JP2005175790A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】LSI に搭載された逐次比較型A/D コンバータのテストを行なうためにピン数を増やすことなくテストの判定結果を外部へ出力し、A/D コンバータのテストを他の回路のテストと並行に実行でるようにし、LSI のテスト時間の短縮を実現する。
【解決手段】LSI チップ10a に搭載された逐次比較型A/D コンバータ回路18a にセルフテスト機能を持たせ、内蔵DAC 回路22から生成した電圧をアナログ入力電圧AIN として逐次比較型A/D コンバータ回路の変換テストを行なうことを可能とした。
【選択図】 図2
【解決手段】LSI チップ10a に搭載された逐次比較型A/D コンバータ回路18a にセルフテスト機能を持たせ、内蔵DAC 回路22から生成した電圧をアナログ入力電圧AIN として逐次比較型A/D コンバータ回路の変換テストを行なうことを可能とした。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体集積回路(LSI)に係り、特に内蔵の逐次比較型A/D コンバータ回路の変換テストを行なうテスト回路に関するもので、例えばシステムLSIに使用されるものである。
図6は、従来の逐次比較型A/D コンバータを搭載したLSI チップを例えばウェハー状態でテストするための構成を示している。
図6において、10は逐次比較型A/D コンバータを搭載したLSI チップ、30は外部テスターを表している。
LSI チップ10は、I/O セル12、2個のRAM 回路13、14、ROM 回路15、CPU 回路16、DAC 回路17、逐次比較型A/D コンバータ18およびランダム回路領域(例えば論理セル配置領域)19を有する。通常動作時の信号の授受を考慮し、A/D コンバータ18と他の回路13、14、15、16、17、19とはチップ内でデータバス11を共有している。チップ内外の信号の授受は、I/O セル12を介して行われる。
図6中に示したA/D コンバータ18のテスト実行時には、外部テスター30からクロック信号CK、テストモード設定信号TM、アナログ入力電圧AIN 、"Low" 側基準電圧VREFL 、"High"側基準電圧VREFH 、A/D 変換開始信号STC をA/D コンバータ18に入力し、A/D コンバータ18からA/D 変換終了信号EOC およびA/D 変換出力コード信号Do〜Dnを外部テスター30に出力する。
図7は、図6中の従来の逐次比較型A/D コンバータ18のA/D 変換動作に関連する主要な信号のタイミングチャートを示す。
先ず、変換開始信号STC を立ち上げるとA/D 変換終了信号EOC が立ち下がり、A/D コンバータは変換モードになる。A/D 変換開始信号STC が立ち上がった後、クロック信号CKの立ち上がりから4クロック間に、アナログ入力電圧AIN を内蔵容量(図示せず)にサンプリングする。クロック信号CKの5回目の立ち上がりから最上位ビットの変換を行ない、以下、クロック信号CKの立ち上がり毎に順に最下位ビットまで変換を行なう。このようにして(m+5)回目(mは分解能)のクロック信号CKの立ち上がり後に、最下位ビットの変換が終了すると、A/D 変換終了信号EOC が立ち上がり、A/D 変換動作を終了する。
本テストを実施するために外部テスター30に格納されているテストプログラムは、A/D コンバータ18にアナログ入力電圧AIN の最小電圧0[V]を与えてA/D 変換を行なわせ、A/D 変換終了毎にあるアナログ入力電圧AIN を一定電圧(2〜3[mV]程度)間隔で順に増やしていき、アナログ入力電圧AIN が最大電圧VDD に達するまで2n (nは変換ビット数)回のテストを実施するように作成されている。
図8は、図6中の従来の逐次比較型A/D コンバータ18に対するテストフローの一例を示す。
次に、図7および図8を参照しながら逐次比較型A/D コンバータ18の動作例について説明する。
まず、テストモード設定信号TMを"1" にしてテストモードにする(Step1) 。次に、外部テスター30からテストするアナログ入力電圧AIN を印加し(Step2) 、A/D 変換開始信号STC を"1" にすることにより、アナログ入力電圧AIN に対してA/D 変換を行なわせる。このA/D 変換の終了後に、出力コード信号Do〜Dnを外部テスター30に取り込み、外部テスター30内で出力コード信号Do〜Dnを期待値と比較し、正否を判定する(Step5) 。
テスト結果が否であれば、テストモード設定信号TMを"0" にしてテストモードを解除し(Step8) 、テストを終了させる。この場合、当該テストの対象品(サンプルLSI )のA/Dコンバータ18は不良品として処理される。これに対して、テスト結果が正しければ、プログラムで指定された次のアナログ入力電圧AIN およびA/D 変換開始信号STC をA/D コンバータ18に入力し、上記したようにA/D 変換動作を行ない、規定のn回(nは変換ビット数)の変換を終了すると、テストモード設定信号TMを"0" にしてテストモードを解除し(Step7) 、テストを終了させる。この場合、当該サンプルLSI のA/D コンバータ18は良品として処理される。
上記したようにLSI チップに搭載されているA/D コンバータ18のテスト結果(出力コード信号Do〜Dn)は、他の回路と共有しているデータバス11を経て外部のテスター30に出力する。この場合、チップ内でA/D コンバータ18と他の回路とでデータバス11を共有しているので、A/D コンバータ18のテストを他の回路のテストと並行して行なうと、出力データのコンフリクトを起こし、正しい評価が行なえない。したがって、A/D コンバータ18のテスト実行中はデータバス11を占有する必要があり、他の回路のテストを並行して行なうことができなかった。
現在、例えば10ビット逐次比較型A/D コンバータ18は動作周波数が数百KHz 〜数MHz程度の低速であり、最上位ビットから最下位ビットまでを順に確定していく回路方式であるので、1回の変換動作に相当の時間を要する。変換ビット数nがさらに増えれば、テストすべきアナログ電圧のステップ数(2n )はさらに増大し、A/D コンバータ18のテストに膨大なテスト時間が費やされることになり、テストコストを引き上げることになる。
なお、特許文献1には、内蔵DAC 回路から生成した電圧をアナログ入力電圧として逐次比較型A/D コンバータ回路の変換を行った結果を外部のCPU で判定するA/D コンバータおよびその評価方法が提案されているが、内蔵DAC 自身の精度、CPU の演算結果に関して言及されていない。
特開平11−74790号公報
上記したように従来のLSI チップに搭載されているA/D コンバータは、変換ビット数nが増えれば、テストに膨大なテスト時間が費やされることになり、テストコストを引き上げるという問題があった。
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、搭載している逐次比較型A/D コンバータにセルフテスト機能を持たせることにより、ピン数を増やすことなくテストの判定結果を外部へ出力することができ、A/D コンバータのテストを他の回路のテストと並行に実行でき、チップのテスト時間の短縮を実現し得る半導体集積回路を提供することを目的とする。
本発明の半導体集積回路は、アナログ入力電圧を所定の基準電圧と比較するアナログコンパレータ回路と、前記アナログコンパレータ回路の比較出力に基づいて次に比較すべき基準電圧に対応する逐次比較結果コードを生成する逐次比較レジスタと、前記逐次比較結果コードに基づいて前記アナログ入力電圧を生成するDAC 回路と、前記逐次比較レジスタで生成された逐次比較結果コードの最終結果コードを保持する出力レジスタ回路と、A/D 変換開始信号を受けて前記アナログコンパレータ回路、逐次比較レジスタ、DAC 回路および出力レジスタ回路の動作タイミングを制御するための制御信号を生成し、前記アナログ入力電圧に対するA/D 変換動作の終了時にA/D 変換終了信号EOC を活性化する制御信号生成回路とを備えた逐次比較型A/D コンバータ回路と、前記逐次比較型A/D コンバータ回路に付加され、テストモード時には前記DAC 回路で前記アナログ入力電圧のテスト対象となる電圧範囲内で一定電圧間隔で変化するアナログ入力電圧を順次生成させて前記アナログコンパレータ回路に供給し、各アナログ入力電圧毎に前記逐次比較型A/D コンバータ回路でA/D 変換動作を行なわせ、2n (nは変換ビット数)回のA/D 変換動作終了後にA/D 変換出力の正否を判定して結果を出力するテスト制御回路と、前記逐次比較型A/D コンバータ回路と同一半導体チップに搭載される他の回路と、前記逐次比較型A/D コンバータ回路の出力レジスタ回路の出力側が接続され、前記他の回路と共有されるデータバスと、前記逐次比較型A/D コンバータ回路のテストモード時には前記逐次比較型A/D コンバータ回路を前記データバスから分離する分離回路とを具備することを特徴とする。
本発明の半導体集積回路によれば、搭載している逐次比較型A/D コンバータにセルフテスト機能を持たせることにより、ピン数を増やすことなくテストの判定結果を外部へ出力することができ、A/D コンバータのテストを他の回路のテストと並行に実行でき、チップのテスト時間の短縮を実現することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る逐次比較型A/D コンバータを搭載したLSI チップを例えばウェハー状態でテストするための構成を示している。
図1に示すLSI チップは、図6を参照して前述した従来の逐次比較型A/D コンバータと比べて、逐次比較型A/D コンバータ18aの構成、A/D コンバータ18aと外部のテスター30aとの信号の授受の仕方(経路)が異なり、その他は同じであるので図6中と同一符号を付している。
即ち、図1において、10aは逐次比較型A/D コンバータを搭載したLSI チップ、30aは外部テスターを表している。
LSI チップ10aは、I/O セル12、2個のRAM 回路13、14、ROM 回路15、CPU回路16、DAC 回路17、逐次比較型A/D コンバータ18aおよびランダム回路領域(例えば論理セル配置領域)19を有する。通常動作時の信号の授受を考慮し、A/D コンバータ18aと他の回路13、14、15、16、17、19とはチップ内でデータバス11を共有している。チップ内外の信号の授受は、I/O セル12を介して行われる。
図2は、図1中の逐次比較型A/D コンバータ18aを取り出して一具体例を示すブロック図である。
図2に示す逐次比較型A/D コンバータは、既存のA/D コンバータの構成要素であるDAC回路22、出力レジスタ回路23、アナログコンパレータ回路24、制御信号生成回路25および逐次比較レジスタ回路26に、テスト制御回路(テスト回路27および一致/不一致判定回路28)が追加されている。
上記テスト制御回路は、テストモード時にはアナログ入力電圧のテスト対象となる電圧範囲内で一定電圧間隔で変化するアナログ入力電圧をDAC 回路22から順次生成させてアナログコンパレータ回路24に供給し、各アナログ入力電圧毎に逐次比較型A/D コンバータ回路でA/D 変換動作を行なわせ、2n (nは変換ビット数)回のA/D 変換動作終了後にA/D 変換出力の正否を判定して結果を出力する機能を有する。
ここで、テスト回路27と一致/ 不一致判定回路28の機能を具体的に説明する。
テスト回路27は、テスト時に外部テスター30aからテスト開始信号STT とクロック信号CKおよび変換開始信号STC が入力され、DAC 回路22へ入力するテストコード、一致/不一致判定回路28へ期待値として入力する比較用テストコード、テスト用変換開始信号STCTおよびテスト終了信号EOT を生成する機能を有する。
また、一致/不一致判定回路28は、テストコードを期待値とし、逐次比較最終結果コードと比較することによってA/D 変換結果が正しいか否かを判定する機能を有するものであり、例えば排他的論理和回路が用いられる。この場合、判定結果を1ビットのデータ(テスト出力データTJ)として保持し、各テストコードに対する判定結果が得られる毎に1ビットのデータが更新される。
図1中に示したA/D コンバータ18aのテスト実行時には、外部テスター30aからテスト開始信号STT 、クロック信号CK、A/D 変換開始信号STC 、"Low" 側基準電圧VREFL 、"High"側基準電圧VREFH をA/D コンバータ18aに入力する。これにより、あるアナログ入力電圧に対するA/D 変換が終了する毎にA/D 変換終了信号EOC が活性化し、アナログ入力電圧の変化範囲に対するA/D 変換が終了すると、テスト終了信号EOT が活性化し、1ビットのテスト出力データTJを外部テスター30aに出力する。
なお、図2中の29は、逐次比較型A/D コンバータ回路18aの出力レジスタ回路23とLSI チップ10a内のデータバス11との間に挿入されたトライステートバッファ回路である。このトライステートバッファ回路29は、テストモード時に例えばテスト開始信号STT によってハイインピーダンス状態に制御することによって、逐次比較型A/D コンバータ回路18aのテストモード時にそれをデータバス11から分離する分離回路の一例として活用することが可能である。
図3は、図2に示した逐次比較型A/D コンバータの変換動作に関連する主要な信号のタイミングチャートを示す。
先ず、テスト開始信号STT を"1" に立ち上げる(活性化する)と、テスト回路27のリセットが解除され、A/D 変換開始信号STC を"1" に立ち上げる(活性化する)と、制御信号生成回路25から出力するA/D 変換終了信号EOC が"0" (非活性状態)に立ち下がり、A/D 変換モードになる。
前記テスト開始信号STT が"1" に立ち上がった後、クロック信号CKの立ち上がりを受けてテスト回路27から出力するテストコードの初期値がセットされる。前記テスト開始信号STT の立ち上がりから1回目のクロック信号CKの立ち下がりでテスト用変換開始信号STCTが"1" に立ち上がった後、1回目のクロック信号CKの立ち上がりから4クロック間、DAC 回路22はアナログ電圧生成モードとなり、テスト回路27から入力したテストコードに応じたアナログ入力電圧を出力する(この間にアナログ電圧を内蔵容量にサンプリングする)。
前記アナログ電圧生成モードの後に逐次比較モードに切り替わり、6回目のクロック信号CKの立ち上がりから最上位ビットの変換を行ない、以下、クロック信号CKの立ち上がり毎に順に最下位ビットまで変換を行なった後、A/D 変換終了信号EOC が"1" (活性状態)に立ち上がり、A/D 変換動作を終了する。
本テストを実施するために外部テスター30aに内蔵されるテスト制御プログラムの基本的な流れは、逐次比較型A/D コンバータ18aのテストモード時にアナログ入力電圧を0[V]から開始してA/D 変換を行なわせ、A/D 変換終了毎にアナログ入力電圧をある一定電圧(2〜3[mV]程度)間隔で順に増やしていき、アナログ入力電圧がテスト範囲の上限(例えば電源電圧VDD )に達するまで2n (nは変換ビット数)回のA/D 変換テストを繰り返し実施させるようなものである。
図4は、図2に示した逐次比較型A/D コンバータ18aに対するテストフローの一例を示す。ここでは、DAC 回路22として例えば図5に示すような抵抗分割回路51とマルチプレクサ52を備えた抵抗分割方式のDAC 回路を用いた場合において、抵抗分割回路51の両端に印加する"Low" 側基準電圧VREFL 、"High"側基準電圧VREFH のばらつきに起因する変換誤差の有無を確認するために、抵抗分割回路51の両端に印加する電圧関係を逆転させて再テストを行なう例について説明する。
次に、図3および図4を参照しながら図1中の逐次比較型A/D コンバータ18aの動作例について説明する。
まず、テスト開始信号STT を"1" にしてテストモードにする(Step1) と、テスト終了信号EOT が"1" になる(Step2) 。そして、テスト回路27でテストコードの初期値が生成され (Step3)、そのテストコードに見合ったアナログ電圧がDAC 回路22から出力され(Step4) 、このアナログ電圧について逐次比較方式によるA/D 変換を行ない(Step5) 、逐次比較レジスタ26から出力する逐次比較結果コードの最終結果コードとDAC 回路22から出力する比較用テストコードを一致/不一致判定回路28で判定する(Step6) 。
Step6 の判定結果が不一致の場合は、判定回路28の出力データTJを"1" にし(Step7) 、テスト終了信号EOT を"0" にし(Step20)、テストを終了する。この場合、テスト対称の逐次比較型A/D コンバータ18aを搭載したサンプルは不良品として処理される。
Step6 の判定結果が一致の場合は、判定回路28の出力データTJを"0" のまま保持し(Step8) 、A/D 変換終了信号EOC を"1" に立ち上げる。それを受けてA/D 変換開始信号STCが"1" となり、DAC 回路22から出力する次のテストコードに対するA/D 変換テストを開始する。
このような動作を全テストコード数について変換を終了するまでテストコードを変えて変換および一致/不一致判定をn回繰り返し行なう。逐次比較型A/D コンバータ18aはn回の判定が終了したら、テスト終了信号EOT を"0" にしてセルフテストを終了する。
上記したようにテスト開始信号STT をA/D コンバータ18aに入力してから1回目の変換テストが終了するまでの時間より十分な時間が経過した後に、テスト終了信号EOT と一致/不一致判定出力データTJを読み込むようにテストプログラムを作成しておく。
そして、テスト終了信号EOT が"0" 、且つ、判定出力データTJが"1" ならば、当該サンプルのA/D コンバータ18aは不良品であると判定してチップのテストを終了する。また、テスト終了信号EOT が"0" 、且つ、判定出力データTJが"0" ならば、A/D コンバータ18aの2回目のテスト準備のために、VREFL 、VREFH に印加している電圧を逆にする(Step10)。次に、2回目の変換テストを開始するために、テスト開始信号STT をA/D コンバータ18aに入力し、1回目と同様のテストを行なう(Step11 〜Step18) 。
2回目のテストが終了するのに必要な時間より十分な時間が経過した後に、テスト終了信号EOT と判定出力データTJを読み込み、チップの良否を判定する。
このように一つのテストコードに対してVREFL 、VREFH に印加する電圧関係を入れ替えて2回テストを行なうことにより、DAC 出力電圧と期待電圧との間にA/D 変換結果に影響を与えるほどの差異が生じているか否かが判定できる。この際、Step14で逐次比較最終結果コードとテストコードを一致/不一致判定回路28で判定するが、この時、VREFL 、VREFH に印加する電圧を逆にしているのでDAC 回路22に入力したテストコードと期待値との差異を埋める補正を施した比較用テストコードを一致/不一致判定回路28に入力する。
上記したようにテストフローの中でVREFL 、VREFH の印加電圧を逆にして再びテストする処理を行なうことによって、DAC 回路22の精度も合わせてテストすることができ、A/Dコンバータ18aのテスト精度を向上させることが可能になる。
なお、図4に示した本発明の一例に係るテストフローは、図8に示した従来例のテストフローと対比すると、テスト時間が2倍になっている。しかし、本発明に係る逐次比較型A/D コンバータ18aは、一致/不一致判定回路28の判定結果(判定出力データTJ)を保持する機能が有るので、A/D コンバータ18aのテスト実行中にデータバス11を使用しなくて済む。これによって、A/D コンバータ18aのテストと他の回路のテストを並行して行なうことができるので、逐次比較型A/D コンバータを搭載した製品チップの全体の出荷テスト時間に占めるA/D コンバータのテスト時間を大幅に低減し、結果的にLSI チップ10aの出荷テスト時間を削減し、テストコストを引き下げることができる。
18a…逐次比較型A/D コンバータ、22…DAC 回路、23…出力レジスタ回路、24…アナログコンパレータ回路、25…制御信号生成回路,26…逐次比較レジスタ回路、27…テスト回路、28…一致/不一致判定回路、29…トライステートバッファ回路、30a…外部テスター、AIN …アナログ入力電圧、VREFL …"Low" 側基準電圧、VREFH …"High"側基準電圧、CK…クロック信号、STT …テスト開始信号、STC …A/D 変換開始信号、EOC …A/D 変換終了信号、STCT…テスト用変換開始信号、EOT …テスト終了信号、TJ…一致/不一致判定出力信号、Do〜Dn…A/D 変換出力コード信号。
Claims (5)
- アナログ入力電圧を所定の基準電圧と比較するアナログコンパレータ回路と、
前記アナログコンパレータ回路の比較出力に基づいて次に比較すべき基準電圧に対応する逐次比較結果コードを生成する逐次比較レジスタと、
前記逐次比較結果コードに基づいて前記アナログ入力電圧を生成するDAC回路と、
前記逐次比較レジスタで生成された逐次比較結果コードの最終結果コードを保持する出力レジスタ回路と、
A/D 変換開始信号を受けて前記アナログコンパレータ回路、逐次比較レジスタ、DAC 回路および出力レジスタ回路の動作タイミングを制御するための制御信号を生成し、前記アナログ入力電圧に対するA/D 変換動作の終了時にA/D 変換終了信号EOC を活性化する制御信号生成回路
とを備えた逐次比較型A/D コンバータ回路と、
前記逐次比較型A/D コンバータ回路に付加され、テストモード時には前記DAC 回路で前記アナログ入力電圧のテスト対象となる電圧範囲内で一定電圧間隔で変化するアナログ入力電圧を順次生成させて前記アナログコンパレータ回路に供給し、各アナログ入力電圧毎に前記逐次比較型A/D コンバータ回路でA/D 変換動作を行なわせ、2n (nは変換ビット数)回のA/D 変換動作終了後にA/D 変換出力の正否を判定して結果を出力するテスト制御回路と、
前記逐次比較型A/D コンバータ回路と同一半導体チップに搭載される他の回路と、
前記逐次比較型A/D コンバータ回路の出力レジスタ回路の出力側が接続され、前記他の回路と共有されるデータバスと、
前記逐次比較型A/D コンバータ回路のテストモード時には前記逐次比較型A/D コンバータ回路を前記データバスから分離する分離回路
とを具備することを特徴とする半導体集積回路。 - 前記テスト制御回路は、
前記テストモード時に外部からテスト開始信号STT を受けてリセットされ、外部からA/D 変換開始信号STC を受けてテストコードの初期値がセットされた後に、テスト用変換開始信号STCT、前記テストコードおよびそれに対応する比較用テストコードを生成し、前記テストコードを前記DAC 回路に入力させ、テスト終了時にテスト終了信号EOT を出力する機能を有し、前記アナログ入力電圧がテスト対象となる電圧範囲内で一定電圧間隔で変化するように前記テストコードおよびそれに対応する比較用テストコードを変化させるように制御されるテスト回路と、
前記テストモード時に前記テスト開始信号STT を受けた後に前記制御信号生成回路から出力する前記A/D 変換終了信号EOC を受け、前記逐次比較レジスタで生成された逐次比較結果コードの最終結果コードを期待値である前記DAC 回路で生成された前記比較用テストコードと比較して一致/不一致の判定結果を出力する機能を有する一致/不一致判定回路
とを具備することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。 - 前記一致/不一致判定回路は、判定結果を1ビットのデータとして保持し、前記各テストコードに対する判定結果が得られる毎に1ビットのデータが更新されることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。
- 前記DAC 回路は、通常動作時には前記逐次比較結果コードに基づいて前記アナログ入力電圧を生成し、前記テストモード時には前記テストコードに基づいて前記アナログ入力電圧を生成し、
前記制御信号生成回路は、通常動作時には前記A/D 変換開始信号を受けて前記アナログコンパレータ回路、逐次比較レジスタ、DAC 回路および出力レジスタ回路の動作タイミングを制御するための制御信号を生成し、前記アナログ入力電圧に対するA/D 変換動作の終了時にA/D 変換終了信号EOC を活性化し、テストモード時には前記テスト用変換開始信号STCTを受けて前記A/D 変換終了信号EOC を非活性状態に制御した後の所定期間は前記DAC回路を前記テストコードに基づいてアナログ入力電圧を生成するモードに制御し、その後は前記DAC 回路を前記逐次比較結果コードに基づいてアナログ入力電圧を生成する動作モードに制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体集積回路。 - 前記DAC 回路は、抵抗分割回路を用いてDA変換を行なう方式のDAC 回路であり、抵抗分割回路の両端に印加する"Low" 側基準電圧VREFL と"High"側基準電圧VREFH の関係が前記A/D コンバータ回路による1回のAD変換処理毎に逆転されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体集積回路。
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