JP2008310425A - 集積回路装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】原振クロックと非同期に動作するカウント回路やクロック分周回路を内蔵することにより、消費電力のより小さい集積回路装置を提供すること。
【解決手段】本集積回路装置100は、発振回路30が出力する原振クロック32を内部回路40に供給するタイミングを制御するクロック供給制御回路10を含む。クロック供給制御回路10は、カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを所定の数だけカウントするまで内部回路40への原振クロック32の供給を停止するように制御する。カウント回路110は、原振クロック32と非同期にカウント動作を行う。また、集積回路装置100は、クロック供給制御回路10が出力するクロック12を分周した分周クロック22を内部回路40に供給する分周クロック供給回路20を含んでもよい。クロック分周回路210は、原振クロック32と非同期に分周クロック22を生成する。
【選択図】図1
【解決手段】本集積回路装置100は、発振回路30が出力する原振クロック32を内部回路40に供給するタイミングを制御するクロック供給制御回路10を含む。クロック供給制御回路10は、カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを所定の数だけカウントするまで内部回路40への原振クロック32の供給を停止するように制御する。カウント回路110は、原振クロック32と非同期にカウント動作を行う。また、集積回路装置100は、クロック供給制御回路10が出力するクロック12を分周した分周クロック22を内部回路40に供給する分周クロック供給回路20を含んでもよい。クロック分周回路210は、原振クロック32と非同期に分周クロック22を生成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、集積回路装置、電子機器に関する。
CPU及びRAM、通信制御回路、その他の周辺回路を内蔵したマイクロコンピュータが、電池駆動の種々の携帯機器に組み込まれている。このような携帯機器ではできる限り長時間の連続使用を可能とするために、特に低消費電力化が要求される。一般的に、マイクロコンピュータ等の集積回路装置ではCPU等の高速動作が必要な回路と低速動作でよいその他の周辺回路が含まれている。そのため、最も周波数の高いクロックをすべての回路に共通して供給する必要はなく、クロック分周回路を内蔵して各回路に対してそれぞれ必要最低限の周波数のクロックを供給することにより消費電力を削減することが行われている。また、例えば、電源投入時等にクロック発振が安定するまでマイクロコンピュータ内部へのクロックの供給を停止するための発振安定待ち回路(カウント回路)を内蔵している場合もある。
特開2003−256068号公報
しかし、従来、カウント回路やクロック分周回路自体は高速の原振クロックで動作する同期回路であるため、これらの回路で消費される電力が大きいという問題があった。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、原振クロックと非同期に動作するカウント回路やクロック分周回路を内蔵することにより、消費電力のより小さい集積回路装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の集積回路装置は、
所与の発振回路が出力する原振クロックに基づいて動作する集積回路装置であって、
前記原振クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給するタイミングを制御するクロック供給制御回路を含み、
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックのクロックパルスを所定の数だけカウントするカウント回路を含み、前記カウント回路が前記所定の数をカウントするまで前記集積回路装置の内部回路への前記原振クロックの供給を停止するように制御し、
前記カウント回路は、
前記原振クロックと非同期にカウント動作を行うことを特徴とする。
所与の発振回路が出力する原振クロックに基づいて動作する集積回路装置であって、
前記原振クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給するタイミングを制御するクロック供給制御回路を含み、
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックのクロックパルスを所定の数だけカウントするカウント回路を含み、前記カウント回路が前記所定の数をカウントするまで前記集積回路装置の内部回路への前記原振クロックの供給を停止するように制御し、
前記カウント回路は、
前記原振クロックと非同期にカウント動作を行うことを特徴とする。
発振回路は、集積回路装置の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。
カウント回路は、例えば、リセット信号が解除されてから、原振クロックのクロックパルスを所定の数だけカウントするように動作してもよい。また、例えば、集積回路装置の内部レジスタの設定によって、カウント回路の動作がイネーブル状態になった時から原振クロックのクロックパルスを所定の数だけカウントするように動作してもよい。
カウント回路は、原振クロックと非同期にカウント動作を行えばよく、カウント動作に関係ない動作については原振クロックと同期していてもよい。
本発明によれば、カウント回路は、原振クロックに完全同期のカウンタとしては構成されず、原振クロックと非同期に動作する。従って、カウント回路は原振クロックの周波数で動作する必要はないので、例えば、発振安定待ち時間のカウント時における消費電力を大幅に削減することができる。
(2)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントした後は、前記カウント回路のカウント動作を停止するように制御することを特徴とする。
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントした後は、前記カウント回路のカウント動作を停止するように制御することを特徴とする。
本発明によれば、カウント回路によるカウント終了後はカウント回路の動作が停止する。例えば、電源投入時の発振安定待ち時間のカウント時のクロック供給のみを停止するような場合、当該カウント終了後はカウント回路がカウント動作を行う必要がない。従って、本発明によれば、カウント終了後における消費電力を削減することができる。
(3)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路は、
所定の条件に基づいて、前記カウント回路がカウントする前記所定の数を可変に制御することを特徴とする。
前記クロック供給制御回路は、
所定の条件に基づいて、前記カウント回路がカウントする前記所定の数を可変に制御することを特徴とする。
所定の条件は、例えば、集積回路装置の外部端子から入力される制御信号によって与えられてもよいし、集積回路装置の内部レジスタに設定された値や内部レジスタの設定値をデコードして生成された制御信号によって与えられる場合であってもよい。
本発明によれば、例えば、クロックの周波数や発振回路の特性に応じて発振安定待ち時間が最短となるようにカウント数を可変に設定することができる。従って、電源投入後できる限り早く安定したクロックを内部回路に供給することができる。
(4)本発明の集積回路装置は、
前記カウント回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記原振クロックが供給されるリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成されることを特徴とする。
前記カウント回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記原振クロックが供給されるリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成されることを特徴とする。
カウント回路に含まれるフリップフロップは、Dフリップフロップ、JKフリップフロップ、Tフリップフロップ、RSフリップフロップなどの様々なタイプのフリップフロップであってもよい。また、カウント回路に含まれるフリップフロップは、クロック入力の立ち上がりエッジで動作してもよいし、立ち下がりエッジで動作してもよい。
カウント終了検出回路は、例えば、カウント終了を検出したらHレベル出力を保持するように構成してもよいし、Lレベル出力を保持するように構成してもよい。
本発明によれば、カウント回路はリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成されるため、後段のフリップフロップに供給されるクロックほど周波数が低くなる。そのため、非同期カウンタとして直列接続されるフリップフロップの数に関係なく、原振クロックの1クロック毎にクロックが供給されるフリップフロップの数は平均約2個になる。従って、カウント回路を同期回路として構成した場合と比較して、カウント動作時における消費電力を大幅に削減することができる。
また、本発明によれば、リップルキャリー型の非同期カウンタを構成する初段のフリップフロップのクロック入力にのみ原振クロックが供給される。従って、発振回路が安定発振するまでに出力する不安定な原振クロックの影響を受けるのは初段のフリップフロップのみで済む。
(5)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントしたことを検出してカウント終了検出信号を出力するカウント終了検出回路と、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力するまで、前記内部回路への前記原振クロックの供給を停止するクロック出力マスク回路と、を含むことを特徴とする。
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントしたことを検出してカウント終了検出信号を出力するカウント終了検出回路と、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力するまで、前記内部回路への前記原振クロックの供給を停止するクロック出力マスク回路と、を含むことを特徴とする。
クロック出力マスク回路は、例えば、カウント終了が検出されるまではLレベルを出力するAND回路として構成してもよいし、カウント終了が検出されるまではHレベルを出力するOR回路として構成してもよい。
(6)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力した後は、前記カウント回路の初段のフリップフロップの前記クロック入力への前記原振クロックの供給を停止するクロック入力マスク回路を含むことを特徴とする。
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力した後は、前記カウント回路の初段のフリップフロップの前記クロック入力への前記原振クロックの供給を停止するクロック入力マスク回路を含むことを特徴とする。
クロック入力マスク回路は、例えば、クロック停止時にはLレベルを出力するAND回路として構成してもよいし、クロック停止時にはHレベルを出力するOR回路として構成してもよい。
本発明によれば、カウント終了後は、リップルキャリー型非同期カウンタの初段のフリップフロップのクロック入力が停止される。従って、非同期カウンタによるカウント終了後における消費電力を大幅に削減することができる。
(7)本発明の集積回路装置は、
前記カウント回路は、
少なくとも1つのフリップフロップのクロック入力に、当該フリップフロップの前段に接続されたフリップフロップの出力又は前記原振クロックのいずれかを、所定の選択信号に基づいて選択的に供給する少なくとも1つのセレクタを含むことを特徴とする。
前記カウント回路は、
少なくとも1つのフリップフロップのクロック入力に、当該フリップフロップの前段に接続されたフリップフロップの出力又は前記原振クロックのいずれかを、所定の選択信号に基づいて選択的に供給する少なくとも1つのセレクタを含むことを特徴とする。
所定の選択信号は、集積回路装置の外部端子から入力される信号であってもよいし、集積回路装置の内部レジスタの出力や内部レジスタの出力をデコードして生成された信号であってもよい。
本発明によれば、リップルキャリー型非同期カウンタを構成する少なくとも1つのフリップフロップのクロック入力には選択的に原振クロックが供給される。そのため、当該フリップフロップのクロック入力を切り替えることにより、リップルキャリー型非同期カウンタとして動作するフリップフロップの数を可変にすることができる。すなわち、非同期カウンタがカウントするカウント数を可変にすることができる。
また、リップルキャリー型非同期カウンタを構成するすべてのフリップフロップのクロック入力に選択的に原振クロックが供給されるような構成としてもよい。このような構成とすることにより、より適切なカウント数を選択することが可能となる。
本発明によれば、例えば、クロックの周波数や発振回路の特性に応じて発振安定待ち時間が最短となるようにカウント数を可変に設定することができる。従って、電源投入後できる限り早く安定したクロックを内部回路に供給することができる。
(8)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックを遅延させて前記クロック出力マスク回路に供給するクロック遅延回路を含むことを特徴とする。
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックを遅延させて前記クロック出力マスク回路に供給するクロック遅延回路を含むことを特徴とする。
本発明によれば、非同期カウンタのカウント動作に伴って生じる原振クロックとカウント終了検出信号との位相差を吸収し、クロック供給開始時にクロック出力マスク回路の出力に短いクロックパルスが発生することを防止することができる。従って、短いクロックパルスによる内部回路の誤動作を防止することができる。
(9)本発明の集積回路装置は、
前記クロック供給制御回路が出力するクロックを分周した分周クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給する分周クロック供給回路を含み、
前記分周クロック供給回路は、
前記原振クロックと非同期に分周クロックを生成するクロック分周回路を含むことを特徴とする。
前記クロック供給制御回路が出力するクロックを分周した分周クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給する分周クロック供給回路を含み、
前記分周クロック供給回路は、
前記原振クロックと非同期に分周クロックを生成するクロック分周回路を含むことを特徴とする。
分周クロック供給回路は、集積回路装置の各内部回路にそれぞれ異なる分周比の分周クロックを供給するようにしてもよい。
本発明によれば、クロック分周回路は原振クロックと非同期に分周クロックを生成するので、クロック分周回路を同期回路として構成した場合と比較して消費電力を大幅に削減することができる。
(10)本発明の集積回路装置は、
前記分周クロック供給回路は、
所定の条件に基づいて、前記内部回路に供給する分周クロックの分周比を可変に制御することを特徴とする。
前記分周クロック供給回路は、
所定の条件に基づいて、前記内部回路に供給する分周クロックの分周比を可変に制御することを特徴とする。
所定の条件は、例えば、集積回路装置の外部端子から入力される制御信号によって与えられてもよいし、集積回路装置の内部レジスタに設定された値や内部レジスタの設定値をデコードして生成された制御信号によって与えられる場合であってもよい。
本発明によれば、内部回路の動作速度に応じて分周比を変更することにより適切な周波数の分周クロックを供給することができる。従って、内部回路における消費電力を必要最小限にすることができる。
(11)本発明の集積回路装置は、
前記クロック分周回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記クロック供給制御回路が出力するクロックが供給されるリップルキャリー型の非同期回路として構成されることを特徴とする。
前記クロック分周回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記クロック供給制御回路が出力するクロックが供給されるリップルキャリー型の非同期回路として構成されることを特徴とする。
クロック分周回路に含まれるフリップフロップは、Dフリップフロップ、JKフリップフロップ、Tフリップフロップ、RSフリップフロップなどの様々なタイプのフリップフロップであってもよい。また、クロック分周回路に含まれるフリップフロップは、クロック入力の立ち上がりエッジで動作してもよいし、立ち下がりエッジで動作してもよい。
本発明によれば、クロック分周回路はリップルキャリー型の非同期回路として構成されるため、後段のフリップフロップに供給されるクロックほど周波数が低くなる。そのため、直列接続されるフリップフロップの数に関係なく、原振クロックの1クロック毎にクロックが供給されるフリップフロップの数は平均約2個になる。従って、クロック分周回路を同期回路として構成した場合と比較して、分周動作時における消費電力を大幅に削減することができる。
(12)本発明の集積回路装置は、
前記分周クロック供給回路は、
所定の選択信号に基づいて、前記クロック分周回路に含まれる少なくとも2つのフリップフロップの出力のいずれかを選択して前記内部回路に供給する分周クロック選択回路を含むことを特徴とする。
前記分周クロック供給回路は、
所定の選択信号に基づいて、前記クロック分周回路に含まれる少なくとも2つのフリップフロップの出力のいずれかを選択して前記内部回路に供給する分周クロック選択回路を含むことを特徴とする。
所定の選択信号は、集積回路装置の外部端子から入力される信号であってもよいし、集積回路装置の内部レジスタの出力や内部レジスタの出力をデコードして生成された信号であってもよい。
本発明によれば、内部回路に供給する分周クロックの分周比を可変にすることができる。さらに、分周クロック選択回路は、クロック分周回路を構成する任意のフリップフロップの出力を選択して分周クロックとして内部回路に供給可能な構成としてもよい。このような構成とすることにより、より適切な分周比の分周クロックを内部回路に供給することが可能となるので、必要最小限の消費電力にすることができる。
(13)本発明の集積回路装置は、
上記のいずれかに記載の集積回路装置と、
入力情報を受け付ける手段と、
入力情報に基づき前記集積回路装置により処理された結果を出力するための手段とを含むことを特徴とする電子機器である。
上記のいずれかに記載の集積回路装置と、
入力情報を受け付ける手段と、
入力情報に基づき前記集積回路装置により処理された結果を出力するための手段とを含むことを特徴とする電子機器である。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.集積回路装置
図1は、本実施の形態の集積回路装置の機能ブロック図である。
図1は、本実施の形態の集積回路装置の機能ブロック図である。
集積回路装置100は、クロック供給制御回路10を含む。クロック供給制御回路10は、発振回路30が出力する原振クロック32を内部回路40に供給するタイミングを制御する。
クロック供給制御回路10は、カウント回路110を含む。カウント回路110は、原振クロック32のクロックパルスを所定の数だけカウントする。クロック供給制御回路10は、カウント回路110が所定の数をカウントするまで内部回路40への原振クロック32の供給を停止するように制御する。すなわち、クロック供給制御回路10は、カウント回路110が所定の数をカウントするまで出力12に原振クロック32が伝播しないように制御する。カウント回路110は、原振クロック32と非同期にカウント動作を行う。
発振回路30は、例えば、集積回路装置10の電源投入直後から原振クロック32の出力を開始する。発振回路30は、集積回路装置100の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。
電源投入時にリセット信号16が発生するように構成されている場合、カウント回路110はリセット信号16が解除されてから原振クロック32のクロックパルスを所定の数だけカウントするようにしてもよい。こうすることにより、カウント回路110が、発振回路30が発振動作を開始してから原振クロック32を安定出力するまでの時間に相当するパルス数をカウントするようにすれば、原振クロック32が安定するまで内部回路40への供給を停止することができる。従って、集積回路装置10は、不安定なクロックが供給されることによる内部回路40の誤動作を確実に防止することができる。
クロック供給制御回路10は、カウント回路110が所定の数をカウントした後は、カウント回路110のカウント動作を停止するように制御してもよい。
また、クロック供給制御回路10は、設定値14(所定の条件の一例)に基づいて、カウント回路110がカウントする所定の数を可変に制御するようにしてもよい。設定値14は、集積回路装置100の外部端子から入力される制御信号であってもよいし、集積回路装置100の内部レジスタ(図示せず)に設定された値や内部レジスタの設定値をデコードして生成された制御信号であってもよい。
集積回路装置100は、分周クロック供給回路20を含んでもよい。分周クロック供給回路20は、クロック供給制御回路10が出力するクロック12を分周した分周クロック22を生成し、内部回路40に供給する。分周クロック供給回路20は、クロック分周回路210を含む。クロック分周回路210は、クロック供給制御回路10が出力するクロック12(原振クロック32)と非同期に分周クロック22を生成する。分周クロック供給回路20は、設定値24(所定の条件の一例)に基づいて、内部回路40に供給する分周クロック22の分周比を可変に制御するようにしてもよい。
内部回路40は、N個のブロック1〜N(40−1〜N)に分割されており、各ブロック1〜N(40−1〜N)に供給されるクロックは、クロック供給制御回路10が出力するクロック12(原振クロック32)又は分周クロック22のいずれであってもよい。また、分周クロック供給回路20が分周比の異なる複数の分周クロック22を出力し、各ブロック1〜N(40−1〜N)に供給するようにしてもよい。
集積回路装置100は、クロック供給制御回路10や分周クロック供給回路20を複数含んでいてもよい。
図2は、本実施の形態の集積回路装置に含まれるクロック供給制御回路の第1の構成例を説明するための図である。
クロック供給制御回路10は、カウント回路110を含む。カウント回路110は、直列に接続されたn個のフリップフロップ110−1〜nを含み、初段のフリップフロップ110−1のクロック入力に原振クロック32が供給されるリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成されている。n個のフリップフロップ110−1〜nは、例えば、正転出力端子(Q)及び反転出力端子(XQ)を有するローアクティブのセット入力端子付きのDフリップフロップであって、クロック入力の立ち上がりエッジで動作する。
ここで、初段のフリップフロップ110−1のクロック入力端子には2入力AND素子140の出力142が接続されている。また、k(kは1〜n−1のいずれか)段目のフリップフロップ110−kのQ出力がk+1段目のフリップフロップ110−(k+1)のクロック入力端子に接続され、k段目のフリップフロップ110−kのXQ出力がk段目のフリップフロップ110−kのデータ入力端子(D)に接続されている。さらに、n個のフリップフロップ110−1〜nのセット入力端子には、2入力AND素子150の出力152が共通接続されている。最終段(n段目)のフリップフロップ110−nのQ出力112がカウント回路110の出力となる。
従って、カウント回路110は、原振クロック32のクロックパルスを2n回カウントする毎に、最終段のフリップフロップ110−nのQ出力112がLレベルからHレベルに立ち上がるように動作する。
フリップフロップ120は、カウント回路110が所定の数をカウントしたことを検出してカウント終了検出信号を出力するカウント終了検出回路として機能する。フリップフロップ120は、例えば、正転出力端子(Q)及び反転出力端子(XQ)を有するローアクティブのリセット入力端子付きのDフリップフロップであって、クロック入力の立ち上がりエッジで動作する。
ここで、フリップフロップ120のクロック入力端子にはカウント回路110の最終段のフリップフロップ110−nのQ出力112が接続されている。また、フリップフロップ120のデータ入力端子(D)には電源電圧(Hレベルの信号)が供給される。さらに、フリップフロップ120のリセット端子には、2入力AND素子150の出力152が接続されている。すなわち、フリップフロップ120は、2入力AND素子150の出力152がLレベルの時はリセット状態であり、Q出力からLレベルの信号を出力し、リセット状態が解除された(2入力AND素子150の出力152がHレベルになった)後はクロック入力の立ち上がりエッジによりQ出力からHレベルの信号を出力する。
従って、カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを2n回カウントすると、フリップフロップ120はQ出力122からHレベルの信号(カウント終了検出信号)を出力するように動作する。フリップフロップ120は、一旦カウント終了検出信号を出力した後は、リセット入力端子にLレベルの信号が供給されてリセット状態になるまでカウント終了検出信号を出力し続ける。
2入力AND素子130は、フリップフロップ120(カウント終了検出回路)がカウント終了検出信号を出力するまで、内部回路40(図1参照)への原振クロック32の供給を停止するクロック出力マスク回路として機能する。ここで、2入力AND素子130の一方の入力端子には原振クロック32が接続されており、他方の入力にはフリップフロップ120のQ出力122が接続されている。すなわち、2入力AND素子130は、フリップフロップ120のQ出力122がHレベルの信号を出力している間は原振クロック32を出力し、フリップフロップ120のQ出力122がLレベルの信号を出力している間はLレベルの信号を出力する(原振クロック32の供給を停止する)ように動作する。2入力AND素子130の出力がクロック供給制御回路10のクロック出力12となる。
2入力AND素子140は、フリップフロップ120(カウント終了検出回路)がQ出力122にHレベルの信号(カウント終了検出信号)を出力した後は、カウント回路110の初段のフリップフロップ110−1のクロック入力への原振クロック32の供給を停止するクロック入力マスク回路として機能する。ここで、2入力AND素子140の一方の入力端子には原振クロック32が接続されており、他方の入力にはフリップフロップ120のXQ出力124が接続されている。すなわち、2入力AND素子140は、フリップフロップ120のXQ出力124がHレベル(Q出力122がLレベル)の信号を出力している間は原振クロック32を出力し、フリップフロップ120のXQ出力124がLレベル(Q出力122がHレベル)の信号を出力している間はLレベルの信号を出力する(原振クロック32の供給を停止する)ように動作する。
カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを2n回カウントした後は、フリップフロップ120はQ出力からHレベル(XQ出力からLレベル)の信号を出力し続けるので、2入力AND素子140もLレベルの信号を出力し続ける。そして、2入力AND素子140の出力142がカウント回路110の初段のフリップフロップ110−1のクロック入力に供給されるため、カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを2n回カウントした後は、カウント回路110はカウント動作を停止する。従って、一旦カウントが終了した後(例えば、発振回路30(図1参照)の発振安定待ち時間を経過した後)は、カウント回路110のカウント動作に伴う消費電力を削減することができる。
2入力AND素子150は、カウント回路110に初期化信号152を供給する。ここで、2入力AND素子150の一方の入力端子にはリセット信号16が接続されており、他方の入力にはイネーブル信号18が接続されている。例えば、リセット信号16は集積回路装置10の外部から供給され、イネーブル信号18は集積回路装置10の内部レジスタの出力であってもよい。電源投入時にリセット信号16にLレベルのパルスが発生し、イネーブル信号18がHレベルであればリセット信号16が解除された後カウント回路110が原振クロック32のクロックパルスを2n回カウントするまでクロック供給制御回路10の出力12はLレベルの信号を出力する。従って、内部回路40(図1参照)への原振クロック32の供給を電源投入後の一定期間(例えば、発振回路30(図1参照)の発振動作が安定するまで)自動的に停止することができる。
また、イネーブル信号18がLレベルになるように内部レジスタの設定を変更すれば、フリップフロップ110−1〜n、120が初期化されて出力12はLレベルになり、クロック出力が停止する。さらに、イネーブル信号18がHレベルになるように内部レジスタの設定を変更すれば、カウント回路110が2n回のカウントを行った後、クロック供給制御回路10の出力12から原振クロック32を出力することができる。すなわち、イネーブル信号18がLレベルからHレベルに変化するように内部レジスタの設定を変更することにより、内部回路40(図1参照)への原振クロック32の供給を一定期間停止することができる。
図3は、クロック供給制御回路の第1の構成例におけるタイミングチャートである。図3では、図2におけるカウント回路110に含まれるフリップフロップが4個(n=4)の場合のタイミングチャートである。なお、図2におけるイネーブル信号18はHレベルに固定されているものとする。以下、図2を参照しながら図3のタイミングチャートについて説明する。
時刻T0〜T1において、リセット信号16がLレベルなのでカウント回路110はカウント動作を停止している。すなわち、初期化信号152がLレベルであり、フリップフロップ110−1〜4のQ出力はHレベルに初期化されており、フリップフロップ120のQ出力122はLレベルに初期化されている。フリップフロップ120のQ出力122がLレベルなので、2入力AND素子130の出力(クロック供給制御回路10の出力)12はLレベルに固定されている。一方、フリップフロップ120のXQ出力124はHレベルなので、2入力AND素子140の出力142には原振クロック32が伝播している。
時刻T1において、リセット信号16がLレベルからHレベルに遷移すると、カウント回路110はカウント動作を開始する。すなわち、2入力AND素子140の出力142に伝播する原振クロック32の立ち上がりエッジ毎に、フリップフロップ110−1のQ出力が反転する。そして、フリップフロップ110−1のQ出力の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ110−2のQ出力が反転する。同様に、フリップフロップ110−2のQ出力の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ110−3のQ出力が反転し、フリップフロップ110−3のQ出力の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ110−4のQ出力112が反転する。このように、フリップフロップ110−1〜4のQ出力が順次反転しながら原振クロック32のクロックパルスが24回カウントされる。
時刻T2において、原振クロック32のクロックパルスが24回カウントされると同時に、フリップフロップ110−4のQ出力112がLレベルからHレベルに遷移する。これに伴い、フリップフロップ120のQ出力122がLレベルからHレベルに遷移する。その結果、2入力AND素子130の出力(クロック供給制御回路10の出力)12に原振クロック32が伝播し、クロック出力が開始される。また、時刻T2において、フリップフロップ110−4のXQ出力114がHレベルからLレベルに遷移することにより、2入力AND素子140の出力142はLレベルに固定される。
以後、初期化信号152がHレベルを保持する限り、フリップフロップ120のQ出力122はHレベルを保持するので、2入力AND素子130の出力(クロック供給制御回路10の出力)12には原振クロック32が出力され続ける。
ここで、時刻T1〜T2の間に発振回路30(図1参照)の発振動作が安定すれば、クロック供給制御回路10の出力12から安定したクロックのみが出力される。
また、図3のタイミングチャートからわかるように、原振クロック32の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ110−1〜4にクロックが供給される確率は、それぞれ1、1/2、1/4、1/8となる。従って、原振クロック32の立ち上がりエッジ毎にクロックが供給されるフリップフロップの総数の期待値は15/8(=1+1/2+1/4+1/8)となる。すなわち、原振クロック32の立ち上がりエッジ毎に平均約2個のフリップフロップにクロックが供給されるだけで済む。
一方、カウント回路110を同期カウンタで構成した場合は、原振クロック32の立ち上がりエッジ毎にn個のフリップフロップのすべてにクロックが入力される。
従って、カウント回路110をリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成することにより、同期カウンタで構成した場合と比較してカウント動作に要する消費電力を大幅に削減することができる。
図4は、本実施の形態の集積回路装置に含まれるクロック供給制御回路の第2の構成例を説明するための図である。図2と同じ構成には同じ番号を付しており説明を省略する。
図4に示すクロック供給制御回路の第2の構成例では、図2の構成に対して、カウント回路110にn−1個の2to1セレクタ114−2〜nが付加されている。各2to1セレクタ114−k(kは2〜nのいずれか)の一方の入力には各フリップフロップ110−(k−1)のQ出力が接続されており、他方の入力には2入力AND素子140の出力142が共通接続されている。また、2to1セレクタ114−2〜nの選択入力には制御信号116−2〜nがそれぞれ接続されており、2to1セレクタ114−k(kは2〜nのいずれか)の出力には、例えば、制御信号116−kがLレベルの時はフリップフロップ110−(k−1)のQ出力が選択され、Hレベルの時は原振クロック32が選択される。さらに、各2to1セレクタ114−kの出力は、各フリップフロップ110−kのクロック入力に接続されている。
ここで、n―1個の制御信号116−2〜nのうち、Hレベルになる制御信号を選択することにより、カウント回路110のカウント数を可変にすることができる。例えば、n=4として、制御信号116−2〜4がそれぞれHレベル、Lレベル、Lレベルであるとすると、カウント回路110は23をカウントする非同期カウンタとして動作する。同様に、制御信号116−2〜4がそれぞれLレベル、Hレベル、Lレベルであるとすると、カウント回路110は22をカウントする非同期カウンタとして動作する。すなわち、制御信号116−2〜nの設定を変更することにより、カウント回路110のカウント回数を可変に制御することができる。従って、例えば、発振回路30(図1参照)の特性に応じてクロック供給制御回路10の出力12に原振クロック32を供給するまでの発振安定待ち時間を任意に調整することができる。
図5は、本実施の形態の集積回路装置に含まれるクロック供給制御回路の第3の構成例を説明するための図である。図2と同じ構成には同じ番号を付しており説明を省略する。
図5に示すクロック供給制御回路の第3の構成例では、図2の構成に対して、遅延回路160が付加されている。カウント回路110は非同期カウンタであるため、最終段のフリップフロップ110−nのQ出力112は、原振クロック32との位相差が大きい。すなわち、2入力AND素子140の出力142(原振クロック32)に対してフリップフロップn個分の遅延及びフリップフロップ120による遅延が位相差となる。その結果、クロック供給制御回路10の出力12への原振クロック32の出力開始時に出力12に短いパルスが発生する可能性があり、内部回路40(図1参照)が誤動作する原因となる。遅延回路160は、例えば、複数のバッファを直列に接続して構成されており、前記の遅延(位相差)を吸収し、出力12に短いパルスが発生することを防止する役割を果たしている。
また、図4で説明したようにカウント回路によるカウント数を可変にできる場合には、遅延回路160のバッファの接続段数を選択できる構成にして遅延時間を可変に制御できるようにしてもよい。
図6は、本実施の形態の集積回路装置に含まれる分周クロック供給回路の第1の構成例を説明するための図である。
分周クロック供給回路20は、クロック分周回路210を含む。クロック分周回路210は、直列に接続されたm個のフリップフロップ210−1〜mを含み、初段のフリップフロップ210−1のクロック入力にクロック供給制御回路10(図1参照)が出力するクロック12が供給されるリップルキャリー型の非同期回路として構成されている。m個のフリップフロップ210−1〜mは、例えば、正転出力端子(Q)及び反転出力端子(XQ)を有するDフリップフロップであって、クロック入力の立ち上がりエッジで動作する。
ここで、初段のフリップフロップ210−1のクロック入力端子には2入力AND素子220の出力222が接続されている。また、k(kは1〜m−1のいずれか)段目のフリップフロップ210−kのQ出力がk+1段目のフリップフロップ210−(k+1)のクロック入力端子に接続され、k段目のフリップフロップ210−kのXQ出力がk段目のフリップフロップ210−kのデータ入力端子(D)に接続されている。最終段(m段目)のフリップフロップ210−mのQ出力212がクロック分周回路210の出力となる。
従って、クロック分周回路210は、クロック12を2m分周した分周クロックを生成して出力するように動作する。クロック分周回路210の出力212が分周クロック供給回路の出力(分周クロック)22となる。
フリップフロップ230は、クロック12の立ち上がりエッジでイネーブル信号26を保持して出力する。フリップフロップ230は、例えば、正転出力端子(M)を有するDフリップフロップであって、クロック入力の立ち上がりエッジで動作する。ここで、フリップフロップ230のクロック入力端子にはクロック12が供給される。また、フリップフロップ230のデータ入力端子(D)にはイネーブル信号26が供給される。
従って、イネーブル信号26がHレベルの時にクロック12の立ち上がりエッジでフリップフロップ230の出力232にHレベルの信号が出力される。フリップフロップ230の出力232は2入力AND素子220の一方の入力に供給される。イネーブル信号26は、集積回路装置100(図1参照)の外部端子から入力される信号であってもよいし、集積回路装置100の内部レジスタに設定された値や内部レジスタの設定値をデコードして生成された信号であってもよい。
2入力AND素子220は、フリップフロップ230が出力232にLレベルの信号を出力している間は、クロック分周回路210の初段のフリップフロップ210−1のクロック入力へのクロック12の供給を停止する役割を果たしている。ここで、2入力AND素子220の一方の入力端子にはクロック12が接続されており、他方の入力にはフリップフロップ230の出力232が接続されている。すなわち、2入力AND素子220は、フリップフロップ230の出力232がHレベルの信号を出力している間はクロック12を出力し、フリップフロップ230の出力232がLレベルの信号を出力している間はLレベルの信号を出力する(クロック12の供給を停止する)ように動作する。
2入力AND素子220の出力がクロック分周回路210の初段のフリップフロップ210−1のクロック入力に供給されるため、フリップフロップ230の出力232がLレベルの信号を出力している間は、クロック分周回路210は分周動作を停止する。従って、分周クロックが不要な場合には、イネーブル信号26をLレベルに設定することにより、クロック分周回路210の分周動作に伴う消費電力を削減することができる。
図7は、分周クロック供給回路の第1の構成例におけるタイミングチャートである。図7では、図6におけるクロック分周回路210に含まれるフリップフロップが3個(m=3)の場合のタイミングチャートである。以下、図6を参照しながら図7のタイミングチャートについて説明する。
時刻T0〜T1において、クロック分周回路20は分周動作を停止している。すなわち、イネーブル信号26がLレベルを保持しているのでフリップフロップ230の出力232もLレベルであり、2入力AND素子220の出力222もLレベルを保持している。従って、フリップフロップ210−1のクロック入力が停止しており、フリップフロップ210−1のQ出力はLレベルを保持している。フリップフロップ210−1のQ出力がフリップフロップ210−2のクロック入力に供給されており、フリップフロップ210−2のQ出力はLレベルを保持している。同様に、フリップフロップ210−2のQ出力がフリップフロップ210−3のクロック入力に供給されており、フリップフロップ210−3のQ出力212はLレベルを保持している。
時刻T1において、イネーブル信号26がLレベルからHレベルに遷移すると、クロック分周回路210は分周動作を開始する。すなわち、クロック12の次の立ち上がりエッジでフリップフロップ230の出力232がHレベルとなり、クロック12が2入力AND素子220の出力222に伝播する。そして、2入力AND素子220の出力222(クロック12)の立ち上がりエッジ毎に、フリップフロップ210−1のQ出力が反転する。さらに、フリップフロップ210−1のQ出力の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ210−2のQ出力が反転する。同様に、フリップフロップ210−2のQ出力の立ち上がりエッジ毎にフリップフロップ210−3のQ出力212が反転する。このように、フリップフロップ210−1〜3のQ出力が順次反転しながらクロック12の2分周クロック、4分周クロック、8分周クロックが非同期に生成される。
図8は、本実施の形態の集積回路装置に含まれる分周クロック供給回路の第2の構成例を説明するための図である。図6と同じ構成には同じ番号を付しており説明を省略する。
図8に示す分周クロック供給回路の第2の構成例では、図6の構成に対して、m(mは2以上の整数)to1セレクタ240が付加されている。mto1セレクタ240のm個の入力には各フリップフロップ210−1〜mのQ出力がそれぞれ接続されている。また、mto1セレクタ240の選択入力には選択信号242が接続されており、mto1セレクタ240の出力がクロック分周回路20の出力22になる。
ここで、選択信号242により、m個のフリップフロップ210−1〜mのQ出力から任意の1つが選択されて分周クロック22が出力される。各フリップフロップ210−1〜mのQ出力が選択された場合、それぞれ2分周クロック、4分周クロック、8分周クロック、・・・2m分周クロックが出力される。すなわち、分周クロック供給回路20は、選択信号242を変更することにより、分周クロック22の分周比を可変に制御することができる。
図9は、本実施の形態の集積回路装置の一例としてのマイクロコンピュータの構成を説明するための図である。
マイクロコンピュータ300は、クロック生成部(OSC)310、クロックゲート部(CLG)320、プリスケーラ(PSC)330、CPU340、内部バス350、周辺回路1〜6(360−1〜6)等を含んで構成されている。クロック生成部(OSC)310に含まれる2つのクロック供給制御回路314−1、2はそれぞれ発振回路312−1、2の出力を原振クロックとして、例えば、図2、図4、又は図5で説明したいずれかの構成を有する。すなわち、クロック供給制御回路314−1、2は原振クロックに非同期にカウント動作を行い、原振クロックの周波数で動作する必要がない。従って、本実施の形態のマイクロコンピュータは、クロック供給制御回路314−1、2におけるカウント動作時の消費電力を大幅に削減することができる。
また、分周クロック供給回路316−1、2は、ともにクロック供給制御回路314−1が出力するクロックを入力として分周クロックを生成する。同様に、分周クロック供給回路316−3は、クロック供給制御回路314−2が出力するクロックを入力として分周クロックを生成する。分周クロック供給回路316−1〜3は、例えば、図6又は図8で説明したいずれかの構成を有する。すなわち、分周クロック供給回路316−1〜3は、クロック供給制御回路314−1、2が出力するクロックに非同期に分周動作を行い、原振クロックの周波数で動作する必要がない。従って、本実施の形態のマイクロコンピュータは、分周クロック供給回路316−1〜3における分周動作時の消費電力を大幅に削減することができる。
2.電子機器
図10に、本実施の形態の電子機器のブロック図の一例を示す。本電子機器800は、マイクロコンピュータ(集積回路装置)810、入力部820、メモリ830、電源生成部840、LCD850、音出力部860を含む。
図10に、本実施の形態の電子機器のブロック図の一例を示す。本電子機器800は、マイクロコンピュータ(集積回路装置)810、入力部820、メモリ830、電源生成部840、LCD850、音出力部860を含む。
ここで、入力部820は、種々のデータを入力するためのものである。集積回路装置810は、この入力部820により入力されたデータに基づいて種々の処理を行うことになる。メモリ830は、マイクロコンピュータ810などの作業領域となるものである。電源生成部840は、電子機器800で使用される各種電源を生成するためのものである。LCD850は、電子機器が表示する各種の画像(文字、アイコン、グラフィック等)を出力するためのものである。
音出力部860は、電子機器800が出力する各種の音(音声、ゲーム音等)を出力するためのものであり、その機能は、スピーカなどのハードウェアにより実現できる。
図11(A)に、電子機器の1つである携帯電話950の外観図の例を示す。この携帯電話950は、入力部として機能するダイヤルボタン952や、電話番号や名前やアイコンなどを表示するLCD954や、音出力部として機能し音声を出力するスピーカ956を備える。
図11(B)に、電子機器の1つである携帯型ゲーム装置960の外観図の例を示す。この携帯型ゲーム装置960は、入力部として機能する操作ボタン962、十字キー964や、ゲーム画像を表示するLCD966や、音出力部として機能しゲーム音を出力するスピーカ968を備える。
図11(C)に、電子機器の1つであるパーソナルコンピュータ970の外観図の例を示す。このパーソナルコンピュータ970は、入力部として機能するキーボード972や、文字、数字、グラフィックなどを表示するLCD974、音出力部976を備える。
本実施の形態の集積回路装置を図11(A)〜図11(C)の電子機器に組みむことにより、低消費電力でコストパフォーマンスの高い電子機器を提供することができる。
なお、本実施形態を利用できる電子機器としては、図11(A)、(B)、(C)に示すもの以外にも、携帯型情報端末、ページャー、電子卓上計算機、タッチパネルを備えた装置、プロジェクタ、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置等のLCDを使用する種々の電子機器を考えることができる
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、図2、図4、図5で説明したクロック供給制御回路の構成例において、出力クロックマスク回路として2入力AND素子130が使用されているが、2入力OR素子を使用してもよい。この場合、2入力OR素子の一方の入力にはフリップフロップ120のXQ出力124を、他方の入力には原振クロック32をそれぞれ供給すればよい。カウント回路110がカウントを終了し、フリップフロップ120のXQ出力がLレベルになるまで2入力OR素子の出力はHレベルを保持してクロック出力を停止する。2入力OR素子の2つの入力信号の位相差が原振クロックの半周期以内であれば、図5で説明した遅延回路160がなくてもクロック出力の開始時に2入力OR素子の出力に短いパルスが発生しない。
また、例えば、図2、図4、図5で説明したクロック供給制御回路の構成例において、入力クロックマスク回路として2入力AND素子140が使用されているが、2入力OR素子を使用してもよい。この場合、2入力OR素子の一方の入力にはフリップフロップ120のQ出力122を、他方の入力には原振クロック32をそれぞれ供給すればよい。
また、例えば、図2、図4、図5で説明したクロック供給制御回路の構成例において、カウント回路110を構成するn個のフリップフロップ110−1〜nやフリップフロップ120はクロック入力の立ち下がりエッジで動作するフリップフロップであってもよい。その場合も、カウント回路110のカウント動作時において、同様の消費電力削減効果が得られる。
また、例えば、図6、図8で説明した分周クロック供給回路の構成例において、クロック分周回路210を構成するm個のフリップフロップ110−1〜mはクロック入力の立ち下がりエッジで動作するフリップフロップであってもよい。その場合も、クロック分周回路210の分周動作時において、同様の消費電力削減効果が得られる。
10 クロック供給制御回路、12 クロック、14 設定値、16 リセット信号、18 イネーブル信号、20 分周クロック供給回路、22 分周クロック、24 設定値、26 イネーブル信号、30 発振回路、32 原振クロック、40 内部回路、40−1〜N 内部ブロック、100 集積回路装置、110 カウント回路、110−1〜n Dフリップフロップ、112 カウント回路の出力、114−2〜n 2to1セレクタ、116−2〜n 制御信号、120 フリップフロップ、122 カウント終了検出信号、124 カウント終了検出信号の反転信号、130 2入力AND素子、140 2入力AND素子、142 2入力AND素子の出力、150 2入力AND素子、152 2入力AND素子の出力、160 遅延回路、200 クロック分周回路、210−1〜m Dフリップフロップ、212 クロック分周回路の出力、220 2入力AND素子、230 フリップフロップ、232 フリップフロップの出力、240 セレクタ、242 選択信号、300 マイクロコンピュータ、310 クロック生成部(OSC)、312−1〜2 発振回路、314−1〜2 クロック供給制御回路、316−1〜3 分周クロック供給回路、320 クロックゲート部(CLG)、330 プリスケーラ(PSC)、340 CPU、350 内部バス、360−1〜6 周辺回路1〜6、800 電子機器、810 集積回路装置、820 入力部、830 メモリ、840 電源生成部、850 LCD、860 音出力部、950 携帯電話、952 ダイヤルボタン、954 LCD、956 スピーカ、960 携帯型ゲーム装置、962 操作ボタン、964 十字キー、966 LCD、968 スピーカ、970 パーソナルコンピュータ、972 キーボード、976 音出力部
Claims (13)
- 所与の発振回路が出力する原振クロックに基づいて動作する集積回路装置であって、
前記原振クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給するタイミングを制御するクロック供給制御回路を含み、
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックのクロックパルスを所定の数だけカウントするカウント回路を含み、前記カウント回路が前記所定の数をカウントするまで前記集積回路装置の内部回路への前記原振クロックの供給を停止するように制御し、
前記カウント回路は、
前記原振クロックと非同期にカウント動作を行うことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1において、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントした後は、前記カウント回路のカウント動作を停止するように制御することを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1又は2において、
前記クロック供給制御回路は、
所定の条件に基づいて、前記カウント回路がカウントする前記所定の数を可変に制御することを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記カウント回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記原振クロックが供給されるリップルキャリー型の非同期カウンタとして構成されることを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント回路が前記所定の数をカウントしたことを検出してカウント終了検出信号を出力するカウント終了検出回路と、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力するまで、前記内部回路への前記原振クロックの供給を停止するクロック出力マスク回路と、を含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項5において、
前記クロック供給制御回路は、
前記カウント終了検出回路が前記カウント終了検出信号を出力した後は、前記カウント回路の初段のフリップフロップの前記クロック入力への前記原振クロックの供給を停止するクロック入力マスク回路を含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項4乃至6のいずれかにおいて、
前記カウント回路は、
少なくとも1つのフリップフロップのクロック入力に、当該フリップフロップの前段に接続されたフリップフロップの出力又は前記原振クロックのいずれかを、所定の選択信号に基づいて選択的に供給する少なくとも1つのセレクタを含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項5乃至7のいずれかにおいて、
前記クロック供給制御回路は、
前記原振クロックを遅延させて前記クロック出力マスク回路に供給するクロック遅延回路を含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記クロック供給制御回路が出力するクロックを分周した分周クロックを前記集積回路装置の内部回路に供給する分周クロック供給回路を含み、
前記分周クロック供給回路は、
前記原振クロックと非同期に分周クロックを生成するクロック分周回路を含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項9において、
前記分周クロック供給回路は、
所定の条件に基づいて、前記内部回路に供給する分周クロックの分周比を可変に制御することを特徴とする集積回路装置。 - 請求項9又は10において、
前記クロック分周回路は、
直列に接続された複数のフリップフロップを含み、初段のフリップフロップのクロック入力に前記クロック供給制御回路が出力するクロックが供給されるリップルキャリー型の非同期回路として構成されることを特徴とする集積回路装置。 - 請求項11において、
前記分周クロック供給回路は、
所定の選択信号に基づいて、前記クロック分周回路に含まれる少なくとも2つのフリップフロップの出力のいずれかを選択して前記内部回路に供給する分周クロック選択回路を含むことを特徴とする集積回路装置。 - 請求項1乃至12のいずれかに記載の集積回路装置と、
入力情報を受け付ける手段と、
入力情報に基づき前記集積回路装置により処理された結果を出力するための手段とを含むことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (2)
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