JP2009064532A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチポートRAMマクロにおいて、複数のポートから同一メモリセルにアクセスがあった場合にはそれぞれのクロック信号の遅延差により電源電圧マージンが変動する。電源電圧マージンを保証するため、適切な条件の下でテストを行わなければならない。
【解決手段】Aポートのワード線WLAをクロック信号ACLKに基づき活性化し、Bポートのワード線WLBをAポートが選択状態であることを示すポート設定信号RDXAに基づき活性化する。併せて、Bポートのビット線をプリチャージする。クロック信号の遅延差に関係なくワード線WLAが活性化している期間にワード線WLBを活性化させ、且つ、AポートのアクセストランジスタのVdsを一定値に保つことで同時アクセス動作時の状態を再現している。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数ポートからアクセス可能なマルチポートRAMマクロが搭載された半導体集積回路装置に関し、特に該RAMマクロに対して適切な規格でテストされるようにテスト条件が設定可能なテスト回路を内蔵した半導体集積回路装置に関するものである。
複数ポートからアクセス可能なマルチポートRAMマクロは、メモリセルに対してそれぞれのポートから独立にアクセスすることができる。各々のポートは非同期動作であり、あるポートからメモリセルに対してデータを読み出し動作を行っている一方で、別のポートから同一のメモリセルに対してアクセスされることもある。以降、これを複数ポートからの同一メモリセルに対する同時アクセス動作と称する。
8トランジスタを用いたデュアルポートRAMにおいて、同一メモリセルに対する同時アクセス動作に関して説明する。図7は、デュアルポートRAMのメモリセル回路図である。デュアルポートRAMのメモリセルM1は、MN1及びMN2の2つのドライバトランジスタ、MP1及びMP2の2つのロードトランジスタで構成されている。また、MN3、MN4、MN5及びMN6は各ポートからメモリセルM1に対するアクセスを切り替えるためのアクセストランジスタである。
このようなデュアルポートRAMにおいて、メモリセルM1が“0”データを保持しているとき(NODE1が“L”レベル、NODE2が“H”レベル)、Aポート及びBポートからの同一メモリセルに対する同時アクセス動作について説明する。
Aポートからデータを読み出す場合には、ワード線WLAがアクティブレベルになりアクセストランジスタMN3、MN4がオンする。NODE2が“H”レベルである場合には、ドライバトランジスタMN2がオンして、破線に沿って電源電圧にプリチャージされていたビット線DTAの電荷が引き抜かれる。このときBポートからメモリセルM1へのアクセスがあると、Bポートのワード線WLBがアクティブレベルとなり、BポートのアクセストランジスタMN5、MN6がオンする。プリチャージされていたビット線DTBの電荷もビット線DTAの電荷と同様に引き抜かれるが、MN3とMN5が同時にオンすることにより、MN3とMN5のいずれか一方がオンした場合と比較してNODE1の電位レベルが上がる。NODE1の電位レベルが上がることにより、アクセストランジスタMN3及びMN5のドレイン・ソース電圧Vdsが下がり、その結果、ビット線DTAの電荷を引き抜く速度が遅くなってしまう。したがって、設定されたサイクル内では十分な読み出し時間を確保することができず、データ読み出しが不確実になってしまう。
一方、上述のような同一サイクルにおいて同一ロウアドレスが選択された場合においてもデータ読み出しを確実に行う方法が特許文献1に記載されている。図9は特許文献1に記載されたデュアルポートRAMである。このデュアルポートRAMは、複数ポートからのアクセスにより同一ロウアドレスが選択される場合において、一方のポートの制御回路116aがメモリアクセスのために出力する制御信号RPを他方のポートの制御回路106aにも送信し、他方のポートに対するアクセストランジスタを同時に活性化させないように他方のポートの制御に遅延を生じさせるものである。このように異なるポートの活性化信号の出力タイミングを制御する方法が特許文献1に記載されている。
特開2006−134379号公報
しかしながら、異なるポートの活性化信号の出力タイミングを制御して、読み出し動作において確実にデータ読み出せるまで書き込み動作を遅らせるため、サイクルタイムが悪化してしまうという問題点がある。
サイクルタイムの悪化を避けるため上述のような活性化信号の出力タイミング制御を行わない場合には、複数のポートから同一メモリセルに対する同時アクセス動作時にもRAMマクロが正常動作するために電源電圧を高く設定することが必要とされる。
同時アクセス動作が行われたときに必要な電源電圧は、ポート間の遅延差に対して図8に示すような特性を有する。図8において、横軸はポート間の遅延差、縦軸は正常動作を行うために必要な電源電圧を表す。ここで、遅延値0はAポートからのアクセスされる期間とBポートとからのアクセスされる期間とがまったく同一であることを表し、遅延値0より左は、例えば、Aポートのアクセスに対してBポートのアクセスが先行している場合、遅延値0より右はAポートのアクセスに対してBポートのアクセスが遅延している場合を表す。図8に示すように、AポートおよびBポートからアクセスされる期間が同一である場合に最も高い電源電圧を必要とすることがわかる。
したがって、このような電源電圧を保証するためには、マルチポートRAMマクロのテストにおいて複数のポートからアクセスされる期間がまったく同一であるような状況を再現しなければならない。ところが、各ポートに供給されるクロック信号はその信号間に遅延差があり、それぞれのポートに供給されるクロック信号を完全に同時に動作させることは困難である。また、各ポートのワード線はそのようなクロック信号に応じて活性化されるものであるから、複数のポートのワード線がアクティブレベルとなる期間を一致させることは不可能である。また、複数のポートのワード線がアクティブレベルとなる期間を最も重なるように設定することも難しい。
図8に示すような電源電圧の特性を踏まえて、テスト時の電源電圧規格を補正することも可能である。例えば、図8に示すように、各ポート間の遅延量の差がaであると仮定して、電源電圧をbだけ高く設定することで、最悪条件の電源電圧規格を設定することができる。しかし、ポート間スキューがc’であるときには最悪条件に近いところで測定しているため、本来であれば補正をする電圧は少ないはずであるが、テスト時には実際の遅延量が不明であるため遅延量a’と仮定してb’分だけ高い電源電圧規格を設定すると、過剰な電源電圧を保証していることになってしまう。
本発明による半導体集積回路は、複数のポートからアクセス可能な複数のメモリセルを有するメモリブロックと、第1のワード線制御信号に応じて複数のポートのうち第1のポートのワード線を活性化する第1のワード線制御回路と、第1のポートのビット線のプリチャージ制御を行う第1のプリチャージ制御回路と、第2のワード線制御信号に応じて複数のポートのうち第2のポートのワード線を活性化する第2のワード線制御回路と、第2のポートのビット線のプリチャージ制御を行う第2のプリチャージ制御回路とを備えたRAMマクロと、テストモード信号に応じて第1および第2のポートそれぞれに対して選択状態か非選択状態かを設定し、且つ、第1および第2のいずれか一方を選択状態とし他方を非選択状態と設定する第1および第2のポート設定信号を生成するテスト設定回路と、第1のポート設定信号に基づき第1のポートが選択状態と設定されるときには外部から供給されるクロック信号を、非選択状態と設定されるときには第1のテスト制御信号を第1のワード線制御信号として第1のワード線制御回路に供給する第1の選択回路と、第2のポート設定信号に基づき第2のポートを選択状態と設定するときにはクロック信号を、非選択状態と設定するときには第2のテスト制御信号を第2のワード線制御信号として第2のワード線制御回路に供給する第2の選択回路とを備えるテスト回路とを有し、第1および第2のプリチャージ制御回路は、それぞれ第1および第2のポート設定信号に基づき第1および第2のポートそれぞれが非選択状態と設定されるときに非選択状態と設定されたポートのビット線のプリチャージを行っている。
本発明では、ポート設定信号によって選択状態と設定されたポートに対して通常動作と同様にクロック信号が供給され、選択状態と設定されたポートはこのクロック信号に基づいてワード線を活性化する。一方、非選択状態と設定されたポートに対してはテスト制御信号に基づいてワード線を活性化する。したがって、ポート間のクロック信号の遅延量を考慮することなく、選択状態に設定されたポートのワード線が活性化している期間に非選択状態に設定されたポートのワード線を活性化することができる。また、非選択状態と設定されたポートのビット線をプリチャージすることによって、選択状態と設定されたポートのワード線が活性化されたときのアクセストランジスタのドレイン・ソース電圧を最小にしている。かくして、選択状態と設定されたポートがデータを読み出す動作にとって最も高い電源電圧が必要になる条件を再現している。
本発明の半導体集積回路によれば、マルチポートRAMマクロの動作に対して最も高い電源電圧が必要になる条件を再現することができ、適切な電源規格でマルチポートRAMマクロのテストをすることが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここでは、RAMマクロ2がAポートおよびBポートからアクセス可能なデュアルポートRAMマクロであるとして説明するが、3つ以上のポートを備えるマルチポートRAMマクロである場合も同様である。また、メモリセルアレイ内のワード線やビット線の数は以降の実施形態に示す数に限るものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るRAMマクロ2およびそのテスト回路20が搭載された半導体集積回路1を示す図である。本発明の第1の実施形態によれば、半導体集積回路1はRAMマクロ2、RAMマクロ2をテストするためのBIST(Built−in Self Test)回路20を有する。
BIST回路20は、アドレスパタン生成回路21、同時アクセス動作テスト設定回路22およびセレクタMCA24、MCB25を有する。
アドレスパタン生成回路21は各ポートのテスト用アドレス信号を生成し、同時アクセス動作テスト時にはすべてのポートが同一メモリセルをアクセスするようにテスト用アドレス信号を生成する。
同時アクセス動作テスト設定回路22は、データを読み出すべきポートを選択し設定するためのポート設定信号RDXA、RDXB生成し、同時アクセス動作テスト時にポート設定信号RDXA/RDXBのいずれか一方のみを選択されたことを示す“H”レベルに設定する。セレクタ23は、Bポートに対して、通常動作時には外部から供給されるBポート用のユーザークロック信号BCLKを、同時アクセス動作テスト時には外部から供給されるAポート用のユーザークロック信号ACLKをクロック信号として供給する。
セレクタMCA24は、ポート設定信号RDXAが“H”レベルであるとき、すなわち、Aポートがデータを読み出すべきポートとして指定された場合にはクロック信号CLKAを、ポート設定信号RDXAが“L”レベルであるとき、すなわち、Bポートがデータを読み出すべきポートとして指定された場合にはポート設定信号RDXBを、内部クロック信号ICLAとして選択し出力する。同様に、セレクタMCB25は、ポート設定信号RDXBが“H”レベルであるとき、すなわち、Bポートがデータを読み出すべきポートとして指定された場合にはクロック信号BCLKを、ポート設定信号RDXBが“L”レベルであるとき、すなわち、Aポートがデータを読み出すべきポートとして指定された場合にはポート設定信号RDXAを、内部クロック信号ICLBとして選択し出力する。
なお、図示していないが、アドレスパタン発生回路21はテスト時にセレクタ23によって選択されるユーザークロック信号ACLKに応じてテスト用アドレス信号を出力し、同時アクセス動作テスト設定回路22もユーザークロック信号ACLKに同期して出力される。
RAMマクロ2は、メモリセルアレイ3、各ポート用に供給されたアドレス信号をデコードするアドレスデコーダ4、メモリセルに接続された各ポートのビット線をプリチャージするプリチャージ回路5及び6、NAND回路7〜10、インバータ回路11〜14、及びプリチャージ制御信号生成回路15及び16を備える。
NAND回路7及びインバータ回路11並びにNAND回路9及びインバータ回路13はそれぞれ、ロウアドレス信号XA/XBおよび内部クロック信号ICLA/ICLBに基づき各ポートのワード線WLA/WLBを活性化するためのワード線活性化信号を生成する。つまり、データを読み出すべきポートとして選択された選択ポートに対してはクロック信号に基づきワード線を活性化し、非選択ポートに対しては選択ポートが選択されていることを示すポート設定信号に基づきワード線を活性化する。すなわち、選択ポートが選択されていることを示す期間は非選択ポートのワード線は活性化していることとなり、同一メモリセルへの同時アクセス動作が再現できる。しかも、非選択ポートにはクロック信号が供給されていないため、各ポート間のクロック信号による遅延差(スキュー)を考慮する必要がなくなる。
プリチャージ制御信号生成回路TESTA15およびTESTB16は、それぞれポート設定信号RDXAおよびRDXBをプリチャージ制御信号ITAB/ITBBとして出力するバッファと同等の機能を有する。NAND回路8及びインバータ回路12並びにNAND回路10及びインバータ回路14はそれぞれ、カラムアドレス信号YA/YB、内部クロック信号ICLA/ICLBおよびプリチャージ制御信号ITAB/ITBBに基づきプリチャージ活性化信号PCA/PCBを生成する。
次に、本発明の第1の実施の形態によるRAMマクロ2およびテスト回路20の動作について図2を参照して説明する。期間T51はAポートの読み出し動作に対してBポートから同時にアクセスがあった場合、期間T52はBポートの読み出し動作に対してAポートから同時にアクセスがあった場合である。
同時アクセス動作テストを指示するテストモード信号TEST(非図示)が入力されると、アドレス生成回路21が、A/Bポートのそれぞれが同一メモリセルを選択するようなアドレス信号AA[0:a]およびAB[0:a]を生成する。デコーダ回路4は該アドレス信号をデコードしロウアドレス信号XA/XB及びカラムアドレス信号YA/YBを生成する。また、ポート選択回路22は、いずれか一方が“H”レベルであるポート設定信号RDXAおよびRDXBが生成する。期間T51ではAポートが読み出し動作を行うと指定されポート設定信号RDXAが“H”レベルとなる。“H”レベルとなったポート設定信号RDXAを受けて、セレクタ23はユーザークロック信号ACLKをクロック信号CLKBとして出力し、セレクタMCAは内部クロック信号ICLAとしてユーザークロック信号ACLKを出力する。Aポートのワード線WLAは内部クロック信号ICLAに基づき“L”レベルから“H”レベルになる。また、プリチャージ活性化信号PCAは、“H”レベルとなったカラムアドレス信号YA、内部クロック信号ICLAおよびプリチャージ制御信号ITBBに基づいて“H”レベルに変化する。この結果、Aポートのビット線DTA/DBAにはメモリセルから読み出されたデータが微小信号として伝播される。
一方、内部クロック信号ICLBは、“H”レベルのポート設定信号RDXAを受けて“H”レベルに変化する。そして、Bポートのワード線WLBが“H”レベルの内部クロック信号ICLBを受けて“L”レベルから“H”レベルになる。また、プリチャージ制御信号ITABは“L”レベルのポート設定信号RDXBを受けて“L”レベルになり、プリチャージ活性化信号PCBが“H”レベルとなる。その結果、Bポートのビット線DTB/DBBは電源電圧にプリチャージされた状態が保たれる。
このように、Aポートのワード線WLAがクロック信号に応じて活性化しているのに対して、Bポートのワード線WLBはクロック信号ではないポート設定信号に応じて活性化しているので、ポート間のクロック信号による遅延差(スキュー)を考慮する必要がない。したがって、選択されているAポートのワード線WLAが活性化する期間において、選択されなかったBポートのワード線WLBを活性化させることができ、Aポートの読み出し動作に対してBポートから同時にアクセスがある状態を再現することができる。
ところで、図2によれば、Aポートのワード線よりも先にBポートのワード線が活性化されており、AおよびBポートのアクセス期間が完全に同一ではない。しかし、本発明では、非選択ポートにおいて、ワード線を活性化する一方でビット線をプリチャージ状態に保つことで最悪条件を再現している。すなわち、図3に示すように、選択ポートをAポート、非選択ポートをBポートとして、非選択ポートのワード線WLBを選択ポートのワード線WLAに先行して活性化すると、選択ポートのビット線DTAの電荷が引き抜かれる前に非選択ポートのビット線DTBの電荷が引き抜かれその電位が下がる。ビット線DTBの電位が下がると内部接点NODE1のレベルが下がる(メモリセルの構成については図7参照)。この後、Aポートのワード線WLAが活性化されたとしても、アクセストランジスタMN3のドレイン−ソース間電圧Vdsは大きい状態で保たれているので、ビット線DTAの電荷引き抜き速度は速くなってしまう。しかしながら、AポートとBポートのアクセス期間が完全に同一である場合は、前述のようにAポートのアクセストランジスタMN3のVdsが下がりビット線DTAからのデータ読み出しが遅くなってしまうような状態である。そこで、図4に示すように、AポートのアクセストランジスタMN3のVdsが一定値を保つように、Bポートのビット線をプリチャージ状態に設定している。かくして、選択されなかったBポートのビット線をプリチャージすることによって、非選択ポートのワード線を選択ポートのワード線に先行して活性化された場合にも同時アクセス動作による最悪条件を再現できるようにしている。
なお、図2において、期間T52はBポートを選択ポートとした場合の動作である。動作はAポートおよびBポートのそれぞれに対応する信号を入れ替えた動作となるため、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第2の実施形態に係るRAMマクロ2aおよびそのテスト回路が搭載された半導体集積回路1aについて図5および図6を参照して説明する。
図5に示すように、本発明の第2の実施形態は、前述した第1の実施形態と比較して、BIST回路30にクロック信号ECLKが供給されていること、セレクタ33および34が設けられポート設定信号RDXA/RDXBに応じてユーザークロック信号ACLK/BCLKもしくはクロック信号ECLKのいずれかがクロック信号CLKA/CLKBとしてRAMマクロ2aに供給される点で異なる。また、クロック信号CLKA/CLKBはそれぞれバッファ19−1および19−2を介して内部クロック信号ICLA/ICLBに供給され、内部クロック信号ICLA/ICLBをBIST回路30から供給されたクロック信号CLKA/CLKBより生成する点で異なる。他の構成要素は図1と同一の構成要素と同一であり、同一の参照番号で示しその説明を省略する。
クロック信号ECLKは、ユーザークロック信号ACLK/BCLKとは異なるデューティ比を有するクロック信号であり、ユーザークロック信号ACLK/BCLKに比べて“H”レベルである期間が長い。このクロック信号ECLKがポート設定信号によって決定された非選択ポートにクロック信号として供給され、クロック信号ECLKに基づき内部クロック信号が生成される。
本発明の第2の実施形態に係るRAMマクロ2aおよびテスト回路30の動作について図6を参照して説明する。
図6は、図2と同様に期間T61においてAポートを選択ポートとした動作、期間T62においてBポートを選択ポートとした動作である。期間T61において、Aポートの動作については、図2で説明した期間T51の動作と同様であるのでその説明を省略する。
セレクタ34はAポートが選択されたことを示すポート設定信号RDXAが“H”レベルになったことを受けて、クロック信号ECLKを内部クロック信号CLKBとして出力する。Bポートのワード線WLBはこの内部クロック信号CLKBに基づき“H”レベルとなる。一方、Aポートのワード線WLAはユーザークロック信号ACLKに基づく内部クロック信号ICLAによって“H”レベルとなる期間が決定される。クロック信号ECLKはユーザークロック信号ACLKに比べて“H”レベルである期間が長いため、ワード線WLBはワード線WLAが活性化されている期間を含めて活性化される。また、Bポートのビット線DTB/DBBは、“L”レベルであるポート設定信号RDXBを受けて“L”レベルとなるプリチャージ制御信号ITABに基づきプリチャージ状態が保たれる。かくして、同時アクセス動作の状態が再現される。
本発明の第2の実施形態では、テストクロック信号ECLKを直接入力し選択することにより、RAMマクロ内部に内部クロック信号のための制御回路が不要となる。その結果、RAMマクロの面積削減が可能となる。また、BIST回路は、複数のマクロを同時に制御することが可能であり、BIST回路を複数備える必要がなくなり面積増加を抑えることが可能となる。したがって、チップ全体の面積を削減することが可能となる。
上述のように、本発明によれば、クロック端子間遅延に関係なく読み出し時の最悪状態を再現することが可能となるため、チップをテストする際に適切な規格が設定可能となり、テスト品質を向上させることができる。
本発明の第一の実施形態に係る半導体集積回路のブロック図である。 図1に示す半導体集積回路の動作波形図である。 デュアルポートRAMマクロの同時アクセス動作時に非選択ポートのビット線をプリチャージしなかった場合の動作波形図である。 デュアルポートRAMマクロの同時アクセス動作時に非選択ポートのビット線をプリチャージした場合の動作波形図である。 本発明の第二の実施形態に係る半導体集積回路のブロック図である。 図5に示す半導体集積回路の動作波形図である。 デュアルポートRAMのメモリセル回路図である。 デュアルポートRAMの同時アクセス動作時のポート間の遅延差に対する電源電圧のイメージ図である。 従来のデュアルポートRAMのブロック図である。
符号の説明
1 半導体集積回路
2、2a RAMマクロ
3 メモリセルブロック
4 アドレスデコーダ
プリチャージ回路
7、8、9、10 NAND回路
11、12、13、14 インバータ回路
15、16、23、33、34 セレクタ
17、18 プリチャージ制御信号生成回路
20、30 BIST回路
21 アドレスパタン発生回路
22 同時アクセス動作テスト設定回路

Claims (7)

  1. 複数のポートからアクセス可能な複数のメモリセルを有するメモリブロックと、第1のワード線制御信号に応じて前記複数のポートのうち第1のポートのワード線を活性化する第1のワード線制御回路と、前記第1のポートのビット線のプリチャージ制御を行う第1のプリチャージ制御回路と、第2のワード線制御信号に応じて前記複数のポートのうち第2のポートのワード線を活性化する第2のワード線制御回路と、前記第2のポートのビット線のプリチャージ制御を行う第2のプリチャージ制御回路とを備えたRAMマクロと、
    テストモード信号に応じて前記第1および第2のポートそれぞれに対して選択状態か非選択状態かを設定し、且つ、前記第1および第2のいずれか一方を選択状態とし他方を非選択状態と設定する第1および第2のポート設定信号を生成するテスト設定回路と、前記第1のポート設定信号に基づき前記第1のポートが選択状態と設定されるときには外部から供給されるクロック信号を、非選択状態と設定されるときには第1のテスト制御信号を前記第1のワード線制御信号として前記第1のワード線制御回路に供給する第1の選択回路と、前記第2のポート設定信号に基づき前記第2のポートを選択状態と設定するときには前記クロック信号を、非選択状態と設定するときには第2のテスト制御信号を前記第2のワード線制御信号として前記第2のワード線制御回路に供給する第2の選択回路とを備えるテスト回路とを有し、
    前記第1および第2のプリチャージ制御回路は、それぞれ前記第1および第2のポート設定信号に基づき前記第1および第2のポートそれぞれが非選択状態と設定されるときに非選択状態と設定されたポートのビット線のプリチャージを行うことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記第1のポートが選択状態と設定され前記第2のポートが非選択状態と設定されるとき、前記第2のワード線制御回路が前記第2のテスト制御信号に基づき前記第2のポートのワード線を活性化する期間は、前記第1のワード線制御回路が前記クロック信号に基づき前記第1のポートのワード線を活性化する期間を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  3. 前記第1のポートが選択状態と設定され前記第2のポートが非選択状態と設定されるとき、前記第2のプリチャージ制御回路は、前記第1のポートを介して前記メモリブロックにアクセスして前記第1のポートのビット線にデータが現れてから前記データをセンスアンプにて増幅するまでの期間において前記第2のポートのビット線をプリチャージすることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  4. 前記第1のテスト制御信号は前記第2のポート設定信号であり、前記第2のテスト制御信号は前記第1のポート設定信号であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  5. 前記第1および第2のテスト制御信号は外部から供給されるテストクロック信号であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  6. 前記テストクロック信号のデューティ比は前記クロック信号のデューティ比とは異なることを特徴する請求項5記載の半導体集積回路。
  7. 前記テスト回路は、前記複数のポートそれぞれにアドレス信号を供給するアドレス信号生成回路を有し、前記アドレス信号生成回路は前記テストモード信号に応じて前記複数のポートに対して同一のメモリセルをアクセスするためのアドレス信号を生成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の半導体集積回路。
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