JP2004003910A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2004003910A
JP2004003910A JP2002161244A JP2002161244A JP2004003910A JP 2004003910 A JP2004003910 A JP 2004003910A JP 2002161244 A JP2002161244 A JP 2002161244A JP 2002161244 A JP2002161244 A JP 2002161244A JP 2004003910 A JP2004003910 A JP 2004003910A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
signal
circuit
latch
clock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002161244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Kono
河野 正樹
Mitsugi Kusunoki
楠 貢
Tomoji Nakamura
中村 知司
Koichi Suzuki
鈴木 幸一
Akira Muraki
村木 陽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Hitachi Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Hitachi Information Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp, Hitachi Information Technology Co Ltd filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2002161244A priority Critical patent/JP2004003910A/en
Publication of JP2004003910A publication Critical patent/JP2004003910A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high-speed operation with respect to a critical path preventing the operating frequency from improving, and to achieve a fault diagnosis due to a scanning method in a semiconductor integrated circuit which uses E-FF as a circuit for retaining data. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit is a flip-flop circuit, where the output of a selector 1 using an input data signal D, a signal SID for input diagnosis, and a switching signal SEN as input, is connected to the data input of a first latch 2. In the semiconductor integrated circuit, a second latch 3, that operates with a reverse-phase clock to the first latch 2, is further added to the front stage of the input section of the signal SID for input diagnosis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に関し、特にプロセッサ等の高速動作が要求される半導体集積回路(以下、LSIという)のフリップフロップ回路に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、本発明者が検討した技術として、通常のLSIでは、データ保持用の回路としてエッジ・トリガ型フリップフロップ(以下、E−FFという)を使用することが考えられる。また、診断方式としては、マルチプレクサ付きE−FFを使用したスキャン方式が考えられる。
【0003】
なお、このようなLSIの診断方式に関する技術としては、たとえば平成9年5月30日、株式会社プレスジャーナル発行の「月刊 Semiconductor World増刊号ULSIテスト技術」P15〜P18に記載される技術などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなデータ保持用の回路としてE−FFを使用する技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【0005】
たとえば、本発明者が本発明の前提として検討したE−FFの回路図の一例を図9に示す。当該回路は、インバータ31a〜31l、パストランジスタ31m〜31p、PMOSトランジスタ31q,31r、NMOSトランジスタ31s,31tなどからなり、マスターおよびスレーブの2段のDラッチ、マルチプレクサなどで構成されている。当該回路の場合、入力データ信号Dから出力データ信号QPまでのパスに4個のインバータ31a〜31dと2個のパストランジスタ31m,31nが介在する。
【0006】
このようなE−FFを用い、高速動作を目的としたプロセッサ等の場合、その動作周波数の向上に伴い、クロックスキュー、E−FFのセットアップ時間およびディレイ時間の転送周期に占める割合が増加することが考えられる。これは、LSIの高速化のために、デバイス構造的アプローチによる速度改善のみならず、転送周期時間内に収める平均的なゲート段数をも削減することにより動作周波数を向上する試みがなされるからである。
【0007】
このような方向で周波数の向上を実施した場合、上記のように転送周期時間に占めるE−FFのセットアップ時間およびディレイ時間の割合が相対的に増加してしまう。つまり、ある程度ゲート段数を削減してしまうと、E−FFのセットアップ時間およびディレイ時間がネックとなって、それ以上、動作周波数が向上しないという問題が考えられる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、データ保持用の回路としてE−FFを使用するLSIにおいて、動作周波数の向上の妨げとなっている一部のパス(クリティカル・パス)に対してより高速に動作し、しかも、スキャン方式による故障診断をすることができるデータ保持回路を提供するものである。
【0009】
また、本発明の他の目的は、データ保持用の回路としてE−FFを使用するLSIにおいて、同時にデータが転送され、前段がクリティカルで後段が比較的余裕のあるパスについて、前段のクロック・タイミングを後方へずらすことにより、確実にデータの受信をすることができるようにするものである。
【0010】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0012】
すなわち、本発明によるLSIは、データ信号と診断用信号を入力するセレクタと、前記セレクタの出力をデータ入力とした第1のラッチと、を含むフリップフロップ回路を有することを特徴とするものである。前記セレクタにより、切換え信号の値に応じて、通常動作時には前記データ信号が出力され、診断時には前記診断用信号が出力され、前記第1のラッチに入力される。前記第1のラッチにより、クロック信号の値に応じて、前記第1のラッチのデータ信号入力部に入力された前記セレクタの出力信号が出力され、または保持される。よって、前記セレクタおよび前記第1のラッチによれば、データ信号入力からデータ信号出力までのパスにおけるゲート段数が少なくなるため、通常のE−FFに対して、セットアップ時間およびディレイ時間の値が低減される。
【0013】
また、本発明によるLSIは、前記セレクタの診断用信号の入力部に前記第1のラッチと逆の位相で動作する第2のラッチをさらに有することを特徴とするものである。前記第2のラッチにより、前記クロック信号の値に応じて、前記第2のラッチの入力部に入力された前記診断用信号が保持され、または出力されるが、前記診断用信号の保持と出力のタイミングが前記第1のラッチに対して逆位相である。よって、前記第2のラッチによれば、データ信号入力からデータ信号出力までのディレイには影響を及ぼすことなく、診断用信号からデータ信号出力までのパスにおいて、E−FFの動作が可能となる。その結果、ラッチを使用した場合に発生し得るシフトスキャン時のデータの突き抜けが抑制される。
【0014】
さらにまた、本発明によるLSIは、前記第1のラッチおよび前記第2のラッチのクロック信号入力部の前段にクロックバッファ回路をさらに有することを特徴とするものである。前記クロックバッファ回路により、クロック信号のパルス幅が所定の幅に調整され、当該信号が前記第1のラッチおよび前記第2のラッチのクロック信号入力部に入力される。よって、クロック信号のパルス幅が所定の幅に調整されるため、データの突き抜けを防止する必要性から生じる前記第1のラッチ以降のパスの最小ディレイの設計制約が少なくなり、設計が容易となる。
【0015】
また、本発明によるLSIは、前記セレクタの切換え信号入力部の前段に、信号の遅延回路をさらに有することを特徴とするものである。前記遅延回路により、前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号と同期し、かつ、前記クロックバッファ回路とデバイス特性が等価である信号の遅延が生成され、前記セレクタの切換え信号入力部に入力される。そして、当該切換え信号の変化するタイミングが前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号の変化のタイミングより遅くなるように調整する。よって、前記遅延回路によれば、スキャンを実施した後、各パスの動作を確認する段階で、データを出力してデータを取り込む時間帯の中で、前記切換え信号が変化することとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0017】
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態であるスキャン方式による診断に対応したラッチ回路を示す回路図、図2は本実施の形態であるスキャン方式による診断に対応したラッチ回路において、データ転送の概略を示す信号波形図である。
【0018】
本実施の形態1のラッチ回路は、たとえば、マスターフリップフロップM−FFとスレーブフリップフロップS−FFとを含む回路構成とされ、入力データ信号Dと入力診断用信号SIDを入力とするセレクタ1と、このセレクタ1の出力をデータ入力とする第1のラッチ2と、セレクタ1と一部回路を共有し、このセレクタ1の前段に設けられ、入力診断用信号SIDを入力とする第2のラッチ3などから構成されている。
【0019】
セレクタ1は、パストランジスタ1a、PMOSトランジスタ1b、NMOSトランジスタ1c、インバータ1d,1eなどからなり、パストランジスタ1aへの第1の入力部に入力データ信号Dを入力し、インバータ1dへの第2の入力部に入力診断用信号SIDを入力し、PMOSトランジスタ1bおよびNMOSトランジスタ1cへの第3の入力部に切換え信号SENを入力し、この切換え信号SENの値に応じて、インバータ1eを介して通常動作時には入力データ信号Dを出力し、診断時には入力診断用信号SIDを出力するように構成されている。
【0020】
第1のラッチ2は、パストランジスタ2a,2b、インバータ2c,2d,2e,2fなどからなり、パストランジスタ2aへの第4の入力部にセレクタ1の出力信号を入力し、パストランジスタ2a,2bへの第5の入力部(ゲート入力)にクロック信号CKNを入力し、このクロック信号CKNの値に応じて、インバータ2c,2d,2e,2fを介して、パストランジスタ2aへ入力されたセレクタ1の出力信号を出力または保持し、出力する場合は出力データ信号QP、出力診断用信号SODとして出力するように構成されている。
【0021】
第2のラッチ3は、パストランジスタ3a,3b、インバータ3cや、前記セレクタ1と共有するPMOSトランジスタ1b、NMOSトランジスタ1c、インバータ1dなどからなり、パストランジスタ3aへの第6の入力部に入力診断用信号SIDを入力し、パストランジスタ3a,3bへの第7の入力部(ゲート入力)にクロック信号CKNを入力し、このクロック信号CKNの値に応じて、パストランジスタ3aに入力された入力診断用信号SIDを保持または出力するように構成されている。かつ、この第2のラッチ3は、入力診断用信号SIDの保持と出力のタイミングが前記第1のラッチ2に対して逆位相となっている。
【0022】
なお、このフリップフロップ回路において、入力診断用信号SIDはインバータ4aを介して第2のラッチ3に入力され、また切換え信号SENはインバータ4b,4cを介してセレクタ1および第2のラッチ3に入力され、さらにクロック信号CKNはインバータ4d,4eを介して第1のラッチ2および第2のラッチ3に入力されている。
【0023】
次に、本実施の形態1の作用について説明する。
【0024】
切換え信号SENにより、通常動作と診断動作の切換えが行われる。診断を実施していない通常動作時は、切換え信号SENがLOWであるため、パストランジスタ1aはON、PMOSトランジスタ1bはOFF、NMOSトランジスタ1cはOFFである。したがって、セレクタ1に入力された入力データ信号Dがセレクタ1の出力となり、第1のラッチ2に入力される。第1のラッチ2は、クロック信号CKNによるレベル・トリガ回路いわゆるDラッチを構成しており、クロック信号CKNがLOWのとき、パストランジスタ2aはON、パストランジスタ2bはOFFである。したがって、入力データ信号Dがセレクタ1および第1のラッチ2を介してそのまま出力データ信号QP、出力診断用信号SODとして出力される。
【0025】
続いて、クロック信号CKNがLOWからHIGHへ変化すると、パストランジスタ2aはOFF、パストランジスタ2bはONとなり、第1のラッチ2に入力された入力データ信号Dが保持される。このとき、保持されたデータが出力データ信号QP、出力診断用信号SODとして出力される。
【0026】
この場合、入力データ信号Dの入力から出力データ信号QPの出力までのパスは、2個のインバータ1e,2cと2個のパストランジスタ1a,2aのみを介しているため、本発明の前提として検討した図9のE−FFと比較して、セットアップ時間+ディレイ時間が約半分に低減される。つまり、約50%の性能改善が可能となる。
【0027】
診断を実施するときは、切換え信号SENがHIGHであるため、パストランジスタ1aはOFF、PMOSトランジスタ1bはON、NMOSトランジスタ1cはONである。したがって、診断時は、入力診断用信号SIDが第2のラッチ3を介してセレクタ1から出力され、第1のラッチ2に入力される。この場合、入力診断用信号SIDの入力から出力データ信号QP,出力診断用信号SODの出力までのパスに、2段のラッチ(第2のラッチ3と第1のラッチ2)が存在することとなる。また、これらのラッチには、クロック信号CKNがそれぞれ逆相で入力されるため、2段のラッチ(第2のラッチ3と第1のラッチ2)で、1個のE−FFとして動作することとなる。
【0028】
このとき、クロック・エッジをトリガとする回路形式(E−FF)を採用しているため、スキャン・チェーンの最小ディレイがケアされない場合に生じ得る診断時のデータの突き抜けが防止される。
【0029】
このような構成をとることにより、通常動作時にはラッチによる高速動作が可能となり、診断時にはデータが突き抜けるおそれのない安定動作が可能となる。
【0030】
次に、図2により、本実施の形態1のラッチ回路をクリティカル・パスの受信回路として使用した場合の動作について説明する。
【0031】
一般に、データ送信するE−FFからのクリティカル・パスのディレイがクロック周期を超える場合、当該信号の受信回路として通常のE−FFを使用すると正常にデータ転送を行うことができない。しかし、本実施の形態のラッチ回路を当該信号の受信回路として使用することにより、図2に示すように、データ受信のクロック・タイミングが後方へずれることとなる。その結果、データ受信の許容範囲が拡がり、クリティカル・パスのディレイがクロック周期を超える場合であっても、正常にデータが転送がされ、動作周波数の向上を図ることができる。
【0032】
(実施の形態2)
図3は本発明の一実施の形態のスキャン方式による診断に対応したラッチ回路のクロック信号CKN入力部の前段に接続するクロックバッファ回路を示す回路図、図4は本実施の形態2の回路において、データ転送の概略を示す信号波形図である。
【0033】
本実施の形態2の回路は、たとえば、前記実施の形態1のラッチ回路のクロック信号CKNの入力部前段に図3に示すクロックバッファ回路をさらに設けることにより構成されている。
【0034】
図3に示すクロックバッファ回路は、インバータ6、信号遅延を生成するディレイヤ7、2入力NANDゲート5などからなり、インバータ6の入力にクロック信号CKNを入力し、ディレイヤ7の入力にインバータ6の出力を入力し、2入力NANDゲート5の一方の入力にインバータ6の出力を入力し、2入力NANDゲート5の他方の入力にディレイヤ7の出力を入力し、2入力NANDゲート5の出力からクロックバッファ回路の出力信号CKNIとして出力し、この信号を図1に示すインバータ4dに入力するように構成されている。
【0035】
ディレイヤ7は、奇数個(たとえば9個)のインバータ7a〜7iなどから構成され、それぞれのインバータ7a〜7iは直列に接続されている。
【0036】
インバータ6,7a〜7iは、PMOSトランジスタ6a、NMOSトランジスタ6bなどからなり、PMOSトランジスタ6aのソースは電源に接続され、NMOSトランジスタ6bのソースは接地され、PMOSトランジスタ6aのドレインはNMOSトランジスタ6bのドレインに接続され、そこから入力信号の否定の値を出力するように構成されている。
【0037】
2入力NANDゲート5は、PMOSトランジスタ5a,5b、NMOSトランジスタ5c,5dなどからなり、PMOSトランジスタ5a,5bのソースは電源に接続され、NMOSトランジスタ5dのソースは接地され、NMOSトランジスタ5cのソースはNMOSトランジスタ5dのドレインに接続され、PMOSトランジスタ5a,5bのドレインはNMOSトランジスタ5cのドレインに接続され、そこから入力信号の論理積の否定の値を出力するように構成されている。
【0038】
次に、図3により、本実施の形態2の作用について、当該クロックバッファ回路の動作を説明する。クロック信号CKNは、インバータ6を介した後、分岐して、一方は直接2入力NANDゲート5の一方の入力へ、他方はディレイヤ7を通過した後、2入力NANDゲート5の他方の入力に入力される。
【0039】
クロック信号CKNがHIGHのとき、2入力NANDゲート5の一方の入力はLOWであり、2入力NANDゲート5の他方の入力はHIGHである。したがって、2入力NANDゲート5の出力はHIGHとなる。
【0040】
次に、クロック信号CKNがHIGHからLOWに変化すると、2入力NANDゲート5の一方の入力は直ちにHIGHに変化するが、2入力NANDゲートの他方の入力はディレイヤ7を介しているため、直ちには変化せずディレイヤ7の遅延時間分だけHIGHを維持する。したがって、クロック信号CKNがHIGHからLOWに変化した後、2入力NANDゲート5の出力はHIGHからLOWに変化し、しばらくの間LOWを維持する。そして、ディレイヤ7の遅延時間を経過した後、2入力NANDゲート5の他方の入力がLOWに変化し、2入力NANDゲート5の出力がHIGHに変化する。
【0041】
次に、クロック信号CKNがLOWからHIGHに変化すると、2入力NANDゲート5の一方の入力は直ちにLOWに変化するが、2入力NANDゲート5の他方の入力は、前記と同様にしばらくLOWを維持する。したがって、2入力NANDゲート5の出力は、そのままHIGHを維持する。ディレイヤ7の遅延時間を経過した後、2入力NANDゲート5の他方の入力がHIGHに変化するが、2入力NANDゲート5の一方の入力がLOWであるため、2入力NANDゲート5の出力はHIGHのままである。
【0042】
したがって、当該クロックバッファ回路により、ディレイヤ7の遅延時間に応じた所定のパルス幅を有するクロック信号を生成することができる。クロックバッファ回路の出力信号CKNIのパルス幅を他のE−FFに用いるクロック信号CKNのパルス幅より小さくした場合の波形を図4に示す。
【0043】
次に、図4により、当該クロックバッファ回路の出力信号CKNIを本発明に係るラッチ回路専用のクロック信号として使用した場合の、データ転送の概略を説明する。図4において、クロック信号CKNは、ラッチ回路(Dラッチ)8のユーザ論理回路11,12を挟んだ前段および後段のE−FF9,10のクロック信号である。
【0044】
図4に示すように、ラッチ回路8のクロック信号(クロックバッファ回路の出力信号CKNI)のパルス幅を他のE−FF9,10のクロック信号CKNのパルス幅より小さくすることにより、データの突き抜けを防止する必要性から生じるラッチ回路8以降のパスの最小ディレイの設計制約が少なくなり、設計が容易となる。その結果、図4に示すようなデータ転送が可能となる。
【0045】
なお、ラッチ回路8のクロック信号CKNIのパルス幅を小さくし過ぎると、図2からも分かるように、データ受信の許容範囲が狭くなる。したがって、ディレイヤ7のインバータ・チェーンの段数を増減して、ラッチ回路8のクロック信号(クロックバッファ回路の出力信号CKNI)のパルス幅を調整する必要がある。すなわち、クリティカル・パスでのディレイが大きくデータ受信の許容範囲を大きく求められるときは、当該パルス幅を大きくし、ラッチ回路8以降のパスの最小ディレイの設計が難しいときは、当該パルス幅を小さくすることが望ましい。
【0046】
次に、当該クロックバッファ回路の変形例を図5に示す。図5に示すクロックバッファ回路には、診断時テストモードの制御信号KTM,KTMRによる生成クロックのシェイプ/スルー制御部13が付加されている。
【0047】
シェイプ/スルー制御部13は、インバータ13a,13b、2入力NORゲート13c、パストランジスタ13d、NMOSトランジスタ13eなどからなり、インバータ13aの入力に制御信号KTMを入力し、2入力NORゲート13cの一方の入力にインバータ13aの出力信号を入力し、2入力NORゲート13cの他方の入力に制御信号KTMRを入力し、インバータ13bの入力に2入力NORゲート13cの出力信号を入力し、パストランジスタ13dのNMOS側のゲートにインバータ13bの出力信号を入力し、パストランジスタ13dのPMOS側のゲートおよびNMOSトランジスタ13eのゲートに2入力NORゲート13cの出力信号を入力し、制御信号KTM,KTMRの値に応じて、シェイプ・モードのときは図4に示すように所定のパルス幅に調整された信号がクロックバッファ回路の出力信号CKNIとなり、スルー・モードのときはクロック信号CKNがそのままクロックバッファ回路の出力信号CKNIとして出力されるように構成されている。
【0048】
すなわち、制御信号KTMがLOWのときは、制御信号KTMRの値にかかわらず2入力NORゲート13cの出力はLOWとなり、パストランジスタ13dはON、NMOSトランジスタ13eはOFFとなるので、ディレイヤ7を介した信号が2入力NANDゲート5の入力に入力され、所定のパルス幅に調整された信号がクロックバッファ回路の出力信号CKNIとして出力され、シェイプ・モードとして動作する。
【0049】
また、制御信号KTMがHIGH、制御信号KTMRがLOWのときは、2入力NORゲート13cの出力はHIGHとなり、パストランジスタ13dはOFF、NMOSトランジスタ13eはONとなるので、ディレイヤ7の出力はHIGHに固定され、2入力NANDゲート5はインバータとして動作するので、クロック信号CKNがそのままクロックバッファ回路の出力信号CKNIとして出力され、スルー・モードとして動作する。
【0050】
また、制御信号KTMがHIGH、制御信号KTMRがHIGHのときは、2入力NORゲート13cの出力はLOWとなり、パストランジスタ13dはON、NMOSトランジスタ13eはOFFとなるので、ディレイヤ7を介した信号が2入力NANDゲート5の入力に入力され、所定のパルス幅に調整された信号がクロックバッファ回路の出力信号CKNIとして出力され、シェイプ・モードとして動作する。
【0051】
このような構成にすることにより、プロセスのばらつきなどによりクロック信号のパスル幅が小さくなり診断部のE−FFが書き込み不良を起こすような場合であっても、スルー・モードに切換えることにより、スキャンパス全体の動作確認が可能となる。
【0052】
(実施の形態3)
図6は本発明の一実施の形態のラッチ回路8のクロック信号CKN入力部前段にクロックバッファ回路14を、ラッチ回路8のセレクタ1の切換え信号SEN入力部前段に遅延回路15を設けた回路の構成図、図7は本発明の一実施の形態のラッチ回路8のセレクタ1の切換え信号SEN入力部前段に接続する遅延回路15を示す回路図、図8は本実施の形態の回路において、ラッチ回路8のクロック信号CKN入力部前段にクロックバッファ回路14を、ラッチ回路8の切換え信号SEN入力部前段に遅延回路15を設けた回路の信号波形図である。
【0053】
まず、図6により、本実施の形態3の回路構成を説明する。本実施の形態3の回路は、たとえば、図1に示すラッチ回路(Dラッチ)8、クロックバッファ回路14、遅延回路15、SEN生成回路16、クロックドライバ回路17などから構成され、クロック信号CKNは、クロックドライバ回路17を介してクロックバッファ回路14に入力され、クロックバッファ回路14の出力はラッチ回路8のクロック信号CKN入力部に入力され、さらに、クロック信号CKNは、SEN生成回路16を介して遅延回路15に入力され、遅延回路15の出力はラッチ回路8の切換え信号SEN入力部に入力されている。
【0054】
次に、本実施の形態3の作用について説明する。クロック分配系では、クロックドライバ回路17からクロックバッファ回路14までのディレイDT1(たとえば42ps)と、クロックバッファ回路14からラッチ回路8のクロック信号CKN入力部までのディレイDT2(たとえば76ps)と、クロックバッファ回路14により生成されるクロック信号のパルス幅(たとえば340ps)とを合計した値(458ps)が、クロック信号CKNの立ち上がりエッジがラッチ回路8に到達するまでに要するディレイ値となる。
【0055】
また、切換え信号SENは、SEN生成回路16に入力されるクロック信号CKNの立ち上がりエッジをトリガにして切り換わり、各フリップフロップ回路へ分配される。SEN生成回路16から遅延回路15までの最小ディレイDT3(たとえば200ps)と、遅延回路15からラッチ回路8までの最小ディレイDT4(たとえば30ps)と、遅延回路15のディレイDT5(たとえば340ps)を合計した値(570ps)が、ラッチ回路8に到達するまでの総ディレイ値となる。
【0056】
したがって、ラッチ回路8に入力される切換え信号SENの切換えのタイミングが、ラッチ回路8に入力されるクロック信号の立ち上がりエッジより遅くなっている。
【0057】
次に、図7により、本実施の形態のラッチ回路のセレクタ1の切換え信号SEN入力部前段に接続する遅延回路15の構成の一例を説明する。遅延回路15は、たとえば、図3または図5に示すクロックバッファ回路14と同様な回路構成となっており、ディレイヤ18、2入力NANDゲート19、インバータ20,21a,21b、2入力NORゲート21cなどから構成され、切換え信号SENの入力信号はインバータ20を介してディレイヤ18に入力され、ディレイヤ18の出力は2入力NANDゲート19の一方の入力に接続され、2入力NANDゲート19の他方の入力は電源に接続され、2入力NANDゲート19の出力から切換え信号SENの出力信号が出力されるようになっている。
【0058】
ディレイヤ18は、奇数個(たとえば17個)のインバータ18a〜18q、パストランジスタ21d、NMOSトランジスタ21eなどから構成され、インバータ18a〜18pは直列に接続され、インバータ18pの出力はパストランジスタ21dを介してインバータ18qに入力されている。
【0059】
2入力NANDゲート19は、PMOSトランジスタ19a,19b、NMOSトランジスタ19c,19dなどからなり、PMOSトランジスタ19a,19bのソースは電源に接続され、NMOSトランジスタ19dのソースは接地され、NMOSトランジスタ19cのソースはNMOSトランジスタ19dのドレインに接続され、PMOSトランジスタ19a,19bのドレインはNMOSトランジスタ19cのドレインに接続され、ここから入力信号の論理積の否定の値を出力するように構成されている。
【0060】
次に、本実施の形態3の作用について、遅延回路15の動作を説明する。図7に示す遅延回路は、図3または図5に示すクロックバッファ回路と同様に動作する。たとえば、2入力NANDゲート19の一方の入力はHIGHに固定されているため、2入力NANDゲート19はインバータとして動作する。また、図5に示すクロックバッファ回路の制御信号KTM,KTMRの入力に対応する部分はLOWに固定されているため、パストランジスタ21dはON、NMOSトランジスタ21eはOFFである。
【0061】
したがって、ディレイヤ18のインバータ・チェーンの段数を調整することにより、切換え信号SENについて、所望のディレイを生成することができる。
【0062】
また、プロセスや環境などに起因するばらつきが生じ、遅延回路15のディレイが変動した場合であっても、クロックバッファ回路14と同様な回路構成をとっているため、遅延回路15のディレイはクロックバッファ回路の出力信号CKNIのパルス幅と同じように変動する。
【0063】
次に、図8により、本実施の形態3の作用について説明する。遅延回路15のディレイヤ18のインバータ・チェーンの段数を調整することにより、図8に示すように、セレクタ1の切換え信号入力部に入力される切換え信号SENの変化するタイミングが前記クロックバッファ回路の出力信号CKNIの立ち上がりのタイミングより遅くすることができる。したがって、診断時にシフトスキャンを実施した後、各パスの動作を確認する段階では、データを出力してデータを取り込む時間帯の中で、切換え信号SENが切り換わることとなる。よって、入力診断用信号SIDの代わりに入力データ信号Dが転送されてしまうおそれがなくなる。
【0064】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0065】
たとえば、クロックバッファ回路のディレイヤ7や遅延回路のディレイヤ18は、インバータ・チェーンにより構成されているが、RC回路等の他の回路でも実現可能である。
【0066】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0067】
(1)データ保持用の回路としてE−FFを使用するLSIにおいて、ラッチの入力部にデータ信号と診断用信号を切換えるセレクタを設けたので、データ信号の入力からデータ信号の出力までのゲート段数が少なくなり、通常のE−FFに対してセットアップ時間およびディレイ時間の値が低減されるため、動作周波数の向上の妨げとなっている一部のパス(クリティカル・パス)に対してより高速に動作し、しかも、スキャン方式による診断をすることが可能となる。
【0068】
(2)データ保持用の回路としてE−FFを使用するLSIにおいて、同時にデータが転送され、前段がクリティカルで後段が比較的余裕のあるパスについて、前段のクロック・タイミングを後方へずらしたので、確実にデータの受信をすることができる。
【0069】
(3)前記ラッチの診断用信号の入力側にスレーブ・ラッチを設けたので、シフトスキャン時のデータの突き抜けが防止され、通常のスキャン方式のE−FFと同様の診断を行うことができる。
【0070】
(4)ラッチ回路用のクロック分配系最終段にパルス生成回路からなるクロックバッファ回路を設けたので、クロック信号のパルス幅が所定の幅に調整されるため、データの突き抜けを防止する必要性から生じるラッチ回路以降のパスの最小ディレイの設計制約が少なくなり、設計が容易となる。
【0071】
(5)前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号とデバイス特性が等価である信号の遅延を生成する遅延回路をラッチ回路の切換え信号入力部前段に付加したので、切換え信号の変化するタイミングが前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号より遅くなり、ラッチ動作の最小値保証が実現される。
【0072】
(6)本回路をLSIに適用することで、クロック周波数を20%程度改善できる可能性がある。
【0073】
(7)動作周波数を向上することが可能であるため、動作性能がより高い製品の提供が可能となると共に、プロセス変更をすることなく性能向上が実現されるため、利益率の高いLSIの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるスキャン方式による診断に対応したラッチ回路を示す回路図である。
【図2】図1に示す回路において、データ転送の概略を示す信号波形図である。
【図3】図1に示す回路のクロック信号入力部前段に接続するクロックバッファ回路の回路図である。
【図4】図1に示す回路のクロック信号入力部前段にクロックバッファ回路を接続した回路のデータ転送の概略を示す信号波形図である。
【図5】図3に示す回路にシェイプ/スルー制御回路を付加した回路の回路図である。
【図6】図1に示す回路のクロック信号入力部前段にクロックバッファ回路を、ラッチ回路のセレクタの切換え信号入力部前段に遅延回路を設けた回路の構成図である。
【図7】図1に示す回路の切換え信号入力部前段に接続する遅延回路を示す回路図である。
【図8】図1に示す回路のクロック信号入力部前段にクロックバッファ回路を、切換え信号入力部前段に遅延回路を、接続した回路の信号波形図である。
【図9】本発明の前提として検討したE−FF(エッジ・トリガ型フリップフロップ)を示す回路図である。
【符号の説明】
1 セレクタ
2 第1のラッチ
1a,2a,2b,3a,3b,13d,21d,31m〜31p パストランジスタ
1b,5a,5b,6a,19a,19b,31q,31r PMOSトランジスタ
1c,5c,5d,6b,13e,19c,19d,21e,31s,31t NMOSトランジスタ
1d,1e,2c,2d,2e,2f,3c,4a,4b,4c,4d,4e,6,7a〜7i,13a,13b,18a〜18q,20,21a,21b,31a〜31l インバータ
3 第2のラッチ
5,19 2入力NANDゲート
7,18 ディレイヤ
8 ラッチ回路
9,10 E−FF
11,12 ユーザ論理回路
13 シェイプ/スルー制御部
13c,21c 2入力NORゲート
14 クロックバッファ回路
15 遅延回路
16 SEN生成回路
17 クロックドライバ回路
D 入力データ信号
QP 出力データ信号
SID 入力診断用信号
SOD 出力診断用信号
SEN 切換え信号
CKN クロック信号
CKNI クロックバッファ回路の出力信号
KTM,KTMR 制御信号
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a technique effective when applied to a flip-flop circuit of a semiconductor integrated circuit (hereinafter, referred to as an LSI) that requires a high-speed operation such as a processor.
[0002]
[Prior art]
For example, as a technique studied by the present inventors, it is conceivable to use an edge-triggered flip-flop (hereinafter, referred to as E-FF) as a data holding circuit in a normal LSI. As a diagnostic method, a scan method using an E-FF with a multiplexer can be considered.
[0003]
In addition, examples of the technology related to such an LSI diagnosis method include technologies described in “Monthly Semiconductor World Extra Issue ULSI Test Technology” published on May 30, 1997, Press Journal, pages P15 to P18. Can be
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the present inventor has studied the technology using the E-FF as the data holding circuit as described above, and as a result, the following has become clear.
[0005]
For example, FIG. 9 shows an example of a circuit diagram of an E-FF studied by the present inventors as a premise of the present invention. The circuit includes inverters 31a to 31l, pass transistors 31m to 31p, PMOS transistors 31q and 31r, NMOS transistors 31s and 31t, and is composed of a master and slave two-stage D latch, a multiplexer, and the like. In the case of this circuit, four inverters 31a to 31d and two pass transistors 31m and 31n are interposed in a path from the input data signal D to the output data signal QP.
[0006]
In the case of a processor or the like for high-speed operation using such an E-FF, the ratio of clock skew, setup time of the E-FF, and delay time to the transfer cycle increases as the operating frequency increases. Can be considered. This is because, in order to increase the speed of the LSI, not only the speed is improved by a device structural approach, but also an attempt is made to improve the operating frequency by reducing the average number of gate stages within the transfer cycle time. is there.
[0007]
When the frequency is improved in such a direction, the ratio of the setup time and the delay time of the E-FF to the transfer cycle time relatively increases as described above. That is, if the number of gate stages is reduced to some extent, there is a problem that the setup time and the delay time of the E-FF become a bottleneck and the operating frequency is not further improved.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to operate at a higher speed on some paths (critical paths) which hinder the improvement of the operating frequency in an LSI using an E-FF as a data holding circuit. Moreover, the present invention provides a data holding circuit capable of performing a failure diagnosis by a scan method.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an LSI using an E-FF as a data holding circuit, in which data is transferred at the same time. Is shifted backward so that data can be received reliably.
[0010]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0012]
That is, an LSI according to the present invention includes a flip-flop circuit including a selector for inputting a data signal and a diagnostic signal, and a first latch having an output of the selector as a data input. . The selector outputs the data signal during normal operation and outputs the diagnostic signal during diagnosis in accordance with the value of the switching signal, and inputs the signal to the first latch. The first latch outputs or holds the output signal of the selector input to the data signal input section of the first latch according to the value of the clock signal. Therefore, according to the selector and the first latch, since the number of gate stages in the path from the data signal input to the data signal output is reduced, the values of the setup time and the delay time are reduced with respect to the normal E-FF. Is done.
[0013]
Further, the LSI according to the present invention is further characterized in that the selector further includes a second latch operating in a phase opposite to that of the first latch at an input portion of the selector for the diagnostic signal. The second latch holds or outputs the diagnostic signal input to the input unit of the second latch according to the value of the clock signal, and holds and outputs the diagnostic signal. Is in the opposite phase to the first latch. Therefore, according to the second latch, the operation of the E-FF can be performed in the path from the diagnostic signal to the data signal output without affecting the delay from the data signal input to the data signal output. . As a result, penetration of data at the time of shift scanning, which may occur when a latch is used, is suppressed.
[0014]
Furthermore, the LSI according to the present invention is characterized in that a clock buffer circuit is further provided in a stage preceding a clock signal input section of the first latch and the second latch. The pulse width of the clock signal is adjusted to a predetermined width by the clock buffer circuit, and the signal is input to the clock signal input sections of the first latch and the second latch. Therefore, since the pulse width of the clock signal is adjusted to a predetermined width, the design constraint of the minimum delay of the path after the first latch caused by the necessity of preventing data penetration is reduced, and the design is facilitated. .
[0015]
Further, the LSI according to the present invention is characterized in that a signal delay circuit is further provided before the switching signal input section of the selector. The delay circuit generates a signal delay synchronized with the clock signal generated by the clock buffer circuit and having a device characteristic equivalent to that of the clock buffer circuit, and is input to the switching signal input unit of the selector. . Then, the timing at which the switching signal changes is adjusted so as to be later than the timing at which the clock signal generated by the clock buffer circuit changes. Therefore, according to the delay circuit, at the stage of confirming the operation of each path after the scan is performed, the switching signal changes during a time period in which data is output and data is captured.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted.
[0017]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a latch circuit corresponding to diagnosis by a scan method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of data transfer in the latch circuit corresponding to diagnosis by a scan method according to the present embodiment. FIG. 5 is a signal waveform diagram showing
[0018]
The latch circuit according to the first embodiment has a circuit configuration including, for example, a master flip-flop M-FF and a slave flip-flop S-FF, and includes a selector 1 that receives an input data signal D and an input diagnostic signal SID as inputs. A first latch 2 which uses the output of the selector 1 as a data input, and a second latch which shares a part of the circuit with the selector 1 and is provided in a stage preceding the selector 1 and which receives an input diagnostic signal SID as an input. 3 and the like.
[0019]
The selector 1 includes a pass transistor 1a, a PMOS transistor 1b, an NMOS transistor 1c, inverters 1d and 1e, and inputs an input data signal D to a first input portion of the pass transistor 1a and a second input to the inverter 1d. An input diagnostic signal SID is input to the input section, and a switching signal SEN is input to the third input section to the PMOS transistor 1b and the NMOS transistor 1c, and the switching signal SEN is normally supplied via the inverter 1e according to the value of the switching signal SEN. An input data signal D is output during operation, and an input diagnostic signal SID is output during diagnosis.
[0020]
The first latch 2 includes pass transistors 2a and 2b, inverters 2c, 2d, 2e, and 2f, and inputs an output signal of the selector 1 to a fourth input section of the pass transistor 2a. A clock signal CKN is input to a fifth input section (gate input) of the selector 1, and the selector 1 input to the pass transistor 2a via the inverters 2c, 2d, 2e, and 2f according to the value of the clock signal CKN. Is output or held, and when it is output, it is output as an output data signal QP and an output diagnostic signal SOD.
[0021]
The second latch 3 includes pass transistors 3a and 3b, an inverter 3c, a PMOS transistor 1b, an NMOS transistor 1c, an inverter 1d, etc., which are shared with the selector 1, and diagnoses an input to a sixth input section of the pass transistor 3a. Input signal SID, a clock signal CKN to a seventh input portion (gate input) to the pass transistors 3a and 3b, and an input diagnosis input to the pass transistor 3a according to the value of the clock signal CKN. It is configured to hold or output the application signal SID. The timing of holding and outputting the input diagnostic signal SID is opposite to that of the first latch 2 in the second latch 3.
[0022]
In this flip-flop circuit, the input diagnostic signal SID is input to the second latch 3 via the inverter 4a, and the switching signal SEN is input to the selector 1 and the second latch 3 via the inverters 4b and 4c. The clock signal CKN is input to the first latch 2 and the second latch 3 via the inverters 4d and 4e.
[0023]
Next, the operation of the first embodiment will be described.
[0024]
Switching between the normal operation and the diagnostic operation is performed by the switching signal SEN. At the time of the normal operation in which the diagnosis is not performed, since the switching signal SEN is LOW, the pass transistor 1a is ON, the PMOS transistor 1b is OFF, and the NMOS transistor 1c is OFF. Therefore, the input data signal D input to the selector 1 becomes the output of the selector 1 and is input to the first latch 2. The first latch 2 forms a level trigger circuit based on a clock signal CKN, a so-called D latch. When the clock signal CKN is LOW, the pass transistor 2a is ON and the pass transistor 2b is OFF. Therefore, the input data signal D is directly output as the output data signal QP and the output diagnostic signal SOD via the selector 1 and the first latch 2.
[0025]
Subsequently, when the clock signal CKN changes from LOW to HIGH, the pass transistor 2a is turned off and the pass transistor 2b is turned on, and the input data signal D input to the first latch 2 is held. At this time, the held data is output as the output data signal QP and the output diagnostic signal SOD.
[0026]
In this case, since the path from the input of the input data signal D to the output of the output data signal QP passes only through the two inverters 1e and 2c and the two pass transistors 1a and 2a, it is examined as a premise of the present invention. Compared with the E-FF shown in FIG. 9, the setup time + delay time is reduced to about half. That is, the performance can be improved by about 50%.
[0027]
When performing the diagnosis, the pass signal 1a is OFF, the PMOS transistor 1b is ON, and the NMOS transistor 1c is ON because the switching signal SEN is HIGH. Therefore, during diagnosis, the input diagnostic signal SID is output from the selector 1 via the second latch 3 and is input to the first latch 2. In this case, a two-stage latch (a second latch 3 and a first latch 2) exists on the path from the input of the input diagnostic signal SID to the output of the output data signal QP and the output diagnostic signal SOD. Become. Further, since the clock signals CKN are input to these latches in opposite phases, the two-stage latches (the second latch 3 and the first latch 2) operate as one E-FF. It becomes.
[0028]
At this time, since the circuit type (E-FF) triggered by the clock edge is employed, data penetration at the time of diagnosis which may occur when the minimum delay of the scan chain is not taken care of is prevented.
[0029]
By adopting such a configuration, a high-speed operation by the latch becomes possible at the time of the normal operation, and a stable operation without a danger of data penetration at the time of diagnosis becomes possible.
[0030]
Next, the operation when the latch circuit of the first embodiment is used as a critical path receiving circuit will be described with reference to FIG.
[0031]
In general, when the delay of the critical path from the E-FF that transmits data exceeds the clock cycle, normal data transfer cannot be performed if a normal E-FF is used as a receiving circuit for the signal. However, by using the latch circuit of the present embodiment as a signal receiving circuit, the clock timing of data reception is shifted backward as shown in FIG. As a result, the allowable range of data reception is expanded, and even when the delay of the critical path exceeds the clock cycle, data can be normally transferred, and the operating frequency can be improved.
[0032]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a clock buffer circuit connected to a stage preceding a clock signal CKN input section of a latch circuit corresponding to a diagnosis by a scan method according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a signal waveform diagram schematically showing data transfer.
[0033]
The circuit according to the second embodiment is configured, for example, by further providing the clock buffer circuit shown in FIG. 3 at a stage preceding the input portion of the clock signal CKN of the latch circuit according to the first embodiment.
[0034]
The clock buffer circuit shown in FIG. 3 includes an inverter 6, a delayer 7 for generating a signal delay, a two-input NAND gate 5, and the like. The clock signal CKN is input to the input of the inverter 6, and the output of the inverter 6 is input to the input of the delayer 7. , The output of the inverter 6 is input to one input of the two-input NAND gate 5, the output of the delay layer 7 is input to the other input of the two-input NAND gate 5, and the clock buffer is output from the output of the two-input NAND gate 5. It is configured to output as an output signal CKNI of the circuit and to input this signal to the inverter 4d shown in FIG.
[0035]
The delayer 7 includes an odd number (for example, nine) of inverters 7a to 7i and the like, and the respective inverters 7a to 7i are connected in series.
[0036]
The inverters 6, 7a to 7i include a PMOS transistor 6a, an NMOS transistor 6b, and the like. The source of the PMOS transistor 6a is connected to a power supply, the source of the NMOS transistor 6b is grounded, and the drain of the PMOS transistor 6a is the drain of the NMOS transistor 6b. , And configured to output a negative value of the input signal therefrom.
[0037]
The two-input NAND gate 5 includes PMOS transistors 5a and 5b, NMOS transistors 5c and 5d, the sources of the PMOS transistors 5a and 5b are connected to a power supply, the source of the NMOS transistor 5d is grounded, and the source of the NMOS transistor 5c is The drain of the NMOS transistor 5d is connected to the drain of the PMOS transistor 5a, and the drain of the PMOS transistor 5b is connected to the drain of the NMOS transistor 5c, from which a negative value of the logical product of the input signals is output.
[0038]
Next, the operation of the clock buffer circuit in the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. The clock signal CKN branches after passing through the inverter 6, one being directly input to one input of the two-input NAND gate 5, and the other being input to the other input of the two-input NAND gate 5 after passing through the delayer 7. Is done.
[0039]
When the clock signal CKN is HIGH, one input of the two-input NAND gate 5 is LOW, and the other input of the two-input NAND gate 5 is HIGH. Therefore, the output of the two-input NAND gate 5 becomes HIGH.
[0040]
Next, when the clock signal CKN changes from HIGH to LOW, one input of the two-input NAND gate 5 immediately changes to HIGH, but the other input of the two-input NAND gate 5 passes through the delayer 7 immediately. It keeps HIGH for the delay time of the delay layer 7 without changing. Therefore, after the clock signal CKN changes from HIGH to LOW, the output of the two-input NAND gate 5 changes from HIGH to LOW, and maintains LOW for a while. After the delay time of the delay 7 has elapsed, the other input of the two-input NAND gate 5 changes to LOW, and the output of the two-input NAND gate 5 changes to HIGH.
[0041]
Next, when the clock signal CKN changes from LOW to HIGH, one input of the two-input NAND gate 5 immediately changes to LOW, but the other input of the two-input NAND gate 5 maintains LOW for a while as described above. I do. Therefore, the output of the two-input NAND gate 5 maintains HIGH as it is. After the delay time of the delay 7 has elapsed, the other input of the two-input NAND gate 5 changes to HIGH, but the output of the two-input NAND gate 5 is HIGH because one input of the two-input NAND gate 5 is LOW. Remains.
[0042]
Therefore, the clock buffer circuit can generate a clock signal having a predetermined pulse width according to the delay time of the delay layer 7. FIG. 4 shows a waveform when the pulse width of the output signal CKNI of the clock buffer circuit is smaller than the pulse width of the clock signal CKN used for another E-FF.
[0043]
Next, an outline of data transfer when the output signal CKNI of the clock buffer circuit is used as a clock signal dedicated to the latch circuit according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, a clock signal CKN is a clock signal of the E-FFs 9 and 10 at the preceding and subsequent stages with the user logic circuits 11 and 12 of the latch circuit (D latch) 8 interposed therebetween.
[0044]
As shown in FIG. 4, by making the pulse width of the clock signal of the latch circuit 8 (the output signal CKNI of the clock buffer circuit) smaller than the pulse width of the clock signal CKN of the other E-FFs 9 and 10, data penetration can be prevented. The design constraint of the minimum delay of the path after the latch circuit 8 resulting from the necessity of prevention is reduced, and the design becomes easy. As a result, data transfer as shown in FIG. 4 becomes possible.
[0045]
If the pulse width of the clock signal CKNI of the latch circuit 8 is too small, as can be seen from FIG. 2, the allowable range of data reception becomes narrow. Therefore, it is necessary to adjust the pulse width of the clock signal of the latch circuit 8 (output signal CKNI of the clock buffer circuit) by increasing or decreasing the number of stages of the inverter chain of the delay layer 7. That is, when the delay in the critical path is large and the allowable range of data reception is required to be large, the pulse width is increased. When it is difficult to design the minimum delay of the path after the latch circuit 8, the pulse width is decreased. It is desirable to do.
[0046]
Next, a modified example of the clock buffer circuit is shown in FIG. In the clock buffer circuit shown in FIG. 5, a shape / through control unit 13 for a clock generated by the control signals KTM and KTMR in the test mode at the time of diagnosis is added.
[0047]
The shape / through controller 13 includes inverters 13a and 13b, a two-input NOR gate 13c, a pass transistor 13d, an NMOS transistor 13e, and the like. The control signal KTM is input to the input of the inverter 13a, and one of the two-input NOR gate 13c is provided. The output signal of the inverter 13a is input to the input, the control signal KTMR is input to the other input of the two-input NOR gate 13c, the output signal of the two-input NOR gate 13c is input to the input of the inverter 13b, and the NMOS of the pass transistor 13d is input. The output signal of the inverter 13b is input to the gate on the side, the output signal of the two-input NOR gate 13c is input to the gate on the PMOS side of the pass transistor 13d and the gate of the NMOS transistor 13e, and according to the values of the control signals KTM and KTMR. , And in shape mode As shown in FIG. 4, the signal adjusted to a predetermined pulse width becomes the output signal CKNI of the clock buffer circuit, and in the through mode, the clock signal CKN is directly output as the output signal CKNI of the clock buffer circuit. It is configured.
[0048]
That is, when the control signal KTM is LOW, the output of the two-input NOR gate 13c becomes LOW regardless of the value of the control signal KTMR, the pass transistor 13d is turned on, and the NMOS transistor 13e is turned off. The signal is input to the input of the two-input NAND gate 5, a signal adjusted to a predetermined pulse width is output as the output signal CKNI of the clock buffer circuit, and operates in the shape mode.
[0049]
When the control signal KTM is HIGH and the control signal KTMR is LOW, the output of the two-input NOR gate 13c is HIGH, the pass transistor 13d is OFF, and the NMOS transistor 13e is ON, so that the output of the delayer 7 is HIGH. Since the two-input NAND gate 5 is fixed and operates as an inverter, the clock signal CKN is output as it is as the output signal CKNI of the clock buffer circuit, and operates in the through mode.
[0050]
When the control signal KTM is HIGH and the control signal KTMR is HIGH, the output of the two-input NOR gate 13c is LOW, the pass transistor 13d is ON, and the NMOS transistor 13e is OFF. A signal input to the input of the two-input NAND gate 5 and adjusted to a predetermined pulse width is output as the output signal CKNI of the clock buffer circuit, and operates in the shape mode.
[0051]
With such a configuration, even when the pulse width of the clock signal is reduced due to process variation and the like, and the E-FF of the diagnostic unit causes a writing failure, switching to the through mode can be performed. The operation of the entire campus can be checked.
[0052]
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a circuit in which a clock buffer circuit 14 is provided before the clock signal CKN input portion of the latch circuit 8 and a delay circuit 15 is provided before the switching signal SEN input portion of the selector 1 of the latch circuit 8 according to one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing a delay circuit 15 connected to a stage prior to a switching signal SEN input portion of a selector 1 of a latch circuit 8 according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 9 is a signal waveform diagram of a circuit in which a clock buffer circuit 14 is provided before a clock signal CKN input portion of the circuit 8 and a delay circuit 15 is provided before a switching signal SEN input portion of the latch circuit 8.
[0053]
First, the circuit configuration of the third embodiment will be described with reference to FIG. The circuit according to the third embodiment includes, for example, a latch circuit (D latch) 8, a clock buffer circuit 14, a delay circuit 15, a SEN generation circuit 16, a clock driver circuit 17, and the like shown in FIG. , The clock signal is input to the clock buffer circuit 14 via the clock driver circuit 17, the output of the clock buffer circuit 14 is input to the clock signal CKN input portion of the latch circuit 8, and the clock signal CKN is input via the SEN generation circuit 16. The output of the delay circuit 15 is input to the switching signal SEN input section of the latch circuit 8.
[0054]
Next, the operation of the third embodiment will be described. In the clock distribution system, a delay DT1 (for example, 42 ps) from the clock driver circuit 17 to the clock buffer circuit 14, a delay DT2 (for example, 76 ps) from the clock buffer circuit 14 to the clock signal CKN input portion of the latch circuit 8, and a clock buffer The sum (458 ps) of the pulse width (for example, 340 ps) of the clock signal generated by the circuit 14 is the delay value required until the rising edge of the clock signal CKN reaches the latch circuit 8.
[0055]
Further, the switching signal SEN is switched by a rising edge of the clock signal CKN input to the SEN generating circuit 16 as a trigger and distributed to each flip-flop circuit. The minimum delay DT3 from the SEN generation circuit 16 to the delay circuit 15 (for example, 200 ps), the minimum delay DT4 from the delay circuit 15 to the latch circuit 8 (for example, 30 ps), and the delay DT5 of the delay circuit 15 (for example, 340 ps) are totaled. The value (570 ps) is the total delay value until the signal reaches the latch circuit 8.
[0056]
Therefore, the switching timing of the switching signal SEN input to the latch circuit 8 is later than the rising edge of the clock signal input to the latch circuit 8.
[0057]
Next, with reference to FIG. 7, an example of the configuration of the delay circuit 15 connected to the stage before the switching signal SEN input portion of the selector 1 of the latch circuit of the present embodiment will be described. Delay circuit 15 has, for example, a circuit configuration similar to that of clock buffer circuit 14 shown in FIG. 3 or 5, and includes delayer 18, two-input NAND gate 19, inverters 20, 21a, 21b, two-input NOR gate 21c, and the like. The input signal of the switching signal SEN is input to the delayer 18 via the inverter 20, the output of the delayer 18 is connected to one input of the two-input NAND gate 19, and the other input of the two-input NAND gate 19 is It is connected to a power supply, and an output signal of the switching signal SEN is output from the output of the two-input NAND gate 19.
[0058]
The delayer 18 includes an odd number (for example, 17) of inverters 18a to 18q, a pass transistor 21d, an NMOS transistor 21e, and the like. The inverters 18a to 18p are connected in series, and an output of the inverter 18p is supplied via the pass transistor 21d. It is input to the inverter 18q.
[0059]
The two-input NAND gate 19 includes PMOS transistors 19a and 19b, NMOS transistors 19c and 19d, the sources of the PMOS transistors 19a and 19b are connected to a power supply, the source of the NMOS transistor 19d is grounded, and the source of the NMOS transistor 19c is connected. The drain of the NMOS transistor 19d is connected to the drain of the PMOS transistor 19a, and the drain of the PMOS transistor 19b is connected to the drain of the NMOS transistor 19c.
[0060]
Next, regarding the operation of the third embodiment, the operation of the delay circuit 15 will be described. The delay circuit shown in FIG. 7 operates similarly to the clock buffer circuit shown in FIG. 3 or FIG. For example, since one input of the two-input NAND gate 19 is fixed to HIGH, the two-input NAND gate 19 operates as an inverter. Further, since the portion of the clock buffer circuit shown in FIG. 5 corresponding to the input of the control signals KTM and KTMR is fixed to LOW, the pass transistor 21d is ON and the NMOS transistor 21e is OFF.
[0061]
Therefore, by adjusting the number of stages of the inverter chain of the delayer 18, a desired delay can be generated for the switching signal SEN.
[0062]
Further, even when a variation due to a process or an environment occurs and the delay of the delay circuit 15 fluctuates, the delay of the delay circuit 15 is equal to that of the clock buffer circuit because the circuit configuration is similar to that of the clock buffer circuit 14. It fluctuates in the same manner as the pulse width of the output signal CKNI of the circuit.
[0063]
Next, the operation of the third embodiment will be described with reference to FIG. By adjusting the number of stages of the inverter chain of the delay layer 18 of the delay circuit 15, as shown in FIG. 8, the timing at which the switching signal SEN input to the switching signal input section of the selector 1 changes changes the output timing of the clock buffer circuit. This can be delayed from the rising timing of the signal CKNI. Therefore, at the stage of confirming the operation of each path after performing the shift scan at the time of diagnosis, the switching signal SEN is switched during a time period of outputting data and taking in data. Therefore, there is no possibility that the input data signal D is transferred instead of the input diagnostic signal SID.
[0064]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.
[0065]
For example, although the delay layer 7 of the clock buffer circuit and the delay layer 18 of the delay circuit are constituted by inverter chains, they can be realized by other circuits such as an RC circuit.
[0066]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0067]
(1) In an LSI using an E-FF as a data holding circuit, a selector for switching between a data signal and a diagnostic signal is provided at the input of the latch, so that the number of gate stages from the input of the data signal to the output of the data signal is increased. And the values of the setup time and the delay time are reduced with respect to the normal E-FF, so that some paths (critical paths) that hinder the improvement of the operating frequency are performed faster. It operates and can perform diagnosis by the scan method.
[0068]
(2) In an LSI using an E-FF as a data holding circuit, data is transferred at the same time, and the clock timing of the preceding stage is shifted backward for a path in which the preceding stage is critical and the succeeding stage has a relatively margin. Data can be received reliably.
[0069]
(3) Since the slave latch is provided on the input side of the diagnostic signal of the latch, penetration of data at the time of shift scanning is prevented, and the same diagnosis as that of the E-FF of the normal scan method can be performed.
[0070]
(4) Since the clock buffer circuit including the pulse generation circuit is provided at the last stage of the clock distribution system for the latch circuit, the pulse width of the clock signal is adjusted to a predetermined width, so that it is necessary to prevent data penetration. The design constraint of the minimum delay of the path after the latch circuit that occurs is reduced, and the design becomes easier.
[0071]
(5) Since a delay circuit for generating a delay of a signal having a device characteristic equivalent to the clock signal generated by the clock buffer circuit is added to a stage preceding the switching signal input portion of the latch circuit, the timing of the change of the switching signal is reduced. This is slower than the clock signal generated by the clock buffer circuit, and the minimum value of the latch operation is guaranteed.
[0072]
(6) By applying this circuit to an LSI, there is a possibility that the clock frequency can be improved by about 20%.
[0073]
(7) Since the operating frequency can be improved, it is possible to provide a product having higher operation performance, and since the performance is improved without changing the process, it is possible to provide an LSI having a high profit margin. Becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a latch circuit corresponding to diagnosis by a scan method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a signal waveform diagram schematically showing data transfer in the circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a clock buffer circuit connected to a stage before a clock signal input unit of the circuit shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a signal waveform diagram schematically showing data transfer of a circuit in which a clock buffer circuit is connected to a stage preceding the clock signal input unit of the circuit shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a circuit diagram of a circuit obtained by adding a shape / through control circuit to the circuit shown in FIG. 3;
6 is a configuration diagram of a circuit shown in FIG. 1 in which a clock buffer circuit is provided before a clock signal input unit and a delay circuit is provided before a switching signal input unit of a selector of a latch circuit;
FIG. 7 is a circuit diagram showing a delay circuit connected to a stage preceding a switching signal input unit of the circuit shown in FIG. 1;
8 is a signal waveform diagram of a circuit in which a clock buffer circuit is connected before a clock signal input unit and a delay circuit is connected before a switching signal input unit in the circuit shown in FIG. 1;
FIG. 9 is a circuit diagram showing an E-FF (edge-triggered flip-flop) studied as a premise of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 selector
2 First latch
1a, 2a, 2b, 3a, 3b, 13d, 21d, 31m to 31p pass transistor
1b, 5a, 5b, 6a, 19a, 19b, 31q, 31r PMOS transistors
1c, 5c, 5d, 6b, 13e, 19c, 19d, 21e, 31s, 31t NMOS transistors
1d, 1e, 2c, 2d, 2e, 2f, 3c, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 6, 7a to 7i, 13a, 13b, 18a to 18q, 20, 21a, 21b, 31a to 31l Inverter
3 Second latch
5,19 2-input NAND gate
7,18 layerer
8 Latch circuit
9,10 E-FF
11,12 user logic circuit
13 Shape / through control unit
13c, 21c 2-input NOR gate
14. Clock buffer circuit
15 Delay circuit
16 SEN generation circuit
17 Clock Driver Circuit
D Input data signal
QP output data signal
SID input diagnostic signal
SOD output diagnostic signal
SEN switching signal
CKN clock signal
CKNI Clock buffer circuit output signal
KTM, KTMR control signal

Claims (4)

第1の入力部にデータ信号を入力し、第2の入力部に診断用信号を入力し、第3の入力部に切換え信号を入力し、前記切換え信号の値に応じて、通常動作時には前記データ信号を出力し、診断時には前記診断用信号を出力するセレクタと、
第4の入力部に前記セレクタの出力信号を入力し、第5の入力部にクロック信号を入力し、前記クロック信号の値に応じて、前記第4の入力部に入力された前記セレクタの出力信号を出力または保持する第1のラッチと、
を含むフリップフロップ回路を有することを特徴とする半導体集積回路。
A data signal is input to a first input unit, a diagnostic signal is input to a second input unit, a switching signal is input to a third input unit, and the switching signal is input according to a value of the switching signal during normal operation. A selector that outputs a data signal and outputs the diagnostic signal at the time of diagnosis;
An output signal of the selector is input to a fourth input unit, a clock signal is input to a fifth input unit, and an output of the selector input to the fourth input unit is input according to a value of the clock signal. A first latch for outputting or holding a signal;
A semiconductor integrated circuit having a flip-flop circuit including:
請求項1記載の半導体集積回路であって、
前記フリップフロップ回路は、第6の入力部に前記診断用信号を入力し、第7の入力部に前記クロック信号を入力し、前記クロック信号の値に応じて、前記第6の入力部に入力された前記診断用信号を保持または出力し、かつ、前記診断用信号の保持と出力のタイミングが前記第1のラッチに対して逆位相である第2のラッチを前記セレクタの第2の入力部の前段にさらに有することを特徴とする半導体集積回路。
The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The flip-flop circuit inputs the diagnostic signal to a sixth input unit, inputs the clock signal to a seventh input unit, and inputs the clock signal to the sixth input unit according to the value of the clock signal. A second latch that holds or outputs the generated diagnostic signal, and that holds and outputs the diagnostic signal in a phase opposite to that of the first latch. A semiconductor integrated circuit further provided in a stage preceding the above.
請求項2記載の半導体集積回路であって、
前記クロック信号のパルス幅を所定の幅にして出力するクロックバッファ回路を前記第1のラッチの第5の入力部の前段および前記第2のラッチの第7の入力部の前段にさらに有することを特徴とする半導体集積回路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein
A clock buffer circuit for setting the pulse width of the clock signal to a predetermined width and outputting the clock signal is provided before the fifth input section of the first latch and before the seventh input section of the second latch. Characteristic semiconductor integrated circuit.
請求項3記載の半導体集積回路であって、
前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号と同期しデバイス特性が等価である信号の遅延を生成する遅延回路を前記セレクタの第3の入力部の前段にさらに有し、前記セレクタの第3の入力部に入力される前記切換え信号の変化するタイミングが前記クロックバッファ回路により生成されたクロック信号の変化のタイミングより遅いことを特徴とする半導体集積回路。
4. The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein
A delay circuit that synchronizes with a clock signal generated by the clock buffer circuit and that generates a delay of a signal having a device characteristic equivalent to that of the third input unit of the selector; A timing at which the switching signal input to the section changes, is later than a timing at which the clock signal generated by the clock buffer circuit changes.
JP2002161244A 2002-06-03 2002-06-03 Semiconductor integrated circuit Pending JP2004003910A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002161244A JP2004003910A (en) 2002-06-03 2002-06-03 Semiconductor integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002161244A JP2004003910A (en) 2002-06-03 2002-06-03 Semiconductor integrated circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004003910A true JP2004003910A (en) 2004-01-08

Family

ID=30430369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002161244A Pending JP2004003910A (en) 2002-06-03 2002-06-03 Semiconductor integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004003910A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113236506A (en) * 2021-05-19 2021-08-10 江南大学 Industrial time delay system fault detection method based on filtering

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113236506A (en) * 2021-05-19 2021-08-10 江南大学 Industrial time delay system fault detection method based on filtering

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8375239B2 (en) Clock control signal generation circuit, clock selector, and data processing device
US5802132A (en) Apparatus for generating bus clock signals with a 1/N characteristic in a 2/N mode clocking scheme
US7279935B2 (en) Method and apparatus for reducing clock enable setup time in a multi-enabled clock gating circuit
US5862373A (en) Pad cells for a 2/N mode clocking scheme
JPH10200380A (en) Flip-flop circuit
US5306962A (en) Qualified non-overlapping clock generator to provide control lines with non-overlapping clock timing
US6078202A (en) Semiconductor device having portions that operate at different frequencies, and method of designing the device
JP2003224467A (en) Multi-mode latch timing circuit, logic circuit, method of operating the logic circuit, and method of reducing clock power required by the logic circuit
JP3851113B2 (en) Clock generator with deskew circuit
JPH1127113A (en) Semiconductor integrated circuit
JP2579237B2 (en) State element circuit having a flow-through latch circuit, VLSI circuit having the state element circuit, and method of operating a latch as a functional alternative to a master-slave flip-flop
US20020036539A1 (en) Post-silicon methods for adjusting the rise/fall times of clock edges
JP2009218839A (en) Clock distribution circuit
JP2000341093A (en) Low power consumption digital logic circuit
KR20080108859A (en) Internal clock driver circuit
JP2004003910A (en) Semiconductor integrated circuit
US5826067A (en) Method and apparatus for preventing logic glitches in a 2/n clocking scheme
JP3843002B2 (en) Variable delay circuit and system LSI using the variable delay circuit
US6104219A (en) Method and apparatus for generating 2/N mode bus clock signals
JP3842571B2 (en) Flip-flop circuit
JP2004227674A (en) Semiconductor integrated circuit device
JP2004259285A (en) Clock tree composition device and method
US11469747B1 (en) Shift register and electronic device including the same
JP2002152030A (en) Semiconductor integrated circuit device
JPH04233014A (en) Clock generating circuit of multiple-chip computer system