KR920010208B1

KR920010208B1 - 클럭공급회로

Info

Publication number: KR920010208B1
Application number: KR1019890011766A
Authority: KR
Inventors: 아키라 니시무라; 히로유키 와타나베; 에지 마스다
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 아오이 죠이치
Priority date: 1988-08-19
Filing date: 1989-08-18
Publication date: 1992-11-21
Also published as: JPH0736422B2; DE68924811T2; JPH0254950A; EP0355769A2; US5013942A; EP0355769B1; DE68924811D1; EP0355769A3; KR900004103A

Abstract

내용 없음.

Description

클럭공급회로

제1도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제1실시예를 나타낸 도면,

제2도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제2실시예를 나타낸 도면,

제3도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제3실시예를 나타낸 도면,

제4도는 종래 기술에 따른 F/F의 클럭구동방식의 일예를 나타낸 도면,

제5도는 종래 기술에 따른 F/F의 클럭구동방식의 다른 예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1버퍼 11_-1,11_-2,…,11_-N: 각 채널의 제2버퍼

F/Fij(i = 1,2,3,…,N ; j = 1,2,…,m) : 종속되는 각 플립플롭

[산업상의 이용분야]

본 발명은 클럭공급회로에 관한 것으로, 특히 내부클럭 스큐(內部 clock skew ; 클럭파형이 비스듬히 왜곡되는 현상)를 최소한으로 억제할 수 있도록 된 클럭공급회로에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

대규모 집적회로(LSI)의 클럭공급회로에 있어서는, 클럭선에 접속되는 F/F(플립플롭)의 수가 대단히 많아짐에 따라 그들의 배선이 길어지게 되므로, 클럭계(clock 系)의 설계가 곤란해짐과 더불어 여러가지 문제도 발생하게 된다. 즉, 클럭선의 부하가 커지기 때문에 내부클럭 스큐 및 외부클럭 스큐도 증대하게 되는 바, 외부클럭 스큐는 LSI의 성능을 제한하도록 작용하기 때문에 클럭 스큐를 될 수 있는대로 줄이는 것이 바람직하다.

또한, 내부클럭 스큐를 작게 억제시켜 놓지 않으면 직렬로 접속된 F/F사이에서 데이터전송에러가 발생하게 되어 LSI가 오동작을 일으키는 원인으로 된다. 즉, 2개의 F/F에 대해 전단(前段)의 Q출력과 후단의 D입력간의 신호전파지연이 클럭 스큐(즉, 2개의 F/F의 클럭입력에서 위상이 어긋나는 시간)보다 작으면 후단(後段)의 F/F은 같은 클럭 사이클로 전단의 Q출력을 받아들이게 되는 오동작을 일으키게 된다.

이와 같은 현상이 발생하는 것을 회피하기 위해서는, 2개의 F/F의 Q출력과 D입력간의 신호전파지연을 클럭 스큐보다 크게 하면 좋지만, 너무 크게 하면 LSI의 동작속도가 떨어지기 때문에, 내부클럭 스큐를 될 수 있는대로 억제할 필요가 있게 된다.

제4도는 종래 기술에 따른 F/F군(群)의 클럭구동방식의 일예를 나타낸 도면으로서, 이 제4도에서는 내부클럭선을 가지모양으로 배치함으로써 배선간의 신호전파지연차를 비교적 작게 할 수 있고, 그에 따라 클럭 스큐도 어느 정도 작게 억제할 수 있다. 그러나, 최근과 같이 LSI의 회로규모가 커지게 되면 칩내의 F/F의 수도 수천개에 달해 클럭선의 배선길이도 전체적으로 상당히 길어지게 되고, 또 제1버퍼(1)에 접속된 제2버퍼(2)의 출력으로부터 각 F/F에 이르는 배선길이의 차이도 커지게 된다.

제5도는 종래 기술에 클럭구동방식의 다른 예를 나타낸 도면으로서, 버퍼를 2계층(階層)으로 해서 제1계층의 버퍼(1′)로 제2계층내의 버퍼(2′~N′)를 구동시킴으로써, 상기 각 버퍼(2′∼N′)에 종속되는 각 F/F을 구동시키도록 된 분할구동방식을 취하고 있다. 이 분할구동방식에 있어서는 예컨대 각기 다른 수의 F/F을 갖춘 버퍼(2′,N-1′)의 구동능력(β₂,β′_N-1)은 다음과 같이 결정되게 된다.

먼저, A-B간의 지연시간(t_AB) 및 A-C간의 지연시간(t_AC)을 구한 다음에 클럭선(D∼E)의 부하(C_DE)및 클럭선(F∼G)의 부하(C_FG)를 구해서 t_AB+T(β′₂,C_DE) = t_AC+T(β′_N-1,C_FG) = (일정치)가 되도록 하면 된다(단, T는 각 부하를 구동시키는데 필요한 시간이다).

제4도에 도시된 구동방식에 있어서는, 예컨대 A점으로부터 B점 또는 D점까지의 배선길이가 서로 다르므로 그에 기인하는 클럭의 지연이 생기게 되고, 그에 따라 클럭 스큐가 발생하게 된다. 즉, 상기와 같은 일괄구동방식에서는 클럭 스큐를 회피할 수 없게 되는 결점이 있기 때문에, LSI가 대규모인 경우에는 그 영향을 무시할 수 없게 된다. 또, 일괄구동방식이기 때문에 버퍼(2)에는 큰 구동능력이 요구되고, 그에 따라 클럭선에 국부적으로 대전류가 흐르게 되므로, 노이즈가 유발되어 오동작의 원인으로 된다.

한편, 제5도에 도시된 분할방식에서는 클럭 스큐를 최소화하기 위한 종합적인 계산이 복잡해짐과 더불어 구동능력이 다른 다수의 버퍼가 필요하기 때문에 회로설계가 곤란해지게 되고, 또 특정 버퍼에 종속되는 F/F의 수가 증대되게 되면 양단에서의 클럭 스큐도 무시할 수 없게 된다.

[발명의 목적]

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 클럭 스큐를 줄일 수 있도록 된 클럭공급회로를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

본 발명에 따른 클럭공급회로는, 제1버퍼와, 이 제1버퍼의 출력측의 소정점으로부터 각 채널내의 각 버퍼의 입력까지의 각 배선을 포함하는 제1계층과, 상기 각 채널내의 상기 각 버퍼 및 이 버퍼에 종속되는 각 F/F군으로 구성된 제2계층을 구비하고, 각 계층에서의 배선길이 및 부하로서의 F/F의 균등화를 도모함과 더불어 제2계층의 버퍼구동능력의 통일화 또는 클럭 스큐를 조정하기 위한 집중용량(集中容量)을 설치해서 부하용량을 조정할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

[작용]

본 발명에 따른 클럭공급회로에 있어서는, 균등화된 회로조건과 균등화된 구동능력을 갖는 각 버퍼에 의해 균등화된 부하를 구동시킴으로써 클럭 스큐를 줄일 수 있게 된다.

[실시예]

이하, 예시 도면을 참조해서 본 발명의 각 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제1실시예를 나타낸 도면으로서, 도면중 제1계층에 있어서는 버퍼(10)의 출력측의 A점으로부터 각 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)의 입력까지의 각 배선길이와 배선폭이 동일하게 되도록 구성하고, 제2계층내의 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)는 같은 구동능력을 갖는 것으로 구성하며, 각각의 버퍼에 종속되는 F/Fij(i = 1,2,3,…,N ; j = 1,2,…,m)의 수 및 부하배선도 모두 동일하게 되도록 구성한다.

이와 같이 각 계층의 배선조건을 균등하게 함과 더불어 분산화된 각 버퍼의 구동능력을 균등하게 하고, 또한 각 버퍼에 종속되는 F/F의 수를 동일하게 함으로써, 동작시에 가 F/F간에서 발생하는 클럭 스큐를 최소로 억제할 수 있도록 되어 있다.

제2도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제2실시예를 나타낸 도면으로서, 이 제2실시예에 있어서는 제1계층에서의 배선조건이 제1도의 배선조건과 동일하게 되어 있지만, 제2계층에서의 F/F의 수에 따라 그 F/F들을 접속하는 배선길이가 다르게 되어 있다. 즉, 제1버퍼(10)의 출력측의 A점으로부터 분산된 각 버퍼(11_-1,11_-2,11_-3,…,11_-N)의 입력단(C,D,F,G)에 이르는 각 배선조건은 동일하게 되어 있다. 그리고 제2계층에 있어서는, 특정 버퍼 예컨대 이 경우 버퍼(11_-1)에 종속되는 F/Fij(i = 1,2,3,…,P)의 수가 많은 채널을 기준으로 해서 그것보다 적은 수의 F/F이 접속된 각 버퍼를 갖춘 채널의 종단(終段)에 RC지연조정용 부하용량(C₁,C₂,C₃,…,C_N-1)이 접속되어 있다. 상기 각 부하용량은 각 채널의 버퍼(11_-2,11_-3,…,11_-N)에 종속되는 F/F의 수에 따라 조정된 값을 취하고, 또 각 채널의 배선길이도 고려해서 버퍼(11_-1)를 갖춘 기준채널의 클럭선의 신호지연과 실질적으로 동일상태가 되도록 조정하게 된다. 즉, 임의의 부하용량 Ci는, Ci = (배선용량의 부족분)+(부족한 F/F의 수만큼의 게이트용량)으로서 산출되어 그 값이 결정되게 된다.

또, 상기 각 부하용량 Ci의 실시방법으로서는, MOS트랜지스터의 게이트용량으로 실현하는 방법이 설계도 용이하고, 또 면적상으로도 오버헤드(overhead)가 적어지기 때문에 가장 적합하다. 또, 가장 많은 F/F을 갖춘 기준채널의 배선길이는 해당 버퍼의 출력단으로부터 종단의 F/F까지 RC지연에 의한 클럭 스큐의 악영향이 나타나지 않는 범위의 값으로 설정할 필요가 있다.

제3도는 본 발명에 따른 클럭공급회로의 제3실시예를 나타낸 도면으로서, 이 제3실시예에 있어서는 제1계층내에 있는 제1버퍼(10)의 출력측의 A점으로부터 분산된 각 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)의 입력단까지의 배선길이가 다르게 되어 있다. 그에 기인하는 클럭 스큐를 줄이기 위해 가장 긴 입력배선을 갖춘 특정 버퍼 예컨대 이 경우 버퍼(11_-1)를 기준으로 해서, 다른 입력배선의 RC지연에 기인하는 클럭 스큐를 방지하기 위한 조정용 용량(C₁₁,C₁₂,…,C_1N-1)이 설치되어 있다. 이 경우에 각 용량의 값은 입력배선의 부족분에 따라 결정하는 것이 좋다.

그리고, 이 실시예에 있어서 제2계층내의 구성은 제2도의 실시예의 구성과 동일하고, 각 조정용 용량의 값을 결정하는 방법도 제2도의 결정방법과 동일하기 때문에, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또, 상술한 실시예들에 있어서는 계층수가 제1 및 제2계층만으로 분할되어 있지만, 계층수는 이에 한정되지 않고 필요에 따라 2개이상의 다층으로 이루어질 수 있다.

한편, 특허청구의 범위의 각 구성요소에 병기한 도면에 대응하는 참조부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 도면에 나타낸 실시예에 한정하는 의도로 병기한 것은 아니다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 클럭공급회로는, 제1버퍼부분 및 다음 단의 각 버퍼입력까지의 배선을 포함하는 제1계층과, 상기 각 버퍼 및 그에 종속되는 F/F을 포함하는 각 채널로 이루어진 제2계층으로 분할하여 각 계층을 실질적으로 균등한 회로상태가 되도록 해서 부하인 F/F을 구동시키도록 되어 있기때문에, 클럭 스큐를 작게 억제할 수 있게 된다.

또, 제2계충내의 각 채널의 각 버퍼로서 동일한 종류 및 동일한 구동능력을 갖는 버퍼가 사용되므로 회로설계가 용이해진다.

더욱이, 제1계층 또는 제2계층 혹은 제1 및 제2계층내의 배선길이 및 종속되는 F/F의 수가 다르더라도 실질적으로 동일하게 조정가능한 용량을 부가함으로써 각 채널의 회로상태를 조정하고 있기 때문에, 각 채널의 각 버퍼에 다소의 구동능력변동이 생기더라도 클럭 스큐를 균일하면서도 작게 억제할 수 있게 된다.

Claims

제1버퍼(10)와, 이 제1버퍼(10)의 출력측의 소정점(A)으로부터 복수채널(CH₁,CH₂,…,CH_N)의 각각에 설치된 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)의 입력단(C,D,…,F,G)까지의 각 배선을 포함하는 제1계층과, 상기 각 채널(CH₁,CH₂,…,CH_N)의 상기 각 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)와, 이 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)에 종속되는 플립플롭군(F/F₁₁~F/F_Nm)으로 구성된 제2계층의 적어도 2개의 계층으로 이루어지고, 상기 각 채널(CH₁,CH₂,…,CH_N)의 각 버퍼(11_-1,11_-2,…,11_-N)가 동일한 구동능력을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 클럭공급회로.
제1항에 있어서, 상기 제1계층내의 각 배선길이가 같고. 상기 제2계층내의 각 채널(CH₁,CH₂,…,CH_N)의 플립플롭(F/F₁₁~F/F_1m,F/F₂₁∼F/F_2m,…,F/F_N1∼F/F_Nm)의 수효 및 그 플립플롭(F/F₁₁~F/F_1m,F/F₂₁~F/F_2m,…,F/F_N1∼F/F_Nm)들을 접속하는 클럭선의 배선길이가 같은 것을 특징으로 하는 클럭공급회로.
제1항에 있어서, 상기 제2계층내의 각 채널(CH₁,CH₂,…,CH_N)의 플립플롭(F/F₁₁~F/F_1P, F/F₂₁~F/F_2K,…,F/F_N1∼F/F_Nm; P＞m)의 수효 및 그 플립플롭(F/F₁₁~F/F_1P,F/F₂₁∼F/F_2K,…,F/F_N1~F/F_Nm; P＞m)들을 접속하는 클럭선의 배선길이가 서로 다르게 되어 있고, 가장 많은 수의 플립플롭(F/F₁₁,F/F₁₂~F/F_1P)을 갖춘 특정 채널(CH₁)의 클럭회로조건과 다른 채널(CH₂,…,CH_N)의 클럭회로조건이 실질적으로 같게 되도록 조정하는 용량수단(C₁,C₂,…,C_N-1)이 상기 특정 채널(CH₁)을 제외한 나머지 각 채널(CH₂,…,CH_N)내에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 클럭공급회로.
제1항에 있어서, 상기 제1계층내의 각 배선길이가 서로 다르게 되어 있고, 상기 제1계층내에서 최대길이를 갖는 배선을 제외한 나머지 각 배선에는 상기 최대길이를 갖는 배선에 대한 부족분을 조정하는 별도의 용량수단(C₁₁,C₁₂,…,C_1N-1)이 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 클럭공급회로.