JP2000307395A - 同期回路システム - Google Patents
同期回路システムInfo
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- JP2000307395A JP2000307395A JP11114730A JP11473099A JP2000307395A JP 2000307395 A JP2000307395 A JP 2000307395A JP 11114730 A JP11114730 A JP 11114730A JP 11473099 A JP11473099 A JP 11473099A JP 2000307395 A JP2000307395 A JP 2000307395A
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- circuit
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- asic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は同期回路システムに関し、多機能A
SICに対してノイズ混入防止策を採用せずにスイッチ
ングノイズを低減することができる同期回路システムを
提供することを目的としている。 【解決手段】 それぞれ独立に機能する機能ブロック5
0を複数有する多機能回路60と、該多機能回路60を
搭載し、共通クロックに同期して動作する複数の回路群
とを有する同期回路システムにおいて、前記機能ブロッ
ク50毎にクロックツリーの段数を異ならしめ、前記多
機能回路60の後段の回路群のセットアップ/ホールド
タイムを満たすように、多機能回路60の出力バッファ
のスイッチング時間を決定するスイッチング時間決定手
段を具備して構成する。
SICに対してノイズ混入防止策を採用せずにスイッチ
ングノイズを低減することができる同期回路システムを
提供することを目的としている。 【解決手段】 それぞれ独立に機能する機能ブロック5
0を複数有する多機能回路60と、該多機能回路60を
搭載し、共通クロックに同期して動作する複数の回路群
とを有する同期回路システムにおいて、前記機能ブロッ
ク50毎にクロックツリーの段数を異ならしめ、前記多
機能回路60の後段の回路群のセットアップ/ホールド
タイムを満たすように、多機能回路60の出力バッファ
のスイッチング時間を決定するスイッチング時間決定手
段を具備して構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は同期回路システムに
関し、更に詳しくは同期回路のスイッチングノイズの低
減に関する。
関し、更に詳しくは同期回路のスイッチングノイズの低
減に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、同期回路で構成され、独立した機
能ブロックを複数搭載した半導体集積回路(IC)で
は、独立した機能ブロックにおいて、同一クロックにて
接続される全てのフリップフロップの数(ファンアウ
ト)を調べ、クロックスキューを調整し、各々のフリッ
プフロップに供給されるクロック遅延を同等にするよう
にクロックツリーを構成しているが、この方法だと出力
信号が完全同期になるため、出力バッファ(出力端子)
のスイッチングノイズが増加していた。
能ブロックを複数搭載した半導体集積回路(IC)で
は、独立した機能ブロックにおいて、同一クロックにて
接続される全てのフリップフロップの数(ファンアウ
ト)を調べ、クロックスキューを調整し、各々のフリッ
プフロップに供給されるクロック遅延を同等にするよう
にクロックツリーを構成しているが、この方法だと出力
信号が完全同期になるため、出力バッファ(出力端子)
のスイッチングノイズが増加していた。
【0003】図8は回路システムの構成例を示すブロッ
ク図である。図に示すシステムは、同期回路システム1
0とボード20より構成されている。同期回路システム
10において、11は全体の制御動作を行なうCPU、
12は該CPU11と接続されるASIC(特定用途向
けIC)、13は該ASIC12と接続されるASIC
である。14はASIC13と接続される周辺ICであ
る。
ク図である。図に示すシステムは、同期回路システム1
0とボード20より構成されている。同期回路システム
10において、11は全体の制御動作を行なうCPU、
12は該CPU11と接続されるASIC(特定用途向
けIC)、13は該ASIC12と接続されるASIC
である。14はASIC13と接続される周辺ICであ
る。
【0004】ボード20において、21は同期回路シス
テム10のASIC13と接続されるASIC、22は
該ASIC21と接続される周辺ICである。該周辺I
C22は、同期回路システム10の周辺IC14と接続
されている。そして、これら回路は全て外部からの外部
クロックで同期が取られる。
テム10のASIC13と接続されるASIC、22は
該ASIC21と接続される周辺ICである。該周辺I
C22は、同期回路システム10の周辺IC14と接続
されている。そして、これら回路は全て外部からの外部
クロックで同期が取られる。
【0005】回路システムにおいて、システム内のクロ
ックが1本であり、どの回路群もこのクロックに同期し
て動作させることが、動作安定化を容易に行なう方法で
ある。
ックが1本であり、どの回路群もこのクロックに同期し
て動作させることが、動作安定化を容易に行なう方法で
ある。
【0006】同一クロックに同期して動作する回路シス
テム(多機能ASICも含む)を構成する場合、システ
ム内のほとんどの信号がクロックに同期した信号にな
る。システム内の多機能ASICも同一クロックで動作
させるため、多機能ASICからの出力信号もクロック
に同期した信号となり、多機能ASIC後段の回路も同
一クロックによりその出力信号を受ける。このような完
全同期式の回路システムは、タイミング調整が容易なた
め、誤動作も少ない。ここでいう多機能ASICとは、
例えばCPUインタフェース部、画像処理部、モータ等
に対する駆動パルスを発生するメカ制御部等を含む。
テム(多機能ASICも含む)を構成する場合、システ
ム内のほとんどの信号がクロックに同期した信号にな
る。システム内の多機能ASICも同一クロックで動作
させるため、多機能ASICからの出力信号もクロック
に同期した信号となり、多機能ASIC後段の回路も同
一クロックによりその出力信号を受ける。このような完
全同期式の回路システムは、タイミング調整が容易なた
め、誤動作も少ない。ここでいう多機能ASICとは、
例えばCPUインタフェース部、画像処理部、モータ等
に対する駆動パルスを発生するメカ制御部等を含む。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ここで
問題になってくるのが、多機能ASICの出力バッファ
の同時スイッチングである。ASICは高集積化、多ピ
ン化が進んでいるため、ASIC1チップからの出力信
号も数10本から百本以上と激増している。これら出力
バッファ(チップの出力端子に接続)に同一クロックに
よって動作するフリップフロップ(F/F:記憶素子)
からの出力信号が接続されていると、同位相のクロック
によって出力バッファの状態が変化することになるの
で、多数の出力バッファが同時スイッチングする可能性
がある。
問題になってくるのが、多機能ASICの出力バッファ
の同時スイッチングである。ASICは高集積化、多ピ
ン化が進んでいるため、ASIC1チップからの出力信
号も数10本から百本以上と激増している。これら出力
バッファ(チップの出力端子に接続)に同一クロックに
よって動作するフリップフロップ(F/F:記憶素子)
からの出力信号が接続されていると、同位相のクロック
によって出力バッファの状態が変化することになるの
で、多数の出力バッファが同時スイッチングする可能性
がある。
【0008】このため、チップ内の電源・グラウンドに
ノイズが乗り、多機能ASICの誤動作やシステム全体
の誤動作につながる可能性が出てくる。図9は出力バッ
ファ部のスイッチングの説明図である。図において、3
0が出力バッファで、電源VDDとVSS間に接続されてい
る。図において、L1とL2とは等価的に表された電源
ラインのインダクタである。出力バッファ30にはイン
ダクタL1、L2を介して電源が供給されている。CL
は出力端子に接続される容量性負荷である。
ノイズが乗り、多機能ASICの誤動作やシステム全体
の誤動作につながる可能性が出てくる。図9は出力バッ
ファ部のスイッチングの説明図である。図において、3
0が出力バッファで、電源VDDとVSS間に接続されてい
る。図において、L1とL2とは等価的に表された電源
ラインのインダクタである。出力バッファ30にはイン
ダクタL1、L2を介して電源が供給されている。CL
は出力端子に接続される容量性負荷である。
【0009】(a)は出力バッファがハイレベルになっ
た時に流れる電流を、(b)は出力バッファがローレベ
ルになった時に流れる電流をそれぞれ示す。それぞれの
場合に、インダクタの両端に現れる過渡電圧VLは次式
で表される。
た時に流れる電流を、(b)は出力バッファがローレベ
ルになった時に流れる電流をそれぞれ示す。それぞれの
場合に、インダクタの両端に現れる過渡電圧VLは次式
で表される。
【0010】VL=−(N×L×di/dt) ここで、Nはスイッチング本数、Lはインダクタンス、
di/dtはスイッチング時に流れる過渡電流である。
出力バッファ30の具体的構成を図10に示す。図に示
すように出力バッファの出力段は、Pチャネルトランジ
スタQ1とNチャネルトランジスタQ2の直列回路から
構成され、PチャネルトランジスタとNチャネルトラン
ジスタQ2の共通接続点が出力端子となる。出力バッフ
ァがロー→ハイ、又はハイ→ローに信号変化する時、出
力バッファのPチャネルトランジスタQ1からNチャネ
ルトランジスタQ2へ貫通する貫通電流が流れるだけで
なく、出力バッファに付加されている負荷容量に対し
て、充電電流又は放電電流が流れる。充電電流は出力が
ロー→ハイに変化する際に流れ、放電電流は出力がハイ
→ローに変化する時に流れる。
di/dtはスイッチング時に流れる過渡電流である。
出力バッファ30の具体的構成を図10に示す。図に示
すように出力バッファの出力段は、Pチャネルトランジ
スタQ1とNチャネルトランジスタQ2の直列回路から
構成され、PチャネルトランジスタとNチャネルトラン
ジスタQ2の共通接続点が出力端子となる。出力バッフ
ァがロー→ハイ、又はハイ→ローに信号変化する時、出
力バッファのPチャネルトランジスタQ1からNチャネ
ルトランジスタQ2へ貫通する貫通電流が流れるだけで
なく、出力バッファに付加されている負荷容量に対し
て、充電電流又は放電電流が流れる。充電電流は出力が
ロー→ハイに変化する際に流れ、放電電流は出力がハイ
→ローに変化する時に流れる。
【0011】図11は各部の動作波形を示す図で、図9
に示す回路の動作波形を示している。(a)は出力波
形、(b)はVSS電源端子波形、(c)は入力端子への
印加電圧レベルVINを、(d)は入力バッファしきい値
電圧を、(e)は入力電圧への印加電圧レベルVILをそ
れぞれ示している。即ち、通常の動作の場合、入力電圧
がしきい値レベルよりも高い場合には“1”レベルを出
力し、入力電圧がしきい値レベルよりも低い場合には
“0”レベルを出力する。
に示す回路の動作波形を示している。(a)は出力波
形、(b)はVSS電源端子波形、(c)は入力端子への
印加電圧レベルVINを、(d)は入力バッファしきい値
電圧を、(e)は入力電圧への印加電圧レベルVILをそ
れぞれ示している。即ち、通常の動作の場合、入力電圧
がしきい値レベルよりも高い場合には“1”レベルを出
力し、入力電圧がしきい値レベルよりも低い場合には
“0”レベルを出力する。
【0012】スイッチングノイズのために、入力バッフ
ァしきい値レベルが図の(d)に示すように変化したも
のとする。図のA点では、しきい値レベルが入力電圧レ
ベルVINを超えるために出力は“0”になる。一方、図
のB点では、しきい値レベルが入力電圧レベルVILより
も下がるため、出力は“1”となる。このように、スイ
ッチングノイズのために回路が誤動作する。
ァしきい値レベルが図の(d)に示すように変化したも
のとする。図のA点では、しきい値レベルが入力電圧レ
ベルVINを超えるために出力は“0”になる。一方、図
のB点では、しきい値レベルが入力電圧レベルVILより
も下がるため、出力は“1”となる。このように、スイ
ッチングノイズのために回路が誤動作する。
【0013】このような多機能ASICが搭載されてい
る同一クロックに同期して動作する回路システムにおい
て、前述した多機能ASICの同時スイッチングによる
ノイズ混入を防止するための手段として、多機能ASI
Cチップの電源・グランドを増やして電源・グランドの
抵抗を下げて電源グランドを強化する方法や、同時スイ
ッチングする出力バッファ(出力端子)を削減すること
が考えられる。
る同一クロックに同期して動作する回路システムにおい
て、前述した多機能ASICの同時スイッチングによる
ノイズ混入を防止するための手段として、多機能ASI
Cチップの電源・グランドを増やして電源・グランドの
抵抗を下げて電源グランドを強化する方法や、同時スイ
ッチングする出力バッファ(出力端子)を削減すること
が考えられる。
【0014】ところが、前者の場合電源・グランドを強
化する(グランドの面積を広げる)ためには、電源・グ
ランド用にユーザ使用端子を使用しなければならないの
で、その分、ユーザの使用できる端子の数が減ってしま
う。そのため、更に多ピンパッケージを使用しなければ
ならなくなり、コストアップにつながる。一方、後者の
場合には、同時スイッチングする出力バッファ(出力端
子)を接続するためには、出力バッファの前段にディレ
イ素子を入れて、スイッチングの位相をすこしずつずら
してやる必要があり、回路規模が増大してしまう。或い
は機能自体を削減させなければならなくなる。
化する(グランドの面積を広げる)ためには、電源・グ
ランド用にユーザ使用端子を使用しなければならないの
で、その分、ユーザの使用できる端子の数が減ってしま
う。そのため、更に多ピンパッケージを使用しなければ
ならなくなり、コストアップにつながる。一方、後者の
場合には、同時スイッチングする出力バッファ(出力端
子)を接続するためには、出力バッファの前段にディレ
イ素子を入れて、スイッチングの位相をすこしずつずら
してやる必要があり、回路規模が増大してしまう。或い
は機能自体を削減させなければならなくなる。
【0015】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、多機能ASICに対してノイズ混入防止
策を採用せずにスイッチングノイズを低減することがで
きる同期回路システムを提供することを目的としてい
る。
ものであって、多機能ASICに対してノイズ混入防止
策を採用せずにスイッチングノイズを低減することがで
きる同期回路システムを提供することを目的としてい
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】(1)前記した課題を解
決する本発明は、それぞれ独立に機能する機能ブロック
を複数有する多機能回路と、該多機能回路を搭載し、共
通クロックに同期して動作する複数の回路群とを有する
同期回路システムにおいて、前記機能ブロック毎にクロ
ックツリーの段数を異ならしめ、前記多機能回路の後段
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たすよう
に、多機能回路の出力バッファのスイッチング時間を決
定するスイッチング時間決定手段を具備することを特徴
とする。
決する本発明は、それぞれ独立に機能する機能ブロック
を複数有する多機能回路と、該多機能回路を搭載し、共
通クロックに同期して動作する複数の回路群とを有する
同期回路システムにおいて、前記機能ブロック毎にクロ
ックツリーの段数を異ならしめ、前記多機能回路の後段
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たすよう
に、多機能回路の出力バッファのスイッチング時間を決
定するスイッチング時間決定手段を具備することを特徴
とする。
【0017】このように構成すれば、多機能回路の後段
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲
内で、スイッチング時間決定手段がそれぞれの機能ブロ
ックの出力バッファのスイッチング時間を位相を少しず
つずらしてやり、同時スイッチングする出力バッファの
数を減らすことで、ノイズ混入防止等を採用せずにスイ
ッチングノイズを低減することができ、誤動作を防止す
ることができる。
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲
内で、スイッチング時間決定手段がそれぞれの機能ブロ
ックの出力バッファのスイッチング時間を位相を少しず
つずらしてやり、同時スイッチングする出力バッファの
数を減らすことで、ノイズ混入防止等を採用せずにスイ
ッチングノイズを低減することができ、誤動作を防止す
ることができる。
【0018】(2)請求項1の発明において、前記多機
能回路としてASICを用い、前記スイッチング時間決
定手段は、独立した機能ブロック毎にASICの出力バ
ッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ位相差が生じ
るように前記クロックを分配する。
能回路としてASICを用い、前記スイッチング時間決
定手段は、独立した機能ブロック毎にASICの出力バ
ッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ位相差が生じ
るように前記クロックを分配する。
【0019】このように構成すれば、スイッチング決定
手段がASICの出力バッファの前段の複数の記憶素子
にそれぞれ前記セットアップ/ホールドタイムを満たす
範囲で位相差が生じるようにクロックの分配を行なうこ
とができ、同時スイッチングする出力バッファの数を減
らすことで、スイッチングノイズを低減することがで
き、誤動作を防止することができる。
手段がASICの出力バッファの前段の複数の記憶素子
にそれぞれ前記セットアップ/ホールドタイムを満たす
範囲で位相差が生じるようにクロックの分配を行なうこ
とができ、同時スイッチングする出力バッファの数を減
らすことで、スイッチングノイズを低減することがで
き、誤動作を防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。先ず、本発明が適用され
る前提について説明する。同一クロックに同期して動作
する回路群は、多機能ASICからの出力信号をクロッ
クで必ず受けるものとする。或いは、多機能ASICに
よってクロックをn分割した出力信号パルスによって駆
動するものとする。その場合、多機能ASICからの出
力信号はクロックに同期していなければならず、更に多
機能ASIC後段の回路群のセットアップ/ホールドタ
イムを満たすようなタイミングでなければならない。或
いは、出力信号パルスの設定周期を満足するものでなけ
ればならない。
施の形態例を詳細に説明する。先ず、本発明が適用され
る前提について説明する。同一クロックに同期して動作
する回路群は、多機能ASICからの出力信号をクロッ
クで必ず受けるものとする。或いは、多機能ASICに
よってクロックをn分割した出力信号パルスによって駆
動するものとする。その場合、多機能ASICからの出
力信号はクロックに同期していなければならず、更に多
機能ASIC後段の回路群のセットアップ/ホールドタ
イムを満たすようなタイミングでなければならない。或
いは、出力信号パルスの設定周期を満足するものでなけ
ればならない。
【0021】図1は本発明の原理説明図である。図9と
同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、
60は多機能ASIC、50は該多機能ASIC60内
に設けられた機能ブロックである。この機能ブロック5
0は、ここでは8個の出力フリップフロップ51を有し
ているものとする。該機能ブロック50には、クロック
の他に、該クロックでラッチされるための入力データが
入っている。61は機能ブロック50の前段に設けられ
たバッファである。外部クロックは最初のバッファに入
り、該最初のバッファの出力は次のバッファに入る。以
下、同様である。
同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、
60は多機能ASIC、50は該多機能ASIC60内
に設けられた機能ブロックである。この機能ブロック5
0は、ここでは8個の出力フリップフロップ51を有し
ているものとする。該機能ブロック50には、クロック
の他に、該クロックでラッチされるための入力データが
入っている。61は機能ブロック50の前段に設けられ
たバッファである。外部クロックは最初のバッファに入
り、該最初のバッファの出力は次のバッファに入る。以
下、同様である。
【0022】そして、それぞれのバッファの出力がクロ
ックからクロックとして機能ブロック50に入って
いる。即ち、クロックが一番早く機能ブロック50に
入り、クロックが次に機能ブロック50に入る。この
ようにして、8個のクロックが位相がずれた状態で機能
ブロック50に入っている。機能ブロック50内の各フ
リップフロップの51の出力は、出力バッファ30を介
して外部回路80に入っている。外部回路80内には、
出力バッファの出力を受けるフリップフロップ81が含
まれている。そして、該外部回路80には、前記クロッ
ク(外部クロック)が共通に入力されている。このよう
に構成された回路の動作を、図2のタイムチャートを参
照しつつ説明すれば、以下の通りである。
ックからクロックとして機能ブロック50に入って
いる。即ち、クロックが一番早く機能ブロック50に
入り、クロックが次に機能ブロック50に入る。この
ようにして、8個のクロックが位相がずれた状態で機能
ブロック50に入っている。機能ブロック50内の各フ
リップフロップの51の出力は、出力バッファ30を介
して外部回路80に入っている。外部回路80内には、
出力バッファの出力を受けるフリップフロップ81が含
まれている。そして、該外部回路80には、前記クロッ
ク(外部クロック)が共通に入力されている。このよう
に構成された回路の動作を、図2のタイムチャートを参
照しつつ説明すれば、以下の通りである。
【0023】多機能ASIC60内のフリップフロップ
51は、合計8個あり、この8個のフリップフロップ5
1にはそれぞれクロック〜が入力されている。この
フリップフロップ51の出力信号(出力データ)は、後
段の出力バッファ30にそれぞれ接続され、外部への出
力データは、クロック信号〜にそれぞれ同期した信
号となる。
51は、合計8個あり、この8個のフリップフロップ5
1にはそれぞれクロック〜が入力されている。この
フリップフロップ51の出力信号(出力データ)は、後
段の出力バッファ30にそれぞれ接続され、外部への出
力データは、クロック信号〜にそれぞれ同期した信
号となる。
【0024】その後段の外部回路80の入力データは、
前述した出力データであり、フリップフロップ81にそ
れぞれ入力される。このフリップフロップ81のクロッ
クは全て外部クロックとする。
前述した出力データであり、フリップフロップ81にそ
れぞれ入力される。このフリップフロップ81のクロッ
クは全て外部クロックとする。
【0025】図に示すように、多機能ASIC60とそ
の後段に外部回路80がある場合、図2に示すように多
機能ASIC内部のフリップフロップ51がクロックエ
ッジでデータAを出力し、次のクロックエッジで後
段の回路80がデータAを受ける時、外部回路のフリッ
プフロップ81のセットアップ/ホールドタイムを考慮
すると、多機能ASIC60からの出力信号は、(a)
〜(c)のタイミングが許される。
の後段に外部回路80がある場合、図2に示すように多
機能ASIC内部のフリップフロップ51がクロックエ
ッジでデータAを出力し、次のクロックエッジで後
段の回路80がデータAを受ける時、外部回路のフリッ
プフロップ81のセットアップ/ホールドタイムを考慮
すると、多機能ASIC60からの出力信号は、(a)
〜(c)のタイミングが許される。
【0026】つまり、遅延時間ΔTの中のどのタイミン
グでデータAが変化しても、後段回路80は問題なくデ
ータを受けることが可能であり、同期回路システムを構
成することができる。この遅延時間ΔTは、後段の外部
回路80のフリップフロップ81のセットアップ/ホー
ルドタイムが可能な(確実にデータを受けることができ
る)範囲における出力バッファ30の取りうるタイミン
グを示している。また、出力信号パルスの周期に依存し
て駆動させる回路の場合は、周期が一定であれば、パル
ス信号のスタートポイントが数nsec前後しても、回
路システムとしては問題ない。図1に示す回路の場合、
それぞれのフリップフロップ駆動信号が互いにゲート1
個分ずつ異なっており、クロック〜までの最大の遅
延時間差がΔT以内であれば、正常に動作する。
グでデータAが変化しても、後段回路80は問題なくデ
ータを受けることが可能であり、同期回路システムを構
成することができる。この遅延時間ΔTは、後段の外部
回路80のフリップフロップ81のセットアップ/ホー
ルドタイムが可能な(確実にデータを受けることができ
る)範囲における出力バッファ30の取りうるタイミン
グを示している。また、出力信号パルスの周期に依存し
て駆動させる回路の場合は、周期が一定であれば、パル
ス信号のスタートポイントが数nsec前後しても、回
路システムとしては問題ない。図1に示す回路の場合、
それぞれのフリップフロップ駆動信号が互いにゲート1
個分ずつ異なっており、クロック〜までの最大の遅
延時間差がΔT以内であれば、正常に動作する。
【0027】このように、出力用フリップフロップに入
力するクロックに遅延時間ΔT分の遅延差を与えること
により、多機能ASICの同時スイッチングによるノイ
ズ混入を電源・グランド端子を増加せずに防止し、同期
回路システムを構築することができる。
力するクロックに遅延時間ΔT分の遅延差を与えること
により、多機能ASICの同時スイッチングによるノイ
ズ混入を電源・グランド端子を増加せずに防止し、同期
回路システムを構築することができる。
【0028】更に、上述の構成を利用して(遅延時間Δ
T分のマージンを利用し)、多機能ASIC回路増加や
機能削除を行わずに機能ブロック毎のクロックに位相差
を与えて、出力バッファ同時スイッチングノイズを削減
することを考える。
T分のマージンを利用し)、多機能ASIC回路増加や
機能削除を行わずに機能ブロック毎のクロックに位相差
を与えて、出力バッファ同時スイッチングノイズを削減
することを考える。
【0029】多機能ASIC(半導体集積回路)は、多
数の機能ブロックが搭載され、1つのチップとして構成
されている。そして、その機能ブロックには、フリップ
フロップ(以下F/Fと略す)等の記憶素子が内蔵され
ていて、それらはクロック信号により動作する。
数の機能ブロックが搭載され、1つのチップとして構成
されている。そして、その機能ブロックには、フリップ
フロップ(以下F/Fと略す)等の記憶素子が内蔵され
ていて、それらはクロック信号により動作する。
【0030】同期回路の場合、1本のクロック信号によ
り全てのF/Fが動作するようになっているため、クロ
ック信号に対する負荷がかなり大きい。そのため、クロ
ック信号には多数のバッファを挿入しながら駆動能力を
調整する必要がある。即ち、1本のクロックが、駆動能
力を調整することにより、枝分かれしていくことにな
る。これがクロックツリーである。
り全てのF/Fが動作するようになっているため、クロ
ック信号に対する負荷がかなり大きい。そのため、クロ
ック信号には多数のバッファを挿入しながら駆動能力を
調整する必要がある。即ち、1本のクロックが、駆動能
力を調整することにより、枝分かれしていくことにな
る。これがクロックツリーである。
【0031】図3はASICの従来構成例を示す図、図
4はその各部の動作を示すタイムチャートである。図3
において、40はバッファの多段接続によるクロックツ
リーである。図4において、(a)はクロック(CL
K)、(b)CLK A1、(c)はCLK A2、
(d)はCLK A3、(e)は機能ブロックAの出力
信号、(f)はCLK F1、(g)はCLK F2、
(h)はCLK F3、(i)は機能ブロックFの出力
信号である。(a)のクロックのエッジにより、各機能
ブロックのデータがラッチされるようになっている。
4はその各部の動作を示すタイムチャートである。図3
において、40はバッファの多段接続によるクロックツ
リーである。図4において、(a)はクロック(CL
K)、(b)CLK A1、(c)はCLK A2、
(d)はCLK A3、(e)は機能ブロックAの出力
信号、(f)はCLK F1、(g)はCLK F2、
(h)はCLK F3、(i)は機能ブロックFの出力
信号である。(a)のクロックのエッジにより、各機能
ブロックのデータがラッチされるようになっている。
【0032】共通のクロック(CLK)は入力バッファ
を介して各バッファに入る。そして、各バッファ出力を
複数のバッファが受け、その複数のバッファの各出力を
また複数のバッファが受けるというツリー状をなしてい
る。クロックツリー40の最終段の出力は、クロック
(CLK)A1、CLKA2、CLKA3…CLKF
1、CLKF2、CLKF3となり、次段の機能ブロッ
ク50に入力される。なお、図示されていないが、各機
能ブロック50には、入力データが入っている。
を介して各バッファに入る。そして、各バッファ出力を
複数のバッファが受け、その複数のバッファの各出力を
また複数のバッファが受けるというツリー状をなしてい
る。クロックツリー40の最終段の出力は、クロック
(CLK)A1、CLKA2、CLKA3…CLKF
1、CLKF2、CLKF3となり、次段の機能ブロッ
ク50に入力される。なお、図示されていないが、各機
能ブロック50には、入力データが入っている。
【0033】これら機能ブロック50は、各ブロック毎
に独自の機能を有するものであり、内部に含まれるフリ
ップフロップの数も異なる。そして、各機能ブロック5
0の出力は出力バッファ30により外部機器に接続され
る。ここでは、機能ブロックとして機能ブロックA〜機
能ブロックFが接続されている場合を示している。
に独自の機能を有するものであり、内部に含まれるフリ
ップフロップの数も異なる。そして、各機能ブロック5
0の出力は出力バッファ30により外部機器に接続され
る。ここでは、機能ブロックとして機能ブロックA〜機
能ブロックFが接続されている場合を示している。
【0034】前述したクロックツリーは、駆動能力を調
整するだけでなく、枝分かれしたクロック信号の遅延量
も調整している(クロックスキュー機能)。枝分かれし
たクロックがそれぞれ異なる遅延量を持っていると、非
同期回路になってしまうからである。
整するだけでなく、枝分かれしたクロック信号の遅延量
も調整している(クロックスキュー機能)。枝分かれし
たクロックがそれぞれ異なる遅延量を持っていると、非
同期回路になってしまうからである。
【0035】非同期回路になってしまうと、F/F間の
タイミング調整がかなり困難であり、誤動作の原因にも
なる。よって、入力されるクロックと内部で枝分かれし
たクロック群(CLK A1、CLK A2、CLK
A3、…CLK F1、CLK F2、CLK F3)
では、バッファ分の遅延がつき位相が異なってくるが、
クロックツリーを通過したCLK A1、CLK A
2、CLK A3、…等、機能ブロックに到達するクロ
ックはそれぞれ同位相のクロックになる。
タイミング調整がかなり困難であり、誤動作の原因にも
なる。よって、入力されるクロックと内部で枝分かれし
たクロック群(CLK A1、CLK A2、CLK
A3、…CLK F1、CLK F2、CLK F3)
では、バッファ分の遅延がつき位相が異なってくるが、
クロックツリーを通過したCLK A1、CLK A
2、CLK A3、…等、機能ブロックに到達するクロ
ックはそれぞれ同位相のクロックになる。
【0036】そこで、多機能ASICからの出力信号
は、前述したように、遅延時間ΔTだけタイミングが前
後しても同一クロックに同期してし動作する複数の回路
群(多機能ASICも含む)での完全同期システムを構
成することが可能であるので、多機能ASIC内の機能
ブロックが独立で動作する回路であれば(別機能ブロッ
クのF/F間で信号のやりとりがあると非同期回路にな
ってしまう)、クロックツリーを生成するにあたって、
全体回路でのクロック信号の負荷や遅延量を調整するの
ではなく、機能ブロック毎にクロックツリーを構成し、
意図的にクロックスキューを与えるようにする。これに
より、出力バッファ(出力端子)の同時動作数を減少さ
せることが可能である。
は、前述したように、遅延時間ΔTだけタイミングが前
後しても同一クロックに同期してし動作する複数の回路
群(多機能ASICも含む)での完全同期システムを構
成することが可能であるので、多機能ASIC内の機能
ブロックが独立で動作する回路であれば(別機能ブロッ
クのF/F間で信号のやりとりがあると非同期回路にな
ってしまう)、クロックツリーを生成するにあたって、
全体回路でのクロック信号の負荷や遅延量を調整するの
ではなく、機能ブロック毎にクロックツリーを構成し、
意図的にクロックスキューを与えるようにする。これに
より、出力バッファ(出力端子)の同時動作数を減少さ
せることが可能である。
【0037】図5は本発明の一実施の形態例を示す回路
図である。図3と同一のものは、同一の符号を付して示
す。図6は各部の動作を示すタイムチャートで、図4に
示すそれと同様である。図において、50は複数設けら
れた機能ブロックで、その内部に記憶素子であるF/F
51を出力バッファの数だけ内蔵している。ここで、各
機能ブロック50は、それぞれ独立に機能するものであ
る。図では、機能ブロックAと、機能ブロックDと、機
能ブロックFについて示しているが、これに限るもので
はない。各機能ブロックのF/F51の出力は、出力バ
ッファ30にそれぞれ接続されている。
図である。図3と同一のものは、同一の符号を付して示
す。図6は各部の動作を示すタイムチャートで、図4に
示すそれと同様である。図において、50は複数設けら
れた機能ブロックで、その内部に記憶素子であるF/F
51を出力バッファの数だけ内蔵している。ここで、各
機能ブロック50は、それぞれ独立に機能するものであ
る。図では、機能ブロックAと、機能ブロックDと、機
能ブロックFについて示しているが、これに限るもので
はない。各機能ブロックのF/F51の出力は、出力バ
ッファ30にそれぞれ接続されている。
【0038】ここで、クロックツリーを構成するバッフ
ァの段数は、それぞれの機能ブロック50に到達する時
間差が図2のマージンΔT以内になるように予め設計さ
れている。つまり、これらバッファの段数がスイッチン
グ時間決定手段に相当する。つまり、これらバッファ段
数は、それぞれの機能ブロック50に入力されるクロッ
クの位相差がΔT以内になるように設計されている。別
言すれば、ASICの出力バッファの複数のF/F51
にそれぞれ位相差が生じるように各クロックが分配され
ることになる。しかも、そのクロックの位相差はΔT以
内に収まるようにする。
ァの段数は、それぞれの機能ブロック50に到達する時
間差が図2のマージンΔT以内になるように予め設計さ
れている。つまり、これらバッファの段数がスイッチン
グ時間決定手段に相当する。つまり、これらバッファ段
数は、それぞれの機能ブロック50に入力されるクロッ
クの位相差がΔT以内になるように設計されている。別
言すれば、ASICの出力バッファの複数のF/F51
にそれぞれ位相差が生じるように各クロックが分配され
ることになる。しかも、そのクロックの位相差はΔT以
内に収まるようにする。
【0039】位相差の作り方は、例えば以下の通りであ
る。1個のバッファをクロックが通過するのに要する時
間がδtであるものとする。そうすると、2個のバッフ
ァを通過するのに要する時間は2δt、3個のバッファ
を通過するのに要する時間は3δtである。以下、同様
である。このようにして、各機能ブロックに到達する時
間に差を設け、しかも、それらの時間差が前述したマー
ジンΔT以内になるようにバッファの個数を調整するも
のである。
る。1個のバッファをクロックが通過するのに要する時
間がδtであるものとする。そうすると、2個のバッフ
ァを通過するのに要する時間は2δt、3個のバッファ
を通過するのに要する時間は3δtである。以下、同様
である。このようにして、各機能ブロックに到達する時
間に差を設け、しかも、それらの時間差が前述したマー
ジンΔT以内になるようにバッファの個数を調整するも
のである。
【0040】このようにすれば、出力バッファ30の出
力を受ける外部回路の入力特性のセットアップ/ホール
ドタイムを満足する範囲内で、各機能ブロック50をス
イッチングさせることができる。各機能ブロック50毎
にスイッチングする時間は微妙に異なるので、同時に出
力バッファがスイッチングすることはなくなり、スイッ
チング時に発生する過大なノイズを抑制することができ
る。
力を受ける外部回路の入力特性のセットアップ/ホール
ドタイムを満足する範囲内で、各機能ブロック50をス
イッチングさせることができる。各機能ブロック50毎
にスイッチングする時間は微妙に異なるので、同時に出
力バッファがスイッチングすることはなくなり、スイッ
チング時に発生する過大なノイズを抑制することができ
る。
【0041】図7は動作タイミングの説明図である。図
に示すマージンΔTの間にそれぞれの機能ブロックのス
イッチング時間が入るように、クロックツリーのバッフ
ァ段数を決定する。例えば、t1は機能ブロックAの出
力バッファのスイッチング時間、t2は機能ブロックD
の出力バッファのスイッチング時間、t3は機能ブロッ
クFの出力バッファのスイッチング時間という具合に、
それぞれのスイッチング時間がマージンΔTに収まる範
囲内でスイッチング時間を調整する。
に示すマージンΔTの間にそれぞれの機能ブロックのス
イッチング時間が入るように、クロックツリーのバッフ
ァ段数を決定する。例えば、t1は機能ブロックAの出
力バッファのスイッチング時間、t2は機能ブロックD
の出力バッファのスイッチング時間、t3は機能ブロッ
クFの出力バッファのスイッチング時間という具合に、
それぞれのスイッチング時間がマージンΔTに収まる範
囲内でスイッチング時間を調整する。
【0042】このように構成すれば、多機能回路の後段
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲
内で、スイッチング時間決定手段がそれぞれの機能ブロ
ックの出力バッファのスイッチング時間を位相を少しず
つずらしてやり、同時スイッチングする出力バッファの
数を減らすことで、スイッチングノイズを低減すること
ができ、誤動作を防止することができる。
の回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲
内で、スイッチング時間決定手段がそれぞれの機能ブロ
ックの出力バッファのスイッチング時間を位相を少しず
つずらしてやり、同時スイッチングする出力バッファの
数を減らすことで、スイッチングノイズを低減すること
ができ、誤動作を防止することができる。
【0043】また、スイッチング決定手段がASICの
出力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ前記セ
ットアップ/ホールドタイムを満たす範囲で位相差が生
じるようにクロックの分配を行なうことで、同時スイッ
チングする出力バッファの数を減らすことで、スイッチ
ングノイズを低減することができ、誤動作を防止するこ
とができる。
出力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ前記セ
ットアップ/ホールドタイムを満たす範囲で位相差が生
じるようにクロックの分配を行なうことで、同時スイッ
チングする出力バッファの数を減らすことで、スイッチ
ングノイズを低減することができ、誤動作を防止するこ
とができる。
【0044】上述の実施の形態例では、多機能回路とし
てASICを用いたが、本発明はこれに限るのではな
く、その他の多機能回路を用いることができる。
てASICを用いたが、本発明はこれに限るのではな
く、その他の多機能回路を用いることができる。
【0045】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下の効果が得られる。 (1)請求項1記載の発明によれば、多機能回路の出力
バッファのスイッチング時間を決定するスイッチング時
間決定手段を具備することにより、多機能回路の後段の
回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲内
で、それぞれの機能ブロックの出力バッファのスイッチ
ング時間を位相を少しずつずらしてやり、同時スイッチ
ングする出力バッファの数を減らすことで、スイッチン
グノイズを低減することができ、誤動作を防止すること
ができる。
よれば、以下の効果が得られる。 (1)請求項1記載の発明によれば、多機能回路の出力
バッファのスイッチング時間を決定するスイッチング時
間決定手段を具備することにより、多機能回路の後段の
回路群のセットアップ/ホールドタイムを満たす範囲内
で、それぞれの機能ブロックの出力バッファのスイッチ
ング時間を位相を少しずつずらしてやり、同時スイッチ
ングする出力バッファの数を減らすことで、スイッチン
グノイズを低減することができ、誤動作を防止すること
ができる。
【0046】(2)請求項2記載の発明によれば、前記
多機能回路としてASICを用い、前記スイッチング時
間決定手段は、独立した機能ブロック毎にASICの出
力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ位相差が
生じるように前記クロックを分配することにより、AS
ICの出力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ
前記セットアップ/ホールドタイムを満たす範囲で位相
差が生じるようにクロックの分配を行なうことで、同時
スイッチングする出力バッファの数を減らすことがで
き、スイッチングノイズを低減することができ、誤動作
を防止することができる。
多機能回路としてASICを用い、前記スイッチング時
間決定手段は、独立した機能ブロック毎にASICの出
力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ位相差が
生じるように前記クロックを分配することにより、AS
ICの出力バッファの前段の複数の記憶素子にそれぞれ
前記セットアップ/ホールドタイムを満たす範囲で位相
差が生じるようにクロックの分配を行なうことで、同時
スイッチングする出力バッファの数を減らすことがで
き、スイッチングノイズを低減することができ、誤動作
を防止することができる。
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】各部の動作波形を示すタイムチャートである。
【図3】ASICの従来構成例を示す図である。
【図4】各部の動作を示すタイムチャートである。
【図5】本発明の一実施の形態例を示す回路図である。
【図6】各部の動作波形を示すタイムチャートである。
【図7】動作タイミングの説明図である。
【図8】回路システムの構成例を示すブロック図であ
る。
る。
【図9】出力バッファ部のスイッチングの説明図であ
る。
る。
【図10】出力バッファの具体的構成例を示す図であ
る。
る。
【図11】各部の動作波形を示す図である。
50 機能ブロック 51 フリップフロップ 60 多機能ASIC 61 バッファ 80 外部回路 81 フリップフロップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 裕之 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ株 式会社内 Fターム(参考) 5J039 EE06 EE15 KK09 MM08 MM16
Claims (2)
- 【請求項1】 それぞれ独立に機能する機能ブロックを
複数有する多機能回路と、該多機能回路を搭載し、共通
クロックに同期して動作する複数の回路群とを有する同
期回路システムにおいて、 前記機能ブロック毎にクロックツリーの段数を異ならし
め、前記多機能回路の後段の回路群のセットアップ/ホ
ールドタイムを満たすように、多機能回路の出力バッフ
ァのスイッチング時間を決定するスイッチング時間決定
手段を具備することを特徴とする同期回路システム。 - 【請求項2】 前記多機能回路としてASICを用い、
前記スイッチング時間決定手段は、独立した機能ブロッ
ク毎にASICの出力バッファの前段の複数の記憶素子
にそれぞれ位相差が生じるように前記クロックを分配す
ることを特徴とする請求項1記載の同期回路システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11114730A JP2000307395A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 同期回路システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11114730A JP2000307395A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 同期回路システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000307395A true JP2000307395A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14645200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11114730A Pending JP2000307395A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 同期回路システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000307395A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007129601A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Canon Inc | 同期回路システム |
JP2007135122A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-31 | Ricoh Co Ltd | データ送受信回路 |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11114730A patent/JP2000307395A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007129601A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Canon Inc | 同期回路システム |
JP2007135122A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-31 | Ricoh Co Ltd | データ送受信回路 |
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