JP2005151203A - Delay circuit designing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a delay circuit designing method which designs a delay circuit having desired design values of the rise propagation delay time and the fall propagation delay time, and those of the rise waveform deformation and the fall waveform deformation of output signals. <P>SOLUTION: Inverter gates 1, 2, 3, 4 on even-number stages are cascade-connected to form a delay circuit. The transient analysis simulation is executed with parameters using the gate lengths LP2, LN2, LP3, LN3 and the gate widths WP2, WN2, WP3, WN3 of p-channel MOS transistors 2a, 3a and n-channel MOS transistors 2b, 3b in the inverter gates 2, 3 other than the inverter gate 1 on the first stage nearest to an input terminal and the inverter gate 4 on the last stage to determine the values of their gate lengths and gate widths, thereby obtaining desired design rise propagation delay time, fall propagation delay time, rise waveform deformation, and fall waveform deformation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路の設計方法に関し、特に、MOS構造を有する集積回路に形成される遅延回路を設計するための遅延回路設計方法に関する。   The present invention relates to a method for designing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a delay circuit design method for designing a delay circuit formed in an integrated circuit having a MOS structure.

図1は、半導体集積回路で用いられる代表的な遅延回路を示すゲートレベルの回路図である。図1に示すように、遅延回路は偶数段のインバータゲート10、11を信号の伝播方向に沿って縦列接続することによって構成されている。   FIG. 1 is a gate level circuit diagram showing a typical delay circuit used in a semiconductor integrated circuit. As shown in FIG. 1, the delay circuit is formed by cascading even-numbered inverter gates 10 and 11 along the signal propagation direction.

図2は、図1の代表的な遅延回路の動作を示す図である。インバータゲート10、11のMOSトランジスタのゲート長、ゲート幅は、レイアウト面積を最小にすることを最重要視して構成されている。また、インバータゲートの伝播遅延時間、波形なまりが設計仕様の許容範囲内、例えば、伝播遅延時間が3ns以下、波形なまり5ns以下になるように設計されており、インバータゲートの伝播遅延時間、波形なまりが等しくなるような調整は、行われていない。このため、図2に示すように、入力信号Sinから出力信号Soutへの信号伝播において、出力信号Soutの立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tpdHLは等しくなく、また、出力信号Soutの立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfも等しくない。即ち、tpdLH≠tpdHLかつtr≠tfの遅延回路になっている。   FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the typical delay circuit of FIG. The gate length and gate width of the MOS transistors of the inverter gates 10 and 11 are configured with the utmost importance on minimizing the layout area. In addition, the propagation delay time and waveform rounding of the inverter gate are designed to be within the allowable range of the design specification, for example, the propagation delay time is 3 ns or less and the waveform rounding is 5 ns or less. No adjustment has been made to make them equal. Therefore, as shown in FIG. 2, in the signal propagation from the input signal Sin to the output signal Sout, the rising propagation delay time tpdLH and the falling propagation delay time tpdHL of the output signal Sout are not equal, and the rising of the output signal Sout The waveform round tr and the falling waveform round tf are not equal. That is, the delay circuit is tpdLH ≠ tpdHL and tr ≠ tf.

ここで、立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tpdHLは、夫々、入力信号Sinの信号遷移時(立ち上がり、立ち下がり)における信号振幅50%の時点から出力信号Soutの信号遷移時における信号振幅50%の時点までの経過時間である。立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfは、出力信号Soutの信号振幅20%から信号振幅80%までの時間である。尚、通常のCMOS回路で遅延回路を構成する場合は、上記信号振幅は電源電圧と等しい。   Here, the rising propagation delay time tpdLH and the falling propagation delay time tpdHL are respectively the signal amplitude at the time of signal transition of the output signal Sout from the time point of the signal amplitude 50% at the time of signal transition (rising and falling) of the input signal Sin. This is the elapsed time up to 50%. The rising waveform round tr and the falling waveform round tf are times from the signal amplitude 20% of the output signal Sout to the signal amplitude 80%. When the delay circuit is configured with a normal CMOS circuit, the signal amplitude is equal to the power supply voltage.

また、従来技術として、遅延回路の伝播遅延時間のばらつきを抑制する方法として、下記特許文献1(特開2000−22510号公報)に記載されたものが知られている。   Further, as a conventional technique, a method described in the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-22510) is known as a method for suppressing variations in propagation delay time of a delay circuit.

図6に特許文献1に記載されているRC遅延回路を示す。このRC遅延回路は、第1の遅延回路1011と第2の遅延回路1012を信号伝播方向に沿って縦列方向に挿入してなる遅延回路を少なくとも1組設けて構成されている。第1の遅延回路は、第1のRC回路1110とその出力側に接続された第1のインバータゲートIV2を含み、第2の遅延回路は、第2のRC回路1120とその出力側に接続された第2のインバータゲートIV2を含む。ここで、第1の遅延回路の入力信号の論理レベルの遷移に伴う第1のインバータゲートの入力電位の遷移方向と第2のインバータゲートの入力電位の遷移方向とが逆方向となるように、第1の遅延回路1011と第2の遅延回路1012は1段のインバータゲートを介して縦列接続している。   FIG. 6 shows an RC delay circuit described in Patent Document 1. This RC delay circuit is configured by providing at least one set of delay circuits in which the first delay circuit 1011 and the second delay circuit 1012 are inserted in the column direction along the signal propagation direction. The first delay circuit includes a first RC circuit 1110 and a first inverter gate IV2 connected to an output side thereof, and a second delay circuit is connected to the second RC circuit 1120 and an output side thereof. A second inverter gate IV2. Here, the transition direction of the input potential of the first inverter gate accompanying the transition of the logic level of the input signal of the first delay circuit is opposite to the transition direction of the input potential of the second inverter gate. The first delay circuit 1011 and the second delay circuit 1012 are connected in cascade through a single-stage inverter gate.

これにより、RC遅延回路に含まれるPチャネル型MOSトランジスタの閾値の絶対値とNチャネル型MOSトランジスタの閾値の絶対値とが互いに逆方向にばらついた場合、第1の遅延回路1011と第2の遅延回路1012とで遅延時間のばらつきを打消し合うことにより、全体での遅延時間のばらつきを抑制できる。しかも、入力信号が“L”レベル(低レベル)から“H”レベル(高レベル)に変化した場合の立ち上がり伝播遅延時間と、入力信号が“H”レベルから“L”レベルに変化した場合の立ち下がり伝播遅延時間とで、ほぼ等しい遅延時間が得られるようにしたものである。このRC遅延回路は、遅延時間のばらつきを抑制することを主たる目的としており、立ち上がり伝播遅延時間≒立ち下がり伝播遅延時間となり、伝播遅延時間を近似的に等しくできると説明されている。言い換えれば、このRC遅延回路では、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間は近似的にしか等しくできないという問題がある。   Thus, when the absolute value of the threshold value of the P-channel MOS transistor and the absolute value of the threshold value of the N-channel MOS transistor included in the RC delay circuit vary in the opposite directions, the first delay circuit 1011 and the second delay circuit By canceling the delay time variation with the delay circuit 1012, the overall delay time variation can be suppressed. In addition, the rising propagation delay time when the input signal changes from “L” level (low level) to “H” level (high level), and when the input signal changes from “H” level to “L” level. The delay time is substantially equal to the falling propagation delay time. This RC delay circuit is mainly intended to suppress delay time variation, and it is described that rising propagation delay time≈falling propagation delay time and propagation delay time can be made approximately equal. In other words, the RC delay circuit has a problem that the rising propagation delay time and the falling propagation delay time can only be approximately equal.

また、所望の出力信号の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間、例えば、立ち上がり伝播遅延時間>立ち下がり伝播遅延時間といった関係や、所望の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりを得ることができないという問題がある。
特開2000−22510号公報
Further, it is impossible to obtain the relationship between the rising propagation delay time and the falling propagation delay time of the desired output signal, for example, the relationship of the rising propagation delay time> the falling propagation delay time, and the desired rising waveform rounding and falling waveform rounding. There's a problem.
JP 2000-22510 A

上述のように、従来の遅延回路では、遅延回路の出力信号の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しくなく、また、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりも等しくないという問題があった。   As described above, the conventional delay circuit has a problem that the rising propagation delay time and the falling propagation delay time of the output signal of the delay circuit are not equal, and the rising waveform rounding and the falling waveform rounding are not equal.

遅延回路は、半導体集積回路の設計過程において、ある信号線の信号伝播時間を制御するために使用されることを目的としており、不均一な出力信号の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間や、不均一な出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりは、下記の理由により望ましくない。   The delay circuit is intended to be used for controlling the signal propagation time of a certain signal line in the design process of the semiconductor integrated circuit, and the rise propagation delay time and the fall propagation delay time of the non-uniform output signal Uneven output signal rounding and falling waveform rounding are undesirable for the following reasons.

次に、上記望ましくない理由について述べる。図7に、上記遅延回路を用いた望ましくない動作を説明するための信号波形を示す。あるフリップフロップ回路もしくはラッチ回路などのデータを保持する回路において、クロック信号(CLOCK)の立ち上がり波形で、その時のデータ入力信号(DATA)の値を保持する場合、クロック信号が立ち上ってから、ある一定の時間以上データ入力信号を一定の値に保っておかなければならないデータ保持時間20がある(同図(b)参照)。このデータ保持時間20が正常動作に必要となる最小値より短くなってしまうとデータ保持時間エラーが発生し、データ入力信号の値を保持することができなくなる。また、クロック信号が立ち上る前に、ある一定の時間以上データ入力信号を一定の値に保持しておかなければならないデータ設定時間21がある(同図(b)参照)。このデータ設定時間21が正常動作に必要となる最小値より短くなってしまうとデータ設定時間エラーが発生し、データ入力信号の値を保持することができなくなる。   Next, the reason for the above undesirable will be described. FIG. 7 shows signal waveforms for explaining an undesired operation using the delay circuit. In a circuit that holds data, such as a flip-flop circuit or a latch circuit, when the value of the data input signal (DATA) at that time is held by the rising waveform of the clock signal (CLOCK), a certain constant is obtained after the clock signal rises. There is a data holding time 20 in which the data input signal must be maintained at a constant value for a period of time (see FIG. 5B). If the data holding time 20 becomes shorter than the minimum value required for normal operation, a data holding time error occurs and the value of the data input signal cannot be held. Further, there is a data setting time 21 in which the data input signal must be held at a certain value for a certain period of time before the clock signal rises (see FIG. 5B). If the data setting time 21 becomes shorter than the minimum value required for normal operation, a data setting time error occurs and the value of the data input signal cannot be held.

図7(b)に示すデータ入力信号波形において、クロック信号の1回目の立ち上がりで、“H”レベルを保持する動作において、データ入力信号のデータ保持時間20が正常動作に必要となる最小値より短くなり、データ保持時間エラーが発生したので、図7(c)に示すデータ入力信号波形のように、このデータ入力信号線に遅延回路を挿入し、データ入力信号を遅延させて、データ保持時間22が前記最小値以上となるようにし、データ保持時間エラーを解消したとする。しかし、図7(c)において、クロック信号の1回目の立ち上がりでは、データ保持時間エラー、データ設定時間エラーは、発生していないが、遅延回路における不均一な出力信号の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間や不均一な出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりにより、データ入力信号の立ち下がりタイミングの遅延のための遅延回路の挿入により、データ入力信号の立ち上がりタイミングもそれ以上に遅延する結果となり、クロック信号の2回目の立ち上がりでは、データ設定時間23がその正常動作に必要な最小値より短くなってしまい、データ設定時間エラーが発生し、データ入力信号の値を保持することができなくなる(同図(c)参照)。このように、従来技術では、上述のような不具合が発生する可能性があり、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間は等しく設定するか、或いは、個別に適正値に設定可能とする必要が生じる。   In the data input signal waveform shown in FIG. 7B, in the operation of holding the “H” level at the first rise of the clock signal, the data holding time 20 of the data input signal is smaller than the minimum value necessary for normal operation. Since the data holding time error has occurred, a delay circuit is inserted in the data input signal line to delay the data input signal as shown in the data input signal waveform of FIG. It is assumed that 22 is equal to or greater than the minimum value and the data retention time error is eliminated. However, in FIG. 7C, the data holding time error and the data setting time error do not occur at the first rise of the clock signal, but the rise propagation delay time of the non-uniform output signal in the delay circuit rises. Due to the falling propagation delay time and uneven rising and falling waveform rounding of the output signal, a delay circuit for delaying the falling timing of the data input signal is inserted to further delay the rising timing of the data input signal. As a result, at the second rise of the clock signal, the data setting time 23 becomes shorter than the minimum value necessary for its normal operation, a data setting time error occurs, and the value of the data input signal may be held. It becomes impossible (refer to (c) in the figure). As described above, in the conventional technique, the above-described problems may occur, and it is necessary to set the rising propagation delay time and the falling propagation delay time to be equal to each other, or to be able to individually set to appropriate values. Arise.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、遅延回路の入力信号から出力信号までの立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間、出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値が、所望の設計値となるように、例えば、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりを等しく設計できる遅延回路設計方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and each value of rising propagation delay time and falling propagation delay time from the input signal to the output signal of the delay circuit, rising waveform rounding and falling waveform rounding of the output signal. However, an object of the present invention is to provide a delay circuit design method capable of designing, for example, the rising propagation delay time and the falling propagation delay time to be equal, and the rising waveform round and the falling waveform round can be designed to be equal. .

上記目的を達成するための本発明に係る遅延回路設計方法は、複数段のインバータゲートを縦列接続し、前記複数段のインバータゲートの内の初段インバータゲートの入力と入力端子を接続し、前記複数段のインバータゲートの内の最終段インバータゲートの出力と出力端子を接続してなる遅延回路を設計するための遅延回路設計方法であって、前記最終段インバータゲート以外の前記インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅の少なくとも何れか一方の値を変数として、前記入力端子に入力する所定の入力信号に対する前記出力端子から出力する出力信号の過渡解析シミュレーションを行い、前記過渡解析シミュレーションによって得られた前記入力信号の立ち上がりから前記出力信号の遷移までの立ち上がり伝播遅延時間、前記入力信号の立ち下がりから前記出力信号の遷移までの立ち下がり伝播遅延時間、前記出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値が、所望の設計値となる前記変数の組み合わせを決定し、決定した前記変数の組み合わせに基づいて、前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅を設定することを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, a delay circuit design method according to the present invention comprises connecting a plurality of inverter gates in cascade, connecting an input and an input terminal of a first-stage inverter gate of the plurality of inverter gates, and A delay circuit design method for designing a delay circuit formed by connecting an output terminal and an output terminal of a final stage inverter gate in a stage inverter gate, the P channel type of the inverter gates other than the final stage inverter gate Transient analysis simulation of an output signal output from the output terminal with respect to a predetermined input signal input to the input terminal, using as a variable at least one value of each gate length and each gate width of the MOS transistor and the N-channel MOS transistor The rise of the input signal obtained by the transient analysis simulation is performed. Rise propagation delay time from the transition of the output signal to the transition of the output signal, Fall propagation delay time from the fall of the input signal to the transition of the output signal, Rising waveform round and falling waveform round of the output signal Determining a combination of the variables to be a desired design value, and setting each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor based on the determined combination of variables. Is the first feature.

上記目的を達成するための本発明に係る遅延回路設計方法は、複数段のインバータゲートを縦列接続し、前記複数段のインバータゲートの内の初段インバータゲートの入力と入力端子を接続し、前記複数段のインバータゲートの内の最終段インバータゲートの出力と出力端子を接続してなる遅延回路を設計するための遅延回路設計方法であって、前記初段インバータゲートと前記最終段インバータゲート以外の前記インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅の少なくとも何れか一方の値を変数として、前記入力端子に入力する所定の入力信号に対する前記出力端子から出力する出力信号の過渡解析シミュレーションを行い、前記過渡解析シミュレーションによって得られた前記入力信号の立ち上がりから前記出力信号の遷移までの立ち上がり伝播遅延時間、前記入力信号の立ち下がりから前記出力信号の遷移までの立ち下がり伝播遅延時間、前記出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値が、所望の設計値となる前記変数の組み合わせを決定し、決定した前記変数の組み合わせに基づいて、前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅を設定することを第2の特徴とする。   In order to achieve the above object, a delay circuit design method according to the present invention comprises connecting a plurality of inverter gates in cascade, connecting an input and an input terminal of a first-stage inverter gate of the plurality of inverter gates, and A delay circuit design method for designing a delay circuit formed by connecting an output terminal and an output terminal of a final-stage inverter gate in an inverter gate of a stage, wherein the inverters other than the first-stage inverter gate and the final-stage inverter gate An output output from the output terminal for a predetermined input signal input to the input terminal, using as a variable at least one value of each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the gate Perform a transient analysis simulation of the signal. Rise propagation delay time from the rising edge of the input signal to the transition of the output signal, falling propagation delay time from the falling edge of the input signal to the transition of the output signal, rounding and falling edge of the rising waveform of the output signal Each value of the waveform rounding determines a combination of the variables that becomes a desired design value, and based on the determined combination of the variables, each gate length and each of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor The second feature is to set the gate width.

上記第1または第2の特徴の本発明に係る遅延回路設計方法によれば、前記変数を変化させて過渡解析シミュレーションを実行することで、所望の設計値となる前記変数の組み合わせを得ることができ、その結果、立ち上がり伝播遅延時間、立ち下がり伝播遅延時間、出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値を自在に設計することができ、例えば、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間、出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりを等しくすることも可能となる。   According to the delay circuit design method according to the first or second feature of the present invention, a combination of the variables having a desired design value can be obtained by executing a transient analysis simulation while changing the variables. As a result, the rise propagation delay time, the fall propagation delay time, and the rising waveform rounding and falling waveform rounding values of the output signal can be freely designed, for example, the rising propagation delay time and the falling propagation delay time. It is also possible to make the rising waveform round and the falling waveform round of the output signal equal.

また、好ましくは、上記第2の特徴の本発明に係る遅延回路設計方法において、前記初段インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタにおいて、各ゲート幅として、前記入力信号の設計仕様に合致する範囲内の最小値を用い、各ゲート長として、使用する半導体製造プロセスによって定まる最小値或いは最適値を用いることを第3の特徴とする。   Preferably, in the delay circuit designing method according to the second aspect of the present invention, the design specification of the input signal is set as each gate width in the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the first-stage inverter gate. A third feature is to use a minimum value within a range that matches the above-described and use a minimum value or an optimum value determined by a semiconductor manufacturing process to be used as each gate length.

この第3の特徴によれば、初段インバータゲートを構成する各MOSトランジスタのゲート容量を最小にでき、遅延回路を駆動する前段回路への負荷容量、負荷抵抗の影響を少なくすることができる。   According to the third feature, the gate capacitance of each MOS transistor constituting the first-stage inverter gate can be minimized, and the influence of the load capacitance and load resistance on the previous-stage circuit that drives the delay circuit can be reduced.

更に好ましくは、上記何れかの特徴の本発明に係る遅延回路設計方法において、前記最終段インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタにおいて、各ゲート幅として、前記出力信号の設計仕様に合致する範囲内の最大値を用い、各ゲート長として、使用する半導体製造プロセスによって定まる最小値或いは最適値を用いることを第4の特徴とする。   More preferably, in the delay circuit design method according to the present invention having any one of the above features, the design specifications of the output signal as the gate width in the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the final stage inverter gate It is a fourth feature that the maximum value in a range matching the above is used, and the minimum value or the optimum value determined by the semiconductor manufacturing process to be used is used as each gate length.

この第4の特徴によれば、遅延回路の駆動能力を必要十分に大きくでき、遅延回路が駆動すべき後段回路の負荷抵抗、負荷容量の影響を少なくすることができる。   According to the fourth feature, the drive capability of the delay circuit can be increased sufficiently and the influence of the load resistance and load capacitance of the subsequent circuit to be driven by the delay circuit can be reduced.

更に好ましくは、上記何れかの特徴の本発明に係る遅延回路設計方法において、前記出力端子に、配線負荷抵抗と配線負荷容量をモデル化したπ型またはT型のRC回路を接続し、前記RC回路の出力に、設計対象の前記遅延回路と同じ遅延回路を接続することを第5の特徴とする。   More preferably, in the delay circuit design method according to the present invention having any one of the above characteristics, a π-type or T-type RC circuit modeling a wiring load resistance and a wiring load capacitance is connected to the output terminal, and the RC A fifth feature is that the same delay circuit as the delay circuit to be designed is connected to the output of the circuit.

この第5の特徴によれば、過渡解析シミュレーションにおける出力信号波形をより実際の回路の駆動波形に近似できるので、シミュレーション精度を高めることができる。   According to the fifth feature, since the output signal waveform in the transient analysis simulation can be approximated to the actual drive waveform of the circuit, the simulation accuracy can be increased.

本発明に係る遅延回路設計方法(以下、単に「本発明方法」という。)の一実施の形態につき、図面に基づいて説明する。   An embodiment of a delay circuit design method according to the present invention (hereinafter simply referred to as “method of the present invention”) will be described with reference to the drawings.

図3は、本発明方法による設計対象となる遅延回路の一実施例を示す回路図である。図3に示す遅延回路100は、インバータゲート1、2、3、4を信号伝播方向に沿って縦列に接続する構成となっている。また、入力された信号の位相が逆転しないように入力端子Aと出力端子Yの間には、4段(偶数段)のインバータゲートが設けられている。初段のインバータゲート1は、ソースを電源VDDに接続したPチャネル型MOSトランジスタ1aとソースを電源GNDに接続したNチャネル型MOSトランジスタ1bで構成されている。同様にインバータゲート2、3、4は、Pチャネル型MOSトランジスタ2a、3a、4aとNチャネル型MOSトランジスタ2b、3b、4bで構成されている。   FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a delay circuit to be designed by the method of the present invention. The delay circuit 100 shown in FIG. 3 has a configuration in which inverter gates 1, 2, 3, and 4 are connected in cascade along the signal propagation direction. Further, four stages (even stages) of inverter gates are provided between the input terminal A and the output terminal Y so that the phase of the input signal does not reverse. The first-stage inverter gate 1 includes a P-channel MOS transistor 1a having a source connected to the power supply VDD and an N-channel MOS transistor 1b having a source connected to the power supply GND. Similarly, the inverter gates 2, 3, 4 are composed of P-channel MOS transistors 2a, 3a, 4a and N-channel MOS transistors 2b, 3b, 4b.

上述の遅延回路100の過渡解析用のアナログ回路シミュレーション(過渡解析シミュレーション)を実施するために、遅延回路100の出力端子Yには、配線負荷抵抗と配線負荷容量をモデル化したπ型のRC回路200が接続されており、π型のRC回路200の出力Soutには、遅延回路100と同じ回路である遅延回路101が接続されている。π型のRC回路200と遅延回路101はシミュレーション用に便宜上設けられた仮想的な回路である。   In order to perform analog circuit simulation (transient analysis simulation) for transient analysis of the delay circuit 100 described above, the output terminal Y of the delay circuit 100 is a π-type RC circuit that models wiring load resistance and wiring load capacitance. 200 is connected, and a delay circuit 101 that is the same circuit as the delay circuit 100 is connected to the output Sout of the π-type RC circuit 200. The π-type RC circuit 200 and the delay circuit 101 are virtual circuits provided for convenience for simulation.

実際に半導体集積回路を設計する場合、遅延回路100の出力端子Yは、後段回路へアルミニウムや銅などの金属配線を用いて接続され、遅延回路100と後段回路の接続間には、金属配線による配線負荷抵抗と配線負荷容量が必ず存在しており、シミュレーションを実際の半導体集積回路の状態に近づけて精度良く行うためには、この金属配線による配線負荷抵抗と配線負荷容量を考慮すべきである。このため、実際の金属配線による配線負荷抵抗と配線負荷容量をπ型のRC回路200のようにモデル化し、遅延回路100のシミュレーションすることが必要である。これにより遅延回路の特性を精度良くシミュレーションすることが可能となる。   When actually designing a semiconductor integrated circuit, the output terminal Y of the delay circuit 100 is connected to a subsequent circuit using a metal wiring such as aluminum or copper, and a metal wiring is used between the connection of the delay circuit 100 and the subsequent circuit. Wiring load resistance and wiring load capacitance always exist, and in order to perform simulation close to the actual semiconductor integrated circuit state and with high accuracy, the wiring load resistance and wiring load capacitance due to this metal wiring should be considered. . For this reason, it is necessary to model the wiring load resistance and the wiring load capacity of the actual metal wiring as in the π-type RC circuit 200 and to simulate the delay circuit 100. This makes it possible to accurately simulate the characteristics of the delay circuit.

図3に示す入力端子Aに最も近い初段インバータゲート1は、Pチャネル型MOSトランジスタ1aのゲート幅WP1とNチャネル型MOSトランジスタ1bのゲート幅WN1を、入力信号の設計仕様に合致する範囲内において、できるだけ小さくし、入力負荷抵抗及び、入力負荷容量を小さくしてある。また、インバータゲート1のPチャネル型MOSトランジスタ1aのゲート長LP1とNチャネル型MOSトランジスタ1bのゲート長LN1は、半導体製造プロセスの最小値或いは最適値を用いている。   The first-stage inverter gate 1 closest to the input terminal A shown in FIG. 3 has the gate width WP1 of the P-channel MOS transistor 1a and the gate width WN1 of the N-channel MOS transistor 1b within a range that matches the design specifications of the input signal. The input load resistance and the input load capacity are reduced as much as possible. The gate length LP1 of the P-channel MOS transistor 1a of the inverter gate 1 and the gate length LN1 of the N-channel MOS transistor 1b use the minimum value or the optimum value of the semiconductor manufacturing process.

ここでの最適値とは、MOSトランジスタのゲート長(チャネル長)が短くなるにつれて、短チャネル効果によるゲート閾値電圧の低下が起こらないよう、更に、オフリーク電流の増加が起こらないように見積もられた値である。従って、半導体製造プロセスの最小値或いは最適値が、設計ルール上の最小値として使用される。尚、入力信号の設計仕様として、例えば、入力信号の反転レベル等が考えられるが、ゲート幅WP1とゲート幅WN1として半導体製造プロセスの最小値(または、設計ルール上の最小値)を使用して、入力信号の設計仕様を満足できる場合は、半導体製造プロセスの最小値を使用する。   The optimum value here is estimated so that as the gate length (channel length) of the MOS transistor becomes shorter, the gate threshold voltage does not decrease due to the short channel effect, and further, the increase in off-leakage current does not occur. Value. Therefore, the minimum value or optimum value of the semiconductor manufacturing process is used as the minimum value on the design rule. In addition, as the design specification of the input signal, for example, the inversion level of the input signal can be considered, but the minimum value of the semiconductor manufacturing process (or the minimum value in the design rule) is used as the gate width WP1 and the gate width WN1. If the design specification of the input signal can be satisfied, the minimum value of the semiconductor manufacturing process is used.

インバータゲート1のゲート長、ゲート幅を小さくする理由を次に述べる。インバータゲート1のゲート長、ゲート幅の大きさを変化させて、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりも等しくなるようにした結果、インバータゲート1のゲート長、ゲート幅が大きくなり、入力負荷抵抗、入力負荷容量が大きくなってしまったとする。この時、前段回路の出力は、インバータゲート1の入力であるゲートに接続されるため、前段回路への負荷抵抗、負荷容量の影響が大きくなってしまい、前段回路がインバータゲート1を駆動できなくなることがある。これでは、半導体集積回路の動作に不具合が発生し、本発明の目的である正常な遅延回路を達成できなくなる。   The reason why the gate length and gate width of the inverter gate 1 are reduced will be described below. As a result of changing the gate length and the gate width of the inverter gate 1 so that the rising propagation delay time and the falling propagation delay time are equal, the rising waveform rounding and the falling waveform rounding are also equal. Assume that the gate length and gate width are increased, and the input load resistance and input load capacitance are increased. At this time, since the output of the pre-stage circuit is connected to the gate which is the input of the inverter gate 1, the influence of the load resistance and load capacity on the pre-stage circuit becomes large, and the pre-stage circuit cannot drive the inverter gate 1. Sometimes. As a result, a malfunction occurs in the operation of the semiconductor integrated circuit, and the normal delay circuit that is the object of the present invention cannot be achieved.

先に述べたようにインバータゲート1のゲート長、ゲート幅を小さくすることにより、実際の半導体集積回路の設計において、遅延回路100を駆動する前段回路への負荷抵抗、負荷容量の影響を少なくすることが可能となり、本発明の目的である遅延回路を達成できる。   As described above, by reducing the gate length and gate width of the inverter gate 1, in the actual semiconductor integrated circuit design, the influence of the load resistance and load capacitance on the previous circuit that drives the delay circuit 100 is reduced. Therefore, the delay circuit that is the object of the present invention can be achieved.

図3に示す出力端子Yに最も近い最終段インバータゲート4は、Pチャネル型MOSトランジスタ4aのゲート幅WP4とNチャネル型MOSトランジスタ4bのゲート幅WN4を、出力信号の設計仕様に合致する範囲内において、できるだけ大きくし出力駆動能力を大きくしてある。また、インバータゲート4のPチャネル型MOSトランジスタ4aのゲート長LP4とNチャネル型MOSトランジスタ4bのゲート長LN4は、半導体製造プロセスの最小値或いは最適値を用いている。   In the final stage inverter gate 4 closest to the output terminal Y shown in FIG. 3, the gate width WP4 of the P-channel MOS transistor 4a and the gate width WN4 of the N-channel MOS transistor 4b are within a range that matches the design specifications of the output signal. In FIG. 4, the output drive capacity is increased as much as possible. The gate length LP4 of the P-channel MOS transistor 4a of the inverter gate 4 and the gate length LN4 of the N-channel MOS transistor 4b use the minimum value or the optimum value of the semiconductor manufacturing process.

ここでの最適値とは、MOSトランジスタのゲート長(チャネル長)が短くなるにつれて、短チャネル効果によるゲート閾値電圧の低下が起こらないよう、更に、オフリーク電流の増加が起こらないように見積もられた値である。尚、出力信号の設計仕様としては、最終段インバータゲート4として割り当て可能なレイアウト面積、最終段インバータゲート4の入力信号遷移時の最終段インバータゲート4に生じる貫通DC電流等が想定される。従って、ゲート幅WP4とゲート幅WN4は自ずと上限値が存在し、後段回路を駆動するのに十分な下限値以上、前記上限値以下の範囲に収められる。   The optimum value here is estimated so that as the gate length (channel length) of the MOS transistor becomes shorter, the gate threshold voltage does not decrease due to the short channel effect, and further, the increase in off-leakage current does not occur. Value. As the design specifications of the output signal, a layout area that can be allocated as the final stage inverter gate 4, a through DC current generated in the final stage inverter gate 4 when the input signal of the final stage inverter gate 4 transitions, and the like are assumed. Therefore, the gate width WP4 and the gate width WN4 naturally have an upper limit value, and are within a range not less than the lower limit value and not more than the upper limit value sufficient to drive the subsequent circuit.

インバータゲート4のゲート長を小さく、ゲート幅を大きくする理由を次に述べる。インバータゲート4のゲート長、ゲート幅の大きさを変化させて、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりも等しくなるようにした結果、インバータゲート4のゲート長が大きく、ゲート幅が小さくなり出力駆動能力が小さくなってしまったとする。この時、インバータゲート4の出力は、後段回路の入力に接続されるため、後段回路の負荷抵抗、負荷容量の影響が多くなってしまい、インバータゲート4が後段回路を駆動できないことがある。これでは、半導体集積回路の動作に不具合が発生し、本発明の目的である正常な遅延回路を達成できなくなる。   The reason why the gate length of the inverter gate 4 is reduced and the gate width is increased will be described below. As a result of changing the gate length and the gate width of the inverter gate 4 so that the rising propagation delay time and the falling propagation delay time are equal, the rising waveform rounding and the falling waveform rounding are also equal. Suppose that the gate length is large, the gate width is small, and the output drive capability is small. At this time, since the output of the inverter gate 4 is connected to the input of the post-stage circuit, the influence of the load resistance and load capacitance of the post-stage circuit increases, and the inverter gate 4 may not be able to drive the post-stage circuit. As a result, a malfunction occurs in the operation of the semiconductor integrated circuit, and the normal delay circuit that is the object of the present invention cannot be achieved.

先に述べたように、インバータゲート4のゲート長を小さく、ゲート幅を大きくすることにより、実際の半導体集積回路の設計において、遅延回路100が駆動する後段回路の負荷抵抗、負荷容量の影響を少なくすることが可能となり、本発明の目的である遅延回路を達成できる。   As described above, by reducing the gate length of the inverter gate 4 and increasing the gate width, in the actual semiconductor integrated circuit design, the influence of the load resistance and load capacitance of the subsequent circuit driven by the delay circuit 100 is reduced. The delay circuit that is the object of the present invention can be achieved.

図4は、図3に示す遅延回路100の動作を示す信号波形図である。図3に示す遅延回路100の入力Sinへ、図4に示すように、入力信号Sinが立ち上がり、立ち下がりの順番で入力された場合、図3に示すπ型のRC回路200の出力Soutが、図4に示すように、立ち上がり、立ち下がりの順番で遷移する。   FIG. 4 is a signal waveform diagram showing an operation of delay circuit 100 shown in FIG. When the input signal Sin is input to the input Sin of the delay circuit 100 shown in FIG. 3 in the order of rising and falling as shown in FIG. 4, the output Sout of the π-type RC circuit 200 shown in FIG. As shown in FIG. 4, the transition occurs in the order of rising and falling.

ここで、立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tpdHLは、入力信号Sinが電源電圧50%に達した時間から出力信号Soutが電源電圧50%に達するまでの時間である。また、立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfは、出力信号Soutの電源電圧20%から電源電圧80%間の遷移時間である。   Here, the rising propagation delay time tpdLH and the falling propagation delay time tpdHL are times from when the input signal Sin reaches the power supply voltage 50% to when the output signal Sout reaches the power supply voltage 50%. The rising waveform round tr and the falling waveform round tf are transition times between the power supply voltage 20% and the power supply voltage 80% of the output signal Sout.

図3に示す入力信号Sinから出力信号Soutへの信号伝播において、図4に示す出力信号Soutの立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tpdHLが等しく、また、出力信号Soutの立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfも等しくなる遅延回路、即ち、tpdLH=tpdHL且つtr=tfとなる遅延回路を設計する場合、図3に示すシミュレーション用回路の過渡解析シミュレーションを、tpdLH=tpdHL且つtr=tfとなるように行い、インバータゲート2、3のPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅の最適な値を求め、そのサイズを決定する。   In the signal propagation from the input signal Sin to the output signal Sout shown in FIG. 3, the rising propagation delay time tpdLH and the falling propagation delay time tpdHL of the output signal Sout shown in FIG. 4 are equal, and the rising waveform round tr of the output signal Sout is shown. When designing a delay circuit having the same falling waveform round tf, that is, a delay circuit having tpdLH = tpdHL and tr = tf, the transient analysis simulation of the simulation circuit shown in FIG. 3 is performed by tpdLH = tpdHL and tr = tf. Thus, the optimum values of the gate lengths and the gate widths of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gates 2 and 3 are obtained, and the sizes thereof are determined.

上記シミュレーションは、図4に示す立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tptHLが等しく、また、立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfが等しくなるように、図3に示す入力端子Aに最も近い初段インバータゲート1と出力端子Yに最も近い最終段インバータゲート4以外のインバータゲート2、3において、そのPチャネル型MOSトランジスタ2a、3aとNチャネル型MOSトランジスタ2b、3bの各ゲート長LP2、LN2、LP3、LN3、各ゲート幅WP2、WN2、WP3、WN3の夫々の大きさを同時に制御し、ゲート長、ゲート幅の最適な値を求める。   In the simulation described above, the rising propagation delay time tpdLH and the falling propagation delay time tptHL shown in FIG. 4 are the same, and the rising waveform round tr and the falling waveform round tf are equal to each other at the input terminal A shown in FIG. In the inverter gates 2 and 3 other than the nearest first-stage inverter gate 1 and the last-stage inverter gate 4 closest to the output terminal Y, the gate lengths LP2 of the P-channel MOS transistors 2a and 3a and the N-channel MOS transistors 2b and 3b, LN2, LP3, LN3 and the respective gate widths WP2, WN2, WP3, WN3 are simultaneously controlled to obtain optimum values of the gate length and gate width.

ここでの制御とは、インバータゲート2、3のPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタのゲート長、ゲート幅の各サイズを変数とし、その変数に対して、目標とする特性であるtpdLH=tpdHL且つtr=tfが満たされるか、最適化された解が見つかるまで、回路のシミュレーションを繰り返し行い、変数の値を求める。   The control here uses the sizes of the gate length and gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gates 2 and 3 as variables, and tpdLH is a target characteristic for the variables. = TpdHL and tr = tf are satisfied, or the circuit simulation is repeated until the optimized solution is found, and the value of the variable is obtained.

上記アナログ回路シミュレーションには、指定した電気的仕様や測定データからモデルパラメーターの値やデバイスの値を自動的に生成するなどの最適化機能を持つ過渡解析用シミュレーター(Hspice等)を使用する。   In the analog circuit simulation, a transient analysis simulator (Hspice or the like) having an optimization function such as automatically generating model parameter values and device values from specified electrical specifications and measurement data is used.

このように、シミュレーションから得られた結果のゲート長、ゲート幅をインバータゲート2、3のPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長、各ゲート幅の最適なサイズをとして決定する。   Thus, the gate length and gate width of the result obtained from the simulation are determined as the optimum gate length and gate width of the P-channel MOS transistor and N-channel MOS transistor of the inverter gates 2 and 3. .

このインバータゲート2、3のPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの最適なゲート長、ゲート幅により、図3に示す遅延回路100の入力Sinからπ型のRC回路200の出力Soutへの信号伝播において、所望の立ち上がり伝播遅延時間tpdLHと立ち下がり伝播遅延時間tpdHLが、例えば、1nsで等しく、また、出力信号Soutの立ち上がり波形なまりtrと立ち下がり波形なまりtfも等しい遅延回路を設計することが可能となる。   Depending on the optimum gate length and gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gates 2 and 3, the input Sin of the delay circuit 100 shown in FIG. 3 is changed to the output Sout of the π-type RC circuit 200. In signal propagation, a delay circuit in which a desired rising propagation delay time tpdLH and a falling propagation delay time tpdHL are equal to 1 ns, for example, and the rising waveform round tr and the falling waveform round tf of the output signal Sout are designed to be the same is designed. Is possible.

図5は、本実施形態に係る図3に示す遅延回路100の4つのインバータゲートを配置したレイアウトパターンである。インバータゲート1、2、3、4は、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域とNチャネル型MOSトランジスタ形成領域に各MOSトランジスタを配置して形成されている。   FIG. 5 is a layout pattern in which four inverter gates of the delay circuit 100 shown in FIG. 3 according to the present embodiment are arranged. The inverter gates 1, 2, 3, and 4 are formed by disposing each MOS transistor in a P-channel MOS transistor formation region and an N-channel MOS transistor formation region.

インバータゲート1のゲート長LP1、LN1とゲート幅WP1、WN1は、入力負荷抵抗及び、入力負荷容量ができるだけ小さくなるように設計される。インバータゲート4のゲート長LP4、LN4とゲート幅WP4、WN4は、出力駆動能力ができるだけ大きくなるように設計される。ここでは、ゲート幅が電源VDD、電源GNDを跨がないようにしている。   The gate lengths LP1 and LN1 and the gate widths WP1 and WN1 of the inverter gate 1 are designed so that the input load resistance and the input load capacitance are as small as possible. The gate lengths LP4 and LN4 and the gate widths WP4 and WN4 of the inverter gate 4 are designed so that the output drive capability is as large as possible. Here, the gate width is set not to cross the power supply VDD and the power supply GND.

インバータゲート2、3のPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長LP2、LN2、LP3、LN3、各ゲート幅WP2、WN2、WP3、WN3は、所望の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、また、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりが等しくなるようにシミュレーションにてそのゲート長、ゲート幅の最適な大きさが決定されている。   The gate lengths LP2, LN2, LP3, LN3 and the gate widths WP2, WN2, WP3, WN3 of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gates 2, 3 have a desired rise propagation delay time and fall The optimal gate length and gate width are determined by simulation so that the propagation delay times are equal and the rising waveform round and the falling waveform round are equal.

図3の遅延回路100のネットリスト、遅延回路100の特性である信号伝播遅延時間と信号波形なまり、及び、図5のレイアウトパターンは、スタンダードセルとしてCADに登録するなどして標準化される。   The net list of the delay circuit 100 in FIG. 3, the signal propagation delay time and the signal waveform rounding, which are the characteristics of the delay circuit 100, and the layout pattern in FIG. 5 are standardized by registering them in the CAD as standard cells.

尚、上記実施形態では、インバータゲートを信号伝播方向に沿って縦列に4段接続した例を示したが、インバータゲートの数が偶数段、例えば、6段、8段であってもよい。これにより、より大きな信号伝播遅延時間を持つことが可能となる。また、インバータゲートの数が奇数段で逆極性の遅延信号もつ遅延回路であってもよい。   In the above-described embodiment, an example in which four inverter gates are connected in cascade along the signal propagation direction is shown. However, the number of inverter gates may be an even number, for example, six or eight. This makes it possible to have a larger signal propagation delay time. Further, a delay circuit having an odd number of inverter gates and a reverse polarity delay signal may be used.

更に、上記実施形態では、遅延回路に含まれるインバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタのゲート長、ゲート幅を変数として、シミュレーションを行っていたが、例えば、ゲート長を固定値にして、ゲート幅を変数にしてシミュレーションを行ったり、ゲート長を変数にして、ゲート幅を固定値にしてシミュレーションを行ったりしてもよい。   Furthermore, in the above embodiment, the simulation is performed using the gate length and gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gate included in the delay circuit as variables. For example, the gate length is a fixed value. Then, simulation may be performed with the gate width as a variable, or simulation may be performed with the gate length as a variable and the gate width as a fixed value.

また、シミュレーションに用いたRC回路200は図3に例示するπ型回路に限定されるものではなく、例えばT型回路であっても構わない。   Further, the RC circuit 200 used for the simulation is not limited to the π-type circuit illustrated in FIG. 3, and may be a T-type circuit, for example.

また、上記実施形態では、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりも等しくなるように制御を行っていたが、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が等しく、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりが異なる、或いは、立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間が異なり、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりが等しくなるといった制御を行ってもよい。   In the above embodiment, the control is performed so that the rising propagation delay time and the falling propagation delay time are equal, and the rising waveform rounding and the falling waveform rounding are equal. However, the rising propagation delay time and the falling propagation delay time are the same. The rising waveform round and the falling waveform round may be different, or the rising propagation delay time and the falling propagation delay time may be different so that the rising waveform round and the falling waveform round are equal.

上述したように本発明の遅延回路を設計するための方法によれば、回路に含まれるインバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタのゲート長、ゲート幅を変数にしてシミュレーションを行い、そのゲート長、ゲート幅の大きさを決定することにより、所望の立ち上がり伝播遅延時間と立ち下がり伝播遅延時間及び、立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりを持つことが可能となる。これにより、先に述べた遅延回路を用いた場合の望ましくない動作の発生を抑制するという効果を奏する。   As described above, according to the method for designing the delay circuit of the present invention, the simulation is performed using the gate length and gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gate included in the circuit as variables. By determining the gate length and the gate width, it is possible to have a desired rising propagation delay time and falling propagation delay time, and rising waveform rounding and falling waveform rounding. As a result, there is an effect of suppressing occurrence of an undesirable operation when the delay circuit described above is used.

従来の代表的な遅延回路の一例を示す回路図Circuit diagram showing an example of a typical conventional delay circuit 従来の代表的な遅延回路の動作を説明するための信号波形図Signal waveform diagram for explaining the operation of a conventional typical delay circuit 本発明に係る遅延回路設計方法による設計対象となる遅延回路の一実施例を示す回路図The circuit diagram which shows one Example of the delay circuit used as the design object by the delay circuit design method concerning this invention 本発明に係る遅延回路設計方法による設計対象となる遅延回路の動作を示す信号波形図Signal waveform diagram showing operation of delay circuit to be designed by delay circuit designing method according to the present invention 本発明に係る遅延回路設計方法による設計対象となる遅延回路のレイアウト例を示すレイアウトパターン図Layout pattern diagram showing a layout example of a delay circuit to be designed by the delay circuit design method according to the present invention 特許文献1に開示されているRC遅延回路を示す回路図Circuit diagram showing RC delay circuit disclosed in Patent Document 1 従来の遅延回路における望ましくない動作状態(問題点)を説明するための信号波形図Signal waveform diagram for explaining an undesirable operation state (problem) in the conventional delay circuit

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4: インバータゲート
10,11: インバータゲート
1a,2a,3a,4a: Pチャネル型MOSトランジスタ
1b,2b,3b,4b: Nチャネル型MOSトランジスタ
LP1,LP2,LP3,LP4: Pチャネル型MOSトランジスタのゲート長
WP1,WP2,WP3,WP4: Pチャネル型MOSトランジスタのゲート幅
LN1,LN2,LN3,LN4: Nチャネル型MOSトランジスタのゲート長
WN1,WN2,WN3,WN4: Nチャネル型MOSトランジスタのゲート幅
R1,R2,R3: 抵抗
C1,C2,C3,C4: 容量
100: 遅延回路
101: 遅延回路
200: π型のRC回路
20,22: データ保持時間
21,23: データ設定時間
1011: 第1の遅延回路(特許文献1の従来技術)
1012: 第2の遅延回路(特許文献1の従来技術)
1110: 第1のRC回路(特許文献1の従来技術)
1120: 第2のRC回路(特許文献1の従来技術)
1, 2, 3, 4: Inverter gates 10, 11: Inverter gates 1a, 2a, 3a, 4a: P-channel MOS transistors 1b, 2b, 3b, 4b: N-channel MOS transistors LP1, LP2, LP3, LP4: P-channel MOS transistor gate lengths WP1, WP2, WP3, WP4: P-channel MOS transistor gate widths LN1, LN2, LN3, LN4: N-channel MOS transistor gate lengths WN1, WN2, WN3, WN4: N-channel MOS transistor gate widths R1, R2, R3: resistors C1, C2, C3, C4: capacitance 100: delay circuit 101: delay circuit 200: π-type RC circuit 20, 22: data holding time 21, 23: data setting Time 1011: First delay circuit (conventional technique of Patent Document 1) )
1012: Second delay circuit (prior art of Patent Document 1)
1110: First RC circuit (prior art of Patent Document 1)
1120: 2nd RC circuit (prior art of patent document 1)

Claims (6)

複数段のインバータゲートを縦列接続し、前記複数段のインバータゲートの内の初段インバータゲートの入力と入力端子を接続し、前記複数段のインバータゲートの内の最終段インバータゲートの出力と出力端子を接続してなる遅延回路を設計するための遅延回路設計方法であって、
前記最終段インバータゲート以外の前記インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅の少なくとも何れか一方の値を変数として、前記入力端子に入力する所定の入力信号に対する前記出力端子から出力する出力信号の過渡解析シミュレーションを行い、
前記過渡解析シミュレーションによって得られた前記入力信号の立ち上がりから前記出力信号の遷移までの立ち上がり伝播遅延時間、前記入力信号の立ち下がりから前記出力信号の遷移までの立ち下がり伝播遅延時間、前記出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値が、所望の設計値となる前記変数の組み合わせを決定し、
決定した前記変数の組み合わせに基づいて、前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅を設定することを特徴とする遅延回路設計方法。
Connect multiple stages of inverter gates in cascade, connect the input and input terminals of the first stage inverter gate of the multiple stages of inverter gates, and connect the output and output terminals of the final stage inverter gate of the multiple stages of inverter gates. A delay circuit design method for designing a connected delay circuit,
A predetermined input that is input to the input terminal using at least one value of each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the inverter gate other than the final-stage inverter gate as a variable Perform a transient analysis simulation of the output signal output from the output terminal for the signal,
Rise propagation delay time from the rise of the input signal to the transition of the output signal obtained by the transient analysis simulation, fall propagation delay time from the fall of the input signal to the transition of the output signal, Each value of the rising waveform rounding and the falling waveform rounding determines a combination of the variables that becomes a desired design value,
A delay circuit design method comprising: setting each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor based on the determined combination of variables.
複数段のインバータゲートを縦列接続し、前記複数段のインバータゲートの内の初段インバータゲートの入力と入力端子を接続し、前記複数段のインバータゲートの内の最終段インバータゲートの出力と出力端子を接続してなる遅延回路を設計するための遅延回路設計方法であって、
前記初段インバータゲートと前記最終段インバータゲート以外の前記インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅の少なくとも何れか一方の値を変数として、前記入力端子に入力する所定の入力信号に対する前記出力端子から出力する出力信号の過渡解析シミュレーションを行い、
前記過渡解析シミュレーションによって得られた前記入力信号の立ち上がりから前記出力信号の遷移までの立ち上がり伝播遅延時間、前記入力信号の立ち下がりから前記出力信号の遷移までの立ち下がり伝播遅延時間、前記出力信号の立ち上がり波形なまりと立ち下がり波形なまりの各値が、所望の設計値となる前記変数の組み合わせを決定し、
決定した前記変数の組み合わせに基づいて、前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタの各ゲート長及び各ゲート幅を設定することを特徴とする遅延回路設計方法。
Connect multiple stages of inverter gates in cascade, connect the input and input terminals of the first stage inverter gate of the multiple stages of inverter gates, and connect the output and output terminals of the final stage inverter gate of the multiple stages of inverter gates. A delay circuit design method for designing a connected delay circuit,
Using at least one value of each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and N-channel MOS transistor of the inverter gate other than the first-stage inverter gate and the final-stage inverter gate as a variable, Perform a transient analysis simulation of the output signal output from the output terminal with respect to a predetermined input signal to be input,
Rise propagation delay time from the rising edge of the input signal to the transition of the output signal obtained by the transient analysis simulation, falling propagation delay time from the falling edge of the input signal to the transition of the output signal, Each value of the rising waveform rounding and the falling waveform rounding determines a combination of the variables that becomes a desired design value,
A delay circuit design method comprising: setting each gate length and each gate width of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor based on the determined combination of variables.
前記初段インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタにおいて、各ゲート幅として、前記入力信号の設計仕様に合致する範囲内の最小値を用い、各ゲート長として、使用する半導体製造プロセスによって定まる最小値或いは最適値を用いることを特徴とする請求項2に記載の遅延回路設計方法。   In the first-stage inverter gate P-channel MOS transistor and N-channel MOS transistor, a semiconductor manufacturing process to be used as each gate width by using a minimum value within a range that matches the design specification of the input signal as each gate width 3. The delay circuit design method according to claim 2, wherein a minimum value or an optimum value determined by the following equation is used. 前記最終段インバータゲートのPチャネル型MOSトランジスタとNチャネル型MOSトランジスタにおいて、各ゲート幅として、前記出力信号の設計仕様に合致する範囲内の最大値を用い、各ゲート長として、使用する半導体製造プロセスによって定まる最小値或いは最適値を用いることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の遅延回路設計方法。   In the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of the final stage inverter gate, the maximum value within the range that matches the design specifications of the output signal is used as the gate width, and the semiconductor manufacturing used as each gate length 4. The delay circuit design method according to claim 1, wherein a minimum value or an optimum value determined by a process is used. 前記出力端子に、配線負荷抵抗と配線負荷容量をモデル化したπ型またはT型のRC回路を接続し、
前記RC回路の出力に、設計対象の前記遅延回路と同じ遅延回路を接続することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の遅延回路設計方法。
A π-type or T-type RC circuit modeling the wiring load resistance and the wiring load capacitance is connected to the output terminal,
The delay circuit design method according to claim 1, wherein the same delay circuit as the delay circuit to be designed is connected to the output of the RC circuit.
請求項1〜5の何れか1項に記載の遅延回路設計方法で設計された遅延回路。   A delay circuit designed by the delay circuit design method according to claim 1.
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