JPH09190239A - クロックスキュー調整回路 - Google Patents

クロックスキュー調整回路

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JPH09190239A
JPH09190239A JP8003035A JP303596A JPH09190239A JP H09190239 A JPH09190239 A JP H09190239A JP 8003035 A JP8003035 A JP 8003035A JP 303596 A JP303596 A JP 303596A JP H09190239 A JPH09190239 A JP H09190239A
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JP
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clock
input
delay
feedback
circuit
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JP8003035A
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Inventor
Kazuyuki Mitsuishi
和幸 三石
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、位相同期ループを用いて高精度のク
ロックスキューの調整を行うことを課題とする。 【解決手段】クロックドライバ6からのクロックの入力
遅延を補償して同期回路8aにクロックを出力するクロ
ックスキュー調整回路において、クロック入力とフィー
ドバック入力が決められた位相となるように調整したク
ロック出力を行う位相同期ループ1aを備え、該位相同
期ループ1aのクロック出力を前記フィードバック入力
にフィードバックするフィードバック経路に、入力信号
を反転して出力する反転回路2aを挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のクロック同
期回路(同期素子)に供給するクロック間スキューを最
小にするクロックスキュー調整回路に関する。
【0002】近年のコンピュータシステムの利用分野の
拡大に伴い、情報処理装置の高性能化や信頼性向上が要
求されている。このため、情報処理装置の動作クロック
に関して、より一層の高速化による性能向上手段が提供
されている。しかし、情報処理装置内の各同期素子にク
ロックを分配する各クロック分配ラインのスキューによ
り実質的クロック速度低下を招いている。このため、高
精度のスキュー調整を行う必要がある。
【0003】
【従来の技術】図11は従来例の説明図(1)、図12
は従来例の説明図(2)である。以下、図11、図12
に基づいて従来例の説明をする。図11において、水晶
発振器等のクロック発振器(OSC)5の出力をクロッ
クドライバ6にて複数の出力にしてクロック同期素子で
あるLSI(大規模集積回路)7、同期SRAM(st
atic random access memor
y)8等の各素子に分配する。ここで、LSI7がゲー
トアレイLSI等である場合、内部にフリップフロップ
FFを持っており、多数のフリップフロップFFに対す
るクロックの分配のために設けたバッファ71等のため
伝送遅延が発生する。
【0004】これは、LSI7のフリップフロップFF
にクロックが到着する時間t1が同期SRAM8のフリ
ップフロップFFに到着する時間t2より遅れることに
なる。このため、同期SRAM8が動作するクロックと
LSI7が動作するクロックとの間に時間差が生じる。
これにより、これらの各素子間のデータバスを使用した
データ転送に不具合をおこす。
【0005】そこで従来は、クロックドライバ6から各
素子へのクロックパターン(プリント板のクロックパタ
ーン線)の長さを各々変えてパターン線長により伝送遅
延時間を変えることにより、各素子に到着するクロック
の時間差(スキュー)を吸収するようにしている。
【0006】例えば、通常のプリント板では、約70p
s(ピコ秒)/cmの伝送速度でパターン上を伝送す
る。このため、パターン線長の差が20cmあるとする
と、1400psの差となり、LSI7の入力ディレー
(遅延)差を調整することができる。
【0007】しかしながら、ゲートアレイLSI等の大
規模化に伴い、LSI7内部のクロック遅延が更に増加
し、パターン線長による調整を行うと、線長が長くなり
すぎて、波形歪み等のためクロック波形がクロック同期
素子等の動作に悪影響を与えることがあった。このた
め、遅延用のバァファ素子を複数追加して、時間差を調
整する方法があった。
【0008】図12において、クロック発振器(OS
C)5の出力をクロックドライバ6にて、複数の出力に
してLSI7、同期SRAM8等の各素子に分配する。
ここでは、クロックドライバ6から同期SRAM8の経
路に、遅延用のバッファ素子9を三個追加してある。こ
れにより、一個のバッファ素子9の遅延時間が1.5n
s(ナノ秒)であれば、4.5ns遅延させてクロック
を同期SRAM8に入力することができる。このため、
LSI7のフリップフロップFFにクロックが到着する
時間t1と同期SRAM8のフリップフロップFFに到
着する時間t2との時間差をなくすことができる。
【0009】しかしながら、実際のバッファ素子9の遅
延時間の値は、例えば1.2〜1.8ns等のバラツキ
(幅)がある。このため、バッファ素子9を三個用いる
と遅延時間は三個分の遅延を加算したものであるため、
その値は3.6〜5.4nsの幅を持つことになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。 (1):ゲートアレイLSI等の大規模化に伴いLSI
7内部のクロック遅延が増加しているため、パターン線
長による調整を行うと、線長が長くなりすぎて、パター
ン線を収める場所がとれなくなることがあり、また、波
形歪み等のクロック波形に悪影響を与えることがあっ
た。
【0011】(2):複数のバッファ素子9を用いると
遅延時間の値に幅が出てしまい、正確なクロックスキュ
ーの調整ができない欠点があった。本発明は、このよう
な従来の課題を解決し、位相同期ループ(PLL:PH
ASE LOCKED LOOP)を用いて高精度のク
ロックスキューの調整を行うことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図であり、図1中、1aは位相同期ループ(PLL)、
2aは反転回路、3aは遅延手段、4は遅延手段、5は
クロック発振器(OSC)、6はクロックドライバ、7
aは同期回路、8aは同期回路である。
【0013】本発明は前記従来の課題を解決するため次
のように構成した。 (1):クロックドライバ6からのクロックの入力遅延
を補償して同期回路8aにクロックを出力するクロック
スキュー調整回路において、クロック入力とフィードバ
ック入力が決められた位相となるように調整したクロッ
ク出力を行う位相同期ループ1aを備え、該位相同期ル
ープ1aのクロック出力を前記フィードバック入力にフ
ィードバックするフィードバック経路に、入力信号を反
転して出力する反転回路2aを挿入する。
【0014】(2):前記(1)のクロックスキュー調
整回路において、前記フィードバック経路に遅延手段3
aを備える。 (3):前記(2)のクロックスキュー調整回路におい
て、前記フィードバック経路の遅延手段としてフィード
バック線長を可変する線長可変手段を備える。
【0015】(4):前記(1)〜(3)のクロックス
キュー調整回路において、前記クロックドライバ6のク
ロック出力を遅延手段4を通して前記位相同期ループ1
aのクロック入力に入力する。
【0016】(5):前記(4)のクロックスキュー調
整回路において、前記遅延手段4としてクロックドライ
バから前記クロック入力までの経路の線長を可変する線
長可変手段を備える。
【0017】(作用)前記構成に基づく作用を説明す
る。位相同期ループ1aでクロック入力とフィードバッ
ク入力が決められた位相となるように調整したクロック
出力を行い、前記位相同期ループ1aのクロック出力を
反転回路2aで反転して前記フィードバック入力にフィ
ードバックする。このため、クロックスキュー調整のた
めの大きな遅延量を正確に作成することができる。
【0018】また、前記フィードバック経路に備えた遅
延手段3aでクロック出力を遅延してフィードバック入
力にフィードバックする。このため、遅延手段3aで細
かな遅延量の調整ができる。
【0019】さらに、フィードバック線長を可変する線
長可変手段で前記フィードバック信号の遅延を行う。こ
のため、フィードバック線長を可変する簡単で安価な手
段で細かな遅延量の調整ができる。
【0020】また、遅延手段4で前記クロックドライバ
6のクロック出力を遅延して前記位相同期ループ1aの
クロック入力に入力する。このため、遅れ方向の細かな
遅延量の調整ができる。
【0021】さらに、線長可変手段でクロックドライバ
から前記クロック入力までの経路の線長を可変する。こ
のため、簡単で安価に遅れ方向の細かな遅延量の調整が
できる。
【0022】
【発明の実施の形態】図2〜図10は本発明の実施の形
態を示した図であり、以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。 1):PLL素子の説明 図2は実施の形態におけるPLL素子の説明図であり、
図2(A)は出力を最短距離にてFB(フィードバック
入力)に接続した場合の説明、図2(B)は波形による
説明である。
【0023】図2(A)において、PLL素子1には、
クロック入力IN、フィードバック入力FB、3個の出
力OUT、OUT、OUTが設けてある。このP
LL素子1の出力OUTは、最短距離にてフィードバ
ック入力FBに接続されている。一般には、PLL素子
1は、クロック入力INとフィードバック入力FBの位
相が同じになるように出力が変化するため、このPLL
素子1のクロック入力INと出力OUTは、ほぼ同位相
となる。
【0024】図2(B)において、図2(A)PLL素
子1のクロック入力IN、フィードバック入力FB、出
力OUTの波形を示している。クロック入力INに入力
されたクロックは、出力OUTが最短距離にてフィー
ドバック入力FBに接続されているため、ほぼ同位相の
クロックとして出力OUTされる。
【0025】2):PLL素子内部の説明 図3はPLL素子内部の説明図である。PLL素子1に
は、位相比較器(PD)11、ローパスフィルタ(LP
F)12、電圧制御発振器(VCO)13が設けてあ
る。
【0026】位相比較器(PD)11は、クロック入力
INとフィードバック入力FBの2つの入力信号の位相
差に対応する電圧(誤差電圧)を発生するものである。
ローパスフィルタ(LPF)12は、低域通過フィルタ
であり位相比較器(PD)11で生じる高周波成分を除
去し、電圧制御発振器(VCO)13の制御電圧を出力
するものである。電圧制御発振器(VCO)13は、ロ
ーパスフィルタ(LPF)12からの制御電圧によって
発振周波数が変化する発振器である。
【0027】電圧制御発振器(VCO)13は、制御電
圧が「0」となるように自身の発振周波数を変更してい
る。そして、通常、出力OUTは、最短距離にてフィ
ードバック入力FBに接続される。このため、クロック
入力INとフィードバック入力FBの2つの入力信号が
同位相となるようになり、ほぼ同位相のクロックが出力
(OUT、OUT、OUT)される。
【0028】このように、クロック入力INとフィード
バック入力FBの2つの入力信号が一致して定常状態に
なることをPLLがロックしたという。このロックして
いることのできる周波数範囲をロックレンジといい、ロ
ックすることのできる周波数範囲をキャプチャレンジと
呼ぶ。一般に、ロックレンジ>キャプチャレンジであ
る。
【0029】3):PLL素子のフィードバック入力F
Bに遅延がある場合の説明 図4はPLL素子のFBに遅延がある場合の説明図であ
り、図4(A)はフィードバック線に遅延がある場合の
説明、図4(B)は波形による説明である。以下、図4
に基づいてフィードバック線に遅延がある場合の説明を
する。
【0030】図4(A)において、PLL素子1の出力
OUTは、遅延(a)のあるフィードバック線により
フィードバック入力FBと接続されている。PLL素子
1は、クロック入力INとフィードバック入力FBの位
相が同じになるように出力OUTが変化する。
【0031】図4(B)において、PLL素子1は、ク
ロック入力INとフィードバック入力FBの位相が同じ
になるように出力OUTを変化させている。この場合、
フィードバック線には遅延(a)があるため、出力OU
Tは、遅延(a)分だけ位相が早くなるようにPLL素
子1自身で調整している。
【0032】4):インバータを追加する場合の説明 図5はインバータを追加する場合の説明図であり、図5
(A)はインバータを追加する場合の説明、図5(B)
は波形による説明である。以下、図5に基づいてインバ
ータを追加する場合の説明をする。
【0033】図5(A)において、PLL素子1の出力
OUTは、遅延(a)のあるフィードバック線及び遅
延(d)のあるインバータ素子(反転回路)2を通して
フィードバック入力FBと接続されている。PLL素子
1は、クロック入力INとフィードバック入力FBの位
相が同じになるように出力OUTが変化する。これによ
り、インバータ素子2で1/2周期ずらせ、それにイン
バータ素子2の遅延(d)分+フィードバック線長遅延
(a)分だけ遅れさせてフィードバック入力を行うこと
により、出力位相を見掛け上遅くすることができる。
【0034】図5(B)において、PLL素子1は、ク
ロック入力INとフィードバック入力FBの位相が同じ
になるように出力OUTの信号を変化させている。この
場合、PLL素子1の出力OUT信号をインバータ素子
2で反転した信号をフィードバック入力FBに入力する
と、出力OUT波形は、クロック入力INに対して
(c)分遅延した信号となる。
【0035】即ち、c=1/2周期−b 但し、bはインバータ素子2の遅延分(d)+フィード
バック線長遅延分(a)である。
【0036】一例として、60MHzクロックに適用し
た場合を説明する。 周期(T)=16.7ns フィードバックのインバータ素子遅延分(d)=2ns フィードバック線長=20cm+20cm〔線長遅延=
0.07ns/cmとする〕 これにより、出力クロック遅延時間cは、 c=16.7/2−2−(20+20)×0.07=
3.5ns 通常のゲートアレイLSIの入力遅延は、2〜4nsで
あるため、このようにして、クロックスキューの調整を
行うことができる。
【0037】5):他のクロック出力遅延の説明 図6は他のクロック出力遅延の説明図であり、図6
(A)はインバータと選択回路を設ける場合の説明図、
図6(B)はクロック入力に遅延手段を設ける場合の説
明である。
【0038】図6(A)において、PLL素子1のフィ
ードバックには、インバータ素子2と選択回路3である
選択スイッチSWが設けてある。インバータ素子2は、
入力信号を反転して出力する反転素子である。選択回路
3は、接点s0と接点s1〜接点s3の何れかと切り換
えて接続するフィードバック線長の可変手段である。こ
の接点s0とs1が接続された時フィードバック線長が
最も長くなり、接点s0とs2が接続された時フィード
バック線長が中間の長さとなり、接点s0とs3が接続
された時フィードバック線長が最も短くなる。また、こ
の選択スイッチは、機械的なもの又は半導体を用いる電
子的なものを使用することができる。
【0039】この場合、フィードバック線長を選択回路
3により可変して遅延分(a)を可変し、クロック出力
OUTの位相遅延を可変できるため、細かなクロックス
キュー調整を容易に行うことができる。
【0040】図6(B)において、PLL素子1のフィ
ードバックにインバータ素子2を設け、クロック入力I
Nに遅延手段4を通してクロックが入力されている。こ
の遅延手段4は、例えば、遅延用のバッファ素子9、選
択回路3を使用した線長可変手段等である。
【0041】この場合、前記図5で説明した遅延分
(c)に、この遅延手段4の遅延分を加算した分だけ位
相遅延したクロック出力OUTを得ることができる。こ
のため、より広範囲なクロックスキュー調整を容易に行
うことができる。
【0042】なお、図6(B)において、線長を可変す
る選択回路3をフィードバック線に追加することもでき
る。また、選択回路3の接点s1〜接点s3の数を増や
すことでより細かいクロックスキューの調整ができる。
【0043】6):クロック分配回路の説明 図7はクロック分配回路の説明図である。図7におい
て、水晶発振器等のクロック発振器(OSC)5の出力
をクロックドライバ6にて、複数の出力にしてLSI
(大規模集積回路)7、同期SRAM(static
random access memory)8等の各
クロック同期素子(同期回路)に分配する。ここで、L
SI7がゲートアレイLSI等である場合、内部に多数
のフリップフロップFFを持っており、多数のフリップ
フロップFFに対するクロックの分配のために設けたバ
ッファ71等のため伝送遅延が発生する。
【0044】これは、クロックドライバ6からのクロッ
クがLSI7のフリップフロップFFに到着する時間t
1が、同期SRAM8のフリップフロップFFに到着す
る時間t2より遅れることになる。このため、同期SR
AM8が動作するクロックとLSI7が動作するクロッ
クとの間に時間差(クロックスキュー)が生じる。この
クロックスキューを調整するため、フィードバック線に
インバータ素子2を追加したPLL素子1を通して遅延
したクロック(図5参照)を同期SRAM8に入力す
る。
【0045】これにより、LSI7のフリップフロップ
FFにクロックが到着する時間t1と同期SRAM8の
フリップフロップFFに到着する時間t2との時間差を
なくすことができる。このように、フィードバック線に
インバータ素子2を追加したPLL素子1を用いること
によりクロックの大きな遅延量を正確に作成することが
できる。
【0046】7):選択回路を用いたクロック分配回路
の説明 図8は選択回路を用いたクロック分配回路の説明図であ
る。図8において、水晶発振器等のクロック発振器(O
SC)5の出力をクロックドライバ6にて、複数の出力
にしてLSI7、同期SRAM8等の各クロック同期素
子(同期回路)に分配する。ここで、LSI7がゲート
アレイLSI等である場合、内部に多数のフリップフロ
ップFFを持っており、多数のフリップフロップFFに
対するクロックの分配のために設けたバッファ71等の
ため伝送遅延が発生する。
【0047】これは、クロックドライバ6からのクロッ
クがLSI7のフリップフロップFFに到着する時間
が、同期SRAM8のフリップフロップFFに到着する
時間より遅れることになる。このため、同期SRAM8
が動作するクロックとLSI7が動作するクロックとの
間に時間差(クロックスキュー)が生じる。このクロッ
クスキューを調整するため、フィードバック線にインバ
ータ素子2と選択回路3を追加したPLL素子1を通し
て遅延したクロック(図6(A)参照)を同期SRAM
8に入力する。
【0048】これにより、LSI7のフリップフロップ
FFにクロックが到着する時間と同期SRAM8のフリ
ップフロップFFに到着する時間との時間差をなくすこ
とができる。このように、選択回路3で同期SRAM8
に供給するクロックの細かな遅延量の調整を低コストで
行うことができる。
【0049】なお、前記選択回路3の代わりにバッファ
素子等の他の遅延手段を用いることができ、また、前記
選択回路3に更にバッファ素子等の他の遅延手段を追加
することもできる。
【0050】8):バッファ素子を用いたクロック分配
回路の説明 図9はバッファ素子を用いたクロック分配回路の説明図
である。図9において、水晶発振器等のクロック発振器
(OSC)5の出力をクロックドライバ6にて、複数の
出力にしてLSI7、同期SRAM8等の各クロック同
期素子(同期回路)に分配する。ここで、LSI7がゲ
ートアレイLSI等である場合、内部に多数のフリップ
フロップFFを持っており、多数のフリップフロップF
Fに対するクロックの分配のために設けたバッファ71
等のため伝送遅延が発生する。
【0051】これは、クロックドライバ6からのクロッ
クがLSI7のフリップフロップFFに到着する時間
が、同期SRAM8のフリップフロップFFに到着する
時間より遅れることになる。このため、同期SRAM8
が動作するクロックとLSI7が動作するクロックとの
間に時間差(クロックスキュー)が生じる。このクロッ
クスキューを調整するため、遅延用のバッファ素子9を
クロック入力INの前に追加し、更に、フィードバック
線にインバータ素子2を追加したPLL素子1を通し
て、遅延したクロック(図6(B)参照)を同期SRA
M8に入力する。
【0052】これにより、LSI7のフリップフロップ
FFにクロックが到着する時間と同期SRAM8のフリ
ップフロップFFに到着する時間との時間差をなくすこ
とができる。
【0053】9):バッファ素子と選択回路を用いたク
ロック分配回路の説明 図10はバッファ素子と選択回路を用いたクロック分配
回路の説明図である。図10において、水晶発振器等の
クロック発振器(OSC)5の出力をクロックドライバ
6にて、複数の出力にしてLSI7、同期SRAM8等
の各クロック同期素子(同期回路)に分配する。ここ
で、LSI7がゲートアレイLSI等である場合、内部
に多数のフリップフロップFFを持っており、多数のフ
リップフロップFFに対するクロックの分配のために設
けたバッファ71等のため伝送遅延が発生する。
【0054】これは、クロックドライバ6からのクロッ
クがLSI7のフリップフロップFFに到着する時間
が、同期SRAM8のフリップフロップFFに到着する
時間より遅れることになる。このため、同期SRAM8
が動作するクロックとLSI7が動作するクロックとの
間に時間差(クロックスキュー)が生じる。このクロッ
クスキューを調整するため、遅延用のバッファ素子9と
線長可変用の選択回路3をクロック入力INの前に追加
し、更に、フィードバック線にインバータ素子2を追加
したPLL素子1を通して、遅延したクロック(図6
(B)参照)を同期SRAM8に入力する。
【0055】これにより、LSI7のフリップフロップ
FFにクロックが到着する時間と同期SRAM8のフリ
ップフロップFFに到着する時間との時間差をなくすこ
とができる。なお、更に線長可変用の選択回路3をフィ
ードバック線に追加することもできる。
【0056】また、前記実施の形態では、クロックドラ
イバ6の出力を遅延して同期SRAM8に入力する説明
をしたが、逆にクロックドライバ6の出力を早めてLS
I7に入力して、クロックスキューの調整をすることも
できる。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 (1):位相同期ループでクロック入力とフィードバッ
ク入力が決められた位相となるように調整したクロック
出力を行い、前記位相同期ループのクロック出力を反転
回路で反転して前記フィードバック入力にフィードバッ
クするため、クロックスキュー調整のための大きな遅延
量を正確に作成することができる。
【0058】(2):フィードバック経路に備えた遅延
手段でクロック出力を遅延してフィードバック入力する
ため、遅延手段で細かな遅延量の調整ができる。 (3):フィードバック線長を可変する線長可変手段で
前記フィードバック信号の遅延を行うため、線長を可変
する簡単で安価な手段で細かな遅延量の調整ができる。
【0059】(4):遅延手段で前記クロックドライバ
のクロック出力を遅延して位相同期ループのクロック入
力に入力するため、遅れ方向の細かな遅延量の調整がで
きる。
【0060】(5):線長可変手段でクロックドライバ
からクロック入力までの経路の線長を可変するため、簡
単で安価に遅れ方向の細かな遅延量の調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】実施の形態におけるPLL素子の説明図であ
る。
【図3】実施の形態におけるPLL素子内部の説明図で
ある。
【図4】実施の形態におけるPLL素子のFBに遅延が
ある場合の説明図である。
【図5】実施の形態におけるインバータを追加する場合
の説明図である。
【図6】実施の形態における他のクロック出力遅延の説
明図である。
【図7】実施の形態におけるクロック分配回路の説明図
である。
【図8】実施の形態における選択回路を用いたクロック
分配回路の説明図である。
【図9】実施の形態におけるバッファ素子を用いたクロ
ック分配回路の説明図である。
【図10】実施の形態におけるバッファ素子と選択回路
を用いたクロック分配回路の説明図である。
【図11】従来例の説明図(1)
【図12】従来例の説明図(2)
【符号の説明】
1a 位相同期ループ 2a 反転回路 3a 遅延手段 4 遅延手段 5 クロック発振器(OSC) 6 クロックドライバ 7a 同期回路 8a 同期回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロックドライバからのクロックの入力遅
    延を補償して同期回路にクロックを出力するクロックス
    キュー調整回路において、 クロック入力とフィードバック入力が決められた位相と
    なるように調整したクロック出力を行う位相同期ループ
    を備え、 該位相同期ループのクロック出力を前記フィードバック
    入力にフィードバックするフィードバック経路に、入力
    信号を反転して出力する反転回路を挿入することを特徴
    としたクロックスキュー調整回路。
  2. 【請求項2】前記フィードバック経路に前記クロック出
    力を遅延する遅延手段を備えることを特徴とした請求項
    1記載のクロックスキュー調整回路。
  3. 【請求項3】前記フィードバック経路の遅延手段として
    フィードバック線長を可変する線長可変手段を備えるこ
    とを特徴とした請求項2記載のクロックスキュー調整回
    路。
  4. 【請求項4】前記クロックドライバのクロック出力を遅
    延する遅延手段を通して前記位相同期ループのクロック
    入力に入力することを特徴とした請求項1〜3のいずれ
    かに記載のクロックスキュー調整回路。
  5. 【請求項5】前記クロックドライバのクロック出力を遅
    延する前記遅延手段として前記クロックドライバから前
    記クロック入力までの経路の線長を可変する線長可変手
    段を備えることを特徴とした請求項4記載のクロックス
    キュー調整回路。
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