JP2022180884A - キャリブレーション装置、半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の品質を維持しつつキャリブレーションにかかる時間を短縮することを目的としている。
【解決手段】伝送路を介する送信素子と受信素子との間での伝送特性を調整するキャリブレーション装置であって、前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部の評価基準に対するマージンを決定するマージン決定部と、前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部に関する波形情報を取得する波形情報取得部と、前記波形情報と前記マージンとの比較結果に応じ、前記伝送特性の調整を終了させる判定部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリブレーション装置、半導体集積回路に関する。

従来から、高速ディジタル信号の通信において、データを転送する出力バッファの出力インピーダンスや、データを保持するメモリ回路の一部である終端抵抗のインピーダンス等を調整するキャリブレーション技術が知られている。

また、従来では、例えば、波形測定装置から出力された信号を解析してこの信号の波形品位の値を求め、記憶部に記憶された制御信号の設定値における波形品位の値と比較して、波形測定装置の合否を判断する技術が知られている。

上述した従来の技術では、信号の品質を確保するためにはキャリブレーションに時間がかかる。また、キャリブレーション中は、ＤＤＲメモリ等へのアクセスを中断する必要があるため、キャリブレーションは短時間で行うことが好ましい。

開示の技術は、上記事情に鑑み、信号の品質を維持しつつキャリブレーションにかかる時間を短縮することを目的としている。

開示の技術は、伝送路を介する送信素子と受信素子との間での伝送特性を調整するキャリブレーション装置であって、前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部の評価基準に対するマージンを決定するマージン決定部と、前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部に関する波形情報を取得する波形情報取得部と、前記波形情報と前記マージンとの比較結果に応じ、前記伝送特性の調整を終了させる判定部と、を有する。

信号の品質を維持しつつキャリブレーションにかかる時間を短縮できる。

キャリブレーション装置の構成を説明する図である。 アイパターンを説明する図である。 マージンの決定の仕方を説明する図である。 キャリブレーション装置の動作を説明する第一のフローチャートである。 キャリブレーション装置の動作を説明する第二のフローチャートである。 キャリブレーション装置が実装された基板の一例を示す図である。

以下に、図面を参照して、実施形態について説明する。図１は、キャリブレーション装置の構成を説明する図である。
本実施形態のキャリブレーション装置１は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体集積回路によって実現される。したがって、本実施形態のキャリブレーション装置１は、半導体集積回路と言える。

本実施形態のキャリブレーション装置１は、信号の送信（出力）又は受信（入力）を行う送受信素子２０と接続され、伝送線路を介する送信素子と受信素子との間での伝送特性を調整する。

本実施形態のキャリブレーション装置１は、環境情報取得部１０、マージン決定部１１、特性値設定部１２、波形情報取得部１３、判定部１４を有する。

環境情報取得部１０は、送受信素子２０が実装された回路の内部の温度や、電源電圧等の動作環境を示す情報を、環境情報として取得する。なお、環境情報は、例えば、キャリブレーション装置１や送受信素子２０と共に基板に実装されている制御回路等によって取得されてもよい。

マージン決定部１１は、環境情報に基づき、送受信素子２０から出力又は入力される信号波形の遷移を示すアイパターンの評価基準に対するマージンを決定する。アイパターンとは、言い換えれば、送信素子と受信素子との間の伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示す。また、アイパターンの評価基準とは、例えば、メモリを構成する半導体集積回路の規格によって決まる値である。マージンの決定の仕方の詳細は後述する。

特性値設定部１２は、特性値を設定する。特性値とは、信号の伝送特性に影響を与える値であり、複数の値が存在してもよい。特性値は、具体的には、例えば、送受信素子２０の出力インピーダンスや、半導体集積回路の一部を終端抵抗として機能させる際のインピーダンス（ＯＤＴ：On Die Termination）等である。

波形情報取得部１３は、送受信素子２０から出力又は入力された信号の波形情報を取得する。具体的には、波形情報取得部１３は、送受信素子２０から出力又は入力された信号波形が示すアイパターンの開口部に関する情報を、波形情報として取得する。アイパターンの開口部を関する情報とは、具体的には、電圧軸方向のレベルや時間軸方向のレベルである。

判定部１４は、マージン決定部１１によって決定されたマージンと、波形情報取得部１３が取得した波形情報とを比較し、波形情報が示す値がマージンを確保できているか否かを判定する。そして、本実施形態のキャリブレーション装置１は、波形情報が示す値がマージンを確保できている場合は、キャリブレーションを終了する。

つまり、判定部１４は、マージンと波形情報との比較結果に応じてキャリブレーションを終了させる。

このように、本実施形態では、環境情報に基づき決定したマージンと、送受信素子２０から出力又は入力される信号の波形情報が示す値とを比較し、マージンが確保された時点でキャリブレーションを終了する。したがって、本実施形態によれば、例えば、特性値が複数存在する場合であっても、全ての特性値と対応する波形情報を解析する、といった処理が不要であり、信号の品質を維持しつつ、キャリブレーションにかかる時間を短縮することができる。

以下に、図２を参照して、アイパターンについて説明する。図２は、アイパターンを説明する図である。

図２に示すアイパターンは、送受信素子２０から出力又は入力される信号波形と対応するものとする。この場合、本実施形態の波形情報取得部１３は、アイパターンの開口部の電圧軸方向Ｖのレベル（値）や時間軸方向ｔのレベル（値）を取得する。

次に、図３を参照して、マージンの決定の仕方について説明する。図３は、マージンの決定の仕方を説明する図である。

本実施形態では、予め、シミュレーションや実測により、環境情報が変動した場合の波形情報に対する影響を示す情報を取得しておく。言い換えれば、キャリブレーション装置１は、環境情報の変動と、波形情報の変動との関係を示す変動関係情報を保持していてもよい。

図３は、電源電圧（横軸）を変化させたときのアイパターンの開口部の電圧軸方向のレベル（縦軸）を示している。つまり、図３に示すグラフは、環境情報の変動と、波形情報の変動との関係を示す変動関係情報の一例である。本実施形態では、変動関係情報を、グラフと対応するテーブルとして保持してもよいし、関数として保持してもよい。

図３において、Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎのそれぞれは、電源電圧の動作範囲の上限値と下限値であり、Ｈ１は、電源電圧が下限値のときの開口部の電圧軸方向のレベルを示し、Ｈ２は、電源電圧が上限値のときの開口部の電圧軸方向のレベルを示している。

本実施形態のマージン決定部１１は、環境情報取得部１０が取得した環境情報に含まれる電源電圧Ｖａと、変動関係情報とを参照し、電源電圧Ｖａと対応する、開口部の電圧軸方向のレベルＨａを求める。

そして、本実施形態のマージン決定部１１は、レベルＨａとレベルＨ１との差分をマージンとする。

したがって、この場合、本実施形態では、アイパターンの開口部の電圧軸方向の評価基準をＨｃとした場合、波形情報に含まれる開口部の電圧軸方向のレベルが、Ｈｃ＋（Ｈａ－Ｈ１）以上あれば、キャリブレーションを終了する。

本実施形態では、このように、マージンを設けることで電源電圧が動作中にＶａからＶＶｍｉｎまで低下し、アイパターンの開口部の電圧軸方向のレベルが低下しても、規格の評価基準を達成することが可能となる。

なお、本実施形態では、予め変動関係情報を保持、環境情報と変動関係情報とを参照してマージンを決定するものとしたが、これに限定されない。本実施形態のマージン決定部１１は、環境情報を参照せずに、評価基準に対して係数を乗算した値をマージンとしてもよい。この場合、環境情報を取得する必要がなくなるため、キャリブレーション装置１の構成を簡素化できる。

また、図３では、電源電圧の変動とアイパターンの開口部の電圧軸方向のレベルの変動との関係を示す情報を変動関係情報の一例としたが、これに限定されない。本実施形態では、電源電圧の変動とアイパターンの開口部の時間軸方向のレベルの変動との関係を示す情報が変動関係情報に含まれていてもよい。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態のキャリブレーション装置１の動作について説明する。図４は、キャリブレーション装置の動作を説明する第一のフローチャートである。

本実施形態のキャリブレーション装置１は、キャリブレーションの開始指示を受けると、環境情報取得部１０により、環境情報を取得する（ステップＳ４０１）。続いて、キャリブレーション装置１は、マージン決定部１１により、環境情報と、変動関係情報とを参照してマージンを決定する（ステップＳ４０２）。

続いて、キャリブレーション装置１は、特性値設定部１２により、特性値を設定する（ステップＳ４０３）。なお、本実施形態の特性値設定部１２は、設定する特性値として、複数の値を保持していてもよく、複数の値から、１つの値を選択して設定すればよい。

続いて、キャリブレーション装置１は、波形情報取得部１３により、送受信素子２０から出力又は入力された信号の波形情報を取得する（ステップＳ４０４）。

続いて、キャリブレーション装置１は、判定部１４により、波形情報とマージンとを比較し、マージンが確保されているか否かを判定する（ステップＳ４０５）。

具体的には、例えば、判定部１４は、波形情報に含まれるアイパターンの開口部の電圧軸方向のレベルが、このアイパターンの評価基準にマージンを加算した値以上であるか否かを判定する。

ステップＳ４０５において、マージンが確保されていない場合、キャリブレーション装置１は、ステップＳ４０３に戻り、特性値設定部１２により、別の特性値を設定する。

また、ステップＳ４０６において、マージンが確保されている場合、キャリブレーション装置１は、キャリブレーションを終了する。

なお、本実施形態の特性値設定部１２は、環境情報に応じて優先的に設定される特性値を示す情報を保持していてもよい。この場合、特性値設定部１２は、ステップＳ４０３において、環境情報を参照し、最も優先順が高い特性値を設定すればよい。このようにすることで、いち早く波形情報をマージンが確保された状態にすることができる。

次に、図５を参照して、本実施形態のキャリブレーション装置１の動作の別の例について説明する。図５は、キャリブレーション装置の動作を説明する第二のフローチャートである。

図５のステップＳ５０１からステップＳ５０５までの処理は、図４のステップＳ４０１からステップＳ４０５までの処理と同様であるから、説明を省略する。

キャリブレーション装置１は、ステップＳ５０５において、マージンが確保されていない場合、特性値設定部１２が保持している複数の特性値の全ての組み合わせについて、ステップＳ５０４以降の処理を行ったか否かを判定する（ステップＳ５０６）。

ステップＳ５０６において、全ての組み合わせについて処理を行っていない場合、キャリブレーション装置１は、ステップＳ５０３に戻り、処理を行っていない組み合わせの特性値を設定する。

ステップＳ５０６において、全ての組み合わせについて処理を行った場合、キャリブレーション装置１は、エラーを通知して（ステップＳ５０７）、処理を終了する。エラーの通知は、どのような形式で行われてもよい。例えば、エラーの通知は、キャリブレーション装置１の上位装置に対して通知されてもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ５０７においてエラーを通知するかわりに、全ての組み合わせのうち、最適な組み合わせを特性値として設定し、キャリブレーションを終了してもよい。

また、図５の処理では、事前にシミュレーションや実測評価等によって、最適な特性値の組み合わせを特定しておき、最初の特性値の設定において、最適とされた特性値を設定してもよい。このようにすることで、最初に設定された特性値の設定で、マージンが確保される可能性を高めることができる。また、本実施形態では、最初の特性値の設定でマージンが確保された場合には、その時点でキャリブレーションが終了するため、キャリブレーションに係る時間を短縮できる。

次に、図６を参照して、本実施形態のキャリブレーション装置１の利用シーンについて説明する。

図６は、キャリブレーション装置が実装された基板の一例を示す図である。図６に示す
プリント基板３０は、半導体パッケージ３１、３３を備えている。

半導体パッケージ３１は、信号を送信する出力バッファ３２を有する。半導体パッケージ３３は、入力バッファ３４と、キャリブレーション装置１とを有する。

入力バッファ３４は、出力バッファ３２から出力された信号を受信する。キャリブレーション装置１は、入力バッファ３４から出力される信号が波形情報取得部１３に入力される。つまり、図６の例では、入力バッファ３４が、図１の送受信素子２０に相当する。

プリント基板３０において、出力バッファ３２と入力バッファ３４とは、プリント基板３０上の配線パターンからなる伝送路３５によって接続される。出力バッファ３２から送信される信号は伝送路３５を通って入力バッファ３４に伝送される。

このプリント基板３０の例では、キャリブレーション装置１は、半導体パッケージ３３の環境情報を取得してマージンを決定する。また、この場合、キャリブレーション装置１は、半導体パッケージ３３内の一部により実現される終端抵抗の値を特性値として設定する。そして、キャリブレーション装置１は、入力バッファ３４が受信した信号波形から波形情報を取得し、この波形情報においてマージンが確保されているか否かを判定する。

キャリブレーション装置１は、マージンが確保されたている場合には、キャリブレーションを終了し、マージンが確保されていない場合には、特性値を変更して再度キャリブレーションを行う。

なお、このとき、特性値を出力バッファ３２の出力インピーダンスとしてもよい。その場合、半導体パッケージ３３は、半導体パッケージ内に実装された制御回路等により、半導体パッケージ３１に対し、出力バッファ３２の出力インピーダンスの設定を指示してもよい。

本実施形態では、このようにしてキャリブレーション装置１を用いることで、半導体パッケージ３１と半導体パッケージ３３の間で伝送される信号の品質を維持しつつ、キャリブレーションにかかる時間を短縮できる。

また、図６の例では、半導体パッケージ３３にキャリブレーション装置１が実装されるものとしたが、これに限定されない。キャリブレーション装置１は、半導体パッケージ３１に実装されてもよい。この場合、出力バッファ３２が図１の送受信素子２０に相当するものとなり、キャリブレーション装置１は、出力バッファ３２から出力される信号の信号波形から波形情報を取得すればよい。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ キャリブレーション装置
１０ 環境情報取得部
１１ マージン決定部
１２ 特性値設定部
１３ 波形情報取得部
１４ 判定部
２０ 送受信素子
３０ プリント基板
３１、３３ 半導体パッケージ
３２ 出力バッファ
３４ 入力バッファ
３５ 伝送路

特開２００９－１９２５４２号公報

Claims (7)

1. 伝送路を介する送信素子と受信素子との間での伝送特性を調整するキャリブレーション装置であって、
   前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部の評価基準に対するマージンを決定するマージン決定部と、
   前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部に関する波形情報を取得する波形情報取得部と、
   前記波形情報と前記マージンとの比較結果に応じ、前記伝送特性の調整を終了させる判定部と、を有する、キャリブレーション装置。
2. 前記開口部に関する波形情報は、電圧軸方向の値と時間軸方向の値を含み、
   前記判定部は、
   前記波形情報に含まれる値において、前記評価基準に対するマージンが確保されている場合に、前記調整を終了させる、請求項１記載のキャリブレーション装置。
3. 前記送信素子又は前記受信素子の動作環境を示す環境情報を取得する環境情報取得部を有し、
   前記マージン決定部は、
   前記環境情報の変動と、前記波形情報の変動との関係を示す情報を参照して、前記マージンを決定する、請求項１又は２記載のキャリブレーション装置。
4. 前記マージン決定部は、
   前記評価基準に対して所定の係数を乗算した値をマージンとする、請求項１又は２記載のキャリブレーション装置。
5. 前記伝送路の伝送特性に影響を与える特性値を設定する設定部を有し、
   前記波形情報に含まれる値において、前記評価基準に対するマージンが確保されていない場合に、前記設定部は、前記特性値を変更する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のキャリブレーション装置。
6. 前記特性値は、
   前記送信素子の出力インピーダンス、前記送信素子又は前記受信素子が実装された回路の一部である終端抵抗のインピーダンス、の少なくとも何れか一方を含む、請求項５記載のキャリブレーション装置。
7. 伝送路を介する送信素子と受信素子との間での伝送特性を調整する半導体集積回路であって、
   前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部の評価基準に対するマージンを決定するマージン決定部と、
   前記伝送路によって伝送される信号波形の遷移を示すアイパターンの開口部に関する波形情報を取得する波形情報取得部と、
   前記波形情報と前記マージンとの比較結果に応じ、前記伝送特性の調整を終了させる判定部と、を有する、半導体集積回路。

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