JP2002215570A - データ保持回路 - Google Patents

データ保持回路

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JP2002215570A
JP2002215570A JP2001013445A JP2001013445A JP2002215570A JP 2002215570 A JP2002215570 A JP 2002215570A JP 2001013445 A JP2001013445 A JP 2001013445A JP 2001013445 A JP2001013445 A JP 2001013445A JP 2002215570 A JP2002215570 A JP 2002215570A
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JP
Japan
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clock signal
phase
latch
data
frequency
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JP2001013445A
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Hideki Fujita
秀基 藤田
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ信号のラッチに伴って発生するノイズ
の影響をより低減することができるデータ保持回路を提
供する。 【解決手段】 基準クロック信号CKをDラッチ10に
より分周することで分周クロック信号CK1を生成し、
Dラッチ10とはエッジの極性が逆のDラッチ11によ
って基準クロック信号CKを分周することで、位相が9
0度異なる移相クロック信号CK2を生成する。そし
て、Dラッチ1,2は、分周クロック信号CK1の立上
がりエッジ,立下がりエッジに夫々同期してデータ信号
D1′,D2′をラッチし、Dラッチ3,4は、位相ク
ロック信号CK2の立上がりエッジ,立下がりエッジに
夫々同期してデータ信号D3′,D4′をラッチする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力されるデータ
信号を、クロック信号のエッジに同期してラッチするこ
とで保持するように構成されるデータ保持回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、LSI(Large Scale Integrati
on) 等の半導体集積回路装置においては、信号伝送速度
は上昇し、入出力ピン数は増加する傾向にあるため、そ
れに伴ってスイッチングノイズの発生や信号間でのクロ
ストークなどの問題も大きくなっており、その解決を図
ることが困難になりつつある。
【0003】斯様な問題の解決を図るため、例えば、特
開平7−336207号公報においては、4つのDラッ
チに入力される4つのデータ信号をラッチする際に、そ
の内2つのデータ信号をクロック信号の立ち上がりエッ
ジ側でラッチし、それ以外の2つのデータ信号をクロッ
ク信号の立ち下がりエッジ側でラッチするようにした技
術が開示されている。即ち、複数のデータ信号のラッチ
タイミングが同時にならないように設定することでスイ
ッチングノイズのエネルギを分散させて、ノイズやクロ
ストークの発生を抑制するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−336207号公報に開示された技術ではラッチタ
イミングを2系統に分けることしかできないため、ノイ
ズの低減などの効果には一定の限界があり、更なる信号
伝送速度の上昇や入出力ピン数の増加が見込まれる場合
に、上記技術による対策だけで十分であるという保証は
ない。
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、データ信号のラッチに伴って発生す
るノイズの影響をより低減することができるデータ保持
回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のデータ保
持回路によれば、移相回路は、クロック信号を移相した
1つ以上の移相クロック信号を出力する。そして、複数
のラッチ回路は、入力されるデータ信号を、クロック信
号及び移相クロック信号のエッジに同期してラッチす
る。
【0007】即ち、この場合、複数のラッチ回路におけ
データ信号のラッチは、例えば、少なくとも、クロック
信号の立上がりエッジと立下がりエッジの双方と、1つ
の移相クロック信号の立上がりエッジと立下がりエッジ
との何れか一方とを用いることで、3つの異なるタイミ
ングに同期して行うことが可能である。また、後者の立
上がりエッジと立下がりエッジとの双方を用いれば、4
つの異なるタイミングに同期してラッチを行うことがで
きる。
【0008】従って、従来よりも、スイッチングノイズ
の発生タイミングをより多様に分散させることができ、
信号伝送速度の上昇度合いや信号数の増加度合いがより
大きくなった場合でもノイズのエネルギを広く分散させ
て対応することで、ノイズレベルの突出した上昇やクロ
ストークの発生などを抑制することが可能となる。
【0009】請求項2記載のデータ保持回路によれば、
移相回路は、移相クロック信号を、クロック信号に対す
る位相差が90度となるように移相する。即ち、クロッ
ク信号に同期して動作する回路においては、2つのクロ
ック信号間において90度の位相差を発生させることは
比較的に容易に行うことができるため、移相クロック信
号が1つだけ生成される場合には、回路構成を簡単にす
ることができる。
【0010】請求項3記載のデータ保持回路によれば、
クロック信号出力回路を、データ転送速度よりも少なく
とも2倍以上速い周期を有する基準クロック信号を分周
するエッジトリガタイプの分周用フリップフロップで構
成し、移相回路を、分周用フリップフロップに対してエ
ッジトリガの極性が逆で、基準クロック信号を分周する
移相用フリップフロップで構成する。
【0011】即ち、2個のフリップフロップによってク
ロック信号出力回路と移相回路とを構成することができ
る。そして、例えば回路の仕様によって基準クロック信
号の周波数が変更されデータ転送速度が変化する場合で
も、異なるラッチタイミングの間隔が基準クロック信号
に対して一定の比率となるように維持することができ
る。
【0012】請求項4記載のデータ保持回路によれば、
クロック信号出力回路を、請求項3と同様に基準クロッ
ク信号を分周するエッジトリガタイプの分周用フリップ
フロップで構成し、移相回路を、基準クロック信号とク
ロック信号出力回路によって出力されるクロック信号と
の信号レベルの論理演算結果を出力する論理回路で構成
する。即ち、例えば、論理回路を排他的論理和(EXO
R)素子で構成すれば、移相クロック信号を、クロック
信号に対する位相差が90度(遅れ)となるように生成
することができる。従って、クロック信号出力回路と移
相回路とを、フリップフロップとEXOR素子とで構成
することができ、請求項3と同様の効果が得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】(第1実施例)以下、本発明の第
1実施例について図1及び図2を参照して説明する。図
1は。例えばマイクロコンピュータの一部として構成さ
れるデータ保持回路の一電気的構成例を示すものであ
る。データ信号D1′〜D4′は、図示しない例えばC
PUなどによって出力される4ビットのデータであり、
これら4ビットのデータ信号D1′〜D4′は、4つの
Dラッチ(Dフリップフロップ,ラッチ回路)1〜4に
よって夫々ラッチされるようになっている。
【0014】即ち、Dラッチ1〜4のD入力端子にはデ
ータ信号D1′〜D4′が夫々与えられており、Dラッ
チ1〜4のQ出力端子より出力される信号は、4つの出
力バッファ5〜8を介してデータ信号D1〜D4として
出力されるようになっている。これらの出力バッファ5
〜8は、必要に応じてイネーブル制御が行われるように
なっている。
【0015】基準クロック信号出力回路9は、基準クロ
ック信号CKを出力するように構成されている。基準ク
ロック信号CKは、図2に示すように、データ信号D
1′〜D4′の出力期間Dt(データ転送速度たるdata
rate のクロック周期)に対して、十分短いクロック周
期CKt(この場合、(Dt/4)=CKt,に設定さ
れている)を有している。
【0016】基準クロック信号CKは、2つのDラッチ
10,11のクロック入力端子CKに与えられている。
Dラッチ10,11は、Qバー出力端子がD入力端子に
直結されており、クロック入力端子CKに与えられるク
ロック信号に同期してトグル動作をするように構成され
ている。また、Dラッチ10(クロック信号出力回路,
分周用フリップフロップ)はポジティブエッジトリガタ
イプであり、Dラッチ11(移相回路,移相用フリップ
フロップ)は、ネガティブエッジトリガタイプである。
【0017】そして、Dラッチ10のQ出力端子は、D
ラッチ1及び2のクロック入力端子CKに接続されてお
り、Dラッチ11のQ出力端子は、Dラッチ3及び4の
クロック入力端子CKに接続されている。ここで、Dラ
ッチ1及び3はポジティブエッジトリガタイプであり、
Dラッチ2及び4はネガティブエッジトリガタイプであ
る。
【0018】尚、具体的には図示しないが、マイクロコ
ンピュータのCPUには、基準クロック信号CKまたは
クロック信号CK1が動作用のクロック信号として供給
されており、CPU及びその周辺回路は、これらのクロ
ック信号に同期したタイミングで動作するようになって
いる。
【0019】次に、本実施例の作用について図2をも参
照して説明する。図2に示すように、Dラッチ10は、
基準クロック信号CKを2分周した分周クロック信号
(クロック信号)CK1を出力する。また、ネガティブ
エッジトリガタイプのDラッチ11は、基準クロック信
号CKの立下がりエッジに同期して同様の分周動作を行
う。その結果、Dラッチ11は、分周クロック信号CK
1を90度遅れ側に移相させたものに等しい移相クロッ
ク信号CK2を出力している。
【0020】そして、Dラッチ1は、分周クロック信号
CK1の立上がりエッジに同期してデータ信号D1′を
ラッチし、Dラッチ2は、分周クロック信号CK1の立
下がりエッジに同期してデータ信号D2′をラッチす
る。また、Dラッチ3は、移相クロック信号CK2の立
上がりエッジに同期してデータ信号D3′をラッチし、
Dラッチ4は、移相クロック信号CK2の立下がりエッ
ジに同期してデータ信号D4′をラッチする。
【0021】即ち、データ信号D1′〜D4′がCPU
などにより同時に出力されるとしても、各データ信号は
夫々異なる4つのラッチタイミングでラッチされること
になり、夫々のラッチ動作に伴って発生するスイッチン
グノイズのエネルギは、集中することなく分散される。
【0022】例えば、図2に示すA点においては、デー
タ信号D1′〜D4′が全て同じタイミングで“0”か
ら“1”に変化しているが、Dラッチ1〜4において夫
々異なるタイミングでラッチされた結果、それらの出力
データ信号であるD1〜D4が“0”から“1”に変化
するタイミングは夫々異なっている(即ち、CK1,C
K2の位相で90度間隔でラッチされている)。
【0023】以上のように本実施例によれば、基準クロ
ック信号CKをDラッチ10により分周することで分周
クロック信号CK1を生成し、Dラッチ10とはエッジ
の極性が逆のDラッチ11によって基準クロック信号C
Kを分周することで、位相が90度異なる移相クロック
信号CK2を生成するようにした。そして、Dラッチ
1,2は、分周クロック信号CK1の立上がりエッジ,
立下がりエッジに夫々同期してデータ信号D1′,D
2′をラッチし、Dラッチ3,4は、位相クロック信号
CK2の立上がりエッジ,立下がりエッジに夫々同期し
てデータ信号D3′,D4′をラッチする。
【0024】従って、4ビットデータのラッチを、4つ
の異なるタイミングに同期して行うことが可能となり、
従来よりも、スイッチングノイズの発生をより多様に分
散させることができ、信号伝送速度の上昇度合いや信号
数の増加度合いがより大きくなった場合でも高周波ノイ
ズのエネルギを広く分散させて、ノイズレベルの突出し
た上昇やクロストークの発生などを抑制することが可能
となる。そして、2個のDラッチ10,11を用いるこ
とで、クロック信号出力回路と移相回路とを構成に簡単
にすることができる。
【0025】また、例えば回路の仕様によって基準クロ
ック信号CKの周波数が変更されデータ転送速度が変化
する場合でも、異なるラッチタイミングの間隔が基準ク
ロック信号CKに対して一定の比率となるように維持す
ることができる。
【0026】(第2実施例)図3は、本発明の第2実施
例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符
号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ
説明する。第2実施例のデータ保持回路では、第1実施
例におけるDラッチ11が、EXORゲート(論理回
路,移相回路)12に置き換わっている。
【0027】EXORゲート12は、基準クロック信号
CKと、Dラッチ10によって出力される分周クロック
信号CK1との排他的論理和をとることで、移相クロッ
ク信号CK2を生成するようになっている。その他の構
成は第1実施例と同様である。
【0028】即ち、図2を参照すれば明らかなように、
移相クロック信号CK2のレベルは、2つのクロック信
号CK,CK1の信号レベル(論理レベル)に対応して
以下のように決定されていると見ることができるので、 移相クロック信号CK2は、2つのクロック信号CK,
CK1の論理レベルの排他的論理和をとることで生成す
ることが可能である。以上のように構成された第2実施
例によれば、第1実施例と同様の効果を得ることができ
る。
【0029】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。基準クロック信号CKと、data rat
e との関係は、少なくとも、(Dt/2)>CKtの関
係を満たすように設定されていれば良い。例えば、入力
データのビット数が“8”である場合に、上記実施例の
ように4つのラッチタイミングを2ビットずつ割り当て
るようにしても良い。クロック信号と移相クロック信号
との位相差Pdは90度に限ることなく、0度<Pd<
180度,の範囲で適宜設定すれば良い。また、移相ク
ロック信号は、入力データのビット数が“5”以上ある
場合に応じて異なるラッチタイミングを提供できるよう
に、クロック信号に対して夫々異なる位相差を有するも
のを複数生成しても良い。また、データのビット数が
“3”である場合は、例えば、クロック信号の立上が
り,立下がりエッジと、移相クロック信号の立上がりエ
ッジを用いてラッチを行うようにすれば良い。例えば、
第1実施例のDラッチ11をクロック信号出力回路とし
て、Dラッチ11が出力する信号をクロック信号とし、
そのクロック信号にディレイライン(移相回路)を介し
て位相を遅らせた信号を、移相クロック信号としても良
い。
【0030】また、第1実施例の基準クロック信号CK
をラッチ用のクロック信号とし、基準クロック信号CK
にディレイラインを介して位相を遅らせた信号を、移相
クロック信号としても良い。更に、第1実施例のクロッ
ク信号CK1に相当するものを発振回路によって独自に
出力させ、そのクロック信号CK1をPLL回路等で逓
倍して基準クロック信号CKに相当する信号を生成し、
第1または第2実施例と同様の構成で移相クロック信号
CK2を生成しても良い。即ち、クロック信号及び移相
クロック信号の周期は、データ転送速度(実施例中のda
ta rate )に対して相対的に設定されるものであるた
め、必ずしも基準クロック信号を分周してラッチ用のク
ロック信号を生成する必要はない。論理回路は、EXO
Rゲート12に限ることなく、EXNORゲートで構成
しても良い。この場合、移相クロック信号はクロック信
号に対して90度進み位相となるが、適当なエッジのタ
イミングを利用してラッチを行えば良い。データ保持回
路は、ワンチップマイクロコンピュータの一部として構
成されるものであっても、ディスクリート素子によって
構成されるマイクロコンピュータの一部として構成され
るものであっても良い。また、CPUの動作とは非同期
でラッチを行うものでも良い。更に、マイクロコンピュ
ータの一部として構成されるものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例であり、データ保持回路の
電気的構成を示す図
【図2】データ保持回路の動作を示すタイミングチャー
【図3】本発明の第2実施例を示す図1相当図
【符号の説明】
1〜4はDラッチ(ラッチ回路)、10はDラッチ(分
周用フリップフロップ,クロック信号出力回路)、11
はDラッチ11(移相用フリップフロップ,移相回
路)、12はEXORゲート(論理回路,移相回路)を
示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データ信号をラッチするために使用され
    るクロック信号を出力するクロック信号出力回路と、 前記クロック信号を移相した1つ以上の移相クロック信
    号を出力する移相回路と、 入力されるデータ信号を、前記クロック信号及び前記移
    相クロック信号のエッジに同期してラッチする複数のラ
    ッチ回路とで構成されるデータ保持回路。
  2. 【請求項2】 前記移相回路は、前記移相クロック信号
    を1つだけ出力すると共に、当該移相クロック信号を、
    前記クロック信号に対する位相差が90度となるように
    移相することを特徴とする請求項1記載のデータ保持回
    路。
  3. 【請求項3】 前記クロック信号出力回路は、データ転
    送速度よりも少なくとも2倍以上速い周期を有する基準
    クロック信号を分周するエッジトリガタイプの分周用フ
    リップフロップで構成され、 前記移相回路は、前記分周用フリップフロップに対して
    エッジトリガの極性が逆であり、前記基準クロック信号
    を分周する移相用フリップフロップで構成されているこ
    とを特徴とする請求項2記載のデータ保持回路。
  4. 【請求項4】 前記クロック信号出力回路は、データ転
    送速度よりも少なくとも2倍以上速い周期を有する基準
    クロック信号を分周するエッジトリガタイプの分周用フ
    リップフロップで構成され、 前記移相回路は、前記基準クロック信号と、前記クロッ
    ク信号出力回路によって出力されるクロック信号との信
    号レベルを論理演算して出力する論理回路で構成されて
    いることを特徴とする請求項2記載のデータ保持回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006014065A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Fujitsu Ltd 半導体装置
US7546481B2 (en) 2005-04-22 2009-06-09 Oki Semiconductor Co., Ltd. Clock control circuit that generates and selects one of a divided clock signal and a multiplied clock signal as a bus clock signal
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