JP2758994B2 - 同調リング発振器回路 - Google Patents

同調リング発振器回路

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JP2758994B2 JP3010972A JP1097291A JP2758994B2 JP 2758994 B2 JP2758994 B2 JP 2758994B2 JP 3010972 A JP3010972 A JP 3010972A JP 1097291 A JP1097291 A JP 1097291A JP 2758994 B2 JP2758994 B2 JP 2758994B2
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    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H03L7/0995Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator comprising a ring oscillator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
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    • H03K3/0315Ring oscillators
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    • Y10S331/03Logic gate active element oscillator

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
  • Pulse Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル電子回路用ク
ロック発生器に関し、特に基準周波数に同調するクロッ
ク信号を発生する装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル電子回路用クロック発生の主
題については、カーバー・メード(Carver Me
ad)及びリン・コンウェイ(Lynn Conwa
y)による書名「VLSIシステム序論(Introd
uction to VLSISystem)」なる、
アヂソン・ウィスリー社(Addison−Wesle
y)発行の書籍の、7.4節「クロック発生(Cloc
k Generation)」、233から236頁に
扱われている。以前には、サブシステムの動作用基準ク
ロックは、水晶共振回路又はその他の共振回路から供給
されるマスタクロック信号から得られていた。集積回路
チップ上の自蔵VLSI(超大規模集積回路)システム
の場合、クロック信号がチップ上で発生されることがし
ばしば不可欠である。上掲の書籍は、電子発振基回路を
取り扱う代わりに、何のためにクロック信号が使用され
るかを理解することから開始する一層基本的なアプロー
チを採ることが良い旨を推奨している。そこでは、基本
原理が明確にされており、同期装置におけるクロックの
役割は、所望事象の順序を時間に従い接続するというこ
とである。クロック遷移時間の間隔は、計画された起動
がその間隔中に起こるに充分でなければならない。クロ
ック信号は、したがって、発振器よりも、タイマの集合
と云った方が似つかわしい。
【0003】タイマは、インバータの連鎖として構成さ
れる。いくつかのタイマを使用するクロック発生回路は
リング発振器回路上に作製され、これらはこのリングを
巡り奇数個の信号反転を有する。リング発振器は、リン
グを二回巡る間の遅延時間の奇約数である周期を有す
る。リングが調波で発振するのを回避するために、クロ
ック信号は、初期化信号が供給されるまで動作を禁止す
るためにリングと直列に接続されるゲートを使用するこ
とによって、初期化中、抑制される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁気
記憶ディスク駆動機構のスピンドルインデクスパルスの
ような、可変のシステム基準信号に同調する時間基準信
号を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】本発明のこの目的及び他の目的のため、リ
ングに直列に接続されかつリング発振器を形成する複
数のインバータを備えるリング発振器回路を含む同調リ
ング発振器回路が提供される。
【0006】本発明の一側面によれば、リング発振器回
路の出力信号はプログラマブル分周器に送られ、この分
周器内でリング発振器の周波数は分周される結果、出力
クロックパルスに対する周波数粗制御が行われる。
【0007】リング発振器は、このリング発振器の動作
を禁止するためにこのリング発振器に直列に制御ゲート
を接続されることによって、所定時限中、中断される。
制御ゲートに対する制御信号はプログラマブル遅延線の
出力信号として供給され、この遅延線は、例えば、マイ
クロプロセッサ制御器からの制御信号を受信する入力端
子を備える。プログラマブル遅延線によって与えられる
可変遅延は、出力クロックパルスの周期の微制御を行
う。
【0008】比較装置は、出力クロックパルスの周波数
を、システム基準パルス、例えば、回転磁気記憶ディス
ク装置のスピンドルインデクスパルスにおけるシステム
基準パルスと比較するために設けられる。
【0009】
【実施例】本明細書に組み入れられかつその一部を形成
する添付図は、明細書の記載と共に本発明の原理を説明
するものである。
【0010】次に添付図を参照して、これに示されてい
る本発明の好適実施例について詳細に説明を行う。本発
明は、その好適実施例について説明されるけれども、こ
れらは本発明をこれらの好適実施例にのみ限定すること
を意図するものではないことは、云うまでもない。逆
に、本発明は前掲の特許請求の範囲に規定されている本
発明の精神と範囲内に包含される代替、変形、及び等価
に及ぶことを意図している。
【0011】図1は、先行技術のリング発振器回路10
を示す。リング発振器回路のこの簡単な型式のものは、
反転入力アンドゲート12、又はインバータを含み、こ
のゲートはその入力端子の1つに接続する信号線14を
通して初期化信号を供給される。この発振器回路の出力
信号は、端子16に供給される。図に示すように、この
発振回路の出力信号は、遅延線装置18を通して反転入
力アンドゲート12の他の入力端子に帰還される。
【0012】図2は、本発明による同調リング発振器回
路20を示す。リング発振器回路22は、2反転入力ア
ンドゲート24によって形成される。反転入力アンドゲ
ート24の出力端子はインバータ26の入力端子に接続
されている。インバータ26の出力端子は第2インバー
タ28の入力端子に接続されている。第2インバータ2
8の出力は、信号線30上を経由して2反転入力アンド
ゲート24の反転入力端子のうちの1つに帰還される。
これによって、リング発振器回路22を形成する。
【0013】反転入力アンドゲート24はインバータと
して機能し、かつまたリング発振器回路22を通しての
発振信号の伝搬を禁止することによって、所定時間中、
リング発振器回路22を中断する中断装置を構成する。
反転アンドゲート24は、論理高信号レベルが信号線3
2を経由して反転入力アンドゲート24の他の入力端子
に出現するとき、使用禁止される(非導通にされる)
【0014】信号線30上に出現するリング発振器回路
22の出力信号はマイナークロック信号(Minor
Clk)と呼ばれる。信号線32を経由して反転アンド
ゲート24の第2入力端子に出現する信号は、反転クロ
ックイネーブル信号(−CLKENA)である。マイナ
ークロック信号は、また、プログラマブル分周器40の
クロック入力(CLK)に接続され、分周器40は、例
えば、キーパッド42によってプログラムされ、キーパ
ッド42は適当な二進入力信号をプログラマブル分周器
40のプログラマブル端子(A,B,C,D)に供給す
る。反転されたキャリー出力信号(CO)は、アクティ
ブロウ信号である。プログラマブル分周器40は、リン
グ発振器回路22のマイナークロック信号を分周する。
マイナークロック信号の各周期は4から16ナノ秒の範
囲のクロック増分を表示している。プログラマブル分周
器40の出力は、プログラマブル分周器40のQD出力
端子からの信号線44上にメジャークロック信号(Ma
jor Clk)として得られる。キャリー出力信号
(CO)は、反転負荷端子(反転L)に帰還される。
ャリー出力信号(CO)は、また、信号線48を経由し
て反転入力アンドゲート50の1つの反転入力端子に帰
還される。反転入力アンドゲート50の他の反転入力端
子は信号線51を経由してリング発振器回路22のマイ
ナークロック信号の帰還を受ける。反転入力アンドゲー
ト50の出力信号は、図に示されたように直列に接続さ
れた一連のインバータ対52,53、54,56、5
6,57を通過する。これらのインバータ対、すなわ
ち、2ゲート対は、2ゲート遅延時間の遅延増分を有す
る遅延線を形成する。アンドゲート50及びインバータ
対の各々からの出力信号は、それぞれの転送ゲート5
8,59,60,61のそれぞれの入力端子に供給され
る。これらの転送ゲートは、それぞれの制御端子へのそ
れぞれ制御信号で以て制御される。これらの転送ゲート
58,59,60,61は、インバータ対52,53、
54,56、56,57によって形成される遅延線に対
するタップを構成する。転送ゲート58,59,60,
61の出力信号は、一括されてかつ信号線62に接続さ
れる。
【0015】ノアゲート70は、キャリー出力信号(C
O)をその1つの入力端子に接続されかつ転送ゲート5
8〜61からの出力信号を信号線62を経由しこのノア
ゲートの他の入力端子に接続される。ノアゲート70へ
の入力信号は、信号線32上にクロックイネーブル信号
(−Clk Ena)を供給するように組み合わせられ
る。
【0016】図3Aは、インバータ対52,53、5
4,56、56,57によって形成される遅延時間から
短時間遅延が得られたとき、図2の回路のメジャークロ
ック信号、マイナークロック信号、反転クロック使用可
能信号、及び反転キャリー出力信号のそれぞれ信号波形
を示す。メジャークロック信号の周期は、従って、短時
限に渡って延長される。
【0017】図3Bは、インバータ対52,53、5
4,56、56,57によって形成される遅延時間から
長時間遅延が得られたとき、図2の回路のメジャークロ
ック信号、マイナークロック信号、反転クロックイネー
ブル信号、及び反転キャリー出力信号のそれぞれ信号波
形を示す。反転クロックイネーブル信号は、リング発振
器回路22を比較的長い時限中、禁止する長クロック遅
延構成において高レベルに維持される。このことは、プ
ログラマブル分周器40があふれる度にプログラマブル
遅延線、すなわち、インバータ対52,53、54,5
6、56,57の形成する遅延線を加算することによっ
て、メジャークロック信号の周期を延ばす。インバータ
対52,53、54,56、56,57の形成する遅延
線上のタップは、プログラマブルであって、各タップは
1/2から2ナノ秒を示す。このようにして、プログラ
マブル分周器40から信号線44に供給されるメジャー
クロック信号の周期は、極めて小さい増分だけ増され
る。
【0018】図4は、同調リング発振器回路20から得
られる入力クロック信号(DRAMClk)又は(S
CSIClk)の周波数を基準パルス(Index
Edge)の周波数と比較するクロックレートタイマ
の論理回路図を示す。この論理回路は、標準セルから
形成されかつAT&T(アメリカ電話電信会社)1.2
5ミクロンCMOSライブラリーから提供されるブロッ
クを構成する。入力クロック信号(DRAMClk)
は、普通、10から24MHzの範囲の周波数で動作
し、かつ入力端子102に供給される。入力クロック信
号(SCSIClk)は、普通、20MHzで動作
し、かつ入力端子104に供給される。基準パルス(I
ndexEdge)は入力端子106に供給され、か
つ磁気記憶ディスク装置に対するインデクスパルスの縁
から導出される。基準パルス(IndexEdge)
の周波数は、普通、1秒の1/60である。
【0019】一般に、図4に示されているクロックレー
タイマ装置の機能は、基準パルス(IndexEd
ge)の16周期に等しい時間を供給することにあり、
この16周期中、入力クロック信号(DRAMCl
k)又は(SCSIClk)が計数される結果、リン
グ発振器の周波数を決定する。これらのパルスは、普
通、一連の24個の計数器モジュールによって構成され
るモジュラークロックパルス計数器110内で計数され
る。これらの計数器モジュールの出力は、出力信号(u
DataOut(7:))として信号バス11
2上に供給される。バス112のそれぞれの信号線は、
それぞれの端子114に接続される。これらの端子は、
マイクロプロセッサ(図には示されていない)に情報ビ
ットを供給し、マイクロプロセッサは基準パルス(In
dexEdge)の16周期中にパルス計数器の計数
を比較する。もしクロックパルス計数器からの計数がこ
のマイクロプロセッサの許容の範囲内にないならば、こ
のマイクロプロセッサから同調リング発振器回路20へ
の制御信号は変化させられる。パルス計数器110から
マイクロプロセッサへの24ビットは、端子114上の
8ビットの3つの多重化された群として供給される。図
4におけるパルス計数器110に対する表記法は、この
計数器をその段(I)で代表させており、ここに、I=
1〜23番目のモジュールである。これらのモジュール
は、パルス計数器を構成するように配置及び接続されて
いる。パルス計数器110の各モジュールは、Dフリッ
プフロップ120を含み、このフリップフロップはQN
端子をD入力端子に接続されて1/2分周器として機能
する。入力信号(CNT(I−1))は、前段(I−
1)のモジュールからI番目のモジュールに対するクロ
ックCK端子上へ入力信号として供給される。Dフリッ
プフロップ120の各Q出力端子からの出力信号は、転
送ゲート122を通り出力バス112に供給される。転
送ゲート122及びパルス計数器の他のモジュールに対
する同様の転送ゲートが、計数器読取り信号(Rd
(2:0))及び反転読取り信号(Rd(2:0))
によって制御される。反転読取り信号(Rd(2:
0))及び非反転読取り信号(Rd(2:0))の両方
は、それぞれの入力端子130,132,134上への
入力信号から得られる。これらの入力信号は、パルス計
数器110からの24ビット出力データ語に対する多重
化8ビットブロックの3つの群を表示する。これらの3
つの入力信号の反転信号は、信号(RdHigh)、
(RdMid)、(RdLow)から、それぞれの
インバータ136,138,140を使用して導出され
る。この回路の構成によって、パルス計数器110から
の情報の選択された8ビットブロックがマイクロプロセ
ッサデータバス112上に読み出される。
【0020】このパルス計数器は、24個の1/2分周
段を含むことに注意されたい。パルス計数器の第1段
(CNT0)段150であり、これもDフリップフ
ロップ分周器である。Dフリップフロップ150のQN
端子から反転出力信号は、パルス計数器の第1段Dフリ
ップフロップ120のクロックCK端子に供給される。
第1段Dフリップフロップ150のクロックCK端子へ
の入力クロック信号は、クロック選択器162の出力端
子から信号線160を経由して得られる。クロック選択
器162はDフリップフロップ164によって決定され
る入力クロック信号(DRAMClk)又は(SCS
Clk)のいずれかを選択し、Dフリップフロップ
164はそのQ出力端子とQN出力端子をそれぞれ選択
器162の入力に接続されている。Dフリップフロップ
164は、信号線166上に存在する3ビットデータ信
号のビット2線(2番目のビット線)によってクロック
信号の1つを選択するようにスイッチされる。Dフリッ
プフロップ164のCK端子に供給されるクロック信号
は、読取り制御信号(WrControl)端子17
0からの信号線168上に得られる。
【0021】クロックレートタイマ装置100の動作モ
ードの選択は、マイクロプロセッサから得られる制御信
号を使用することにより行われる。この信号は制御信号
(uPDataIn(2:0))であって、端子1
69に接続されている3本の信号線上に供給される。
【0022】基準パルス(IndxEdge)、すな
わち、インデクス信号(Indx(0))を計数する
計数器は、この信号を端子106から信号線180を経
由して第1段Dフリップフロップ182のクロックCK
端子に供給され、このフリップフロップはこのインデク
スパルスを計数する5段インデクスパルス計数器183
の第1段1/2分周器である。クロックパルス計数器1
10に似て、この5段インデクスパルス計数器183
は、5つのDフリップフロップを含み、これらの各々は
図に示されているように他の4つの段に対して適当に接
続をされている。5段インデクスパルス計数器の出力
は、信号(INDX(5))であって信号線184上に
供給される。
【0023】5段インデクスパルス計数器183は、第
1段Dフリップフロップ182の反転クリヤ端子(CD
N)に接続されている信号線186上に供給される運転
信号(Run)によって起動される。運転信号(Ru
n)は、運転フリップフロップ190のQ端子から信号
線186上に供給される。運転フリップフロップ190
は、書込み制御(WrControl)端子170か
らそのクロックCK端子にクロック信号を供給される。
運転フリップフロップ190のD端子への入力信号は、
制御信号(uPDataIn(2:0))のOビッ
トから得られる。
【0024】時間インデクスフリップフロップ200は
交互に設けられて、その結果、基準パルス(Indx
Edge)の次の縁が運転フリップフロップ190をセ
ットし、かつインデクスパルス計数器を始動してインデ
クスパルス計数を動作させる。インデクスパルス計数器
183は、普通、16までインデクスパルスを計数す
る。
【0025】インデクスパルス計数器183が16まで
計数すると、このインデクスパルス計数器の出力信号線
184上に出現する信号が選択器211及び2つの反転
ゲート213,215を通して信号線216へ伝搬され
る。この信号は、停止信号(Stop)と呼ばれ、交
互に設けられた時間インデクスフリップフロップ200
及び運転フリップフロップ190をリセットしてO出力
信号レベルに置く。選択器211に関しては、時間イン
デクスパルス運転信号(Run)及び出力信号(Ind
(5))は全て真状態にあると、信号線216上の
停止信号(Stop)もまた真状態にあると云うこと
に注意されたい。
【0026】信号線186上に出現する運転信号(Ru
n)は、また、同期装置の同期第1段(Syn0)
フリップフロップ218のD入力端子に接続され、その
Q出力端子は信号線220を通り第2段(Syn1)
Dフリップフロップ222のD入力端子に接続されてい
る。パルス縁Dフリップフロップ224が、また、配設
されている。同期装置の第1段(Syn0)、第2段
(Syn1)の両方、及び縁フリップフロップ224
は、全て、それぞれのクロックCK端子を、選択器16
2出力端子に接続されており、後者は入力クロック信号
(DRAMClk)又は(SCSIClk)のいず
れかを選択する。これらのクロック信号は信号線160
を経由してクロックパルス計数器の第1段(CNT
0)フリップフロップ150のクロックCK端子に供
給される。同期装置の第2段(Syn1)のフリップフ
ロップ222によって供給される同期信号及びパルス縁
フリップフロップ224の出力信号は、共にアンドゲー
226のそれぞれの入力端子に供給される。アンドゲ
ート226の出力はリセット信号を信号線228を経由
して、図に示されるように、パルス計数器の全ての段の
PO端子に供給して、これら全ての段を1レベルに置
く。
【0027】時間インデクスフリップフロップ200、
運転フリップフロップ190、及びクロック選択器のフ
リップフロップ164のQ出力信号の状態は、信号バス
236上のそれぞれの転送ゲート230,232,23
4を通してマイクロプロセッサデータバス112に供給
され、ここからマイクロプロセッサへのそれぞれ出力端
子114へ供給される。
【0028】図4に示されたクロックレートタイマ装置
100は、マイクロプロセッサが図2に示された同調リ
ング発振器回路20の周波数を制御するのを可能にす
る。このことは、インデクスパルス計数器183が16
個のインデクスパルスを計数する結果、クロックパルス
計数器110に対する計数周期を与えることによって、
達成される。このことは、同調リング発振器回路20の
周波数がインデクスパルスに同期させられて、温度変
化、電圧変化、及び半導体処理パラメータの変動に起因
する長期変動を除去する傾向を持つことを可能にする。
【0029】本発明の特定の実施例についてのこれまで
の記述は、図解と説明を目的として行われている。これ
らは、本発明をここに開示された在りのままの形に尽く
される又は限定されることを意図しているのではなく、
明らかに、多くの修正及び変形が上述の教示に照らして
可能である。これらの実施例は、本発明の原理及びその
実際の応用を、最善に説明するために選択されかつ記述
されており、したがって、当業者に、本発明及びその想
定される特定の使用に適する多様な修正を伴う多様な実
施例を、最も良く利用可能とする。本発明の範囲は、前
掲の特許請求の範囲及びこれらの等価によって規定され
るべきことを主張する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は先行技術によるリング発振器の回路図で
ある。
【図2】図2は本発明による同調リング発振器回路の論
理回路図である。
【図3】図3Aおよび図3Bは、それぞれ短遅延時間の
場合及び長遅延時間の場合の、図2の本発明による発振
器回路における色々な端子上のそれぞれ一組みの波形図
である。
【図4】図4は図2の本発明による同調リング発振器回
路の周波数と基準パルス周波数との間の比較を遂行する
クロック率タイマ装置の論理回路図である。
【符号の説明】
20 同調リング発振器回路 22 リング発振器回路 24 2反転入力アンドゲート 26,28 インバータ 40 プログラマブル分周器 50 反転入力アンドゲート 52〜57 インバータ対 58〜61 転送ゲート 70 ノアゲート 100 クロックレートタイマ装置 110 クロックパルス計数器 114 マイクロプロセッサへの出力端子 150 クロックパルス計数器の第1段Dフリップフロ
ップ 162 クロック選択器 164 クロック選択器Dフリップフロップ 183 インデクスパルス計数器 190 運転フリップフロップ 200 時間インデクスフリップフロップ 210 時間インデクスパルス選択器 210,214 同期装置の第1、第2段Dフリップフ
ロップ 212,214 反転ゲート 216 パルス縁フリップフロップ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−219625(JP,A) 特開 平2−98212(JP,A) 特開 昭51−97362(JP,A) 特開 平2−10847(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03L 1/00 - 7/26 G11B 20/10 351 H03K 3/354

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リング状に直列に接続されて発振信号が
    そのリングを通して伝搬するようになっている複数個の
    反転段を含むリング発振器と、 発振信号がリングを通して伝搬することを禁止するため
    前記複数個の反転段に直列に結合された制御ゲート装置
    と、前記発振信号の伝搬を制御する制御端子とを備え
    る、前記リング発振器を予め定められた時間中断させる
    ための中断装置と(イ)前記リング発振器に結合された入力端子、出力ク
    ロックパルスが生じる第1の出力端子およびキャリー出
    力信号が生じる第2の出力端子を備えた粗調整用プログ
    ラマブル分周器装置と、 (ロ)遅延時間を設定するための遅延時間プログラム装
    置を含む微調整用プログラマブル遅延線装置とを具備す
    る、 出力クロックパルスの繰り返し率を制御するための制御
    装置と、 前記出力クロックパルスの周波数をシステム基準パルス
    の周波数と比較し、前記制御装置のための制御信号を発
    生して前記リング発振器の周波数をシステム基準パルス
    の周波数に同調させるよう前記出力クロックパルスの調
    整を行なう比較装置と を有し、前記制御装置のプログラ
    マブル遅延線装置には、前記制御信号を受けるためのプ
    ログラム入力端子、前記プログラマブル分周器装置の第
    2の出力端子に結合された入力端子および前記制御ゲー
    ト装置の制御端子に結合された出力端子が設けられる、 同調リング発振器。
  2. 【請求項2】 リング状に直列に接続されて発振信号が
    そのリングを通して伝搬するようになっている複数個の
    反転段を含むリング発振器と、 発振信号がリングを通して伝搬することを禁止するため
    前記複数個の反転段に直列に結合された制御ゲート装置
    と、前記発振信号の伝搬を制御する制御端子とを備え
    る、前記リング発振器を予め定められた時間中断させる
    ための中断装置と(イ)前記リング発振器に結合された入力端子、出力ク
    ロックパルスが生じる 第1の出力端子およびキャリー出
    力信号が生じる第2の出力端子を備えた粗調整用プログ
    ラマブル分周器装置と、 (ロ)遅延時間を設定するための遅延時間プログラム装
    置を含む微調整用プログラマブル遅延線装置とを具備す
    る、 出力クロックパルスの繰り返し率を制御するための制御
    装置と、 前記出力クロックパルスの周波数をスピンドルインデク
    スパルスの周波数と比較し、前記制御装置のための制御
    信号を発生して前記リング発振器の周波数をスピンドル
    インデクスパルスの周波数に同調させるよう前記出力ク
    ロックパルスの調整を行なう比較装置と を有し、前記制
    御装置のプログラマブル遅延線装置には、前記制御信号
    を受けるためのプログラム入力端子、前記プログラマブ
    ル分周器装置の第2の出力端子に結合された入力端子お
    よび前記制御ゲート装置の制御端子に結合された出力端
    子が設けられる、 磁気デイスク記憶装置用クロック発生器。
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