JPH0997123A - Clock signal distribution device - Google Patents

Clock signal distribution device

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Publication number
JPH0997123A
JPH0997123A JP7251117A JP25111795A JPH0997123A JP H0997123 A JPH0997123 A JP H0997123A JP 7251117 A JP7251117 A JP 7251117A JP 25111795 A JP25111795 A JP 25111795A JP H0997123 A JPH0997123 A JP H0997123A
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JP
Japan
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phase
signal
transmission line
clock signal
clock
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Pending
Application number
JP7251117A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeaki Iwasa
繁明 岩佐
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0997123A publication Critical patent/JPH0997123A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a clock skew of a low level similar to that of an equal- length wiring despite being simple and convenient just like in a batch drive system. SOLUTION: The clock signal distribution device is provided with the waveform converters 20 and 22 which produce triangular wave signals based on the input clock signals, a positive phase transmission line 12 which transmits the triangular wave signal produced by the converter 20 as a positive phase signal, a negative phase transmission line 14 which is set in parallel and close to the line 12 and transmits the triangular wave signal produced by the converter 22 as a negative phase signal in the direction opposite to the positive phase signal, a bypass transmission line 16 which transmits the rectangular wave signal produced by the converter 22 up to a position where the transmission of the negative phase signal is started via the line 14 in the direction opposite to the positive phase signal, and the differential amplifiers 18a to 18g which compare the voltage of signals transmitted via both lines 12 and 14 with each other and invert their outputs when the potentials of both signals are coincident with each other.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル電子機器
に用いられる同期型論理回路に対してクロック信号を供
給するクロック信号分配装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a clock signal distribution device for supplying a clock signal to a synchronous logic circuit used in digital electronic equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】同期型論理回路は、クロック信号に同期
して処理・演算を行なうもので、デジタル回路理論の順
序回路として回路設計手法が確立しており、デジタル電
子機器、すなわち電子計算機や各種の制御機器に多く用
いられている。
2. Description of the Related Art Synchronous logic circuits perform processing and operations in synchronization with clock signals, and circuit design techniques have been established as sequential circuits of digital circuit theory. It is often used for control equipment.

【0003】デジタル回路理論では、入力と内部状態か
ら次の時刻の内部状態と出力を組合せ論理回路により算
出し、次のクロックに同期して新たな内部状態と出力値
に更新する。
In digital circuit theory, the internal state and output at the next time are calculated from the input and internal state by a combinational logic circuit, and are updated to new internal states and output values in synchronization with the next clock.

【0004】同期型論理回路に供給されるクロック信号
は、周波数が安定していて、位相が揃っていることが望
まれる。なぜならば、更新を完了する前にクロック周期
が到達したり、クロック信号が遅れたために、次の値の
算出が間に合わなかったりすると、本来、期待している
内部状態と出力値を得られず、システムが不安定となる
ためである。
It is desirable that the clock signals supplied to the synchronous logic circuit have stable frequencies and have the same phase. Because, if the clock period arrives before the update is completed or the clock signal is delayed and the next value cannot be calculated in time, the originally expected internal state and output value cannot be obtained. This is because the system becomes unstable.

【0005】安定した周波数は水晶発振器を用いること
で容易に実現できるが、位相はクロック分配素子の遅延
ばらつきや、配線遅延のばらつきにより変動する。クロ
ック信号の位相の変動は「クロックスキュー」と呼ばれ
る。論理回路を安定、かつ高速に動作させるためには、
クロックスキューを最小減に抑えると共に、クロックス
キューを見込んだ余裕のある回路設計が必須である。
A stable frequency can be easily realized by using a crystal oscillator, but the phase fluctuates due to variations in delay of clock distribution elements and variations in wiring delay. The variation in the phase of the clock signal is called "clock skew". To operate the logic circuit stably and at high speed,
It is essential to minimize the clock skew and to design a circuit that allows for the clock skew.

【0006】クロック分配素子による遅延が大きかった
従来では、動作周波数も十分低く、配線遅延のばらつき
よりも素子遅延のばらつきが大きいので、駆動能力の大
きな増幅器(バッファ)を用いて、一つの配線でクロッ
ク信号を分配する一括駆動方式が採用されていた。すな
わち、一括駆動方法は、一つのバッファで駆動すること
により、素子のばらつきに影響されず、またクロック信
号用の配線が1本で良いという簡便さがあるためであ
る。
In the conventional case where the delay due to the clock distribution element is large, the operating frequency is sufficiently low and the variation in the element delay is larger than the variation in the wiring delay. Therefore, an amplifier (buffer) having a large driving capability is used and one wiring is used. A collective drive system for distributing clock signals has been adopted. That is, the collective driving method is simple because it is driven by one buffer, is not affected by variations in elements, and requires only one clock signal wiring.

【0007】クロック信号用の配線では配線遅延が発生
するが、電気信号が光速(厳密には周囲の誘電率の影響
により光速の1/2−1/3程度)で伝播するため、低
い動作周波数では問題とならなかった。
A wiring delay occurs in the wiring for the clock signal, but since the electric signal propagates at the speed of light (strictly, it is about 1 / 2-⅓ of the speed of light due to the influence of the surrounding dielectric constant), the operating frequency is low. Then it didn't matter.

【0008】例えば、信号の伝播速度を光速の1/3
(約10nsec/m)として、クロックの配線長を5
0cmとすると、駆動バッファの近傍と遠端では5ns
ecのばらつきを生じるが、周波数10MHz(クロッ
ク周期100nsec)のシステムでは5%のばらつき
であり、遅延を見込んだ余裕のある設計が可能であっ
た。
For example, the propagation speed of a signal is 1/3 of the speed of light.
(About 10 nsec / m), the clock wiring length is 5
Assuming 0 cm, 5 ns near the drive buffer and at the far end.
Although there is a variation in ec, it is a variation of 5% in a system with a frequency of 10 MHz (clock cycle 100 nsec), and it is possible to design with allowance for delay.

【0009】ところで近年、素子の微細化が進み、素子
の遅延が短くなり、動作周波数が高速になってきてい
る。これに伴い、素子遅延のばらつきの絶対値は小さく
なり、配線による遅延がクロック周期に占める割合が急
激に増加している。
By the way, in recent years, the miniaturization of elements has progressed, the delay of elements has become shorter, and the operating frequency has become faster. Along with this, the absolute value of the variation of the element delay becomes small, and the ratio of the delay due to the wiring to the clock cycle is rapidly increasing.

【0010】半導体チップ内部では、負荷容量と配線長
をバランスさせるクロックツリー手法を用いることによ
り、クロックスキューを大幅に低減させることが可能と
なった。これにより、単一のチップ内では100MHz
を越える動作周波数、すなわちクロック周期10nse
c以下のものが製造されるに到っている。
Inside the semiconductor chip, the clock skew can be greatly reduced by using the clock tree technique for balancing the load capacitance and the wiring length. This allows 100MHz in a single chip
Operating frequency over 10kse
C or less have been manufactured.

【0011】しかし、複数の半導体チップ、あるいは複
数のボード(複数の半導体チップが実装されたPCB)
へ、クロックスキューを低減させてクロック信号を分配
するには、そのための構成が必要となり、コストの上昇
を招いてしまう。このため、外部の動作周波数を1/2
−1/4に低減し、クロックスキューによる影響が少な
くなるようにしている。
However, a plurality of semiconductor chips or a plurality of boards (PCB on which a plurality of semiconductor chips are mounted)
In order to reduce the clock skew and distribute the clock signal, a structure for that purpose is required, which causes an increase in cost. Therefore, the external operating frequency is halved.
It is reduced to -1/4 to reduce the influence of clock skew.

【0012】従来、複数の半導体チップ間またはボード
間のクロックスキューを低減するために、それぞれに対
して、以下のような方式でクロック信号を分配してい
る。 1.PLL(フェーズロックループ)技術によって、元
の入力されたクロック信号と位相の揃った複数(クロッ
ク信号が供給される半導体チップの数分)のクロック信
号を生成する。
Conventionally, in order to reduce the clock skew between a plurality of semiconductor chips or between boards, a clock signal is distributed to each of them by the following method. 1. A PLL (Phase Lock Loop) technique is used to generate a plurality of clock signals (as many as the number of semiconductor chips to which the clock signal is supplied) in phase with the original input clock signal.

【0013】2.生成した複数のクロック信号を、同じ
長さ・同じ負荷条件の配線(等長配線)で各々の半導体
チップへ供給する。 3.更に半導体(LSI)チップ内で、末端のクロック
信号をフィードバックして、PLLにより、入力クロッ
ク信号と位相が同じになるように自動調整する。
2. The generated plurality of clock signals are supplied to each semiconductor chip through wirings (equal length wiring) having the same length and the same load condition. 3. Further, the terminal clock signal is fed back in the semiconductor (LSI) chip, and the PLL automatically adjusts so that the phase is the same as the phase of the input clock signal.

【0014】こうして、配線毎にPLLにより位相を調
整するので、配線自体もフィードバックの閉ループの一
部となり、各半導体チップまたはボードに対して等長配
線を設けることで、半導体チップ間またはボード間での
クロックスキューが低減される。
In this way, since the phase is adjusted by the PLL for each wiring, the wiring itself becomes a part of a closed loop of feedback, and by providing equal length wiring for each semiconductor chip or board, it is possible to connect between semiconductor chips or boards. Clock skew is reduced.

【0015】一般に、複数のボードに対する等長配線
は、電気的長さを揃えた同軸ケーブルが用いられてい
る。また、ボード上に実装された複数の半導体チップに
対する等長配線は、最大配線長に合わせたジグザグ配線
パターンが用いられている。
Generally, for equal-length wiring for a plurality of boards, coaxial cables having uniform electrical lengths are used. Further, a zigzag wiring pattern matching the maximum wiring length is used for equal-length wiring for a plurality of semiconductor chips mounted on the board.

【0016】ところで後述する本発明と構造が似ている
が、基本原理が異なる技術にRAMBUS規格メモリの
クロック信号分配方法がある。このクロック信号分配方
法は、複数の半導体チップ(RAM)に対するクロック
信号を往復の伝送路にて伝送し、データの送出と同じ方
向に進むクロック信号を用いることで、伝送遅延を見か
け上、低減させようというものである。
By the way, there is a clock signal distribution method for a RAMBUS standard memory as a technique having a structure similar to that of the present invention described later, but having a different basic principle. This clock signal distribution method apparently reduces the transmission delay by transmitting a clock signal to a plurality of semiconductor chips (RAM) through a round-trip transmission path and using a clock signal that travels in the same direction as the data transmission. It is something like.

【0017】すなわち、RAMに対する書き込みを行な
う場合には、往路側の伝送路からクロック信号を用いて
行ない、またRAMからの読み込みを行なう場合には復
路側のクロック信号を用いて行なうことで、クロック信
号の伝送方向とデータ信号の送出方向と一致させる。こ
れにより、クロック信号の伝送ではクロックスキューが
発生するが、同様にデータ信号の伝送も遅延するため、
各RAMにおける伝送遅延が見掛け上、低減されること
になる。
That is, when writing to the RAM, the clock signal is used from the forward transmission path, and when reading from the RAM, the backward clock signal is used to obtain the clock. Match the signal transmission direction with the data signal transmission direction. This causes a clock skew in the transmission of the clock signal, but also delays the transmission of the data signal.
The transmission delay in each RAM is apparently reduced.

【0018】RAMBUS規格メモリのクロック信号分
配方法はスループットの向上を目的としたものであり、
クロックスキューの低減を図るためのものでない。ま
た、LSI内部クロックと入出力クロックの位相がずれ
ているため、同期回路の領域を踏み出した原理に基づい
ている。
The clock signal distribution method of the RAMBUS standard memory is intended to improve the throughput.
It is not for reducing clock skew. Further, since the phase of the LSI internal clock and the phase of the input / output clock are out of phase, it is based on the principle of stepping out of the area of the synchronous circuit.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】このように従来のクロ
ック信号の分配は、クロックスキューの低減を図るため
に、クロック信号の供給先毎に等長配線を設ける構成と
していた。各ボードに対する等長配線は、前述したよう
に電気的長さを揃えた同軸ケーブルを用いるため、通常
とは別のコネクタを設けたり、ケーブル引きまわしの空
間が必要であったり、さらにはケーブル取り付けのため
に製造工程が増大するなど、コストの上昇を招くという
問題点があった。
As described above, in the conventional distribution of the clock signal, in order to reduce the clock skew, the equal length wiring is provided for each supply destination of the clock signal. Since equal-length wiring for each board uses a coaxial cable with the same electrical length as described above, a connector different from the usual one should be provided, a space for turning the cable is required, and further, cable attachment. Therefore, there is a problem in that the manufacturing process is increased and the cost is increased.

【0020】また、ボード上における等長配線の実現方
法であるジグザグ配線パターンは、ボード上の最大配線
長に合わせて、これより短い配線をジグザグに遠回りさ
せるが、そのためにボード上に配線用の面積が必要であ
ったり、放射ノイズの増大を招くなどの問題点があっ
た。
Further, the zigzag wiring pattern, which is a method for realizing equal-length wiring on the board, circulates wiring shorter than this in a zigzag manner in accordance with the maximum wiring length on the board. There are problems such as the need for an area and an increase in radiation noise.

【0021】本発明は前記のような事情を考慮してなさ
れたもので、一括駆動方式と同様の簡便さでありなが
ら、等長配線を用いる方式と同じ程度の低いクロックス
キューを実現することが可能なクロック分配装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and it is possible to realize a clock skew as low as that of the method using equal-length wiring, while being as simple as the collective driving method. An object is to provide a possible clock distribution device.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、入力クロック
信号をもとに三角波の信号を発生する2つの波形変換器
と、一方の前記波形変換器で発生された三角波の信号を
正相信号として伝送する正相伝送路と、前記正相伝送路
に近接して平行に配線され、他方の前記波形変換器で発
生された三角波の信号を逆相信号として、正相信号とは
逆の方向に伝送する逆相伝送路と、前記正相伝送路と前
記逆相伝送路のそれぞれに伝送される2つの信号の電圧
を比較し、電位が一致する時点で出力が反転する差動増
幅器とを具備することを特徴とする。
According to the present invention, two waveform converters for generating a triangular wave signal based on an input clock signal, and a triangular wave signal generated by one of the waveform converters are positive phase signals. And a positive-phase transmission line that is transmitted in parallel with the positive-phase transmission line. The triangular-wave signal generated by the other waveform converter is used as a negative-phase signal, and the opposite direction to the positive-phase signal. And a differential amplifier that compares the voltages of two signals transmitted to each of the positive-phase transmission line and the negative-phase transmission line and inverts the output when the potentials match. It is characterized by having.

【0023】また何れかの相の信号に対して、基準電圧
に基づく比較信号と前記差動増幅器の出力の位相を整合
するように自動調整する第1の制御回路を具備し、前記
差動増幅器が同相電圧範囲内で電圧比較できるようにし
たことを特徴とする。
The present invention further includes a first control circuit for automatically adjusting the phase of the comparison signal based on the reference voltage and the phase of the output of the differential amplifier with respect to the signal of any phase. Is characterized in that the voltage can be compared within the common mode voltage range.

【0024】また何れかの相の信号に対して、入力クロ
ック信号と前記差動増幅器の出力の位相を整合するよう
に自動調整する第2の制御回路を具備し、入力クロック
信号と同じ位相のクロック信号を分配することを特徴と
する。
A second control circuit for automatically adjusting the phase of the input clock signal and the phase of the output of the differential amplifier with respect to the signal of any phase is provided, and the second control circuit has the same phase as the input clock signal. It is characterized in that the clock signal is distributed.

【0025】また前記波形変換器で発生された三角波の
信号を、前記逆相伝送路において逆相信号を逆方向に伝
送する開始位置まで伝送する迂回伝送路を具備すること
を特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a detour transmission line for transmitting the triangular wave signal generated by the waveform converter to a start position for transmitting the reverse phase signal in the reverse direction on the reverse phase transmission line is provided.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は本実施形態に係わる
クロック信号分配装置の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、クロック信号分配装置は、クロック
入力部10、正相伝送路12、逆相伝送路14、迂回伝
送路16、差動増幅器(電圧比較器)18を有して構成
されている。また、クロック入力部10には、波形変換
器20,22、PLL回路24,26、差動増幅器2
8,30が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a clock signal distribution device according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the clock signal distribution device includes a clock input unit 10, a positive phase transmission line 12, a negative phase transmission line 14, a detour transmission line 16, and a differential amplifier (voltage comparator) 18. ing. Further, the clock input unit 10 includes waveform converters 20 and 22, PLL circuits 24 and 26, and a differential amplifier 2.
8, 30 are provided.

【0027】クロック入力部10は、外部(クロック発
生器等)からのクロック信号を入力し、正相伝送路1
2、逆相伝送路14、迂回伝送路16、及び差動増幅器
18を介して、クロックスキューを低減させるようにク
ロック信号を供給先(半導体チップ等の素子、半導体チ
ップが実装されたボード等)に分配するものである。な
お、図1に示すクロック信号分配装置は、7個の素子
(半導体チップ等)にクロック信号を分配する例を示し
ている。
The clock input section 10 inputs a clock signal from the outside (clock generator or the like), and the positive phase transmission line 1
2. Through the anti-phase transmission line 14, the detour transmission line 16, and the differential amplifier 18, the clock signal is supplied to the destination (element such as semiconductor chip, board on which semiconductor chip is mounted, etc.) so as to reduce clock skew. Is to be distributed to. The clock signal distribution device shown in FIG. 1 shows an example in which the clock signal is distributed to seven elements (semiconductor chips or the like).

【0028】波形変換器20は、PLL回路24を介し
て入力されたクロック信号の方形波をもとに三角波の信
号を発生するもので、例えば積分回路を用いて実現され
る。波形変換器20は、正相側であり正相伝送路12へ
正相信号として三角波の信号を送出する。
The waveform converter 20 generates a triangular wave signal based on the square wave of the clock signal input via the PLL circuit 24, and is realized by using, for example, an integrating circuit. The waveform converter 20 is on the positive phase side and sends out a triangular wave signal as a positive phase signal to the positive phase transmission line 12.

【0029】波形変換器22は、PLL回路26を介し
て入力されたクロック信号の方形波をもとに三角波の信
号を発生するもので、例えば積分回路を用いて実現され
る。波形変換器22は、逆相側であり迂回伝送路16へ
逆相信号として三角波の信号を送出する。
The waveform converter 22 generates a triangular wave signal based on the square wave of the clock signal input via the PLL circuit 26, and is realized by using, for example, an integrating circuit. The waveform converter 22 is on the opposite phase side and sends out a triangular wave signal as an opposite phase signal to the bypass transmission line 16.

【0030】PLL回路24は、正相信号の位相を整合
するもので、入力クロック信号と素子に送出されるクロ
ック信号(差動増幅器28の出力と同一)の位相を整合
するように自動調整する。
The PLL circuit 24 matches the phase of the positive phase signal, and automatically adjusts the phase of the input clock signal and the phase of the clock signal (the same as the output of the differential amplifier 28) sent to the element. .

【0031】PLL回路26は、逆相信号の位相を整合
するもので、基準電圧(Vref )との比較信号(差動増
幅器18の出力)と素子に送出されるクロック信号の位
相を整合するように自動調整する。
The PLL circuit 26 matches the phase of the negative phase signal, and matches the phase of the comparison signal (output of the differential amplifier 18) with the reference voltage (Vref) and the phase of the clock signal sent to the element. Automatically adjust to.

【0032】差動増幅器28は、正相伝送路12と逆相
伝送路14に伝送される信号の電位が一致する点で出力
を反転させるもので、差動増幅器18からの出力と同じ
信号(クロック信号)をPLL回路24に出力する。
The differential amplifier 28 inverts the output at the point where the potentials of the signals transmitted to the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 coincide with each other, and the same signal as the output from the differential amplifier 18 ( The clock signal) is output to the PLL circuit 24.

【0033】差動増幅器30は、基準電圧(Vref )と
逆相伝送路14を伝送される信号とを比較して得られる
比較信号をPLL回路26に出力する。正相伝送路12
は、波形変換器20から出力される正相信号を伝送する
もので、クロック信号を供給すべき素子に対応する数の
差動増幅器18が接続される。
The differential amplifier 30 outputs to the PLL circuit 26 a comparison signal obtained by comparing the reference voltage (Vref) with the signal transmitted through the anti-phase transmission line 14. Positive phase transmission line 12
Is for transmitting the positive phase signal output from the waveform converter 20, and is connected with the number of differential amplifiers 18 corresponding to the elements to which the clock signal is to be supplied.

【0034】逆相伝送路14は、波形変換器22から出
力され、迂回伝送路16を介して伝送された逆相信号
を、正相伝送路12での正相信号の伝送方向とは逆の方
向に伝送するもので、クロック信号を供給すべき素子に
対応する数の差動増幅器18が接続される。逆相伝送路
14は、正相伝送路12と同一の長さを持ち、正相伝送
路12に近接して平行に配線される。正相伝送路12と
逆相伝送路14とを平行に配線し、同じ長さとすること
により、2つの伝送路で伝送遅延が等しくなる。
The anti-phase transmission line 14 outputs the anti-phase signal output from the waveform converter 22 and transmitted via the bypass transmission line 16 in the opposite direction to the transmission direction of the positive-phase signal in the positive-phase transmission line 12. The number of differential amplifiers 18 corresponding to the elements to be supplied with the clock signal is connected. The negative-phase transmission line 14 has the same length as the positive-phase transmission line 12, and is arranged in parallel with and in close proximity to the positive-phase transmission line 12. The normal-phase transmission path 12 and the negative-phase transmission path 14 are wired in parallel and have the same length, so that the transmission delays of the two transmission paths become equal.

【0035】迂回伝送路16は、波形変換器22から出
力される逆相信号を、逆相伝送路14の端部、すなわち
逆相伝送路14において逆相信号を逆方向に伝送する開
始位置まで伝送するものである。迂回伝送路16は、正
相伝送路12及び逆相伝送路14が配線される経路と同
一でも、また別の経路でも良い。なお、波形変換器22
から直接、逆相伝送路14の端部に接続できる場合、す
なわち正相伝送路12と逆相伝送路14が環状となるよ
うに配線経路が設けられた場合には、必ずしも迂回伝送
路16は必要ではない。
The detour transmission line 16 transmits the anti-phase signal output from the waveform converter 22 to the end portion of the anti-phase transmission line 14, that is, to the start position where the anti-phase signal is transmitted in the anti-phase transmission line 14 in the opposite direction. It is to be transmitted. The detour transmission line 16 may be the same route as the route in which the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 are wired, or may be a different route. The waveform converter 22
When the wiring path is provided so that the positive phase transmission path 12 and the negative phase transmission path 14 are annular, the detour transmission path 16 is not always necessary. Not necessary.

【0036】差動増幅器18は、正相伝送路12と逆相
伝送路14とに接続され、各伝送路12,14を伝送さ
れる信号の電圧の交点(電圧値が一致する時点)で出力
が反転するもので、クロック信号として素子に供給す
る。正相伝送路12と逆相伝送路14に三角波を対向し
て伝送するとき、伝送距離(遅延時間)が同じであれば
電位が交差する点は同じ時刻である。この電位の交点を
差動増幅器18で検出することで、各伝送路においてそ
れぞれ伝搬遅延があっても、同じ位相のクロック信号を
再生することができる。図1では7つの素子(半導体チ
ップ等)を設けたものとしているので、各素子に対応す
る7つの差動増幅器18a〜18gが設けられている。
The differential amplifier 18 is connected to the positive-phase transmission line 12 and the negative-phase transmission line 14, and outputs at the intersection of the voltages of the signals transmitted through the transmission lines 12 and 14 (at the time when the voltage values match). Is inverted and is supplied to the element as a clock signal. When triangular waves are transmitted to the normal phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 in opposition, if the transmission distance (delay time) is the same, the points at which the potentials intersect are at the same time. By detecting the intersection of these potentials with the differential amplifier 18, it is possible to reproduce the clock signals of the same phase even if there is a propagation delay in each transmission line. Since seven elements (semiconductor chips, etc.) are provided in FIG. 1, seven differential amplifiers 18a to 18g corresponding to each element are provided.

【0037】図2は図1に示すクロック信号分配装置を
使用する形態の一例を簡単に示す図である(正相伝送路
12、逆相伝送路14、迂回伝送路16、差動増幅器1
8を省略している)。図2は、複数のボード30a,3
0bヘクロック信号を分配し、また各ボード30a,3
0bのそれぞれに実装された複数の半導体チップにクロ
ック信号を供給する形態を示している。クロック入力部
10aは、クロック発生器からの入力クロック信号をも
とに複数のボード30a,30b(それぞれのクロック
入力部10b,10c)に対して、位相の一致したクロ
ック信号を分配する。さらに、クロック入力部10b,
10cは、クロック入力部10によって分波されたクロ
ック信号を入力クロック信号として、それぞれの複数の
半導体チップ40a,40bに対して、位相の一致した
クロック信号を分配する。
FIG. 2 is a diagram simply showing an example of a mode in which the clock signal distribution device shown in FIG. 1 is used (a positive phase transmission line 12, a negative phase transmission line 14, a detour transmission line 16, a differential amplifier 1).
8 is omitted). FIG. 2 shows a plurality of boards 30a, 3
The clock signal is distributed to 0b, and each board 30a, 3
It shows a mode in which a clock signal is supplied to a plurality of semiconductor chips mounted on each of the 0b. The clock input unit 10a distributes clock signals having the same phase to the plurality of boards 30a and 30b (the clock input units 10b and 10c) based on the input clock signal from the clock generator. Further, the clock input unit 10b,
10 c uses the clock signal demultiplexed by the clock input unit 10 as an input clock signal and distributes the clock signals having the same phase to each of the plurality of semiconductor chips 40 a and 40 b.

【0038】次に、図1に示す本実施形態の動作につい
て説明する。クロック入力部10には2つの波形変換器
20,22があり、クロック信号の方形波から三角波へ
の変換を行ない、正相伝送路12と逆相伝送路14の各
々に供給する。正相伝送路12と逆相伝送路14は,近
接して配線されており、電気的にも同じ長さ(同じ遅延
時間)となっている。
Next, the operation of this embodiment shown in FIG. 1 will be described. The clock input unit 10 has two waveform converters 20 and 22, which converts a square wave of a clock signal into a triangular wave and supplies the same to each of the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14. The positive-phase transmission line 12 and the negative-phase transmission line 14 are wired close to each other and have the same electrical length (same delay time).

【0039】正相伝送路12、逆相伝送路14を伝播す
る三角波は、伝送距離に伴って位相が遅れて来る。正相
信号と逆相信号は各々逆方向に伝送されているので、差
動増幅器18aが接続されたA地点と比較すると、差動
増幅器18bが接続されたB地点では正相信号が遅れて
いるが、逆相信号は進んでいる。両者は同じ距離だけ伝
播しているので、遅れが打ち消しあって、波形の交点
(2つの信号の電位が一致する時点)が、何れの地点に
おいても同じ位相となる。
The phase of the triangular wave propagating through the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 is delayed with the transmission distance. Since the positive-phase signal and the negative-phase signal are transmitted in opposite directions, the positive-phase signal is delayed at the point B to which the differential amplifier 18b is connected, as compared with the point A to which the differential amplifier 18a is connected. However, the reverse phase signal is advanced. Since both propagate through the same distance, the delays cancel each other out, and the crossing points of the waveforms (time points at which the potentials of the two signals match) have the same phase at any point.

【0040】図3には、差動増幅器18a〜18gが接
続された各地点A〜Gにおける正相伝送路12と逆相伝
送路14を伝送される信号の電位を示している。図3中
では正相信号を実線で表わし、逆相信号を一点鎖線で表
わしている。
FIG. 3 shows the potentials of signals transmitted through the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 at the points A to G to which the differential amplifiers 18a to 18g are connected. In FIG. 3, the positive phase signal is represented by a solid line and the negative phase signal is represented by a dashed line.

【0041】この波形の交点を各々の地点A〜Gの差動
増幅器18a〜18gで検出して出力を反転させること
で、位相の揃ったクロック信号を対応する素子に対して
供給することができる。
By detecting the intersections of the waveforms by the differential amplifiers 18a to 18g at the points A to G and inverting the outputs, clock signals having the same phase can be supplied to the corresponding elements. .

【0042】ただし、交点の同相電位は、クロック入力
部10から離れるに従って低下する。そこで、逆相側で
は、差動増幅器30及びPLL回路26により、入力ク
ロック信号と同じ周波数の信号を発生し、逆方向から伝
送された逆相伝送路14の終端での交点電圧が基準電圧
(Vref)となるように位相を自動調整する。基準電
圧(Vref)は、交点電位が全ての差動増幅器18a
〜18g(伝送路上の全ての位置)で同相入力範囲に納
まるように設定する。これにより、三角波の振幅が、差
動増幅器18の同相入力範囲を越える場合でも、意図す
る動作が保証される。
However, the common-mode potential at the intersection decreases as the distance from the clock input unit 10 increases. Therefore, on the opposite phase side, a signal having the same frequency as the input clock signal is generated by the differential amplifier 30 and the PLL circuit 26, and the crossing point voltage at the end of the opposite phase transmission path 14 transmitted from the opposite direction is the reference voltage ( The phase is automatically adjusted to Vref). The reference voltage (Vref) is the differential amplifier 18a having all the intersection potentials.
-18 g (all positions on the transmission path) are set so as to be within the in-phase input range. This ensures the intended operation even when the amplitude of the triangular wave exceeds the in-phase input range of the differential amplifier 18.

【0043】なお、三角波の交点が差動増幅器の増幅範
囲の同相電位に納まるように位相を自動調整する機構
は、正相側に設けて実施しても良い。一方、正相側のP
LL回路24は、入力クロック信号と同じ周波数の信号
を発生し、交点の位相が入力クロック信号の位相と一致
するように自動調整する。例えば図2において、クロッ
ク入力部10aでは(システム全体へのクロック分配を
行なう場合では)、必ずしもクロック発生器からの入力
クロック信号の位相と一致するクロック信号を分配する
必要はないが、各ボード30a,30bのクロック入力
部10b,10cでは必要となる。
The mechanism for automatically adjusting the phase so that the intersection of the triangular waves is within the in-phase potential of the amplification range of the differential amplifier may be provided on the positive phase side. On the other hand, P on the positive phase side
The LL circuit 24 generates a signal having the same frequency as the input clock signal, and automatically adjusts the phase of the intersection to match the phase of the input clock signal. For example, in FIG. 2, in the clock input unit 10a (when the clock is distributed to the entire system), it is not always necessary to distribute the clock signal that matches the phase of the input clock signal from the clock generator, but each board 30a , 30b clock input sections 10b and 10c.

【0044】入力クロック信号と各半導体チップに分配
されるクロック信号の位相を整合するように自動調整す
ることで、複数のボードでシステムが構成されている場
合でも、全てのボードが同じ位相のクロック信号に基づ
いて動作させることができる。
By automatically adjusting the phases of the input clock signal and the clock signal distributed to each semiconductor chip to match each other, even if the system is composed of a plurality of boards, all the boards have the same phase clock. It can be operated based on a signal.

【0045】なお、交点の位相は全ての位置で一致する
ので、交点検出用の差動増幅器28は、伝送路上の何れ
に置いても良いが、差動増幅器28の出力からPLL回
路24までの遅延を最小にするために、クロック入力部
10の近傍の信号を用いる。
Since the phase of the intersection point is the same at all positions, the differential amplifier 28 for detecting the intersection point may be placed anywhere on the transmission line. However, the output from the differential amplifier 28 to the PLL circuit 24 may be provided. Signals near the clock input 10 are used to minimize delay.

【0046】また、入力クロック信号と分配するクロッ
ク信号の位相を整合するように自動調整する機構は、逆
相側に設けて実施しても良い。ところで、逆相伝送路1
4を用いて逆方向に逆相信号の伝送を行なうには、クロ
ック信号線(正相伝送路12及び逆相伝送路14)を環
状に敷設すれば良い。しかし、バックプレーンの様にク
ロック信号線が直線状に設けられる場合や、伝送路の端
部がクロック入力部10の近傍に無い場合は、迂回伝送
路16を設けることで、反対側の端部まで逆相信号を伝
送することができる。迂回伝送路16は、正相伝送路1
2と逆相伝送路14とは別の経路に設けても良いが、電
磁誘導の観点から近接して設けることが望ましい。
The mechanism for automatically adjusting the phase of the input clock signal and the phase of the clock signal to be distributed may be provided on the opposite phase side. By the way, the reverse phase transmission line 1
In order to transmit a reverse-phase signal in the opposite direction using the clock signal line 4, the clock signal lines (the positive-phase transmission line 12 and the negative-phase transmission line 14) may be laid in a ring shape. However, when the clock signal line is linearly provided like a backplane, or when the end of the transmission line is not near the clock input unit 10, the detour transmission line 16 is provided so that the end on the opposite side is provided. The reverse phase signal can be transmitted up to. The detour transmission line 16 is the in-phase transmission line 1
2 and the anti-phase transmission line 14 may be provided on different routes, but it is desirable to provide them in close proximity from the viewpoint of electromagnetic induction.

【0047】なお、図示していないが、正相伝送路12
及び逆相伝送路14には、終端抵抗を設け、終端での反
射が無いように整合する。また、波形変換器22,28
の出力インピーダンスにも反射がないように伝送路に整
合する。また、交点検出用の差動増幅器18a〜18g
への分岐線路は、位相遅延と信号の乱れを最小にするた
めに可能な限り短くする。
Although not shown, the positive phase transmission line 12
Also, a terminating resistor is provided on the anti-phase transmission line 14, and matching is performed so that there is no reflection at the terminating end. Also, the waveform converters 22 and 28
The output impedance of is matched to the transmission line so that there is no reflection. Further, the differential amplifiers 18a to 18g for detecting the intersections
The branch lines to should be as short as possible to minimize phase delay and signal perturbations.

【0048】このようにして、正相伝送路12と逆相伝
送路14とを設け、それぞれ波形変換器22,24で発
生された三角波の信号を互いに逆方向に伝送し、2つの
伝送路上の信号の電位が一致する点で出力が反転する差
動増幅器18によってクロック信号を供給することで、
クロックスキューを低減することができる。
In this way, the positive-phase transmission line 12 and the negative-phase transmission line 14 are provided, and the triangular wave signals generated by the waveform converters 22 and 24 are transmitted in the opposite directions to each other, and the two transmission lines are provided. By supplying the clock signal by the differential amplifier 18 whose output is inverted at the point where the potentials of the signals match,
Clock skew can be reduced.

【0049】すなわち、必要な伝送路は、正相伝送路1
2と逆相伝送路14の2本、あるいは多くても迂回伝送
路16を追加した3本だけで良いので、クロック信号の
供給先毎に等長配線を設ける構成と比較すると大幅に伝
送路の本数が低減され、一括駆動方式と同程度の簡便さ
を持つ。
That is, the required transmission line is the positive phase transmission line 1
2 and the anti-phase transmission line 14, or at most three by adding the detour transmission line 16 at most, it is possible to significantly reduce the number of transmission lines as compared with the configuration in which equal-length wiring is provided for each clock signal supply destination. The number is reduced and it is as simple as the batch drive system.

【0050】また、正相伝送路12と逆相伝送路14の
信号の電位が一致する点は、図3に示すように、伝送路
上の何れの位置においても同じ位相であるので、それに
基づいてクロック信号を分配することで、等長配線を用
いた構成と同じ程度の低いクロックスキューが実現され
る。
Further, the point where the signal potentials of the positive phase transmission line 12 and the negative phase transmission line 14 coincide with each other has the same phase at any position on the transmission line as shown in FIG. By distributing the clock signal, a clock skew as low as that of the configuration using equal-length wiring is realized.

【0051】従って、クロック信号の伝送遅延が許容で
きない動作周波数が高速な装置(コンピュータ等)にお
いても、本発明によるクロック信号分配装置を用いるこ
とで、クロックスキューを低減して、各部にクロック信
号を分配することができる。また、動作周波数が低速で
あっても、クロック信号の供給先であるブロック(素子
等)自体の動作周波数が高速であり、ブロック間での位
相の差が許容できないシステムにも、本発明によるクロ
ック信号分配装置は有効である。
Therefore, even in a device (computer or the like) having a high operating frequency in which the transmission delay of the clock signal cannot be tolerated, the clock skew is reduced by using the clock signal distribution device according to the present invention, and the clock signal is supplied to each part. Can be distributed. Further, even if the operating frequency is low, the clock according to the present invention can be applied to a system in which the operating frequency of the block (element or the like) to which the clock signal is supplied is high and the phase difference between the blocks is unacceptable. The signal distribution device is effective.

【0052】なお、前述した実施の形態では、位相を整
合させるためにPLL回路を用いているが、PLL回路
が有している周波数逓倍機能を利用しないため、デジタ
ル・ディレイライン等を用いることも可能である。
In the above-described embodiment, the PLL circuit is used to match the phases, but since the frequency multiplication function of the PLL circuit is not used, a digital delay line or the like may be used. It is possible.

【0053】また、三角波の交点が差動増幅器18a〜
18gの増幅範囲の同相電位に納まるように、逆相信号
の位相を差動増幅器30及びPLL回路26によって自
動調整するものとしているが、波形変換器20,22に
送出する三角波の振幅を差動増幅器18a〜18gの動
作範囲内に制限する機能を設けることで、差動増幅器3
0は不要とする構成も可能である。
The points of intersection of the triangular waves are the differential amplifiers 18a ...
The phase of the negative-phase signal is automatically adjusted by the differential amplifier 30 and the PLL circuit 26 so that it is within the common-mode potential of the amplification range of 18 g. However, the amplitude of the triangular wave sent to the waveform converters 20 and 22 is differential. By providing the function of limiting the operation range of the amplifiers 18a to 18g, the differential amplifier 3
A configuration in which 0 is unnecessary is also possible.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、正
相信号を伝送する正相伝送路と、正相伝送路と同一の伝
送遅延が発生する逆相伝送路を設け、各伝送路に伝送方
向が逆となるようにそれぞれ三角波の信号を伝送させ
て、2つの信号の電圧が一致する時点で出力を反転させ
ることでクロック信号を発生することにより、伝送路上
の何れの位置においてもクロック信号の位相が一致する
ので、伝送路上の任意の位置からクロック信号を分配す
ることで、一括駆動方式と同様の簡便さでありながら、
等長配線を用いた構成と同じ程度の低いクロックスキュ
ーを実現することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, a positive-phase transmission line for transmitting a positive-phase signal and a negative-phase transmission line for generating the same transmission delay as the normal-phase transmission line are provided, and each transmission line is provided. At any position on the transmission path, a triangular wave signal is transmitted to the path so that the transmission directions are opposite to each other, and a clock signal is generated by inverting the output when the voltages of the two signals match. Also, since the phases of the clock signals match, by distributing the clock signals from any position on the transmission path, it is as simple as the batch drive method,
It is possible to realize a clock skew as low as that of the configuration using equal-length wiring.

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

【図1】本発明の実施形態に係わるクロック信号分配装
置の構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a clock signal distribution device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すクロック信号分配装置を使用する形
態の一例を簡単に示す図。
FIG. 2 is a diagram simply showing an example of a mode in which the clock signal distribution device shown in FIG. 1 is used.

【図3】図1中の差動増幅器18a〜18gが接続され
た各地点A〜Gにおける正相伝送路12と逆相伝送路1
4を伝送される信号の電位を示す図。
FIG. 3 is a positive phase transmission line 12 and a negative phase transmission line 1 at points A to G to which the differential amplifiers 18a to 18g in FIG. 1 are connected.
4 is a diagram showing the potential of a signal transmitted through No. 4; FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…クロック入力部 12…正相伝送路 14…逆相伝送路 16…迂回伝送路 18a〜18g…差動増幅器(電圧比較器) 20,22…波形変換器 24,26…PLL回路 28,30…差動増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Clock input part 12 ... Positive phase transmission line 14 ... Antiphase transmission line 16 ... Detour transmission line 18a-18g ... Differential amplifier (voltage comparator) 20, 22 ... Waveform converter 24, 26 ... PLL circuit 28, 30 ... differential amplifier

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力クロック信号をもとに三角波の信号
を発生する2つの波形変換器と、 一方の前記波形変換器で発生された三角波の信号を正相
信号として伝送する正相伝送路と、 前記正相伝送路に近接して平行に配線され、他方の前記
波形変換器で発生された三角波の信号を逆相信号とし
て、正相信号とは逆の方向に伝送する逆相伝送路と、 前記正相伝送路と前記逆相伝送路のそれぞれに伝送され
る2つの信号の電圧を比較し、電位が一致する時点で出
力が反転する差動増幅器とを具備することを特徴とする
クロック信号分配装置。
1. A two-waveform converter that generates a triangular wave signal based on an input clock signal, and a positive-phase transmission line that transmits the triangular-wave signal generated by one of the waveform converters as a positive-phase signal. A negative-phase transmission line that is wired in close proximity to the positive-phase transmission line and that transmits the triangular wave signal generated by the other waveform converter as a negative-phase signal in a direction opposite to the positive-phase signal. And a differential amplifier that compares the voltages of two signals transmitted to each of the positive-phase transmission line and the negative-phase transmission line and inverts the output when the potentials match each other. Signal distribution device.
【請求項2】 何れかの相の信号に対して、基準電圧に
基づく比較信号と前記差動増幅器の出力の位相を整合す
るように自動調整する第1の制御回路を具備し、 前記差動増幅器が同相電圧範囲内で電圧比較できるよう
にしたことを特徴とする請求項1記載のクロック信号分
配装置。
2. A first control circuit for automatically adjusting a phase of a comparison signal based on a reference voltage and an output of the differential amplifier with respect to a signal of any phase, the differential circuit comprising: 2. The clock signal distribution device according to claim 1, wherein the amplifier is capable of performing voltage comparison within the common mode voltage range.
【請求項3】 何れかの相の信号に対して、入力クロッ
ク信号と前記差動増幅器の出力の位相を整合するように
自動調整する第2の制御回路を具備し、 入力クロック信号と同じ位相のクロック信号を分配する
ことを特徴とする請求項1記載のクロック信号分配装
置。
3. A second control circuit for automatically adjusting the phase of the input clock signal and the phase of the output of the differential amplifier with respect to the signal of any phase, and having the same phase as the input clock signal. The clock signal distribution device according to claim 1, wherein the clock signal is distributed.
【請求項4】 前記波形変換器で発生された三角波の信
号を、前記逆相伝送路において逆相信号を逆方向に伝送
する開始位置まで伝送する迂回伝送路を具備することを
特徴とする請求項1記載のクロック信号分配装置。
4. A detour transmission line for transmitting a triangular wave signal generated by the waveform converter to a start position for transmitting a reverse phase signal in a reverse direction in the reverse phase transmission line. Item 2. The clock signal distribution device according to Item 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323716B1 (en) 1998-09-28 2001-11-27 Nec Corporation Signal distributing circuit and signal line connecting method
JP2010009628A (en) * 2004-12-09 2010-01-14 Hitachi Ltd Server system

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