JP4152298B2 - Digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit and signal quality measuring method - Google Patents
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本発明は、ディジタルアナログ混載型半導体集積回路および信号品質測定方法に関し、具体的には、通信、シリアルI/F等に用いられるディジタルとアナログを集積したディジタルアナログ混載型半導体集積回路および信号品質測定方法に関する。 The present invention relates to a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit and a signal quality measuring method, and more specifically, to a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit in which digital and analog used for communication, serial I / F and the like are integrated, and signal quality measurement. Regarding the method.
ディジタル回路とアナログ回路が、同一半導体基板に混在された場合には、ディジタル回路が動作することにより、電源ラインに大電流が流れて電源電圧が変動したり、トランジスタの拡散と半導体基板との接合容量がトランジスタ動作によりチャージ/ディスチャージされることで、半導体基板を通じてノイズが発生し基板ノイズが発生する。
この電源電圧変動や基板ノイズは、ディジタル回路とアナログ回路が同一基板上に形成された場合には、アナログ回路に到達して、アナログ回路の特性を劣化させている。
When a digital circuit and an analog circuit are mixed on the same semiconductor substrate, a large current flows through the power supply line due to the operation of the digital circuit, the power supply voltage fluctuates, or transistor diffusion and junction between the semiconductor substrate When the capacitor is charged / discharged by the transistor operation, noise is generated through the semiconductor substrate to generate substrate noise.
When the digital circuit and the analog circuit are formed on the same substrate, the power supply voltage fluctuation and the substrate noise reach the analog circuit and deteriorate the characteristics of the analog circuit.
図4は、従来のディジタルアナログ混載型半導体集積回路の例である。ディジタルシステム401には、ディジタルのシステムCLK(クロック)であるDCLKが入力されている。DCLKはクロックツリーの設計手法により、半導体集積回路内で、エッジをそろえた回路とレイアウトになっており、DCLKの遷移により一斉にディジタル回路がスイッチングすることになり、ノイズを発生させる。
ディジタルシステム401内には、アナログへのI/F信号を生成するアナログI/F回路402があり、同一チップ内にあるアナログシステム403に対してその制御信号を出力し制御を行なっている。
FIG. 4 shows an example of a conventional digital / analog mixed semiconductor integrated circuit. The
In the
近年のLSIの微細化、高速化、大規模化、低電圧化により、ノイズの影響が深刻になる傾向にあり、またアナログ回路のアプリケーション拡大により、アナログ回路に、より高精度が求められている現状がある。
また、高速クロックを持つ、大規模ディジタル回路では、全ディジタルブロックに対して、位相を合わせたクロックツリーが集積回路内にあり、クロックの遷移により、全ディジタル回路が一斉にノイズを発生させている。
Due to recent miniaturization, high speed, large scale, and low voltage of LSI, the influence of noise tends to become serious, and with the expansion of analog circuit applications, higher precision is required for analog circuits. There is a present situation.
In a large-scale digital circuit having a high-speed clock, a clock tree in which phases are aligned is provided in the integrated circuit for all digital blocks, and all digital circuits generate noise all at once due to clock transitions. .
特許文献1の「アナログ/ディジタル混載型半導体集積回路、及びアナログ/ディジタル混載型半導体集積回路におけるクロックの位相調整方法」では、ディジタル回路とともに同一の半導体基板上に形成されたアナログ回路へのディジタルノイズの悪影響を十分に回避することができるアナログ/ディジタル混載型半導体集積回路を提供することを課題とし、解決手段として、アナログ回路用クロック信号を、タイミングシフト回路で周期を変えずに位相を調整し、アナログ回路用クロック信号を入力する。位相を変更しながら、どのタイミングがアナログ特性に影響が少ないかを調べて、アナログのシステムクロックを決める。 According to Patent Document 1, “Analog / Digital Mixed-Type Semiconductor Integrated Circuit and Clock Phase Adjustment Method in Analog / Digital Mixed-Type Semiconductor Integrated Circuit”, digital noise to the analog circuit formed on the same semiconductor substrate together with the digital circuit is disclosed. The problem is to provide an analog / digital mixed semiconductor integrated circuit that can sufficiently avoid the adverse effects of analog circuits, and the solution is to adjust the phase of the clock signal for analog circuits without changing the period with a timing shift circuit. The analog circuit clock signal is input. The analog system clock is determined by examining which timing has little influence on the analog characteristics while changing the phase.
また、特許文献2の「信号混在システムにおけるディジタルノイズの低減」では、信号混在システムにクロックサブシステムを備え、このクロックサブシステムがディジタルサブシステムにディジタルクロック信号を送り、アナログサブシステムにアナログクロック信号を送る。このクロックサブシステムがディジタルクロック信号から幾つかのクロックサイクルを取り除いて、アナログサブシステムにおけるアナログ事象前にディジタル信号の不活動期間を設けるようにして、ディジタルノイズを低減している。 Further, in "Reduction of digital noise in a signal mixed system" of Patent Document 2, the signal mixed system includes a clock subsystem, which sends a digital clock signal to the digital subsystem, and sends an analog clock signal to the analog subsystem. Send. This clock subsystem removes several clock cycles from the digital clock signal to provide digital signal inactivity before an analog event in the analog subsystem to reduce digital noise.
また、特許文献3の「ディジタルノイズ発生回路とアナログセルの評価方法」では、アナログセル開発に当たって、その評価方法としてアナログセルのみを搭載した評価用のテストLSIを開発し、アナログセル単体としての動作および特性評価を行い、その評価の結果からアナログセルとしての動作および特性を保証している。
ここで問題があった場合には、原因を特定しその対策方法を見つけ出すまでに、試行錯誤を重ね、LSI内部の回路変更やレイアウト変更を何度も行い、何度もLSIの作り直しを行うといった作業を繰り返すことにより、ようやく最終的にその原因を特定し、対策を実施するといった手法がとられている。
Further, in “Digital Noise Generation Circuit and Analog Cell Evaluation Method” of Patent Document 3, an evaluation test LSI equipped with only an analog cell is developed as an evaluation method for analog cell development, and the operation as an analog cell alone is performed. In addition, the evaluation and the characteristic evaluation are performed, and the operation and characteristics as an analog cell are guaranteed from the result of the evaluation.
If there is a problem here, until the cause is identified and a countermeasure is found, trial and error are repeated, the circuit inside the LSI and the layout are changed many times, and the LSI is re-created many times. By repeating the work, the method of finally identifying the cause and implementing measures is taken.
このような状況に対して、外部からコントロールして定量的に発生ノイズ量をコントロールすることができるディジタルノイズ発生回路を提供し、アナログセルの試作評価の際に、ノイズの影響を調べることが可能となる。
しかし、特許文献1では、位相を調整することで、ディジタル回路のノイズの影響を減らしているが、ディジタルノイズの絶対量は変わりない状況であるため、効果が無い場合も想定される。
また、半導体装置の製造のばらつきにより、効果のあるアナログのクロックの位相にばらつきがある場合に問題がでてくる。
However, in Patent Document 1, the influence of noise of the digital circuit is reduced by adjusting the phase. However, since the absolute amount of digital noise does not change, there may be cases where there is no effect.
In addition, there is a problem when there is a variation in the phase of an effective analog clock due to variations in the manufacturing of semiconductor devices.
また、特許文献2では、ディジタルのサブシステムのクロックを間引くため、アナログ回路が動作する際には、ディジタル回路が止まるためノイズの影響はなくなるが、アナログ回路が常に動く必要のある場合や、クロックが間引かれるため、ディジタル回路のスループットが減少する問題がある。 Further, in Patent Document 2, since the clock of the digital subsystem is thinned out, when the analog circuit is operated, the digital circuit is stopped and the influence of noise is eliminated. However, when the analog circuit needs to constantly move, Therefore, there is a problem that the throughput of the digital circuit is reduced.
また、特許文献3では、アナログセル開発のための評価用半導体装置を作る必要があるため、製品化までに期間を要する。
また、ノイズ発生回路で評価しても、実際の製品とノイズ状況が異なるため、製品化の際に問題がでる場合がある。
Further, in Patent Document 3, it is necessary to make an evaluation semiconductor device for analog cell development, and thus it takes a period of time for commercialization.
Moreover, even if evaluation is performed with a noise generation circuit, there are cases where a problem arises upon commercialization because the noise situation differs from the actual product.
本発明は、上述のような実情を考慮してなされたものであって、ディジタル回路とアナログ回路が同一半導体基板に混在された場合に、アナログ回路が動作する際に、ディジタル回路のノイズを削減し、アナログ回路の特性を向上させるディジタルアナログ混載型半導体集積回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and when the digital circuit and the analog circuit are mixed on the same semiconductor substrate, the noise of the digital circuit is reduced when the analog circuit is operated. It is an object of the present invention to provide a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit that improves the characteristics of an analog circuit.
また、ディジタル回路とアナログ回路が同一半導体基板に混在した半導体装置を試作、評価する際に、ディジタルノイズの影響が多い場合と少ない場合切り替えるモードを持つことにより、アナログ回路の特性に、ディジタルノイズがどれくらい影響あるかを比較評価できる手法を提供して、アナログ特性が十分でない場合に、アナログ回路自体の改善が必要なのか、ディジタルノイズを減らす必要があるのかが明確になる信号品質測定方法を提供することも目的とする。 In addition, when prototyping and evaluating a semiconductor device in which a digital circuit and an analog circuit are mixed on the same semiconductor substrate, there is a mode that switches between when the influence of the digital noise is large and when the influence is small, so that the digital noise is included in the characteristics of the analog circuit. Provides a method to compare and evaluate how much it affects, and provides a signal quality measurement method that makes it clear whether the analog circuit itself needs to be improved or the digital noise needs to be reduced if the analog characteristics are not sufficient The purpose is to do.
上記の課題を解決するために、請求項1の発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路は、アナログ回路とそれを制御するディジタル回路とを同一の半導体基板に搭載したディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、前記ディジタル回路とは別に、同一半導体集積回路内に前記アナログ回路の信号品質を測定するための信号品質測定回路を備え、通常動作を行う場合には、前記ディジタル回路と前記アナログ回路を動作させ、信号品質を測定する場合には、前記信号品質測定回路と前記アナログ回路を動作させ、更に、通常の動作を行う通常動作モードあるいは信号品質を測定するための測定モードを入力するモード制御回路を備え、前記モード制御回路が測定モードを入力した場合、前記ディジタル回路のクロックを停止または低消費電力状態にした上で、前記信号品質測定回路を動作させて前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit according to a first aspect of the present invention is a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit in which an analog circuit and a digital circuit for controlling the same are mounted on the same semiconductor substrate. In addition to the digital circuit, a signal quality measurement circuit for measuring the signal quality of the analog circuit is provided in the same semiconductor integrated circuit, and when the normal operation is performed, the digital circuit and the analog circuit are operated. In the case of measuring signal quality, a mode control circuit for operating the signal quality measuring circuit and the analog circuit and inputting a normal operation mode for performing a normal operation or a measurement mode for measuring signal quality is provided. When the mode control circuit inputs a measurement mode, the clock of the digital circuit is stopped or On which the low power consumption state, wherein the signal quality measuring circuit is operated and to measure the signal quality of the analog circuit.
請求項2の発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、アナログ回路とそれを制御するディジタル回路とを同一の半導体基板に搭載したディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、前記ディジタル回路とは別に、同一半導体集積回路内に前記アナログ回路の信号品質を測定するための信号品質測定回路を備え、通常動作を行う場合には、前記ディジタル回路と前記アナログ回路を動作させ、信号品質を測定する場合には、前記信号品質測定回路と前記アナログ回路を動作させ、更に、信号品質測定要求信号を検出する信号品質測定検出回路と、信号品質を測定するための測定モードを設定するレジスタまたは測定モード信号を入力する外部入力ピンとを備え、前記信号品質測定要求信号を検出し、前記測定モードが前記レジスタに設定されるかまたは前記外部入力ピンから入力された場合、前記ディジタル回路を停止またはスタンバイ状態にして、前記信号品質測定回路をアクティブにし、前記ディジタル回路のノイズ影響なしに、前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 In digital analog mixed type semiconductor integrated circuit of inventions of claims 2, a digital analog mixed type semiconductor integrated circuit incorporating a digital circuit for controlling the analog circuitry on the same semiconductor substrate, separately from the digital circuit, A signal quality measuring circuit for measuring the signal quality of the analog circuit is provided in the same semiconductor integrated circuit, and when performing normal operation, the digital circuit and the analog circuit are operated and the signal quality is measured. Operates a signal quality measurement circuit and the analog circuit, and further includes a signal quality measurement detection circuit for detecting a signal quality measurement request signal, and a register or a measurement mode signal for setting a measurement mode for measuring the signal quality. An external input pin for inputting, detecting the signal quality measurement request signal, wherein the measurement mode is If input from or the external input pin is set to the register, and the digital circuit to stop or standby state, the signal quality measurement circuit activates, without noise influence of the digital circuit, the analog circuit It is characterized in that signal quality is measured.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、前記アナログ回路は高速差動信号を出力し、前記信号品質測定回路は高速差動信号の信号品質を測定することを特徴とする。 The invention according to claim 3, in a digital analog mixed type semiconductor integrated circuit according to claim 1 or 2, wherein the analog circuit outputs a high-speed differential signals, the signal quality of the signal quality measuring circuit in high-speed differential signal It is characterized by measuring.
請求項4の発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路の信号品質測定方法は、アナログ回路とそれを制御するディジタル回路とを同一の半導体基板に搭載したディジタルアナログ混載型半導体集積回路に対して、前記ディジタル回路とは別に同一半導体集積回路内に、信号品質を測定するための信号品質測定回路を設け、信号品質を測定するための測定モードをレジスタに設定するか、または測定モード信号を外部入力ピンから入力するとともに、信号品質測定要求信号を検出したときに、前記ディジタル回路を停止またはスタンバイ状態にして、前記信号品質測定回路をアクティブにし、前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a signal quality measuring method for a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit, wherein the analog circuit and the digital circuit for controlling the analog circuit are mounted on the same semiconductor substrate. A signal quality measurement circuit for measuring the signal quality is provided in the same semiconductor integrated circuit as the digital circuit, and the measurement mode for measuring the signal quality is set in the register, or the measurement mode signal is input to the external input pin. And when the signal quality measurement request signal is detected, the digital circuit is stopped or in a standby state, the signal quality measurement circuit is activated, and the signal quality of the analog circuit is measured. Features.
請求項5の発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路は、アナログ回路とそれを制御するディジタル回路とを同一の半導体基板に搭載したディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、前記ディジタル回路から前記アナログ回路へのI/F信号を取り込むためのメモリと、通常の動作を行う通常動作モードあるいは信号品質を測定するため測定モードを入力するモード制御回路とを備え、前記モード制御回路が測定モードを入力した場合、前記ディジタル回路のクロックを停止または低消費電力状態にした上で、前記メモリに取り込んだアナログI/F信号を前記アナログ回路へ供給して、前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a digital / analog mixed type semiconductor integrated circuit in which the analog circuit and the digital circuit for controlling the same are mounted on the same semiconductor substrate, from the digital circuit to the analog circuit. A memory for taking in the I / F signal and a normal operation mode for performing a normal operation or a mode control circuit for inputting a measurement mode for measuring signal quality, and the mode control circuit inputs the measurement mode The digital circuit clock is stopped or in a low power consumption state, and the analog I / F signal taken into the memory is supplied to the analog circuit to measure the signal quality of the analog circuit. It is characterized by.
請求項6の発明は、請求項5に記載のディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、信号品質測定要求信号を検出する信号品質測定検出回路と、信号品質を測定するための測定モードを設定するレジスタまたは測定モード信号を入力する外部入力ピンを有し、前記信号品質測定要求信号を検出し、前記測定モードが前記レジスタに設定されるかまたは前記外部入力ピンから入力された場合、前記ディジタル回路を停止またはスタンバイ状態にして、前記メモリに取り込んだアナログI/F信号を前記アナログ回路へ供給して、前記ディジタル回路のノイズ影響なしに、前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the digital-analog mixed semiconductor integrated circuit according to the fifth aspect , a signal quality measurement detection circuit for detecting a signal quality measurement request signal and a register for setting a measurement mode for measuring the signal quality Or having an external input pin for inputting a measurement mode signal, detecting the signal quality measurement request signal, and setting the digital circuit when the measurement mode is set in the register or input from the external input pin. The analog I / F signal captured in the memory is supplied to the analog circuit in the stop or standby state, and the signal quality of the analog circuit is measured without the influence of noise of the digital circuit. And
請求項7の発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路の信号品質測定方法は、アナログ回路とそれを制御するディジタル回路とを同一の半導体基板に搭載したディジタルアナログ混載型半導体集積回路に対して、前記ディジタル回路から前記アナログ回路へのI/F信号を取り込むメモリを備え、信号品質の測定するための測定モードをレジスタに設定するか、または測定モード信号を外部入力ピンから入力するとともに、信号品質測定要求信号を検出したときに、前記ディジタル回路のクロックを停止または低消費電力状態にした上で、前記メモリに取り込んだアナログI/F信号を前記アナログ回路へ供給して、前記ディジタル回路のノイズ影響なしに、前記アナログ回路の信号品質を測定するようにしたことを特徴とする。 Signal quality measurement method of digital-to-analog hybrid semiconductor IC of the invention of claim 7, the digital analog mixed type semiconductor integrated circuit incorporating a digital circuit for controlling the analog circuitry on the same semiconductor substrate, wherein A memory for capturing an I / F signal from a digital circuit to the analog circuit is provided, and a measurement mode for measuring signal quality is set in a register, or a measurement mode signal is input from an external input pin and signal quality is measured. When the request signal is detected, the clock of the digital circuit is stopped or put into a low power consumption state, and then the analog I / F signal taken into the memory is supplied to the analog circuit, so that the influence of noise on the digital circuit No, the signal quality of the analog circuit is measured.
本発明によれば、同一半導体装置内に高速差動信号の信号品質を測定するためだけの信号品質測定用回路を備えるようにしたので、高速差動信号を測定する際には、ディジタル回路を停止して評価が可能になり、ディジタル回路からのノイズの影響の無いアナログ信号の測定ができ、またディジタル回路を動作させたときの信号品質の測定結果と比較することができる。 According to the present invention, since the signal quality measuring circuit only for measuring the signal quality of the high-speed differential signal is provided in the same semiconductor device, the digital circuit is used when measuring the high-speed differential signal. Evaluation can be performed after stopping, and analog signals can be measured without the influence of noise from the digital circuit, and compared with measurement results of signal quality when the digital circuit is operated.
また、ディジタルシステムからアナログ信号のI/F信号を取り込むメモリを持つことにより、色々な評価パターンに対応するテスト用の信号を生成できるため、小規模な回路で自由度の高いテスト用の回路が構成できる。 In addition, since a test signal corresponding to various evaluation patterns can be generated by having a memory that captures an analog I / F signal from a digital system, a test circuit with a high degree of freedom can be achieved with a small circuit. Can be configured.
以下、図面を参照して、本発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路に係る好適な実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態のディジタルアナログ混載型半導体集積回路を示している。同図において、図4と同じ機能を持つ回路に対しては、同じ符号を付してその相違点についてのみ説明する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of a digital / analog mixed semiconductor integrated circuit according to the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a digital / analog mixed semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention. In the figure, circuits having the same functions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and only their differences will be described.
図1において、106はモードコントロール回路であり、外部からコントロールするために、外部から書き込み可能なレジスタ(不図示)を持つか、または外部入力(IO)ピンからの入力信号が入力されるものとする。
モードコントロール回路106は、設定された状態に応じてディジタルシステム(ディジタル回路)401にアナログ信号測定モードを示す信号を出力し、クロックコントロール回路107に対しても同様の信号を出力している。
ディジタルシステム401には、クロックコントロール回路107からD1CLKがシステムクロックとして入力されており、通常はこのクロックで動作することになる。
In FIG. 1, a
The
The
ディジタルサブシステム(信号品質測定回路)104は、ディジタルシステム401内のアナログI/F回路402とほぼ同様のアナログI/F信号を生成するアナログI/F回路105を持っており、ディジタルサブシステム104内で、アナログシステム(アナログ回路)403を動作させるために必要な最小構成の回路を持っている。ディジタルサブシステム104には、システムクロックとして、クロックコントロール回路107からD2CLKが入力されている。
The digital subsystem (signal quality measurement circuit) 104 includes an analog I /
モードコントロール回路106に、アナログ信号品質を測定するためのモードが設定されている場合に、ディジタルシステム401内でアナログ信号品質を測定するためのコマンド検出等が起こった場合には、ディジタルシステム401よりクロックコントロール回路107とディジタルサブシステム104に対して、アナログ信号品質を測定することを示す信号が出力される。
When a mode for measuring the analog signal quality is set in the
その信号を受けて、クロックコントロール回路107はD1CLKを停止または低消費電力状態にし、且つD2CLKを出力して、アナログシステム403を動作させるための制御信号を、ディジタルシステム401からではなく、ディジタルサブシステム104から供給する様にマルチプレクサ(MUX)108で制御を行う。
In response to the signal, the
以上の回路構成および動作シーケンスにより、通常動作モードでは、ディジタルシステム401によりアナログI/F回路402を動作させて、アナログシステム403の動作を評価することができ、またモードの設定を測定モードに変えることにより、ディジタルシステム401のクロックを完全に停止または低消費電力状態にさせて、ディジタルシステム401を停止またはスタンバイ状態にした上で、ディジタルサブシステム104だけを動作させて、ディジタルシステム401のノイズ影響なしに、アナログシステム403の評価ができる。
With the above circuit configuration and operation sequence, in the normal operation mode, the analog I /
図2は、図1のディジタルアナログ混載型半導体集積回路において、ディジタルサブシステムの代わりに、メモリおよびメモリの制御回路を使用した場合の実施形態である。図2において、図1と同じ機能を持つ回路に対しては、同じ符号を付してその相違点についてのみ説明する。 FIG. 2 shows an embodiment in which a memory and a memory control circuit are used in place of the digital subsystem in the digital / analog mixed semiconductor integrated circuit of FIG. 2, circuits having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only the differences will be described.
図2の実施形態では、図1のディジタルサブシステム104の代わりに、メモリ204を持っている。
モードコントロール回路106に通常動作モードを設定すると、ディジタルシステム401によりアナログI/F回路402を動作させて、アナログシステム403の動作を評価することができる。
また、モードコントロール回路106に測定モードを設定すると、トレーニングモードにて、ディジタルシステム401のアナログI/F信号をメモリ204に取り込み、ディジタルシステム401のクロックを完全に停止または低消費電力状態にさせて、ディジタルシステム401を停止またはスタンバイ状態にした上で、トレーニングモードでサンプリングしたアナログI/F信号をアナログシステム403に出力してアナログシステム403を評価する。
そのため、通常の動作で使われる評価用のI/F信号に対して自由度の高い信号が出力でき、評価の際には、色々なI/F信号で評価が可能になる。
The embodiment of FIG. 2 has a
When the normal operation mode is set in the
When the measurement mode is set in the
Therefore, a signal having a high degree of freedom can be output with respect to an evaluation I / F signal used in a normal operation, and evaluation can be performed using various I / F signals.
図3は、本発明のディジタルアナログ混載型半導体集積回路をUSB(Universal Serial Bus)通信回路に適用した例である。
USBは、480MBPSという高速で且つ400mVの差動微小振幅信号をドライバから出力する。
LSI(半導体集積回路)にUSBを搭載した場合には、差動信号の信号品質が規格を満たしているかを正確に測定する必要があるが、もし差動信号の品質が悪い場合には、ドライバやレシーバを含むアナログフロントエンド回路303であるPHYの設計が悪いのか、PHY自体には設計上問題はなく、その他の回路を同一LSIに搭載しているためディジタルブロックのノイズがPHYに回り込んで信号品質を悪くしているのかを、評価して判断する必要がある。
FIG. 3 shows an example in which the digital / analog mixed semiconductor integrated circuit of the present invention is applied to a USB (Universal Serial Bus) communication circuit.
The USB outputs a differential minute amplitude signal of 400 mV at a high speed of 480 MBPS from the driver.
When a USB is mounted on an LSI (semiconductor integrated circuit), it is necessary to accurately measure whether the signal quality of the differential signal meets the standard, but if the quality of the differential signal is poor, the driver There is no design problem with the PHY itself, which is the analog
図3のSIE(Serial Interface Engine)ブロックは、USBのLINK層のディジタル回路であり、物理層のPHYをコントロールする信号や送受信データを生成する役割を持っている。
PHYブロックは、USBの物理層のドライバ&レシーバを含むAFE(Analog Front End)回路303と、PHY層の中にもディジタル回路が存在する。
The SIE (Serial Interface Engine) block in FIG. 3 is a USB LINK layer digital circuit and has a role of generating a signal for controlling the physical layer PHY and transmission / reception data.
The PHY block includes an AFE (Analog Front End)
PHYブロックとLINKブロックの間は、UTMI(Universal Transmit Macrocell Interface)と呼ばれる規格で一般的に接続されている。
USBの受信動作の際には、PHYブロックが差動シリアルデータを受信し、それをパラレルに変換して、制御信号とデータをSIEブロックに出力する。
送信動作の際には、SIEブロックからパラレルデータを制御信号と共にPHYブロックに出力し、PHYブロックは指定されたパラレルデータをシリアルに変換して、差動信号としてUSBバスに出力することになる。
The PHY block and the LINK block are generally connected by a standard called UTMI (Universal Transmit Macrocell Interface).
In the USB reception operation, the PHY block receives differential serial data, converts it into parallel, and outputs a control signal and data to the SIE block.
In the transmission operation, parallel data is output from the SIE block to the PHY block together with the control signal, and the PHY block converts the designated parallel data into serial data and outputs it as a differential signal to the USB bus.
SIEブロック内には、受信データや送信データ用のバッファとして、EP(End Pointerメモリ)309が内蔵されており、その他受信したパケットをコマンドとして解釈し、USBを制御するための回路が内蔵されている。SIEブロックの回路は、USBのデバイスクラスに応じた回路構成を持つため、決まった構成ではなく、プリンタやカメラ等アプリケーションによりハードウエアの構成は異なるものとなる。
近年のUSB規格である、より高速なUSB2.0規格を実現するためには、数十万ゲート規模のSIEブロックが必要であり、SIEブロックでのディジタルノイズも非常に大きいのが現状である。
In the SIE block, an EP (End Pointer memory) 309 is incorporated as a buffer for received data and transmitted data, and other circuits for interpreting received packets as commands and controlling the USB are incorporated. Yes. Since the circuit of the SIE block has a circuit configuration corresponding to the USB device class, the hardware configuration differs depending on applications such as a printer and a camera, not a fixed configuration.
In order to realize the higher-speed USB 2.0 standard, which is the recent USB standard, an SIE block with a scale of several hundred thousand gates is necessary, and the digital noise in the SIE block is very large at present.
USB2.0の規格を搭載した、SIEブロックとPHYブロックを同一半導体に搭載する場合には、SIEブロックのノイズにより差動出力信号のジッタや歪が生じたりする場合がある。
そのような場合には、PHYブロックの設計に問題があるのか、PHYブロック自体に問題はなく、SIEブロックのノイズがPHYブロックに回り込んで問題になっているのかの原因を正確に判断して、改善策を実施する必要がある。
When the SIE block and the PHY block equipped with the USB 2.0 standard are mounted on the same semiconductor, jitter or distortion of the differential output signal may occur due to noise in the SIE block.
In such a case, whether there is a problem in the design of the PHY block, or there is no problem in the PHY block itself, and the cause of whether the noise of the SIE block wraps around the PHY block and is causing a problem is determined accurately. It is necessary to implement improvement measures.
図3を用いて、SIEブロックを止めてUSBの信号品質を測定する場合の動作を説明する。
モードコントロール回路306内のレジスタに測定モードを設定する。USB端子につながったホストからTestPacketコマンドを発行すると、SIEブロック内の信号品質測定検出回路310がTestPacketコマンドをデコードする。
The operation when the SIE block is stopped and the USB signal quality is measured will be described with reference to FIG.
A measurement mode is set in a register in the
TestPacketコマンドの検出とモードコントロール信号により、クロックコントロール回路307とテストパケット生成回路304に信号を出力し、クロックコントロール回路307はSIEブロックのシステムクロックを停止または低消費電力状態にすると共に、テストパケット生成回路304を動作させる。
PHYブロックのテストパケット生成に必要な信号をテストパケット生成回路304で生成し、UTMIのマルチプレクサ308はSIEブロックからのUTMI信号ではなく、テストパケット生成回路304のUTMI信号をPHYブロックに入力するように切り替える。
In response to the detection of the TestPacket command and the mode control signal, a signal is output to the
A signal necessary for generating a test packet of the PHY block is generated by the test
以上の制御により、PHYブロックが出力する高速差動信号を、SIEブロックのノイズの影響なしに測定することができ、信号品質に問題がある場合には、原因が特定できるため、LSI設計の改善に対して有効な機能を提供することができる。 Through the above control, the high-speed differential signal output by the PHY block can be measured without the influence of the noise of the SIE block, and if there is a problem in the signal quality, the cause can be identified, so the LSI design can be improved. It is possible to provide an effective function for.
104…ディジタルサブシステム(信号品質測定回路)、105…アナログI/F回路、106…モードコントロール回路、107…クロックコントロール回路、108…マルチプレクサ(MUX)、204…メモリ、301…ディジタルコントロール回路、302…アナログI/F回路、303…USB AFE(アナログフロントエンド回路)、304…テストパケット生成回路、305…アナログI/F回路、306…モードコントロール回路、307…クロックコントロール回路、308…マルチプレクサ、309…EPメモリ、310…信号品質測定検出回路、401…ディジタルシステム、402…アナログI/F回路、403…アナログシステム。
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