JP2003115538A - Semiconductor device and adjustment method for clock delay of the same - Google Patents
Semiconductor device and adjustment method for clock delay of the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置において
大規模な同期回路を高速動作させる為に各同期素子に遅
延差なくクロック信号を分配する方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of distributing a clock signal to each synchronous element without delay difference in order to operate a large-scale synchronous circuit at high speed in a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体プロセスの微細化が進み、
半導体装置内に実装される回路の規模が増大しており、
半導体装置内の全回路に対して論理合成、自動配置配線
を行おうとすると、回路の情報を全て一度にコンピュー
タで処理することが困難になっている。また、微細プロ
セスでは、個々のトランジスタを接続する配線の長さに
よって配線の容量値、抵抗値が大きく変化し、トランジ
スタの動作速度に対して与える影響が大きくなり、微細
プロセスで自動配置配線を一度に行うことは困難であ
る。これらの原因により、半導体装置の設計では、回路
を各機能毎にブロック化し、それぞれのブロックをつな
ぎ合わせて一つのチップとして半導体装置を作り上げる
階層設計方式を取っている。2. Description of the Related Art In recent years, the miniaturization of semiconductor processes has advanced,
The scale of circuits mounted in semiconductor devices is increasing,
When logic synthesis and automatic placement and routing are performed on all circuits in a semiconductor device, it becomes difficult to process all circuit information at once by a computer. Also, in the fine process, the capacitance value and resistance value of the wiring change greatly depending on the length of the wiring connecting each transistor, and the influence on the operating speed of the transistor becomes large. Is difficult to do. Due to these reasons, in the design of a semiconductor device, a circuit is divided into blocks for each function, and the blocks are connected to each other to form a semiconductor device as one chip.
【0003】また、現在の大規模半導体装置の多くは同
期設計を基本として設計されており、半導体装置内の同
期を取るために外部からクロック信号を受け取り、これ
に同期して内部の同期素子を動作させる方式をとってい
る。このためには、外部から受け取ったクロック信号が
内部の全ての同期素子に対して、ほぼ同時に届くよう配
線しなくてはならない。半導体装置の開発において、ク
ロック信号が各同期素子に到達するまでの遅延値の差が
大きい場合、半導体装置に不動、または、誤動作などの
悪影響を及ぼす。よって、この悪影響を解消するため
「クロックツリー方式」と呼ばれる方法が広く一般的に
使用されている。Most of the large-scale semiconductor devices at present are designed on the basis of a synchronous design, and a clock signal is received from the outside in order to synchronize the inside of the semiconductor device, and an internal synchronizing element is synchronized with the clock signal. It has a method of operating. For this purpose, the clock signal received from the outside must be wired so as to reach all the synchronous elements inside at almost the same time. In the development of a semiconductor device, if the difference in the delay value until the clock signal reaches each synchronous element is large, the semiconductor device is adversely affected such as immobility or malfunction. Therefore, in order to eliminate this adverse effect, a method called "clock tree method" is widely and generally used.
【0004】「クロックツリー方式」の同期回路の設計
方法としては、例えば、ブロック内部の同期をとる設計
方法として、公知例「イグザクト ゼロスキュー」(プ
ロシーディング アイ・イー・イー・イー インターナ
ショナル カンファレンスオン コンピュータ エイデ
ィッド デザイン:Proc. IEEE Int. Conference onComp
uter-Aided Design, pp336-339, 1991)などがある。As a method of designing a "clock tree system" synchronous circuit, for example, as a design method for synchronizing the inside of a block, there is a known example "Exact Zero Skew" (Proceeding IEE International Conference on Computer). Aided Design: Proc. IEEE Int. Conference onComp
uter-Aided Design, pp336-339, 1991).
【0005】しかし、クロックツリー方式は、個々のブ
ロック内部に使用するときは、有効な手段であるが、個
々のブロックを接続する最上位階層からクロックツリー
方式を使用しようとすると、クロックツリーに使用する
クロックバッファの配置位置が個々のブロックによって
大きな制限を受ける為、十分な効果を得ることができな
い。However, the clock tree method is an effective means when it is used inside individual blocks, but if it is attempted to use the clock tree method from the highest hierarchy connecting the individual blocks, it will be used for the clock tree. Since the arrangement position of the clock buffer to be used is largely restricted by each block, a sufficient effect cannot be obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】したがって、上記従来
の技術では、一旦、個々のブロックの内部に対してクロ
ックツリー方式を用いてレイアウト設計を行った後、最
上位階層で個々のブロックに対してクロックを接続し、
再度、個々のブロックの内部で、クロック経路上のセル
を置き換えたり、配線の長さを調整したりしながら、ク
ロック遅延の調整を施して、チップ全体の同期素子に対
して遅延の差なくクロックが行きわたるようにしてい
た。この方法では1チップの遅延調整にたいへん時間が
かかってしまう。Therefore, according to the above-mentioned conventional technique, after the layout design is once performed for the inside of each block using the clock tree method, the individual blocks are arranged in the highest hierarchy. Connect the clock,
Again, inside the individual blocks, while adjusting the clock delay while replacing the cells on the clock path and adjusting the wiring length, the clock is synchronized to the synchronous elements of the entire chip without any delay difference. Was trying to spread. This method takes a very long time to adjust the delay of one chip.
【0007】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、半導体装置内の大規模同期回路において、階層設
計を行った場合に最上位階層から各ブロックに対して、
クロックツリー方式を用いずに遅延差なくクロックを供
給する方法を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems. In a large-scale synchronous circuit in a semiconductor device, when a hierarchical design is performed, each block from the highest hierarchy is
An object of the present invention is to provide a method of supplying a clock without a delay difference without using the clock tree method.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のクロック分配方法は、最上位階層にクロッ
クのエンコーダ、各ブロック毎にクロックのデコーダを
備え、外部から入力されたクロック信号を最上位階層の
エンコーダで周波数情報に変換して各ブロックに伝送
し、各ブロックでは受け取った周波数情報をデコーダで
クロック信号に再生し、ブロック内でクロック信号とし
て使用する。In order to achieve this object, a clock distribution method of the present invention comprises a clock encoder at the highest hierarchy and a clock decoder for each block, and a clock signal inputted from the outside. Is converted into frequency information by an encoder of the highest hierarchy and transmitted to each block, and in each block, the received frequency information is reproduced into a clock signal by a decoder and used as a clock signal in the block.
【0009】ただし、このままではデコーダからエンコ
ーダまでの配線長がブロック毎に異なり、各ブロックに
同時にクロックを供給することができないので、クロッ
ク毎の遅延量を算出する工程を備える。However, if this is left as it is, the wiring length from the decoder to the encoder differs for each block, and clocks cannot be supplied to each block at the same time. Therefore, a step of calculating the delay amount for each clock is provided.
【0010】また、エンコーダ、デコーダは、それぞれ
外部から供給されるクロックよりも周波数が十分高く、
エンコーダ、デコーダ間で同期されたクロック信号を必
要とするので、それぞれのエンコーダ、デコーダに発振
回路とこれを同期する工程を備える。Further, the encoder and the decoder each have a frequency sufficiently higher than the clock supplied from the outside,
Since a clock signal synchronized between the encoder and the decoder is required, each encoder and decoder has a step of synchronizing the oscillation circuit with the oscillation circuit.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、実施の形態について図面を
参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments will be described below with reference to the drawings.
【0012】図1は、本発明の実施形態を示したブロッ
ク図である。図1において、1はクロックエンコーダ、
2は伝送路、3はクロックデコーダ、CKはクロック信
号である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a clock encoder,
2 is a transmission line, 3 is a clock decoder, and CK is a clock signal.
【0013】また、図2は、本発明のクロック伝送方法
を示したフローチャートである。10は各ブロック内の
デコーダ用クロック調査工程、11はクロック情報伝達
工程、12はクロックデコーダ内部クロック生成工程、
13は遅延値計算工程、14は同期クロック生成工程で
ある。FIG. 2 is a flow chart showing the clock transmission method of the present invention. Reference numeral 10 is a decoder clock checking step in each block, 11 is a clock information transmitting step, 12 is a clock decoder internal clock generating step,
13 is a delay value calculation step, and 14 is a synchronous clock generation step.
【0014】まず、図1を用いて、図2の各ブロックの
デコーダ用クロック調査工程10について説明する。First, the decoder clock checking step 10 of each block in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【0015】クロックエンコーダ1内部の発振器(図示
せず)で100周期を1周期とする新たなクロックを生
成し、伝送路2に送り出す。次に、伝送路2からクロッ
クデコーダ3に到達したクロックがクロックデコーダ3
内の発振器で何周期に当たるかを計算し保持する。A new clock having 100 cycles as one cycle is generated by an oscillator (not shown) in the clock encoder 1 and sent to the transmission line 2. Next, the clock that reaches the clock decoder 3 from the transmission line 2 is
Calculates and holds the number of cycles with the internal oscillator.
【0016】次に、図1を用いて、図2のクロック情報
伝達工程11について説明する。Next, the clock information transmitting step 11 of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【0017】外部から入力された外部クロック信号CK
をクロックエンコーダ1で受け取り、外部クロック信号
CKの1周期が、クロックエンコーダ1内部の発振器で
何周期になるかをカウントし、そのカウントした値を伝
送路2に送り出す。External clock signal CK input from the outside
Is received by the clock encoder 1, the number of cycles of one cycle of the external clock signal CK is set by the oscillator inside the clock encoder 1, and the counted value is sent to the transmission line 2.
【0018】次に、図1を用いて、図2のクロックデコ
ーダ内部クロック生成工程12について説明する。Next, the clock decoder internal clock generation step 12 of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【0019】クロックデコーダ3は伝送路2から得た値
に、図2の各ブロックのデコーダ用クロック調査工程1
0で算出された値を100で割った値を掛けた値を計算
し、内部発振器(図示せず)を使って、この値で生成し
たクロックをクロックデコーダ3内部に発生する。The clock decoder 3 uses the value obtained from the transmission line 2 to check the decoder clock for each block in FIG.
A value obtained by multiplying the value calculated by 0 by 100 is calculated, and the clock generated by this value is generated inside the clock decoder 3 using an internal oscillator (not shown).
【0020】次に、図1を用いて、図2の遅延値計算工
程13について説明する。Next, the delay value calculation step 13 of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【0021】クロックデコーダ3から返信要求信号を伝
送路2に送り出す。伝送路2からクロックエンコーダ1
に返信要求信号が到達すると、クロックエンコーダ1は
直ちに伝送路2に返信信号を送り出す。クロックデコー
ダ3は返信要求信号を出してから返信信号を受け取るま
でにクロックデコーダ3内部の発振器が発生したクロッ
ク数の半分の値を伝送路2による遅延として保持する。The clock decoder 3 sends a reply request signal to the transmission line 2. Transmission line 2 to clock encoder 1
When the reply request signal arrives at, the clock encoder 1 immediately sends the reply signal to the transmission line 2. The clock decoder 3 holds a half value of the number of clocks generated by the oscillator in the clock decoder 3 after outputting the reply request signal until receiving the reply signal as a delay due to the transmission line 2.
【0022】次に、図1を用いて、図2の同期クロック
生成工程14について説明する。Next, the synchronous clock generating step 14 of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
【0023】クロックデコーダ3は図2のクロックデコ
ーダ内部クロック生成工程12でクロックデコーダ3内
部用に生成していたクロックを図2の遅延値計算工程1
3で算出した値だけ早めたクロックをブロック内部用ク
ロックとして、ブロック内部に発生する。The clock decoder 3 uses the delay value calculation step 1 shown in FIG. 2 for the clock generated internally for the clock decoder 3 in the clock decoder internal clock generation step 12 shown in FIG.
The clock advanced by the value calculated in 3 is generated inside the block as the block internal clock.
【0024】半導体装置の動作中、これらの工程10〜
14を順に繰り返すことによりクロックエンコーダ1と
クロックデコーダ3の内部に半導体装置内で構成可能
な、一般的に不安定な発振器を用いても、十分同期させ
ることが可能である。These steps 10 to 10 are carried out during the operation of the semiconductor device.
Even if a generally unstable oscillator that can be configured in the semiconductor device is used in the clock encoder 1 and the clock decoder 3 by repeating step 14 in sequence, sufficient synchronization can be achieved.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上のように本発明を用いれば、半導体
装置内にクロックエンコーダ、クロックデコーダを持
ち、これらを同期させる工程を用いることによって、半
導体装置の大規模高速同期回路を階層設計する際に外部
クロックを遅延差なく全ての同期素子に伝達することが
可能になる。As described above, according to the present invention, when a semiconductor device has a clock encoder and a clock decoder and a process of synchronizing them is used, a large-scale high-speed synchronous circuit of the semiconductor device is hierarchically designed. In addition, the external clock can be transmitted to all the synchronous elements without delay difference.
【図1】本発明の実施形態における半導体装置の構成を
示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態におけるクロック情報伝達の
流れを示したフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing a flow of clock information transmission according to the embodiment of the present invention.
1 クロックエンコーダ 2 伝送路 3 クロックデコーダ 10 各ブロックのデコーダ用クロック調査工程 11 クロック情報伝達工程 12 クロックデコーダ内部クロック生成工程 13 遅延値計算工程 14 同期クロック生成工程 1 clock encoder 2 transmission lines 3 clock decoder 10 Decoder clock check process for each block 11 Clock information transmission process 12 Clock decoder Internal clock generation process 13 Delay value calculation process 14 Synchronous clock generation process
Claims (2)
送路を持ち、子ブロックにクロックデコーダを持つこと
により、クロックの周波数を信号化して子ブロックに伝
えることができる半導体装置。1. A semiconductor device having a clock encoder and a transmission path at a top level and a clock decoder in a child block, whereby the frequency of a clock can be signaled and transmitted to the child block.
のクロックエンコーダと子ブロックのクロックデコーダ
の内部で使用するクロックを同期させる工程と、トップ
レベルのクロックエンコーダから子ブロックのクロック
デコーダまでの遅延値を算出する工程を備えたクロック
遅延調整方法。2. In the above semiconductor device, a step of synchronizing a clock used inside the clock encoder of the top level and a clock decoder of the child block, and a delay value from the clock encoder of the top level to the clock decoder of the child block are calculated. A method for adjusting a clock delay including the step of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001309631A JP2003115538A (en) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | Semiconductor device and adjustment method for clock delay of the same |
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