半導体装置
【課題】リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減できる半導体装置を提供する。
【解決手段】第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、第２の電源線と第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、遷移時間計測器により測定された時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、記憶素子に記憶された第１の値と半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、比較器の比較結果が示す第１の値と第２の値との大小関係に応じてスイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【解決手段】第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、第２の電源線と第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、遷移時間計測器により測定された時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、記憶素子に記憶された第１の値と半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、比較器の比較結果が示す第１の値と第２の値との大小関係に応じてスイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、一般に半導体装置に関し、詳しくは、回路への電源供給を部分的に遮断する機能を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の待ち受け状態等では、ある程度長い期間（例えば１ミリ秒以上）、機器内部の半導体回路の一部を使用しない状況が発生する。そのような状況において、不使用回路部分への電源供給をスイッチにより遮断し、半導体回路のトランジスタのリーク電流を削減する機能を設けることができる。このリーク電流遮断機能により、携帯機器の電池の持続時間を長くすることができる。
【０００３】
図１は、リーク電流遮断機能を備えた半導体回路の構成の一例を示す図である。図1に示す半導体回路は、電源制御ユニット１０及び被制御回路１１を含む。電源制御ユニット１０により、被制御回路１１に対する電源の供給又は遮断を制御する。電源制御ユニット１０は、スイッチ制御回路１２、スイッチ１３、及びスイッチ１４を含む。被制御回路１１は、例えば直列接続されたＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とを含む。ＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とから構成されるＣＭＯＳ回路では、理想的には、信号状態が変化しない定常状態では電流が流れない。しかしＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とが完全にはＯＦＦしないために、微少なリーク電流が流れることが知られている。
【０００４】
リーク電流を遮断すべき対象である被制御回路１１の高電位側の電源ＶＤＤＶと外部の高電位側の電源ＶＤＤとの間にスイッチ１３が挿入されている。また被制御回路１１の低電位側の電源ＶＳＳＶと外部の低電位側の電源ＶＳＳとの間にスイッチ１４が挿入されている。ある程度長い期間（例えば１ミリ秒以上）、被制御回路１１を使用しない状況が発生すると、スイッチ制御回路１２はスイッチ１３及び１４を遮断状態にして、被制御回路１１に対する電源を遮断する。所定の時間が経過すると、スイッチ制御回路１２はスイッチ１３及び１４を導通状態にして、被制御回路１１に電源を供給する。
【０００５】
スイッチ１３及び１４としては一般にスイッチトランジスタが使用される。そのようなスイッチトランジスタのゲートにはゲート容量である寄生容量Ｃｇが存在する。この寄生容量Ｃｇを以下においてＣＴＬ容量と呼ぶ。
【０００６】
スイッチ１３及び１４が切断される前は、被制御回路１１に所定のリーク電流が流れている。スイッチ１３及び１４を切断する瞬間、ＣＴＬ容量を充電するために大きな電流が流れると共にスイッチ制御回路１２の寄生容量を充電するために若干の電流が流れる。その後、被制御回路１１のＶＤＤＶとＶＳＳＶとの間に存在する寄生容量（以降被制御回路１１の寄生容量と呼ぶ）がリーク電流の経路を介して放電して、ＶＤＤＶとＶＳＳＶの電位差はゼロに近づいていく。所定の時間後にスイッチ１３及び１４を導通するが、その瞬間、被制御回路１１の寄生容量を充電するために大きな電流が流れると共にスイッチ制御回路１２の寄生容量を充電するに若干の電流が流れる。
【０００７】
このようにリーク電流による電流消費を削減する目的のために電源の供給又は遮断を制御すると、スイッチ遮断・導通動作のために電流を消費することになる。このスイッチ動作による電流消費量を考慮した場合、余り頻繁にスイッチ動作を繰り返すと、逆に全体的な電流消費量が増えてしまう結果となる。一旦電源を遮断すると、電源を遮断している期間が長いほど、電源遮断による電流削減効果は大きくなる。逆に遮断期間が短いと、スイッチ動作のための電流消費量に比較して電源遮断による電流消費削減効果が小さくなり、電源遮断により逆に全体的な電流消費量が増大してしまう場合がある。
【０００８】
このように電源遮断期間が短いと電源遮断により逆にエネルギー損失が発生してしまうという問題を解決する方法として、プロセッサのタスクを単位としてスイッチを制御する技術が知られている。プロセッサのタスクは数ｍｓ以上の単位で構成されており、その時間以上の期間電源遮断するように構成することで、電源遮断によるエネルギー損失を避けることができる。
【０００９】
一般に半導体回路においては、製造時のばらつきや動作時の温度に応じて、リーク電流値が大きく変動する。リーク電流値が大きいときには、電源遮断による電流消費削減効果が大きいため、遮断期間が短くても電源遮断により全体的な電流消費量は削減されると考えられる。逆にリーク電流値が小さいときには、遮断期間が短いと、スイッチ動作のための電流消費量に比較して電源遮断による電流消費削減効果が小さい。従って遮断期間が短い場合には、電源遮断により全体的な電流消費量が増大してしまうと考えられる。但しリーク電流が小さい場合でも、遮断期間がある程度長くなると、電源遮断により全体的な電流消費量が減少する状態が得られる筈である。
【００１０】
このように、電源を遮断したほうがエネルギーを得する最小の時間（臨界時間）は、リーク電流が大きい場合とリーク電流が小さい場合とで異なると考えられる。リーク電流が大きい場合のほうが臨界時間は短い。上記の、プロセッサのタスクを単位としてスイッチを制御する方法では、リーク電流に依らず一律にタスクの時間単位で電源を遮断する。この際、リーク電流が小さい場合（臨界時間が長い場合）を想定して、エネルギーの損失を回避できる条件を満たすように電源遮断動作を設計することになる。しかしこの方法では、製造ばらつきや動作時の温度変動によりリーク電流が大きくなった場合、電源遮断すればエネルギーを削減できるにもかかわらず電源遮断しないという無駄な状況が発生する。
【特許文献１】特開２００４−０２１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上を鑑みると、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減できる半導体装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１３】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられたオフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１４】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１５】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を該半導体装置の外部に送出する信号経路と、不揮発性の記憶素子と、該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１６】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニットを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の少なくとも１つの実施例によれば、電源遮断してから電源線の電位が所定の電位に降下するまでの経過時間、オフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量、或いは基板の温度を計測し、その計測値に基づいて臨界時間を求める。この臨界時間に基づいて、電源供給経路に設けられたスイッチを遮断する動作の実行／非実行を制御する。これにより、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、好適な実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図２は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第１実施例を示す図である。図２の半導体装置２０は、第１の電源線２１、第２の電源線２２、第３の電源線２３、スイッチ２４、被制御回路２５、電位検出器２６、遷移時間計測器２７、臨界時間変換器２８、臨界時間記憶素子２９、比較器３０、電源制御マイコン３１、遮断時間記憶素子３２、ＡＮＤ回路３３、タイマ３４、及びドライバ３５を含む。第１の電源線２１には電源電圧ＶＤＤが供給される。第１の電源線２１と第２の電源線２２との間には、ＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎよりなるスイッチ２４が配置されている。第２の電源線２２の電位はＶＤＤＶである。第２の電源線２２と第３の電源線２３との間には被制御回路２５が配置されている。第３の電源線２３はグランド電圧ＶＳＳに接続されている。第２の電源線２２と第３の電源線２３との間には寄生容量３９が存在する。
【００２０】
電位検出器２６は、第２の電源線２２と第３の電源線２３との間の電位差を測定する。遷移時間計測器２７は、電位検出器２６により測定される電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する。具体的には、タイマ３４の出力信号ＣＴＬＰが１（ＨＩＧＨレベル）になると、これに応じて遷移時間計測器２７が時間計測動作を開始する。タイマ出力信号ＣＴＬＰの１への変化に応じてドライバ３５の出力である制御信号ＣＴＬが１に変化して、スイッチ２４が導通状態から遮断状態となる。スイッチ２４が遮断されると電源電圧ＶＤＤが第２の電源線２２に供給されなくなり、寄生容量３９に蓄積されていた電荷が徐々に放電されて、第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶが徐々に下がっていく。スイッチ２４遮断前の第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを初期値として、電圧ＶＤＤＶがこの初期値から下がっていき所定値に到達すると、遷移時間計測器２７は時間計測動作を停止する。遷移時間計測器２７は、時間計測動作を停止したときの時間に応じた時間計測値ＴＤを出力する。なおクロック信号ＣＬＫが遷移時間計測器２７に供給されており、遷移時間計測器２７による時間計測動作はクロック信号ＣＬＫに基づいて行なわれる。
【００２１】
臨界時間変換器２８は、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔（時間計測値ＴＤ）に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値（臨界時間値ＴＣ）を出力する。この所定の関係式については後ほど詳細に説明する。臨界時間変換器２８が出力する臨界時間値ＴＣは臨界時間記憶素子２９に格納される。この臨界時間値ＴＣは、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔に応じた値であり、臨界時間変換器２８による変換により被制御回路２５の臨界時間を示す値となっている。ここで被制御回路２５の臨界時間とは、被制御回路２５への電源の供給を続けるよりも電源を遮断したほうがエネルギーを得するような最短の電源遮断期間である。即ち、臨界時間よりも電源遮断期間が短くなると、半導体装置２０での全体での電流消費量が電源遮断しない場合よりも増大してしまう。逆に臨界時間よりも電源遮断期間が長ければ、半導体装置２０での全体での電流消費量が電源遮断しない場合よりも削減される。
【００２２】
遮断時間記憶素子３２は、被制御回路２５の電源遮断期間を指定する値を記憶する。この値は、電源制御マイコン３１により指定される値であり、電源制御マイコン３１が予定している被制御回路２５の電源遮断期間を示す。比較器３０は、臨界時間記憶素子２９に記憶された値（臨界時間値）と遮断時間記憶素子３２に記憶された値（被制御回路２５の電源遮断予定期間を指定する値）とを比較する。比較器３０は比較結果を示す信号ＣＥＮをＡＮＤ回路３３の一方の入力に供給する。ＡＮＤ回路３３の他方の入力には、電源制御マイコン３１からのスタンバイ信号ＳＴＤが供給される。スタンバイ信号ＳＴＤは、電源制御マイコン３１が被制御回路２５の電源供給を遮断しようとする時に１（ＨＩＧＨ）になる信号である。
【００２３】
比較結果信号ＣＥＮが示す臨界時間値と電源遮断予定期間値との大小関係に応じて、ＡＮＤ回路３３は、スイッチ２４を遮断する動作の実行／非実行を選択する。臨界時間よりも電源遮断予定期間が長い場合には、比較結果信号ＣＥＮが１となり、ＡＮＤ回路３３の出力は１（ＨＩＧＨ）となる。ＡＮＤ回路３３のＨＩＧＨ出力に応答して、タイマ３４が動作を開始する。即ちタイマ３４は内部の計時動作を開始すると同時に、タイマ出力信号ＣＴＬＰを０から１に変化させる。タイマ３４にはクロック信号ＣＬＫが供給されており、タイマ３４による計時動作はクロック信号ＣＬＫに基づいて行なわれる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になると制御信号ＣＴＬがＨＩＧＨとなり、スイッチ２４が遮断される。タイマ３４は、遮断時間記憶素子３２に記憶された値（被制御回路２５の電源遮断予定期間を指定する値）が示す時間が計時動作開始時から経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰを１から０に変化させる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になると制御信号ＣＴＬがＬＯＷとなり、スイッチ２４が導通される。従って、被制御回路２５への電源供給は、電源遮断予定期間に等しい時間だけ遮断されることになる。
【００２４】
臨界時間よりも電源遮断予定期間が短い場合には、比較結果信号ＣＥＮが０となり、ＡＮＤ回路３３の出力は０となる。ＡＮＤ回路３３の出力が０の場合、タイマ３４は動作を開始することなく、タイマ出力信号ＣＴＬＰは０のままである。従って、被制御回路２５への電源は遮断されない。
【００２５】
図３は、半導体装置２０による臨界時間測定動作を示すフローチャートである。ステップＳ１で、電源制御マイコン３１上のソフトで臨界時間計測プログラムを実行する。この臨界時間計測プログラムは、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始される前に実行される。例えば、半導体装置２０の電源投入時等、被制御回路２５の通常動作が開始される前の段階に、予め臨界時間の計測を行なっておく。
【００２６】
ステップＳ２で、電源制御マイコン３１が所定の切断時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、臨界時間記憶素子２９に記憶させる。臨界時間記憶素子２９に記憶された電源遮断予定期間は、臨界時間記憶素子２９からデータＴＯＦＦとして出力される。初期状態において臨界時間記憶素子２９の出力データＴＣＣは０となっている。従って、ＴＣＣ＜ＴＯＦＦとなり、比較器３０の出力である比較結果ＣＥＮは１となる。
【００２７】
ステップＳ３で、電源制御マイコン３１が信号ＭＥＮＬを１に設定し、電位検出器２６等を有効にする（活性化する）。ステップＳ４で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。比較結果ＣＥＮが１であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは１となる。これによりタイマ３４の計時動作が開始し、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になる。
【００２８】
タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、制御信号ＣＴＬが１となり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは非導通状態となる。同時に、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、遷移時間計測器２７のリセットが解除され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される（ステップＳ５）。
【００２９】
ステップＳ６で、電位検出器２６が第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを検出し、検出電圧を示す値ＤＶを出力する。ステップＳ７で、検出電圧値ＤＶが所定値以下になったら、遷移時間計測器２７による時間計測動作を停止し、検出電圧値ＤＶが所定値以下になるまでに経過した時間を示す時間計測値ＴＤを出力する。臨界時間変換器２８は、時間計測値ＴＤを臨界時間値ＴＣに変換して出力する。臨界時間記憶素子２９は、臨界時間変換器２８が出力する臨界時間値ＴＣを新たな臨界時間値として格納する。臨界時間記憶素子２９が格納した新たな臨界時間値は、データＴＣＣとして出力される。臨界時間記憶素子２９は、信号ＭＥＮＤを０から１に変化させることにより、測定終了を電源制御マイコン３１に通知する。
【００３０】
ステップＳ８で、電源制御マイコン３１は信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。また電源制御マイコン３１は、スタンバイ信号ＳＴＤを１から０に変化させると共に、臨界時間計測プログラムの実行を終了する。ステップＳ９で、データＴＳＴＤが示す電源遮断予定期間が経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態となる。
【００３１】
図４は、半導体装置２０の通常動作時の電源制御動作を示すフローチャートである。図４の電源制御動作を実行する前に、既に図３に示す臨界時間測定動作が終了しているものとする。
【００３２】
図４のステップＳ１で、電源制御マイコン３１上のソフトで通常動作プログラムを実行中に、被制御回路２５の電源を停止する処理が実行される。即ち、通常動作を実行中に、被制御回路２５をある程度長い時間使用しない状況が発生したので、消費電流を削減するために被制御回路２５への電源供給を停止する命令が実行される。電源停止処理が実行されると、ステップＳ２に進む。ステップＳ２で、電源制御マイコン３１は電源を停止できる時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、遮断時間記憶素子３２に記憶させる。遮断時間記憶素子３２に記憶された電源遮断予定期間は、遮断時間記憶素子３２からデータＴＯＦＦとして出力される。
【００３３】
ステップＳ３で、比較器３０によりＴＣＣ＜ＴＯＦＦであるか否かが判定される。ステップＳ３の判定結果がｙｅｓの場合、ステップＳ４で比較結果ＣＥＮが１になる。ステップＳ５で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。比較結果ＣＥＮが１であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは１となる。これによりタイマ３４の計時動作が開始し、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、制御信号ＣＴＬが１となり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは非導通状態となる（ステップＳ５）。遮断時間記憶素子３２の出力データＴＯＦＦが示す電源遮断予定期間が経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態となる（ステップＳ７）。ステップＳ８で、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０に戻す。その後、処理はステップＳ１に戻り、電源停止処理の実行を待つ。
【００３４】
ステップＳ３の判定結果がｎｏの場合、ステップＳ９で比較結果ＣＥＮが０になる。ステップＳ１０で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定するが、比較結果ＣＥＮが０であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは０のままとなる。その結果、タイマ出力信号ＣＴＬＰ及び制御信号ＣＴＬが０のままとなり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態を維持する（ステップＳ１１）。その後ステップＳ８で、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０に戻す。その後、処理はステップＳ１に戻り、電源停止処理の実行を待つ。
【００３５】
以下に、遷移時間計測器２７による時間計測値に基づいて臨界時間値を求める方法について説明する。図５は、電源遮断時に消費される電流について説明するための図である。図５において（ａ）は電源遮断時に消費される電流を示す図であり、（ｂ）は電源遮断することなく供給を続けた時に消費される電流を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は被制御回路２５に関連して電源ＶＤＤから流れ込む電流を示す。図５（ａ）では、時間０で被制御回路２５に対する電源が遮断され、時間Ｔｃで被制御回路２５に対する電源供給が再開される。図５（ｂ）では、被制御回路２５に対して常時電源が供給されており、リーク電流Ｉｌｅａｋが常時流れている。図２に示すように、リーク電流Ｉｌｅａｋは、被制御回路２５を介して第２の電源線２２と第３の電源線２３との間に流れるリーク電流である。
【００３６】
図５（ａ）に示す時間０において、図２に示すスイッチ２４を遮断するために、スイッチ２４を構成するＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲート電圧を上昇させる。ここで、トランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲートには寄生容量Ｃｇ１乃至Ｃｇｎのようにゲート容量（以下においてＣＴＬ容量と呼ぶ）が存在する。ＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲート電圧を上昇させるためには、ＣＴＬ容量に充電するための大きな電流が流れる。また更に、スイッチ２４を遮断するための信号制御のためにＡＮＤ回路３３、タイマ３４、ドライバ３５等の制御回路内の寄生容量を充電するための電流が流れる。次に図５（ａ）に示す時間Ｔｃにおいては、スイッチ２４を導通するための信号制御のためにＡＮＤ回路３３、タイマ３４、ドライバ３５等の制御回路内の寄生容量を充電するための電流が流れる。これらのＣＴＬ容量及び制御回路の充電電流が電流波形４１として示されている。即ち、この電流波形４１はスイッチ２４の切り替え動作のために流れる電流の波形である。
【００３７】
スイッチ２４の切り替え動作のために流れる電流以外に、被制御回路２５側で流れる電流がある。即ち、図５（ａ）に示す時間Ｔｃにおいては、第２の電源線２２の電圧を上昇させるために、寄生容量３９に充電する必要がある。その充電電流が電流波形４２として示されている。なお図５（ａ）に示す時間０から時間Ｔｃの間に、寄生容量３９に蓄えられている電荷が被制御回路２５を介したリーク電流の経路を介して放電して、ＶＤＤＶの電圧はゼロに近づいていく。
【００３８】
以上を鑑みると、図５（ａ）に示されるように被制御回路２５への電源供給を時間０から時間Ｔｃまでの期間停止した場合に、この期間において電源ＶＤＤから半導体装置２０に流れ込む電荷量は、上記の電流波形４１及び４２を時間０から時間Ｔｃまで積分した値となる。
【００３９】
Ｔｃが臨界時間であるとすると、図５（ａ）に示される電流波形４１及び４２を時間０から時間Ｔｃまで積分した値と、図５（ｂ）に示されるリーク電流Ｉｌｅａｋの波形４４を時間０から時間Ｔｃまで積分した値とが等しいことになる。即ち、電源遮断した場合に電源ＶＤＤから流れ込む電荷量と、電源供給を継続した場合に電源ＶＤＤから流れ込む電荷量とが等しくなる。
【００４０】
従ってＴｃが臨界時間である場合、電流波形４１の電流をＩｃｔｌ、電流波形４２の電流をＩｖｄｄｖ、電流波形４４の電流をＩｌｅａｋとすると、
【００４１】
【数１】
が成り立つ。ここで、ＣＴＬ容量及び制御回路の充電電流は、スイッチ２４の具体的構成とドライバ３５等の制御回路の具体的構成とが決まれば、一定の値であると考えることができる。従って、
【００４２】
【数２】
となる。
【００４３】
また被制御回路２５のリーク電流成分の抵抗値、即ち被制御回路２５を介してリーク電流が流れるパスの抵抗値をＲとすると、
Ileak×R=VDD
と表すことができる。ここで第２の電源線２２の電位は図５（ａ）の時間０においてＶＤＤである。時間０において電源が遮断され、その後、寄生容量３９の電荷が上記のリーク電流経路の抵抗Ｒを介して放電すると考えると、時間０以後の第２の電源線２２の電位Ｖ（ｔ）は、
【００４４】
【数３】
と表すことができる。ここでＣは寄生容量３９の容量値である。時間０で電源供給を停止した後、時間Ｔｃにおける第２の電源線２２の電位は、上の式（３）にｔ＝Ｔｃを代入した値である。時間Ｔｃでスイッチ２４が導通され第２の電源線２２が電源に接続されると、第２の電源線２２の電位Ｖ（ｔ）がＶＤＤに回復する。第２の電源線２２の電位がＶＤＤに回復した時点の寄生容量３９の電荷量はＣ×ＶＤＤである。式（１）の左辺において、Ｉｖｄｄｖを時間０から時間Ｔｃまで積分した値は、第２の電源線２２の電圧がＶＤＤに回復した時点の寄生容量３９の電荷量Ｃ×ＶＤＤから、スイッチ２４が導通する直前（時間Ｔｃとする）における寄生容量３９の電荷量（ｔ＝Ｔｃにおける式３の値のＣ倍）を引いた値に等しい。即ち、
【００４５】
【数４】
である。なおここでは簡単のため、時間Ｔｃにおいてスイッチ２４を導通状態にすると直ちに寄生容量３９の充電が完了して第２の電源線２２の電位がＶＤＤに回復するとしている。
【００４６】
式（２）及び式（４）を式（１）に代入して、
【００４７】
【数５】
が得られる。
【００４８】
図６は、式（５）の左辺と右辺とを模式的に示した図である。横軸は遮断時間であり縦軸は電荷量を示す。図６において直線５１は、リーク電流が大きい場合の式（５）の右辺の値を示し、曲線５２は、リーク電流が大きい場合の式（５）の左辺の値を示す。具体的には、直線５１は、電源遮断によりリーク電流が無くなることにより得する電荷量を表し、時間と共に直線的に増加する。また曲線５２は、電源遮断したときにスイッチング動作及び被制御回路２５の充電に必要な電荷量を表し、時間と共に所定値に近づいていく飽和曲線を描く。直線５１と曲線５２との交点５３における遮断時間が、このリーク電流の場合の臨界時間Ｔｃである。
【００４９】
図６において直線５４は、リーク電流が小さい場合の式（５）の右辺の値を示し、曲線５５は、リーク電流が小さい場合の式（５）の左辺の値を示す。直線５４と曲線５５との交点５６における遮断時間が、このリーク電流の場合の臨界時間ＴＣである。図６から分かるように、リーク電流が小さい場合の臨界時間ＴＣは、リーク電流が大きい場合の臨界時間ＴＣよりも長くなる。
【００５０】
このようにリーク電流の大きさに応じて変化する臨界時間ＴＣに基づいて、図２に示す半導体装置２０の被制御回路２５への電源供給／遮断を制御する。即ち、臨界時間よりも電源遮断予定期間が長い場合には、被制御回路２５への電源供給は、電源遮断予定期間に等しい時間だけ遮断されることになる。また臨界時間よりも電源遮断予定期間が短い場合には、被制御回路２５への電源は遮断されない。このような構成とすることにより、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減することができる。
【００５１】
前述のように図２に示す半導体装置２０において、遷移時間計測器２７は、電位検出器２６により測定される第２の電源線２２の電圧が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する。以下に、この遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤに基づいて臨界時間値ＴＣを求める方法について説明する。
【００５２】
遷移時間計測器２７が測定する時間間隔は、電源遮断により第２の電源線２２の電圧が初期値ＶＤＤから所定値Ｖｒｅｆになるまでの間隔であるとする。このときＶｒｅｆは、
【００５３】
【数６】
として表すことができる。式６を変形してＩｌｅａｋを求めると、
【００５４】
【数７】
が得られる。この式７のＩｌｅａｋを式（５）に代入して、
【００５５】
【数８】
が得られる。この式（８）を用いて、時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられた時間計測値ＴＤに基づいて式（８）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（８）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。
【００５６】
図７は、時間計測値ＴＤに基づいて臨界時間値ＴＣを求める臨界時間変換器２８の構成の一例を示す図である。図７に示すように、臨界時間変換器２８は、不揮発性メモリ２８Ａを含む。不揮発性メモリ２８Ａには、複数の異なる時間計測値ＴＤの各々に対して上式（８）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリ２８Ａには、時間計測値ＴＤと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力の時間計測値ＴＤに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７に示すように、時間計測値ＴＤをアドレスとして、各アドレスにその時間計測値に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００５７】
図８は、遷移時間計測器２７の回路構成の一例を示す図である。この例では、電位検出器２６からの電位検出信号ＤＶが１ビットの場合を示している。即ちこの場合、検出電位と所定の電位（例えば上記式（６）のＶｒｅｆ）との比較を、電位検出器２６側で行ない、比較結果を１ビット信号ＤＶとして遷移時間計測器２７に供給している。このような構成の代わりに、電位検出器２６から検出電位を示すデジタル値としてＤＶを出力し、このＤＶと所定の電位に対応するデジタル値との比較を遷移時間計測器２７側で行なう構成としてもよい。
【００５８】
図８の遷移時間計測器２７は、ＡＮＤ回路６１、ＯＲ回路６２、及びカウンタ６３を含む。カウンタ６３は、複数のフリップフロップ６４と複数のインバータ６５とを含む。各インバータ６５は、対応するフリップフロップ６４の出力を入力にフィードバックする経路に挿入される。１つのフリップフロップ６４と１つのインバータ６５とで、トグルフリップフロップを構成する。ＡＮＤ回路６１の出力は、各フリップフロップ６４のリセット入力（負論理）に供給される。
【００５９】
イネーブル信号ＥＮ（図２のＭＥＮＬに相当）が１の状態でタイマ出力信号ＣＴＬＰが１になると、ＡＮＤ回路６１の出力が１になり、カウンタ６３内部のフリップフロップのリセットが解除される。この状態で、ＯＲ回路６２を介してクロック信号ＣＬＫがカウンタ６３内部のフリップフロップに供給され、カウンタ６３がカウント動作を実行する。電位検出器２６の検出する電位が所定の電位になると、１ビット信号ＤＶが０から１になり、ＯＲ回路６２の出力は１固定となる。即ち、カウンタ６３はカウンタ動作を停止し、その時点でのカウント値を保持する。このカウント値が時間計測値ＴＤであり、第２の電源線２２の電位が初期値から所定の電位に到達するまでの時間間隔に相当する。
【００６０】
図９は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第２実施例を示す図である。図９において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６１】
図９の半導体装置２０Ａは、複数の回路ブロック７０−１乃至７０−ｍを含む。回路ブロック７０−１は、図２の電源制御マイコン３１を除いた各要素を含む。回路ブロック７０−２乃至回路ブロック７０−ｍは全て、回路ブロック７０−１と同様の構成である。但し、電源供給／遮断の制御対象である被制御回路２５は、各回路ブロック毎に別個の回路である。図９のような構成とすることで、各回路ブロック毎に、リーク電流の大きさに応じて変化する臨界時間ＴＣに基づいて、各回路ブロックの被制御回路２５への電源供給／遮断を制御することができる。なお図９の構成例では、各回路ブロックが電位検出器２６、遷移時間計測器２７、臨界時間変換器２８等の制御回路を含む構成としたが、電位検出器２６、遷移時間計測器２７、及び臨界時間変換器２８については一セットだけ設け、各回路ブロックで共有するようにしてよい。この場合、電位検出器２６の入力を複数の回路ブロック７０−１乃至７０−ｍ間で切り替え可能な構成とすればよい。なお臨界時間ＴＣは各回路ブロック毎に異なるので、臨界時間記憶素子２９については各回路ブロック毎に独立に設ける必要がある。またスイッチ２４及びスイッチ制御のための制御回路（タイマ３４等）についても、各回路ブロック毎に別個に設ける。
【００６２】
図１０は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第３実施例を示す図である。図１０において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６３】
図１０の半導体装置２０Ｂは、複数の回路ブロック７０−１Ｂ乃至７０−ｍＢを含む。回路ブロック７０−２Ｂ乃至回路ブロック７０−ｍＢは全て、回路ブロック７０−１Ｂと同様の構成である。図１０の回路ブロック７０−１Ｂは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６の代わりに電位検出器２６Ｂが設けられ、臨界時間変換器２８が削除されている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００６４】
電位検出器２６Ｂにおいて、時間経過を測定するための所定の電位（式（６）のＶｒｅｆ）を適切な電位に設定すれば、遷移時間計測器２７の出力である時間計測値ＴＤを臨界時間ＴＣに略等しくすることができる。即ち、式（８）において、Ｔｃ＝ＴＤとし、式（８）の等号が満足するようなＶｒｅｆを求めることにより、ＴＤが臨界時間ＴＣに略等しくなるＶｒｅｆを見つけることができる。電位検出器２６Ｂ及び遷移時間計測器２７により、第２の電源線２２の電位が初期値ＶＤＤからそのようなＶｒｅｆに到達するまでの時間を計測すれば、遷移時間計測器２７の出力ＴＤが臨界時間ＴＣに略等しくなる。この場合、遷移時間計測器２７の出力である時間計測値ＴＤ（≒ＴＣ）をそのまま臨界時間記憶素子２９に格納すればよい。即ちこの場合、臨界時間記憶素子２９が記憶する値は、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔を示す値そのものである。
【００６５】
図１１は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第４実施例を示す図である。図１１において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６６】
図１１の半導体装置２０Ｃは、複数の回路ブロック７０−１Ｃ乃至７０−ｍＣを含む。回路ブロック７０−２Ｃ乃至回路ブロック７０−ｍＣは全て、回路ブロック７０−１Ｃと同様の構成である。図１１の回路ブロック７０−１Ｃは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６及び遷移時間計測器２７の代わりにリーク電流検出器８１が設けられ、更に臨界時間変換器２８の代わりに臨界時間変換器２８Ｃが設けられている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００６７】
リーク電流検出器８１は、第１の電源線２１及び第２の電源線２２の何れか一方と第３の電源線２３との間に設けられたオフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量を計測する。図１１の例では、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間でリーク電流を計測する構成となっているが、第２の電源線２２と第３の電源線２３との間でリーク電流を計測する構成としてもよい。臨界時間変換器２８Ｃは、リーク電流検出器８１が計測したリーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する。この出力値が臨界時間ＴＣを示す値である。
【００６８】
前述の式（５）を用いて、リーク電流値Ｉｌｅａｋから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられたリーク電流値に基づいて式（５）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（５）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。
【００６９】
臨界時間変換器２８Ｃは、図７に示す臨界時間変換器２８と同様の構成であってよい。この臨界時間変換器２８Ｃの不揮発性メモリには、複数の異なるリーク電流値Ｉｌｅａｋの各々に対して式（５）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリには、リーク電流値Ｉｌｅａｋと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力のリーク電流値Ｉｌｅａｋに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、リーク電流値Ｉｌｅａｋから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７の場合と同様に、リーク電流値Ｉｌｅａｋをアドレスとして、各アドレスにそのリーク電流値に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００７０】
図１２は、リーク電流検出器８１の構成の一例を示す図である。図１２のリーク電流検出器８１は、ｎ個のリーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎを含む。ｎ個のリーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々の１ビット出力が纏まって、ｎビットのリーク電流検出値ＩＬ［１：ｎ］を構成する。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎは、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間に設けられる。
【００７１】
図１３は、リーク電流比較器８２−１の構成の一例を示す図である。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々は同様の構成である。図１３に示すリーク電流比較器８２−１は、ＰＭＯＳトランジスタ８３、ＮＭＯＳトランジスタ８４、ＰＭＯＳトランジスタ８５、ＮＭＯＳトランジスタ８６、及び抵抗８７を含む。ＰＭＯＳトランジスタ８３とＮＭＯＳトランジスタ８４とが直列接続され、またＰＭＯＳトランジスタ８５とＮＭＯＳトランジスタ８６とが直列接続される。ＰＭＯＳトランジスタ８３は、そのゲート端及びソース端が第１の電源線２１のＶＤＤに接続され、非導通となる電位設定になっている。ＮＭＯＳトランジスタ８４は、そのゲート端及びソース端が抵抗８７を介して第３の電源線２３のＶＳＳに接続され、非導通となる電位設定になっている。しかしながらＰＭＯＳトランジスタ８３とＮＭＯＳトランジスタ８４とは、実際には完全に非導通状態とはならず、リーク電流が流れる。このリーク電流により、抵抗８７とＮＭＯＳトランジスタ８４との結合点の電位が上昇する。
【００７２】
直列接続されたＰＭＯＳトランジスタ８５とＮＭＯＳトランジスタ８６とは比較器を構成し、上記結合点の電位が所定の値より大きくなると出力ＩＬがＬＯＷになる。結合点の電位が所定の値より小さい場合には出力ＩＬがＨＩＧＨになる。出力ＩＬがＨＩＧＨ／ＬＯＷの何れの値となるかは、リーク電流の大きさと抵抗８７の抵抗値ＲＬに依存する。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々で、抵抗８７の抵抗値ＲＬを異ならせることにより、リーク電流の値をリーク電流検出値ＩＬ［１：ｎ］に反映させることが可能となる。即ち、リーク電流検出値ＩＬのｎビットのうちの何れがＨＩＧＨで何れがＬＯＷであるかを判断することにより、リーク電流の値を特定することができる。
【００７３】
図１４は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第５実施例を示す図である。図１４において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００７４】
図１４の半導体装置２０Ｄは、複数の回路ブロック７０−１Ｄ乃至７０−ｍＤを含む。回路ブロック７０−２Ｄ乃至回路ブロック７０−ｍＤは全て、回路ブロック７０−１Ｄと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｄは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６及び遷移時間計測器２７の代わりに基板温度検出器９１が設けられ、更に臨界時間変換器２８の代わりに臨界時間変換器２８Ｄが設けられている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００７５】
基板温度検出器９１は、半導体装置２０Ｄが設けられる基板の温度を計測する。臨界時間変換器２８は、基板温度検出器９１が計測した温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する。この出力値が臨界時間ＴＣを示す値である。
【００７６】
基板温度ＴＳとリーク電流Ｉｌｅａｋとの関係は、以下のような指数関数となることが知られている。
【００７７】
【数９】
この式（９）を前述の式（５）に代入すれば、
【００７８】
【数１０】
が得られる。この式（１０）を用いて、基板温度ＴＳから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられた基板温度に基づいて式（１０）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（１０）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。なお定数αは、実験等により予め求めておけばよい。
【００７９】
臨界時間変換器２８Ｄは、図７に示す臨界時間変換器２８と同様の構成であってよい。この臨界時間変換器２８Ｄの不揮発性メモリには、複数の異なる基板温度ＴＳの各々に対して式（１０）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリには、基板温度ＴＳと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力の基板温度ＴＳに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、基板温度ＴＳから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７の場合と同様に、基板温度ＴＳをアドレスとして、各アドレスにその基板温度に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００８０】
図１５は、基板温度検出器９１の構成の一例を示す図である。図１５の基板温度検出器９１は、ｋ個の基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋを含む。ｋ個の基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々の１ビット出力が纏まって、ｋビットの基板温度検出値ＴＳ［１：ｋ］を構成する。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋは、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間に設けられる。
【００８１】
図１６は、基板温度比較器９２−１の構成の一例を示す図である。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々は同様の構成である。図１６に示す基板温度比較器９２−１は、
ディプレッション形のＮＭＯＳトランジスタＤＴｒ１、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ２及びＴｒ３、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４及びＴｒ５、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ６及びＴｒ７、ダイオードＤ１及びＤ２、抵抗Ｒ１乃至Ｒ３、及びコンパレータＣＯＭ１を含む。ダイオードＤ１及びＤ２は基板に形成されており、基板温度に応じてアノードとカソードとの間の印加電圧が変化することにより、温度検出素子として機能する。
【００８２】
基板温度が所定の温度より高くなると、電位Ｖａが電位Ｖｂより低くなり、コンパレータＣＯＭ１の出力がＬＯＷとなる。これにより基板温度検出値ＴＳはＬＯＷとなる。また基板温度が所定の温度より低くなると、電位Ｖａが電位Ｖｂより高くなり、コンパレータＣＯＭ１の出力がＨＩＧＨとなる。このときこれにより基板温度検出値ＴＳはＨＩＧＨとなる。出力ＴＳがＨＩＧＨ／ＬＯＷの何れの値となるかは、基板温度と抵抗Ｒ２の抵抗値に依存する。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々で、抵抗Ｒ２の抵抗値を異ならせることにより、基板温度を基板温度検出値ＴＳ［１：ｋ］に反映させることが可能となる。即ち、基板温度検出値ＴＳのｋビットのうちの何れがＨＩＧＨで何れがＬＯＷであるかを判断することにより、基板温度を特定することができる。
【００８３】
図１７は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第６実施例を示す図である。図１７において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００８４】
図１７の半導体装置２０Ｅは、複数の回路ブロック７０−１Ｅ乃至７０−ｍＥを含む。回路ブロック７０−２Ｅ乃至回路ブロック７０−ｍＥは全て、回路ブロック７０−１Ｅと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｅは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、臨界時間変換器２８が削除され、更に臨界時間記憶素子２９が臨界時間ヒューズ記憶素子９５に置き換えられている。また、遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤ１（測定された時間間隔に応じた値）を半導体装置２０Ｅの外部に送出する信号経路９６と、スイッチ２４の遮断及び導通動作を制御する信号を半導体装置２０Ｅの外部から受け取る信号経路９７が設けられている。また更に、セレクタ９８が設けられている。それ以外の構成は、図９の構成と同様である。図１７の半導体装置２０Ｅは、外部の試験装置に接続して、試験装置により制御することにより臨界時間測定が行なわれる。
【００８５】
図１８は、図１７の半導体装置における臨界時間設定動作を示すフローチャートである。このフローチャートは回路ブロック７０−１Ｅの動作を示すが、他の回路ブロック７０−２Ｅ乃至７０−ｍＥの動作についても同様である。
【００８６】
まずステップＳ１で、試験装置から、ＴＳＷ１＝１、ＴＭ１＝１を入力する。即ち、外部試験装置から信号経路９７を介してＴＳＷ１＝１、ＴＭ１＝１をセレクタ９８に入力する。セレクタ９８は、ＴＭ１が０のときにタイマ３４からの出力を選択し、ＴＭ１が１のときに外部からの入力信号ＴＳＷ１を選択する。
【００８７】
ステップＳ２で、ＴＳＷ１＝１により、スイッチ２４のトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎを非導通状態にし、同時に遷移時間計測器２７の計測を開始する。即ち、遷移時間計測器２７のリセットが解除され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される。ステップＳ３で、電位検出器２６が第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを検出し、検出電圧を示す値ＤＶを出力する。ステップＳ４で、検出電圧値ＤＶが所定値以下になったら、遷移時間計測器２７による時間計測動作を停止し、検出電圧値ＤＶが所定値以下になるまでに経過した時間を示す時間計測値ＴＤ１を出力する。
【００８８】
ステップＳ５で、外部の試験装置が半導体装置２０ＥからＴＤ１を受け取り、このＴＤ１に基づいて臨界時間を計算する。時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換は前述の通りである。ステップＳ６で、臨界時間ヒューズ記憶素子９５のヒューズを選択的に切断することにより、計算された臨界時間値ＴＣを臨界時間ヒューズ記憶素子９５に書き込む。臨界時間ヒューズ記憶素子９５には、複数のヒューズが設けられており、幾つかのヒューズを選択的に切断することにより所望の値を記憶する記憶素子として機能する。
【００８９】
半導体装置２０Ｅの通常動作時には、臨界時間ヒューズ記憶素子９５の出力と遮断時間記憶素子３２の出力とが比較され、その比較結果に応じてタイマ３４が制御される。通常動作時には、ＴＭ１は０に固定されており、セレクタ９８は常にタイマ３４の出力を選択する。
【００９０】
図１９は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第７実施例を示す図である。図１９において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００９１】
図１９の半導体装置２０Ｆは、複数の回路ブロック７０−１Ｆ乃至７０−ｍＦを含む。回路ブロック７０−２Ｆ乃至回路ブロック７０−ｍＦは全て、回路ブロック７０−１Ｆと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｆは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、臨界時間変換器２８、臨界時間記憶素子２９、比較器３０、ＡＮＤ回路３３が削除されている。遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤ（測定された時間間隔に応じた値）は、電源制御マイコン３１に供給される。電源制御マイコン３１は電源制御ユニットとして機能して、遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤに応じた値と被制御回路２５の電源遮断期間を指定する値との大小関係に応じてスイッチ２４を遮断する動作の実行／非実行を選択する。即ち、電源制御マイコン３１は、電源遮断予定期間が臨界時間よりも長ければタイマ３４の計時動作を開始させて被制御回路２５への電源を遮断し、電源遮断予定期間が臨界時間よりも短ければタイマ３４の計時動作を開始することなく被制御回路２５への電源供給を維持する。なお時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換は電源制御マイコン３１内部で計算される。
【００９２】
図２０は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第８実施例を示す図である。図２０において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００９３】
図２０の半導体装置２０Ｇには、図２の半導体装置２０と比較して、スイッチ１０１と、グランド電位ＶＳＳに接続される第４の電源線１０２と、インバータ１０３とが新たに設けられている。その他の構成については、図２の半導体装置２０と同様である。スイッチ１０１は、第３の電源線２３と第４の電源線１０２との間に配置される。スイッチ１０１はＮＭＯＳトランジスタＴＲｓ１乃至ＴＲｓｎを含み、これらトランジスタのゲートにはタイマ３４の出力信号ＣＴＬＰの反転信号がインバータ１０３から印加される。これにより、タイマ３４の出力信号に応じてスイッチ１０１の導通／遮断が制御される。即ち、比較器３０の比較結果が示す臨界時間値と電源遮断予定期間値との大小関係に応じて、第３の電源線２３と第４の電源線１０２との間に配置されるスイッチ１０１を遮断する動作の実行／非実行が選択される。
【００９４】
図２０のようにグランド電位ＶＳＳ側にもスイッチを設ける構成を、これまで説明した各実施例に対して適用してよい。このように電源電位ＶＤＤ側に加え更にグランド電位ＶＳＳ側でも電源遮断することにより、リーク電流を更に削減することができる。
【００９５】
図２１は、臨界時間計測動作を半導体装置の通常動作時に実行する手順を示すフローチャートである。前述の図３に示すフローチャートによる臨界時間計測動作は、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始される前に実行される。即ち、被制御回路２５の通常動作前に実行される。これに対して、図２１に示すフローチャートは被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後に実行され、被制御回路２５の動作が中断されている間に臨界時間計測動作を実行する。なおこのフローチャートの動作は、例えば図２或いは図９に示す半導体装置２０において実行してよい。
【００９６】
図２１のステップＳ１で、被制御回路２５は使われるか否かを判断する。被制御回路２５が使われない場合には、ステップＳ２に進む。被制御回路２５が使われる場合には、ステップＳ１の判断を繰り返す。この判断は電源制御マイコン３１により行い、被制御回路２５が現在動作してなく、且つ当面の間動作させる予定がない場合に、以下に示す臨界時間計測動作を実行する。
【００９７】
ステップＳ２で、電源制御マイコン３１上のソフトで被制御回路２５の電源遮断を実行する。即ち、被制御回路２５を電源遮断して臨界時間を計測するプログラムを実行開始する。
【００９８】
ステップＳ３で、電源制御マイコン３１が所定の切断時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、遮断時間記憶素子３２に記憶させる。遮断時間記憶素子３２に記憶された電源遮断予定期間は、遮断時間記憶素子３２からデータＴＯＦＦとして出力される。ここで電源制御マイコン３１が出力するデータＴＳＴＤが示す期間の長さは、少なくともこの期間中は被制御回路２５の動作を必要としないような期間である。
【００９９】
ステップＳ４で、電源制御マイコン３１が信号ＭＥＮＬを１に設定し、電位検出器２６等を有効にする（活性化する）。ステップＳ５で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。臨界時間記憶素子２９に現在記憶されている臨界時間値よりも遮断時間記憶素子３２に記憶されている電源遮断予定期間の方が長ければ、タイマ出力ＣＴＬＰが１になり、被制御回路２５への電源は遮断され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される。
【０１００】
ステップＳ６で、ＴＯＦＦ時間経過後、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０にする。ステップＳ７で、電源制御マイコン３１は、ＣＴＬＰが１になり計測が開始され、且つ遷移時間計測器２７が時間計測値ＴＤを出力したか否かを判断する。これは、本実施例の場合、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後、被制御回路２５の動作が中断されている合間に臨界時間値の計測を行なうからである。このような場合、被制御回路２５に対して電源遮断していた期間が短く、第２の電源線２２の電位が所定の電位まで降下する前に電源遮断期間が終わってしまう可能性がある。従って、電源制御マイコン３１は、時間計測が実際に開始され且つ終了したことを確認する。
【０１０１】
ステップＳ７の判断結果がｎｏの場合、ステップＳ８で、電源制御マイコン３１は信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。また判断結果がｙｅｓの場合、ステップＳ９で、電源制御マイコン３１は、臨界時間変換器２８の出力する臨界時間値ＴＣの臨界時間記憶素子２９への書込みを許可する。これにより臨界時間記憶素子２９の臨界時間値ＴＣが新たな値に更新される。ステップＳ９の後はステップＳ８で、信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。
【０１０２】
上記のようにして、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後に、被制御回路２５の動作が中断している合間に臨界時間計測動作を実行することができる。なお上記の臨界時間計測動作については、電位検出に基づいて臨界時間を求める実施例を例にとって説明したが、他の実施例にも同様に適用可能である。即ち、被制御回路２５の動作中断中に臨界時間計測を行なう動作は、リーク電流検出に基づいて臨界時間を求める実施例や、基板温度検出に基づいて臨界時間を求める実施例に対しても同様に適用することができる。また図１９に示す半導体装置２０Ｆのように、臨界時間記憶素子２９の出力が電源制御マイコン３１に供給される構成に対しても同様に適用することができる。
【０１０３】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【０１０４】
なお本発明は以下の内容を含むものである。
（付記１）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記２）
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する変換器を更に含み、該記憶素子が記憶する該第１の値は該変換器が出力する値であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）
該記憶素子が記憶する該第１の値は該遷移時間計測器により測定された該時間間隔を示す値そのものであることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記４）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられ、前記半導体回路がオフ状態において流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、
該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記５）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、
該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記６）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を出力する信号経路と、
不揮発性の記憶素子と、
該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記７）
第１の電源線と第２の電源線との間に第１スイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該第１スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニット
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記８）
該第３の電源線と第４の電源線との間に配置される第２スイッチを更に含み、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて、該第３の電源線と第４の電源線との間に配置される該第２スイッチを遮断する動作の実行／非実行が選択されることを特徴とする付記１乃至７の何れか一項に記載の半導体装置。
（付記９）
該半導体回路の使用が開始される前に該第１の値を求める動作を実行することを特徴とする付記１、２、３、４、５、７の何れか一項に記載の半導体装置。
（付記１０）
該半導体回路の使用が開始された後に該半導体回路の動作が中断されている間に該第１の値を求める動作を実行することを特徴とする付記１、２、３、４、５、７の何れか一項に記載の半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】リーク電流遮断機能を備えた半導体回路の構成の一例を示す図である。
【図２】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第１実施例を示す図である。
【図３】半導体装置による臨界時間測定動作を示すフローチャートである。
【図４】半導体装置の通常動作時の電源制御動作を示すフローチャートである。
【図５】電源遮断時に消費される電流について説明するための図である。
【図６】臨界時間を求める式の左辺と右辺とを模式的に示した図である。
【図７】時間計測値に基づいて臨界時間値を求める臨界時間変換器の構成の一例を示す図である。
【図８】遷移時間計測器の回路構成の一例を示す図である。
【図９】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第２実施例を示す図である。
【図１０】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第３実施例を示す図である。
【図１１】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第４実施例を示す図である。
【図１２】リーク電流検出器の構成の一例を示す図である。
【図１３】リーク電流比較器の構成の一例を示す図である。
【図１４】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第５実施例を示す図である。
【図１５】基板温度検出器の構成の一例を示す図である。
【図１６】基板温度比較器の構成の一例を示す図である。
【図１７】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第６実施例を示す図である。
【図１８】図１７の半導体装置における臨界時間設定動作を示すフローチャートである。
【図１９】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第７実施例を示す図である。
【図２０】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第８実施例を示す図である。
【図２１】臨界時間計測動作を半導体装置の通常動作時に実行する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
２０ 半導体装置
２１ 第１の電源線
２２ 第２の電源線
２３ 第３の電源線
２４ スイッチ
２５ 被制御回路
２６ 電位検出器
２７ 遷移時間計測器
２８ 臨界時間変換器
２９ 臨界時間記憶素子
３０ 比較器
３１ 電源制御マイコン
３２ 遮断時間記憶素子
３３ ＡＮＤ回路
３４ タイマ
３５ ドライバ
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、一般に半導体装置に関し、詳しくは、回路への電源供給を部分的に遮断する機能を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の待ち受け状態等では、ある程度長い期間（例えば１ミリ秒以上）、機器内部の半導体回路の一部を使用しない状況が発生する。そのような状況において、不使用回路部分への電源供給をスイッチにより遮断し、半導体回路のトランジスタのリーク電流を削減する機能を設けることができる。このリーク電流遮断機能により、携帯機器の電池の持続時間を長くすることができる。
【０００３】
図１は、リーク電流遮断機能を備えた半導体回路の構成の一例を示す図である。図1に示す半導体回路は、電源制御ユニット１０及び被制御回路１１を含む。電源制御ユニット１０により、被制御回路１１に対する電源の供給又は遮断を制御する。電源制御ユニット１０は、スイッチ制御回路１２、スイッチ１３、及びスイッチ１４を含む。被制御回路１１は、例えば直列接続されたＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とを含む。ＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とから構成されるＣＭＯＳ回路では、理想的には、信号状態が変化しない定常状態では電流が流れない。しかしＮＭＯＳトランジスタ１５とＰＭＯＳトランジスタ１６とが完全にはＯＦＦしないために、微少なリーク電流が流れることが知られている。
【０００４】
リーク電流を遮断すべき対象である被制御回路１１の高電位側の電源ＶＤＤＶと外部の高電位側の電源ＶＤＤとの間にスイッチ１３が挿入されている。また被制御回路１１の低電位側の電源ＶＳＳＶと外部の低電位側の電源ＶＳＳとの間にスイッチ１４が挿入されている。ある程度長い期間（例えば１ミリ秒以上）、被制御回路１１を使用しない状況が発生すると、スイッチ制御回路１２はスイッチ１３及び１４を遮断状態にして、被制御回路１１に対する電源を遮断する。所定の時間が経過すると、スイッチ制御回路１２はスイッチ１３及び１４を導通状態にして、被制御回路１１に電源を供給する。
【０００５】
スイッチ１３及び１４としては一般にスイッチトランジスタが使用される。そのようなスイッチトランジスタのゲートにはゲート容量である寄生容量Ｃｇが存在する。この寄生容量Ｃｇを以下においてＣＴＬ容量と呼ぶ。
【０００６】
スイッチ１３及び１４が切断される前は、被制御回路１１に所定のリーク電流が流れている。スイッチ１３及び１４を切断する瞬間、ＣＴＬ容量を充電するために大きな電流が流れると共にスイッチ制御回路１２の寄生容量を充電するために若干の電流が流れる。その後、被制御回路１１のＶＤＤＶとＶＳＳＶとの間に存在する寄生容量（以降被制御回路１１の寄生容量と呼ぶ）がリーク電流の経路を介して放電して、ＶＤＤＶとＶＳＳＶの電位差はゼロに近づいていく。所定の時間後にスイッチ１３及び１４を導通するが、その瞬間、被制御回路１１の寄生容量を充電するために大きな電流が流れると共にスイッチ制御回路１２の寄生容量を充電するに若干の電流が流れる。
【０００７】
このようにリーク電流による電流消費を削減する目的のために電源の供給又は遮断を制御すると、スイッチ遮断・導通動作のために電流を消費することになる。このスイッチ動作による電流消費量を考慮した場合、余り頻繁にスイッチ動作を繰り返すと、逆に全体的な電流消費量が増えてしまう結果となる。一旦電源を遮断すると、電源を遮断している期間が長いほど、電源遮断による電流削減効果は大きくなる。逆に遮断期間が短いと、スイッチ動作のための電流消費量に比較して電源遮断による電流消費削減効果が小さくなり、電源遮断により逆に全体的な電流消費量が増大してしまう場合がある。
【０００８】
このように電源遮断期間が短いと電源遮断により逆にエネルギー損失が発生してしまうという問題を解決する方法として、プロセッサのタスクを単位としてスイッチを制御する技術が知られている。プロセッサのタスクは数ｍｓ以上の単位で構成されており、その時間以上の期間電源遮断するように構成することで、電源遮断によるエネルギー損失を避けることができる。
【０００９】
一般に半導体回路においては、製造時のばらつきや動作時の温度に応じて、リーク電流値が大きく変動する。リーク電流値が大きいときには、電源遮断による電流消費削減効果が大きいため、遮断期間が短くても電源遮断により全体的な電流消費量は削減されると考えられる。逆にリーク電流値が小さいときには、遮断期間が短いと、スイッチ動作のための電流消費量に比較して電源遮断による電流消費削減効果が小さい。従って遮断期間が短い場合には、電源遮断により全体的な電流消費量が増大してしまうと考えられる。但しリーク電流が小さい場合でも、遮断期間がある程度長くなると、電源遮断により全体的な電流消費量が減少する状態が得られる筈である。
【００１０】
このように、電源を遮断したほうがエネルギーを得する最小の時間（臨界時間）は、リーク電流が大きい場合とリーク電流が小さい場合とで異なると考えられる。リーク電流が大きい場合のほうが臨界時間は短い。上記の、プロセッサのタスクを単位としてスイッチを制御する方法では、リーク電流に依らず一律にタスクの時間単位で電源を遮断する。この際、リーク電流が小さい場合（臨界時間が長い場合）を想定して、エネルギーの損失を回避できる条件を満たすように電源遮断動作を設計することになる。しかしこの方法では、製造ばらつきや動作時の温度変動によりリーク電流が大きくなった場合、電源遮断すればエネルギーを削減できるにもかかわらず電源遮断しないという無駄な状況が発生する。
【特許文献１】特開２００４−０２１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上を鑑みると、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減できる半導体装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１３】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられたオフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１４】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１５】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を該半導体装置の外部に送出する信号経路と、不揮発性の記憶素子と、該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路を含む。
【００１６】
また第１の電源線と第２の電源線との間にトランジスタで構成されるスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置は、該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニットを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の少なくとも１つの実施例によれば、電源遮断してから電源線の電位が所定の電位に降下するまでの経過時間、オフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量、或いは基板の温度を計測し、その計測値に基づいて臨界時間を求める。この臨界時間に基づいて、電源供給経路に設けられたスイッチを遮断する動作の実行／非実行を制御する。これにより、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、好適な実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図２は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第１実施例を示す図である。図２の半導体装置２０は、第１の電源線２１、第２の電源線２２、第３の電源線２３、スイッチ２４、被制御回路２５、電位検出器２６、遷移時間計測器２７、臨界時間変換器２８、臨界時間記憶素子２９、比較器３０、電源制御マイコン３１、遮断時間記憶素子３２、ＡＮＤ回路３３、タイマ３４、及びドライバ３５を含む。第１の電源線２１には電源電圧ＶＤＤが供給される。第１の電源線２１と第２の電源線２２との間には、ＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎよりなるスイッチ２４が配置されている。第２の電源線２２の電位はＶＤＤＶである。第２の電源線２２と第３の電源線２３との間には被制御回路２５が配置されている。第３の電源線２３はグランド電圧ＶＳＳに接続されている。第２の電源線２２と第３の電源線２３との間には寄生容量３９が存在する。
【００２０】
電位検出器２６は、第２の電源線２２と第３の電源線２３との間の電位差を測定する。遷移時間計測器２７は、電位検出器２６により測定される電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する。具体的には、タイマ３４の出力信号ＣＴＬＰが１（ＨＩＧＨレベル）になると、これに応じて遷移時間計測器２７が時間計測動作を開始する。タイマ出力信号ＣＴＬＰの１への変化に応じてドライバ３５の出力である制御信号ＣＴＬが１に変化して、スイッチ２４が導通状態から遮断状態となる。スイッチ２４が遮断されると電源電圧ＶＤＤが第２の電源線２２に供給されなくなり、寄生容量３９に蓄積されていた電荷が徐々に放電されて、第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶが徐々に下がっていく。スイッチ２４遮断前の第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを初期値として、電圧ＶＤＤＶがこの初期値から下がっていき所定値に到達すると、遷移時間計測器２７は時間計測動作を停止する。遷移時間計測器２７は、時間計測動作を停止したときの時間に応じた時間計測値ＴＤを出力する。なおクロック信号ＣＬＫが遷移時間計測器２７に供給されており、遷移時間計測器２７による時間計測動作はクロック信号ＣＬＫに基づいて行なわれる。
【００２１】
臨界時間変換器２８は、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔（時間計測値ＴＤ）に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値（臨界時間値ＴＣ）を出力する。この所定の関係式については後ほど詳細に説明する。臨界時間変換器２８が出力する臨界時間値ＴＣは臨界時間記憶素子２９に格納される。この臨界時間値ＴＣは、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔に応じた値であり、臨界時間変換器２８による変換により被制御回路２５の臨界時間を示す値となっている。ここで被制御回路２５の臨界時間とは、被制御回路２５への電源の供給を続けるよりも電源を遮断したほうがエネルギーを得するような最短の電源遮断期間である。即ち、臨界時間よりも電源遮断期間が短くなると、半導体装置２０での全体での電流消費量が電源遮断しない場合よりも増大してしまう。逆に臨界時間よりも電源遮断期間が長ければ、半導体装置２０での全体での電流消費量が電源遮断しない場合よりも削減される。
【００２２】
遮断時間記憶素子３２は、被制御回路２５の電源遮断期間を指定する値を記憶する。この値は、電源制御マイコン３１により指定される値であり、電源制御マイコン３１が予定している被制御回路２５の電源遮断期間を示す。比較器３０は、臨界時間記憶素子２９に記憶された値（臨界時間値）と遮断時間記憶素子３２に記憶された値（被制御回路２５の電源遮断予定期間を指定する値）とを比較する。比較器３０は比較結果を示す信号ＣＥＮをＡＮＤ回路３３の一方の入力に供給する。ＡＮＤ回路３３の他方の入力には、電源制御マイコン３１からのスタンバイ信号ＳＴＤが供給される。スタンバイ信号ＳＴＤは、電源制御マイコン３１が被制御回路２５の電源供給を遮断しようとする時に１（ＨＩＧＨ）になる信号である。
【００２３】
比較結果信号ＣＥＮが示す臨界時間値と電源遮断予定期間値との大小関係に応じて、ＡＮＤ回路３３は、スイッチ２４を遮断する動作の実行／非実行を選択する。臨界時間よりも電源遮断予定期間が長い場合には、比較結果信号ＣＥＮが１となり、ＡＮＤ回路３３の出力は１（ＨＩＧＨ）となる。ＡＮＤ回路３３のＨＩＧＨ出力に応答して、タイマ３４が動作を開始する。即ちタイマ３４は内部の計時動作を開始すると同時に、タイマ出力信号ＣＴＬＰを０から１に変化させる。タイマ３４にはクロック信号ＣＬＫが供給されており、タイマ３４による計時動作はクロック信号ＣＬＫに基づいて行なわれる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になると制御信号ＣＴＬがＨＩＧＨとなり、スイッチ２４が遮断される。タイマ３４は、遮断時間記憶素子３２に記憶された値（被制御回路２５の電源遮断予定期間を指定する値）が示す時間が計時動作開始時から経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰを１から０に変化させる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になると制御信号ＣＴＬがＬＯＷとなり、スイッチ２４が導通される。従って、被制御回路２５への電源供給は、電源遮断予定期間に等しい時間だけ遮断されることになる。
【００２４】
臨界時間よりも電源遮断予定期間が短い場合には、比較結果信号ＣＥＮが０となり、ＡＮＤ回路３３の出力は０となる。ＡＮＤ回路３３の出力が０の場合、タイマ３４は動作を開始することなく、タイマ出力信号ＣＴＬＰは０のままである。従って、被制御回路２５への電源は遮断されない。
【００２５】
図３は、半導体装置２０による臨界時間測定動作を示すフローチャートである。ステップＳ１で、電源制御マイコン３１上のソフトで臨界時間計測プログラムを実行する。この臨界時間計測プログラムは、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始される前に実行される。例えば、半導体装置２０の電源投入時等、被制御回路２５の通常動作が開始される前の段階に、予め臨界時間の計測を行なっておく。
【００２６】
ステップＳ２で、電源制御マイコン３１が所定の切断時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、臨界時間記憶素子２９に記憶させる。臨界時間記憶素子２９に記憶された電源遮断予定期間は、臨界時間記憶素子２９からデータＴＯＦＦとして出力される。初期状態において臨界時間記憶素子２９の出力データＴＣＣは０となっている。従って、ＴＣＣ＜ＴＯＦＦとなり、比較器３０の出力である比較結果ＣＥＮは１となる。
【００２７】
ステップＳ３で、電源制御マイコン３１が信号ＭＥＮＬを１に設定し、電位検出器２６等を有効にする（活性化する）。ステップＳ４で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。比較結果ＣＥＮが１であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは１となる。これによりタイマ３４の計時動作が開始し、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になる。
【００２８】
タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、制御信号ＣＴＬが１となり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは非導通状態となる。同時に、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、遷移時間計測器２７のリセットが解除され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される（ステップＳ５）。
【００２９】
ステップＳ６で、電位検出器２６が第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを検出し、検出電圧を示す値ＤＶを出力する。ステップＳ７で、検出電圧値ＤＶが所定値以下になったら、遷移時間計測器２７による時間計測動作を停止し、検出電圧値ＤＶが所定値以下になるまでに経過した時間を示す時間計測値ＴＤを出力する。臨界時間変換器２８は、時間計測値ＴＤを臨界時間値ＴＣに変換して出力する。臨界時間記憶素子２９は、臨界時間変換器２８が出力する臨界時間値ＴＣを新たな臨界時間値として格納する。臨界時間記憶素子２９が格納した新たな臨界時間値は、データＴＣＣとして出力される。臨界時間記憶素子２９は、信号ＭＥＮＤを０から１に変化させることにより、測定終了を電源制御マイコン３１に通知する。
【００３０】
ステップＳ８で、電源制御マイコン３１は信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。また電源制御マイコン３１は、スタンバイ信号ＳＴＤを１から０に変化させると共に、臨界時間計測プログラムの実行を終了する。ステップＳ９で、データＴＳＴＤが示す電源遮断予定期間が経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態となる。
【００３１】
図４は、半導体装置２０の通常動作時の電源制御動作を示すフローチャートである。図４の電源制御動作を実行する前に、既に図３に示す臨界時間測定動作が終了しているものとする。
【００３２】
図４のステップＳ１で、電源制御マイコン３１上のソフトで通常動作プログラムを実行中に、被制御回路２５の電源を停止する処理が実行される。即ち、通常動作を実行中に、被制御回路２５をある程度長い時間使用しない状況が発生したので、消費電流を削減するために被制御回路２５への電源供給を停止する命令が実行される。電源停止処理が実行されると、ステップＳ２に進む。ステップＳ２で、電源制御マイコン３１は電源を停止できる時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、遮断時間記憶素子３２に記憶させる。遮断時間記憶素子３２に記憶された電源遮断予定期間は、遮断時間記憶素子３２からデータＴＯＦＦとして出力される。
【００３３】
ステップＳ３で、比較器３０によりＴＣＣ＜ＴＯＦＦであるか否かが判定される。ステップＳ３の判定結果がｙｅｓの場合、ステップＳ４で比較結果ＣＥＮが１になる。ステップＳ５で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。比較結果ＣＥＮが１であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは１となる。これによりタイマ３４の計時動作が開始し、タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になる。タイマ出力信号ＣＴＬＰが１になったことに応じて、制御信号ＣＴＬが１となり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは非導通状態となる（ステップＳ５）。遮断時間記憶素子３２の出力データＴＯＦＦが示す電源遮断予定期間が経過すると、タイマ出力信号ＣＴＬＰが０になり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態となる（ステップＳ７）。ステップＳ８で、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０に戻す。その後、処理はステップＳ１に戻り、電源停止処理の実行を待つ。
【００３４】
ステップＳ３の判定結果がｎｏの場合、ステップＳ９で比較結果ＣＥＮが０になる。ステップＳ１０で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定するが、比較結果ＣＥＮが０であるので、ＡＮＤ回路３３の出力ＳＴＤＰは０のままとなる。その結果、タイマ出力信号ＣＴＬＰ及び制御信号ＣＴＬが０のままとなり、スイッチ２４のＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎは導通状態を維持する（ステップＳ１１）。その後ステップＳ８で、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０に戻す。その後、処理はステップＳ１に戻り、電源停止処理の実行を待つ。
【００３５】
以下に、遷移時間計測器２７による時間計測値に基づいて臨界時間値を求める方法について説明する。図５は、電源遮断時に消費される電流について説明するための図である。図５において（ａ）は電源遮断時に消費される電流を示す図であり、（ｂ）は電源遮断することなく供給を続けた時に消費される電流を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は被制御回路２５に関連して電源ＶＤＤから流れ込む電流を示す。図５（ａ）では、時間０で被制御回路２５に対する電源が遮断され、時間Ｔｃで被制御回路２５に対する電源供給が再開される。図５（ｂ）では、被制御回路２５に対して常時電源が供給されており、リーク電流Ｉｌｅａｋが常時流れている。図２に示すように、リーク電流Ｉｌｅａｋは、被制御回路２５を介して第２の電源線２２と第３の電源線２３との間に流れるリーク電流である。
【００３６】
図５（ａ）に示す時間０において、図２に示すスイッチ２４を遮断するために、スイッチ２４を構成するＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲート電圧を上昇させる。ここで、トランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲートには寄生容量Ｃｇ１乃至Ｃｇｎのようにゲート容量（以下においてＣＴＬ容量と呼ぶ）が存在する。ＰＭＯＳトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎのゲート電圧を上昇させるためには、ＣＴＬ容量に充電するための大きな電流が流れる。また更に、スイッチ２４を遮断するための信号制御のためにＡＮＤ回路３３、タイマ３４、ドライバ３５等の制御回路内の寄生容量を充電するための電流が流れる。次に図５（ａ）に示す時間Ｔｃにおいては、スイッチ２４を導通するための信号制御のためにＡＮＤ回路３３、タイマ３４、ドライバ３５等の制御回路内の寄生容量を充電するための電流が流れる。これらのＣＴＬ容量及び制御回路の充電電流が電流波形４１として示されている。即ち、この電流波形４１はスイッチ２４の切り替え動作のために流れる電流の波形である。
【００３７】
スイッチ２４の切り替え動作のために流れる電流以外に、被制御回路２５側で流れる電流がある。即ち、図５（ａ）に示す時間Ｔｃにおいては、第２の電源線２２の電圧を上昇させるために、寄生容量３９に充電する必要がある。その充電電流が電流波形４２として示されている。なお図５（ａ）に示す時間０から時間Ｔｃの間に、寄生容量３９に蓄えられている電荷が被制御回路２５を介したリーク電流の経路を介して放電して、ＶＤＤＶの電圧はゼロに近づいていく。
【００３８】
以上を鑑みると、図５（ａ）に示されるように被制御回路２５への電源供給を時間０から時間Ｔｃまでの期間停止した場合に、この期間において電源ＶＤＤから半導体装置２０に流れ込む電荷量は、上記の電流波形４１及び４２を時間０から時間Ｔｃまで積分した値となる。
【００３９】
Ｔｃが臨界時間であるとすると、図５（ａ）に示される電流波形４１及び４２を時間０から時間Ｔｃまで積分した値と、図５（ｂ）に示されるリーク電流Ｉｌｅａｋの波形４４を時間０から時間Ｔｃまで積分した値とが等しいことになる。即ち、電源遮断した場合に電源ＶＤＤから流れ込む電荷量と、電源供給を継続した場合に電源ＶＤＤから流れ込む電荷量とが等しくなる。
【００４０】
従ってＴｃが臨界時間である場合、電流波形４１の電流をＩｃｔｌ、電流波形４２の電流をＩｖｄｄｖ、電流波形４４の電流をＩｌｅａｋとすると、
【００４１】
【数１】
が成り立つ。ここで、ＣＴＬ容量及び制御回路の充電電流は、スイッチ２４の具体的構成とドライバ３５等の制御回路の具体的構成とが決まれば、一定の値であると考えることができる。従って、
【００４２】
【数２】
となる。
【００４３】
また被制御回路２５のリーク電流成分の抵抗値、即ち被制御回路２５を介してリーク電流が流れるパスの抵抗値をＲとすると、
Ileak×R=VDD
と表すことができる。ここで第２の電源線２２の電位は図５（ａ）の時間０においてＶＤＤである。時間０において電源が遮断され、その後、寄生容量３９の電荷が上記のリーク電流経路の抵抗Ｒを介して放電すると考えると、時間０以後の第２の電源線２２の電位Ｖ（ｔ）は、
【００４４】
【数３】
と表すことができる。ここでＣは寄生容量３９の容量値である。時間０で電源供給を停止した後、時間Ｔｃにおける第２の電源線２２の電位は、上の式（３）にｔ＝Ｔｃを代入した値である。時間Ｔｃでスイッチ２４が導通され第２の電源線２２が電源に接続されると、第２の電源線２２の電位Ｖ（ｔ）がＶＤＤに回復する。第２の電源線２２の電位がＶＤＤに回復した時点の寄生容量３９の電荷量はＣ×ＶＤＤである。式（１）の左辺において、Ｉｖｄｄｖを時間０から時間Ｔｃまで積分した値は、第２の電源線２２の電圧がＶＤＤに回復した時点の寄生容量３９の電荷量Ｃ×ＶＤＤから、スイッチ２４が導通する直前（時間Ｔｃとする）における寄生容量３９の電荷量（ｔ＝Ｔｃにおける式３の値のＣ倍）を引いた値に等しい。即ち、
【００４５】
【数４】
である。なおここでは簡単のため、時間Ｔｃにおいてスイッチ２４を導通状態にすると直ちに寄生容量３９の充電が完了して第２の電源線２２の電位がＶＤＤに回復するとしている。
【００４６】
式（２）及び式（４）を式（１）に代入して、
【００４７】
【数５】
が得られる。
【００４８】
図６は、式（５）の左辺と右辺とを模式的に示した図である。横軸は遮断時間であり縦軸は電荷量を示す。図６において直線５１は、リーク電流が大きい場合の式（５）の右辺の値を示し、曲線５２は、リーク電流が大きい場合の式（５）の左辺の値を示す。具体的には、直線５１は、電源遮断によりリーク電流が無くなることにより得する電荷量を表し、時間と共に直線的に増加する。また曲線５２は、電源遮断したときにスイッチング動作及び被制御回路２５の充電に必要な電荷量を表し、時間と共に所定値に近づいていく飽和曲線を描く。直線５１と曲線５２との交点５３における遮断時間が、このリーク電流の場合の臨界時間Ｔｃである。
【００４９】
図６において直線５４は、リーク電流が小さい場合の式（５）の右辺の値を示し、曲線５５は、リーク電流が小さい場合の式（５）の左辺の値を示す。直線５４と曲線５５との交点５６における遮断時間が、このリーク電流の場合の臨界時間ＴＣである。図６から分かるように、リーク電流が小さい場合の臨界時間ＴＣは、リーク電流が大きい場合の臨界時間ＴＣよりも長くなる。
【００５０】
このようにリーク電流の大きさに応じて変化する臨界時間ＴＣに基づいて、図２に示す半導体装置２０の被制御回路２５への電源供給／遮断を制御する。即ち、臨界時間よりも電源遮断予定期間が長い場合には、被制御回路２５への電源供給は、電源遮断予定期間に等しい時間だけ遮断されることになる。また臨界時間よりも電源遮断予定期間が短い場合には、被制御回路２５への電源は遮断されない。このような構成とすることにより、リーク電流値が変動する場合に効果的に電流消費を削減することができる。
【００５１】
前述のように図２に示す半導体装置２０において、遷移時間計測器２７は、電位検出器２６により測定される第２の電源線２２の電圧が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する。以下に、この遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤに基づいて臨界時間値ＴＣを求める方法について説明する。
【００５２】
遷移時間計測器２７が測定する時間間隔は、電源遮断により第２の電源線２２の電圧が初期値ＶＤＤから所定値Ｖｒｅｆになるまでの間隔であるとする。このときＶｒｅｆは、
【００５３】
【数６】
として表すことができる。式６を変形してＩｌｅａｋを求めると、
【００５４】
【数７】
が得られる。この式７のＩｌｅａｋを式（５）に代入して、
【００５５】
【数８】
が得られる。この式（８）を用いて、時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられた時間計測値ＴＤに基づいて式（８）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（８）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。
【００５６】
図７は、時間計測値ＴＤに基づいて臨界時間値ＴＣを求める臨界時間変換器２８の構成の一例を示す図である。図７に示すように、臨界時間変換器２８は、不揮発性メモリ２８Ａを含む。不揮発性メモリ２８Ａには、複数の異なる時間計測値ＴＤの各々に対して上式（８）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリ２８Ａには、時間計測値ＴＤと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力の時間計測値ＴＤに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７に示すように、時間計測値ＴＤをアドレスとして、各アドレスにその時間計測値に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００５７】
図８は、遷移時間計測器２７の回路構成の一例を示す図である。この例では、電位検出器２６からの電位検出信号ＤＶが１ビットの場合を示している。即ちこの場合、検出電位と所定の電位（例えば上記式（６）のＶｒｅｆ）との比較を、電位検出器２６側で行ない、比較結果を１ビット信号ＤＶとして遷移時間計測器２７に供給している。このような構成の代わりに、電位検出器２６から検出電位を示すデジタル値としてＤＶを出力し、このＤＶと所定の電位に対応するデジタル値との比較を遷移時間計測器２７側で行なう構成としてもよい。
【００５８】
図８の遷移時間計測器２７は、ＡＮＤ回路６１、ＯＲ回路６２、及びカウンタ６３を含む。カウンタ６３は、複数のフリップフロップ６４と複数のインバータ６５とを含む。各インバータ６５は、対応するフリップフロップ６４の出力を入力にフィードバックする経路に挿入される。１つのフリップフロップ６４と１つのインバータ６５とで、トグルフリップフロップを構成する。ＡＮＤ回路６１の出力は、各フリップフロップ６４のリセット入力（負論理）に供給される。
【００５９】
イネーブル信号ＥＮ（図２のＭＥＮＬに相当）が１の状態でタイマ出力信号ＣＴＬＰが１になると、ＡＮＤ回路６１の出力が１になり、カウンタ６３内部のフリップフロップのリセットが解除される。この状態で、ＯＲ回路６２を介してクロック信号ＣＬＫがカウンタ６３内部のフリップフロップに供給され、カウンタ６３がカウント動作を実行する。電位検出器２６の検出する電位が所定の電位になると、１ビット信号ＤＶが０から１になり、ＯＲ回路６２の出力は１固定となる。即ち、カウンタ６３はカウンタ動作を停止し、その時点でのカウント値を保持する。このカウント値が時間計測値ＴＤであり、第２の電源線２２の電位が初期値から所定の電位に到達するまでの時間間隔に相当する。
【００６０】
図９は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第２実施例を示す図である。図９において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６１】
図９の半導体装置２０Ａは、複数の回路ブロック７０−１乃至７０−ｍを含む。回路ブロック７０−１は、図２の電源制御マイコン３１を除いた各要素を含む。回路ブロック７０−２乃至回路ブロック７０−ｍは全て、回路ブロック７０−１と同様の構成である。但し、電源供給／遮断の制御対象である被制御回路２５は、各回路ブロック毎に別個の回路である。図９のような構成とすることで、各回路ブロック毎に、リーク電流の大きさに応じて変化する臨界時間ＴＣに基づいて、各回路ブロックの被制御回路２５への電源供給／遮断を制御することができる。なお図９の構成例では、各回路ブロックが電位検出器２６、遷移時間計測器２７、臨界時間変換器２８等の制御回路を含む構成としたが、電位検出器２６、遷移時間計測器２７、及び臨界時間変換器２８については一セットだけ設け、各回路ブロックで共有するようにしてよい。この場合、電位検出器２６の入力を複数の回路ブロック７０−１乃至７０−ｍ間で切り替え可能な構成とすればよい。なお臨界時間ＴＣは各回路ブロック毎に異なるので、臨界時間記憶素子２９については各回路ブロック毎に独立に設ける必要がある。またスイッチ２４及びスイッチ制御のための制御回路（タイマ３４等）についても、各回路ブロック毎に別個に設ける。
【００６２】
図１０は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第３実施例を示す図である。図１０において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６３】
図１０の半導体装置２０Ｂは、複数の回路ブロック７０−１Ｂ乃至７０−ｍＢを含む。回路ブロック７０−２Ｂ乃至回路ブロック７０−ｍＢは全て、回路ブロック７０−１Ｂと同様の構成である。図１０の回路ブロック７０−１Ｂは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６の代わりに電位検出器２６Ｂが設けられ、臨界時間変換器２８が削除されている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００６４】
電位検出器２６Ｂにおいて、時間経過を測定するための所定の電位（式（６）のＶｒｅｆ）を適切な電位に設定すれば、遷移時間計測器２７の出力である時間計測値ＴＤを臨界時間ＴＣに略等しくすることができる。即ち、式（８）において、Ｔｃ＝ＴＤとし、式（８）の等号が満足するようなＶｒｅｆを求めることにより、ＴＤが臨界時間ＴＣに略等しくなるＶｒｅｆを見つけることができる。電位検出器２６Ｂ及び遷移時間計測器２７により、第２の電源線２２の電位が初期値ＶＤＤからそのようなＶｒｅｆに到達するまでの時間を計測すれば、遷移時間計測器２７の出力ＴＤが臨界時間ＴＣに略等しくなる。この場合、遷移時間計測器２７の出力である時間計測値ＴＤ（≒ＴＣ）をそのまま臨界時間記憶素子２９に格納すればよい。即ちこの場合、臨界時間記憶素子２９が記憶する値は、遷移時間計測器２７により測定された時間間隔を示す値そのものである。
【００６５】
図１１は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第４実施例を示す図である。図１１において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６６】
図１１の半導体装置２０Ｃは、複数の回路ブロック７０−１Ｃ乃至７０−ｍＣを含む。回路ブロック７０−２Ｃ乃至回路ブロック７０−ｍＣは全て、回路ブロック７０−１Ｃと同様の構成である。図１１の回路ブロック７０−１Ｃは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６及び遷移時間計測器２７の代わりにリーク電流検出器８１が設けられ、更に臨界時間変換器２８の代わりに臨界時間変換器２８Ｃが設けられている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００６７】
リーク電流検出器８１は、第１の電源線２１及び第２の電源線２２の何れか一方と第３の電源線２３との間に設けられたオフ状態のトランジスタを流れるリーク電流の量を計測する。図１１の例では、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間でリーク電流を計測する構成となっているが、第２の電源線２２と第３の電源線２３との間でリーク電流を計測する構成としてもよい。臨界時間変換器２８Ｃは、リーク電流検出器８１が計測したリーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する。この出力値が臨界時間ＴＣを示す値である。
【００６８】
前述の式（５）を用いて、リーク電流値Ｉｌｅａｋから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられたリーク電流値に基づいて式（５）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（５）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。
【００６９】
臨界時間変換器２８Ｃは、図７に示す臨界時間変換器２８と同様の構成であってよい。この臨界時間変換器２８Ｃの不揮発性メモリには、複数の異なるリーク電流値Ｉｌｅａｋの各々に対して式（５）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリには、リーク電流値Ｉｌｅａｋと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力のリーク電流値Ｉｌｅａｋに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、リーク電流値Ｉｌｅａｋから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７の場合と同様に、リーク電流値Ｉｌｅａｋをアドレスとして、各アドレスにそのリーク電流値に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００７０】
図１２は、リーク電流検出器８１の構成の一例を示す図である。図１２のリーク電流検出器８１は、ｎ個のリーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎを含む。ｎ個のリーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々の１ビット出力が纏まって、ｎビットのリーク電流検出値ＩＬ［１：ｎ］を構成する。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎは、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間に設けられる。
【００７１】
図１３は、リーク電流比較器８２−１の構成の一例を示す図である。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々は同様の構成である。図１３に示すリーク電流比較器８２−１は、ＰＭＯＳトランジスタ８３、ＮＭＯＳトランジスタ８４、ＰＭＯＳトランジスタ８５、ＮＭＯＳトランジスタ８６、及び抵抗８７を含む。ＰＭＯＳトランジスタ８３とＮＭＯＳトランジスタ８４とが直列接続され、またＰＭＯＳトランジスタ８５とＮＭＯＳトランジスタ８６とが直列接続される。ＰＭＯＳトランジスタ８３は、そのゲート端及びソース端が第１の電源線２１のＶＤＤに接続され、非導通となる電位設定になっている。ＮＭＯＳトランジスタ８４は、そのゲート端及びソース端が抵抗８７を介して第３の電源線２３のＶＳＳに接続され、非導通となる電位設定になっている。しかしながらＰＭＯＳトランジスタ８３とＮＭＯＳトランジスタ８４とは、実際には完全に非導通状態とはならず、リーク電流が流れる。このリーク電流により、抵抗８７とＮＭＯＳトランジスタ８４との結合点の電位が上昇する。
【００７２】
直列接続されたＰＭＯＳトランジスタ８５とＮＭＯＳトランジスタ８６とは比較器を構成し、上記結合点の電位が所定の値より大きくなると出力ＩＬがＬＯＷになる。結合点の電位が所定の値より小さい場合には出力ＩＬがＨＩＧＨになる。出力ＩＬがＨＩＧＨ／ＬＯＷの何れの値となるかは、リーク電流の大きさと抵抗８７の抵抗値ＲＬに依存する。リーク電流比較器８２−１乃至８２−ｎの各々で、抵抗８７の抵抗値ＲＬを異ならせることにより、リーク電流の値をリーク電流検出値ＩＬ［１：ｎ］に反映させることが可能となる。即ち、リーク電流検出値ＩＬのｎビットのうちの何れがＨＩＧＨで何れがＬＯＷであるかを判断することにより、リーク電流の値を特定することができる。
【００７３】
図１４は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第５実施例を示す図である。図１４において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００７４】
図１４の半導体装置２０Ｄは、複数の回路ブロック７０−１Ｄ乃至７０−ｍＤを含む。回路ブロック７０−２Ｄ乃至回路ブロック７０−ｍＤは全て、回路ブロック７０−１Ｄと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｄは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、電位検出器２６及び遷移時間計測器２７の代わりに基板温度検出器９１が設けられ、更に臨界時間変換器２８の代わりに臨界時間変換器２８Ｄが設けられている点が異なる。それ以外の構成は同様である。
【００７５】
基板温度検出器９１は、半導体装置２０Ｄが設けられる基板の温度を計測する。臨界時間変換器２８は、基板温度検出器９１が計測した温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する。この出力値が臨界時間ＴＣを示す値である。
【００７６】
基板温度ＴＳとリーク電流Ｉｌｅａｋとの関係は、以下のような指数関数となることが知られている。
【００７７】
【数９】
この式（９）を前述の式（５）に代入すれば、
【００７８】
【数１０】
が得られる。この式（１０）を用いて、基板温度ＴＳから臨界時間値ＴＣを求めることができる。具体的には、与えられた基板温度に基づいて式（１０）の左辺及び右辺を数値解析することにより、式（１０）を満たすような時間Ｔｃを求めれば、その時間Ｔｃの値が臨界時間ＴＣとなる。なお定数αは、実験等により予め求めておけばよい。
【００７９】
臨界時間変換器２８Ｄは、図７に示す臨界時間変換器２８と同様の構成であってよい。この臨界時間変換器２８Ｄの不揮発性メモリには、複数の異なる基板温度ＴＳの各々に対して式（１０）を数値解析して得られた臨界時間値ＴＣが格納されている。即ち、不揮発性メモリには、基板温度ＴＳと臨界時間値ＴＣとを一対一に対応付けたテーブルが格納されていると考えてよい。入力の基板温度ＴＳに対して、テーブル中の対応する臨界時間値ＴＣを出力することで、基板温度ＴＳから臨界時間値ＴＣへの変換を行なうことができる。図７の場合と同様に、基板温度ＴＳをアドレスとして、各アドレスにその基板温度に対応する臨界時間値ＴＣを格納することにより上記のテーブルを構成してよい。
【００８０】
図１５は、基板温度検出器９１の構成の一例を示す図である。図１５の基板温度検出器９１は、ｋ個の基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋを含む。ｋ個の基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々の１ビット出力が纏まって、ｋビットの基板温度検出値ＴＳ［１：ｋ］を構成する。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋは、第１の電源線２１と第３の電源線２３との間に設けられる。
【００８１】
図１６は、基板温度比較器９２−１の構成の一例を示す図である。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々は同様の構成である。図１６に示す基板温度比較器９２−１は、
ディプレッション形のＮＭＯＳトランジスタＤＴｒ１、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ２及びＴｒ３、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４及びＴｒ５、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ６及びＴｒ７、ダイオードＤ１及びＤ２、抵抗Ｒ１乃至Ｒ３、及びコンパレータＣＯＭ１を含む。ダイオードＤ１及びＤ２は基板に形成されており、基板温度に応じてアノードとカソードとの間の印加電圧が変化することにより、温度検出素子として機能する。
【００８２】
基板温度が所定の温度より高くなると、電位Ｖａが電位Ｖｂより低くなり、コンパレータＣＯＭ１の出力がＬＯＷとなる。これにより基板温度検出値ＴＳはＬＯＷとなる。また基板温度が所定の温度より低くなると、電位Ｖａが電位Ｖｂより高くなり、コンパレータＣＯＭ１の出力がＨＩＧＨとなる。このときこれにより基板温度検出値ＴＳはＨＩＧＨとなる。出力ＴＳがＨＩＧＨ／ＬＯＷの何れの値となるかは、基板温度と抵抗Ｒ２の抵抗値に依存する。基板温度比較器９２−１乃至９２−ｋの各々で、抵抗Ｒ２の抵抗値を異ならせることにより、基板温度を基板温度検出値ＴＳ［１：ｋ］に反映させることが可能となる。即ち、基板温度検出値ＴＳのｋビットのうちの何れがＨＩＧＨで何れがＬＯＷであるかを判断することにより、基板温度を特定することができる。
【００８３】
図１７は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第６実施例を示す図である。図１７において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００８４】
図１７の半導体装置２０Ｅは、複数の回路ブロック７０−１Ｅ乃至７０−ｍＥを含む。回路ブロック７０−２Ｅ乃至回路ブロック７０−ｍＥは全て、回路ブロック７０−１Ｅと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｅは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、臨界時間変換器２８が削除され、更に臨界時間記憶素子２９が臨界時間ヒューズ記憶素子９５に置き換えられている。また、遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤ１（測定された時間間隔に応じた値）を半導体装置２０Ｅの外部に送出する信号経路９６と、スイッチ２４の遮断及び導通動作を制御する信号を半導体装置２０Ｅの外部から受け取る信号経路９７が設けられている。また更に、セレクタ９８が設けられている。それ以外の構成は、図９の構成と同様である。図１７の半導体装置２０Ｅは、外部の試験装置に接続して、試験装置により制御することにより臨界時間測定が行なわれる。
【００８５】
図１８は、図１７の半導体装置における臨界時間設定動作を示すフローチャートである。このフローチャートは回路ブロック７０−１Ｅの動作を示すが、他の回路ブロック７０−２Ｅ乃至７０−ｍＥの動作についても同様である。
【００８６】
まずステップＳ１で、試験装置から、ＴＳＷ１＝１、ＴＭ１＝１を入力する。即ち、外部試験装置から信号経路９７を介してＴＳＷ１＝１、ＴＭ１＝１をセレクタ９８に入力する。セレクタ９８は、ＴＭ１が０のときにタイマ３４からの出力を選択し、ＴＭ１が１のときに外部からの入力信号ＴＳＷ１を選択する。
【００８７】
ステップＳ２で、ＴＳＷ１＝１により、スイッチ２４のトランジスタＴＲ１乃至ＴＲｎを非導通状態にし、同時に遷移時間計測器２７の計測を開始する。即ち、遷移時間計測器２７のリセットが解除され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される。ステップＳ３で、電位検出器２６が第２の電源線２２の電圧ＶＤＤＶを検出し、検出電圧を示す値ＤＶを出力する。ステップＳ４で、検出電圧値ＤＶが所定値以下になったら、遷移時間計測器２７による時間計測動作を停止し、検出電圧値ＤＶが所定値以下になるまでに経過した時間を示す時間計測値ＴＤ１を出力する。
【００８８】
ステップＳ５で、外部の試験装置が半導体装置２０ＥからＴＤ１を受け取り、このＴＤ１に基づいて臨界時間を計算する。時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換は前述の通りである。ステップＳ６で、臨界時間ヒューズ記憶素子９５のヒューズを選択的に切断することにより、計算された臨界時間値ＴＣを臨界時間ヒューズ記憶素子９５に書き込む。臨界時間ヒューズ記憶素子９５には、複数のヒューズが設けられており、幾つかのヒューズを選択的に切断することにより所望の値を記憶する記憶素子として機能する。
【００８９】
半導体装置２０Ｅの通常動作時には、臨界時間ヒューズ記憶素子９５の出力と遮断時間記憶素子３２の出力とが比較され、その比較結果に応じてタイマ３４が制御される。通常動作時には、ＴＭ１は０に固定されており、セレクタ９８は常にタイマ３４の出力を選択する。
【００９０】
図１９は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第７実施例を示す図である。図１９において、図９と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００９１】
図１９の半導体装置２０Ｆは、複数の回路ブロック７０−１Ｆ乃至７０−ｍＦを含む。回路ブロック７０−２Ｆ乃至回路ブロック７０−ｍＦは全て、回路ブロック７０−１Ｆと同様の構成である。図１４の回路ブロック７０−１Ｆは、図９の回路ブロック７０−１と比較して、臨界時間変換器２８、臨界時間記憶素子２９、比較器３０、ＡＮＤ回路３３が削除されている。遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤ（測定された時間間隔に応じた値）は、電源制御マイコン３１に供給される。電源制御マイコン３１は電源制御ユニットとして機能して、遷移時間計測器２７により測定された時間計測値ＴＤに応じた値と被制御回路２５の電源遮断期間を指定する値との大小関係に応じてスイッチ２４を遮断する動作の実行／非実行を選択する。即ち、電源制御マイコン３１は、電源遮断予定期間が臨界時間よりも長ければタイマ３４の計時動作を開始させて被制御回路２５への電源を遮断し、電源遮断予定期間が臨界時間よりも短ければタイマ３４の計時動作を開始することなく被制御回路２５への電源供給を維持する。なお時間計測値ＴＤから臨界時間値ＴＣへの変換は電源制御マイコン３１内部で計算される。
【００９２】
図２０は、リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第８実施例を示す図である。図２０において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００９３】
図２０の半導体装置２０Ｇには、図２の半導体装置２０と比較して、スイッチ１０１と、グランド電位ＶＳＳに接続される第４の電源線１０２と、インバータ１０３とが新たに設けられている。その他の構成については、図２の半導体装置２０と同様である。スイッチ１０１は、第３の電源線２３と第４の電源線１０２との間に配置される。スイッチ１０１はＮＭＯＳトランジスタＴＲｓ１乃至ＴＲｓｎを含み、これらトランジスタのゲートにはタイマ３４の出力信号ＣＴＬＰの反転信号がインバータ１０３から印加される。これにより、タイマ３４の出力信号に応じてスイッチ１０１の導通／遮断が制御される。即ち、比較器３０の比較結果が示す臨界時間値と電源遮断予定期間値との大小関係に応じて、第３の電源線２３と第４の電源線１０２との間に配置されるスイッチ１０１を遮断する動作の実行／非実行が選択される。
【００９４】
図２０のようにグランド電位ＶＳＳ側にもスイッチを設ける構成を、これまで説明した各実施例に対して適用してよい。このように電源電位ＶＤＤ側に加え更にグランド電位ＶＳＳ側でも電源遮断することにより、リーク電流を更に削減することができる。
【００９５】
図２１は、臨界時間計測動作を半導体装置の通常動作時に実行する手順を示すフローチャートである。前述の図３に示すフローチャートによる臨界時間計測動作は、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始される前に実行される。即ち、被制御回路２５の通常動作前に実行される。これに対して、図２１に示すフローチャートは被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後に実行され、被制御回路２５の動作が中断されている間に臨界時間計測動作を実行する。なおこのフローチャートの動作は、例えば図２或いは図９に示す半導体装置２０において実行してよい。
【００９６】
図２１のステップＳ１で、被制御回路２５は使われるか否かを判断する。被制御回路２５が使われない場合には、ステップＳ２に進む。被制御回路２５が使われる場合には、ステップＳ１の判断を繰り返す。この判断は電源制御マイコン３１により行い、被制御回路２５が現在動作してなく、且つ当面の間動作させる予定がない場合に、以下に示す臨界時間計測動作を実行する。
【００９７】
ステップＳ２で、電源制御マイコン３１上のソフトで被制御回路２５の電源遮断を実行する。即ち、被制御回路２５を電源遮断して臨界時間を計測するプログラムを実行開始する。
【００９８】
ステップＳ３で、電源制御マイコン３１が所定の切断時間（電源遮断予定期間）を示すデータＴＳＴＤを出力して、遮断時間記憶素子３２に記憶させる。遮断時間記憶素子３２に記憶された電源遮断予定期間は、遮断時間記憶素子３２からデータＴＯＦＦとして出力される。ここで電源制御マイコン３１が出力するデータＴＳＴＤが示す期間の長さは、少なくともこの期間中は被制御回路２５の動作を必要としないような期間である。
【００９９】
ステップＳ４で、電源制御マイコン３１が信号ＭＥＮＬを１に設定し、電位検出器２６等を有効にする（活性化する）。ステップＳ５で、電源制御マイコン３１がスタンバイ信号ＳＴＤを１（ＨＩＧＨ）に設定する。臨界時間記憶素子２９に現在記憶されている臨界時間値よりも遮断時間記憶素子３２に記憶されている電源遮断予定期間の方が長ければ、タイマ出力ＣＴＬＰが１になり、被制御回路２５への電源は遮断され、遷移時間計測器２７による時間計測が開始される。
【０１００】
ステップＳ６で、ＴＯＦＦ時間経過後、電源制御マイコン３１はスタンバイ信号ＳＴＤを０にする。ステップＳ７で、電源制御マイコン３１は、ＣＴＬＰが１になり計測が開始され、且つ遷移時間計測器２７が時間計測値ＴＤを出力したか否かを判断する。これは、本実施例の場合、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後、被制御回路２５の動作が中断されている合間に臨界時間値の計測を行なうからである。このような場合、被制御回路２５に対して電源遮断していた期間が短く、第２の電源線２２の電位が所定の電位まで降下する前に電源遮断期間が終わってしまう可能性がある。従って、電源制御マイコン３１は、時間計測が実際に開始され且つ終了したことを確認する。
【０１０１】
ステップＳ７の判断結果がｎｏの場合、ステップＳ８で、電源制御マイコン３１は信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。また判断結果がｙｅｓの場合、ステップＳ９で、電源制御マイコン３１は、臨界時間変換器２８の出力する臨界時間値ＴＣの臨界時間記憶素子２９への書込みを許可する。これにより臨界時間記憶素子２９の臨界時間値ＴＣが新たな値に更新される。ステップＳ９の後はステップＳ８で、信号ＭＥＭＬを０に設定して、電位検出器２６等の動作を停止する。
【０１０２】
上記のようにして、被制御回路２５の本来の目的に従った使用が開始された後に、被制御回路２５の動作が中断している合間に臨界時間計測動作を実行することができる。なお上記の臨界時間計測動作については、電位検出に基づいて臨界時間を求める実施例を例にとって説明したが、他の実施例にも同様に適用可能である。即ち、被制御回路２５の動作中断中に臨界時間計測を行なう動作は、リーク電流検出に基づいて臨界時間を求める実施例や、基板温度検出に基づいて臨界時間を求める実施例に対しても同様に適用することができる。また図１９に示す半導体装置２０Ｆのように、臨界時間記憶素子２９の出力が電源制御マイコン３１に供給される構成に対しても同様に適用することができる。
【０１０３】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【０１０４】
なお本発明は以下の内容を含むものである。
（付記１）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記２）
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す値を出力する変換器を更に含み、該記憶素子が記憶する該第１の値は該変換器が出力する値であることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）
該記憶素子が記憶する該第１の値は該遷移時間計測器により測定された該時間間隔を示す値そのものであることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記４）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられ、前記半導体回路がオフ状態において流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、
該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記５）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、
該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記６）
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を出力する信号経路と、
不揮発性の記憶素子と、
該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記７）
第１の電源線と第２の電源線との間に第１スイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該第１スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニット
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記８）
該第３の電源線と第４の電源線との間に配置される第２スイッチを更に含み、該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて、該第３の電源線と第４の電源線との間に配置される該第２スイッチを遮断する動作の実行／非実行が選択されることを特徴とする付記１乃至７の何れか一項に記載の半導体装置。
（付記９）
該半導体回路の使用が開始される前に該第１の値を求める動作を実行することを特徴とする付記１、２、３、４、５、７の何れか一項に記載の半導体装置。
（付記１０）
該半導体回路の使用が開始された後に該半導体回路の動作が中断されている間に該第１の値を求める動作を実行することを特徴とする付記１、２、３、４、５、７の何れか一項に記載の半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】リーク電流遮断機能を備えた半導体回路の構成の一例を示す図である。
【図２】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第１実施例を示す図である。
【図３】半導体装置による臨界時間測定動作を示すフローチャートである。
【図４】半導体装置の通常動作時の電源制御動作を示すフローチャートである。
【図５】電源遮断時に消費される電流について説明するための図である。
【図６】臨界時間を求める式の左辺と右辺とを模式的に示した図である。
【図７】時間計測値に基づいて臨界時間値を求める臨界時間変換器の構成の一例を示す図である。
【図８】遷移時間計測器の回路構成の一例を示す図である。
【図９】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第２実施例を示す図である。
【図１０】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第３実施例を示す図である。
【図１１】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第４実施例を示す図である。
【図１２】リーク電流検出器の構成の一例を示す図である。
【図１３】リーク電流比較器の構成の一例を示す図である。
【図１４】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第５実施例を示す図である。
【図１５】基板温度検出器の構成の一例を示す図である。
【図１６】基板温度比較器の構成の一例を示す図である。
【図１７】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第６実施例を示す図である。
【図１８】図１７の半導体装置における臨界時間設定動作を示すフローチャートである。
【図１９】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第７実施例を示す図である。
【図２０】リーク電流値に応じた電流削減機能を有した半導体装置の第８実施例を示す図である。
【図２１】臨界時間計測動作を半導体装置の通常動作時に実行する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
２０ 半導体装置
２１ 第１の電源線
２２ 第２の電源線
２３ 第３の電源線
２４ スイッチ
２５ 被制御回路
２６ 電位検出器
２７ 遷移時間計測器
２８ 臨界時間変換器
２９ 臨界時間記憶素子
３０ 比較器
３１ 電源制御マイコン
３２ 遮断時間記憶素子
３３ ＡＮＤ回路
３４ タイマ
３５ ドライバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられ、前記半導体回路がオフ状態において流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、
該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、
該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を出力する信号経路と、
不揮発性の記憶素子と、
該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
第１の電源線と第２の電源線との間に第１スイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該第１スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニット
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第１の電源線及び該第２の電源線の何れか一方と該第３の電源線との間に設けられ、前記半導体回路がオフ状態において流れるリーク電流の量を計測するリーク電流検出器と、
該リーク電流検出器が計測した該リーク電流の量に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該半導体装置が設けられる基板の温度を計測する基板温度検出器と、
該基板温度検出器が計測した該温度に基づいて所定の関係式に従い得られる時間間隔を示す第１の値を出力する時間変換器と、
該時間変換器が出力する該第１の値を記憶する記憶素子と、
該記憶素子に記憶された該第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
第１の電源線と第２の電源線との間にスイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた値を出力する信号経路と、
不揮発性の記憶素子と、
該記憶素子に記憶された第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値とを比較する比較器と、
該比較器の比較結果が示す該第１の値と該第２の値との大小関係に応じて該スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する制御回路
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
第１の電源線と第２の電源線との間に第１スイッチが配置され、該第２の電源線と第３の電源線との間に半導体回路が配置されている半導体装置であって、
該第２の電源線と該第３の電源線と間の電位差を測定する電位検出器と、
該電位差が初期値から所定値になるまでの時間間隔を測定する遷移時間計測器と、
該遷移時間計測器により測定された該時間間隔に応じた第１の値と該半導体回路の電源遮断期間を指定する第２の値との大小関係に応じて該第１スイッチを遮断する動作の実行／非実行を選択する電源制御ユニット
を含むことを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２３１３６０（Ｐ２００９−２３１３６０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７１９６０（Ｐ２００８−７１９６０）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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