JP2006060523A - Method for dynamic balancing of clock tree - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は同期論理回路の設計におけるクロックの位相差を平衡する方法に係り、クロックツリー回路を平衡することにより同期論理回路の設計におけるクロックの位相差を調整する回路に関するものである。 The present invention relates to a method for balancing clock phase differences in the design of a synchronous logic circuit, and more particularly to a circuit for adjusting a clock phase difference in the design of a synchronous logic circuit by balancing clock tree circuits.
同期回路を設計するときに、全てのメモリ素子は同一のクロックを使用するに仮定することが一般的であり、各メモリ素子のクロックは状態が同時に変換し(ハイレベルからローレベルに変換し、又はローレベルからハイレベルに変換し)、且つ残りの全ての論理ブロックが同一のクロック区間を使用するので、クロックの状態変換の準備時間と保持時間とは、メモリ素子と、フリップフロップと、ラッチとなどによって見積もることができる。しかしながら、クロックは、素子の異なる長さの電線と、特定な素子の異なる入力コンデンサーとに接続されるので、上記仮設が実際に実現できない。 When designing a synchronous circuit, it is common to assume that all memory devices use the same clock, and the clocks of each memory device change state at the same time (from high level to low level, Alternatively, since all the remaining logic blocks use the same clock period, the preparation time and the holding time for the clock state conversion are the memory element, flip-flop, and latch. It can be estimated by such as. However, since the clock is connected to the electric wires having different lengths of the elements and the input capacitors having different specific elements, the above temporary setting cannot be actually realized.
図1に示すクロックは、クロック源0から沈み(sink)1に伝導する時間が沈みnに伝導する時間よりも速く、それは、沈みnまでの電線の長さが沈み1までの電線の長さよりも長いからである。より長い電線はより高い抵抗及びキャパシタンスを有するので、クロックが遅延する。 The clock shown in FIG. 1 has a faster conduction time from clock source 0 to sink 1 than a conduction time to sink n, because the length of the wire to sink n is greater than the length of the wire to sink 1 Because it is too long. Longer wires have higher resistance and capacitance, so the clock is delayed.
目下、回路設計者はクロックツリー合成ツールを使用し、「平衡されたクロックツリー」を発生し、それは、クロック源0の出力を複数のグループに分け、各グループはクロック源0の枝になり、このような分割プロセスを各枝に重複に使用すると、図2に示すように、クロックツリーが形成される。クロックツリー合成ツールは、電線の抵抗とキャパシタンス、及び素子の入力キャパシタンスを考慮して電線の長さを調整することにより、クロック源0から各沈みまでの電線の長さを同様にするので、各沈みのクロックは同様な時間遅延を有する。このような観念は、早期のH-ツリー法及び最近のSteiner-ツリー法に既に応用された。クロックツリー回路を発生すると、クロック0(クロックツリーのルート)から各沈み(クロックツリーの葉)までの遅延は全て同様である。 Currently, the circuit designer uses a clock tree synthesis tool to generate a "balanced clock tree", which divides the output of clock source 0 into multiple groups, each group being a branch of clock source 0, When such a division process is used for each branch, a clock tree is formed as shown in FIG. The clock tree synthesis tool adjusts the length of the wire in consideration of the resistance and capacitance of the wire and the input capacitance of the element, so that the length of the wire from the clock source 0 to each sink is the same. The sinking clock has a similar time delay. Such an idea has already been applied to the early H-tree method and the recent Steiner-tree method. When the clock tree circuit is generated, the delays from clock 0 (clock tree root) to each sink (clock tree leaf) are all the same.
「平衡されたクロックツリー」により時間遅延を補償できない場合には、回路設計者が適当な枝(ホット枝)にバッファ20を差込むので、図2に示すように、「バッファツリー」が発生される。一つのバッファは二つのインバータを含む。 If the “balanced clock tree” cannot compensate for the time delay, the circuit designer inserts the buffer 20 into the appropriate branch (hot branch), so that a “buffer tree” is generated as shown in FIG. The One buffer includes two inverters.
上記の方法は回路全体の温度及び電圧が同様であると仮設し、つまり、上記の方法はクロックツリー回路を静的なものと見られるが、事実上、仕事中のICチップはそうではない。 The above method presumes that the temperature and voltage of the entire circuit are similar, that is, the above method seems to make the clock tree circuit static, but in practice the IC chip at work is not.
仕事中のICチップは、ある回路ブロックがより多いスイッチング動作を有するので、異なる区域では表面温度が異なる。温度の異なりは、半導体素子の正孔/電子の流動性に影響し、電線の抵抗も変更される。それらの現象はクロック0から各沈みまでのタイミングを乱す。一方、より多い動作を発生する(より多い熱が発生)回路はより大きい電圧低下を形成し、このより大きい電圧低下はローカルVdd(電源供給)をチップの他の部位より低くするので、ある関連回路(例えば、差し込まれたバッファ)の応答は他の正常なVddを持つ素子よりも遅い。電圧低下及び温度上昇は、上記の「平衡された」クロックツリー回路を平衡不能にする。 IC chips at work have different surface temperatures in different areas because certain circuit blocks have more switching operations. The difference in temperature affects the hole / electron fluidity of the semiconductor element, and the resistance of the wire is also changed. These phenomena disturb the timing from clock 0 to each sink. On the other hand, circuits that generate more operation (generate more heat) create a larger voltage drop, and this larger voltage drop makes the local Vdd (power supply) lower than other parts of the chip, so The response of the circuit (eg, plugged in buffer) is slower than other normal Vdd devices. Voltage drops and temperature rises make the “balanced” clock tree circuit unbalanced.
各箇所の温度が異なり且つ電圧低下になる回路を補償するために、CAEによる設計では、クロックツリー回路にバッファの差込みが多すぎるので、クロックの平衡が悪くなり、それは、能動素子(例えば、バッファ)が受動素子(例えば、電線)より電圧及び温度に影響され易い。 To compensate for circuits with different temperatures and voltage drops at each location, the CAE design has too many buffers inserted into the clock tree circuit, resulting in poor clock balance, which can be attributed to active devices (eg, buffer ) Are more sensitive to voltage and temperature than passive elements (eg, wires).
本発明の目的は、制御可能なバッファをクロックツリー回路の特定なレベルに差込み、且つ制御器により制御可能なバッファにおけるPMOS/NMOSの組合を制御して異なる位相差を持つ二つのクロックを調整することにより、より多い電流を発生して、クロックがより遅くなるある沈みの時間遅延を補償することができる、クロックツリーの動的な平衡方法を提供する。 The object of the present invention is to plug a controllable buffer into a specific level of the clock tree circuit and control the PMOS / NMOS combination in the buffer controllable by the controller to adjust two clocks with different phase differences This provides a dynamic balancing method of the clock tree that can generate more current and compensate for the time delay of some sinking that makes the clock slower.
上記目的を達成するためになされた本願の発明は、クロックツリー回路において、制御可能なバッファを前記クロックツリー回路の特定なレベルに差込み、且つ何れか二つの位相の異なるクロックを接収する制御器を提供し、前記制御器の出力バスC[x:0]により制御可能なバッファにおけるPMOS/NMOSの排列を制御し、だから、制御可能なバッファの出力端にはもっと多い電流が発生し、前記クロックツリー回路の沈みのより遅いクロックの時間遅延を補償することを特徴とするクロックツリーの動的な平衡方法であることを要旨としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a controller for inserting a controllable buffer into a specific level of the clock tree circuit and receiving a clock having two different phases in the clock tree circuit. Providing and controlling the PMOS / NMOS arrangement in the controllable buffer by the output bus C [x: 0] of the controller, so that more current is generated at the output of the controllable buffer and the clock The gist of the present invention is a dynamic balancing method of a clock tree characterized by compensating for the time delay of a slower clock of the tree circuit sinking.
本願の発明では、前記制御器は、位相検出器と、充電回路と、電圧検出器と、増/減計数器と、出力バスC[x:0]と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のクロックツリーの動的な平衡方法であることを要旨としている。 In the invention of the present application, the controller includes a phase detector, a charging circuit, a voltage detector, an increment / decrement counter, and an output bus C [x: 0]. The gist is the clock tree dynamic balancing method described in 1.
本願の発明では、前記制御可能なバッファは複数行のPMOS及びNMOSから組成され、各行は二つのPMOSと二つのNMOSとが直列接続し、クロック入力信号はインバータを通じて各行の頂端のPMOSと底端のNMOSとのゲートに別々に入力され、出力バスC[x:0]の制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)は各行の中央のPMOSとNMOSとのゲートに別々に入力され、インバータは各行の中央のPMOSとNMOSとの間に別々に差込まれ、中央のPMOSとNMOSとの接続する箇所にはクロック出力信号が発生することを特徴とする請求項1に記載のクロックツリーの動的な平衡方法であることを要旨としている。 In the present invention, the controllable buffer is composed of a plurality of rows of PMOS and NMOS, each row has two PMOSs and two NMOSs connected in series, and a clock input signal is passed through an inverter through the top and bottom PMOSs and bottoms. The control signals C (0), C (1), C (2), ..C (x) on the output bus C [x: 0] are input to the gate of the NMOS and the NMOS in the middle of each row. It is input separately to the gate of the NMOS, the inverter is inserted separately between the central PMOS and NMOS of each row, and a clock output signal is generated at the point where the central PMOS and NMOS are connected The gist of the present invention is the clock tree dynamic balancing method according to claim 1.
本発明に係るクロックツリーの動的な平衡方法によれば、制御可能なバッファをクロックツリー回路の特定なレベルに差込み、且つ制御器により制御可能なバッファにおけるPMOS/NMOSの組成を制御して異なる位相差を持つ二つのクロックを調整することにより、より多い電流を発生して、クロックがより遅くなるある沈みの時間遅延を補償することができる。 According to the dynamic balancing method of the clock tree according to the present invention, the controllable buffer is inserted into a specific level of the clock tree circuit, and the composition of the PMOS / NMOS in the buffer controllable by the controller is controlled to be different. By adjusting two clocks with a phase difference, more current can be generated to compensate for the time delay of some sinking that makes the clock slower.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図3に示すのはクロックツリー回路であり、それは、制御可能なバッファ31がクロックツリー回路の特定なレベルに差し込まれ、且つ前記バッファ31を制御するための制御器50を有する。 Shown in FIG. 3 is a clock tree circuit that has a controllable buffer 31 plugged into a particular level of the clock tree circuit and having a controller 50 for controlling the buffer 31.
図4に示すのは制御可能なバッファ31の一例であり、それは複数行のPMOSとNMOSとの組合である。各行は二つのPMOSと二つのNMOSとが直列接続する。クロック入力信号Clk_inはインバータ41を通じて各行の頂端のPMOS42と底端のNMOS45とのゲートに別々に入力される。出力バスC[x:0]の制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)は各行の中央のPMOS43とNMOS44とのゲートに別々に入力される。インバータ46は各行の中央のPMOS43とNMOS44との間に別々に差込まれる。
FIG. 4 shows an example of a controllable buffer 31, which is a combination of multiple rows of PMOS and NMOS. In each row, two PMOSs and two NMOSs are connected in series. The clock input signal Clk_in is separately input to the gates of the
各制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)は「1」(ハイレベル)の場合には、コピーされたクロック入力信号Clk_inは、クロック出力信号Clk_outとして各行の出力端47に発生する。各制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)は「0」(ローレベル)の場合には、各行の出力端47が高抵抗値になる。
When each control signal C (0), C (1), C (2),... C (x) is “1” (high level), the copied clock input signal Clk_in is the clock output signal Clk_out. Occurs at the
だから、制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)は、どの行を直列接続するかを制御してクロック出力信号Clk_outを発生することができる。クロック出力信号Clk_outを発生し直列接続する行数が多いほど、出力する電流が多い。クロック出力信号Clk_outはクロックツリーの次レベルに出力する。 Therefore, the control signals C (0), C (1), C (2),... C (x) can control which row is connected in series to generate the clock output signal Clk_out. The larger the number of rows that generate the clock output signal Clk_out and are connected in series, the more current is output. The clock output signal Clk_out is output to the next level of the clock tree.
次に、図5を参照する。位相ラッチ回路(PLL)に一制御器50を設計し、異なる沈み(sink)を持つ二つのクロックが前記制御器50に入力する。前記制御器50は位相検知器51により二つの入力クロックの間の位相差を比較して、一充電回路52により適当な電圧を発生して、電圧検知器53により「増加」、「保持」や「減少」などの命令を増/減計数器54に入力し出力バスC[x:0]を制御する。出力バスC[x:0]のは制御信号C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)を含み、C(0)、C(1)、C(2)、・・C(x)を各行の中央のPMOS43とNMOS44とのゲートに別々に出力する。
Reference is now made to FIG. One controller 50 is designed in a phase latch circuit (PLL), and two clocks having different sinks are input to the controller 50. The controller 50 compares the phase difference between the two input clocks by the
次に、図6を参照する。制御器50により何れか二つの沈みのクロックを接収し、且つそれらの位相差を比較して出力バスC[x:0]が発生し、前記出力バスC[x:0]をクロックツリーの特定なレベルに伝送することにより、直列接続する行数を調整してクロック出力信号Clk_outを提供するので、適当な出力電流が関連の沈みxを駆動し、二つのクロックの間の位相差が補償される。 Reference is now made to FIG. The controller 50 receives any two sinking clocks and compares the phase difference between them to generate an output bus C [x: 0]. The output bus C [x: 0] is specified as a clock tree. By transmitting to the correct level, the number of rows connected in series is adjusted to provide the clock output signal Clk_out so that the appropriate output current drives the associated sink x and the phase difference between the two clocks is compensated. The
次に、図6を参照する。何れか二つのクロックに制御器50を使用することができるので、制御回路が形成される。 Reference is now made to FIG. Since the controller 50 can be used for any two clocks, a control circuit is formed.
本発明の精神および請求範囲は、特許請求の範囲に限定され、上記の実施形態に限定されない。 The spirit and scope of the present invention are limited to the claims, and are not limited to the above embodiments.
20 バッファ 31 バッファ
41 インバータ 42 PMOS
43 PMOS 44 NMOS
45 NMOS 46 インバータ
47 出力端 50 制御器
51 位相検出器 52 充電回路
53 電圧検出器 54 増/減計数器
20 buffer 31 buffer 41
43
45 NMOS 46
Claims (3)
クロックツリーの動的な平衡方法。 In the clock tree circuit, a controller is provided which inserts a controllable buffer into a specific level of the clock tree circuit and receives any two clocks having different phases, and outputs an output bus C [x: 0 of the controller. ] To control the PMOS / NMOS arrangement in the controllable buffer, so that more current is generated at the output of the controllable buffer to compensate for the slower time delay of the clock tree circuit sink. It is characterized by
Clock tree dynamic balancing method.
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JP2004240335A JP2006060523A (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Method for dynamic balancing of clock tree |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009124703A (en) * | 2007-11-09 | 2009-06-04 | Hynix Semiconductor Inc | Data center tracking circuit and semiconductor integrated circuit including the same |
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2004
- 2004-08-20 JP JP2004240335A patent/JP2006060523A/en active Pending
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