JP7800838B2 - Semiconductor device and standby current reduction method - Google Patents
Semiconductor device and standby current reduction methodInfo
- Publication number
- JP7800838B2 JP7800838B2 JP2022016795A JP2022016795A JP7800838B2 JP 7800838 B2 JP7800838 B2 JP 7800838B2 JP 2022016795 A JP2022016795 A JP 2022016795A JP 2022016795 A JP2022016795 A JP 2022016795A JP 7800838 B2 JP7800838 B2 JP 7800838B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- power supply
- smoothing capacitance
- capacitance
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は、半導体装置及びスタンバイ電流低減方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for reducing standby current.
半導体装置において、電源ノイズを平滑化して電源電圧の変動を抑制するために、複数の容量素子を電源線とグランド間に接続することが行われている。このような容量素子は平滑容量と呼ばれることもある。 In semiconductor devices, multiple capacitance elements are connected between the power supply line and ground to smooth out power supply noise and suppress fluctuations in the power supply voltage. Such capacitance elements are sometimes called smoothing capacitances.
平滑容量として用いられる複数の容量素子の中に、リーク電流が大きい容量素子がある場合、その容量素子の影響で半導体装置のスタンバイ電流が増加し、出荷時の試験において不良品と判定される可能性があった。 If there is a capacitor element with a large leakage current among the multiple capacitor elements used as smoothing capacitance, that capacitor element could increase the standby current of the semiconductor device, potentially resulting in the product being judged as defective during testing before shipment.
1つの側面では、本発明は、スタンバイ電流を低減可能な半導体装置及びスタンバイ電流低減方法を提供することを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to provide a semiconductor device and a method for reducing standby current that can reduce standby current.
1つの実施態様では、電源の起動後にスタンバイ期間を含むスタンバイ状態の期間と動作期間とが繰り返される半導体装置であって、第1の電源電位の第1の電源線への印加の可否を第1の制御信号に応じて切り替えるスイッチ回路と、前記第1の電源線と、前記第1の電源電位よりも低い第2の電源電位となる第2の電源線との間に接続された第1の容量素子と、前記第1の容量素子における第1のリーク電流を前記スタンバイ状態になる毎に検出する第1の検出回路と、をそれぞれが含む複数の平滑容量回路と、前記第1の検出回路の第1の検出結果を記憶する記憶回路と、前記スタンバイ状態になる毎に、前記記憶回路に記憶された前記第1の検出結果に基づいて、前記複数の平滑容量回路のうち、前記第1のリーク電流が検出された第1の平滑容量回路の前記第1の電源線に対する前記第1の電源電位の印加を停止させる前記第1の制御信号を、前記第1の平滑容量回路に供給する平滑容量設定回路と、を有する半導体装置が提供される。
In one embodiment, there is provided a semiconductor device in which, after power is turned on, standby state periods including a standby period and operating periods are repeated, the semiconductor device comprising: a switch circuit that switches whether or not a first power supply potential is applied to a first power supply line in accordance with a first control signal; a plurality of smoothing capacitance circuits each including a first capacitance element connected between the first power supply line and a second power supply line having a second power supply potential lower than the first power supply potential; and a first detection circuit that detects a first leakage current in the first capacitance element each time the semiconductor device enters the standby state ; a memory circuit that stores a first detection result of the first detection circuit; and a smoothing capacitance setting circuit that, each time the semiconductor device enters the standby state, supplies the first control signal to the first smoothing capacitance circuit, based on the first detection result stored in the memory circuit, to stop application of the first power supply potential to the first power supply line of a first smoothing capacitance circuit in which the first leakage current is detected, among the plurality of smoothing capacitance circuits.
また、1つの実施態様では、スタンバイ電流低減方法が提供される。 Also, in one embodiment, a method for reducing standby current is provided.
1つの側面では、本発明は、半導体装置のスタンバイ電流を低減できる。 In one aspect, the present invention can reduce the standby current of a semiconductor device.
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to a first embodiment.
第1の実施の形態の半導体装置10aは、たとえば、1チップの半導体集積回路であり、複数の平滑容量回路11a1,11a2,…,11aN、記憶回路12、平滑容量設定回路13を有する。半導体装置10aのその他の内部回路については、図示が省略されている。 The semiconductor device 10a of the first embodiment is, for example, a one-chip semiconductor integrated circuit, and includes multiple smoothing capacitance circuits 11a1, 11a2, ..., 11aN, a memory circuit 12, and a smoothing capacitance setting circuit 13. Other internal circuits of the semiconductor device 10a are not shown in the illustration.
平滑容量回路11a1~11aNは、半導体装置10aの外周に設けられており、電源ノイズを平滑化して電源電圧の変動を抑制する。図1には、平滑容量回路11a1の一例が示されている。他の平滑容量回路11a2~11aNも、平滑容量回路11a1と同様の回路構成である。 Smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN are provided on the periphery of semiconductor device 10a and smooth power supply noise to suppress fluctuations in the power supply voltage. Figure 1 shows an example of smoothing capacitance circuit 11a1. The other smoothing capacitance circuits 11a2 to 11aN have the same circuit configuration as smoothing capacitance circuit 11a1.
平滑容量回路11a1は、スイッチ回路15、容量素子(図1の例では、4つの容量素子16a,16b,16c,16d)、リーク電流検出回路17を有する。
スイッチ回路15は、電源電位VDD2の電源線18への印加の可否を制御信号SETP<1>,SETN<1>に応じて切り替える。電源電位VDD2は、たとえば外部電源電位である電源電位VDD1を降圧した電位である。たとえば、VDD1=3.3V、VDD2=1.8Vである。ただし、容量素子16a~16dの耐圧が電源電位VDD1よりも高い場合には、電源電位VDD2を用いた場合と同様に、電源電位VDD1を用いた場合でも上記のような平滑容量回路11a1を適用することができる。なお、電位VDEは、電源線18の電位を示している。
The smoothing capacitance circuit 11 a 1 includes a switch circuit 15 , capacitance elements (four capacitance elements 16 a , 16 b , 16 c , and 16 d in the example of FIG. 1 ), and a leakage current detection circuit 17 .
The switch circuit 15 switches whether or not the power supply potential VDD2 is applied to the power supply line 18 in response to control signals SETP<1> and SETN<1>. The power supply potential VDD2 is, for example, a potential obtained by lowering the power supply potential VDD1, which is an external power supply potential. For example, VDD1=3.3V, and VDD2=1.8V. However, if the withstand voltage of the capacitance elements 16a to 16d is higher than the power supply potential VDD1, the smoothing capacitance circuit 11a1 described above can be applied even when the power supply potential VDD1 is used, just as when the power supply potential VDD2 is used. Note that the potential VDE indicates the potential of the power supply line 18.
スイッチ回路15は、たとえば、pチャネル型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)(以下pMOSと略す)15aとnチャネル型MOSFET(以下nMOSと略す)15bを有する。pMOS15aのソースには電源電位VDD2が印加され、pMOS15aのドレインはnMOS15bのドレイン及び電源線18に接続されている。nMOS15bのソースは接地されている。pMOS15aのゲートには、制御信号SETP<1>が入力され、nMOS15bのゲートには、制御信号SETN<1>が入力される。 The switch circuit 15 includes, for example, a p-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) (hereafter abbreviated as pMOS) 15a and an n-channel MOSFET (hereafter abbreviated as nMOS) 15b. The power supply potential VDD2 is applied to the source of pMOS 15a, and the drain of pMOS 15a is connected to the drain of nMOS 15b and the power supply line 18. The source of nMOS 15b is grounded. A control signal SETP<1> is input to the gate of pMOS 15a, and a control signal SETN<1> is input to the gate of nMOS 15b.
容量素子16a~16dは、電源線18と、電源電位VDD2よりも低い電源電位(図1の例ではVSS(接地電位))となる電源線19との間に接続されている。すなわち、図1の例では、容量素子16a~16dの一端は、電源線18に接続され、他端は電源線19に接続されている。 Capacitor elements 16a to 16d are connected between power supply line 18 and power supply line 19, which has a power supply potential lower than power supply potential VDD2 (VSS (ground potential) in the example of Figure 1). That is, in the example of Figure 1, one end of capacitor elements 16a to 16d is connected to power supply line 18, and the other end is connected to power supply line 19.
容量素子16a~16dは、たとえば、MOSキャパシタであってもよいし、強誘電体キャパシタであってもよい。なお、容量素子の数は4つに限定されず、1つであってもよい。 Capacitive elements 16a-16d may be, for example, MOS capacitors or ferroelectric capacitors. The number of capacitive elements is not limited to four and may be one.
リーク電流検出回路17は、容量素子16a~16dにおけるリーク電流を検出する。リーク電流検出回路17の入力端子は、電源線18に接続されており、リーク電流検出回路17の出力端子からは、リーク電流の検出結果(リーク電流の有無)を示す検出結果DET<1>が出力される。 The leakage current detection circuit 17 detects leakage current in the capacitance elements 16a to 16d. The input terminal of the leakage current detection circuit 17 is connected to the power supply line 18, and the output terminal of the leakage current detection circuit 17 outputs a detection result DET<1> indicating the leakage current detection result (presence or absence of leakage current).
記憶回路12は、平滑容量回路11a1~11aNのそれぞれにおけるリーク電流の検出結果を記憶する。記憶回路12は、RAM(Random Access Memory)などの揮発性の記憶回路、または、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、フラッシュメモリ、強誘電体メモリなどの不揮発性の記憶回路であってもよい。 The memory circuit 12 stores the detection results of the leakage current in each of the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN. The memory circuit 12 may be a volatile memory circuit such as RAM (Random Access Memory), or a non-volatile memory circuit such as EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), flash memory, or ferroelectric memory.
平滑容量設定回路13は、記憶回路12に記憶されたリーク電流の検出結果に基づいて、平滑容量回路11a1~11aNに制御信号SETP<1>~SETP<N>,SETN<1>~SETN<N>を供給する。平滑容量設定回路13は、半導体装置10aがスタンバイ状態のときに、リーク電流が検出された平滑容量回路の電源線18への電源電位VDD2の印加を停止させる制御信号を、その平滑容量回路に供給する。 The smoothing capacitance setting circuit 13 supplies control signals SETP<1> to SETP<N> and SETN<1> to SETN<N> to the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN based on the leakage current detection results stored in the memory circuit 12. When the semiconductor device 10a is in standby mode, the smoothing capacitance setting circuit 13 supplies a control signal to the smoothing capacitance circuit in which a leakage current has been detected, causing the smoothing capacitance circuit to stop applying the power supply potential VDD2 to the power supply line 18 of that smoothing capacitance circuit.
平滑容量設定回路13は、半導体装置10aの動作時には、リーク電流が検出された平滑容量回路の電源線18へ電源電位VDD2を印加させる制御信号を、その平滑容量回路に供給する。 When the semiconductor device 10a is operating, the smoothing capacitance setting circuit 13 supplies a control signal to the smoothing capacitance circuit in which a leak current is detected, causing the power supply potential VDD2 to be applied to the power supply line 18 of that smoothing capacitance circuit.
図2は、リーク電流検出回路の一例の回路構成を示す図である。
リーク電流検出回路17は、インバータ回路17a、pMOS17b、nMOS17c、インバータ回路17d,17eを有する。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of an example of a leakage current detection circuit.
The leakage current detection circuit 17 includes an inverter circuit 17a, a pMOS 17b, an nMOS 17c, and inverter circuits 17d and 17e.
インバータ回路17aの入力端子には、制御信号SETP<1>が入力されている。インバータ回路17aの出力端子は、nMOS17cのゲートに接続されている。pMOS17bのゲートは、電源線18に接続されており、電位VDEとなっている。pMOS17bのソースには電源電位VDD2が印加され、pMOS17bのドレインは、nMOS17cのドレイン及びインバータ回路17dの入力端子に接続されている。nMOS17cのソースは接地されている。直列に接続されたインバータ回路17d,17eは、バッファ回路として機能しており、バッファ回路の出力(インバータ回路17eの出力)が、検出結果DET<1>である。 A control signal SETP<1> is input to the input terminal of inverter circuit 17a. The output terminal of inverter circuit 17a is connected to the gate of nMOS 17c. The gate of pMOS 17b is connected to power supply line 18 and is at potential VDE. The power supply potential VDD2 is applied to the source of pMOS 17b, and the drain of pMOS 17b is connected to the drain of nMOS 17c and the input terminal of inverter circuit 17d. The source of nMOS 17c is grounded. Inverter circuits 17d and 17e, connected in series, function as a buffer circuit, and the output of the buffer circuit (output of inverter circuit 17e) is the detection result DET<1>.
図示を省略しているが、リーク電流検出回路17の出力端子は、平滑容量設定回路13に接続される。なお、リーク電流検出回路17の出力端子には、さらに、リーク電流検出回路17の出力状態を保持するバスホルダーが接続されていてもよい。 Although not shown in the figure, the output terminal of the leakage current detection circuit 17 is connected to the smoothing capacitance setting circuit 13. Note that a bus holder that holds the output state of the leakage current detection circuit 17 may also be connected to the output terminal of the leakage current detection circuit 17.
次に、平滑容量設定回路13による平滑容量回路11a1~11aNの初期設定時の動作を中心とした、半導体装置10aの動作例(スタンバイ電流低減方法)を説明する。
図3は、リーク電流が生じている場合の半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図3には、信号CEB,SET,ACT、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>の時間変化の例が示されている。
Next, an example of operation of the semiconductor device 10a (a method for reducing standby current) will be described, focusing on the operation at the time of initial setting of the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN by the smoothing capacitance setting circuit 13.
3 is a timing chart showing an example of the operation of the semiconductor device when a leakage current occurs, which shows an example of time variations of the signals CEB, SET, and ACT, the control signals SETN<1> and SETP<1>, the potential VDE, and the detection result DET<1>.
信号CEBは、チップイネーブル信号であり、半導体装置10aの動作時に論理レベルがL(Low)レベル(たとえば、接地電位)となる信号である。信号SETは、リーク電流の検出結果を平滑容量設定回路13内のラッチ回路が保持する際に、論理レベルがH(High)レベル(たとえば、電源電位VDD2)となる信号である。信号ACTは、平滑容量回路11a1~11aNの容量素子(容量素子16a~16dなど)の充電時と、半導体装置10aのスタンバイ時及び動作時に論理レベルがHレベルとなる信号である。信号CEBは、たとえば1チップの半導体集積回路である半導体装置10aの外部(チップ外)から入力される信号である。信号SET,ACTは、たとえば、半導体装置10a内の図示しない制御回路(後述のコマンド発生回路など)が発生する信号である。 Signal CEB is a chip enable signal whose logic level is L (low) (e.g., ground potential) when semiconductor device 10a is operating. Signal SET is a signal whose logic level is H (high) (e.g., power supply potential VDD2) when the latch circuit in smoothing capacitance setting circuit 13 holds the leakage current detection result. Signal ACT is a signal whose logic level is H when the capacitive elements (e.g., capacitive elements 16a-16d) of smoothing capacitance circuits 11a1-11aN are charging and when semiconductor device 10a is in standby or operating mode. Signal CEB is a signal input from outside (off-chip) semiconductor device 10a, which is, for example, a one-chip semiconductor integrated circuit. Signals SET and ACT are signals generated, for example, by a control circuit (not shown) in semiconductor device 10a (e.g., a command generating circuit, described below).
信号ACTの論理レベルがLレベルからHレベルに立ち上がると(タイミングt1)、平滑容量設定回路13は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをHレベルからLレベルに立ち下げる。これにより、平滑容量回路11a1のスイッチ回路15のpMOS15aがオンし、nMOS15bがオフするため、電位VDEが上昇を開始し、容量素子16a~16dが充電を開始する。電位VDEは、電源電位VDD2まで上昇する。 When the logic level of signal ACT rises from L to H (timing t1), the smoothing capacitance setting circuit 13 lowers the logic levels of control signals SETN<1> and SETP<1> from H to L. This turns on pMOS 15a and turns off nMOS 15b of switch circuit 15 in smoothing capacitance circuit 11a1, causing potential VDE to rise and capacitance elements 16a to 16d to begin charging. Potential VDE rises to power supply potential VDD2.
信号ACTの論理レベルがHレベルからLレベルに立ち下がると(タイミングt2)、平滑容量設定回路13は、制御信号SETP<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、スイッチ回路15のpMOS15aがオフし、電源線18はフローティング状態となり、リーク電流の検出期間が開始する。 When the logic level of the signal ACT falls from H level to L level (timing t2), the smoothing capacitance setting circuit 13 raises the logic level of the control signal SETP<1> to H level. This turns off the pMOS 15a of the switch circuit 15, the power supply line 18 enters a floating state, and the leakage current detection period begins.
図示を省略しているが、平滑容量設定回路13は、平滑容量回路11a2~11aNに供給する制御信号SETP<2>~SETP<N>,SETN<2>~SETN<N>についても、制御信号SETN<1>,SETP<1>と同様に変化させる。 Although not shown in the figure, the smoothing capacitance setting circuit 13 also changes the control signals SETP<2> to SETP<N> and SETN<2> to SETN<N> supplied to the smoothing capacitance circuits 11a2 to 11aN in the same manner as the control signals SETN<1> and SETP<1>.
平滑容量回路11a1の容量素子16a~16dの何れかにおいてリーク電流が生じている場合、図3に示されているように、電位VDEが下降していく。電位VDEが、リーク電流検出回路17のpMOS17bの閾値以下になると、pMOS17bがオンし、検出結果DET<1>の論理レベルがHレベル(電源電位VDD2)に立ち上がる(タイミングt2a)。このとき、平滑容量設定回路13は、制御信号SETN<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、スイッチ回路15のnMOS15bがオンする。 When a leak current occurs in any of the capacitance elements 16a-16d of the smoothing capacitance circuit 11a1, the potential VDE decreases, as shown in FIG. 3. When the potential VDE falls below the threshold of the pMOS 17b of the leakage current detection circuit 17, the pMOS 17b turns on, and the logic level of the detection result DET<1> rises to the H level (power supply potential VDD2) (timing t2a). At this time, the smoothing capacitance setting circuit 13 raises the logic level of the control signal SETN<1> to the H level. This turns on the nMOS 15b of the switch circuit 15.
信号SETの論理レベルがHレベルに立ち上がると(タイミングt3)、平滑容量設定回路13内のラッチ回路がリーク電流の検出結果を保持するラッチ期間となる。
図示を省略しているが、リーク電流の検出結果は、その後、記憶回路12に記憶される。これにより、平滑容量回路11a1~11aNの初期設定が終わる。
When the logic level of the signal SET rises to H level (timing t3), a latch period begins in which the latch circuit in the smoothing capacitance setting circuit 13 holds the detection result of the leakage current.
Although not shown in the figure, the detection result of the leakage current is then stored in the memory circuit 12. This completes the initial setting of the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN.
信号SETの論理レベルがLレベルに立ち下がり、信号ACTの論理レベルがHレベルに立ち上がると(タイミングt4)、スタンバイ期間が開始する。このとき、リーク電流が検出された平滑容量回路11a1に供給される制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルはHレベルのままである。このため、スイッチ回路15によって、電源線18への電源電位VDD2の印加は停止されている。なお、リーク電流が検出されなかった平滑容量回路においては、電源線18への電源電位VDD2の印加は停止されない。 When the logical level of signal SET falls to L level and the logical level of signal ACT rises to H level (timing t4), the standby period begins. At this time, the logical levels of the control signals SETN<1> and SETP<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 11a1 in which leakage current was detected remain at H level. As a result, the switch circuit 15 stops applying the power supply potential VDD2 to the power supply line 18. Note that in smoothing capacitance circuits in which leakage current was not detected, the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line 18 is not stopped.
信号CEBの論理レベルがLレベルに立ち下がると(タイミングt5)、スタンバイ期間が終了し、半導体装置10aの通常の動作期間が開始する。このとき、平滑容量設定回路13は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをLレベルに立ち下げる。これにより、スイッチ回路15のpMOS15aがオンし、リーク電流が検出された平滑容量回路11a1の電源線18へ電源電位VDD2が再び印加され、電位VDEが上昇を開始する。 When the logic level of signal CEB falls to L level (timing t5), the standby period ends and the normal operation period of semiconductor device 10a begins. At this time, smoothing capacitance setting circuit 13 falls the logic levels of control signals SETN<1> and SETP<1> to L level. This turns on pMOS 15a of switch circuit 15, and power supply potential VDD2 is again applied to the power supply line 18 of smoothing capacitance circuit 11a1 in which leakage current was detected, causing potential VDE to begin rising.
図4は、リーク電流が生じていない場合の半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図4には、図3と同様に、信号CEB,SET,ACT、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>の時間変化の例が示されている。 Figure 4 is a timing chart showing an example of the operation of a semiconductor device when no leakage current is occurring. Similar to Figure 3, Figure 4 shows an example of the time changes of the signals CEB, SET, and ACT, the control signals SETN<1> and SETP<1>, the potential VDE, and the detection result DET<1>.
リーク電流が生じていない場合、タイミングt2からタイミングt3までのリーク検出期間において、電位VDEは下降しない。このため、検出結果DET<1>と制御信号SETN<1>の論理レベルはLレベルのままである。したがって、タイミングt4からタイミングt5までのスタンバイ期間においても、電源線18には電源電位VDD2が印加される。つまり、電位VDEは電源電位VDD2のままとなる。 If no leak current is occurring, the potential VDE does not decrease during the leak detection period from timing t2 to timing t3. As a result, the logic levels of the detection result DET<1> and the control signal SETN<1> remain at the L level. Therefore, even during the standby period from timing t4 to timing t5, the power supply potential VDD2 is applied to the power supply line 18. In other words, the potential VDE remains at the power supply potential VDD2.
次に、第1の実施の形態の半導体装置10aの効果を説明する前に、比較例を説明する。
(比較例)
図5は、1つ目の比較例の半導体装置を示す図である。
Next, before describing the effects of the semiconductor device 10a of the first embodiment, a comparative example will be described.
(Comparative Example)
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device of a first comparative example.
半導体装置10bは、半導体装置10bの外周に設けられた平滑容量回路11bを有している。平滑容量回路11bは、電源電位VDD2が印加される電源線18と、電源電位VSSとなる電源線19との間に設けられた複数の容量素子11b1,11b2,11b3,11b4,…を有する。なお、点線で示された抵抗は、容量素子11b1の寄生抵抗を示す。 Semiconductor device 10b has a smoothing capacitance circuit 11b arranged on the periphery of semiconductor device 10b. Smoothing capacitance circuit 11b has multiple capacitance elements 11b1, 11b2, 11b3, 11b4, ... arranged between power supply line 18, to which power supply potential VDD2 is applied, and power supply line 19, which has power supply potential VSS. Note that the resistance indicated by the dotted line represents the parasitic resistance of capacitance element 11b1.
このような半導体装置10bでは、たとえば、容量素子11b1に図5の矢印で示される方向で流れるリーク電流が流れると、半導体装置10bのスタンバイ電流が増加し、出荷時の試験において不良品と判定される可能性がある。たとえば、スタンバイ電流が200μAを超えると、不良品と判定され、製品出荷されないことがある。容量素子11b1,11b2,11b3,11b4,…として、スタック型の強誘電体キャパシタ(複数の強誘電体キャパシタを厚み方向に積層して形成したもの)を用いた場合、リーク電流のばらつきが大きい。 In such a semiconductor device 10b, for example, if a leakage current flows through capacitive element 11b1 in the direction indicated by the arrow in Figure 5, the standby current of semiconductor device 10b increases, and the device may be determined to be defective during testing before shipping. For example, if the standby current exceeds 200 μA, the device may be determined to be defective and may not be shipped. If stacked ferroelectric capacitors (formed by stacking multiple ferroelectric capacitors in the thickness direction) are used as capacitive elements 11b1, 11b2, 11b3, 11b4, etc., there is a large variation in leakage current.
電流が比較的多い半導体装置10bが適用される場合、平滑容量として用いる容量素子による容量値は、20nF程度であることが望ましいが、リーク電流も大きくなってしまう。一方、このようなリーク電流は、半導体装置10bの起動時の動作に与える影響は少ない。 When semiconductor device 10b, which has a relatively large current, is used, it is desirable for the capacitance value of the capacitive element used as a smoothing capacitance to be around 20 nF, but this will also result in a large leakage current. However, this leakage current has little effect on the operation of semiconductor device 10b at startup.
図6は、2つ目の比較例の半導体装置を示す図である。
半導体装置10cは、半導体装置10cの外周に設けられた平滑容量回路11cを有している。平滑容量回路11cは、電源電位VDD2が印加される電源線18と、電源電位VSSとなる電源線19との間に直列に接続された容量素子のペアを複数有する。たとえば、容量素子11c1,11c2のペア、容量素子11c3,11c4のペア、容量素子11c5,11c6のペアなどが、電源線18と電源線19との間に接続されている。なお、点線で示された抵抗は、容量素子11c1,11c2の寄生抵抗を示す。
FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor device of a second comparative example.
The semiconductor device 10c includes a smoothing capacitance circuit 11c provided on the periphery of the semiconductor device 10c. The smoothing capacitance circuit 11c includes a plurality of pairs of capacitance elements connected in series between a power supply line 18 to which a power supply potential VDD2 is applied and a power supply line 19 having a power supply potential VSS. For example, a pair of capacitance elements 11c1 and 11c2, a pair of capacitance elements 11c3 and 11c4, and a pair of capacitance elements 11c5 and 11c6 are connected between the power supply line 18 and the power supply line 19. The resistances indicated by dotted lines represent the parasitic resistances of the capacitance elements 11c1 and 11c2.
このような半導体装置10cでは、たとえば、直列に接続された容量素子11c1,11c2の一方の寄生抵抗が小さくても、他方の寄生抵抗が大きければ、図6の矢印で示される方向で流れるリーク電流は少なくできる。 In such a semiconductor device 10c, even if the parasitic resistance of one of the series-connected capacitance elements 11c1 and 11c2 is small, if the parasitic resistance of the other is large, the leakage current flowing in the direction indicated by the arrow in Figure 6 can be reduced.
しかしながら、同じ容量値の容量素子を2つ直列に接続した場合、1つの容量素子の場合に比べて容量値が1/2に減少する。比較例1の半導体装置10bにおける平滑容量回路11bと同等の容量値を得るためには、容量素子による面積が、半導体装置10bの場合の4倍となる。 However, when two capacitance elements with the same capacitance value are connected in series, the capacitance value is reduced to half compared to when a single capacitance element is connected. To obtain a capacitance value equivalent to that of the smoothing capacitance circuit 11b in semiconductor device 10b of Comparative Example 1, the area occupied by the capacitance elements would be four times that of semiconductor device 10b.
(第1の実施の形態の半導体装置10aの効果)
第1の実施の形態の半導体装置10aは、比較例1,2の半導体装置10b,10cと異なり、図1に示したように、平滑容量として機能する複数の容量素子が、平滑容量回路11a1~11aNとして複数のブロックに分割された形態となっている。また、平滑容量回路11a1~11aNのそれぞれには、電源電位VDD2の電源線18への印加の可否を切り替えるスイッチ回路(たとえば、スイッチ回路15)が設けられている。さらに、平滑容量回路11a1~11aNのそれぞれにおいて、リーク電流の検出が行われ、その検出結果が記憶回路12に記憶される。
(Effects of the semiconductor device 10a of the first embodiment)
1, the semiconductor device 10a of the first embodiment differs from the semiconductor devices 10b and 10c of the comparative examples 1 and 2 in that a plurality of capacitance elements functioning as smoothing capacitances are divided into a plurality of blocks as smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN. Each of the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN is provided with a switch circuit (e.g., switch circuit 15) that switches whether or not the power supply potential VDD2 is applied to the power supply line 18. Furthermore, each of the smoothing capacitance circuits 11a1 to 11aN detects leakage current, and the detection result is stored in the memory circuit 12.
そして、平滑容量設定回路13は、記憶回路12に記憶されたリーク電流の検出結果に基づいて、半導体装置10aがスタンバイ状態のときに、リーク電流が検出された平滑容量回路の電源線18への電源電位VDD2の印加を停止させる。 Then, based on the leakage current detection results stored in the memory circuit 12, the smoothing capacitance setting circuit 13 stops the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line 18 of the smoothing capacitance circuit in which the leakage current was detected when the semiconductor device 10a is in standby mode.
これにより、電源電位VDD2の電源線18への印加が停止された平滑容量回路内の容量素子は平滑容量として用いられず、リーク電流により、スタンバイ電流を増加させることがなくなるため、半導体装置10aのスタンバイ電流を低減することができる。 As a result, the capacitance elements in the smoothing capacitance circuit where the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line 18 has stopped are not used as smoothing capacitance, and the standby current is no longer increased due to leakage current, thereby reducing the standby current of the semiconductor device 10a.
なお、リーク電流が検出されない平滑容量回路においては、スタンバイ状態においても電源線18への電源電位VDD2の印加は停止されないため、余計な電荷の充放電が抑制される。 In addition, in smoothing capacitance circuits where no leakage current is detected, the application of power supply potential VDD2 to power supply line 18 is not stopped even in standby mode, thereby suppressing unnecessary charging and discharging of electric charge.
さらに、半導体装置10aの通常の動作時には、リーク電流が半導体装置10aの起動時の動作に与える影響は少ない。そのため、半導体装置10aのスタンバイ状態のときに電源電位VDD2の電源線18への印加が停止された平滑容量回路に対して、電源電位VDD2の印加を再開させることで、その平滑容量回路に含まれる容量素子を平滑容量として用いることができる。 Furthermore, during normal operation of the semiconductor device 10a, leakage current has little effect on the operation of the semiconductor device 10a at startup. Therefore, by resuming application of the power supply potential VDD2 to a smoothing capacitance circuit in which application of the power supply potential VDD2 to the power supply line 18 was stopped while the semiconductor device 10a was in standby mode, the capacitance element included in the smoothing capacitance circuit can be used as a smoothing capacitance.
また、半導体装置10aは、比較例2の半導体装置10cのように電源線18,19間に直列に容量素子を接続しなくてもリーク電流を低減させることができるため、容量素子による面積の増加を抑えることができる。 Furthermore, semiconductor device 10a can reduce leakage current without connecting a capacitance element in series between power supply lines 18 and 19, as in semiconductor device 10c of comparative example 2, thereby minimizing the increase in area due to the capacitance element.
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
第2の実施の形態の半導体装置20は、たとえば、強誘電体メモリ21を含む1チップの半導体集積回路である。
Second Embodiment
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the second embodiment.
The semiconductor device 20 of the second embodiment is, for example, a one-chip semiconductor integrated circuit including a ferroelectric memory 21 .
半導体装置20は、強誘電体メモリ21、アドレスデコーダ22、ロウデコーダ23、コラムデコーダ24、コマンド発生回路25、発振器/カウンタ回路26、タイミング回路27、レギュレータ28、入出力回路29を有する。さらに、半導体装置20は、平滑容量回路30a1,30a2,…,30aN、平滑容量設定回路31、スイッチ回路32を有する。 The semiconductor device 20 includes a ferroelectric memory 21, an address decoder 22, a row decoder 23, a column decoder 24, a command generating circuit 25, an oscillator/counter circuit 26, a timing circuit 27, a regulator 28, and an input/output circuit 29. Furthermore, the semiconductor device 20 includes smoothing capacitance circuits 30a1, 30a2, ..., 30aN, a smoothing capacitance setting circuit 31, and a switch circuit 32.
強誘電体メモリ21は、マトリクス状に配置された複数の強誘電体メモリセルによるメモリセルアレイと、それぞれが複数の強誘電体メモリセルの何れかに接続された、複数のビット線、複数のワード線及び複数のプレート線を有する。メモリセルアレイの一部には、リーク電流の検出結果を記憶する検出結果記憶部21aが設けられている。検出結果記憶部21aは、図1に示した記憶回路12の一例である。 The ferroelectric memory 21 has a memory cell array consisting of multiple ferroelectric memory cells arranged in a matrix, and multiple bit lines, multiple word lines, and multiple plate lines, each connected to one of the multiple ferroelectric memory cells. A detection result storage unit 21a that stores the leakage current detection results is provided in part of the memory cell array. The detection result storage unit 21a is an example of the memory circuit 12 shown in Figure 1.
なお、強誘電体メモリ21は、ドライバ回路、センスアンプ、コラムスイッチ、ライトアンプなどを含む。
アドレスデコーダ22は、コマンド発生回路25が発生したコマンドに基づいて、半導体装置20の外部から受信したアドレス信号ADDRESSからロウアドレスとコラムアドレスを生成する。そして、アドレスデコーダ22は、ロウアドレスをロウデコーダ23に供給し、コラムアドレスをコラムデコーダ24に供給する。
The ferroelectric memory 21 includes a driver circuit, a sense amplifier, a column switch, a write amplifier, and the like.
The address decoder 22 generates a row address and a column address from an address signal ADDRESS received from outside the semiconductor device 20, based on a command generated by the command generating circuit 25. Then, the address decoder 22 supplies the row address to a row decoder 23 and supplies the column address to a column decoder 24.
ロウデコーダ23は、タイミング回路27が生成するタイミング信号に基づくタイミングで、ロウアドレスをデコードすることでロウデコード信号を生成し、生成したロウデコード信号を強誘電体メモリ21のドライバ回路に供給する。ドライバ回路は、複数のワード線のうち、ロウデコード信号により指定されるワード線やプレート線に、所定期間、所定の電圧を印加する。 The row decoder 23 generates a row decode signal by decoding the row address at a timing based on the timing signal generated by the timing circuit 27, and supplies the generated row decode signal to the driver circuit of the ferroelectric memory 21. The driver circuit applies a predetermined voltage for a predetermined period to the word line or plate line specified by the row decode signal among the multiple word lines.
コラムデコーダ24は、コラムアドレスをデコードすることでコラムデコード信号を生成する。生成されたコラムデコード信号は強誘電体メモリ21のコラムスイッチに供給され、コラムスイッチは、コラムデコード信号に基づいて、複数のビット線のうち、ライトアンプや入出力回路29に接続するものを選択する。 The column decoder 24 generates a column decode signal by decoding the column address. The generated column decode signal is supplied to the column switch of the ferroelectric memory 21, and the column switch selects one of the multiple bit lines to connect to the write amplifier and input/output circuit 29 based on the column decode signal.
コマンド発生回路25は、半導体装置20の外部から受信した信号CEB,WEB,OEB,MODEに基づいて、発振器/カウンタ回路26から供給されるクロック信号に同期して、各種のコマンド(信号ACT,SET,PWON,RESTOREなど)を発生する。信号CEBはチップイネーブル信号、信号WEBはライトイネーブル信号、信号OEBはアウトプットイネーブル信号、信号MODEは動作モードを示すモード信号である。 The command generation circuit 25 generates various commands (signals ACT, SET, PWON, RESTORE, etc.) in synchronization with the clock signal supplied from the oscillator/counter circuit 26 based on signals CEB, WEB, OEB, and MODE received from outside the semiconductor device 20. The signal CEB is a chip enable signal, the signal WEB is a write enable signal, the signal OEB is an output enable signal, and the signal MODE is a mode signal indicating the operating mode.
発振器/カウンタ回路26は、パワーオンリセット信号PORによってリセット状態が解除された場合に、リーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>の、検出結果記憶部21aへの書き込み回数や検出結果記憶部21aからの読み出し回数をカウントする。カウント結果は、コマンド発生回路25に供給される。Nビットの検出結果DET<1>~DET<N>は、後述するように、nビット分ずつ読み書きされるため、Nビット全ての読み書きが終了する回数は、T=N/nとなる。 When the reset state is released by the power-on reset signal POR, the oscillator/counter circuit 26 counts the number of times the leakage current detection results DET<1> to DET<N> are written to the detection result memory unit 21a and the number of times they are read from the detection result memory unit 21a. The count result is supplied to the command generation circuit 25. As described below, the N-bit detection results DET<1> to DET<N> are read and written n bits at a time, so the number of times it takes to complete reading and writing all N bits is T = N/n.
タイミング回路27は、コマンド発生回路25が発生するコマンドに基づいて、ロウデコーダ23、レギュレータ28、入出力回路29の動作タイミングを決定するタイミング信号を生成する。 The timing circuit 27 generates timing signals that determine the operation timing of the row decoder 23, regulator 28, and input/output circuit 29 based on the commands generated by the command generation circuit 25.
レギュレータ28は、タイミング回路27が生成するタイミング信号に基づいて、外部電源電位VDD1を降圧した電源電位VDD2を生成する。また、レギュレータ28は、パワーオンリセット信号PORを生成する。 Regulator 28 generates power supply potential VDD2 by stepping down external power supply potential VDD1 based on the timing signal generated by timing circuit 27. Regulator 28 also generates power-on reset signal POR.
入出力回路29は、たとえば、リーク電流の検出結果Q<1:n>や、半導体装置20の外部から供給されるライトデータを、スイッチ回路32とバス“BUS”を介して受け、保持するライトバッファを含む。ライトバッファは、書き戻しのため、強誘電体メモリ21のセンスアンプが読み出したデータを保持する機能を有していてもよい。また、入出力回路29は、センスアンプにより判定されたデータの値を保持し、出力する。 The input/output circuit 29 includes a write buffer that receives and holds, for example, the leakage current detection result Q<1:n> and write data supplied from outside the semiconductor device 20 via the switch circuit 32 and the bus "BUS." The write buffer may also have the function of holding data read by the sense amplifier of the ferroelectric memory 21 for write back. The input/output circuit 29 also holds and outputs the value of the data determined by the sense amplifier.
平滑容量回路30a1~30aNは、半導体装置20の外周に設けられており、電源ノイズを平滑化して電源電圧の変動を抑制する。平滑容量回路30a1~30aNのそれぞれは、図1に示した平滑容量回路11a1と同様の回路構成である。 Smoothing capacitance circuits 30a1-30aN are provided on the periphery of semiconductor device 20 and smooth power supply noise to suppress fluctuations in the power supply voltage. Each of smoothing capacitance circuits 30a1-30aN has a circuit configuration similar to that of smoothing capacitance circuit 11a1 shown in Figure 1.
平滑容量設定回路31は、コマンド発生回路25が発生する信号ACT,SET,PWONと、レギュレータ28から供給されるパワーオンリセット信号PORに基づいて、以下のような動作を行う。 The smoothing capacitance setting circuit 31 performs the following operations based on the signals ACT, SET, and PWON generated by the command generating circuit 25 and the power-on reset signal POR supplied from the regulator 28.
平滑容量設定回路31は、平滑容量回路30a1~30aNからリーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>を受け、これらを保持するとともに、バスのビット幅(=nビット)分ずつ、検出結果Q<1>~Q<n>としてスイッチ回路32に供給する。 The smoothing capacitance setting circuit 31 receives the leakage current detection results DET<1> to DET<N> from the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN, stores them, and supplies them to the switch circuit 32 as detection results Q<1> to Q<n> in units of the bus bit width (= n bits).
さらに、平滑容量設定回路31は、検出結果記憶部21aに記憶されたリーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>を、スイッチ回路32からバスのビット幅分ずつ受けて保持する。そして、平滑容量設定回路31は、検出結果DET<1>~DET<N>に基づいて、平滑容量回路30a1~30aNに制御信号SETP<1>~SETP<N>,SETN<1>~SETN<N>を供給する。なお、図7では、制御信号SETP<1>~SETP<N>をまとめてSETP<1:N>、制御信号SETN<1>~SETN<N>をまとめてSETN<1:N>と表記されている。 Furthermore, the smoothing capacitance setting circuit 31 receives and holds the leakage current detection results DET<1> to DET<N> stored in the detection result memory unit 21a from the switch circuit 32 in units of the bus bit width. Then, based on the detection results DET<1> to DET<N>, the smoothing capacitance setting circuit 31 supplies control signals SETP<1> to SETP<N> and SETN<1> to SETN<N> to the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN. Note that in Figure 7, the control signals SETP<1> to SETP<N> are collectively referred to as SETP<1:N>, and the control signals SETN<1> to SETN<N> are collectively referred to as SETN<1:N>.
スイッチ回路32は、コマンド発生回路25が発生する信号RESTOREに基づいて、ライトデータやリードデータが入出力される外部端子と入出力回路29を接続するか、平滑容量設定回路31と入出力回路29を接続するかを切り替える。 Based on the RESTORE signal generated by the command generating circuit 25, the switch circuit 32 switches between connecting the external terminal through which write data and read data are input and output to the input/output circuit 29, or connecting the smoothing capacitance setting circuit 31 to the input/output circuit 29.
図8は、平滑容量設定回路の一例を示す図である。
平滑容量設定回路31は、選択回路31a、ラッチ回路31b1,31b2,…,31bN、制御信号設定回路31c1,31c2,…,31cNを有する。なお、図8では、ラッチ回路31b1~31bNは、LAT<1>,LAT<2>,…,LAT<N>と表記されており、制御信号設定回路31c1~31cNは、SET<1>,SET<2>,…,SET<N>と表記されている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a smoothing capacitance setting circuit.
The smoothing capacitance setting circuit 31 includes a selection circuit 31a, latch circuits 31b1, 31b2, ..., 31bN, and control signal setting circuits 31c1, 31c2, ..., 31cN. In Fig. 8, the latch circuits 31b1 to 31bN are denoted as LAT<1>, LAT<2>, ..., LAT<N>, and the control signal setting circuits 31c1 to 31cN are denoted as SET<1>, SET<2>, ..., SET<N>.
選択回路31aは、平滑容量回路30a1~30aNにおけるリーク電流の検出時に、ラッチ回路31b1~31bNが保持しているNビットの検出結果DET<1>~DET<N>をnビットずつ選択して、検出結果Q<1>~Q<n>としてスイッチ回路32に供給する。また、選択回路31aは、検出結果記憶部21aに記憶されたリーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>を、スイッチ回路32からnビットずつ検出結果Q<1>~Q<n>として受ける。そして、選択回路31aは、ラッチ回路31b1~31bNをn個ずつ選択して、検出結果Q<1>~Q<n>を供給する。 When detecting leakage current in smoothing capacitance circuits 30a1-30aN, selection circuit 31a selects n bits at a time from the N-bit detection results DET<1>-DET<N> held in latch circuits 31b1-31bN and supplies them as detection results Q<1>-Q<n> to switch circuit 32. Selection circuit 31a also receives n bits of leakage current detection results DET<1>-DET<N> stored in detection result memory unit 21a from switch circuit 32 as detection results Q<1>-Q<n>. Selection circuit 31a then selects n latch circuits 31b1-31bN at a time and supplies detection results Q<1>-Q<n>.
ラッチ回路31b1~31bNは、パワーオンリセット信号PORによりリセット状態が解除された場合、信号ACT,SETに基づいて、検出結果DET<1>~DET<N>を保持する。 When the reset state is released by the power-on reset signal POR, the latch circuits 31b1 to 31bN hold the detection results DET<1> to DET<N> based on the signals ACT and SET.
制御信号設定回路31c1~31cNは、信号PWONの論理レベルがHレベルのときに、ラッチ回路31b1~31bNに保持されている検出結果DET<1>~DET<N>に基づいて、制御信号SETP<1>~SETP<N>,SETN<1>~SETN<N>を、平滑容量回路30a1~30aNに供給する。 When the logic level of the signal PWON is high, the control signal setting circuits 31c1-31cN supply the control signals SETP<1>-SETP<N> and SETN<1>-SETN<N> to the smoothing capacitance circuits 30a1-30aN based on the detection results DET<1>-DET<N> held in the latch circuits 31b1-31bN.
次に、平滑容量設定回路31による平滑容量回路30a1~30aNの初期設定時の動作を中心とした、半導体装置20の動作例を説明する。
図9は、リーク電流が生じている場合の半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図9には、信号CEB,RESTORE,PWON,ACT,SET、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。
Next, an example of the operation of the semiconductor device 20 will be described, focusing on the operation at the time of initial setting of the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN by the smoothing capacitance setting circuit 31.
9 is a timing chart showing an example of the operation of the semiconductor device when a leakage current occurs, illustrating an example of time variations of the signals CEB, RESTORE, PWON, ACT, and SET, the control signals SETN<1> and SETP<1>, the potential VDE, and the detection results DET<1> and Q<1>.
信号ACTの論理レベルがLレベルからHレベルに立ち上がると(タイミングt10)、平滑容量設定回路31の制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをHレベルからLレベルに立ち下げる。これにより、平滑容量回路30a1において電位VDEが上昇を開始し、平滑容量回路30a1に含まれる容量素子(図1の例では容量素子16a~16d)が充電を開始する。電位VDEは、電源電位VDD2まで上昇する。 When the logic level of signal ACT rises from L to H (timing t10), the control signal setting circuit 31c1 of the smoothing capacitance setting circuit 31 lowers the logic levels of the control signals SETN<1> and SETP<1> from H to L. This causes the potential VDE to rise in the smoothing capacitance circuit 30a1, and the capacitive elements included in the smoothing capacitance circuit 30a1 (capacitive elements 16a to 16d in the example of Figure 1) begin to charge. The potential VDE rises to the power supply potential VDD2.
信号PWON,ACTの論理レベルがHレベルからLレベルに立ち下がると(タイミングt11)、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETP<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、平滑容量回路30a1に含まれる容量素子に接続される電源線(図1の例では電源線18)はフローティング状態となり、リーク電流の検出期間が開始する。 When the logic levels of the signals PWON and ACT fall from H to L (timing t11), the control signal setting circuit 31c1 raises the logic level of the control signal SETP<1> to H. This causes the power supply line (power supply line 18 in the example shown in Figure 1) connected to the capacitance element included in the smoothing capacitance circuit 30a1 to enter a floating state, and the leakage current detection period begins.
図示を省略しているが制御信号設定回路31c2~31cNは、平滑容量回路30a2~30aNに供給する制御信号SETP<2>~SETP<N>,SETN<2>~SETN<N>についても、制御信号SETN<1>,SETP<1>と同様に変化させる。 Although not shown in the figure, the control signal setting circuits 31c2 to 31cN also change the control signals SETP<2> to SETP<N> and SETN<2> to SETN<N> supplied to the smoothing capacitance circuits 30a2 to 30aN in the same way as the control signals SETN<1> and SETP<1>.
平滑容量回路30a1に含まれる容量素子においてリーク電流が生じている場合、図9に示されているように、電位VDEが下降していく。電位VDEが、所定の閾値以下(図2に示したようなリーク電流検出回路17のpMOS17bの閾値以下)になると、検出結果DET<1>の論理レベルがHレベル(電源電位VDD2)に立ち上がる(タイミングt11a)。このとき、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、平滑容量回路30a1に含まれる容量素子に接続される電源線は、図1に示したようなスイッチ回路15を介して接地される。 When a leak current occurs in the capacitance element included in the smoothing capacitance circuit 30a1, the potential VDE decreases, as shown in FIG. 9. When the potential VDE falls below a predetermined threshold (below the threshold of the pMOS 17b of the leakage current detection circuit 17 shown in FIG. 2), the logic level of the detection result DET<1> rises to the H level (power supply potential VDD2) (timing t11a). At this time, the control signal setting circuit 31c1 raises the logic level of the control signal SETN<1> to the H level. As a result, the power supply line connected to the capacitance element included in the smoothing capacitance circuit 30a1 is grounded via the switch circuit 15 shown in FIG. 1.
信号SETの論理レベルがHレベルに立ち上がると(タイミングt12)、平滑容量設定回路31内のラッチ回路31b1~31bNがリーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>を保持するラッチ期間となる。 When the logical level of the signal SET rises to H level (timing t12), the latch period begins, during which the latch circuits 31b1 to 31bN in the smoothing capacitance setting circuit 31 hold the leakage current detection results DET<1> to DET<N>.
信号RESTORE,PWON,ACTの論理レベルがHレベルに立ち上がり、信号SETの論理レベルがLレベルに立ち下がると(タイミングt13)、検出結果DET<1>~DET<N>が検出結果記憶部21aに記憶される保存期間が開始する。 When the logical levels of the signals RESTORE, PWON, and ACT rise to high and the logical level of the signal SET falls to low (timing t13), the storage period during which the detection results DET<1> to DET<N> are stored in the detection result memory unit 21a begins.
保存期間では、ラッチ回路31b1~31bNに保持されたNビットの検出結果DET<1>~DET<N>が、選択回路31aによってnビットずつ選択され、検出結果Q<1>~Q<n>としてスイッチ回路32に供給される。図9の例では、検出結果DET<1>の論理レベルがHレベルとなっているため、タイミングt13において、検出結果Q<1>の論理レベルがHレベルに立ち上がっている。スイッチ回路32は、信号RESTOREの論理レベルがHレベルのときには、平滑容量設定回路31と入出力回路29とを接続する。また、信号RESTOREの論理レベルがHレベルのとき、アドレスデコーダ22は、強誘電体メモリ21の検出結果記憶部21aを記憶領域として指定するロウアドレスとコラムアドレスを生成する。これにより、検出結果Q<1>~Q<n>が、入出力回路29を介して、検出結果記憶部21aに書き込まれ、保存される。N=T×nの場合、このような処理がT回繰り返される。 During the storage period, the N-bit detection results DET<1> to DET<N> held in the latch circuits 31b1 to 31bN are selected n bits at a time by the selection circuit 31a and supplied to the switch circuit 32 as detection results Q<1> to Q<n>. In the example of FIG. 9, the logic level of the detection result DET<1> is high, so at timing t13, the logic level of the detection result Q<1> rises to high. When the logic level of the signal RESTORE is high, the switch circuit 32 connects the smoothing capacitance setting circuit 31 to the input/output circuit 29. When the logic level of the signal RESTORE is high, the address decoder 22 generates a row address and a column address that specify the detection result storage unit 21a of the ferroelectric memory 21 as a storage area. As a result, the detection results Q<1> to Q<n> are written to and stored in the detection result storage unit 21a via the input/output circuit 29. If N = T x n, this process is repeated T times.
検出結果DET<1>~DET<N>の保存が終了すると、信号RESTOREの論理レベルはLレベルに立ち下がる(タイミングt14)。これにより、平滑容量回路30a1~30aNの初期設定が終わり、スタンバイ期間が開始する。このとき、リーク電流が検出された平滑容量回路30a1に供給される制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルはHレベルのままである。このため、平滑容量回路30a1において容量素子が接続される電源線への電源電位VDD2の印加は停止されている。なお、リーク電流が検出されなかった平滑容量回路においては、容量素子が接続される電源線への電源電位VDD2の印加は停止されない。 When the detection results DET<1> to DET<N> have finished being saved, the logic level of the signal RESTORE falls to the L level (timing t14). This completes the initial setup of the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN, and the standby period begins. At this time, the logic levels of the control signals SETN<1> and SETP<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 30a1 in which leakage current was detected remain at the H level. As a result, the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line to which the capacitance element in the smoothing capacitance circuit 30a1 is connected is stopped. Note that in smoothing capacitance circuits in which leakage current was not detected, the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line to which the capacitance element is connected is not stopped.
信号CEBの論理レベルがLレベルに立ち下がると(タイミングt15)、スタンバイ期間が終了し、半導体装置20の通常の動作期間が開始する。このとき、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをLレベルに立ち下げる。これにより、リーク電流が検出された平滑容量回路30a1の、容量素子が接続される電源線へ電源電位VDD2が再び印加され、電位VDEが上昇を開始する。 When the logic level of signal CEB falls to L level (timing t15), the standby period ends and the normal operation period of semiconductor device 20 begins. At this time, control signal setting circuit 31c1 falls the logic levels of control signals SETN<1> and SETP<1> to L level. As a result, power supply potential VDD2 is again applied to the power supply line to which the capacitive element of smoothing capacitance circuit 30a1, in which leakage current was detected, is connected, and potential VDE begins to rise.
図10は、リーク電流が生じていない場合の半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図10には、図9と同様に、信号CEB,RESTORE,PWON,ACT,SET、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。 Figure 10 is a timing chart showing an example of the operation of a semiconductor device when no leakage current is occurring. Similar to Figure 9, Figure 10 shows an example of the time changes of the signals CEB, RESTORE, PWON, ACT, and SET, the control signals SETN<1> and SETP<1>, the potential VDE, and the detection results DET<1> and Q<1>.
リーク電流が生じていない場合、タイミングt11からタイミングt12までのリーク検出期間において、電位VDEは下降しない。このため、検出結果DET<1>と制御信号SETN<1>の論理レベルはLレベルのままである。したがって、タイミングt14からタイミングt15までのスタンバイ期間においても、平滑容量回路30a1において容量素子が接続される電源線には電源電位VDD2が印加される。つまり、電位VDEは電源電位VDD2のままとなる。 If no leak current is occurring, the potential VDE does not decrease during the leak detection period from timing t11 to timing t12. As a result, the logic levels of the detection result DET<1> and the control signal SETN<1> remain at the L level. Therefore, even during the standby period from timing t14 to timing t15, the power supply potential VDD2 is applied to the power supply line to which the capacitive element in the smoothing capacitance circuit 30a1 is connected. In other words, the potential VDE remains at the power supply potential VDD2.
次に、初期設定後の半導体装置20の起動時における平滑容量設定回路31の動作例を説明する。
図11は、リーク電流が検出された平滑容量回路に対する制御信号の設定例を示すタイミングチャートである。図11には、パワーオンリセット信号POR、信号RESTORE,PWON,ACT、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。なお、図11には、初期設定時に平滑容量回路30a1においてリーク電流が検出された場合に、起動時において平滑容量回路30a1に対して供給する制御信号SETN<1>,SETP<1>の設定例が示されている。
Next, an example of the operation of the smoothing capacitance setting circuit 31 when the semiconductor device 20 is started up after the initial setting will be described.
11 is a timing chart showing an example of setting control signals for a smoothing capacitance circuit in which a leak current has been detected. Fig. 11 shows an example of time variations of the power-on reset signal POR, signals RESTORE, PWON, and ACT, control signals SETN<1> and SETP<1>, potential VDE, and detection results DET<1> and Q<1>. Fig. 11 also shows an example of setting the control signals SETN<1> and SETP<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 30a1 at startup when a leak current has been detected in the smoothing capacitance circuit 30a1 during initial setup.
半導体装置20に電源が投入され、パワーオンリセット信号POR、信号RESTORE,PWONの論理レベルがHレベルに立ち上がると(タイミングt20)、リーク電流の検出結果DET<1>~DET<N>の読み出し期間が開始する。 When power is applied to semiconductor device 20 and the logic levels of power-on reset signal POR, signals RESTORE, and PWON rise to the H level (timing t20), the read period for leak current detection results DET<1> to DET<N> begins.
読み出し期間では、検出結果記憶部21aに保存されている検出結果DET<1>~DET<N>がnビットずつ検出結果Q<1>~Q<n>として読み出される。平滑容量回路30a1においてリーク電流が検出された場合、読み出し時には、検出結果Q<1>の論理レベルはHレベルに立ち上がる。平滑容量設定回路31の選択回路31aは、検出結果Q<1>~Q<n>を、スイッチ回路32を介して受ける。そして、選択回路31aは、ラッチ回路31b1~31bNをn個選択して、検出結果Q<1>~Q<n>を供給する。N=T×nの場合、このような処理がT回繰り返され、ラッチ回路31b1~31bNに検出結果DET<1>~DET<N>が保持される。 During the read period, the detection results DET<1> to DET<N> stored in the detection result memory unit 21a are read out n bits at a time as detection results Q<1> to Q<n>. If leakage current is detected in the smoothing capacitance circuit 30a1, the logic level of the detection result Q<1> rises to the H level during readout. The selection circuit 31a of the smoothing capacitance setting circuit 31 receives the detection results Q<1> to Q<n> via the switch circuit 32. The selection circuit 31a then selects n latch circuits 31b1 to 31bN and supplies the detection results Q<1> to Q<n>. If N = T x n, this process is repeated T times, and the detection results DET<1> to DET<N> are held in the latch circuits 31b1 to 31bN.
なお、タイミングt20において、制御信号SETN<1>~SETN<N>,SETP<1>~SETP<N>の論理レベルがLレベルに立ち下がる。これにより、平滑容量回路30a1~30aNの、容量素子が接続される電源線へ電源電位VDD2が印加され、電位VDEが電源電位VDD2まで上昇する。 At timing t20, the logic levels of the control signals SETN<1> to SETN<N> and SETP<1> to SETP<N> fall to the L level. As a result, the power supply potential VDD2 is applied to the power supply lines to which the capacitive elements of the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN are connected, and the potential VDE rises to the power supply potential VDD2.
信号RESTOREの論理レベルがLレベルに立ち下がり、信号ACTがHレベルに立ち上がると(タイミングt21)、スタンバイ期間となる。
スタンバイ期間では、制御信号設定回路31c1~31cNは、ラッチ回路31b1~31bNに保持されている検出結果DET<1>~DET<N>に基づいて、制御信号SETN<1>~SETN<N>,SETP<1>~SETP<N>を設定する。そして、制御信号設定回路31c1~31cNは、設定した制御信号SETN<1>~SETN<N>,SETP<1>~SETP<N>を、平滑容量回路30a1~30aNに供給する。図11の例では、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをHレベルに設定し、平滑容量回路30a1に供給している。これにより、平滑容量回路30a1において容量素子が接続される電源線への電源電位VDD2の印加は停止される。なお、リーク電流が検出されなかった平滑容量回路においては、容量素子が接続される電源線への電源電位VDD2の印加は停止されない。
When the logic level of the signal RESTORE falls to the L level and the signal ACT rises to the H level (timing t21), the standby period begins.
During the standby period, the control signal setting circuits 31c1 to 31cN set the control signals SETN<1> to SETN<N> and SETP<1> to SETP<N> based on the detection results DET<1> to DET<N> held in the latch circuits 31b1 to 31bN. The control signal setting circuits 31c1 to 31cN then supply the set control signals SETN<1> to SETN<N> and SETP<1> to the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN. In the example of FIG. 11 , the control signal setting circuit 31c1 sets the logic level of the control signals SETN<1> and SETP<1> to the H level and supplies them to the smoothing capacitance circuit 30a1. This stops the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line to which the capacitance element in the smoothing capacitance circuit 30a1 is connected. In addition, in the smoothing capacitance circuit in which no leakage current is detected, the application of the power supply potential VDD2 to the power supply line to which the capacitance element is connected is not stopped.
図9、図10に示したように信号CEBの論理レベルがLレベルに立ち下がるとスタンバイ期間が終了し、半導体装置20の通常の動作期間が開始する(タイミングt22)。このとき、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをLレベルに立ち下げる。これにより、リーク電流が検出された平滑容量回路30a1の、容量素子が接続される電源線へ電源電位VDD2が再び印加され、電位VDEが上昇を開始する。 As shown in Figures 9 and 10, when the logic level of signal CEB falls to L level, the standby period ends and the normal operation period of semiconductor device 20 begins (timing t22). At this time, control signal setting circuit 31c1 falls the logic levels of control signals SETN<1> and SETP<1> to L level. As a result, power supply potential VDD2 is again applied to the power supply line to which the capacitive element of smoothing capacitance circuit 30a1 in which leakage current was detected is connected, and potential VDE begins to rise.
このため、リーク電流が検出された平滑容量回路30a1に含まれる容量素子についても、平滑容量として用いられる。
図12は、リーク電流が検出されなかった平滑容量回路に対する制御信号の設定例を示すタイミングチャートである。図12には、図11と同様に、パワーオンリセット信号POR、信号RESTORE,PWON,ACT、制御信号SETN<1>,SETP<1>、電位VDE、検出結果DET<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。なお、図12には、初期設定時に平滑容量回路30a1においてリーク電流が検出されなかった場合に、起動時において平滑容量回路30a1に対して供給する制御信号SETN<1>,SETP<1>の設定例が示されている。
Therefore, the capacitance element included in the smoothing capacitance circuit 30a1 in which the leakage current is detected is also used as a smoothing capacitance.
Fig. 12 is a timing chart showing an example of setting control signals for a smoothing capacitance circuit in which no leakage current is detected. Similar to Fig. 11, Fig. 12 shows examples of time variations of the power-on reset signal POR, signals RESTORE, PWON, and ACT, control signals SETN<1> and SETP<1>, potential VDE, and detection results DET<1> and Q<1>. Fig. 12 also shows an example of setting the control signals SETN<1> and SETP<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 30a1 at startup when no leakage current is detected in the smoothing capacitance circuit 30a1 during initial setup.
平滑容量回路30a1においてリーク電流が検出されなかった場合、タイミングt20~t21の読み出し期間において読み出される検出結果Q<1>の論理レベルはLレベルである。このため、タイミングt21~t22のスタンバイ期間では、制御信号設定回路31c1は、制御信号SETN<1>,SETP<1>の論理レベルをLレベルに設定し、平滑容量回路30a1に供給している。したがって、スタンバイ期間においても、平滑容量回路30a1において容量素子が接続される電源線には電源電位VDD2が印加される。つまり、電位VDEは電源電位VDD2のままとなる。 If no leakage current is detected in the smoothing capacitance circuit 30a1, the logic level of the detection result Q<1> read during the read period from timing t20 to t21 is low. Therefore, during the standby period from timing t21 to t22, the control signal setting circuit 31c1 sets the logic levels of the control signals SETN<1> and SETP<1> to low and supplies them to the smoothing capacitance circuit 30a1. Therefore, even during the standby period, the power supply potential VDD2 is applied to the power supply line to which the capacitance element in the smoothing capacitance circuit 30a1 is connected. In other words, the potential VDE remains at the power supply potential VDD2.
以上のような、第2の実施の形態の半導体装置20においても、第1の実施の形態の半導体装置10aと同様の効果が得られる。すなわち、リーク電流が検出された平滑容量回路において、スタンバイ状態のときに、容量素子に接続される電源線に対する電源電位の印加を停止させることで、リーク電流により、スタンバイ電流を増加させることがなくなる。このため、半導体装置20のスタンバイ電流を低減することができる。 As described above, the semiconductor device 20 of the second embodiment also achieves the same effects as the semiconductor device 10a of the first embodiment. That is, in a smoothing capacitance circuit in which leakage current is detected, by stopping the application of power supply potential to the power supply line connected to the capacitance element during standby, the standby current is prevented from increasing due to leakage current. This makes it possible to reduce the standby current of the semiconductor device 20.
また、リーク電流が検出されない平滑容量回路においては、スタンバイ状態においても容量素子が接続される電源線への電源電位VDD2の印加は停止されないため、余計な電荷の充放電が抑制される。 Furthermore, in a smoothing capacitance circuit where no leakage current is detected, the application of power supply potential VDD2 to the power supply line to which the capacitance element is connected is not stopped even in standby mode, thereby suppressing unnecessary charging and discharging of electric charge.
さらに、半導体装置20の通常の動作時には、スタンバイ状態のときに電源電位VDD2の印加が停止された平滑容量回路に対して、電源電位VDD2の印加を再開させることで、その平滑容量回路に含まれる容量素子を平滑容量として用いることができる。 Furthermore, during normal operation of the semiconductor device 20, the application of the power supply potential VDD2 to a smoothing capacitance circuit to which the application of the power supply potential VDD2 was stopped during standby mode can be resumed, allowing the capacitance element included in that smoothing capacitance circuit to be used as a smoothing capacitance.
また、半導体装置20は、比較例2の半導体装置10cのように電源線18,19間に直列に容量素子を接続しなくてもスタンバイ電流を低減させることができるため、容量素子による面積の増加を抑えることができる。 Furthermore, semiconductor device 20 can reduce standby current without connecting a capacitance element in series between power supply lines 18 and 19, as in semiconductor device 10c of comparative example 2, thereby minimizing the increase in area due to the capacitance element.
なお、第2の実施の形態の半導体装置20は、強誘電体メモリ21を有していることから、平滑容量回路30a1~30aNに含まれる容量素子を、強誘電体キャパシタとすることで、強誘電体メモリ21の製造プロセスにおいて製造することができる。スタック型の強誘電体キャパシタを用いた場合、リーク電流のばらつきが大きくなる。しかし、上記のように、第2の実施の形態の半導体装置20によれば、リーク電流が検出された平滑容量回路に対する電源電位VDD2の印加の可否を個々に制御できるため、強誘電体キャパシタを容量素子として用いても、スタンバイ電流を低減させることができる。 Since the semiconductor device 20 of the second embodiment includes a ferroelectric memory 21, the capacitance elements included in the smoothing capacitance circuits 30a1 to 30aN can be ferroelectric capacitors, which can be manufactured in the manufacturing process for the ferroelectric memory 21. If stacked ferroelectric capacitors are used, the leakage current will vary greatly. However, as described above, the semiconductor device 20 of the second embodiment can individually control whether or not to apply the power supply potential VDD2 to the smoothing capacitance circuits in which leakage current is detected, thereby reducing the standby current even when ferroelectric capacitors are used as capacitance elements.
(第3の実施の形態)
図13は、第3の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
第3の実施の形態の半導体装置40は、たとえば、1チップの半導体集積回路であり、複数の平滑容量回路41a1,41a2,…,41aN、記憶回路42、平滑容量設定回路43を有する。半導体装置40のその他の内部回路については、図示が省略されている。
(Third embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the third embodiment.
The semiconductor device 40 of the third embodiment is, for example, a one-chip semiconductor integrated circuit, and includes a plurality of smoothing capacitance circuits 41a1, 41a2, ..., 41aN, a memory circuit 42, and a smoothing capacitance setting circuit 43. Other internal circuits of the semiconductor device 40 are not shown in the drawing.
平滑容量回路41a1~41aNは、半導体装置40の外周に設けられており、電源ノイズを平滑化して電源電圧の変動を抑制する。図13には、平滑容量回路41a1の一例が示されている。他の平滑容量回路41a2~41aNも、平滑容量回路41a1と同様の回路構成である。 Smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN are provided on the periphery of semiconductor device 40 and smooth power supply noise to suppress fluctuations in the power supply voltage. Figure 13 shows an example of smoothing capacitance circuit 41a1. The other smoothing capacitance circuits 41a2 to 41aN have the same circuit configuration as smoothing capacitance circuit 41a1.
平滑容量回路41a1は、スイッチ回路45、容量素子(図1の例では、8つの容量素子46a1,46a2,46a3,46a4,46b1,46b2,46b3,46b4)、リーク電流検出回路47a,47bを有する。 The smoothing capacitance circuit 41a1 includes a switch circuit 45, capacitance elements (eight capacitance elements 46a1, 46a2, 46a3, 46a4, 46b1, 46b2, 46b3, and 46b4 in the example of Figure 1), and leakage current detection circuits 47a and 47b.
スイッチ回路45は、電源電位VDD1の電源線48aへの印加の可否を制御信号SET1P<1>,SET1N<1>に応じて切り替える。さらに、スイッチ回路45は、電源電位VDD2の電源線48bへの印加の可否を制御信号SET2P<1>,SET2N<1>に応じて切り替える。 Switch circuit 45 switches whether or not power supply potential VDD1 is applied to power supply line 48a in response to control signals SET1P<1> and SET1N<1>. Furthermore, switch circuit 45 switches whether or not power supply potential VDD2 is applied to power supply line 48b in response to control signals SET2P<1> and SET2N<1>.
電源電位VDD2は、電源電位VDD1を降圧した電位である。なお、電位VDE1は、電源線48aの電位を示し、電位VDE2は電源線48bの電位を示している。
スイッチ回路45は、たとえば、pMOS45a,45cとnMOS45b,45dを有する。pMOS45aのソースには電源電位VDD1が印加され、pMOS45aのドレインはnMOS45bのドレイン及び電源線48aに接続されている。nMOS45bのソースは接地されている。pMOS45aのゲートには、制御信号SET1P<1>が入力され、nMOS45bのゲートには、制御信号SET1N<1>が入力される。pMOS45cのソースには電源電位VDD2が印加され、pMOS45cのドレインはnMOS45dのドレイン及び電源線48bに接続されている。nMOS45dのソースは接地されている。pMOS45cのゲートには、制御信号SET2P<1>が入力され、nMOS45dのゲートには、制御信号SET2N<1>が入力される。
The power supply potential VDD2 is a potential obtained by lowering the power supply potential VDD1. The potential VDE1 indicates the potential of the power supply line 48a, and the potential VDE2 indicates the potential of the power supply line 48b.
The switch circuit 45 includes, for example, pMOSs 45a and 45c and nMOSs 45b and 45d. A power supply potential VDD1 is applied to the source of the pMOS 45a, and the drain of the pMOS 45a is connected to the drain of the nMOS 45b and the power supply line 48a. The source of the nMOS 45b is grounded. A control signal SET1P<1> is input to the gate of the pMOS 45a, and a control signal SET1N<1> is input to the gate of the nMOS 45b. A power supply potential VDD2 is applied to the source of the pMOS 45c, and the drain of the pMOS 45c is connected to the drain of the nMOS 45d and the power supply line 48b. The source of the nMOS 45d is grounded. A control signal SET2P<1> is input to the gate of the pMOS 45c, and a control signal SET2N<1> is input to the gate of the nMOS 45d.
容量素子46a1~46a4は、電源線48aと電源線48bとの間に接続されている。すなわち、図13の例では、容量素子46a1~46a4の一端は、電源線48aに接続され、他端は電源線48bに接続されている。容量素子46b1~46b4は、電源線48bと電源電位VDD2よりも低い電源電位(図13の例では電源電位VSS)となる電源線49との間に接続されている。すなわち、図13の例では、容量素子46b1~46b4の一端は、電源線48bに接続され、他端は電源線49に接続されている。 Capacitor elements 46a1 to 46a4 are connected between power supply line 48a and power supply line 48b. That is, in the example of FIG. 13, one end of capacitor elements 46a1 to 46a4 is connected to power supply line 48a, and the other end is connected to power supply line 48b. Capacitor elements 46b1 to 46b4 are connected between power supply line 48b and power supply line 49, which has a power supply potential lower than power supply potential VDD2 (power supply potential VSS in the example of FIG. 13). That is, in the example of FIG. 13, one end of capacitor elements 46b1 to 46b4 is connected to power supply line 48b, and the other end is connected to power supply line 49.
なお、たとえば、容量素子46a1~46a4は、半導体装置40のIN側(内側)に配置され、容量素子46b1~46b4は、半導体装置40のOUT側(外側)に配置されている。 For example, capacitive elements 46a1 to 46a4 are arranged on the IN side (inside) of semiconductor device 40, and capacitive elements 46b1 to 46b4 are arranged on the OUT side (outside) of semiconductor device 40.
容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は、たとえば、MOSキャパシタであってもよいし、強誘電体キャパシタであってもよい。なお、電源線48a,48b間に接続される容量素子と、電源線48b,49間に接続される容量素子の数は、それぞれ4つに限定されず、1つであってもよい。 Capacitive elements 46a1-46a4 and 46b1-46b4 may be, for example, MOS capacitors or ferroelectric capacitors. The number of capacitive elements connected between power supply lines 48a and 48b and the number of capacitive elements connected between power supply lines 48b and 49 are not limited to four, and may be one each.
リーク電流検出回路47aは、容量素子46a1~46a4におけるリーク電流を検出する。リーク電流検出回路47aの入力端子は、電源線48aに接続されており、リーク電流検出回路47aの出力端子からは、リーク電流の検出結果を示す検出結果DET1<1>が出力される。 The leakage current detection circuit 47a detects leakage current in the capacitive elements 46a1 to 46a4. The input terminal of the leakage current detection circuit 47a is connected to the power supply line 48a, and the output terminal of the leakage current detection circuit 47a outputs a detection result DET1<1> indicating the leakage current detection result.
リーク電流検出回路47bは、容量素子46b1~46b4におけるリーク電流を検出する。リーク電流検出回路47bの入力端子は、電源線48bに接続されており、リーク電流検出回路47bの出力端子からは、リーク電流の検出結果を示す検出結果DET2<1>が出力される。 The leakage current detection circuit 47b detects leakage current in the capacitive elements 46b1 to 46b4. The input terminal of the leakage current detection circuit 47b is connected to the power supply line 48b, and the output terminal of the leakage current detection circuit 47b outputs a detection result DET2<1> indicating the leakage current detection result.
記憶回路42は、平滑容量回路41a1~41aNのそれぞれにおけるリーク電流の検出結果を記憶する。記憶回路42は、RAMなどの揮発性の記憶回路、または、EEPROM、フラッシュメモリ、強誘電体メモリなどの不揮発性の記憶回路であってもよい。 The memory circuit 42 stores the detection results of the leakage current in each of the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN. The memory circuit 42 may be a volatile memory circuit such as RAM, or a non-volatile memory circuit such as EEPROM, flash memory, or ferroelectric memory.
平滑容量設定回路43は、記憶回路42に記憶された容量素子46a1~46a4のリーク電流の検出結果に基づいて、平滑容量回路41a1~41aNに制御信号SET1P<1>~SET1P<N>,SET1N<1>~SET1N<N>を供給する。さらに、平滑容量設定回路43は、記憶回路42に記憶された容量素子46b1~46b4のリーク電流の検出結果に基づいて、平滑容量回路41a1~41aNに制御信号SET2P<1>~SET2P<N>,SET2N<1>~SET2N<N>を供給する。 The smoothing capacitance setting circuit 43 supplies control signals SET1P<1> to SET1P<N> and SET1N<1> to SET1N<N> to the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN based on the detection results of the leakage current of the capacitance elements 46a1 to 46a4 stored in the memory circuit 42. Furthermore, the smoothing capacitance setting circuit 43 supplies control signals SET2P<1> to SET2P<N> and SET2N<1> to SET2N<N> to the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN based on the detection results of the leakage current of the capacitance elements 46b1 to 46b4 stored in the memory circuit 42.
平滑容量設定回路43は、半導体装置40がスタンバイ状態のときに、容量素子46a1~46a4においてリーク電流が検出された平滑容量回路の電源線48aへの電源電位VDD1の印加を停止させる制御信号をその平滑容量回路に供給する。また、平滑容量設定回路43は、半導体装置40がスタンバイ状態のときに、容量素子46b1~46b4においてリーク電流が検出された平滑容量回路の電源線48bへの電源電位VDD2の印加を停止させる制御信号をその平滑容量回路に供給する。 When the semiconductor device 40 is in standby mode, the smoothing capacitance setting circuit 43 supplies a control signal to a smoothing capacitance circuit in which a leak current is detected in the capacitance elements 46a1 to 46a4, causing the smoothing capacitance circuit to stop applying the power supply potential VDD1 to the power supply line 48a of the smoothing capacitance circuit. Furthermore, when the semiconductor device 40 is in standby mode, the smoothing capacitance setting circuit 43 supplies a control signal to a smoothing capacitance circuit in which a leak current is detected in the capacitance elements 46b1 to 46b4, causing the smoothing capacitance circuit to stop applying the power supply potential VDD2 to the power supply line 48b of the smoothing capacitance circuit.
平滑容量設定回路43は、半導体装置40の動作時には、リーク電流が検出された平滑容量回路においても、電源線48aへ電源電位VDD1を印加させ、電源線48bへ電源電位VDD2を印加させる制御信号を、その平滑容量回路に供給する。 When the semiconductor device 40 is operating, the smoothing capacitance setting circuit 43 supplies a control signal to the smoothing capacitance circuit in which a leak current has been detected, causing the smoothing capacitance circuit to apply power supply potential VDD1 to power supply line 48a and power supply potential VDD2 to power supply line 48b.
リーク電流検出回路47bの回路構成は、図2に示したリーク電流検出回路17の回路構成と同じである。ただし、リーク電流検出回路47bにおいては、図2のインバータ回路17aに制御信号SET2P<1>が入力される。リーク電流検出回路47aの回路構成例については後述する(図18参照)。 The circuit configuration of the leakage current detection circuit 47b is the same as the circuit configuration of the leakage current detection circuit 17 shown in Figure 2. However, in the leakage current detection circuit 47b, the control signal SET2P<1> is input to the inverter circuit 17a in Figure 2. An example circuit configuration of the leakage current detection circuit 47a will be described later (see Figure 18).
図示を省略しているが、リーク電流検出回路47a,47bの出力端子は、平滑容量設定回路43に接続される。リーク電流検出回路47a,47bの出力端子には、さらに、リーク電流検出回路47a,47bの出力状態を保持するバスホルダーが接続されていてもよい。 Although not shown in the figure, the output terminals of the leakage current detection circuits 47a and 47b are connected to the smoothing capacitance setting circuit 43. A bus holder that holds the output state of the leakage current detection circuits 47a and 47b may also be connected to the output terminals of the leakage current detection circuits 47a and 47b.
図14は、平滑容量回路に供給される制御信号の設定例を示す図である。図14では、平滑容量回路41a1においてリーク電流が検出されないケースと、リーク電流が検出される2つのケースにおける制御信号SET1P<1>,SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>の設定例が示されている。 Figure 14 shows example settings for the control signals supplied to the smoothing capacitance circuit. Figure 14 shows example settings for the control signals SET1P<1>, SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> in two cases: when no leakage current is detected in the smoothing capacitance circuit 41a1, and when a leakage current is detected.
なお、図14では、制御信号SET1P<1>,SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>が、1P、1N、2P、2Nと省略して表記されている。
第3の実施の形態の半導体装置40において、リーク電流の検出は、制御信号SET1P<1>,SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>の論理レベルが全てLレベルに設定された状態で行われる(設定手順(1))。
In FIG. 14, the control signals SET1P<1>, SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> are abbreviated as 1P, 1N, 2P, and 2N.
In the semiconductor device 40 of the third embodiment, leakage current detection is performed when the logic levels of the control signals SET1P<1>, SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> are all set to the L level (setting procedure (1)).
リーク電流が検出されない場合、リーク電流検出回路47a,47bが出力する検出結果DET1<1>,DET2<2>の論理レベルはLレベルとなる。この場合、スタンバイ状態においても、制御信号SET1P<1>,SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>の論理レベルは、Lレベルに維持される。これにより、容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、平滑容量として機能する。 If no leakage current is detected, the logic levels of the detection results DET1<1> and DET2<2> output by the leakage current detection circuits 47a and 47b will be L level. In this case, even in standby mode, the logic levels of the control signals SET1P<1>, SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> are maintained at L level. As a result, the capacitive elements 46a1 to 46a4 and 46b1 to 46b4 all function as smoothing capacitors.
リーク電流が検出されるケースの1番目では、リーク電流検出回路47aが出力する検出結果DET1<1>の論理レベルはHレベルであり、リーク電流検出回路47bが出力する検出結果DET2<1>の論理レベルはLレベルである。つまり、容量素子46a1~46a4の何れかにおいてリーク電流が発生し、容量素子46b1~46b4においてはリーク電流が発生していない。この場合、スタンバイ状態では、制御信号SET1P<1>の論理レベルがHレベルに設定され、制御信号SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>の論理レベルはLレベルに設定される(設定手順(2))。これにより、スイッチ回路45のpMOS45aがオフするため、電源線48aへの電源電位VDD1の印加が停止される。このため、リーク電流はなくなる。一方、pMOS45cはオフされないため、電源線48bへの電源電位VDD2の印加は継続し、容量素子46b1~46b4は、平滑容量として機能する。 In the first case where leakage current is detected, the logic level of the detection result DET1<1> output by the leakage current detection circuit 47a is high, and the logic level of the detection result DET2<1> output by the leakage current detection circuit 47b is low. In other words, leakage current occurs in one of the capacitive elements 46a1-46a4, but not in the capacitive elements 46b1-46b4. In this case, in the standby state, the logic level of the control signal SET1P<1> is set high, and the logic levels of the control signals SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> are set low (setting procedure (2)). This turns off the pMOS 45a of the switch circuit 45, thereby stopping the application of the power supply potential VDD1 to the power supply line 48a. This eliminates leakage current. On the other hand, because pMOS 45c is not turned off, the power supply potential VDD2 continues to be applied to power line 48b, and capacitive elements 46b1 to 46b4 function as smoothing capacitors.
リーク電流が検出されるケースの2番目では、リーク電流検出回路47a,47bが出力する検出結果DET1<1>,DET2<1>の論理レベルはHレベルとなる。つまり、容量素子46a1~46a4の何れかにおいてリーク電流が発生し、容量素子46b1~46b4の何れかにおいてもリーク電流が発生している。この場合、スタンバイ状態では、制御信号SET1P<1>,SET1N<1>,SET2P<1>,SET2N<1>の論理レベルは、全てHレベルに設定される(設定手順(2))。これにより、スイッチ回路45のpMOS45a,45cがオフするため、電源線48a,48bへの電源電位VDD1,VDD2の印加が停止される。このため、容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、スタンバイ状態のときには平滑容量として機能しなくなるが、リーク電流をなくせる。 In the second case where leakage current is detected, the logic levels of the detection results DET1<1> and DET2<1> output by the leakage current detection circuits 47a and 47b are H level. In other words, leakage current occurs in one of the capacitive elements 46a1 to 46a4, and leakage current also occurs in one of the capacitive elements 46b1 to 46b4. In this case, in the standby state, the logic levels of the control signals SET1P<1>, SET1N<1>, SET2P<1>, and SET2N<1> are all set to H level (setting procedure (2)). This turns off the pMOSs 45a and 45c of the switch circuit 45, thereby stopping the application of the power supply potentials VDD1 and VDD2 to the power supply lines 48a and 48b. As a result, all of the capacitive elements 46a1-46a4 and 46b1-46b4 no longer function as smoothing capacitors in standby mode, but leakage current can be eliminated.
上記のような第3の実施の形態の半導体装置40は、図7に示したような強誘電体メモリ21を有する半導体装置20として適用することもできる。その場合、図8に示した平滑容量設定回路31の代わりに、以下に示すような平滑容量設定回路43が用いられる。 The semiconductor device 40 of the third embodiment described above can also be applied as a semiconductor device 20 having a ferroelectric memory 21 as shown in Figure 7. In that case, a smoothing capacitance setting circuit 43 as shown below is used instead of the smoothing capacitance setting circuit 31 shown in Figure 8.
図15は、第3の実施の形態の半導体装置における平滑容量設定回路の一例を示す図である。
平滑容量設定回路43は、選択回路43a、ラッチ回路43b1,43b2,…,43bN、制御信号設定回路43c1,43c2,…,43cNを有する。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a smoothing capacitance setting circuit in the semiconductor device according to the third embodiment.
The smoothing capacitance setting circuit 43 includes a selection circuit 43a, latch circuits 43b1, 43b2, . . . , 43bN, and control signal setting circuits 43c1, 43c2, .
選択回路43aは、平滑容量回路41a1~41aNにおけるリーク電流の検出時に、ラッチ回路43b1~43bNが保持しているN×2ビットの検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>をnビットずつ選択する。そして、選択回路43aは、選択したnビットの検出結果を、検出結果Q<1>~Q<n>としてスイッチ回路32に供給する。 When detecting leakage current in smoothing capacitance circuits 41a1-41aN, selection circuit 43a selects n bits at a time from the N x 2-bit detection results DET1<1>-DET1<N> and DET2<1>-DET2<N> held in latch circuits 43b1-43bN. Then, selection circuit 43a supplies the selected n-bit detection results to switch circuit 32 as detection results Q<1>-Q<n>.
また、選択回路43aは、検出結果記憶部21aに記憶されたリーク電流の検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>を、スイッチ回路32からnビットずつ検出結果Q<1>~Q<n>として受ける。そして、選択回路43aは、ラッチ回路43b1~43bNをn/2個ずつ選択して、検出結果Q<1>~Q<n>を供給する。 The selection circuit 43a also receives the leakage current detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N> stored in the detection result storage unit 21a from the switch circuit 32 in n-bit increments as detection results Q<1> to Q<n>. The selection circuit 43a then selects n/2 latch circuits 43b1 to 43bN at a time and supplies the detection results Q<1> to Q<n>.
ラッチ回路43b1~43bNは、パワーオンリセット信号PORによりリセット状態が解除された場合、信号ACT,SETに基づいて、検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>を2ビットずつ保持する。たとえば、ラッチ回路43b1は、検出結果DET1<1>,DET2<1>を保持する。 When the reset state is released by the power-on reset signal POR, the latch circuits 43b1 to 43bN hold two bits of the detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N> based on the signals ACT and SET. For example, the latch circuit 43b1 holds the detection results DET1<1> and DET2<1>.
制御信号設定回路43c1~43cNは、信号PWONの論理レベルがHレベルのときに、ラッチ回路43b1~43bNに保持されている検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>を受ける。 When the logic level of the signal PWON is high, the control signal setting circuits 43c1 to 43cN receive the detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N> held in the latch circuits 43b1 to 43bN.
そして、制御信号設定回路43c1~43cNは、検出結果DET1<1>~DET1<N>に基づいて、制御信号SET1P<1>~SET1P<N>,SET1N<1>~SET1N<N>を、平滑容量回路41a1~41aNに供給する。さらに、制御信号設定回路43c1~43cNは、検出結果DET2<1>~DET2<N>に基づいて、制御信号SET2P<1>~SET2P<N>,SET2N<1>~SET2N<N>を、平滑容量回路41a1~41aNに供給する。 Then, the control signal setting circuits 43c1 to 43cN supply control signals SET1P<1> to SET1P<N> and SET1N<1> to SET1N<N> to the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN based on the detection results DET1<1> to DET1<N>. Furthermore, the control signal setting circuits 43c1 to 43cN supply control signals SET2P<1> to SET2P<N> and SET2N<1> to SET2N<N> to the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN based on the detection results DET2<1> to DET2<N>.
次に、半導体装置40を、図7に示したような強誘電体メモリ21を有する半導体装置20として適用した場合の、平滑容量設定回路43による平滑容量回路41a1~41aNの初期設定時の動作を中心とした、半導体装置40の動作例を説明する。 Next, we will explain an example of the operation of the semiconductor device 40 when it is applied as a semiconductor device 20 having a ferroelectric memory 21 as shown in Figure 7, focusing on the operation during initial setup of the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN by the smoothing capacitance setting circuit 43.
図16は、図14のリーク電流が検出されるケース1における半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図16には、信号CEB,RESTORE,PWON,ACT,SET、制御信号SET1N<1>,SET1P<1>、電位VDE1、検出結果DET1<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。 Figure 16 is a timing chart showing an example of the operation of the semiconductor device in Case 1, where the leakage current in Figure 14 is detected. Figure 16 shows an example of the changes over time in the signals CEB, RESTORE, PWON, ACT, and SET, the control signals SET1N<1> and SET1P<1>, the potential VDE1, and the detection results DET1<1> and Q<1>.
信号ACTの論理レベルがLレベルからHレベルに立ち上がると(タイミングt30)、平滑容量設定回路43の制御信号設定回路43c1は、制御信号SET1N<1>,SET1P<1>の論理レベルをHレベルからLレベルに立ち下げる。なお、図示が省略されているが、制御信号SET2N<1>,SET2P<1>の論理レベルについてもHレベルからLレベルに立ち下げられる。 When the logic level of signal ACT rises from L level to H level (timing t30), the control signal setting circuit 43c1 of the smoothing capacitance setting circuit 43 drops the logic levels of the control signals SET1N<1> and SET1P<1> from H level to L level. Although not shown, the logic levels of the control signals SET2N<1> and SET2P<1> also fall from H level to L level.
これにより、平滑容量回路41a1において電位VDE1が(図示を省略している電位VDE2も)上昇を開始し、平滑容量回路40a1に含まれる容量素子46a1~46a4,46b1~46b4が充電を開始する。電位VDE1は、VDD1まで上昇する。 As a result, the potential VDE1 (and potential VDE2, not shown) in the smoothing capacitance circuit 41a1 begins to rise, and the capacitance elements 46a1-46a4 and 46b1-46b4 included in the smoothing capacitance circuit 40a1 begin to charge. The potential VDE1 rises to VDD1.
信号PWON,ACTの論理レベルがHレベルからLレベルに立ち下がると(タイミングt31)、リーク電流の検出期間が開始する。
電源線48aに選択されている容量素子46a1~46a4においてリーク電流が生じている場合、図16に示されているように、電位VDE1が下降していく。電位VDE1が、所定の閾値以下になると、検出結果DET1<1>の論理レベルがHレベルに立ち上がる(タイミングt31a)。このとき、制御信号設定回路43c1は、制御信号SET1P<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、電源線48aの電位VDE1は、ハイインピーダンス状態となる。
When the logic levels of the signals PWON and ACT fall from H level to L level (timing t31), the leakage current detection period begins.
When a leakage current occurs in the capacitive elements 46a1-46a4 selected for the power supply line 48a, the potential VDE1 drops as shown in FIG. 16. When the potential VDE1 falls below a predetermined threshold, the logic level of the detection result DET1<1> rises to the H level (timing t31a). At this time, the control signal setting circuit 43c1 raises the logic level of the control signal SET1P<1> to the H level. This places the potential VDE1 of the power supply line 48a in a high-impedance state.
信号SETの論理レベルがHレベルに立ち上がると(タイミングt32)、平滑容量設定回路43内のラッチ回路43b1~43bNがリーク電流の検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>を保持するラッチ期間となる。 When the logical level of the signal SET rises to H level (timing t32), the latch circuits 43b1 to 43bN in the smoothing capacitance setting circuit 43 enter a latch period in which they hold the leakage current detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N>.
信号RESTORE,PWON,ACTの論理レベルがHレベルに立ち上がり、信号SETの論理レベルがLレベルに立ち下がると(タイミングt33)、検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>の保存期間が開始する。 When the logical levels of the RESTORE, PWON, and ACT signals rise to high and the logical level of the SET signal falls to low (timing t33), the storage period for the detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N> begins.
検出結果DET1<1>~DET1<N>,DET2<1>~DET2<N>の保存が終了すると、信号RESTOREの論理レベルはLレベルに立ち下がる(タイミングt34)。これにより、平滑容量回路41a1~41aNの初期設定が終わり、スタンバイ期間が開始する。 When the detection results DET1<1> to DET1<N> and DET2<1> to DET2<N> have finished being saved, the logic level of the RESTORE signal falls to the L level (timing t34). This completes the initial setting of the smoothing capacitance circuits 41a1 to 41aN, and the standby period begins.
このとき、リーク電流が検出された平滑容量回路41a1に供給される制御信号SET1N<1>,SET1P<1>の論理レベルは、制御信号SET1N<1>についてはLレベル、制御信号SET1P<1>についてはHレベルのままである。このため、平滑容量回路41a1において電源線48aへの電源電位VDD1の印加は停止されている。一方、制御信号SET2N<1>,SET2P<1>の論理レベルは、Lレベルのままである。また、リーク電流が検出されなかった平滑容量回路においては、電源線48a,48bへの電源電位VDD1,VDD2の印加は停止されない。 At this time, the logic levels of the control signals SET1N<1> and SET1P<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 41a1 in which a leak current was detected remain L level for the control signal SET1N<1> and H level for the control signal SET1P<1>. Therefore, the application of the power supply potential VDD1 to the power supply line 48a in the smoothing capacitance circuit 41a1 is stopped. Meanwhile, the logic levels of the control signals SET2N<1> and SET2P<1> remain L level. Furthermore, in smoothing capacitance circuits in which a leak current was not detected, the application of the power supply potentials VDD1 and VDD2 to the power supply lines 48a and 48b is not stopped.
信号CEBの論理レベルがLレベルに立ち下がると(タイミングt35)、スタンバイ期間が終了し、半導体装置40の通常の動作期間が開始する。このとき、制御信号設定回路43c1は、制御信号SET1P<1>の論理レベルをLレベルに立ち下げる。これにより、リーク電流が検出された平滑容量回路41a1の、電源線48aへ電源電位VDD1が再び印加され、電位VDE1が上昇を開始する。そして、容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、平滑容量として機能する。 When the logic level of signal CEB falls to L level (timing t35), the standby period ends and the normal operation period of semiconductor device 40 begins. At this time, control signal setting circuit 43c1 falls the logic level of control signal SET1P<1> to L level. As a result, power supply potential VDD1 is reapplied to power supply line 48a of smoothing capacitance circuit 41a1 in which leakage current was detected, and potential VDE1 begins to rise. Then, capacitive elements 46a1 to 46a4 and 46b1 to 46b4 all function as smoothing capacitances.
図17は、図14のリーク電流が検出されるケース2における半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。図17には、信号CEB,RESTORE,PWON,ACT,SET、制御信号SET1N<1>,SET1P<1>、電位VDE1、検出結果DET1<1>,DET2<1>,Q<1>の時間変化の例が示されている。 Figure 17 is a timing chart showing an example of the operation of the semiconductor device in Case 2, where leakage current is detected in Figure 14. Figure 17 shows an example of changes over time in the signals CEB, RESTORE, PWON, ACT, and SET, the control signals SET1N<1> and SET1P<1>, the potential VDE1, and the detection results DET1<1>, DET2<1>, and Q<1>.
図14のリーク電流が検出されるケース2では、タイミングt31aにおいて、検出結果DET1<1>,DET2<1>の両方の論理レベルが、Hレベルに立ち上がっている。このとき、制御信号設定回路43c1は、制御信号SET1N<1>,SET1P<1>、及び制御信号SET2N<1>,SET2P<1>の論理レベルをHレベルに立ち上げる。これにより、電源線48aは接地される。 In case 2 of Figure 14, where leakage current is detected, at timing t31a, the logic levels of both detection results DET1<1> and DET2<1> rise to the H level. At this time, the control signal setting circuit 43c1 raises the logic levels of the control signals SET1N<1>, SET1P<1> and the control signals SET2N<1>, SET2P<1> to the H level. This causes the power supply line 48a to be grounded.
スタンバイ期間では、リーク電流が検出された平滑容量回路41a1に供給される制御信号SET1N<1>,SET1P<1>及び制御信号SET2N<1>,SET2P<1>の論理レベルは、Hレベルのままである。このため、平滑容量回路41a1の容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、平滑容量として機能しなくなる。 During the standby period, the logic levels of the control signals SET1N<1>, SET1P<1> and control signals SET2N<1>, SET2P<1> supplied to the smoothing capacitance circuit 41a1 in which leakage current has been detected remain at the H level. As a result, all of the capacitance elements 46a1 to 46a4 and 46b1 to 46b4 of the smoothing capacitance circuit 41a1 no longer function as smoothing capacitances.
一方、動作期間では、制御信号設定回路43c1は、制御信号SET1N<1>,SET1P<1>の論理レベルをLレベルに立ち下げる。これにより、リーク電流が検出された平滑容量回路41a1の、電源線48a,48bへ電源電位VDD1,VDD2が再び印加され、電位VDE1が上昇を開始する。そして、容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、平滑容量として機能する。 On the other hand, during the operating period, the control signal setting circuit 43c1 lowers the logic levels of the control signals SET1N<1> and SET1P<1> to the L level. This causes the power supply potentials VDD1 and VDD2 to be reapplied to the power supply lines 48a and 48b of the smoothing capacitance circuit 41a1 in which leakage current was detected, and the potential VDE1 begins to rise. Then, all of the capacitance elements 46a1 to 46a4 and 46b1 to 46b4 function as smoothing capacitances.
以上のような第3の実施の形態の半導体装置40によれば、第2の実施の形態の半導体装置20と同様の効果が得られるとともに、以下のような効果も有する。
電源線48a,48b間と電源線48b,49間にそれぞれ容量素子を設けることで、耐性が比較的低い容量素子(たとえば、強誘電体キャパシタ)を、たとえば、外部電源電位である電源電位VDD1に対する平滑容量として用いることができる。
According to the semiconductor device 40 of the third embodiment described above, the same effects as those of the semiconductor device 20 of the second embodiment can be obtained, and the following effects can also be obtained.
By providing a capacitance element between the power supply lines 48a and 48b and between the power supply lines 48b and 49, a capacitance element with a relatively low resistance (for example, a ferroelectric capacitor) can be used as a smoothing capacitance for the power supply potential VDD1, which is the external power supply potential.
さらに、比較例2のように単に電源線18,19間に直列に容量素子を接続するのではないため、容量素子による面積の増大を抑えつつ、平滑容量として機能する容量素子の数を増やすことができる。たとえば、リーク電流が検出された平滑容量回路が全体の5%であり、それらの平滑容量回路を使用しないとしても、比較例1の半導体装置10bの平滑容量回路11bと同等の容量値を得るための容量素子による面積の増加分は、1.05倍程度に抑えられる。 Furthermore, since capacitance elements are not simply connected in series between power supply lines 18 and 19 as in Comparative Example 2, the number of capacitance elements functioning as smoothing capacitance can be increased while limiting the increase in area due to capacitance elements. For example, even if the smoothing capacitance circuits in which leakage current is detected account for 5% of the total and these smoothing capacitance circuits are not used, the increase in area due to capacitance elements required to obtain a capacitance value equivalent to that of smoothing capacitance circuit 11b of semiconductor device 10b in Comparative Example 1 can be limited to approximately 1.05 times.
なお、図13の平滑容量回路41a1の例では容量素子は2段構成で配置されているがこれに限定されない。電源電位VDD1を降圧して得られる電源電位VDD2以外にさらに増やし、電源線も増やして、3段構成以上で容量素子を配置するようにしてもよい。 In the example of the smoothing capacitance circuit 41a1 in Figure 13, the capacitance elements are arranged in a two-stage configuration, but this is not limited to this. It is also possible to increase the power supply potential other than VDD2 obtained by stepping down the power supply potential VDD1, and also increase the number of power supply lines, thereby arranging the capacitance elements in a three-stage configuration or more.
図18は、リーク電流検出回路の一例の回路構成を示す図である。図18において、図2に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
リーク電流検出回路47aは、図2に示したリーク電流検出回路17の要素の他に、AND(論理積)回路47a1、pMOS47a2、nMOS47a3を有する。
18 is a diagram showing the circuit configuration of an example of a leakage current detection circuit, in which the same elements as those shown in FIG.
The leakage current detection circuit 47a includes an AND (logical product) circuit 47a1, a pMOS 47a2, and an nMOS 47a3 in addition to the elements of the leakage current detection circuit 17 shown in FIG.
AND回路47a1は、信号xRESTORE,PWON,ACTの論理積である信号STBYを出力する。信号xRESTOREは、前述の信号RESTOREの論理レベルを反転させた信号である。 AND circuit 47a1 outputs signal STBY, which is the logical product of signals xRESTORE, PWON, and ACT. Signal xRESTORE is a signal with the logical level of the aforementioned signal RESTORE inverted.
pMOS47a2のゲートには信号STBYが入力され、pMOS47a2のソースには電源電圧VDD2が印加され、pMOS47a2のドレインはpMOS17bのソースに接続されている。 The signal STBY is input to the gate of pMOS47a2, the power supply voltage VDD2 is applied to the source of pMOS47a2, and the drain of pMOS47a2 is connected to the source of pMOS17b.
nMOS47a3のゲートには信号STBYが入力され、nMOS47a3のドレインは、インバータ回路17dの入力端子に接続されており、pMOS47a3のソースは接地されている。 The signal STBY is input to the gate of nMOS 47a3, the drain of nMOS 47a3 is connected to the input terminal of inverter circuit 17d, and the source of pMOS 47a3 is grounded.
このようなリーク電流検出回路47aでは、スタンバイ状態のとき(信号xRESTORE,PWON,ACTの論理レベルがHレベルで、信号STBYの論理レベルがHレベルになるとき)、pMOS47a2がオフ状態になる。つまり、電源電位VDD2の供給が遮断される。また、nMOS47a3がオン状態となり、インバータ回路17dの入力端子が接地される。 In this type of leakage current detection circuit 47a, when in standby mode (when the logic levels of the signals xRESTORE, PWON, and ACT are high and the logic level of the signal STBY becomes high), the pMOS 47a2 is turned off. In other words, the supply of power supply potential VDD2 is cut off. Furthermore, the nMOS 47a3 is turned on, and the input terminal of the inverter circuit 17d is grounded.
このため、スタンバイ状態のときに、電源線48aの電位VDE1がハイインピーダンス状態であっても、リーク電流の発生を抑制できる。
(変形例)
図19は、平滑容量回路の変形例を示す図である。図19において、図13に示した要素を同じ要素については図13と同一符号が付されている。
Therefore, even if the potential VDE1 of the power supply line 48a is in a high impedance state during standby, the occurrence of leakage current can be suppressed.
(Modification)
Fig. 19 is a diagram showing a modified example of a smoothing capacitance circuit, in which the same elements as those shown in Fig. 13 are denoted by the same reference numerals as in Fig. 13.
変形例の平滑容量回路50は、電源線48bにVDE2初期化回路51が接続されている。VDE2初期化回路51は、電源起動時の電位VDE2を、(VDD1-VSS)/2近傍に設定する。これにより、容量素子46a1~46a4,46b1~46b4は全て、電源電位VDD1に対する平滑容量として機能することになり、電源電位VDD2にノイズの影響を与えることを防止できる。 In the modified smoothing capacitance circuit 50, a VDE2 initialization circuit 51 is connected to the power supply line 48b. The VDE2 initialization circuit 51 sets the potential VDE2 at power-on to approximately (VDD1-VSS)/2. This causes the capacitive elements 46a1-46a4 and 46b1-46b4 to all function as smoothing capacitances for the power supply potential VDD1, preventing noise from affecting the power supply potential VDD2.
このようなVDE2初期化回路51を、電源起動時に、図13に示したpMOS45c、nMOS45dの代わりに、電源線48bに接続できるようにスイッチを設けてもよい。 A switch may be provided so that such a VDE2 initialization circuit 51 can be connected to the power supply line 48b instead of the pMOS 45c and nMOS 45d shown in Figure 13 when the power is turned on.
以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体装置及びスタンバイ電流低減方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。 The above describes one aspect of the semiconductor device and standby current reduction method of the present invention based on the embodiments, but these are merely examples and are not limited to the above description.
10a 半導体装置
11a1~11aN 平滑容量回路
12 記憶回路
13 平滑容量設定回路
15 スイッチ回路
15a pMOS
15b nMOS
16a~16d 容量素子
17 リーク電流検出回路
18,19 電源線
10a semiconductor device 11a1 to 11aN smoothing capacitance circuit 12 memory circuit 13 smoothing capacitance setting circuit 15 switch circuit 15a pMOS
15b nMOS
16a to 16d: Capacitor elements 17: Leak current detection circuit 18, 19: Power supply lines
Claims (10)
第1の電源電位の第1の電源線への印加の可否を第1の制御信号に応じて切り替えるスイッチ回路と、前記第1の電源線と、前記第1の電源電位よりも低い第2の電源電位となる第2の電源線との間に接続された第1の容量素子と、前記第1の容量素子における第1のリーク電流を前記スタンバイ状態になる毎に検出する第1の検出回路と、をそれぞれが含む複数の平滑容量回路と、
前記第1の検出回路の第1の検出結果を記憶する記憶回路と、
前記スタンバイ状態になる毎に、前記記憶回路に記憶された前記第1の検出結果に基づいて、前記複数の平滑容量回路のうち、前記第1のリーク電流が検出された第1の平滑容量回路の前記第1の電源線に対する前記第1の電源電位の印加を停止させる前記第1の制御信号を、前記第1の平滑容量回路に供給する平滑容量設定回路と、
を有する半導体装置。 A semiconductor device in which a standby state period including a standby period and an operating period are repeated after a power supply is turned on,
a plurality of smoothing capacitance circuits each including: a switch circuit that switches whether or not a first power supply potential is applied to a first power supply line in response to a first control signal; a first capacitance element that is connected between the first power supply line and a second power supply line that has a second power supply potential that is lower than the first power supply potential; and a first detection circuit that detects a first leakage current in the first capacitance element every time the standby state is entered ;
a storage circuit that stores a first detection result of the first detection circuit;
a smoothing capacitance setting circuit that supplies the first control signal to the first smoothing capacitance circuit, which is a first smoothing capacitance circuit among the plurality of smoothing capacitance circuits and in which the first leakage current has been detected, based on the first detection result stored in the memory circuit, each time the standby state is entered; and
A semiconductor device having:
前記第2の電源電位よりも低い第3の電源電位となる第3の電源線と、
前記第2の電源線と前記第3の電源線との間に接続された第2の容量素子と、
前記第2の容量素子における第2のリーク電流を検出する第2の検出回路と、
を更に有し、
前記スイッチ回路は、前記第2の電源電位の前記第2の電源線への印加の可否を第2の制御信号に応じて切り替え、
前記記憶回路は、前記第1の検出結果と、前記第2の検出回路の第2の検出結果とを記憶し、
前記平滑容量設定回路は、前記スタンバイ状態のときに、前記第2の検出結果に基づいて、前記第2のリーク電流が検出された第2の平滑容量回路の前記第2の電源線に対する前記第2の電源電位の印加を停止させる前記第2の制御信号を、前記第2の平滑容量回路に供給する、
請求項1乃至6の何れか一項に記載の半導体装置。 Each of the plurality of smoothing capacitance circuits
a third power supply line having a third power supply potential lower than the second power supply potential;
a second capacitance element connected between the second power supply line and the third power supply line;
a second detection circuit that detects a second leakage current in the second capacitance element;
and
the switch circuit switches whether or not the second power supply potential is applied to the second power supply line in response to a second control signal;
the storage circuit stores the first detection result and the second detection result of the second detection circuit;
the smoothing capacitance setting circuit, in the standby state, supplies the second control signal to the second smoothing capacitance circuit, based on the second detection result, for stopping application of the second power supply potential to the second power supply line of the second smoothing capacitance circuit in which the second leakage current is detected;
The semiconductor device according to claim 1 .
前記第1の検出回路の第1の検出結果を記憶する記憶回路と、
平滑容量設定回路と、
を有し、電源の起動後にスタンバイ期間を含む前記スタンバイ状態の期間と動作期間とが繰り返される半導体装置のスタンバイ電流低減方法であって、
前記平滑容量設定回路が、
前記スタンバイ状態になる毎に、前記記憶回路に記憶された前記第1の検出結果に基づいて、前記複数の平滑容量回路のうち、前記第1のリーク電流が検出された第1の平滑容量回路の前記第1の電源線に対する前記第1の電源電位の印加を停止させる前記第1の制御信号を、前記第1の平滑容量回路に供給する、
スタンバイ電流低減方法。 a plurality of smoothing capacitance circuits each including: a switch circuit that switches whether or not a first power supply potential is applied to a first power supply line in response to a first control signal; a first capacitance element that is connected between the first power supply line and a second power supply line that has a second power supply potential that is lower than the first power supply potential; and a first detection circuit that detects a first leakage current in the first capacitance element every time the device enters a standby state ;
a storage circuit that stores a first detection result of the first detection circuit;
A smoothing capacitance setting circuit;
a standby current reduction method for a semiconductor device in which a standby state period including a standby period and an operating period are repeated after a power supply is started,
The smoothing capacitance setting circuit is
every time the standby state is entered , the first control signal for stopping application of the first power supply potential to the first power supply line of a first smoothing capacitance circuit in which the first leakage current has been detected among the plurality of smoothing capacitance circuits is supplied to the first smoothing capacitance circuit based on the first detection result stored in the memory circuit;
Standby current reduction method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022016795A JP7800838B2 (en) | 2022-02-07 | 2022-02-07 | Semiconductor device and standby current reduction method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022016795A JP7800838B2 (en) | 2022-02-07 | 2022-02-07 | Semiconductor device and standby current reduction method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023114488A JP2023114488A (en) | 2023-08-18 |
| JP7800838B2 true JP7800838B2 (en) | 2026-01-16 |
Family
ID=87569838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022016795A Active JP7800838B2 (en) | 2022-02-07 | 2022-02-07 | Semiconductor device and standby current reduction method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7800838B2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017569A (en) | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor integrated circuit |
| JP2004241430A (en) | 2003-02-03 | 2004-08-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
| JP2005123376A (en) | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2006295027A (en) | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device |
| US20110026329A1 (en) | 2009-08-03 | 2011-02-03 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device using charge pump circuit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3372854B2 (en) * | 1998-02-17 | 2003-02-04 | 松下電器産業株式会社 | Semiconductor device |
-
2022
- 2022-02-07 JP JP2022016795A patent/JP7800838B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017569A (en) | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor integrated circuit |
| JP2004241430A (en) | 2003-02-03 | 2004-08-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
| JP2005123376A (en) | 2003-10-16 | 2005-05-12 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2006295027A (en) | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device |
| US20110026329A1 (en) | 2009-08-03 | 2011-02-03 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device using charge pump circuit |
| JP2011035209A (en) | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023114488A (en) | 2023-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8400848B2 (en) | Bit line negative potential circuit and semiconductor storage device | |
| US20150092507A1 (en) | Memory having a voltage switch circuit with one bias voltage changed in each state of conditioning | |
| JP3431122B2 (en) | Semiconductor storage device | |
| EP3291239A1 (en) | Flash memory | |
| US7477562B2 (en) | Semiconductor memory device and a refresh clock signal generator thereof | |
| US7542367B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| US20020067633A1 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| JPH103789A (en) | Transistor threshold correction circuit, semiconductor memory device, and threshold correction method | |
| US9424912B2 (en) | Static ram | |
| CN101436594A (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| CN111433848A (en) | input buffer circuit | |
| US7269054B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
| US9401192B2 (en) | Ferroelectric memory device and timing circuit to control the boost level of a word line | |
| US6937498B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| JP7800838B2 (en) | Semiconductor device and standby current reduction method | |
| KR100327781B1 (en) | Semiconductor memory device | |
| KR950009391B1 (en) | Semiconductor memory device with refresh short circuit in data retention mode | |
| US8264274B2 (en) | Non-volatile memory device and charge pump circuit for the same | |
| JP4110481B2 (en) | Memory device and semiconductor device | |
| US20180047440A1 (en) | Method for autocorrective writing to a multiport static random access memory device, and corresponding device | |
| JP2001153924A (en) | Semiconductor storage device | |
| CN101399074B (en) | Memory circuit in integrated circuit and control method thereof | |
| US7400547B2 (en) | Semiconductor integrated circuit with power-reducing standby state | |
| JP6451177B2 (en) | Static RAM and semiconductor device equipped with static RAM | |
| JPH07254288A (en) | Semiconductor memory device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20240201 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241107 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250619 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250701 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250827 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251202 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7800838 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |