JP4992838B2 - Operational amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、IDDQテストに好適なオペアンプに関する。 The present invention relates to an operational amplifier suitable for an IDDQ test.
半導体集積回路(IC)の試験方法の1つとしてIDDQテストが用いられている。このIDDQテストは、テスト対象であるICの入力端子にテストパターンを順次入力しながら、ICの入出力または内部の論理状態を定常状態とし、その定常状態における電源電流(IDDQ電流)を測定するテスト方法である。ICがCMOS構成の場合、正常であればIDDQ電流は極めて小さくなる(例えば数μAから数十μA)。これに対し、製造時の不良、故障などがあると、IDDQ電流が異常に大きくなる(例えば数百μAから数十mA)。IDDQ電流は電源電流として容易に観測できるので、不良品の判定および排除を行うことができる。 An IDDQ test is used as one of testing methods for a semiconductor integrated circuit (IC). In this IDDQ test, a test pattern is sequentially input to an input terminal of an IC to be tested, an IC input / output or an internal logic state is set to a steady state, and a power supply current (IDDQ current) in the steady state is measured. Is the method. When the IC has a CMOS configuration, the IDDQ current becomes extremely small (for example, several μA to several tens μA) if it is normal. On the other hand, if there is a defect or failure during manufacture, the IDDQ current becomes abnormally large (for example, several hundred μA to several tens mA). Since the IDDQ current can be easily observed as the power supply current, it is possible to determine and eliminate defective products.
しかし、ICに論理回路とともにオペアンプやコンパレータが形成されていると、差動増幅回路を動作させるためにバイアス電流を流す必要がある。このバイアス電流は、CMOSのリーク電流に比べて大きいので、IDDQテストに支障が生じる。これに対しては、バイアス電流を超える大きさの規格値を設定してIDDQテストを実施することが考えられるが、微小リークを伴う故障を検出できなくなる。 However, when an operational amplifier or a comparator is formed in the IC together with a logic circuit, it is necessary to pass a bias current in order to operate the differential amplifier circuit. Since this bias current is larger than the leak current of CMOS, the IDDQ test is hindered. To cope with this, it is conceivable to set the standard value exceeding the bias current and perform the IDDQ test, but it becomes impossible to detect a failure with a minute leak.
特許文献1には、差動増幅回路の動作を停止させてバイアス電流を遮断しIDDQテストを実施する技術が開示されている。この特許文献1に記載の入力バッファ回路(実際にはコンパレータ)は、差動増幅回路の入力信号と出力信号の何れかを選択して内部回路に出力する入力切替回路を備えており、IDDQテスト時は、差動増幅回路のバイアス電流を停止するとともに差動増幅回路の出力ノードをグランド電位に固定する。そして、入力切替回路は、差動増幅回路を迂回させた入力信号を選択して次段に出力することで、入力バッファ回路の出力論理の固定を防ぎ、従来のテストパターンの流用を可能としている。
このように、特許文献1には、IDDQテスト時に対象回路(コンパレータ)の動作を完全に停止させ、入力信号を対象回路全体を迂回させて次段に与える構成が記載されている。しかし、この構成を用いてオペアンプを含むICをIDDQテストする場合、差動増幅回路、バッファ回路、出力回路などからなるオペアンプ全体について故障検出が全くできなくなり、故障検出率が低下するという問題がある。
As described above,
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、IDDQテストにおける故障検出率を向上させたオペアンプを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an operational amplifier with an improved failure detection rate in an IDDQ test.
請求項1に記載した手段によれば、オペアンプは、差動増幅回路、増幅回路およびバッファ回路が順に接続されて構成されている。このうち差動増幅回路は、差動入力トランジスタ対、能動負荷、および定電流回路として動作する第1のトランジスタを備えている。増幅回路は、制御端子が差動増幅回路の出力ノードに接続された第2のトランジスタと定電流回路として動作する第3のトランジスタとが中間出力ノードを挟んで第1、第2の電源線間に接続された構成を備えている。バッファ回路は、トランジスタからなる種々の回路構成が可能であって、中間出力ノードの電圧を入力する。
According to the means described in
IDDQテスト状態では、テスト制御回路は、第1、第2、第3のトランジスタをオフするので、オペアンプにバイアス電流が流れない。そして、反転または非反転の差動入力電圧に応じた電圧を増幅回路の中間出力ノードに与えるので、バッファ回路はその電圧を入力してバッファ動作を行う。すなわち、本手段は、IDDQテスト時にオペアンプ全体の動作を停止させるのではなく、バッファ回路を動作可能な状態に維持する。そして、差動入力電圧に応じた電圧をオペアンプ内部の中間出力ノードに与えるので、IDDQテスト時の電源電流に基づいて、増幅回路を構成する第2、第3のトランジスタおよびバッファ回路についても素子不良や故障を検出可能となる。これにより、IDDQテストにおける故障検出率を高めることができる。 In the IDDQ test state, the test control circuit turns off the first, second, and third transistors, so that no bias current flows through the operational amplifier. Then, since a voltage corresponding to the inverted or non-inverted differential input voltage is applied to the intermediate output node of the amplifier circuit, the buffer circuit performs the buffer operation by inputting the voltage. That is, this means does not stop the operation of the entire operational amplifier during the IDDQ test, but maintains the buffer circuit in an operable state. Since a voltage corresponding to the differential input voltage is applied to the intermediate output node in the operational amplifier, the second and third transistors and the buffer circuit constituting the amplifier circuit are also defective based on the power supply current during the IDDQ test. And failure can be detected. Thereby, the failure detection rate in the IDDQ test can be increased.
請求項2に記載した手段によれば、テスト制御回路は、第1の電源線と第2のトランジスタの制御端子との間に接続された第4のトランジスタ、中間出力ノードを挟んで第1、第2の電源線間に接続された第5、第6のトランジスタを有する相補型論理回路、第5、第6のトランジスタとそれぞれ直列に接続された第7、第8のトランジスタを備えている。 According to the means described in claim 2, the test control circuit includes a first transistor, a fourth transistor connected between the first power supply line and the control terminal of the second transistor, and an intermediate output node. Complementary logic circuits having fifth and sixth transistors connected between the second power supply lines, and seventh and eighth transistors connected in series with the fifth and sixth transistors, respectively.
IDDQテスト状態においては、第1、第3のトランジスタをオフし、第4、第7、第8のトランジスタをオンするとともに、反転または非反転の差動入力電圧に応じて相補型論理回路を動作させる。これにより、反転または非反転の差動入力電圧に応じて中間出力ノードの電圧を変更でき、第2、第3のトランジスタおよびバッファ回路を種々のテストパターンにより検査できる。一方、通常動作状態においては、第1、第3のトランジスタを定電流回路として動作させ、第4、第7、第8のトランジスタをオフするので、オペアンプの通常動作が妨げられることがない。 In the IDDQ test state, the first and third transistors are turned off, the fourth, seventh and eighth transistors are turned on, and the complementary logic circuit is operated according to the inverted or non-inverted differential input voltage. Let Thereby, the voltage of the intermediate output node can be changed according to the inverted or non-inverted differential input voltage, and the second and third transistors and the buffer circuit can be inspected by various test patterns. On the other hand, in the normal operation state, the first and third transistors are operated as a constant current circuit and the fourth, seventh, and eighth transistors are turned off, so that the normal operation of the operational amplifier is not hindered.
請求項3に記載した手段によれば、テスト制御回路は、第1の電源線と第2のトランジスタの制御端子との間に接続された第4のトランジスタと、反転または非反転の差動入力電圧の入力ノードと中間出力ノードとの間に接続されたスイッチ回路を備えている。IDDQテスト状態においては、第1、第3のトランジスタをオフし、第4のトランジスタとスイッチ回路をオンする。これにより、反転または非反転の差動入力電圧に応じて中間出力ノードの電圧を変更でき、第2、第3のトランジスタおよびバッファ回路を種々のテストパターンにより検査できる。一方、通常動作状態においては、第1、第3のトランジスタを定電流回路として動作させ、第4のトランジスタとスイッチ回路をオフするので、オペアンプの通常動作が妨げられることがない。
According to the means described in
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1を参照しながら説明する。
図1は、CMOS構造を有するICに形成されたオペアンプの構成図である。オペアンプ1は、電源線2、3(第1、第2の電源線に相当)から電源電圧VDDの供給を受けて動作するもので、初段の差動増幅回路4、中間段の増幅回路5および出力段のバッファ回路6が順に接続されて構成されている。ICには、オペアンプ1の他に論理回路が形成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an operational amplifier formed in an IC having a CMOS structure. The
差動増幅回路4は、反転、非反転の差動入力電圧Vinm、Vinpが与えられるNチャネル型FET7、8(差動入力トランジスタ対に相当)、電源線2とFET7、8との間にそれぞれ接続されたPチャネル型FET9、10(能動負荷に相当)、FET7、8の共通化されたソースと電源線3との間に接続されたNチャネル型FET11とから構成されている。FET11は、通常動作時にあってはゲートにバイアス電圧が与えられて定電流回路として動作し、IDDQテスト(静止状態電源電流測定テスト)にあってはゲートに0V(Lレベル)が与えられてオフするようになっている。
The
増幅回路5は、Pチャネル型FET12とNチャネル型FET13(第2と第3のトランジスタに相当)が中間出力ノードNcを挟んで電源線2、3間に接続された構成を備えている。FET12のゲート(制御端子)は、差動増幅回路4の出力ノードに接続されている。FET13は、FET11と同様に通常動作時に定電流回路として動作し、IDDQテスト時にオフ状態となる。
The
バッファ回路6は、例えば電源線2、3間に接続されたPチャネル型FETとNチャネル型FETとからなるプッシュプル回路(図示せず)として構成されており、中間出力ノードNcの電圧を入力とし電圧Voを出力する。
The
さらに、オペアンプ1は、IDDQテストを実行するためにテスト制御回路14を備えている。このテスト制御回路14は、通常動作時にはHレベル、IDDQテスト時にはLレベルとなる信号CUTP、通常動作時にはLレベル、IDDQテスト時にはHレベルとなる信号CUTN、および上述したFET11、13に与えるゲート電圧(バイアス電圧または0V)を生成する。また、テスト制御回路14は、以下の回路構成を備えている。
Further, the
電源線2とFET12のゲートとの間にはPチャネル型FET15(第4のトランジスタに相当)が接続されており、そのゲートには上記信号CUTPが与えられている。電源線2と中間出力ノードNcとの間には、Pチャネル型FET16、18が直列に接続されており、中間出力ノードNcと電源線3の間には、Nチャネル型FET19、17が直列に接続されている。
A P-channel FET 15 (corresponding to a fourth transistor) is connected between the power supply line 2 and the gate of the
このうちFET16、17(第5、第6のトランジスタに相当)は、ゲート同士が共通に接続されており、相補型論理回路20を構成している。また、FET18、19(第7、第8のトランジスタに相当)のゲートには、それぞれ信号CUTP、CUTNが与えられている。電源電圧VDDで動作するNAND回路21は、差動入力電圧Vinpと信号CUTNとを入力とし、その出力信号は相補型論理回路20に対し与えられている。
Of these,
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
テスト制御回路14は、通常動作時において、信号CUTPをHレベル(電圧VDD)、信号CUTNをLレベル(0V)とし、FET11、13のゲートにバイアス電圧を与える。これにより、FET15、18、19がオフとなり、NAND回路21の出力がHレベル一定となる。この状態では、テスト制御回路14はオペアンプ1の基本動作に影響を及ぼさず、差動増幅回路4、増幅回路5およびバッファ回路6は、差動入力電圧Vinm、Vinpに応じて通常の動作を行う。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
In the normal operation, the
一方、テスト制御回路14は、IDDQテスト時において、信号CUTPをLレベル、信号CUTNをHレベルとし、FET11、13のゲートに0Vを与える。この状態では、FET11、12、13がオフとなり、オペアンプ1に流れるバイアス電流が遮断される。また、FET18、19がオンとなるので、相補型論理回路20は、非反転差動入力電圧Vinpの反転信号を入力して論理反転し、中間出力ノードNcを通してバッファ回路6に出力する。すなわち、非反転差動入力電圧Vinpは、2値化された上で同相の論理を保ちつつ中間出力ノードNcに与えられる。
On the other hand, during the IDDQ test, the
その結果、非反転入力ノードにテストパターンを入力し、それをオペアンプ1の内部の中間出力ノードNcからバッファ回路6に通しながらIDDQテストを実施することができる。このIDDQテスト時には、FET11をオフするとともに、FET8、10のドレインをFET15を介して電源線2に短絡するため、差動増幅回路4を構成するFET7〜11に短絡故障がある場合でも検出できない場合がある。例えば、FET7〜11の各ドレイン・ソース間の短絡は検出できない。
As a result, the IDDQ test can be performed while inputting a test pattern to the non-inverting input node and passing the test pattern from the intermediate output node Nc inside the
これに対し、増幅回路5およびバッファ回路6については、ほとんどのFETの短絡故障を検出可能となる。具体的には、FET12、13の各ゲート・ソース間の短絡は検出できないが、FET12、13の各ゲート・ドレイン間と各ドレイン・ソース間およびバッファ回路6を構成するFET(図示せず)の各端子相互間の短絡故障は検出できる。IC1の電源電流(IDDQ電流)をモニタし、その電流値が規定値を超えた場合に異常と判定すればよい。なお、ここでの短絡故障は抵抗性のリーク故障も含むものとする。どの程度のリーク故障が検出できるかは、IDDQテストの規定値によって異なる。
On the other hand, for the
以上説明したように、本実施形態のオペアンプ1は、IDDQテスト時にバイアス電流を遮断するが、従来技術とは異なり回路の一部を動作可能な状態に維持している。すなわち、オペアンプ1の構成回路のうちバッファ回路6を動作状態に維持し、非反転差動入力電圧Vinpをオペアンプ内部の中間出力ノードNcに与えている。中間出力ノードNcは、従来技術であればグランドに電位固定されていたノードである。このように差動入力電圧Vinpでオペアンプ1の内部ノードを駆動することで、これまで故障検出の対象外とされていたオペアンプ1の中間増幅段と出力段の一部についても故障検出が可能となり、IDDQテストの故障検出率を高められる。
As described above, the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図2を参照しながら説明する。
図2は、CMOS構造を有するICに形成されたオペアンプの構成図である。図1と同一構成部分には同一符号を付し、以下異なる部分について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of an operational amplifier formed in an IC having a CMOS structure. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different portions will be described below.
オペアンプ31は、差動増幅回路4、増幅回路5、バッファ回路6に加え、IDDQテストを実行するためにテスト制御回路32を備えている。テスト制御回路32は、既述したFET15と、非反転入力ノードと中間出力ノードNcとの間に接続されたスイッチ回路33とを備えている。スイッチ回路33は、Nチャネル型FETとPチャネル型FETとからなるアナログスイッチによる伝達ゲートであり、信号CUTPがHレベル、信号CUTNがLレベルとなる通常動作時にオフとなり、信号CUTPがLレベル、信号CUTNがHレベルとなるIDDQテスト時にオンとなる。
The
通常動作時には、FET15とスイッチ回路33がオフとなり、FET11、13のゲートにバイアス電圧が与えられるので、オペアンプ31は通常の増幅動作を行う。一方、IDDQテスト時には、FET15とスイッチ回路33がオンする。これにより、FET11、12、13がオフとなり、オペアンプ31に流れるバイアス電流が遮断される。また、非反転差動入力電圧Vinpがスイッチ回路33を介して中間出力ノードNcに与えられる。その結果、非反転入力ノードにテストパターンを入力し、それをオペアンプ31の内部の中間出力ノードNcからバッファ回路6を通しながらIDDQテストを実施することができる。
During normal operation, the
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様に増幅回路5およびバッファ回路6を構成するFETに関するほとんどの短絡故障を検出可能となる。また、第1の実施形態とは異なり、非反転差動入力電圧Vinpを2値化することなくそのままバッファ回路6に与えることができるので、テスト電圧としてアナログ電圧を用いてIDDQテストを実行することができる。
Also according to the present embodiment, most short-circuit faults related to the FETs constituting the
(その他の実施形態)
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
FET16と18を入れ替えるとともにFET19と17を入れ替えてもよい。
各実施形態において、電源線2、3をそれぞれ第2、第1の電源線とし、各FETの導電型をPチャネルとNチャネルとで入れ替えた回路構成としてもよい。この場合には、通常動作時に信号CUTPがLレベル、信号CUTNがHレベルとなり、IDDQテスト時に信号CUTPがHレベル、信号CUTNがLレベルとなる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be modified or expanded as follows, for example.
The
In each embodiment, the
テスト制御回路は、第1および第2の実施形態に限られるものではなく、通常動作状態において、FET11、12、13をオン状態にし、IDDQテスト状態において、FET11、12、13をオフ状態にして差動入力電圧に応じた電圧を中間出力ノードNcに与える構成であればよい。
FETに替えてバイポーラトランジスタにより構成してもよい。この場合の制御端子はベースとなる。
バッファ回路6の構成は、プッシュプル回路に限られない。
The test control circuit is not limited to the first and second embodiments. In the normal operation state, the
A bipolar transistor may be used instead of the FET. In this case, the control terminal is a base.
The configuration of the
図面中、1、31はオペアンプ、2、3は電源線(第1、第2の電源線)、4は差動増幅回路、5は増幅回路、6はバッファ回路、7、8はFET(差動入力トランジスタ対)、9、10はFET(能動負荷)、11はFET(第1のトランジスタ、定電流回路)、12はFET(第2のトランジスタ)、13はFET(第3のトランジスタ、定電流回路)、14、32はテスト制御回路、15はFET(第4のトランジスタ)、16〜19はFET(第5〜第8のトランジスタ)、20は相補型論理回路、33はスイッチ回路、Ncは中間出力ノードである。 In the drawing, 1 and 31 are operational amplifiers, 2 and 3 are power supply lines (first and second power supply lines), 4 is a differential amplifier circuit, 5 is an amplifier circuit, 6 is a buffer circuit, and 7 and 8 are FETs (differences). Dynamic input transistor pair), 9, 10 FET (active load), 11 FET (first transistor, constant current circuit), 12 FET (second transistor), 13 FET (third transistor, constant current circuit) Current circuit), 14 and 32 are test control circuits, 15 is an FET (fourth transistor), 16 to 19 are FETs (fifth to eighth transistors), 20 is a complementary logic circuit, 33 is a switch circuit, and Nc Is an intermediate output node.
Claims (3)
制御端子が前記差動増幅回路の出力ノードに接続された第2のトランジスタと定電流回路として動作する第3のトランジスタとが、中間出力ノードを挟んで前記第1の電源線と前記第2の電源線との間に接続された増幅回路と、
前記中間出力ノードの電圧を入力とするバッファ回路と、
IDDQテスト状態において、前記第1、第2、第3のトランジスタをオフするとともに、前記反転または非反転の差動入力電圧に応じた電圧を前記中間出力ノードに与えるテスト制御回路とを備えていることを特徴とするオペアンプ。 A differential input transistor pair to which an inverting and non-inverting differential input voltage is applied, an active load connected between a first power supply line and the differential input transistor pair, and the differential input transistor pair and a second A differential amplifier circuit composed of a first transistor that operates as a constant current circuit with respect to the power supply line;
A second transistor having a control terminal connected to the output node of the differential amplifier circuit and a third transistor operating as a constant current circuit include the first power line and the second transistor across the intermediate output node. An amplifier circuit connected between the power line and
A buffer circuit having the voltage of the intermediate output node as an input;
A test control circuit that turns off the first, second, and third transistors in an IDDQ test state and that supplies a voltage corresponding to the inverted or non-inverted differential input voltage to the intermediate output node; An operational amplifier characterized by that.
前記第1の電源線と前記第2のトランジスタの制御端子との間に接続された第4のトランジスタと、
前記中間出力ノードを挟んで前記第1の電源線と前記第2の電源線との間に接続された第5および第6のトランジスタを有する相補型論理回路と、
前記第1の電源線と前記中間出力ノードとの間で前記第5のトランジスタと直列に接続された第7のトランジスタおよび前記中間出力ノードと前記第2の電源線との間で前記第6のトランジスタと直列に接続された第8のトランジスタとを備え、
IDDQテスト状態においては、前記第1、第3のトランジスタをオフし、前記第4、第7、第8のトランジスタをオンするとともに、前記反転または非反転の差動入力電圧に応じて前記相補型論理回路を動作させ、通常動作状態においては、前記第1、第3のトランジスタを定電流回路として動作させ、前記第4、第7、第8のトランジスタをオフするように構成されていることを特徴とする請求項1記載のオペアンプ。 The test control circuit includes:
A fourth transistor connected between the first power supply line and a control terminal of the second transistor;
A complementary logic circuit having fifth and sixth transistors connected between the first power supply line and the second power supply line across the intermediate output node;
A seventh transistor connected in series with the fifth transistor between the first power supply line and the intermediate output node; and a sixth transistor connected between the intermediate output node and the second power supply line. An eighth transistor connected in series with the transistor;
In the IDDQ test state, the first and third transistors are turned off, the fourth, seventh and eighth transistors are turned on, and the complementary type is selected according to the inverted or non-inverted differential input voltage. The logic circuit is operated, and in the normal operation state, the first and third transistors are operated as a constant current circuit, and the fourth, seventh and eighth transistors are turned off. The operational amplifier according to claim 1.
前記第1の電源線と前記第2のトランジスタの制御端子との間に接続された第4のトランジスタと、
前記反転または非反転の差動入力電圧の入力ノードと前記中間出力ノードとの間に接続されたスイッチ回路とを備え、
IDDQテスト状態においては、前記第1、第3のトランジスタをオフし、前記第4のトランジスタおよび前記スイッチ回路をオンし、通常動作状態においては、前記第1、第3のトランジスタを定電流回路として動作させ、前記第4のトランジスタおよび前記スイッチ回路をオフするように構成されていることを特徴とする請求項1記載のオペアンプ。 The test control circuit includes:
A fourth transistor connected between the first power supply line and a control terminal of the second transistor;
A switch circuit connected between an input node of the inverting or non-inverting differential input voltage and the intermediate output node;
In the IDDQ test state, the first and third transistors are turned off, and the fourth transistor and the switch circuit are turned on. In the normal operation state, the first and third transistors are used as constant current circuits. 2. The operational amplifier according to claim 1, wherein the operational amplifier is configured to operate and to turn off the fourth transistor and the switch circuit.
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