[发明专利]电源电路和半导体芯片的设计方法

说明书

本发明涉及一种电源电路和半导体集成电路(半导体芯片)的设计方法。

近来，对降低半导体集成电路(半导体芯片)功耗的需要一直在增长。为了降低功耗，有效的办法是减小电压。目前业已采用了仅仅减小内部电路电压的方法，该方法不减小整个半导体集成电路的电压，以便保持外部接口的兼容性。这需要有多个电源：一个用于外部接口，另一个用于内部电路。但是，使用多个电源提高了成本。为了降低成本，有效的办法是采用一种芯片内电源，其中有一电源电路(下文称为DC/DC转换电路)，其输入是外部接口的电压，其输出是内部电路的电压，该电源构建于一半导体集成电路内。象这样的DC/DC转换电路、三端调节器、开关调节器等等都是公知的。

如果将一DC/DC转换电路安装在半导体芯片上，那么用户(设计者)无需在板上设置一专用线来提供一外部电源电压。但是，这有如下两个问题：

1)生产一种高性能DC/DC转换电路，该电路与设计者的设计能力无关。

当将一DC/DC转换电路安装到半导体芯片上时，如果一位设计者新近设计了一种DC/DC转换电路，那么半导体电路中的线路电阻很高，并且难以提高功率转换效率。此外，对于一开关调节器来说，从转换效率和开关电路所产生的噪声考虑，并不总是能够生产一种高性能DC/DC转换电路，其所产生的噪声因其结构而具有基本的开关噪声且可能影响芯片的内部电路。

当采用一种DC/DC转换电路的大元件(macro cell)时，甚至当采用一种高性能大元件时，如果将DC/DC转换电路设置在设有各种I/O元件区域(即，其中设有内部电路的区域)以外的区域中，那么DC/DC转换电路与电源焊盘之间的距离会增大，从而因此增大了线路电阻。所以，DC/DC转换电路的转换效率将很低。

总之，将一种高性能DC/DC转换电路安装到芯片上很大程度上取决于设计者的设计能力。因此，很难保证能生产一种高性能的DC/DC转换电路而不依赖于设计者的设计能力(例如，不考虑设计者是否了解芯片内电源)。

2)生产一种柔性高性能DC/DC转换电路，该电路满足对系统LSI内部结构的要求而不会使设计者有负担。

当将一DC/DC转换电路安装到芯片上时，要求有一种柔性方案，这种方案满足构成系统LSI的多个功能块的要求。例如，当利用一功率调节电路PMC(功率调节电路)使多个功能块(IP)配备有与每个功能块的工作状态相对应的最优功率调节时，需要把与功能块相同数目的DC/DC转换电路安装到一芯片上。这种情况下，相对于一个功能块设置一个DC/DC转换电路。如上所述，将一DC/DC转换电路设置在芯片上可以降低该DC/DC转换电路的转换效率。很难在不增加设计步骤数目的情况下确定DC/DC转换电路的适当位置。

本发明的发明人已经依下列各项解决了上述问题。把具有DC/DC转换功能的DC/DC电源电路元件制作为一种I/O元件，以便当确定半导体芯片上设置DC/DC电源电路元件的位置时，能够以一种类似其他I/O元件的方式处理DC/DC电源电路元件。如这里所采用的一种I/O元件是指提供用作半导体芯片内部电路的元件，它用来向一功能块发出信号/从一功能块接受信号。考虑到转换效率和噪声，可优选的是预先生产一种具有高性能DC/DC转换功能的DC/DC电源电路元件。在确定了DC/DC电源电路元件以类似其他I/O元件的方式设置在半导体芯片上的位置之后，利用一种自动I/O元件排列工具把包括DC/DC电源电路元件的各种I/O元件排列在半导体芯片上。这解决了上述问题(1)和(2)。

本发明的一个目的是提供一种高效DC/DC转换电路。

本发明的另一个目的是提供一种半导体芯片的设计方法，该半导体芯片满足半导体芯片内部结构的要求，该方法不必使设计者有负担。

根据本发明的一种电源电路形成于一半导体芯片上，该电源电路包括：一输出晶体管部分，它输出一电源电压；和一控制电路，它用来控制输出晶体管部分。输出晶体管部分设置在半导体芯片的外部输入/输出端附近，从而将实现上述目的。

输出晶体管部分可以有一浪涌保护功能。

输出晶体管部分可以包括一网式晶体管(mesh typetransistor)。

电源电路可以沿半导体芯片除其四角以外的周边设置。

电源电路包括作为外部输入/输出端的以下各端：用来输出电源电压的输出端；用来将一电源电压输入给输出晶体管部分的电源端；和用来将一地电压输入给输出晶体管部分的接地端。电源端和接地端可以设置在输出端附近。