JP2007087019A - 半導体装置の設計装置、設計方法及びプログラム - Google Patents

半導体装置の設計装置、設計方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 IC10自体が通常動作する時及びICの試験時に、SRAMの動作に伴う発生ノイズ量を制限して、通常動作時及び試験時に誤動作が生じないICを設計できるようにする。
【解決手段】 1チップ内に複数のSRAM11-A,11-B,11-Nを有する半導体装置10の設計装置であって、SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もる同時動作ノイズ量算出部58を備え、見積もったACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行う。
【選択図】 図5

Description

本発明は、1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置(IC)の設計装置、設計方法及びプログラムに関する。
1チップに多数の独立したSRAMを搭載した半導体装置(IC)が使用されており、1チップの100個もの独立したSRAMを搭載したものもある。SRAMは、入力されたクロックに応じてパイプライン動作するように構成されており、クロックが入力されると、たとえ入出力動作を行わない場合でも内部の回路の一部は動作する。
このようなICは、ASICの一部として用意され、ユーザの要求に応じて各種の形態で使用される。例えば、ICにはSRAMのみが搭載され、マルチプロセッサなどを搭載したICと組み合わせて使用されたり、又は同じチップにマルチプロセッサなどの他の要素を一緒に搭載して使用される。ICは、基本構成が定められており、ユーザからの要求に応じて配線などの設計を行う。設計は通常自動設計で行われるが、オペレータが判断してマニュアル操作により修正する場合もある。
本発明は、このような1チップに多数の独立したSRAMを搭載した半導体装置(IC)の設計に関係する。
上記のようなICは、製造時に各種のテストを行う必要があり、IC内に試験回路が組み込まれる。例えば、SRAMの試験では、各メモリセルにデータを書き込んだ後読み出して、読み出したデータが書き込んだデータに等しいかを確認する。書き込むデータは異なる値(2値データであれば、0又は1)であり、メモリセルアレイに対して各種のパターンでデータを書き込んで確認する必要がある。そのため、試験はかなりの長時間を要する。そこで、試験回路により、同時にアクセスできるメモリセル数を増加させて試験時間を短縮することが行われる。特許文献1は、試験回路を設けた半導体記憶装置を記載している。
図1は、上記のようなICの設計を行うCAD装置における処理プロセスを示す図である。CAD装置は、コンピュータにより実現される。ステップS11では、チップ内に各構成要素を配置するマクロ配置処理が行われ、レイアウトデータが作成される。ステップS12では、各構成要素への電源線を配置する電源配線処理が行われる。ステップS13では、上記の試験回路が挿入される。ステップS14では、クロック線、制御信号線、アドレスバス、データバスなどの信号線を配置する配置配線処理が行われる。ステップS15では、各構成要素へのクロックや各種信号の供給タイミングを調整するタイミング調整処理が行われる。タイミング調整は、IC内に設けられるタイミングバッファ回路を利用して行われる。
上記のようなICの設計は、ユーザの要求する仕様を満たすように行われるが、複数のSRAMはすべてが同時にアクセスされることはないが、各SRAMへのクロックの供給は、自動設計を行うこれまでの設計装置(CAD装置)では特に規定されておらず、基本的にはすべてのSRAMにクロックが供給される。そのため、あるSRAMがアクセスされている時に、同時には使用されない他のSRAMの内部回路は動作状態にある。省電力のために、同時には使用されないSRAMへのクロックの供給を停止することも行われるが、この処理はオペレータによるマニュアル処理で行われる。SRAMへのクロック供給は、ゲーティング回路を使用して行われる。
特開平9−91998号公報
回路は動作時にACノイズを発生する。ゲーティング回路などの通常の回路は、パルス状の信号で動作するため発生ノイズ量が小さいが、SRAMはメモリセルへのアクセスのため比較的パルス幅が大きく、発生ノイズ量が比較的大きくなる。そのため、同時に動作するSRAMの個数が増加すると、発生ノイズ量が増加して誤動作するという問題を生じる。
上記のように、従来の設計装置では、複数のSRAMを有するICを設計する場合に、各SRAMへのクロックの供給は特に規制しておらず、自動設計の場合にはすべてのSRAMが動作するように設計されていた。従来のICは、搭載されるSRAMの個数が少なく、このような設計でも特に問題は生じなかった。しかし、近年、1チップに搭載されるSRAMの個数が増加し、それに応じて発生ノイズ量も増加しており、それによる誤動作の発生が無視できなくなってきた。
また、上記のように、複数のSRAMを搭載したICに試験回路を設ける場合、同時に試験するSRAMの個数を増加させて試験の効率を向上することが行われている。しかし、同時に動作するSRAMの個数が増加すると、多大なACノイズが発生し、誤動作が起き、正しい試験が行えないという問題を生じる。ACノイズの影響は、高速動作するICほど大きく、誤動作しやすい。
本発明は、このような問題を解決して、IC自体が通常動作する時及びICの試験時に、SRAMの動作に伴う発生ノイズ量を制限して、通常動作時及び試験時に誤動作が生じないICを設計できるようにすることを目的とする。
上記目的を実現するため、本発明の設計装置、設計方法及びプログラムは、SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もり、見積もったACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行う。
許容ノイズ量は、半導体装置のレイアウトデータから算出される。
許容ノイズ量は、半導体装置の回路が誤動作しないノイズ量の最大値として定義される。
SRAM同時動作時のACノイズは、SRAMの動作時の電流変化量を定義したライブラリィに記憶された電流変化量からを見積もられる。
見積もったACノイズが許容ノイズ量より大きい時には、レイアウトデータを再作成する。
見積もったACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能なSRAMの個数を決定し、同時動作するSRAMの個数がそれ以下になるように設計を行う。
半導体装置は、各SRAMへのクロックの供給を制御するゲーティング回路を備え、時動作するSRAMの個数が、同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、ゲーティング回路を設定する。
半導体装置は、各SRAMへのクロックの供給タイミングを制御するタイミングバッファ回路を更に備え、タイミングバッファ回路は、同時動作するSRAMの個数が同時動作可能なSRAMの個数以下になるように設定される。
半導体装置を試験するための試験回路を半導体装置内に設定する場合には、試験時に同時動作するSRAMの個数が同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、試験回路を設定する。
本発明によれば、SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もり、見積もったACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行うので、通常動作時及び試験時の誤動作が防止できる。具体的には、見積もったACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能なSRAMの個数を決定し、同時動作するSRAMの個数がそれ以下になるように設計を行う。SRAMの動作は、各SRAMへのクロックの供給を制御するゲーティング回路の動作状態を設定することにより行う。SRAMはクロックが供給されないと動作しないので、ACノイズを発生せず、電力消費も低減される。
本発明によれば、通常動作時及び試験時にSRAMの同時動作により発生するACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計されるので、誤動作が防止され、複数のSRAMを搭載したICの信頼性及び試験の信頼性が向上するという効果を奏する。
図2は、本発明の設計装置(CAD装置)が設計する対象である半導体装置(IC)10の構成を示すブロック図である。図示のように、IC10には、複数のSRAM11−A、11−B、…、11−Nを有する。各SRAMをアクセスするためのデータ回路12−A、12−B、…、12−N及びアドレス回路13−A、13−B、…、13−Nが設けられている。データ回路12−A、12−B、…、12−Nと外部とのデータの入出力は、データ入出力回路14を介して行われ、同様にアドレス回路13−A、13−B、…、13−Nと外部とのデータの入出力は、アドレス入力回路15を介して行われる。データ入出力回路14及びアドレス入力回路15の設計に応じて、外部接続端子及び外部接続端子以外の電極パッドと各データ回路との接続が決定される。データ入出力回路14及びアドレス入力回路15は、ユーザの仕様に応じて決定される。なお、データ入出力回路14及びアドレス入力回路15には試験回路も設けられ、試験時に通常動作時とは異なるSRAMへのアクセス、例えば試験時には通常時より多くのSRAMにアクセスするといったことが可能になる。
SRAM11−A、11−B、…、11−NにはクロックCLKが供給され、各SRAMはクロックに応じてパイプライン動作を行う。外部から入力されたクロックCLKは、クロックバッファ17に入力され、各SRAMに対応して設けられたゲーティング回路18−A、18−B、…、18−Nを介して各SRAMに供給される。ゲーティング回路18−A、18−B、…、18−Nは、ゲート制御回路16によりそれぞれ制御され、ゲーティング回路を停止させることで対応するSRAMへのクロックの供給が停止され、SRAMは動作を停止する。SRAMは、クロックが供給されている時には、たとえメモリセルへのアクセスが行われなくても内部回路は動作しており、ACノイズを発生し、電力を消費するが、クロックの供給が停止されると、内部回路は動作を停止し、もちろんメモリセルへのアクセスは行えないが、ACノイズは発生せず、消費電力も低減される。
なお、ゲーティング回路18−A、18−B、…、18−Nには、供給されるクロックのタイミングを調整して出力するタイミングバッファ回路の機能も設けられており、各SRAMに供給されるクロックの遅延量を調整して正常に動作するようにクロックのタイミングが設定される。なお、各SRAMに供給されるクロックのタイミングはある程度の許容範囲を有し、その範囲内であれば正常に動作することが可能である。この範囲内でクロックのタイミングを調整することにより、ACノイズの発生タイミングを変化させることができる。
図2では、SRAMに関係する部分のみを示したが、マイクロプロセッサなどの他の回路部分がIC10に設けられる場合もある。
図3は、SRAMの回路構成を示す図である。図示のように、SRAMは、メモリセルアレイ21、アドレスバアファ22、ロウデコーダ23、ワードラインバッファ24、コラムデコーダ25、コラムセレクタ26、クロックバッファ27、パルスジェネレータ28、ライトイネーブルパルスジェネレータ29、ライトイネーブルレジスタ30、ライトアンプ31、入力バッファ32、センスアンプ33及び出力バッファ34を有する。このSRAMの構成については広く知られているので、説明は省略する。
図2及び図3で説明した複数のSRAMを有するIC10を、ユーザの仕様に応じて、設計装置(CAD装置)を使用して設計する。
図4は、CAD装置の全体構成を示す図である。図示のように、CAD装置は、コンピュータ41、ディスプレイ42、プリンタ43、キーボードやマウスなどの入力装置44、LANなどの通信経路45、レイアウトデータなどを記憶したストレージ装置46などで構成される。各種機能は、プログラムで実現される。CAD装置の構成については広く知られているので、説明を省略する。
図5は、実施例のCAD装置の機能ブロック図である。図示のように、CAD装置は、マクロ配置処理部51、電源配線処理部52、試験回路挿入処理部53、配置配線処理部54、及びタイミング調整処理部55など、従来のCAD装置に設けられている機能部が設けられている。なお、図示したのは一部の機能部であり、他にも多数の機能部が設けられている。このような従来の機能部に加えて、実施例のCAD装置は、SRAM同時動作数処理部56を有する。SRAM同時動作数処理部56は、許容ノイズ量算出処理部57、同時動作ノイズ量算出処理部58、及び同時動作数決定処理部59を有する。
図6は、実施例のCAD装置を利用してICを設計する場合の処理を示したフローチャートである。図1のフローチャートと比較すると、電源配線処理S22と試験回路挿入処理S24の間に、SRAM同時動作数算出処理S23を行い、試験回路挿入処理S24及びタイミング調整処理S26に、SRAM同時動作数算出処理S23で決定したSRAMの同時動作数を反映させる点が異なる。SRAM同時動作数処理以外の処理は従来と同じであるので説明を省略し、SRAM同時動作数に関係する処理のみを説明する。
図7は、実施例におけるSRAM同時動作数に関係する処理を示すフローチャートである。ここでは、マクロ配置処理や電源配線処理が終了して、ストレージ装置46にレイアウトデータが記憶されている。また、SRAM毎のライブラリィ47がストレージ装置46に記憶され、各SRAMに含まれるSRAMの電流変化量Isr(N)(NはSRAMの番号)が記憶されている。
ステップS31では、ストレージ装置46に記憶されたレイアウトデータから許容ノイズ量Vpermitを算出する。許容ノイズ量Vpermitは、ノイズにより回路が誤動作しない最大値とする。
ステップS32では、レイアウトデータと、ライブラリィ47に含まれる1番目のSRAM(1)の電流変化量Isr(1)とから、1番目のSRAMの発生ノイズ量Vsr(1)を算出する。ここでは、1番目のSRAM(1)の電流変化により発生するノイズ量をVsr(1)とする。
ステップS33では、Vsr(1)がVpermit以下であることを確認する。もしVsr(1)の方が大きい時には、ステップS34に進み、Vpermitを大きくするようにレイアウトデータを再構成して、ステップS31に戻る必要がある。再構成されたレイアウトデータは、ストレージ46に記憶される。Vsr(1)の方がVpermitより小さい時には、ステップS35に進む。
ステップS35では、同時動作させるSRAMの個数を増加させる同時動作数追加処理を行う。
ステップS36では、ステップS32と同様に、追加されたSRAM分の発生ノイズ量を加えてその時の個数のSRAMによる発生ノイズ量Vsr(1,2,…)を算出する。
ステップS37では、Vsr(1,2,…)がVpermit以下であるかを判定し、Vsr(1,2,…)の方がVpermitより小さい時には、ステップS35に戻り、Vsr(1,2,…)の方がVpermitより大きくなるまで、ステップS35からS37を繰り返す。もしVsr(1,2,…)の方がVpermitより大ききなった時には、ステップS38に進み、その時のSRAMの個数Nを1減じてN−1を同時動作数制限値とする。
図6に示すように、上記のようにして決定されたSRAM同時動作数制限値を満たすように、ステップS24で試験回路を挿入する。更に、ステップS26で、ゲーティング回路18−A、18−B、…、18−Nに設けたタイミングバッファ回路の機能を利用して、SRAM同時動作数制限値を満たすようにタイミングを調整する。
以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。例えば、許容ノイズ量の算出や同時動作ノイズ量の算出は、設計対象のICに適した算出方法で算出されることが望ましい。
また、本発明の特徴であるSRAM同時動作数処理のプログラムを、従来のCAD装置に追加すれば、本発明の特徴を有するCAD装置が実現できる。
(付記1) 1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計装置であって、
前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もる同時動作ノイズ量算出部を備え、
見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行うことを特徴とする設計装置。(1)
(付記2) 前記半導体装置のレイアウトデータから、前記許容ノイズ量を算出する許容ノイズ量算出部を更に備える付記1に記載の設計装置。(2)
(付記3) 前記許容ノイズ量算出部は、前記半導体装置の回路が誤動作しないノイズ量の最大値を前記許容ノイズ量として定義する付記2に記載の設計装置。
(付記4) 前記SRAMの動作時の電流変化量を定義したライブラリィを更に備え、
前記同時動作ノイズ量算出部は、前記電流変化量からSRAM同時動作時の前記ACノイズを見積もる付記1に記載の設計装置。(3)
(付記5) 前記同時動作ノイズ量算出部が見積もった前記ACノイズが前記許容ノイズ量より大きい時には、レイアウトデータを再作成する付記1に記載の設計装置。(4)
(付記6) 見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能な前記SRAMの個数を決定する同時動作数決定部を更に備える付記1に記載の設計装置。(5)
(付記7) 前記半導体装置は、各SRAMへのクロックの供給を制御するゲーティング回路を備え、
当該設計装置は、同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記ゲーティング回路を設定するゲーティング回路動作設定部を更に備える付記6に記載の設計装置。(6)
(付記8) 前記半導体装置は、各SRAMへの前記クロックの供給タイミングを制御するタイミングバッファ回路を更に備え、
当該設計装置は、同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記タイミングバッファ回路を設定するゲーティングタイミング設定部を更に備える付記7に記載の設計装置。(7)
(付記9) 前記半導体装置を試験するための試験回路を前記半導体装置内に設定する試験回路生成部を更に備え、
前記試験回路生成部は、試験時に同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記試験回路を設定する付記6に記載の設計装置。(8)
(付記10) 1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計方法であって、
前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もり、
見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行うことを特徴とする設計方法。(9)
(付記11) 前記許容ノイズ量は、前記半導体装置のレイアウトデータから算出する付記10に記載の設計方法。
(付記12) 前記許容ノイズ量は、前記半導体装置の回路が誤動作しないノイズ量の最大値として定義される付記11に記載の設計方法。
(付記13) SRAM同時動作時の前記ACノイズは、前記SRAMの動作時の電流変化量を定義したライブラリィに記憶された前記電流変化量からを見積もられる付記10に記載の設計方法。
(付記14) 見積もった前記ACノイズが前記許容ノイズ量より大きい時には、レイアウトデータを再作成する付記10に記載の設計方法。
(付記15) 見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能な前記SRAMの個数を決定する付記10に記載の設計方法。
(付記16) 前記半導体装置は、各SRAMへのクロックの供給を制御するゲーティング回路を備え、
同時動作する前記SRAMの個数が、同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記ゲーティング回路を設定する付記15に記載の設計方法。
(付記17) 前記半導体装置は、各SRAMへの前記クロックの供給タイミングを制御するタイミングバッファ回路を更に備え、
前記タイミングバッファ回路は、同時動作する前記SRAMの個数が同時動作可能なSRAMの個数以下になるように設定される付記16に記載の設計方法。
(付記18) 前記半導体装置を試験するための試験回路を前記半導体装置内に設定し、
試験時に同時動作する前記SRAMの個数が同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記試験回路を設定する付記15に記載の設計方法。
(付記19) コンピュータに、1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計を行わせるプログラムであって、
コンピュータに、前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もる同時動作ノイズ量算出処理と、見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能な前記SRAMの個数を決定させる処理とを行わせ、見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行わせることを特徴とするプログラム。(10)
本発明は、複数のSRAMを有する半導体装置(IC)の設計であれば、適用可能である。
図1は従来のICの設計処理を示すフローチャートである。 図2は本発明の設計対象である半導体装置(IC)の構成を示す図である。 図3はSRAMの回路構成を示すブロック図である。 図4は設計(CAD)装置のハードウエア全体構成を示す図である。 図5は実施例のCAD装置の機能ブロック図である。 図6は実施例における複数のSRAMを有するICの設計手順を示すフローチャートである。 図7は実施例におけるSRAM同時動作数処理を示すフローチャートである。
符号の説明
10 設計対象半導体装置(IC)
11−A,11−B,11−N SRAM
56 SRAM同時動作数処理部
57 許容ノイズ量算出処理部
58 同時動作ノイズ量算出処理部
59 同時動作数決定処理部

Claims (10)

  1. 1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計装置であって、
    前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もる同時動作ノイズ量算出部を備え、
    見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行うことを特徴とする設計装置。
  2. 前記半導体装置のレイアウトデータから、前記許容ノイズ量を算出する許容ノイズ量算出部を更に備える請求項1に記載の設計装置。
  3. 前記SRAMの動作時の電流変化量を定義したライブラリィを更に備え、
    前記同時動作ノイズ量算出部は、前記電流変化量からSRAM同時動作時の前記ACノイズを見積もる請求項1に記載の設計装置。
  4. 前記同時動作ノイズ量算出部が見積もった前記ACノイズが前記許容ノイズ量より大きい時には、レイアウトデータを再作成する請求項1に記載の設計装置。
  5. 見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能な前記SRAMの個数を決定する同時動作数決定部を更に備える請求項1に記載の設計装置。
  6. 前記半導体装置は、各SRAMへのクロックの供給を制御するゲーティング回路を備え、
    当該設計装置は、同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記ゲーティング回路を設定するゲーティング回路動作設定部を更に備える請求項5に記載の設計装置。
  7. 前記半導体装置は、各SRAMへの前記クロックの供給タイミングを制御するタイミングバッファ回路を更に備え、
    当該設計装置は、同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記タイミングバッファ回路を設定するゲーティングタイミング設定部を更に備える請求項6に記載の設計装置。
  8. 前記半導体装置を試験するための試験回路を前記半導体装置内に設定する試験回路生成部を更に備え、
    前記試験回路生成部は、試験時に同時動作する前記SRAMの個数が前記同時動作数決定部の決定した同時動作可能なSRAMの個数以下になるように、前記試験回路を設定する請求項5に記載の設計装置。
  9. 1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計方法であって、
    前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もり、
    見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行うことを特徴とする設計方法。
  10. コンピュータに、1チップ内に複数のSRAMを有する半導体装置の設計を行わせるプログラムであって、
    コンピュータに、前記SRAMの同時動作により発生するACノイズを見積もる同時動作ノイズ量算出処理と、見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように同時動作可能な前記SRAMの個数を決定させる処理とを行わせ、見積もった前記ACノイズが許容ノイズ量より小さくなるように設計を行わせることを特徴とするプログラム。
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