JP2914267B2 - 集積回路のデータ転送方法およびその装置 - Google Patents

集積回路のデータ転送方法およびその装置

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JP2914267B2 JP1386596A JP1386596A JP2914267B2 JP 2914267 B2 JP2914267 B2 JP 2914267B2 JP 1386596 A JP1386596 A JP 1386596A JP 1386596 A JP1386596 A JP 1386596A JP 2914267 B2 JP2914267 B2 JP 2914267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路のデータ転
送方法およびその装置に係わり、特にデータ転送サイク
ルを短縮する集積回路のデータ転送方法およびその装置
に関する。
【従来の技術】この種の従来のデータ転送装置の一例の
主要部をブロック図で示した図6(a)を参照すると、
データ出力装置600はD型フリップフロップ回路(以
下、D−FFと称す)601と転送すべきデータを外部
から供給されるクロック信号CLKに応答して出力バッ
ファ602を介してデータ出力端子604から出力する
ように構成されている。
【0002】このデータ転送装置の動作説明用のタイミ
ングチャートを示した図6(b)を参照すると、クロッ
ク信号CLKに対するD−FF601の内部遅延時間を
tq、このD−FF601の出力データに対する出力バ
ッファによる遅延時間をtbとすると、転送データの遅
延時間tDはtq+tbとなる。
【0003】すなわち、データ転送サイクルをTcyc
le、転送データが供給されるデータ入力装置(図示せ
ず)のセットアップ時間をtsとすると、データ転送サ
イクルはtD+tsで制限されるていることが分る。
【0004】その改善例としてPLL(Phase L
ocked Loop)回路を用いた例がある。そのブ
ロック図を示した図6(c)およびその動作説明用のタ
イミングチャートを示した図6(d)を参照すると、図
6(a)に示したブロック図との相違点は、D−FF6
11のクロック信号としてPLL回路613の出力信号
を供給するようにしたことである。
【0005】この例の場合、クロック信号CLKに対す
るD−FF611の内部遅延時間をtq、このD−FF
611の出力データに対する出力バッファによる遅延時
間をtb、外部クロック信号CLKに対して内部クロッ
ク信号CLKiの差の時間をtpとすると、転送データ
の遅延時間tDはtq+tb−tpとなる。
【0006】すなわち、外部クロック信号CLKに対し
て内部クロック信号CLKiを時間tpだけ早めること
により、外部クロック信号CLKに対しする遅延時間
は、転送データの遅延時間tDは図6(a)の場合より
も時間tpだけ短かくなるように見えるため、データ転
送サイクルが時間tpだけ改善されることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例のう
ち、PLL回路を用いてデータ転送サイクルを改善した
場合は、PLL回路自体には、入力周波数に対して出力
周波数が正常に出力されるまでの間ロック時間という不
安定な状態が介在する。その時間は約200μSecか
ら1mSecの期間であるが、この期間は外部からのア
クセスは不可能である。また、このロック時間の期間は
非同期の不安定な内部クロック信号が発生するので、デ
ータ出力装置の内部状態が定まらなくなり、その不定状
態を解除するためにロック時間の後にデータ出力装置の
内部状態をリセットするためのリセットサイクルが必要
であった。
【0008】さらに、PLL回路を内蔵させるためチッ
プ面積も増大するという欠点もあった。
【0009】本発明の目的は、上述の欠点に鑑みなされ
たものであり、ロック時間で装置の状態が不安定にな
り、かつチップ面積も大きくなるPLL回路を用いるこ
となく、高速にデータ転送を行なうことが出来るデータ
転送方法およびその装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の集積回路のデー
タ転送方法の特徴は、外部クロック信号に同期してデー
タ出力装置から転送データを送出させ、前記転送データ
を前記外部クロック信号に内部動作を同期させてデータ
入力装置で受ける集積回路のデータ転送方法において、
前記データ出力装置として、前記外部クロック信号に同
期して所定のデータ遅延量だけ前記転送データを遅らせ
て出力するデータ出力手段と前記データ遅延量に等しい
時間だけ前記外部クロック信号を遅らせて出力するクロ
ック遅延手段とを用い、前記データ入力装置として、前
記クロック遅延手段の出力する遅延クロック信号に同期
して前記転送データを受ける前段部とこの前段の出力す
る前記遅延クロック信号同期の前記転送データをさらに
前記外部クロック信号に同期して取り込む後段部とを備
えたデータ入力手段とを用い、前記データ出力装置から
出力されるデータ信号の前記データ入力装置までの配線
遅延量が、前記データ出力装置から出力される前記遅延
クロック信号の前記データ入力装置までの配線遅延量と
同一となるようにしてデータを転送することにある。
【0011】本発明の集積回路のデータ転送装置の特徴
、外部クロック信号に同期して転送データを送出する
データ出力装置と、前記外部クロック信号に内部動作が
同期するデータ入力装置とを有する集積回路のデータ転
送装置において、前記データ出力装置は、前記外部クロ
ック信号に同期して所定のデータ遅延量だけ前記転送デ
ータを遅らせて出力するデータ出力手段と前記データ遅
延量と等しい時間だけ前記外部クロック信号を遅らせ
出力するクロック遅延手段とからなり、前記データ入力
装置は、前記クロック遅延手段の出力する遅延クロック
信号に同期して前記転送データを受ける前段この前
段の出力する前記遅延クロック信号同期の前記転送デー
タをさらに前記外部クロック信号に同期して取り込む後
とを備えたデータ入力手段からなり、前記データ出
力装置から出力されるデータ信号の前記データ入力装置
までの配線遅延量が、前記データ出力装置から出力され
る前記遅延クロック信号の前記データ入力装置までの配
線遅延量と同一であることにある。
【0012】また、前記データ入力装置におけるデータ
入力のセットアップ時間をtsとし、前記データ転送サ
イクルをTcycleとし、前記外部クロック信号に対
する前記転送データの遅延量をtdとするとき、前記
クロック信号に対する前記遅延クロック信号の遅延量
を、(ts+td−Tcycle)にあらかじめ設定す
ことができる
【0013】さらに、前記データ出力装置が前記転送デ
ータを外部から供給される第1の選択信号に応答して前
記転送データの送出を遮断するデータ転送制御手段を有
する第2のデータ出力装置からなり、この第2のデータ
出力装置を複数有するとともにそれぞれのデータ出力端
子を共有し、前記データ入力装置の前記前段に供給す
る前記遅延クロック信号は、複数の前記データ出力装置
のうちの1つからのみ供給し、前記後段部には前記外部
クロック信号を供給することできる。
【0014】さらにまた、前記データ出力装置が前記転
送データを外部から供給される第2の選択信号に応答し
て前記転送データの送出を遮断するデータ転送制御手段
とこのデータ転送制御手段に応答して前記遅延クロック
信号の送出を遮断する遅延クロック制御手段とを有する
第3のデータ出力装置からなり、この第3のデータ出力
装置を複数有するとともにそれぞれのデータ出力線およ
び前記遅延クロック信号の出力線をそれぞれ共有し、前
記データ入力装置の前記前段に供給する前記遅延クロ
ック信号は、複数の前記データ出力装置のうちの1つか
らのみ供給し、前記後段部には前記外部クロック信号を
供給することもできる。
【0015】
【発明の実施の形態】まず、本発明の第1の実施の形態
について図面を参照しながら説明する。図1(a)は本
発明のデータ転送装置の第1の実施の形態を示すブロッ
ク図であり、図1(b)はその動作説明用のタイミング
チャートである。図1を参照すると、データ出力装置1
00は、クロック信号入力端子104に供給される外部
クロック信号CLKに同期してD−FF101が転送す
べきデータを読み出し、出力バッファ102および出力
端子106を介してデータ出力線へ送出するとともに、
外部クロック信号CLKを出力バッファ103で遅延さ
せ遅延クロック信号CLKdとしてクロック出力線へ出
力するように構成される。
【0016】ここで、クロック信号CLKに対するD−
FF101の内部遅延時間をtq、このD−FF101
の出力データに対する出力バッファ102による遅延時
間をtbとすると、外部クロック信号CLKに対する転
送データの遅れはtq+tbとなる。一方、外部クロッ
ク信号CLKに対して遅延クロック信号CLKdの差の
時間をtbとすると、外部クロック信号CLKに対して
転送データの遅延時間tDはtD=tq+tb−tb=
tqとなる。
【0017】すなわち、転送データの遅延時間tD=t
qとなり、実質的にPLL回路を用いて内部クロック信
号を時間tqだけ早めたことと同等になる。
【0018】上述したデータ出力装置100とデータ入
力装置200とのデータ転送例を示した図2(a)、お
よびその動作説明用のタイミングチャートを示した図2
(b)を参照すると、データ出力装置100からデータ
伝送線路へ送出された転送データはデータ入力装置20
0にデータ入力端子205を介して取り込まれ、クロッ
ク信号入力端子204を介して入力する遅延クロック信
号CLKdに同期してD−FF201に保持される。こ
のD−FF201に保持された転送データはクロック入
力端子203に供給される外部クロック信号に同期して
次段のD−FF202に読み込まれ受信データDiとし
て取り出される。
【0019】すなわち、データ入力装置200は遅延ク
ロック信号CLKdを内部のメインクロックとして利用
することも出来るが、ここではデータ転送用の局所的な
クロック信号として使用し、メインクロックは外部クロ
ック信号CLKを使用する例を示している。
【0020】ここで、データ入力装置200のセットア
ップ時間をts、データ転送サクルをTcycle、ク
ロック信号CLKに対する転送データの遅れ、すなわち
D−FF101および出力バッファ102の遅延時間を
tq+tbとする時、出力バッファ103の遅延時間t
B103を tB103=ts+tq+tb−Tcycle 以上にするとTcycleでのデータ転送が可能とな
る。
【0021】例えば、出力バッファ103の遅延時間を
ts+tq+tb−Tcycle以上とすると、遅延ク
ロック信号CLKdに対する遅延時間tDは、 tD=tq+tb−(ts+tq+tb−Tcycl
e) となり、この式からtD+tsは、 tD+ts=tq+tb−(ts+tq+tb−Tcy
cle)+ts=Tcycle となるので、Tcycleでのデータ転送が出来ること
が分る。
【0022】次に、第2の実施の形態として2つのデー
タ出力装置300および310と、1つのデータ入力装
置200との間におけるデータ転送例をブロック図で示
した図3(a)およびその動作説明用のタイミングチャ
ートを示した図3(b)を参照すると、データ出力装置
300は、外部クロック信号CLKに同期して転送すべ
きデータを読み出すD−FF301と、外部クロック信
号CLKに同期して入力端子306を介して供給される
選択信号を読み込みイネーブル信号を出力するD−FF
303と、このイネーブル信号に応答してD−FF30
1の転送データ出力D1をデータ出力端子308を介し
てデータ伝送線に送出するエネーブル機能付出力バッフ
ァ302と、外部クロック信号CLKを所定の時間だけ
遅延させて出力端子307を介してクロック伝送線へ出
力する出力バッファ304とからなる。
【0023】データ出力装置310も同様な構成であり
構成要素の301と311、302と312、303と
313、304と314、305と315、306と3
16307と317、308と318と、選択信号S
1とS2とがそれぞれ対応する。
【0024】これらの装置は選択信号S1およびS2で
データ出力装置がそれぞれ選択される。すなわち、デー
タ出力装置300を例にとると、選択信号S1のハイレ
ベルを外部クロック信号CLKの立ち下りのタイミング
でD−FF303がラッチしてイネーブル信号S1dを
出力バッファ302に出力すると出力バッファ302は
活性化状態となり、D−FF301の転送データD1が
出力バッファ302および出力端子308を介してデー
タ伝送線に送出される。
【0025】このとき、非選択のデータ出力装置310
は、選択信号2がロウレベルであるからD−FF313
の出力イネーブル信号S2dはロウベルとなり、出力バ
ッファ312は非活性化状態となって転送データは送出
を遮断され、その出力はハイインピーダンス状態にな
る。しかし、伝送線はデータ入力装置側においてそれぞ
れ終端抵抗によりプルアップされているからデータ入力
装置が誤動作することはない。
【0026】次に、選択信号S1がロウレベル、S2が
ハイレベルになると、このハイレベルを外部クロック信
号CLKの立ち下りのタイミングでD−FF313がラ
ッチしてイネーブル信号S2dを出力バッファ312に
出力すると出力バッファ312は活性化状態となり、D
−FF311の転送データD2が出力バッファ312お
よび出力端子318を介してデータ伝送線に送出され
る。このとき、非選択のデータ出力装置300は、選択
信号S1がロウレベルであるからD−FF303の出力
イネーブル信号S1dはロウベルとなり、出力バッファ
302は非活性化状態となって転送データは送出を遮断
されその出力はハイインピーダンス状態になる。
【0027】この構成の特徴は、データ出力装置300
のみが遅延クロック信号CLKdを出力していることで
ある。但し、実装ボード上において、データ出力装置3
00のデータ信号と遅延クロック信号CLKdの配線遅
延が等しくなるように設計され、データ出力装置310
がデータ入力装置200に対してデータ出力装置300
よりも離れた距離にある場合はその配線遅延量をΔtと
すると、データ出力装置310のて送出データのみ配線
遅延時間がΔtだけ異なり、その分だけデータが遅れて
到達することになる。そのため、遅延クロック信号CL
Kdに対する転送データの遅れは、tD+Δtとなり、
データ転送サイクルは、tD+Δt+tsで制限される
ことになる。
【0028】転送データおよび遅延クロック信号が同じ
データ出力装置から出力された方が遅延時間を等しく揃
え易いため、そのような状況は実際に起きることがあ
る。
【0029】その問題を解決するために第3の実施の形
態による、選択されたデータ出力装置が遅延クロック信
号CLKdを出力するデータ転送例をブロック図で示し
た図4(a)、およびその動作説明用のタイミングチャ
ートを示した図4(b)を参照すると、データ出力装置
400は、外部クロック信号CLKに同期して転送すべ
きデータを読み出すD−FF401と、外部クロック信
号CLKに同期して入力端子407を介して供給される
選択信号S1を読み込みイネーブル信号S1dを出力す
るD−FF403と、このイネーブル信号S1dに応答
してD−FF401の転送データ出力D1をデータ出力
端子308を介してデータ伝送線に送出するエネーブル
機能付出力バッファ402と、外部クロック信号CLK
に同期してイネーブル信号S1dを読み込みイネーブル
信号S1cを出力するD−FF404と、このイネーブ
ル信号S1cに応答して外部クロック信号CLKを所定
の時間だけ遅延させて出力端子408を介してクロック
伝送線へ出力する出力バッファ405とからなる。
【0030】データ出力装置410も同様な構成であり
構成要素の401と411、402と412、403と
413、404と414、405と415、406と4
16407と417、408と418と、選択信号S
1とS2とがそれぞれ対応する。
【0031】この場合、遅延クロック信号CLKdはデ
ータ出力装置400および410のいずれかが選択され
たときにのみ出力される。つまりこの構成によるデータ
出力装置は、転送データおよびそのデータのラッチタイ
ミング信号を併せて出力するので、入力装置200に対
してデータ出力装置400および410のそれぞれのデ
ータと遅延クロック信号CLKdの配線遅延時間が等し
くなるように設計することによって、前述した遅延差Δ
tの遅れを解決した。
【0032】上述の配線遅延時間が等しくなる必要があ
る値はデータの遅延tDであり、データ出力装置がデー
タ伝送線上に遅延クロックCLKdおよび転送データの
差分を遅延tDの値を保って出力したとしても、その後
の伝送線上における遅延クロックCLKdの遅延量と転
送データの遅延量とがそれぞれ異なれば、その差分だけ
データ入力装置においては遅延tDの値が変化してしま
うことになる。したがって伝送線上における遅延クロッ
クCLKdの遅延量と転送データの遅延量とは等しくす
る必要がある。またデータ出力装置400と410の配
線遅延量はそれぞれ異なっても問題はないが、それぞれ
のデータ出力装置内における遅延クロックCLKdの遅
延量と転送データの遅延量とは等しくする必要がある。
【0033】なお、遅延クロック信号CLKdは選択さ
れたときのみにクロック動作をするので消費電力の低減
にも寄与する。
【0034】ここで上述した各実施の形態の装置に適用
されるD−FFおよび出力バッファについて述べてお
く。これらD−FFおよび出力バッファの回路図を示し
た図5(a)〜(c)を参照すると、これらの回路は一
般的に用いられる公知の回路である。D−FFはデータ
入力端子DがトランスファゲートN1を介してインバー
タ302aおよび302bからなるラッチ回路に接続さ
れ、このラッチ回路の出力端がトランスファゲートN2
を介してインバータ302dおよび302eからなるラ
ッチ回路に接続されるとともに、このラッチ回路の出力
端は、入力データと同じ極性で出力されるように出力端
Qに接続される。トランスファゲートN1のゲート電極
にはクロック端子Cがインバータ302fを介して接続
され、トランスファゲートN2のゲート電極にはインバ
ータ302fの出力端がインバータ302cを介して接
続されて構成される。外部クロック信号CLKの立ち上
りのタイミングでデータがラッチされ、次のクロック信
号の立ち下りのタイミングでデータが出力される。
【0035】このタイプのD−FFは図1(a)、図2
(a)、図3(a)、図4(a)、図6(a)および図
6(c)においてクロック入力端に○記号を付してあ
る。
【0036】一方、クロック入力端に○記号を付してな
いD−FF、すなわち図4(a)のD−FF404およ
び414は、外部クロック信号の立ち上りでデータがラ
ッチされ、次のクロック信号の立ち上りタイミングでデ
ータが出力されるが、その場合は上述のインバータ30
2fが削除されてクロック端子Cとトランスファゲート
N1のゲートおよびインバータ302Cの入力端に直接
接続された構成となる。
【0037】図5(b)の出力バッファは、入力端子I
Nがインバータ303aを介してオープンドレイン接続
のNチャネル型MOSトランジスタN3のゲート電極に
接続されてなる。入力信号が同相で出力される。
【0038】図5(c)のイネーブル機能付出力バッフ
ァは入力端子INが2入力NAND405aの一方の入
力端に、他方の入力端にはイネーブル端子Eがそれぞれ
接続され、NAND405aの出力端はオープンドレイ
ン接続のNチャネル型MOSトランジスタN4のゲート
電極に接続されてなる。イネーブル端子がハイレベルの
とき入力信号が同相で出力される。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の集積回路
のデータ転送方法およびその装置は、データ出力装置に
より外部クロック信号に同期して転送データを出力し、
このデータ出力装置におけるデータ遅延量に等しい時間
だけクロック生成手段により外部クロック信号を遅延し
て出力させ、このクロック生成手段の出力する遅延クロ
ック信号に同期してデータ出力装置から転送された転送
データを受け、この遅延クロック同期の出力データをさ
らにデータ入力装置により外部クロック信号に同期して
データ入力側に取り込ませるようにするデータ転送方法
と、データ出力装置は外部から供給されるクロック信号
に同期して所定のデータを出力するデータ出力手段とこ
のデータ出力手段のデータ遅延量と等しい時間だけ外部
クロック信号を遅延して出力するクロック遅延手段とか
らなり、データ入力装置は、クロック遅延手段の出力す
る遅延クロック信号に同期して転送データを受ける前段
とその遅延クロック同期の転送データをさらにクロック
信号に同期して取り込む後段とを備えたデータ入力手段
からなるデータ転送装置とを有するので、実質的にPL
L回路を用いて内部クロック信号を所定の時間だけ早め
たことと同等に高速化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明のデータ転送装置の第1の実施の
形態を示すブロック図である。 (b)その動作説明用のタイミングチャートである。
【図2】(a)データ出力装置100とデータ入力装置
200とのデータ転送例を示したブロック図である。 (b)その動作説明用のタイミングチャートである。
【図3】(a)第2の実施の形態として2つのデータ出
力装置300および310と、1つのデータ入力装置2
00との間におけるデータ転送例を示すブロック図であ
る。 (b)その動作説明用のタイミングチャートである。
【図4】(a)第3の実施の形態として2つのデータ出
力装置400および410と、1つのデータ入力装置2
00との間におけるデータ転送例を示すブロック図であ
る。 (b)その動作説明用のタイミングチャートである。
【図5】(a)D−FFの回路図である。 (b)出力バッファの回路図である。 (c)イネーブル機能付出力バッファの回路図である。
【図6】(a)従来のデータ出力装置のブロック図であ
る。 (b)その動作説明用のタイミングチャートである。 (c)PLL回路を用いた他の従来のデータ出力装置の
ブロック図である。 (d)その動作説明用のタイミングチャートである。
【符号の説明】
100,300,400 データ出力装置 101,201,202,203,301,303,3
11,313,401,403,404,411,41
3,414 D−FF 102,103,304,313 出力バッファ 302,312,402,405,412,415
イネーブル機能付出力バッファ N1,N2 トランスファゲート N3,N4 Nチャネル型MOSトランジスタ 405a 2入力NAND
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04L 7/00 H04L 25/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部クロック信号に同期して転送データ
    を送出するデータ出力装置と、前記外部クロック信号に
    内部動作が同期するデータ入力装置とを有する集積回路
    のデータ転送装置において、前記データ出力装置は、前
    記外部クロック信号に同期して所定のデータ遅延量だけ
    前記転送データを遅らせて出力するデータ出力手段と前
    記データ遅延量と等しい時間だけ前記外部クロック信号
    を遅らせて出力するクロック遅延手段とからなり、前記
    データ入力装置は、前記クロック遅延手段の出力する遅
    延クロック信号に同期して前記転送データを受ける前段
    部とこの前段部の出力する前記遅延クロック信号同期の
    前記転送データをさらに前記外部クロック信号に同期し
    て取り込む後段部とを備えたデータ入力手段からなり、
    前記データ出力装置から出力される前記転送データの前
    記データ入力装置までの配線遅延量が、前記データ出力
    装置から出力される前記遅延クロック信号の前記データ
    入力装置までの配線遅延量と同一であり、前記データ出
    力装置が前記転送データを外部から供給される選択信号
    に応答して前記転送データの送出を遮断するデータ転送
    制御手段とこのデータ転送制御手段に応答して前記遅延
    クロック信号の送出を遮断する遅延クロック制御手段と
    を有する第2のデータ出力装置からなり、この第2のデ
    ータ出力装置を複数有するとともにそれぞれのデータ出
    力線および前記遅延クロック信号の出力線をそれぞれ共
    有し、前記データ入力装置の前記前段部に供給する前記
    遅延クロック信号は、複数の前記データ出力装置のうち
    の1つからのみ供給し、前記後段部には前記外部クロッ
    ク信号を供給することを特徴とする集積回路のデータ転
    送装置
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