JP4918874B2 - クロック信号供給回路 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体集積回路装置の起動時に、クロック信号が安定した後に内部回路にクロック信号を供給するようにしたクロック信号供給回路に関するものである。
半導体集積回路装置では、クロック信号発生回路から供給されるクロック信号に基づいて内部回路が動作する。このような半導体集積回路装置では、起動時にクロック信号発生回路から出力されるクロック信号が安定した後に、当該クロック信号を内部回路に供給するクロック信号供給回路が備えられている。そして、クロック信号供給回路では内部回路に安定したクロック信号を速やかに供給することが必要となっている。
半導体集積回路装置では、水晶発振器を使用したクロック信号発生回路からクロック信号供給回路を経て内部回路にクロック信号が供給され、内部回路はそのクロック信号に基づいて動作する。
また、半導体集積回路装置の起動時には、電源の供給に基づいて各種設定の初期化が行われ、次いでクロック信号発生回路から出力される原クロック信号が安定化した後に、クロック信号供給回路から内部回路にクロック信号が供給される。このようなクロック信号供給回路の従来例を図4(a)に従って説明する。
端子X0,X1には電源の供給に基づいてクロック信号発生回路から逆相の原クロック信号CLKX,バーCLKXが入力される。原クロック信号CLKXはヒステリシスインバータ回路1に入力され、原クロック信号バーCLKXはNAND回路2に入力される。また、インバータ回路3及び転送ゲート4は、端子X1を出力端子として使用する場合に動作するものであり、原クロック信号CLKX,バーCLKXが入力される場合には動作しない。
ヒステリシスインバータ回路1から出力される原クロック信号CLKXは、フリップフロップ回路で構成されるレジスタ回路5に入力される。そして、レジスタ回路5は原クロック信号CLKXの入力に基づいてその原クロック信号CLKXを2分周したクロック信号CLKを出力信号Qとしてカウンタ6及びクロック制御部7に出力する。
カウンタ6は、レジスタ回路5の出力信号Qのパルス数をカウントする16ビットのカウンタで構成され、カウント数が21となるとHレベルとなる出力信号OS11をセレクタ8に出力する。同様に、カウント数が210になるとHレベルとなる出力信号OS10をセレクタ8に出力し、カウント数が214になるとHレベルとなる出力信号OS00をセレクタ8に出力し、カウント数が216なるとHレベルとなる出力信号OS01をセレクタ8に出力する。そして、セレクタ8はレジスタ回路9a,9bから出力される選択信号SL1,SL2に基づいてカウンタ6の出力信号OS11〜OS00のいずれかを選択して、出力信号Xとしてレジスタ回路10に出力する。
レジスタ回路9a,9bには、CPU11からバス12を介して供給されるデータDが格納され、そのデータDが選択信号SL1,SL2としてセレクタ8に出力される。従って、例えば選択信号SL1,SL2が「11」となれば、セレクタ8はカウンタ6の出力信号OS11を選択してレジスタ回路10に出力する。また、選択信号SL1,SL2が「00」となれば、セレクタ8はカウンタ6の出力信号OS00を選択してレジスタ回路10に出力する。
このクロック信号供給回路が搭載される半導体集積回路装置の起動時あるいはリセット動作時には、レジスタ回路5,9a,9bにはリセット信号RSTが入力される。そして、リセット信号RSTがLレベルとなると、レジスタ回路9a,9bに格納されたデータDは0にリセットされ、レジスタ回路5の出力信号QはLレベルにリセットされる。
レジスタ回路10にはセレクタ8の出力信号Xがイネーブル信号ENとして入力される。そして、レジスタ回路10はイネーブル信号ENがHレベルとなると、出力信号QをHレベルにラッチしてクロック制御部7に出力する。
クロック制御部7は、レジスタ回路10の出力信号QがHレベルとなると、レジスタ回路5から出力信号Qとして出力されるクロック信号CLKをCPU11に供給する。そして、クロック制御部7から出力されるLレベルのクリア信号によりレジスタ10の出力信号がLレベルにリセットされる。
このようなクロック信号供給回路では、起動時にリセット信号RSTによりレジスタ回路9a,9bから出力される選択信号SL1,SL2がともにLレベル、すなわち「00」となる。
すると、セレクタ8はカウンタ6の出力信号OS00を選択してレジスタ回路10に出力する。従って、起動時にはレジスタ回路5から出力されるクロック信号CLKを214パルス分カウントした後にクロック制御部7からクロック信号CLKがCPU11に供給される。
このような動作により、図4(b)に示すように、半導体集積回路装置の起動時に、クロック信号発生回路から出力される原クロック信号CLKXが安定するまでの待ち時間Tが経過した後に、原クロック信号CLKXから生成されるクロック信号CLKがCPU11に供給される。
図5は、カウンタ6で設定される待ち時間Tの一例を示す。選択信号SL1,SL2が「00」となると、待ち時間Tはクロック信号CLKの周期をtとしたとき、T=t×214となり、原クロック信号CLKXが4MHzである場合には、待ち時間Tは8.2msecとなる。
同様に、選択信号SL1,SL2が「01」となると、待ち時間TはT=t×216となって32.8msecとなり、選択信号SL1,SL2が「10」となると、待ち時間TはT=t×210となって512μsecとなり、選択信号SL1,SL2が「11」となると、待ち時間TはT=t×21となって1.0μsecとなる。
従って、上記クロック信号供給回路では、起動時に選択信号SL1,SL2が「00」にリセットされるため、待ち時間Tは8.2msecとなる。
また、起動後はCPU11からレジスタ回路9a,9bにデータを書き込み可能である。従って、起動後にCPU11及び内部回路の動作をリセットする場合には、設定されたデータに基づいてレジスタ回路9a,9bから出力される選択信号SL1,SL2により、セレクタ8で選択するカウンタ6の出力信号OS00〜OS11を変更して、待ち時間Tを変更することが可能である。
半導体集積回路装置の動作試験時には、当該半導体集積回路装置に搭載されるフリップフロップ回路等のデータ保持回路を直列に接続したスキャンチェーンを構成し、各データ保持回路をシフトレジスタとして動作させて、各データ保持回路が正常に動作するか否かを判定するスキャンシフトテストが行われる。
図6は、スキャンチェーンの一例を示す。スキャンチェーンは、フリップフロップ回路等のレジスタ回路13a〜13cのスキャンアウト端子SOが、チップ上で近い位置にレイアウトされるレジスタ回路のスキャンイン端子SIに接続されて、直列に接続される。図6では3つのレジスタ回路13a〜13cを示すが、実際には数千段のレジスタ回路が直列に接続される。
各レジスタ回路13a〜13cには、スキャンモード時にスキャンモード信号SCANMDが入力される。また、スキャンモード時にはセレクタ14を介してスキャンクロックSCANCKが入力され、通常モードではセレクタ14を介して通常クロックCLKPが入力される。
また、各レジスタ回路13a〜13cにはリセット信号RSTがインバータ回路15を介して入力され、そのリセット信号RSTがHレベルとなると、各レジスタ回路13a〜13cに格納されているデータが例えば0にリセットされる。各レジスタ回路13a〜13cの入力端子D及び出力端子Qは、通常モードで使用される端子である。
このように構成されたスキャンチェーンでは、スキャンモード時に先頭のレジスタ回路13aのスキャンイン端子SIに入力されたスキャンデータSINがスキャンクロック信号SCANCKに基づいて順次転送される。そして、最終段のレジスタ回路から出力されるスキャンデータSOUTが入力されたスキャンデータSINと一致すれば、すべてのレジスタ回路が正常に動作していることが確認可能となる。
特開平4−362719号公報
図4に示すクロック信号供給回路では、起動時にレジスタ回路9a,9bから出力される選択信号SL1,SL2が「00」にリセットされるため、待ち時間Tはカウンタ6の出力信号OS00がHレベルとなるまでの時間、すなわち原クロック信号CLKXが4MHzのとき、8.2msecに固定される。
一方、原クロック信号CLKXを生成するクロック信号発生回路をユーザーが選択して使用するような場合には、クロック信号発生回路を構成する水晶発振器の特性の相違により、待ち時間Tを短縮可能となる場合がある。
しかし、上記クロック信号供給回路では待ち時間Tが固定されているため、クロック信号発生回路の特性に対し、無用に長い待ち時間Tが設定されることがあるという問題点がある。
特許文献1には、動作用クロックについて所定の発振安定待ち時間を得るようにした発振安定待ち回路が開示されているが、レジスタに格納されたデータに基づいて、起動時に所要の待ち時間を設定するような構成は開示されていない。
この発明の目的は、クロック信号が安定するまでの待ち時間を設定するレジスタの初期値を任意に変更可能としたクロック信号供給回路を提供することにある。
上記目的は、原クロック信号の供給に基づいて内部回路にクロック信号を供給するクロック制御部と、起動時に原クロック信号が安定化するまで前記クロック信号の内部回路への供給を待機させる複数の待ち時間を設定する待ち時間設定信号生成部と、前記待ち時間設定信号生成部で生成された待ち時間設定信号のいずれかを選択して前記クロック制御部に出力する待ち時間設定部とを備えたクロック信号供給回路において、前記待ち時間設定部は、起動時の初期値に基づいて、前記待ち時間設定信号を選択するための選択信号を出力するデータ保持回路と、前記選択信号に基づいて前記待ち時間設定信号を選択する選択回路と、前記データ保持回路の初期値を任意に設定可能とする初期値設定回路とを備え、前記データ保持回路は、スキャンシフト回路上に配設したレジスタ回路で構成し、前記初期値設定回路は、前記レジスタ回路に対しスキャンシフト回路を介して前記選択信号を生成するための初期値を転送する転送制御部を備えたクロック信号供給回路により達成される。
本発明によれば、クロック信号が安定するまでの待ち時間を設定するレジスタの初期値を任意に変更可能としたクロック信号供給回路を提供することができる。
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。この実施の形態は、起動時に原クロック信号が安定するまでの待ち時間を任意に設定可能とするものであり、クロック信号供給回路は図4に示す従来例と同一である。
そして、図4において、カウンタ6は起動時に原クロック信号CLKXが安定するまで、CPU11へのクロック信号CLKの供給を待機させる待ち時間を設定する待ち時間設定信号生成部であり、レジスタ回路(データ保持回路)9a,9b及びセレクタ(選択回路)8は、待ち時間設定信号を選択してクロック制御部7に出力する待ち時間設定部である。
図1は、スキャンシフトテストを行うスキャンシフト回路を示す。同図において、レジスタ回路9a,9bは、図4におけるレジスタ回路9a,9bであり、スキャンチェーンの先頭に接続されて、レジスタ9aにスキャンデータSINが入力される。また、レジスタ(転送モード設定部、転送モード設定信号生成部)21、セレクタ(クロック信号供給部)23、OR回路(クロック信号供給部)22、NOR回路(リセットマスク部)24、OR回路(リセットマスク部)25は、レジスタ回路9a,9bに任意の初期値を設定する初期値設定回路若しくは転送制御部として動作する。
レジスタ21には外部から切り替え信号CHANGEがデータとして入力され、原クロック信号バーCLKXがクロック信号CKとして入力される。そして、レジスタ21は原クロック信号バーCLKXがLレベルであるとき、切り替え信号CHANGEをラッチしてOR回路22に出力する。
前記OR回路22にはスキャンモード信号SCANMDが入力され、そのOR回路22の出力信号はセレクタ23に選択信号として入力されるとともに、前記レジスタ回路9a,9bを含むスキャンチェーンを構成するすべてのレジスタ回路にスキャンモードを設定する入力信号Sとして入力される。そして、各レジスタ回路9a,9bではHレベルの入力信号Sが入力されると、スキャンイン端子SIに入力されているスキャンデータSINをラッチしてスキャンアウト端子SOから出力する状態となる。
前記セレクタ23には、スキャンモード時に外部からスキャンクロックSCANCKが入力されるとともに、通常モード時にはCPU11から供給される通常クロックCLKPが入力される。そして、セレクタ23は、前記OR回路22の出力信号に基づいて、スキャンモード時にはスキャンクロックSCANCKを前記各レジスタ回路9a,9bにクロック信号CKとして出力し、通常モード時には通常クロックCLKPをクロック信号CKとして出力する。
前記レジスタ回路21にはリセットマスク信号RSTMASKがクリア信号CLとして入力される。そして、リセットマスク信号RSTMASKがLレベルとなると、レジスタ回路21の出力信号QがLレベルすなわち0にリセットされる。
前記リセット信号RSTはNOR回路24に入力され、そのNOR回路24にはリセットマスク信号RSTMASKが入力される。
前記NOR回路24の出力信号はOR回路25に入力され、そのOR回路25にはリセットマスク信号RSTMASKが入力される。そして、OR回路25の出力信号は各レジスタ9a,9bにクリア信号CLとして入力される。各レジスタ回路9a,9bは、クリア信号CLがLレベルとなると、出力信号QをLレベルすなわち0にリセットする。
図2は、前記NOR回路24及びOR回路25の動作によるクリア信号CLの状態を示す。同図に示すように、リセット信号RSTがHレベルとなり、リセットマスク信号RSTMASKがLレベルとなるときに限り、クリア信号CLはLレベルとなる。
次に、上記のように構成されたスキャンシフト回路で、レジスタ回路9a,9bに初期値を設定する動作を図3に従って説明する。
Hレベルのリセット信号RSTとともに、Hレベルのリセットマスク信号RSTMASKが入力される状態でHレベルの切り替え信号CHANGEが入力されると、レジスタ回路21の出力信号QはLレベルの原クロック信号バーCLKXに基づいて、Hレベルとなる。すると、OR回路22の出力信号がHレベルとなり、レジスタ回路9a,9bはスキャンモードとなる。
この状態で、HレベルのスキャンデータSINが供給されるとともに、スキャンクロックSCANCKがセレクタ23を介してレジスタ回路9a,9bに入力されると、スキャンクロックSCANCKの最初の立ち上がりに基づいてレジスタ回路9aにはHレベルのデータSO1がラッチされる。
次いで、スキャンデータSINがLレベルに切り替えられると、スキャンクロックSCANCKの次の立ち上がりに基づいてレジスタ回路9aのラッチデータSO1がレジスタ回路9bにラッチされ、レジスタ回路9aのラッチデータSO1はLレベルとなる。
次いで、切り替え信号CHANGEをLレベルとすると、レジスタ回路21の出力信号QがLレベルとなり、OR回路22の出力信号がLレベルとなってレジスタ回路9a,9bのスキャンモードが解除され、スキャンデータの転送が終了する。
この結果、レジスタ回路9aには0のデータSO1が初期値として格納され、レジスタ9bには1のデータSO2が初期値として格納される。このデータSO1,SO2は、スキャンデータSINを調整することにより任意に設定可能である。
また、上記のようなスキャンシフト回路でスキャンシフトテストを行なう場合には、リセット信号RST及びリセットマスク信号RSTMASKをLレベルとすれば、OR回路25の出力信号はHレベルとなるため、レジスタ回路9a,9b及び他のレジスタのクリア動作は解除された状態となる。
この状態で、スキャンモード信号SCANMD信号がHレベルとなると、OR回路22の出力信号がHレベルとなって各レジスタ回路にスキャンモードが設定される。そして、各レジスタ回路にスキャンクロック信号SCANCKが供給され、スキャンデータSINが先頭のレジスタ回路9aに供給されると、そのスキャンデータがスキャンクロック信号SCANCKに同期して順次転送される。
また、各レジスタ回路の格納値をリセットする場合には、リセット信号RSTをHレベルとし、リセットマスク信号RSTMASKをLレベルとすれば、OR回路25の出力信号がLレベルとなるため、各レジスタ回路の格納値が例えば0にリセットされる。
上記のようなスキャンシフト回路及びクロック信号供給回路を備えた半導体集積回路装置では、動作試験時にスキャンシフトテストが行われ、スキャンシフトテストの終了後に各レジスタの格納値が0にリセットされ、すべての動作試験の終了後に出荷される。
出荷後に、ユーザーはクロック信号供給回路で設定される待ち時間Tをクロック信号発生回路の特性に合わせて設定可能である。
すなわち、半導体集積回路装置に電源を供給した後、スキャンシフトテスト回路で図3に示す動作を行わせ、例えばレジスタ回路9aの初期値を0とし、レジスタ回路9bの初期値を1とする。この動作は、スキャンクロック信号SCANCKのほぼ2周期分の時間で終了する。
次いで、クロック信号供給回路の初期設定に移行する。このとき、リセットマスク信号RSTMASKはHレベルに維持され、各レジスタ回路の格納値はリセットされない状態である。
そして、レジスタ回路9a,9bに上記のようなデータSO1,SO2が初期設定されていると、クロック信号供給回路のセレクタ8ではカウンタ6の出力信号OS10を選択してレジスタ回路10に出力する。従って、この状態では図5に示す条件において待ち時間Tは512μsecとなる。
そして、待ち時間Tが経過すると、クロック制御部7からCPU11にクロック信号CLKが供給され、CPU11の通常動作が開始される。このとき、リセットマスク信号RSTMASKはLレベルとなり、通常動作に先立ってリセット信号RSTがHレベルとなると、OR回路25の出力信号がクリア信号CLとして供給されるすべてのレジスタ回路の格納値がリセットされる。
上記のように構成されたスキャンシフト回路及びクロック信号供給回路を備えた半導体集積回路装置では、次に示す作用効果を得ることができる。
(1)電源の投入から原クロック信号が安定するまでCPUへのクロック信号の供給を待機状態とする待ち時間Tを、あらかじめ設定された複数の待ち時間の中から選択することができる。従って、クロック信号発生回路の特性に見合った待ち時間Tを設定することができる。
(2)クロック信号供給回路で待ち時間Tを設定するためのレジスタ回路9a,9bの初期設定値を任意に設定することができる。そして、レジスタ回路9a,9bの初期設定値でカウンタ6の出力信号OS00〜OS11を選択することにより、待ち時間Tを選択することができる。
(3)待ち時間Tを設定するためのレジスタ回路9a,9bの初期設定値をスキャンシフト回路上でのスキャンシフト動作により設定することができる。
(4)待ち時間Tを設定するためのレジスタ回路9a,9bを、スキャンシフト回路の先頭に位置させたので、スキャンクロック信号SCANCKの2周期分の時間でレジスタ回路9a,9bの初期値設定を完了することができる。従って、待ち時間Tに比して、レジスタ回路9a,9bの初期設定に要する時間は極めて短いので、電源の投入に続いてレジスタ回路9a,9bに初期値の設定を行い、次いでクロック供給回路で待ち時間Tの設定動作を行っても、CPU11にクロック信号CLKの供給が開始されるまでの時間を遅延させることはない。
上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・レジスタ回路9a,9bはスキャンシフト回路の先頭でなくてもよい。この場合には、先頭のレジスタ回路からレジスタ回路9a,9bまで初期値を順次転送する必要があるため、初期値を設定するために要する時間が長くなる。
・レジスタ回路9a,9bに初期値を設定するためのスキャンデータSINを外部から供給するのではなく、あらかじめ複数パターンのスキャンデータSINを半導体集積改装置上に保持し、それらのいずれかを選択して供給するようにしてもよい。
・スキャンチェーン上のレジスタ回路に、待ち時間の設定のための初期値以外のモード設定信号等の初期値を設定することもできる。
・スキャンチェーン上のすべてのレジスタ回路に任意の初期値を設定して、CPUへのクロック信号の供給開始時に直ちに任意のモードでの動作を開始させるようにすることもできる。
一実施の形態のスキャンシフト回路を示す回路図である。 スキャンシフト回路の動作を示す説明図である。 初期値設定時のスキャンシフト回路の動作を示すタイミング波形図である。 (a)はクロック信号供給回路を示すブロック図、(b)は待ち時間を示す説明図である。 レジスタ回路で設定される待ち時間の条件を示す説明図である。 従来のスキャンシフト回路を示す回路図である。
符号の説明
6 待ち時間設定信号生成部(カウンタ)
7 クロック制御部
8 待ち時間設定部(選択回路、セレクタ)
9a,9b 待ち時間設定部(データ保持回路、レジスタ回路)
21 初期値設定回路(レジスタ)
22 初期値設定回路(OR回路)
23 初期値設定回路(セレクタ)
24 初期値設定回路(NOR回路)
25 初期値設定回路(OR回路)
CLK クロック信号
CLKX 原クロック信号
T 待ち時間

Claims (7)

  1. 原クロック信号の供給に基づいて内部回路にクロック信号を供給するクロック制御部と、
    起動時に原クロック信号が安定化するまで前記クロック信号の内部回路への供給を待機させる複数の待ち時間を設定する待ち時間設定信号生成部と、
    前記待ち時間設定信号生成部で生成された待ち時間設定信号のいずれかを選択して前記クロック制御部に出力する待ち時間設定部と
    を備えたクロック信号供給回路であって、
    前記待ち時間設定部は、
    起動時の初期値に基づいて、前記待ち時間設定信号を選択するための選択信号を出力するデータ保持回路と、
    前記選択信号に基づいて前記待ち時間設定信号を選択する選択回路と、
    前記データ保持回路の初期値を任意に設定可能とする初期値設定回路とを備え
    前記データ保持回路は、スキャンシフト回路上に配設したレジスタ回路で構成し、前記初期値設定回路は、前記レジスタ回路に対しスキャンシフト回路を介して前記選択信号を生成するための初期値を転送する転送制御部を備えたことを特徴とするクロック信号供給回路。
  2. 前記レジスタ回路を前記スキャンシフト回路の先頭に接続したことを特徴とする請求項1記載のクロック信号供給回路。
  3. 前記転送制御部は、
    前記スキャンシフト回路で前記初期値を転送する転送モードを設定する転送モード設定部と、
    前記初期値を転送するためのスキャンクロック信号を前記各レジスタ回路に供給するクロック信号供給部と
    を備えたことを特徴と請求項1又は2記載のクロック信号供給回路。
  4. 前記転送制御部には、前記待ち時間設定部から待ち時間設定信号がクロック制御部に出力されるまで、前記レジスタ回路に転送された初期値のリセットを阻止するリセットマスク部を備えたことを特徴とする請求項3記載のクロック信号供給回路。
  5. 前記転送モード設定部は、
    切り替え信号の入力に基づいて転送モードを設定する転送モード設定信号を前記レジスタ回路に供給する転送モード設定信号生成部と、
    前記転送モード設定信号の入力に基づいて、前記スキャンクロック信号を前記レジスタ回路に供給するセレクタと
    を備えたことを特徴とする請求項3又は4記載のクロック信号供給回路。
  6. 前記リセットマスク部は、
    前記レジスタ回路に格納されているデータをリセットするリセット信号と、リセットマスク信号が入力されるNOR回路と、
    前記NOR回路の出力信号と、前記リセットマスク信号が入力されるOR回路と、
    前記OR回路の出力信号を前記レジスタ回路にリセット信号として供給することと
    を備えたことを特徴とする請求項4記載のクロック信号供給回路。
  7. 前記待ち時間設定信号生成部と前記待ち時間設定部を、前記内部回路の初期化に先立って動作させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のクロック信号供給回路。
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