(57)【要約】【課題】ＬＳＩの全体動作のパフォーマンス低下を抑えながら各ブロックに対する電源供給の制御を行うことができ、且つＬＳＩ内部のパワースイッチの故障を検出することが可能な半導体装置及び半導体テスト方法を提供することを目的としている。【解決手段】機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断を制御する半導体装置であって、前記ブロックに供給される電源電圧と当該半導体装置全体に供給される電源電圧とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段の出力の変化により、前記ブロックに供給される電源電圧の変化時間を計測する計測手段と、を有する。【選択図】図２
2012023101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断を制御する半導体装置であって、
前記ブロックに供給される電源電圧と当該半導体装置全体に供給される電源電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段の出力の変化により、前記ブロックに供給される電源電圧の変化時間を計測する計測手段と、を有する半導体装置。
【請求項２】
前記変化時間は、
前記電源の供給が遮断されていた前記ブロックに対して前記電源の供給が開始されてから、前記ブロックに供給される前記電源の電圧が所定電圧となるまでにかかる時間である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記計測手段により計測された前記変化時間を用いて前記ブロックの動作を復帰させる請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記変化時間の範囲を設定するための上限値と下限値とが格納された記憶手段と、
前記変化時間が前記上限値と前記下限値とにより決められる範囲内に収まるか否かを判断する判断手段と、を有する請求項１ないし３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断とをパワースイッチセルにより制御する半導体装置において前記パワースイッチセルに故障がないか否かを判定するための半導体テスト方法であって、
前記ブロックに供給される電源電圧と当該半導体装置全体に供給される電源電圧とを比較する比較手順と、
前記ブロックに供給される電源電圧の変化時間を計測する計測手順と、を有し、
前記変化時間が、前記半導体装置の有する記憶手段に格納された上限値と下限値により決められる範囲に収まるか否かにより、前記パワースイッチセルに故障がないか否かを判定する半導体テスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断を制御する半導体装置及び半導体テスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ＬＳＩ（Large Scale Integration）の低消費電力化のため、ＬＳＩを機能ブロックごとに電源を分割し、動作不要なブロックについて電流を遮断することでブロックへ供給される電源遮断を行い、リーク電流を削減する機能をもつものが開発されている。例えば特許文献１には、複数の電源ドメインに対する電源供給を個別に制御することが記載されている。
【０００３】
このようなＬＳＩでは、動作モードに応じて電源遮断、復帰を切り替える。電源が遮断されたブロックに電源を復帰させる切り替えを行う場合、電源配線とその他の配線との間に寄生容量があることから、電源復帰スタートから通常動作可能な電圧に達するまでにある程度の時間がかかる。一般的に数十μｓ程度時間といわれている。
【０００４】
ここで課題となるのは、電源復帰スタートから動作可能な電圧に達するまでの時間は、様々な要因によりばらつきが生じるため、実際に動作可能となるまでの時間予測が困難なことである。この要因とは、例えば電源遮断されたブロックの周辺回路の動作状況や、温度、電圧などの動作条件、プロセス条件、さらに製造時のばらつき等が挙げられる。
【０００５】
そのため従来では、一般的には、十分な時間を待ってから動作可能と判断し、それ以降の復帰動作を開始する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の制御では、電源遮断、復帰の動作を繰り返す場合、電源復帰に必要な時間のほかに、マージンを確保するための待ち時間が相対的に多くなることから動作全体のパフォーマンスを落とすことが問題となっていた。また全体パフォーマンス向上のためにマージンを少なく設定すると、チップばらつきや動作条件により誤動作が発生する場合があった。
【０００７】
また、電源遮断をＬＳＩ内部に設けたパワースイッチセルを利用することで実現する場合がある。この場合、一つ一つのパワースイッチは非常に小さいため、分割されたブロック毎にブロックの周辺を取り囲むように多数のパワースイッチが配置される。
【０００８】
しかしながら、パワースイッチセルを有するＬＳＩでは、ＬＳＩ製造時のパワースイッチの故障を判断するために、電源遮断した状態のリーク電流測定を行い、出荷試験におけるリーク電流のスペックを、製造ばらつきを考慮した値を設定する。このため一部のパワースイッチの故障によりリーク電流が多く発生した場合でもパワースイッチの故障と判断することができない場合があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、ＬＳＩの全体動作のパフォーマンス低下を抑えながら各ブロックに対する電源供給の制御を行うことができ、且つＬＳＩ内部のパワースイッチの故障を検出することが可能な半導体装置及び半導体テスト方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。
【００１１】
本発明は、機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断を制御する半導体装置であって、前記ブロックに供給される電源電圧と当該半導体装置全体に供給される電源電圧とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段の出力の変化により、前記ブロックに供給される電源電圧の変化時間を計測する計測手段と、を有する。
【００１２】
また本発明の半導体装置において、前記変化時間は、前記電源の供給が遮断されていた前記ブロックに対して前記電源の供給が開始されてから、前記ブロックに供給される前記電源の電圧が所定電圧となるまでにかかる時間である。
【００１３】
また本発明の半導体装置は、前記計測手段により計測された前記変化時間を用いて前記ブロックの動作を復帰させる。
【００１４】
また本発明の半導体装置は、前記変化時間の範囲を設定するための上限値と下限値とが格納された記憶手段と、前記変化時間が前記上限値と前記下限値とにより決められる範囲内に収まるか否かを判断する判断手段と、を有する。
【００１５】
本発明は、機能毎に分割されたブロックに対する電源の供給と遮断とをパワースイッチセルにより制御する半導体装置において前記パワースイッチセルに故障がないか否かを判定するための半導体テスト方法であって、前記ブロックに供給される電源電圧と当該半導体装置全体に供給される電源電圧とを比較する比較手順と、前記ブロックに供給される電源電圧の変化時間を計測する計測手順と、を有し、前記変化時間が、前記半導体装置の有する記憶手段に格納された上限値と下限値により決められる範囲に収まるか否かにより、前記パワースイッチセルに故障がないか否かを判定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＬＳＩの全体動作のパフォーマンス低下を抑えながら各ブロックに対する電源供給の制御を行うことができ、且つＬＳＩ内部のパワースイッチの故障を検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ブロック毎に個別に電源制御を行うＬＳＩの構成を説明するための図である。
【図２】第一の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。
【図３】第一の実施形態のＬＳＩの動作を説明するための図である。
【図４】第一の実施形態のドメイン電源の上昇を説明する図である。
【図５】第二の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。
【図６】第二の実施形態のドメイン電源の上昇を説明する図である。
【図７】第三の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。
【図８】第四の実施形態におけるパワースイッチセルの故障の判定を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。始めに、本実施形態の説明に先立ち、ブロック毎に個別に電源制御を行うＬＳＩの構成について説明する。図１は、ブロック毎に個別に電源制御を行うＬＳＩの構成を説明するための図である。
【００１９】
図１に示すＬＳＩ１０を構成する回路は、予め機能ブロック毎に分割されている。以下の説明では、分割された機能ブロックのことを電源ドメインと呼ぶ。ＬＳＩ１０は、電源ドメインＢ１、Ｂ２、Ｂ３に分割されている。図１の例では、電源ドメインＢ１には常に電源が供給される。また電源ドメインＢ２、Ｂ３に供給される電源は、電源コントローラ１１により制御される。
【００２０】
電源ドメインＢ２、Ｂ３に供給される電源は、ＬＳＩ１０内の電源スイッチ１２、１３により供給／遮断が制御される。ＬＳＩ１０内の電源スイッチ１２、１３は、パワースイッチセルと呼ばれる駆動力の小さなトランジスタの集合体である。
【００２１】
パワースイッチセルは、電源ドメイン内に列で配置されるカラム型パワースイッチと、電源ドメインの周辺を取り囲むように配置されるリング型パワースイッチとがあるが、ＬＳＩ１０では説明のためリング型パワースイッチを備えた半導体装置とした。尚本発明における効果は、カラム型パワースイッチを使用する場合でも変わるものではない。
【００２２】
ＬＳＩ１０において、パワースイッチセル（電源スイッチ）１２、１３はイネーブル端子を有する。パワースイッチセル１２、１３では、このネーブル端子を制御することでパワースイッチ１２、１３内のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦする。ここでパワースイッチ１２、１３のイネーブル端子を制御するための機能ブロックが電源コントローラ１１である。電源コントローラ１１からパワースイッチセル１２、１３のイネーブル端子に信号が伝達し、ある程度の時間が経過すると、電源ドメインＢ２、Ｂ３に安定な電流が供給され通常動作が可能となる。
【００２３】
次に、本発明の第一の実施形態のＬＳＩ１００について説明する。図２は、第一の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。
【００２４】
本実施形態のＬＳＩ１００は、図１に示すＬＳＩ１０に加え、電圧比較手段と、その電圧比較手段の出力をイネーブルとするカウンタ手段と、カウンタ手段によるカウント結果を計測するための計測手段と、を設けた。本実施形態のＬＳＩ１００は、電源ドメインＢ１０、Ｂ２０、Ｂ３０、電源コントローラ１１０、パワースイッチセル１２０、電圧比較器１３０、エッジ検出部１４０、ＡＮＤ回路１５０、イネーブルカウンタ１６０、計測用端子１７０を有する。
【００２５】
ＬＳＩ１００において、電源ドメインＢ１０には、常時電源が供給される。電源ドメインＢ２０には、電源コントローラ１１０により制御された電源が供給される。電源ドメインＢ３０には、電源ドメインＢ１０と同様に、常時電源が供給されている。
【００２６】
電圧比較器１３０は、一方の入力にグローバル電源が供給され、他方の入力にはドメイン電源が供給される。本実施形態のグローバル電源とは、外部からＬＳＩ１００全体に供給される電源である。ドメイン電源とは、電源コントローラ１１０により制御された電源である。図２の例では、具体的には電源ドメインＢ２０に供給される電源である。尚本実施形態の電圧比較器１３０の基準電圧は、グローバル電源と接続してもよいし、それ以外の電圧としてもよい。
【００２７】
電圧比較器１３０の出力は、エッジ検出部１４０に供給される。エッジ検出部１４０は、電圧比較器１３０の出力の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを検出する。本実施形態のエッジ検出部１４０は、例えば反転を検知してパルスを生成する生成回路等である。エッジ検出部１４０の出力は、ＡＮＤ回路１５０の一方の入力に供給される。ＡＮＤ回路１５０の他方の入力は、電源ドメインＢ３０と接続されている。
【００２８】
ＡＮＤ回路１５０の出力は、イネーブルカウンタ１６０へ供給される。ＡＮＤ回路１５０から出力される信号は、イネーブルカウンタ１６０のイネーブルをマスクするイネーブルマスク信号となる。
【００２９】
本実施形態のイネーブルカウンタ１６０は、イネーブルマスク信号がＯＮのときイネーブルがマスクされてＯＦＦとなる。またイネーブルマスク信号がＯＦＦのときイネーブルとなり、カウントを開始する。イネーブルカウンタ１６０の出力は、カウント結果を計測するための計測用端子１７０である。尚イネーブルカウンタ１６０のクロックは、ＬＳＩ１００に供給されるクロックとは別に供給されても良い。またカウント結果を計測するための計測手段は、外部端子であっても良い。またＬＳＩ１００内部で外部端子を入力とするインターフェイスを別に設けても良い。
【００３０】
以下に図３を参照して本実施形態のＬＳＩ１００の動作について説明する。図３は、第一の実施形態のＬＳＩの動作を説明するための図である。
【００３１】
図３では、ＬＳＩ１００において、電源ドメインＢ２０の電源が遮断された状態を初期状態とする。初期状態では、パワースイッチセル１２０はオフされており、グローバル電源の電位とドメイン電源の電位は明らかに異なっており、電圧比較器１３０は、論理ディセーブルとなっている。論理ディセーブルとは、論理的にＯＦＦである状態を表し、電圧レベルがハイレベル（以下、Ｈレベル）かローレベル（以下、Ｌレベル）かは問わない。
【００３２】
このとき、イネーブルマスク信号はＯＮとしておく。尚ＡＮＤ回路１５０は、出力がＨレベル（イネーブルマスク信号がＯＮ）となるように、エッジ検出部１４０と電源ドメインＢ３０により制御されている。この結果イネーブルカウンタ１６０のイネーブルがマスクされてＯＦＦとなり、カウンタは動作しない（ステップＳ３１）。
【００３３】
次に電源ドメインＢ２０への電源の供給を復帰させる動作を説明する。電源ドメインＢ２０の復帰のために、電源コントローラ１１０は、パワースイッチセル１２０のイネーブルをアクティブとし、グローバル電源配線とドメイン電源配線とを導通状態とする。これにより、電源ドメインＢ２０に電源の供給が開始される。パワースイッチセル１２０がアクティブとなると、ドメイン電源の電位が上昇を開始する。またＬＳＩ１００は、同時にイネーブルマスク信号をＯＦＦにする。これにより、イネーブルカウンタ１６０がカウントアップを始める（ステップＳ３２）。
【００３４】
ドメイン電源の電位が上昇を開始してからある程度時間が経過すると、ドメイン電源はいずれグローバル電源と同じ電位、あるいはオーバーシュートによりグローバル電源より高い電位となり電圧比較器１３０の出力が反転する。エッジ検出部１４０は、反転を検知してパルスを生成して出力する。これにより、イネーブルカウンタ１６０のイネーブル信号がＯＦＦとなり、イネーブルカウンタ１６０によるカウントが停止する（ステップＳ３３）。
【００３５】
本実施形態のイネーブルカウンタ１６０に供給されるクロックの周波数は予めわかっているため、イネーブルカウンタ１６０のカウント値とクロック周波数とを乗算することで、ドメイン電源が所定の電圧になるまでの変化時間を計測することができる（ステップＳ３４）。変化時間とは、ドメイン電源が、パワースイッチセル１２０がアクティブとされてから電源ドメインＢ２０が動作可能な所定の電圧となるまでの電源復帰時間である。尚乗算については、ＬＳＩ１００内部で乗算回路を設けてもよいし、ＬＳＩ１００外部での演算により実施してもよい。
【００３６】
また、パワースイッチセル１２０をＬＳＩ１００内部に設けず、ＬＳＩ１００外部にて電源遮断する場合でも同様の技術を適用できる。この場合には電圧比較器１３０の入力が常時ＯＮの外部電源と、電源遮断される第２の外部電源となる。
【００３７】
以上に説明したように、電源ドメインＢ２０の電源復帰時間を計測できるため、この計測結果を用いて電源ドメインＢ２０への電源復帰のタイミングを制御することができる。また本実施形態では、計測された電源復帰時間を用いることができるため、不要なマージンをとる必要がなく、ＬＳＩ１００動作全体のパフォーマンス低下を抑えることができる。
【００３８】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態において、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００３９】
ドメイン電源をＯＦＦからＯＮにした場合、図４に示すように、電圧が所定の電圧に達した後も、ＬＳＩ内部の電圧にバラツキがある、電源とＧＮＤ間の寄生容量に電荷が十分にたまり切っていない等の理由により、すぐに電源ドメインＢ２０の動作を再開できない可能性がある不安定期間が存在する。図４は、第一の実施形態のドメイン電源の上昇を説明する図である。
【００４０】
そこで本実施形態では、第一の実施形態に示す方法で計測された電源復帰時間を用いて、ドメイン電源の不安定期間がおわったタイミングから電源ドメインＢ２０の動作復帰シーケンスを行う。
【００４１】
図５は、第二の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。本実施形態のＬＳＩ１００Ａでは、イネーブルカウンタ１６０とは別のカウンタ１８０を有する。また本実施形態のＬＳＩ１００Ａは、カウンタ１６０の出力を予め設定されたｎ倍に乗算する乗算器１８５、乗算器１８５の出力とカウンタ１８０と出力とを比較する比較器１９０を有する。
【００４２】
比較器１９０の出力は、乗算器１８５に設定された値とカウンタ１８０のカウンタ値との比較結果により反転する。したがって、比較器１９０の出力端子である計測用端子１７０Ａから出力される信号を計測すれば、電源復帰時間のｎ倍の時間を計測することができる。
【００４３】
また本実施形態の電源ドメインＢ３１には、電源ドメインＢ１０と同様に、常時電源が供給されている。本実施形態の電源ドメインＢ３１は、乗算器１８５に設定されるｎの値を可変とした場合にｎの値を設定するためのレジスタを有する。また電源ドメインＢ３１は、カウンタ１８０のカウントを開始させるためのトリガ信号を生成する。本実施形態では、カウンタ１８０は、イネーブルカウンタ１６０と同じタイミングでカウントを開始する。
【００４４】
本実施形態では、これにより電源復帰時間の定数倍の時間を計測することが可能となる。したがって本実施形態では、図６に示すように、ドメイン電源の不安定期間がおわったタイミングｎｘＴ後から電源ドメインＢ２０の復帰シーケンスを行うことが可能となる。図６は、第二の実施形態のドメイン電源の上昇を説明する図である。尚本実施形態における電源ドメインＢ２０の復帰シーケンスとは、一般的にはリセット解除、動作パラメータ再設定、Ｄｍａｃの起動などがあげられる。
【００４５】
本実施形態では、このようにドメイン電源の不安定期間が経過してから電源ドメインの動作を復帰させることができるため、誤動作を防止することができる。
【００４６】
（第三の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものについては第一の実施形態の説明で用いた符号と同様のものを付与し、その説明を省略する。
【００４７】
図７は、第三の実施形態のＬＳＩを説明するための図である。本実施形態のＬＳＩ１００Ｂでは、ドメイン電源の電源復帰時間が予め設定した範囲内であるか否かを判定することができる。
【００４８】
本実施形態のＬＩＳ１００Ｂは、第一の実施形態のＬＳＩ１００の有する各部に加え、電源ドメインＢ３２、比較回路１９０を有する。
【００４９】
電源ドメインＢ３２は、レジスタ１９１、１９２を有する。レジスタ１９１には、ドメイン電源の変化時間の上限値が格納されている。レジスタ１９２には、ドメイン電源の変化時間の下限値が格納されている。
【００５０】
比較回路１９０には、イネーブルカウンタ１６０の出力が供給される。また比較回路１９０の入力は、レジスタ１９１、１９２と接続されている。比較回路１９０は、イネーブルカウンタ１６０の出力から計測される電源復帰時間と、レジスタ１９１、１９２に格納された上限値、下限値とを比較する。本実施形態では、この構成により、ドメイン電源の電源復帰時間が予め設定された上限値と下限値との間にあるか否かを判断できる。
【００５１】
（第四の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第四の実施形態について説明する。本発明の第四の実施形態は、第三の実施形態のＬＳＩ１００Ｂを利用してＬＳＩ１００Ｂに設けたパワースイッチセル１２０の故障を検出する。
【００５２】
パワースイッチセル１２０の故障とは、本来パワースイッチセル１２０内のトランジスタがＯＦＦになるべき時にＯＮになってしまう場合や、逆にＯＮになるべき時にＯＦＦになる場合である。
【００５３】
前者の場合、例えば電源ドメインＢ２０をＯＦＦにしても微小に電流が流れ続け、ドメイン電源に電圧がかかる状態になり、本来の目的である電源ドメインＢ２０内のリーク電流削減が不可能となる。後者の場合、多くの故障が含まれる場合、ひとつのパワースイッチセル１２０あたりに流すことの出来る電流量に限りがあるため、電源ドメインでの消費電流が多くなった場合に電圧降下量が大きくなり動作不良になる可能性が生じる。
【００５４】
そこで本実施形態では、ＬＳＩ１００Ｂの出荷試験の際に、パワースイッチセル１２０に故障があるか否かを判断するテストを行う。
【００５５】
図８は、第四の実施形態におけるパワースイッチセルの故障の判定を説明するフローチャートである。
【００５６】
ＬＳＩ１００Ｂにおいてテストが開始されると（ステップＳ８１）、レジスタ１９１、１９２には上限値、下限値が格納されて設定される（ステップＳ８２）。尚ここで設定される上限値と下限値は、良品チップで期待される値である。
【００５７】
次に、ＬＳＩ１００Ｂのテストを行うためのテスタにより、電源ドメインＢ２０をＯＦＦからＯＮにする制御を行う（ステップＳ８３）。ある程度時間が経過した後に、比較回路１９０により、イネーブルカウンタ１６０により計測された電源復帰時間がレジスタ１９１、１９２に設定された上限値と下限値の間に収まっているか否かを比較する（ステップＳ８４）。
【００５８】
ステップＳ８４において、計測された電源復帰時間が上限値と下限値との間に収まっていた場合にはパワースイッチセル１２０に故障がないと判定され、上限値と下限値との間に収まらない場合にはＬＳＩ１００Ｂのパワースイッチセル１２０に故障があると判定する（ステップＳ８５）。
【００５９】
例えばパワースイッチセル１２０にＯＦＦになるべき場合にＯＮとなる故障セルが含まれる場合、ＯＦＦとなったときにも電源ドメインＢ２０内に電流が流れつづけ、電源配線につながる寄生容量に電荷がたまった状態となり、ドメイン電源をＯＮにした場合にドメイン電源の電源復帰時間が短くなる。逆にＯＮとなるべきときにＯＦＦとなる故障セルが含まれる場合、ドメイン電源の電源復帰時間は長くなる。本実施形態では、これらを利用してパワースイッチセル１２０の故障を判定している。
【００６０】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  ＬＳＩ
１１０  電源コントローラ
１２０  パワースイッチセル
１３０  電圧比較器
１４０  エッジ検出部
１５０  ＡＮＤ回路
１６０  イネーブルカウンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６２】
【特許文献１】特開２００９−１７６２９４号公報
【図１】
2012023101.tif 000003
【図２】
2012023101.tif 000004
【図３】
2012023101.tif 000005
【図４】
2012023101.tif 000006
【図５】
2012023101.tif 000007
【図６】
2012023101.tif 000008
【図７】
2012023101.tif 000009
【図８】
2012023101.tif 000010