JP2007193658A - Semiconductor device - Google Patents

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寛正 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can supply a more stable clock signal by not affecting output of an external output clock by power fluctuation by operation of an internal block. <P>SOLUTION: A semiconductor device 100 which performs giving and receiving of data between an external circuit 118 using a clock output from an oscillation source 102 as a standard is characterized by comprising; a clock distribution means 112 to distribute a clock output from an oscillation source to an internal circuit 114 provided in the semiconductor device; a clock supply means 104 which supplies a clock to an external circuit; a phase difference detection means 106 which detects a phase difference between the clock supplied to the external circuit and the clock at an end of the clock distribution means; and a clock delay adjustment means 110 to adjust the clock delay output from the clock supply means based on data of phase difference detected by the phase difference detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、クロックの遅延値を調整する機能を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a function of adjusting a delay value of a clock.

LSI( large scale integrated )等の半導体装置は、微細化が進み、それに伴い、従来では、複数のLSIで構成されていたシステムがこれら複数のLSIの機能を一括して1つのLSIに入れて構成されるようになってきた。また、LSIの微細化に伴って、LSIの処理可能な動作スピードも向上し、従来に比べ、LSIでの処理機能を増加させるために、より高速動作が要求されるようになってきた。   Semiconductor devices such as LSIs (large scale integrated) have been miniaturized, and accordingly, a system that has been configured with a plurality of LSIs in the past has been configured by putting the functions of the plurality of LSIs together into a single LSI. It has come to be. Further, with the miniaturization of LSIs, the operation speed at which LSIs can be processed has been improved, and higher speed operations have been required in order to increase the processing functions of LSIs as compared with the prior art.

かかるLSIの設計段階にあたっては、LSIとしての設計の容易性、クロック・スキューの調整等の検証の容易性から外部の発振子や内部または外部のPLL( Phase Locked Loop ;位相同期ループ )出力を基本クロックとしたクロックツリーを用いた同期回路設計が主流となっている。この回路設計を実行するに際しては、外部ブロックとの情報授受においては、内部ブロックと外部ブロックで情報を授受するためクロックを同期化する必要がある。クロックの同期化する方法として、外部ブロックへ供給するクロックをクロックツリーの内の1つとして扱う方法(以下、第1の方法と称する)や、クロックツリーの終端のクロックをフィードバックさせて、内部ブロックのクロックを外部出力クロックに合わせる方法(以下、第2の方法と称する)があった。   At the LSI design stage, an external oscillator or an internal or external PLL (Phase Locked Loop) output is basically used because of the ease of design as an LSI and the ease of verification such as adjustment of clock skew. Synchronous circuit design using a clock tree as a clock has become the mainstream. When executing this circuit design, it is necessary to synchronize clocks in order to exchange information between the internal block and the external block. As a method of synchronizing the clocks, a method of handling the clock supplied to the external block as one of the clock trees (hereinafter referred to as the first method), or a feedback of the clock at the end of the clock tree, the internal block There is a method (hereinafter referred to as a second method) for matching the clock of the above to the external output clock.

しかしながら、LSIが大規模化され、高速動作も要求されてきたことにより、外部ブロックとの情報の授受も高速化されることにより、情報授受の際に生じるクロックに対するセットアップ時間、ホールド時間の確保が難しくなってきた。   However, since LSIs have been increased in scale and high-speed operation has been required, the transfer of information with external blocks has also been speeded up, so that the setup time and hold time for the clock generated during information transfer can be secured. It has become difficult.

また、例えば、DDR( Double Data Rate )のように外部ブロックも提供されるクロックをそのまま使用するのではなく、外部ブロックがPLLやDLL( Delay-Locked Loop )を有し、かかる機能を元に動作しているものもある。供給するクロックがジッタを有する場合、PLLやDLLに関して言えば、参照信号となるリファレンスクロックが安定しないことになり、外部ブロックの誤動作の原因となることがあった。また、誤動作の発生にまで至らない場合でも、ジッタを持つクロックによって、相互間の情報授受においてセットアップ、ホールド時間等のAC( Alternating Current )タイミングに対して悪影響を与える。   Also, for example, instead of using a clock provided by an external block as in DDR (Double Data Rate), the external block has a PLL or DLL (Delay-Locked Loop) and operates based on this function. Some are doing it. When the supplied clock has jitter, the reference clock serving as a reference signal is not stable in terms of PLL and DLL, which may cause malfunction of the external block. Even when malfunction does not occur, a clock having jitter adversely affects AC (Alternating Current) timing such as setup and hold time in information exchange between each other.

一方、外部ブロックへの供給源のクロックについては、LSIが大規模化、高速化されてきたことにより、クロックツリーの始点から内部フリップフロップへの到達時間が、発振源周波数と同等または発信周波数を超えるような状況となってきた。   On the other hand, with regard to the clock of the supply source to the external block, the arrival time from the start point of the clock tree to the internal flip-flop is equal to the oscillation source frequency or the oscillation frequency because the LSI has been increased in scale and speed. The situation has exceeded.

クロック信号の供給を自動的に最適なタイミングに調整する半導体装置として、システムクロックSCを複数のバッファからなるバッファ列BRで遅延させ、いくつかのバッファ出力をフリップフロップ等からなるセレクタへ接続して異なる遅延量のクロックパスを形成するクロック遅延調整方法が特許文献1に開示されている。かかる特許文献1に開示されている半導体装置のクロック遅延調整する同期回路の構成および動作について図面を使用しながら以下説明する。   As a semiconductor device that automatically adjusts the supply of the clock signal to the optimum timing, the system clock SC is delayed by a buffer row BR composed of a plurality of buffers, and several buffer outputs are connected to a selector composed of a flip-flop or the like. A clock delay adjustment method for forming clock paths having different delay amounts is disclosed in Patent Document 1. The configuration and operation of the synchronization circuit for adjusting the clock delay of the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 will be described below with reference to the drawings.

図5は、上記特許文献1に開示されている半導体装置のクロック遅延調整する同期回路10の構成を簡潔に説明するための概略図であり、図6は、図5に示す同期回路におけるクロック遅延の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、図5、図6において同期回路を構成するバッファの数を7段の構成で説明するが、かかる同期回路の動作説明を簡単化するための例示である。また、以下の説明でクロックの絶対遅延値とクロック周期を同じとしたが、これも簡単化するための例である。例えば、絶対遅延値がクロック周期より大きい場合では、2つ後のクロックに対して影響を与えることもあり得るものとする。   FIG. 5 is a schematic diagram for briefly explaining the configuration of the synchronization circuit 10 for adjusting the clock delay of the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, and FIG. 6 shows the clock delay in the synchronization circuit shown in FIG. It is a timing chart for demonstrating operation | movement. 5 and 6, the number of buffers constituting the synchronization circuit will be described in a seven-stage configuration, but this is an example for simplifying the description of the operation of the synchronization circuit. In the following description, the clock absolute delay value and the clock cycle are the same, but this is also an example for simplification. For example, when the absolute delay value is larger than the clock period, it may affect the next clock.

図5に示すように、上記の同期回路10は、7段のバッファで発信源の周波数と同一周波数となるような構成となっている。かかる同期回路10は、データ処理のために、一時的に利用されるメモリ領域として機能することにより、同期回路10の構成からクロックの同時性を満たすためにバッファ11〜17が7つ挿入され、LSI中の動作モジュールのひとつのモデルであるフリップフロップ(以下F/Fと略)18に接続されて構成される。この仮定のもとでのタイミングチャートを示した図が図6である。なお、図6の「始点」は、発信源のクロック波形に該当し、図5に示す各バッファ11〜17の出力に該当する波形が図6に示す「遅延1」〜「終点」に該当する。   As shown in FIG. 5, the synchronizing circuit 10 is configured to have the same frequency as the frequency of the transmission source with a seven-stage buffer. The synchronization circuit 10 functions as a memory area that is temporarily used for data processing, so that seven buffers 11 to 17 are inserted to satisfy clock simultaneity from the configuration of the synchronization circuit 10. It is configured to be connected to a flip-flop (hereinafter abbreviated as F / F) 18 which is one model of an operation module in the LSI. FIG. 6 shows a timing chart under this assumption. The “start point” in FIG. 6 corresponds to the clock waveform of the transmission source, and the waveforms corresponding to the outputs of the buffers 11 to 17 shown in FIG. 5 correspond to “delay 1” to “end point” shown in FIG. .

図6に示す「始点」において発生したクロックCK1Sは、各バッファ11〜17を通過しながら遅延して、図6に示す「終点」のクロックCK1Eに到達する。「終点」に到達したクロックCK1Eは、図5に示す各F/F18を駆動することになる。かかる駆動により、電源に対して変動を与える。この変動は、その時間に駆動される素子の数、各「終点」へのクロック到達時間のバラツキ、および電源インピーダンスに依存するリンギングによって、その大きさ、時間が異なってくる。かかる変動の大きさ、時間の差異のモデルが図6の期間T60で示される。   The clock CK1S generated at the “start point” shown in FIG. 6 reaches the “end point” clock CK1E shown in FIG. 6 with delay while passing through the buffers 11-17. The clock CK1E that has reached the “end point” drives each F / F 18 shown in FIG. Such driving gives fluctuations to the power supply. This variation varies in magnitude and time depending on the number of elements driven at that time, variations in clock arrival time at each “end point”, and ringing depending on the power source impedance. A model of the difference between the magnitudes of the fluctuations and the time is indicated by a period T60 in FIG.

図6に示す期間T60には、図5に示すバッファ11、12、13(図6に示す遅延1、遅延2、遅延3)はスイッチング中であり、トランジスタは動作点領域にあって、電源の変動を受けることになる。この電源変動を受けるクロックは、図6に示すクロックCK2Sに発生したクロックに対してであり、変動の影響は図6に示すクロックCK2Eにジッタ61の形で現れる。最悪の場合にハザードとなる各素子へのクロック到達時間のバラツキ、電源のインピーダンスについては、設計によって固定となり、全クロックに共通に与えられるが、駆動される素子からの影響は時間毎のクロック間で異なってくる。このジッタ61により、図5のF/F18の感知する周波数は、クロック発生源の発生周期をT(s)、ジッタの大きさをj(s)とすると、1/(T±j)(Hz)となる。   In the period T60 shown in FIG. 6, the buffers 11, 12, and 13 (delay 1, delay 2, and delay 3 shown in FIG. 6) are switching, the transistor is in the operating point region, and the power supply You will be subject to fluctuations. The clock subjected to the power supply fluctuation is with respect to the clock generated in the clock CK2S shown in FIG. 6, and the influence of the fluctuation appears in the form of jitter 61 in the clock CK2E shown in FIG. In the worst case, variations in the clock arrival time to each element that becomes a hazard and the impedance of the power supply are fixed by design and are commonly given to all clocks. Will be different. Due to this jitter 61, the frequency sensed by the F / F 18 in FIG. 5 is 1 / (T ± j) (Hz, where T (s) is the generation period of the clock source and j (s) is the magnitude of the jitter. )

従来の第1の方法に従えば、このクロックを外部ブロックへ供給することになり、外部ブロックへ対する要求動作周波数は、1/(T−j)(Hz)となり、より厳しい要求基準となる。また、外部ブロックに供給されるクロックを元に、PLLやDLLを使用して動作していた場合、クロックがロックレンジを外れ、誤動作の原因となる恐れがある。また、クロックがロックレンジ内にあって、誤動作を起こさない場合でも、内部ブロックと外部ブロック間の情報授受においてセットアップタイムやホールドタイム等のACタイミングのマージンを少なくする要因となる。   According to the first conventional method, this clock is supplied to the external block, and the required operating frequency for the external block is 1 / (T−j) (Hz), which is a stricter requirement standard. Further, when the operation is performed using the PLL or DLL based on the clock supplied to the external block, the clock may be out of the lock range and cause a malfunction. Even when the clock is within the lock range and no malfunction occurs, it becomes a factor of reducing AC timing margins such as setup time and hold time in information exchange between the internal block and the external block.

また、高速化され、部品点数の削減の面からも、加えて、DDRのように差動信号でのインターフェイスも増えてきたことから、内部、外部ブロックの基準となるクロックの生成もPLLなどで内蔵されるケースも増えてきた。この場合、回路規模削減のためにこのPLLへのフィードバックをクロックツリー終端でのクロックを用いた場合、図5、図6で説明したようにフィードバック信号が外来ノイズにより確実にジッタを持ってしまうため、系が安定せず、PLLが本来持つ実力以上のジッタが出力クロックに上乗せされる。従って、発振源のPLLへのフィードバックはPLLの出力から作成し、その後段に別途、PLL若しくはDLLを作る必要がある。これが従来の第2の方法である。
特開2000−235517号公報
In addition, the speed has been increased and the number of parts has been reduced. In addition, the interface for differential signals has increased as in DDR, so the clock used as a reference for internal and external blocks can also be generated by PLL. The number of built-in cases has increased. In this case, when the clock at the end of the clock tree is used for feedback to the PLL to reduce the circuit scale, the feedback signal surely has jitter due to external noise as described with reference to FIGS. As a result, the system is not stable, and jitter exceeding the inherent capability of the PLL is added to the output clock. Therefore, feedback to the PLL of the oscillation source is created from the output of the PLL, and it is necessary to make a PLL or DLL separately at the subsequent stage. This is the second conventional method.
JP 2000-235517 A

上述した従来の第2の方法に従えば、発振源の出力をそのまま外部ブロックへの出力に使用すれば、外部への出力クロックは発振源のジッタだけに削減可能となる。しかし、内部クロックへのジッタは、PLL若しくはDLLを別途設けた場合、図5、図6で説明したようにフィードバック信号にジッタが発生するため、系が安定せず、本来の実力以上のジッタを持つことになる。   According to the second conventional method described above, if the output of the oscillation source is used as it is for output to the external block, the output clock to the outside can be reduced only to the jitter of the oscillation source. However, when the PLL or DLL is separately provided, the jitter to the internal clock is generated in the feedback signal as described with reference to FIGS. 5 and 6. Therefore, the system is not stable, and the jitter exceeding the original ability is generated. Will have.

また、かかる従来の第2の方法において、DLLを用いて半導体装置が定常状態での遅延値を測定し、その遅延値を固定値で使用することによって、フィードバックを切る手法によれば、フィードバックで発生するジッタはなくなる。しかしながら、DLLに入力される発振源のクロックとクロックツリー終端のクロックを考慮すると、図6において、発振源のリファレンスとなるクロックは「始点」に相当し、クロックツリー終端のクロックは「終点」となる。例えば、リファレンスのクロックが図6に示す「CK3S」の場合、比較対照となるフィードバックされるクロックツリーの終端のクロックは、「CK2E」となる。図6に示すように、「CK2E」は、リファレンスクロックで言えば、「CK2S」に相当することになる。すなわち、発振源自身もジッタ成分を持つので、発振源のジッタを含んだ遅延値が測定されることになってしまう。換言すると、内部ブロックの動作による電源変動から外部出力クロックの出力に影響を及ぼし、ジッタを含んだクロックを出力することとなり、かかる半導体装置の製造プロセスの特性にバラツキが生じてしまう。   In the second conventional method, the semiconductor device measures a delay value in a steady state using a DLL, and uses the delay value as a fixed value. The jitter that occurs is eliminated. However, in consideration of the clock of the oscillation source and the clock at the end of the clock tree input to the DLL, in FIG. 6, the clock that becomes the reference of the oscillation source corresponds to the “start point”, and the clock at the end of the clock tree is “end point”. Become. For example, when the reference clock is “CK3S” shown in FIG. 6, the clock at the end of the clock tree fed back as a comparison reference is “CK2E”. As shown in FIG. 6, “CK2E” corresponds to “CK2S” in terms of a reference clock. That is, since the oscillation source itself has a jitter component, a delay value including the jitter of the oscillation source is measured. In other words, the output of the external output clock is affected by fluctuations in the power supply due to the operation of the internal block, and a clock including jitter is output, resulting in variations in the characteristics of the manufacturing process of the semiconductor device.

そこで、本発明は、従来の半導体装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、内部ブロックの動作による電源変動によっても外部出力クロックの出力に影響を及ぼさないことにより、より安定したクロック信号を供給することの可能な、新規かつ改良された半導体装置を提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of conventional semiconductor devices, and the object of the present invention is not to affect the output of the external output clock even if the power supply fluctuates due to the operation of the internal block. Thus, a new and improved semiconductor device capable of supplying a more stable clock signal is provided.

上記課題を解決するために、本発明のある実施の態様によれば、発振源から出力されるクロックを基準として外部回路とデータの授受を実行する半導体装置において、発振源から出力されるクロックを半導体装置に備わる内部回路へ分配するクロック分配手段と、クロックを外部回路に供給するクロック供給手段と、外部回路に供給されるクロックとクロック分配手段の終端におけるクロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、位相差検出手段で検出された位相差のデータを元にクロック供給手段から出力されるクロックの遅延を調整するクロック遅延調整手段と、を含むことを特徴とする半導体装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to an embodiment of the present invention, in a semiconductor device that performs data exchange with an external circuit based on a clock output from an oscillation source, the clock output from the oscillation source is Clock distribution means for distributing to an internal circuit provided in a semiconductor device, clock supply means for supplying a clock to an external circuit, and a phase difference for detecting a phase difference between the clock supplied to the external circuit and the clock at the end of the clock distribution means There is provided a semiconductor device comprising: a detecting unit; and a clock delay adjusting unit that adjusts a delay of a clock output from the clock supply unit based on phase difference data detected by the phase difference detecting unit. The

このような構成とすることにより、外部機能ブロック等の外部回路への出力クロックが内部ブロック等の内部回路の動作による電源変動から分離されることにより、ジッタを低減して出力可能となる。このため、ジッタ低減されたクロックを出力することで、外部機能ブロックとの送受信マージンを拡大して、外部機能ブロックに対する要求スペックを軽減することができ、外部機能ブロックとの送受信のACタイミング特性も緩和することが可能になる。   With such a configuration, the output clock to the external circuit such as the external function block is separated from the power supply fluctuation due to the operation of the internal circuit such as the internal block, so that it is possible to output with reduced jitter. Therefore, by outputting a jitter-reduced clock, the transmission / reception margin with the external function block can be expanded to reduce the required specifications for the external function block, and the AC timing characteristics for transmission / reception with the external function block can also be reduced. It can be mitigated.

また、位相を比較する2つのクロックの遅延値を同じにすることで発振源が固有に持つジッタを相殺でき、正確な位相合わせが可能となるので、製造プロセス特性バラツキを吸収することができる。すなわち、クロック遅延調整手段が位相差検出手段による位相差のデータを元にクロックの遅延を調整する設定シーケンスを実行することによって、出力クロックとクロックツリーの配置配線のルートで発生するプロセス特性の違いや電源の相違により発生する遅延値が吸収される。   Further, by making the delay values of the two clocks whose phases are compared the same, the inherent jitter of the oscillation source can be canceled out and accurate phase alignment can be achieved, so that variations in manufacturing process characteristics can be absorbed. That is, the clock delay adjusting means executes a setting sequence for adjusting the delay of the clock based on the phase difference data by the phase difference detecting means, so that the difference in process characteristics generated at the route between the output clock and the clock tree placement and routing And delay values caused by power supply differences are absorbed.

このとき、上記実施の態様において、内部回路は、外部回路とのインターフェイスをとるフリップフロップを備え、クロック分配手段の終端から位相差検出手段への入力ノードは、フリップフロップのクロックの入力点を入力ノードとすることとしてもよい。   At this time, in the above embodiment, the internal circuit includes a flip-flop that interfaces with the external circuit, and the input node from the terminal of the clock distribution means to the phase difference detection means inputs the input point of the clock of the flip-flop. It may be a node.

このような構成とすることにより、例えば、一のフリップフロップの出力と、かかるフリップフロップの出力を受信する他のフリップフロップの入力との間で論理演算が行なわれて、遅延値がついた場合、他のフリップフロップへのクロックは、一のフリップフロップのクロックに比べて、かかる遅延値を持っても構わないことになる。このため、クロック分配手段の生成に際して、クロック分配手段の終端から位相差検出手段への入力とするノードを内部回路の外部回路とインターフェイスをとるフリップフロップのクロック入力点を入力ノードとするような条件が成立したところで、クロック分配手段の生成が完了する。すなわち、クロック分配手段の終端の全てにおいて、同時間であることはなくなるので、上述したクロックの遅延調整をより正確に実行できるようになる。   With this configuration, for example, when a logical operation is performed between the output of one flip-flop and the input of another flip-flop that receives the output of the flip-flop, and a delay value is added. The clock to other flip-flops may have such a delay value as compared to the clock of one flip-flop. For this reason, when generating the clock distribution means, the condition that the input node is the clock input point of the flip-flop that interfaces with the external circuit of the internal circuit from the terminal of the clock distribution means to the phase difference detection means. When the above is established, the generation of the clock distribution means is completed. In other words, since the time is not the same at all the ends of the clock distribution means, the above-described clock delay adjustment can be executed more accurately.

さらに、このとき、上記実施の態様において、クロック遅延調整手段により前記クロックの遅延を調整する際に、内部回路に備わるフリップフロップのデータ入力端子および出力端子に相当する部分が静的であることとしてもよい。   Further, at this time, in the above embodiment, when adjusting the clock delay by the clock delay adjusting means, the portions corresponding to the data input terminal and output terminal of the flip-flop provided in the internal circuit are static. Also good.

このような構成とすることにより、初期段階のかかる設定シーケンスを非動作状態に近い状態で実行されるので、内部ブロックに対して遅延クロックが影響を与えなくなり、遅延設定の変更を簡略化した構成で設計可能となる。   By adopting such a configuration, the setting sequence at the initial stage is executed in a state close to the non-operating state, so that the delay clock does not affect the internal block, and the configuration of the delay setting is simplified. Design becomes possible.

以上説明したように本発明によれば、外部へ供給するクロックと内部ブロックとの電源電圧を別とすることが可能となることより、内部ブロックによる電源電圧変動の影響を受けずにジッタの少ないクロックが供給することができ、発振源のジッタに関しても、吸収した外部に送信すべきクロックの正確な遅延設定を行なうことが可能となる。また、遅延調整を行なうことで、配置配線ルートの違いから来るプロセス起因の遅延差を吸収することができ、設計面で言えば、設計スペックの緩和、生産面で言えば、歩留まりの向上が可能となる。   As described above, according to the present invention, since it is possible to separate the clock supplied to the outside and the power supply voltage of the internal block, there is little jitter without being affected by the fluctuation of the power supply voltage by the internal block. A clock can be supplied, and it is possible to accurately set the delay of the clock to be transmitted to the outside as to the jitter of the oscillation source. In addition, by adjusting the delay, it is possible to absorb the difference in delay caused by the process due to the difference in the placement and routing route. In terms of design, the design specifications can be relaxed, and in terms of production, the yield can be improved. It becomes.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態における半導体装置の基本構成の概略を示す回路ブロック図である。   First, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram showing an outline of a basic configuration of a semiconductor device according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施の形態における半導体装置100は、発振源102、出力端子104、位相差検出部106、制御部108、遅延調整部110、クロックツリー112、内部ブロック114、および入出力端子116を備える。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 in this embodiment includes an oscillation source 102, an output terminal 104, a phase difference detection unit 106, a control unit 108, a delay adjustment unit 110, a clock tree 112, an internal block 114, and an input block. An output terminal 116 is provided.

発振源102は、本実施の形態の半導体装置100とメモリ等の外部回路である外部機能ブロック118との間のデータの授受を行なうための基本クロックを発生させるクロック発生手段である。かかる発振源102として、例えば、水晶発振子やセラミック発振子やPLL回路が使用されるものとする。ここでは、PLL回路について言えば、半導体装置100に内蔵されているものであっても、外付けのものであっても構わないこととする。   The oscillation source 102 is a clock generation means for generating a basic clock for transferring data between the semiconductor device 100 of the present embodiment and the external function block 118 which is an external circuit such as a memory. As the oscillation source 102, for example, a crystal oscillator, a ceramic oscillator, or a PLL circuit is used. Here, as for the PLL circuit, it may be either built in the semiconductor device 100 or external.

出力端子104は、発振源102によって発生するクロックを外部機能ブロック118に対して供給するクロック供給手段である。外部機能ブロック118と本実施の形態の半導体装置100は、このクロックを基準としてデータの授受を行なうものとする。また、出力端子104がクロックを供給する方法としては、正相クロックのみであっても、逆相クロックのみであっても、正相と逆相のペアで供給する差動供給であっても良いものとし、クロックの波高値についても、フルスイングのものであっても、フルスイングでないものであっても良いものとする。   The output terminal 104 is a clock supply unit that supplies a clock generated by the oscillation source 102 to the external function block 118. External function block 118 and semiconductor device 100 of the present embodiment are assumed to exchange data with reference to this clock. Further, as a method for supplying the clock from the output terminal 104, only a normal phase clock, only a reverse phase clock, or a differential supply that supplies a pair of a normal phase and a reverse phase may be used. The peak value of the clock may be either a full swing or not a full swing.

位相差検出部106は、外部へ供給するクロックと後述するクロックツリー112の終端(図5に示す「終点」に相当)とのクロックの位相差を検出するクロック位相差検出手段である。かかる検出部106による検出値は、カウンタのような複数ビットで構成されているものであっても、「早い/遅い」のように1ビットで構成されているものであっても良いものとする。また、位相差検出部106に入力されるクロックツリー112からのクロックおよび発振源102からのクロックは、必要に応じて分周しても構わないものとする。かかる分周段自体は、位相差検出部106内に設けられていても、その外に配置されていても構わないものとする。   The phase difference detection unit 106 is a clock phase difference detection unit that detects a clock phase difference between a clock supplied to the outside and a terminal (corresponding to an “end point” shown in FIG. 5) of a clock tree 112 described later. The detection value by the detection unit 106 may be composed of a plurality of bits such as a counter, or may be composed of 1 bit such as “early / late”. . The clock from the clock tree 112 and the clock from the oscillation source 102 input to the phase difference detection unit 106 may be divided as necessary. The frequency dividing stage itself may be provided in the phase difference detection unit 106 or may be arranged outside the phase difference detecting unit 106.

制御部108は、位相差検出部106から検出されたデータを元に後述の遅延調整部110の制御を行なう。かかる制御部108は、専用の制御装置を設けてハード的に実行される制御のものであっても、CPU経由でソフト的に実行される制御のものであっても良いものとする。また、制御部108は、少なくとも、後述する遅延調整部110への遅延値設定を行なう機能と、位相差検出部106からのフィードバック機能を無効とする機能と、を具備するものとする。   The control unit 108 controls the delay adjustment unit 110 described later based on the data detected from the phase difference detection unit 106. The control unit 108 may be a control that is executed in hardware by providing a dedicated control device, or may be a control that is executed in software via the CPU. The control unit 108 includes at least a function for setting a delay value in a delay adjustment unit 110 described later and a function for invalidating a feedback function from the phase difference detection unit 106.

遅延調整部110は、制御部108の制御に応じて、発振源102から出力するクロックの遅延値を決定するクロック遅延調整手段であり、例えば、DLLの遅延素子群のようなもので構成されている。なお、遅延調整部110を構成するブロックの電源は、後述する内部ブロック114とは、少なくとも半導体装置100の内部では別のものとし、十分にノイズ対策をとったものとする。   The delay adjustment unit 110 is a clock delay adjustment unit that determines a delay value of the clock output from the oscillation source 102 in accordance with the control of the control unit 108, and is configured by, for example, a DLL delay element group. Yes. It is assumed that the power source of the blocks constituting the delay adjustment unit 110 is different from the internal block 114 described later at least inside the semiconductor device 100 and sufficiently measures for noise are taken.

クロックツリー112は、本実施の形態の半導体装置100の内部ブロック114を動作させるための基本クロックを発振源102から後述する内部ブロック114へ分配するクロック分配手段である。かかるクロックツリー112では、クロックの同時性を満たすように、レイアウト時にクロックツリー112に備わるラッチ等の配置、段数が調整される。かかるクロックツリー112の終端からの出力の1つは、位相差検出部106の入力となる。このとき、入力とするノードは、好ましくは、内部ブロック114の外部機能ブロック118とインターフェイスをとるフリップフロップ(図示せず)のクロック入力点を入力ノードとすることで、より正確な遅延調整が可能となる。   The clock tree 112 is a clock distribution unit that distributes a basic clock for operating the internal block 114 of the semiconductor device 100 of the present embodiment from the oscillation source 102 to the internal block 114 described later. In the clock tree 112, the layout and the number of stages of the latches provided in the clock tree 112 are adjusted at the time of layout so as to satisfy clock simultaneity. One of the outputs from the end of the clock tree 112 is an input to the phase difference detection unit 106. At this time, the input node preferably has a clock input point of a flip-flop (not shown) that interfaces with the external function block 118 of the internal block 114 as an input node, thereby enabling more accurate delay adjustment. It becomes.

このようにクロックツリー112を張る場合、一のフリップフロップの出力と、かかるフリップフロップの出力を受信する他のフリップフロップの入力との間で論理演算が行なわれ、遅延値tがつく。このとき、実際には、セットアップ/ホールドマージンを確保する必要があるが、かかる他のフリップフロップへのクロックは、一のフリップフロップのクロックに比べて、絶対時間tの遅延値を持っても構わないことになる。このため、クロックツリー112の生成に際して、上記のクロックツリー112の終端から位相差検出部106への入力とするノードを内部ブロック114の外部機能ブロック118とインターフェイスをとるフリップフロップのクロック入力点を入力ノードとするような条件(セットアップ/ホールドマージンを確保)が成立したところで、クロックツリー112の生成が完了する。すなわち、クロックツリー112の終端の全てにおいて、同時間であることはなくなるので、実際にインターフェイスを取るフリップフロップのクロックで位相差を検出することが望ましい。   When the clock tree 112 is thus extended, a logical operation is performed between the output of one flip-flop and the input of another flip-flop that receives the output of the flip-flop, and a delay value t is obtained. At this time, it is actually necessary to secure a setup / hold margin, but the clock to the other flip-flop may have a delay value of absolute time t as compared with the clock of one flip-flop. There will be no. For this reason, when generating the clock tree 112, the clock input point of the flip-flop that interfaces with the external function block 118 of the internal block 114 is input to the node that is input from the end of the clock tree 112 to the phase difference detection unit 106. The generation of the clock tree 112 is completed when a condition (setting / holding margin is ensured) that establishes a node is established. That is, since it is not the same time at all the ends of the clock tree 112, it is desirable to detect the phase difference with the clock of the flip-flop that actually takes the interface.

内部ブロック114は、本実施の形態の半導体装置100の機能を実現する内部回路であり、クロックツリー112からクロックが供給される機能ブロックを少なくとも1つ以上持っている。かかる機能ブロックは、例えば、CPUやメモリや特定用途向けのロジックを含むものとする。   The internal block 114 is an internal circuit that realizes the function of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, and has at least one functional block to which a clock is supplied from the clock tree 112. Such functional blocks include, for example, a CPU, a memory, and logic for a specific application.

入出力端子116は、本実施の形態の半導体装置100と後述の外部機能ブロック118とのデータの授受を行なう入出力( input/output ;I/O )バッファである。かかる入出力端子116は、例えば、データバスやアドレスライン等であり、1つ以上の情報授受のポートが存在する。   The input / output terminal 116 is an input / output (I / O) buffer for transferring data between the semiconductor device 100 of the present embodiment and an external function block 118 described later. The input / output terminal 116 is, for example, a data bus or an address line, and there is one or more information exchange ports.

外部機能ブロック118は、本実施の形態の半導体装置100と出力端子104から供給されるクロックを基準に、入出力端子116を通して情報の授受を行なうメモリ等の外部回路である。   The external function block 118 is an external circuit such as a memory that exchanges information through the input / output terminal 116 with reference to the clock supplied from the semiconductor device 100 and the output terminal 104 of the present embodiment.

次に、上述した構成をした本実施の形態の半導体装置100の動作、および遅延調整部110でクロックの遅延を調整するクロック遅延値設定の制御シーケンスについて説明する。   Next, the operation of the semiconductor device 100 having the above-described configuration and the control sequence for setting the clock delay value for adjusting the clock delay by the delay adjusting unit 110 will be described.

まず、初期状態において、位相調整部110内の遅延調整値を0と仮定すると、クロックツリー112によって出力されるクロックは遅延があるので、位相差検出部106は、出力端子104から外部機能ブロック118等を含む外部へ供給されるクロックと、内部ブロック114へ供給される内部クロックとの間に位相差があると判定する。   First, assuming that the delay adjustment value in the phase adjustment unit 110 is 0 in the initial state, the clock output by the clock tree 112 has a delay, so that the phase difference detection unit 106 is connected from the output terminal 104 to the external function block 118. It is determined that there is a phase difference between an external clock including the above and the internal clock supplied to the internal block 114.

制御部108は、ハードウェアによって直接的に位相差検出部106から検出されたデータ等の情報を取得するか、若しくはソフトウェアによって間接的にかかるデータ等の情報を取得して、遅延調整部110の遅延設定値をより遅延する方向に変更する。なお、本実施の形態では、初期遅延値を0としたので、遅延をつける方向のみが変更可能となる。このとき、1回の設定で遅らせる遅延値は、遅延素子1つ分であっても、複数個分であっても良いものとし、また、位相差検出部106が絶対値を検出する手段を有する検出器であれば、かかる検出された絶対値の値分であっても良いものとする。   The control unit 108 acquires information such as data detected from the phase difference detection unit 106 directly by hardware, or acquires information such as data indirectly by software, so that the delay adjustment unit 110 Change the delay setting value in the direction of further delay. In this embodiment, since the initial delay value is set to 0, only the direction in which the delay is added can be changed. At this time, the delay value delayed by one setting may be one delay element or a plurality of delay values, and the phase difference detection unit 106 has means for detecting an absolute value. If it is a detector, it may be the value of the detected absolute value.

上記の位相差検出部106の判定において、位相差検出部106に入力された外部へ供給するクロックとクロックツリー112の終端から出力されるクロックとの双方のクロック入力の位相差の符号の逆転したポイントが2つの入力クロックが同位相である遅延設定値となる。ここでは、位相差検出部106内の初期遅延値を0と設定したが、初期遅延値を最大遅延値として、クロックの遅延値を設定する際に、遅延値を小さくしていく方法をとってもよいものとする。例えば、外部へ供給する出力クロックと内部クロックの位相を同じにしたい場合は、位相差検出部106から読み出せる「進み/遅れ」が逆転した検出値を元にして、制御部108は遅延調整部110へクロック遅延値の設定を行なう。また、出力クロックと内部クロックの位相をずらしたい場合には、一定の値を加算した設定値を元にクロック調整を遅延調整部110で行なってもよく、例えば、正確に半周期ずらす場合においては、2回目の「進み/遅れ」を検出し、演算した結果から遅延調整部110のクロック調整の設定を決定しても良いものとする。   In the determination of the phase difference detection unit 106 described above, the sign of the phase difference between both the clock input to the outside input to the phase difference detection unit 106 and the clock output from the terminal of the clock tree 112 is reversed. The point is a delay setting value in which two input clocks are in phase. Here, although the initial delay value in the phase difference detection unit 106 is set to 0, a method of reducing the delay value when setting the clock delay value with the initial delay value as the maximum delay value may be used. Shall. For example, when the phase of the output clock supplied to the outside and the phase of the internal clock are to be the same, the control unit 108 uses the detection value obtained by reversing the “advance / delay” that can be read from the phase difference detection unit 106 to control the delay adjustment unit 108. A clock delay value is set to 110. Further, when it is desired to shift the phase of the output clock and the internal clock, the clock adjustment may be performed by the delay adjustment unit 110 based on a set value obtained by adding a certain value. It is assumed that the second “advance / delay” is detected, and the clock adjustment setting of the delay adjustment unit 110 may be determined from the calculation result.

この遅延調整部110のクロック調整の設定値を決定する設定シーケンスは、例えば、電源投入時等の初期段階での設定シーケンスに1回行うこととして、制御部108は、常時、かかるシーケンス中以外においては、遅延調整部110のかかる設定値の更新を行なわないものとする。かかる設計シーケンスを初期段階に実行することにより、出力クロックとクロックツリーの配置配線のルートで発生するプロセス特性の違いや電源の相違により発生する遅延値を吸収できる。   The setting sequence for determining the clock adjustment setting value of the delay adjustment unit 110 is performed once in the setting sequence at the initial stage such as when the power is turned on. Suppose that the setting value of the delay adjustment unit 110 is not updated. By executing such a design sequence in the initial stage, it is possible to absorb a delay value generated due to a difference in process characteristics or a difference in power supply generated between the output clock and the clock tree placement and routing route.

すなわち、従来のように、かかる設定シーケンスを実行しないで、出力クロックとクロックツリーの終端の位相を合わせる場合は、特定プロセス条件の特定電圧の場合に一致するだけとなり、遅延段を用いて構成された出力クロックとクロックツリーでは、構造上、必然的にバッファ段数が異なってしまう。このため、設定シーケンスを実行しない場合、プロセスや電圧の差異によって、出力クロックとクロックツリーの遅延値に差が生じてしまう。これに対し、本実施の形態では、上述の設定シーケンスを実行することにより、出力クロックとクロックツリーの配置配線のルートで発生するプロセス特性の違いや電源の相違により発生する遅延値を吸収できる。   In other words, when the phase of the output clock and the end of the clock tree are matched without executing such a setting sequence as in the prior art, only the case of a specific voltage under a specific process condition matches, and the delay stage is used. The output clock and the clock tree inevitably differ in the number of buffer stages due to the structure. For this reason, when the setting sequence is not executed, a difference occurs in the delay value between the output clock and the clock tree due to a difference in process or voltage. On the other hand, in the present embodiment, by executing the above setting sequence, it is possible to absorb a delay value generated due to a difference in process characteristics or a difference in power supply generated between the output clock and the route of the placement and routing of the clock tree.

また、上記のシーケンス中においては、内部ブロック114は、フリップフロップのデータ端子および出力端子に相当する部分が静的であることが好ましい。このように、初期の設定シーケンスを、非動作状態に近い状態で行なうことで内部ブロックに対して遅延クロックが影響を与えないようになるので、遅延設定の変更を簡略化した構成で設計できる。   Further, in the above sequence, the internal block 114 preferably has static portions corresponding to the data terminal and output terminal of the flip-flop. As described above, since the delay clock does not affect the internal block by performing the initial setting sequence in a state close to the non-operating state, the delay setting can be designed with a simplified configuration.

次に、本実施の形態の半導体装置100において、クロック供給の動作タイミングについて、前述した従来の第1の方法でのクロック供給の動作タイミングと比較しながら図面を用いて説明する。図2(a)は、前述した従来の第1の方法によるクロック供給のタイミングチャートを示し、図2(b)は、本発明の第1の実施の形態の半導体装置100によるクロック供給のタイミングチャートを示し、両図とも、上から順に、外部クロック、リターンデータ、および内部クロックのタイミングチャートを示す。なお、両図において、図5および図6で説明した以外の要因によるジッタ成分(例えば、PLLがその中に持つPhase Detectorの不感帯に起因するPLL自身のジッタ等)は、かかる第1の方法および本実施の形態によるクロック供給の両手法に共通に当てはまるので、ここでは無視するものとする。   Next, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the clock supply operation timing will be described with reference to the drawings while comparing with the clock supply operation timing in the first conventional method described above. FIG. 2A shows a timing chart of clock supply by the above-described conventional first method, and FIG. 2B shows a timing chart of clock supply by the semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention. Both figures show a timing chart of the external clock, return data, and internal clock in order from the top. In both figures, the jitter component due to factors other than those described in FIGS. 5 and 6 (for example, the jitter of the PLL itself due to the dead zone of the Phase Detector that the PLL has) is the first method and Since this applies to both methods of clock supply according to this embodiment, it is ignored here.

図2(a)に示す「外部クロック」は、従来の第1の方法のよってクロックツリーの終端と同じ遅延値を持って出力されたクロックであることより、LSIの内部動作によって電源からの影響を受け、ジッタを持った状態で出力される。図2(a)に示す「リターンデータ」は、図1に示す外部機能ブロック118から本実施の形態の半導体装置100であるLSIに向けて「外部クロック」若しくは「外部クロック」を用いて生成されるクロックを基準に発生する情報であり、例えば、外部機能ブロック118であれば、メモリのリードデータ等に該当する。図2(a)に示す第1の方法においては、「外部クロック」がジッタを持つため、かかる外部クロックを基準に生成される「リターンデータ」もジッタを持つことになる。「内部クロック」は、本実施の形態の半導体装置100の内部クロックと同様であり、図2(a)においては、「外部クロック」の元になるので、「リターンデータ」を受けるクロックでもある。   The “external clock” shown in FIG. 2A is a clock that is output with the same delay value as the end of the clock tree by the first conventional method. Is output with jitter. The “return data” shown in FIG. 2A is generated using the “external clock” or “external clock” from the external function block 118 shown in FIG. 1 toward the LSI that is the semiconductor device 100 of the present embodiment. For example, in the case of the external function block 118, it corresponds to memory read data or the like. In the first method shown in FIG. 2A, since the “external clock” has jitter, the “return data” generated based on the external clock also has jitter. The “internal clock” is the same as the internal clock of the semiconductor device 100 of the present embodiment. In FIG. 2A, the “internal clock” is the source of the “external clock”, and is also a clock that receives “return data”.

図2(b)に示す「外部クロック」は、本実施の形態の半導体装置100におけるクロック供給によって、内部ブロック114からの影響を考慮して、その影響を受けないように出力されるクロックであるため、半導体装置100の内部動作によるジッタを持たずに出力される。図2(b)に示す「リターンデータ」は、図1に示す外部機能ブロック118から本実施の形態の半導体装置100に向けて「外部クロック」若しくは「外部クロック」を用いて生成されるクロックを基準に発生する情報であり、例えば、外部機能ブロック118であれば、メモリのリードデータ等に該当する。図2(b)においては、「外部クロック」が内部ブロック114の動作によるという意味において、ジッタを持たないので、かかる外部クロックを基準に生成される「リターンデータ」もジッタを持たないことになる。図2(b)に示す「内部クロック」は、本実施の形態の半導体装置100の内部のクロックであり、「リターンデータ」を受けるクロックでもある。かかる「内部クロック」は、内部ブロック114の動作に影響を受け、従来の第1の方法と同様にしてジッタを持つことになる。   The “external clock” shown in FIG. 2B is a clock that is output so as not to be affected by the supply of the clock in the semiconductor device 100 of the present embodiment in consideration of the influence from the internal block 114. Therefore, the output is performed without jitter due to the internal operation of the semiconductor device 100. The “return data” shown in FIG. 2B is a clock generated using the “external clock” or “external clock” from the external function block 118 shown in FIG. 1 toward the semiconductor device 100 of the present embodiment. For example, the external function block 118 corresponds to the read data of the memory. In FIG. 2B, in the sense that the “external clock” depends on the operation of the internal block 114, it does not have jitter. Therefore, the “return data” generated based on the external clock does not have jitter. . The “internal clock” shown in FIG. 2B is an internal clock of the semiconductor device 100 of the present embodiment, and is also a clock that receives “return data”. Such an “internal clock” is affected by the operation of the internal block 114 and has jitter as in the first conventional method.

図2(a)、図2(b)において、符号Tcks1、Tcks2は、受信の時のセットアップ時間に該当し、符号Tckh1、Tckh2は、受信時のホールド時間に該当する。図5、図6においても説明したが、図2で言えば、ジッタは、内部クロックCKI(n−1)での動作の影響が外部クロックCKO(n)および内部クロックCKI(n)に現れる。従って、各クロックエッジの周期はジッタの量に依存することになる。「リターンデータ」の受信において、外部クロックCKO(n−1)で発生したデータを内部クロックCKI(n)で受信するので、従来の第1の方法によりジッタを持つ外部クロックを出力するより、本実施の形態の半導体装置100により、外部クロックに対してジッタを取り除いてインターフェイスを取る方が受信マージンを大きくすることが可能となる。図2(a)と図2(b)との比較において、受信時のセットアップ時間Tcks1、Tcks2は、本実施の形態での受信時のセットアップ時間の方が大きくなる。すなわち、Tcks2>Tcks1の関係となる。   In FIG. 2A and FIG. 2B, the codes Tcks1 and Tcks2 correspond to the setup time at the time of reception, and the codes Tckh1 and Tckh2 correspond to the hold time at the time of reception. As described with reference to FIGS. 5 and 6, in FIG. 2, jitter affects the operation of the internal clock CKI (n−1) in the external clock CKO (n) and the internal clock CKI (n). Therefore, the period of each clock edge depends on the amount of jitter. In the reception of “return data”, the data generated by the external clock CKO (n−1) is received by the internal clock CKI (n). According to the semiconductor device 100 of the embodiment, the reception margin can be increased by removing the jitter from the external clock and taking the interface. In comparison between FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), the setup times Tcks1 and Tcks2 at the time of reception are larger in the setup time at the time of reception in the present embodiment. That is, a relationship of Tcks2> Tcks1 is established.

なお、図2による動作説明においては、全ての動作トリガをクロックの立ち上がりとしたが、かかる動作トリガをクロックの立ち下りにしても同様の効果が得られる。また、図2においては、本実施の形態の半導体装置100がデータ等を受信する場合の説明を行なったが、送信時においても送信情報は従来と同じようにジッタを含むが、送信クロックのジッタが低減でき、このジッタ分のACタイミングマージンを拡大できる。また、図1に示す位相差検出部106内の遅延値の設定において、外部出力クロックと内部クロックを同位相になるように調整して説明したが、回路構成によっては、逆位相で調整しても、中間的位置に調整しても良いものとする。また、遅延値の調整の判定に位相比較の結果の符号を用いたが、かかる遅延値の調整の判定において、オフセット値を加えることや、実験的に調べた固定値に調整することで実行しても良いものとする。   In the description of the operation shown in FIG. 2, all the operation triggers are set to the rising edge of the clock. However, the same effect can be obtained even if the operation trigger is set to the falling edge of the clock. In FIG. 2, the case where the semiconductor device 100 of the present embodiment receives data or the like has been described. However, transmission information includes jitter as in the conventional case, but transmission clock jitter also occurs during transmission. The AC timing margin for this jitter can be expanded. Further, in the setting of the delay value in the phase difference detection unit 106 shown in FIG. 1, the external output clock and the internal clock have been adjusted so as to have the same phase. Also, it may be adjusted to an intermediate position. In addition, the sign of the result of the phase comparison is used for the determination of the delay value adjustment, but in the determination of the delay value adjustment, an offset value is added, or it is executed by adjusting to a fixed value experimentally examined. It may be acceptable.

次に、本実施の形態の半導体装置100において、クロック供給の動作タイミングについて、前述した従来の第2の方法でのクロック供給の動作タイミングと比較しながら図面を用いて説明する。図3は、前述した従来の第2の方法によるクロック供給のタイミングチャートを示し、図4は、本発明の第1の実施の形態の半導体装置100によるクロック供給のタイミングチャートを示す。なお、図3は、上から順に、発振源クロック、出力クロック、DLL出力クロック、およびクロックツリーの終端クロックのタイミングチャートを示し、図4は、上から順に、発振源クロック、出力クロック、およびクロックツリーの終端クロックのタイミングチャートを示す。   Next, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the clock supply operation timing will be described with reference to the drawings while comparing with the clock supply operation timing in the second conventional method described above. FIG. 3 shows a timing chart of clock supply by the above-described second conventional method, and FIG. 4 shows a timing chart of clock supply by the semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention. 3 shows a timing chart of the oscillation source clock, the output clock, the DLL output clock, and the end clock of the clock tree in order from the top. FIG. 4 shows the oscillation source clock, the output clock, and the clock in order from the top. The timing chart of the end clock of a tree is shown.

前述したように、従来の第2の方法によれば、発振源より生成されるクロックは、そのまま出力され、外部への出力クロックとなる。発振源で生成されたクロックは、更にPLL若しくはDLLをもう1つ経由してからクロックツリーに供給されて、内部ブロックに配給される。PLL若しくはDLLの入力は、出力クロックおよびクロックツリーの終端クロックとなる。このとき、DLLを使用した場合に限り、本発明と同様のシーケンス制御を行なえば、電源を通して発生する内部ブロックからのジッタ要因を排除可能となる。しかしながら、従来の第1の方法の説明では、発振源のジッタ成分を無視して説明したが、従来の第2の方法では、発振源自体にジッタはある。そこで、従来の第2の方法と本発明の第1の実施の形態による発振源102のジッタの影響を以下で説明する。   As described above, according to the second conventional method, the clock generated from the oscillation source is output as it is and becomes an output clock to the outside. The clock generated by the oscillation source is further supplied to the clock tree via another PLL or DLL, and then distributed to the internal block. The input of the PLL or DLL becomes the output clock and the end clock of the clock tree. At this time, if the sequence control similar to the present invention is performed only when the DLL is used, it is possible to eliminate the jitter factor from the internal block generated through the power supply. However, in the description of the conventional first method, the jitter component of the oscillation source is ignored, but in the conventional second method, the oscillation source itself has jitter. Therefore, the influence of the jitter of the oscillation source 102 according to the second conventional method and the first embodiment of the present invention will be described below.

従来の第2の方法では、発振源の後段に接続されるDLLは、クロックツリーの終端クロックと発振源クロックの位相を検出するように動作する。位相を一致させる場合、クロックツリーで遅延が発生する以上、図3に示すように、クロックツリーの終端クロックは一周期以上遅れ、かつ、周期単位の位置にクロックのエッジが存在することになる。なお、図3においては、発振源後段に接続されるDLLの調整において、一周期分で位相が合うように調整された例を示している。   In the second conventional method, the DLL connected to the subsequent stage of the oscillation source operates so as to detect the phase of the end clock of the clock tree and the oscillation source clock. When the phases are matched, as shown in FIG. 3, since the delay occurs in the clock tree, the end clock of the clock tree is delayed by one cycle or more, and the clock edge exists at the position of the cycle unit. FIG. 3 shows an example in which the phase of the DLL connected to the latter stage of the oscillation source is adjusted so that the phases are matched in one cycle.

一方、外部への出力クロックは、発振源のクロックが直接出力される。このため、後段に接続されたDLLは、出力クロックとクロックツリーの終端クロックの2つのクロックの位相差を検出することになる。このとき、DLLが比較しているこれら2つのクロックを発振源でのクロックに番号を振って考えると、出力クロックCKO(n)に対して、クロックツリーの終端クロックは、クロックCKE(n−1)を比較することになる。発振源のクロックで言い換えると、クロックCKS(n)とクロックCKS(n−1)を比較していることになる。発振源のクロックにもジッタは存在しており、クロックCKS(n)とクロックCKS(n−1)のジッタ値は等しくはならない。従って、従来の第2の方法でのクロック調整を行なった場合では、発振源のジッタに依存した誤差が生じる結果となってしまう。また、遅延設定を変更する制御部もクロックツリーのクロックを使用している可能性が高くなるので、クロックにハザードが発生しないように遅延部を制御する手段を別途設ける必要があり、LSIが複雑な構成となってしまう。   On the other hand, the clock of the oscillation source is directly output as the output clock to the outside. For this reason, the DLL connected in the subsequent stage detects the phase difference between the two clocks of the output clock and the end clock of the clock tree. At this time, when these two clocks compared by the DLL are numbered to the clocks at the oscillation source, the end clock of the clock tree is the clock CKE (n−1) with respect to the output clock CKO (n). ) Will be compared. In other words, the clock CKS (n) and the clock CKS (n−1) are compared with the oscillation source clock. Jitter also exists in the clock of the oscillation source, and the jitter values of the clock CKS (n) and the clock CKS (n−1) are not equal. Therefore, when the clock adjustment is performed by the second conventional method, an error depending on the jitter of the oscillation source occurs. In addition, since there is a high possibility that the control unit that changes the delay setting also uses the clock of the clock tree, it is necessary to separately provide a means for controlling the delay unit so as not to cause a hazard in the clock, and the LSI is complicated. It will become a structure.

これに対し、本実施の形態の半導体装置100によるクロック供給では、発振源102のクロックはジッタを持って出力され、クロックツリー112による遅延を経てから内部ブロック114に含まれる各フリップフロップに供給される。一方、外部機能ブロック118への出力クロックは、遅延調整部110を通って、クロックツリー112の終端と同じ遅延値を持つように設定される。位相差検出部106は、これら2つのクロックの位相差を検出する。位相差検出部106が検出する2つの入力クロックの時間的な関係は、外部への出力クロックCKO(n)に対してクロックツリー終端クロックCKC(n)が対応し、発振源102のクロックに変換すると、どちらもクロックCKS(n)である。従って、本実施の形態の手法に従えば、発振源102が持つジッタは相殺されることになり、外部への出力クロックとクロックツリー112の終端クロックの位相差を正確に測定することが可能となる。   On the other hand, in the clock supply by the semiconductor device 100 of the present embodiment, the clock of the oscillation source 102 is output with jitter and is supplied to each flip-flop included in the internal block 114 after being delayed by the clock tree 112. The On the other hand, the output clock to the external function block 118 passes through the delay adjustment unit 110 and is set to have the same delay value as the end of the clock tree 112. The phase difference detection unit 106 detects the phase difference between these two clocks. The temporal relationship between the two input clocks detected by the phase difference detection unit 106 is that the clock tree termination clock CKC (n) corresponds to the output clock CKO (n) to the outside, and is converted to the clock of the oscillation source 102. Then, both are clocks CKS (n). Therefore, according to the method of this embodiment, the jitter of the oscillation source 102 is canceled out, and the phase difference between the output clock to the outside and the termination clock of the clock tree 112 can be accurately measured. Become.

また、内部ブロック114に対しては、発振源102のクロックの形がクロックツリー112による遅延を経てからそのまま伝送されるので、遅延調整部110の遅延設定を変更しても影響はない。外部機能ブロック118に対しては、ハザードが発生しても初期に設定シーケンスを行なうことを考えると、例えば、リセット動作することで誤動作を回避することは可能である。従って、遅延設定値の変更タイミングを複雑な構成とする必要はない。もちろん、遅延設定値の変更タイミングを複雑な構成にして、ハザードを発生させないようにしても良いものとする。   In addition, since the clock form of the oscillation source 102 is transmitted to the internal block 114 as it is after being delayed by the clock tree 112, changing the delay setting of the delay adjusting unit 110 has no effect. For the external function block 118, it is possible to avoid a malfunction by performing a reset operation, for example, considering that a setting sequence is initially performed even if a hazard occurs. Therefore, it is not necessary to make the change timing of the delay set value complicated. Of course, it is possible to make the change timing of the delay set value complex and prevent the occurrence of a hazard.

以上説明したように、本発明の半導体装置100によれば、発振源102から外部出力ブロック118への出力クロックが内部ブロック114の動作による電源変動から分離されることにより、外部機能ブロック118へ供給する出力クロックのジッタを低減できる。また、かかるジッタの低減により、外部機能ブロック118との送受信マージンを拡大すると共に、発振源102が持つジッタを外部機能ブロック118へ供給するクロックと内部ブロック114で使用するクロックとで同時性を持たせることでも送受信マージンを拡大し、外部機能ブロック118に対する要求スペックを軽減することができ、外部機能ブロック118との送受信のACタイミング特性も緩和することが可能になる。また、遅延調整部110の遅延値調整によって、位相を比較する2つのクロックの遅延値を同じにすることで発振源102が固有に持つジッタを相殺でき、正確な位相合わせが可能となるので、半導体装置の製造プロセスにおける特性バラツキを吸収できる。   As described above, according to the semiconductor device 100 of the present invention, the output clock from the oscillation source 102 to the external output block 118 is separated from the power supply fluctuation due to the operation of the internal block 114, and thus supplied to the external function block 118. The jitter of the output clock can be reduced. Further, by reducing the jitter, the transmission / reception margin with the external function block 118 is expanded, and the clock used to supply the jitter of the oscillation source 102 to the external function block 118 and the clock used in the internal block 114 are synchronized. Also, the transmission / reception margin can be expanded, the required specifications for the external function block 118 can be reduced, and the AC timing characteristics for transmission / reception with the external function block 118 can also be reduced. In addition, by adjusting the delay value of the delay adjustment unit 110, the delay value of the two clocks to be compared in phase can be made the same so that the inherent jitter of the oscillation source 102 can be canceled, and accurate phase alignment becomes possible. Variations in characteristics in the manufacturing process of semiconductor devices can be absorbed.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

本発明は、クロックツリーを用いて設計されるデジタル回路であって、外部に対してクロックを供給し、そのクロックを基準に外部機能ブロックと情報を授受する半導体装置に適用可能であり、特に外部に供給するクロックの構成方法、および調整方法に適用可能である。   The present invention is a digital circuit designed using a clock tree, and can be applied to a semiconductor device that supplies a clock to the outside and exchanges information with an external function block based on the clock. The present invention can be applied to a configuration method and an adjustment method of a clock supplied to the device.

本発明の第1の実施の形態における半導体装置の基本構成の概略を示す回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram showing an outline of a basic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態の半導体装置において、従来例と比較しながらクロック供給の動作タイミングを説明するタイミングチャートであり、(a)は、従来の第1の方法によるクロック供給のタイミングチャートを示し、(b)は、同実施の形態の半導体装置によるクロック供給のタイミングチャートを示す。FIG. 3 is a timing chart for explaining operation timing of clock supply in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, as compared with the conventional example, and (a) is a timing chart of clock supply by the conventional first method. (B) shows a timing chart of clock supply by the semiconductor device of the embodiment. 従来の第2の方法によるクロック供給のタイミングチャートである。It is a timing chart of clock supply by the conventional 2nd method. 本発明の第1の実施の形態の半導体装置によるクロック供給のタイミングチャートである。3 is a timing chart of clock supply by the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 従来の半導体装置のクロック遅延調整する同期回路の構成を簡潔に説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating briefly the structure of the synchronizing circuit which adjusts the clock delay of the conventional semiconductor device. 図5に示す同期回路におけるクロック遅延の動作を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining an operation of clock delay in the synchronization circuit shown in FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体装置
102 発振源
104 クロック供給手段(出力端子)
106 位相差検出手段(位相差検出部)
108 制御部
110 クロック遅延調整手段(遅延調整部)
112 クロック分配手段(クロックツリー)
114 内部回路(内部ブロック)
116 入出力端子
118 外部回路(外部機能ブロック)

100 Semiconductor device 102 Oscillation source 104 Clock supply means (output terminal)
106 Phase difference detection means (phase difference detection unit)
108 Control Unit 110 Clock Delay Adjustment Unit (Delay Adjustment Unit)
112 Clock distribution means (clock tree)
114 Internal circuit (internal block)
116 Input / output terminal 118 External circuit (external function block)

Claims (3)

発振源から出力されるクロックを基準として外部回路とデータの授受を実行する半導体装置において、
前記発振源から出力されるクロックを前記半導体装置に備わる内部回路へ分配するクロック分配手段と、
前記クロックを前記外部回路に供給するクロック供給手段と、
前記外部回路に供給されるクロックと前記クロック分配手段の終端におけるクロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段で検出された前記位相差のデータを元に前記クロック供給手段から出力されるクロックの遅延を調整するクロック遅延調整手段と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device that executes data transfer with an external circuit based on a clock output from an oscillation source,
Clock distribution means for distributing a clock output from the oscillation source to an internal circuit included in the semiconductor device;
Clock supply means for supplying the clock to the external circuit;
Phase difference detection means for detecting a phase difference between a clock supplied to the external circuit and a clock at the end of the clock distribution means;
A clock delay adjusting means for adjusting a delay of a clock output from the clock supply means based on the data of the phase difference detected by the phase difference detecting means;
A semiconductor device comprising:
前記内部回路は、前記外部回路とのインターフェイスをとるフリップフロップを備え、
前記クロック分配手段の終端から前記位相差検出手段への入力ノードは、前記フリップフロップの前記クロックの入力点を入力ノードとすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The internal circuit includes a flip-flop that interfaces with the external circuit,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the input node from the terminal of the clock distribution unit to the phase difference detection unit uses the input point of the clock of the flip-flop as an input node.
前記クロック遅延調整手段により前記クロックの遅延を調整する際に、前記内部回路に備わる前記フリップフロップのデータ入力端子および出力端子に相当する部分が静的であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。

3. A portion corresponding to a data input terminal and an output terminal of the flip-flop provided in the internal circuit is static when adjusting the delay of the clock by the clock delay adjusting means. A semiconductor device according to 1.

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