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Integrierte Schaltung zur
Taktsignalversorgung und Verfahren zu ihrer Herstellung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine integrierte Schaltung mit Speichermitteln und einer Schaltung
zum Zuführen
eines Taktsignals sowie ein Verfahren zum Aufbau derselben, und
spezieller eine integrierte Taktsignal-Zufuhrschaltung, die „Taktbaum"
genannt wird und in einem LSI mit einer Anzahl von Versorgungsspannungen
eingebaut ist, um einem Schaltkreis zum Übertragen von Daten zwischen
Speichermitteln, die jeweils mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betrieben werden, ein Taktsignal zuzuführen.
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In einem LSI (hochintegrierter Schaltkreis)
ist es in vielen Fällen
so, dass ein Schaltkreis ausgelegt wird, um aus Synchronschaltungen
zu bestehen, die mit einem Taktsignal im Gleichlauf arbeiten. Die
Synchronschaltungen besitzen den Vorteil, dass eine Schaltungslogik
leicht zusammengesetzt werden kann. Andererseits kann eine Datenübertragung
zwischen den Speichermitteln normalerweise oftmals nicht erzielt
werden, wenn eine Phasenabweichung zwischen Taktsignalen, die den
Speichermitteln jeweils zugeführt
werden, auftritt.
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Als Taktsignal-Zufuhrschaltung ist
eine „Taktbaum"
genannte Taktsignal-Zufuhrschaltung bekannt geworden, um Taktsignale
zueinander phasengleich zu machen. Dieser Taktbaum ist ein Takttreiber,
der aus einer Anzahl von in der Form eines Baumes verbundenen Puffern
zusammengesetzt ist, um jeweils phasengleiche Taktsignale zum Beispiel
einer Anzahl von Speichermitteln zuzuführen.
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Hier ist, ausgehend davon, dass die
Speichermittel zum Beispiel aus einem Flip-Flop gebildet sind, der
Taktbaum derart gebildet, dass ein Ausgang eines Erststufenpuffers
mit einem Eingang von jedem einer Anzahl von Zweitstufenpuffern
verbunden ist und ein Ausgang von jedem der Zweitstufenpuffer mit einem
Takteingang von jedem der gleichen Anzahl von Flip-Flops verbunden
ist. In den in Form des Baumes so verbundenen Puffern werden, wenn
ein Taktsignal an einen Eingang des Erststufenpuffers zugeführt wird,
dem Takteingang der Flip-Flops, der an einem abschließenden Ende
des Taktbaumes angeschlossen ist, die zueinander phasengleichen
Taktsignale zugeführt.
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Dieser Taktbaum besitzt den Vorteil,
dass es selbst dann, wenn die Anzahl von Flip-Flops und/oder die Chipfläche des
LSI im Verlaufe eines Entwurfes verändert werden, möglich ist,
die phasengleichen Taktsignale an die Flip-Flops zu liefern, die an
dem abschließenden
Ende des Taktbaumes angeordnet sind, indem eine Gatelänge und
/ oder eine Gatebreite von in den Puffern enthaltenen Transistoren
verändert
wird und / oder durch Veränderung
der Anzahl von kaskadierten Pufferstufen.
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Jedoch hätte mit einem fortgeschrittenen Verfahren
der Halbleiterherstellung ein LSI mit hoher Integrationsdichte mit
dem Ergebnis entwickelt worden sein können, dass die Anzahl von im
LSI eingebauten Transistoren erhöht
und deshalb die verbrauchte elektrische Leistung entsprechend erhöht wird.
Unter diesen Umständen
ist ein Lösungsweg angenommen
worden, die Versorgungsspannung für ein gewisses Verhältnis von
Funktionblöcken,
die innerhalb des LSI vorgesehen sind, zum Zweck der Reduzierung
der verbrauchten elektrischen Leistung abzusenken.
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In diesem Falle wird in dem LSI eine
Anzahl von Versorgungsspannungen genutzt, wobei der LSI so ausgelegt
wurde, dass die Schaltkreisstellenflächen den Versorgungsspannungen
entsprechend paarweise angeordnet sind. Der Taktbaum für Funktionsblöcke, die
mit einer Versorgungsspannung betrieben werden, die unterschiedlich
zu der für
die anderen Funktionsblöcke
ist, wird unabhängig
von dem Taktbaum für
die anderen Funktionsblöcke
hergestellt, so dass die zuerst erwähnten Funktionsblöcke mit
der unterschiedlichen Versorgungsspannung betrieben werden.
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Im Allgemeinen ändert sich eine Verzögerungszeit
von dem Augenblick an, wo sich ein Eingangssignal einer Gate-Schaltung
zu dem Augenblick verändert,
wo sich ein Ausgangssignal des gleichen Gate tatsächlich verändert, wenn
die Versorgungsspannung für
das gleiche Gate verändert
wird. Deshalb verändert
sich die Verzögerungszeit
auch in dem im Taktbaum verwendeten Pufferschaltkreis, wenn sich
die Versorgungsspannung ändert.
Diese Situation ist in 5 dargestellt,
die ein Steuerungsdiagramm zur Darstellung der Änderung der Verzögerungszeit
ist, wenn der Taktbaum mit zwei kaskadierten Pufferstufen mit unterschiedlichen
Versorgungsspannungen betrieben wird.
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Nach dem Steuerungsdiagramm von 5 ist das Taktsignal, das
vom Zweitstufenpuffer des mit der niedrigen Versorgungsspannung
betriebenen Taktbaumes ausgegeben wird, um die Zeit T1 später als
das Taktsignal, das vom Zweitstufenpuffer des mit der hohen Versorgungsspannung
betriebenen Taktbaumes ausgegeben wird, wenn das gleiche Taktsignal
dem mit einer hohen Versorgungsspannung betriebenen Taktbaum und
dem mit einer niedrigen Versorgungsspannung betriebenen Taktbaum
zugeführt wird.
Wenn zum Beispiel ein in 3 dargestellter Schaltkreis,
der anschließend
beschrieben werden wird, in einem 0,35 Mikrometer-Verfahren hergestellt wird,
beträgt
die Zeitdifferenz T1 zwischen dem Betrieb mit einer Versorgungsspannung
von 3,3 V und dem Betrieb mit einer Versorgungsspannung von 2,5 V
0,6 ns.
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In einer Synchronschaltung zum Übertragen von
Daten zwischen einem mit einer niedrigen Versorgungsspannung betriebenen
Funktionsblock und dem anderen Funktionsblock ist es notwendig,
die gleiche Frequenz und Phase aufweisenden Taktsignale nicht nur
den mit der normalen Versorgungsspannung betriebenen Flip-Flops,
sondern auch den mit der niedrigen Versorgungsspannung betriebenen Flip-Flops
zuzuführen.
Zu diesem Zweck wird eine Verzögerungsschaltung
genutzt, um die Zeitdifferenz T1 zu kompensieren, so dass die allen
Flip-Flops zugeführten
Taktsignale miteinander phasengleich gehalten werden und die Daten
deshalb normalerweise zwischen den mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebenen Funktionsblöcken übertragen
werden können.
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Der Grund zur Kompensierung der Zeitdifferenz
durch Nutzung der Verzögerungsschaltung
ist der: Wenn versucht wird, die Zeitdifferenz zur Veränderung
der Gatelänge
und / oder der Gatebreite von Transistoren in den Puffern des Taktbaumes
zu verändern,
wird es notwendig, die Fläche
des Pufferschaltkreises mit dem Ergebnis zu verändern, dass es möglich ist,
dass die modifizierten Pufferschaltkreise nicht mehr angeordnet
werden können.
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Mit Bezug auf 3 ist das Blockdiagramm eines Beispiels
der Taktsignal-Zufuhrschaltung im Stand der Technik dargestellt,
um phasengleiche Taktsignale an mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebene Funktionsblöcke
zuzuführen.
Das gezeigte Beispiel im Stand der Technik weist zwei Arten von
Versorgungsspannungen auf, die eine Versorgungsspannung von 3,3
V und eine Versorgungsspannung von 2,5 V umfasst.
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In 3 wird
ein Takteingangsanschluss 100 mit einem Taktsignal versorgt,
das entweder durch einen externen Anschluss des LSI zugeführt oder
in einem Taktgenerator, der im LSI eingebaut ist, erzeugt wird.
Dieser Takteingangsanschluss 100 ist direkt mit einem Taktbaum 129 verbunden
und außerdem
durch eine mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V betriebenen Verzögerungsschaltung 127 mit
einem anderen Taktbaum 128 verbunden.
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Der Taktbaum 128 ist ein
Taktbaum für
einen mit der Versorgungsspannung von 3,3 V betriebenen Schaltungsblock,
und der Taktbaum 129 ist ein Taktbaum für den mit einer Versorgungsspannung
von 2,5 V betriebenen Schaltungsblock. Die Flip-Flop-Gruppen 110 bis 113,
die mit der Versorgungsspannung von 3,3 V betriebene Schaltungsblöcke sind,
werden mit dem Taktbaum 128 verbunden; und Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126,
die mit der Versorgungsspannung von 2,5 V betriebene Schaltungsblöcke sind,
werden mit dem Taktbaum 129 verbunden.
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Als nächstes wird die Struktur der
Taktbäume 128 und 129 ausführlich beschrieben.
Der Taktbaum 128 besteht aus bei 3,3 V arbeitenden Puffern 101, 102, 103, 104 und 105 (mit
der Versorgungsspannung von 3,3 V betrieben), die in einer baumförmigen Struktur
mit zwei kaskadierten Pufferstufen verbunden sind. Deshalb ist der
Taktbaum 128 nur aus Schaltkreisen aufgebaut, die mit der
Versorgungsspannung von 3,3 V arbeiten. Ein Eingang des Puffers 101 ist
an einen Ausgang der Verzögerungsschaltung 127 angeschlossen,
und ein Eingang von jedem der Puffer 102 bis 105 ist
an einen Ausgang des Puffers 101 angeschlossen. Mit 3,3V arbeitende Flip-Flops,
die an die Ausgänge
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 102 bis 105 angeschlossen
sind, werden in die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 110 bis 113 derart
geteilt, dass die gleiche Anzahl von Flip-Flops mit dem Ausgang
von jedem Puffer verbunden ist.
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Die mit 3,3 V arbeitende Flip-Flop-Gruppe 110 enthält mit 3,3
V arbeitende Flip-Flops 106 bis 109, wobei ein
Takteingang von jedem an den Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 102 angeschlossen
ist. Ähnlich
ist ein Takteingang von einer Anzahl von in den Flip-Flop-Gruppen 111 bis 113 enthaltenen
Flip-Flops an jeweils einen Ausgang der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 103 bis 105 angeschlossen.
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Der Taktbaum 129 ist aus
mit 2,5 V arbeitenden Puffern 114, 115, 116, 117 und 118 (mit
der Versorgungsspannung von 2,5 V betrieben) zusammengesetzt, die
in einer baumförmigen
Struktur mit zwei kaskadierten Pufferstufen verbunden sind. Deshalb ist
der Taktbaum 129 nur aus den Schaltkreisen zusammengesetzt,
die mit der Versorgungsspannung von 2,5 V arbeiten. Ein Eingang
des Puffers 114 ist mit dem Takteingangsanschluss 100 verbunden,
und ein Eingang von jedem der Puffer 115 bis 118 ist
mit einem Ausgang des Puffers 114 verbunden. Die mit 2,5
V arbeitenden Flip-Flops, die an die Ausgänge der mit 2,5 V arbeitenden
Puffer 115 bis 118 angeschlossen sind, werden
in die mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126 geteilt,
derart, dass die gleiche Anzahl von Flip-Flops mit dem Ausgang jedes
Puffers verbunden ist.
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Die mit 2,5 V arbeitende Flip-Flop-Gruppe 123 enthält Flip-Flops 119 bis 122,
die mit 2,5 V arbeiten, wobei ein Takteingang von jedem mit dem Ausgang
des mit 2,5 V ar beitenden Puffers 115 verbunden ist. Ähnlich ist
ein Takteingang von einer Anzahl von in den Flip-Flop-Gruppen 124 bis 126 enthaltenen
Flip-Flops jeweils an einen Ausgang der mit 2,5 V arbeitenden Puffer 116 bis 118 angeschlossen.
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Mit Bezug auf 4 ist das Layout-Diagramm von einem Beispiel
der Schaltungsanordnung der in 3 gezeigten
Taktsignal-Zufuhrschaltung nach dem Stand der Technik dargestellt.
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In 4 sind
in einem 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301 eine Masse-Zwischenverbindung 302,
eine 3,3 V-Versorgungsspannungs-Zwischenverbindung 303,
die Puffer 101 bis 105 des Taktbaumes 128,
die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109,
die jeweils zwischen den Flip-Flops angeordneten Zufallsschaltungen 131 und 132 und
die mit 3,3 V arbeitende Zufallsschaltung 127 angeordnet.
Andererseits sind in einem 2,5 V-Versorgungsspannungsteil 325 eine
Masse-Zwischenverbindung 313, eine 2,5 V-Versorgungsspannungsteil-Zwischenverbindung 314,
die Puffer 114 bis 118 des Taktbaumes 129 und
die mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 angeordnet.
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In 4 sind
die mit 3,3 V arbeitenden Puffer 101 bis 105,
die mit 2,5 V arbeitenden Puffer 114 bis 118,
die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109, die
mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122,
die mit 3,3 V arbeitende Verzögerurigsschaltung 127 und die
Zufallsschaltungen 131 und 132 die Layout-Zellen.
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Hier ist die Layout-Zelle ein graphisches Stück, das
Layout-Informationen von Schaltkreiselementen, wie ein Flip-Flop,
einen Puffer usw., angibt. Die Layout-Zelle besitzt einen Masseanschluss
und einen Versorgungsspannungsanschluss, die jeweils an gegenüber liegenden
Enden angeordnet sind. Wenn die Layout-Zelle positioniert ist, wird
der Versorgungsspannungsanschluss der Layout-Zelle mit der Versorgungsspannung-Zwischenverbindung
verbunden, und der Masseanschluss der Layout-Zelle wird mit der
Masse-Zwischenverbindung verbunden, indem die Layout-Zelle bei Bedarf
um 90 Grad gedreht wird.
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Als nächstes werden die Masse-Zwischverbindungen 302 und 313,
die 3,3 V- Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 ausführlich beschrieben
Die Masse-Zwischenverbindung 302 ist in einem Rand des
3,3 V-Versorgungsspannungsteils 301 ausgelegt und erstreckt
sich in einer Anzahl von hortzontalen Richtungen, und die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 ist
ebenfalls in einem Rand des 3,3 V-Versorgungsspannungsteils 301 ausgelegt
und erstreckt sich in einer Anzahl von horizontalen Richtungen,
derart, dass die Masse-Zwischenverbindung 302 und die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 paarweise
angeordnet sind, jedoch durch einen konstanten Abstand voneinander
getrennt sind.
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Ähnlich
ist die Masse-Zwischenverbindung 313 in einem Rand des
2,5 V- Versorgungsspannungsteils 325 ausgelegt und erstreckt
sich in einer Anzahl von hortzontalen Richtungen, wobei die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 ebenfalls
in einem Rand des 2,5 V-Versorgungsspannungsteils 325 ausgelegt
ist und sich in mehreren horizontalen Richtungen erstreckt, derart,
dass die Masse-Zwischenverbindung 313 und die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 paarweise
angeordnet sind, jedoch durch einen konstanten Abstand voneinander
getrennt werden.
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Als nächstes werden der Taktbaum
und die Flip-Flops im 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301 beschrieben.
Jedes der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 ist
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 angeordnet.
Jeder der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 101 bis 105 ist ebenfalls
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 angeordnet.
Der Takteingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 ist
an den Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 102 angeschlossen.
Der Eingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 102 bis 105 ist
an den Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 101 angeschlossen.
Darüber
hinaus ist, obwohl es in 4 nicht
gezeigt wird, der Ausgang der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 103 bis 105 mit
jeweiligen Takteingängen
der Flip-Flops in den mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 111 bis 113 verbunden.
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Darüber hinaus werden der Taktbaum
und die Flip-Flops im 2,5 V-Versorgungsspannungsteil 325 beschrieben.
Jedes der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 ist
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 313 und der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 angeordnet.
Jeder der mit 2,5 V arbeitenden Puffer 114 bis 118 ist ebenfalls
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 313 und der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 angeordnet.
Der Takteingang von jedem der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 ist
mit dem Ausgang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 115 verbunden.
Der Eingang von jedem der mit 2,5 V arbeitenden Puffer 115 bis 118 ist
an den Ausgang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 114 angeschlossen.
Darüber
hinaus ist, obwohl es in 4 nicht
gezeigt wird, der Ausgang der mit 2,5 V arbeitenden Puffer 116 bis 118 mit
jeweiligen Takteingängen
der Flip-Flops in den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 124 bis 126 verbunden.
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Außerdem wird eine Struktur zwischen
dem Takteingangsanschluss 100 und den Taktbäumen 128 und 129 ausführlich beschrieben.
Die mit 3,3 V arbeitende Verzögerungsschaltung 127 ist
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 angeordnet.
Der Eingang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 101 ist mit
dem Ausgang der Verzögerungsschaltung 127 verbunden.
Der Takteingangsanschluss 100 ist mit dem Eingang des mit
2,5 V arbeitenden Puffers 114 und dem Eingang der mit 3,3
V arbeitenden Verzögerungsschaltung 127 verbunden.
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Darüber hinaus ist jede der Zufallsschaltungen 131 und 132 zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 302 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 angeordnet.
Ein Dateneingang der Zufallsschaltung 132 ist mit dem Dateneingangsanschluss 130 verbunden,
und ein Datenausgang der Zufallsschaltung 132 ist mit einem Dateneingang
des mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106 verbunden. Ein
Datenausgang des mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106 ist
mit einem Eingang der Zufallsschaltung 131 verbunden, die
wiederum einen Ausgang aufweist, der mit einem Dateneingangsanschluss
des mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119 verbunden ist.
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In dem in 3 gezeigten Schaltkreis ist die Übertragungszeit
des Taktsignals von dem Takteingangsanschluss 100 zu dem
mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119 die Gesamtzeit einer
Verzögerungszeit der
Zwischenverbindung von dem Takteingangsanschluss 100 zu
dem Eingang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 114, einer
Gate-Verzögerungszeit
des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 114, einer Verzögerungszeit
der Zwischenverbindung von dem mit 2,5 V arbeitenden Puffer 114 zu
dem Eingang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 115, einer
Gate-Verzögerungszeit
des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 115 und einer Verzögerungszeit
der Zwischenverbindung von dem mit 2,5 V arbeitenden Puffer 115 zu
dem Takteingang der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122.
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Um das Taktsignal mit der gleichen
zeitlichen Steuerung zu dem Takteingang aller mit dem Taktbaum 129 verbundenen
Flip-Flops zuzuführen,
wurde deshalb so konstruiert, dass die oben erwähnte Gesamtzeit den gleichen
Wert am Takteingang der jeweiligen Flip-Flops annimmt. Zu diesem
Zweck sind speziell die Zwischenverbindug-Verzögerungszeiten von dem mit 2,5
V betriebenen Erststufenpuffer 114 zu dem Eingang der jeweiligen
mit 2,5 V betriebenen Zweitstufenpuffer 115 bis 118 gleich
gemacht, die Gate-Verzögerungszeiten
der mit 2,5 V betriebenen Puffer 115 bis 118 sind
ebenfalls gleich gemacht und ferner sind die Zwischenverbindug-Verzögerungszeiten
von jedem der mit 2,5 V arbeitenden Puffer 115 bis 118 zu
dem Takteingang der jeweiligen mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops
(119 bis 122 und nicht gezeigte andere), die in
den Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126 enthalten
sind, gleich gemacht.
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Die Verzögerungszeit des Gate wird durch die
Gatelänge
und die Gatebreite von Transistoren bestimmt, und die Verzögerungszeit
der Zwischenverbindung wird durch die Gatelänge und die Gatebreite von
Transistoren und dem kapazitiven Widerstand der Verdrahtung, die
am Ausgang des Transistors parasitär ist, bestimmt. Daher sind
die Gatelänge und
die Gatebreite von Transistoren in Puffern auf gleicher Stufenhöhe in der
kaskadierten Verbindungsstruktur gleich gemacht, und die Verdrahtungskapazität der Zwischenverbindungen
auf gleicher Stufenhöhe
in der kaskadierten Verbindungsstruktur ist gleich gemacht. Infolgedessen
sind zugeordnete Taktsignale, die dem Takteingang aller mit dem
Taktbaum 129 verbundenen Flip-Flops zugeordnet werden,
so gemacht, dass sie die gleiche zeitliche Steuerung, nämlich die
gleiche Phase, besitzen. Das trifft auch im Taktbaum 128 zu.
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Die Verzögerungszeiten von dem Eingang von
jedem der Taktbäume 128 und 129 zu
dem Takteingang von allen Flip-Flops, die am abschließenden Ende
des Taktbaumes angeordnet sind, werden in der oben erwähnten Art
und Weise zueinander gleich gemacht, so dass die den jeweiligen
Flip-Flops zugeführten
Taktsignale miteinander phasengleich gemacht sind.
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Da der Taktbaum 128 und
der Taktbaum 129 in der Puffer steuernden Versorgungsspannung
unterschiedlich voneinander sind, sind jedoch der Taktbaum 128 und
der Taktbaum 129 in der Gate-Verzögerungszeit und der Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
auch unterschiedlich. Deshalb wird die Verzögerungszeit eingestellt durch
das Einsetzen der mit 3,3 V arbeitenden Verzögerungsschaltung 127 zwischen
den Takteingangsanschluss 100 und den Eingang des Taktbaumes 128.
So werden die Taktsignale, die die gleiche Phase aufweisen (nämlich die gleiche
zeitliche Steuerung) jeweils den Flip-Flops, die mit dem Taktbaum 128 verbunden
sind, und den Flip-Flops, die mit dem Taktbaum 129 verbunden sind,
zugeführt.
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Mit der oben erwähnten Anordnung kann normalerweise
die Datenübertragung
zwischen den jeweils mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebenen Blöcken
realisiert werden, was beispielhaft gezeigt wird durch die Datenübertragung von
dem mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106 durch die Zufallsschaltung 131 zu
dem mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119.
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Es wird jetzt mit Bezug auf 4 ein Verfahren zum Konstruieren
der oben erwähnten
Taktsignal-Zufuhrschaltung beschrieben werden.
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Zuerst wird der Abschnitt 301 zur
Anordnung von 3,3 V Layout-Zellen und der Abschnitt 325 zur Anordnung
von 2,5 V Layout-Zellen bestimmt. Anschließend werden die Masse-Zwischenverbindung 302 und
die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 in
dem 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301 gemäß 4 sowie die Masse-Zwischenverbindung 313 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 in
dem 2,5 V Versorgungsspannungsteil 325 gemäß 4 ausgelegt. Darüber hinaus
werden die 3,3 V Layout-Zellen, anders als der Taktbaum, zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 302 und
der 3,3 V Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 in
dem 3,3 V Versorgungsspannungsteil 301 angeordnet, und
die 2,5 V Layout-Zellen
werden, anders als der Taktbaum, zwischen der Masse-Zwischenverbindung 313 und
der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 in
dem 2,5 V-Versorgungsspannungsteil 325 angeordnet.
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Danach wird der Taktbaum in dem 3,3
V-Versorgungsspannungsteil 301 ausgelegt und verbunden.
Da die mit den bei 3,3 V arbeitenden Puffern 101 bis 105 verbundenen
Flip-Flops die gleiche
Struktur aufweisen, wird hier im Folgenden der mit 3,3 V arbeitende
Puffer 102 als ein Vertreter beschrieben:
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Zuerst wird der mit 3,3 V arbeitende
Puffer 102 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 an
einer mittleren Position zwischen den mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 angeordnet.
Anschließend
wird der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 102 mit
den jeweiligen Takteingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 verbunden,
indem bei Bedarf eine Umwegverdrahtung genutzt wird, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
miteinander gleich werden.
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Danach wird der mit 3,3 V arbeitende
Puffer 101 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und
der 3,3 V Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 an
einer mittleren Positon zwischen den mit 3,3 V arbeitenden Puffern 102 bis 105 angeordnet.
Dann wird der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 101 mit
den jeweiligen Eingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 102 bis 105 verbunden,
indem bei Bedarf eine Um wegverdrahtung verwendet wird, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
miteinander gleich werden.
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Das Obenstehende ist ein Verfahren
zum Auslegen und Verbinden des Taktbaumes in dem 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301.
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Anschließend wird der Taktbaum in dem
2,5 V-Versorgungsspannungsteil 325 ausgelegt und verbunden.
Da die Flip-Flops, die mit den bei 2,5 V arbeitenden Puffern 115 bis 118 verbunden
sind, die gleiche Struktur aufweisen, wird hier im Folgenden der
mit 2,5 V arbeitende Puffer 115 als ein Vertreter beschrieben:
Zuerst wird der mit 2,5 V arbeitende Puffer 115 zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 313 und der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 an
einer mittleren Position zwischen den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 angeordnet.
Dann wird der Ausgang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 115 mit
den jeweiligen Takteingängen
der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 angeschlossen,
indem bei Bedarf eine Umwegverdrahtung verwendet wird, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
zueinander gleich werden.
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Danach wird der mit 2,5 V arbeitende
Puffer 114 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 313 und
der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 314 an
einer mittleren Position zwischen den mit 2,5 V arbeitenden Puffern 115 bis 118 angeordnet.
Anschließend
wird der Ausgang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 114 mit
den jeweiligen Eingängen der
mit 2,5 V arbeitenden Puffern 115 bis 118 verbunden,
indem bei Bedarf eine Umwegverdrahtung genutzt wird, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten zueinander
gleich werden.
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Das Obenstehende ist ein Verfahren
zum Auslegen und Verbinden des Taktbaumes in dem 2,5 V-Versorgungsspannungsteil 325.
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Danach wird eine Übertragungszeit in dem Taktbaum
gemessen, der in dem 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301 ausgelegt
und angeschlossen ist, und eine Übertragungszeit
in dem Taktbaum gemessen, der in dem 2,5 V-Versorgungsspannungsteil
325 ausgelegt und angeschlossen ist. Und es wurden „n" Zeiten
der Gate-Verzögerungszeit
des Puffers herausgefunden, die fast zur Differenz zwischen den beiden
gemessenen Übertragungszeiten
approximiert werden kann.
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Anschließend wird die aus „n" kaskadierten, mit
3,3 V arbeitenden Puffern zusammengesetzte Verzögerungsschaltung 127 hergestellt.
Die so hergestellte, mit 3,3 V arbeitende Verzögerungsschaltung 127 wird
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 302 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 303 in
dem 3,3 V-Versorgungsspannungsteil 301 angeordnet. Der
Ausgang der mit 3,3 V arbeitenden Verzögerungsschaltung 127 wird mit
dem Eingang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 101 verbunden.
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Schließlich wird der Takteingangsanschluss 100 mit
dem Eingang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 114 und dem
Eingang der mit 3,3 V arbeitenden Verzögerungsschaltung 127 verbunden.
Gleichzeitig wird er bei Bedarf durch Verwendung einer Umwegverdrahtung
so eingestellt, dass die Übertragungszeit
vom Takteingangsanschluss 100 zum Eingang der mit 3,3 V
arbeitenden Verzögerungsschaltung 127 gleich
der Übertragungszeit
vom Takteingangsanschluss 100 zum Eingang des mit 2,5 V
arbeitenden Puffers 114 wird.
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Übrigens
wird zum Beispiel zur Zwischenverbindung eine vertikale Zwischenverbindung
aus einer Aluminium-Leiterbahn zweiter Ebene und eine horizontale
Zwischenverbindung aus einer Aluminium-Leiterbahn erster Ebene gebildet.
Außerdem werden
die Versorgungsspannung-Zwischenverbindung und die Masse-Zwischenverbindung
jeweils aus Aluminium-Leiterbahnen unterschiedlicher Ebenen gebildet,
um zu gewährleisten,
dass die Versorgungsspannung-Zwischenverbindung und die Masse-Zwischenverbindung
niemals miteinander kurzgeschlossen werden. Darüber hinaus werden die Aluminium-Leiterbahn
zweiter Ebene und die Aluminium-Leiterbahn erster Ebene durch Durchgangslöcher zusammengeschaltet,
so dass die vertikale Zwischenverbindung mit der horizontalen Zwischenverbindung
verbunden ist.
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In der oben erwähnten Taktsignal-Zufuhrschaltung
nach dem Stand der Technik ist man jedoch den folgenden Problemen
begegnet.
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Wie oben erwähnt, ist die Verzögerurigsschaltung 127 zur
Kompensierung der Differenz in der Übertragungszeit zwischen dem
Taktbaum für den
mit geringer Versorgungsspannung betriebenen Funktionsblock und
dem Taktbaum für
den anderen Funktionsblock eingefügt. In Abhängigkeit vom Diffusionszustand
des LSI-Herstellungsverfahrens und bei Änderung der Betriebstemperatur
des LSI ändert sich
die Gate-Verzögerungszeit,
und deshalb ändert sich
entsprechend die Verzögerungszeit
der Verzögerungsschaltung 127 mit
dem Ergebnis, dass eine Phasenabweichung zwischen den Taktsignalen
auftritt, die dem Speichermittel der mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebenen Funktionsblöcke
zugeführt
werden. Hierdurch wird in der Synchronschaltung, die zum Übertragen
von Daten zwischen dem mit der niedrigen Versorgungsspannung betriebenen
Funktionsblock und dem anderen Funktionsblock konfiguriert ist,
die normale Datenübertragung
unmöglich,
wenn sich der Diffusionszustand des LSI-Herstellungsverfahrens und
/ oder die Betriebstemperatur des LSI ändern. Mit anderen Worten,
es wird schwierig, die Synchronschaltung auszulegen.
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Im Stand der Technik verändern sich
darüber hinaus
die Lokalisierungspositionen der Layout-Zellen und ihr Zwischenverbindung-Leitweg,
wenn das Layout zur Änderung
der Funktion modifiziert wird und / oder die Eigenschaften verbessert
werden, und ferner verändern
sich entsprechend auch die Lokalisierungspositionen der Taktbaum-Puffer
und die Speichermittel und ihr Zwischenverbindung-Leitweg mit dem
Ergebnis, dass es notwendig wird, die Übertragungszeit der Taktbäume wieder
zu messen und die Verzögerungsschaltung
erneut auszulegen. Mit anderen Worten, jedesmal wenn der Entwurf
verändert
wird und / oder die Eigenschaften verbessert werden, muss die Verzögerungsschaltung
von neuem ausgelegt werden, und deshalb ist es von Nachteil, dass
die zum Auslegen benötigte
Zeit lang wird.
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Die Druckschrift EP-A-O 308 267 offenbart einen
Steuersignal-Erzeugungsschaltkreis, der bei einer ersten Spannung
betrieben wird und ein Steuersignal an einen funktionalen Schaltkreis,
der mit einer zweiten geringeren Spannung betrieben wird, liefert.
Der Steuersignal-Erzeugungsschaltkreis weist eine Anzahl von seriell
kaskadierten Invertern auf, wobei die Steuersignale von Knoten zwischen
Gruppen der Inverter zugeführt
werden. Folglich sind die Steuersignale relativ zueinander verzögert und
weisen nicht die gleichen Phasen auf.
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Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
die Bereitstellung einer integrierten Schaltung mit Speichermitteln
und einer Taktsignal-Zufuhrschaltung sowie eines Verfahrens zum
Aufbau derselben, die die oben erwähnten Mängel der herkömmlichen überwunden
haben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen integrierten Schaltung
und eines Verfahrens zum Aufbau derselben, die in der Lage ist,
phasengleiche Taktsignale an Speicherschaltkreise zuzuführen, die
mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden, selbst
wenn sich der Diffusionszustand des Herstellungsverfahrens für LSI und/oder
die Betriebstemperatur des LSI ändern,
um es dadurch zu ermöglichen,
Daten zwischen mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betriebenen
Blöcken
normal zu übertragen.
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Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer solchen integrierten Schaltung und
eines Verfahrens zum Aufbau derselben, die in der Lage ist, an Speicherschaltkreise,
die mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden,
phasengleiche Taktsignale zuzuführen,
indem keine Verzögerungsschaltung verwendet
wird, selbst wenn sich der Diffusionszustand des Herstellungsverfahrens
für LSI
und / oder die Betriebstemperatur des LSI ändern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen integrierten Schaltung
und eines Verfahrens zum Aufbau derselben, die in der Lage ist,
die Entwurfszeit zu verkürzen.
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Diese Aufgaben werden durch eine
integrierte Schaltung wie sie in dem Anspruch 1 definiert ist bzw.
durch ein Verfahren wie es in dem Anspruch 6 definiert ist, erfüllt. Die
restlichen Ansprüche
sind auf Weiterentwicklungen der Erfindung bezogen.
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Mit der oben erwähnten Anordnung tritt in den
ausgegebenen Taktsignalen, die eigentlich an die Anzahl von mit
jeweils unterschiedlichen Versorgungsspannungen betriebenen Speichermittel
angelegt werden, kein Phasenunterschied auf da das Taktsignal der
Anzahl von mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betriebenen
Speichermitteln durch die Einlage der Anzahl von Puffern zugeführt wird,
die in der Form des Taktbaumes mit zumindest zwei kaskadierten Stufen
verbunden sind und alle mit der gleichen Versorgungsspannung (die
nämlich
die höchste
Versorgungsspannung der unterschiedlichen Versorgungsspannungen
ist) selbst dann betrieben werden, wenn der Diffusionszustand des
Herstellungsverfahrens für
LSI und / oder die Betriebstemperatur des LSI variieren und deshalb
selbst dann, wenn sich die Ausbreitungszeit in dem LSI speziell
im Taktbaum ebenfalls ändert.
Der Grund dafür ist,
dass die Gate-Verzögerungszeiten
in dem Taktbaum zueinander gleich gemacht werden können und
die Verdrahtungskapazitäten
im Taktbaum ebenfalls zueinander gleich gemacht werden können da alle
von der Anzahl von Puffern, die in der Form des Taktbaumes mit zumindest
zwei kaskadierten Stufen verbunden sind, mit der gemeinsamen Versorgungsspannung
betrieben werden. Darüber
hinaus ist die Verzögerungsschaltung,
die im Stand der Technik zwischen dem Takteingangsanschluss und
dem Eingang des Taktbaumes erforderlich war, nicht mehr notwendig.
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Gemäß dem oben erwähnten Verfahren
wird bei Verwendung einer Versorgungsspannung A und einer Versorgungsspannung
B nach der Masse-Zwischenverbindung in dem Lokalisierungsteil eine
Zwischenverbindung für
die Versorgungsspannung A und eine Zwischenverbindung für die Versorgungsspannung
B ausgelegt, wobei die mit der Ver sorgungsspannung A betriebenen
Speichermittel zwischen der Masse-Zwischenverbindung und der Zwischenverbindung
für die
Versorgungsspannung A angeordnet sind und die mit der Versorgungsspannung
B betriebenen Speichermittel zwischen der Masse-Zwischenverbindung und der Zwischenverbindung
für die
Versorgungsspannung B angeordnet sind. Jeder der Puffer ist zwischen
der Masse-Zwischenverbindung und der Zwischenverbindung für die höhere Versorgungsspannung
der Versorgungsspannungen A und B angeordnet, wobei die Puffer angeschlossen
sind, um einen Taktbaum mit zumindest zwei kaskadierten Stufen zu
bilden. Folglich wird es leicht, den mit einer von mehreren Versorgungsspannungen
betriebenen Taktbaum zu lokalisieren.
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Die obigen und anderen Aufgaben,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
der integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Zuführen
von phasengleichen Taktsignalen an mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebene Funktionsblöcke;
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2 ist
ein Layout-Diagramm von einem Beispiel der Schaltungsanordnung der
in 1 gezeigten integrierten
Taktsignal-Zufuhrschaltung;
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3 ist
ein Blockdiagramm von einem Beispiel der integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung
im Stand der Technik zum Zuführen
von Taktsignalen an mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebene Funktionsblöcke;
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4 ist
ein Layout-Diagramm eines Beispiels der Schaltungsanordnung der
in 3 gezeigten integrierten
Taktsignal-Zufuhrschaltung im Stand der Technik;
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5 ist
ein Steuerungsdiagramm zur Darstellung der Änderung der Verzögerungszeit,
wenn der aus zwei kaskadierten Pufferstufen zusammengesetzte Taktbaum
mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben wird; und
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm einer typischen Eingangsstufe des Flip-Flop.
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Es wird jetzt ein Ausführungsbeispiel
der integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Mit Bezug auf 1 ist das Blockdiagramm von einem Ausführungsbeispiel
der integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Zuführen
von phasengleichen Taktsignalen an mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebene Funktionsblöcke
gezeigt. In 1 werden
Elementen, die den in 3 gezeigten ähnlich sind,
gleiche Bezugszahlen gegeben. Das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
besitzt ähnlich
dem in 3 gezeigten Beispiel
im Stand der Technik zwei Arten von Versorgungsspannungen einschließlich einer
3,3 V-Versorgungsspannung und einer 2,5 V-Versorgungsspannung, das
im Teil des Taktbaumes anders ist als das in 3 gezeigte Beispiel im Stand der Technik.
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In 1 ist
der Takteingangsanschluss 100 direkt mit einem Taktbaum 227 verbunden,
der an die mit der Versorgungsspannung von 3,3 V betriebenen Flip-Flop-Gruppen 110 bis 113 und
die mit der Versorgungsspannung von 2,5 V betriebenen Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126 angeschlossen
ist.
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Zuerst wird der Aufbau des Taktbaumes 227 ausführlich beschrieben.
Der Taktbaum 227 ist aus den mit 3,3 V arbeitenden Puffern 201 bis 210 und 228 (mit
der Versorgungsspannung von 3,3 V betrieben) zusammengesetzt, die
in einer drei kaskadierte Stufen aufweisenden, baumförmigen Struktur
verbunden sind. Deshalb ist der Taktbaum 227 nur aus den
mit der Versorgungsspannung von 3,3 V arbeitenden Schaltkreisen
gebildet. Ein Eingang des mit 3,3 V arbeitenden Erststufenpuffers 201 ist
mit dem Takteingangsanschluss 100 verbunden, und entsprechende
Eingänge
der mit 3,3 V arbeitenden Zweitstufenpuffer 202 und 228 sind
mit einem Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Erststufenpuffers 201 gemeinsam
verbunden. Entsprechende Eingänge
der mit 3,3 V arbeitenden Drittstufenpuffer 203 bis 206 in
einer ersten Gruppe sind gemeinsam mit einem Ausgang des mit 3,3
V arbeitenden Zweitstufenpuffers 202 verbunden, und jeweilige
Eingänge
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 207 bis 210 in
einer zweiten Gruppe sind gemeinsam mit einem Ausgang des mit 3,3
V arbeitenden Zweitstufenpuffers 228 verbunden.
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Ein Ausgang der mit 3,3 V arbeitenden
Drittstufenpuffer 203 bis 210 ist an Flip-Flops,
die mit der Versorgungsspannung von 3,3 V arbeiten, und an Flip-Flops,
die mit der Versorgungsspannung von 2,5 V arbeiten, angeschlossen.
Diese Flip-Flops sind in die Flip-Flop-Gruppen 110 bis 113,
die mit 3,3 V arbeiten, und die Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126,
die mit 2,5 V arbeiten, geteilt, wobei jede Gruppe die gleiche Anzahl
von Flip-Flops umfasst.
Hier ist es nicht unbedingt erforderlich, die Flip-Flops in Einheiten
der mit gleicher Versorgungsspannung arbeitenden Flip-Flops in Gruppen
anzuordnen. Jedoch sind in diesem Ausführungsbeispiel die Flip-Flops
in Gruppen, die nur aus Flip-Flops
bestehen, die mit der Versorgungsspannung von 3,3 V arbeiten, und
in Gruppen geteilt, die nur aus Flip-Flops bestehen, die mit der
Versorgungsspannung von 2,5 V arbeiten, ähnlich dem Beispiel im Stand
der Technik, wobei die Flip-Flops mit einem mit 3,3 V arbeitenden
Drittstufenpuffer in Einheiten von einer Gruppe verbunden sind.
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Die mit 3,3 V arbeitende Flip-Flop-Gruppe 110 enthält die mit
3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109,
deren einer Takteingang an den Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden
Drittstufenpuffers 203 angeschlossen ist. Die mit 2,5 V
arbeitende Flip-Flop-Gruppe 123 enthält die mit 2,5 V arbeitenden
Flip-Flops 119 bis 122, deren einer Takteingang an
den Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Drittstufenpuffers 207 angeschlossen
ist. Ähnlich
ist ein Takteingang einer Anzahl von in den mit 3,3 V arbeitenden
Flip-Flop-Gruppen 111 bis 113 und
den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 124 bis 126 enthaltenen
Flip-Flops mit einem Ausgang der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 204 bis 206 bzw.
208 bis 210 verbunden.
-
Als nächstes wird das Verfahren zum
Aufbau der oben erwähnten
integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung (das Verfahren zum Auslegen
der Bestandteile des Taktbaumes) mit Bezug auf 2 beschrieben, die ein Layout-Diagramm
eines Beispiels der Schaltungsanordnung der in 1 gezeigten integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung
ist. In
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2 sind
Elementen, die den in den 1 und 4 gezeigten ähnlich sind,
die gleichen Bezugszahlen gegeben.
-
In 2 sind
in einem gemeinsamen 3,3 V/2,5 V-Versorgungsspannungsteil 404 eine
Masse-Zwischenverbindung (Kabelleiter) 401, eine 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung
(Kabelleiter) 402, eine 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung
(Kabelleiter) 403, die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109,
die mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122,
die jeweils zwischen Flip-Flops angeordneten Zufallsschaltungen 131 und 132 und
der mit 3,3 V arbeitende Taktbaum 227 angeordnet.
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Es wird jetzt die Masse-Zwischenverbindung 401,
die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 ausführlich beschrieben.
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Die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 und
die 2,5 V- Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 sind
in einem Rand des gemeinsamen 3,3 V/ 2,5 V-Versorgungsspannungsteils 404 ausgelegt
und erstrecken sich in mehrere horizontale Richtungen innerhalb
des gemeinsamen 3,3 V/2,5 V-Versorgungsspannungsteils 404, wobei
die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 durch
einen konstanten Abstand voneinander getrennt sind. Die Masse-Zwischenverbindung 401 ist
in einem Rand des gemeinsamen 3,3/2,5 V-Versorgungsspannungsteils 404 angeordnet
und erstreckt sich in mehrere horizontale Richtungen in dem gemeinsamen
3,3 V/2,5 V-Versorgungsspannungsteil 404, derart, dass die Masse-Zwischenverbindung 401 und
die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 paarweise
angeordnet sind aber durch einen konstanten Abstand voneinander
getrennt werden und die Masse-Zwischenverbindung 401 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 paarweise
angeordnet sind, jedoch durch einen konstanten Abstand voneinander
getrennt werden.
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Als nächstes werden der Taktbaum 227 und die
Flip-Flops in dem gemeinsamen 3,3 V/ 2,5 V-Versorgungsspannungsteil 404 beschrieben.
Jedes der gemäß l mit dem Taktbaum 227 verbundenen, mit
3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 ist zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 401 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 gemäß 2 angeordnet. Der mit 3,3
V arbeitende Puffer 203 im Taktbaum 227 ist ebenfalls
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet.
Der Takteingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 ist
mit dem Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203 verbunden.
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Der mit 3,3 V arbeitende Puffer 202 im
Taktbaum 227 ist ebenfalls zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet,
und der Eingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 203 bis 206 ist
mit dem Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202 verbunden.
Der mit 3,3 V arbeitende Puffer 201 im Taktbaum 227 ist
ebenfalls zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und der
3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet,
und der Eingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 202 und 228 ist
mit dem Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201 verbunden.
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Der Takteingangsanschluss 100 ist
mit dem Eingang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201 verbunden.
Jedes der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 ist
zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 angeordnet.
Der mit 3,3 V arbeitende Puffer 207 ist ebenfalls zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 401 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet.
Der Takteingang von jedem der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 ist
mit dem Ausgang des mit 2,5 V arbeitenden Puffers 207 verbunden.
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Der mit 3,3 V arbeitende Puffer 228 im
Taktbaum 227 ist ebenfalls zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet,
und der Eingang von jedem der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 207 bis 210 ist
mit dem Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228 verbunden.
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Obwohl es in 2 nicht dargestellt ist, sind der Ausgang
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 204 bis 206 und 208 bis 210 mit
den Flip-Flops in den mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 111 bis 113 bzw. mit
den Flip-Flops in den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 124 bis 126 verbunden.
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In dem in 1 dargestellten Schaltkreis wird das
Taktsignal, das dem mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106,
das mit der 3,3 V Versorgungsspannung betrieben wird, zuzuführen ist,
durch die mit 3,3 V arbeitenden Puffer 201 bis 203 dem
Takteingang des mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 zugeführt. In
diesem Fall ist die Übertragungszeit
des Taktsignals von dem Taktsignalanschluss 100 zu dem
mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106 die Gesamtzeit einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
vom Takteingangsanschluss 100 zum Eingang des mit 3,3 V
arbeitenden Puffers 201, einer Gate-Verzögerungszeit des
mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201, einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 201 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202, einer Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202, einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 202 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203, einer Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203 und einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit von
dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 203 zum Takteingang des
mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106.
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Andererseits wird das Taktsignal,
das dem mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119, das mit der
Versorgungsspannung von 2,5 V betrieben wird, durch die mit 3,3
V arbeitenden Puffer 201, 228 und 207 dem
Takteingang des mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119 zugeführt. In
diesem Fall ist die Übertragungszeit des
Taktsignals von dem Takteingangsanschluss 100 zu dem mit
2,5 V arbeitenden Flip-Flop 119 die Gesamtzeit der Zwischenverbindung-Verzögerungszeit vom
Takteingangsanschluss 100 zu dem Eingang des mit 3,3 V
arbeitenden Puffers 201, der Gate-Verzögerungszeit des mit 3,3 V arbeitenden
Puffers 201, einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 201 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228, einer Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228, einer Zwischenverbin dung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 228 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 207, einer Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 207 und einer Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 207 zu dem Takteingang
des mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119.
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Um die Übertragungszeit des Taktsignals vom
Takteingangsanschluss 100 zum Takteingang des mit 3,3 V
arbeitenden Flip-Flop 106 der Übertragungszeit des Taktsignals
von dem Takteingangsanschluss 100 zum Takteingang des mit
2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 gleich
zu machen, wird hier zuerst die Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
vom Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202 mit der Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
vom Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201 zum Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228 gleich gemacht.
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Zweitens wird die Gate-Verzögerungszeit des
mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202 mit der Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228 gleich gemacht. Drittens
wird die Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
vom Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202 zu dem
Eingang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203 mit der Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
vom Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228 zu dem Eingang
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 207 gleich gemacht. Viertens
wird die Gate-Verzögerungszeit des
mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203 mit der Gate-Verzögerungszeit
des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 207 gleich gemacht. Fünftens wird
die Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 203 zum Takteingang
des mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flop 106 mit der Zwischenverbindung-Verzögerungszeit
von dem mit 3,3 V arbeitenden Puffer 207 zum Takteingang
des mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 gleich gemacht.
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Um den Taktbaum ähnlich dem Stand der Technik
aufzubauen, werden, wie oben erwähnt,
die Gatelänge
und die Gatebreite von Transistoren in Puffern der gleichen Stufenhöhe in der
Taktbaumstruktur zueinander gleich gemacht, und die Verdrahtungskapazität der Zwischenverbindungen
mit der gleichen Stufenhöhe
in der Taktbaumstruktur werden ebenfalls zueinander gleich gemacht.
Infolgedessen werden die Taktsignale tatsächlich mit der gleichen zeitlichen
Steuerung dem Takeingang von allen der Flip-Flops zugeführt, die
in den mit dem Taktbaum 227 verbundenen Flip-Flop-Gruppen 110 bis 113 und 123 bis 126 enthalten
sind.
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Da der Taktbaum 227 aus
den mit 3,3 V arbeitenden Schaltkreisen gebildet ist, werden in
diesem Ausführungsbeispiel
die Taktsignale mit der Amplitude von 3,3 V den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop-Gruppen 123 bis 126 zugeführt. Dies
ist jedoch eigentlich kein Problem.
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Der Grund dafür wird hier beschrieben. Unter Berücksichtigung,
dass das mit 2,5 V arbeitende Flip-Flop eine CMOS-Inverter-Eingangsstufe
gemäß 6 aufweist, die aus einem
P-Kanal-Transistor 605 und einem N-Kanal-Transistor 606 mit
gemeinsam verbundenen Gates 604 und gemeinsam verbundenen
Drains 602 zusammengesetzt ist, wird das Taktsignal mit
der Amplitude von 3,3 V an die gemeinsam verbundenen Gates 604 des
P-Kanal-Transistors 605 und des N-Kanal-Transistors 606 angelegt.
Die Versorgungsspannung von 2,5 V wird an einen Versorgungsspannungsanschluss 607 angelegt, der
mit einer Sourceelektrode 601 des P-Kanal-Transistors 605 verbunden
ist. Eine Sourceelektrode 603 des N-Kanal-Transistors 606 ist
mit Masse verbunden.
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Da die Sourceelektrode 601 des
P-Kanal-Transistors 605 gewöhnlicherweise einer Lastkapazität 608 zugeordnet
ist, fällt
im Allgemeinen, wenn Null Volt an das Gate 604 des P-Kanal-Transistors 605 angelegt
sind, das Potenzial der Sourceelektode 601 des P-Kanal-Transistors 605 ab,
und der P-Kanal-Transistor 605 wird eingeschaltet. Deshalb
wird eine Zeit benötigt,
bis der Strom von der Sourceelektrode 601 zum Drain 602 des
P-Kanal-Transistors 605 zu fliessen beginnt. Andererseits
wird der N-Kanal-Transistor 606 ausgeschaltet. Somit wird
die Spannung von 2,5 V von dem Drain 602 des P-Kanal-Transistors 605 ausgegeben.
In diesem Prozess hängt
die Übergangszeit
nicht wesentlich davon ab, welches von Taktsignal mit der Amplitude
von 3,3 V und den Taktsignalen mit der Amplitude von 2,5 V an die
Gates 604 des P-Kanal-Transistors
605 und des N-Kanal-Transistors 606 angelegt
wird, da Null Volt an das Gate 604 des P-Kanal-Transistors 605 angelegt
sind.
-
Andererseits wird, wenn die Spannung
von 3,3 V an das Gate 604 angelegt ist, der P-Kanal-Transistor 605 ausgeschaltet
und der N-Kanal-Transistor 606 ausgeschaltet, da der in
dem mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flop enthaltene P-Kanal-Transistor 605 und
N-Kanal-Transistor 606 einen
absoluten Schwellenwert aufweisen, der ausreichend größer als
Null Volt und ausreichend kleiner als 2,5 V ist. Eher wird das Einschalten
des N-Kanal-Transistors 606 und
das Ausschalten des P-Kanal-Transistors 605 etwas schnell
im Vergleich zu dem Fall, dass die Spannung von 2,5 V an das Gate 604 angelegt
ist, wenn die Spannung von 3,3 V an das Gate 604 angelegt
wird. Jedoch wird diese geringe Schnelligkeit des Ein- und Ausschaltens
keinen nachteiligen Einfluss ergeben.
-
Es tritt außerdem kein Durchschlag auf
da der LSI mit den bei 2,5 V arbeitenden Funktionsblöcken und
den bei 3,3 V arbeitenden Funktionsblöcken in einem gemischten Zustand
ausgelegt ist, um eine Durchbruchspannung von größer als 3,3 V zu haben, selbst
wenn 3,3 V an das Gate der Transistoren, die in dem mit 2,5 V arbeitenden
Flip-Flop enthalten sind, angelegt werden.
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Deshalb tritt beim eigentlichen Betrieb
des Flip-Flops kein Problem auf.
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Es wird jetzt mit Bezug auf 2 ein Verfahren zum Aufbau
der oben erwähnten
integrierten Taktsignal-Zufuhrschaltung beschrieben werden.
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Zuerst werden der Abschnitt 404 zur
Lokalisierung von 3,3 V-Layout-Zellen und 2,5 V-Layout-Zellen bestimmt. Anschließend wird
die Masse-Zwischenverbindung 401, die 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 und
die 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 in
dem gemeinsamen 3,3 V/2,5 V-Versorgungsspannungsteil 404 gemäß 2 ausgelegt. Darüber hinaus
werden in dem gemeinsamen 3,3 V/2,5 V- Versorgungsspannungsteil 404 die
3,3 V-Layout-Zellen anders als der Taktbaum zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungs spannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet,
und die 2,5 V-Layout-Zellen werden zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 2,5 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 403 angeordnet.
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Anschließend wird der Taktbaum in dem
gemeinsamen 3,3 V/2,5 V- Versorgungsspannungsteil 404 ausgelegt
und angeschlossen. Da die Flip-Flops, die mit den bei 3,3 V arbeitenden
Puffer 202 bis 206 verbunden sind, und die Flip-Flops,
die mit den bei 3,3 V arbeitenden Puffern 207 bis 210 verbunden sind,
den gleichen Aufbau haben, werden hier im Folgenden die mit 3,3
V arbeitenden Puffer 203 und 207 als ein Vertreter
beschrieben: Zuerst wird der mit 3,3 V arbeitende Drittstufenpuffer 203 zwischen
der Masse-Zwischenverbindung 401 und der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 an
einer Position in der Nähe
der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 angeordnet.
Anschließend wird
der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 203 mit den
jeweiligen Takteingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 106 bis 109 verbunden,
bei Bedarf unter Verwendung einer Umwegverdrahtung, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
zueinander gleich werden.
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Danach wird der mit 3,3 V arbeitende
Zweitstufenpuffer 202 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet.
Anschließend
wird der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 202 mit
den jeweiligen Eingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Drittstufenpuffer 203 bis 206,
bei Bedarf unter Verwendung einer Umwegverdrahtung verbunden, derart,
dass die Verdrahtungskapazitäten zueinander
gleich werden.
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Darüber hinaus wird der mit 3,3
V arbeitende Drittstufenpuffer 207 zwischen der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 in
einer mittleren Position zwischen den mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 und
einer benachbarten Masse-Zwischenverbindung 401 angeordnet.
Der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 207 ist mit
den jeweiligen Takteingängen
der mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 bis 122 verbunden,
bei Bedarf unter Verwendung einer Umwegverdrahtung, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
zueinander gleich werden.
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Danach wird der mit 3,3 V arbeitende
Zweitstufenpuffer 228 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet.
Anschließend
wird der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 228 mit
den jeweiligen Eingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 207 bis 210 verbunden,
bei Bedarf unter Verwendung einer Umwegverdrahtung, derart, dass
die Verdrahtungskapazitäten
zueinander gleich werden.
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Darüber hinaus wird der mit 3,3
V arbeitende Erststufenpuffer 201 zwischen der Masse-Zwischenverbindung 401 und
der 3,3 V-Versorgungsspannung-Zwischenverbindung 402 angeordnet.
Anschließend
wird der Ausgang des mit 3,3 V arbeitenden Puffers 201 mit
den jeweiligen Eingängen
der mit 3,3 V arbeitenden Puffer 202 und 228 verbunden, derart,
dass die Verdrahtungskapazitäten
zueinander gleich werden.
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Das Obengenannte ist ein Verfahren
zum Auslegen und Verbinden des Taktbaumes in dem gemeinsamen 3,3
V/2,5 V-Versorgungsspannungsteil 404. Schließlich wird
der Takteingangsanschluss 100 mit dem Eingang des bei 3,3
V arbeitenden Puffers 201 verbunden.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Flip-Flops 106 bis 109,
die mit dem bei 3,3 V arbeitenden Puffer 203 verbunden
sind, die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops; und die Flip-Flops 119 bis 122,
die mit dem bei 3,3 V arbeitenden Puffer 207 verbunden
sind, sind die mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops. Die mit den Drittstufenpuffern
verbundenen Flip-Flops im Taktbaum werden im Grunde genommen in
Gruppen geteilt, die jeweils nur aus mit der gleichen Versorgungsspannung
arbeitenden Flip-Flops
bestehen.
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Als eine Modifizierung werden die
mit den Drittstufenpuffern verbundenen Flip-Flops im Taktbaum in
Gruppen geteilt, die jeweils nur aus Flip-Flops bestehen, die nahe
zu einander, unabhängig
von der Versorgungsspannung angeordnet sind. In diesem Fall kann
jede Gruppe Flip-Flops enthalten, die mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
arbeiten. Zum Beispiel sind in der in 2 dargestellten
Schaltungsanordnung die mit 3,3 V arbeitenden Flip-Flops 107 und 109 und
die mit 2,5 V arbeitenden Flip-Flops 119 und 121 paarweise
als eine Gruppe angeordnet und mit dem Ausgang des bei 3,3 V arbeitenden
Puffers 203 verbunden. In dieser Modifizierung kann die
Länge der
Zwischenverbindung zwischen den Puffern im Taktbaum gekürzt werden,
und deshalb wird es leicht, die Verzögerungszeit beim Konstruieren
des Taktbaumes einzustellen.
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Im Stand der Technik besteht der
Taktbaum für
den mit der Versorgungsspannung von 2,5 V arbeitenden Funktionsblock
aus den mit 2,5 V arbeitenden Puffern. Jedoch besteht in diesem
Ausführungsbeispiel
der Taktbaumabschnitt für
den mit der Versorgungsspannung von 2,5 V arbeitenden Funktionsblock
aus den mit 3,3 V arbeitenden Puffern. Deshalb erhöht sich
die verbrauchte elektrische Leistung im Vergleich zum Stand der
Technik, da aber die verbrauchte elektrische Leistung nur der im
Taktbaum enthaltenen Puffer erhöht
ist, ist die Zunahme der verbrauchten elektrischen Leistung im Wesentlichen vernachlässigbar.
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Wie aus dem Obenstehenden ersichtlich wird,
ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Taktsignal
auf die Anzahl von mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betriebenen
Speichermitteln durch die Einlage der Anzahl von Puffern verteilt
wird, die in der Form des Taktbaumes mit zumindest zwei kaskadierten
Stufen verbunden sind und alle mit der gemeinsamen Versorgungsspannung
betrieben werden, selbst wenn der Diffusionzustand des Herstellungsverfahrens
für LSI
und / oder die Betriebstemperatur des LSI variieren, und deshalb,
selbst wenn die Ausbreitungszeit in dem LSI speziell im Taktbaum
ebenfalls variiert, die jeweiligen Ausbreitungszeiten der tatsächlich an
die Anzahl von Speichermitteln, die mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betrieben werden, angelegten abgegebenen Taktsignale die gleichen
wie jede andere sind und deshalb die abgegebenen Taktsignale, die tatsächlich an
die Anzahl von jeweils mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen
betriebenen Speichermitteln angelegt werden, phasengleich sind. Folglich
ist es möglich,
Daten zwi schen Speichermitteln zu übertragen, die mit unterschiedlichen
Versorgungsspannungen betrieben werden.
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Da keine Verzögerungsschaltung zum Einstellen
der Ausbreitungszeit enthalten ist, ist es außerdem möglich, die Entwurfszeit für die Schaltungsanordnung
des Taktbaumes zu verkürzen.
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Damit ist die Endung mit Bezug auf
spezifische Ausführungsbeispiele
dargestellt und beschrieben worden. Es soll jedoch angemerkt werden,
dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Einzelheiten
der veranschaulichten Strukturen beschränkt ist, sondern Änderungen
und Modifizierungen innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche vorgenommen
werden können.