JP2007228145A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の回路を夫々異なる位相を有するクロックにより動作させる半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit in which a plurality of circuits are operated by clocks having different phases.
従来、半導体集積回路では、複数の回路がクロックに同期して動作する。図1に、従来の複数の回路が基準クロックに同期して動作する半導体集積回路のタイミング図を示す。図1のように、クロックの変化点においては、多くの素子が同時に動作して電流が一斉に流れるので、回路内のピーク電流が大きくなり、電源ライン及び接地ラインでノイズが発生し、性能の悪化及び誤作動の発生等の原因となることがある。このピーク電流によるノイズの発生が、半導体集積回路を搭載する機器の設計において大きな問題となっている。 Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, a plurality of circuits operate in synchronization with a clock. FIG. 1 shows a timing diagram of a semiconductor integrated circuit in which a plurality of conventional circuits operate in synchronization with a reference clock. As shown in FIG. 1, at the clock transition point, many elements operate simultaneously and current flows at the same time, so the peak current in the circuit increases, noise occurs in the power supply line and ground line, and performance It may cause deterioration and malfunction. The generation of noise due to this peak current is a major problem in the design of devices equipped with semiconductor integrated circuits.
特開2002−158286号公報(特許文献1参照。)には、複数の回路が独立したクロックにより動作するよう、夫々のクロックの位相をずらすことで、ピーク電流を低減することが可能な半導体集積回路が開示されている。図2は、特許文献1に開示された半導体集積回路を実現する位相分離部の回路構成の一例を示す図を引用したものである。図2に示された位相分離部は、複数のディレイゲート21が直列に接続され、その出力信号Cnが入力信号C0に対してちょうど1周期遅れるように位相比較器22で比較して、各ディレイゲートの遅延量を調整する。各ディレイゲート間で取り出される信号C1〜Cn−1は、ディレイゲート21で設定された遅延に従って位相をずらされる。それらの信号及び基準となる入力信号Coは、夫々、動作する回路ブロック231〜23nに供給される。しかし、特許文献1に記載された半導体集積回路では、ディレイゲートによってクロックの位相をずらすため、プロセスのばらつきによって遅延もばらつくという問題がある。また、クロック周波数が高い場合、調整が困難であるという問題があった。
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-158286 (see Patent Document 1) discloses a semiconductor integrated circuit that can reduce the peak current by shifting the phase of each clock so that a plurality of circuits operate with independent clocks. A circuit is disclosed. FIG. 2 quotes a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a phase separation unit that realizes the semiconductor integrated circuit disclosed in Patent Document 1. In FIG. In the phase separation unit shown in FIG. 2, a plurality of
上記問題に対して、特開2004−145435号公報(特許文献2参照。)には、より簡単且つ容易にクロックの位相をずらすことが可能な半導体集積回路が開示されている。図3は、特許文献2に開示された半導体集積回路の実施例を示す図を引用したものである。図3に示された半導体集積回路は、周期Tの基準クロックを入力とし、夫々基準クロックの整数倍の位相差をもつ複数の部分クロックC11からC1nを出力するクロック生成回路30と、部分クロックC11からC1nの周期及び位相差を制御するクロック制御回路36とを有する。クロック生成回路30は、基準クロックをカウントするカウンタ31から出力されるカウント値と、クロック制御回路36から出力されるクロック制御信号とにより、部分クロック生成回路321〜32nで部分クロックC11からC1nを生成する。クロック制御回路36は、夫々の回路ブロック331〜33nの動作状態に応じて回路ブロック状態監視回路34の部分ブロック状態監視回路351〜35nから出力される信号を基にクロック制御信号を生成する。
しかし、特許文献2に記載された半導体集積回路では、クロックを制御するために、夫々の回路ブロック毎に、その動作状態を監視するための部分ブロック状態監視回路351〜35nを必要とするので、半導体集積回路全体の回路規模が大きくなってしまうという問題がある。 However, the semiconductor integrated circuit described in Patent Document 2 requires partial block state monitoring circuits 35 1 to 35 n for monitoring the operation state of each circuit block in order to control the clock. Therefore, there is a problem that the circuit scale of the entire semiconductor integrated circuit becomes large.
本発明は、上記問題を鑑みて、回路規模を大きくすることなく、複数の回路を動作させるための夫々のクロックの位相を容易に制御することが可能な半導体集積回路を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of easily controlling the phase of each clock for operating a plurality of circuits without increasing the circuit scale. To do.
上記目的を達成するために、本発明の半導体集積回路は、クロックを入力され、該クロックの1周期分に相当する同相遅延素子段数を求める遅延制御手段と、該遅延制御手段により求められた同相遅延素子段数から、所定量の遅延を発生させる遅延素子の段数を決定する遅延素子段数決定手段と、前記クロックを前記遅延素子段数決定手段により決定された遅延素子の段数分遅延させる遅延クロック生成手段とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor integrated circuit according to the present invention is provided with a delay control means for obtaining the number of common-mode delay element stages corresponding to one period of the clock, and a common-mode obtained by the delay control means. Delay element stage number determining means for determining the number of delay element stages for generating a predetermined amount of delay from the number of delay element stages, and delay clock generating means for delaying the clock by the number of delay element stages determined by the delay element stage number determining means It is characterized by having.
これにより、クロックにより動作する複数の回路を監視する必要がないので、回路規模を大きくすることなく、複数の回路を動作させるための夫々のクロックの位相を容易に制御することが可能な半導体集積回路を提供することができる。また、本発明の半導体集積回路は、複数の回路が夫々位相の異なるクロックにより動作することができるので、ピーク電流、電源ノイズ及びIR(電流・抵抗)ドロップを抑えることが可能である。また、本発明の半導体集積回路は、出力セルでのスイッチングノイズの低減効果を得ることが可能である。 As a result, there is no need to monitor a plurality of circuits operated by a clock, so that the phase of each clock for operating a plurality of circuits can be easily controlled without increasing the circuit scale. A circuit can be provided. In the semiconductor integrated circuit according to the present invention, since a plurality of circuits can be operated by clocks having different phases, peak current, power supply noise, and IR (current / resistance) drop can be suppressed. In addition, the semiconductor integrated circuit of the present invention can obtain an effect of reducing switching noise in the output cell.
代替的に、上記目的を達成するために、本発明の集積回路は、第1のクロックを入力され、該第1のクロックの1周期分に相当する同相遅延素子段数を求める遅延制御手段と、該遅延制御手段により求められた同相遅延素子段数から、所定量の遅延を発生させる遅延素子の段数を決定する遅延素子段数決定手段と、前記第1のクロックの整数倍の周期を有する第2のクロックを入力され、該基本クロックを前記遅延素子段数決定手段により決定された遅延素子の段数分遅延させる遅延クロック生成手段とを有する。 Alternatively, in order to achieve the above object, the integrated circuit of the present invention has a delay control means for receiving the first clock and obtaining the number of common-mode delay element stages corresponding to one period of the first clock; Delay element stage number determining means for determining the number of delay element stages for generating a predetermined amount of delay from the number of common-mode delay element stages determined by the delay control means, and a second element having a cycle that is an integral multiple of the first clock. A delay clock generating means for receiving a clock and delaying the basic clock by the number of stages of the delay elements determined by the delay element stage number determining means;
これにより、複数の回路を動作させるための夫々のクロックの位相を容易に制御することができると共に、同相遅延素子段数を低減することが可能な半導体集積回路を提供することができる。 As a result, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit that can easily control the phase of each clock for operating a plurality of circuits and can reduce the number of common-mode delay element stages.
更に、上記目的を達成するために、本発明の集積回路は、前記遅延制御手段がDLLであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the integrated circuit of the present invention is characterized in that the delay control means is a DLL.
本発明により、回路規模を大きくすることなく、複数の回路を動作させるための夫々のクロックの位相を容易に制御することが可能な半導体集積回路を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit capable of easily controlling the phase of each clock for operating a plurality of circuits without increasing the circuit scale.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図4は、本発明の半導体集積回路の回路構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the semiconductor integrated circuit of the present invention.
図4において、半導体集積回路40は、遅延制御手段41と、遅延素子段数決定手段42と、n個の遅延クロック生成手段431〜43nと、n個の回路ブロック441〜44nとを有する。半導体集積回路40は、入力された基準クロックから生成した夫々位相の異なるクロックによりn個の回路ブロック441〜44nを動作させる。
4, the semiconductor integrated
遅延制御手段41は、入力されたクロックの1周期分の位相に相当する同相遅延素子段数を求める手段であって、遅延アレー411と、制御ロジック412とを有する。遅延アレー411は、所定の遅延量を設定されたディレイゲートの直列接続により構成されている。制御ロジック412は、遅延アレー411を制御して、入力されたクロックの1周期分の位相に相当する同相遅延素子段数CTを求め、遅延素子段数決定手段42へ出力する。このような構造を有する遅延制御手段41は、一般に、DLL(Delay−Locked Loop)とも呼ばれる。
The delay control means 41 is a means for obtaining the number of in-phase delay element stages corresponding to the phase of one cycle of the input clock, and includes a
遅延素子段数決定手段42は、制御ロジック412より出力された同相遅延素子段数CTと、任意のギア比GRとによって、夫々の回路ブロックを動作させるためのクロックの基準である基準クロックを遅延させるために必要な遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnを決定し、出力する手段である。遅延クロック生成手段431〜43nは、夫々、遅延素子段数決定手段42より出力された遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnに応じて基準クロックの位相を遅らせる手段である。
The delay element stage number determination means 42 delays a reference clock, which is a clock reference for operating each circuit block, based on the common-mode delay element stage number CT output from the
次に、基準クロックに対する半導体集積回路40の位相遅延動作について説明する。
Next, the phase delay operation of the semiconductor integrated
半導体集積回路40に入力された基準クロックは、遅延制御手段41の制御ロジック412及び遅延クロック生成手段431〜43nに入力される。
The reference clock input to the semiconductor integrated
制御ロジック412は、基準クロック又は基準クロックと同じ周期を有する信号を遅延アレー411に入力し、遅延アレー411により位相を遅らされて出力されるフィードバッククロックと基準クロックとの間の位相差を比較し、この位相差が基準クロックの1周期分の遅延に相当するように、遅延を挿入するよう遅延アレー411を制御する。制御ロジック412は、基準クロックと遅延アレー411より出力されるフィードバッククロックとの間の位相差が基準クロックの1周期分の遅延に相当する同相遅延素子段数CTを、2進信号として、遅延素子段数決定手段42へ出力する。
The
遅延素子段数決定手段42は、制御ロジック412より出力された同相遅延素子段数CTと、レジスタ設定に応じて設定されるギア比GRとによって、基準クロックを遅延させるために必要とされる遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnを決定する。遅延素子段数決定手段42で決定された遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnは、夫々、遅延クロック生成手段431〜43nの夫々に入力される。
The delay element stage number determination means 42 determines the delay element required for delaying the reference clock based on the common-mode delay element stage number CT output from the
遅延クロック生成手段431〜43nには、また、上述したように、半導体集積回路40の回路ブロックを動作させるための基準クロックが入力される。遅延クロック生成手段431〜43nは、遅延素子段数決定手段42より入力された遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnに応じて基準クロックの位相を遅らせ、回路ブロック441〜44nの夫々に位相の異なるクロックC41〜C4nを供給する。
Further, as described above, the reference clock for operating the circuit block of the semiconductor integrated
ここで、一周期を360度とすると、遅延素子段数決定手段42において、遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnは、以下の(1)式により決定される:
DEGOUT=CT×GR/360 ・・・ (1)
例えば、n=3、即ち、半導体集積回路40内の回路ブロックの数が3である場合に、それら回路ブロック441、442、443の夫々に供給されるべきクロックC41、C42、C43のギア比GTが、夫々、90度、180度、270度と設定されるとする。また、制御ロジック412で求められた同相遅延素子段数CTの値が100であるとすると、クロックC41、C42、C43を生成する遅延クロック生成手段431、432、433の夫々に入力される遅延素子の段数DEGOUT1、DEGOUT2、DEOUT3は、夫々、(1)式より、25、50、75と求まる。
Here, assuming that one cycle is 360 degrees, the delay element stage number determining means 42 determines the delay element stage numbers DEGOUT1 to DEGOUTn by the following equation (1):
DEGOUT = CT × GR / 360 (1)
For example, when n = 3, that is, when the number of circuit blocks in the semiconductor integrated
クロック生成手段431、432、433は、夫々、上記のように求められた遅延素子の段数DEGOUT1、DEGOUT2、DEOUT3の夫々に相当する遅延を基本クロックに与え、遅延クロックC41、C42、C43として出力する。図5に、この場合の半導体集積回路のタイミング図を示す。遅延クロックC41、C42、C43は、図5のように、基本ブロックに対して、夫々、周期が1/4(=25/100)、1/2(=50/100)、3/4(=75/100)周期分遅延した信号である。これらの夫々位相の異なるクロックC41、C42、C43は、回路ブロック441、442、443の夫々に供給される。従って、回路ブロック441、442、443は、異なるタイミングで動作するので、半導体集積回路40の動作電流のピーク値は、図5のように、図1に示した従来の半導体集積回路の場合に比べて小さくなる。
The clock generators 43 1 , 43 2 , and 43 3 give delays corresponding to the delay element stages DEGOUT1, DEGOUT2, and DEOUT3 obtained as described above to the basic clock, respectively, and delay clocks C 41 , C 42. , and outputs it as C 43. FIG. 5 shows a timing chart of the semiconductor integrated circuit in this case. As shown in FIG. 5, the delay clocks C 41 , C 42 and C 43 have a period of 1/4 (= 25/100), 1/2 (= 50/100), 3 /, respectively, with respect to the basic block. It is a signal delayed by 4 (= 75/100) periods. These clocks C 41 , C 42 and C 43 having different phases are supplied to the circuit blocks 44 1 , 44 2 and 44 3 , respectively. Therefore, since the circuit blocks 44 1 , 44 2 , and 44 3 operate at different timings, the peak value of the operating current of the semiconductor integrated
このように、本発明により、回路ブロックの動作状態を監視することなく、夫々の回路ブロックに供給すべきクロックを容易に制御することができる。 As described above, according to the present invention, the clock to be supplied to each circuit block can be easily controlled without monitoring the operation state of the circuit block.
代替的に、回路ブロックを動作させるための基準クロックではなく、別に入力された専用クロックに基づいて、同相遅延素子段数CTを決定しても良い。この場合の半導体集積回路の回路構成を図6に示す。 Alternatively, the common-mode delay element stage number CT may be determined based on a dedicated clock that is separately input instead of a reference clock for operating the circuit block. A circuit configuration of the semiconductor integrated circuit in this case is shown in FIG.
図6に示された半導体集積回路60は、図4の半導体集積回路40と比べて、遅延制御手段41に基準クロックではなく、専用のDLLクロックが入力されている点のみが異なる。その他構成要素については、機能も含め、いずれの半導体集積回路も同じである。ただし、DLLクロックは、基準クロックの整数倍の周波数を有する。即ち、基準クロックは、DLLクロックの整数倍の周期を有する。
The semiconductor integrated
遅延制御手段41に入力されたDLLクロックは、制御ロジック412に入力される。制御ロジック412は、DLLクロック又はDLLクロックと同じ周期を有する信号を遅延アレー411に入力し、遅延アレー411により位相を遅らされて出力されるフィードバッククロックとDLLクロックとの間の位相差を比較し、この位相差がDLLクロックの1周期分の遅延に相当するように、遅延を挿入するよう遅延アレー411を制御する。制御ロジック412は、DLLクロックと遅延アレー411より出力されるフィードバッククロックとの間の位相差がDLLクロックの1周期分の遅延に相当する同相遅延素子段数CTを、2進信号として、遅延素子段数決定手段42へ出力する。
The DLL clock input to the
遅延素子段数決定手段42は、制御ロジック412より出力された同相遅延素子段数CTと、レジスタ設定に応じて設定されるギア比GRとによって、基準クロックを遅延させるために必要とされる遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnを決定する。遅延素子段数決定手段42で決定された遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnは、夫々、遅延クロック生成手段431〜43nの夫々に入力される。
The delay element stage number determination means 42 determines the delay element required for delaying the reference clock based on the common-mode delay element stage number CT output from the
遅延クロック生成手段431〜43nには、更に、半導体集積回路60の回路ブロックを動作させるための基準クロックが入力される。遅延クロック生成手段431〜43nは、遅延素子段数決定手段42より入力された遅延素子の段数DEGOUT1〜DEGOUTnに応じて基準クロックの位相を遅らせ、回路ブロック441〜44nの夫々に位相の異なるクロックC41〜C4nを供給する。
Further, a reference clock for operating the circuit block of the semiconductor integrated
ここで、実施例1と同じく、半導体集積回路40内の回路ブロックの数が3であって、それら回路ブロック441、442、44nの夫々に供給されるべきクロックC61、C62、C63のギア比GTが、夫々、90度、180度、270度と設定される場合を考える。実施例1では、基本クロックが遅延制御手段41に入力され、このときの制御ロジック412で求められる同相遅延素子段数CTの値を100とした。本実施例では、基本クロックに代わって、DLLクロックが遅延制御手段41に入力され、DLLクロックは基本クロックのN倍(Nは整数。)の周波数を有することができるので、同相遅延素子段数CTの値は100/Nとなる。例えばN=5とすると、(1)式より、クロックC61、C62、C63を生成する遅延クロック生成手段431、432、433の夫々に入力される遅延素子の段数DEGOUT1、DEGOUT2、DEOUT3は、夫々、5、10及び15と求まる。このことより、夫々の回路ブロックを動作させるための基本ブロックのN倍(Nは整数。)の周波数を有する専用のDLLクロックを遅延制御手段に入力することにより、使用する遅延素子の段数は、基本ブロックが遅延制御手段に入力される場合の段数の1/Nとなることが分かる。
Here, as in the first embodiment, the number of circuit blocks in the semiconductor integrated
クロック生成手段431、432、433は、夫々、上記のように求められた遅延素子の段数DEGOUT1、DEGOUT2、DEOUT3の夫々に相当する遅延を基本クロックに与え、遅延クロックC61、C62、C63として出力する。図7に、この場合の半導体集積回路のタイミング図を示す。遅延クロックC61、C62、C63は、図7のように、基本ブロックに対して、夫々、周期が1/20(=5/100)、1/10(=10/100)、3/20(=15/100)周期分遅延した信号である。これらの夫々位相の異なるクロックC41、C42、C43は、回路ブロック441、442、443の夫々に供給される。 The clock generation means 43 1 , 43 2 , 43 3 give the delays corresponding to the delay element stages DEGOUT1, DEGOUT2, DEOUT3 determined as described above to the basic clock, respectively, and delay clocks C 61 , C 62 , C 63 . FIG. 7 shows a timing chart of the semiconductor integrated circuit in this case. As shown in FIG. 7, the delay clocks C 61 , C 62 , and C 63 have a period of 1/20 (= 5/100), 1/10 (= 10/100), 3 / This is a signal delayed by 20 (= 15/100) periods. These clocks C 41 , C 42 and C 43 having different phases are supplied to the circuit blocks 44 1 , 44 2 and 44 3 , respectively.
従って、夫々の回路ブロックを動作させるための基本ブロックに代わって、基本ブロックの整数倍の周波数を有する専用のDLLクロックを遅延制御手段に入力することにより、使用する遅延素子の段数を減らすことができる。 Therefore, instead of the basic block for operating each circuit block, a dedicated DLL clock having a frequency that is an integral multiple of the basic block is input to the delay control means, thereby reducing the number of stages of delay elements to be used. it can.
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above.
例えば、上述した実施例において、遅延制御手段で求められた同相遅延素子段数CTは、2進信号として遅延素子段数決定手段へ出力されたが、可能であるならば、他の形式の信号として出力されても良い。 For example, in the above-described embodiment, the common-mode delay element stage number CT obtained by the delay control means is output as a binary signal to the delay element stage number determination means, but if possible, it is output as another type of signal. May be.
21 ディレイゲート
22 位相比較器
231〜23n,331〜33n,441〜44n 回路ブロック
30 クロック生成回路
31 カウンタ
321〜32n 部分クロック生成回路
34 回路ブロック状態監視回路
351〜35n 部分ブロック状態監視回路
36 クロック制御回路
40,60 半導体集積回路
41 遅延制御手段
411 遅延アレー
412 制御ロジック
42 遅延素子段数決定手段
431〜43n 遅延クロック生成手段
C0〜Cn,C11〜C1n,C41〜C4n,C61〜C6n クロック
21
Claims (3)
該遅延制御手段により求められた同相遅延素子段数から、所定量の遅延を発生させる遅延素子の段数を決定する遅延素子段数決定手段と、
前記クロックを前記遅延素子段数決定手段により決定された遅延素子の段数分遅延させる遅延クロック生成手段とを有することを特徴とする半導体集積回路。 A delay control means for receiving a clock and calculating the number of common-mode delay element stages corresponding to one period of the clock;
Delay element stage number determining means for determining the number of delay element stages for generating a predetermined amount of delay from the number of common-mode delay element stages determined by the delay control means;
And a delay clock generating means for delaying the clock by the number of stages of delay elements determined by the delay element stage number determining means.
該遅延制御手段により求められた同相遅延素子段数から、所定量の遅延を発生させる遅延素子の段数を決定する遅延素子段数決定手段と、
前記第1のクロックの整数倍の周期を有する第2のクロックを入力され、該第2のクロックを前記遅延素子段数決定手段により決定された遅延素子の段数分遅延させる遅延クロック生成手段とを有することを特徴とする半導体集積回路。 Delay control means for receiving a first clock and calculating the number of common-mode delay element stages corresponding to one cycle of the first clock;
Delay element stage number determining means for determining the number of delay element stages for generating a predetermined amount of delay from the number of common-mode delay element stages determined by the delay control means;
Delay clock generating means for receiving a second clock having a period that is an integral multiple of the first clock and delaying the second clock by the number of delay element stages determined by the delay element stage number determining means. A semiconductor integrated circuit.
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