JP2871567B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2871567B2
JP2871567B2 JP7345874A JP34587495A JP2871567B2 JP 2871567 B2 JP2871567 B2 JP 2871567B2 JP 7345874 A JP7345874 A JP 7345874A JP 34587495 A JP34587495 A JP 34587495A JP 2871567 B2 JP2871567 B2 JP 2871567B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路に関
し、特にセットアップタイム及びホールドタイムを高精
度に測定するためのテスト回路を備えた半導体集積回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、半導体集積回路の設計において
は、その設計開発効率や品質の点から、階層設計(階層
化設計手法)が採用されるに至っている。
【0003】その中で、汎用性のある機能ブロックを随
時容易に利用ができるように回路データ、シミュレーシ
ョン用データ、レイアウトデータ等をライブラリ化した
ものを「マクロ」と呼んでいる。特にASIC(Applic
ation Specific IntegratedCircuits)分野では、イン
バータ1個からRAM(ランダムアクセスメモリ)やC
PU(中央演算処理装置)に到るまで、全てがマクロと
して扱われ、設計製造されるLSI製品は、これらマク
ロの集合体であるともいえる。
【0004】これらのマクロはデータが用意されている
ことのみならず、使用する側から見れば、内部機能仕
様、及び外部インターフェース仕様等が明確になってい
ないと、部品として利用することはできない。
【0005】そして、インターフェース仕様の中でも、
特にセットアップタイム及びホールドタイムは、ディレ
イタイムと同様に重要なタイミングスペック項目の一つ
であり、精度よく決定することが必要とされている。
【0006】図5は、マクロのタイミングスペック(タ
イミング規格)を評価するための従来の半導体集積回路
の一例を示している。
【0007】被評価対象のマクロ102は、クロック信
号に基づきデータを取り込む機能を有しており、ここで
は一例としてRAMを想定する。
【0008】RAMマクロ102は任意のLSIチップ
の内部に搭載されて用いられることが前提とされている
ため、マクロ単体ではボンディングパッド(入出力パッ
ド)等は有しておらず、そのままLSIチップとして組
み立てることはできない。
【0009】このため、例えば図5に示すように、LS
Iチップ100の内部にRAMマクロ102を配置し、
LSIチップ100の外部端子から直接アクセスできる
ような接続を行っている。
【0010】より詳細には、図5を参照して、LSIチ
ップ100の外部制御端子WEB、外部データ端子D
0、D1から入力される信号は、入出力ブロック領域1
01を介して内部信号106、410、411としてR
AMマクロ102の対応する端子web、d0、d1に
伝達される。すなわち、RAMマクロ102は内部書き
込み制御信号106を入力する端子webとデータ信号
410、411を入力する端子d0、d1とを備え、こ
れらの端子間において、内部書き込み制御信号106の
立ち上がりに対するデータ信号410、411のセット
アップタイム及びホールドタイムのタイミングスペック
を備えている。
【0011】RAMマクロ102のセットアップタイム
及びホールドタイムを測定するため、LSIチップ10
0の外部端子WEB、及び外部データ端子D0−D1に
対して、図6にタイミング図として示すような信号を、
不図示のLSIテスタ(メモリテスタも含む)のピンエ
レクトロニクスカードのドライバより印加する。
【0012】そして、LSIテスタに具備されたタイミ
ングサーチ機能により、書き込み制御信号WEBの立ち
上がりに対して相対的にデータ信号D0−D1の有効デ
ータの範囲を、セットアップ側とホールド側について個
別に狭めていき、データの書き込みが正常に行われる限
界のタイミングtS0、tH0を求める。
【0013】しかし、LSIテスタが固有に有するピン
間スキュー、測定治具、及びLSIパッケージ等で生じ
るピン間スキューtPと、LSIチップ100の内部配
線の遅延差によって生じる配線間スキューtLによっ
て、RAMマクロ102にとっての有効データの存在し
うる範囲はtS1、tH1の期間となる。
【0014】従って、測定されたセットアップタイムt
S0は、+(tP+tL)分の最大誤差を含み、ホール
ドタイムtH0は、−(tP+tL)分の最大誤差を含
んでいる。
【0015】ピン間スキューtPによる誤差の問題に関
しては、例えば特開平4−363676号公報に、LS
Iの入出力ブロック領域に入力クロックと入力データを
同一経路で外部に出力する手段を講じ、その出力によっ
てピン間のスキュー差を測定し補正する技術が提案され
ている。すなわち、同公報には、LSIテスタを用いて
高速動作時におけるセットアップタイム及びホールドタ
イムを測定する場合に、クロック入力となるテスタピン
と、データ入力となるテスタピンとの間におけるスキュ
ー差が半導体集積回路がより高速動作する程大きく作用
し、セットアップタイム及びホールドタイム測定等にお
ける測定精度を劣化させる要因となり、正確なセッチア
ップ・ホールドタイムを測定できないという問題を解消
することを目的として、試験データ入力用パッドより入
力されるデータ及び試験クロック入力用パッドより入力
されるクロックを入力しそれぞれを選択して出力するデ
ータセレクタマクロと、このデータセレクタマクロから
出力されるデータ及びクロックを外部に出力するスキュ
ー測定用パッドを入出力回路部に備え、試験データ入力
用パッドよりデータセレクタマクロを経由してスキュー
測定用パッドに至る電気経路長と、試験クロック入力用
パッドよりデータセレクタマクロを経由してスキュー測
定用パッドに至る電気経路長とを等長に設定し、セット
アップタイム測定用のLSIテスタにおける試験用ピン
間のスキュー差を測定する機能を有する半導体集積回路
が提案されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のマクロ評価用半導体集積回路で精度良くセットア
ップタイム及びホールドタイムを測定するためには、L
SIチップの個々の外部端子から被評価対象のマクロの
外部端子までを、それぞれいかに同等の経路にできるか
ということ、及びLSIテスタ等の測定系のピン間スキ
ューをいかに小さくできるかあるいはこれらのスキュー
を解消できるかということ、に大きく依存しており、半
導体集積回路技術の進歩(特に高集積・高機能化、動作
周波数の高速化等)に伴い、いくつかの問題が生じてき
ている。
【0017】まず、第1の問題点として、マクロの高性
能化、高速動作にともない、そのタイミングスペックも
小さな値となり、従来無視できたLSIチップ内での配
線経路の多少の違いによるスキュー誤差が相対的に大き
くなり無視できなくなってきている。
【0018】一方、半導体の製造プロセスの微細化によ
り配線抵抗が増大し、配線間スキューはむしろ生じやす
くなってきている。この種のLSIチップのレイアウト
設計には、設計効率の面から自動レイアウトツール(計
算機設計支援型自動配置・配線プログラム等)が利用さ
れる場合が増えている。しかし、この分野(自動レイア
ウトツール)においては、実際には、使用する多層配線
の層による容量特性の違いや隣接する配線の結合容量の
影響、異層間を接続するスルーホールの抵抗特性等まで
考慮した上で、多数の配線の配線遅延を同一にする技術
は確立されていないのが現状である。
【0019】第2の問題点として、マクロの高機能化に
伴い、扱うデータのビット幅が増大し、64ビット、1
28ビット等の多ビット幅を有するマクロが開発されて
きており、従来の技術に従い、ピン間スキューを測定
し、これを補正するやり方では、スキュー測定用端子を
ビット数(ビット幅)分用意しなければならないことに
なる。
【0020】しかしながら、ビット数分のスキュー測定
用端子を設けてピン間のスキュー誤差を補正すること
は、パッケージのピン数の制限等により、現実的には実
現不可能であったり、あるいは補正のためのスキュー測
定をビット数分(すなわち64又は128ビット分)行
わなければならない等の理由により、多くの煩雑な測定
と補正を行わなければならないという問題があった。
【0021】従って、本発明は、上記問題点に鑑みて為
されたものであって、マクロを搭載した半導体集積回路
において、LSI試験装置のピン間スキュー及びLSI
チップ内で生じる配線遅延スキューを除去し、マクロの
セットアップタイム及びホールドタイムを精度よく測定
する可能とする半導体集積回路を提供することを目的と
する。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、クロック入力端子と複数のデータ入力端
子を有するマクロを搭載する半導体集積回路において、
前記マクロのクロック入力端子に対応する外部クロック
入力端子と、前記マクロの複数のデータ入力端子に対応
する複数の外部データ入力端子と、テスト用ストローブ
信号を入力する外部ストローブ入力端子と、前記外部デ
ータ入力端子より入力ブロックを介して伝達される内部
データ信号と、前記外部ストローブ入力端子より入力ブ
ロックを介して伝達される内部ストローブ信号と、を入
力する排他的論理和回路を複数備え、前記複数の排他的
論理和回路の出力が前記マクロの対応するデータ入力端
子にそれぞれ接続されたことを特徴とする半導体集積回
路を提供する。
【0023】本発明においては、好ましくは、前記複数
の排他的論理和回路が前記マクロの対応するデータ入力
端子の近傍にそれぞれ配置されてなる構成とされる。
【0024】本発明においては、前記外部クロック入力
端子より入力ブロックを介して伝達される内部クロック
信号と、前記複数の排他的論理和回路のうちの任意の一
つの排他的論理和回路の出力と、を入力しいずれか一方
を選択出力するセレクタを備え、該セレクタの出力が出
力ブロックを介してスキュー測定用外部端子へ接続され
た構成としてもよい。
【0025】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に説明する。
【0026】
【実施形態1】図1は、本発明の第1の実施形態の構成
を示すブロック図である。図1において、前記従来技術
の説明で参照した図5と同一の要素には同一の参照符号
が付されている。
【0027】前記従来技術と同様に、本実施形態におい
ても、被評価対象のマクロ102は、制御信号に基づき
データを取り込む機能を有しており、ここでは一例とし
てRAMマクロを想定する。
【0028】図1を参照して、LSIチップ100の内
部にRAMマクロ102を配置している。RAMマクロ
102はデータ書き込み制御信号を入力する端子web
とデータ信号を入力する端子d0、d1を備え、これら
の端子間において、書き込み制御信号の立ち上がりに対
するデータ信号の所定のセットアップタイム及びホール
ドタイムのタイミングスペックを有している。
【0029】LSIチップ100の外部端子WEBは外
部からの書き込み制御信号を入力し、入出力ブロック領
域101を介して内部書き込み制御信号106としてR
AMマクロ102の端子webに接続される。また、L
SIチップ100の外部端子D0、D1はデータ信号を
入力し、入出力ブロック領域101を介して内部データ
信号110、111として伝達される。
【0030】同様に、外部端子STBはストローブ信号
を入力し、内部ストローブ信号107として伝達され
る。
【0031】排他的論理ORゲート(排他的論理和回
路)103は、内部データ信号110と内部ストローブ
信号107を入力し、その出力120はRAMマクロ1
02の端子d0に接続され、また端子d0の近傍に配置
される。
【0032】同様に排他的論理ORゲート104は内部
データ信号111と内部ストローブ信号107を入力
し、その出力121はRAMマクロ102の端子d1に
接続され、また端子d1の近傍に配置される。
【0033】図2は、図1に示した本実施形態の動作を
説明するためのタイミング図である。図1及び図2を参
照して本実施形態の動作を以下に説明する。
【0034】まず、不図示のLSIテスタにより、図2
に示したタイミングで書き込み制御信号を外部端子WE
Bに印加する。一方、外部端子D0、D1には、書き込
み制御信号WEBの立ち上がりに対して充分なセットア
ップタイムとホールドタイムを確保したタイミング設定
でデータ信号を印加する。
【0035】LSIテスタでデータ入力用外部端子D
0、D1へ印加するデータのタイミングが同一であった
としても、実際に発生される信号には、LSIテスタの
精度に応じた信号間スキューが存在する。その他、被試
験デバイスであるLSIチップ100の外部端子にLS
Iテスタから出力された信号が到達するまでには、テス
ト用治具、LSIパッケージ等の伝送経路の違いによる
スキューも存在している。さらに、外部端子D0、D1
から入出力ブロック領域101に入力回路を通って内部
データ信号110、111として伝達される間にも、内
部データ信号110、111自身の配線長の違い等によ
り信号間スキューが存在する。
【0036】前述した充分なタイミング設定における
「充分な」とは、少なくともこれらの信号間スキューが
あったとしてもRAMマクロ102が正常動作できる程
度の時間を指している。
【0037】次に、外部端子STBより、書き込み制御
信号WEBの立ち上がりに対してLow(ロウ)レベル
のパルスを印加する。このパルスは内部ストローブ信号
107として、排他的論理ORゲート103、104に
伝達される。
【0038】排他的論理ORゲート103、104はそ
の真理値より、内部ストローブ信号107がLowレベ
ルの時に他の入力である内部データ信号110、111
と正転論理値を出力する。内部ストローブ信号107が
High(ハイ)レベルの時は内部データ信号110、
111の反転論理値を出力する。
【0039】従って、排他的論理ORゲート103、1
04を介した内部データ信号120、121はストロー
ブ信号がLowレベルの時のみ、本来の書き込みデータ
をRAMマクロ102に伝達する。
【0040】内部データ信号120、121が反転デー
タから正転データ、正転データから反転データへ切り替
わるのは、単一の信号である内部ストローブ信号107
の論理値の遷移に基づくため、個々のデータ信号間のス
キューは存在しない。
【0041】また、排他的論理ORゲート103、10
4はRAMマクロ102の近傍に配置されているため、
この部分での配線間スキューは無視できる程度のものと
なる。
【0042】以上により、ストローブ信号STBの立ち
下がりを書き込み制御信号WEBの立ち上がりに対して
相対的に変化させ、データの書き込みが正常に行われる
限界のタイミングを測定することにより、データ信号間
スキューの影響を受けることなくセットアップタイムt
Sを求めることが可能となり、同様にして、ストローブ
信号STBの立ち上がりを書き込み制御信号WEBの立
ち上がりに対して相対的に変化させ、データの書き込み
が正常に行われる限界のタイミングを測定することによ
り、データ信号間スキューの影響を受けることなくホー
ルドタイムtHを求めることが可能となる。
【0043】なお、本実施形態においては、データ信号
間のスキューを除去しているが、書き込み制御信号WE
Bとストローブ信号STBとの間のピン間スキューは存
在する。
【0044】このスキューについては、2ピン間のスキ
ューであるため、前記従来技術でも説明したように、L
SIの入出力ブロック領域に入力クロックと入力データ
を同一経路で外部に出力する手段を講じ、その出力によ
ってピン間のスキュー差を測定し補正する技術により書
き込み制御信号WEBとストローブ信号STB間のスキ
ュー誤差を解消することができる。
【0045】また、LSI内部で生じる配線間スキュー
についても、本実施形態においては、データ間スキュー
はすでに除去されていることから、内部書き込み制御信
号106と内部ストローブ信号107の2本の配線長を
管理するのみでよく、排他的論理ORゲートによる論理
ゲート段数の違いが無視できない場合には、一方の入力
をLowレベルに固定した排他的論理ORゲートをダミ
ーゲートとして内部書き込み信号106に介在させるこ
とにより解決することができる。
【0046】
【実施形態2】次に、本発明の第2の実施形態について
説明する。図3は、本発明の第2の実施形態の構成を示
すブロック図である。図3において、前記第1の実施形
態の説明で参照した図1と同一の要素には同一の参照符
号が付されている。以下では前記第1の実施形態との相
違点を説明する。
【0047】図3を参照して、本実施形態においては、
図1に示した前記第1の実施形態に、さらにRAMマク
ロ102の近傍にセレクタ105を配置してなるもので
あり、セレクタ105は内部書き込み制御信号106と
複数のデータ信号の内の任意の1本(図2では内部デー
タ信号121とされている)を入力し、外部端子SEL
より供給される内部選択信号によって、内部書き込み制
御信号106と内部データ信号121のいずれかの信号
が外部端子SKWに出力される構成とされている。
【0048】ストローブ信号STBを用いたセットアッ
プタイム及びホールドタイムの測定は前記第1の実施形
態と同様であるが、本実施形態では、測定後に、セレク
タ105によって、内部書き込み制御信号106と、内
部ストローブ信号107によって制御された内部データ
信号の任意の1本との間のスキューを測定し、先に求め
たセットアップタイム及び/又はホールドタイムを補正
する。
【0049】本実施形態において、セレクタ105の一
の入力端に入力されるデータ信号が任意の1本でよいの
は、前記第1の実施形態で説明したように、内部ストロ
ーブ信号と排他的論理ORゲート103、104により
データ信号間のスキューが除去されるためである。
【0050】図4を参照して、本実施形態をより具体的
に説明する。
【0051】不図示のLSIテスタ上での書き込み信号
の立ち上がりはt2に設定され、ストローブ信号の立ち
下がりがt1、立ち上がりがt3で設定されている時
が、RAMマクロ102に正常に書き込みができる限界
のタイミング設定であるものと仮定する。この時の見か
け上のセットアップタイム及びホールドタイムtS0、
tH0は、それぞれ次式(1)、(2)として求められ
る。
【0052】tS0=t2−t1 …(1)
【0053】tH0=t3−t2 …(2)
【0054】ここで、書き込み制御信号の立ち上がりの
設定時刻t2に対する内部書き込み制御信号106のス
キューをt106とし、ストローブ信号の立ち下がりの
設定時間t1に対する内部データ信号121の変化のス
キューをt121Fとし、ストローブ信号の立ち上がり
の設定時間t3に対する内部データ信号121の変化の
スキューをt121Rとすると、真のセットアップ・ホ
ールドタイムtS、tHは、それぞれ次式(3)、
(4)で与えられる。
【0055】tS=(t2+t106)−(t1+t121F) …(3)
【0056】tH=(t3+t121R)−(t2+t106) …(4)
【0057】一方、セレクタ105を用いて、内部書き
込み制御信号106及び内部データ信号121を測定し
ようとした場合、セレクタ105から出力回路、外部端
子SKWまでの遅延時間をtSKWとすると、それぞれ
(t106+tSKW)、(t121F+tSKW)、
(t121R+tSKW)として測定可能である。
【0058】ここで、tS、tHを表す上式(3)、
(4)を以下の次式(5)、(6)のように変形するこ
とができる。
【0059】tS=(t2−t1)+(t106−t121F) …(5)
【0060】tH=(t3−t2)+(t121R−t106) …(6)
【0061】さらに、上式(1)、(2)より、上式
(5)、(6)は、次式(7)、(8)のように変形さ
れ、いずれの項も、本実施形態の構成で測定可能な形と
なる。
【0062】 tS=tS0+(t106+tSKW)−(t121F+tSKW) …(7)
【0063】 tH=tH0+(t121R+tSKW)−(t106+tSKW) …(8)
【0064】すなわち、見かけ上のセットアップ・ホー
ルドタイムtS0、tH0に対して、外部端子SKWを
通して測定した書き込み制御信号及びデータ信号の遅延
値により補正することが可能とされ、真のセットアップ
・ホールドタイムにより近いtS、tHを求めることが
可能となる。
【0065】従って、本実施形態によれば前記第1の実
施形態において必要とされた、ピン間スキューを測定す
るための特殊な入出回路は不要となる。
【0066】また、LSIチップ内部で、書き込み信号
系とストローブ信号系の配線長やゲート段数を同等にす
るための管理も不要となる。
【0067】なお、上記実施形態ではRAMマクロを例
に、書き込み制御信号WEB(Write Enableバー、バー
はLowアクティブを示す)に対するデータ信号のセッ
トアップタイム及びホールドタイムの測定を説明した
が、本発明は、RAMマクロ等に限定されるものではな
いことは明らかであり、例えば典型的にはD型ラッチ等
のマクロにおいてクロック信号の立ち上がり前(後)に
データ信号が固定していることが必要な時間であるセッ
トアップタイム(ホールドタイム)を測定する場合に適
用されるものであることはいうまでもない。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路によれば、前記従来技術で問題とされた、LSI
内部の配線間スキューの問題は、ストローブ信号を共通
に入力する排他的論理ORゲートを内部データ信号経路
に介在させることにより配線間スキューを除去したこと
により解消している。また、本発明は、前記従来技術の
第2の問題としてあげた、多ビットの場合のピン間スキ
ュー補正の問題は、前述した第1の問題点の解決手段に
加え、クロック信号とデータ信号の代表1本を入力する
セレクタを備えることにより解消したものである。
【0069】これにより、本発明によれば、LSIに搭
載した被評価対象マクロのセットアップタイム及びホー
ルドタイムを容易に精度よく測定できるという効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック
図である。
【図2】本発明の第1の実施形態を説明するためのタイ
ミング図である。
【図3】本発明の第2の実施形態の構成を示すブロック
図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を説明するためのタイ
ミング図である。
【図5】従来技術の構成の一例を示す図である。
【図6】図5に示した従来技術のタイミング図である。
【符号の説明】
100 LSIチップ 101 入出力ブロック領域 102 マクロ 103、104 排他的論理ORゲート 105 セレクタ 106 内部書き込み制御信号 107 内部ストローブ信号 110、111 内部データ信号 120、121 排他的論理ORゲート出力信号 410、411 内部データ信号

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロック入力端子と複数のデータ入力端子
    を有するマクロを搭載する半導体集積回路において、 前記マクロのクロック入力端子に対応する外部クロック
    入力端子と、 前記マクロの複数のデータ入力端子に対応する複数の外
    部データ入力端子と、 テスト用ストローブ信号を入力する外部ストローブ入力
    端子と、 前記外部データ入力端子より入力ブロックを介して伝達
    される内部データ信号と、前記外部ストローブ入力端子
    より入力ブロックを介して伝達される内部ストローブ信
    号と、を入力する排他的論理和回路を複数備え、 前記複数の排他的論理和回路の出力が前記マクロの対応
    するデータ入力端子にそれぞれ接続されたことを特徴と
    する半導体集積回路。
  2. 【請求項2】前記複数の排他的論理和回路が前記マクロ
    の対応するデータ入力端子の近傍にそれぞれ配置されて
    なることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】前記外部クロック入力端子より入力ブロッ
    クを介して伝達される内部クロック信号と、前記複数の
    排他的論理和回路のうちの任意の一つの排他的論理和回
    路の出力と、を入力しいずれか一方を選択出力するセレ
    クタを備え、該セレクタの出力が出力ブロックを介して
    スキュー測定用外部端子へ接続されたことを特徴とする
    請求項1又は2記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】複数のデータ入力端子と、複数のデータ入
    力端子からのデータの取り込みを制御する制御信号を入
    力する制御信号入力端子と、を有するマクロを搭載する
    半導体集積回路において、 前記マクロの前記制御信号入力端子に対応する外部端子
    と、 前記マクロの複数のデータ入力端子に対応する複数の外
    部データ入力端子と、 テスト用ストローブ信号を入力する外部ストローブ入力
    端子と、 を備え、 テスト時において、前記外部ストローブ入力端子に入力
    されるストローブ信号の遷移のタイミングに対応して前
    記マクロの複数のデータ入力端子に入力される複数の内
    部データ信号が同時に遷移するように制御する回路手段
    を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
  5. 【請求項5】テスト時以外の通常動作時において、前記
    回路手段は、前記ストローブ信号の値に基づき、前記複
    数の外部データ入力端子に入力されるデータ信号の信号
    論理値をそのまま前記マクロの前記複数のデータ入力端
    子に伝達するように制御されることを特徴とする請求項
    記載の半導体集積回路。
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