CN101796630A - 集成电路以及噪声测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路以及集成电路的噪声测量方法。内部电路根据从外部接收到的电信号生成数字信号，向输出信号线输出该数字信号。输出电路使数字信号的电压值成为规定值。驱动信号输入电路向输出电路输入经由驱动信号输入端子从外部接收到的驱动信号，与数字信号独立地通过驱动信号对输出电路进行驱动。

Description

集成电路以及噪声测量方法
技术领域
本发明涉及集成电路以及集成电路的噪声测量方法。
背景技术
安装在印制电路板上的大规模集成电路(LSI：Large-ScaleIntegration)的时钟驱动电路造成的电磁干扰(EMI：ElectromagneticInterference)噪声是电子设备辐射电波的原因之一。
通过近年来的LSI高速化，提高了时钟频率，当时钟频率超过10MHz时，其高次谐波容易辐射电波。在LSI中，通常使用100MHz以上的时钟频率，因此，从LSI或印制电路板辐射电波。
图1示出了由安装在印制电路板上的LSI发生的EMI噪声。印制电路板11上安装有LSI 12，开关13与LSI 12连接。在LSI 12工作时，发生电源引脚噪声21和22、信号引脚噪声23和24以及来自LSI封装的辐射噪声25。
图2示出了现有的电子装置中的电源EMI噪声的测量方法。电子装置32具有电源端子41、时钟振荡电路42、外部电路43、以及LSI 44，LSI 44具有内部电路51以及输出驱动电路52～56。当LSI 44正常工作时，内部电路51根据来自时钟振荡电路42的时钟信号和来自外部电路43的输入信号，生成数字信号，输出驱动电路52～56使该数字信号的电压值保持为规定值，并输出到外部。
此时，从电源端子41提供的电源电流由于输出驱动电路52～56接通/切断而变化，在电源端子41处发生EMI噪声。因此，通过频谱分析仪31测量其噪声波形的频谱电压的大小，来评价电子装置32的EMI噪声降低能力。该情况的噪声测量顺序如下所述。
(1)将用于使LSI 44工作的控制程序45从个人计算机(PC)33读入外部电路43。外部电路43根据控制程序45的指令而工作，与内部电路51交换数字信号。
(2)在确认LSI 44正常工作之后，使频谱分析仪31的测量探针与电源端子41接触，来测量频谱电压。
当针对LSI 44单体实施EMI噪声评价时也使用与图2相同的结构。在该情况下，存在以下问题。
·即使是只针对LSI 44的评价，为了使其工作也需要时钟振荡电路42以及外部电路43。
·如果LSI 44的种类变化，则需要外部电路43的专用电路和电路板，需要相当多的成本和工时。
·由于除了作为评价对象的LSI 44的EMI噪声以外，还发生时钟振荡电路42以及外部电路43的EMI噪声，因此评价精度降低。
·需要预先读入控制程序45。
下述的专利文献1涉及测量在半导体装置内产生的噪声的系统，专利文献2涉及能够定量地控制发生噪声量的数字噪声发生电路。
专利文献1：日本特开2006-214987号公报
专利文献2：日本特开2001-264394号公报
发明内容
本发明的课题是减少除了作为评价对象的LSI以外的电路，简单且低成本地实现EMI噪声测量。
图3是本发明的集成电路的原理图。图3的集成电路具有输入端子101、内部电路102、输出电路103、驱动信号输入电路104、驱动信号输入端子105以及电源线106。
输入端子101从外部接收电信号。内部电路102根据该电信号生成数字信号，并向输出信号线输出该数字信号。输出电路103使数字信号的电压值成为规定值。电源线106从电源端子107向输出电路103提供电源。驱动信号输入端子105接收来自外部的驱动信号，驱动信号输入电路104向输出电路103输入该驱动信号，通过驱动信号与数字信号独立地对输出电路103进行驱动。
在正常工作时，内部电路102根据从输入端子101输入的电信号生成数字信号，经由输出电路103向输出信号线输出该数字信号。通过输出电路103将向输出信号线输出的数字信号的电压值保持为规定值。
在测量噪声时，内部电路102成为非工作状态。驱动信号输入电路104将从驱动信号输入端子105输入的驱动信号输入到输出电路103，对输出电路103进行驱动。由此，只有输出电路103工作，发生EMI噪声。
输出电路103例如与后述的图5的缓冲电路302对应，驱动信号输入电路104例如“与”电路301对应。
根据本发明，通过在LSI内设置驱动信号输入用电路，则不再需要为了测量噪声而使内部电路工作。因此，能够简化噪声评价用的装置结构，降低成本。另外，由于无需使内部电路工作，因此不发生来自外围电路的EMI噪声，可进行高精度的评价。
这样，由于能够低成本、高精度地测量EMI噪声，因此能够对各个LSI或电子装置准确地进行EMI设计的好坏判定。其结果，装置设计者能够以EMI设计的好坏为基准来选定LSI或电子装置，使得减少EMI噪声的装置设计成为可能。
附图说明
图1是示出发生EMI噪声的图。
图2是示出现有的噪声测量的图。
图3是本发明的集成电路的原理图。
图4是第1LSI的结构图。
图5是输出驱动电路的结构图。
图6是示出LSI的噪声测量的图。
图7是第2LSI的结构图。
图8是第3LSI的结构图。
图9是第4LSI的结构图。
图10是第5LSI的结构图。
图11是示出测量噪声频谱的图。
图12是第6的LSI的结构图。
图13是示出含有多个芯片(die)的LSI的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明用于实施本发明的最佳方式。
实施方式的LSI具有无需正常工作即发生EMI噪声的功能。更具体而言，不同于LSI本来的功能电路而另设有用于接通/切断作为EMI噪声的主要发生源的输出驱动电路的电路。
图4示出了这样的LSI的结构例。电子装置201具有电源端子2111以及LSI 212，LSI 212具有内部电路221、输出驱动电路222～226、电源线227、输出信号线228～232、驱动信号输入端子233、时钟信号输入端子234、输出端子235～238以及输入端子239～242。电源线227将电源从电源端子211提供给输出驱动电路222～226。
在正常工作时，时钟信号输入到时钟信号输入端子234，其它信号输入到输入端子239～242，预定的控制信号输入到驱动信号输入端子233。内部电路221根据从时钟信号输入端子234以及输入端子239～242输入的信号生成数字信号，经由输出驱动电路222～226向输出信号线228～232输出该数字信号。
如图5所示，输出驱动电路222～226例如由“与”电路301和缓冲电路302构成。“与”电路301输出来自内部电路221的数字信号与来自驱动信号输入端子233的控制信号的逻辑积，缓冲电路302使“与”电路301的输出信号的电压值保持为规定值并输出。在正常工作时，通过向驱动信号输入端子233输入逻辑“1”的控制信号，能够向输出信号线输出来自内部电路221的数字信号。
并且，在图4的结构中，设置了5个输出驱动电路，但一般地设置与输出信号的位数相同数量的输出驱动电路。例如，生成32位的输出信号的LSI设置32个输出驱动电路。
图6示出了图4的LSI的噪声测量方法。在测量噪声时，不向内部电路221供电，而是向输出驱动电路222～226供电。信号发生器402与驱动信号输入端子233连接，信号发生器402发生的驱动信号经由驱动信号输入端子233输入到输出驱动电路222～226。例如输入具有与正常工作时的时钟信号相同频率的信号作为驱动信号。
此时，内部电路221的输出信号例如通过未图示的上拉电路固定为逻辑“1”，图5的“与”电路301向缓冲电路302输出来自驱动信号输入端子233的驱动信号。因此，作为内部电路221的输出信号的替代，由驱动信号对缓冲电路302进行驱动。
这样，通过在缓冲电路302的输入侧设置“与”电路301，能够仅使输出驱动电路222～226工作，而不必使LSI 212正常工作。由于EMI噪声主要在缓冲电路302的接通/切断动作时发生，因此通过使用与时钟信号相同的频率对缓冲电路302进行驱动，就能够在电源端子211和输出信号线228～232处发生与正常工作时相等的EMI噪声。通过频谱分析仪401等测量器来测量所发生的EMI噪声。
根据这样的结构，与现有的噪声测量相比，可取得以下效果。
·由于不需要LSI正常工作所需的时钟振荡电路以及外部电路，因此能够利用评价用的简单的印制电路板进行低成本的EMI噪声评价。
·由于不需要用于使得LSI正常工作的控制程序，因此减少了评价工时。
·由于不发生来自时钟振荡电路以及外部电路的EMI噪声，因此能够进行高精度的评价。
图7示出了在LSI内内置有驱动信号发生用的振荡电路的结构例。LSI 501具有内部电路221、输出驱动电路222～226、输出信号线228～232、时钟信号输入端子234、输出端子235～238、输入端子239～242、振荡电路511以及外部端子512。通过未图示的电源线从电源端子211向内部电路221、输出驱动电路222～226以及振荡电路511供电。
振荡电路511与外部端子512连接，外部端子512经由开关502接地。振荡电路511在接通开关502时工作，在切断开关502时停止。因此，外部端子512起到了与图6的驱动信号输入端子233相同的作用。从振荡电路511输出的振荡信号作为驱动信号输入到输出驱动电路222～226。
在停止了向内部电路221供电的状态下，当接通开关502使振荡电路511动作时，驱动信号输入到输出驱动电路222～226。由此，与图6的情况相同，只有输出驱动电路222～226动作，在电源端子211和输出信号线228～232处产生EMI噪声。
根据该结构，不需要图6所示的信号发生器402，仅通过开关502的设定就能发生EMI噪声。
图8示出了通过光信号生成驱动信号的结构例。LSI 601具有内部电路221、输出驱动电路222～226、输出信号线228～232、时钟信号输入端子234、输出端子235～238、输入端子239～242、上拉电阻611、放大电路612和613以及驱动信号输入端子614。通过未图示的电源线从电源端子211向内部电路221、输出驱动电路222～226以及放大电路612和613供电。
光敏晶体管等光学传感器602以不发生EMI噪声的方式与驱动信号输入端子614连接。在停止了向内部电路221供电的状态下，当对光学传感器602照射红外线脉冲等断续光时，光学传感器602将该断续光转换成脉冲信号并将其输入到驱动信号输入端子614。通过放大电路612和613对该脉冲信号进行放大，将其输入到输出驱动电路222～226。由此，与图6的情况相同，只有输出驱动电路222～226动作，在电源端子211和输出信号线228～232处产生EMI噪声。
根据该结构，不需要作为驱动信号的电信号，能够消除由其引起的电波辐射。另外，也可以使脉冲信号作为光学传感器602的替代与驱动信号输入端子614连接。
图9示出了在LSI封装内或芯片内设置用于发生驱动信号的光学传感器的结构例。LSI 701具有内部电路221、输出驱动电路222～226、输出信号线228～232、时钟信号输入端子234、输出端子235～238、输入端子239～242、上拉电阻711、光学传感器712以及放大电路713。通过未图示的电源线从电源端子211向内部电路221、输出驱动电路222～226以及放大电路713供电。
在该情况下，为了使光能够照射到光学传感器712，对于LSI 701的封装，使用可透光的材料或采用在光学传感器712的部分开孔的构造。例如使用光电二极管作为光学传感器712。
在停止了向内部电路221供电的状态下，当对光学传感器712照射红外线脉冲等断续光时，发生脉冲信号，通过放大电路713对该脉冲信号进行放大，将其输入到输出驱动电路222～226。由此，与图6的情况相同，只有输出驱动电路222～226动作，在电源端子211和输出信号线228～232处产生EMI噪声。
根据该结构，通过将光学传感器与LSI一体化，不再需要外部的光学传感器和光学传感器连接用的外部端子。
图10示出了作为电波输入驱动信号的结构例。LSI 801具有内部电路221、输出驱动电路222～226、输出信号线228～232、时钟信号输入端子234、输出端子235～238、输入端子239～242、环状天线811以及放大整形电路812。通过未图示的电源线从电源端子211向内部电路221、输出驱动电路222～226以及放大整形电路812供电。
环状天线811由芯片内的环状图案或BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)封装的图案形成。
在停止了向内部电路221供电的状态下，当对环状天线811施加断续的电波或磁场时，环状天线811接收电波或磁场，发生脉冲信号。通过放大整形电路812对该脉冲信号进行放大并整形，将其输入到输出驱动电路222～226。由此，与图6的情况相同，只有输出驱动电路222～226动作，在电源端子211和输出信号线228～232处产生EMI噪声。
根据该结构，能够将通常的模用作封装材料，因此能够用比图9的情况更低的成本来实现。
图11示出了从图4的LSI 212发生的EMI噪声的噪声频谱测量方法。
在测量噪声时，使信号发生器901与驱动信号输入端子233连接，扫描信号发生器901发生的驱动信号的频率。在该情况下，例如在输出驱动电路222～226能够工作的频率10～100MHz的范围内扫描频率。
然后，通过频谱分析仪401对所发生的EMI噪声的噪声频谱进行测量，评价其包络线902。如果将频谱分析仪401设定成最大保持(Maxhold)来测量EMI噪声，则能够对所扫描的范围的全部频率的噪声成分进行测量。
虽然有时通用LSI的工作频率根据电子装置的设计规格而不同，但根据这样的噪声测量方法，无论在哪个频率下使用，都能评价噪声降低能力。
在上述说明的结构中向全部输出驱动电路输入了同一驱动信号，但也可以向各个输出驱动电路输入不同频率的驱动信号。
图12示出了这种LSI的结构例。LSI 1001具有在图4的LSI 212中在驱动信号输入端子233与输出驱动电路222～226之间设置了2进制计数器1011的结构。在该情况下，也通过未图示的电源线从电源端子211向2进制计数器1011供电。
驱动信号输入端子233与2进制计数器1011的输入端子1021连接，2进制计数器1011的输出端子1022～1026分别与输出驱动电路222～226的输入端子连接。
在停止了向内部电路221供电的状态下，使信号发生器402与驱动信号输入端子233连接，向2进制计数器1011输入驱动信号。此时，从2进制计数器1011的输出端子1022～1026分别输出输入信号的1/16、1/8、1/4、1/2、1/1的频率的驱动信号。由此，输出驱动电路222～226的缓冲电路302接通/切断的定时的组合成为25＝32种，能够产生复杂的EMI噪声。
并且，使输出端子1022～1026中的至少1个选择性地与输出驱动电路222～226中的1个连接，也能够在输出驱动电路222～226的一部分中发生EMI噪声。
如果与图12的结构相同地在图7～图10的结构中也在输出驱动电路222～226的输入侧设置2进制计数器1011，则能够产生复杂的EMI噪声。
图13示出了含有多个芯片(die)的LSI的示例。LSI 1101含有芯片1111～1114，各个芯片含有与图4、图7～图10以及图12所示的任意一个LSI相同的电路。例如，当各个芯片含有图4的内部电路221以及输出驱动电路222～226时，从设置在LSI 1101中的单一的电源端子到各个芯片之间配置有电源线，从单一的驱动信号输入端子向各个芯片输入驱动信号。
LSI 1101中含有的芯片的个数并不限于4个，可设置任意个数的芯片。

Claims (11)

1.一种集成电路，其具有：
输入端子，其从外部接收电信号；
内部电路，其根据所述电信号生成数字信号，向输出信号线输出该数字信号；
输出电路，其使所述数字信号的电压值成为规定值；
电源线，其从电源端子向所述输出电路供电；
驱动信号输入端子，其接收来自外部的驱动信号；以及
电路，其将该驱动信号输入所述输出电路，与所述数字信号独立地通过该驱动信号对所述输出电路进行驱动。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
该集成电路还具有计数器，该计数器配置在所述驱动信号输入端子与所述输出电路之间，根据所述驱动信号，将驱动信号输入多个输出电路中的至少1个输出电路。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
该集成电路还具有振荡电路，该振荡电路将所述驱动信号转换成振荡信号，将该振荡信号输入所述输出电路。
4.根据权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，
所述驱动信号作为光输入到所述驱动信号输入端子。
5.根据权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，
所述驱动信号作为电波输入到所述驱动信号输入端子。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述集成电路具有多个芯片，
所述芯片分别具有所述内部电路和所述输出电路，
从单一的所述电源端子到各个芯片布线有电源线，
从单一的所述驱动信号输入端子向各个芯片输入该驱动信号。
7.一种电子装置，其具有：
集成电路；
外部电路；以及
电源电路，其向所述集成电路和所述外部电路供电，
其中，该集成电路具有：
输入端子，其从所述外部电路接收电信号；
内部电路，其根据所述电信号生成数字信号，向输出信号线输出该数字信号；
输出电路，其使所述数字信号的电压值成为规定值；
电源线，其从电源端子向所述输出电路供电；
驱动信号输入端子，其接收来自外部的驱动信号；以及
电路，其将该驱动信号输入所述输出电路，与所述数字信号独立地通过该驱动信号对所述输出电路进行驱动。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，
所述集成电路具有计数器，该计数器配置在所述驱动信号输入端子与所述输出电路之间，根据所述驱动信号，向多个输出电路中的至少1个所述输出电路输入驱动信号。
9.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，
该电子装置还具有光信号接收部，该光信号接收部将所接收到的光信号转换成所述驱动信号而输入到驱动信号输入端子。
10.一种集成电路的电磁干扰测量方法，其特征在于，
经由集成电路的电源端子，向使从内部电路输入的数字信号的电压值成为规定值的输出电路供电；
所述集成电路的驱动信号输入端子接收来自外部的驱动信号；
与所述数字信号的输入信号独立地将该驱动信号输入到所述输出电路；
对所述集成电路发生的电磁干扰进行测量。
11.根据权利要求10所述的电磁干扰测量方法，其特征在于，
通过配置在所述驱动信号输入端子与所述输出电路之间的计数器，根据所述驱动信号，向多个输出电路中的至少1个输出电路输入所述驱动信号。
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