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JP2005268694A - Semiconductor integrated circuit and its manufacturing method - Google Patents

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JP2005268694A
JP2005268694A JP2004082432A JP2004082432A JP2005268694A JP 2005268694 A JP2005268694 A JP 2005268694A JP 2004082432 A JP2004082432 A JP 2004082432A JP 2004082432 A JP2004082432 A JP 2004082432A JP 2005268694 A JP2005268694 A JP 2005268694A
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switch transistor
power
semiconductor integrated
integrated circuit
gate
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JP2004082432A
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Taichi Niki
太一 仁木
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit capable of realizing a high operating speed and a small leak current, and to provide a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit capable of optimizing every applicable block in a short period of time. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit comprises a logic circuit 11 connected to a current supplying line between a power potential V<SB>DD</SB>and a reference potential V<SB>SS</SB>, and a switching transistor 12 comprising an NMOS transistor between the logic circuit 11 and the reference potential V<SB>SS</SB>. A gate width W of the power gate switching transistor 12 is set on the basis of a power consumption (a consumption current) at the time of normal operation of the semiconductor integrated circuit 10 with the switching transistor 12 applied as the power gate, an allowable value of a rate of speed deterioration attributable to the application of the power gate, and a basic property (Vds-Ids characteristic) of the switching transistor 12. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、パワーゲートを適用した半導体集積回路およびその作製方法に係り、特に、パワーゲートに適用されるスイッチトランジスタのゲート幅の設定技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit to which a power gate is applied and a manufacturing method thereof, and more particularly to a technique for setting a gate width of a switch transistor applied to a power gate.

<パワーゲートが適用される背景>
ディープサブミクロン世代のLSIでは、MOSトランジスタのしきい値の低下に伴い、LSI全体の消費電力に占めるリーク電力の比率が大きくなることが問題となっている。このことは、携帯機器の使用時間への制約や冷却システムへの負荷増大につながるので、今後のLSI開発にとって低電力技術は必須である。
この状況を鑑みて、リーク電力削減のための低電力技術と期待されるのが、パワーゲートである。使用されるパワースイッチトランジスタの種類、ゲート電圧の与え方などの違いにより、MTCMOS(Multi Threshold MOS )方式や、スーパーカットオフCMOS(Super Cut Off CMOS)方式などとも呼ばれる。
<Background of power gate application>
In the deep submicron generation LSI, there is a problem that the ratio of leakage power to the power consumption of the entire LSI increases as the threshold value of the MOS transistor decreases. This leads to restrictions on the usage time of portable devices and an increased load on the cooling system, so low power technology is essential for future LSI development.
In view of this situation, a power gate is expected to be a low power technology for reducing leakage power. Depending on the type of power switch transistor used, how to apply the gate voltage, etc., it is also called MTCMOS (Multi Threshold MOS) method, Super Cut Off CMOS (Super Cut Off CMOS) method or the like.

<パワーゲートの概要>
パワーゲート回路技術は、VDD(電源)−論理回路の間、論理回路−VSS(グランド)の間、もしくはその両方にパワースイッチトランジスタ(Power Switch Transistor)を挿入することで実現される。
VDD(電源)−論理回路の間にパワースイッチトランジスタを挿入する場合には、pチャネルMOS(PMOS)トランジスタが挿入され、そのゲートが制御端子となる。
論理回路−VSS(グランド)の間にパワースイッチトランジスタを挿入する場合には、nチャネルMOS(NMOS)トランジスタが挿入され、そのゲートが制御端子となる。
パワースイッチトランジスタは、通常動作状態ではオン状態、スタンバイ状態ではオフ状態となるように制御される。
これにより、スタンバイ状態におけるリーク電力が削減される。
<Overview of power gate>
The power gate circuit technology is realized by inserting a power switch transistor between VDD (power source) and logic circuit, between logic circuit and VSS (ground), or both.
When a power switch transistor is inserted between VDD (power source) and a logic circuit, a p-channel MOS (PMOS) transistor is inserted and its gate serves as a control terminal.
When a power switch transistor is inserted between the logic circuit-VSS (ground), an n-channel MOS (NMOS) transistor is inserted and its gate serves as a control terminal.
The power switch transistor is controlled to be in an on state in a normal operation state and in an off state in a standby state.
Thereby, leakage power in the standby state is reduced.

ところで、パワーゲート適用前後において、回路の特性が変化する。パワーゲートの適用には、以下の項目について特性を考慮する必要がある。これらの項目はパワースイッチゲート幅Wに大きく依存し、なおかつ各項目の間にはトレードオフ関係が存在する。このトレードオフ関係は、ゲート幅Wに比例して電流駆動能力が大きくなるというMOSトランジスタの特性によって説明することができる(図9参照)
・動作速度に関しては、小さいWほど速度劣化は大きくなる、
・スタンバイ状態のリーク電力削減効果に関しては、小さいWほどリーク電力削減効果は大きい。
By the way, the circuit characteristics change before and after the application of the power gate. In applying power gates, it is necessary to consider the characteristics of the following items. These items greatly depend on the power switch gate width W, and there is a trade-off relationship between the items. This trade-off relationship can be explained by the characteristic of the MOS transistor that the current driving capability increases in proportion to the gate width W (see FIG. 9).
-Regarding the operation speed, the smaller W, the greater the speed degradation.
-Regarding the leakage power reduction effect in the standby state, the smaller the W, the greater the leakage power reduction effect.

理想的な回路特性としては、大きな動作速度、小さなリーク電力を達成することが理想的であるが、上記2項目の間にはトレードオフが存在するので回路仕様に合わせた最適値Wを決定することが、重要である。   As ideal circuit characteristics, it is ideal to achieve a large operating speed and a small leakage power. However, since there is a trade-off between the above two items, an optimum value W according to the circuit specifications is determined. This is very important.

電源分離による低電力化と比較して、パワーゲートはより小さな回路単位に関して、なおかつより多数の回路ブロックに対して適用が可能である(図10参照)。これは、パワーゲートの回路構造の単純さによるものである。電源分離では、ウェル(WELL)分離など対策が必要となるので、設計工数や面積オーバーヘッドが大きくなる。   Compared with power reduction by power source separation, the power gate can be applied to a smaller circuit unit and to a larger number of circuit blocks (see FIG. 10). This is due to the simplicity of the circuit structure of the power gate. Power supply isolation requires measures such as well isolation, which increases design man-hours and area overhead.

ところで、パワースイッチトランジスタのゲート幅Wの値は、速度劣化とリーク電力削減効果を決定する重要な値であるにもかかわらず、被適用回路に対して最適化するための効率のよいW決定方法が存在していなかった。
従来は、適用する回路それぞれにパワースイッチトランジスタを付加した形でシミュレーションを実行することによりWを決定するか、もしくは経験的なデータに基づきゲート幅Wの値を決定していた。
By the way, although the value of the gate width W of the power switch transistor is an important value for determining the speed deterioration and the leakage power reduction effect, an efficient W determination method for optimizing the applied circuit Did not exist.
Conventionally, W is determined by executing a simulation with a power switch transistor added to each circuit to be applied, or the value of the gate width W is determined based on empirical data.

パワーゲートは、小さな回路単位で多数のブロックに適用できる事が利点の一つであるが、シミュレーションを用いる従来技術では適用ブロック毎の最適化に大きな時間を要するので、多数ブロックへの適用は実質的に難しい。
従来技術の、経験に基づいたゲート幅Wの決定という方法は、最適値に対するゲート幅Wの精度が悪くなりがちである。その結果として、過剰なWを付加してしまいリーク削減効果を減少させたり、逆に小さなWを付加してしまい速度劣化が大きくなりすぎたりしていた。このような状況では、パワーゲートの技術を生かしきれていない。
One of the advantages is that the power gate can be applied to many blocks in a small circuit unit. However, in the conventional technology using simulation, it takes a lot of time to optimize each application block. Difficult.
The conventional method of determining the gate width W based on experience tends to deteriorate the accuracy of the gate width W with respect to the optimum value. As a result, excessive W was added to reduce the leakage reduction effect, or conversely, small W was added to cause excessive speed deterioration. In such a situation, the power gate technology is not fully utilized.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな動作速度、小さなリーク電力を実現できる半導体集積回路、および適用ブロック毎に短時間で最適化が可能な半導体集積回路の作製方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of realizing a large operating speed and a small leakage power, and a semiconductor integrated circuit capable of being optimized in a short time for each application block. It is to provide a manufacturing method.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点は、論理回路と、上記論理回路への電力供給路に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御されるパワーゲートと、を有し、上記パワーゲートは、スイッチトランジスタを含み、当該スイッチトランジスタのゲート幅は、通常動作時の消費電力と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、上記スイッチトランジスタの基礎特性とに基づいて設定されている。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a logic circuit and a power gate that is disposed in a power supply path to the logic circuit and whose conduction state is controlled according to a control signal. The power gate includes a switch transistor, and the gate width of the switch transistor includes power consumption during normal operation, an allowable amount of speed deterioration caused by applying the power gate, and basic characteristics of the switch transistor. It is set based on.

好適には、上記スイッチトランジスタのゲート幅は、上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算した値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて設定されている。   Preferably, the gate width of the switch transistor is set in association with a value obtained by converting an allowable amount of the speed deterioration rate into an allowable voltage drop value and a basic characteristic of the switch transistor.

本発明の第2の観点は、電源電位と、基準電位と、論理回路と、上記論理回路と上記電源電位との間、および上記論理回路と上記基準電位との間のうちの少なくとも一方に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御されるパワーゲートと、を有し、上記パワーゲートは、スイッチトランジスタを含み、当該スイッチトランジスタのゲート幅は、通常動作時の消費電力と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、上記スイッチトランジスタの基礎特性とに基づいて設定されている。   The second aspect of the present invention is arranged at least one of a power supply potential, a reference potential, a logic circuit, the logic circuit and the power supply potential, and between the logic circuit and the reference potential. A power gate whose conduction state is controlled in accordance with a control signal, and the power gate includes a switch transistor, and the gate width of the switch transistor is determined based on power consumption during normal operation and the power gate. It is set based on the allowable amount of the speed deterioration rate caused by the application and the basic characteristics of the switch transistor.

好適には、上記スイッチトランジスタのゲート幅は、上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算した値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて設定されている。   Preferably, the gate width of the switch transistor is set in association with a value obtained by converting an allowable amount of the speed deterioration rate into an allowable voltage drop value and a basic characteristic of the switch transistor.

好適には、上記論理回路とスイッチトランジスタとの接続部は、仮想電位に接続されている。   Preferably, the connection portion between the logic circuit and the switch transistor is connected to a virtual potential.

本発明の第3の観点は、論理回路と、上記論理回路への電力供給路に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御される所定の手順でゲート幅が設定されるスイッチトランジスタを含むパワーゲートと、を有する半導体集積回路の作製方法であって、上記スイッチトランジスタのゲート幅の設定手順は、通常動作時における消費電力を算出する第1ステップと、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量を定める第2ステップと、上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算する第3ステップと、上記電圧降下値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて上記ゲート幅を設定する第4ステップとを有する。   A third aspect of the present invention includes a logic circuit and a switch transistor which is arranged in a power supply path to the logic circuit and whose gate width is set by a predetermined procedure in which a conduction state is controlled according to a control signal. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit having a power gate, wherein the setting procedure of the gate width of the switch transistor includes a first step of calculating power consumption during normal operation and a speed generated by applying the power gate. A second step of determining an allowable amount of deterioration rate, a third step of converting the allowable amount of speed deterioration rate into an allowable voltage drop value, the voltage drop value and the basic characteristics of the switch transistor, And a fourth step for setting the gate width.

好適には、上記第1ステップにおいては、実動作に近いパターンを用いて、なおかつ回路活性化率が十分高い条件で消費電流値を算出する。   Preferably, in the first step, a current consumption value is calculated using a pattern close to an actual operation and a sufficiently high circuit activation rate.

好適には、上記第3ステップにおいて、上記電圧降下値への換算は、電源電圧と回路速度の関係を基に行う。   Preferably, in the third step, the conversion to the voltage drop value is performed based on the relationship between the power supply voltage and the circuit speed.

好適には、上記第4ステップにおいては、許容される平均電圧降下値を、スイッチトランジスタのドレインーソース間に生じる電位差の時間平均値として、ドレイン−ソース間の電位差固定の条件下で、上記論理回路が消費する電流を流すために十分な条件を、スイッチトランジスタの電圧−電流特性を基にして決定し、ゲート幅を設定する。   Preferably, in the fourth step, the allowable average voltage drop value is set as the time average value of the potential difference generated between the drain and the source of the switch transistor, and the above logic is satisfied under the condition that the potential difference between the drain and the source is fixed. The gate width is set by determining a sufficient condition for flowing the current consumed by the circuit based on the voltage-current characteristics of the switch transistor.

好適には、配置および配線後の物理的データを用いて、電圧降下の解析を行い、当初見積もった電圧降下値以下になるかを検証する第5ステップをさらに有する。   Preferably, the method further includes a fifth step of analyzing the voltage drop using physical data after placement and wiring, and verifying whether the voltage drop value is equal to or less than the initially estimated voltage drop value.

好適には、上記第5ステップにおいては、配置および配線後の物理的データを用いて、上記スイッチトランジスタを抵抗としてモデル化して電圧降下の解析を行う。   Preferably, in the fifth step, the switch transistor is modeled as a resistor using the physical data after placement and wiring, and the voltage drop is analyzed.

本発明によれば、スイッチトランジスタのゲート幅の設定は、たとえば以下の手順で行われる。
たとえば、半導体集積回路の通常動作時における消費電力を算出する。この場合、消費電流値は想定される動作モードの中で最大になるものを使用する。ゲート幅を正確に見積もるためには、実動作に近いパターンを用いて、なおかつ回路活性化率が十分高い条件で消費電流値を算出する必要がある。
回路仕様として、パワーゲート適用によって起こる速度劣化率の許容値を定める。パワーゲート適用前の動作速度と比較した場合の、パワーゲート適用によって起こる速度劣化の許容値を、仕様として決める。
速度劣化の許容量を、たとえば許容される電圧降下値として換算する。たとえば速度劣化率の電圧降下値への換算は、電源電圧と回路速度の関係を基に行うことができる。
たとえば許容される平均電圧降下値を、スイッチトランジスタのドレインーソース間に生じる電位差の時間平均値として捉えなおす。
速度劣化許容値から決まる平均電圧降下値と等しい電位差が、スイッチトランジスタのドレイン−ソース間に印加されたものとして考え、ドレイン−ソース間の電位差固定の条件下で、ロジック回路が消費する電流を流すために十分な条件を、スイッチトランジスタの電圧−電流曲線を基にして決定し、ゲート幅を決定する。
According to the present invention, the setting of the gate width of the switch transistor is performed by the following procedure, for example.
For example, power consumption during normal operation of the semiconductor integrated circuit is calculated. In this case, the current consumption value that maximizes the assumed operation mode is used. In order to accurately estimate the gate width, it is necessary to calculate a current consumption value using a pattern close to actual operation and under a sufficiently high circuit activation rate.
As a circuit specification, an allowable value of the rate of speed degradation caused by power gate application is determined. Tolerance of speed degradation caused by power gate application when compared with operating speed before power gate application is determined as a specification.
The allowable amount of speed deterioration is converted as an allowable voltage drop value, for example. For example, conversion of the speed deterioration rate into a voltage drop value can be performed based on the relationship between the power supply voltage and the circuit speed.
For example, an allowable average voltage drop value is reinterpreted as a time average value of a potential difference generated between the drain and source of the switch transistor.
Considering that a potential difference equal to the average voltage drop value determined from the speed deterioration allowable value is applied between the drain and source of the switch transistor, the current consumed by the logic circuit is allowed to flow under the condition that the potential difference between the drain and source is fixed. A sufficient condition is determined on the basis of the voltage-current curve of the switch transistor, and the gate width is determined.

本発明によれば、大きな動作速度、小さなリーク電力を実現できる。
また、適用ブロック毎に短時間で最適化が可能である。
すなわち、電力見積もりと、トランジスタの基礎特性のみで決定できることから、ゲート幅の決定に際して配置などの物理的な要因を考慮する必要がなく、設計の初期段階で決めることができる。
パワーゲート被適用回路の消費電流値、仕様として与えるパワーゲートによる速度劣化の許容値、パワースイッチトランジスタの基本特性のみ分かればゲート幅の値を決定できるので、追加工数が少なくて済む。
パワーゲート被適用回路の消費電流値の算出は、パワーゲート適用・非適用にかかわらず行われるので、これに関する追加工数はない。
パワーゲートによる速度劣化の許容値は、回路仕様として定めるものなので、実質的な作業はない。パワースイッチトランジスタの基本特性は、パワーゲート適用・非適用にかかわらず回路設計の際には必ず用意されるものなので、これに関しても追加工数はない。
ゲート幅W値の算出が容易なので、多数の回路ブロックへの適用可能である。また、スイッチトランジスタの基本特性を基にしてゲート幅の値を決定することから、高精度である。
パワーゲート適用による速度劣化の検証において、スイッチトランジスタを理想的な抵抗として見積もるので検証が容易である。
According to the present invention, a large operating speed and a small leakage power can be realized.
In addition, optimization can be performed in a short time for each application block.
That is, since it can be determined only by the power estimation and the basic characteristics of the transistor, it is not necessary to consider physical factors such as arrangement when determining the gate width, and can be determined at the initial stage of design.
Since the gate width value can be determined if only the current consumption value of the power gate applied circuit, the allowable value of the speed deterioration due to the power gate given as the specification, and the basic characteristics of the power switch transistor are known, the additional man-hours can be reduced.
Since the calculation of the current consumption value of the power gate applied circuit is performed regardless of whether the power gate is applied or not, there is no additional man-hour for this.
The allowable value of speed degradation due to the power gate is determined as a circuit specification, so there is no substantial work. Since the basic characteristics of the power switch transistor are always prepared when designing a circuit regardless of whether the power gate is applied or not, there is no additional man-hour for this purpose.
Since the calculation of the gate width W value is easy, it can be applied to a large number of circuit blocks. Further, since the gate width value is determined based on the basic characteristics of the switch transistor, it is highly accurate.
In the verification of the speed deterioration due to the power gate application, the switch transistor is estimated as an ideal resistance, so that the verification is easy.

以下に、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第1の実施形態を示す回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a semiconductor integrated circuit to which a power gate according to the present invention is applied.

図1の半導体集積回路10は、論理回路11とパワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12により構成されている。図1の場合、スイッチトランジスタ12は、nチャネルMOS(NMOS)トランジスタにより構成される。
論理回路11は、電源電位VDDと基準電位Vssとの間の電流供給ラインに接続され、論理回路11と基準電位Vssとの間にNMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ12が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ12のソースが基準電位Vssに接続され、ドレインが仮想基準電位VVssに接続され、仮想基準電位VVssが論理回路11に接続されている。
スイッチトランジスタ12のゲート端子が制御端子となり、制御信号CNTにより導通状態が制御される。具体的には、半導体集積回路10が通常動作状態では導通状態(オン状態)となり、スタンバイ状態では非導通状態(オフ状態)となるように制御される。
そして、スイッチトランジスタ12のゲート幅Wを、後で詳述するように、パワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12が適用される半導体集積回路10の通常動作時の消費電力(消費電流)と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、スイッチトランジスタ12の基礎特性(Vds-Ids特性)とに基づいて設定することにより、大きな動作速度を実現し、しかも、スタンバイ状態におけるリーク電力を削減している。
A semiconductor integrated circuit 10 in FIG. 1 includes a logic circuit 11 and a switch transistor 12 as a power gate. In the case of FIG. 1, the switch transistor 12 is configured by an n-channel MOS (NMOS) transistor.
The logic circuit 11 is connected to a current supply line between the power supply potential V DD and the reference potential Vss, and a switch transistor 12 made of an NMOS transistor is inserted between the logic circuit 11 and the reference potential Vss. Specifically, the source of the switch transistor 12 is connected to the reference potential Vss, the drain is connected to the virtual reference potential VVss, and the virtual reference potential VVss is connected to the logic circuit 11.
The gate terminal of the switch transistor 12 becomes a control terminal, and the conduction state is controlled by the control signal CNT. Specifically, the semiconductor integrated circuit 10 is controlled to be in a conductive state (on state) in a normal operation state and in a non-conductive state (off state) in a standby state.
Then, the gate width W of the switch transistor 12, as will be described in detail later, power consumption (current consumption) during normal operation of the semiconductor integrated circuit 10 to which the switch transistor 12 as a power gate is applied, High operating speed is achieved by setting based on the allowable speed degradation rate caused by application and the basic characteristics (Vds-Ids characteristics) of the switch transistor 12, and the leakage power in the standby state is reduced. doing.

図2(A)〜(C)に、図1の半導体集積回路10におけるパワーゲートの動作状態を示す。図2(A)が制御信号を、図2(B)がパワーゲートに流れる電流の遷移を、図2(C)が仮想基準電位の遷移を示している。   2A to 2C show the operating state of the power gate in the semiconductor integrated circuit 10 of FIG. 2A shows the control signal, FIG. 2B shows the transition of the current flowing through the power gate, and FIG. 2C shows the transition of the virtual reference potential.

制御信号CNTがハイレベル(電源電圧レベル)のときに、スイッチトランジスタ12がオン状態となり、略一定の電流が流れる。
制御信号CNTがローレベル(0V)に切り替わると、スイッチトランジスタ12がオフ状態に切り替わり、スイッチトランジスタ12を流れる電流が、大幅に減少する。このとき、仮想電源ラインに電荷が蓄積され、電源電圧VDDより低い電位となる。
制御信号CNTがハイレベルに切り替わると、スイッチトランジスタ12がオン状態に切り替わる。このとき仮想電源ラインに蓄積されていた電荷も含めてスイッチトランジスタ12を流れる。したがって、従って、仮想電源ラインの電位の基準電位と略等しくなる。
When the control signal CNT is at a high level (power supply voltage level), the switch transistor 12 is turned on, and a substantially constant current flows.
When the control signal CNT is switched to a low level (0 V), the switch transistor 12 is switched to an off state, and the current flowing through the switch transistor 12 is greatly reduced. At this time, electric charges are accumulated in the virtual power supply line and become a potential lower than the power supply voltage V DD .
When the control signal CNT is switched to a high level, the switch transistor 12 is switched to an on state. At this time, it flows through the switch transistor 12 including the charge accumulated in the virtual power supply line. Therefore, the potential of the virtual power supply line is substantially equal to the reference potential.

図3は、本発明に係る半導体集積回路を設計するための集積回路設計装置の構成例を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of an integrated circuit design apparatus for designing a semiconductor integrated circuit according to the present invention.

この集積回路設計装置20は、図3に示すように、コンピュータ21と、プログラム記憶部22と、データ記憶部23と、表示装置24と、インタフェース部25とを有する。   As shown in FIG. 3, the integrated circuit design device 20 includes a computer 21, a program storage unit 22, a data storage unit 23, a display device 24, and an interface unit 25.

コンピュータ21は、プログラム記憶部20に記憶される集積回路設計プログラムを読み出してこれを実行し、集積回路の設計にかかわる後述の処理、具体的には、パワーゲートのゲート幅の設定に関する演算等の各種処理を行う。   The computer 21 reads an integrated circuit design program stored in the program storage unit 20 and executes the program, and executes a process described later related to the design of the integrated circuit, specifically operations relating to the setting of the gate width of the power gate. Perform various processes.

プログラム記憶部22は、コンピュータ21に実行させる集積回路設計プログラムを記憶する。   The program storage unit 22 stores an integrated circuit design program to be executed by the computer 21.

データ記憶部23は、コンピュータ21における処理の実行過程で用いられるデータや、実行結果データを記憶する。たとえば、RTL電力見積値、仕様として与えるパワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量、スイッチトランジスタがオン状態にあって電流が流れることによる電圧降下値(IR−Drop値ともいう)に換算するテーブル、パワースイッチトランジスタとして採用するトランジスタのVds−Ids特性表、集積回路設計プログラムによって処理される回路データ等を記憶する。   The data storage unit 23 stores data used in the process execution process in the computer 21 and execution result data. For example, an estimated value of RTL, an allowable amount of rate of deterioration caused by applying a power gate given as a specification, a voltage drop value (also referred to as an IR-Drop value) due to a current flowing when the switch transistor is in an ON state. A conversion table, a Vds-Ids characteristic table of a transistor employed as a power switch transistor, circuit data processed by an integrated circuit design program, and the like are stored.

表示部24は、コンピュータ21の制御に従ってVds−Ids特性表等の所定の画像を表示する。たとえば、集積回路設計プログラムの実行に伴う種々の画像として、ユーザに命令の入力を促す画像や、シミュレーションの実行結果の画像等を表示する。
なお、Vdsはドレイン−ソース間電圧、Idsはドレイン−ソース間に流れる電流を示している。
The display unit 24 displays a predetermined image such as a Vds-Ids characteristic table under the control of the computer 21. For example, as various images associated with the execution of the integrated circuit design program, an image prompting the user to input a command, an image of a simulation execution result, and the like are displayed.
Vds is a drain-source voltage, and Ids is a current flowing between the drain and source.

インタフェース部25は、たとえばキーボードやマウスなど、コンピュータ21にユーザからの情報を入力するための装置を含む。また、光ディスク装置やネットワークインタフェース装置など、集積回路設計装置20において処理する回路データを入出力するための装置を含む。   The interface unit 25 includes a device for inputting information from the user to the computer 21 such as a keyboard and a mouse. Also included are devices for inputting and outputting circuit data to be processed in the integrated circuit design device 20, such as an optical disk device and a network interface device.

以下に、半導体集積回路のおけるパワーゲートのゲート幅の設定手順を、図4および図5に関連付けて詳細に説明する。
図4は、本発明に係る半導体集積回路おけるパワーゲートのゲート幅の設定手順を示すフローチャートである。
図5は、本発明に係る半導体集積回路おけるパワーゲートのゲート幅の設定手順を模式的に示す図である。
The procedure for setting the gate width of the power gate in the semiconductor integrated circuit will be described below in detail with reference to FIGS.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting the gate width of the power gate in the semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a procedure for setting the gate width of the power gate in the semiconductor integrated circuit according to the present invention.

ステップST1:パワーゲートを適用した半導体集積回路(被適用回路)の通常動作時における消費電流を算出する。
パワーゲート被適用回路の、パワーゲート適用前の状態における消費電流値を算出する。実用上は、消費電流値の算出はRTレベルにおけるシミュレーション結果を元にEDAツールが算出する。
消費電流値は時間平均値として得られればよい。RTレベルのシミュレーションを基にして消費電流値を算出するので、時間平均値として得られる以上の精度は望めないからである。
消費電流値は想定される動作モードの中で最大になるものを使用する。ゲート幅Wを正確に見積もるためには、実動作に近いパターンを用いて、なおかつ回路活性化率が十分高い条件で消費電流値を算出しなければならない。
Step ST1 : Calculate current consumption during normal operation of a semiconductor integrated circuit (application circuit) to which a power gate is applied.
A current consumption value of the power gate applied circuit in a state before the power gate is applied is calculated. In practice, the current consumption value is calculated by the EDA tool based on the simulation result at the RT level.
The current consumption value may be obtained as a time average value. This is because the current consumption value is calculated on the basis of the RT level simulation, so that the accuracy higher than that obtained as the time average value cannot be expected.
Use the current consumption value that maximizes the expected operation mode. In order to accurately estimate the gate width W, the current consumption value must be calculated using a pattern close to actual operation and under a sufficiently high circuit activation rate.

ステップST2:回路仕様として、パワーゲート適用によって起こる速度劣化率の許容値を定める。
パワーゲート適用前の動作速度と比較した場合の、パワーゲート適用によって起こる速度劣化の許容値を、仕様として決める。
パワーゲート化は、トランジスタのスタック段数を増やすことと等価なので、速度劣化は避けられない問題である。
Step ST2 : As a circuit specification, an allowable value of a rate of rate deterioration caused by power gate application is determined.
Tolerance of speed degradation caused by power gate application when compared with operating speed before power gate application is determined as a specification.
Since power gating is equivalent to increasing the number of stacked transistors, speed degradation is an unavoidable problem.

ステップST3:速度劣化の許容値を、許容される平均IR−DROP値として換算する。
速度劣化率のIR−DROP値への換算は、電源電圧と回路速度の関係を基に行うことができる。
電源電圧と回路速度の関係は、パワーゲート適用/非適用によらず通常のLSI設計では標準的基礎データとして与えられるものである。
Step ST3 : The allowable value for speed deterioration is converted as an allowable average IR-DROP value.
Conversion of the speed deterioration rate into the IR-DROP value can be performed based on the relationship between the power supply voltage and the circuit speed.
The relationship between the power supply voltage and the circuit speed is given as standard basic data in normal LSI design regardless of application / non-application of the power gate.

ステップST4:許容される平均IR−DROP値を、パワースイッチトランジスタのドレインーソース間に生じる電位差の時間平均値として捉えなおす。
つまり、パワーゲート適用による速度劣化を、パワースイッチトランジスタにおける電圧降下の影響であると捉えなおす。この電圧降下は、ロジック回路から見るとIR−DROP(電圧降下)が発生していることに相当するとみなせる。
Step ST4 : The allowable average IR-DROP value is reinterpreted as the time average value of the potential difference generated between the drain and source of the power switch transistor.
That is, the speed deterioration due to the application of the power gate is considered as an influence of the voltage drop in the power switch transistor. This voltage drop can be regarded as equivalent to the occurrence of IR-DROP (voltage drop) when viewed from the logic circuit.

ステップST5:パワースイッチトランジスタの決定
速度劣化許容値から決まる平均IR−DROP値と等しい電位差が、パワースイッチトランジスタのドレイン−ソース間に印加されたものとして考える。ドレイン−ソース間の電位差固定の条件下で、ロジック回路が消費する電流を流すために十分な条件を、トランジスタのVds−Ids曲線を基にして決定する。
具体的には次の3項目を決定することになる。すなわち、(1)パワースイッチトランジスタの種類、(2)パワースイッチトランジスタのゲート電圧Vgs 、(3)ゲート幅W、である。
Step ST5 : Determination of Power Switch Transistor It is assumed that a potential difference equal to the average IR-DROP value determined from the speed deterioration allowable value is applied between the drain and source of the power switch transistor. A condition sufficient to allow the current consumed by the logic circuit to flow under a condition where the potential difference between the drain and the source is fixed is determined based on the Vds-Ids curve of the transistor.
Specifically, the following three items are determined. That is, (1) kind of power switch transistor, (2) gate voltage Vgs of the power switch transistor, and (3) gate width W.

ステップST6:配置および配線(Place&Route:P&R)
決定されたスイッチトランジスタで、物理設計を行う。
上述した(2)のパワースイッチトランジスタのゲート電圧Vgsで制御を行う回路構成で、(1)のパワースイッチトランジスタの種類、(3)のゲート幅Wを適用して配置および配線(P&R)を行う。
Step ST6 : Placement and wiring (Place & Route: P & R)
The physical design is performed with the determined switch transistor.
In the circuit configuration that is controlled by the gate voltage Vgs of the power switch transistor (2) described above, the arrangement and wiring (P & R) are performed by applying the type (1) of the power switch transistor and the gate width W of (3). .

ステップST7:検証
配置および配線(P&R)後の物理的(Physical)データを用いて、IR−DROP解析を行い、当初見積もったIR−DROP値以下になるかを検証する。
IR−DROP解析は、パワースイッチトランジスタを含めた形で行う。パワースイッチトランジスタは、理想的な抵抗Rとしてモデル化する。このモデル化は、一般的にドレイン−ソース間電圧Vdsが電源電圧と比較して小さな領域では妥当な近似になっている。実用上も、パワーゲート適用による速度劣化を10%以下に抑えることが想定されるので、このモデル化に問題はない。
Step ST7 : Verification Using physical data after placement and wiring (P & R), IR-DROP analysis is performed to verify whether the IR-DROP value is less than the initially estimated value.
The IR-DROP analysis is performed including the power switch transistor. The power switch transistor is modeled as an ideal resistor R. This modeling is generally a reasonable approximation in a region where the drain-source voltage Vds is small compared to the power supply voltage. In practical use, it is assumed that the speed degradation due to application of the power gate is suppressed to 10% or less, and there is no problem in this modeling.

以上説明したように、本実施形態に形態によれば、電源電位VDDと基準電位Vssとの間の電流供給ラインに接続された論理回路11と、論理回路11と基準電位Vssとの間にNMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ12とを有し、パワーゲートであるスイッチトランジスタ12のゲート幅Wが、パワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12が適用される半導体集積回路10の通常動作時の消費電力(消費電流)と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、スイッチトランジスタ12の基礎特性(Vds-Ids特性)とに基づいて設定されているので、以下の効果を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, the logic circuit 11 connected to the current supply line between the power supply potential V DD and the reference potential Vss, and the logic circuit 11 and the reference potential Vss are connected. The power consumption (current consumption) during normal operation of the semiconductor integrated circuit 10 to which the switch transistor 12 as a power gate is applied has a gate width W of the switch transistor 12 formed of an NMOS transistor. ) And the allowable speed deterioration rate caused by applying the power gate, and the basic characteristics (Vds-Ids characteristics) of the switch transistor 12, the following effects can be obtained.

大きな動作速度を実現でき、しかも、スタンバイ状態におけるリーク電力を削減することができる。   A large operating speed can be realized, and leakage power in the standby state can be reduced.

また、RTレベルの電力見積もりと、トランジスタの基礎特性のみで決定できることから、ゲート幅Wの決定に際して配置などの物理的な要因を考慮する必要がなく、設計の初期段階で決めることができる。
パワーゲート被適用回路の消費電流値、仕様として与えるパワーゲートによる速度劣化の許容値、パワースイッチトランジスタの基本特性のみ分かればW値を決定できるので、追加工数が少なくて済む。
パワーゲート被適用回路の消費電流値の算出は、パワーゲート適用・非適用にかかわらず行われるので、これに関する追加工数はない。
パワーゲートによる速度劣化の許容値は、回路仕様として定めるものなので、実質的な作業はない。パワースイッチトランジスタの基本特性は、パワーゲート適用・非適用にかかわらず回路設計の際には必ず用意されるものなので、これに関しても追加工数はない。
ゲート幅W値の算出が容易なので、多数の回路ブロックへの適用可能である。また、スイッチトランジスタの基本特性を基にしてW値を決定するので、高精度である。
パワーゲート適用による速度劣化の検証において、スイッチトランジスタを理想的な抵抗として見積もるので検証が容易である。
Further, since it can be determined only by RT-level power estimation and the basic characteristics of the transistor, it is not necessary to consider physical factors such as arrangement when determining the gate width W, and it can be determined at the initial stage of design.
Since the W value can be determined by knowing only the current consumption value of the power gate applied circuit, the allowable speed deterioration due to the power gate given as a specification, and the basic characteristics of the power switch transistor, the additional man-hours can be reduced.
Since the calculation of the current consumption value of the power gate applied circuit is performed regardless of whether the power gate is applied or not, there is no additional man-hour for this.
The allowable value of speed degradation due to the power gate is determined as a circuit specification, so there is no substantial work. Since the basic characteristics of the power switch transistor are always prepared when designing a circuit regardless of whether the power gate is applied or not, there is no additional man-hour for this purpose.
Since the calculation of the gate width W value is easy, it can be applied to a large number of circuit blocks. Further, since the W value is determined based on the basic characteristics of the switch transistor, it is highly accurate.
In the verification of the speed deterioration due to the power gate application, the switch transistor is estimated as an ideal resistance, so that the verification is easy.

以下に、本発明の変形例を列挙する。
上記設計フローを多数の回路ブロックに適用し、独立したパワーゲート回路を複数備えるLSIとして構築できる。
上記設計フローをプログラム化することによって、設計の自動化が可能である。
トランジスタのIonとIoff の比が大きなトランジスタがスイッチトランジスタとして有利であることを、スイッチトランジスタを選択する際にあらかじめ考慮しておいてもよい。
パワーゲート適用による面積増加も考えに入れて、面積と速度劣化と電力削減効果のトレードオフを考慮して最適化する方法も考えられる。
トランジスタのソースバイアス効果を考慮して、遅延ペナルティ(Delay Penalty)を計算することにより、精度向上が可能である。
電源網におけるIR−DROPマージン値と合わせて、最適化を行う事も可能である。
Below, the modification of this invention is enumerated.
The above design flow can be applied to a large number of circuit blocks to construct an LSI having a plurality of independent power gate circuits.
The design can be automated by programming the design flow.
It may be considered in advance when selecting a switch transistor that a transistor having a large ratio of Ion and Ioff of the transistor is advantageous as a switch transistor.
Considering the increase in area due to the application of power gates, an optimization method can be considered in consideration of the trade-off between area, speed degradation, and power reduction effect.
The accuracy can be improved by calculating the delay penalty in consideration of the source bias effect of the transistor.
It is also possible to perform optimization together with the IR-DROP margin value in the power supply network.

<第2実施形態>
図6は、本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第2の実施形態を示す回路図である。
図6においては、理解を容易にするために図1と同一構成部分は同一符号をもって表している。
Second Embodiment
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the semiconductor integrated circuit to which the power gate according to the present invention is applied.
In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

図6の半導体集積回路10Aは、論理回路11とパワーゲートとしてのスイッチトランジスタ13により構成されている。図6の場合、スイッチトランジスタ13は、pチャネルMOS(PMOS)トランジスタにより構成される。
論理回路11は、電源電位VDDと基準電位Vssとの間の電流供給ラインに接続され、論理回路11と電源電位VDDとの間にPMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ13が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ13のソースが電源電位VDDに接続され、ドレインが仮想電源電位VVDDに接続され、仮想電源電位VVDDが論理回路11に接続されている。
スイッチトランジスタ13のゲート端子が制御端子となり、制御信号CNTにより導通状態が制御される。具体的には、半導体集積回路10Aが通常動作状態では導通状態(オン状態)となり、スタンバイ状態では非導通状態(オフ状態)となるように制御される。
そして、スイッチトランジスタ13のゲート幅Wを、上述したように、パワーゲートとしてのスイッチトランジスタ13が適用される半導体集積回路10Aの通常動作時の消費電力(消費電流)と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、スイッチトランジスタ13の基礎特性(Vds-Ids特性)とに基づいて設定することにより、大きな動作速度を実現し、しかも、スタンバイ状態におけるリーク電力を削減している。
The semiconductor integrated circuit 10A in FIG. 6 includes a logic circuit 11 and a switch transistor 13 as a power gate. In the case of FIG. 6, the switch transistor 13 is configured by a p-channel MOS (PMOS) transistor.
The logic circuit 11 is connected to a current supply line between the power supply potential V DD and the reference potential Vss, and a switch transistor 13 composed of a PMOS transistor is inserted between the logic circuit 11 and the power supply potential V DD . More specifically, the source of the switch transistor 13 is connected to the power supply potential V DD, a drain connected to the virtual power supply voltage VV DD, the virtual power voltage VV DD is connected to the logic circuit 11.
The gate terminal of the switch transistor 13 becomes the control terminal, and the conduction state is controlled by the control signal CNT. Specifically, the semiconductor integrated circuit 10A is controlled to be in a conductive state (on state) in the normal operation state and in a non-conductive state (off state) in the standby state.
Then, the gate width W of the switch transistor 13 is applied to the power consumption (current consumption) during normal operation of the semiconductor integrated circuit 10A to which the switch transistor 13 as the power gate is applied as described above, and the power gate. Is set based on the permissible amount of speed degradation caused by the switching transistor 13 and the basic characteristics (Vds-Ids characteristics) of the switch transistor 13, thereby realizing a large operating speed and reducing leakage power in the standby state. .

<第3実施形態>
図7は、本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第3の実施形態を示す回路図である。
図7においては、理解を容易にするために図1および図6と同一構成部分は同一符号をもって表している。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a third embodiment of the semiconductor integrated circuit to which the power gate according to the present invention is applied.
In FIG. 7, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

図7の半導体集積回路10Bは、論理回路11とパワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12,13により構成されている。図7の場合、スイッチトランジスタ12は、NMOSトランジスタにより構成され、スイッチトランジスタ13は、PMOSトランジスタにより構成される。
論理回路11は、電源電位VDDと基準電位Vssとの間の電流供給ラインに接続され、論理回路11と基準電位Vssとの間にNMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ12が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ12のソースが基準電位Vssに接続され、ドレインが仮想基準電位VVssに接続され、仮想基準電位VVssが論理回路11に接続されている。
そして、論理回路11と電源電位VDDとの間にPMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ13が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ13のソースが電源電位VDDに接続され、ドレインが仮想電源電位VVDDに接続され、仮想電源電位VVDDが論理回路11に接続されている。
スイッチトランジスタ12,13のゲート端子が制御端子となり、制御信号CNTによりスイッチトランジスタ12の導通状態が制御され、制御信号CNTの反転信号(逆相信号)XCNTによりスイッチトランジスタ13の導通状態が制御される。具体的には、半導体集積回路10Bが通常動作状態では導通状態(オン状態)となり、スタンバイ状態では非導通状態(オフ状態)となるように制御される。
そして、スイッチトランジスタ12,13のゲート幅Wを、上述したように、パワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12,13が適用される半導体集積回路10Bの通常動作時の消費電力(消費電流)と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、スイッチトランジスタ12,13の基礎特性(Vds-Ids特性)とに基づいて設定することにより、大きな動作速度を実現し、しかも、スタンバイ状態におけるリーク電力を削減している。
The semiconductor integrated circuit 10B of FIG. 7 includes a logic circuit 11 and switch transistors 12 and 13 as power gates. In the case of FIG. 7, the switch transistor 12 is configured by an NMOS transistor, and the switch transistor 13 is configured by a PMOS transistor.
The logic circuit 11 is connected to a current supply line between the power supply potential V DD and the reference potential Vss, and a switch transistor 12 made of an NMOS transistor is inserted between the logic circuit 11 and the reference potential Vss. Specifically, the source of the switch transistor 12 is connected to the reference potential Vss, the drain is connected to the virtual reference potential VVss, and the virtual reference potential VVss is connected to the logic circuit 11.
A switch transistor 13 made of a PMOS transistor is inserted between the logic circuit 11 and the power supply potential V DD . More specifically, the source of the switch transistor 13 is connected to the power supply potential V DD, a drain connected to the virtual power supply voltage VV DD, the virtual power voltage VV DD is connected to the logic circuit 11.
The gate terminals of the switch transistors 12 and 13 become control terminals, the conduction state of the switch transistor 12 is controlled by the control signal CNT, and the conduction state of the switch transistor 13 is controlled by the inverted signal (reverse phase signal) XCNT of the control signal CNT. . Specifically, the semiconductor integrated circuit 10B is controlled to be in a conductive state (on state) in a normal operation state and in a non-conductive state (off state) in a standby state.
As described above, the gate width W of the switch transistors 12 and 13 is set so that the power consumption (current consumption) during normal operation of the semiconductor integrated circuit 10B to which the switch transistors 12 and 13 as power gates are applied, and the power gate. Is set based on the permissible amount of the speed deterioration rate caused by the application and the basic characteristics (Vds-Ids characteristics) of the switch transistors 12 and 13, thereby realizing a large operating speed and leaking in the standby state. Power is being reduced.

<第4実施形態>
図8は、本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第4の実施形態を示す回路図である。
図8においては、理解を容易にするために図7と同一構成部分は同一符号をもって表している。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of a semiconductor integrated circuit to which the power gate according to the present invention is applied.
In FIG. 8, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

図8の半導体集積回路10Cは、論理回路11とパワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12,13により構成されている。図8の場合、スイッチトランジスタ12は、NMOSトランジスタにより構成され、スイッチトランジスタ13は、PMOSトランジスタにより構成される。
論理回路11は、電源電位VDDと基準電位Vssとの間の2つの第1および第2の電流供給ラインに接続され、第1の電流供給ラインにおいて論理回路11と基準電位Vssとの間にNMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ12が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ12のソースが基準電位Vssに接続され、ドレインが仮想基準電位VVssに接続され、仮想基準電位VVssが論理回路11に接続されている。
そして、第2の電流供給ラインにおいて論理回路11と電源電位VDDとの間にPMOSトランジスタからなるスイッチトランジスタ13が挿入されている。具体的には、スイッチトランジスタ13のソースが電源電位VDDに接続され、ドレインが仮想電源電位VVDDに接続され、仮想電源電位VVDDが論理回路11に接続されている。
スイッチトランジスタ12,13のゲート端子が制御端子となり、制御信号CNTによりスイッチトランジスタ12の導通状態が制御され、制御信号CNTの反転信号(逆相信号)XCNTによりスイッチトランジスタ13の導通状態が制御される。具体的には、半導体集積回路10Cが通常動作状態では導通状態(オン状態)となり、スタンバイ状態では非導通状態(オフ状態)となるように制御される。
そして、スイッチトランジスタ12,13のゲート幅Wを、上述したように、パワーゲートとしてのスイッチトランジスタ12,13が適用される半導体集積回路10Cの通常動作時の消費電力(消費電流)と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、スイッチトランジスタ12,13の基礎特性(Vds-Ids特性)とに基づいて設定することにより、大きな動作速度を実現し、しかも、スタンバイ状態におけるリーク電力を削減している。
A semiconductor integrated circuit 10C in FIG. 8 includes a logic circuit 11 and switch transistors 12 and 13 as power gates. In the case of FIG. 8, the switch transistor 12 is composed of an NMOS transistor, and the switch transistor 13 is composed of a PMOS transistor.
The logic circuit 11 is connected to two first and second current supply lines between the power supply potential V DD and the reference potential Vss, and between the logic circuit 11 and the reference potential Vss in the first current supply line. A switch transistor 12 made of an NMOS transistor is inserted. Specifically, the source of the switch transistor 12 is connected to the reference potential Vss, the drain is connected to the virtual reference potential VVss, and the virtual reference potential VVss is connected to the logic circuit 11.
A switch transistor 13 made of a PMOS transistor is inserted between the logic circuit 11 and the power supply potential V DD in the second current supply line. More specifically, the source of the switch transistor 13 is connected to the power supply potential V DD, a drain connected to the virtual power supply voltage VV DD, the virtual power voltage VV DD is connected to the logic circuit 11.
The gate terminals of the switch transistors 12 and 13 become control terminals, the conduction state of the switch transistor 12 is controlled by the control signal CNT, and the conduction state of the switch transistor 13 is controlled by the inverted signal (reverse phase signal) XCNT of the control signal CNT. . Specifically, the semiconductor integrated circuit 10C is controlled to be in a conductive state (on state) in the normal operation state and in a non-conductive state (off state) in the standby state.
Then, as described above, the gate width W of the switch transistors 12 and 13 is set to the power consumption (current consumption) during normal operation of the semiconductor integrated circuit 10C to which the switch transistors 12 and 13 as power gates are applied, and the power gate. Is set based on the permissible amount of the speed deterioration rate caused by the application and the basic characteristics (Vds-Ids characteristics) of the switch transistors 12 and 13, thereby realizing a large operating speed and leaking in the standby state. Power is being reduced.

本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第1の実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a semiconductor integrated circuit to which a power gate according to the present invention is applied. 図1の半導体集積回路におけるパワーゲートの動作状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an operation state of a power gate in the semiconductor integrated circuit of FIG. 1. 本発明に係る半導体集積回路を設計するための集積回路設計装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of an integrated circuit design apparatus for designing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体集積回路おけるパワーゲートのゲート幅の設定手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a procedure for setting the gate width of the power gate in the semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体集積回路おけるパワーゲートのゲート幅の設定手順を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the setting procedure of the gate width of the power gate in the semiconductor integrated circuit which concerns on this invention. 本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第2の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of the semiconductor integrated circuit to which the power gate which concerns on this invention is applied. 本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第3の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 3rd Embodiment of the semiconductor integrated circuit to which the power gate which concerns on this invention is applied. 本発明に係るパワーゲートを適用した半導体集積回路の第4の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 4th Embodiment of the semiconductor integrated circuit to which the power gate which concerns on this invention is applied. パワーゲートの適用において考慮すべき項目間にトレードオフ関係が存在することを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the trade-off relationship exists between the items which should be considered in application of a power gate. 電源分離による低電力化と比較して、パワーゲートはより小さな回路単位に関して、なおかつより多数の回路ブロックに対して適用が可能であることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that a power gate is applicable with respect to a smaller circuit unit and more circuit blocks compared with the reduction in power by power supply isolation | separation.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A〜10C…半導体集積回路、11…論理回路、12,13…パワーゲートとしてのパワースイッチトランジスタ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A-10C ... Semiconductor integrated circuit, 11 ... Logic circuit, 12, 13 ... Power switch transistor as a power gate.

Claims (11)

論理回路と、
上記論理回路への電力供給路に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御されるパワーゲートと、を有し、
上記パワーゲートは、スイッチトランジスタを含み、当該スイッチトランジスタのゲート幅は、通常動作時の消費電力と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、上記スイッチトランジスタの基礎特性とに基づいて設定されている
半導体集積回路。
Logic circuit;
A power gate disposed in a power supply path to the logic circuit, the conduction state of which is controlled according to a control signal;
The power gate includes a switch transistor, and the gate width of the switch transistor depends on power consumption during normal operation, an allowable amount of rate of deterioration caused by applying the power gate, and basic characteristics of the switch transistor. Set based on semiconductor integrated circuit.
上記スイッチトランジスタのゲート幅は、上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算した値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて設定されている
請求項1記載の半導体集積回路。
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the gate width of the switch transistor is set in association with a value obtained by converting an allowable amount of the speed deterioration rate into an allowable voltage drop value and a basic characteristic of the switch transistor.
電源電位と、
基準電位と、
論理回路と、
上記論理回路と上記電源電位との間、および上記論理回路と上記基準電位との間のうちの少なくとも一方に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御されるパワーゲートと、を有し、
上記パワーゲートは、スイッチトランジスタを含み、当該スイッチトランジスタのゲート幅は、通常動作時の消費電力と、パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量と、上記スイッチトランジスタの基礎特性とに基づいて設定されている
半導体集積回路。
Power supply potential;
A reference potential;
Logic circuit;
A power gate disposed between at least one of the logic circuit and the power supply potential and between the logic circuit and the reference potential, the conduction state of which is controlled according to a control signal;
The power gate includes a switch transistor, and the gate width of the switch transistor depends on power consumption during normal operation, an allowable amount of rate of deterioration caused by applying the power gate, and basic characteristics of the switch transistor. Set based on semiconductor integrated circuit.
上記スイッチトランジスタのゲート幅は、上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算した値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて設定されている
請求項3記載の半導体集積回路。
The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein the gate width of the switch transistor is set in association with a value obtained by converting an allowable amount of the speed deterioration rate into an allowable voltage drop value and a basic characteristic of the switch transistor.
上記論理回路とスイッチトランジスタとの接続部は、仮想電位に接続されている
請求項3記載の半導体集積回路。
The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein a connection portion between the logic circuit and the switch transistor is connected to a virtual potential.
論理回路と、上記論理回路への電力供給路に配置され、制御信号に応じて導通状態が制御される所定の手順でゲート幅が設定されるスイッチトランジスタを含むパワーゲートと、を有する半導体集積回路の作製方法であって、
上記スイッチトランジスタのゲート幅の設定手順は、
通常動作時における消費電力を算出する第1ステップと、
パワーゲートを適用することによって起こる速度劣化率の許容量を定める第2ステップと、
上記速度劣化率の許容量を許容される電圧降下値に換算する第3ステップと、
上記電圧降下値と上記スイッチトランジスタの基礎特性とに関連付けて上記ゲート幅を設定する第4ステップと
を有する半導体集積回路の作製方法。
A semiconductor integrated circuit comprising: a logic circuit; and a power gate including a switch transistor disposed in a power supply path to the logic circuit and having a gate width set by a predetermined procedure in which a conduction state is controlled according to a control signal A manufacturing method of
The procedure for setting the gate width of the switch transistor is as follows:
A first step of calculating power consumption during normal operation;
A second step for determining an allowable amount of rate of degradation caused by applying a power gate;
A third step of converting the allowable speed deterioration rate into an allowable voltage drop value;
And a fourth step of setting the gate width in association with the voltage drop value and the basic characteristic of the switch transistor.
上記第1ステップにおいては、実動作に近いパターンを用いて、かつ回路活性化率が十分高い条件で消費電流値を算出する
請求項6記載の半導体集積回路の作製方法。
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein, in the first step, the current consumption value is calculated using a pattern close to actual operation and under a sufficiently high circuit activation rate.
上記第3ステップにおいて、上記電圧降下値への換算は、電源電圧と回路速度の関係を基に行う
請求項6記載の半導体集積回路の作製方法。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein in the third step, the conversion to the voltage drop value is performed based on a relationship between a power supply voltage and a circuit speed.
上記第4ステップにおいては、許容される平均電圧降下値を、スイッチトランジスタのドレインーソース間に生じる電位差の時間平均値として、ドレイン−ソース間の電位差固定の条件下で、上記論理回路が消費する電流を流すために十分な条件を、スイッチトランジスタの電圧−電流特性を基にして決定し、ゲート幅を設定する
請求項6記載の半導体集積回路の作製方法。
In the fourth step, the logic circuit consumes an allowable average voltage drop value as a time average value of the potential difference generated between the drain and source of the switch transistor under the condition of fixing the potential difference between the drain and source. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 6, wherein a sufficient condition for flowing a current is determined based on a voltage-current characteristic of the switch transistor, and a gate width is set.
配置および配線後の物理的データを用いて、電圧降下の解析を行い、当初見積もった電圧降下値以下になるかを検証する第5ステップをさらに有する
請求項6記載の半導体集積回路の作製方法。
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 6, further comprising a fifth step of analyzing a voltage drop using physical data after placement and wiring, and verifying whether the voltage drop value is equal to or less than an initially estimated voltage drop value.
上記第5ステップにおいては、配置および配線後の物理的データを用いて、上記スイッチトランジスタを抵抗としてモデル化して電圧降下の解析を行う
請求項10記載の半導体集積回路の作製方法。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein in the fifth step, using the physical data after arrangement and wiring, the switch transistor is modeled as a resistance and a voltage drop is analyzed.
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