JP2008042367A - Semiconductor device - Google Patents

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Yoshinori Kurimoto
昌憲 栗本
Michio Komota
道夫 古茂田
Atsushi Yoshikawa
篤志 吉川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of recognizing a circuit malfunction (a setup contravention) during an actual operation without lowering the throughput of the whole system. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a first register R1, a delay means B2, a second register R2, and a comparator 1. The first resistor R1 takes in a data from a logic circuit (L1) at the fixed timing of a clock signal. The delay means B2 delays the clock signal. The second register R2 is logically equivalent to the first register R1, and takes in the data from the logic circuit (L1) at the fixed timing of the clock signal through the delay means B2. The comparator 1 compares an output Q1 from the first register R1 and the output Q2 from the second register R2, and outputs a first error signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に係る発明であって、特に、誤動作が検知可能な半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device capable of detecting a malfunction.

半導体装置において、種々のバラつき等の理由により、ある記憶素子を終端とするパス遅延にもバラつきが生じる。当該パス遅延についてシミュレーションでは問題なく動作するが、実機ではパス遅延におけるバラつきによりタイミング制約(セットアップ違反)を満足できず動作しなくなる場合があった。   In a semiconductor device, due to various variations and the like, variations also occur in path delays that terminate at a certain storage element. The path delay operates without any problem in the simulation, but the actual machine sometimes fails to satisfy the timing constraint (setup violation) due to variations in the path delay.

そのため、半導体装置においては、タイミング制約を動的に検知する機構を有する場合があった。当該機構について、例えば、非特許文献1に示すRazorという回路(以下、Razor回路という)が知られている。非特許文献1に示すRazor回路は、クロック信号clkの立上がりエッジに同期してデータを取り込むフリップ−フロップ回路と、クロック信号clkのHigh期間にデータを取り込むラッチ回路とを組み合わせた回路である。そして、Razor回路は、フリップ−フロップ回路の出力とラッチ回路の出力との比較を行う比較器と、比較器の結果に基づいて通常論理かラッチ回路の出力かを切り替えるセレクタ回路とを備えている。   Therefore, the semiconductor device sometimes has a mechanism for dynamically detecting timing constraints. Regarding this mechanism, for example, a circuit called Razor (hereinafter referred to as Razor circuit) shown in Non-Patent Document 1 is known. The Razor circuit shown in Non-Patent Document 1 is a circuit that combines a flip-flop circuit that captures data in synchronization with the rising edge of the clock signal clk and a latch circuit that captures data during the High period of the clock signal clk. The Razor circuit includes a comparator that compares the output of the flip-flop circuit and the output of the latch circuit, and a selector circuit that switches between the normal logic and the output of the latch circuit based on the result of the comparator. .

非特許文献1に示すRazor回路は、フリップ−フロップ回路がデータを取り込むタイミングに同期してラッチ回路が開き、クロック信号clkがHigh期間のデータを取り込む。つまり、非特許文献1に示すRazor回路は、フリップ−フロップ回路とラッチ回路の時間差を利用して、クロック信号clkの立上がりからクロック信号clkのHigh期間までに到達するデータを誤動作(セットアップ違反)として検知することができる。   In the Razor circuit shown in Non-Patent Document 1, the latch circuit opens in synchronization with the timing at which the flip-flop circuit captures data, and the clock signal clk captures data in the High period. That is, the Razor circuit shown in Non-Patent Document 1 uses the time difference between the flip-flop circuit and the latch circuit as a malfunction (setup violation) for data that arrives from the rising edge of the clock signal clk to the High period of the clock signal clk. Can be detected.

次に、特許文献1では、主同期回路と同じ構成の副同期回路を2つ設け、当該副同期回路が主同期回路の倍周期で動作する回路構成を有している。そのため、特許文献1に示す回路では、主同期回路で生じたセットアップ違反を、副同期回路で当該誤動作を回復させることができる。   Next, Patent Document 1 has a circuit configuration in which two sub-synchronization circuits having the same configuration as the main synchronization circuit are provided, and the sub-synchronization circuit operates at a double cycle of the main synchronization circuit. Therefore, in the circuit shown in Patent Document 1, the malfunction caused by the setup in the main synchronization circuit can be recovered by the sub synchronization circuit.

次に、特許文献2では、同一クロック信号clkにより動作している送り側フリップ−フロップ回路と受け側フリップ−フロップ回路との間に、組合せ論理回路をクリティカルパスとして介在させている。そして、特許文献2では、当該クリティカルパスでの遅延状態を計測してLSI外部に表示するようにしている。   Next, in Patent Document 2, a combinational logic circuit is interposed as a critical path between a sending-side flip-flop circuit and a receiving-side flip-flop circuit operating with the same clock signal clk. In Patent Document 2, the delay state in the critical path is measured and displayed outside the LSI.

Dan Ernest他,「Razor: Low-Power Pipeline Based on Circuit-Level Timing Speculation」,IEEE MICRO,2004,P.10-20Dan Ernest et al., `` Razor: Low-Power Pipeline Based on Circuit-Level Timing Speculation '', IEEE MICRO, 2004, P.10-20 米国特許第6985547号明細書US Pat. No. 6,985,547 特開2005−214732号公報JP 2005-214732 A

しかし、非特許文献1に示す回路では、セットアップ違反によりエラー信号がアサートされた状態を次の周期まで維持するため、次の周期においてセットアップ違反が生じていないにもかかわらず、エラー信号がアサートされてしまう問題があった。そのため、非特許文献1に示す回路では、当該問題を回避するために、エラー信号がアサートされた周期の次の周期にエラー信号をネゲートする周期を追加してから、データ(通常論理)を取り込まなければならなかった。例え、非特許文献1に示す回路において上記の問題を回避するために周期を追加しても、システム全体のスループットを低下させてしまう問題が残る。   However, in the circuit shown in Non-Patent Document 1, since the error signal is asserted due to the setup violation until the next cycle, the error signal is asserted even if the setup violation does not occur in the next cycle. There was a problem. Therefore, in the circuit shown in Non-Patent Document 1, in order to avoid the problem, data (normal logic) is fetched after adding a cycle for negating the error signal to the cycle next to the cycle in which the error signal is asserted. I had to. For example, even if a period is added to avoid the above problem in the circuit shown in Non-Patent Document 1, there remains a problem that the throughput of the entire system is reduced.

また、非特許文献1に示す回路では、1つのレジスタ出力からレジスタ入力までのあるパスがラッチ回路のイネーブル期間(クロック信号clkのHigh期間)よりも短い場合、当該イベントがクリティカルパスを経由したイベントなのか、次の周期の結果に反映されるパスなのか区別できず、誤判定となる場合があった。   In the circuit shown in Non-Patent Document 1, when a certain path from one register output to a register input is shorter than the enable period of the latch circuit (High period of the clock signal clk), the event is an event that passes through the critical path. In some cases, it is not possible to distinguish whether the path is reflected in the result of the next cycle, resulting in an erroneous determination.

さらに、特許文献1に示す回路では、直前(1周期前)の状態を保持してしまうため、セットアップ違反による誤動作を正しく検出できない場合があった。また、特許文献1に示す回路では、構成上回路規模が大きくなる問題があった。なお、非特許文献1及び特許文献1では、セットアップ違反によりエラーが発生してしまってからの対応であるため、エラーを発生させてはいけない製品に対しては適用できないという問題もあった。   Furthermore, since the circuit shown in Patent Document 1 retains the state immediately before (one cycle before), it sometimes fails to correctly detect a malfunction due to a setup violation. Further, the circuit shown in Patent Document 1 has a problem that the circuit scale becomes large due to the configuration. In Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, there is also a problem that it cannot be applied to a product that should not generate an error because it is a response after an error has occurred due to a setup violation.

また、特許文献2では、セットアップ違反が起こると通常論理を検知することができず、セットアップ違反の状態を回復できない問題があった。   In Patent Document 2, when a setup violation occurs, the normal logic cannot be detected, and the setup violation state cannot be recovered.

そこで、本発明は、システム全体のスループットを低下させることなく、実動作中の回路誤動作(セットアップ違反)を認識することができる半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、リカバリー機能と組み合わせることで、製品の信頼性を高めることができる半導体装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can recognize a circuit malfunction (setup violation) during actual operation without reducing the throughput of the entire system. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that can increase the reliability of a product by combining with a recovery function.

本発明に係る解決手段は、論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、クロック信号を遅延させる遅延手段と、遅延手段を経たクロック信号の所定のタイミングで論理回路からのデータを取り込む、第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、第1レジスタの出力と第2レジスタの出力との比較を行い、第1エラー信号を出力する第1比較器とを備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided a first register that takes in data from a logic circuit at a predetermined timing of a clock signal, a delay unit that delays the clock signal, and a logic circuit at a predetermined timing of the clock signal that has passed through the delay unit. A second register that is logically equivalent to the first register, and a first comparator that compares the output of the first register with the output of the second register and outputs a first error signal.

本発明に記載の半導体装置では、第1レジスタと、遅延手段を経たクロック信号の所定のタイミングで論理回路からのデータを取り込む第2レジスタと、第1レジスタの出力と第2レジスタの出力との比較する第1比較器とを備えるので、実動作中の回路誤動作(セットアップ違反)を認識することが可能となり、リカバリー機能と組み合わせることで、製品の信頼性を高めることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the first register, the second register that captures data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal that has passed through the delay unit, the output of the first register, and the output of the second register Since the first comparator for comparison is provided, it becomes possible to recognize a circuit malfunction (setup violation) during actual operation, and the reliability of the product can be improved by combining with the recovery function.

まず、本発明の半導体装置を説明する前に、非特許文献1に開示されているRazor回路の構成と駆動について説明する。図1に、Razor回路の回路図を示し、図2に、Razor回路のタイミングチャートを示す。   First, before describing the semiconductor device of the present invention, the configuration and driving of a Razor circuit disclosed in Non-Patent Document 1 will be described. FIG. 1 shows a circuit diagram of the Razor circuit, and FIG. 2 shows a timing chart of the Razor circuit.

図1では、クロック信号clkの立上がりエッジに同期してデータを取り込むフリップ−フロップ回路101と、クロック信号clkのHigh期間にデータを取り込むラッチ回路102と、フリップ−フロップ回路101の出力Q1とラッチ回路102の出力Q2との比較を行う比較器103と、比較器103の結果によってロジックステージL1の出力D1(データ)とラッチ回路102の出力Q2とを切り替えるセレクタ回路104とから構成されている。そして、図1に示す回路は、フリップ−フロップ回路101がセレクタ回路104の出力S1からデータを取り込むタイミングに同期してラッチ回路102が開き、クロック信号clkがHigh期間にデータを取り込む。図1に示す回路では、フリップ−フロップ回路101とラッチ回路102との時間差を利用して、クロック信号clkの立上がりからクロック信号clkのHigh期間までに到達するデータを誤動作(セットアップ違反)として検知している。   In FIG. 1, a flip-flop circuit 101 that captures data in synchronization with the rising edge of the clock signal clk, a latch circuit 102 that captures data during the high period of the clock signal clk, an output Q1 of the flip-flop circuit 101, and a latch circuit The comparator 103 is configured to compare with the output Q2 of 102, and the selector circuit 104 switches between the output D1 (data) of the logic stage L1 and the output Q2 of the latch circuit 102 according to the result of the comparator 103. In the circuit shown in FIG. 1, the latch circuit 102 opens in synchronization with the timing when the flip-flop circuit 101 takes in data from the output S1 of the selector circuit 104, and the clock signal clk takes in data during the High period. In the circuit shown in FIG. 1, using the time difference between the flip-flop circuit 101 and the latch circuit 102, data arriving from the rising edge of the clock signal clk to the High period of the clock signal clk is detected as a malfunction (setup violation). ing.

しかし、Razor回路で行う誤動作検知には、以下のような問題がある。まず、図2に示す3周期分のタイミングチャートにおいて、2周期目のみタイミングが間に合わずセットアップ違反が発生し、他の周期(1及び3周期目)は正常にデータが到達する。まず、2周期目に着目すると、フリップ−フロップ回路101は、クロック信号clkの立上がりタイミング時に、”1”から”0”に変化するデータの到着が間に合わず、”1”を捕獲してしまう。一方、ラッチ回路102は、クロック信号clkがHigh期間のデータを捕獲するため”0”を捕獲することになる。そのため、Razor回路は、意図通りエラー信号をアサートすることになる。   However, the malfunction detection performed by the Razor circuit has the following problems. First, in the timing chart for three periods shown in FIG. 2, only the second period is not in time and a setup violation occurs, and the data arrives normally in the other periods (first and third periods). First, focusing on the second period, the flip-flop circuit 101 captures “1” because the arrival of data changing from “1” to “0” is not in time at the rising timing of the clock signal clk. On the other hand, the latch circuit 102 captures “0” because the clock signal clk captures data in the High period. For this reason, the Razor circuit asserts an error signal as intended.

しかし、3周期目に着目すると、クロック信号clkの立上がりタイミング時に、”0”から”1”に変化するデータが到着しているので、本来セットアップ違反は発生しない。しかし、2周期目でアサートされたエラー信号は、3周期目においてもネゲートされていない。これは3周期目のクロック信号clkの立上がりタイミング時に、ロジックステージL1の出力D1からのデータを取り込む必要があるにもかかわらず、2周期目のエラー信号がネゲートされていないために、ラッチ回路102の出力Q2を取り込んでいるためである。   However, paying attention to the third period, since the data that changes from “0” to “1” has arrived at the rising timing of the clock signal clk, a setup violation does not occur. However, the error signal asserted in the second period is not negated even in the third period. This is because the error signal in the second cycle is not negated at the rising timing of the clock signal clk in the third cycle, but the error signal in the second cycle is not negated. This is because the output Q2 is taken in.

その結果、エラー信号がネゲートされてロジックステージL1の出力D1からのパスがアクティブになる時(図2の上向き矢印)、フリップ−フロップ回路101はラッチ回路102にラッチされている”0”を取り込んでしまっており、アクティブになるラッチ回路102のみが”0”から”1”へ変化するデータを取り込むことになる(図2の下向き矢印)。したがって、比較器103では、フリップ−フロップ回路101の出力Q1とラッチ回路102の出力Q2とが一致せず、セットアップ違反が発生していないにもかかわらずエラー信号がアサートされてしまう。   As a result, when the error signal is negated and the path from the output D1 of the logic stage L1 becomes active (upward arrow in FIG. 2), the flip-flop circuit 101 captures “0” latched in the latch circuit 102. Therefore, only the latch circuit 102 that becomes active captures data that changes from “0” to “1” (downward arrow in FIG. 2). Therefore, in the comparator 103, the output Q1 of the flip-flop circuit 101 and the output Q2 of the latch circuit 102 do not match, and an error signal is asserted even though no setup violation has occurred.

従来は、上記の問題を回避するために、エラーが発生した場合1周期ストールしてエラー信号をネゲートしてから出力Q1を取り込んでいた。そのため、システム全体のスループットが低下していた。   Conventionally, in order to avoid the above problem, when an error occurs, the output Q1 is fetched after stalling for one cycle and negating the error signal. Therefore, the throughput of the entire system has been reduced.

また、図1に示すRazor回路では、入力データの変化タイミングをモニタしている。しかし、ロジックステージL1の出力D1を発生させるのはクリティカルパスだけではなく、ロジックコーンの入力の全てである。なお、図3では、クリティカルパスをスタートポイントP1からエンドポイントであるロジックステージL1の出力D1までのパスとしている。そして、ロジックコーンとは、1出力多入力で構成される論理であり、図3の破線をセルと定義すると、ロジックステージL1の出力D1はP1及びP2と同一のロジックコーンである。   In the Razor circuit shown in FIG. 1, the change timing of input data is monitored. However, it is not only the critical path that generates the output D1 of the logic stage L1, but all the inputs of the logic cone. In FIG. 3, the critical path is a path from the start point P1 to the output D1 of the logic stage L1 as an end point. The logic cone is logic composed of one output and multiple inputs. If the broken line in FIG. 3 is defined as a cell, the output D1 of the logic stage L1 is the same logic cone as P1 and P2.

ここで、仮にロジックコーン中の1つのパスを、例えば図3のスタートポイントP2からエンドポイントのロジックステージL1の出力D1までをパスとする場合、当該パスを通過するデータがラッチ回路102のイネーブル期間(クロック信号clkのHigh期間)よりも短いことが考えられる。このような場合に、図3に示すRazor回路は、データがクリティカルパスを経由したものなのか、次周期の結果に反映するパス(クロック信号clkの立上がりに同期してP2からロジックステージL1を経由してラッチ回路102に到達したパス)を経由したものなのか区別できない。したがって、図3に示すRazor回路は、次周期の結果に反映するパスのデータに基づけば、誤判定を行ってしまう。   Here, if one path in the logic cone is a path from the start point P2 of FIG. 3 to the output D1 of the logic stage L1 of the end point, for example, the data passing through the path is the enable period of the latch circuit 102. It may be shorter than (High period of the clock signal clk). In such a case, the Razor circuit shown in FIG. 3 determines whether the data passes through the critical path, or reflects the path reflected in the result of the next cycle (from P2 through the logic stage L1 in synchronization with the rise of the clock signal clk). Thus, it cannot be distinguished whether the path is via a path that reaches the latch circuit 102). Therefore, the Razor circuit shown in FIG. 3 makes an erroneous determination based on the path data reflected in the result of the next period.

次に、セットアップ違反の定義を行う。図4に、ロジックステージL1からロジックステージL2へのパスを示す。図4では、クロック信号clkの入力点からレジスタR0のクロックピンまでのクロック信号clkの伝搬時間をTdR0(clk)、レジスタR0のクロックピンから出力ピンまでのデータの伝播時間をTdR0(clk−Q)とする。また、図4では、出力ピンからロジックステージL1を経由してレジスタR1のデータピンまでのデータの伝搬時間をTdL0、クロック信号clkの入力点からレジスタR1のクロックピンまでのクロック信号clkの伝搬時間をTdR1(clk)とする。さらに、図4では、レジスタR1のセットアップタイミングチェック値をTsR1、クロック信号clkの周期をTpとする。   Next, a setup violation is defined. FIG. 4 shows a path from the logic stage L1 to the logic stage L2. In FIG. 4, the propagation time of the clock signal clk from the input point of the clock signal clk to the clock pin of the register R0 is TdR0 (clk), and the propagation time of the data from the clock pin of the register R0 to the output pin is TdR0 (clk−Q ). In FIG. 4, the propagation time of data from the output pin to the data pin of the register R1 via the logic stage L1 is TdL0, and the propagation time of the clock signal clk from the input point of the clock signal clk to the clock pin of the register R1. Is TdR1 (clk). Further, in FIG. 4, the setup timing check value of the register R1 is TsR1, and the cycle of the clock signal clk is Tp.

図4に示すように設定すると、TdR0(clk)+TdR0(clk−Q)+TdL0+TsR1>Tp+TdR1(clk)の関係が成立すると、セットアップ違反となる。   In the case of setting as shown in FIG. 4, a setup violation occurs when the relationship of TdR0 (clk) + TdR0 (clk−Q) + TdL0 + TsR1> Tp + TdR1 (clk) is established.

本発明では、上式のTdR0(clk),TdL0,TsR1,TdR1(clk)を後述する実施の形態で回路的に工夫したレジスタと、実動作レジスタとの間の遅延差を利用して、セットアップ違反を動的に検知するものである。   In the present invention, TdR0 (clk), TdL0, TsR1, and TdR1 (clk) in the above formulas are set up using a delay difference between a register that is devised in terms of the circuit in an embodiment described later and an actual operation register. Violations are detected dynamically.

(実施の形態1)
図5に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図5では、実動作レジスタであるレジスタR1に対し、クロックラインに遅延手段であるバッファチェーンB2を挿入した分だけタイミング的に余裕(Positive Slack)を持たせたレジスタR2を備えている。そして、レジスタR1には、ロジックステージL1の出力D1(データ)が入力される。このロジックステージL1の前段には、レジスタR0が接続されている。一方、レジスタR1の出力Q1は、次段のロジックステージL2に入力されると共に、比較器1に入力される。
(Embodiment 1)
FIG. 5 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In FIG. 5, a register R2 having a margin (Positive Slack) is provided for the register R1 that is an actual operation register by the amount of insertion of the buffer chain B2 that is a delay means in the clock line. Then, the output D1 (data) of the logic stage L1 is input to the register R1. A register R0 is connected to the preceding stage of the logic stage L1. On the other hand, the output Q1 of the register R1 is input to the next logic stage L2 and also to the comparator 1.

この比較器1は、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2とを比較し、両者が不一致の場合にエラー信号を出力する。そのため、図5に示す回路は、クロックラインに挿入したバッファチェーンB2の遅延分だけレジスタR1のセットアップ違反を動的に検出することができる。また、図5に示す回路では、バッファチェーンB2の遅延量を調整するために選択回路2が設けられている。この選択回路2は、外部から入力される選択信号Selに基づいて駆動される。   The comparator 1 compares the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2, and outputs an error signal when they do not match. Therefore, the circuit shown in FIG. 5 can dynamically detect the setup violation of the register R1 by the delay of the buffer chain B2 inserted in the clock line. In the circuit shown in FIG. 5, the selection circuit 2 is provided to adjust the delay amount of the buffer chain B2. The selection circuit 2 is driven based on a selection signal Sel input from the outside.

図5に示す回路は、同期設計部におけるタイミングクリティカルなレジスタ(クリティカルパスのエンドポイント)を対象としているため、SOC(System On a Chip)やマイコン等の全てのデジタル設計分野で適用が可能である。   The circuit shown in FIG. 5 is intended for timing critical registers (critical path endpoints) in the synchronous design unit, and can therefore be applied to all digital design fields such as SOC (System On a Chip) and microcomputers. .

具体的には、図6に示すブロック図のような適用事例が考えられる。図6では、図5に示す回路が適用されたデジタル回路10(半導体回路)と、デジタル回路10にクロック信号clkを供給するクロック発生装置11と、デジタル回路10に電圧を供給するレギュレータ12とを備えている。さらに、図6では、デジタル回路10からのエラー信号に基づき、クロック発生装置11とレギュレータ12とを制御する制御回路13と、デジタル回路10が適宜参照するメモリ14とを備えている。なお、制御回路13は、エラーレート計算の処理も含んでいる。図6では、制御回路13へのエラー信号がアサートすることで、制御回路13がクロック発生装置11やレギュレータ12を制御し、低消費電力化を実現できる。   Specifically, an application example such as the block diagram shown in FIG. 6 can be considered. In FIG. 6, a digital circuit 10 (semiconductor circuit) to which the circuit shown in FIG. 5 is applied, a clock generator 11 that supplies a clock signal clk to the digital circuit 10, and a regulator 12 that supplies a voltage to the digital circuit 10 are provided. I have. Further, FIG. 6 includes a control circuit 13 that controls the clock generator 11 and the regulator 12 based on an error signal from the digital circuit 10, and a memory 14 that the digital circuit 10 appropriately refers to. Note that the control circuit 13 also includes error rate calculation processing. In FIG. 6, the error signal to the control circuit 13 is asserted, so that the control circuit 13 controls the clock generator 11 and the regulator 12 to realize low power consumption.

次に、図5に示す回路では、レジスタR0からロジックステージL1を経由してレジスタR1へ至るパスがクリティカルパスである。そして、レジスタR1の出力Q1が次段のロジックステージL2へ伝播する。図5に示す回路では、クロックラインにバッファチェーンB2を挿入することにより、セットアップ違反条件を緩和させたレジスタR2を設け、レジスタR1との結果比較を比較器1で行う。   Next, in the circuit shown in FIG. 5, the path from the register R0 to the register R1 via the logic stage L1 is a critical path. Then, the output Q1 of the register R1 is propagated to the next logic stage L2. In the circuit shown in FIG. 5, the register R2 in which the setup violation condition is relaxed is provided by inserting the buffer chain B2 into the clock line, and the result comparison with the register R1 is performed by the comparator 1.

次に、図5に示す回路の駆動について、図7のタイムチャートを用いて説明する。なお、図7では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。さらに、図7では、レジスタR2のクロックピンでの信号をクロック信号C2、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。なお、クロック信号C2は、クロック信号C1に対して挿入したバッファチェーンB2の分だけ遅延して伝播する。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 7, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1. Further, in FIG. 7, the signal at the clock pin of the register R2 is the clock signal C2, the signal at the data input pin of the register R2 is the output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. The clock signal C2 propagates with a delay by the amount of the buffer chain B2 inserted with respect to the clock signal C1.

まず、1周期目では、出力D1/D2の”0”から”1”への遷移(以下、riseイベントともいう)が、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。なお、クロック信号C1とクロック信号C2との遅延差により、レジスタR1及びレジスタR2が論理”1”を取り込むタイミングが少しずれるため、比較器1のエラー信号は一時的に”1”となる。この一時的なハザードは次段の処理で削除可能である。   First, in the first period, the transition of the output D1 / D2 from “0” to “1” (hereinafter also referred to as a rise event) is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Note that the timing at which the register R1 and the register R2 take in logic “1” slightly shifts due to the delay difference between the clock signal C1 and the clock signal C2, and therefore the error signal of the comparator 1 temporarily becomes “1”. This temporary hazard can be deleted by the next process.

次に、2周期目では、出力D1/D2の”1”から”0”への遷移(以下、fallイベントともいう)が、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”0”を取り込むことができる。   Next, in the second period, the transition of the output D1 / D2 from “1” to “0” (hereinafter also referred to as “fall event”) is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture logic “0”.

次に、3周期目では、出力D1/D2のriseイベントが、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。   Next, in the third period, the rise event of the output D1 / D2 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”.

次に、4周期目では、出力D1/D2のfallイベントが、クロック信号C1の立上がった後で、且つクロック信号C2の立上がる前に行われる。つまり、レジスタR1のデータの到達がクロック信号C1の立上がりに間に合わない。そのため、レジスタR1の出力Q1は”0”でなく”1”を取り込んでしまい、セットアップ違反による誤動作が生じる。この結果、図5に示す回路では、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2とが異なり比較器1の出力が”1”となって誤動作が検出できる。   Next, in the fourth period, the fall event of the output D1 / D2 is performed after the clock signal C1 rises and before the clock signal C2 rises. That is, the arrival of data in the register R1 is not in time for the rise of the clock signal C1. Therefore, the output Q1 of the register R1 takes in “1” instead of “0”, and a malfunction due to a setup violation occurs. As a result, in the circuit shown in FIG. 5, the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2 are different and the output of the comparator 1 is “1”, so that a malfunction can be detected.

したがって、本実施の形態に係る半導体装置では、エラー信号をモニタリングしてシステム制御を行うことで、実動作の対象であるレジスタR1の誤動作を検知できるとともに、エラー信号の”1”期間をカウントすることでエラーレート計算も可能となる。   Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, by monitoring the error signal and performing system control, it is possible to detect a malfunction of the register R1 that is the target of the actual operation and to count the “1” period of the error signal. This makes it possible to calculate the error rate.

また、クロックラインに挿入するバッファチェーンB2の遅延量は、図5に示すように選択信号Selにより制御することが可能なため、レジスタR2に対するホールドエラーを引き起こさないようにチューニングすることが可能である。遅延量を調整できる機構を設けることで、ホールドマージン不足による動作不良を防ぐことも可能となる。   Further, since the delay amount of the buffer chain B2 inserted into the clock line can be controlled by the selection signal Sel as shown in FIG. 5, it can be tuned so as not to cause a hold error for the register R2. . By providing a mechanism capable of adjusting the delay amount, it is possible to prevent malfunction due to insufficient hold margin.

なお、図5に示すレジスタR1,R2、バッファチェーンB2、比較器1及び選択回路2を囲む枠内をセル化することにより、システムパフォーマンスを劣化させることなくSOCやマイコンの設計手法にも容易に組み込むことができる。   In addition, by making the inside of the frame surrounding the registers R1 and R2, the buffer chain B2, the comparator 1 and the selection circuit 2 shown in FIG. 5 into cells, it is easy to design the SOC and microcomputer without degrading the system performance. Can be incorporated.

また、本実施の形態では、遅延手段としてバッファチェーンB2を設けているが、本発明はこれに限られず、バッファチェーンB2を設けずにレジスタR2のトランジスタサイズや回路トポロジをレジスタR1のトランジスタサイズや回路トポロジに対して変更させてもよい。これにより、レジスタR2は、レジスタR1に対しクロック信号clkを遅延させることがでタイミング的余裕を得たり、逆に、レジスタR1に対しクロック信号clkを早めることでタイミング的に厳しくすることが可能となる。   In this embodiment, the buffer chain B2 is provided as the delay means. However, the present invention is not limited to this, and without providing the buffer chain B2, the transistor size and circuit topology of the register R2 can be changed. The circuit topology may be changed. Thereby, the register R2 can obtain a timing margin by delaying the clock signal clk with respect to the register R1, and conversely, the timing can be tightened by advancing the clock signal clk with respect to the register R1. Become.

(実施の形態2)
図8に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図8に示す回路では、実動作レジスタであるレジスタR1に対し、クロックラインに遅延手段であるバッファB2を挿入した分だけタイミングに余裕(Positive Slack)を持たせたレジスタR2を備えている。そして、レジスタR1には、ロジックステージL1の出力D1(データ)が入力される。このロジックステージL1の前段には、レジスタR0が接続されている。一方、レジスタR1の出力Q1は、次段のロジックステージL2に入力されると共に、比較器1に入力される。
(Embodiment 2)
FIG. 8 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. The circuit shown in FIG. 8 is provided with a register R2 having a timing (Positive Slack) as much as the insertion of the buffer B2 as a delay means in the clock line with respect to the register R1 as an actual operation register. Then, the output D1 (data) of the logic stage L1 is input to the register R1. A register R0 is connected to the preceding stage of the logic stage L1. On the other hand, the output Q1 of the register R1 is input to the next logic stage L2 and also to the comparator 1.

この比較器1は、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2とを比較し、第1エラー信号を出力する。そのため、図8に示す回路は、クロックラインに挿入したバッファB2の遅延分だけレジスタR1のセットアップ違反を動的に検出することができる。   The comparator 1 compares the output Q1 of the register R1 with the output Q2 of the register R2, and outputs a first error signal. Therefore, the circuit shown in FIG. 8 can dynamically detect the setup violation of the register R1 by the delay of the buffer B2 inserted in the clock line.

さらに、図8に示す回路では、クロックツリーのバッファB1前で、且つバッファB0後のクロック信号clkを用いて、レジスタR1に対しバッファB1の遅延分だけタイミングを厳しくさせた(Negative Slack)レジスタR3を備えている。そして、比較器3は、レジスタR1の出力Q1とレジスタR3の出力Q3とを比較し、第2エラー信号を出力する。そのため、図8に示す回路は、クロックラインに挿入したバッファB1の遅延分だけレジスタR1のセットアップ違反を動的に検出することができる。   Further, in the circuit shown in FIG. 8, the clock signal clk before the buffer B1 in the clock tree and after the buffer B0 is used to make the timing stricter than the register R1 by the delay of the buffer B1 (Negative Slack). It has. The comparator 3 compares the output Q1 of the register R1 with the output Q3 of the register R3, and outputs a second error signal. Therefore, the circuit shown in FIG. 8 can dynamically detect the setup violation of the register R1 by the delay of the buffer B1 inserted in the clock line.

ここで、実回路の動作では、必要なデータはレジスタR1を経由し、レジスタR3は単なるモニタとして使用されるのみであるため、レジスタR3の誤動作が実動作に影響を与えることはない。したがって、本実施の形態に係る半導体装置では、レジスタR3を用いて、電圧や周波数を制御することで動作限界値からクリティカルポイントを認識することが可能となり、実回路を誤動作させることなく、電圧や周波数の動作下限を認識できる。   Here, in the operation of the actual circuit, necessary data passes through the register R1, and the register R3 is merely used as a monitor. Therefore, the malfunction of the register R3 does not affect the actual operation. Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to recognize the critical point from the operation limit value by controlling the voltage and the frequency using the register R3, and the voltage and the frequency can be detected without causing the actual circuit to malfunction. Can recognize the lower frequency limit.

次に、図8に示す回路の駆動について、図9のタイムチャートを用いて説明する。なお、図9では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。さらに、図9では、レジスタR2のクロックピンでの信号をクロック信号C2、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。また、図9では、レジスタR3のクロックピンでの信号をクロック信号C3、レジスタR3のデータ入力ピンでの信号を出力D3、レジスタR3のデータ出力ピンでの信号を出力Q3としている。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 8 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 9, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1. Further, in FIG. 9, the signal at the clock pin of the register R2 is the clock signal C2, the signal at the data input pin of the register R2 is the output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. In FIG. 9, the signal at the clock pin of the register R3 is the clock signal C3, the signal at the data input pin of the register R3 is the output D3, and the signal at the data output pin of the register R3 is the output Q3.

なお、クロック信号C2は、クロック信号C1に対して挿入したバッファB2の分だけ遅延し、クロック信号C1は、クロック信号C3に対して挿入したバッファB1の分だけ遅延して伝播する。また、出力Q1と出力Q2とを比較する比較器1の出力を出力E1、出力Q1と出力Q3とを比較する比較器3の出力を出力E2とする。そして、出力E1をクロック信号C1のタイミングで取り込むレジスタ4の出力を第1エラー信号とし、出力E2をクロック信号C1のタイミングで取り込むレジスタ5の出力を第2エラー信号とする。   The clock signal C2 is delayed by the amount of the buffer B2 inserted with respect to the clock signal C1, and the clock signal C1 is propagated with a delay of the amount of the buffer B1 inserted with respect to the clock signal C3. The output of the comparator 1 that compares the output Q1 and the output Q2 is output E1, and the output of the comparator 3 that compares the output Q1 and output Q3 is the output E2. The output of the register 4 that captures the output E1 at the timing of the clock signal C1 is a first error signal, and the output of the register 5 that captures the output E2 at the timing of the clock signal C1 is a second error signal.

まず、1周期目では、出力D1/D2/D3のriseイベントが、各クロック信号C1/C2/C3の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1,レジスタR2及びレジスタR3は、正常に論理”1”を取り込むことができる。   First, in the first period, the rise event of the outputs D1 / D2 / D3 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2 / C3. Therefore, the register R1, the register R2, and the register R3 can normally capture the logic “1”.

次に、2周期目では、出力D1/D2/D3のfallイベントが、クロック信号C3の立上がった後で、且つクロック信号C1,C2の立上がる前に行われる。つまり、レジスタR3のデータの到達がクロック信号C3の立上がりに間に合わない。そのため、レジスタR3の出力Q3は”0”でなく”1”を取り込んでしまい、セットアップ違反による誤動作が生じる。この結果、図8に示す回路では、レジスタR1の出力Q1とレジスタR3の出力Q3とが異なり比較器3の出力E2が”1”となって誤動作が検出され、第2エラー信号の次の1周期間が”1”となる。   Next, in the second period, a fall event of the outputs D1 / D2 / D3 is performed after the rising of the clock signal C3 and before the rising of the clock signals C1 and C2. That is, the arrival of data in the register R3 is not in time for the rise of the clock signal C3. For this reason, the output Q3 of the register R3 takes in "1" instead of "0", resulting in a malfunction due to a setup violation. As a result, in the circuit shown in FIG. 8, the output Q1 of the register R1 is different from the output Q3 of the register R3, the output E2 of the comparator 3 is “1”, and a malfunction is detected. The interval is “1”.

次に、3周期目では、出力D1/D2/D3のriseイベントが、各クロック信号C1/C2/C3の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1,レジスタR2及びレジスタR3は、正常に論理”1”を取り込むことができる。また、2周期目でアサートされていた出力E2も正常にネゲートされる。   Next, in the third period, the rise event of the output D1 / D2 / D3 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2 / C3. Therefore, the register R1, the register R2, and the register R3 can normally capture the logic “1”. Also, the output E2 asserted in the second cycle is normally negated.

次に、4周期目では、出力D1/D2/D3のfallイベントが、クロック信号C1,C3の立上がった後で、且つクロック信号C2の立上がる前に行われる。つまり、レジスタR1,R3のデータの到達がクロック信号C1,C3の立上がりに間に合わない。そのため、レジスタR1の出力Q1及び,レジスタR3の出力Q3は”0”でなく”1”を取り込んでしまい、セットアップ違反による誤動作が生じる。この結果、図8に示す回路では、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2とが異なり比較器1の出力E1が”1”となって誤動作が検出され、第1エラー信号の次の1周期間が”1”となる。   Next, in the fourth period, a fall event of the outputs D1 / D2 / D3 is performed after the rising of the clock signals C1 and C3 and before the rising of the clock signal C2. That is, the arrival of data in the registers R1 and R3 is not in time for the rise of the clock signals C1 and C3. For this reason, the output Q1 of the register R1 and the output Q3 of the register R3 take in “1” instead of “0”, and a malfunction occurs due to a setup violation. As a result, in the circuit shown in FIG. 8, the output Q1 of the register R1 is different from the output Q2 of the register R2, the output E1 of the comparator 1 is “1”, and a malfunction is detected. The interval is “1”.

したがって、本実施の形態に係る半導体装置では、第2エラー信号をモニタリングし、”1”になった時点でシステム制御を行うことで、実動作の対象であるレジスタR1に誤動作を生じさせることなく誤動作を検出することが可能となる。また、本実施の形態に係る半導体装置では、第1エラー信号の”1”期間をカウントすることでエラーレート計算も可能となる。なお、図8に示す回路では、バッファB0,B1,B2に対して図5に示した選択回路2を設けて遅延量を調整する構成を採用することもできる。   Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the second error signal is monitored, and system control is performed when the second error signal becomes “1”, thereby causing no malfunction in the register R1 that is the target of actual operation. A malfunction can be detected. Further, in the semiconductor device according to the present embodiment, the error rate can be calculated by counting the “1” period of the first error signal. In the circuit shown in FIG. 8, a configuration in which the selection amount 2 shown in FIG. 5 is provided for the buffers B0, B1, and B2 to adjust the delay amount can be adopted.

(実施の形態3)
図10に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図10に示す回路は、基本的に図5に示す回路と同じであり、出力選択回路6が追加されている点が異なる。この出力選択回路6は、比較器1の出力であるエラー信号が”0”の時、レジスタR1の出力Q1をロジックステージL2に出力し、エラー信号が”1”の時、レジスタR2の出力Q2をロジックステージL2に出力するように切り替え制御する。
(Embodiment 3)
FIG. 10 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. The circuit shown in FIG. 10 is basically the same as the circuit shown in FIG. 5 except that an output selection circuit 6 is added. The output selection circuit 6 outputs the output Q1 of the register R1 to the logic stage L2 when the error signal output from the comparator 1 is “0”, and outputs the output Q2 of the register R2 when the error signal is “1”. Is controlled to be output to the logic stage L2.

次に、図10に示す回路の駆動について、図11のタイムチャートを用いて説明する。なお、図11では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。さらに、図11では、レジスタR2のクロックピンでの信号をクロック信号C2、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。なお、クロック信号C2は、クロック信号C1に対して挿入したバッファB2の分だけ遅延して伝播する。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 10 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 11, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1. Further, in FIG. 11, the signal at the clock pin of the register R2 is the clock signal C2, the signal at the data input pin of the register R2 is the output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. The clock signal C2 propagates with a delay by the amount of the buffer B2 inserted with respect to the clock signal C1.

まず、1周期目では、出力D1/D2のriseイベントが、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。なお、クロック信号C1とクロック信号C2との遅延差により、レジスタR1及びレジスタR2が論理”1”を取り込むタイミングが少しずれるため、比較器1のエラー信号は一時的に”1”となる。それに伴いロジックステージL2への出力(Output信号)も、その間、前周期で取り込まれた出力Q2の値となるが、その後、出力Q1への出力に切り替わり正常に動作することになる。   First, in the first period, the rise event of the output D1 / D2 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Note that the timing at which the register R1 and the register R2 take in logic “1” slightly shifts due to the delay difference between the clock signal C1 and the clock signal C2, and therefore the error signal of the comparator 1 temporarily becomes “1”. Along with this, the output (Output signal) to the logic stage L2 also becomes the value of the output Q2 fetched in the previous period during that period, but after that, it switches to the output to the output Q1 and operates normally.

ただし、この系のパスを完結させるためには、通常の論理以外に、レジスタR2のクロックピン(C2)− レジスタR2のデータ出力ピン(Q2)−出力選択回路6−ロジックステージL2を経由するパスが、次段のレジスタのセットアップを満足する必要がある。   However, in order to complete this system path, in addition to the normal logic, the path via the clock pin (C2) of the register R2, the data output pin (Q2) of the register R2, the output selection circuit 6 and the logic stage L2. However, it is necessary to satisfy the setup of the next stage register.

次に、2周期目では、出力D1/D2のfallイベントが、クロック信号C1の立上がって後で、且つクロック信号C2の立上がる前に行われる。つまり、レジスタR1のデータの到達がクロック信号C1の立上がりに間に合わない。そのため、レジスタR1の出力Q1は”0”でなく”1”を取り込んでしまい、セットアップ違反による誤動作が生じる。しかし、レジスタR2では、出力D2のfallイベントの到達がクロック信号C2の立上がりに間に合うため、レジスタR2の出力Q2は”0”を取り込むことができる。   Next, in the second period, a fall event of the output D1 / D2 is performed after the rising of the clock signal C1 and before the rising of the clock signal C2. That is, the arrival of data in the register R1 is not in time for the rise of the clock signal C1. Therefore, the output Q1 of the register R1 takes in “1” instead of “0”, and a malfunction due to a setup violation occurs. However, in the register R2, since the arrival of the fall event of the output D2 is in time for the rise of the clock signal C2, the output Q2 of the register R2 can capture “0”.

ここで、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2との相違により、比較器1の出力であるエラー信号が”1”となって誤動作が検出できる。なお、エラー信号によって出力選択回路6が、出力Q2をロジックステージL2に出力する経路に切り替えるため、スループットを低下させることなくロジックステージL2に正しいデータを伝搬できる。   Here, due to the difference between the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2, the error signal which is the output of the comparator 1 becomes “1”, and a malfunction can be detected. Since the output selection circuit 6 switches to the path for outputting the output Q2 to the logic stage L2 by the error signal, correct data can be propagated to the logic stage L2 without lowering the throughput.

次に、3周期目では、出力D1/D2のriseイベントが、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。また、2周期目でアサートされていたエラー信号も正常にネゲート(論理”0”)され、Output信号として出力Q1が出力される。   Next, in the third period, the rise event of the output D1 / D2 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Also, the error signal asserted in the second cycle is also normally negated (logic “0”), and the output Q1 is output as the Output signal.

次に、4周期目では、2周期目と同様、出力D1のfallイベントの到達がクロック信号C1の立上がりに間に合わない。そのため、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2との相違により、比較器1の出力であるエラー信号が”1”となって誤動作が検出できる。なお、エラー信号によって出力選択回路6が、出力Q2をロジックステージL2に出力する経路に切り替えられ、ロジックステージL2に正しいデータが伝搬される。   Next, in the fourth period, the arrival of the fall event of the output D1 is not in time for the rise of the clock signal C1, as in the second period. Therefore, due to the difference between the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2, the error signal that is the output of the comparator 1 becomes “1”, and a malfunction can be detected. The output signal is switched to a path for outputting the output Q2 to the logic stage L2 by the error signal, and correct data is propagated to the logic stage L2.

以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、第1エラー信号に基づき、レジスタR1の出力Q1又はレジスタR2の出力Q2のいずれか一方をロジックステージL2へ出力する出力選択回路6を備えているので、実動作時にリカバリーできるため、不必要に動作マージンを確保しなくても済むことになり、歩留まり向上に貢献できる。   As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes the output selection circuit 6 that outputs either the output Q1 of the register R1 or the output Q2 of the register R2 to the logic stage L2 based on the first error signal. Therefore, since recovery is possible during actual operation, it is not necessary to secure an operation margin unnecessarily, which can contribute to improvement in yield.

(実施の形態4)
図12に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図12に示す回路は、基本的に図5に示す回路と同じであり、前段のレジスタの変化に基づいて制御されるクロック制御回路7が追加されている点が異なる。このクロック制御回路7は、前段のレジスタR0への入力とレジスタR0からの出力との排他的論理和(EOR)を取る論理回路71と、論理回路71の出力G2とバッファB2を経たクロック信号clkとの論理積(AND)を取る論理回路72とで構成されている。
(Embodiment 4)
FIG. 12 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. The circuit shown in FIG. 12 is basically the same as the circuit shown in FIG. 5 except that a clock control circuit 7 that is controlled based on a change in the previous register is added. The clock control circuit 7 includes a logic circuit 71 that takes an exclusive OR (EOR) of the input to the register R0 and the output from the register R0, and the clock signal clk that has passed through the output G2 of the logic circuit 71 and the buffer B2. And a logic circuit 72 that takes a logical product (AND) of

ただし、レジスタR2に供給されるクロック信号clkは、レジスタR0に供給されるクロック信号に比べて挿入したバッファB2の分だけ遅延する。そのため、有効な遅延量を得るために、バッファセル挿入、配線長調整、配線物性調整等の手法を用いて調節する必要がある。本実施の形態に係る半導体装置では、全周期においてレジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2との比較を行うのではなく、レジスタR0に変化のあった場合のみ比較を行うので、対象回路の活性率を抑えることにより低消費電力化を実現することができる。   However, the clock signal clk supplied to the register R2 is delayed by the amount of the inserted buffer B2 compared to the clock signal supplied to the register R0. Therefore, in order to obtain an effective delay amount, it is necessary to make adjustments using techniques such as buffer cell insertion, wiring length adjustment, and wiring physical property adjustment. In the semiconductor device according to the present embodiment, the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2 are not compared in all cycles, but are compared only when there is a change in the register R0. Low power consumption can be realized by suppressing the activity rate.

次に、図12に示す回路の駆動について、図13のタイムチャートを用いて説明する。なお、図13では、レジスタR0のクロックピンでの信号をクロック信号C0、レジスタR0のデータ入力ピンでの信号を出力D0、レジスタR0のデータ出力ピンでの信号を出力Q0としている。また、図13では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 12 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 13, the signal at the clock pin of the register R0 is the clock signal C0, the signal at the data input pin of the register R0 is the output D0, and the signal at the data output pin of the register R0 is the output Q0. In FIG. 13, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1.

さらに、図13では、レジスタR2のクロックピンでの信号をクロック信号C2、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。なお、クロック信号C2は、クロック信号C1に対して挿入したバッファB2の分だけ遅延して伝播する。   Further, in FIG. 13, the signal at the clock pin of the register R2 is the clock signal C2, the signal at the data input pin of the register R2 is the output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. The clock signal C2 propagates with a delay by the amount of the buffer B2 inserted with respect to the clock signal C1.

まず、1周期目では、出力D1/D2のriseイベントが、各クロック信号C1/C2が立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。なお、出力D0と出力Q0とが相違する期間に出力G2は”1”となり、当該期間にクロック信号C2が立上がり、レジスタR2がデータを取り込むことができるようにバッファB2の遅延量を調整している。   First, in the first cycle, the rise event of the output D1 / D2 is performed before each clock signal C1 / C2 rises. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Note that the output G2 becomes “1” during a period in which the output D0 and the output Q0 are different, and the delay amount of the buffer B2 is adjusted so that the clock signal C2 rises and the register R2 can take in data during the period. Yes.

また、バッファB2によるクロック信号C1とクロック信号C2との遅延差により、レジスタR1及びレジスタR2が論理”1”を取り込むタイミングが少しずれるため、比較器1のエラー信号は一時的に”1”となる。しかし、その後、出力Q2が正常に”1”を取り込むことでエラー信号は”0”に戻る。   Further, the timing at which the register R1 and the register R2 take in the logic “1” slightly shifts due to the delay difference between the clock signal C1 and the clock signal C2 by the buffer B2, so that the error signal of the comparator 1 temporarily becomes “1”. Become. However, after that, when the output Q2 normally captures “1”, the error signal returns to “0”.

次に、2周期目では、出力D0と出力Q0とに相違がないため、つまりレジスタR0に対するイベント(データ)が発生しないため、クロック信号C2はレジスタR2に供給されない。したがって、レジスタR2の活性化に伴う電力消費を削減することができる。   Next, in the second period, since there is no difference between the output D0 and the output Q0, that is, an event (data) for the register R0 does not occur, the clock signal C2 is not supplied to the register R2. Therefore, power consumption associated with activation of the register R2 can be reduced.

次に、3周期目では、レジスタR1における出力D1のfallイベントが、クロック信号C1の立上がりに間に合わないため、レジスタR1が”0”を取り込むことができない。しかし、レジスタR2に関しては、出力D0と出力Q0とが相違することで出力G2が”1”となり、クロック信号C1に対しバッファB2の分だけ遅延したクロック信号C2が入力される。バッファB2の分だけ遅れてクロック信号C2が立上がることにより、レジスタR2は正常に論理”0”を取り込むことができる。したがって、レジスタR1の出力Q1とレジスタR2の出力Q2との結果の相違により、比較器1の出力(エラー信号)は”1”となって誤動作が検出できる。   Next, in the third period, the fall event of the output D1 in the register R1 is not in time for the rise of the clock signal C1, and therefore the register R1 cannot capture “0”. However, regarding the register R2, since the output D0 and the output Q0 are different, the output G2 becomes “1”, and the clock signal C2 delayed by the buffer B2 with respect to the clock signal C1 is input. Since the clock signal C2 rises with a delay corresponding to the buffer B2, the register R2 can normally capture the logic “0”. Therefore, the output (error signal) of the comparator 1 becomes “1” due to the difference in the result between the output Q1 of the register R1 and the output Q2 of the register R2, and a malfunction can be detected.

次に、4周期目では、2周期目と同様、出力D0と出力Q0とに相違がないため、つまりレジスタR0に対するイベント(データ)が発生しないため、クロック信号C2はレジスタR2に供給されない。したがって、レジスタR2の活性化に伴う電力消費を削減することができる。   Next, in the fourth period, as in the second period, since there is no difference between the output D0 and the output Q0, that is, no event (data) is generated for the register R0, the clock signal C2 is not supplied to the register R2. Therefore, power consumption associated with activation of the register R2 can be reduced.

次に、5周期目では、出力D1/D2のriseイベントが、各クロック信号C1/C2の立上がる前に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR2は、正常に論理”1”を取り込むことができる。なお、3周期目でアサートされていたエラー信号も、当該周期において正常にネゲート(論理”0”)される。   Next, in the fifth period, the rise event of the output D1 / D2 is performed before the rising of each clock signal C1 / C2. Therefore, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Note that the error signal asserted in the third cycle is also normally negated (logic “0”) in the cycle.

(実施の形態5)
図14に、ロジックステージL1からレジスタR1を経由してロジックステージL2に至るパスと、ロジックステージL1’からレジスタR1を経由してロジックステージL2に至るパスとが図示されている。図14では、ロジックステージL1及びロジックステージL1’の最終論理であるAND回路8が共通化されている。つまり、実施の形態1〜4で示したロジックステージL1は、図14に示すロジックステージL1とAND回路8とを合わせた回路となる(破線で囲む部分)。
(Embodiment 5)
FIG. 14 shows a path from the logic stage L1 through the register R1 to the logic stage L2, and a path from the logic stage L1 ′ through the register R1 to the logic stage L2. In FIG. 14, the AND circuit 8 which is the final logic of the logic stage L1 and the logic stage L1 ′ is shared. That is, the logic stage L1 shown in the first to fourth embodiments is a circuit in which the logic stage L1 shown in FIG. 14 and the AND circuit 8 are combined (a portion surrounded by a broken line).

本実施の形態に係る半導体装置では、図14の構成を利用し、ロジックステージL1及びロジックステージL1’の最終論理を分離して構成している。図15に本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図15では、レジスタR0からロジックステージL1及びAND回路8の入力ピンAを経由してレジスタR1へ至るパスをクリティカルパスであると仮定する。そして、AND回路8のもう一方の入力ピンBには、他のロジックステージL1’よりデータが伝播される。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the final logic of the logic stage L1 and the logic stage L1 'is separated and configured using the configuration of FIG. FIG. 15 is a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In FIG. 15, it is assumed that a path from the register R0 to the register R1 via the logic stage L1 and the input pin A of the AND circuit 8 is a critical path. Data is propagated to the other input pin B of the AND circuit 8 from the other logic stage L1 '.

さらに、図15に示す回路では、AND回路9の入力ピンAの前段にレジスタR1−1を挿入する。これにより、オリジナルのクリティカルパスであるレジスタR0からレジスタR1へのパスに対して、レジスタR0からレジスタR1−1へのパスは、AND回路8の分だけタイミングに余裕を持たせている。同様に、ロジックステージL1’からレジスタR1へのパスに対して、ロジックステージL1’からレジスタR1−2へのパスは、AND回路8の分だけタイミングに余裕を持たせている。   Further, in the circuit shown in FIG. 15, a register R 1-1 is inserted before the input pin A of the AND circuit 9. As a result, the path from the register R0 to the register R1-1 has a timing margin corresponding to the AND circuit 8 with respect to the path from the register R0 to the register R1, which is the original critical path. Similarly, the path from the logic stage L1 'to the register R1-2 has a timing margin corresponding to the AND circuit 8 with respect to the path from the logic stage L1' to the register R1.

なお、図15に示す回路では、レジスタR1に対するオリジナル論理を実現するために、レジスタR1−1及びレジスタR1−2の後段にAND回路9を挿入し、その結果をレジスタR2で取り込んでいる。ここで、図15に示す回路では、レジスタR1−1,レジスタR1−2及びAND回路9が、最終段の論理分だけタイミングに余裕を持たせたデータを生成する論理生成手段を構成している。   In the circuit shown in FIG. 15, in order to realize the original logic for the register R1, an AND circuit 9 is inserted after the registers R1-1 and R1-2, and the result is captured by the register R2. Here, in the circuit shown in FIG. 15, the register R1-1, the register R1-2, and the AND circuit 9 constitute a logic generating unit that generates data with a margin in timing corresponding to the logic of the final stage. .

さらに、図15に示す回路では、レジスタR1−1及びレジスタR1−2を設けることで、レジスタR1に対して1周期遅れてレジスタR2との同期を取るためにレジスタR1の後段にレジスタR1’を設けている。そのため、実施の形態1等と同様に、レジスタR1’の出力とレジスタR2の出力とを比較器1で比較することで、レジスタR1のセットアップ違反を判定することができる。   Further, in the circuit shown in FIG. 15, by providing the register R1-1 and the register R1-2, the register R1 ′ is provided at the subsequent stage of the register R1 in order to synchronize with the register R2 with a delay of one cycle from the register R1. Provided. Therefore, as in the first embodiment, the setup violation of the register R1 can be determined by comparing the output of the register R1 'with the output of the register R2 by the comparator 1.

次に、図15に示す回路の駆動について、図16のタイムチャートを用いて説明する。なお、図16では、AND回路8の入力ピンAでの信号を入力8A、AND回路8の入力ピンBでの信号を入力8Bとしている。また、図16では、クロック信号をclk、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。また、図16では、レジスタR1−1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1−1、レジスタR1−2のデータ出力ピンでの信号を出力Q1−2、レジスタR1’のデータ出力ピンでの信号を出力Q1’、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。なお、本実施の形態では、入力8Bを”1”に固定している。また、出力Q1’は、単純に1周期ずれた出力Q1を同相転送するだけであるので以下では詳しい説明を省略する。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 15 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 16, a signal at the input pin A of the AND circuit 8 is an input 8A, and a signal at the input pin B of the AND circuit 8 is an input 8B. In FIG. 16, the clock signal is clk, the signal at the data input pin of the register R1 is output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is output Q1. In FIG. 16, the signal at the data output pin of the register R1-1 is output Q1-1, the signal at the data output pin of the register R1-2 is output Q1-2, and the signal at the data output pin of the register R1 ′. Is the output Q1 ', and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. In this embodiment, the input 8B is fixed to “1”. Further, since the output Q1 'is simply an in-phase transfer of the output Q1 shifted by one cycle, detailed description thereof will be omitted below.

まず、1周期目では、入力8Bが”1”に固定されているため、入力8Aのriseイベントが出力D1へ伝播する。そして、出力D1のriseイベントが各クロック信号clkの立上がる前に行われるので、レジスタR1及びレジスタR1−1は、正常に論理”1”を取り込むことができる。   First, in the first period, since the input 8B is fixed to “1”, the rise event of the input 8A propagates to the output D1. Since the rise event of the output D1 is performed before the rise of each clock signal clk, the register R1 and the register R1-1 can normally capture the logic “1”.

次に、2周期目では、1周期目における出力Q1,出力Q1−1の結果により、レジスタR1’及びレジスタR2のそれぞれが”1”を取り込み、出力Q1’と出力Q2との比較によりエラー信号が”0”となる。なお、レジスタR1は、入力8Aにおけるfallイベントが、出力D1へ伝播するタイミングにクロック信号clkの立上がりが間に合わない。したがって、レジスタ1は論理”0”を取り込むことができない。しかし、レジスタR1−1では、入力8Aにおけるfallイベント後にクロック信号clkの立上がりが発生するため、正常に論理”0”を取り込むことができる。   Next, in the second cycle, each of the register R1 ′ and the register R2 takes in “1” based on the results of the output Q1 and the output Q1-1 in the first cycle, and an error signal is obtained by comparing the output Q1 ′ with the output Q2. Becomes “0”. In the register R1, the rising of the clock signal clk is not in time for the fall event at the input 8A to propagate to the output D1. Therefore, register 1 cannot capture logic “0”. However, in the register R1-1, since the rising of the clock signal clk occurs after the fall event at the input 8A, the logic “0” can be normally captured.

次に、3周期目では、2周期目におけるレジスタR1及びレジスタR1−1の結果により出力Q1’と出力Q2との値が一致せず、エラー信号は”1”となって誤動作を検出できる。なお、レジスタR1は、入力8Aにおけるriseイベントが出力D1へ伝播し、当該タイミングにクロック信号clkのriseイベントが間に合うため、レジスタR1−1及びレジスタR1は、ともに正常に論理”1”を取り込むことができる。   Next, in the third period, the values of the output Q1 'and the output Q2 do not match due to the results of the register R1 and the register R1-1 in the second period, and the error signal is "1", so that a malfunction can be detected. In the register R1, since the rise event at the input 8A propagates to the output D1 and the rise event of the clock signal clk is in time at the timing, both the register R1-1 and the register R1 normally capture the logic “1”. Can do.

次に、4周期目では、2周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”0”となる。また、5周期目では、3周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”1”となり、誤動作を検出する。   Next, in the fourth period, the same situation as in the second period occurs, and as a result, the error signal becomes “0”. In the fifth cycle, the same situation as in the third cycle occurs, and as a result, the error signal becomes “1”, and a malfunction is detected.

なお、本実施の形態では、図15に示すようにロジックステージL1の最終論理のみ分離する構成を示したが、本発明はこれに限られず最終論理を含む複数段をロジックステージL1から分離した構成でもよい。   In the present embodiment, the configuration in which only the final logic of the logic stage L1 is separated is shown as shown in FIG. 15, but the present invention is not limited to this, and a configuration in which a plurality of stages including the final logic are separated from the logic stage L1. But you can.

(実施の形態6)
図17に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図17に示す回路では、レジスタR0からロジックステージL1を経由して、レジスタR1へ至るパスがクリティカルパスであると仮定する。そして、図17に示す回路では、TestMode信号を入力するピンを設け、当該TestMode信号はスタートアップの動作テスト時のみ”1”を取り、通常動作時に”0”を取るように制御されている。
(Embodiment 6)
FIG. 17 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In the circuit shown in FIG. 17, it is assumed that the path from the register R0 to the register R1 via the logic stage L1 is a critical path. In the circuit shown in FIG. 17, a pin for inputting a TestMode signal is provided, and the TestMode signal is controlled to take “1” only during a startup operation test and take “0” during a normal operation.

これにより、図17に示す回路では、TestMode信号とOR回路20(回路構成によってはAND回路となる)を使ってクリティカルパスのみが活性化されるように、クリティカルパス中の各論理ゲートを”1”あるいは”0”に固定する。なお、図17に示す回路では、TestMode信号とOR回路20が論理固定手段を構成している。   Accordingly, in the circuit shown in FIG. 17, each logic gate in the critical path is set to “1” so that only the critical path is activated using the TestMode signal and the OR circuit 20 (which becomes an AND circuit depending on the circuit configuration). Fixed to “or” “0”. In the circuit shown in FIG. 17, the TestMode signal and the OR circuit 20 constitute a logic fixing means.

さらに、活性化されたクリティカルパスが反転論理か非反転論理かを判定し、非反転の場合は、ロジックステージL1の出力にインバータ21を挿入することで反転論理とする。そして、レジスタ22を介して反転論理を、動作テスト時のレジスタR0へループバックさせる。これにより、レジスタR1がトグル出力できるように制御される。   Further, it is determined whether the activated critical path is inverted logic or non-inverted logic. When the critical path is not inverted, the inverter 21 is inserted into the output of the logic stage L1 to set the inverted logic. Then, the inverted logic is looped back to the register R0 during the operation test via the register 22. As a result, control is performed so that the register R1 can perform toggle output.

図17に示す回路では、レジスタR2がトグル出力できるように、レジスタR2の出力にインバータ23を設けている。なお、図17に示す回路では、TestMode信号の入力ピンを設けることで、ダイレクトリセットあるいはスキャン等により動作テスト時に、レジスタR0及びR2を同一の初期値に設定することができる。   In the circuit shown in FIG. 17, an inverter 23 is provided at the output of the register R2 so that the register R2 can perform toggle output. In the circuit shown in FIG. 17, by providing an input pin for the TestMode signal, the registers R0 and R2 can be set to the same initial value during an operation test by direct reset or scanning.

次に、図17に示す回路の駆動について、図18のタイムチャートを用いて説明する。なお、図18では、クロック信号をclk、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。また、図18では、レジスタR2の出力をインバータ23で反転した信号を出力Q2としている。なお、本実施の形態では、TestMode信号を”1”に固定し、動作テスト完了後にTestMode信号を”0”にして、図17に示す回路をテストモードから通常動作モードに切り替えている。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 17 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 18, the clock signal is clk, the signal at the data input pin of the register R1 is output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is output Q1. In FIG. 18, a signal obtained by inverting the output of the register R2 by the inverter 23 is used as the output Q2. In this embodiment, the TestMode signal is fixed to “1”, the TestMode signal is set to “0” after the operation test is completed, and the circuit shown in FIG. 17 is switched from the test mode to the normal operation mode.

まず、1周期目では、出力D1におけるriseイベントがクロック信号clkの立上がり前に行われるため、レジスタR1が正常に論理”1”を取り込むことができる。また、レジスタR2は、出力Q2を”0”に初期化しておくことでクロック信号clkの立上がりにより、トグル論理”1”を取り込む。そのため、比較器1に入力される出力Q1と出力Q2の値は一致し、出力されるエラー信号は”0”となる。   First, in the first cycle, the rise event at the output D1 is performed before the rise of the clock signal clk, so that the register R1 can normally capture the logic “1”. The register R2 captures the toggle logic “1” at the rising edge of the clock signal clk by initializing the output Q2 to “0”. For this reason, the values of the output Q1 and the output Q2 input to the comparator 1 match, and the output error signal is “0”.

次に、2周期目では、出力D1におけるfallイベントがクロック信号clkの立上がりに間に合わないため、レジスタR1は論理”0”を取り込むことができない。これに対し、レジスタR2は、レジスタR1の論理と無関係にトグル動作するため論理”0”を取り込むことになる。したがって、図17に示す回路は、レジスタR1とレジスタR2の論理が不一致となり、エラー信号が”1”となって誤動作を検出する。   Next, in the second period, since the fall event at the output D1 is not in time for the rise of the clock signal clk, the register R1 cannot take in the logic “0”. On the other hand, the register R2 fetches logic “0” because it toggles regardless of the logic of the register R1. Therefore, in the circuit shown in FIG. 17, the logics of the register R1 and the register R2 do not match, and the error signal becomes “1” to detect a malfunction.

次に、3周期目では、1周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”0”となる。4周期目では、2周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”1”となり、誤動作を検出できる。さらに、5周期目では、1周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”0”となる。   Next, in the third cycle, the same situation as in the first cycle occurs, and as a result, the error signal becomes “0”. In the fourth period, the same situation as in the second period occurs, and as a result, the error signal becomes “1”, and a malfunction can be detected. Further, in the fifth cycle, a situation similar to that in the first cycle occurs, and as a result, the error signal becomes “0”.

(実施の形態7)
図19に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図19に示す回路は、実施の形態5で説明した図14の構成を利用し、ロジックステージL1及びロジックステージL1’の最終論理(AND回路25)を分離して構成している。図19では、レジスタR0からロジックステージL1及びAND回路25の入力ピンAを経由してレジスタR1へ至るパスをクリティカルパスであると仮定する。そして、AND回路25のもう一方の入力ピンBには、他のロジックステージL1’よりイベント(データ)が伝播される。なお、実施の形態1〜4で示したロジックステージL1は、図19に示すロジックステージL1とAND回路25とを合わせた回路となる(破線で囲む部分)。
(Embodiment 7)
FIG. 19 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. The circuit shown in FIG. 19 uses the configuration of FIG. 14 described in the fifth embodiment and separates the final logic (AND circuit 25) of the logic stage L1 and the logic stage L1 ′. In FIG. 19, it is assumed that the path from the register R0 to the register R1 via the logic stage L1 and the input pin A of the AND circuit 25 is a critical path. Then, an event (data) is propagated from the other logic stage L1 ′ to the other input pin B of the AND circuit 25. Note that the logic stage L1 shown in the first to fourth embodiments is a circuit in which the logic stage L1 shown in FIG. 19 and the AND circuit 25 are combined (a portion surrounded by a broken line).

そして、図19に示す回路では、レジスタR1のロジックコーンを実現している回路構成と全く同じ回路構成のレジスタR2及びレジスタR3を設けている。さらに、レジスタR2は、クリティカルパスの一部のパス(AND回路25の入力ピンAを経由するパス)のみ活性化する機能を有している。当該機構は、データ固定Mode信号とOR回路27を用いてAND回路26の入力ピンAを経由するパスを固定する機能である。つまり、図19に示す回路では、データ固定Mode信号とOR回路27がロジックステージL1のクリティカルパスの一部である最終段のAND論理を活性化する論理固定手段を構成している。   In the circuit shown in FIG. 19, a register R2 and a register R3 having the same circuit configuration as that of the circuit configuration realizing the logic cone of the register R1 are provided. Further, the register R2 has a function of activating only a part of the critical path (path passing through the input pin A of the AND circuit 25). This mechanism is a function for fixing a path passing through the input pin A of the AND circuit 26 using the data fixing Mode signal and the OR circuit 27. That is, in the circuit shown in FIG. 19, the data fixing Mode signal and the OR circuit 27 constitute a logic fixing means for activating the AND logic of the final stage that is a part of the critical path of the logic stage L1.

レジスタR2は、信号を固定してもクリティカルパスの速度面の動作条件はレジスタR1と同じであるため、実動作回路であるレジスタR1のモニタとして使用することができる。つまり、レジスタR1のセットアップ違反の判定にレジスタR2を用いることができる。   Even if the signal is fixed, the register R2 can be used as a monitor for the register R1, which is an actual operation circuit, because the operating condition of the speed surface of the critical path is the same as that of the register R1. That is, the register R2 can be used to determine the setup violation of the register R1.

一方、レジスタR3は、レジスタR2において活性化されたパスの論理L3(図19に矢印で示した論理)が反転か非反転かを判断し、反転論理であれば前段に高速インバータ28を挿入し(非反転であればインバータ28は挿入しない)、論理圧縮することで期待値として利用する。ただし、反転・非反転論理の判定及びそれに付随したインバータ28の挿入は、設計時に認識され、設定されるものとする。   On the other hand, the register R3 determines whether the logic L3 of the path activated in the register R2 (the logic indicated by the arrow in FIG. 19) is inverted or non-inverted. (If it is non-inverted, the inverter 28 is not inserted), and logical compression is used as an expected value. However, it is assumed that the determination of inversion / non-inversion logic and the accompanying insertion of the inverter 28 are recognized and set at the time of design.

これにより、レジスタR3は、論理L3の分からインバータ28を差し引いた遅延差分がレジスタR2に対して有利となり、その範囲内で発生するレジスタR1及びレジスタR2のセットアップ違反を動的に検出できる。   Thereby, the register R3 is advantageous in that the delay difference obtained by subtracting the inverter 28 from the logic L3 is compared with the register R2, and the setup violation of the registers R1 and R2 occurring within the range can be detected dynamically.

次に、図19に示す回路の駆動について、図20のタイムチャートを用いて説明する。なお、図20では、AND回路26の入力ピンAでの信号を入力26A、AND回路26の入力ピンBでの信号を入力26Bとしている。また、図16では、クロック信号をclk、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。また、図16では、レジスタR3のデータ入力ピンでの信号を出力D3、レジスタR3のデータ出力ピンでの信号を出力Q3としている。なお、本実施の形態では、入力26Bをデータ固定Mode信号とOR回路27とにより”1”に固定している。また、出力D3は、上述したように、常に出力D2よりも速いタイミングでイベント(データ)が伝搬する。また、本実施の形態では、AND回路26は正転論理であり、レジスタR3の前段にインバータ28は挿入されていないものとする。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 19 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 20, a signal at the input pin A of the AND circuit 26 is an input 26A, and a signal at the input pin B of the AND circuit 26 is an input 26B. In FIG. 16, the clock signal is clk, the signal at the data input pin of the register R2 is output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is output Q2. In FIG. 16, the signal at the data input pin of the register R3 is output D3, and the signal at the data output pin of the register R3 is output Q3. In the present embodiment, the input 26B is fixed to “1” by the data fixing Mode signal and the OR circuit 27. Further, as described above, the event (data) propagates to the output D3 at a timing faster than that of the output D2. In the present embodiment, the AND circuit 26 has normal rotation logic, and the inverter 28 is not inserted in the previous stage of the register R3.

まず、1周期目では、入力26Aにおけるriseイベントが出力D2へ伝播し、それがクロック信号clkの立上がり前に行われる。そのため、レジスタR2及びレジスタR3は、ともに正常に論理”1”を取り込むことができる。その結果、比較器1では、レジスタR2の出力Q2とレジスタR3の出力Q3とが一致し、エラー信号が”1”となる。   First, in the first period, a rise event at the input 26A is propagated to the output D2, and is performed before the rising of the clock signal clk. Therefore, both the register R2 and the register R3 can normally capture the logic “1”. As a result, in the comparator 1, the output Q2 of the register R2 matches the output Q3 of the register R3, and the error signal becomes “1”.

次に、2周期目では、入力26Aにおけるfallイベントが出力D2へ伝播し、そのタイミングにクロック信号clkの立上がりが間に合わない。したがって、レジスタR2は、論理”0”を取り込むことができない。それに対し、レジスタR3は、出力D3のfallイベント後にクロック信号clkが立上がるため、正常に論理”0”を取り込むことができる。その結果、比較器1では、レジスタR2の出力Q2とレジスタR3の出力Q3とが不一致となり、エラー信号が”1”となって誤動作が検出される。   Next, in the second period, the fall event at the input 26A propagates to the output D2, and the rising of the clock signal clk is not in time for that timing. Therefore, the register R2 cannot capture logic “0”. On the other hand, since the clock signal clk rises after the fall event of the output D3, the register R3 can normally capture logic “0”. As a result, in the comparator 1, the output Q2 of the register R2 and the output Q3 of the register R3 do not coincide with each other, the error signal becomes “1”, and a malfunction is detected.

次に、3周期目では、1周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”0”となる。4周期目では、2周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”1”となる。さらに、5周期目では、1周期目と同様の状況が発生し、結果としてエラー信号は”0”となる。   Next, in the third cycle, the same situation as in the first cycle occurs, and as a result, the error signal becomes “0”. In the fourth period, the same situation as in the second period occurs, and as a result, the error signal becomes “1”. Further, in the fifth cycle, a situation similar to that in the first cycle occurs, and as a result, the error signal becomes “0”.

なお、本実施の形態では、図19に示すようにロジックステージL1の最終論理のみ分離する構成を示したが、本発明はこれに限られず最終論理を含む複数段をロジックステージL1から分離した構成でもよい。   In this embodiment, as shown in FIG. 19, only the final logic of the logic stage L1 is separated. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of stages including the final logic are separated from the logic stage L1. But you can.

(実施の形態8)
図21に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図21に示す回路では、レジスタR0からロジックステージL1を経由してレジスタR1へ至るパスをクリティカルパスとし、レジスタR1の出力Q1を次段論理(ロジックステージL2)へ伝播する。ここで、図21に示す回路では、レジスタR1に供給されるクロック信号C1を、外部から直接供給されるクロック信号clkとするのではなく、AND回路30においてイネーブル信号と論理和を取った信号としている。
(Embodiment 8)
FIG. 21 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In the circuit shown in FIG. 21, a path from the register R0 via the logic stage L1 to the register R1 is a critical path, and the output Q1 of the register R1 is propagated to the next stage logic (logic stage L2). In the circuit shown in FIG. 21, the clock signal C1 supplied to the register R1 is not a clock signal clk supplied directly from the outside, but is a signal obtained by ORing the enable signal in the AND circuit 30. Yes.

また、図21に示す回路では、クロックラインにバッファB2を挿入することによりセットアップ違反条件を緩和させたレジスタR2を設け、レジスタR1との出力結果比較を比較器1で行う。さらに、図21に示す回路では、イネーブル信号が”0”の場合、レジスタR0からのデータを取り込まないように選択回路31を使ってレジスタR2の出力Q2をフィードバックさせ、イネーブル信号が”1”の場合、出力D1を取り込む。なお、図21に示す回路では、選択回路31が論理選択手段を構成している。   In the circuit shown in FIG. 21, a register R2 in which the setup violation condition is relaxed by inserting a buffer B2 in the clock line is provided, and an output result comparison with the register R1 is performed by the comparator 1. Further, in the circuit shown in FIG. 21, when the enable signal is “0”, the output Q2 of the register R2 is fed back using the selection circuit 31 so that the data from the register R0 is not taken in, and the enable signal is “1”. In the case, the output D1 is captured. In the circuit shown in FIG. 21, the selection circuit 31 constitutes a logic selection unit.

次に、図21に示す回路の駆動について、図22のタイムチャートを用いて説明する。なお、図22では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。また、図22では、レジスタR2のクロックピンでの信号をクロック信号C2、レジスタR2のデータ入力ピンでの信号を出力D2、レジスタR2のデータ出力ピンでの信号を出力Q2としている。なお、クロック信号C2は、クロック信号C1に対し、挿入したバッファB2の分だけ遅延している。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 21 will be described with reference to the time chart of FIG. In FIG. 22, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1. In FIG. 22, the signal at the clock pin of the register R2 is the clock signal C2, the signal at the data input pin of the register R2 is the output D2, and the signal at the data output pin of the register R2 is the output Q2. The clock signal C2 is delayed from the clock signal C1 by the amount of the inserted buffer B2.

まず、1周期目では、イネーブル信号が”1”なので、レジスタR1及びレジスタR2は、ともにクロック信号C1,C2の立上がり発生時に、出力D1,D2からデータを取り込む。しかし、1周期目では、出力D1におけるriseイベントが、クロック信号C1の立上がりに間に合わないため、レジスタR1は論理”1”を取り込むことができない。これに対し、レジスタR2は、出力D1のriseイベント発生後にクロック信号C2の立上がりが発生するため、論理”1”を正常に取り込むことができる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致しないため、エラー信号が”1”となり、誤動作を検出する。   First, since the enable signal is “1” in the first period, both the register R1 and the register R2 take in data from the outputs D1 and D2 when the clock signals C1 and C2 rise. However, in the first cycle, the rise event at the output D1 is not in time for the rise of the clock signal C1, so that the register R1 cannot capture the logic “1”. On the other hand, since the rise of the clock signal C2 occurs after the rise event of the output D1 occurs, the register R2 can normally capture the logic “1”. Therefore, in the comparator 1, since the values of the output Q1 and the output Q2 do not match, the error signal becomes “1” and a malfunction is detected.

次に、2周期目では、イネーブル信号が”1”のままなので、レジスタR1及びレジスタR2がともにクロック信号C1,C2の立上がり発生時に出力D1,D2からデータを取り込む。つまり、レジスタR1は、出力D1のriseイベント発生後にクロック信号C1の立上がりが発生するため、論理”0”を正常に取り込むことができる。また、レジスタR2は、出力D2のriseイベント発生後にクロック信号C2の立上がりが発生するため、論理”0”を正常に取り込むことができる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。   Next, since the enable signal remains “1” in the second period, both the register R1 and the register R2 take in data from the outputs D1 and D2 when the clock signals C1 and C2 rise. That is, since the rise of the clock signal C1 occurs after the rise event of the output D1 occurs, the register R1 can normally capture the logic “0”. Further, since the rise of the clock signal C2 occurs after the rise event of the output D2, the register R2 can normally capture the logic “0”. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”.

次に、3周期目では、イネーブル信号が”0”となるため、レジスタR1に対してクロック信号C1の立上がりが発生しない。そのため、レジスタR1は、前周期の出力Q1の値をそのままホールドする。なお、図22では、クロック信号C1の立上がりが発生しないため、3周期目の出力Q1の取り込みタイミング(図中ではXと表記されている)が図示されていない。   Next, in the third period, since the enable signal becomes “0”, the clock signal C1 does not rise with respect to the register R1. Therefore, the register R1 holds the value of the output Q1 of the previous cycle as it is. In FIG. 22, since the rising edge of the clock signal C1 does not occur, the timing of taking in the output Q1 in the third cycle (denoted as X in the drawing) is not shown.

一方、レジスタR2では、クロック信号C2の立上がりは発生するもののイネーブル信号により、選択回路31の出力が切り替わり出力Q2のフィードバックループが形成され、前周期の”0”が取り込まれる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。   On the other hand, in the register R2, although the rise of the clock signal C2 occurs, the output of the selection circuit 31 is switched by the enable signal to form a feedback loop of the output Q2, and “0” of the previous period is taken in. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”.

次に、4周期目では、イネーブル信号が”1”のままなので3周期目と同様、前周期の値がそのままホールドされる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。   Next, since the enable signal remains “1” in the fourth period, the value of the previous period is held as it is in the third period. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”.

次に、5周期目では、イネーブル信号が”1”なので、レジスタR1及びレジスタR2は、ともにクロック信号C1,C2の立上がり発生時に、出力D1,D2からデータを取り込む。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。なお、クロック信号C1とクロック信号C2との遅延差により、レジスタR1及びレジスタR2が論理”1”を取り込むタイミングが少しずれるため、比較器1のエラー信号は一時的に”1”となる。   Next, since the enable signal is “1” in the fifth cycle, both the register R1 and the register R2 take in data from the outputs D1 and D2 when the clock signals C1 and C2 rise. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”. Note that the timing at which the register R1 and the register R2 take in logic “1” slightly shifts due to the delay difference between the clock signal C1 and the clock signal C2, and therefore the error signal of the comparator 1 temporarily becomes “1”.

図22のタイミングチャートでは、図21に示す回路におけるデータ信号のセットアップ違反を検知する例を示したが、図23のタイミングチャートでは、図21に示す回路におけるイネーブル信号のセットアップ違反を検知する例を説明する。   The timing chart of FIG. 22 shows an example of detecting a setup violation of the data signal in the circuit shown in FIG. 21, but the timing chart of FIG. 23 shows an example of detecting the setup violation of the enable signal in the circuit shown in FIG. explain.

まず、図23の1周期目は、イネーブル信号のriseイベントがクロック信号clkの立上がりよりも遅れるが、当該遅れがバッファB2の遅延よりも小さいケースである。そのため、クロック信号C1はイネーブル信号の遅れのためパルスが欠けてしまうが、出力D1のriseイベント後にクロック信号C1が立上がるので、レジスタR1は正常に論理”1”を取り込むことができる。また、レジスタR2は、イネーブル信号のriseイベント発生後にクロック信号C2の立上がりが発生するため、論理”1”を正常に取り込むことができる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。なお、クロック信号C1とクロック信号C2との遅延差により、レジスタR1及びレジスタR2が論理”1”を取り込むタイミングが少しずれるため、比較器1のエラー信号は一時的に”1”となる。   First, in the first cycle of FIG. 23, the rise event of the enable signal is delayed from the rising edge of the clock signal clk, but the delay is smaller than the delay of the buffer B2. Therefore, the clock signal C1 lacks a pulse due to the delay of the enable signal. However, since the clock signal C1 rises after the rise event of the output D1, the register R1 can normally capture logic “1”. Further, since the rise of the clock signal C2 occurs after the rise event of the enable signal occurs, the register R2 can normally capture the logic “1”. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”. Note that the timing at which the register R1 and the register R2 take in logic “1” slightly shifts due to the delay difference between the clock signal C1 and the clock signal C2, and therefore the error signal of the comparator 1 temporarily becomes “1”.

次に、図23の2周期目では、イネーブル信号が”0”に落ち、レジスタR1にはクロック信号C1が入らないため、レジスタR1が前周期の状態”1”を保持する。一方、レジスタR2は、挿入したバッファB2の分だけ遅延したクロック信号C2が入力され、選択回路31が出力D1ではなく出力Q2を取り込む経路を選択するため、結果として前周期の状態”1”を保持することになる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。   Next, in the second cycle of FIG. 23, the enable signal falls to “0” and the clock signal C1 does not enter the register R1, so the register R1 holds the state “1” of the previous cycle. On the other hand, since the clock signal C2 delayed by the inserted buffer B2 is input to the register R2, and the selection circuit 31 selects a path for taking in the output Q2 instead of the output D1, as a result, the state “1” of the previous cycle is changed. Will hold. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”.

次に、図23の3周期目は、イネーブル信号のriseイベントがクロック信号clkの立上がりよりも遅れ、さらに当該遅れがバッファB2の遅延よりも大きいケースである。この場合、クロック信号C1はイネーブル信号の遅れのためパルスが欠けてしまうが、出力D1のfallイベント後にクロック信号C1が立上がるので、レジスタR1は正常に論理”0”を取り込むことができる。しかし、レジスタR2は、イネーブル信号のriseイベントがクロック信号C2の立上がり発生までに間に合わないため、出力D1からのデータではなく出力Q2を取り込む経路が選択され、論理”1”を保持する。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が不一致となり、エラー信号が”1”となる。   Next, the third period in FIG. 23 is a case where the rise event of the enable signal is delayed from the rise of the clock signal clk, and the delay is larger than the delay of the buffer B2. In this case, the clock signal C1 lacks a pulse due to the delay of the enable signal. However, since the clock signal C1 rises after the fall event of the output D1, the register R1 can normally capture logic “0”. However, since the rise event of the enable signal is not in time for the rise of the clock signal C2, the register R2 selects the path for taking in the output Q2 instead of the data from the output D1, and holds the logic “1”. Therefore, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 do not match, and the error signal becomes “1”.

次に、図23の4周期目では、2周期目と同様、前周期の値がそのままホールドされ、出力Q1と出力Q2は不一致のままとなり、エラー信号は”1”のままとなる。さらに、図23の5周期目では、イネーブル信号のriseイベントがクロック信号clkの立上がりより早いので、クロック信号clkとクロック信号C1の立上がりが一致する。そして、出力D1のriseイベント後にクロック信号C1及びクロック信号C2が立上がるので、レジスタR1及びレジスタR2は正常に論理”1”を取り込むことができる。したがって、比較器1では、出力Q1と出力Q2との値が一致し、エラー信号が”0”となる。   Next, in the fourth period of FIG. 23, as in the second period, the value of the previous period is held as it is, the output Q1 and the output Q2 remain inconsistent, and the error signal remains “1”. Further, in the fifth cycle of FIG. 23, the rise event of the enable signal is earlier than the rise of the clock signal clk, so that the rise of the clock signal clk and the clock signal C1 coincide. Since the clock signal C1 and the clock signal C2 rise after the rise event of the output D1, the register R1 and the register R2 can normally capture the logic “1”. Accordingly, in the comparator 1, the values of the output Q1 and the output Q2 match, and the error signal becomes “0”.

以上のように、本実施の形態に係る半導体装置では、データ信号のセットアップ違反を検知するだけでなく、イネーブル信号のセットアップ違反も検知することができる。   As described above, the semiconductor device according to the present embodiment can detect not only the setup violation of the data signal but also the setup violation of the enable signal.

(実施の形態9)
図24に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図24に示す回路では、図5に示す回路が複数設けられ、各回路の比較器1a〜1xの出力Ea〜ExがOR回路40に入力されている。そして、図24に示す回路では、OR回路40からの出力がエラー信号として、図6に示す制御回路13に入力され、各回路に供給するクロック信号clkや電圧を制御している。なお、図24に示す回路では、出力Ea〜ExのOR演算を行うOR回路40がエラー信号生成回路を構成している。
(Embodiment 9)
FIG. 24 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In the circuit shown in FIG. 24, a plurality of circuits shown in FIG. 5 are provided, and outputs Ea to Ex of the comparators 1 a to 1 x of each circuit are input to the OR circuit 40. In the circuit shown in FIG. 24, the output from the OR circuit 40 is input to the control circuit 13 shown in FIG. 6 as an error signal, and the clock signal clk and voltage supplied to each circuit are controlled. In the circuit shown in FIG. 24, an OR circuit 40 that performs an OR operation on the outputs Ea to Ex constitutes an error signal generation circuit.

つまり、図24に示す回路は、ロジックステージL1からロジックステージL2に至る複数のパスについてセットアップ違反の有無を検知することができる。また、本実施の形態は、ロジックステージL1からロジックステージL2に至るパスに限られず、図5に示すような回路構成を様々なパスに適用することで、それぞれのパスで生じるセットアップ違反の有無を検知することができる。   That is, the circuit shown in FIG. 24 can detect the presence or absence of a setup violation for a plurality of paths from the logic stage L1 to the logic stage L2. In addition, the present embodiment is not limited to the path from the logic stage L1 to the logic stage L2. By applying the circuit configuration shown in FIG. 5 to various paths, it is possible to check whether there is a setup violation that occurs in each path. Can be detected.

以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、複数のパスのセットアップ違反を検知できるので、あるパス(例えば、クリティカルパス)のみに基づいて、クロック信号clkや電圧を最適化するのではなく、回路全体が最適な駆動を行うことが可能となる。つまり、本実施の形態では、クリティカルパスだけではなく、特定範囲の遅延パスのレジスタに適用し、それら全てパスで正常動作を確認し、より消費電力を低減させることができる。   As described above, since the semiconductor device according to the present embodiment can detect setup violations of a plurality of paths, the clock signal clk and the voltage are not optimized based only on a certain path (for example, a critical path). As a result, the entire circuit can be driven optimally. In other words, in this embodiment, the present invention can be applied not only to a critical path but also to a register of a delay path within a specific range, and normal operation can be confirmed on all the paths, thereby further reducing power consumption.

(実施の形態10)
図25に、本実施の形態に係る半導体装置の回路図を示す。図25に示す回路では、クロックツリーのバッファB1前で、且つバッファB0後のクロック信号clkを用いて、実動作レジスタであるレジスタR1に対しバッファB1の遅延分だけタイミングを厳しくさせた(Negative Slack)レジスタR3を備えている。そして、比較器3では、レジスタR1の出力Q1とレジスタR3の出力Q3とを比較し、エラー信号を出力する。そのため、図25に示す回路は、クロックラインに挿入したバッファB1の遅延分だけ、レジスタR0からレジスタR1へのホールド違反を動的に検出することができる。
(Embodiment 10)
FIG. 25 shows a circuit diagram of the semiconductor device according to the present embodiment. In the circuit shown in FIG. 25, the clock signal clk before the buffer B1 in the clock tree and after the buffer B0 is used to tighten the timing by the delay of the buffer B1 with respect to the register R1 that is the actual operation register (Negative Slack). ) A register R3 is provided. The comparator 3 compares the output Q1 of the register R1 with the output Q3 of the register R3 and outputs an error signal. Therefore, the circuit shown in FIG. 25 can dynamically detect a hold violation from the register R0 to the register R1 by the delay of the buffer B1 inserted in the clock line.

次に、図25に示す回路の駆動について、図26のタイムチャートを用いて説明する。まず、図25に示す回路においてレジスタR0からレジスタR1へ至るパスは、ほとんど遅延がなく、ホールド動作に関しクリティカルなパスとする。もちろん、図25に示す回路においてシミュレーションを行っても、ホールドタイミングエラーは発生しない。また、レジスタR0からレジスタR1へ至るパスの間に、ロジックステートが介在してもよい。   Next, driving of the circuit shown in FIG. 25 will be described with reference to the time chart of FIG. First, in the circuit shown in FIG. 25, the path from the register R0 to the register R1 has almost no delay and is a critical path for the hold operation. Of course, even if simulation is performed in the circuit shown in FIG. 25, a hold timing error does not occur. Further, a logic state may be interposed between paths from the register R0 to the register R1.

図26では、レジスタR1のクロックピンでの信号をクロック信号C1、レジスタR1のデータ入力ピンでの信号を出力D1、レジスタR1のデータ出力ピンでの信号を出力Q1としている。さらに、図26では、レジスタR3のクロックピンでの信号をクロック信号C3、レジスタR3のデータ入力ピンでの信号を出力D3、レジスタR3のデータ出力ピンでの信号を出力Q3としている。   In FIG. 26, the signal at the clock pin of the register R1 is the clock signal C1, the signal at the data input pin of the register R1 is the output D1, and the signal at the data output pin of the register R1 is the output Q1. Further, in FIG. 26, the signal at the clock pin of the register R3 is the clock signal C3, the signal at the data input pin of the register R3 is the output D3, and the signal at the data output pin of the register R3 is the output Q3.

なお、クロック信号C1は、クロック信号C3に対して挿入したバッファB1の分だけ遅延して伝播する。また、出力Q1と出力Q3とを比較する比較器3の出力をエラー信号とする。   The clock signal C1 propagates with a delay by the amount of the buffer B1 inserted with respect to the clock signal C3. The output of the comparator 3 that compares the output Q1 and the output Q3 is an error signal.

まず、1周期目では、レジスタR0の出力Q0からの出力D1/D3のriseイベントが、各クロック信号C1/C3の立上がった後に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR3は、正常に論理”0”を取り込むことができる。つまり、レジスタR1及びレジスタR3は、次論理”1”を取り込まない。   First, in the first period, the rise event of the output D1 / D3 from the output Q0 of the register R0 is performed after the rise of each clock signal C1 / C3. Therefore, the register R1 and the register R3 can normally capture logic “0”. That is, the register R1 and the register R3 do not capture the next logic “1”.

次に、2周期目では、パス遅延におけるバラつき等の理由で、出力D1/D3のfallイベントが、クロック信号C1の立上がりよりも早く到達してしまい、レジスタR1が前論理”1”ではなく、同サイクルクロックで出力された出力Q0の次論理”0”を取り込んでしまう。つまり、レジスタR1は、ホールドタイミングエラーによる誤動作が生じる。ところが、レジスタR3は、バッファB1分だけクロック信号C3がクロック信号C1に対し早く立ち上がるため、正常に前論理”1”を取り込むことができる。そのため、レジスタR1の出力Q1とレジスタR3の出力Q3とが異なり比較器3のエラー信号が”1”となって誤動作が検出される。   Next, in the second cycle, the fall event of the output D1 / D3 arrives earlier than the rising edge of the clock signal C1 due to reasons such as variations in path delay, and the register R1 is not the previous logic “1”. The next logic “0” of the output Q0 output at the same cycle clock is fetched. That is, the register R1 malfunctions due to a hold timing error. However, since the clock signal C3 rises earlier than the clock signal C1 by the buffer B1, the register R3 can normally capture the previous logic “1”. Therefore, the output Q1 of the register R1 and the output Q3 of the register R3 are different, and the error signal of the comparator 3 is “1”, and a malfunction is detected.

次に、3周期目では、出力D1/D3のriseイベントが、各クロック信号C1/C3の立上がった後に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR3は、正常に論理”0”を取り込むことができる。つまり、レジスタR1及びレジスタR3は、次論理”1”を取り込まない。また、2周期目でアサートされていたエラー信号も正常にネゲートされる。   Next, in the third period, the rise event of the output D1 / D3 is performed after the rise of each clock signal C1 / C3. Therefore, the register R1 and the register R3 can normally capture logic “0”. That is, the register R1 and the register R3 do not capture the next logic “1”. Also, the error signal that was asserted in the second cycle is normally negated.

次に、4周期目では、2周期目と同様、出力D1/D3のfallイベントが、クロック信号C1の立上がりよりも早く到達してしまい、レジスタR1が前論理”1”ではなく、同サイクルクロックで出力された出力Q0の次論理”0”を取り込んでしまう。つまり、レジスタR1は、ホールドタイミングエラーによる誤動作が生じる。ところが、レジスタR3は、バッファB1分だけクロック信号C3がクロック信号C1に対し早く立ち上がるため、正常に前論理”1”を取り込むことができる。そのため、レジスタR1の出力Q1とレジスタR3の出力Q3とが異なり比較器3のエラー信号が”1”となって誤動作が検出される。   Next, in the fourth period, as in the second period, the fall event of the output D1 / D3 arrives earlier than the rising edge of the clock signal C1, and the register R1 is not the previous logic “1” but the same cycle clock. The next logic “0” of the output Q0 output in step S3 is taken in. That is, the register R1 malfunctions due to a hold timing error. However, since the clock signal C3 rises earlier than the clock signal C1 by the buffer B1, the register R3 can normally capture the previous logic “1”. Therefore, the output Q1 of the register R1 and the output Q3 of the register R3 are different, and the error signal of the comparator 3 is “1”, and a malfunction is detected.

次に、5周期目では、3周期目と同様、出力D1/D3のriseイベントが、各クロック信号C1/C3の立上がった後に行われる。そのため、レジスタR1及びレジスタR3は、正常に論理”0”を取り込むことができる。つまり、レジスタR1及びレジスタR3は、次論理”1”を取り込まない。また、4周期目でアサートされていたエラー信号も正常にネゲートされる。   Next, in the fifth cycle, as in the third cycle, the rise event of the output D1 / D3 is performed after the rising of each clock signal C1 / C3. Therefore, the register R1 and the register R3 can normally capture logic “0”. That is, the register R1 and the register R3 do not capture the next logic “1”. Also, the error signal that was asserted in the fourth cycle is normally negated.

したがって、本実施の形態に係る半導体装置では、レジスタR1と論理等価であるが、クロックラインを遅延制御(バッファセル挿入、配線長調整、配線物性調整) によりレジスタR1に対してタイミングを厳しくしたレジスタR3を設けているので、相互の出力Q1,Q3を比較することで、レジスタR1のホールド違反を動的に検出することができる。   Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the register is logically equivalent to the register R1, but the clock line has a strict timing with respect to the register R1 by delay control (buffer cell insertion, wiring length adjustment, wiring physical property adjustment). Since R3 is provided, the hold violation of the register R1 can be dynamically detected by comparing the outputs Q1 and Q3 with each other.

本発明の前提となる回路の回路図である。It is a circuit diagram of a circuit which is a premise of the present invention. 本発明の前提となる回路のタイミングチャートである。It is a timing chart of the circuit used as the premise of this invention. 本発明の前提となる回路の回路図である。It is a circuit diagram of a circuit which is a premise of the present invention. セットアップ違反を説明する図である。It is a figure explaining a setup violation. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置のブロック図である。1 is a block diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置のタイミングチャートである。4 is a timing chart of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置のタイミングチャートである。6 is a timing chart of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る半導体装置のタイミングチャートである。6 is a timing chart of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態5に係る半導体装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the semiconductor device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る半導体装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態5に係る半導体装置のタイミングチャートである。10 is a timing chart of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態6に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る半導体装置のタイミングチャートである。10 is a timing chart of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態7に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態7に係る半導体装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the semiconductor device concerning Embodiment 7 of the present invention. 本発明の実施の形態8に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8に係る半導体装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the semiconductor device which concerns on Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態8に係る半導体装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the semiconductor device which concerns on Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態9に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態10に係る半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10に係る半導体装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the semiconductor device which concerns on Embodiment 10 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,3 比較器、2,31 選択回路、4,5,22 レジスタ、6 出力選択回路、7 クロック制御回路 、8,9,25,30 AND回路、10 デジタル回路、11 クロック発生装置、12 レギュレータ、13 制御回路、14 メモリ、20,26,40 OR回路、21,23,28 インバータ、71,72 論理回路、101 リップ−フロップ回路、102 ラッチ回路、103 比較器、104 セレクタ回路。
1, 3 Comparator, 2, 31 selection circuit, 4, 5, 22 register, 6 output selection circuit, 7 clock control circuit, 8, 9, 25, 30 AND circuit, 10 digital circuit, 11 clock generator, 12 regulator , 13 control circuit, 14 memory, 20, 26, 40 OR circuit, 21, 23, 28 inverter, 71, 72 logic circuit, 101 lip-flop circuit, 102 latch circuit, 103 comparator, 104 selector circuit.

Claims (14)

論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記クロック信号を遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を経た前記クロック信号の所定のタイミングで前記論理回路からのデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記第1レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、第1エラー信号を出力する第1比較器とを備える半導体装置。
A first register for fetching data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
Delay means for delaying the clock signal;
A second register that is logically equivalent to the first register, fetches data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal that has passed through the delay means;
A semiconductor device comprising: a first comparator that compares the output of the first register with the output of the second register and outputs a first error signal.
請求項1に記載の半導体装置であって、
前記クロック信号に対して早いタイミングで前記論理回路からのデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第3レジスタと、
前記第1レジスタの出力と前記第3レジスタの出力との比較を行い、第2エラー信号を出力する第2比較器とをさらに備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A third register that is logically equivalent to the first register and that captures data from the logic circuit at an early timing relative to the clock signal;
The semiconductor device further comprising: a second comparator that compares the output of the first register and the output of the third register and outputs a second error signal.
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置であって、
前記遅延手段の遅延量を調整する遅延量調整回路と、
前記第1エラー信号に基づき前記遅延量調整回路を制御する制御回路とをさらに備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
A delay amount adjusting circuit for adjusting a delay amount of the delay means;
And a control circuit for controlling the delay amount adjusting circuit based on the first error signal.
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置であって、
前記遅延手段は、前記第2レジスタのトランジスタサイズや回路トポロジを前記第1レジスタに対して変化させることで、遅延量を設定することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
The delay unit sets a delay amount by changing a transistor size or a circuit topology of the second register with respect to the first register.
請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の半導体装置であって、
前記第1エラー信号に基づき、前記第1レジスタの出力又は前記第2レジスタの出力のいずれか一方を次段の論理回路へ出力する出力選択回路をさらに備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein
A semiconductor device, further comprising: an output selection circuit that outputs either the output of the first register or the output of the second register to a logic circuit in a next stage based on the first error signal.
請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の半導体装置であって、
前記論理回路に入力する前段のレジスタが変化した場合にのみ、前記遅延手段を経た前記クロック信号を前記第2レジスタに入力させるクロック制御回路をさらに備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor device, further comprising: a clock control circuit that inputs the clock signal that has passed through the delay means to the second register only when a previous register input to the logic circuit changes.
論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記論理回路の少なくとも最終段の論理分だけタイミングに余裕を持たせたデータを生成する論理生成手段と、
前記クロック信号の所定のタイミングで前記論理生成手段の出力を取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記第1レジスタの後段に配設され、前記論理生成手段によるタイミングのずれを調整する周期調整レジスタと、
前記周期調整レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、エラー信号を出力する比較器とを備える半導体装置。
A first register for fetching data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
Logic generation means for generating data having a margin in timing for at least the last stage of the logic circuit;
A second register that is logically equivalent to the first register and captures the output of the logic generation means at a predetermined timing of the clock signal;
A period adjustment register disposed downstream of the first register and configured to adjust a timing shift by the logic generation unit;
A semiconductor device comprising: a comparator that compares an output of the cycle adjustment register with an output of the second register and outputs an error signal.
論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記クロック信号の所定のタイミングで前記論理回路からのデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記第1レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、エラー信号を出力する比較器と、
前記論理回路の論理を固定し、所定のパスを活性化する論理固定手段とを備える半導体装置。
A first register for fetching data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
A second register that is logically equivalent to the first register and that captures data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
A comparator that compares the output of the first register with the output of the second register and outputs an error signal;
A semiconductor device comprising: logic fixing means for fixing logic of the logic circuit and activating a predetermined path.
論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記論理回路の少なくとも最終段の論理を固定し、活性化する論理固定手段と、
前記クロック信号の所定のタイミングで前記論理固定手段からのデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記論理回路の少なくとも最終段の論理を除く前記論理回路からのデータを前記クロック信号の所定のタイミングで取り込む第3レジスタと、
前記第2レジスタの出力と前記第3レジスタの出力との比較を行い、エラー信号を出力する比較器とを備える半導体装置。
A first register for fetching data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
Logic fixing means for fixing and activating the logic of at least the final stage of the logic circuit;
A second register that is logically equivalent to the first register and that captures data from the logic fixing means at a predetermined timing of the clock signal;
A third register for fetching data from the logic circuit excluding at least the final stage logic of the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
A semiconductor device comprising: a comparator that compares the output of the second register and the output of the third register and outputs an error signal.
イネーブル信号に基づきクロック信号の伝送を制御するクロック制御手段と、
論理回路からのデータを前記クロック制御手段から伝送された前記クロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記クロック信号を遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を経た前記クロック信号の所定のタイミングでデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記イネーブル信号に基づき、前記論理回路からのデータ又は前周期の前記第2レジスタの出力のいずれかを選択し、前記第2レジスタに入力するデータとする論理選択手段と、
前記第1レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、エラー信号を出力する比較器とを備える半導体装置。
Clock control means for controlling the transmission of the clock signal based on the enable signal;
A first register for fetching data from a logic circuit at a predetermined timing of the clock signal transmitted from the clock control means;
Delay means for delaying the clock signal;
A second register that is logically equivalent to the first register and that captures data at a predetermined timing of the clock signal that has passed through the delay means;
Logic selection means for selecting either data from the logic circuit or the output of the second register in the previous cycle based on the enable signal, and setting the data to be input to the second register;
A semiconductor device comprising: a comparator that compares the output of the first register and the output of the second register and outputs an error signal.
請求項1乃至請求項10のいずれか1つに記載の半導体装置であって、
前記第1レジスタ及び前記第2レジスタを含む回路全体あるいは一部をセル化することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 10,
A semiconductor device characterized in that all or part of a circuit including the first register and the second register is formed into a cell.
論理回路からのデータをクロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記クロック信号を遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を経た前記クロック信号の所定のタイミングで前記論理回路からのデータを取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記第1レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、比較信号を出力する比較器とを各々が備える複数の半導体回路と、
前記複数の半導体回路における複数の前記比較信号に対し所定の処理を行いエラー信号を生成するエラー信号生成回路と、
前記エラー信号に基づき、前記クロック信号の周波数を制御するクロック信号発生回路と、
前記エラー信号に基づき、前記複数の半導体回路に供給する電圧を制御するレギュレータ回路とを備える半導体装置。
A first register for fetching data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal;
Delay means for delaying the clock signal;
A second register that is logically equivalent to the first register, fetches data from the logic circuit at a predetermined timing of the clock signal that has passed through the delay means;
A plurality of semiconductor circuits each comprising a comparator for comparing the output of the first register and the output of the second register and outputting a comparison signal;
An error signal generation circuit that performs predetermined processing on the plurality of comparison signals in the plurality of semiconductor circuits to generate an error signal;
A clock signal generation circuit for controlling the frequency of the clock signal based on the error signal;
And a regulator circuit that controls a voltage supplied to the plurality of semiconductor circuits based on the error signal.
第1クロック信号を所定の期間遅延させた第2クロック信号を生成する遅延手段と、
論理回路からのデータを前記第2クロック信号の所定のタイミングで取り込む第1レジスタと、
前記論理回路からのデータを前記第1クロック信号の所定のタイミングで取り込む、前記第1レジスタと論理等価な第2レジスタと、
前記第1レジスタの出力と前記第2レジスタの出力との比較を行い、エラー信号を出力する比較器とを備える半導体装置。
Delay means for generating a second clock signal obtained by delaying the first clock signal for a predetermined period;
A first register for capturing data from a logic circuit at a predetermined timing of the second clock signal;
A second register that is logically equivalent to the first register and that captures data from the logic circuit at a predetermined timing of the first clock signal;
A semiconductor device comprising: a comparator that compares the output of the first register and the output of the second register and outputs an error signal.
請求項13に記載の半導体装置であって、
前記遅延手段は、前記第2レジスタのトランジスタサイズや回路トポロジを前記第1レジスタに対して変化させることで、遅延量を設定することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 13,
The delay unit sets a delay amount by changing a transistor size or a circuit topology of the second register with respect to the first register.
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