JPH01237467A - 半導体装置の伝播遅延時間測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高速度演算ＩＣの伝播遅延時間（演算時間やアクセスタ
イム）を測定する回路に関し、極く簡単な回路構成で、
測定上の誤差少なく、伝播遅延時間を正確に測定するこ
とを目的とし、ＩＣチップ内に論理ゲートにて構成され
る測定回路を組込み、測定回路にて、被測定回路への入
力パルスのタイミングに対応したタイミングをもつパル
スと、被測定回路からの出力パルスのタイミングに対応
したタイミングをもつパルスとのオアをとった測定用パ
ルス信号を得る構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高速度演算ＩＣの伝播遅延時間を測定する回
路に関する。

ＩＣの演算時間は近年具々高速度化の一途を辿リ、メモ
リ素子の研究ではアクセスタイムが１ｎｓ以下のものが
開発されている。この場合、演算時間が高速度になる程
、測定上の誤差が測定結果に及ぼず影響は大きくなる、
。

このような現状に鑑み、高速度演ＩＩＣの伝播遅延時間
を誤差なく、正確に測定することが必要である。

〔従来の技術〕

第５図は従来の伝播遅延時間測定方法の一例を説明する
図を示す。同図（Ａ）中、１はパルサで、チャンネル１
　（ＣＩ−１１）、２　（ＣＩ−（２＞から夫々パルス
を出力する。２は被測定ＩＣで、伝播遅延時間を測定さ
れる回路を右するＩＣデツプ３が設けられている。４は
オシロスコープで、表示波形より目視でＩＣチップ３の
伝播遅延時間Δｔｄを測定する。

第５図（Ａ＞において、パルサ１のチャンネルＣＨＩか
ら出力されたパルスは同軸ケーブル５１、被測定ＩＣ２
のソケットピン６１、パッケージリード７１、ボンディ
ングワイヤ８１を介してＩＣチップ３に供給され、ここ
から出力されたパルスはボンディングワイヤ８２、パッ
ケージリード７２、ソケットピン６２、同軸ケーブル５
２を介してオシロスコープ４のチャンネルＣＩ−１１に
供給され、ここに波形ａとして表示される。一方、後述
の方法によって得られた、パル４ノ１のチャンネルＣＩ
−１２から出力されたパルスは同軸ケーブル９を介して
直接オシロス」−プ４のチャンネルＣＨ２に供給され、
ここに波形すとして表示される。

オシロス」−プ４に表示された波形すの立上りから波形
すの立上りまでの時間Δｔｄを目視で測定することによ
り、ＩＣチップ３の伝播遅延時間を知り得る。

ところで、第５図（Ａ）のオシロス」−プ４に表示され
る波形すは次の第５図（Ｂ）に示す方法ににって得られ
る、１第５図（Ｂ）中、パルサ１、オシロスコープ４、
同軸ケーブル５＋　、　５２　、９は夫々同図（Ａ）に
示ずものと同じである。１０は波形較正用ＩＣで、回路
は設（プられておらず、単にスルーとされたＩＣデツプ
１１が設けられている。ここで、第５図（Ｂ）において
、パルサ１のチャンネルＣ１−１１から出力されたパル
スは同軸ケーブル５１、ＩＣ１０のソケットピン１２１
、パッケージ１３１、ボンディングワイヤ１４１、スル
ーのＩＣデツプ１１、ボンディングワイヤ１／Ｉ２、パ
ッケージリード１３２、ツクーツ１−ピン１２２を介し
てオシロスコープ４に供給され、ここに波形Ｃとして表
示される。つまり、波形Ｃは第５図（Ａ）に示すＩＣデ
ツプ３のように回路で演算されて得られた波形ではなく
、スルーで取出された波形であり、第５図（Ａ）に示す
波形ａよりも■Ｃチップの回路の演算時間Δｔｄだけ早
く立上る波形である。

ここで、第５図（Ｂ）において、オシロスコープ４に表
示されている波形Ｃ＠視ながら、パルサ１のチャンネル
ＣＨ２からオシロスコープ４のチャンネルＣｌ−１２に
供給されるパルスの波形すの立上りタイミングを波形Ｃ
の立上りタイミングに合わせる。これは、パルサ１のチ
ャンネルＣＨ２の出力タイミングを調整することによっ
てなされる（パルサ１の較正）。第５図（Ｂ）において
オシロスコープ４に波形すが表示されている状態で、Ｉ
Ｃｌ０を第５図（Ａ＞に示すＩＣ２と入れ換えてチャン
ネルＣＩ−１１に供給されるパルスの波形ａを表示させ
る。これにより、オシロス」−ブ４のチャンネルＣｌ−
１１には被測定回路を設りられたＩＣデツプ３を通った
波形ａ、チャンネルＣＨ２には被測定回路を設けられて
いないスルーのＩＣデツプ１１を通った波形すが表示さ
れ、波形すの立上りから波形ａの立上り迄の時間差を見
れば、ＩＣチップ３の伝播遅延時間△ｔｄを測定できる
。このように、現在では半導体装置におけるＩＣの伝播
遅延時間を測定する方法としては、第５図に示す方法が
一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の方法は、チャンネルＣＨ１及びＣＨ２という
２つのパルスを用いているため、パルサ１のチャンネル
ＣＨ１、ＣＨ２間におけるタイミング誤差が測定時間に
悪影響を及ぼす問題点があった。又、第５図（Ｂ）にお
いて、波形すを波形Ｃに合わせる時にオシロス］−１４
による目視誤差があり、これが測定時間に悪影響を及ぼ
す問題点があった。

これ以外にも以下に説明するような問題点がある。パル
サ１のチャンネルＣＨ１から出力されたパルスがＩＣ２
又はＩＣｌ０に入力される迄の時間（同軸ケーブル５１
の伝播時間）をｉｔ＋、ＩＣ２の演算時間を［ｄ、ＩＣ
１０のスルーの時間をΔｔ、ＩＣ２又はＩＣｌ０から出
力されたパルスがオシロスコープ４のチャンネルＣＨ１
に入力される迄の時間（＠軸ケーブル５２の伝播時間）
をｔｔ２とすると、Ｉ　Ｃ２（１）ｊＪＩ合ハ（’ｊｔ
　＋　＋ｔｄ＋ｊｃ２）なる時間を要し、−力−のＩＣ
１０の場合は（ｔｊ！、１＋Δｔ＋ｔＬ２’）なる時間
を要する。

この２つの場合の夫々の波形の立上り時開差をオシロス
コープ４によって測定するのであるから、ぞの差の時間
は（ｔ４　＋　−１−ｔｄ−１−ｔｔ　２）　−゛（ｊ
Ｌ＋　＋Δｔ　十’ｔｌ　２　）　＝ｔｄ−八ｔとへり
、本来ＩＣ２の伝播遅延時間ｔｄを測定するところを時
間（ｔｄ−Δｔ）を測定していることになり、スルーワ
イヤによるΔｔの誤差時間を生じている。

この誤差時間Δｔは例えば５０ｐｓ程度であるので、例
えば演算時間が１０，０ＯＯｐｓ程度の比較的低速度の
ＩＣではそれ程問題とならないが、演算時間が例えば５
００ｐｓ程度の比較的高速度のＩＣでは無視できない値
となり、正確な伝播遅延時間を測定できない問題点があ
った。

そこで、前述した様な種々の誤差少なく、比較的正確な
伝播遅延時間を測定できる回路として、半導体装置の分
野ではなく、超伝導の分野で用いられているジョセフソ
ン素子にて構成された伝播遅延荷量測定回路が知られて
いる。ジョセフソン素子は高速度演算素子であるので、
伝播遅延時間を高精度に測定する必要がある。

第６図はジョセフソン素子を用いた従来の測定回路の回
路図、第７図はその動作タイミングチャートを示す。同
図中、２０はジョセフソン素子にて構成された被測定回
路２１はジョセフソン素子にて構成された測定回路であ
る。端子２２に入来した入力パルスＩＮ（第７図（Ａ）
）は被測定回路２０を介して出力パルスＯＵＴ　（第７
図（Ｂ））として取出される一方、バイアス源にクロッ
クＣＬＫＩ　（第７図（Ｃ））をもつアンドゲート２３
に供給されてここでクロックＣＬＫＩとアンドをとられ
、パルスＡ（第７図（Ｅ））が取出される。

この場合、ジョセフソン素子はラッチ素子であるので、
アンドゲート２３の出力はり［１ツクＣＬ　Ｋ１がＬレ
ベルになるまでＨレベルを保持する。−方、被測定回路
２０の出力パルスＯＵＴはバイアス源にクロックＣＬＫ
２　（入力パルスＩＮと同じ周期であり、クロックＣＬ
、　Ｋ　１の２倍の周波数をもつ）（第７図（Ｄ））を
もつアンドゲート２４に供給されてここでクロックＣＬ
Ｋ２とアンドをとられ、パルスＢ（第７図（Ｆ））が取
出される。

パルスＡ及びパルスＢはバイアス源にクロックＣＬＫ２
をもつオアゲート２５に供給されてオアをとられ、パル
スＣ（第７図（Ｇ））が取出される。ここで、パルスＣ
をオシロスコープ（図示せず）に入力させ、クロックＣ
ＬＫ２と同期したパルスをトリガにしてパルスＣの波形
をスィーブさせると第８図に示すようにパルスＣの波形
Ｃ１とＣ２とを重ねて表示できる。この場合、トリガタ
イミングを基準にすると、第１トリガから波形Ｃ１の立
上り迄の時間と、第２トリガから波形Ｃ２の立上りまで
の時間との差が被測定回路２０の伝播遅延時間を示して
おり、従って、第８図中波形Ｃ１の立上りから波形Ｃ２
の立上りまでの時間が伝播遅延時間となる。

このものは、第５図に示すようにパルサ１による２つも
のパルスを必要とせず、又、第５図（Ｂ）に示すような
オシロスコープ４による２つの波形のタイミングを目視
的に合わせる必要もなく、更に、第５図（Ｂ）において
説明したような誤差時間Δｔもないため、第５図に示す
方法よりは正確に伝播遅延時間を測定できる。

然るにこのものは、ゲート２３〜２５にクロックＣＬＫ
１．ＣＬＫ２を必要とし、回路を小形に、低コストに構
成できず、又、オシ［］スコープ４において２つの波形
をスイープさせる舌の動作が必要であり、測定が簡単で
ない問題点があった。

本発明は、極く簡単な回路構成で、測定十の誤差少なく
、伝播遅延時間を正確に測定できる半導体装置の伝播遅
延時間測定回路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

第１図は本発明の原理図を示す。同図中、３１はＩＣデ
ツプ、３１ａは伝播遅延時間を測定される被測定回路で
ある。３１ｂは論理ゲートにて構成される測定回路で、
ＩＣチップ３１内に組込まれており、被測定回路３１ａ
への入力パルス（ＩＮ）のタイミングに対応したタイミ
ングをもつパルスと、被測定回路３１ａからの出力パル
ス（ＯＵＴ）のタイミングに対応したタイミングをもつ
パルスとのオアをとった測定用パルス信号を得る１゜〔
作用〕 入力パルス（ＩＮ＞のタイミングに対応したタイミング
をもつパルスと、出力パルス＜　ｏ　ｕ　−ｒ　＞のタ
イミングに対応したタイミングをもつパルスどの間の時
間差を測定すれば、被測定回路３１ａの伝播遅延時間を
知り得る。この場合、入力パルス（ＩＮ）はパル」」−
から１種類（チャンネルＣ）−１１）出力するだ１ノで
よく、パル４ノの各チャンネルＣＨ１、ＣＨ２間に生じ
る時間的誤差の問題はなく、又、被測定回路を右するＩ
Ｃの波形とスルーのＩＣの波形とをオシロス」−ブにて
波形合わせする必要がなく、視度誤差の問題１：）ない
。又、被測定回路を右づ−るＩＣとスルーのＩＣとを入
れ換えた詩に生じる誤差（前述のΔｔ）もない。一方、
ジョセフソン素子を用いた測定回路のようなバイアス源
としてのクロックを必要としないので回路を簡単に構成
でき、又、オシロスコープによる２つの波形のスイープ
も必要ないので測定が簡単である３゜ Ｃ実施例〕 第２図は本発明回路の−・実施例の概略構成図を示す。

同図中、３０はパルサで、チャンネルＣＨ１からパルス
を出力する。パルづ３０からのパルスは１つしか必要と
しない、３１はＩＣチップで、被測定回路３１ａ及び測
定回路３１ｂが形成されている。３２はオシロスコープ
で、Ｉｃチップ３１から出力されるパルスの波形Ｓ１と
８２との時間差を目視で測定する。

第３図は第２図中測定回路３１ｂの具体的回路図を示し
、第４図はその動作タイミングヂャートを示す。第２図
において、パル」ノ３０のチャンネルＣＨ１から出力さ
れたパルスは同軸ケーブル４、０　＋を介してＩＣチッ
プ３１の被測定回路３１ａ及び測定回路３１ｂに供給さ
れ、測定回路３１ｂでは第３図に示す端子３３に供給さ
れる。端子３３に入来した入力パルスＩＮ（第４図（Ａ
））はそのままパルスＣ（第４図（Ｃ））としてアンド
グー１〜３４に供給される一方、インバータ３５にて反
転されてパルスｄ（第４図（Ｄ））（インバータ３５の
Ｒ延分遅れて出力される）どされてアンドグー１〜３４
に供給され、アンドグー１〜３４にてアンドをとられて
パルスｅ（第４図（Ｆ））（アンドグー１〜３４の遅延
分遅れて出力される）とされる。

一方、被測定回路３１ａにお（プる演算によって出力パ
ルスＯＵＴ（第４図（Ｂ））（第４図（Ａ＞に示す入力
パルスＩＮより演算時間だけ匠延されている）は測定回
路３１ｂの端子３６に供給される。端子３６に入来した
出力パルス０ＵＴ（第４図（Ｂ））はそのままパルスｇ
（第４図（Ｇ））としてアンドグー１〜３７に供給され
る一方、インバータ３８にて反転されてパルスｆ（第４
図（「））（インバータ３８の遅延時間分圧れて出力さ
れる）とされてアンドグー１〜３７に供給され、アント
ゲ−１へ３７にてアンドをとられてパルスｈ（第４図（
＋−１））（アンドゲート３７の遅延分遅れて出ツノさ
れる）とされる、。

パルスｅとパルスｈとはオアゲート３９にてオアをどら
れてパルスｉ（第４図（１））（オアゲート３９の遅延
分遅れて出力される）とされ、同軸ケーブル４０２を介
してオシロスコープ３２のチャンネルＣＨＩに供給され
、ここに表示される。

ここで、パルスｉの波形Ｓ＋の立上りタイミングは入力
パルスＩＮの立上りタイミングに対応している一方、波
形Ｓ２の立上りタイミングは出力パルスＯＵＴの立上り
タイミングに対応しているので、波形Ｓ１の立上りから
波形Ｓ２の立上り迄の時間を目視で測定することにより
、ＩＣチップ３１の被測定回路３１ａの伝播遅延時間を
知ることができる。この場合、入力パルスＩＮの立上り
からパルスｅＪｆｉ得られる迄の間の遅延時間と出力パ
ルスＯＵＴの立上りからパルスｈが得られる迄の間の遅
延時間とは、両経路に同じ回路を用いているので同じで
あり、この遅延時間は求める伝播遅延時間の測定に何ら
関与しない。

本実施例では、パルサ３０からのパルスはチャンネルＣ
１４１の１つのパルスしか用いていないので、第５図に
示す従来例のようなパルサのチャンネル間におけるタイ
ミング誤差は関係なく、又、従来例の第５図（Ｂ）にお
けるようなオシロスコープ上での目視による波形合わせ
の必要がないので、目視誤差はなく、これにより、従来
例に比して伝播遅延時間を正確に測定できる。更に、第
５図に示す従来例のように被測定回路を有するＩＣとス
ルーのＩＣとを入れ換えて測定しているのではないため
、従来例のようなスルーワイヤによる誤差時間△［は関
係ない。

一方、本実施例では第６図に六すジョセフソン素子を用
いた測定回路と異なり、ラッチのためのバイアス源つま
りクロックＣ１，に１、ＣＩＫ２を必要とゼｆ、回路を
極く簡単に、低コストに構成できる。又、第６図に示す
回路のようにオシロスコープに２つの波形を供給してこ
れらをスイープさせる必要がなく、測定が＠甲である。

なお、端子３３に１９られた入力パルスと端子３６に得
られた出力パルスとを夫々同軸ケーブルを介してオシロ
ス」−ブのチャンネルＣｌ−１１、Ｃｌ−１２に供給し
て２つの波形を表示させ、その立上りタイミング差を測
定してもＩＣの伝播遅延時間を知ることができるが、こ
のようにすると、Ａシ［１スコープのチャンネルＣＨ１
に対する特性とヂヤンネルＣｌ−１２に対する特性との
差がそのまま誤差となって測定結果に影響を及ぼし、又
、同軸ケーブルを２つ用いるので、その長さ調整やイン
ピーダンス調整が台ずかしく、これらの叩出がら好まし
くない。

又、第２図に示す如く、測定回路３１ｂをＩＣブップ３
１内に組込む理由は、測定回路３ｊｂを外部に置くと被
測定回路３１ａから測定回路３１ｂまでに夫々長いケー
ブルを必要どし、その長さ調整やインピーダンス調整が
むヂかしく、本実施例のようにすれば、端子３３からイ
ンパーク３５゜アンドゲート３４迄の距離及び端子３６
からインバータ３８、アンドグー１〜３７までの路間を
μｍ単位で微細に形成でき、誤差を極く小さくすること
ができるからである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、入力パルスは１種
類でにいので、従来例に比してパルサの各チャンネル間
の時間誤差に関係なく、又、従来例のようなオシロスコ
ープ上での波形合わせが必要ないので、オシロスコープ
の視度誤差をなくし得、更に、従来例のような被測定回
路を有するＩＣとスルーのＩＣとの入れ換えによって生
じる誤差もなく、これらの理由から従来例に比して高速
度ＩＣに対しても正確に伝播遅延時間を測定できる。又
、ジョセフソン素子を用いた従来の測定回路に比してク
ロックを必要とぜず、このために回路を小形に、低コス
トに構成でき、更に、オシロスコープによる２つの波形
のスィーブを行なう必要がなく、測定が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明回路の一実施例の概略構成図、第３図は
第２図中測定回路の具体的回路図、第４図は第３図に示
す回路の動作タイミングチャート、 第５図は従来の測定方法を説明する図、第６図はジョセ
フソン素子を用い１＝従来の測定回路の回路図、 第７図は第６図に示す回路の動作タイミングチャート、 第８図は第６図に示す回路によりオシロスコープで得ら
れる波形を示す図である。 図において、 ３０はバルサ、 ３１はＩＣチップ、 ３１ａは被測定回路、 ３１ｂは測定回路、 ３２はオシロスコープ、 ３３は入力パルス入力端子、 ３４．３７はアンドゲート、 ３５．３８はインバータ、 ３６は出力パルス入力端子、 ３つはオアゲート、 ４０＋、４０ｚは同軸ケーブル を示す。 （Ａ） ヵ２工よ１１□あ。ｘｓｈａ□　　　（１）第３図 ヒー　伝播遅延時間　−−１ ！　　　　　（演算時間）　　　　　！第３図に示す回
路の動作タイミングチャート第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ＩＣチップ（３１）から出力される測定用パルス信号
   のパルスタイミングから、該ＩＣチップ（３１）の被測
   定回路（３１ａ）の伝播遅延時間を測定する半導体装置
   の伝播遅延時間測定回路において、 上記ＩＣチップ（３１）内に論理ゲートにて構成される
   測定回路（３１ｂ）を組込み、 該測定回路（３１ｂ）にて、上記被測定回路（３１ａ）
   への入力パルス（ＩＮ）のタイミングに対応したタイミ
   ングをもつパルスと、上記被測定回路（３１ａ）からの
   出力パルス（ＯＵＴ）のタイミングに対応したタイミン
   グをもつパルスとのオアをとった測定用パルス信号を得
   る構成としてなることを特徴とする半導体装置の伝播遅
   延時間測定回路。