JP2710682B2 - クロック切替回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概 要］ 論理回路の試験等のための速度の異なるクロックへの
切り替えに関し、 論理回路を動作状態のままクロックを切り替えること
を目的とし、 クロックの切り替えが可能なタイミングを抽出して出
力するタイミング抽出回路と、該タイミング抽出回路の
出力と論理回路からのクロック選択信号から切替信号を
生成する切替信号発生回路と、該切替信号に基づいて、
第一のクロックと第二のクロックの内のいずれかを選択
して出力するクロック出力回路を具備せしめ、出力する
クロックのパルス幅が特定の条件を満足する如く制御す
ることにより構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は情報処理装置などの論理回路に供給されてい
るクロック周波数を、例えば、動作のマージン試験等の
ため通常使用するものと異なる周波数のものに切り替え
る場合のクロック切り替え回路に関し、特にクロックの
切り替えに際して対象装置の動作を停止せしめることな
く迅速に切り替えることの可能な回路に係る。

［従来の技術］ 論理回路を持つ装置の試験では、様々なマージン試験
が行なわれる。その一つに、クロックアップ試験があ
る。クロックアップ試験は、同期回路のクロック周波数
を上げてタイミングを厳しくして、正常に動作するかど
うかを確認するというもので、装置の信頼性を高く保つ
には欠かせないものである。

クロックアップ試験を行なうには、通常の動作状態で
用いるクロック（以下通常クロックという）と、クロッ
クアップ状態で用いるクロック（以下マージン用クロッ
クという）の生成回路を持ち、これらからのクロックの
何れか一方を選択して用いるようになっていなければな
らない。

このような、クロック切り替えの従来の方法について
以下に説明する。

従来の方法の一つの例として第６図にスイッチによる
切り替えの例を示す。

同図において、（ａ）は回路の構成を示しており、50
は論理回路、51は第一のクロック発生回路、52は第二ク
ロック発生回路、53は切替スイッチ、54は論理回路50に
供給されるクロックのクロック線を示している。

また（ｂ）はクロック波形を示す図でＡは第一クロッ
クの波形、Ｂは第二クロックの波形、Ｃはクロック線54
上のクロック波形を示している。

同図（ａ）に示す切替スイッチ53は、機械的なスイッ
チであっても、電子回路で構成したものであっても良
い。

この方法は、最も簡潔な方法であるが、装置の電源を
一旦落とさなければクロックを切り替えられないという
欠点がある。

もし電源を入れたまま切り替えると、切替スイッチ53
の動作が理想的なもので、チャタリング等が全くなかっ
たとしても、同図（ｂ）の英字符Ｃで示すような波形に
なってしまう。すなわち、この波形は、英字符Ｄで示す
切り替え時にパルス幅が２つのクロックのどちらよりも
短くなる場合があり、論理回路は正常に動作しない。

このような観点から、上記のクロックアップ試験を効
率良く行なうため、あるいは被試験回路の不良を調査す
るためには、動作状態でクロックを切り替えられる事が
望ましい。回路は、電源を落とす必要があるので、クロ
ックアップ試験には適さないと言える。また、回路の試
験以外で、論理回路へ供給するクロックの周波数を動作
中にかえるような用途に用いる事もできない。

従来のクロック切り替えの他の例として第７図に示す
方法がある。これは外部プロセッサによってクロックを
切り替えるものであり、同図（ａ）は系の構成を（ｂ）
はクロック波形を示している。

同図（ａ）において55は外部プロセッサ、56は論理回
路、57は操作部、58はクロック線を表わしている。一方
（ｂ）においては英字枠によって第一クロックをＥ、第
二クロックをＦ、クロック線58上のクロックをＧで示し
ており、さらに、クロック停止指示のタイミングをＨ、
クロック切り替え指示のタイミングをＪ、クロックスタ
ート指示のタイミングをＫで表わしている。

同図に示す方法においては、外部プロセッサ55には操
作部57が接続されていて、クロックの切り替え、停止、
スタート等の操作ができる。この方法では、次の２つの
機能を持たせる事により、パルス幅が短くなるという問
題を回避し、電源を入れたままでのクロックの切り替え
を実現している。

クロックの切り替えは、クロック停止時にしかでき
ない。

クロックの停止、スタートは、停止あるいはスター
トするクロックと同期して行なわれる。

すなわち、同図（ｂ）で明らかなように、第一クロッ
クから第二クロックに切り替えるときには、クロック停
止指示Ｈが発出されると、次の第一クロックの立ち上が
りのタイミングでＧの波形で示すようにクロックを停止
し、クロック切り替え指示Ｊでクロックを切り替えた後
の第二クロックパルスの立ち下がりに同期させてＫで示
すようにクロックスタート指示を発出している。

従って、クロック停止指示Ｈからクロックスタート指
示Ｋまでの間はクロックが完全に停止した状態になる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように、従来のクロックの切り替え方法にお
いては、クロックの切り替えを行なうときに装置の電源
を停止するか、電源を停止しない場合であってもクロッ
クを一旦停止しなければならなかった。

そしてクロックを停止する方法は、以下に述べるよう
な問題点を有していた。

クロックを停止する時間が長いと、DRAMをはじめと
するダイナミック動作をする素子が正常に動作しない。
このため、これらの素子を動作させたままクロックを切
り替える事ができない。

時間監視を行なっているテストプログラムやアプリ
ケーションソフトは、クロックが停止すると正常に動作
しない場合がある。

外部プロセッサを用いた場合、これ自身のクロック
アップ試験ができない。

数多くのクロックを持った装置では、その数だけ外
部プロセッサと操作部を用意するか、全部のクロックを
制御する巨大な外部プロセッサを持つ必要がある。この
ため、操作性の低下や、回路の増大による信頼性の低下
や、クロックアップできない部分が増大するという問題
がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、論理回路
のクロックを、装置の電源を供給したままで、また、ク
ロックを停止させることなく、異なる周波数のクロック
に切り替えることの可能な手段を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理的構成を示す図であって、
（ａ）は系の構成を（ｂ）はクロック切替回路の構成を
示しており、１は第一クロック発生回路、２は第二クロ
ック発生回路、３はクロック切替回路、４は論理回路、
５はタイミング抽出回路、６は切替信号発生回路、７は
クロック出力回路を表わしている。

図中、クロック切替回路３は、論理回路４からの信号
（クロック選択信号）に応じて第一のクロックまたは第
二のクロックの何れかを論理回路４に送る回路である。
被試験回路はクロック切替回路から供給されるクロック
で動作する。被試験回路が出力するクロック選択信号
は、供給されるクロックと非同期でもよい。

クロック切替回路３は、クロック選択信号によって、
２つのクロックの一方を選択して出力するが、切り替え
時に、前記特許請求の範囲に示したように、次の条件を
満足するように動作する。

出力するクロックのＨパルス幅（立ち上がりから立
ち下がりまでの時間）が、通常クロックのＨパルス幅と
マージン用クロックのＨパルス幅の短い方よりも短くな
る事がない。

出力するクロックのＨパルス幅が、通常クロックの
Ｈパルス幅とマージン用クロックのＨパルス幅の和より
も長くなる事がない。

出力するクロックのＬパルス幅（立ち上がりから立
ち下がりまでの時間）が、通常クロックのＬパルス幅と
マージン用クロックのＬパルス幅の短い方よりも短くな
る事がない。

出力するクロックのＬパルス幅が、通常クロックの
Ｌパルス幅とマージン用クロックのＬパルス幅の和より
も長くなる事がない。

同図（ｂ）に示すタイミング抽出回路５は、第一のク
ロックから第二のクロックへの切り替えができるタイミ
ングと、第二のクロックから第一のクロックへの切り替
えができるタイミングを抽出し、それぞれをタイミング
信号の立ち下がりと立ち上がりとして出力する。あるい
は、タイミング信号は、この逆で、上記タイミングをそ
れぞれ立ち上がりと立ち下がりとして出力してもよい。

切替信号発生回路６は、タイミング信号とクロック選
択信号から切替信号を生成する。切替信号は、クロック
選択信号を、立ち上がりをタイミング信号の立ち上がり
で、立ち下がりをクロック選択信号の立ち下がりで同期
したものである。

クロック出力回路７は、２入力のデータセレクタを用
い、上記切替信号によって２つのクロックの１つを選択
して出力する。

［作 用］ 第２図は２系統のクロックとタイミング信号の関係の
例を示す図である。

同図では第二のクロックが第一のクロックより少し周
波数が高い場合を示している。２個のクロックの位相関
係により、第二のクロックが第一のクロックに対して位
相進みの時間と位相遅れの時間がある。図では、それぞ
れについて、第一のクロックまたは第二のクロックの立
ち上がりと立ち下がりで切り替えた場合の波形が示して
ある。この図から、「課題を解決するための手段」で述
べた条件を満足するには、次のタイミングで切り替える
必要がある事がわかる。

切り替え後のクロックが切り替え前のクロックより
位相遅れの時間に切り替えなければならない。

つまり、第一のクロックから第二のクロックへの切り
替えは、第二のクロックが第一のクロックに対して位相
遅れの時間に、第一のクロックから第二のクロックへの
切り替えは、第二のクロックが第一のクロックに対して
位相遅れの時間に行なわなければならない。

この条件を守らないと、切り替え時の出力パルス幅が
２個のクロックのパルス幅の何れよりも短くなる。

上の条件を守った上で、さらに、切り替え後のクロ
ックに同期して切り替えなければならない。

つまり、第一のクロックから第二のクロックへは第二
のクロックに同期して、第二のクロックから第一のクロ
ックへは第一のクロックに同期して切り替えなければな
らない。

この条件を守らないと、の条件を守った場合でも、
切り替え直後にハザードが発生する。

この条件を満たすタイミングは、同図ではA,C,P,Rで
ある。同図最下段に示すタイミング信号は、これら４つ
のタイミングのうち、ＡとＰを用いた場合である。

第二のクロックから第一のクロックヘの切り替わりを
このタイミング信号の立ち上がりに同期して行ない、第
一のクロックから第二のクロックへの切り替わりをこの
タイミング信号の立ち下がりに同期して行なえば、前記
条件を満足するクロック出力波形が得られる。

［実施例］ 第３図は本発明の切り替え装置のタイミング抽出回路
の例を示す図であって、（ａ）は構成を、（ｂ）は動作
のタイムチャートを示しており、８はＤフリップフロッ
プ、９はインバータ、10はアンド回路、11はオア回路を
表わしている。

また、（ｂ）に示すX1,X2,Y1,Y2等は同図（ａ）中に
同一の符号を付した箇所の信号波形を示すものである。

図中X1で、第二のクロックが第一のクロックに対して
位相進みの時間を第一のクロックの立ち上がりに同期し
て取り出している。これは、Ｄフリップフロップを用
い、第一のクロックをＤ入力に、第二のクロックをクロ
ック入力に接続する事で、Ｑ出力として得られる。

セットリングの関係から、X1を１クロック遅らせた信
号と、さらに半クロック遅らせた信号を作り、これらか
らX2を作っている。X2は、タイミング信号の立ち上がり
を作るための後段のRSフリップフロップのセット入力に
接続される。図示しないが、X2はこれよりさらに何クロ
ックか遅らせたものでもよい。

Y1は、第二のクロックが第一のクロックに対して位相
遅れの時間を第二のクロックの立ち上がりに同期して取
り出している。これは、Ｄフリップフロップを用い、第
二のクロックをＤ入力に、第一のクロックをクロック入
力に接続する事で、Ｑ出力として得られる。

これもセットリングの関係から、Y1を１クロック遅ら
せた信号と、さらに半クロック遅らせた信号を作り、こ
れらからY2を作っている。Y2は、タイミング信号の立ち
下がりを作るための後段のRSフリップフロップのリセッ
ト入力に接続される。図示しないが、Y2はこれよりさら
に何クロックか遅らせたものでもよい。

最後段のRSフリップフロップの出力は、得られたタイ
ミング信号である。タイミング信号の立ち上がりは、第
一のクロックの立ち上がりに同期し、第二のクロックが
第一のクロックに対して位相進みの時間にある。立ち下
がりは、第二のクロックの立ち上がりに同期し、第二の
クロックが第一のクロックに対して位相遅れの時間にあ
る。

第４図は本発明のクロック切替回路の切替信号発生回
路の例を示す図であって、（ａ）は構成を、（ｂ）は動
作のタイムチャートを示しており、８はＤフリップフロ
ップ、９はインバータ、10はアンド回路を表わしてい
る。また、同図（ｂ）に示すS1〜S3などは、（ａ）に同
一の符号を付した箇所の信号波形を示すものである。

ここでは、論理回路からのクロック選択信号は、Ｈレ
ベルが第一のクロック、Ｌレベルが第二のクロックを指
定しているものとしている。

クロック選択信号は、まず１個のＤフリップフロップ
によってタイミング信号に同期され、さらに２個のＤフ
リップフロップを用いて、タイミング信号の立ち上がり
と立ち下がりにそれぞれ同期した信号が得られる。この
２個のＤフリップフロップの出力から、図のように、立
ち上がりがタイミング信号の立ち上がりに同期し、立ち
下がりがタイミング信号の立ち下がりに同期した切替信
号が得られる。

第５図は本発明のクロック切替回路のクロック出力回
路の例を示す図であって、（ａ）は構成を、（ｂ）は動
作のタイムチャートを示しており、９はインバータ、10
はアンド回路、11はオア回路を表わしている。

この回路は２入力のデータセレクタを構成しており、
切替信号にしたがって、Ｈレベルの時は第一のクロック
を、Ｌレベルの時は第二のクロックを出力するように動
作する。

以上第３図〜第５図によって説明した各回路を、先に
第１図（ｂ）に示したクロック切替回路の構成のように
接続することにより、本発明のクロック切替回路を実現
することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、論理回路の試験
等に際し、そのクロックを論理回路への電源の印加やク
ロックの供給を停止せしめることなく、異なる周波数の
クロックに切り替えることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図は２系統
のクロックとタイミング信号の関係の例を示す図、第３
図は実施例のタイミング抽出回路の例を示す図、第４図
は実施例の切替信号発生回路の例を示す図、第５図は実
施例のクロック出力回路の例を示す図、第６図は従来の
クロック切り替えの例を示す図、第７図は従来のクロッ
ク切り替えの他の例を示す図である。 １……第一クロック発生回路、２……第二クロック発生
回路、３……クロック切替回路、４……論理回路、５…
…タイミング抽出回路、６……切替信号発生回路、７…
…クロック出力回路、８……Ｄフリップフロップ、９…
…インバータ、10……アンド回路、11……オア回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一のクロックと該第一のクロックと周波
   数の異なる第二のクロックとについて、第一のクロック
   から第二のクロックへ切り替え可能なタイミングおよび
   第二のクロックから第一のクロックへ切り替え可能なタ
   イミングを抽出してタイミング信号として出力するタイ
   ミング抽出回路と、 上記タイミング信号と論理回路からのクロック選択信号
   に基づいて前記第一のクロックと第二のクロックとを切
   り替えるための切替信号を生成する切替信号発生回路
   と、 上記切替信号に基づいて第一のクロックあるいは第二の
   クロックの内のいずれかを選択して論理回路に対し出力
   するクロック出力回路とを具備し、下記（イ），（ロ）
   の条件を満足する如くクロックを出力することを特徴と
   するクロック切替回路。 （イ）出力するクロックパルスの立ち上がりから立ち下
   がりまでのＨパルス幅が第一のクロックと第二のクロッ
   クのＨパルス幅の内の短い方に等しいかあるいはこれよ
   り大であり第一のクロックと第二のクロックのＨパルス
   幅の和に等しいかあるいはこれより小である。 （ロ）出力するクロックパルスの立ち下がりから立ち上
   がりまでのＬパルス幅が第一のクロックと第二のクロッ
   クのＬパルス幅の内の短い方に等しいかあるいはこれよ
   り大であり第一のクロックと第二のクロックのＬパルス
   幅の和に等しいかあるいはこれより小である。