JP2723741B2 - 半導体集積回路のクロック発生回路 - Google Patents

半導体集積回路のクロック発生回路

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JP2723741B2
JP2723741B2 JP4036704A JP3670492A JP2723741B2 JP 2723741 B2 JP2723741 B2 JP 2723741B2 JP 4036704 A JP4036704 A JP 4036704A JP 3670492 A JP3670492 A JP 3670492A JP 2723741 B2 JP2723741 B2 JP 2723741B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路におけ
る動作時間を規定するタイミング信号を発生するクロッ
ク発生回路に関し、特に、内部クロック入力信号を停止
する機能を有するクロック発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路は、高速化、高性
能、多機能化、低電圧化の傾向にあり、かつ、持ち運び
による移動も容易に出来るように、バッテリ等による電
力供給でも動作可能なものが要求されている。このよう
なバッテリ等による電力供給には、電力の供給量に限界
があるため、より有効に電力を使用する必要がある。こ
のため、従来から半導体集積回路には、そこでの電力消
費を出来るだけ少なくするために、バッテリーセービン
グ機能が備えられている。すなわち、半導体集積回路
は、その内部に備えられるクロック発生回路から供給さ
れるタイミング信号(クロック出力信号)に同期して動
作するが、未使用時にクロック発生回路からのタイミン
グ信号の発生を停止して、電力消費を出来るだけ少なく
している。
【0003】図5を参照して、従来の半導体集積回路の
クロック発生回路の構成について説明する。
【0004】従来のクロック発生回路は、外部クロック
入力信号CLKが供給されるクロック入力端子510
と、外部クロック入力信号CLKを保護する第1の入力
保護回路520と、この第1の入力保護回路520を介
して外部クロック入力信号CLKを入力して内部クロッ
ク入力信号a“1を出力する第1の入力回路530と、
外部クロック制御信号INが供給される制御入力端子5
11と、外部クロック制御信号INを保護する第2の入
力保護回路540と、この第2の入力保護回路540を
介して外部クロック制御信号INを入力して内部クロッ
ク制御信号a“2を出力する第2の入力回路550と、
内部クロック入力信号a“1に基づいて内部クロック制
御信号a“2を同期化し、同期化信号a“3を出力する
同期化回路560と、同期化信号a“3の制御下で内部
クロック入力信号a“1を処理して、4つのタイミング
信号φ1,φ1バー,φ2,およびφ2バーから成るク
ロック出力信号を発生するクロックドライバ570と、
から構成される。クロック出力信号は内部回路に供給さ
れる。
【0005】第1の入力保護回路520は、電源端子と
接地端子との間に直列に接続され、接続点にクロック入
力端子510が接続されたPチャネルMOSトランジス
タ521およびNチャネルMOSトランジスタ522
と、上記接続点に一端が接続され他端が第1の入力回路
530の入力に接続された抵抗523と、から構成され
る。
【0006】第1の入力回路530は、縦続接続された
2段のインバータ531および532から構成される。
【0007】第2の入力保護回路540は、第1の入力
保護回路520と同様に、電源端子と接地端子との間に
直列に接続され、接続点にクロック制御端子511が接
続されたPチャネルMOSトランジスタ541およびN
チャネルMOSトランジスタ542と、上記接続点に一
端が接続され他端が第2の入力回路550の入力に接続
された抵抗543と、から構成される。
【0008】第2の入力回路550は、第1の入力回路
530と同様に、縦続接続された2段のインバータ55
1および552から構成される。
【0009】次に、図5の回路の動作について図6の動
作波形図を参照して説明する。
【0010】まず、外部クロック制御信号INがロウレ
ベル“L”のときについて説明する。
【0011】図6の点A´において、外部クロック入力
信号CLKがロウレベル“L”からハイレベル“H”に
変化すると、第1の入力保護回路520および第1の入
力回路530を介して内部クロック入力信号a“1がタ
イミングT1´でロウレベル“L”からハイレベル
“H”に変化し、この変化した内部クロック入力信号a
“1がクロックドライバ570に供給される。
【0012】この内部クロック入力信号a“1の立上が
りに応答して、クロックドライバ570は、タイミング
T2´でタイミング信号φ2をハイレベル“H”からロ
ウレベル“L”に変化させる。また、クロックドライバ
570は、タイミングT3´でタイミング信号φ1をロ
ウレベル“L”からハイレベル“H”に変化させる。
【0013】次に、図6の点B´において、外部クロッ
ク入力信号CLKがハイレベル“H”からロウレベル
“L”に変化すると、第1の入力保護回路520および
第1の入力回路530を介して内部クロック入力信号a
“1がタイミングT4´でハイレベル“H”からロウレ
ベル“L”に変化し、この変化した内部クロック入力信
号a“1がクロックドライバ570に供給される。
【0014】この内部クロック入力信号a“1の立下が
りに応答して、クロックドライバ570は、タイミング
T5´でタイミング信号φ1をハイレベル“H”からロ
ウレベル“L”に変化させる。また、クロックドライバ
570は、タイミングT6´でタイミング信号φ2をロ
ウレベル“L”からハイレベル“H”に変化させる。
【0015】その後、外部クロック制御信号INがロウ
レベル“L”である限り、外部クロック入力信号CLK
の信号レベルに応じて、点A´および点B´と同様の動
作を繰り返す。
【0016】次に、外部クロック制御信号INがロウレ
ベル“L”からハイレベル“H”に変化した時点以後、
すなわち、外部クロック制御信号INが点C´以後のク
ロック発生回路の動作について説明する。
【0017】この場合、まず、第2の入力保護回路54
0および第2の入力回路550を介して、内部クロック
制御信号a“2がタイミングT7´でロウレベル“L”
からハイレベル“H”に変化し、この変化した内部クロ
ック制御信号a“2が同期化回路560に供給される。
【0018】同期化回路560は、点C´以後の、内部
クロック入力信号a“1の2クロック目の立上がりのタ
イミングT8´で、同期化信号a“3をロウレベル
“L”からハイレベル“H”に変化する。
【0019】この同期化信号a“3の立上がりに応答し
て、クロックドライバ570は、タイミングT9´でク
ロック出力信号の発生を停止する。すなわち、クロック
ドライバ570は、タイミング信号φ1をロウレベル
“L”からハイレベル“H”に変化させると共に、タイ
ミング信号φ2をハイレベル“H”からロウレベル
“L”に変化させて、クロック発生動作を停止する。
【0020】次に、外部クロック制御信号INがハイレ
ベル“H”からロウレベル“L”に変化した時点以後、
すなわち、外部クロック制御信号INが点D´以後のク
ロック発生回路の動作について説明する。
【0021】この場合、まず、第2の入力保護回路54
0および第2の入力回路550を介して、内部クロック
制御信号a“2がタイミングT10´でハイレベル
“H”からロウレベル“L”に変化し、この変化した内
部クロック制御信号a“2が同期化回路560に供給さ
れる。
【0022】同期化回路560は、点D´以後の、内部
クロック入力信号a“1の2クロック目の立上がりのタ
イミングT11´で、同期化信号a“3をハイレベル
“H”からロウレベル“L”に変化する。
【0023】この同期化信号a“3の立下がりに応答し
て、クロックドライバ570は、クロック発生動作を再
開し、タイミングT12´でタイミング信号φ1をハイ
レベル“H”からロウレベル“L”に変化させ、タイミ
ングT13´でタイミング信号φ2をロウレベル“L”
からハイレベル“H”に変化させる。
【0024】さらにその後、クロック発生回路は、上述
した点A´および点B´におけるのと同様の動作を繰り
返し、クロック出力信号を発生する。
【0025】このように、従来のクロック発生回路で
は、外部クロック制御信号INがハイレベル“H”の間
(正確には同期化信号a“3がハイレベル“H”の
間)、クロックドライバ570のクロック発生動作を停
止して、タイミング信号(クロック出力信号)の内部回
路への供給を抑止している。これにより、内部回路での
電力消費を出来るだけ少なくしている。しかしながら、
このクロックドライバ570のクロック発生動作が停止
している間も、外部クロック入力信号CLKが第1の入
力保護回路520を介して第1の入力回路530に供給
され続けるので、図6に示されるように、第1の入力回
路530はその動作を停止せず、内部クロック入力信号
a“1を出力し続ける。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
クロック発生回路では、クロックドライバ570のクロ
ック発生動作を停止させても、クロック入力端子510
から外部クロック入力信号CLKが常時供給されるた
め、第1の入力回路530は常時作動し続ける。このた
め、第1の入力回路530自身の静電容量C[pF]
と、第1の入力回路530に印加される電圧V[V]
と、第1の入力回路530のスイッチング時間τ[n
s]とを用いて、下記の数式1によって表される電流I
[μA]が第1の入力回路530を常時流れる。
【0027】
【数1】 I[μA]=C[pF]×V[V]/τ[ns]
【0028】このため、バッテリ等の電力供給でこのよ
うなクロック発生回路を含む半導体集積回路を駆動させ
ている場合、クロック発生回路を構成する第1の入力回
路530を常時電流が流れるため、バッテリが放電し、
省電力化を達成できないという欠点があった。
【0029】従って、本発明の目的は、省電力化を達成
できる半導体集積回路のクロック発生回路を提供するこ
とにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体集積回路のクロック発生回路は、所
定のクロック周波数をもつ外部クロック入力信号と外部
アクセス信号とを受け、該外部アクセス信号に基づいて
前記外部クロック入力信号を処理し、クロック出力信号
を発生する半導体集積回路のクロック発生回路におい
て、前記外部クロック入力信号を入力して内部クロック
入力信号を出力する第1の入力回路と、前記外部アクセ
ス信号を入力して内部アクセス信号を出力する第2の入
力回路と、前記内部アクセス信号に応答してリセットさ
れ、前記内部クロック入力信号のクロック数をカウント
し、該カウント値が所定値以内の間だけ制御信号を出力
するタイマ回路と、前記内部クロック入力信号に基づい
て前記制御信号を同期化し、同期化信号を出力する同期
化回路と、前記同期化信号の制御下で前記内部クロック
入力信号を処理して、前記クロック出力信号を出力する
クロックドライバと、前記内部アクセス信号に応答して
セットされ、前記同期化信号が出力されなくなった時点
でリセットされ、セットされた状態の間だけハイレベル
のセット信号を前記第1の入力回路に供給して前記第1
の入力回路を作動状態にするフリップ/フロップ回路
と、を有することを特徴とする。
【0031】上記クロック発生回路において、前記第1
の入力回路は、前記外部クロック入力信号と前記セット
信号とのナンド演算を行い、ナンドされた号を出力する
ナンド回路と、前記ナンドされた信号を反転して反転さ
れた信号を前記内部クロック入力信号として出力するイ
ンバータとから成ることが好ましく、また、前記第2の
入力回路が、縦続接続された2段のインバータから成る
のが望ましい。
【0032】また、上記クロック発生回路において、前
記外部クロック入力信号が第1の入力保護回路を介して
前記第1の入力回路に供給され、前記外部アクセス信号
が第2の入力保護回路を介して前記第2の入力回路に供
給されることが好ましい。
【0033】さらに、上記クロック発生回路において、
前記所定値を保持し、前記所定値を前記タイマ回路に設
定するレジスタを有しても良い。
【0034】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0035】図1は本発明の一実施例による半導体集積
回路のクロック発生回路の構成を示すブロック図であ
る。
【0036】図示の半導体集積回路のクロック発生回路
は、所定のクロック周波数をもつ外部クロック入力信号
CLKと外部アクセス信号INAとを受け、外部アクセ
ス信号INAに基づいて外部クロック入力信号CLKを
処理し、クロック出力信号を発生する回路である。
【0037】クロック発生回路は、外部クロック入力信
号CLKが供給されるクロック入力端子110と、外部
クロック入力信号CLKを保護する第1の入力保護回路
120と、この第1の入力保護回路120を介して外部
クロック入力信号CLKを入力して内部クロック入力信
号a1を出力する第1の入力回路130と、外部アクセ
ス信号INAが供給されるクロック制御端子111と、
外部アクセス信号INAを保護する第2の入力保護回路
140と、この第2の入力保護回路140を介して外部
アクセス信号INAを入力して内部アクセス信号a2を
出力する第2の入力回路50と、内部アクセス信号a2
に応答してリセットされ、内部クロック入力信号a1の
クロック数をカウントし、そのカウント値が所定値以内
の間だけ制御信号a3を出力するタイマ回路180と、
内部クロック入力信号a1に基づいて制御信号a3を同
期化し、同期化信号a4を出力する同期化回路160
と、同期化信号a4を反転し、反転した同期化信号a5
を出力するインバータ190と、反転した同期化信号a
5の制御下で内部クロック入力信号a1を処理して、4
つのタイミング信号φ1、φ1バー、φ2、およびφ2
バーから成るクロック出力信号を出力するクロックドラ
イバ170と、内部アクセス信号a2に応答してセット
され、同期化信号a4が出力されなくなった時点でリセ
ットされ、セットされた状態の間だけハイレベルのセッ
ト信号a6を第1の入力回路130に供給して、その第
1の入力回路130を作動状態にするフリップ/フロッ
プ回路200とから構成される。クロック出力信号は、
内部回路に供給される。
【0038】第1の入力保護回路120は、電源端子と
接地端子との間に直列に接続され、接続点にクロック入
力端子110が接続されたPチャネルMOSトランジス
タ121およびNチャネルMOSトランジスタ122
と、上記接続点に一端が接続され他端が第1の入力回路
130の入力に接続された抵抗123と、から構成され
る。
【0039】第1の入力回路130は、縦続接続された
ナンド回路131およびインバータ132から構成され
る。ナンド回路131は、外部クロック入力信号CLK
とセット信号a6とのナンド演算を行い、ナンドされた
信号を出力する。インバータ132は、そのナンドされ
た信号を反転して、反転された信号を上述の内部クロッ
ク入力信号a1として出力する。
【0040】第2の入力保護回路140は、第1の入力
保護回路120と同様に、電源端子と接地端子との間に
直列に接続され、接続点にクロック制御端子111が接
続されたPチャネルMOSトランジスタ141およびN
チャネルMOSトランジスタ142と、上記接続点に一
端が接続され他端が第2の入力回路150の入力に接続
された抵抗143と、から構成される。
【0041】第2の入力回路150は、縦続接続された
2段のインバータ151およびインバータ152から構
成される。
【0042】次に、図1の回路の動作について図2の動
作波形図を用いて説明する。
【0043】まず、図2の点Aにおいて、外部アクセス
信号INAのロウレベル“L”からハイレベル“H”へ
の立上がり以後の動作について説明する。
【0044】この場合、第2の入力保護回路140およ
び第2の入力回路150を介して内部アクセス信号a2
がタイミングT1でロウレベル“L”からハイレベル
“H”に変化し、この変化した内部アクセス信号a2が
タイマ回路180およびフロップ/フロップ回路200
に供給される。
【0045】この内部アクセス信号a2の立上がりに応
答して、タイマ回路180はタイミグT2で制御信号a
3をロウレベル“L”からハイレベル“H”に変化させ
タイマ動作を開始する。
【0046】同時にフリップ/フロップ回路200も、
内部アクセス信号a2の立上がりに応答して、タイミン
グT2でセット信号a6をロウレベル“L”からハイレ
ベル“H”に変化させる。
【0047】点Bにおいて、外部クロック入力信号CL
Kがロウレベル“L”からハイレベル“H”に変化する
立上がりに応答して、ナンド回路131は第1の入力保
護回路120の出力信号とセット信号a6とのナンド演
算を行なう。そして、ナンド回路131からインバータ
132を介してタイミングT3およびT4で内部クロッ
ク入力信号a1をロウレベル“L”からハイレベル
“H”に変化させる。
【0048】点Cにおいて、外部クロック入力信号CL
Kがハイレベル“H”からロウレベル“L”に変化する
立下がりに応答して、第1の入力保護回路120および
第1の入力回路130を介して、タイミングT5で内部
クロック入力信号a1をハイレベル“H”からロウレベ
ル“L”に変化させる。
【0049】点Bおよび点Cにおける動作は、セット信
号a6がハイレベル“H”の間繰り返し続けられる。
【0050】点Dでは、内部クロック入力信号a1の立
上がりに応答して、同期化回路160はハイレベル
“H”の同期化信号a4をタイミングT6でインバータ
190に供給する。インバータ190は、反転した同期
化信号a5をハイレベル“H”からロウレベル“L”に
変化させる。反転した同期化信号a5はクロックドライ
バ170に供給され、クロック発生動作が開始される。
【0051】E点では、内部クロック入力信号a1の立
下がりに応答して、クロックドライバ170は、タイミ
ング信号φ1をタイミングT7でハイレベル“H”から
ロウレベル“L”に変化させ、このタイミング信号φ1
の立下がりに基づいて、タイミング信号φ2をタイミン
グT8でロウレベル“L”からハイレベル“H”に変化
させる。
【0052】F点では、内部クロック入力信号a1の立
上がりに応答して、クロックドライバ170は、タイミ
ング信号φ2をタイミングT9でハイレベル“H”から
ロウレベル“L”に変化させ、このタイミング信号φ2
の立下がりに基づいて、タイミング信号φ1をタイミン
グT10でロウレベル“L”からハイレベル“H”に変
化させる。
【0053】以後、反転した同期化信号a5がロウレベ
ル“L”である限り、クロックドライバ170は動作し
続け、点Eおよび点Fと同様の動作を繰り返す。
【0054】その後、G点では、タイマ回路180に設
定された所定値で規定される時間以内に外部アクセス信
号INAが入力されない限り、タイマ回路180は設定
された所定値でカウント動作を停止するが、このとき、
タイマ回路180は制御信号a3をハイレベル“H”か
らロウレべル“L”に変化させる。
【0055】この制御信号a3がロウレベル“L”に変
化してから、内部クロック入力信号a1の2クロック目
の立上がりの点Hにおいて、同期化回路160は、ロウ
レベル“L”の同期化信号a4をインバータ190に供
給し、反転した同期化信号a5をタイミングT11でロ
ウレベル“L”からハイレベル“H”に変化させる。
【0056】この反転した同期化信号a5の立上がりに
基づいて、タイミングT12でフリップ/フロップ回路
200は、セット信号a6をハイレベル“H”からロウ
レベル“L”に変化させる一方で、クロックドライバ1
70の動作も停止させる。
【0057】クロックドライバ170が停止するとき
に、タイミング信号φ1をハイレベル“H”に変化さ
せ、また、タイミング信号φ2をロウレベル“L”に変
化させる。
【0058】上述のセット信号a6がハイレベル“H”
からロウレベル“L”に変化するタイミングT13で第
1の入力回路130はその動作を停止するが、このと
き、この第1の入力回路130は、内部クロック入力信
号a1をハイレベル“H”からロウレベル“L”に変化
させる。
【0059】以上のように、本発明のクロック発生回路
では、外部アクセス信号INAがタイマ回路180に設
定された所定値によって規定された時間以内に新たに入
力されない限り、クロックドライバ170のクロック発
生動作は停止し、タイミング信号(クロック出力信号)
の内部回路への供給を抑止している。さらに、セット信
号a6がロウレベル“L”の間は、たとえ外部クロック
入力信号CLKが第1の入力保護回路120を介して第
1の入力回路130に供給されていても、図2に示され
るように、第1の入力回路130はその動作を停止し、
内部クロック入力信号a1を出力しない。
【0060】図3は、図1の実施例において述べたタイ
マ回路180と内部回路との間に、レジスタ210を接
続した他の実施例である。このレジスタ210は、タイ
マ回路180に設定された所定値を保持し、また、任意
の所定値をタイマ回路180に設定することができる。
これによって、タイマ回路180の動作期間tを内部回
路の要求により、自由に設定できるようになる。すなわ
ち、図2における制御信号a3がハイレベル“H”を維
持する時間tを自由に変えることができる。
【0061】図3における本発明の他の実施例は、図1
における本発明の実施例と同様の動作をするので、ここ
での説明は省略する。
【0062】図4は、本発明の実施例による図1または
図3のクロック発生回路を使用した半導体集積回路のブ
ロック図である。本発明のクロック発生回路を使用する
ことによって、CPUから見てアクセスされた機能ユニ
ットのみが作動する。
【0063】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、外部クロック入力信号が常時入力されても、
外部アクセス信号が入力されなくなると、自動的にクロ
ックドライバと内部クロック入力信号を出力する第1の
入力回路の動作を停止できるので、この停止している期
間第1の入力回路を流れる電流を遮断することによっ
て、省電力化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体集積回路のクロ
ック発生回路の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の回路の動作を説明するための動作波形図
である。
【図3】本発明の他の実施例による半導体集積回路のク
ロック発生回路の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明のクロック発生回路を使用した半導体集
積回路のブロック図である。
【図5】従来の半導体集積回路のクロック発生回路の構
成を示すブロック図である。
【図6】図5の回路の動作を説明するための動作波形図
である。
【符号の説明】
110 クロック入力端子 111 クロック制御端子 120 第1の入力保護回路 130 第1の入力回路 140 第2の入力保護回路 150 第2の入力回路 160 同期化回路 170 クロックドライバ 180 タイマ回路 190 インバータ 200 フリップ/フロップ回路 210 レジスタ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のクロック周波数をもつ外部クロッ
    ク入力信号と外部アクセス信号とを受け、該外部アクセ
    ス信号に基づいて前記外部クロック入力信号を処理し、
    クロック出力信号を発生する半導体集積回路のクロック
    発生回路において、 前記外部クロック入力信号を入力して内部クロック入力
    信号を出力する第1の入力回路と、 前記外部アクセス信号を入力して内部アクセス信号を出
    力する第2の入力回路と、 前記内部アクセス信号に応答してリセットされ、前記内
    部クロック入力信号のクロック数をカウントし、該カウ
    ント値が所定値以内の間だけ制御信号を出力するタイマ
    回路と、 前記内部クロック入力信号に基づいて前記制御信号を同
    期化し、同期化信号を出力する同期化回路と、 前記同期化信号の制御下で前記内部クロック入力信号を
    処理して、前記クロック出力信号を出力するクロックド
    ライバと、 前記内部アクセス信号に応答してセットされ、前記同期
    化信号が出力されなくなった時点でリセットされ、セッ
    トされた状態の間だけハイレベルのセット信号を前記第
    1の入力回路に供給して前記第1の入力回路を作動状態
    にするフリップ/フロップ回路と、を有することを特徴
    とする半導体集積回路のクロック発生回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の入力回路が、前記外部クロッ
    ク入力信号と前記セット信号とのナンド演算を行い、ナ
    ンドされた号を出力するナンド回路と、 前記ナンドされた信号を反転して反転された信号を前記
    内部クロック入力信号として出力するインバータとから
    成り、 前記第2の入力回路が、縦続接続された2段のインバー
    タから成ることを特徴とする請求項1記載の半導体集積
    回路のクロック発生回路。
  3. 【請求項3】 前記外部クロック入力信号が第1の入力
    保護回路を介して前記第1の入力回路に供給され、前記
    外部アクセス信号が第2の入力保護回路を介して前記第
    2の入力回路に供給されることを特徴とする請求項1記
    載の半導体集積回路のクロック発生回路。
  4. 【請求項4】 前記所定値を保持し、前記所定値を前記
    タイマ回路に設定するレジスタを有する請求項1記載の
    半導体集積回路のクロック発生回路。
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