(57)【要約】【課題】  消費電力の少ないクロックツリー回路を提供する。【解決手段】  クロックツリー回路１を構成するクロックバッファ１１〜１４へは、専用のクロックバッファ用電源端子１０１から、一般回路用電源端子１０２から供給される電源電圧より低い電圧の電源電圧を供給する。ツリー末端のクロックバッファ１４、１５、１６、１７には、レベルシフタ３１、３２、３３、３４をそれぞれに接続する。【選択図】  図１
2007335600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツリー状に接続したクロックバッファが大規模集積回路内にクロックを分配するクロックツリー回路であって、
前記クロックバッファの電源端子を専用端子として前記大規模集積回路の他の電源端子へ供給する電圧よりも低い電圧を供給し、ツリー末端のクロックバッファにレベルシフタを接続することを特徴とするクロックツリー回路。
【請求項２】
前記専用端子からの電源配線を前記大規模集積回路内に格子状に予め配線しておくことを特徴とする請求項１に記載のクロックツリー回路。
【請求項３】
前記格子状に予め配線しておいた電源配線の配線位置に合わせて前記クロックバッファを配置することを特徴とする請求項２に記載のクロックツリー回路。
【請求項４】
前記大規模集積回路がＭＯＳトランジスタで構成されるときに、前記クロックバッファの形成領域を周囲の領域から島状に分離することを特徴とする請求項３に記載のクロックツリー回路。
【請求項５】
ツリー状に接続したクロックバッファが大規模集積回路内にクロックを分配するクロックツリー回路であって、
前記大規模集積回路が複数の電源電圧を用いるときは、前記クロックバッファの電源電圧を前記複数の電源電圧の中の最も低い電圧とし、ツリー末端のクロックバッファのうち接続先が電源電圧の高い回路であるクロックバッファにはレベルシフタを接続することを特徴とするクロックツリー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロックツリー回路に関し、特に大規模半導体集積回路におけるクロックツリー回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の大規模半導体集積回路の集積度の向上および高速化の進展に伴い、大規模半導体集積回路内でのクロックスキューが大きな問題となっている。このクロックスキューを低減させる手法の１つにクロックツリー回路がある。クロックツリー回路では、クロックバッファをツリー上に構成し、ツリー末端の負荷バランスをとることにより、クロックスキューを低減させている。
【０００３】
また、近年の大規模半導体集積回路では消費電力の増大も大きな問題となっており、その対策として、大規模半導体集積回路内の一部の回路を低電圧化することが行われる。このような異なる電源電圧で動作する回路が混在する大規模半導体集積回路内でクロックツリー回路を使用する場合、異なる電源電圧で動作するクロックバッファを混在させてクロックツリーを構成すると、クロックスキューの調整が非常に困難になる。そこで、クロックツリーを構成するバッファを総て大規模半導体集積回路で使用される最も高い電圧で駆動させることで、クロックスキューの調整を容易にするクロックツリー回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、クロックは常時変化する信号であり、また、一般に、大規模半導体集積回路の中で最も高い周波数で動作する信号であるので、大規模半導体集積回路の消費電力の中で、クロック系の消費電力が占める割合はかなり高い。したがって、上述のようなクロックツリーを構成するバッファを総て高電圧で駆動させるクロックツリー回路では、動作電圧が高い分、消費電力が増大するという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−６８０４６号公報  （第７ページ、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、消費電力の少ないクロックツリー回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ツリー状に接続したクロックバッファが大規模集積回路内にクロックを分配するクロックツリー回路であって、前記クロックバッファの電源端子を専用端子として前記大規模集積回路の他の電源端子へ供給する電圧よりも低い電圧を供給し、ツリー末端のクロックバッファにレベルシフタを接続することを特徴とするクロックツリー回路が提供される。
【０００７】
また、本発明の別の一態様によれば、ツリー状に接続したクロックバッファが大規模集積回路内にクロックを分配するクロックツリー回路であって、前記大規模集積回路が複数の電源電圧を用いるときは、前記クロックバッファの電源電圧を前記複数の電源電圧の中の最も低い電圧とし、ツリー末端のクロックバッファのうち接続先が電源電圧の高い回路であるクロックバッファにはレベルシフタを接続することを特徴とするクロックツリー回路が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クロックツリー回路を低電圧で動作させるので、クロックツリー回路の消費電力を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１に係るクロックツリー回路の構成の概念を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すクロックツリー回路１は、クロックバッファ１１〜１７をツリー状に接続して負荷バランスを均等にし、大規模集積回路１００の内部回路へスキューの少ないクロックを分配する。
【００１２】
大規模集積回路１００の内部回路は、一般回路用電源端子１０２から供給される電源電圧で動作する。これに対して、クロックツリー回路１へは、専用のクロックバッファ用電源端子１０１から、一般回路用電源端子１０２から供給される電源電圧より低い電圧の電源電圧を供給する。
【００１３】
すなわち、大規模集積回路１００の内部回路へは、一般回路用電源端子１０２に接続される高電圧電源配線１１２から高電圧の電源電圧が供給されるのに対して、クロックツリー回路１へは、クロックバッファ用電源端子１０１に接続される低電圧電源配線１１１から低電圧の電源電圧を供給する。
【００１４】
なお、大規模集積回路１００の内部回路およびクロックツリー回路１へは、グラウンド電源端子１０３に接続されるグラウンド電源配線１１３により、グラウンド電源電位を供給するが、図１では、それぞれの回路とグラウンド電源配線１１３との接続の記述は省略している。
【００１５】
ここで、図１では、大規模集積回路１００の内部回路として高電圧動作フリップフロップ１２１〜１２４を示し、この高電圧動作フリップフロップ１２１〜１２４に対して、クロックツリー回路１がクロックを分配するときの例を示す。
【００１６】
低電圧で動作するクロックツリー回路１から高電圧で動作する高電圧動作フリップフロップ１２１〜１２４に対してクロックを供給する場合、クロックの信号レベルを低電圧から高電圧に変換して供給する必要がある。そのため、クロックツリー回路１のツリー末端のクロックバッファ１４〜１７には、レベルシフタ３１〜３４をそれぞれに接続する。
【００１７】
これにより、クロックバッファ１４から出力されるクロックはレベルシフタ３１を介して高電圧動作フリップフロップ１２１へ供給され、クロックバッファ１５から出力されるクロックはレベルシフタ３２を介して高電圧動作フリップフロップ１２２へ供給され、クロックバッファ１６から出力されるクロックはレベルシフタ３３を介して高電圧動作フリップフロップ１２３へ供給され、クロックバッファ１７から出力されるクロックはレベルシフタ３４を介して高電圧動作フリップフロップ１２４へ供給される。
【００１８】
このようにして、クロックツリー回路１を構成するクロックバッファ１４〜１７を低電圧で動作させることにより、クロック動作に伴う電力消費を低減させることができる。
【００１９】
ただし、大規模集積回路がＭＯＳトランジスタで構成される場合など、異なる動作電圧で動作するトランジスタ領域は電気的に分離する必要がある。その分、クロックバッファを他の回路と同じ電源電圧で動作させる場合に比べて、大規模集積回路のチップ面積が増大することになる。そこで、クロックバッファを低電圧で動作させる場合、チップ面積の増加ができるだけ少なくなるよう、大規模集積回路のレイアウト設計において、クロックバッファの配置位置を考慮する必要がある。
【００２０】
図２に、そのようなクロックバッファの配置位置を考慮して構成したクロックツリー回路の例を示す。
【００２１】
図２に示す例では、クロックツリー回路１へ電源電圧を供給する低電圧電源配線１１１を予めチップ前面に格子状に配線しておき、クロックツリー回路１を構成するクロックバッファ１１〜２５を、この低電圧電源配線１１１の配線位置に合わせて配置するようにしたものである。
【００２２】
大規模集積回路１００が多層配線構造である場合、クロックツリー回路１へ電源電圧を供給する低電圧電源配線１１１を、他の配線とは異なる配線層を用いて配線することができる。このような専用の配線層を用いて低電圧電源配線１１１を配線することにより、チップ全面を格子状に区切った配線構造を構築することができる。そこで、この配線の直下の領域の中で、クロックツリーの負荷バランスが取れる任意の位置にクロックツリー回路１を構成するクロックバッファ１１〜２５を配置すると、クロックバッファ１１〜２５の配置位置を限定することができる。しかも、その配置位置が、低電圧電源配線１１１を配線した格子の位置に規則的に配列される。
【００２３】
そのため、低電圧で動作するクロックバッファ１１〜２５のトランジスタ領域を高電圧で動作する他の回路のトランジスタ領域から分離するための分離層の形成領域も規則的に配置される。その結果、クロックバッファをランダムに配置する場合に比べて、チップ面積の増加における無駄を少なくすることができる。
【００２４】
図３は、クロックバッファのトランジスタ領域の分離の様子を図２示したクロックバッファ１５を例にとって示したものである。
【００２５】
クロックバッファ１５を構成する低電圧動作トランジスタ領域１５０は、その周囲を取り囲むように絶縁膜による分離層１６０を形成することにより、その周囲の高電圧動作トランジスタ領域１７０から分離される。
【００２６】
すなわち、クロックバッファ１５を構成する低電圧動作トランジスタ領域１５０は、分離層１６０により周囲の高電圧動作トランジスタ領域１７０から分離されて、大規模集積回路１００のチップ上に島状の領域を形成する。
【００２７】
一方、この島状の領域以外は、高電圧動作トランジスタ領域１７０となるので、この領域に大規模集積回路１００の高電圧で動作する回路を形成することができる。そのために、高電圧動作トランジスタ領域１７０には、低電圧電源配線１１１とは別の配線層を用いる高電圧電源配線１１２およびグラウンド電源配線１１３を配線する。
【００２８】
なお、グラウンド電源配線１１３からは、クロックバッファ１５に対してもグラウンド電源電位が供給される。
【００２９】
このような本実施例によれば、専用の電源端子を設けることにより、クロックツリー回路を他の回路よりも低い電圧で動作させることができるので、クロックツリー回路の消費電力を少なくすることができる。
【００３０】
また、クロックツリー回路を構成するクロックバッファへ電源電圧を供給する低電圧電源配線を予め格子状に配線しておき、この電源配線位置に合わせてクロックバッファのトランジスタ領域を周囲の領域から分離して島状に形成するので、このクロックツリー回路を搭載する大規模集積回路のチップサイズが無駄に増加することを防止することができる。
【実施例２】
【００３１】
図４は、本発明の実施例２に係るクロックツリー回路の構成の概念を示すブロック図である。
【００３２】
本実施例のクロックツリー回路２を搭載する大規模集積回路２００は、複数の電源電圧を使用する。そのうち最も低い電源電圧が低電圧電源端子２０１から供給され、それよりも高い電源電圧が高電圧電源端子２０２から供給される。
【００３３】
大規模集積回路２００には、低電圧で動作する低電圧動作フリップフロップ１３３、１３４と、高電圧で動作する高電圧動作フリップフロップ１２１、１２２が含まれる。低電圧動作フリップフロップ１３３、１３４へは、低電圧電源端子２０１に接続される低電圧電源配線２１１を介して低電圧の電源電圧が供給され、高電圧動作フリップフロップ１２１、１２２へは、高電圧電源端子２０２に接続される高電圧電源配線２１２を介して高電圧の電源電圧が供給される。
【００３４】
クロックツリー回路２は、このような低電圧動作フリップフロップ１３３、１３４および高電圧動作フリップフロップ１２１、１２２に対してクロックを供給する。
【００３５】
クロックツリー回路２は、大規模集積回路２００が使用する複数の電源電圧のうち、最も低い電源電圧、すなわち、低電圧電源端子２０１から供給される電源電圧を使用する。そのために、クロックツリー回路２を構成するクロックバッファ１１〜１７は、低電圧電源配線２１１へ接続する。
【００３６】
なお、図４においても図１と同様、グラウンド電源端子２０３に接続されるグラウンド電源配線２１３と各回路との接続の記述は省略している。
【００３７】
このクロックツリー回路２から高電圧動作フリップフロップ１２１、１２２へクロックを供給する場合、ツリー末端のクロックバッファ１４、１５にレベルシフタ３１、３２をそれぞれ接続し、クロックの信号レベルを低電圧から高電圧へ変換した上で供給する。
【００３８】
すなわち、クロックバッファ１４から出力されるクロックはレベルシフタ３１を介して高電圧動作フリップフロップ１２１へ供給され、クロックバッファ１５から出力されるクロックはレベルシフタ３２を介して高電圧動作フリップフロップ１２２へ供給される。
【００３９】
一方、低電圧動作フリップフロップ１３３、１３４へは、クロックツリー回路２から直接クロックを供給することができる。ここでは、クロックバッファ１６から低電圧動作フリップフロップ１３３へクロックを供給し、クロックバッファ１７から低電圧動作フリップフロップ１３４へクロックを供給する。
【００４０】
このような本実施例によれば、大規模集積回路が複数の電源電圧を使用する場合、その中の最も低い電源電圧でクロックツリー回路を動作させることができるので、クロックツリー回路の消費電力を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係るクロックツリー回路の構成の例を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１に係るクロックツリー回路を構成するクロックバッファ用の電源配線とクロックバッファの配置位置との関係を説明するための図。
【図３】本発明の実施例１に係るクロックツリー回路を構成するクロックバッファの領域分離の様子を示す図。
【図４】本発明の実施例２に係るクロックツリー回路の構成の例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４２】
１、２  クロックツリー回路
１１〜２５  クロックバッファ
３１〜３４  レベルシフタ
１０１  クロックバッファ用電源端子
１０２  一般回路用電源端子
２０１  低電圧電源端子
２０２  高電圧電源端子
１１１、２１１  低電圧電源配線
１１２，２１２  高電圧電源配線
１５０  低電圧動作トランジスタ領域
１６０  分離層
１７０  高電圧動作トランジスタ領域
【図１】
2007335600.tif 000003
【図２】
2007335600.tif 000004
【図３】
2007335600.tif 000005
【図４】
2007335600.tif 000006