(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを動作させる信号を生成する第１装置と、第１クロック信号を生成する発振器と、前記第１クロック信号を入力し、前記第１クロック信号を位相変調した第２クロック信号に変換する第２装置と、電磁ノイズを測定する第３装置とを具備し、前記第１及び第２クロック信号の一方を前記第１装置に入力し、前記第１及び第２クロック信号の他方を前記半導体デバイスに入力し、前記半導体デバイスを動作状態にした状態で電磁ノイズの測定を行うことを特徴とするＥＭＩ測定装置。
【請求項２】
前記第２クロック信号は、前記半導体デバイスが誤動作を起こさない程度に前記第１クロック信号を位相変調した信号であることを特徴とする請求項１記載のＥＭＩ測定装置。
【請求項３】
前記第１クロック信号を前記第１装置に入力し、前記第２クロック信号を前記半導体デバイスに入力することを特徴とする請求項１又は２記載のＥＭＩ測定装置。
【請求項４】
前記発振器は、前記第１装置内に含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載のＥＭＩ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズの測定装置に関し、特に、ＡＳＩＣ、メモリＩＣなどの半導体デバイスのＥＭＩ評価に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズが電子システムに悪影響を与えることが懸念されるようになってきている。このため、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズを測定し、評価するＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）測定、評価システムの開発の必要性が高まってきた。
【０００３】
図７は、半導体デバイスを対象とする従来のＥＭＩ測定、評価システムの一例を示している。
【０００４】
ベタアース基板１１上には、被測定デバイス（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）となる半導体デバイス１２が配置される。ベタアース基板１１は、接地電位に設定される。半導体デバイス１２の電源端子Ｖｄｄは、電源１３に接続され、接地端子Ｖｓｓは、接地点ＧＮＤに接続される。半導体デバイス１２には、例えば、クロック信号を生成するための水晶発振器１４が接続される。
【０００５】
ベタアース基板１１と電源１３の接地端子Ｖｓｓの間には、抵抗Ｒ１が接続される。抵抗Ｒ１の一端は、同軸ケーブル１５ａの外部導体に接続され、抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２を経由して同軸ケーブル１５ａの内部導体に接続される。
【０００６】
同軸ケーブル１５ａは、増幅器１６に接続される。また、増幅器１６は、同軸ケーブル１５ｂによりスペクトラムアナライザ１７に接続される。スペクトラムアナライザ１７は、半導体デバイス１２から発せられる電磁ノイズの周波数やパワーを測定する。例えば、図８は、電磁ノイズのスペクトラムの一例を示している。横軸は、周波数であり、縦軸は、パワーである。
【０００７】
コンピュータシステム１８は、例えば、スペクトラムアナライザ１７により測定された結果に基づいて、半導体デバイス１２のＥＭＩ評価を行う。
【０００８】
上述したＥＭＩ測定、評価システムは、いわゆる１Ω法と呼ばれる測定方法によりＥＭＩ測定を行うものである。即ち、ベタアース基板１１と電源１３の接地端子Ｖｓｓの間に電流検出抵抗Ｒ１を接続し、この抵抗Ｒ１に流れる高周波電流を検出することにより、電磁ノイズの測定を行っている。
【０００９】
電磁ノイズの測定は、一般に、被測定デバイスである半導体デバイス１２を動作状態にした状態で行う。この時、半導体デバイス１２が実動作（実際に使用されるときに行う動作）又は実動作に近い動作を行うことは、正確にＥＭＩ評価を行うための必須の要件である。
【００１０】
ところで、ＡＳＩＣやメモリＩＣなどの半導体デバイス１２に対して、実動作又は実動作に近い動作を行わせるためには、制御信号、アドレス信号、データなどを半導体デバイスに与えなければならない。しかし、上述したＥＭＩ測定、評価システムでは、制御信号、アドレス信号、データなどを半導体デバイス１２に与える装置を備えていない。
【００１１】
従って、図７に示すようなＥＭＩ測定、評価システムでは、自力で、実動作又は実動作に近い動作を行うことが可能な半導体デバイス（例えば、マイクロコントローラなど）のみが対象となる。
【００１２】
例えば、図７のシステムを用いて、マイクロコントローラのＥＭＩ評価を行う場合、まず、マイクロコントローラに水晶発振器を取り付け、かつ、マイクロコントローラに電源電位Ｖｄｄを与える。この時、マイクロコントローラの内部では、クロックパルスが生成され、内部プログラムが起動される。そして、マイクロコントローラを実動作に近い状態にして、電磁ノイズの測定を行う。
【００１３】
図７のシステムでは、自力で実動作に近い動作を行うことが可能な半導体デバイスのみが対象となるが、ＡＳＩＣやメモリＩＣなどの単体では動作が不可能な半導体デバイスに対しても、ＥＭＩ評価を行うことが望まれている。
【００１４】
そこで、制御信号、アドレス信号、データなどを生成するロジックパターン発生器を備えたＥＭＩ測定、評価システムが考えられている。
【００１５】
図９は、ロジックパターン発生器を備えた従来のＥＭＩ測定、評価システムの一例を示している。
【００１６】
ベタアース基板１１上には、被測定デバイス（ＤＵＴ）となる半導体デバイス１２が配置される。ベタアース基板１１は、接地電位に設定される。半導体デバイス１２の各端子には、ロジックパターン発生器１９から所定の信号が供給される。例えば、半導体デバイスがＡＳＩＣの場合には、ロジックパターン発生器１９の端子Ｐ３〜Ｐｎから半導体デバイス１２の端子Ｃ１〜Ｃｎに、ロジックパターン（データ）が与えられる。
【００１７】
ロジックパターン発生器１９は、例えば、水晶発振器を備え、この水晶発振器は、端子Ｐ１，Ｐ２を経由して、半導体デバイス１２の端子Ｘ１，Ｘ２に接続される。半導体デバイス１２の電源端子Ｖｄｄは、プラス電源端子（＋）に接続され、接地端子Ｖｓｓは、接地点ＧＮＤに接続される。
【００１８】
ベタアース基板１１とロジックパターン発生器１９のマイナス電源端子（−）の間には、抵抗Ｒ１が接続される。抵抗Ｒ１の一端は、同軸ケーブル１５ａの外部導体に接続され、抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２を経由して同軸ケーブル１５ａの内部導体に接続される。
【００１９】
同軸ケーブル１５ａは、増幅器１６に接続される。また、増幅器１６は、同軸ケーブル１５ｂによりスペクトラムアナライザ１７に接続される。スペクトラムアナライザ１７は、半導体デバイス１２から発せられる電磁ノイズの周波数やパワーを測定する。例えば、図１０は、電磁ノイズのスペクトラムの一例を示している。横軸は、周波数であり、縦軸は、パワーである。
【００２０】
コンピュータシステム１８は、例えば、スペクトラムアナライザ１７により測定された結果に基づいて、半導体デバイス１２のＥＭＩ評価を行う。
【００２１】
なお、ロジックパターン発生器１９は、被測定デバイスとしての半導体デバイスを実動作状態又はこれに近い状態に設定し得る機能を有するもの、例えば、ＬＳＩテスタなどであってもよい。
【００２２】
上述したＥＭＩ測定、評価システムによれば、ロジックパターン発生器１９を備えているため、マイクロコントローラなどの自力で動作が可能な半導体デバイスに加えて、ＡＳＩＣやメモリＩＣなどの自力で動作することができない半導体デバイスに対しても、実動作又はこれに近い動作状態において電磁ノイズの測定を行うことができる。
【００２３】
しかし、ＥＭＩ測定は、半導体デバイス１２から発せられる微弱な電磁ノイズを測定することを目的とする。つまり、ロジックパターン発生器１９を設けると、ロジックパターン発生器１９自体が電磁ノイズの発生源となるため、結果として、スペクトラムアナライザ１７において測定される電磁ノイズ（例えば、図１０のノイズスペクトルＡ，Ｂ，…Ｅ）が、半導体デバイス１２から発せられたものなのか、又はロジックパターン発生器１９から発せられたものなのかを区別することができなくなる。
【００２４】
これを回避する方法として、予め、被測定デバイス（ＤＵＴ）としての半導体デバイス１２を配置しない状態でＥＭＩ測定を行い、ロジックパターン発生器１９から発せられる電磁ノイズのみを測定しておく方法がある。この場合、半導体デバイス１２を配置したときの測定結果と配置しないときの測定結果を比較することにより、半導体デバイス１２から発せられる電磁ノイズを検出することができる。
【００２５】
しかし、この方法では、半導体デバイス１２を配置する場合のシステム（回路網）と半導体デバイス１２を配置しない場合のシステム（回路網）が互いに異なることになり、正確なＥＭＩ測定ができない。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、半導体デバイスを対象とする従来のＥＭＩ測定、評価システムでは、原則として、マイクロコンピュータなどの自力で動作することが可能な半導体デバイスのみしか対象とできない欠点があった。
【００２７】
一方、ＡＳＩＣ、メモリＩＣなどの自力で動作することができない半導体デバイスに対してもＥＭＩ測定、評価する場合には、ロジックパターン発生器などの半導体デバイスを動作させるための装置が必要であり、その結果、その装置自体が電磁ノイズ源となる欠点があった。
【００２８】
本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、半導体デバイスを対象とする従来のＥＭＩ測定、評価システムにおいて、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズと半導体デバイスを動作させるための装置から発せられる電磁ノイズを区別できるようにし、正確なＥＭＩ測定を行うことにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＥＭＩ測定装置は、半導体デバイスを動作させる信号を生成する第１装置と、第１クロック信号を生成する発振器と、前記第１クロック信号を入力し、第２クロック信号に変換する第２装置と、電磁ノイズを測定する第３装置とを備える。そして、前記第１及び第２クロック信号の一方を前記第１装置に入力し、前記第１及び第２クロック信号の他方を前記半導体デバイスに入力し、前記半導体デバイスを動作状態にした状態で電磁ノイズの測定を行う。
【００３０】
前記第２クロック信号は、前記第１クロック信号を位相変調した信号である。また、前記第１クロック信号は、前記半導体デバイスが誤動作を起こさない程度に位相変調され、前記第２クロック信号となる。
【００３１】
前記第１クロック信号を前記第１装置に入力し、前記第２クロック信号を前記半導体デバイスに入力する場合、前記半導体デバイスから発せられる電磁ノイズのみを区別することができる。
【００３２】
前記発振器は、前記第１装置内に含まれていてもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の半導体デバイスのＥＭＩ測定装置について詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明のＥＭＩ測定、評価システムの一例を示している。
【００３５】
ベタアース基板１１上には、被測定デバイス（ＤＵＴ）となる半導体デバイス１２が配置される。ベタアース基板１１は、接地電位に設定される。半導体デバイス１２の各端子には、ロジックパターン発生器１９から所定の信号が供給される。例えば、半導体デバイスがＡＳＩＣの場合には、ロジックパターン発生器１９の端子Ｐ３〜Ｐｎから半導体デバイス１２の端子Ｃ１〜Ｃｎに、ロジックパターン（データ）が与えられる。
【００３６】
発振器（水晶発振器）２０は、クロック信号ＣＬＫを生成する。クロック信号ＣＬＫは、ロジックパターン発生器１９に供給され、ロジックパターン発生器１９のタイミングを決定する。また、クロック信号ＣＬＫは、位相変調器２１を経由して被測定デバイスとしての半導体デバイス１２に供給される。
【００３７】
なお、本例では、発振器２０は、ロジックパターン発生器１９の外部に配置されているが、当然に、ロジックパターン発生器１９の内部に含ませてもよい。つまり、ロジックパターン発生器１９の内部の発振器から出力されるクロック信号を位相変調器２１を経由して半導体デバイス１２に与えてもよい。
【００３８】
また、半導体デバイス１２の電源端子Ｖｄｄは、ロジックパターン発生器１９のプラス電源端子（＋）に接続され、接地端子Ｖｓｓは、接地点ＧＮＤに接続される。ベタアース基板１１とロジックパターン発生器１９のマイナス電源端子（−）の間には、抵抗Ｒ１が接続される。抵抗Ｒ１の一端は、同軸ケーブル１５ａの外部導体に接続され、抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２を経由して同軸ケーブル１５ａの内部導体に接続される。
【００３９】
同軸ケーブル１５ａは、増幅器１６に接続される。また、増幅器１６は、同軸ケーブル１５ｂによりスペクトラムアナライザ１７に接続される。スペクトラムアナライザ１７は、半導体デバイス１２から発せられる電磁ノイズの周波数やパワーを測定する。例えば、図２は、電磁ノイズのスペクトラムの一例を示している。横軸は、周波数であり、縦軸は、パワーである。
【００４０】
コンピュータシステム１８は、例えば、スペクトラムアナライザ１７により測定された結果に基づいて、半導体デバイス１２のＥＭＩ評価を行う。
【００４１】
なお、ロジックパターン発生器１９は、被測定デバイスとしての半導体デバイスを実動作状態又はこれに近い状態に設定し得る機能を有するもの、例えば、ＬＳＩテスタなどであってもよい。
【００４２】
また、本例では、いわゆる１Ω法によりＥＭＩ測定を行う場合について説明したが、本発明は、当然に、他の方法によるＥＭＩ測定にも適用できる。
【００４３】
図３は、図２の位相変調器の一例を示している。また、図４は、図３の位相変調器において、入力信号、変調入力信号及び出力信号の波形をそれぞれ示したものである。
【００４４】
本例の位相変調器は、ランプ波発生器２２とコンパレータ２３とから構成される。入力信号は、図２の発振器２０から供給される。変調入力信号は、例えば、ＳＩＮ波である。その結果、出力信号の波形は、入力信号の波形を位相変調した波形となる。なお、クロック信号ＣＬＫの位相変調は、半導体デバイス１２が誤動作を起こさない程度に行うことが必要である。
【００４５】
上述したＥＭＩ測定、評価システムによれば、ロジックパターン発生器１９を備えているため、マイクロコントローラなどの自力で動作が可能な半導体デバイスに加えて、ＡＳＩＣやメモリＩＣなどの自力で動作することができない半導体デバイスに対しても、実動作又はこれに近い動作状態において電磁ノイズの測定を行うことができる。
【００４６】
また、本発明では、スペクトラムアナライザ１７において測定される電磁ノイズが、半導体デバイス１２から発せられたものなのか、又はロジックパターン発生器１９から発せられたものなのかを区別するために、ロジックパターン発生器１９に与えるクロック信号と半導体デバイス１２に与えるクロック信号を互いに異なるようにしている。
【００４７】
即ち、本発明では、ロジックパターン発生器１９には、発振器２０で生成されるクロック信号ＣＬＫが直接与えられ、半導体デバイス１２には、発振器２０で生成されるクロック信号ＣＬＫを位相変調器２１により位相変調したクロック信号が与えられる。
【００４８】
この場合、ロジックパターン発生器１９から発せられる電磁ノイズ（図２のＣ，Ｄ，Ｅ）については、スペクトラムアナライザ１７において通常のスペクトラムのピークが得られるが、半導体デバイス１２から発せられる電磁ノイズ（図２のＡ，Ｂ）については、スペクトラムアナライザ１７においてスペクトラムのピークに近接して側帯波が現れる。
【００４９】
つまり、スペクトラムのピーク（基本波）に近接して側帯波が現れている場合には、そのスペクトラムのピークは、半導体デバイス１２から発せられた電磁ノイズに基づくものと判断でき、スペクトラムのピーク（基本波）に対して側帯波が現れていない場合には、そのスペクトラムのピークは、ロジックパターン発生器（又は半導体デバイス１２以外の発生源）１９から発せられた電磁ノイズに基づくものと判断できる。
【００５０】
次に、本発明のシステムのように、半導体デバイスに与えるクロック信号の位相変調により、スペクトラムのピーク（基本波）に近接して側帯波が現れる現象の理論について説明する。
【００５１】
まず、図５の波形（クロック信号に相当）を数式で表すと、以下に示すようになる。
【００５２】
【数１】
0003634690.tif 000002
【００５３】
一般に、位相変調は、次式により表すことができる。
【００５４】
【数２】
0003634690.tif 000003
【００５５】
Ｎｅｕｍａｎｎの公式により、上式は、
【００５６】
【数３】
0003634690.tif 000004
【００５７】
となる。ここで、φ＜＜１  とすると、
【００５８】
【数４】
0003634690.tif 000005
【００５９】
となる。
【００６０】
なお、上式は、基本波に対して側帯波が形成されることを示している。ここで、基本波のレベルと側帯波のレベルを比較すると、
【００６１】
【数５】
0003634690.tif 000006
【００６２】
となる。
【００６３】
このように、本発明によれば、半導体デバイスを動作させるための装置（ロジックパターン発生器、ＬＳＩテスタなど）を設けると共にこれにクロック信号を与え、かつ、半導体デバイスには、このクロック信号を位相変調した信号を与えている。その結果、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズに起因するスペクトラムのピーク（基本波）には、側帯波が現れることになる。
【００６４】
従って、半導体デバイスを対象とするＥＭＩ測定、評価システムにおいて、マイクロコントローラなどの自力で動作可能な半導体デバイスに加え、ＡＳＩＣ、メモリＩＣなどの自力で動作不可能な半導体デバイスもＥＭＩ測定を行うことができる。また、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズと半導体デバイスを動作させるための装置から発せられる電磁ノイズが区別できるようになり、正確なＥＭＩ測定を行うことができる。
【００６５】
また、上述の例では、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズに起因するスペクトラムのピーク（基本波）に側帯波が現れるようにしたため、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズと、それ以外の電磁ノイズ（ロジックパターン発生器から発せられる電磁ノイズを含む）とを区別することができる。
【００６６】
従って、半導体デバイスのＥＭＩ評価において、電波暗室のような特殊な設備は不要となり、コストの低減を図ることができる。
【００６７】
なお、上述した例では、クロック信号ＣＬＫに位相変調を施す場合について説明したが、スペクトラムアナライザ１７において電磁ノイズの発生源の区別をすることができるならば、位相変調でない他の変調方法を用いてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、半導体デバイスを対象とするＥＭＩ測定、評価システムにおいて、半導体デバイスから発せられる電磁ノイズと、半導体デバイス以外の発生源（例えば、半導体デバイスを動作させるための装置）から発せられる電磁ノイズを明確に区別できるようになり、結果として、正確なＥＭＩ測定、評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＭＩ測定、評価システムの一例を示す図。
【図２】図１のシステムにより測定した電磁ノイズのスペクトラムを示す図。
【図３】位相変調器の一例を示す図。
【図４】図３の位相変調器の入力波形と出力波形を示す図。
【図５】基本波に側帯波が現れる原理を説明する際の基本波形を示す図。
【図６】基本波に側帯波が現れたスペクトラムの一部を示す図。
【図７】従来のＥＭＩ測定、評価システムの一例を示す図。
【図８】図７のシステムにより測定した電磁ノイズのスペクトラムを示す図。
【図９】従来のＥＭＩ測定、評価システムの他の例を示す図。
【図１０】図９のシステムにより測定した電磁ノイズのスペクトラムを示す図。
【符号の説明】
１１                          ：ベタアース基板、
１２                          ：半導体デバイス、
１３                          ：電源、
１４                          ：水晶発振器、
１５ａ，１５ｂ                ：同軸ケーブル、
１６                          ：増幅器、
１７                          ：スペクトラムアナライザ、
１８                          ：コンピュータシステム、
１９                          ：ロジックパターン発生器、
２０                          ：発振器、
２１                          ：位相変調器、
２２                          ：ランプ波発生器、
２３                          ：コンパレータ。
【図１】
0003634690.tif 000007
【図２】
0003634690.tif 000008
【図３】
0003634690.tif 000009
【図４】
0003634690.tif 000010
【図５】
0003634690.tif 000011
【図６】
0003634690.tif 000012
【図７】
0003634690.tif 000013
【図８】
0003634690.tif 000014
【図９】
0003634690.tif 000015
【図１０】
0003634690.tif 000016