JP7027977B2 - Oscillation circuit and control method of oscillation circuit - Google Patents
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本願開示は、発振回路及び発振回路の制御方法に関する。 The disclosure of the present application relates to an oscillation circuit and a control method of the oscillation circuit.
LSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)にモニタ用のリングオシレータを内蔵しておくことにより、当該リングオシレータの発振周波数に基づいてLSIの動作限界周波数を推定することができる。ウェハ段階で測定できるリングオシレータの発振周波数からLSIの動作限界周波数を推定すれば、LSIをパッケージングする前に良品か不良品かを判断することができる。またLSIの周波数ランクがどのレベルであるかについても予測することができる。このような推定が可能であるのは、動作限界周波数を決めるクリティカルパスの論理ゲートと、モニタ用リングオシレータの論理ゲートとが同じLSI内の同一プロセスで作成された論理ゲートを含むためである。即ち、リングオシレータのリング遅延(ループ一周分の遅延)とクリティカルパスのパス遅延とは、プロセスばらつきによる遅延の変動に関して正の相関関係にあるからである。 By incorporating a ring oscillator for a monitor in an LSI (Large Scale Integration), the operating limit frequency of the LSI can be estimated based on the oscillation frequency of the ring oscillator. By estimating the operating limit frequency of the LSI from the oscillation frequency of the ring oscillator that can be measured at the wafer stage, it is possible to determine whether the LSI is a good product or a defective product before packaging the LSI. It is also possible to predict what level the frequency rank of the LSI is. Such estimation is possible because the logic gate of the critical path that determines the operating limit frequency and the logic gate of the ring oscillator for monitoring include the logic gate created by the same process in the same LSI. That is, the ring delay of the ring oscillator (delay for one round of the loop) and the path delay of the critical path have a positive correlation with respect to the fluctuation of the delay due to the process variation.
クリティカルパスは大略10~20段程度の少数段の論理ゲートを有しているのに対して、従来のリングオシレータは数十段から百段程度の多数段の論理ゲートを有している。リングオシレータにおいて、直列接続された論理ゲートの個々の遅延のばらつきは、多数の論理ゲートにわたる平均化作用によりキャンセルされ、リングオシレータ全体での遅延のばらつきはそれ程大きくならない。一方、クリティカルパスの場合、論理ゲートの個々の遅延のばらつきがキャンセルされるほどの段数が無いため、クリティカルパス全体での遅延のばらつきが比較的大きくなってしまう。近年の半導体プロセスのばらつきは微細化の進展とともに大きくなってきており、LSIの動作限界周波数とリングオシレータの発振周波数との相関が弱くなっている。LSIの動作限界周波数とリングオシレータの発振周波数との相関を改善するためには、リングオシレータの段数をクリティカルパスの段数と同程度まで減らすことが好ましい。 While the critical path has a small number of logic gates of about 10 to 20 stages, the conventional ring oscillator has a large number of logic gates of several tens to 100 stages. In the ring oscillator, the variation in the individual delays of the logic gates connected in series is canceled by the averaging action over many logic gates, and the variation in the delay in the entire ring oscillator is not so large. On the other hand, in the case of the critical path, since there are not enough stages to cancel the variation in the delay of each logic gate, the variation in the delay in the entire critical path becomes relatively large. In recent years, the variation in semiconductor processes has become larger with the progress of miniaturization, and the correlation between the operating limit frequency of LSI and the oscillation frequency of ring oscillators has become weaker. In order to improve the correlation between the operation limit frequency of the LSI and the oscillation frequency of the ring oscillator, it is preferable to reduce the number of stages of the ring oscillator to the same level as the number of stages of the critical path.
図1は、リングオシレータの発振周波数とLSIの動作限界周波数との相関関係を示すグラフである。図1において、横軸はLSIを代表する同一種のリングオシレータの発振周波数f_ROSCであり、縦軸はLSIの動作限界周波数f_CHIPである。複数のLSIチップに対してリングオシレータの発振周波数を測定すると、多数段のリングオシレータの場合には、発振周波数は比較的低く、また分布13として示すように狭い範囲内に分布することになる。また少数段のリングオシレータの場合には、発振周波数は比較的高く、また分布14として示すように広い範囲内に分布することになる。なお分布13及び14は、周波数の分布の広がりを補助的にグラフ上に視覚的に示したものであり、縦軸のディメンジョン(動作限界周波数f_CHIP)とは無関係である。またそれら複数のLSIチップに対して動作限界周波数f_CHIPを別途測定すると、動作限界周波数f_CHIPは分布15として示す範囲内に分布することになる。分布15は、周波数の分布の広がりを補助的にグラフ上に視覚的に示したものであり、横軸のディメンジョン(発振周波数f_ROSC)とは無関係である。
FIG. 1 is a graph showing the correlation between the oscillation frequency of the ring oscillator and the operating limit frequency of the LSI. In FIG. 1, the horizontal axis is the oscillation frequency f_ROSC of the same type of ring oscillator representing the LSI, and the vertical axis is the operation limit frequency f_CHIP of the LSI. When the oscillation frequency of the ring oscillator is measured for a plurality of LSI chips, the oscillation frequency is relatively low in the case of a multi-stage ring oscillator, and the oscillation frequency is distributed within a narrow range as shown as
分布13及び14の各々に対して、個々のLSIのリングオシレータの発振周波数f_ROSCの測定値と、対応する個々のLSIの動作限界周波数の測定値とについて、それぞれの測定値を座標値とする座標平面上の位置に黒点をプロットする。そのようにして得られた複数の点(図1の複数の黒点)との距離が最も近くなるように引いた直線11及び12が、分布13及び14についての発振周波数f_ROSCと動作限界周波数f_CHIPとの相関関係を示す直線である。分布14の場合のリングオシレータの段数がクリティカルパスの段数と同程度である場合には、段数が多い分布13と段数が少ない分布14とを比較すると、分布14の方が発振周波数f_ROSCと動作限界周波数f_CHIPとの相関が大きくなる。即ち、プロットされた各黒点と直線11又は12との誤差(座標位置の差)が小さくなる。これは前述のように、リングオシレータの段数とクリティカルパスの段数とを同程度にすることにより、全体の遅延のばらつきが同程度になるためである。
For each of the
しかしながら、リングオシレータの段数を減らした場合、ループ一周分の遅延であるリング遅延のばらつきは増えるため、リングオシレータの本来の目的である「1段当たりのゲート遅延を評価する」という目的には適さない回路になってしまう。リング遅延のばらつきが大きい少数段のリングオシレータを使用した場合には、以下に説明するように、LSIの回路面積が増大してしまうという問題も発生する。 However, if the number of stages of the ring oscillator is reduced, the variation in the ring delay, which is the delay for one round of the loop, increases, so it is suitable for the original purpose of the ring oscillator, "evaluating the gate delay per stage". It will be a circuit that does not exist. When a small number of ring oscillators with large variations in ring delay are used, there is also a problem that the circuit area of the LSI increases, as will be described below.
LSIに搭載される従来のリングオシレータの典型例は、単一種類の論理ゲートを数十段から百段程度(奇数段)直列に接続したものである。リングオシレータの用途は論理ゲート単体のゲート遅延を計測するためであるので、基本的には異種の論理ゲートが混在されることはない。また、リング一周に要する遅延から一段当たりのゲート遅延を求めるので、リングオシレータの段数は1種類が通例である。 A typical example of a conventional ring oscillator mounted on an LSI is one in which a single type of logic gate is connected in series from several tens to hundreds of stages (odd number stages). Since the purpose of the ring oscillator is to measure the gate delay of a single logic gate, basically, different types of logic gates are not mixed. Further, since the gate delay per stage is obtained from the delay required for one round of the ring, the number of stages of the ring oscillator is usually one type.
近年のマルチコアやメニーコアのマイクロプロセッサでは、搭載するトランジスタ数が数億トランジスタにおよぶため、LSI内のばらつきに追従するために、複数箇所にリングオシレータを搭載する。具体的には、論理ゲートが3種類程度(インバータ、NAND、NOR)、トランジスタの閾値が3種類程度(標準、低、高)、ゲート長や幅等を変えた論理ゲートを1~4種類程度、ファンアウト数を1~4種類程度、更に配線長や幅を変えた構成等を用意する。これにより、バリエーションとして計30~50種類程度のリングオシレータを用意する。30~50種類程度のリングオシレータを一セットとして、LSI内の例えば8箇所(四隅+四辺中点)に各セットを配置すると、LSI全体で240~400個程度のリングオシレータを搭載することになる。 In recent multi-core and many-core microprocessors, the number of transistors to be mounted reaches hundreds of millions of transistors, so ring oscillators are mounted at a plurality of locations in order to follow the variation in the LSI. Specifically, there are about 3 types of logic gates (inverter, NAND, NOR), about 3 types of transistor thresholds (standard, low, high), and about 1 to 4 types of logic gates with different gate lengths and widths. , Prepare a configuration in which the number of fan-outs is about 1 to 4, and the wiring length and width are changed. As a result, a total of about 30 to 50 types of ring oscillators will be prepared as variations. If 30 to 50 types of ring oscillators are set as one set and each set is arranged at, for example, 8 locations (four corners + midpoints of four sides) in the LSI, about 240 to 400 ring oscillators will be mounted on the entire LSI. ..
LSIの動作限界周波数とリングオシレータの発振周波数との相関を求める際には、上記一セットのうちの1種類のリングオシレータの発振周波数について、LSI内の配置箇所数(上記の例では8箇所)にわたる平均値、中央値、又は最低値を求める。この求めた値を当該LSIの当該種類のリングオシレータの代表値として、当該LSIの動作限界周波数とペアにしたデータを作成する。このように作成したデータを、多数(例えば数百個)のLSIについて図1のようにプロットし、当該種類のリングオシレータの発振周波数と動作限界周波数との相関関係を求める。搭載している複数種類(上記の例では30~50種類)のリングオシレータの各々についてこのように相関関係を求め、これら30~50種類のリングオシレータのうちで、相関が良いものを選択する。 When determining the correlation between the operation limit frequency of the LSI and the oscillation frequency of the ring oscillator, the number of locations in the LSI for the oscillation frequency of one type of ring oscillator in the above set (8 locations in the above example). Find the mean, median, or minimum over. Using this obtained value as a representative value of the ring oscillator of the type of the LSI, data paired with the operation limit frequency of the LSI is created. The data thus created is plotted for a large number (for example, several hundreds) of LSIs as shown in FIG. 1, and the correlation between the oscillation frequency and the operation limit frequency of the ring oscillator of the type is obtained. Correlation is obtained for each of the plurality of types (30 to 50 types in the above example) of the mounted ring oscillators in this way, and the one having a good correlation is selected from these 30 to 50 types of ring oscillators.
しかしながら、少数段のリングオシレータを用いる場合、リング遅延のばらつき幅が広いため、8箇所程度のLSI内の配置箇所数では、統計的なデータ量が不十分な可能性がある。特に最低周波数を求める場合には、測定値の分布を近似した正規分布の裾の値を求めることが好ましいが、正規確率プロットで分布を求めるためには、少なくとも50個程度の測定点が必要である。 However, when a small number of ring oscillators are used, the variation range of the ring delay is wide, so that the statistical data amount may be insufficient with the number of arrangement locations in the LSI of about eight locations. In particular, when finding the lowest frequency, it is preferable to find the tail value of the normal distribution that approximates the distribution of the measured values, but in order to find the distribution with the normal probability plot, at least about 50 measurement points are required. be.
図2は、発振周波数の測定値分布に対する正規確率プロットを示す図である。図2において、横軸はLSI内の同一種のリングオシレータの発振周波数f_ROSCであり、縦軸は平均値の上下の値を標準偏差を基準として示した値である。補助的に示した分布17を有する発振周波数f_ROSCの多数の測定値について累積百分率を求め、各測定値の百分率を正規分布の確率に従った縦軸位置にプロットした点が図2に示す白丸である。そのようにして得られた複数のプロット点との距離が最も近くなるように引いた直線16と白丸のプロットとが一致する度合が高いほど、分布17が正規分布に近いことになる。このようにして求めた直線16において、例えば下側の3σ(標準偏差の3倍)の位置(黒丸18)を特定し、この位置に相当する発振周波数f_ROSCを管理目的のための最低値として設定してよい。この最低値を当該LSIの当該種類のリングオシレータの代表値として、前述のように、当該LSIの動作限界周波数とペアにしたデータを作成することになる。
FIG. 2 is a diagram showing a normal probability plot for the measured value distribution of the oscillation frequency. In FIG. 2, the horizontal axis represents the oscillation frequency f_ROSC of the same type of ring oscillator in the LSI, and the vertical axis represents the values above and below the mean value with reference to the standard deviation. Cumulative percentages were obtained for a large number of measured values of the oscillation frequency f_ROSC having the
図2のようにして最低値を求める場合、また同様な手法或いは他の手法で平均値や中央値を求める場合、リングオシレータの発振周波数の代表値に充分な精度を持たせるためには、充分な個数の測定値が必要になる。しかしながら、例えばLSI内の50箇所に各種類(30~50種類)のリングオシレータを用意すると、リングオシレータの個数が1500~2500個となってしまう。リングオシレータの段数が従来と比較して少なくなってはいても、リングオシレータの個数が多いため、リングオシレータが占める回路面積の増加分が問題となってしまう。 When the minimum value is calculated as shown in FIG. 2, or when the average value or the median value is calculated by the same method or another method, it is sufficient to give sufficient accuracy to the representative value of the oscillation frequency of the ring oscillator. A large number of measured values are required. However, for example, if each type (30 to 50 types) of ring oscillators is prepared at 50 locations in the LSI, the number of ring oscillators becomes 1500 to 2500. Even if the number of stages of the ring oscillator is smaller than that of the conventional one, the increase in the circuit area occupied by the ring oscillator becomes a problem because the number of ring oscillators is large.
以上を纏めると、クリティカルパスとの相関が高い少数段のリングオシレータでは、周波数ランクを知るために1段当たりのゲート遅延を評価するという目的には適さない。また少数段のリングオシレータを別途配置するとしても、多数個配置することが必要になり、回路面積の増加分が問題となる。 Summarizing the above, a ring oscillator with a small number of stages that has a high correlation with the critical path is not suitable for the purpose of evaluating the gate delay per stage in order to know the frequency rank. Even if a small number of ring oscillators are arranged separately, it is necessary to arrange a large number of them, and the increase in the circuit area becomes a problem.
またLSI内部の何れのパスが実際のクリティカルパスとなるかは、LSIを製造してみないと分からない。即ち実際のクリティカルパスの段数が何段であるのかは分からない。従って、クリティカルパスの段数とリングオシレータの段数とを同程度にして相関を高くするためには、発振に寄与するリングオシレータの段数を可変にできることが好ましい。 In addition, which path inside the LSI is the actual critical path cannot be known until the LSI is manufactured. That is, it is unknown how many stages the actual critical path is. Therefore, in order to make the number of stages of the critical path and the number of stages of the ring oscillator equal to each other and increase the correlation, it is preferable that the number of stages of the ring oscillator that contributes to oscillation can be made variable.
以上を鑑みると、1つのリングオシレータから同一又は異なる発振周波数の発振信号を数多く別個に抽出可能な発振回路が望まれる。 In view of the above, an oscillation circuit capable of separately extracting a large number of oscillation signals having the same or different oscillation frequencies from one ring oscillator is desired.
発振回路は、第1乃至第4の端子を有し、前記第1の端子と前記第2の端子とを電気的に接続し且つ前記第3の端子と前記第4の端子とを電気的に接続する第1のモードと、前記第1の端子と前記第3の端子とを電気的に接続し且つ前記第2の端子と前記第4の端子とを電気的に接続する第2のモードとの何れかのモードに設定可能な少なくとも1つのスイッチ回路と、前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第1の端子及び前記第2の端子を介して直列に接続された複数の第1の信号経路と、前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第3の端子及び前記第4の端子を介して直列に接続された複数の第2の信号経路とを含み、前記複数の第1の信号経路と前記複数の第2の信号経路とが1つのループを形成するように互いに接続され、前記ループには直列接続された奇数個の反転論理ゲートが含まれる。 The oscillation circuit has first to fourth terminals, electrically connects the first terminal and the second terminal, and electrically connects the third terminal and the fourth terminal. A first mode for connecting and a second mode for electrically connecting the first terminal and the third terminal and electrically connecting the second terminal and the fourth terminal. At least one switch circuit that can be set to any of the modes, and a plurality of first signal paths connected in series via the first terminal and the second terminal of the at least one switch circuit. A plurality of second signal paths connected in series via the third terminal and the fourth terminal of the at least one switch circuit, the first signal path and the plurality of first signal paths. The second signal path is connected to each other to form a loop, which loop contains an odd number of inverted logic gates connected in series.
少なくとも1つの実施例による発振回路では、1つのリングオシレータから同一又は異なる発振周波数の発振信号を数多く別個に抽出することができる。 In the oscillation circuit according to at least one embodiment, many oscillation signals having the same or different oscillation frequencies can be separately extracted from one ring oscillator.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。なお各図において、同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same or corresponding components are referred to by the same or corresponding numbers, and the description thereof will be omitted as appropriate.
図3は、リングオシレータの第1の実施例の構成を示す図である。図3に示すリングオシレータは、ゲートチェーン20-1乃至20-5、BFB(Bidirectional Fold-Back:双方向折り返し)スイッチ21-1乃至21-4、及び複数のインバータ22を含む。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the ring oscillator. The ring oscillator shown in FIG. 3 includes gate chains 20-1 to 20-5, BFB (Bidirectional Fold-Back) switches 21-1 to 21-4, and a plurality of
ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は、互いに並行する第1の信号経路と第2の信号経路とを含む。第1の信号経路と第2の信号経路との少なくとも一方は、反転論理ゲートが直列に接続されたゲートチェーンである。ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は、ゲートチェーン20-1に代表して示すように、第1乃至第4の端子T1乃至T4を有する。ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々において、第1の信号経路の一端は第1の端子T1であり、第1の信号経路の他端は第2の端子T2である。同様に、第2の信号経路の一端は第3の端子T3であり、第2の信号経路の他端は第4の端子T4である。 Each of the gate chains 20-1 to 20-5 includes a first signal path and a second signal path parallel to each other. At least one of the first signal path and the second signal path is a gate chain in which inverting logic gates are connected in series. Each of the gate chains 20-1 to 20-5 has first to fourth terminals T1 to T4, as represented by the gate chain 20-1. In each of the gate chains 20-1 to 20-5, one end of the first signal path is the first terminal T1 and the other end of the first signal path is the second terminal T2. Similarly, one end of the second signal path is the third terminal T3 and the other end of the second signal path is the fourth terminal T4.
図4は第1の信号経路と第2の信号経路との構成例を示す図である。図4(b)にはゲートチェーン20-1乃至20-5の任意の1つを代表してゲートチェーン20として示してある。ゲートチェーン20において、第1の端子T1と第2の端子T2との間には、n個(n:2以上の整数)のNAND回路31-1乃至31-nが直列接続して形成される第1の信号経路が設けられている。また第3の端子T3と第4の端子T4との間には、反転論理ゲートを含まない信号線で形成される第2の信号経路が設けられている。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a first signal path and a second signal path. FIG. 4B shows the
図4(b)に示されるゲートチェーン20において、第1の端子T1と第3の端子T3とを直接に接続し、第2の端子T2と第4の端子T4とを直接に接続すると、図4(a)に示されるループが得られる。nが奇数である場合、このループはリングオシレータとして発振可能である。NAND回路31-1の一方の入力に印加されるイネーブル信号ENをハイ(以下、図中では"H"と記載)にするとリングオシレータは発振し、イネーブル信号ENをロー(以下、図中では"L"と記載)にするとリングオシレータは発振停止する。
In the
図5は第1の信号経路と第2の信号経路との別の構成例を示す図である。図5(b)に示されるゲートチェーン20において、第1の端子T1と第2の端子T2との間には、i個(i:nより小さい正の整数)のNAND回路32-1乃至32-iが直列接続して形成される第1の信号経路が設けられている。また第3の端子T3と第4の端子T4との間には、n-i個のNAND回路32-i+1乃至32-nが直列接続して形成される第2の信号経路が設けられている。図5(b)に示されるゲートチェーン20において、第1の端子T1と第3の端子T3とを直接に接続し、第2の端子T2と第4の端子T4とを直接に接続すると、図5(a)に示されるループが得られる。nが奇数である場合、このループはリングオシレータとして発振可能である。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the first signal path and the second signal path. In the
図4又は図5に示される第1の信号経路と第2の信号経路との構成例において、NAND回路の代わりにNOR回路を用いてもよい。図5に示されるNAND回路32-1乃至32-nの代わりにNOR回路33-1乃至33-nを用いて形成したリングオシレータの構成例が図6に示される。 In the configuration example of the first signal path and the second signal path shown in FIG. 4 or 5, a NOR circuit may be used instead of the NAND circuit. FIG. 6 shows a configuration example of a ring oscillator formed by using NOR circuits 33-1 to 33-n instead of the NAND circuits 32-1 to 32-n shown in FIG.
また更には、NAND回路やNOR回路の代わりにインバータを用いて第1の信号経路と第2の信号経路とを形成してもよい。この場合、イネーブル信号による制御機能を設けるためには、一箇所においてのみ、インバータの代わりにNAND又はNOR回路を設ければよい。 Furthermore, an inverter may be used instead of the NAND circuit or the NOR circuit to form the first signal path and the second signal path. In this case, in order to provide the control function by the enable signal, it is sufficient to provide the NAND or NOR circuit instead of the inverter at only one place.
図3に戻り、BFBスイッチ21-1乃至21-4の各々は、BFBスイッチ21に代表して示すように第1の端子U1、第2の端子U2、第3の端子U3、及び第4の端子U4を有する。BFBスイッチ21-1乃至21-4はそれぞれ制御信号S1乃至S4により、第1のモードと第2のモードとの何れかのモードに設定可能である。第1のモードでは、第1の端子U1と第2の端子U2とを電気的に接続し且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とを電気的に接続する。第2のモードでは、第1の端子U1と第3の端子U3とを電気的に接続し且つ第2の端子U2と第4の端子U4とを電気的に接続する。
Returning to FIG. 3, each of the BFB switches 21-1 to 21-4 has a first terminal U1, a second terminal U2, a third terminal U3, and a fourth terminal U3 as represented by the
ゲートチェーン20-1乃至20-5の複数の第1の信号経路は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の第1の端子U1及び第2の端子U2を介して直列に接続される。またゲートチェーン20-1乃至20-5の複数の第2の信号経路は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の第3の端子U3及び第4の端子U4を介して直列に接続される。 The plurality of first signal paths of the gate chains 20-1 to 20-5 are connected in series via the first terminal U1 and the second terminal U2 of the BFB switches 21-1 to 21-4. Further, the plurality of second signal paths of the gate chains 20-1 to 20-5 are connected in series via the third terminal U3 and the fourth terminal U4 of the BFB switches 21-1 to 21-4.
図3において、ゲートチェーン20-1の第1の端子T1と第3の端子T3とは互いに直接に接続され、ゲートチェーン20-5の第2の端子T2と第4の端子T4とは互いに直接に接続される。これにより、複数の第1の信号経路と複数の第2の信号経路とが1つのループを形成するように互いに接続される。 In FIG. 3, the first terminal T1 and the third terminal T3 of the gate chain 20-1 are directly connected to each other, and the second terminal T2 and the fourth terminal T4 of the gate chain 20-5 are directly connected to each other. Connected to. As a result, the plurality of first signal paths and the plurality of second signal paths are connected to each other so as to form one loop.
上記ループには直列接続された奇数個の反転論理ゲートが含まれるように、第1の信号経路と第2の信号経路とに含まれる反転論理ゲートの数が設定される。従って、図3において全ての複数の第1の信号経路と全ての複数の第2の信号経路とで形成されたループは、リングオシレータとして発振可能である。また更に、BFBスイッチ21-1乃至21-4の動作モードを切り替えることにより全体のループを分割し、分割された各々の部分ループをリングオシレータとして発振させることも可能である。これについては後述する。 The number of inverting logic gates included in the first signal path and the second signal path is set so that the loop includes an odd number of inverting logic gates connected in series. Therefore, in FIG. 3, the loop formed by all the plurality of first signal paths and all the plurality of second signal paths can oscillate as a ring oscillator. Furthermore, it is also possible to divide the entire loop by switching the operation mode of the BFB switches 21-1 to 21-4, and to oscillate each divided partial loop as a ring oscillator. This will be described later.
図7は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の構成の一例を示す図である。図7には、BFBスイッチ21-1乃至21-4の任意の1つを代表してBFBスイッチ21として示してある。図7(a)に示されるBFBスイッチ21は、PMOSトランジスタのチャネルとNMOSトランジスタのチャネルとが互いに並列に接続されたトランスファゲート41乃至44を含む。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of BFB switches 21-1 to 21-4. In FIG. 7, any one of the BFB switches 21-1 to 21-4 is shown as the
制御信号Sがハイである第1のモードではトランスファゲート41及び43が導通して、図7(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときトランスファゲート42及び44は非導通状態となる。制御信号Sがローである第2のモードではトランスファゲート42及び44が導通して、図7(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続され且つ前記第2の端子U2と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときトランスファゲート41及び43は非導通状態となる。
In the first mode in which the control signal S is high, the
図8は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の構成の別の一例を示す図である。図8(a)に示されるBFBスイッチ21は、NAND回路51乃至56を含む。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the configuration of the BFB switches 21-1 to 21-4. The
制御信号Sがハイである第1のモードではNAND回路51及び54がインバータとして機能して、図8(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNAND回路53及び56の出力はハイ固定となり、NAND回路52及び55もインバータとして機能する。制御信号Sがローである第2のモードではNAND回路53及び56がインバータとして機能して、図8(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続され且つ前記第2の端子U2と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNAND回路51及び54の出力はハイ固定となり、NAND回路52及び55もインバータとして機能する。
In the first mode in which the control signal S is high, the
図9は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の構成の更に別の一例を示す図である。図9(a)に示されるBFBスイッチ21は、NOR回路61乃至66を含む。
FIG. 9 is a diagram showing still another example of the configuration of the BFB switches 21-1 to 21-4. The
制御信号Sがハイである第1のモードではNOR回路61及び64がインバータとして機能して、図9(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNOR回路63及び66の出力はロー固定となり、NOR回路62及び65もインバータとして機能する。制御信号Sがローである第2のモードではNOR回路63及び66がインバータとして機能して、図9(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続され且つ前記第2の端子U2と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNOR回路61及び64の出力はロー固定となり、NOR回路62及び65もインバータとして機能する。
In the first mode in which the control signal S is high, the NOR
図10は、図3のリングオシレータを分割して得られる複数のリングオシレータを示す図である。図10の例において、BFBスイッチ21-1乃至21-4にそれぞれ印加される制御信号S1乃至S4は、ハイ(H)、ハイ(H)、ロー(L)、及びロー(L)に設定されている。BFBスイッチ21-1乃至21-4は、制御信号がハイの場合には、当該スイッチに接続される隣接する2つのゲートチェーン間を接続する。BFBスイッチ21-1乃至21-4は、制御信号がローの場合には、当該スイッチに接続される隣接する2つのゲートチェーン間を分離し、且つ信号を折り返すように個々のゲートチェーンの2つの端子間を接続する。従って図10の例においては、矢印で示されるように信号が伝搬することになる。即ち、ゲートチェーンのみに着目すると、ゲートチェーン20-1乃至20-3が第1のループを形成し、ゲートチェーン20-4が第2のループを形成し、且つゲートチェーン20-5が第3のループを形成する。 FIG. 10 is a diagram showing a plurality of ring oscillators obtained by dividing the ring oscillator of FIG. 3. In the example of FIG. 10, the control signals S1 to S4 applied to the BFB switches 21-1 to 21-4 are set to high (H), high (H), low (L), and low (L), respectively. ing. The BFB switches 21-1 to 21-4 connect between two adjacent gate chains connected to the switch when the control signal is high. When the control signal is low, the BFB switches 21-1 to 21-4 separate the two adjacent gate chains connected to the switch, and the two of the individual gate chains so as to fold back the signal. Connect between terminals. Therefore, in the example of FIG. 10, the signal propagates as shown by the arrow. That is, focusing only on the gate chain, the gate chains 20-1 to 20-3 form the first loop, the gate chain 20-4 forms the second loop, and the gate chain 20-5 forms the third loop. Form a loop of.
この場合、ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々が直列接続された奇数個の反転論理ゲートを含む場合、上記の第1のループ、第2のループ、及び第3のループの全てが発振可能である。なおBFBスイッチ21-1乃至21-4の各信号伝搬経路には偶数個の反転論理ゲートが設けられているため、ループの発振の可否の判断においてスイッチの影響は無視することができる。 In this case, if each of the gate chains 20-1 to 20-5 contains an odd number of inverting logic gates connected in series, all of the first loop, the second loop, and the third loop described above oscillate. It is possible. Since an even number of inverting logic gates are provided in each signal propagation path of the BFB switches 21-1 to 21-4, the influence of the switch can be ignored in determining whether or not the loop can be oscillated.
形成されるループによっては、偶数個の反転論理ゲートが含まれることになり、当該ループがリングオシレータとして発振しない場合もある。また合計で奇数個の反転論理ゲートを有する全体ループが偶数個のゲートチェーンから形成される場合、少なくとも1つのゲートチェーンは偶数個の反転論理ゲートを含んでしまうことになる。従って、個々のゲートチェーンが全て、必ずしも奇数個の反転論理ゲートを含むゲートチェーンであるとは限らない。但し全体ループが奇数個のゲートチェーンから形成される場合、個々のゲートチェーンを全て奇数個の反転論理ゲートを含むゲートチェーンである構成とすることができる。 Depending on the loop formed, an even number of inversion logic gates may be included, and the loop may not oscillate as a ring oscillator. Further, if the entire loop having an odd number of inverted logic gates in total is formed from an even number of gate chains, at least one gate chain will include an even number of inverted logic gates. Therefore, not all individual gate chains are necessarily gate chains containing an odd number of inverted logic gates. However, when the entire loop is formed from an odd number of gate chains, each gate chain can be configured as a gate chain including an odd number of inverting logic gates.
図4乃至図6に示されるNAND又はNOR構成のゲートチェーン20と、図7乃至図9に示されるトランスファゲート、NAND、又はNOR構成のBFBスイッチ21とは、任意の組み合わせで用いることができる。即ち、これらの回路の任意の組み合わせを用いて、全体のループ又は所望の部分ループに基づいた発振回路を形成することができる。但し、ばらつきの度合を精度よく測定するという目的を鑑みた場合、ループは同一種類の論理ゲートにより形成されていることが好ましい。即ち、複数の第1の信号経路及び複数の第2の信号経路は直列に接続された複数の第1の種類の論理ゲートのみを含み、BFBスイッチ21-1乃至21-4の第1乃至第4の端子U1乃至U4間の接続経路は当該第1の種類の論理ゲートのみを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、各論理ゲートのばらつきの影響を揃え、リングオシレータの発振周波数の測定に基づいて1段あたりの論理ゲートの遅延を適切に評価することが可能となる。
The NAND or NOR
図11は、リングオシレータの第2の実施例の構成を示す図である。図3に示すリングオシレータは、ゲートチェーン20-1乃至20-5、BFBスイッチ21-1乃至21-4、複数のインバータ22、並びにSNC(Stage Number Control:段数制御)スイッチ23-1及び23-2を含む。
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the ring oscillator. The ring oscillators shown in FIG. 3 include gate chains 20-1 to 20-5, BFB switches 21-1 to 21-4, a plurality of
図11の構成は、SNCスイッチ23-1及び23-2が設けられている点が図3の構成と異なる。SNCスイッチ23-1は、ゲートチェーン20-1の第1の端子T1と第3の端子T3とを互いに接続する。SNCスイッチ23-2は、ゲートチェーン20-5の第2の端子T2と第4の端子T4とを互いに接続する。SNCスイッチ23-1及び23-2の各々は、SNCスイッチ23-1に代表して示されるように、第1の端子V1及び第2の端子V2を有する。 The configuration of FIG. 11 differs from the configuration of FIG. 3 in that SNC switches 23-1 and 23-2 are provided. The SNC switch 23-1 connects the first terminal T1 and the third terminal T3 of the gate chain 20-1 to each other. The SNC switch 23-2 connects the second terminal T2 and the fourth terminal T4 of the gate chain 20-5 to each other. Each of the SNC switches 23-1 and 23-2 has a first terminal V1 and a second terminal V2, as represented by the SNC switch 23-1.
SNCスイッチ23-1及び23-2の各々は、奇数個の反転論理ゲートを介して接続する第1のモードと偶数個の反転論理ゲートを介して接続する第2のモードとの何れかのモードに設定可能な段数切替回路として機能する。第1のモードと第2のモードとの間の切り替えは、制御信号SL及びSRにより行われる。なお図11に示される構成例では、2つのSNCスイッチ23-1及び23-2が設けられているが、何れか一方のみを設けるようにしてもよい。 Each of the SNC switches 23-1 and 23-2 is either a first mode connected via an odd number of inverting logic gates or a second mode connected via an even number of inverting logic gates. Functions as a stage number switching circuit that can be set to. Switching between the first mode and the second mode is performed by the control signals SL and SR. In the configuration example shown in FIG. 11, two SNC switches 23-1 and 23-2 are provided, but only one of them may be provided.
図12は、SNCスイッチの構成の一例を示す図である。図12において、SNCスイッチ23-1及び23-2の任意の1つの代表としてSNCスイッチ23が示される。SNCスイッチ23は、NAND回路71乃至73を含む。NAND回路74は、隣のゲートチェーンの入力側のNAND回路であってよい。或いはNAND回路74もSNCスイッチ23-1に含まれる構成としてもよい。この場合、NAND回路74の出力が第1の端子V1となる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of the SNC switch. In FIG. 12, the
制御信号Sがハイのときに、NAND回路72はインバータとして機能するとともに、NAND回路73の出力はハイに固定される。このとき、図12(b)に示されるように、SNCスイッチ23-1の第2の端子V2から第1の端子V1迄の信号伝搬経路には1段の反転論理ゲートが存在することになる。なおこの場合、NAND回路74もインバータとして動作する。また論理反転ゲートの段数は1段でなく、他の奇数の数の段数であってもよい。
When the control signal S is high, the
制御信号Sがローのときに、NAND回路71及び73はインバータとして機能するとともに、NAND回路72の出力はハイに固定される。このとき、図12(c)に示されるように、SNCスイッチ23-1の第2の端子V2から第1の端子V1迄の信号伝搬経路には2段の反転論理ゲートが存在することになる。なおこの場合、NAND回路74もインバータとして動作する。また論理反転ゲートの段数は2段でなく、他の偶数の数の段数であってもよい。
When the control signal S is low, the
図13は、SNCスイッチの構成の別の一例を示す図である。図13において、SNCスイッチ23は、NOR回路76乃至78を含む。NOR回路79は、隣のゲートチェーンの入力側のNOR回路であってよい。或いはNOR回路79もSNCスイッチ23-1に含まれる構成としてもよい。この場合、NOR回路79の出力が第1の端子V1となる。
FIG. 13 is a diagram showing another example of the configuration of the SNC switch. In FIG. 13, the
制御信号Sがハイのときに、NOR回路77はインバータとして機能するとともに、NOR回路78の出力はローに固定される。このとき、図13(b)に示されるように、SNCスイッチ23-1の第2の端子V2から第1の端子V1迄の信号伝搬経路には1段の反転論理ゲートが存在することになる。なおこの場合、NOR回路79もインバータとして動作する。
When the control signal S is high, the NOR
制御信号Sがローのときに、NOR回路76及び78はインバータとして機能するとともに、NOR回路77の出力はローに固定される。このとき、図13(c)に示されるように、SNCスイッチ23-1の第2の端子V2から第1の端子V1迄の信号伝搬経路には2段の反転論理ゲートが存在することになる。なおこの場合、NOR回路79もインバータとして動作する。
When the control signal S is low, the NOR
図14は、第2の実施例によるリングオシレータを分割して得られる複数のリングオシレータを示す図である。図14の例において、BFBスイッチ21-1乃至21-4にそれぞれ印加される制御信号S1乃至S4は、ハイ(H)、ハイ(H)、ロー(L)、及びハイ(H)に設定されている。従って図10の例においては、矢印で示されるように信号が伝搬することになる。即ち、ゲートチェーンのみに着目すると、ゲートチェーン20-1乃至20-3が第1のループを形成し、ゲートチェーン20-4及び20-5が第2のループを形成する。 FIG. 14 is a diagram showing a plurality of ring oscillators obtained by dividing the ring oscillator according to the second embodiment. In the example of FIG. 14, the control signals S1 to S4 applied to the BFB switches 21-1 to 21-4 are set to high (H), high (H), low (L), and high (H), respectively. ing. Therefore, in the example of FIG. 10, the signal propagates as shown by the arrow. That is, focusing only on the gate chain, the gate chains 20-1 to 20-3 form the first loop, and the gate chains 20-4 and 20-5 form the second loop.
図14に示す構成例において、ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は奇数個の反転論理ゲートを含む。この場合、図3に示すようにSNCスイッチ23-1及び23-2が設けられていない構成では、ゲートチェーン20-4及び20-5からなる第2のループには偶数個の反転論理ゲートが含まれることになり、第2のループはリングオシレータとして発振しない。 In the configuration example shown in FIG. 14, each of the gate chains 20-1 to 20-5 includes an odd number of inverted logic gates. In this case, as shown in FIG. 3, in the configuration in which the SNC switches 23-1 and 23-2 are not provided, an even number of inverting logic gates are provided in the second loop consisting of the gate chains 20-4 and 20-5. The second loop will not oscillate as a ring oscillator.
しかしながら、図14に示す構成では、SNCスイッチ23-1及び23-2にそれぞれ印加される制御信号SR及びSLは、ロー(L)及びハイ(H)に設定されている。従ってSNCスイッチ23-2の内部の信号伝搬経路中に存在する反転論理ゲートの段数は1段になり、ゲートチェーン20-4及び20-5並びにSNCスイッチ23-2を含む第2のループには、奇数段の反転論理ゲートが含まれることになる。その結果、図14に示される構成では、第1のループがリングオシレータとして発振可能であるとともに、第2のループもリングオシレータとして発振可能となる。 However, in the configuration shown in FIG. 14, the control signals SR and SL applied to the SNC switches 23-1 and 23-2 are set to low (L) and high (H), respectively. Therefore, the number of stages of the inverting logic gate existing in the signal propagation path inside the SNC switch 23-2 becomes one stage, and the second loop including the gate chains 20-4 and 20-5 and the SNC switch 23-2 , An odd-numbered inversion logic gate will be included. As a result, in the configuration shown in FIG. 14, the first loop can oscillate as a ring oscillator, and the second loop can also oscillate as a ring oscillator.
このようにSNCスイッチ23-1及び23-2を設けることにより、ループの分割の仕方によっては偶数の論理反転ゲートが含まれることになる部分ループが存在しても、1段若しくはそれ以上の奇数段の論理反転ゲートが追加することができる。これにより、ループの分割の仕方によらず、両端に存在するループについてはリングオシレータとして常に発振させることができる。 By providing the SNC switches 23-1 and 23-2 in this way, even if there is a partial loop that may include an even number of logical inversion gates depending on how the loop is divided, an odd number of one stage or more is present. A logical inversion gate for the stage can be added. As a result, the loops existing at both ends can always be oscillated as a ring oscillator regardless of how the loop is divided.
図15は、図3に示すリングオシレータの第1の実施例において分割した各ループの発振の可否を示す図である。第1の実施例のリングオシレータにおいてゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は奇数個の論理反転ゲートを含む。従って、ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は単独で発振可能である。 FIG. 15 is a diagram showing whether or not oscillation of each loop divided in the first embodiment of the ring oscillator shown in FIG. 3 is possible. In the ring oscillator of the first embodiment, each of the gate chains 20-1 to 20-5 includes an odd number of logical inversion gates. Therefore, each of the gate chains 20-1 to 20-5 can oscillate independently.
図15に示す表において、ゲートチェーン20-1、20-2、20-3、20-4、及び20-5をそれぞれC1、C2、C3、C4、及びC5として表記している。例えば第1行にパターンAとして示される制御信号S1乃至S4の組み合わせでは、制御信号S1乃至S4がそれぞれ「H,H,H,H」に設定されることにより、C1乃至C5が全て接続された1つのループが形成される。ループを形成する複数のゲートチェーン同士を加算記号「+」で繋げて表示(この例では「C1+C2+C3+C4+C5」と表示)することにより、これら複数のゲートチェーンが接続されて1つのループを構成することを示している。 In the table shown in FIG. 15, the gate chains 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, and 20-5 are designated as C1, C2, C3, C4, and C5, respectively. For example, in the combination of the control signals S1 to S4 shown as the pattern A in the first line, the control signals S1 to S4 are set to "H, H, H, H", respectively, so that all C1 to C5 are connected. One loop is formed. By connecting a plurality of gate chains forming a loop with an addition symbol "+" and displaying them (in this example, "C1 + C2 + C3 + C4 + C5"), these multiple gate chains are connected to form one loop. Shows.
例えば第2行にパターンBとして示される制御信号S1乃至S4の組み合わせでは、制御信号S1乃至S4がそれぞれ「H,H,H,L」に設定されることにより、C1乃至C4が接続された第1のループとC5のみを含む第2のループとが形成される。C1乃至C4が接続された第1のループ「C1+C2+C3+C4」は取消線で消されているが、これは第1のループが発振不可であることを示す。また第2のループ「C5」は取消線表示されていないが、これは第2のループがリングオシレータとして発振可能であることを示す。この表示の意味は、以降の全ての行においても同様である。 For example, in the combination of the control signals S1 to S4 shown as the pattern B in the second line, the control signals S1 to S4 are set to "H, H, H, L", respectively, so that C1 to C4 are connected. A loop of 1 and a second loop containing only C5 are formed. The first loop "C1 + C2 + C3 + C4" to which C1 to C4 are connected is erased by a strike-through line, which indicates that the first loop cannot oscillate. Further, the second loop "C5" is not displayed as a strikethrough, which indicates that the second loop can oscillate as a ring oscillator. The meaning of this display is the same for all subsequent lines.
図15に示される制御信号S1乃至S4の組み合わせで規定される16個のパターンA乃至Pにおいて、各組み合わせに現れるループを全て数えると、全部で48個存在する。その48個のうち、リングオシレータとして発振するループは34個である。各パターンにおいて現れるループの数Pとそのうち発振するループの数Qとが、表の右端の欄に「Q/P」として示される。 In the 16 patterns A to P defined by the combination of the control signals S1 to S4 shown in FIG. 15, when all the loops appearing in each combination are counted, there are 48 in total. Of the 48 loops, 34 loops oscillate as a ring oscillator. The number P of loops appearing in each pattern and the number Q of oscillating loops are shown as "Q / P" in the rightmost column of the table.
上記48個のループのうち同じゲートチェーンの組み合わせを有するループが存在するため、重複分を除いて数えると、異なるゲートチェーンの組み合わせを有するループは全部で15個存在する。その15個のうち、9個のループがリングオシレータとして発振可能である。 Since there are loops having the same gate chain combination among the above 48 loops, there are a total of 15 loops having different gate chain combinations when counted excluding the overlap. Of the 15 loops, 9 loops can oscillate as ring oscillators.
図16は、図11に示すリングオシレータの第2の実施例において分割した各ループの発振の可否を示す図である。第2の実施例のリングオシレータにおいてゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は奇数個の論理反転ゲートを含む。従って、ゲートチェーン20-1乃至20-5の各々は単独で発振可能である。 FIG. 16 is a diagram showing whether or not oscillation of each divided loop in the second embodiment of the ring oscillator shown in FIG. 11 is possible. In the ring oscillator of the second embodiment, each of the gate chains 20-1 to 20-5 contains an odd number of logical inversion gates. Therefore, each of the gate chains 20-1 to 20-5 can oscillate independently.
図16に示す表において用いられる表記は図15において用いられる表記と同じである。図16に示される制御信号S1乃至S4の組み合わせで規定される16個のパターンA乃至Pにおいて、制御信号SL及びSRは、左端又は右端に存在するループが常に発振するように設定されている。各組み合わせに現れるループを全て数えると、全部で48個存在する。その48個のうち、リングオシレータとして発振するループは44個である。 The notation used in the table shown in FIG. 16 is the same as the notation used in FIG. In the 16 patterns A to P defined by the combination of the control signals S1 to S4 shown in FIG. 16, the control signals SL and SR are set so that the loop existing at the left end or the right end always oscillates. If you count all the loops that appear in each combination, there are 48 in total. Of the 48 loops, 44 loops oscillate as a ring oscillator.
上記48個のループのうち同じゲートチェーンの組み合わせを有するループが存在するため、重複分を除いて数えると、異なるゲートチェーンの組み合わせを有するループは全部で15個存在する。その15個のうち、13個のループがリングオシレータとして発振可能である。 Since there are loops having the same gate chain combination among the above 48 loops, there are a total of 15 loops having different gate chain combinations when counted excluding the overlap. Of the 15 loops, 13 loops can oscillate as ring oscillators.
図15と図16とを比較すれば分かるように、図3に示される第1の実施例の構成よりも、図11に示される第2の実施例の構成の方が、発振可能なループの数を大幅に増加させることができる。即ち、両端に単純な回路構成のSNCスイッチを設けることにより、別個に取り出すことができる発振周波数を大幅に増加させることができる。 As can be seen by comparing FIGS. 15 and 16, the configuration of the second embodiment shown in FIG. 11 is more oscillating than the configuration of the first embodiment shown in FIG. The number can be significantly increased. That is, by providing SNC switches having a simple circuit configuration at both ends, the oscillation frequency that can be taken out separately can be significantly increased.
以上説明した実施例によれば、充分な段数を有するリングオシレータをLSIに組み込むことにより、従来通りの1段あたりの遅延を評価するためのリングオシレータとして使用することができる。この目的のためには、単一種類の論理ゲートによりリングオシレータを形成することが好ましい。 According to the above-described embodiment, by incorporating a ring oscillator having a sufficient number of stages into the LSI, it can be used as a ring oscillator for evaluating the delay per stage as in the conventional case. For this purpose, it is preferable to form a ring oscillator with a single type of logic gate.
また更に、組み込んだリングオシレータを分割して複数の少数段のリングオシレータとして用いることができるので、クリティカルパスの段数に相当する段数を有するリングオシレータの発振周波数を測定することが可能となる。従って、LSIの周波数ランクを適切に評価することが可能となる。 Furthermore, since the incorporated ring oscillator can be divided and used as a plurality of minor stage ring oscillators, it is possible to measure the oscillation frequency of a ring oscillator having a number of stages corresponding to the number of stages of the critical path. Therefore, it is possible to appropriately evaluate the frequency rank of the LSI.
またそのようにして形成される複数個の少数段のループのうち数多くのループを別個のリングオシレータとして発振させることができるので、数多くの独立な少数段のリングオシレータを別途組み込む必要が無く、回路面積削減の効果が得られる。 Further, since many loops among the plurality of loops having a small number of stages formed in this way can be oscillated as separate ring oscillators, there is no need to separately incorporate a large number of independent small number stage ring oscillators, and the circuit The effect of area reduction can be obtained.
一例として、LSI内の10箇所に105段のリングオシレータを搭載し、更に21段のリングオシレータが50個必要であると仮定する。これら10個の105段のリングオシレータと50個の21段のリングオシレータとを全て別個に搭載するに必要な回路面積をAとする。この回路面積Aは、20個の105段のリングオシレータに必要な回路面積に等しい。 As an example, it is assumed that 105-stage ring oscillators are mounted at 10 locations in the LSI, and 50 21-stage ring oscillators are required. Let A be the circuit area required to mount all of these 10 105-stage ring oscillators and 50 21-stage ring oscillators separately. This circuit area A is equal to the circuit area required for 20 105-stage ring oscillators.
それに対して、図11に示される構成においてゲートチェーン20-1乃至20-5の各々が21段のリングオシレータとして発振可能である構成、即ち全体で105段のリングオシレータとして発振可能な構成を用いた場合を考える。LSI内の10箇所にこの105段のリングオシレータを搭載したとする。このとき、105段のリングオシレータの各々は分割して少数段の5個のリングオシレータとして使用できるので、10個の105段のリングオシレータは50個の21段リングオシレータとして用いることができる。但しBFBスイッチ21-1乃至21-4及びSNCスイッチ23-1及び23-2の追加により約10%の面積増加となるため、合計の回路面積は元の105段のリングオシレータの11個分となる。この回路面積は、上記の回路面積Aに対して45%の削減となっている。 On the other hand, in the configuration shown in FIG. 11, each of the gate chains 20-1 to 20-5 can oscillate as a 21-stage ring oscillator, that is, a configuration capable of oscillating as a 105-stage ring oscillator as a whole. Consider the case where there was. It is assumed that the 105-stage ring oscillator is mounted at 10 locations in the LSI. At this time, since each of the 105-stage ring oscillators can be divided and used as five ring oscillators with a small number of stages, the ten 105-stage ring oscillators can be used as 50 21-stage ring oscillators. However, the addition of BFB switches 21-1 to 21-4 and SNC switches 23-1 and 23-2 will increase the area by about 10%, so the total circuit area will be the same as 11 of the original 105-stage ring oscillators. Become. This circuit area is reduced by 45% with respect to the circuit area A described above.
図17は、複数の異なる段数のリングオシレータを設ける場合における回路面積の比較を示す図である。LSI内に、21段、43段、63段、85段、及び105段の異なる5種類のリングオシレータを、それぞれ50個、20個、10個、10個、及び10個(合計100個)設けるとする。この構成により、5種類の異なる周波数を有する合計で100個の発振信号が別個に得られることになる。段数が少ない方がばらつきの幅が大きく、よい統計値を得るためにはより多くのデータが必要になるので、段数が少ないリングオシレータはより多くの数を設ける構成となっている。上記の100個の別個の発振信号を得るために100個の単一発振するリングオシレータを搭載する場合には、図17において「単体ROSC必要数(トランジスタ数)」として示されるように、トランジスタ数換算で合計17760個のトランジスタが必要になる。 FIG. 17 is a diagram showing a comparison of circuit areas when a plurality of ring oscillators having different numbers of stages are provided. Five different types of ring oscillators with 21 stages, 43 stages, 63 stages, 85 stages, and 105 stages are provided in the LSI at 50, 20, 10, 10, and 10 (100 in total), respectively. And. With this configuration, a total of 100 oscillation signals having 5 different frequencies can be obtained separately. The smaller the number of stages, the wider the range of variation, and more data is required to obtain good statistical values. Therefore, the ring oscillator with a smaller number of stages is configured to have a larger number. In the case of mounting 100 single oscillating ring oscillators in order to obtain the above 100 separate oscillation signals, the number of transistors is shown as "required number of single ROSCs (number of transistors)" in FIG. A total of 17760 transistors are required in terms of conversion.
これに対して、図11に示す第2の実施例のリングオシレータを用い、ゲートチェーン20-1乃至20-5が合計で105段を有する構成であるとする。10個のこのようなリングオシレータをLSIに搭載すれば、上述の単体リングオシレータの構成と同様に、5種類の異なる周波数を有する合計で100個の発振信号を別個に提供することが可能になる。第2の実施例のリングオシレータを用いた場合には、図17において「提案型ROSC必要数(トランジスタ数)」として示されるように、トランジスタ数換算で合計4680個のトランジスタが必要になる。従って、必要な回路面積は単体構成の場合に比較して約4分の1になる。このように第1及び第2の実施例のリングオシレータによれば、複数の異なる段数に変化させたいときにも、回路面積を増加させることなく、多数の発振周波数の信号を別個に得ることが可能になる。 On the other hand, it is assumed that the ring oscillator of the second embodiment shown in FIG. 11 is used and the gate chains 20-1 to 20-5 have a total of 105 stages. If 10 such ring oscillators are mounted on the LSI, it becomes possible to separately provide a total of 100 oscillation signals having 5 different frequencies, similar to the configuration of the single ring oscillator described above. .. When the ring oscillator of the second embodiment is used, a total of 4680 transistors are required in terms of the number of transistors, as shown in FIG. 17 as the “required number of proposed ROSCs (number of transistors)”. Therefore, the required circuit area is about one-fourth of that in the case of a single configuration. As described above, according to the ring oscillators of the first and second embodiments, even when it is desired to change to a plurality of different stages, it is possible to separately obtain signals having a large number of oscillation frequencies without increasing the circuit area. It will be possible.
上述の実施例のリングオシレータでは、単一段のゲートの遅れを評価する目的のために用いるためには、単一種類の論理ゲートによりリングオシレータが形成されていることが好ましい。但し、全てのゲートチェーンが同一種類の論理ゲートである必要はなく、異なる種類の論理ゲートが混在する構成であってもよい。 In the ring oscillator of the above-described embodiment, it is preferable that the ring oscillator is formed by a single type of logic gate in order to be used for the purpose of evaluating the delay of a single-stage gate. However, not all gate chains need to be the same type of logic gates, and different types of logic gates may be mixed.
図18は、異なる種類の論理ゲートが混在したリングオシレータの構成の一例を示す図である。図18に示すリングオシレータでは、図11に示す第2の実施例のリングオシレータと同様の構成であるが、複数のゲートチェーンがそれぞれ異なる種類の論理ゲートにより形成されている。また図示の便宜上、5個ではなく3個のゲートチェーン20-1乃至20-3のみが設けられている。図18に示されるように、ゲートチェーン20-1乃至20-3はそれぞれ、NOR回路により形成されたゲートチェーン、インバータにより形成されたゲートチェーン、及びNAND回路により形成されたゲートチェーンである。 FIG. 18 is a diagram showing an example of the configuration of a ring oscillator in which different types of logic gates are mixed. The ring oscillator shown in FIG. 18 has the same configuration as the ring oscillator of the second embodiment shown in FIG. 11, but a plurality of gate chains are formed by different types of logic gates. Further, for convenience of illustration, only three gate chains 20-1 to 20-3 are provided instead of five. As shown in FIG. 18, the gate chains 20-1 to 20-3 are a gate chain formed by a NOR circuit, a gate chain formed by an inverter, and a gate chain formed by a NAND circuit, respectively.
BFBスイッチ21-1及び21-2に印加する制御信号S1及びS2並びにSNCスイッチ23-1及び23-2に印加する制御信号SL及びSRを適宜設定することで、様々な種類の論理ゲートを組み合わせたリングオシレータを発振させることができる。具体的には、例えばパターンP1では、NOR回路のリングオシレータ、インバータのリングオシレータ、及びNAND回路のリングオシレータを発振させることが可能である。また例えばパターンP2では、NOR回路とインバータとが混在したリングオシレータを発振させることが可能である。 By appropriately setting the control signals S1 and S2 applied to the BFB switches 21-1 and 21-2 and the control signals SL and SR applied to the SNC switches 23-1 and 23-2, various types of logic gates can be combined. The ring oscillator can be oscillated. Specifically, for example, in the pattern P1, it is possible to oscillate a ring oscillator of a NOR circuit, a ring oscillator of an inverter, and a ring oscillator of a NAND circuit. Further, for example, in the pattern P2, it is possible to oscillate a ring oscillator in which a NOR circuit and an inverter are mixed.
上述のリングオシレータの構成では、複数の第1の信号経路(及び/又は第2の信号経路)は、少なくとも、第1の種類の論理ゲートが直列に接続された信号経路と第2の種類の論理ゲートが直列に接続された信号経路とを含むことになる。クリティカルパスは異なる種類の論理ゲートで形成されている可能性があるので、このように異種の論理ゲートを組み合わせた構成としておくことにより、より精度の高いクリティカルパスの遅延推定を行なうことが可能となる。 In the above-mentioned ring oscillator configuration, the plurality of first signal paths (and / or second signal paths) are at least a signal path in which first-type logic gates are connected in series and a second-type signal path. The logic gate will include a signal path connected in series. Since the critical path may be formed by different types of logic gates, it is possible to perform more accurate delay estimation of the critical path by combining different types of logic gates in this way. Become.
図19は、リングオシレータを制御する構成の一例を示す図である。図19に示す構成は、リングオシレータ80、分周器81、及びスキャンチェーン82を含む。リングオシレータ80は、例えば図11に示すリングオシレータであってよく、更にスキャンチェーン82からの印加信号に応じて出力を選択するエンコーダ回路を含んでよい。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a configuration for controlling a ring oscillator. The configuration shown in FIG. 19 includes a
分周器81は、リングオシレータ80から供給される選択制御信号SWxに応じてリングオシレータ80の出力端子OUT1乃至OUT5の1つを選択し、選択された出力端子からの発振信号を分周し、分周後の信号を次段への出力端子OUTに供給する。出力端子OUT1乃至OUT5は、図11の構成を例にした場合、ゲートチェーン20-1乃至20-5の出力端子OUTに相当する。
The frequency divider 81 selects one of the output terminals OUT1 to OUT5 of the
スキャンチェーン82は、複数のフリップフロップを直列に接続して形成されたシフトレジスタであり、外部から1ビットずつ順次印加されたビットパターンにより、リングオシレータ80への制御信号を設定するために用いられる。スキャンチェーン82により設定する信号は、イネーブル信号EN1乃至EN5、スイッチ制御信号SW1乃至SW4、及び段数切り替え用の制御信号SWL及びSWRである。これらの制御信号は、図11の構成を例にした場合、ゲートチェーン20-1乃至20-5のイネーブル信号EN、BFBスイッチ21-1乃至21-4の制御信号S1乃至S4、及びSNCスイッチ23-1及び23-2の制御信号SR及びSLに相当する。
The
リングオシレータ80から供給される選択制御信号SWxにより出力端子OUT1乃至OUT5の1つを指定するためには、上記イネーブル信号EN1乃至EN5及びスイッチ制御信号SW1乃至SW4をデコードして選択制御信号SWxを生成すればよい。具体的には、例えば3個のゲートチェーン20-1乃至20-3を1つのリングオシレータとして互いに接続して発振させる場合には、出力端子OUT3(ゲートチェーン20-3の出力端子)を選択する選択制御信号SWxを生成して分周器81に供給すればよい。このデコード処理のためには、イネーブル信号EN1乃至EN5及びスイッチ制御信号SW1乃至SW4を入力とするルックアップテーブルから、選択制御信号SWxを出力するようにすればよい。
In order to specify one of the output terminals OUT1 to OUT5 by the selection control signal SWx supplied from the
図19の構成を用いて、BFBスイッチの各々に対して、第1のモード(隣り合うゲートチェーンを接続するモード)と第2のモード(信号経路を折り返すモード)との何れかを設定する。即ち、スキャンチェーン82により、制御信号を所望の値に設定することにより、各BFBスイッチのモードを設定する。この設定により、リングオシレータを少なくとも1つのスイッチ回路(BFBスイッチ)により複数に分割し、発振信号を分周器81に供給することができる。この分周器81からの出力信号を外部の測定装置により検出することにより、リングオシレータを分割して形成された複数のリングオシレータのうちの1つの発振周波数を測定する。
Using the configuration of FIG. 19, one of a first mode (a mode for connecting adjacent gate chains) and a second mode (a mode for folding back a signal path) is set for each of the BFB switches. That is, the mode of each BFB switch is set by setting the control signal to a desired value by the
図20は、リングオシレータを制御する方法の一例を示すフローチャートである。ステップST1において、スキャンチェーン82に設定信号のビットパターンを読み込ませる。ステップST2において、上記ビットパターンに応じて設定されたリングオシレータの分割パターンでリングオシレータを発信させる。ステップST3において、外部の測定装置を用い、分周器81からの出力信号に基づいて、リングオシレータの発振周波数を測定する。ステップST4において、発振周波数を測定する対象として、次のリングオシレータの分割及び発振パターンが存在するか否かを判定する。次のパターンが存在する場合には、ステップST1に戻り、ステップST1及び以降の処理を繰り返す。
FIG. 20 is a flowchart showing an example of a method of controlling a ring oscillator. In step ST1, the
以上説明した制御方法により、リングオシレータ80を所望の分割パターンに設定し、リングオシレータ80から所望の発振周波数の発振信号を取り出して、外部の測定装置により測定することができる。これにより、適切な段数のリングオシレータの発振周波数を適切な数だけ測定することができるので、リングオシレータ80を組み込んだLSIの評価を適切に行うことが可能になる。
By the control method described above, the
以下においては、リングオシレータを分割するスイッチ回路において用いる論理ゲートの種類と発振周波数の誤差との関係について説明する。前述のように、ばらつきの度合を精度よく測定するという目的を鑑みた場合、ループは同一種類の論理ゲートにより形成されていることが好ましい。複数の第1の信号経路及び複数の第2の信号経路は直列に接続された複数の第1の種類の論理ゲートのみを含み、BFBスイッチ21-1乃至21-4の第1乃至第4の端子U1乃至U4間の接続経路は当該第1の種類の論理ゲートのみを含むことが好ましい。 In the following, the relationship between the type of logic gate used in the switch circuit that divides the ring oscillator and the error of the oscillation frequency will be described. As described above, in view of the purpose of accurately measuring the degree of variation, it is preferable that the loop is formed by the same type of logic gate. The plurality of first signal paths and the plurality of second signal paths include only a plurality of first-type logic gates connected in series, and the first to fourth BFB switches 21-1 to 21-4. The connection path between the terminals U1 to U4 preferably includes only the first type of logic gate.
図21は、NAND回路のみで構成されたリングオシレータの構成の一例を示す図である。以下の検討において、この図21に示す回路構成を有するリングオシレータを対象として、ばらつきの評価を行う。図21に示すリングオシレータは、NAND回路91-1乃至91-7が直列に接続されて発振回路を形成している。またNAND回路91-1乃至91-7の出力は、NAND回路92-2乃至92-7及び92-1の入力にもそれぞれ印加されており、ファンアウト数が2となるように負荷が設定されている。 FIG. 21 is a diagram showing an example of the configuration of a ring oscillator composed of only a NAND circuit. In the following study, the variation is evaluated for the ring oscillator having the circuit configuration shown in FIG. 21. In the ring oscillator shown in FIG. 21, NAND circuits 91-1 to 91-7 are connected in series to form an oscillation circuit. The outputs of the NAND circuits 91-1 to 91-7 are also applied to the inputs of the NAND circuits 92-2 to 92-7 and 92-1, respectively, and the load is set so that the number of fanouts is 2. ing.
図22は、図21のリングオシレータをトランスファゲートにより形成されたスイッチ回路により分割した回路構成の一例を示す図である。図22において、図21に示されるリングオシレータがゲートチェーン20-1及び20-2に分割され、ゲートチェーン20-1及び20-2の間には図7(a)に示すBFBスイッチ21が設けられている。この図22に示す全体のループを1つのリングオシレータとして発振させたときの発振周波数のばらつきを、図21に示すリングオシレータの発振周波数のばらつきと比較して評価することになる。比較評価結果については後述する。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a circuit configuration in which the ring oscillator of FIG. 21 is divided by a switch circuit formed by a transfer gate. In FIG. 22, the ring oscillator shown in FIG. 21 is divided into gate chains 20-1 and 20-2, and the
図23は、図21のリングオシレータをNAND回路により形成されたスイッチ回路により分割した回路構成の一例を示す図である。図23において、図21に示されるリングオシレータが2個のゲートチェーンに分割され、2個のゲートチェーンの間には図8(a)に示すBFBスイッチ21が設けられている。但し、図23に示す回路構成においては、図21に示すリングオシレータに属する複数のNAND回路の一部を流用してBFBスイッチ21のNAND回路として用いることにより、追加のNAND回路は用いることなく、BFBスイッチ21を実現してある。この図23に示す全体のループを1つのリングオシレータとして発振させたときの発振周波数のばらつきを、図21に示すリングオシレータの発振周波数のばらつきと比較して評価することになる。比較評価結果については以下に示す。
FIG. 23 is a diagram showing an example of a circuit configuration in which the ring oscillator of FIG. 21 is divided by a switch circuit formed by a NAND circuit. In FIG. 23, the ring oscillator shown in FIG. 21 is divided into two gate chains, and a
図24は、リングオシレータのばらつきの度合をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。具体的には、図21乃至図23に示す3つのリングオシレータについて、SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)シミュレータを用いて発振周波数を計算した。その際、モンテカルロシミュレーションによりトランジスタの閾値を乱数設定し、トランジスタモデルの閾値のばらつきの幅(管理値)が1σ、3σ、5σ、及び6σの各々の場合について、2000個のリングオシレータについてリング遅延を計算した。トランジスタ閾値の管理値が1σ(標準偏差の1倍)である場合は、LSIに含まれるトランジスタ個数が100個程度であることに相当し、これらの1σのばらつきを有するLSI内のトランジスタから選択したトランジスタによりリングオシレータを構成する。またトランジスタ閾値の管理値が3σ(標準偏差の3倍)である場合はLSIのトランジスタ個数が1000個程度であることに相当し、トランジスタ閾値の管理値が5σ(標準偏差の5倍)である場合はLSIのトランジスタ個数が500万個程度であることに相当する。更に、トランジスタ閾値の管理値が6σ(標準偏差の6倍)である場合はLSIのトランジスタ個数が10億個程度であることに相当する。これらの数量のトランジスタを搭載する複数の規模のLSIを想定し、それぞれについて2000個のリングオシレータについてリング遅延を計算し、その中央値及び標準偏差を求めた。 FIG. 24 is a diagram showing the results of evaluating the degree of variation of the ring oscillator by simulation. Specifically, the oscillation frequencies of the three ring oscillators shown in FIGS. 21 to 23 were calculated using a SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) simulator. At that time, the threshold value of the transistor is set by a random number by Monte Carlo simulation, and the ring delay is set for 2000 ring oscillators in each case where the range of variation (control value) of the threshold value of the transistor model is 1σ, 3σ, 5σ, and 6σ. Calculated. When the control value of the transistor threshold value is 1σ (1 times the standard deviation), it corresponds to the number of transistors included in the LSI being about 100, and the transistor is selected from the transistors in the LSI having a variation of 1σ. A ring oscillator is composed of transistors. When the control value of the transistor threshold is 3σ (three times the standard deviation), it corresponds to the number of transistors in the LSI being about 1000, and the control value of the transistor threshold is 5σ (five times the standard deviation). In this case, the number of transistors in the LSI corresponds to about 5 million. Further, when the control value of the transistor threshold value is 6σ (6 times the standard deviation), it corresponds to the number of transistors in the LSI being about 1 billion. Assuming a plurality of scale LSIs equipped with these quantities of transistors, the ring delay was calculated for 2000 ring oscillators for each, and the median value and standard deviation were obtained.
図24において、「単体ROSC」として示される図21の単体リングオシレータの場合、100個規模のLSIの場合のリング遅延の標準偏差(1σ)は、リング遅延の中央値の1.06%である。また1000個規模のLSIの場合のリング遅延の標準偏差(1σ)は、リング遅延の中央値の4.83%である。500万個規模のLSIの場合のリング遅延の標準偏差(1σ)は、リング遅延の中央値の8.20%である。10億個規模のLSIの場合のリング遅延の標準偏差(1σ)は、リング遅延の中央値の9.97%となっている。これらの標準偏差値は、リング遅延のばらつきの度合を示している。 In the case of the single ring oscillator of FIG. 21 shown as “single ROSC” in FIG. 24, the standard deviation (1σ) of the ring delay in the case of 100 LSIs is 1.06% of the median ring delay. .. The standard deviation (1σ) of the ring delay in the case of 1000 LSIs is 4.83% of the median ring delay. The standard deviation (1σ) of the ring delay for an LSI of 5 million scale is 8.20% of the median ring delay. The standard deviation (1σ) of the ring delay in the case of an LSI of 1 billion scale is 9.97% of the median value of the ring delay. These standard deviation values indicate the degree of variation in ring delay.
図24において「BFB1-スイッチROSC」として示される行は、図22のリングオシレータの場合について、リング遅延のばらつきの度合(標準偏差)を示すと共に、単体ROSCのばらつきからの差分も示している。また「BFB2-スイッチROSC」として示される行は、図23のリングオシレータの場合について、リング遅延のばらつきの度合(標準偏差)を示すと共に、単体ROSCのばらつきからの差分も示している。 The line shown as "BFB1-switch ROSC" in FIG. 24 shows the degree of variation (standard deviation) of the ring delay in the case of the ring oscillator of FIG. 22 and also shows the difference from the variation of the single ROSC. Further, the line shown as "BFB2-switch ROSC" shows the degree of variation (standard deviation) of the ring delay in the case of the ring oscillator of FIG. 23, and also shows the difference from the variation of the single ROSC.
図24から分かるように、図22のリングオシレータ(「BFB1-スイッチROSC」)のばらつきの度合は、全ての規模のLSIについて、図21のリングオシレータ(「単体ROSC」)よりも上回っている。またLSIの規模が大きくなると、ばらつきの差が約0.1%からから約0.7%へと広がっている。これに比較して、図23のリングオシレータ(「BFB2-スイッチROSC」)のばらつきの度合は、全ての規模のLSIについてほぼ同等のばらつきとなっている。LSIの規模が大きくなっても、ばらつきの差は0.09%にしか上昇しない。 As can be seen from FIG. 24, the degree of variation of the ring oscillator (“BFB1-switch ROSC”) of FIG. 22 is higher than that of the ring oscillator (“single ROSC”) of FIG. 21 for LSIs of all sizes. Further, as the scale of the LSI increases, the difference in variation increases from about 0.1% to about 0.7%. In comparison with this, the degree of variation of the ring oscillator (“BFB2-switch ROSC”) in FIG. 23 is almost the same for LSIs of all sizes. Even if the scale of the LSI is increased, the difference in variation increases to only 0.09%.
以上から分かるように、トランスファゲートにより形成されたスイッチ回路(図7(a))により分割した場合と、NAND回路により形成されたスイッチ回路(図8(a))により分割した場合とでは、スイッチ回路のばらつきがリングオシレータに与える影響が異なる。トランスファゲートに起因するばらつきが許容できない場合には、図8(a)や図9(a)に示すような、ゲートチェーンと同一種類の論理ゲートを用いたスイッチ回路を用いることが好ましい。 As can be seen from the above, there are cases where the switch circuit is divided by the switch circuit (FIG. 7 (a)) formed by the transfer gate and the case where the switch circuit is divided by the switch circuit (FIG. 8 (a)) formed by the NAND circuit. The effect of circuit variation on the ring oscillator is different. When the variation caused by the transfer gate cannot be tolerated, it is preferable to use a switch circuit using a logic gate of the same type as the gate chain as shown in FIGS. 8 (a) and 9 (a).
ここまでに説明した実施例では、SNCスイッチ23に段数調整機能が設けられているが、BFBスイッチ21には段数調整機能は設けられていなかった。以下においては、BFBスイッチにも段数調整機能を設けた構成について説明する。
In the embodiments described so far, the
図25は、BFBスイッチの構成の別の一例を示す図である。図25に示すBFBスイッチ21Aは、BFBスイッチ21の代わりに使用可能なスイッチ回路であり、NAND回路101乃至109を含む。NAND回路110は、隣のゲートチェーンの入力側のNAND回路であってよい。或いはNAND回路110もBFBスイッチ21Aに含まれる構成としてもよい。この場合、NAND回路110の出力が第2の端子U2となる。
FIG. 25 is a diagram showing another example of the configuration of the BFB switch. The
NAND回路101、102、及び106乃至109の回路部分は、図8(a)に示すBFBスイッチ21と同様の構成である。この回路部分は、制御信号Sに応じて、前述の第1のモードと第2のモードとの何れかに設定される。
The circuit portions of the
NAND回路103乃至105の回路部分は、第2の端子U2の部分において、反転論理ゲートの段数を制御するために設けられる。この回路部分は、制御信号Tに応じて、信号経路に介在する反転論理ゲートの段数を1段又は2段の何れかに設定する。この構成により、図25に示すBFBスイッチ21Aは、制御信号Tに応じて、第1の端子U1と第2の端子U2との間に介在する反転論理ゲートの個数を奇数又は偶数の何れかに選択的に設定可能である。また更に、制御信号Tに応じて、第2の端子U2と第4の端子U4との間に介在する反転論理ゲートの個数を奇数又は偶数の何れかに選択的に設定可能である。
The circuit portion of the
図26は、図25に示すBFBスイッチに関して制御信号の設定とスイッチ内段数との対応関係を示す図である。図26に示すように、制御信号S及びTをハイ及びハイに設定する場合、第1の信号経路による往路と第2の信号経路による復路とにおける合計の段数は往復5段となる。制御信号S及びTをハイ及びローに設定する場合、第1の信号経路による往路と第2の信号経路による復路とにおける合計の段数は往復6段となる。 FIG. 26 is a diagram showing the correspondence between the setting of the control signal and the number of internal stages of the switch with respect to the BFB switch shown in FIG. 25. As shown in FIG. 26, when the control signals S and T are set to high and high, the total number of stages in the outward path by the first signal path and the return path by the second signal path is five round trip steps. When the control signals S and T are set to high and low, the total number of stages in the outward path by the first signal path and the return path by the second signal path is 6 round trips.
図27は、制御信号Sをハイに設定した場合の第1の信号経路と第2の信号経路との段数を示す図である。図27(a)に示すように、制御信号S及びTをハイ及びハイに設定した場合、第1の端子U1と第2の端子U2との間における第1の信号経路に存在する反転論理素子の段数は3段である。またこのとき、第4の端子U4と第3の端子U3との間における第2の信号経路に存在する反転論理素子の段数は2段である。また図27(b)に示すように、制御信号S及びTをハイ及びローに設定した場合、第1の端子U1と第2の端子U2との間における第1の信号経路に存在する反転論理素子の段数は4段である。またこのとき、第4の端子U4と第3の端子U3との間における第2の信号経路に存在する反転論理素子の段数は2段である。 FIG. 27 is a diagram showing the number of stages of the first signal path and the second signal path when the control signal S is set to high. As shown in FIG. 27 (a), when the control signals S and T are set to high and high, the inverting logic element existing in the first signal path between the first terminal U1 and the second terminal U2. The number of stages is three. At this time, the number of stages of the inverting logic element existing in the second signal path between the fourth terminal U4 and the third terminal U3 is two. Further, as shown in FIG. 27 (b), when the control signals S and T are set to high and low, the inversion logic existing in the first signal path between the first terminal U1 and the second terminal U2. The number of stages of the element is four. At this time, the number of stages of the inverting logic element existing in the second signal path between the fourth terminal U4 and the third terminal U3 is two.
図26に戻り、制御信号S及びTをロー及びハイに設定する場合、第1の信号経路及び第2の信号経路は途中で分離されて折り返され、それぞれ2段及び3段の折り返し経路となる。制御信号S及びTをロー及びローに設定する場合、第1の信号経路及び第2の信号経路は途中で分離されて折り返され、それぞれ2段及び4段の折り返し経路となる。 Returning to FIG. 26, when the control signals S and T are set to low and high, the first signal path and the second signal path are separated and folded in the middle, and become two-stage and three-stage folded paths, respectively. .. When the control signals S and T are set to low and low, the first signal path and the second signal path are separated and folded in the middle, and become two-stage and four-stage folded paths, respectively.
図28は、制御信号Sをローに設定した場合の2つの折り返し経路の段数を示す図である。図28(a)に示すように、制御信号S及びTをロー及びハイに設定した場合、第1の端子U1と第3の端子U3との間における折り返し経路に存在する反転論理素子の段数は2段である。またこのとき、第4の端子U4と第2の端子U2との間における折り返し経路に存在する反転論理素子の段数は3段である。また図28(b)に示すように、制御信号S及びTをロー及びローに設定した場合、第1の端子U1と第3の端子U3との間における折り返し経路に存在する反転論理素子の段数は2段である。またこのとき、第4の端子U4と第2の端子U2との間における折り返し経路に存在する反転論理素子の段数は4段である。 FIG. 28 is a diagram showing the number of stages of the two return paths when the control signal S is set to low. As shown in FIG. 28A, when the control signals S and T are set to low and high, the number of stages of the inverting logic element existing in the folding path between the first terminal U1 and the third terminal U3 is There are two stages. At this time, the number of stages of the inverting logic element existing in the folding path between the fourth terminal U4 and the second terminal U2 is three. Further, as shown in FIG. 28 (b), when the control signals S and T are set to low and low, the number of stages of the inverting logic element existing in the folding path between the first terminal U1 and the third terminal U3. Is two steps. At this time, the number of stages of the inverting logic element existing in the folding path between the fourth terminal U4 and the second terminal U2 is four.
以上説明したように、BFBスイッチ21に段数調整機能を設けることにより、両端にあるループ以外に対しても段数調整が可能となる。従って、例えば図16に示されるパターンF及びNにおける「C3+C4」の組み合わせや、パターンK及びLにおける「C2+C3」の組み合わせにおいても、ループをリングオシレータとして発振させることが可能となる。即ち、別個に抽出可能な発振信号の数を更に増やすことが可能となる。
As described above, by providing the
図29は、リングオシレータの第3の実施例の構成を示す図である。図29に示すリングオシレータは、ゲートチェーン20-1乃至20-5及びSFB(Single Fold-Back:単一方向折り返し)スイッチ21B-1乃至21B-4を含む。 FIG. 29 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of the ring oscillator. The ring oscillator shown in FIG. 29 includes gate chains 20-1 to 20-5 and SFB (Single Fold-Back) switches 21B-1 to 21B-4.
図29に示す第3の実施例の構成は、BFBスイッチ21-1乃至21-4の代わりにSFBスイッチ21B-1乃至21B-4が設けられていることが、図3に示す第1の実施例の構成と異なる。SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の各々は、第1乃至第4の端子U1乃至U4を有する。SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の各々は、第1のモードでは、第1の端子U1と第2の端子U2とを電気的に接続し且つ第3の端子U3と第4の端子U4とを電気的に接続する。SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の各々は、第2のモードでは、第1の端子U1と第3の端子U3とを電気的に接続し且つ第2の端子U2と第4の端子U4を第1および第3の端子U1およびU3から電気的に切断する。制御信号S1乃至S4を所望の値に設定することにより、SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の各々を、第1のモードと第2のモードとの何れかのモードに設定可能である。 In the configuration of the third embodiment shown in FIG. 29, the SFB switches 21B-1 to 21B-4 are provided in place of the BFB switches 21-1 to 21-4, that is, the first embodiment shown in FIG. Different from the example configuration. Each of the SFB switches 21B-1 to 21B-4 has first to fourth terminals U1 to U4. In each of the SFB switches 21B-1 to 21B-4, in the first mode, the first terminal U1 and the second terminal U2 are electrically connected, and the third terminal U3 and the fourth terminal U4 are connected to each other. Electrically connect. In the second mode, each of the SFB switches 21B-1 to 21B-4 electrically connects the first terminal U1 and the third terminal U3, and connects the second terminal U2 and the fourth terminal U4. Electrically disconnect from the first and third terminals U1 and U3. By setting the control signals S1 to S4 to desired values, each of the SFB switches 21B-1 to 21B-4 can be set to either the first mode or the second mode.
図30は、SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の構成の一例を示す図である。図30には、SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の任意の1つを代表してSFBスイッチ21Bとして示してある。図30(a)に示されるSFBスイッチ21Bは、PMOSトランジスタのチャネルとNMOSトランジスタのチャネルとが互いに並列に接続されたトランスファゲート121乃至123を含む。
FIG. 30 is a diagram showing an example of the configuration of SFB switches 21B-1 to 21B-4. In FIG. 30, any one of the SFB switches 21B-1 to 21B-4 is shown as the
制御信号Sがハイである第1のモードではトランスファゲート122及び123が導通して、図30(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときトランスファゲート121は非導通状態となる。制御信号Sがローである第2のモードではトランスファゲート121が導通して、図30(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続される。このときトランスファゲート122及び123は非導通状態となり、第2の端子U2と第4の端子U4は他の端子から電気的に遮断され且つ互いにも遮断される。
In the first mode in which the control signal S is high, the
図31は、SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の構成の別の一例を示す図である。図31(a)に示されるSFBスイッチ21Bは、NAND回路131乃至134を含む。
FIG. 31 is a diagram showing another example of the configuration of the SFB switches 21B-1 to 21B-4. The
制御信号Sがハイである第1のモードではNAND回路131及び132がインバータとして機能して、図31(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNAND回路134の出力はハイ固定となり、NAND回路133もインバータとして機能する。制御信号Sがローである第2のモードではNAND回路133及び134がインバータとして機能して、図31(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続される。このときNAND回路131及び132の出力はハイ固定となり、また第2の端子U2と第4の端子U4は他の端子から電気的に遮断され且つ互いにも遮断される。
In the first mode in which the control signal S is high, the
図32は、SFBスイッチ21B-1乃至21B-4の構成の更に別の一例を示す図である。図32(a)に示されるSFBスイッチ21Bは、NOR回路141乃至144を含む。制御信号Sがハイである第1のモードではNOR回路141及び142がインバータとして機能して、図32(b)に示されるように、第1の端子U1と第2の端子U2とが電気的に接続され且つ前記第3の端子U3と第4の端子U4とが電気的に接続される。このときNOR回路144の出力はロー固定となり、NOR回路143もインバータとして機能する。制御信号Sがローである第2のモードではNOR回路143及び144がインバータとして機能して、図32(c)に示されるように、第1の端子U1と第3の端子U3とが電気的に接続される。このときNOR回路141及び142の出力はロー固定となり、また第2の端子U2と第4の端子U4は他の端子から電気的に遮断され且つ互いにも遮断される。
FIG. 32 is a diagram showing still another example of the configuration of the SFB switches 21B-1 to 21B-4. The
図33は、図29に示すリングオシレータの第3の実施例において分割した各ループの発振の可否を示す図である。第3の実施例のリングオシレータにおいて、ゲートチェーン20-1乃至20-5のうちで一番左側のゲートチェーン20-1は奇数段の論理反転ゲートを含み、他のゲートチェーン20-2乃至20-5は何れも偶数段の論理反転ゲートを含んでよい。 FIG. 33 is a diagram showing whether or not oscillation of each divided loop in the third embodiment of the ring oscillator shown in FIG. 29 is possible. In the ring oscillator of the third embodiment, the leftmost gate chain 20-1 among the gate chains 20-1 to 20-5 includes an odd-numbered logical inversion gate, and the other gate chains 20-2 to 20. Each -5 may include an even-numbered logical inversion gate.
図33に示す表において用いられる表記は図15において用いられる表記と同じである。図33に示される制御信号S1乃至S4の組み合わせで規定される5個のパターンA乃至Eにおいて、常に一番左側のゲートチェーン20-1を含む単一のループのみが形成される。図33に示されるように、全部で5個の異なる発振周波数が得られ、これらの発振周波数をそれぞれが有する全部で5個の別個の発振信号が得られる。 The notation used in the table shown in FIG. 33 is the same as the notation used in FIG. In the five patterns A to E defined by the combination of the control signals S1 to S4 shown in FIG. 33, only a single loop including the leftmost gate chain 20-1 is always formed. As shown in FIG. 33, a total of 5 different oscillation frequencies are obtained, and a total of 5 separate oscillation signals, each of which has these oscillation frequencies, are obtained.
図29に示すリングオシレータの第3の実施例の構成では、第1及び第2の実施例に比較して別個に得られる発振信号の個数が少なく、統計的に充分な個数のサンプルが得られない可能性がある。しかしながら第3の実施例のリングオシレータでも、反転論理ゲートの段数を変化させることにより、複数の異なる発振周波数を有する発振信号を生成することが可能である。従って第3の実施例のリングオシレータにおいても、発振周波数固定の従来のリングオシレータと比較して、クリティカルパスとの相関がより高い発振信号を得ることができる。 In the configuration of the third embodiment of the ring oscillator shown in FIG. 29, the number of oscillation signals obtained separately is smaller than that of the first and second embodiments, and a statistically sufficient number of samples can be obtained. May not be. However, even with the ring oscillator of the third embodiment, it is possible to generate oscillation signals having a plurality of different oscillation frequencies by changing the number of stages of the inverting logic gate. Therefore, even in the ring oscillator of the third embodiment, it is possible to obtain an oscillation signal having a higher correlation with the critical path as compared with the conventional ring oscillator having a fixed oscillation frequency.
なお特許文献1には、第3の実施例と同様の複数の発振パターンを有するリングオシレータが開示されている。しかしながら特許文献1に記載の回路構成では、第4の端子U4が他の端子(特に第3の端子等)から遮断されていない。即ち、特許文献1に記載の回路構成は、第3の実施例のように第2のモードでは第1の端子U1と第3の端子U3とを電気的に接続し且つ第2の端子U2と第4の端子U4を第1と第3の端子U1とU3から電気的に切断する、という構成にはなっていない。
Note that
図34は、異なる種類の論理ゲートが混在したリングオシレータの構成の一例を示す図である。図34に示すリングオシレータでは、図29に示す第3の実施例のリングオシレータと同様の構成であるが、複数のゲートチェーンがそれぞれ異なる種類の論理ゲートにより形成されている。また図示の便宜上、5個ではなく3個のゲートチェーン20-1乃至20-3のみが設けられている。図34に示されるように、ゲートチェーン20-1乃至20-3はそれぞれ、NOR回路により形成されたゲートチェーン、インバータにより形成されたゲートチェーン、及びNAND回路により形成されたゲートチェーンである。 FIG. 34 is a diagram showing an example of the configuration of a ring oscillator in which different types of logic gates are mixed. The ring oscillator shown in FIG. 34 has the same configuration as the ring oscillator of the third embodiment shown in FIG. 29, but a plurality of gate chains are formed by different types of logic gates. Further, for convenience of illustration, only three gate chains 20-1 to 20-3 are provided instead of five. As shown in FIG. 34, the gate chains 20-1 to 20-3 are a gate chain formed by a NOR circuit, a gate chain formed by an inverter, and a gate chain formed by a NAND circuit, respectively.
SFBスイッチ21B-1乃至21B-2に印加する制御信号S1乃至S2を適宜設定することで、様々な種類の論理ゲートを組み合わせたリングオシレータを発振させることができる。具体的には、例えばパターンP2では、NOR回路のリングオシレータとインバータのリングオシレータとを含むリングオシレータを発振させることが可能である。クリティカルパスは異なる種類の論理ゲートで形成されている可能性があるので、このように異種の論理ゲートを組み合わせた構成としておくことにより、より精度の高いクリティカルパスの遅延推定を行なうことが可能となる。 By appropriately setting the control signals S1 to S2 applied to the SFB switches 21B-1 to 21B-2, it is possible to oscillate a ring oscillator in which various types of logic gates are combined. Specifically, for example, in the pattern P2, it is possible to oscillate a ring oscillator including a ring oscillator of a NOR circuit and a ring oscillator of an inverter. Since the critical path may be formed by different types of logic gates, it is possible to perform more accurate delay estimation of the critical path by combining different types of logic gates in this way. Become.
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 Although the present invention has been described above based on the examples, the present invention is not limited to the above examples, and various modifications can be made within the scope of the claims.
20-1~20-5 ゲートチェーン
21-1~21-4 BFBスイッチ
22 インバータ
23-1,23-2 SNCスイッチ
80 リングオシレータ
81 分周器
82 スキャンチェーン
20-1 to 20-5 Gate chain 21-1 to 21-4
Claims (9)
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第1の端子及び前記第2の端子を介して直列に接続された複数の第1の信号経路と、
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第3の端子及び前記第4の端子を介して直列に接続された複数の第2の信号経路と、
を含み、前記複数の第1の信号経路と前記複数の第2の信号経路とが1つのループを形成するように互いに接続され、前記ループには直列接続された奇数個の反転論理ゲートが含まれる発振回路。 A first terminal having first to fourth terminals, electrically connecting the first terminal and the second terminal, and electrically connecting the third terminal and the fourth terminal. Mode and a second mode in which the first terminal and the third terminal are electrically connected and the second terminal and the fourth terminal are electrically connected. At least one switch circuit that can be set to the mode,
A plurality of first signal paths connected in series via the first terminal and the second terminal of the at least one switch circuit.
A plurality of second signal paths connected in series via the third terminal and the fourth terminal of the at least one switch circuit.
The plurality of first signal paths and the plurality of second signal paths are connected to each other so as to form one loop, and the loop includes an odd number of inverted logic gates connected in series. Oscillation circuit.
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第1の端子及び前記第2の端子を介して直列に接続された複数の第1の信号経路と、
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第3の端子及び前記第4の端子を介して直列に接続された複数の第2の信号経路と、
を含み、前記複数の第1の信号経路と前記複数の第2の信号経路とが1つのループを形成するように互いに接続され、前記ループには直列接続された奇数個の反転論理ゲートが含まれる発振回路において、
前記少なくとも1つのスイッチ回路の各々に対して前記第1のモードと前記第2のモードとの何れに設定するかを指定し、
前記ループを前記少なくとも1つのスイッチ回路により複数に分割し、
前記ループを分割して形成された複数のリングオシレータのうちの1つの発振周波数を測定する
各段階を含む発振回路の制御方法。 A first terminal having first to fourth terminals, electrically connecting the first terminal and the second terminal, and electrically connecting the third terminal and the fourth terminal. Mode and a second mode in which the first terminal and the third terminal are electrically connected and the second terminal and the fourth terminal are electrically connected. At least one switch circuit that can be set to the mode,
A plurality of first signal paths connected in series via the first terminal and the second terminal of the at least one switch circuit.
A plurality of second signal paths connected in series via the third terminal and the fourth terminal of the at least one switch circuit.
The plurality of first signal paths and the plurality of second signal paths are connected to each other so as to form one loop, and the loop includes an odd number of inverted logic gates connected in series. In the oscillation circuit
For each of the at least one switch circuit, it is specified whether to set the first mode or the second mode.
The loop is divided into a plurality by the at least one switch circuit.
A method for controlling an oscillation circuit including each step of measuring the oscillation frequency of one of a plurality of ring oscillators formed by dividing the loop.
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第1の端子及び前記第2の端子を介して直列に接続された複数の第1の信号経路と、
前記少なくとも1つのスイッチ回路の前記第3の端子及び前記第4の端子を介して直列に接続された複数の第2の信号経路と、
を含み、前記複数の第1の信号経路と前記複数の第2の信号経路とが1つのループを形成するように互いに接続され、前記ループには直列接続された奇数個の反転論理ゲートが含まれる発振回路。 A first terminal having first to fourth terminals, electrically connecting the first terminal and the second terminal, and electrically connecting the third terminal and the fourth terminal. And the second mode in which the first terminal and the third terminal are electrically connected and the fourth terminal is electrically disconnected from the first to third terminals. At least one switch circuit that can be set to that mode,
A plurality of first signal paths connected in series via the first terminal and the second terminal of the at least one switch circuit.
A plurality of second signal paths connected in series via the third terminal and the fourth terminal of the at least one switch circuit.
The plurality of first signal paths and the plurality of second signal paths are connected to each other so as to form one loop, and the loop includes an odd number of inverted logic gates connected in series. Oscillation circuit.
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