专利名称：半导体集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路，更具体地，涉及稳定内部电路中电源电压的技术。
背景技术：
下面描述在半导体集成电路中向远离电源端的内部电路提供经受了小电压降的电源电压的技术。当在电源布线的中间位置处提供单个的恒压电源电路时，电压降随着电源布线的延长而增加。为了避免这种情况，在电源布线中连接了恒压电源电路，并在恒压电源电路之间保留了适当的间隔，从而非直接地从恒压电源电路向内部电路供电。
然而，由于在上面提到的解决方案中需要提供多个恒压电源电路，从而会使得半导体集成电路的面积增加。
发明内容
根据本发明的半导体集成电路包括电源电路，用于向内部电路供电；第一调节器，用于向该电源电路提供调节电压；第二调节器，用于向该电源电路附加提供调节电压，以补偿内部电路中的电压降；和电压降判定单元，用于基于内部电路中电源电压监控元件的输出判定内部电路中电源电压的电压降，并且在判定产生了电压降时相应地激励第二调节器。
根据上面的结构，当电压降判定单元检测到内部电路中电源电压的电压降时，激励第二调节器。因此，可以自动地校正施加到内部电路的电源电压。第二调节器输出的调节电压可以为补偿内部电路中电压降的最小电压。因此，与提供多个恒压电源电路相比，可以控制总面积的增长。
通过下面对优选实施方式的详细说明，本发明的其它目的和优点将会变得明显，参考附图可以更好地理解这些优选实施方式。
图1为根据本发明第一实施例的半导体集成电路的结构框图。
图2为根据第一实施例的半导体集成电路的操作时序图。
图3为根据本发明第二实施例的半导体集成电路的结构框图。
图4为根据第二实施例的半导体集成电路的操作时序图。
图5为根据本发明第三实施例的半导体集成电路的结构框图。
图6为根据第三实施例的半导体集成电路中在不保持监控参考电压的情况下的操作时序图。
图7为在根据第三实施例的半导体集成电路中在保持监控参考电压的情况下的操作时序图。
具体实施例方式
根据本发明所述构成的电压降判定单元具体包含如下方面。在一个方面，使用电压降检测电路。在另一方面使用A/D转换电路。在又一个方面使用D/A转换电路。下面将对此详细说明。
1.在一个方面中，电压降检测电路构成了电压降判定单元，其中该电压降检测电路响应于内部电路中电源电压监控元件的输出来检测内部电路中电源电压的电压降，并且相应地输出电压降检测信号。下面对此详细说明。
根据该方面的半导体集成电路包括电源电路，用于响应于来自第一调节器的调节电压向内部电路供电；电压降检测电路，用于响应于内部电路中电源电压监控元件的输出来检测内部电路中电源电压的电压降，并且相应地输出电压降检测信号；和第二调节器，用于当来自于电压降检测电路的电压降检测信号有效时，向该电源电路附加提供调节电压，以补偿内部电路中的电压降电平。
根据前面的结构，电压降检测电路检测出内部电路中电源电压的电压降，并且通过激励第二调节器可以自动校正施加到内部电路的电源电压。第二调节器输出的调节电压可以为补偿内部电路中电压降电平所需的最小电压。因此，与提供多个恒压电源电路相比，可以控制总面积的增长。
2.一种根据本发明的半导体集成电路可能具有如下结构。在电压降判定单元中使用了结合在半导体芯片中的A/D转换电路来替换1中的电压降检测电路。A/D转换电路适于在多个通道转换时将任意一个周期用作电源检测周期，以此对内部电路中电源电压监控元件的输出进行A/D转换。电压降判定单元进一步包括控制电路，该控制电路将由A/D转换电路得到的A/D转换结果和参考电压进行比较，并且将得到的比较结果以电压降检测信号的形式输出。在上面的结构中，通过A/D转换电路而不是电压降检测电路来检测电源电压。
A/D转换电路模拟输入内部电路的电源电压，并且通过A/D转换获得A/D转换结果的数字数据。控制电路中的比较器将由A/D转换结果数据表示的内部电路的电源电压和参考值进行比较，并且获得电压降检测信号。
在上面的结构中，电源检测周期优选为在A/D转换电路中转换多个通道的最后周期，并且更优选地，除了解除复位和执行A/D转换外，该A/D转换电路一直使用该电源检测周期。当电源检测周期增加时，可以以更高的精度稳定施加到内部电路的电源电压。
3.根据本发明的半导体集成电路也可以具有如下结构。在电压降判定单元中使用结合在半导体芯片中的D/A转换电路来替代1中的电压降检测电路。更具体地，D/A转换电路对用于转换第一控制电路中的用户数据的数据寄存器的数据进行D/A转换，并且D/A转换电路以D/A转换结果信号的形式输出D/A转换结果。
电压降判定单元进一步包括包括数据寄存器和控制寄存器的第二控制电路，在该数据寄存器中设置有用于生成监控参考电压的数据，控制寄存器响应于定时中断而生成D/A转换开始信号；选择器，用于从第一控制电路中的数据寄存器的输出和第二控制电路中的数据寄存器的输出中进行选择，并且将所选择的输出提供到D/A转换电路；输出线路切换电路，用于将D/A转换电路的输出分为两个系统，并且选择性地输出分开的输出；和比较器，用于将内部电路的电源电压和输出线路切换电路的监控参考电压进行比较，并且将比较结果以电压降检测信号的形式输出。在上面的结构中，通过D/A转换电路代替电压降检测电路来检测电源电压。
在第二控制电路的数据寄存器中，设置用于产生监控参考电压的数据。在检测内部电路的电源电压的电源检测周期中，选择器选择第二控制电路的数据寄存器的输出，此时输出线路切换电路将监控参考电压作为D/A转换电路的输出输出到比较器。在比较器中，比较内部电路的电源电压和监控参考电压，并且获得作为比较结果的电压降检测信号。
在上面的结构中，随着时间的增加，在布线系统中的监控参考电压最终会下降，其中该布线系统包括从输出线路切换电路到比较器。为了解决这个问题，刷新监控参考电压。作为实现刷新的优选结构，第二控制电路优选在定时中断的下溢周期(underflow cycle)产生D/A转换开始信号，从而复位监控参考电压。
可替代地，优选在输出线路切换电路和比较器之间提供有具有保持特征的运算放大器。运算放大器的保持特征用于稳定监控参考电压。在该结构中，不需要重新生成D/A转换开始信号。
在下文中，参照附图详细描述根据本发明的优选实施例。
第一实施例参照图1，标号100表示微处理器，101表示电源电路，102表示内部电路，103表示在内部电路102中的电源电压监控元件，104表示电压降检测电路，它基于电源电压监控元件103输出的检测电压Vd来检测内部电路102中电源电压的电压降，105表示第一调节器，106表示在第一调节器105中的输出缓冲器，107表示第二调节器，108表示在第二调节器107中的输出缓冲器。根据本实施例，电压降检测电路104用作电压降判定单元J。
当连接电源电路101和内部电路102的电源布线109短的时候，施加到内部电路102的电源电压的电压降也小。随着电源布线109增长，施加到内部电路102的电源电压的电压降可能会增加。
微处理器100中的电源电压由第一调节器105单独地基本上维持为稳定电压，然而，当电压下降时，由第二调节器107的操作来补偿该稳定电压。更具体地，电压降检测电路104基于内部电路102中电源电压监控元件103的检测电压Vd，监控施加到内部电路102的电源电压的波动，并且在检测到产生的电压降超过一定电平时生成电压降检测信号S1，并将该电压降检测信号S1输出到第二调节器107。响应于该电压降检测信号S1，第二调节器107获得了激励，并且第二调节器107的输出缓冲器108输出对应于电压降电平增加电源电压所需的电流。结果，施加到内部电路102的电源电压恢复为正常操作时的稳定电压。由电源电路101、内部电路102、电压降检测电路104和第二调节器107构成的反馈环，用于将施加到内部电路102的电压维持在稳定水平。当该反馈环的操作稳定时，电压降检测电路104停止输出电压降检测信号S1。结果，第二调节器107停止操作。
图2表示第二调节器107中自动调节的操作。
当受监控的检测电压Vd等于或者超过预先设定的门限Vth时，第一调节器105单独控制该电压，在这种情况下第二调节器并不工作。因此输出缓冲器108输出的电流为零。
当受监控的检测电压Vd下降到低于预先设定的门限Vth时，激励了第二调节器107，并且输出缓冲器108输出与门限Vth和电源电压之间的差值ΔV相对应的电流i。当在上面操作中电源电压恢复并且开始超过门限Vth时，第二调节器107停止工作，并让第一调节器105再次单独控制电压。
由于第二调节器107只需要补偿电压降电平，所以可以将第二调节器107的输出缓冲器108的面积制造得比第一调节器105的输出缓冲器106的面积更小。另外，只有在需要时第二调节器107才工作，从而控制了功率损耗。
只有当更可能产生电压降的内部电路102组成反馈环时，才可以获得使面积减少的更大效果。
第二实施例在本发明的第二实施例中，通过A/D转换模块来检测内部电路中的电压降，而不使用根据第一实施例的电压降检测电路。
参照图3，标号200表示微处理器，201表示电源电路，202表示内部电路，203表示在内部电路202中的电源电压监控元件，204表示A/D转换电路，205表示模拟输入端，206表示控制电路，207表示控制电路206中的比较器。电源电压监控元件203输出的检测电压Vd分配到A/D转换电路204中专门用于检测电源电压的模拟(2ch)。在本实施例中，A/D转换电路204和控制电路206组成电压降判定单元J。
通过内部电路202中的电源电压监控元件203监控施加到内部电路202的电源电压的波动，并且将检测电压Vd输出到A/D转换电路204。A/D转换电路204的模拟输入端接收检测电压Vd的输入。A/D转换电路204执行预定的模拟-数字转换，并且向控制电路206输出表示A/D转换结果的数据D1。控制电路206的比较器207将A/D转换结果的输入数据D1和参考值D0进行比较。当内部电路202中没有产生电源电压的电压降时，比较器207的输出在“L，，电平，但是，当产生了电压降时，A/D转换结果的数据D1降低到低于参考值D0。比较器207相应地设置电压降检测信号S2到“H”电平，并且输出该电压降检测信号。
图4是A/D转换电路204中的电源检测周期的时序图。
响应于控制电路206输出的复位信号RST，初始化A/D转换电路204，而且A/D转换电路204执行0-通道A/D转换，并且其后响应于控制电路206输出的A/D转换开始信号ST的接收执行1-通道A/D转换。现在完成了两个通道的A/D转换。A/D转换电路204在最后周期的随后T0时间段进一步生成电源检测周期，从内部电路202获得检测电压Vd，执行A/D转换，并且将与A/D转换结果相关的数据D1输出到控制电路206。
当释放复位时，基本上设定了电源检测周期，并且优选地，除了A/D转换的周期之外，电源检测周期一直设定为释放复位的状态。
第三实施例在本发明的第三实施例中，通过D/A转换模块来检测内部电路中的电压降，而不使用根据第一实施例的电压降检测电路。
参照图5，标号300表示微处理器，301表示电源电路，302表示内部电路，303表示内部电路302中的电源电压监控元件，304表示第一控制电路，305表示第一控制电路304中的数据寄存器，306表示定时器，307表示第二控制电路，308表示第二控制电路307中的控制寄存器，309表示数据寄存器，310表示选择器，该选择器从第一控制电路304中数据寄存器305的输出数据D2和第二控制电路307中数据寄存器309的输出数据D3中进行选择，311表示D/A转换电路，312表示将D/A转换电路311的输出分为两个系统、并且在分开的输出之间执行切换的电路输出线路切换电路，313表示在输出线路切换电路312中的第一模拟开关，314表示第二模拟开关，315表示反相器，316表示运算放大器，317表示反馈布线，318表示电容，319表示比较器，该比较器比较运算放大器316输出的监控参考电压Vth1和电源电压监控元件303输出的检测电压Vd。在第二控制电路307的数据寄存器309中设置用于检测电源电压的数据D3。在本实施例中，除了电源电路301和内部电路302之外的所有提到的元件构成了电压降判定单元J。
在用户数据转换周期，使能信号Se设置到“L”电平。选择器310选择由第一控制电路304的数据寄存器305输出的用户数据D2，并且将所选择的用户数据D2作为输入数据D4输入到D/A转换电路311。另外，由于使能信号Se设置为“L”等级，输出线路切换电路312的第一模拟开关313接通，输出线路切换电路312的第二模拟开关314切断，因此经过第一模拟开关313从D/A转换电路311输出作为D/A转换结果S4的D/A转换结果信号S3。
在电源检测周期到达时，定时器306向第二控制电路307的控制寄存器308输出中断信号Si，响应于该中断信号，第二控制电路307获得激励，从而向D/A转换电路311输出D/A转换开始信号Ss。同时，使能信号Se设置为“H”电平，并且选择器310选择由第二控制电路307的数据寄存器309输出的用于检测电源电压的数据D3，并且将选中的数据D3作为输入数据D4输入到D/A转换电路311。由于使能信号Se设置为“H”电平，输出线路切换电路312的第一模拟开关313切断，输出线路切换电路312的第二模拟开关314接通，经过第二模拟开关314和运算放大器316，从D/A转换电路311输出作为监控参考电压Vth1的D/A转换结果信号S3。
比较器309对内部电路302的电源电压监控元件303的检测电压Vd和监控参考电压Vth1进行比较，并且将比较结果作为电压降检测信号S5输出。当检测电压Vd等于或者超过监控参考电压Vth1时，电压降检测信号S5在“L”电平。当检测电压Vd下降到低于监控参考电压Vth1时，电压降检测信号S5在“H”电平。
在没有反馈布线317和电容318和具有反馈布线317和电容318的两种情况下，运算放大器316具有不同的操作。下面说明这两种情况所产生的差异。
反馈布线317和电容318通过电压反馈起到给运算放大器316提供保持特征的作用。
在电源检测周期到来时，监控参考电压Vth1与D/A转换开始信号Ss一起上升。不过，随着时间的增加，监控参考电压Vth1最终通过发生放电而下降。监控参考电压Vth1的下降是不利的。那么，定时器306在下溢周期再次激励D/A转换开始信号Ss，结果恢复了监控参考电压Vth1。在用户数据转换周期并不进行该恢复操作。
接下来，参照图7所示的时序图描述在保持特征有效的情况下运算放大器316的操作。
在电源检测周期到来时，随着D/A转换开始信号Ss的激励，监控参考电压Vth1也一起上升。在通过电压反馈和运算放大器316的电容318的放电的平滑阶段中，监控参考电压Vth1的电势立即稳定。因此，不需要再次激励D/A转换开始信号Ss。在用户数据转换周期中，监控参考电压Vth1也继续保持在稳定的电势。
本发明并不局限于前面的各种实施例，可以在本发明的技术思想内以各种改变来实施本发明。
正如已经描述的，根据本发明，可以通过检测调整器来自动校正内部电路中电源电压的电压降，并且输出的调节电压可以为补偿内部电路中电压降所需的最小电压。因此，同提供多个恒压电源电路的情况相比，可以控制面积增加。
另外，可以通过A/D转换电路代替电压降检测电路来检测内部电路中的电压降，或者通过D/A转换电路代替电压降检测电路来检测内部电路中的电压降。
在致力于有更佳的结构和更低的功率损耗的半导体集成电路中，本发明的优点在于，对于正在经受电源电压降的内部电路，本发明可以自动校正和稳定施加到内部电路的电源电压。
权利要求
1.一种半导体集成电路，包括电源电路，用于向内部电路供电；第一调节器，用于向该电源电路提供调节电压；第二调节器，用于向该电源电路附加提供调节电压，以补偿内部电路中的电压降；和电压降判定单元，用于基于内部电路中电源电压监控元件的输出来判定内部电路中电源电压的电压降，并且在判定产生了电压降时相应地激励第二调节器。
2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其中电压降检测电路构成该电压降判定单元，该电压降检测电路响应于内部电路中电源电压监控元件的输出来检测内部电路中电源电压的电压降，并且输出电压降检测信号。
3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其中A/D转换电路和控制电路组成该电压降判定单元，其中A/D转换电路使用在执行多个通道的转换中的任意周期作为电源检测周期，对内部电路中电源电压监控元件的输出进行A/D转换；控制电路比较表示A/D转换电路的A/D转换结果的数据和一个参考值，并且将比较结果作为电压降检测信号进行输出。
4.根据权利要求3所述的半导体集成电路，其中该A/D转换电路使用电源检测周期作为执行多个通道的转换的最后周期。
5.根据权利要求3所述的半导体集成电路，其中除了释放复位和执行A/D转换时，该A/D转换电路总是使用该电源检测周期。
6.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其中该电压降判定单元包括第一控制电路，该第一控制电路中结合了用于转换用户数据的数据寄存器；包括数据寄存器和控制寄存器的第二控制电路，在该数据寄存器中设置有用于生成监控参考电压的数据，控制寄存器响应于定时中断生成D/A转换开始信号；选择器，从第一控制电路中的数据寄存器的输出和第二控制电路中的数据寄存器的输出中进行选择，并且将所选择的输出提供到D/A转换电路；输出线路切换电路，用于将D/A转换电路的输出分为两个系统，并且对分开的输出进行有选择的输出；和比较器，用于比较内部电路的电源电压和输出线路切换电路的监控参考电压，并且将比较结果以电压降检测信号的形式输出。
7.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其中该第二控制电路适于在定时中断的下溢周期生成D/A转换开始信号，并且复位监控参考电压。
8.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其中在输出线路切换电路和比较器之间提供有具有保持特征的运算放大器。
全文摘要
根据本发明的半导体集成电路包括电源电路，用于向内部电路供电；第一调节器，用于向电源电路提供调节电压；第二调节器，用于向电源电路附加提供调节电压，以补偿内部电路中的电压降；电压降判定单元，用于基于内部电路中电源电压监控元件的输出来判定内部电路中电源电压的电压降，并且在判定产生了电压降时相应地激励第二调节器。可以用电压降检测电路、A/D转换电路或D/A转换电路等作为组成电压降判定单元的元件。
文档编号H01L27/00GK1661508SQ20051000885
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月24日 优先权日2004年2月25日
发明者记伊宽之 申请人:松下电器产业株式会社