JP4422393B2 - ディジタル遅延ライン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル遅延ライン及び遅延固定ループに関し、特に、ディジタル遅延ラインを構成する単位遅延素子の構成を簡単にし、かつ、単位遅延素子の遅延時間である単位遅延を減少させたディジタル遅延ライン及び遅延固定ループに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体メモリ設計において、高速データ伝送を阻害する原因となるクロック信号波形の歪み、即ちクロックスキューの特性のうち、半導体チップ内部のクロックバッファを通過するのにかかる時間は、DRAMのタイミングパラメータを決定するにあたって重要である。DRAMに供給される外部クロックは、CMOSレベルで入力されないことから、クロックバッファを介して受信しなければならず、内部回路の各部にクロックを供給するためには、駆動能力の大きいクロックドライバ回路を使用しなければならない。したがって、内部クロックは、外部クロック信号に比較して遅延しており、このような内部クロックの制御を受ける内部の各種回路は、外部クロックに比較して常に一定の遅延を有することになる。これにより、外部クロックの入力からデータ出力までに要する時間であるクロックアクセスタイムは、遅延時間だけ増加することから、DRAMの高速動作が不可能となるなど、遅延時間はシステム設計において特に考慮すべき重要な事項である。このような遅延を除去してメモリの高速化を達成するために、位相固定ループ(phase locked loop:PLL)と遅延固定ループ(delay locked loop:DLL)が使用されている。DLLは、PLLの電圧制御発振器(voltage controlled oscillator:VCO)の代りに電圧制御遅延ライン(voltage controlled delay line:VCDL)を使用する点でPLLと区別される。
【0003】
図1は、従来のディジタル遅延ラインを示す回路図である。図1に示すように、従来のディジタル遅延ラインは、クロック信号clkを所定時間遅延させる遅延部103と、この遅延部103の所定位置の単位遅延素子に選択的にクロック信号を供給するクロック供給部105とを備えて構成されている。図1において、clkはクロックバッファ(図示せず)から供給されるクロック信号を、clkoutはこのディジタル遅延ラインを介することによって遅延されたクロック信号を各々示す。
【0004】
従来のディジタル遅延ラインにおける遅延部103は、図1に示されたように、NANDゲート(以下、「遅延部NANDゲート」という)とインバータゲートとが交互に接続された構造を有する。1個の遅延部NANDゲートと1個のインバータゲートが1つの単位遅延素子(unit delay element)101を構成する。インバータゲートの出力は、次段の遅延部NANDゲートに入力される。クロック供給部105は、遅延部103を構成する単位遅延素子101と同数(図1では100個)のNANDゲート(以下、「クロック供給部NANDゲート」という)を備えて構成されている。それぞれのクロック供給部NANDゲートには、クロック信号clkが入力される。また、クロック供給部NANDゲートへの他方の入力信号として、クロック供給部NANDゲートを選択的にイネーブルさせる選択信号sel1、sel2、…、sel100が、各々のクロック供給部NANDゲートの入力端に入力される。
【0005】
図2は、図1に示された従来のディジタル遅延ラインにおける選択信号による遅延時間の差を示す信号波形図である。図1において、選択信号sel1〜sel100のうち、選択信号sel1のみをハイレベルに設定し、その他の選択信号sel2〜sel100をローレベルに設定した場合、クロック信号clkは、右端の1個のクロック供給部NANDゲートと右端の1個の単位遅延素子101とを経て、遅延したクロック信号clkoutとして出力される。同様に、選択信号sel2のみをハイレベルに設定し、その他の選択信号sel1、sel3〜sel100をローレベルに設定した場合、クロック信号clkは、右から2番目の1個のクロック供給部NANDゲートと右から1番目及び2番目の2個の単位遅延素子101とを経て、遅延したクロック信号clkoutとして出力される。従って、選択信号sel1をハイレベルに設定する場合と、選択信号sel2をハイレベルに設定する場合とでは、クロック信号clkが経由する単位遅延素子の個数に差異があることから、図2に示すように、各々の場合に出力されるクロック信号clkoutのタイミングは、1個の単位遅延素子を経由する時間だけ異なることとなる。1個の単位遅延素子を経由するのにかかる時間を、単位遅延(unit delay:UD)という。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のディジタル遅延ラインでは、単位遅延素子が1個のNANDゲートと1個のインバータゲートの2個のゲートから構成されているので、このような単位遅延素子を用いた遅延固定ループは、その分ジッタ特性が劣化することになる。また、従来の単位遅延素子を使用したディジタル遅延ラインの設計において、占有面積が大きくなるという問題点がある。
【0007】
従って、本発明の目的は、遅延固定ループのジッタ特性を改善することが可能なディジタル遅延ラインを提供することである。
【0008】
また、本発明の他の目的は、ディジタル遅延ラインの設計において、単位遅延素子が占める面積を減少させることが可能なディジタル遅延ラインを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【0010】
即ち、本発明に係るディジタル遅延ラインは、第1クロック信号及び第1制御信号が入力される第1NANDゲートと、該第1NANDゲートの出力信号及びハイレベルの信号が入力される第2NANDゲートと、第2制御信号が入力される第1インバータと、前記第1クロック信号と180゜の位相差を有する第2クロック信号、及び前記第1インバータの出力信号が入力される第1NORゲートと、前記第2NANDゲートの出力信号及び前記第1NORゲートの出力信号が入力される第2NORゲートとを備え、前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号のデューティが50%であり、前記第1制御信号及び第2制御信号のうちのいずれか1つのみがハイレベルに設定され、前記第2NANDゲートの遅延時間と前記第2NORゲートの遅延時間とが等しく、前記第1NANDゲートの遅延時間と前記第1NORゲートの遅延時間とが等しいことを特徴とする。
【0011】
上記したディジタル遅延ラインは、第1クロック信号及び第3制御信号が入力される第3NANDゲートと、該第3NANDゲートの出力信号及び前記第2NORゲートの出力信号が入力される第4NANDゲートとをさらに備えているものであることが望ましい。
【0012】
上記したディジタル遅延ラインは、第4制御信号が入力される第2インバータと、前記第2クロック信号及び前記第2インバータの出力信号が入力される第3NORゲートと、前記第4NANDゲートの出力信号及び前記第3NORゲートの出力信号が入力される第4NORゲートとをさらに備えているものであることが望ましい。
【0013】
また、前記第1クロック信号の立上りエッジと前記第2クロック信号の立下りエッジとが同じタイミングであることが望ましい。
【0014】
また、前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号のデューティが50%であることが望ましい。
【0015】
また、前記第2NANDゲートの遅延時間と前記第2NORゲートの遅延時間とが等しいことが望ましい。
【0016】
また、前記第1NANDゲートの遅延時間と前記第1NORゲートの遅延時間とが等しいことが望ましい。
【0017】
本発明に係る別のディジタル遅延ラインは、第1制御信号が入力される第1インバータと、第1クロック信号及び前記第1インバータの出力信号が入力される第1NORゲートと、該第1NORゲートの出力信号及びローレベルの信号が入力される第2NORゲートと、前記第1クロック信号と180゜の位相差を有する第2クロック信号、及び第2制御信号が入力される第1NANDゲートと、前記第1NANDゲートの出力信号及び前記第2NORゲートの出力信号が入力される第2NANDゲートとを備え、前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号のデューティが50%であり、前記第1制御信号及び第2制御信号のうちのいずれか1つのみがハイレベルに設定され、前記第2NANDゲートの遅延時間と前記第2NORゲートの遅延時間とが等しく、前記第1NANDゲートの遅延時間と前記第1NORゲートの遅延時間とが等しいことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。各図面において、同じ参照符号は、同じまたは同等の構成要素または信号を示す。
【0019】
図3は本発明の実施の形態に係るディジタル遅延ラインを示す回路図である。図3に示されているように、本実施の形態に係るディジタル遅延ライン300においては、一つのNANDゲートまたは一つのNORゲートが単位遅延素子を構成する。単位遅延素子を構成するNANDゲートまたはNORゲートは、交互に直列に接続されて遅延ライン300を形成している。clk及びclkbは相互の位相差が180゜であるクロック信号であり、sel1〜sel200はディジタル遅延ライン300によって生じるクロック信号clk、clkbの遅延程度を制御する信号である。本実施の形態では、ディジタル遅延ライン300は200個の単位遅延素子を具備している。
【0020】
NANDゲートND200aは、クロック信号clk及び制御信号sel200が二つの入力信号として入力され、出力信号をNANDゲートND200bの一方の入力信号として供給する。NANDゲートND200bの他方の入力信号として、ハイレベルVccの信号が入力される。図3に示したディジタル遅延ライン300においては、出力信号clkoutが出力される出力端子から最も遠い単位遅延素子がNANDゲートND200bであるので、その単位遅延素子の一方の入力信号としてハイレベルの信号が使用されているが、最も遠い単位遅延素子がNORゲートである場合には、その単位遅延素子の一方の入力信号としてローレベルの信号が使用される。NANDゲートND200bの出力信号は、次段の単位遅延素子であるNORゲートNR199bに供給される。一方、NORゲートNR199aの二つの入力信号として、クロック信号clkbとインバータIV199により反転された制御信号sel199とが使用される。NORゲートNR199aの出力信号とNANDゲートND200bの出力信号とが、NORゲートNR199bの二つの入力信号として使用される。残りのNANDゲートND198a、ND198b、…、ND4a、ND4b、ND2a、ND2b、NORゲートNR197a、NR197b、…、NR3a、NR3b、NR1a、NR1b、及びインバータIV197、…IV3、IV1も同様に接続される。最終段の単位遅延素子であるNORゲートNR1bの出力信号がディジタル遅延ライン300の出力信号となる。
【0021】
クロック信号clkの立上りエッジとクロック信号clkbの立下りエッジとはタイミングが同じである。ディジタル遅延ライン300の単位遅延素子を構成するNANDゲートND200b、…、ND2bと、NORゲートNR199b、…、ND1bとは遅延時間が等しいように設計される。また、制御信号sel200、…、sel1によって単位遅延素子にクロック信号clk、clkbを供給するNANDゲートND200a、…、ND2aと、NORゲートNR199a、…、NR1aとは遅延時間が等しく設計される。これは選択信号sel200、…、sel1によって指定されるディジタル遅延ライン300の遅延時間の変動幅を一定にするためである。一方、デューティが50%である出力信号clkoutを得るためには、クロック信号clkとクロック信号clkbのデューティが各々50%であることが必要である。
【0022】
以下においては、選択信号sel2のみがハイレベルである場合、及び選択信号sel1のみがハイレベルである場合を例として、ディジタル遅延ライン300の動作を説明する。まず、選択信号sel2のみがハイレベルである場合、NANDゲートND200a、ND198a、…、ND4aはすべてハイレベルの信号を出力し、NORゲートNR199a、NR197a、…、NR3a、NR1aはすべてローレベルの信号を出力する。そして、NANDゲートND200bの二つの入力端子にハイレベルの入力信号が入力されるので、NANDゲートND200bはローレベルの信号を出力し、これによってNORゲートNR199bの二つの入力端子にローレベルの信号が入力されるので、NORゲートNR199bはハイレベルの信号を出力する。選択信号sel200、…、sel3と関連して単位遅延素子を構成する論理ゲートのうち、NANDゲートは全てローレベルの信号を出力し、NORゲートは全てハイレベルの信号を出力する。
【0023】
ハイレベルである選択信号sel2が一方の入力信号として供給されるNANDゲートND2aは、他方の入力信号であるクロック信号clkのレベルが反転された信号を出力する。すなわち、NANDゲートND2aは、クロック信号clkがハイレベルならばローレベルの信号を出力し、クロック信号clkがローレベルならばハイレベルの信号を出力する。NANDゲートND2aの出力信号は、NANDゲートND2bの一方の入力信号として供給され、NANDゲートND2bの他方の入力信号には前段の単位遅延素子のNORゲートNR3bからハイレベルの信号が供給される。したがって、NANDゲートND2bは、NANDゲートND2aの出力信号を反転して次段の単位遅延素子であるNORゲートNR1bに供給する。NORゲートNR1aからローレベルの信号が出力されるので、NORゲートNR1bは、NANDゲートND2bの出力信号のレベルが反転した信号をディジタル遅延ライン300の出力信号clkoutとして出力する。
【0024】
次に、選択信号sel1のみがハイレベルである場合に関して説明する。選択信号sel1のみがハイレベルである場合、NANDゲートND200a、ND198a、…、ND4a、ND2aはすべてハイレベルの信号を出力し、NORゲートNR199a、NR197a、…、NR3aはすべてローレベルの信号を出力する。そして、選択信号sel200、…、sel2と関連して単位遅延素子を構成する論理ゲートのうち、NANDゲートは全てローレベルの信号を出力し、NORゲートは全てハイレベルの信号を出力する。ハイレベルの選択信号sel1はインバータIV1により反転されてローレベルとなり、NORゲートNR1aの一方の入力信号として供給されるので、NORゲートNR1aはクロック信号clkbのレベルを反転した信号を出力し、これをNORゲートNR1bに供給する。NORゲートNR1bの他方の入力信号としてNANDゲートND2bからローレベルの信号が入力されるので、NORゲートNR1bは、NORゲートNR1aの出力信号のレベルが再び反転された信号をディジタル遅延ライン300の出力信号clkoutとして出力する。
【0025】
制御信号sel2のみがハイレベルである場合、クロック信号clkが、NANDゲートND2a、NANDゲートND2b及びNORゲートNR1bの3個のゲートを経由して出力する。一方、制御信号sel1のみがハイレベルである場合、クロック信号clkbが、NORゲートNR1a及びNORゲートNR1bの2個のゲートを経由して出力する。ディジタル遅延ライン300において、NANDゲートとNORゲートの遅延時間が等しいように設計されていれば、上記した2つの場合において、クロック信号clk又はclkbがディジタル遅延ライン300に入力された後、出力信号clkoutとして出力されるまでに要する遅延時間は、1個のゲートの遅延時間に該当するだけの時間差となる。
【0026】
図4は、図3に示された実施の形態に係るディジタル遅延ラインにおける選択信号による遅延時間の差を示す信号波形図である。図2に示された従来のディジタル遅延ラインでは、1種類のクロック信号clkのみを使用するが、本実施の形態に係るディジタル遅延ラインでは、上記したように2種類のクロック信号clk、clkbを使用する。図4に示されたように、第1のクロック信号clkと第2のクロック信号clkbとは、180゜の位相差を有し、何れもデューティがほぼ50%でなければならない。デューティが50%でなければ、単位遅延時間が一定でなくなる。そこで、本実施の形態に係るディジタル遅延ラインを用いた遅延固定ループでは、前段にデューティ補正回路を備えて、クロック信号clk、clkbが50%のデューティとなるように補正することが望ましい。
【0027】
図5は、従来の遅延固定ループを示すブロック図である。図5に示されているように、従来の遅延固定ループはクロックバッファ501、ディジタル遅延ライン503a、503b、遅延モニタ回路505、位相比較回路507、シフト制御回路509、出力バッファ511、入出力ドライバ513から構成されている。図5において、clkはクロックバッファ501から出力されてディジタル遅延ライン503a、503bと位相比較回路507とに提供されるクロック信号を、DQはデータ出力をそれぞれ表す。
【0028】
図6は、本発明の実施の形態に係るディジタル遅延ラインを使用した遅延固定ループを示すブロック図である。図5に示された従来の遅延固定ループと比較すれば、図3に示された構成のディジタル遅延ライン605a、605bが使用される点が相違している。また、上記したように、デューティが50%でなければ、単位遅延時間が一定でなくなるので、クロックバッファ601の出力であるクロック信号clk、clkbのデューティを補正するためのデューティ補正回路603を備えている点が相違する。
【0029】
クロックバッファ601には外部から外部クロック信号が入力される。デューティ補正回路603は、クロックバッファ601から出力される第1クロック信号clkと第2クロック信号clkbとが50%のデューティを有するようにデューティを補正する。ディジタル遅延ライン605a、605bは、第1クロック信号clk及び第2クロック信号clkbが入力されて、外部クロック信号から所定時間遅延されたクロック信号を出力する。位相比較回路609は、ディジタル遅延ライン605aから出力されるクロック信号と第1クロック信号clkとの位相を比較して、ディジタル遅延ライン605a、605bでの遅延時間を制御する。
【0030】
図7は、クロックバッファ601の一部であるクロック信号増幅部701とデューティ補正回路603との関係を示すブロック図である。図8はクロック信号増幅部701の具体的な回路図であり、図9はデューティ補正回路603の具体的な回路図である。ここで、クロック信号増幅部701及びデューティ補正回路603に関しては詳述しない。
【0031】
図10は、本発明の別の実施の形態に係るディジタル遅延ライン1000を示す回路図である。図3に図示されたディジタル遅延ライン300と比較すれば、最初の単位遅延素子NR200bがNORゲートで構成され、外部からこのNORゲートに入力される一方の入力信号が接地レベルVssである点が異なるが、その他の構成及び全体的な動作原理は図3に示されているディジタル遅延ライン300と同様である。
【0032】
本発明は、本発明の技術的思想から逸脱することなく、種々の変更を加えて実施することが可能である。上記の実施の形態は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするためのものであって、本発明は、上記した具体的な実施の形態のみに限定して狭義に解釈されるべきものではない。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、遅延固定ループのジッタ特性を改善することが可能である。また、ディジタル遅延ラインの設計時に必要な面積を、従来と比較して略1/2に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のディジタル遅延ラインを示す回路図である。
【図2】 従来のディジタル遅延ラインにおける選択信号による遅延時間の差を示す信号波形図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係るディジタル遅延ラインを示す回路図である。
【図4】 図3に示された実施の形態に係るディジタル遅延ラインにおける選択信号による遅延時間の差を示す信号波形図である。
【図5】 従来の遅延固定ループを示すブロック図である。
【図6】 本発明の実施の形態に係る遅延固定ループを示すブロック図である。
【図7】 本発明の実施の形態に係るクロック信号増幅部(クロックバッファの一部)とデューティ補正回路の関係を示すブロック図である。
【図8】 本発明の実施の形態に係るクロック信号増幅部を示す回路図である。
【図9】 本発明の実施の形態に係るデューティ補正回路を示す回路図である。
【図10】 本発明の別の実施の形態に係るディジタル遅延ラインを示す回路図である。
【符号の説明】
601 クロックバッファ
603 デューティ補正回路
605a、605b ディジタル遅延ライン
607 遅延モニタ回路
609 位相比較回路
611 シフト制御回路
613 出力バッファ
615 出力ドライバ
Claims (5)
- 第1クロック信号及び第1制御信号が入力される第1NANDゲートと、
該第1NANDゲートの出力信号及びハイレベルの信号が入力される第2NANDゲートと、
第2制御信号が入力される第1インバータと、
前記第1クロック信号と180゜の位相差を有する第2クロック信号、及び前記第1インバータの出力信号が入力される第1NORゲートと、
前記第2NANDゲートの出力信号及び前記第1NORゲートの出力信号が入力される第2NORゲートとを備え、
前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号のデューティが50%であり、
前記第1制御信号及び第2制御信号のうちのいずれか1つのみがハイレベルに設定され、
前記第2NANDゲートの遅延時間と前記第2NORゲートの遅延時間とが等しく、
前記第1NANDゲートの遅延時間と前記第1NORゲートの遅延時間とが等しいことを特徴とするディジタル遅延ライン。 - 前記第1クロック信号及び第3制御信号が入力される第3NANDゲートと、
該第3NANDゲートの出力信号及び前記第2NORゲートの出力信号が入力される第4NANDゲートとをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載のディジタル遅延ライン。 - 第4制御信号が入力される第2インバータと、
前記第2クロック信号及び前記第2インバータの出力信号が入力される第3NORゲートと、
前記第4NANDゲートの出力信号及び前記第3NORゲートの出力信号が入力される第4NORゲートとをさらに備えていることを特徴とする請求項2に記載のディジタル遅延ライン。 - 前記第1クロック信号の立上りエッジと前記第2クロック信号の立下りエッジとが同じタイミングであることを特徴とする請求項1に記載のディジタル遅延ライン。
- 第1制御信号が入力される第1インバータと、
第1クロック信号及び前記第1インバータの出力信号が入力される第1NORゲートと、
該第1NORゲートの出力信号及びローレベルの信号が入力される第2NORゲートと、
前記第1クロック信号と180゜の位相差を有する第2クロック信号、及び第2制御信号が入力される第1NANDゲートと、
該第1NANDゲートの出力信号及び前記第2NORゲートの出力信号が入力される第2NANDゲートとを備え、
前記第1クロック信号及び前記第2クロック信号のデューティが50%であり、
前記第1制御信号及び第2制御信号のうちのいずれか1つのみがハイレベルに設定され、
前記第2NANDゲートの遅延時間と前記第2NORゲートの遅延時間とが等しく、
前記第1NANDゲートの遅延時間と前記第1NORゲートの遅延時間とが等しいことを特徴とするディジタル遅延ライン。
Applications Claiming Priority (4)
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