JP2005210009A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
本発明は、一般に半導体集積回路に関し、特に、複数の信号に基づいて論理演算を行う論理回路を含む半導体集積回路に関する。 The present invention generally relates to semiconductor integrated circuits, and more particularly to a semiconductor integrated circuit including a logic circuit that performs a logical operation based on a plurality of signals.
従来より、半導体集積回路の動作速度を高めることが要求されている。半導体集積回路に含まれている論理回路は、多数のトランジスタによって構成されており、それらのトランジスタがオン/オフするスイッチング動作を高速化することにより、高速演算が可能となる。MOSトランジスタのスイッチング動作を高速化するためには、ソースとドレインとの間のゲートの長さを短くすることが有効である。 Conventionally, it is required to increase the operation speed of a semiconductor integrated circuit. A logic circuit included in a semiconductor integrated circuit includes a large number of transistors, and high-speed computation can be performed by speeding up a switching operation for turning on / off these transistors. In order to speed up the switching operation of the MOS transistor, it is effective to shorten the gate length between the source and the drain.
一般に、半導体集積回路の微細度は、プロセスルール(ミクロンルール)によって表される。近年においては、半導体集積回路の微細化が進み、基本的な配線の太さが0.18μmである0.18ミクロンルールや、基本的な配線の太さが0.13μmである0.13ミクロンルール等の半導体集積回路が製造されている。 Generally, the fineness of a semiconductor integrated circuit is expressed by a process rule (micron rule). In recent years, miniaturization of semiconductor integrated circuits has progressed, and the 0.18 micron rule with a basic wiring thickness of 0.18 μm, and the basic wiring thickness of 0.13 μm with 0.13 μm. Semiconductor integrated circuits such as rules are manufactured.
このように、微細な構造の半導体集積回路を製造することにより、トランジスタのゲート長を短くして高速演算を実現しているが、その反面、ゲート長を短くすることにより、トランジスタがオフしている時にもソース・ドレイン間を流れるリーク電流が増大しつつあるという問題が生じている。そこで、このような定常状態における消費電流を低減できる半導体集積回路が要求されている。 As described above, by manufacturing a semiconductor integrated circuit with a fine structure, the gate length of the transistor is shortened to realize high-speed computation. On the other hand, by shortening the gate length, the transistor is turned off. There is a problem that the leakage current flowing between the source and the drain is increasing. Therefore, there is a demand for a semiconductor integrated circuit that can reduce current consumption in such a steady state.
下記の特許文献1には、論理回路におけるリーク電流が、その入力状態に大きく依存することが記載されている。例えば、CMOSの2ウェイのNANDゲートは、両方の入力がローレベルのときに、両方の入力がハイレベルのときよりも一桁低いリーク電流を有する。 Patent Document 1 described below describes that the leakage current in a logic circuit largely depends on the input state. For example, a CMOS 2-way NAND gate has a leakage current that is an order of magnitude lower when both inputs are low than when both inputs are high.
特許文献1に開示されている論理システム設計方法は、確率分析に基づき、論理ゲートの状態を強制し、リークを低減する。この論理システム設計方法によれば、ネットの値に関与しない状況における入力のセットである可観測性「don’t care」情報を用いて、個々のネットのスリープ状態を識別し、期待パワー消費が低減されるネットを決定する確率分析に基づいて、ネットを特定の値に強制することによって、期待パワー消費を低減することができる。 The logic system design method disclosed in Patent Document 1 forces a logic gate state and reduces leakage based on probability analysis. According to this logical system design method, the observability “don't care” information, which is a set of inputs in a situation not related to the value of the net, is used to identify the sleep state of each net, and the expected power consumption is reduced. Expected power consumption can be reduced by forcing the net to a specific value based on a probability analysis that determines the net to be reduced.
しかしながら、到来した信号をゲートするためには、ゲート化論理を配置する必要があり、また、機能制約に従い、パワー最小化が実施されなければならない。従って、冗長な回路構成となるので、回路規模が増加し、また、機能制約に従ってパワー最小化が実施されるので、低減されるリーク電流が少ないという問題がある。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、回路規模の増大を抑えつつ、スリープ状態における消費電流を低減できる半導体集積回路を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that can reduce current consumption in a sleep state while suppressing an increase in circuit scale.
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体集積回路は、テストモードと通常モードとスリープモードとが設定可能な半導体集積回路であって、複数の信号に基づいて論理演算を行う少なくとも1つの論理回路と、通常モードにおいて、複数の入力端子にそれぞれ入力される複数の信号を保持して論理回路に供給し、テストモードにおいて、シリアルデータとして入力されるテスト信号を保持して論理回路に供給し、スリープモードにおいて、論理回路におけるリーク電流を低減させるために設定された信号を保持して論理回路に供給する複数のスキャンフリップフロップと、複数のスキャンフリップフロップにおける動作の切換を制御すると共に、スリープモードにおいて、論理回路におけるリーク電流を低減させるために設定された信号を複数のスキャンフリップフロップに供給する制御部とを具備する。 In order to solve the above-described problem, a semiconductor integrated circuit according to the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a test mode, a normal mode, and a sleep mode can be set, and at least one logic that performs a logical operation based on a plurality of signals. In the normal mode, the circuit holds a plurality of signals input to a plurality of input terminals and supplies them to the logic circuit. In the test mode, a test signal input as serial data is held and supplied to the logic circuit In the sleep mode, a plurality of scan flip-flops that hold a signal set to reduce leakage current in the logic circuit and supply the logic circuit, and control switching of operations in the plurality of scan flip-flops, and sleep Mode, the signal set to reduce the leakage current in the logic circuit. The includes a supply control unit to a plurality of scan flip-flops.
ここで、複数のスキャンフリップフロップの各々が、供給される制御信号に従って、入力される複数の信号の内の1つを選択する選択回路と、供給されるクロック信号に同期して、選択回路によって選択された信号を保持するフリップフロップとを含むようにしても良い。 Here, each of the plurality of scan flip-flops selects one of the plurality of input signals according to the supplied control signal, and the selection circuit synchronizes with the supplied clock signal. A flip-flop that holds the selected signal may be included.
また、半導体集積回路は、論理回路におけるリーク電流を低減させるために設定された信号と、通常モードからスリープモードに移行する直前に複数のスキャンフリップフロップが保持していた信号とを格納する格納手段をさらに具備するようにしても良い。 In addition, the semiconductor integrated circuit stores a signal set to reduce the leakage current in the logic circuit and a signal held by the plurality of scan flip-flops immediately before shifting from the normal mode to the sleep mode. May be further provided.
また、半導体集積回路は、クロック信号を生成するクロック信号発生回路と、テストモードにおいて、複数のスキャンフリップフロップが外部クロック信号に同期して動作するように、クロック信号発生回路と複数のスキャンフリップフロップとの間の信号経路を遮断するスイッチ回路とをさらに具備するようにしても良い。 The semiconductor integrated circuit also includes a clock signal generation circuit that generates a clock signal, and a clock signal generation circuit and a plurality of scan flip-flops so that the plurality of scan flip-flops operate in synchronization with an external clock signal in the test mode. And a switch circuit that cuts off a signal path between the two.
本発明によれば、テスト動作のために設けられている複数のスキャンフリップフロップを用いて、スリープ状態においてリーク電流を低減させるために設定された信号を論理回路に供給するようにしたので、回路規模の増大を抑えつつ、スリープ状態における消費電流を低減することができる。 According to the present invention, a plurality of scan flip-flops provided for a test operation are used to supply a signal set to reduce a leakage current in a sleep state to a logic circuit. Current consumption in the sleep state can be reduced while suppressing an increase in scale.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1に、本発明の一実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す。この半導体集積回路は、複数のスキャンフリップフロップ(scan flip flop:SFF)11〜17と、複数の論理回路(組合せ論理回路)21〜23と、通常モードとスリープモードとにおける動作切換を制御する制御部31と、メモリ32と、スイッチ回路33と、内部クロック信号CLKを発生するクロック信号発生回路34とを含んでいる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention. In this semiconductor integrated circuit, a plurality of scan flip flops (SFF) 11 to 17, a plurality of logic circuits (combining logic circuits) 21 to 23, and a control for controlling operation switching between a normal mode and a sleep mode. A
半導体集積回路の入出力端子にLSIテスタを接続することにより、LSIテスタの制御の下で、SFFを用いたテスト動作を行うことが可能である。SFF11〜17は、選択回路11A〜17Aとフリップフロップ(flip flop:FF)11B〜17Bとによってそれぞれ構成される。テストモードにおいては、これらのSFF11〜17が、シリアルデータとして入力されるテスト信号を順次保持して、論理回路21〜23に供給する。本実施形態に係る半導体集積回路においては、このようにテスト動作を容易に行うために設けられたSFFを用いて、スリープモードにおける消費電流を低減することにより、回路構成が冗長になることを防いでいる。
By connecting an LSI tester to the input / output terminals of the semiconductor integrated circuit, a test operation using an SFF can be performed under the control of the LSI tester. The SFFs 11 to 17 are configured by selection circuits 11A to 17A and flip flops (FF) 11B to 17B, respectively. In the test mode, these SFFs 11 to 17 sequentially hold the test signals input as serial data and supply them to the
スイッチ回路33は、制御部31から入力されるストップ信号STPを反転するインバータ33Aと、ストップ信号STPがゲートに入力されるPチャネルMOSトランジスタ33Bと、インバータ33Aによってストップ信号STPを反転して得られた信号がゲートに入力されるNチャネルMOSトランジスタ33Cとによって構成されている。スイッチ回路33は、ストップ信号STPがローレベルであるときにオンして、クロック信号発生回路34によって発生される内部クロック信号CLKをSFF11〜17に供給し、ストップ信号STPがハイレベルであるときにオフする。
The
次に、本実施形態に係る半導体集積回路の動作について説明する。
通常モードにおいて、ストップ信号STPはローレベルであり、クロック信号発生回路34によって発生される内部クロック信号CLKが、スイッチ回路33を介してSFF11〜17に供給される。また、スリープイネーブル信号SEもローレベルであり、SFF11〜17にそれぞれ含まれている選択回路11A〜17Aは、端子Yに入力される信号を選択する。SFF11〜17にそれぞれ含まれているFF11B〜17Bは、内部クロック信号CLKに同期して、選択回路11A〜17Aによって選択された信号をそれぞれ保持する。
Next, the operation of the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment will be described.
In the normal mode, the stop signal STP is at a low level, and the internal clock signal CLK generated by the clock
このように、通常モードにおいては、SFF11〜17が、通常のフリップフロップ回路と同様に動作する。その結果、入力端子A〜Eに入力される信号が、論理回路21及び22に供給され、論理回路21及び22における論理演算によって得られた信号S21及びS22が、論理回路23に供給され、論理回路23における論理演算によって得られた信号が出力端子Fから出力される。
Thus, in the normal mode, the SFFs 11 to 17 operate in the same manner as a normal flip-flop circuit. As a result, the signals input to the input terminals A to E are supplied to the
テストモードにおいては、入出力端子を介して接続されているLSIテスタから、テストイネーブル信号TE、テスト入力信号TI、テストクロック信号TCLK、及び、ストップ信号STPが入力される。テスト入力信号TIは、この半導体集積回路の論理回路に故障箇所が存在するか否かを検出するためのテストパターンであり、シリアルデータとして入力される。 In the test mode, a test enable signal TE, a test input signal TI, a test clock signal TCLK, and a stop signal STP are input from an LSI tester connected via an input / output terminal. The test input signal TI is a test pattern for detecting whether or not a fault location exists in the logic circuit of the semiconductor integrated circuit, and is input as serial data.
テストモードにおける動作としては、まず、LSIテスタから入力されるハイレベルのテストイネーブル信号TEに従って、選択回路11A〜17Aが、端子Xに入力されるテスト入力信号TIを選択する。また、FF11B〜17Bが、LSIテスタから入力されるテストクロック信号TCLKに同期して、選択回路11A〜17Aによって選択された信号をそれぞれ保持する。 As an operation in the test mode, first, the selection circuits 11A to 17A select the test input signal TI input to the terminal X in accordance with the high level test enable signal TE input from the LSI tester. Further, the FFs 11B to 17B hold the signals selected by the selection circuits 11A to 17A in synchronization with the test clock signal TCLK input from the LSI tester.
ここで、テスト入力信号TIはシリアルデータとして入力されるので、テストクロック信号TCLKの1パルス毎に、テスト入力信号TIに含まれているそれぞれのビットが、順次FF11B〜17Bに保持される。即ち、テストイネーブル信号TEがハイレベルであるときには、SFF11〜17がシフトレジスタとして機能している。FFの段数分のクロックパルスが入力されることによって、テスト入力信号TIに含まれている複数のビットが全てのFFにそれぞれ保持された後に、論理回路23において論理演算により得られた信号が、出力端子Fを介してLSIテスタに出力される。
Here, since the test input signal TI is input as serial data, each bit included in the test input signal TI is sequentially held in the FFs 11B to 17B for each pulse of the test clock signal TCLK. That is, when the test enable signal TE is at a high level, the SFFs 11 to 17 function as shift registers. By inputting clock pulses for the number of stages of FFs, a plurality of bits included in the test input signal TI are held in all the FFs, respectively, and then a signal obtained by logical operation in the
次に、LSIテスタから入力されるローレベルのテストイネーブル信号TEに従って、選択回路16A及び17Aが、論理回路21及び22において論理演算されて端子Yに供給されている信号S21及びS22をそれぞれ選択する。また、FF16B及び17Bが、LSIテスタから入力されるテストクロック信号TCLKのパルスに同期して、選択回路16A及び17Aによって選択された信号をそれぞれ保持する。その後、論理回路23において論理演算により得られた信号が、出力端子Fを介してLSIテスタに出力される。
Next, in accordance with the low level test enable signal TE input from the LSI tester, the
さらに、LSIテスタから再び入力されるハイレベルのテストイネーブル信号TEに従って、選択回路17Aが、端子Xに入力される信号を選択する。また、FF17Bが、LSIテスタから入力されるテストクロック信号TCLKに同期して、選択回路17Aによって選択された信号を保持する。これにより、論理回路21及び22において論理演算された信号S21及びS22は、テスト結果であるシリアルデータのテスト出力信号TOとしてLSIテスタに出力される。
Further, the
スリープモードにおいては、制御部31から、ストップ信号STP、スリープイネーブル信号SE、及び、スリープ入力信号SIが供給される。スリープ入力信号SIは、論理回路21〜23のリーク電流を低減するためのデータパターンであり、シリアルデータとして供給される。
In the sleep mode, a stop signal STP, a sleep enable signal SE, and a sleep input signal SI are supplied from the
例えば、論理回路21及び22のリーク電流は、全ての入力信号がローレベルであるときの方が少ないとする。また、論理回路23のリーク電流は、全ての入力信号がハイレベルであるときの方が少ないとする。その場合には、SFF11〜15がローレベルの信号を保持し、SFF16及び17がハイレベルの信号を保持するように、スリープ入力信号SIが設定される。このように、スリープモードにおいて動作に関与しない論理回路の入力信号を所定のレベルに固定することにより、それらの論理回路における消費電流を低減することができる。
For example, it is assumed that the leakage currents of the
図2は、本実施形態に係る半導体集積回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図2に示すように、通常動作においては、制御部31が、スリープイネーブル信号SEをローレベルとし、ストップ信号STPをローレベルとする。従って、SFF11〜15は、内部クロック信号CLKに同期して、入力端子A〜Eに入力される信号をそれぞれ保持する。論理回路21及び22は、これらの信号に基づいて論理演算を行う。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the normal operation, the
また、SFF16は、内部クロック信号CLKに同期して、論理回路21の出力信号S21を保持する。同様に、SFF17は、内部クロック信号CLKに同期して、論理回路22の出力信号S22を保持する。論理回路23は、これらの信号に基づいて論理演算を行う。
The
スリープモードにおいては、制御部31が、スリープイネーブル信号SEをハイレベルとすることにより、SFF11〜17がシフトレジスタとして機能する。図2に示すように、スリープモードにおいては、スリープ開始設定動作、スリープ維持動作、及び、スリープ解除設定動作の3つの動作が行われる。
In the sleep mode, the
まず、スリープ開始設定動作においては、制御部31が、所定の期間ストップ信号STPをローレベルに保ち、メモリ32に格納されているスリープ入力信号SIを読み出して出力する。その結果、SFF11〜17は、内部クロック信号CLKに同期して、制御部31が出力するスリープ入力信号SIに含まれているシリアルデータP7〜P1を順に保持する。メモリ32は、シリアルデータP1〜P7として、論理回路21〜23のリーク電流を低減するためのデータパターンを格納している。
First, in the sleep start setting operation, the
制御部31は、SFF11〜17に、シリアルデータP7〜P1を保持させると共に、通常モードからスリープモードに移行する直前にSFF11〜17が保持していた信号をスリープ出力信号SOとして読み出し、そのスリープ出力信号SOをメモリ32に格納する。即ち、制御部31は、SFF17〜11の出力信号を順に読み出し、メモリ32に格納する。格納されたスリープ出力信号SOは、スリープ解除設定動作において用いられる。
The
次に、スリープ維持動作においては、制御部31が、ストップ信号STPをハイレベルに維持する。これにより、SFF11〜17に内部クロック信号CLKが供給されず、SFF11〜17のシフト動作が停止するので、SFF11〜17は、論理回路21〜23のリーク電流を低減するためのデータパターンを出力し続ける。従って、これらの論理回路における消費電力を低減することができる。
Next, in the sleep maintaining operation, the
最後に、スリープ解除設定動作においては、制御部31が、ストップ信号STPをローレベルにして内部クロック信号CLKの供給を再開し、スリープ開始設定動作時にメモリ32に格納したスリープ出力信号SOを読み出して、スリープ入力信号SIとしてSFF11に出力する。SFF11〜17は、シフトレジスタとして機能し、制御部31が出力するスリープ入力信号SIを順に保持する。これにより、SFF11〜17が保持する信号を、スリープ動作直前の状態に戻すことができる。その後、制御部31は、スリープイネーブル信号SEをローレベルとしてスリープモードを解除し、通常モードを復帰させる。
Finally, in the sleep release setting operation, the
なお、本実施形態においては、論理回路21〜23のリーク電流を低減するためのデータパターンをメモリ32に格納しているが、パターンジェネレータ等の論理回路によってこのデータパターンを発生するようにしても良い。
In the present embodiment, a data pattern for reducing the leakage current of the
本発明は、半導体集積回路、特に、複数の信号に基づいて論理演算を行う論理回路を含む半導体集積回路において利用することが可能である。 The present invention can be used in a semiconductor integrated circuit, in particular, a semiconductor integrated circuit including a logic circuit that performs a logical operation based on a plurality of signals.
11〜17 SFF、 11A〜17A 選択回路、 11B〜17B FF、 21〜23 論理回路、 31 制御部、 32 メモリ、 33 スイッチ回路、 33A インバータ、 33B PチャネルMOSトランジスタ、 33C NチャネルMOSトランジスタ、 34 クロック信号発生回路 11-17 SFF, 11A-17A selection circuit, 11B-17B FF, 21-23 logic circuit, 31 control unit, 32 memory, 33 switch circuit, 33A inverter, 33B P channel MOS transistor, 33C N channel MOS transistor, 34 clock Signal generation circuit
Claims (4)
複数の信号に基づいて論理演算を行う少なくとも1つの論理回路と、
通常モードにおいて、複数の入力端子にそれぞれ入力される複数の信号を保持して前記論理回路に供給し、テストモードにおいて、シリアルデータとして入力されるテスト信号を保持して前記論理回路に供給し、スリープモードにおいて、前記論理回路におけるリーク電流を低減させるために設定された信号を保持して前記論理回路に供給する複数のスキャンフリップフロップと、
前記複数のスキャンフリップフロップにおける動作の切換を制御すると共に、スリープモードにおいて、前記論理回路におけるリーク電流を低減させるために設定された信号を前記複数のスキャンフリップフロップに供給する制御部と、
を具備する半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit capable of setting a test mode, a normal mode, and a sleep mode,
At least one logic circuit that performs a logical operation based on a plurality of signals;
In the normal mode, a plurality of signals respectively input to a plurality of input terminals are held and supplied to the logic circuit. In the test mode, a test signal input as serial data is held and supplied to the logic circuit. In sleep mode, a plurality of scan flip-flops that hold a signal set to reduce leakage current in the logic circuit and supply the signal to the logic circuit;
A control unit that controls switching of operations in the plurality of scan flip-flops, and supplies a signal set to reduce the leakage current in the logic circuit to the plurality of scan flip-flops in a sleep mode;
A semiconductor integrated circuit comprising:
供給される制御信号に従って、入力される複数の信号の内の1つを選択する選択回路と、
供給されるクロック信号に同期して、前記選択回路によって選択された信号を保持するフリップフロップと、
を含む、請求項1記載の半導体集積回路。 Each of the plurality of scan flip-flops is
A selection circuit that selects one of a plurality of input signals in accordance with a supplied control signal;
A flip-flop that holds a signal selected by the selection circuit in synchronization with a supplied clock signal;
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, comprising:
テストモードにおいて、前記複数のスキャンフリップフロップが外部クロック信号に同期して動作するように、前記クロック信号発生回路と前記複数のスキャンフリップフロップとの間の信号経路を遮断するスイッチ回路と、
をさらに具備する、請求項1〜3のいずれか1項記載の半導体集積回路。 A clock signal generation circuit for generating a clock signal;
In a test mode, a switch circuit that blocks a signal path between the clock signal generation circuit and the plurality of scan flip-flops so that the plurality of scan flip-flops operate in synchronization with an external clock signal;
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070403 |