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JP2012222192A - Semiconductor integrated circuit and malfunction prevention method - Google Patents

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JP2012222192A
JP2012222192A JP2011087252A JP2011087252A JP2012222192A JP 2012222192 A JP2012222192 A JP 2012222192A JP 2011087252 A JP2011087252 A JP 2011087252A JP 2011087252 A JP2011087252 A JP 2011087252A JP 2012222192 A JP2012222192 A JP 2012222192A
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JP
Japan
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power supply
determination
limit value
ring oscillator
semiconductor integrated
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Withdrawn
Application number
JP2011087252A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Tsuji
伸広 辻
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide means capable of monitoring a power supply state during a real system operation.SOLUTION: A semiconductor integrated circuit comprises: an oscillator 14; a ring oscillator 11 having an oscillating frequency varying depending on a power supply voltage; an interval timer 13 measuring a predetermined determination period based on a signal of the oscillator 14; a frequency measurement counter 12 measuring an oscillating frequency oscillated by the ring oscillator 11 during the determination period; a nonvolatile memory 15 holding an upper limit value and a lower limit value of the oscillating frequency; and a voltage determination circuit 16 determining whether the oscillating frequency measured by the counter is within a range of a determination code of an upper limit voltage/lower limit voltage held by the nonvolatile memory 15 to output the determination result.

Description

本発明は、半導体集積回路内の誤動作防止に関し、所定の部位の電源電圧を観測する手段を有し、その電圧データに基づき、誤動作を防止する半導体集積回路に関する。   The present invention relates to prevention of malfunction in a semiconductor integrated circuit, and relates to a semiconductor integrated circuit having means for observing a power supply voltage at a predetermined portion and preventing malfunction based on the voltage data.

近年の半導体集積回路は、プロセスの微細化、低電圧化、消費電力の増加に伴い、半導体集積回路に対する電源の精度が求められてきており、電源監視の重要性が高まっている。
そのための電源監視方法としては、基板上、もしくは半導体チップ内に電源監視用の回路(主にアナログ回路で構成される)を設け、設定した電圧範囲を下回る場合にリセット等をかけることで、システムの安全性を確保しようとしていたが、下記の問題点が生じることとなった。
近年の半導体集積回路は電源供給源が複数あり、全ての電源供給源に対し電源電圧監視回路を設けると、面積が増大し、チップコストが増大する。また、主にアナログ回路で構成されるため、マスクレイアウト時の柔軟性が低くなる。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits have been required to have power supply accuracy with respect to the semiconductor integrated circuit as process miniaturization, voltage reduction, and power consumption increase, and the importance of power supply monitoring is increasing.
As a power supply monitoring method for that purpose, a circuit for power supply monitoring (mainly composed of analog circuits) is provided on the substrate or in the semiconductor chip, and when the voltage falls below the set voltage range, the system is reset. However, the following problems occurred.
A semiconductor integrated circuit in recent years has a plurality of power supply sources, and if power supply voltage monitoring circuits are provided for all the power supply sources, the area increases and the chip cost increases. In addition, since it is mainly composed of analog circuits, flexibility during mask layout is reduced.

半導体集積回路においては、チップ内部で発生するスイッチングノイズや外来の電磁波による意図外のノイズによる電源変動が予想され、電源供給源の電源監視だけでは不十分である。また、半導体集積回路の電圧保証範囲に対し、設計条件・出荷検査スペックはチップ面内で生じる電圧降下量も加味して設定されるが、各回路動作はユーザの動作設定状態に依存するところが大きく、確実に保証できるとは限らなくなってきている。   In a semiconductor integrated circuit, power fluctuation due to unintended noise due to switching noise generated inside the chip or external electromagnetic waves is expected, and it is not sufficient to monitor the power supply of the power supply source alone. In addition, the design conditions and shipment inspection specifications for the voltage guarantee range of semiconductor integrated circuits are set in consideration of the amount of voltage drop that occurs on the chip surface, but each circuit operation largely depends on the user's operation setting state. However, it can no longer be guaranteed.

例えば、特許文献1には、微少な電源電圧の降下量を半導体集積回路の面積を余り増大させずに、簡単な方法で精度よく測定する半導体集積回路及び電源電圧降下量の測定方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor integrated circuit and a method for measuring a power supply voltage drop amount that accurately measure a slight power supply voltage drop amount by a simple method without significantly increasing the area of the semiconductor integrated circuit. ing.

図11は、特許文献1に開示された半導体集積回路の構成を示す図である。この技術は、図11に示されているように、電源電圧降下量測定用の発振回路(RingOSC)をチップ面内に複数個配置する。このRingOSCのクロック出力を外部に出力させるための選択回路を設け、テスタにてこの出力を測定することで、精度よく電圧降下量を調べるという発明である。また、この技術は、出荷工程の試験で使うことを目的としている。
具体的には、最初に、上記RingOSCを除く他の部分は動作させない"非動作状態"において、図12に示すように配置した全てのRingOSCの電源電圧に対する周波数特性を調べる。次に、"動作状態"において同様に全てのRingOSCの電源電圧に対する特性を調べる。この"非動作状態"、"動作状態"で調べた特性情報を元に、図13に示すように周波数変動量を電源変動量に換算し、チップ面内で生じている電圧降下量を精度よく測定する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the semiconductor integrated circuit disclosed in Patent Document 1. In FIG. In this technique, as shown in FIG. 11, a plurality of oscillation circuits (RingOSC) for measuring a power supply voltage drop amount are arranged on a chip surface. In this invention, a selection circuit for outputting the RingOSC clock output to the outside is provided, and this output is measured by a tester, whereby the voltage drop amount is accurately checked. This technology is also intended for use in shipping process testing.
Specifically, first, in the “non-operating state” in which the other parts except the RingOSC are not operated, the frequency characteristics with respect to the power supply voltages of all the RingOSCs arranged as shown in FIG. 12 are examined. Next, the characteristics of all RingOSCs with respect to the power supply voltage are similarly examined in the “operating state”. Based on the characteristic information examined in the “non-operating state” and “operating state”, the frequency fluctuation amount is converted into the power source fluctuation amount as shown in FIG. taking measurement.

特開2004−146612号公報JP 2004-146612 A

特許文献1の発明は、チップ面内における電圧降下量を製品の出荷工程で、小面積で精度よくスクリーニングするための手段であり、製品出荷後の実システムにおいて電源状態を監視し、必要なフェイルセーフ処理(CPU等への異常通知)を行うことはできない。
しかしながら、実システムにおいては、前述したようにノイズ等の外的要因により半導体集積回路に供給される電圧が製品の保証範囲を下回ることが想定されるため、出荷工程で電圧降下量を測定しスクリーニングするだけでは不十分である。従って、実システム動作中に電源状態を監視できる構成が望まれる。
The invention of Patent Document 1 is a means for accurately screening a voltage drop amount in a chip surface in a product shipping process in a small area, monitoring a power supply state in a real system after product shipment, and a necessary fail. Safe processing (abnormality notification to the CPU or the like) cannot be performed.
However, in an actual system, the voltage supplied to the semiconductor integrated circuit is assumed to be below the guaranteed range of the product due to external factors such as noise as described above. Doing it is not enough. Therefore, a configuration capable of monitoring the power supply state during actual system operation is desired.

本発明に係る半導体集積回路の一態様は、クロック発振器、リング発振器、インターバルタイマ、カウンタ、メモリ、及び判定部を備える。クロック発振器は、例えば、水晶発振器のように電圧特性の影響を受けにくく、安定した周期のクロックを供給できる発振器である。リング発振器は、電源電圧に応じて発振周波数が変化する発振器である。インターバルタイマは、クロック発振器の信号に基づいて、所定の判定期間を計測する。カウンタは、所定時間にリング発振器が発振する発振周波数を供給する(発生させる)。メモリは、リング発振器の発振周波数の上限値と下限値とを保持する。判定部は、カウンタが測定した発振周波数が、メモリが保持する上限値と下限値との範囲内であるかを判定し、判定結果を出力する。電源電圧に応じて発振周波数が変化するリング発振器を、半導体集積回路に配置する。半導体集積回路の稼働中に、一定周期で、リング発振器の発振周波数をカウントし、所定の範囲内か否かを判定する。発振周波数が所定の範囲外となったときに、判定結果を外部に通知することにより、電源電圧が動作保証範囲を超えていることを検出できる。これにより、誤動作を防止することができる。   One embodiment of a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a clock oscillator, a ring oscillator, an interval timer, a counter, a memory, and a determination unit. The clock oscillator is an oscillator that is not easily affected by voltage characteristics, such as a crystal oscillator, and can supply a clock having a stable period. The ring oscillator is an oscillator whose oscillation frequency changes according to a power supply voltage. The interval timer measures a predetermined determination period based on a signal from the clock oscillator. The counter supplies (generates) an oscillation frequency at which the ring oscillator oscillates at a predetermined time. The memory holds an upper limit value and a lower limit value of the oscillation frequency of the ring oscillator. The determination unit determines whether the oscillation frequency measured by the counter is within a range between an upper limit value and a lower limit value held in the memory, and outputs a determination result. A ring oscillator whose oscillation frequency changes according to the power supply voltage is arranged in the semiconductor integrated circuit. During operation of the semiconductor integrated circuit, the oscillation frequency of the ring oscillator is counted at a constant period to determine whether or not it is within a predetermined range. By notifying the determination result to the outside when the oscillation frequency is outside the predetermined range, it can be detected that the power supply voltage exceeds the operation guarantee range. Thereby, malfunction can be prevented.

また、本発明に係る半導体集積回路の誤作動防止方法の一態様は、クロック発振器の信号に基づいて、判定期間を計測する工程、電源電圧に応じて発振周波数が変化するリング発振器の発振周波数を前記判定期間に測定する工程、測定した発振周波数が、予めメモリに保持する上限値と下限値との範囲内であるかを判定する工程、及び、判定した結果をCPUへ出力する工程、を少なくとも実施する。   One aspect of the semiconductor integrated circuit malfunction prevention method according to the present invention includes a step of measuring a determination period based on a signal of a clock oscillator, and an oscillation frequency of a ring oscillator whose oscillation frequency changes according to a power supply voltage. At least a step of measuring during the determination period, a step of determining whether the measured oscillation frequency is within a range between an upper limit value and a lower limit value previously stored in a memory, and a step of outputting the determined result to the CPU carry out.

本発明によれば、実システム動作中に電源状態を監視できる構成を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the structure which can monitor a power supply state during real system operation | movement.

本発明の実施形態1の電源電圧監視回路の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the power supply voltage monitoring circuit of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1の動作例を示したタイミングチャート(正常動作時)である。It is a timing chart (during normal operation) showing an operation example of Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態1の動作例を示したタイミングチャート(電圧低下動作時)である。It is a timing chart (during voltage drop operation) showing an example of operation of Embodiment 1 of the present invention. 本発明の電源電圧監視回路のカウンタ値を不揮発性メモリに書き込むための装置である。It is a device for writing the counter value of the power supply voltage monitoring circuit of the present invention into a nonvolatile memory. リング発振器11の電圧−発振周波数特性図である。3 is a voltage-oscillation frequency characteristic diagram of a ring oscillator 11. FIG. 電源電圧と周波数測定用カウンタの測定値の相関図と動作許容範囲を示す図である。It is a figure which shows the correlation diagram of a measured value of a power supply voltage and a frequency measurement counter, and an operation allowable range. 電源判定回路の詳細な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example of a power supply determination circuit. 本発明の電源電圧監視回路でチップ各部の電源電圧を測定するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for measuring the power supply voltage of each part of a chip | tip with the power supply voltage monitoring circuit of this invention. 本発明の実施形態2の電源電圧監視回路の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the power supply voltage monitoring circuit of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2の動作例を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the operation example of Embodiment 2 of this invention. 特許文献1に開示された半導体集積回路の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit disclosed in Patent Document 1. FIG. 特許文献1に開示された、静特性の一例として、発振信号の周期の電源電圧の依存性を示すグラフである。10 is a graph showing the dependency of the period of an oscillation signal on the power supply voltage as an example of static characteristics disclosed in Patent Document 1. 特許文献1に開示された、静特性の一例として、出力信号の発振周波数の電源電圧の依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the dependency of the oscillation frequency of the output signal on the power supply voltage as an example of the static characteristics disclosed in Patent Document 1.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. In the drawings, components having the same configuration or function and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本発明に係る電源電圧監視手段は、電源電圧に応じて発振周波数が変化する複数の発振器A(例えば、RingOSC)、複数の発振器Aに比べて安定した周期のクロックを供給する発振器B(例えば、水晶発振器)、発振器Bの出力に基づき、一定期間のパルスを発生させるインターバルタイマ、及び、インターバルタイマの出力に基づき、一定期間発振器Aの出力をカウントする複数の周波数測定用のカウンタから成る。発振器Aをチップ各部に分散配置することにより、チップ各部の電圧変動を発振器Aの発振周波数に変換し、周波数カウンタで観測する。
動作電圧の許容範囲に対する発振周波数は、出荷検査において測定され、その値を不揮発性メモリ15に記憶させる。これにより、実動作中の発振器の発振周波数と不揮発性メモリ15のデータを比較し、許容範囲を越えた場合、リセット等の手段で半導体集積回路の動作を停止することにより誤動作を防止する。
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
The power supply voltage monitoring means according to the present invention includes a plurality of oscillators A (for example, RingOSC) whose oscillation frequency changes according to the power supply voltage, and an oscillator B (for example, a clock having a stable cycle as compared with the plurality of oscillators A). Crystal oscillator), an interval timer that generates pulses for a predetermined period based on the output of the oscillator B, and a plurality of frequency measurement counters that count the output of the oscillator A for a predetermined period based on the output of the interval timer. By distributing the oscillator A in each part of the chip, the voltage fluctuation of each part of the chip is converted into the oscillation frequency of the oscillator A and observed by a frequency counter.
The oscillation frequency with respect to the allowable range of the operating voltage is measured in the shipping inspection, and the value is stored in the nonvolatile memory 15. As a result, the oscillation frequency of the oscillator in actual operation is compared with the data in the nonvolatile memory 15, and when the allowable range is exceeded, malfunction is prevented by stopping the operation of the semiconductor integrated circuit by means such as resetting.
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

実施形態1.
図1は、本発明の実施形態1の電源電圧監視回路の構成例を示すブロック図である。図1に示す電源電圧監視回路10は、リング発振器(RingOSC)11、周波数測定用カウンタ(カウンタ)12、インターバルタイマ13、発振器(OSC)14、不揮発性メモリ(メモリ)15、及び電圧判定回路(判定部)16により構成され、電源電圧変動をリング発振器11の周波数変動に変換して監視する電源電圧監視手段を有する。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power supply voltage monitoring circuit according to the first embodiment of the present invention. A power supply voltage monitoring circuit 10 shown in FIG. 1 includes a ring oscillator (RingOSC) 11, a frequency measurement counter (counter) 12, an interval timer 13, an oscillator (OSC) 14, a nonvolatile memory (memory) 15, and a voltage determination circuit ( And a power supply voltage monitoring unit that converts power supply voltage fluctuations into frequency fluctuations of the ring oscillator 11 and monitors them.

リング発振器11は、電源電圧に応じて発振周波数が変化する。
周波数測定用カウンタ12は、リング発振器11の出力クロックのパルス数をカウントする周波数測定用のカウンタである。
インターバルタイマ13は、この周波数測定用カウンタ12がリング発振器11の出力クロックのパルス数をカウントする期間(判定期間)を設定するものである。
発振器14は、このインターバルタイマ13のカウント・クロックとなる信号を供給する発振器であり、リング発振器11に比べて安定した周期のクロックを供給する発振器である。例えば、水晶発振器のように電圧特性の影響を受けにくく、安定した周期のクロックを供給できる発振器を用いる。発振器14は、リング発振器11と明確に区別するため、「クロック発振器」ということもある。
電圧判定回路16は、周波数測定用カウンタ12の値と、判定コードとを、インターバルタイマ13の周期に基づき、一定周期で比較し、比較結果を出力する。
実施形態1では、リング発振器11、周波数測定用カウンタ12、電圧判定回路16から成る電圧監視部17をチップ面内に複数個配置することで、チップ内各部の電源電圧が動作保証範囲を超えたことを判定する。
The oscillation frequency of the ring oscillator 11 changes according to the power supply voltage.
The frequency measurement counter 12 is a frequency measurement counter that counts the number of pulses of the output clock of the ring oscillator 11.
The interval timer 13 sets a period (determination period) during which the frequency measurement counter 12 counts the number of pulses of the output clock of the ring oscillator 11.
The oscillator 14 is an oscillator that supplies a signal that becomes a count clock of the interval timer 13, and an oscillator that supplies a clock having a stable period as compared with the ring oscillator 11. For example, an oscillator that is not easily affected by voltage characteristics and can supply a clock having a stable period, such as a crystal oscillator, is used. The oscillator 14 is sometimes referred to as a “clock oscillator” in order to clearly distinguish it from the ring oscillator 11.
The voltage determination circuit 16 compares the value of the frequency measurement counter 12 with the determination code at a constant period based on the period of the interval timer 13 and outputs a comparison result.
In the first embodiment, a plurality of voltage monitoring units 17 including a ring oscillator 11, a frequency measurement counter 12, and a voltage determination circuit 16 are arranged in the chip surface, so that the power supply voltage of each part in the chip exceeds the guaranteed operating range. Judge that.

不揮発性メモリ15は、リング発振器11の判定期間における発振周波数の上限値と下限値とを保持する。具体的には、製品出荷工程において、半導体集積回路に対し、印加する電源電圧値を変えてリング発振器11の周波数測定を行い、発振周波数と動作限界となる電源電圧値との関係を求め、製品の電圧保証範囲となる上限/下限の判定コードを算出し、この判定コードを書き込む。
上述した構成に加えて、電源電圧監視回路10は、選択回路18を備えていてもよい。選択回路18は、複数の電圧監視部17が有する周波数測定用カウンタ12の値のうち、どの電圧監視部17からの値を出力するかを選択する。選択回路18は、例えば、製品の出荷工程で判定コードを算出する際に、どのRingOSCの周波数測定結果を出すかを選択する。
The nonvolatile memory 15 holds an upper limit value and a lower limit value of the oscillation frequency in the determination period of the ring oscillator 11. Specifically, in the product shipping process, the frequency of the ring oscillator 11 is measured by changing the power supply voltage value to be applied to the semiconductor integrated circuit, and the relationship between the oscillation frequency and the power supply voltage value that becomes the operation limit is obtained. An upper limit / lower limit determination code that satisfies the voltage guarantee range is calculated, and this determination code is written.
In addition to the configuration described above, the power supply voltage monitoring circuit 10 may include a selection circuit 18. The selection circuit 18 selects which voltage monitoring unit 17 outputs the value among the values of the frequency measurement counters 12 included in the plurality of voltage monitoring units 17. For example, the selection circuit 18 selects which RingOSC frequency measurement result is to be output when calculating the determination code in the product shipping process.

電源電圧監視回路10の出力によりチップ面内で生じる電源状態を監視し、電圧保証範囲を超えた場合にCPU等への異常通知を行うことにより、システムの安全性を高める。これにより、半導体集積回路の誤動作を防止する。   By monitoring the power supply state generated in the chip surface by the output of the power supply voltage monitoring circuit 10 and notifying the CPU or the like when the voltage guaranteed range is exceeded, the safety of the system is improved. This prevents malfunction of the semiconductor integrated circuit.

次に、実施形態1の動作について図2、図3を用いて説明する。図2は電源電圧が動作電圧範囲にある場合の動作タイミングチャート、図3は電源電圧が低下し、リング発振器11の発振周波数が低下した場合の動作タイミングチャートである。   Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an operation timing chart when the power supply voltage is in the operating voltage range, and FIG. 3 is an operation timing chart when the power supply voltage is lowered and the oscillation frequency of the ring oscillator 11 is lowered.

[電源電圧が動作電圧範囲に有る場合の動作例]
図2に示すとおり、発振器14の出力に応じてインターバルタイマ13は位相の異なる2つの出力(出力1、出力2)を出力する。周波数測定用カウンタはインターバルタイマ13の出力1の立ち上がりエッジ(T0のタイミング)に同期してカウンタをリセットし、インターバルタイマ13の出力2の立ち上がりエッジ(T1のタイミング)に同期してリング発振器11の出力クロックのパルス数のカウントを開始し、またインターバルタイマ13の出力1の立下りエッジ(T2のタイミング)でカウントを停止し、次のインターバルタイマ13の立ち上がりエッジのタイミングまでカウンタ値を保持する。
電圧判定回路16はインターバルタイマ13の出力2の立下りエッジ(T3のタイミング)からインターバルタイマ13の出力1の立ち上がりエッジの期間に周波数測定用カウンタ12で測定されたカウント値と判定コードとの比較を行う。
この場合、判定コードの上限"10"、下限"5"に対し、カウント値は"6"なので電圧判定回路出力は変化しない。
[Operation example when the power supply voltage is within the operating voltage range]
As shown in FIG. 2, the interval timer 13 outputs two outputs having different phases (output 1 and output 2) according to the output of the oscillator 14. The frequency measurement counter resets the counter in synchronization with the rising edge (T0 timing) of the output 1 of the interval timer 13, and synchronizes with the rising edge (T1 timing) of the output 2 of the interval timer 13. The count of the number of pulses of the output clock is started, the count is stopped at the falling edge (T2 timing) of the output 1 of the interval timer 13, and the counter value is held until the timing of the next rising edge of the interval timer 13.
The voltage determination circuit 16 compares the count value measured by the frequency measurement counter 12 with the determination code during the period from the falling edge (timing of T3) of the output 2 of the interval timer 13 to the rising edge of the output 1 of the interval timer 13. I do.
In this case, with respect to the upper limit “10” and lower limit “5” of the determination code, the count value is “6”, so the voltage determination circuit output does not change.

[電源電圧が動作電圧範囲を下回った場合の動作例]
図3はT4のタイミングで電圧低下が発生し、それに対応して発振器14の発振周波数が低下した場合の例である。この場合T1'のタイミングで周波数測定用カウンタがカウントを開始し、T2'のタイミングでカウント動作を停止するが、リング発振器11の発振周波数が低下したため、カウント値は"4"となり判定コードの下限を下回る。そのためT3'のタイミングで電圧判定回路16の出力が変化し、電源電圧が許容範囲を超えたことを外部に通知する。
[Operation example when the power supply voltage falls below the operating voltage range]
FIG. 3 shows an example in which a voltage drop occurs at the timing T4 and the oscillation frequency of the oscillator 14 is lowered correspondingly. In this case, the frequency measurement counter starts counting at the timing T1 ′ and stops counting at the timing T2 ′. However, since the oscillation frequency of the ring oscillator 11 has decreased, the count value becomes “4” and the lower limit of the determination code. Below. Therefore, the output of the voltage determination circuit 16 changes at the timing of T3 ′, and notifies the outside that the power supply voltage has exceeded the allowable range.

次に、実施形態1の電源電圧監視回路10の動作保証範囲の上限/下限電圧値の設定方法について図4から図8を用いて説明する。
図4に示す回路構成において、製品出荷工程において使用する計測装置50を用いて、半導体集積回路100のチップ面内に複数個配置された各リング発振器11の電源電圧に対する周波数特性(=周波数測定用カウンタ12の値)を計測する。このリング発振器11は、図5に示すように電源電圧に応じて周波数が変わる特性を持つ。この計測により図6に示すように製品の動作保証範囲の上限/下限電圧に対する判定コード(上限判定コード/下限判定コード)を得る。この判定コードを出荷工程の計測装置50を用いて図4に示す不揮発性メモリ15に書き込む。選択回路18によって複数の周波数測定用カウンタ12の一つを選択することによって、複数のリング発振器11それぞれの周波数測定を計測することが可能になる。図4では、計測工程で必要なリング発振器11と周波数測定用カウンタ12とを示し、電圧判定回路16を省略している。
Next, a method for setting the upper limit / lower limit voltage value of the operation guarantee range of the power supply voltage monitoring circuit 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
In the circuit configuration shown in FIG. 4, the frequency characteristics (= for frequency measurement) with respect to the power supply voltage of each of the ring oscillators 11 arranged in the chip surface of the semiconductor integrated circuit 100 using the measuring device 50 used in the product shipping process. The value of the counter 12) is measured. The ring oscillator 11 has a characteristic in which the frequency changes according to the power supply voltage as shown in FIG. By this measurement, as shown in FIG. 6, a determination code (upper limit determination code / lower limit determination code) for the upper limit / lower limit voltage of the operation guarantee range of the product is obtained. This determination code is written into the nonvolatile memory 15 shown in FIG. 4 using the measuring device 50 in the shipping process. By selecting one of the plurality of frequency measurement counters 12 by the selection circuit 18, it becomes possible to measure the frequency measurement of each of the plurality of ring oscillators 11. FIG. 4 shows the ring oscillator 11 and the frequency measurement counter 12 required in the measurement process, and the voltage determination circuit 16 is omitted.

図7は、電圧判定回路の詳細な構成例を示すブロック図である。図7に示すように、図4の周波数測定用カウンタ12を、図4のインターバルタイマ13で設定される一定周期でカウント動作を行い、一定周期でキャプチャしたカウント値と、図4で得られた電圧保証範囲を示す上限電圧/下限電圧の判定コードとの比較を行い、判定コード範囲外(=電圧保証範囲外)の場合にCPU等へパルス出力(=異常通知)を行う。
図4に示すリング発振器11,周波数測定用カウンタ12及び、図7に示す電圧判定回路16からなる電圧監視部17を図8に示すようにチップ面内の内部電源領域81に複数個配置する。特に図示しないが、内部電源領域81には、CPU等を含む機能ブロックが適宜配置されている。なお、図4、図8に示す発振器14は、安定した外部電源領域82に配置され、電源状態に依らず安定したクロックを出力できる水晶発振器等で構成される。特に図示しないが、外部電源領域82には各種I/Oピンが接続されるI/Oパッド、入出力回路(バッファ等)、電源回路等が配置されている。これによりチップ面内で生じる電源状態を監視することができ、電圧保証範囲を超えた場合にCPU等への異常通知を行うことが可能となる。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a detailed configuration example of the voltage determination circuit. As shown in FIG. 7, the frequency measurement counter 12 of FIG. 4 performs a counting operation at a fixed period set by the interval timer 13 of FIG. 4, and the count value captured at a fixed period is obtained in FIG. A comparison is made with the determination code of the upper limit voltage / lower limit voltage indicating the voltage guarantee range, and if it is out of the decision code range (= out of the voltage guarantee range), a pulse output (= abnormal notification) is made to the CPU.
A plurality of voltage monitoring units 17 including the ring oscillator 11, the frequency measurement counter 12 shown in FIG. 4 and the voltage determination circuit 16 shown in FIG. 7 are arranged in the internal power supply region 81 in the chip surface as shown in FIG. Although not particularly illustrated, the internal power supply area 81 is appropriately provided with functional blocks including a CPU and the like. The oscillator 14 shown in FIGS. 4 and 8 is configured by a crystal oscillator or the like that is disposed in a stable external power supply region 82 and that can output a stable clock regardless of the power supply state. Although not particularly illustrated, the external power supply region 82 is provided with I / O pads to which various I / O pins are connected, input / output circuits (buffers, etc.), power supply circuits, and the like. As a result, the power supply state generated in the chip surface can be monitored, and when the voltage guarantee range is exceeded, an abnormality notification to the CPU or the like can be performed.

本発明に係る実施形態1の電源電圧監視手段によれば次の効果が得られる。
コンパレータなど、アナログ回路を用いて電源監視する手法もあるが、本実施形態は、ロジック回路のみで構成することができ、比較的小さな面積で電源電圧監視手段を実現することができる。また、ロジック回路で構成可能なため、アナログ回路を用いた手法よりもレイアウトが容易である。
ロジック回路を用いて電源監視が可能であり、実システム動作中に電源状態を監視することができる。また、監視するための電圧範囲を出荷工程において各監視回路の位置に応じて任意に設定することができ、製品の特性に応じて柔軟な設定が可能である。
電源電圧監視回路10をマイクロ・コンピュータに搭載することにより、その検出信号を用いて、即座にリセット、割り込み等を発動するなど、誤動作防止の応用性が広がり、システムの安全性をより高めることが可能である。
According to the power supply voltage monitoring unit of the first embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
Although there is a method of monitoring the power supply using an analog circuit such as a comparator, this embodiment can be configured only with a logic circuit, and can realize a power supply voltage monitoring means with a relatively small area. In addition, since it can be configured with a logic circuit, the layout is easier than a method using an analog circuit.
Power supply can be monitored using a logic circuit, and the power supply state can be monitored during actual system operation. Further, the voltage range for monitoring can be arbitrarily set according to the position of each monitoring circuit in the shipping process, and can be set flexibly according to the characteristics of the product.
By installing the power supply voltage monitoring circuit 10 in a microcomputer, the detection signal can be used to immediately trigger resets, interrupts, etc., thereby expanding the applicability of preventing malfunctions and improving system safety. Is possible.

実施形態2.
図9は、本発明の実施形態2の電源電圧監視回路の構成例を示すブロック図である。本実施形態の電源電圧監視回路20では、リング発振器11−1、11−2、11−3と周波数測定用カウンタ12−1、12−2、12−3との3組の組合せを備える構成例を示しているが、3組に限られることはなく、n<(カウント時間/判定時間)を満足すればn個まで配置することができる。
本実施形態は電圧判定回路26を複数組のリング発振器11と周波数測定用カウンタ12とで共用する構成にしている。そのため各周波数測定用カウンタ12の出力を切り替えるデータ選択回路28と不揮発性メモリ15からの判定コードを順に読み出すためのアドレス生成回路29を追加している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the power supply voltage monitoring circuit according to the second embodiment of the present invention. In the power supply voltage monitoring circuit 20 of the present embodiment, a configuration example including three combinations of the ring oscillators 11-1, 11-2, and 11-3 and the frequency measurement counters 12-1, 12-2, and 12-3. However, the number is not limited to three, and up to n can be arranged if n <(count time / determination time) is satisfied.
In the present embodiment, the voltage determination circuit 26 is shared by a plurality of sets of the ring oscillator 11 and the frequency measurement counter 12. Therefore, a data selection circuit 28 for switching the output of each frequency measurement counter 12 and an address generation circuit 29 for sequentially reading the determination code from the nonvolatile memory 15 are added.

次に、実施形態2の動作を説明する。図10に本実施形態のタイミングチャートを示している。実施形態1では、複数の電圧判定回路16が、周波数測定用カウンタ12の値を同じタイミングで判定していたが、実施形態2では、一つの電圧判定回路26が複数の周波数測定用カウンタ12−1〜12−3の値を異なるタイミングで判定する。従って、実施形態1で示したT0のタイミングをTx0、T1のタイミングをTx1、T2,T3のタイミングをそれぞれTx2、Tx3(x=1,2,3)で示している。Tx0のタイミングで各周波数測定用カウンタのリセットを行い、Tx1のタイミングでカウントスタート、Tx2のタイミングでカウントストップ、Tx3のタイミングで判定する動作は実施形態1と同様である。
ただし、電圧判定回路26に入力する判定コードはタイミングによって切り替える必要があるため発振器14出力の立ち上がりエッジに同期して判定コードの取り込みを行っている。
Next, the operation of the second embodiment will be described. FIG. 10 shows a timing chart of the present embodiment. In the first embodiment, the plurality of voltage determination circuits 16 determine the value of the frequency measurement counter 12 at the same timing. However, in the second embodiment, one voltage determination circuit 26 includes a plurality of frequency measurement counters 12-. The values 1 to 12-3 are determined at different timings. Therefore, the timing of T0 shown in the first embodiment is represented by Tx0, the timing of T1 is represented by Tx1, and the timings of T2 and T3 are represented by Tx2 and Tx3 (x = 1, 2, 3), respectively. The operations for resetting each frequency measurement counter at the timing of Tx0, starting the count at the timing of Tx1, stopping the count at the timing of Tx2, and determining at the timing of Tx3 are the same as in the first embodiment.
However, since the determination code input to the voltage determination circuit 26 needs to be switched according to timing, the determination code is fetched in synchronization with the rising edge of the output of the oscillator 14.

本発明に係る実施形態2の電源電圧監視手段によれば、各周波数測定用カウンタ12に接続されている電圧判定回路26を共用化することで、実施形態1よりも小面積で構成することができる。   According to the power supply voltage monitoring means of the second embodiment of the present invention, the voltage determination circuit 26 connected to each frequency measurement counter 12 can be shared, so that it can be configured with a smaller area than the first embodiment. it can.

以上の説明したように、本発明の上記各実施形態に係る電源電圧監視手段は、電源電圧に応じて発振周波数が変化するリング発振器を半導体集積回路内に複数配置して電源電圧を監視するものであり、リング発振器11の周波数を測定する手段と、周波数を判定する判定コードを保持する手段と、電圧を判定する手段とを有する。
周波数を判定する手段は、上述したリング発振器11と、その周波数測定用カウンタ12と、この周波数測定用カウンタ12を一定周期でカウントさせるためのインターバルタイマ13と、このインターバルタイマ13のクロックとなる、電圧特性の影響を受けにくい発振器14により実現する。
As described above, the power supply voltage monitoring means according to each of the above embodiments of the present invention monitors the power supply voltage by arranging a plurality of ring oscillators whose oscillation frequency changes according to the power supply voltage in the semiconductor integrated circuit. And means for measuring the frequency of the ring oscillator 11, means for holding a determination code for determining the frequency, and means for determining the voltage.
Means for determining the frequency are the above-described ring oscillator 11, the frequency measurement counter 12, the interval timer 13 for counting the frequency measurement counter 12 at a constant period, and the clock of the interval timer 13. This is realized by the oscillator 14 which is not easily affected by the voltage characteristics.

判定コードを保持する手段は、製品出荷工程において、リング発振器11に対し、印加する電源電圧値を変えて周波数測定を行い、発振周波数(=前記周波数測定用カウンタ12のカウント値)と電源電圧値との関係を求め、製品の電圧保証範囲となる上限/下限の判定コードを算出し、この判定コードを、不揮発性メモリ15に書き込む工程により実現する。
電圧判定手段は、周波数測定用カウンタ12の値と、不揮発性メモリ15に記録した判定コードを、インターバルタイマ13の周期(判定期間)に基づき、一定周期で比較を行う電圧判定回路16、26により実現する。
リング発振器11、周波数測定用カウンタ12、及び電圧判定回路16を含む電圧監視部17、または、リング発振器11と周波数測定用カウンタ12との組合せをチップ面内に複数個配置することで、チップ面内で生じる電源状態を監視し、電圧保証範囲を超えた場合にCPU等への異常通知を行うことにより、システムの安全性を高めることができる。
The means for holding the determination code measures the frequency by changing the power supply voltage value to be applied to the ring oscillator 11 in the product shipping process, and determines the oscillation frequency (= count value of the frequency measuring counter 12) and the power supply voltage value. The upper limit / lower limit determination code that is the voltage guarantee range of the product is calculated, and this determination code is realized by the process of writing in the nonvolatile memory 15.
The voltage determination means uses voltage determination circuits 16 and 26 that compare the value of the frequency measurement counter 12 and the determination code recorded in the non-volatile memory 15 at a constant period based on the period (determination period) of the interval timer 13. Realize.
By disposing a plurality of combinations of the ring oscillator 11, the frequency measurement counter 12, and the voltage monitoring unit 17 including the voltage determination circuit 16, or the ring oscillator 11 and the frequency measurement counter 12 in the chip surface, the chip surface The safety of the system can be improved by monitoring the power supply state generated in the system and notifying the CPU or the like when the voltage guarantee range is exceeded.

なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。   In addition, this invention is not limited to embodiment shown above. Within the scope of the present invention, it is possible to change, add, or convert each element of the above-described embodiment to a content that can be easily considered by those skilled in the art.

10、20 電源電圧監視回路
11、11−1、11−2、11−3 リング発振器(RingOSC)
12、12−1、12−2、12−3 周波数測定用カウンタ(カウンタ)
13 インターバルタイマ
14 発振器(OSC)
15 不揮発性メモリ
16、26 電圧判定回路
17 電圧監視部
28 データ選択回路
29 アドレス生成回路
50 計測装置
81 内部電源
82 外部電源
100 半導体集積回路
10, 20 Power supply voltage monitoring circuit 11, 11-1, 11-2, 11-3 Ring oscillator (RingOSC)
12, 12-1, 12-2, 12-3 Frequency measurement counter (counter)
13 Interval timer 14 Oscillator (OSC)
15 Nonvolatile memories 16 and 26 Voltage determination circuit 17 Voltage monitoring unit 28 Data selection circuit 29 Address generation circuit 50 Measuring device 81 Internal power supply 82 External power supply 100 Semiconductor integrated circuit

Claims (8)

クロック発振器と、
電源電圧に応じて発振周波数が変化するリング発振器と、
前記クロック発振器の信号に基づいて、所定の判定期間を供給するインターバルタイマと、
前記判定期間に前記リング発振器が発振する発振周波数を測定するカウンタと、
前記発振周波数の上限値と下限値とを保持するメモリと、
前記カウンタが測定した発振周波数が、前記メモリが保持する上限値と下限値との範囲内であるかを判定し、判定結果を出力する判定部と、を備える半導体集積回路。
A clock oscillator,
A ring oscillator whose oscillation frequency changes according to the power supply voltage;
An interval timer for supplying a predetermined determination period based on the signal of the clock oscillator;
A counter that measures an oscillation frequency at which the ring oscillator oscillates during the determination period;
A memory for holding an upper limit value and a lower limit value of the oscillation frequency;
A semiconductor integrated circuit comprising: a determination unit that determines whether the oscillation frequency measured by the counter is within a range between an upper limit value and a lower limit value held by the memory and outputs a determination result.
前記リング発振器、前記カウンタ、及び前記判定部を有する電源監視部を自装置内に複数備え、
前記メモリは、各電源監視部が有する前記リング発振器に応じた上限値と下限値とを保持し、
前記複数の電源監視部が有する判定部は、前記判定期間の周期で前記判定を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
A plurality of power supply monitoring units having the ring oscillator, the counter, and the determination unit are provided in the own device,
The memory holds an upper limit value and a lower limit value according to the ring oscillator that each power supply monitoring unit has,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the determination units included in the plurality of power supply monitoring units perform the determination at a cycle of the determination period.
前記電源監視部は、内部電源上の複数の位置に配置されることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。   The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the power supply monitoring unit is arranged at a plurality of positions on an internal power supply. 前記リング発振器と前記カウンタとの組合せを自装置内に複数備え、
前記リング発振器と前記カウンタとの組合せそれぞれは、前記判定期間の終了が異なるタイミングとなるように構成され、
前記メモリは、各リング発振器に応じた上限値と下限値とを保持し、
前記判定部は、複数のカウンタの値を異なるタイミングで判定することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
A plurality of combinations of the ring oscillator and the counter in its own device,
Each combination of the ring oscillator and the counter is configured so that the end of the determination period is at a different timing,
The memory holds an upper limit value and a lower limit value according to each ring oscillator,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the determination unit determines values of a plurality of counters at different timings.
前記リング発振器と前記カウンタとの組合せは、内部電源上の複数の位置に配置されることを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路。   5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein the combination of the ring oscillator and the counter is arranged at a plurality of positions on an internal power source. 前記判定部は、前記判定結果をCPUへ出力することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体集積回路。   6. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the determination unit outputs the determination result to a CPU. 前記メモリは、前記上限値と前記下限値として、製品出荷工程において、前記リング発振器に対し、電源電圧値を変えて印加し、前記カウンタが測定した発振周波数に基づいて、製品の電圧保証範囲となる値を算出した値であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体集積回路。   The memory is applied as the upper limit value and the lower limit value by changing a power supply voltage value to the ring oscillator in a product shipping process, and based on the oscillation frequency measured by the counter, The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the calculated value is a calculated value. 半導体集積回路の誤作動防止方法であって、
クロック発振器の信号に基づいて、判定期間を計測し、
電源電圧に応じて発振周波数が変化するリング発振器の発振周波数を前記判定期間に測定し、
測定した発振周波数が、予めメモリに保持する上限値と下限値との範囲内であるかを判定し、
判定した結果をCPUへ出力する誤作動防止方法。
A method for preventing malfunction of a semiconductor integrated circuit,
Based on the clock oscillator signal, measure the judgment period,
Measure the oscillation frequency of the ring oscillator whose oscillation frequency changes according to the power supply voltage during the determination period,
Determine whether the measured oscillation frequency is within the range between the upper limit value and the lower limit value stored in the memory in advance,
A malfunction prevention method for outputting the determined result to the CPU.
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