JP2007003337A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体集積回路に係り、特に入力回路および/または出力回路のACタイミング調整に使用されるACタイミング調整回路に関するもので、例えば高速のインターフェースを必要とする半導体集積回路に使用されるものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to an AC timing adjustment circuit used for AC timing adjustment of an input circuit and / or an output circuit, for example, a semiconductor integrated circuit that requires a high-speed interface. is there.
半導体集積回路の出力回路のACタイミング特性として、出力クロック信号の立ち上がりを基準にして出力データのホールド時間tHO 、セットアップ時間tSU が規定されている。この規定を満たすように出力回路のACタイミング特性を調整するために使用されるACタイミング調整回路において、通常は、出力データ遅延回路を挿入して出力データを遅らせる。この場合、ベスト条件でtHOを満たす遅延量になるように出力データ遅延回路の段数を調整して挿入する。しかし、ワースト条件での遅延量は、ベスト条件での遅延量の3.5 倍〜4 倍程度の差が有り、ワースト条件での遅延量で出力データが遅れすぎると、tSU を圧迫する結果になる。このようなワースト条件での出力データの遅れは、高速のインターフェースでは、tSU の規定を満足できなくなるという問題がある。 As an AC timing characteristic of an output circuit of a semiconductor integrated circuit, an output data hold time tHO and a setup time tSU are defined with reference to the rising edge of the output clock signal. In an AC timing adjustment circuit used to adjust the AC timing characteristics of an output circuit so as to satisfy this rule, an output data delay circuit is usually inserted to delay output data. In this case, the number of stages of the output data delay circuit is adjusted and inserted so that the delay amount satisfies tHO under the best conditions. However, the delay amount under the worst condition is about 3.5 to 4 times the delay amount under the best condition. If the output data is too late due to the delay amount under the worst condition, the result is that tSU is compressed. The delay of output data under such worst conditions has a problem that the high-speed interface cannot satisfy the tSU specification.
一方、半導体集積回路の入力回路についても、入力クロック信号の立ち上りを基準とする入力データのtHO 、tSU の規定を満たすように入力回路(例えばフリップフロップ回路)のACタイミング特性を調整するためにACタイミング調整回路が使用される。このACタイミング調整回路において、通常は、入力データ遅延回路を挿入して入力データを遅らせる。この場合、入力クロック信号に対する入力バッファによる遅延と入力クロックツリーシンセシス(CTS)による遅延に見合うようにベスト条件でtHOを満たす遅延量になるように入力データ遅延回路の遅延段数を調整して挿入する。 On the other hand, in order to adjust the AC timing characteristics of the input circuit (for example, flip-flop circuit), the input circuit of the semiconductor integrated circuit also satisfies the tHO and tSU specifications of the input data with reference to the rising edge of the input clock signal. A timing adjustment circuit is used. In this AC timing adjustment circuit, an input data delay circuit is usually inserted to delay input data. In this case, the number of delay stages of the input data delay circuit is adjusted and inserted so as to meet the delay amount satisfying tHO under the best conditions so as to match the delay by the input buffer with respect to the input clock signal and the delay by the input clock tree synthesis (CTS). .
しかし、ワースト条件での遅延量で入力データが遅れすぎると、tSU を圧迫する結果になる。このようなワースト条件での入力データの遅れは、入力クロック信号が高速のインターフェースでは、tSU の規定を満足できなくなるなど、ACスペックの合わせ込みが困難になるという問題がある。 However, if the input data is too late due to the amount of delay under worst conditions, it will result in pressure on tSU. The delay of input data under such worst conditions has a problem that it is difficult to match the AC specifications, such as an interface with a high-speed input clock signal cannot satisfy the tSU specification.
なお、特許文献1には、D型フリップフロップ回路の出力タイミングについて製造時の電気的特性のばらつきの影響を軽減するように調整するために、D型フリップフロップ回路の出力を期待値と比較し、比較結果に基づいて遅延セルを選択するようにフィードバック制御する点が開示されている。
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、入力回路および/または出力回路のACタイミング特性が、製造時の電気的特性のばらつきや使用時の電源電圧・温度などの動作条件の変化の影響を受け難くなり、クロック周波数が低い周波数から高い周波数まで大幅に切り換えられた場合でも外部とのインターフェースの高速化の実現に寄与し得る半導体集積回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the AC timing characteristics of the input circuit and / or the output circuit are operations such as variations in electrical characteristics during manufacture, power supply voltage / temperature during use, etc. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that is less susceptible to changes in conditions and can contribute to the realization of a high-speed interface with the outside even when the clock frequency is significantly switched from a low frequency to a high frequency. .
本発明の半導体集積回路は、所定回路の動作速度を測定するための測定データの発生および制御を行う測定制御回路と、測定データを出力する測定データ出力フリップフロップ回路と、前記測定データ出力フリップフロップ回路から出力された測定データを遅延する複数段の測定データ遅延回路と、前記測定データ遅延回路により遅延され、最終段および途中段の出力ノードから出力された複数ビットの各測定データを同期クロック信号に同期してラッチし、回路の動作速度を検出する動作速度検出回路と、前記動作速度検出回路により検出された結果に基づいて半導体集積回路から出力あるいは入力される所定データのACタイミング特性を満足させるように前記所定データの遅延量を切り換える遅延量切換回路を備えたACタイミング調整回路を内蔵してなることを特徴とする。 A semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a measurement control circuit that generates and controls measurement data for measuring the operating speed of a predetermined circuit, a measurement data output flip-flop circuit that outputs measurement data, and the measurement data output flip-flop. A plurality of measurement data delay circuits for delaying measurement data output from the circuit, and a plurality of bits of measurement data delayed by the measurement data delay circuit and output from the output nodes of the last and intermediate stages, An operation speed detection circuit that latches in synchronization with the signal and detects the operation speed of the circuit, and satisfies the AC timing characteristics of predetermined data output or input from the semiconductor integrated circuit based on the result detected by the operation speed detection circuit AC timing adjustment circuit having a delay amount switching circuit for switching the delay amount of the predetermined data Is built in.
本発明の半導体集積回路によれば、入力回路および/または出力回路のACタイミング特性が、製造時の電気的特性のばらつきや使用時の電源電圧・温度などの動作条件の変化に影響を受け難くなり、クロック周波数が低い周波数から高い周波数まで大幅に切り換えられた場合でも外部とのインターフェースの高速化を実現することができる。 According to the semiconductor integrated circuit of the present invention, the AC timing characteristics of the input circuit and / or the output circuit are not easily affected by variations in electrical characteristics during manufacture and changes in operating conditions such as power supply voltage and temperature during use. Thus, even when the clock frequency is significantly switched from a low frequency to a high frequency, it is possible to realize a high-speed interface with the outside.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施態様の半導体集積回路の出力回路における出力データACタイミング調整回路を示す回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an output data AC timing adjustment circuit in the output circuit of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention.
図1の回路は、例えば出力クロック信号CLOCK の立ち上がりを基準に出力データDATAのACタイミングを調整する回路であり、大別して、動作速度測定回路10と、内部クロック信号線1から出力される内部クロック信号を受けて出力クロック信号CLOCK として出力するクロックバッファ5aと、内部データを内部クロック信号に同期してラッチする出力データラッチ回路2と、出力データラッチ回路2の出力側に挿入された遅延切替回路20と、遅延切替回路20の出力を受けて出力データDATAを出力するデータバッファ5bとから構成されている。
The circuit of FIG. 1 is a circuit that adjusts the AC timing of the output data DATA with reference to the rising edge of the output clock signal CLOCK, for example, and is roughly divided into an operation
動作速度測定回路10は、所定回路の動作速度を測定するための測定データの発生および制御を行う測定制御回路12、測定データを出力する測定データ出力フリップフロップ(FF)回路13、複数段の測定データ遅延回路14、複数段の速度検出FF回路15、複数段の同期化FF回路16から構成されている。遅延切替回路20は、複数段の出力データ遅延回路21、複数段の切替マルチプレクサ22から構成されている。
The operation
動作速度測定回路10では、測定データ出力FF回路13から出力された測定データが、動作速度検出回路を成す複数段の測定データ遅延回路14の初段に入力され、当該回路の動作速度(伝播速度)が検出される。この複数段の測定データ遅延回路14の遅延量(遅延回路の段数)は、測定クロック信号線11から供給される測定クロック信号の1周期の間に、ベスト条件であれば丁度到達する程度とする。
In the operation
測定クロック信号は、半導体集積回路の中でギヤ切替によって変化しないような高速のクロック信号、例えば位相同期ループ(PLL) の出力クロック信号を用いることが望ましく、内部クロック信号と同期/非同期のいずれでもよい。そして、複数段の測定データ遅延回路14から数本の信号が出力される。この数本の信号は、最終段遅延回路の出力端と、ワースト条件で測定クロック信号の1周期の間に丁度到達する寸前の遅延回路の出力端と、それらの中間段の遅延回路の出力端の信号である。このように取り出された信号は、複数段の速度検出FF回路15に入力し、測定クロック信号に同期してラッチされる。この場合、信号に対して非同期でラッチすると、非安定状態(メタステーブル状態)もあり得るので、速度検出FF回路15の出力を同期化FF回路16にてさらに測定クロック信号に同期してラッチする。つまり、ダブルラッチ構成をとる。
As the measurement clock signal, it is desirable to use a high-speed clock signal that does not change due to gear switching in the semiconductor integrated circuit, for example, an output clock signal of a phase-locked loop (PLL), which is either synchronous or asynchronous with the internal clock signal. Good. Then, several signals are output from the measurement
動作条件がベスト条件であれば、測定データ遅延回路14の後段側に接続された速度検出FF回路15にまで“1”がラッチされ、この信号を使って、出力データ遅延回路21が最も長いパスを選択するように切替マルチプレクサ22が切り換えられる。
If the operating condition is the best condition, “1” is latched up to the speed
上記とは逆にワースト条件であれば、速度検出FF回路15まで信号が到達しないので、全ての速度検出FF回路15で“0”がラッチされ、この信号を使って出力データ遅延回路21がワースト条件で必要な最小のパスを選択するように切替マルチプレクサ22が切り換えられる。
In contrast to the above, if the worst condition is satisfied, the signal does not reach the speed
図2は、図1の出力回路において、測定データ出力FF回路13から出力される測定データと、測定制御回路12から出力されるラッチイネーブル(EN)信号および速度検出FF回路15に到達する測定データのタイミング関係の一例を示している。
2 shows measurement data output from the measurement data
データ取り込みの条件範囲(1) 〜(4) が異なると、速度検出FF回路15に取り込まれるデータが異なる。速度検出FF回路15の初段FF回路DFF1に到達する測定データは、条件範囲(1) 〜(4) では“1”であるが、ワースト条件に近くなった時に“0”になる。なお、リセット動作の直後における速度検出FF回路15の各段FF回路DFF1〜DFF4のデータ内容をそれぞれ所望値にセットするようにしてもよい。
When the data capture condition ranges (1) to (4) are different, the data fetched into the speed
図3は、図1中の切替マルチプレクサ22の段数、つまり遅延回路切替段数が少ない場合における出力データ遅延回路21に挿入される遅延量の関係の一例を示す。図3中、遅延回路切替段数N1,N2,N3の大小関係は、N1<N2<N3である。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the number of stages of the
図3に示すように、例えば、電源電圧が低い、動作温度が高い、使用トランジスタの特性のばらつきが大きい、などのワースト条件では、ワースト条件での遅延特性上の図中A点で動作し、ベスト条件ではベスト条件での遅延特性上の図中F点で動作する。 As shown in FIG. 3, for example, in worst conditions such as low power supply voltage, high operating temperature, and large variations in characteristics of transistors used, the circuit operates at point A in the delay characteristics under the worst conditions. Under the best condition, operation is performed at point F in the figure on the delay characteristic under the best condition.
<第1の実施形態の変形例>
図1の出力回路においてAC特性が厳しい場合には、遅延回路切替段数を増やして対応するように変形実施することが可能である。
<Modification of First Embodiment>
In the case where the AC characteristics are severe in the output circuit of FIG. 1, it can be modified to cope with an increase in the number of delay circuit switching stages.
図4は、図1中の切替マルチプレクサ22の段数(遅延回路切替段数)が多い場合における出力データ遅延回路21に挿入される遅延量の関係の一例を示す。図4中、遅延回路切替段数N1,N2,N3,N4,N5の大小関係は、N1<N2<N3<N4<N5である。このように遅延回路切替段数を増やすことにより、図中D1,D2で表されるACタイミングの範囲を狭めることが可能となり、これにより高速のインターフェースに対応可能となる。
FIG. 4 shows an example of the relationship between the delay amounts inserted in the output
上記した第1の実施形態およびその変形例の半導体集積回路によれば、内部回路の伝播速度を検出し、出力回路に対するACタイミング調整用遅延量を切り換えるようにしている。これにより、出力回路のACタイミング特性は、製造時の電気的特性のばらつきや使用時の電源電圧・温度などの動作条件の変化に影響を受け難くなり、一定のACタイミングを実現することができる。この場合、同期クロック信号を使用することにより、回路設計時に特別なクロック調整を必要とせず、容易に実現することができる。 According to the semiconductor integrated circuit of the first embodiment and the modified example described above, the propagation speed of the internal circuit is detected and the AC timing adjustment delay amount for the output circuit is switched. This makes the AC timing characteristics of the output circuit less susceptible to variations in electrical characteristics during manufacturing and changes in operating conditions such as power supply voltage and temperature during use, and can achieve constant AC timing. . In this case, the use of the synchronous clock signal can be easily realized without requiring special clock adjustment at the time of circuit design.
また、デジタル回路のみにより構成されるので設計の自由度がある。さらに、速度検出フリップフロップ回路の数を変えることにより、容易に精度を調整することも可能である。したがって、クロック周波数が大幅に切り換えられた場合でも外部とのインターフェースの高速化を実現することができる。 In addition, since it is composed only of digital circuits, there is a degree of freedom in design. Furthermore, the accuracy can be easily adjusted by changing the number of speed detection flip-flop circuits. Therefore, even when the clock frequency is largely switched, it is possible to realize a high-speed interface with the outside.
<第2の実施形態>
図5は、本発明の第2の実施態様の半導体集積回路の入力回路における入力データACタイミング調整回路を示す回路図である。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing an input data AC timing adjustment circuit in the input circuit of the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態は、例えば入力クロック信号CLOCK の立ち上がりを基準に、入力データDATAのACタイミングを調整して内部データとして取り込む回路であり、大別して、動作速度測定回路10aと、入力クロック信号CLOCK を受けて内部クロック信号とするクロックバッファ5aと、入力データDATAを受けて内部データとするデータバッファ5bと、データバッファ5bの出力側に挿入された遅延切替回路20aから構成されている。
The present embodiment is a circuit that adjusts the AC timing of the input data DATA with reference to the rising edge of the input clock signal CLOCK, for example, and takes it as internal data. Broadly speaking, it receives the operating
本例の動作速度測定回路10aの速度検出箇所は3箇所としており、切替マルチプレクサ22の切替段数も検出箇所数にあわせて3段切替となっている。
The operation
第2の実施態様によれば、第1の実施態様の出力回路と同様に、入力回路のACタイミング特性は、製造時の電気的特性のばらつきや使用時の電源電圧・温度などの動作条件の変化に影響を受け難くなり、一定のACタイミングを実現することができる。 According to the second embodiment, similar to the output circuit of the first embodiment, the AC timing characteristics of the input circuit are such as variations in electrical characteristics at the time of manufacture and operating conditions such as power supply voltage and temperature at the time of use. It is less affected by changes and can achieve a constant AC timing.
<第3の実施形態>
図6は、本発明の第3の実施態様の半導体集積回路の出力回路における出力データACタイミング調整回路を示す回路図である。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a circuit diagram showing an output data AC timing adjustment circuit in the output circuit of the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態は、図1を参照して前述した出力データACタイミング調整回路と比べて、速度検出した信号を、一旦、出力クロック信号1でラッチするための同期化用FF回路30を追加した点が異なる。
Compared with the output data AC timing adjustment circuit described above with reference to FIG. 1, the present embodiment has a point in which a
このようにすれば、出力データの切替が出力クロック信号に同期して行われるので、切替段数の変更時に出力データの前縁あるいは後縁にヒゲ状の雑音が発生することを防ぐことができる。 According to this configuration, since the output data is switched in synchronization with the output clock signal, it is possible to prevent whisker-like noise from occurring at the leading edge or trailing edge of the output data when the number of switching stages is changed.
<第4の実施形態>
図7は、本発明の第4の実施態様の半導体集積回路の出力回路における出力データACタイミング調整回路を示す回路図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing an output data AC timing adjustment circuit in the output circuit of the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態は、図1を参照して前述した出力データACタイミング調整回路と比べて、出力クロック信号CLOCK に代えて、または、並行して、出力データDATAのACタイミングの基準となる信号を出力させる基準信号出力回路70が設けられている点が異なる。
Compared with the output data AC timing adjustment circuit described above with reference to FIG. 1, the present embodiment outputs a signal serving as a reference for the AC timing of the output data DATA instead of or in parallel with the output clock signal CLOCK. The difference is that a reference
この基準信号出力回路70は、内部クロック信号を例えば1個のフリップフロップ回路F/Fを通して出力クロック信号CLOCK2として出力するように構成されている。
The reference
<第5の実施形態>
前記各実施形態では、動作速度検出回路により検出された結果は複数ビットの信号であり、前記遅延量切換回路は前記複数ビットの信号により対応して1対1で制御される複数の切り換え回路を使用するものであった。
<Fifth Embodiment>
In each of the embodiments, the result detected by the operation speed detection circuit is a signal of a plurality of bits, and the delay amount switching circuit includes a plurality of switching circuits controlled one-to-one correspondingly by the signals of the plurality of bits. It was to be used.
第5の実施形態では、前記複数ビットの信号をより少数のビット信号に変換するデコーダ(図示せず)を追加し、前記遅延量切換回路は上記デコーダの出力信号により対応して制御される少数の切り換え回路を使用するようにしてもよい。 In the fifth embodiment, a decoder (not shown) for converting the multi-bit signal into a smaller number of bit signals is added, and the delay amount switching circuit is controlled by the output signal of the decoder. These switching circuits may be used.
1…出力クロック信号、2…出力データラッチ回路、10…動作速度測定回路、11…測定クロック信号、12…測定制御回路、13…測定データ出力フリップフロップ回路、14…測定データ遅延回路、15…速度検出FF回路、16…同期化FF回路、20…遅延切替回路、21…出力データ遅延回路、22…切替マルチプレクサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
測定データを出力する測定データ出力フリップフロップ回路と、
前記測定データ出力フリップフロップ回路から出力された測定データを遅延する複数段の測定データ遅延回路と、
前記測定データ遅延回路により遅延され、最終段および途中段の出力ノードから出力された複数ビットの各測定データを同期クロック信号に同期してラッチし、回路の動作速度を検出する動作速度検出回路と、
前記動作速度検出回路により検出された結果に基づいて半導体集積回路から出力あるいは入力される所定データのACタイミング特性を満足させるように前記所定データの遅延量を切り換える遅延量切換回路
を備えたACタイミング調整回路を内蔵してなることを特徴とする半導体集積回路。 A measurement control circuit for generating and controlling measurement data for measuring the operating speed of the predetermined circuit;
A measurement data output flip-flop circuit for outputting measurement data;
A plurality of measurement data delay circuits for delaying the measurement data output from the measurement data output flip-flop circuit;
An operation speed detection circuit that latches each measurement data of a plurality of bits delayed by the measurement data delay circuit and output from the output node of the final stage and the intermediate stage in synchronization with a synchronous clock signal, and detects the operation speed of the circuit; ,
AC timing provided with a delay amount switching circuit for switching the delay amount of the predetermined data so as to satisfy the AC timing characteristics of the predetermined data output or input from the semiconductor integrated circuit based on the result detected by the operating speed detection circuit A semiconductor integrated circuit comprising an adjustment circuit.
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