半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體系統(tǒng)和操作半導(dǎo)體器件的方法
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體系統(tǒng)和操作半導(dǎo)體器件的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年5月19日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2014-0059618的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本專利文件涉及半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體系統(tǒng)，以及操作半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]芯片上系統(tǒng)(SoC)是在一個(gè)半導(dǎo)體集成電路中合并入各種功能模塊的技術(shù)，所述各種功能模塊諸如CPU(中央處理單元)、存儲(chǔ)器、接口、數(shù)字信號(hào)處理電路和模擬信號(hào)處理電路。SoC的應(yīng)用實(shí)例包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和針對(duì)各種電子設(shè)備制造的集成電路(1C)。
[0005]通過(guò)并入與處理器、多媒體、圖形化、接口和安全相關(guān)聯(lián)的各種功能，SoC正在開發(fā)更復(fù)雜的系統(tǒng)。如果發(fā)展SoC技術(shù)，可以減小芯片在電路板上占據(jù)的空間。因此，產(chǎn)品的尺寸可以顯著減小，且可以消除由芯片之間在網(wǎng)絡(luò)化中(否則將被單獨(dú)安裝)的沖突所產(chǎn)生的噪聲。另外，可以避免用于分離的芯片之間的信號(hào)傳輸?shù)墓β氏?，且制造成本可以降低?br>[0006]這樣的SoC正被使用在信息通信設(shè)備和各種其他電子設(shè)備中，且近來(lái)，它們已被應(yīng)用于諸如智能電話和平板PC等的便攜設(shè)備。在使用電池的便攜設(shè)備中，在確定電池壽命方面，功率消耗是電池主導(dǎo)因素。因此，在仍實(shí)現(xiàn)具有所需要性能的芯片的同時(shí)最小化功率消耗是重要的。由于性能(處理速度)和功率消耗在半導(dǎo)體電路中具有權(quán)衡關(guān)系，所以基于特定的應(yīng)用來(lái)適當(dāng)?shù)卦谛阅芎凸β氏闹g保持平衡是重要的。
[0007]正在研究的用來(lái)滿足針對(duì)SoC的性能優(yōu)化且功率消耗最小化這兩個(gè)需求的技術(shù)之一是DVFS (動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整)技術(shù)。DVFS技術(shù)控制半導(dǎo)體電路的頻率和電壓。隨著半導(dǎo)體電路中的時(shí)鐘信號(hào)頻率結(jié)合高電壓電源而增加時(shí)，半導(dǎo)體電路的操作速度增加，且功率消耗也增加。相反地，隨著時(shí)鐘信號(hào)頻率降低且電壓電平和電源電壓降低時(shí)，半導(dǎo)體電路的操作速度降低，且功率消耗也降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]各種實(shí)施例針對(duì)一種半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體系統(tǒng)和半導(dǎo)體器件的操作方法，所述半導(dǎo)體器件可以確定其操作速度且穩(wěn)定地保持確定操作速度的因素(諸如操作電壓和操作頻率)，無(wú)論其操作環(huán)境上的變化如何。
[0009]另外，各種實(shí)施例針對(duì)一種半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體系統(tǒng)以及半導(dǎo)體器件的操作方法，所述半導(dǎo)體器件可以通過(guò)優(yōu)化其操作速度來(lái)保證高操作速度且最小化功率消耗。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件可以包括:碼發(fā)生塊，適于通過(guò)延遲從外部輸入的參考時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生輸出時(shí)鐘，基于比較參考時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘的相位的結(jié)果來(lái)控制輸出時(shí)鐘的延遲值，以及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸出時(shí)鐘的延遲值的第一控制碼；電壓發(fā)生塊，適于產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于第一控制碼的電壓電平的內(nèi)部電壓；時(shí)鐘發(fā)生塊，適于產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于第一控制碼的頻率的內(nèi)部時(shí)鐘；以及反饋延遲塊，適于通過(guò)將輸出時(shí)鐘延遲對(duì)應(yīng)于第二控制碼的延遲值來(lái)產(chǎn)生反饋時(shí)鐘。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體系統(tǒng)可以包括:控制器，適于產(chǎn)生外部電壓、夕卜部時(shí)鐘和第一外部控制碼至第N外部控制碼，其中，N是大于I的自然數(shù)；以及第一半導(dǎo)體器件至第N半導(dǎo)體器件，每個(gè)適于:通過(guò)延遲外部時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生輸出時(shí)鐘，基于比較外部時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘的相位的結(jié)果來(lái)控制輸出時(shí)鐘的延遲值，以及產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于輸出時(shí)鐘的延遲值的電壓電平的內(nèi)部電壓和具有對(duì)應(yīng)于輸出時(shí)鐘的延遲值的頻率的內(nèi)部時(shí)鐘，其中，反饋時(shí)鐘是通過(guò)將輸出時(shí)鐘延遲由第一外部控制碼至第N外部控制碼之中的對(duì)應(yīng)的外部控制碼所確定的延遲值而產(chǎn)生的。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，一種操作半導(dǎo)體器件的方法可以包括:施加外部控制碼；將通過(guò)延遲參考時(shí)鐘而產(chǎn)生的輸出時(shí)鐘延遲對(duì)應(yīng)于外部控制碼的延遲值，且產(chǎn)生反饋時(shí)鐘；通過(guò)比較參考時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘的相位來(lái)控制輸出時(shí)鐘的延遲值，且產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸出時(shí)鐘的延遲值的內(nèi)部控制碼；以及產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于內(nèi)部控制碼的電壓電平的內(nèi)部電壓，以及具有對(duì)應(yīng)于內(nèi)部控制碼的頻率的內(nèi)部時(shí)鐘。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體系統(tǒng)可以包括:控制器，適于產(chǎn)生外部時(shí)鐘和多個(gè)外部控制碼；以及多個(gè)半導(dǎo)體器件，所述多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)適于產(chǎn)生內(nèi)部控制碼，以及通過(guò)比較外部時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘來(lái)控制內(nèi)部控制碼，通過(guò)將外部時(shí)鐘延遲由內(nèi)部控制碼所確定的第一延遲值來(lái)產(chǎn)生輸出時(shí)鐘，以及通過(guò)將輸出時(shí)鐘延遲由所述多個(gè)外部控制碼中的對(duì)應(yīng)一個(gè)所確定的第二延遲值來(lái)產(chǎn)生反饋時(shí)鐘，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于內(nèi)部控制碼的電壓電平的內(nèi)部電壓，以及具有對(duì)應(yīng)于內(nèi)部控制碼的頻率的內(nèi)部時(shí)鐘。
[0014]根據(jù)實(shí)施例，如果半導(dǎo)體器件的操作速度被確定，則對(duì)操作速度產(chǎn)生影響的因素(諸如操作電壓和操作頻率)可以經(jīng)由反饋結(jié)構(gòu)來(lái)穩(wěn)定地保持。
[0015]另外，根據(jù)實(shí)施例，由于半導(dǎo)體器件的操作速度是基于工作負(fù)荷而確定的，所以可以以保證高操作速度且最小化功率消耗的方式來(lái)優(yōu)化半導(dǎo)體器件的操作速度。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的配置圖。
[0017]圖2是在圖1中示出的反饋延遲塊的配置圖。
[0018]圖3A至圖3D是解釋在圖1中示出的半導(dǎo)體器件的操作的圖。
[0019]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體系統(tǒng)的配置圖。
[0020]圖5是解釋根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的操作半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將參照附圖詳細(xì)描述各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以不同形式實(shí)施，且不應(yīng)該被解釋為局限于本文所列實(shí)施例。更確切地，提供這些實(shí)施例，使得本公開將充分和完整，且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在本公開中，相似的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的各附圖和實(shí)施例中表示相似的部分。
[0022]在附圖中，為了便于說(shuō)明，部件的厚度和長(zhǎng)度被夸大。在以下描述中，已知的相關(guān)功能和組成的詳細(xì)解釋可能被省略，以避免不必要地模糊本發(fā)明的主題。此外，“連接/耦接”表示一個(gè)部件與另一個(gè)部件直接耦接，或經(jīng)由另一個(gè)部件間接耦接。在本說(shuō)明書中，只要未在句中特意提及，單數(shù)形式可以包括復(fù)數(shù)形式，且反之亦然。此外，在說(shuō)明書中使用的“包括/包含”或“包括有/包含有”表示存在或添加一個(gè)或更多個(gè)部件、步驟、操作和元件。
[0023]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的配置圖。
[0024]如在圖1中所示，半導(dǎo)體器件可以包括碼發(fā)生塊110、電壓發(fā)生塊120、時(shí)鐘發(fā)生塊130、反饋延遲塊140和內(nèi)部電路150。半導(dǎo)體器件的目標(biāo)操作速度可以通過(guò)從外部輸入的第二控制碼C0DE2來(lái)控制。
[0025]以下將參照?qǐng)D1描述半導(dǎo)體器件。
[0026]碼發(fā)生塊110延遲從外部輸入的參考時(shí)鐘RCLK，且產(chǎn)生輸出時(shí)鐘0CLK。輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值基于將參考時(shí)鐘RCLK的相位和反饋時(shí)鐘FBCLK的相位進(jìn)行比較的結(jié)果來(lái)控制。另外，碼發(fā)生塊110產(chǎn)生與輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值相對(duì)應(yīng)的第一控制碼C0DE1。碼發(fā)生塊110利用從半導(dǎo)體器件的外部輸入的外部電壓VEXT來(lái)操作。外部電壓VEXT表示不受半導(dǎo)體器件的內(nèi)部操作環(huán)境上的變化影響的電壓。半導(dǎo)體器件的內(nèi)部操作環(huán)境可以表示，例如，半導(dǎo)體器件中的PVT(工藝、電壓和溫度)條件。因此，碼發(fā)生塊110的操作不受半導(dǎo)體器件的操作環(huán)境上的變化影響。
[0027]第一控制碼CODEl可以包括多比特信號(hào)。第一控制碼CODEl可以具有與輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值。例如，如果輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值增加，則第一控制碼CODEl表示的二進(jìn)制值也可以增加，以及如果輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值減小，則第一控制碼CODEl表示的二進(jìn)制值也可以減小。反之，輸出時(shí)鐘OCLK的延遲值和第一控制碼CODEl表示的二進(jìn)制值可以彼此成反比。
[0028]對(duì)于這樣的操作，碼發(fā)生塊110可以包括延遲部111、相位比較部112和碼控制部113。延遲部111延遲參考時(shí)鐘RCLK且產(chǎn)生輸出時(shí)鐘0CLK。延遲部111的延遲值響應(yīng)于第一控制碼CODEl而確定。例如，如果第一控制碼CODEl的值增加，則延遲部111的延遲值也可以增加，以及如果第一控制碼CODEl的值減小，則延遲部111的延遲值也可以減小。反之，第一控制碼CODEl的值和延遲部111的延遲值可以彼此成反比。
[0029]相位比較部112將參考時(shí)鐘RCLK和反饋時(shí)鐘FBCLK的相位進(jìn)行比較，且輸出比較結(jié)果UP/DN。碼控制部113響應(yīng)于相位比較部112的比較結(jié)果UP/DN而控制第一控制碼CODEl的值。
[0030]在反饋時(shí)鐘FBCLK的相位早于參考時(shí)鐘RCLK的相位時(shí)，相位比較部112輸出使延遲部111的延遲值增加的比較結(jié)果UP/DN。碼控制部113響應(yīng)于這樣的比較結(jié)果UP/DN而增加第一控制碼CODEl的值。相反地，在反饋時(shí)鐘FBCLK的相位晚于參考時(shí)鐘RCLK的相位時(shí)，相位比較部112輸出使延遲部11