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DRAM中一种延迟时间稳定的时钟树驱动电路

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【摘要】本文介绍了一个应用于DRAM芯片的延迟时间稳定的时钟树驱动电路。所述的时钟树驱动电路采用一种随电压变化不敏感的驱动电路设计，以保证在驱动电路的供电电压发生过冲或者是有压降时，时钟树驱动电路的延迟时间能够保持相对稳定，从而保证输出数据时序稳定，实现较好的数据输出眼图。

【关键词】时钟树延迟时间模拟集成电路

一、引言

随着JEDEC接口标准的不断升级，从最初的SDR到DDR，DDR2/DDR3，到目前最新的DDR4 接口协议，动态内存芯片（DRAM）支持的时钟频率不断升高，DDR4 最高支持3200的数据传输速率。为了保证良好的数据输出眼图性能，DRAM中的时钟树电路设计变得非常关键。时钟树电路的时序稳定直接关系到DRAM输出数据眼图的大小。

二、DRAM中传统的时钟驱动树电路设计

DRAM中的数字时钟锁相环输出的时钟信号需要经过时钟树驱动电路和片上输出驱动最终输出数据。而时钟树驱动电路部分的设计尤其关键。图1为一个目前DRAM中传统的时钟树驱动电路。Clkt，clkc为锁相环输出的互补时钟信号，en_dplck为一级时钟选通信号，en_par为二级时钟选通信号。由于时钟树驱动电路耗电较大，加上其一级时钟选择电路和二级时钟选择电路的使能信号随不同的操作模式进行开关切换，由此导致时钟树电路的耗电也会有动态的切换。

在DRAM芯片中，时钟树的供电电压由内部的LDO电压供电模块提供。一级时钟选择信号由与省电模式相关的信号生成，当芯片进入省电模式时，时钟树的时钟信号被关掉，耗电减少，电压会有瞬态的上冲；当退出省电模式时，时钟开启，耗电增大，内部供电电压有下降，由此会导致整个时钟树电路的传递延迟变慢，而且由于电压抖动对时钟信号的上升沿和下降沿部分的影响不同，也会导致时钟树电路的输出信号的占空比变差。而在目前的DRAM设计中，大多是通过增加供电电压网络上的电容或者改善供电电压生成器的性能来减少电压抖动，以期望改善时钟树输出信号的性能。但是这些方法占用了很大的芯片面积而且效果不是很理想。

三、DRAM中一种延迟时间稳定的时钟树驱动电路

为了解决现有的时钟树驱动电路在供电电压抖动时会产生延迟，造成输出数据眼图变窄的技术问题，本文所述时钟树驱动电路采用一种随电压变化不敏感的驱动电路设计，以保证在驱动电路的供电电压发生过冲或者是有压降时，时钟树驱动电路的延迟时间能够保持相对稳定，从而保证输出数据时序稳定，实现较好的数据输出眼图。

如图2所示，本时钟树驱动电路主要包括四部分电路：一级时钟选择电路，驱动电路，二级时钟选择电路，时钟沿对准电路，以及电流镜像电路。一级时钟选择电路上还连接有NMOS管和PMOS管，NMOS管和PMOS管的漏端均与一级时钟选择电路连接；驱动电路上连接有NMOS管和PMOS管，NMOS管和PMOS管的漏端均与驱动电连接；二级时钟选择电路上连接NMOS管和PMOS管，NMOS管和PMOS管的漏端均与二级时钟选择电路连接；

其中clkt，clkc为从数字时钟锁相环输出的一组互补时钟信号。En_dpclk为一级时钟使能信号，主要与省电模式操作相关。En_par为二级时钟使能信号，主要与读操作命令有关。Iref为DRAM芯片中与温度电压基本无关的参考电流。经过电流镜像电路生成vbiasn和vbiasp两个电压，分别连接到NMOS和PMOS的栅端镜像一个固定的电流到时钟树电路中。图3所示电流镜像电路的结构图。当然除了电流镜像电路，还可以是其他现有技术中一些能够产生电压的电路。

对于输入时钟信号clkt，clkc，当信号从低变高时，经过PMOS管精确镜像过来的电流Iref对内部节点进行充电，其充电时间固定，无论供电电压抖动大小，此时钟信号的上升沿和延迟时间都仅有Iref决定，同理，当信号由高变低时，经过NMOS管镜像过来的电流Iref对内部电压节点进行放电，其放电时间也不随供电电压变化，所以时钟信号的下降沿和延迟时间也都相对稳定。时钟树电路的每一级均经过上述处理后，那么整个时钟树电路的延迟时间和输出时钟的占空比都会对供电电压不敏感，从而保证了较好的输出数据眼图。此固定电流通过PMOS管和NMOS管对中间节点进行充电/放电，其充电/放电时间基本保持恒定。所以每一级电路的传递延迟仅与iref有关，与内部供电电压的抖动基本无关。

本文所述的延迟时间稳定的时钟树驱动电路，具有以下优点：

1、在时钟树驱动电路的设计中，采用一种随电压变化不敏感的驱动电路设计，以保证在驱动电路的供电电压发生过冲或者是有压降时，时钟树驱动电路的延迟时间能够保持相对稳定，从而保证输出时钟信号稳定，实现较好的数据输出眼图。2、本文所述电路结构设计简单，但却大大改善了电路的性能。

四、结论

通过采用一种随电压变化不敏感的时钟树驱动电路设计，以保证在驱动电路的供电电压发生过冲或者是有压降时，时钟树驱动电路的延迟时间和时钟的占空比能够保持相对稳定，从而保证输出数据时序稳定，实现较好的数据输出眼图。

参考文献

[1]贾雪绒，“一种延迟时间稳定的时钟树驱动电路”专利号201420575679.2，证书号4086328；授权日期 2015/01/21

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