JPH0535361A - Clock distributing circuit - Google Patents

Clock distributing circuit

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JPH0535361A
JPH0535361A JP3189076A JP18907691A JPH0535361A JP H0535361 A JPH0535361 A JP H0535361A JP 3189076 A JP3189076 A JP 3189076A JP 18907691 A JP18907691 A JP 18907691A JP H0535361 A JPH0535361 A JP H0535361A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
clock
power supply
circuit
bipolar transistor
supply terminal
Prior art date
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Pending
Application number
JP3189076A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakatsu Yamashina
正勝 山品
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0535361A publication Critical patent/JPH0535361A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the clock distributing circuit which enables high-speed driving, reduces clock skew and further resolves the problem of power supply voltage fluctuation caused by cross talk or switching currents due to capacitance coupling. CONSTITUTION:A clock generating circuit 1 is composed of a differential amplifier so as to detect fine voltage difference and to be operated at high speed, high-speed driving is executed by reducing a voltage amplitude, and the problem of power supply voltage fluctuation caused by crosstalk or switching currents due to capacity coupling is resolved. Further, before the clock is supplied to respective constitutive circuits synchronized by the clock, it is passed through a level conversion circuit 2 so as to increase the voltage amplitude and to enable logical operations having large noise tolerance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、クロック信号を各構成
回路に分配するためのクロック分配回路に関し、特にL
SIのチップ上に設けられるクロック分配回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a clock distribution circuit for distributing a clock signal to each constituent circuit, and more particularly to an L distribution circuit.
The present invention relates to a clock distribution circuit provided on an SI chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIのクロック信号をチップ内の各構
成回路に分配するために、インバータをツリー状になら
べて供給する方法がよく用いられる。図2は従来のクロ
ック分配回路の一例を示す回路図である。図2を参照す
るとこのクロック分配回路は、3つのクロック生成回路
3,4および5で構成されている。そして、入力クロッ
ク信号CKを、LSIチップ内の各構成回路(図示せ
ず)に反転増幅しながら分配する。クロック生成回路は
CMOSインバータで構成されている。これらの論理振
幅は3Vから5Vと大きい。
2. Description of the Related Art In order to distribute an LSI clock signal to each constituent circuit in a chip, a method of arranging and supplying inverters in a tree shape is often used. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional clock distribution circuit. Referring to FIG. 2, this clock distribution circuit is composed of three clock generation circuits 3, 4 and 5. Then, the input clock signal CK is distributed to each constituent circuit (not shown) in the LSI chip while being inverted and amplified. The clock generation circuit is composed of a CMOS inverter. These logic amplitudes are as large as 3V to 5V.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のクロ
ック分配回路では振幅が3Vから5Vと大きいことに起
因して、次のようなことが起る。先ず、高速動作が難か
しい。MOSトランジスタの電流駆動能力はバイボーラ
トランジスタにくらべて小さいので、遅延時間が負荷容
量により大きく影響される。注意深く設計を行なっても
プロセスのばらつきや配線長の違い等により、各構成回
路へのクロック信号線の負荷を完全に等しくすることは
できない。このため、各構成回路間でのクロックスキュ
ーを低減するのが難かしい。また、動作時に流れる電流
により電源線に雑音が生じ、誤動作を引き起こす恐れが
ある。さらに、隣接配線及び隣接デバイスへの干渉、つ
まりクロストークやインダクタンスによる雑音等も振幅
電圧が大きいために生じやすい。さらに、位相の反転し
た2相のクロックを発生する場合に、その2つのクロッ
ク間に遅延が生じる。つまり、クロックスキューが生じ
る。本発明は、大きな雑音余裕度を確保しつつ、高速駆
動が可能でしかもクロックスキューおよび雑音の少ない
クロック分配回路を提供することを目的としている。
In the conventional clock distribution circuit described above, the following occurs due to the large amplitude of 3V to 5V. First, it is difficult to operate at high speed. Since the current drive capability of the MOS transistor is smaller than that of the bipolar transistor, the delay time is greatly affected by the load capacitance. Even if careful design is performed, it is not possible to completely equalize the loads of the clock signal lines to the respective constituent circuits due to process variations and wiring length differences. Therefore, it is difficult to reduce the clock skew between the constituent circuits. In addition, noise may be generated in the power supply line due to the current flowing during operation, resulting in malfunction. Further, interference with adjacent wirings and adjacent devices, that is, noise due to crosstalk and inductance is likely to occur because the amplitude voltage is large. Further, when two-phase clocks with inverted phases are generated, a delay occurs between the two clocks. That is, clock skew occurs. An object of the present invention is to provide a clock distribution circuit which can be driven at a high speed and has a small clock skew and noise while ensuring a large noise margin.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明のクロック分配回
路は、互いに相補の関係にある2つのクロック信号を入
力とする作動増幅器からなるクロック生成回路と、この
クロック生成回路の少なくとも一方の出力信号の電圧振
幅を拡大し、前記入力のクロック信号により同期される
回路に供給するレベル変換回路と、を有することを特徴
としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A clock distribution circuit of the present invention is a clock generation circuit comprising an operational amplifier which receives two clock signals which are in a complementary relationship with each other, and an output signal of at least one of the clock generation circuits. And a level conversion circuit which supplies the voltage amplitude to the circuit synchronized with the input clock signal.

【0005】[0005]

【作用】本発明においては、バイポーラトランジスタの
エミッタを互いに接続した差動増幅器により、微小な電
圧差を検出して高速に動作するクロック生成回路を構成
する。そしてこのクロック生成回路の出力回路の出力信
号の電圧振幅を小さくすることにより高速駆動のみ成ら
ず、容量カップリングによるクロストークやスイッチン
グ電流による電源電圧の変動の問題を解決する。更に、
クロックにより同期される各構成回路にクロック信号を
供給する前に、レベル変換回路を通すことにより、電圧
振幅を増大して雑音余裕度の大きい論理動作を行なう。
According to the present invention, a differential amplifier in which the emitters of bipolar transistors are connected to each other constitutes a clock generation circuit which detects a minute voltage difference and operates at high speed. By reducing the voltage amplitude of the output signal of the output circuit of the clock generation circuit, not only high-speed driving but also the problem of crosstalk due to capacitive coupling and fluctuation of power supply voltage due to switching current are solved. Furthermore,
Before the clock signal is supplied to each of the constituent circuits synchronized by the clock, the level conversion circuit is used to increase the voltage amplitude and perform a logical operation with a large noise margin.

【0006】[0006]

【実施例】次に、本発明の最適な実施例について図面を
参照して説明する。図1は、本発明の一実施例の回路図
である。図1を参照すると、本実施例は、ベースに第1
のクロック信号CK1が入力されるバイポーラトランジ
スタQ1と、ベースに第1のクロック信号CK1とは相
補の関係にある第2のクロック信号CK2が入力され、
エミッタが第1のバイポーラトランジスタQ1のエミッ
タと共通に接続される第2のバイポーラトランジスタQ
2と、第1及び第2のバイポーラトランジスタQ1、Q
2のコレクタと高位電源端子(電源電圧Vcc)6との
間にそれぞれ対応して接続された第1及び第2の抵抗R
1,R2と、第1および第2のバイポーラトランジスタ
Q1,Q2のエミッタと定位電源端子7との間に接続さ
れた第3の抵抗R3とを備え、第1及び第2のバイポー
ラトランジスタQ1,Q2のコレクタがそれぞれ第3及
び第4のバイポーラトランジスタQ3,Q4のベースに
接続され、第3及び第4のバイポーラトランジスタQ
3,Q4のコレクタが高位電源端子6に接続第1及び第
2のクロック信号CK1,CK2が差動増幅され、第1
及び第2のバイポーラトランジスタQ1,Q2のコレク
タから、それぞれ第3及び第4のバイポーラトランジス
タQ3,Q4を介して、第1及び第2の信号S1,S2
の信号S1,S2が出力されるクロック生成回路と、ベ
ースにクロック生成回路1からの第1及び第2の信号S
1,S2がそれぞれ対応して入力され、エミッタがとも
に低位電源端子7に接続されている第5及び第6のバイ
ポーラトランジスタQ5,Q6と、これら第5及び第6
のトランジスタQ5,Q6のコレクタと高位電源端子6
との間にそれぞれ対応して接続された第4及び第5の抵
抗R4,R5とを備えており、更に、第5及び第6のト
ランジスタQ5,Q6のエミッタと低位電源端子7との
間にそれぞれ対応して接続された第6及び第7の抵抗R
6,R7を備え、クロック信号CK1またはクロック信
号CK2によって同期される構成回路(図示せず)へ第
1の信号S1または第2の信号S2の振幅を拡大して供
給するレベル変換回路2とを有する構成である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an optimum embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the present embodiment includes a first base
The first clock signal CK1 and the second clock signal CK2 having a complementary relationship with the first clock signal CK1 are input to the base.
A second bipolar transistor Q whose emitter is commonly connected to the emitter of the first bipolar transistor Q1.
2 and the first and second bipolar transistors Q1 and Q
A first and a second resistor R connected between the collector of 2 and the high-potential power supply terminal (power supply voltage Vcc) 6 respectively.
1, R2 and a third resistor R3 connected between the emitters of the first and second bipolar transistors Q1 and Q2 and the localization power supply terminal 7, and the first and second bipolar transistors Q1 and Q2. Of the third bipolar transistor Q3 are connected to the bases of the third and fourth bipolar transistors Q3 and Q4, respectively.
The collectors of Q3 and Q4 are connected to the high-potential power supply terminal 6, and the first and second clock signals CK1 and CK2 are differentially amplified to
From the collectors of the first and second bipolar transistors Q1 and Q2, via the third and fourth bipolar transistors Q3 and Q4, respectively, and first and second signals S1 and S2.
Of the signals S1 and S2 of the clock generator circuit, and the first and second signals S from the clock generator circuit 1 to the base.
The fifth and sixth bipolar transistors Q5 and Q6, to which the first and the second transistors S1 and S2 are respectively input, and whose emitters are both connected to the low power supply terminal 7, and the fifth and sixth bipolar transistors Q5 and Q6, respectively.
Collectors of transistors Q5 and Q6 and high-level power supply terminal 6
And a fourth and a fifth resistor R4, R5, which are connected to the low potential power supply terminal 7 and the emitters of the fifth and sixth transistors Q5, Q6, respectively. Sixth and seventh resistors R connected correspondingly
6 and R7, and a level conversion circuit 2 for expanding the amplitude of the first signal S1 or the second signal S2 and supplying it to a constituent circuit (not shown) synchronized by the clock signal CK1 or the clock signal CK2. It is a structure having.

【0007】本実施例では、配線及びファンアウトによ
る負荷の状態に応じてクロック生成回路1をLSIのチ
ップ上の各部に配置し、クロック生成回路として用い
る。クロック生成回路により生成されるクロック信号S
1およびS2は低電圧振幅である。これにより、高速動
作を可能とし、クロックスキューを低減できる。また、
容量カップリングによるクロストークやスイッチング電
流による電源雑音を低減できる。更に、各構成回路の前
にはレベル変換回路2を設けて、ここで低電圧振幅クロ
ックを大電圧振幅クロックに変換する。これにより、各
構成回路はレベル変換されて振幅が大きくなった信号S
1または信号S2をクロック入力として大電圧で動作す
ることができるので、大きな雑音余裕度を確保できる。
しかも、回路構成をCMOS構成にして、消費電力を小
さくすることができる。
In this embodiment, the clock generation circuit 1 is arranged in each part on the LSI chip and used as a clock generation circuit according to the load state due to wiring and fan-out. Clock signal S generated by the clock generation circuit
1 and S2 are low voltage swings. This enables high speed operation and reduces clock skew. Also,
Crosstalk due to capacitive coupling and power supply noise due to switching current can be reduced. Further, a level conversion circuit 2 is provided in front of each constituent circuit, and the low voltage amplitude clock is converted into a large voltage amplitude clock here. As a result, the signal S whose level has been converted in each constituent circuit and whose amplitude has increased becomes
1 or the signal S2 can be used as a clock input to operate at a large voltage, so a large noise margin can be secured.
Moreover, it is possible to reduce the power consumption by making the circuit configuration a CMOS configuration.

【0008】尚、上述の実施例において、クロック生成
回路1のトランジスタQ3およびトランジスタQ4は、
このクロック生成回路1の出力インピーダンスを低く
し、負荷の変動に対する適応を増すためのバッファとし
て作用するエミッタフオロアであり、本発明の要旨は、
これらのトランジスタの有無によって左右されるもので
はない。
In the above embodiment, the transistors Q3 and Q4 of the clock generation circuit 1 are
This is an emitter follower that acts as a buffer for lowering the output impedance of the clock generation circuit 1 and increasing adaptation to load fluctuations.
It does not depend on the presence or absence of these transistors.

【0009】また、本実施例では、レベル変換回路とし
て、高位電源端子6と低位電源端子7との間に抵抗とバ
イポーラトランジスタと抵抗とが直列に接続されたもの
を用いているが、本発明はこれに限られるものではな
い。他の型レベル変換回路、例えば、久保征治編著,B
iCMOS技術,第48頁,コロナ社(平成2年)に記
載されているような、カレントミラー回路を用いて低電
圧振幅の信号を大電圧振幅の信号に変換するレベル変換
回路などであってもよいことは勿論である。
Further, in the present embodiment, as the level conversion circuit, the one in which the resistor, the bipolar transistor and the resistor are connected in series between the high potential power supply terminal 6 and the low potential power supply terminal 7 is used. Is not limited to this. Other type level conversion circuits, for example, edited by Seiji Kubo, B
Even a level conversion circuit for converting a low voltage amplitude signal into a large voltage amplitude signal using a current mirror circuit, as described in iCMOS technology, p. 48, Corona (1990), etc. Of course good things.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、微少な電圧差を検出して高速に動作するクロック生
成回路を構成し、大容量負荷を高速に駆動し、電圧振幅
を小さくすることにより高速駆動のみならず、容量カッ
プリングによるクロストークやスイッチング電流による
電源電圧の変動の問題を解決できる。
As described above, according to the present invention, a clock generation circuit which detects a minute voltage difference and operates at high speed is constructed, a large capacity load is driven at high speed, and a voltage amplitude is reduced. By doing so, not only high-speed driving but also the problem of crosstalk due to capacitive coupling and fluctuation of power supply voltage due to switching current can be solved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるクロック分配回路の回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a clock distribution circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のクロック分配回路の一例の回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of an example of a conventional clock distribution circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,3,4,5, クロック生成回路 2 レベル変換回路 6 高位電源端子 7 低位電源端子 Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 バイポーラト
ランジスタ R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 抵抗
1, 3, 4, 5, Clock generation circuit 2 Level conversion circuit 6 High power supply terminal 7 Low power supply terminal Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 Bipolar transistor R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 Resistance

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに相補の関係にある2つのクロック
信号を入力とする差動増幅器からなるクロック生成回路
と、 このクロック生成回路の少なくとも一方の出力信号の電
圧振幅を拡大し、前記入力のクロック信号により同期さ
れる回路に供給するレベル変換回路と、を有することを
特徴とするクロック分配回路。
1. A clock generation circuit comprising a differential amplifier which inputs two clock signals which are complementary to each other, and a voltage amplitude of at least one output signal of the clock generation circuit is expanded to obtain a clock of the input clock. A level conversion circuit for supplying a circuit synchronized with a signal, the clock distribution circuit.
【請求項2】 コレクタが第1の抵抗を介して高位電源
端子に接続されベースが第1の信号入力端子に接続され
エミッタが第2の抵抗を介して低位電源端子に接続され
た第1のバイポーラトランジスタと、コレクタが第3の
抵抗を介して高位電源端子に接続されベースが第2の信
号入力端子に接続されエミッタが前記第1のバイポーラ
トランジスタのエミッタに接続された第2のバイポーラ
トランジスタと、コレクタが高位電源端子に接続されベ
ースが前記第1のバイポーラトランジスタのコレクタに
接続された第3のバイポーラトランジスタと、コレクタ
が高位電源端子に接続されベースが前記第2のバイポー
ラトランジスタのコレクタに接続された第4のバイポー
ラトランジスタとからなるクロック生成回路と、 コレクタが第4の抵抗を介して高位電源端子に接続さ
れ、エミッタが第5の抵抗を介して低位電源端子に接続
され、ベースが前記第3のバイポーラトランジスタのエ
ミッタおよび前記第4のバイポーラトランジスタのエミ
ッタのいずれか一方に接続された第5のバイポーラトラ
ンジスタからなるレベル変換回路と、を含み、 前記第1の信号入力端子には第1のクロック信号が入力
され、前記第2の信号入力端子には前記第1のクロック
信号とは相補の関係にある第2のクロック信号が入力さ
れるように接続されていることを特徴とするクロック分
配回路。
2. A first power supply having a collector connected to a high power supply terminal via a first resistor, a base connected to a first signal input terminal, and an emitter connected to a low power supply terminal via a second resistor. A bipolar transistor, and a second bipolar transistor having a collector connected to a high-potential power supply terminal through a third resistor, a base connected to a second signal input terminal, and an emitter connected to the emitter of the first bipolar transistor. A third bipolar transistor having a collector connected to the high-potential power supply terminal and a base connected to the collector of the first bipolar transistor; and a collector connected to the high-potential power supply terminal and a base connected to the collector of the second bipolar transistor. Clock generator circuit consisting of a fourth bipolar transistor and a collector Connected to the high-potential power supply terminal, the emitter is connected to the low-potential power supply terminal through the fifth resistor, and the base is connected to one of the emitter of the third bipolar transistor and the emitter of the fourth bipolar transistor. A level conversion circuit formed of a fifth bipolar transistor, the first clock signal is input to the first signal input terminal, and the first clock signal is input to the second signal input terminal. Is connected so that a second clock signal having a complementary relationship with is input.
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