315450 Μ濟部中央標準局肩工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 螢明範圊 本發明係關於電予系統及更特別關於用以傳遞信號至位 於此等系統中之負載元件之電路。 螢明背景 一電子系统之速率性能係常由以可傳送資訊信號或時鐘 信號或兩者至系統中之各種不同負載元件之速率予以限制 。例如，系統可爲一位於一單矽晶片（基片）（或其—部份) ’及例如負載元件可爲屬於反相器，OR閘’ AND閘， N AND閘’傳輸閘（通過電晶體），正反器裝置，或三態緩衝 器之元件或裝置。此等邏輯閘因此乃構成資訊信號，或時 鐘信號或資訊與時鐘信號兩者之「目的端邏輯閘」（或「目 的端負載元件」）。系統（「傳送時間延遲」）以内不同目的 端問處之_ —給定信號之到達時間之各種差異則把一限制加 在系統之速率性能上。此等到達時間之差異乃係由傳送信 號至目的端負載元件之傳輸中之不同傳送時間（「暫時分散 」）所引起者。 —同步系統内其定時係由一時鐘信號（即，一周期矩形狀 f號)_予以控制，定時通常係由各種目的端負載元件處之此 定時偽號之邊緣之到達之延遲予以限制；時鐘信號中之最 長之此種延遲則決定系統之所謂「潛伏時間」。其他（例如 資料）信號之延遲係不重要，屆此等其他信號之重要特色係 在定時信號邊緣之到達時之瞬間之足夠強度（而非其銳度） 。由於由到達不同目的端問之時鐘信號之(希望尖銳的)邊 緣之暫時分散所加之更嚴重限制，故此等其他信號之分散 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央橾隼局負工消費合作社印製 A7 --------B7 五、發明説明" ~ --- $系狀運作並不構成—項限制因素。如本文中所用者， 名到「潛伏時間」稱爲至系統中之任何目的端閉之時鐘信 號之最長時間延遲。 ，例如，圖！顯示-種包括由兩串級反相器所形成之一輸入 緩衝器B之典型先則技藝電子系統。此輸入緩衝器b係由一 當作爲時鐘信號之來源之時鐘信號源c予以供電。輸入緩衝 器B具有—當作—傳送時鐘信號至_電氣傳輸線l〇之輸入 端用之輸出節點NO。此電氣傳輸線L〇係連接於總共例示之 三十二個目的端負載元件G1，G2，…，〇31，及G32。爲了 簡便，此等目的端負載元件—般將稱爲目的端負載元 件乃因而控制由目的端負載元件所控制之一 3 2位元資料「 匯流排」中之資料流量，以下將作詳述。僅爲了例示目的 ，負載元件G係在圖1中由負載反相器G以圖例方式表示之 :此等負載元件G中之任何一個可爲任何其他型式之時鐘 脈衝控制邏輯閘，時鐘脈衝控制緩衝器，時鐘脈衝控制正 反器裝置，或時鐘脈衝控制傳輸閘。總而言之，因所有目 的端負載元件G係至少由時鐘信號源c所供給之時鐘信號予 以控制，故此等元件G可更易了解地稱爲「時鐘信號控制 之目的端負載元件jG。 如圖2中所示，一例如G1之典型負載元件可採取一例如 一時鐘OR閘之時鐘控制（「時鐘脈衝控制」）邏輯閘之形式 。除開自電傳輸線L0傳送至此負載元件G1之一輸入端U之 時鐘信號外，此0 R閘則具有當作輸入用之一對輸入信號 D11及D21。因此當輸入信號D11或D21中任一個係一數 本紙張尺度適用中國國家標皁（CNS ) A4規格（210Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部中央標準局員工消f合作社印褽 A7 ___ _B7_____ 五、發明説明（3 ) 位「1」（「高」位準信號）時，位於其輸出端gl處之閘gl之 輸出一俟時鐘信號（通常爲時鐘信號邊緣）到達目的端負載 元件G1之輸入端η時確信亦爲—數位「}」。爲此，目的 端負載元件G1 —還有包括所有其他目的端負載元件G —係 在沿著至其個別時鐘輸入端之電傳輸線L0傳送時鐘信號（通 常爲其邊緣）之到達時予以時鐘脈衝控制。 在先前技藝之一方法中，爲了當定時信號自電傳輸線L0 之輸入端NO傳送至目的端負載元件（}時補償沿電傳輸線 所遭受之信號振幅損失及信號衰退（原來信號波形之損失） 起見’乃如所示（圖1)插入一轉發器Γ(信號放大器此等 損失及衰退係由沿電傳輸線L 〇之電阻及電容所引起者，尤 其是由目的端負載元件G之輸入電容所引起者。電傳輸線 L〇可具有若干串接轉發器r或代替例如由刊在關於電子裝置 之IEEE學報第ED-32卷第903-909頁（1985年5月），尤其第 906頁，圖5之H.B.Bakoglu等人所著之論文中所述可具有 右干使離開輸入端N 0之線路降低電流驅動可能輸出功率之 增加之串接驅動器。 %傳輸線L0(圖1)通常係一具有至梦基片之不可避免之分 佈寄生電容及沿此電傳輸線之不可避免之分佈電阻之第零 金屬化階層聚矽導線（「線」與所有其他金屬化階層相 較，第零階層聚矽線係位於最靠近在下面之矽基片。然而 :第零階層線之單位長度之寄生電容（至基片底）並不意味 高於位於第一或第二或仍然較高金屬化階層上—同樣長之 金屬線之寄生電容··電傳輸線之大部份長度係位於較厚之 -6- 本紐尺度TiW料（( 21QX297^---~- ^---批衣------II-----^ ά (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央樣準局負工消費合作社印裳 315450 A7 -- B7 五、發明説明（4 ) 場氧化物上而非較薄之閘氧化物上。然而，零階層導線之 單位長度之電阻係顯示高於第一或較高階層金屬化之電阻 ’及因此電阻乃有助於沿電傳輸線之不良之「rc」時間 延遲。 此外，時鐘信號在每個目的端負載元件G之輸入端所遇到 之輸入電容則構成另一寄生，及此寄生再構成由傳送時鐘 信號所面臨之不受歡迎之電容。例如，在M〇s (金·屬氧化 物半導體）技術中，此寄生輸入電容乃係將電傳輸線L〇連接 於電晶體之閘極之電容。 因爲此等寄生電阻及電容，故不可避免之「RC」時間延 遲則因自輸出節點NO傳送至各種不同負載元件g之時鐘信 號邊緣而受到影響。RC時間延遲全視沿自緩衝器b之輸出 節點NO至負載元件G之電傳輸線L0之各種不同路徑之幾何 學（拓樸學）而定。位於更接近於節點NO之負載元件g則自 比位於離節點NO更遠處之負載元件爲早之此節點N〇接收其 時鐘信號邊緣。因而此等時間延遲係相互不同（「暫時分散 」）。假如最壞情形負載元件G(即G32)之有關有效之rc係 較大時’最長之此種時間延遲可能爲較極長。因而，在一 最壞情形腳本下，漆統可能遭受一不受歡迎之長潛伏時間 及一不受歡迎之大信號歪斜失眞。如本文中所用者，名詞 「信號歪斜失眞」稱爲各種不同負載之傳送時間延遲相互 不同之情況。 發生在圖1中所示之系統中之另一問題則出於—時鐘信號 邊緣包括一銳跳越之事實，其銳度係當邊緣到達一些定置 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -------1丨裝------訂-----_"·線 (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央樣準局員工消f合作社印製 五、發明説明（5 更遠之負載元件G時而予以不良地降減。 圖3顯示一以例示方式包括一顯示先前技藝曾努力藉一具 有較電傳輸線L0之每單位長度電阻爲低之電阻之所增加之 電傳輸線L2來減少以上之前述問題之一種方式之32位元時 鐘脈衝控制資料匯流排之系統。所增加之電氣傳輸線可位 於例如零（通常爲聚梦）金屬化階層或於一第二（通常爲金屬 或金屬似者）金屬化階層上，第二金屬階層係用一較零爲大 之距離與基片之主要表面分開。就是説，不管小輔助而靠 以零金屬化階層增加之電氣傳輸線L2之場氧化物區爲準之 閘氧化物區來平均從基片之主要表面分離此所增加之電傳 輸線L2之距離，從基片之主要表面分離d2__零金屬化階層 增加之電氣傳輸線L2之平均距離則等於從基片之主要表面 分離dl零階層電氣傳輸線L〇之平均距離。同樣從基片之主 要要表面分離D2—第二金屬化階層增加之傳輸線L2之平均 距離則大大地大於從基片之主要表面分離dl零金屬化階層 傳輸線L0之平均距離。同時省掉轉發器r，及增加緩衝器 B(例如其中電晶體寬度）之電流驅動可能輸出功率。電氣傳 輸線L2主要和電氣傳輸線L0平行運作。 如圖3中所例示之實例中再顯示，例示每第四目的端負載 元件（負載反相器）G之一輸入端係.通常藉—用pi，…，p 8 表示之一單獨，較低電阻連接（電氣上「被動帶」）予以連 接於所增加之電氣傳輸線L2之一最近節點。 因爲帶P1，…，P8，甚至在圖3中所示系統中無任何轉 發益，與圖1中所示系統中所遭受之傳送時間延遲相較傳送 本紙張尺度適用中HU家縣（CNS) M規格（2!GX297公 f請先聞讀背面之注意事项再填寫本頁j 裝 五、發明説明6 ) A7 B7 經濟部中央捸準局貝工消费合作社印策 時間延遲則稍有減少。雖然與囷}中所示系統比較急劇地減 少信號歪斜失眞，但由於目的端負載元件之輸入電容，此 等延遲量可能仍高於可能所要者。再者，在圖3中所示系統 中，銳信號邊緣可能仍遭受—不合要求量之減退影響。一 與圖3中所示帶式電路相似之帶式電路係揭示在刊於 國際固態電路會議第64-65，306 (1985年2月）由Kiyofumi Ochu等所著一篇論文中減少高密度RAMs(隨機存取記憶體） 中之字線延遲之文章中。 因此，最好能具有一減少—個以上之先前技藝之上述缺 點之電子系統。 發明概要 根據本發明，圖3中所示之電子系統係藉下列方法予以修 正：即（1)藉以一單獨主動裝置（圖4 : η，12，…，18)， 通常爲一反相器或其他種類放大裝置（通常在其輸出級中具 有-反相器)來取代每個被動片P1 ’…，⑼及⑺藉斷開電 傳輸線L0之輸入邊及緩衝器B之輸出節點N〇之間之連接。 另外，如果意欲維持傳送至目的端邏輯元件G之信號極性 時，則可將一反相元件（圖4 : IA)插於緩衝器B之輸出節點 N0及電氣傳輸線L3之間。 ‘ 在本發明之一特定具體實例中，.一種用以傳送一時鐘信 號至目的端負載元件之電子系統包括一積體電路，該 包括 人 (a) —半導體基片； (b) —種在等於第—多數之第一多個位置上半導體基片中 、 -9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X 297公釐） (請先κ讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ .裝. 订 315450 A7 B7 經濟部中央榡準局貝工消費合作，杜印製 五、發明説明（ 所積成之第—多個目的端負載元件； ⑷-位讀在半導歸片之—主要表面之金屬化之零階 層上及用-第—平均距離主要表面分離之一第一電傳 輸冰每個目的端負載元件具有一電連接於第一多個位置 之各別附近地方中之第一電傳輸線之輸入節點； W位於覆在半導體基片之主要表面之金屬化之第二階 層上及用—第二平距離d2與主要表面分離之第二電傳輸線 ，因 d 2 1 ; ⑷將第-電傳輸線之__第二.多個節點連接於第二電傳輸 線之一第二多個節點之主動電氣裝置，第二多數係小於或 等於第一多數； 作爲以上次段（e)之另—個可能選擇，可使諸主動裝置之 電流驅動可能輪出功率彼此相等但在此情形下第二電氣傳 輸線之節點並不等距離隔開"作爲一再另一個可能選擇 私'二電傳輸線之連續節點間之距離及主動裝置之電流驅 動可能輸出功率㈣則沿第二電氣傳輸線而變動。 有利者’在任何情形下，第二電傳輸線之節點係如根據 、工由主動裝置連接於第—電氣傳輸線之節點之數目所測 定者予以等距離隔開。換言之，電氣主動裝置係如根據位 於連績電氣主動裝置之間之目的端負載之數目所測定者予 以同樣（相等）隔開（以T「予以等距離隔開」）。再有利者 ’王動裝置之電流驅動能力(例如電晶體尺寸)係單純地隨 離第二電氣傳輸線之輸入端之遠距而增加。此遠距係根據 位於在考慮中之主動裝置及輸入端之間之第二電氣傳輸線 -10- ) A4^ ( 2l0xT^f 「—t---- (請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) 訂--- ------------- A7 B7 經濟部中央揉準局身工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) 之即點數目予以測定。 可選擇者，第—電氣傳輸線係位於第二階層金屬上及因 此則位於一離開係零階層之基片之主要表面很遠之地方（即 d2>d1)。由此可見’每單位長度之電容及電阻皆會減少 0 通常如技藝中所知，第—階層線金屬化主要垂直於及在 零階層電氣傳輸線L0及第二階層電氣傳輸線乙2之間進行。 圖示簡沭 圖1係一根據先前技藝之一特定具體實例包括用以將一時 鐘L號分配至目的端負載元件之電路之電子系統之概略圖 y 圖2係一根據先前技藝之一特定具體實例之典型目的端負 載元件之電路圖； 圖3係一根據先前技藝之另一特定具體實例包括用以將一 時鐘信號分配至目的端負載元件之其他電路之電子系統之 概略圖；及 圖4係一根據本發明之一特定具體實例包括用以分配信號 之又其他電路之電子系統之概略圖。 不同圖示中之相同元件係由相同標號予以表示之。 詳細敍诚 如蹰4中所示，一電子系統4 〇 〇係在一單晶半導碎或其他 類基片（未示出）上積成之部份電路（未示出）。系統包括 多個目的端負載元件，通常爲邏輯閘。此等邏輯閉在圖4中 係由多個目的端反相器G予以表示。如與圖3有關之以上所 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •Γ 裝
1T -S1 -------------- 五、發明説明（9 A7 B7 經濟部中央樣準局员工消费合作社印製 述，電氣傳輸線L0係設置覆於零階層金屬之上，及電氣傳 輸線L 2係設置覆於零階層金屬之上及最好設置於第二階層 金屬上。圖4中所示之整個電路可用CMOS，NMOS，雙極 技術，或其他技術，或其任何组合來建立。 系統400中之電傳輸線l〇有一由節點NA表示之左邊端。 此節點N A則不連接於節點N 0因該N 0係在圖3中所示之系 統中。 如圖4中再所示，每第四目的端負載元件之輸入端係以各 別方式連接於電俾輸線L0之一最近節點ni，n2 , n3，... ’ n7 ’ n8。電傳輸線L2之每個節點Ni，N2，N3，…， N 7 ’ N 8係分別經由一輔助反向元件j i，j 2，j 3，…，工7 ’ 18連接於電傳輸線L〇之各個最近節點“，n2，n3，... ’ n7 ’ n8。因此’電傳輸線匕〇之每個此種最近節點n][， π2 ’ n3，…，n7，n8係分別經由一不同輔助反向元件^ ’ 12 ’ ’ 13，…，17，18連接於一最近節點，Nl，Ν2， Ν3，…，；Ν7，Ν8 ^更特別者，在圖4中所示之特定具體實 例中’每第四個目的端負載元件G之一輸入端係分別各自 連接於輔助反向元件II，Ι2，π，…，17，18 ,…之一輸 出端。同時每個輔助反相元件Η，Ι2，π，…，π，18之 一輸入端係分別各自連接於電氣傳輸線L2之各個最近節點 ’Ν1’Ν2，Ν3，.··，Ν7，Ν8。 如圖4中所示’如欲保留由緩衝器β所傳送至目的端邏輯 閘G之信號極性時則在電傳輸線l 2之輸入端上插入一反相 器1Α。如果不要’那麼即可省掉反相器ΙΑ。在此一情形下 12- ζ張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210χ29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 -丁 --° -線 經濟部中央棟準局貝工消費合作社印裝 3x5450 Α7 Β7 五、發明説明（1〇) ，傳輸線L2之輸入邊可直接連接於緩衝器B之輸出節點NO 。可選擇者，極性可藉省掉ΙΑ及同時省掉缓衝器B之兩反 相器之一而得以保留。 作爲一項選擇，例如一非反相緩衝器之主動元件可用作 任何輔助反相元件II，12，13，…，17或18。再者緩衝器 Β可藉省掉其反相器之一來反相。 甚至爲了獲得較佳時鐘信號分配性能起見，電傳輸線L2 之每單位長度之電阻（及電容）可減至較電傳輸線L0之數値 爲小之數値。此項減少可藉將t氣傳輸線L2定置在第二階 層金屬上（其中每單位長度之電阻可作成較低）予以獲得。 如技藝中所習知，第二階層金屬然後可由一標準第二階層 金屬或合金製成因通常係用作第二階層金屬。 在系统400中，茲假定每個目的端負載元件g之輸入電容 全部相同’此項輸入電器通常（至少大概）係（如非大部份） 發生在許多實際應用上之情況。如由目的端負載元件G之 相等輸入電容之此等情形下之輔助反相元件Π，12，13， …，Ϊ 7，I 8之相對大小所示，每一輔助反相元件之電流驅 動可能輸出功率則單純地隨與電氣輸送線L 2之輸入端N0之 距離而増加，此項距離係根據定置在介於考慮中之輔助反 相元件及輸入端N 0之間電傳輸線L.2上之節點數予以測定β 更特別者’一輔助反相元件（或其他輔助元件）（其輸出級係 由一與一η通道MOS電晶體成串聯連接之ρ通道m〇s電晶 體紐成）具有一直接與頻道之寬長（W/L)比成比例之電流驅 動可能輸出功率。 -13- 本祕^家標车（CNg ) Μ規格（21〇>< 297公4 -—_ -- -* ·請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局W3C工消費合作杜印製 A7 ________B7 五、發明説明（Μ) 可例不者，例如所有負載元件G之輸入.電容係等於X，使 輔助反相器II ’ 12，13，14，15，16，17，及18之電流驅 動可能輸出功率之數値分別等於χ/3，χ/3，2Χ/3，2χ/3 , 2Χ/3 ’ Χ ’ 及X。獲得輔助反相器II，12，13，14，15，16 ，17，及18之電流驅動可能輸出功率之相對値之有效方法 係靠首先假定其電流驅動可能輸出功率係全等於χ，及然 後靠應用電路模擬以便藉由Elmore延遲模式（1948年}月應 用物理學雜誌1 9卷第55-63頁之W. C. Elmore之「特別關於 寬頻帶放大器之衰減線性網路之暫態響應」或諸如欽述在 由 Walter Banzhaf (Prentice Hall，Englewo〇d Cliffs，NJ 07632, 1989)所著之書名叫「使用Spice之電腦輔助電路分析中之其 他電路模擬模式所決定之電路模擬來決定傳送時鐘信號至 各種不同目的端負載元件G之延遲。 雖然本發明業已根據一特定具體實例予以詳述，但可在 不違背本發明之範圍作成各種不同修正。例如目的端反向 器G可爲不同於反向器之種種遲輯閘，或可爲正反器裝置 ’三態緩衝器，或具有-包括輸入電容之輸入端之其他閘 。節點N0可連接於與電傳輸線L〇相結合之類似傳輸線[2 之其他時鐘信號傳輸線。再者節點NO可連接於其他形式之 電氣傳輸線或接線，因而來自時鐘脈衝源c之時鐘作號^傳 送至例如位於另一時鐘脈衝控制資料匯流排中之其他 元件。 ，、負載 代替傳送其時鐘信號至僅單一緩衝器B之時鐘信號源C， 該"is號源可傳送時鐘信號至許多此種緩衝器，左 ·、 母—此種緩 -14 - 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公餐） 「I裝------訂-----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 315450 五、發明説明（12 ) A7 B7 =則傳②時鐘信號至—各別3?位元時鐘脈衝控制資料匯 代替與沿電氣傳輸線[0之8個等距％ $nl_n8相结人之沿 線L2之總共8個等距節點N1_N8，沿每個電氣傳二 ~ <總共16個等距節點係—引人之選擇。就是説，代替 每節點4位元，每節點2位元乃係一引人之選擇。 再者，代替等距節點，不等距節點可與使節點間之距離 “加節點N 0之距離單純地變小及使輔助反相器之大小（ 電流驅動~Γ能輸出功率）相互相等共同來使用。另—可能選 擇者’可變動節點間之距離及輔助反相器η，…，Ιη之大 小’其中In係位於離輸入端Ν〇最遠之輔助反相器。代替一 3 2位疋時鐘脈衝控制資料匯流排，具有不同於3 2位元之任 何時鐘脈衝控制匯流排可利用本發明所使用之輔助主動装 置。再者，代替一時鐘脈衝控制匯流排，本發明可經由一 電傳輸線應用於將任何種類之共用電氣信號傳送至若千連 接到位於其各種不同之各個位置上之電傳輸線之共用信號 控制之目的端負載元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ -裝· *1Τ 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐）