JP2901620B2 - ダイナミック回路 - Google Patents

ダイナミック回路

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JP2901620B2 JP63254749A JP25474988A JP2901620B2 JP 2901620 B2 JP2901620 B2 JP 2901620B2 JP 63254749 A JP63254749 A JP 63254749A JP 25474988 A JP25474988 A JP 25474988A JP 2901620 B2 JP2901620 B2 JP 2901620B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、論理回路に係り、特に高速化に好適なダイ
ナミツク回路に関する。
〔従来の技術〕
従来、ダイナミツク回路については、超LSI設計P60〜
P62において論じられている。
ダイナミツク回路は、データ転送期間前に出力信号線
をHighレベルになるようにプリチヤージ用トランジスタ
を導通状態にし、引き抜き回路を非導通状態にする手段
と、データ転送期間にプリチヤージ用トランジスタを非
導通状態にし、データ転送期間までに確定した入力の信
号に従つて出力信号線の電荷を放電するか、ないしはそ
のままの状態を保持する機能を設えている。一般的にデ
ータ転送期間とプリチヤージ用トランジスタを導通状態
にする期間は、システムのクロツク・タイミングを適当
に相補的なタイミング関係を持たせることにより得られ
る。
ダイナミツク回路の特徴は、出力信号線にN個の独立
な入力がある場合に、スタテツク回路に比べて素子数の
削減、面積の削減、高速動作などが上げられる。
VLSIの内では、ワイヤードOR論理やバスとしてダイナ
ミツク回路がよく利用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、データ転送期間にデータが変化して
しまうと誤動作する。
誤動作するパターンを下記に示す。
つまり、誤動作するパターンは、データ転送前のデー
タが“1"で、データ転送期間にデータが“0"に変化した
場合である。
誤動作のメカニズムは、初めにデータが“1"であるた
め出力信号線の電荷を放電してしまうが、その後データ
が“0"に確定した時点で出力信号線の電荷は放電が止ま
る。一度電荷を放電してしまうと電荷は、次のサイクリ
ツクな充電期間まで充電されないため、初めのデータが
伝搬されてしまい誤動作をまねく。
さらに、上記従来技術の問題点を解決するための手法
は、データがデータ転送期間までに確定するまでシステ
ムのクロツクサイクルを伸ばすことが考えられる。
しかし、高性能なシステムを作る上では、システムの
クロツクサイクルを縮めなければならず、安にクロツク
サイクルを伸ばすのは問題である。
本発明の目的は、システムのクロツクサイクルを伸ば
さずに、データ転送期間に転送データが確定する信号の
場合にもデータが正確に伝搬する手段を設けることにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、データ転送期間前に信号線を所定のレベ
ルの電圧にするプリチャージ回路と、データ転送期間に
入力信号に応じて信号線のレベルを変化又は保持させる
引き抜き回路とを有するダイナミック回路において、デ
ータ転送期間中に入力信号が変化して、信号線を所定の
レベルとする状態に確定した場合に、変化した信号線の
レベルを所定のレベルの電圧にするデータ補正回路とを
有することにより達成することがてきる。
また、上記目的はデータ転送期間前にバスを所定のレ
ベルの電圧にするプリチャージ回路と、データ転送期間
に入力信号に応じてバスのレベルを変化又は保持させる
複数の引き抜き回路とを有するダイナミック回路におい
て、データ転送期間中に入力信号が変化して、バスを所
定のレベルとする状態に確定した場合に、変化したバス
のレベルを所定のレベルの電圧にするデータ補正回路と
を有することにより達成することができる。
また上記目的はデータを保持するレジスタファイル
と、入力されたデータに基づいて演算を実行する演算器
とが第1、第2のデータバスで接続され、データ転送期
間前に上記第1のバスを所定のレベルの電圧にプリチャ
ージする回路とを有するマイクロプロセッサにおいて、
データ転送期間中に入力信号が変化して、第1のバスを
所定のレベルとする状態に確定した場合に、変化した第
1のバスのレベルを所定のレベルの電圧にするデータ補
正回路とを有することにより達成することができる。
〔作用〕
データ補正回路は、確定データを見てデータ転送期間
に出力信号線を再充電するように動作する。
それによつて出力信号線は、再びデータ転送期間の初
めの状態と同じ状態となり、確定データを正確に転送す
るようになるので、誤動作することがない。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図より説明する。
第1図は入力信号102〜104のどれかを選んで論理回路
107へデータを転送するダイナミツク回路のブロツク図
であり、出力信号線108、データ転送前に出力信号線108
に電荷を充電するためのプリチヤージ回路105、それを
制御する制御線114、データ転送時に出力信号線108の電
荷を放電するかそのまま保存するかを選択する引き抜き
回路101、各引き抜き回路の入力信号102〜104、どの引
き抜き回路を動作させるかを制御する制御線110〜112、
データ転送時にデータが確定した時、データを正確に補
正するデータ補正回路106、2相ノン−オーバーラツプ
クロツク▲▼,▲▼、各制御線110〜112,114を
制御するイネーブル信号120〜122、イネーブル信号120
〜122をクロツクタイミングに合わせて出力するクロッ
クドライバより構成され、このダイナミック回路の次段
には、論理回路107が接続されている。
さらに第1図の引き抜き回路101の一例を第2図
(a),(b)に、プリチヤージ回路105を(c)に示
す。
第2図(a)は、NMOSトランジスタで構成されたもの
であり(b)は、バイポーラトランジスタとMOSトラン
ジスタで組み合せた回路である。(b)の回路は、出力
信号線108の負荷容量が大きい時、高速に引き抜く効果
がある。(c)は、信号線114がアサートされるとPMOS
トランジスタ201のゲートがLOWレベルとなり、導通状態
となり、出力信号線108に電荷を充電する回路である。
さらに第1図のデータ補正回路106の一例を第3図に
示す。第3図は制御線111,112のどちらかがアサートさ
れた時、それに対応した入力信号103,104がLOWレベルの
時PMOSトランジスタが導通して充電する回路である。
第1図のダイナミツク回路の動作について第4図に示
す。nステツプ目について考えると、▲▼がLOWレ
ベルで、出力信号線108はプリチヤージ回路105によつて
電荷が充電されHighレベルになる。なお、第4図のn−
1ステツプ目のデータ転送時にどれかの引き抜き回路10
1により出力信号線108の電荷が放電されたものとする。
イネーブル線120がアソートされ、かつ入力信号102がLO
Wレベルの場合、▲▼がLOWレベルで、出力信号線10
8はHighレベルが保持される。入力信号102は通常のダイ
ナミツク回路の使用方法と同じであり、▲▼がLOW
になるまえにデータは確定している。これを第4図パタ
ーン3に示す。
次にイネーブル線121がアサートされ、かつ入力信号1
03が▲▼の立ち下り以後に“High"から“LOW"に変
化した場合、▲▼がLOWレベルになると、出力信号
線108はLOWレベルに放電されはじめる。入力信号103が
その後“LOW"で確定すると出力信号線108は放電をやめ
る。かつ、データ補正回路106が充電を初めて、出力信
号線108は“High"レベルになる。つまり、入力信号が確
定したデータを正確に出力信号線108に伝えることがで
きる。これを第4図パターン2に示す。なお、データ補
正回路106は充電を初めてから、▲▼が“LOW"レベ
ルの間充電しようと働きつづける。
イネーブル線122がアサートされた場合についても同
様であり、第4図パターン1に示す。
なお、ダイナミツク回路の次段の論理回路107は、出
力信号線108がデータ補正回路106によつて充電が完了す
る時間まで考慮に入れて論理設計されなければならな
い。
本実施例によれば、▲▼の立ち下がりまでに確定
されている入力信号102、確定していない入力信号103,1
04が1つのダイナミツク回路で動作可能である。
なお、本実施例において、データ補正回路106とプリ
チヤージ回路105を組み合わせた回路とすることは容易
に考えられる。
さらに、本実施例では、入力信号102〜104のどれかを
選んで次段の論理回路107へデータを転送するダイナミ
ツク回路について述べたが、ダイナミツク回路のもう一
つの使い方であるワイヤードOR論理についても同様にし
て容易に考えられる。
第5図は本発明のもう一つの一実施例であるマイクロ
プロセツサ401のブロツク図であり、ROMデコーダ、加算
器408、レジスタフアイル406、アライナー回路405、バ
イパス回路407、クロツクドライバー、アライナー回路4
05、レジスタフアイル406、バイパス回路407、加算器40
8を結ぶAバス402、Bバス403、Cバス404、主記憶とア
ライナー回路405を結ぶデータ線410、Aバス402、Bバ
ス403がダイナミツクバス構成をとるための各ブロツク
の引き抜き回路101、データ転送前にAバス402、Bバス
403に電荷を充電するためのプリチヤージ回路105より構
成されている。
第5図のマイクロプロセツサ401の動作は、プログラ
ムにより指定されたROMの内容をデコーダを通して各ク
ロツクドライバーのイネーブル信号として加算器408、
レジスタフアイル406、アライナー回路405、バイパス回
路407を制御する。
クロツク▲▼,▲▼は第4図に示し2相ノン
−オーバーラツプ方式とする。
レジスタフアイル406内のR1レジスタとR2レジスタを
加算してい結果をR3レジスタに書く場合、▲▼のタ
イミングでAバス402、Bバス403をプリチヤージ回路10
5により充電し“High"レベルにする。▲▼のタイミ
ングで、レジスタフアイル内のR1レジスタの内容をAバ
ス402へ、R2レジスタの内容をBバス403へ転送する。レ
ジスタフアイルの内容は、すでに▲▼のタイミング
で決まつており、従来通りのダイナミツク回路でデータ
を転送できる。加算器408は、次の▲▼の立ち上が
りまでに結果が求まり、▲▼のタイミングでレジス
タフアイル内のR3レジスタに格納される。
アライナー回路405と加算器408の動作も同様である。
加算器408は、内部で2段のパイプラインを実行する
構成とすることで、2倍の性能が得られるのは周知であ
り、この動作を第7図に示す。第7図の(b)はパイプ
ライン方式をとらない場合のレジスタ間演算でり、2サ
イクルで演算が実行できる。
(a)はパイプライン方式のとつた場合のレジスタ間
演算であり、1サイクルで演算が実行できる。
ここで、n回目の演算結果を次のn+1ですぐに次の
入力データとして使う場合、 バイパス回路407が必要である。つまり、加算器408の
演算結果をAバス402に入力データとして転送するため
の回路である。
本実施例において、加算器408の演算結果は▲▼
の立ち下がりぎりぎりに確定する。このためCバス404
をアクセスする時間分だけ、▲▼の立ち下がりに食
いこむ可能性があり、バイパス回路407内にデータ補正
回路409を設けた。
第6図(a)にデータ補正回路を示す。また第6図
(b)にデータ補正回路409と引き抜き回路101とを組み
合わせたバイパス回路407を示す。このバイパス回路407
はAバス402に対してデータ転送期間だけデータを出力
するトライステートゲート501より構成する。さらに第
6図(c),(d)に第6図(b)で示したトライステ
ートゲート501を示す。
(c)はMOSトランジスタで構成され、(d)はバイ
ポーラトランジスタとMOSトランジスタの組み合せによ
り構成されている。(d)の回路は、Aバス402の負荷
容量が大きい時、高速に引き抜く効果がある。これによ
り、クロツクのマシンサイクルを伸ばさずにダイナミツ
ク回路を正確に動作できる。
なお、本実施例においてバイパス回路407以外の引き
抜き回路101を第2図のMOS回路(a)で構成し、バイパ
ス回路407の引き抜き回路101を第2図の(b)の回路で
構成することもでき、これによつてより高速なマイクロ
プロセツサ401を実現できる。
また、本実施例において、Bバスにもバイパス回路を
設け、よりフレキシブルな制御を行なうこともできる。
なお、データ補正回路409は、Aバス、Bバス用に独立
に設けてもよいし、2つを組み合わせた回路構成として
設けてもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、データ転送期間中にデータが確定し
た時、正確にデータが確定できるため、信頼性の向上の
効果がある。
また、本発明によれば、データがデータ転送期間の前
まで確定しなくてもよく、マシンサイクルを短かくで
き、システム全体の性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のダイナミツク回路のブロツ
ク図、第2図は第1図の引き抜き回路、プリチヤージ回
路を示す図、第3図は第1図のデータ補正回路図、第4
図は第1図のタイミング図、第5図は、本発明の別の実
施例のマイクロプロセツサブロツク図、第6図は第5図
のデータ補正回路図、第7図(a)はパイプライン方式
をとらない場合のレジスタ間演算を示す図、(b)はパ
イプライン方式をとつた場合のレジスタ間演算を示す図
である。 101……引き抜き回路、106……データ補正回路、401…
…マイクロプロセツサ、407……バイパス回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野尻 辰夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 多田 久 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中野 哲夫 東京都小平市上水本町1450番地 株式会 社日立製作所コンピュータ事業本部デバ イス開発センタ内 (56)参考文献 特開 昭60−223218(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 3/00 H03K 19/0175

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】データ転送期間前に信号線を所定のレベル
    の電圧にするプリチャージ回路と、データ転送期間に入
    力信号に応じて信号線のレベルを変化又は保持させる引
    き抜き回路とを有するダイナミック回路において、 データ転送期間中に入力信号が変化して、上記信号線を
    上記所定のレベルとする状態に確定した場合に、変化し
    た上記信号線のレベルを上記所定のレベルの電圧にする
    データ補正回路とを有することを特徴とするダイナミッ
    ク回路。
  2. 【請求項2】データ転送期間前にバスを所定のレベルの
    電圧にするプリチャージ回路と、データ転送期間に入力
    信号に応じてバスのレベルを変化又は保持させる複数の
    引き抜き回路とを有するダイナミック回路において、 データ転送期間中に入力信号が変化して、上記バスを上
    記所定のレベルとする状態に確定した場合に、変化した
    上記バスのレベルを上記所定のレベルの電圧にするデー
    タ補正回路とを有することを特徴とするダイナミック回
    路。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 上記データ補正回路をクロックドインバータで構成した
    ことを特徴とするダイナミック回路。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3において、 上記引き抜き回路をMOSトランジスタとバイポーラトラ
    ンジスタとの組合せにより構成したことを特徴とするダ
    イナミック回路。
  5. 【請求項5】データを保持するレジスタファイルと、入
    力されたデータに基づいて演算を実行する演算器とが第
    1、第2のデータバスで接続され、データ転送期間前に
    上記第1のバスを所定のレベルの電圧にプリチャージす
    る回路とを有するマイクロプロセッサにおいて、 データ転送期間中に入力信号が変化して、上記第1のバ
    スを上記所定のレベルとする状態に確定した場合に、変
    化した上記第1のバスのレベルを上記所定のレベルの電
    圧にするデータ補正回路とを有することを特徴とするマ
    イクロプロセッサ。
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