JP6450953B2 - クロック同期方法 - Google Patents
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Description
これにより、分岐点が、基準クロック15と分周クロック17との分岐点13から、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの近傍の分岐点37に移動され、図9に示すように、タイミングマージンをある程度は小さくすることができる。この例の場合には、タイミングマージンを合計で8nsにすることができる。
図12に示すように、同期FF41に供給される基準クロック15の遅延時間は、基準クロック15の1周期よりも大きな遅延時間になることが多い。この例の場合、クロック生成回路12の内部の基準クロック15と分周クロック17との分岐点13から、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの内部の同期FF41までの基準クロック15の遅延時間は、それぞれ、11ns、7ns、9nsとなる。
まずは、図14に示すように、1つの下位階層のブロックへの同期FF41群のタイミング設計を考える。
一方、前述の例のように、3つの下位階層のブロックA、B、Cが存在し、それぞれの遅延時間が、11ns、7ns、9nsと異なる場合、データのつき抜けが起きないように、遅らせるクロック遅延を3値の中で最大の11nsに合わせるのが一般的である。
それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックのクロックツリーの開始点に、それぞれの前記下位階層のブロックが備える基準クロックのクロックツリーから入力される基準クロックに同期して前記分周クロックをデータ信号として保持し、前記保持された分周クロックのデータ信号をデータ入力とする、それぞれの前記下位階層のブロックが備える基準クロックのクロックツリーの開始点に接続する第1同期FFを配置するステップと、
前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックの第1同期FFまでの基準クロックの遅延時間を求め、前記基準クロックの遅延時間の最大値を取得するステップと、
前記基準クロックの半周期未満の時間となるように、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置される複数の第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値を決定するステップと、
前記基準クロックの遅延時間の最大値を、前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値で割ることにより得られる除算結果の値以上で、かつ、前記分周クロックの分周数の倍数で、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路を分割するように、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置され、前記基準クロックに同期して前記分周クロックをデータ信号として順次保持する第2同期FFの段数を決定するステップと、
前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値以下の遅延時間となるように、前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックのそれぞれの第2同期FFおよび第1同期FFまでの遅延時間の目標値を決定するステップと、
前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックの、前記決定された段数の第2同期FFのそれぞれおよび第1同期FFまでの遅延時間が、前記遅延時間の目標値となる分周クロックの配線経路上の位置に、前記決定された段数の第2同期FFのそれぞれを配置するステップと、
前記分周クロックの配線経路上のそれぞれの第2同期FFの後ろに、前段の前記第2同期FFのクロック入力端子に接続される基準クロックのローレベル期間に、前記前段の第2同期FFの出力信号を通過させるラッチを配置するステップと、
それぞれの前記下位階層のブロックの初段の第2同期FFのクロック入力端子に接続される基準クロックが、それぞれの前記第2同期FFまでの遅延時間の目標値だけ遅延された遅延基準クロックを、それぞれの前記第2同期FFのクロック入力端子に接続し、最終段の前記第2同期FFに接続される遅延基準クロックを、前記基準クロックのクロックツリーの開始点に接続するステップとを含むことを特徴とするクロック同期方法を提供するものである。
ラッチ42は、基準クロックがローレベルの期間に、前段の第2同期FF40の出力信号を通過させ、基準クロックがハイレベルの期間に、通過させた第2同期FF40の出力信号を保持するものである。
第1同期FF38は、下位階層のブロックAの内部で使用される基準クロックの立ち上がりに同期して、5段目の基本同期回路36のラッチの出力信号を保持するものである。
図1の例では、基準クロックが、基準クロックの配線から、分周回路16のFFへ分岐する点はもちろん、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの第2同期FF40へ分岐する点、第1同期FF38へ分岐する点が分岐点である。
第1同期FF38のクロック入力端子には、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの基準クロックのクロックツリー19から基準クロックが入力され、データ入力端子には、分周クロック17が入力される。また、第1同期FF38のデータ出力端子は、基準クロックのクロックツリー19の開始点に接続される。
また、タイミング設計がより容易になるように、除算結果の値以上となる分周クロック17の分周数nの倍数の最小値以上の値で、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの分周クロック17の配線経路を分割するように、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの第2同期FF40の段数を決定してもよい。
決定された段数の第2同期FF40は、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの分周クロック17の配線経路上に直列に配置される。また、初段の第2同期FF40のデータ入力端子には分周クロック17が接続され、最終段の第2同期FF40のデータ出力端子は、第1同期FF38のデータ入力端子に接続される。
このように、第1同期FF38が、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの内部に配置される場合、決定された段数の第2同期FF40のうちの少なくとも1つを、それぞれの下位階層のブロックA、B、Cの内部に配置してもよい。あるいは、第1同期FF38、および、決定された段数の第2同期FF40を、トップ階層のブロックに配置してもよい。
ラッチ42のクロック入力端子には、同じ基本同期回路の第2同期FF40のクロック入力端子に接続されている基準クロックまたは遅延基準クロックの反転が接続され、データ入力端子には、同じ基本同期回路の第2同期FF40の出力信号が接続される。また、ラッチ42のデータ出力端子は、後段の基本同期回路の第2同期FF40のデータ入力端子に接続される。
しかし、本実施形態の場合、同図(B)に示すように、FFAの後ろにラッチAを追加することにより、クロックCLKがローレベルの期間に通過させたデータDを、クロックCLKがハイレベルの間、ラッチAが保持し、データQとして出力する。これにより、データQの変化の開始タイミングが確実にクロックCLKの半周期の時間遅延されるため、バッファにより遅延時間を確保する必要がなくなる。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
12、52 クロック生成回路
13、37、39 分岐点
14 PLL回路
15 基準クロック
16 分周回路
17 分周クロック
18 第1末端FF
19、21 クロックツリー
20 第2末端FF
22 第1クロック同期回路
24 第2クロック同期回路
26 第3クロック同期回路
28、30、32、34、36 基本同期回路
38 第2同期FF
40 第1同期FF
41 同期FF
42 ラッチ
44、45、47、49 バッファ
50 トップ階層のブロック
66 線
68 丸印
A、B、C、54、56、58、60、62、64 下位階層のブロック
Claims (10)
- トップ階層のブロックが備えるクロック生成回路から、複数の下位階層のブロックのそれぞれが備える基準クロックのクロックツリーおよび前記基準クロックが分周された分周クロックのクロックツリーを介して、前記基準クロックに同期して動作する第1末端FFおよび前記分周クロックに同期して動作する第2末端FFに供給される前記基準クロックおよび前記分周クロックの位相を同期させるクロック同期方法であって、
それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックのクロックツリーの開始点に、それぞれの前記下位階層のブロックが備える基準クロックのクロックツリーから入力される基準クロックに同期して前記分周クロックをデータ信号として保持し、前記保持された分周クロックのデータ信号をデータ入力とする、それぞれの前記下位階層のブロックが備える基準クロックのクロックツリーの開始点に接続する第1同期FFを配置するステップと、
前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックの第1同期FFまでの基準クロックの遅延時間を求め、前記基準クロックの遅延時間の最大値を取得するステップと、
前記基準クロックの半周期未満の時間となるように、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置される複数の第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値を決定するステップと、
前記基準クロックの遅延時間の最大値を、前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値で割ることにより得られる除算結果の値以上で、かつ、前記分周クロックの分周数の倍数で、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路を分割するように、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置され、前記基準クロックに同期して前記分周クロックをデータ信号として順次保持する第2同期FFの段数を決定するステップと、
前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値以下の遅延時間となるように、前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックのそれぞれの第2同期FFおよび第1同期FFまでの遅延時間の目標値を決定するステップと、
前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックの、前記決定された段数の第2同期FFのそれぞれおよび第1同期FFまでの遅延時間が、前記遅延時間の目標値となる分周クロックの配線経路上の位置に、前記決定された段数の第2同期FFのそれぞれを配置するステップと、
前記分周クロックの配線経路上のそれぞれの第2同期FFの後ろに、前段の前記第2同期FFのクロック入力端子に接続される基準クロックのローレベル期間に、前記前段の第2同期FFの出力信号を通過させるラッチを配置するステップと、
それぞれの前記下位階層のブロックの初段の第2同期FFのクロック入力端子に接続される基準クロックが、それぞれの前記第2同期FFまでの遅延時間の目標値だけ遅延された遅延基準クロックを、それぞれの前記第2同期FFのクロック入力端子に接続し、最終段の前記第2同期FFに接続される遅延基準クロックを、前記基準クロックのクロックツリーの開始点に接続するステップとを含むことを特徴とするクロック同期方法。 - 前記第1同期FFを、それぞれの前記下位階層のブロックの内部に配置する請求項1に記載のクロック同期方法。
- それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置される複数の第2同期FFのうちの少なくとも1を、それぞれの前記下位階層のブロックの内部に配置する請求項2に記載のクロック同期方法。
- 前記第1同期FF、および、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路上に直列に配置される複数の第2同期FFを、前記トップ階層のブロックに配置する請求項1に記載のクロック同期方法。
- 前記基準クロックの物理的な配線距離、前記基準クロックの物理的な配線の単位長さ当たりの遅延時間、および、それぞれのセルの遅延時間に基づいて、前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックの第1同期FFまでの基準クロックの遅延時間を算出する請求項1〜4のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
- ワーストケースのシミュレーションにより、前記基準クロックの半周期未満の時間となるように、前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値を決定する請求項1〜5のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
- それぞれの前記下位階層のブロックの第2同期FFの段数は、前記分周クロックが前記基準クロックをn分周(nは2以上の整数)の場合、等しいか、または、nの倍数の段数だけ異なる請求項1〜6のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
- 前記除算結果の値以上となる前記分周クロックの分周数の倍数の最小値以上の値で、それぞれの前記下位階層のブロックの分周クロックの配線経路を分割するように、それぞれの前記下位階層のブロックの第2同期FFの段数を決定する請求項1〜7のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
- 前記第2同期FF間の基準クロックの遅延時間の最大値以下の遅延時間となるように、それぞれの前記下位階層のブロックの基準クロックの遅延時間を、前記決定された段数の第2同期FFで分割することにより、前記遅延時間の目標値を決定する請求項1〜8のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
- 前記基準クロックの物理的な配線の単位長さ当たりの遅延時間、および、それぞれのセルの遅延時間に基づいて、前記基準クロックと前記分周クロックとの分岐点から、それぞれの前記下位階層のブロックのそれぞれの第2同期FFおよび第1同期FFまでの遅延時間を算出することにより、前記算出されたそれぞれの遅延時間が、前記遅延時間の目標値となる前記分周クロックの配線経路上の位置を取得する請求項1〜9のいずれか1項に記載のクロック同期方法。
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