JP2009239316A - Crosstalk prevention circuit - Google Patents

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博 高橋
Kayoko Ozawa
佳代子 小澤
Kenichi Tashiro
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit which reduces or removes crosstalk in a method which does not affect microfabrication or improvement in integration degree. <P>SOLUTION: The crosstalk prevention circuit includes a third signal line 13 between two signal lines formed almost in parallel to each other, for example, master clock and slave clock lines l1 and l1, the third signal line being grounded when there is no signal applied to at least one of those two signal lines, for example, when a test signal is applied and the signal is applied to the two signal lines. Preferably, a driver circuit is connected to the third signal line, and ratio of current driving capabilities of an N-channel transistor and a P-channel transistor as output transistors of the driver circuit is almost 2:1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は電子回路におけるクロストークの影響を少なくする回路に関するものであり、特に、ディジタル信号処理装置(DSP)、IC、その他の半導体装置などにおけるクロストークの影響を少なくする、またはクロストークの影響を除去するクロストーク防止回路に関する。   The present invention relates to a circuit that reduces the influence of crosstalk in an electronic circuit, and in particular, reduces the influence of crosstalk in a digital signal processing device (DSP), an IC, and other semiconductor devices, or the influence of crosstalk. The present invention relates to a crosstalk prevention circuit for removing noise.

電子回路として、半導体装置に形成された回路、たとえば、ディジタル信号処理回路(DSP)、マイクロプロセッサ、メモリ回路などについて述べる。
半導体装置においては微細化と動作速度の高速化が種々試みられている。しかしながら、そのような回路において、信号線における信号伝搬の遅延に起因する高速化への障害に遭遇する。
As the electronic circuit, a circuit formed in a semiconductor device, for example, a digital signal processing circuit (DSP), a microprocessor, a memory circuit, and the like will be described.
Various attempts have been made to reduce the size and increase the operating speed of semiconductor devices. However, in such a circuit, an obstacle to speeding up due to signal propagation delay in the signal line is encountered.

信号線における信号伝搬の遅延は主として配線抵抗と、半導体装置、たとえば、メタル酸化膜半導体装置(mosデバイス)における寄生容量(寄生静電容量)、配線容量(配線静電容量)から決まる。
配線静電容量を主に支配するのは、0.8μm程度までの製造プロセスでは配線−半導体基板間の静電容量であった。しかし、微細加工が進むにつれて半導体装置における隣接する配線相互の間の距離が短くなり、隣接する配線相互における静電容量が無視できなくなり、0. 6μm以後の製造プロセスにおいては最小のピッチで配線した場合、隣接する配線相互間の静電容量が全静電容量の90%以上を占めるまでになっている。
The signal propagation delay in the signal line is mainly determined by the wiring resistance, the parasitic capacitance (parasitic capacitance), and the wiring capacitance (wiring capacitance) in the semiconductor device, for example, a metal oxide semiconductor device (mos device).
In the manufacturing process up to about 0.8 μm, the capacitance between the wiring and the semiconductor substrate mainly dominates the wiring capacitance. However, as microfabrication progresses, the distance between adjacent wirings in a semiconductor device becomes shorter, and the capacitance between adjacent wirings cannot be ignored. In the manufacturing process after 0.6 μm, wiring is performed at the minimum pitch. In this case, the capacitance between adjacent wirings occupies 90% or more of the total capacitance.

配線間静電容量の増加によりクロストークが増加する。クロストークの増加は信号遅延を増大させる。このようなクロストークに起因する信号遅延は種々の問題を惹起させる。
たとえば、クロストークがクロック配線に起こると、クロックの遅延に起因するパフォーマンスの悪化が起こることがあり、また、2相クロックにおいては2相クロック相互にスキュー(位相ずれ)が生じる可能性がある。
また、バスラインにクロストークが起こると、クロストークによる遅延がICの動作速度を制限する。換言すれば、クロストークがICの動作速度を決定しているともいえる。
その他の電子回路においても上述したと同様のクロストークに起因するスキュー、動作速度の低下、パルス信号の歪みによる誤動作などの問題が起こる。
Crosstalk increases due to an increase in the capacitance between wires. Increased crosstalk increases signal delay. Such signal delay caused by crosstalk causes various problems.
For example, when crosstalk occurs in the clock wiring, performance deterioration due to clock delay may occur, and in a two-phase clock, there is a possibility that a skew (phase shift) occurs between the two-phase clocks.
Also, when crosstalk occurs on the bus line, the delay due to crosstalk limits the operating speed of the IC. In other words, it can be said that the crosstalk determines the operation speed of the IC.
Other electronic circuits also have problems such as skew caused by crosstalk similar to that described above, a reduction in operating speed, and malfunction due to pulse signal distortion.

そのようなクロストークの防止方法としては、一般的には種々の試みがなされている。たとえば、隣接する2本の配線を離す方法があるが、微細化が進む半導体装置、半導体回路においては、その面積が増大するので適用できない。   In general, various attempts have been made to prevent such crosstalk. For example, there is a method of separating two adjacent wirings, but it cannot be applied to a semiconductor device and a semiconductor circuit that are becoming finer because the area increases.

他の一般的な方法は、遮蔽(シールド)をとる方法である。しかしながら、シールドを施すと、シールド施工に面積が必要となる。
シールド施工に新たな面積を必要とすることは、微細化、集積度を一層向上させる半導体装置、ICなどには適用できない。
Another common method is to take a shield. However, when a shield is applied, an area is required for the shield construction.
The requirement for a new area for shield construction is not applicable to semiconductor devices, ICs, and the like that further improve the miniaturization and integration.

したがって、本発明は、微細化、集積度向上に影響を与えない方法で、クロストークを減少または除去する回路を提供することにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a circuit that reduces or eliminates crosstalk in a manner that does not affect the miniaturization and improvement in integration.

本発明の第1の観点によれば、ほぼ平行して形成されている少なくとも2本の信号線の間に、該2本の信号線の少なくとも一方に印加される信号が存在しないとき信号が印加され、前記2本の信号線に信号が印加されるとき接地状態になる第3の信号線を配置した、クロストーク防止回路が提供される。   According to the first aspect of the present invention, a signal is applied when there is no signal applied to at least one of the two signal lines between at least two signal lines formed substantially in parallel. In addition, a crosstalk prevention circuit is provided in which a third signal line that is grounded when a signal is applied to the two signal lines is disposed.

好ましくは、前記第3の信号線にドライバ回路を接続し、該ドライバ回路の出力トランジスタのNチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタの電流駆動能力の比率をほぼ2:1にする。   Preferably, a driver circuit is connected to the third signal line, and the ratio of the current drive capability of the N-channel transistor and the P-channel transistor of the output transistor of the driver circuit is approximately 2: 1.

また好ましくは、前記第1および第2の信号線には第1のクロックと該第1のクロックと所定の位相差のある第2のクロックが印加され、前記第3の信号線にはテスト動作時に印加される信号が印加される。   Preferably, a first clock and a second clock having a predetermined phase difference from the first clock are applied to the first and second signal lines, and a test operation is applied to the third signal line. Sometimes applied signals are applied.

また好ましくは、前記第1および第2の信号線は第1の信号によって電圧が変化する信号線であり、前記第3の信号線は前記第1の信号とは異なる位相の信号によって電圧が変化する信号線である。   Preferably, the first and second signal lines are signal lines whose voltage changes according to a first signal, and the third signal line changes in voltage according to a signal having a phase different from that of the first signal. Signal line.

また本発明の第2の観点によれば、パルス信号が伝搬されるメタル信号配線の両側に所定の距離を隔てて、第1の電源メタル配線、第2の電源メタル配線を平行して設け、前記メタル信号配線、前記第1および第2の電源メタル配線の幅を、エレクトロマイグレーションの耐性が向上する幅にしたことを特徴とする配線を有する、クロストーク防止回路が提供される。   According to the second aspect of the present invention, the first power metal wiring and the second power metal wiring are provided in parallel at a predetermined distance on both sides of the metal signal wiring through which the pulse signal is propagated. There is provided a crosstalk prevention circuit having a wiring characterized in that the metal signal wiring and the first and second power supply metal wirings have widths that improve resistance to electromigration.

好ましくは、前記メタル信号配線、前記第1の電源メタル配線、前記第2の電源メタル配線は異なる層においても、前記メタル信号配線が前記第1の電源メタル配線および前記第2の電源メタル配線が包囲されるように設けられる。   Preferably, even when the metal signal wiring, the first power metal wiring, and the second power metal wiring are in different layers, the metal signal wiring is the first power metal wiring and the second power metal wiring. It is provided to be surrounded.

本発明の第1の観点によれば、面積を増大させずに、クロストークの影響を少なくすることができる。
また本発明は特別の高度な技術が要求されないので、容易に実施できる。
According to the first aspect of the present invention, the influence of crosstalk can be reduced without increasing the area.
Further, the present invention does not require any special advanced technology and can be easily implemented.

本発明の第2の観点によれば、エレクトロマイグレーションの性質を利用して、面積増加を抑えながら、クロストークによる遅延やファンクション不良の問題を完全に除去できる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to completely eliminate the problem of delay and function failure due to crosstalk while suppressing the increase in area by utilizing the property of electromigration.

図1はクロストークの影響を考慮しない理想的な状態における、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して平行して布線され、それぞれドライバ回路DR1、DR2を介してマスタクロック1mt、スレーブクロック1stを伝搬する回路図である。In FIG. 1, the master clock 1mt wiring l1 and the slave clock 1st wiring l2 are arranged adjacently and in parallel in an ideal state in which the influence of crosstalk is not taken into consideration. FIG. 6 is a circuit diagram for propagating a master clock 1mt and a slave clock 1st through the network. 図2は図1とは異なり、クロストークの影響を考慮した状態における、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して平行して布線され、それぞれドライバ回路DR1、DR2を介してマスタクロック1mt、スレーブクロック1stを伝搬する回路図である。FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the wiring 11 for the master clock 1mt and the wiring l2 for the slave clock 1st are arranged adjacent to each other in parallel in the state in which the influence of crosstalk is taken into consideration. FIG. 6 is a circuit diagram for propagating a master clock 1mt and a slave clock 1st through DR2. 図3は種々のクロストークのモードを図解した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating various crosstalk modes. 図4は静電容量を介して電気的に接続される隣接する回路からのクロストークの発生を図解する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the occurrence of crosstalk from adjacent circuits electrically connected via capacitance. 図5(A)〜(C)はクロストークを受ける信号(クロストークレシーバ)の信号遷移状態と隣接するクロストークソース1,2の変化(変化タイミング)によってクロストークレシーバがいかに影響を受けるかを分析した結果を図解したグラフである。FIGS. 5A to 5C show how the crosstalk receiver is affected by the signal transition state of the signal that receives the crosstalk (crosstalk receiver) and the change (change timing) of the adjacent crosstalk sources 1 and 2. It is the graph which illustrated the result of analysis. 図6は図2におけるマスタクロック1mtの立ち上がり時間の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of the rise time of the master clock 1mt in FIG. 図7は図2におけるマスタクロック1mtの立ち下がり時間の特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram of the fall time of the master clock 1mt in FIG. 図8は図2におけるマスタクロック1mtの立ち上がりから見たゲート遅延時間の特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram of the gate delay time viewed from the rising edge of the master clock 1mt in FIG. 図9は図2におけるマスタクロック1mtとスレーブクロック1stとの配線間のクロストークを考慮した場合とクロストークを考慮しない場合の信号変化を図解したグラフである。FIG. 9 is a graph illustrating signal changes when the crosstalk between the wirings of the master clock 1mt and the slave clock 1st in FIG. 2 is considered and when the crosstalk is not considered. 図10は本発明の第1実施の形態のクロストーク防止回路図である。FIG. 10 is a crosstalk prevention circuit diagram of the first embodiment of the present invention. 図11は図10におけるマスタクロック1mtの立ち上がり時間の特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram of the rise time of the master clock 1mt in FIG. 図12は図10におけるマスタクロック1mtの立ち下がり時間の特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram of the fall time of the master clock 1mt in FIG. 図13は図11に図解したクロストーク防止回路の実施例としての回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram as an embodiment of the crosstalk prevention circuit illustrated in FIG. 図14は図13においてドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/N比を80μm/2μm=40:1とし、配線l2にスレーブクロック1stのみを印加したときの信号波形図である。FIG. 14 is a signal waveform diagram when the P / N ratio of the output transistor of the driver circuit DR3 is 80 μm / 2 μm = 40: 1 in FIG. 13 and only the slave clock 1st is applied to the wiring l2. 図15は図13においてドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/N比を80μm/2μm=40:1とし、配線l1にマスタクロック1mtを印加し、配線l2にスレーブクロック1stを印加したときの信号波形図である。FIG. 15 shows a signal waveform when the P / N ratio of the output transistor of the driver circuit DR3 is 80 μm / 2 μm = 40: 1 in FIG. 13, the master clock 1mt is applied to the wiring l1, and the slave clock 1st is applied to the wiring l2. FIG. 図16は図13においてドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/N比を80μm/4μm=20:1とし、配線12にスレーブクロック1stを印加し、配線13にテストクロック1ttを印加したときの信号波形図である。FIG. 16 shows signal waveforms when the P / N ratio of the output transistor of the driver circuit DR3 is 80 μm / 4 μm = 20: 1 in FIG. 13, the slave clock 1st is applied to the wiring 12, and the test clock 1tt is applied to the wiring 13. FIG. 図17は図13においてテストクロック1ttの配線l3をシールドとして用いた場合のマスタクロック1mtへのクロストークの影響を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the influence of crosstalk on the master clock 1mt when the wiring 13 of the test clock 1tt is used as a shield in FIG. 図18は図13においてテストクロック1ttの配線l3をシールドとして用いた場合のスレーブクロック1stへのクロストークの影響を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the influence of crosstalk on the slave clock 1st when the wiring 13 of the test clock 1tt in FIG. 13 is used as a shield. 図19は図13においてシールドとして用いたテストクロック1ttの配線l3へのクロストークの影響を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the influence of crosstalk on the wiring l3 of the test clock 1tt used as a shield in FIG. 図20は第2実施の形態としてのクロストークを考慮しない場合のバス配線回路である。FIG. 20 shows a bus wiring circuit in the case where crosstalk is not considered as the second embodiment. 図21は第2実施の形態としてのクロストークを考慮した場合のバス配線回路である。FIG. 21 shows a bus wiring circuit in consideration of crosstalk as the second embodiment. 図22はクロストークのバス配線への影響を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the influence of crosstalk on bus wiring. 図23は本発明の第2実施の形態としてのバス配線回路の回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram of a bus wiring circuit as a second embodiment of the present invention. 図24はクロストークのバス配線への影響を示すグラフである。FIG. 24 is a graph showing the influence of crosstalk on bus wiring. 図25はスレーブクロックの変化によって値が変化するバスをシールドとして用いた場合のマスタクロックの変化によって値が変化するバスsmt2への影響を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing the influence on the bus smt2 whose value changes due to the change of the master clock when a bus whose value changes due to the change of the slave clock is used as a shield. 図26はスレーブクロックの変化によって値が変化するバスをシールドとして用いた場合のマスタクロックの変化によって値が変化するバスsmt1への影響を示すグラフである。FIG. 26 is a graph showing the influence on the bus smt1 whose value changes due to a change in the master clock when a bus whose value changes due to a change in the slave clock is used as a shield. 図27はシールドとして用いたスレーブクロックの変化によって値が変化するバスへの影響を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing the influence on the bus whose value changes due to the change of the slave clock used as a shield. 図28は従来の配線図である。FIG. 28 is a conventional wiring diagram. 図29に第3実施の形態としての、エレクトロマイグレーションを考慮したクロストーク防止のための信号配線図を示す。FIG. 29 shows a signal wiring diagram for preventing crosstalk in consideration of electromigration as a third embodiment. 図30は第4実施の形態の例示である。FIG. 30 is an illustration of the fourth embodiment.

第1実施の形態
本発明のクロストーク防止回路の第1の実施の形態として、DSP、ICなどの半導体装置(半導体デバイス)における演算制御ユニット(CPU)の内部クロックとして用いる2相クロック回路に適用した場合を例示する。
CPUの内部クロックとして、マスタクロック1mt、このマスタクロック1mtと所定の位相差があるスレーブクロック1stとの2相のクロックの他、マスタクロック1mtが動作しないテスト時に動作して回路のテストを行うために用いるテストクロック1ttの3系統のクロックが設けられている場合について例示する。
マスタクロック1mtとスレーブクロック1stとは半導体デバイスが動作時に活性状態のクロックであり、テストクロック1ttは半導体デバイスの通常動作時には接地されて通常動作に影響を与えないようにされている。
First Embodiment As a first embodiment of the crosstalk prevention circuit of the present invention, it is applied to a two-phase clock circuit used as an internal clock of an arithmetic control unit (CPU) in a semiconductor device (semiconductor device) such as a DSP or an IC. The case where it did is illustrated.
In order to test a circuit by operating as a master clock 1mt, a two-phase clock of the master clock 1mt and a slave clock 1st having a predetermined phase difference from the master clock 1mt as well as a test when the master clock 1mt does not operate An example will be described in which three clocks of the test clock 1tt used in the above are provided.
The master clock 1mt and the slave clock 1st are active clocks during operation of the semiconductor device, and the test clock 1tt is grounded during normal operation of the semiconductor device so as not to affect normal operation.

マスタクロック1mt、スレーブクロック1st、テストクロック1ttの3本の配線は、通常、CPU全体にほぼ平行に布線(配線)されている。通常は、図1に図解したように、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して配設されている。そのため、マスタクロック1mtとスレーブクロック1stとが相互にクロストークの影響を受ける。
このクロストークの影響がどの程度であるかを知るため、本願発明者は、静電容量のみを考慮した簡単なモデルを用意し、シミュレーションモデル「spice」によるシミュレーションを行った。
The three wirings of the master clock 1mt, the slave clock 1st, and the test clock 1tt are normally wired (wired) almost parallel to the entire CPU. Normally, as illustrated in FIG. 1, a wiring 11 for the master clock 1mt and a wiring 12 for the slave clock 1st are disposed adjacent to each other. Therefore, the master clock 1mt and the slave clock 1st are affected by crosstalk.
In order to know the extent of the influence of the crosstalk, the present inventor prepared a simple model considering only the capacitance, and performed a simulation using a simulation model “spice”.

図1はクロストークの影響を考慮しない理想的な状態における、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して平行して布線され、それぞれドライバ回路DR1、DR2を介してマスタクロック1mt、スレーブクロック1stを伝搬するクロック供給回路(2相クロック回路)の回路図である。配線l1、l2にはそれぞれ配線静電容量Cl1、Cl2が存在する。
図2は図1とは異なり、クロストークの影響を考慮した状態における、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して平行して布線され、それぞれドライバ回路DR1、DR2を介してマスタクロック1mt、スレーブクロック1stを伝搬する回路図である。配線l1、l2、l3との間に、配線間静電容量Cが存在する。
In FIG. 1, the master clock 1mt wiring l1 and the slave clock 1st wiring l2 are arranged adjacent to each other in parallel in an ideal state in which the influence of crosstalk is not taken into consideration, and the driver circuits DR1 and DR2 are respectively connected. FIG. 6 is a circuit diagram of a clock supply circuit (two-phase clock circuit) that propagates a master clock 1mt and a slave clock 1st through the clock. Wiring l1, l2 respectively interconnect capacitance C l1 to, C l2 is present.
FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the wiring 11 for the master clock 1mt and the wiring l2 for the slave clock 1st are arranged adjacent to each other in parallel in the state in which the influence of crosstalk is taken into consideration. FIG. 6 is a circuit diagram for propagating a master clock 1mt and a slave clock 1st through DR2. Between the wiring l1, l2, l3, there wiring between the capacitance C C is.

図3は種々のクロストークのモードを図解した図である。
クロストークには、DC電圧のよるDCクロストーク、片側からのAC電圧によるAC−1クロストーク、両側からのACによるAC−2クロストークとがある。
上述したように、近年のLSIの微細化により配線部のクロストークに因る信号線における遅延が問題となっている。これを解決するために隣接する配線の動作タイミングや位相を考慮した設計などを行わないと、クロストークによる信号の伝搬遅延は最大で46%も増加することが解かってきた。図4にその概要を示した。例えばマスターフェーズで変化する信号をリバーラウトすると、ある任意の信号がハイからロウに変化するときに、両側の信号線がロウからハイに変化する場合、近年の超LSIの微細化における配線ピッチの減少による線間容量の比率の増加に伴うカップリングによる遅延が大きな問題となってきた。
図4は静電容量を介して電気的に接続される隣接する回路からのクロストークの発生を図解する図であり、遅延時間の増加につながるダイナミック動作時のカップリング電圧の値を求める式とモデルを示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating various crosstalk modes.
Crosstalk includes DC crosstalk caused by DC voltage, AC-1 crosstalk caused by AC voltage from one side, and AC-2 crosstalk caused by AC from both sides.
As described above, delays in signal lines due to crosstalk of wiring portions have become a problem due to recent miniaturization of LSIs. In order to solve this problem, it has been found that the signal propagation delay due to crosstalk increases by up to 46% if the design considering the operation timing and phase of the adjacent wiring is not performed. The outline is shown in FIG. For example, when a signal that changes in the master phase is reverted, if a signal on both sides changes from low to high when an arbitrary signal changes from high to low, the wiring pitch decreases in the recent miniaturization of VLSI The delay due to coupling due to the increase in the ratio of the capacitance between the lines due to has become a big problem.
FIG. 4 is a diagram illustrating the occurrence of crosstalk from an adjacent circuit electrically connected via a capacitance, and is an expression for determining the value of a coupling voltage during dynamic operation that leads to an increase in delay time. The model is shown.

図5(A)〜(C)はクロストークを受ける信号(クロストークレシーバ)の信号遷移状態と隣接するクロストークソース1,2の変化(変化タイミング)によってクロストークレシーバがいかに影響を受けるかを分析した結果を図解したグラフである。
クロストークは図3〜図5に図解したように、種々の要因で種々の形態のクロストークを受けることになる。
しかしながら、まず、比較的簡単な図1および図2に図解した回路についてシミュレーション条件と結果を下記に述べる。
FIGS. 5A to 5C show how the crosstalk receiver is affected by the signal transition state of the signal that receives the crosstalk (crosstalk receiver) and the change (change timing) of the adjacent crosstalk sources 1 and 2. It is the graph which illustrated the result of analysis.
As illustrated in FIGS. 3 to 5, the crosstalk is subjected to various forms of crosstalk due to various factors.
First, however, the simulation conditions and results for the relatively simple circuit illustrated in FIGS. 1 and 2 are described below.

シミュレーション条件と結果
図2に図解したクロストークを考慮したモデルについて述べる。マスタクロック1mtおよびスレーブクロック1stの配線静電容量の90%が、配線l1、l2の配線静電容量Cl1、Cl2であるとし、片側の45%を隣接する配線l1−l2相互間のクロストークの要因となる配線間静電容量Cとして配線間l1−l2に加えた。
これと、図1に示すクロストークの影響が無い場合のモデルを用いて、これにマスタクロック1mt、スレーブクロック1stのノンオーバーラップ期間(アイソレーション)が0.4ns〜0.7ns間でのクロックを入力したとして、下記に述べるシミュレーション結果を得た。
Simulation conditions and results A model considering the crosstalk illustrated in FIG. 2 will be described. 90% of the wiring capacitance of the master clock 1mt and the slave clock 1st are wirings l1, and a wiring capacitance C l1, C l2 of l2, the cross between line l1-l2 mutually adjacent 45% one-sided The inter-wiring capacitance C C causing the talk was added to the inter-wiring l1-l2.
Using this and the model when there is no crosstalk effect shown in FIG. 1, a clock in which the non-overlap period (isolation) of the master clock 1mt and the slave clock 1st is between 0.4 ns and 0.7 ns is used. The following simulation results were obtained.

図6はマスタクロック1mtの立ち上がり時間の特性図である。横軸はアイソレーションを示し、縦軸は立ち上がり時間を示す。破線は図1に示したクロストークの影響がないと仮定したときの曲線であり、実線は図2に示したクロストークの影響がある場合の曲線である。
図7はマスタクロック1mtの立ち下がり時間の特性図である。横軸はアイソレーションを示し、縦軸は立ち下がり時間を示す。破線は図1に示したクロストークの影響がないと仮定したときの曲線であり、実線は図2に示したクロストークの影響がある場合の曲線である。
FIG. 6 is a characteristic diagram of the rise time of the master clock 1mt. The horizontal axis indicates isolation, and the vertical axis indicates rise time. A broken line is a curve when it is assumed that there is no influence of the crosstalk shown in FIG. 1, and a solid line is a curve when there is an influence of the crosstalk shown in FIG.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the fall time of the master clock 1mt. The horizontal axis indicates isolation, and the vertical axis indicates fall time. A broken line is a curve when it is assumed that there is no influence of the crosstalk shown in FIG. 1, and a solid line is a curve when there is an influence of the crosstalk shown in FIG.

図8はマスタクロック1mtの立ち上がりから見たゲート遅延時間の特性図である。横軸はアイソレーションを示し、縦軸は遅延時間を示す。破線は図1に示したクロストークの影響がないと仮定したときの曲線であり、実線は図2に示したクロストークの影響がある場合の曲線である。   FIG. 8 is a characteristic diagram of the gate delay time as seen from the rising edge of the master clock 1mt. The horizontal axis indicates isolation, and the vertical axis indicates delay time. A broken line is a curve when it is assumed that there is no influence of the crosstalk shown in FIG. 1, and a solid line is a curve when there is an influence of the crosstalk shown in FIG.

図6〜図8において、立上り時間は、波形が定常状態値の10%から90%に変化する時間を測定した。ゲート遅延時間は入力の50%レベルから出力の50%レベルの時間差とした。
これらの結果からいえることは、アイソレーションが小さくなるにつれて、クロストークの影響により遅延時間が増加しているということである。アイソレーションが0.4nsでのゲート遅延時間は、クロストークの影響がない場合に比べて0.08ns増加している。この時の波形を図9に示した。
6 to 8, the rise time was measured as the time for the waveform to change from 10% to 90% of the steady state value. The gate delay time was a time difference from the 50% level of the input to the 50% level of the output.
From these results, it can be said that the delay time increases due to the influence of crosstalk as the isolation decreases. The gate delay time when the isolation is 0.4 ns is increased by 0.08 ns compared to the case where there is no influence of crosstalk. The waveform at this time is shown in FIG.

図9はマスタクロック1mtとスレーブクロック1stとの配線間のクロストークを考慮した場合とクロストークを考慮しない場合の信号変化を図解したグラフである。
曲線CV11RはCV12Fのクロストークの影響がある場合の立ち上がり特性を示す曲線である。
曲線CV21Rはクロストークの影響がない場合の立ち上がり特性を示す曲線である。
クロストークの影響がある場合のマスタクロック1mtの出力(曲線CV11R)はクロストークの影響により、−0.2Vまで下がった後立ち上がっている。このためにクロストークの影響がない場合に比べ波形が遅れている。次に立ち下がりを見てみると(曲線CV12F)、前述の結果の通り50%のレベルではほとんど差がないが、0.2V付近から大きくひきずられ0Vに下がるまでに0.1n以上もかかっている。これが立下がり時間に大きく影響している。
このようなクロストークの影響により、マスタクロック1mtとスレーブクロック1stとの間にスキューが発生する。
FIG. 9 is a graph illustrating signal changes when the crosstalk between the wirings of the master clock 1mt and the slave clock 1st is considered and when the crosstalk is not considered.
A curve CV11R is a curve showing a rising characteristic when there is an influence of crosstalk of CV12F.
A curve CV21R is a curve showing a rising characteristic when there is no influence of crosstalk.
The output (curve CV11R) of the master clock 1mt when there is an influence of crosstalk rises after it has been lowered to -0.2V due to the influence of crosstalk. For this reason, the waveform is delayed as compared with the case where there is no influence of crosstalk. Next, when looking at the fall (curve CV12F), there is almost no difference at the 50% level as described above, but it takes 0.1n or more to drop to 0V after being greatly dragged from around 0.2V. Yes. This greatly affects the fall time.
Due to the influence of such crosstalk, a skew occurs between the master clock 1mt and the slave clock 1st.

クロストーク改善方法
上述した波形の歪みによるクロックの立ち上がり、立ち下がりの遅延の増加を防ぐための回路を図10に例示する。
図10は本発明の第1実施の形態のクロストーク防止回路図である。
図10に図解したクロストーク防止回路は、ドライバ回路DR1が接続された配線l1にマスタクロック1mtが伝搬し、ドライバ回路DR2が接続された配線l2にスレーブクロック1stが伝搬するが、これら配線l1とl2との間に、ドライバ回路DR3が接続された配線l3を布線してテストクロック1ttを伝搬させる回路である。配線l1、l2、l3にはそれぞれ配線静電容量Cl1、Cl2、Cl3が存在し、配線l1、l3、l2の間には配線相互間静電容量CC1、CC2が存在している。
Crosstalk Improvement Method FIG. 10 illustrates a circuit for preventing an increase in clock rise and fall delays due to the waveform distortion described above.
FIG. 10 is a crosstalk prevention circuit diagram of the first embodiment of the present invention.
In the crosstalk prevention circuit illustrated in FIG. 10, the master clock 1mt propagates to the wiring l1 to which the driver circuit DR1 is connected, and the slave clock 1st propagates to the wiring l2 to which the driver circuit DR2 is connected. This is a circuit for laying a wiring l3 to which a driver circuit DR3 is connected to l2 to propagate a test clock 1tt. Wiring l1, l2, l3, respectively there is wiring capacitance C l1, C l2, C l3 to, between lines l1, l3, l2 exist wiring inter capacitance C C1, C C2 Yes.

上述したように、CPUの内部クロックとして、マスタクロック1mt、このマスタクロック1mtと所定の位相差があるスレーブクロック1stとの2相のクロックの他、マスタクロック1mtが動作しないテスト時に動作して回路のテストを行うために用いるスキャンテストクロック1ttの3系統のクロックが設けられている。
マスタクロック1mt、スレーブクロック1st、テストクロック1ttの3本のメインクロック配線l1、l2、l3は、通常、CPU全体にほぼ平行に布線(配線)されている。通常は、図1または図2に図解したように、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2とが隣接して配設されているが、本実施の形態においては、配線l1とl2との間にテストクロック1tt用の配線l3を布線して、シールド線の役割をも持たせ、マスタクロック1mtとスレーブクロック1stとのクロストークを防止して、信号遅延と波形歪みを防止することを意図している。
As described above, as the internal clock of the CPU, in addition to the master clock 1mt and the two-phase clock of the master clock 1mt and the slave clock 1st having a predetermined phase difference, the circuit operates and operates during the test when the master clock 1mt does not operate. There are provided three systems of scan test clocks 1tt used for performing the above test.
The three main clock wirings l1, l2, and l3 of the master clock 1mt, the slave clock 1st, and the test clock 1tt are usually wired (wired) almost in parallel with the entire CPU. Normally, as illustrated in FIG. 1 or FIG. 2, the wiring 11 for the master clock 1mt and the wiring 12 for the slave clock 1st are disposed adjacent to each other. However, in the present embodiment, the wiring 11 is provided. Wiring 12 for test clock 1tt is wired between 1 and 12 to also serve as a shield line, preventing crosstalk between master clock 1mt and slave clock 1st, thereby reducing signal delay and waveform distortion. Is intended to prevent.

図10の回路では、テストクロック1tt用の配線l3を、マスタクロック1mt用の配線l1とスレーブクロック1st用の配線l2との間に布線し、シールド線の役割を持たせているので、半導体デバイスにおける面積増加は起こらないという利点がある。
マスタクロック1mtとスレーブクロック1stとは半導体デバイスが動作時に活性状態のクロックであり、テストクロック1ttは半導体デバイスの通常動作時には接地されて通常動作に影響を与えないから、配線l3によるシールド効果が大きい。
In the circuit shown in FIG. 10, the wiring 13 for the test clock 1tt is wired between the wiring 11 for the master clock 1mt and the wiring 12 for the slave clock 1st, and serves as a shield line. There is an advantage that the area in the device does not increase.
Since the master clock 1mt and the slave clock 1st are active clocks when the semiconductor device is in operation, and the test clock 1tt is grounded during the normal operation of the semiconductor device and does not affect the normal operation, the shielding effect by the wiring l3 is large. .

しかしながら、テストクロック1tt用の配線l3を、マスタクロック1mtおよびスレーブクロック1st用の配線l1、l2と隣接させ、かつ、これらの間に布線した場合、テスト時に動作するテストクロック1ttとスレーブクロック1stとの間にクロストークが発生する。
本実施の形態においては、好ましくは、配線12、13の信号レベルの安定性を高めるため、ドライバ回路DR3を構成しているPチャネルトランジスタの電流駆動能力を抑え、Nチャネルトランジスタの電流駆動能力高める。
このようなドライバ回路DR3のP/Nトランジスタ幅の変更(長さは一定)は、テストクロック1ttの低速化を惹起させるが、テストクロック1ttは、マスタクロック1mtおよびスレーブクロック1stと異なり、テスト動作に使用するのみであるから、低速になっても大きな問題は起きない。テストクロック1ttの立ち上がりを遅らせ、スレーブクロック1stの立ち下がりとの間に通常動作時よりも大きなアイソレーションをとることにより、クロストークよるスキューを防止している。
However, when the wiring 13 for the test clock 1tt is adjacent to the wirings 11 and 12 for the master clock 1mt and the slave clock 1st and is wired between them, the test clock 1tt and the slave clock 1st that operate at the time of the test are arranged. Crosstalk occurs between the two.
In the present embodiment, it is preferable to suppress the current drive capability of the P-channel transistor constituting the driver circuit DR3 and increase the current drive capability of the N-channel transistor in order to increase the signal level stability of the wirings 12 and 13. .
Such a change in the P / N transistor width (the length is constant) of the driver circuit DR3 causes the test clock 1tt to slow down, but the test clock 1tt differs from the master clock 1mt and the slave clock 1st in the test operation. Because it is only used for, it does not cause a big problem even at low speed. By delaying the rising edge of the test clock 1tt and taking a greater isolation from the falling edge of the slave clock 1st than in the normal operation, skew due to crosstalk is prevented.

図10のクロストーク防止回路について、図1および図2の回路と同様に、「SPICE」によるなシミュレーションを行った結果を述べる。
図11はマスタクロック1mtの立ち上がり時間の特性図である。横軸はアイソレーションを示し、縦軸は立ち上がり時間を示す。曲線CV31はクロストークの影響があるときの特性結果を示し、曲線CV32はクロストークの影響がないときの特性結果を示し、曲線CV33はテストクロック1tt用配線l3をシールド用として布線しドライバ回路DR3は通常の状態のままのときの特性結果を示し、曲線CV34はテストクロック1tt用配線l3をシールド用として布線しドライバ回路DR3のP/Nトランジスタ幅の比を1:1にした場合の特性結果を示す。
図12はマスタクロック1mtの立ち下がり時間の特性図である。横軸はアイソレーションを示し、縦軸は立ち下がり時間を示す。曲線CV41はクロストークの影響があるときの特性結果を示し、曲線CV42はクロストークの影響がないときの特性結果を示し、曲線CV43はテストクロック1tt用配線l3をシールド用として布線しドライバ回路DR3は通常の状態のままのときの特性結果を示し、曲線CV44はテストクロック1tt用配線l3をシールド用として布線しドライバ回路DR3のP/Nトランジスタ幅の比を1:1にした場合の特性結果を示す。
As for the crosstalk prevention circuit of FIG. 10, the result of performing a simulation by “SPICE” as in the circuits of FIGS. 1 and 2 will be described.
FIG. 11 is a characteristic diagram of the rise time of the master clock 1mt. The horizontal axis indicates isolation, and the vertical axis indicates rise time. A curve CV31 shows a characteristic result when there is an influence of crosstalk, a curve CV32 shows a characteristic result when there is no influence of crosstalk, and a curve CV33 arranges the test clock 1tt wiring l3 as a shield and a driver circuit. DR3 shows a characteristic result in a normal state, and a curve CV34 shows a case where the wiring 13 for the test clock 1tt is wired as a shield and the ratio of the P / N transistor width of the driver circuit DR3 is 1: 1. The characteristic results are shown.
FIG. 12 is a characteristic diagram of the fall time of the master clock 1mt. The horizontal axis indicates isolation, and the vertical axis indicates fall time. A curve CV41 shows a characteristic result when there is an influence of crosstalk, a curve CV42 shows a characteristic result when there is no influence of crosstalk, and a curve CV43 arranges the test clock 1tt wiring l3 as a shield and a driver circuit. DR3 shows a characteristic result in a normal state, and a curve CV44 shows a case where the wiring 13 for the test clock 1tt is wired as a shield and the ratio of the P / N transistor width of the driver circuit DR3 is 1: 1. The characteristic results are shown.

第1実施例
上述した第1実施の形態の第1の実施例を述べる。
表1は実際の設計で用いたドライバ回路DR1〜DR3の出力トランジスタのサイズとP/Nトランジスタ幅の比を例示したものである。尚、トランジスタの長さLは何れも0.6μmである。
First Example A first example of the first embodiment will be described.
Table 1 exemplifies the ratio of the size of the output transistor and the P / N transistor width of the driver circuits DR1 to DR3 used in the actual design. Note that the length L of each transistor is 0.6 μm.

Figure 2009239316
Figure 2009239316

テストクロック1ttの配線l3に接続されるドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比を1:1にした。
テストクロック1ttの動作は低下するが、クロストークの観点からは、テストクロック1tt用配線l3のドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比は1:1またはその近傍が望ましい。
The P / N transistor width ratio of the output transistor of the driver circuit DR3 connected to the wiring l3 of the test clock 1tt was set to 1: 1.
Although the operation of the test clock 1tt is reduced, from the viewpoint of crosstalk, the ratio of the P / N transistor width of the output transistor of the driver circuit DR3 of the test clock 1tt wiring l3 is desirably 1: 1 or the vicinity thereof.

第2実施例
上述した第1実施の形態の第2実施例を述べる。
図13は図10に図解したクロストーク防止回路の実施例としての回路図である。なお、この回路例はドライバ回路(バッファ回路)DR1〜DR3、特に、ドライバ回路DR3の限界を調べるための回路例である。
図13においては下記のように条件を設定した。
(1) 配線l1、l2、l3の配線静電容量Cl1、Cl2、Cl3:1.1pF、1.1pF、0.2pF
(2)配線相互間静電容量CC1、CC2:0.9pF、0.9pF
(3)ドライバ回路DR1の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比(Lは0.6μm)
80μm/40μm=2:1
ドライバ回路DR2の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比(Lは0.6μm)
80μm/40μm=2:1
ドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比(Lは0.6μm)
80μm/?(各種)
Second Example A second example of the above-described first embodiment will be described.
FIG. 13 is a circuit diagram as an embodiment of the crosstalk prevention circuit illustrated in FIG. This circuit example is a circuit example for examining the limit of the driver circuits (buffer circuits) DR1 to DR3, particularly the driver circuit DR3.
In FIG. 13, the conditions were set as follows.
(1) lines l1, l2, wiring capacitance C l1 of l3, C l2, C l3: 1.1pF, 1.1pF, 0.2pF
(2) Inter-wiring capacitance C C1 , C C2 : 0.9 pF, 0.9 pF
(3) Ratio of output transistor P / N transistor width of driver circuit DR1 (L is 0.6 μm)
80 μm / 40 μm = 2: 1
Ratio of P / N transistor width of output transistor of driver circuit DR2 (L is 0.6 μm)
80 μm / 40 μm = 2: 1
Ratio of P / N transistor width of output transistor of driver circuit DR3 (L is 0.6 μm)
80μm /? (Various)

図13の回路について、ドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比(Lは0.6μm)を種々変化させて、シミュレーションした結果を下記に述べる。   The simulation results of the circuit of FIG. 13 with various changes in the P / N transistor width ratio (L is 0.6 μm) of the output transistor of the driver circuit DR3 will be described below.

図14はドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比(Lは0.6μm)を80μm/2μm=40:1とし、配線l2にスレーブクロック1stのみを印加したときの信号波形図である。
図15はドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比を80μm/2μm=40:1とし、配線l1にマスタクロック1mtを印加し、配線l2にスレーブクロック1stを印加したときの信号波形図である。
図16はドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比を80μm/4μm=20:1とし、配線12にスレーブクロック1stを印加し、配線13にテストクロック1ttを印加したときの信号波形図である。
テストクロック1tt用配線l3のドライバ回路DR3の出力トランジスタのP/Nトランジスタ幅の比が大きいとき、隣接する配線たとえば、l1とl3、l3とl2とはクロストークの影響を受ける。
FIG. 14 is a signal waveform diagram when the ratio of the P / N transistor width of the output transistor of the driver circuit DR3 (L is 0.6 μm) is 80 μm / 2 μm = 40: 1, and only the slave clock 1st is applied to the wiring l2. is there.
FIG. 15 shows a signal waveform when the ratio of the P / N transistor width of the output transistor of the driver circuit DR3 is 80 μm / 2 μm = 40: 1, the master clock 1mt is applied to the wiring l1, and the slave clock 1st is applied to the wiring l2. FIG.
FIG. 16 shows a signal waveform when the ratio of the P / N transistor width of the output transistor of the driver circuit DR3 is 80 μm / 4 μm = 20: 1, the slave clock 1st is applied to the wiring 12, and the test clock 1tt is applied to the wiring 13. FIG.
When the ratio of the P / N transistor width of the output transistor of the driver circuit DR3 of the test clock 1tt wiring l3 is large, adjacent wirings, for example, l1 and l3 and l3 and l2 are affected by crosstalk.

図17は図13においてテストクロック1ttの配線l3をシールドとして用いた場合のマスタクロック1mtへのクロストークの影響を示すグラフである。アイソレーションは0.45nsである。
図18は図13においてテストクロック1ttの配線l3をシールドとして用いた場合のスレーブクロック1stへのクロストークの影響を示すグラフである。アイソレーションは0.45nsである。
図19は図13においてシールドとして用いたテストクロック1ttの配線l3へのクロストークの影響を示すグラフである。アイソレーションは0.45nsである。
FIG. 17 is a graph showing the influence of crosstalk on the master clock 1mt when the wiring 13 of the test clock 1tt is used as a shield in FIG. Isolation is 0.45 ns.
FIG. 18 is a graph showing the influence of crosstalk on the slave clock 1st when the wiring 13 of the test clock 1tt in FIG. 13 is used as a shield. Isolation is 0.45 ns.
FIG. 19 is a graph showing the influence of crosstalk on the wiring l3 of the test clock 1tt used as a shield in FIG. Isolation is 0.45 ns.

第2実施の形態
本発明の第2実施の形態としてバス配線回路について述べる。
第1実施の形態として、マスタクロック1mt、スレーブクロック1stおよびテストクロック1ttの配線l1、l2、l3について述べたが、本発明はその他の種々の分野、たとえば、半導体デバイスにおけるバスラインのクロストーク問題においても有効に適用できる。
バスがまとまって配線された場合、同じタイミングで値が変化するので、あるバスラインとその両側を走るバスラインとにおける信号の遷移が反対方向に変化する場合、中央を走るバスラインは両側のバスラインとのクロストークにより影響を受ける。下記のその詳細を述べる。
Second Embodiment A bus wiring circuit will be described as a second embodiment of the present invention.
As the first embodiment, the wirings l1, l2, and l3 of the master clock 1mt, the slave clock 1st, and the test clock 1tt have been described. However, the present invention is not limited to various fields such as a bus line crosstalk problem in a semiconductor device. It can also be applied effectively.
When buses are wired together, the value changes at the same timing, so if the signal transition between a bus line and the bus line running on both sides of the bus line changes in the opposite direction, the bus line running in the center will Influenced by crosstalk with the line. The details are described below.

図20はクロストークを考慮しない場合のバス配線回路であり、図21はクロストークを考慮した場合のバス配線回路である。
smt1〜smt3はマスタクロックで値が変化するバスを意味する。
バスはマスタークロックで値が変化するものとし、配線約10000μm相当の容量をつけ、クロックのシミュレーションと同様にspiceによるシミュレーションを行った。その結果を表2と図23に示す。
FIG. 20 shows a bus wiring circuit when crosstalk is not considered, and FIG. 21 shows a bus wiring circuit when crosstalk is considered.
smt1 to smt3 mean buses whose values change with the master clock.
Assuming that the bus changes its value with a master clock, a capacity corresponding to about 10,000 μm of wiring is provided, and simulation by spice was performed in the same manner as the clock simulation. The results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 2009239316
Figure 2009239316

図22はクロストークのバス配線への影響を示すグラフである。
中央のマスタクロックsmt2の出力はクロストークの影響により−0.2V辺りまで下がった後に立ち上がる。そのため立ち上がりからのゲート遅延時間は0.3ns以上も増加してしまう。また立ち下がりは緩やかになり立ち下がり時間は約0.4nsも増加している。
FIG. 22 is a graph showing the influence of crosstalk on bus wiring.
The output of the central master clock smt2 rises after being lowered to around -0.2V due to the influence of crosstalk. Therefore, the gate delay time from the rise increases by 0.3 ns or more. Moreover, the fall becomes gentle and the fall time increases by about 0.4 ns.

そこで、図23に示す回路を考える。図23は本発明の第2実施の形態としてのバス配線回路の回路図である。
記号sst1,sst2はスレーブクロックで値が変化するバスとする。スレーブクロックで値が変化するバスsst1をマスタクロックで値が変化するバスsmt1とバスsmt2との間に挿入し、スレーブクロックで値が変化するバスsst2をマスタクロックで値が変化するバスsmt2とバスsmt3との間に挿入している。すなわち、第1実施の形態と同様、スレーブクロックで値が変化するバスsst1、sst2をシールドとして布線することで、クロストークによる影響を防ぐ。この結果、表3と図24に示す結果が得られた。
Therefore, consider the circuit shown in FIG. FIG. 23 is a circuit diagram of a bus wiring circuit as a second embodiment of the present invention.
Symbols sst1 and sst2 are buses whose values change with a slave clock. The bus sst1 whose value changes with the slave clock is inserted between the bus smt1 and the bus smt2 whose value changes with the master clock, and the bus sst2 whose value changes with the slave clock and the bus smt2 and bus whose value changes with the master clock It is inserted between smt3. That is, as in the first embodiment, the influence of crosstalk is prevented by arranging the buses sst1 and sst2 whose values change with the slave clock as shields. As a result, the results shown in Table 3 and FIG. 24 were obtained.

Figure 2009239316
Figure 2009239316

図24はクロストークのバス配線への影響を示すグラフである。
表3および図24の結果から、立ち上がり時間、立ち下がり時間にわずかに影響が残るが、ゲート遅延時間はクロストークの影響がない場合と全くかわっていないことがわかる。つまり、マスタクロックで値が変化するバスsmtと、スレーブクロックで値が変化するバスsst間のクロストークはゲート遅延時間に影響を及ぼさず、バスsstはシールドとして充分にクロストークの問題を改善している。
FIG. 24 is a graph showing the influence of crosstalk on bus wiring.
From the results of Table 3 and FIG. 24, it can be seen that the rise time and the fall time remain slightly affected, but the gate delay time is completely different from the case where there is no crosstalk effect. That is, the crosstalk between the bus smt whose value changes with the master clock and the bus sst whose value changes with the slave clock does not affect the gate delay time, and the bus sst sufficiently improves the crosstalk problem as a shield. ing.

第3実施例
第2実施の形態の実施例(第3実施例)を下記に述べる。
図25はスレーブクロックの変化によって値が変化するバスをシールドとして用いた場合のマスタクロックの変化によって値か変化するバスsmt2への影響を示すグラフである。
図26はスレーブクロックの変化によって値が変化するバスをシールドとして用いた場合のマスタクロックの変化によって値か変化するバスsmt1への影響を示すグラフである。
図27はシールドとして用いたスレーブクロックの変化によって値が変化するバスへの影響を示すグラフである。
これらの結果からも、マスタクロックで値が変化するバスsmtと、スレーブクロックで値が変化するバスsst間のクロストークはゲート遅延時間に影響を及ぼさず、バスsstはシールドとして充分にクロストークの問題を改善している。
Third Example An example (third example) of the second embodiment will be described below.
FIG. 25 is a graph showing the influence on the bus smt2 whose value changes due to a change in the master clock when a bus whose value changes as a shield is used as a shield.
FIG. 26 is a graph showing the influence on the bus smt1 whose value changes with the change of the master clock when a bus whose value changes with the change of the slave clock is used as a shield.
FIG. 27 is a graph showing the influence on the bus whose value changes due to the change of the slave clock used as a shield.
From these results, the crosstalk between the bus smt whose value changes with the master clock and the bus sst whose value changes with the slave clock does not affect the gate delay time, and the bus sst is sufficiently crosstalked as a shield. The problem has been improved.

面積の考察
表4は上述した第1実施の形態および第2実施の形態の面積増加がないことを示した表である。
Area Consideration Table 4 shows that there is no area increase in the first embodiment and the second embodiment described above.

Figure 2009239316
Figure 2009239316

一方、従来のように、クロストーク対策として、(1)スペースを広げる方法と、(2)シールドを別途設ける方法がある。
配線間のスペースを広げることによって改善した場合、16bitのバスについては243μmも面積が広がってしまうので、このような配線をすることは現実には考えられない。
また、シールド用の配線の追加は本発明において述べたように非常に効果的ではあるが、新たなシールド用の配線の布線を行うと追加した分面積が増加する。
本発明はこのような面積増加を考えることなくクロストーク問題を改善できるという利点を有する。すなわち、本発明は面積を増加させないという利点をも有している。
On the other hand, as a conventional countermeasure against crosstalk, there are (1) a method of expanding the space and (2) a method of separately providing a shield.
In the case of improvement by expanding the space between the wirings, the area of the 16-bit bus is increased by 243 μm, so it is impossible to actually make such wiring.
The addition of the shield wiring is very effective as described in the present invention. However, when a new shield wiring is arranged, the added area increases.
The present invention has the advantage that the crosstalk problem can be improved without considering such an area increase. That is, the present invention also has an advantage that the area is not increased.

本発明のクロストーク防止回路として、第1実施の形態としてクロック供給回路、および第2実施の形態としてバス配線回路を例示したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、上述したと同様の他の分野にも適用できる。
下記に他のクロストーク防止回路について述べる。
As the crosstalk prevention circuit of the present invention, the clock supply circuit is illustrated as the first embodiment, and the bus wiring circuit is illustrated as the second embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. It can be applied to other similar fields.
Other crosstalk prevention circuits will be described below.

第3実施の形態
本発明のクロストーク防止回路の第3実施の形態について述べる。
上述したように、近年のLSIの微細化により配線部のクロストークに因る信号線における遅延が問題となっている。これを解決するために隣接する配線の動作タイミングや位相を考慮した設計などを行わないと、DSPのようなデータパスのクロストークによる信号の伝搬遅延は、グリッチによるゲート部遅延を含め、最大で46%も増加することが解かってきた。図3にその概要を示した。
例えばマスターフェーズで変化する信号をリバーラウトすると、ある任意の信号がハイからロウに変化するときに、両側の信号線がロウからハイに変化する場合、近年の超LSIの微細化における配線ピッチの減少による線間容量の比率の増加に伴うカップリングによる遅延が大きな問題となってきた。図4に遅延時間の増加につながるカップリング電圧の値を求める式とモデルを示す。
Third Embodiment A third embodiment of the crosstalk prevention circuit of the present invention will be described.
As described above, delays in signal lines due to crosstalk of wiring portions have become a problem due to recent miniaturization of LSIs. In order to solve this problem, if the design considering the operation timing and phase of the adjacent wiring is not performed, the signal propagation delay due to the crosstalk of the data path such as the DSP, including the gate part delay due to the glitch, is the maximum. It has been found that it increases by 46%. The outline is shown in FIG.
For example, when a signal that changes in the master phase is reverted, if a signal on both sides changes from low to high when an arbitrary signal changes from high to low, the wiring pitch decreases in the recent miniaturization of VLSI The delay due to coupling due to the increase in the ratio of the capacitance between the lines due to has become a big problem. FIG. 4 shows an equation and a model for obtaining a coupling voltage value that leads to an increase in delay time.

従来、メタル配線においては、リソグラフィとメタルのグレインサイズ(約1μm)以下の配線が実施されていない時代において、クロストークを防止する為のシールドラインの追加は、単にオーバーヘッドとなり面積増加となっていた。
しかし最近の0.5μm以下の配線幅を用いる0.35μmクラスの半導体デバイス製造プロセスにおいて、メタルのピークカレント密度は2倍になる。
この性質を利用すれば、面積増加を抑えながら、クロストークによる遅延やファンクション不良の問題を完全に除去できる。
本発明の第3の実施の形態はこの知見に基づく。すなわち、第3実施の形態は、クロストークの問題を解決するために近年の微細化VLSIにおけるエレクトロマイグレーション(EM)のガイドラインを考慮に入れた新しい設計手法に関する配線技術に関する。
Conventionally, in metal wiring, in the era when lithography and metal grain size (about 1 μm) or less were not implemented, the addition of shield lines to prevent crosstalk was simply overhead and increased in area. .
However, in the recent 0.35 μm class semiconductor device manufacturing process using a wiring width of 0.5 μm or less, the peak current density of the metal is doubled.
By utilizing this property, it is possible to completely eliminate the problem of delay and function failure due to crosstalk while suppressing an increase in area.
The third embodiment of the present invention is based on this finding. That is, the third embodiment relates to a wiring technique related to a new design method that takes into consideration electromigration (EM) guidelines in recent miniaturized VLSIs in order to solve the problem of crosstalk.

従来、図28に図解したように、電源やグランドライン及び信号線は、それぞれ一本のある任意の幅をもって配置配線していた。この幅は接続されるモジュールの消費する平均電流、ピーク電流、RMS電流、および抵抗部における電圧降下の解析により決定されていた。しかし、実際はほとんどの場合において配線幅はピーク電流によって決定されている。
メタル配線の幅が0.5μm以下の場合、メタルのグレインサイズ(粒界)が1μmであることから、エレクトロマイグレーションの耐性が飛躍的に向上する。その結果、ピーク電流が従来の2倍まで許容されている。
したがって0.5μm以下の幅の配線を電源やグランド及び信号線、その他に用いるとレイアウトの面積が優位になることが予想される。
前述した様にメタル配線の幅は、ほとんどの場合でこのピーク電流で決定されることから、第3実施の形態においては、この性質を利用して面積増加がなく、配線の動作位相などを気にすることなくクロストークをシールド効果により完全に除去する事が可能な配線方法を提案する。
配線の動作フェーズを考慮した設計ではその検証と影響の正確な把握は困難であり、最悪ケースにおける想定のもとに設計を進める為、過剰品質による面積増加や、設計、検証に要する時間を大幅に費やしてきた。本発明の実施の形態を採用すれば、クロストークの影響がないため、これらの問題点をすべて解消でき、電気的にも最高の条件を実現できるため高速化設計に向いている。
Conventionally, as illustrated in FIG. 28, the power supply, the ground line, and the signal line are arranged and wired with a certain arbitrary width. This width was determined by analyzing the average current consumed by the connected module, the peak current, the RMS current, and the voltage drop in the resistance section. However, in practice, in most cases, the wiring width is determined by the peak current.
When the width of the metal wiring is 0.5 μm or less, since the grain size (grain boundary) of the metal is 1 μm, the resistance to electromigration is greatly improved. As a result, the peak current is allowed up to twice that of the prior art.
Therefore, when a wiring having a width of 0.5 μm or less is used for a power source, a ground, a signal line, etc., it is expected that the layout area will be superior.
As described above, the width of the metal wiring is determined by this peak current in most cases. Therefore, in the third embodiment, there is no area increase by using this property, and the operation phase of the wiring is taken into consideration. We propose a wiring method that can completely eliminate the crosstalk due to the shielding effect without having to make the
It is difficult to accurately understand the verification and impact of the design considering the operation phase of the wiring. Since the design proceeds based on the worst case assumption, the area increase due to excessive quality and the time required for the design and verification are greatly increased. Have spent on. If the embodiment of the present invention is adopted, since there is no influence of crosstalk, all of these problems can be solved and the best electrical condition can be realized, which is suitable for high-speed design.

図29に第3実施の形態としての、エレクトロマイグレーションを考慮したクロストーク防止のための信号配線図を示す。
図29において、メタル配線の幅が0.5μm以下となると、エレクトロマイグレーションの耐性が2倍に向上するため、電源Vddの配線、グラウンドGndの配線幅は、図28に図解した例に比較して、1/2にできる為、幅が0.5μm、スペース0.5μmのプロセスにおいてはスペースにより相殺されるので面積増加が無い。
しかし、WR(Width Reduction Factor)に対する影響は、図29に図解したように、配線を分割することにより増大するので、例えば0.35μmプロセスでは0.035μm/sideなので16本のバスに本発明を応用したとき最悪ケースで16X(0.035X2)=1.125μmとなり0.5μmの配線にして約2本分の増加を必要とする。しかし0.5μmのシールド兼、電源グランドは16本のバスの両側に0.5μmで配線したとすると17本となり、WR補強用の2本と合わせると19×0.5μm=9.5μmの合計幅にしかならない為、実使用上のこれらの幅はもっと太いものが要求されるため、2本の増加分はほとんどの場合において増加とならない。
FIG. 29 shows a signal wiring diagram for preventing crosstalk in consideration of electromigration as a third embodiment.
In FIG. 29, when the width of the metal wiring is 0.5 μm or less, the resistance to electromigration is doubled. Therefore, the wiring width of the power supply Vdd and the ground Gnd are compared with the example illustrated in FIG. Therefore, in the process having a width of 0.5 μm and a space of 0.5 μm, the space is offset, so there is no area increase.
However, since the influence on WR (Width Reduction Factor) is increased by dividing the wiring as illustrated in FIG. 29, for example, in the 0.35 μm process, 0.035 μm / side, the present invention is applied to 16 buses. When applied, the worst case is 16 × (0.035 × 2) = 1.125 μm, and 0.5 μm wiring is required, and an increase of about 2 lines is required. However, if the 0.5 μm shield and power ground are wired at 0.5 μm on both sides of the 16 buses, there are 17 wires, and when combined with 2 for WR reinforcement, the total of 19 × 0.5 μm = 9.5 μm Since these widths are only widths, these widths in actual use are required to be thicker, so the increase of the two does not increase in most cases.

ラウティングツールを使ってこの様な配線をすることにおける障害は低く、エレクトロマイグレーションのグレインサイズよりも小さい幅で電源、グランド、その他の配線を形成することによるエレクトロマイグレーションの耐性が2倍に向上すると言う電気的性質を利用し面積増加がなく、また、クロストークによるファンクション、従来の高速なスタテックタイミングシミュレーションによる検証、最悪ケースを想定した過剰品質設計のない設計が可能となる。   There are few obstacles to making such wiring using a routing tool, and the resistance to electromigration will be doubled by forming power, ground, and other wiring with a width smaller than the grain size of electromigration. Using the electrical properties, there is no increase in area, and it is possible to design without crosstalk function, verification by conventional high-speed static timing simulation, and excessive quality design assuming the worst case.

第4実施の形態
本発明の第4実施の形態について述べる。
図30は第4実施の形態の例示である。
図30は第3実施の形態の応用例を示しており、図29において平面方向にエレクトロマイグレーションを考慮して電源ラインとグランドラインを、0.5μmの幅にして分散配置する例を示したが、図30は第1層のメタル配線と第3層のメタル配線とについて、同じ層のメタル配線をクロストークが減少するように、図29に図解のように配線するとともに、高さ方向についてもクロストークが減少するように配置した例を示す。
すなわち、第4実施の形態は3次元的に、エレクトロマイグレーションを考慮した配線を行う例を示している。
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 30 is an illustration of the fourth embodiment.
FIG. 30 shows an application example of the third embodiment, and in FIG. 29, an example in which the power supply line and the ground line are distributed in a width of 0.5 μm in consideration of electromigration in the plane direction is shown. FIG. 30 shows the first layer metal wiring and the third layer metal wiring as shown in FIG. 29 so that the crosstalk of the same layer metal wiring is reduced, and also in the height direction. An example in which crosstalk is reduced is shown.
In other words, the fourth embodiment shows an example of performing wiring in consideration of electromigration three-dimensionally.

本発明のクロストーク防止回路として、2つの形態について述べたが、本発明は上述した形態に限定されず、上述したと同様の他の分野にも適用できる。   Although two forms of the crosstalk prevention circuit of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described form, and can be applied to other fields similar to the above-described form.

l1、l2、l3・・配線
DR1〜DR3・・ドライバ回路
l1, l2, l3 ... wiring
DR1 to DR3 ... Driver circuit

Claims (6)

ほぼ平行して形成されている少なくとも2本の信号線の間に、該2本の信号線の少なくとも一方に印加される信号が存在しないとき信号が印加され、前記2本の信号線に信号が印加されるとき接地状態になる第3の信号線を配置した
クロストーク防止回路。
A signal is applied when there is no signal applied to at least one of the two signal lines between at least two signal lines formed substantially in parallel, and a signal is applied to the two signal lines. A crosstalk prevention circuit in which a third signal line that is grounded when applied is arranged.
前記第3の信号線にドライバ回路を接続し、該ドライバ回路の出力トランジスタのNチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタの電流駆動能力の比率をほぼ2:1にした、請求項1記載のクロストーク防止回路。   2. The crosstalk prevention circuit according to claim 1, wherein a driver circuit is connected to the third signal line, and the ratio of the current drive capability of the N-channel transistor and the P-channel transistor of the output transistor of the driver circuit is approximately 2: 1. . 前記第1および第2の信号線には第1のクロックと該第1のクロックと所定の位相差のある第2のクロックが印加され、
前記第3の信号線にはテスト動作時に印加される信号が印加される
請求項1または2記載のクロストーク防止回路。
A first clock and a second clock having a predetermined phase difference from the first clock are applied to the first and second signal lines,
The crosstalk prevention circuit according to claim 1, wherein a signal applied during a test operation is applied to the third signal line.
前記第1および第2の信号線は第1の信号によって電圧が変化する信号線であり、
前記第3の信号線は前記第1の信号とは異なる位相の信号によって電圧が変化する信号線である
請求項1または2記載のクロストーク防止回路。
The first and second signal lines are signal lines whose voltage changes according to a first signal;
3. The crosstalk prevention circuit according to claim 1, wherein the third signal line is a signal line whose voltage changes according to a signal having a phase different from that of the first signal.
パルス信号が伝搬されるメタル信号配線の両側に所定の距離を隔てて、第1の電源メタル配線、第2の電源メタル配線を平行して設け、
前記メタル信号配線、前記第1および第2の電源メタル配線の幅を、エレクトロマイグレーションの耐性が向上する幅にしたことを特徴とする配線を有する
クロストーク防止回路。
A first power supply metal wiring and a second power supply metal wiring are provided in parallel at a predetermined distance on both sides of the metal signal wiring through which the pulse signal is propagated,
A crosstalk prevention circuit having a wiring, wherein the metal signal wiring and the first and second power supply metal wirings have widths that improve resistance to electromigration.
前記メタル信号配線、前記第1の電源メタル配線、前記第2の電源メタル配線は異なる層においても、前記メタル信号配線が前記第1の電源メタル配線および前記第2の電源メタル配線が包囲されるように設けられる
請求項5記載のクロストーク防止回路。
The metal signal wiring surrounds the first power metal wiring and the second power metal wiring even in different layers of the metal signal wiring, the first power metal wiring, and the second power metal wiring. The crosstalk prevention circuit according to claim 5 provided.
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