DE3936901A1

DE3936901A1 - Halbleiterchip mit mehreren schieberegistern

Info

Publication number: DE3936901A1
Application number: DE19893936901
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Budnik; Manfred Dipl Ing Schmid; Wilhelm Dipl Ing Doerr
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1991-05-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterchip mit mehreren Schieberegistern.

Schieberegister werden in der elektrischen Nachrichtentechnik zur Verzögerung von Digitalsignalen verwendet.

Ein solches Schieberegister ist in Tietze-Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 8. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 1986, auf den Seiten 251 und 252 beschrieben. Es besteht aus mehreren hintereinander geschalteten bistabilen Kippschaltungen. Das zu verzögernde Digitalsignal wird in die erste Kippschaltung eingeschrieben. Das verzögerte Digitalsignal wird aus der letzten Kippschaltung ausgelesen. Die Verzögerungszeit ergibt sich aus der Anzahl der hintereinander geschalteten Kippschaltungen und der Bitrate oder Taktfrequenz des Digitalsignals.

Mehrere solcher Schieberegister sind als integrierte Schaltung auf einem Halbleiterchip integriert. Dabei müssen zwei Grenzwerte beachtet werden, nämlich der geometrische Grenzwert und der thermische Grenzwert. Beide Grenzwerte geben die höchstmögliche Anzahl von Schieberegistern an, die sich auf einem Halbleiterchip integrieren lassen. Der geometrische Grenzwert ergibt sich aus den kleinstmöglichen geometrischen Abmessungen der Leiterbahnen, Transistoren usw. Der thermische Grenzwert ergibt sich aus der für das Halbleiterchip festgelegten höchsten Temperatur, wodurch die höchstmögliche Verlustleistung bestimmt ist.

Mit jedem der auf dem Halbleiterchip integrierten Schieberegister kann ein Digitalsignal verzögert werden. Die Anzahl der Kippschaltungen ist üblicherweise bei allen Schieberegistern gleich.

Zum Aufbau von integrierten Schaltungen sind verschiedene Schaltkreistechniken bekannt. Allen Schaltkreistechniken gemeinsam ist, daß die einzelnen Kippschaltungen, Gatter usw. eine bestimmte Ruheverlustleistung aufnehmen, solange keine Wechsel der logischen Zustände auftreten und daß beim Wechseln der logischen Zustände eine zusätzliche dynamische Verlustleistung auftritt, die umso höher ist, je höher die Bitrate oder Taktfrequenz des zu verarbeitenden Digitalsignals ist. Eine der Ursachen für das Auftreten dieser dynamischen Verlustleistung ist die Umladung von Kapazitäten bei jedem Wechsel des logischen Zustandes.

Weit verbreitet ist die CMOS-Schaltkreistechnik. Sie ist z. B. in der deutschen Zeitschrift "Elektronik", 1971, Heft 4, Seiten 111 bis 116, beschrieben. Bei ihr ist die Zunahme der dynamischen Verlustleistung und damit auch der gesamten Verlustleistung mit zunehmender Taktfrequenz besonders stark ausgeprägt, weil die Ruheverlustleistung verhältnismäßig gering ist.

Wegen der Zunahme der Verlustleistung mit zunehmender Bitrate liegt ab einer bestimmten hohen Bitrate der thermische Grenzwert niedriger als der geometrische Grenzwert. Oberhalb dieser hohen Bitrate können deshalb nicht so viele Schieberegister auf einem Halbleiterchip integriert werden wie entsprechend dem geometrischen Grenzwert möglich wären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterchip mit mehreren Schieberegistern anzugeben, welches folgenden Forderungen gerecht wird:

a) Die Verzögerungszeit soll für jedes Digitalsignal individuell zwischen einem Kleinstwert und einem Größtwert einstellbar sein.
b) Es soll auch bei einer hohen Bitrate eine große Anzahl von Schieberegistern auf dem Halbleiterchip integriert sein, unter Beachtung der für das Halbleiterchip festgelegten höchstzulässigen Temperatur.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterchip gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Weiterbildung nach dem Anspruch 2 ermöglicht eine Verzögerungszeit von Null.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Das erfindungsgemäße Halbleiterchip weist mehrere Schieberegister auf. Jedes Schieberegister besteht aus einer Anzahl hintereinander geschalteter bistabiler Kippschaltungen, wobei die Anzahl entsprechend dem geforderten Größtwert der Verzögerungszeit und der Bitrate des Digitalsignals bemessen ist. Es sind erste Mittel zum Einschreiben des Digitalsignals in die erste Kippschaltung vorgesehen. Ferner sind zweite Mittel zum Auslesen des Digitalsignals vorgesehen. Sie weisen eine Einstellmöglichkeit für die Anzahl der aktiven Kippschaltungen auf. Unter dem Begriff "aktive Kippschaltungen" werden, beginnend mit der ersten Kippschaltung, diejenigen verstanden, die zur Erzielung der gewünschten Verzögerungszeit erforderlich sind. Die zweiten Mittel sind so ausgebildet, daß das Digitalsignal aus der letzten aktiven Kippschaltung ausgelesen wird. Die der letzten aktiven Kippschaltung folgenden Kippschaltungen sind die nicht benötigten Kippschaltungen. Die kleinste Anzahl der aktiven Kippschaltungen ergibt sich aus dem Kleinstwert der wählbaren Verzögerungszeit. Ist als Kleinstwert die Verzögerungszeit Null vorgesehen, so sind die ersten und die zweiten Mittel so ausgebildet, daß das Digitalsignal erst gar nicht in die erste Kippschaltung eingeschrieben wird, sondern sofort ausgelesen wird. Es sind ferner dritte Mittel vorgesehen, die die nicht benötigten Kippschaltungen dauernd in einem bestimmten logischen Zustand halten.

Unter der Voraussetzung, daß mehrere Kippschaltungen zur Erzielung der gewünschten Verzögerungszeit erforderlich sind, ergibt sich folgende Funktion: Durch die ersten Mittel wird das zu verzögernde Digitalsignal Bit für Bit in die erste Kippschaltung eingeschrieben. Das Digitalsignal wandert dann, jeweils um eine Taktzeit verzögert, durch die zweite, dritte, vierte usw. Kippschaltung bis in die letzte aktive Kippschaltung, aus der es durch die zweiten Mittel ausgelesen wird. Wird der Größtwert der Verzögerungszeit gewählt, wird das Digitalsignal erst aus der letzten Kippschaltung des Schieberegisters ausgelesen, und es gibt keine nicht benötigten Kippschaltungen. Wenn nicht gerade der Größtwert der Verzögerungszeit gewählt wurde, werden die nicht benötigten Kippschaltungen durch die dritten Mittel dauernd in einem bestimmten logischen Zustand gehalten. Dabei ist es gleichgültig, ob man dafür den ja- oder den nein-Zustand wählt. So wird erreicht, daß die dynamische Verlustleistung nur in den aktiven Kippschaltungen auftritt.

Unter der Voraussetzung, daß nicht alle Digitalsignale mit dem Größtwert der Verzögerungszeit verzögert werden müssen, können bei gegebener hoher Bitrate durch die Erfindung mehr Schieberegister auf einem Halbleiterchip integriert werden, als ohne Anwendung der Erfindung. Aber auch wenn die Zahl der Schieberegister nicht erhöht werden soll, läßt sich die Erfindung vorteilhaft anwenden. Sie bewirkt dann eine Senkung der Verlustleistung.

Claims

1. Halbleiterchip mit mehreren Schieberegistern, wobei ein einzelnes Schieberegister wie folgt ausgebildet ist:

a) Es weist eine Anzahl hintereinander geschaltete bistabile Kippschaltungen auf.
b) Es weist erste Mittel zum Einschreiben eines Digitalsignals in die erste Kippschaltung auf.
c) Es weist zweite Mittel zum Auslesen des Digitalsignals aus der letzten aktiven Kippschaltung auf.
d) Die zweiten Mittel weisen eine Einstellmöglichkeit für die Anzahl der aktiven Kippschaltungen auf.
e) Das Schieberegister weist dritte Mittel auf, die die nicht benötigten Kippschaltungen dauernd in einem bestimmten logischen Zustand halten.

2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei ein einzelnes Schieberegister wir folgt ausgebildet ist:

a) Die ersten und die zweiten Mittel sind so ausgebildet, daß das Digitalsignal, ohne es in die erste Kippschaltung einzuschreiben, sofort wieder ausgelesen werden kann.