JP2007178387A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】A/D変換回路とD/A変換回路とを混載した半導体集積回路装置において、アナログ信号変換テストを効率よく行うことができ、また、製品開発の効率性を向上させることができ、更には、回路規模を増大させることなくD/A変換回路のみの特性を容易に評価・判定する。
【解決手段】アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、D/A変換回路の出力端子とA/D変換回路の入力端子とを接続可能とする接続手段と、接続手段によってD/A変換回路の出力端子とA/D変換回路の入力端子とを導通させたときにA/D変換回路から出力されるデジタル信号に基づくデジタルデータを比較する比較手段とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、D/A変換回路の出力端子とA/D変換回路の入力端子とを接続可能とする接続手段と、接続手段によってD/A変換回路の出力端子とA/D変換回路の入力端子とを導通させたときにA/D変換回路から出力されるデジタル信号に基づくデジタルデータを比較する比較手段とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、A/D変換回路とD/A変換回路とを混載した半導体集積回路装置に関する。
近年の半導体集積回路技術の向上に伴い、アナログ回路とデジタル回路とを混在させた半導体集積回路装置が、映像関連を始めとする様々な分野・製品で使用されるようになってきた。これにともない、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路(以下、A/D変換回路と示す)やデジタルアナログ変換回路(以下、D/A変換回路と示す)のテストを効率よく行う必要が生じてきた。そこで、従来のテスタを用いたテストに替わり、半導体集積回路装置にテスト用の回路を予め組み込み、この回路を用いてA/D変換回路とD/A変換回路とのテスト(以下、アナログ信号変換テストを示す)を自動的に実施する自己診断技術が採用されるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された提案によれば、A/D変換回路やD/A変換回路のほかにDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)が設けられた半導体集積回路装置において、A/D変換回路とD/A変換回路との間に接続手段を設け、メモリから基準アナログ信号に相当する一連のデジタルデータを読み出してD/A変換回路に与え、D/A変換回路の出力であるデジタル信号をA/D変換回路でアナログ信号へ変換し、その出力をDSPで高速フーリエ変換してD/A変換回路及びA/D変換回路の良否を判定することで、テストの効率化を図るものである。
しかしながら、特許文献1に記載された半導体集積回路装置では、アナログ信号変換テストの結果を予め登録された期待値と比較して、A/D変換回路及びD/A変換回路の良否判定行うものであり、過去のテスト結果など任意のデータとの比較をしたり、テストの履歴を蓄積して分析・評価したりすることができないという問題があった。また、A/D変換回路とD/A変換回路とを通しての特性を判定するため、例えば製造バラツキなどにより、D/A変換回路での特性のずれとA/D変換回路での特性のずれが互いに逆方向かつほぼ同じ大きさであった場合には、誤差が打ち消しあって結果をみる限りでは期待値と同等の値が得られてしまい、それぞれの回路の特性が評価・判定できないというという問題があった。
特開平5−297061号公報
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、A/D変換回路とD/A変換回路とを混載した半導体集積回路装置において、アナログ信号変換テストを効率よく行うことができ、また、製品開発の効率性を向上させることができ、更には、回路規模を増大させることなくD/A変換回路のみの特性を容易に評価・判定することができる、半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る半導体集積回路装置は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、前記D/A変換回路の出力端子と前記A/D変換回路の入力端子とを接続可能とする接続手段と、前記接続手段によって前記D/A変換回路の前記出力端子と前記A/D変換回路の前記入力端子とを導通させたときに前記A/D変換回路から出力される前記デジタル信号に基づくデジタルデータを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする。
A/D変換回路とD/A変換回路とを混載した半導体集積回路装置において、アナログ信号変換テストを効率よく行うことができ、また、製品開発の効率性を向上させることができ、更には、回路規模を増大させることなくD/A変換回路のみの特性を容易に評価・判定することができる半導体集積回路装置を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
始めに、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体集積回路装置1の構造について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体集積回路装置1の構造を説明する概略ブロック図である。図1に示すように、半導体集積回路装置1は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路としてのA/Dコンバータ2と、アナログ信号変換テストを自動的に実施するための組み込み自己テスト回路(以下、BIST(Built In Self Test)回路と示す)3と、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路としてのD/Aコンバータ4とを備え、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成されている。
(第1の実施の形態)
始めに、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体集積回路装置1の構造について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体集積回路装置1の構造を説明する概略ブロック図である。図1に示すように、半導体集積回路装置1は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路としてのA/Dコンバータ2と、アナログ信号変換テストを自動的に実施するための組み込み自己テスト回路(以下、BIST(Built In Self Test)回路と示す)3と、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路としてのD/Aコンバータ4とを備え、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成されている。
また、半導体集積回路装置1には、複数の外部アナログ入力端子6a〜6dから入力されるアナログ信号のいずれかを選択して出力する切り替え回路5と、切り替え回路5から出力されるアナログ信号とD/Aコンバータ4から出力されるアナログ信号とのいずれかを選択してA/Dコンバータ2へ出力する、接続手段としての内部アナログスイッチ7も形成されている。なお、D/Aコンバータ4から出力されるアナログ信号は、アナログ信号出力端子8を介して外部へ取り出すことが可能となっている。
BIST回路3は、BIST回路3全体の制御や外部から入力される信号のインタフェースとなるメインコントロール回路11と、A/Dコンバータ2と切り替え回路5との動作を制御するADC制御回路12と、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号をADC制御回路12を介して受信し、指定時間内で積分する等、テストに先立って設定されている変換方法に従ってデジタル信号を変換する変換回路13と、D/Aコンバータ4の動作を制御するDAC制御回路14と、内部アナログスイッチ7の動作を制御する内部アナログスイッチ制御回路15とを備えている。
また、BIST回路3は、変換回路13から出力された変換済みデジタル信号を保存する内部メモリ16と、内部メモリ16もしくは外部BIST信号入力端子17から入力されるデジタル信号と、変換回路13から出力された変換済みデジタル信号とを比較する、比較手段としてのデータ比較回路18とも備えている。データ比較回路18での比較結果は、メインコントロール回路11を介してBIST結果出力端子19から外部へ出力することができる。なお、データ比較回路18の内部にもメモリ20が設けられており、比較結果などを一時的に格納できるようになっている。また、変換回路13と内部メモリ16とデータ比較回路18とは直接的に接続されておらず、メインコントロール回路11を介して互いに信号を送受信する構成となっている。
次に、上述した半導体集積回路装置1におけるアナログ信号変換テストの動作について説明する。まず、A/Dコンバータ2とD/Aコンバータ4とを通しての特性を判定する基本的な動作について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の半導体集積回路装置1におけるアナログ信号変換テストの基本的な動作の一例を説明するタイミングチャートである。ここでは、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せず、そのままの値を逐次判定する場合について説明する。
まず、アナログ信号変換テストの実施を指示する制御信号(BIST信号)をオフからオンに切り替え、外部BIST信号入力端子17からBIST回路3のメインコントロール回路11へ入力する。また、図2には図示しないが、具体的なテスト内容を指示する各種制御信号(信号の変換時間、変換回路13における変換方法など)も、BIST信号と同様に外部BIST信号入力端子17からBIST回路3のメインコントロール回路11へ入力する。なお、内部アナログスイッチ7は、内部アナログスイッチ制御回路15によって、常にオンの状態(D/Aコンバータ4とA/Dコンバータ2とが導通され、D/Aコンバータ4から出力されるアナログ信号がA/Dコンバータ2へ入力される状態)になされている。
メインコントロール回路11からDAC制御回路14に対し、一定周期のパルス波であるクロックが出力されており、DAC制御回路14では該クロックの周期に従ってD/Aコンバータ4に対してテスト用のデジタル信号を出力する(図2におけるDAC制御信号に対応)。本実施の形態においては、DAC制御回路14からD/Aコンバータ4に対し、図2に示すように、0(000)→1(001)→2(010)→3(011)→4(100)→5(101)→…の順にテスト用のデジタル信号を出力する。なお、テスト用のデジタル信号は、図2に示す例に限られるものではなく、テストの目的やD/Aコンバータ4の種類・特性、A/Dコンバータ2の種類・特性などに応じた適切な信号を使用することができる。
D/Aコンバータ4に入力されたテスト用のデジタル信号は、アナログ信号に変換されて出力される。例えば、デジタル信号の値が1増加する毎にアナログ信号の値が0.01V増加するような線形の変換特性を有するD/Aコンバータ4が搭載されている場合、図2のDAC出力に示すように、0(000)は0.00Vに、1(001)は0.01Vに、2(010)は0.02Vに、3(011)は0.03Vに、4(100)は0.04Vに、5(101)は0.05Vにそれぞれアナログ変換されて出力される。
D/Aコンバータ4から出力されたアナログ信号は、内部アナログスイッチ7を介してA/Dコンバータ2に入力される。A/Dコンバータ2では、入力されたアナログ信号が再びデジタル信号に変換されて出力される(図2におけるADC出力に対応)。なお、D/Aコンバータ4からの出力であるDAC出力と、A/Dコンバータ2からの出力であるADC出力との間の時間差t1は、A/Dコンバータ2における変換に要する遅延時間に相当している。A/Dコンバータ2から出力されたデジタル信号は、ADC制御回路12、変換回路13、メインコントロール回路11を介してデータ比較回路18へ出力される。
最後に、データ比較回路18において、クロックのタイミングに合わせて、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号の値が期待値(この場合、D/Aコンバータ4に入力されるテスト用デジタル信号の値)と比較され、比較結果が所定の範囲内に収まっているか否かが判定される。このときの期待値は、内部メモリ16に予め格納されている値をメインコントロール回路11を介して読み出してもよいし、外部BIST信号入力端子17からメインコントロール回路11を介して入力してもよい。なお、データ比較回路18での判定結果は、メインコントロール回路11を介してBIST結果出力端子19から外部へ取り出すことができる。
このように、本実施の形態の半導体集積回路装置1は、BIST回路3を内部に組み込むことで、テスタを用いることなく、また、他のロジック回路などのテストと平行してアナログ信号変換テストを行うことができるため、テストの効率性が向上する。
次に、アナログ信号変換テストの結果を、過去のテスト結果など任意のデータと比較する動作について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の半導体集積回路装置1におけるアナログ信号変換テストの結果を任意のデータと比較する動作の一例を説明するタイミングチャートである。ここでは、図2と同様に、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せずに逐次比較する場合について説明する。
BIST信号をオンに切り替えることによるアナログ信号変換テスト実施の指示から、DAC制御回路14によるテスト用デジタル信号の出力、D/Aコンバータ4によるテスト用デジタル信号のアナログ変換、A/Dコンバータ2によるアナログ信号のデジタル変換までの一連の動作は、図2を用いて説明した、アナログ信号変換テストの基本的な動作と同様であるので、説明を省略する。
A/Dコンバータ2で変換されたデジタル信号は、ADC制御回路12、変換回路13、メインコントロール回路11を介してデータ比較回路18へ出力される。また、データ比較回路18には、内部メモリ16もしくは外部BIST信号入力端子17から、比較用のデジタル信号も入力される。最後に、データ比較回路18において、クロックのタイミングに合わせて、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号の値と、内部メモリ16もしくは外部BIST信号入力端子17から入力された比較用のデジタル信号とが比較される。なお、データ比較回路18での比較結果は、メインコントロール回路11を介してBIST結果出力端子19から外部へ取り出すことができる。
本実施の形態の半導体集積回路装置1によれば、例えば、ウエハーの状態で行うファンクションテストの結果を内部メモリ16に保存しておき、パッケージング完了後のファイナルテストにおいて、アナログ信号変換テストの結果をファンクションテストの結果と比較することができる。また、例えば、ファンクションテストの結果で不良と判定されたチップをリペアした後、再度行われるファンクションテストの結果を先のファンクションテストの結果と比較することもできる。更には、例えば、ファンクションテストやファイナルテストのテスト結果を内部メモリ16に履歴として保存しておき、一括してBIST結果出力端子19から外部へ取り出すことができる。
このように、本実施の形態の半導体集積回路装置1は、データ比較回路18において、アナログ信号変換テストの結果と内部メモリ16や外部BIST信号入力端子17から取り込んだ任意のデータとを比較できるようにしたので、結果を製品開発に迅速にフィードバックすることができ、製品開発の効率性を向上させることができる。
なお、本実施の形態においては、変換回路13とデータ比較回路18、内部メモリ16とデータ比較回路18との間のデータの送受信を、メインコントロール回路11を介して行うように構成したが、データバスなどを用いて直接接続するように構成してもよい。また、データ判定や比較のタイミングはクロック1周期毎でなく、所定のタイミングで判定・比較するようにしてもよい。また、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せずに逐次比較するのではなく、目的に応じ、積分など変換回路13を用いて変換・演算した結果を比較してもよい。
更に、本実施の形態においては、D/Aコンバータ4から出力されるアナログ信号を、内部に組み込まれた回路を通じて内部アナログスイッチ7に入力したが、アナログ信号出力端子8から外部の回路を介して外部アナログ入力端子6dに入力させ、切り替え回路5を経由して内部アナログスイッチ7に入力させるように構成してもよい。この場合、内部アナログスイッチ7がオンになされた場合、外部アナログ入力端子6dから出力されるアナログ信号がA/Dコンバータ2に入力されるように設定する必要がある。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係わる半導体集積回路装置について説明する。本実施の形態に係わる半導体集積回路装置の構成は、図1を用いて説明した第1の実施の形態の半導体集積装置1の構成を同様であるので、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、D/Aコンバータ4の特性評価の動作についてのみ図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態に係わる半導体集積回路装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。ここでは、外部アナログ入力端子6bから入力されるアナログ信号を用いてD/Aコンバータ4の特性評価を行う動作について説明する。また、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せず、そのままの値を用いて変換レベルを評価する場合について説明する。
本発明の第2の実施の形態に係わる半導体集積回路装置について説明する。本実施の形態に係わる半導体集積回路装置の構成は、図1を用いて説明した第1の実施の形態の半導体集積装置1の構成を同様であるので、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、D/Aコンバータ4の特性評価の動作についてのみ図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態に係わる半導体集積回路装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。ここでは、外部アナログ入力端子6bから入力されるアナログ信号を用いてD/Aコンバータ4の特性評価を行う動作について説明する。また、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せず、そのままの値を用いて変換レベルを評価する場合について説明する。
まず、BIST信号をオフからオンに切り替えて、アナログ信号変換テストを開始する。このとき、切り替え回路5はデフォルトの状態、すなわち、外部アナログ入力端子6aから入力されるアナログ信号が選択されて内部アナログスイッチ7へ出力される状態に、ADC制御回路12によって制御されている。また、内部アナログスイッチ7は、内部アナログスイッチ制御回路15によって、オンの状態(D/Aコンバータ4とA/Dコンバータ2とが導通され、D/Aコンバータ4から出力されるアナログ信号が選択されてA/Dコンバータ2へ入力される状態)になされている。
DAC制御回路14によるテスト用デジタル信号の出力、D/Aコンバータ4によるテスト用デジタル信号のアナログ変換、A/Dコンバータ2によるアナログ信号のデジタル変換までの一連の動作は、図2を用いて説明した、アナログ信号変換テストの基本的な動作と同様であるので、説明を省略する。A/Dコンバータ2から出力されたデジタル信号は、ADC制御回路12、変換回路13、メインコントロール回路11を介してデータ比較回路18へ出力され、メモリ20に一時的に格納される。
評価に必要なデータがメモリ20に格納されると、内部アナログスイッチ制御回路15によって、内部アナログスイッチ7がオフの状態に切り替えられ、切り替え回路5から出力されるアナログ信号がA/Dコンバータ2へ入力されるようになされる。また、これと同時に、ADC制御回路12によって、外部アナログ入力端子6bから入力されるアナログ信号が選択されて内部アナログスイッチ7へ出力されるように、切り替え回路5が制御される。
外部アナログ入力端子6bからは、先にD/Aコンバータ4によって変換され、A/Dコンバータ2に入力されたアナログ信号として期待される値が、比較用アナログ信号として入力される。例えば図4の場合、テスト開始からクロック3周期分の間に、D/Aコンバータ4からA/Dコンバータ2に対して0.00V、0.01V、0.02Vのアナログ信号が順に出力されることが期待される。よって、0.00V、0.01V、0.02Vのアナログ信号が、クロック1周期ごとに順次、外部アナログ入力端子6bから切り替え回路5、内部アナログスイッチ7を介してA/Dコンバータ2へ入力される。
A/Dコンバータ2では、入力されたアナログ信号がデジタル変換され、変換回路13、メインコントロール回路11を介してデータ比較回路18へ出力される。データ比較回路18では、クロックのタイミングに合わせて、A/Dコンバータ2から出力される比較用アナログ信号をデジタル変換した信号の値と、メモリ20に一時的に格納されているデジタル信号とが比較される。
例えば図4の場合、テスト開始からクロック3周期分は、D/Aコンバータ4から出力されたアナログ信号がA/Dコンバータ2へ入力され、これを変換したデジタル信号がメモリ20に格納される。また、テスト開始からクロック4周期目からは、外部アナログ入力端子6bからA/Dコンバータ2へ、比較用アナログ信号が入力される。従って、テスト開始からクロック4周期目のタイミングで、外部アナログ入力端子6bから入力された比較用アナログ信号をA/Dコンバータ2デジタル変換した信号の値と、メモリ20に格納されている、クロック1周期目にD/Aコンバータ4から出力されたアナログ信号をA/Dコンバータ2でデジタル変換した信号の値とが比較される。クロック5周期目以降も同様に、D/Aコンバータ4の出力をデジタル変換した値と、外部アナログ入力端子6bから入力される比較用アナログ信号をデジタル変換した値とが、データ比較回路18で比較される。この比較結果を用い、D/Aコンバータ4の変換レベルを評価することができる。
クロック7周期目以降は、DAC制御回路14によるテスト用デジタル信号と、これと外部アナログ入力端子6bから入力する比較用アナログ信号のレベルを変更し、評価に必要な全ての値について、クロック1周期目〜6周期目の動作を繰り返す。なお、データ比較回路18での比較結果は、メインコントロール回路11を介してBIST結果出力端子19から外部へ取り出すことができる。
このように、本実施の形態の半導体集積回路装置は、D/Aコンバータ4の出力をA/Dコンバータ2にてデジタル変換した結果と、外部アナログ信号入力端子6bから入力された比較用アナログ信号をA/Dコンバータ2にてデジタル変換した結果とを、データ比較回路18において比較できるようにしたので、回路規模を増大させることなくD/Aコンバータ4の特性を容易に評価・判定することができる。
なお、上述した半導体集積回路装置の動作の応用例として、外部アナログ入力端子6a〜6dの入力レベルを評価することもできる。すなわち、比較用のアナログ信号を、外部アナログ入力端子6bだけでなく、他の外部アナログ入力端子6a,6c,6dからも順次入力し、それぞれの入力端子6a〜6dから入力されたアナログ信号をA/Dコンバータ2で変換したデジタル信号を、データ比較回路18において比較することで、入力レベルのバラツキなどを評価することができる。
なお、本実施の形態においては、変換回路13とデータ比較回路18、内部メモリ16とデータ比較回路18との間のデータの送受信を、メインコントロール回路11を介して行うように構成したが、データバスなどを用いて直接接続するように構成してもよい。また、データ比較のタイミングはクロック3周期毎でなく、所定のタイミングで比較するようにしてもよい。更に、A/Dコンバータ2から出力されるデジタル信号を変換・演算せずに逐次比較するのではなく、目的に応じ、積分など変換回路13を用いて変換・演算した結果を比較してもよい。また、比較用アナログ信号は外部アナログ入力端子6bでなく他の外部アナログ入力端子6a,6c,6dから入力してもよい。
1…半導体集積回路装置、2…A/Dコンバータ、3…BIST回路、4…D/Aコンバータ、5…切り替え回路、6…外部アナログ入力端子、7…内部アナログスイッチ、8…アナログ信号出力端子、11…メインコントロール回路、12…ADC制御回路、13…変換回路、14…DAC制御回路、15…内部アナログスイッチ制御回路、16…内部メモリ、17…外部BIST信号入力端子、18…データ比較回路、19…BIST結果出力端子、20…メモリ、
Claims (4)
- アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、
デジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、
前記D/A変換回路の出力端子と前記A/D変換回路の入力端子とを接続可能とする接続手段と、
前記接続手段によって前記D/A変換回路の前記出力端子と前記A/D変換回路の前記入力端子とを導通させたときに前記A/D変換回路から出力される前記デジタル信号に基づくデジタルデータを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記比較手段が、外部端子から前記比較手段に入力される前記デジタルデータと、前記D/A変換回路の前記出力端子と前記A/D変換回路の前記入力端子とを導通させたときに前記A/D変換回路から出力される前記デジタル信号に基づく前記デジタルデータとを比較することを特徴とする、請求項1に記載の半導体集積回路装置。
- デジタルデータを格納するメモリを更に備え、前記比較手段が、前記メモリに格納された前記デジタルデータと、前記D/A変換回路の前記出力端子と前記A/D変換回路の前記入力端子とを導通させたときに前記A/D変換回路から出力される前記デジタル信号に基づく前記デジタルデータとを比較することを特徴とする、請求項1に記載の半導体集積回路装置。
- 前記比較手段が、外部から前記A/D変換回路の前記入力端子に入力されたアナログ信号を変換した前記デジタル信号に基づく前記デジタルデータと、前記D/A変換回路の前記出力端子から前記A/D変換回路の前記入力端子に入力されたアナログ信号を変換した前記デジタル信号に基づく前記デジタルデータとを比較することを特徴とする、請求項1に記載の半導体集積回路装置。
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