JPH0736422B2 - クロック供給回路 - Google Patents

クロック供給回路

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JPH0736422B2
JPH0736422B2 JP63205868A JP20586888A JPH0736422B2 JP H0736422 B2 JPH0736422 B2 JP H0736422B2 JP 63205868 A JP63205868 A JP 63205868A JP 20586888 A JP20586888 A JP 20586888A JP H0736422 B2 JPH0736422 B2 JP H0736422B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はクロック供給回路、特に内部クロックスキュー
を最小限に抑制しうるクロック供給回路に関するもので
ある。
(従来の技術) 大規模集積回路(LSI)におけるクロック供給回路にお
いて、クロック線に接続されるF/F(フリップフロッ
プ)の数は非常に多くなり、したがってそれらの配線も
長くなるのでクロック系の設計も困難になると共に、い
ろいろな問題も生ずる。すなわち、クロック線の負荷が
大となり、内部クロックスキュー(以後単にクロックス
キューと称する)および外部クロックスキューとも増大
してしまう。そして外部クロックスキューはLSIの性能
を制限するように作用するので、該スキューはできるだ
け小さくすることが望ましい。
内部クロックスキューについても、小さく抑えておかな
いと直列接続されたF/F間でデータ転送エラーを生じて
しまいLSIの誤動作の原因となる。
すなわち、2個のF/Fについて前段のQ出力と後段のD
入力間の信号伝播遅延が、クロックチスキュー(すなわ
ち2つのF/Fのクロック入力における位相のずれ時間)
より小さいと後段のF/Fは同じクロックサイクルで前段
のQ出力をとり込んでしまい誤動作を生ずる。
この現象の発生を回避するには2つのF/FのQ出力とD
入力の間の遅延を、クロックスキューよりも大にすれば
よいが、それをあまり大にするとLSIの動作速度が低下
するので、内部クロックスキューをできるだけ、小さく
抑えることが必要となる。
第4図は従来技術によるF/F群のクロック駆動方式の一
例を示す。このように内部クロック線を枝状に配置する
ことによって配線間の遅延の差も比較的小さくでき、し
たがってクロックスキューもある程度小さく抑えられ
る。
しかしながら、LSIの回路規模が最近のように大となる
とチップ内のF/Fの数も数千にも達し、クロック線の配
線長も全体的にかなり大となってしまい、かつ第1バッ
ファ1に接続された第2バッファ2の出力から各F/Fま
での配線の長さのバラツキも大となる。
第5図は従来技術による別のクロック駆動方式を示す。
この例においては、バッファを2階層にし、第1階層の
バッファ1′により第2階層内のバッファ2′〜N′を
駆動し、前記各バッファが従属する各F/Fを駆動するよ
うに分割駆動方式をとっている。
この方式において、異なる数のF/Fを有する例えばバッ
ファ2′およびバッファN−1′の駆動能力β2,βN-1
は下記のように決定される。
A−B間の遅延時間tABおよびA−C間の遅延時間tAC
求め、次いでクロック線D−Eの負荷CDE,F−Gの負荷C
FGを求め、tAB+T(β,cDE)=tAC+T
(βN−1′,CFG)=一定値となるようにすればよい
(但しTは各負荷を駆動するのに必要な時間)。
(発明が解決しようとする課題) 第4図に示す前記駆動方式においては、例えばA点から
B点またはD点までは配線長が相違するのでこれに起因
するクロックの遅延を生じ、したがってクロックスキュ
ーを生ずる。すなわち、このような一括駆動方式ではク
ロックスキューは回避できない欠点を有しLSIが大規模
である場合、無視できない。また、一括駆動方式のた
め、バッファ2には大なる駆動能力が要求され、したが
ってクロック線に局部的に大電流が流れる結果、ノイズ
が誘発され誤動作の原因となる。
一方、第5図に示す前記分割駆動方式では、クロックス
キュー最小化のための総合的な計算が複雑であると共
に、駆動力の異なる多数のバッファが必要となるため回
路設計が困難となる。
また特定バッファに従属するF/Fの数が大になると両端
でのクロックスキューも無視できなくなる。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明によるクロック供給回路は、第1のバッファおよ
びこのバッファの出力側の所定点から複数チャンネルの
夫々に設けられたバッファの入力までの各配線を含む第
1階層と前記各チャンネル中の前記各バッファおよびそ
れらに従属する各フリップフロップ群から構成された第
2階層の少なくとも2つの階層を有し、前記各バッファ
は同一性能を有し、前記第1階層内の各チャンネルの配
線長は異なっており、最大長の配線を有する第1階層内
の特定のチャンネルのクロック回路条件に他のチャンネ
ルが実質的に等しくなるように調整する第1の容量手段
が前記第1階層内の特定チャンネルを除く各チャンネル
中に設けられ、前記第2階層内の各チャンネルのフリッ
プフロップの数は異なっており、最大数のフリップフロ
ップを有する第2階層内の特定チャンネルのクロック回
路条件に他のチャンネルのクロック回路条件が実質的に
等しくなるように調整する第2の容量手段が前記第2階
層内の特定チャンネルを除く各チャンネル中に設けられ
ていることを特徴とする。
(作用) 本発明によるクロック供給回路においては、均等化され
た回路条件と、均等化された能力を有する各バッファで
均等化された負荷を駆動することによってクロックスキ
ューが低減される。
(実施例) 第1図および第2図は、本発明によるクロック供給回路
の原理を説明する為の図である。
同図において、第1階層においてバッファ10の出力側の
A点から各バッファ11-1,11-2,…11-Nの入力までの各
配線長と配線幅を同一となるように構成する。更に、第
2階層において、バッファ11-1,11-2,11-3…11-Nは同
じ駆動能力を有するものに揃え、かつそれぞれのバッフ
ァに従属するF/Fij(j=1,2,4,…m)の数および負荷
配線もすべて等しくなるように構成している。
このように各階層の配線条件および分散化した各バッフ
ァの駆動能力の均等化、それに各バッファに従属するF/
Fの数を等しくすることによって、動作時において各F/F
間に発生しうるクロックスキューが最小に抑えられるよ
うにすることが可能である。
又、第2図に示した回路においては、第1階層における
配線条件は第1図のものと同じであるが、第2階層にお
けるF/Fの数、しだかってそれらを接続する配線の長さ
が異なっている。すなわち、第1のバッファ10の出力側
のA点から分散した各バッファ11-1,11-2,11-3…11-N
の入力C,D,F,Gに至る各配線条件は同一にしてある。そ
して第2階層において特定のバッファ,例えば、この場
合バッファ11-1に従属するF/F1j(j=1,2,3…P)の
数の多いチャンネルを基準にして、それよりも少ない数
のF/Fの接続された各バッファを有するチャンネルの終
端にRC遅延調整用の負荷容量C1,C2,C3…CN-1が接続さ
れている。前記各負荷容量は、各チャンネルのバッファ
11-2,11-3,…11-Nに従属するF/Fの数にしたがって調
整された値をとり、かつ各チャンネルの配線長をも考慮
してバッファ11-1を有する基準チャンネルのクロック線
の信号遅延と実質的に同一状態になる様に調整される。
すなわち、任意の負荷容量Ciは、CiJ=配線容量の不足
分+不足するF/F数分のゲート容量,として算出され、
その値が決定される。
なお、前記各負荷容量Ciの実施法としては、MOSトラン
ジスタのゲート容量として実現する方法が設計も容易
で、しかも面積的にオーバーヘッドが最も小さくなるの
で具合がよい。なお、最も多いF/Fを有する基準チャン
ネルの配線長は、当該バッファ出力直後から終端のF/F
までRC遅延によるクロックスキューの悪影響が現われな
いような範囲の値に設定する必要があるのは当然であ
る。
次に第3図を参照して、本発明によるクロック供給回路
の実施例を説明する。ここでは、第1階層と第2階層の
両方について別々にクロックスキューの低減を行う。即
ち、第1図および第2図の回路では、第1階層での条件
が各ルートで均一であるという理想的な場合を想定して
説明したが、実際にはこのような場合は限られており、
一般的な設計の容易化には結び付かないからである。こ
の実施例においては、第1階層内の第1バッファ10の出
力側のA点から分散した各バッファ11-1 11-2,…11-N
の入力まで配線長も異なっている。これに起因するクロ
ックスキュー対策の為、最長の入力配線を有する特定の
バッファ、例えばこの場合バッファ11を基準として、異
なる入力配線のRC遅延に起因するクロックスキュー防止
用の調整用容量C11,C12,…C1N-1を設ける。この場合
において各容量の値は、入力配線の不足分にしたがって
決定すればよい。
なお、この実施例において、第2階層内の構成は第2図
のものと同じであり、各調整用の容量の値の定め方も第
2図のものと同じであるので詳細な説明は省略する。
なお、上記の実施例において、第1および第2階層とし
ているが、階層数はこれに限られるものではない。
(発明の効果) 以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明の
クロック供給回路においては、第1のバッファ部分およ
び次段の各バッファ入力までの配線を含む第1階層と、
前記各バッファおよびそれに従属するF/Fを含む各チャ
ンネルからなる第2の階層に分け、各階層を実質的に均
等な回路状態にして負荷としてのF/Fを駆動しているの
でクロックスキューを小さく抑えることができる。
また第2階層中の各チャンネルの各バッファは同一種
類、同一性能のバッファを使用できるので回路設計が容
易となる。
更に、第1階層または第2階層、あるいは第1および第
2階層内の配線長および従属するF/Fの数に相違があっ
ても各チャンネルの回路状態を実質的に同一に調整可能
な容量の付加により調整しているので各チャンネルの各
バッファに多少の駆動能力の変動があってもクロックス
キューを均一かつ小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるクロック供給回路の原理を説明す
る為の回路図、 第2図は本発明によるクロック供給回路の原理を説明す
る為の別の回路図、 第3図は本発明によるクロック供給回路の実施例、 第4図は従来技術による1つのF/Fのクロック駆動方
式、および第5図は従来技術による別のF/Fクロック駆
動方式をそれぞれ示す。 10……第1のバッファ, 11-1,11-2,…11-Nは各チャンネルの第2バッファ, F/Fij(i=1,2,3…N,j=1,2,…m)…従属する各フリ
ップフロップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−115352(JP,A) 特開 昭63−87744(JP,A) 特開 昭62−231498(JP,A) 実開 昭61−146951(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のバッファおよびこのバッファの出力
    側の所定点から複数チャンネルの夫々に設けられたバッ
    ファの入力までの各配線を含む第1階層と前記各チャン
    ネル中の前記各バッファおよびそれらに従属する各フリ
    ップフロップ群から構成された第2階層の少なくとも2
    つの階層を有し、 前記各バッファは同一性能を有し、 前記第1階層内の各チャンネルの配線長は異なってお
    り、最大長の配線を有する第1階層内の特定チャンネル
    のクロック回路条件に他のチャンネルが実質的に等しく
    なるように調整する第1の容量手段が前記第1階層内の
    特定チャンネルを除く各チャンネル中に設けられ、 前記第2階層内の各チャンネルのフリップフロップの数
    は異なっており、最大数のフリップフロップを有する第
    2階層内の特定チャンネルのクロック回路条件に他のチ
    ャンネルのクロック回路条件が実質的に等しくなるよう
    に調整する第2の容量手段が前記第2階層内の特定チャ
    ンネルを除く各チャンネル中に設けられていることを特
    徴とするクロック供給回路。
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