[发明专利]时钟提供电路及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及时钟提供电路及其设计方法，尤其涉及将时钟提供给多个工作元件的时钟树结构的时钟提供电路及其设计方法。

背景技术

近些年随着制造工艺的细分化，布线以及晶体管的制造的参差不齐给时钟提供电路的性能带来了很大的影响。可以举出的一个例子是，由于布线以及晶体管的制造的参差不齐，产生的问题是导致了时钟信号的延迟时间的参差不齐。一般而言，每级单元的延迟时间td可以利用不依赖于负载的延迟时间t0、决定每单位负载容量的延迟时间的系数Δt、成为负载的后一级单元的栅极电容Cg、以及成为负载的布线电容(以下称为布线电容)Cw，以以下的公式(1)来表示。

td＝t0+Δt(Cg+Cw)…(1)

在上述的公式(1)中，延迟时间t0、系数Δt以及栅极电容Cg因晶体管制造的参差不齐而发生变动。布线电容Cw因布线制造的参差不齐而发生变动。为此，在布线以及晶体管出现制造上的参差不齐的情况下，时钟信号的延迟时间则发生变动。据此，时钟脉冲相位差会变大到预想之上。

作为抑制时钟脉冲相位差的以往的时钟提供电路，周知的是利用时钟缓冲树结构(以下称为“时钟树结构”)的时钟提供电路(例如，参照非专利文献1)。

时钟树结构是缓冲等驱动元件为树状的结构。将来自时钟发生电路的时钟信号施加到位于树状的最上端的驱动元件的输入中。使双稳态电路或存储器宏单元(Memory Macrocells)等工作元件与树状的末端连接。根据这样的构成，时钟树结构可以降低时钟脉冲相位差。

作为比通常的时钟树结构能够降低时钟脉冲相位差的时钟树结构，周知的是H树结构(例如，参照非专利文献1)。H树结构是指，具有作为驱动元件间的布线的H形状的布线结构。H树结构是由以中央部的H形状的布线为中心，逐渐变小的H形状的布线组成的树结构。具体而言，在H树结构中，在中央部的H形状的布线中心被施加有来自时钟发生电路的时钟信号。在中央部的H形状的四个末端分别连接有驱动元件。该驱动元件的各自的输出与后一级的H形状的布线的中心相连接。而且，该H形状的布线的四个末端分别连接有驱动元件。即，H树结构可以使一个直线电路的末端位于后一级直线电路的中央而使电路分支，因此不会发生时钟脉冲相位差。

然而，在H树结构中存在的课题是，需要在实际上不需要的位置上配置驱动元件。对此，周知的方式是在只在时钟提供电路的一部分使用H树结构(例如，参照专利文献1)。

图1示出了专利文献1中所记载的以往的时钟提供电路的构成。图1中所示的时钟提供电路100包括构成时钟树结构的多个驱动元件101-104。驱动元件101是时钟树结构的第一级的驱动元件，被施加有时钟信号。驱动元件102-104分别是时钟树结构的第二级到第四级的驱动元件。

图1所示的时钟提供电路100以H树结构来构成时钟树结构的第一级和第二级，以通常的时钟树构成第三级和第四级。据此，时钟提供电路100只有在位于上端的级才是H树结构，由于下端的级不是H树结构，因此至少不需要在下端的级的不必要的位置上配置驱动元件。并且，由于时钟提供电路100在上端的级利用了H树结构，因此可以比利用通常的时钟树结构的情况更能够抑制时钟脉冲相位差。

然而，在制造具有多层布线的时钟提供电路的情况下，各布线层的布线是按照各个布线层以不同的条件(例如，布线层的厚度、布线的宽度以及间隔等)被制造的。为此，布线的结果(例如，参差不齐的大小或倾向等)会因各个布线层而不同。因此，布线电容Cw参差不齐的大小以及倾向也会在各个布线层而不同。但是，在以往的时钟树结构中，没有考虑到在时钟布线上该采用怎样的布线层，而是使用多个布线层来布线。据此，由于利用H树结构，即使布线的长度相同，上述公式(1)中所包含的Δt×Cw也会在布线间产生不同。因此，在时钟路径间的时钟信号的延迟时间上产生差，从而会出现时钟脉冲相位差。即，以往的时钟提供电路出现的问题是，由于各个布线层的布线结果的不同而造成发生时钟脉冲相位差。

为了抑制因各个布线层的布线结果的不同所造成的时钟脉冲相位差，因此减少在时钟布线中所使用的布线层的数量，减小时钟路径间的布线电容的差是有效的。但是，若将时钟布线所使用的布线层仅限定为下端的布线层，则由于时钟布线不能在宏单元上通过而导致迂回布线。据此造成布线混杂。