CN204231325U - 一种门控时钟树 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种门控时钟树。现有的门控时钟树工作中易产生电路噪声。本实用新型包括一个父时钟树、多个子时钟树和一个门控信号控制器。父时钟树为现有的没有门控的时钟树，子时钟树为现有的带有门控的时钟树。父时钟树的第一级缓冲单元时钟输入端为整体钟树的时钟输入，最末级缓冲单元的时钟输出端与对应的子时钟树的门控单元的时钟输入端相接，子时钟树的最末级的缓冲单元的时钟输出端为整体时钟树的时钟输出。门控信号控制器的多路输出分别与子时钟树门控单元的使能输入端相接，使能输入端为整体门控时钟树的门控信号，时钟输入为整体时钟树的时钟输入。本实用新型减少了集成电路的噪声，提高了集成电路的性能。
Description
技术领域
本实用新型属于集成电路技术领域，涉及一种门控时钟树。
背景技术
现有的时钟树如图1所示，是个由许多缓冲单元搭建的网状结构。它有一个源点，多个终点。时钟树的源点一般连接集成电路的时钟输入端。时钟树的终点一般连接集成电路内部模块的寄存器的时钟输入端。时钟树的源点与终点由多级的缓冲单元搭建的树型网状结构连接。时钟树上的时钟信号会产生大量的电平跳变，这些信号的电平跳变引起集成电路中模块的电流活动，消耗大量功耗。
如图2所示，门控时钟树是一种集成电路中使用的低功耗设计方法。当集成电路中的某个模块处于不工作状态时，通过将模块的输入时钟置于静止状态，即模块的时钟树处于关闭状态，此时模块处于小电流模式；当集成电路中的某个模块处于工作状态时，通过与门将此模块的输入时钟置于工作状态，即模块的时钟树处于打开状态，此时模块处于大电流模式。
门控单元可以由与门and实现。当门控单元的使能EN为1时，门控单元的输出信号等于门控单元的时钟输入信号Clock_in ,门控时钟树的输出Clock_out1～4为Clock_in；当门控单元的使能EN为0时，门控单元的输出信号等于0，门控时钟树的输出Clock_out1～4为0，从而关闭输入时钟树的时钟。
门控时钟树可以在模块不工作的时候关闭时钟，从而减少集成电路的功耗。但是由于门控时钟树是在瞬间打开或关闭时钟，从而导致集成电路的模块瞬间在大电流模式与小电流模式间切换。模块的短时间内的电流变化量会在电源分配网络上的电感上感应出较大的感应电压。这种感应电压形成电路噪声并影响电路的稳定。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种门控时钟树。
本实用新型采用多个门控单元代替一个门控单元。通过对多个门控单元的门控使能信号的控制减少模块的单位时间内的电流变化量，从而减少电源分配网络上的电感的感应电压，减少电路噪声。
本实用新型包括一个父时钟树、多个子时钟树和一个门控信号控制器c；父时钟树为现有的没有门控的时钟树，为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接；子时钟树为现有的带有门控的时钟树，为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接，多个子时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端与各自的门控单元的时钟输出端相接，门控单元由与门and实现。
父时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端为整体门控时钟树的时钟输入Clock_in；父时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端Clock_out分别作为多个子时钟树的时钟输入，与对应的子时钟树的门控单元的时钟输入端相接；子时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端为整体门控时钟树的时钟输出；
门控信号控制器c的多路输出分别与对应的子时钟树的门控单元的使能输入端en相连接；门控信号控制器的门控使能输入端为整体门控时钟树的门控信号EN，门控信号控制器的时钟输入为整体门控时钟树的时钟输入Clock_in。
当模块的门控信号变1时，门控信号控制器令多个门控单元的门控信号为1的数量缓慢增加，直到N个门控单元的门控信号都为1。当模块的门控信号变0时，门控信号控制器令N个门控单元的门控信号为0的数量缓慢增加，直到N个门控单元的门控信号都为0。
本实用新型通过控制单位时间内的电流变化量，从而减少电源分配网络上的电感的感应电压，减少了集成电路的噪声，提高集成电路的性能。
附图说明
图1为现有技术中没有门控的时钟树；
图2为现有技术中具有一个门控的时钟树；
图3为本实用新型的时钟树结构图；
图4为门控信号控制器的结构。
具体实施方式
如图3所示，一种门控时钟树包括一个父时钟树、多个子时钟树和一个门控信号控制器c，图中三角形为缓冲单元。
父时钟树为现有的没有门控的时钟树（如图1），为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接。
子时钟树为现有的带有门控的时钟树（如图2），为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接，多个子时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端与各自的门控单元的时钟输出端相接，门控单元由与门and实现。
如图3，父时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端为整体门控时钟树的时钟输入Clock_in；父时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端Clock_out（1,2，···，n）分别作为多个子时钟树的时钟输入，与对应的子时钟树的门控单元and的时钟输入端相接；子时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端为整体门控时钟树的时钟输出Clock_out（1-1,1-2；2-1,2-1；···；n-1，n-2）。
门控信号控制器c的多路输出分别与对应的子时钟树的门控单元的使能输入端en（1,2，···，n）相连接；门控信号控制器的门控使能输入端为整体门控时钟树的门控信号EN，门控信号控制器的时钟输入为整体门控时钟树的时钟输入Clock_in。
令N为子时钟树个数。当模块的门控信号变1时，门控信号控制器令N个子时钟树的门控单元的门控信号为1的数量缓慢增加，直到N个子时钟树的门控单元的门控信号都为1。当模块的门控信号变0时，门控信号控制器令N个子时钟树的门控单元的门控信号为0的数量缓慢增加，直到N个子时钟树的门控单元的门控信号都为0。
设计时钟树的方法如下：
在设计时钟树时，根据N的值大致将模块的寄存器平均分成N份寄存器组。以模块的时钟输入端为源点，建立有N个输出的没有门控的时钟树作为父时钟树。父时钟树的第i（i>=1，i<=N)个时钟输出作为源点，以第i个寄存器组内的所有寄存器的时钟输入端为终点建立第i个具有一个门控的时钟树作为子时钟树。第i个子时钟树的门控使能输入与门控信号控制器c的第i个门控使能输出相连。
如图4所示，门控信号控制器的第i（i>1，i<=N)个寄存器R(i)的数据输入端连接第i-1(i>1,i<=N)个寄存器的数据输出端G(i-1)；第1个寄存器R1的数据输入端连接模块的门控使能输入端口EN；门控信号控制器内的寄存器的时钟输入端连接模块的时钟输入端CLK。
当门控信号控制器的门控使能输入从0变为1后，以后每经过一个时钟周期的时间后，门控信号控制器内的寄存器中便有一个寄存器的数据输出从0变为1。经过N个时钟周期的时间后，门控信号控制器内的寄存器的输出都为1。当门控信号控制器的门控使能输入从1变为0后，以后每经过一个时钟周期的时间后，门控信号控制器内的寄存器中便有一个寄存器的数据输出从1变为0。经过N个时钟周期的时间后，门控信号控制器内的寄存器的输出都为0。门控信号控制器内的每一个寄存器的数据输出端都控制一个子时钟树的开启与关闭，从而实现缓慢开启与缓慢关闭模块时钟的功能。
应该理解的是上述实例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1. 一种门控时钟树，其特征在于：包括一个父时钟树、多个子时钟树和一个门控信号控制器；
所述的父时钟树为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接；
所述的子时钟树为多级的缓冲单元搭建的树型网状结构，上一级缓冲单元的时钟输出端与多个下一级缓冲单元的时钟输入端相接，多个子时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端与各自的门控单元的时钟输出端相接，门控单元采用与门；
父时钟树的第一级缓冲单元的时钟输入端为整体门控时钟树的时钟输入；父时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端分别作为多个子时钟树的时钟输入，与对应的子时钟树的门控单元的时钟输入端相接；子时钟树的最末级的多个缓冲单元的时钟输出端为整体门控时钟树的时钟输出；
门控信号控制器的多路输出分别与对应的子时钟树的门控单元的使能输入端相连接；门控信号控制器的门控使能输入端为整体门控时钟树的门控信号，门控信号控制器的时钟输入为整体门控时钟树的时钟输入。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108052156A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-18 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种基于门控技术的处理器时钟树架构及构建方法 |
| CN108169665A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-06-15 | 深圳市时代云海科技有限公司 | 一种芯片低功耗测试电路和方法 |
| CN112487753A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-12 | 安徽芯纪元科技有限公司 | 一种面向软件开发的时钟树建模方法 |
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