JP2011082639A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、DLL回路と電流補間回路を用いたディレイ調整回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and to a delay adjustment circuit using a DLL circuit and a current interpolation circuit.
近年、半導体集積回路の動作速度向上に伴い、より高精度でかつ、プロセスばらつき、電圧変動、温度変動(あわせてPVT変動と称する)等の環境に起因するディレイ変動に耐性のあるディレイ調整が要求されている。例えばDDR−IFの場合、装置、伝送路、DRAMの転送系全体で同期転送を行うため、転送レートが高い場合、初期トレーニングとして装置側で入出力ディレイを最適点に調整することが、一般的な技術となっている。 In recent years, with the improvement of the operation speed of semiconductor integrated circuits, there is a demand for delay adjustment with higher accuracy and resistance to delay fluctuations caused by environments such as process fluctuations, voltage fluctuations, temperature fluctuations (also referred to as PVT fluctuations). Has been. For example, in the case of DDR-IF, synchronous transfer is performed in the entire transfer system of the device, transmission path, and DRAM. Therefore, when the transfer rate is high, the input / output delay is generally adjusted to the optimum point on the device side as initial training. Technology.
特許文献1は、制御するディレイの異なるDLLを2つ使用し、それぞれのDLLで制御されるディレイ素子を複数直列に接続し、通過段数を切り替えることによって、高精度なディレイ調整を実現している。
特許文献2は、電流制御によりディレイ調整を行う例が開示されている。
本願発明者等は本願に先立ち、高精度でかつPVT変動に耐性があるディレイ調整方式の検討を行った。PTV変動に追従するためには、一般的にDLL回路を使用するが、調整精度を上げるための代表的な方法として特許文献1に示される方式がある。図5に示されている通り、制御するディレイの異なる2種のディレイ素子の通過段数を制御することにより、精度は2つのディレイ素子のディレイ差となる。しかしこの方式の場合、制御するディレイと制御信号の対応をとるため、複雑なデコード論理を実装する必要がある。
Prior to the present application, the inventors of the present application examined a delay adjustment method that is highly accurate and resistant to PVT fluctuations. In order to follow the PTV fluctuation, a DLL circuit is generally used, but there is a method disclosed in
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。すなわち、第1制御電流を出力する第1DLLと、第2制御電流を出力する第2DLLと、第1制御電流により制御される複数の第1可変ディレイ素子と、第1制御信号に基づき、複数の第1可変ディレイ素子の段数切り替えを行うセレクタと、第2制御信号に基づき、第1制御電流の電流値と第2制御電流の電流値とを補間する第3制御電流を出力する電流補間回路と、第3制御電流により制御される複数の第2可変ディレイ素子とを有し、入力された信号を、第1制御信号に基づく段数の第1可変ディレイ素子及び第2制御信号に基づく第3制御電流により制御される複数の第2可変ディレイ素子で遅延して出力する。 An example of a representative one of the present invention is as follows. That is, based on a first control signal, a first DLL that outputs a first control current, a second DLL that outputs a second control current, a plurality of first variable delay elements controlled by the first control current, and a plurality of first control signals, A selector that switches the number of stages of the first variable delay element, and a current interpolation circuit that outputs a third control current for interpolating between the current value of the first control current and the current value of the second control current based on the second control signal; A plurality of second variable delay elements controlled by a third control current, and a third control based on a first variable delay element having a number of stages based on the first control signal and a second control signal. Output is delayed by a plurality of second variable delay elements controlled by current.
本発明により、広範囲、高精度でかつPVT変動に耐性のあるディレイ調整を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize delay adjustment that is wide-range, highly accurate, and resistant to PVT fluctuations.
以下、本発明の実施形態を、図1〜図6を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の全体構成例である。遅延回路は、制御電流I1で制御される可変ディレイ素子104、制御電流I3で制御される可変ディレイ素子105及び可変ディレイ素子104の通過段数を制御する段数切り替え用セレクタ106から構成される。また、遅延回路の制御回路として、可変ディレイ素子1段あたりのディレイがtCK/Mとなる制御電流I1を生成する第1DLL101、可変ディレイ素子1段あたりのディレイがtCK/Nとなる制御電流I2を生成する第2DLL102、制御電流I1と制御電流I2から制御電流I3を生成する電流補間回路103から構成される。ただし、tCKは外部から入力される基準クロックCLKの周期であり、また、M>N、つまりtCK/M<tCK/Nとする。図中のデータ入力DINからデータ出力DOUTまでがディレイ制御対象となるパスであり、SEL[S:0]に基づき可変ディレイ素子104の段数を切り替える。すなわち、大まかなディレイ調整は、可変ディレイ素子104の通過段数で調整し、高精度のディレイ調整は、電流補間回路103からの制御電流I3を制御することで実現される。また、調整されたディレイは、DLL101、102からの制御電流で保障されるため、PVT変動に耐性を持っている。
FIG. 1 shows an example of the overall configuration of the present invention. The delay circuit includes a
図2は可変ディレイ素子104,105の構成例である。制御電流Iの大きさで、データ入力DINからデータ出力DOUTまでのディレイを変化させることができる。
FIG. 2 shows a configuration example of the
図3は、DLL101,102の構成例である。電流によりディレイを制御する可変ディレイ素子301、位相比較回路302、UP/DOWNカウンタ303、DAC304から構成される。可変ディレイ素子は例えば図2のように構成する。DLLにクロックCLKを入力することにより、位相比較回路302は、可変ディレイ素子301を通過したクロックと通過しないクロックの位相差を検知し、その情報をUP/DOWNカウンタ303に入力する。UP/DOWNカウンタ303は、位相が合う方向に電流IのUP(増加)とDOWN(減少)をDAC304に指示する。DAC304は、UP/DOWNカウンタからの信号を元に電流量の再調整を行い、可変ディレイ素子304と出力端子へ電流Iを分配する。つまり、入力CLKの周期をtCK、DLL回路内の可変ディレイ素子304の数をX段とすると、DLL回路は、可変ディレイ素子304のディレイがtCK/Xとなるような制御電流を出力するようになる。この電流Iをあらかじめディレイ制御したい経路に挿入しておいた可変ディレイ素子に制御電流として入力することで、ディレイ制御できる。チップの動作中はDLLを常に動作させるため、電流IはPVT変動に追従し、可変ディレイ素子のディレイを一定化できる。
FIG. 3 is a configuration example of the
図4は、電流補間回路103の構成例である。入力電流I1、I2を制御信号SEL[2:0]の値に基づいて演算し、制御電流I3を出力する。SEL[2:0]のビットが0の時、そのビットに対応する電流I1を基準としたMOS401がONする。SEL[2:0]のビットが1の時、そのビットに対応する電流I2を基準としたMOS402がONする。また、SEL[2:0]で制御するMOSのサイズはビット毎に異なっており、ONするMOSの組み合わせで、制御電流I3の電流値を制御する。
FIG. 4 is a configuration example of the
SEL[2:0]の3ビットで制御電流I3の電流値を制御するため、I1>I2、α=(I1−I2)/23とすると、図4に示す構成の場合、
SEL=k(0≦k≦23−1)のとき、I3=I2+(7−k)α
となり、SEL[2:0]に対し、線形的に制御電流I3が小さくなっていく。なお、制御電流I3を制御するための制御信号SELのビット幅やMOSサイズは、制御したいディレイ精度等に応じて最適な値にすればよい。
In order to control the current value of the control current I3 with 3 bits of SEL [2: 0], assuming that I1> I2 and α = (I1−I2) / 2 3 , in the configuration shown in FIG.
When SEL = k (0 ≦ k ≦ 2 3 −1), I3 = I2 + (7−k) α
Thus, the control current I3 decreases linearly with respect to SEL [2: 0]. Note that the bit width and MOS size of the control signal SEL for controlling the control current I3 may be set to optimum values according to the delay accuracy to be controlled.
図5は、電流補間回路103の構成を図4に示す構成とした時の、制御電流値I3とその電流I3で制御される可変ディレイ素子のディレイを示したグラフである。制御電流I3と可変ディレイ素子のディレイの関係は、おおよそ反比例の関係にあるが、局所的には線形近似しても問題ない。つまり、図4に示す電流補正回路は、SEL[2:0]に対して線形的に電流が減少するため、SEL[2:0]と可変ディレイ素子のディレイの関係は線形的に増加することになる。
FIG. 5 is a graph showing the control current value I3 and the delay of the variable delay element controlled by the current I3 when the
ここで、図1の構成において、SEL[S:0]と制御するディレイ値の関係を線形にするには次のようにすればよい。SEL[S:0]の各ビットは、それぞれ
SEL[S:3]:可変ディレイ素子D1の通過段数
SEL[2:0]:可変ディレイ素子D3のディレイ値
を制御する。ここで、ディレイ素子D1のディレイ=tCK/M=Dm、ディレイ素子D3のディレイ=tCK/N=Dn、ディレイ素子D3がX段であるとする。SEL[2:0]の1ビットインクリメントすることによるディレイの刻みAは、制御電流によるディレイの変化量を線形近似すると、A=X×(Dn−Dm)/8となる。
Here, in the configuration of FIG. 1, the relationship between SEL [S: 0] and the delay value to be controlled may be made linear as follows. Each bit of SEL [S: 0] controls the delay value of SEL [S: 3]: the number of passing stages of variable delay element D1 SEL [2: 0]: variable delay element D3. Here, it is assumed that the delay of the delay element D1 = tCK / M = Dm, the delay of the delay element D3 = tCK / N = Dn, and the delay element D3 is in the X stage. The increment A of the delay by incrementing 1 bit of SEL [2: 0] is A = X × (Dn−Dm) / 8 when linearly approximating the amount of change in the delay due to the control current.
ここで、SEL=7の状態から1ビット増加したとすると、
SEL[2:0]が7から0となり、制御電流I3は7α増加し、ディレイ素子D3により制御されるディレイの減少量Bは、B=7A=7X×(Dn−Dm)/8となる。一方、SEL[S:3]が1ビット増加することによりディレイ素子D3が一段増加することによるディレイの増加量Cは、C=Dmとなる。ここで、SEL=7の状態から1ビット増加したときのディレイがSEL[2:0]を1ビット増加させたときのディレイと等しければ、SEL[S:0]全体としてディレイを線形に保つことができる。すなわち、C−B=Aの関係を満たせばよい。
Here, if 1 bit is increased from the state of SEL = 7,
SEL [2: 0] is changed from 7 to 0, the control current I3 is increased by 7α, and the delay reduction amount B controlled by the delay element D3 is B = 7A = 7X × (Dn−Dm) / 8. On the other hand, the increase amount C of the delay due to the increase of the delay element D3 by one step due to the increase of SEL [S: 3] by 1 bit is C = Dm. Here, if the delay when 1 bit is increased from the state of SEL = 7 is equal to the delay when SEL [2: 0] is increased by 1 bit, the delay is kept linear as a whole for SEL [S: 0]. Can do. That is, the relationship of C−B = A may be satisfied.
よって、Dm−(7X×(Dn−Dm)/8)=(X×(Dn−Dm)/8)
これを変形すると、Dm=X×(Dn−Dm)
ここで、Dm=tCK/M、Dn=tCK/Nであるから、X=N/(M−N)となる。X,M,Nが整数となるようにその値を決めればよい。この場合、ディレイ調整精度Zは、電流補間回路103の補間点数をP(図4に示す電流補間回路の構成だと8)とすると、Z=(tCK/M)/Pとなる。なお、上記のような所定の関係を満たす限り、tCK、M、N、P、Sの数は、様々な組み合わせが考えられる。制御の利便性や制御したいディレイ精度、ディレイの絶対値等を考慮し、装置に最適な値を適用すればよい。
Therefore, Dm− (7X × (Dn−Dm) / 8) = (X × (Dn−Dm) / 8)
When this is transformed, Dm = X × (Dn−Dm)
Here, since Dm = tCK / M and Dn = tCK / N, X = N / (MN). The values may be determined so that X, M, and N are integers. In this case, the delay adjustment accuracy Z is Z = (tCK / M) / P, where P is the number of interpolation points of the current interpolation circuit 103 (8 in the configuration of the current interpolation circuit shown in FIG. 4). Note that various combinations of the numbers of tCK, M, N, P, and S are possible as long as the above-described predetermined relationship is satisfied. Considering the convenience of control, the delay accuracy to be controlled, the absolute value of the delay, etc., the optimum value may be applied to the apparatus.
図6は、tCK=1500ps、M=16、N=12、P=8、図1のI3で制御される可変ディレイ素子105の段数を3段とした時の制御ディレイ計算例である。図1のSEL[S:0]の下位3ビットを電流補間回路103へ、その他の上位ビットを可変ディレイ素子104の通過段数の切り替えに割り当てることにより、SEL[S:0]と制御するディレイ値の関係を線形とすることができる。ディレイ調整精度Zは、Z=(1500/16)/(7+1)=11.71875ps≒11.72psとなる。
6 is an example of control delay calculation when tCK = 1500 ps, M = 16, N = 12, P = 8, and the number of stages of the variable delay element 105 controlled by I3 in FIG. 1 is three. A delay value for controlling SEL [S: 0] by assigning the lower 3 bits of SEL [S: 0] in FIG. 1 to the
なお、本発明の趣旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。例えば、SEL[S:0]は電流補間回路103とセレクタ106を制御しているが、それぞれこれらの回路はそれぞれ別の制御信号によって制御されることも可能である。
Various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, SEL [S: 0] controls the
101…DLL(Delay Locked Loop)、102…DLL(Delay Locked Loop)、103…電流補間回路、104…可変ディレイ素子、105…可変ディレイ素子、106…段数切り替え用セレクタ、301…可変ディレイ素子、302…位相比較回路、303…UP/DOWNカウンタ、304…DAC、401…MOSスイッチ、402…MOSスイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第2制御電流を出力する第2DLLと、
上記第1制御電流により制御される複数の第1可変ディレイ素子と、
第1制御信号に基づき、上記複数の第1可変ディレイ素子の段数切り替えを行うセレクタと、
第2制御信号に基づき、上記第1制御電流の電流値と上記第2制御電流の電流値とを補間する第3制御電流を出力する電流補間回路と、
上記第3制御電流により制御される複数の第2可変ディレイ素子とを有し、
入力された信号を、上記第1制御信号に基づく段数の上記第1可変ディレイ素子及び上記第2制御信号に基づく上記第3制御電流により制御される上記複数の第2可変ディレイ素子で遅延して出力する半導体集積回路。 A first DLL that outputs a first control current;
A second DLL that outputs a second control current;
A plurality of first variable delay elements controlled by the first control current;
A selector for switching the number of stages of the plurality of first variable delay elements based on a first control signal;
A current interpolation circuit for outputting a third control current for interpolating between the current value of the first control current and the current value of the second control current based on a second control signal;
A plurality of second variable delay elements controlled by the third control current,
The input signal is delayed by the first variable delay element having the number of stages based on the first control signal and the plurality of second variable delay elements controlled by the third control current based on the second control signal. Output semiconductor integrated circuit.
周期tCKの基準クロックが入力され、
上記第1DLLはM段の可変ディレイ素子を含み、上記第1制御電流は可変ディレイ素子のディレイが(tCK/M)となる制御電流であり、
上記第2DLLはN段の可変ディレイ素子を含み、上記第2制御電流は可変ディレイ素子のディレイが(tCK/N)となる制御電流であり、
N<Mの関係を満たす半導体集積回路。 In claim 1,
A reference clock with a period tCK is input,
The first DLL includes M stages of variable delay elements, and the first control current is a control current at which the delay of the variable delay elements is (tCK / M).
The second DLL includes an N-stage variable delay element, and the second control current is a control current at which the delay of the variable delay element is (tCK / N).
A semiconductor integrated circuit satisfying a relationship of N <M.
上記第2可変ディレイ素子はX段であり、
X=N/(M−N)を満たす整数である半導体集積回路。 In claim 2,
The second variable delay element has X stages,
A semiconductor integrated circuit which is an integer satisfying X = N / (MN).
上記第1制御信号及び上記第2制御信号は、一つの制御信号の上位ビット、下位ビットとして与えられる半導体集積回路。 In claim 1,
The semiconductor integrated circuit, wherein the first control signal and the second control signal are given as upper bits and lower bits of one control signal.
上記第1可変ディレイ素子及び上記第2可変ディレイ素子は同じ回路構成を有する半導体集積回路。 In claim 1,
The first variable delay element and the second variable delay element are semiconductor integrated circuits having the same circuit configuration.
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