JPH09139467A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH09139467A
JPH09139467A JP29419595A JP29419595A JPH09139467A JP H09139467 A JPH09139467 A JP H09139467A JP 29419595 A JP29419595 A JP 29419595A JP 29419595 A JP29419595 A JP 29419595A JP H09139467 A JPH09139467 A JP H09139467A
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JP
Japan
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clock
circuit
flip
semiconductor integrated
phase
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JP29419595A
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English (en)
Inventor
Tatsuhiro Aida
辰洋 会田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタ・スレーブ方式のフリップフロップ回路
を内蔵した半導体集積回路において、マスタ・ラッチと
スレーブ・ラッチとクロックを2相のまま供給する方式
は2つのクロックのノンオーバーラップの量をチップ全
体で管理するのが非常に難しいという問題点があった。 【解決手段】 マスタ・ラッチとスレーブ・ラッチとと
もに1つのクロックに基づいて上記マスタ・ラッチとス
レーブ・ラッチの動作に必要なノンオーバーラップの2
相クロックを形成するクロック発生回路とからなるセル
をフリップフロップ回路として使用し、クロック供給元
から各フリップフロップ回路へは1相のクロックを供給
させ、フリップフロップ回路の側で2相クロックを形成
して動作させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路技
術さらにはクロック同期型の半導体集積回路におけるク
ロック供給方式に適用して特に有効な技術に関し、例え
ばマスタ・スレーブ方式のフリップフロップ回路に対す
る2相クロックの供給方式に利用して有効な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】フリップフロップ回路においては、入力
が有効な期間中に入力信号が変化した場合それがそのま
ま入力端子から次段の回路に伝わってしまういわゆるレ
ーシングが問題となる。そこで、これを防止するため、
マスタラッチとスレーブラッチの2つのラッチ回路から
なり互いにハイレベルがオーバーラップしないように位
相調整されたほぼ逆相の2つのクロックによって動作す
るマスタ・スレーブ方式のフリップフロップが使用され
ることがある。従来、かかるマスタ・スレーブ方式のフ
リップロップを複数個有する従来の半導体集積回路で
は、一つのクロック発生回路から各フリップフロップま
でクロックを2相のまま伝えるようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、クロック同
期型半導体集積回路では、クロック供給元から各フリッ
プフロップまでのクロックの遅延時間の相違による位相
ずれ(以下クロックスキューと称する)に留意しなけれ
ばならない。しかるに、上記のようなクロックを2相の
まま供給する方式を採用した半導体集積回路では、配線
の長さや負荷の大きさの相違によって2相のクロックの
スキューがそれぞれ異なってしまうことがある。そのた
め、クロックを2相のまま供給する方式においては、2
つのクロックのノンオーバーラップの量(以下、水あき
量と称する)をチップ全体で管理するのが非常に難しい
という問題点があった。
【0004】つまり、半導体集積回路の設計において
は、配線長や負荷分布等からシミュレーションによりク
ロックスキューを見積もりそれが許容範囲内になるよう
に配線の引き回し、配線幅の決定、負荷分布の見なおし
等を行う必要があるが、クロックを2相のまま供給する
方式にあっては、負荷の最も重い経路と負荷の最も軽い
経路の間のクロックスキューが水あき量以下になるよう
にチップ全体のレイアウト設計を行わなくてはならない
ため、レイアウト設計に要する時間が非常に長くなって
いた。特に、位相の異なる2以上のクロックによって動
作する半導体集積回路を設計する場合には、同相のみな
らず異相クロック間のスキューについても保証しなけれ
ばならないため、さらにシミュレーションの負担が増大
するという問題点があった。
【0005】この発明の目的は、マスタ・スレーブ方式
のフリップフロップ回路を内蔵した半導体集積回路にお
ける2相クロックの水あき量を保証したレイアウト設計
を容易に行えるようにすることにある。
【0006】この発明の他の目的は、マスタ・スレーブ
方式のフリップフロップ回路を内蔵した半導体集積回路
における2相クロックの水あき量の最適化を容易に行え
るようにすることにある。
【0007】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
【0009】すなわち、マスタ・スレーブ方式のフリッ
プフロップ回路を内蔵した半導体集積回路において、マ
スタ・ラッチとスレーブ・ラッチとともに1つのクロッ
クに基づいて上記マスタ・ラッチとスレーブ・ラッチの
動作に必要なノンオーバーラップの2相クロックを形成
するクロック発生回路とからなるセルをフリップフロッ
プ回路として使用し、クロック供給元から各フリップフ
ロップ回路へは1相のクロックを供給させ、フリップフ
ロップ回路の側で2相クロックを形成して動作させるよ
うにしたものである。
【0010】これによって、クロックの水あき量はフリ
ップフロップ回路セル内において自動的に保証されるた
め、レイアウト設計においては、クロック供給元から各
フリップフロップ回路までのスキューが水あき量以下に
なるようにレイアウトの見直しをすればよく、シミュレ
ーションの負担が大幅に低減されるようになる。
【0011】また、望ましくは、上記フリップフロップ
回路セル内のクロック発生回路は、発生する2つのクロ
ックの水あき量を調整可能な構成にする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図面を用
いて説明する。
【0013】図1は本発明が適用される半導体集積回路
の一実施例の概略を示す。特に制限されないが、同図の
回路は単結晶シリコンのような1個の半導体チップ上に
形成される。図において、1はクロック供給元となるP
LL(フェーズ・ロックド・ループ)回路、2a,2
b,・・・2zはPLL回路1から供給される1相のク
ロックCKを受けてラッチ動作をするフリップフロップ
回路セルである。特に制限されないが、上記PLL回路
1は、チップ内部に供給するクロックCKの位相を外部
から供給されるクロックの位相に一致させるように動作
する。
【0014】図2には、上記フリップフロップ回路セル
2a,2b・・・2zの構成例が示されている。この実
施例のフリップフロップ回路セル2a,2b・・・2z
は、各々D型フリップフロップからなるようなマスタ・
ラッチM−LATおよびスレーブ・ラッチS−LAT
と、クロック発生回路CKGとから構成されている。上
記マスタ・ラッチM−LATおよびスレーブ・ラッチS
−LATは、マスタ・ラッチM−LATのデータ端子D
に図示しない論理ゲート等からの信号入力され、マスタ
・ラッチM−LATの出力信号がスレーブ・ラッチS−
LATのデータ端子に入力されるように接続されてい
る。
【0015】一方、上記クロック発生回路CKGは、上
記PLL回路1から供給される1相のクロックCKを受
けて、図3に示すように、互いにハイレベルの期間が重
ならない2つのクロックK1,K2を形成して、上記マ
スタ・ラッチM−LATおよびスレーブ・ラッチS−L
ATのクロック端子に供給する。これによって、マスタ
・ラッチM−LATとスレーブ・ラッチS−LATは、
一方が入力端子Dからデータを取り込んでいるときは他
方がデータを保持するマスタ・スレーブ方式のフリップ
フロップを構成する。
【0016】クロック発生回路CKGによって形成され
るクロックK1とK2は、所定の水あき量を有するよう
に、つまりハイレベル期間のノンオーバーラップ量が所
定以上になるように位相が調整される。このように調整
されたクロックK1,K2が上記マスタ・ラッチM−L
ATおよびスレーブ・ラッチS−LATに供給されてラ
ッチ動作することにより、レーシングが防止されるとと
もに、フリップフロップの前段の論理ゲートにおいて2
つの入力信号のタイミングがずれることによって不所望
のパルスが発生するいわゆるハザードに対しても、フリ
ップフロップが誤って動作するのを回避できる。
【0017】上記のように構成された半導体集積回路の
レイアウト設計においては、配線長や負荷分布等からシ
ミュレーションにより、PLL回路1から出力されるク
ロックCKについて、負荷の最も重い経路と負荷の最も
軽い経路の間のスキューが水あき量以下になるように配
線の引き回し、配線幅の決定、負荷分布の見なおし等を
行うのみでよい。具体的には、例えば図2のフリップフ
ロップ回路セルのうち2aまでの経路が負荷の最も軽い
経路で、2zまでの経路が負荷の最も重い経路で、図3
のクロックCKがフリップフロップ回路セル2aに到達
するクロック、CK’がフリップフロップ回路セル2z
に到達するクロックであるとすると、クロックCKとC
K’の位相差(スキュー)tsが上記クロックK1とK
2の水あき量tx以下になるようにレイアウトの見直し
を行えばよく、2相クロックで供給する方式に比べて設
計が極めて容易となる。
【0018】さらに、上記クロック発生回路CKGとし
て水あき量を調整可能な構成のものを使用するようにす
れば、シミュレーションによって得られたスキューに応
じてクロック発生回路CKGでの水あき量を設定した
り、製造後の検査等でスキューが水あき量以下になって
いないことが明らかになったような製品については、製
造後に水あき量を大きくするように変更したりすること
で歩留まりを向上させることができる。
【0019】図4には上記クロック発生回路CKGの回
路例が、また図5には水あき量を調整可能に構成された
クロック発生回路CKGの回路例が示されている。
【0020】図4に示されているクロック発生回路CK
Gは、PLL回路1から供給されるクロックCKを一方
の入力端子に受けるNANDゲートG1と、クロックC
Kを反転するインバータINV1と、反転されたクロッ
ク/CKを一方の入力端子に受けるNANDゲートG2
と、該NANDゲートG2の出力信号を遅延して上記N
ANDゲートG1の他方の入力端子に帰還させるインバ
ータ列DLY1と、上記NANDゲートG1の出力信号
を遅延して上記NANDゲートG2の他方の入力端子に
帰還させるインバータ列DLY2と、上記NANDゲー
トG1の出力信号を反転してクロックK1として出力す
るインバータINV2と、上記NANDゲートG2の出
力信号を反転してクロックK1として出力するインバー
タINV3とにより構成されている。この回路において
は、遅延用インバータ列DLY1,DLY2の遅延量に
よってクロックK1,K2の水あき量が設定される。
【0021】図5に示されているクロック発生回路CK
Gは、図4の回路に加えて遅延用インバータ列DLY
1,DLY2の途中に伝送ゲートTG11,TG12と
TG21,TG22を設け、これらの伝送ゲートを制御
信号Sによって選択的に導通状態にさせることができる
ように構成されている。これによって、NANDゲート
G1,G2のそれぞれの出力端子から他方の入力端子へ
の帰還経路上のインバータの数を変えて、遅延量すなわ
ち水あき量を調整できるようになっている。なお、上記
制御信号Sは、半導体チップ上にヒューズのようなプロ
グラム可能な素子を備えた調整回路を設けて与えるよう
にしても良いし、外部から入力可能にする端子を設けて
与えるようにしても良い。
【0022】以上説明したように上記実施例は、マスタ
・スレーブ方式のフリップフロップ回路を内蔵した半導
体集積回路において、マスタ・ラッチとスレーブ・ラッ
チとともに1つのクロックに基づいて上記マスタ・ラッ
チとスレーブ・ラッチの動作に必要なノンオーバーラッ
プの2相クロックを形成するクロック発生回路とからな
るセルをフリップフロップ回路として使用し、クロック
供給元から各フリップフロップ回路へは1相のクロック
を供給させ、フリップフロップ回路の側で2相クロック
を形成して動作させるようにしたので、クロックの水あ
き量はフリップフロップ回路セル内において自動的に保
証されるため、レイアウト設計においては、クロック供
給元から各フリップフロップ回路までのスキューが水あ
き量以下になるようにレイアウトの見直しをすればよ
く、シミュレーションの負担が大幅に低減されるという
効果がある。
【0023】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば上記
実施例では、クロックの供給元としてPLL回路を使用
したが、一般的なバッファ回路であっても良い。また、
上記実施例では、マスタ・スレーブ方式のフリップフロ
ップ回路にクロックを供給する場合について説明した
が、この発明はそれに限定されるものでなく、2以上の
クロックに同期して動作する複数の論理回路を有する半
導体集積回路において論理回路にクロックを供給する場
合に適用することができる。
【0024】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
【0025】すなわち、マスタ・スレーブ方式のフリッ
プフロップ回路を内蔵した半導体集積回路における2相
クロックの水あき量を保証したレイアウト設計を容易に
行えるとともに、2相クロックの水あき量の最適化を容
易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用して好適な半導体集積回路の一概
略構成を示す説明図である。
【図2】フリップフロップ回路の構成例を示すブロック
図である。
【図3】フリップフロップ回路のクロックのタイミング
を示すタイムチャートである。
【図4】クロック発生回路の具体例を示す論理構成図で
ある。
【図5】クロック発生回路の第2の具体例を示す論理構
成図である。
【符号の説明】
1 PLL回路(クロック供給元) 2a,2b フリップフロップ回路 M−LAT マスタ・ラッチ S−LAT スレーブ・ラッチ CKG クロック発生回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2以上のクロックに同期して動作する論
    理回路を複数個備えた半導体集積回路において、クロッ
    ク供給元からクロックを必要とする論理回路へ1相のク
    ロックで供給し、論理回路の側で2相以上のクロックを
    形成して動作させるようにしたことを特徴とする半導体
    集積回路。
  2. 【請求項2】 マスタ・ラッチと、スレーブ・ラッチ
    と、供給された1相のクロックに基づいて上記マスタ・
    ラッチとスレーブ・ラッチの動作に必要なノンオーバー
    ラップの2相クロックを形成するクロック発生回路とか
    らなるフリップフロップ回路を備え、クロック供給元か
    ら各フリップフロップ回路へ1相のクロックが供給さ
    れ、フリップフロップ回路の側で2相クロックを形成し
    て動作させるようにしたことを特徴とする半導体集積回
    路。
  3. 【請求項3】 上記フリップフロップ回路内のクロック
    発生回路は、発生する2つのクロックのノンオーバーラ
    ップ量を調整可能に構成されてなることを特徴とする請
    求項2に記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 上記クロック発生回路は、供給されるク
    ロックを一方の入力端子に受ける第1NANDゲート
    と、上記クロックを反転するインバータと、反転された
    クロックを一方の入力端子に受ける第2NANDゲート
    と、該NANDゲートの出力信号を遅延して上記第1N
    ANDゲートの他方の入力端子に帰還させる第1遅延用
    インバータ列と、上記第1NANDゲートの出力信号を
    遅延して上記第2NANDゲートの他方の入力端子に帰
    還させる第2遅延用インバータ列とを備えてなることを
    特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
JP29419595A 1995-11-13 1995-11-13 半導体集積回路 Pending JPH09139467A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210126628A1 (en) * 2019-10-28 2021-04-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Match-Slave Latch with Skewed Clock

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210126628A1 (en) * 2019-10-28 2021-04-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Match-Slave Latch with Skewed Clock
US11451217B2 (en) * 2019-10-28 2022-09-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Match-slave latch with skewed clock

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