WO2007088603A1 - 半導体装置及びノイズ計測方法 - Google Patents

半導体装置及びノイズ計測方法 Download PDF

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WO2007088603A1
WO2007088603A1 PCT/JP2006/301669 JP2006301669W WO2007088603A1 WO 2007088603 A1 WO2007088603 A1 WO 2007088603A1 JP 2006301669 W JP2006301669 W JP 2006301669W WO 2007088603 A1 WO2007088603 A1 WO 2007088603A1
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WO
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information
noise
analysis target
semiconductor device
target information
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/301669
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tomio Sato
Original Assignee
Fujitsu Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/JP2006/301669 priority patent/WO2007088603A1/ja
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/26—Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a noise measuring method, and more particularly to a semiconductor device and a noise measuring method for measuring noise generated in the semiconductor device.
  • Non-Patent Document 1 As a countermeasure against this malfunction, an LSI that directly measures noise in the device and outputs it as noise information is known (for example, see Non-Patent Document 1).
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional semiconductor device that acquires and outputs noise information.
  • the solid arrows indicate the flow of observation data
  • the dotted arrows indicate the flow of control signals.
  • a conventional semiconductor device 800 controls a sampling oscilloscope 810 that inputs analog noise information from the observed node 801, a communication unit 820 that communicates with the outside of the semiconductor device 800, and each part of the semiconductor device 800. It has a control unit 830 to perform.
  • the sampling oscilloscope 810 includes an ADC (Analog Digital Converter) 811, a delay circuit 812, a counter 813, and a memory 814.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the ADC 811 When analog noise information is input from the observed node 801, the ADC 811 performs A / D conversion and records it in the memory 814.
  • the counter 813 counts the clock signal and records it in the memory 814 as time information.
  • the delay circuit 812 has a function of reducing the number of data to be sampled assuming the periodicity of the noise waveform.
  • control unit 830 when there is a request to read external force noise information, that fact is input to control unit 830 through communication unit 820.
  • the control unit 830 reads out noise information (digital value) and time information recorded in the memory 814 as noise information, and outputs the noise information to the outside via the communication unit 820.
  • the noise waveform is periodic.
  • the amount of data handled can be reduced, and noise information can be acquired with the inexpensive ADC811.
  • VLSI irsuits pp240-243 Disclosure of the Invention
  • the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a semiconductor device that outputs only necessary information to the outside from non-periodic noise information.
  • Another object of the present invention is to provide a noise measurement method for outputting only necessary information from the non-periodic noise information to the outside of the semiconductor device.
  • the noise that causes the malfunction of the observed noise information power is analyzed.
  • the analysis target information extraction unit 4 for extracting only the specified analysis target information from the noise information and the communication unit 5 for outputting the extracted analysis target information externally are specified.
  • a semiconductor device 1 is provided.
  • the analysis target information extraction unit 4 specifies analysis target information for analyzing noise that causes a malfunction, in addition to the observed noise information, and the specified analysis target information Only the noise information is extracted, and the communication unit 5 outputs the extracted analysis target information to the outside.
  • the noise measurement method for measuring the noise generated in the semiconductor device, and the noise that causes the malfunction from the observed noise information There is provided a noise measurement method characterized in that the analysis target information is specified, only the specified analysis target information is extracted from the noise information, and the extracted analysis target information is output to the outside of the semiconductor device. .
  • the analysis target information for analyzing the noise that causes malfunction of the observed noise information power is specified, and only the specified analysis target information is extracted from the noise information and extracted.
  • the analyzed information is output outside the semiconductor device.
  • the present invention extracts only the analysis target information for analyzing the noise that causes the malfunction from the aperiodic noise information with a large amount of information and outputs it to the outside of the semiconductor device.
  • Noise information can be output by inexpensive communication units such as serial communication.
  • aperiodic noise information generated in the semiconductor device can be analyzed in a short time.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor device of an embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the semiconductor device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing examples of noise waveforms and threshold values.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a noise waveform and noise information extraction period.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a distribution diagram showing the frequency of occurrence for each size of noise information.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing details of an ADC, (A) shows a circuit block that performs data processing, and (B) shows a control register that controls the operation of each circuit block of (A). .
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which AD conversion is performed on certain noise information.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a semiconductor device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional semiconductor device that acquires and outputs noise information.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor device according to the present embodiment.
  • the solid arrows indicate the flow of observation data
  • the dotted arrows indicate the flow of control.
  • the semiconductor device 1 is, for example, a one-chip LSI, and includes an ADC 2 connected to the observed node nl, a control unit 3, an analysis target information extraction unit 4, and a communication unit 5.
  • Noise (power supply noise and signal noise) generated in the semiconductor device 1 is generated aperiodically due to data and instructions to be processed.
  • ADC2 AD-converts analog noise information input from observed node nl into a digital value.
  • control unit 3 In response to a command from the external device 6, the control unit 3 sends control information for operating each unit of the semiconductor device 1.
  • the analysis target information extraction unit 4 inputs the noise information output from the ADC2, and specifies the analysis target information for analyzing the noise that causes the malfunction from the observed noise information.
  • noise information more or less than that is designated as analysis target information.
  • noise information within a predetermined period including the time is specified as analysis target information. Then, only the specified analysis target information is extracted from the noise information.
  • the communication unit 5 performs communication between the external device 6 and the semiconductor device 1. Then, the analysis target information extracted by the analysis target information extraction unit 4 is output to the external device 6 or a command from the external device 6 is transferred to the control unit 3 in the semiconductor device 1.
  • the external device 6 is, for example, a system controller or a power supply device.
  • the communication unit 5 transfers the command to the control unit 3.
  • ADC2 converts analog noise information input from the observed node nl into a digital value under the control of the control unit 3.
  • D convert.
  • the analysis target information extraction unit 4 inputs the noise information converted into a digital value, specifies the analysis target information, and extracts only the specified analysis target information from the noise information column. Then, the communication unit 5 outputs the analysis target information extracted by the analysis target information extraction unit 4 to the external device 6 under the control of the control unit 3.
  • the semiconductor device 1 According to the semiconductor device 1 as described above, only useful analysis target information is extracted from the aperiodic noise information with a large amount of information and output to the outside of the semiconductor device 1, so that the amount of information is reduced. Noise information can be output by an inexpensive communication unit 5 such as serial communication. In addition, the analysis time can be prevented from being prolonged. Thereby, aperiodic noise information generated in the semiconductor device 1 can be analyzed in a short time.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • the solid arrows indicate the flow of observation data
  • the dotted arrows indicate the flow of control.
  • the semiconductor device 10a includes an ADC 11, a control unit 12, an analysis target information extraction unit 13a, a communication unit 14, and a clock signal generation unit 15 connected to the observed node nlO. Have.
  • the ADC 11 inputs the system clock from the clock signal generator 15 as a sampling clock. Then, under the control of the control unit 12, the noise information of the analog value input from the observed node nlO is converted into a digital value.
  • the control unit 12 is, for example, a control register, holds a command from the external device 20, and sends a control signal for operating each unit of the semiconductor device 10a.
  • the analysis target information extraction unit 13a includes a threshold recording unit 1301, a comparison unit 1302, a counter 1303, and a recording unit 1304.
  • the threshold recording unit 1301 stores a threshold for designating analysis target information as well as noise information power. This threshold value can be changed by a control signal from the control unit 12. Communication It may be changed directly by control from the external device 20 via the unit 14!
  • the comparison unit 1302 compares the value of the noise information output from the ADC 11 with the threshold value recorded in the threshold value recording unit 1301, and outputs noise information that is equal to or less than the threshold value.
  • the counter 1303 counts the system clock from the clock signal generator 15 under the control of the controller 12. Thereby, the generation timing of noise information is counted.
  • the recording unit 1304 records the noise information value output from the comparison unit 1302 and the count value of the counter 1303 when the noise information value is written. That is, the time when noise below the threshold or above the threshold is recorded. And the recorded noise information and count value
  • the communication unit 14 performs communication between the semiconductor device 10a and the external device 20. Specifically, the analysis target information extracted by the analysis target information extraction unit 13a is output to the external device 20, or a command from the external device 20 is received and transferred to the control unit 12 in the semiconductor device 10a.
  • the clock signal generator 15 generates a system clock used inside the semiconductor device 10a.
  • a command to request analysis target information from the external device 20 is a communication unit of the semiconductor device 10a.
  • the communication unit 14 transfers the command to the control unit 12.
  • the ADC 11 converts the analog noise information input from the observed node nlO into a digital value and inputs it to the analysis target information extraction unit 13a.
  • the comparison unit 1302 compares the value of the input noise information (digital value) with the threshold value recorded in the threshold value recording unit 1301 under the control of the control unit 12. In comparison, the value of noise information below the threshold or above the threshold is output.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of noise waveforms and threshold values.
  • the vertical axis is voltage [V]
  • the horizontal axis is time.
  • the time on the horizontal axis is engraved with the accuracy of the clock (eg, Ins) for each system clock! /. This time can be expressed by the counter 1303 count value.
  • comparison section 1302 when threshold 1 as shown in FIG. 3 is recorded in threshold recording section 1301, comparison section 1302 outputs only noise information having a magnitude of threshold 1 or less. Further, the threshold recording unit 130 When threshold 2 is recorded in 1, the comparison unit 1302 outputs only noise information having a magnitude greater than or equal to the threshold 2 and records it in the recording unit 1304.
  • the counter 1303 counts the noise information generation timing, and records the count value at the noise information generation timing output from the comparison unit 1302 in the recording unit 1304.
  • the noise information and the count value recorded in the recording unit 1304 are sent as analysis target information to the communication unit 14 under the control of the control unit 12.
  • the communication unit 14 outputs the extracted analysis target information to the external device 20.
  • the semiconductor device 10a of the first embodiment by extracting only noise information that is less than or equal to a certain threshold value from aperiodic noise information, for example, It is possible to handle only power supply noise that is higher than a predetermined operating power supply voltage and power supply noise that is low and voltage, which causes malfunction of the semiconductor device 10a.
  • the count value indicating the generation timing of the extracted noise information is output, it is possible to specify at which timing the size of the noise information is greater than or less than the threshold. As a result, the malfunction of the semiconductor device 10a can be prevented by adjusting the power supply voltage at the timing when the threshold voltage is equal to or higher than the threshold value.
  • threshold value 1 or threshold value 2 the case where one threshold value (threshold value 1 or threshold value 2) is set in the threshold value recording unit 1301 has been described.
  • a plurality of 1301 and a comparison unit 1302 may be provided to compare a plurality of threshold values with noise information values. Thereby, for example, as shown in FIG. 3, both noise information with a threshold value of 1 or less and noise information with a threshold value of 2 or more can be extracted as analysis target information.
  • the comparison unit 1302 may use an analog comparator. In that case, input the analog noise information directly and compare it with the threshold value. Thereafter, it is converted into a digital value and recorded in the recording unit 1304. In this case, in order to suppress the power consumption of the analog comparator, it is desirable to provide, for example, a control signal from the control unit 12 to turn off the analog comparator when the analysis target information extracting unit 13a is not operating.
  • a power multiplied by a PLL Phase Looped Loop using a system clock signal as a clock signal may be used! ,.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • the analysis target information extraction unit 13b specifies and extracts noise information within a certain period as analysis target information.
  • semiconductor device 1 semiconductor device 1
  • noise information for the period including the timing is extracted to analyze the cause.
  • the analysis target information extraction unit 13b includes a counter 1305, a start value recording unit 1306, and an end value recording unit.
  • the counter 1305 counts the system clock from the clock signal generator 15 under the control of the controller 12. Thereby, the generation timing of noise information is counted.
  • the start value recording unit 1306 records the start timing for extracting noise information.
  • the end value recording unit 1307 records the end timing of noise information extraction. Note that the start timing and end timing are specifically recorded as a certain count value of the counter 1305 and can be changed by the control unit 12, for example.
  • the comparison unit 1308 compares the count value of the counter 1305 with the start timing recorded in the start value recording unit 1306. When the count value matches the start timing, a noise information recording start signal is output.
  • the comparison unit 1309 compares the count value of the counter 1305 with the end timing recorded in the end value recording unit 1307. When the count value matches the end timing, a noise information recording end signal is output.
  • the recording unit 1310 starts recording the noise information input from the ADC 11. Further, when a recording end signal is input from the comparison unit 1309, recording of noise information is ended. Then, under the control of the control unit 12, the recorded noise information is output as analysis target information.
  • a command to request analysis target information from the external device 20 is a communication unit of the semiconductor device 10b.
  • the communication unit 14 transfers the command to the control unit 12.
  • ADC11 controls Under the control of the unit 12, the analog noise input from the observed node nlO is converted into digital noise information and input to the analysis target information extraction unit 13b.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a noise waveform and an extraction period of noise information.
  • the vertical axis is voltage [V]
  • the horizontal axis is time.
  • the time on the horizontal axis is engraved with the accuracy of the clock (eg, Ins) for each system clock! /. This time can be represented by the count value of counter 1305.
  • the comparison unit 1308 compares the count value of the counter 1305 with the start timing. When the count value matches the start timing, a noise information recording start signal is output. When receiving the recording start signal, the recording unit 1310 starts recording the noise information output from the ADC 11. Record the noise information (digital value) in sync with the system clock!
  • the comparison unit 1309 compares the count value of the counter 1305 with the end timing under the control of the control unit 12. If the count value matches the end timing, a noise information recording end signal is output to the control unit 12 and the recording unit 1310.
  • the recording unit 1310 ends the recording of noise information under the control of the control unit 12. Thereby, for example, the information is recorded in the noise information power recording unit 1310 in the period T1 as shown in FIG.
  • the noise information recorded in the recording unit 1310 is sent to the communication unit 14 as analysis target information under the control of the control unit 12.
  • the communication unit 14 outputs the analysis target information to the external device 20.
  • noise information of a desired period can be extracted as analysis target information from aperiodic noise information.
  • the communication unit 14 outputs only noise information for a necessary period as analysis target information, so that an inexpensive device such as a serial communication device can be used.
  • the clock signal multiplied by a power PLL using a system clock signal may be used.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the semiconductor device according to the third embodiment. The same components as those of the semiconductor device 10a of the first embodiment shown in FIG.
  • the analysis target information extraction unit 13c designates and extracts noise information of a certain frequency component as analysis target information. For example, it is used for analysis of signal noise.
  • the analysis target information extraction unit 13c includes a frequency component calculation unit 1311 and a frequency recording unit 1312.
  • the frequency component calculation unit 1311 performs, for example, FFT (Fast Fourier Transform), and analyzes noise information of a specific frequency recorded in the frequency recording unit 1312 from the digital noise information output from the ADC 11 as analysis target information. Extract as
  • the frequency recording unit 1312 records a value of a certain frequency.
  • the communication unit 14 transfers the command to the control unit 12.
  • the ADC 11 converts analog noise input from the observed node nlO into digital noise information and inputs the digital noise information to the analysis target information extraction unit 13c.
  • the frequency component calculation unit 1311 selects only a specific frequency component recorded in the frequency recording unit 1312 as analysis target information from the input noise information in accordance with the system clock signal. Extract and output to the communication unit 14.
  • the communication unit 14 outputs the analysis target information to the external device 20.
  • noise information of a desired frequency component can be extracted from aperiodic noise information.
  • a frequency component that causes a malfunction can be extracted and analyzed from signal noise or the like in the semiconductor device 10c.
  • an inexpensive device such as a serial communication device can be used.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the semiconductor device of the fourth embodiment.
  • the analysis target information extraction unit 13d specifies statistical information indicating the occurrence frequency for each size of the noise information as analysis target information from the input noise information. And extract.
  • the analysis target information extraction unit 13d includes a selection unit 1313 and a plurality of counters 1314-1 and 1314—
  • Counters 1314_1 to 1314_n are provided for each magnitude of the input noise information.
  • the selection unit 1313 designates the analysis target information by selecting which counter 1314 — l to 1314_n performs the counting according to the magnitude of the input noise information.
  • the communication unit 14 transfers the command to the control unit 12.
  • the ADC 11 converts analog noise input from the observed node nlO into digital noise information and inputs the digital noise information to the analysis target information extraction unit 13d.
  • the selection unit 1313 selects which of the counters 1314-1 to 1314-n performs counting according to the magnitude of the input noise information.
  • the selected counters 1314_l to 1314_n are counted up each time noise information of a corresponding magnitude is input. Then, under the control of the control unit 12, the count values of the counters 1314-l to 1314-n are output as statistical information indicating the occurrence frequency for each magnitude of noise information.
  • FIG. 8 is a distribution diagram showing the frequency of occurrence for each size of noise information.
  • the horizontal axis is the size of noise information (difference ⁇ V from the reference voltage value), and the vertical axis is the noise occurrence frequency (count values of counters 1314_1 to 1314_n).
  • the communication unit 14 outputs such statistical information to the external device 20 as analysis target information.
  • the communication unit 14 can use an inexpensive device such as a serial communication device.
  • FIG. 9 is a block diagram showing details of the ADC, (A) shows a circuit block that performs data processing, and (B) shows a control register that controls the operation of each circuit block of (A). .
  • terminals l l la, 111b, and 111c receive noise information related to, for example, three types of power supply voltages VSS (0.OV), VDD (l.2V), and VDE (3.3V).
  • FIG. 9 shows that the terminals 111a, 111b, and 111c are disposed at three different locations in the semiconductor device. Terminals l l la, 111b, 111c are connected to the leveler shifters 112a, 112b, 112c.
  • the level shifters 112a, 112b, and 112c are configured to set the noise information voltage value to, for example, 1.2 ⁇ 1 V in order to compare analog value noise information with a threshold voltage (for example, 1.2 ⁇ IV) during AD conversion. Shift the level so that it is within the range.
  • a plurality of pieces of noise information output from the level shifters 112a, 112b, and 112c are input to an analog multiplexer (MUX) 113, and one of them is selected.
  • the selected noise information is input to the two sample hold / peak hold circuits 114a and 114b and held for AD conversion.
  • the retained data is input to the + terminals of n analog comparators 115-1, 115-2, ..., 115-n by turning on the switch SW.
  • noise information of the next sample is held in the sample hold Z peak hold circuits 114a and 114b in which the switch SW is turned off.
  • N different threshold voltages generated by the n-channel DAC 116 are input to one terminal of the analog comparators 115-1 to 115 -n.
  • the upper limit value of the threshold voltage is defined by the analog voltage AVD
  • the lower limit value of the threshold voltage is defined by the analog voltage AVS. Based on these voltage values, for example, n different threshold voltages are generated in the range of 1.2 ⁇ 1V.
  • the analog comparators 115-l to 115_n compare the input noise information with the threshold voltage. For example, when the voltage value of the noise information is larger than the threshold voltage value, the analog comparator 115-l to 115_n When the voltage value of information is smaller than the threshold voltage value, “0” is output. This comparison result is held in the flip-flop (FF) 117 and then output as noise information of an n-bit digital value.
  • the control register 118 in FIG. 9B inputs the control information from the control unit 12 shown in FIGS. 2, 4, 6, and 7 according to the scan clock, and the control block 118 in FIG. Outputs control signals for controlling each part. Examples of control signals are shown below.
  • Analog comparator 115 1 to 115—n-bit signal that turns on / off the power supply of n
  • Sample hold Z peak hold circuit 114a, 114b is a 1-bit signal that selects whether force peak hold using sample hold is used.
  • control information may be output from the control register 118 according to the scan clock.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which AD conversion is performed on certain noise information.
  • the threshold values thl, th2, th3, th4, th5, and th6 indicate predetermined voltage values.
  • the DAC 116 may generate a plurality of threshold values in a range of voltage levels of the threshold value th3 or less and the threshold value th4 or more. In this case, the number of analog comparators 115-1 to 115-n can be reduced. As shown in FIG. 10, when six threshold values thl, th2, th3, th4, th5, and th6 are set within the range of voltage levels to be extracted, six analog comparators 115-1 to 115-6 are sufficient. As shown in FIG. 10, when threshold values thl, th2, th3, th4, th5, and th6 are set, the 6-bit data output from FFl 17 is as follows, for example.
  • the threshold values thl, th2, and th3 are not necessary.
  • the threshold values thl, th2, and th3 It is only necessary to turn off the power of the comparators 115-1, 115-2, 1 15-3, which have compared the noise information.
  • the power of the comparators 115-4, 115-5, and 115-6 may be turned off.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of the semiconductor device of the fifth embodiment.
  • the semiconductor device 200 according to the fifth embodiment is a collection of the functions of the semiconductor devices according to the first, second, and fourth embodiments.
  • the semiconductor device 200 includes ADCs 201a and 201b, a control register 202, an IF (interface) 203, and an analysis information extraction unit 210.
  • Each of the ADCs 201a and 201b is configured as shown in FIG. 9, for example, and inputs control information according to the scan clock, and AD converts noise information according to the system clock (sampling clock) and control information.
  • the semiconductor device 200 of the fifth embodiment is provided with two ADCs 201a and 201b in order to measure noise information at different locations.
  • the control information input to the preceding ADC 201b is also scanned into the subsequent ADC 201b according to the scan clock. Also, the control information is scanned from ADC201b.
  • the control register 202 holds control information that is also supplied with an external force via the IF 203, and inputs the control information to the ADC 201a. Also, control information is fed back and input from the ADC201b at the subsequent stage.
  • the IF 203 has the function of the communication unit 14 described above.
  • control information input from the outside is directly transferred to each unit, and has the function of the control unit 12 described above together with the control register 202.
  • the analysis information extraction unit 210 has the following components.
  • the counter 211 counts the system clock generated by a clock signal generator (not shown). This corresponds to the counter 1303 in FIG. 2 and the counter 1305 in FIG.
  • the count value of the counter 211 can be reset by external control.
  • the threshold recording register 212 corresponds to the threshold recording unit 1301 in FIG. 2, and records a threshold for designating analysis target information from noise information. There may be a plurality of threshold recording registers 212 for recording different thresholds.
  • the start value recording register 213 and the end value recording register 214 correspond to the start value recording unit 1306 and the end value recording unit 1307 in FIG. 4, and start timing and end timing for designating analysis target information from noise information. And record.
  • the status recording register 215 inputs the recording state (memory remaining amount etc.) of the memories 216a and 216b from the memory controller 217 and records it.
  • the memories 216a and 216b provided corresponding to the two ADCs 201a and 201b correspond to the recording units 1304 and 1310 in FIGS. Under the control of the memory controller 217, the count value of the counter 211 and the noise information from the ADC 201a, 20 lb are recorded.
  • the memory controller 217 has the functions of the comparison unit 1302 in FIG. 2 and the comparison units 1308 and 1309 in FIG.
  • the noise information from the ADCs 201a and 201b and the threshold value recorded in the threshold value recording register 212 are compared, and when the threshold value is less than or equal to the threshold value, a recording start signal is sent to the memories 216a and 216b.
  • the noise information at that time and the numerical value of counter 211 are recorded.
  • the count value of the counter 211 is compared with the start timing recorded in the start value recording register 213, and when the count value matches the start timing, a recording start signal is sent to the memories 216a and 216b, and noise is detected. Start recording information.
  • the count value of the counter 211 is compared with the end timing recorded in the end value recording register 214. When the count value matches the end timing, a recording end signal is sent to the memories 216a and 216b, and the noise information End recording.
  • Each of these functions can be switched according to a control signal of an external force.
  • the selectors 218a and 218b provided corresponding to the two ADCs 201a and 201b correspond to the selection unit 1313 in FIG. 7 and correspond to the size of the noise information input from the ADCs 201a and 201b.
  • the statistical information counters 219a-l to 219a-n and 219b-l to 219b-n are selected.
  • Statistical information counters 219a—1-219a—n, 219b—l-219b—n corresponding to counters 1314—1-1314—n in FIG. 7 correspond to two ADCs 201a, 201b. It is provided.
  • the statistical information counters 219a-l to 219a-n and 219b-1 to 219b_n of each set count independently for each magnitude of input noise information.
  • the analysis target information registers 220a and 220b are provided corresponding to the two memories 216a and 216b, and are used to output the analysis target information recorded in the memories 216a and 216b to the outside via the IF 203. Acts as a noffer.
  • the operation of the semiconductor device 200 is the same as that of the semiconductor devices 10a, 10b, and 10d of the first, second, and fourth embodiments, the description thereof is omitted.
  • the functions of the semiconductor devices of the first, second, and fourth embodiments can be consolidated, and combinations of the functions are possible. For example, within a period defined by the start timing recorded in the start value recording register 213 and the end timing recorded in the end value recording register 214, the threshold value is greater than (or less than) the threshold value recorded in the threshold value record register 212. Noise information can be extracted as analysis target information.
  • statistical information that is analysis target information output from statistical information counters 219a-l to 219a-n and 219b-l to 219b-n is externally referred to, and a threshold value corresponding to the statistical information is set. It is also possible to record in the threshold recording register 212.

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Abstract

　非周期的なノイズ情報から、必要な情報のみを外部に出力する半導体装置を提供する。 　解析対象情報抽出部（４）は、情報量の多い非周期的なノイズ情報から、誤動作の原因となるノイズを解析するための解析対象情報を指定し、指定した解析対象情報のみをノイズ情報から抽出し、通信部（５）は抽出した解析対象情報を外部出力するので、情報量を削減でき、シリアル通信などの安価な通信部でノイズ情報を出力することができるようになる。

Description

半導体装置及びノイズ計測方法
技術分野
[0001] 本発明は半導体装置及びノイズ計測方法に関し、特に半導体装置内で発生するノ ィズを計測する半導体装置及びノイズ計測方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、 LSI (Large Scale Integrated circuit)の動作時に発生する電源ノイズや、信 号ノイズなどによって、 LSIが誤動作する場合が散見されている。
この誤動作対策のため、装置内のノイズを直接計測してノイズ情報として外部出力 する LSIが知られている（例えば、非特許文献 1参照。 ) o
[0003] 図 12は、ノイズ情報を取得して出力する従来の半導体装置の構成図である。
ここで、実線の矢印は観測データの流れを示し、点線の矢印は制御信号の流れを 示している。
[0004] 従来の半導体装置 800は、被観測ノード 801からアナログ値のノイズ情報を入力す るサンプリングオシロスコープ 810、半導体装置 800の外部との通信を行う通信部 82 0、半導体装置 800の各部を制御する制御部 830を有して 、る。
[0005] サンプリングオシロスコープ 810は、 ADC (Analog Digital Converter) 811、遅延回 路 812、カウンタ 813、メモリ 814を有している。
被観測ノード 801からアナログ値のノイズ情報を入力すると、 ADC811は、それを A D変換してメモリ 814に記録する。また、カウンタ 813は、クロック信号をカウントして時 間情報としてメモリ 814に記録する。遅延回路 812は、ノイズ波形の周期性を仮定し て、サンプリングするデータ数を削減する機能を有して 、る。
[0006] 従来の半導体装置 800では、外部力 ノイズ情報の読み出し要求があると、その旨 が通信部 820を介して制御部 830に入力される。制御部 830は、メモリ 814に記録さ れたノイズ情報 (デジタル値)及び時間情報をノイズ情報として読み出し、通信部 820 を介して外部に出力する。
[0007] このように、従来の半導体装置 800では、ノイズ波形が周期的であると仮定すること で、扱うデータ量を少なくでき、安価な ADC811でノイズ情報を取得することができた 非特干文献 1： A Sampling Oscilloscope Macro Toward Feedback Pnysical Design M ethodology", M. Takamiya, et al, Dig. Of Symp on VLSIし irsuits, pp240- 243 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] しかし、従来の半導体装置では、ノイズ波形の周期性を仮定することで、データ量 の削減を実現していた力 実際のノイズは周期的に現われることはまれである。現実 の半導体装置は、処理するデータや命令に起因して非周期的にノイズを発生する。 そのため、ノイズの周期性を仮定する従来の半導体装置は実用的なものではなかつ た。
[0009] また、非周期的なノイズ情報を全て扱うとデータ量が膨大なものになってしまうという 問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、非周期的なノイズ情報から、必 要な情報のみを外部に出力する半導体装置を提供することを目的とする。
[0010] また、本発明の他の目的は、非周期的なノイズ情報から、必要な情報のみを半導体 装置の外部に出力するノイズ計測方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明では上記問題を解決するために、半導体装置内で発生するノイズを計測す る半導体装置において、図 1に示すように、観測されるノイズ情報力 誤動作の原因 となるノイズを解析するための解析対象情報を指定し、指定した解析対象情報のみ をノイズ情報から抽出する解析対象情報抽出部 4と、抽出した解析対象情報を外部 出力する通信部 5と、を有することを特徴とする半導体装置 1が提供される。
[0012] 上記の構成によれば、解析対象情報抽出部 4は、観測されるノイズ情報カゝら誤動作 の原因となるノイズを解析するための解析対象情報を指定し、指定した解析対象情 報のみをノイズ情報カゝら抽出し、通信部 5は抽出した解析対象情報を外部出力する。
[0013] また、半導体装置内で発生するノイズを前記半導体装置内で計測するノイズ計測 方法にお!ヽて、観測されるノイズ情報カゝら誤動作の原因となるノイズを解析するため の解析対象情報を指定し、指定した前記解析対象情報のみを前記ノイズ情報から抽 出し、抽出した前記解析対象情報を前記半導体装置の外部に出力することを特徴と するノイズ計測方法が提供される。
[0014] 上記の方法によれば、観測されるノイズ情報力 誤動作の原因となるノイズを解析 するための解析対象情報が指定され、指定された解析対象情報のみがノイズ情報か ら抽出され、抽出された解析対象情報が半導体装置の外部に出力される。
発明の効果
[0015] 本発明は、情報量の多い非周期的なノイズ情報から、誤動作の原因となるノイズを 解析するための解析対象情報のみを抽出して半導体装置の外部に出力するので、 情報量を削減でき、シリアル通信などの安価な通信部でノイズ情報を出力することが できる。また、半導体装置内で発生する非周期的なノイズ情報を短時間で解析できる
[0016] 本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ま U、実施 の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本実施の形態の半導体装置の概略構成図である。
[図 2]第 1の実施の形態の半導体装置の構成図である。
[図 3]ノイズ波形と閾値の例を示す図である。
[図 4]第 2の実施の形態の半導体装置の構成図である。
[図 5]ノイズ波形とノイズ情報の抽出期間の例を示す図である。
[図 6]第 3の実施の形態の半導体装置の構成図である。
[図 7]第 4の実施の形態の半導体装置の構成図である。
[図 8]ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す分布図である。
[図 9]ADCの詳細を示す構成図であり、 (A)はデータ処理を行う回路ブロックを示し 、 (B)は (A)の各回路ブロックの動作を制御する制御レジスタを示す図である。
[図 10]あるノイズ情報に対して AD変換を行う様子を示す図である。
[図 11]第 5の実施の形態の半導体装置の構成図である。
[図 12]ノイズ情報を取得して出力する従来の半導体装置の構成図である。 発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図 1は、本実施の形態の半導体装置の概略構成図である。
ここで、実線の矢印は観測データの流れを示し、点線の矢印は制御の流れを示し ている。
[0019] 半導体装置 1は、例えば 1チップの LSIであり、被観測ノード nlに接続された ADC 2と、制御部 3、解析対象情報抽出部 4、通信部 5とを有する。
半導体装置 1内で発生するノイズ (電源ノイズや信号ノイズ)は、処理するデータや 命令に起因して非周期的に発生する。
[0020] ADC2は、被観測ノード nlから入力されたアナログ値のノイズ情報を、デジタル値 に AD変換する。
制御部 3は、外部装置 6からの命令に応じて、半導体装置 1の各部が動作するため の制御情報を送出する。
[0021] 解析対象情報抽出部 4は、 ADC2から出力されるノイズ情報を入力し、観測される ノイズ情報カゝら誤動作の原因となるノイズを解析するための解析対象情報を指定する
。詳細は後述するが、例えば、一定の閾値を指定してそれ以上またはそれ以下のノ ィズ情報を、解析対象情報として指定する。また、半導体装置 1において誤動作が生 じる発生時刻がある程度特定されている場合には、その時刻を含む所定期間内のノ ィズ情報を解析対象情報として指定する。そして指定した解析対象情報のみをノイズ 情報から抽出する。
[0022] 通信部 5は、外部装置 6と半導体装置 1の間で通信を行う。そして、解析対象情報 抽出部 4で抽出した解析対象情報を外部装置 6に出力したり、外部装置 6からの命令 を、半導体装置 1内の制御部 3に転送したりする。
[0023] 外部装置 6は、例えば、システムコントローラや、電源装置などである。
以下、半導体装置 1の動作の概略を説明する。
外部装置 6から、解析対象情報を要求する旨の命令が半導体装置 1の通信部 5に 入力されると、通信部 5はその命令を制御部 3に転送する。 ADC2は、制御部 3の制 御のもと、被観測ノード nlから入力されたアナログ値のノイズ情報を、デジタル値に A D変換する。解析対象情報抽出部 4は、デジタル値に変換されたノイズ情報を入力し て、解析対象情報を指定し、指定した解析対象情報のみをノイズ情報カゝら抽出する。 そして、通信部 5は制御部 3の制御のもと、解析対象情報抽出部 4で抽出した解析対 象情報を外部装置 6に出力する。
[0024] 上記のような半導体装置 1によれば、情報量の多い非周期的なノイズ情報から、有 用な解析対象情報のみを抽出して半導体装置 1の外部に出力するので、情報量を 削減でき、シリアル通信などの安価な通信部 5でノイズ情報を出力することができる。 また、解析時間の長期化を防止できる。これにより、半導体装置 1内で発生する非周 期的なノイズ情報を短時間で解析できる。
[0025] 以下、本実施の形態の半導体装置の詳細、特に、図 1で示した解析対象情報抽出 部 4の詳細を説明する。
まず、閾値を設定してノイズ情報カゝら解析対象情報を抽出する機能を備えた半導 体装置を、第 1の実施の形態として説明する。
[0026] 図 2は、第 1の実施の形態の半導体装置の構成図である。
ここで、実線の矢印は観測データの流れを示し、点線の矢印は制御の流れを示し ている。
[0027] 第 1の実施の形態の半導体装置 10aは、被観測ノード nlOに接続された ADC11と 、制御部 12と、解析対象情報抽出部 13aと、通信部 14と、クロック信号発生部 15を 有する。
[0028] ADC11は、クロック信号発生部 15からのシステムクロックを、サンプリングクロックと して入力する。そして、制御部 12の制御のもと被観測ノード nlOから入力されたアナ ログ値のノイズ情報をデジタル値に変換する。
[0029] 制御部 12は、例えば、制御レジスタであり、外部装置 20からの命令を保持し、半導 体装置 10aの各部が動作するための制御信号を送出する。
解析対象情報抽出部 13aは、閾値記録部 1301、比較部 1302、カウンタ 1303、記 録部 1304を有している。
[0030] 閾値記録部 1301には、ノイズ情報力も解析対象情報を指定するための閾値が格 納される。この閾値は制御部 12からの制御信号によって変更可能である。また、通信 部 14を介した外部装置 20からの制御によって直接変更するようにしてもよ!、。
[0031] 比較部 1302は、 ADC11から出力されるノイズ情報の値と、閾値記録部 1301に記 録された閾値とを比較して、閾値以下または閾値以上となるノイズ情報を出力する。 カウンタ 1303は、制御部 12の制御のもと、クロック信号発生部 15からのシステムク ロックを計数する。これにより、ノイズ情報の発生タイミングを計数している。
[0032] 記録部 1304は、比較部 1302から出力されるノイズ情報の値と、ノイズ情報の値が 書き込まれたときのカウンタ 1303の計数値を記録する。つまり、閾値以下または閾値 以上のノイズが発生した時期を記録する。そして、記録したノイズ情報及び計数値を
、解析対象情報として出力する。
[0033] 通信部 14は、半導体装置 10aと外部装置 20との間で通信を行う。具体的には、解 析対象情報抽出部 13aで抽出した解析対象情報を外部装置 20に出力したり、外部 装置 20からの命令を受信し、半導体装置 10a内の制御部 12に転送する。
[0034] クロック信号発生部 15は、半導体装置 10aの内部で用いるシステムクロックを発生 する。
以下、第 1の実施の形態の半導体装置 10aの動作を説明する。
[0035] 外部装置 20から、解析対象情報を要求する旨の命令が半導体装置 10aの通信部
14に入力されると、通信部 14はその命令を制御部 12に転送する。 ADC11は、制御 部 12の制御のもと、被観測ノード nlOから入力されたアナログのノイズ情報をデジタ ル値に変換し、解析対象情報抽出部 13aに入力する。
[0036] 解析対象情報抽出部 13aにおいて、比較部 1302は、制御部 12の制御のもと、入 力されたノイズ情報 (デジタル値)の値と閾値記録部 1301に記録された閾値とを比 較して、その閾値以下または閾値以上のノイズ情報の値を出力する。
[0037] 図 3は、ノイズ波形と閾値の例を示す図である。
縦軸は電圧 [V]、横軸は時間である。なお、横軸の時間はシステムクロックごとのサ イタル (例えば Ins)の精度で刻まれて!/、る。この時間はカウンタ 1303の計数値で表 すことができる。
[0038] 例えば、閾値記録部 1301に、図 3のような閾値 1が記録されている場合、比較部 1 302は、閾値 1以下の大きさとなるノイズ情報のみを出力する。また、閾値記録部 130 1に閾値 2が記録されている場合、比較部 1302は、閾値 2以上の大きさとなるノイズ 情報のみを出力して記録部 1304に記録する。
[0039] また、カウンタ 1303は、ノイズ情報の発生タイミングを計数し、比較部 1302から出 力されたノイズ情報の発生タイミングにおける計数値を、記録部 1304に記録する。
[0040] 記録部 1304に記録されたノイズ情報と計数値は、解析対象情報として、制御部 12 の制御のもと通信部 14に送られる。通信部 14は、抽出された解析対象情報を外部 装置 20に出力する。
[0041] 上記のような第 1の実施の形態の半導体装置 10aによれば、非周期的なノイズ情報 の中からある閾値以下または閾値以上となるノイズ情報のみを抽出することで、例え ば、半導体装置 10aの誤動作の原因となる、所定の動作電源電圧よりも高い電圧と なるような電源ノイズや、低 、電圧となるような電源ノイズの情報のみを扱うことができ る。また、抽出したノイズ情報の発生タイミングを示す計数値を出力するため、どのタ イミングでノイズ情報の大きさが閾値以上または閾値以下になつたかを特定すること ができる。これにより、閾値以上または閾値以下になったタイミングで電源電圧を調整 するなどして、半導体装置 10aの誤動作を防止することができるようになる。
[0042] なお、上記の第 1の実施の形態の半導体装置 10aでは、 1つの閾値（閾値 1または 閾値 2)を閾値記録部 1301に設定する場合につ!、て説明したが、閾値記録部 1301 及び比較部 1302を複数設けて、複数の閾値とノイズ情報の値とを比較するようにし てもよい。これにより、例えば、図 3で示したように、閾値 1以下のノイズ情報と、閾値 2 以上のノイズ情報を両方、解析対象情報として抽出することができる。
[0043] また、比較部 1302は、アナログコンパレータを用いてもよい。その場合、アナログの ノイズ情報を直接入力し、閾値と比較する。その後、デジタル値に変換して記録部 13 04に記録するようにする。なお、この場合、アナログコンパレータの電力消費を抑え るために、解析対象情報抽出部 13aの非動作時には、アナログコンパレータをオフに するような制御信号を、例えば制御部 12から与えることが望ましい。
[0044] また、上記ではクロック信号としてシステムクロック信号を用いた力 PLL (Phase Lo eked Loop)などで遁倍したものを用いるようにしてもよ！、。
次に、第 2の実施の形態の半導体装置を説明する。 [0045] 図 4は、第 2の実施の形態の半導体装置の構成図である。
図 2で示した第 1の実施の形態の半導体装置 10aと同一の構成要素については同 一符号とし、説明を省略する。
[0046] 第 2の実施の形態の半導体装置 10bにおいて、解析対象情報抽出部 13bは、ある 期間内のノイズ情報を解析対象情報として指定して抽出する。例えば、半導体装置 1
Obがあるタイミングで誤動作するような場合、その原因を解析するために、そのタイミ ングを含む期間のノイズ情報を抽出する。
[0047] 解析対象情報抽出部 13bは、カウンタ 1305、開始値記録部 1306、終了値記録部
1307、比較部 1308、 1309、記録部 1310を有する。
カウンタ 1305は、制御部 12の制御のもと、クロック信号発生部 15からのシステムク ロックを計数する。これにより、ノイズ情報の発生タイミングを計数している。
[0048] 開始値記録部 1306は、ノイズ情報を抽出する開始タイミングを記録する。
終了値記録部 1307は、ノイズ情報の抽出の終了タイミングを記録する。 なお、開始タイミングや終了タイミングは、具体的にはカウンタ 1305のある計数値と して記録され、例えば制御部 12により変更可能である。
[0049] 比較部 1308は、カウンタ 1305の計数値と開始値記録部 1306に記録された開始 タイミングとを比較する。そして、計数値と開始タイミングが一致した場合に、ノイズ情 報の記録開始信号を出力する。
[0050] 比較部 1309は、カウンタ 1305の計数値と終了値記録部 1307に記録された終了 タイミングとを比較する。そして、計数値と終了タイミングが一致した場合に、ノイズ情 報の記録終了信号を出力する。
[0051] 記録部 1310は、比較部 1308から記録開始信号が入力されると ADC11から入力 されたノイズ情報の記録を開始する。また、比較部 1309から記録終了信号が入力さ れるとノイズ情報の記録を終了する。そして、制御部 12の制御のもと、記録したノイズ 情報を、解析対象情報として出力する。
[0052] 以下、第 2の実施の形態の半導体装置 10bの動作を説明する。
外部装置 20から、解析対象情報を要求する旨の命令が半導体装置 10bの通信部
14に入力されると、通信部 14はその命令を制御部 12に転送する。 ADC11は、制御 部 12の制御のもと、被観測ノード nlOから入力されたアナログのノイズを、デジタルの ノイズ情報に変換し、解析対象情報抽出部 13bに入力する。
[0053] 図 5は、ノイズ波形とノイズ情報の抽出期間の例を示す図である。
縦軸は電圧 [V]、横軸は時間である。なお、横軸の時間はシステムクロックごとのサ イタル (例えば Ins)の精度で刻まれて!/、る。この時間はカウンタ 1305の計数値で表 すことができる。
[0054] 解析対象情報抽出部 13bにおいて、比較部 1308はカウンタ 1305の計数値と、開 始タイミングを比較する。そして、計数値と開始タイミングが一致した場合、ノイズ情報 の記録開始信号を出力する。記録部 1310は、記録開始信号を入力すると、 ADC1 1から出力されたノイズ情報の記録を開始する。そしてシステムクロックに同期してノィ ズ情報 (デジタル値)を記録して!/ヽく。
[0055] 一方、比較部 1309は制御部 12の制御のもと、カウンタ 1305の計数値と、終了タイ ミングを比較する。そして、計数値と終了タイミングが一致した場合、ノイズ情報の記 録終了信号を制御部 12及び記録部 1310に出力する。記録部 1310は、記録終了 信号を入力すると、制御部 12の制御のもと、ノイズ情報の記録を終了する。これによ り、例えば、図 5のような期間 T1におけるノイズ情報力 記録部 1310に記録される。
[0056] 記録部 1310に記録されたノイズ情報は、制御部 12の制御のもと解析対象情報とし て通信部 14に送られる。通信部 14は、解析対象情報を外部装置 20に出力する。 上記のような第 2の実施の形態の半導体装置 10bによれば、非周期的なノイズ情報 から、所望の期間のノイズ情報を解析対象情報として抽出することができる。これによ り、例えば、半導体装置 10bが誤動作する期間がある程度特定されている場合、そ の期間におけるノイズ情報を抽出して解析することができる。また、このとき、通信部 1 4は、必要な期間のノイズ情報のみ解析対象情報として出力するので、シリアル通信 装置などの安価なものを用いることができる。
[0057] なお、上記ではクロック信号としてシステムクロック信号を用いた力 PLLなどで遁 倍したものを用いるようにしてもょ 、。
次に、第 3の実施の形態の半導体装置を説明する。
[0058] 図 6は、第 3の実施の形態の半導体装置の構成図である。 図 2で示した第 1の実施の形態の半導体装置 10aと同一の構成要素については同 一符号とし、説明を省略する。
[0059] 第 3の実施の形態の半導体装置 10cにおいて、解析対象情報抽出部 13cは、ある 周波数成分のノイズ情報を解析対象情報として指定し、抽出する。例えば、信号ノィ ズの解析に用いられる。
[0060] 解析対象情報抽出部 13cは、周波数成分演算部 1311と、周波数記録部 1312を 有する。
周波数成分演算部 1311は、例えば、 FFT (Fast Fourier Transform)を行い、 ADC 11から出力されたデジタル値のノイズ情報から、周波数記録部 1312に記録された 特定の周波数のノイズ情報を、解析対象情報として抽出する。
[0061] 周波数記録部 1312は、ある周波数の値を記録する。
以下、第 3の実施の形態の半導体装置 10cの動作を説明する。
外部装置 20から、解析対象情報を要求する旨の命令が半導体装置 10cの通信部 14に入力されると、通信部 14はその命令を制御部 12に転送する。 ADC11は、制御 部 12の制御のもと、被観測ノード nlOから入力されたアナログのノイズを、デジタルの ノイズ情報に変換し、解析対象情報抽出部 13cに入力する。
[0062] 解析対象情報抽出部 13cにおいて、周波数成分演算部 1311は、システムクロック 信号に応じて、入力されたノイズ情報から、周波数記録部 1312に記録された特定の 周波数成分のみを解析対象情報として抽出し、通信部 14に出力する。通信部 14は 、解析対象情報を外部装置 20に出力する。
[0063] 上記のような第 3の実施の形態の半導体装置 10cによれば、非周期的なノイズ情報 から、所望の周波数成分のノイズ情報を抽出することができる。これにより、例えば、 半導体装置 10cにおける信号ノイズなどから、誤動作の原因となる周波数成分を抽 出して解析することができる。また、このとき、通信部 14は、必要な周波数成分のノィ ズ情報のみ出力するのでシリアル通信装置などの安価なものを用いることができる。
[0064] 次に、第 4の実施の形態の半導体装置を説明する。
図 7は、第 4の実施の形態の半導体装置の構成図である。
図 2で示した第 1の実施の形態の半導体装置 10aと同一の構成要素については同 一符号とし、説明を省略する。
[0065] 第 4の実施の形態の半導体装置 10dにおいて、解析対象情報抽出部 13dは、入力 されたノイズ情報から、ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す統計情報を、解析 対象情報として指定して抽出する。
[0066] 解析対象情報抽出部 13dは、選択部 1313と、複数のカウンタ 1314— 1、 1314—
2、 · ··、 1314— nを有する。
カウンタ 1314_1〜1314_nは、入力されるノイズ情報の大きさごとに設けられて いる。
[0067] 選択部 1313は、入力されるノイズ情報の大きさによって、いずれのカウンタ 1314 — l〜1314_nで計数を行うか選択することで、解析対象情報を指定している。 以下、第 4の実施の形態の半導体装置 10dの動作を説明する。
[0068] 外部装置 20から、解析対象情報を要求する旨の命令が半導体装置 10dの通信部 14に入力されると、通信部 14はその命令を制御部 12に転送する。 ADC11は、制御 部 12の制御のもと、被観測ノード nlOから入力されたアナログのノイズを、デジタルの ノイズ情報に変換し、解析対象情報抽出部 13dに入力する。
[0069] 解析対象情報抽出部 13dにおいて、選択部 1313は、入力されたノイズ情報の大き さによって、いずれのカウンタ 1314— 1〜1314— nで計数を行うか選択する。そして 選択されたカウンタ 1314_l〜1314_nは、対応する大きさのノイズ情報が入力さ れるたびにカウントアップされていく。そして、制御部 12の制御のもと、カウンタ 1314 —l〜1314—nの計数値が、ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す統計情報と して出力される。
[0070] 図 8は、ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す分布図である。
横軸がノイズ情報の大きさ（基準となる電圧値からの差分 Δ V)であり、縦軸がノイズ 発生頻度 (カウンタ 1314_1〜 1314_nの計数値)である。
[0071] 通信部 14は、このような統計情報を解析対象情報として外部装置 20に出力する。
これにより、例えば、設計時において、ノイズが許容範囲内に収まっているか確認 することなどができる。また、統計情報のみを解析対象情報として扱うため、通信部 1 4は、シリアル通信装置などの安価なものを用いることができる。 [0072] 次に、上記の第 1乃至第 4の実施の形態で用いる ADC 11の具体例を示す。
図 9は、 ADCの詳細を示す構成図であり、 (A)はデータ処理を行う回路ブロックを 示し、 (B)は (A)の各回路ブロックの動作を制御する制御レジスタを示す図である。
[0073] ADC11において、端子 l l la、 111b, 111cは、例えば 3種類の電源電圧 VSS (0 . OV)、VDD (l. 2V)、VDE (3. 3V)に係るノイズ情報を入力する。図 9では、端子 111a, 111b, 111cは、それぞれ、半導体装置内の異なる 3箇所に配置されている ことを示して ヽる。端子 l l la、 111b, 111cは、レべノレシフタ 112a、 112b, 112cと 接続している。
[0074] レベルシフタ 112a、 112b, 112cは、アナログ値のノイズ情報を AD変換時に閾値 電圧 (例えば 1. 2± IV)と比較するために、ノイズ情報の電圧値を例えば、 1. 2± 1 V程度に収まるようにレベルシフトする。
[0075] レベルシフタ 112a、 112b, 112cから出力された複数のノイズ情報は、アナログの マルチプレクサ（MUX) 113に入力され、いずれかが選択される。選択されたノイズ 情報は 2つのサンプルホールド/ピークホールド回路 114a、 114bに入力され、 AD 変換のために保持される。保持されたデータはスィッチ SWをオンすることによって n 個のアナログコンパレータ 115— 1、 115—2、 · ··、 115— nの +端子に入力される。 このときスィッチ SWがオフになったサンプルホールド Zピークホールド回路 114a、 1 14bには、次のサンプルのノイズ情報が保持される。
[0076] アナログコンパレータ 115— 1〜 115— nの一端子には、 nチャンネルの DAC116 により生成された n個の異なる閾値電圧が入力される。 DAC116は、アナログ電圧 A VDにより閾値電圧の上限値を規定し、アナログ電圧 AVSにより閾値電圧の下限値 を規定している。そしてこれらの電圧値をもとに、例えば、 1. 2± 1Vの範囲で n個の 異なる閾値電圧を生成して ヽる。
[0077] アナログコンパレータ 115— l〜115_nでは、入力されたノイズ情報と閾値電圧と を比較して、例えば、ノイズ情報の電圧値が閾値電圧の値よりも大きい場合には" 1" を、ノイズ情報の電圧値が閾値電圧の値よりも小さい場合には" 0"を出力する。この 比較結果はフリップフロップ (FF) 117に保持された後、 nビットのデジタル値のノイズ 情報として出力される。 [0078] 図 9 (B)の制御レジスタ 118は、図 2、 4、 6、 7で示した制御部 12からの制御情報を スキャンクロックに応じて入力し、図 9 (A)の回路ブロックの各部を制御するための制 御信号を出力する。制御信号の例を以下に示す。
• DAC 116の閾値電圧を設定する信号
•アナログコンパレータ 115—1〜 115— nの電源をオンまたはオフさせる nビットの信 号
•MUX113が、どのノイズ情報を選択するか制御する信号 (例えば 4ビット）
•サンプルホールド Zピークホールド回路 114a、 114bにお!/、てサンプルホールドを 用いる力ピークホールドを用いるかを選択する 1ビットの信号
•回路ブロック（マクロ）全体の電源をオンまたはオフさせる 1ビットの信号
なお、これらの制御信号の他、図 9 (A)のサンプルホールド Zピークホールド回路 1 14a、 114b,アナログコンパレータ 115— 1〜115— n、 FFl 17には、システムクロッ ク（サンプリングクロック）力 前述したクロック信号発生部 15から入力される。また、制 御情報は、制御レジスタ 118からスキャンクロックに応じて出力するようにしてもょ 、。
[0079] このような ADC11を、特に前述した第 1の実施の形態の半導体装置 10aに適用し た場合、以下のような利点がある。
図 10は、あるノイズ情報に対して AD変換を行う様子を示す図である。
[0080] 閾値 thl、 th2、 th3、 th4、 th5、 th6は所定の電圧値を示している。
例えば、閾値 th3以下、閾値 th4以上のノイズ情報を解析対象情報として抽出する 場合、 DAC116は閾値 th3以下と、閾値 th4以上の電圧レベルの範囲で複数の閾 値を生成すればよい。この場合、アナログコンパレータ 115— 1〜 115— nの数を削 減できる。図 10のように、抽出する電圧レベルの範囲で、 6つの閾値 thl、 th2、 th3 、 th4、 th5、 th6を設定した場合には、 6つのアナログコンパレータ 115— 1〜115— 6ですむ。図 10のように、閾値 thl、 th2、 th3、 th4、 th5、 th6を設定した場合、 FFl 17から出力される 6ビットのデータは、例えば以下のようになる。
[0081] ノイズ情報が閾値 thl以下の場合 (領域 A)→ (OOOOOO)
ノイズ情報が閾値 thlより大きく閾値 th2以下の場合 (領域 B)→ (000001) ノイズ情報が閾値 th2より大きく閾値 th3以下の場合 (領域 C)→ (000011) ノイズ情報が閾値 th3より大きく閾値 th4以下の場合 (領域 D)→ (000111) ノイズ情報が閾値 th4より大きく閾値 th5以下の場合 (領域 E)→ (001111) ノイズ情報が閾値 th5より大きく閾値 th6以下の場合 (領域 F)→ (011111) ノイズ情報が閾値 th6より大き 、場合 (領域 G)→ (111111)
なお、解析対象情報として、例えば、閾値 th4以上のノイズ情報のみ抽出する場合 には、閾値 thl、 th2、 th3は必要ないため、制御レジスタ 118の制御のもと、例えば 、閾値 thl、 th2、 th3とノイズ情報を比較していたコンパレータ 115—1、 115—2、 1 15— 3の電源をオフすればよい。同様に、閾値 th3以下のノイズ情報のみ抽出する 場合には、コンパレータ 115— 4、 115—5、 115— 6の電源をオフすればよい。
[0082] 次に、第 5の実施の形態の半導体装置を説明する。
図 11は、第 5の実施の形態の半導体装置の構成図である。
第 5の実施の形態の半導体装置 200は、第 1、第 2及び第 4の実施の形態の半導 体装置の機能を集約したものである。
[0083] 半導体装置 200は、 ADC201a、 201b,制御レジスタ 202、 IF (インターフェース） 203と、解析情報抽出部 210を有している。
ADC201a、 201bはそれぞれ、例えば、図 9で示したように構成されており、スキヤ ンクロックに応じて制御情報を入力し、システムクロック (サンプリングクロック）と制御 情報に応じて、ノイズ情報を AD変換する。なお、第 5の実施の形態の半導体装置 20 0で、 ADC201a、 201bを 2つ設けているのは、異なる場所でのノイズ情報を測定す るためである。前段の ADC201bに入力された制御情報は、スキャンクロックに応じて 後段の ADC201bにもスキャン入力される。また、 ADC201bからは制御情報がスキ ヤン出力される。なお、 ADC201a、 201bは、 2以上あってもよい。
[0084] 制御レジスタ 202は、 IF203を介して外部力も送られてくる制御情報を保持して、 A DC201aに入力する。また、後段の ADC201bからは制御情報がフィードバックされ て入力される。
[0085] IF203は、前述した通信部 14の機能を有する。なおここでは、外部から入力された 制御情報を各部に直接転送しており、制御レジスタ 202とともに、前述した制御部 12 の機能も有している。 [0086] 解析情報抽出部 210は、以下の構成要素を有している。
カウンタ 211は、図示しないクロック信号発生部で発生したシステムクロックを計数 する。図 2のカウンタ 1303、図 4のカウンタ 1305に相当する。カウンタ 211の計数値 は、外部からの制御によりリセット可能である。
[0087] 閾値記録レジスタ 212は、図 2の閾値記録部 1301に相当し、ノイズ情報から解析 対象情報を指定するための閾値が記録されている。閾値記録レジスタ 212は、異な る閾値を記録するために複数あってもよい。
[0088] 開始値記録レジスタ 213及び終了値記録レジスタ 214は、図 4の開始値記録部 13 06、終了値記録部 1307に相当し、ノイズ情報から解析対象情報を指定する開始タ イミングと終了タイミングとを記録する。
[0089] ステータス記録レジスタ 215は、メモリ 216a、 216bの記録状態（メモリ容量の残量 など）をメモリコントローラ 217より入力して記録する。
2つの ADC201a、 201bに対応して設けられたメモリ 216a、 216bは、図 2、図 4の 記録部 1304、 1310に相当する。メモリコントローラ 217の制御に応じて、カウンタ 21 1の計数値や、 ADC201a、 20 lbからのノイズ情報を記録する。
[0090] メモリコントローラ 217は、図 2の比較部 1302、図 4の比較部 1308、 1309の機能を 有する。例えば、ノイズ情報 ADC201a、 201bからのノイズ情報と閾値記録レジスタ 212に記録されている閾値とを比較して、閾値以下または閾値以上の場合に、メモリ 216a, 216bに記録開始信号を送出して、そのときのノイズ情報やカウンタ 211の計 数値を記録させる。また、カウンタ 211の計数値と、開始値記録レジスタ 213に記録さ れた開始タイミングを比較して、計数値が開始タイミングと一致すると、メモリ 216a、 2 16bに記録開始信号を送出して、ノイズ情報の記録を開始させる。そして、カウンタ 2 11の計数値と、終了値記録レジスタ 214に記録された終了タイミングを比較して、計 数値が終了タイミングと一致すると、メモリ 216a、 216bに記録終了信号を送出して、 ノイズ情報の記録を終了させる。
[0091] これらの各機能は、外部力もの制御信号に応じて切り替えることができる。
2つの ADC201a、 201bに対応して設けられたセレクタ 218a、 218bは、図 7の選 択部 1313に相当し、 ADC201a、 201bから入力されるノイズ情報の大きさに応じて 、いずれの統計情報用カウンタ 219a— l〜219a— n、 219b— l〜219b— nで計数 を行うか選択する。
[0092] 図 7のカウンタ 1314— 1〜1314— nに相当する統計情報用カウンタ 219a— 1〜2 19a— n、 219b— l〜219b— nは、 2つの ADC201a、 201bに対応して 2組設けら れている。そして、各組の統計情報用カウンタ 219a— l〜219a— n、 219b— 1〜21 9b_nは、それぞれ、入力されるノイズ情報の大きさごとに独立に計数する。
[0093] 解析対象情報レジスタ 220a、 220bは、 2つのメモリ 216a、 216bに対応して設けら れ、メモリ 216a、 216bに記録された解析対象情報を、 IF203を介して外部に出力す るためのノッファとして機能する。
[0094] 上記の半導体装置 200の動作は、第 1、第 2及び第 4の実施の形態の半導体装置 10a、 10b、 10dと同じであるので説明を省略する力 上記の構成によれば、前述し た第 1、第 2及び第 4の実施の形態の半導体装置の機能を集約できるとともに、各機 能の組合せが可能になる。例えば、開始値記録レジスタ 213に記録された開始タイミ ング及び終了値記録レジスタ 214に記録された終了タイミングで規定された期間内 で、閾値記録レジスタ 212に記録された閾値以上 (または閾値以下）のノイズ情報を 解析対象情報として抽出することができる。
[0095] また、統計情報用カウンタ 219a— l〜219a— n、 219b— l〜219b— nから出力さ れた解析対象情報である統計情報を外部で参照し、その統計情報に応じた閾値を 閾値記録レジスタ 212に記録することも可能である。
[0096] 上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が 当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用 例に限定されるものではなぐ対応するすべての変形例および均等物は、添付の請 求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
符号の説明
[0097] 1 半導体装置
2 ADC
3 制御部
4 解析対象情報抽出部 通信部 外部装置 被観測ノード

Claims

請求の範囲
[1] 半導体装置内で発生するノイズを計測する半導体装置にぉ 、て、
観測されるノイズ情報カゝら誤動作の原因となるノイズを解析するための解析対象情 報を指定し、指定した前記解析対象情報のみを前記ノイズ情報から抽出する解析対 象情報抽出部と、
抽出した前記解析対象情報を外部出力する通信部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
[2] 前記ノイズ情報をアナログ デジタル変換して力 前記解析対象情報抽出部に入 力するアナログ デジタル変 を更に有することを特徴とする請求の範囲第 1項記 載の半導体装置。
[3] 前記アナログ デジタル変換器は、前記ノイズ情報のうち、前記解析対象情報とし て抽出する前記ノイズ情報の電圧レベルの範囲で複数の閾値電圧を発生するデジ タルーアナログ変換器と、
入力した前記ノイズ情報のアナログ値と、前記閾値電圧とを比較する複数のアナ口 グコンパレータと、
を有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の半導体装置。
[4] 前記解析対象情報抽出部は、入力された前記ノイズ情報の値と所定の閾値とを比 較し、前記閾値以下または前記閾値以上の大きさの前記ノイズ情報を前記解析対象 情報として抽出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の半導体装置。
[5] 前記解析対象情報抽出部は、クロック信号をもとに前記ノイズ情報の発生タイミング を計数するカウンタを有し、抽出する前記ノイズ情報の前記発生タイミングを示す計 数値を前記解析対象情報として出力することを特徴とする請求の範囲第 4項記載の 半導体装置。
[6] 前記解析対象情報抽出部は、入力された前記ノイズ情報の値と、第 1の閾値と第 2 の閾値とを比較し、前記第 1の閾値以下または前記第 2の閾値以上の大きさの前記ノ ィズ情報を前記解析対象情報として抽出することを特徴とする請求の範囲第 1項記 載の半導体装置。
[7] 前記解析対象情報抽出部は、クロック信号をもとに前記ノイズ情報の発生タイミング を計数するカウンタを有し、抽出する前記ノイズ情報の前記発生タイミングを示す計 数値を前記解析対象情報として出力することを特徴とする請求の範囲第 6項記載の 半導体装置。
[8] 前記解析対象情報抽出部は、所定期間内の前記ノイズ情報を前記解析対象情報 として抽出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の半導体装置。
[9] 前記解析対象情報抽出部は、
クロック信号をもとに前記ノイズ情報の発生タイミングを計数するカウンタと、 前記ノイズ情報を抽出する開始タイミングを記録する開始値記録部と、 前記ノイズ情報の抽出の終了タイミングを記録する終了値記録部と、
前記カウンタの計数値と前記開始タイミングを比較して、前記計数値と前記開始タ イミングがー致した場合に、前記ノイズ情報の記録開始信号を出力する第 1の比較部 と、
前記計数値と前記終了タイミングを比較して、前記計数値と前記終了タイミングが 一致した場合に、前記ノイズ情報の記録終了信号を出力する第 2の比較部と、 前記記録開始信号が入力されると前記ノイズ情報の記録を開始し、前記記録終了 信号が入力されると前記ノイズ情報の記録を終了し、記録した前記ノイズ情報を前記 解析対象情報として出力する記録部と、
を有することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の半導体装置。
[10] 前記解析対象情報抽出部は、特定の周波数成分の前記ノイズ情報を前記解析対 象情報として抽出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の半導体装置。
[11] 前記解析対象情報抽出部は、前記ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す統計 情報を、前記解析対象情報として抽出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の半導体装置。
[12] 前記解析対象情報抽出部は、
入力される前記ノイズ情報の大きさごとに設けられた複数のカウンタと、 前記ノイズ情報の大きさによって、 V、ずれの前記カウンタで計数を行うか選択する 選択部と、
を有し、 前記複数のカウンタの計数値による、大きさごとの前記ノイズ情報の発生頻度を示 す統計情報を、前記解析対象情報として出力することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の半導体装置。
[13] 半導体装置内で発生するノイズを前記半導体装置内で計測するノイズ計測方法に おいて、
観測されるノイズ情報カゝら誤動作の原因となるノイズを解析するための解析対象情 報を指定し、
指定した前記解析対象情報のみを前記ノイズ情報から抽出し、
抽出した前記解析対象情報を前記半導体装置の外部に出力することを特徴とする ノイズ計測方法。
[14] 前記ノイズ情報をアナログ デジタル変換した後、前記ノイズ情報から前記解析対 象情報を抽出することを特徴とする請求の範囲第 13項記載のノイズ計測方法。
[15] 入力された前記ノイズ情報の値と所定の閾値とを比較し、前記閾値以下または前 記閾値以上の大きさの前記ノイズ情報を前記解析対象情報として抽出することを特 徴とする請求の範囲第 13項記載のノイズ計測方法。
[16] クロック信号をもとに前記ノイズ情報の発生タイミングを計数し、抽出する前記ノイズ 情報の前記発生タイミングを示す計数値を前記解析対象情報として出力することを 特徴とする請求の範囲第 15項記載のノイズ計測方法。
[17] 所定期間内の前記ノイズ情報を前記解析対象情報として抽出することを特徴とする 請求の範囲第 13項記載のノイズ計測方法。
[18] 特定の周波数成分の前記ノイズ情報を前記解析対象情報として抽出することを特 徴とする請求の範囲第 13項記載のノイズ計測方法。
[19] 前記ノイズ情報の大きさごとの発生頻度を示す統計情報を、前記解析対象情報とし て抽出することを特徴とする請求の範囲第 13項記載のノイズ計測方法。
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