JP3767520B2 - 集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は集積回路装置に関し、特に外部からのクロックをチップの内部回路へ分配供給するようにした集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSI等の集積回路装置のチップ内部回路へ、外部からのクロックを分配して供給することが必要である。チップ内部回路は、一般的に、F/F(フリップフロップ)等の順序回路により構成されており、このような順序回路でのF/Fはクロックと同期してデータ転送動作を行うようになっている。そのために、各F/Fには、同じタイミングでクロックが入力される必要があるが、設計上クロックスキューというクロック入力タイミングのずれが生じる。
【0003】
特に、近年クロック周波数の向上により、許容されるクロックスキューは非常に小さくなっており、クロック分配系においてクロックスキューの低減は必要不可欠となってきている。高速インターフェースマクロ(回路ブロック)においては、使用される周波数が他の部分より高く、許容されるクロックスキューの値はとりわけ厳しくなってきている。
【0004】
クロックスキューの要因として、まず第1に、F/Fまでの配線長の差により生じる遅延差があげられるが、これを解決するクロック分配方法として、例えば同期クロックで動作するF/Fまでの配線長が幾何学的に等しくなるような、いわゆるH−treeと呼ばれるクロック分配法が広く用いられている。このようなクロック分配手法の概略を、図5に示している。
【0005】
図5において、チップの外周部部分には高速インターフェースマクロ3が配置されており、外部からのクロックがクロック入力バッファ2を介して、更には位相調整用のPLL回路1を介して、最初のクロックドライバ6により2分岐される。この2分岐クロックがクロック分配配線5及びクロックドライバ6によるH−tree分配方式により、高速インターフェースマクロ3や図示せぬ内部論理回路領域へ、それぞれ分配されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図5に示したクロック分配方式では、内部論理回路領域から高速インターフェースマクロ3まで、チップ全面にわたりクロック配線が施されている。このために、PLL回路1からマクロ内F/Fまでの遅延が大きくなり、クロックドライバ6の数も多くなる。その結果、クロストークノイズの影響によるスキューや電源ノイズによるジッタの影響を受けやすくなり、クロックスキューが増大しやすいという欠点がある。
【0007】
さらには、内部論理回路の配線がクロックツリーシンセシス(CTS)のようなツールによって形成される場合、配線に粗密が生じるため、Hツリー構造でクロック配線を等負荷等長配線にしても、内部論理回路の配線とのカップリング容量の違いによるスキューが生じてしまうという欠点がある。
【0008】
H−treeの場合、チップ全面にクロックを分配しているために、LSIチップの面内に生じる製造上のばらつきの影響によるクロックスキューが生じ易いという欠点がある。さらには、形状の異なる複数の種類の高速インターフェースマクロに、H−treeでクロックを分配しようとすると、クロック配線やクロックドライバの配置位置がマクロの形状により制約を受けるという欠点がある。
【0009】
本発明の目的は、クロストークノイズや電源ノイズ等の影響を受けにくくすると共に、高速インターフェースマクロへの分配配線長をできるだけ短くしてクロックスキューを抑圧可能とした集積回路装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、外部からのクロックをチップの内部回路へ分配供給するようにした集積回路装置であって、前記チップの最外周に他の配線が通過しないようクロック専用領域を設け、前記クロック専用領域の内側に接して外部と内部回路とのインターフェース回路ブロックを設け、前記チップのコーナ部分に、前記外部からのクロックを受けるクロック入力バッファと、このクロック入力バッファからのクロックと前記インターフェース回路ブロックからのフィードバッククロックとの位相調整を行うPLL回路とを配置し、前記クロック専用領域に前記クロック入力バッファからのクロックを前記インターフェース回路ブロックへ分配及び供給するためのクロック分配線及びクロックドライバを設けたことを特徴とする集積回路装置が得られる。
【0011】
そして、前記インターフェース回路ブロックは、クロック入力端子と、このクロック入力端子からの入力クロックにより動作する順序回路と、前記フィードバッククロックを出力するフィードバック端子とを有し、前記クロック入力端子から前記順序回路までのクロック遅延と、前記クロック入力端子から前記フィードバック端子までのクロック遅延とが等しく設定されていることを特徴とする。
【0012】
更に、前記外部からのクロックの入力点から前記PLL回路までのクロック遅延と、前記フィードバック端子から前記PLL回路までのクロック遅延とが等しく設定されていることを特徴とする。
【0013】
本発明の作用を述べる。クロックスキューを抑制するために、電源ノイズなどの影響を受け難いチップ最外周部にクロック分配配線、クロックドライバを配置する。また、複数のクロック入力バッファ、PLL回路をチップコーナ部に配置することで、電源ノイズの影響を低減すると共に、高速インターフェースマクロへの分配の配線長を短くでき、クロックスキューを抑制できるようにしている。更に、高速インターフェースマクロの配置を工夫して、クロック分配の配線長を短くすることを可能として、結果としてクロックスキューを抑制できるようにしている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。図1を参照すると、本発明の一実施例として、複数のクロック入力バッファ2と、複数のPLL回路1と、複数のインターフェースマクロ3とを搭載したLSIが示されている。このLSIの外部から供給されるクロックが、チップコーナ部分に配置された複数のクロック入力バッファ2を介してLSI内に入力された後、入力バッファ近傍に配置されたPLL回路1へ分配されている。
【0015】
各PLL回路1の出力には、チップ各辺に沿って設けられている高速インターフェースマクロ3へクロックを分配するクロック配線5と、クロックドライバ6とが接続されており、クロック配線5とクロックドライバ6とは、LSIチップの最外周部の領域4に配置されている。クロックドライバ6により分配されたクロックは、クロック配線5を介して、図1の右下コーナ付近の拡大図である図2に示すように、高速インターフェースマクロ3のクロック入力端子9に入力される。
【0016】
高速インターフェースマクロ3の配置位置は、図1のように、最外周部のクロック分配領域4に隣接する位置とされ、そのクロック入力端子9はクロック分配領域4と高速インターフェースマクロ3との境界部に配置されている。高速インターフェースマクロ3からPLL回路1へのフィードバック回路(配線11と入力バッファ遅延補償回路8とからなる)は、その配線距離が短くなるよう構成されており、例えば、図2に示すように、高速インターフェースマクロ3のフィードバック用のフィードバッククロック出力端子10が配置されている。同一のPLL回路1から複数のインターフェースマクロ3にクロック分配している場合、PLL回路1に最も近い高速インターフェースマクロ3にフィードバッククロック出力端子10が配置される。
【0017】
図3は図1及び図2に示した回路の等価回路図であり、これ等各図において、同等部分は同一符号により示している。以下に、この図3を参照しつつ本実施例の動作につき説明する。
【0018】
LSIチップの外部から印加されたクロックが、LSIチップ上の2つのクロック入力バッファ2に同じタイミングで入力された後、PLL回路1に入力される。LSI外部からクロック入力バッファ2を経由して入力されたクロック(リファレンスクロック)と、高速インターフェースマクロ3のフィードバッククロック出力端子10からPLL回路1へ帰還されるクロック(フィードバッククロック)の位相調整を行うと共に、リファレンスクロックの周波数から高速インターフェースマクロ3で用いられる周波数へと逓倍されて、PLL回路1から出力される。
【0019】
PLL回路1から出力されたクロックは、図1のクロック分配領域4に配置されたクロックドライバ6とクロック配線5とにより、高速インターフェースマクロ3のクロック出力端子9へと分配される。図中の高速インターフェースマクロ3はハードマクロであり、マクロのクロック入力端子9からF/F12まで、マクロ内にもクロック配線があり、フィードバッククロック出力端子10は、このクロック入力端子9からマクロ内のF/F12までの遅延値と、クロック入力端子9からフィードバッククロック出力端子10までの遅延値とが等しくなるような位置関係に設定されている。
【0020】
また、高速インターフェースマクロ3のフィードバッククロック出力端子10からPLL回路1のフィードバッククロック入力端子13までのフィードバック回路は、外部クロックの入力点からPLL回路1までと同じ遅延となるように、入力バッファ遅延補償回路8が設けられている。
【0021】
従って、PLL回路1の入力において、リファレンスクロックとフィードバッククロック間の位相調整を行うと、外部クロックとフィードバッククロック入力端子での位相が合うことになり、すなわち外部クロックの入力点とマクロ3内のF/Fの位相が合うことになる。
【0022】
このように、チップ最外周にクロック配線、クロックドライバを配置し、他の配線が通過しないようにクロック専用領域4を設けることで、内部論理やインターフェースマクロ3や図示せぬIOバッファ等とクロック配線とが隣接する箇所が少なくなるため、内部論理回路や高速インターフェースマクロ、単体IOバッファが原因で発生するクロストークノイズや電源ノイズのようなノイズの影響を軽減できクロックスキューの要因となるジッターの低減やノイズによる誤動作の防止が可能となる。また、PLL回路1を含むクロック分配系が原因で発生するノイズが内部論理や高速インターフェースマクロ等に与えるノイズの影響も軽減できる。
【0023】
最外周の領域をクロック分配用の配線とクロックドライバ及びこれらに付随する制御信号等、クロック分配用に限定することで、他の信号線の侵入を防ぎ、配線の粗密の影響で生じる配線のカップリング容量の差異によるクロックスキューを最小限に抑えることが可能である。また、クロック分配の配置領域をチップ最外周に限定することで、チップの面内に生じる製造上のばらつきの影響で生じるクロックスキューを低減できる。
【0024】
更に、クロック分配領域が最外周であることからクロック配線の両側や上下層にノイズを防ぐ目的でクロックシールドを配置しても、内部領域や高速インターフェースマクロ、単体IOバッファの配線性を損なうこともない。更にはまた、複数の入力バッファ、PLL回路を用いることで、高速インターフェースマクロまでのクロック分配の配線長が短くなり、クロックドライバの段数を減らすことができ、クロックスキューの要因の一つであるノイズの影響を低減できる。
【0025】
また、PLL回路およびクロック入力バッファをチップのコーナ部分に配置することで、チップ最外周に配置したクロック配線、クロックドライバと同じように、ノイズの影響によるジッタの増加、誤動作を防ぐことができる。複数異種の高速インターフェースマクロがLSIに搭載される場合、各マクロ間で形状が異なりクロック分配も通常その影響を受けマクロの周囲をマクロの形状に沿うように配置されるが、チップの最外周にクロック分配を配置し、その内側に隣接して高速インターフェースマクロを配置することで、マクロ形状の相違による影響を無視できる。
【0026】
本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、クロック分配は、図1のような等負荷等長のツリー構造に限定される訳ではなく、クロックツリーシンセシス(CTS)のように、クロックスキューが小さくなるようなクロック分配方式であれば良い。
【0027】
また、図1では、クロック入力バッファが左上角と右下角に1個ずつ計2個配置されているが、クロック入力バッファの配置個数はいくつでも良い。またPLL回路の個数、高速インターフェースマクロの個数についてもいくつでも良い。クロック入力バッファ、PLL回路は、図1では、左上角、右下角に配置されているが、図4のように、チップの4角に配置しても良い。
【0028】
なお、配線の材料は、一般的にアルミニウムあるいは銅が用いられるが、導電性の物質であればその種類は問わない。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、LSIチップにおけるインターフェース回路等へ分配するクロックの配線およびクロックドライバの配置位置をチップ最外周部のクロック専用領域に限定し、またインターフェース回路等をクロック専用領域の内側に接するように配置するこにより、PLL回路と外部クロック入力バッファを空き領域であるチップコーナ部に配置を限定することで、ノイズによる影響や配線容量のばらつきの影響を低減し、クロックスキューを抑制できるという効果がある。
【0030】
また、チップ最外周にクロック分配系を配置することで、複数異種の高速インターフェースマクロ間のマクロ形状相違の影響を受けずに、短距離でクロックを分配できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図2】図1の一部拡大図である。
【図3】本発明の一実施例の等価回路図である。
【図4】本発明の他の実施例の構成を示す図である。
【図5】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
1 PLL回路
2 クロック入力バッファ
3 インターフェースマクロ(回路ブロック)
4 クロック分配領域
5 クロック分配線
6 クロックドライバ
7 内部論理回路領域
8 入力バッファ遅延補償回路
9 インターフェースマクロクロック入力端子
10 インターフェースマクロフィードバッククロック出力端子
11 PLLフィードバック配線
12 マクロ内F/F
13 PLL回路フィードバッククロック入力端子
Claims (3)
- 外部からのクロックをチップの内部回路へ分配供給するようにした集積回路装置であって、
前記チップの最外周に他の配線が通過しないようクロック専用領域を設け、
前記クロック専用領域の内側に接して外部と内部回路とのインターフェース回路ブロックを設け、
前記チップのコーナ部分に、前記外部からのクロックを受けるクロック入力バッファと、このクロック入力バッファからのクロックと前記インターフェース回路ブロックからのフィードバッククロックとの位相調整を行うPLL回路とを配置し、
前記クロック専用領域に前記クロック入力バッファからのクロックを前記インターフェース回路ブロックへ分配及び供給するためのクロック分配線及びクロックドライバを設けたことを特徴とする集積回路装置。 - 前記インターフェース回路ブロックは、クロック入力端子と、このクロック入力端子からの入力クロックにより動作する順序回路と、前記フィードバッククロックを出力するフィードバック端子とを有し、前記クロック入力端子から前記順序回路までのクロック遅延と、前記クロック入力端子から前記フィードバック端子までのクロック遅延とが等しく設定されていることを特徴とする請求項1記載の集積回路装置。
- 前記外部からのクロックの入力点から前記PLL回路までのクロック遅延と、前記フィードバック端子から前記PLL回路までのクロック遅延とが等しく設定されていることを特徴とする請求項2記載の集積回路装置。
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