(57)【要約】【課題】  性能評価を低コストで実現できる半導体集積回路を提供すること。【解決手段】  この半導体集積回路１は、入力される正弦波をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器１０と、当該変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ１１と、当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出部１２と、正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保管部１３と、正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保管部１４と、基本波保管部１３に保持された実効値と、雑音保管部１４に保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出部１５と、バンドパスフィルタ１１が抽出する周波数成分の基準となる周波数を順次変更する指示信号を出力する信号検出制御部１６と、を備える。【選択図】  図１
2008011105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログコア及びデジタルコアが混載された半導体集積回路であって、
当該半導体集積回路に入力される正弦波をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
当該変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、
当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出手段と、
前記エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持手段と、
前記エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持手段と、
前記基本波保持手段に保持された実効値と、前記雑音保持手段に保持された実効値とに基づいて、前記デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出手段と、
前記周波数成分抽出手段が抽出する周波数成分の基準となる周波数を順次変更する指示信号を前記周波数成分抽出手段に出力する信号検出制御手段と、
を備える半導体集積回路。
【請求項２】
アナログ／デジタル変換器の性能を評価するための性能評価装置であって、
前記アナログ／デジタル変換器によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、
当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出手段と、
前記エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持手段と、
前記エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持手段と、
前記基本波保持手段に保持された実効値と、前記雑音保持手段に保持された実効値とに基づいて、前記デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出手段と、
前記周波数成分抽出手段が抽出する周波数成分の基準となる周波数を変更する指示信号を前記周波数成分抽出手段に出力する信号検出制御手段と、
を備える性能評価装置。
【請求項３】
アナログ／デジタル変換器の性能を評価するための性能評価方法であって、
前記アナログ／デジタル変換器によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出ステップと、
当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出ステップと、
前記エネルギー検出ステップにおいて検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持ステップと、
前記エネルギー検出ステップにおいて検出された実効値の内、前記正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持ステップと、
前記基本波保持ステップにおいて保持された実効値と、前記雑音保持ステップにおいて保持された実効値とに基づいて、前記デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出ステップと、
を備える性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ／デジタル変換器を搭載するアナログ／デジタル混載型の半導体集積回路、並びにそのアナログ／デジタル変換器の性能評価装置及び性能評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アナログ／デジタル変換器を搭載したアナログ／デジタル混載半導体集積回路が種々の分野で用いられている。また、そのアナログ／デジタル混載半導体集積回路において、高速かつ高分解能なアナログ／デジタル変換器の需要が高まっている。このようなアナログ／デジタル変換器については、その性能評価を行うことが必要不可欠である。従って、このようなアナログ／デジタル変換器や、デジタル／アナログ変換器に対する性能評価については種々の手法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８９２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載の技術は、デジタル／アナログ変換器に対する性能評価方法であって、デジタル信号のサイン波パターンを被試験デジタル／アナログ変換器へ供給し、その変換出力を、デジタル／アナログ変換器よりも変換精度が１０倍程度高いアナログ／デジタル変換器でデジタル信号に変換して、メモリに記憶し、この記憶した信号の正弦波成分と余弦波成分との極値をそろえて、各サンプルの二乗和を開平して瞬時振幅を求め、その瞬時振幅の系列に対し、サイン波パターンの振幅値を１つおきに挿入し、このインターリーブされた瞬時振幅系列に対する差分系列をデジタル移動差分手段でとるか、ウエイブレット変換し、その最大振幅数をピーク検出器で検出し、その検出値を推定有効ビット数として出力するものである。
【０００４】
ところで、この性能評価手法は、デジタル／アナログ変換器に対するものであって、そのままアナログ／デジタル変換器の性能評価に利用することは適当ではない。また、上記特許文献１以外の性能評価手法も多々あるが、いずれも機能評価で判定できるデジタルコアに対する評価手法に比べてテストコストが大きくなっており、その評価手法の改善が望まれている。
【０００５】
そこで本発明では、アナログコア及びデジタルコアが混載された半導体集積回路であって、性能評価を低コストで実現できる半導体集積回路、並びにそのアナログ／デジタル変換器の性能評価装置及び性能評価方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体集積回路は、アナログコア及びデジタルコアが混載された半導体集積回路であって、当該半導体集積回路に入力される正弦波をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、当該変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出手段と、エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持手段と、エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持手段と、基本波保持手段に保持された実効値と、雑音保持手段に保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出手段と、周波数成分抽出手段が抽出する周波数成分の基準となる周波数を順次変更する指示信号を周波数成分抽出手段に出力する信号検出制御手段と、を備える。
【０００７】
本発明に係る半導体集積回路によれば、検査対象となる半導体集積回路の内部でアナログ／デジタル変換器の選別に用いられる有効ビット長の測定を行うことで、半導体集積回路の性能評価を容易にすることが可能である。また、周波数成分の検出を周波数成分抽出手段が抽出する周波数成分の基準となる周波数を順次変更し、それぞれの周波数毎に実効値算出、雑音や高調波成分の実効値積算を行っている。これにより、大規模な回路を必要とせず小規模の回路で構成することが可能である。
【０００８】
本発明に係る性能評価装置は、アナログ／デジタル変換器の性能を評価するための性能評価装置であって、アナログ／デジタル変換器によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出手段と、エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持手段と、エネルギー検出手段によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持手段と、基本波保持手段に保持された実効値と、雑音保持手段に保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出手段と、周波数成分抽出手段が抽出する周波数成分の基準となる周波数を順次変更する指示信号を周波数成分抽出手段に出力する信号検出制御手段と、を備える。
【０００９】
本発明に係る性能評価方法は、アナログ／デジタル変換器の性能を評価するための性能評価方法であって、アナログ／デジタル変換器によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を順次抽出する周波数成分抽出ステップと、当該抽出された周波数成分について実効値を検出するエネルギー検出ステップと、エネルギー検出ステップにおいて検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致する実効値を保持する基本波保持ステップと、エネルギー検出ステップにおいて検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致しない実効値を積算して保持する雑音保持ステップと、基本波保持ステップにおいて保持された実効値と、雑音保持ステップにおいて保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長を求める信号雑音比検出ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、搭載されているアナログ／デジタル変換器の性能評価を自律的に行うことができるので、性能評価を低コストで実現できる半導体集積回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る半導体集積回路について図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の半導体集積回路１を示す構成図である。半導体集積回路１は、アナログコア及びデジタルコアが混載された半導体集積回路である。半導体集積回路１は、アナログ／デジタル変換器１０と、バンドパスフィルタ１１（周波数成分抽出手段）と、エネルギー検出部１２（エネルギー検出手段）と、基本波保管部１３（基本波保持手段）と、雑音保管部１４（雑音保持手段）と、信号対雑音比検出部１５（信号雑音比検出手段）と、信号検出制御部１６（信号検出制御手段）とを備えている。
【００１３】
アナログ／デジタル変換器１０は、正弦波発生器２から出力され半導体集積回路１に入力される正弦波を、デジタル信号に変換する変換器である。アナログ／デジタル変換器１０は、変換後のデジタル信号をバンドパスフィルタ１１に出力する。
【００１４】
バンドパスフィルタ１１は、アナログ／デジタル変換器１０によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出する部分である。バンドパスフィルタ１１のフィルタ係数は、信号検出制御部１６からの指示信号に応じて変更可能なように形成されている。バンドパスフィルタ１１のフィルタ係数が切り替えられると、それに応じて周波数成分の抽出が繰り返し行われる。バンドパスフィルタ１１におけるフィルタ係数の切り替え周期及び切り替え回数は、アナログ／デジタル変換器１０の設計性能と用途に応じて設定される。計測に用いられる基本波の周波数をあらかじめ知ることでフィルタの周波数特性は急峻な減衰を必要とせず、次数を低くすることが可能である。
【００１５】
エネルギー検出部１２は、バンドパスフィルタ１１によって抽出された周波数成分について実効値を検出する部分である。より具体的には、エネルギー検出部１２は、基本波、高調波、雑音を検出し実効値を算出するブロックである。
【００１６】
エネルギー検出部１２による実効値の検出について、図２を参照しながら説明する。図２は、バンドパスフィルタ１１から出力される信号のスペクトル及びエネルギー検出を示す図である。図２において、２０１はバンドパスフィルタ１１から出力される基本波成分、２０２，２０３，２０４は、バンドパスフィルタ１１から出力される高調波成分、２０５は、バンドパスフィルタ１１から出力される雑音成分である。また、図２の２０６は、測定範囲としてバンドパスフィルタ１１の中心周波数を順次変更する範囲である。また、図２の２０７はエネルギー検出部１２の動作を示す部分である。
【００１７】
エネルギー検出部１２は、バンドパスフィルタ１１から出力されるエネルギーであって、基本波の周波数を中心周波数としたエネルギーを検出した場合、それを基本波の実効値として基本波保管部１３へ保管する。エネルギー検出部１２は、バンドパスフィルタ１１から出力されるエネルギーであって、高調波の周波数及びその他の周波数を中心周波数としたエネルギーを検出した場合、雑音の実効値として雑音保管部１４へ積算後保管する。
【００１８】
基本波保管部１３は、エネルギー検出部１２によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致する実効値（エネルギー値）を保持する部分である。より具体的には、エネルギー検出部１２によって検出された基本波の周波数を中心周波数としたエネルギー値を保持する部分である。基本波保管部１３は、所定のタイミングで保持している実効値（エネルギー値）を信号対雑音比検出部１５に出力する。
【００１９】
雑音保管部１４は、エネルギー検出部１２によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致しない実効値（エネルギー値）を保持する部分である。より具体的には、雑音保管部１４は、図２に示す高調波の周波数及びその他の周波数を中心周波数としたエネルギー値を積算して保持する。雑音保管部１４は、所定のタイミングで保持している実効値（エネルギー値）を信号対雑音比検出部１５に出力する。
【００２０】
信号対雑音比検出部１５は、基本波保管部１３に保持された実効値と、雑音保管部１４に保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長（ＥＮＯＢ：Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｂｉｔ）を求める部分である。より具体的には、バンドパスフィルタ１１における中心周波数を順次変更する処理が終了すると、信号検出制御部１６から、有効ビット長算出開始信号を受け取って、信号対雑音比に歪み成分を含んだＳＮＤＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ａｎｄ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）を算出し、有効ビット長ＥＮＯＢを算出する。
【００２１】
ＳＮＤＲは次式（１）によって求められる。次式（１）において、Ｖ１は、図２の基本波の振幅２０１を、Ｖ２，Ｖ３は、図２の高調波成分の振幅２０２，２０３を、Ｎは、図２の雑音成分の振幅２０５をそれぞれ示している。
【数１】
2008011105.tif 000003
【００２２】
ＥＮＯＢは次式（２）によって求められる。
【数２】
2008011105.tif 000004
【００２３】
信号検出制御部１６は、バンドパスフィルタ１１が抽出する周波数成分の基準となる周波数を変更する指示信号をバンドパスフィルタ１１に出力する部分である。より具体的には、バンドパスフィルタ１１のフィルタ係数を順次切り替える指示信号を出力する。また、信号検出制御部１６は、基本波の周波数を中心周波数とするようにバンドパスフィルタ１１に指示信号を出力した場合には、エネルギー検出部１２に対して、基本波のエネルギーを検出し基本波保管部１３に実効値を保管するように指示信号を出力する。また、信号検出制御部１６は、高調波の周波数及び基本波と高調波以外の周波数を中心周波数とするようにバンドパスフィルタ１１に指示信号を出力した場合には、エネルギー検出部１２に対して、高調波及び雑音のエネルギーを検出して雑音保管部１４に実効値を積算して保管するように指示信号を出力する。また、信号検出制御部１６は、バンドパスフィルタ１１の中心周波数を順次変更する処理が終了すると、信号対雑音比検出部１５に対して有効ビット長算出開始信号を出力する。
【００２４】
本実施形態における、性能評価測定結果の例を図３に示す。図３において、３０１は上記式（２）よって求められるＥＮＯＢ曲線を示す。図３において、３０２は、この半導体集積回路１に搭載されているアナログ／デジタル変換器１０に必要とされる性能ラインを示す。従って、本実施形態による自己診断の結果、この性能ラインを下回る場合は不良とみなす。図３において、３０３は、正弦波発生器２の動作範囲を示す。アナログ／デジタル変換器１０の性能測定をするには全帯域を確認する必要があるが、この半導体集積回路１に搭載されたアナログ／デジタル変換器１０は特定用途向けとなるため、制御範囲内で問題がなければ良品とみなすことができる。従って、図３に示す例では、この半導体集積回路１内のアナログ／デジタル変換器１０は良品とみなされる。
【００２５】
尚、上述した本実施形態では正弦波発生器２を半導体集積回路１外に設けているが、図４に示すように半導体集積回路３内に設けてもよい。この場合、正弦波発生器３２は、アナログ／デジタル変換器１０と同期したデジタル／アナログ変換器を有しており、信号検出制御部３１によって制御される。正弦波発生器３２を、半導体集積回路３内に設けることで、半導体集積回路３単体でのアナログ／デジタル変換器１０の性能評価を行うことができる。
【００２６】
続いて、図１に示す半導体集積回路１を用いた性能評価方法について図５を参照しながら説明する。図５は、性能評価方法を説明するためのフローチャートである。図５に示すように、本実施形態に係る性能評価方法は、周波数成分抽出ステップＳ０１と、エネルギー検出ステップＳ０２と、基本波識別ステップＳ０３と、基本波保持ステップＳ０４と、雑音保持ステップＳ０５と、中心周波数確認ステップＳ０６と、信号雑音比検出ステップＳ０７とを備えている。
【００２７】
周波数成分抽出ステップＳ０１は、バンドパスフィルタ１１が、アナログ／デジタル変換器１０によって変換されたデジタル信号から所定の周波数成分を抽出するステップである。バンドパスフィルタ１１のフィルタ係数が順次切り替わり、それに応じて周波数成分の抽出が繰り返し行われる。
【００２８】
エネルギー検出ステップＳ０２は、エネルギー検出部１２が、バンドパスフィルタ１１によって抽出された周波数成分について実効値を検出するステップである。より具体的には、エネルギー検出部１２が、基本波、高調波、雑音を検出し実効値を算出するステップである。続いて、基本波識別ステップＳ０３は、中心周波数が基本波か否かを判断するステップである。この判断の結果、中心周波数が基本波であれば基本波保持ステップＳ０４に、中心周波数が基本波でなければ雑音保持ステップＳ０５に、それぞれ進む。
【００２９】
基本波保持ステップＳ０４は、基本波保管部１３が、エネルギー検出部１２によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致する実効値（エネルギー値）を保持するステップである。
【００３０】
雑音保持ステップＳ０５は、雑音保管部１４が、エネルギー検出部１２によって検出された実効値の内、正弦波の周波数と一致しない実効値（エネルギー値）を保持するステップである。基本波保持ステップＳ０４又は雑音保持ステップＳ０５の後に、中心周波数確認ステップＳ０６では、中心周波数の変更が終了したか否かを判断する。中心周波数の変更が終了していれば信号雑音比検出ステップＳ０７に、中心周波数の変更が終了していなければ前述の基本波識別ステップＳ０３に、それぞれ進む。
【００３１】
信号雑音比検出ステップＳ０７は、信号対雑音比検出部１５が、基本波保持ステップＳ０４において保持された実効値と、雑音保持ステップＳ０５において保持された実効値とに基づいて、デジタル信号の有効ビット長を求めるステップである。より具体的には、バンドパスフィルタ１１における中心周波数を順次変更する処理が終了すると、信号対雑音比検出部１５が信号検出制御部１６から有効ビット長算出開始信号を受け取って、信号対雑音比に歪み成分を含んだＳＮＤＲを算出し、有効ビット長ＥＮＯＢを算出する。
【００３２】
尚、本実施形態では、バンドパスフィルタ１１と、エネルギー検出部１２と、基本波保管部１３と、雑音保管部１４と、信号対雑音比検出部１５と、信号検出制御部１６とを半導体集積回路１内に設けているが、アナログ／デジタル変換器１０の性能を評価するための性能評価装置として形成してもよい。
【００３３】
最後に本実施形態の作用効果について説明する。従来、デジタル・アナログ混載半導体集積回路に搭載されるアナログ／デジタル変換器の性能を測定する場合、従来ではアナログ／デジタル変換器の出力を半導体集積回路外部でモニタすることで実現してきた。これを用いて選別作業を行う場合、作業と時間を必要とすることになる。一方本実施形態によれば、検査対象となる半導体集積回路１の内部でアナログ／デジタル変換器１０の選別に用いられる有効ビット長の測定を行うことで、半導体集積回路１の製造検査を容易にすることが可能であり、半導体集積回路１の製造コストを下げることができる。半導体集積回路内部で有効ビット長測定を行う場合、ＦＦＴを用いて処理を行うことが知られている。また、半導体集積回路外部で有効ビット長測定を行う場合、ＲＡＭを用いて処理を行うことが知られている。これに対し、本実施形態では、周波数成分の検出をバンドパスフィルタ１１の中心周波数を移動する構成とし、スイープ毎に実効値算出、雑音や高調波成分の積算を行っているため、ＦＦＴやＲＡＭのような大規模の回路を必要とせず小規模の回路で構成することが可能である。また、アナログ／デジタル変換器１０の変換速度が上がった場合も容易に測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態である半導体集積回路を示す構成図である。
【図２】図１のバンドパスフィルタにおける出力信号のスペクトル及びエネルギー検出を示す図である。
【図３】本実施形態における性能評価測定結果の例を示す図である。
【図４】本実施形態の変形例を示す図である。
【図５】本実施形態における性能評価方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１…半導体集積回路、１０…アナログ／デジタル変換器、１１…バンドパスフィルタ、１２…エネルギー検出部、１３…基本波保管部、１４…雑音保管部、１５…信号対雑音比検出部、１６…信号検出制御部、２…正弦波発生器。
【図１】
2008011105.tif 000005
【図２】
2008011105.tif 000006
【図３】
2008011105.tif 000007
【図４】
2008011105.tif 000008
【図５】
2008011105.tif 000009