クロック発生回路
【課題】基準クロックと分周クロックとの伝送路におけるチップ内ばらつきによるスキューを抑制し、タイミング収束性を改善したクロック発生回路を実現する。
【解決手段】クロック発生回路は、第1の回路10と、第2の回路20Aと、第3の回路50Aとを備えている。第1の回路10は、第1のクロック信号s10を生成する。第2の回路20Aは、前記第1のクロック信号s10を分周して、第2のクロック信号s20を生成する。第3の回路50Aは、前記第1及び第2のクロック信号s10,s20から、前記第2のクロック信号s20の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号s10の当該タイミングと同じである第3のクロック信号s50を生成する。
【解決手段】クロック発生回路は、第1の回路10と、第2の回路20Aと、第3の回路50Aとを備えている。第1の回路10は、第1のクロック信号s10を生成する。第2の回路20Aは、前記第1のクロック信号s10を分周して、第2のクロック信号s20を生成する。第3の回路50Aは、前記第1及び第2のクロック信号s10,s20から、前記第2のクロック信号s20の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号s10の当該タイミングと同じである第3のクロック信号s50を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異なる周波数のクロック信号に同期して動作する複数の回路を搭載した半導体集積回路におけるクロック発生回路に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路のプロセスの微細化に伴って、同時搭載可能なトランジスタ数は飛躍的に増大している。このため、回路の多機能化により部品点数を減らし、コストダウンを図ることが可能になっている。つまり、設計工数を減らすために既存設計回路を再搭載する。また、統一規格に合わせて特定周波数で動作する必要のある回路を搭載する。さらには、より低速で動作させることにより消費電力を減らすなどの目的で、様々な周波数で動作する回路を搭載した半導体集積回路の実現が必須となってきている。また、非同期でデータの受け渡しを行う回路においては、動作検証で全ての状態を網羅することは難しい。加えて、機能仕様を満たすために冗長なサイクルが必要となることが多く、機能低下を招くといった問題があった。
【0003】
これらの理由から、ある周波数のクロック信号で動作する回路と、そのクロック信号を分周したクロック信号で動作する回路とを同時に搭載した半導体集積回路の実現が必要である。しかし、クロック信号が伝わる経路の違い等により基準クロック信号とその分周クロック信号との間でスキューが発生する。スキューの発生は半導体集積回路の誤動作を招く恐れがある。
【0004】
半導体集積回路において、末端に配置された、単一周波数で動作する複数のフリップフロップにおけるスキューを抑制するための技術であるが、クロック発生源から末端の各フリップフロップまでのクロック伝送路における配線やトランジスタ構造を揃えるといった技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平7−321208号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、半導体集積回路のプロセスの微細化に伴い、クロストークや電圧降下さらにはプロセスのばらつきといったチップ内ばらつきによる遅延量の変動が大きくなっている。このため、上記の従来技術を様々な周波数で動作する回路を搭載した半導体集積回路に応用したとしても、単に回路構造を合わせただけでは基準クロック信号と分周クロック信号との間に生じるスキューが抑えきれず、タイミング収束性の著しい悪化を招くといった問題は依然として残る。
【0006】
上記問題に鑑み、本発明は、基準クロック信号と分周クロック信号との伝送路におけるチップ内ばらつきによるスキューを抑制し、タイミング収束性を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、クロック発生回路として、第1のクロック信号を生成する第1の回路と、前記第1のクロック信号を分周して、第2のクロック信号を生成する第2の回路と、前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号を生成する第3の回路とを備えたものとする。
【0008】
これによると、第3の回路によって、第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号が生成される。したがって、第1のクロック信号と、その分周信号である第2のクロック信号と同じ周期を有する第3のクロック信号とのスキューが抑制可能となる。
【0009】
具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理和回路を有するものとする。
【0010】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理積回路を有するものとする。
【0011】
より具体的には、クロック発生回路として、制御信号に従って、前記第2のクロック信号の有効及び無効を切り替える制御回路を備えたものとする。ここで、前記第3の回路は、前記第2のクロック信号が無効のとき、前記第3のクロック信号として前記第1のクロック信号を出力するものとする。
【0012】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2のクロック信号は差動信号であるものとする。
【0013】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第1のクロック信号を遅延させ、新たな第1のクロック信号を生成する遅延回路を備えたものとする。
【0014】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2のクロック信号を遅延させ、新たな第2のクロック信号を生成する遅延回路を備えたものとする。
【0015】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第1のクロック信号が第1の論理レベルから第2の論理レベルへ変化するタイミングで前記第2のクロック信号をラッチするラッチ回路を備えたものとする。ここで、前記第3の回路は、前記第1のクロック信号及び前記ラッチ回路によって生成された新たな第2のクロック信号を受けるものとする。
【0016】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2の回路は、自己の出力信号の反転を入力信号とし、前記第1のクロック信号に同期して前記第2のクロック信号を生成するフリップフロップを有するものとする。
【0017】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、制御信号に従って、前記第3のクロック信号の有効及び無効を切り替えるものとする。
【0018】
また、具体的には、クロック発生回路にとして、前記第2のクロック信号における第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングを前記第1のクロック信号の当該タイミングと合わせて、新たな第2のクロック信号を出力する中継回路を備えたものとする。
【0019】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1のクロック信号に同期して動作するフリップフロップが偶数個直列に接続されてなるフリップフロップ群を有するものとする。ここで、前記フリップフロップ群の初段は前記第2のクロック信号を受け、最終段は前記第3のクロック信号を出力するものとする。
【発明の効果】
【0020】
以上、本発明によると、第1のクロック信号と、その分周信号である第2のクロック信号とのエッジタイミングを合わせることにより、チップ内ばらつきから生じるスキューを抑制することが可能となり、タイミング収束性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0022】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、第1の回路としての基準クロック発生源10と、第2の回路としての分周回路20Aと、制御回路としてのANDゲート30Aと、遅延回路40と、第3の回路としてのORゲート50Aとを備えている。
【0023】
基準クロック発生源10は、第1のクロック信号としての基準クロック信号s10を発生させる。分周回路20Aは、フリップフロップ201及びインバータ202からなる。インバータ202はフリップフロップ201の出力信号を反転する。フリップフロップ201は、インバータ202の出力信号を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、第2のクロック信号としての分周クロック信号s20を出力する。ANDゲート30Aは、分周クロック信号s20と制御信号s30とを受け、その論理積演算を行い、分周クロック信号s21を出力する。遅延回路40は、ANDゲート30Aから出力された分周クロック信号s21を遅延させ、新たな分周クロック信号s22を出力する。ORゲート50Aは、基準クロック信号s10と遅延回路40から出力された分周クロック信号s22とを受け、その論理和演算を行い、第3のクロック信号としての分周クロック信号s50を出力する。なお、ORゲート50Aは、フリップフロップ21の直近に配置されている。
【0024】
図2は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。制御信号s30が“H”のとき(有効設定)、分周クロック信号s50は、分周クロック信号s20と同じ周期で、立ち上がり及び立ち下がりエッジのタイミングが基準クロック信号s10のタイミングと同じとなる。一方、制御信号s30が“L”のとき(無効設定)、分周クロック信号s50は基準クロック信号s10と同じ波形となる。つまり、制御信号s30の論理レベルによって、分周クロック信号s50の周波数が切り替えられている。なお、遅延回路40による遅延量dは分周クロック信号s22の立ち上がりエッジが基準クロック信号s10の“H”期間に収まるように設定すればよい。
【0025】
以上、本実施形態によると、基準クロック信号s10及び分周クロック信号s50のそれぞれに同期して動作するフリップフロップ11,21の直近で、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50との立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングが揃う。換言すれば、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50とのスキューを抑止することが可能となる。したがって、スキューの存在に伴うホールドエラーを改善するために挿入されていた遅延素子を減らすことができ、半導体集積回路におけるチップ面積の削減、消費電力の低下、TAT(Turn Around Time)の短縮が可能となる。
【0026】
なお、論理構成を変更してクロック発生回路を構成してもよい。図3は、本実施形態に係るクロック発生回路の変形例を示す。本クロック発生回路は、図1に示したクロック発生回路におけるANDゲート30A及びORゲート50Aに代えてORゲート30B及びANDゲート50Bをそれぞれ備えている。また、遅延回路40は、基準クロック発生源10から出力された基準クロック信号s10を遅延させ、新たな基準クロック信号s11を出力するようになっている。このように、論理構成を変更してクロック発生回路を構成しても、上記と同様の効果が奏される。
【0027】
また、本実施形態によると、制御信号s30を用いて、分周クロック信号s50の周波数を切り替えることができる。一般的にクロック信号の周波数の切り替えを行う場合、セレクタ回路を用いるが、本実施形態ではANDゲート又はORゲートで済むため、回路規模を低減することが可能となる。
【0028】
なお、本実施形態において、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50との立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングを揃えるものとしたが、フリップフロップ11,21の動作に関係する、いずれか一方のエッジタイミングのみ揃えるようにしてもよい。
【0029】
また、ANDゲート30A又はORゲート30B、及び遅延回路40は省略してもよい。
【0030】
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、第3の回路として回路50Cを備えている。分周回路20Aは、差動信号としての分周クロック信号s20を出力する。
【0031】
回路50Cは、NANDゲート501,502及びRSフリップフロップ503からなる。NANDゲート501は、基準クロック信号s10と分周回路20Aから出力された一方の分周クロック信号s20とを受け、分周クロック信号s24を出力する。NANDゲート502は、基準クロック信号s10と他方の分周クロック信号s20とを受け、分周クロック信号s25を出力する。RSフリップフロップ503は、NANDゲート501,502から出力された分周クロック信号s24,s25を入力信号として受ける。
【0032】
図5は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周クロック信号s50は、分周クロック信号s20と同じ周期で、立ち上がり及び立ち下がりのエッジタイミングが基準クロック信号s10のタイミングと同じとなる。
【0033】
以上、本実施形態によると、分周クロック信号を差動信号とすることによって分周クロック信号s50のデューティ比を50%にすることが可能となる。
【0034】
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、図3に示したクロック発生回路におけるORゲート30Bを省略して、ANDゲート50Bに代えて3入力のANDゲート50Dを備えている。ANDゲート50Dは、基準クロック信号s11と及び分周クロック信号s20に加えて制御信号としてのイネーブル信号s31を受け、これら信号を論理積演算して分周クロック信号s50を出力する。
【0035】
以上、本実施形態によると、イネーブル信号s31を用いて、分周クロック信号s50の有効及び無効の切り替えが可能となる。また、3入力のANDゲート50Dを採用することにより、特に回路規模を増大させることなく、上記の切り替え制御が可能となる。
【0036】
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、ANDゲート50Bと、中継回路としてのフリップフロップ60と、ラッチ回路70とを備えている。ここで、基準クロック発生回路10、分周回路20A及びANDゲート50Bは図3に示したものと同じであるため説明を省略する。
【0037】
フリップフロップ60は、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、分周クロック信号s20を出力する。つまり、分周クロック信号s20の立ち上がりエッジタイミングは、フリップフロップ60を通過する際に、基準クロック信号s10の立ち上がりエッジタイミングと揃う。
【0038】
ラッチ回路70は、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち下がりエッジタイミングで、分周クロック信号s20をラッチする。
【0039】
図8は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。フリップフロップ60から出力された分周クロック信号s20は、ラッチ回路70によってラッチされ、新たな分周クロック信号s26として出力される。したがって、分周クロック信号におけるエッジタイミングがずれるときに発生する、狭パルスのひげ状のノイズを抑制することが可能となる。
【0040】
なお、フリップフロップ60は他の実施形態におけるクロック発生回路とも組み合わせ可能である。
【0041】
(第5の実施形態)
図9は、第5の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、第3の回路としてフリップフロップ群50Eとを備えている。ここで、基準クロック発生源10及び分周回路20Aは第1の実施形態に示したものと同じであるため説明を省略する。基準クロック発生源10から出力された基準クロック信号s10は、フリップフロップ11及びこれに同期して動作するフリップフロップ21の近くまで伝送され、フリップフロップ21の近傍に配置された分周回路20Aによって分周される。
【0042】
フリップフロップ群50Eは、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して動作するフリップフロップ504が偶数個直列に接続されたものである。フリップフロップ群50Eは、分周クロック信号s20の立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングを基準クロック信号s10に合わせて分周クロック信号s50a,s50bを出力する。
【0043】
図10は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周回路20Aから出力された分周クロック信号s20は、フリップフロップ504が2個接続されたフリップフロップ群50Eを通過する際に、1周期遅延し、分周クロック信号s50aとして出力される。また、さらにフリップフロップ504を2個接続して、フリップフロップ群50Eのフリップフロップ504を4個とすることで、さらに1周期遅延した分周クロック信号s50bが出力される。
【0044】
以上、本実施形態によると、分周クロック信号s20をマスターとして、フリップフロップ504によって分周クロック信号s20をチェーン状に遅延させることで、基準クロック信号s10と立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングの合った分周クロック信号s50a,s50bを生成可能である。また、このような構成とすることで、配線リソースの低減が可能となる。さらに、タイミングを合わせるポイントが絞り込めるため、タイミング収束性が改善される。
【0045】
(第6の実施形態)
図11は、第6の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、図4に示したクロック発生回路における分周回路20Aに代えて分周回路20Bを備えている。
【0046】
分周回路20Bは、分周回路20Aと、フリップフロップ203と、XORゲート204とからなる。分周回路20Aの構成は図1に示したものと同じであり、基準クロック信号s10の分周クロック信号s2aを出力する。フリップフロップ203は、XORゲート204から出力された分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、分周クロック信号s2bを出力する。XORゲート204は、分周回路20Aから出力された分周クロック信号s2aとフリップフロップ203から出力された分周クロック信号s2bとを受けて、分周クロック信号s20を出力する。分周回路20Bから出力される分周クロック信号s20は差動信号である。
【0047】
図12は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周回路20Aから出力された分周クロック信号s2aの周波数は、基準クロック信号の1/2である。また、分周回路20Bから出力された分周クロック信号s20の周波数は、基準クロック信号の1/4である。
【0048】
なお、図13に示したように、分周クロック信号s20をシングル出力とする構成としてもよい。
【0049】
なお、本実施形態おいて、分周クロック信号の周波数が基準クロック信号の1/4となる場合を説明したが、分周回路20Bの構成を変更すれば、様々な周期の分周クロック信号を生成することが可能である。
【0050】
また、本実施形態において、4分周回路を図4に示したクロック発生回路と組み合わせた例を説明したが、上述した他の実施形態におけるクロック発生回路とも組み合わせ可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明に係るクロック発生回路は、基準クロック信号とその分周クロック信号との伝送路におけるチップ内ばらつきから生じるスキューを抑制することが可能であるため、半導体集積回路におけるクロック発生回路として有用である。また、チップ面積の削減効果を有するため、半導体集積回路のコストダウンの方法としても有用である。さらに、クロストークの影響によるスキューは、ボード設計においても課題となりうるため、ボード設計にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図2】第1の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図3】第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成の別例を示す図である。
【図4】第2の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図5】第2の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図6】第3の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図7】第4の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図8】第4の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図9】第5の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図10】第5の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図11】第6の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図12】第6の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図13】第6の実施形態に係る分周回路の構成の別例を示す図である。
【符号の説明】
【0053】
10 基準クロック発生源(第1の回路)
20A,20B 分周回路(第2の回路)
30A ANDゲート(制御回路)
30B ORゲート(制御回路)
40 遅延回路
60 フリップフロップ(中継回路)
70 ラッチ回路
50A ORゲート(第3の回路)
50B,50D ANDゲート(第3の回路)
50C 回路(第3の回路)
50E フリップフロップ群
504 フリップフロップ
【技術分野】
【0001】
本発明は、異なる周波数のクロック信号に同期して動作する複数の回路を搭載した半導体集積回路におけるクロック発生回路に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体集積回路のプロセスの微細化に伴って、同時搭載可能なトランジスタ数は飛躍的に増大している。このため、回路の多機能化により部品点数を減らし、コストダウンを図ることが可能になっている。つまり、設計工数を減らすために既存設計回路を再搭載する。また、統一規格に合わせて特定周波数で動作する必要のある回路を搭載する。さらには、より低速で動作させることにより消費電力を減らすなどの目的で、様々な周波数で動作する回路を搭載した半導体集積回路の実現が必須となってきている。また、非同期でデータの受け渡しを行う回路においては、動作検証で全ての状態を網羅することは難しい。加えて、機能仕様を満たすために冗長なサイクルが必要となることが多く、機能低下を招くといった問題があった。
【0003】
これらの理由から、ある周波数のクロック信号で動作する回路と、そのクロック信号を分周したクロック信号で動作する回路とを同時に搭載した半導体集積回路の実現が必要である。しかし、クロック信号が伝わる経路の違い等により基準クロック信号とその分周クロック信号との間でスキューが発生する。スキューの発生は半導体集積回路の誤動作を招く恐れがある。
【0004】
半導体集積回路において、末端に配置された、単一周波数で動作する複数のフリップフロップにおけるスキューを抑制するための技術であるが、クロック発生源から末端の各フリップフロップまでのクロック伝送路における配線やトランジスタ構造を揃えるといった技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平7−321208号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、半導体集積回路のプロセスの微細化に伴い、クロストークや電圧降下さらにはプロセスのばらつきといったチップ内ばらつきによる遅延量の変動が大きくなっている。このため、上記の従来技術を様々な周波数で動作する回路を搭載した半導体集積回路に応用したとしても、単に回路構造を合わせただけでは基準クロック信号と分周クロック信号との間に生じるスキューが抑えきれず、タイミング収束性の著しい悪化を招くといった問題は依然として残る。
【0006】
上記問題に鑑み、本発明は、基準クロック信号と分周クロック信号との伝送路におけるチップ内ばらつきによるスキューを抑制し、タイミング収束性を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、クロック発生回路として、第1のクロック信号を生成する第1の回路と、前記第1のクロック信号を分周して、第2のクロック信号を生成する第2の回路と、前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号を生成する第3の回路とを備えたものとする。
【0008】
これによると、第3の回路によって、第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号が生成される。したがって、第1のクロック信号と、その分周信号である第2のクロック信号と同じ周期を有する第3のクロック信号とのスキューが抑制可能となる。
【0009】
具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理和回路を有するものとする。
【0010】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理積回路を有するものとする。
【0011】
より具体的には、クロック発生回路として、制御信号に従って、前記第2のクロック信号の有効及び無効を切り替える制御回路を備えたものとする。ここで、前記第3の回路は、前記第2のクロック信号が無効のとき、前記第3のクロック信号として前記第1のクロック信号を出力するものとする。
【0012】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2のクロック信号は差動信号であるものとする。
【0013】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第1のクロック信号を遅延させ、新たな第1のクロック信号を生成する遅延回路を備えたものとする。
【0014】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2のクロック信号を遅延させ、新たな第2のクロック信号を生成する遅延回路を備えたものとする。
【0015】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第1のクロック信号が第1の論理レベルから第2の論理レベルへ変化するタイミングで前記第2のクロック信号をラッチするラッチ回路を備えたものとする。ここで、前記第3の回路は、前記第1のクロック信号及び前記ラッチ回路によって生成された新たな第2のクロック信号を受けるものとする。
【0016】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第2の回路は、自己の出力信号の反転を入力信号とし、前記第1のクロック信号に同期して前記第2のクロック信号を生成するフリップフロップを有するものとする。
【0017】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、制御信号に従って、前記第3のクロック信号の有効及び無効を切り替えるものとする。
【0018】
また、具体的には、クロック発生回路にとして、前記第2のクロック信号における第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングを前記第1のクロック信号の当該タイミングと合わせて、新たな第2のクロック信号を出力する中継回路を備えたものとする。
【0019】
また、具体的には、クロック発生回路として、前記第3の回路は、前記第1のクロック信号に同期して動作するフリップフロップが偶数個直列に接続されてなるフリップフロップ群を有するものとする。ここで、前記フリップフロップ群の初段は前記第2のクロック信号を受け、最終段は前記第3のクロック信号を出力するものとする。
【発明の効果】
【0020】
以上、本発明によると、第1のクロック信号と、その分周信号である第2のクロック信号とのエッジタイミングを合わせることにより、チップ内ばらつきから生じるスキューを抑制することが可能となり、タイミング収束性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0022】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、第1の回路としての基準クロック発生源10と、第2の回路としての分周回路20Aと、制御回路としてのANDゲート30Aと、遅延回路40と、第3の回路としてのORゲート50Aとを備えている。
【0023】
基準クロック発生源10は、第1のクロック信号としての基準クロック信号s10を発生させる。分周回路20Aは、フリップフロップ201及びインバータ202からなる。インバータ202はフリップフロップ201の出力信号を反転する。フリップフロップ201は、インバータ202の出力信号を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、第2のクロック信号としての分周クロック信号s20を出力する。ANDゲート30Aは、分周クロック信号s20と制御信号s30とを受け、その論理積演算を行い、分周クロック信号s21を出力する。遅延回路40は、ANDゲート30Aから出力された分周クロック信号s21を遅延させ、新たな分周クロック信号s22を出力する。ORゲート50Aは、基準クロック信号s10と遅延回路40から出力された分周クロック信号s22とを受け、その論理和演算を行い、第3のクロック信号としての分周クロック信号s50を出力する。なお、ORゲート50Aは、フリップフロップ21の直近に配置されている。
【0024】
図2は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。制御信号s30が“H”のとき(有効設定)、分周クロック信号s50は、分周クロック信号s20と同じ周期で、立ち上がり及び立ち下がりエッジのタイミングが基準クロック信号s10のタイミングと同じとなる。一方、制御信号s30が“L”のとき(無効設定)、分周クロック信号s50は基準クロック信号s10と同じ波形となる。つまり、制御信号s30の論理レベルによって、分周クロック信号s50の周波数が切り替えられている。なお、遅延回路40による遅延量dは分周クロック信号s22の立ち上がりエッジが基準クロック信号s10の“H”期間に収まるように設定すればよい。
【0025】
以上、本実施形態によると、基準クロック信号s10及び分周クロック信号s50のそれぞれに同期して動作するフリップフロップ11,21の直近で、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50との立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングが揃う。換言すれば、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50とのスキューを抑止することが可能となる。したがって、スキューの存在に伴うホールドエラーを改善するために挿入されていた遅延素子を減らすことができ、半導体集積回路におけるチップ面積の削減、消費電力の低下、TAT(Turn Around Time)の短縮が可能となる。
【0026】
なお、論理構成を変更してクロック発生回路を構成してもよい。図3は、本実施形態に係るクロック発生回路の変形例を示す。本クロック発生回路は、図1に示したクロック発生回路におけるANDゲート30A及びORゲート50Aに代えてORゲート30B及びANDゲート50Bをそれぞれ備えている。また、遅延回路40は、基準クロック発生源10から出力された基準クロック信号s10を遅延させ、新たな基準クロック信号s11を出力するようになっている。このように、論理構成を変更してクロック発生回路を構成しても、上記と同様の効果が奏される。
【0027】
また、本実施形態によると、制御信号s30を用いて、分周クロック信号s50の周波数を切り替えることができる。一般的にクロック信号の周波数の切り替えを行う場合、セレクタ回路を用いるが、本実施形態ではANDゲート又はORゲートで済むため、回路規模を低減することが可能となる。
【0028】
なお、本実施形態において、基準クロック信号s10と分周クロック信号s50との立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングを揃えるものとしたが、フリップフロップ11,21の動作に関係する、いずれか一方のエッジタイミングのみ揃えるようにしてもよい。
【0029】
また、ANDゲート30A又はORゲート30B、及び遅延回路40は省略してもよい。
【0030】
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、第3の回路として回路50Cを備えている。分周回路20Aは、差動信号としての分周クロック信号s20を出力する。
【0031】
回路50Cは、NANDゲート501,502及びRSフリップフロップ503からなる。NANDゲート501は、基準クロック信号s10と分周回路20Aから出力された一方の分周クロック信号s20とを受け、分周クロック信号s24を出力する。NANDゲート502は、基準クロック信号s10と他方の分周クロック信号s20とを受け、分周クロック信号s25を出力する。RSフリップフロップ503は、NANDゲート501,502から出力された分周クロック信号s24,s25を入力信号として受ける。
【0032】
図5は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周クロック信号s50は、分周クロック信号s20と同じ周期で、立ち上がり及び立ち下がりのエッジタイミングが基準クロック信号s10のタイミングと同じとなる。
【0033】
以上、本実施形態によると、分周クロック信号を差動信号とすることによって分周クロック信号s50のデューティ比を50%にすることが可能となる。
【0034】
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、図3に示したクロック発生回路におけるORゲート30Bを省略して、ANDゲート50Bに代えて3入力のANDゲート50Dを備えている。ANDゲート50Dは、基準クロック信号s11と及び分周クロック信号s20に加えて制御信号としてのイネーブル信号s31を受け、これら信号を論理積演算して分周クロック信号s50を出力する。
【0035】
以上、本実施形態によると、イネーブル信号s31を用いて、分周クロック信号s50の有効及び無効の切り替えが可能となる。また、3入力のANDゲート50Dを採用することにより、特に回路規模を増大させることなく、上記の切り替え制御が可能となる。
【0036】
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、ANDゲート50Bと、中継回路としてのフリップフロップ60と、ラッチ回路70とを備えている。ここで、基準クロック発生回路10、分周回路20A及びANDゲート50Bは図3に示したものと同じであるため説明を省略する。
【0037】
フリップフロップ60は、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、分周クロック信号s20を出力する。つまり、分周クロック信号s20の立ち上がりエッジタイミングは、フリップフロップ60を通過する際に、基準クロック信号s10の立ち上がりエッジタイミングと揃う。
【0038】
ラッチ回路70は、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち下がりエッジタイミングで、分周クロック信号s20をラッチする。
【0039】
図8は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。フリップフロップ60から出力された分周クロック信号s20は、ラッチ回路70によってラッチされ、新たな分周クロック信号s26として出力される。したがって、分周クロック信号におけるエッジタイミングがずれるときに発生する、狭パルスのひげ状のノイズを抑制することが可能となる。
【0040】
なお、フリップフロップ60は他の実施形態におけるクロック発生回路とも組み合わせ可能である。
【0041】
(第5の実施形態)
図9は、第5の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、基準クロック発生源10と、分周回路20Aと、第3の回路としてフリップフロップ群50Eとを備えている。ここで、基準クロック発生源10及び分周回路20Aは第1の実施形態に示したものと同じであるため説明を省略する。基準クロック発生源10から出力された基準クロック信号s10は、フリップフロップ11及びこれに同期して動作するフリップフロップ21の近くまで伝送され、フリップフロップ21の近傍に配置された分周回路20Aによって分周される。
【0042】
フリップフロップ群50Eは、分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して動作するフリップフロップ504が偶数個直列に接続されたものである。フリップフロップ群50Eは、分周クロック信号s20の立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングを基準クロック信号s10に合わせて分周クロック信号s50a,s50bを出力する。
【0043】
図10は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周回路20Aから出力された分周クロック信号s20は、フリップフロップ504が2個接続されたフリップフロップ群50Eを通過する際に、1周期遅延し、分周クロック信号s50aとして出力される。また、さらにフリップフロップ504を2個接続して、フリップフロップ群50Eのフリップフロップ504を4個とすることで、さらに1周期遅延した分周クロック信号s50bが出力される。
【0044】
以上、本実施形態によると、分周クロック信号s20をマスターとして、フリップフロップ504によって分周クロック信号s20をチェーン状に遅延させることで、基準クロック信号s10と立ち上がり及び立ち下がりエッジタイミングの合った分周クロック信号s50a,s50bを生成可能である。また、このような構成とすることで、配線リソースの低減が可能となる。さらに、タイミングを合わせるポイントが絞り込めるため、タイミング収束性が改善される。
【0045】
(第6の実施形態)
図11は、第6の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す。本クロック発生回路は、図4に示したクロック発生回路における分周回路20Aに代えて分周回路20Bを備えている。
【0046】
分周回路20Bは、分周回路20Aと、フリップフロップ203と、XORゲート204とからなる。分周回路20Aの構成は図1に示したものと同じであり、基準クロック信号s10の分周クロック信号s2aを出力する。フリップフロップ203は、XORゲート204から出力された分周クロック信号s20を入力信号として受け、基準クロック信号s10の立ち上がりの変化に同期して、分周クロック信号s2bを出力する。XORゲート204は、分周回路20Aから出力された分周クロック信号s2aとフリップフロップ203から出力された分周クロック信号s2bとを受けて、分周クロック信号s20を出力する。分周回路20Bから出力される分周クロック信号s20は差動信号である。
【0047】
図12は、本実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。分周回路20Aから出力された分周クロック信号s2aの周波数は、基準クロック信号の1/2である。また、分周回路20Bから出力された分周クロック信号s20の周波数は、基準クロック信号の1/4である。
【0048】
なお、図13に示したように、分周クロック信号s20をシングル出力とする構成としてもよい。
【0049】
なお、本実施形態おいて、分周クロック信号の周波数が基準クロック信号の1/4となる場合を説明したが、分周回路20Bの構成を変更すれば、様々な周期の分周クロック信号を生成することが可能である。
【0050】
また、本実施形態において、4分周回路を図4に示したクロック発生回路と組み合わせた例を説明したが、上述した他の実施形態におけるクロック発生回路とも組み合わせ可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明に係るクロック発生回路は、基準クロック信号とその分周クロック信号との伝送路におけるチップ内ばらつきから生じるスキューを抑制することが可能であるため、半導体集積回路におけるクロック発生回路として有用である。また、チップ面積の削減効果を有するため、半導体集積回路のコストダウンの方法としても有用である。さらに、クロストークの影響によるスキューは、ボード設計においても課題となりうるため、ボード設計にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図2】第1の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図3】第1の実施形態に係るクロック発生回路の構成の別例を示す図である。
【図4】第2の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図5】第2の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図6】第3の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図7】第4の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図8】第4の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図9】第5の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図10】第5の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図11】第6の実施形態に係るクロック発生回路の構成を示す図である。
【図12】第6の実施形態に係るクロック発生回路のタイミングチャートである。
【図13】第6の実施形態に係る分周回路の構成の別例を示す図である。
【符号の説明】
【0053】
10 基準クロック発生源(第1の回路)
20A,20B 分周回路(第2の回路)
30A ANDゲート(制御回路)
30B ORゲート(制御回路)
40 遅延回路
60 フリップフロップ(中継回路)
70 ラッチ回路
50A ORゲート(第3の回路)
50B,50D ANDゲート(第3の回路)
50C 回路(第3の回路)
50E フリップフロップ群
504 フリップフロップ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のクロック信号を生成する第1の回路と、
前記第1のクロック信号を分周して、第2のクロック信号を生成する第2の回路と、
前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号を生成する第3の回路とを備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項2】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理和回路を有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項3】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理積回路を有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項4】
請求項2及び3のいずれか1項に記載のクロック発生回路において、
制御信号に従って、前記第2のクロック信号の有効及び無効を切り替える制御回路を備え、
前記第3の回路は、前記第2のクロック信号が無効のとき、前記第3のクロック信号として前記第1のクロック信号を出力する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項5】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2のクロック信号は差動信号である
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項6】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1のクロック信号を遅延させ、新たな第1のクロック信号を生成する遅延回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項7】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2のクロック信号を遅延させ、新たな第2のクロック信号を生成する遅延回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項8】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1のクロック信号が第1の論理レベルから第2の論理レベルへ変化するタイミングで前記第2のクロック信号をラッチするラッチ回路を備え、
前記第3の回路は、前記第1のクロック信号及び前記ラッチ回路によって生成された新たな第2のクロック信号を受ける
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項9】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2の回路は、自己の出力信号の反転を入力信号とし、前記第1のクロック信号に同期して前記第2のクロック信号を生成するフリップフロップを有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項10】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、制御信号に従って、前記第3のクロック信号の有効及び無効を切り替える
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項11】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである新たな第2のクロック信号を出力する中継回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項12】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1のクロック信号に同期して動作するフリップフロップが偶数個直列に接続されてなるフリップフロップ群を有し、
前記フリップフロップ群における初段は前記第2のクロック信号を受け、最終段は前記第3のクロック信号を出力する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項1】
第1のクロック信号を生成する第1の回路と、
前記第1のクロック信号を分周して、第2のクロック信号を生成する第2の回路と、
前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである第3のクロック信号を生成する第3の回路とを備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項2】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理和回路を有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項3】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1及び第2のクロック信号を受け、前記第3のクロック信号を出力する論理積回路を有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項4】
請求項2及び3のいずれか1項に記載のクロック発生回路において、
制御信号に従って、前記第2のクロック信号の有効及び無効を切り替える制御回路を備え、
前記第3の回路は、前記第2のクロック信号が無効のとき、前記第3のクロック信号として前記第1のクロック信号を出力する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項5】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2のクロック信号は差動信号である
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項6】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1のクロック信号を遅延させ、新たな第1のクロック信号を生成する遅延回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項7】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2のクロック信号を遅延させ、新たな第2のクロック信号を生成する遅延回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項8】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1のクロック信号が第1の論理レベルから第2の論理レベルへ変化するタイミングで前記第2のクロック信号をラッチするラッチ回路を備え、
前記第3の回路は、前記第1のクロック信号及び前記ラッチ回路によって生成された新たな第2のクロック信号を受ける
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項9】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第2の回路は、自己の出力信号の反転を入力信号とし、前記第1のクロック信号に同期して前記第2のクロック信号を生成するフリップフロップを有する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項10】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、制御信号に従って、前記第3のクロック信号の有効及び無効を切り替える
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項11】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第1及び第2のクロック信号から、前記第2のクロック信号の周期を有し、かつ第1の論理レベルから第2の論理レベルへの変化のタイミングが前記第1のクロック信号の当該タイミングと同じである新たな第2のクロック信号を出力する中継回路を備えた
ことを特徴とするクロック発生回路。
【請求項12】
請求項1に記載のクロック発生回路において、
前記第3の回路は、前記第1のクロック信号に同期して動作するフリップフロップが偶数個直列に接続されてなるフリップフロップ群を有し、
前記フリップフロップ群における初段は前記第2のクロック信号を受け、最終段は前記第3のクロック信号を出力する
ことを特徴とするクロック発生回路。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2007−189293(P2007−189293A)
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−3427(P2006−3427)
【出願日】平成18年1月11日(2006.1.11)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年1月11日(2006.1.11)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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