富士通株式会社 (〒88 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番1号 Kanagawa, 2118588, JP)
| 外部から電気信号を受ける入力端子と、 前記電気信号を基にデジタル信号を生成し、該デジタル信号を出力信号線に出力する内部回路と、 前記デジタル信号の電圧値を規定の値にする出力回路と、 電源端子から前記出力回路へ電源を供給する電源線と、 外部からの駆動信号を受信する駆動信号入力端子と、 該駆動信号を前記出力回路に入力し、該駆動信号によって前記デジタル信号とは独立して前記出力回路を駆動する回路とを備える集積回路。 |
| 前記駆動信号入力端子と前記出力回路間に配置され、前記駆動信号に応じて複数の出力回路のうち少なくとも1つの出力回路に駆動信号を入力するカウンタをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の集積回路。 |
| 前記駆動信号を発振信号に変換し、該発振信号を前記出力回路に入力する発振回路をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の集積回路。 |
| 前記駆動信号入力端子は、前記駆動信号を光として入力されることを特徴とする請求項1または2記載の集積回路。 |
| 前記駆動信号入力端子は、前記駆動信号を電波として入力されることを特徴とする請求項1または2記載の集積回路。 |
| 前記集積回路は複数のダイを有し、 前記ダイの各々に前記内部回路および前記出力回路を有し、 単一の前記電源端子からそれぞれのダイへ電源線が配線され、 単一の前記駆動信号入力端子からそれぞれのダイへ該駆動信号が入力されることを特徴とする請求項1記載の集積回路。 |
| 外部回路から電気信号を受ける入力端子と、 前記電気信号を基にデジタル信号を生成し、該デジタル信号を出力信号線に出力する内部回路と、 前記デジタル信号の電圧値を規定の値にする出力回路と、 電源端子から前記出力回路へ電源を供給する電源線と、 外部からの駆動信号を受信する駆動信号入力端子と、 該駆動信号を前記出力回路に入力し、該駆動信号によって前記デジタル信号とは独立して前記出力回路を駆動する回路とを有する集積回路と、 前記外部回路と、 前記集積回路と前記外部回路に電源を供給する電源回路とを備える電子装置。 |
| 前記駆動信号入力端子と前記出力回路間に配置され、前記駆動信号に応じて複数の出力回路のうち少なくとも1つの前記出力回路に駆動信号を入力するカウンタを前記集積回路が備えることを特徴とする請求項7記載の電子装置。 |
| 受信した光信号を前記駆動信号に変換して駆動信号入力端子に入力する光信号受信部をさらに有することを特徴とする請求項7記載の電子装置。 |
| 集積回路の電源端子を介して、内部回路から入力されたデジタル信号の電圧値を規定の値にする出力回路に電源を供給し、 前記集積回路の駆動信号入力端子は外部からの駆動信号を受信し、 前記デジタル信号の入力信号とは独立して前記出力回路に該駆動信号を入力し、 前記集積回路が発生する電磁干渉を測定することを特徴とする集積回路の電磁干渉測定方法。 |
| 前記駆動信号入力端子と前記出力回路間に配置されたカウンタによって、前記駆動信号に応じて複数の出力回路のうち少なくとも1つの出力回路に前記駆動信号を入力することを特徴とする請求項10記載の電磁干渉測定方法。 |
本発明は、集積回路および集積回路のノ ズ測定方法に関する。
電子機器の電波放射の原因の一つに、プ ント基板に搭載した大規模集積回路(LSI:Large -Scale Integration )のクロックドライバ回路に る電磁干渉(EMI:electromagnetic interference)ノイズ がある。
近年のLSIの高速化により、クロック周波 は向上しており、クロック周波数が10MHzを えると、その高調波は容易に電波放射され ようになる。LSIでは、100MHz以上のクロック 波数が使用されるのが通常であり、LSIやプ ント基板からは電波が放射される。
図1は、
プリント基板に搭載されたLSIにより発生する
EMIノイズを示している。プリント基板11上に
LSI12が搭載され、LSI12にはスイッチ13が接続
れている。LSI12の動作時には、電源ピンノ
ズ21、22、信号ピンノイズ23、24、およびLSIパ
ッケージからの放射ノイズ25が発生する。
図2は、従来の電子装置における電源EMIノ イズの測定方法を示している。電子装置32は 電源端子41、クロック発振回路42、外部回路 43、およびLSI44を備え、LSI44は、内部回路51お び出力ドライバ回路52~56を備える。LSI44が正 常に動作すると、内部回路51は、クロック発 回路42からのクロック信号と、外部回路43か らの入力信号に従ってデジタル信号を生成し 、出力ドライバ回路52~56は、そのデジタル信 の電圧値を規定の値に保持しながら外部に 力する。
このとき、出力ドライバ回路52~56がON/OFFす
ことにより、電源端子41から供給される電源
電流が変化し、電源端子41にEMIノイズを発生
る。そこで、スペクトラムアナライザ31で
のノイズ波形のスペクトラム電圧の大小を
定することにより、電子装置32のEMIノイズ低
減能力を評価する。この場合のノイズ測定手
順は、以下の通りである。
(1)LSI44を動作させるための制御プログラム45
、パーソナルコンピュータ(PC)33から外部回
43に読み込む。外部回路43は、制御プログラ
45の指令に従って動作し、内部回路51との間
でデジタル信号をやり取りする。
(2)LSI44の正常動作確認後に、スペクトラムア
ライザ31の測定プローブを電源端子41に当て
、スペクトラム電圧を測定する。
LSI44単体でEMIノイズ評価を実施する場合も
図2と同様の構成が用いられる。この場合、
のような問題がある。
・LSI44のみの評価であっても、それを動作さ
るためにクロック発振回路42および外部回
43が必要である。
・LSI44の種類が変われば、外部回路43のため
専用の回路と基板が必要であり、相当なコ
トと工数が要求される。
・評価対象のLSI44のEMIノイズ以外に、クロッ
発振回路42および外部回路43のEMIノイズが発
生するため、評価精度が低下する。
・事前に制御プログラム45の読み込みが必要
ある。
下記の特許文献1は、半導体装置内に発生す
るノイズを測定するシステムに関し、特許文
献2は、発生ノイズ量を定量的にコントロー
することのできるデジタルノイズ発生回路
関する。
本発明の課題は、評価対象のLSI以外の回路
削減し、EMIノイズ測定を簡単かつ低コスト
実現することである。
図3は、本発明の集積回路の原理図である。
図3の集積回路は、入力端子101、内部回路102
出力回路103、駆動信号入力回路104、駆動信
入力端子105、および電源線106を備える。
入力端子101は、外部から電気信号を受け 。内部回路102は、その電気信号を基にデジ ル信号を生成し、そのデジタル信号を出力 号線に出力する。出力回路103は、デジタル 号の電圧値を規定の値にする。電源線106は 電源端子107から出力回路103へ電源を供給す 。駆動信号入力端子105は、外部からの駆動 号を受信し、駆動信号入力回路104は、その 動信号を出力回路103に入力し、駆動信号に ってデジタル信号とは独立して出力回路103 駆動する。
正常動作時において、内部回路102は、入 端子101から入力される電気信号を基にデジ ル信号を生成し、そのデジタル信号を出力 路103を介して出力信号線に出力する。出力 号線に出力されるデジタル信号の電圧値は 出力回路103により規定の値に保持される。
ノイズ測定時において、内部回路102は非 作状態になる。駆動信号入力回路104は、駆 信号入力端子105から入力される駆動信号を 力回路103に入力し、出力回路103を駆動する これにより、出力回路103のみが動作してEMI イズを発生する。
出力回路103は、例えば、後述する図5のバッ
ファ回路302に対応し、駆動信号入力回路104は
、例えば、AND回路301に対応する。
本発明によれば、駆動信号入力用の回路をL
SI内に設けることで、ノイズ測定のために内
回路を動作させる必要がなくなる。したが
て、ノイズ評価用の装置構成を簡素化する
とができ、コストが低下する。また、内部
路を動作させる必要がないため、周辺回路
らのEMIノイズが発生せず、精度の良い評価
可能になる。
このように、EMIノイズを低コストで精度 く測定できるので、個々のLSIや電子装置に して、EMI設計の良否判定を正確に行うこと 可能になる。その結果、装置設計者は、EMI 計の良否を基準として、LSIや電子装置を選 することができ、EMIノイズを削減する装置 計が可能になる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施
るための最良の形態を詳細に説明する。
実施形態のLSIは、正常動作することなくEMI
イズを発生する機能を有する。より具体的
は、EMIノイズの主な発生源となる出力ドラ
バ回路をON/OFFするための回路を、LSI本来の
能回路とは別に設ける。
図4は、このようなLSIの構成例を示してい る。電子装置201は、電源端子2111およびLSI212 備え、LSI212は、内部回路221、出力ドライバ 路222~226、電源線227、出力信号線228~232、駆動 信号入力端子233、クロック信号入力端子234、 出力端子235~238、および入力端子239~242を備え 。電源線227は、電源端子211から出力ドライ 回路222~226へ電源を供給する。
正常動作時において、クロック信号入力 子234にはクロック信号が入力され、入力端 239~242にはその他の信号が入力され、駆動信 号入力端子233には、所定の制御信号が入力さ れる。内部回路221は、クロック信号入力端子 234および入力端子239~242から入力された信号 従ってデジタル信号を生成し、そのデジタ 信号を出力ドライバ回路222~226を介して出力 号線228~232に出力する。
出力ドライバ回路222~226は、例えば、図5 示すように、AND回路301およびバッファ回路30 2から構成される。AND回路301は、内部回路221 らのデジタル信号と、駆動信号入力端子233 らの制御信号の論理積を出力し、バッファ 路302は、AND回路301の出力信号の電圧値を規 の値に保持しながら出力する。正常動作時 は、駆動信号入力端子233に論理“1”の制御 号を入力することで、内部回路221からのデ タル信号を出力信号線に出力することがで る。
なお、図4の構成では5個の出力ドライバ 路が設けられているが、一般には、出力信 のビット数と同じ数の出力ドライバ回路が けられる。例えば、32ビットの出力信号を生 成するLSIの場合、32個の出力ドライバ回路が けられる。
図6は、図4のLSIのノイズ測定方法を示し いる。ノイズ測定時においては、内部回路22 1には電源は供給されず、出力ドライバ回路22 2~226には電源が供給される。駆動信号入力端 233には信号発生器402が接続され、信号発生 402が発生する駆動信号は、駆動信号入力端 233を介して出力ドライバ回路222~226に入力さ れる。駆動信号としては、例えば、正常動作 時のクロック信号と同じ周波数の信号が入力 される。
このとき、内部回路221の出力信号は、例 ば、不図示のプルアップ回路により論理“1 ”に固定され、図5のAND回路301は、駆動信号 力端子233からの駆動信号をバッファ回路302 出力する。したがって、バッファ回路302は 内部回路221の出力信号の代わりに、駆動信 により駆動される。
このように、バッファ回路302の入力側にA ND回路301を設けることで、LSI212を正常動作さ ることなく、出力ドライバ回路222~226のみを 動作させることができる。EMIノイズは、主と してバッファ回路302のON/OFF動作時に発生する ため、バッファ回路302をクロック信号と同じ 周波数で駆動することで、電源端子211や出力 信号線228~232に、正常動作時と同等のEMIノイ を発生させることができる。発生したEMIノ ズは、スペクトラムアナライザ401等の測定 により測定される。
このような構成によれば、従来のノイズ測
と比較して、次のような効果が得られる。
・LSIの正常動作に必要となる、クロック発振
回路および外部回路が不要なため、評価用の
簡単なプリント基板による低コストのEMIノイ
ズ評価が可能になる。
・LSIの正常動作のための制御プログラムが不
要なため、評価工数が削減される。
・クロック発振回路および外部回路からのEMI
ノイズが発生しないため、精度の良い評価が
可能になる。
図7は、LSI内に駆動信号発生用の発振回路 を内蔵した構成例を示している。LSI501は、内 部回路221、出力ドライバ回路222~226、出力信 線228~232、クロック信号入力端子234、出力端 235~238、入力端子239~242、発振回路511、およ 外部端子512を備える。内部回路221、出力ド イバ回路222~226、および発振回路511には、不 示の電源線により電源端子211から電源が供 される。
発振回路511は外部端子512に接続され、外 端子512はスイッチ502を介してグラウンドに 続される。発振回路511は、スイッチ502をON すると動作し、スイッチ502をOFFにすると停 する。したがって、外部端子512は、図6の駆 信号入力端子233と同様の役割を果たす。発 回路511から出力される発振信号は、駆動信 として出力ドライバ回路222~226に入力される 。
内部回路221への電源供給を停止した状態 、スイッチ502をONにして発振回路511を動作 せると、出力ドライバ回路222~226に駆動信号 入力される。これにより、図6の場合と同様 にして、出力ドライバ回路222~226のみが動作 、電源端子211や出力信号線228~232にEMIノイズ 発生する。
この構成によれば、図6に示した信号発生器
402が不要になり、スイッチ502の設定のみでEMI
ノイズを発生させることができる。
図8は、光信号から駆動信号を生成する構成
例を示している。LSI601は、内部回路221、出力
ドライバ回路222~226、出力信号線228~232、クロ
ク信号入力端子234、出力端子235~238、入力端
子239~242、プルアップ抵抗611、増幅回路612、61
3、および駆動信号入力端子614を備える。内
回路221、出力ドライバ回路222~226、および増
回路612、613には、不図示の電源線により電
端子211から電源が供給される。
駆動信号入力端子614には、EMIノイズを発 させないように、フォトトランジスタ等の センサ602が接続される。内部回路221への電 供給を停止した状態で、光センサ602に赤外 パルス等の断続光を照射すると、光センサ6 02は、その断続光をパルス信号に変換して駆 信号入力端子614に入力する。そのパルス信 は、増幅回路612および613により増幅されて 出力ドライバ回路222~226に入力される。これ により、図6の場合と同様にして、出力ドラ バ回路222~226のみが動作し、電源端子211や出 信号線228~232にEMIノイズが発生する。
この構成によれば、駆動信号としての電 信号が不要になり、それによる電波放射を くすことができる。なお、駆動信号入力端 614に、光センサ602の代わりにパルス信号を 続してもよい。
図9は、駆動信号を発生するための光セン サをLSIパッケージ内、あるいはチップ内に設 けた構成例を示している。LSI701は、内部回路 221、出力ドライバ回路222~226、出力信号線228~2 32、クロック信号入力端子234、出力端子235~238 、入力端子239~242、プルアップ抵抗711、光セ サ712、および増幅回路713を備える。内部回 221、出力ドライバ回路222~226、および増幅回 713には、不図示の電源線により電源端子211 ら電源が供給される。
この場合、光センサ712に光を照射できる うに、LSI701のパッケージには、光が透過す 材料を使用するか、または、光センサ712の 分に穴を開けた構造を採用する。光センサ7 12としては、例えば、フォトダイオードが用 られる。
内部回路221への電源供給を停止した状態 、光センサ712に赤外線パルス等の断続光を 射すると、パルス信号が発生し、そのパル 信号は増幅回路713により増幅されて、出力 ライバ回路222~226に入力される。これにより 、図6の場合と同様にして、出力ドライバ回 222~226のみが動作し、電源端子211や出力信号 228~232にEMIノイズが発生する。
この構成によれば、光センサをLSIと一体化
ることにより、外部の光センサと光センサ
続用の外部端子が不要になる。
図10は、駆動信号を電波として入力する構
例を示している。LSI801は、内部回路221、出
ドライバ回路222~226、出力信号線228~232、クロ
ック信号入力端子234、出力端子235~238、入力
子239~242、ループアンテナ811、および増幅整
回路812を備える。内部回路221、出力ドライ
回路222~226、および増幅整形回路812には、不
図示の電源線により電源端子211から電源が供
給される。
ループアンテナ811は、チップ内のループパ
ーンやBGA(Ball Grid Array )パッケージのパタ
ンにより形成される。
内部回路221への電源供給を停止した状態で
ループアンテナ811に断続した電波や磁界を
射すると、電波や磁界がループアンテナ811
受信され、パルス信号が発生する。そのパ
ス信号は、増幅整形回路812により増幅され
形されて、出力ドライバ回路222~226に入力さ
れる。これにより、図6の場合と同様にして
出力ドライバ回路222~226のみが動作し、電源
子211や出力信号線228~232にEMIノイズが発生す
る。
この構成によれば、パッケージ材料として
常のモールドを用いることができるため、
9の場合より低コストで実現可能となる。
図11は、図4のLSI212から発生するEMIノイズの
イズスペクトラムの測定方法を示している
ノイズ測定時に、信号発生器901を駆動信 入力端子233に接続し、信号発生器901が発生 る駆動信号の周波数をスイープさせる。こ 場合、例えば、出力ドライバ回路222~226が動 作可能な周波数10~100MHzの範囲で、周波数がス キャンされる。
そして、スペクトラムアナライザ401によ 、発生したEMIノイズのノイズスペクトラム 測定し、その包絡線902を評価する。スペク ラムアナライザ401をmaxholdに設定してEMIノイ ズを測定すれば、スキャンされた範囲のすべ ての周波数のノイズ成分を測定することがで きる。
汎用LSIの動作周波数は電子装置の設計仕 により異なる場合があるが、このようなノ ズ測定方法によれば、どの周波数で使用さ た場合でもノイズ低減能力の評価が可能に る。
ところで、以上説明した構成では、すべ の出力ドライブ回路に対して同一の駆動信 を入力しているが、それぞれの出力ドライ 回路に異なる周波数の駆動信号を入力して よい。
図12は、このようなLSIの構成例を示して る。LSI1001は、図4のLSI212において、駆動信号 入力端子233と出力ドライバ回路222~226の間に2 カウンタ1011を設けた構成を有する。この場 合、2進カウンタ1011に対しても、不図示の電 線により、電源端子211から電源が供給され 。
駆動信号入力端子233は、2進カウンタ1011 入力端子1021に接続され、2進カウンタ1011の 力端子1022~1026は、それぞれ出力ドライバ回 222~226の入力端子に接続される。
内部回路221への電源供給を停止した状態で 駆動信号入力端子233に信号発生器402を接続 、2進カウンタ1011に駆動信号を入力する。 のとき、2進カウンタ1011の出力端子1022~1026か ら、それぞれ、入力信号の1/16、1/8、1/4、1/2 1/1の周波数の駆動信号が出力される。これ より、出力ドライバ回路222~226のバッファ回 302がON/OFFするタイミングの組み合わせは、2 5 =32通りとなり、複雑なEMIノイズを発生させる ことができる。
なお、出力端子1022~1026の少なくとも1つを 、出力ドライバ回路222~226の少なくとも1つに 択的に接続して、出力ドライバ回路222~226の 一部にEMIノイズを発生させることも可能であ る。
図7~図10の構成においても、図12の構成と 様に、出力ドライバ回路222~226の入力側に2 カウンタ1011を設ければ、複雑なEMIノイズを 生させることができる。
図13は、複数のダイを含むLSIの例を示し いる。LSI1101はダイ1111~1114を含み、それぞれ ダイは、図4、図7~図10、および図12に示した いずれかのLSIと同様の回路を含む。例えば、 それぞれのダイが図4の内部回路221および出 ドライバ回路222~226を含む場合、LSI1101に設け られた単一の電源端子からそれぞれのダイへ 電源線が配線され、単一の駆動信号入力端子 からそれぞれのダイへ駆動信号が入力される 。
LSI1101に含まれるダイの数は4個に限られ わけではなく、任意の数のダイを設けるこ ができる。
