KR102546302B1 - 클락 지터 측정 회로 및 이를 포함하는 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로는, 입력 클락 신호에 각각 동기된 내부 클락 신호 및 단일 펄스 신호를 생성하는 내부 신호 생성기, 직렬로 연결되고 내부 클락 신호가 순차적으로 경유하는 복수의 지연 소자들, 복수의 지연 소자들이 출력하는 지연 클락 신호들 각각에 동기하여 단일 펄스 신호를 래치하는 복수의 래치 소자들, 및 복수의 래치 소자들이 출력하는 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운팅하는 카운트 서브 회로를 포함할 수 있다.

Description

클락 지터 측정 회로 및 이를 포함하는 반도체 장치{CLOCK JITTER MEASUREMENT CIRCUIT AND SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시의 기술적 사상은 클락 신호의 지터(jitter)에 관한 것으로서, 자세하게는 클락 지터의 측정을 위한 회로 및 방법에 관한 것이다.
디지털 회로는 클락 신호에 동기됨으로써 동작할 수 있다. 예를 들면, 디지털 회로는 복수의 플립플롭들을 포함할 수 있고, 복수의 플립플롭들 각각은 클락 신호의 에지에 응답하여 동작할 수 있다. 또한, 디지털 회로에 포함되고 클락 신호에 동기되어 동작하는 기능 블록들은 상이한 동작 주파수들을 각각 가질 수 있고, 이에 따라 다양한 주파수를 가지는 복수의 클락 신호들이 생성될 수 있다.
클락 신호는 지터를 가질 수 있고, 설계자에 의해서 클락 신호의 지터가 고려된 설계에 기인하여 기능 블록의 성능은 클락 신호의 지터에 의해서 제한될 수 있다. 클락 신호의 지터는 반도체 제조 공정의 편차에 기인하여 다이(die) 마다 상이할 수도 있고, 디지털 회로의 온도 또는 디지털 회로에 인가된 전압에 따라 변할 수도 있으며, 클락 신호를 생성하는 회로(예컨대, PLL(phase locked loop))의 성능에 따라 결정될 수도 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면은 클락 지터의 측정에 관한 것으로서, 클락 지터 측정 회로 및 그것을 포함하는 반도체 장치를 제공하고, 클락 지터 측정 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 클락 지터 측정 회로는, 입력 클락 신호에 각각 동기된 내부 클락 신호 및 단일 펄스 신호를 생성하는 내부 신호 생성기, 직렬로 연결되고 내부 클락 신호가 순차적으로 경유하는 복수의 지연 소자들, 복수의 지연 소자들이 출력하는 지연 클락 신호들 각각에 동기하여 단일 펄스 신호를 래치하는 복수의 래치 소자들, 및 복수의 래치 소자들이 출력하는 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운팅하는 카운트 서브 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 반도체 장치는, 입력 클락 신호를 수신하고, 입력 클락 신호에 동기하여 동작하는 적어도 하나의 기능 블록, 입력 클락 신호에 동기된 단일 펄스 신호를 입력 클락 신호를 지연시킨 복수의 지연 클락 신호들에 동기하여 래치한 샘플 신호들에 기초하여 입력 클락 신호의 지터를 측정하는 클락 지터 측정 회로, 및 입력 클락 신호의 지터에 기초하여 적어도 하나의 기능 블록의 성능을 조절하는 성능 조절 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 클락 지터 측정 방법은, 입력 클락 신호에 동기된 내부 클락 신호를 생성하고, 내부 클락 신호를 지연시킴으로써 복수의 지연 클락 신호들을 생성하는 단계, 입력 클락 신호에 동기된 단일 펄스 신호를 생성하는 단계, 복수의 지연 클락 신호들에 동기하여 단일 펄스 신호를 래치함으로써 샘플 신호들을 생성하는 단계, 및 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운트하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 클락 지터 측정을 위한 회로 및 방법에 의하면, 클락 신호의 지터를 정확하게 측정함으로써 클락 신호를 사용하는 디지털 회로의 성능 및 전력 소비를 최적화할 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 클락 지터 측정을 위한 회로 및 방법에 의하면, 클락 지터 측정 회로는 디지털 합성 가능할 뿐만 아니라 클락 지터 측정을 위한 기준 신호가 불필요하기 때문에, 구현이 용이하고 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 클락 지터 측정을 위한 회로 및 방법에 의하면, PVT(process voltage temperature) 변이에 둔감한 구조적 특징에 기인하여 PVT 변이를 보상하기 위한 구성이 불필요하다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 입력 클락 신호(CK_IN) 및 싱글 펄스 신호(SP)의 타이밍도를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 지연 블록의 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 지연 블록의 출력 신호인 지연 클락 신호들(CK_D)의 타이밍도를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 래치 블록의 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 래치 블록의 출력 신호인 샘플 신호들(SA)의 타이밍도를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기의 일 예를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 7의 내부 신호 생성기의 출력 신호들의 타이밍도를 각각 나타낸다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기의 일 예를 나타낸다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 9의 내부 신호 생성기의 출력 신호들의 타이밍도를 나타낸다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 내부 신호 생성기의 출력 신호들을 수신하는 래치 블록의 블록도를 나타낸다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 내부 신호 생성기 및 도 12의 래치 블록의 출력 신호들의 타이밍도를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 1의 카운트 서브 회로의 예시들의 블록도를 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 14a 및 도 14b의 카운트 서브 회로들의 동작을 각각 나타내는 타이밍도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로들의 블록도를 나타내는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로를 포함하는 반도체 장치들을 나타내는 블록도이다.
도 18 및 도 19는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 클락 지터 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로(100)의 블록도를 나타내고, 도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 입력 클락 신호(CK_IN) 및 싱글 펄스 신호(SP)의 타이밍도를 나타낸다. 도 1의 클락 지터 측정 회로(100)는 반도체 공정에 의해서 제조될 수 있고, 반도체 장치에 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 클락 지터 측정 회로(100)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신할 수 있고, 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터(jitter)를 측정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 입력 클락 신호(CK_IN)가 주기 "T"를 가지도록 생성되나, 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신하는 기능 블록은 다양한 요인들에 의해서 발생한 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기 "T"의 편차(deviation)를 경험할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상승 에지에서 트리거링된 입력 클락 신호(CK_IN)들을 중첩시키는 경우, 다음 상승 에지들이 중첩된 영역으로서 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터가 나타날 수 있다. 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터는 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기하여 동작하는 기능 블록의 성능을 제한할 수 있다. 예를 들면, 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신하는 기능 블록의 크리티컬 패스(critical path)의 지연 시간은 주기 "T"보다 짧은 "T_min" 이하를 만족하여야 한다.
입력 클락 신호(CK_IN)의 지터는 다양한 요인들에 기인하여 변동될 수 있다. 예를 들면, 입력 클락 신호(CK_IN)는 PVT(process voltage temperature) 변이에 기인하여 변동될 수 있다. 즉, 동일하게 설계되어 제조된 디지털 회로들일지라도, 반도체 제조 공정의 편차에 기인하여 다이(die)마다 상이한 입력 클락 신호(CK_INT)의 지터가 초래될 수도 있고, 디지털 회로의 온도 및/또는 디지털 회로에 인가되는 전압에 기인하여 입력 클락 신호(CK_INT)의 지터가 증가하거나 감소할 수도 있다. 설계자는 기능 블록을 설계할 때, 이러한 입력 클락 신호(CK_INT)의 지터의 변동을 고려하여 입력 클락 신호(CK_INT)에 대하여 높은 마진을 책정할 수 있고, 이에 따라 기능 블록의 성능은 더욱 제한될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로(100)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터 측정을 위하여 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기를 정확하게 측정함으로써, 기능 블록 및 기능 블록을 포함하는 디지털 회로의 성능을 최적화할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 클락 지터 측정 회로(100)는 증폭기 등과 같은 아날로그 회로를 포함하지 아니하여 디지털 합성 가능하다. 즉, 클락 지터 측정 회로(100)는 표준 셀 라이브러리(standard cell library)에 포함된 표준 셀들로서 구현이 가능하다. 따라서, 클락 지터 측정 회로(100)는 디지털 회로의 다른 블록들과 함께 구현하는 것이 용이하고, 다양한 어플리케이션에 광범위하게 사용될 수 있다. 또한, 클락 지터 측정 회로(100)는 후술될 구조적 특징에 기인하여 PVT 변이에 둔감하므로, PVT 변이를 보상할 필요없이 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 클락 지터 측정 회로(100)는 내부 신호 생성기(110), 지연 블록(120), 래치 블록(130) 및 카운트 서브 회로(140)를 포함할 수 있다. 내부 신호 생성기(110)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신할 수 있고, 내부 클락 신호(CK_INT) 및 싱글 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다. 내부 신호 생성기(100)에 의해서 생성되는 내부 클락 신호(CK_IN) 및 싱글 펄스 신호(SP)는 입력 클락 신호(CK_INT)에 동기될 수 있다. 예를 들면, 내부 클락 신호(CK_INT)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 분주함으로써 생성될 수 있고, 싱글 펄스 신호(SP)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 에지에 동기되어 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기를 측정하기 위하여, 내부 신호 생성기(110)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기와 동일한 활성 펄스 폭(active pulse width)을 가지도록 싱글 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다.
지연 블록(120)은 내부 신호 생성기(110)로부터 내부 클락 신호(CK_INT)를 수신할 수 있고, 복수의 지연 클락 신호들CK_D)을 생성할 수 있다. 지연 블록(120)은 직렬 연결된 복수의 지연 소자들을 포함할 수 있고, 내부 클락 신호(CK_INT)는 복수의 지연 소자들 중 첫 번째 지연 소자에 입력될 수 있다. 복수의 지연 클락 신호들(CK_D) 각각은 복수의 지연 소자들 각각의 출력 신호일 수 있다. 지연 블록(120)에 대한 자세한 내용은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술될 것이다.
래치 블록(130)은 지연 블록(120)으로부터 복수의 지연 클락 신호들(CK_D)을 수신할 수 있고, 내부 신호 생성기(110)로부터 싱글 펄스 신호(SP)를 수신할 수 있으며, 복수의 샘플 신호들(SA)을 생성할 수 있다. 래치 블록(130)은 복수의 래치 소자들을 포함할 수 있고, 복수의 래치 소자들은 복수의 지연 클락 신호들(CK_D)에 각각 동기되어 싱글 펄스 신호(SP)를 래치할 수 있다. 즉, 복수의 래치 소자들 각각은 자신에게 수신되는 복수의 지연 클락 신호들(CK_D) 중 하나에 동기되어 싱글 펄스 신호(SP)를 래치할 수 있고, 이에 따라 활성화되거나 비활성화된 샘플 신호들(SA) 중 하나를 출력할 수 있다. 결과적으로, 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자들의 개수, 래치 블록(130)에 포함된 래치 소자들의 개수, 지연 클락 신호들(CK_D)에 포함된 신호들의 개수 및 샘플 신호들(SA)에 포함된 신호들의 개수는 동일할 수 있다. 래치 블록(130)에 대한 자세한 내용은 도 5 및 도 6을 참조하여 후술될 것이다.
카운트 서브 회로(140)는 래치 블록(130)으로부터 복수의 샘플 신호들(SA)을 수신할 수 있고, 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 카운트 서브 회로(140)는 복수의 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수를 카운트할 수 있고, 복수의 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수를 나타내는 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 카운트 서브 회로(140)에 의해서 출력되는 카운트 신호(CNT)가 나타내는 값은 싱글 펄스 신호(SP)의 활성화 펄스 폭에 비례할 수 있고, 이에 따라 싱글 펄스 신호(SP)가 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기와 동일한 활성화 펄스 폭을 가지는 경우, 카운트 신호(CNT)가 나타내는 값은 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기에 비례할 수 있다. 즉, 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기가 측정될 수 있다. 카운트 서브 회로(140)에 대한 자세한 내용은 도 14a 및 도 14b를 참조하여 후술될 것이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 지연 블록(120)의 블록도를 나타내고, 도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 지연 블록(120)의 출력 신호인 지연 클락 신호들(CK_D)의 타이밍도를 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 지연 블록(120)은 도 1의 내부 신호 생성기(110)로부터 내부 클락 신호(CK_INT)를 수신할 수 있고, 도 1의 래치 블록(130)으로 지연 클락 신호들(CK_D)을 출력할 수 있다.
도 3을 참조하면, 지연 블록(120)은 직렬 연결된 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M)을 포함할 수 있다. M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 중 첫 번째 지연 소자(121_1)에 내부 클락 신호(CK_INT)가 입력될 수 있고, M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M)이 출력 하는 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])은 지연 클락 신호들(CK_D)을 구성할 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 지연 클락 신호들(CK_D)은 상이한 지연을 가지는 M개의 클락 신호들을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 중 마지막 지연 소자(121_M)의 출력인 지연 클락 신호(CK_D[M])는 내부 클락 신호(CK_INT)보다 "D_TOT"만큼 지연된 신호일 수 있다. 즉, 도 3의 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M)의 총 지연 시간은 "D_TOT"일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기 "T_I" 내에 발생된, M개의 지연 클락 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])의 상승 에지들의 개수는 M개로 항상 일정할 수 있고, 노이즈에 기인하여 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 각각의 지연 시간이 변경되거나 PVT 변이가 발생하더라도 M은 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 특성에 기초하여, 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기 "T_I" 보다 짧은 시간 간격(t) 동안 발생한 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M)의 상승 에지들의 개수를 카운트함으로써, 그 시간 간격(t)의 길이를 측정할 수 있다. 이와 같이, 시간 간격을 디지털 값으로 변환하는 회로는 TDC(time-to-digit converter)로서 지칭될 수 있고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 상이한 지연을 가지는 지연 클락 신호들을 사용하여 시간 간격을 디지털 값으로 변환하는 회로는 추계적(stochastic) TDC로서 지칭될 수 있다.
도 3에 도시된 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 각각은 입력된 신호를 지연시켜 출력하는 회로로서 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 각각은 2개의 직렬 연결된 인버터(inverter)를 포함할 수 있다. 일실시예에서, M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M) 각각은 동일한 구조를 가질 수 있으며, 동일한 지연 시간을 가질 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 래치 블록(130)의 블록도를 나타내고, 도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 래치 블록(130)의 출력 신호인 샘플 신호들(SA)의 타이밍도를 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 래치 블록(130)은 지연 블록(120)으로부터 복수의 지연 클락 신호들(CK_D)을 수신할 수 있고, 내부 신호 생성기(110)로부터 싱글 펄스 신호(SP)를 수신할 수 있으며, 복수의 샘플 신호들(SA)을 출력할 수 있다.
도 5를 참조하면, 래치 블록(130)은 M개의 래치 소자들(131_1 내지 131_M)을 포함할 수 있다. M개의 래치 소자들(131_1 내지 131_M)은 도 3의 지연 블록(120)으로부터 수신된 M개의 지연 클락 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])을 각각 수신할 수 있고, 도 1의 내부 신호 생성기(120)로부터 수신된 싱글 펄스 신호(SP)를 공통적으로 수신할 수 있으며, M개의 샘플 신호들(SA[1] 내지 SA[M])을 각각 출력할 수 있다. 예를 들면, 제1 래치 소자(131_1)는 제1 지연 클락 신호(CK_D[1]) 및 싱글 펄스 신호(SP)를 수신할 수 있고, 제1 지연 클락 신호(CK_D[1])에 동기하여 싱글 펄스 신호(SP)를 래치함으로써 제1 샘플 신호(SA[1])를 출력할 수 있다.
도 6을 참조하면, 싱글 펄스 신호(SP)는 시간 간격(t) 동안 활성화될 수 있고, M개의 지연 클락 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M]) 중 시간 간격(t) 동안 상승 에지를 가지는 것을 수신하는 래치 소자는 활성화된 샘플 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 시간 간격(t) 사이에 상승 에지를 가지는 지연 클락 신호(CK_D[i])에 의하여, 샘플 신호(SA[i])는 활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H" 레벨로 천이)될 수 있는 한편, 시간 간격(t) 사이에 상승 에지를 가지지 아니하는 지연 클락 신호(CK_D[j])에 의하여, 샘플 신호(SA[j])는 비활성화 상태로 유지(즉, "L" 레벨에서 유지)될 수 있다. 싱글 펄스 신호(SP)가 비활성화된 이후, 도 1의 카운트 서브 회로(140)는 샘플 신호들(SA) 중 활성화된(즉, "H" 레벨인) 것들을 카운트함으로써, 시각 t01에서 활성화된 샘플 신호들의 개수를 나타내는 값 "C"를 가지는 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다. "C"는 시간 간격(t)에 비례하고, 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자들의 개수인 "M'이 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기 "T_I"에 대응하기 때문에, 아래 [수학식1]과 같이 값 "C'로부터 시간 간격(t)이 계산될 수 있다.
[수학식1]
t = T_I * C * 1/M
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기(110)의 일 예(110a)를 나타내고, 도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 7의 내부 신호 생성기(110a)의 출력 신호들의 타이밍도를 각각 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 내부 신호 생성기(110a)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신할 수 있고, 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기된 내부 클락 신호(CK_INT) 및 싱글 펄스 신호(SP)를 각각 생성할 수 있고, 도 1의 지연 블록(120) 및 래치 블록(130)에 각각 제공할 수 있다. 도 1의 내부 신호 생성기(110)와 비교할 때, 도 7의 내부 신호 생성기(110a)는 리셋 신호(RST)를 생성할 수 있다. 도 7을 참조하면, 내부 신호 생성기(110a)는 주파수 분주기(112a), 주기 신호 생성기(114a) 및 리셋 신호 생성기(116a)를 포함할 수 있다.
주파수 분주기(112a)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 분주함으로써 내부 클락 신호(CK_INT)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 주파수 분주기(112a)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 2분주함으로써 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기의 2배인 주기를 가지는 내부 클락 신호(CK_INT)를 생성할 수 있다. 입력 클락 신호(CK_IN)를 2분주하기 위하여, 예를 들면 주파수 분주기(112a)는, 입력 클락 신호(CK_INT)를 수신하고 데이터 입력 및 데이터 출력이 인버터로 연결된 플립플롭을 포함할 수 있다. 또한, 입력 클락 신호(CK_IN)를 4분주하기 위하여, 예를 들면 주파수 분주기(112a)는, 입력 클락 신호(CK_IN)를 공통적으로 수신하고 서로 직렬 연결된 2개의 플립플롭들을 포함할 수 있고, 제1 플립플롭의 데이터 입력과 제2 플립플롭의 데이터 출력을 연결하는 인버터를 포함할 수 있다. 이외에도 주파수 분주기(112a)는 다양하게 구현될 수 있음은 이해될 것이다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 내부 클락 신호(CK_INT)의 주파수 및 입력 클락 신호(CK_IN)의 주파수는 동일할 수 있고, 주파수 분주기(112a)는 클락 버퍼로서 기능할 수도 있다. 주파수 분주기(112a)의 분주비는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주파수에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 입력 클락 신호(CK_IN)가 상대적으로 높은 주파수를 가지는 경우, 예컨대 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기가 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자의 지연 시간보다 작거나 비슷한 경우, 지연 블록(120)에 입력되는 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기가 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자의 지연 시간보다 크도록 주파수 분주기(112a)는 높은 분주비를 가질 수 있다.
주파수 분주기(112a)에 의해서 생성된 내부 클락 신호(CK_INT)는 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기될 수 있다. 즉, 내부 클락 신호(CK_INT)의 상승 에지 및 입력 클락 신호(CK_IN)의 상승 에지 사이의 시간 간격은 일정할 수 있다. 비록 도 8a 및 도 8b는 내부 클락 신호(CK_INT)의 상승 에지 및 입력 클락 신호(CK_IN)의 상승 에지가 동일한 시점에서 발생하는 예시들을 도시하였으나, 본 개시의 기술적 사상은 이에 제한되지 아니한다.
주기 신호 생성기(114a)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기에 비례하는 활성 펄스 폭을 가지는 단일 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 주기 신호 생성기(114a)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기와 일치하는 활성 펄스 폭(t1, t2)을 가지는 단일 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 주기 신호 생성기(114a)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기의 2배와 일치하는 활성 펄스 폭(t1', t2')을 가지는 단일 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 주기 신호 생성기(114a)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신하는 토글 플립플롭(toggle Flip flop)을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭은 카운트 신호(CNT)가 나타내는 값에 비례하므로, 카운트 신호(CNT)에 기초하여 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭이 계산될 수 있다.
주기 신호 생성기(114a)에 의해서 생성된 단일 펄스 신호(SP)는 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기될 수 있다. 즉, 단일 펄스 신호(SP)의 상승 에지 및 입력 클락 신호(CK_IN)의 상승 에지 사이의 시간 간격 및 단일 펄스 신호(SP)의 하강 에지 및 입력 클락 신호(CK_IN)의 상승 에지 사이의 시간 간격은 일정할 수 있다. 내부 클락 신호(CK_INT)뿐만 아니라 단일 펄스 신호(SP)도 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기되므로, 별도의 기준 신호(예컨대, 기준 클락 신호)가 사용되지 아니하면서 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터를 측정할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 1의 클락 지터 측정 회로(100)는 구현이 용이할 뿐만 아니라 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다.
리셋 신호 생성기(116a)는 주기적으로 활성화되고 비활성화되는 리셋 신호(RST)를 생성할 수 있다. 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭이 측정되고, 그 다음 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기에 따른 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭의 측정을 위하여, 리셋 신호(RST)가 활성화되고 비활성화될 수 있다. 예를 들면, 리셋 신호 생성기(116a)는 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신하는 카운터로 구현될 수도 있고, 스테이트 머신으로 구현될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주기 신호 생성기(114a)는 리셋 신호(RST)를 수신할 수 있고, 리셋 신호(RST)에 응답하여 활성 펄스를 가지는 단일 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있다. 또한, 도 1의 래치 블록(130) 및 카운트 서브 회로(140)는 리셋 신호(RST)를 수신할 수 있고, 리셋 신호(RST)에 응답하여 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭을 측정하기 위한 동작을 착수할 수 있다. 비록 도 7은 리셋 신호 생성기(116a)가 입력 클락 신호(CK_IN)를 수신하고, 입력 클락 신호(CK_IN)에 동기된 리셋 신호(RST)를 생성하는 예시를 도시하나, 본 개시의 예시적 실시예에 따라 리셋 신호 생성기(116a)는 내부 클락 신호(CK_INT)를 수신함으로써 내부 클락 신호(CK_INT)에 동기된 리셋 신호(RST)를 생성할 수도 있다.
도 8a를 참조하면, 시각 t11에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, 시각 t12에서 리셋 신호(RST)가 비활성화될 수 있다. 리셋 신호(RST)의 활성 펄스에 응답하여, 시각 t13 근처에서 주기 신호 생성기(114a)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기에 대응하는 활성 펄스 폭(t1)을 가지는 단일 펄스 신호(SP)를 생성할 수 있고, 샘플 신호들(SA)은 비활성화 상태(즉, "L" 레벨)로 설정될 수 있다.
지연 클락 신호들(CK_D) 중 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭(t1) 동안 상승 에지를 가지는 것들에 의해서, 샘플 신호들(SA) 중 일부가 활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H" 레벨로 천이)될 수 있다. 도 1의 카운트 서브 회로(140)가 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들을 카운트함으로써, 시각 t15에서 값 "C1"을 가지는 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다.
입력 클락 신호(CK_IN)의 주기를 다시 측정하기 위하여, 시각 t21에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, 시각 t22에서 리셋 신호(RST)가 비활성화될 수 있다. 시각 t22에서 샘플 신호(SA[i])는 활성화된 리셋 신호(RST)에 응답하여 비활성화(즉, "L" 레벨로 천이)된다. 그 다음에 전술된 바와 유사하게, 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭(2)에 대응하는 값인 "C2"를 가지는 카운트 신호(CNT)가 시각 t25에서 출력될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 도 7의 주기 신호 생성기(114a)에 의해서 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기의 2배와 일치하는 활성 펄스 폭(t1', t2')을 가지도록 단일 펄스 신호(SP)가 생성될 수 있다. 도 8a에 도시된 예시와 비교할 때, 도 8b에 도시된 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭이 증가되었으므로, 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수가 도 8a의 예시보다 많을 수 있다. 또한, 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수를 나타내는 카운트 신호(CNT)의 값은 도 8a의 예시보다 지연된 시점에서 출력될 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기(110)의 일 예(110b)를 나타내고, 도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 9의 내부 신호 생성기(110b)의 출력 신호들의 타이밍도를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 내부 신호 생성기(110b)는 주파수 분주기(112b), 듀티 신호 생성기(114b) 및 리셋 신호 생성기(116b)를 포함할 수 있다. 도 9의 주파수 분주기(112b) 및 리셋 신호 생성기(116b)는 도 7의 주파수 분주기(112a) 및 리셋 신호 생성기(116a)와 동일하거나 유사하게 동작할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 도 1의 클락 지터 측정 회로(100)는 클락 지터 측정뿐만 아니라 클락 듀티 센서와 같이 클락 듀티 사이클을 측정하는데 사용될 수 있다. 즉, 입력 클락 신호(CK_IN)의 듀티 사이클(duty cycle)을 측정하기 위하여, 내부 신호 생성기(110b)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 파지티브 펄스 폭(positive pulse width) 또는 네거티브 펄스 폭(negative pulse width)에 대응하는 활성 펄스 폭을 가지는 단일 펄스 신호(SP')를 생성할 수 있다. 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기 동안 발생하는 지연 클락 신호들(CK_D)의 상승 에지들의 개수(예컨대, M)가 일정하므로, 입력 클락 신호(CK_IN)의 파지티브 또는 네거티브 펄스 폭을 측정, 즉 입력 클락 신호(CK_IN)의 파지티브 또는 네거티브 펄스 폭에 발생된 지연 클락 신호들(CK_D)의 상승 에지들의 개수를 카운트 함으로써 입력 클락 신호(CK_IN)의 듀티 사이클이 측정될 수 있다.
도 10을 참조하면, 시각 t31에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, 시각 t32에서 리셋 신호(RST)가 비활성화될 수 있다. 리셋 신호(RST)의 활성 펄스에 응답하여, 시각 t33 근처에서 듀티 신호 생성기(114b)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 파지티브 또는 네거티브 펄스 폭에 대응하는 활성 펄스 폭(t1')을 가지는 단일 펄스 신호(SP')를 생성할 수 있고, 시각 t33에서 샘플 신호들(SA)은 비활성화 상태(즉, "L" 레벨)로 설정될 수 있다.
지연 클락 신호들(CK_D) 중 단일 펄스 신호(SP')의 활성 펄스 폭(t1') 동안 상승 에지를 가지는 것들에 의해서, 샘플 신호들(SA) 중 일부가 활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H'레벨로 천이)될 수 있다. 시각 t35에서 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수를 나타내는 값 "C1'"을 가지는 카운트 신호(CNT)가 출력될 수 있다. 유사하게, 시각 t41 내지 시각 t45까지 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭(t2')을 측정하는 동작이 수행될 수 있고, 시각 t45에서 값 "C2'"를 가지는 카운트 신호(CNT)가 출력될 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 내부 신호 생성기(110)의 일 예(110c)를 나타내고, 도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 내부 신호 생성기(110c)의 출력 신호들을 수신하는 래치 블록(130c)의 블록도를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 내부 신호 생성기(110c)는 주파수 분주기(112c), 주기 신호 생성기(114c), 리셋 신호 생성기(116c) 및 마스크 신호 생성기(118c)를 포함할 수 있다. 도 7의 내부 신호 생성기(110a)와 비교할 때, 도 11의 내부 신호 생성기(110c)는 마스크 신호 생성기(118c)를 더 포함할 수 있다. 이하 도 11에 대한 설명에서, 도 7에 대한 설명과 중복되는 부분은 생략된다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 내부 신호 생성기(110c)는 단일 펄스 신호(SP)가 활성화되기 전에 비활성화되고 단일 펄스 신호(SP)가 비활성화된 후에 활성화되는 마스크 신호(/MSK)를 더 생성할 수 있다. 도 11을 참조하면, 마스크 신호 생성기(118c)는 마스크 신호(/MSK)를 생성할 수 있고, 마스크 신호(/MSK)는 지연 클락 신호들(CK_D)의 상승 에지들 중 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스와 중첩되거나 인접한 상승 에지들을 마스킹함으로써, 도 12의 래치 블록(130c)이 안정적으로 단일 펄스 신호(SP)를 래치할 수 있게 한다. 또한, 래치 블록(130c)에 포함된 복수의 래치 소자들에 지연 클락 신호들(CK_D)의 불필요한 상승 에지들이 인가되는 것을 방지함으로써 래치 블록(130c)의 전력 소비를 감소시킬 수도 있다. 도 11 및 도 12에서 마스크 신호(/MSK)는 액티브 로우(active low) 신호로서, 활성화시 "L" 레벨을 가질 수 있고 비활성화시 "H" 레벨을 가질 수 있다.
도 12를 참조하면, 래치 블록(130c)는 M개의 플립플롭들(131_1 내지 131_M) 및 M개의 논리곱 연산기들(132_1 내지 132_M)을 포함할 수 있고, 서로 대응하는 한 쌍의 논리곱 연산기 및 플립플롭은 하나의 래치 소자를 구성할 수 있다. 예를 들면, 제1 플립플롭(131_1) 및 제1 논리곱 연산기(132_1)는 하나의 래치 소자를 구성할 수 있다.
M개의 논리곱 연산기들(132_1 내지 132_M)은 M개의 클락 지연 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])을 각각 수신할 수 있고, 마스크 신호(/MSK)를 공통적으로 수신할 수 있다. M개의 논리곱 연산기들(132_1 내지 132_M)은, 활성화된 마스크 신호(/MSK)에 응답하여 M개의 지연 클락 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])을 마스킹함으로써 비활성화 상태의 클락 신호를 M개의 플립플롭들(131_1 내지 131_M)에 제공할 수 있고, 비활성화된 마스크 신호(/MSK)에 응답하여 M개의 지연 클락 신호들(CK_D[1] 내지 CK_D[M])을 M개의 플립플롭들(131_1 내지 131_M)에 전달할 수 있다.
M개의 플립 플롭들(131_1 내지 131_M) 각각은, M개의 논리곱 연산기들(132_1 내지 132_M) 중 하나의 출력 신호가 입력되는 클락 단자, 단일 펄스 신호(SP)가 입력되는 데이터 단자, 리셋 신호(RST)가 입력되는 리셋 단자 및 M개의 샘플 신호들(SA[1] 내지 SA[M]) 중 하나를 출력하는 출력 단자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 플립플롭(131_1)은 클락 단자를 통해서 제1 논리곱 연산기(132_1)의 출력을 수신할 수 있고, 데이터 단자를 통해서 단일 펄스 신호(SP)를 수신할 수 있고, 리셋 단자를 통해서 리셋 신호(RST)를 수신할 수 있으며, 출력 단자를 통해서 샘플 신호(SA[1])를 출력할 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 내부 신호 생성기(110c) 및 도 12의 래치 블록(130c)의 출력 신호들의 타이밍도를 나타낸다. 도 11 및 도 12를 참조하여 전술된 바와 같이, 내부 신호 생성기(110c)는 마스크 신호(/MSK)를 생성하는 마스크 신호 생성기(118c)를 포함할 수 있고, 래치 블록(130c)은 마스크 신호(/MSK)를 수신하고 지연 클락 신호들(CK_D)을 마스킹할 수 있다.
도 13을 참조하면, 시각 t51에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, 시각 t52에서 리셋 신호(RST)가 비활성화될 수 있다. 시각 t52 및 시각 t53 사이에서 마스크 신호(/MSK)는 비활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H" 레벨로 천이)될 수 있다. 즉, 단일 펄스 신호(SP)가 활성화되기 전에, 마스크 신호(/MSK)가 비활성화 됨으로써 지연 클락 신호들(CK_D)이 래치 블록(130c)의 플립플롭들(131_1 내지 131_M)에 전달될 수 있다.
도 13을 참조하면, 시각 t54 및 시각 t55 사이에서 마스크 신호(/MSK)는 활성화(즉, "H" 레벨로부터 "L" 레벨로 천이)될 수 있다. 즉, 단일 펄스 신호(SP)가 비활성화된 이후, 마스크 신호(/MSK)가 활성화 됨으로써 지연 클락 신호들(CK_D)은 마스킹될 수 있고, 이에 따라 지연 클락 신호들(CK_D)이 래치 블록(130c)의 플립플롭들(131_1 내지 131_M)에 전달되는 것이 차단될 수 있다. 결과적으로, 마스크 신호(/MSK)는 단일 펄스 신호(SP)가 활성화되는 구간(t1)을 포함하는 구간 동안 비활성화될 수 있고, 이에 따라 지연 클락 신호(CK_D)의 불필요한 상승 에지들이 래치 블록(130c)의 플립플롭들(131_1 내지 131_M)에 전달되는 것이 차단될 수 있다. 시각 t62 내지 시각 t65 동안에서도, 시각 t52 내지 시각 t55까지와 유사하게 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭(t2)을 포함하는 구간 동안 비활성화 되는 마스크 신호(/MSK)가 생성될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 1의 카운트 서브 회로(140)의 예시들(140a, 140b)의 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 도 1의 카운트 서브 회로(140)는 래치 블록(130)이 출력하는 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들을 카운트함으로써 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들의 개수를 나타내는 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 카운트 서브 회로는 내부 클락 신호(CK_INT)의 연속적인 복수의 주기들 동안 내부 클락 신호(CK_INT)에 동기되어 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들을 카운트할 수 있다. 샘플 신호들(SA)의 개수(즉, 도 1의 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자들의 개수, 지연 클락 신호들(CK_D)의 개수 또는 래치 블록(130)에 포함된 래치 소자들의 개수)는 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터를 측정하기 위한 해상도(resolution)에 의해서 결정될 수 있다. 도 2 및 도 3을 전술된 바와 같이, 지연 블록(120)가 M개의 지연 소자들(121_1 내지 121_M)을 포함하는 경우, 내부 클락 신호(CK_INT)의 한 주기 동안 발생되는 지연 클락 신호들(CK_D)의 상승 에지들의 개수는 M으로 일정할 수 있다. 따라서, 지연 블록(120)에 포함된 지연 소자들의 개수(즉, M)를 증가시키면, 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭을 측정하기 위한 해상도가 상승할 수 있다. 예를 들면, 지연 블록(120)은 216=65,536 개의 지연 소자들(즉, M=216)을 포함할 수 있고, 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기는 65,536의 해상도를 가질 수 있다.
M이 큰 값을 가지는 경우, 즉 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭을 측정하기 위한 해상도가 높은 경우, 도 1의 카운트 서브 회로(140)가 짧은 시간(예컨대, 입력 클락 신호(CK_IN)의 주기 또는 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기)동안 M개의 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들을 모두 카운트하는 것은 용이하지 아니할 수 있고, 많은 비용(예컨대, 면적 또는 전력)을 요구할 수 있다. 따라서, 도 14a 및 도 14b 에 도시된 예시들과 같이, 카운트 서브 회로(140a 또는 140b)는 샘플 신호들(SA) 중 일부분들을 내부 클락 신호(CK_IN)의 복수의 주기들에 걸쳐서 순차적으로 카운트하고, 카운트 결과들을 합산함으로써 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 비록 도 14a 및 도 14b는 샘플 신호들(SA)을 2개 및 4개로 분리한 그룹들에 대해서 순차적으로 카운트하는 예시들을 각각 도시하나, 본 개시의 기술적 사상이 이들에 제한되지 아니하는 점은 이해될 것이다. 도 14a 및 도 14b에서 M은 2N(N은 2이상의 정수)이고 카운트 신호(CNT)는 N비트 신호이며, 도 14b에 대한 설명에서 도 14a와 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 14a를 참조하면, 카운트 서브 회로(140a)는 2-채널 멀티플렉서(142a), 가산기(144a), 누산기(146a) 및 플립플롭(148a)을 포함할 수 있다. 2-채널 멀티플렉서(142a)는 도 1의 래치 블록(130)으로부터 수신되는 샘플 신호들(SA)를 수신할 수 있고, 선택 신호(SEL)에 응답하여 샘플 신호들(SA) 중 일부를 출력할 수 있다. 예를 들면 도 14a에 도시된 바와 같이, 2-채널 멀티플렉서(142a)는 2N-1비트 2-채널 멀티플렉서일 수 있고, 제1 채널 입력으로서 2N-1개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[1 : 2N -1])을 수신할 수 있고, 제2 채널 입력으로서 제1 채널 입력과 중복되지 아니한 2N-1개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[2N-1+1 : 2N])을 수신할 수 있다. 2-채널 멀티플렉서(142a)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 양 샘플 신호 그룹들(SA[1 : 2N -1], SA[2N-1+1 : 2N]) 중 하나를 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 가산기(144a)에 제공할 수 있다. 도 15a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 선택 신호(SEL)는 2개의 채널들 각각을 순차적으로 선택하도록 내부 클락 신호(CK_INT)의 주기마다 변경될 수 있다. 선택 신호(SEL)는 카운트 서브 회로(140a) 내부에서 내부 클락 신호(CK_INT)에 동기되어 생성될 수 도 있고, 도 1의 내부 신호 생성기(110)에 의해서 생성될 수도 있다.
가산기(144a)는 2-채널 멀티플렉서(142a)로부터 수신되는 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)를 수신할 수 있고, 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)에 포함된 2N- 1개의 신호들을 가산할 수 있다. 즉, 가산기(144a)는 2N-1개의 1비트 신호들을 가산함으로써 (N-1)비트인 가산기 출력 신호(ADD_O)를 생성할 수 있다.
누산기(146a)는 가산기(144a)로부터 수신되는 가산기 출력 신호(ADD_O)를 수신할 수 있고, 가산기 출력 신호(ADD_O)를 누산할 수 있다. 즉, 누산기(146a)는 (N-1)비트인 가산기 출력 신호(ADD_O)를 2회 누산함으로써 N비트인 누산기 출력 신호(ACC_O)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 누산기(146a)는 (N-1)비트 가산기 및 N비트 레지스터를 포함할 수 있고, (N-1)비트 가산기는 가산기 출력 신호(ADD_O)가 나타내는 값 및 N비트 레지스터에 저장된 값을 가산할 수 있다. 또한, 도 14a에 도시된 바와 같이 누산기(146a)는 리셋 신호(RST)를 수신할 수 있고, 활성화된 리셋 신호(RST)에 응답하여 누산기 출력 신호(ACC_O)(또는, N비트 레지스터에 저장된 값)를 "0"으로 리셋할 수 있다.
N비트 플립플롭(148a)은 누산기 출력 신호(ACC_O)를 리셋 신호(RST)에 동기하여 래치할 수 있다. 즉, N비트 플립플롭(148a)은 누산기(146a)에 의해서 가산기 출력 신호(ADD_O)가 2회 누산된 결과를 나타내는 누산기 출력 신호(ACC_O)를 리셋 신호(RST)에 동기하여 래치함으로써 N비트인 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 카운트 서브 회로(140b)는 4-채널 멀티플렉서(142b), 가산기(144b), 누산기(146b) 및 플립플롭(148b)을 포함할 수 있다. 도 14a의 카운트 서브 회로(140a)와 비교할 때, 도 14b의 카운트 서브 회로(140b)는 샘플 신호들(SA)의 4개의 그룹들을 순차적으로 카운트하고, 카운트 결과들을 합산할 수 있다.
4-채널 멀티플렉서(142b)는 2N-2비트 4-채널 멀티플렉서일 수 있고, 제1 채널 입력으로서 2N-2개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[1 : 2N -2])을 수신할 수 있고, 제2 채널 입력으로서 제1 채널 입력과 중복되지 아니한 2N-2개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[2N-2+1 : 2N -1])을 수신할 수 있다. 또한, 4-채널 멀티 플렉서(142b)는 제3 채널 입력으로서 제1 및 제2 채널 입력과 중복되지 아니한 2N-2개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[2N-1+1 : 3*2N-2])을 수신할 수 있고, 제4 채널 입력으로서 제1 내지 제3 채널 입력과 중복되지 아니한 2N-2개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(SA[3*2N-2+1 : 2N])을 수신할 수 있다. 4-채널 멀티플렉서(142b)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 4개의 샘플 신호 그룹들(SA[1 : 2N -2], SA[2N-2+1 : 2N -1], SA[2N-1+1 : 3*2N-2]), SA[3*2N-2+1 : 2N]) 중 하나를 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 가산기(144b)에 제공할 수 있다.
가산기(144b)는 4-채널 멀티플렉서(142b)로부터 수신되는 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)를 수신할 수 있고, 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)에 포함된 2N- 2개의 신호들을 가산할 수 있다. 즉, 가산기(144b)는 2N-2개의 1비트 신호들을 가산함으로써 (N-2)비트인 가산기 출력 신호(ADD_O)를 생성할 수 있다. 누산기(146b)는 (N-2)비트인 가산기 출력 신호(ADD_O)를 4회 누산함으로써 N비트인 누산기 출력 신호(ACC_O)를 생성할 수 있다.
샘플 신호들(SA)을 분할한 샘플 신호 그룹들의 개수가 많을수록 카운트 신호(CNT)가 출력되는 시점은 지연될 수 있다. 즉, 도 14a 및 도 14b에 도시된 예시들에서, 도 14b의 카운트 서브 회로(140b)는 도 14a의 카운트 서브 회로들(140a)보다 지연된 시점에서 카운트 신호(CNT)를 출력할 수 있다. 이하에서 도 15a 및 도 15b를 참조하여 도 14a 및 도 14b의 카운트 서브 회로들(140a, 140b)의 동작이 설명될 것이다.
도 15a 및 도 15b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 14a 및 도 14b의 카운트 서브 회로들(140a, 140b)의 동작을 각각 나타내는 타이밍도이다. 도 14a 및 14b를 참조하여 전술된 바와 같이, 카운트 서브 회로(140a 또는 140b)는 내부 클락 신호(CK_INT)의 연속적인 복수의 주기들 동안 내부 클락 신호(CK_INT)에 동기되어 샘플 신호들(SA) 중 활성화된 것들을 카운트할 수 있다. 도 15a 및 도 15b의 타이밍도는 도 14a 및 도 14b의 카운트 서브 회로들(140a, 140b)의 예시적인 동작을 나타낼 뿐이며, 카운트 서브 회로들(140a, 140b)은 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 상이하게 동작할 수도 있음은 이해될 것이다. 이하에서, 도 15a는 도 14a를 참조하여 설명되고, 도 15b는 도 14b를 참조하여 설명될 것이다.
도 15a를 참조하면, 시각 t70에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, t71에서 리셋 신호(RST)가 비활성화 될 수 있다. 리셋 신호(RST)의 활성 펄스에 응답하여 누산기(146a)는 리셋될 수 있고, 플립플롭(148a)은 누산기 출력 신호(ACC_O)를 래치할 수 있다. 즉, 도 15a에 도시된 바와 같이, 누산기 출력 신호(ACC_O)는 "0"으로 설정될 수 있고, 카운트 신호(CNT)는 시각 t70 전에 발생한 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭에 대응하는 값인 "C1"을 래치할 수 있다.
단일 펄스 신호(SP)가 활성화되기 전에 시각 t71 및 시각 t72 사이에서 마스크 신호(/MSK)가 비활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H" 레벨로 천이)될 수 있고, 단일 펄스 신호(SP)가 비활성화된 후에 시각 t73 및 시각 t74 사이에서 마스크 신호(/MSK)가 활성화(즉, "H" 레벨로부터 "L" 레벨로 천이)될 수 있다.
시각 t73에서 선택 신호(SEL)는 2-채널 멀티플렉서(142a)의 제1 채널 입력을 선택하기 위하여 "0"의 값을 가질 수 있고, 선택 신호(SEL)에 응답하여 2-채널 멀티플렉서(142a)는 샘플 신호들(SA) 중 2N-1개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(G1)을 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 출력할 수 있다.
시각 t74에서 선택 신호(SEL)는 2-채널 멀티플렉서(142a)의 제2 채널 입력을 선택하기 위하여 "1"의 값을 가질 수 있고, 선택 신호(SEL)에 응답하여 2-채널 멀티플렉서(142a)는 샘플 신호들(SA) 중 제1 채널 입력과 중복되지 아니한 2N-1개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(G2)을 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 출력할 수 있다. 또한, 가산기(144a)는 샘플 신호 그룹(G1)에 포함된 샘플 신호들 각각을 가산한 값인 "S1"을 가산기 출력 신호(ADD_O)로서 출력할 수 있다.
시각 t75에서 가산기(144a)는 샘플 신호 그룹(G2)에 포함된 샘플 신호들 각각을 가산한 값인 "S2"를 가산기 출력 신호(ADD_O)로서 출력할 수 있다. 또한, 누산기(146a)는 가산기 출력 신호(ADD_O)의 값 "S1"를 누산함으로써 "S1"을 누산기 출력 신호(ACC_O)로서 출력할 수 있다.
시각 t76에서 누산기(146a)는 가산기 출력 신호(ADD_O)의 값 "S2"를 누산함으로써 "S1" 및 "S2"를 합산한 값인 "S12"를 출력할 수 있다. 시각 t76 내지 시각 t77 동안 활성화된 리셋 신호(RST)에 응답하여, 시각 t77에서 플립플롭(148a)은 누산기 출력 신호(ACC_O)를 래치함으로써 "S12"를 카운트 신호(CNT)로서 출력할 수 있다.
도 15b를 참조하면, 시각 t80에서 리셋 신호(RST)가 활성화되고, t81에서 리셋 신호(RST)가 비활성화될 수 있다. 리셋 신호(RST)의 활성 펄스에 응답하여 누산기 출력 신호(ACC_O)는 "0"으로 설정될 수 있고, 카운트 신호(CNT)는 시각 t80 전에 발생한 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭에 대응하는 값인 "C3"를 래치할 수 있다. 단일 펄스 신호(SP)가 활성화되기 전에 시각 t81 및 시각 t82 사이에서 마스크 신호(/MSK)가 비활성화(즉, "L" 레벨로부터 "H"레벨로 천이)될 수 있고, 단일 펄스 신호(SP)가 비활성화된 후에 시각 t83 및 시각 t84 사이에서 마스크 신호(/MSK)가 활성화(즉, "H" 레벨로부터 "L" 레벨로 천이)될 수 있다.
시각 t83에서 선택 신호(SEL)는 4-채널 멀티플렉서(142b)의 제1 채널 입력을 선택하기 위하여 "0"의 값을 가질 수 있고, 선택 신호(SEL)에 응답하여 4-채널 멀티플렉서(142b)는 샘플 신호들(SA) 중 2N-2개의 샘플 신호들을 포함하는 샘플 신호 그룹(G1)을 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 출력할 수 있다. 유사하게, 시각 t84, 시각 t85 및 시각 t86에서, 서로 중복되지 아니하는 제2 내지 제4 채널 입력들을 각각 선택하기 위하여, 선택 신호(SEL)는 "1", "2" 및 "3"의 값을 순차적으로 가질 수 있고, 4-채널 멀티플렉서(142b)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 샘플 신호 그룹들(G2, G3, G4)을 멀티플렉서 출력 신호(MUX_O)로서 순차적으로 출력할 수 있다.
시각 t84, 시각 t85, 시각 t86 및 시각 t87에서, 가산기(144b)는 샘플 신호 그룹들(G1 내지 G4) 각각에 포함된 샘플 신호들을 가산함으로써 "S1", "S2", "S3" 및 "S4"를 가산기 출력 신호(ADD_O)로서 순차적으로 출력할 수 있다. 또한, 시각 t85, 시각 t86, 시각 t87 및 시각 t88에서, 누산기(146b)는 가산기 출력 신호(ACC_O)를 누산함으로써, "S1", "S12(즉, S1 + S2)", "S13(즉, S12 + S3)" 및 "S14(즉, S13 + S4)"를 누산기 출력 신호(ACC_O)로서 순차적으로 출력할 수 있다. 시각 t88 내지 시각 t89 동안 활성화된 리셋 신호(RST)에 응답하여, 시각 t89에서 플립플롭(148b)은 누산기 출력 신호(ACCO)를 래치함으로써 "S14"를 카운트 신호(CNT)로서 출력할 수 있다.
도 15a에 도시된 바와 같이 도 14a의 카운트 서브 회로(140a)에 의하면 입력 클락 신호(CK_IN)의 총 6 사이클들 동안 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭을 측정하는 동작이 완료될 수 있는 한편, 도 15b에 도시된 바와 같이 도 14b의 카운트 서브 회로(140b)에 의하면 입력 클락 신호(CK_INT)의 총 8 사이클들 동안 단일 펄스 신호(SP)의 활성 펄스 폭을 측정하는 동작이 완료될 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 입력 클락 신호(CK_IN)의 주파수, 면적 또는 전력 등을 고려하여, 샘플 신호 그룹들의 개수 및 카운트 서브 회로의 구성이 결정될 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로들(200a, 200b)의 블록도를 나타내는 도면이다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 클락 지터 측정 회로(200a 또는 200b)는 복수회 측정된 클락 주기들 중 최대값 및 최소값을 추출할 수 있다. 즉, 클락 지터 측정 회로(200a 또는 200b)는 카운트 서브 회로(240a 또는 240b)가 출력하는 카운트 신호(CNT)의 복수의 값들 중 최대값 및 최소값을 추출할 수 있고, 추출된 최대값 및 최소값의 차이는 입력 클락 신호(CK_IN)의 지터에 대응할 수 있다.
도 16a를 참조하면, 클락 지터 측정 회로(200a)는 내부 신호 생성기(210a), 지연 블록(220a), 래치 블록(230a), 카운트 서브-회로(240a), 제1 및 제2 레지스터(250a, 270a) 및 제1 및 제2 비교기(260a, 280a)를 포함할 수 있다. 도 1의 클락 지터 측정 회로(100)와 비교할 때, 도 16a의 클락 지터 측정 회로(200a)는 제1 및 제2 레지스터(250a, 270a) 및 제1 및 제2 비교기(260a, 280a)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 16a에 도시된 바와 같이, 클락 지터 측정 회로(200a)는 카운트 신호(CNT)의 복수의 값들 중 최대값을 나타내는 신호(T_MAX) 및 최소값을 나타내는 신호(T_MIN)를 출력할 수 있다.
제1 레지스터(250a)는 카운트 신호(CNT)의 복수의 값들 중 최대값을 저장할 수 있다. 이를 위하여, 제1 비교기(260a)는 카운트 신호(CNT) 및 제1 레지스터(250a)의 출력 신호(T_MAX)를 수신할 수 있고, 양 신호들의 값들을 비교할 수 있다. 카운트 신호(CNT)의 값이 제1 레지스터(250a)의 출력 신호(T_MAX)의 값보다 큰 경우 제1 비교기(260a)의 활성화된 출력 신호에 의해서 카운트 신호(CNT)의 값이 제1 레지스터(250a)에 저장될 수 있는 한편, 카운트 신호(CNT)의 값이 제1 레지스터(250a)의 출력 신호(T_MAX)의 값보다 크지 아니한 경우 제1 비교기(260a)의 비활성화된 출력 신호에 의해서 제1 레지스터(250a)에 저장된 값은 유지될 수 있다.
유사하게, 제2 레지스터(270a)는 복수의 카운트 신호(CNT)의 복수의 값들 중 최소값을 저장할 수 있다. 이를 위하여, 제2 비교기(280a)는 카운트 신호(CNT) 및 제2 레지스터(270a)의 출력 신호(T_MIN)를 수신할 수 있고, 양 신호들의 값들을 비교할 수 있다. 카운트 신호(CNT)의 값이 제2 레지스터(270a)의 출력 신호(T_MIN)의 값보다 작은 경우 제2 비교기(280a)의 활성화된 출력 신호에 의해서 카운트 신호(CNT)의 값이 제2 레지스터(270a)에 저장될 수 있는 한편, 카운트 신호(CNT)의 값이 제2 레지스터(270a)의 출력 신호(T_MIN)의 값보다 작지 아니한 경우 제2 비교기(280a)의 비활성화된 출력 신호에 의해서 제2 레지스터(270a)에 저장된 값은 유지될 수 있다.
도 16a를 참조하면, 내부 신호 생성기(210a)는 설정 신호(SET)를 외부로부터 수신할 수 있다. 설정 신호(SET)는 최대값 및 최소값이 추출되는 카운트 신호(CNT)의 값들의 개수를 설정하거나, 최대값 및 최소값이 추출되는 기간을 설정할 수 있다. 예를 들면, 설정 신호(SET)는 최대값 및 최소값이 추출되는 카운트 신호(CNT)의 값들의 개수를 수백 내지 수만 개로서 설정할 수도 있고, 또는 최대값 및 최소값이 추출되는 기간을 수 ms 내지 수sec로서 설정할 수도 있다.
도 16b를 참조하면, 클락 지터 측정 회로(200b)는 내부 신호 생성기(210b), 지연 블록(220b), 래치 블록(230b), 카운트 서브-회로(240b), 제1 및 제2 레지스터(250b, 270b), 제1 및 제2 비교기(260b, 280b) 및 감산기(290b)를 포함할 수 있다. 도 16a의 클락 지터 측정 회로(200a)와 비교할 때, 도 16b의 클락 지터 측정 회로(200b)는 감산기(290b)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 16a의 클락 지터 측정 회로(200a)가 최대값 및 최소값을 각각 나타내는 신호들(T_MAX, T_MIN)을 출력하는 반면, 도 16b의 클락 지터 측정 회로(200b)는 최대값 및 최소값의 차이에 대응하는 신호(J_DATA)를 출력할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 클락 지터 측정 회로를 포함하는 반도체 장치들(300, 400)을 나타내는 블록도이다. 전술된 바와 같이, 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 클락 지터 측정 회로는 증폭기와 같은 아날로그 소자를 포함하지 아니하므로 디지털 합성이 가능하고, 이에 따라 클락 지터 측정 회로는 용이하게 모듈화될 수 있고, 디지털 회로를 포함하는 반도체 장치에 용이하게 구현될 수 있다. 반도체 장치는 클락 지터 측정 회로에 의해서 측정된 클락 지터에 기초하여 반도체 장치에 포함된 디지털 회로(예컨대, 도 17a 및 도 17b의 기능 블록들(350, 450))의 성능이 최적화되도록 동작 파라미터들을 조절할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예들에 따라, 도 17a에 도시된 바와 같이 클락 지터 측정 회로(370)는 기능 블록(350)의 외부에 배치될 수도 있고, 도 17b에 도시된 바와 같이 클락 지터 측정 회로(452)는 기능 블록(450) 내에 배치될 수도 있다. 도 17a 및 도 17b의 반도체 장치들(300, 400)은, 예를 들면 어플리케이션 프로세서(AP; application processor), CPU(central processing unit), GPU(graphic processing unit) 등과 같은 프로세서일 수도 있고, 플래시(flash) 메모리, DRAM(dynamic random access memory) 등을 포함하는 메모리 장치일 수도 있으며, 프로세서 및 메모리 등을 포함하는 SoC(system on chip)일 수도 있다.
도 17a를 참조하면, 반도체 장치(300)는 전력 관리 유닛(310), PLL(phase locked loop)(330), 기능 블록(350), 클락 지터 측정 회로(370) 및 성능 조절 회로(390)를 포함할 수 있다. 전력 관리 유닛(310)은 반도체 장치(300) 외부로부터 외부 전력(PWR_EXT)을 수신할 수 있고, 기능 블록(350)에 전력(PWR)을 공급할 수 있다. 전력 관리 유닛(310)은 성능 조절 회로(390)로부터 제1 제어 신호(CTRL1)를 수신할 수 있고, 제1 제어 신호(CTRL1)에 응답하여 기능 블록(350)에 공급되는 전력(PWR)을 조절할 수 있다. 예를 들면, 전력 관리 유닛(310)은 제1 제어 신호(CTLR1)에 응답하여 기능 블록(350)에 공급되는 전압을 상승시키거나 하강시킬 수 있고, 전압의 공급을 차단할 수도 있다.
PLL(330)은 반도체 장치(300) 외부로부터 외브 클락 신호(CK_EXT)를 수신할 수 있고, 클락 신호(CK)를 생성하여 기능 블록(350)에 공급할 수 있다. PLL(330)은 성능 조절 회로(390)로부터 제2 제어 신호(CTRL2)를 수신할 수 있고, 제2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여 기능 블록(350)에 공급되는 클락 신호(CK)를 조절할 수 있다. 예를 들면, PLL(330)은 제2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여 기능 블록(350)에 공급되는 클락 신호(CK)의 주파수를 상승시키거나 하강시킬 수 있고, 클락 게이팅에 의해서 클락 신호(CK)의 공급을 차단할 수도 있다.
기능 블록(350)은 클락 신호(CK)에 동기되어 동작하는 하드웨어 블록일 수 있다. 예를 들면, 기능 블록(350)는 명령어들(instructions)을 수하는 프로세서일 수도 있고, 특정한 기능을 수행하도록 설계된 로직 블록일 수도 있다. 기능 블록(350)은 전력 관리 유닛(310)으로부터 공급되는 전력(PWR) 및 PLL(330)로부터 수신되는 클락 신호(CK)에 의해서 성능이 결정될 수 있다. 예를 들면, 기능 블록(350)은 상대적으로 높은 전압의 전력(PWR) 및 높은 주파수의 클락 신호(CK)가 공급될 때 높은 성능을 나타낼 수 있다.
클락 지터 측정 회로(370)는 클락 신호(CK)를 수신할 수 있고, 클락 신호(CK)의 지터를 측정함으로써 지터 정보 신호(J_INFO)를 출력할 수 있다. 예를 들면, 클락 지터 측정 회로(370)는 지터 정보 신호(J_INFO)로서, 도 1에 도시된 바와 같이 클락 신호(CK)의 주기에 대응하는 카운트 신호(CNT)를 출력할 수도 있고, 도 16a에 도시된 바와 같이 미리 정해진 구간 동안 클락 신호(CK)의 주기의 최대값 및 최소값을 출력할 수도 있고, 도 16b에 도시된 바와 같이 최대값 및 최소값의 차이를 출력할 수도 있다.
성능 조절 회로(390)는 클락 지터 측정 회로(370)로부터 수신되는 지터 정보 신호(J_INFO)에 기초하여 클락 신호(CK)의 지터를 판단할 수 있다. 예를 들면, 성능 조절 회로(390)는 클락 지터 측정 회로(370)에 포함된 지연 소자들의 개수(예컨대, 도 3에서 "M")를 미리 알고 있을 수 있고, 이에 따라 지터 정보 신호(J_INFO)가 나타내는 값에 기초하여 클락 신호(CK)의 지터를 판단할 수 있다. 또한, 클락 지터 측정 회로(370)가 클락 신호(CK)의 주기에 대응하는 카운트 신호(CNT)를 지터 정보 신호(J_INFO)로서 출력하는 경우, 성능 조절 회로(390)는 지터 정보 신호(J_INF)의 복수의 값들 중 최대값 및 최소값을 추출할 수 있다.
성능 조절 회로(390)는 판단된 클락 신호(CK)의 지터에 기초하여 기능 블록(350)의 성능을 조절할 수 있다. 예를 들면, 성능 조절 회로(390)는 클락 신호(CK)의 지터가 기준치보다 높은 것으로 판단된 경우, 제1 제어 신호(CTRL1)를 통해서 전력 관리 유닛(310)을 제어함으로써 기능 블록(350)에 공급되는 전력(PWR)의 전압을 낮추거나, 제2 제어 신호(CTRL2)를 통해서 PLL(330)을 제어함으로써 기능 블록(350)에 공급되는 클락 신호(CK)의 주파수를 낮출 수 있다. 다른 한편으로, 성능 조절 회로(390)는 클락 신호(CK)의 지터가 기준치보다 낮은 것으로 판단된 경우, 제1 제어 신호(CTRL1)를 통해서 전력 관리 유닛(310)을 제어함으로써 기능 블록(350)에 공급되는 전력(PWR)의 전압을 높이거나, 제2 제어 신호(CTRL2)를 통해서 PLL(330)을 제어함으로써 기능 블록(350)에 공급되는 클락 신호(CK)의 주파수를 높일 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 성능 조절 회로(390)는 룩-업 테이블을 포함할 수 있고, 판단된 클락 신호(CK)의 지터 및 룩-업 테이블에 기초하여 제어 신호들(CTRL1, CTRL2)을 생성할 수 있다.
도 17b를 참조하면, 반도체 장치(400)는 파워 관리 유닛(410), PLL(430) 및 기능 블록(450)을 포함할 수 있고, 기능 블록(450)은 클락 지터 측정 회로(452) 및 성능 조절 회로(454)를 포함할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 반도체 장치(400)는 복수의 기능 블록들을 포함할 수 있고, 복수의 기능 블록들 중 일부는 도 17b에 도시된 바와 같이 클락 지터 측정 회로 및 성능 조절 회로를 포함함으로써 클락 신호(CK)의 지터에 기초하여 성능이 조절될 수 있다.
비록 도 17a 및 도 17b에서 성능 제어 회로들(390 및 454)이 2개의 제어 신호들(CTRL1, CTRL2)을 생성하는 예시들이 도시되었으나, 본 개시의 기술적 사상은 이에 제한되지 아니한다. 예를 들면, 성능 제어 회로(390 또는 454)은 파워 관리 유닛(310 또는 410) 및 PLL(330 또는 430) 중 하나를 제어하기 위한 제어신호만을 생성할 수도 있다.
도 18 및 도 19는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 클락 지터 측정 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 18은 클락 지터 측정을 위해 클락 신호의 주기를 측정하는 방법을 나타내고, 도 19는 클락 신호의 복수의 주기들에 기초하여 클락 신호의 지터를 측정하는 방법을 나타낸다.
도 18을 참조하면, 단계 S110에서 내부 클락 신호 및 복수의 지연 클락 신호들을 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 내부 클락 신호는 입력 클락 신호에 동기된 신호로서, 예컨대 입력 클락 신호를 분주함으로써 생성될 수 있다고, 입력 클락 신호와 동일하거나 더 낮은 주파수를 가질 수 있다. 내부 클락 신호가 직렬 연결된 복수의 지연 소자들을 경유함으로서 복수의 지연 클락 신호들이 생성될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 직렬 연결된 지연 소자들의 개수가 M개인 경우, 노이즈 등에 의한 지연 소자들 각각의 지연 시간 변이 또는 PVT 변이와 무관하게, 내부 클락 신호의 주기 내에 발생하는 지연 클락 신호들의 상승 에지들의 개수는 M개로서 일정할 수 있다.
단계 S130에서, 단일 펄스 신호를 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 단일 펄스 신호는 입력 클락 신호에 동기될 수 있고, 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭은 입력 클락 신호의 주기에 대응할 수 있다. 예를 들면, 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭은 입력 클락 신호의 주기와 일치할 수도 있고, 입력 클락 신호의 주기에 비례할 수도 있다. 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭을 측정함으로써 입력 클락 신호의 주기가 측정될 수 있다.
단계 S150에서, 샘플 신호들을 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 복수의 지연 소자들에 대응되는 복수의 래치 소자들은, 복수의 지연 클락 신호들에 동기하여 단일 펄스 신호를 래치함으로써 샘플 신호들을 생성할 수 있다. 즉, 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭 내에 상승 에지를 가지는 지연 클락 신호를 수신한 래치 소자는 활성화된 샘플 신호를 출력할 수 있는 한편, 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭 내에 상승 에지를 가지지 아니하는 지연 클락 신호를 수신한 래치 소자는 비활성화된 샘플 신호를 출력할 수 있다.
단계 S170에서, 활성화된 샘플 신호들을 카운트하는 동작이 수행될 수 있다. 단계 S150에서 생성된 샘플 신호들 중 활성화된 것들의 개수는 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭에 비례할 수 있고, 이에 따라 활성화된 샘플 신호들을 카운트함으로써 단일 펄스 신호의 활성 펄스 폭, 즉 입력 클락 신호의 주기를 측정할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 단계 S170은 내부 클락 신호의 연속적인 복수의 주기들 동안 내부 클락 신호에 동기되어 수행될 수 있다.
도 19를 참조하면, 단계 S210에서, 도 18의 단계 S110과 유사하게 내부 클락 신호 및 복수의 지연 클락 신호들을 생성하는 동작이 수행될 수 있다.
단계 S220에서, 샘플 신호들을 비활성화하는 동작이 수행될 수 있다. 입력 클락 신호의 주기는 반복적으로 측정되므로, 이전에 측정된 입력 클락 신호의 주기에 따라 활성화된 샘플 신호들을 비활성화하기 위하여 모든 샘플 신호들이 비활성화될 수 있다.
단계 S230, S240 및 S250에서, 도 18의 단계 S130, S150 및 S170과 유사하게, 단일 펄스 신호를 생성하는 동작, 샘플 신호들을 생성하는 동작, 활성화된 샘플 신호들을 카운트하는 동작이 수행될 수 있다.
단계 S260에서, 카운트 값의 측정 기간 내 최대값 및 최소값을 갱신하는 동작이 수행될 수 있다. 입력 클락 신호의 지터를 측정하기 위하여, 입력 클락 신호의 주기는 복수회 측정될 수 있고, 이러한 측정 기간 동안 단계 S250에서 카운트한 값들의 최대값 및 최소값을 갱신함으로써, 측정 기간 종료시 최대값 및 최소값이 추출될 수 있다.
단계 S270에서, 측정 기간이 종료되었는지 여부를 판단하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 입력 클락 신호의 주기를 복수회 측정하기 위하여, 입력 클락 신호의 주기를 측정한 값들의 개수가 미리 설정되거나, 입력 클락 신호의 주기를 측정하는 시간이 미리 설정될 수 있다. 입력 클락 신호의 주기를 측정한 값들이 미리 정해진 개수에 도달하지 아니하거나 입력 클락 신호의 주기를 측정하는 시간이 경과하지 아니한 경우, 단계 S210에서 내부 클락 신호 및 복수의 지연 클락 신호들을 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 다른 한편으로, 입력 클락 신호의 주기를 측정한 값들이 미리 정해진 개수에 도달하거나 입력 클락 신호의 주기를 측정하는 시간이 경과한 경우, 최대값 및 최소값이 결정될 수 있다. 최대값 및 최소값의 차이는 입력 클락 신호의 지터에 비례할 수 있다.
단계 S280에서, 결정된 최대값 및 최소값이 출력될 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 최대값 및 최소값을 감산하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이에 따라 도 16b에 도시된 바와 같이 최대값 및 최소값이 출력되는 대신 최대값 및 최소값의 차이가 출력될 수도 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 입력 클락 신호에 각각 동기된 내부 클락 신호 및 단일 펄스 신호를 생성하는 내부 신호 생성기;
    직렬로 연결되고, 상기 내부 클락 신호가 순차적으로 경유하는 복수의 지연 소자들;
    상기 복수의 지연 소자들이 출력하는 지연 클락 신호들 각각에 동기하여 상기 단일 펄스 신호를 래치하는 복수의 래치 소자들; 및
    상기 복수의 래치 소자들이 출력하는 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운팅하는 카운트 서브 회로를 포함하는 클락 지터 측정 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 신호 생성기는, 상기 입력 클락 신호의 주기에 비례하는 활성 펄스 폭을 가지는 상기 단일 펄스 신호를 생성하는 주기 신호 생성기를 포함하고,
    상기 카운트 서브 회로에 의해서 카운팅된 활성화된 샘플 신호들의 개수는 상기 입력 클락 신호의 주기에 비례하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 및 제2 레지스터; 및
    상기 카운트 서브 회로가 카운트한 값과 상기 제1 및 제2 레지스터에 저장된 값들 각각 비교하는 제1 및 제2 비교기를 포함하고,
    상기 제1 레지스터는 상기 제1 비교기의 출력 신호에 따라 갱신됨으로써 미리 정해진 기간 동안 상기 카운트 서브 회로가 카운트한 값들 중 최대값을 저장하고,
    상기 제2 레지스터는 상기 제2 비교기의 출력 신호에 따라 갱신됨으로써 미리 정해진 기간 동안 상기 카운트 서브 회로가 카운트한 값들 중 최소값을 저장하고,
    상기 최대값 및 최소값의 차이는 상기 입력 클락 신호의 지터에 비례하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부 신호 생성기는 상기 입력 클락 신호의 파지티브 펄스 폭(positive pulse width) 또는 네거티브 펄스 폭(negative pulse width)에 비례하는 활성 펄스 폭을 가지는 상기 단일 펄스 신호를 생성하는 듀티 신호 생성기를 포함하고,
    상기 카운트 서브 회로에 의해서 카운팅된 활성화된 샘플 신호들의 개수 및 상기 복수의 지연 소자들의 개수의 비율은 상기 입력 클락 신호의 듀티 사이클(duty cycle)에 비례하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 신호 생성기는, 상기 입력 클락 신호를 분주함으로써 상기 내부 클락 신호를 생성하는 클락 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 래치 소자들 각각은 플립플롭을 포함하고,
    상기 플립플롭은,
    상기 지연 클락 신호들 중 하나가 입력되는 클락 단자;
    상기 단일 펄스 신호가 입력되는 데이터 단자; 및
    상기 샘플 신호들 중 하나를 출력하는 출력 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 래치 소자들은 상기 샘플 신호들을 비활성화하는 리셋 신호를 수신하고,
    상기 내부 신호 생성기는 상기 단일 펄스 신호가 활성화되기 전, 활성화된 후 비활성화되는 상기 리셋 신호를 더 생성하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부 신호 생성기는, 상기 단일 펄스 신호가 활성화되기 전에 비활성화되고 상기 단일 펄스 신호가 비활성화된 후에 활성화되는 마스크 신호를 생성하는 마스크 신호 생성기를 더 포함하고,
    상기 복수의 래치 소자들은 상기 지연 클락 신호들이 상기 마스크 신호에 의해서 마스킹되지 아니한(unmasked) 신호들 각각에 동기하여 상기 단일 펄스 신호를 래치하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 카운트 서브 회로는 상기 내부 클락 신호의 연속적인 복수의 주기들 동안 상기 내부 클락 신호에 동기되어 상기 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운팅하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지연 소자들 및 상기 복수의 래치 소자들은, N이 2이상의 정수일 때 각각 2N개씩 이고,
    상기 샘플 신호들은 2N개의 신호들을 포함하고,
    상기 카운트 서브 회로는 상기 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운트하여 N비트 출력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 카운트 서브 회로는,
    2N-2개의 1비트 신호들을 가산하여 (N-2)비트 신호를 생성하는 가산기;
    상기 가산기의 (N-2)비트 신호를 누산하여 상기 N비트 출력 신호를 생성하는 누산기; 및
    상기 복수의 래치 소자들로부터 상기 샘플 신호들을 입력받고, 상기 가산기에 상기 2N-2개의 1비트 신호들을 제공하는 2N-2비트 4-채널 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 4-채널들 중 하나를 선택하는 선택 신호를 수신하고,
    상기 내부 신호 생성기는 상기 내부 클락 신호의 연속적인 복수의 주기들 동안 상기 멀티플렉서가 상기 4-채널들 각각을 순차적으로 선택하도록 상기 선택 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 클락 지터 측정 회로는 복수의 표준 셀들로서 구성된 집적 회로인 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 회로.
  14. 입력 클락 신호를 수신하고, 상기 입력 클락 신호에 동기하여 동작하는 적어도 하나의 기능 블록;
    상기 입력 클락 신호에 동기된 단일 펄스 신호를 상기 입력 클락 신호를 지연시킨 복수의 지연 클락 신호들에 동기하여 래치한 샘플 신호들에 기초하여 상기 입력 클락 신호의 지터를 측정하는 클락 지터 측정 회로; 및
    상기 입력 클락 신호의 지터에 기초하여 상기 적어도 하나의 기능 블록의 성능을 조절하는 성능 조절 회로를 포함하는 반도체 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 성능 조절 회로는 상기 입력 클락 신호의 주파수, 상기 적어도 하나의 기능 블록에 공급되는 전원 전압, 또는 상기 입력 클락 신호의 주파수와 상기 전원 전압을 조절함으로써 상기 적어도 하나의 기능 블록의 성능을 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 클락 지터 측정 회로는,
    상기 입력 클락 신호에 각각 동기된 내부 클락 신호 및 상기 단일 펄스 신호를 생성하는 내부 신호 생성기;
    직렬로 연결되고, 상기 내부 클락 신호가 순차적으로 경유하는 복수의 지연 소자들;
    상기 복수의 지연 소자들이 출력하는 지연 클락 신호들 각각에 동기하여 상기 단일 펄스 신호를 래치하는 복수의 래치 소자들; 및
    상기 복수의 래치 소자들이 출력하는 상기 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운팅하는 카운트 서브 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  17. 입력 클락 신호에 동기된 내부 클락 신호를 생성하고, 상기 내부 클락 신호를 지연시킴으로써 복수의 지연 클락 신호들을 생성하는 단계;
    상기 입력 클락 신호에 동기된 단일 펄스 신호를 생성하는 단계;
    상기 복수의 지연 클락 신호들에 동기하여 상기 단일 펄스 신호를 래치함으로써 샘플 신호들을 생성하는 단계; 및
    상기 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운트하는 단계를 포함하는 클락 지터 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 내부 클락 신호 및 단일 펄스 신호를 생성하는 단계는,
    상기 입력 클락 신호를 분주함으로써 상기 내부 클락 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 입력 클락 신호의 주기에 비례하는 기간 동안 활성화되는 상기 단일 펄스 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 샘플 신호들 중 활성화딘 것들의 개수는 상기 입력 클락 신호의 주기에 비례하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 샘플 신호들 중 활성화된 것들을 카운트한 복수의 값들 중 최대값 및 최소값을 추출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최대값 및 최소값의 차이는 상기 입력 클락 신호의 지터에 비례하는 것을 특징으로 하는 클락 지터 측정 방법.
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