JP2008092268A - Asic and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は同期クロックを用いて設計されたASIC及びそれを用いた画像形成装置に関し、更に詳しくはASIC内における同期回路のスイッチングによって生じる不要輻射の低減に関する。 The present invention relates to an ASIC designed using a synchronous clock and an image forming apparatus using the same, and more particularly to reducing unnecessary radiation caused by switching of a synchronous circuit in the ASIC.
従来、同期回路で構成され、独立した機能ブロックを複数搭載した半導体集積回路(IC)では、同一クロックにて接続される全てのフリップフロップを調べ、クロックの入力端子からの遅延を計算しFF間のクロックスキューを調整し、各々のフリップフロップに供給されるクロックの入力端子からのクロック遅延を同等にするようクロックツリーを構成してその動作性能(IOのACスペック等)を向上させようとしていた。具体的には、クロックのスキューを±500PS以下の範囲に納めるような設計となっていた。
しかしながら、ここで問題になってくるのが、ASIC(IC)内部のFFの駆動に関わるバッファ、インバータ等のゲートによる同時スイッチングである。 However, what becomes a problem here is simultaneous switching by a gate of a buffer, an inverter or the like related to driving of the FF in the ASIC (IC).
ASICは高集積化により、1チップに多ゲート化搭載可能となりその結果、多FFを搭載することで多くの論理機能を1チップに搭載可能となって来ている。 As ASICs are highly integrated, multiple gates can be mounted on a single chip. As a result, many logical functions can be mounted on a single chip by mounting multiple FFs.
そして従来は、1万ゲートでも十分大きなICであった物が、近頃では、10万ゲート〜1000万ゲートのものが普通となり、さらにそれを超える物も、増えてきている。そのため、チップサイズが大きくなる結果、内部の電源配線の長さが長くなってきており、多数のFFの駆動のためのインバータ、バッファのスイッチング動作によるスイッチング電流(過渡的な貫通電流)等による瞬間の過渡電流が、内部配線を流れる事による配線からの電磁波の直接輻射、及びその結果生じる内部電源の電圧降下や、急激な電圧変化によって、その信号がIO出力端子に重畳され出力される事で生じる間接輻射による不要輻射が、無視できないレベルとなってきている。 Conventionally, an IC having a sufficiently large IC even at 10,000 gates has recently become a normal one having 100,000 to 10 million gates, and more than that has been increasing. For this reason, as a result of an increase in the chip size, the length of the internal power supply wiring has increased, and the moment due to the switching current (transient through current) due to the switching operation of inverters and buffers for driving many FFs, etc. As a result of the direct current of electromagnetic waves from the wiring caused by the internal current flowing through the internal wiring, the resulting voltage drop of the internal power supply, and sudden voltage changes, the signal is superimposed on the IO output terminal and output. Unwanted radiation due to the indirect radiation that has occurred is at a level that cannot be ignored.
同時に、そのようなASIC内部のFFの同時動作に関わるクロックバッファ等バッファ、インバータ等のゲートの同時スイッチングは、回路の動作マージンが低下させたり、システムの誤動作を生じさせる原因となる可能性が生じる。 At the same time, the simultaneous switching of the buffer such as the clock buffer and the gate of the inverter related to the simultaneous operation of the FFs inside the ASIC may cause a decrease in the circuit operation margin or cause a malfunction of the system. .
具体的に説明する。 This will be specifically described.
まず、図6(b)に示すようなFFのドライバ回路を、構成する6−1〜6−2のインバータ回路の詳細回路、図7(a)で説明する。 First, an FF driver circuit as shown in FIG. 6B will be described with reference to FIG. 7A, which is a detailed circuit of the 6-1 to 6-2 inverter circuits.
CMOSのインバータ回路は、通常図7(a)の7−1のPCH MOS FETと、7−2のNCH MOSFETから構成されており、詳細動作に関しては、非特許文献1参照等紹介されているので省略するが、7−1のように、PCHMOS FETのソース側をVDDに接続し、ドレイン側を7−4の出力端子と7−2のNCHMOS FETのドレインに接続し、そのソースをVSSに接続し、7−1と7−2のFETのゲートを7−3の入力端子に接続し、前記VDD,VSS間に7−1,7−2のFET共にONとなりうる十分な電源を印加して7−3の入力端子とVSS間にVINを0VからVDDまで可変させると図7(b)に図示したVoの特性のように7−4の出力電圧が変化すると共に、この例では、最大電流がVDD/2のときになっているが(この値はPCHMOS及び、NCHMOSのデメンジョン設計で変わってくるが)、7−1,7−2のFETがON領域のとき電流が流れる。理想的な方形波が加われば、本来この過渡電流は0となるはずだが、実際のクロックの信号波形は、信号の立ち上がりtrが0ではありえず、この立ち上がりの遷移状態で、ASIC中の回路では次段のゲート容量の充放電電流に加えて、PCH,NCHFET共に流れる貫通電流による過渡電流が流れる。
A CMOS inverter circuit is normally composed of a PCH MOS FET of 7-1 and an NCH MOSFET of 7-2 in FIG. 7 (a). For detailed operation, refer to Non-Patent
実際のASICにおけるスイッチングの際には、PCH MOS,NCHMOS両者がオン時の過渡電流をいかに小さくするかが、消費電力、不要輻射を小さくする為の、重要な課題である。 When switching in an actual ASIC, how to reduce the transient current when both the PCH MOS and NCHMOS are on is an important issue for reducing power consumption and unnecessary radiation.
次に、FF(フリップフロップ)(以下FFと記す)に関して説明する。 Next, FF (flip-flop) (hereinafter referred to as FF) will be described.
図6(b)の6−2のインバータの出力端子をφに、6−1のインバータの出力端子をφバーとして図6(a)の回路のφ,φバーに接続することで、図8(a)に示すシンボルの動作を可能とするDFF(Dタイプフリップフロップ)(以下DFFと記す)が構成される。 By connecting the output terminal of the inverter 6-2 in FIG. 6B to φ and the output terminal of the inverter 6-1 to φ bar, and connecting them to φ and φ bars of the circuit of FIG. A DFF (D type flip-flop) (hereinafter referred to as DFF) that enables the operation of the symbol shown in FIG.
(FFの詳細は、非特許文献2参照、そこに具体的な動作等も記述されているため、詳細の説明は省略する。)
このように構成されたFFに図8(b)の下図のようなクロックを6−4の入力端子に加えると、図8(b)の上段図の電流波形のような過渡電流は、クロックの遷移毎、かつ遷移後0〜0.5nsec程度の範囲で流れる。
(Refer to
When a clock as shown in the lower diagram of FIG. 8B is applied to the input terminal 6-4 in the FF configured as described above, the transient current such as the current waveform in the upper diagram of FIG. It flows in a range of about 0 to 0.5 nsec after each transition and after the transition.
数千個以上のFFのクロック入力に同時にクロックが入力され、その立ち上がり、立下り毎に、最悪数百mA/電源PIN以上の非常に立ち上がりの急峻な過渡電流が流れる事になる。そのような、急峻な電流(電圧)変化が数mmの配線に流れる場合、分布定数的に扱わねばならなくなることは経験的に知られているが、それは逆にいうなら、このような条件下では、インピーダンスが固定定数から分布定数に変化し、L成分等による輻射による損失、即ち、言い換えるなら輻射ノイズが生じることに他ならない。 A clock is simultaneously input to the clock input of several thousand FFs, and a transient current having a very steep rising of several hundred mA / power supply PIN or more flows at the rising and falling edges. It is empirically known that when such a steep current (voltage) change flows in a wiring of several mm, it must be handled in a distributed constant manner. Then, the impedance changes from a fixed constant to a distributed constant, and this is nothing but loss due to radiation due to the L component or the like, that is, radiation noise in other words.
そして、固定定数では、無視できたL成分が、電流変化の関数で変化して増大し、Lによる不要輻射と共に、Ldi/dtの効果による電源電圧変動を、内部電源に引き起こす事で、ASICの不安定要因をも作り出す。(Lは、電源配線上のインダクタンス成分)特に配線幅が細い場合、インダクタンス値が増えるため、そのような現象が起こりやすくなる。 With a fixed constant, the negligible L component changes and increases as a function of current change, and together with unwanted radiation due to L, power supply voltage fluctuations due to the effect of Ldi / dt are caused in the internal power supply, so that the ASIC Also creates instability factors. (L is an inductance component on the power supply wiring) In particular, when the wiring width is narrow, the inductance value increases, so that such a phenomenon is likely to occur.
(非特許文献3、5参照)
最近のASIC上の配線長は、5mmから10mm以上のサイズまで大きくなってきており、QFPのリードフレーム(256PINQFPのサイズは、28mm2ある)を含めた電源の配線長は、VDD,VSS毎に最悪10〜20mmにも達するとみなせる。
(See Non-Patent
Wiring length on recent ASIC has been increasing from 5mm up to the size of more than 10 mm, the lead frame of QFP (size 256PINQFP is 28mm 2 there) wiring length of the power supply, including the VDD, each VSS It can be considered that the worst reaches 10-20mm.
すなわち、このような条件がASIC内部で生じると、FFの同時スイッチングのスキューのタイミングが±200PSの範囲のレベルでは、特に非常に強い不要輻射が生じることが実際観測されており、±500PSの範囲でも危険性をもつ。(部分的に非線形な電流変化が生じるような分布がある場合)
具体的には、 td=L√εr/Co
(L:配線長、Co:光速、εr:比誘電率、td(又はtr):電圧、電流の立ち上がり時間)
の条件より立ち上がりtdが厳しくなることで、回路を分布定数的に扱う必要がでてきているが、設計的な対策はまだおこなわれていないのが現状である。
That is, when such a condition occurs inside the ASIC, it has been actually observed that very strong unnecessary radiation occurs when the timing of the FF simultaneous switching skew is in the range of ± 200 PS, and in the range of ± 500 PS. But it is dangerous. (If there is a distribution that causes a partially nonlinear current change)
Specifically, td = L√εr / Co
(L: wiring length, Co: speed of light, εr: relative permittivity, td (or tr): voltage and current rise time)
Since the rise td becomes stricter than the above condition, it is necessary to treat the circuit in a distributed constant manner, but no design countermeasures have been taken yet.
そして、現実に、最近のレイアウトツールのスキューの調整能力が上がってきた結果回路のスキューが、従来より1〜2オーダーも上がって調整が可能となってきており、現実に、バルク上の配線長と上記スキューのチューニングによるFFの同時スイッチングによって、マクロ的なASIC内部で配線領域を分布定数的に扱わなければならなくなる領域に設計条件が突入している。具体的には、1万ゲートレベルでは、数十PSEC程度のスキューでのFFのクロックタイミングでの設計が可能となってきている。 As a result, the skew adjustment capability of recent layout tools has increased, and as a result, the skew of the circuit has increased by one to two orders compared to the conventional one. As a result of the simultaneous switching of FFs by tuning the skew, design conditions have entered a region where the wiring region must be handled in a distributed constant manner within the macro ASIC. Specifically, at the 10,000 gate level, it has become possible to design with FF clock timing with a skew of about several tens of PSECs.
そのようなASICを用いた場合、ASICの内部配線に、FFのスイッチングオンオフの過渡時にマクロ的に100PS〜300PS程度の立ち上がりの急峻なカウンセラーと電流が流れる事で、ASICの内部配線を分布定数的に扱う必要のある領域に突入する事で、その変動でIO端子上にクロックの信号が重畳されノイズ成分として外部に放射されたりして、そのシステム機器でASIC原因による不要輻射レベルをASIC外部のIO等での対策で落とす事が非常に困難となって来ている。 When such an ASIC is used, the internal wiring of the ASIC is distributed in a constant-constant manner by flowing a counselor with a steep rise of about 100PS to 300PS and current in the ASIC's internal wiring at the time of switching on / off of the FF. By entering the area that needs to be handled, the clock signal is superimposed on the IO pin due to the fluctuation and radiated to the outside as a noise component, and the unnecessary radiation level caused by the ASIC in the system device is set outside the ASIC. It has become very difficult to drop by measures such as IO.
なお、この原因は、6−1,6―2のインバータによるバッファだけでなく、FF本体を構成する4個のNOR(これは、set,reset端子がLで固定されているとき、等価的にインバータとなるため、FFのデータが反転する場合に、前述の過渡電流が流れる可能性がある。)によっても生じる可能性がある。 The cause is not only the buffers by the inverters 6-1 and 6-2, but also the four NORs constituting the FF body (this is equivalent when the set and reset terminals are fixed at L. Since it becomes an inverter, the above-mentioned transient current may flow when the FF data is inverted.
そのため、そのような不要輻射を抑える技術が必要となってきている。 Therefore, a technique for suppressing such unnecessary radiation is required.
一例としては、SSCGを用いて、スペクトルを逐次変動させる事で、見かけ上不要輻射を少なく見せる技術はあるが、そのような手段では、ノイズ源を本質的になくすことは出来ないし、コスト的にもノイズ対策で余計な費用がかかることになる。具体的には、図5に示す回路の総電流の図に示してあるが、SSCGの場合には、その最上階の電流波形のように、クロックの周期の増減に応じてピーク電流の周期が増減する事で、その電流ピークは全く変わらないため、本質的には、不要輻射の絶対値は変わらず、本質的な対策になっていない。 As an example, there is a technology that makes it seem that the unnecessary radiation is reduced by using the SSCG to sequentially change the spectrum. However, such means cannot eliminate the noise source essentially, and it is costly. However, extra costs will be required for noise countermeasures. Specifically, as shown in the total current diagram of the circuit shown in FIG. 5, in the case of SSCG, the peak current cycle varies with the increase / decrease of the clock cycle as in the current waveform on the top floor. Since the current peak does not change at all by increasing / decreasing, the absolute value of unnecessary radiation does not essentially change and is not an essential measure.
ASIC内部で、ブロックを分割してSSCGをかける提案も見受けられるが、特許文献2参照)このようにしても、ブロックの大きさと、電源配線等のやり方で容易に上記に示したような条件が実現され、不要輻射の対策には本質的にならない。 There is also a proposal to divide the block and apply SSCG inside the ASIC (see Patent Document 2). Even in this case, the conditions as described above can be easily achieved by the size of the block and the method of power supply wiring etc. Realized and does not become an essential measure against unwanted radiation.
上記の強度の不要輻射を発生しないものの、電源電圧を変動させる点では似ている、ASICのIOの同時スイッチングに関しては、従来からもいろいろ対策されてきており、現在では、メーカーの設計ルールを満足するような、追加電源PINを付加させれば問題は生じなくなっているが、本特許における課題は、通常のルールで作っても生じてしまう可能性が大きい問題がある。 Although it does not generate unnecessary radiation with the above intensity, it is similar in terms of changing the power supply voltage, and various measures have been taken for simultaneous switching of ASIC IO, and now it satisfies the manufacturer's design rules. However, if an additional power supply PIN is added, the problem does not occur. However, there is a problem that the problem in this patent is likely to occur even if it is created by a normal rule.
実際、IOスイッチングの対策として、ASIC内部の機能ブロック毎のタイミングを、クロックバッファの数を変えて対策し、コストダウンに供するというアイデアもあるが、(特許文献1参照)ここでは、機能ブロック毎のタイミングを、クロックバッファの段数を変えて、IOバッファのスイッチングのタイミングを変えるというアイデアが散見されるが、メガマクロの機能ブロックでは、現在ではブロックレベルが数千〜数万個のFFを持つものも数多く見られ、それらの1つのメガマクロ内の同時スイッチングだけで、上記、本特許で言及している問題が容易に生じてしまう。 In fact, as an IO switching countermeasure, there is an idea that the timing for each functional block in the ASIC is taken by changing the number of clock buffers to reduce the cost (see Patent Document 1). The idea of changing the timing of the I / O buffer by changing the number of stages of the clock buffer is scattered, but in the megamacro function block, the block level now has thousands to tens of thousands of FFs Many of the problems mentioned in this patent can be easily caused by only simultaneous switching within one megamacro.
又従来の、同時スイッチングによるノイズにかんしていろいろ特許が出願されているが、そのノイズ原因が、電流量とノイズ発生源は等価という仮定で行われており、本特許で言及している配線長によるパラメータは実質的に無視されている。 In addition, various patents have been filed regarding conventional noise caused by simultaneous switching. The cause of the noise is based on the assumption that the amount of current and the noise source are equivalent. The parameter by is essentially ignored.
即ち、従来の文献では、電流量とノイズの発生量は等価(比例)という立場で説明されているが、本特許では、電流立ち上がり時間とASIC内部の配線長のパラメータが重要で、電流量とノイズの発生量が不連続に変化するポイントが生じるという視点に立ったノイズに対する特許である。 In other words, in the conventional literature, the amount of current and the amount of noise generated are explained from the standpoint of being equivalent (proportional), but in this patent, the parameters of the current rise time and the wiring length inside the ASIC are important. This is a patent for noise from the viewpoint that a point where the amount of generated noise changes discontinuously occurs.
(特許文献3参照)
特許文献3に電流量とノイズの発生量は等価と説明するとあり、他の文献も原則同じ条件での記載と考えられる。
(See Patent Document 3)
1:同一のクロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューの分布が互いに異なる論理ブロックを少なくとも2つ以上有しており、
同じ電源ライン間に、少なくとも2つ以上の前記複数のブロックがまたがって配置されコンタクトやメタル配線や、ポリSi等の配線手段で各ブロック中に含まれるFF素子の電源端子に電源が供給される様に構成したので、短距離の論理ブロック間で電荷の移動が生じる事で、長い電源ライン上を流れる過渡電流、即ち電流のdi/dtを小さくする作用が生じる。
1: It has at least two or more logic blocks connected to the same clock terminal and having different clock skew distributions from the terminal,
At least two or more of the plurality of blocks are arranged across the same power supply line, and power is supplied to the power supply terminals of the FF elements included in each block by wiring means such as contacts, metal wiring, and poly-Si. With this configuration, the movement of charges between short-distance logic blocks causes an effect of reducing the transient current flowing on the long power supply line, that is, the current di / dt.
2:GND及びVDDの外部電源が接続するgnd、及びvddの電源端子が、パッケージの対抗面またはそれに相当する位置にそれぞれペアーで配置され、
それぞれasicにgnd電位を供給するgndpadとVDDの電位を供給するvddpadに、バンプや金属ワーヤ−等で接続され、そこから、ASICのチップの対向する両端から、ASICチップ内部に電源を供給することで、コモンモードの電流成分を打ち消し、〔同じ電源ライン上でも、かつ、VDD,GNDあわせて考えた場合でも〕、1電源端子が電流を供給する負荷を実効的に減らし、かつ、等価的な配線長を短くできる作用が生じる。
2: The gnd and vdd power supply terminals to which the external power supply of GND and VDD is connected are arranged in pairs on the opposing surface of the package or a position corresponding thereto,
Gndpad that supplies the gnd potential to asic and vddpad that supplies the potential of VDD are connected by bumps, metal wires, etc., and power is supplied to the inside of the ASIC chip from opposite ends of the ASIC chip. Therefore, the current component of the common mode is canceled (even when considered on the same power line and combined with VDD and GND), and the load for supplying current from one power supply terminal is effectively reduced and equivalent An effect of shortening the wiring length occurs.
3:同一のクロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューが互いに異なる論理ブロックが複数形成されているASICにおいて、
個別論理ブロックのffの同時スイッチングによって生じる電流ピークの立ち上がり時間trが全て500nsec程度又はそれ以上であるようにする事で、カウンセラーと電流の集中を防ぎ、ノイズの発生を防ぐ作用が生じる。
3: In an ASIC in which a plurality of logic blocks connected to the same clock terminal and having different clock skews from the terminal are formed,
By making all the rise times tr of the current peaks caused by the simultaneous switching of ff of the individual logic blocks be about 500 nsec or more, the counselor and the current are prevented from being concentrated, and the noise is prevented from being generated.
4:同一の基本クロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューが互いに異なる論理ブロックが少なくとも2つ以上有しており、
少なくとも前記クロックと別系統のクロックを有するブロックを1個以上有しており、互いにクロックONするタイミングが異なっており、
少なくとも同じ電源ライン間に、複数のブロックがまたがって配置することで、短距離の論理ブロック間で電荷の移動が生じる事で、長い電源ライン上を流れる過渡電流、即ち電流のdi/dtを小さくする作用が生じる。
4: There are at least two logic blocks connected to the same basic clock terminal and having different clock skews from the terminal.
It has at least one block having a clock of a different system from the clock, and the timing of turning on the clocks is different from each other,
By arranging a plurality of blocks across at least the same power supply line, charge transfer occurs between short-distance logic blocks, thereby reducing the transient current flowing on the long power supply line, that is, the current di / dt. Effect occurs.
5:前記別系統のクロックの周波数は、基本クロック周波数の1/2以下か、又は、間欠のクロックであることで、ノイズの生成を小さくする作用が生じる。 5: The frequency of the clock of the other system is ½ or less of the basic clock frequency, or is an intermittent clock, so that an effect of reducing noise generation occurs.
6:少なくとも、前記分離されたブロックへの電源、VDD、GND間には、静電容量が分散して、挿入することで、より効果的に不要輻射を抑える作用が生じる。 6: Capacitance is dispersed and inserted between at least the power supply, VDD, and GND to the separated block, and an effect of suppressing unnecessary radiation more effectively occurs.
7:前記容量は、ASICの制御に用いていない空きゲートを構成しているMOS容量を用いる事でより効果的に、資源を活用し不要輻射を抑える作用が生じる。 7: The capacity is more effectively used by using resources and suppressing unnecessary radiation by using a MOS capacity forming an empty gate that is not used for ASIC control.
8:前記ASICは、QFP構造のリードフレームに実装されている物に対して、有効に不要輻射を抑える作用が生じる。 8: The ASIC effectively suppresses unwanted radiation with respect to an object mounted on a QFP structure lead frame.
9:前記ASICは、リードフレーム等の電源に接続する信号引出し部分は、少なくともL成分の大きな材質で構成する事で、より効果的に不要輻射を抑える作用が生じる。 9: In the ASIC, a signal lead-out portion connected to a power source such as a lead frame is made of a material having a large L component at least, thereby effectively suppressing unwanted radiation.
10:ASICのIO端子の少なくとも一本以上がバッファを介さず、直接、ASICの置かれている基板外の回路、負荷やセンサー等に直接接続可能にしたので、複写機等のプリンタの設計を簡単化しコストダウン可能とし、かつ、不要輻射の少ない安定した画像形成装置を構成できる作用がある。 10: At least one or more of the ASIC's IO terminals can be directly connected to the circuit, load, sensor, etc. outside the board where the ASIC is placed without going through a buffer. There is an effect that it is possible to simplify and reduce the cost and to constitute a stable image forming apparatus with less unnecessary radiation.
以上説明したように、本発明によれば、
同一のクロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューの分布が互いに異なる論理ブロックを少なくとも2つ以上有しており、同じ電源ライン間に、少なくとも2つ以上の前記複数のブロックがまたがって配置されコンタクトやメタル配線や、ポリSi等の配線手段で各ブロック中に含まれるFF素子の電源端子に電源が供給される様に構成したので、短距離の論理ブロック間で電荷の移動が生じる事で、長い電源ライン上を流れる過渡電流、即ち電流の立ち上がり時間trを小さくでき、本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。
As explained above, according to the present invention,
It has at least two or more logic blocks connected to the same clock terminal and having different clock skew distribution from the terminals, and at least two or more of the plurality of blocks straddle between the same power supply lines. Since power is supplied to the power supply terminals of the FF elements included in each block by wiring means such as contacts, metal wiring, poly-Si, etc., charge movement occurs between short-distance logic blocks As a result, the transient current flowing on the long power line, that is, the rise time tr of the current can be reduced, and the unnecessary radiation source mentioned in this patent can be eliminated.
2:GND及びVDDの外部電源が接続するgnd、及びvddの電源端子が、パッケージの対抗面またはそれに相当する位置にそれぞれペアーで配置され、それぞれasicにgnd電位を供給するgndpadとVDDの電位を供給するvddpadに、バンプや金属ワーヤ−等で接続され、そこから、ASICのチップの対向する両端から、ASICチップ内部に電源を供給することで、コモンモードの電流成分を打ち消し、〔同じ電源ライン上でも、かつ、VDD,GNDあわせて考えた場合でも〕、1電源端子が電流を供給する負荷を実効的に減らし、かつ、等価的な配線長を短くでき、本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 2: The gnd and vdd power supply terminals to which the external power supply for GND and VDD is connected are arranged in pairs on the opposite side of the package or the corresponding position, and the gndpad and VDD potentials that supply the gnd potential to asic respectively. Connected to the vddpad to be supplied with bumps, metal wires, etc., and from there, power is supplied to the ASIC chip from opposite ends of the ASIC chip, canceling the common mode current component, [same power line Even when considering VDD and GND together], it is possible to effectively reduce the load supplied by a single power supply terminal and to shorten the equivalent wiring length, which is unnecessary in this patent. There is an effect that the radiation source can be eliminated.
3:同一のクロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューが互いに異なる論理ブロックが複数形成されているASICにおいて、個別論理ブロックのffの同時スイッチングによって生じる電流ピークの立ち上がり時間trが全て500nsec程度又はそれ以上であるようにする事で、カウンセラーと電流の集中を防ぎ、本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 3: In an ASIC in which a plurality of logic blocks connected to the same clock terminal and having different clock skews from the terminals are formed, all rise times tr of current peaks caused by simultaneous switching of ff of individual logic blocks are all 500 nsec. By setting it to a degree or more, it is possible to prevent concentration of the counselor and current and to eliminate unnecessary radiation sources mentioned in this patent.
4:同一の基本クロック端子に接続されて、その端子からのクロックスキューが互いに異なる論理ブロックが少なくとも2つ以上有しており、少なくとも前記クロックと別系統のクロックを有するブロックを1個以上有しており、互いにクロックONするタイミングが異なっており、少なくとも同じ電源ライン間に、複数のブロックがまたがって配置することで、短距離の論理ブロック間で電荷の移動が生じる事で、長い電源ライン上を流れる過渡電流、即ち電流の立ち上がり時間td(tr)を小さくし、本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 4: There are at least two logical blocks connected to the same basic clock terminal and having different clock skews from the terminals, and at least one block having a clock of a different system from the clock. The timing at which the clock is turned on is different, and at least the same power supply line is placed across multiple blocks, so that charge transfer occurs between short-distance logic blocks. The transient current flowing through the current, that is, the rise time td (tr) of the current is reduced, and the unnecessary radiation source mentioned in this patent can be eliminated.
5:前記別系統のクロックの周波数は、基本クロック周波数の1/2以下か、又は、間欠のクロックであることで、より効果的に本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 5: The frequency of the clock of the separate system is ½ or less of the basic clock frequency or is an intermittent clock, so that the unnecessary radiation source mentioned in this patent can be eliminated more effectively. effective.
6:少なくとも、前記分離されたブロックへの電源、VDD,GND間には、静電容量が分散して、挿入することで、より効果的に本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 6: Capacitance is dispersed and inserted at least between the power supply to the separated block, VDD and GND, thereby eliminating the unnecessary radiation source mentioned in this patent more effectively. There is an effect that can be.
7:前記容量は、ASICの制御に用いていない空きゲートを構成しているMOS容量を用いる事でより効果的に、資源を活用し本特許で言及している不要輻射源をなくす事のできる効果がある。 7: By using a MOS capacitor that constitutes an empty gate that is not used for ASIC control, the capacitor can be used more effectively and the unnecessary radiation source mentioned in this patent can be eliminated. effective.
8:前記ASICは、QFP構造のリードフレームに実装されている物に対して、有効に不要輻射を抑える効果が生じる。 8: The ASIC effectively suppresses unnecessary radiation with respect to an object mounted on a lead frame having a QFP structure.
9:前記ASICは、リードフレーム等の電源に接続する信号引出し部分は、少なくともL成分の大きな材質で構成する事で、より効果的に不要輻射を抑える効果が生じる。 9: In the ASIC, a signal lead-out portion connected to a power source such as a lead frame is made of a material having a large L component at least, thereby effectively suppressing unnecessary radiation.
又、ASICのIO端子の少なくとも一本以上がバッファを介さず、直接、ASICの置かれている基板外の回路、負荷やセンサー等に直接接続可能にしたので、複写機等のプリンタの設計を簡単化しコストダウン可能とし、かつ、不要輻射の少ない安定した画像形成装置を構成できる効果がある。 In addition, since at least one of the ASIC's IO terminals can be directly connected to a circuit, load, sensor, etc. outside the board where the ASIC is placed without using a buffer, the design of printers such as copiers is possible. There is an effect that it is possible to simplify and reduce the cost, and to construct a stable image forming apparatus with less unnecessary radiation.
(第一の実施例)
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。同期回路の場合、1本のクロック信号により全てのF/Fが動作するようになっているため、クロック信号に対する負荷がかなり大きい。信号の立ちあり、立下りの波形なまりも大きくなりがちである。そのため、クロック信号には多数の駆動能力の異なるバッファを挿入しながら駆動能力を調整する必要がある。即ち、1本のクロックが、駆動能力を調整することにより、枝分かれしていくことになる。これがクロックツリーである。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the case of a synchronous circuit, all the F / Fs are operated by one clock signal, so the load on the clock signal is considerably large. Signal rounds and falling waveform rounds tend to be large. Therefore, it is necessary to adjust the driving capability while inserting a number of buffers having different driving capabilities into the clock signal. That is, one clock is branched by adjusting the driving capability. This is the clock tree.
本実施例では、一つの機能ブロックであっても、ある一定数以下のFFがブロックに入るようにブロック構成を分離し、クロック入力端子から各ブロックのクロック入力端子までの遅延(グローバルバッファでの)を分散させかつ、ブロック中のタイミングはブロック毎で取れるように、タイミングを調整するようにする。 In this embodiment, even in one functional block, the block configuration is separated so that a certain number of FFs enter the block, and the delay from the clock input terminal to the clock input terminal of each block (in the global buffer) ) Is distributed, and the timing is adjusted so that the timing in the block can be obtained for each block.
同時にブロック間の動作が同時に重ならない様に、デレーの値は正しく計算して、VDD,GNDの電源間の過渡電流のピークが互いに重ならぬ様に、すこしづつタイミングを遅延して調整する。 At the same time, the delay value is correctly calculated so that the operations between the blocks do not overlap at the same time, and the timing is gradually adjusted so that the transient current peaks between the VDD and GND power supplies do not overlap each other.
具体的な回路を図1に示し、説明する。 A specific circuit is shown in FIG. 1 and will be described.
1〜6はグローバルバッファ(ドライブ能力の大きなクロックバッファ)で、図2のように、ASICの中で、クロック入力端子から遠方の回路のドライブや、個別ブロック毎のドライブ用バッファとして配置されている。2−3のクロック入力端子が2−17の入力PADを通して、1のグローバルバファ(クロックバッファでも可)の入力端子に接続され、1のグローバルバファの出力端子が2〜6のグローバルバファの入力端子に接続され、2〜6のグローバルバファの出力端子はそれぞれ20〜24のブロック中の7〜19,19−2のクロックバッファの入力端子に接続されている。(2のグローバルバファの出力端子は20中の7,8のクロックバッファの入力端子に接続され、3のグローバルバッファの出力端子は、21のブロック中の9,10のクロックバッファ入力端子に接続され、4のグローバルバファの出力端子は22のブロック中の11,12,13のクロックバッファの入力端子に接続され、5のグローバルバファの出力端子は23のブロック中の14,15,16,17のクロックバッファの入力端子に接続され、6のグローバルバッファの出力端子は24のブロック中の19,19−2のクロックバッファの入力端子に接続されている。そして、それぞれのバッファは、それぞれの出力の負荷の大きさを考慮しかつ、2−3の入力端子CLKからのクロック信号のLからH,HからLへのクロック信号の遷移のタイミング遅延が各ブロック毎に互いに異なるようにデメンジョンを調整してある。)具体的なデレーは、図10に示す様なタイミングで、2〜6のグローバルバッファの出力信号が出力される。 1 to 6 are global buffers (clock buffers having a large drive capability), which are arranged as a drive of a circuit far from the clock input terminal or as a drive buffer for each individual block in the ASIC as shown in FIG. . The 2-3 clock input terminals are connected to the input terminal of one global buffer (or a clock buffer is also acceptable) through the input pad 2-17. The output terminal of one global buffer is the input terminal of 2-6 global buffers. The output terminals of the global buffers 2-6 are connected to the input terminals of the clock buffers 7-19 and 19-2 in the blocks 20-24, respectively. (The output terminal of 2 global buffers is connected to the input terminals of 7 and 8 clock buffers in 20, and the output terminal of 3 global buffers is connected to the 9 and 10 clock buffer input terminals in 21 blocks. The output terminals of 4 global buffers are connected to the input terminals of 11, 12, 13 clock buffers in 22 blocks, and the output terminals of 5 global buffers are connected to 14, 15, 16, 17 in 23 blocks. The output terminals of 6 global buffers are connected to the input terminals of 19 and 19-2 clock buffers in 24 blocks, and the respective buffers are connected to the input terminals of the clock buffers. In consideration of the size of the load, the transition of the clock signal from L to H and H to L of the clock signal from the input terminal CLK 2-3 The dimensions are adjusted so that the imming delay is different for each block.) As for specific delay, the output signals of 2 to 6 global buffers are output at the timing as shown in FIG.
20〜23は4つのブロックで1つの機能を構成するブロックで、FFの規模を考慮して分割して設計されたもので、20と21は、70の信号線で接続され、21と22は73の信号線で接続され、22と23は74の信号線で接続され、20と23は71,72の信号線で接続されている。
20〜23の回路は、インタフェースの一部のDFFがかかれているが、実際には図示していない最大数千個(プロセスによっては、数万個)のDFFやゲート回路で各ブロックは構成されており、ブロック毎に当該クロックの動作を満足するタイミングが保証されるように設計されている。インタフェース用のDFFとして、20のブロックでは、25〜30のDFFが表記されており、21のブロックでは、31〜33のDFFが、22のブロックでは34,35のDFFが、23のブロックでは36〜40のDFFが、24のブロックでは41,42のDFFが説明のための例として表記されている。
In the
各ブロック間では、70の信号線は27のDFFのQ出力端子と32のDFFのD入力端子を接続し、71の信号線は、28のDFFのQ出力端子と38のDFFのD入力端子を接続し、72の信号線は、30のDFFのQ出力端子と37のDFFのD入力端子を接続している。73の信号線は、33のDFFのQ出力端子と34のDFFのD入力端子を接続している。74の信号線は、35のDFFのQ出力端子と36のDFFのD入力端子を接続している。 Between each block, 70 signal lines connect 27 DFF Q output terminals and 32 DFF D input terminals, and 71 signal lines connect 28 DFF Q output terminals and 38 DFF D input terminals. The 72 signal lines connect the 30 DFF Q output terminals and the 37 DFF D input terminals. The 73 signal lines connect the 33 DFF Q output terminals and the 34 DFF D input terminals. 74 signal lines connect 35 DFF Q output terminals and 36 DFF D input terminals.
また、20のブロックは2−1,2−2の入力端子がそれぞれ、2−20,2−19のIOパッドを介して直接入力され、2−11のIOパッドを通して2−7の出力端子に直接外部に信号SIG4OUTが出力される。 In the 20 blocks, the input terminals 2-1 and 2-2 are directly input through the IO pads 2-20 and 2-19, respectively, and are output to the output terminals 2-7 through the 2-11 IO pads. The signal SIG4OUT is directly output to the outside.
同様に、23のブロックからは、2−12,2−13のIOパッドを通してそれぞれ、2−7,2−8の出力端子に信号SIG1OUT,SIG2OUTが出力される。
Similarly, signals SIG1OUT and SIG2OUT are output from the
21のブロックには2−4の入力端子が2−16のIOパッドを通してSIG3INの信号が直接入力されている。
In the
24のブロックには、2−5の入力端子が2−15のIOパッドを通してSIG4INの信号が直接入力されており、同時に、2−14のIOパッドを通して2−9の出力端子に直接外部に信号SIG3OUTが出力される。 In the 24 block, the SIG4IN signal is directly input to the 2-5 input terminal through the 2-15 IO pad, and at the same time, the signal is directly output to the 2-9 output terminal through the 2-14 IO pad. SIG3OUT is output.
24のブロックは他のブロックと関係の無い独立した機能ブロックとなっている。 The 24 blocks are independent functional blocks not related to other blocks.
各ブロックには、本実施例ではMAX3000個程度のFFで構成されているが、図では、説明に必要な最小限のFFしか表示していない。 Each block is composed of about 3000 FFs in this embodiment, but only the minimum FF necessary for explanation is displayed in the figure.
次にクロック系統の接続及び機能、動作について説明する。ブロック内のクロックの接続については、23のブロック内を例にとって説明する。14,15,16,17のクロックバッファは、それぞれ違うドライブ能力を持つバッファで、FFの位置と役割に応じてタイミング調整を微調するために、使い分けられている。(通常、バッファは、2個のインバータの組み合わせで作られるため、前段のインバータのデメンジョン(ドライブ能力)と、後段のインバータのデメンジョン(ドライブ能力)の組み合わせをかえることで、必要なドライブ能力と、遅延時間を有するバッファを作る事が出来る。必要なら複数このバファを組み合わせる事も可能である。非特許文献4参照)
14のクロックバッファは、36のFFが、他の22のブロックチュウの35のFFからの信号を受けるFFのクロックとして使用され、36のクロック端子に例としてつながっているが、当然その他、それと同等のタイミングを作る必要のある図示されていない他のFFのクロック端子にも接続されている。
Next, the connection, function, and operation of the clock system will be described. The connection of the clocks in the block will be described taking the example of the 23 blocks as an example. The clock buffers 14, 15, 16, and 17 are buffers having different drive capacities, and are used properly to finely adjust the timing according to the position and role of the FF. (Normally, the buffer is made of a combination of two inverters. Therefore, by changing the combination of the dimension of the previous inverter (drive capacity) and the dimension of the subsequent inverter (drive capacity), the necessary drive capacity and A buffer having a delay time can be created, and if necessary, a plurality of buffers can be combined (see Non-Patent Document 4).
14 clock buffers, 36 FFs are used as clocks for FFs that receive signals from 35 FFs of the other 22 blockchains, and are connected to the 36 clock terminals as an example. It is also connected to the clock terminals of other FFs (not shown) that need to make the timing.
同様に15のクロックバッファは、37,38のFFが、他の20のブロック中の28,30のFFからの信号を受けるFFのクロックとして使用され、37,38のクロック端子に例としてつながっているが、当然その他、それと同等のタイミングを作る必要のある図示されていない他のFFのクロック端子にも接続されている。 Similarly, 15 clock buffers, 37 and 38 FFs are used as FF clocks to receive signals from 28 and 30 FFs in the other 20 blocks, and are connected to the clock terminals of 37 and 38 as an example. Of course, it is also connected to other FF clock terminals (not shown) that need to have the same timing.
同様に16のクロックバッファは、39のFFのクロック端子に接続され、同様に17のクロックバッファは、40のFFのクロック端子に接続され、それぞれ外部端子に接続される外部回路と同期がとりやすくタイミング調整されている。 Similarly, 16 clock buffers are connected to 39 FF clock terminals, and similarly, 17 clock buffers are connected to 40 FF clock terminals, and can be easily synchronized with external circuits respectively connected to external terminals. Timing has been adjusted.
他のブロックにあるクロックバッファもそれぞれのブロックのレイアウトの位置、制御対象のFFの数でドライブ能力を調整して構成されている。同様に、7,8クロックバッファで20のブロック中のFFのタイミングのチューニング行い、9,10のクロックバッファで21のブロック中のFFのタイミングのチューニング行い、11,12,13クロックバッファで22のブロック中のFFのタイミングのチューニング行い、19,19−2のクロックバッファで24のブロックのタイミングのチューニングを行っている。これらのタイミングのチューニング例を一例として、図9にタイミングチャートを示す。 The clock buffers in the other blocks are also configured by adjusting the drive capability according to the layout position of each block and the number of FFs to be controlled. Similarly, the timing of FFs in 20 blocks is tuned with 7, 8 clock buffers, the timing of FFs in 21 blocks is tuned with 9, 10 clock buffers, and 22 FFs with 11, 12, 13 clock buffers. The timing of the FFs in the block is tuned, and the timing of the 24 blocks is tuned by the clock buffers 19 and 19-2. As an example of these timing tunings, FIG. 9 shows a timing chart.
実際、20,21,22,23,24のブロックは小さく分割されているので、内部のFFのクロックスキュータイミングは±300psのばらつきに抑える設計が可能である。
Actually, since the
そして、20,21,22,23,24はそれぞれ、図9(a)のように互いに500PSのCLKのクロック入力端子からのデレーを持つように1,2,3,4,5,6のデメンジョン(ドライブ能力)をチューニングする事で、電源ON、OFFの過渡電流を連続にかつ、ブロック毎の電流の立ち上がりtr(td)の傾斜を小さくする設計が可能となる。図9(b)にそのようにブロックのタイミング調整をした場合の、総電流の様子を示すグラフを示す。又、従来のようにすべてのFFを±300PSのスキューの範囲のタイミングで調整した場合の電流のグラフを図10に示す。今簡単のために、20,21,22,23,24のブロック中のFFの数が同数とすると、それぞれのブロックで流れるピーク電流がP(mA)とすると、9−3の場合のピーク電流は、5×P(mA)となり、従来例に対して、5つのブロックに分割した場合、同じスキューの範囲でのチューニングでもdi/dtの値は、1/5程度となる。ただし、このように複数のブロックに分割した場合、24のように他のブロックとのインタフェースを持たない独立した機能ブロックは、ブロック間のタイミングのチューニングを考える必要は無く、IOとクロックとのACスペック規定に従って、クロックのチューニングをすれば良い。
Then, 20, 21, 22, 23, and 24 have dimensions of 1, 2, 3, 4, 5, and 6, respectively, so as to have a delay from the clock input terminal of 500 PS CLK as shown in FIG. 9 (a). By tuning the (drive capability), it is possible to design the power supply ON / OFF transient current continuously and the slope of the current rise tr (td) of each block to be small. FIG. 9B shows a graph showing the state of the total current when the block timing is adjusted as described above. Further, FIG. 10 shows a graph of current when all FFs are adjusted at a timing in the range of ± 300 PS skew as in the prior art. For the sake of simplicity, assuming that the number of FFs in the
具体的には、2-3のCLKに対する2−5のSIG4INの入力信号のセットアップホールド規定、及び、2−9のSIG3OUTに対する出力遅延規定を調整すればよい。 Specifically, the setup hold regulation of the input signal of 2-5 SIG4IN with respect to 2-3 CLK and the output delay regulation with respect to SIG3OUT of 2-9 may be adjusted.
そしてこのブロックは、他のブロックの配置場所を考慮した遅延条件を宛てて、そのブロック自体は、±300PS(600PSの範囲)のスキュー範囲でクロックの到達時間がばらつくように19,19−2クロックバッファのデメンジョンを調節する。 This block is addressed to a delay condition in consideration of the location of other blocks, and the block itself is 19, 19-2 clocks so that the arrival time of the clock varies within a skew range of ± 300 PS (600 PS range). Adjust the buffer dimensions.
必要であれば、さらに異なったドライブ能力、遅延時間を持ったクロックバッファをブロック内に追加して調整する必要がある。(これは、他のブロックも同じである。)
それに対して、20〜23で構成される機能ブロックの場合には、ブロック間のデータインタフェースのタイミングの調整も、ASICの外部とのIOのタイミング以外に必要となる。
If necessary, it is necessary to add and adjust a clock buffer having different drive capability and delay time in the block. (This is the same for other blocks.)
On the other hand, in the case of a functional block composed of 20 to 23, it is necessary to adjust the timing of the data interface between the blocks other than the timing of the IO with the outside of the ASIC.
そのような部分は、タイミング調整が容易(クロックに対するセットアップホールド保証)となるように、28,38のFF間、30−37のFF間、27−32のFF間、33,34のFF間、35−36のFF間のように間にゲート回路をおかず、直接FFでデータを受けるようにする事で、タイミング調整を簡単にできるようにする事ができる。 In such a part, 28 and 38 FFs, 30-37 FFs, 27-32 FFs, 33, 34 FFs, so that timing adjustment is easy (setup hold guarantee for the clock). It is possible to easily adjust the timing by not receiving a gate circuit between the FFs 35-36 and receiving the data directly by the FFs.
そして、例えば23のブロック自体は、20,22とのブロック間のACスペックを満足しつつ、かつ、2−7,2−8の出力端子に対する出力遅延(CLKに対する)等のACスペックをまんぞくしつつ、そのブロック内で±300Psのスキューに収まるように、14〜17のクロックバッファのデレー値とドライブ能力値を最適計算して決めて配置する。
For example, the 23 blocks themselves satisfy the AC specifications between the
そのことは、他のブロックも同様の扱いでデレーのチューニングをすればよい。 That is, the delay may be tuned in the same way for other blocks.
20のブロックは、21、23のブロック間のタイミングを考慮しつつ、2−1の入力端子のAC規定、即ち当該入力端子の入力信号のCLKに入力される個ロックに対するセットアップ、ホールドを守るように、かつ、2−6の出力端子に対する出力遅延(CLKに対する)等のACスペックをまんぞくしつつそのブロック内で±300Psのスキューに収まるように、7〜8のクロックバッファのデレー値とドライブ能力値を最適計算して決めて配置する。
In consideration of the timing between the
同様に、21のブロックも同様である。 Similarly, the 21 blocks are the same.
即ち、20,22とのブロック間のACスペックを満足しつつ、かつ、2−4の入力端子のAC規定、即ち当該入力端子の入力信号のCLKに入力されるクロックに対するセットアップ、ホールドを守るように、又、2−6の出力端子に対する出力遅延(CLKに対する)等のACスペックを満足しつつ、そのブロック内で±300Psのスキューに収まるように、7〜8のクロックバッファのデレー値とドライブ能力値を最適計算して決めて配置する。
That is, the AC specification between the
同様に、22のブロックも同様である。 Similarly, the 22 blocks are the same.
即ち、21,23とのブロック間のACスペックを満足しつつ、そのブロック内で±300Psのスキューに収まるように、11〜13のクロックバッファのデレー値とドライブ能力値を最適計算して決めて配置する。
That is, the delay values and drive capacity values of the clock buffers 11 to 13 are optimally calculated and determined so as to be within ± 300 Ps skew within the block while satisfying the AC specifications between the
これらの計算は、当然図2のレイアウトのブロック図のレイアウトイメージを用い、回線距離、配線容量、配線インピーダンス、バッファの駆動能力、負荷の大きさ等を考慮してレイアウトしたときのタイミングがメットするようにチューニングされる。 Of course, these calculations use the layout image of the block diagram of the layout of FIG. 2, and the timing when layout is performed in consideration of the line distance, wiring capacity, wiring impedance, buffer driving capability, load size, etc. is met. It is tuned as follows.
このように構成することにより、電源配線上の電流の遅延時間が事実上無いとしてかつ、理想的電圧源が印加されていると考えると、回路を流れる電流が、従来手法であれば図10に対して、今回の物であれば、図9(b)の様に電流ピークを小さくし、かつ立ち上がりdi/dtを小さくすることができる。 With this configuration, assuming that there is virtually no delay time of the current on the power supply wiring and that an ideal voltage source is applied, if the current flowing through the circuit is the conventional method, the circuit shown in FIG. On the other hand, in this case, the current peak can be reduced and the rising di / dt can be reduced as shown in FIG.
このようにしても、電源のレイアウトによっては、td<L√εr/Coの条件が見かけ上の配線長Lが増大すると生じて(L:配線長、Co:光速、εr:比誘電率、td:電圧の立ち上がり時間)回路を分布定数的に扱う必要がでてくる場合が生じる。 Even in this case, depending on the layout of the power source, the condition of td <L√εr / Co occurs when the apparent wiring length L increases (L: wiring length, Co: speed of light, εr: relative dielectric constant, td. : Voltage rise time) It may be necessary to handle the circuit in a distributed manner.
この条件を超えると、不連続に突然ノイズが生じるため、これを緩和するために実効的なLの長さを小さくする必要が生じる。 If this condition is exceeded, noise will be generated discontinuously and suddenly, and in order to mitigate this, it is necessary to reduce the effective length of L.
即ち、di/dtを小さくする必要はあるが、それが本質的なノイズの支配的な物理量ではなく、重要なのはtrである。即ち、trを小さくすることが重要である。 That is, although it is necessary to reduce di / dt, it is not a dominant physical quantity of essential noise, and tr is important. That is, it is important to reduce tr.
そのために、グローバルな電源配線を図3のように配置する。 For this purpose, global power supply wiring is arranged as shown in FIG.
詳細に関して説明する。 Details will be described.
図2に対して、電源用入力端子と、電源のPAD、グローバルの電源配線、及び各ブロックへの電源供給のためのコンタクト等が、3−1〜3−100で追加記述され、図3に示してある。 2, power supply input terminals, power supply PAD, global power supply wiring, and contacts for supplying power to each block are additionally described in 3-1 to 3-100. It is shown.
3−1,3−5はICのチップの縦方向の対抗面にあるVDDの電源の入力端子で、それぞれ、3−3と3−7の内部電源用PADに接続されており、3−3と3−7はグローバルな電源ライン3−19で相互に接続されそのラインと20のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示してないMOS FETのVDD信号線と3−9,3−10を通じてコンタクトがとられており、21のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−11,3−12,3−13を通じてコンタクトがとられており、それぞれ+の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-1 and 3-5 denote VDD power supply input terminals on the opposing surface in the vertical direction of the IC chip, which are connected to the internal power supply pads 3-3 and 3-7, respectively. And 3-7 are connected to each other by a global power supply line 3-19, and through the VDD signal line of MOS FET (not shown) and 3-9, 3-10 that constitute the FF and clock buffer of 20 blocks. A contact is made, and a contact is made through a VDD signal line of 3-21, 3-12, and 3-13 of FFs and clock buffers (not shown) of 21 blocks and 3-11, 3-12, and 3-13, respectively. The power is supplied.
3−2,3−6はICのチップの縦方向の対抗面にあるGNDの電源の入力端子で、それぞれ、3−4と3−8の内部電源用PADに接続されており、3−4と3−8はグローバルな電源ライン3−20で相互に接続されそのラインと20のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示していないMOS FETのGND信号線と3−14,3−15を通じてコンタクトがとられており、21のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−16,3−17,3−18を通じてコンタクトがとられておりそれぞれ−の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-2 and 3-6 denote GND power supply input terminals on the opposite side of the IC chip in the vertical direction, which are connected to the internal power supply pads 3-4 and 3-8, respectively. And 3-8 are connected to each other by a global power supply line 3-20, and through the GND signal line of MOS FET (not shown) and 3-14, 3-15 constituting the FF and clock buffer of that line and 20 blocks. A contact is made, and a contact is made through a VDD signal line of 3-13, 3-17, and 3-18 of a MOS FET constituting a FF and a clock buffer (not shown) of 21 blocks, respectively. The power is supplied.
同様に、3−21,3−25はICのチップの縦方向の対抗面にあるVDDの電源の入力端子で、それぞれ、3−23と3−27の内部電源用PADに接続されており、3−23と3−27はグローバルな電源ライン3−39で相互に接続されそのラインと23のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示してないMOS FETのVDD信号線と3−29,3−30,3−31を通じてコンタクトがとられており、22のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−32,3−33を通じてコンタクトがとられており、それぞれ+の電源が供給される様に構成されている。 Similarly, 3-21 and 3-25 are VDD power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip in the vertical direction, and are connected to the internal power supply pads 3-23 and 3-27, respectively. 3-23 and 3-27 are connected to each other by a global power supply line 3-39 and the VDD signal line of a MOS FET (not shown) that constitutes the FF and clock buffer of the block of the line and 3-29,3 Contact is made through -30, 3-31, and contact is made through VDD signal lines of MOS FETs constituting FFs and clock buffers not shown in 22 blocks and 3-32, 3-33. , Each is configured to be supplied with + power.
3−22,3−26はICのチップの縦方向の対抗面にあるGNDの電源の入力端子で、それぞれ、3−24と3−28の内部電源用PADに接続されており、3−24と3−28はグローバルな電源ライン3−40で相互に接続されそのラインと23のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示していないMOS FETのGND信号線と3−34,3−35,3−36を通じてコンタクトがとられており、23のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と、3−37,3−38を通じてコンタクトがとられておりそれぞれ−の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-22 and 3-26 denote GND power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip in the vertical direction, which are connected to internal power supply pads 3-24 and 3-28, respectively. And 3-28 are connected to each other by a global power supply line 3-40, and the GND signal lines of MOS FETs (not shown) constituting the FFs and clock buffers of the blocks and the blocks 3-34, 3-35, A contact is made through 3-36, and a contact is made through a VDD signal line of MOS FETs constituting FFs and clock buffers (not shown) of 23 blocks, and 3-37 and 3-38, respectively. The power is supplied.
3−41,3−45はICのチップの縦方向の対抗面にあるVDDの電源の入力端子で、それぞれ、3−43と3−47の内部電源用PADに接続されており、3−43と3−47はグローバルな電源ライン3−59で相互に接続されそのラインと23のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示してないMOS FETのVDD信号線と3−49,3−50,3−51を通じてコンタクトがとられており、24のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−52,3−53を通じてコンタクトがとられており、それぞれ+の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-41 and 3-45 denote VDD power supply input terminals on the opposing surfaces in the vertical direction of the IC chip, which are connected to the internal power supply pads 3-43 and 3-47, respectively. And 3-47 are connected to each other by a global power supply line 3-59, and the VDD signal line of MOS FET (not shown) and 3-49, 3-50, A contact is made through 3-51, and a contact is made through the VDD signal line of MOS FET constituting the FF and clock buffer (not shown) of 24 blocks and 3-52, 3-53, respectively. The power is supplied.
3−42,3−46はICのチップの縦方向の対抗面にあるGNDの電源の入力端子で、それぞれ、3−44と3−48の内部電源用PADに接続されており、3−44と3−48はグローバルな電源ライン3−60で相互に接続されそのラインと23のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示していないMOS FETのGND信号線と3−54,3−55,3−56を通じてコンタクトがとられており、24のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と、3−57,3−58を通じてコンタクトがとられておりそれぞれ−の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-42 and 3-46 denote GND power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip in the vertical direction, which are connected to 3-44 and 3-48 internal power supply PADs, respectively. And 3-48 are connected to each other by a global power supply line 3-60 and the GND signal lines of MOS FETs (not shown) and 3-54, 3-55, which constitute the FFs and clock buffers of the block and 23 blocks. The contact is made through 3-56, the FF of the 24 blocks (not shown) and the VDD signal line of the MOS FET constituting the clock buffer, and the contacts are taken through 3-57 and 3-58, respectively. The power is supplied.
3−61,3−65はICのチップの横方向の対抗面にあるVDDの電源の入力端子で、それぞれ、3−63と3−67の内部電源用PADに接続されており、3−63と3−67はグローバルな電源ライン3−79で相互に接続されそのラインと20のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示してないMOS FETのVDD信号線と3−69,3−70を通じてコンタクトがとられており、23のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−72,3−73を通じてコンタクトがとられており、それぞれ+の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-61 and 3-65 denote VDD power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip, which are connected to the internal power supply pads 3-63 and 3-67, respectively. And 3-67 are connected to each other by a global power supply line 3-79, and through the VDD signal line of MOS FET (not shown) and 3-69, 3-70 constituting the FF and clock buffer of 20 blocks. The contact is made and the contact is made through the VDD signal line 3-72 and 3-73 of the FF and clock buffer which are not shown in the block of 23 and the clock buffer, and + power is supplied to each. It is configured to be.
3−62,3−66はICのチップの横方向の対抗面にあるGNDの電源の入力端子で、それぞれ、3−64と3−68の内部電源用PADに接続されており、3−64と3−68はグローバルな電源ライン3−80で相互に接続されそのラインと20のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示していないMOS FETのGND信号線と3−74,3−75を通じてコンタクトがとられており、23のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と、3−77,3−78を通じてコンタクトがとられておりそれぞれ−の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-62 and 3-66 denote GND power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip, which are connected to 3-64 and 3-68 internal power supply PADs, respectively. And 3-68 are connected to each other by a global power supply line 3-80, and through the GND signal line 3-74, 3-75 (not shown) constituting the FF and clock buffer of the line and 20 blocks. The contact is made, and the contact is made through the VDD signal line of the MOS FET constituting the FF and the clock buffer (not shown) in the block of 23, and 3-77 and 3-78, respectively, and the-power is supplied. It is configured to be.
3−81,3−85はICのチップの横方向の対抗面にあるVDDの電源の入力端子で、それぞれ、3−83と3−87の内部電源用PADに接続されており、3−83と3−87はグローバルな電源ライン3−99で相互に接続されそのラインと21のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示してないMOS FETのVDD信号線と3−89を通じてコンタクトがとられており、22のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−90を通じてコンタクトがとられており、24のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と3−91を通じてコンタクトがとられており、それぞれ+の電源が供給される様に構成されている。 Reference numerals 3-81 and 3-85 denote VDD power supply input terminals on the opposite sides of the IC chip, which are connected to the internal power supply pads 3-83 and 3-87, respectively. And 3-87 are connected to each other through a global power supply line 3-99 and contacted through a VDD signal line (not shown) and 3-89 which constitute the FF and clock buffer of 21 blocks and 3-89. The 22 blocks are in contact with the FFs (not shown) of the MOSFET and the VDD signal lines of the MOS FETs constituting the clock buffer through 3-90, and the FFs and clock buffers (not shown) of the 24 blocks are configured. A contact is made through the VDD signal line 3-91 of the MOS FET to be operated, and + power is supplied to each.
3−82,3−86はICのチップの横方向の対抗面にあるGNDの電源の入力端子で、それぞれ、3−84と3−88の内部電源用PADに接続されており、3−84と3−88はグローバルな電源ライン3−100で相互に接続されそのラインと21のブロックのFFやクロックバッファを構成する図示していないMOS FETのGND信号線と3−94を通じてコンタクトがとられており、22のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と、3−95を通じてコンタクトがとられており、24のブロックの図示してないFFやクロックバッファを構成するMOS FETのVDD信号線と、3−96を通じてコンタクトがとられており、それぞれ−の電源が供給される様に構成されている。なお3−1,3−2,3−5,3−6,3−21,3−22,3−25,3−26,3−41,3−42,3−45,3−46,3−61,3−62,3−65,3−66,3−81,3−82,3−85,3−86は、リードフレーム等を通じて、電源に接続される入力端子である。
Reference numerals 3-82 and 3-86 denote GND power supply input terminals on the opposite side of the IC chip, which are connected to the internal power supply pads 3-84 and 3-88, respectively. And 3-88 are connected to each other by a global power supply line 3-100, and the line is contacted via a GND signal line (not shown) and 3-94 of the FF and clock buffer of
次に動作に関して説明する。 Next, the operation will be described.
図4に簡単化した等価回路を示す。 FIG. 4 shows a simplified equivalent circuit.
4−1,4−2が、パッケージ外部に付加される外部電源で、4−1の−側が3−X2に接続され、+側が3−X1に接続されている。 Reference numerals 4-1 and 4-2 denote external power sources added to the outside of the package. The negative side of 4-1 is connected to 3-X2, and the positive side is connected to 3-X1.
同様に、4−2の−側が3−X6に接続され、+側が3−X5に接続されている。この場合、Xは、0を含むMAX8までの正の偶数である。 Similarly, the-side of 4-2 is connected to 3-X6, and the + side is connected to 3-X5. In this case, X is a positive even number up to MAX8 including 0.
3−XXの端子は、図3でいうところの、電源入力端子で、それは、通常QFPパッケージであればリードフレームであり、そのリードフレームのインピーダンスを、今は、4−14,4−15,4−18,4−1の等価的なインダクタンス値Lと4−16,4―17,4−20,4−21の等価的抵抗値Rinで表示してあり、3−X1に対して4−14と4−16が直列挿入されており、3−X2に対して4−15と4−17が直列挿入されており、3−X5に対して4−18と4−20が直列挿入されており、3−X6に対して4−19と4−21が直列挿入されている。 The terminal of 3-XX is a power input terminal as shown in FIG. 3, which is a lead frame if it is a normal QFP package, and the impedance of the lead frame is now 4-14, 4-15, The equivalent inductance value L of 4-18, 4-1 and the equivalent resistance value Rin of 4-16, 4-17, 4-20, 4-21 are shown. 14 and 4-16 are inserted in series, 4-15 and 4-17 are inserted in series with respect to 3-X2, and 4-18 and 4-20 are inserted in series with respect to 3-X5. 4-19 and 4-21 are inserted in series with respect to 3-X6.
4−16と4−20の間は、3−(X+1)9のグローバル電源配線が接続され(X=0のときは、3−19のグローバルラインの意味)4−17と4−21の間には3−(X+2)0のグローバル電源配線が接続されている。X=0のときは、3−20のグローバルラインの意味)3−(X+1)9のグローバル電源配線と、3−(X+2)0のグローバル電源配線の間にASICを構成するFFやクロックバッファの電源端子が接続されるが、過渡的な電流を考察するのに必要な等価回路としては、4−3,4−4や、4−5,4−6のMOSFETからなる複数個のCMOSのインバータ回路と、そのドライブするゲートの入力容量、4−7,4−8,4−9,4−10等を考えればよい。 Between 4-16 and 4-20, the global power supply wiring of 3- (X + 1) 9 is connected (when X = 0, it means the global line of 3-19) between 4-17 and 4-21 Is connected to a global power supply wiring of 3- (X + 2) 0. When X = 0, it means 3-20 global line) 3- (X + 1) 9 global power supply wiring and 3- (X + 2) 0 global power supply wiring between FFs and clock buffers that make up the ASIC Although the power supply terminal is connected, an equivalent circuit necessary for considering a transient current is a plurality of CMOS inverters composed of MOSFETs of 4-3, 4-4 and 4-5, 4-6. What is necessary is just to consider the input capacity of the circuit and its driving gate, 4-7, 4-8, 4-9, 4-10 and the like.
具体的にいえば、3−(X+1)9のグローバル電源配線と、3−(X+2)0のグローバル電源配線の間には、4−3のPCH MOSFETと4−4のNCH MOSFETで構成されたバッファが20の中にN個FFがあるとすると、クロックバッファも含めN個程度の等価バッファとして等価的に置き換えられ配置され、同時にそれが駆動する直列に接続された4−7と4−8の等価ゲート容量がそれぞれN個程度接続されていると考える事ができる。 More specifically, a 4- (X + 1) 9 global power supply wiring and a 3- (X + 2) 0 global power supply wiring are composed of 4-3 PCH MOSFETs and 4-4 NCH MOSFETs. If there are N FFs in 20 buffers, they are equivalently replaced and arranged as N equivalent buffers including clock buffers, and 4-7 and 4-8 connected in series are driven at the same time. It can be considered that approximately N equivalent gate capacitors are connected.
同様に、3−(X+1)9のグローバル電源配線と、3−(X+2)0のグローバル電源配線の間には、4−5のPCH MOSFETと4−6のNCH MOSFETで構成されたバッファが23の中にM個FFがあるとすると、M個程度の等価バッファとして等価的に置き換えられ配置され、同時にそれが駆動する直列に接続された4−7と4−8の等価ゲート容量がそれぞれM個接続されていると考える事ができる。 Similarly, between the global power supply wiring of 3- (X + 1) 9 and the global power supply wiring of 3- (X + 2) 0, there are 23 buffers composed of 4-5 PCH MOSFETs and 4-6 NCH MOSFETs. If there are M FFs, it is equivalently replaced and arranged as about M equivalent buffers, and at the same time, the equivalent gate capacities of 4-7 and 4-8 connected in series are M. You can think that they are connected.
4−3,4−4のMOS FETのゲートは4−11のクロックバッファの出力端子に接続され、その入力端子が4−13のクロック入力端子CLKに接続されている。 The gates of the MOS FETs 4-3 and 4-4 are connected to the output terminal of the clock buffer 4-11, and the input terminal thereof is connected to the clock input terminal CLK 4-13.
同様に、4−5,4−6のMOSFETのゲートは、4−12のクロックバッファの出力端子に接続され、その入力端子が4−13のクロック入力端子CLKに接続されている。 Similarly, the gates of the MOSFETs 4-5 and 4-6 are connected to the output terminal of the clock buffer 4-12, and the input terminal thereof is connected to the clock input terminal CLK 4-13.
今、簡単のためにN=Mとして、またVIN1=VIN2とする。 For simplicity, it is assumed that N = M and VIN1 = VIN2.
4−11のクロックバッファと4−12のクロックバッファのデレー値が同じとすると、3−(X+1)9のグローバル電源配線と、3−(X+2)0のグローバル電源配線の間に配置されたDFFはすべて同時にスイッチングする。その場合、ちょうど44−3,4−4からなるインバータが反転するとき流れる電流×DFFの個数(N+M)だけの電流が瞬間に流れる事になる。 If the delay values of the clock buffer 4-11 and the clock buffer 4-12 are the same, the DFF arranged between the 3- (X + 1) 9 global power supply wiring and the 3- (X + 2) 0 global power supply wiring All switch simultaneously. In that case, current equal to the current flowing when the inverter composed of 44-3 and 4-4 is inverted × the number of DFFs (N + M) flows instantaneously.
その場合、VIN1から流れ込む電流4−15と4−2から流れ込む電流4−16とは逆方向に流れ、3−(X+1)9のグローバル電源配線と、3−(X+2)0のグローバル電源配線上で電流が0の地点4−14で配線をきっても、回路的には同じ事となる。(また、逆方向の電流が流れることで、コモンモード的なノイズが抑えられる効果も生じる)
即ち実効的には、このように対向面の電源端子に電源を接続することで、大電流の流れる実効の配線長は、前記グローバル配線の全長の半分にまで減らす事も可能となる。もちろん、4−11と4−12のクロックバッファのデレー値が異なりかつ、NとMの値のバランスが崩れる事で、実行長はL>実効長>L/2となるが、
td<L√εr/Co
のLを小さくする効果は期待でき、ノイズの生じるスレッシュのtdの値を小さくする事が出来、同じtdであればよりノイズに対するマージンをとることができることになる効果がある。かつ、その配線につながる等価的負荷の数も、最もバランスがとれ小さくなる場合は(N+M)/2となり、電流の立ち上がりの傾きを抑える効果も生じる。
In that case, the current 4-15 flowing from VIN1 and the current 4-16 flowing from 4-2 flow in opposite directions, and on the global power supply wiring of 3- (X + 1) 9 and the global power supply wiring of 3- (X + 2) 0 Thus, even if the wiring is made at the point 4-14 where the current is 0, the circuit is the same. (Also, the current in the reverse direction flows, which also has the effect of suppressing common mode noise)
In other words, by effectively connecting the power supply to the power supply terminals on the opposite surface in this way, the effective wiring length through which a large current flows can be reduced to half of the total length of the global wiring. Of course, since the delay values of the clock buffers 4-11 and 4-12 are different and the balance between the values of N and M is lost, the execution length becomes L> effective length> L / 2.
td <L√εr / Co
The effect of reducing L of the noise can be expected, and the value of td of the threshold at which noise is generated can be reduced. If the same td is used, a margin for noise can be obtained. In addition, the number of equivalent loads connected to the wiring is (N + M) / 2 when the balance becomes the smallest and the effect of suppressing the rising slope of the current also occurs.
次に4−11(実際には1と2の特性をあわせたもの)と、4−12(1と5の特性をあわせたもの)のデレー値が異なり図10のタイムチャートのような信号が20と23のブロックに入る場合を考えてみる。
Next, the delay values of 4-11 (actually combining the characteristics of 1 and 2) and 4-12 (combining the characteristics of 1 and 5) are different, and the signal shown in the time chart of FIG. Consider the case of entering
この場合、まず4−3,4−4のMOSFETで象徴される20のブロック中のDFFが、クロックが立ち上がった後500PSでONする。 In this case, first, the DFFs in the 20 blocks symbolized by the MOSFETs 4-3 and 4-4 are turned on at 500 PS after the clock rises.
これらのFFはこの20のブロックのスキューの分布に応じて過渡電流が4−3と4−4に象徴されるN組のMOS FETの貫通電流、あるいは、4−7,4−8の容量の充(放)電電流として、流れる。 These FFs have through currents of N sets of MOS FETs whose transient currents are symbolized as 4-3 and 4-4 according to the skew distribution of these 20 blocks, or capacities of 4-7 and 4-8. It flows as charging (discharging) current.
4−11と4−12によるデレーの差が無いと、電流は、ほとんどが4−1,4−2の電源からしか流れないが、本実施例のように、デレーの差があると、20のブロックのFFが同時ONした瞬間、23のブロックの4−9または、4−10のどちらかの容量に蓄えられた電荷(4−7,4−6のFETの条件による)が、内部で、放電電流として流れるため、非常に急峻な過渡電流は、4−15,4−16の電流としては流れ無くなる。同時に、このことは、リードフレームには、非常に急峻なカウンセラーと電流を流さなくて済むため、リードフレーム分の配線長が短縮可能で、かつ全体として電流の立ち上がり時間tr も緩和する効果が生じる。 If there is no delay difference between 4-11 and 4-12, most of the current flows only from the power sources of 4-1 and 4-2, but if there is a delay difference as in this embodiment, 20 At the same time when the FFs of the blocks are simultaneously turned ON, the charges stored in either 4-9 or 4-10 of the 23 blocks (depending on the FET conditions of 4-7 and 4-6) Since it flows as a discharge current, a very steep transient current does not flow as currents 4-15 and 4-16. At the same time, this eliminates the need for a steep counselor and current to flow through the lead frame, thereby reducing the lead frame wiring length and reducing the current rise time tr as a whole. .
同様に次のタイミングで20のブロックに流れる過渡電流が無くなり、逆に23のブロックのff等が同時スイッチングされるとき、4−6,4−7のM組のMOSの貫通電流、またはM個の4−9、あるいは4−10の容量の充電の場合にも、20のブロックの4−7,4−8の容量(勿論N組の)に影響されtrの立ち上がりが緩和される。 Similarly, when there is no transient current flowing in the 20 blocks at the next timing, and ff of the 23 blocks are switched simultaneously, the through currents of M sets of 4-6, 4-7, or M pieces In the case of charging 4-9 or 4-10, the rise of tr is alleviated due to the influence of the capacity of 4-7 and 4-8 (of course, N sets) of 20 blocks.
なおこのような、電源配線は、理論的には1対あれば電源供給が可能であるが、実際には0を含む0〜8の偶数をXに割り当てた図3のように、複数の電源ペアーラインを互いに平行及び垂直方向に複数配置することで、なおいっそう過渡電流を分散させる事が可能となる。 It should be noted that such a power supply wiring can theoretically supply power if there is a single pair, but in practice, a plurality of power supplies are assigned as shown in FIG. By arranging a plurality of pair lines parallel and perpendicular to each other, the transient current can be further dispersed.
それらの電源は、階層を分離して接続する事も可能であるし、同一階層に配置した場合も、本実施形に含む物とする。 These power supplies can be connected separately in a hierarchy, and are included in this embodiment even when arranged in the same hierarchy.
第2の実施例
QFP構造の256PINのASICについて説明する。図15、図16に関係する図を示す。図15はQFPの外形図の見取り図である。
Second embodiment
A 256-pin ASIC with a QFP structure will be described. Figures related to FIGS. 15 and 16 are shown. FIG. 15 is a sketch of a QFP outline drawing.
このようなパッケージの外周は、25mm×25mmぐらいあり、内部におくchipのチップサイズも通常、5mm2程度、またはそれ以上ある。 The outer periphery of such a package is about 25 mm × 25 mm, and the chip size of the chip placed inside is usually about 5 mm 2 or more.
このような構造のVDDから図16の4−1,4−2,4−3の入力PAD、内部ロジック、出力PADにいたる引きまわれる配線長は、5mmから15mmぐらいあり、等価回路的に考えても、少なくともASIC上の配線だけでも5mm以上ある。 The wiring length drawn from VDD having such a structure to the input PAD, internal logic, and output PAD of 4-1, 4-2 and 4-3 in FIG. 16 is about 5 mm to 15 mm. However, at least the wiring on the ASIC is 5 mm or more.
また、同時に、VSSから4−1,4−2,4−3の入力PAD、内部ロジック、出力PADにいたる内部に引き回される配線長も同等あると考えられる。 At the same time, it is considered that the wiring lengths routed from the VSS to the input PAD of 4-1, 4-2, 4-3, the internal logic, and the output PAD are equivalent.
このような条件で、ASICのクロックスキューの調整を、±300PS程度に絞ると、部分的には立ち上がりが150PS程度又はそれ以下〜250PS程度の条件が出来てしまう可能性があり、事実そのレベルのスキューで不要輻射がでる事が確認されている。 Under such conditions, if the adjustment of the clock skew of the ASIC is limited to about ± 300 PS, there is a possibility that the rise may be partially about 150 PS or less to about 250 PS, and the level of that level is in fact. It has been confirmed that unnecessary radiation occurs due to skew.
レイアウト条件においては、design wave magazine 200211月号 P143に紹介されているように、
td=L√εr/Co
(L:配線長、Co:光速、εr:比誘電率、td:電圧の立ち上がり時間)
の条件より立ち上がりtdが厳しくなると、回路を分布定数的に扱う必要がでてくることが知られている。
In the layout condition, as introduced in design wave magazine November 2002 P143,
td = L√εr / Co
(L: wiring length, Co: speed of light, εr: relative dielectric constant, td: voltage rise time)
It is known that when the rise td becomes stricter than the above condition, it is necessary to treat the circuit in a distributed constant manner.
このことは、このぐらいの急峻な信号の立ち上がりが生じると、回路定数が変わってしまい、分布定数で扱う必要のある領域となってしまい、それによって、回路から不要輻射が当然増加してしまうことが分かっている。 This means that if such a steep rise of the signal occurs, the circuit constant will change and it will become an area that needs to be handled by the distributed constant, which naturally increases unnecessary radiation from the circuit. I know.
例えば、tr=0.2nsの立ち上がりでは、εr=3.9のASICのSiO2上では、Lが6mm以上あると、分布定数で扱わねばならぬ領域に入ることがわかるが、このことは、このレベルのスキューの範囲では、チップサイズが10mm2程度が普通のASICにおいては、容易に不要輻射が生じてしまう可能性があることが、推察されるし、実際起こっている。 For example, at the rise of tr = 0.2 ns, on the SiO 2 of ASIC with εr = 3.9, it can be seen that if L is 6 mm or more, it falls within the region that must be handled by the distribution constant. In the skew range, it is inferred and actually occurs that unnecessary radiation may easily occur in an ordinary ASIC having a chip size of about 10 mm 2 .
この場合、その不要輻射の信号が、VDD,VSSラインに乗り、それが、4−3の出力PADの電源をふらし、結果としてその変位が4−3の出力PADが出力する出力信号にクロックによる遷移実施時の不要輻射信号が、重畳されたり、直接空間への輻射として外部に出力されてしまう原因となる。 In this case, the signal of the unnecessary radiation is applied to the VDD and VSS lines, which causes the power supply of the output PAD 4-3 to be swung, and as a result, the output signal output by the output PAD 4-3 is generated by the clock. Unnecessary radiation signals at the time of the transition are superimposed or output directly as radiation to the space.
このため、このような4−2の内部ロジックを、第一の実施例のように、レイアウト時にタイミング管理して、スキューを十分大きく広げることにより、(td>L√εr/Coとなるような条件で)不要輻射源を消す事が可能となる。なお、このような不要輻射が良く起こるのは、通常のASICで(0.35uルールレベル)、通常のゲートの充放電による過渡電流と、貫通電流の和でこのような輻射が生じる可能性があり、そのような場合でもこの対策は非常に有効である。又、周波数的にも、10MHZ〜500MHZの範囲で動作するASICに特に有効である。これ以上の周波数の場合は、十分なスキューを取る余裕がなくなるため、このような手法以外で不要輻射対策をとる必要がある。10MHZ以下の周波数でもスキューをきつくするようにチューニングする現代のツールを用いた場合、有効となる。この場合、個別のブロックでの電流のtr(tr=td)は、全ての分割したブロックが生成する個別の電流の立ち上がり毎の立ち上がり時間のtrも500nsec以上とする事で、Lは、15mmまでは、不要輻射は生じなくなる。 For this reason, the timing of such internal logic 4-2 is managed at the time of layout as in the first embodiment, and the skew is sufficiently widened so that (td> L√εr / Co is satisfied. It is possible to extinguish unwanted radiation sources (depending on conditions). Such unwanted radiation often occurs in normal ASIC (0.35u rule level), and there is a possibility that such radiation may occur due to the sum of the transient current due to normal gate charge / discharge and the through current. Even in such a case, this measure is very effective. In terms of frequency, it is particularly effective for an ASIC that operates in the range of 10 MHz to 500 MHz. When the frequency is higher than this, there is no room for sufficient skew, and it is necessary to take measures against unnecessary radiation other than this method. This is effective when using modern tools that are tuned to tightly skew even at frequencies below 10 MHz. In this case, the current tr (tr = td) in each individual block can be set to 500 nsec or more for the rise time tr for each individual current rise generated by all the divided blocks. No unnecessary radiation will occur.
実施形1での対策で、実際のASICではチップ上の実効の電源配線長もほぼ半減するレベルまでくると考えられる結果がえられており、通常実用に供する10mm角までのASICで、10mm程度のリードフレームの配線で引き回されるQFPでも上記原因での不要輻射は抑える事が可能となる。 As a result of the countermeasures in the first embodiment, it is considered that the actual power supply wiring length on the chip is almost halved in the actual ASIC, and the ASIC up to 10 mm square is usually about 10 mm for practical use. Even with QFP routed by the lead frame wiring, unnecessary radiation due to the above causes can be suppressed.
同時に、リードフレーム長が長い場合、その電源に供するリードフレームの材質のみ又は、リードフレーム全体をFeのようなインダクタンスの大きな物を用いる事により、前記電流の立ち上がりtrを小さくする事が可能となり、不要輻射を抑える効果が大きくなる。〔リードフレームの特性は図14参照〕
具体的には、Cuのリードフレームに変えて、Feのリードフレームを使うか、電源の端子のみCuのリードフレームにFeのメッキを付加することも、効果がある。
At the same time, when the length of the lead frame is long, it is possible to reduce the rise tr of the current by using only the material of the lead frame used for the power supply or using a material having a large inductance such as Fe for the entire lead frame, The effect of suppressing unnecessary radiation is increased. [See Fig. 14 for lead frame characteristics]
Specifically, it is also effective to use an Fe lead frame instead of the Cu lead frame or to add Fe plating to the Cu lead frame only for the power supply terminals.
これは、Cuに炊いて、Feのインダクタンスが、3〜4倍にもなり、感光体面と電流によるこのインダクタンスでのLdi/dtの効果で電流の立ち上がりが緩やかになり、trが大きくなるためである。 This is because when Fe is cooked, the inductance of Fe increases 3 to 4 times, and the rise of current becomes gentle due to the effect of Ldi / dt with this inductance by the photoreceptor surface and current, and tr increases. is there.
次に、第3の実施例について説明する。 Next, a third embodiment will be described.
図11に第3の実施例を示す。 FIG. 11 shows a third embodiment.
11−1〜11−5がPCH MOS FETによって形成されるMOS容量で、11−6〜11−10がNCH MOS FETによって形成されるMOS容量で、11−1と11−6、11−2と11−7、11−3と11−8、11−4と11−9、11−5と11−10がペアーとなり、それぞれ、20,21,22,23,24のブロックに供給されるVDD,GND間に接続されている。
11-1 to 11-5 are MOS capacitors formed by PCH MOS FETs, 11-6 to 11-10 are MOS capacitors formed by NCH MOS FETs, 11-1, 11-6, 11-2, 11-7, 11-3 and 11-8, 11-4 and 11-9, 11-5 and 11-10 are paired, and VDD supplied to the
これらのペアーは、それぞれ、図2の、2−34,2−33,2−32,2−31,2−30の領域のゲートを形成するためのMOSFETを容量にして、用いている。 These pairs use MOSFETs for forming gates in the regions 2-34, 2-33, 2-32, 2-31, and 2-30 in FIG. 2 as capacitances.
個別のMOSFETは、PCH MOSは、ゲートとソースがVDDに接続され、ドレインがVSSに接続される構造になり、NCHMOSは、ゲートとソースがVSSに接続され、ドレインがVDDに接続される構造となっている。 The individual MOSFETs have a structure in which PCH MOS has a gate and source connected to VDD and a drain connected to VSS, and NCHMOS has a structure in which a gate and source are connected to VSS and a drain connected to VDD. It has become.
このように構成することで、ブロック毎に分けて電源に容量を付加することが出来、各ブロックに流れる過渡電流のピークを制限し、電流の立ち上がりを遅くする事が可能となる。また、これらのMOSFETは、2−34,2−33,2−32,2−31,2−30の領域外でも、シーオブゲート構造は、配線領域にあるMOSを用いて、配線領域に均一にMOS容量を付加することができる。 With this configuration, it is possible to add capacity to the power supply separately for each block, limit the peak of the transient current flowing through each block, and delay the rise of the current. In addition, these MOSFETs have a sea-of-gate structure uniformly in the wiring region using the MOS in the wiring region even outside the regions 2-34, 2-33, 2-32, 2-31, and 2-30. A MOS capacitor can be added to the.
又、図11は、図1に対してクロックの構造が異なっており、24のブロックに入るクロックが2−3のCLKとは別の独立なクロックとなっており、6の入力の接続が異なっている。 11 has a clock structure different from that of FIG. 1, and the clocks entering the 24 blocks are independent clocks different from the 2-3 CLKs, and the connection of the 6 inputs is different. ing.
6の入力は、11−1のOR回路の出力端子に接続され、11−1の一方の入力端子11−2は、外部のHWRX信号に接続され、他方の入力端子11−3は、外部のCSX信号に接続されている。 6 is connected to the output terminal of the OR circuit 11-1, one input terminal 11-2 of 11-1 is connected to the external HWRX signal, and the other input terminal 11-3 is connected to the external Connected to CSX signal.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
CPUは、図11のASICに対してHWRX,CSXに当該ASICの動作直前に22−5の端子にあらかじめ値を設定しておき、24のブロックのレジスタに図12の信号を加えて、41,42のレジスタに値を書いておく。 The CPU sets values in advance to the terminals 22-5 immediately before the operation of the ASIC in the HWRX and CSX with respect to the ASIC in FIG. 11, and adds the signals in FIG. A value is written in 42 register.
そして、図11の全体回路が動作中は、24のクロックは通常書き換えない。 During the operation of the entire circuit of FIG. 11, the 24 clocks are not normally rewritten.
時には、周期的に書き換える場合もあるが、その場合には、図12の信号が、CLKのクロックの倍以上の周期で(8倍から16倍が多い)CPUが信号を生成し、データを書き換えることも可能である。 In some cases, the signal is periodically rewritten. In this case, the signal in FIG. 12 is generated at a period more than twice as long as the clock of CLK (8 times to 16 times more), and the CPU rewrites the data. It is also possible.
このようなブロックと、電源が接続している21,22,23のブロックは、24がアクセスされるクロックのスキュータイミングが同じであっても、第一の実施例と同じ様に21,22,23のクロックが入るタイミングでもほとんどのタイミングでクロックはでないので、第一の実施例と同じように、24のブロック中の44−9,44−10の容量分で21,22,23のブロックの電流の立ち上がり時電荷が補充され、リードフレームに流れる電流のtrの値を抑える事が可能となる効果が生じる。特に、複数のクロック間のクロック関係が完全な非同期の場合、より効果がある。
Such a block and the
次に第4の実施例について、説明する。 Next, a fourth embodiment will be described.
図13に第5の実施例の複写機のブロック図を示す。 FIG. 13 is a block diagram of the copying machine of the fifth embodiment.
複写機13−1は、通常、スキャナー、プリンターより構成され、外部の人間のキー操作で、圧板上の被複写情報が、転写媒体上にコピーされるようにスキャナー、プリンタに備えられたモータが紙等の媒体を搬送しながら、媒体の位置を検出するセンサーで位置情報を検出して、媒体の位置を正確に把握して情報をコピーするように動作するが、この一般的な動作に関しては公知なので省略する。 The copying machine 13-1 is usually composed of a scanner and a printer. A motor provided in the scanner and the printer is used so that information to be copied on the pressure plate is copied onto a transfer medium by an external human key operation. While transporting a medium such as paper, the position information is detected by a sensor that detects the position of the medium, and the position of the medium is accurately grasped to operate so that the information is copied. Since it is publicly known, it is omitted.
このような複写機で、例えば、ASIC13−4のモータ制御用ASICは、本特許の構成で作られた不要輻射対策の技術を用いていて、13−3の基板上に実装され、モータドライバの実装された13−2とは別基板で13−1の離れた実装領域の確保できる場所に格納されている。 In such a copying machine, for example, the ASIC for motor control of the ASIC 13-4 uses the technology for countermeasures against unnecessary radiation made by the configuration of this patent, and is mounted on the substrate of 13-3, and is used for the motor driver. It is stored in a place where a mounting area separated from 13-1 can be secured by a separate board from the mounted 13-2.
13−2の基板上にはモータドライバが具備されており、その基板は例えばモータの実装される排紙部近くに置かれている。そのドライバーの相信号入力端子が16−6の信号線を通じて、13−10のバッファを介して13−4のASICのクロック出力端子に接続されている。13−7は、ドライバの制御信号(レベルでの信号)を渡す信号線とする。 A motor driver is provided on the board 13-2, and the board is placed near, for example, a paper discharge unit on which the motor is mounted. The phase signal input terminal of the driver is connected to the clock output terminal of the 13-4 ASIC through the buffer of 13-10 through the signal line of 16-6. Reference numeral 13-7 denotes a signal line for passing a driver control signal (level signal).
具体的には、13−6は、13−2の第2の基板上のバッファ13−10の入力端子に接続され、その出力端子が13−9のモータドライバの(電源の接続は、図示していない部分でGND間、VDD間で接続されている)又、13−4の制御出力端子が、13−5のバッファの入力端子に接続され、その出力端子が図示されていない13−1の本体の操作部のモニター表示回路の制御信号入力端子に接続されている。同時に、13−1の本体の操作部のプリント動作スタート信号が、13−8を介して13−4に接続されている構造を、例として説明する。 Specifically, 13-6 is connected to the input terminal of the buffer 13-10 on the second substrate 13-2, and its output terminal is the motor driver 13-9 (the connection of the power supply is shown in the figure. The control output terminal 13-4 is connected to the input terminal of the buffer 13-5, and the output terminal 13-1 is not shown. It is connected to the control signal input terminal of the monitor display circuit of the operation unit of the main body. At the same time, a structure in which the print operation start signal of the operation unit 13-1 is connected to 13-4 via 13-8 will be described as an example.
次に動作に関して説明する。 Next, the operation will be described.
今13−1の本体の操作部のプリント動作スタート信号情報を、第一の基板に構成された13−4のASICが、13−8の信号線を通じて検出して、それに対応した制御情報を13−6,13−7を用いて13−9のモータドライバに送出する。 The print operation start signal information of the operation unit of the main body 13-1 is detected by the 13-4 ASIC configured on the first board through the signal line 13-8, and control information corresponding to the detected signal is displayed. -6, 13-7 to send to 13-9 motor driver.
同時に、13−4は、13−5のバッファを通じて、モータのスタート信号が送出された事を、図示していない本体の制御回路に返すように動作する。 At the same time, 13-4 operates to return to the control circuit of the main body (not shown) that the motor start signal has been sent through the buffer 13-5.
このような構成は、通常、IO部と内部電源分離構造を持つ、2電源方式のASICであれば問題なく構成可能であるが、単一電源構造で、大規模ASIC(10万ゲート以上)の場合、第一、第二、第三の実施例のような工夫が無ければ、放射ノイズが大きくなり、ノイズ対策が困難となり、通常、基板をまたいでの信号のやり取りの場合、同一基板上に13−5の様なバッファや、トランジスタ等の信号変換回路を設けてノイズ成分をカットオフしたりして、ノイズ対策を行っている。 Such a configuration can be configured without any problem as long as it is a dual power supply type ASIC having an IO section and an internal power supply separation structure. In this case, if there is no contrivance as in the first, second, and third embodiments, radiation noise will increase and noise countermeasures will be difficult. Usually, when signals are exchanged across boards, they will be on the same board. A buffer such as 13-5 and a signal conversion circuit such as a transistor are provided to cut off noise components, thereby taking measures against noise.
それに対して、本クレームのように同じ電源配線間にクロックスキューの異なるブロックを分散させたり、ASIC内部に、ゲートを構成するMOS FET等で容量を付加することで、このノイズ発生源を消滅させる事が出来、13−6,13−7のように、同一基板上にバッファや、トランジスタ等の信号変換回路なしで、不要輻射を生じさせず、基板を跨ぐ配線接続が可能となる。なお、上記のように、IOと内部電源を別構成にしているASICにおいても、内部の回路で電源部にノイズが乗り、内部ゲートのスレッシュホールド電圧が変動する事で、ASICで生成するクロック生成回路のクロックの出力クロックに微妙なジッタが出るような場合、例えばそれが、CCDの駆動回路等だとすると、クロックにジッタが乗ることで、画像にノイズ成分が乗ってしまう問題がある。 On the other hand, this noise generation source is extinguished by distributing blocks with different clock skews between the same power supply lines as in this claim, or by adding a capacitance with a MOS FET or the like constituting the gate inside the ASIC. Thus, as in 13-6 and 13-7, without using a signal conversion circuit such as a buffer or a transistor on the same substrate, wiring connection across the substrate is possible without causing unnecessary radiation. As described above, even in an ASIC in which the IO and the internal power supply are configured separately, noise is applied to the power supply unit in the internal circuit, and the threshold voltage of the internal gate fluctuates, thereby generating a clock generated by the ASIC. When subtle jitter appears in the output clock of the circuit clock, for example, if it is a CCD drive circuit or the like, there is a problem that noise is added to the image due to jitter on the clock.
このような場合も、同じ電源配線間にクロックスキューの異なるブロックを分散させたり内部のブロックの電源間に容量を分散させて付加することは、非常に効果が生じる。 Even in such a case, it is very effective to disperse blocks having different clock skews between the same power supply wirings or to disperse capacitance between power supplies of internal blocks.
1−6 グローバルバッファ
25−42 DFF
7−19 クロックバッファ
2−11〜2−21 IOパッド
VDD,VDDINα +電源(端子)
VSS,VSSINα −電源(端子)
14−1 リードフレームの等価回路
6−1,6−2 インバータ
7−1,7−2 MOSFET
11−1 ORのゲート回路
1-6 Global buffer 25-42 DFF
7-19 Clock buffer 2-11 to 2-21 IO pad
VDD, VDDINα + power supply (pin)
VSS, VSSINα-Power supply (pin)
14-1 Equivalent circuit of lead frame 6-1, 6-2 Inverter 7-1, 7-2 MOSFET
11-1 OR gate circuit
Claims (10)
同じ電源ライン間に、少なくとも2つ以上の前記複数のブロックがまたがって配置され、配線手段で各ブロック中に含まれるFF素子の電源端子に電源が供給されていることを特徴とするASIC。 It has at least two or more logic blocks connected to the same clock terminal and having different clock skew distributions from the terminal,
An ASIC characterized in that at least two or more of the plurality of blocks are arranged across the same power supply line, and power is supplied to the power supply terminals of the FF elements included in each block by wiring means.
それぞれasicにgnd電位を供給するgndpadとVDDの電位を供給するvddpadに、接続され、そこから、ASICのチップの対向する両端から、ASICチップ内部に電源が供給されている事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のASIC。 The gnd and vdd power supply terminals to which the GND and VDD external power supplies are connected are arranged in pairs on the opposite side of the package or the equivalent position, respectively.
A patent that is connected to the gndpad that supplies the gnd potential to asic and the vddpad that supplies the potential of VDD, respectively, and power is supplied to the inside of the ASIC chip from opposite ends of the ASIC chip. The ASIC according to claim 1.
個別論理ブロックのffの同時スイッチングによって生じる電流ピークのそれぞれの立ち上がり時間tr全てが500nsec程度、又はそれ以上であることを特徴とするASIC。 In an ASIC that is connected to the same clock terminal and has multiple logic blocks with different clock skews from that terminal,
An ASIC characterized in that all rise times tr of current peaks caused by simultaneous switching of ff of individual logic blocks are about 500 nsec or more.
少なくとも前記クロックと別系統のクロックを有するブロックを1個以上有しており、互いにクロックONするタイミングが異なっており、
少なくとも同じ電源ライン間に、複数のブロックがまたがって配置されていることを特徴とするASIC。 There are at least two logic blocks connected to the same basic clock terminal and having different clock skews from the terminal,
It has at least one block having a clock of a different system from the clock, and the timing of turning on the clocks is different from each other,
An ASIC characterized in that a plurality of blocks are arranged across at least the same power line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006270752A JP2008092268A (en) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | Asic and image forming device |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10541690B2 (en) | 2016-02-29 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device to align phases of clock signals |
-
2006
- 2006-10-02 JP JP2006270752A patent/JP2008092268A/en not_active Withdrawn
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US10541690B2 (en) | 2016-02-29 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device to align phases of clock signals |
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