(57)【要約】【課題】回路面積の増大を抑える。【解決手段】発振部１１は、設定値を受け、その設定値に基づいた発振周波数の信号を出力する可変周波数発振回路１１ｃを備えており、診断部１２は、設定値を発振部１１に供給するとともに、設定値を変化単位ごとに変化させるたびに発振周波数の変化分を検出し、予め保持回路１２ｃに保持された変化分の期待値と、検出された変化分との比較結果に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良の有無を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値を受け、前記設定値に基づいた発振周波数の信号を出力する可変周波数発振回路を備えた発振部と、
前記設定値を前記発振部に供給するとともに、前記設定値を変化単位ごとに変化させるたびに前記発振周波数の変化分を検出し、予め保持回路に保持された前記変化分の期待値と、検出された前記変化分との比較結果に基づいて、前記可変周波数発振回路の特性不良の有無を判定する診断部と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記期待値は上限値と下限値とをもち、
前記診断部は、前記発振周波数の前記変化分が、前記上限値を超える場合、または前記下限値を下回る場合、前記特性不良がある旨を示す判定結果を出力する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記診断部は、前記設定値を前記変化単位ごとに増加または減少させていくことで、前記発振周波数を、前記可変周波数発振回路の最低発振周波数から最高発振周波数まで、または前記最高発振周波数から前記最低発振周波数まで変化させる、
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記診断部は、前記設定値を第１の設定値から第２の設定値に変化させるとき、
前記第１の設定値に基づいて得られる前記発振部の第１の出力信号の第１の期間における第１の発振数を計数し、計数結果を保持し、
前記第２の設定値に基づいて得られる前記発振部の第２の出力信号の前記第１の期間における第２の発振数を計数し、
保持した前記第１の発振数と、前記第２の発振数との差分を求めることで、前記発振周波数の前記変化分を検出する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記発振周波数は、前記設定値の変化に対する変化の度合いが異なる第１の周波数帯と、第２の周波数帯とを有し、
前記保持回路は、前記発振周波数の前記変化分の第１の期待値と、第２の期待値とを保持し、
前記診断部は、前記第１の周波数帯に前記発振周波数を設定する第３の設定値を前記発振部に供給しているときには、前記第１の期待値を用いて前記特性不良の有無を判定し、前記第２の周波数帯に前記発振周波数を設定する第４の設定値を前記発振部に供給しているときには、前記第２の期待値を用いて前記特性不良の有無を判定する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体装置が有する発振部が備える可変周波数発振回路は、設定値を受け、前記設定値に基づいた発振周波数の信号を出力し、
前記半導体装置が有する診断部は、前記設定値を前記発振部に供給するとともに、前記設定値を変化単位ごとに変化させるたびに前記発振周波数の変化分を検出し、予め保持回路に保持された前記変化分の期待値と、検出された前記変化分との比較結果に基づいて、前記可変周波数発振回路の特性不良の有無を判定する、
半導体装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の発振周波数の信号を出力するＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を含む半導体装置の製造時に、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）テスタなどの外部測定装置を用いて、発振周波数が適切な値であるか否かを診断する方法があった。しかし、外部測定装置による測定は、時間がかかり試験コストの増大につながる。そのため、半導体装置の内部に測定回路を設けて、ＰＬＬ回路に含まれる可変周波数発振回路であるＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）の発振周波数を測定する方法がある。
【０００３】
ところで、近年、コンピュータなどの電子装置の消費電力削減のために、プロセッサの動作クロック周波数を動的に切り替えることが行われている。このような電子装置に用いられるＰＬＬ回路は、設定値にしたがって帰還ループ内の分周回路の分周比を変更することにより、ＰＬＬ回路への入力周波数の逓倍比（分周回路の分周比の逆数に等しい）を変更し、発振周波数を比較的広範囲に変える場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６６６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２１２３９号公報
【特許文献３】特開２００６−４１６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなＰＬＬ回路に用いられる可変周波数発振回路は、製造時に生じる欠陥などによって、ある発振周波数領域では設定値に対応した発振周波数が得られない特性不良を示す場合がある。このような特性不良を検出するためには、広範囲の発振周波数領域にわたって、設定値に対応した値が得られるか否かを試験すればよい。しかし、半導体装置の内部に設けられた測定回路を用いて上記のような特性不良の検出を行う場合、各設定値に対応した発振周波数の期待値を保持するためのメモリ領域を半導体装置の内部に設けることになり、回路面積が増大する問題がある。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、回路面積の増大を抑えられる半導体装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施態様では、設定値を受け、前記設定値に基づいた発振周波数の信号を出力する可変周波数発振回路を備えた発振部と、前記設定値を前記発振部に供給するとともに、前記設定値を変化単位ごとに変化させるたびに前記発振周波数の変化分を検出し、予め保持回路に保持された前記変化分の期待値と、検出された前記変化分との比較結果に基づいて、前記可変周波数発振回路の特性不良の有無を判定する診断部と、を有する半導体装置が提供される。
【０００８】
また、１つの実施態様では、半導体装置の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面では、半導体装置の回路面積の増大を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
【図２】第２の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
【図３】第２の実施の形態の半導体装置の診断部における各種信号や値の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】可変周波数発振回路の診断時における半導体装置の制御方法の一例の流れを示すフローチャートである。
【図５】診断処理の一例の流れを示すフローチャートである。
【図６】可変周波数発振回路の理想的な特性の例を示す図である。
【図７】不良箇所を有する特性の例を示す図である。
【図８】可変周波数発振回路の特性の一例を示す図である。
【図９】第３の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
【００１２】
半導体装置１０は、発振部１１と、診断部１２とを有する。半導体装置１０は、たとえば、ＬＳＩチップ上に製造される。
発振部１１は、たとえば、図１に示すように、位相比較器１１ａ、フィルタ１１ｂ、可変周波数発振回路１１ｃ、分周器１１ｄを有するＰＬＬ回路である。
【００１３】
位相比較器１１ａは、基準信号（以下基準クロックという）ＣＫｒと分周器１１ｄが出力する帰還信号との位相差を示す信号を出力する。なお、基準クロックＣＫｒは、たとえば、ＬＳＩチップの外部端子を介して供給されてもよいし、ＬＳＩチップ上に設けられたクロック源から供給されてもよい。クロック源は、たとえば、水晶振動子である。
【００１４】
フィルタ１１ｂは、位相比較器１１ａが出力する信号に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃに供給する制御信号を出力する。
可変周波数発振回路１１ｃは、フィルタ１１ｂが出力する制御信号に基づいて、上記位相差を減らすように発振周波数を変化させる。さらに、可変周波数発振回路１１ｃは、診断部１２、または図示しない制御部から設定値を受け、その設定値に基づいた発振周波数の信号（出力信号ＯＵＴ）を出力する。出力信号ＯＵＴは、たとえば、ＬＳＩチップ内の他の回路に供給されてもよいし、ＬＳＩチップの外部端子を介してＬＳＩチップに接続された他の回路に供給されてもよい。
【００１５】
分周器１１ｄは、可変周波数発振回路１１ｃの出力信号ＯＵＴを所定の分周比により分周した帰還信号を出力する。なお、分周器１１ｄは、半導体装置１０が搭載される電子装置において使用される複数の周波数に対応して、分周比が変更できるプログラマブル分周器であってもよいし、異なる分周比の分周器を複数有していてもよい。その場合、図示しない制御部（または診断部１２）から供給される設定値に基づいて、使用される分周比（または分周器）が決定される。
【００１６】
なお、発振部１１は、回路の少なくとも一部をデジタル回路としたデジタルＰＬＬ回路であってもよいし、回路の全部をアナログ回路としたアナログＰＬＬ回路であってもよい。発振部１１がアナログＰＬＬ回路であり、設定値がデジタル信号である場合、設定値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ（Digital/Analogue）変換回路が用いられる。
【００１７】
診断部１２は、設定値を発振部１１に供給するとともに、その設定値を変化単位ごとに変化（増加または減少）させるたびに発振周波数の変化分を検出する。そして、診断部１２は、予め保持された発振周波数の変化分の期待値と、検出された変化分との比較結果に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良の有無を判定する。
【００１８】
診断部１２は、制御回路１２ａ、周波数変化分検出回路１２ｂ、保持回路１２ｃ、不良有無判定回路１２ｄを有する。
制御回路１２ａは、基準クロックＣＫｒにより動作し、周波数変化分検出回路１２ｂ、保持回路１２ｃ、不良有無判定回路１２ｄを動作させるための制御信号を出力する。また、制御回路１２ａは、設定値を可変周波数発振回路１１ｃに供給する。
【００１９】
周波数変化分検出回路１２ｂは、可変周波数発振回路１１ｃの出力信号ＯＵＴを受けて、設定値が増加または減少したときの発振周波数の変化分を検出する。周波数変化分検出回路１２ｂの例については後述する。
【００２０】
保持回路１２ｃは、発振周波数の変化分の期待値を保持する。期待値は、発振周波数の変化分の上限値と、発振周波数の変化分の下限値とで表される。発振周波数の変化分の上限値と下限値との差分が小さいほど、不良有無の判定が厳しくなり、差分が大きいほど、不良有無の判定が緩くなる。期待値は、たとえば、要求される精度などに基づいて、予め回路シミュレーションなどを用いて決定される。
【００２１】
保持回路１２ｃは、たとえば、フリップフロップを用いたレジスタなどである。なお、保持回路１２ｃは、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリであってもよい。
【００２２】
不良有無判定回路１２ｄは、予め保持回路１２ｃに保持された発振周波数の変化分の期待値と、周波数変化分検出回路１２ｂで検出された変化分との比較結果に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良の有無を判定し、その判定結果ＥＲＲを出力する。
【００２３】
不良有無判定回路１２ｄは、検出された変化分が上記のような上限値と下限値で表される期待値の範囲内である場合、不良がない旨を示す判定結果ＥＲＲを出力する。不良有無判定回路１２ｄは、検出された変化分が上限値を超えるか、下限値を下回っている場合（期待値の範囲外である場合）、不良がある旨を示す判定結果ＥＲＲを出力する。
【００２４】
以下、可変周波数発振回路１１ｃの診断時における、第１の実施の形態の半導体装置１０の制御方法を説明する。なお、診断時には、ＰＬＬ回路として動作を停止するために、フィルタ１１ｂの出力は、たとえば、制御回路２２ａの制御のもと、無効になる。
【００２５】
制御回路１２ａが、可変周波数発振回路１１ｃに、発振周波数の設定値を供給するとき、可変周波数発振回路１１ｃは、その設定値に応じた発振周波数の出力信号ＯＵＴを出力する。所定期間後、制御回路１２ａは、設定値を変える。これにより、可変周波数発振回路１１ｃは、変更した設定値に応じた発振周波数の出力信号ＯＵＴを出力する。
【００２６】
周波数変化分検出回路１２ｂは、設定値の変更前後の発振周波数から、発振周波数の変化分を検出し、出力する。
そして、不良有無判定回路１２ｄは、検出された変化分が期待値の範囲内であれば不良がない旨を示す判定結果ＥＲＲを出力し、検出された変化分が期待値の範囲外である場合、不良がある旨を示す判定結果ＥＲＲを出力する。
【００２７】
以上の処理が、たとえば、全設定値に対して行われる。なお、不良有無判定回路１２ｄは、１回でも不良を検出した後は、判定結果ＥＲＲを不良がある旨を示す値に固定してもよい。
【００２８】
たとえば、実際に用いられる発振周波数を得るための特定の設定値だけを用いて診断が行われる場合、他の周波数帯において特性不良が発生していても検出されない可能性があるが、全設定値を用いて診断を行うことで、特性不良の検出ミスを防ぐことができる。特性不良の例を以下、説明する。
【００２９】
図１には、設定値を１ずつ大きくしていったときの（つまり変化単位＝１ごと増加していったときの）、可変周波数発振回路１１ｃの発振周波数の変化の例が示されている。横軸は設定値を表し、縦軸は発振周波数（単位はＧＨｚ）を表している。
【００３０】
発振周波数と設定値との相関関係は、設定値の増加に比例して発振周波数が増加する線形性を示すことが望ましい。しかし、図１の例では、設定値がある値のときに、線形性が崩れている。このような不良がある場合、発振周波数を上げたいときに、期待したように発振周波数が上がらなくなる可能性がある。その場合、基準クロックＣＫｒへの追従性が悪くなるため、帰還信号と基準クロックＣＫｒとの位相ずれが生じる可能性がある。診断部１２は、このような不良箇所を、発振周波数の変化分とその期待値との比較結果に基づいて検出する。
【００３１】
図１の例では、ある設定値における発振周波数ｆａと、次の設定値における発振周波数ｆｂとの差分が、他の隣接する設定値における発振周波数の差分よりも小さく、期待値の範囲外になっている。このため、不良有無判定回路１２ｄは、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良がある旨を示す判定結果ＥＲＲを出力する。
【００３２】
以上のように、第１の実施の形態の半導体装置１０は、設定値を変化させるたびに発振周波数の変化分とその期待値との比較結果に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良の有無を判定する。
【００３３】
各設定値に対応した発振周波数の期待値を保持する場合、設定値が多いときにメモリ領域が増えるため回路面積が増大するが、上記の半導体装置１０では、発振周波数の変化分の期待値を保持するため、保持する期待値は最低１つで済む。発振周波数と設定値との関係が周波数帯によって変わるような特性をもつ可変周波数発振回路が用いられる場合も、保持する期待値が少なくて済む（後述の第３の実施の形態参照）。このため、期待値を保持するメモリ領域が小さくて済み、回路面積を縮小できる。また、これにより、１ウェハ当たりに製造できる半導体装置１０の個数（または半導体装置１０を含むＬＳＩチップの数）を増やすことができ、１つの半導体装置１０当たりの製造コストの増大を抑えられる。
【００３４】
なお、ＬＳＩテスタなどの外部測定装置を用いて、可変周波数発振回路１１ｃを診断する場合、たとえば、スキャンイン端子を用いた設定値の入力処理や、スキャンアウト端子からの出力信号の取得処理の繰り返しなどによって、診断時間が長期化する。これに対し、半導体装置１０は、上記のような診断部１２が半導体装置１０の内部に設けられているため、上記のような入力処理や取得処理を省くことができ、診断時間の長期化を抑制できる。また、診断時間の長期化を抑制できるため、試験コストの増大を抑えられる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。
半導体装置２０は、デジタルＰＬＬ回路２１と、診断部２２を有する。
【００３６】
デジタルＰＬＬ回路２１は、位相比較器２１ａ、フィルタ２１ｂ、可変周波数発振回路２１ｃ、分周器２１ｄを有する。
位相比較器２１ａは、基準クロックＣＫｒと分周器２１ｄが出力する帰還信号との位相差を示すデジタル信号を出力する。
【００３７】
フィルタ２１ｂは、デジタルフィルタであり、位相比較器２１ａが出力するデジタル信号に含まれる高周波数成分を除去し、たとえば、位相を進めるまたは位相を遅らせる旨を指示する制御値を可変周波数発振回路２１ｃに供給する。
【００３８】
可変周波数発振回路２１ｃは、周波数制御部２１ｃ１と、可変周波数発振部２１ｃ２とを有する。周波数制御部２１ｃ１は、フィルタ２１ｂが出力する制御値に基づいて、上記位相差を減らすように可変周波数発振部２１ｃ２が出力する出力信号ＯＵＴの発振周波数を変化させる。なお、診断時には、たとえば、制御回路２２ａからの制御のもと、フィルタ２１ｂの出力は無効になる。そして、診断時には、周波数制御部２１ｃ１は、診断部２２からデジタル信号である設定値を受け、その設定値に基づいた発振周波数の出力信号ＯＵＴを、可変周波数発振部２１ｃ２に出力させる。このような可変周波数発振回路２１ｃは、ＤＣＯ（Digitally Controlled Oscillator）とも呼ばれる。
【００３９】
分周器２１ｄは、可変周波数発振回路２１ｃの出力信号ＯＵＴを所定の分周比により分周した帰還信号を出力する。なお、分周器２１ｄは、半導体装置２０が搭載される電子装置において使用される複数の周波数に対応して、分周比が変更できるプログラマブル分周器であってもよいし、異なる分周比の分周器を複数有していてもよい。その場合、図示しない制御部（または診断部２２）から供給される設定値に基づいて、使用される分周比（または分周器）が決定される。
【００４０】
診断部２２は、制御回路２２ａ、カウンタ２２ｂ、保持回路２２ｃ、減算器２２ｄ、保持回路２２ｅ、比較回路部２２ｆ、保持回路２２ｇを有する。
制御回路２２ａは、カウンタ２２ａ１、設定変更指示部２２ａ２、設定値生成部２２ａ３、カウント値判定部２２ａ４、同期化ラッチ回路部２２ａ５を有する。
【００４１】
カウンタ２２ａ１は、基準クロックＣＫｒのパルス数をカウントする。
設定変更指示部２２ａ２は、カウンタ２２ａ１が所定数のパルス数をカウントするたびに、設定値の変更を指示する信号ｃｈｇを出力する。
【００４２】
設定値生成部２２ａ３は、設定値の変更を指示する信号ｃｈｇを受けた場合、設定値を１増やして出力する。設定値の変更を指示する信号ｃｈｇが供給されていない場合、設定値生成部２２ａ３は、基準クロックＣＫｒに同期したタイミングで、同じ設定値を出力し続ける。
【００４３】
カウント値判定部２２ａ４は、カウンタ２２ａ１のカウント値を受けて、出力タイミングが異なる４つのパルス信号を出力する。
同期化ラッチ回路部２２ａ５は、カウント値判定部２２ａ４が出力する４つのパルス信号を、出力信号ＯＵＴに同期したタイミングで出力する。以下、同期化ラッチ回路部２２ａ５が出力する４つの信号を、測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐ、リセット信号ｒｓｔ、コピー制御信号ｃｐｙ、結果取り込み制御信号ｊｄｇという。
【００４４】
測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐは、可変周波数発振回路２１ｃの発振周波数を測定する期間を、カウンタ２２ｂに指示する信号である。
リセット信号ｒｓｔは、カウンタ２２ｂをリセットするために用いられる。
【００４５】
コピー制御信号ｃｐｙは、保持回路２２ｃに、カウンタ２２ｂのカウント値ｃｎｔを取り込むタイミングを指示する信号である。コピー制御信号ｃｐｙは、制御回路２２ａが出力している設定値の１つ前の設定値に基づくカウント値ｃｎｔを保持回路２２ｃが出力するように、カウント値判定部２２ａ４によって出力タイミングが調整されている。
【００４６】
結果取り込み制御信号ｊｄｇは、保持回路２２ｃに、比較回路部２２ｆが出力する信号を取り込むタイミングを指示する信号である。
なお、制御回路２２ａは、上記のような機能をもつＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサであってもよい。その場合、プロセッサはメモリに格納されたプログラムを実行することで上記の機能を実現する。ただ、上記のような機能は、比較的簡単な論理回路や、フリップフロップなどで実現できるため、ソフトウェアではなく、ハードウェアで実現することで、半導体装置２０のサイズを縮小できる。
【００４７】
カウンタ２２ｂ、保持回路２２ｃ、減算器２２ｄは、図１に示した周波数変化分検出回路１２ｂの機能を実現する。
カウンタ２２ｂは、測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐにより指定された期間、出力信号ＯＵＴの発振数（パルス数）をカウントし、カウント値ｃｎｔを出力する。また、カウンタ２２ｂは、リセット信号ｒｓｔによりリセットが指示された場合、カウント値ｃｎｔを０にする。
【００４８】
保持回路２２ｃは、コピー制御信号ｃｐｙで指示されたタイミングにおけるカウント値ｃｎｔの値ｒｅｇを取り込み、出力する。
減算器２２ｄは現在の設定値に基づくカウント値ｃｎｔと、保持回路２２ｃが出力する前回の設定値に基づくカウント値ｃｎｔである値ｒｅｇとの減算結果を出力する。この減算結果が、前回の設定値から今回の設定値に変化したときの、発振周波数の変化分に相当する。
【００４９】
保持回路２２ｅは、発振周波数の変化分の期待値を保持する。期待値は、発振周波数の変化分の上限値と、発振周波数の変化分の下限値とで表される。保持回路２２ｃは、たとえば、フリップフロップを用いたレジスタなどである。
【００５０】
比較回路部２２ｆと保持回路２２ｇは、図１に示した不良有無判定回路１２ｄの機能を実現する。
比較回路部２２ｆは、減算器２２ｄが出力する減算結果と下限値及び上限値とを比較する。減算結果が、下限値よりも小さい、または上限値よりも大きい場合、比較回路部２２ｆは、可変周波数発振回路２１ｃに特性不良がある旨を示す信号を出力する。
【００５１】
以下では、比較回路部２２ｆが出力する信号の論理レベルが、Ｈ（High）レベルである場合、可変周波数発振回路２１ｃに特性不良があることを示しているものとする。減算結果が、下限値以上で、上限値以内の場合（つまり、期待値の範囲内の場合）、比較回路部２２ｆは、論理レベルがＬ（Low）レベルの信号を出力する。
【００５２】
このような比較回路部２２ｆは、たとえば、２つの比較回路と、論理和回路により実現できる。２つの比較回路のうち一方は、減算結果が下限値よりも小さい場合に、Ｈレベルの比較結果を出力し、他方は、減算結果が上限値よりも大きい場合に、Ｈレベルの比較結果を出力する。論理和回路は、各比較回路の比較結果の論理和を出力する。
【００５３】
保持回路２２ｇは、結果取り込み制御信号ｊｄｇにより指示されるタイミングで、比較回路部２２ｆが出力する信号を取り込み、判定結果ＥＲＲとして出力する。ただし、保持回路２２ｇは、判定結果ＥＲＲの論理レベルが一旦Ｈレベルになると、比較回路部２２ｆが出力する信号の論理レベルによらずに、Ｈレベルの判定結果ＥＲＲを出力し続ける。
【００５４】
このような保持回路２２ｇは、たとえば、論理和回路、セレクタ及びフリップフロップにより実現できる。論理和回路は、比較回路部２２ｆが出力する信号と、判定結果ＥＲＲの論理和を出力する。セレクタは、結果取り込み制御信号ｊｄｇにより取り込みが指示されている間は、上記論理和を選択して出力し、取り込みが指示されていない間は、判定結果ＥＲＲを選択して出力する。フリップフロップは出力信号ＯＵＴに同期したタイミングで、セレクタの出力を判定結果ＥＲＲとして取り込み、出力する。
【００５５】
図３は、第２の実施の形態の半導体装置の診断部における各種信号や値の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。図３には、基準クロックＣＫｒ、出力信号ＯＵＴ、リセット信号ｒｓｔ、測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐ、結果取り込み制御信号ｊｄｇ、コピー制御信号ｃｐｙ、信号ｃｈｇ、カウント値ｃｎｔ、値ｒｅｇの時間変化の一例が示されている。
【００５６】
タイミングｔ１の前では、リセット信号ｒｓｔはＨレベルとなっており、カウンタ２２ｂはリセット状態となっている。そのため、カウント値は０である。値ｒｅｇは、１つ前の設定値に基づいたカウント値ｃｎｔ（“ｎ（ｂｅｆｏｒｅ）”と表記されている）となっている。また、測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐ、結果取り込み制御信号ｊｄｇ、コピー制御信号ｃｐｙ、信号ｃｈｇは、全てＬレベルとなっている。
【００５７】
リセット信号ｒｓｔがＬレベルに変わり、測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐがＨレベルに変わると（タイミングｔ１）、カウンタ２２ｂによる、出力信号ＯＵＴの発振数のカウントが開始される。
【００５８】
測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐがＨレベルからＬレベルに変わると（タイミングｔ２）、カウンタ２２ｂによる、出力信号ＯＵＴの発振数のカウントが終了される。また、タイミングｔ２では、結果取り込み制御信号ｊｄｇがＨレベルになっている。このため、判定結果ＥＲＲがＬレベルの場合、比較回路部２２ｆが出力する信号が、保持回路２２ｇに取り込まれる。なお、比較回路部２２ｆが出力する信号は、現在の設定値に基づくカウント値ｃｎｔ（“ｎ”と表記されている）と１つ前の設定値に基づいたカウント値ｃｎｔとの減算結果と、下限値及び上限値との比較結果に基づく値となる。
【００５９】
結果取り込み制御信号ｊｄｇがＬレベルに変わり、コピー制御信号ｃｐｙがＨレベルに変わると（タイミングｔ３）、カウント値ｃｎｔが保持回路２２ｃに取り込まれ、値ｒｅｇが“ｎ”となる。
【００６０】
そして、信号ｃｈｇがＨレベルに変わると（タイミングｔ４）、設定値が１増加する。
その後、再び、リセット信号ｒｓｔがＨレベルとなり（タイミングｔ５）、カウンタ２２ｂはリセット状態となる。また、コピー制御信号ｃｐｙ、信号ｃｈｇがＬレベルに戻る。
【００６１】
次に、可変周波数発振回路２１ｃの診断時における、半導体装置２０の制御方法の流れを、フローチャートを用いて説明する。
図４は、可変周波数発振回路の診断時における半導体装置の制御方法の一例の流れを示すフローチャートである。
【００６２】
まず診断部２２は、隣り合う設定値（上記の例では、１だけ違う設定値）で得られる周波数の差分の期待値を、半導体装置２０の外部から取得し（ステップＳ１）、保持回路２２ｅに設定する（ステップＳ２）。期待値は、発振周波数の変化分の上限値と、発振周波数の変化分の下限値とで表される。期待値は、たとえば、要求される精度などに基づいて、外部のコンピュータなどにより、予め回路シミュレーションなどを用いて決定される。診断部２２は、決定された期待値を、図示しない入力回路を介して取得する。取得した期待値の保持回路２２ｅへの設定は、たとえば、制御回路２２ａが行う。
【００６３】
その後、診断部２２は、診断処理を行う（ステップＳ３）。
図５は、診断処理の一例の流れを示すフローチャートである。
診断部２２の制御回路２２ａは、まず、可変周波数発振回路２１ｃに供給する設定値を、たとえば、０として、発振周波数を、可変周波数発振回路２１ｃの最低発振周波数に設定する（ステップＳ１０）。
【００６４】
そして、制御回路２２ａは、出力信号ＯＵＴを受けて、所定期間（図３に示した測定制御信号ｓｔｒ／ｓｔｐがＨレベルとなる期間）の発振数を、カウンタ２２ｂに測定させた後、保持回路２２ｃに保持させる（ステップＳ１１）。
【００６５】
その後、制御回路２２ａは、設定値を１増加し（ステップＳ１２）、再び、カウンタ２２ｂに所定期間の発振数を測定させる（ステップＳ１３）。
そして、減算器２２ｄは、前回測定した発振数（保持回路２２ｃに保持されている発振数）と、今回測定した発振数との差分を計算する（ステップＳ１４）。
【００６６】
さらに、比較回路部２２ｆは、減算器２２ｄが計算した差分（減算結果）が、期待値の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。差分が期待値の範囲内である場合、特性不良が既に検出済みでないならば（ステップＳ１６：ＮＯ）、保持回路２２ｇは、特性不良がない旨の判定結果ＥＲＲを保持する（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ１９の処理が行われる。差分が期待値の範囲内である場合、特性不良が既に検出済みならば（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１９の処理が行われる。
【００６７】
差分が期待値の範囲外である場合、保持回路２２ｇは、特性不良がある旨の判定結果ＥＲＲを保持する（ステップＳ１８）。その後ステップＳ１９の処理が行われる。
ステップＳ１９の処理では、制御回路２２ａは、カウンタ２２ｂが測定した発振数を、保持回路２２ｃに保持させる。
【００６８】
その後、制御回路２２ａは、設定値が上限であるか否か（発振周波数が可変周波数発振回路２１ｃの最高発振周波数であるか否か）を判定する（ステップＳ２０）。制御回路２２ａは、設定値が上限である場合には、診断処理を終了し、設定値が上限に達していない場合には、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。
【００６９】
なお、上記の処理は一例であり、たとえば、制御回路２２ａは、ステップＳ１０の処理で、可変周波数発振回路２１ｃに供給する設定値を上限として、発振周波数を、最高発振周波数に設定してもよい。その場合、制御回路２２ａは、ステップＳ１２の処理の代わりに、設定値を１減らす。また、制御回路２２ａは、ステップＳ２０の処理の代わりに、設定値が下限（発振周波数が最低発振周波数）であるか否かを判定する。
【００７０】
図６は、可変周波数発振回路の理想的な特性の例を示す図である。横軸は設定値を表し、縦軸は発振周波数（単位はＧＨｚ）を表している。
発振周波数は、デジタル値である設定値が１増加するたびに、一定の傾きで増加している。診断部２２は、図６に示すような各設定値に対応した発振周波数の値を期待値として保持し、測定した発振周波数との比較により特性不良の有無を判定することもできる。しかし、その場合、図６に示すような多くの設定値に対応した発振周波数の値を期待値として保持しておく保持回路の面積が増大してしまう。
【００７１】
第２の実施の形態の半導体装置２０では、診断部２２は、隣り合う設定値（上記の例では、１だけ違う設定値）を用いたときの発振周波数の差分と、その期待値との比較結果に基づいて、可変周波数発振回路１１ｃの特性不良の有無を判定する。そのため、図２に示したように下限値と上限値の２つの値で表せる期待値を保持しておけばよく、回路面積を縮小できる。
【００７２】
図７は、不良箇所を有する特性の例を示す図である。横軸は設定値を表し、縦軸は発振周波数（単位はＧＨｚ）を表している。
図７の例では、領域２５において、設定値を２１１から２１２に増やしても発振周波数がほとんど変わらず、発振周波数の線形性が崩れている。このような特性不良が生じている場合、設定値が２１１のときの発振周波数と設定値が２１２のときの発振周波数との差分を示す減算器２２ｄの出力（減算結果）は、期待値の下限値よりも小さくなる。つまり、差分は期待値の範囲外となり、特性不良を検出することができる。
【００７３】
以上のように、第２の実施の形態の半導体装置２０によれば、第１の実施の形態の半導体装置１０と同様の効果が得られる。
（第３の実施の形態）
ところで、上記の説明では、設定値と発振周波数とが比例関係にあるものとしたが、可変周波数発振回路２１ｃの特性が、発振周波数の周波数帯によって変わる場合がある。その場合、発振周波数は、設定値の変化に対する発振周波数の変化の度合いが異なる複数の周波数帯をもつようになる。
【００７４】
図８は、可変周波数発振回路の特性の一例を示す図である。横軸は設定値を表し、縦軸は発振周波数（単位はＧＨｚ）を表している。
図８に示すような可変周波数発振回路２１ｃの特性の例では、設定値が１００以上の場合には、発振周波数と設定値とがほぼ比例関係にある。しかしながら、設定値が１００未満の場合、設定値が小さいほど発振周波数の変化が大きい。
【００７５】
このような特性の場合、設定値が１００以上の場合の発振周波数の変化だけに基づいて、期待値が決定される場合、設定値が１００より小さい場合に、特性不良ではないにもかかわらず、特性不良であると検出される可能性が高くなってしまう。そこで、以下に示す第３の実施の形態の半導体装置は、複数の期待値を用いて、誤診断の発生を抑制する。
【００７６】
図９は、第３の実施の形態の半導体装置の一例を示す図である。図９において、図２に示した第２の実施の形態の半導体装置２０と同じ要素については、同一符号が付されている。
【００７７】
第３の実施の形態の半導体装置３０において、診断部３１は、境界設定値を保持する保持回路３１ａ、比較回路３１ｂ、複数の期待値を保持する保持回路３１ｃ、選択回路３１ｄを有する。
【００７８】
境界設定値は、使用する期待値を切り替える境界となる設定値である。可変周波数発振回路２１ｃが、図８に示したような特性を有する場合、境界設定値は、たとえば、１００に設定される。
【００７９】
比較回路３１ｂは、設定値生成部２２ａ３が出力する設定値と、境界設定値とを比較してその比較結果を出力する。以下では、比較回路３１ｂは、設定値が境界設定値より小さい場合、Ｌレベルの比較結果を出力し、設定値が境界設定値以上の場合、Ｈレベルの比較結果を出力するものとして説明する。
【００８０】
保持回路３１ｃは、たとえば、低周波用の期待値と、高周波用の期待値を保持する。可変周波数発振回路２１ｃが、図８に示したような特性を有する場合、低周波用の期待値は、たとえば、設定値が１００よりも小さい場合に用いられる期待値であり、高周波用の期待値は、たとえば、設定値が１００以上の場合に用いられる期待値である。
【００８１】
低周波用の期待値と高周波用の期待値は、それぞれ上限値と下限値とで表される。可変周波数発振回路２１ｃが、図８に示したような特性を有する場合、低周波用の期待値における上限値と下限値との差分は、高周波用の期待値における上限値と下限値との差分よりも大きく設定される。
【００８２】
選択回路３１ｄは、比較回路３１ｂが出力する比較結果がＬレベルである場合、低周波用の期待値の上限値と下限値を選択して出力する。選択回路３１ｄは、比較回路３１ｂが出力する比較結果がＨレベルである場合、高周波用の期待値の上限値と下限値を選択して出力する。
【００８３】
診断部３１の他の要素については、図２に示した診断部２２と同じである。
以上のような半導体装置３０によれば、可変周波数発振回路２１ｃの特性が、周波数帯によって異なる場合も、適切に診断を行うことができ、誤診断の発生を抑制できる。また、保持する期待値は、第２の実施の形態の半導体装置２０より増えるが、設定値ごとに発振周波数の期待値を保持する場合に比べて少なくでき、回路面積の増加を抑えられる。
【００８４】
つまり、第３の実施の形態の半導体装置３０においても、第１の実施の形態の半導体装置１０と同様の効果が得られる。
なお、上記の例では、保持される期待値は、低周波用と高周波用の２種類であったが、可変周波数発振回路２１ｃの特性に応じて、３種類以上であってもよい。
【００８５】
以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体装置及びその制御方法の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０  半導体装置
１１  発振部（ＰＬＬ回路）
１１ａ  位相比較器
１１ｂ  フィルタ
１１ｃ  可変周波数発振回路
１２  診断部
１２ａ  制御回路
１２ｂ  周波数変化分検出回路
１２ｃ  保持回路
１２ｄ  不良有無判定回路
ＣＫｒ  基準クロック
ＥＲＲ  判定結果
ｆａ，ｆｂ  発振周波数
ＯＵＴ  出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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