KR102849309B1 - Semiconductor integrated circuit for minimizing leakage currents of power transistors, and method thereof - Google Patents
Semiconductor integrated circuit for minimizing leakage currents of power transistors, and method thereofInfo
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Abstract
각 파워 트랜지스터의 누설 전류를 최소화할 수 있는 반도체 집적 회로가 개시된다. 상기 반도체 집적 회로는 제1노드에 접속된 제1전자 회로와, 제2노드에 접속된 제2전자 회로와, 제1바이어스 전압에 응답하여 상기 제1노드의 제1가상 작동 전압을 제어하는 제1파워 트랜지스터와, 제2바이어스 전압에 응답하여 상기 제2노드의 제2가상 작동 전압을 제어하는 제2파워 트랜지스터와, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 제1파워 트랜지스터의 제1누설 전류와 상기 제2파워 트랜지스터의 제2누설 전류 각각이 최소화 되도록 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 바이어스 전압 제어 회로를 포함한다.A semiconductor integrated circuit capable of minimizing leakage current of each power transistor is disclosed. The semiconductor integrated circuit includes a first electronic circuit connected to a first node, a second electronic circuit connected to a second node, a first power transistor controlling a first virtual operating voltage of the first node in response to a first bias voltage, a second power transistor controlling a second virtual operating voltage of the second node in response to a second bias voltage, and a bias voltage control circuit comparing the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage to generate a comparison signal, and controlling the first bias voltage and the second bias voltage respectively so that a first leakage current of the first power transistor and a second leakage current of the second power transistor are each minimized according to the comparison signal.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로, 특히 가상 작동 전압들의 비교 결과를 이용하여 파워 트랜지스터들로 공급되는 바이어스 전압들의 제어에 관련된 주파수 또는 커패시턴스를 조절하여 상기 파워 트랜지스터들의 누설 전류들을 최소화할수 있는 반도체 집적 회로와 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a semiconductor integrated circuit and a method thereof capable of minimizing leakage currents of power transistors by controlling a frequency or capacitance related to the control of bias voltages supplied to power transistors using a comparison result of virtual operating voltages.
CMOS 공정 기술이 나노 영역으로 진입하면서 전력 소모는 VLSI 설계에서 가장 중요한 요소가 되고 있다. 공정이 미세화될수록 공급 전압은 계속적으로 낮아지고, 로직(logic)의 성능을 유지하기 위해 트랜지스터의 문턱 전압(threshold voltage)은 그에 비례해서 낮아져야 하고 그에 따라 누설 전력은 기하급수적으로 증가한다.As CMOS process technology enters the nanoscale realm, power consumption is becoming a critical factor in VLSI design. As processes become increasingly miniaturized, supply voltages continue to decline, and to maintain logic performance, transistor threshold voltages must decrease proportionally, leading to an exponential increase in leakage power.
증가하는 누설 전력은 트랜지스터 사이징(transistor sizing), 트랜지스터 스태킹(transistor stacking), 듀얼/멀티 문턱 전압 셀(dual/multi-Vth cell), 바디 바이어싱(body biasing), 동적 전압 스케일링(dynamic voltage scaling), 또는 파워 게이팅(power gating) 등의 방법들을 사용하여 줄일 수 있다. 그 중에서 파워 게이팅(Power Gating)은 동작 모드(Active Mode)에서는 고성능을 유지하면서도, 휴면 모드(Sleep mode)에서는 회로의 누설 전류를 감소시키는 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다.The increasing leakage power can be reduced by using methods such as transistor sizing, transistor stacking, dual/multi-Vth cells, body biasing, dynamic voltage scaling, or power gating. Among them, power gating is known to be the most effective method for reducing the circuit's leakage current in sleep mode while maintaining high performance in active mode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 파워 트랜지스터들을 통해 전자 회로들로 공급되는 가상 작동 전압들을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 가상 작동 전압들을 자동으로 제어할 수 있는 상기 파워 트랜지스터들의 누설 전류들을 최소화할 수 있는 반도체 집적 회로와 그 방법을 제공하는 것이다.The technical task to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit and a method thereof capable of minimizing leakage currents of the power transistors by comparing virtual operating voltages supplied to electronic circuits through power transistors and automatically controlling the virtual operating voltages based on the comparison result.
본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 집적 회로는 제1노드에 접속된 제1전자 회로와, 제2노드에 접속된 제2전자 회로와, 제1바이어스 전압에 응답하여 상기 제1노드의 제1가상 작동 전압을 제어하는 제1파워 트랜지스터와, 제2바이어스 전압에 응답하여 상기 제2노드의 제2가상 작동 전압을 제어하는 제2파워 트랜지스터와, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 제1파워 트랜지스터의 제1누설 전류와 상기 제2파워 트랜지스터의 제2누설 전류 각각을 최소화하기 위해 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 바이어스 전압 제어 회로를 포함한다.A semiconductor integrated circuit according to embodiments of the present invention includes a first electronic circuit connected to a first node, a second electronic circuit connected to a second node, a first power transistor controlling a first virtual operating voltage of the first node in response to a first bias voltage, a second power transistor controlling a second virtual operating voltage of the second node in response to a second bias voltage, and a bias voltage control circuit comparing the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage to generate a comparison signal, and controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage to minimize a first leakage current of the first power transistor and a second leakage current of the second power transistor, respectively, according to the comparison signal.
실시 예들에 따라, 상기 바이어스 전압 제어 회로는 상기 비교 신호에 따라 제1비정현파의 제1주파수를 제어하고, 상기 제1주파수에 따라 상기 제1바이어스 전압을 제어하는 제1바이어스 전압 제어 회로와, 상기 비교 신호에 따라 상기 제2비정현파의 제2주파수를 제어하고, 상기 제2주파수에 따라 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함한다.According to embodiments, the bias voltage control circuit includes a first bias voltage control circuit that controls a first frequency of a first non-sinusoidal wave according to the comparison signal and controls the first bias voltage according to the first frequency, and a second bias voltage control circuit that controls a second frequency of the second non-sinusoidal wave according to the comparison signal and controls the second bias voltage according to the second frequency.
실시 예들에 따라, 상기 바이어스 전압 제어 회로는 상기 비교 신호를 이용하여 제1디지털 신호를 생성하고 상기 제1디지털 신호를 이용하여 제1커패시턴스를 제어하여 상기 제1바이어스 전압을 생성하는 제1바이어스 전압 제어 회로와, 상기 비교 신호를 이용하여 제2디지털 신호를 생성하고 상기 제1디지털 신호를 이용하여 제2커패시턴스를 제어하여 상기 제2바이어스 전압을 생성하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함한다.According to embodiments, the bias voltage control circuit includes a first bias voltage control circuit that generates a first digital signal using the comparison signal and controls a first capacitance using the first digital signal to generate the first bias voltage, and a second bias voltage control circuit that generates a second digital signal using the comparison signal and controls a second capacitance using the first digital signal to generate the second bias voltage.
상기 반도체 집적 회로는 제3노드에 접속된 코어와, 상기 제1바이어스 전압 또는 상기 제2바이어스 전압에 응답하여 상기 제3노드의 제3가상 작동 전압을 제어하는 제3파워 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 제1파워 트랜지스터와 상기 제2파워 트랜지스터 각각의 채널 폭은 상기 제3파워 트랜지스터의 채널 폭보다 작다.The semiconductor integrated circuit further includes a core connected to a third node, and a third power transistor that controls a third virtual operating voltage of the third node in response to the first bias voltage or the second bias voltage, and a channel width of each of the first power transistor and the second power transistor is smaller than a channel width of the third power transistor.
본 발명의 실시 예들에 따라 반도체 집적 회로의 작동 방법은 제1바이어스 전압에 따라 작동하는 제1파워 트랜지스터를 이용하여, 제1전자 회로가 접속된 제1노드의 제1가상 작동 전압을 제어하는 단계와, 제2바이어스 전압에 따라 작동하는 제2파워 트랜지스터를 이용하여, 제2전자 회로가 접속된 제2노드의 제2가상 작동 전압을 제어하는 단계와, 바이어스 전압 제어 회로를 이용하여, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제1파워 트랜지스터의 제1누설 전류와 상기 제2파워 트랜지스터의 제2누설 전류 각각이 최소화 되도록 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 단계를 포함한다.According to embodiments of the present invention, a method of operating a semiconductor integrated circuit includes a step of controlling a first virtual operating voltage of a first node to which a first electronic circuit is connected using a first power transistor that operates according to a first bias voltage, a step of controlling a second virtual operating voltage of a second node to which a second electronic circuit is connected using a second power transistor that operates according to a second bias voltage, a step of comparing the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage using a bias voltage control circuit to generate a comparison signal, and a step of controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage so that a first leakage current of the first power transistor and a second leakage current of the second power transistor are each minimized according to the comparison signal.
실시 예들에 따라, 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 단계는 상기 비교 신호를 이용하여 제1비정현파의 제1주파수와 제2비정현파의 제2주파수 각각을 제어하는 단계와, 상기 제1주파수를 이용하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하고 상기 제2주파수를 이용하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 단계를 포함한다.According to embodiments, the step of controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage includes the step of controlling each of the first frequency of the first non-sinusoidal wave and the second frequency of the second non-sinusoidal wave using the comparison signal, and the step of controlling the first bias voltage using the first frequency and controlling the second bias voltage using the second frequency.
실시 예들에 따라, 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 단계는 상기 비교 신호를 이용하여 제1커패시턴스와 제2커패시턴스 각각을 생성하는 단계와, 상기 제1커패시턴스를 이용하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하고 상기 제2커패시턴스를 이용하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 단계를 포함한다.According to embodiments, the step of controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage includes the step of generating each of the first capacitance and the second capacitance using the comparison signal, and the step of controlling the first bias voltage using the first capacitance and controlling the second bias voltage using the second capacitance.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 집적 회로와 그 방법은 파워 트랜지스터들을 통해 전자 회로들로 공급되는 가상 작동 전압들을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 가상 작동 전압들을 자동으로 제어할 수 있는 상기 파워 트랜지스터들의 누설 전류들을 최소화할 수 있는 효과가 있다.A semiconductor integrated circuit and method according to an embodiment of the present invention have the effect of minimizing leakage currents of the power transistors by comparing virtual operating voltages supplied to electronic circuits through power transistors and automatically controlling the virtual operating voltages based on the comparison result.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1a는 본 발명의 실시 예들에 따른 직접 전압 감지 방법을 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 실시 예들에 따른 레플리카 전압 감지 방법을 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 3a 내지 도 3h는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로에 의해 수행되는 제1알로리즘을 설명하는 개념도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 4b는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 5a는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 커패시턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 5b는 도 5a 및 도 7에 도시된 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 작동 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 6a는 도 5a에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 6b는 도 5a에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 8a는 도 7에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 8b는 도 7에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.
도 9a는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 커패스턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 9b는 도 9a, 도 11, 도 12, 및 도 13에 도시된 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 작동 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 10a 내지 도 10h는 도 9에 도시된 반도체 집적 회로에 의해 수행되는 제2알로리즘을 설명하는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 커패스턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.In order to more fully understand the drawings cited in the detailed description of the present invention, a detailed description of each drawing is provided.
FIG. 1A is a block diagram of a semiconductor integrated circuit that minimizes leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method according to embodiments of the present invention.
FIG. 1b is a block diagram of a semiconductor integrated circuit that minimizes leakage current of each power switch using a replica voltage detection method according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method and frequency control according to embodiments of the present invention.
FIGS. 3A to 3H are conceptual diagrams illustrating a first algorithm performed by the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2.
FIG. 4a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2.
FIG. 4b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2.
FIG. 5A is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method and capacitance control according to embodiments of the present invention.
FIG. 5b is a flowchart explaining an operation method of a semiconductor integrated circuit using the first algorithm illustrated in FIG. 5a and FIG. 7.
FIG. 6a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 5a.
FIG. 6b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 5a.
FIG. 7 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and frequency control according to embodiments of the present invention.
FIG. 8a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 7.
FIG. 8b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 7.
FIG. 9A is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method and capacitance control according to embodiments of the present invention.
FIG. 9b is a flowchart illustrating an operation method of a semiconductor integrated circuit using the first algorithm illustrated in FIG. 9a, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13.
FIGS. 10A to 10H are conceptual diagrams illustrating a second algorithm performed by the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 9.
FIG. 11 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and capacitance control according to embodiments of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method and frequency control according to embodiments of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and frequency control according to embodiments of the present invention.
도 1a는 본 발명의 실시 예들에 따른 직접 전압 감지 방법을 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.FIG. 1A is a block diagram of a semiconductor integrated circuit that minimizes leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method according to embodiments of the present invention.
도 1a를 참조하면, 반도체 집적 회로(100_1, 100_2, 100_4, 및 100_6를 총괄적으로 '100'이라 함.)는 제1파워 트랜지스터(PSW1), 제2파워 트랜지스터(PSW2), 바이어스 전압 제어 회로(101), 제1전자 회로(160_1), 및 제2전자 회로(160_2)를 포함한다. 반도체 집적 회로(100)는 시스템 온 칩(System on Chip(Soc)) 또는 반도체 칩일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a semiconductor integrated circuit (100_1, 100_2, 100_4, and 100_6 collectively referred to as '100') includes a first power transistor (PSW1), a second power transistor (PSW2), a bias voltage control circuit (101), a first electronic circuit (160_1), and a second electronic circuit (160_2). The semiconductor integrated circuit (100) may be a system on chip (Soc) or a semiconductor chip.
제1파워 트랜지스터(PSW1)는 작동 전압(VDD)을 공급하는 파워 라인(PL)과 제1노드(ND1) 사이에 접속되고, 제1전자 회로(160_1)가 접속된 제1노드(ND1)의 제1가상 작동 전압(VVDD1)을 제1바이어스 전압(BIAS1)을 이용하여 제어한다.The first power transistor (PSW1) is connected between a power line (PL) that supplies an operating voltage (VDD) and a first node (ND1), and controls a first virtual operating voltage (VVDD1) of the first node (ND1) to which the first electronic circuit (160_1) is connected using a first bias voltage (BIAS1).
제2파워 트랜지스터(PSW2)는 파워 라인(PL)과 제2노드(ND2) 사이에 접속되고, 제2전자 회로(160_2)가 접속된 제2노드(ND2)의 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 제2바이어스 전압(BIAS2)을 이용하여 제어한다.The second power transistor (PSW2) is connected between the power line (PL) and the second node (ND2), and controls the second virtual operating voltage (VVDD2) of the second node (ND2) to which the second electronic circuit (160_2) is connected using the second bias voltage (BIAS2).
바이어스 전압 제어 회로(101_1 내지 101_7를 총괄적으로 '101'이라 한다.)는 제1가상 작동 전압(VVDD1)과 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 서로 비교하고, 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 제1가상 작동 전압 (VVDD1)의 전압 레벨을 제어하는 제1파워 트랜지스터(PSW1)에 흐르는 제1누설 전류 (Ilkg1)와 제2가상 작동 전압(VVDD2)의 전압 레벨을 제어하는 제2파워 트랜지스터 (PSW2)에 흐르는 제2누설 전류(Ilkg2) 각각을 최소화하기 위해 제1바이어스 전압 (BIAS1)과 제2바이어스 전압(BIAS2) 각각을 제어 또는 독립적으로 제어한다.The bias voltage control circuit (101_1 to 101_7 are collectively referred to as '101') compares a first virtual operating voltage (VVDD1) and a second virtual operating voltage (VVDD2) with each other, generates a comparison signal based on the comparison result, and controls or independently controls each of the first bias voltage (BIAS1) and the second bias voltage (BIAS2) to minimize a first leakage current (Ilkg1) flowing in a first power transistor (PSW1) that controls the voltage level of the first virtual operating voltage (VVDD1) and a second leakage current (Ilkg2) flowing in a second power transistor (PSW2) that controls the voltage level of the second virtual operating voltage (VVDD2).
실시 예들에 따라, 바이어스 전압 제어 회로(101)는 제1바이어스 전압(BIAS1)의 제어에 관련된 제1비정현파(non-sinusoidal waveform)의 제1주파수를 제어하고, 제2바이어스 전압 (BIAS2)의 제어에 관련된 제2비정현파의 제2주파수를 제어한다. 본 명세서에서 제어는 증가, 유지, 또는 감소를 의미한다.According to embodiments, the bias voltage control circuit (101) controls a first frequency of a first non-sinusoidal waveform related to the control of a first bias voltage (BIAS1), and controls a second frequency of a second non-sinusoidal waveform related to the control of a second bias voltage (BIAS2). In the present specification, control means increasing, maintaining, or decreasing.
실시 예들에 따라, 바이어스 전압 제어 회로(101)는 비교 신호의 레벨에 기초하여 제1바이어스 전압(BIAS1)의 제어에 관련된 도 6a의 제1그룹의 스위치드 커패시터 회로들(switched capacitor ciucuits)의 제1커패시턴스를 제어하고, 상기 비교 신호의 레벨에 기초하여 제2바이어스 전압(BIAS2)의 제어에 관련된 도 6b의 제2그룹의 스위치드 커패시터 회로들의 제2커패시턴스를 제어한다.According to embodiments, the bias voltage control circuit (101) controls the first capacitance of the first group of switched capacitor circuits of FIG. 6A related to the control of the first bias voltage (BIAS1) based on the level of the comparison signal, and controls the second capacitance of the second group of switched capacitor circuits of FIG. 6B related to the control of the second bias voltage (BIAS2) based on the level of the comparison signal.
제1전자 회로(160_1)와 제2전자 회로(160_2) 각각은 중앙 처리 유닛(central processing unit (CPU)), 그래픽 처리 장치(graphic processing unit (GPU)), 또는 신경망 처리 회로(Neural Processing Unit (NPU))의 코어(core)일 수 있다. 각 코어(160_1과 160_2)의 구조는 서로 동일할 수 있다.Each of the first electronic circuit (160_1) and the second electronic circuit (160_2) may be a core of a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), or a neural processing unit (NPU). The structures of each core (160_1 and 160_2) may be identical.
각 파워 트랜지스터(PSW1과 PS32) 각각은 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터일 수 있고, PMOS 트랜지스터일 수 있다.Each of the power transistors (PSW1 and PS32) can be a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistor or a PMOS transistor.
도 1b는 본 발명의 실시 예들에 따른 레플리카 전압 감지 방법을 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.FIG. 1b is a block diagram of a semiconductor integrated circuit that minimizes leakage current of each power switch using a replica voltage detection method according to embodiments of the present invention.
도 1b를 참조하면, 반도체 집적 회로(100A)는 제1파워 트랜지스터(PSW1a), 제2파워 트랜지스터(PSW2a), 바이어스 전압 제어 회로(101), 제1전자 회로(200a), 제2전자 회로(200b), 제3파워 트랜지스터(LPW), 및 제3전자 회로(160_3)를 포함한다.Referring to FIG. 1b, a semiconductor integrated circuit (100A) includes a first power transistor (PSW1a), a second power transistor (PSW2a), a bias voltage control circuit (101), a first electronic circuit (200a), a second electronic circuit (200b), a third power transistor (LPW), and a third electronic circuit (160_3).
제1파워 트랜지스터(PSW1a)는 파워 라인(PL)과 제1노드(ND1) 사이에 접속되고, 제1전자 회로(200a)가 접속된 제1노드(ND1)의 제1가상 작동 전압(VVDD1)을 제1바이어스 전압(BIAS1)을 이용하여 제어한다.The first power transistor (PSW1a) is connected between the power line (PL) and the first node (ND1), and controls the first virtual operating voltage (VVDD1) of the first node (ND1) to which the first electronic circuit (200a) is connected using the first bias voltage (BIAS1).
제2파워 트랜지스터(PSW2a)는 파워 라인(PL)과 제2노드(ND2) 사이에 접속되고, 제2전자 회로(200b)가 접속된 제2노드(ND2)의 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 제2바이어스 전압(BIAS2)을 이용하여 제어한다.The second power transistor (PSW2a) is connected between the power line (PL) and the second node (ND2), and controls the second virtual operating voltage (VVDD2) of the second node (ND2) to which the second electronic circuit (200b) is connected using the second bias voltage (BIAS2).
바이어스 전압 제어 회로(101)는 제1가상 작동 전압(VVDD1)과 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 서로 비교하고, 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 제1가상 작동 전압(VVDD1)의 전압 레벨을 제어하는 제1파워 트랜지스터(PSW1a)에 흐르는 제1누설 전류(Ilkg1a)와 제2가상 작동 전압(VVDD2)의 전압 레벨을 제어하는 제2파워 트랜지스터(PSW2a)에 흐르는 제2누설 전류(Ilkg2a) 각각이 최소화되도록 제1바이어스 전압(BIAS1)과 제2바이어스 전압(BIAS2) 각각을 제어(또는 독립적으로 제어한다.The bias voltage control circuit (101) compares a first virtual operating voltage (VVDD1) and a second virtual operating voltage (VVDD2) with each other, generates a comparison signal based on the comparison result, and controls (or independently controls) each of the first bias voltage (BIAS1) and the second bias voltage (BIAS2) so that a first leakage current (Ilkg1a) flowing in a first power transistor (PSW1a) that controls the voltage level of the first virtual operating voltage (VVDD1) and a second leakage current (Ilkg2a) flowing in a second power transistor (PSW2a) that controls the voltage level of the second virtual operating voltage (VVDD2) are minimized based on the comparison signal.
제3파워 트랜지스터(LPW)는 파워 라인(PL)과 제3노드(ND3) 사이에 접속되고, 제3전자 회로(160_3)가 접속된 제3노드(ND3)의 제3가상 작동 전압(VVDD3)을 제2바이어스 전압(BIAS2)을 이용하여 제어한다.The third power transistor (LPW) is connected between the power line (PL) and the third node (ND3), and controls the third virtual operating voltage (VVDD3) of the third node (ND3) to which the third electronic circuit (160_3) is connected using the second bias voltage (BIAS2).
각 파워 트랜지스터(PSW1a, PSW2a, 및 LPW)가 PMOS 트랜지스터일 때, 각 PMOS 트랜지스터(PSW1a, PSW2a, 및 LPW)의 채널 길이(Channel Length)는 서로 동일하고, 각 PMOS 트랜지스터(PSW1a와 PSW2a)의 채널 폭(Channel Width)은 PMOS 트랜지스터(LPW)의 채널 폭보다 작다.When each power transistor (PSW1a, PSW2a, and LPW) is a PMOS transistor, the channel lengths of each PMOS transistor (PSW1a, PSW2a, and LPW) are the same, and the channel widths of each PMOS transistor (PSW1a and PSW2a) are smaller than the channel width of the PMOS transistor (LPW).
각 전자 회로(200a와 200b)의 구조와 제3전자 회로(160_3)의 구조는 서로 다를 수 있다. 각 전자 회로(200a와 200b)는 레플리카 부하 회로(replica load circuit)일 수 있고, 제3전자 회로(160_3)는 CPU, GPU, 또는 NPU의 코어일 수 있다. 여기서, 각 파워 트랜지스터(PSW1a, PSW2a, 및 LPW)를 통해 공급되는 작동 전압을 가상 작동 전압(VVDD1, VVDD2, 및 VVDD3)이라 한다.The structure of each electronic circuit (200a and 200b) and the structure of the third electronic circuit (160_3) may be different from each other. Each electronic circuit (200a and 200b) may be a replica load circuit, and the third electronic circuit (160_3) may be a core of a CPU, GPU, or NPU. Here, the operating voltages supplied through each power transistor (PSW1a, PSW2a, and LPW) are referred to as virtual operating voltages (VVDD1, VVDD2, and VVDD3).
도 1a의 반도체 집적 회로(100)는 바이어스 전압 제어 회로(101)를 이용하여 코어들(160_1과 160_2)의 가상 작동 전압들(VVDD1과 VVDD2)을 비교하고, 비교 결과에 해당하는 비교 신호의 레벨을 이용하여 각 누설 전류(Ilkg1과 Ilkg2)를 최소화하기 위해 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)을 제어한다. 레벨은 제1레벨(예를 들면, 로우 레벨과 하이 레벨 중에서 어느 하나)과 제2레벨(예를 들면, 로우 레벨과 하이 레벨 중에서 다른 하나)을 갖는다.The semiconductor integrated circuit (100) of FIG. 1A compares virtual operating voltages (VVDD1 and VVDD2) of cores (160_1 and 160_2) using a bias voltage control circuit (101), and controls each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) to minimize each leakage current (Ilkg1 and Ilkg2) using the level of a comparison signal corresponding to the comparison result. The level has a first level (e.g., one of a low level and a high level) and a second level (e.g., the other of a low level and a high level).
그러나, 도 1b의 반도체 집적 회로(100A)는 바이어스 전압 제어 회로(101)를 이용하여 레플리카 부하 회로들(160_1과 160_2)의 가상 작동 전압들(VVDD1과 VVDD2)을 비교하고, 비교 결과에 해당하는 비교 신호의 레벨을 이용하여 각 누설 전류(Ilkg1a과 Ilkg2a)를 최소화하기 위해 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)을 제어한 후, 제3파워 트랜지스터(LPW)는 최적화된 제2바이어스 전압(BIAS2)에 응답하여 제3전자 회로(160_3)로 공급되는 제3가상 작동 전압(VVDD3)을 제어한다.However, the semiconductor integrated circuit (100A) of FIG. 1B compares the virtual operating voltages (VVDD1 and VVDD2) of the replica load circuits (160_1 and 160_2) using the bias voltage control circuit (101), and controls each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) to minimize each leakage current (Ilkg1a and Ilkg2a) using the level of the comparison signal corresponding to the comparison result, and then the third power transistor (LPW) controls the third virtual operating voltage (VVDD3) supplied to the third electronic circuit (160_3) in response to the optimized second bias voltage (BIAS2).
즉, 도 1b의 반도체 집적 회로(100A)는 레플리카(replica) 전압 감지 방법을 이용하여 최적화된 제2바이어스 전압(BIAS2)을 찾고, 제3파워 트랜지스터(LPW)는 최적화된 제2바이어스 전압(BIAS2)에 응답하여 제3전자 회로(160_3)로 제3가상 작동 전압(VVDD3)을 공급한다. 이때, 제2바이어스 전압(BIAS2)이 제3파워 트랜지스터 (LPW)로 공급될 때, 제3파워 트랜지스터(LPW)에 흐르는 누설 전류는 최소 값을 갖는다.That is, the semiconductor integrated circuit (100A) of FIG. 1B finds an optimized second bias voltage (BIAS2) using a replica voltage detection method, and the third power transistor (LPW) supplies a third virtual operating voltage (VVDD3) to the third electronic circuit (160_3) in response to the optimized second bias voltage (BIAS2). At this time, when the second bias voltage (BIAS2) is supplied to the third power transistor (LPW), the leakage current flowing in the third power transistor (LPW) has a minimum value.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이고, 도 4a는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이고, 도 4b는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.FIG. 2 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage detection method and frequency control according to embodiments of the present invention, FIG. 4a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2, and FIG. 4b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2.
도 1a, 도 2, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 설명될 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로(100_1)의 바어어스 전압 제어 회로(101_1)는 제1바이어스 전압 제어 회로(110)와 제2바이어스 전압 제어 회로(120)를 포함한다. 각 바이어스 전압 제어 회로(110, 10A, 120, 120A, 410, 및/또는 420)는 전하 펌프(charge pump) 또는 전압 더블러(voltage doubler)일 수 있다.Referring to FIGS. 1A, 2, 4A, and 4B, a bias voltage control circuit (101_1) of a semiconductor integrated circuit (100_1) using a first algorithm to be described with reference to FIGS. 3A to 3H includes a first bias voltage control circuit (110) and a second bias voltage control circuit (120). Each bias voltage control circuit (110, 10A, 120, 120A, 410, and/or 420) may be a charge pump or a voltage doubler.
제1바이어스 전압 제어 회로(110)는 비교 회로(140)로부터 출력된 비교 신호 (Vcomp)에 따라 제1비정현파(VCLK1)의 제1주파수(f1)를 제어하고, 제1주파수(f1)에 따라 제1바이어스 전압(BIAS1)을 제어한다.The first bias voltage control circuit (110) controls the first frequency (f1) of the first non-sinusoidal wave (VCLK1) according to the comparison signal (Vcomp) output from the comparison circuit (140), and controls the first bias voltage (BIAS1) according to the first frequency (f1).
도 2와 도 4a를 참조하면, 제1바이어스 전압 제어 회로(110)는 제1컨트롤러(112_1), 제1비선형 오실레이터(또는 '제1비정현파 생성 회로', 114_1), 제1인버터(116_1), 및 제1바이어스 전압 생성기(118_1)를 포함한다.Referring to FIG. 2 and FIG. 4a, the first bias voltage control circuit (110) includes a first controller (112_1), a first nonlinear oscillator (or 'first non-sinusoidal wave generation circuit', 114_1), a first inverter (116_1), and a first bias voltage generator (118_1).
제1컨트롤러(112_1)는 비교 신호(Vcomp)의 레벨(예를 들면, 하이 레벨(high level) 또는 로우 레벨(low level))을 검출하고 검출 결과에 따라 제1제어 신호 (CTL1)를 생성한다.The first controller (112_1) detects the level (e.g., high level or low level) of the comparison signal (Vcomp) and generates a first control signal (CTL1) according to the detection result.
예를 들면, 비교 신호(Vcomp)가 프리셋 레벨(preset level)로부터 로우 레벨로 천이(transition 또는 change)할 때 제1컨트롤러(112_1)는 제1주파수(f1)의 증가를 지시하는 제1제어 신호(CTL1)를 생성하고, 제1비선형 오실레이터(114_1)는 제1주파수(f1)의 증가를 지시하는 제1제어 신호(CTL1)에 응답하여 증가된 제1주파수 (f1)를 갖는 제1비정현파(VCLK1)를 생성한다.For example, when the comparison signal (Vcomp) transitions (changes) from a preset level to a low level, the first controller (112_1) generates a first control signal (CTL1) indicating an increase in the first frequency (f1), and the first nonlinear oscillator (114_1) generates a first non-sinusoidal wave (VCLK1) having an increased first frequency (f1) in response to the first control signal (CTL1) indicating an increase in the first frequency (f1).
그러나, 비교 신호(Vcomp)가 프리셋 레벨, 예를 들면 하이 레벨을 유지할 때, 제1컨트롤러(112_1)는 제1주파수(f1)의 감소를 지시하는 제1제어 신호(CTL1)를 생성하고, 제1비선형 오실레이터(114_1)는 제1주파수(f1)의 감소를 지시하는 제1제어 신호(CTL1)에 응답하여 감소된 제1주파수(f1)를 갖는 제1비정현파(VCLK1)를 생성한다.However, when the comparison signal (Vcomp) maintains a preset level, for example, a high level, the first controller (112_1) generates a first control signal (CTL1) indicating a decrease in the first frequency (f1), and the first nonlinear oscillator (114_1) generates a first non-sinusoidal wave (VCLK1) having a decreased first frequency (f1) in response to the first control signal (CTL1) indicating a decrease in the first frequency (f1).
제1인버터(116_1)는 제1비정현파(VCLK1)를 수신하고 제1반전 비정현파 (VCLK1B)를 생성한다.The first inverter (116_1) receives the first non-sinusoidal waveform (VCLK1) and generates the first inverted non-sinusoidal waveform (VCLK1B).
제1바이어스 전압 생성기(118_1)는 제1그룹의 커패시터들(C1_1과 C2_1) 각각을 통해 수신되는 제1비정현파(VCLK1)와 제1인버터(116_1)의 출력 신호(VCLK1B) 각각에 응답하여 제1바이어스 전압(BIAS1)을 제어한다.The first bias voltage generator (118_1) controls the first bias voltage (BIAS1) in response to the first non-sinusoidal wave (VCLK1) received through each of the capacitors (C1_1 and C2_1) of the first group and the output signal (VCLK1B) of the first inverter (116_1).
도 2와 도 4b를 참조하면, 제2바이어스 전압 제어 회로(120)는 비교 신호 (Vcomp)에 따라 제2비정현파(VCLK2)의 제2주파수(f2)를 제어하고, 제2주파수(f2)에 따라 제2바이어스 전압(BIAS2)을 제어한다.Referring to FIG. 2 and FIG. 4b, the second bias voltage control circuit (120) controls the second frequency (f2) of the second non-sinusoidal wave (VCLK2) according to the comparison signal (Vcomp), and controls the second bias voltage (BIAS2) according to the second frequency (f2).
제2바이어스 전압 제어 회로(120)는 제2컨트롤러(112_2), 제2비선형 오실레이터(또는 '제2비정현파 생성 회로', 114_2), 제2인버터(116_2), 및 제2바이어스 전압 생성기(118_2)를 포함한다.The second bias voltage control circuit (120) includes a second controller (112_2), a second nonlinear oscillator (or 'second non-sinusoidal wave generation circuit', 114_2), a second inverter (116_2), and a second bias voltage generator (118_2).
제2컨트롤러(112_1)는 비교 신호(Vcomp)의 레벨을 검출하고 검출 결과에 따라 제2제어 신호(CTL2)를 생성한다.The second controller (112_1) detects the level of the comparison signal (Vcomp) and generates a second control signal (CTL2) based on the detection result.
예를 들면, 비교 신호(Vcomp)가 프리셋 레벨로부터 로우 레벨로 천이할 때, 제2컨트롤러(112_2)는 제2주파수(f2)의 증가를 지시하는 제2제어 신호(CTL2)를 생성하고, 제2비선형 오실레이터(114_2)는 제2주파수(f2)의 증가를 지시하는 제2제어 신호(CTL2)에 응답하여 증가된 제2주파수(f2)를 갖는 제2비정현파(VCLK2)를 생성한다.For example, when the comparison signal (Vcomp) transitions from the preset level to the low level, the second controller (112_2) generates a second control signal (CTL2) indicating an increase in the second frequency (f2), and the second nonlinear oscillator (114_2) generates a second non-sinusoidal wave (VCLK2) having an increased second frequency (f2) in response to the second control signal (CTL2) indicating an increase in the second frequency (f2).
그러나, 비교 신호(Vcomp)가 프리셋 레벨, 예를 들면 하이 레벨을 유지할 때, 제2컨트롤러(112_1)는 제2주파수(f2)의 감소를 지시하는 제2제어 신호(CTL2)를 생성하고, 제2비선형 오실레이터(114_2)는 제2주파수(f2)의 감소를 지시하는 제2제어 신호(CTL2)에 응답하여 감소된 제2주파수(f2)를 갖는 제2비정현파(VCLK2)를 생성한다.However, when the comparison signal (Vcomp) maintains a preset level, for example, a high level, the second controller (112_1) generates a second control signal (CTL2) indicating a decrease in the second frequency (f2), and the second nonlinear oscillator (114_2) generates a second non-sinusoidal wave (VCLK2) having a decreased second frequency (f2) in response to the second control signal (CTL2) indicating a decrease in the second frequency (f2).
제2인버터(116_1)는 제2비정현파(VCLK2)를 수신하고 제2반전 비정현파 (VCLK2B)를 생성한다.The second inverter (116_1) receives the second non-sinusoidal waveform (VCLK2) and generates the second inverted non-sinusoidal waveform (VCLK2B).
제2바이어스 전압 생성기(118_2)는 제2그룹의 커패시터들(C1_2와 C2_2) 각각을 통해 수신되는 제2비정현파(VCLK2)와 제2인버터(116_2)의 출력 신호(VCLK2B) 각각에 응답하여 제2바이어스 전압(BIAS2)을 제어한다.The second bias voltage generator (118_2) controls the second bias voltage (BIAS2) in response to the second non-sinusoidal wave (VCLK2) received through each of the second group of capacitors (C1_2 and C2_2) and the output signal (VCLK2B) of the second inverter (116_2).
실시 예들에 따라, 제1그룹의 커패시터들(C1_1과 C2_1) 각각의 커패시턴스는 동일하고, 제2그룹의 커패시터들(C1_2와 C2_2) 각각의 커패시턴스는 동일하고, 커패시터(C1_1)의 커패시턴스와 커패시터(C1_2)의 커패시턴스는 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다.According to embodiments, the capacitance of each of the capacitors (C1_1 and C2_1) of the first group is the same, the capacitance of each of the capacitors (C1_2 and C2_2) of the second group is the same, and the capacitance of the capacitor (C1_1) and the capacitance of the capacitor (C1_2) may be the same or different from each other.
도 2를 다시 참조하면, 바이어스 전압 제어 회로(101_1)는 제1선택 회로 (132)와 제2선택 회로(134)를 포함하는 선택 회로(130), 비교 회로(140), 선택 신호 생성 회로(150), 제1바이어스 전압 제어 회로(110), 및 제2바이어스 전압 제어 회로(120)를 포함한다.Referring again to FIG. 2, the bias voltage control circuit (101_1) includes a selection circuit (130) including a first selection circuit (132) and a second selection circuit (134), a comparison circuit (140), a selection signal generation circuit (150), a first bias voltage control circuit (110), and a second bias voltage control circuit (120).
제1선택 회로(132)는, 선택 신호(SEL)에 응답하여, 제1가상 작동 전압 (VVDD1)과 제2가상 작동 전압(VVDD2) 중에서 어느 하나를 출력한다.The first selection circuit (132) outputs one of the first virtual operating voltage (VVDD1) and the second virtual operating voltage (VVDD2) in response to the selection signal (SEL).
제2선택 회로(134)는, 선택 신호(SEL)에 응답하여, 제1가상 작동 전압 (VVDD1)과 제2가상 작동 전압(VVDD2) 중에서 다른 하나를 출력한다. 예를 들면, 각 선택 회로(132와 134)는 멀티플렉서(multiplexer)로 구현될 수 있다.The second selection circuit (134) outputs the other one of the first virtual operating voltage (VVDD1) and the second virtual operating voltage (VVDD2) in response to the selection signal (SEL). For example, each selection circuit (132 and 134) can be implemented as a multiplexer.
예를 들면, 선택 신호(SEL)가 로우 레벨일 때, 제1선택 회로(132)는 제1가상 작동 전압(VVDD1)을 제1출력 신호(MX1=VVDD1)로 출력하고, 제2선택 회로(134)는 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 제2출력 신호(MX2=VVDD2)로 출력한다.For example, when the selection signal (SEL) is at a low level, the first selection circuit (132) outputs the first virtual operating voltage (VVDD1) as the first output signal (MX1 = VVDD1), and the second selection circuit (134) outputs the second virtual operating voltage (VVDD2) as the second output signal (MX2 = VVDD2).
그러나, 선택 신호(SEL)가 하이 레벨일 때, 제1선택 회로(132)는 제2가상 작동 전압(VVDD2)을 제1출력 신호(MX1=VVDD2)로 출력하고, 제2선택 회로(134)는 제1가상 작동 전압(VVDD1)을 제2출력 신호(MX2=VVDD1)로 출력한다.However, when the selection signal (SEL) is at a high level, the first selection circuit (132) outputs the second virtual operating voltage (VVDD2) as the first output signal (MX1 = VVDD2), and the second selection circuit (134) outputs the first virtual operating voltage (VVDD1) as the second output signal (MX2 = VVDD1).
비교 회로(140)는 제1입력 단자(예를 들면, 반전(inverting) 입력 단자, 141)를 통해 제1선택 회로(132)의 제1출력 신호(MX1)를 수신하고, 제2입력 단자(예를 들면, 비-반전(non-inveting) 입력 단자, 143)를 통해 제2선택 회로(134)의 제2출력 신호(MX2)를 수신하고, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)에 응답하여 제1출력 신호 (MX1)와 제2출력 신호(MX2)의 비교 결과에 해당하는 비교 신호(Vcomp)를 출력한다.The comparison circuit (140) receives a first output signal (MX1) of a first selection circuit (132) through a first input terminal (e.g., an inverting input terminal, 141), receives a second output signal (MX2) of a second selection circuit (134) through a second input terminal (e.g., a non-inverting input terminal, 143), and outputs a comparison signal (Vcomp) corresponding to a comparison result of the first output signal (MX1) and the second output signal (MX2) in response to a first sampling clock signal (SCLK1).
선택 신호 생성 회로(150)는, 비교 신호(Vcomp)의 레벨에 따라, 선택 신호 (SEL)의 레벨을 결정하고, 결정된 레벨을 갖는 비교 신호(Vcomp)를 각 선택 회로 (132와 134)로 출력한다.The selection signal generation circuit (150) determines the level of the selection signal (SEL) according to the level of the comparison signal (Vcomp), and outputs the comparison signal (Vcomp) having the determined level to each selection circuit (132 and 134).
도 2와 도 4a를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1바이어스 전압 제어 회로 (110)는 비교 신호(Vcomp)의 레벨에 따라 제1비정현파(VCLK1)의 제1주파수(f1)를 제어하고 제1주파수(f1)에 따라 제1바이어스 전압(BIAS1)을 제어하고, 제1바이어스 전압(BIAS1)을 제1파워 트랜지스터(PSW1)의 게이트로 출력한다.As described with reference to FIG. 2 and FIG. 4a, the first bias voltage control circuit (110) controls the first frequency (f1) of the first non-sinusoidal wave (VCLK1) according to the level of the comparison signal (Vcomp), controls the first bias voltage (BIAS1) according to the first frequency (f1), and outputs the first bias voltage (BIAS1) to the gate of the first power transistor (PSW1).
도 2와 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제2바이어스 전압 제어 회로 (120)는 비교 신호(Vcomp)의 레벨에 따라 제2비정현파(VCLK2)의 제2주파수(f2)를 제어하고 제2주파수(f2)에 따라 제2바이어스 전압(BIAS2)을 제어하고, 제2바이어스 전압 (BIAS2)을 제2파워 트랜지스터(PSW2)의 게이트로 출력한다.As described with reference to FIG. 2 and FIG. 4b, the second bias voltage control circuit (120) controls the second frequency (f2) of the second non-sinusoidal wave (VCLK2) according to the level of the comparison signal (Vcomp), controls the second bias voltage (BIAS2) according to the second frequency (f2), and outputs the second bias voltage (BIAS2) to the gate of the second power transistor (PSW2).
도 3a 내지 도 3h는 도 2에 도시된 반도체 집적 회로에 의해 수행되는 제1알로리즘을 설명하는 개념도이다.FIGS. 3A to 3H are conceptual diagrams illustrating a first algorithm performed by the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 2.
도 3a 내지 도 3h에서 각 화살표는 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)과 각 가상 전원 전압(VVDD1과 VVDD2)의 변화 방향(예를 들면, 증가 방향 또는 감소 방향)을 나타내고, VVDD는 각 가상 전원 전압(VVDD1과 VVDD2)을 총괄적으로 나타내고, Ilkg는 각 누설 전류(Ilkg1, Ilkg2, Ilkg1a, 및 Ilkg2a)를 총괄적으로 나타낸다.In FIGS. 3a to 3h, each arrow represents a change direction (e.g., an increasing direction or a decreasing direction) of each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) and each virtual power supply voltage (VVDD1 and VVDD2), VVDD represents each virtual power supply voltage (VVDD1 and VVDD2) in general, and Ilkg represents each leakage current (Ilkg1, Ilkg2, Ilkg1a, and Ilkg2a) in general.
실시 예들에 따라, 비교 회로(140)의 프리셋 레벨(preset level)은 로우 레벨로 설정될 수도 있고, 비교 회로(140)의 제1입력 단자(141)는 비-반전 입력 단자일 수 있고, 비교 회로(140)의 제2입력 단자(143)는 반전 입력 단자일 수도 있다.According to embodiments, the preset level of the comparison circuit (140) may be set to a low level, the first input terminal (141) of the comparison circuit (140) may be a non-inverting input terminal, and the second input terminal (143) of the comparison circuit (140) may be an inverting input terminal.
그러나, 도 2, 도 5a, 도 7, 도 9a, 도 11, 도 12, 및 도 13에 도시된 바와 같이, 비교 회로(140)의 프리셋 레벨은 하이 레벨이라고 가정하고, 제1입력 단자 (141)는 반전 입력 단자(-)이고 제2입력 단자(143)은 비-반전 입력 단자(+)라고 가정한다.However, as shown in FIG. 2, FIG. 5a, FIG. 7, FIG. 9a, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, it is assumed that the preset level of the comparison circuit (140) is a high level, the first input terminal (141) is an inverting input terminal (-), and the second input terminal (143) is a non-inverting input terminal (+).
도 2, 도 3a, 및 도 3b를 참조하면, 작동 초기에 선택 신호(SEL)의 레벨은 로우(L)라고 가정한다. 제1가상 작동 전압(VVDD1)이 제2가상 작동 전압(VVDD2)보다 클 때, 비교 회로(140)는, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1), 예를 들면 상승 에지 (rising edge)에 응답하여, 하이 레벨(즉, 프리셋 레벨)로부터 로우 레벨(L)로 천이하는 비교 신호(Vcomp, 이를 제1비교 신호라 한다.)를 출력한다. 선택 신호 생성 회로(150)는 제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여 로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.Referring to FIGS. 2, 3a, and 3b, it is assumed that the level of the selection signal (SEL) is low (L) at the beginning of operation. When the first virtual operating voltage (VVDD1) is higher than the second virtual operating voltage (VVDD2), the comparison circuit (140) outputs a comparison signal (Vcomp, referred to as a first comparison signal) that transitions from a high level (i.e., a preset level) to a low level (L) in response to the first sampling clock signal (SCLK1), for example, a rising edge. The selection signal generation circuit (150) outputs a selection signal (SEL) having a low level (L) to each selection circuit (132 and 134) in response to the first comparison signal (Vcomp).
도 3a, 도 3b, 도 4a, 및 도 4b를 참조하면, 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)은 증가하고, 각 파워 트랜지스터(PSW1, PSW2, PSW1a, 및 PWS2a)에 흐르는 누설 전류(Ilkg)는 감소하고, 각 가상 전원 전압(VVDD1과 VVDD2)은 감소하고, 각 주파수(f1과 f2)는 증가한다. 즉, X-축에서 오른쪽으로 갈수록 각 주파수(f1과 f2)는 증가한다.Referring to FIGS. 3a, 3b, 4a, and 4b, each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) increases, the leakage current (Ilkg) flowing through each power transistor (PSW1, PSW2, PSW1a, and PWS2a) decreases, each virtual power voltage (VVDD1 and VVDD2) decreases, and each frequency (f1 and f2) increases. That is, each frequency (f1 and f2) increases as it goes to the right on the X-axis.
로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)에 따라, 제1선택 회로(132)는 제1가상 작동 전압(MX1=VVDD1)을 제1입력 단자(141)로 출력하고 제2선택 회로(134)는 제2가상 작동 전압(MX2=VVDD2)을 제2입력 단자(143)로 출력한다.According to a selection signal (SEL) having a low level (L), the first selection circuit (132) outputs a first virtual operating voltage (MX1 = VVDD1) to the first input terminal (141), and the second selection circuit (134) outputs a second virtual operating voltage (MX2 = VVDD2) to the second input terminal (143).
도 3c를 참조하면, 제2입력 단자(143)로 입력되는 제2가상 작동 전압 (MX2=VVDD2)이 제1입력 단자(141)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX1=VVDD1) 보다 크면, 비교 회로(140)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK)에 응답하여 프리셋 레벨(H)을 유지하는 비교 신호(Vcomp, 이를 제2비교 신호라 한다.)를 출력한다.Referring to FIG. 3c, if the second virtual operating voltage (MX2 = VVDD2) input to the second input terminal (143) is greater than the first virtual operating voltage (MX1 = VVDD1) input to the first input terminal (141), the comparison circuit (140) outputs a comparison signal (Vcomp, referred to as a second comparison signal) that maintains the preset level (H) in response to the first sampling clock signal (SCLK).
선택 신호 생성 회로(150)는 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 하이 레벨(H)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.The selection signal generation circuit (150) outputs a selection signal (SEL) having a high level (H) to each selection circuit (132 and 134) in response to the second comparison signal (Vcomp).
하이 레벨(H)을 갖는 선택 신호(SEL)에 따라, 각 선택 회로(132와 134)는 각 가상 작동 전압(VVDD1과 VVDD2)를 바꾸어 비교 회로(140)로 전송하는 스왑 작동 (swap opeartion, SWAP)을 수행한다.According to a selection signal (SEL) having a high level (H), each selection circuit (132 and 134) performs a swap operation (SWAP) to change each virtual operating voltage (VVDD1 and VVDD2) and transmit it to the comparison circuit (140).
스왑 작동(SWAP)이 수행됨에 따라, 즉, 선택 신호(SEL)가 하이 레벨일 때, 제1선택 회로(132)는 제2가상 작동 전압(MX1=VVDD2)을 제1입력 단자(141)로 출력하고 제2선택 회로(134)는 제1가상 작동 전압(MX2=VVDD1)을 제2입력 단자(143)로 출력한다.As the swap operation (SWAP) is performed, i.e., when the selection signal (SEL) is at a high level, the first selection circuit (132) outputs the second virtual operating voltage (MX1 = VVDD2) to the first input terminal (141), and the second selection circuit (134) outputs the first virtual operating voltage (MX2 = VVDD1) to the second input terminal (143).
도 3c와 도 3d를 참조하면, 스왑 작동(SWAP)이 수행된 이후에 제2입력 단자(143)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX2=VVDD1)이 제1입력 단자(141)로 입력되는 제2가상 작동 전압(MX1=VVDD2) 보다 클 때, 비교 회로(140)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK)에 응답하여 제2비교 신호(Vcomp)를 출력한다.Referring to FIGS. 3c and 3d, when the first virtual operating voltage (MX2 = VVDD1) input to the second input terminal (143) after the swap operation (SWAP) is performed is greater than the second virtual operating voltage (MX1 = VVDD2) input to the first input terminal (141), the comparison circuit (140) outputs the second comparison signal (Vcomp) in response to the first sampling clock signal (SCLK).
도 3d와 도 3e를 참조하면, 스왑 작동(SWAP)이 수행되기 이전에 증가하던 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)는 스왑 작동(SWAP)이 수행된 이후에는 감소한다.Referring to FIGS. 3d and 3e, each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) that was increasing before the swap operation (SWAP) was performed decreases after the swap operation (SWAP) is performed.
도 3e를 참조하면, 제2입력 단자(143)로 입력되는 제1가상 작동 전압 (MX2=VVDD1)이 제1입력 단자(141)로 입력되는 제2가상 작동 전압(MX1=VVDD2) 보다 여전히 크므로, 비교 회로(140)는 제2비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 선택 신호 생성 회로(150)는 하이 레벨(H)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.Referring to FIG. 3e, since the first virtual operating voltage (MX2 = VVDD1) input to the second input terminal (143) is still greater than the second virtual operating voltage (MX1 = VVDD2) input to the first input terminal (141), the comparison circuit (140) outputs a second comparison signal (Vcomp), and the selection signal generation circuit (150) outputs a selection signal (SEL) having a high level (H) to each selection circuit (132 and 134).
도 3f를 참조하면, 선택 신호(SEL)가 하이 레벨(H)일 때, 제1입력 단자(141)로 입력되는 제2가상 작동 전압(MX1=VVDD2)이 제2입력 단자(143)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX2=VVDD1) 보다 클 때, 비교 회로(140)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 선택 신호 생성 회로(150)는 제1비교 신호(Vcomp)에 따라 로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.Referring to FIG. 3f, when the selection signal (SEL) is at a high level (H), when the second virtual operating voltage (MX1 = VVDD2) input to the first input terminal (141) is higher than the first virtual operating voltage (MX2 = VVDD1) input to the second input terminal (143), the comparison circuit (140) outputs the first comparison signal (Vcomp), and the selection signal generation circuit (150) outputs the selection signal (SEL) having a low level (L) to each selection circuit (132 and 134) according to the first comparison signal (Vcomp).
로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)에 따라, 제1선택 회로(132)는 제1가상 작동 전압(MX1=VVDD1)을 제1입력 단자(141)로 출력하고 제2선택 회로(134)는 제2가상 작동 전압(MX2=VVDD2)을 제2입력 단자(143)로 출력한다.According to a selection signal (SEL) having a low level (L), the first selection circuit (132) outputs a first virtual operating voltage (MX1 = VVDD1) to the first input terminal (141), and the second selection circuit (134) outputs a second virtual operating voltage (MX2 = VVDD2) to the second input terminal (143).
로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)에 따라, 각 선택 회로(132와 134)는 각 가상 작동 전압(VVDD1과 VVDD2)를 바꾸어 비교 회로(140)로 전송하는 스왑 작동 (SWAP)을 수행한다.According to a selection signal (SEL) having a low level (L), each selection circuit (132 and 134) performs a swap operation (SWAP) to change each virtual operating voltage (VVDD1 and VVDD2) and transmit it to the comparison circuit (140).
도 3g를 참조하면, 선택 신호(SEL)가 로우 레벨(L)일 때, 제1입력 단자(141)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX1=VVDD1)이 제2입력 단자(143)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX2=VVDD1) 보다 클 때, 비교 회로(140)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 선택 신호 생성 회로(150)는 제1비교 신호(Vcomp)에 따라 로우 레벨(L)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.Referring to FIG. 3g, when the selection signal (SEL) is at a low level (L), when the first virtual operating voltage (MX1 = VVDD1) input to the first input terminal (141) is greater than the first virtual operating voltage (MX2 = VVDD1) input to the second input terminal (143), the comparison circuit (140) outputs the first comparison signal (Vcomp), and the selection signal generation circuit (150) outputs the selection signal (SEL) having a low level (L) to each selection circuit (132 and 134) according to the first comparison signal (Vcomp).
도 3h를 참조하면, 선택 신호(SEL)가 로우 레벨(L)일 때, 제2입력 단자(143)로 입력되는 제2가상 작동 전압(MX2=VVDD2)이 제1입력 단자(141)로 입력되는 제1가상 작동 전압(MX1=VVDD1) 보다 클 때, 비교 회로(140)는 제2비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 선택 신호 생성 회로(150)는 제2비교 신호(Vcomp)에 따라 하이 레벨(H)을 갖는 선택 신호(SEL)를 각 선택 회로(132와 134)로 출력한다.Referring to FIG. 3h, when the selection signal (SEL) is at a low level (L), when the second virtual operating voltage (MX2 = VVDD2) input to the second input terminal (143) is higher than the first virtual operating voltage (MX1 = VVDD1) input to the first input terminal (141), the comparison circuit (140) outputs a second comparison signal (Vcomp), and the selection signal generation circuit (150) outputs a selection signal (SEL) having a high level (H) to each selection circuit (132 and 134) according to the second comparison signal (Vcomp).
하이 레벨(H)을 갖는 선택 신호(SEL)에 따라, 각 선택 회로(132와 134)는 각 가상 작동 전압(VVDD1과 VVDD2)를 바꾸어 비교 회로(140)로 전송하는 스왑 작동(SWAP)을 수행한다.According to a selection signal (SEL) having a high level (H), each selection circuit (132 and 134) performs a swap operation (SWAP) to change each virtual operating voltage (VVDD1 and VVDD2) and transmit it to the comparison circuit (140).
제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로(100_1)의 바어어스 전압 제어 회로(101_1)는 도 3h이 수행된 후 도 3d를 다시 수행한다. 그 후부터 바어어스 전압 제어 회로(101_1)는 누설 전류(Ilkg)가 최소가 되는 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIS2)을 찾기 위해 도 3d 내지 도 3h를 반복적으로 수행한다.The bias voltage control circuit (101_1) of the semiconductor integrated circuit (100_1) using the first algorithm performs FIG. 3d again after FIG. 3h is performed. From then on, the bias voltage control circuit (101_1) repeatedly performs FIG. 3d to FIG. 3h to find each bias voltage (BIAS1 and BIS2) at which the leakage current (Ilkg) is minimized.
도 5a는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 커패시턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이고, 도 5b는 도 5a 및 도 7에 도시된 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 작동 방법을 설명하는 플로우차트이다.FIG. 5a is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage detection method and capacitance control according to embodiments of the present invention, and FIG. 5b is a flowchart explaining an operating method of the semiconductor integrated circuit using the first algorithm illustrated in FIG. 5a and FIG. 7.
제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로(100_2)는 제1파워 트랜지스터 (PSW1), 제2파워 트랜지스터(PSW2), 바이어스 전압 제어 회로(101_2), 제1전자 회로(160_1), 및 제2전자 회로(160_2)를 포함한다.A semiconductor integrated circuit (100_2) using a first algorithm includes a first power transistor (PSW1), a second power transistor (PSW2), a bias voltage control circuit (101_2), a first electronic circuit (160_1), and a second electronic circuit (160_2).
바이어스 전압 제어 회로(101_2)는 제1바이어스 전압 제어 회로(410), 제2바이어스 전압 제어 회로(420), 비교 회로(430), 제어 회로(435), 제1업/다운 카운터 (440), 제2업/다운 카운터(445), 및 스왑 컨트롤러(450)를 포함한다. 본 명세서에서 설명된 각 업/다운 카운터로부터 출력되는 카운트 값을 디지털 신호이다.The bias voltage control circuit (101_2) includes a first bias voltage control circuit (410), a second bias voltage control circuit (420), a comparison circuit (430), a control circuit (435), a first up/down counter (440), a second up/down counter (445), and a swap controller (450). The count values output from each up/down counter described herein are digital signals.
각 업/다운 카운터(440와 445)는 제1비교 신호(Vcomp)가 입력될 때마다 각 카운트 값(CNT1과 CNT2)을 증가시키는 업-카운트(이를 '카운트-업'이라고도 한다.) 작동 또는 각 카운트 값(CNT1과 CNT2)을 감소시키는 다운-카운트(이를 '카운트-다운'이라고도 한다.) 작동을 수행하고, 각 카운트 값(CNT1과 CNT2)을 출력한다. 그러나, 비교 신호(Vcomp)가 프리셋 레벨(H)을 유지하는 제2비교 신호(Vcomp)일 때 직전의 각 카운트 값(CNT1과 CNT2)은 그대로 유지된다.Each up/down counter (440 and 445) performs an up-count operation (also called 'count-up') to increase each count value (CNT1 and CNT2) or a down-count operation (also called 'count-down') to decrease each count value (CNT1 and CNT2) whenever the first comparison signal (Vcomp) is input, and outputs each count value (CNT1 and CNT2). However, when the comparison signal (Vcomp) is the second comparison signal (Vcomp) that maintains the preset level (H), the immediately preceding count values (CNT1 and CNT2) are maintained as is.
설명의 편의를 위해, 각 업/다운 카운터(440와 445)는 4-비트 카운터이고, 제1업/다운 카운터(440)의 초기 카운트 값(CNT1)은 4b'0000으로 설정되고, 제2업/다운 카운터(445)의 초기 카운트 값(CNT2)은 4b'0001으로 설정되어 있다고 가정한다.For convenience of explanation, it is assumed that each up/down counter (440 and 445) is a 4-bit counter, and that the initial count value (CNT1) of the first up/down counter (440) is set to 4b'0000, and the initial count value (CNT2) of the second up/down counter (445) is set to 4b'0001.
도 3a의 그래프, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, 제1가상 작동 전압(VVDD1)이 제2가상 작동 전압(VVDD2)보다 클 때, 비교 회로(430)는, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)에 응답하여, 프리셋 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이하는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력한다.Referring to the graphs of FIG. 3a, FIG. 5a, and FIG. 5b, when the first virtual operating voltage (VVDD1) is greater than the second virtual operating voltage (VVDD2), the comparison circuit (430) outputs a first comparison signal (Vcomp) that transitions from a preset level (H) to a low level (L) in response to the first sampling clock signal (SCLK1).
제1비교 신호(Vcomp)에 따라, 제어 회로(435)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 생성하여 각 업/다운 카운터(440와 445)로 전송하고, 스왑 작동이 아님을 나타내는 스왑 제어 신호(SCS, 이를 '제1스왑 제어 신호'라 한다.)를 생성하여 스왑 컨트롤러(450)로 전송한다.According to the first comparison signal (Vcomp), the control circuit (435) generates a count control signal (UDC) indicating an up-count and transmits it to each up/down counter (440 and 445), and generates a swap control signal (SCS, referred to as a 'first swap control signal') indicating that a swap operation is not in progress and transmits it to the swap controller (450).
각 업/다운 카운터(440와 445)는, 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (UDC)에 응답하여, 제1비교 신호(Vcomp)가 입력될 때마다 업-카운트 작동을 수행한다(S110).Each up/down counter (440 and 445) performs an up-count operation whenever the first comparison signal (Vcomp) is input in response to a count control signal (UDC) indicating an up-count (S110).
제1비교 신호(Vcomp)가 입력되면, 제1업/다운 카운터(440)는 업-카운트 작동을 수행하여 제1카운트 값(CNT1=4b'0001)을 생성하고, 제2업/다운 카운터(445)는 업-카운트 작동을 수행하여 제2카운트 값(CNT2=4b'0010)을 생성한다(S110).When the first comparison signal (Vcomp) is input, the first up/down counter (440) performs an up-count operation to generate a first count value (CNT1=4b'0001), and the second up/down counter (445) performs an up-count operation to generate a second count value (CNT2=4b'0010) (S110).
스왑 컨트롤러(450)는, 제1스왑 제어 제어 신호(SCS)에 응답하여, 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값(CNT1=4b'0001)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송하고 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2=4b'0010)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송한다. 즉, 스왑 컨트롤러(450)는 카운트 값(CNT1과 CNT2)를 스왑하는 스왑 작동을 수행하지 않는다.The swap controller (450), in response to the first swap control signal (SCS), transmits the first count value (CNT1=4b'0001) of the first up/down counter (440) to the first bias voltage control circuit (410) and transmits the second count value (CNT2=4b'0010) of the second up/down counter (445) to the second bias voltage control circuit (420). That is, the swap controller (450) does not perform a swap operation that swaps the count values (CNT1 and CNT2).
도 6a는 도 5a에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이고, 도 6b는 도 5a에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.FIG. 6a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 5a, and FIG. 6b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 5a.
도 6a에 도시된 차동 클락 신호들(CLK3과 CLK3B)는 도 5a의 바이어스 전압 제어 회로(101_2)의 외부로부터 입력되고, 도 6b에 도시된 차동 클락 신호들(CLK4과 CLK4B)는 도 5a의 바이어스 전압 제어 회로(101_2)의 외부로부터 입력된다.The differential clock signals (CLK3 and CLK3B) illustrated in FIG. 6a are input from the outside of the bias voltage control circuit (101_2) of FIG. 5a, and the differential clock signals (CLK4 and CLK4B) illustrated in FIG. 6b are input from the outside of the bias voltage control circuit (101_2) of FIG. 5a.
도 5a와 도 6a를 참조하면, 제1카운트 값(CNT1)이 4b'0000로부터 4b'0001로 증가했으므로, 제1바이어스 전압 제어 회로(410)에 포함된 제1그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들(SW1~SW8) 중에서 4b'0001에 해당하는 스위치들 (SW4와 SW8)이 턴-온(turn-on)되어 제1바이어스 전압 제어 회로(410)의 제1커패시턴스가 증가하므로, 제1바이어스 전압(BIAS1)도 증가한다. 제1그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 커패시터들(1C, 2C, 4C, 및 8C)은 가중치를 갖는다.Referring to FIGS. 5A and 6A, since the first count value (CNT1) increases from 4b'0000 to 4b'0001, among the switches (SW1 to SW8) included in the first group of switched capacitor circuits included in the first bias voltage control circuit (410), the switches (SW4 and SW8) corresponding to 4b'0001 are turned on, so that the first capacitance of the first bias voltage control circuit (410) increases, and thus the first bias voltage (BIAS1) also increases. The capacitors (1C, 2C, 4C, and 8C) included in the first group of switched capacitor circuits have weights.
도 5a와 도 6b를 참조하면, 제2카운트 값(CNT2)이 4b'0001로부터 4b'0010으로 증가했으므로, 제2바이어스 전압 제어 회로(420)에 포함된 제2그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들(SW1a~SW8a) 중에서 4b'0010에 해당하는 스위치들(SW3a와 SW7a)이 턴-온되어 제2바이어스 전압 제어 회로(420)의 제2커패시턴스가 증가하므로, 제2바이어스 전압(BIAS2)도 증가한다. 제2그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 커패시터들(1C, 2C, 4C, 및 8C)은 가중치를 갖는다.Referring to FIGS. 5a and 6b, since the second count value (CNT2) increases from 4b'0001 to 4b'0010, among the switches (SW1a to SW8a) included in the second group of switched capacitor circuits included in the second bias voltage control circuit (420), the switches (SW3a and SW7a) corresponding to 4b'0010 are turned on, so that the second capacitance of the second bias voltage control circuit (420) increases, and thus the second bias voltage (BIAS2) also increases. The capacitors (1C, 2C, 4C, and 8C) included in the second group of switched capacitor circuits have weights.
도 3b의 그래프, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, 제1가상 작동 전압(VVDD1)이 제2가상 작동 전압(VVDD2)보다 클 때, 비교 회로(430)는, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)에 응답하여, 프리셋 레벨(H)로부터 로우 레벨(L)로 천이하는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력한다.Referring to the graph of FIG. 3b, FIG. 5a, and FIG. 5b, when the first virtual operating voltage (VVDD1) is greater than the second virtual operating voltage (VVDD2), the comparison circuit (430) outputs a first comparison signal (Vcomp) that transitions from a preset level (H) to a low level (L) in response to the first sampling clock signal (SCLK1).
제어 회로(435)는, 제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여, 제1스왑 제어 신호 (SCS)와 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 유지한다.The control circuit (435) maintains a first swap control signal (SCS) and a count control signal (UDC) indicating an up-count in response to a first comparison signal (Vcomp).
각 업/다운 카운터(440와 445)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (SCS)에 응답하여 업-카운트 작동을 계속 수행한다(S110).Each up/down counter (440 and 445) continues to perform an up-count operation in response to a count control signal (SCS) indicating an up-count (S110).
제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여(S120의 NO), 제1업/다운 카운터(440)는 업-카운트 작동을 수행하여 제1카운트 값(CNT1=4b'0010)을 생성하고, 제2업/다운 카운터(445)는 업-카운트 작동을 수행하여 제2카운트 값(CNT2=4b'0011)을 생성한다.In response to the first comparison signal (Vcomp) (NO of S120), the first up/down counter (440) performs an up-count operation to generate a first count value (CNT1=4b'0010), and the second up/down counter (445) performs an up-count operation to generate a second count value (CNT2=4b'0011).
제1스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여, 스왑 컨트롤러(450)는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값(CNT1=4b'0010)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송하고 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2=4b'0011)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송한다.In response to the first swap control signal (SCS), the swap controller (450) transmits the first count value (CNT1=4b'0010) of the first up/down counter (440) to the first bias voltage control circuit (410) and transmits the second count value (CNT2=4b'0011) of the second up/down counter (445) to the second bias voltage control circuit (420).
도 5a와 도 6a를 참조하면, 제1카운트 값(CNT1)이 4b'0001로부터 4b'0010으로 증가했으므로, 제1바이어스 전압 제어 회로(410)에 포함된 제1그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들(SW1~SW8) 중에서 4b'0010에 해당하는 스위치들 (SW3와 SW7)이 턴-온되어 제1바이어스 전압 제어 회로(410)의 제1커패시턴스가 더 증가하므로, 제1바이어스 전압(BIAS1)도 더 증가한다.Referring to FIGS. 5A and 6A, since the first count value (CNT1) increases from 4b'0001 to 4b'0010, among the switches (SW1 to SW8) included in the first group of switched capacitor circuits included in the first bias voltage control circuit (410), the switches (SW3 and SW7) corresponding to 4b'0010 are turned on, so that the first capacitance of the first bias voltage control circuit (410) further increases, and thus the first bias voltage (BIAS1) also further increases.
도 5a와 도 6b를 참조하면, 제2카운트 값(CNT2)이 4b'0010로부터 4b'0011로 증가했으므로, 제2바이어스 전압 제어 회로(420)에 포함된 제2그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들(SW1a~SW8a) 중에서 4b'0011에 해당하는 스위치들(SW3a, SW4a, SW7a, 및 SW8a)이 턴-온되어 제2바이어스 전압 제어 회로(420)의 제2커패시턴스가 더 증가하므로, 제2바이어스 전압(BIAS2)도 더 증가한다.Referring to FIGS. 5a and 6b, since the second count value (CNT2) increases from 4b'0010 to 4b'0011, among the switches (SW1a to SW8a) included in the second group of switched capacitor circuits included in the second bias voltage control circuit (420), the switches (SW3a, SW4a, SW7a, and SW8a) corresponding to 4b'0011 are turned on, so that the second capacitance of the second bias voltage control circuit (420) further increases, and thus the second bias voltage (BIAS2) also further increases.
도 3c의 그래프와 도 5a를 참조하면, 제2가상 작동 전압(VVDD2)이 제1가상 작동 전압(VVDD1)보다 커지면, 비교 회로(430)는, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)에 응답하여, 프리셋 레벨(H)을 유지하는 제2비교 신호(Vcomp)를 출력한다(S120).Referring to the graph of FIG. 3c and FIG. 5a, when the second virtual operating voltage (VVDD2) becomes greater than the first virtual operating voltage (VVDD1), the comparison circuit (430) outputs a second comparison signal (Vcomp) that maintains the preset level (H) in response to the first sampling clock signal (SCLK1) (S120).
제2비교 신호(Vcomp)에 따라(S120의 YES), 제어 회로(435)는 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 생성하여 각 업/다운 카운터(440와 445)로 전송하고, 스왑 작동임을 나타내는 스왑 제어 신호(SCS, 이를 '제2스왑 제어 신호'라 한다.)를 생성하여 스왑 컨트롤러(450)로 전송한다(S130).According to the second comparison signal (Vcomp) (YES of S120), the control circuit (435) generates a count control signal (UDC) indicating a down-count and transmits it to each up/down counter (440 and 445), and generates a swap control signal (SCS, referred to as a 'second swap control signal') indicating a swap operation and transmits it to the swap controller (450) (S130).
각 업/다운 카운터(440와 445)는, 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (UDC)에 응답하여, 직전의 각 카운트 값(CNT1=0010, 및 CNT2=0011)을 유지한 후, 다운-카운트 작동을 준비한다.Each up/down counter (440 and 445) responds to a count control signal (UDC) indicating a down-count, maintains its previous count value (CNT1=0010, and CNT2=0011), and then prepares for a down-count operation.
제2스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여, 스왑 컨트롤러(450)는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값(CNT1=4b'0010)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송하고 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2=4b'0011)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송한다. 즉, 각 바이어스 전압 제어 회로(410과 420)로 전송되는 각 카운트 값(CNT1=0010, 및 CNT2=0011)은 스왑된다.In response to the second swap control signal (SCS), the swap controller (450) transmits the first count value (CNT1=4b'0010) of the first up/down counter (440) to the second bias voltage control circuit (420) and transmits the second count value (CNT2=4b'0011) of the second up/down counter (445) to the first bias voltage control circuit (410). That is, each count value (CNT1=0010, and CNT2=0011) transmitted to each bias voltage control circuit (410 and 420) is swapped.
도 5a와 도 6a를 참조하면, 스왑 작동 후, 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 입력되던 카운트 값은 4b'0010으로부터 4b'0011로 증가하나 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 입력되던 카운트 값은 4b'0011으로부터 4b'0010으로 감소한다.Referring to FIGS. 5A and 6A, after the swap operation, the count value input to the first bias voltage control circuit (410) increases from 4b'0010 to 4b'0011, but the count value input to the second bias voltage control circuit (420) decreases from 4b'0011 to 4b'0010.
도 5a와 도 6a를 참조하면, 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 입력되던 카운트 값이 4b'0010로부터 4b'0011로 증가했으므로, 제1바이어스 전압 제어 회로 (410)에 포함된 제1그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들 (SW1~SW8) 중에서 4b'0011에 해당하는 스위치들(SW3, SW4, SW7, 및 SW8)이 턴-온되어 제1바이어스 전압 제어 회로(410)의 제1커패시턴스가 더 증가하므로, 제1바이어스 전압(BIAS1)도 더 증가한다.Referring to FIGS. 5A and 6A, since the count value input to the first bias voltage control circuit (410) increases from 4b'0010 to 4b'0011, among the switches (SW1 to SW8) included in the first group of switched capacitor circuits included in the first bias voltage control circuit (410), the switches (SW3, SW4, SW7, and SW8) corresponding to 4b'0011 are turned on, so that the first capacitance of the first bias voltage control circuit (410) further increases, and thus the first bias voltage (BIAS1) also further increases.
그러나, 도 5a와 도 6a를 참조하면, 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 입력되던 카운트 값이 4b'0011로부터 4b'0010으로 감소했으므로, 제2바이어스 전압 제어 회로(420)에 포함된 제2그룹의 스위치드 커패시터들 회로들에 포함된 스위치들(SW1a~SW8a) 중에서 4b'0010에 해당하는 스위치들(SW3a와 SW7a)이 턴-온되어 제2바이어스 전압 제어 회로(420)의 제2커패시턴스가 감소하므로, 제2바이어스 전압(BIAS2)는 감소한다.However, referring to FIGS. 5a and 6a, since the count value input to the second bias voltage control circuit (420) has decreased from 4b'0011 to 4b'0010, among the switches (SW1a to SW8a) included in the second group of switched capacitor circuits included in the second bias voltage control circuit (420), the switches (SW3a and SW7a) corresponding to 4b'0010 are turned on, so that the second capacitance of the second bias voltage control circuit (420) decreases, and thus the second bias voltage (BIAS2) decreases.
도 3e의 그래프와 도 5a를 참조하면, 제1가상 작동 전압(VVDD1)이 제1가상 작동 전압 (VVDD1)보다 커지면, 비교 회로(430)는, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)에 응답하여, 제1비교 신호(Vcomp)를 출력한다.Referring to the graph of FIG. 3e and FIG. 5a, when the first virtual operating voltage (VVDD1) becomes greater than the first virtual operating voltage (VVDD1), the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp) in response to the first sampling clock signal (SCLK1).
제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여, 제1업/다운 카운터(440)는 다운-카운트 작동을 수행하여 제1카운트 값(CNT1=4b'0001)을 생성하고, 제2업/다운 카운터(445)는 다운-카운트 작동을 수행하여 제2카운트 값(CNT2=4b'0010)을 생성하고, 스왑 컨트롤러(450)는 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2=4b'0010)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송하고 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값 (CNT1=4b'0001)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송한다(S140).In response to the first comparison signal (Vcomp), the first up/down counter (440) performs a down-count operation to generate a first count value (CNT1=4b'0001), the second up/down counter (445) performs a down-count operation to generate a second count value (CNT2=4b'0010), and the swap controller (450) transmits the second count value (CNT2=4b'0010) of the second up/down counter (445) to the first bias voltage control circuit (410) and transmits the first count value (CNT1=4b'0001) of the first up/down counter (440) to the second bias voltage control circuit (420) (S140).
각 가상 작동 전압(VVDD1과 VVDD2)이 제어됨에 따라, 제2가상 작동 전압 (VVDD2)이 제1가상 작동 전압(VVDD1)보다 다시 커지면, 비교 회로(430)는 제2비교 신호(Vcomp)를 출력한다(S150의 YES).As each virtual operating voltage (VVDD1 and VVDD2) is controlled, when the second virtual operating voltage (VVDD2) becomes greater than the first virtual operating voltage (VVDD1) again, the comparison circuit (430) outputs the second comparison signal (Vcomp) (YES of S150).
제2비교 신호(Vcomp)에 따라(S150의 YES), 제어 회로(435)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 생성하여 각 업/다운 카운터(440와 445)로 전송하고, 제2스왑 제어 신호(SCS)를 생성하여 스왑 컨트롤러(450)로 전송한다. 이때, 각 업/다운 카운터(440와 445)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(SCS)에 응답하여 직전의 각 카운트 값을 유지하고, 업-카운트 작동을 준비한다.According to the second comparison signal (Vcomp) (YES of S150), the control circuit (435) generates a count control signal (UDC) indicating an up-count and transmits it to each up/down counter (440 and 445), and generates a second swap control signal (SCS) and transmits it to the swap controller (450). At this time, each up/down counter (440 and 445) maintains its previous count value in response to the count control signal (SCS) indicating an up-count and prepares for an up-count operation.
제2스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여 스왑 작동을 수행하는 스왑 컨트롤러 (450)는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값(CNT1)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송하고 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송한다(S160).A swap controller (450) that performs a swap operation in response to a second swap control signal (SCS) transmits a first count value (CNT1) of a first up/down counter (440) to a first bias voltage control circuit (410) and transmits a second count value (CNT2) of a second up/down counter (445) to a second bias voltage control circuit (420) (S160).
도 5a와 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 각 업/다운 카운터(440과 445)가 업-카운트 작동을 수행하는 도중에 비교 회로(430)로부터 첫 번째로 제2비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S110과 S120의 YES), 제어 회로(435)는 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(SCS)를 생성하고 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 제2스왑 제어 신호(SCS)를 생성한다.As described with reference to FIGS. 5a and 5b, when the second comparison signal (Vcomp) is first output from the comparison circuit (430) while each up/down counter (440 and 445) is performing an up-count operation (YES of S110 and S120), the control circuit (435) generates a count control signal (SCS) indicating a down-count in response to the second comparison signal (Vcomp) and generates a second swap control signal (SCS) in response to the second comparison signal (Vcomp).
각 업/다운 카운터(440과 445)는 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(SCS)에 응답하여 업-카운트 작동을 중지하고, 다운-카운트 작동을 준비한다. 이후, 각 업/다운 카운터(440과 445)는 제1비교 신호(Vcomp)가 입력될 때마다 다운-카운트 작동을 수행한다.Each up/down counter (440 and 445) stops the up-count operation and prepares for the down-count operation in response to a count control signal (SCS) indicating a down-count. Thereafter, each up/down counter (440 and 445) performs the down-count operation whenever the first comparison signal (Vcomp) is input.
제2스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여 스왑 작동을 수행하는 스왑 컨트롤러 (450)는 다운-카운트 작동을 수행하는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값 (CNT1)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송하고 다운-카운트 작동을 수행하는 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2)을 제1바이어스 전압 제어 회로 (410)로 전송한다(S130).A swap controller (450) that performs a swap operation in response to a second swap control signal (SCS) transmits a first count value (CNT1) of a first up/down counter (440) that performs a down-count operation to a second bias voltage control circuit (420) and transmits a second count value (CNT2) of a second up/down counter (445) that performs a down-count operation to a first bias voltage control circuit (410) (S130).
그후, 각 업/다운 카운터(440과 445)가 다운-카운트 작동을 수행하는 도중에 비교 회로(430)로부터 두 번째로 제2비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S140과 S150의 YES), 제어 회로(435)는 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(SCS)를 생성하고 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 제2스왑 제어 신호(SCS)를 생성한다.Afterwards, when the second comparison signal (Vcomp) is output from the comparison circuit (430) for the second time while each up/down counter (440 and 445) is performing a down-count operation (YES of S140 and S150), the control circuit (435) generates a count control signal (SCS) indicating an up-count in response to the second comparison signal (Vcomp) and generates a second swap control signal (SCS) in response to the second comparison signal (Vcomp).
각 업/다운 카운터(440과 445)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (SCS)에 응답하여 다운-카운트 작동을 중지하고, 업-카운트 작동을 준비한다. 이후, 각 업/다운 카운터(440과 445)는 제1비교 신호(Vcomp)가 입력될 때마다 업-카운트 작동을 수행한다(S110).Each up/down counter (440 and 445) stops the down-count operation in response to a count control signal (SCS) indicating an up-count and prepares for an up-count operation. Thereafter, each up/down counter (440 and 445) performs an up-count operation whenever the first comparison signal (Vcomp) is input (S110).
제2스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여 스왑 작동을 수행하는 스왑 컨트롤러 (450)는 업-카운트 작동을 수행하는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값(CNT1)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송하고 업-카운트 작동을 수행하는 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송한다(S110).A swap controller (450) that performs a swap operation in response to a second swap control signal (SCS) transmits a first count value (CNT1) of a first up/down counter (440) that performs an up-count operation to a first bias voltage control circuit (410) and transmits a second count value (CNT2) of a second up/down counter (445) that performs an up-count operation to a second bias voltage control circuit (420) (S110).
각 업/다운 카운터(440과 445)가 업-카운트 작동을 수행하는 도중에 비교 회로(430)로부터 세 번째로 제2비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S110과 S120의 YES), 제어 회로(435)는 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(SCS)를 생성하고 제2비교 신호(Vcomp)에 응답하여 제2스왑 제어 신호 (SCS)를 생성한다.When the second comparison signal (Vcomp) is output for the third time from the comparison circuit (430) while each up/down counter (440 and 445) is performing an up-count operation (YES of S110 and S120), the control circuit (435) generates a count control signal (SCS) indicating a down-count in response to the second comparison signal (Vcomp) and generates a second swap control signal (SCS) in response to the second comparison signal (Vcomp).
각 업/다운 카운터(440과 445)는 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (SCS)에 응답하여 업-카운트 작동을 중지하고, 다운-카운트 작동을 준비한다. 이후, 각 업/다운 카운터(440과 445)는 제1비교 신호(Vcomp)가 입력될 때마다 다운-카운트 작동을 수행한다.Each up/down counter (440 and 445) stops the up-count operation and prepares for the down-count operation in response to a count control signal (SCS) indicating a down-count. Thereafter, each up/down counter (440 and 445) performs the down-count operation whenever the first comparison signal (Vcomp) is input.
제2스왑 제어 신호(SCS)에 응답하여 스왑 작동을 수행하는 스왑 컨트롤러 (450)는 다운-카운트 작동을 수행하는 제1업/다운 카운터(440)의 제1카운트 값 (CNT1)을 제2바이어스 전압 제어 회로(420)로 전송하고 다운-카운트 작동을 수행하는 제2업/다운 카운터(445)의 제2카운트 값(CNT2)을 제1바이어스 전압 제어 회로(410)로 전송한다(S140).A swap controller (450) that performs a swap operation in response to a second swap control signal (SCS) transmits a first count value (CNT1) of a first up/down counter (440) that performs a down-count operation to a second bias voltage control circuit (420) and transmits a second count value (CNT2) of a second up/down counter (445) that performs a down-count operation to a first bias voltage control circuit (410) (S140).
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이고, 도 8a는 도 7에 도시된 반도체 집적 회로의 제1바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이고, 도 8b는 도 7에 도시된 반도체 집적 회로의 제2바이어스 전압 제어 회로의 회로도의 실시 예이다.FIG. 7 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a first algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and frequency control according to embodiments of the present invention, FIG. 8a is an embodiment of a circuit diagram of a first bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 7, and FIG. 8b is an embodiment of a circuit diagram of a second bias voltage control circuit of the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 7.
도 7, 도 8a, 및 도 8b를 참조하면, 반도체 집적 회로(100_3)은 제1파워 트랜지스터(PSW1a), 제2파워 트랜지스터(PSW2a), 바이어스 전압 제어 회로(101_3), 제1전자 회로 (200a), 제2전자 회로(200b), 제3파워 트랜지스터(LPW), 및 제3전자 회로(160_3)를 포함한다.Referring to FIGS. 7, 8a, and 8b, the semiconductor integrated circuit (100_3) includes a first power transistor (PSW1a), a second power transistor (PSW2a), a bias voltage control circuit (101_3), a first electronic circuit (200a), a second electronic circuit (200b), a third power transistor (LPW), and a third electronic circuit (160_3).
바이어스 전압 제어 회로(101_3)는 제1바이어스 전압 제어 회로(110A), 제2바이어스 전압 제어 회로(120A), 비교 회로(430), 제어 회로(435), 제1업/다운 카운터(440), 제2업/다운 카운터(445), 스왑 컨트롤러(450), 제1컨트롤러(245), 제1비선형 오실레이터(250), 제2컨트롤러(255), 및 제2비선형 오실레이터(260)을 포함한다.The bias voltage control circuit (101_3) includes a first bias voltage control circuit (110A), a second bias voltage control circuit (120A), a comparison circuit (430), a control circuit (435), a first up/down counter (440), a second up/down counter (445), a swap controller (450), a first controller (245), a first nonlinear oscillator (250), a second controller (255), and a second nonlinear oscillator (260).
도 7에 도시된 각 구성(430, 435, 440, 445, 및 450)의 작동은 도 5a에 도시된 각 구성(430, 435, 440, 445, 및 450)의 작동과 동일하므로 이들에 대한 설명은 생략한다.The operation of each configuration (430, 435, 440, 445, and 450) illustrated in FIG. 7 is the same as the operation of each configuration (430, 435, 440, 445, and 450) illustrated in FIG. 5a, so a description thereof is omitted.
제1컨트롤러(245)는 그 안에 저장된 직전 제1카운트 값과 스왑 컨트롤러 (450)로부터 출력된 카운트 값(제1스왑 제어 신호(SCS)일 때에는 CNT1 또는 제2스왑 제어 신호(SCS)일 때에는 CNT2)를 비교하고, 상기 제1직전 카운트 값이 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT1 또는 CNT2)보다 작을 때 제3주파수(f3)의 감소를 지시하는 제3제어 신호(CTL3)를 생성하여 제1비선형 오실레이터(250)로 출력한다.The first controller (245) compares the immediately preceding first count value stored therein with the count value output from the swap controller (450) (CNT1 when the first swap control signal (SCS) is present or CNT2 when the second swap control signal (SCS) is present), and when the first immediately preceding count value is smaller than the count value (CNT1 or CNT2) output from the swap controller (450), generates a third control signal (CTL3) indicating a decrease in the third frequency (f3) and outputs the third control signal (CTL3) to the first nonlinear oscillator (250).
제3주파수(f3)의 감소를 지시하는 제3제어 신호(CTL3)에 따라 제1비선형 오실레이터(250)는 제3주파수(f3)를 감소시키고, 제3주파수(f3)를 갖는 제1차동 비정현파들(CLK1과 CLK1B)를 생성한다.In response to a third control signal (CTL3) indicating a decrease in the third frequency (f3), the first nonlinear oscillator (250) decreases the third frequency (f3) and generates first differential non-sinusoidal waves (CLK1 and CLK1B) having the third frequency (f3).
그러나, 제1컨트롤러(245)는 그 안에 저장된 직전 제1카운트 값과 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT1 또는 CNT2)를 비교하고, 상기 직전 제1카운트 값이 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT1 또는 CNT2) 보다 클 때 제3주파수(f3)의 증가를 지시하는 제3제어 신호(CTL3)를 생성하여 제1비선형 오실레이터(250)로 출력한다.However, the first controller (245) compares the immediately preceding first count value stored therein with the count value (CNT1 or CNT2) output from the swap controller (450), and when the immediately preceding first count value is greater than the count value (CNT1 or CNT2) output from the swap controller (450), generates a third control signal (CTL3) indicating an increase in the third frequency (f3) and outputs it to the first nonlinear oscillator (250).
제3주파수(f3)의 증가를 지시하는 제3제어 신호(CTL3)에 따라 제1비선형 오실레이터(250)는 제3주파수(f3)를 증가시키고, 제3주파수(f3)를 갖는 제1차동 비정현파들(CLK1과 CLK1B)를 생성한다.In response to a third control signal (CTL3) indicating an increase in the third frequency (f3), the first nonlinear oscillator (250) increases the third frequency (f3) and generates first differential non-sinusoidal waves (CLK1 and CLK1B) having the third frequency (f3).
제2컨트롤러(255)는 그 안에 저장된 직전 제2카운트 값과 스왑 컨트롤러 (450)로부터 출력된 카운트 값(제1스왑 제어 신호(SCS)일 때에는 CNT2 또는 제2스왑 제어 신호(SCS)일 때에는 CNT1)를 비교하고, 상기 직전 제2카운트 값이 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT2 또는 CNT1)보다 작을 때 제4주파수(f4)의 감소를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)를 생성하여 제2비선형 오실레이터(260)로 출력한다.The second controller (255) compares the immediately preceding second count value stored therein with the count value output from the swap controller (450) (CNT2 when the first swap control signal (SCS) is present or CNT1 when the second swap control signal (SCS) is present), and when the immediately preceding second count value is smaller than the count value (CNT2 or CNT1) output from the swap controller (450), generates a fourth control signal (CTL4) indicating a decrease in the fourth frequency (f4) and outputs the fourth control signal (CTL4) to the second nonlinear oscillator (260).
제4주파수(f4)의 감소를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)에 따라 제2비선형 오실레이터(260)는 제4주파수(f4)를 감소시키고, 제4주파수(f4)를 갖는 제2차동 비정현파들(CLK2과 CLK2B)를 생성한다.In accordance with the fourth control signal (CTL4) indicating a decrease in the fourth frequency (f4), the second nonlinear oscillator (260) decreases the fourth frequency (f4) and generates second differential non-sinusoidal waves (CLK2 and CLK2B) having the fourth frequency (f4).
그러나, 제2컨트롤러(255)는 그 안에 저장된 직전 제2카운트 값과 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT2 또는 CNT1)를 비교하고, 상기 직전 제2카운트 값이 스왑 컨트롤러(450)로부터 출력된 카운트 값(CNT2 또는 CNT1)보다 클 때 제4주파수(f4)의 증가를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)를 생성하여 제2비선형 오실레이터(260)로 출력한다.However, the second controller (255) compares the immediately preceding second count value stored therein with the count value (CNT2 or CNT1) output from the swap controller (450), and when the immediately preceding second count value is greater than the count value (CNT2 or CNT1) output from the swap controller (450), generates a fourth control signal (CTL4) indicating an increase in the fourth frequency (f4) and outputs it to the second nonlinear oscillator (260).
제4주파수(f4)의 증가를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)에 따라 제2비선형 오실레이터(260)는 제4주파수(f4)를 증가시키고, 제4주파수(f4)를 갖는 제2차동 비정현파들(CLK2과 CLK2B)를 생성한다.In response to the fourth control signal (CTL4) indicating an increase in the fourth frequency (f4), the second nonlinear oscillator (260) increases the fourth frequency (f4) and generates second differential non-sinusoidal waves (CLK2 and CLK2B) having the fourth frequency (f4).
도 7과 도 8a를 참조하면, 제1바이어스 전압 제어 회로(110A)는 제3주파수(f3)의 감소를 지시하는 제3제어 신호(CTL3)에 따라 제1바이어스 전압(BIAS1)를 감소시키고, 제3주파수(f3)의 증가를 지시하는 제3제어 신호 (CTL3)에 따라 제1바이어스 전압(BIAS1)를 증가시키다.Referring to FIGS. 7 and 8A, the first bias voltage control circuit (110A) decreases the first bias voltage (BIAS1) in accordance with the third control signal (CTL3) instructing a decrease in the third frequency (f3), and increases the first bias voltage (BIAS1) in accordance with the third control signal (CTL3) instructing an increase in the third frequency (f3).
도 7과 도 8b를 참조하면, 제2바이어스 전압 제어 회로(120A)는 제4주파수(f4)의 감소를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)에 따라 제2바이어스 전압(BIAS2)를 감소시키고, 제4주파수(f4)의 증가를 지시하는 제4제어 신호(CTL4)에 따라 제2바이어스 전압(BIAS2)를 증가시키다.Referring to FIGS. 7 and 8b, the second bias voltage control circuit (120A) decreases the second bias voltage (BIAS2) in accordance with the fourth control signal (CTL4) instructing a decrease in the fourth frequency (f4), and increases the second bias voltage (BIAS2) in accordance with the fourth control signal (CTL4) instructing an increase in the fourth frequency (f4).
도 9a는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 커패스턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이고, 도 9b는 도 9a, 도 11, 도 12, 및 도 13에 도시된 제1알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 작동 방법을 설명하는 플로우차트이고, 도 10a 내지 도 10h는 도 9에 도시된 반도체 집적 회로에 의해 수행되는 제2알로리즘을 설명하는 개념도이다.FIG. 9a is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage detection method and capacitance control according to embodiments of the present invention, FIG. 9b is a flowchart explaining an operating method of a semiconductor integrated circuit using the first algorithm illustrated in FIGS. 9a, 11, 12, and 13, and FIGS. 10a to 10h are conceptual diagrams explaining a second algorithm performed by the semiconductor integrated circuit illustrated in FIG. 9.
반도체 집적 회로(100_4)는 제1파워 트랜지스터(PSW1), 제2파워 트랜지스터(PSW2), 바이어스 전압 제어 회로(101_4), 제1전자 회로(160_1), 및 제2전자 회로(160_2)를 포함한다.The semiconductor integrated circuit (100_4) includes a first power transistor (PSW1), a second power transistor (PSW2), a bias voltage control circuit (101_4), a first electronic circuit (160_1), and a second electronic circuit (160_2).
제1샘플링 클락 신호 생성 회로(203)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)를 생성하고, 제2샘플링 클락 신호 생성 회로(205)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 주파수를 N-분주하여 제2샘플링 클락 신호(SCLK2)를 생성한다. 여기서, N은 2이상의 자연수이고, 제2샘플링 클락 신호 생성 회로(205)는 D-플립 플롭일 수 있다. 각 샘플링 클락 신호(SCLK1과 SCLK2)의 파형은 도 9a에 예시적으로 도시된다.The first sampling clock signal generation circuit (203) generates a first sampling clock signal (SCLK1), and the second sampling clock signal generation circuit (205) generates a second sampling clock signal (SCLK2) by dividing the frequency of the first sampling clock signal (SCLK1) by N. Here, N is a natural number greater than or equal to 2, and the second sampling clock signal generation circuit (205) may be a D flip-flop. The waveforms of each sampling clock signal (SCLK1 and SCLK2) are exemplarily illustrated in Fig. 9a.
도 9a, 도 9b, 및 도 10a를 참조하면, 초기에 업/다운 카운터(515)는 업-카운트 작동을 수행하고, 각 메모리 장치(525와 530)에는 각 초기 값(MM1=4b'0000과 MM2=4b'0000)이 저장되어 있다고 가정한다.Referring to FIGS. 9a, 9b, and 10a, it is assumed that initially the up/down counter (515) performs an up-count operation, and each memory device (525 and 530) stores an initial value (MM1=4b'0000 and MM2=4b'0000).
각 메모리 장치(525와 530)에 저장된 각 초기 값(MM1=4b'0000과 MM2=4b'0000)에 따라 생성된 각 바이어스 전압(BIAS1과 BIAS2)은 동일하다.Each bias voltage (BIAS1 and BIAS2) generated according to each initial value (MM1=4b'0000 and MM2=4b'0000) stored in each memory device (525 and 530) is the same.
업/다운 카운터(515)가 인에이블 신호(EN)에 응답하여 인에이블되면, 업/다운 카운터(515)가 업-카운트 작동을 수행하여 카운트 값(CNT=4b'0001)을 생성하여 제1메모리 장치(525)로 출력하므로, 제1메모리 장치(525)의 카운트 값은 4b'0000로부터 4b'0001로 증가한다(S210).When the up/down counter (515) is enabled in response to an enable signal (EN), the up/down counter (515) performs an up-count operation to generate a count value (CNT=4b'0001) and outputs it to the first memory device (525), so that the count value of the first memory device (525) increases from 4b'0000 to 4b'0001 (S210).
제1메모리 장치(525, 또는 제1레지스터(registor))로부터 출력된 카운트 값 (CNT=4b'0001)에 따라 제1바이어스 전압 제어 회로(410)의 제1커패시턴스가 증가함에 따라 도 10b와 같이 제1바이어스 전압(BIAS1)은 증가한다.As the first capacitance of the first bias voltage control circuit (410) increases according to the count value (CNT=4b'0001) output from the first memory device (525, or first register), the first bias voltage (BIAS1) increases as shown in FIG. 10b.
도 10b에 도시된 바와 같이, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기(또는 사이클(cycle))에서 제2가상 전원 전압(VDD2)이 제1가상 전원 전압(VDD1)보다 크면, 비교 회로(430)는 제2비교 신호(Vcomp)를 출력한다.As illustrated in FIG. 10b, when the second virtual power supply voltage (VDD2) is greater than the first virtual power supply voltage (VDD1) in an even-numbered period (or cycle) of the first sampling clock signal (SCLK1), the comparison circuit (430) outputs a second comparison signal (Vcomp).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 비교 회로(430)가 제2비교 신호(Vcomp)를 출력하므로(S220의 NO), 스왑 컨트롤러(520)는 제1메모리 장치 (525)에 저장된 카운트 값(MM1=4b'0001)을 읽어 제2메모리 장치(530, 또는 제2레지스터)에 저장하고, 제2메모리 장치(530)에 저장된 카운트 값(MM2=4b'0000)을 읽어 제1메모리 장치(525)에 저장하는 스왑 작동을 수행한다.Since the comparison circuit (430) outputs the second comparison signal (Vcomp) in the even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (NO of S220), the swap controller (520) performs a swap operation of reading the count value (MM1=4b'0001) stored in the first memory device (525) and storing it in the second memory device (530, or second register), and reading the count value (MM2=4b'0000) stored in the second memory device (530) and storing it in the first memory device (525).
스왑 작동이 수행됨에 따라, 도 10b의 제2바이어스 전압(BIAS2)은 도 10c의 제1바이어스 전압(BIAS1)으로 변경되고 도 10b의 제1바이어스 전압(BIAS1)은 도 10c의 제2바이어스 전압(BIAS2)으로 변경된다.As the swap operation is performed, the second bias voltage (BIAS2) of FIG. 10b changes to the first bias voltage (BIAS1) of FIG. 10c, and the first bias voltage (BIAS1) of FIG. 10b changes to the second bias voltage (BIAS2) of FIG. 10c.
도 10c의 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1가상 전원 전압(VDD1)이 제2가상 전원 전압(VDD2)보다 크면, 비교 회로(430)는 제1비교 신호 (Vcomp)를 출력한다. 따라서, 업-카운트 작동을 수행하는 업/다운 카운터(515)는 카운트 값(CNT=4b'0010)을 생성하여 제1메모리 장치(525)로 출력한다(S210). 따라서, 제1메모리 장치(525)의 카운트 값(MM1)은 4b'0000으로부터 4b'0010으로 업데이트된다.If the first virtual power supply voltage (VDD1) is greater than the second virtual power supply voltage (VDD2) in the odd-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) of FIG. 10c, the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp). Accordingly, the up/down counter (515) performing the up-count operation generates a count value (CNT=4b'0010) and outputs it to the first memory device (525) (S210). Accordingly, the count value (MM1) of the first memory device (525) is updated from 4b'0000 to 4b'0010.
제1바이어스 전압 제어 회로(410)은 제1메모리 장치(525)에 저장된 카운트 값(MM1=4b'0010, 또는 제1디지털 신호)에 해당하는 제1바이어스 전압(BIAS1)을 생성하고, 제2바이어스 전압 제어 회로(420)은 제2메모리 장치(525)에 저장된 카운트 값(MM1=4b'0001, 또는 제2디지털 신호)에 해당하는 제2바이어스 전압(BIAS2)을 생성한다.The first bias voltage control circuit (410) generates a first bias voltage (BIAS1) corresponding to a count value (MM1=4b'0010, or a first digital signal) stored in the first memory device (525), and the second bias voltage control circuit (420) generates a second bias voltage (BIAS2) corresponding to a count value (MM1=4b'0001, or a second digital signal) stored in the second memory device (525).
도 10d의 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제2가상 전원 전압(VDD2)이 제1가상 전원 전압(VDD1)보다 크면, 비교 회로(430)가 제2비교 신호(Vcomp)를 생성함에 따라(S250의 NO), 스왑 컨트롤러(520)는 제1메모리 장치 (525)에 저장된 카운트 값(MM1)을 읽어 제2메모리 장치(530)에 저장하고, 제2메모리 장치(530)에 저장된 카운트 값(MM2)을 읽어 제1메모리 장치(525)에 저장하는 스왑 작동을 수행한다.When the second virtual power supply voltage (VDD2) is greater than the first virtual power supply voltage (VDD1) in the even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) of FIG. 10d, as the comparison circuit (430) generates the second comparison signal (Vcomp) (NO of S250), the swap controller (520) performs a swap operation of reading the count value (MM1) stored in the first memory device (525) and storing it in the second memory device (530), and reading the count value (MM2) stored in the second memory device (530) and storing it in the first memory device (525).
도 10e의 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1가상 전원 전압(VVDD1)이 제2가상 전원 전압(VVDD2)보다 크면, 비교 회로(430)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력한다(S250의 YES).If the first virtual power supply voltage (VVDD1) is greater than the second virtual power supply voltage (VVDD2) in the even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) of FIG. 10e, the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp) (YES of S250).
제어 회로(510)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 검출되면(S220의 YES), 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 생성하여 업/다운 카운터(515)로 전송한다. 업/다운 카운터(515)는 다운-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)에 따라 직전 카운트 값을 그대로 유지한다.When the first comparison signal (Vcomp) is detected in an even numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (YES of S220), the control circuit (510) generates a count control signal (UDC) indicating a down-count and transmits it to the up/down counter (515). The up/down counter (515) maintains the previous count value according to the count control signal (UDC) indicating a down-count.
도 10f에 도시된 바와 같이, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1가상 전원 전압(VVDD1)이 제2가상 전원 전압(VVDD2)보다 크면, 비교 회로 (430)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 업-다운 카운터(515)는 제1비교 신호 (Vcomp)에 응답하여 직전 카운트 값으로부터 다운-카운트 작동을 수행한다(S240).As illustrated in FIG. 10f, when the first virtual power supply voltage (VVDD1) is greater than the second virtual power supply voltage (VVDD2) in the odd-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1), the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp), and the up-down counter (515) performs a down-count operation from the previous count value in response to the first comparison signal (Vcomp) (S240).
도 10g에 도시된 바와 같이, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1가상 전원 전압(VVDD1)이 제2가상 전원 전압(VVDD2)보다 크면, 비교 회로 (430)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력한다. As illustrated in FIG. 10g, when the first virtual power supply voltage (VVDD1) is greater than the second virtual power supply voltage (VVDD2) in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1), the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 검출되면(S250의 YES), 제어 회로(510)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호 (UDC)를 생성하여 업/다운 카운터(515)로 전송한다. 업/다운 카운터(515)는 업-카운트를 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)에 따라 직전 카운트 값을 그대로 유지한다.When the first comparison signal (Vcomp) is detected in an even numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (YES of S250), the control circuit (510) generates a count control signal (UDC) indicating an up-count and transmits it to the up/down counter (515). The up/down counter (515) maintains the previous count value according to the count control signal (UDC) indicating an up-count.
도 10h에 도시된 바와 같이, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1가상 전원 전압(VVDD1)이 제2가상 전원 전압(VVDD2)보다 크면, 비교 회로 (430)는 제1비교 신호(Vcomp)를 출력하고, 업-다운 카운터(515)는 제1비교 신호 (Vcomp)에 응답하여 직전 카운트 값으로부터 업-카운트 작동을 수행한다.As illustrated in FIG. 10h, when the first virtual power supply voltage (VVDD1) is greater than the second virtual power supply voltage (VVDD2) in an odd-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1), the comparison circuit (430) outputs the first comparison signal (Vcomp), and the up-down counter (515) performs an up-count operation from the previous count value in response to the first comparison signal (Vcomp).
도 9a 내지 도 10h를 참조하여 설명한 바와 같이, 업-카운트 작동을 수행하는 업/다운 카운터(510)는 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여 업-카운트 작동을 수행한다(S210).As described with reference to FIGS. 9a to 10h, the up/down counter (510) performing the up-count operation performs the up-count operation in response to the first comparison signal (Vcomp) in odd-numbered cycles of the first sampling clock signal (SCLK1) (S210).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제2비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S220의 NO), 스왑 컨트롤러(520)는 스왑 작동을 수행한다(S230). 그러나, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S220의 YES), 제어 회로(510)는 다운-카운트 작동을 지시하는 카운트 제어 신호(UDC)를 생성하여 업/다운 카운터(515)로 출력한다.When the second comparison signal (Vcomp) is output in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (NO of S220), the swap controller (520) performs a swap operation (S230). However, when the first comparison signal (Vcomp) is output in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (YES of S220), the control circuit (510) generates a count control signal (UDC) that instructs a down-count operation and outputs it to the up/down counter (515).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 출력되면, 업/다운 카운터(515)는 제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여 다운-카운트 작동을 수행한다(S240).When the first comparison signal (Vcomp) is output in the odd-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1), the up/down counter (515) performs a down-count operation in response to the first comparison signal (Vcomp) (S240).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제2비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S250의 NO), 스왑 컨트롤러(520)는 스왑 작동을 수행한다(S230). 그러나, 제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 짝수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 출력되면(S250의 YES), 제어 회로(510)는 업-카운트 작동을 지시하는 카운트 제어 신호 (UDC)를 생성하여 업/다운 카운터(515)로 출력한다.When the second comparison signal (Vcomp) is output in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (NO of S250), the swap controller (520) performs a swap operation (S230). However, when the first comparison signal (Vcomp) is output in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1) (YES of S250), the control circuit (510) generates a count control signal (UDC) that instructs an up-count operation and outputs it to the up/down counter (515).
제1샘플링 클락 신호(SCLK1)의 홀수 번째 주기에서 제1비교 신호(Vcomp)가 출력되면, 업/다운 카운터(515)는 제1비교 신호(Vcomp)에 응답하여 업-카운트 작동을 수행한다(S210).When the first comparison signal (Vcomp) is output in the odd-numbered cycle of the first sampling clock signal (SCLK1), the up/down counter (515) performs an up-count operation in response to the first comparison signal (Vcomp) (S210).
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 커패스턴스 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.FIG. 11 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and capacitance control according to embodiments of the present invention.
도 9a 내지 도 11을 참조하면, 반도체 집적 회로(100_5)는 제1파워 트랜지스터(PSW1a), 제2파워 트랜지스터(PSW2a), 바이어스 전압 제어 회로(101_5), 제1전자 회로(200a), 제2전자 회로(200b), 제3파워 트랜지스터(LPW), 및 제3전자 회로(160_3)를 포함한다. 도 9a에 도시된 바이어스 전압 제어 회로(101_4)의 구조와 작동은 도 11에 도시된 바이어스 전압 제어 회로(101_5)의 구조와 작동과 동일하다.Referring to FIGS. 9a to 11, a semiconductor integrated circuit (100_5) includes a first power transistor (PSW1a), a second power transistor (PSW2a), a bias voltage control circuit (101_5), a first electronic circuit (200a), a second electronic circuit (200b), a third power transistor (LPW), and a third electronic circuit (160_3). The structure and operation of the bias voltage control circuit (101_4) illustrated in FIG. 9a are identical to the structure and operation of the bias voltage control circuit (101_5) illustrated in FIG. 11.
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따라 직접 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.FIG. 12 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a direct voltage sensing method and frequency control according to embodiments of the present invention.
반도체 집적 회로(100_6)는 제1파워 트랜지스터(PSW1), 제2파워 트랜지스터(PSW2), 바이어스 전압 제어 회로(101_6), 제1전자 회로(160_1), 및 제2전자 회로(160_2)를 포함한다.The semiconductor integrated circuit (100_6) includes a first power transistor (PSW1), a second power transistor (PSW2), a bias voltage control circuit (101_6), a first electronic circuit (160_1), and a second electronic circuit (160_2).
바이어스 전압 제어 회로(101_6)는 제1바이어스 전압 제어 회로(110A), 제2바이어스 전압 제어 회로(120A), 비교 회로(430), 제어 회로(510), 업/다운 카운터 (515), 스왑 컨트롤러(520), 제1메모리 장치(525), 제2메모리 장치(530), 제1컨트롤러(335), 제1비선형 오실레이터(340), 제2컨트롤러(345), 및 제2비선형 오실레이터(350)을 포함한다.The bias voltage control circuit (101_6) includes a first bias voltage control circuit (110A), a second bias voltage control circuit (120A), a comparison circuit (430), a control circuit (510), an up/down counter (515), a swap controller (520), a first memory device (525), a second memory device (530), a first controller (335), a first nonlinear oscillator (340), a second controller (345), and a second nonlinear oscillator (350).
도 12에 도시된 각 구성(430, 510, 515, 520, 525, 및 530)의 작동은 도 9에 도시된 각 구성(430, 510, 515, 520, 525, 및 530)의 작동과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.The operation of each configuration (430, 510, 515, 520, 525, and 530) illustrated in FIG. 12 is the same as the operation of each configuration (430, 510, 515, 520, 525, and 530) illustrated in FIG. 9, so a description thereof is omitted.
제1컨트롤러(335)는 그 안에 저장된 직전 카운트 값과 제1메모리 장치(525)로부터 출력된 카운트 값(MM1 또는 MM2)을 비교하고, 상기 직전 카운트 값이 제1메모리 장치(525)로부터 출력된 카운트 값(MM1 또는 MM2)보다 작을 때 제3주파수(f3)의 감소를 지시하는 제5제어 신호(CTL5)를 생성하여 제1비선형 오실레이터(340)로 출력한다.The first controller (335) compares the previous count value stored therein with the count value (MM1 or MM2) output from the first memory device (525), and when the previous count value is smaller than the count value (MM1 or MM2) output from the first memory device (525), generates a fifth control signal (CTL5) indicating a decrease in the third frequency (f3) and outputs it to the first nonlinear oscillator (340).
제3주파수(f3)의 감소를 지시하는 제5제어 신호(CTL5)에 따라 제1비선형 오실레이터(340)는 제3주파수(f3)를 감소시키고, 제3주파수(f3)를 갖는 제1차동 비정현파들(CLK1과 CLK1B)를 생성한다.In response to the fifth control signal (CTL5) indicating a decrease in the third frequency (f3), the first nonlinear oscillator (340) decreases the third frequency (f3) and generates first differential non-sinusoidal waves (CLK1 and CLK1B) having the third frequency (f3).
그러나, 제1컨트롤러(340)는 그 안에 저장된 직전 카운트 값과 제1메모리 장치(525)로부터 출력된 카운트 값(MM1 또는 MM2)을 비교하고, 상기 직전 카운트 값이 제1메모리 장치(525)로부터 출력된 카운트 값(MM1 또는 MM2)보다 클 때 제3주파수(f3)의 증가를 지시하는 제5제어 신호(CTL5)를 생성하여 제1비선형 오실레이터(340)로 출력한다.However, the first controller (340) compares the previous count value stored therein with the count value (MM1 or MM2) output from the first memory device (525), and when the previous count value is greater than the count value (MM1 or MM2) output from the first memory device (525), generates a fifth control signal (CTL5) indicating an increase in the third frequency (f3) and outputs it to the first nonlinear oscillator (340).
제3주파수(f3)의 증가를 지시하는 제5제어 신호(CTL5)에 따라 제1비선형 오실레이터(250)는 제3주파수(f3)를 증가시키고, 제3주파수(f3)를 갖는 제1차동 비정현파들(CLK1과 CLK1B)를 생성한다.In response to the fifth control signal (CTL5) indicating an increase in the third frequency (f3), the first nonlinear oscillator (250) increases the third frequency (f3) and generates first differential non-sinusoidal waves (CLK1 and CLK1B) having the third frequency (f3).
제2컨트롤러(345)는 그 안에 저장된 직전 카운트 값과 제2메모리 장치(530)로부터 출력된 카운트 값(MM2 또는 MM1)을 비교하고, 상기 직전 카운트 값이 제2메모리 장치(530)로부터 출력된 카운트 값(MM2 또는 MM1)보다 작을 때 제4주파수(f4)의 감소를 지시하는 제6제어 신호(CTL6)를 생성하여 제2비선형 오실레이터(350)로 출력한다.The second controller (345) compares the previous count value stored therein with the count value (MM2 or MM1) output from the second memory device (530), and when the previous count value is smaller than the count value (MM2 or MM1) output from the second memory device (530), generates a sixth control signal (CTL6) indicating a decrease in the fourth frequency (f4) and outputs it to the second nonlinear oscillator (350).
제4주파수(f4)의 감소를 지시하는 제6제어 신호(CTL6)에 따라 제2비선형 오실레이터(350)는 제4주파수(f4)를 감소시키고, 제4주파수(f4)를 갖는 제2차동 비정현파들(CLK2과 CLK2B)를 생성한다.In accordance with the sixth control signal (CTL6) indicating a decrease in the fourth frequency (f4), the second nonlinear oscillator (350) decreases the fourth frequency (f4) and generates second differential non-sinusoidal waves (CLK2 and CLK2B) having the fourth frequency (f4).
그러나, 제2컨트롤러(345)는 그 안에 저장된 직전 카운트 값과 제2메모리 장치(530)로부터 출력된 카운트 값(MM2 또는 MM1)을 비교하고, 상기 직전 카운트 값이 제2메모리 장치(530)로부터 출력된 카운트 값(MM2 또는 MM1)보다 클 때 제4주파수(f4)의 증가를 지시하는 제6제어 신호(CTL6)를 생성하여 제2비선형 오실레이터(350)로 출력한다.However, the second controller (345) compares the previous count value stored therein with the count value (MM2 or MM1) output from the second memory device (530), and when the previous count value is greater than the count value (MM2 or MM1) output from the second memory device (530), generates a sixth control signal (CTL6) indicating an increase in the fourth frequency (f4) and outputs it to the second nonlinear oscillator (350).
제4주파수(f4)의 증가를 지시하는 제6제어 신호(CTL6)에 따라 제2비선형 오실레이터(350)는 제4주파수(f4)를 증가시키고, 제4주파수(f4)를 갖는 제2차동 비정현파들(CLK2과 CLK2B)를 생성한다.In response to the sixth control signal (CTL6) indicating an increase in the fourth frequency (f4), the second nonlinear oscillator (350) increases the fourth frequency (f4) and generates second differential non-sinusoidal waves (CLK2 and CLK2B) having the fourth frequency (f4).
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따라 레플리카 전압 감지 방법과 주파수 제어를 이용하여 파워 스위치들 각각의 누설 전류를 최소화하는 제2알고리즘을 이용하는 반도체 집적 회로의 블록도이다.FIG. 13 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit using a second algorithm for minimizing leakage current of each power switch using a replica voltage detection method and frequency control according to embodiments of the present invention.
반도체 집적 회로(100_7)는 제1파워 트랜지스터(PSW1a), 제2파워 트랜지스터(PSW2a), 바이어스 전압 제어 회로(101_7), 제1전자 회로(200a), 제2전자 회로(200b), 제3파워 트랜지스터(LPW), 및 제3전자 회로(160_3)를 포함한다. 도 12에 도시된 바이어스 전압 제어 회로(101_7)의 구조와 작동은 도 12에 도시된 바이어스 전압 제어 회로(101_6)의 구조와 작동과 동일하다.The semiconductor integrated circuit (100_7) includes a first power transistor (PSW1a), a second power transistor (PSW2a), a bias voltage control circuit (101_7), a first electronic circuit (200a), a second electronic circuit (200b), a third power transistor (LPW), and a third electronic circuit (160_3). The structure and operation of the bias voltage control circuit (101_7) illustrated in FIG. 12 are identical to the structure and operation of the bias voltage control circuit (101_6) illustrated in FIG. 12.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100, 100A, 및 100_1~100_7: 반도체 집적 회로
101, 및 101_1~101_7: 바이어스 전압 제어 회로
PSW1, 및 PSW1a: 제1파워 트랜지스터
PSW2, 및 PSW2a: 제2파워 트랜지스터
LPW: 제3파워 트랜지스터
110, 110A, 및 410: 제1바이어스 전압 제어 회로
120, 120A, 및 420: 제1바이어스 전압 제어 회로
130: 선택 회로
140, 및 430: 비교 회로
150: 선택 신호 생성 회로
160_1: 제1코어, 제1전자 회로
160_2; 제2코어, 제2전자 회로
160_3: 제3코어
200a: 제1레블리카 부하 회로
200b: 제21레블리카 부하 회로
435: 제어 회로
440: 제1업/다운 카운터
445: 제2업/다운 카운터
450: 스왑 컨트롤러100, 100A, and 100_1~100_7: Semiconductor Integrated Circuits
101, and 101_1~101_7: Bias voltage control circuit
PSW1 and PSW1a: first power transistors
PSW2 and PSW2a: second power transistors
LPW: Third power transistor
110, 110A, and 410: First bias voltage control circuit
120, 120A, and 420: First bias voltage control circuit
130: Selection circuit
140 and 430: Comparison circuit
150: Selection signal generation circuit
160_1: First core, first electronic circuit
160_2; Second core, second electronic circuit
160_3: Third core
200a: 1st replica load circuit
200b: 21st Replica Load Circuit
435: Control circuit
440: First Up/Down Counter
445: Second Up/Down Counter
450: Swap Controller
Claims (14)
제2노드에 접속된 제2전자 회로;
제1바이어스 전압에 응답하여 상기 제1노드의 제1가상 작동 전압을 제어하는 제1파워 트랜지스터;
제2바이어스 전압에 응답하여 상기 제2노드의 제2가상 작동 전압을 제어하는 제2파워 트랜지스터; 및
상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 제1파워 트랜지스터의 제1누설 전류와 상기 제2파워 트랜지스터의 제2누설 전류 각각을 최소화하기 위해 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.A first electronic circuit connected to the first node;
A second electronic circuit connected to a second node;
A first power transistor that controls a first virtual operating voltage of the first node in response to a first bias voltage;
A second power transistor that controls a second virtual operating voltage of the second node in response to a second bias voltage; and
A semiconductor integrated circuit comprising a bias voltage control circuit that compares the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage to generate a comparison signal and controls the first bias voltage and the second bias voltage, respectively, to minimize the first leakage current of the first power transistor and the second leakage current of the second power transistor, respectively, according to the comparison signal.
상기 제1전자 회로와 상기 제2전자 회로 각각은 중앙 처리 유닛(central processing unit(CPU)), 그래픽 처리 장치(graphic processing unit(GPU)), 또는 신경망 처리 회로(Neural Processing Unit(NPU))의 코어(core)인 반도체 집적 회로.In the first paragraph,
A semiconductor integrated circuit in which each of the first electronic circuit and the second electronic circuit is a core of a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), or a neural processing unit (NPU).
상기 비교 신호에 따라 제1비정현파의 제1주파수를 제어하고, 상기 제1주파수에 따라 상기 제1바이어스 전압을 제어하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
상기 비교 신호에 따라 제2비정현파의 제2주파수를 제어하고, 상기 제2주파수에 따라 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the bias voltage control circuit,
A first bias voltage control circuit that controls a first frequency of a first non-sinusoidal waveform according to the comparison signal and controls the first bias voltage according to the first frequency; and
A semiconductor integrated circuit including a second bias voltage control circuit that controls a second frequency of a second non-sinusoidal waveform according to the comparison signal and controls the second bias voltage according to the second frequency.
선택 신호에 응답하여, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압 중에서 어느 하나를 출력하는 제1선택 회로;
상기 선택 신호에 응답하여, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압 중에서 다른 하나를 출력하는 제2선택 회로;
상기 제1선택 회로의 제1출력 신호와 상기 제2선택 회로의 제2출력 신호를 비교하여 상기 비교 신호를 생성하는 비교 회로;
상기 비교 신호에 따라 상기 선택 신호를 생성하는 선택 신호 생성 회로;
제1비정현파를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제1비정현파의 제1주파수를 제어하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
제2비정현파를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제2비정현파의 제2주파수를 제어하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the bias voltage control circuit,
A first selection circuit that outputs one of the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage in response to a selection signal;
A second selection circuit that outputs the other one of the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage in response to the selection signal;
A comparison circuit that compares the first output signal of the first selection circuit and the second output signal of the second selection circuit to generate the comparison signal;
A selection signal generation circuit that generates the selection signal according to the comparison signal;
A first bias voltage control circuit that generates a first non-sinusoidal waveform and controls the first frequency of the first non-sinusoidal waveform according to the comparison signal to control the first bias voltage; and
A semiconductor integrated circuit comprising a second bias voltage control circuit that generates a second non-sinusoidal waveform and controls a second frequency of the second non-sinusoidal waveform according to the comparison signal to control the second bias voltage.
제3노드에 접속된 코어; 및
상기 제1바이어스 전압 또는 상기 제2바이어스 전압에 응답하여, 상기 제3노드의 제3가상 작동 전압을 제어하는 제3파워 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제1파워 트랜지스터와 상기 제2파워 트랜지스터 각각의 채널 폭은 상기 제3파워 트랜지스터의 채널 폭보다 작은 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the semiconductor integrated circuit,
Core connected to the third node; and
Further comprising a third power transistor that controls a third virtual operating voltage of the third node in response to the first bias voltage or the second bias voltage,
A semiconductor integrated circuit in which the channel width of each of the first power transistor and the second power transistor is smaller than the channel width of the third power transistor.
제1비정현파를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제1비정현파의 제1주파수를 제어하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
제2비정현파를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제2비정현파의 제2주파수를 제어하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the fifth paragraph, the bias voltage control circuit,
A first bias voltage control circuit that generates a first non-sinusoidal waveform and controls the first frequency of the first non-sinusoidal waveform according to the comparison signal to control the first bias voltage; and
A semiconductor integrated circuit comprising a second bias voltage control circuit that generates a second non-sinusoidal waveform and controls a second frequency of the second non-sinusoidal waveform according to the comparison signal to control the second bias voltage.
상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 상기 비교 신호를 생성하는 비교 회로;
상기 비교 신호의 레벨을 검출하여 카운트 제어 신호를 생성하는 제어 회로;
상기 카운트 제어 신호에 응답하여, 업-카운트 작동 또는 다운-카운트 작동을 수행하여 제1카운트 값을 생성하는 제1업/다운 카운터;
상기 카운트 제어 신호에 응답하여, 업-카운트 작동 또는 다운-카운트 작동을 수행하여 제2카운트 값을 생성하는 제2업/다운 카운터;
상기 제1카운트 값과 상기 제2카운트 값 중에서 어느 하나에 응답하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
상기 제1카운트 값과 상기 제2카운트 값 중에서 다른 하나에 응답하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the bias voltage control circuit,
A comparison circuit that compares the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage to generate the comparison signal;
A control circuit that detects the level of the above comparison signal and generates a count control signal;
A first up/down counter that generates a first count value by performing an up-count operation or a down-count operation in response to the above count control signal;
A second up/down counter that generates a second count value by performing an up-count operation or a down-count operation in response to the above count control signal;
A first bias voltage control circuit that controls the first bias voltage in response to one of the first count value and the second count value; and
A semiconductor integrated circuit comprising a second bias voltage control circuit that controls the second bias voltage in response to the other one of the first count value and the second count value.
제3노드에 접속된 코어; 및
상기 제1바이어스 전압 또는 상기 제2바이어스 전압에 응답하여, 상기 제3노드의 제3가상 작동 전압을 제어하는 제3파워 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 바이어스 전압 제어 회로는,
상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 상기 비교 신호를 생성하는 비교 회로;
상기 비교 신호의 레벨을 검출하고 카운트 제어 신호와 스왑 제어 신호를 생성하는 제어 회로;
상기 카운트 제어 신호에 응답하여, 업-카운트 작동 또는 다운-카운트 작동을 수행하여 제1카운트 값을 생성하는 제1업/다운 카운터; 및
상기 카운트 제어 신호에 응답하여, 업-카운트 작동 또는 다운-카운트 작동을 수행하여 제2카운트 값을 생성하는 제2업/다운 카운터를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the semiconductor integrated circuit,
Core connected to the third node; and
Further comprising a third power transistor that controls a third virtual operating voltage of the third node in response to the first bias voltage or the second bias voltage,
The above bias voltage control circuit,
A comparison circuit that compares the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage to generate the comparison signal;
A control circuit that detects the level of the above comparison signal and generates a count control signal and a swap control signal;
A first up/down counter that generates a first count value by performing an up-count operation or a down-count operation in response to the above count control signal; and
A semiconductor integrated circuit comprising a second up/down counter that generates a second count value by performing an up-count operation or a down-count operation in response to the above count control signal.
상기 비교 신호를 이용하여 제1디지털 신호를 생성하고, 상기 제1디지털 신호를 이용하여 제1커패시턴스를 제어하여 상기 제1바이어스 전압을 생성하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
상기 비교 신호를 이용하여 제2디지털 신호를 생성하고, 상기 제1디지털 신호를 이용하여 제2커패시턴스를 제어하여 상기 제2바이어스 전압을 생성하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the bias voltage control circuit,
A first bias voltage control circuit that generates a first digital signal using the comparison signal and controls a first capacitance using the first digital signal to generate the first bias voltage; and
A semiconductor integrated circuit comprising a second bias voltage control circuit that generates a second digital signal using the comparison signal and controls a second capacitance using the first digital signal to generate the second bias voltage.
제3노드에 접속된 코어; 및
상기 제1바이어스 전압 또는 상기 제2바이어스 전압에 응답하여, 상기 제3노드의 제3가상 작동 전압을 제어하는 제3파워 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제1파워 트랜지스터와 상기 제2파워 트랜지스터 각각의 채널 폭은 상기 제3파워 트랜지스터의 채널 폭보다 작은 반도체 집적 회로.In the 9th paragraph, the semiconductor integrated circuit,
Core connected to the third node; and
Further comprising a third power transistor that controls a third virtual operating voltage of the third node in response to the first bias voltage or the second bias voltage,
A semiconductor integrated circuit in which the channel width of each of the first power transistor and the second power transistor is smaller than the channel width of the third power transistor.
제1샘플링 클락 신호에 응답하여 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 상기 비교 신호를 생성하는 비교 회로;
상기 제1샘플링 클락 신호의 짝수 번째 주기에서 상기 비교 신호가 프리셋 레벨로부터 다른 레벨로 천이하는지를 검출하여 카운트 제어 신호를 생성하는 제어 회로;
상기 비교 신호가 상기 프리셋 레벨로부터 다른 레벨로 천이할 때에 생성된 상기 카운트 제어 신호에 응답하여 카운트 작동 방향을 변경하고, 상기 비교 신호가 상기 프리셋 레벨로부터 상기 다른 레벨로 천이하지 않을 때에 생성된 상기 카운트 제어 신호에 응답하여 기존의 카운트 작동 방향을 그대로 유지하는 업/다운 카운터;
상기 바이어스 전압 제어 회로는,
상기 업/다운 카운터에 연결된 제1메모리 장치;
제2메모리 장치; 및
상기 짝수 번째 주기에서 상기 비교 신호가 상기 프리셋 레벨로부터 상기 다른 레벨로 천이하지 않을 때, 상기 제1메모리 장치에 이미 저장되어 있는 제1카운트 값과 상기 제2메모리 장치에 저장된 제2카운트 값을 스왑하는 스왑 컨트롤러;
상기 제1메모리 장치로부터 출력된 상기 제2카운트 값을 이용하여 제1커패시턴스를 제어하여 상기 제1바이어스 전압을 생성하는 제1바이어스 전압 제어 회로; 및
상기 제2메모리 장치로부터 출력된 상기 제1카운트 값을 이용하여 제2커패시턴스를 제어하여 상기 제2바이어스 전압을 생성하는 제2바이어스 전압 제어 회로를 포함하는 반도체 집적 회로.In the first paragraph, the bias voltage control circuit,
A comparison circuit that compares the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage in response to a first sampling clock signal to generate the comparison signal;
A control circuit that detects whether the comparison signal transitions from a preset level to another level in an even-numbered cycle of the first sampling clock signal and generates a count control signal;
An up/down counter that changes the count operation direction in response to the count control signal generated when the comparison signal transitions from the preset level to another level, and maintains the existing count operation direction in response to the count control signal generated when the comparison signal does not transition from the preset level to the other level;
The above bias voltage control circuit,
A first memory device connected to the above up/down counter;
a second memory device; and
A swap controller that swaps a first count value already stored in the first memory device and a second count value stored in the second memory device when the comparison signal does not transition from the preset level to the other level in the even-numbered cycle;
A first bias voltage control circuit that controls a first capacitance using the second count value output from the first memory device to generate the first bias voltage; and
A semiconductor integrated circuit including a second bias voltage control circuit that controls a second capacitance using the first count value output from the second memory device to generate the second bias voltage.
제1바이어스 전압에 따라 작동하는 제1파워 트랜지스터를 이용하여, 제1전자 회로가 접속된 제1노드의 제1가상 작동 전압을 제어하는 단계;
제2바이어스 전압에 따라 작동하는 제2파워 트랜지스터를 이용하여, 제2전자 회로가 접속된 제2노드의 제2가상 작동 전압을 제어하는 단계; 및
바이어스 전압 제어 회로를 이용하여, 상기 제1가상 작동 전압과 상기 제2가상 작동 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하고, 상기 비교 신호에 따라 상기 제1파워 트랜지스터의 제1누설 전류와 상기 제2파워 트랜지스터의 제2누설 전류 각각이 최소화 되도록 상기 제1바이어스 전압과 상기 제2바이어스 전압 각각을 제어하는 단계를 포함하는 반도체 집적 회로의 작동 방법.In the method of operating a semiconductor integrated circuit,
A step of controlling a first virtual operating voltage of a first node to which a first electronic circuit is connected using a first power transistor that operates according to a first bias voltage;
A step of controlling a second virtual operating voltage of a second node to which a second electronic circuit is connected using a second power transistor that operates according to a second bias voltage; and
A method for operating a semiconductor integrated circuit, comprising the steps of comparing the first virtual operating voltage and the second virtual operating voltage using a bias voltage control circuit to generate a comparison signal, and controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage so that the first leakage current of the first power transistor and the second leakage current of the second power transistor are minimized according to the comparison signal.
상기 비교 신호를 이용하여 제1비정현파의 제1주파수와 제2비정현파의 제2주파수 각각을 제어하는 단계; 및
상기 제1주파수를 이용하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하고 상기 제2주파수를 이용하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 단계를 포함하는 반도체 집적 회로의 작동 방법.In the 12th paragraph, the step of controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage is,
A step of controlling the first frequency of the first non-sinusoidal wave and the second frequency of the second non-sinusoidal wave using the above comparison signal; and
A method of operating a semiconductor integrated circuit, comprising the steps of controlling the first bias voltage using the first frequency and controlling the second bias voltage using the second frequency.
상기 비교 신호를 이용하여 제1커패시턴스와 제2커패시턴스 각각을 생성하는 단계; 및
상기 제1커패시턴스를 이용하여 상기 제1바이어스 전압을 제어하고 상기 제2커패시턴스를 이용하여 상기 제2바이어스 전압을 제어하는 단계를 포함하는 반도체 집적 회로의 작동 방법.In the 12th paragraph, the step of controlling each of the first bias voltage and the second bias voltage is,
A step of generating a first capacitance and a second capacitance using the above comparison signal; and
A method of operating a semiconductor integrated circuit, comprising the step of controlling the first bias voltage using the first capacitance and controlling the second bias voltage using the second capacitance.
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