JP3686265B2 - 内部クロック発生回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から供給されるシステムクロックに同期した内部クロックを生成する内部クロック発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
内部クロック発生回路は、システムと半導体メモリ装置のインタフェースを行う回路であり、例えばTTL(Transistor Transistor Logic)レベルのシステムクロックから、それに同期したCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)レベルの内部クロックを発生する回路である。内部クロックは、メモリ外部から入力される信号/RAS,/CAS,/WEなどをメモリの内部に入出力するトリガとなる。
【0003】
その動作は、同期型半導体メモリ装置においてはシステムクロックに応じて内部クロックを発生し、内部クロックはメモリ素子に対するデータ書込/読出の全動作を制御する基準信号となる。内部クロックを生成するために、同期型半導体メモリ装置では、外部から供給されるシステムクロックに応答するクロックバッファを採用している。そのために、システムクロックと内部クロックの位相にはズレが生じる。したがって、システムクロックを半導体メモリ装置に入力すると、メモリ内部の動作は常に位相差分遅くなる。
【0004】
そのために、外部から供給されるシステムクロックと内部クロックの位相を合わせる研究が行われている。位相差を取り除くための方法としては、位相同期ループ、遅延同期ループなどを用いてシステムクロックと内部クロックのスキュー(skew)を最少化するものが提案されている。しかしこれらの方法では、位相を合わせるために長時間かかり、デバイスが動作しない待機状態でも全体の待機電流を増加させるため、高速の同期型半導体メモリ装置には不向きである。そこで、デジタル遅延同期方式を採用する内部クロック発生回路が開発されている。デジタル遅延同期方式を採用する従来の内部クロック発生回路は、図1に示すように、単位遅延器と位相検出器とを用いる。
【0005】
図1を参照すると、クロックバッファBDCは、TTLレベルの外部クロックCLKをCMOSレベルのクロックPCLK_Mに変換する回路である。クロックPCLK_Mは、メイン遅延器MDC、位相検出器PDCi(iは自然数)及び単位遅延器BUD1に入力される。メイン遅延器MDCはクロックバッファBDCと同じ遅延値を有する遅延回路であり、クロックMDを出力する。メイン遅延器MDCには、第2同期遅延ラインの単位遅延器FUD1〜FUDnが直列に接続される。単位遅延器FUD1〜FUDnはそれぞれ同じ遅延値を持ち、クロックD1〜Dnを出力する。位相検出器PDC1〜PDCi(i=n+1)は、入力されるクロックMD、D1〜DnをクロックPCLK_Mによってラッチした後、前段の位相検出器の出力T2〜Tiとラッチした信号とを比較し、位相が一致するときのみ活性化信号Fiを出力する。ここで一番目の位相検出器PDC1に入力される信号T1は、予めハイレベルに設定されている。位相検出器PDC1〜PDCiは、信号T1〜Tiによって活性/非活性化する。すなわち信号T1〜Tiは、外部クロックCLKの位相と内部クロックPCLKの位相が一致すると、活性化信号Fiを出力し、後段の位相検出器をディセーブルする。
【0006】
またクロックPCLK_Mは、第1同期遅延ラインとして直列に接続される単位遅延器BUD1〜BUDnの単位遅延器BUD1にも入力される。単位遅延器BUD1〜BUDnはそれぞれ同じ遅延値を持ち、クロックD1’〜Dn’を出力する。内部クロックPCLKの出力端子と単位遅延器BUD1〜BUDnの間には、スイッチSW1〜SWiが接続され、このスイッチSW1〜SWiは活性化信号Fiにより制御される。
【0007】
図2は、図1の回路の出力タイミングを示すタイムチャートである。
【0008】
内部クロック発生回路にシステムクロックである外部クロックCLKが入力されると、外部クロックCLKはクロックバッファBDCにより、クロックPCLK_Mになる。クロックPCLK_Mは、クロックバッファBDCと同じ遅延値を有するメイン遅延器MDCにより遅延されてクロックMDになる。またクロックPCLK_Mは、位相検出器PDC1〜PDCi(i=n+1)及び単位遅延器BUD1にも入力される。クロックMDは、単位遅延器FUD1〜FUDnによりそれぞれの遅延値を持つクロックD1〜Dnになる。ここで、第2同期遅延ラインを構成する単位遅延器FUD1〜FUDnと第1同期遅延ラインを構成する単位遅延器BUD1〜BUDnの各遅延器の遅延値は同じである。クロックMD、D1〜Dnは、位相検出器PDC1〜PDCiに入力される。クロックMD、D1〜Dnは、クロックPCLK_Mにより位相検出器PDC1〜PDCiにラッチされ、ラッチ信号の位相と前段の位相検出器の出力信号の位相とを比較し、一致すると活性化した活性化信号Fiを出力する。スイッチSW1〜SWiは活性化した活性化信号Fiが入力されるスイッチのみオンとなり、残りのスイッチはオフになる。オンのスイッチSWiを通して出力される遅延クロックDn’を内部クロックPCLKとして用いる。これにより内部クロックPCLKは、外部クロックCLKと同期する信号として動作する。
【0009】
このような動作による内部クロックPCLKと外部クロックCLKの同期にかかる時間は、外部クロックCLKの2周期分である。このような同期方式を用いる内部クロック発生回路は、従来の位相同期ループや遅延同期ループより速く外部クロックCLKと同期するので、同期動作時間の短縮という利点がある。しかし、それ以外に解決すべき問題が存在する。これをさらに具体的な回路図である図3を参照して説明する。
【0010】
図3は、クロックバッファBDCを、外部クロックCLKの入力バッファと内部クロックPCLKの出力バッファに分割した図面である。すなわちメイン遅延器MDCの遅延値は、クロックバッファBDC1(図示せず)と内部遅延器IDの遅延値の和である。クロックバッファBDC1には外部クロックCLKが入力され、内部遅延器IDはスイッチSW1〜SWiの出力端子に接続される。図3ではクロックバッファBDCを分割したが、図1のようにクロックバッファBDCの遅延値を分割することなく、メイン遅延器MDCと同じ遅延値を有するように設計することもできる。また内部クロック発生回路は、クロックバッファBDC1とメイン遅延器MDCの間に接続され、書込/読出時に活性化するスイッチング制御信号PSDLEにより制御される論理制御部を備える。
【0011】
論理制御部は、クロックPCLK_Mとスイッチング制御信号PSDLEを入力とするNANDゲートNG4と、クロックPCLK_MをインバータI23を通して反転させたクロックとスイッチング制御信号PSDLEを入力とするNANDゲートNG3とから構成される。NANDゲートNG4の出力は位相検出器PDC1〜PDCiに入力され、NANDゲートNG3の出力は第1同期遅延ライン、メイン遅延器MDC及び位相検出器PDC1〜PDCiに入力される。
【0012】
外部クロックCLKを入力とするクロックバッファBDC1は直列接続されるインバータで構成され、メイン遅延器MDCはクロックバッファBDC1に直列接続されるインバータI5〜I10からなる。また、メイン遅延器MDCと同じ遅延値を有するように、クロックバッファBDC1に内部遅延器IDの遅延値を加算する。内部遅延器IDは内部クロックPCLK_Mを出力しており、直列接続されるインバータI21,I22で構成される。同じ遅延値を有する単位遅延器FUD1〜FUDn,BUD1〜BUDnは、それぞれ二つのインバータI11,I12から構成される。位相検出器PDC1〜PDCiは、伝送ゲートTG1,TG2と、ラッチ回路L1,L2と、インバータI13,I16,I19と、NANDゲートNG1,NG2とから構成される。
【0013】
位相検出器PDC1〜PDCiにおいて、伝送ゲートTG1はPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとからなる。NMOSトランジスタのゲートはクロックPCLK_Mによってスイッチングされ、PMOSトランジスタのゲートはクロックPCLK_Mの反転信号によりスイッチングされる。反転信号は、クロックバッファBDC1と位相検出器PDC1の間に接続されるNANDゲート4で作られる。位相検出器PDC1〜PDCiは、第2同期遅延ラインから出力される信号Dnを、伝送ゲートTG1によりラッチ回路L1にラッチする。ラッチ回路L1は、二つのインバータI14,I15から構成される。ラッチ回路L1には、ラッチした信号を反転させるインバータI16が、ラッチ回路L1と伝送ゲートTG2の間に接続される。伝送ゲートTG2はクロックPCLK_Mの反転信号に応じてスイッチング動作を行う。つまり、伝送ゲートTG2を構成するPMOSトランジスタのゲートはクロックPCLK_Mによりスイッチングされ、NMOSトランジスタのゲートはインバータI13’により反転されるクロックによりスイッチングされる。伝送ゲートTG2の出力にはラッチ回路L2が接続され、ラッチ回路L2はNANDゲートNG1に接続される。またNANDゲートNG1には前段の位相検出器PDCiの出力Tiも入力される。
【0014】
NANDゲートNG1の出力信号と信号Tiを入力とするNANDゲートNG2の出力がローレベルのとき、スイッチSW1がオンする。NANDゲートNG1の出力にはインバータI19が接続されており、インバータI19を通して後段の位相検出器PDC2の活性化を制御する信号T2を出力する。ラッチ回路L1に接続されるNMOSトランジスタNT1とラッチ回路L2に接続されるNMOSトランジスタNT2は、位相検出器PDC〜PDCi1の初期レベルを設定するための素子である。これらのトランジスタNT1,NT2のゲートには、パワーアップ動作より速く立ち上がる信号VCCHBが印加される。
【0015】
スイッチSW1〜SWiは、対応する位相検出器PDC1〜PDCi内のNANDゲートNG2に接続され、NANDゲートNG2に接続されるインバータI20と、インバータI20で反転した信号によりスイッチング動作を行うNMOSトランジスタと、NANDゲートNG2の出力信号によりスイッチング動作を行うPMOSトランジスタとから構成される。スイッチSW1〜SWiを構成する伝送ゲートTG3は、このPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとからなり、単位遅延器BUD1〜BUDnと内部遅延器IDの間に接続される。
【0016】
図2に示すように、クロックPCLK_Mがハイレベルに遷移すると、伝送ゲートTG1のオン状態でハイレベルのクロックD11が位相検出器PDC12に入力されることにより、信号T13は活性化状態のハイレベルからローレベルに遷移して後端以降の位相検出器PDC13〜PDCiをディセーブルする。すなわち、後端以降の位相検出器PDC13〜PDCiはNANDゲートNG2を通してハイレベルを出力する。これによりスイッチSW13〜SWiはオフ状態になる。したがって、クロックバッファBDC1、単位遅延器BUD1〜BUD11及び内部遅延器IDを経由した外部クロックCLKが内部クロックPCLKとして用いられる。内部クロックPCLKは外部クロックCLKとの位相遅延差なしに同期する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような内部クロック発生回路は、多数の単位遅延器FUD1〜FUDn,BUD1〜BUDn及び位相検出器PDC1〜PDCiを備えるために、その消費電流は膨大になる。また、低周波のシステムクロックに対するマージンを確保するには、より多い単位遅延器FUD1〜FUDn,BUD1〜BUDn及び位相検出器PDC1〜PDCiが必要となり、さらに消費電流が増える。
【0018】
本発明の目的は、消費電流を低減した内部クロック発生回路を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する本発明の内部クロック発生回路は、外部クロックを内部クロックのレベルに変換する入力バッファと、クロックを遅延する第1同期遅延ラインと、第1同期遅延ラインと同じ遅延量を持つ第2同期遅延ラインと、前記第2同期遅延ラインの遅延クロックに基づいて外部クロックと内部クロックの同期状態を検出する複数の位相検出器とを備える内部クロック発生回路において、いずれかの前記位相検出器が外部クロックと内部クロックとの位相の一致を検出すると、検出した位相検出器に対応する第1同期遅延ラインのクロックを内部クロックとし、第2同期遅延ラインを介して位相検出器へクロックを供給する経路を遮断する制御部を備えることを特徴とする。制御部は、入力バッファと第2同期遅延ラインの間に接続される伝送ゲートと、入力バッファと位相検出器の間に接続される伝送ゲートと、を含んで構成される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施形態をより詳しく説明する。
【0021】
図4は内部クロック発生回路の回路図である。
【0022】
図3の回路に、スイッチングのための伝送ゲートTG4,TG5とスイッチング制御部を備える制御部400が付加される。制御部400は論理制御部に接続され、第2同期遅延ラインに供給されるクロック経路と位相検出器PDC1〜PDCiに供給されるクロック経路を接続/遮断する。制御部400は、クロックPCLK_Mの位相と内部クロックPCLKの位相が一致するとき、伝送ゲートTG4,TG5を通してクロック経路を遮断して消費電流を低減する。
【0023】
図5は図4の回路のタイムチャートである。
【0024】
初期状態でクロックPCLK_Mと信号PSDLEがローレベルであれば、伝送ゲートTG4〜TG6はオン状態になり、クロックを取り込むことができる。また、信号PSDLEがハイレベルに遷移しても伝送ゲートTG4〜TG6はオン状態を保持し、入力されるクロックPCLK_Mに応じて単位遅延器FUD1〜FUDn,BUD1〜BUDn及び位相検出器PDC1〜PDCiが駆動される。しかし、メイン遅延器MDCと単位遅延器FUD1〜FUDnを経由して発生するクロックDjがクロックPCLK_Mと一致して内部クロックPCLKが発生すると、ハイレベルの内部クロックPCLKにより伝送ゲートTG4〜TG6がオフ状態となり、次のサイクルから第2同期遅延ラインと位相検出器PDC1〜PDCiは動作しない。その後、信号PSDLEがローレベルになると、伝送ゲートTG4〜TG6のいずれもオン状態となり、待機状態になる。
【0025】
以上、制御部400の動作のみを説明したが、残りの周辺動作は従来と同様である。これを説明すると、外部クロックCLKに応じて所定時間遅延したクロックPCLK_Mがハイレベルに遷移すると、伝送ゲートTG1のオン状態でハイレベルのクロックD11が位相検出器PDC12に入力され、信号T13は活性化状態のハイレベルからローレベルに遷移して後段以降の位相検出器PDC13〜PDCiをディセーブルする。すなわち、後段以降の位相検出器PDC13〜PDCiは、NANDゲートNG2を通してハイレベルを出力する。ハイレベルが印加されるスイッチSW13〜SWiはオフ状態となる。したがって、クロックバッファBDC1、単位遅延器BUD1〜BUD11及び内部遅延器IDを経由した外部クロックCLKが内部クロックPCLKとして用いられる。このような内部クロックPCLKは、外部クロックCLKと同期する。ここで、内部クロックPCLKと外部クロックCLKの位相が一致すると、伝送ゲートTG4〜TG6はオフ状態となる。これにより、単位遅延器FUD1〜FUDn及び位相検出器PDC1〜PDCiもオフとされる。
【0026】
【発明の効果】
以上のような本発明の内部クロック発生回路により、外部クロックと内部クロックの同期が取れると、外部クロックと内部クロックとの位相の一致を検出した位相検出器の出力を使用してクロックを遮断することで、継続的に内部クロックを生成することができ、さらに消費電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の内部クロック発生回路のブロック図。
【図2】図1に示したブロック図のタイムチャート。
【図3】図1の回路の詳細回路図。
【図4】本発明の内部クロック発生回路の詳細回路図。
【図5】図4の回路のタイムチャート。
【符号の説明】
400 制御部
MDC メイン遅延器
FUDn、BUDn 単位遅延器
SWi スイッチ
PDCi 位相検出器
ID 内部遅延器
Claims (2)
- 外部クロックを内部クロックのレベルに変換する入力バッファと、クロックを遅延する第1同期遅延ラインと、第1同期遅延ラインと同じ遅延量を持つ第2同期遅延ラインと、前記第2同期遅延ラインの遅延クロックに基づいて外部クロックと内部クロックの同期状態を検出する複数の位相検出器と、を備える内部クロック発生回路において、
いずれかの前記位相検出器が外部クロックと内部クロックとの位相の一致を検出すると、検出した位相検出器に対応する第1同期遅延ラインのクロックを内部クロックとし、第2同期遅延ラインを介して位相検出器へクロックを供給する経路を遮断する制御部を備えることを特徴とする内部クロック発生回路。 - 制御部は、入力バッファと第2同期遅延ラインの間に接続される伝送ゲートと、
入力バッファと位相検出器の間に接続される伝送ゲートと、
を含んで構成される請求項1記載の内部クロック発生回路。
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