JP2008282518A - Ddrメモリデバイスのデータ出力のデューティサイクル制御及び正確な調整のための複数の電圧制御された遅延ラインの利用 - Google Patents

Ddrメモリデバイスのデータ出力のデューティサイクル制御及び正確な調整のための複数の電圧制御された遅延ラインの利用 Download PDF

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Abstract

【課題】DDRメモリにおいて、デューティの歪みを生じさせることなくデータ信号のライジングとフォーリングエッジの双方を効果的に同期させるDLL回路を提供する。
【解決手段】DDRメモリの出力データ信号の50%のデューティを保証するための3DLL回路であって、第1クロック信号から第2クロック信号を生成する第1DLLと、前記DDRの出力データ信号の1つの遷移を調整する第2DLLと、前記DDRの出力データ信号の第2の遷移を調整する第3DLLを備え、前記第2、第3DLLに設けられた第2、第3遅延ラインの出力のライジングエッジにより生成されるライジングとフォーリングエッジを有し、前記DDRの出力データ信号をイネーブルにする第3クロック信号と、前記第3クロック信号を固定時間遅延させ、前記第2、第3DLLの第2、第3位相検出手段へフィードバックすることにより生成される第4クロック信号とを有する構成とする。
【選択図】図3A

Description

本発明は、集積回路メモリに関し、より詳細には、DDR(Double Data Rate)集積回路メモリにおけるデータ信号のライジング及びフォーリングエッジの両方を調整する回路に関する。
DDRメモリの周波数が向上し続けるに従って、データがクロックの両方のエッジによりキャプチャされる必要があるため、システムクロックのライジングエッジとフォーリングエッジに対する出力データのライジングエッジとフォーリングエッジの両方の正確な調整は、大変重要なものとなってきている。DLL(Delay Locked Loop)は、システムクロックと同期するように、出力データのタイミングを調整するのに使用されてきた。最近まで、データのライジングエッジしか、DLLによりシステムクロックのライジングエッジと同期されてこなかった。データのフォーリングエッジが50%のデューティサイクルシステムクロックのフォーリングエッジと合うように、出力データのデューティサイクルを50%に維持するための回路技術が使用されてきた。図1は、最近のDDRメモリデバイスに使用される典型的な電圧制御DLLを示す。
図1の電圧制御DLL100は、入力クロックバッファ102と、位相検出手段104と、可変遅延ライン106と、制御電圧生成手段108と、レプリカ固定遅延ライン110と、出力データパスブロック112とを有する。
図1を参照するに、DLLがロックされるとき、位相検出手段104の入力におけるDLLCLK及びSYNC信号は同位相であり、それは、
tvar=ntck−tfix
となることを意味する。ただし、tckはクロック期間を表す。外部クロックExCLKとデータ出力との間の遅延は、
tbuf+tvar+tout=tbuf+(ntck−tfix)+tout
となる。tfix=tbuf+toutとなる場合、ExCLKとデータ出力との間の遅延はntckとなり、出力データは外部クロックに正確に同期される。クロックバッファの正確なレプリカとデータ出力パスが固定遅延を実現するのに利用されない場合、すべての状況においてtfixをtbuf+toutに正確に一致させることは極めて困難である。さらに、SYNCのライジングエッジしかDLLCLKに同期されないため、クロックバッファ、可変遅延及び出力パスにより生じるデューティサイクルの歪みは、望ましくないことであるが、フォーリングエッジデータをシステムクロックのフォーリングエッジに同期させないであろう。
DDR出力について、データはシステムクロックのライジングエッジとフォーリングエッジ上に出力される。以下の説明では、“ライジングエッジ”データという用語は、システムクロックのライジングエッジ上に出力されるデータを表す。“フォーリングエッジ”データという用語は、システムクロックのフォーリングエッジ上に出力されるデータを表す。
図2は、図1のDLLの制約の大部分を解消する従来技術によるDLL(米国特許第7,028,208号)である。DLL200は、入力バッファ202,204と、粗遅延ライン/位相検出ブロック206と、変換手段208と、精細遅延ライン/位相検出ブロック210,212と、変換手段214,216と、クロックドライバ218と、I/Oモデル220と、クロックドライバ218と、データラッチ222と、データドライバ224とを有する。
図2の回路200は、クロック信号が正確には50%のデューティサイクルでない場合であっても、出力データのライジングエッジとフォーリングエッジをシステムクロック信号に正確に同期させるという目的を有している。クロックが正確に50%のデューティサイクルとなる場合、その目的はまた出力を50%にすることである。
しかしながら、図2の回路200は2つの大きな制約を有する。
第1には、2つのRXバッファ202と204は、入力クロックに対するデューティサイクルの歪みを生じさせることなくリファレンスクロックCLKIN−及びCLKIN+を生成しなければならない。なぜなら、これらは出力が精細DL/PD回路と効果的に同期するためのリファレンスとなるためである。独立した2つのバッファ202と204は、これらのリファレンスを生成することが求められ、また相補的な入力クロック信号に応答しているため、必然的にこれらのリファレンス信号には互いに関してデューティサイクルの歪みが生じてくる。この歪みは、出力信号に出現することとなる。単一端(single ended)入力クロック信号が使用され、それのライジングエッジとフォーリングエッジがリファレンス信号のソースとなる場合、入力は依然としてバッファされる必要があり、再び歪みが生じることとなる。
第2に、フィードバック信号となる“I/O Model”220の出力が、ライジングエッジ信号(CLKFB+)とフォーリングエッジ信号(CLKFB−)に変換される。CLKIN+とCLKIN−が入力クロックのデューティサイクルを完全に表しているが、CLKFB+とCLKFB−のライジングエッジの間の時間がI/O Model220の出力のHigh時間を正確に追跡しない場合、出力パスにないフィードバック信号のデューティサイクルの歪みが生じることとなる、DLL200は、フィードバック信号の歪みを解消するが、これは、データ出力信号に歪みを実質的に生じさせることとなる。回路ブロック“変換手段”216は、必然的にデューティサイクルの歪みを生じさせることとなる。
米国特許第7,028,208号公報
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、DDRメモリにおいて、所望されないデューティサイクルの歪みを生じさせることなくデータ信号のライジングエッジとフォーリングエッジの双方を効果的に同期させることが可能なDLL回路を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明によると、DLL回路は、ライジングエッジDLLを使用して出力データのライジングエッジをシステムクロックに同期させ、フォーリングエッジDLLを使用して出力データのフォーリングエッジをシステムクロックのフォーリングエッジに同期させる。しかしながら、本発明のDLL回路は、入力クロックのフォーリングエッジを使用してフォーリングエッジDLLのリファレンスを提供しない。本発明の回路は、第1リファレンスクロック(入力クロックのバッファされたもの)のライジングエッジを使用して、出力データのライジングエッジを調整する。さらなるDLLは、出力データのフォーリングエッジを調整するため、第1リファレンスクロックの1/2の期間と正確に遅延した第2リファレンスクロックを生成するのに使用される。このため、入力クロック又は入力バッファのデューティサイクルの変動は、出力データのデューティサイクルに影響を与えない。
本発明によると、DDRメモリにおいて、所望されないデューティサイクルの歪みを生じさせることなくデータ信号のライジングエッジとフォーリングエッジの双方を効果的に同期させることが可能なDLL回路を提供することが可能となる。
図3は、デューティサイクル訂正回路300のブロック図であり、図4は、本発明の実施例による正確なリファレンス生成回路400のブロック図である。
回路300は、クロックバッファ302と、ライジングエッジ位相検出手段304と、フォーリングエッジ位相検出手段306と、フォーリングエッジ制御マルチプレクサ308と、ライジング可変遅延ライン310と、制御電圧生成手段312,314と、フォーリング可変遅延ライン316と、エッジトリガーラッチ318と、出力データパス320と、クロックバッファ322と、出力データパス324とを有する。上記の回路構成要素、それらの機能及びやりとりが、以下において詳細に説明される。
図3に示されるデューティサイクル訂正回路300に関して、2つの遅延ロックループ(DLL)を介して遅延を独立に制御する2つの電圧制御可変遅延ラインパスがデューティサイクル訂正回路に存在する。一方の遅延ラインが、それの入力(ライジングエッジ遅延ライン)としてリファレンスクロック(クロック1)を受け付け、他方の遅延ライン(フォーリングエッジ遅延ライン)が、それの入力(クロック1B)としてリファレンスクロックの反転されたものを受け付ける。エッジトリガーラッチ318は、データ出力クロック(クロック3)を生成する。データ出力クロックのライジングエッジは、クロック1の遅延されたもの(セット(SET))のライジングエッジによって決定され、データ出力クロックのフォーリングエッジは、反転されたクロック1Bの遅延されたもの(リセット(RESET))のライジングエッジにより決定される。このため、データ出力クロックのライジングエッジとフォーリングエッジは、2つの可変遅延ラインを介し遅延を調整することによって独立に調整することが可能となる。フォーリングエッジパス、可変遅延ライン又はラッチにおいて反転手段により生じるデューティサイクルの歪みは、2つの遅延ラインの出力のライジングエッジしか利用しないため、生じない。
ライジングエッジ位相検出手段304は、それの2つの入力のライジングエッジの位相を比較し、フォーリングエッジ位相検出手段306は、それの2つの入力のフォーリングエッジの位相を比較する。後述されるように、クロック1のライジングエッジとクロック2のフォーリングエッジは、入力クロックのちょうど1/2のクロック期間により分離される。クロック4のデューティサイクルは、それのライジングエッジとフォーリングエッジがちょうど1/2のクロック期間により分離された信号に同期されるため、正確に50%となるであろう。データ出力デューティサイクルは、正確に50%となり、フィードバックレプリカが正確に入力バッファと出力データパスとを表す程度まで、システムクロックに同期される。
2つの遅延ラインは共に、可能な最小遅延により初期化され、位相検出手段による遅延が増大すべきであるという第1の表示まで位相検出手段が遅延が減少すべきであることを示したとしても、当該遅延は強制的に増大される。このポイントから、遅延は位相検出手段の表示に基づき調整される。このアプローチの効果は、参照することによりここに含まれる米国特許第7,071,745号に記載されている。初期的には可能でないため、何れの位相検出手段304,306も各遅延ラインの遅延を減少させるための早期の表示を提供しないことを確実にすることが可能である。米国特許第7,071,745号は、ライジングエッジのケースにおいてこれがどのように実現されるか説明している。フォーリングエッジのケースでは、“フォーリングエッジ制御マルチプレクサ”308が、ロックされたライジングエッジ状態が検出され、“Rising_Locked”信号がライジングエッジ位相検出手段304から出力されるまで、フォーリングエッジパス遅延をライジングエッジ位相検出手段により制御させる。このとき、“フォーリングエッジ制御マルチプレクサ”308は切替を行い、フォーリングエッジ位相検出手段がフォーリングエッジパスを制御する。“Rising_Locked”信号は、遅延を増加させるための1以上の表示の後に遅延を減少させるための表示が続くか、又はこれらの表示の何れも内部タイマーにより設定された固定された期間に現れなかった後に、発生する。
追加的な電圧制御遅延DLL400が、図4に示される本発明による正確に50%のデューティサイクルリファレンスを生成するのに利用される。回路400は、制御電圧生成手段402と、位相検出手段404と、段階遅延段階406A,406B,406C,406Dとを有する。上記回路の構成要素、それらの機能及びやりとりが、以下で詳細に説明される。
“クロック1”信号は、図3に示されるものと同じ信号であり、正確なデューティサイクルを有する必要はない。例示のため、4段階の電圧制御遅延ライン406A〜406Dが示される。任意の偶数個の遅延段階が、中点で取得される“Mid”信号と共に利用可能である。遅延ラインの遅延は、それの可能な最小の遅延により初期化され、クロック1とフィードバック信号との間の遅延は、それのデューティサイクルを調整されるための信号の1未満のクロック期間となる必要がある。遅延ラインを介した遅延は、最初は増加のみする必要がある。第1の要求は、“遅延段階”の設計と遅延ラインの段階数を適切に選択することによって単に実現される。米国特許第7,071,745号は、遅延を最初は増加のみさせる方法を記載している。
本発明によると、図4のリファレンス生成手段は、クロック1とフィードバック信号の各ライジングエッジの間のクロック1の1つの期間(Tck)に等しい遅延をDLLロック状態に提供する。このため、DLLがロックされると、クロック1のライジングエッジからフィードバック信号のライジングエッジへの遅延は、正確にTckとなる。
DLLがロックされているときの図4のリファレンス生成手段400の段階毎の遅延がDELTAであり、反転手段の遅延がINVである場合、クロック1のライジングエッジからクロック2のフォーリングエッジまでの遅延は、遅延(クロック2)=2*DELTA+INVとなる。クロック1とフィードバック信号との間の遅延はクロック1の1クロック期間(Tck)であるため、DELTA=(Tck−2*INV)/4となり、クロック2のフォーリングエッジの遅延は、遅延(クロック2)=2*(Tck−2*INV)/4+INV、又は遅延(クロック2)=Tck/2となる。
上述されるように、何れか偶数個の遅延段階406A〜406Dが、初期的な遅延がTck未満である限り、遅延ラインにおいて利用可能である。
図3を再び参照するに、クロック1をライジングエッジリファレンスとして利用し、図4のリファレンス生成手段からのクロック2をフォーリングエッジリファレンスとして利用すると、クロック4の信号は、ライジングエッジDLLとフォーリングエッジDLLがロックされるとき、正確に50%のデューティサイクルを有することとなる。レプリカクロックバッファと出力パスが真のクロックバッファと出力パスを反映する程度まで、出力は50%のデューティサイクルを有し、システムクロックと同期することとなる。
図5は、DLLクロックの前後における図3に示された各種信号の位相関係を示す。図5aは、3つのDLLの何れかが各遅延ラインの何れかを介し遅延に対して調整を行う前のパワーアップでの位相関係を示す。図示された位相関係とデューティサイクルは、任意的なものであり、単なる例示のために選択されたものにすぎない。図5bは、3つすべてのDLLがロックされた後の位相関係を示す。図5bに示される状態に到達するためのプロセスが、以下で説明される。
図4に示されるDLLがロックされた後、クロック2のフォーリングエッジが、図5bに示されるようなクロック1のライジングエッジからちょうど1/2Tckだけ遅延される。
図3の遅延ライン310を介した遅延は調整されたものであり、“セット(SET)”信号はクロック3のライジングエッジのタイミングを確定している。“レプリカ遅延”を通過した後、クロック4のライジングエッジが、図5bに示されるようなクロック1のライジングエッジと正確に同期するように、クロック3のライジングエッジのタイミングが調整されている。
図3の遅延ライン316を介した遅延は調整されたものであり、“リセット(RESET)”信号はクロック3のフォーリングエッジのタイミングを確定している。“レプリカ遅延”を通過した後、クロック4のフォーリングエッジは、図5bに示されるように、クロック2のフォーリングエッジと正確に同期されるように、クロック3のフォーリングエッジのタイミングは調整されている。
本発明の原理が具体的な回路構成及び動作方法に関して説明されたが、上記説明は単なる一例であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。特に、上記開示の教示は当業者に他の変更を示唆するものであることは認識されるであろう。このような変更は、すでに知られたものであって、ここに記載された特徴の代わりに又は加えて利用可能な他の特徴に関するものであるかもしれない。各特徴の組み合わせに対する請求項が本出願において記載されているが、ここでの開示の範囲は、何れかの請求項に記載されたものと同一の発明に関するか、本発明が直面する同一の技術的問題の何れか又はすべてを軽減するかに関係なく、当業者に明らかな明示的又は非明示的に開示された新規な特徴若しくは特徴の組み合わせ又はその一般化若しくは変更を含むことが理解されるべきである。本願出願人は、本出願又はそれから派生したさらなる出願の出願経過中に、このような特徴及び/又は特徴の組み合わせに対して新たな請求項を記載する権利を留保している。
図1は、従来技術によるDLL回路の概略図である。 図2は、データ信号のライジングエッジとフォーリングエッジとを調整する回路を有する従来技術によるDLL回路の概略図である。 図3Aは、本発明によるデータ信号のライジングエッジとフォーリングエッジとを調整する回路を有するDLL回路の概略図である。 図3Bは、本発明によるデータ信号のライジングエッジとフォーリングエッジとを調整する回路を有するDLL回路の概略図である。 図4は、本発明による正確に50%のデューティサイクルリファレンスを生成するのに利用される追加的なDLL回路の概略図である。 図5aは、本発明によるDLLロック前の各種タイミング信号を示すタイミング図である。図5bは、本発明によるDLLロック後の図5aの各種タイミング信号を示すタイミング図である。
符号の説明
100、200 DLL回路
300 デューティサイクル訂正回路
304 ライジングエッジ位相検出手段
306 フォーリングエッジ位相検出手段
308 フォーリングエッジ制御マルチプレクサ
310 ライジング可変遅延ライン
312,314 制御電圧生成手段
316 フォーリング可変遅延ライン
318 エッジトリガーラッチ
320,324 出力データパス
322 クロックバッファ
400 リファレンス生成回路
402 制御電圧生成手段
404 位相検出手段
406 段階遅延

Claims (20)

  1. DDR(Double Data Rate)メモリの出力データ信号の50%のデューティサイクルを保証するための3DLL(Delay Locked Loop)回路であって、
    第1クロック信号と、
    第1電圧制御遅延ラインと、第1位相検出手段と、第1フィードバック信号とを有し、前記第1クロック信号から第2クロック信号を生成する第1DLLと、
    第2電圧制御遅延と、第2位相検出手段とを有し、前記DDRの出力データ信号の1つの遷移を調整する第2DLLと、
    第3電圧制御遅延ラインと、第3位相検出手段とを有し、前記DDRの出力データ信号の第2の遷移を調整する第3DLLと、
    前記第2及び第3遅延ラインの出力のライジングエッジによりそれぞれ生成されるライジングエッジとフォーリングエッジを有し、前記DDRの出力データ信号をイネーブルにする第3クロック信号と、
    前記第3クロック信号を固定された遅延だけ遅延させ、前記第2及び第3DLLの第2及び第3位相検出手段への入力としてフィードバックすることにより生成される第4クロック信号と、
    を有する3DLL回路。
  2. 前記第2クロック信号のフォーリングエッジは、前記第1リファレンスクロックのライジングエッジより以降の1/2のクロック期間である、請求項1記載の回路。
  3. 前記第3クロック信号と前記第4クロック信号との間のパスにおける固定された遅延は、クロック入力バッファのレプリカと前記DDRメモリの出力データパスである、請求項1記載の回路。
  4. 前記各位相検出手段の出力が前記遅延を増大させる必要があることを示すまで、前記第1、第2及び第3遅延ラインを介した遅延が、前記第1、第2及び第3位相検出手段への各入力の位相とは独立して増大させられる、請求項1記載の回路。
  5. 前記第2及び第3位相検出手段の出力は、前記第3電圧制御遅延ラインの遅延を制御する制御信号を提供するよう多重化される、請求項1記載の回路。
  6. 前記第3遅延ラインの遅延を制御するための信号が、前記第1リファレンスクロックと前記第4クロック信号とのライジングエッジがロックされているか否か示す前記第2位相検出手段の出力により選択される、請求項5記載の回路。
  7. 前記第1リファレンス信号と前記第4クロック信号とのライジングエッジがロックされているという表示は、まず遅延を増大させる必要があることを示し、その後に遅延を減少させる必要があることを示す前記第2位相検出手段からの出力シーケンスにより示されるか、又は予め設定された期間内に何れの表示も出現しないことにより示される、請求項6記載の回路。
  8. 前記第3クロック信号は、エッジトリガーラッチにより生成される、請求項1記載の回路。
  9. 前記第1遅延ラインは、偶数個の遅延段階を有する、請求項1記載の回路。
  10. 前記第1クロック信号から前記第1フィードバック信号への初期的な遅延は、前記第1クロック信号の1期間未満である、請求項1記載の回路。
  11. 前記第1クロック信号から前記第1フィードバック信号への遅延は、前記第1DLLがロックされる際の前記第1クロック信号の期間に等しい、請求項1記載の回路。
  12. DDR(Double Data Rate)メモリの出力データ信号の50%のデューティサイクルを保証する3DLL(Delay Locked Loop)回路であって、
    第1クロック信号と、
    前記第1クロック信号から第2クロック信号を生成する第1DLLと、
    前記DDRの出力データ信号の1つの遷移を調整する第2DLLと、
    前記DDRの出力データ信号の第2の遷移を調整する第3DLLと、
    前記第2及び第3遅延ライン出力のライジングエッジによりそれぞれ生成されるライジングエッジとフォーリングエッジとを有し、前記DDR出力データ信号をイネーブルにする第3クロック信号と、
    前記第3クロック信号を固定された遅延だけ遅延させ、前記第2及び第3DLLの第2及び第3位相検出手段への入力としてフィードバックすることにより生成される第4クロック信号と、
    を有する3DLL回路。
  13. 前記第1DLLは、第1電圧制御遅延ラインと、第1位相検出手段と、第1フィードバック信号とを有する、請求項12記載の回路。
  14. 前記第2DLLは、第2電圧制御遅延ラインと、第2位相検出手段とを有する、請求項12記載の回路。
  15. 前記第3DLLは、第3電圧制御遅延ラインと、第3位相検出手段とを有する、請求項12記載の回路。
  16. DLL(Delay Locked Loop)回路であって、
    第1クロック信号と、
    前記第1クロック信号から第2クロック信号を生成する第1DLLと、
    出力データ信号の1つの遷移を調整する第2DLLと、
    前記出力データ信号の第2の遷移を調整する第3DLLと、
    前記第2及び第3遅延ライン出力のライジングエッジによりそれぞれ生成されるライジングエッジとフォーリングエッジとを有し、前記出力データ信号をイネーブルにする第3クロック信号と、
    前記第3クロック信号を固定された遅延だけ遅延させ、前記第2及び第3DLLの第2及び第3位相検出手段への入力としてフィードバックすることにより生成される第4クロック信号と、
    を有するDLL回路。
  17. 前記第1DLLは、第1電圧制御遅延ラインと、第1位相検出手段とを有する、請求項16記載の回路。
  18. 前記第2DLLは、第2電圧制御遅延ラインと、第2位相検出手段とを有する、請求項16記載の回路。
  19. 前記第3DLLは、第3電圧制御遅延ラインと、第3位相検出手段とを有する、請求項16記載の回路。
  20. 前記第3クロック信号は、エッジトリガーラッチにより生成される、請求項16記載の回路。
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