switch transistor SWL is controlled to be turned on and off by the control signal CONT. In this embodiment, the switch transistor SWL is replaced with the switch transistor SWS according to the arrangement location of the switch transistor.
一方、常時電源供給領域では、外部から供給される電源電圧VDDが供給されるグローバル電源配線GVDDとローカル電源配線LVDDは配線を介して接続される。図3に示す例では、ローカル電源配線LVDDには、外部から供給される電源電圧VDDがそのまま印加される。そして、スタンダードセルは、接地電圧GNDが供給される接地配線とローカル電源配線LVDDとの間に接続される。 On the other hand, in the constant power supply region, the global power supply wiring GVDD supplied with the power supply voltage VDD supplied from the outside and the local power supply wiring LVDD are connected via the wiring. In the example shown in FIG. 3, the power supply voltage VDD supplied from the outside is applied to the local power supply wiring LVDD as it is. The standard cell is connected between the ground wiring to which the ground voltage GND is supplied and the local power supply wiring LVDD.
また、電源制御領域のスタンダードセルを構成するトランジスタのうちPMOSトランジスタMPのバックゲートはローカル電源配線に接続される。一方、スイッチトランジスタSWLは、電源制御領域内のスタンダードセルが停止時状態の時にも動作する必要がある。そのため、スイッチトランジスタSWLのバックゲートはグローバル電源配線に接続される。また、常時電源供給領域のスタンダードセルを構成するトランジスタのうちPMOSトランジスタMPのバックゲートはローカル電源配線に接続される。なお、電源制御領域及び常時電源供給領域のいずれのスタンダードセルにおいてもNMOSトランジスタMNのバックゲートは接地側配線に接続される。 In addition, the back gate of the PMOS transistor MP among the transistors constituting the standard cell in the power supply control region is connected to the local power supply wiring. On the other hand, the switch transistor SWL needs to operate even when the standard cell in the power supply control region is in a stopped state. Therefore, the back gate of the switch transistor SWL is connected to the global power supply line. Further, the back gate of the PMOS transistor MP among the transistors constituting the standard cell in the constant power supply region is connected to the local power supply wiring. Note that the back gate of the NMOS transistor MN is connected to the ground-side wiring in both the standard cells in the power control region and the constant power supply region.
続いて、本実施の形態にかかる半導体装置におけるスイッチトランジスタとスタンダードセルとの位置関係について説明する。そこで、図4に、スイッチトランジスタとスタンダードセルとの位置関係を説明する概略図を示す。なお、図4に示す例では、配置されるスイッチトランジスタとして、スイッチトランジスタSWLのみを示したが、実際には、スイッチトランジスタSWLの一部はスイッチトランジスタSWSに置き換えられる。 Next, the positional relationship between the switch transistor and the standard cell in the semiconductor device according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the switch transistor and the standard cell. In the example shown in FIG. 4, only the switch transistor SWL is shown as the switch transistor to be arranged, but actually, a part of the switch transistor SWL is replaced with the switch transistor SWS.
図4に示すように、本実施の形態にかかる半導体装置では、常時電源供給領域と電源制御領域とにスタンダードセルが配置される。スタンダードセルは、予め高さ及び幅が決められた素子であって、機能回路の最小構成単位である。本実施の形態では、全てのスタンダードセルは高さが統一されており、幅は、セルの機能に応じて複数種類が用意されているものとする。図4に示す例では、全てのスタンダードセルの高さ及び幅を統一した。そして、図4に示す例では、電源制御領域内にスイッチトランジスタSWLが一定間隔おきに配置される。スイッチトランジスタSWLは、スタンダードセルの2倍の高さを有し、かつ、スタンダードセルの6倍の幅を有する。ここで、スイッチトランジスタの高さ及び幅は、スタンダードセルの高さ及び幅の整数倍であることが好ましい。スイッチトランジスタの高さ及び幅をこのようにすることで、スタンダードセルが配置される半導体装置における配置性及び面積効率を高めることができる。なお、スイッチトランジスタSWSは、スイッチトランジスタSWLと同じ高さを有し、かつ、幅はスイッチトランジスタSWLよりも小さいものとする(例えば、幅はスタンダードセルの4倍)。 As shown in FIG. 4, in the semiconductor device according to the present embodiment, standard cells are arranged in the constant power supply region and the power control region. A standard cell is an element having a predetermined height and width, and is the minimum structural unit of a functional circuit. In this embodiment, it is assumed that all standard cells have a uniform height, and a plurality of types of widths are prepared according to the function of the cell. In the example shown in FIG. 4, the height and width of all standard cells are unified. In the example shown in FIG. 4, the switch transistors SWL are arranged at regular intervals in the power supply control region. The switch transistor SWL has twice the height of the standard cell and six times the width of the standard cell. Here, the height and width of the switch transistor are preferably integer multiples of the height and width of the standard cell. By setting the height and width of the switch transistor in this way, it is possible to improve disposition and area efficiency in the semiconductor device in which the standard cell is disposed. Note that the switch transistor SWS has the same height as the switch transistor SWL and has a width smaller than that of the switch transistor SWL (for example, the width is four times that of the standard cell).
続いて、スイッチトランジスタSWL、SWSの詳細について説明する。スイッチトランジスタSWLのレイアウトの概念図を図5に示し、スイッチトランジスタSWSのレイアウトの概念図を図6に示す。 Next, details of the switch transistors SWL and SWS will be described. FIG. 5 shows a conceptual diagram of the layout of the switch transistor SWL, and FIG. 6 shows a conceptual diagram of the layout of the switch transistor SWS.
図5に示すように、スイッチトランジスタSWLは、Pウェル内に形成されたNウェル上に形成される。このNウェルは、周辺のスタンダードセルとは異なり、グローバル電源配線GVDDから電源電圧VDDの供給を受ける必要があるため、スタンダードセルのNウェルと連続しないような形状を有する。つまり、スイッチトランジスタSWLのNウェルは、スタンダードセルのNウェルとは電気的に絶縁される。Nウェル内には、ソース/ドレイン領域を形成する拡散層が形成される。また、スイッチトランジスタSWLは12本のゲート電極を有する。そして、12本のゲート電極は、ゲート配線により互いに接続され、図示しない上層配線から制御信号CONTが供給される。また、ソース/ドレイン領域は、ゲート電極を挟んで交互にソース領域とドレイン領域が設定される。ソース領域にはソース配線が設けられ、ドレイン領域にはドレイン配線が設けられる。ソース配線は、上層に配置されるグローバル電源配線GVDD(不図示)に接続される。また、ソース配線はNウェルにもグローバル配線から供給される電源電圧VDDを供給する。ドレイン配線は、中間配線(不図示)を介してローカル電源配線LVDDと接続される。 As shown in FIG. 5, the switch transistor SWL is formed on the N well formed in the P well. Unlike the peripheral standard cells, the N well needs to be supplied with the power supply voltage VDD from the global power supply wiring GVDD, and thus has a shape that is not continuous with the N well of the standard cell. That is, the N well of the switch transistor SWL is electrically insulated from the N well of the standard cell. A diffusion layer for forming a source / drain region is formed in the N well. The switch transistor SWL has 12 gate electrodes. The twelve gate electrodes are connected to each other by a gate wiring, and a control signal CONT is supplied from an upper layer wiring (not shown). In the source / drain regions, source and drain regions are alternately set with a gate electrode interposed therebetween. A source wiring is provided in the source region, and a drain wiring is provided in the drain region. The source wiring is connected to a global power supply wiring GVDD (not shown) arranged in the upper layer. The source wiring supplies the power supply voltage VDD supplied from the global wiring to the N well. The drain wiring is connected to the local power supply wiring LVDD via an intermediate wiring (not shown).
図6に示すように、スイッチトランジスタSWSは、スイッチトランジスタSWLのゲート電極を減じた構成を有する。図6に示す例では、スイッチトランジスタSWSは、2本のゲート電極を有する。つまり、スイッチトランジスタSWSは、スイッチトランジスタSWLの6分の1のトランジスタサイズに設定される。 As shown in FIG. 6, the switch transistor SWS has a configuration in which the gate electrode of the switch transistor SWL is reduced. In the example shown in FIG. 6, the switch transistor SWS has two gate electrodes. That is, the switch transistor SWS is set to a transistor size that is 1/6 of the switch transistor SWL.
続いて、本実施の形態にかかる半導体装置の設計方法について説明する。本実施の形態にかかる半導体装置の設計方法では、まず、電源制御領域にスイッチトランジスタSWLを配置し、その後、電源制御領域内の電源電圧の降下量に応じてスイッチトランジスタSWLをスイッチトランジスタSWSに置き換える。このようにして、本実施の形態にかかる半導体装置では、電源制御領域にスイッチトランジスタSWLとスイッチトランジスタSWSとを配置する。そこで、本実施の形態にかかる設計方法の手順を示すフローチャートを図7に示す。 Next, a method for designing a semiconductor device according to this embodiment will be described. In the design method of the semiconductor device according to the present embodiment, first, the switch transistor SWL is arranged in the power supply control region, and then the switch transistor SWL is replaced with the switch transistor SWS according to the amount of power supply voltage drop in the power supply control region. . Thus, in the semiconductor device according to the present embodiment, the switch transistor SWL and the switch transistor SWS are arranged in the power supply control region. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the design method according to this embodiment.
図7に示すように、本実施の形態にかかる設計方法では、まず、常時電源供給領域、電源制御領域の配置位置及び面積の設計を行い、回路設計データを作成する(ステップS1、回路設計ステップ)。なお、ステップS1では、各領域内に設ける機能ブロックの回路設計も行う。 As shown in FIG. 7, in the design method according to the present embodiment, first, the arrangement positions and areas of the constant power supply region and the power control region are designed to generate circuit design data (step S1, circuit design step). ). In step S1, circuit design of functional blocks provided in each area is also performed.
続いて、回路設計ステップにおいて設計した回路設計データに基づき回路素子及びスイッチトランジスタSWLを配置した第1のレイアウトデータを作成する(ステップS2、物理設計ステップ)。より具体的には、物理設計ステップでは、配置する回路ブロックのチップ内の詳細な場所を設定するフロアプラン、電源配線の配線、オン抵抗の小さなスイッチトランジスタSWLの配置、自動配置配線による素子の配置及び信号配線の配線、タイミング解析、回路の修正を行う場合に既存の設計データを活用して修正レイアウトを行うECO(Engineering Change Order)等を行う。また、物理設計ステップでは、スイッチトランジスタSWLの配置及びスイッチトランジスタSWLに制御信号CONTを与える信号配線の配線が行われる。この信号配線は、制御信号CONTが電源制御領域の外周部に配置されるスイッチトランジスタSWLに直列的に伝搬し、その後中央部に配置されるスイッチトランジスタSWLに伝搬するように配線される。 Subsequently, first layout data in which circuit elements and switch transistors SWL are arranged is created based on the circuit design data designed in the circuit design step (step S2, physical design step). More specifically, in the physical design step, a floor plan for setting a detailed location in a chip of a circuit block to be arranged, power supply wiring, placement of a switch transistor SWL having a small on-resistance, and placement of elements by automatic placement and routing In addition, when performing signal wiring, timing analysis, and circuit correction, ECO (Engineering Change Order) for performing correction layout using existing design data is performed. In the physical design step, the switch transistor SWL is arranged and the signal wiring for supplying the control signal CONT to the switch transistor SWL is performed. The signal wiring is wired so that the control signal CONT propagates in series to the switch transistor SWL disposed in the outer peripheral portion of the power supply control region and then propagates to the switch transistor SWL disposed in the central portion.
続いて、第1のレイアウトデータに含まれる電源制御領域の回路素子の通常動作に起因して生じる第1の電源電圧降下量(以下、IR−Dropと称す)を算出するIR−Drop検証を行う(ステップS3)。その後、検証結果に基づきIR−Dropが少ない領域と多い領域との境界を検索する(ステップS4)。このステップS3とステップS4とを合わせた設計工程が第1の電源降下量算出ステップとなる。 Subsequently, IR-Drop verification for calculating a first power supply voltage drop amount (hereinafter referred to as IR-Drop) caused by the normal operation of the circuit elements in the power control region included in the first layout data is performed. (Step S3). After that, based on the verification result, a boundary between a region with a small IR-Drop and a region with a large IR-Drop is searched (step S4). The design process combining step S3 and step S4 is the first power supply drop amount calculating step.
また、上記ステップS2からS4の工程と並行してステップS5からS8の見積もりステップを行う。見積もりステップでは、まず、回路設計データに基づき電源制御領域の容量の抽出を行う(ステップS5)。より具体的には、半導体装置は、電源配線、信号配線、回路素子等が寄生容量を有しており、ステップS5では、回路設計データからこれらの寄生容量を抽出する。続いて、ステップS5で抽出した容量(電源スイッチの寄生容量、電源配線の寄生容量、電源制御領域に配置されるコンデンサの容量)をモデル化した等価回路を作成する(ステップS6)。そして、ステップS6にて作成した等価回路を用いて電源遮断領域の電源の切り替わりに応じて生じる突入電流の電流量を算出する(ステップS7)。このステップS7では、等価回路を用いた簡易シミュレーションにより突入電流の電流量を算出する。そして、ステップS7において算出された突入電流の電流量に基づきオン抵抗の大きなスイッチトランジスタSWSの必要個数を見積もる(ステップS8)。より具体的には、突入電流のピーク値は、電源配線及びスイッチトランジスタSWLの抵抗値と、電源制御領域の容量値と、により決まるため、ステップS8では、この突入電流のピーク値を十分に抑制できるスイッチトランジスタSWSの個数を見積もる。つまり、見積もりステップでは、回路設計データに基づき電源遮断領域の電源の切り替わりに応じて生じる突入電流の電流量を算出して、オン抵抗が大きなスイッチトランジスタSWSの必要個数を算出する。 Further, in parallel with the steps S2 to S4, the estimation steps S5 to S8 are performed. In the estimation step, first, the capacity of the power control region is extracted based on the circuit design data (step S5). More specifically, in the semiconductor device, power supply wiring, signal wiring, circuit elements, and the like have parasitic capacitances, and in step S5, these parasitic capacitances are extracted from circuit design data. Subsequently, an equivalent circuit is created that models the capacitance extracted in step S5 (parasitic capacitance of the power switch, parasitic capacitance of the power supply wiring, and capacitance of the capacitor arranged in the power control region) (step S6). Then, using the equivalent circuit created in step S6, the amount of inrush current generated in response to switching of the power supply in the power cut-off region is calculated (step S7). In step S7, the amount of inrush current is calculated by a simple simulation using an equivalent circuit. Then, the required number of switch transistors SWS having a large on-resistance is estimated based on the amount of inrush current calculated in step S7 (step S8). More specifically, since the peak value of the inrush current is determined by the resistance value of the power supply wiring and the switch transistor SWL and the capacitance value of the power supply control region, the peak value of the inrush current is sufficiently suppressed in step S8. The number of possible switch transistors SWS is estimated. That is, in the estimation step, the amount of inrush current generated according to the switching of the power supply in the power cutoff region is calculated based on the circuit design data, and the required number of switch transistors SWS having a large on-resistance is calculated.
続いて、電源遮断領域のうちIR−Dropが少ない領域に配置されるスイッチトランジスタSWLをスイッチトランジスタSWSに置き換えた第2のレイアウトデータを生成する(ステップS9、置換ステップ)。なお、置換ステップにおいて置き換えの対象となるスイッチトランジスタSWLの個数は、ステップS8において算出されたスイッチトランジスタSWSの個数に相当する。そして、ステップS10、S11において第2の電源降下量算出ステップを行う。第2の電源降下量算出ステップでは、まず、第2のレイアウトデータに基づき第2の突入電流シミュレーションを行う(ステップS10)。ステップS10においては、第2のレイアウトデータから電源制御領域の配線及び素子の寄生容量と配線及び配線の抵抗値を抽出し、それらを用いて詳細な突入電流の電流量を算出する。そして、ステップS10において算出された突入電流の電流量に起因して発生する電源ノイズを算出し、電源ノイズと予め設定された目標値とを比較する(ステップS11)。 Subsequently, second layout data is generated by replacing the switch transistor SWL disposed in the region where the IR-Drop is small in the power cutoff region with the switch transistor SWS (step S9, replacement step). Note that the number of switch transistors SWL to be replaced in the replacement step corresponds to the number of switch transistors SWS calculated in step S8. In steps S10 and S11, a second power supply drop amount calculating step is performed. In the second power supply drop amount calculating step, first, a second inrush current simulation is performed based on the second layout data (step S10). In step S10, the wiring and element parasitic capacitances of the power supply control region and the resistance values of the wiring and wiring are extracted from the second layout data, and the detailed inrush current amount is calculated using them. Then, power supply noise generated due to the amount of inrush current calculated in step S10 is calculated, and the power supply noise is compared with a preset target value (step S11).
ステップS11において電源ノイズが目標値を上回っている場合(ステップS11のNO)、最適化ステップ(ステップS12)が行われる。最適化ステップでは、スイッチトランジスタSWLからスイッチトランジスタSWSへの置き換え個数をさらに増加させる。この置き換えは、IR−Dropが少ない領域に配置されるスイッチトランジスタSWLを対象に行われる。また、最適化ステップでは、電源遮断領域の外周部に配置されるスイッチトランジスタSWLを優先的にスイッチトランジスタSWSに置き換える。また、最適化ステップにおいては、電源遮断領域内に設けられる回路ブロックの入力回路及び出力回路が配置される領域に設けられるスイッチトランジスタSWLを優先的にスイッチトランジスタSWSに置き換える。なお、置換ステップ及び最適化ステップでは、スイッチトランジスタSWLがスイッチトランジスタSWSに置換されるが、このとき、制御信号CONTを伝搬させる信号配線は、制御信号CONTがスイッチトランジスタSWSに最初に入力され、かつ、スイッチトランジスタSWSを直列的に伝搬した後にスイッチトランジスタSWLに入力されるように再配線される。そして、最適化ステップは、第2の電源降下量算出ステップのステップS11において電源ノイズが目標値を下回るまで繰り返し行われる。 If the power supply noise exceeds the target value in step S11 (NO in step S11), an optimization step (step S12) is performed. In the optimization step, the number of replacements from the switch transistor SWL to the switch transistor SWS is further increased. This replacement is performed for the switch transistor SWL disposed in a region where IR-Drop is small. In the optimization step, the switch transistor SWL disposed on the outer periphery of the power cutoff region is preferentially replaced with the switch transistor SWS. Further, in the optimization step, the switch transistor SWL provided in the region where the input circuit and the output circuit of the circuit block provided in the power shut-off region are arranged is preferentially replaced with the switch transistor SWS. In the replacement step and the optimization step, the switch transistor SWL is replaced with the switch transistor SWS. At this time, the control signal CONT is first input to the switch transistor SWS in the signal wiring for propagating the control signal CONT, and Then, after being propagated in series through the switch transistor SWS, rewiring is performed so as to be input to the switch transistor SWL. Then, the optimization step is repeated until the power supply noise falls below the target value in step S11 of the second power supply fall amount calculation step.
そして、ステップS11において電源ノイズが目標値を下回った場合(ステップS11のYES)、設計工程を完了する。なお、本実施の形態にかかる半導体装置の設計方法では、ステップS4において算出されるIR−Dropが少ない領域は、オン抵抗が大きなスイッチトランジスタSWSを用いたとしてもIR−Dropが仕様上十分に小さくなる領域として設定する。これにより、IR−Dropが少ない領域に配置されるスイッチトランジスタSWLをスイッチトランジスタSWSに置き換えたとしてもIR−Dropが仕様を満たさなくなることを防止することができる。また、スイッチトランジスタSWLをスイッチトランジスタSWSに置き換えることにより発生する再設計の時間を削減することができる。 If the power supply noise falls below the target value in step S11 (YES in step S11), the design process is completed. In the semiconductor device design method according to the present embodiment, in the region where the IR-Drop calculated in step S4 is small, the IR-Drop is sufficiently small in the specification even if the switch transistor SWS having a large on-resistance is used. Set as an area. As a result, even if the switch transistor SWL disposed in the region where the IR-Drop is low is replaced with the switch transistor SWS, it is possible to prevent the IR-Drop from not satisfying the specifications. Further, it is possible to reduce the redesign time generated by replacing the switch transistor SWL with the switch transistor SWS.
上記設計方法により形成された本実施の形態にかかる半導体装置は、電源制御領域にスイッチトランジスタSWL及びスイッチトランジスタSWSが複数個配置される。また、本実施の形態にかかる半導体装置は、スイッチトランジスタSWSに制御信号CONTが直列的に伝搬した後に、スイッチトランジスタSWLに制御信号CONTが伝搬する。ここで、一般的に配線は、寄生容量及び寄生抵抗を有し、信号の伝搬に遅延が生じる。本実施の形態にかかる半導体装置では、この配線遅延を利用して、複数のスイッチトランジスタを段階的に導通状態とする。なお、制御信号CONTは、図示しない制御回路により出力されるものである。上記設計方法によって形成された半導体装置では、電源制御領域内に形成される回路によりスイッチトランジスタSWLとスイッチトランジスタSWSとの配置形態に複数のバリエーションが考えられる。そこで、図8から図11にスイッチトランジスタの位置関係を示す概略図を示す。なお、IR−Dropと回路ブロックの消費電流とには高い相関関係があるため、図8から図11の例においては、IR−Dropの大きさに対応する指標として回路ブロックの消費電流を用いた。 In the semiconductor device according to this embodiment formed by the above design method, a plurality of switch transistors SWL and switch transistors SWS are arranged in the power control region. In the semiconductor device according to the present embodiment, the control signal CONT propagates to the switch transistor SWL after the control signal CONT propagates in series to the switch transistor SWS. Here, the wiring generally has a parasitic capacitance and a parasitic resistance, and a delay occurs in signal propagation. In the semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of switch transistors are made conductive in stages using this wiring delay. The control signal CONT is output by a control circuit (not shown). In the semiconductor device formed by the above design method, a plurality of variations can be considered in the arrangement form of the switch transistor SWL and the switch transistor SWS depending on the circuit formed in the power supply control region. 8 to 11 are schematic views showing the positional relationship of the switch transistors. Since the IR-Drop and the current consumption of the circuit block have a high correlation, the current consumption of the circuit block is used as an index corresponding to the magnitude of IR-Drop in the examples of FIGS. .
図8に示す例では、電源制御領域内において消費電流が小さな領域と大きな領域とが存在する。これは、配置されるスタンダードセル10の密度が領域毎に異なるためである。自動配置配線により半導体装置を設計した場合、このように外周部の消費電流が小さくなり、中央部ほど消費電流が大きくなる。そして、本実施の形態では、電源制御領域にマトリックス状にスイッチトランジスタSWS、SWLを配置する。
In the example illustrated in FIG. 8, there are a region where the current consumption is small and a region where the power consumption is large. This is because the density of the
本実施の形態では、スイッチトランジスタが配置される領域の消費電流に応じて異なるオン抵抗のスイッチトランジスタを配置する。図8に示す例では、電源制御領域の外周部の4つの辺に沿って低消費電流の領域が存在する。そのため、電源制御領域の外周辺に沿ってスイッチトランジスタSWSが配置される。また、電源制御領域の中央部には消費電流の大きな領域が存在する。そのため、電源制御領域の中心部を含む領域にはスイッチトランジスタSWLが配置される。 In this embodiment, switch transistors having different on-resistances are arranged in accordance with current consumption in a region where the switch transistors are arranged. In the example shown in FIG. 8, there are regions of low current consumption along the four sides of the outer periphery of the power control region. Therefore, the switch transistor SWS is disposed along the outer periphery of the power control region. In addition, a region with a large current consumption exists in the central portion of the power supply control region. For this reason, the switch transistor SWL is arranged in a region including the central portion of the power control region.
ここで、図8では、制御信号CONTが伝達経路を矢印で示した。図8に示す例では、制御信号CONTが図面左上に配置されるスイッチトランジスタSWSに入力される。そして、制御信号CONTは複数のスイッチトランジスタSWS間を直列的に伝搬する。そして、制御信号CONTが最後に伝達されるスイッチトランジスタSWSから出力された制御信号CONTは、スイッチトランジスタSWLに入力される。そして、図8に示す例では、スイッチトランジスタSWLは、制御信号CONTが直列的に伝搬されるように接続される。なお、図8に示す例では、複数のスイッチトランジスタSWLを有する複数の信号伝搬系列を複数有する。そして、制御信号CONTは、信号伝搬系列間では並列的に伝搬する。このように、制御信号CONTの伝搬は少なくとも1つの直列的な伝搬系列を有していればよく、伝搬系列間では並列的に伝搬させることも可能である。 Here, in FIG. 8, the transmission path of the control signal CONT is indicated by an arrow. In the example shown in FIG. 8, the control signal CONT is input to the switch transistor SWS arranged at the upper left of the drawing. The control signal CONT propagates in series between the plurality of switch transistors SWS. The control signal CONT output from the switch transistor SWS to which the control signal CONT is transmitted last is input to the switch transistor SWL. In the example shown in FIG. 8, the switch transistor SWL is connected so that the control signal CONT is propagated in series. In the example shown in FIG. 8, a plurality of signal propagation sequences having a plurality of switch transistors SWL are provided. The control signal CONT propagates in parallel between signal propagation sequences. As described above, the control signal CONT need only have at least one serial propagation sequence, and can be propagated in parallel between the propagation sequences.
図9に示す例では、電源制御領域の外周辺の一辺に消費電流が小さい領域が存在し、他の部分は消費電流が大きな領域となっている。このような場合、スイッチトランジスタSWSは、外周辺のうち消費電流が小さな領域が存在する辺にのみ配置され、他の領域にはスイッチトランジスタSWLが配置される。そして、制御信号CONTは、複数のスイッチトランジスタSWSにおいて直列的に伝搬し、その後、複数のスイッチトランジスタSWLにおいて直列的に伝搬する。 In the example shown in FIG. 9, a region with a small current consumption exists on one side of the outer periphery of the power supply control region, and the other portion is a region with a large current consumption. In such a case, the switch transistor SWS is disposed only on the side of the outer periphery where the current consumption region is small, and the switch transistor SWL is disposed in the other region. The control signal CONT propagates in series in the plurality of switch transistors SWS, and then propagates in series in the plurality of switch transistors SWL.
図10に示す例では、図面左側の辺、図面下側の辺及び図面右側の辺の一部に消費電流が小さな領域が存在する。そのため、これらの消費電力が小さな領域にスイッチトランジスタSWSが配置される。また、その他の領域にはスイッチトランジスタSWLが配置される。また、図10に示す例においても、制御信号CONTは、複数のスイッチトランジスタSWSにおいて直列的に伝搬し、その後、複数のスイッチトランジスタSWLにおいて直列的に伝搬する。 In the example shown in FIG. 10, there are regions with small current consumption on the left side of the drawing, the lower side of the drawing, and part of the right side of the drawing. Therefore, the switch transistor SWS is arranged in an area where the power consumption is small. Further, the switch transistor SWL is disposed in the other region. Also in the example shown in FIG. 10, the control signal CONT propagates in series in the plurality of switch transistors SWS, and then propagates in series in the plurality of switch transistors SWL.
図11に示す例は、図10に示す例とは、図面下側の辺の一部に消費電流の大きな領域が含まれている点が異なる。このような場合、図面下側の辺の消費電力の大きな領域にはスイッチトランジスタSWLが配置される。そして、制御信号CONTは、図面下側の行を伝搬する過程で、スイッチトランジスタSWLを除いて伝搬する。つまり、制御信号CONTはスイッチトランジスタSWSを全て伝搬した後にスイッチトランジスタSWLに伝搬する。 The example shown in FIG. 11 is different from the example shown in FIG. 10 in that a region with a large current consumption is included in a part of the lower side of the drawing. In such a case, the switch transistor SWL is arranged in a region with large power consumption on the lower side of the drawing. The control signal CONT is propagated except for the switch transistor SWL in the process of propagating the lower row in the drawing. That is, the control signal CONT propagates through the switch transistor SWS and then propagates to the switch transistor SWL.
なお、図8から図11のいずれの例においても制御信号CONTは、電源制御領域の外周部から内周部に向かって伝搬する。制御信号CONTをこのように伝搬させることで、電源制御領域では、外周部に配置されるスタンダードセルから電源の給電が開始される。外周部には、他の回路ブロック(例えば、常時電源供給領域の回路ブロック)と信号のやり取りを行う入出回路が配置されることが多い。本実施の形態にかかる半導体装置では、電源制御領域の外周部からスタンダードセルの入力が決まるため、電源制御領域の内側に配置されるスタンダードセルに電源の供給が開始された時点では、当該スタンダードセルに入力される入力信号の論理レベルが確定する。そのため、外周部に配置されるスタンダードセルへの電源投入が中央部に配置されるスタンダードセルよりも先行して行われることで、スタンダードセルの入力が不定になる時間を短くし、この不定状態に起因する貫通電流を削減することができる。 In any of the examples in FIGS. 8 to 11, the control signal CONT propagates from the outer periphery to the inner periphery of the power control region. By propagating the control signal CONT in this way, in the power supply control region, power supply from a standard cell is started from the outer peripheral portion. In many cases, an input / output circuit for exchanging signals with other circuit blocks (for example, a circuit block in the constant power supply region) is arranged on the outer periphery. In the semiconductor device according to the present embodiment, since the input of the standard cell is determined from the outer periphery of the power control region, when the supply of power to the standard cell arranged inside the power control region is started, the standard cell The logic level of the input signal input to is determined. Therefore, by turning on the power to the standard cells arranged in the outer periphery ahead of the standard cells arranged in the central part, the time when the input of the standard cells is indefinite is shortened, and this indefinite state is achieved. The resulting through current can be reduced.
ここで、本実施の形態にかかる半導体装置における電源電圧変動抑制効果について説明する。そこで、図12に本実施の形態にかかる半導体装置とスイッチトランジスタサイズの最適化を行っていない半導体装置との貫通電流の大きさを比較するためのグラフを示す。また、図13に本実施の形態にかかる半導体装置とスイッチトランジスタサイズの最適化を行っていない半導体装置との電源電圧変動の大きさを比較するためのグラフを示す。なお、図12、図13では、時間軸(横軸)の原点において制御信号CONTが最も早く入力されるスイッチトランジスタSWSがオンされるものとする。 Here, the power supply voltage fluctuation suppressing effect in the semiconductor device according to the present embodiment will be described. FIG. 12 shows a graph for comparing the magnitude of the through current between the semiconductor device according to the present embodiment and the semiconductor device in which the switch transistor size is not optimized. FIG. 13 shows a graph for comparing the magnitude of power supply voltage fluctuation between the semiconductor device according to the present embodiment and the semiconductor device in which the switch transistor size is not optimized. 12 and 13, it is assumed that the switch transistor SWS to which the control signal CONT is input earliest at the origin of the time axis (horizontal axis) is turned on.
図12に示すように、突入電流は、スイッチトランジスタのトランジスタサイズの最適化が行われていない場合(例えば、全てのスイッチトランジスタがオン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタで形成されていた場合)、スイッチトランジスタがオンすると他の時間に比べて極端に大きな突入電流が発生する。一方、スイッチトランジスタのトランジスタサイズの最適化が行われている場合(例えば、図8に示す例のようなスイッチトランジスタの配置を有する場合)、スイッチトランジスタの動作が開始された場合においても突入電流の電流量は他の時間と比べて若干増えるのみである。図12に示す例では、突入電流のピーク値に10倍以上の差がある。 As shown in FIG. 12, the inrush current is determined when the transistor size of the switch transistor is not optimized (for example, when all the switch transistors are formed by the second switch transistors having a small on-resistance), When the switch transistor is turned on, an extremely large inrush current is generated compared to other times. On the other hand, when the transistor size of the switch transistor is optimized (for example, when the switch transistor is arranged as in the example shown in FIG. 8), the inrush current is reduced even when the operation of the switch transistor is started. The amount of current only increases slightly compared to other times. In the example shown in FIG. 12, there is a difference of 10 times or more in the peak value of the inrush current.
また、図13に示すように、スイッチトランジスタのトランジスタサイズの最適化が行われていない場合、電源電圧(グローバル電源配線の電圧)は、スイッチトランジスタのオフからオンへの切り替わりに応じて大きく低下する。一方、スイッチトランジスタのトランジスタサイズの最適化が行われている場合、電源電圧の電圧低下は、最適化が行われていない場合の半分程度で留められている。 Further, as shown in FIG. 13, when the transistor size of the switch transistor is not optimized, the power supply voltage (the voltage of the global power supply wiring) greatly decreases as the switch transistor is switched from OFF to ON. . On the other hand, when the transistor size of the switch transistor is optimized, the voltage drop of the power supply voltage is reduced to about half that when the optimization is not performed.
上記説明より、本実施の形態にかかる半導体装置は、まず、オン抵抗の大きな第1のスイッチトランジスタによりグローバル電源配線から供給される電源をローカル電源配線に伝える。そして、電源制御領域内の第1のスイッチトランジスタ(スイッチトランジスタSWS)がオンした後にオン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタ(スイッチトランジスタSWL)がオンする。このようなスイッチトランジスタの配置及び制御を行うことで、本発明にかかる半導体装置では、電源制御領域への給電開始直後には、オン抵抗の大きな第1のスイッチトランジスタを介して電源制御領域内の容量及び寄生容量への電荷の蓄積が行われる。そして、オン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタがオンする時点においてはある程度の電荷が電源制御領域内に蓄積されているため、スイッチトランジスタが充電すべき電荷量が起動開始時点よりも少なくなっており、寄生容量の電源側電極の電圧もある程度上昇しているため、オン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタがオフからオンへの切り替わりに応じて大きな突入電流が流れることを防ぐことができる。そして、本実施の形態にかかる半導体装置では、突入電流が削減されることで、グローバル電源配線に流れる電流の急激な変化が抑制され、グローバル電源配線の電源電圧の変動が抑制される。 From the above description, the semiconductor device according to the present embodiment first transmits the power supplied from the global power supply wiring to the local power supply wiring by the first switch transistor having a large on-resistance. Then, after the first switch transistor (switch transistor SWS) in the power supply control region is turned on, the second switch transistor (switch transistor SWL) having a small on-resistance is turned on. By performing such arrangement and control of the switch transistors, in the semiconductor device according to the present invention, immediately after the start of power supply to the power supply control region, the first switch transistor having a large on-resistance passes through the first switch transistor in the power supply control region. Charges are accumulated in the capacitor and the parasitic capacitor. Since a certain amount of charge is accumulated in the power supply control region when the second switch transistor having a low on-resistance is turned on, the amount of charge to be charged by the switch transistor is less than that at the start of activation. Since the voltage of the power supply side electrode of the parasitic capacitance also rises to some extent, it is possible to prevent a large inrush current from flowing in accordance with the switching of the second switch transistor having a small on-resistance from off to on. In the semiconductor device according to the present embodiment, the inrush current is reduced, so that a rapid change in the current flowing through the global power supply wiring is suppressed, and fluctuations in the power supply voltage of the global power supply wiring are suppressed.
また、従来(例えば、特許文献1〜3)の半導体装置では、上記のようにスイッチトランジスタの導通開始時に突入電流を抑制するために複数のトランジスタを用いて1つのスイッチトランジスタを構成する必要があった。しかし、本実施の形態にかかる半導体装置は、一の領域に対して設けられるスイッチトランジスタが1つのトランジスタにより構成される。つまり、本実施の形態にかかる半導体装置では、スイッチトランジスタの面積効率が高めることが可能になる。
Further, in the conventional semiconductor device (for example,
また、本実施の形態にかかる半導体装置では、第1、第2のスイッチトランジスタのセルサイズがスタンダードセルの高さ及び幅の整数倍の高さ及び幅を有する。そして、第1のスイッチトランジスタは、配置領域が第2のスイッチトランジスタの配置領域に含まれるようなセルサイズに設定される。これにより、第2のスイッチトランジスタから第1のスイッチトランジスタへの置き換えを、再設計を行うことなく、実現することができる。つまり、本実施の形態にかかる形態にかかる半導体装置では、再設計にかかる時間を削減することができる。 In the semiconductor device according to the present embodiment, the cell size of the first and second switch transistors has a height and a width that are integral multiples of the height and width of the standard cell. The first switch transistor is set to a cell size such that the arrangement region is included in the arrangement region of the second switch transistor. Thereby, the replacement from the second switch transistor to the first switch transistor can be realized without redesign. That is, in the semiconductor device according to this embodiment, the time required for redesign can be reduced.
また、本実施の形態にかかる半導体装置では、電源制御領域のうち消費電流の大きな領域に対しては、オン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタを配置し、消費電流の小さな領域にはオン抵抗の大きな第1のスイッチトランジスタを配置する。つまり、本実施の形態にかかる半導体装置では、多くの電流が流れる経路においては第2のスイッチトランジスタのオン抵抗が小さいために第2のスイッチトランジスタのオン抵抗に起因した電源電圧変動は小さくなる。また、流れる電流が少ない経路においては、オン抵抗が大きな第1のスイッチトランジスタを配置したとしても、流れる電流が少ないため、第1のスイッチトランジスタのオン抵抗に起因する電源電圧変動は小さい。つまり、本実施の形態にかかる半導体装置では、オン抵抗の大きな第1のスイッチトランジスタを流れる電流量が少ない経路に配置することで、電源制御領域内の内部回路が動作する場合における電源電圧変動を抑制する。また、本実施の形態にかかる半導体装置では、流れる電流量が多い経路にはオン抵抗の小さな第2のスイッチトランジスタを配置することで、電源電圧変動を抑制する。 Further, in the semiconductor device according to the present embodiment, the second switch transistor having a low on-resistance is disposed in a region where the current consumption is large in the power supply control region, and the region having a low current consumption is provided with the on-resistance. A large first switch transistor is arranged. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, since the on-resistance of the second switch transistor is small in a path through which a large amount of current flows, the power supply voltage fluctuation due to the on-resistance of the second switch transistor is small. Further, in a path with a small amount of flowing current, even if the first switch transistor having a large on-resistance is arranged, since the flowing current is small, the power supply voltage fluctuation due to the on-resistance of the first switch transistor is small. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, the power supply voltage fluctuation in the case where the internal circuit in the power supply control region operates is arranged by arranging in the path with a small amount of current flowing through the first switch transistor having a large on-resistance. Suppress. Further, in the semiconductor device according to the present embodiment, the power supply voltage fluctuation is suppressed by arranging the second switch transistor having a small on-resistance in the path with a large amount of flowing current.
また、本実施の形態にかかる半導体装置では、スイッチトランジスタの導通状態と遮断状態とを切り替える制御信号CONTが電源制御領域の外周に沿って配置されるスイッチトランジスタから伝搬するように制御する。これにより、電源制御領域内のスタンダードセルは、外周部に配置されるものから動作を開始する。電源制御領域の外周部には、電源制御領域に形成される機能ブロックの入力端子及び出力端子が配置されることが多い。また、論理回路は、一般的に入力信号の論理レベルが不定である場合、論理回路を介して貫通電流が流れる。しかし、本実施の形態にかかる半導体装置のように制御信号CONTを伝搬させることで、回路ブロック内の処理回路の入力信号の論理レベルが確定した状態で処理回路への電源が供給される状態とすることができる。つまり、本実施の形態では、論理回路の動作開始時点において入力信号の論理レベルが確定しているため、入力信号が不定状態であることに起因する貫通電流を低減することができる。 Further, in the semiconductor device according to the present embodiment, control is performed so that the control signal CONT for switching between the conduction state and the interruption state of the switch transistor is propagated from the switch transistor arranged along the outer periphery of the power supply control region. As a result, the standard cells in the power supply control area start to operate from those arranged on the outer periphery. In many cases, an input terminal and an output terminal of a functional block formed in the power control area are arranged on the outer periphery of the power control area. Further, in the logic circuit, generally, when the logic level of the input signal is indefinite, a through current flows through the logic circuit. However, by propagating the control signal CONT as in the semiconductor device according to this embodiment, power is supplied to the processing circuit in a state where the logic level of the input signal of the processing circuit in the circuit block is determined. can do. That is, in this embodiment, since the logic level of the input signal is fixed at the start of the operation of the logic circuit, the through current caused by the input signal being in an indefinite state can be reduced.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 半導体基板
10、10L、10S スタンダードセル
CONT 制御信号
MN NMOSトランジスタ
MP PMOSトランジスタ
SWL スイッチトランジスタ
SWS スイッチトランジスタ
GVDD グローバル電源配線
LVDD ローカル電源配線
Claims (17)
前記電源の供給状態と遮断状態とが切り換えられる第2の回路領域と、
外部から電源の供給を受けるグローバル電源配線と、
前記グローバル電源配線を介して前記電源が与えられローカル電源配線と、
前記第2の回路領域に配置され、前記グローバル電源配線と前記ローカル電源配線との間の導通状態を制御信号に基づき制御し、オン抵抗が第1の抵抗値に設定される複数の第1のスイッチトランジスタと、
前記第2の回路領域に配置され、前記グローバル電源配線と前記ローカル電源配線との間の導通状態を前記制御信号に基づき制御し、オン抵抗が前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値に設定される複数の第2のスイッチトランジスタと、を有し、
前記第1、第2のスイッチトランジスタは、前記第2の回路領域内の異なる領域に電流を供給し、
前記複数の第1のスイッチトランジスタは、前記制御信号を直列的に伝搬するように直列に接続され、
前記複数の第2のスイッチトランジスタは、前記制御信号を直列的に伝搬するように直列に接続され、
前記複数の第2のスイッチトランジスタのうち初段に配置される第2のスイッチトランジスタは、前記複数の第1のスイッチトランジスタのうち最も後ろに配置される第1のスイッチトランジスタが出力する制御信号が入力される半導体装置。 A first circuit region that is constantly supplied with power;
A second circuit region that is switched between a power supply state and a cut-off state;
Global power supply wiring that receives power supply from outside,
The power supply is provided through the global power supply wiring, and local power supply wiring;
A plurality of first resistors arranged in the second circuit region, controlling a conduction state between the global power supply wiring and the local power supply wiring based on a control signal, and having an on-resistance set to a first resistance value; A switch transistor;
A second resistor disposed in the second circuit region, for controlling a conduction state between the global power supply wiring and the local power supply wiring based on the control signal, and having an on-resistance smaller than the first resistance value; A plurality of second switch transistors set to a value,
The first and second switch transistors supply current to different regions in the second circuit region,
The plurality of first switch transistors are connected in series so as to propagate the control signal in series,
The plurality of second switch transistors are connected in series so as to propagate the control signal in series,
Among the plurality of second switch transistors, the second switch transistor arranged at the first stage receives a control signal output by the first switch transistor arranged at the rearmost among the plurality of first switch transistors. Semiconductor device.
前記第1のスイッチトランジスタ及び前記第2のスイッチトランジスタの高さ及び幅は、前記スタンダードセルの高さ及び幅の整数倍の大きさを有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。 In the second circuit region, a standard cell in which the height and width of the cell are determined in advance is arranged,
7. The semiconductor according to claim 1, wherein height and width of the first switch transistor and the second switch transistor have an integer multiple of the height and width of the standard cell. apparatus.
前記スイッチトランジスタは、オン抵抗が第1の抵抗値に設定された複数の第1のスイッチトランジスタと、オン抵抗が前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値に設定された複数の第2のスイッチトランジスタと、を備え、
前記制御信号を前記複数の第1のスイッチトランジスタにおいて直列的に伝搬させた後に前記第2のスイッチトランジスタに入力し、
前記第2のスイッチトランジスタに入力された前記制御信号を複数の第2のスイッチトランジスタにおいて直列的に伝搬させる電源スイッチ制御方法。 A first circuit area to which power is always supplied, a second circuit area in which the power supply state and the power supply state are switched, a global power supply line that receives external power supply, and the global power supply line A power switch in a semiconductor device, comprising: a local power supply line to which the power is supplied; and a switch transistor disposed in the second circuit region and controlling a conduction state between the global line and the local line based on a control signal. A control method,
The switch transistor includes a plurality of first switch transistors whose on-resistance is set to a first resistance value, and a plurality of first switches whose on-resistance is set to a second resistance value smaller than the first resistance value. Two switch transistors,
The control signal is propagated in series in the plurality of first switch transistors and then input to the second switch transistor,
A power switch control method for causing the control signal input to the second switch transistor to propagate in series in a plurality of second switch transistors.
前記演算回路が、
回路設計データに基づき回路素子及びオン抵抗が第2の抵抗値に設定される第2のスイッチトランジスタを配置した電源制御領域を含む第1のレイアウトデータを作成する物理設計ステップと、
前記電源制御領域の回路素子の通常動作に起因して生じる第1の電源電圧降下量を算出して、前記第1の電源電圧降下量が多い領域と少ない領域との境界を算出する第1の電源降下量算出ステップと、
前記回路設計データに基づき前記電源遮断領域の電源の切り替わりに応じて生じる突入電流の電流量を算出して、オン抵抗が前記第2の抵抗値よりも大きな第1の抵抗値に設定される第1のスイッチトランジスタの必要個数を算出する見積もりステップと、
前記電源遮断領域のうち前記第1の電源電圧降下量が少ない領域に配置される前記第2のスイッチトランジスタを前記第1のスイッチトランジスタに置き換えた第2のレイアウトデータを生成する置換ステップと、
前記第2のレイアウトデータに基づき前記電源制御領域の前記突入電流に起因する第2の電源電圧降下量を算出する第2の電源降下量算出ステップと、
前記第2の電源電圧降下量が予め設定された目標値よりも小さくなるまで前記第2のレイアウトデータ中の前記第2のスイッチトランジスタを置き換える前記第1のスイッチトランジスタの個数を増加させる最適化ステップと、を実行し、
前記物理設計ステップ、前記置換ステップ、及び前記最適化ステップにおいて前記第1、第2のスイッチトランジスタの導通状態を制御する制御信号を伝搬させる信号配線は、前記制御信号が前記第1のスイッチトランジスタの後に前記第2のスイッチトランジスタに伝搬するように配線される半導体装置の設計方法。 A semiconductor device design method for designing a semiconductor device having a power switch using an arithmetic circuit,
The arithmetic circuit is
A physical design step of creating first layout data including a power control region in which a circuit element and a second switch transistor in which an on-resistance is set to a second resistance value are arranged based on the circuit design data;
Calculating a first power supply voltage drop caused by a normal operation of the circuit element in the power supply control region, and calculating a boundary between a region where the first power supply voltage drop is large and a region where the power supply voltage drop is small Power supply drop calculation step,
Based on the circuit design data, the amount of inrush current generated in response to switching of the power supply in the power cut-off region is calculated, and the on-resistance is set to a first resistance value larger than the second resistance value. An estimation step for calculating the required number of one switch transistor;
A replacement step of generating second layout data in which the second switch transistor disposed in a region where the first power supply voltage drop amount is small in the power cutoff region is replaced with the first switch transistor;
A second power supply drop amount calculating step for calculating a second power supply voltage drop amount caused by the inrush current of the power supply control region based on the second layout data;
Optimization step of increasing the number of the first switch transistors replacing the second switch transistors in the second layout data until the second power supply voltage drop amount becomes smaller than a preset target value. And run
In the physical design step, the replacement step, and the optimization step, a signal wiring that propagates a control signal that controls the conduction state of the first and second switch transistors is configured such that the control signal is the same as that of the first switch transistor. A method for designing a semiconductor device to be wired so as to be propagated to the second switch transistor later.
前記最適化ステップでは、前記第1の電源降下量が小さな領域に配置される前記第2のスイッチトランジスタがさらに前記第1のスイッチトランジスタに置き換える請求項13に記載の半導体装置の設計方法。 The number of the second switch transistors replaced with the first switch transistors in the replacement step corresponds to the required number calculated in the estimation step,
14. The method of designing a semiconductor device according to claim 13, wherein in the optimization step, the second switch transistor disposed in a region where the first power supply drop amount is small is further replaced with the first switch transistor.
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