JP3945894B2 - 半導体装置及び信号入力状態検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部クロックを受信して内部クロックを発生する内部クロック発生回路を備える半導体装置に関し、特に外部クロックに同期した第1内部クロック(CLK1)と外部クロックから180°の位相差を有する(1/2位相シフトした)第2内部クロックを発生する内部クロック発生回路を備える半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の半導体装置を組み合わせるシステムでは、各部の動作をクロックに同期させるのが一般的である。そのため、元になる原クロックを発生させて出力する半導体装置以外の半導体装置は、他の半導体装置から出力されるクロックを受信して半導体装置の内部で使用する内部クロックを発生させる内部クロック発生回路を有している。ここでは、外部との信号の入出力動作及び内部動作をクロックに同期して行うシンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(SDRAM)を例として説明を行うが、本発明はこれに限られるものではない。
【0003】
図1は、SDRAMの全体構成を示す図である。SDRAMは、内部の動作をクロックに同期してパイプライン処理することにより、データ信号の入出力動作を高速化する。そのため、図1に示すように、クロックバッファ101に入力される外部クロックから内部クロックを発生する内部クロック発生回路102が設けられている。DRAMコアやモードレジスタやデコーダなどで構成される内部回路107、データ入力回路105とデータ出力回路106で構成されるデータ入出力バッファ104、及びデータ信号以外の信号が入力される信号入力回路103には、内部クロック発生回路102で発生された内部クロックが供給され、各部が同期して動作するように制御される。
【0004】
図2はSDRAMにおけるデータ信号の入力動作を示す図である。図2の(1)に示すように、外部クロックCLKに同期してこのSDRAMに書き込むデータ信号が入力される。データ入力回路105は、内部クロック発生回路102から供給される内部クロックに同期してデータ信号をラッチしてSDRAM内に取り込む。図示のように、データ信号は外部クロックCLKの立ち下がりエッジに同期して変化するので、内部クロック発生回路102は外部クロックCLKと同じ内部クロックをデータ入力回路105に供給し、データ入力回路105は外部クロックCLKの立ち上がりエッジに同期して入力データを取り込んでいた。すなわち、データ信号は外部クロックCLKの1周期で変化していた。これはSDRAMから出力されるデータ信号についても同様であり、出力データ信号は外部クロックCLKの1周期で変化する。
【0005】
近年、SDRAMのデータ転送速度の向上が求められており、クロックの周波数は非常に高くなってきている。しかし、クロックの周波数を高くすると信号の劣化等の問題が発生する。上記のように、データ信号はクロックの周期で変化しており、データ信号の周波数はクロックの半分であるので、データ信号をクロックと同じ周波数の信号とし、クロックの立ち上がりと立ち下がりの両方のエッジに同期して取り込むDDR(Double Data Rate)技術が提案されている。図2の(2)はDDR技術によるデータ信号の入力動作を示す図である。
【0006】
図2の(2)に示すように、DDR技術では、クロックCLKの立ち上がりと立ち下がりのエッジの位相差は理想的には180°である。しかし、実際に取り込む外部クロックCLKは、信号線の負荷などの関係で、立ち上がりと立ち下がりのエッジの位相差が180°でない場合が多い。また、内部クロック発生回路の特性等のため、内部クロックは立ち上がりと立ち下がりのエッジの位相差が180°でないことが多い。従って、内部クロックの立ち上がりと立ち下がりのエッジに同期してデータ信号を取り込んだり内部回路を動作させると正常な動作のための時間マージンを満たせなくなるという問題が生じる。
【0007】
そこで、DDR技術を使用する場合、信号の送信側は180°位相がずれた相補関係にある第1クロックCLKと第2クロック/CLKのクロックを出力し、信号を受ける側はCLKと/CLKの立ち上がりエッジに同期して信号を取り込むことが考えられる。この場合、SDRAMは図3の(1)に示すように、第1クロックバッファ111で第1クロックCLKを受けて第1内部クロックCLK1を発生させ、第2クロックバッファ112で第2クロック/CLKを受けて第1内部クロック/CLK1を発生させる。また別の方法として、外部クロックCLKからディレイ・ロックド・ループ(DLL)等の技術を使用してSDRAM内部で正確に180°位相がずれた第2内部クロックを発生させることが考えられる。この場合には、図3の(2)に示すように、クロックバッファ121で第1クロックCLKを受けて第1内部クロックCLK1を発生させ、180°位相クロック発生回路122で180°位相のずれた第2内部クロック/CLK1を発生させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
SDRAMを製造する場合には、上記いずれの技術を使用するシステムに搭載されるかに応じて、図3の(1)と(2)に示された内部クロック発生回路(クロック入力回路)のいずれかを設けることになる。すなわち、相補クロックを使用する形式専用のSDRAMと、内部で180°位相クロックを発生させる形式専用のSDRAMが作られることになる。
【0009】
しかし、類似の半導体装置(デバイス)でありながら、異なる2種類の仕様のものを製造するということは、生産効率を低下させると共に在庫管理などの点でコストアップの要因になる。また、このようなデバイスを使用するシステムを製造するメーカにとっても、在庫の増加などの点でコストアップの要因になる。そのため、相補クロックを使用する形式のシステムでも、内部で180°位相クロックを発生させる形式のシステムでも共通に使用できるデバイスであることが望ましい。
【0010】
また、クロック周波数が高くなると、半導体装置内部での内部クロックの遅延が無視できなくなる。例えば、半導体装置のレイアウトの関係で、データ入力回路やデータ出力回路は内部クロック発生回路から離れて配置せざるをえない場合がある。そのような場合、内部クロック発生回路からデータ入力回路やデータ出力回路に供給する内部クロックに遅延が生じるが、この遅延はデータの入力動作や出力動作におけるずれを生じる。また、クロック入力バッファや内部クロック発生回路自体でもある程度の遅延は避けられない。クロック周波数が高くない時にはこのような遅延はほとんど問題にならなかったが、クロックの周波数が100MHz以上にもなるような場合には無視できなくなる。本出願人は、このような問題を解決するため、特願平8−213882号、特願平8−339988号、特願平8−245118号などで、遅延量が可変の可変ディレイラインを使用して、データ入力回路やデータ出力回路に供給する内部クロックを外部クロックに完全に同期させることを提案している。これらは相補クロックを使用するDDR(Double Data Rate)方式の半導体装置は開示しておらず、DDR方式の半導体装置においても、データの入出力が外部クロックに完全に同期して行えることが望まれていた。
【0011】
本発明は、このような問題を解決するもので、相補クロックを使用するDDR方式のシステムでも、内部で180°位相クロックを発生させる形式のシステムでも共通に使用できる半導体装置(デバイス)の実現、及びデータの入出力が外部クロックに完全に同期して行えるDDR方式の半導体装置の実現を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
図4は、本発明の第1の態様の原理構成を示す図である。図4に示すように、本発明の第1の態様の半導体装置は、外部クロックから相補関係にある第1及び第2内部クロックCLK1と/CLK1を発生させる半導体装置であって、第1外部クロックCLKが入力され、第1内部クロックCLK1を出力する第1クロック入力回路(バッファ)11と、第1外部クロックCLKと相補関係にある第2外部クロック/CLKが入力され、第2クロックを出力する第2クロック入力回路(バッファ)12と、第1内部クロックCLK1から180°位相の異なる1/2位相シフト信号を発生する1/2位相クロック発生回路22と、第2クロック入力バッファ12に第2外部クロック/CLKが入力されているかを判定する/CLK状態検出回路21と、/CLK状態検出回路21の判定結果に従って、第2外部クロック/CLKが入力されている時には、第2クロックを第2内部クロック/CLK1として出力し、第2外部クロック/CLKが入力されていない時には、1/2位相シフト信号を第2内部クロック/CLK1として出力するように切り換えるスイッチ23とを備えることを特徴とする。
【0013】
本発明の半導体装置では、第2外部クロック/CLKが入力されている時には第2外部クロック/CLKから発生させた信号が、第2外部クロック/CLKが入力されていない時には第1内部クロックCLK1から発生された180°位相の異なる1/2位相シフト信号が、第2内部クロックとして出力されるので、いずれの形式のシステムにも対応できる。
【0014】
第2外部クロックが入力されておらず、第2内部クロックとして1/2位相シフト信号が出力される時には、第2クロック入力回路12を動作させる必要はないので、省電力のために第2クロック入力回路12を不活性化することが望ましい。
また、第2外部クロックが入力されている時には、1/2位相クロック発生回路22を動作させる必要はないので、省電力のために1/2位相クロック発生回路22を停止させることが望ましい。この場合、1/2位相クロック発生回路22への第1内部クロックの供給を停止すれば、実質的に停止状態になる。
【0015】
1/2位相クロック発生回路22は、所定の遅延量を単位として遅延量が選択可能なディレイラインを有するディレイロックドループ(DLL)回路や、PLL回路で構成する。
/CLK状態検出回路21の実現方法は各種考えられるが、例えば、第2クロックの切り替わりエッジを検出し、第2クロックの切り替わりを検出した時に、第2外部クロックが入力されていると判定する構成や、第2外部クロックが入力される入力ピンの電圧がVCC又はVSSに固定されているか、入力ピンがオープン状態であることを検出した時に、第2外部クロックが入力されていないと判定する構成などが考えられる。第2クロックの切り替わりエッジを検出する場合、第2クロックの周波数が高く検出が難しいので、/CLK状態検出回路に分周器を設け、第2外部クロックの周期より長い周期で、第2クロックの切り替わりエッジを検出するようにすることが望ましい。
【0016】
/CLK状態検出回路21は、電源投入後の一定期間内に第2外部クロックが入力されているかを検出し、その後判定結果を維持するか、第2外部クロックが入力されているかを常時検出する。
また、クロック信号として小振幅の信号が入力される場合には、/CLK状態検出回路21として、第1のPチャンネルトランジスタと第1のNチャンネルトランジスタを電源の高電圧側端子と低電圧側端子の間に直列に接続し、第1のPチャンネルトランジスタと第1のNチャンネルトランジスタのゲートに小振幅の信号が印加され、第1のPチャンネルトランジスタのゲート幅が第1のNチャンネルトランジスタのゲート幅より十分に大きな第1のインバータと、第2のPチャンネルトランジスタと第2のNチャンネルトランジスタを電源の高電圧側端子と低電圧側端子の間に直列に接続し、第2のPチャンネルトランジスタと第2のNチャンネルトランジスタのゲートに小振幅の信号が印加され、第2のNチャンネルトランジスタのゲート幅が第2のPチャンネルトランジスタのゲート幅より十分に大きな第2のインバータと、第1のインバータの出力が高電圧側端子の電位に近い論理値で、第2のインバータの出力が低電圧側端子の電位に近い論理値であるかを検出した時に、小振幅の信号が入力されていることを示す有効信号を出力する論理回路とを有する信号入力状態検出回路を使用できる。
【0017】
本発明の第2の態様の半導体装置は、上記目的を実現するため、相補関係にある第1及び第2外部クロックの位相がそれぞれ第1及び第2外部クロックの位相に一致するように調整することを特徴とする。
すなわち、本発明の第2の態様の半導体装置は、外部から相補関係にある第1及び第2外部クロックが入力される半導体装置であって、第1外部クロックが入力され、第1内部クロックを出力する第1クロック入力回路と、第2外部クロックが入力され、第2内部クロックを出力する第2クロック入力回路と、第1内部クロックの位相が前記第1外部クロックの位相に一致するように調整する第1の0°位相調整回路と、第2内部クロックの位相が前記第2外部クロックの位相に一致するように調整する第2の0°位相調整回路とを備えることを特徴とする。
【0018】
第1及び第2内部クロックを合成した2倍の周波数のクロック信号が必要な場合には、第1の0°位相調整回路と第2の0°位相調整回路の出力を合成して、第1及び第2外部クロックの2倍の周波数の内部クロックを発生する合成器を設ける。
第1の及び第2の0°位相調整回路のぞれぞれは、内部クロックを遅延させる遅延量が可変である可変ディレイ回路と、可変ディレイ回路の出力するクロックが供給される部分のクロック信号と外部クロックの位相差をそれぞれ検出し、位相差が0°になるように可変ディレイ回路の遅延量を制御する制御信号を発生する位相差検出回路とを備えるように構成する。
【0019】
位相差検出回路は、外部クロックがクロック入力回路から可変ディレイ回路を経て供給される経路における実際の信号を使用して位相差を検出しても、この経路と等価なダミー回路を設けて、等しい遅延量が生じるようにして位相差を検出するようにしてもよい。また、一部をダミー回路として、他の部分は実際の回路を使用して位相差を検出するようにしてもよい。
【0020】
第1内部クロックと第2内部クロックの位相が正確に半周期(180°)ずれていることが確実であれば、第1位相差検出回路と第2位相差検出回路を共通化してもよい。
また、同様に第1内部クロックと第2内部クロックの位相が正確に半周期(180°)ずれていることが確実であれば、第1内部クロックと第2内部クロックの出力を合成器で合成した後、合成器の出力する内部クロックの位相が第1外部クロック又は第2外部クロックの位相に一致するように調整する0°位相調整回路とを設けてもよい。
【0021】
前記0°位相調整回路は、前記内部クロックを遅延させる遅延量が可変である可変ディレイ回路と、前記可変ディレイ回路の出力するクロックが供給される部分のクロック信号を前記第1クロック入力回路又は前記第2クロック入力回路から前記合成器までの分遅延させた遅延クロックと前記第1又は第2外部クロックの位相差を検出し、該位相差が0°になるように前記可変ディレイ回路の遅延量を制御する制御信号を発生する位相差検出回路とを備える半導体装置。
【0022】
この場合も、位相差検出回路は、外部クロックがクロック入力回路から可変ディレイ回路を経て供給される経路における実際の信号を使用して位相差を検出しても、この経路と等価なダミー回路を設けて、等しい遅延量が生じるようにして位相差を検出するようにしてもよい。また、一部をダミー回路として、他の部分は実際の回路を使用して位相差を検出するようにしてもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
図5は、本発明の第1実施例の半導体装置における内部クロック発生回路の構成を示す図である。図示のように、第1実施例の回路は、図4の構成にスイッチ24を加えたものであり、図4の1/2位相クロック発生回路22をDLL回路で実現したものである。以下、各部について説明する。
【0024】
図6は1/2位相シフトDLL回路22の回路の全体構成を示す図である。図示のように、1/2位相シフトDLL回路22は、同一の構成を有する第1と第2のディレイ回路31と34と、同一の構成を有するバッファ回路32と33と35と、位相比較回路36と、位相比較回路36の判定結果に基づいてディレイ回路31と34の遅延量を調整するディレイ制御回路37とを有する。ディレイ回路31及び34とディレイ制御回路37は、図7に示すような回路構成を有する。まずディレイ回路とディレイ制御回路について説明する。
【0025】
図7においては、ディレイ回路31と34の一方のみを参照番号41で示し、他方は省略してある。ディレイ回路31と34は同一の構成を有し、ディレイ制御回路37からの制御信号で同じ遅延量になるように調整される。図示のように、ディレイ回路41は、複数のインバータを直列に接続したインバータ列42と、入力の一方がインバータ列42の2段毎の出力を受けるように設けられた複数のANDゲート43−1、43−2、…、43−nで構成されるANDゲート列と、各ANDゲートの出力がゲートに印加され、ソースは接地され、ドレインが共通に接続されているN−チャンネルトランジスタ44−1、44−2、…、44−nで構成されるトランジスタ列と、各N−チャンネルトランジスタのドレインが共通に接続される信号線と電源の高電位側の間に接続された抵抗45と、入力がこの信号線に接続され内部クロックCLK2を出力するバッファ46とを備える。ディレイ制御回路37は、位相比較回路36の比較結果に応じて、カウントアップとカウントダウンを切り換えるアップ・ダウンカウンタ47と、アップ・ダウンカウンタ47の出力をデコードするデコーダ48とを備える。アップ・ダウンカウンタ47は、必要に応じて「HOLD」信号を「L」にすることにより、カウント値を保持できる。「HOLD」信号が「H」の時で、第1内部クロックCLK1が立ち上がる時に、位相比較回路36が比較結果に基づいて出力する「UP/DOWN」信号に応じて、カウントアップとカウントダウンのいずれかを行う。デコーダ48は、アップ・ダウンカウンタ47の出力に応じて、いずれか1つの出力を「H」にし、他の出力を「L」にする。アップ・ダウンカウンタ47がカウントアップした場合には「H」にする出力位置を右にシフトし、カウントダウンする場合には「H」にする出力位置を左にシフトする。デコーダ48の出力は、順に各ANDゲート43−1、43−2、…、43−nのもう一方の入力に接続されており、デコーダ48から「H」が入力されるANDゲートだけが活性化される。そして、インバータ列の出力のうち、活性化されたANDゲートに入力される信号が内部クロックCLK2として出力されることになり、どのANDゲートを活性化するかにより、インバータ列を通過する段数が変化するので、内部クロックの遅延量を選択することができる。
【0026】
以上の説明のように、ディレイ回路31と34は、ディレイ制御回路37の制御により、段階的に遅延量が選択できるようになっており、しかもディレイ回路31と34の遅延量は同一である。また、バッファ回路32と35は同じ構成であり、ディレイ回路31とバッファ回路32での遅延量と、ディレイ回路34とバッファ回路35での遅延量は同じである。位相比較回路36は、ディレイ回路31に入力される第1内部クロックCLK1とバッファ回路35の出力を比較し、比較結果に応じて「UP/DOWN」信号をディレイ制御回路37に出力する。具体的には、第1内部クロックCLK1の位相がバッファ回路35の出力の位相より遅れている時には、「UP/DOWN」信号を「H」にして、ディレイ回路31と34の遅延量を増加させ、第1内部クロックCLK1の位相がバッファ回路35の出力の位相より進んでいる時には、「UP/DOWN」信号を「L」にして、ディレイ回路31と34の遅延量を減少させる。このような処理を、第1内部クロックCLK1の位相とバッファ回路35の出力の位相が一致するまで繰り返す。上記のように、ディレイ回路31とバッファ回路32での遅延量と、ディレイ回路34とバッファ回路35での遅延量は同じであるから、位相が一致した時には、バッファ32の出力は第1内部クロックCLK1に対して180°位相がずれた状態である。
【0027】
バッファ33はバッファ32と同一の構成であり、遅延量も同一であるので、バッファ33の出力する1/2位相シフトクロックφ1/2はバッファ32の出力と同一位相である。すなわち、φ1/2は第1内部クロックCLK1に対して180°位相がずれた信号である。
図8は、第1実施例の/CLK状態検出回路21の回路構成を示す図であり、図9はこの回路の制御信号を示す図であり、図10は第2外部クロック/CLKが入力される場合の回路動作を示すタイムチャートであり、図11は第2外部クロック/CLKが入力されない場合の回路動作を示すタイムチャートである。
【0028】
電源の投入に応じて、NORゲート68と69には、図9に示すようなスタータ信号aとモードレジスタセット信号bが入力される。これに応じて、電源投入から所定時間後に、状態ラッチ信号cが立ち上がりトランスファーゲート59を閉じて、インバータ63と64で構成されるフリップフロップの論理値を保持すると共に、トランスガファーゲート65を通過状態にして、インバータ63と64で構成されるフリップフロップの論理値が出力される。また、状態ラッチ信号cが立ち上がると、バッファ52は非活性状態になるので、第2外部クロック/CLKの状態の検出は状態ラッチ信号cが立ち上がるまでの間に行われ、それ以後は検出した結果が保持される。
【0029】
図8及び図10に示すように、第1及び第2クロック入力バッファ11と12の出力する第1と第2内部クロックCLK1と/CLK1が入力される2個のバッファ51と52が設けられている。バッファ51と52の出力はそれぞれHエッジパルス化回路53と54に入力される。Hエッジパルス化回路53は、第1外部クロックの立ち上がりエッジに応じてパルスを発生する。そのパルスは、ディレイ55で遅延された後トランジスタQ2に印加され、インバータ57と58で構成されるフリップフロップの入力を「L」し、その論理状態が記憶される。ここで、第2外部クロックが入力されている(有効である)時には、Hエッジパルス化回路54はパルスを発生し、トランジスタQ1を導通させるので、インバータ57と58で構成されるフリップフロップの入力は「H」になり、フリップフロップの論理状態が変化する。第1外部クロックが再び立ちあがり、Hエッジパルス化回路53がパルスを発生すると、トランスファーゲート61を通過して、トランスファーゲート59を通過状態にする。これに応じてインバータ57と58で構成されるフリップフロップに記憶された論理状態が、インバータ63と64で構成されるフリップフロップに転送され、記憶される。上記のように、Hエッジパルス化回路53が発生したパルスは、ディレイ55で遅延された後トランジスタQ2のゲートに印加され、トランジスタQ2を導通させるため、インバータ57と58で構成されるフリップフロップの入力が「L」になり状態が変化するが、トランスファーゲート59はすでに閉じているので、論理状態が次段に転送されることはなく、インバータ63と64で構成されるフリップフロップはそのまま論理状態を維持する。以下、同じ動作を繰り返すので、第2外部クロックが変化してパルスが発生される限り、インバータ63と64で構成されるフリップフロップの論理状態は「H」のままである。上記のように、電源投入から所定時間後に状態ラッチ信号cが立ち上がると、その時点の状態が記憶されて維持されるので、第2外部信号が入力されていれば、判定信号DCKは「H」になり、そのまま維持される。
【0030】
第2外部クロックが入力されていない(有効でない)時には、図11に示すように、Hエッジパルス化回路54はパルスを発生しないので、インバータ57と58で構成されるフリップフロップの入力は「L」のままで、論理状態は変化しない。従って、インバータ63と64で構成されるフリップフロップの論理状態は「L」のままで、この状態が状態ラッチ信号cの立ち上りに応じて記憶されて維持されるので、判定信号DCKは「L」になる。
/CLK状態検出回路21は、以上のようにして、第2外部クロックが入力されているかを判定し、入力されている場合には、スイッチ23を第2クロック入力バッファ12の出力する第2クロックclkzが第2内部クロック/CLK1として出力されるように切り換えると共に、スイッチ24を遮断状態にし、入力されていない場合には、スイッチ23を1/2位相シフトDLL回路22の出力する1/2位相シフトクロックφ1/2が第2内部クロック/CLK1として出力されるように切り換えると共に、スイッチ24を接続状態にする。
【0031】
図12は第2クロック入力バッファ12を構成する入力回路の構成例を示す図である。この入力回路に静電気に対する耐圧を向上させるためのESD回路などを付加して入力バッファが構成される。図示のように、この入力回路はカレントミラー回路で構成されている。この回路は広く使用されているので詳しい説明は省略するが、トランジスタQ15のゲートには判定信号DCKが入力され、判定信号DCKが「L」の時、すなわち第2外部クロックが入力されない時には、入力回路を非活性状態にしている。カレントミラー回路は、入力信号の状態にかかわらず電流の流れる回路であり、消費電力が大きい。そのため、使用しない時には、非活性状態にすることにより、消費電力を低減できる。
【0032】
図13は、本発明の第2実施例の半導体装置における内部クロック発生回路の構成を示す図である。図示のように、第2実施例では、0°DLL回路25と26が新たに設けられている点が第1実施例と異なり、更に/CLK状態検出回路21が第1実施例の/CLK状態検出回路とは異なる。これらの異なる点についてのみ説明する。
【0033】
外部クロックから内部クロックを発生させる場合、クロック入力バッファや内部クロック発生回路で遅延が生じる。また、クロック入力バッファから内部クロック発生回路までの信号経路においても遅延が生じる。クロックの周波数があまり高くない場合には、このような遅延はほとんど問題にならないが、非常に高い周波数のクロックの場合大きな問題になる。そこで、内部クロック発生回路にDLL回路やPLL回路を設けて、外部クロックと同一位相の内部クロックを発生させることが行われている。具体的には、図6及び図7に示したようなDLL回路を利用して、クロック入力バッファと内部クロック発生回路での遅延量及びクロック入力バッファから内部クロック発生回路までの信号経路での遅延量と同じ遅延を生じるダミー回路を設け、このダミー回路を通過したディレイ回路の出力と内部クロックの位相を比較して、一致するように制御することで、外部クロックと同一位相の内部クロックを発生させている。このような回路を0°DLL回路と呼ぶこととする。このような回路はPLL回路でも実現できる。
【0034】
図13に示すように、第2実施例では、0°DLL回路25が第1クロック入力バッファ11の出力する信号の位相を調整して、第1外部クロックCLKと正確に同一位相の第1内部クロックCLK1を発生し、0°DLL回路26がスイッチ23の出力する信号の位相を調整して、第2外部クロック/CLKと正確に同一位相の第2内部クロック/CLK1を発生している。
【0035】
図14は、第2実施例の/CLK状態検出回路の構成を示す図である。図示のように、この回路は、分周器80が設けられている点を除けば、図7に示した第1実施例の/CLK状態検出回路と同じである。図15と図16は、第2実施例の/CLK状態検出回路の動作を示すタイムチャートであり、図15は第2外部クロックが入力される場合の動作を示し、図16は第2外部クロックが入力されない場合の動作を示す。ここでは1/2分周する場合の例を示してある。
【0036】
分周器80はバッファ51の出力を分周して相補関係にある信号PとQを出力する。従って、Hエッジパルス化回路53で発生されるパルスの周期は第1実施例の場合の2倍である。Hエッジパルス化回路54は、分周器80の出力する信号Qが「H」の時のみ活性化される。従って、Hエッジパルス化回路54で発生されるパルスの周期も第1実施例の場合である。Hエッジパルス化回路54でパルスが発生された後、Hエッジパルス化回路53でパルスが発生されるタイミングは第1実施例と同じであり、これらのパルスのグループに対しては、第1実施例と同じ動作を行う。従って、第1実施例と同じ検出動作になる。これにより、状態検出用の信号は周波数が低くなるため、/CLKの状態を容易に検出できるようになる。
【0037】
図17は、本発明の第3実施例の半導体装置における内部クロック発生回路の構成を示す図である。図示のように、第3実施例では、0°DLL回路26が第2クロック入力バッファ12の後に設けられている点を除けば、第2実施例と同じであり、説明は省略する。
図18は、本発明の第4実施例の半導体装置における内部クロック発生回路の構成を示す図である。図示のように、第4実施例では、0°DLL回路25の出力する正確に位相調整された第1内部クロックがスイッチ24を介して1/2位相シフトDLL回路22に供給される点を除けば、第3実施例と同じであり、説明は省略する。
【0038】
図19は、本発明の第5実施例の半導体装置における内部クロック発生回路の構成を示す図である。第5実施例は、信号が小振幅の高速インターフェースであるSSTL規格用の回路である。SSTLの場合、有力信号の振幅は基準電圧Vrefに対して上下に±0.2V変化する信号である。図示のように、第5実施例の回路は、第1実施例の回路とほぼ同様の構成を有するが、/CLK状態検出回路28が異なる。/CLK状態検出回路28は、第2外部クロック/CLKが入力される第2クロック入力ピンの状態を検出して、第2外部クロックが入力されているかを判定する。
【0039】
図20は、第5実施例の/CLK状態検出回路28の構成を示す図である。図示のように、第2クロック入力ピンと高電圧側の電源端子Vccとの間には抵抗R1が接続されている。PチャンネルトランジスタQ21とNチャンネルトランジスタQ22が高電圧側の電源端子Vccと低電圧側の電源端子Vssの間に直列に接続され、第1のインバータを構成する。また、PチャンネルトランジスタQ23とNチャンネルトランジスタQ24が高電圧側の電源端子Vccと低電圧側の電源端子Vssの間に直列に接続され、第2のインバータを構成する。各トランジスタのゲートは抵抗R2を介して第2クロック入力ピンに接続されている。第1のインバータの出力はインバータ91で反転された後NORゲート92に入力され、第2のインバータの出力は直接NORゲート92に入力される。
【0040】
第1のインバータを構成するPチャンネルトランジスタQ21のサイズ(ゲート幅)は、NチャンネルトランジスタQ22のサイズより十分に大きく作られており、第2のインバータを構成するNチャンネルトランジスタQ24のサイズは、PチャンネルトランジスタQ23のサイズより十分に大きく作られている。第2クロック入力ピンに第2外部クロックが入力されると、ノードN1は中間レベルになる。ノードN1が中間レベルになると、PチャンネルトランジスタQ21のサイズの方がNチャンネルトランジスタQ22のサイズより十分に大きいため、第1のインバータの出力(ノードN2)は「H」になる。同様に、NチャンネルトランジスタQ24のサイズの方がPチャンネルトランジスタQ23のサイズより十分に大きいため、第2のインバータの出力(ノードN3)は「L」になる。従って、判定信号DCKは「H」になる。
【0041】
第2クロック入力ピンの電位がVccの時には、ノードN1もVccになり、ノードN2とN3は共に「L」になり、判定信号DCKは「L」になる。第2クロック入力ピンの電位がVssの時には、ノードN1もVssになり、ノードN2とN3は共に「H」になり、判定信号DCKは「L」になる。更に、第2クロック入力ピンがオープンであった時には、ノードN1がVccになるので、判定信号DCKは「L」になる。このように、判定信号DCKは、第2外部クロックが入力される時は「H」で、それ以外の時には「L」である。
【0042】
これまで説明した第1から第5実施例では、DDR方式のシステムにおいて、第1外部クロックCLKのみが入力される場合と第1外部クロックCLKと第2外部クロック/CLKの両方が入力される場合とがあり、いずれの状態であるか検出して自動的に対応でき、発生された第1及び第2内部クロックはそれぞれ独立して使用される例を説明した。しかし、データ出力回路などでは、第1及び第2内部クロックの両方に応じて動作する必要がある回路が使用されることもある。そこで、以下に説明する実施例では、第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの両方が入力され、第1及び第2内部クロックの両方に応じて動作するデータ出力回路が使用されるDDR方式のシステムの例を説明する。
【0043】
図21は、第6実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。また、図22は合成器の回路構成を示す図であり、図23は第6実施例の動作を示すタイムチャートである。
図21に示すように、第6実施例の出力クロック発生回路は、第1外部クロックCLK(N1)が入力される第1クロックバッファ11と、第2外部クロック/CLK(N2)が入力される第2クロックバッファ12を有する。これは第1実施例と同じであり、ここから半導体装置の各部に第1の内部クロックCLKと第2の内部クロック/CLKが供給される。第6実施例のデータ出力バッファ206は、供給される内部クロックの立ち上がりエッジに応じてデータを出力する回路で、1つの回路からDDR方式でデータを出力する。そのため、図22に示すように、第1外部クロックCLKと第2外部クロック/CLKの2倍の周波数のクロックN5が供給される必要がある。このような2倍の周波数のクロックN5を発生するため、図22に示すような、第1及び第2内部クロックN3、N4からN5を発生させる合成器205が使用される。ここまでは従来技術である。
【0044】
図23に示すように、データ出力バッファ206は、第1外部クロックCLKと第2外部クロック/CLKのそれぞれの立ち上がりエッジに対して所定の位相で(ここでは0°で)で出力データを変化させることが要求され、そのためにはデータ出力バッファ206に供給するクロックN5の立ち上がりエッジが第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの立ち上がりエッジの少し前(データ出力バッファ206での遅延分だけ前)であることが要求される。第1及び第2クロックバッファ11、12から出力された第1及び第2内部クロックをそのまま合成器205に供給したのでは、合成器205の出力するクロックN5が上記の条件を満たす保証はない。そこで、第6実施例では、第1クロックバッファ11の出力する第1クロックを遅延させ、遅延量が可変である第1可変ディレイ回路201と、N5が上記の条件を満たすように第1可変ディレイ回路201の遅延量を制御する第1の0°(360°)DLL回路202とで構成される第1の0°位相調整回路と、第2クロックバッファ12の出力する第2クロックを遅延させ、遅延量が可変である第2可変ディレイ回路203と、N5が上記の条件を満たすように第2可変ディレイ回路203の遅延量を制御する第2の0°(360°)DLL回路204とで構成される第2の0°位相調整回路とを設ける。
【0045】
第1の及び第2の0°DLL回路202、204は、実際にデータ出力バッファ206から出力される出力データと第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの位相を比較して、出力データの位相がCLK、/CLKの位相に対して進んでいるか遅れているかを判定し、その判定結果に基づいて第1及び第2可変ディレイ回路201、203の遅延量を制御することが考えられる。しかし、第6実施例ではレイアウトなどの制約も考慮して、第1の及び第2の0°DLL回路202、204に、第1及び第2クロック入力バッファ11、12からデータ出力バッファ206に至る信号経路と等価なダミー経路を設けて、ダミー経路の信号を使用して位相状態を検出するようにしている。第1及び第2の0°位相調整回路は、同一の構成を有するので、以下第1の0°位相調整回路について説明する。
【0046】
図24は、第6実施例の0°(360°)DLL回路の構成を示す図である。図24に示すように、第1の0°DLL回路202は、第1クロック入力バッファ11から出力される内部クロックCLK1を1/N分周する1/N分周器301と、1/N分周器301の出力をディレイ制御回路304から指示された量だけ遅延させるダミー可変ディレイ回路302と、その出力を遅延させるダミーデータ出力バッファ305と、その出力を更に遅延させるダミー入力バッファ306と、1/N分周器301の出力とダミー入力バッファ306の出力の位相を比較する位相比較器303と、位相比較器303の比較結果に基づいてダミー可変ディレイ回路302と第1可変ディレイ回路201の遅延量を制御するディレイ制御回路304とを有する。
【0047】
1/N分周器301は、消費電力を低減するために、第1の0°DLL回路202における動作周波数を低下させる回路である。第1及び第2外部クロックCLK、/CLKは急激に変化することはないので、定常状態では第1の0°DLL回路202におけるフィードバック制御を頻繁に行う必要はない。一方、システムの電源が投入されて半導体装置が動作を開始すると、DLL回路が安定して内部クロックが外部クロックに同期するまで初期化動作が行われるが、1/N分周器301を設けるとその分初期化動作に要する時間が長くなる。そこで、これらのことを勘案して初期化動作の時間が許容できる範囲で1/N分周器301の分周比を設定して、消費電力を低減している。
【0048】
ダミー可変ディレイ回路302は、後述するように、ディレイ制御回路304からの制御信号に従って遅延量を変化させることはできる回路であり、第1可変ディレイ回路201も同一の構成である。ダミーデータ出力バッファ305は、第1可変ディレイ回路201から合成器205を経由してデータ出力バッファ206に至る信号経路と同じ遅延を生じる回路である。また、ダミー入力バッファ306は、第1クロック入力バッファ11から第1可変ディレイ回路201に至る信号経路と同じ遅延を生じる回路である。いずれにしろ、第1クロック入力バッファ11から第1可変ディレイ回路201及び合成器205を経由してデータ出力バッファ206に至る信号経路と、ダミー可変ディレイ回路302からダミーデータ出力バッファ305を経由してダミー入力バッファ306に至る信号経路は等価に作られており、温度変化などに対しても信号遅延量が同じように変化するように作られている。
【0049】
位相比較器303は、1/N分周器301の出力とダミー入力バッファ306の出力の位相を比較して、どちらが進んでいるという比較結果をディレイ制御回路304に出力する。ディレイ制御回路304は、この比較結果に基づいて、位相が一致するようにダミー可変ディレイ回路302の遅延量を増加又は減少させる制御信号を出力する。従って、位相が一致した時には、ダミー可変ディレイ回路302からダミーデータ出力バッファ305を経由してダミー入力バッファ306に至る信号経路の遅延量はクロックの1周期の整数倍(通常は1倍)であり、1/N分周器301の出力とダミー入力バッファ306の出力は位相が360°異なることになる。
【0050】
上記のように、第1可変ディレイ回路201は、ダミー可変ディレイ回路302と同一の構成を有し、ディレイ制御回路304から同じ制御信号が供給されて制御されるので、ダミー可変ディレイ回路302と同じ遅延量である。また、第1クロック入力バッファ11から第1可変ディレイ回路201及び合成器205を経由してデータ出力バッファ206に至る信号経路と、ダミー可変ディレイ回路302からダミーデータ出力バッファ305を経由してダミー入力バッファ306に至る信号経路は等価であるから、第1クロック入力バッファ11から第1可変ディレイ回路201及び合成器205を経由してデータ出力バッファ206に至る信号経路の遅延量はクロックの1周期分である。同様に、第2クロック入力バッファ12から第2可変ディレイ回路203及び合成器205を経由してデータ出力バッファ206に至る信号経路の遅延量はクロックの1周期分である。従って、データ出力バッファ206から出力される出力データは第1外部クロックCLKと第2外部クロック/CLKに交互に同期して変化することになる。
【0051】
次に、第6実施例のダミー可変ディレイ回路302、位相比較回路303及びディレイ制御回路304について説明する。図25は、同じ構成を有する第1可変ディレイ回路201とダミー可変ディレイ回路302の回路構成と動作波形を示す図であり、(1)が1ビット分のディレイ回路の構成を、(3)が1ビット分のディレイ回路を複数段接続した時の構成と動作説明を示し、(2)が1ビット分のディレイ回路の動作を示すタイムチャートである。
【0052】
図25の(1)に示すようように、1ビット分のディレイ回路は2個のNAND回路401と402、及びインバータ403からなる。この1ビット分のディレイ回路の動作を図25の(2)で説明すると、入力φEは活性化信号で、“H”レベルの時にディレイ回路が動作する。(2)ではφEが“H”になって信号の受付が可能になった状態を示してある。信号INは1ビット分のディレイ回路への入力信号を、φNは複数段接続された隣接する右側からの信号を、OUTは1ビット分のディレイ回路の出力信号を、4a−1と4a−2は(1)の回路における対応する内部端子の波形を示している。従って、OUTは左側へのφNになる。
【0053】
φNが“L”の時には、OUTは常に“L”である。φNが“H”でφEが“L”の時にはOUTは“H”である。φNが“H”でφEが“H”の時に、入力信号INが“L”であればOUTは“H”になり、INが“H”であれば“L”になる。図25の(2)は、φE=H、φN=Hの状態で、INがLからHに立ち上がると、その入力信号INがNANADゲート401,402及びインバータ403で反転されながら、出力OUTに伝達されている様子を示している。
【0054】
図25の(3)は、(1)の1ビット分のディレイ回路を複数段カスケード接続した例で、実際のディレイ回路に相当する。図では3段しか示していないが、実際には多数段に接続されている。活性化信号φEの信号線は回路要素毎に、φE−1、φE−2、φE−3のように複数本あり、これらの信号はディレイ制御回路43によってコントロールされる。
【0055】
図では真ん中の1ビット分のディレイ回路が活性化されており、φE−2が“H”となっている。その場合、入力信号INが“L”から“H”に変化すると、左端の1ビット分のディレイ回路と右端の1ビット分のディレイ回路のφE−1とφE−3は“L”であるから、太線のように入力信号INはNAND回路401−1と401−3で止められてしまう。一方、活性化されている真ん中の1ビット分のディレイ回路のφE−2は“H”レベルであるから、入力信号INはNAND回路401−2を通過する。右側の1ビット分のディレイ回路の出力OUTは“H”であるから、入力信号INはNAND回路402−2も通過して、OUTには信号“L”として伝達されることになる。上記のように、右側のOUT、すなわちφNが“L”の時には、OUTは常に“L”になるので、この“L”の信号は左側の1ビット分のディレイ回路のNAND回路、インバータに順次伝達され、最終的なOUT信号として取り出される。
【0056】
このように、活性化された1ビット分のディレイ回路を介して、入力信号INは折り返されるように信号伝達され、最終的なOUT信号になる。つまり、どの部分の活性化信号φEを“H”にするかにより、ディレイ量を制御することができる。1ビット分のディレイ量は、NAND回路とインバータの合計の信号伝搬時間で決定され、この時間がDLL回路のディレイ単位時間になる。全体のディレイ時間は、1ビット分のディレイ量に通過する段数を乗じた量になる。
【0057】
図26はディレイ制御回路304の回路構成を示す図である。図26に示すように、ディレイ制御回路も点線で囲った1ビット分のディレイ制御回路430−2を、ディレイ回路の段数分接続した構成であり、各段の出力がディレイ回路の各段の活性化信号φEになる。
1ビット分のディレイ制御回路430−2は、NAND432−2と、インバータ433−2で構成されるフリップフロップの両端にそれぞれ直列に接続されたトランジスタ435−2、437−2、438−2、439−2、そしてNOR回路431−2を有する。トランジスタ438−2のゲートは、前段の端子5a−2に、トランジスタ439−2のゲートは、後段の端子5a−5に接続されて、前段と後段の信号を受けるようになっている。一方、直列接続されている他方のトランジスタには、カウントアップする時のセット信号φSEとφSO、カウントダウンする時のリセット信号φREとφROが1回路おきに接続されている。図示のように、真ん中の1ビット分のディレイ制御回路430−2では、トランジスタ435−2がφSOに、トランジスタ437−2がφROに接続され、ディレイ制御回路430−2の両側の回路ではそれぞれφSEとφREに接続される。NOR回路431−2には、左側の5a−1とこの回路の5a−4の信号が入力される構成になっている。なお、φRはディレイ制御回路をリセットする信号で、電源投入後に一時的に“L”レベルになり、その後は“H”に固定される。
【0058】
図27は、図26のディレイ制御回路の動作を示す図である。
まず、φRが一時的に“L”になり、端子5a−1,5a−3,5a−5が“H”に、5a−2,5a−4,5a−6が“L”にリットされる。カウントアップする時には、カウントアップ信号φSEとφSOが交互に“H”と“L”を繰り返す。φSEが“L”から“H”になると、5a−1は接地されて“L”に、5a−2は“H”に変化する。5a−2が“H”に変化したのを受けて、φE−1は“H”から“L”に変化する。この状態はフリップフロップにラッチされるので、φSEが“L”に戻ったとしても、出力φE−1は“L”のままである。そして、5a−1が“L”に変化したことを受けて、出力φE−2が“L”から“H”に変化する。5a−2が“H”に変化したのでトランジスタ438─2はオン状態になり、φSOが“L”から“H”になると、5a−3は接地されて“L”に、5a−4は“H”に変化する。5a−4が“H”に変化したのを受けて、φE−2は“H”から“L”に変化する。この状態はフリップフロップにラッチされるので、φSOが“L”に戻ったとしても、出力φE−2は“L”のままである。そして、5a−3が“L”に変化したことを受けて、出力φE−3が“L”から“H”に変化する。図では、φSEとφSOが1パルスずつ出ているだけであるが、ディレイ制御回路が何段にも接続されており、φSEとφSOが交互に“H”と“L”を繰り返せば、出力φEが“H”になる段の位置が順次右側にシフトする。従って、位相比較回路42の比較結果によりディレイ量を増加させる必要がある場合には、交互にφSEとφSOのパルスを入力すればよい。
【0059】
カウントアップ信号φSEとφSO、及びカウントダウン信号φREとφROが出力されない状態、すなわち“L”である状態が維持されれば、出力φEは“H”になる段の位置は固定される。従って、位相比較回路42の比較結果によりディレイ量を維持する必要がある場合には、φSE、φSO、φRE及びφROのパルスを入力しないようにする。
【0060】
カウントダウンする時には、φREとφROのパルスを交互に入力すると、カウントアップ時と逆に出力φEが“H”になる段の位置が順次左側にシフトする。
以上説明したように、図26に示したディレイ制御回路では、パルスを入力することにより、出力φEが“H”になる段の位置を1つずつ移動させることが可能であり、これらの出力φEで図25の(3)に示したディレイ回路を制御すればディレイ量が1単位ずつ増減するように制御することができる。
【0061】
位相比較回路303は、位相比較部と増幅回路部の2つの回路部分で構成される。図28は位相比較部の回路構成を示す図であり、図29は位相比較部の動作を示すタイムチャートであり、図30は増幅回路部の回路構成を示す図であり、図31は増幅回路部の動作を示すタイムチャートである。
図28において、φoutとφextはこの位相比較回路303で比較する出力信号と外部クロックであり、φextを基準としてφoutの位相が判定され、φaからφeは増幅回路に接続される出力信号を示している。図28に示すように、位相比較部は、2個のNAND回路で構成されたフリップフロップ回路421と422、その状態をラッチするラッチ回路425と426、ラッチ回路の活性化信号を生成する回路424、及び外部クロックφextの位相許容値を得る1ディレイ分のディレイ回路423からなる。
【0062】
図29において、(1)は比較対象信号φoutが比較基準信号φextよりも位相が進んでおり、φoutがφextより先に“L”から“H”になる場合を示している。φoutとφextが共に“L”の時にはフリップフロップ回路421と422の端子6a−2、6a−3、6a−4、6a−5は共に“H”になっている。φoutが“L”から“H”に変化すると、端子6a−2と6a−4は共に“H”から“L”に変化する。その後、φextが“L”から“H”に、1ディレイ分遅れて端子6a−1が“L”から“H”になるが、フリップフロップの両端の電位はすでに確定しているので、なにも変化を起きない。結局、6a−2は“L”、6a−3は“H”、6a−4は“L”、6a−5は“H”を維持する。一方、φextが“L”から“H”に変化したのに応じて、回路424のφaは“L”から“H”に変化し、6a−6には一時的に“H”レベルになるパルスが印加される。この6a−6はラッチ回路425と426のNAND回路に入力されているので、NAND回路が一時的に活性化されて、フリップフロップ回路421と422の両端の電位状態をラッチ回路425と426に取り込むことになる。最終的には、φbが“H”、φcが“L”、φdが“H”、φeが“L”となる。
【0063】
次に、(2)は比較対象信号φoutと比較基準信号φextの位相がほぼ同じで、φoutがφextとほぼ同時に“L”から“H”になる場合を示している。φoutの立ち上がり時点と6a−1の立ち上がり時点との時間差内にφoutが“L”から“H”に変化した時である。この場合、まずφextが“L”から“H”になることによってフリップフロップ421の端子6a−3が“L”から“H”に変化するが、フリップフロップ422では6a−1が“L”のままなので、逆に6a−4が“H”から“L”に変化する。その後に6a−1が“H”から“L”に変化するが、フリップフロップ422の状態はすでに決まっているので何も変化が起きない。その後に、6a−6が一時的に“H”になるので、ラッチ回路にはこの状態が記憶される。結局、φbが“L”、φcが“H”、φdが“H”、φeが“L”となる。
【0064】
更に、(3)は比較対象信号φoutが比較基準信号φextよりも位相が遅れており、φoutがφextより後に“L”から“H”になる場合を示している。この場合は、φextによって2個のフリップフロップ回路421と422に変化が生じて、6a−3と6a−5が“H”から“L”に変化する。そして、最終的には、φbが“L”、φcが“H”、φdが“L”、φeが“H”となる。
【0065】
このように、φextの立ち上がり時間を基準として、φoutの立ち上がり時間がそれ以前に“H”になったか、ほぼ同時であったか、遅れて“H”になったかを検出することが可能になる。これらの検出結果をφb、φc、φd、及びφeの値としてラッチしておき、その値に基づいてディレイ制御回路をカウントアップするか、カウントダウンするかを決める。
【0066】
図30は位相比較回路303の増幅回路部の回路構成を示す図である。
増幅回路部は、JKフリップフロップ427と、NANDとインバータで構成される増幅部428の2つの部分からなる。JKフリップフロップ427には、図28の位相比較部から信号φaが入力され、φaが“L”であるか“H”であるかに応じて7a−9と7a−11の電位が交互に“L”と“H”を繰り返す仕組みになている。増幅部428は、JKフリップフロップ427の出力信号と、φbからφdの信号を受けて増幅して出力する。
【0067】
まず、JKフリップフロップ427の動作を図31のタイミングチャートを参照して説明する。時間T1で、φaが“H”から“L”に変化すると、端子7a−17a−10が“L”から“H”に変化する。一方、7a−1の変化に応じて、7a−5と7a−6と7a−7に状態の変化が起こるが、φaが“L”であるために、7a−8には変化が生じない。結局、出力7a−9は変化せず、7a−11のみが“L”から“H”になる。次に、時間T2になって、φaが“L”から“H”に変化すると、時間T1での動きと逆に端子7a−8は“H”から“L”に、7a−10は7a−7が変化しないので変化せず、出力7a−9は“L”から“H”に変化し、7a−11は変化しない。このように、JKフリップフロップ回路427は、φaの動きに応じて出力7a−9と7a−11が交互に“H”と“L”を繰り返す動きをする。
【0068】
次に、増幅部428の動作を、図32から図34を参照して説明する。図32は、比較基準信号φextの立ち上がりに対して、比較対象信号φoutが先に“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“H”、φcが“L”、φdが“H”、φeが“L”である。結局、7a−12が“H”に、7a−13が“L”に固定され、φSOとφSEがJKフリップフロップの状態に応じて変化するが、φROとφREは7a−13が“L”のため変化しない。
【0069】
図33は、比較対象信号φoutが比較基準信号φextとほぼ同時に“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“L”、φcが“H”、φdが“H”、φeが“L”である。結局、7a−12と7a−13が“L”に固定され、φSOとφSEがJKフリップフロップの出力が増幅部に影響することはなく、φSOとφSEとφROとφREは“L”に固定されたままになる。
【0070】
図34は、比較対象信号φoutが比較基準信号φextの立ち上がりに対して遅れて“L”から“H”になる場合を示している。この場合の位相比較部からの入力信号は、φbが“L”、φcが“H”、φdが“L”、φeが“H”である。結局、7a−12が“L”に、7a−13が“H”に固定され、φROとφREがJKフリップフロップの状態に応じて変化するが、φSOとφSEは7a−13が“L”のため変化しない。
【0071】
第6実施例では、以上の構成により、立ち上がりエッジが正確に180°ずれた2つの外部クロックの立ち上がりエッジと正確に同期した内部クロックがデータ出力バッファに供給されるので、出力データは2つの外部クロックの立ち上がりエッジに交互に正確に同期して変化する。すなわち、位相ずれのない正確なDDR方式のデータ出力が行える。
【0072】
図13に示した第2実施例及び図17に示した第3実施例の0°DLL回路25、26として、第6実施例の0°(360°)DLL回路が使用できる。なお、DLL回路は他にも各種の構成のものがあり、それらも同様に使用できる。更に、PLL回路を使用することもできる。
図35は、第7実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。第7実施例は、第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの立ち上がりエッジが正確に180°位相がずれている場合に適用できる実施例であり、第1及び第2の0°DLL回路202、204を共通化して0°DLL回路211として点が第6実施例と異なる。第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの立ち上がりエッジが、正確に180°位相がずれている場合には、第1及び第2可変ディレイ回路201、203の遅延量は同一である。そこで、第7実施例では、第6実施例ではの第1及び第2の0°DLL回路202、204を共通化して、回路構成を簡単にしている。
【0073】
第6及び第7実施例では、第1及び第2クロック入力バッファ11、12から出力された2つ内部クロックの遅延量を調整した後合成したが、第1及び第2外部クロックCLK、/CLKの立ち上がりエッジが正確に180°位相がずれている場合には、2つ内部クロックを合成した後位相調整することも可能である。図36は、第8実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。図36に示すように、第8実施例の回路においては、第1及び第2クロック入力バッファ11、12から出力された2つ内部クロックが合成器205で合成された後、可変ディレイ回路222に入力される。可変ディレイ回路222の遅延量は、0°DLL回路221で第6及び第7実施例と同様に制御される。可変ディレイ回路222は第1及び第2可変ディレイ回路201、203と同じ構成を有し、0°DLL回路221は第1及び第2の0°DLL回路202、204及び0°DLL回路211と同じ構成を有する。
【0074】
第7実施例では第1及び第2可変ディレイ回路201、203の2個の可変ディレイ回路が使用されていたが、第8実施例では1個の可変ディレイ回路222が使用されだけであり、第7実施例より更に構成が簡単である。
図37は、第9実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。図36と比較して明らかなように、0°DLL回路221の代わりに0°DLL回路223が設けられている点が第8実施例と異なる。0°DLL回路223は、合成器205の出力を入力として位相差を検出し、可変ディレイ回路222の遅延量を制御する。0°DLL回路223は、構成は0°DLL回路221と同じであるが、合成器205で合成された周波数が2倍のクロック信号が供給される点が異なる。しかし、1/N分周器の分周比を2倍にすれば動作は同じである。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置は、相補クロックを使用する形式のシステムでも、内部で180°位相クロックを発生させる形式のシステムでも共通に使用できるので、別々の仕様の半導体装置とする必要がない。従って、これを生産するメーカにおいては、生産効率を高めることができると共に在庫管理が容易になり、コストダウンが図れる。また、これを使用する装置メーカにおいては、部品の共通化が図れるので、在庫管理が容易になり、コストダウンが図れる。
【0076】
また、DDR方式の半導体装置においてデータの入出力が相補関係にある2つの外部クロックに完全に同期して行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SDRAMの全体構成を示す図である。
【図2】SDRAMのデータ入力動作を示す図である。
【図3】従来の相補クロックの発生回路を示す図である。
【図4】本発明の原理構成図である。
【図5】本発明の第1実施例のSDRAMの内部クロック発生回路の構成を示す図である。
【図6】第1実施例の1/2位相シフトDLL回路の構成を示す図である。
【図7】第1実施例のディレイ回路と、ディレイ制御回路の構成例を示す図である。
【図8】第1実施例の/CLK状態検出回路の構成を示す図である。
【図9】/CLK状態検出回路の制御信号を示す図である。
【図10】第1実施例の/CLK状態検出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図11】第1実施例の/CLK状態検出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図12】第1実施例の入力回路の構成を示す図である。
【図13】本発明の第2実施例のSDRAMの内部クロック発生回路の構成を示す図である。
【図14】第2実施例の/CLK状態検出回路の構成を示す図である。
【図15】第2実施例の/CLK状態検出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図16】第2実施例の/CLK状態検出回路の動作を示すタイムチャートである。
【図17】本発明の第3実施例のSDRAMの内部クロック発生回路の構成を示す図である。
【図18】本発明の第4実施例のSDRAMの内部クロック発生回路の構成を示す図である。
【図19】本発明の第5実施例のSDRAMの内部クロック発生回路の構成を示す図である。
【図20】第5実施例の/CLK状態検出回路の構成を示す図である。
【図21】第6実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。
【図22】第6実施例の出力クロック発生回路で使用する合成器の回路構成を示す図である。
【図23】第6実施例の出力クロック発生回路の動作を示すタイムチャートである。
【図24】第6実施例の0°(360°)DLL回路の構成を示す図である。
【図25】第6実施例の可変ディレイ回路の構成と動作を示す図である。
【図26】第6実施例のディレイ制御回路の構成を示す図である。
【図27】第6実施例のディレイ制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図28】第6実施例の位相比較回路(位相比較部)の構成を示す図である。
【図29】第6実施例の位相比較回路(位相比較部)の動作を示すタイムチャートである。
【図30】第6実施例の位相比較回路(増幅回路部)の構成を示す図である。
【図31】第6実施例の位相比較回路(JKフリップフロップ)の動作を示すタイムチャートである。
【図32】第6実施例の位相比較回路(増幅回路部)の動作を示すタイムチャートである。
【図33】第6実施例の位相比較回路(増幅回路部)の動作を示すタイムチャートである。
【図34】第6実施例の位相比較回路(増幅回路部)の動作を示すタイムチャートである。
【図35】第7実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。
【図36】第8実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。
【図37】第9実施例の出力クロック発生回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
11…第1クロック入力バッファ
12…第2クロック入力バッファ
21…/CLK状態検出回路
22…1/2位相クロック発生回路(1/2位相シフトDLL回路)
23…スイッチ
24…スイッチ
25、26…0°DLL回路
201…第1可変ディレイ回路
202…第1の0°DLL回路
203…第2可変ディレイ回路
204…第2の0°DLL回路
205…合成器
206…データ出力バッファ
Claims (11)
- 外部クロックから相補関係にある第1及び第2内部クロックを発生させる半導体装置であって、
第1外部クロックが入力され、前記第1内部クロックを出力する第1クロック入力回路と、
前記第1外部クロックと相補関係にある第2外部クロックが入力され、第2クロックを出力する第2クロック入力回路と、
前記第1内部クロックから180°位相の異なる1/2位相シフト信号を発生する1/2位相クロック発生回路と、
前記第2クロック入力回路に前記第2外部クロックが入力されているかを判定する/CLK状態検出回路と、
該/CLK状態検出回路の判定結果に従って、前記第2外部クロックが入力されている時には、前記第2クロックを前記第2内部クロックとして出力し、前記第2外部クロックが入力されていない時には、前記1/2位相シフト信号を前記第2内部クロックとして出力するように切り換えるスイッチとを備えることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記第2外部クロックが入力されていない時には、前記第2クロック入力回路を不活性化する半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置であって、
前記第2外部クロックが入力されている時には、前記1/2位相クロック発生回路を停止させる半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記1/2位相クロック発生回路は、所定の遅延量を単位として遅延量が選択可能なディレイラインを有するディレイロックドループ(DLL)回路で構成されている半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記1/2位相クロック発生回路は、PLL回路で構成されている半導体装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記/CLK状態検出回路は、前記第2外部クロックの切り替わりエッジを検出し、該第2外部クロックの切り替わりを検出した時に、前記第2外部クロックが入力されていると判定する半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置であって、
前記/CLK状態検出回路は分周器を備え、前記第2外部クロックの周期より長い周期で、前記第2外部クロックの切り替わりエッジを検出する半導体装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記/CLK状態検出回路は、前記第2外部クロックが入力される入力ピンの電圧がVCC又はVSSに固定されているか、前記入力ピンがオープン状態であることを検出した時に、前記第2外部クロックが入力されていないと判定する半導体装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記/CLK状態検出回路は、電源投入後の一定期間内に前記第2外部クロックが入力されているかを検出し、その後判定結果を維持する半導体装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記/CLK状態検出回路は、前記第2外部クロックが入力されているかを、前記半導体装置の電源印加後は常時検出する半導体装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記第1内部クロックの位相が前記第1外部クロックの位相に一致するように調整する第1の0°位相調整回路と、
前記第2クロックの位相が前記第2外部クロックの位相に一致するように調整する第2の0°位相調整回路とを備える半導体装置。
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