JP2005109955A - Asynchronous communication circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに異なる周波数で動作する回路間でデータを送受信する際に必要となる非同期通信回路に関し、特に、ラッチ回路におけるメタステーブル状態の発生を回避して通信パフォーマンスの向上を図った非同期通信回路に関する。 The present invention relates to an asynchronous communication circuit required when data is transmitted and received between circuits operating at different frequencies, and more particularly, asynchronous communication in which a metastable state is avoided in a latch circuit and communication performance is improved. Regarding the circuit.
同期式回路の問題の1つに、メタステーブルと呼ばれる非同期の外部入力信号で発生するラッチ回路の準安定状態がある(特許文献1の段落(0002)〜(0003)参照)。この準安定状態は、ラッチ回路において規定されているクロックの立上り(もしくは立下り)を基準にしたセットアップ時間とホールド時間で囲まれた危険ゾーンである。このメタステーブル状態は、非同期の入力データが変化したときに発生するラッチ回路の異常動作によるものであり、ラントパルスという短いパルスが発生したり、スルーレートがなくなって急峻な出力波形が得られなくなったり、発振が発生したり、出力の応答が遅くなるなどシステムを中断させるような誤動作を引き起こす。 One of the problems of the synchronous circuit is a metastable state of a latch circuit that is generated by an asynchronous external input signal called a metastable (see paragraphs (0002) to (0003) of Patent Document 1). This metastable state is a danger zone surrounded by a setup time and a hold time based on the rising edge (or falling edge) of the clock defined in the latch circuit. This metastable state is due to an abnormal operation of the latch circuit that occurs when asynchronous input data changes, and a short pulse called a runt pulse occurs or a slew rate is lost and a steep output waveform cannot be obtained. Cause a malfunction that interrupts the system, such as oscillation, oscillation, and slow output response.
かかる準安定状態による回路の誤動作を避けるため、通常ラッチ回路のクロック入力に対してデータ入力のセットアップ時間、ホールド時間が規定されている。これらの制約は、ラッチに代えてフリップフロップ(即ちダブルラッチ構成)を用いることにより格段に緩和されるが、セットアップ時間、ホールド時間の制約は依然として存在する。 In order to avoid a malfunction of the circuit due to such a metastable state, a setup time and a hold time for data input with respect to the clock input of the normal latch circuit are defined. Although these restrictions are relieved remarkably by using a flip-flop (that is, a double latch structure) instead of a latch, restrictions on the setup time and the hold time still exist.
そのため、クロック周波数の異なる2つの系でこのラッチ回路を用いてデータの受け渡しを行う場合、メタステーブルとなる時間を考慮した待ち時間が必要である。例えばメタステーブルとなる期間を減らすために1つの送信データを連続して複数サイクルずつ送るなどの方法が採られる。 For this reason, when data is transferred using the latch circuit in two systems having different clock frequencies, a waiting time in consideration of the time for metastable is required. For example, in order to reduce the period of metastable, a method of continuously transmitting one transmission data by a plurality of cycles is adopted.
特に2つのクロック間で位相関係が全く保障されていない場合では、受信側のデータサンプリングレートに対して送信側のデータ転送レートは1/2〜1/4程度に低く設定する必要がある。なお、2つの独立したPLL回路によって生成された2種類のクロック等は、一般にその位相関係を保障する事は困難であるため、2つのクロック間で位相関係が全く保障されていないことが多い。 In particular, when the phase relationship between the two clocks is not guaranteed at all, it is necessary to set the data transfer rate on the transmission side to be about 1/2 to 1/4 lower than the data sampling rate on the reception side. In general, it is difficult to guarantee the phase relationship between the two types of clocks generated by the two independent PLL circuits, and therefore the phase relationship between the two clocks is often not guaranteed at all.
以下、従来例の非同期通信回路について、図2の構成図を用いて説明する。
図2において、1はデータ送信用のクロック信号3を発生するクロック生成回路、2はデータ受信用のクロック信号4を発生するクロック生成回路、7はその最終段のフリップフロップ7aよりクロック信号3に同期して、同期信号等を含むデータを送信データ信号6として出力するデータ送信手段、8はその初段のフリップフロップ8aによりクロック信号4に同期して、送信データ信号6から同期信号等を含むデータを受信するデータ受信手段、10は受信データ信号である。
Hereinafter, a conventional asynchronous communication circuit will be described with reference to the block diagram of FIG.
In FIG. 2, 1 is a clock generation circuit for generating a
以上のような回路構成では、クロック信号3と4とが互いに周波数が異なる組み合わせの場合、クロック信号3と4の位相差がサイクル毎に変化し、クロック信号3と4の位相差が所定の値以上に保たれるとは限らないため、受信回路側でメタステーブルな状態が発生し得る。そのためクロック信号3と4のうち周波数の低い側は一定サイクルの割合でデータの受け渡しはできず、データ送受信のスループットはその分低下する。
In the circuit configuration as described above, when the clock signals 3 and 4 have a combination of different frequencies, the phase difference between the
次に、上記のような構成を有する従来の非同期回路の動作について、図4を参照しながら説明する。 Next, the operation of the conventional asynchronous circuit having the above configuration will be described with reference to FIG.
図4は上記従来の非同期回路の動作を説明するタイミングチャートである。図4において、3はデータ送信側の動作クロック信号、4はデータ受信側の動作クロック信号、6は送信データ信号、10は受信データ信号を示す。 FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the conventional asynchronous circuit. In FIG. 4, 3 is an operation clock signal on the data transmission side, 4 is an operation clock signal on the data reception side, 6 is a transmission data signal, and 10 is a reception data signal.
図4に示すように、期間404において、クロック信号3とクロック信号4との位相差が無いため、両者間のデータの受け渡しではメタステーブルな状態が発生し得る。そこでこの問題を回避するために、例えば3個のデータ(d1、d2、d3)からなるシーケンスを送信するに当たって、1つのデータを送信するのに常に2サイクル(401〜402、403〜404、405〜406)の期間を取っている。
As shown in FIG. 4, since there is no phase difference between the
その結果、受信側のクロック信号4の計5サイクルの間に3個のデータ(d1〜d3)しか受信できていない。即ち、この例では受信効率は約60%となってしまう。
上述の様に、クロック周波数の異なる2つの系でラッチ回路を用いてデータの受け渡しを行う場合、特に2つのクロック間で位相関係が全く保障されていない場合では、受信側のデータサンプリングレートに対して送信側のデータ転送レートは1/2〜1/4程度に低く設定する必要がある。すなわちデータ転送の上限への制約が大きい。そのため、単一クロックによる同期通信の場合と同等のバンド幅を確保するためにはバスの幅を広げるか、又はさらに高速なクロックが必要となる。 As described above, when data is transferred using a latch circuit in two systems having different clock frequencies, particularly when the phase relationship between the two clocks is not guaranteed at all, the data sampling rate on the receiving side is not affected. Therefore, the data transfer rate on the transmission side needs to be set as low as about 1/2 to 1/4. That is, there is a great restriction on the upper limit of data transfer. Therefore, in order to ensure the same bandwidth as in the case of synchronous communication using a single clock, the bus width is increased or a higher-speed clock is required.
しかしながら、そのような方法はLSIのピン数が増加してコスト高になったり、クロック設計が困難になるという欠点がある。 However, such a method has a drawback that the number of pins of the LSI increases and the cost becomes high, and the clock design becomes difficult.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、非同期の回路間でデータの送受信を行う場合、異なるクロック間の位相差から生ずるメタステーブルな状態を常に回避し、高い通信パフォーマンスを得ることのできる非同期通信回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. When data is transmitted and received between asynchronous circuits, a metastable state caused by a phase difference between different clocks is always avoided and high. An object of the present invention is to provide an asynchronous communication circuit capable of obtaining communication performance.
前記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第1のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, an asynchronous communication circuit according to
また、本発明の請求項2に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第2のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an asynchronous communication circuit comprising: a first clock generating unit that generates a first clock signal; a second clock generating unit that generates a second clock signal; Data transmitting means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal, and the first The phase of the second clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the phase of the second clock signal is set so that the phase difference is greater than or equal to the predetermined value. And a phase comparison means for outputting a control signal for shifting to the second clock generation means.
また、本発明の請求項3に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、データの送信を一時的に中断する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an asynchronous communication circuit comprising: a first clock generating unit that generates a first clock signal; a second clock generating unit that generates a second clock signal; Data transmitting means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal, and the first When the phase difference between the clock signal and the second clock signal is less than a predetermined value, a control signal is output to the data transmission means to temporarily stop data transmission. Phase comparison means.
また、本発明の請求項4に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記第1のクロック信号または前記第2のクロック信号を一時的に止める旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段または前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an asynchronous communication circuit comprising: a first clock generating unit that generates a first clock signal; a second clock generating unit that generates a second clock signal; Data transmitting means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal, and the first The phase of the clock signal of the second clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the first clock signal or the second clock signal is temporarily stopped. Phase comparison means for outputting a control signal to the first clock generation means or the second clock generation means.
また、本発明の請求項5に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、同一の送信データを2サイクル続けて出力する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the asynchronous communication circuit includes a first clock generation unit that generates a first clock signal, a second clock generation unit that generates a second clock signal, and the first clock generation unit. Data transmitting means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal, and the first A control signal indicating that the same transmission data is continuously output for two cycles when the phase difference is less than a predetermined value, and the phase of the second clock signal is compared with the phase of the second clock signal. And a phase comparison means for outputting the signal.
また、本発明の請求項6に記載の非同期通信回路は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号、及び該第2のクロック信号を遅延させたクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号、及び前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、該位相差が所定の値以上のときは、前記第2のクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力し、該位相差が所定の値未満のときは、前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力する位相比較手段とを備えたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an asynchronous communication circuit comprising a first clock generating means for generating a first clock signal, a second clock signal, and a clock obtained by delaying the second clock signal. Second clock generation means for generating a signal, data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, the second clock signal, and the second clock signal are delayed In synchronization with the clock signal, the data receiving means for receiving the transmission data output by the data transmitting means, the phase of the first clock signal and the phase of the second clock signal are compared, and the phase difference Is equal to or greater than a predetermined value, a control signal for selecting data received in synchronization with the second clock signal as reception data is output to the data receiving means, and the phase difference is predetermined. Phase comparison means for outputting to the data receiving means a control signal for selecting, as received data, data received in synchronization with the clock signal obtained by delaying the second clock signal when the value is less than the value; It is a thing.
また、本発明の請求項7に記載の非同期通信回路は、請求項1又は請求項2に記載の非同期通信回路において、前記第1、又は第2のクロック生成手段は、クロック信号を遅延させる遅延回路と、前記制御信号に応じて前記クロック信号あるいは前記遅延回路により遅延されたクロック信号のいずれかを選択するセレクタとを備えたものである。
The asynchronous communication circuit according to
本発明の請求項1にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第1のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、両クロック間の位相が一定の値以下に接近する事が常に無いため受信側はメタステーブルな状態を回避することが可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのサイクル毎にデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of the first aspect of the present invention, the first clock generating means for generating the first clock signal, the second clock generating means for generating the second clock signal, and the first A data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the clock signal, a data reception means for receiving transmission data output by the data transmission means in synchronization with the second clock signal, and the first Comparing the phase of the clock signal with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the phase of the first clock signal is shifted so that the phase difference is equal to or greater than the predetermined value. And a phase comparison means for outputting a control signal to the first clock generation means, so that the phase between the two clocks does not always approach a certain value or less. It is possible to avoid the table state, the data can be transferred per clock cycle of the lower frequency of the two clocks.
本発明の請求項2にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第2のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、両クロック間の位相が一定の値以下に接近する事が常に無いため受信側はメタステーブルな状態を回避することが可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのサイクル毎にデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of the second aspect of the present invention, the first clock generation means for generating the first clock signal, the second clock generation means for generating the second clock signal, and the first A data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the clock signal, a data reception means for receiving transmission data output by the data transmission means in synchronization with the second clock signal, and the first Comparing the phase of the clock signal with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the phase of the second clock signal is shifted so that the phase difference is greater than or equal to the predetermined value. And a phase comparison unit that outputs a control signal to the second clock generation unit, so that the phase between the two clocks does not always approach a certain value or less. It is possible to avoid the table state, the data can be transferred per clock cycle of the lower frequency of the two clocks.
本発明の請求項3にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、データの送信を一時的に中断する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、受信側のメタステーブルな状態となる可能性のあるサイクルだけ常にデータ送信を中止することが可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのほぼ毎サイクルでデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of a third aspect of the present invention, the first clock generation means for generating the first clock signal, the second clock generation means for generating the second clock signal, and the first A data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the clock signal, a data reception means for receiving transmission data output by the data transmission means in synchronization with the second clock signal, and the first The phase of the clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, a control signal is output to the data transmission means to temporarily stop data transmission. Since the phase comparison means is provided, it is possible to always stop data transmission for cycles that may be in a metastable state on the receiving side. Data can be transferred at the lower substantially each cycle of the clock.
本発明の請求項4にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記第1のクロック信号または前記第2のクロック信号を一時的に止める旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段または前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、受信側のメタステーブルな状態となる可能性のあるサイクルだけデータ送受信を一時的に中止することが常に可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのほぼ毎サイクルでデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of a fourth aspect of the present invention, the first clock generation means for generating the first clock signal, the second clock generation means for generating the second clock signal, and the first A data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the clock signal, a data reception means for receiving transmission data output by the data transmission means in synchronization with the second clock signal, and the first Control that the phase of the clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the first clock signal or the second clock signal is temporarily stopped Since the phase comparison means for outputting the signal to the first clock generation means or the second clock generation means is provided, there is a possibility of a metastable state on the receiving side. Cycle temporarily be become always possible to stop the data transmission and reception only, it is possible to transfer data at substantially each cycle of the clock of the lower frequency of the two clocks.
本発明の請求項5にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、同一の送信データを2サイクル続けて出力する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、受信側のメタステーブルな状態となる可能性のあるサイクルでは送信データの変化を起こさないようにすることによりメタステーブルの可能性を伴うデータ送受信を常に回避することが可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのほぼ毎サイクルでデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of the fifth aspect of the present invention, the first clock generating means for generating the first clock signal, the second clock generating means for generating the second clock signal, and the first A data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the clock signal, a data reception means for receiving transmission data output by the data transmission means in synchronization with the second clock signal, and the first When the phase of the clock signal is compared with the phase of the second clock signal and the phase difference is less than a predetermined value, a control signal is output to the data transmission means to output the same transmission data continuously for two cycles. Output phase comparison means, so that the meta data is not changed in a cycle that may be in a metastable state on the receiving side. You can always avoid data transmission and reception with the possibility of table and makes it possible to transfer data at substantially every cycle of the clock of the lower frequency of the two clocks.
本発明の請求項6にかかる非同期通信回路によれば、第1のクロック信号を生成する第1のクロック生成手段と、第2のクロック信号、及び該第2のクロック信号を遅延させたクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、前記第2のクロック信号、及び前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、該位相差が所定の値以上のときは、前記第2のクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力し、該位相差が所定の値未満のときは、前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力する位相比較手段とを備えるようにしたので、受信側のメタステーブルな状態となる可能性の無いデータを常に選択することが可能となり、両クロックのうち周波数の低い方のクロックのほぼ毎サイクルでデータを転送することができる。 According to the asynchronous communication circuit of the sixth aspect of the present invention, the first clock generation means for generating the first clock signal, the second clock signal, and the clock signal obtained by delaying the second clock signal A second clock generation means for generating data, a data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal, a clock obtained by delaying the second clock signal and the second clock signal In synchronization with the signal, the data receiving means for receiving the transmission data output by the data transmitting means, the phase of the first clock signal and the phase of the second clock signal are compared, and the phase difference is When the value is equal to or greater than a predetermined value, a control signal for selecting data received in synchronization with the second clock signal as reception data is output to the data receiving means, and the phase difference is predetermined. A phase comparison means for outputting a control signal to the data receiving means to select data received in synchronization with the clock signal obtained by delaying the second clock signal as reception data when the value is less than the value; As a result, it is possible to always select data that is unlikely to be in a metastable state on the receiving side, and data can be transferred in almost every cycle of the clock with the lower frequency of both clocks. .
本発明の請求項7にかかる非同期通信回路によれば、請求項1又は請求項2に記載の非同期通信回路において、前記第1、又は第2のクロック生成手段は、クロック信号を遅延させる遅延回路と、前記制御信号に応じて前記クロック信号あるいは前記遅延回路により遅延されたクロック信号のいずれかを選択するセレクタとを備えるようにしたので、メタステーブルな状態となる可能性のあるクロック位相関係を排除するための必要なクロック位相のシフト手段を提供することができる。
According to an asynchronous communication circuit according to
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1による非同期通信回路について、図1を参照しながら説明する。
図1は本実施の形態1による非同期通信回路の構成を示す図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an asynchronous communication circuit according to
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an asynchronous communication circuit according to the first embodiment.
図1において、クロック生成回路(第1のクロック生成手段)1は、第1のクロック信号であるデータ送信用のクロック信号3を発生するものであり、位相比較器5の制御信号9に基づいて基準となるクロック信号31(図3参照)と該クロック信号31の位相をシフトしたクロック信号32(図3参照)とを選択的に出力する機能を有する。クロック生成回路(第2のクロック生成手段)2は、第2のクロック信号であるデータ受信用のクロック信号4を発生する。
In FIG. 1, a clock generation circuit (first clock generation means) 1 generates a data
データ送信手段7はその最終段のフリップフロップ7aによりデータ(同期信号等を含む)をクロック信号3に同期させて送信データ信号6として出力する。
The data transmission means 7 synchronizes the data (including the synchronization signal and the like) with the
データ受信手段8はその初段のフリップフロップ8aによりクロック信号4に同期して送信データ信号6からデータ(同期信号等を含む)を受信し、受信データ信号10を得る。
The data reception means 8 receives data (including a synchronization signal) from the transmission data signal 6 in synchronization with the
位相比較器(位相比較手段)5は、送信側および受信側の同期クロック信号3(=クロック信号31)と動作クロック信号4との位相差を検出する機能を有し、その位相差が所定の値未満の時には、クロック信号31の位相をシフトするように制御信号9を出力してクロック生成回路1を制御する。なお、前記所定の値とは、ラッチ回路の準安定状態(メタステーブル状態)を回避するために、実験的に決定する値であり、マージンを含めて決定してもよい。
The phase comparator (phase comparison means) 5 has a function of detecting the phase difference between the synchronous clock signal 3 (= clock signal 31) on the transmission side and the reception side and the
次に、本実施の形態1による非同期通信回路の、データ送信用のクロック信号3を発生するクロック生成回路1について、図5を用いて説明する。
図5は、上記クロック生成回路1の一構成例を示す図である。
Next, the
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the
図5に示すように、発振回路54で生成されたクロック信号31は、セレクタ55の一方の入力に接続されると共に、遅延回路51に入力され、この遅延回路51により遅延されたクロック信号32がセレクタ55のもう一つの入力に接続されている。制御信号9はセレクタ55を制御してクロック信号31とクロック信号32とのいずれか一方を選択してクロック端子3に出力する。
As shown in FIG. 5, the
以上の構成により、制御信号9に基づいて、発振回路54により生成されたオリジナルのクロック信号31と、このクロック信号31を遅延させた遅延クロック32とを選択的に出力することが可能となり、メタステーブルな状態となる可能性のあるクロック位相関係を排除するために必要なクロック位相のシフトを行うことができる。
With the above configuration, based on the
次に本実施の形態1による非同期通信回路の動作について、図3を用いて説明する。
図3は、本実施の形態1による非同期通信回路の動作を説明するタイミングチャートである。図3において、3はデータ送信側の動作クロック信号、4はデータ受信側の動作クロック信号、6は送信データ信号、9は位相比較結果に基づく制御信号、10は受信データ信号、31は送信側の基準となるクロック信号、32はクロック信号31を遅延させたクロック信号である。なお、期間301〜303はクロック信号4とクロック信号31の立ち上がりエッジの位相差が所定の値以上である場合を、期間304はクロック信号4とクロック信号31の立ち上がりエッジの位相差が所定の値未満である場合を示すものである。
Next, the operation of the asynchronous communication circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the asynchronous communication circuit according to the first embodiment. In FIG. 3, 3 is an operation clock signal on the data transmission side, 4 is an operation clock signal on the data reception side, 6 is a transmission data signal, 9 is a control signal based on the phase comparison result, 10 is a reception data signal, and 31 is a transmission side. The
図3に示すように、期間301〜303において、送信側のクロック信号31の立ち上がりエッジと、受信側の動作クロック信号4の立ち上がりエッジとの位相差が、所定の値以上である場合には、位相比較器5がクロック信号31をそのまま送信用クロック3として用いる旨の制御信号を出力し、送信用クロックを遅延させることなく、データの送受信を行う。
As shown in FIG. 3, in the
一方で、期間304において、送信側のクロック信号31の立ち上がりエッジと、受信側の動作クロック信号4の立ち上がりエッジとの位相差が、所定の値未満である場合には、位相比較器5がクロック信号31を遅延させたクロック信号32を用いる旨の制御信号を出力し、期間304においては、クロック信号3はクロック信号4と位相差が所定の値以上となるように制御信号9によって位相がシフトされることとなる。
On the other hand, when the phase difference between the rising edge of the
結果として、クロック生成回路1からは、送信側の動作クロック信号としてクロック信号3に示すクロック信号が出力されることとなる。
As a result, the
そして、このように生成されたクロック信号3、及びクロック信号4を用いてデータの送受信を行なった場合には、周波数の低い受信側クロックのサイクル毎にデータ送受信を行うことができ、図3に示すように、受信側のクロック信号4の計5サイクルの期間に5個のデータd1〜d5を受信することができる。従って、この図3に示す例では、受信効率が100%となる。
When data is transmitted / received using the
このように、本実施の形態1による非同期通信回路では、送信クロック信号の位相と受信クロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、送信クロック生成手段に制御信号を出力する位相比較手段と、送信クロック信号を生成するとともに、前記位相比較手段の制御信号に基づいて前記位相差が所定の値以上となるように、前記送信クロック信号の位相をシフトする前記送信クロック生成手段とを備えるようにしたので、データ送受信するとき、送信側クロックと受信側クロックとの位相差は、常に所定の値以上を保つことができる。その結果、同期回路のメタステーブルな状態を回避することができ、両クロックのうち周波数の低いクロックのサイクル毎でデータ送受信を行うことができるため、データ送受信のスループットを上げ、通信回路のパフォーマンスを向上させることができる。 Thus, in the asynchronous communication circuit according to the first embodiment, the phase of the transmission clock signal is compared with the phase of the reception clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, a control signal is sent to the transmission clock generation means. A phase comparator for outputting and a transmission clock for generating a transmission clock signal and for shifting a phase of the transmission clock signal so that the phase difference becomes a predetermined value or more based on a control signal of the phase comparison unit Since the generation means is provided, when transmitting and receiving data, the phase difference between the transmission side clock and the reception side clock can always be kept at a predetermined value or more. As a result, the metastable state of the synchronization circuit can be avoided, and data transmission / reception can be performed at each cycle of the clock with the lower frequency of both clocks. Can be improved.
なお、本発明の実施の形態1では、図3に示したように、位相比較器5がクロック31とクロック4とを比較し、クロック信号31とクロック信号4との位相差が一定の値未満のサイクルに対してのみクロック信号3をクロック信号31からクロック信号32に切換えて出力しているが、両者の位相差が一定の値未満となるサイクルが複数回連続して起こるような組み合わせの場合には、位相の比較制御が困難となる。そのため、この様な場合には、クロック信号31とクロック信号4との位相差が一定の値未満となった後は、クロック信号3として位相シフト後のクロック信号32を連続して出力するようにしても良く、クロック信号32に切換えた後は、位相比較器5においてクロック信号32とクロック4とを比較する構成とすれば良い。但し、位相シフト後のクロック32の位相がクロック31の位相と一致するように調整することが必要である。
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the
また、本実施の形態1では、クロック生成回路1が図5に示すような構成を有し、送信側のクロックの位相をシフトさせるものについて説明したが、クロック生成回路2が図5に示すような構成を有するものとし、図6に示すように、位相比較器5からの制御信号9をこのクロック生成回路2に入力することで、受信側のクロックの位相をシフトさせるようにしてもよく、図1の構成と同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1では、クロック発振回路54をクロック生成回路1に内蔵しているが、当然ながら発振回路54の出力の代わりに、外部からクロック信号を入力する場合でも同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the
また、クロックの位相シフトの方法としてオリジナルのクロック信号31とそれを遅延させたクロック信号32とを制御信号9に基づいてセレクタ55を用いて選択するとしているが、オリジナルのクロック入力端子と出力端子の間にセレクタの代わりにANDゲートを介在させ、制御信号9に基づいて必要な期間このANDゲートを制御してクロックの立ち上がりエッジをLoに固定することでクロックの立ち上がりエッジをシフトさせる構成としても良い。
In addition, as the method of clock phase shift, the
また、クロック3とクロック4の位相差が一定の値未満であることを位相比較器5で検出した場合に、制御信号9で送信側のクロック信号または受信側のクロック信号の位相をシフトさせる代わりに、図9に示すように、位相比較器5が制御信号92により送信側或いは受信側のクロック信号を一時的に止めることにより、メタステーブル状態が発生し得るサイクルでのデータ送信を回避する構成としても良い。
In addition, when the
また、上記実施の形態1と同様に、制御信号9で送信側のクロック信号または受信側のクロック信号の位相をシフトさせる代わりに、図7,図8に示すように、位相比較器5が制御信号90,91によりデータの送受信の一時的停止をデータ送信手段7,データ受信手段8にそれぞれ指示する構成としても、同様にメタステーブル状態が発生し得るサイクルでのデータ送受信を回避でき、両クロックのうち周波数の低いクロックのほぼ毎サイクルでデータ送受信を行うことができるため、データ送受信のスループットを上げ、通信回路のパフォーマンスを向上させることができる。
Further, as in the first embodiment, instead of shifting the phase of the clock signal on the transmission side or the clock signal on the reception side by the
また同様に、制御信号9で送信側のクロック信号または受信側のクロック信号の位相をシフトさせる代わりに、図10に示すように、位相比較器5が制御信号93によりデータ信号を送信側のクロック信号の2サイクル分続けて出力することをデータ送信手段7に指示する構成としても、クロック4の立ち上がり近傍でのデータの変化を防止できるため、メタステーブル状態の発生を回避でき、両クロックのうち周波数の低いクロックのほぼ毎サイクルでデータ送受信を行うことができるため、データ送受信のスループットを上げ、通信回路のパフォーマンスを向上させることができる。
Similarly, instead of shifting the phase of the transmission side clock signal or the reception side clock signal by the
また同様に、制御信号9で送信側のクロック信号または受信側のクロック信号の位相をシフトさせる代わりに、図11に示すように、受信側はあらかじめクロック4及びクロック4を遅延させたクロック4aのそれぞれのタイミングでフリップフロップ8aおよび8bにより一旦送信データ6をそれぞれラッチしておき、制御信号94で切り替わるセレクタ8cによりそのラッチした信号のいずれかを選択する構成とすることでメタステーブル状態が発生していないデータを選択しても良い。
Similarly, instead of shifting the phase of the clock signal on the transmission side or the clock signal on the reception side by the
即ち、クロック生成回路2においてクロック信号及び該クロック信号を遅延させたクロック信号を生成し、データ受信手段8が、前記クロック信号及び前記クロック信号を遅延させたクロック信号に同期して送信データを受信する機能を有し、位相比較器5が、データ受信手段8を制御して、前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相との位相差が所定の値以上のときは、前記第2のクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択し、位相差が所定の値未満のときは、前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択することでメタステーブル状態が発生していないデータを選択しても良く、これにより両クロックのうち周波数の低いクロックのほぼ毎サイクルでデータ送受信を行うことができるため、データ送受信のスループットを上げ、通信回路のパフォーマンスを向上させることができる。
That is, the
以上のように、本発明に係る非同期通信回路は、互いにクロック周波数の異なる回路間でデータの送受信を行う場合、両クロック間の位相差から生ずるメタステーブルな状態を回避し、データ転送の高いスループットを得ることができるという効果を有するものであり、通信パフォーマンスを向上する必要のある非同期通信回路として有用である。 As described above, the asynchronous communication circuit according to the present invention avoids a metastable state caused by a phase difference between both clocks when data is transmitted and received between circuits having different clock frequencies, and has a high data transfer throughput. It is useful as an asynchronous communication circuit that needs to improve communication performance.
1 データ送信用のクロック生成回路
2 データ受信用のクロック生成回路
3 データ送信側の動作クロック信号
4 データ受信側の動作クロック信号
5 位相比較器
6 送信データ信号
7 データ送信手段
8 データ受信手段
9,90〜94 位相比較結果に基づく制御信号
10 受信データ信号
d1〜d5 送信、受信されたデータ
31 送信用クロック3の元となるクロック信号
32 クロック信号31を遅延させた信号
54 発振回路
51 遅延回路
55 セレクタ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第1のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段に出力する位相比較手段と、を備えた、
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generating means for generating a second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal;
The phase of the first clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the first clock signal is set so that the phase difference is equal to or greater than a predetermined value. Phase comparison means for outputting to the first clock generation means a control signal for shifting the phase of
An asynchronous communication circuit characterized by that.
第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記位相差が所定の値以上となるよう前記第2のクロック信号の位相をシフトする旨の制御信号を前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段と、を備えた、
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generating means for generating a second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal;
The phase of the first clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, the second clock signal is set so that the phase difference is equal to or greater than a predetermined value. Phase comparison means for outputting a control signal for shifting the phase to the second clock generation means,
An asynchronous communication circuit characterized by that.
第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、データの送信を一時的に中断する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段と、を備えた、
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generating means for generating a second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal;
The phase of the first clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is less than a predetermined value, a control signal for temporarily interrupting data transmission is sent to the data transmission Phase comparison means for outputting to the means,
An asynchronous communication circuit characterized by that.
第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、前記第1のクロック信号または前記第2のクロック信号を一時的に止める旨の制御信号を前記第1のクロック生成手段または前記第2のクロック生成手段に出力する位相比較手段と、を備えた、
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generating means for generating a second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal;
The phase of the first clock signal and the phase of the second clock signal are compared, and when the phase difference is less than a predetermined value, the first clock signal or the second clock signal is temporarily A phase comparison means for outputting a control signal for stopping to the first clock generation means or the second clock generation means,
An asynchronous communication circuit characterized by that.
第2のクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、その位相差が所定の値未満のとき、同一の送信データを2サイクル続けて出力する旨の制御信号を前記データ送信手段に出力する位相比較手段と、を備えた、
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generating means for generating a second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal;
The phase of the first clock signal and the phase of the second clock signal are compared, and when the phase difference is less than a predetermined value, a control signal for outputting the same transmission data continuously for two cycles is output. A phase comparison means for outputting to the data transmission means,
An asynchronous communication circuit characterized by that.
第2のクロック信号、及び該第2のクロック信号を遅延させたクロック信号を生成する第2のクロック生成手段と、
前記第1のクロック信号に同期して送信データを出力するデータ送信手段と、
前記第2のクロック信号、及び前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して、前記データ送信手段により出力された送信データを受信するデータ受信手段と、
前記第1のクロック信号の位相と前記第2のクロック信号の位相とを比較し、該位相差が所定の値以上のときは、前記第2のクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力し、該位相差が所定の値未満のときは、前記第2のクロック信号を遅延させたクロック信号に同期して受信されるデータを受信データとして選択する旨の制御信号を前記データ受信手段に出力する位相比較手段と、を備えた
ことを特徴とする非同期通信回路。 First clock generating means for generating a first clock signal;
Second clock generation means for generating a second clock signal and a clock signal obtained by delaying the second clock signal;
Data transmission means for outputting transmission data in synchronization with the first clock signal;
Data receiving means for receiving transmission data output by the data transmitting means in synchronization with the second clock signal and a clock signal obtained by delaying the second clock signal;
The phase of the first clock signal is compared with the phase of the second clock signal, and when the phase difference is equal to or greater than a predetermined value, data received in synchronization with the second clock signal is received. A control signal for selection as data is output to the data receiving means, and when the phase difference is less than a predetermined value, the data received in synchronization with the clock signal obtained by delaying the second clock signal An asynchronous communication circuit, comprising: phase comparison means for outputting a control signal for selection as reception data to the data reception means.
前記第1、又は第2のクロック生成手段は、
クロック信号を遅延させる遅延回路と、
前記制御信号に応じて前記クロック信号あるいは前記遅延回路により遅延されたクロック信号のいずれかを選択するセレクタと、を備えた
ことを特徴とする非同期通信回路。 In the asynchronous communication circuit according to claim 1 or 2,
The first or second clock generation means includes:
A delay circuit for delaying the clock signal;
An asynchronous communication circuit comprising: a selector that selects either the clock signal or the clock signal delayed by the delay circuit in accordance with the control signal.
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