JP2007074160A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、論理回路の入出力データをクロックに同期してラッチするラッチ回路を備えた半導体装置に関し、とくに広範囲の動作環境にわたりラッチ回路のタイミングマージンが確保される半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a latch circuit that latches input / output data of a logic circuit in synchronization with a clock, and more particularly to a semiconductor device in which a timing margin of the latch circuit is ensured over a wide range of operating environments.
論理演算を行なう半導体装置では、論理回路の入力データ及び出力データをそれぞれクロックに同期してラッチ回路でラッチする同期式回路が広く使用されている。 In a semiconductor device that performs a logical operation, a synchronous circuit that latches input data and output data of a logic circuit by a latch circuit in synchronization with a clock is widely used.
従来、かかる同期式回路のタイミング調整は、静的タイミング解析(STA:Static Timing Analysis)ツールを用いてラッチ回路のホールドマージン及びセットアップマージンを解析し、これらのマージンが確保されるように、各回路にバッファ回路を挿入して各回路のデータ遅延時間を調整することでなされていた。以下、静的タイミング解析ツールを用いた半導体回路のタイミング調整について説明する。 Conventionally, the timing adjustment of such a synchronous circuit is performed by analyzing the hold margin and the setup margin of the latch circuit using a static timing analysis (STA) tool, and ensuring that these margins are secured. This is done by inserting a buffer circuit to adjust the data delay time of each circuit. Hereinafter, timing adjustment of a semiconductor circuit using a static timing analysis tool will be described.
図7は従来の論理回路及びその周辺回路の回路図であり、論理回路とその入出力データをラッチするラッチ回路とを含む回路を表している。図7を参照して、ラッチ回路1の入力端Dに入力された入力データDinは、クロックCK1に同期してラッチ回路1にラッチされ、ラッチ回路1の出力端Qから出力される。このラッチ回路1の出力データは、論理回路5に入力され、論理演算結果が論理回路5から出力される。論理回路5の出力データは遅延回路3を通りラッチ回路2の入力端Dに印加される。このラッチ回路2の入力端Dに印加されたデータD2は、クロックCK2に同期してラッチ回路2にラッチされ、ラッチ回路2の出力端Qから論理演算結果として出力される。
FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional logic circuit and its peripheral circuits, showing a circuit including the logic circuit and a latch circuit for latching input / output data thereof. Referring to FIG. 7, input data Din input to input terminal D of
かかる論理回路を有する従来の半導体装置は、回路素子を仮にレイアウトした後、この仮にレイアウトされた回路について静的タンミング解析ツールを用いてタイミング解析を行ない、全てのタイミングが満足されるまで修正を加えることで設計される。 A conventional semiconductor device having such a logic circuit tentatively lays out circuit elements, performs timing analysis on the tentatively laid out circuit using a static tamming analysis tool, and corrects until all timings are satisfied. It is designed by that.
図8は従来の論理回路のタイミングチャートであり、ラッチ回路2が論理回路5の出力データをラッチするタイミングを表している。図8中、D2はラッチ回路2の入力端Dに印加されたデータを表す。
FIG. 8 is a timing chart of a conventional logic circuit, showing the timing at which the
図8を参照して、クロックCK1の立ち上がり時刻t0でラッチ回路1にラッチされたデータD1(入力データDin)は、ラッチ回路1、論理回路5、遅延回路3及びラッチ回路1とラッチ回路2間の配線による遅延時間tdを経過した後、演算結果がデータD2としてラッチ回路2の入力端Dに到達する。この遅延時間tdは、これらの回路1、2、3、5の動作速度に影響を及ぼす因子、及び、論理回路5の論理演算の内容により異なる。なぜなら、回路の動作速度は回路の遅延時間に直接影響するし、また論理演算の違いは論理回路5内を伝播するデータのパスP1〜P4を変更するからである。
Referring to FIG. 8, data D1 (input data Din) latched in
静的タイミング解析ツールは、回路の動作速度が最速となる動作環境であるBest条件及び動作速度が最低となるWorst条件下でのデータD2の遅延時間tdをそれぞれ算出し、クロックCK2の立ち上がり時刻t1(ラッチのタイミング)と比較する。そして、データD2がラッチのタイミング条件、即ちセットアップ時間ts及びホールド時間thを満たすか否かを解析する。 The static timing analysis tool calculates the delay time td of the data D2 under the Best condition that is the operating environment in which the operation speed of the circuit is the highest and the worst condition in which the operation speed is the lowest, and the rising time t1 of the clock CK2 (Latch timing). Then, it is analyzed whether or not the data D2 satisfies the latch timing condition, that is, the setup time ts and the hold time th.
このタイミング解析では、Best条件のとき、遅延時間tdが最小となる論理回路の最短パスP1が選択され、このときホールドエラーが問題とされる。他方、Worst条件のとき、遅延時間tdが最大となる論理回路の最長パスP4が選択され、このときセットアップエラーが問題とされる。 In this timing analysis, under the Best condition, the shortest path P1 of the logic circuit that minimizes the delay time td is selected. At this time, a hold error is a problem. On the other hand, in the worst condition, the longest path P4 of the logic circuit having the maximum delay time td is selected. At this time, a setup error is a problem.
ホールドエラーが生ずるときは、図7を参照して、論理回路5の出力データを遅延する遅延回路3に遅延素子を付加して遅延時間を長くしてエラーを解消する。他方、セットアップエラーを生ずるときは、遅延回路3の遅延素子を削減して遅延時間を短くする、又はクロックCK2を遅延するクロック遅延回路4−2に遅延素子を付加してクロックCK1とクロックCK2間の時間間隔を長くして解消する。このようなタイミング解析と修正を繰り返して、タイミング条件を満たすように遅延回路3及びクロック遅延回路4−2の遅延時間を決定する。(データを遅延するものは、例えば特許文献1参照。クロックを遅延するものは、例えば特許文献2参照。)
このようにして設計された半導体装置の動作範囲について説明する。
When a hold error occurs, a delay element is added to the delay circuit 3 that delays the output data of the
The operation range of the semiconductor device designed in this way will be described.
図9は、従来の論理回路の動作範囲説明図であり、ラッチ回路2のセットアップマージン及びホールドマージンが確保され、論理回路の出力データが正しくラッチ回路2にラッチされる動作環境の範囲を表している。縦軸は、動作環境、即ち半導体装置のラッチ回路1、2、及び論理回路5の動作速度に影響を与える動作条件であり、例えば、温度、電源電圧、半導体装置の製造プロセスである。なお、本明細書では、動作速度が速くなる条件(図の下方)をBest方向とし、遅くなる条件(図の上方)をWorst方向として表している。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation range of the conventional logic circuit, and shows the range of the operation environment in which the setup margin and the hold margin of the
図9中の直線イ及びロは、論理回路5の最短パスP1を経由したデータD2min(最短パスデータ)の立ち上がり及び立ち下がり時刻を表している。また、直線ハ及びニは、論理回路5の最長パスP1を経由したデータD2max(最長パスデータ)の立ち上がり及び立ち下がり時刻を表している。これらの立ち上がり及び立ち下がり時刻は、直線イ〜ニが示すように、動作環境がBest方向からWorst方向へ変化するにつれて、遅延が大きくなる方向へ移動する。なお、最短パスデータD2minと最長パスデータD2maxでは、遅延に関与する回路素子の直列接続数が異なるので、一般に動作環境に起因する遅延の変化は異なり図9に示すように異なる傾斜を有する。
9 represent the rise and fall times of the data D2min (shortest path data) that has passed through the shortest path P1 of the
上記の従来の半導体装置では、図9の直線ハが示すように、最長パスデータD2maxがセットアップ時間tsを満たすのは、動作環境が条件1よりBest方向になる場合である。一方、直線ロが示すように、最短パスデータD2minがホールド時間thを満たすのは、動作環境が条件2よりWorst方向になる場合である。従って、この半導体装置は、条件1と条件2の間でセットアップエラー及びホールドエラーを生ずることなく正しく動作する。
上述した静的タイミング解析ツールを用いて設計される従来の半導体装置は、設計段階で修正されるのであり、すでに製造された半導体装置に適用してこれを修正することはできない。例えば、製造プロセス条件、使用環境温度又は電源電圧が設計規格外となった場合、これらの条件下でも正常に動作するように修正することはできない。このため、製造プロセス条件、使用環境温度及び電源電圧のばらつきを予め十分な設計マージンを持たせて設計しなければならず、これらの条件についての動作保証範囲が狭くなるという問題があった。 A conventional semiconductor device designed using the above-described static timing analysis tool is corrected at the design stage, and cannot be applied to a semiconductor device already manufactured and corrected. For example, when the manufacturing process conditions, the use environment temperature, or the power supply voltage is out of the design standard, it cannot be corrected so as to operate normally even under these conditions. For this reason, it has been necessary to design the manufacturing process conditions, operating environment temperature, and power supply voltage in advance with a sufficient design margin, and there is a problem that the operation guarantee range for these conditions is narrowed.
また、従来の半導体装置では、静的タイミング解析ツールを用いて設計する際にWorst条件における修正がBest条件でのタイミングを満たさなくなる場合、又はその逆にBest条件における修正がWorst条件でのタイミングを満たさなくなる場合も多く、静的タイミング解析の収束が遅いあるいは収束しないことがあるという問題があった。 Further, in the conventional semiconductor device, when designing using the static timing analysis tool, when the correction under the worst condition does not satisfy the timing under the best condition, or conversely, the correction under the best condition causes the timing under the worst condition to be corrected. There are many cases where it is not satisfied, and there is a problem that the convergence of the static timing analysis is slow or may not converge.
本発明は、半導体装置の製造後又は静的タイミング解析ツールを用いて設計する際に、動作環境に合わせてタイミングを修正することができる半導体装置を提供することで、広範な動作保証範囲を有し、かつ設計の際の静的タイミング解析の収束が速い半導体装置を提供することを目的としている。 The present invention provides a semiconductor device capable of correcting the timing in accordance with the operating environment when the semiconductor device is manufactured or designed using a static timing analysis tool. An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which static timing analysis at the time of design converges quickly.
上記課題を解決するための本発明の第1構成に係る半導体装置は、第1ラッチ回路の出力データを入力し演算結果を第2ラッチ回路へ出力する論理回路を備えた半導体装置に関し、前記論理回路の出力データを遅延して前記第2ラッチ回路へ出力する可変遅延回路と、入力された動作環境の観測データが示す動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備える。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to a first configuration of the present invention relates to a semiconductor device including a logic circuit that inputs output data of a first latch circuit and outputs an operation result to a second latch circuit. A variable delay circuit that delays the output data of the circuit and outputs the delayed output data to the second latch circuit, and the output data of the logic circuit is correctly latched under the operating environment indicated by the input observation data of the operating environment And a control circuit for controlling the delay time of the variable delay circuit.
本第1構成では、論理回路の出力データの遅延時間は、可変遅延回路の遅延時間を制御回路により制御することで調整される。従って、論理回路の出力データの遅延時間を、半導体装置のプロセス工程の製造後に、例えばウエーハ工程の終了後に変更してタイミング調整を行なうことができる。 In the first configuration, the delay time of the output data of the logic circuit is adjusted by controlling the delay time of the variable delay circuit by the control circuit. Therefore, the timing adjustment can be performed by changing the delay time of the output data of the logic circuit after manufacturing the process step of the semiconductor device, for example, after the end of the wafer step.
このように、製造後に論理回路の出力データの遅延時間を変更してタイミング調整を行なうことができるので、プロセス条件の変動に起因する回路素子の動作速度の変動、あるいは動作環境温度若しくは電源電圧等の動作環境の変動など製造後に判明する因子に基づく回路動作速度の変動があってもこれを変更してタイミング条件を満たすことが容易になる。このため、半導体装置の設計段階における設計規格のマージンを小さくすることができる。 As described above, the timing adjustment can be performed by changing the delay time of the output data of the logic circuit after the manufacture, so that the operation speed of the circuit element due to the process condition change, the operating environment temperature, the power supply voltage, etc. Even if there are fluctuations in the circuit operating speed based on factors found after manufacturing, such as fluctuations in the operating environment, it is easy to change this to meet the timing conditions. For this reason, the margin of the design standard in the design stage of the semiconductor device can be reduced.
また、タイミング調整に可変遅延回路を用いるため、静的タイミング解析を異なる遅延時間毎に互いに独立して行ない、全ての遅延時間での動作範囲を合わせて半導体装置の動作範囲として設定することができる。従って、遅延時間を一つに固定する従来の半導体装置に比べて動作範囲が格段に拡大する。また、半導体装置の動作範囲に比べて一つのパスの遅延時間についての動作範囲を狭く設定することができるので、静的タイミング解析の収束性が向上し、さらには静的タイミング解析でセットアップ時間とホールド時間とが両立しないという事態を回避することができる。 In addition, since a variable delay circuit is used for timing adjustment, static timing analysis can be performed independently for each different delay time, and the operation range for all delay times can be set as the operation range of the semiconductor device. . Therefore, the operation range is greatly expanded as compared with the conventional semiconductor device in which the delay time is fixed to one. In addition, since the operating range for the delay time of one path can be set narrower than the operating range of the semiconductor device, the convergence of the static timing analysis is improved. It is possible to avoid a situation where the hold time is incompatible.
制御回路には半導体装置内部の回路の動作速度に影響を与える動作環境の観測データが入力され、制御装置は、この観測データが表示する動作環境下で論理回路の出力データが正しくラッチされるように可変遅延回路の遅延時間を制御する。かかる制御は、例えば可変遅延回路がとり得る各遅延時間と、その各遅延時間の下で論理回路の出力データが正しくラッチされる動作環境の範囲とを予め設定しておき、観測データが示す動作環境と設定されている動作環境の範囲とを比較して、論理回路の出力データが正しくラッチされる遅延時間をとるように可変遅延回路を制御することにより実現することができる。 The control circuit receives the observation data of the operating environment that affects the operation speed of the circuit inside the semiconductor device, and the control device correctly latches the output data of the logic circuit under the operating environment displayed by this observation data. The delay time of the variable delay circuit is controlled. For this control, for example, each delay time that can be taken by the variable delay circuit and an operating environment range in which the output data of the logic circuit is correctly latched under each delay time are set in advance, and the operation indicated by the observation data This can be realized by comparing the environment and the range of the set operating environment and controlling the variable delay circuit so as to take a delay time in which the output data of the logic circuit is correctly latched.
この可変遅延回路は、制御回路により遅延時間を制御できるものであればよく、例えば複数の異なる遅延回路から構成し、その一つの遅延回路をセレクタを用いて選択するようにしてもよい。 This variable delay circuit may be any circuit as long as the control circuit can control the delay time. For example, the variable delay circuit may be composed of a plurality of different delay circuits, and one of the delay circuits may be selected using a selector.
このように、制御装置は、動作環境の観測データに基づき可変遅延回路の遅延時間を制御する。言い換えれば、動作環境がある一つの遅延時間で許容された動作範囲を逸脱したとき、逸脱後の動作環境を動作範囲に含む他の遅延時間を選択して、この他の遅延時間をとるように可変遅延回路を制御する。従って、一つの遅延時間で許容される動作範囲が狭くても、本第1構成の半導体装置の動作範囲は非常に広くなる。 As described above, the control device controls the delay time of the variable delay circuit based on the observation data of the operating environment. In other words, when the operating environment deviates from the allowable operating range with a certain delay time, another delay time including the operating environment after the departure in the operating range is selected, and this other delay time is taken. Control the variable delay circuit. Therefore, even if the operating range allowed for one delay time is narrow, the operating range of the semiconductor device of the first configuration is very wide.
上述した制御回路に入力される観測データは、半導体装置内部の回路の動作速度に影響を与える動作環境、とくに論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データである。かかる動作環境には、半導体装置のチップ温度、パッケージ温度並びに周囲温度、及び、半導体装置のリードと回路基板との接続点の温度がある。また、半導体装置への供給電源電圧又は論理回路5に実際に印加されている電源電圧を含めることもできる。さらに、半導体装置の回路を製造するプロセス条件も、回路素子の遅延を変動させる動作環境の一つとすることができる。
The observation data input to the control circuit described above is an observation of the operating environment that affects the operating speed of the circuit inside the semiconductor device, particularly the operating environment that affects the operating speed of the logic circuit or the first or second latch circuit. It is data. Such operating environments include the chip temperature of the semiconductor device, the package temperature and the ambient temperature, and the temperature of the connection point between the lead of the semiconductor device and the circuit board. Further, the power supply voltage supplied to the semiconductor device or the power supply voltage actually applied to the
このうち温度は、温度計又は温度測定回路により電気信号に変換され、この電気信号を観測データとして制御回路に入力される。なお、温度計又は温度測定回路をチップ内に備えることもできる。プロセス条件の観測は、半導体装置内に内蔵するゲート遅延を測定するモニタ回路(たとえばリング発信器の発信周波数を観測する回路)を監視することでなされ、その観測データ(例えば発信周波数に対応する電圧)を制御回路に入力する。 Of these, the temperature is converted into an electric signal by a thermometer or a temperature measuring circuit, and this electric signal is input to the control circuit as observation data. A thermometer or a temperature measurement circuit can be provided in the chip. The process condition is observed by monitoring a monitor circuit (for example, a circuit for observing the oscillation frequency of the ring oscillator) that measures the gate delay incorporated in the semiconductor device, and the observation data (for example, a voltage corresponding to the oscillation frequency). ) Is input to the control circuit.
上述した可変遅延回路は、第1ラッチ回路と第2ラッチ回路の間の任意の位置に挿入することができる。しかし、論理回路は他のラッチ回路から送出される信号と関連を有することがあるため、論理回路の出力の前に挿入すると他のラッチ回路のタイミングを変化させなければならない場合がある。また、論理回路内のパスによっては遅延時間の変更により別のタイミングエラーを発生する場合がある。これらの場合はさらなる解析・修正が必要になる。このため、可変遅延回路は論理回路の出力後に挿入することが好ましい。 The variable delay circuit described above can be inserted at an arbitrary position between the first latch circuit and the second latch circuit. However, since the logic circuit may be related to a signal transmitted from another latch circuit, the timing of the other latch circuit may have to be changed if it is inserted before the output of the logic circuit. Further, depending on the path in the logic circuit, another timing error may occur due to a change in the delay time. In these cases, further analysis and correction are required. For this reason, the variable delay circuit is preferably inserted after the output of the logic circuit.
本発明の第2構成は、第2ラッチ回路のクロックを遅延する可変遅延回路を設ける。 In the second configuration of the present invention, a variable delay circuit for delaying the clock of the second latch circuit is provided.
本第2構成では、論理回路の出力データを遅延する代わりに、第2ラッチ回路のラッチ時刻を定める第2クロックを遅延することで、セットアップエラー及びホールドエラーを修正する。この第2構成の動作は、第1構成で出力データを遅延してタイミング調整する代わりに、第2ラッチ回路のラッチ時刻を遅延してタイミング調整する点を除きほぼ同様であるから説明を省略する。 In the second configuration, the setup error and the hold error are corrected by delaying the second clock that determines the latch time of the second latch circuit instead of delaying the output data of the logic circuit. The operation of the second configuration is substantially the same except that the timing adjustment is performed by delaying the latch time of the second latch circuit instead of delaying the output data in the first configuration and adjusting the timing. .
本構成は、とくに複数の論理回路のそれぞれに対応して1つの第2クロックで駆動される複数の第2ラッチ回路が設けられている場合、その第2クロックを遅延する1個の可変遅延回路を設けることで足りるという利点がある。なお、第1構成では、論理回路ごとに可変遅延回路を設けなければならない。 In the present configuration, in particular, when a plurality of second latch circuits driven by one second clock are provided corresponding to each of the plurality of logic circuits, one variable delay circuit that delays the second clock. There is an advantage that it is sufficient to provide. In the first configuration, a variable delay circuit must be provided for each logic circuit.
さらに、論理回路の出力データを遅延する可変論理回路と第2ラッチ回路のクロックを遅延する可変遅延回路とを設けることもできる。この構成では、論理回路の出力データと第2ラッチ回路のクロックとの2つを変数としてタイミング調整を行なうので、より広範囲の動作範囲を確保することができる。 Further, a variable logic circuit that delays output data of the logic circuit and a variable delay circuit that delays the clock of the second latch circuit may be provided. In this configuration, timing adjustment is performed using two of the output data of the logic circuit and the clock of the second latch circuit as variables, so that a wider operating range can be secured.
本発明によれば、半導体装置の製造後にタイミング調整が可能となるから、広い動作環境下で動作し、かつ、静的タイミング解析ツールを用いた設計でタイミング調整が迅速に収束する半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, since timing adjustment is possible after manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device that operates in a wide operating environment and that converges quickly in a design using a static timing analysis tool is provided. can do.
図1は本発明の第1実施形態の回路図であり、論理回路とその周辺回路を表している。図1を参照して、本発明の第1実施形態は、論理回路5の出力データの遅延を可変遅延回路10を用いて調整する半導体装置に関する。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, showing a logic circuit and its peripheral circuits. Referring to FIG. 1, a first embodiment of the present invention relates to a semiconductor device that adjusts a delay of output data of a
第1実施形態では、論理回路5の入力データをラッチするラッチ回路1と、論理回路5の出力データをラッチするラッチ回路2とを構成する、Dプリップフロップからなる2個のラッチ回路1、2を備える。
In the first embodiment, two
ラッチ回路1は、その入力端Dに印加された入力データDinを、クロックCK1の立ち上がりに同期してラッチし、出力端Qから論理回路5へ出力する。論理回路5は、多段の論理回路からなり、論理演算の結果を出力データとして可変遅延回路10へ出力する。可変遅延回路10は、複数の遅延回路3−1、3−2と、その一つの出力を選択してラッチ回路2へ出力するセレクタ8とを有する。ラッチ回路2は、セレクタ8の出力(即ち、遅延回路3−1、3−2の一つで遅延された論理回路5の出力データ)をクロックCK2の立ち上がりに同期してラッチする。ラッチ回路2にラッチされたデータD2は、出力データDoutとしてラッチ回路2の出力端Dから出力される。
The
ラッチ回路1、2のクロックCK1、CK2は、共通のクロックCKからそれぞれクロック遅延回路4−1及びクロック遅延回路4−2を介して供給される。このクロック遅延回路4−1、4−2は、クロックCK1とクロックCK2のタイミング調整のために設けられている。
The clocks CK1 and CK2 of the
制御回路6は、可変遅延回路10がとり得る遅延時間(即ち、セレクタ8が遅延回路3−1又は遅延回路3−2を選択したときの可変遅延回路10の遅延時間)と、その遅延時間に可変遅延回路10を設定したときに許容される動作環境の範囲(即ち、正しくラッチされる動作環境の範囲)とを予めテーブルに記憶している。
The
そして、入力された観測データDobで示される動作環境を用いてテーブルを検索し、この動作環境下で正しくラッチがなされる可変遅延回路の遅延時間を抽出する。 Then, the table is searched using the operating environment indicated by the input observation data Dob, and the delay time of the variable delay circuit that is correctly latched under this operating environment is extracted.
次いで、抽出した遅延時間を可変遅延回路8の現在の遅延時間と比較し、抽出した遅延時間の一つが現在選択している遅延時間と等しいときは、セレクタ8の選択をそのままに維持する。一方、抽出した遅延時間の全てが現在選択している遅延時間に一致しないときは、抽出した遅延時間の何れか一つを選択するようにセレクタ8の選択を切り換える。 Next, the extracted delay time is compared with the current delay time of the variable delay circuit 8, and when one of the extracted delay times is equal to the currently selected delay time, the selection of the selector 8 is maintained as it is. On the other hand, if all of the extracted delay times do not match the currently selected delay time, the selector 8 is switched to select one of the extracted delay times.
制御回路6から出力されるセレクタの切換を指示する信号は、Dフリップフロップ7によりクロックCKと同期がとられてセレルタ8へ出力される。このフリップフロップ7のクロックは、クロック遅延回路4−3を通してクロックCKより遅れて入力される。このクロック遅延回路4−3により、ラッチ回路2のラッチタイミングとセレクタ8の切換のタイミングの調整がなされる。
A signal instructing switching of the selector output from the
上述した制御回路6は、遅延時間と許容される動作環境の範囲の関係を予めテーブルに記憶している。このテーブルに代えて、電圧の発生回路(例えばプログラマブル電圧発生回路)又は電圧比較回路の比較用の基準電圧として記憶することもできる。例えば、電圧として入力された観測データを内部で発生する複数の基準電圧と比較し、観測データの範囲を基準電圧で分類する。
The
本実施形態に係る半導体装置のチップには、温度観測用の回路が形成されており、チップ温度を電圧又はデジタル信号の観測データDobとして制御回路6へ入力する。必要ならば、他の部位の温度、例えば回路基板とリードとの接合点の温度、パッケージ温度又は大気温度の観測データをチップ外部から入力することもできる。
A circuit for temperature observation is formed on the chip of the semiconductor device according to the present embodiment, and the chip temperature is input to the
さらに、本実施形態に係る半導体装置のチップに、リング発信器とその発信周波数の測定回路とからなるモニタ回路を設けることができる。このモニタ回路は、リング発信器の発信周波数の観測データから、リング発信器を構成するゲートの遅延時間を観測する。このゲートの遅延時間に基づき、ウェーハプロセスを経て実際に製造された半導体装置のラッチ回路1、2、論理回路5、可変遅延回路10、及びクロック遅延回路4−1〜4−3の遅延時間を算出する。制御回路6は、この回路素子の遅延時間を考慮して、例えば動作環境の範囲を記憶するテーブルに反映させて、タイミングを調整する。これにより、プロセス条件のばらつきから生ずる回路素子の遅延時間のばらつきに起因するタイミングのずれを吸収するように調整することができる。このため、製造歩留りが向上する。
Further, the chip of the semiconductor device according to the present embodiment can be provided with a monitor circuit including a ring oscillator and a measurement circuit for the transmission frequency. This monitor circuit observes the delay time of the gate constituting the ring transmitter from the observation data of the transmission frequency of the ring transmitter. Based on the delay time of the gate, the delay times of the
以下、本第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.
図2は本発明の第1実施形態におけるタイミングチャートであり、ラッチ回路2が論理回路5の出力データをラッチするタイミングを表している。図中のデータD2(1)min、D2(1)max、D2(2)min及びD2(2)maxは、ラッチ回路2の入力端Dへ入力されたデータを表している。ここで、(1)及び(2)は、それぞれ可変遅延回路10を構成する最小遅延時間を有する遅延回路3−1又は最大遅延時間を有する遅延回路3−2を通過するデータを表している。また、サフィックスmin及びmaxは、それぞれ論理回路5の最短パスP1及び最長パスP4を経由するデータを表している。なお、データD2(1)、D2(2)のハッチング部分は、ラッチ回路2が時刻t1でラッチすべきデータを表す。
FIG. 2 is a timing chart according to the first embodiment of the present invention, showing the timing at which the
先ず、半導体装置の仮レイアウト後、静的タイミング解析ツールを用いてラッチ回路2のセットアップマージン及びホールドマージンを解析し、回路設計を修正する。この静的タイミング解析は、半導体装置に要求される動作環境範囲のBest条件及びWorst条件について以下の手順によりなされる。
First, after the temporary layout of the semiconductor device, the setup margin and hold margin of the
まず、Worst条件下でセットアップエラーが発生しないように可変遅延回路10を修正する。図2の遅延(2)を参照して、遅延時間が最大の遅延回路3−2を選択したとき、Worst条件下で論理回路5の最長パスP4を経由するデータD2(2)maxのラッチでセットアップ時間tsが確保されるように遅延回路3−2の遅延時間を修正する。この修正は、たとえば遅延回路3−2を構成する遅延素子を削除する、又は、遅延回路3−2を構成する遅延素子を駆動能力の大きなバッファに置き換えることでなされる。このとき、遅延回路3−2の遅延時間をこれ以上に短くできない場合は、クロック遅延回路4−2の遅延時間を大きくする。
First, the
次ぎに、Best条件下でホールドエラーが生じないように可変遅延回路10を修正する。図2の遅延(1)を参照して、遅延時間が最小の遅延回路3−1を選択したとき、Best条件下で論理回路5の最短パスP1を経由するデータD2(1)minのラッチでホールド時間thが確保されるように遅延回路3−1の遅延時間を修正する。この修正は、たとえば遅延回路3−1に遅延素子となるゲートを挿入することでなされる。
Next, the
本実施形態では、後述するように遅延回路3−1、3−2を使用する環境条件(環境範囲)が一部重畳するように設定されている。このため、Worst条件でセットアップ条件を満たせば、Best条件のタイミングは満たされる。また、Worst条件でセットアップ条件を満たせば、Best条件のタイミングは満たされる。かりに、2個の遅延回路3−1、3−2で予定する環境条件を満たすことができない場合は、さらに多くの遅延回路を有する可変遅延回路10を用いることで予定の環境条件の全範囲をカバーする。
In the present embodiment, as will be described later, the environmental conditions (environmental ranges) for using the delay circuits 3-1 and 3-2 are set so as to partially overlap. For this reason, if the setup condition is satisfied under the worst condition, the timing of the best condition is satisfied. If the setup condition is satisfied under the worst condition, the timing of the best condition is satisfied. If the planned environmental condition cannot be satisfied by the two delay circuits 3-1 and 3-2, the entire range of the planned environmental conditions can be achieved by using the
上述したように、本実施形態の半導体装置は、複数の遅延回路3−1、3−2のそれぞれについて狭い動作範囲で設計を行い、これらの動作範囲を合わせた広い範囲を設計上の動作環境とすることができる。このため、静的タイミング解析の収束性がよく、かつ半導体装置の広い動作範囲が確保される。
以上のようにして設計された本実施形態の半導体装置は、ウエーハ工程を経て製造される。以下、このようにして製造された半導体装置について、ラッチタイミングと動作環境について説明する。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment is designed in a narrow operating range for each of the plurality of delay circuits 3-1 and 3-2, and a wide range including these operating ranges is set as a design operating environment. It can be. For this reason, the convergence property of the static timing analysis is good, and a wide operation range of the semiconductor device is ensured.
The semiconductor device of this embodiment designed as described above is manufactured through a wafer process. Hereinafter, the latch timing and the operating environment of the semiconductor device manufactured in this way will be described.
図3は本発明の第1実施形態の論理回路の動作範囲説明図であり、論理回路5の出力データが正しくラッチ回路2にラッチされる動作環境の範囲を表している。図3中、D2(1)max、D2(2)maxは、論理回路5の最長パスP4を経由し、それぞれ最小遅延時間を有する遅延回路3−1及び最大遅延時間を有する遅延回路3−2を経てラッチ回路2へ出力された論理回路5の出力データを表している。図3中、D2(1)min、D2(2)minは、論理回路5の最短パスP1を経由し、それぞれ最小遅延時間を有する遅延回路3−1及び最大遅延時間を有する遅延回路3−2を経て出力された論理回路5の出力データを表している。なお、簡明にするため、図3にはラッチ回路2に時刻t1でラッチされるべきデータのみを表示している。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation range of the logic circuit according to the first embodiment of the present invention, and represents the range of the operating environment in which the output data of the
図3を参照して、論理回路5の最長パスP4を経た出力データは、最小遅延時間を有する遅延回路3−1を通る場合はデータD2(1)maxとしてラッチ回路2の入力端Dに入力され、最大遅延時間を有する遅延回路3−2を通る場合はデータD2(2)maxとしてこれより遅れて入力される。図3中の直線ハ、トは、それぞれデータD2(1)max及びデータD2(2)maxの立ち上がりを、直線ニ、チは、それぞれデータD2(1)max及びデータD2(2)maxの立ち下がり時刻を表している。このデータD2(1)max及びデータD2(2)maxの立ち上がり及び立ち下がり時刻は、動作環境がBest方向になるにつれて速くなり、Worst方向になると遅くなる。なお
既述のように、Worst条件、即ち条件1においては、最長パスP4を経由するデータのセットアップ時間tsが問題とされる。最長パスP4を経由し最小遅延時間を有する遅延回路3−1を通ったデータD2(1)maxは、条件1及びこれよりBest方向でセットアップ時間を満たしている。これに対して、最大遅延時間を有する遅延回路3−2を通るデータD2(2)maxはセットアップ時間tsが不足する。データD2(2)maxがセットアップ時間tsを満たすのは、動作環境が条件3又はこれよりBest方向のときである。即ち、セットアップ条件は、遅延回路3−1を用いる場合は条件1よりBestの動作環境で満たされ、遅延回路3−2を用いる場合は条件3よりBestの動作環境で満たされる。
Referring to FIG. 3, the output data that has passed through longest path P4 of
Best条件では、既述のように最短パスP1を経由するデータのホールド時間thが問題とされる。最短パスを経由し最小遅延時間を有する遅延回路3−1を通るデータD2(1)minは、条件2又はそれよりWorst方向の動作環境でホールド時間tsを満足する。これに対して、遅延回路3−2を通るデータD2(2)minは、条件4までホールド時間thを満足している。即ち、ホールド条件は、遅延回路3−1を用いる場合は条件2よりWorstの動作環境で満たされ、遅延回路3−2を用いる場合は条件4よりWorstの動作環境で満たされる。
In the Best condition, the hold time th of data passing through the shortest path P1 is a problem as described above. The data D2 (1) min passing through the delay circuit 3-1 having the minimum delay time via the shortest path satisfies the hold time ts in the
これらをまとめると、最小遅延時間を有する遅延回路3−1を選択した場合、動作範囲は図3中に示す範囲A(条件1〜条件2)であり、最大遅延時間を有する遅延回路3−2を選択した場合、動作範囲は図3中に示す範囲B(条件3〜条件4)となる。従って、本実施形態に係る半導体装置の動作範囲は、範囲A及び範囲Bを含む範囲(条件1〜条件4)となり、一つの遅延回路のみを用いる場合の範囲A又は範囲Bよりも拡張される。
In summary, when the delay circuit 3-1 having the minimum delay time is selected, the operation range is the range A (
本実施形態に係る半導体装置では、遅延回路3−1、3−2の何れか一つを、動作環境の観測データDobに従って選択する。制御回路6は、観測データDobを条件1〜4に相当する値と比較し、現在使用している遅延回路、例えば遅延回路3−1が使用可能な動作環境A内に在る場合、そのまま遅延回路3−1の使用を維持する。一方、観測データが動作環境AよりBest方向へ逸脱する場合、遅延回路3−1を遅延回路3−2に切り換えて可変遅延回路10の遅延時間を小さくする。その結果、半導体装置の動作範囲は動作範囲Bへ変更される。
In the semiconductor device according to the present embodiment, one of the delay circuits 3-1 and 3-2 is selected according to the observation data Dob of the operating environment. The
このように、製造プロセスを経た後の半導体装置に対して、動作環境に応じて自動的に可変遅延回路10の遅延時間を変更して動作範囲を切り換えることができるので、広い動作範囲の半導体装置を容易に実現することができる。また、製造プロセスに起因する回路素子の動作速度のばらつきを観測し、その結果を動作環境の一つとして利用することができるので、静的タイミング解析における設計段階で見込まなければならない製造プロセスのばらつきの余裕を非常に小さくすることができる。
As described above, the semiconductor device after the manufacturing process can be switched automatically by changing the delay time of the
上述した本実施形態の半導体装置では、図3を参照して、動作範囲Aと動作範囲Bとが一部重畳するように可変遅延回路10の遅延回路3−1、3−2を設計する。そして、制御回路6に、動作環境がこの重畳する動作範囲(条件3〜条件2)へ出入りするときのヒステリシス特性をもたせる。即ち、遅延回路3−1を選択している条件1〜条件3から条件3〜条件2内へ移動するとき、または遅延回路3−1を選択しているときに条件3〜条件2内から条件1〜条件3へ移動するときは、遅延回路3−1をそのまま維持する。そして、条件3〜条件2で遅延回路3−1を選択しているときに条件2〜条件4内へ移動したときは、遅延回路3−1を遅延回路3−2へ切り換える。同様に、遅延回路3−2を選択している条件2〜条件4から条件3〜条件2内へ移動するとき、または遅延回路3−2を選択しているときに条件3〜条件2内から条件2〜条件4へ移動するときは、遅延回路3−2をそのまま維持する。そして、条件3〜条件2で遅延回路3−2を選択しているときに条件1〜条件3内へ移動したときは、遅延回路3−2を遅延回路3−1へ切り換える。このように、遅延回路3−1、3−2の切換にヒステリシス特性をもたせることで、条件2及び条件3近傍での切換のチャッタリングを防止する。
In the semiconductor device of the present embodiment described above, with reference to FIG. 3, the delay circuits 3-1 and 3-2 of the
本発明の第2実施形態は第2ラッチ回路2のクロックCKの遅延時間を切り換える形態に関する。図4は本発明の第2実施形態の論理回路及びその周辺回路の回路図である。
The second embodiment of the present invention relates to a mode for switching the delay time of the clock CK of the
図4を参照して、本第2実施形態の半導体装置では、第1実施形態の半導体装置の可変遅延回路10に代えて固定された遅延時間を有する遅延回路3とし、さらに、第2ラッチ回路2のクロックCK2を可変遅延回路11を介して供給する。この可変遅延回路11は第1実施形態と同様の制御回路6により制御される。
Referring to FIG. 4, in the semiconductor device of the second embodiment, a delay circuit 3 having a fixed delay time is used instead of the
制御回路6は、第1実施形態と同様に、観測データDobに基づき可変遅延回路11のセレクタ9に切換え信号を送出し、遅延回路12−1、12−2から一つを選択することで可変遅延回路11の遅延時間を切り換える。なお、最小の遅延時間を有する遅延回路12−1は、第1実施形態の可変遅延回路10と同様に、ゲート等の遅延素子を設けず単に配線のみとすることもできる。フリップフロップ13は、可変遅延回路11の出力をクロックCKに同期させるために設けられている。
As in the first embodiment, the
本実施形態に係る半導体装置の設計では、仮りのレイアウトについて静的タイミング解析を行なう。 In designing the semiconductor device according to the present embodiment, static timing analysis is performed on a temporary layout.
まず、最大遅延時間を有する遅延回路12−2を通るクロックCK2を選択し、Worst条件下で論理回路5の最長パスP4を経由した最長パスデータD2maxがセットアップエラーを発生しないように遅延回路3を修正する。このとき、遅延回路3−2の遅延時間を短くできない場合は、クロック遅延回路4−2の遅延時間を大きくする。
First, the clock CK2 passing through the delay circuit 12-2 having the maximum delay time is selected, and the delay circuit 3 is set so that the longest path data D2max via the longest path P4 of the
次ぎに、最小遅延時間を有する遅延回路12−1を通るクロックCK2を選択し、Best条件下で論理回路5の最短パスP1を経由した最短パスデータD2minがホールドエラーを生じないように遅延回路12−1を修正する。
Next, the clock CK2 passing through the delay circuit 12-1 having the minimum delay time is selected, and the delay circuit 12 prevents the shortest path data D2min passing through the shortest path P1 of the
上記の修正結果、遅延回路12−1、12−2を用いた場合のそれぞれの動作範囲A、Dを制御回路6に記憶させ、静的タイミング解析を終了する。このようにして設計された半導体装置は、さらにウェーハプロセスを経て製造される。以下、ウェーハプロセス後の半導体装置の動作範囲について説明する。
As a result of the correction, the operation ranges A and D when the delay circuits 12-1 and 12-2 are used are stored in the
図5は本発明の第2実施形態の論理回路の動作範囲説明図であり、論理回路5の出力データが正しくラッチ回路2にラッチされる動作環境の範囲を表している。図3中、D2max、D2minは、それぞれ論理回路5の最長パスP4及び最短パスを経由して、ラッチ回路2へ出力された論理回路5の出力データを表している。なお、簡明にするため、図3にはラッチ回路2に時刻t1でラッチされるべきデータのみを表示している。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation range of the logic circuit according to the second embodiment of the present invention, and represents the range of the operation environment where the output data of the
動作環境がWorst、即ち条件1のとき、既述したように最長パスデータD2maxのセットアップ時間tsのマージンが問題にされる。条件1でセットアップ時間tsを満たすのは、最大遅延時間を有する遅延回路12−2により遅延されたクロックCK2の立ち上がり時刻t2である。最小遅延時間を有する遅延回路12−1により遅延されたクロックCK2の立ち上がり時刻t1はセットアップマージンが不足する。この時刻t1で立ち上がるクロックCK2がセットアップ条件を満たすのは、条件3よりBest方向の動作環境である。
When the operating environment is worst, that is,
他方、動作環境がBest、即ち条件4のとき、最短パスデータD2maxのホールド時間thのマージンが問題にされる。最小遅延時間を有する遅延回路12−1により遅延されたクロックCK2の立ち上がり時刻t1はこのホールド条件を満足する。これに対して、最大遅延時間を有する遅延回路12−2により遅延されたクロックCK2の立ち上がり時刻t2がホールド条件を満足するのは、条件2よりWorst方向の動作環境下である。
On the other hand, when the operating environment is Best, that is, the condition 4, the margin of the hold time th of the shortest path data D2max is a problem. The rising time t1 of the clock CK2 delayed by the delay circuit 12-1 having the minimum delay time satisfies this hold condition. On the other hand, the rising time t2 of the clock CK2 delayed by the delay circuit 12-2 having the maximum delay time satisfies the hold condition under the operating environment in the worst direction from
上記の結果を整理すると、最大遅延時間を有する遅延回路12−2により遅延された立ち上がり時刻t2を有するクロックCK2を用いた場合、半導体装置は条件1〜条件2までの動作範囲Cで動作する。一方、最小遅延時間を有する遅延回路12−1により遅延された立ち上がり時刻t1のクロックCK2を用いた場合、条件3〜条件4の動作範囲Dで動作する。
To summarize the above results, when the clock CK2 having the rising time t2 delayed by the delay circuit 12-2 having the maximum delay time is used, the semiconductor device operates in the operation range C from
制御回路6は第1実施形態と同様に、観測データが示す動作環境が動作範囲C又は動作範囲Dのいずれに相当するかを判別して、遅延回路12−1、12−2を切り換える。動作範囲C、Dが一部重複する場合も第1実施形態と同様に処理する。従って、動作範囲が広い半導体装置が実現される。
As in the first embodiment, the
本発明の第3実施形態は、論理回路5の出力を遅延する第1実施形態の可変遅延回路10と、ラッチ回路2のクロックCK2をクロックCKから遅延して生成する可変遅延回路11とを備えた半導体装置に関する。
The third embodiment of the present invention includes the
図6は本発明の第3実施形態の論理回路及びその周辺回路の回路図である。図1及び図4と同様の機能を有する回路には同一符号を付している。 FIG. 6 is a circuit diagram of a logic circuit and its peripheral circuits according to the third embodiment of the present invention. Circuits having functions similar to those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals.
第3実施形態に係る半導体装置は、第1実施形態と同様のラッチ回路1、2、論理回路5、クロック遅延回路4−1、遅延回路3−1、3−2及びセレクタ8からなる可変遅延回路10、及び、フリップフロップ7を備える。さらに、第2実施形態と同様の遅延回路12−1、12−2及びセレクタ9からなる可変遅延回路11、及び、フリップフロップ回路13を有する。これらの回路は、第1及び第2実施形態で既述したと同様に動作する。
The semiconductor device according to the third embodiment includes a variable delay including
第3実施形態の制御回路6は、データを遅延する可変遅延回路10の遅延時間を第1変数とし、クロックCKを遅延する可変遅延回路11の遅延時間を第2変数とするテーブルを有する。このテーブルの各欄には、その欄に該当する第1及び第2変数を可変遅延回路10、11の遅延時間としたとき、対応可能な(タイミング条件を満たす)動作環境の範囲(具体的にはその観測データDobの値の範囲)が書き込まれている。
The
制御回路は、テーブルから入力された観測データDobが含まれる欄を検索し、検索された欄の第1及び第2変数と現在使用している遅延時間とを比較し、その比較結果に基づき可変遅延回路10、11のいずれを切り換えるかを判断する。
The control circuit searches the column including the observation data Dob input from the table, compares the first and second variables in the searched column with the delay time currently used, and varies based on the comparison result. It is determined which of the
この実施形態では、観測された動作環境下で正しくラッチすることができる可変遅延回路10、11の遅延時間が、第1及び第2変数を基底とする2次元のテーブル上に表現されるから、第1及び第2変数のいずれをどれだけ変更すれば最も適切に動作環境に対応することができるかが容易に判断できる。たとえば、最も高速動作を得るには、抽出された欄が描く2次元パターンの周辺近傍で、最もクロックCKが短い条件を選択する。このように、本実施形態によれば観測された動作環境に適合させるのに、2つの変数を利用できるから、より適切な制御が可能となる。
In this embodiment, the delay times of the
本明細書に上述した記載には、以下の付記記載の発明が開示されている。 The invention described in the following supplementary notes is disclosed in the above description.
(付記1)第1クロックに同期してデータをラッチし出力する第1ラッチ回路と、第2クロックに同期してデータをラッチする第2ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路の出力データが入力され前記第2ラッチ回路へ演算結果を出力する論理回路とを備えた半導体装置において、
前記論理回路の出力データを遅延して前記第2ラッチ回路へ出力する可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、入力された前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 1) A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with the first clock, a second latch circuit that latches data in synchronization with the second clock, and output data of the first latch circuit is input And a logic circuit that outputs an operation result to the second latch circuit,
A variable delay circuit that delays output data of the logic circuit and outputs the delayed data to the second latch circuit;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correct under the operation environment indicated by the input observation data. A semiconductor device comprising: a control circuit that controls a delay time of the variable delay circuit so as to be latched.
(付記2) 第1クロックに同期してデータをラッチし出力する第1ラッチ回路と、第2クロックに同期してデータをラッチする第2ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路の出力データが入力され前記第2ラッチ回路へ演算結果を出力する論理回路とを備えた半導体装置において、
前記第2クロックを遅延する可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 2) A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with the first clock, a second latch circuit that latches data in synchronization with the second clock, and output data of the first latch circuit is input. And a logic circuit that outputs an operation result to the second latch circuit,
A variable delay circuit for delaying the second clock;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correctly latched under the operation environment indicated by the observation data. And a control circuit for controlling the delay time of the variable delay circuit.
(付記3) 前記可変遅延回路は、互いに異なる遅延時間を有する複数の遅延回路と、前記複数の遅延回路の出力から一つを選択して前記第2ラッチ回路へ出力するセレクタとを有し、 前記制御回路は、前記遅延回路の遅延時間毎に前記論理回路の出力データが正しくラッチされる前記動作環境の範囲が予め設定されており、前記観測データが示す前記動作環境と設定されている前記動作環境の範囲とを比較して、前記論理回路の出力データが正しくラッチされる遅延時間を有する前記遅延回路を選択するように前記セレクタを制御することを特徴とする付記1又は2記載の半導体装置。
(Supplementary Note 3) The variable delay circuit includes a plurality of delay circuits having different delay times, and a selector that selects one of the outputs from the plurality of delay circuits and outputs the selected one to the second latch circuit. In the control circuit, a range of the operating environment in which the output data of the logic circuit is correctly latched for each delay time of the delay circuit is set in advance, and the operating environment indicated by the observation data is set. 3. The semiconductor according to
(付記4) 前記可変遅延回路は、互いに異なる遅延時間を有する複数の遅延回路と、前記複数の遅延回路の出力データから一つを選択して前記第2ラッチ回路へ出力するセレクタとを有し、
前記制御回路は、前記論理回路の出力データが正しくラッチされる遅延時間を有する前記遅延回路を選択するように前記セレクタを制御することを特徴とする付記1又は2記載の半導体装置。
(Supplementary Note 4) The variable delay circuit includes a plurality of delay circuits having different delay times, and a selector that selects one of the output data of the plurality of delay circuits and outputs the selected data to the second latch circuit. ,
3. The semiconductor device according to
(付記5) 前記動作環境は、前記半導体装置のチップ温度、前記半導体装置のパッケージ温度、前記半導体装置のチップ又はパッケージの周囲の温度、及び、前記半導体装置のリードと回路基板との接続点の温度の中から選択された1又は複数の温度を含むことを特徴とする付記1、2、3又は4記載の半導体装置。
(Supplementary Note 5) The operating environment includes a chip temperature of the semiconductor device, a package temperature of the semiconductor device, a temperature around the chip or package of the semiconductor device, and a connection point between the lead of the semiconductor device and the circuit board. 5. The semiconductor device according to
(付記6) 前記半導体装置内に設けられたゲート遅延を測定するモニタ回路を有し、
前記動作環境に、前記モニタ回路で測定されたゲート遅延時間を含むことを特徴とする付記1、2、3、4又は5記載の半導体装置。
(Additional remark 6) It has the monitor circuit which measures the gate delay provided in the said semiconductor device,
6. The semiconductor device according to
(付記7) 第1クロックに同期してデータをラッチし出力する第1ラッチ回路と、第2クロックに同期してデータをラッチする第2ラッチ回路と、前記第1ラッチ回路の出力データが入力され前記第2ラッチ回路へ演算結果を出力する論理回路とを備えた半導体装置において、
前記論理回路の出力データを遅延して前記第2ラッチ回路へ出力する第1可変遅延回路と、
前記第2クロックを遅延する第2可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記第1及び第2可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 7) A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with the first clock, a second latch circuit that latches data in synchronization with the second clock, and output data of the first latch circuit is input. And a logic circuit that outputs an operation result to the second latch circuit,
A first variable delay circuit that delays output data of the logic circuit and outputs the delayed data to the second latch circuit;
A second variable delay circuit for delaying the second clock;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correctly latched under the operation environment indicated by the observation data. And a control circuit for controlling the delay times of the first and second variable delay circuits.
本発明は、同期式の論理回路を有する半導体装置に適用して、広い使用環境を有しかつ静的タイミング解析では迅速に収束する半導体装置を実現することができる。 The present invention can be applied to a semiconductor device having a synchronous logic circuit to realize a semiconductor device that has a wide use environment and converges quickly in static timing analysis.
1、2 ラッチ回路
3、3−1、3−2、12−1、12−2 遅延回路
4−1、4−2 クロック遅延回路
5 論理回路
6 制御回路
7、13 フリップフロップ
8、9 セレクタ
10、11 可変遅延回路
D1、D2 データ
Din 入力データ
Dout 出力データ
CK、CK1、CK2 クロック
P1〜P4 パス
t0、t1、t2 時刻(ラッチタイミング)
ts セットアップ時間
th ホールド時間
DESCRIPTION OF
ts setup time th hold time
Claims (5)
前記論理回路の出力データを遅延して前記第2ラッチ回路へ出力する可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、入力された前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with a first clock; a second latch circuit that latches data in synchronization with a second clock; and the output data of the first latch circuit is input to the second latch circuit. In a semiconductor device including a logic circuit that outputs an operation result to a latch circuit,
A variable delay circuit that delays output data of the logic circuit and outputs the delayed data to the second latch circuit;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correct under the operation environment indicated by the input observation data. A semiconductor device comprising: a control circuit that controls a delay time of the variable delay circuit so as to be latched.
前記第2クロックを遅延する可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with a first clock; a second latch circuit that latches data in synchronization with a second clock; and the output data of the first latch circuit is input to the second latch circuit. In a semiconductor device including a logic circuit that outputs an operation result to a latch circuit,
A variable delay circuit for delaying the second clock;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correctly latched under the operation environment indicated by the observation data. And a control circuit for controlling the delay time of the variable delay circuit.
前記論理回路の出力データを遅延して前記第2ラッチ回路へ出力する第1可変遅延回路と、
前記第2クロックを遅延する第2可変遅延回路と、
前記論理回路又は前記第1若しくは第2ラッチ回路の動作速度に影響を及ぼす動作環境の観測データが入力され、前記観測データが示す前記動作環境の下で前記論理回路の出力データが正しくラッチされるように前記第1及び第2可変遅延回路の遅延時間を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。 A first latch circuit that latches and outputs data in synchronization with a first clock; a second latch circuit that latches data in synchronization with a second clock; and the output data of the first latch circuit is input to the second latch circuit. In a semiconductor device including a logic circuit that outputs an operation result to a latch circuit,
A first variable delay circuit that delays output data of the logic circuit and outputs the delayed data to the second latch circuit;
A second variable delay circuit for delaying the second clock;
The observation data of the operation environment that affects the operation speed of the logic circuit or the first or second latch circuit is input, and the output data of the logic circuit is correctly latched under the operation environment indicated by the observation data. And a control circuit for controlling the delay times of the first and second variable delay circuits.
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