(57)【要約】【課題】チップ内部の特定の箇所の電位を精度よく測定することのできるチップ内電位モニター回路を提供する。【解決手段】チップ内電位モニター回路１は、半導体集積回路チップ１００の電源端子２００から供給されるＶＤＤ電源配線上のノードＮ１における内部電位ＶＤＤＭが入力されるＡＤコンバータ１１と、ＡＤコンバータ１１でデジタル値に変換された内部電位ＶＤＤＭの値が出力されるモニター出力端子１２と、ＡＤコンバータ１１のみが接続される専用電源端子１３と、を有する。【選択図】図１
2008227192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路チップの特定のノードに接続され、前記特定のノードの電位を前記半導体集積回路の外部端子へ導出する電位測定回路と、
前記電位測定回路のみが接続される専用電源端子と
を有することを特徴とするチップ内電位モニター回路。
【請求項２】
前記電位測定回路が、ＡＤコンバータである
ことを特徴とする請求項１に記載のチップ内電位モニター回路。
【請求項３】
前記ＡＤコンバータが、複数の入力を切り換える入力切り換え器を有し、前記複数の入力のそれぞれに前記半導体集積回路チップの異なるノードが接続される
ことを特徴とする請求項２に記載のチップ内電位モニター回路。
【請求項４】
前記電位測定回路が、
前記特定のノードが一方の入力端子に接続されるオペアンプと、
前記オペアンプの出力がゲート電極に接続され、前記専用電源端子にソース電極が接続され、前記オペアンプの他方の入力端子にドレイン電極が接続されるＭＯＳトランジスタと、
前記ドレイン電極と接地端子との間に接続された抵抗と、
を有し、
前記抵抗の端子間電圧を前記外部端子へ出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のチップ内電位モニター回路。
【請求項５】
前記半導体集積回路チップが複数の電源を有し、異なる電源のノードにそれぞれが接続されることを特徴とする複数個の請求項４に記載のチップ内電位モニター回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ内電位モニター回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積される素子数が多く、チップサイズも大きい大規模半導体集積回路では、チップ内の電源配線も長くなるため電源配線の寄生抵抗が大きくなり、また、その電源配線に流れる電流も大きくなる。そのため、いわゆるＩＲドロップによる、チップ内の電源電位の低下が発生する。また、電源配線に流れる電流の変動により、チップ内の電源電位が局所的に変動する。このような電源電位の低下および変動が、特に、半導体集積回路の基幹部分で発生すると、チップ全体の性能に多大な影響を及ぼすことがある。
【０００３】
そのため、チップ内部の特定の箇所の電源電位の変動をチップ外部で定量的に把握することが重要になってきている。
【０００４】
このようなチップ内部の特定の箇所の電位を測定するものとして、従来、チップ内の被測定点の電圧を測定するためのＡＤコンバータをチップ内に設け、そのＡＤ変換結果のデジタル信号をチップ外部へ出力することにより、チップ内の被測定点の電圧をチップ外部でモニターすることのできる半導体集積回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、上述の半導体集積回路では、上記被測定点の電圧を測定するＡＤコンバータの電源電圧が半導体集積回路の内部電源配線から供給されるため、このＡＤコンバータ自体がチップ内の電源電位の変動の影響を受け、その測定結果に誤差が生じる、という問題があった。
【特許文献１】特開２００６−３２９６８２号公報  （第７ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、チップ内部の特定の箇所の電位を精度よく測定することのできるチップ内電位モニター回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、半導体集積回路チップの特定のノードに接続され、前記特定のノードの電位を前記半導体集積回路の外部端子へ導出する電位測定回路と、前記電位測定回路のみが接続される専用電源端子とを有することを特徴とするチップ内電位モニター回路が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、チップ内部の特定の箇所の電位を精度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図である。
【００１１】
本実施例のチップ内電位モニター回路１は、半導体集積回路チップ１００の電源端子２００から供給されるＶＤＤ電源配線上のノードＮ１における内部電位ＶＤＤＭが入力されるＡＤコンバータ１１と、ＡＤコンバータ１１でデジタル値に変換された内部電位ＶＤＤＭの値が出力されるモニター出力端子１２と、ＡＤコンバータ１１のみが接続される専用電源端子１３と、を有する。
【００１２】
このチップ内電位モニター回路１が接続されるノードＮ１は、例えば内部回路１１０の電源電位の変動をモニターしたい場合、その内部回路１１０に接続される電源配線上に設置される。
【００１３】
このとき、ノードＮ１における内部電位ＶＤＤＭは、電源端子２００から内部回路１１０に至るまでの電源配線の寄生抵抗Ｒ１により、電源電位ＶＤＤに対して電圧降下が発生する。この電圧降下の大きさは、この電源配線に流れる電源電流をＩ１とすると、寄生抵抗Ｒ１との積（Ｉ１・Ｒ１）で表される。
【００１４】
したがって、ノードＮ１における内部電位ＶＤＤＭは、
ＶＤＤＭ＝ＶＤＤ−Ｉ１・Ｒ１
と表される。
【００１５】
電源配線に流れる電源電流Ｉ１は、内部回路１１０の動作状態によって変化する。そのため、ノードＮ１における内部電位ＶＤＤＭも、内部回路１１０の動作に従って、変動する。その様子を図２に示す。
【００１６】
ＡＤコンバータ１１は、この内部電位ＶＤＤＭのダイナミックな変動に追随するため、高速のＡＤ変換を行う。
【００１７】
そのとき、ＡＤコンバータ１１へは、専用電源端子１３からＡＤコンバータ１１専用の電源Ｖｍを接続する。また、この専用電源端子１３は、ＡＤコンバータ１１の近くに配置し、ＡＤコンバータ１１までの配線距離を極力短くする。これにより、専用電源端子１３からＡＤコンバータ１１までの電源配線の寄生抵抗は無視できるほど小さくなる。
【００１８】
ＡＤコンバータ１１専用の電源Ｖｍを接続することにより、ＡＤコンバータ１１は、半導体集積回路チップ１００の電源ＶＤＤの変動の影響を受けることなく動作する。そのため、ＡＤ変換の精度が向上し、内部電位ＶＤＤＭの正確な測定を行うことができる。
【００１９】
このような本実施例によれば、半導体集積回路チップ内の任意のノードの電位のダイナミックな変動を精度よく測定することができる。このような精度の良い情報を得ることにより、半導体集積回路の動作と内部電位変動の関係を正確に解析することができ、以降の半導体集積回路の設計品質の向上に寄与させることができる。
【実施例２】
【００２０】
本実施例では、半導体集積回路チップ内の複数のノードをモニターすることのできるチップ内電位モニター回路の例を示す。
【００２１】
図３は、本発明の実施例２に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図である。本実施例のチップ内電位モニター回路２の基本的な構成は、実施例１のチップ内電位モニター回路１と同じである。そこで、図３において、図１と同一の部分には図１と同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２２】
本実施例のチップ内電位モニター回路２が実施例１のチップ内電位モニター回路１と異なる点は、実施例１のＡＤコンバータ１１の代わりに、複数の入力を切り換える入力切り換え器２１１を有するＡＤコンバータ２１を用いるようにした点である。
【００２３】
ＡＤコンバータ２１は、複数の入力から指定された１つの入力を出力する入力切り換え器２１１と、入力切り換え器２１１から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換する変換部２１２と、を有する。
【００２４】
本実施例のＡＤコンバータ２１も、実施例１と同様、専用電源端子１３をＡＤコンバータ２１の近くに配置してＡＤコンバータ２１専用の電源Ｖｍへ接続する。これにより、実施例１と同様、ＡＤコンバータ２１は、半導体集積回路チップ１００の電源ＶＤＤの変動の影響を受けることなく動作する。
【００２５】
いま、半導体集積回路チップ内の、例えば、内部回路１１０、内部回路１２０、内部回路１３０、・・・に対するそれぞれの電源配線上のノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、・・・における内部電位ＶＤＤＭ１、ＶＤＤＭ２、ＶＤＤＭ３、・・・をモニターしたい場合、このノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、・・・をＡＤコンバータ２１の入力切り換え器２１１へ接続する。
【００２６】
ここで、内部回路１１０、内部回路１２０、内部回路１３０の電源配線には、それぞれ寄生抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が存在し、それぞれに電源電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が流れるとすると、内部電位ＶＤＤＭ１、ＶＤＤＭ２、ＶＤＤＭ３は、
ＶＤＤＭ１＝ＶＤＤ−Ｉ１・Ｒ１
ＶＤＤＭ２＝ＶＤＤ−Ｉ２・Ｒ２
ＶＤＤＭ３＝ＶＤＤ−Ｉ３・Ｒ３
と表される。
【００２７】
入力切り換え器２１１による入力の切り換えを行うことにより、デジタル信号に変換された内部電位ＶＤＤＭ１、ＶＤＤＭ２、ＶＤＤＭ３、・・・の値をモニター出力端子１２へ出力することができる。
【００２８】
このような本実施例によれば、半導体集積回路チップ内の複数のノードの電位変動を精度よく測定することができる。
【実施例３】
【００２９】
上述の実施例では、ＡＤコンバータを用いる例を示したが、本実施例ではＡＤコンバータよりも回路構成が簡単なオペアンプを用いるチップ内電位モニター回路の例を示す。
【００３０】
図４は、本発明の実施例３に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図である。なお、図４において、図１と同一の部分には図１と同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３１】
本実施例のチップ内電位モニター回路３は、内部電位ＶＤＤＭを測定するノードＮ１が反転入力端子に接続されるオペアンプ３１と、オペアンプ３１の出力がゲート電極に接続され、専用の電源Ｖｍが接続された専用電源端子１３にソース電極が接続され、オペアンプ３１の非反転入力端子にドレイン電極が接続されるＰＭＯＳトランジスタ３２と、ＰＭＯＳトランジスタ３２のドレイン電極と接地端子との間に接続された抵抗３３と、を有する。
【００３２】
オペアンプ３１は、非反転入力端子の電位が反転入力端子に入力される内部電位ＶＤＤＭに一致するようにＰＭＯＳトランジスタ３２の導通を制御して、電源Ｖｍから抵抗３３へ流れる電流を制御する。
【００３３】
この制御により、抵抗３３の端子間電圧、すなわち、オペアンプ３１の非反転入力端子の電位は、反転入力端子に入力される内部電位ＶＤＤＭの変動に追随して変化する。
【００３４】
そこで、ＰＭＯＳトランジスタ３２のドレイン電極と抵抗３３の接続点をモニター出力端子１２に接続し、モニター出力端子１２にて抵抗３３の端子間電圧を測定するようにする。この抵抗３３の端子間電圧の観測により、内部電位ＶＤＤＭを検知することができる。
【００３５】
このような本実施例によれば、オペアンプを用いた簡単な回路構成でチップの内部電位を観測することができるので、チップ内電位モニター回路の素子数を少なくすることができる。また、内部電位が入力される端子を直接測定しないので、測定対象のノードに測定系の影響を与えることがなく、内部電位の精度の高い測定を行うことができる。
【実施例４】
【００３６】
本実施例では、半導体集積回路が複数の電源を有する場合に、実施例３のチップ内電位モニター回路３を複数個用いて、異なる電源の内部電位をそれぞれモニターする例を示す。
【００３７】
図５は、本発明の実施例４に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図である。なお、図５において、図４と同一の部分には図４と同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３８】
図５に示す半導体集積回路１００Ａは、電源端子２０１、２０２、２０３を有し、それぞれに、異なる電位の電源ＶＤＤ１、ＶＤＤ２、ＶＤＤ３が接続されているものとする。また、内部回路１１０は電源ＶＤＤ１に接続され、内部回路１２０は電源ＶＤＤ２に接続され、内部回路１３０は電源ＶＤＤ３に接続されているものとする。
【００３９】
ここで、電源ＶＤＤ１の電源配線上で内部回路１１０へ接続されるノードＮ１での内部電位ＶＤＤＭ１、電源ＶＤＤ２の電源配線上で内部回路１２０へ接続されるノードＮ２での内部電位ＶＤＤＭ２、電源ＶＤＤ３の電源配線上で内部回路１３０へ接続されるノードＮ３での内部電位ＶＤＤＭ３をモニターの対象とする。
【００４０】
そのために、本実施例では、それぞれのノードに実施例３のチップ内電位モニター回路３を接続する。図５では、それぞれのチップ内電位モニター回路３をチップ内電位モニター回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃと表わす。また、それぞれの専用電源端子１３それぞれに専用の電源Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３を接続する。
【００４１】
上述のように接続することにより、チップ内電位モニター回路３Ａのモニター出力端子１２にてノードＮ１での内部電位ＶＤＤＭ１、チップ内電位モニター回路３Ｂのモニター出力端子１２にてノードＮ２での内部電位ＶＤＤＭ２、チップ内電位モニター回路３Ｃのモニター出力端子１２にてノードＮ３での内部電位ＶＤＤＭ３が測定される。
【００４２】
このような本実施例によれば、半導体集積回路が複数の電源を有しているときでも、異なる電源の内部電位をそれぞれ精度よく測定することができる。
【００４３】
なお、上述の実施例３および４では、オペアンプの出力でＰＭＯＳトランジスタの導通を制御する例を示したが、ＰＭＯＳトランジスタの代わりにＮＭＯＳトランジスタを用いるようにすることもできる。その場合は、オペアンプの入力への接続を逆にして、内部電位を測定するノードをオペアンプの非反転入力端子に接続し、ＮＭＯＳトランジスタのドレイン電極をオペアンプの反転入力端子に接続するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図。
【図２】チップ内電位の変動の様子を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施例２に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図。
【図４】本発明の実施例３に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図。
【図５】本発明の実施例４に係るチップ内電位モニター回路の構成の例を示す回路図。
【符号の説明】
【００４５】
１、２、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  チップ内電位モニター回路
１１、２１  ＡＤコンバータ
１２  モニター出力端子
１３  専用電源端子
２１１  切り換え器
２１２  変換部
３１  オペアンプ
３２  ＰＭＯＳトランジスタ
３３  抵抗
【図１】
2008227192.tif 000003
【図２】
2008227192.tif 000004
【図３】
2008227192.tif 000005
【図４】
2008227192.tif 000006
【図５】
2008227192.tif 000007