JP2007093476A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被測定部分を含むリングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間及び遅延時間のDUTY比等を精度良く算出できる測定回路を搭載した半導体集積回路を提供する。
【解決手段】 被測定回路部分11を含む被測定リングオシレタ回路2の出力信号は、測定回路3内の周波数カウンタ23によりその周期の回数がカウントされると共に、H/L計測用カウンタ回路25に入力される。そして、出力信号がHレベルの期間及びLレベルの各期間において、それぞれHカウンタ32及びLカウンタ33により基準発振回路24の発振周期の回数がカウントされる。周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33の各カウント数を用いて被測定リングオシレタ回路2の立ち上がりの遅延時間等を精度良く算出可能にした。
【選択図】 図2
【解決手段】 被測定回路部分11を含む被測定リングオシレタ回路2の出力信号は、測定回路3内の周波数カウンタ23によりその周期の回数がカウントされると共に、H/L計測用カウンタ回路25に入力される。そして、出力信号がHレベルの期間及びLレベルの各期間において、それぞれHカウンタ32及びLカウンタ33により基準発振回路24の発振周期の回数がカウントされる。周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33の各カウント数を用いて被測定リングオシレタ回路2の立ち上がりの遅延時間等を精度良く算出可能にした。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体集積回路における被測定対象としての被測定部分に対して特性評価等を行うための測定回路を搭載した半導体集積回路に関する。
半導体集積回路の性能評価、動作検証、および、不良解析において、回路中の特定部分の遅延時間を評価することが必要になる場合がある。ここで遅延時間とは、あるゲートから1段または複数段先のゲートにHighレベル(以下、Hレベルと表記)またはLowレベル(以下、Lレベルと表記)の信号を伝達するのに要する時間である。
また、回路の用途によっては、Hレベル、Lレベルのいずれか一方の信号の伝達が特に重要となる場合があり、その場合、Hレベルの遅延時間、または、Lレベルの遅延時間、のように、片側の遅延時間の評価ができることが必要になる。換言すれば、遅延時間のDuty比(=Hレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間の比)の評価が必要になる。
(a)半導体集積回路中の特定部分回路や、(b)素子性能を計測するためのテスト回路(TEG)の遅延時間を知るための通常の手段は、回路中の特定部分の信号波形を大規模集積回路(LSI)の外部信号出力ピンから出力させ、周波数カウンタなどの外部測定装置で計測する方法が採用される。
また、回路の用途によっては、Hレベル、Lレベルのいずれか一方の信号の伝達が特に重要となる場合があり、その場合、Hレベルの遅延時間、または、Lレベルの遅延時間、のように、片側の遅延時間の評価ができることが必要になる。換言すれば、遅延時間のDuty比(=Hレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間の比)の評価が必要になる。
(a)半導体集積回路中の特定部分回路や、(b)素子性能を計測するためのテスト回路(TEG)の遅延時間を知るための通常の手段は、回路中の特定部分の信号波形を大規模集積回路(LSI)の外部信号出力ピンから出力させ、周波数カウンタなどの外部測定装置で計測する方法が採用される。
この方法の問題点は、回路中の「遅延時間を計測したい部位から外部信号出力ピンまでの経路上」に存在する計測対象以外の回路(特にI/O回路)や配線およびリピータの影響が、外部測定装置の観測波形に現れてしまうために、つまり、外部測定装置の観測波形が元の波形と異なる波形に変化してしまうために、正確な計測ができないことである。
また、前記(a)の場合での別の問題点は、実装できる外部信号出力ピン数の制限から、全体回路の中に信号波形を観測したい特定部分回路が多数ある場合は、その全てを観測できないことである。つまり、LSIの回路動作にクリティカルと予想される回路中の特定部分の全てを外部から直接観測できない。
一方、前記(b)の場合の実現方法には、(b-1) インバータ, NAND回路, NOR回路などのプリミティブ回路を直列に接続したChain回路を用いる方法、または、(b-2) インバータ, NAND回路, NOR回路などのプリミティブ回路をRing状に接続して構成したリングオシレタ回路を用いる方法がある。
また、前記(a)の場合での別の問題点は、実装できる外部信号出力ピン数の制限から、全体回路の中に信号波形を観測したい特定部分回路が多数ある場合は、その全てを観測できないことである。つまり、LSIの回路動作にクリティカルと予想される回路中の特定部分の全てを外部から直接観測できない。
一方、前記(b)の場合の実現方法には、(b-1) インバータ, NAND回路, NOR回路などのプリミティブ回路を直列に接続したChain回路を用いる方法、または、(b-2) インバータ, NAND回路, NOR回路などのプリミティブ回路をRing状に接続して構成したリングオシレタ回路を用いる方法がある。
しかし、これらのいずれの方法も、従来例では回路レイアウトの面積を小さくすることと、Hレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間を分離して評価すること、を両立できない、という問題点がある。この理由は次の通りである。
まず、(b-1)のChain回路でテスト回路を構成し、入力信号、および、出力信号が、事前に設定した同一のスレッショルドレベルになる時刻の差を評価する方法では、入力に任意の信号波形を与えられるため、印加する入力信号を立ち上がりとする場合と、立ち下がりにする場合と、を別々に評価することで、Chain回路のHレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間を別々に評価可能である。
しかし、この方法の問題点は、信号の遅延時間を測定するために入出力の時刻の差を観測できる程度にChainの段数を十分大きくする必要があり、この結果、回路レイアウトの面積が大きくなってしまうことである。通常、搭載するテスト回路(TEG)を配置できる領域の面積は限られているため、各々のTEGのレイアウトの面積が大きいと、評価すべきTEGを十分に搭載できない、という不都合が生じる。
まず、(b-1)のChain回路でテスト回路を構成し、入力信号、および、出力信号が、事前に設定した同一のスレッショルドレベルになる時刻の差を評価する方法では、入力に任意の信号波形を与えられるため、印加する入力信号を立ち上がりとする場合と、立ち下がりにする場合と、を別々に評価することで、Chain回路のHレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間を別々に評価可能である。
しかし、この方法の問題点は、信号の遅延時間を測定するために入出力の時刻の差を観測できる程度にChainの段数を十分大きくする必要があり、この結果、回路レイアウトの面積が大きくなってしまうことである。通常、搭載するテスト回路(TEG)を配置できる領域の面積は限られているため、各々のTEGのレイアウトの面積が大きいと、評価すべきTEGを十分に搭載できない、という不都合が生じる。
一方、(b-2)のリングオシレタ回路+カウンタ回路でテスト回路を構成し、発振周期を計測する方法では、回路レイアウトの面積を(b-1)の例えば1/10程度に小さくできる。しかし、この方法での問題点は、観測できるのが、発振波形の周期のみで、立ち上がりの遅延時間と立ち下りの遅延時間とに分離してそれぞれを評価することができていなかったことである。
このように、(b-1)、(b-2)のいずれの方法でも、従来、回路レイアウトの面積を小さくすることと、Hレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間を分離して評価すること、を両立できなかった。
また、特許文献1には、リングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間を測定可能とする半導体集積回路が開示されている。
このように、(b-1)、(b-2)のいずれの方法でも、従来、回路レイアウトの面積を小さくすることと、Hレベルの遅延時間とLレベルの遅延時間を分離して評価すること、を両立できなかった。
また、特許文献1には、リングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間を測定可能とする半導体集積回路が開示されている。
この従来例では、例えば回路の構成要素であるトランジスタの閾値Vthが電源電圧VDDよりも十分に小さい(つまり、Vth/VDD≪1)こと、及び回路の構成要素であるトランジスタのゲート長Lが異なる場合にも閾値Vthが一定である等の仮定を行って、リングオシレタ回路の立ち上がり時間と立ち下がり時間を算出している。
このため、非常に制約された条件を満たす場合にのみ算出することができ、省電力化が進んだ現在の半導体集積回路のように必ずしもVth/VDD≪1等の条件を満たさない場合にはリングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間を精度良く算出できない。
特開平10−242806号公報
このため、非常に制約された条件を満たす場合にのみ算出することができ、省電力化が進んだ現在の半導体集積回路のように必ずしもVth/VDD≪1等の条件を満たさない場合にはリングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間を精度良く算出できない。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、被測定部分を含むリングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間及び遅延時間のDUTY比等を精度良く算出できる測定回路を搭載した半導体集積回路を提供することを目的とする。
本発明の一態様の半導体集積回路は、被測定部分を含むように形成されるリングオシレタ回路の周波数よりも高い周波数で発振する発振回路と、
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路を搭載したことを特徴とする。
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路を搭載したことを特徴とする。
本発明の他の一態様の半導体集積回路は、前記半導体集積回路内部に前記半導体集積回路の被測定部分を含むように形成されるリングオシレタ回路と、
前記リングオシレタ回路の周波数よりも高い周波数で発振する発振回路と、
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路部を搭載したことを特徴とする。
前記リングオシレタ回路の周波数よりも高い周波数で発振する発振回路と、
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路部を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、被測定部分を含むリングオシレタ回路の立ち上がりの遅延時間、立ち下がりの遅延時間及び遅延時間のDUTY比等を精度良く算出することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路における主要部の基本的な構成例を示す。
この半導体集積回路1は、この半導体集積回路1における遅延時間の測定対象部分に形成されたリングオシレタ回路としての被測定リングオシレタ回路2と、この被測定リングオシレタ回路2の出力信号に対して遅延時間等を測定する測定回路3とからなる測定回路部7を有する。
この被測定リングオシレタ回路2及び測定回路3の電源端子には、所定の電源電圧VDDが印加される。本実施形態においては、この電源電圧VDDは、例えば1.0Vであり、被測定リングオシレタ回路の構成要素であるトランジスタの閾値Vthを、0.4Vにすることもできる。
つまり、本実施形態は、Vth/VDD≪1の条件を満たさない場合にも適用することができる。勿論、このような値の場合に限らず、本実施形態は、広範囲の値の電源電圧VDD、閾値Vthの場合において適用することができる。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路における主要部の基本的な構成例を示す。
この半導体集積回路1は、この半導体集積回路1における遅延時間の測定対象部分に形成されたリングオシレタ回路としての被測定リングオシレタ回路2と、この被測定リングオシレタ回路2の出力信号に対して遅延時間等を測定する測定回路3とからなる測定回路部7を有する。
この被測定リングオシレタ回路2及び測定回路3の電源端子には、所定の電源電圧VDDが印加される。本実施形態においては、この電源電圧VDDは、例えば1.0Vであり、被測定リングオシレタ回路の構成要素であるトランジスタの閾値Vthを、0.4Vにすることもできる。
つまり、本実施形態は、Vth/VDD≪1の条件を満たさない場合にも適用することができる。勿論、このような値の場合に限らず、本実施形態は、広範囲の値の電源電圧VDD、閾値Vthの場合において適用することができる。
被測定リングオシレタ回路2の出力信号は、測定回路3の入力端子4に入力され、この測定回路3は、以下に説明するように被測定リングオシレタ回路2の遅延時間等を計測する。
図2は、図1に示した測定回路3等の内部構成を示す。被測定対象としての被測定回路部分11の2端子には、被測定リングオシレタ回路2を構成するための補助回路となるリングオシレタ構成補助回路5の機能を持つインバータ6が接続されて、被測定リングオシレタ回路2が形成される。
なお、図2の場合、被測定回路部分11は、その2端子間に、0又は偶数個の反転回路を含む場合としたリングオシレタ構成補助回路5を示している。被測定回路部分11が、奇数個の反転回路を含む場合には、インバータ6を用いないで、2端子間が接続されて閉ループの被測定リングオシレタ回路2が構成される。
図2は、図1に示した測定回路3等の内部構成を示す。被測定対象としての被測定回路部分11の2端子には、被測定リングオシレタ回路2を構成するための補助回路となるリングオシレタ構成補助回路5の機能を持つインバータ6が接続されて、被測定リングオシレタ回路2が形成される。
なお、図2の場合、被測定回路部分11は、その2端子間に、0又は偶数個の反転回路を含む場合としたリングオシレタ構成補助回路5を示している。被測定回路部分11が、奇数個の反転回路を含む場合には、インバータ6を用いないで、2端子間が接続されて閉ループの被測定リングオシレタ回路2が構成される。
この被測定リングオシレタ回路2は、奇数個の反転回路を含むようにリング状の閉ループが形成される構成となっており、被測定リングオシレタ回路2内に含まれるAND回路、NOR回路等の回路素子で発生する信号の伝達遅延に起因する立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間を忠実に反映したHレベル及びLレベルとが交互に変化する出力波形となる。
例えば図3(A)に示すように、被測定リングオシレタ回路2は、立ち上がりの遅延時間TDH及び立ち下がりの遅延時間TDLを反映したHレベル期間TH及びLレベル期間TLが閾値VDD/2で2値化されて、交互に変化する波形の出力信号を出力する。
従って、この被測定リングオシレタ回路2の出力信号におけるHレベル期間TH及びLレベル期間TLを計測することにより、その被測定リングオシレタ回路2を構成するリング状にされた回路素子で発生する立ち上がりの遅延時間TDH及び立ち下がりの遅延時間TDLを算出することができることになる。
例えば図3(A)に示すように、被測定リングオシレタ回路2は、立ち上がりの遅延時間TDH及び立ち下がりの遅延時間TDLを反映したHレベル期間TH及びLレベル期間TLが閾値VDD/2で2値化されて、交互に変化する波形の出力信号を出力する。
従って、この被測定リングオシレタ回路2の出力信号におけるHレベル期間TH及びLレベル期間TLを計測することにより、その被測定リングオシレタ回路2を構成するリング状にされた回路素子で発生する立ち上がりの遅延時間TDH及び立ち下がりの遅延時間TDLを算出することができることになる。
この被測定リングオシレタ回路2の出力端子に、その入力端子4が接続された測定回路3は、インバータ21、22等を経て被測定リングオシレタ回路2の出力信号の発振周波数、若しくはその周期を計測する周波数カウンタ(或いは周期計測カウンタ)23と、前記出力信号のHレベル及びLレベルの各期間を計測するために一定の発振周波数で発振する基準発振回路24と、Hレベル及びLレベルの各期間においてそれぞれ基準発振回路24の出力信号を計数(カウント)するH/L計測用カウンタ回路25とを有する。
前記被測定リングオシレタ回路2の出力信号は、インバータ21、22及びAND回路26を介して周波数カウンタ23に入力される。そして、周波数カウンタ23は、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の発振周波数、若しくは周期を計測し、そのカウンタ出力端子27から計測した計測信号(カウント数)を出力する。
前記被測定リングオシレタ回路2の出力信号は、インバータ21、22及びAND回路26を介して周波数カウンタ23に入力される。そして、周波数カウンタ23は、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の発振周波数、若しくは周期を計測し、そのカウンタ出力端子27から計測した計測信号(カウント数)を出力する。
H/L計測用カウンタ回路25は、被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形のHレベル及びLレベルの期間に分け、各期間において基準発振回路24の出力信号の周期がいくつあるか、その回数を計数する。その場合、出力信号波形がHレベルである期間においては、Hカウンタ32で計数し、Lレベルである期間においては、Lカウンタ33で計数する。
このため、H/L計測用カウンタ回路25には、基準発振回路24の出力信号(図2及び図3ではこの信号を符号Bで示している)が入力されると共に、被測定リングオシレタ回路2の出力信号がインバータ21を介して入力される。この場合、基準発振回路24の出力信号は、AND回路28、29及び30及び31をそれぞれ介してHレベル及びLレベル期間における基準発振回路24の出力信号の回数を計数するHカウンタ32及びLカウンタ33に入力される。
このため、H/L計測用カウンタ回路25には、基準発振回路24の出力信号(図2及び図3ではこの信号を符号Bで示している)が入力されると共に、被測定リングオシレタ回路2の出力信号がインバータ21を介して入力される。この場合、基準発振回路24の出力信号は、AND回路28、29及び30及び31をそれぞれ介してHレベル及びLレベル期間における基準発振回路24の出力信号の回数を計数するHカウンタ32及びLカウンタ33に入力される。
また、インバータ21を経た被測定リングオシレタ回路2の出力信号(図2及び図3ではこの信号を符号Aで示している)は、さらにインバータ34を経てAND回路28に入力されると共に、AND回路30にも入力される。
また、AND回路26、29及び31には、計測開始/終了信号入力端子35から計測開始と計測終了する計測開始/終了信号が入力される。
Hカウンタ32及びLカウンタ33は、計測開始/終了信号入力端子35に計測開始信号が入力されるとそれぞれ計測(測定)を開始し、終了信号が入力されるまでの期間中における被測定リングオシレタ回路2の出力信号がHレベルの期間及びLレベルの期間、それぞれで基準発振回路24の出力信号の回数を計測する。
そして、Hカウンタ32及びLカウンタ33は、各カウンタ出力端子36、37からそれぞれ計数した計数値(カウント値)を出力する。
また、AND回路26、29及び31には、計測開始/終了信号入力端子35から計測開始と計測終了する計測開始/終了信号が入力される。
Hカウンタ32及びLカウンタ33は、計測開始/終了信号入力端子35に計測開始信号が入力されるとそれぞれ計測(測定)を開始し、終了信号が入力されるまでの期間中における被測定リングオシレタ回路2の出力信号がHレベルの期間及びLレベルの期間、それぞれで基準発振回路24の出力信号の回数を計測する。
そして、Hカウンタ32及びLカウンタ33は、各カウンタ出力端子36、37からそれぞれ計数した計数値(カウント値)を出力する。
また、周波数カウンタ23、Hカウンタ32及びLカウンタ33のリセット端子は、リセット信号が入力されるリセット信号入力端子38と接続されている。そして、周波数カウンタ23、Hカウンタ32及びLカウンタ33は、計測動作を開始する前にリセット信号により、各計数値がリセットされる。
この場合、基準発振回路24は、その発振周波数f1は、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の発振周波数f0より高い(つまりf1>f0)。この基準発振回路24は、例えば水晶発振素子などの発振素子を用いて形成することができる。
また、基準発振回路24の発振周波数f1が、被測定リングオシレタ回路2の発振周波数f0より十分に高い(つまりf1≫f0)という条件を満たさない場合には、これらの発振周波数f0、f1が小さな値の整数比で(少なくとも測定期間全てにわたっては)同期しないように設定される。
この場合、基準発振回路24は、その発振周波数f1は、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の発振周波数f0より高い(つまりf1>f0)。この基準発振回路24は、例えば水晶発振素子などの発振素子を用いて形成することができる。
また、基準発振回路24の発振周波数f1が、被測定リングオシレタ回路2の発振周波数f0より十分に高い(つまりf1≫f0)という条件を満たさない場合には、これらの発振周波数f0、f1が小さな値の整数比で(少なくとも測定期間全てにわたっては)同期しないように設定される。
つまり、f1≫f0の条件を満たさない場合には、a,bを正の整数でほぼ同じオーダーの値とした場合、f1×a≠f0×bとなるようにしている。f1×a=f0×bとなることは非常にまれにしか発生しないと考えられる。この発生をより確実に解消するために、例えば基準発振回路24で発生する発振周波数が測定期間中において測定精度に影響しない程度で僅かに変化するようにしても良い。なお、a≪bならば、f1×a=f0×bでも良い。
例えば、図3(A)は被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形(具体的には図2における信号A)を示し、この出力信号波形は、図3(B)に示す基準発振回路24の出力信号波形(具体的には図2における信号B)を用いてH/L計測用カウンタ回路25により計数される。基準発振回路24の信号Bの周期は、被測定リングオシレタ回路2の信号Aの周期よりも短くなっている。
信号Aは、図2のインバータ34により反転された後、信号Bと共にAND回路28に入力される。従って、計数される信号Bは、インバータ34により反転された信号A′(明細書中では便宜上、このように記す)がHレベルとなる期間TH(図3(A)参照)に、AND回路28(及びAND回路29)を経てHカウンタ32に入力される。
例えば、図3(A)は被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形(具体的には図2における信号A)を示し、この出力信号波形は、図3(B)に示す基準発振回路24の出力信号波形(具体的には図2における信号B)を用いてH/L計測用カウンタ回路25により計数される。基準発振回路24の信号Bの周期は、被測定リングオシレタ回路2の信号Aの周期よりも短くなっている。
信号Aは、図2のインバータ34により反転された後、信号Bと共にAND回路28に入力される。従って、計数される信号Bは、インバータ34により反転された信号A′(明細書中では便宜上、このように記す)がHレベルとなる期間TH(図3(A)参照)に、AND回路28(及びAND回路29)を経てHカウンタ32に入力される。
一方、信号Aは反転されない状態で、信号Bと共にAND回路30に入力される。従って、計数される信号Bは、信号AがHレベルの期間TL(図3(A)参照)に、AND回路30(及びAND回路31)を経てLカウンタ33に入力される。
なお、信号Aは、図2に示すように被測定リングオシレタ回路2の出力信号をインバータ21で反転された信号で定義されているので、この信号AがLレベルとなる期間THが立ち上がりの遅延時間TDHに該当する。同様にこの信号AがHレベルとなる期間TLが立ち下がりの遅延時間TDLに該当する。
但し、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の表現を用いた場合には、その出力信号がHレベルとなる期間THが立ち上がりの遅延時間TDHに該当する。なお、図3(A)におけるLレベルとなる期間THとLレベルとなる期間THとの加算値Tが、被測定リングオシレタ回路2の1ループ当たりの遅延時間TDに該当する。
なお、信号Aは、図2に示すように被測定リングオシレタ回路2の出力信号をインバータ21で反転された信号で定義されているので、この信号AがLレベルとなる期間THが立ち上がりの遅延時間TDHに該当する。同様にこの信号AがHレベルとなる期間TLが立ち下がりの遅延時間TDLに該当する。
但し、被測定リングオシレタ回路2の出力信号の表現を用いた場合には、その出力信号がHレベルとなる期間THが立ち上がりの遅延時間TDHに該当する。なお、図3(A)におけるLレベルとなる期間THとLレベルとなる期間THとの加算値Tが、被測定リングオシレタ回路2の1ループ当たりの遅延時間TDに該当する。
そして、被測定リングオシレタ回路2内において、信号Aが閾値VDD/2を境界値として、H、L、H、L、…と交互に反転した場合におけるHレベルの各期間TLに対しては、Lカウンタ33が信号Bを計数し、Lレベルの各期間THに対しては、Hカウンタ32が信号Bを計数することになる。
この動作を繰り返し行うことにより、発振周波数f1とf0とがf1≫f0の条件を満たさない場合においても、信頼性のある、つまり高精度で立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL及びDUTY比DHLを測定できるようにしている。ここで、DUTY比とは、立ち上がりの遅延時間TDHと、立ち下がりの遅延時間TDLの比である。
例えば、信号Aの発振周波数f0に対して、基準発振回路24の信号Bの発振周波数f1が十分高く、より具体的にはf1=1000×f0のような場合は、f0とf1とが同期していても、短い計測時間においてもある測定精度、具体的には有効桁数が3桁程度で、信号Aに対する立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL及び遅延時間のDUTY比DHLを測定できるようになる。
この動作を繰り返し行うことにより、発振周波数f1とf0とがf1≫f0の条件を満たさない場合においても、信頼性のある、つまり高精度で立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL及びDUTY比DHLを測定できるようにしている。ここで、DUTY比とは、立ち上がりの遅延時間TDHと、立ち下がりの遅延時間TDLの比である。
例えば、信号Aの発振周波数f0に対して、基準発振回路24の信号Bの発振周波数f1が十分高く、より具体的にはf1=1000×f0のような場合は、f0とf1とが同期していても、短い計測時間においてもある測定精度、具体的には有効桁数が3桁程度で、信号Aに対する立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL及び遅延時間のDUTY比DHLを測定できるようになる。
また、信号Aの発振周波数f0に対して、基準発振回路24の信号Bの発振周波数f1が十分高いとは言えない場合、より具体的にはf1=1.5×f0+α(α≠0)のような場合でも、f0とf1とが同期していなければ、計測時間を長くすれば良い。具体的には、信号Aの1000周期分の計測時間で連続して計測する動作を行うことにより、必要とされる精度を確保して、信号Aに対する立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL及びDUTY比DHLを測定できるようになる。
また、図4(A)は、周波数カウンタ23、Hカウンタ32及びLカウンタ33を構成する実際のカウンタ回路41の構成例を示す。
計測信号入力端子42には、図4(B)に示すようにパルス状の計測信号Cが入力される。このカウンタ回路41は、例えばn(nは2以上の整数)段2進カウンタで構成されている。
また、図4(A)は、周波数カウンタ23、Hカウンタ32及びLカウンタ33を構成する実際のカウンタ回路41の構成例を示す。
計測信号入力端子42には、図4(B)に示すようにパルス状の計測信号Cが入力される。このカウンタ回路41は、例えばn(nは2以上の整数)段2進カウンタで構成されている。
第1段のフリップフロップ(以下、FFと略記する)43−1のクロック入力端子には、計測信号Cが入力される毎に、図4(B)に示すようにその出力端子Qから出力信号Q1が反転して出力される。つまり、第1段のFF43−1は、計測信号Cを1/2の周波数に分周したカウント数の出力信号Q1を計数して出力する。
また、このFF43−1の反転出力端子Q′(明細書中では、便宜上、出力端子Qに符号′を付けて示す)は、データ入力端子Dに接続されると共に、第2段のFF43−2のクロック入力端子に接続され、反転出力端子Q′の出力信号が第2段のFF43−2のクロック入力端子への計測信号として入力される。
また、第2段のFF43−2は、第1段のFF43−1の場合と同様に、その出力端子Qからそのクロック入力端子に入力される信号を1/2に分周したカウント数の出力信号Q2を図4(B)に示すように出力する。
また、このFF43−1の反転出力端子Q′(明細書中では、便宜上、出力端子Qに符号′を付けて示す)は、データ入力端子Dに接続されると共に、第2段のFF43−2のクロック入力端子に接続され、反転出力端子Q′の出力信号が第2段のFF43−2のクロック入力端子への計測信号として入力される。
また、第2段のFF43−2は、第1段のFF43−1の場合と同様に、その出力端子Qからそのクロック入力端子に入力される信号を1/2に分周したカウント数の出力信号Q2を図4(B)に示すように出力する。
また、このFF43−2の反転出力端子Q′は、データ入力端子Dと接続されると共に、図示しない第3段のFFのクロック入力端子に接続されている。第3段のFF以降のFFも同様の構成になっている。
そして、第n段のFF43−nは、その出力端子Qからそのクロック入力端子に入力される信号を1/2に分周したカウント数の出力信号Qnを出力する。また、第n段のFF43−nの反転出力端子Q′は、データ入力端子Dに接続されている。
また、リセット信号が入力されるリセット信号入力端子44は、インバータ45を介して全てのFF43−1〜43−nのリセット端子に接続されると共に、プリセット端子に接続されている。
そして、第n段のFF43−nは、その出力端子Qからそのクロック入力端子に入力される信号を1/2に分周したカウント数の出力信号Qnを出力する。また、第n段のFF43−nの反転出力端子Q′は、データ入力端子Dに接続されている。
また、リセット信号が入力されるリセット信号入力端子44は、インバータ45を介して全てのFF43−1〜43−nのリセット端子に接続されると共に、プリセット端子に接続されている。
そして、リセット信号入力端子44にリセット信号が印加されることにより、全てのFF43−1〜43−nは、リセットされ、計数値(カウント数)が0となる。そして、リセット後に計測信号入力端子42に印加される計測信号Cを計数する動作を開始し、これらFF43−1〜43−nは、各出力端子Qからn段2進のカウント数の出力信号Q1〜Qnを出力する。図4(B)では計数信号Cと出力信号Q1〜Qnの一部、例えばQ1からQ3を示している。
図4(A)に示すカウンタ回路41を用いて、図2の周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33をそれぞれ形成することができる。そして、AND回路26、29、31を通って入力される信号に対して、図4(A)に示した計測信号Cとして計数をそれぞれ行い、カウンタ出力端子27、36、37から、計数したn段2進のカウント数の出力信号Q1〜Qnを出力する。
図4(A)に示すカウンタ回路41を用いて、図2の周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33をそれぞれ形成することができる。そして、AND回路26、29、31を通って入力される信号に対して、図4(A)に示した計測信号Cとして計数をそれぞれ行い、カウンタ出力端子27、36、37から、計数したn段2進のカウント数の出力信号Q1〜Qnを出力する。
このような構成の本実施形態の動作を以下に説明する。
まず、最初にリセット信号入力端子38にリセット信号を印加して、周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33がリセットされるようにする。
このリセット後におけるある時刻T0において、計測開始/終了信号入力端子35から、Hレベルの計測開始信号を全てのカウンタ、つまり周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33に入力する。そして、ゲートとして機能するAND回路26、29、31を開き、この時刻T0から以下のように計測を開始させる。
被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形が、測定回路3の入力端子4を通って測定回路3に入力される。測定回路3に入力された出力信号波形の周期の回数は、測定回路3中の周波数カウンタ23でカウントされ、カウンタ出力端子27から出力される。
まず、最初にリセット信号入力端子38にリセット信号を印加して、周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33がリセットされるようにする。
このリセット後におけるある時刻T0において、計測開始/終了信号入力端子35から、Hレベルの計測開始信号を全てのカウンタ、つまり周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33に入力する。そして、ゲートとして機能するAND回路26、29、31を開き、この時刻T0から以下のように計測を開始させる。
被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形が、測定回路3の入力端子4を通って測定回路3に入力される。測定回路3に入力された出力信号波形の周期の回数は、測定回路3中の周波数カウンタ23でカウントされ、カウンタ出力端子27から出力される。
これと並行して、測定回路3に入力された被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形におけるH期間TH、L期間TLにおいて、基準発振回路24で発生された発振波形の周期が存在する回数がH/L計測用カウンタ回路25のHカウンタ32、Lカウンタ33によってカウントされる。
つまり、図3にて説明したように被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形におけるHレベルの期間THでの基準発振回路24の周期の回数がHカウンタ32でカウントされ、カウンタ出力端子36から出力され、同様にLレベルの期間TLでの回数がLカウンタ33でカウントされ、カウンタ出力端子37から出力される。
以上の動作は、計測開始/終了信号入力端子35から、計測開始信号(Lレベル→Hレベル)が入力された時刻T0から、計測開始/終了信号入力端子35に計測終了信号(Hレベル→Lレベル)が入力された時刻T1までの期間(つまり、T1−T0)、実行される。
つまり、図3にて説明したように被測定リングオシレタ回路2の出力信号波形におけるHレベルの期間THでの基準発振回路24の周期の回数がHカウンタ32でカウントされ、カウンタ出力端子36から出力され、同様にLレベルの期間TLでの回数がLカウンタ33でカウントされ、カウンタ出力端子37から出力される。
以上の動作は、計測開始/終了信号入力端子35から、計測開始信号(Lレベル→Hレベル)が入力された時刻T0から、計測開始/終了信号入力端子35に計測終了信号(Hレベル→Lレベル)が入力された時刻T1までの期間(つまり、T1−T0)、実行される。
以上の測定動作の終了後、カウンタ出力端子27、36、および37から出力された計数情報から、被測定リングオシレタ回路2の1ループ(1周期)あたりの遅延時間TD、立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下りの遅延時間TDL、および遅延時間のDUTY比DHL(これらを遅延時間情報と呼ぶ)は、次の(1)〜(4)式のように簡単な計算で求められる。
1ループあたりの遅延時間TD=(T1−T0)÷カウンタ出力端子27のカウント数 …(1)
立ち上がりの遅延時間TDH=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力端子36のカウント数÷(カウンタ出力端子36のカウント数+カウンタ出力端子37のカウント数) …(2)
立ち下がりの遅延時間TDL=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力端子36のカウント数÷(カウンタ出力端子36のカウント数+カウンタ出力端子37のカウント数) …(3)
DUTY比DHL=立ち上がりの遅延時間TDH/立ち下がりの遅延時間TDL …(4) 尚、(1)式〜(4)式の計算機能を実現した回路を、カウンタ出力端子27、36、および、37に接続しても良い。
1ループあたりの遅延時間TD=(T1−T0)÷カウンタ出力端子27のカウント数 …(1)
立ち上がりの遅延時間TDH=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力端子36のカウント数÷(カウンタ出力端子36のカウント数+カウンタ出力端子37のカウント数) …(2)
立ち下がりの遅延時間TDL=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力端子36のカウント数÷(カウンタ出力端子36のカウント数+カウンタ出力端子37のカウント数) …(3)
DUTY比DHL=立ち上がりの遅延時間TDH/立ち下がりの遅延時間TDL …(4) 尚、(1)式〜(4)式の計算機能を実現した回路を、カウンタ出力端子27、36、および、37に接続しても良い。
上述したように、発振周波数f0,f1が、f1≫f0の関係を満たす場合には短い計測期間T1−T0で精度の高い測定結果を得ることができる。一方、発振周波数f0,f1が、f1≫f0の関係を満たさない場合においても、計測期間T1−T0を長くすることにより、簡単に必要とされる精度の測定結果を得ることができる。
本実施形態によれば、被測定回路部分を含む被測定リングオシレタ回路2を形成することにより、その被測定リングオシレタ回路2に対する遅延時間TD等の遅延時間情報を精度良く測定することができる。
また、本実施形態によれば、遅延時間TD等を精度良く測定することができる測定回路3を半導体集積回路1に配置する場合の回路レイアウトの面積サイズを小さくすることができる。
本実施形態によれば、被測定回路部分を含む被測定リングオシレタ回路2を形成することにより、その被測定リングオシレタ回路2に対する遅延時間TD等の遅延時間情報を精度良く測定することができる。
また、本実施形態によれば、遅延時間TD等を精度良く測定することができる測定回路3を半導体集積回路1に配置する場合の回路レイアウトの面積サイズを小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、被測定リングオシレタ回路2で発生する立ち上がりの遅延時間TDH及び立ち下がりの遅延時間TDLを分離して高い精度、つまり信頼性のある数値として得られると共に、それらのDUTY比DHLも高い精度で得ることができる。
また、本実施形態によれば、半導体集積回路1中における被測定リングオシレタ回路2と殆ど等しい構成の被測定回路部分11に対する、遅延時間TD等の遅延時間情報を精度良く測定により得られる。
つまり、(従来例におけるVth/VDD≪1等の条件を必要としないで)直接的な計測により得られる。従って、本実施形態は、半導体集積回路における任意の被測定回路部分11に対して動作検証等の目的で広く適用することができる。
また、本実施形態によれば、半導体集積回路1中における被測定リングオシレタ回路2と殆ど等しい構成の被測定回路部分11に対する、遅延時間TD等の遅延時間情報を精度良く測定により得られる。
つまり、(従来例におけるVth/VDD≪1等の条件を必要としないで)直接的な計測により得られる。従って、本実施形態は、半導体集積回路における任意の被測定回路部分11に対して動作検証等の目的で広く適用することができる。
なお、本実施形態の変形例の構成例として、図2におけるH/L計測用カウンタ回路25として、Hカウンタ32及びLカウンタ33における一方のみを設けた構成にしても良い。つまり例えば基準発振回路24の発振周波数が分かっている場合には、周波数カウンタ23と、Hカウンタ32又はLカウンタ33とを備えた構成にしても、上述した遅延時間TD等の遅延時間情報を精度良く算出できる。
例えば周波数カウンタ23とHカウンタ32とを用いた測定回路とした場合には、(3)式を用いる代わりに、
TDH=TD×(Hカウンタ32のカウント数)/{(T1−T0)×(基準発振回路24の発振周波数)}
として立ち下がりの遅延時間TDL=1ループ当たりの遅延時間TD−立ち上がりの遅延時間TDHを採用すれば良い。
例えば周波数カウンタ23とHカウンタ32とを用いた測定回路とした場合には、(3)式を用いる代わりに、
TDH=TD×(Hカウンタ32のカウント数)/{(T1−T0)×(基準発振回路24の発振周波数)}
として立ち下がりの遅延時間TDL=1ループ当たりの遅延時間TD−立ち上がりの遅延時間TDHを採用すれば良い。
(第2の実施形態)
次に本発明の第2の実施形態を説明する。図5は、大規模半導体集積回路(LSIと略記)中における複数の特定部分の動作検証等を目的とした遅延時間等を測定できる測定回路を搭載したLSI51の構成例を示す。
このパッケージ化されたLSI51における任意の機能回路52の中には、遅延時間の被測定対象となる複数の被測定回路部分53a、53b、…、53kが含まれている。各被測定回路部分53i(i=a、b、…、k)における被測定対象部分の両端となる2端子は、遅延時間等を測定する第i測定回路54iにそれぞれ接続されている。各第i測定回路54iは、被測定回路部分53i毎に準備されている。
第1〜第k測定回路54a〜54kにおける後述するリングオシレタ構成命令入力端子16は、配線64a,測定回路選択回路であるデマルチプレクサ(図5中ではDemuxと略記)55、配線64bを経て測定回路選択外部入力ピン59と結線されている。
次に本発明の第2の実施形態を説明する。図5は、大規模半導体集積回路(LSIと略記)中における複数の特定部分の動作検証等を目的とした遅延時間等を測定できる測定回路を搭載したLSI51の構成例を示す。
このパッケージ化されたLSI51における任意の機能回路52の中には、遅延時間の被測定対象となる複数の被測定回路部分53a、53b、…、53kが含まれている。各被測定回路部分53i(i=a、b、…、k)における被測定対象部分の両端となる2端子は、遅延時間等を測定する第i測定回路54iにそれぞれ接続されている。各第i測定回路54iは、被測定回路部分53i毎に準備されている。
第1〜第k測定回路54a〜54kにおける後述するリングオシレタ構成命令入力端子16は、配線64a,測定回路選択回路であるデマルチプレクサ(図5中ではDemuxと略記)55、配線64bを経て測定回路選択外部入力ピン59と結線されている。
また、測定回路54a〜54kにおける(周波数カウンタ23の)カウンタ出力端子27は、配線65a、出力線選択回路であるマルチプレクサ(図5中ではMuxと略記)56、配線65bを経由してカウンタ出力ピン60と結線されている。
また、測定回路54a〜54kにおける(Hカウンタ32の)カウンタ出力端子36は、配線66a、出力線選択回路であるマルチプレクサ57、配線66bとを経由してHカウンタ出力ピン61と結線されている。
また、測定回路54a〜54kにおける(Lカウンタ33の)カウンタ出力端子37は配線67a、出力線選択回路であるマルチプレクサ58、配線67bを経由してLカウンタ出力ピン62と結線されている。
また、測定回路54a〜54kにおける(Hカウンタ32の)カウンタ出力端子36は、配線66a、出力線選択回路であるマルチプレクサ57、配線66bとを経由してHカウンタ出力ピン61と結線されている。
また、測定回路54a〜54kにおける(Lカウンタ33の)カウンタ出力端子37は配線67a、出力線選択回路であるマルチプレクサ58、配線67bを経由してLカウンタ出力ピン62と結線されている。
また、測定回路54a〜54kのリセット信号入力端子38は、配線70aを介してリセット信号入力ピン68に接続され、測定回路54a〜54kの計測開始/終了信号入力端子35は、配線70bを介して計測開始/終了信号入力ピン69に接続されている。 図6は、本実施形態における例えば第1測定回路54aの内部回路構成例を示す。第1測定回路54aは、第1の実施形態で説明したリングオシレタ構成補助回路5に対応するリングオシレタ構成補助回路71と、測定回路54aとを備えた構成である。
第1の実施形態においては、被測定回路部分11にリングオシレタ構成補助回路5を固定的に形成して恒常的に被測定リングオシレタ回路2が構成されていた。
これに対して本実施形態では、被測定回路部分53iの機能をそのまま保ち、被測定回路部分53iの2端子を、それぞれ第i測定回路54i内に設けられ、その2端子を開放/閉成制御可能とするリングオシレタ構成補助回路71に接続している。
第1の実施形態においては、被測定回路部分11にリングオシレタ構成補助回路5を固定的に形成して恒常的に被測定リングオシレタ回路2が構成されていた。
これに対して本実施形態では、被測定回路部分53iの機能をそのまま保ち、被測定回路部分53iの2端子を、それぞれ第i測定回路54i内に設けられ、その2端子を開放/閉成制御可能とするリングオシレタ構成補助回路71に接続している。
そして、測定回路54i側においてリングオシレタ構成命令信号により、そのリングオシレタ構成命令信号が出力された期間のみ被測定リングオシレタ回路74を構成できるようにしている。なお、図6に一部を示す被測定リングオシレタ回路74は、図5の被測定回路部分53aを含むように形成される。
つまり、測定を行おうとする場合に、リングオシレタ構成命令信号を出力することにより、このリングオシレタ構成命令信号が印加されるリングオシレタ構成補助回路71と接続された被測定回路部分53iは、被測定リングオシレタ回路74を形成(構成)する状態になる。
以下では、被測定リングオシレタ回路74が形成された状態になることをリングモードと呼ぶ。
つまり、測定を行おうとする場合に、リングオシレタ構成命令信号を出力することにより、このリングオシレタ構成命令信号が印加されるリングオシレタ構成補助回路71と接続された被測定回路部分53iは、被測定リングオシレタ回路74を形成(構成)する状態になる。
以下では、被測定リングオシレタ回路74が形成された状態になることをリングモードと呼ぶ。
以下、具体的にその構成を説明する。機能回路52の中の被測定回路部分53aの2端子と接続される第1測定回路54aの入力端子72,73は、両入力端子72、73を短絡して被測定リングオシレタ回路74を構成するためのゲートスイッチ(トランスファースイッチ)12、14、被測定リングオシレタ回路74を発振させるのに必要な場合のみ介挿されるインバータ13とからなるリングオシレタ構成補助回路71と接続される。 また、両ゲートスイッチ12、14のゲートスイッチ制御端子は、リングオシレタ構成命令入力端子16に接続され、このリングオシレタ構成命令入力端子16にリングオシレタ構成命令が入力されることにより、両ゲートスイッチ12、14がOFFからONとなり、リング状の閉ループの被測定リングオシレタ回路74が形成される。
なお、図6に示すリングオシレタ構成補助回路71は、被測定回路部分53aがその2端子間に、反転回路を0或いは複数含む場合のものとなっている。被測定回路部分53aの2端子間に、反転回路が奇数含まれる場合には、リングオシレタ構成補助回路71は、インバータ13を用いないで2つのゲートスイッチ12、14を用いて構成される。
なお、図6に示すリングオシレタ構成補助回路71は、被測定回路部分53aがその2端子間に、反転回路を0或いは複数含む場合のものとなっている。被測定回路部分53aの2端子間に、反転回路が奇数含まれる場合には、リングオシレタ構成補助回路71は、インバータ13を用いないで2つのゲートスイッチ12、14を用いて構成される。
このリングオシレタ構成補助回路71の出力端子は、第1の実施形態における図2で説明した測定回路3を構成するインバータ21と接続される。このインバータ21及びその後段側の構成は、図2の測定回路3においてすでに説明したものと同じ構成であるので、同じ構成要素には同じ符号を付け、その説明を省略する。
なお、第1測定回路54aとは符号が異なる他の第i測定回路54iも、リングオシレタ構成補助回路71とはインバータ13を有しない構成になる可能性がある場合を除けば、図6に示した第1測定回路54aと同様の回路構成を採用することができる。
このような構成による本実施形態の動作を以下に説明する。
まず、機能回路52の中で、遅延時間の測定を行おうとする被測定回路部分53iを選択する。
なお、第1測定回路54aとは符号が異なる他の第i測定回路54iも、リングオシレタ構成補助回路71とはインバータ13を有しない構成になる可能性がある場合を除けば、図6に示した第1測定回路54aと同様の回路構成を採用することができる。
このような構成による本実施形態の動作を以下に説明する。
まず、機能回路52の中で、遅延時間の測定を行おうとする被測定回路部分53iを選択する。
この選択を行うために、測定回路選択外部入力ピン59に回路選択信号を印加する。この回路選択信号が印加されることにより、デマルチプレクサ55は、その出力端子から第1〜第k測定回路54a〜54kの中のいずれか1つの第i測定回路54iを選択する信号として、リングオシレタ構成命令信号を出力する。
そして、選択された第i測定回路54iにおいては、その内部のリングオシレタ構成補助回路71におけるゲートスイッチ12,14がOFFからONとなり、リングモードになる。
上記のようにリングモードは、選択された被測定回路部分53iの両端の2端子がゲートスイッチ12,14のONにより、被測定回路部分53iの両端がインバータ13を挟んで接続するか、又は被測定回路部分53iの両端が短絡することで閉ループにされた被測定リングオシレタ回路74が構成される状態を指す。
そして、選択された第i測定回路54iにおいては、その内部のリングオシレタ構成補助回路71におけるゲートスイッチ12,14がOFFからONとなり、リングモードになる。
上記のようにリングモードは、選択された被測定回路部分53iの両端の2端子がゲートスイッチ12,14のONにより、被測定回路部分53iの両端がインバータ13を挟んで接続するか、又は被測定回路部分53iの両端が短絡することで閉ループにされた被測定リングオシレタ回路74が構成される状態を指す。
また、上記回路選択信号が印加されることにより、デマルチプレクサ55は、出力端子選択回路の機能を持つマルチプレクサ56、57、58の選択を行う。そして、k個の第1〜第k測定回路54a〜54k中から上記1つの第i測定回路54iによるカウンタ出力がカウンタ出力ピン60、61、62に出力されるように(それぞれk本の配線65a,66a,67a中から、それぞれ1本を)選択する。この場合、各1本は実際には複数ビットの情報を伝送可能とする出力ラインとなっている。
一旦、被測定リングオシレタ回路74が構成された後は、第1の実施形態と同様の動作で、計測開始/終了信号入力端子35に計測開始信号(Lレベル→Hレベル)が入力された時刻T0から、計測開始/終了信号入力端子35に計測終了信号(Hレベル→Lレベル)が入力された時刻T1までの期間(T1−T0)、計測が行われる。
一旦、被測定リングオシレタ回路74が構成された後は、第1の実施形態と同様の動作で、計測開始/終了信号入力端子35に計測開始信号(Lレベル→Hレベル)が入力された時刻T0から、計測開始/終了信号入力端子35に計測終了信号(Hレベル→Lレベル)が入力された時刻T1までの期間(T1−T0)、計測が行われる。
つまり、T1−T0の期間、被測定リングオシレタ回路74の発振回数、Hレベルの期間THでの基準発振回路24の周期の回数のカウント数、Lレベルの期間TLでの基準発振回路24の周期の回数がカウントされる。
これらの計測結果のうち、被測定リングオシレタ回路74の発振回数は、配線65aと測定回路選択回路となるマルチプレクサ56、配線65bとを経由してカウンタ出力ピン60から出力される。
同様に、Hレベルの期間THでのカウント数は、配線66aと出力線選択回路のマルチプレクサ57、配線66bを経由してHカウンタ出力ピン61から出力される。同様に、Lレベルの期間TLでのカウント数は、配線67aと出力線選択回路のマルチプレクサ58、配線67bを経由してLカウンタ出力ピン62から出力される。
これらの計測結果のうち、被測定リングオシレタ回路74の発振回数は、配線65aと測定回路選択回路となるマルチプレクサ56、配線65bとを経由してカウンタ出力ピン60から出力される。
同様に、Hレベルの期間THでのカウント数は、配線66aと出力線選択回路のマルチプレクサ57、配線66bを経由してHカウンタ出力ピン61から出力される。同様に、Lレベルの期間TLでのカウント数は、配線67aと出力線選択回路のマルチプレクサ58、配線67bを経由してLカウンタ出力ピン62から出力される。
第1の実施形態の場合と同様に、以上の計数動作の終了後、カウンタ出力ピン60、61、および62から出力された計数情報から、被測定リングオシレタ回路74の1ループあたりの遅延時間TD、立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL、およびDUTY比DHLは、次の(5)式〜(8)式のように簡単な計算で求められる。
1ループあたりの遅延時間TD=(T1−T0)÷カウンタ出力ピン60のカウント数 …(5)
立ち上がりの遅延時間TDH=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力ピン61のカウント数÷(カウンタ出力ピン61の出力+カウンタ出力ピン62の出力) …(6)立ち下がりの遅延時間TDL=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力ピン62のカウント数÷(カウンタ出力ピン61の出力+カウンタ出力ピン62の出力) …(7)
DUTY比DHL=立ち上がりの遅延時間TDH/立ち下がりの遅延時間TDL …(8)
尚、(5)式〜(8)式の計算機能を実現した回路を、マルチプレクサ56〜58の出力側に接続しても良い。
1ループあたりの遅延時間TD=(T1−T0)÷カウンタ出力ピン60のカウント数 …(5)
立ち上がりの遅延時間TDH=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力ピン61のカウント数÷(カウンタ出力ピン61の出力+カウンタ出力ピン62の出力) …(6)立ち下がりの遅延時間TDL=(1ループあたりの遅延時間TD)×カウンタ出力ピン62のカウント数÷(カウンタ出力ピン61の出力+カウンタ出力ピン62の出力) …(7)
DUTY比DHL=立ち上がりの遅延時間TDH/立ち下がりの遅延時間TDL …(8)
尚、(5)式〜(8)式の計算機能を実現した回路を、マルチプレクサ56〜58の出力側に接続しても良い。
1つの被測定回路部分53iを含む被測定リングオシレタ回路74に対する遅延時間等を測定する場合を説明したが、他の被測定回路部分含む被測定リングオシレタ回路74に対する遅延時間等を測定する場合には、回路選択信号のディジタル値を変更することにより同様の方法で算出することができる。
本実施形態のように、被測定回路部分53iに近接させてそれぞれ第i測定回路54iを配置することで、測定回路54iから外部信号出力ピンまでの経路上に存在する計測対象以外の回路や配線の影響を排除できる。
そして、本実施形態によれば、第1の実施形態のように高精度に被測定リングオシレタ回路74で発生する遅延時間情報、つまり遅延時間TD、立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL、DUTY比DHLを計測することができる効果を有する。
本実施形態のように、被測定回路部分53iに近接させてそれぞれ第i測定回路54iを配置することで、測定回路54iから外部信号出力ピンまでの経路上に存在する計測対象以外の回路や配線の影響を排除できる。
そして、本実施形態によれば、第1の実施形態のように高精度に被測定リングオシレタ回路74で発生する遅延時間情報、つまり遅延時間TD、立ち上がりの遅延時間TDH、立ち下がりの遅延時間TDL、DUTY比DHLを計測することができる効果を有する。
また、本実施形態によれば、第i測定回路54iにおいてそれぞれ、比較的面積の小さいリングオシレタ構成補助回路71を搭載することで、被測定リングオシレタ回路74の構成と殆ど等しいとみなせる被測定対象とする機能回路内部における複数(例えば比較的多く)の回路部分に対する遅延時間TD等の遅延時間情報を、精度の高い計測値として得ることが可能となる。
また、本実施形態においては、個々の被測定回路部分53iに殆ど影響を与えることなく、遅延時間TD等の計測を可能とする被測定リングオシレタ回路を構成できる効果もある。
つまり、個々の被測定回路部分53iは、その2端子間をON/OFF可能なゲートスイッチ12、14を用いたリングオシレタ構成補助回路71と接続する構成にしているので、測定を行う期間のみ、閉ループにされた被測定リングオシレタ回路74が構成されるリングモードに設定でき、測定を行わない場合には開ループにしてリングモードを解除できる。
また、本実施形態においては、個々の被測定回路部分53iに殆ど影響を与えることなく、遅延時間TD等の計測を可能とする被測定リングオシレタ回路を構成できる効果もある。
つまり、個々の被測定回路部分53iは、その2端子間をON/OFF可能なゲートスイッチ12、14を用いたリングオシレタ構成補助回路71と接続する構成にしているので、測定を行う期間のみ、閉ループにされた被測定リングオシレタ回路74が構成されるリングモードに設定でき、測定を行わない場合には開ループにしてリングモードを解除できる。
このため、リングモードを解除すれば通常のLSI51として測定回路の影響を受けることなく動作させることができる。
なお、本実施形態では、複数の被測定回路部分53iのそれぞれに第i測定回路54iを接続するように配置しているため、被測定回路部分53a〜53kの数と等しい数の第1〜第k測定回路54a〜54kが必要となる。これを変形した構成として、第1〜第k測定回路54a〜54kに含まれる周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33等を、外部に配置して、外部に配置した回路部分を複数の測定回路で共用しても良い。 この場合の構成例を以下の第3の実施形態にて具体的に説明する。
なお、本実施形態では、複数の被測定回路部分53iのそれぞれに第i測定回路54iを接続するように配置しているため、被測定回路部分53a〜53kの数と等しい数の第1〜第k測定回路54a〜54kが必要となる。これを変形した構成として、第1〜第k測定回路54a〜54kに含まれる周波数カウンタ23、Hカウンタ32、Lカウンタ33等を、外部に配置して、外部に配置した回路部分を複数の測定回路で共用しても良い。 この場合の構成例を以下の第3の実施形態にて具体的に説明する。
(第3の実施形態)
次に本発明の第3の実施形態を説明する。図7は第3の実施形態に係るLSI81を示す。本実施形態は、図5に示す第2の実施形態を変形した構成に該当する。
本実施形態においては、第2の実施形態における被測定回路部分53a〜53kに対して、その近傍に第1〜第k測定回路54iの一部の回路部分、つまり、第1〜第k部分回路82a〜82kをそれぞれ配置して、それぞれ被測定回路部分53a〜53kに接続している。
図7において例えば被測定回路部分53aの2端子は、(図5の第1測定回路54aにおける一部の回路部分となる)第1部分回路82aに接続される。
これら第1〜第k部分回路82a〜82kは、配線86a、デマルチプレクサ83,配線86bを介して測定回路選択外部入力ピン59に接続されると共に、配線86cを介してリングオシレタ構成命令入力ピン63に接続されている。
次に本発明の第3の実施形態を説明する。図7は第3の実施形態に係るLSI81を示す。本実施形態は、図5に示す第2の実施形態を変形した構成に該当する。
本実施形態においては、第2の実施形態における被測定回路部分53a〜53kに対して、その近傍に第1〜第k測定回路54iの一部の回路部分、つまり、第1〜第k部分回路82a〜82kをそれぞれ配置して、それぞれ被測定回路部分53a〜53kに接続している。
図7において例えば被測定回路部分53aの2端子は、(図5の第1測定回路54aにおける一部の回路部分となる)第1部分回路82aに接続される。
これら第1〜第k部分回路82a〜82kは、配線86a、デマルチプレクサ83,配線86bを介して測定回路選択外部入力ピン59に接続されると共に、配線86cを介してリングオシレタ構成命令入力ピン63に接続されている。
また、部分回路82a〜82kは、配線88aを介してマルチプレクサ84に接続される。このマルチプレクサ84は、さらに配線88bを介して共通部分回路85に接続される。この共通部分回路85は、配線88cを介してカウンタ出力ピン60,Hカウンタ出力ピン61,Lカウンタ出力ピン62に接続されると共に、配線88dを介してリセット信号入力ピン68と計測開始/終了信号入力ピン69とに接続される。
図8(A)及び図8(B)は、第i部分回路82iの代表的な構成例を示す。例えば被測定回路部分53aの場合には、図8(A)に示す第1部分回路82aが接続されている。
この第1部分回路82aの出力端子91から被測定発振波形が出力される。この第1部分回路82aは、図6に示したリングオシレタ構成補助回路71と同じ構成である。そして、ゲートスイッチ12、14にはリングオシレタ構成命令入力端子16からリングオシレタ構成命令信号が入力される。
図8(A)及び図8(B)は、第i部分回路82iの代表的な構成例を示す。例えば被測定回路部分53aの場合には、図8(A)に示す第1部分回路82aが接続されている。
この第1部分回路82aの出力端子91から被測定発振波形が出力される。この第1部分回路82aは、図6に示したリングオシレタ構成補助回路71と同じ構成である。そして、ゲートスイッチ12、14にはリングオシレタ構成命令入力端子16からリングオシレタ構成命令信号が入力される。
また、例えば被測定回路部分53bの場合には、第2部分回路82bが接続されている。この第2部分回路82bは、図8(A)の第1部分回路82aにおいてインバータ13を設けてない構成になっている。図8(A)の被測定回路部分53a(の2端子間)は、例えば反転回路として機能する回路が0或いは複数個の場合であり、図8(B)の被測定回路部分53b(の2端子間)は、例えば反転回路として機能する回路が奇数個の場合である。
また、図9は、例えば被測定回路部分53aの構成例を示す。この被測定回路部分53aは、AND回路94と、NOR回路95と、インバータ96とから構成され、AND回路94からインバータ96に至る部分での遅延特性を測定する場合に、これらの両端が例えば図8(A)に示す第1部分回路82aに接続して測定される。
また、図9は、例えば被測定回路部分53aの構成例を示す。この被測定回路部分53aは、AND回路94と、NOR回路95と、インバータ96とから構成され、AND回路94からインバータ96に至る部分での遅延特性を測定する場合に、これらの両端が例えば図8(A)に示す第1部分回路82aに接続して測定される。
なお、AND回路94及びNOR回路95における被測定リングオシレタ回路の構成に使用されない端子には、測定を行う期間には、図9に示すように一定のレベル(図9ではH、L)の制御信号が印加され、被測定リングオシレタ回路の動作機能を保持するようにしている。
図7の共通部分回路85は、図2に示した測定回路3と同じ構成である。そして、その入力端子4には、図7のマルチプレクサ84を経て出力される被測定発振波形が入力される。
このような構成の本実施形態においては、第2の実施形態よりも簡単な構成となっている。つまり、第2の実施形態における第1〜第k測定回路54a〜54k中にそれぞれ共通に含まれる部分を、第1〜第k測定回路54a〜54kの外部に共通部分回路85として配置し、それぞれ共通に使用する構成としている。
従って、第2の実施形態よりも、LSI81における遅延時間等の測定に必要となる測定回路の面積サイズを小さくして、以下に説明するように同様の機能を実現できるようにしている。
図7の共通部分回路85は、図2に示した測定回路3と同じ構成である。そして、その入力端子4には、図7のマルチプレクサ84を経て出力される被測定発振波形が入力される。
このような構成の本実施形態においては、第2の実施形態よりも簡単な構成となっている。つまり、第2の実施形態における第1〜第k測定回路54a〜54k中にそれぞれ共通に含まれる部分を、第1〜第k測定回路54a〜54kの外部に共通部分回路85として配置し、それぞれ共通に使用する構成としている。
従って、第2の実施形態よりも、LSI81における遅延時間等の測定に必要となる測定回路の面積サイズを小さくして、以下に説明するように同様の機能を実現できるようにしている。
このような構成による本実施形態においては、遅延時間等の測定を行う場合には、被測定回路部分53a〜53kから測定を行おうとする1つの被測定回路部分53iを選択する。
このために、測定回路選択外部入力ピン59に回路選択信号を印加すると共に、リングオシレタ構成命令入力ピン63にリングオシレタ構成命令信号を印加する。
すると、回路選択信号及びリングオシレタ構成命令信号が印加されたデマルチプレクサ83は、配線86aを介してリングオシレタ構成命令信号を第i部分回路82i(のリングオシレタ構成命令入力端子16)に出力し、その内部のゲートスイッチをOFFからONにして被測定回路部分53iを包含する被測定リングオシレタ回路が構成されるようにする。
このために、測定回路選択外部入力ピン59に回路選択信号を印加すると共に、リングオシレタ構成命令入力ピン63にリングオシレタ構成命令信号を印加する。
すると、回路選択信号及びリングオシレタ構成命令信号が印加されたデマルチプレクサ83は、配線86aを介してリングオシレタ構成命令信号を第i部分回路82i(のリングオシレタ構成命令入力端子16)に出力し、その内部のゲートスイッチをOFFからONにして被測定回路部分53iを包含する被測定リングオシレタ回路が構成されるようにする。
また、この被測定リングオシレタ回路から出力される出力信号波形は、デマルチプレクサ83を経て回路選択信号が印加されるマルチプレクサ84を経て共通部分回路85に入力されるようになる。
この共通部分回路85は、実質的には図2の測定回路3と同じ構成であり、この測定回路3の場合の動作で説明したようにして、被測定リングオシレタ回路の構成と実質的に等しいとみなせる被測定回路部分53iに対する信頼性の高い遅延時間TD等の遅延時間情報を得ることができる。
このように本実施形態によれば、複数箇所の被測定回路部分53a〜53kの遅延時間等を測定する測定回路をLSI81に設ける際に必要となる回路レイアウトの面積サイズを小さくして、信頼性のある遅延時間情報を得ることができる。その他は、第2の実施形態とほぼ同様の効果を有する。
この共通部分回路85は、実質的には図2の測定回路3と同じ構成であり、この測定回路3の場合の動作で説明したようにして、被測定リングオシレタ回路の構成と実質的に等しいとみなせる被測定回路部分53iに対する信頼性の高い遅延時間TD等の遅延時間情報を得ることができる。
このように本実施形態によれば、複数箇所の被測定回路部分53a〜53kの遅延時間等を測定する測定回路をLSI81に設ける際に必要となる回路レイアウトの面積サイズを小さくして、信頼性のある遅延時間情報を得ることができる。その他は、第2の実施形態とほぼ同様の効果を有する。
なお、上述した各実施形態において、遅延時間のDUTY比DHLのみを必要とする場合には、周波数カウンタ23を必要としないで、H/L計測用カウンタ回路25を構成するHカウンタ32と、Lカウンタ33とのカウント数の比から算出することができる。 また、例えば図8(A)に示すように被測定回路部分53aに対して(リングオシレタ構成補助回路として機能する)第1部分回路82aを接続して被測定リングオシレタ回路を構成した場合には、厳密には被測定回路部分53aのみによる遅延時間の他に、第1部分回路82aで発生する遅延時間の影響が含まれる。
通常、被測定回路部分53aによる遅延時間に比較すると、第1部分回路82aによる遅延時間は、十分に小さいので、第1部分回路82aを含めた状態で計測を行うことにより、被測定回路部分53aに対して信頼性のある遅延時間情報を得ることができる。
これに対して、以下のようにして、より信頼性のある遅延時間情報を得るようにしても良い。
通常、被測定回路部分53aによる遅延時間に比較すると、第1部分回路82aによる遅延時間は、十分に小さいので、第1部分回路82aを含めた状態で計測を行うことにより、被測定回路部分53aに対して信頼性のある遅延時間情報を得ることができる。
これに対して、以下のようにして、より信頼性のある遅延時間情報を得るようにしても良い。
例えば図8(A)において、上述したようにして出力端子91から被測定発振波形で計測を行う他に、さらに図8(A)におけるゲートスイッチ12、14及びインバータ13のみでリングオシレタ回路を形成できる構成にし、このリングオシレタ回路に対してもその出力端子91から出力される発振波形に対して計測を行う。
そして、前者の計測結果における立ち上がりの遅延時間TDH等から後者の計測結果における対応する立ち上がりの遅延時間を減算して補正することにより、付加的に形成した回路で発生する遅延時間の影響を解消して、被測定対象となる被測定回路部分53a部分のみで発生する遅延時間情報を精度良く得られるようにしても良い。
上記リングオシレタ回路を形成する構成例としては、図8(A)の第1部分回路82aにさらにゲートスイッチを付加して、付加したゲートスイッチを含むゲートスイッチ12、14を選択的にON/OFF制御することにより実現できる。
そして、前者の計測結果における立ち上がりの遅延時間TDH等から後者の計測結果における対応する立ち上がりの遅延時間を減算して補正することにより、付加的に形成した回路で発生する遅延時間の影響を解消して、被測定対象となる被測定回路部分53a部分のみで発生する遅延時間情報を精度良く得られるようにしても良い。
上記リングオシレタ回路を形成する構成例としては、図8(A)の第1部分回路82aにさらにゲートスイッチを付加して、付加したゲートスイッチを含むゲートスイッチ12、14を選択的にON/OFF制御することにより実現できる。
また、他の構成例として、被測定回路部分53a部分に接続された第1部分回路82aの近くに、第1部分回路82aの構成要素と同じ構成要素でリングオシレタ回路を形成する(第1部分回路82aを用いてその構成を説明すると、被測定回路部分53aに接続される2端子を短絡したもので形成する)。
そして、このリングオシレタ回路を必要に応じて第1部分回路82aで発生する遅延時間の補正用に選択使用するようにしても良い。他の被測定回路部分53iに対しても、その遅延時間の補正用に選択使用することもできる。また、図8(B)に示したゲートスイッチ12、14による遅延時間の影響を補正できるようにしても良い。
このために、さらに、インバータ13のみでリングオシレタ回路を形成し、このリングオシレタ回路に対して計測を行った結果と、2つのゲートスイッチ12、14及びインバータ13で形成したリングオシレタ回路に対して計測を行った結果とから2つのゲートスイッチ12、14による遅延時間を算出することができる。
なお、上述した各実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。
そして、このリングオシレタ回路を必要に応じて第1部分回路82aで発生する遅延時間の補正用に選択使用するようにしても良い。他の被測定回路部分53iに対しても、その遅延時間の補正用に選択使用することもできる。また、図8(B)に示したゲートスイッチ12、14による遅延時間の影響を補正できるようにしても良い。
このために、さらに、インバータ13のみでリングオシレタ回路を形成し、このリングオシレタ回路に対して計測を行った結果と、2つのゲートスイッチ12、14及びインバータ13で形成したリングオシレタ回路に対して計測を行った結果とから2つのゲートスイッチ12、14による遅延時間を算出することができる。
なお、上述した各実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。
1…半導体集積回路
2…被測定リングオシレタ回路
3…測定回路
5、71…リングオシレタ構成補助回路
7…測定回路部
11、53a〜53k…被測定回路部分
23…周波数カウンタ
24…基準発振回路
32…Hカウンタ
33…Lカウンタ
2…被測定リングオシレタ回路
3…測定回路
5、71…リングオシレタ構成補助回路
7…測定回路部
11、53a〜53k…被測定回路部分
23…周波数カウンタ
24…基準発振回路
32…Hカウンタ
33…Lカウンタ
Claims (5)
- 被測定部分を含むように形成されるリングオシレタ回路の周波数よりも高い周波数で発振する発振回路と、
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路を搭載したことを特徴とする半導体集積回路。 - 半導体集積回路内部に前記半導体集積回路内部の被測定部分を含むように形成されるリングオシレタ回路と、
前記リングオシレタ回路の周波数よりも高い周波数で発振する発振回路と、
前記リングオシレタ回路の出力信号の周期を計測する第1のカウンタ回路と、
前記出力信号におけるHighレベル及びLowレベルにおける少なくとも一方のレベルの期間における前記発振回路の出力信号の回数を計数する第2のカウンタ回路と、
を備えた測定回路部を搭載したことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記リングオシレタ回路は、前記被測定部分を含む2端子間を開閉自在に接続するスイッチを有することを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
- 前記リングオシレタ回路は、前記被測定部分を含む2端子間に含まれる反転回路の数が0又は偶数の場合には、インバータを介挿したスイッチを用いて前記2端子間を開閉自在に接続することを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
- 複数の前記リングオシレタ回路に対応して、共通の前記測定回路が設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005285191A JP2007093476A (ja) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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ID=37979367
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2007093476A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013120836A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Toshiba Corp | 半導体集積回路 |
CN111596192A (zh) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种测量电路及其测量方法 |
-
2005
- 2005-09-29 JP JP2005285191A patent/JP2007093476A/ja active Pending
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JP2013120836A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Toshiba Corp | 半導体集積回路 |
US9128146B2 (en) | 2011-12-07 | 2015-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor integrated circuit |
CN111596192A (zh) * | 2019-02-21 | 2020-08-28 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种测量电路及其测量方法 |
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