WO2004038917A1 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/027—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
- H03K3/037—Bistable circuits
- H03K3/0372—Bistable circuits of the primary-secondary type
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor integrated circuit and, more particularly, to a high-speed and low-power technology therein.
- FF flip-flop
- first known circuit Single-phase clock using an FF circuit 'edge trigger system
- second known circuit two-phase clock / latching system using level sense latch circuit
- the first known example circuit is a technology adopted by many semiconductor manufacturers in Japan and overseas, and is widely used because of its design simplicity and compatibility with DFT (Design For Test).
- This technique provides a function similar to that of an FF circuit by supplying a very short pulse pulse to the latch. Although it is a latch-based system, it has features such as a single-phase, rather than two-phase, and the ability to handle STAs in the same way as FF circuit systems.
- the output of the master latch is used for a path with a long delay
- the output of the slave latch is used for a path with a small delay.
- a system using an FF circuit uses a FF circuit that operates on the rising edge of the clock signal during normal operation of the circuit, and uses an FF circuit that operates on the rising and falling edges during scanning in series.
- a circuit for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-2697994
- the slave in a normal mode of the circuit, the slave is bypassed to output data from the master and the slave, and in the diagnostic mode, there is an FF that operates as a slave.
- FF flip-flop
- the clock signal CK has a cycle time represented by Tcycle, and its rising edge is caused by the jitter component of the clock generator and the skew in the clock distribution system. It has certainty.
- the time from when the clock signal CK rises to when the signal is output from the output terminal (Q) is Tcq, and the setup time of the FF circuit (clock after the input signal from the data input terminal (D) is determined
- Tsetup be the time margin required for the signal CK to rise
- Thold the hold time the time during which the input signal must be held from the rise of the clock signal CK).
- Equation (1) is a relational expression representing the maximum delay constraint
- equation (2) is a relational expression representing the minimum delay constraint.
- the maximum delay constraint is a condition that specifies the minimum cycle time of the system
- the minimum delay constraint is a condition for preventing race-through between pipeline stages.
- Thold-Tcq appearing on the right side of equation (2) is often very small. Therefore, the minimum delay time Tlogic of the combinational logic circuit required to guarantee the minimum delay can be a relatively small value. For example, in the case where two FF circuits are coupled, a circuit having a delay time of about 2 Tskewl can be inserted between them to easily avoid the inconvenience of the minimum delay.
- the right-hand side contains the uncertain component Tskewl of the clock edge. That is, the minimum cycle time Tcycle in the first known example circuit increases by the uncertainty of the clock edge.
- the third term on the right side includes the setup time Tsetup of the FF circuit, which also increases the minimum cycle time Tcycle.
- the FF circuit tends to increase the load on the clock terminal CK, which tends to increase power consumption and clock skew. Therefore, it is considered that the first known example circuit is not suitable for increasing the speed of the semiconductor integrated circuit.
- a third known example circuit is configured by taking advantage of the first known example circuit and the second known example circuit.
- the FF circuit By replacing the FF circuit with a latch circuit and supplying the clock signal CK having a very short Tw during the "H" period to the latch circuit, the same function as the edge trigger operation by the FF circuit can be realized.
- Tw is very small
- the relation between the minimum cycle time and the minimum delay constraint is as follows.
- Equation (3) is a relational expression defining the lower limit of the cycle time
- equation (4) is a relational expression representing the minimum delay constraint.
- the value of equation (3) is smaller by the last term on the right side.
- the latch circuit generally has a smaller Tcq + Tsetup than the FF circuit, and therefore the lower limit of the cycle time can be reduced by using the latch circuit. .
- the Tw term affects the minimum cycle time and the minimum delay constraint.
- the lower limit of the cycle time can be reduced by increasing the pulse width Tw.
- increasing the pulse width Tw does not guarantee the minimum delay. This leads to an increase in the delay amount of the delay circuit required for this.
- the minimum delay is a very dangerous factor, and if any circuit does not observe this restriction, the system will never work. Therefore, the designer has to make a conservative design for the minimum delay, and as a result, the effect of Tw on improving the cycle time is impaired.
- the minimum cycle time Tcycle of both the first known example circuit and the second known example circuit increases under the influence of clock skew.
- the output of the master latch is used for the path having a large propagation delay time of the combinational logic. For small passes, the output of the thread latch is used. This aims to speed up the circuit and avoid inconveniences related to minimum delay. It also states that even if the clock edge slightly shifts due to clock skew, no over-delay will occur. However, according to a detailed study by the inventor, whether or not the clock skew is completely absorbed is determined by the clock pulse width, the latch setup time, the clock skew amount, and the like. It has been found that the configuration described in Japanese Patent Application Publication No. 75685 is not immediately determined. In addition, it is difficult to design without minimum criteria even for the minimum delay constraint, and as a result, design guidelines that secure a large design margin must be followed, making efficient design difficult.
- An object of the present invention is to provide a technique for eliminating the influence of clock edge uncertainty on a circuit that determines the maximum operation speed of a semiconductor integrated circuit.
- Another object of the present invention is to provide a technique for improving the operation speed of the entire circuit and at the same time reducing power consumption.
- a clock pulse generator that generates a pulsed clock signal, a predetermined combinational logic circuit, and a circuit arranged before or after the combinational logic circuit, and capable of latching input data based on a clock signal from the clock pulse generator
- Semiconductor integrated circuit including a simple latch circuit
- the signal propagation delay time in the latch circuit with reference to the rising edge of the clock pulse is Tcq
- the setup time in the latch circuit is Tsetup
- the signal propagation delay from the input terminal to the output terminal of the latch circuit When the time is Tdq, the uncertainty at the rising edge of the clock pulse is Tskewl, and the uncertainty at the falling edge of the clock pulse is Tskew2, the pulse of the clock pulse is such that the following equation is established. Setting the width Tw eliminates the effects of clock edge uncertainty.
- FIG. 1 is a block diagram of a configuration example of a latch system included in a combination system as an example of a semiconductor system according to the present invention.
- FIG. 2 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system.
- FIG. 3 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
- FIG. 4 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
- FIG. 5 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
- FIG. 6 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
- FIG. 7 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
- FIG. 8 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
- FIG. 9 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
- FIG. 10 shows the operation of the main part in the latch system shown in FIG. It is a waveform diagram ⁇
- FIG. 11 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG. 1,
- FIG. 12 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG. 1,
- FIG. 13 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
- FIG. 14 is a block diagram of another configuration example of the latch system.
- FIG. 15 is an operation waveform diagram of the system shown in FIG.
- FIG. 16 is a block diagram showing another example of the configuration of the latch system.
- FIG. 17 is a circuit diagram of a configuration example of a main part in FIG.
- FIG. 18 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the FF circuit included in the latch system.
- FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of the computer system.
- FIG. 20 is an explanatory diagram of a list of various parameters used in the latch system. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
- FIG. 19 shows a combination system which is an example of the semiconductor system according to the present invention.
- the system 1101 shown in FIG. 19 is a central processing unit (abbreviated as “CPU”) 1100 that performs arithmetic processing according to a predetermined program, and is not particularly limited.
- peripheral circuits include, but are not limited to, an external memory controller 1104, a cache memory 1105, and an external memory 1106.
- the CPU 111 and the external memory controller 1103 and the cache memory 1105 communicate with each other via the bus 1103. Are communicatively coupled to
- the bus 1103 includes an address bus for transmitting an address signal and a data bus for transmitting a data signal.
- the external memory controller 1104 controls the read / write of the external memory 1106.
- the external memory 1106 is a dynamic random access memory (abbreviated as “DRAM”) including, but not limited to, a dynamic memory element.
- DRAM dynamic random access memory
- the DRAM 1106 stores programs executed by the CPU 1101 and various data used for arithmetic processing. Then, such programs and various data are read into the CPU 1101 under the control of the external memory controller 1104.
- the programs and data read from the external memory 1106 are temporarily stored in the cache memory 1105. When a program or data is requested again by the CPU 1101, the cache memory 1105 is accessed prior to the external memory 1106.
- the CPU 1101, the external memory controller 1104, the cache memory 1105, and the external memory 1106 are each formed of, but not limited to, a semiconductor integrated circuit.
- a combinational logic for performing a predetermined logical operation is provided in the CPU 1101, the external memory controller 1104, the cache memory 1105, and the external memory 1106, a combinational logic for performing a predetermined logical operation is provided.
- a latch circuit that includes a logic circuit and a latch circuit that is arranged before or after that and that can hold input data based on a clock pulse is used everywhere.
- FIG. 1 shows a main configuration of a latch system applied to the CPU 1101 and its peripheral circuits (1104, 1105, 1106).
- FIG. 20 shows a list of definitions of various parameters used in this example.
- FIG. 2 shows the operation waveforms of the main part and the various parameters in the latch system shown in FIG.
- An FF circuit-based edge trigger system is easy to design with minimal delay constraints, but is not suitable for high-speed operation due to the effects of clock edge uncertainty and the delay time of the FF circuit itself.
- the latch circuit-based pulse trigger system has a small delay time of the latch circuit itself, but does not ignore the care of the minimum delay and the effects of clock edge uncertainty.
- the latch system shown in Fig. 1 combines the minimum delay resistance of the edge trigger system with the high-speed / low power characteristics of the pulse trigger system, and is not affected by clock edge uncertainty. Is done. '
- the latch system 10 shown in FIG. 1 includes, but is not limited to, a clock pulse generation circuit 100 and latch circuits 101, 102, and 103.
- the clock pulse generator 100 generates a pulsed clock signal CK.
- the generated clock signal CK is supplied to the latch circuits 101, 102, and 103.
- Tcq is output from the clock pin (CK). It means the signal propagation time to the input terminal (Q), and is the value assuming that the input signal D arrives fast enough to the rising edge of the clock signal CK.
- Tsetup means setup time.
- Tskewl is the uncertainty of the clock rising edge due to skew and jitter
- Tskew2 is the uncertainty of the clock falling edge due to skew and jitter.
- Tdq means the propagation delay time from the data terminal (D) to the output terminal (Q). The value is based on the assumption that the clock signal CK goes to the "H" level sufficiently early with respect to the changing point of the data terminal (D).
- the output of the latch circuit 101 is input to the combinational logic circuit 113, and is input to the latch circuit (102) after the propagation delay time (Tlogic-max) in the combinational logic circuit 113 .
- Tlogic-max represents the combination logic circuit with the longest propagation delay time.
- Q, QD the side whose value is output in synchronization with the falling edge of the clock signal CK (QD) is connected to the combinational logic circuit 114 and propagated. It is input to the latch circuit 101 after the delay time Tlogicjnin.
- logic 1 min represents the combinational logic circuit with the shortest propagation delay time.
- the output of the combinational logic circuit 113 is input to the latch circuit 102, but this is not so limited. It may be input to 101.
- the output of the combinational logic circuit 114 may also be connected to the latch circuit 102, but if the propagation delay time Tlogic_min is included in the range of the equation (6), the output of the combinational logic path The starting point starts from the output terminal (QD) of the latch circuit 102.
- the starting point of the combinational logic path is the output of the latch circuit 101 or Of the two output terminals of the latch circuit 102
- the signal must start at the output terminal (Q) on the side that is transparent while the clock signal C is at the "H" level.
- Tcycle-Tdq Tlogic— max> Thold + Tskewl + Tskew2-Tcq + Tw-(7)
- FIG. 3 shows a configuration example of the latch circuit 102 in FIG.
- the latch circuit 102 includes, but is not limited to, inverters 210 to 218, n-channel MOS transistors 202 and 203, and p-channel MOS transistors 201 and 204.
- the first tri-state buffer 221 is formed by connecting the n-channel MOS transistor 203 and the p-channel MOS transistor 201 in parallel, and the n-channel MOS transistor 202 and the p-channel MOS transistor 201 are connected.
- a second tri-state buffer 222 is formed by connecting the transistor 204 in parallel.
- the logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted at the inverter 211, and further inverted at the subsequent inverter 211.
- the operation of the p-channel type MOS transistor 201 and the n-channel type MOS transistor 203 is controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 210.
- the operation of the p-channel type MOS transistor 204 and the n-channel type MOS transistor 202 is controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 211.
- the first tri-state buffer 221 and the second tri-state buffer 222 are turned on complementarily.
- the first latch portion 231 is formed by connecting the inverters 213 and 214 in a loop
- the second latch portion 232 is formed by connecting the inverters 215 and 216 in a loop.
- Input from data terminal (D) The data thus input is input to the first latch unit 231 via the receiver 212 and the tristate buffer 221.
- the output signal from the first node N1 of the first latch unit 231 is output from the output terminal (Q) via the inverter 217, and the output signal from the second node N2 of the first latch unit 231 is output.
- the signal is input to the second latch unit 232 via the second tri-state buffer 222.
- the output signal of the second latch unit 232 is output from the output terminal (QD) via the receiver 218 at the subsequent stage.
- the circuit shown in FIG. 3 is a level sense latch circuit when viewed from the output terminal (Q), and is a negative edge trigger flip-flop circuit when viewed from the output terminal (QD).
- FIG. 4 shows a configuration example of the latch circuits 101 and 103 in FIG.
- Latch circuits 101 and 103 are
- n-channel MOS transistor 303 and a p-channel MOS transistor 321.
- the n-channel MOS transistor 303 and the p-channel MOS transistor 32 1 are connected in parallel to form a tri-state buffer 32 1, and the latch circuits 331 and 314 are formed in a loop to form the latch circuit 331. Is done.
- the logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted by the inverter 311 and further inverted by the subsequent inverter 311.
- the operation of the p-channel type MOS transistor 301 and the n-channel type MOS transistor 303 are controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 310.
- This circuit is a so-called level sense latch circuit. While the clock terminal (CK) is at the "H” level, the signal level input to the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (Q), and the clock signal CK Becomes low voltage level (hereinafter referred to as "L" level), keeps the signal level input to the data terminal (D) until immediately before, and continues to output it from the output terminal (Q) .
- L low voltage level
- FIG. 5 shows a configuration example of the clock pulse generator 100 in FIG.
- the clock pulse generator 100 obtains a NAND circuit of a delay circuit (DE LAY) 400 for determining the pulse width of the clock signal CK, an output signal of the delay circuit 400, and a global clock signal GCK 2 It comprises an input NAND circuit 401 and an inverter 402 arranged downstream thereof.
- the control signal EN is input to the delay circuit 400.
- the control signal EN is in the enable state, the output of the clock signal CK is enabled by operating the delay circuit 400.
- the global clock signal GC changes from "L" level to "H” level
- the clock signal CK changes from "L” level to "H” level.
- the clock signal CK changes to "L” level.
- the delay time of the delay circuit 400 is adjusted so that the clock pulse width Tw satisfies the expression (5).
- the latch system 10 having the above configuration can operate at higher speed and lower power than the above-mentioned known example circuit. The reason is described below.
- the input signal from the data terminal (D) in the latch circuit 102 must be determined by the time shown by the equation (8).
- Equation (8) is the minimum rule for the correct operation of the circuit. Here, there are two cases according to the arrival time of the input signal in the first cycle.
- FIG. 7 shows a case where the input signal from the data terminal (D) in the first cycle is determined sufficiently before the rising edge of the clock signal CK.
- equation (10) is derived.
- Equation (10) is used when the input signal from the data terminal (D) is determined quickly. This defines the lower limit of the cycle time.
- FIG. 8 shows a case where the input signal from the data terminal (D) in the first cycle arrives during the period when the clock signal CK is "H".
- the conditions under which the system operates are shown in equation (11).
- equation (12) is obtained.
- Equation (12) defines the lower limit of the cycle time similarly to equation (10), but in practice, the larger of the right-hand side of equation (10) and the right-hand side of equation (12) Defines the lower limit of the cycle time.
- equation (13) has a positive or negative value.
- equation (14) holds, the cycle time Is defined by equation (12).
- FIG. 10 shows a case where the input signal to the data terminal (D) of the latch in the first cycle is determined sufficiently before the rise of the clock signal CK.
- equation (18) is obtained.
- FIG. 11 shows a case where the input signal to the data terminal (D) of the latch in the first cycle arrives during the period when the clock signal CK is "H".
- the condition for preventing race-through from occurring is expressed by equation (19).
- Equation (20) expresses the minimum delay constraint similarly to equation (18). However, as is clear from FIGS. 10 and 11, Equation (18) has more severe conditions than Equation (20)). Therefore, it can be considered that equation (18) represents the minimum delay constraint.
- the path shown in Fig. 3 is used as the latch circuit at the beginning of the path where the minimum delay constraint is severe, and the output terminal (QD) is used instead of the output terminal (Q) Please pay attention to that.
- the output terminal (Q) is the output of the latch circuit, while the output terminal (QD) is the output of the negative edge trigger flip-flop.
- the conditions are as shown in Eq. (21).
- equation (22) is obtained.
- the path starting from the output terminal (QD) has strong minimum delay resistance like the conventional edge trigger system.
- the point here is selective for paths with strict minimum delay constraints.
- the output terminal (QD) is used.
- the latch output is used even for the path where the minimum delay is severely restricted, and as a result, the circuit is weak to the minimum delay.
- the minimum delay constraint in equation (18) can be replaced with equation (22), and the minimum delay tolerance, which is the largest concern in prior art example 3, is raised to a level that does not cause inconvenience It becomes possible.
- equation (24) is obtained.
- Equation (22) shows the sum of this and the minimum delay constraint (22).
- Equation (22) expresses the delay time range of the combinational logic that can be connected to the output terminal (QD).
- Tcycle-Tdq Tlogic—max> Thold + Tskewl + Tskew2-Tcq + Tw (23)
- the delay time of the delay circuit 400 in the clock pulse generator 100 is set so that the clock pulse width Tw satisfies the expression (14) (same as the expression (5)). Has the minimum cycle time determined by Eq. (12). Since there is no term related to clock skew in equation (12), the operating frequency in this example is not affected at all by the uncertainty of the clock edge.
- a signal is supplied from the output terminal (QD) of the latch circuit 102 to the combinational logic circuit 114 having a very short delay time. Doing so greatly eases the minimum delay constraint, making design easier. Whether to use the output terminal (Q) or the output terminal (QD) can be determined by using equations (22) and (23), which greatly simplifies the design. Furthermore, since it is based on a latch circuit that is faster and smaller in circuit scale than the FF circuit, it is possible to reduce the power consumption of the entire circuit.
- FIG. 14 shows another configuration example of the main part of the latch system 10
- FIG. 15 shows the operation timing of the main part in the latch system 10. As shown in FIG.
- a latch circuit 802 is interposed between the combinational logic circuits 113 and 114.
- a delay circuit 805 is interposed between the combinational logic circuit 114 and the latch circuit 103.
- the latch circuit 802 like the latch circuits 101 and 103, The circuit shown in Fig. 4 applies.
- the output signal of the combinational logic circuit 114 is delayed by the delay circuit 805 before being transmitted to the subsequent latch circuit 103.
- the pulse width Tw of the clock signal CK is set to the delay time of the delay circuit 400 in the clock pulse generator 100 so as to satisfy the equation (5), similarly to the circuit shown in FIG. You.
- Tlogicjnin is smaller than the right-hand side of the equation (23).
- Tlogicjiin + Tdelay satisfies the equation (23).
- the delay amount of Tdelay may be selected within a range satisfying the expression (24). In this circuit, the operating frequency is not affected by the uncertainty of the clock edge at all.
- the design is based on the latch circuit, the power consumption is lower than in the conventional example based on the FF circuit.
- FIG. 16 shows still another example of the main configuration of the latch system 10 described above.
- all the latch circuits are to be scanned.
- the clock signal CK has a clock pulse width satisfying the expression (5).
- the propagation delay time of the combinational logic circuit 113 is representative of the combinational logic circuit having the largest delay time among the combinational logic circuits included in this example.
- the propagation delay time of the combinational logic circuit 1 1 4 is It represents the one with the shortest delay time on the road.
- the scan-out terminal (S0) of the latch circuit 901 is the scan-in terminal of another latch circuit.
- the SCAN_ENABLE signal is input to the control signal terminal (SE) of the latch.
- SE control signal terminal
- SCAN_ENABLE signal is at "L” level
- the normal logic circuit operation is performed.
- SCAN_ENABLE signal is at "H” level
- the logic circuit operates via the scan-in terminal (SI) and the scan-art terminal (S0) of the latch circuit. The scan operation is performed for scanning in and out of the pattern data for circuit diagnosis.
- FIG. 17 shows a configuration example of the latch circuits 901, 902, and 903.
- the latch circuits 901, 902, and 903 are not particularly limited. 18, comprising n-channel type MOS transistors 1202 and 1203, and p-channel type MOS transistors 1201 and 120.
- the n-channel MOS transistor 1203 and the p-channel MOS transistor 1201 are connected in parallel to form the first 3-state buffer 1221, and the n-channel MOS transistor 1202 and the p-channel MOS transistor 1201 are connected.
- the second tri-state buffer 1222 is configured by connecting the second tri-state buffer 1222 in parallel with 1204.
- the selector 1003 selectively selects an input signal from the data terminal (D) and an input signal from the scan-in terminal (SI) based on a signal input via the control terminal (SE), and selectively outputs the signal to the first stage of the subsequent stage. It has a function of transmitting to the state buffer 122 1. To achieve such a function, two AND gates and a NOR gate for obtaining the NOR logic of their output signals -Combined with The control signal from the control terminal (SE) is directly transmitted to one of the AND gates, and the control terminal is transmitted to the other AND gate so that only one of the two AND gates is activated. The control signal from (SE) is inverted after logical inversion at 1001 and transmitted.
- the logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted at the inverter 1211 and further inverted at the latter stage 1211.
- the operations of the p-channel MOS transistor 1201 and the ri-channel MOS transistor 1203 are controlled by the output signal of the above-described inverter 1210.
- the operation of the P-channel type MOS transistor 1204 and the n-channel type MOS transistor 1202 are controlled by the output signal of the above-described member 121 1.
- the first tri-state buffer 1221 and the second tri-state buffer 1222 are turned on complementarily.
- a first latch circuit 1231 is formed by connecting the inverters 1213 and 1214 in a loop
- a second latch circuit 1232 is formed by connecting the inverters 1215 and 1216 in a loop.
- the data input from the data terminal (D) is input to the first latch circuit 1231 via the selector 1003 and the third state buffer 1221.
- the output signal from the first node N1 of the first latch circuit 1231 is output from the output terminal (Q) via the inverter 1217, and the second node N2 of the first latch circuit 1231 is output.
- the output signal is input to the second latch circuit 1232 via the second tri-state buffer 1222.
- the output signal of the second latch circuit 1232 is output to the subsequent The signal is output from the output terminal (QD) through the NOR gate 1004 and output from the scan-out terminal (SO) through the NOR gate 1004.
- the control signal SE when the control signal SE is at "L” level, the input signal from the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (Q) or the output terminal (QD).
- the control signal SE is at "H” level, the data is transmitted to the output terminal (Q) and the output terminal (QD).
- the scan-out terminal (SO) is connected to the scan-in terminal (S I) of another latch circuit and the clock signal CK transits while the control signal SE is at "H” level, it functions as a shift register.
- the NOR gate 1004 is designed so that the delay time from the falling edge of the clock signal CK to the output of the scan-out terminal (S0) is increased, and the race-through from the scan-gate terminal (SO) to the next-stage latch circuit is performed.
- the scan right terminal (SO) is designed so that the rightmost side of Eq. (22) has a zero or negative value. Therefore, in the configuration example shown in FIG. 17, high-speed, low-power operation and easy test by scanning are realized at the same time, and the design of the semiconductor integrated circuit is further simplified.
- selector circuit 1003 is not limited to the combination of the NAND gate and the NOR gate.
- a selector using a transmission gate or a tristate inverter may be used.
- the CPU 1101 and its peripheral circuits in FIG. 19 can include a master-slave FF circuit in addition to the latch circuits shown in FIGS. 3, 4, and 17, respectively.
- the master FF circuit as shown in FIG. 18, the inverters 510 to 518, the n-channel MOS transistors 501 and 5047, and the p-channel MOS transistor 503, 517.
- the first tri-state buffer 521 is formed by connecting the n-channel MOS transistor 501 and the p-channel MOS transistor 503 in parallel, and the n-channel MOS transistor 504
- the second tri-state buffer 522 is formed by connecting the p-channel MOS transistor 5 17 in parallel with the p-channel MOS transistor 5 17.
- the clock signal (CK) from the clock pulse generator 100 is supplied to the clock terminal (CK).
- the clock signal CK supplied to the latch circuit having the configuration shown in FIGS. 3, 4, and 17 is supplied as it is to the master slave FF circuit in FIG. Therefore, there is no need to provide a separate clock pulse generator dedicated to the master slave FF circuit.
- the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, but the present invention is not limited thereto, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Industrial applicability
- the present invention can be widely applied to various semiconductor integrated circuits.
Landscapes
- Logic Circuits (AREA)
- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
明 細 書 半導体集積回路 技術分野 Description Semiconductor integrated circuit technology
本発明は、半導体集積回路、 さらにはそれにおける高速化及び低電力 化技術に関する。 背景技術 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit and, more particularly, to a high-speed and low-power technology therein. Background art
半導体集積回路の高性能化、低電力化において重要な要素回路は、 フ リップフロヅプ(以下「F F」と略記する)回路あるいはラヅチ回路に代 表される記憶素子である。そのため、 F F回路あるいはラツチ回路の高 速化、 低電力化を目的として、 様々な回路、 クロックシステムが提案さ れている。 An important elemental circuit for improving the performance and reducing the power of a semiconductor integrated circuit is a storage element represented by a flip-flop (hereinafter abbreviated as “FF”) circuit or a latch circuit. Therefore, various circuits and clock systems have been proposed for the purpose of increasing the speed and lowering the power of FF circuits or latch circuits.
例えば: F F回路を用いた単相クロック 'エッジトリガシステム (「第 1公知例回路」 という)や、 レベルセンスラッチ回路を使用した二相ク ロック .ラツチシステム ( 「第 2公知例回路」 という) が知られている 例えば、 「A. Chandrakasan, et al . , "Design of High - Performance Microprocessor Circuits, " IEEE Press, pp. 207-234, 2001」 を参照 されたい。 For example: Single-phase clock using an FF circuit 'edge trigger system (referred to as "first known circuit") or two-phase clock / latching system using level sense latch circuit (referred to as "second known circuit") For example, see “A. Chandrakasan, et al.,“ Design of High-Performance Microprocessor Circuits, ”IEEE Press, pp. 207-234, 2001”.
第 1公知例回路は、国内外多数の半導体メーカに採用されている技術 であり、 設計のしゃすさ、 D F T (Design For Test)との相性の良さ等 の理由から広く用いられている。 The first known example circuit is a technology adopted by many semiconductor manufacturers in Japan and overseas, and is widely used because of its design simplicity and compatibility with DFT (Design For Test).
それに対して、 第 2公知例回路は、 S T A ( Static Timing Analysis : 静的タイミング解析)が複雑になること、 二相クロックが必要なことな どから、 現在では一部を除いて使用しなくなってきている。 · また、 F F回路をパルス トリガラツチで置き換えた、 単相クロック · パルストリガラッチシステム ( 「第 3公知例回路」 という) に関する技 術が知られている。 例えば、 「L . Clark, "An Embedded 3Z-b On the other hand, in the second known example circuit, STA (Static Timing Analysis) becomes complicated, and a two-phase clock is required. ing. · Also, there is known a technology related to a single-phase clock / pulse trigger latch system (referred to as a “third known example circuit”) in which an FF circuit is replaced with a pulse trigger latch. For example, "L. Clark," An Embedded 3Z-b
Microprocessor Core for Low-Power and High - Performance Microprocessor Core for Low-Power and High-Performance
Application, " IEEE Journal of Solid - State Circuits, Vol . 36, pp. 1599-1608, Nov. 2001」 を参照されたい。 この技術は、 非常に短い幅の ク口ヅクパルスをラッチに供給することにより、 F F回路とほぼ同様の 機能を提供する。 ラツチべ一スのシステムであるが、 ク口ックが二相で はなく単相であることや、 S T Aが F F回路システムと同様に扱える等 の特徴を持っている。 Application, "IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 36, pp. 1599-1608, Nov. 2001". This technique provides a function similar to that of an FF circuit by supplying a very short pulse pulse to the latch. Although it is a latch-based system, it has features such as a single-phase, rather than two-phase, and the ability to handle STAs in the same way as FF circuit systems.
マスタラツチの出力を遅延の大きなパスに使用し、スレーブラッチの 出力を遅延の小さなパスに使用する例が知られている。例えば、 特開平 It is known that the output of the master latch is used for a path with a long delay, and the output of the slave latch is used for a path with a small delay. For example,
8 - 9 7 6 8 5号公報を参照されたい。 See Japanese Patent Application Publication No. 8-97685.
F F回路を使用した単相クロヅク ·ェヅジトリガシステムにいては、 システムが正しく動作するためには所定の関係式を満たす必要がある ことが知られている。 例えば、 「S. Unger, et al . , "Clocking Schemes for High-Speed Digital Systems 5 M IEEE Transactions on Computers, Vol . C-35, pp.880-895, Oct. 1986」 を参照されたい。 It is known that a single-phase clock-age trigger system using an FF circuit needs to satisfy a predetermined relational expression in order for the system to operate properly. See, for example, S. Unger, et al., "Clocking Schemes for High-Speed Digital Systems 5 M IEEE Transactions on Computers, Vol. C-35, pp. 880-895, Oct. 1986".
さらに、 F F回路を使用したシステムとしては、 回路の通常動作時に はクロック信号の立ち上がり動作で動作する F F回路を用い、スキャン 時には立ち上がりと立ち下がりで動作する F F回路を直列に用いて成 る半導体集積回路 (例えば特開平 1 0— 2 6 7 9 9 4号公報参照) や、 回 路の通常モー ではスレーブをバイパスさせてマス夕からデータ出力 を行い、診断モードではマス夕スレーブ動作する F Fを有する半導体集 積回路 (例えば特開平 5— 1 9 1 2 2 0号公報参照) が知られている。 尚、 本明細書中 「フリップフロップ (F F ) 」 、■ 「ラッチ I という用 語を、 以下の定義で用いることにする。 「フリップフロップ (FF) 」 とは、クロックの立ち上がりエッジで入力信号をキヤプチヤする記憶素 子を指し、 「ラッチ」 とはクロックが" H"の期間入力信号を出力へ伝 達し、 クロックが" L"の期間出力信号を保持する、 いわゆるレベルセ ンス型回路を指す。 In addition, a system using an FF circuit uses a FF circuit that operates on the rising edge of the clock signal during normal operation of the circuit, and uses an FF circuit that operates on the rising and falling edges during scanning in series. In a circuit (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-2697994), in a normal mode of the circuit, the slave is bypassed to output data from the master and the slave, and in the diagnostic mode, there is an FF that operates as a slave. 2. Description of the Related Art A semiconductor integrated circuit (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-191222) is known. In this specification, “flip-flop (FF)” and “latch I” The terms are used in the following definitions. “Flip-flop (FF)” refers to a memory element that captures an input signal at the rising edge of the clock. “Latch” transmits an input signal to the output while the clock is “H” and the clock is “L”. This is a so-called level sense type circuit that holds the output signal for a period of ".
ここで、 上記第 1公知例回路において、 クロック信号 CKは Tcycle で表されるサイクル時間を持ち、その立ち上がりエッジはクロック発生 器のジッ夕成分及びク口ック分配系におけるスキューにより士 Tskewl の不確定性を持つものとする。 また、 クロック信号 CKが立ち上がって から出力端子 (Q) から信号が出力されるまでの時間を Tcq、 FF回路 のセッ トアップ時間 (デ一夕端子 (D) からの入力信号が確定してから クロック信号 CKが立ち上がるまでに必要な時間余裕) を Tsetup、 ホ —ルド時間 (クロック信号 CKの立ち上がりから、入力信号が保持され ていなければならない時間) を Tholdとする。 F F— F F間の組み合わ せ論理回路の遅延時間を Tlogicとした時、 システムが正しく動作する ためには以下の二式を満たす必要がある。 尚、 これらの導出については、 例えば、 「S. Unger, et al. , "Clocking Schemes for High-Speed Digital Systems," IEEE Transactions on Computers, Vol. C - 35, pp.880-895, Oct. 1986 j に詳しい。 Here, in the circuit of the first known example, the clock signal CK has a cycle time represented by Tcycle, and its rising edge is caused by the jitter component of the clock generator and the skew in the clock distribution system. It has certainty. The time from when the clock signal CK rises to when the signal is output from the output terminal (Q) is Tcq, and the setup time of the FF circuit (clock after the input signal from the data input terminal (D) is determined Let Tsetup be the time margin required for the signal CK to rise, and Thold the hold time (the time during which the input signal must be held from the rise of the clock signal CK). When the delay time of the combinational logic circuit between F F and F F is Tlogic, the following two equations must be satisfied for the system to operate properly. These derivations are described in, for example, "S. Unger, et al.," Clocking Schemes for High-Speed Digital Systems, "IEEE Transactions on Computers, Vol. C-35, pp. 880-895, Oct. 1986. familiar with j.
Tcycle ≥ Tcq + Tlogic +Tsetup + 2Tskewl -(1) Tcycle ≥ Tcq + Tlogic + Tsetup + 2Tskewl-(1)
Tlogic > Thold + 2Tskewl - Tcq -(2) Tlogic> Thold + 2Tskewl-Tcq-(2)
( 1 ) 式はマキシマムディレイ制約を表す関係式で、 (2) 式はミニ マムディレイ制約を表す関係式である。 尚、 マキシマムディレイ制約と は、 システムの最小サイクル時間を規定する条件であり、 ミニマムディ レイ制約とは、パイプラインステージ間のレーススル一を防く、ための条 件を意味する。 (2)式で表されるミニマムディレイ制約について考え る。 一般的に、 ( 2 ) 式の右辺に現れる Thold - Tcqは非常に小さな値 になることが多い。従って、 ミニマムディレイを保証するために必要な 組み合わせ論理回路の最小遅延時間 Tlogicは比較的小さな値で済む。 例えば二つの F F回路が結合されるような場合には、 2Tskewl程度の遅 延時間をもった回路をそれら間に挿入すれば、 ミニマムディレイに関す る不都合を容易に回避できる。 そしてこのことが、 単相クロック ·エツ ジトリガシステムが今日の主流である大きな要因の一つとなっている。 しかしながら、 ( 1 ) 式において、 右辺にクロックエッジの不確定成 分 Tskewlが含まれている点に注意が必要である。 つまり、 上記第 1公 知例回路における最小サイクル時間 Tcycleは、 クロックエッジの不確 定性分だけ増加してしまう。 また、 右辺の第 3項に F F回路のセッ トァ ップ時間 Tsetupが含まれており、これも最小サイクル時間 Tcycleを増 加させることになつている。 さらに、 F F回路はクロヅク端子 C Kの負 荷が大きくなる傾向があり、消費電力の増加とクロックスキューの増大 を招きやすい。従って、 第 1公知例回路は半導体集積回路の高速化には 適さないと考えられる。 Equation (1) is a relational expression representing the maximum delay constraint, and equation (2) is a relational expression representing the minimum delay constraint. Note that the maximum delay constraint is a condition that specifies the minimum cycle time of the system, and the minimum delay constraint is a condition for preventing race-through between pipeline stages. Consider the minimum delay constraint expressed by equation (2) You. In general, Thold-Tcq appearing on the right side of equation (2) is often very small. Therefore, the minimum delay time Tlogic of the combinational logic circuit required to guarantee the minimum delay can be a relatively small value. For example, in the case where two FF circuits are coupled, a circuit having a delay time of about 2 Tskewl can be inserted between them to easily avoid the inconvenience of the minimum delay. And this is one of the major factors that makes single-phase clock edge triggering systems mainstream today. It should be noted, however, that in equation (1), the right-hand side contains the uncertain component Tskewl of the clock edge. That is, the minimum cycle time Tcycle in the first known example circuit increases by the uncertainty of the clock edge. The third term on the right side includes the setup time Tsetup of the FF circuit, which also increases the minimum cycle time Tcycle. Furthermore, the FF circuit tends to increase the load on the clock terminal CK, which tends to increase power consumption and clock skew. Therefore, it is considered that the first known example circuit is not suitable for increasing the speed of the semiconductor integrated circuit.
上記第 1公知例回路と上記第 2公知例回路との利点を取り入れて回 路を構成したのが第 3公知例回路である。 F F回路をラッチ回路に置き 換え、 " H " の期間 Twが非常に短いクロック信号 C Kをラッチ回路に 供給することで、 F F回路によるエッジトリガ動作と同様の機能を実現 することができる。 このように Twが非常に小さい場合、 最小サイクル 時間とミニマムディレイ制約の関係式は以下のようになる。 A third known example circuit is configured by taking advantage of the first known example circuit and the second known example circuit. By replacing the FF circuit with a latch circuit and supplying the clock signal CK having a very short Tw during the "H" period to the latch circuit, the same function as the edge trigger operation by the FF circuit can be realized. Thus, when Tw is very small, the relation between the minimum cycle time and the minimum delay constraint is as follows.
Tcycle ≥ Tcq + Tlogic +Tsetup + Tskewl + Tskew2 -Tw ·'·( 3 ) Tlogic > Thold + Tskewl + Tske 2 一 Tcq + Tw -(4) Tcycle ≥ Tcq + Tlogic + Tsetup + Tskewl + Tskew2 -TwT '(3) Tlogic> Thold + Tskewl + Tske 2 Tcq + Tw-(4)
( 3 ) 式がサイクル時間の下限を規定する関係式で、 (4 ) 式がミニ マムディレイ制約を表す関係式である。 ( 3 ) 式と ( 1 ) 式を比較する と、 右辺の最終項の分だけ ( 3 ) 式の方が小さな値になることがわかる。 また、 式の上からはわからないが、 一般的にラッチ回路の方が F F回路 よりも Tcq+Tsetupが小さくなることが多いため、 ラツチ回路を用いた 方がサイクル時間の下限を小さくすることができる。 しかし、 ミニマム ディレイ制約については不都合がある。 (4 ) 式と ( 2 ) 式を比較する と、 右辺の最終項の分だけ (4 ) 式の方が大きな値になることがわかる。 つまり、 ミニマムディレイ保証のために挿入する回路の遅延時間は、 ク 口ヅクパルスの幅 Twに応じて大きくなつていくのである。 ここで注意 しなければならないのは、最小サイクル時間とミニマムディレイ制約に 対する Tw項の影響の与え方である。 ( 3 ) 式によればパルス幅 Twを大 きくすることによってサイクル時間の下限を引き下げることができる が、 その一方で (4 ) 式によれば、 パルス幅 Twを大きくすることはミ ニマムディ レイ保証に必要な遅延回路の遅延量を増大することになつ てしまう。 ミニマムディレイは非常に危険な要因で、 もしこの制約が守 られていない回路が一つでもあった場合、そのシステムは絶対に動作し なくなる。従って設計者はミニマムディレイに対して保守的な設計を行 わざるを得ず、 その結果 Twによるサイクル時間改善の効果を損なうこ とになる。 (1 )式、 ( 3 ) 式によれば、 第 1公知例回路及び第 2公知例 回路共に最小サイクル時間 Tcycleがクロックスキューの影響を受けて 増加してしまう。従って、 システムの性能を上げるためには多くの手間 と時間を割いてクロックスキュー低減に努める必要があり、設計コスト と設計期間を増大させることになつていた。 また、 そのように手間と時 間をかけて設計したクロックシステムであっても、クロックスキュ一を 0にすることは物理的にほぼ不可能である。 Equation (3) is a relational expression defining the lower limit of the cycle time, and equation (4) is a relational expression representing the minimum delay constraint. Compare expressions (3) and (1) It can be seen that the value of equation (3) is smaller by the last term on the right side. Although it is not clear from the equation, the latch circuit generally has a smaller Tcq + Tsetup than the FF circuit, and therefore the lower limit of the cycle time can be reduced by using the latch circuit. . However, there is an inconvenience about the minimum delay constraint. Comparing Eqs. (4) and (2), it can be seen that Eq. (4) has a larger value for the last term on the right side. In other words, the delay time of the circuit inserted to guarantee the minimum delay increases according to the width Tw of the peak pulse. It should be noted here how the Tw term affects the minimum cycle time and the minimum delay constraint. According to equation (3), the lower limit of the cycle time can be reduced by increasing the pulse width Tw. On the other hand, according to equation (4), increasing the pulse width Tw does not guarantee the minimum delay. This leads to an increase in the delay amount of the delay circuit required for this. The minimum delay is a very dangerous factor, and if any circuit does not observe this restriction, the system will never work. Therefore, the designer has to make a conservative design for the minimum delay, and as a result, the effect of Tw on improving the cycle time is impaired. According to the equations (1) and (3), the minimum cycle time Tcycle of both the first known example circuit and the second known example circuit increases under the influence of clock skew. Therefore, in order to improve the performance of the system, it was necessary to dedicate much time and effort to reduce the clock skew, resulting in an increase in design cost and design time. Even with such a clock system designed with much effort and time, it is almost impossible physically to set the clock skew to zero.
特開平 8— 9 7 6 8 5号公報によれば、組み合わせ論理の伝播遅延時 間が大きいパスについてはマス夕ラッチの出力を使用し、伝播遅延時間 の小さなパスに対してはスレ一ブラツチの出力を使用している。これに より、回路の高速化とミニマムディレイに関する不都合の回避を目指し ている。 また、 クロックスキューにより若干クロックエッジがずれても、 それによるオーバディレイは発生しない旨の記載がある。しかしながら、 発明者の詳細な検討によると、クロックスキューが完全に吸収されるか どうかは、 ク口ヅクパルス幅ゃラツチのセッ トアツプ時間、 クロックス キュー量等により決まるものであり、上記特開平 8— 9 7 6 8 5号公報 記載の構成をとればただちに決まるものではないことが判明した。また、 ミニマムディレイ制約に対しても、詳細な基準の無いまま設計すること は難しく、結果として大きなデザインマージンを確保するような設計指 針に従うことになり、 効率の良い設計が困難とされる。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-97765, the output of the master latch is used for the path having a large propagation delay time of the combinational logic. For small passes, the output of the thread latch is used. This aims to speed up the circuit and avoid inconveniences related to minimum delay. It also states that even if the clock edge slightly shifts due to clock skew, no over-delay will occur. However, according to a detailed study by the inventor, whether or not the clock skew is completely absorbed is determined by the clock pulse width, the latch setup time, the clock skew amount, and the like. It has been found that the configuration described in Japanese Patent Application Publication No. 75685 is not immediately determined. In addition, it is difficult to design without minimum criteria even for the minimum delay constraint, and as a result, design guidelines that secure a large design margin must be followed, making efficient design difficult.
本発明の目的は、半導体集積回路の最高動作速度を決める回路に対す るクロックエッジ不確定性の影響を排除するための技術を提供するこ とにある。 An object of the present invention is to provide a technique for eliminating the influence of clock edge uncertainty on a circuit that determines the maximum operation speed of a semiconductor integrated circuit.
また、 本発明の別の目的は、 回路全体の動作速度を向上させ、 同時に 消費電力を低減するための技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique for improving the operation speed of the entire circuit and at the same time reducing power consumption.
本発明の上記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の以下の 記述と添付図面から明らかにされるであろう。 発明の開示 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the following description of the present specification and the accompanying drawings. Disclosure of the invention
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説 明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、パルス状のクロック信号を発生するクロヅクパルス発生器、 所定の組み合わせ論理回路と、上記組み合わせ論理回路の前段又は後段 に配置され、上記クロックパルス発生器からのクロック信号に基づいて 入力データをラッチ可能なラッチ回路とを含む半導体集積回路におい て、上記クロックパルスの立ち上がりエッジを基準とする上記ラツチ回 路での信号伝搬遅延時間を Tcq、 上記ラッチ回路におけるセッ トアップ 時間を Tsetup、 上記ラッチ回路の入力端子から出力端子までの信号伝 播遅延時間を Tdq、 上記クロックパルスの立ち上がりエッジにおける不 確定性を土 Tskewl、上記クロックパルスの立ち下がりエッジにおける不 確定性を士 Tskew2 としたとき、 次式の関係が成立するように上記クロ ヅクパルスのパルス幅 Twを設定することで、 クロックエッジの不確定 性の影響を排除する。 That is, a clock pulse generator that generates a pulsed clock signal, a predetermined combinational logic circuit, and a circuit arranged before or after the combinational logic circuit, and capable of latching input data based on a clock signal from the clock pulse generator Semiconductor integrated circuit including a simple latch circuit The signal propagation delay time in the latch circuit with reference to the rising edge of the clock pulse is Tcq, the setup time in the latch circuit is Tsetup, and the signal propagation delay from the input terminal to the output terminal of the latch circuit. When the time is Tdq, the uncertainty at the rising edge of the clock pulse is Tskewl, and the uncertainty at the falling edge of the clock pulse is Tskew2, the pulse of the clock pulse is such that the following equation is established. Setting the width Tw eliminates the effects of clock edge uncertainty.
Tw ≥ Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2- Tdq 図面の簡単な説明 Tw ≥ Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2- Tdq Brief description of drawings
第 1図は、本発明にかかる半導体システムの一例とされるコンビユー 夕システムに含まれるラツチシステムの構成例プロヅク図である。 第 2図は、 上記ラッチシステムにおける主要部の動作波形図である。 第 3図は、 第 1図における主要部の詳細な回路図である。 FIG. 1 is a block diagram of a configuration example of a latch system included in a combination system as an example of a semiconductor system according to the present invention. FIG. 2 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system. FIG. 3 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
第 4図は、 第 1図における主要部の詳細な回路図である。 FIG. 4 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
第 5図は、 第 1図における主要部の詳細な回路図である。 FIG. 5 is a detailed circuit diagram of a main part in FIG.
第 6図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作波 形図である。 FIG. 6 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
第 7図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作波 形図である。 FIG. 7 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
第 8図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作波 形図である。 FIG. 8 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
第 9図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作波 形図である。 FIG. 9 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
第 1 0図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作 波形図である < FIG. 10 shows the operation of the main part in the latch system shown in FIG. It is a waveform diagram <
第 1 1図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作 波形図である, FIG. 11 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG. 1,
第 1 2図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作 波形図である, FIG. 12 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG. 1,
第 1 3図は、第 1図に示されるラッチシステムにおける主要部の動作 波形図である < FIG. 13 is an operation waveform diagram of a main part in the latch system shown in FIG.
第 1 4図は、 上記ラツチシステムの別の構成例プロヅク図である。 第 1 5図は、 第 1 4図に示されるシステムの動作波形図である。 第 1 6図は、 上記ラヅチシステムの別の構成例ブロヅク図である。 第 1 7図は、 第 1 6図における主要部の構成例回路図である。 FIG. 14 is a block diagram of another configuration example of the latch system. FIG. 15 is an operation waveform diagram of the system shown in FIG. FIG. 16 is a block diagram showing another example of the configuration of the latch system. FIG. 17 is a circuit diagram of a configuration example of a main part in FIG.
第 1 8図は、上記はラツチシステムに含まれる F F回路の構成例回路 図である。 FIG. 18 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the FF circuit included in the latch system.
第 1 9図は、 上記コンピュータシステムの構成例ブロヅク図である。 第 2 0図は、上記ラツチシステムにおいて使用される各種パラメ一夕 覧の説明図である。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of the computer system. FIG. 20 is an explanatory diagram of a list of various parameters used in the latch system. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
第 1 9図には、本発明にかかる半導体システムの一例であるコンビュ —夕システムが示される。.第 1 9図に示されるコンビュ一夕システム 1 1 0 0は、 特に制限されないが、所定のプログラムに従って演算処理を 行う中央処理装置 ( 「C P U」 と略記する) 1 1 0 1と、 それの周辺回 路とを含んで成る。 上記周辺回路には、 特に制限されないが、 外部メモ リコン トロ一ラ 1 1 0 4、 キヤヅシュメモリ 1 1 0 5、 及び外部メモリ 1 1 0 6が含まれる。上記 C P U 1 1 0 1と外部メモリコントロ一ラ 1 1 0 3及びキヤッシュメモリ 1 1 0 5とはバス 1 1 0 3を介して互い に信号のやり取り可能に結合される。 FIG. 19 shows a combination system which is an example of the semiconductor system according to the present invention. The system 1101 shown in FIG. 19 is a central processing unit (abbreviated as “CPU”) 1100 that performs arithmetic processing according to a predetermined program, and is not particularly limited. And peripheral circuits. The peripheral circuits include, but are not limited to, an external memory controller 1104, a cache memory 1105, and an external memory 1106. The CPU 111 and the external memory controller 1103 and the cache memory 1105 communicate with each other via the bus 1103. Are communicatively coupled to
バス 1 103はァドレス信号を伝達するためのァドレスバスや、デ一 夕を伝達するためのデ一夕バスを含む。外部メモリコントローラ 110 4は、 外部メモリ 1 106のリード ·ライ トを制御する。 外部メモリ 1 106は、 特に制限されないが、 ダイナミック型メモリ素子を含んで成 るダイナミック -ランダムアクセス -メモリ (「DRAM」 と略記する) とされる。 DRAM 1106には、 上記 CPU 1101で実行されるプ ログラムや、 演算処理に使用される各種データ等が記憶される。そして そのようなプログラムや各種データは外部メモリコントロ一ラ 1 10 4の制御下で C P U 1 101にリードされる。 また、外部メモリ 1 10 6からリードされたプログラムやデータはキヤッシュメモリ 1 105 に一時的に記憶される。 そして、 プルグラムやデータが CPU 1 101 によって再度要求される場合には、外部メモリ 1 106に先だってキヤ ッシュメモリ 1 105がアクセスされるようになっている。 CPU 1 1 01によって再度要求されるプログラムやデータがキヤヅシュメモリ に存在する場合、 それが使用されることにより、外部メモリコントロー ラ 1 104を介して外部メモリ 1 106をアクセスするよりも高速に プログラムゃデ一夕を得ることができる。 また、 CPU 1 101によつ て再度要求されるプログラムゃデ一夕がキヤッシュメモリに存在しな い場合は、外部メモリコントロ一ラ 1 104を介して外部メモリ 1 10 6がアクセスされる。 The bus 1103 includes an address bus for transmitting an address signal and a data bus for transmitting a data signal. The external memory controller 1104 controls the read / write of the external memory 1106. The external memory 1106 is a dynamic random access memory (abbreviated as “DRAM”) including, but not limited to, a dynamic memory element. The DRAM 1106 stores programs executed by the CPU 1101 and various data used for arithmetic processing. Then, such programs and various data are read into the CPU 1101 under the control of the external memory controller 1104. The programs and data read from the external memory 1106 are temporarily stored in the cache memory 1105. When a program or data is requested again by the CPU 1101, the cache memory 1105 is accessed prior to the external memory 1106. If a program or data re-requested by the CPU 1101 exists in the cache memory, it is used so that the program download can be performed faster than accessing the external memory 1106 via the external memory controller 1104. You can get an overnight. If the program data requested again by the CPU 1101 does not exist in the cache memory, the external memory 1106 is accessed via the external memory controller 1104.
上記 CPU 1 101、 外部メモリコントロ一ラ 1 104、 キャッシュ メモリ 1 105、 及び外部メモリ 1 106は、 特に制限されないが、 そ れそれ半導体集積回路によって形成される。 そして、 上記 CPU 1 10 1、 外部メモリコントロ一ラ 1104、 キヤッシュメモリ 1 105、 及 び外部メモリ 1 106においては、所定の論理演算を行う組み合わせ論 理回路や、 その前段又は後段に配置され、 クロックパルスに基づいて入 力データを保持可能なラッチ回路を含むラツチシステムが随所に使用 されている。 The CPU 1101, the external memory controller 1104, the cache memory 1105, and the external memory 1106 are each formed of, but not limited to, a semiconductor integrated circuit. In the CPU 1101, the external memory controller 1104, the cache memory 1105, and the external memory 1106, a combinational logic for performing a predetermined logical operation is provided. A latch circuit that includes a logic circuit and a latch circuit that is arranged before or after that and that can hold input data based on a clock pulse is used everywhere.
第 1図には、 上記 C PU 1 101やその周辺回路 (1 104, 1 10 5, 1 106) に適用されるラッチシステムの主要構成が示される。 ま た、 第 20図には、 本例において使用される各種パラメ一夕の定義一覧 が示される。さらに第 2図には第 1図に示されるラッチシステムにおけ る主要部の動作波形と上記各種パラメ一夕が示される。 FIG. 1 shows a main configuration of a latch system applied to the CPU 1101 and its peripheral circuits (1104, 1105, 1106). FIG. 20 shows a list of definitions of various parameters used in this example. Further, FIG. 2 shows the operation waveforms of the main part and the various parameters in the latch system shown in FIG.
FF回路ペースのエッジトリガシステムは、ミニマムディレイ制約が 緩く設計しやすいが、 その反面クロックエッジ不確定性の影響、 FF回 路自体の遅延時間のため高速化には向かない。 また、 ラッチ回路ベース のパルス トリガシステムは、 ラッチ回路自体の遅延時間は少ないが、一 方でミニマムディレイのケア、クロックエッジ不確定性の影響等を無視 できない。それに対して第 1図に示されるラッチシステムは、 エッジト リガシステムの持つミニマムディ レイ耐性とパルストリガシステムの 持つ高速/低電力性を兼ね備え、 且つ、 クロックエッジ不確定性の影響 を受けないシステムとされる。' An FF circuit-based edge trigger system is easy to design with minimal delay constraints, but is not suitable for high-speed operation due to the effects of clock edge uncertainty and the delay time of the FF circuit itself. In addition, the latch circuit-based pulse trigger system has a small delay time of the latch circuit itself, but does not ignore the care of the minimum delay and the effects of clock edge uncertainty. In contrast, the latch system shown in Fig. 1 combines the minimum delay resistance of the edge trigger system with the high-speed / low power characteristics of the pulse trigger system, and is not affected by clock edge uncertainty. Is done. '
第 1図に示されるラッチシステム 10は、 特に制限されないが、 クロ ヅクパルス発生回路 100と、 ラツチ回路 101, 102, 103とを 含む。 クロックパルス発生器 100は、 パルス状のクロック信号 CKを 発生する。発生されたクロック信号 CKは上記ラッチ回路 10 1、 10 2、 及び 103に供給される。 The latch system 10 shown in FIG. 1 includes, but is not limited to, a clock pulse generation circuit 100 and latch circuits 101, 102, and 103. The clock pulse generator 100 generates a pulsed clock signal CK. The generated clock signal CK is supplied to the latch circuits 101, 102, and 103.
上記クロック信号 CKが論理的に高い電位レベル (以降" H"レベル と表現する) である期間を Twとすると、 この期間 Twは, Assuming that a period in which the clock signal CK is at a logically high potential level (hereinafter referred to as “H” level) is Tw, this period Tw is
T ≥ Tcq+Tsetup + Tske l + Tskew2 - Tdq -(5) T ≥ Tcq + Tsetup + Tskel + Tskew2-Tdq-(5)
の関係を満たしている。 ここで、 Tcqは、 クロック端子 (CK) から出 力端子(Q ) への信号伝搬時間を意味し、 クロック信号 C Kの立ち上が りエッジに対して十分に早く入力信号 Dが到着すると仮定した場合の 値である。 Tsetupは、 セットアップタイムを意味する。 Tskewlはスキ ュ一とジヅ夕一によるクロック立ち上がりエッジの不確定性、 Tskew2 はスキュ一とジッターによるクロック立ち下がりエッジの不確定性を 意味する。 Tdqはデータ端子 (D ) から出力端子 (Q ) への伝搬遅延時 間を意味する。 デ一夕端子 (D ) の変化点に対して、 充分に早くクロヅ ク信号 C Kが " H " レベルになると仮定した場合の値とされる。 Meet the relationship. Here, Tcq is output from the clock pin (CK). It means the signal propagation time to the input terminal (Q), and is the value assuming that the input signal D arrives fast enough to the rising edge of the clock signal CK. Tsetup means setup time. Tskewl is the uncertainty of the clock rising edge due to skew and jitter, and Tskew2 is the uncertainty of the clock falling edge due to skew and jitter. Tdq means the propagation delay time from the data terminal (D) to the output terminal (Q). The value is based on the assumption that the clock signal CK goes to the "H" level sufficiently early with respect to the changing point of the data terminal (D).
ラッチ回路 1 0 1の出力は組み合わせ論理回路 1 1 3に入力され、こ の組み合わせ論理回路 1 1 3での伝播遅延時間(Tlogic— max)後にラヅ チ回路 ( 1 0 2 ) に入力される。 ここで、 Tlogic—max は、 組み合わせ 論理回路の中で最も伝播遅延時間の大きいものを代表している。ラッチ 回路 1 0 2の持つ二つの出力端子 (Q, Q D ) のうち、 クロック信号 C Kの立ち下がりに同期して値が出力される側(Q D )が組み合わせ論理 回路 1 1 4に接続され、 伝播遅延時間 Tlogicjnin後にラッチ回路 1 0 1に入力されている。 ここで、 logic一 minは、 組み合わせ論理回路の中 で最も伝播遅延時間の小さいものを代表している。 The output of the latch circuit 101 is input to the combinational logic circuit 113, and is input to the latch circuit (102) after the propagation delay time (Tlogic-max) in the combinational logic circuit 113 . Here, Tlogic-max represents the combination logic circuit with the longest propagation delay time. Of the two output terminals (Q, QD) of the latch circuit 102, the side whose value is output in synchronization with the falling edge of the clock signal CK (QD) is connected to the combinational logic circuit 114 and propagated. It is input to the latch circuit 101 after the delay time Tlogicjnin. Here, logic 1 min represents the combinational logic circuit with the shortest propagation delay time.
尚、第 1図に示される構成例では、組み合わせ論理回路 1 1 3の出力 がラッチ回路 1 0 2に入力されているが、これはそのように限定された ものではなく、例えばそれがラツチ回路 1 0 1に入力されるのでも良い。 組み合わせ論理回路 1 1 4の出力についても、ラッチ回路 1 0 2に接続 されるのでも良いが、 伝播遅延時間 Tlogic_minが ( 6 ) 式の範囲に含 まれている場合には、その組み合わせ論理パスの始点はラツチ回路 1 0 2の出力端子 (Q D ) から始まり、 伝播遅延時間 Tlogic_maxが (7 ) 式の範囲に含まれる場合には、その組み合わせ論理パスの始点はラツチ 回路 1 0 1の出力、あるいはラッチ回路 1 0 2の持つ二つの出力端子の うちクロック信号 C が" H"レベルの間トランスペアレントになる側 の出力端子(Q)から始まっていなければならない。 Note that, in the configuration example shown in FIG. 1, the output of the combinational logic circuit 113 is input to the latch circuit 102, but this is not so limited. It may be input to 101. The output of the combinational logic circuit 114 may also be connected to the latch circuit 102, but if the propagation delay time Tlogic_min is included in the range of the equation (6), the output of the combinational logic path The starting point starts from the output terminal (QD) of the latch circuit 102. If the propagation delay time Tlogic_max falls within the range of the equation (7), the starting point of the combinational logic path is the output of the latch circuit 101 or Of the two output terminals of the latch circuit 102 The signal must start at the output terminal (Q) on the side that is transparent while the clock signal C is at the "H" level.
Tcycle一 2Tskew2― Tcqd - Tsetup > Tlogic— min > Thold + 2Tskew2 - Tcqd 〜(6) Tcycle-1 2Tskew2-Tcqd-Tsetup> Tlogic-min> Thold + 2 Tskew2-Tcqd ~ (6)
Tcycle - Tdq > Tlogic— max > Thold + Tskewl + Tskew2 - Tcq + Tw -(7) Tcycle-Tdq> Tlogic— max> Thold + Tskewl + Tskew2-Tcq + Tw-(7)
第 3図には、 第 1図におけるラッチ回路 102の構成例が示される。 このラッチ回路 102は、 特に制限されないが、 インバー夕 210〜 2 18と、 nチャネル型 MO Sトランジスタ 202, 203、 及び pチ ャネル型 MO Sトランジスタ 201, 204を含んで成る。 nチャネル 型 M〇 Sトランジスタ 203と pチャネル型 MO Sトランジスタ 20 1とが並列接続されることによって第 1 トライステートバッファ 22 1が構成され、 nチャネル型 MO Sトランジスタ 202と pチャネル型 M〇Sトランジスタ 204とが並列接続されることによって第 2 トラ イステートバッファ 222が構成される。 FIG. 3 shows a configuration example of the latch circuit 102 in FIG. The latch circuit 102 includes, but is not limited to, inverters 210 to 218, n-channel MOS transistors 202 and 203, and p-channel MOS transistors 201 and 204. The first tri-state buffer 221 is formed by connecting the n-channel MOS transistor 203 and the p-channel MOS transistor 201 in parallel, and the n-channel MOS transistor 202 and the p-channel MOS transistor 201 are connected. A second tri-state buffer 222 is formed by connecting the transistor 204 in parallel.
クロック端子(CK)を介して入力されたクロック信号の論理がィン バー夕 2 11で反転され、さらにそれが後段のインバ一夕 21 1で反転 される。 pチャネル型 MO Sトランジスタ 201及び nチャネル型 M0 Sトランジスタ 203は、上記ィンバ一夕 210の出力信号で動作制御 される。 pチャネル型 MO Sトランジスタ 204及び nチャネル型 M0 Sトランジスタ 202は、上記ィンバ一夕 21 1の出力信号で動作制御 される。 これにより、 第 1 トライステートバッファ 221と第 2 トライ ステートバッファ 222は相補的に導通される。 The logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted at the inverter 211, and further inverted at the subsequent inverter 211. The operation of the p-channel type MOS transistor 201 and the n-channel type MOS transistor 203 is controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 210. The operation of the p-channel type MOS transistor 204 and the n-channel type MOS transistor 202 is controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 211. As a result, the first tri-state buffer 221 and the second tri-state buffer 222 are turned on complementarily.
インバー夕 213, 214がループ状に結合されることで第 1ラッチ 部 231が形成され、 ィンバ一夕 215, 216がループ状に結合され ることで第 2ラッチ部 232が形成される。 データ端子 (D)から入力 されたデータはィンバ一夕 212及び第トライステートバッファ 22 1を介して第 1ラッチ部 231に入力される。 また、第 1ラッチ部 23 1の第 1ノード N 1からの出力信号はィンバ一夕 2 17を介して出力 端子 (Q)から出力され、 第 1ラッチ部 231の第 2ノード N 2からの 出力信号は第 2 トライステートバッファ 222を介して第 2ラッチ部 232に入力される。 そして、 この第 2ラツチ部 232の出力信号は後 段のィンバ一夕 218を介して出力端子 (QD) から出力される。 クロック端子 (CK) が" H" レベルの期間、 デ一夕端子 (D) に入 力された信号レベルは出力端子 (Q) に伝達され、 クロック信号 CKが 論理的に低い電位レベル (以降" L" レベルと表現する) になると、 そ の直前までデ一夕端子 (D) に入力されていた信号レベルを保持し、 そ れを出力端子 (Q) から出力し続ける。 クロック信号 CKが" H"レべ ルから" L"レベルに変化する際、 デ一夕端子 (D) に入力されていた 信号レベルが出力端子 (QD) に伝達され、 その後それが保持される。 従って、 第 3図に示される回路は、 出力端子 (Q)から見るとレベルセ ンスラッチ回路であり、 出力端子 (QD)から見るとネガティブエッジ トリガフリ ップフロップ回路である。 ' The first latch portion 231 is formed by connecting the inverters 213 and 214 in a loop, and the second latch portion 232 is formed by connecting the inverters 215 and 216 in a loop. Input from data terminal (D) The data thus input is input to the first latch unit 231 via the receiver 212 and the tristate buffer 221. The output signal from the first node N1 of the first latch unit 231 is output from the output terminal (Q) via the inverter 217, and the output signal from the second node N2 of the first latch unit 231 is output. The signal is input to the second latch unit 232 via the second tri-state buffer 222. Then, the output signal of the second latch unit 232 is output from the output terminal (QD) via the receiver 218 at the subsequent stage. During the period when the clock terminal (CK) is at the “H” level, the signal level input to the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (Q), and the clock signal CK is at a logically low potential level (hereinafter “ When the signal level becomes “L” level), the signal level input to the data terminal (D) is held until immediately before, and the signal level is continuously output from the output terminal (Q). When the clock signal CK changes from "H" level to "L" level, the signal level input to the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (QD), and then it is held . Therefore, the circuit shown in FIG. 3 is a level sense latch circuit when viewed from the output terminal (Q), and is a negative edge trigger flip-flop circuit when viewed from the output terminal (QD). '
第 4図には、 第 1図におけるラヅチ回路 101, 103の構成例が示 される。 FIG. 4 shows a configuration example of the latch circuits 101 and 103 in FIG.
ラヅチ回路 101, 103は、 ィンバ一夕 310, 31 1, 312, Latch circuits 101 and 103 are
313, 314, 317、 nチャネル型 MO Sトランジスタ 303及び pチャネル型 MO Sトランジスタ 32 1を含んで成る。 nチャネル型 M OSトランジスタ 303と pチャネル型 MO Sトランジスタ 32 1と が並列接続されてトライステートバッファ 32 1が形成され、ィンバー 夕 313 , 314がループ状に形成されることでラッチ回路 331が形 成される。 クロック端子(CK)を介して入力されたクロック信号の論理がィン バ一夕 3 1 1で反転され、さらにそれが後段のインバ一夕 3 1 1で反転 される。 pチャネル型 MO S トランジスタ 30 1及び nチャネル型 M〇 S トランジスタ 303は、上記ィンバ一夕 3 1 0の出力信号で動作制御 される。 313, 314, 317, an n-channel MOS transistor 303, and a p-channel MOS transistor 321. The n-channel MOS transistor 303 and the p-channel MOS transistor 32 1 are connected in parallel to form a tri-state buffer 32 1, and the latch circuits 331 and 314 are formed in a loop to form the latch circuit 331. Is done. The logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted by the inverter 311 and further inverted by the subsequent inverter 311. The operation of the p-channel type MOS transistor 301 and the n-channel type MOS transistor 303 are controlled by the output signal of the above-mentioned inverter 310.
本回路はいわゆるレベルセンスラッチ回路とされ、 クロヅク端子(C K) が" H" レベルの期間、 デ一夕端子 (D) に入力された信号レベル は出力端子 (Q) に伝達され、 クロック信号 CKが低い電圧レベル (以 降" L" レベルと表現する) になると、 その直前までデ一夕端子 (D) に入力されていた信号レベルを保持し、 それを出力端子 (Q) から出力 し続ける。 This circuit is a so-called level sense latch circuit. While the clock terminal (CK) is at the "H" level, the signal level input to the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (Q), and the clock signal CK Becomes low voltage level (hereinafter referred to as "L" level), keeps the signal level input to the data terminal (D) until immediately before, and continues to output it from the output terminal (Q) .
第 5図には、図 1におけるクロックパルス発生器 1 00の構成例が示 される。 FIG. 5 shows a configuration example of the clock pulse generator 100 in FIG.
クロヅクパルス発生器 1 00は、クロヅク信号 CKのパルス幅を決定 する遅延回路 (DE LAY) 400と、 この遅延回路 400の出力信号 と、 グロ一バルクロック信号 G C Kとのナンド (NAND)論理を得る 2入力ナンド回路 40 1と、それの後段に配置されたィンバ一夕 402 とを含んで成る。遅延回路 400には、 制御信号 ENが入力されるよう になっている。 この制御信号 ENがイネ一プル状態のとき、 遅延回路 4 00が動作されることでクロック信号 CKの出力が可能とされる。 グロ一バルクロック信号 GC が" L" レベルから" H" レベルに変 化すると、 クロック信号 CKは" L" レベルから" H" レベルに変化す る。 そして、 遅延回路 400の伝播遅延時間後、 クロック信号 CKは" L"レベルに変化する。遅延回路 400の伝播遅延時間はクロック信号 CKのパルス幅を決めることになるため、 クロックパルス幅 Twが(5) 式を満たすようにこの遅延回路 400の遅延時間が調節される。 上記構成のラツチシステム 10は、上記公知例回路に比べて高速かつ 低電力な動作が可能である。 その理由を以下に述べる。 The clock pulse generator 100 obtains a NAND circuit of a delay circuit (DE LAY) 400 for determining the pulse width of the clock signal CK, an output signal of the delay circuit 400, and a global clock signal GCK 2 It comprises an input NAND circuit 401 and an inverter 402 arranged downstream thereof. The control signal EN is input to the delay circuit 400. When the control signal EN is in the enable state, the output of the clock signal CK is enabled by operating the delay circuit 400. When the global clock signal GC changes from "L" level to "H" level, the clock signal CK changes from "L" level to "H" level. Then, after the propagation delay time of the delay circuit 400, the clock signal CK changes to "L" level. Since the propagation delay time of the delay circuit 400 determines the pulse width of the clock signal CK, the delay time of the delay circuit 400 is adjusted so that the clock pulse width Tw satisfies the expression (5). The latch system 10 having the above configuration can operate at higher speed and lower power than the above-mentioned known example circuit. The reason is described below.
先ず初めに、 本ラッチシステム 10の最小サイクル時間(最高動作周 波数) がどのようにして決まるかについて説明する。 First, how the minimum cycle time (maximum operating frequency) of the latch system 10 is determined will be described.
第 6図に示されるように、時刻 t = 0で開始される第 1サイクルでラ ツチ回路 101に取り込まれたデータが、組み合わせ論理回路 1 13を 経由し第 2サイクルにおいて次段のラッチ回路 102に取り込まれる ためには、 このラッチ回路 102におけるデ一夕端子(D)からの入力 信号は、 (8)式で示される時刻までに確定しなければならない。 As shown in FIG. 6, the data fetched by the latch circuit 101 in the first cycle started at time t = 0 passes through the combinational logic circuit 113, and in the second cycle, the data of the next latch circuit 102 In order to be input to the latch circuit 102, the input signal from the data terminal (D) in the latch circuit 102 must be determined by the time shown by the equation (8).
t = Tcycle+Tw - (Tsetup + Tske 2) ·'·(8) t = Tcycle + Tw-(Tsetup + Tske 2) '' (8)
(8)式は、 回路が正しく動作するための最低限のルールである。 こ こで、第 1サイクルにおける入力信号の到着時刻により、次の二通りに 場合分けされる。 Equation (8) is the minimum rule for the correct operation of the circuit. Here, there are two cases according to the arrival time of the input signal in the first cycle.
<デ一夕端子 (D) からの入力信号の確定が早い場合 > <When the input signal from the data terminal (D) is determined quickly>
第 7図には、 第 1サイクルのデータ端子 (D) からの入力信号が、 ク ロック信号 CKの立ち上がりよりも十分前に確定している場合が示さ れる。 FIG. 7 shows a case where the input signal from the data terminal (D) in the first cycle is determined sufficiently before the rising edge of the clock signal CK.
組み合わせ論理回路 1 13, 1 14の遅延時間 Tlogic— maxにとつて 最も厳しいのは、 クロック信号 CKがスキューにより t=Tskewlに立ち 上がり、次段のクロックが t=Tcycle+Tw— Tskew2に立ち下がる場合であ る。 The worst case for the delay time Tlogic—max of the combinational logic circuit 1 13, 1 14 is that the clock signal CK rises to t = Tskewl due to skew, and the next clock falls to t = Tcycle + Tw—Tskew2 It is the case.
このとき、 システムが動作する条件は、 (9) 式で示される。 At this time, the conditions under which the system operates are expressed by equation (9).
Tcq + Tlogic— max ≤ Tcycle + Tw - (Tsetup+Tskew2) - Tskewl -(9)Tcq + Tlogic— max ≤ Tcycle + Tw-(Tsetup + Tskew2)-Tskewl-(9)
(9) 式を変形することで ( 10) 式が導かれる。 By transforming equation (9), equation (10) is derived.
Tcycle ≥ Tcq+Tlogic_max+Tsetup+Tskewl+Tskew2 - Tw 〜(10) Tcycle ≥ Tcq + Tlogic_max + Tsetup + Tskewl + Tskew2-Tw ~ (10)
(10)式はデータ端子(D)からの入力信号の確定が早い場合にサ ィクル時間の下限を規定するものである。 Equation (10) is used when the input signal from the data terminal (D) is determined quickly. This defines the lower limit of the cycle time.
<デ一夕端子 (D) からの入力信号の確定が遅い場合 > <When the input signal from the data terminal (D) is determined slowly>
第 8図には、 第 1サイクルのデ一夕端子 (D) からの入力信号が、 ク ロック信号 CKが" H"の期間に到着する場合が示される。 この場合シ ステムが動作する条件は、 ( 1 1 ) 式に示される。 FIG. 8 shows a case where the input signal from the data terminal (D) in the first cycle arrives during the period when the clock signal CK is "H". In this case, the conditions under which the system operates are shown in equation (11).
Tdq+Tlogic_max ≤ Tcycle+Tw - (Tsetup+Tske 2) - 〔 Tw — (Tsetup+Tskew2)〕 - ( 1 1) Tdq + Tlogic_max ≤ Tcycle + Tw-(Tsetup + Tske 2)-[Tw — (Tsetup + Tskew2)]-(1 1)
( 1 1 ) 式を変形することで、 ( 1 2) 式が得られる。 By transforming equation (11), equation (12) is obtained.
Tcycle ≥ Tdq + Tlogic— max 〜(12) Tcycle ≥ Tdq + Tlogic—max to (12)
( 1 2 ) 式は、 ( 1 0) 式と同様にサイクル時間の下限を規定するも のであるが、 実際には ( 1 0) 式における右辺と ( 1 2 ) 式における右 辺のうち大きい方によってサイクル時間の下限が規定されることにな る。 Equation (12) defines the lower limit of the cycle time similarly to equation (10), but in practice, the larger of the right-hand side of equation (10) and the right-hand side of equation (12) Defines the lower limit of the cycle time.
ここで、 ( 1 0) 式の右辺と ( 1 2 ) 式の右辺の大小関係に着目する。 ( 1 2 ) 式右辺から ( 1 0 ) 式右辺を引くことで、 ( 1 3) 式が得られ る。 Here, attention is paid to the magnitude relation between the right side of the equation (10) and the right side of the equation (12). By subtracting the right side of equation (10) from the right side of equation (12), equation (13) is obtained.
Tdq+Tlogic— max - (Tcq+Tlogic_max+Tsetup+Tskewl+Tske 2-T ) 二 Tw+Tdq 一 Tcq - Tsetup 一 Tskewl - Tskew2. -(13) Tdq + Tlogic— max-(Tcq + Tlogic_max + Tsetup + Tskewl + Tske 2-T) Two Tw + Tdq One Tcq-Tsetup One Tskewl-Tskew2 .- (13)
( 1 3 )式が正負どちらの値になるかは一般的には決められないが、 ( 1 3) 式が 0以上の場合、 つまり、 ( 1 4) 式の関係が成立するとき、 サイクル時間は ( 1 2) 式で規定される。 In general, it is not possible to determine whether equation (13) has a positive or negative value. However, when equation (13) is 0 or more, that is, when the relationship of equation (14) holds, the cycle time Is defined by equation (12).
Tw ≥ Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2— Tdq -(14) Tw ≥ Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2— Tdq-(14)
また、 ( 1 3 ) 式が 0以下の場合、 つまり、 ( 1 5 ) 式の関係が成立 する場合には、 サイクル時間は ( 1 0) 式で規定されることがわかる。 Tw く Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2 一 Tdq 〜(15) In addition, when the expression (13) is equal to or less than 0, that is, when the relationship of the expression (15) holds, it is understood that the cycle time is defined by the expression (10). Tw Ku Tcq + Tsetup + Tskewl + Tskew2 One Tdq ~ (15)
ここで再び ( 1 2 ) 式に着目する。 ( 1 2) 式の右辺にはクロックェ ヅジに関連した項(Tcq、 Tsetupヽ TskewK Tskew2)が含まれていない。 つまり、 サイクル時間が (12)式で規定されるシステムでは、 クロヅ クスキュー、ジッ夕一等の影響が最小サイクル時間に現れないのである。 以上のことから、 サイクル時間が ( 12)式で規定されるための条件 は、 クロックパルス幅 Twが (14) 式 ( (5) 式と同じ) を満たすこ とである、 という結論が導出される。 Here, attention is again paid to equation (12). The clock on the right side of equation (12) Items related to the page (Tcq, Tsetup ヽ TskewK Tskew2) are not included. That is, in the system in which the cycle time is defined by the equation (12), the effects of the clock skew, the jitter, and the like do not appear in the minimum cycle time. From the above, it is concluded that the condition for the cycle time to be defined by Eq. (12) is that the clock pulse width Tw satisfies Eq. (14) (same as Eq. (5)). You.
次に、 本例におけるミニマムディレイ制約について説明する。 Next, the minimum delay constraint in this example will be described.
第 9図に示されるように、時刻 t = 0に開始される第 1サイクルでラ ツチに取り込まれたデータが、同じサイクル内に次段のラツチに取り込 まれないためには、 次段のラッチにおけるデ一夕端子 (D)からの入力 信号は、 (16)式で示される時刻以降に変化するよう設計されなけれ ばならない。 As shown in Fig. 9, in order for data latched in the first cycle starting at time t = 0 to not be latched in the next cycle in the same cycle, The input signal from the data terminal (D) in the latch must be designed to change after the time shown in equation (16).
t = Tw + Thold + Tskew2 -(16) t = Tw + Thold + Tskew2-(16)
ここで、 第 1サイクルにおけるデ一夕端子 (D)からの入力信号の到 着時刻により次の二通りの場合分けを行う。 Here, the following two cases are classified according to the arrival time of the input signal from the data terminal (D) in the first cycle.
<デ一夕端子 (D) からの入力信号の確定が早い場合 > <When the input signal from the data terminal (D) is determined quickly>
第 10図には、 第 1サイクルにおけるラッチのデータ端子 (D)への 入力信号が、ク口ック信号 C Kの立ち上がりよりも十分前に確定してい る場合が示される。 FIG. 10 shows a case where the input signal to the data terminal (D) of the latch in the first cycle is determined sufficiently before the rise of the clock signal CK.
ミニマムディレイ制約にとって最も厳しいのは、クロック信号 C が スキューによ り t=_ Tskewl に立ち上が り、 次段のク ロ ッ クが t=Tw+Tskew2に立ち下がる場合である。 このとき、 レ一ススルーが発生 しないための条件は、 (17) 式で示される。 The worst case for the minimum delay constraint is when the clock signal C rises at t = _Tskewl due to skew, and the next clock falls at t = Tw + Tskew2. At this time, the condition for avoiding the occurrence of loss-through is expressed by equation (17).
Tcq + Tlogic— min > Tskewl + Tw + Thold + Tskew2 -(17) Tcq + Tlogic—min> Tskewl + Tw + Thold + Tskew2-(17)
これを変形すると、 (18) 式が得られる。 By transforming this, equation (18) is obtained.
Tlogic一 min > Thold + Tskewl + Tske 2 一 Tcq + Tw -(18) <入力信号 Dの確定が遅い場合 > Tlogic one min> Thold + Tskewl + Tske 2 one Tcq + Tw-(18) <When input signal D is settled slowly>
第 1 1図には、 第 1サイクルにおけるラッチのデータ端子 (D)への 入力信号が、 クロック信号 CKが" H"の期間に到着する場合を示す。 この場合レーススルーが発生しないための条件は、 (19)式で示され る。 FIG. 11 shows a case where the input signal to the data terminal (D) of the latch in the first cycle arrives during the period when the clock signal CK is "H". In this case, the condition for preventing race-through from occurring is expressed by equation (19).
TO + Tdq + Tlogic一 min > Tw + Thold + Tskew2 -(19) TO + Tdq + Tlogic one min> Tw + Thold + Tskew2-(19)
ここで、 TOは入力信号 Dの到着時刻を表す。 これを変形すると、 (2 0) 式が得られる。 Here, TO represents the arrival time of the input signal D. By transforming this, equation (20) is obtained.
Tlogic— min > Tw + Thold + Tskew2 - Tdq一 TO -(20) Tlogic—min> Tw + Thold + Tskew2-Tdqichi TO-(20)
(20)式は、 ( 18)式と同様にミニマムディレイ制約を表すもの である。 しかしながら、第 10図及び第 1 1図からも明らかなように、 (18)式の方が (20) )式よりも厳しい条件になっている。 従って、 ( 18) 式がミニマムディレイ制約を表すと考えることができる。 さてここで、本例ではミニマムディレイ制約が厳しいパスの先頭には ラッチ回路として、 第 3図に示されるものを使用し、 出力端子 (Q)の 代わりに出力端子 (QD)を使用していることに着目されたい。 出力端 子 (Q) はラヅチ回路の出力であるが、 出力端子 (QD) はネガティブ エッジトリガフリヅプフ口ヅプの出力である。第 12図を基にミニマム ディレイ制約について考えると、 その条件は、 (21)式に示されるよ うになる。 Equation (20) expresses the minimum delay constraint similarly to equation (18). However, as is clear from FIGS. 10 and 11, Equation (18) has more severe conditions than Equation (20)). Therefore, it can be considered that equation (18) represents the minimum delay constraint. Now, in this example, the path shown in Fig. 3 is used as the latch circuit at the beginning of the path where the minimum delay constraint is severe, and the output terminal (QD) is used instead of the output terminal (Q) Please pay attention to that. The output terminal (Q) is the output of the latch circuit, while the output terminal (QD) is the output of the negative edge trigger flip-flop. Considering the minimum delay constraint based on Fig. 12, the conditions are as shown in Eq. (21).
Tw + Thold + Tskew2 く Tw - TskewZ + Tcqd + Tlogic— min 〜(21) Tw + Thold + Tskew2 K Tw-TskewZ + Tcqd + Tlogic— min ~ (21)
(2 1) 式を変形することによって (22) 式が得られる。 By transforming equation (21), equation (22) is obtained.
Tlogic— min > Thold + 2Tskew2 一 Tcqd -(22) Tlogic—min> Thold + 2Tskew2 one Tcqd-(22)
つまり、 出力端子 (QD) を始点とするパスは、 従来のエッジトリガ システムと同様、 強いミニマムディレイ耐性を持つのである。 ここでポ ィントとなるのは、ミニマムディレイ制約が厳しいパスに対して選択的 に出力端子 (QD) を使用するという点である。 第 3公知例回路では、 ミニマムディレイ制約が厳しいパスに対してもラッチ出力を使用し、結 果としてミニマムディレイに弱い回路になっていた。 しかしながら、 あ る組み合わせ論理回路の最大遅延時間及び最小遅延時間は設計時に把 握することができるため、 その情報をもって選択的に出力端子 (Q)、 出力端子 (QD) を切り換えることは可能と考えられる。 そのようにす れば、 ( 1 8) 式のミニマムディレイ制約を ( 2 2) 式に置き換えるこ とができ、公知例 3最大の懸念事項であったミニマムディレイ耐性を、 不都合のないレベルまで高めることが可能となる。 In other words, the path starting from the output terminal (QD) has strong minimum delay resistance like the conventional edge trigger system. The point here is selective for paths with strict minimum delay constraints. In this case, the output terminal (QD) is used. In the circuit of the third known example, the latch output is used even for the path where the minimum delay is severely restricted, and as a result, the circuit is weak to the minimum delay. However, since the maximum delay time and minimum delay time of a certain combinational logic circuit can be grasped at the time of design, it is considered possible to selectively switch the output terminal (Q) and output terminal (QD) based on that information. Can be By doing so, the minimum delay constraint in equation (18) can be replaced with equation (22), and the minimum delay tolerance, which is the largest concern in prior art example 3, is raised to a level that does not cause inconvenience It becomes possible.
次に、 具体的にどのような判定基準で出力端子 (Q) 、 出力端子 (Q D) の振り分けを決定すれば良いのかを説明するために、 出力端子 (Q D) を使用した場合のマキシマムディレイ制約を考える。 Next, in order to explain what criteria should be used to determine the assignment of the output terminal (Q) and output terminal (QD), the maximum delay constraint when using the output terminal (QD) is explained. think of.
第 13図から理解されるように、 出力端子 (QD) からの出力のパス が最小サイクル時間を規定しない (つまりクリティカルパスにならな い) ための条件は、 ( 23) 式で示される。 As can be understood from Fig. 13, the condition that the output path from the output terminal (QD) does not specify the minimum cycle time (that is, does not become a critical path) is expressed by equation (23).
Tcycle + Tw > Tw + 2Tskew2 + Tcqd + Tlogic— min + Tsetup -(23) Tcycle + Tw> Tw + 2Tskew2 + Tcqd + Tlogic—min + Tsetup-(23)
(23) 式を変形することにより、 ( 24) 式が得られる。 By transforming equation (23), equation (24) is obtained.
Tlogic— min < Tcycle - 2Tskew2一 Tcqd - Tsetup -(24) Tlogic—min <Tcycle-2Tskew2I Tcqd-Tsetup-(24)
これとミニマムディレイ制約 (22) 式を合わせたものを (22) 式 に示される。 Equation (22) shows the sum of this and the minimum delay constraint (22).
Tcycle - 2Tskew2― Tcqd - Tsetup > Tlogic— min > Thold + 2Tskew2 - Tcqd -(22) Tcycle-2Tskew2-Tcqd-Tsetup> Tlogic-min> Thold + 2 Tskew2-Tcqd-(22)
( 22) 式が、 出力端子 (QD) に接続することができる組み合わせ 論理の遅延時間範囲を表している。 Equation (22) expresses the delay time range of the combinational logic that can be connected to the output terminal (QD).
次に、 出力端子 (Q) からの出力パスについては、 マキシマムディレ ィ制約が ( 12) 式、 ミニマムディレイ制約が ( 1 8) 式で示されるこ とから、 (23) 式で示されるのが、 組み合わせ論理の遅延時間範囲と なることがわかる。 Next, regarding the output path from the output terminal (Q), the maximum delay constraint is expressed by equation (12), and the minimum delay constraint is expressed by equation (18). From this, it can be seen that the expression (23) is the delay time range of the combinational logic.
Tcycle - Tdq > Tlogic—max > Thold + Tskewl + Tskew2 - Tcq + Tw •••(23) Tcycle-Tdq> Tlogic—max> Thold + Tskewl + Tskew2-Tcq + Tw (23)
上記実施例によれば以下の作用効果が得られる。 According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
( 1 ) クロックパルス幅 Twが ( 14) 式 ( ( 5 ) 式と同じ) を満た すようにクロックパルス発生器 1 00内の遅延回路 400での遅延時 間が設定されることにより、 本例は ( 12)式で決まる最小サイクル時 間を持つことになる。 ( 12)式にはクロヅクスキューに関連する項が 無いことから、本例の動作周波数はクロックエツジの不確定性にまった く影響されない。 (1) The delay time of the delay circuit 400 in the clock pulse generator 100 is set so that the clock pulse width Tw satisfies the expression (14) (same as the expression (5)). Has the minimum cycle time determined by Eq. (12). Since there is no term related to clock skew in equation (12), the operating frequency in this example is not affected at all by the uncertainty of the clock edge.
( 2 )遅延時間の非常に少ない組み合わせ論理回路 1 14には、 ラッ チ回路 1 02の出力端子 (QD) から信号が供給されている。 そうする と、 ミニマムディレイ制約が大幅に緩くなることから、 設計が容易にな る。 出力端子 (Q) 、 出力端子 (QD) のどちらを使用するかは、 (2 2) 式、 (23) 式により判断して決定することができるため、 設計が 非常に簡単になる。 さらには、 F F回路よりも高速で回路規模の小さい ラツチ回路をベースにしているため、回路全体の低消費電力化を図るこ とができる。 (2) A signal is supplied from the output terminal (QD) of the latch circuit 102 to the combinational logic circuit 114 having a very short delay time. Doing so greatly eases the minimum delay constraint, making design easier. Whether to use the output terminal (Q) or the output terminal (QD) can be determined by using equations (22) and (23), which greatly simplifies the design. Furthermore, since it is based on a latch circuit that is faster and smaller in circuit scale than the FF circuit, it is possible to reduce the power consumption of the entire circuit.
第 14図には、上記ラツチシステム 1 0の別の主要部構成例が示され、 第 1 5図にはそれにおける主要部の動作タイミングが示される。 FIG. 14 shows another configuration example of the main part of the latch system 10, and FIG. 15 shows the operation timing of the main part in the latch system 10. As shown in FIG.
第 14図に示される回路が、第 1図に示されるのと大きく相違するの は、組み合わせ論理回路 1 1 3と組み合わせ論理回路 1 14との間にラ ツチ回路 802が介在されている点、及び組み合わせ論理回路 1 14と ラッチ回路 103との間に遅延回路 80 5が介在されている点である。 上記ラッチ回路 802は、 上記ラッチ回路 1 0 1 , 1 03と同様に、 第 4図に示される回路が適用される。組み合わせ論理回路 1 1 4の出力 信号は、遅延回路 8 0 5で遅延されてから後段のラッチ回路 1 0 3に伝 達される。 The major difference between the circuit shown in FIG. 14 and that shown in FIG. 1 is that a latch circuit 802 is interposed between the combinational logic circuits 113 and 114. And that a delay circuit 805 is interposed between the combinational logic circuit 114 and the latch circuit 103. The latch circuit 802, like the latch circuits 101 and 103, The circuit shown in Fig. 4 applies. The output signal of the combinational logic circuit 114 is delayed by the delay circuit 805 before being transmitted to the subsequent latch circuit 103.
クロック信号 C Kのパルス幅 Twは、第 1図に示される回路と同様に、 ( 5 )式を満たすように、 クロックパルス発生器 1 0 0における遅延回 路 4 0 0での遅延時間が設定される。 The pulse width Tw of the clock signal CK is set to the delay time of the delay circuit 400 in the clock pulse generator 100 so as to satisfy the equation (5), similarly to the circuit shown in FIG. You.
さて、本例においても第 1図に示される場合と同様の考察を行うこと ができ、 組み合わせ論理回路における伝播遅延時間 Tlogic—maxの範囲 としては (2 3 ) 式が導出される。 Now, in this example, the same considerations as in the case shown in FIG. 1 can be made, and as a range of the propagation delay time Tlogic-max in the combinational logic circuit, Expression (23) is derived.
ここで、 組み合わせ論理回路 1 1 4 における伝播遅延時間 Here, the propagation delay time in the combinational logic circuit 1 1 4
Tlogicjnin が、 ( 2 3 ) 式の最右辺よりも小さい値だったとする。 こ の場合、組み合わせ論理回路 1 1 4の出力信号をそのままラッチ回路 1 0 3に入力すると、 ミニマムディレイ違反を起こし、 この回路は動作し なくなってしまう。そこで、遅延回路 8 0 5で信号を遅延させることに より、 Tlogicjiin+Tdelayが ( 2 3 ) 式を満足するようにする。 Tdelay の遅延量としては、 ( 2 4 ) 式を満たす範囲で選べば良い。本回路にお いても、動作周波数はクロックエッジの不確定性にまったく影響されな い。 また、 ラッチ回路ベースの設計であるため、 F F回路ベースの従来 例に比べて消費電力が少ない。 Assume that Tlogicjnin is smaller than the right-hand side of the equation (23). In this case, if the output signal of the combinational logic circuit 114 is directly input to the latch circuit 103, a minimum delay violation will occur, and this circuit will not operate. Therefore, by delaying the signal with the delay circuit 805, Tlogicjiin + Tdelay satisfies the equation (23). The delay amount of Tdelay may be selected within a range satisfying the expression (24). In this circuit, the operating frequency is not affected by the uncertainty of the clock edge at all. In addition, since the design is based on the latch circuit, the power consumption is lower than in the conventional example based on the FF circuit.
Tdelay > Thold + Tskewl + Tskew2 - Tcq + Tw - Tlogic— min -(24) 第 1 6図には、上記ラッチシステム 1 0のさらに別の主要部構成例が 示される。 この構成例では、全てのラッチ回路がスキャン対象とされる。 本例においても、 クロック信号 C Kは( 5 ) 式を満たすクロヅクパルス 幅を有する。組み合わせ論理回路 1 1 3の伝播遅延時間は、本例に含ま れる組み合わせ論理回路の中で最も遅延時間の大きいものを代表して いる。組み合わせ論理回路 1 1 4の伝播遅延時間は、組み合わせ論理回 路の中で最も遅延時間の小さいものを代表している。ラッチ回路 901 のスキャンアウト端子 ( S 0)は、 別のラッチ回路のスキャンィン端子Tdelay> Thold + Tskewl + Tskew2-Tcq + Tw-Tlogic—min- (24) FIG. 16 shows still another example of the main configuration of the latch system 10 described above. In this configuration example, all the latch circuits are to be scanned. Also in this example, the clock signal CK has a clock pulse width satisfying the expression (5). The propagation delay time of the combinational logic circuit 113 is representative of the combinational logic circuit having the largest delay time among the combinational logic circuits included in this example. The propagation delay time of the combinational logic circuit 1 1 4 is It represents the one with the shortest delay time on the road. The scan-out terminal (S0) of the latch circuit 901 is the scan-in terminal of another latch circuit.
( S I ) に接続されている。 ラツチの制御信号端子 ( S E ) には SCAN_ENABLE信号が入力される。 この SCAN_ENABLE信号が" L "レベル のときは通常の論理回路動作が行われ、 SCAN_ENABLE信号が" H" レべ ルのときにはラツチ回路のスキャンィン端子(S I )及びスキャンァゥ ト端子(S 0)を介して回路診断のためのパターンデータをスキャンィ ン、 スキャンアウトのためのシフ ト動作が行われる。 (S I). The SCAN_ENABLE signal is input to the control signal terminal (SE) of the latch. When the SCAN_ENABLE signal is at "L" level, the normal logic circuit operation is performed. When the SCAN_ENABLE signal is at "H" level, the logic circuit operates via the scan-in terminal (SI) and the scan-art terminal (S0) of the latch circuit. The scan operation is performed for scanning in and out of the pattern data for circuit diagnosis.
第 17図には、 上記ラッチ回路 901, 902, 903の構成例が示 される。 FIG. 17 shows a configuration example of the latch circuits 901, 902, and 903.
このラッチ回路 901, 902, 903は、 特に制限されないが、 セ レク夕回路 1003、 ノア (NOR)ゲート 1004、 ィンバ一夕 10 01, 12 10, 12 11 , 1213, 1214, 1215, 1216 1217, 12 18、 nチャネル型 MO Sトランジスタ 1202, 12 03、 及び pチャネル型 MO Sトランジスタ 1201, 120 を含ん で成る。 nチャネル型 MO Sトランジスタ 1203と pチャネル型 MO Sトランジスタ 120 1とが並列接続されることによって第 1 トライ ステ一トバッファ 1221が構成され、 nチャネル型 MO Sトランジス 夕 1202と pチャネル型 MO Sトランジスタ 1204とが並列接続 されることによって第 2 トライステートバッファ 1222が構成され る。 The latch circuits 901, 902, and 903 are not particularly limited. 18, comprising n-channel type MOS transistors 1202 and 1203, and p-channel type MOS transistors 1201 and 120. The n-channel MOS transistor 1203 and the p-channel MOS transistor 1201 are connected in parallel to form the first 3-state buffer 1221, and the n-channel MOS transistor 1202 and the p-channel MOS transistor 1201 are connected. The second tri-state buffer 1222 is configured by connecting the second tri-state buffer 1222 in parallel with 1204.
セレクタ 1003は、 制御端子 (SE) を介して入力された信号に基 づいてデータ端子 (D) からの入力信号とスキャンイン端子 (S I)か らの入力信号と選択的に後段の第 1 トライステートバッファ 122 1 に伝達する機能を有する。 そのような機能を発揮するため、 2個のアン ド (AND)ゲー卜とそれらの出力信号のノア論理を得るためのノアゲ ―トとが結合されて成る。そして、 上記 2個のアンドゲートの何れか一 方のみ活性化されるように、 一方のアンドゲートには制御端子 (SE) からの制御信号がそのまま伝達され、他方のアンドゲ一トには制御端子 (SE)からの制御信号がインバー夕 1001で論理反転されてから伝 達される。 これにより、 制御端子 (SE) からの制御信号が " L" レべ ルの場合にはデータ端子 (D)からのデータが選択され、 制御端子 (S E)からの制御信号が "H"レベルの場合にはスキャンィン端子(S I) からのデ一夕が選択される。 The selector 1003 selectively selects an input signal from the data terminal (D) and an input signal from the scan-in terminal (SI) based on a signal input via the control terminal (SE), and selectively outputs the signal to the first stage of the subsequent stage. It has a function of transmitting to the state buffer 122 1. To achieve such a function, two AND gates and a NOR gate for obtaining the NOR logic of their output signals -Combined with The control signal from the control terminal (SE) is directly transmitted to one of the AND gates, and the control terminal is transmitted to the other AND gate so that only one of the two AND gates is activated. The control signal from (SE) is inverted after logical inversion at 1001 and transmitted. As a result, when the control signal from the control terminal (SE) is at the "L" level, the data from the data terminal (D) is selected, and the control signal from the control terminal (SE) is at the "H" level. In this case, data from the scan terminal (SI) is selected.
クロック端子(CK)を介して入力されたクロック信号の論理がィン バー夕 12 1 1で反転され、さらにそれが後段のィンバ一夕 12 1 1で 反転される。 pチャネル型 MO Sトランジスタ 1201及び riチャネル 型 MO Sトランジスタ 1203は、上記ィンバ一夕 1210の出力信号 で動作制御される。 Pチャネル型 MO Sトランジスタ 1204及び nチ ャネル型 MO Sトランジスタ 1202は、上記ィンバ一夕 121 1の出 力信号で動作制御される。 これにより、 第 1 トライステートバッファ 1 221と第 2 トライステートバヅファ 1222は相補的に導通される。 インバー夕 1213, 1214がループ状に結合されることで第 1ラ ツチ回路 1231が形成され、 ィンバ一夕 12 15, 1216がループ 状に結合されることで第 2ラヅチ回路 1232が形成される。データ端 子 (D)から入力されたデ一夕は、 セレクタ 1003及び第トライステ —トバッファ 1221を介して第 1ラッチ回路 1231に入力される。 また、第 1ラツチ回路 1231の第 1ノード N 1からの出力信号はィン バー夕 12 17を介して出力端子 (Q)から出力され、 第 1ラヅチ回路 123 1の第 2ノ一ド N 2からの出力信号は第 2 トライステートバヅ ファ 1222を介して第 2ラッチ回路 1232に入力される。そして、 上記第 2ラツチ回路 1232の出力信号は後段のィンバ一夕 12 18 を介して出力端子 (QD)から出力されるとともに、 ノアゲート 100 4を介してスキャンアウト端子 (SO) から出力される。 The logic of the clock signal input via the clock pin (CK) is inverted at the inverter 1211 and further inverted at the latter stage 1211. The operations of the p-channel MOS transistor 1201 and the ri-channel MOS transistor 1203 are controlled by the output signal of the above-described inverter 1210. The operation of the P-channel type MOS transistor 1204 and the n-channel type MOS transistor 1202 are controlled by the output signal of the above-described member 121 1. As a result, the first tri-state buffer 1221 and the second tri-state buffer 1222 are turned on complementarily. A first latch circuit 1231 is formed by connecting the inverters 1213 and 1214 in a loop, and a second latch circuit 1232 is formed by connecting the inverters 1215 and 1216 in a loop. The data input from the data terminal (D) is input to the first latch circuit 1231 via the selector 1003 and the third state buffer 1221. The output signal from the first node N1 of the first latch circuit 1231 is output from the output terminal (Q) via the inverter 1217, and the second node N2 of the first latch circuit 1231 is output. The output signal is input to the second latch circuit 1232 via the second tri-state buffer 1222. The output signal of the second latch circuit 1232 is output to the subsequent The signal is output from the output terminal (QD) through the NOR gate 1004 and output from the scan-out terminal (SO) through the NOR gate 1004.
上記の構成において、 制御信号 SEが" L"レベルのときはデータ端 子 (D) からの入力信号が、 出力端子 (Q) あるいは出力端子 (QD) に伝達される。 また、 制御信号 SEが" H"レベルのときは、 データを 出力端子 (Q)、 及び出力端子 (QD) に伝達する。 スキャンアウト端 子 (SO) を他のラッチ回路のスキャンイン端子 (S I) に接続し、 制 御信号 SEがが" H"レベルの状態でクロック信号 CKを遷移させると、 シフトレジス夕として機能する。 ノアゲ一ト 1004は、 クロック信号 CKの立ち下がりからスキャンアウト端子(S 0)出力までの遅延時間 が大きくなるように設計されており、 スキャンァゥト端子 (SO)から 次段ラツチ回路へのレーススルーが起こらないようになっている。つま り、 スキャンァゥト端子 (SO) においては、 (22) 式の最右辺がゼ 口もしくは負の値を取るように設計されている。従って、 第 17図に示 される構成例では、 高速、 低電力動作と、 スキャンによるテスト容易化 が同時に実現されており、半導体集積回路の設計がさらに簡単になって いる。 In the above configuration, when the control signal SE is at "L" level, the input signal from the data terminal (D) is transmitted to the output terminal (Q) or the output terminal (QD). When the control signal SE is at "H" level, the data is transmitted to the output terminal (Q) and the output terminal (QD). When the scan-out terminal (SO) is connected to the scan-in terminal (S I) of another latch circuit and the clock signal CK transits while the control signal SE is at "H" level, it functions as a shift register. The NOR gate 1004 is designed so that the delay time from the falling edge of the clock signal CK to the output of the scan-out terminal (S0) is increased, and the race-through from the scan-gate terminal (SO) to the next-stage latch circuit is performed. Does not occur. In other words, the scan right terminal (SO) is designed so that the rightmost side of Eq. (22) has a zero or negative value. Therefore, in the configuration example shown in FIG. 17, high-speed, low-power operation and easy test by scanning are realized at the same time, and the design of the semiconductor integrated circuit is further simplified.
尚、 セレクタ回路 1003は、 ナンドゲート及びノアゲートとの組み 合わせに限定されない。 トランスミヅションゲ一トによるセレクタでも 良いし、 トライステートインバ一夕によるものでも良い。 Note that the selector circuit 1003 is not limited to the combination of the NAND gate and the NOR gate. A selector using a transmission gate or a tristate inverter may be used.
第 19図における CPU 1 101やその周辺回路には、 第 3図、 第 4 図、 及び第 17図にそれそれ示される構成のラッチ回路に加えて、 マス 夕ースレーブ F F回路を含めることができる。このマス夕一スレーブ F F回路は、 特に制限されないが、 第 18図に示されるように、 インバー 夕 5 10〜 5 18と、 nチャネル型 MO Sトランジスタ 501, 504 7、 及び pチャネル型 MO Sトランジスタ 503, 5 17を含んで成る。 nチャネル型 M O S トランジスタ 5 0 1と pチャネル型 M〇 S トラン ジス夕 5 0 3とが並列接続されることによって第 1 トライステートバ ヅファ 5 2 1が構成され、 nチャネル型 M O S トランジスタ 5 0 4と p チャネル型 M O S トランジスタ 5 1 7とが並列接続されることによつ て第 2 トライステートバッファ 5 2 2が構成される。 クロヅク端子(C K ) には、 上記クロックパルス発生器 1 0 0からのクロック信号 C Kが 供給される。 The CPU 1101 and its peripheral circuits in FIG. 19 can include a master-slave FF circuit in addition to the latch circuits shown in FIGS. 3, 4, and 17, respectively. Although there is no particular limitation on the master FF circuit, as shown in FIG. 18, the inverters 510 to 518, the n-channel MOS transistors 501 and 5047, and the p-channel MOS transistor 503, 517. The first tri-state buffer 521 is formed by connecting the n-channel MOS transistor 501 and the p-channel MOS transistor 503 in parallel, and the n-channel MOS transistor 504 The second tri-state buffer 522 is formed by connecting the p-channel MOS transistor 5 17 in parallel with the p-channel MOS transistor 5 17. The clock signal (CK) from the clock pulse generator 100 is supplied to the clock terminal (CK).
上記の構成において、ク口ックパルス発生器 1 0 0からのクロック信 号 C Kが "L " レベルのとき、 入力デ一夕が第 1ラッチ部 5 3 1に保持 され、 クロック信号 C Kが "H " レベルのとき、 上記第 1ラッチ部 5 3 1の出力データが第 2ラッチ部 5 3 2に保持される。そしてこの第 2ラ ツチ部 5 3 2の保持値が出力端子 (Q ) から出力される。 In the above configuration, when the clock signal CK from the clock pulse generator 100 is at "L" level, the input data is held in the first latch section 531, and the clock signal CK becomes "H". At the time of the level, the output data of the first latch section 531 is held in the second latch section 532. Then, the held value of the second latch part 532 is output from the output terminal (Q).
このように、 第 3図、 第 4図、 及び第 1 7図にそれそれ示される構成 のラッチ回路に供給されるクロック信号 C Kをそのまま第 1 8図のマ ス夕一スレーブ F F回路に供給することができるため、マスタースレ一 ブ F F回路専用のクロックパルス発生器を別に設ける必要がない。 以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて具体的に説 明したが本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな い範囲において種々変更可能である。 産業上の利用可能性 Thus, the clock signal CK supplied to the latch circuit having the configuration shown in FIGS. 3, 4, and 17 is supplied as it is to the master slave FF circuit in FIG. Therefore, there is no need to provide a separate clock pulse generator dedicated to the master slave FF circuit. The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, but the present invention is not limited thereto, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Industrial applicability
本発明は、 各種半導体集積回路に広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to various semiconductor integrated circuits.
Claims
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2002/011072 WO2004038917A1 (en) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | Semiconductor integrated circuit |
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