JP2013098976A - 半導体システムのための無線信号送受信装置、無線信号送信方法、及び無線信号受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、制限された面積から充分なインダクタンスを確保して安定的に送受信できる半導体システムのための無線信号送受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】無線信号送受信装置１００は、並列入力信号を直列信号に変換して出力し、直列入力信号を並列信号に変換して出力するサーデス信号およびサーデス回路１０５から出力される直列信号によりインダクタンスを発生し、外部装置と誘導結合現象によって発生した信号をサーデス回路１０５の直列信号に提供するカップリングパッド１１１を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体システムに関し、より具体的には半導体システムのための無線信号送受信装置に関する。

半導体装置はオンチップ（Ｏｎ−ｃｈｉｐ）化になる趨勢である。そして、オンチップ半導体装置の間の通信のために誘導結合（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象を用い、これを応用してウェハレベルでのテストの時にも誘導結合現象を利用してテスト対象の半導体とテスト装備とのデータ交換を行うようにしている。

図１は一般的な半導体装置に備わる信号伝送パッドの配列を説明するための図である。

図示されたように、半導体装置１２は制御信号の送受信用パッド（Ｓ）、電源供給パッド（Ｐ）、アドレス入力パッド（Ａ０〜Ａ１１）、データ入出力パッド（Ｄ０〜Ｄ１５）など複数のパッド１４−１〜ｍを具備している。

オンチップ半導体装置の間の通信やテストモードの時、誘導結合現象を用いてデータ交換を行うためには各パッドをインダクタで具現するべきである。ところが、オンチップに備わる各信号の伝送パッドのサイズはチップの縮小率に合うように最小化されている。これによって、誘導結合現象を起こすために確保されるべき面積ほど、パッドの大きさを十分に大きく形成できず、これによって送受信される信号の強度が弱くなる。さらに、このような信号の強度が弱い信号は、信号の送受信の間に発生するノイズによってさらに相殺され、あるいは減殺されるので、送信端から伝送した信号を受信端で正確に検出するのが困難となる。

また、送信しようとする信号のレベルが遷移する区間では、カップリングの値がもっと小さくなって、結局データ送受信が不可能になることがある。

このような問題を解決するために、インダクタンスを増加させてカップリングの値を確保する方法が考えられる。安定的なカップリング効果を得るためには最小４ｎＨのインダクタンスが必要であり、このような程度にインダクタンスを増加させるためには結局パッドのサイズを増加させなければならない。しかし、６０μｍ×７０μｍの面積のパッドを通して得ることができるインダクタンスは１ｎＨ以下という小さい値となるのが実情である。

すなわち、チップの面積が制約的であるため、目的とするのに十分なインダクタンスを確保することが難しい。これによって、等しいあるいは略等しいパッドサイズを持つチップ間の通信を行う時に、カップリングの効率のためにインダクタンスを増加させることは、送信側のチップ及び受信側のチップ双方において、実現するのに難しさが伴う。

特開２０１０−５２７１７２号公報 米国特許第７６３０６４６号明細書 特開２００８−２０５７３３号公報

本発明の実施形態は、制限された面積で充分なインダクタンスを確保することができる半導体システムのための無線信号送受信装置を提供する。

本発明の一実施形態による半導体システムのための無線信号送受信装置は、信号伝送ラインを通して提供される複数の入力信号を伝達する送信制御部と、前記送信制御部から出力された複数の入力信号から直列信号を生成して入出力バッファへ提供し、前記入出力バッファから提供される前記直列信号を分割して複数の並列信号を生成するサーデス回路と、前記直列信号を分離した分離信号をドライバへ提供し、前記ドライバから提供された信号を前記サーデス回路へ提供する前記入出力バッファと、前記ドライバから提供された前記分離信号によってインダクタンスを発生して、外部装置と誘導結合現象により発生した信号を前記ドライバへ提供するカップリングパッドと、前記サーデス回路から前記複数の直列信号を受信して前記信号伝送ラインへ提供する受信制御部と、を備える。

一方、本発明の異なる実施形態による半導体システムのための無線信号送受信装置は並列入力信号を直列信号に出力して、直列入力信号を並列信号に出力するサーデス回路と、及び前記サーデス回路から出力される直列信号によってインダクタンスを発生して、外部装置と誘導結合現状によって発生した信号を前記サーデス回路の前記直列入力信号に提供するカップリングパッドと、を含むことができる。

本発明の実施形態によれば、誘導結合現象を通して信号を送受信する半導体システムにおいて、制限された面積で充分なインダクタンスを確保して信号を安定的に送受信することができる。

一般的な半導体装置に備わる信号伝送パッドの配列を説明するための図である。 本発明の一実施形態による半導体システムのための無線信号送受信装置の構成図である。 図２に図示したサーデス回路の一例を示す図である。 図３に図示したパルス発生部の一例を示す図である。 図４に図示したパルス発生部の構成図である。 図３に図示したパルス発生部の動作を説明するためのタイミング図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を具体的に説明する。

図２は本発明の一実施形態による半導体システムのための無線信号送受信装置の構成図である。

図２に図示したように、本発明の一実施形態による無線信号送受信装置１００は、送信制御部１０１と、経路制御部１０３と、サーデス（Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ／Ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ；ＳＥＲＤＥＳ）回路１０５と、入出力バッファ１０７と、ドライバ１０９と、カップリングパッド１１１と、受信制御部１１３とを備える。

送信制御部１０１は、複数（ｍ個）の信号伝送ライン（Ｄ１〜Ｄｍ）から、送信しようとする信号を各々受信して増幅する複数（ｍ個）の送信処理部１１２を有する。

サーデス回路１０５は、経路制御部１０３を通して送信制御部１０１からの信号を並列に受信し、クロック信号（ＣＬＫ）に応答して入力された並列信号を直列化して出力する。

入出力バッファ１０７は、サーデス回路１０５から出力される直列信号を２つの信号に分離し、ドライバ１０９は、分離された信号を増幅した後、カップリングパッド１１１に印可する。すなわち、カップリングパッド１１１で誘導結合現象を起こすためには、交流電流がカップリングパッド１１１の両端に印可されなければならないので、入出力バッファ１０７を通して直列信号を２つの信号で分離する。

本発明の一実施形態では、入出力バッファ１０７は、単一入力を差動出力に基づいて生成する差動バッファー（Ｓｉｎｇｌｅ−ｔｏ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｂｕｆｆｅｒ）であってよい。

一方、カップリングパッド１１１が受信する信号は、ドライバ１０９を通して入出力バッファ１０７に提供されて一つの信号で結びついた後にサーデス回路１０５へ提供される。

サーデス回路１０５は、入力される直列信号を並列化して出力し、経路制御部１０３を通して受信制御部１１３に提供される。そして、受信制御部１１３は受信処理部１１４を有するものであり、受信信号を増幅して各信号伝送ライン（Ｄ１〜Ｄｍ）に提供する。

本発明の一実施形態で、経路制御部１０３は、信号送信モードでは送信制御部１０１の信号をサーデス回路１０５へ伝達し、信号受信モードではサーデス回路１０５の信号を受信制御部１１３へ伝達する機能を行うものであり、例えばカプラー１１６で構成することができるがこれに限定されるものではない。

また、図２では経路制御部１０３を通して送受信経路を制御する無線信号送受信装置を図示したがこれに限定されるのではない。すなわち、送信経路上の送信制御部１０１とカップリングパッド１１１との間に並直列変換部、出力バッファ、送信ドライバを構成し、受信経路上のカップリングパッド１１１と受信制御部１１３との間に受信ドライバ、入力バッファ及び直並列変換部を構成することも可能である。この場合にもカップリングパッド１１１は共用で使われなければならないのでカップリングパッドの出力の先端に経路制御部が追加で備えられる。

オンチップ半導体は、複数の信号伝送パッドを具備するものであり、本実施形態ではｍ個の並列信号を一つの信号に直列化して送信したり、直列信号を受信してｍ個に並列化して出力する場合を説明した。この場合に必要なサーデス回路１０５の個数がｎである場合、信号伝送のためのパッドすなわち、カップリングパッド１１１の数もｎ個になる。

すなわち、信号伝送パッドのすべてをインダクタで具現するのではなく、複数のパッドを一つのカップリングパッド１１１で統合して具現するため、制限された面積内に充分なインダクタンスを発生することができるカップリングパッド１１１を具現することができる。

統合して具現されたカップリングパッド１１１はインダクタになることができ、信号送信の時、インダクタの両端に入出力バッファ１０７から分割した信号が印可される。そして、データレベルの遷移区間ごとにカップリング信号が発生され、受信端のカップリングパッドに信号が伝送される。

以上の実施形態では、信号伝送ラインへ連結されるパッドを全てインダクタのようなカップリングパッドで具現するのではなく、複数の信号伝送ラインを併合して一つのカップリングパッドに連結し、これによりカップリングパッドのインダクタンスを増加させることを説明した。

このように、カップリングパッドのインダクタンスを増加させることに加え、カップリング現象をさらに極大化するために次のような方法を考えることができる。

カップリングパッドは、送信しようとするデータのレベルが遷移する時、カップリング信号か発生するので、データのレベルが遷移する区間でショットパルス（ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ）を発生させるようにするとカップリングの値をさらに増加させることができる。

図３は図２に図示したサーデス回路の一例を示す図である。

図３に図示したサーデス回路１０５は、データレベルの遷移区間でショットパルスを発生させるために、並直列変換部２００と、パルス発生部３００と、直並列変換部４００とを有する。

信号送信経路において、経路制御部１０３を通してサーデス回路１０５へ入力される信号（ＩＮ１〜ＩＮｍ）は、並直列変換部２００により一つの直列信号（ＳＩＮ）に変換される。

この直列信号（ＳＩＮ）はパルス発生部３００へ提供され、パルス発生部３００は直列信号（ＳＩＮ）からショットパルスを発生させて入出力バッファ１０７へ提供する。

一般的に、入力信号が有するデータレベルの遷移時間より短いパルス、例えばインパルスに近いショットパルスをインダクタに提供することにより、インダクタのインダクタンスが小さい場合でも容易にカップリング現象が起きるようにすることができる。したがって、本実施形態では、送信しようとする直列信号をショットパルスに変換してカップリングパッド１１１に印可することで、カップリング効率を向上させる。

図４は図３に図示したパルス発生部の一例を示す図であり、図５は図４に図示したパルス発生部の構成図である。

図４に図示したように、パルス発生部３００は、レベルが固定された直列信号（ＳＩＮ；ＮＲＺ（Ｎｏｔ−Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ））を受信し、クロック信号（ＣＬＫ）に応答して、レベルが論理ロー状態に復帰する復帰信号（ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）をエンコーディングして出力するＲＺ信号生成部３１０及びＲＺ信号生成部３１０から出力される復帰信号をショットパルス信号に変換するショットパルス生成部３２０を有する。

図５は、ＲＺ信号生成部３１０及びショットパルス生成部３２０の一例を示す図である。

本実施形態で、ＲＺ信号生成部３１０は、Ｄ−ラッチ３１１を含むように構成することができる。また、ショットパルス生成部３２０は、固定遅延部３２１と、可変遅延部３２３と、パルス出力部３２５とを有するように構成することができる。

ＲＺ信号生成部３１０のＤ−ラッチ３１１を通して出力される信号は、固定遅延部３２１から予め設定された時間だけ遅延される一方、可変遅延部３２３から生成しようとするパルス幅による時間だけ遅延される。パルス出力部３２５は、固定遅延部３２１及び可変遅延部３２３の出力信号が同時にハイレベルになる区間において、論理ハイレベルの信号を出力する。

図６は図３に図示したパルス発生部の動作を説明するためのタイミング図である。

レベルが固定された直列信号（ＳＩＮ；ＮＲＺ Ｄａｔａ）が例えば０１１０１の順序で入力される場合、ＲＺ信号生成部３１０は０復帰信号（ＲＺ Ｄａｔａ）すなわち、００１０１０００１０を生成する。

固定遅延部３２１で予め設定された時間だけ遅延された出力信号（Ｄｅｌａｙｅｄ Ｄａｔａ）が生成され、可変遅延部３２３から生成しようとするパルス幅だけ遅延された出力信号（ＶＤＣＬ Ｏｕｔｐｕｔ）が生成されることによって、パルス出力部３２５と、固定遅延部３２１と、可変遅延部３２３との出力信号が同時にハイレベルになる区間で、ショットパルスが出力される（ＡＮＤ Ｏｕｔｐｕｔ）。

この信号は入出力バッファ１０７及びドライバ１０９を通してカップリングパッド１１１へ入力され、カップリングパッドはショットパルスによって大きいインダクタンスでカップリング現象を起こす。

すなわち、並直列変換部２００からデータが連続的に出力される場合、論理ローレベルのデータが出力される区間ではＡＣ成分がなくカップリングパッド１１１にカップリング現象が起こらないので、出力データが論理ハイレベルである場合にだけショットパルスが生成される。

このように、本実施形態では論理ハイレベルのデータをショットパルスで再構成することによってレベル遷移区間を短くして高周波成分を増加させることができ、相対的に小さなインダクタンスを持つ場合であってもカップリング現象がよく起こされるようにすることができる。したがって信号伝送パッドを構成するインダクタの大きさを充分に確保しなくても、誘導結合が效率的に起きるようにすることができる。

このように、本発明の属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須的特徴を変更せずに、他の具体的な形態で実施され得るということが理解できるであろう。したがって、以上で記述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的なものではないものと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明より限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲によって表わされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導き出されるあらゆる変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと理解されるべきである。

１００ 無線信号送受信装置
１０１ 送信制御部
１０３ 経路制御部
１０５ サーデス回路
１０７ 入出力バッファ
１０９ ドライバ
１１１ カップリングパッド
１１３ 受信制御部

Claims (19)

1. 信号伝送ラインを通して提供される複数の入力信号を伝達する送信制御部と、
   前記送信制御部から出力された複数の入力信号から直列信号を生成して入出力バッファへ提供するとともに、前記入出力バッファから提供される直列信号を分割して複数の並列信号を生成するサーデス回路と、
   前記直列信号を分離した分離信号をドライバへ提供するとともに、前記ドライバから提供された信号を前記サーデス回路へ提供する前記入出力バッファと、
   前記ドライバから提供された前記分離信号によってインダクタンスを発生して、外部装置との誘導結合現象により発生した信号を前記ドライバへ提供するカップリングパッドと、
   前記サーデス回路から前記複数の並列信号を受信して前記信号伝送ラインへ提供する受信制御部と、
   を備えることを特徴とする半導体システムのための無線信号送受信装置。
2. 前記入出力バッファは、単一の入力信号を差動信号の出力に基づいて生成する差動バッファであることを特徴とする請求項１に記載の半導体システムのための無線信号送受信装置。
3. 前記送信制御部から出力される前記複数の入力信号を前記サーデス回路へ伝達するとともに、前記サーデス回路から出力される前記複数の並列信号を前記受信制御部へ伝達する経路制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体システムのための無線信号送受信装置。
4. 前記サーデス回路は、
   前記送信制御部から出力された前記複数の入力信号を直列信号に変換する並直列変換部と、
   前記直列信号からショットパルスを生成するパルス発生部と、
   前記入出力バッファから提供される直列信号を分割して複数の並列信号を生成する直並列変換部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体システムのための無線信号送受信装置。
5. 前記パルス発生部は、前記並直列変換部から出力される前記直列信号のレベルが論理ハイレベルである場合にショットパルスを生成することを特徴とする請求項４に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
6. 前記パルス発生部は、
   前記直列信号をＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号にエンコーディングして出力するＲＺ信号生成部と、
   前記ＲＺ信号生成部の出力信号をショットパルス信号に変換するショットパルス生成部と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
7. 前記ＲＺ信号生成部は、Ｄ−ラッチを有することを特徴とする請求項６に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
8. 前記ショットパルス生成部は、
   前記ＲＺ信号生成部の出力信号を第１時間遅延させる固定遅延部と、
   前記ＲＺ信号生成部の出力信号を第２時間遅延させる可変遅延部と、
   前記固定遅延部及び前記可変遅延部の出力信号から前記ショットパルスを生成するパルス出力部と、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
9. 並列入力信号を直列信号に変換して出力するとともに、直列入力信号を並列信号に変換して出力するサーデス回路と、及び
   前記サーデス回路から出力される直列信号によってインダクタンスを発生するとともに、外部装置との誘導結合現象により発生した信号を前記サーデス回路の前記直列入力信号に提供するカップリングパッドと、
   を含む半導体システムのための無線信号送受信装置。
10. 前記並列入力信号から直列信号を生成する並直列変換部と、
    前記直列信号からショットパルスを生成するパルス発生部と、
    前記直列信号から前記並列信号を生成する直並列変換部と、
    を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体システムのための無線信号送受信装置。
11. 前記パルス発生部は、前記並直列変換部から出力される前記直列信号のレベルが論理ハイレベルである場合、ショットパルスを生成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
12. 前記直列信号を分離した分離信号を前記カップリングパッドへ提供するとともに、前記カップリングパッドから提供された信号を前記サーデス回路へ提供する入出力バッファをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体システムの無線信号送受信装置。
13. 前記入出力バッファは、単一の入力信号を差動信号の出力に基づいて生成する差動バッファであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体システムのための無線信号送受信装置。
14. 複数の並列信号から直列信号を生成するために直列化する工程と、
    前記直列信号を無線伝送するためにカップリングパッドへ前記直列信号を誘導結合する工程と、
    を備える半導体システムのための無線信号送信方法。
15. 前記直列信号からパルス信号を生成する工程をさらに備え、
    前記直列信号を誘導結合する工程は、前記カップリングパッドに前記パルス信号を誘導結合する工程であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体システムのための無線信号送信方法。
16. 前記直列信号からパルス信号を生成する工程は、
    前記直列信号を第１固定時間遅延させて第１固定時間遅延された信号を生成する工程と、
    前記直列信号を第２固定時間遅延させて第２固定時間遅延された信号を生成する工程と、及び
    前記第１固定時間遅延された信号及び第２固定時間遅延された信号を結合して前記パルス信号を生成する工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の半導体システムのための無線信号送信方法。
17. 前記直列信号を差動直列信号に変換する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体システムのための無線信号送信方法。
18. カップリングパッドを通して直列信号形態の無線信号を受信する工程と、
    前記直列信号を複数の並列信号に変換する工程と、
    を備える半導体システムのための無線信号受信方法。
19. 前記直列信号は差動直列信号であり、
    前記差動直列信号を非差動直列信号に変換する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の半導体システムのための無線信号受信方法。

Images