电源门控控制系统及其控制方法与流程

各种实施方式总体上涉及半导体电路，更具体地讲，涉及一种电源门控控制系统及其控制方法。

背景技术：

电子产品(例如，便携式电子产品)趋向于减小尺寸和重量，而内置于便携式电子产品中的功能块的数量正在增加。

特别是，由于便携式电子产品基于有限的电源(即，电池)来操作，所以需要在待机模式时减少功能块不必要地消耗的电力。

为此，在便携式电子产品中，应用了电源门控技术，其用于防止在待机模式下向功能块不必要地供应电力。

因此，关于本领域中的电子产品，需要开发能够优化这些电子产品的操作性能和电流消耗的电源门控技术。

技术实现要素：

在实施方式中，可提供一种电源门控控制系统。该电源门控控制系统可包括半导体设备，该半导体设备包括通过电源门控晶体管与电源端子联接的逻辑电路块。该电源门控控制系统可包括测试仪，该测试仪被配置为控制半导体设备，使得在改变电源门控晶体管的体偏压值的同时使用测试数据执行对逻辑电路块的测试，并且在半导体设备中更新满足预定测试条件的体偏压值。

在实施方式中，可提供一种电源门控控制系统。该电源门控控制系统可包括半导体设备，该半导体设备包括分别通过多个电源门控晶体管与电源端子联接的多个逻辑电路块以及分别联接在所述多个电源门控晶体管与所述多个逻辑电路块的联接节点之间的多个开关。该电源门控控制系统可包括测试仪，该测试仪被配置为控制半导体设备，使得在执行所述多个开关的接通/关断组合改变和所述多个电源门控晶体管的体偏压改变中的至少一个的同时使用测试数据来执行对所述多个逻辑电路块的测试，并且在半导体设备中更新满足预定测试条件的第一体偏压值和第一接通和关断(接通/关断)组合。

在实施方式中，可提供一种半导体设备的电源门控控制方法，该半导体设备包括分别通过多个电源门控晶体管与电源端子联接的多个逻辑电路块以及联接在所述多个电源门控晶体管与所述多个逻辑电路块的联接节点之间的多个开关。该方法包括体偏压优化动作，其通过在改变所述多个电源门控晶体管的体偏压的同时对所述多个逻辑电路块执行测试来确定通过还是失败(通过/失败)，并且将所述多个电源门控晶体管的体偏压设定为最后通过时的体偏压值。

附图说明

图1是示出根据实施方式的电源门控控制系统的配置的示例的表示的图。

图2是示出图1所示的逻辑电路块区域的配置的示例的表示的图。

图3是示出图1所示的扫描链块的配置的示例的表示的图。

图4是示出图1所示的电源门控控制器的配置的示例的表示的图。

图5是用于帮助说明根据实施方式的电源门控控制方法的流程图的示例的表示。

具体实施方式

以下，将在下面参照附图通过实施方式的各种示例描述电源门控控制系统及其控制方法。

各种实施方式可涉及一种电源门控控制系统及其控制方法，其能够优化应用了电源门控技术的电子产品的操作性能和电流消耗。

此外，信号的逻辑电平可与所描述的那些不同或相反。例如，被描述为具有逻辑“高”电平的信号可另选地具有逻辑“低”电平，并且被描述为具有逻辑“低”电平的信号可另选地具有逻辑“高”电平。

如图1所示，根据实施方式的电源门控控制系统10可包括测试仪11和半导体设备100。

半导体设备100可以是cpu、gpu和存储器芯片中的任一个。

半导体设备100可包括逻辑电路块区域200、扫描链块300和电源门控控制器400。

半导体设备100可根据从测试仪11提供的命令cmd来执行扫描测试相关操作。

逻辑电路块区域200可包括多个逻辑电路块以及用于所述多个逻辑电路块的电源门控的电路组件(例如，用于在待机模式下切断供应给所述多个逻辑电路块的电力的多个电源门控晶体管以及用于将所述多个逻辑电路块分组以便于稳定操作的多个开关)。尽管电路组件在图1中未示出，其将稍后参照其它附图(图2至图4)描述。

逻辑电路块区域200的多个逻辑电路块可接收测试数据tin，并且输出经由各个逻辑电路传递的信号，作为扫描数据sout<1:m>。

扫描链块300可接收扫描数据sout<1:m>，执行扫描测试，并输出测试结果数据tout<1:n>。

电源门控控制器400可在扫描测试过程中生成用于控制逻辑电路块区域200的多个电源门控晶体管和多个开关的码信号，并且可存储由测试仪11根据扫描测试结果更新的码信号并在正常模式下相应地控制多个电源门控晶体管和多个开关。

测试仪11可向半导体设备100提供用于控制扫描测试的命令cmd、测试数据tin、扫描使能信号scan_en、测试时钟信号tm_clk和测试模式信号tm_en，并且可根据所提供的测试结果数据tout<1:n>向半导体设备100提供码信号ex_code<1:3>。

如图2所示，逻辑电路块区域200可包括多个逻辑电路块210、211、212、...以及用于所述多个逻辑电路块210、211、212、...的电源门控的电路组件，即，多个第一电源门控晶体管220、221、222～、多个第二电源门控晶体管230、231、232～和多个开关(sw)240。

多个逻辑电路块210、211、212、...中的每一个可包括多个逻辑电路。在实施方式中，例如，多个逻辑电路块210、211、212、…可各自分别包括与电源门控晶体管共同联接的多个逻辑电路。例如，逻辑电路块1210可包括与电源门控晶体管220共同联接的多个逻辑电路250。例如，逻辑电路块2211可包括与电源门控晶体管221共同联接的多个逻辑电路251。例如，逻辑电路块3212可包括与电源门控晶体管222共同联接的多个逻辑电路252。

作为执行固有功能的电路块的多个逻辑电路可被称为功能块。

多个逻辑电路块210、211、212、...可分别通过多个第一电源门控晶体管220、221、222～与电源端子vdd联接，并且可分别通过多个第二电源门控晶体管230、231、232～与接地端子vss联接。

多个逻辑电路块210、211、212、...中的每一个的多个逻辑电路(例如，逻辑电路块210的多个逻辑电路)可共享一个第一电源门控晶体管220和一个第二电源门控晶体管230。

第一电源门控晶体管220可被配置成pmos型晶体管，通过其源极端子与电源端子vdd联接，并且通过其漏极端子与逻辑电路块210联接。

在半导体设备100的待机模式下为逻辑高的待机模式信号slp<1:3>可分别被输入到多个第一电源门控晶体管220、221、222～的栅极端子。

通过将待机模式信号slp<1:3>反相而生成的信号slp<1:3>b可分别被输入到多个第二电源门控晶体管230、231、232～的栅极端子。

第二电源门控晶体管230可被配置成nmos型晶体管，通过其源极端子与接地端子vss联接，并且通过其漏极端子与逻辑电路块210联接。

另外，尽管未示出，在半导体设备100的待机模式下为逻辑低的控制信号可被输入到第二电源门控晶体管230的栅极端子。

因此，多个第一电源门控晶体管220、221、222～和多个第二电源门控晶体管230、231、232～可在半导体设备100的待机模式下截止，并且可切断供应给多个逻辑电路块210、211、212、...的电力。

多个第一电源门控晶体管220、221、222～的体端子可由第一体偏压v_p控制，并且多个第二电源门控晶体管230、231、232～的体端子可由第二体偏压v_n控制。

如稍后将描述的，随着第一体偏压v_p和第二体偏压v_n变高(即，其绝对值增大)，在待机模式下晶体管的电源切断能力可改进，但是在正常模式下电源性能可下降。因此，考虑到这一点，实施方式致力于寻找并应用能够满足二者的最佳体偏压值。

多个开关240可分别联接在多个第一电源门控晶体管220、221、222～和多个第二电源门控晶体管230、231、232～与多个逻辑电路块210、211、212、...的联接节点vdd_virtual_1、vdd_virtual_2、vdd_virtual_3～与vss_virtual_1、vss_virtual_2、vss_virtual_3～之间。

多个开关240可通过分组使能信号en<1:n>接通或关断(接通/关断)。

如稍后将描述的，在分组使能信号en<1:n>被设定为最小值(即，所有比特被设定为逻辑低)的情况下，多个逻辑电路块210、211、212、...中的每一个可由一对电源门控晶体管来控制，并且在这种情况下，操作效率可最大化。

多个第一电源门控晶体管220、221、222～和多个第二电源门控晶体管230、231、232～可能具有相应的特性差异，因此，可能无法实现期望的操作特性。

通过使用分组使能信号en<1:n>控制多个开关240，在多个逻辑电路块210、211、212、...当中选择的一些逻辑电路块共享电源门控晶体管的操作(以下，称为分组)变为可能，因此，可通过分组来修复电源性能的下降。因此，实施方式致力于寻找最佳分组组合。

复用器110可在测试模式信号tm_en为停用电平(逻辑低)时将正常数据in提供给多个逻辑电路块210、211、212、...，并且可在测试模式信号tm_en为启用电平(逻辑高)时将测试数据tin提供给多个逻辑电路块210、211、212、...。

经由多个逻辑电路块210、211、212、...发送的数据可作为扫描数据sout<1:m>被提供给扫描链块300。

如图3所示，扫描链块300可包括多个扫描链310。

各个扫描链310可包括扫描单元，各个扫描单元包括复用器311和触发器312。

复用器311可根据扫描使能信号scan_en选择并输出先前扫描单元的数据或者扫描数据sout<1:m>当中分配给其的信号比特。

触发器312可根据测试时钟信号tm_clk来锁存复用器311的输出。

多个扫描链310的最后扫描单元的输出可作为测试结果数据tout<1:n>输出。

如图4所示，电源门控控制器400可包括第一存储部410、第二存储部420、电压生成器430、分组解码器440和控制电路450。

第一存储部410可存储第一码组t_code1、t_code2和t_code3。

在第一码组t_code1、t_code2和t_code3中，t_code1和t_code2分别是用于设定第一体偏压v_p和第二体偏压v_n的值的数字码，t_code3是用于设定分组使能信号en<1:n>的值的数字码。

第一存储部410可存储第一码组t_code1t_code2和t_code3中的数字码t_code1、t_code2和t_code3中的每一个的各种值。

第二存储部420可存储从测试仪11提供的码信号，即，第二码组ex_code1、ex_code2和ex_code3。

在第二码组ex_code1、ex_code2和ex_code3中，ex_code1和ex_code2分别是用于设定第一体偏压v_p和第二体偏压v_n的值的数字码，ex_code3是用于设定分组使能信号en<1:n>的值的数字码。

第一存储部410和第二存储部420中的每一个可由寄存器或熔断器组配置。

电压生成器430可根据第一体偏压码code1和第二体偏压码code2将第一体偏压v_p和第二体偏压v_n生成为不同的值。在实施方式中，电压生成器430可利用软件、硬件或其任何组合来实现。

分组解码器440可将分组码code3解码，从而生成分组使能信号en<1:n>。在实施方式中，分组解码器440可利用软件、硬件或其任何组合来实现。

在测试模式下(即，当测试模式信号tm_en被启用时)，控制电路450可通过针对第一码组t_code1、t_code2和t_code3的相应数字码选择与命令cmd对应的值来输出第一体偏压码code1和第二体偏压码code2以及分组码code3。

在正常模式下(即，当测试模式信号tm_en被停用时)，控制电路450可通过针对第二码组ex_code1、ex_code2和ex_code3的相应数字码选择与命令cmd对应的值来输出第一体偏压码code1和第二体偏压码code2以及分组码code3。在实施方式中，控制电路430可利用软件、硬件或其任何组合来实现。

控制电路450可通过经由命令cmd确定半导体设备100的待机模式来生成待机模式信号slp<1:3>和待机模式信号slp<1:3>的反相信号slp<1:3>b。

以下，将参照图1至图5描述根据实施方式的电源门控控制方法。

根据实施方式的电源门控控制可包括芯片缺陷测试处理、体偏压优化处理和电源门控修复处理。

首先，作为芯片缺陷测试，可执行以下步骤s11至s13。

尽管芯片缺陷测试对于实施方式而言不是必不可少的，但是其可用作在根据实施方式的通过分组的体偏压优化和电源门控修复之前检查测试目标芯片(即，半导体设备100)本身的物理缺陷的测试。

在存在半导体设备100本身的物理缺陷的情况下，即使执行通过分组的体偏压优化和电源门控修复，也可能无法获得期望的操作特性。考虑到这一点，下面将描述包括测试半导体设备100本身的物理缺陷的处理的示例。

首先，执行低速测试(s11)。

低速测试可按照比半导体设备100的正常操作低的速度执行，并且可在第一体偏压v_p和第二体偏压v_n被设定为正常操作下的默认值并且分组使能信号en<1:n>也被设定为正常操作下的默认值的状态下执行。

执行错误发生检查(s12)。

步骤s12的错误发生检查可以是确定测试结果数据tout<1:n>是否对应于基准数据的处理。

尽管测试数据tin可具有各种模式，但是其对应于测试仪11已经知道的值。因此，在没有发生错误的情况下，测试结果数据tout<1:n>应该对应于预先设定的基准数据以符合基于测试数据tin执行的扫描测试的结果。根据这一事实，可检查是否发生了错误。

如果作为执行步骤s12的错误发生检查的结果，确定发生了错误，则确定为测试目标芯片的物理缺陷(s13)。

相反，如果作为执行步骤s12的错误发生检查的结果，确定其通过，则执行正常速度测试(s14)。

正常速度测试可按照正常操作下的操作速度执行，并且可在第一体偏压v_p和第二体偏压v_n被设定为最小值并且分组使能信号en<1:n>也被设定为最小值(例如，所有信号比特＝0)的状态下执行。

接下来，作为体偏压优化，可执行以下步骤s15至s18。

在步骤s14的正常速度测试之后，执行错误发生检查(s15)。

步骤s15的错误发生检查可与上述步骤s12的错误发生检查相同地执行。

如果作为执行步骤s15的错误发生检查的结果，确定其通过，则增大第一体偏压v_p和第二体偏压v_n(s16)，并且再次执行错误发生检查(s17)。

重复步骤s16和s17，直至发生错误为止。

如果作为执行步骤s17的错误发生检查的结果，确定发生了错误，则在半导体设备100中更新最后通过时第一体偏压v_p和第二体偏压v_n的值(s18)。

这意味着在发生错误时通过第一体偏压v_p和第二体偏压v_n控制图2的电源门控晶体管220、221、222～和230、231、232～的情况下，没有确保多个逻辑电路块210、211、212、...的最小定时裕度。因此，意味着在发生错误之前最后通过时第一体偏压值v_p和第二体偏压v_n的值是可确保多个逻辑电路块210、211、212、...的最小定时裕度并且同时可使操作电流切断能力最大化的值。

然后，作为电源门控修复，可执行以下步骤s19至s21。

执行正常速度测试(s19)。

正常速度测试可按照正常操作下的操作速度执行，并且可在第一体偏压v_p和第二体偏压v_n被设定为最小值并且分组使能信号en<1:n>被设定为最大值(例如，所有信号比特＝1)的状态下执行。

在通过经由各种组合调节分组使能信号en<1:n>的值(调节要接通/关断的开关240的数量和位置)来改变多个开关240的接通/关断组合的同时检查是否发生错误，并且在没有发生错误的情况当中，提取最小分组的情况(s20)。最小分组意指分组成员(要接通的开关240)的数量最小。

步骤s20的错误发生检查可与上述步骤s12的错误发生检查相同地执行。

在半导体设备100中更新在步骤s20提取的分组使能信号en<1:n>的值(s21)。

因此，通过使用分组使能信号en<1:n>控制多个开关240，可通过在确保稳定操作的级别对最少的逻辑电路块分组来修复电源门控。

尽管上面描述了各种实施方式，本领域技术人员将理解，所描述的实施方式仅是示例。因此，本文所描述的电源门控控制系统及其控制方法不应基于所描述的实施方式来限制。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月27日提交于韩国知识产权局的韩国申请号10-2017-0159510的优先权，其整体通过引用并入本文。