JP5037800B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、一又は二以上の回路ブロックを有するデジタル回路が搭載された半導体デバイスに関し、特に、それら回路ブロックへのクロック及びデータの分配において消費電力を小さくするとともに、回路自身が発生するノイズをも小さくでき、またクロックとデータ間のSKEWを少なくするのに好適な半導体デバイスに関する。   The present invention relates to a semiconductor device equipped with a digital circuit having one or more circuit blocks, and in particular, reduces power consumption in distributing clocks and data to these circuit blocks and reduces noise generated by the circuit itself. The present invention relates to a semiconductor device suitable for reducing the skew between the clock and data.

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、LSIの1チップに搭載される回路規模は大きくなってきており、クロックやデータの分配は、ますます困難になってきている。
クロックやデータの分配は、伝播遅延時間が小さく、クロックとデータ間のSKEWが少なく、消費電力が小さく、分配回路自身が発生するノイズが小さいことが望まれるが、現実的には、これらのトレードオフで、クロックやデータの分配が実現されている。
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the circuit scale mounted on one chip of an LSI has increased, and distribution of clocks and data has become increasingly difficult.
For clock and data distribution, it is desirable that the propagation delay time is small, the skew between the clock and data is small, the power consumption is small, and the noise generated by the distribution circuit itself is small. Off and clock and data distribution are realized.

ここで、一般的に用いられているクロック分配手法を、図8、図9に示す。
図8は、クロック分配方式の一般的な回路イメージ、図9は、半導体デバイスにおけるクロック分配方式の一般的なレイアウトの例である。
それら図8及び図9に示すクロック分配方式は、H−Tree構造と呼ばれるクロック分配構造である。これは、逆トーナメント式に分配を増やしていく方式で、分配先のファンアウトや配線負荷などを同条件にして、配線遅延や負荷容量を同一にすることで、分配経路の遅延時間の差を同一にするものである(例えば、特許文献1〜2参照。)。
Here, generally used clock distribution methods are shown in FIGS.
FIG. 8 is a general circuit image of the clock distribution method, and FIG. 9 is an example of a general layout of the clock distribution method in the semiconductor device.
The clock distribution system shown in FIGS. 8 and 9 is a clock distribution structure called an H-Tree structure. This is a method of increasing the distribution to the reverse tournament type, with the same fan delay and wiring load at the distribution destination, and the same wiring delay and load capacity, so that the difference in delay time of the distribution path can be reduced. They are the same (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).

特開平10−275862号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-275862 特開2005−123347号公報JP 2005-123347 A

しかしながら、上述のH−Tree構造は、以下の課題を有している。
例えば、駆動能力の高いバッファを用いて、長い配線や大きいファンアウトの回路を駆動するため、図10に示すように、消費電流が時間的に集中し、バイパスコンデンサでは、補償できない周波数帯の大きなノイズを生成していた。
However, the above-described H-Tree structure has the following problems.
For example, since a long-wiring or large fan-out circuit is driven using a buffer with high driving capability, the current consumption is concentrated in time as shown in FIG. 10, and the frequency band that cannot be compensated by the bypass capacitor is large. It was generating noise.

また、クロック分配範囲が広いと、バッファの段数が多くなり、分配回路だけで、数nsの伝播遅延時間を有することもある。特に、CMOS回路では、1mVの電圧変動に対して、0.07%〜0.10%の遅延時間変動が起こっていた。   In addition, when the clock distribution range is wide, the number of buffer stages increases, and the distribution circuit alone may have a propagation delay time of several ns. In particular, in CMOS circuits, delay time fluctuations of 0.07% to 0.10% occurred with respect to voltage fluctuations of 1 mV.

さらに、クロックの分配に併せてデータの分配を行う場合、データのファンアウトは、クロックに比べると少ないことが多い反面、分配する信号数が多いため、SKEWを低減するために、クロック分配回路と同一にすることが困難である。
これは、上述した電圧変動に対する遅延時間の変動の割合も、回路が異なると変化してしまうことから、Eye開口(アイ開口)を狭めてしまう原因となっていた。
なお、ここでアイ開口とは、各周期ごとのクロック波形を重ね合わせてできた波形のうち、その波形の中央にできた開口部分(目のようなかたちをした中央開口部分)をいう。
In addition, when data is distributed in conjunction with clock distribution, the fanout of data is often smaller than that of the clock, but the number of signals to be distributed is large. Therefore, in order to reduce SKEW, It is difficult to make them the same.
This is a cause of narrowing the eye opening (eye opening) because the ratio of the fluctuation of the delay time to the voltage fluctuation described above also changes when the circuit is different.
Here, the eye opening refers to an opening portion (a central opening portion shaped like an eye) formed at the center of the waveform among the waveforms formed by superimposing clock waveforms for each period.

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、クロックやデータの分配において、アイ開口を狭めることなくデータの伝送,分配を可能とするとともに、動作依存の消費電力(AC成分)を小さくでき、かつ、搭載回路自身が発生するノイズを小さくできるクロック分配手法を実現可能とする半導体デバイスの提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In the distribution of clocks and data, data can be transmitted and distributed without narrowing the eye opening, and operation-dependent power consumption (AC component) is achieved. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can realize a clock distribution technique that can reduce the noise generated by the mounted circuit itself and reduce the noise generated by the mounted circuit itself.

この目的を達成するため、本発明の半導体デバイスは、一又は二以上の回路ブロックと、これら回路ブロックのそれぞれに対してクロックを分配するクロック配線と、一又は二以上の回路ブロックのそれぞれに対してデータを分配するデータ配線とを備えた半導体デバイスであって、クロック配線は、クロックに所定の遅延量を与えるクロック用バッファを有し、データ配線は、データに所定の遅延量を与えるデータ用バッファを有し、半導体デバイスは、クロック用バッファの各段とデータ用バッファの各段に対して、同一の伝播遅延時間を与えるための遅延時間制御信号を送る制御信号配線を備えた構成としてある。   In order to achieve this object, the semiconductor device of the present invention includes one or more circuit blocks, a clock wiring for distributing a clock to each of these circuit blocks, and each of one or more circuit blocks. The clock wiring has a clock buffer for giving a predetermined delay amount to the clock, and the data wiring has a data delay for giving the data a predetermined delay amount. The semiconductor device has a buffer, and includes a control signal wiring for sending a delay time control signal for giving the same propagation delay time to each stage of the clock buffer and each stage of the data buffer. .

半導体デバイスをこのような構成とすると、クロック用バッファの各段とデータ用バッファの各段のそれぞれの伝播遅延時間が同一となるように制御されるため、それらクロック用バッファとデータ用バッファの各段の消費電力が等しくなる。このため、その消費電力が時間方向に分散されて矩形波状となり、ノイズの低減またはノイズの周波数成分を下げることができる。
そして、そのノイズの低減等により、データ波形の時間方向のぶれ(ばらつき)が少なくなることから、アイ開口を確保しながらデータを伝播・分配させることができる。
When the semiconductor device has such a configuration, the propagation delay time of each stage of the clock buffer and each stage of the data buffer is controlled to be the same. The stage power consumption is equal. For this reason, the power consumption is distributed in the time direction to form a rectangular wave, and noise can be reduced or the frequency component of noise can be reduced.
Then, due to the noise reduction or the like, the fluctuation (variation) in the time direction of the data waveform is reduced, so that data can be propagated and distributed while securing the eye opening.

また、本発明の半導体デバイスは、クロック配線が、クロックを伝送するクロック主経路と、各回路ブロックごとにクロック主経路との間を接続して、クロック主経路から回路ブロックへクロックを送るクロック分岐路を備え、クロック主経路は、クロック分岐路が分岐するクロック分岐点を有し、クロック用バッファは、クロック主経路におけるクロック分岐点の各間に接続され、データ配線は、データを伝送するデータ主経路と、各回路ブロックごとにデータ主経路との間を接続して、データ主経路から回路ブロックへデータを送るデータ分岐路を備え、データ主経路は、データ分岐路が分岐するデータ分岐点を有し、データ用バッファは、データ主経路におけるデータ分岐点の各間に接続された構成としてある。   In the semiconductor device of the present invention, the clock wiring connects the clock main path for transmitting the clock and the clock main path for each circuit block, and sends the clock from the clock main path to the circuit block. The clock main path has a clock branch point where the clock branch path branches, the clock buffer is connected between each of the clock branch points in the clock main path, and the data wiring is data for transmitting data A data branch path that connects the main path and the data main path for each circuit block and sends data from the data main path to the circuit block is provided, and the data main path is a data branch point where the data branch path branches And the data buffer is connected between the data branch points in the data main path.

半導体デバイスをこのような構成とすれば、クロック用バッファやデータ用バッファの各段の消費電力が等しくなるため、その消費電力が時間方向に分散されて矩形波状となることから、分配回路で発生するノイズの周波数成分を下げることができ、ノイズのピークを小さくすることができる。そして、このノイズの低減により、データ波形の時間方向のばらつきが抑えられるため、アイ開口を確保しながらデータを分配できる。   If the semiconductor device has such a configuration, the power consumption of each stage of the clock buffer and data buffer becomes equal, and the power consumption is distributed in the time direction to form a rectangular wave, which is generated in the distribution circuit. The frequency component of noise can be reduced, and the noise peak can be reduced. Then, by reducing the noise, variation in the time direction of the data waveform is suppressed, so that data can be distributed while securing the eye opening.

また、本発明の半導体デバイスは、クロック分岐路が、クロック分岐路用バッファを備え、データ分岐路は、データ分岐路用バッファを備え、制御信号配線は、クロック分岐路により伝播されるクロックの伝播遅延時間とデータ分岐路により伝播されるデータの伝播遅延時間とが同一となるようにクロック分岐路用バッファ及びデータ分岐路用バッファに対して遅延時間制御信号を与える構成としてある。   In the semiconductor device of the present invention, the clock branch path includes a clock branch path buffer, the data branch path includes a data branch path buffer, and the control signal wiring propagates a clock propagated by the clock branch path. The delay time control signal is applied to the clock branch path buffer and the data branch path buffer so that the delay time and the propagation delay time of the data propagated by the data branch path are the same.

半導体デバイスをこのような構成とすると、クロック分岐路やデータ分岐路にクロックとデータ間のSKEWを補償するためのバッファが挿入されるため、チップ全体に分配されたクロックとデータ間のSKEWを抑制できる。   When the semiconductor device has such a configuration, a buffer for compensating the skew between the clock and the data is inserted in the clock branch or the data branch, so that the skew between the clock and the data distributed over the entire chip is suppressed. it can.

また、本発明の半導体デバイスは、クロック配線が、クロック主経路により伝播されたクロックを返送するクロック返送路を備え、半導体デバイスは、クロック主経路に入力されたクロックとクロック返送路から出力されたクロックとを入力して遅延時間制御信号を生成し制御信号配線へ送る遅延ロックループ回路を備えた構成としてある。   In the semiconductor device of the present invention, the clock wiring includes a clock return path for returning the clock propagated through the clock main path, and the semiconductor device is output from the clock input to the clock main path and the clock return path. A delay lock loop circuit is provided that inputs a clock, generates a delay time control signal, and sends it to the control signal wiring.

半導体デバイスをこのような構成とすれば、クロック用バッファやデータ用バッファに用いられる遅延時間制御信号(BIAS)を、遅延ロックループ回路により生成することができる。そして、この遅延ロックループ回路により、分配回路の遅延時間がクロックの周期の整数倍となるようにコントロールすることができる。
そして、クロック用バッファやデータ用バッファの各段の消費電力が等しくなるとともに、分配回路の遅延時間がクロックの周期の整数倍となるようにコントロールされるため、とくにクロック分配回路の消費電力が時間方向に平坦となって、ノイズを低減することができる。
さらに、遅延ロックループ回路でコントロールすることから、外来の電源電圧変動や温度変動が起こっても追従するため、分配回路の遅延時間を一定に保つことができる。
When the semiconductor device has such a configuration, the delay time control signal (BIAS) used for the clock buffer and the data buffer can be generated by the delay lock loop circuit. The delay lock loop circuit can control the delay time of the distribution circuit to be an integral multiple of the clock cycle.
In addition, the power consumption of each stage of the clock buffer and the data buffer is made equal, and the delay time of the distribution circuit is controlled to be an integral multiple of the clock cycle. It becomes flat in the direction, and noise can be reduced.
Furthermore, since the delay lock loop circuit controls, the delay time of the distribution circuit can be kept constant because it follows even when an external power supply voltage fluctuation or temperature fluctuation occurs.

また、本発明の半導体デバイスは、クロック返送路が、返送路用バッファを備え、制御信号配線は、クロック主経路により伝播されるクロックの伝播遅延時間とクロック返送路により伝播されるクロックの伝播遅延時間とが同一となるようにクロック用バッファ及び返送路用バッファに対して遅延時間制御信号を与える構成としてある。   In the semiconductor device of the present invention, the clock return path includes a return path buffer, and the control signal wiring includes a clock propagation delay time propagated by the clock main path and a clock propagation delay propagated by the clock return path. The delay time control signal is provided to the clock buffer and the return path buffer so that the time is the same.

半導体デバイスをこのような構成とすると、クロック用バッファやデータ用バッファの各段の消費電力が等しくなるとともに、分配回路の遅延時間がクロックの周期の整数倍となるようにコントロールされるため、その消費電力が時間方向に分散されて矩形波状になり、分配回路で発生するノイズの周波数成分を下げることができ、ノイズのピークを小さくすることができる。   When the semiconductor device has such a configuration, the power consumption of each stage of the clock buffer and the data buffer is equalized, and the delay time of the distribution circuit is controlled to be an integral multiple of the clock cycle. The power consumption is distributed in the time direction to form a rectangular wave, the frequency component of noise generated in the distribution circuit can be lowered, and the noise peak can be reduced.

以上のように、本発明によれば、クロック配線とともにデータ配線にもバッファを接続し、それらクロック用バッファとデータ用バッファの各段の伝播遅延時間を同一にすることで、それら各段のバッファの消費電力が等しくなることから、その消費電力を時間方向に分散させることができる。これにより、その消費電力の波形は矩形波状となり、分配回路で発生するノイズの周波数成分を下げることができ、ノイズのピークを小さくすることができる。
また、遅延時間制御信号を与えてクロックとデータとの伝播遅延時間が同一となるようにすることで、データ波形のばらつきの影響が小さくなるため、アイ開口を確保しながらデータを分配することができる。
As described above, according to the present invention, the buffer is connected to the data wiring as well as the clock wiring, and the propagation delay time of each stage of the clock buffer and the data buffer is made the same, so that Therefore, the power consumption can be distributed in the time direction. As a result, the waveform of the power consumption becomes a rectangular wave, the frequency component of the noise generated in the distribution circuit can be lowered, and the noise peak can be reduced.
In addition, since the delay time control signal is applied so that the propagation delay time of the clock and the data is the same, the influence of the variation in the data waveform is reduced, so that data can be distributed while securing the eye opening. it can.

さらに、バッファに用いるバイアスを遅延ロックループ回路で生成するようにし、クロック分配回路の伝播遅延時間がクロック周期の整数倍になるようにコントロールすることで、ノイズの発生を抑制できる。しかも、遅延ロックループ回路で遅延時間制御信号を生成させることから、外来の電源電圧変動や温度変動が起こっても追従するため、分配回路の遅延時間を一定に保つことができる。
また、クロック分岐路やデータ分岐路にクロックとデータ間のSKEWを補償するためのバッファを接続することで、チップ全体に分配されたクロックとデータ間のSKEWを抑制できる。
Furthermore, the generation of noise can be suppressed by controlling the propagation delay time of the clock distribution circuit to be an integral multiple of the clock period by generating the bias used for the buffer by the delay lock loop circuit. In addition, since the delay time control signal is generated by the delay lock loop circuit, the delay time of the distribution circuit can be kept constant because it follows even when an external power supply voltage fluctuation or temperature fluctuation occurs.
Further, by connecting a buffer for compensating the skew between the clock and the data to the clock branch or the data branch, the skew between the clock distributed to the entire chip and the data can be suppressed.

以下、本発明に係る半導体デバイスの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第一実施形態]
まず、本発明の半導体デバイスの第一実施形態について、図1を参照して説明する。
同図は、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路の構成を示す回路図である。
同図に示すように、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路1aは、回路ブロック10−1〜10−nと、クロック配線20と、データ配線30と、バイアス配線40と、データ保持回路50とを備えた構成としてある。
[First embodiment]
First, a first embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a digital circuit mounted on the semiconductor device of the present embodiment.
As shown in the figure, the digital circuit 1a mounted on the semiconductor device of the present embodiment includes circuit blocks 10-1 to 10-n, a clock wiring 20, a data wiring 30, a bias wiring 40, and data holding. A circuit 50 is provided.

回路ブロック10−1〜10−nは、デジタル回路1aに一又は二以上備えられており、それぞれ第一保持回路11−1〜11−nと、ロジック回路12−1〜12−nと、第二保持回路13−1〜13−nとを有している。
第一保持回路11−1〜11−nは、データ配線30からのデータを入力する。そして、クロック配線20からクロックを入力し、このクロックの入力タイミングにもとづいて、データを出力する。この出力されたデータは、ロジック回路12−1〜12−nへ送られる。なお、第一保持回路11−1〜11−nは、例えばフリップフロップやラッチ回路などで構成することができる。
One or two or more circuit blocks 10-1 to 10-n are provided in the digital circuit 1a. The first holding circuits 11-1 to 11-n, the logic circuits 12-1 to 12-n, And two holding circuits 13-1 to 13-n.
The first holding circuits 11-1 to 11-n receive data from the data wiring 30. Then, a clock is input from the clock wiring 20, and data is output based on the input timing of this clock. The output data is sent to the logic circuits 12-1 to 12-n. Note that the first holding circuits 11-1 to 11-n can be configured by, for example, flip-flops or latch circuits.

ロジック回路12−1〜12−nは、第一保持回路11−1〜11−nから出力されたデータを入力し、所定の信号(本実施形態では、出力データとする)を出力する。この出力データは、第二保持回路13−1〜13−nへ送られる。なお、ロジック回路12−1〜12−nの構成は、任意であって、特定の回路に限定されるものではない。
第二保持回路13−1〜13−nは、ロジック回路12−1〜12−nから出力された信号(出力データ)を入力する。そして、クロック配線20からクロックを入力し、このクロックの入力タイミングにもとづいて、信号(出力データ)を出力する。なお、第二保持回路13−1〜13−nは、例えばフリップフロップやラッチ回路などで構成することができる。
The logic circuits 12-1 to 12-n receive data output from the first holding circuits 11-1 to 11-n and output a predetermined signal (in this embodiment, output data). This output data is sent to the second holding circuits 13-1 to 13-n. The configuration of the logic circuits 12-1 to 12-n is arbitrary and is not limited to a specific circuit.
The second holding circuits 13-1 to 13-n receive signals (output data) output from the logic circuits 12-1 to 12-n. Then, a clock is input from the clock wiring 20, and a signal (output data) is output based on the input timing of this clock. Note that the second holding circuits 13-1 to 13-n can be configured by, for example, flip-flops or latch circuits.

クロック配線20は、各回路ブロック10−1〜10−nのそれぞれに対してクロックを分配するための配線であって、クロック主経路21とクロック分岐路22とを有している。
クロック主経路21は、クロック入力端子23から入力されたクロックを伝送する経路である。
クロック分岐路22は、各回路ブロック10−1〜10−nごとにクロック主経路21との間を接続する経路であって、クロック主経路21から各回路ブロック10−1〜10−nへクロックを送るものである。
The clock wiring 20 is a wiring for distributing a clock to each of the circuit blocks 10-1 to 10-n, and has a clock main path 21 and a clock branch path 22.
The clock main path 21 is a path for transmitting a clock input from the clock input terminal 23.
The clock branch path 22 is a path that connects the clock main path 21 to each of the circuit blocks 10-1 to 10-n, and is clocked from the clock main path 21 to the circuit blocks 10-1 to 10-n. Is to send.

そして、クロック主経路21は、クロック分岐路22が分岐する点、すなわち、クロック主経路21とクロック分岐路22とが接続されている点であるクロック分岐点24を有している。
このクロック主経路21における複数のクロック分岐点24の各間にはクロック用バッファ25が接続(挿入)されている。
The clock main path 21 has a clock branch point 24 that is a point where the clock branch path 22 branches, that is, a point where the clock main path 21 and the clock branch path 22 are connected.
A clock buffer 25 is connected (inserted) between each of a plurality of clock branch points 24 in the clock main path 21.

クロック用バッファ25は、クロックに所定の遅延量を与えるためのバッファである。
このクロック用バッファ25は、クロック入力端子23と、このクロック入力端子23に最も近いクロック分岐点24との間にも接続される。
なお、クロック用バッファ25の構成については、後述の「クロック用バッファ,データ用バッファの構成について」にて説明する。
The clock buffer 25 is a buffer for giving a predetermined delay amount to the clock.
The clock buffer 25 is also connected between the clock input terminal 23 and the clock branch point 24 closest to the clock input terminal 23.
The configuration of the clock buffer 25 will be described later in “About Configuration of Clock Buffer and Data Buffer”.

データ配線30は、各回路ブロック10−1〜10−nのそれぞれに対してデータを分配するための配線であって、データ主経路31とデータ分岐路32とを有している。
データ主経路31は、データ入力端子33から入力されたデータを伝送する経路である。
データ分岐路32は、各回路ブロック10−1〜10−nごとにデータ主経路31との間を接続する経路であって、データ主経路31から各回路ブロック10−1〜10−nへデータを送るものである。
The data line 30 is a line for distributing data to each of the circuit blocks 10-1 to 10-n, and includes a data main path 31 and a data branch path 32.
The data main path 31 is a path for transmitting data input from the data input terminal 33.
The data branch path 32 is a path that connects the data main path 31 to each circuit block 10-1 to 10-n, and data is transferred from the data main path 31 to each circuit block 10-1 to 10-n. Is to send.

そして、データ主経路31は、データ分岐路32が分岐する点、すなわち、データ主経路31とデータ分岐路32とが接続されている点であるデータ分岐点34を有している。
このデータ主経路31における複数のデータ分岐点34の各間にはデータ用バッファ35が接続(挿入)されている。
The data main path 31 has a data branch point 34 that is a point where the data branch path 32 branches, that is, a point where the data main path 31 and the data branch path 32 are connected.
A data buffer 35 is connected (inserted) between each of a plurality of data branch points 34 in the data main path 31.

データ用バッファ35は、データに所定の遅延量を与えるためのバッファである。
このデータ用バッファ35は、データ入力端子33と、このデータ入力端子33に最も近いデータ分岐点34との間にも接続される。
なお、データ用バッファ35の構成については、後述の「クロック用バッファ,データ用バッファの構成について」にて説明する。
The data buffer 35 is a buffer for giving a predetermined delay amount to the data.
The data buffer 35 is also connected between the data input terminal 33 and the data branch point 34 closest to the data input terminal 33.
The configuration of the data buffer 35 will be described later in “Configuration of Clock Buffer and Data Buffer”.

バイアス配線(制御信号配線)40は、クロック用バッファ25及びデータ用バッファ35の各段に対して遅延時間制御信号(BIAS)を与えるための経路である。
その遅延時間制御信号を与えることにより、クロック用バッファ24及びデータ用バッファ34の各段の伝播遅延時間を同一にする。これにより、各回路ブロック10−1〜10−nに入力されるデータ波形の時間方向の差異(ばらつき)が小さくなり、アイ開口を確保してデータを伝播・分配することができる。
なお、遅延時間制御信号を与える回路の構成は、次の「クロック用バッファ,データ用バッファの構成について」にて説明する。
The bias wiring (control signal wiring) 40 is a path for supplying a delay time control signal (BIAS) to each stage of the clock buffer 25 and the data buffer 35.
By giving the delay time control signal, the propagation delay time of each stage of the clock buffer 24 and the data buffer 34 is made the same. Thereby, the difference (variation) in the time direction of the data waveform input to each of the circuit blocks 10-1 to 10-n is reduced, and the data can be propagated and distributed while the eye opening is secured.
The configuration of the circuit that provides the delay time control signal will be described in the following “Configuration of Clock Buffer and Data Buffer”.

データ保持回路50は、データを入力し、クロックを入力したタイミングで、そのデータを出力する。   The data holding circuit 50 inputs data and outputs the data at the timing when the clock is input.

次に、クロック用バッファ,データ用バッファの構成について、図2を参照して説明する。
同図は、バッファ(クロック用バッファとデータ用バッファのいずれも含む)の構成例を示す回路図であって、同図(a)は、シングル(Single)簡略型遅延回路、同図(b)は、シングル(Single)型遅延回路、同図(c)は、差動型遅延回路を示す。なお、バッファは、同図(a),(b),(c)のいずれかにより構成することができる。
Next, the configuration of the clock buffer and the data buffer will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a buffer (including both a clock buffer and a data buffer). FIG. 1A is a single simplified delay circuit, and FIG. 1 shows a single delay circuit, and FIG. 3C shows a differential delay circuit. Note that the buffer can be configured by any one of (a), (b), and (c) in FIG.

シングル簡略型遅延回路は、同図(a)に示すように、PチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとを有している。
NチャネルMOSFETのドレインとPチャネルMOSFETのソースとは接続されており、NチャネルMOSFETのソースは接地されていて、PチャネルMOSFETのドレインには所定の電圧が印加される。さらに、PチャネルMOSFETのゲートにはBIASPが入力され、NチャネルMOSFETのゲートには信号(クロック経路ではクロック、データ経路ではデータ)が入力される(In)。そして、NチャネルMOSFETのドレインとPチャネルMOSFETのソースとの接続点からは、BIASPにもとづき遅延された信号(クロック経路ではクロック、データ経路ではデータ)が出力される(Out)。
The single simplified delay circuit has a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET as shown in FIG.
The drain of the N channel MOSFET and the source of the P channel MOSFET are connected, the source of the N channel MOSFET is grounded, and a predetermined voltage is applied to the drain of the P channel MOSFET. Further, BIASP is input to the gate of the P-channel MOSFET, and a signal (clock in the clock path and data in the data path) is input to the gate of the N-channel MOSFET (In). A signal delayed based on BIASP (clock in the clock path and data in the data path) is output from the connection point between the drain of the N-channel MOSFET and the source of the P-channel MOSFET (Out).

シングル型遅延回路は、同図(b)に示すように、二つのPチャネルMOSFETと二つのNチャネルMOSFETとを有している。
第一PチャネルMOSFETのソースと第二PチャネルMOSFETのドレインとが接続されており、第二PチャネルMOSFETのソースと第一NチャネルMOSFETのドレインとが接続されており、第一NチャネルMOSFETのソースと第二NチャネルMOSFETのドレインとが接続されている。また、第二NチャネルMOSFETのソースは接地されていて、第一PチャネルMOSFETのドレインには所定の電圧が印加される。さらに、第一PチャネルMOSFETのゲートにはBIASPxが入力され、第二NチャネルMOSFETのゲートにはBIASNxが入力され、第二PチャネルMOSFETのゲート及び第一NチャネルMOSFETのゲートには信号(クロック経路ではクロック、データ経路ではデータ)が入力される(In)。そして、第二PチャネルMOSFETのソースと第一NチャネルMOSFETのドレインとの接続点からは、BIASPx及びBIASNxにもとづき遅延された信号(クロック経路ではクロック、データ経路ではデータ)が出力される(Out)。
すなわち、シングル型遅延回路は、中程にCMOSインバータを備え、その両側に電流源を有した構成となっている。
The single delay circuit has two P-channel MOSFETs and two N-channel MOSFETs as shown in FIG.
The source of the first P-channel MOSFET and the drain of the second P-channel MOSFET are connected, the source of the second P-channel MOSFET and the drain of the first N-channel MOSFET are connected, and the first N-channel MOSFET The source and the drain of the second N-channel MOSFET are connected. The source of the second N-channel MOSFET is grounded, and a predetermined voltage is applied to the drain of the first P-channel MOSFET. Furthermore, BIASPx is input to the gate of the first P-channel MOSFET, BIASNx is input to the gate of the second N-channel MOSFET, and a signal (clock) is input to the gate of the second P-channel MOSFET and the gate of the first N-channel MOSFET. The clock is input to the path and the data is input to the data path (In). A signal delayed based on BIASPx and BIASNx (clock in the clock path and data in the data path) is output from the connection point between the source of the second P-channel MOSFET and the drain of the first N-channel MOSFET (Out ).
That is, the single delay circuit has a CMOS inverter in the middle and a current source on both sides thereof.

差動型遅延回路は、同図(c)に示すように、シングル簡略型遅延回路を二つ組み合わせて、各NチャネルMOSFETのソース同士を接続し、各PチャネルMOSFETのドレインに所定の電圧がそれぞれ印加されるようにしてある。さらに、各NチャネルMOSFETのソース同士が接続された点に第三NチャネルMOSFETのドレインが接続され、この第三NチャネルMOSFETのソースが接地されている。
また、二つのシングル簡略型遅延回路の各NチャネルMOSFETのゲートに信号(一方がINP、他方がINN)が入力され、シングル簡略型遅延回路の各PチャネルMOSFETのゲートに信号(BIASPx or Vss)が入力される。
そして、二つのシングル簡略型遅延回路の一方から信号Qが、他方から信号XQがそれぞれ出力される。
As shown in FIG. 2C, the differential delay circuit combines two single simplified delay circuits to connect the sources of each N-channel MOSFET, and a predetermined voltage is applied to the drain of each P-channel MOSFET. Each is applied. Further, the drain of the third N-channel MOSFET is connected to the point where the sources of the N-channel MOSFETs are connected to each other, and the source of the third N-channel MOSFET is grounded.
Further, a signal (one is INP and the other is INN) is input to the gates of the N-channel MOSFETs of the two single simplified delay circuits, and a signal (BIASPx or Vss) is input to the gate of each P-channel MOSFET of the single simplified delay circuit. Is entered.
Then, the signal Q is output from one of the two single simplified delay circuits, and the signal XQ is output from the other.

ここで、シングル型遅延回路の動作について、さらに説明する。
このシングル型遅延回路の中程にあるインバータがHiに遷移すると、Hi側の電流源(第一PチャネルMOSFET)から負荷(Out)に対して電流が流れて、負荷容量がチャージされる。一方、Low側に遷移すると、今度は負荷側から電源側に電流を逃がして遷移する。それら流れる電流を、シングル型遅延回路の両側に接続されたMOSFETが電流源として使用しており、チャージされるときもディスチャージされるときも、電流を流すようにコントロールしようというものである。
その電流源には、ある種のバイアス発生源が接続されており、そのバイアス発生源の最終段のトランジスタとカレントミラー接続している。カレントミラー接続しているため、一箇所のバイアス発生器で流している電流がミラーされ、それぞれミラーされて、すべてのトランジスタで、バイアス電流に近い電流で制限され、それぞれのバッファが遷移する際に負荷容量に対して充電する電流をコントロールするということになる。
Here, the operation of the single delay circuit will be further described.
When the inverter in the middle of the single type delay circuit transitions to Hi, a current flows from the Hi-side current source (first P-channel MOSFET) to the load (Out), and the load capacitance is charged. On the other hand, when the transition is made to the Low side, this time, the transition is made from the load side to the power source side by releasing current. MOSFETs connected to both sides of the single-type delay circuit are used as current sources for these flowing currents, and they are intended to be controlled so as to flow currents when charged and discharged.
A bias source of a certain kind is connected to the current source, and the current source is connected to the transistor at the final stage of the bias source. Since the current mirror is connected, the current flowing in one bias generator is mirrored, mirrored, and limited by the current close to the bias current in all transistors. This means that the charging current is controlled with respect to the load capacity.

次に、本実施形態の半導体デバイスの動作結果について、図3を参照して説明する。
同図は、本実施形態の半導体デバイスに搭載されたデジタル回路を動作させたときのクロックの入力((a)Clock in)、出力((b)Clock Out(回路Block In))、消費電力((c)Clock分配消費電流)の各波形である。
Next, the operation result of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG.
The figure shows the clock input ((a) Clock in), output ((b) Clock Out (circuit Block In)), and power consumption (when the digital circuit mounted on the semiconductor device of this embodiment is operated. (C) Clock distribution current consumption).

本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路1aにおいては、バッファ(クロック用バッファ25及びデータ用バッファ35)での消費電力が各段でそれぞれ等しくなる。このため、図3に示すように、その消費電力は時間方向に分散され、矩形波状になる。これにより、分配回路で発生するノイズの周波数成分が下がることから、図10と図3とを対比してわかるように、ノイズのピークを小さくできる。
そして、このようにノイズの抑制が可能なことから、図4に示すようなデータ波形の時間方向のぶれ(ばらつき)の影響を小さくできる。このため、アイ開口を確保しながらデータを伝播・分配することが可能となる。
In the digital circuit 1a mounted on the semiconductor device of this embodiment, the power consumption in the buffers (the clock buffer 25 and the data buffer 35) is equal at each stage. For this reason, as shown in FIG. 3, the power consumption is distributed in the time direction and becomes a rectangular wave shape. Thereby, since the frequency component of the noise generated in the distribution circuit is lowered, the peak of the noise can be reduced as can be seen by comparing FIG. 10 and FIG.
Since noise can be suppressed in this way, the influence of fluctuation (variation) in the time direction of the data waveform as shown in FIG. 4 can be reduced. For this reason, it is possible to propagate and distribute data while ensuring the eye opening.

[第二実施形態]
次に、本発明の半導体デバイスの第二実施形態について、図5を参照して説明する。
同図は、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路の構成を示す回路図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、クロックが返送されるクロック返送路と、遅延時間制御信号を出力する遅延ロックループ回路(DLL)とを新たに備えた点で相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図5において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a digital circuit mounted on the semiconductor device of the present embodiment.
This embodiment is different from the first embodiment in that a clock return path for returning a clock and a delay lock loop circuit (DLL) that outputs a delay time control signal are newly provided. Other components are the same as those in the first embodiment.
Therefore, in FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5に示すように、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路1bは、複数の回路ブロック10−1〜10−nと、クロック配線20と、データ配線30と、デバイス経路40と、データ保持回路50と、DLL60とを備えている。
ここで、クロック配線20は、クロック主経路21と、クロック分岐路22と、クロック入力端子23と、クロック分岐点24と、クロック用バッファ25と、クロック返送路26とを有している。
クロック返送路26は、クロック主経路21によりその終端まで伝播されたクロックをクロック入力端子23付近まで返送する経路である。このクロック返送路26の起点は、クロック主経路21上にあってもよく、また、クロック分岐路24上にあってもよい。
As shown in FIG. 5, the digital circuit 1b mounted on the semiconductor device of this embodiment includes a plurality of circuit blocks 10-1 to 10-n, a clock wiring 20, a data wiring 30, a device path 40, A data holding circuit 50 and a DLL 60 are provided.
Here, the clock wiring 20 has a clock main path 21, a clock branch path 22, a clock input terminal 23, a clock branch point 24, a clock buffer 25, and a clock return path 26.
The clock return path 26 is a path for returning the clock propagated to the end of the clock main path 21 to the vicinity of the clock input terminal 23. The starting point of the clock return path 26 may be on the clock main path 21 or on the clock branch path 24.

このクロック返送路26の経路上には、クロック用バッファ(返送路用バッファ)27が接続されている。
返送路用バッファ27は、クロック主経路21に接続されたクロック用バッファ24の各段に対応して接続されている。つまり、クロック用バッファ24と返送路用バッファ27とは段数が同一である。
クロック用バッファ24と返送路用バッファ27とはそれぞれ段数が同一であり、かつ、遅延時間制御信号(BIAS)によりクロックの伝播遅延時間も各段で同じとなっている。このため、それらクロック用バッファ24と返送路用バッファ27の各段での消費電力が等しくなっている。
On the clock return path 26, a clock buffer (return path buffer) 27 is connected.
The return path buffer 27 is connected to each stage of the clock buffer 24 connected to the clock main path 21. That is, the clock buffer 24 and the return path buffer 27 have the same number of stages.
The clock buffer 24 and the return path buffer 27 have the same number of stages, and the propagation delay time of the clock is the same in each stage by the delay time control signal (BIAS). Therefore, the power consumption in each stage of the clock buffer 24 and the return path buffer 27 is equal.

DLL(Delay Lock Loop)60は、図5に示すように、位相比較器(PD)61と、カウンタ(CTR)62と、DAコンバータ(DAC)63とを備えている。
位相比較器61は、クロック主経路21に入力されるクロック(伝送クロック)と、クロック返送路26により返送されてきたクロック(返送クロック)とを入力し、これら信号間の位相を検出し、この検出結果を位相信号として出力する。
カウンタ62は、位相比較器61から位相信号を入力し、その位相信号にもとづき制御信号を生成して出力する。
As shown in FIG. 5, the DLL (Delay Lock Loop) 60 includes a phase comparator (PD) 61, a counter (CTR) 62, and a DA converter (DAC) 63.
The phase comparator 61 inputs the clock (transmission clock) input to the clock main path 21 and the clock (return clock) returned by the clock return path 26, detects the phase between these signals, The detection result is output as a phase signal.
The counter 62 receives the phase signal from the phase comparator 61 and generates and outputs a control signal based on the phase signal.

DAコンバータ63は、カウンタ62からの制御信号をデジタル−アナログ変換し、遅延時間制御信号(BIAS信号)として出力する。このBIAS信号は、バイアス経路40により伝播され、クロック用バッファ25,データ用バッファ35,返送路用バッファ27へ与えられる。
このような構成により、DLL60では、クロック配線20での伝播遅延時間がクロック周期の整数倍になるようにBIAS信号をコントロールする。
The DA converter 63 performs digital-analog conversion on the control signal from the counter 62 and outputs it as a delay time control signal (BIAS signal). The BIAS signal is propagated through the bias path 40 and is supplied to the clock buffer 25, the data buffer 35, and the return path buffer 27.
With this configuration, the DLL 60 controls the BIAS signal so that the propagation delay time in the clock wiring 20 is an integral multiple of the clock period.

このDLL60で生成された遅延時間制御信号(BIAS信号)がクロック用バッファ25,データ用バッファ35,返送路用バッファ27の各段に与えられることで、それら各段の消費電力を等しくすることができる。また、クロック配線20での伝播遅延時間がクロックの周期の整数倍となるようにコントロールされることから、図6(c)に示すように、消費電流の波形が平坦となる。このため、クロック配線におけるノイズの発生を抑制できる。
なお、DLL60では、伝送クロックと返送クロックが入力される。返送クロックは、通常、伝送クロックからちょうど1サイクル遅れてDLL60に入力されるものである。位相比較器61は、それら伝送クロックと返送クロックの各位相を比較して、返送クロックが伝送クロックの1サイクル遅れよりも進んでいるか遅れているかを判断し、その結果を示す信号をカウンタ62へ送る。カウンタ62では、その信号にもとづいてカウントをアップまたはダウンする。DAC63では、カウンタ62でのカウント値にもとづいて、遅れまたは進みの信号(BIAS信号)を出力する。これにより、返送クロックが伝送クロックのちょうど1サイクル遅れでDLL60に入力されるように調整される。すなわち、DLL60は、クロック配線20での伝播遅延時間がクロック周期の整数倍になるようにBIAS信号をコントロールしている。
By applying the delay time control signal (BIAS signal) generated by the DLL 60 to each stage of the clock buffer 25, the data buffer 35, and the return path buffer 27, the power consumption of these stages can be made equal. it can. Further, since the propagation delay time in the clock wiring 20 is controlled to be an integral multiple of the clock cycle, the waveform of the current consumption becomes flat as shown in FIG. For this reason, generation | occurrence | production of the noise in a clock wiring can be suppressed.
In the DLL 60, a transmission clock and a return clock are input. The return clock is normally input to the DLL 60 with a delay of exactly one cycle from the transmission clock. The phase comparator 61 compares the phases of the transmission clock and the return clock to determine whether the return clock is ahead or behind one cycle of the transmission clock, and sends a signal indicating the result to the counter 62. send. The counter 62 counts up or down based on the signal. The DAC 63 outputs a delay or advance signal (BIAS signal) based on the count value of the counter 62. As a result, the return clock is adjusted to be input to the DLL 60 with a delay of exactly one cycle of the transmission clock. That is, the DLL 60 controls the BIAS signal so that the propagation delay time in the clock wiring 20 is an integral multiple of the clock period.

なお、図6は、クロック主経路21に入力されたクロック((a)Clock In)、クロック主経路21から出力されたクロック((b)Clock Out(回路Block In))、クロック配線20における消費電流((c)Clock分配消費電流)の各波形をそれぞれ示す波形図である。
そして、同図では、例えば、1発目のクロックがクロック主経路12に入力されてから出力されるまでに、クロック用バッファ25により所定時間遅延するが(同図(a),(b))、その間、クロック主経路21では消費電流が抑制されていることが(c)から把握できる。
6 shows the clock ((a) Clock In) input to the clock main path 21, the clock ((b) Clock Out (circuit Block In)) output from the clock main path 21, and the consumption in the clock wiring 20. It is a wave form diagram which shows each waveform of an electric current ((c) Clock distribution consumption current), respectively.
In the figure, for example, the first clock is delayed by a predetermined time by the clock buffer 25 from being inputted to the clock main path 12 until being outputted (FIGS. 4A and 4B). In the meantime, it can be understood from (c) that the current consumption is suppressed in the clock main path 21.

さらに、バッファの遅延時間をDLLでコントロールすることから、外来の電源電圧変動や温度変動が起こっても追従するため、クロック配線での遅延時間を一定に保つことができる。   Furthermore, since the delay time of the buffer is controlled by the DLL, the delay time in the clock wiring can be kept constant because it follows even if an external power supply voltage fluctuation or temperature fluctuation occurs.

[第三実施形態]
次に、本発明の半導体デバイスの第三実施形態について、図7を参照して説明する。
同図は、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路の構成を示すブロック図である。
本実施形態は、第一実施形態と比較して、クロックを返送するクロック返送路と、遅延時間制御信号を送るDLLとを新たに備え、さらにクロック配線の分岐路とデータ配線の分岐路のそれぞれにバッファを接続した点で相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
したがって、図7において、図1と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a digital circuit mounted on the semiconductor device of this embodiment.
Compared with the first embodiment, the present embodiment is newly provided with a clock return path for returning a clock and a DLL for sending a delay time control signal. The difference is that a buffer is connected to. Other components are the same as those in the first embodiment.
Therefore, in FIG. 7, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7に示すように、本実施形態の半導体デバイスに搭載されるデジタル回路1cは、複数の回路ブロック10−1〜10−nと、クロック配線20と、データ配線30と、バイアス配線40と、データ保持回路50と、DLL60とを備えた構成としてある。
クロック配線20のクロック分岐路22には、それぞれバッファ28−1〜28−nが接続されている。また、データ配線30のデータ分岐路32には、それぞれバッファ38−1〜38−nが接続されている。これらバッファ28−1〜28−nとバッファ38−1〜38−nとは、回路ブロック10−1、10−2、・・・、10−n間のSKEWを補償するために接続される。
As shown in FIG. 7, the digital circuit 1c mounted on the semiconductor device of the present embodiment includes a plurality of circuit blocks 10-1 to 10-n, a clock wiring 20, a data wiring 30, a bias wiring 40, The data holding circuit 50 and the DLL 60 are provided.
Buffers 28-1 to 28-n are connected to the clock branch path 22 of the clock wiring 20, respectively. In addition, buffers 38-1 to 38-n are connected to the data branch path 32 of the data wiring 30. The buffers 28-1 to 28-n and the buffers 38-1 to 38-n are connected to compensate for the skew between the circuit blocks 10-1, 10-2,.

バッファ28−1〜28−nは、各クロック分岐路22ごとに、接続される数が異なる。これと同様に、バッファ38−1〜38−nも、各データ分岐路32ごとに、接続される数が異なる。
例えば、クロック主経路21(データ主経路31)に接続されるクロック用バッファ25(データ用バッファ35)がn個の場合、クロック入力端子23(データ入力端子33)に最も近いクロック分岐点24(データ分岐点34)に接続されたクロック分岐路22(データ分岐路32)にはn−1個のバッファ28−1(バッファ38−1)が接続される。
The number of buffers 28-1 to 28-n connected to each clock branch path 22 is different. Similarly, the number of buffers 38-1 to 38-n connected to each data branch path 32 is different.
For example, when there are n clock buffers 25 (data buffers 35) connected to the clock main path 21 (data main path 31), the clock branch point 24 (closest to the clock input terminal 23 (data input terminal 33)) N-1 buffers 28-1 (buffer 38-1) are connected to the clock branch path 22 (data branch path 32) connected to the data branch point 34).

続いて、次に近いクロック分岐点24(データ分岐点34)に接続されたクロック分岐路22(データ分岐路32)には、n−2個のバッファ28−2(バッファ38−2)が接続される。
以降、クロック入力端子23(データ入力端子33)から順次遠くなるにしたがって、各クロック分岐路22(データ分岐路32)の有するバッファ28(バッファ38)の数は1ずつ減った数となる。
Subsequently, n-2 buffers 28-2 (buffers 38-2) are connected to the clock branch path 22 (data branch path 32) connected to the next closest clock branch point 24 (data branch point 34). Is done.
Thereafter, as the distance from the clock input terminal 23 (data input terminal 33) increases, the number of buffers 28 (buffers 38) included in each clock branch path 22 (data branch path 32) decreases by one.

そして、最も遠いクロック分岐点24(データ分岐点34)に接続されたクロック分岐路22(データ分岐路32)には0個のバッファ28(バッファ38)が接続される。すなわち、このクロック分岐路22(データ分岐路32)にはバッファ28(バッファ38)は接続されない。
なお、図7では、説明の便宜上、バッファ28−n(バッファ38−n)の図記号を記載するとともに、そのバッファ28−n(バッファ38−n)は0個であることを示す「×0」を記載してある。
Then, zero buffer 28 (buffer 38) is connected to the clock branch path 22 (data branch path 32) connected to the farthest clock branch point 24 (data branch point 34). That is, the buffer 28 (buffer 38) is not connected to the clock branch path 22 (data branch path 32).
In FIG. 7, for convenience of description, the symbol of the buffer 28-n (buffer 38-n) is shown, and “× 0” indicating that the buffer 28-n (buffer 38-n) is zero. Is described.

また、本実施形態におけるクロック返送路26,返送路用バッファ27,DLL60の構成及び機能は、第二実施形態におけるクロック返送路26,返送路用バッファ27,DLL60の構成及び機能と同様である。   The configuration and functions of the clock return path 26, return path buffer 27, and DLL 60 in the present embodiment are the same as the configuration and functions of the clock return path 26, return path buffer 27, and DLL 60 in the second embodiment.

以上説明した構成を有する本実施形態の半導体デバイスによれば、クロック分岐路及びデータ分岐路に、クロックとデータ間のSKEWを補償するバッファを挿入する構成としたため、チップ全体に分配されたクロックとデータ間のSKEWを抑制することができる。   According to the semiconductor device of the present embodiment having the above-described configuration, since the buffer for compensating the skew between the clock and the data is inserted in the clock branch and the data branch, the clock distributed to the entire chip and SKEW between data can be suppressed.

以上、本発明の半導体デバイスの好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る半導体デバイスは上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、クロック主経路又はデータ主経路を直線で示したが、半導体デバイス上では、それらクロック主経路又はデータ主経路は直線で配置することに限るものではなく、直角などに曲がった部分を含むこともできる。
The preferred embodiments of the semiconductor device of the present invention have been described above. However, the semiconductor device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. Needless to say.
For example, in the above-described embodiment, the clock main path or the data main path is shown as a straight line. However, on the semiconductor device, the clock main path or the data main path is not limited to being arranged in a straight line, but at a right angle or the like. It can also contain bent parts.

なお、本発明の半導体デバイスは、第一実施形態,第二実施形態及び第三実施形態のそれぞれにおける半導体デバイスを任意に組み合わせたものであってもよい。   The semiconductor device of the present invention may be an arbitrary combination of the semiconductor devices in each of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment.

本発明は、半導体デバイスに搭載されるデジタル回路に関する発明であるため、デジタル回路又は半導体デバイスに関する技術分野に利用可能である。   Since the present invention relates to a digital circuit mounted on a semiconductor device, it can be used in the technical field related to a digital circuit or a semiconductor device.

本発明の第一実施形態にかかる半導体デバイスに搭載されたデジタル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the digital circuit mounted in the semiconductor device concerning 1st embodiment of this invention. バッファの構成例を示す回路図であって、(a)は、シングル簡略型遅延回路の回路図、(b)はシングル型遅延回路の回路図、(c)は差動型遅延回路の回路図をそれぞれ示す。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a buffer, in which (a) is a circuit diagram of a single simplified delay circuit, (b) is a circuit diagram of a single delay circuit, and (c) is a circuit diagram of a differential delay circuit. Respectively. 図1に示したデジタル回路におけるクロックの入力、出力、クロック配線における消費電流の各波形を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing waveforms of clock input and output in the digital circuit shown in FIG. 1 and current consumption in clock wiring. 図1に示したデジタル回路におけるクロック及びデータの入力と、クロック及びデータの出力の各波形を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing waveforms of clock and data input and clock and data output in the digital circuit shown in FIG. 1. 本発明の第二実施形態にかかる半導体デバイスに搭載されたデジタル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the digital circuit mounted in the semiconductor device concerning 2nd embodiment of this invention. 図5に示したデジタル回路におけるクロックの入力、出力、クロック配線における消費電流の各波形を示す波形図である。6 is a waveform diagram showing waveforms of clock input and output in the digital circuit shown in FIG. 5 and current consumption in the clock wiring. FIG. 本発明の第三実施形態にかかる半導体デバイスに搭載されたデジタル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the digital circuit mounted in the semiconductor device concerning 3rd embodiment of this invention. 従来のクロック分配方式の一般的な回路イメージを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the general circuit image of the conventional clock distribution system. 従来の半導体デバイスにおけるクロック分配方式の一般的なレイアウトの例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of the general layout of the clock distribution system in the conventional semiconductor device. 図9に示したクロック分配方式におけるクロックの入力、出力、クロック配線における消費電流の各波形を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram illustrating waveforms of clock input, output, and current consumption in clock wiring in the clock distribution method illustrated in FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

1a,1b,1c デジタル回路(半導体デバイス)
10−1〜10−n 回路ブロック
20 クロック配線
21 クロック主経路
22 クロック分岐路
23 クロック入力端子
24 クロック分岐点
25 クロック用バッファ
26 クロック返送路
27 返送路用バッファ
28 分岐路用バッファ
30 データ配線
31 データ主経路
32 データ分岐路
33 データ入力端子
34 データ分岐点
35 データ用バッファ
36 データ返送路
37 返送路用バッファ
38 分岐路用バッファ
40 バイアス配線(制御信号配線)
50 データ保持回路
60 DLL(遅延ロックループ回路)
1a, 1b, 1c Digital circuit (semiconductor device)
10-1 to 10-n Circuit block 20 Clock wiring 21 Clock main path 22 Clock branch path 23 Clock input terminal 24 Clock branch point 25 Clock buffer 26 Clock return path 27 Return path buffer 28 Branch path buffer 30 Data line 31 Data main path 32 Data branch path 33 Data input terminal 34 Data branch point 35 Data buffer 36 Data return path 37 Return path buffer 38 Branch path buffer 40 Bias wiring (control signal wiring)
50 data holding circuit 60 DLL (delay lock loop circuit)

Claims (3)

一又は二以上の回路ブロックと、これら回路ブロックのそれぞれに対してクロックを分配するクロック配線と、前記一又は二以上の回路ブロックのそれぞれに対してデータを分配するデータ配線とを備えた半導体デバイスであって、
前記クロック配線は、前記クロックに所定の遅延量を与えるクロック用バッファと、前記クロックを伝送するクロック主経路と、各前記回路ブロックごとに前記クロック主経路との間を接続して、前記クロック主経路から前記回路ブロックへ前記クロックを送るクロック分岐路を備え、
前記クロック主経路は、前記クロック分岐路が分岐するクロック分岐点を有し、
前記クロック用バッファは、前記クロック主経路における前記クロック分岐点の各間に接続され、
前記クロック分岐路は、クロック分岐路用バッファを備え、
前記データ配線は、前記データに所定の遅延量を与えるデータ用バッファと、前記データを伝送するデータ主経路と、各前記回路ブロックごとに前記データ主経路との間を接続して、前記データ主経路から前記回路ブロックへ前記データを送るデータ分岐路を備え、
前記データ主経路は、前記データ分岐路が分岐するデータ分岐点を有し、
前記データ用バッファは、前記データ主経路における前記データ分岐点の各間に接続され、
前記データ分岐路は、データ分岐路用バッファを備え、
前記半導体デバイスは、
前記クロック用バッファの各段と前記データ用バッファの各段に対して、遅延時間制御信号となる所定のバイアス信号を与えるための制御信号配線を備え、前記バイアス信号が与えられることにより、前記クロック用及びデータ用の各段のバッファが伝播遅延時間が同一となるように制御され、
前記制御信号配線は、前記クロック分岐路により伝播されるクロックの伝播遅延時間と前記データ分岐路により伝播されるデータの伝播遅延時間とが同一となるように前記クロック分岐路用バッファ及び前記データ分岐路用バッファに対して遅延時間制御信号を与える
ことを特徴とする半導体デバイス。
A semiconductor device comprising one or more circuit blocks, a clock wiring that distributes a clock to each of these circuit blocks, and a data wiring that distributes data to each of the one or more circuit blocks Because
The clock wiring connects a clock buffer that gives a predetermined delay amount to the clock, a clock main path that transmits the clock, and the clock main path for each of the circuit blocks. A clock branch for sending the clock from the path to the circuit block;
The clock main path has a clock branch point where the clock branch path branches,
The clock buffer is connected between each of the clock branch points in the clock main path,
The clock branch path includes a clock branch path buffer;
The data line connects a data buffer that gives a predetermined delay amount to the data, a data main path that transmits the data, and the data main path for each circuit block, and the data main line A data branch path for sending the data from the path to the circuit block;
The data main path has a data branch point where the data branch path branches,
The data buffer is connected between each of the data branch points in the data main path,
The data branch path includes a data branch path buffer;
The semiconductor device is:
A control signal wiring for supplying a predetermined bias signal serving as a delay time control signal is provided to each stage of the clock buffer and each stage of the data buffer, and the clock signal is provided by applying the bias signal. The buffer for each stage for data and data is controlled so that the propagation delay time is the same,
The control signal wiring includes the clock branch path buffer and the data branch so that the propagation delay time of the clock propagated by the clock branch path is the same as the propagation delay time of the data propagated by the data branch path. A semiconductor device characterized in that a delay time control signal is given to a road buffer .
前記クロック配線は、クロック主経路により伝播されたクロックを返送するクロック返送路を備え、
前記半導体デバイスは、前記クロック主経路に入力されたクロックと前記クロック返送路から出力されたクロックとを入力して前記遅延時間制御信号を生成し前記制御信号配線へ送る遅延ロックループ回路を備えた
ことを特徴とする請求項記載の半導体デバイス。
The clock wiring includes a clock return path for returning a clock propagated through the clock main path,
The semiconductor device includes a delay lock loop circuit that inputs a clock input to the clock main path and a clock output from the clock return path, generates the delay time control signal, and transmits the delay time control signal to the control signal wiring. The semiconductor device according to claim 1 .
前記クロック返送路は、返送路用バッファを備え、
前記制御信号配線は、前記クロック主経路により伝播されるクロックの伝播遅延時間と前記クロック返送路により伝播されるクロックの伝播遅延時間とが同一となるように前記クロック用バッファ及び前記返送路用バッファに対して遅延時間制御信号を与える
ことを特徴とする請求項記載の半導体デバイス。
The clock return path includes a return path buffer;
The control signal wiring includes the clock buffer and the return path buffer so that the propagation delay time of the clock propagated through the clock main path and the propagation delay time of the clock propagated through the clock return path are the same. The semiconductor device according to claim 2 , wherein a delay time control signal is applied to.
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