JP5560932B2 - クロック分配回路及びその回路を含む半導体回路装置 - Google Patents
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Description
その結果、複数の最終バッファから出力される複数のクロック間に無視できない位相差が生じることがある。
内部回路20a、20b、20c、20d、20eは、半導体チップ内に分散して配置されており、予め定められた機能を実行することに寄与するブロック回路である。なお、実施例1では内部回路の数は5ブロックであるが、かならずしも、5ブロックに限られない。
クロック分配回路10は、半導体チップ内に配置された内部回路20a、20b、20c、20d、20eに対して、動作の基準となるクロック信号を分配する回路である。
クロック配線60は、発振により発生したクロック信号が伝搬するクロック配線であり、ループ状である。また、クロック配線70は上記クロック信号の相補クロック信号が伝搬するクロック配線であり、ループ状である。
インダクタ44は、ループ状のクロック配線60に直列に含まれているインダクタである。インダクタ43は、ループ状のクロック配線70に直列に含まれているインダクタである。
インバータ41はクロック配線70を伝搬する信号が入力され、クロック配線60にその反転信号を出力する。インバータ42はクロック配線60を伝搬する信号が入力され、クロック配線70にその反転信号を出力する。インバータ41、42により、クロック信号及び相補クロック信号は、クロック配線60、70を減衰することなく伝搬する
可変容量50は、その両端において、クロック配線60、70と接続する。可変容量50は、信号を受けて容量が変化する容量である。可変容量50の容量が変化すると、クロック配線60とクロック配線70との間の容量が変化するため、LC発振回路40により自己発振により発生するクロック信号及びその相補クロック信号の周波数が変化する。
以上より、LC発振回路40及び可変容量50により、クロック配線60、クロック配線70に予め決められた周期を有するクロック信号が発生する。
ここで、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eが受け取るクロック信号の位相は、半導体チップを製造する際の製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されることはない。クロック配線の寄生容量は部分的には、製造バラツキの影響を受けるが、そのことによって、クロック配線全体に伝搬するクロック信号の周波数が部分的に変化することはないからである。また、LC発振回路40に含まれるインバータ41、42の動作条件によっても、クロック配線に伝搬するクロック信号の周波数が変化することはない。クロック配線はリング状であるため、自己発振によって発生したクロック信号の位相が、クロック配線を1周すると360度となるように制限されるためである。
増幅器31a、32a、31b、32b、31c、32c、31d、32d、31e、32eは、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eからのクロック信号又はその相補クロック信号を、対応する内部回路20a、20b、20c、20d、20eに出力する回路である。
位相調整回路30aは、信号A及びその相補信号AXを出力する増幅器と、信号Out及びその相補信号Outx出力する増幅器と、インターポレータ回路から構成されている。
抵抗30a1は高電圧電源VccとN型トランジスタ30a5のドレインとに接続する。N型トランジスタ30a5のソースは定電流回路30a7と接続し、ゲートで入力信号INXを受け、ソースから信号Aを出力する。
抵抗30a2は高電圧電源VccとN型トランジスタ30a6のドレインとに接続する。N型トランジスタ30a6のソースは定電流回路30a7と接続し、ゲートで入力信号INを受け、ソースから信号AXを出力する。
定電流回路30a7は一方の端子でN型トランジスタ30a5、30a6と接続し、他方の端子でグランド電源と接続する。
抵抗30a3は高電圧電源VccとN型トランジスタ30a8のドレインとに接続する。N型トランジスタ30a8のソースは定電流回路30a9と接続し、ゲートで入力信号INを受け、ソースから信号Outxを出力する。
抵抗30a4は高電圧電源VccとN型トランジスタ30a9のドレインとに接続する。N型トランジスタ30a9のソースは定電流回路30a10と接続し、ゲートで入力信号INXを受け、ソースから信号Outを出力する。
定電流回路30a10は一方の端子でN型トランジスタ30a8、30a9と接続し、他方の端子でグランド電源と接続する。
図2において、中段の波形は信号A及びその相補信号AXを出力する増幅器が出力する信号を表す。信号A及び信号AXは、入力信号IN及びINXの論理変化からTd遅れて、時刻T2において論理が変化する。信号A及びその相補信号AXを出力する増幅器によって信号が遅延するからである。
図2において、下段の波形はインターポレータからの出力信号である信号Out及び相補信号Outxを示す。信号Out及び相補信号Outxは、時刻T1から(1+k2)×Td遅れて時刻T3において論理が変化する。
インターポレータ及び信号Out及びその相補信号Outxを出力する端子に接続する増幅器によって、信号A及び信号AXがさらに、k2×Tdだけ遅延するからである。
そこで、各位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eは、位相調整回路30aと同様な回路要素を含むため、同様にクロック信号を入力信号として受けた場合に、各位相調整回路から出力されるクロックの位相を、それぞれのインターポレータの定電流回路の電流能力に従って調整することができる。
そこで、各位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eが配置されている場所に応じて、インターポレータの定電流回路の電流能力を設定しておけば、各位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eはほぼ同相のクロック信号を出力する。
実施例1の例では、位相調整回路30bの付近ではクロック信号の位相は約0度であり、位相調整回路30cの付近ではクロック信号の位相は約90度である。同様に、位相調整回路30dの付近ではクロック信号の位相は約160度、位相調整回路30eの付近ではクロック信号の位相は約200度、位相調整回路30aの付近ではクロック信号の位相は約270度である。そこで、位相調整回路30cでは、90度の位相を減じて0度とするような調整をし、位相調整回路30dでは、160度の位相を減じて0度とするような調整をし、位相調整回路30eでは、200度の位相を減じて0度とするような調整をし、位相調整回路30aでは、270度の位相を減じて0度とするような調整をすることとなる。
リング状のクロック配線と、
クロック配線に接続し、自己発振により、クロック配線内に第1クロック信号を発生させる発振回路と、
回路装置内において、2以上の場所それぞれに、配置され、第2クロック信号を出力する2以上の位相調整回路と、を備え、
位相調整回路それぞれは、配置場所に応じた位相を有する第1クロック信号を受け取り、前記位相調整回路それぞれが受け取った前記第1クロック信号間の位相差よりも、前記位相調整回路それぞれが出力する前記第2クロック信号間の位相差を減じる調整を行うことを特徴とする。
上記で説明したように、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eが受け取るクロック信号の位相は、半導体チップを製造する際の製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されることはない。
その結果、実施例1のクロック分配回路10は、半導体回路80に分散配置されている、内部回路20a、20b、20c、20d、20eに対して、それぞれの位置に対応して、位相調整回路がクロック信号の位相を調整することにより、製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されず、ほぼ同相のクロック信号を分配することができる。
内部回路20a、20b、20c、20d、20eは実施例1における同様の符号が付されている回路と同様な回路である。
クロック分配回路100は、半導体チップ内に配置された内部回路20a、20b、20c、20d、20eに対して、動作の基準となるクロック信号を分配する回路である。
クロック発生回路110は、図4を用いて説明する。
位相周波数比較回路111はクロック分配回路100の外部から入力されるリファレンスクロック信号と、クロック配線60、70を伝搬するクロック信号を分周した信号との位相を比較する回路である。さらに、位相周波数比較回路111は比較した結果を、逐次、比較結果に応じたパルス信号として出力する。比較結果に応じたパルス信号とは、例えば、ハルス幅や、パルス頻度、パルス電圧等が比較結果に応じているとの意味である。なお、リファレンスクロックは半導体回路装置180内で発生された信号であってもよいし、半導体回路装置180の外部から与えられた信号であってもよい。
Low−Pass−Filter113は供給されたチャージ量に応じた状態を表す信号を出力する。なお、チャージ量に応じた状態を表す信号とは、例えば、信号の電圧レベルがチャージ量に応じた電圧レベルであることを意味する。
可変容量116aと可変容量116bは、クロック配線60とクロック配線70との間に直列に配置されているとともに、可変容量116aはクロック配線60と接続し、可変容量116bはクロック配線70と接続している。さらに、可変容量116aと可変容量116bとが接続している中間ノードにはLow−Pass−Filter113からの信号線が接続しており、その信号線には、上記のチャージ量に応じた状態を表す信号が出力される。従って、チャージ量に応じた状態を表す信号の電圧レベルに従って、可変容量116aと116bによってクロック配線60、70に付加される容量が変化する。なお、可変容量116aと116bの基本的な容量値は、発振回路115により発生したいクロック信号の周波数によって、予め設定することができる。ここで、基本的な容量値とは、チャージ量に応じた状態を表す信号の信号電圧レベルが、初期値であるときの容量値をいう。
インバータ116eはクロック配線60に入力端子で接続し、クロック配線60に伝搬する信号の反転信号をクロック配線70に出力する。インバータ116fはクロック配線70に入力端子で接続し、クロック配線70に伝搬する信号の反転信号をクロック配線60に出力する。インバータ116e、116fによって、クロック配線60、70に発生したクロック信号は維持される。
分周器114は、クロック配線60、70において伝搬しているクロック信号の周波数を分周する回路である。ここで、分周器114は、リファレンスクロックの周波数に合致するように、クロック信号を分周する。
そうすると、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eが受け取るクロック信号の位相は、半導体チップを製造する際の製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されることはない。クロック配線の寄生容量は部分的には、製造バラツキの影響を受けるが、そのことによって、クロック配線全体に伝搬するクロック信号の周波数が部分的に変化することはないからである。また、クロック発生回路110に含まれるインバータ116e、116fの動作条件によっても、クロック配線に伝搬するクロック信号の周波数が変化することはない。クロック発生回路110によって発生したクロック信号の位相を、クロック配線を1周した段階で360度となるように、クロック発生回路110自身がフィードバックしているからである。
リング状のクロック配線と、
クロック配線に接続し、外部から入力するクロックに同期して、クロック配線内に第1クロック信号を発生させる発振回路と、
回路装置内において、2以上の場所それぞれに、配置され、第2クロック信号を出力する2以上の位相調整回路と、を備え、
位相調整回路それぞれは、配置場所に応じた位相を有する前記第1クロック信号を受け取り、前記位相調整回路それぞれが受け取った前記第1クロック信号間の位相差よりも、前記位相調整回路それぞれが出力する前記第2クロック信号間の位相差を減じる調整を行うことを特徴とする。
ここで、実施例2のクロック分配回路100は、外部から与えられた外部クロック信号に同期したクロック信号を発生し、内部回路20a、20b、20c、20d、20eに対して、そのクロック信号を分配する回路である。
また、上記で説明したように、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eが受け取るクロック信号の位相は、半導体チップを製造する際の製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されることはない。
そこで、実施例1のクロック分配回路10と同様に、実施例2のクロック分配回路100においても.半導体回路80に分散配置されている、内部回路20a、20b、20c、20d、20eに対して、それぞれの位置に対応して、位相調整回路がクロック信号の位相を調整することにより、製造バラツキや、半導体回路の動作条件によって左右されることがない、ほぼ同相のクロック信号を分配することができる。
しかし、クロック配線60、70が常に外周又は内周に設置されるとは限らない。すなわち、クロック配線60、70の配線長の等長設定、半導体チップ中央部へのクロック配線の設定等を行う際には、クロック配線60、70が互いに交差することがあってもよい。
また、実施例3のクロック分配回路10の変形例は、クロック配線211、212、LC発振回路40、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30e、増幅器31a、32a、31b、32b、31c、32c、31d、32d、31e、32e、可変容量50を含む。クロック配線211、212以外の構成要素は、実施例1に記載した構成要素と同様なものであるため、説明を省略する。
半導体チップ内部の回路から半導体チップの外部に信号を出力する場合、半導体チップ外周に形成されている金属パッドを介して行うのが通常である。そこで、金属パッド等の外部付加を駆動するために入出力回路は金属パッドに近接して配置されている。そこで、多くの場合、入出力回路より内部に内部回路20a、20b、20c、20d、20eは配置されている。
そこで、外周部とは、例えば、概ね、半導体チップにおいて入出力回路が配置されている領域をいう。
ところで、実施例3においては、クロック配線211、212は、図5に示す半導体チップの右上及び左下の角部において、交差点1、及び、交差点2を有する。その結果、クロック配線211、212は、交差点1、及び、交差点2において、外周と内周がいれかわる。そうすると、クロック配線211、212の配線長は概ね等長となる。
なお、交差点とは、クロック配線211がクロック配線212と交わる点という意味ではなく、クロック配線同士が立体交差をする場合に、平面的に重なって見える点をいう。すなわち、クロック配線間の絶縁は保たれている。さらに、クロック配線211とクロック配線212とが、立体交差をするときに、一方のクロック配線のみが他方のクロック配線に近接する場合に交差ということとする。
また、実施例4のクロック分配回路10の変形例は、クロック配線311、312、LC発振回路40、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30e、増幅器31a、32a、31b、32b、31c、32c、31d、32d、31e、32eを含む。クロック配線311、312以外の構成要素は、実施例1に記載した構成要素と同様なものであるため、説明を省略する。
そこで、外周部とは、例えば、概ね、半導体チップにおいて入力端子又は出力端子に接続し、入力信号の受信或いは出力信号の出力を行う入出力回路が配置されている領域をいい、実施例3における外周部と同様なものである。
ところで、実施例4においては、クロック配線311、312は、図6に示す半導体チップの右上の交差点1、左下の交差点2、及びLC発振回路40に近接するひねり部を有する。その結果、クロック配線311、312は、交差点、及び、ひねり部において、外周と内周がいれかわる。
ここで、ひねり部は、クロック配線311、312がお互いに近接していく区間、立体交差点、及び、所定の距離まで離間する区間を有する。実施例3の交差点に比較し、実施例4のひねり部においては、クロック配線の等長及び寄生容量を等しくすることについて配慮されている。
従って、クロック配線311、312の配線長は概ね等長となる。さらに、クロック配線60、70に寄生する容量も近接させることができる。
また、実施例5のクロック分配回路10の変形例は、クロック配線411、412、LC発振回路40、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30e、増幅器31a、32a、31b、32b、31c、32c、31d、32d、31e、32eを含む。クロック配線411、412以外の構成要素は、実施例1に記載した構成要素と同様なものであるため、説明を省略する。
そこで、外周部とは、例えば、概ね、半導体チップにおいて入出力回路が配置されている領域をいい、実施例3における外周部と同様なものである。
一方、中央部とは、概ね、入力端子又は出力端子との接続がない内部回路が配置されている場所をいう。すなわち、内部回路20a、20b、20c、20d、20eが配置されている領域である。
従って、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eを、内部回路20a、20b、20c、20d、20eに近接して配置することができる。その結果、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30eから出力されてクロック信号について、クロック信号を受ける地点による位相差を抑制することができる。
ところで、実施例5においては、クロック配線411、412は、図7に示す半導体チップの右上の交差点1、左下の交差点2、右下の交差点3、及び左下の交差点4を有する。その結果、クロック配線411、412は、外周と内周がいれかわる交差点が偶数個である。従って、クロック配線411、412の配線長は概ね等長となる。
また、実施例6のクロック分配回路10の変形例は、クロック配線511、512、LC発振回路40、位相調整回路30a、30b、30c、30d、30e、増幅器31a、32a、31b、32b、31c、32c、31d、32d、31e、32eを含む。クロック配線511、512以外の構成要素は、実施例1に記載した構成要素と同様なものであるため、説明を省略する。
そこで、外周部とは、例えば、概ね、半導体チップにおいて入出力回路が配置されている領域をいい、実施例3における外周部と同様なものである。
一方、中央部とは、上記の外周部以外の場所である。すなわち、内部回路20a、20b、20c、20d、20eが配置されている領域である。
ところで、実施例6においては、クロック配線511、512は、図7に示す半導体チップの右上の交差点1、左下の交差点2、右下の交差点3、左下の交差点4、及び、左下に自己交差部を有する。
その結果、クロック配線511、512は、交差点、において外周と内周がいれかわる。従って、クロック配線411、412の配線長は概ね等長となる。
また、自己交差部とは、クロック配線511又はクロック配線512が自己の配線と、立体交差する部分である。クロック配線511、512において、自己交差部があることにより、クロック配線511、512の配置に自由度が増す効果がある。
20a、20b、20c、20d、20e 内部回路
30a、30b、30c、30d、30e 位相調整回路
40 LC発振回路
50 可変容量
80、180、200、300、400、500 半導体回路装置
110 クロック発生回路
Claims (7)
- 閉じられた配線からなるループ状のクロック配線と、
前記ループ状のクロック配線に接続し、自己発振により、前記ループ状のクロック配線内のどの位置における位相も、発振元における位相から360度以内となる第1クロック信号を発生させる発振回路と、
回路装置内において、2以上の場所それぞれに、配置され、第2クロック信号を出力する2以上の位相調整回路と、を備え、
前記位相調整回路それぞれは、配置場所に応じた位相を有する前記第1クロック信号を受け取り、前記位相調整回路それぞれが受け取った前記第1クロック信号間の位相差よりも、前記位相調整回路それぞれが出力する前記第2クロック信号間の位相差を減じるための調整部を有することを特徴とするクロック分配回路。 - 閉じられた配線からなるループ状のクロック配線と、
前記ループ状のクロック配線に接続し、外部から入力する外部クロック信号に同期して、前記ループ状のクロック配線内のどの位置における位相も、発振元における位相から360度以内となる第1クロック信号を発生させる発振回路と、
回路装置内において、2以上の場所それぞれに、配置され、第2クロック信号を出力する2以上の位相調整回路と、を備え、
前記位相調整回路それぞれは、配置場所に応じた位相を有する前記第1クロック信号を受け取り、前記位相調整回路それぞれが受け取った前記第1クロック信号間の位相差よりも、前記位相調整回路それぞれが出力する前記第2クロック信号間の位相差を減じるための調整部を有することを特徴とするクロック分配回路。 - 前記第1クロック信号は、正相第1クロック信号及び逆相第1クロック信号からなる相
補信号であり、
前記クロック配線は、前記正相第1クロック信号に対応した閉じられた配線からなるループ状の正相クロック配線及び前記逆相第1クロック信号に対応した閉じられた配線からなるループ状の逆相クロック配線からなっており、
前記正相クロック配線と前記逆相クロック配線とが立体交差することを特徴とする請求
項1記載のクロック分配回路。 - 前記第1クロック信号は、正相第1クロック信号及び逆相第1クロック信号からなる相
補信号であり、
前記クロック配線は、前記正相第1クロック信号に対応した閉じられた配線からなるループ状の正相クロック配線及び前記逆相第1クロック信号に対応した閉じられた配線からなるループ状の逆相クロック配線からなっており、
前記正相クロック配線と前記逆相クロック配線とが、互いに近接する区間を有するとと
もに、立体交差することを特徴とする請求項1記載のクロック分配回路。 - 前記クロック配線が立体的に自己交差していることを特徴とする請求項1記載のクロッ
ク分配回路。 - 請求項1乃至請求項5の内の一つに示すクロック分配回路を含む半導体回路装置。
- 前記半導体回路装置は、外部から信号を受ける入力端子又は、外部へ信号を出力する出力端子に接続する入出力回路が配置されている周辺回路部と、
前記入力端子又は前記出力端子との接続がない内部回路が配置されている中央部とを備え、
前記クロック配線の一部が前記中央部を通過することを特徴とする請求項6記載の半導体回路装置。
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JP2012004697A (ja) | 2012-01-05 |
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