JP2010118746A - 半導体集積回路及びクロック同期化制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電源電圧(VDDA)を用いて動作する第1の回路(FVA)にクロックを伝達する経路と第2の電源電圧(VDDB)を用いて動作する第2の回路(NFVA)にクロックを伝達する経路との間のクロック遅延調整を行う際、VDDAとVDDBが同じ電圧の場合は、FVAへ分配するクロックは位相調整用のディレイ素子を含まない経路で分配し、FVA領域の電源電圧を低電圧化させる場合は、一旦、FVA領域への分配クロックを1周期乃至2周期ずらした位相でFVA領域に分配し、双方のクロック(CKAF,CKBF)を同期化させるクロック同期化制御において、第1の回路の電源電圧を変更している最中にも比較する2つのクロックの位相を設計値内に収めるように動作させる。
【選択図】図1
Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
実施の形態について更に詳述する。以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明を実施するための形態を説明するための全図において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
Ids=β/2*(Vds-Vt)^α・・・(1)
で与えられる。ここで、αは微細加工プロセスでは1.3程度の数値であり、βは移動度である。トランジスタの伝播遅延は
Td=Cg*VDD/Ids=Cg*VDD/(A*(Vds−Vt)^α・・・(2)
ここで、Vds=VDDすると、このとき速度の変化率は、
dTd/dVDD=2*Cg*VDD/β*(VDD−Vt)^(−α−1){(1−α)VDD - Vt}・・・(3)
となる。
比較回路CMP2での比較およびディレイ列の変更そして、その変更結果が再度比較されるまでの時間をDLL制御時間(Tctl)とすると、この間に電圧が変化する量は、
ΔV=dVup/dt*Tctl (あるいは ΔV=dVdn/dt*Tctl)・・・(4)
この電位差が生じたことによる遅延量の変化量は、
ΔT=2*Cg*VDD/β*(VDD−Vt)^(−α−1){(1−α)*VDD-Vt}* dVup/dt*Tctl・・・(5)
(あるいは ΔT=2*Cg*Vds/β*(VDD−Vt)^(−α−1){(1−α)*VDD - Vt}* dVdn/dt*Tctl )
である。ディレイロックドループ回路DLLにてクロックの位相を目標とする値以下におさえるためには、Tctl期間内のディレイ量の変化量(5)が目標スペック内に十分な余裕とともに収まる必要がある。具体的な値を計算してみると以下のようになる。レギュレータの電圧変化量を図2の(b)のように100mV/us=100uV/nsとし、Tctl=15ns(200MHz動作のクロックで3サイクル分)と仮定する。さらにDVFS適用する領域FVA内のクロック分配系の段数をN=10段とすると、遅延変化量は1サイクルあたり数psから数10psの範囲で変化すると考えられる。したがって、2つのクロックの位相差を100ps程度とする場合、十分に電源電圧の変動に追従させて2つのクロックの位相を合わせることが可能である。
次に、図21(b)に示す遅延段変更テーブルDLYTAB_2について述べる。
REGCTL…レギュレータ制御回路
CPG…クロックパルス発生回路
CK…クロック
DLL…ディレイロックドループ回路
DLY…ディレイ素子回路
CTLディレイ素子制御回路
FVA …電圧・周波数変更回路ブロック
NFVA…電圧・周波数非変更町域
CKA…FVA領域へのクロック分配系
CKB…NFVA領域へのクロック分配系
CKAF…FVA領域へのクロック分配の末端部
CKBF…NFVA領域へのクロック分配の末端部
CMP1…CKAFとCKBFの位相比較回路
SCTL…電圧スルーレート調整回路
VDDA…FVA領域印加電源
VDDB…FVA領域以外に印加する電源
DLYCTL…粗調・微調回路制御部
FSM…有限状態マシン
FSMC…FSM制御信号
STATE…FSM状態通知信号
CDLY…粗調回路
FDLY…微調回路
SEL…セレクタ
INC…ディレイ増加信号
DEC…ディレイ減少信号
U/D…微調ディレイ回路の増減制御信号
FDE…微調回路イネーブル信号
FDLYC…微調回路制御信号
CDE…粗調回路イネーブル信号
CDLYC…粗調回路制御信号
UDC…アップダウンカウンタ
UDCO…微調ディレイ段制御用UDC出力
DECC…でコーダ回路
SYNC…同期化回路
CC…カラム方向制御回路
RC…ROW方向制御回路
RINC…ロウ方向増加信号
RDEC…ロウ方向減少信号
COL0〜COLn…カラム制御信号
ROW0〜ROWm…ロウ方向制御信号
CDC…粗調ディレイ段
LSWC…粗調ディレイ段内の切り替えスイッチ制御部
FDLYCTL…微調回路制御部
FDSL…微長段選択信号
ECDC…擬似粗調ディレイ回路
CDC…粗調単位ディレイ回路
Claims (18)
- 電源供給LSIから供給される第1の電源電圧を用いて動作する第1の回路と、
第2の電源電圧を用いて動作する第2の回路と、
クロック信号を生成するクロック生成回路と、
前記クロック生成回路で生成されたクロックを前記第1の回路及び第2の回路に伝達するクロックツリーと、
前記クロックツリー上で前記第1の回路にクロックを伝達する経路と前記第2の回路にクロックを伝達する経路との間のクロック遅延調整を行って双方のクロックを同期化させるための複数の遅延段を有するクロック同期化回路と、
前記第1の電源電圧の変更制御を前記電源供給LSIへ通知する制御回路と、を有し、
前記第1の電源電圧を可変制御する際の電圧変更速度を、電圧およびプロセス条件に応じて、前記電源供給LSIに通知し、前記第1の回路の電圧を前記電圧変更速度において変更する際の前記第1の回路に供給されるクロックと、前記第2の回路に供給されるクロックとの位相を一致させる制御を実施する半導体集積回路。 - 請求項1に記載の半導体集積回路において、
前記クロック同期化回路は、前記可変遅延回路から出力されるクロックと前記スルー経路を伝播したクロックとの位相比較を行う第2の比較回路と、前記可変遅延回路による遅延の設定を制御する遅延制御回路とを有し、
前記遅延制御回路は、前記第2の比較回路の比較結果に基づいて、前記スルー経路を伝播したクロックに対して前記可変遅延回路の出力にクロックサイクルの整数倍の遅延を設定し、
前記第1の電源電圧を標準電圧から別の電圧に変更する指示に応答して、
前記選択回路に前記可変遅延回路の出力を選択させてから、第1の比較回路の比較結果に基づいて可変遅延回路による遅延の設定を調整して、
前記第1の回路に伝達されたクロックと前記第2の回路に伝達されたクロックとの位相同期化を制御する、半導体集積回路。 - 前記第1の比較回路は、一方のクロックを差動入力段の活性化信号とし、他方のクロックを、当該クロックの駆動電圧の凡そ半分の電圧を参照電圧として差動増幅し、差動増幅結果をセンスしてラッチするダイナミックコンパレータである、請求項1に記載の半導体集積回路。
- 前記第1の回路と前記第2の回路との間で情報伝達を行う信号線にレベル変換回路が介在され、
前記レベル変換回路は、クロックドインバータ回路とその出力端子に入力端子が結合されたラッチ回路とを有し、
前記クロックドインバータ回路は、一対のpチャンネル型MOSトランジスタと一対のnチャンネル型MOSトランジスタとの直列回路を有し、
一方のpチャンネル型MOSトランジスタ及びnチャンネル型MOSトランジスタのコモンゲートに信号が入力され、他方のpチャンネル型MOSトランジスタのゲートにクロックが供給され、他方のnチャンネル型MOSトランジスタのゲートに前記クロックの反転クロックが供給され、
前記ラッチ回路は、前記他方のpチャンネル型MOSトランジスタ及びnチャンネル型MOSトランジスタのカットオフ状態に呼応してラッチ状態にされる、請求項1に記載の半導体集積回路。 - 前記第1の回路は、前記クロックツリーを伝播するクロックの後段への出力を選択的に抑止するクロックゲート回路と、前記クロックゲート回路の手前から分岐して前記クロックを伝播し前記クロックゲート回路から末端までのクロック遅延を模擬するクロックレプリカ回路とを更に有し、
前記第1の位相比較回路は、前記クロックレプリカ回路に伝達されたクロックを、前記第2の回路に伝達されたクロックとの位相比較の対象とする、請求項1に記載の半導体集積回路。 - 第1の電源電圧を用いて動作する第1の回路と、
第2の電源電圧を用いて動作する第2の回路と、
を有する半導体集積回路において、
クロックを前記第1回路及び第2回路に伝達するクロックツリー上で前記第1の回路にクロックを伝達する経路と前記第2の回路にクロックを伝達する経路との間のクロック遅延調整を行って双方のクロックを同期化させるクロック同期化制御方法であって、
制御回路が前記第1の電源電圧を変更する電圧変更処理と、
前記処理中に前記クロック遅延調整を行ってクロックの同期化を制御するクロック同期化処理と、を含むクロック同期化制御方法。 - 前記クロック同期化処理は、第1の回路に伝達されたクロックと前記第2の回路に伝達されたクロックとの位相比較を行う第1比較処理と、
前記第1の位相比較処理による位相比較結果を用いて前記クロック遅延調整を行う第1遅延調整処理と、を含む請求項6記載のクロック同期化制御方法。 - 前記半導体集積回路は前記第1の回路にクロックを伝達する経路にクロック同期化回路を有し、
前記クロック同期化回路は、入力されたクロックに遅延を設定する可変遅延回路と、入力されたクロックに遅延を設定せずに通過させるスルー経路と、前記可変遅延回路から出力されるクロック又はスルー経路から出力されるクロックを選択する選択回路とを有し、
前記選択回路は、前記第1電源電圧が標準電圧であるとき前記スルー経路を選択し、前記第1電源電圧が標準電圧でないとき前記可変遅延回路の出力を選択する、請求項6記載のクロック同期化制御方法。 - 前記クロック同期化処理は、
前記可変遅延回路から出力されるクロックと前記スルー経路を伝播したクロックとの位相比較を行う第2の比較処理と、
前記第2の比較処理の比較結果に基づいて、前記スルー経路を伝播したクロックに対して前記可変遅延回路の出力にクロックサイクルの整数倍の遅延を設定する第2遅延設定処理と、を含み、
前記第1遅延設定処理は、
第1の電源電圧を標準電圧から別に電圧に変更する指示に応答して、前記選択回路に前記可変遅延回路の出力を選択させてから、前記第1の比較処理の比較結果に基づいて可変遅延回路による遅延の設定を調整して前記第1の回路に伝達されたクロックと前記第2の回路に伝達されたクロックとの位相同期化を制御する処理を含む、請求項8記載のクロック同期化制御方法。 - 信号振幅の相違される第1クロックと第2クロックの位相を比較する位相比較回路を有する半導体集積回路であって、
前記位相比較回路は、第1のクロックを差動入力段の活性化信号とし、第2のクロックを、当該クロックの駆動電圧の凡そ半分の電圧を参照電圧として差動増幅し、差動増幅結果をセンスしてラッチする、半導体集積回路。 - 第1の電源電圧を用いて動作する第1の回路と、第2の電源電圧を用いて動作する第2の回路とを更に有し、
前記位相比較回路による比較結果に基づいて、クロックを前記第1回路及び第2回路に伝達するクロックツリー上で前記第1の回路にクロックを伝達する経路と前記第2の回路にクロックを伝達する経路との間のクロック遅延調整を行って双方のクロックを同期化させる、請求項10記載の半導体集積回路。 - 前記第1回路と第2回路との間で情報伝達を行う信号線に介在されたレベル変換回路とを更に有し、
前記レベル変換回路は、クロックドインバータ回路とその出力端子に入力端子が結合されたラッチ回路とを有し、
前記クロックドインバータ回路は、一対のpチャンネル型MOSトランジスタと一対のnチャンネル型MOSトランジスタとの直列回路を有し、
一方のpチャンネル型MOSトランジスタ及びnチャンネル型MOSトランジスタのコモンゲートに信号が入力され、他方のpチャンネル型MOSトランジスタのゲートにクロックが供給され、他方のnチャンネル型MOSトランジスタのゲートに前記クロックの反転クロックが供給され、
前記ラッチ回路は、前記他方のpチャンネル型MOSトランジスタ及びnチャンネル型MOSトランジスタのカットオフ状態に呼応してラッチ状態にされる、請求項11記載の半導体集積回路。 - 請求項1に記載の半導体集積回路において、さらに、前記第2の回路に分配されるクロックを、前記第1回路のクロックと比較する直前で、遅延回路を経由する第3のクロック信号と遅延回路を経由しない第4のクロック信号にさらに分岐させ、
前記第1の回路に分配されるクロックと、前記第3のクロックとの位相を比較する第3の比較器と、
前記第1の回路に分配されるクロックと、前記第4のクロックの位相を比較する第4の位相比較器と、
遅延変更テーブルをさらに有し、
前記遅延段制御では、前記第3、第4の位相比較器の比較結果と、前記遅延段変更テーブルに保持されたデータに従って、次サイクルの遅延変化量と、次サイクルの第3、第4比較器の比較時間間隔を制御することを特徴とする、半導体集積回路。 - 請求項13に記載の半導体集積回路において、前記遅延段制御では、第1の外部電圧レギュレータから電圧変更開始/終了の情報を取得し、電圧変更中は第2の遅延段変更テーブルに保持された遅延段変化量に従い遅延段数を変更することを特徴とした半導体集積回路。
- 請求項14記載の半導体集積回路において、さらに前記第3のクロックと前記第4のクロックが一定の位相差に収まっているかを判定する機構を有し、収まっていない場合は前記第3および第4のクロックの時間的相対的関係を位相情報として前記第2の遅延段変更テーブルに保持し、前記第2の遅延段変更テーブルに保持された位相情報を元に遅延段変更テーブルに保持された遅延段変更量を補正することを特徴とする、半導体集積回路。
- 請求項14に記載の半導体集積回路において、遅延段制御に際し、LSI内部に搭載された電圧センサからの電圧変更開始/終了の情報を取得し制御すること特徴とした半導体集積回路。
- 請求項13に記載の半導体集積回路において、前記第1回路及び前記第2回路において、それぞれの回路内のクロックツリー末端までのレイテンシが等しいパス同士を前記第1及び第2の位相比較器に接続することを特徴とする、半導体集積回路。
- 請求項13に記載の半導体集積回路において、前記第1回路及び第2回路において、通信を行うパス同士を前記第1及び第2の位相比較器に接続することを特徴とする、半導体集積回路。
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