特開 2024-159638 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159638

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/08 20060101AFI20241031BHJP

   G06F 1/06 20060101ALI20241031BHJP

   G06F 1/324 20190101ALI20241031BHJP

   G06F 1/04 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G06F1/08 510

G06F1/06 520

G06F1/324

G06F1/04 570

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024070997

(22)【出願日】2024-04-25

(31)【優先権主張番号】18/303,020

(32)【優先日】2023-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 隆生

【テーマコード（参考）】

5B011

【Ｆターム（参考）】

5B011DA06

5B011DB02

5B011DC01

5B011EA10

5B011LL13

5B011MB07

(57)【要約】

【課題】消費電力の低減を図ることが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、指定された周波数のクロック信号を出力する周波数出力回路３１＿ＣＰと、所定の機能を実現する回路ブロックと、クロック信号に従って、回路ブロックのスタンバイモードを制御するスタンバイコントローラ３１＿ＭＶとを備える。ここで、スタンバイコントローラ３１＿ＭＶは、スタンバイモードの制御に対応したステート情報を出力する制御回路と、ステート情報に従って、周波数出力回路から出力するクロック信号の周波数を指定する周波数制御信号と、回路ブロックの状態遷移の時間を指定するカウント情報を出力する周波数選択回路とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

指定された周波数のクロック信号を出力する周波数出力回路と、
所定の機能を実現する回路ブロックと、
前記クロック信号に従って、前記回路ブロックのスタンバイモードを制御するスタンバイコントローラと、
を備え、
前記スタンバイコントローラは、
前記スタンバイモードの制御に対応したステート情報を出力する制御回路と、
前記ステート情報に従って、前記周波数出力回路から出力する前記クロック信号の周波数を指定する周波数制御信号と、前記回路ブロックの状態遷移の時間を指定するカウント情報とを出力する周波数選択回路と、
を備える、
半導体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体装置において、
前記カウント情報は、前記周波数制御信号によって指定された周波数のクロック信号の数を表し、
前記スタンバイコントローラは、前記回路ブロックの状態を、前記カウント情報によって指定された時間後に、所定の状態から他の状態に遷移させる制御信号を、前記回路ブロックへ出力する、
半導体装置。

【請求項3】

請求項２に記載の半導体装置において、
前記回路ブロックは、プログラムに従って動作するプロセッサの電源電圧を生成する電圧レギュレータを含む、
半導体装置。

【請求項4】

請求項２に記載の半導体装置において、
前記スタンバイコントローラは、さらに、
ステート情報と、ステート情報に対応した周波数を指定する周波数情報と、ステート情報に対応した状態遷移の時間を指定するカウント値情報とを保持したテーブルを備え、
前記周波数選択回路は、前記制御回路から出力されたステート情報を基にして、前記テーブルを検索し、前記制御回路から出力されたステート情報に従った周波数制御信号とカウント情報とを出力する、
半導体装置。

【請求項5】

請求項４に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、前記テーブルに登録される、ステート情報、周波数情報およびカウント値情報を保持した記憶回路を備える、
半導体装置。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体装置において、
前記記憶回路は、不揮発性メモリと、レジスタと、前記不揮発性メモリおよび前記レジスタと前記テーブルとの間に接続されたセレクタとを備え、
前記不揮発性メモリまたは前記レジスタに保持されているステート情報、周波数情報およびカウント値情報が、前記テーブルに保持される、
半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関し、特に低消費電力化を図るためのスタンバイモードを備えた半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、自動車等に搭載され、自動車の種々の部分を制御する半導体装置が知られている。この場合、半導体装置の消費電力を低減するために、例えば自動車のエンジンが停止している期間（エンジン停止期間）では、半導体装置をスタンバイモードに遷移させることが行われる。しかしながら、エンジン停止期間の間、半導体装置を常時スタンバイモードにしていると、例えば運転者によるエンジンの起動操作等を、半導体装置で検出することが困難となる。そのため、エンジン停止期間においても、一定時間毎に、半導体装置をスタンバイモードから復帰させ、検出等の処理が終了したら再びスタンバイモードに遷移させることが行われる。すなわち、エンジン停止期間においても、半導体装置は、スタンバイモードへの遷移と復帰（スタンバイモード遷移／復帰）とが繰り返し行われ、間欠的に動作していることになる。そのため、半導体装置の消費電力を低減するためには、間欠動作中の平均電流を小さくすることが重要となる。

【0003】

プロセッサの起動時の消費電流を小さくする技術は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、プロセッサ（マイクロコンピュータ）を動作させるクロック信号を発生する発振器として、複数の発振器を設け、起動時に消費電流の小さな発振器を用いることが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－２３１２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者は、半導体装置の起動時およびスタンバイモード遷移／復帰時の制御に用いるクロック信号として、低い周波数のクロック信号を用いることで、半導体装置のコストおよび消費電力の低減が可能となると考えた。

【0006】

しかしながら、更に本発明者が検討したところ、制御に用いるクロック信号の周波数を低くすると、起動に掛かる期間、スタンバイモードへの遷移に掛かる遷移期間およびスタンバイモードからの復帰に掛かる復帰期間が長くなることを見出した。その結果、例えば間欠動作中の平均電流も大きくなることが懸念されることが判明した。さらに、スタンバイモード遷移／復帰に関する制御は、ますます複雑化しているため、この制御に要する時間も長くなり、これによっても遷移期間および復帰期間が長くなる傾向である。その結果、間欠動作中の平均電流はさらに大きくなることが懸念される。

【0007】

さらに、本発明者が、検討したところ、スタンバイモード遷移／復帰時の制御においては、多種類の信号が用いられるが、制御に用いるクロック信号の周波数が低くなると、適切な信号を生成することが難しくなることがあることが判明した。これについては、後で図面を用いて説明するので、ここでは詳細は省略する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

【0009】

すなわち、一実施の形態に係る半導体装置は、指定された周波数のクロック信号を出力する周波数出力回路と、所定の機能を実現する回路ブロックと、クロック信号に従って、回路ブロックのスタンバイモードを制御するスタンバイコントローラとを備える。ここで、スタンバイコントローラは、スタンバイモードの制御に対応したステート情報を出力する制御回路と、ステート情報に従って、周波数出力回路から出力するクロック信号の周波数を指定する周波数制御信号と、回路ブロックの状態遷移の時間を指定するカウント情報を出力する周波数選択回路とを備える。

【0010】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【発明の効果】

【0011】

一実施の形態によれば、消費電力の低減を図ることが可能な半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係るスタンバイ制御部を説明するための図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係るスタンバイ制御部の動作を示すフローチャート図である。

【図4】図４は、実施の形態１に係るテーブルに登録されている情報を説明するための図である。

【図5】図５は、実施の形態１に係るステートマシン回路が出力する制御信号の状態の変化を説明するための図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係る遷移期間および復帰期間を説明するための図である。

【図7】図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、実施の形態１に係る半導体装置の動作を説明するための図である。

【図8】図８は、実施の形態１に係る周波数出力回路の構成を示す回路図である。

【図9】図９は、実施の形態２に係るスタンバイ制御部を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するためのすべての図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0014】

以下では、車載の半導体装置を例にして、実施の形態を説明するが、本発明は、車載の半導体装置に限定されるものではない。

【0015】

（実施の形態１）
＜半導体装置の全体的な構成＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す図である。図１において、１は半導体装置を示している。半導体装置１は、プログラムに従って、所定の機能を実現するために、１つの半導体チップに配置された複数の機能ブロックを備えているが、図１には説明に必要な機能ブロックのみが示されている。図１において、１０は、種々の処理等を実行する処理機能ブロックであり、３０は、スタンバイモードを制御する制御機能ブロックであり、２０は、処理機能ブロック１０等に電源電圧を給電する電源機能ブロックである。

【0016】

処理機能ブロック１０は、プロセッサ（ＣＰＵ）１１、周辺回路（ＰＨＣ）１２および発振回路１３等を備えている。プロセッサ１１および周辺回路１２には、発振回路１３から出力されたクロック信号が供給され、プロセッサ１１および周辺回路１２は、供給されたクロック信号に基づいて動作する。

【0017】

電源機能ブロック２０は、複数の電圧レギュレータと、電源制御回路２３と、発振回路２４とを備えている。図１では、複数の電圧レギュレータの例として、処理機能ブロック１０へ電源電圧を給電する電圧レギュレータ（以下、第１電圧レギュレータとも称する）２１と、図示していない機能ブロックに電源電圧を給電する電圧レギュレータ（以下、第２電圧レギュレータとも称する）２２とが示されている。第１電圧レギュレータ２１は、特に制限されないが、８個の電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を備えている。発振回路２４は、低い周波数、例えば３２ＫＨｚのクロック信号を出力する。電源制御回路２３は、発振回路２４からのクロック信号に従って電圧レギュレータ２１、２２を制御する。

【0018】

制御機能ブロック３０は、処理機能ブロック１０および電源機能ブロック２０のスタンバイモードを制御するスタンバイ制御回路３１と、セレクタ３２と、発振回路３３とを備えている。発振回路３３は、発振回路２４に比べて高い周波数（例えば、２００ＭＨｚ）のクロック信号を出力する。セレクタ３２によって、発振回路２４または３３から出力されたクロック信号が、スタンバイ制御回路３１に供給され、供給されたクロック信号に従ってスタンバイ制御回路３１が動作する。

【0019】

スタンバイ制御回路３１は、処理機能ブロック１０および電源機能ブロック２０に配置されているプロセッサ１１、周辺回路１２、発振回路１３および第１および第２電圧レギュレータ２１、２２等の制御対象を、スタンバイモードへ遷移および復帰させる制御を行う。見方を変えると、スタンバイ制御回路３１は、各制御対象に対応したスタンバイ制御部を備えていると見なすことができる。実施の形態１では、電源機能ブロック２０内の第１電圧レギュレータ２１をスタンバイモードへ遷移および復帰させる場合を例にして説明する。すなわち、制御対象である第１電圧レギュレータ２１に対応したスタンバイ制御部を説明する。

【0020】

第１電圧レギュレータ２１に対応したスタンバイ制御部は、第１電圧レギュレータ２１をスタンバイモードへ遷移および復帰させるとき、複数の電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８の動作に関するタイミングを制御する。

【0021】

スタンバイモードへ遷移していると、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８は停止しており、低消費電力化が図られている。後で図面を参照して、詳しく説明するが、スタンバイモードから復帰させる際、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を同時に起動すると、大きな突入電流が発生するため、第１電圧レギュレータ２１に対応するスタンバイ制御部は、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を起動するタイミングを変える（ズラス）ことで、突入電流を低減する。スタンバイモードへの遷移の場合も同様に、スタンバイ制御回路３１は、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を停止させるタイミングを変える。

【0022】

第１電圧レギュレータ２１に対応するスタンバイ制御部を例にして述べたが、第２電圧レギュレータ２２、プロセッサ１１、周辺回路１２および発振回路１３等に対応したスタンバイ制御部も同様である。

【0023】

＜スタンバイ制御部＞
図２は、実施の形態１に係るスタンバイ制御部を説明するための図である。図２では、図１に示した第１電圧レギュレータ２１に対応するスタンバイ制御部が、符号３１＿Ｍとして示されている。また、図２には、第１電圧レギュレータ２１を構成する電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８も示されている。

【0024】

スタンバイ制御部３１＿Ｍは、周波数出力回路３１＿ＣＰと制御回路（以下、スタンバイコントローラとも称する）３１＿ＭＶとを備えている。

【0025】

周波数出力回路３１＿ＣＰには、スタンバイコントローラ３１＿ＭＶから周波数切り替えコード（周波数制御信号）ＦＣＣが供給され、周波数切り替えコードＦＣＣによって指定された周波数のクロック信号ＣＬＫをスタンバイコントローラ３１＿ＭＶに出力する。周波数出力回路３１＿ＣＰの一例を後で図８を用いて説明するので、ここでは詳しい説明は省略する。

【0026】

スタンバイコントローラ３１＿ＭＶは、ステートマシン（Ｆｉｎｉｔｅ Ｓｔａｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ）によって構成された制御回路（以下、ステートマシン回路とも称する）３１＿ＦＳＭと、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬと、テーブル３１＿ＴＢＬとを備えている。

【0027】

ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、電圧レギュレータ（以下、回路ブロックとも称する）２１＿１～２１＿８のスタンバイモードの制御に対応して、ステート情報ＳＴＩを周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬに出力する。すなわち、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、スタンバイモードへ遷移する際および復帰する際の電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８のそれぞれの制御を表す情報をステート情報ＳＴＩとして出力する。

【0028】

また、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、ステート情報ＳＴＩと、クロック信号ＣＬＫと、カウント値（カウント情報）ＣＮＴとに基づいて、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８の状態を制御する制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８を生成し、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８へ出力する。

【0029】

テーブル３１＿ＴＢＬには、複数のステート情報と、各ステート情報に対応した周波数情報と、各ステート情報に対応したカウント値情報とが、テーブルとして予め登録されている。周波数情報は、対応するステート情報のときに、周波数出力回路３１＿ＣＰから出力されるクロック信号ＣＬＫの周波数を指定する情報である。また、カウント値情報は、対応するステート情報のときに、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８の状態を遷移（状態遷移）させるのに要する時間を指定する時間情報である。

【0030】

周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭから供給されたステート情報ＳＴＩを基にして、テーブル３１＿ＴＢＬに格納されている複数のステート情報から、一致するステート情報を検索する。周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、検索によって一致したステート情報に対応する周波数情報を、周波数切り替えコードＦＣＣとして、周波数出力回路３１＿ＣＰへ出力する。また、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、検索によって一致したステート情報に対応するカウント値情報を、カウント値ＣＮＴとして、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭへ出力する。

【0031】

これにより、周波数出力回路３１＿ＣＰからは、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭから出力されたステート情報ＳＴＩに対応する周波数のクロック信号ＣＬＫが、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭに出力され、さらに周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬからは、ステート情報ＳＴＩに対応するカウント値ＣＮＴがステートマシン回路３１＿ＦＳＭに出力されることになる。

【0032】

ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、供給されたクロック信号ＣＬＫの数を、供給されたカウント値ＣＮＴに到達するまでカウントし、到達すると、電圧レギュレータに供給している制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８の状態を変更させる。例えば、カウント値ＣＮＴに到達すると、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、制御信号ｐｄ１をハイレベルからロウレベルに変更させる。なお、ここでカウントするクロック信号ＣＬＫの周波数は、カウント値情報と同じステート情報に対応した周波数情報によって指定された値である。

【0033】

電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８には、対応する制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８がステートマシン回路３１＿ＦＳＭから供給される。電圧レギュレータ２１＿１を例にして述べると、電圧レギュレータ２１＿１は対応する制御信号ｐｄ１、ｐｔ１によって、その動作が制御される。後で図５を用いて説明するが、電圧レギュレータ２１＿１は、起動したタイミングでは不安定である。そのため、電圧レギュレータ２１＿１は、起動後に制御信号ｐｄ１がハイレベルからロウレベルへ変化すると、電圧を出力可能となる。その後、制御信号ｐｔ１がロウレベルからハイレベルへ変化すると、電圧を出力する。

【0034】

電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を、スタンバイモードへ遷移させる遷移期間および復帰させる復帰期間において、ステート情報ＳＴＩによって指定する周波数切り替えコードＦＣＣが高い周波数を示すようにしてクロック信号ＣＬＫの周波数を高くすることで、制御信号ｐｄ１、ｐｔ１の変化するタイミングを早くすることが可能であり、遷移期間および復帰期間を短くすることが可能である。

【0035】

また、カウント値ＣＮＴによって、制御信号ｐｄ１の状態が変化するタイミングを変更することが可能である。そのため、クロック信号ＣＬＫの周波数を高くしても、カウント値ＣＮＴを適切に設定することで、電圧レギュレータ２１＿１が安定してから、電圧が出力可能となるようにすることが可能である。

【0036】

電圧レギュレータ２１＿１を例にして説明したが、他の電圧レギュレータ２１＿２～２１＿８も同様である。

【0037】

＜＜スタンバイ制御部の動作フロー＞＞
図３は、実施の形態１に係るスタンバイ制御部の動作を示すフローチャート図である。図２に示したように、スタンバイ制御部３１＿Ｍは、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８に対応している。そのため、スタンバイコントローラ３１＿ＭＶ内のステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、各電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８に対応したステート情報ＳＴＩを順次出力する。

【0038】

図３において、Ｓ０は動作を開始するステップを示している。ステップＳ１において、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭから、例えば電圧レギュレータ２１＿１に関するステート情報ＳＴＩを取得する。

【0039】

ステップＳ２において、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、取得したステート情報ＳＴＩに基づいてテーブル３１＿ＴＢＬを検索する。この検索で、取得したステート情報ＳＴＩと一致するステート情報が見つけられなかった場合（Ｎ）、ステップＳ４に移行する。これに対して、テーブル３１＿ＴＢＬにおいて、一致するステート情報が見つけられた場合、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、見つけたステート情報に対応する周波数情報およびカウント値情報を、該当するステート情報ＳＴＩに対応する周波数切り替えコードＦＣＣとカウント値ＣＮＴとして更新する（ステップＳ３）。これにより、電圧レギュレータ２１＿１には、更新された周波数切り替えコードＦＣＣおよびカウント値ＣＮＴに基づいた制御信号ｐｄ１、ｐｔ１が供給されることになる。

【0040】

ステップＳ４において、全てのシーケンスが終了したか否かの判定が行われる。すなわち、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬが、新たなステート情報ＳＴＩか供給されているか否かの判定を行う。例えば、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭが、次段の電圧レギュレータ２１＿２に関するステート情報ＳＴＩを出力している場合（Ｎ）、ステップＳ１に戻り、以降、ステップＳ２～Ｓ４が繰り返される。これに対して、新たなステート情報ＳＴＩか、周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬに供給されていない場合（Ｙ）、ステップＳ５において、動作が終了する。

【0041】

＜＜テーブルの一例＞＞
次に、図２に示したテーブル３１＿ＴＢＬに予め登録されているステート情報、周波数情報およびカウント値情報の一例を、図面を用いて説明する。

【0042】

図４は、実施の形態１に係るテーブルに登録されている情報を説明するための図である。図４において、Ｓｔａｔｅ＿Ａ～Ｓｔａｔｅ＿Ｆはステート情報を示している。図４に示すように、各ステート情報に対応して、周波数情報とカウント値情報とが、テーブル３１＿ＴＢＬに登録されている。例えば、ステート情報Ｓｔａｔｅ＿Ａに対応して、周波数情報０ｘ００００１とカウント値情報０ｘ３とが、テーブル３１＿ＴＢＬに登録され、ステート情報Ｓｔａｔｅ＿Ｃに対応して、周波数情報０ｘ１１１１１１とカウント値情報０ｘ１とが、テーブル３１＿ＴＢＬに登録されている。

【0043】

図２に示した周波数選択制御回路３１＿ＦＳＬは、例えばステート情報ＳＴＩでテーブル３１＿ＴＢＬを検索し、例えばステート情報Ｓｔａｔｅ＿Ａと一致すれば、周波数情報０ｘ００００１を周波数切り替えコードＦＣＣとして出力し、カウント値情報０ｘ３をカウント値ＣＮＴとして出力する。これにより、周波数出力回路３１＿ＣＰは、周波数情報０ｘ００００１によって指定された周波数のクロック信号ＣＬＫを出力する。また、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、このときの周波数のクロック信号ＣＬＫをカウントし、カウント値情報０ｘ３で指定されたカウント値に到達すると、制御信号ｐｄ１またはｐｔ１の状態を変更する。

【0044】

図４では、テーブル３１＿ＴＢＬに５種類のステート情報と、それに対応する周波数情報およびカウント値情報とが登録されている例が示されているが、これに限定されるものではない。テーブル３１＿ＴＢＬには、少なくとも２種類以上のステート情報、周波数情報およびカウント値情報が登録されていればよい。

【0045】

＜＜制御信号の一例＞＞
次に、図２に示したステートマシン回路３１＿ＦＳＭが、クロック信号ＣＬＫ、ステート情報ＳＴＩ、カウント値ＣＮＴに基づいて出力する制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８の一例を、図面を用いて説明する。

【0046】

図５は、実施の形態１に係るステートマシン回路が出力する制御信号の状態の変化を説明するための図である。

【0047】

図５には、半導体装置をスタンバイモードから通常動作モードへ復帰させる復帰期間における制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８の変化が示されている。同図において、Ｓｔａｔｕｓは、半導体装置の状態を示し、Ｖｄは、図１に示した処理機能ブロック１０に配置された電源電圧配線における電源電圧を示している。この電源電圧Ｖｄは、例えばプロセッサ１１等に給電され、プロセッサ１１は電源電圧Ｖｄを動作電圧として動作する。

【0048】

スタンバイモードでは、半導体装置１のＳｔａｔｕｓは、パワーダウン状態となっており、電源電圧Ｖｄはほぼ接地電圧となっている。これにより、半導体装置１は低消費電力の状態となっている。

【0049】

スタンバイモードから復帰する際には、制御信号ｐｄがハイレベルからロウレベルへ変化する。制御信号ｐｄのハイレベルからロウレベルへの変化（立下りエッジ）に応答して、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、第１所定時間Ｔｄ１（例えば、２０マイクロ秒（２０ｕｓ））後に制御信号ｐｄ１をハイレベルからロウレベルに変化させる。また、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、制御信号ｐｄ１のロウレベルへの変化に応答して、第１所定時間後に、制御信号ｐｄ２をハイレベルからロウレベルに変化させる。以降、同様に、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、前段の電圧レギュレータに対する制御信号ｐｄのロウレベルへの変化に応答して、第１所定時間Ｔｄ１後に、制御信号ｐｄ３～ｐｄ８の順に、それぞれの電圧をハイレベルからロウレベルに変化させる。

【0050】

ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、制御信号ｐｄ８をハイレベルからロウレベルに変化させてから、第１所定時間後に、制御信号ｐｔ１をロウレベルからハイレベルに変化(立ち上がりエッジ)させる。また、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、制御信号ｐｔ１のハイレベルへの変化に応答して、第２所定時間Ｔｄ２（例えば１ｕｓ）後に、制御信号ｐｔ２をロウレベルからハイレベルに変化させる。以降、同様に、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、前段の電圧レギュレータに対する制御信号（ｐｔ２～ｐｔ７）のハイレベルへの変化に応答して、第２所定時間Ｔｄ２後に、制御信号ｐｔ３～ｐｔ８の順に、それぞれの電圧をハイレベルからロウレベルに変化させる。

【0051】

前記したように、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８は、起動後に、対応する制御信号ｐｄ１～ｐｄ８をハイレベルからロウレベルに変化させることで、電圧を出力可能となり、その後、対応する制御信号ｐｔ１～ｐｔ８がロウレベルからハイレベルに変化することで、電圧を出力する。電圧レギュレータ２１＿１は、制御信号ｐｄの立下りエッジに応答して、起動し、電圧レギュレータ２１＿２～２１＿８は、前段の電圧レギュレータ２１＿１～２１＿７に対する制御信号ｐｄ１～ｐｄ７の立下りエッジに応答して起動する。そのため、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８は、起動してから、第１所定時間Ｔｄ１後に、出力が可能となる。この第１所定時間Ｔｄ１は、前記したカウント値ＣＮＴによって指定される。すなわち、電圧レギュレータが不安定となっているとき、電圧レギュレータから電圧が出力されるのを抑制することが可能である。また、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を順次、動作させることで、電圧レギュレータを流れる突入電流が、集中することを抑制することができる。

【0052】

電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８の全てが、電圧を出力可能となった後、図５に示すように、電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８の順に、電圧を出力させる。電圧を出力させるタイミングでは、既に全ての電圧レギュレータが安定しているため、前段の電圧レギュレータ(例えば２１＿１)に対して、電圧の出力を制御信号(ｐｔ１)で指示した後、第１所定時間Ｔｄ１よりも短い第２所定時間Ｔｄ２で電圧レギュレータ（２１＿２）に対して、電圧の出力を指示する。この第２所定時間Ｔｄ２も、カウント値ＣＮＴによって指定される。

【0053】

これらの電圧レギュレータから出力された電圧が、前記した電圧配線に供給され、電源電圧Ｖｄとなる。電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８からの電圧が電源電圧Ｖｄとして供給されたあと、例えばプロセッサ１１等が動作（Ｒｕｎ）を開始する。すなわち、Ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎからＲｕｎ状態になるまでのＳｔａｒｕｐ期間において、前記した制御が行われる。電圧レギュレータ２１について見たとき、Ｓｔａｒｔｕｐ期間はスタンバイモードからの復帰期間と見なすことができる。

【0054】

前記した制御を行うために、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭが出力するステート情報ＳＴＩとしては、制御信号ｐｄ１～ｐｄ８およびｐｔ１を出力させるときには、例えば図４に示したステート情報Ｓｔａｔｅ＿Ａと一致するようなステート情報ＳＴＩを出力し、制御信号ｐｔ２～ｐｔ８を出力させるときには、例えばステート情報Ｓｔａｔｅ＿Ｃが一致するようなステート情報ＳＴＩを出力すればよい。この場合、図４に示したＳｔａｔｅ＿ＡおよびＳｔａｔｅ＿Ｃに対応する周波数情報は、同じ値にし、カウント値は、図４に示すような値にする。これにより、第１所定時間Ｔｄ１は、カウント値情報０ｘ３で規定され、第２所定時間Ｔｄ２は、カウント値情報０ｘ１によって規定されることになる。

【0055】

＜遷移期間および復帰期間＞
半導体装置のスタンバイモードへの遷移期間および復帰期間を、図を用いて説明する。図６は、実施の形態１に係る遷移期間および復帰期間を説明するための図である。

【0056】

図６において、横軸は時間を示している。図６において、Ｐ１～Ｐｎは、半導体装置1（図１）の各機能ブロック（例えば処理機能ブロック１０、電源機能ブロック２０、制御機能ブロック３０）における制御を示している。ここでは、制御Ｐ２が、電源機能プロック２０の制御を示しているものとして説明する。すなわち、制御Ｐ２において、図５に示した制御信号ｐｄ、ｐｄ１～ｐｄ８およびｐｔ１～ｐｔ８による制御が行われている。

【0057】

図６において、Ｔｎはプロセッサ１１等が動作している通常動作モードの期間を示し、Ｔｓｔはスタンバイモードの期間を示し、Ｔｎｓはスタンバイモードへの遷移期間を示し、Ｔｓｎはスタンバイモードからの復帰期間を示している。また、ＮＳは、時刻ｔｓ１から時刻ｔｓ２への遷移における処理の方向を示し、ＳＮは、時刻ｔｓ３から時刻ｔｓ４への復帰における処理の方向を示している。

【0058】

図６では、周波数出力回路３１＿ＣＰが、周波数切り替えコードＦＣＣに従って、２種類の周波数のクロック信号ＣＬＫを出力する場合が示されている。すなわち、周波数出力回路３１＿ＣＰが、３２ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫと２４０ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを出力する場合が、図６には示されている。より具体的に述べると、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、通常動作モードの期間Ｔｎおよびスタンバイモードの期間Ｔｓｔにおいては、周波数出力回路３１＿ＣＰが、３２ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを出力するようなステート情報ＳＴＩを出力する。これに対して、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎでは、ステートマシン回路３１＿ＦＳＭは、周波数出力回路３１＿ＣＰが、２４０ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを出力するようなステート情報ＳＴＩを出力する。

【0059】

このように、通常動作モードの期間Ｔｎおよびスタンバイ動作モードの期間Ｔｓｔにおいては、周波数出力回路３１＿ＣＰが出力するクロック信号ＣＬＫの周波数を低くすることで、消費電力の低減を図ることが可能である。一方、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎでは、周波数出力回路３１＿ＣＰが出力するクロック信号ＣＬＫの周波数を高くすることで、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎの時間を短縮することが可能であり、その分、スタンバイモードに滞在している期間を長くすることが可能であり、平均の消費電力を低減することが可能である。

【0060】

なお、通常動作モードの期間Ｔｎにおいては、処理機能ブロック１０（図１）に配置されている回路ブロック、例えばプロセッサ１１等は、発振回路１３からのクロック信号によって動作している。

【0061】

＜＜遷移機関および復帰期間において、低い周波数を用いた場合＞＞
スタンバイモードへの遷移機関および復帰期間においても、例えば３２ＫＨｚのような低い周波数のクロック信号を用いて、電圧レギュレータ等の制御を行うことは可能である。

【0062】

図５に示した制御信号ｐｔ２～ｐｔ８は、例えば前段の電圧レギュレータに対する制御信号の立ち上がりエッジに応答して、立ち上がるような制御信号を生成することが可能である。制御信号ｐｔ２を例にして述べると、制御信号ｐｔ１の立ち上がりエッジに応答して、制御信号ｐｔ２を立ち上げるようにすればよい。すなわち、３２ＫＨｚのクロック信号を用いても、制御信号ｐｔ２～ｐｔ８は生成することが可能である。

【0063】

しかしながら、状態を比較的長い時間維持することが要求される制御信号の場合、すなわち図５の例では、第１所定時間Ｔｄ１、ハイレベルを維持することが要求される制御信号ｐｄ１～ｐｄ８は、３２ＫＨｚのクロック信号を用いて生成することが難しい。図５で説明したように、第１所定時間Ｔｄ１は、２０ｕｓであるが、３２ＫＨｚのクロック信号では、その１周期が１／３２ＫＨｚ＝３１．２５ｕｓとなる。そのため、３２ＫＨｚのクロック信号を用いた場合には、第１所定時間Ｔｄ１は、２０ｕｓではなく、３１．２５ｕｓとなってしまう。これは、１つのステップ、例えば１つの電圧レギュレータを起動してから電圧を出力可能にするまでに要する時間が長くなることを意味している。復帰期間では、図５から理解されるように、このようなステップが連続して実行されるため、結果として復帰期間の時間が長くなり、スタンバイモードの期間が短くなり、平均消費電力が増大することになる。

【0064】

遷移期間において、３２ＫＨｚのクロック信号を用いて制御を行う場合にも、同様に、１つのステップに要する時間が長くなり、遷移期間の時間が長くなり、スタンバイモードの期間が短くなる。その結果、平均消費電力が増加することになる。

【0065】

なお、実施の形態１では、制御信号ｐｔ２～ｐｔ８についても、クロック信号をカウントすることで、第２所定時間Ｔｄ２を設定していたが、前記したように、制御信号ｐｔ２～ｐｔ８は、前段の電圧レギュレータに対する制御信号の変化するエッジに応答して生成するようにしてもよい。

【0066】

＜＜具体例＞＞
エンジンを停止しているエンジン停止期間において、一定時間毎に、半導体装置をスタンバイモードから復帰させ、再びスタンバイモードへ遷移させる場合の具体的な一例を、図面を用いて説明する。

【0067】

図７は、実施の形態１に係る半導体装置の動作を説明するための図である。ここで、図７（Ａ）は、３２ＫＨｚのクロック信号で、図２に示した電圧レギュレータ２１＿１～２１＿８を制御する制御信号ｐｄ１～ｐｄ８、ｐｔ１～ｐｔ８を生成した場合の消費電流の変化を示している。また、図７（Ｂ）は、図２に示した構成で、周波数出力回路３１＿ＣＰがスタンバイモードの期間では、３２ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを出力し、遷移期間および復帰期間では、２４０ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを出力するようにした場合の消費電力の変化を示している。さらに、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の場合と、図７（Ｂ）の場合とを比較した比較表である。

【0068】

図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は半導体装置の消費電流を示している。エンジン停止期間において、半導体装置は、一定時間ＴＳ毎に、スタンバイモードから復帰し、再びスタンバイモードへ遷移する。図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、Ｔｓｔはスタンバイモードの期間を示し、Ｔｎは通常動作モードの期間を示している。ここでは、通常動作モードの期間Ｔｎは、２ｍｓ（ミリ秒）であるとし、この期間Ｔｎにおいて、例えばプロセッサが所定の処理を実行する。

【0069】

図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、Ｔｓｎは、スタンバイ動作モードから通常動作モードへ復帰する復帰期間を示し、Ｔｎｓは、通常動作モードからスタンバイ動作モードへ遷移する遷移期間を示している。遷移期間Ｔｎｓにおいて、例えば電圧レギュレータ２１、２２等を含む種々の回路ブロックを、通常動作モードからスタンバイモードへ遷移させるための制御が行われる。反対に、復帰期間Ｔｓｎにおいては、電圧レギュレータ２１、２２等を含む種々の回路ブロックを、スタンバイモードから通常動作モードへ復帰させるための制御が行われる。

【0070】

図７（Ａ）では、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎにおける回路ブロックの制御は、３２ＫＨｚのクロック信号に従って行われる。そのため、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎが長くなる。すなわち、例えば電圧レギュレータ２１等の遷移および復帰の制御を実施している期間が長くなり、一定時間ＴＳにおける半導体装置の平均消費電力が高くなる。

【0071】

これに対して、図７（Ｂ）では、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎにおける回路ブロックの制御は、２４０ＫＨｚのクロック信号に従って行われる。そのため、遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎが短くなる。すなわち、例えば電圧レギュレータ２１等の遷移および復帰の制御を実施している期間を短くすることが可能であり、一定時間ＴＳにおける半導体装置の平均消費電力を低減することが可能である。

【0072】

図７（Ｃ）において、（１）は、図７（Ａ）を用いて述べたように、３２ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを用いた場合の遷移復帰（遷移期間の時間＋復帰期間の時間）時間Ｔｓｎ＋Ｔｎｓおよび平均消費電流ＰＤＩ１、ＰＤＩ２の一例を示している。また、図７（Ｃ）において、（２）は、図７（Ｂ）を用いて述べたように、２４０ＫＨｚのクロック信号ＣＬＫを用いた場合の遷移復帰時間Ｔｓｎ＋Ｔｎｓおよび平均消費電流ＰＤＩ１、ＰＤＩ２の一例を示している。さらに、図７（Ｃ）において、（３）は、３２ＫＨｚのクロック信号を用いた場合に対する２４０ＫＨｚのクロック信号を用いた場合の削減率を示している。

【0073】

平均消費電流については、一定時間ＴＳとして、２００ｍｓの場合ＰＤＩ１と４０ｍｓの場合ＰＤＩ２が、図７（Ｃ）に示されている。遷移期間Ｔｎｓおよび復帰期間Ｔｓｎにおいて、制御に用いるクロック信号の周波数を高くすることにより、図７（Ｃ）に示すように、遷移復帰時間Ｔｓｎ＋Ｔｎｓを短くすることができ、平均消費電流ＰＤＩ１、ＰＤＩ２を低減することができる。その結果、平均消費電力を抑制することが可能である。

【0074】

なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、Ｔｐは、通常動作モードの期間Ｔｎと、遷移期間Ｔｎｓと、復帰期間Ｔｓｎとの和の期間を示している。この期間Ｔｐが、一定時間ＴＳにおいて、半導体装置が主に消費電力を発生している期間に相当する。

【0075】

＜周波数出力回路の一例＞
図８は、実施の形態１に係る周波数出力回路の構成を示す回路図である。同図において、ＭＰ１～ＭＰ５はＰチャンネル型ＦＥＴ（以下、Ｐ型ＦＥＴ）を示し、ＭＮ１およびＭＮ２はＮチャンネル型ＦＥＴ（以下、Ｎ型ＦＥＴ）を示し、ＯＰ１およびＯＰ２は比較回路を示し、Ｃは容量を示している。また、Ｒ１は固定抵抗を示し、Ｒ２は図２および図３で説明した周波数切り替えコードＦＣＣに従って抵抗値が変化する可変抵抗を示している。同図において、ＬＧＣは、比較回路ＯＰ１、ＯＰ２からの出力に基づいてクロック信号ＣＬＫと内部クロック信号φ１および反転内部クロック信号／φ１（内部クロック信号φ１に対して位相反転したクロック信号）を生成するロジック回路である。これらの素子によって、図２に示した周波数出力回路３１＿ＣＰが構成されている。

【0076】

Ｐ型ＦＥＴＭＰ１～ＭＰ３によってカレントミラー回路が構成されており、可変抵抗Ｒ２の抵抗値が変わることにより、カレントミラー回路を流れる電流ＩｂおよびＩｃが変化する。比較回路ＯＰ１、ＯＰ２の入力電圧Ｖ１、Ｖ２の値は、電流Ｉｂによって容量Ｃが充電されることで決定される。比較回路ＯＰ１、ＯＰ２は、参照電圧Ｖｒｆと入力電圧Ｖ１、Ｖ２とを比較し、比較結果をロジック回路ＬＧＣに供給する。ロジック回路ＬＧＣは、供給された比較結果に基づいて、クロック信号ＣＬＫと内部クロック信号φ１および反転内部クロック信号／φ１を生成する。図８に示した構成の周波数出力回路が形成するクロック信号ＣＬＫの周期は、次式の通りである。

【0077】

Ｔ＝（２＊Ｖｒｆ＊Ｃ）／Ｉｃ＝２＊Ｒ２＊Ｃ（Ｉｂ／Ｉｃ）…式
図８では、１つの発振回路によって、互いに異なる周波数のクロック信号を形成する例を示したが、周波数出力回路３１＿ＣＰは、図８に示した構成に限定されるものではない。例えば、互いに異なる周波数のクロック信号を形成する複数の発振回路を用意し、周波数切り替えコードＦＣＣに従った周波数のクロック信号を形成する発振回路を選択するようにしてもよい。

【0078】

（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係るスタンバイ制御部を説明するための図である。図９は、図２と類似しているので、相違点を主に説明する。

【0079】

主な相違点は、図９では、レジスタＲＥＧ、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）ＦＭおよびセレクタＴＳＬが、スタンバイ制御部３１＿Ｍに追加されていることである。

【0080】

フラシュメモリＦＭおよびレジスタＲＥＧには、図４で説明したようなステート情報、周波数情報およびカウント値情報が格納されている。フラシュメモリＦＭおよびレジスタＲＥＧに格納されているステート情報、周波数情報およびカウント値情報は、セレクタＴＳＬを介してテーブル３１＿ＴＢＬに供給され、テーブル３１＿ＴＢＬに登録されている情報が、セレクタＴＳＬを介して供給された情報によって書き換えられる。

【0081】

特に制限されないが、レジスタＲＥＧには、セレクタＴＳＬを制御する制御情報ＳＥＬも格納される。この制御情報ＳＥＬに従って、セレクタＴＳＬが、レジスタＲＥＧおよびフラッシュメモリＦＭから供給されている情報を選択して、選択された情報を出力する。

【0082】

実施の形態２によれば、ステート情報、周波数情報およびカウント値情報の更新、追加を容易にすることが可能である。

【0083】

図９では、ステート情報、周波数情報およびカウント値情報を格納する記憶回路として、レジスタＲＥＧとフラッシュメモリＦＭを例に示したが、これに限定されるものではない。

【0084】

図２および図９では、スタンバイ制御部３１＿Ｍが、周波数出力回路３１＿ＣＰを備える例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図１に示した発振回路２４を、周波数出力回路３１＿ＣＰとして用いるようにしてもよい。この場合には、スタンバイコントローラ３１＿ＭＶからの周波数切り替えコードＦＣＣによって、発振回路２４の形成するクロック信号の周波数が切り替えられるようにすればよい。

【0085】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0086】

１ 半導体装置
１０ 処理機能ブロック
２０ 電源機能ブロック
３０ 制御機能ブロック
３１ スタンバイ制御回路
３１＿Ｍ スタンバイ制御部
３１＿ＣＰ 周波数出力回路
３１＿ＭＶ スタンバイコントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】