JP2004192202A - Clock signal distributing circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

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JP2004192202A
JP2004192202A JP2002357875A JP2002357875A JP2004192202A JP 2004192202 A JP2004192202 A JP 2004192202A JP 2002357875 A JP2002357875 A JP 2002357875A JP 2002357875 A JP2002357875 A JP 2002357875A JP 2004192202 A JP2004192202 A JP 2004192202A
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clock signal
circuit
delay
circuit block
delayed clock
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Sakura Hirozawa
さくら 廣澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a clock signal distributing circuit for suppressing through-currents generated synchronously with a clock signal, and for effectively reducing the deterioration of a power supply voltage or EMI even in a semiconductor integrated circuit having a largely scaled circuit block whose integration level is high. <P>SOLUTION: This clock signal distributing circuit is configured to distribute and supply a clock signal supplied from a clock signal supply source to a plurality of circuit blocks A, B and C operating synchronously with a clock signal. This clock signal distributing circuit is provided with a delay clock signal generating part 3 for delaying a clock signal C<SB>0</SB>supplied from the clock signal supply source, and for generating and outputting a plurality of delay clock signals C<SB>1</SB>, C<SB>2</SB>and C<SB>3</SB>whose delay values are different from each other and a distributing part 4 for selectively switching the plurality of delay clock signals C<SB>1</SB>, C<SB>2</SB>, and C<SB>3</SB>whose delay values are different based on the clock signal C<SB>0</SB>, and for respectively distributing them to the circuit blocks A, B and C. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロック信号を複数の回路ブロックに分配供給するクロック信号分配回路およびこのクロック信号分配回路を備えた半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
ASIC(Application Specific Integrated Circuit:特定用途向けIC)は、特定のユーザの特定用途に使用するために設計される集積回路である。ASIC内部回路は、複数のCMOSトランジスタ(以下、「トランジスタ」という。)を組み合わせた論理和(OR)、論理積(AND)、論理否定(NOT)やクロック信号に同期して動作するフリップフロップ等の理論セルから構成されている。
【0003】
近年、単一のASICにユーザの欲するシステムの全ての機能が組み込まれたものもあり、そのようなASICは1つのチップ上にマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェース等の回路ブロックを備えて構成される。各回路ブロックを構成するトランジスタは、クロック供給源から供給されるクロック信号に同期してスイッチングされ、ドレイン−ソース間に電流が流れたり、回路ブロック内のコンデンサが充放電したりすることになる。
【0004】
トランジスタはその構成上、状態遷移時に電源からGNDに向かって電流が流れる。この電流を貫通電流と言うが、回路を構成する理論セルの中でも特にフリップフロップは、クロック信号の立ち上がりエッジに同期して状態遷移を行うため、高集積化が進むにつれ、クロックの変化と同時に莫大な数のトランジスタが遷移することになり、図4に示すように、大きな貫通電流がASIC内を流れる事になる。
【0005】
貫通電流の発生はASIC内の電源電圧の低下を招き、消費電力の増加やASICと同一の回路基板上に設けられた他の回路の誤動作の原因となる。また、貫通電流の高調波成分はノイズ源にもなり、他の回路や機器等に放射電磁雑音(Electromagnetic Inference、以下、「EMI」と言う。)を及ぼす恐れがある。このため、EMIをVCCIなどの国内規格、IECなどの国際規格等で定められた規格値以下に低減しなければならない。
【0006】
これらの貫通電流に起因する影響を低減するため、クロック供給源から供給されるクロック信号を回路ブロック毎に異なるタイミングで与えるクロック信号分配回路をASICに備えるようにしたものがある。一例として、図5に示すように、ASICが3つの回路ブロックX、Y、Zを有する場合、クロック供給源から供給されるクロック信号Cを遅延する3つの遅延素子を直列に接続してなる遅延クロック信号生成部を設け、1段目の遅延素子から出力される遅延クロック信号Cを回路ブロックXに、2段目の遅延素子から出力される遅延ブロック信号Cを回路ブロックYに、3段目の遅延素子から出力される遅延クロック信号Cを回路ブロックZに供給するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0007】
各遅延クロック信号C、C、Cの遅延値はそれぞれ異なるので、各回路ブロックX、Y、Zの動作を開始するタイミングもずれる。その結果、図6に示すように、各遅延クロック信号C、C、Cのタイミングに応じて、各回路ブロックX、Y、Z内で貫通電流が発生するタイミングが異なり、図4に示した場合と比較すると貫通電流発生量のピーク値を大きく減少させることができる。なお、各遅延クロック信号C、C、Cの遅延値は、各回路ブロックに設けられるフリップフロップのセットアップタイムやホールドタイムを保証する範囲内に設定されており、外部から供給されるクロック信号に対するASICの同期性は保たれている。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−111854号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクロック信号分配回路(特許文献1)では、回路ブロックXに遅延クロック信号C、回路ブロックYに遅延クロック信号C、回路ブロックZに遅延クロック信号Cをそれぞれ供給するようにしており、各回路ブロックX、Y、Zに供給されるクロック信号は固定されていた。このため、図6に示すように、クロック供給源からASICにクロック信号が供給される毎に常に同じ位相で貫通電流が発生することになる。例えば、回路ブロックの集積度に差があり、回路ブロックZのように他の回路ブロックと比較すると貫通電流の発生量が大きい場合、回路ブロックZから発生する貫通電流により電源電圧低下やEMIが依然として生じる恐れがあり、これを緩和するのは非常に困難であった。
本発明の課題は、集積度の高い大規模な回路ブロックを備えた半導体集積回路であっても、電源電圧低下やEMIを効果的に低減することができるクロック信号分配回路およびこれを備えた半導体集積回路を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、クロック信号に同期して動作する複数の回路ブロックに、クロック信号供給源から供給されるクロック信号を分配供給するクロック信号分配回路であって、前記クロック信号供給源から供給されるクロック信号を遅延し、互いに遅延値の異なる複数の遅延クロック信号を生成出力する遅延クロック信号生成部と、前記クロック信号に基づいて、異なる遅延値を有する複数の遅延クロック信号を選択的に切り換えて前記各回路ブロックにそれぞれ分配する分配部と、を備えていることを特徴とする。
【0011】
請求項1に記載の発明によれば、クロック信号分配回路はそれぞれの回路ブロックに異なる遅延値を有する遅延クロック信号を供給し、かつ、クロック信号供給源から供給されるクロック信号に基づいて、各回路ブロックに供給する遅延クロック信号を異なる遅延値を有する遅延クロック信号に選択的に切り換えるので、各回路ブロックが動作するタイミングをクロック供給源からクロック信号が入力される毎に異なるタイミングにすることができる。クロック信号はn秒の単位で入力されるので、巨視的に見ると、各回路ブロック内で動作開始時に発生する貫通電流は平均化して現れることになり、集積度が高い大規模な回路ブロックを有していてもそれが発生する貫通電流の影響を緩和することができる。したがって回路全体としての貫通電流のピーク値を低減することができ、これにより電源電圧低下を防止しEMIを低減することができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のクロック信号分配回路において、前記分配部は、最大の遅延値を有する遅延クロック信号の反転信号に同期して、各回路ブロックにそれぞれ供給する遅延クロック信号を選択的に切り換えることを特徴とする。
【0013】
請求項2に記載の発明によれば、分配部は最大の遅延値を有する遅延クロック信号の反転信号に同期して、各回路ブロックにそれぞれ供給する遅延クロック信号を選択的に切り換えて、他の遅延値を有する遅延クロック信号にする際に、この切換動作のタイミングと、各回路ブロックが遅延クロック信号により動作を開始するタイミングとをずらすことができる。これにより各回路ブロックの誤動作を防止することができる。
【0014】
請求項3に記載の発明の半導体集積回路は、クロック信号に同期して動作する複数の回路ブロックを備えた半導体集積回路において、請求項1または2に記載のクロック信号分配回路を備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項3に記載の発明によれば、1つのチップ上に独立した機能を有する回路ブロックを複数備えた半導体集積回路であっても、上記請求項1または2に記載のクロック信号分配回路によって、各回路ブロックが動作するタイミングをずらし、かつ、各回路ブロックが動作するタイミングをクロック信号が入力される毎に変化させることができる。よって、貫通電流発生量のピーク値を低減し、電源電圧低下を防止し、EMIを低減することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、構成を説明する。
図1に本実施の形態における半導体集積回路としてのASIC1を示す。ASIC1は、上記したように、特定のユーザの特定用途に使用するために設計される集積回路であり、複数の回路ブロックA、B、Cを備えている。
各回路ブロックA、B、Cは、AND、OR、NOTやクロック信号に同期して動作するフリップフロップの理論セル等から構成されている。
【0017】
なお、本実施の形態においては、図1に模式的に示すように、各回路ブロックA、B、Cの集積度(規模)には差があるものとし、それぞれの集積度を回路ブロックC>回路ブロックA>回路ブロックBとして説明する。
【0018】
ASIC1は、上記回路ブロックA、B、Cの他、クロック供給源(図示略)から供給されたクロック信号Cを各回路ブロックA、B、Cに分配供給するクロック信号分配回路2を備えている。
【0019】
クロック信号分配回路2は、クロック信号Cを遅延して遅延値の異なる複数の遅延クロック信号C、C、Cを生成出力する遅延クロック信号生成部3と、遅延クロック信号生成部3により生成された遅延クロック信号C、C、Cを内部クロック信号(D、D、D)として各回路ブロックA、B、Cにそれぞれ分配する分配部4とを有している。
【0020】
遅延クロック信号生成部3は、3つの遅延素子31、32、33が直列に接続されて構成されている。クロック信号Cは、3つの遅延素子31、32、33のうち1段目の遅延素子31に供給される。遅延素子31はクロック信号Cを遅延して第1の遅延クロック信号Cを生成し、2段目の遅延素子32および分配部4に出力する。
【0021】
2段目の遅延素子32は第1の遅延クロック信号Cをさらに遅延して第2の遅延クロック信号Cを生成し、3段目の遅延素子33および分配部4に出力する。3段目の遅延素子33は第2の遅延クロック信号Cをさらに遅延して第3の遅延クロック信号Cを生成し、分配部4に出力する。
【0022】
なお、各遅延クロック信号C、C、Cのクロック信号からの遅延値は、第1の遅延クロック信号C<第2の遅延クロック信号C<第3の遅延クロック信号Cであり、いずれも各回路ブロックA、B、Cに備えられるフリップフロップのセットアップタイムおよびホールドタイムを満たす範囲内に設定されている。
【0023】
分配部4は、第3の遅延クロック信号C3の反転信号Uを生成出力するインバータ41と、反転信号Uの入力に応じて選択信号Sを生成出力する選択信号生成カウンタ42と、選択信号Sに応じて各回路ブロックA、B、Cに分配する遅延クロック信号C、C、Cを選択的に切り換えて所定の遅延クロック信号を所定の回路ブロックに分配供給するセレクタ43とを有している。
【0024】
インバータ41は、3段目の遅延素子33の出力端と選択信号生成カウンタ42の入力端の間に接続されている。インバータ41は、遅延素子33から入力される第3の遅延クロック信号Cを反転し、生成した反転信号Uを選択信号生成カウンタ42に供給する。
【0025】
選択信号生成カウンタ42は、供給される反転信号Uの立ち上がりエッジに同期して選択信号Sを生成出力するものである。
【0026】
選択信号生成カウンタ42は、反転信号Uが入力される毎に0から1、2の順でカウント値を増加し、2までカウントすると次に入力される反転信号Uによりカウント値が0に戻る。選択信号Sは選択信号生成カウンタ42のカウント値を示すもので0、1、2のいずれかの値を示す。この選択信号Sは、セレクタ43に、入力された遅延クロック信号C、C、Cをどの回路ブロックA、B、Cに分配するかを指示するものである。なお、選択信号Sの詳細は後述する。
【0027】
セレクタ43は、各遅延クロック信号C、C、Cおよび選択信号Sが入力される入力端と、各回路ブロックA、B、Cの入力端に接続される出力端を備えている。セレクタ43は選択信号Sが指示する内容に応じて、セレクタ43内部において各遅延クロック信号C、C、Cが入力される入力端と出力端との接続を切り換える。
【0028】
セレクタ43から回路ブロックAに供給される出力信号は回路ブロックAの選択遅延クロック信号Dであり、セレクタ43から回路ブロックBに供給される出力信号は回路ブロックBの選択遅延クロック信号Dであり、セレクタ43から回路ブロックCに供給される出力信号は回路ブロックCの選択遅延クロック信号Dとなる。
【0029】
ここで、選択信号Sおよび選択遅延クロック信号D、D、Dについて説明する。選択信号が示す選択信号生成カウンタ42のカウント値が0のとき、例えば、第1の遅延クロック信号Cを回路ブロックAに、第2の遅延クロック信号Cを回路ブロックBに、第3の遅延クロック信号Cを回路ブロックCに供給するようにセレクタ43の接続を切り換えるように指示するものとなる。これを図2においてデータ列「A、B、C」と表示している。
【0030】
したがって、選択信号Sが「A、B、C」で表示されるものであるとき、回路ブロックAの選択遅延クロック信号Dは第1の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックBの選択遅延クロック信号Dは第2の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックCの選択遅延クロック信号Dは第3の遅延クロック信号Cとなる。
【0031】
選択信号Sが示すカウント値が1のとき、図2において、例えば、「C、A、B」で表示される。これは、第1の遅延クロック信号Cを回路ブロックCに、第2の遅延クロック信号Cを回路ブロックAに、第3の遅延クロック信号Cを回路ブロックBに供給するようにセレクタ43の接続を切り換えるように指示するものである。
【0032】
これにより、回路ブロックAの選択遅延クロック信号Dは第2の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックBの選択遅延クロック信号Dは第3の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックCの選択遅延クロック信号Dは第1の遅延クロック信号Cになる。
【0033】
選択信号Sが示すカウント値が2のとき、例えば、図2において「B、C、A」で表示される。これは、上記と同様に、第1の遅延クロック信号Cを回路ブロックBに、第2の遅延クロック信号Cを回路ブロックCに、第3の遅延クロック信号Cを回路ブロックAに供給するようにセレクタ43の接続を切り換えるように指示するものである。
【0034】
これにより、回路ブロックAの選択遅延クロック信号Dは第3の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックBの選択遅延クロック信号Dは第1の遅延クロック信号Cになり、回路ブロックCの選択遅延クロック信号Dは第2の遅延クロック信号Cになる。
【0035】
次に、以上説明したASIC1の動作について説明する。
クロック信号供給源からクロック信号分配回路2にクロック信号Cが供給されると、遅延部3の各遅延素子31、32、33により、図2に示すように互いに遅延値の異なる第1の遅延クロック信号C、第2の遅延クロック信号C、第3の遅延クロック信号Cが生成される。これらの遅延クロック信号C、C、Cはセレクタ43に入力される。
【0036】
また、第3の遅延クロック信号Cは、セレクタ43と共にインバータ41に入力される。インバータ41は、この第3の遅延クロック信号Cを反転し、図2に示すような反転信号Uを生成する。生成された反転信号Uは選択信号生成カウンタ42に出力される。
【0037】
選択信号生成カウンタ42は、反転信号Uの立ち上がりエッジに同期してカウントし、カウント値に対応した値を有する選択信号Sを生成してセレクタ43に出力する。
【0038】
選択信号Sが示すカウント値が0のとき、上記したように選択信号Sは「A、B、C」で表示されるものになる。これによりセレクタ43は回路ブロックAに選択遅延クロック信号Dとして第1の遅延クロック信号Cを供給し、回路ブロックAはこの選択遅延クロック信号D1の立ち上がりエッジに同期して動作する。
【0039】
同様に、回路ブロックBには第2の遅延クロック信号Cが供給され、回路ブロックBは第2の遅延クロック信号Cの立ち上がりエッジに同期して動作する。さらに回路ブロックCには第3の遅延クロック信号Cが供給され、回路ブロックCは第3の遅延クロック信号Cの立ち上がりエッジに同期して動作する。各回路ブロックA、B、Cの動作に伴って、図2に示すように回路ブロックA、回路ブロックB、回路ブロックCの順に貫通電流が発生する。
【0040】
クロック供給源から次のクロック信号がクロック信号分配回路2に入力されると、選択信号生成カウンタ42のカウント値は1になり、選択信号Sは「C、A、B」で表示されるものになる。
【0041】
セレクタ43はこの選択信号Sに応じて内部の接続を切り換え、第1の遅延クロック信号Cを回路ブロックCに、第2の遅延クロック信号Cを回路ブロックAに、第3の遅延クロック信号Cを回路ブロックBにそれぞれ分配する。各回路ブロックA、B、Cは入力された遅延クロック信号C、C、Cに応じて、順次、動作する。これに伴って、回路ブロックC、回路ブロックA、回路ブロックBの順に貫通電流が発生する。
【0042】
クロック供給源からさらにクロック信号Cが供給されると、選択信号生成カウンタ42のカウント値は2になり、選択信号Sは「B、C、A」で表示されるものになる。セレクタ43はこの選択信号Sに応じて、順次、第1の遅延クロック信号Cを回路ブロックBに、第2の遅延クロック信号Cを回路ブロックCに、第3の遅延クロック信号Cを回路ブロックAに供給するように内部の接続を切り換える。
各回路ブロックA、B、Cは供給された各遅延クロック信号C、C、Cに応じて動作し、これに伴って、回路ブロックB、回路ブロックC、回路ブロックAの順に貫通電流が発生する。
【0043】
以上説明したASIC1によれば、クロック信号分配回路2を備えることにより、各回路ブロックA、B、Cに異なる遅延値の遅延クロック信号を選択遅延クロック信号D、D、Dとして供給することにより、各回路ブロックA、B、Cが同時に動作を開始することを防止し、これにより貫通電流の発生量を分散させることができる。
【0044】
さらに、上記クロック供給源から供給されるクロック信号Cに基づいて選択遅延クロック信号D、D、Dの発生タイミングを変化させることができる。すなわち、回路ブロックAの選択遅延クロック信号Dは第1の遅延クロック信号C、第2の遅延クロック信号C、第3の遅延クロック信号Cの順に変化し、回路ブロックBの選択遅延クロック信号Dは第2の遅延クロック信号C、第3の遅延クロック信号C、第1の遅延クロック信号Cの順に変化し、回路ブロックCの選択遅延クロック信号Dは第3の遅延クロック信号C、第1の遅延クロック信号C、第2の遅延クロック信号Cの順に変化する。
【0045】
毎クロックごとに各遅延クロック信号C、C、Cに同期する回路ブロックが切り換わり、図3に示すように、巨視的に見ると各遅延クロック信号C、C、Cの立ち上がりエッジ(変化点)において各回路ブロック内で発生する貫通電流が平均化されて現れることになる。したがって、ASIC1が回路ブロックCのような集積度の高い大規模ブロックを有する場合であっても、回路ブロックCが発生する貫通電流による影響を他の回路ブロックA、Bにより緩和することができる。このため、ASIC1全体としてみたときの貫通電流のピーク値の低減により、電源電圧の低下を防止し、EMIを低減することができる。
【0046】
また、選択信号生成カウンタ42を遅延値が最大となる第3の遅延クロック信号Cの反転信号Uと同期させて選択信号Sを生成することにより、各遅延クロック信号C、C、Cの信号レベルが“ロー“のときにセレクタ43の内部の接続を切り換えて、各回路ブロックA、B、Cに供給する遅延クロック信号を切り換えている。このため、接続を切り換える際にセレクタ43が誤動作するのを防ぐことができ、入力端に入力した各遅延クロック信号C、C、Cを選択信号Sの内容に応じて確実に所定の回路ブロックに分配することができる。
【0047】
また、セレクタ43の内部の接続を切り換えるタイミングと、各回路ブロックA、B、Cが遅延クロック信号により動作を開始するタイミングとをずらすことができるので、同時スイッチングによるノイズの発生を防ぐことができるとともに各回路ブロックA、B、Cの誤動作を防止することができる。
【0048】
また、各遅延クロック信号C、C、Cの遅延値は、各回路ブロックA、B、Cに備えられるフリップフロップのセットアップタイムおよびホールドタイムを満たす範囲内であるので、各回路ブロックA、B、Cの動作タイミングをずらしても、ASIC1全体としての同期性を保つことができる。
【0049】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、ASIC1が備える回路ブロックの数や遅延部3が備える遅延素子の数は限定されるものではない。また、遅延部3の構成は、クロック信号供給源から供給されるクロック信号Cから遅延値の異なる複数の遅延クロック信号を生成することができるものであれば、上記構成に限定されるものではない。
【0050】
また、選択信号Sが示すカウント値と、セレクタ43が各回路ブロックA、B、Cにそれぞれ供給する遅延クロック信号C、C、Cとを所定のものとしたが、これに限定されるものではない。分配部4は、遅延クロック生成部3により生成された遅延値の異なる複数の遅延クロック信号C、C、Cを、選択信号Sに基づいて各回路ブロックA、B、Cに分配される遅延クロック信号を異なる遅延値を有する遅延クロック信号に選択的に切り換えることができるものであれば如何なる構成であってもよい。
【0051】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、各回路ブロックに遅延値の異なる遅延クロック信号をそれぞれ供給し、かつ、クロック信号供給源から供給されるクロック信号に基づいて各回路ブロックに供給する遅延クロック信号を他の遅延値を有する遅延クロック信号に選択的に切り換えるので、各回路ブロックが動作するタイミングをクロック供給源からクロック信号が入力される毎に異なるタイミングにすることができる。クロック信号を巨視的に見ると、各回路ブロック内で動作開始時に発生する貫通電流は平均化して現れることになり、集積度が高い大規模な回路ブロックを有していてもそれが発生する貫通電流の影響を緩和することができる。したがって回路全体としての貫通電流のピーク値を低減することができ、これにより電源電圧低下を防止しEMIを低減することができる。
【0052】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果が得られるのは勿論のこと、遅延値が最大の遅延クロック信号の反転信号と同期させて、分配部が各回路ブロックに供給する遅延クロック信号を他の遅延値を有する遅延クロック信号に切り換えるので、この分配部の切換動作のタイミングと、各回路ブロックが遅延クロック信号により動作を開始するタイミングとをずらすことができる。これにより各回路ブロックの誤動作を防止することができる。
【0053】
請求項3に記載の発明によれば、独立した機能を有する回路ブロックを複数備えた半導体集積回路であっても、上記請求項1または2に記載のクロック信号分配回路によって、各回路ブロックが動作するタイミングをずらし、かつ、各回路ブロックが動作するタイミングをクロック信号が入力される毎に変化させることができる。よって、貫通電流発生量のピーク値を低減し、電源電圧低下を防止し、EMIを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るクロック信号分配回路および半導体集積回路の一例の回路構成を示すブロック図である。
【図2】図1のクロック信号分配回路により生成される各種信号の波形を示した図である。
【図3】各遅延クロック信号C、C、Cに伴って発生する貫通電流の波形を巨視的に示した図である。
【図4】従来の貫通電流の発生状況を示した波形図である。
【図5】従来のクロック信号分配回路を示したブロック図である。
【図6】従来のクロック信号分配回路により生成される各種信号の波形を示した図である。
【符号の説明】
1 ASIC(半導体集積回路)
2 クロック信号分配回路
3 遅延クロック信号生成部
31 遅延素子
32 遅延素子
33 遅延素子
4 分配部
41 インバータ
42 選択信号生成カウンタ
43 セレクタ
クロック信号
遅延クロック信号
遅延クロック信号
遅延クロック信号
選択遅延クロック信号
選択遅延クロック信号
選択遅延クロック信号
S 選択信号
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a clock signal distribution circuit that distributes a clock signal to a plurality of circuit blocks and a semiconductor integrated circuit including the clock signal distribution circuit.
[0002]
[Prior art]
An ASIC (Application Specific Integrated Circuit) is an integrated circuit designed for use in a specific application of a specific user. The ASIC internal circuit includes a logical sum (OR), a logical product (AND), a logical NOT (NOT), a flip-flop that operates in synchronization with a clock signal, and the like in which a plurality of CMOS transistors (hereinafter, referred to as “transistors”) are combined. Is composed of theoretical cells.
[0003]
In recent years, there are some ASICs in which all the functions of the system desired by the user are incorporated, and such ASICs are configured by including circuit blocks such as a microprocessor, a memory, and an interface on one chip. The transistors constituting each circuit block are switched in synchronization with a clock signal supplied from a clock supply source, so that a current flows between a drain and a source and a capacitor in the circuit block is charged and discharged.
[0004]
Due to the configuration of the transistor, a current flows from the power supply to GND at the time of state transition. This current is called a through current. Among the theoretical cells that constitute the circuit, flip-flops, in particular, perform state transitions in synchronization with the rising edge of a clock signal. An appropriate number of transistors will transition, and a large through current will flow through the ASIC as shown in FIG.
[0005]
The generation of the through current causes a decrease in the power supply voltage in the ASIC, which causes an increase in power consumption and a malfunction of another circuit provided on the same circuit board as the ASIC. In addition, the harmonic component of the through current also becomes a noise source, and may cause radiated electromagnetic noise (Electromagnetic Inference, hereinafter referred to as “EMI”) to other circuits and devices. For this reason, the EMI must be reduced to a value less than or equal to a standard value defined by a domestic standard such as VCCI or an international standard such as IEC.
[0006]
Some ASICs include a clock signal distribution circuit that provides a clock signal supplied from a clock supply source at a different timing for each circuit block in order to reduce the influence caused by the through current. As an example, as shown in FIG. 5, when the ASIC has three circuit blocks X, Y, and Z, a delay formed by connecting three delay elements for delaying a clock signal C supplied from a clock supply source in series. A clock signal generator is provided, and the delayed clock signal C X output from the first-stage delay element is applied to the circuit block X, and the delayed block signal C Y output from the second-stage delay element is applied to the circuit block Y. that the delayed clock signal C Z output from the delay elements of the stage to be supplied to the circuit block Z are known (e.g., see Patent Document 1.).
[0007]
Since the delay values of the delayed clock signals C X , C Y , and C Z are different from each other, the timings at which the operations of the circuit blocks X, Y, and Z start are also shifted. As a result, as shown in FIG. 6, the timing at which a through current occurs in each of the circuit blocks X, Y, and Z differs according to the timing of each of the delayed clock signals C X , C Y , and C Z. Compared to the case shown, the peak value of the amount of through current generated can be greatly reduced. The delay value of each of the delayed clock signals C X , C Y , and C Z is set within a range that guarantees the setup time and the hold time of the flip-flop provided in each circuit block. The synchronization of the ASIC with the signal is maintained.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-111854
[Problems to be solved by the invention]
However, the in the conventional clock signal distribution circuit (Patent Document 1), to supply delay to the circuit block X clock signal C x, the circuit block Y to the delay clock signal C Y, the circuit block Z the delayed clock signal C Z respectively The clock signals supplied to the circuit blocks X, Y, and Z are fixed. Therefore, as shown in FIG. 6, every time a clock signal is supplied from the clock supply source to the ASIC, a through current always occurs in the same phase. For example, if there is a difference in the degree of integration of the circuit blocks and the amount of through current generated is large compared to other circuit blocks like the circuit block Z, the power supply voltage drop and EMI still occur due to the through current generated from the circuit block Z. This could have been very difficult to mitigate.
An object of the present invention is to provide a clock signal distribution circuit capable of effectively reducing a power supply voltage drop and EMI even in a semiconductor integrated circuit having a large-scale circuit block with a high degree of integration, and a semiconductor having the same. It is to provide an integrated circuit.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an invention according to claim 1 is a clock signal distribution circuit that distributes a clock signal supplied from a clock signal supply source to a plurality of circuit blocks operating in synchronization with a clock signal. A delay clock signal generation unit that delays a clock signal supplied from the clock signal supply source, generates and outputs a plurality of delay clock signals having different delay values, and generates a different delay value based on the clock signal. And a distributing unit for selectively switching the plurality of delayed clock signals to distribute to each of the circuit blocks.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, the clock signal distribution circuit supplies a delayed clock signal having a different delay value to each circuit block, and based on the clock signal supplied from the clock signal supply source, Since the delay clock signal supplied to the circuit block is selectively switched to a delay clock signal having a different delay value, the timing at which each circuit block operates can be set to a different timing every time a clock signal is input from a clock supply source. it can. Since the clock signal is input in units of n seconds, macroscopically, the through current generated at the start of operation in each circuit block appears as an average, and a large-scale circuit block having a high degree of integration is required. Even if it has one, the effect of the through current generated by it can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the peak value of the through current in the entire circuit, thereby preventing the power supply voltage from lowering and reducing the EMI.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the clock signal distribution circuit according to the first aspect, the distribution unit supplies each of the circuit blocks in synchronization with an inverted signal of a delayed clock signal having a maximum delay value. The delay clock signal is selectively switched.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, the distributing unit selectively switches the delay clock signals to be supplied to the respective circuit blocks in synchronization with the inverted signal of the delay clock signal having the maximum delay value, and performs another switching. When using a delayed clock signal having a delay value, the timing of this switching operation can be shifted from the timing at which each circuit block starts operating with the delayed clock signal. Thereby, malfunction of each circuit block can be prevented.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit including a plurality of circuit blocks operating in synchronization with a clock signal, wherein the semiconductor integrated circuit includes the clock signal distribution circuit according to the first or second aspect. Features.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, even with a semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks having independent functions on one chip, the clock signal distribution circuit according to the first or second aspect provides The operation timing of each circuit block can be shifted, and the operation timing of each circuit block can be changed every time a clock signal is input. Therefore, the peak value of the amount of through current generated can be reduced, the power supply voltage can be prevented from lowering, and EMI can be reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration will be described.
FIG. 1 shows an ASIC 1 as a semiconductor integrated circuit according to the present embodiment. The ASIC 1 is an integrated circuit designed to be used for a specific application of a specific user, as described above, and includes a plurality of circuit blocks A, B, and C.
Each of the circuit blocks A, B, and C includes AND, OR, NOT, a theoretical cell of a flip-flop that operates in synchronization with a clock signal, and the like.
[0017]
In the present embodiment, as schematically shown in FIG. 1, it is assumed that there is a difference in the degree of integration (scale) of each of the circuit blocks A, B, and C. Description will be made on the assumption that the circuit block A> the circuit block B.
[0018]
ASIC1, said circuit blocks A, B, other C, includes a clock source supplied from (not shown) clock signal C 0 each circuit block A, B, the distribution and supplies the clock signal distribution circuit 2 to C I have.
[0019]
The clock signal distribution circuit 2 delays the clock signal C 0 to generate and output a plurality of delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 having different delay values, and a delayed clock signal generator 3 And a distribution unit 4 for distributing the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 generated as described above to the respective circuit blocks A, B, and C as internal clock signals (D 1 , D 2 , and D 3 ). I have.
[0020]
The delay clock signal generator 3 is configured by three delay elements 31, 32, and 33 connected in series. Clock signal C 0 is supplied to the delay element 31 of the first stage of the three delay elements 31, 32 and 33. The delay element 31 delays the clock signal C 0 to generate a first delayed clock signal C 1, and outputs the first delayed clock signal C 1 to the second-stage delay element 32 and the distribution unit 4.
[0021]
The second-stage delay element 32 further delays the first delayed clock signal C 1 to generate a second delayed clock signal C 2, and outputs the second delayed clock signal C 2 to the third-stage delay element 33 and the distribution unit 4. The third-stage delay element 33 further delays the second delayed clock signal C 2 to generate a third delayed clock signal C 3, and outputs the third delayed clock signal C 3 to the distribution unit 4.
[0022]
Note that the delay values of the respective delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 from the clock signal are as follows: first delayed clock signal C 1 <second delayed clock signal C 2 <third delayed clock signal C 3 . Each is set within a range that satisfies the setup time and the hold time of the flip-flop provided in each of the circuit blocks A, B, and C.
[0023]
The distribution unit 4 includes an inverter 41 that generates and outputs an inverted signal U of the third delayed clock signal C3, a selection signal generation counter 42 that generates and outputs a selection signal S in response to the input of the inverted signal U, A selector 43 for selectively switching the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 distributed to the circuit blocks A, B, and C to distribute a predetermined delayed clock signal to the predetermined circuit blocks. ing.
[0024]
The inverter 41 is connected between the output terminal of the third-stage delay element 33 and the input terminal of the selection signal generation counter 42. Inverter 41 inverts the third delayed clock signal C 3 supplied from the delay element 33, and supplies the generated inverted signal U to the selection signal generating counter 42.
[0025]
The selection signal generation counter 42 generates and outputs a selection signal S in synchronization with the rising edge of the supplied inverted signal U.
[0026]
The selection signal generation counter 42 increases the count value in the order of 0 to 1 and 2 each time the inverted signal U is input, and when counting up to 2, the count value returns to 0 by the next input inverted signal U. The selection signal S indicates the count value of the selection signal generation counter 42, and indicates one of 0, 1, and 2. The selection signal S instructs the selector 43 to distribute the input delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 to the circuit blocks A, B, and C. The details of the selection signal S will be described later.
[0027]
The selector 43 has an input terminal to which the delayed clock signals C 1 , C 2 , C 3 and the selection signal S are input, and an output terminal connected to the input terminals of the circuit blocks A, B, C. The selector 43 switches the connection between the input terminal to which each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 is input and the output terminal in the selector 43 in accordance with the content specified by the selection signal S.
[0028]
Output signal to be supplied to the circuit block A from the selector 43 is selected delayed clock signal D 1 of the circuit block A, the output signal supplied to the circuit block B from the selector 43 is selected delayed clock signal D 2 of the circuit block B There, the output signal supplied to the circuit block C from the selector 43 is the select delayed clock signal D 3 of the circuit blocks C.
[0029]
Here, the selection signal S and the selection delay clock signals D 1 , D 2 , and D 3 will be described. When the count value of the selection signal generating counter 42 indicated by the selection signal is 0, for example, to the first delay clock signal C 1 of the circuit block A, the second delayed clock signal C 2 to the circuit block B, the third It becomes that instructs to switch the connection of the selector 43 to supply the delayed clock signal C 3 to the circuit block C. This is indicated as a data string “A, B, C” in FIG.
[0030]
Therefore, when the selection signal S is represented by “A, B, C”, the selected delay clock signal D 1 of the circuit block A becomes the first delay clock signal C 1 and the selection delay of the circuit block B clock signal D 2 becomes the second delayed clock signal C 2, selected delayed clock signal D 3 of the circuit block C is third delayed clock signal C 3.
[0031]
When the count value indicated by the selection signal S is 1, in FIG. 2, it is displayed as, for example, "C, A, B". The selector 43 supplies the first delayed clock signal C 1 to the circuit block C, the second delayed clock signal C 2 to the circuit block A, and the third delayed clock signal C 3 to the circuit block B. Is to be switched.
[0032]
Thus, selection delayed clock signal D 1 of the circuit block A becomes the second delayed clock signal C 2, selected delayed clock signal D 2 of the circuit block B becomes the third delayed clock signal C 3, the circuit block C selection delayed clock signal D 3 of the made to the first delay clock signal C 1.
[0033]
When the count value indicated by the selection signal S is 2, for example, it is displayed as “B, C, A” in FIG. This means that, similarly to the above, the first delayed clock signal C 1 is supplied to the circuit block B, the second delayed clock signal C 2 is supplied to the circuit block C, and the third delayed clock signal C 3 is supplied to the circuit block A. Instruct the connection of the selector 43 to be switched.
[0034]
As a result, the selected delayed clock signal D 1 of the circuit block A becomes the third delayed clock signal C 3 , the selected delayed clock signal D 2 of the circuit block B becomes the first delayed clock signal C 1 , and the circuit block C selection delayed clock signal D 3 of becomes the second delayed clock signal C 2.
[0035]
Next, the operation of the ASIC 1 described above will be described.
When the clock signal C 0 is supplied from the clock signal supply source to the clock signal distribution circuit 2, the delay elements 31, 32, and 33 of the delay unit 3 cause the first delay elements having different delay values from each other as shown in FIG. A clock signal C 1 , a second delayed clock signal C 2 , and a third delayed clock signal C 3 are generated. These delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 are input to the selector 43.
[0036]
The third delayed clock signal C 3 is input to the inverter 41 with the selector 43. Inverter 41 inverts third delayed clock signal C3 to generate inverted signal U as shown in FIG. The generated inverted signal U is output to the selection signal generation counter 42.
[0037]
The selection signal generation counter 42 counts in synchronization with the rising edge of the inverted signal U, generates a selection signal S having a value corresponding to the count value, and outputs the selection signal S to the selector 43.
[0038]
When the count value indicated by the selection signal S is 0, the selection signal S is displayed as “A, B, C” as described above. Thus the selector 43 supplies the first delayed clock signal C 1 as the selected delayed clock signal D 1 to the circuit block A, circuit block A operates in synchronization with the rising edge of the selection delayed clock signal D1.
[0039]
Similarly, the circuit block B is supplied the second delayed clock signal C 2, circuit block B operates in synchronization with the second rising edge of the delayed clock signal C 2. Furthermore the circuit block C is supplied a third delayed clock signal C 3, the circuit block C operates in synchronization with the third rising edge of the delayed clock signal C 3. With the operation of each of the circuit blocks A, B, and C, a through current is generated in the order of the circuit block A, the circuit block B, and the circuit block C as shown in FIG.
[0040]
When the next clock signal is input to the clock signal distribution circuit 2 from the clock supply source, the count value of the selection signal generation counter 42 becomes 1, and the selection signal S is changed to one indicated by “C, A, B”. Become.
[0041]
The selector 43 switches the internal connection according to the selection signal S, and supplies the first delayed clock signal C 1 to the circuit block C, the second delayed clock signal C 2 to the circuit block A, and the third delayed clock signal each distributing C 3 to the circuit block B. Each of the circuit blocks A, B, and C sequentially operates according to the input delayed clock signals C 2 , C 3 , and C 1 . Accordingly, a through current is generated in the order of the circuit block C, the circuit block A, and the circuit block B.
[0042]
When the clock signal C0 is further supplied from the clock supply source, the count value of the selection signal generation counter 42 becomes 2, and the selection signal S is displayed as "B, C, A". The selector 43 sequentially supplies the first delayed clock signal C 1 to the circuit block B, the second delayed clock signal C 2 to the circuit block C, and the third delayed clock signal C 3 in response to the selection signal S. The internal connection is switched so as to supply the circuit block A.
Each of the circuit blocks A, B, and C operates according to the supplied delayed clock signals C 3 , C 1 , and C 2, and accordingly, a through current flows through the circuit block B, the circuit block C, and the circuit block A in this order. Occurs.
[0043]
According to the ASIC 1 described above, since the clock signal distribution circuit 2 is provided, the delay clock signals having different delay values are supplied to the circuit blocks A, B, and C as the selected delay clock signals D 1 , D 2 , and D 3. This prevents each of the circuit blocks A, B, and C from starting to operate simultaneously, thereby dispersing the amount of through current generated.
[0044]
Further, it is possible to change the generation timing of the selected delay clock signals D 1 , D 2 , D 3 based on the clock signal C 0 supplied from the clock supply source. That is, the selected delay clock signal D 1 of the circuit block A changes in the order of the first delay clock signal C 1 , the second delay clock signal C 2 , and the third delay clock signal C 3 , and the selection delay of the circuit block B The clock signal D 2 changes in the order of the second delayed clock signal C 2 , the third delayed clock signal C 3 , and the first delayed clock signal C 1 , and the selected delayed clock signal D 3 of the circuit block C is the third delayed clock signal D 3 . The delay clock signal C 3 , the first delay clock signal C 1 , and the second delay clock signal C 3 change in this order.
[0045]
The circuit block synchronized with each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 is switched every clock, and as shown in FIG. 3, macroscopically, each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 is switched. The through current generated in each circuit block at the rising edge (change point) is averaged and appears. Therefore, even when the ASIC 1 includes a large-scale block with a high degree of integration such as the circuit block C, the influence of the through current generated by the circuit block C can be reduced by the other circuit blocks A and B. For this reason, the reduction in the peak value of the through current as a whole of the ASIC 1 can prevent the power supply voltage from lowering and reduce EMI.
[0046]
Further, by generating the selection signal S delay value selection signal generating counter 42 in synchronization with the inverted signal U of the third delayed clock signal C 3 having the maximum respective delayed clock signals C 1, C 2, C When the signal level of the signal No. 3 is “low”, the internal connection of the selector 43 is switched to switch the delay clock signal supplied to each circuit block A, B, C. Therefore, it is possible to prevent the selector 43 from erroneously operating when switching the connection, and to ensure that each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 input to the input terminals has a predetermined value in accordance with the content of the selection signal S. It can be distributed to circuit blocks.
[0047]
Further, the timing of switching the connection inside the selector 43 and the timing of starting operation of each of the circuit blocks A, B, and C by the delayed clock signal can be shifted, so that generation of noise due to simultaneous switching can be prevented. In addition, malfunction of each of the circuit blocks A, B, and C can be prevented.
[0048]
The delay value of each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 is within a range that satisfies the setup time and the hold time of the flip-flop provided in each of the circuit blocks A, B, and C. , B, and C, the synchronization of the entire ASIC 1 can be maintained.
[0049]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, the number of circuit blocks included in the ASIC 1 and the number of delay elements included in the delay unit 3 are not limited. The configuration of the delay unit 3, as long as the clock signal C 0 supplied from the clock signal supply source can generate a plurality of delayed clock signals having different delay values, being limited to the above structure Absent.
[0050]
Further, the count value indicated by the selection signal S and the delay clock signals C 1 , C 2 , and C 3 that the selector 43 supplies to the circuit blocks A, B, and C, respectively, are predetermined, but are not limited thereto. Not something. The distribution unit 4 distributes the plurality of delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 having different delay values generated by the delayed clock generation unit 3 to the circuit blocks A, B, and C based on the selection signal S. Any configuration can be used as long as it can selectively switch the delayed clock signal to a delayed clock signal having a different delay value.
[0051]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a delay clock signal having a different delay value is supplied to each circuit block, and a delay clock supplied to each circuit block based on a clock signal supplied from a clock signal supply source. Since the signal is selectively switched to the delayed clock signal having another delay value, the timing at which each circuit block operates can be different every time a clock signal is input from the clock supply source. When the clock signal is viewed macroscopically, the through current generated at the start of operation in each circuit block will appear on average, and even if a large-scale circuit block with a high degree of integration is provided, the through current will occur. The effect of the current can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the peak value of the through current in the entire circuit, thereby preventing the power supply voltage from lowering and reducing the EMI.
[0052]
According to the second aspect of the present invention, the same effects as those of the first aspect can be obtained, and the distributing section can synchronize each circuit block with the inverted signal of the delayed clock signal having the maximum delay value. Since the supplied delayed clock signal is switched to the delayed clock signal having another delay value, the timing of the switching operation of the distribution unit and the timing of starting the operation of each circuit block by the delayed clock signal can be shifted. Thereby, malfunction of each circuit block can be prevented.
[0053]
According to the third aspect of the present invention, even if the semiconductor integrated circuit includes a plurality of circuit blocks having independent functions, each circuit block operates by the clock signal distribution circuit according to the first or second aspect. And the timing at which each circuit block operates can be changed each time a clock signal is input. Therefore, the peak value of the amount of through current generated can be reduced, the power supply voltage can be prevented from lowering, and EMI can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of an example of a clock signal distribution circuit and a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing waveforms of various signals generated by the clock signal distribution circuit of FIG.
FIG. 3 is a diagram macroscopically showing a waveform of a through current generated with each of the delayed clock signals C 1 , C 2 , and C 3 .
FIG. 4 is a waveform diagram showing a state of occurrence of a conventional through current.
FIG. 5 is a block diagram showing a conventional clock signal distribution circuit.
FIG. 6 is a diagram showing waveforms of various signals generated by a conventional clock signal distribution circuit.
[Explanation of symbols]
1 ASIC (semiconductor integrated circuit)
2 clock signal distribution circuit 3 delay clock signal generation unit 31 delay element 32 delay element 33 delay element 4 distribution unit 41 inverter 42 selection signal generation counter 43 selector C 0 clock signal C 1 delay clock signal C 2 delay clock signal C 3 delay clock Signal D 1 Selected delayed clock signal D 2 Selected delayed clock signal D 3 Selected delayed clock signal S Selected signal

Claims (3)

クロック信号に同期して動作する複数の回路ブロックに、クロック信号供給源から供給されるクロック信号を分配供給するクロック信号分配回路であって、
前記クロック信号供給源から供給されるクロック信号を遅延し、互いに遅延値の異なる複数の遅延クロック信号を生成出力する遅延クロック信号生成部と、
前記クロック信号に基づいて、異なる遅延値を有する複数の遅延クロック信号を選択的に切り換えて前記各回路ブロックにそれぞれ分配する分配部と、
を備えていることを特徴とするクロック信号分配回路。
A clock signal distribution circuit that distributes a clock signal supplied from a clock signal supply source to a plurality of circuit blocks operating in synchronization with the clock signal,
A delayed clock signal generating unit that delays a clock signal supplied from the clock signal supply source and generates and outputs a plurality of delayed clock signals having different delay values from each other;
A distributing unit that selectively switches a plurality of delayed clock signals having different delay values and distributes the delayed clock signals to the respective circuit blocks based on the clock signal;
A clock signal distribution circuit, comprising:
請求項1に記載のクロック信号分配回路において、
前記分配部は、最大の遅延値を有する遅延クロック信号の反転信号に同期して、各回路ブロックにそれぞれ供給する遅延クロック信号を選択的に切り換えることを特徴とするクロック信号分配回路。
The clock signal distribution circuit according to claim 1,
A clock signal distribution circuit, wherein the distribution unit selectively switches a delay clock signal to be supplied to each circuit block in synchronization with an inverted signal of a delay clock signal having a maximum delay value.
クロック信号に同期して動作する複数の回路ブロックを備えた半導体集積回路において、
請求項1または2に記載のクロック信号分配回路を備えたことを特徴とする半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks operating in synchronization with a clock signal,
A semiconductor integrated circuit comprising the clock signal distribution circuit according to claim 1.
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