JP3851113B2 - デスキュー回路を有するクロック生成器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にディジタル回路に関し、より詳細には、クロック生成回路に関する。さらに詳細には、本発明はデスキュー回路(deskewer)を有するクロック生成器に関する。
【0002】
【従来の技術】
クロック信号は、一般に、周波数で表される速度のハイとローの電圧レベル間の周期的な遷移を含み、その周波数は1秒間に起こるハイ/ロー遷移の数で測定される。集積回路内で、様々なディジタル論理回路のタイミングは一般に1つまたは複数のクロック信号で制御される。クロック信号は、ディジタル論理回路のバス・サイクルを同期させるために使用される。したがって、集積回路内の全てのディジタル論理回路は、クロック信号に基づいてデータの演算を開始する。より具体的に言うと、ディジタル論理回路は、クロック信号の立上りエッジおよび/または立下りエッジに関連して、その出力信号の状態を変える。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
集積回路内で、クロック信号は一般にクロック生成器で生成される。時には、集積回路内の異なるディジタル論理回路が異なる周波数のクロック信号を必要とする時に、異なるディジタル論理回路の要求を満たす特殊な周波数のクロック信号を生成するために、別個のクロック生成器が利用される可能性がある。集積回路内の異なるディジタル論理回路にクロック信号を供給するために複数のクロック生成器が利用される時に、ディジタル論理回路の各々へのクロック信号入力の間に、遅延時間の差が生じる可能性がある。この遅延時間はクロック・スキューとして知られている。製造時に生じた多くの軽微なプロセスのばらつきによってもクロック・スキューは発生することがあるので、クロック・スキューは一般に避けることができないが、本開示はクロック・スキューを減少させた改良されたクロック生成器を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によると、クロック生成回路は波形生成器およびデスキュー回路を含む。波形生成器は、入力クロック信号によってクロック動作し、波形信号を生成する。デスキュー回路は、波形生成器に接続されており、波形生成器からの波形信号を入力クロック信号でゲート制御して、出力クロック信号のスキューが入力クロック信号に対して小さくなるような出力クロック信号を生成する。
【0005】
本発明の全ての目的、機能および利点は、下記の詳細に書かれた説明で明らかになるであろう。
【0006】
【発明の実施の形態】
50%のデューティ・サイクル・クロックが要求される次の2つの従来技術クロック生成回路を検討されたい。図面、特に図1を参照して、従来技術に従った第1のクロック生成回路のブロック図を示す。図示のように、クロック生成回路10は、有限状態機械(FSM)11、Dフリップフロップ12、マルチプレクサ13、および様々な論理ゲートを含む。
【0007】
一般に、FSM11は、クロック入力信号16に対してクロック分周を行う。しかし、FSM11は、1分周動作を行うことができないし、さらに奇数のクロック分周で50%のデューティ・サイクルを実現することができない。このようにして、コントローラ17により1分周経路18を実現するために、マルチプレクサ13が使用される。さらに、AND論理ゲート14およびOR論理ゲート15を加えたDフリップフロップ12が、これは半サイクル・パルス引伸ばし器として知られているが、50%デューティ・サイクルを達成するために奇数クロック分周を引き伸ばすように使用される。
【0008】
クロック生成回路10に関連した問題が少なくとも3つある。第1に、1分周経路18の長さはN分周経路19の長さと異なる。第2に、N分周経路19では、奇数のクロック分周と偶数のクロック分周とで2つの異なる経路がある。第3に、クロック生成回路10の最長経路の構成要素が多すぎる。すなわち、FSM11、AND論理ゲート14、Dフリップフロップ12、OR論理ゲート15、およびマルチプレクサ13は多すぎる。このようにして、集積回路内の異なる論理回路にクロック信号を供給するために、いくつかのクロック生成回路10が使用される時に、各々の論理回路へのクロック入力の間に大きなクロック・スキューが起こりそうである。
【0009】
図2を参照して、従来技術に従った第2のクロック生成回路のブロック図を示す。図示のように、クロック生成回路20は、2N分周カウンタ21、遅延回路22、およびXOR論理ゲート23を含む。FSM分周器(図1のクロック生成回路10のような)を使用する代わりに、クロック生成回路20はクロック二倍器(すなわち、遅延回路22およびXOR論理ゲート23)を使用し、その後に2N分周カウンタ21が続いて、偶数のクロック分周および50%デューティ・サイクルの要求を実現する。
【0010】
クロック生成回路20に関連した問題が少なくとも4つある。第1に、異なるクロック周波数に対応するために、遅延回路22を注意深く調整しなければならない。第2に、2N分周カウンタ21へのクロック入力として2Xクロックを必要とすることは、現在の技術では制限される可能性がある。第3に、最終的にクロック出力信号25を生成するXOR論理ゲート23を通る経路について、タイミング解析を行わなければならない。第4に、クロック生成回路20の最長経路には依然として余りにも多くの構成要素がある。すなわち、XOR論理ゲート23、クロック・ツリー(2N分周カウンタ21内)、クロック分配器(2N分周カウンタ21内)、およびレジスタ(2N分周カウンタ21内)である。このようにして、図1のクロック生成回路10と同様に、集積回路内の異なる論理回路にクロック信号を供給するためにいくつかのクロック生成回路20が使用される時に、各論理回路へのクロック入力の間に大きなクロック・スキューが起こりそうである。
【0011】
本発明は、クロック・スキューの少ない改良されたクロック生成回路を提供する。図3を参照して、本発明の好ましい実施形態に従ったクロック生成回路のブロック図を示す。図示のように、クロック生成回路30は波形生成器31およびクロック・デスキュー回路60を含む。波形生成器31は、当技術分野で公知の任意の波形生成器回路で実現される可能性がある。例えば、波形生成器31は図1のクロック生成回路10または図2のクロック生成回路20で実現することができる。
【0012】
クロック・デスキュー回路60は、2個のDフリップフロップ32〜33、3個の2入力AND論理ゲート34〜36、および1個の3入力OR論理ゲート37を含む。クロック・デスキュー回路60は、波形生成器31の出力xからの波形信号をクロック入力信号38でゲート制御して(または、それらの信号を結合して)、クロック出力信号39を生成する。クロック・デスキュー回路60は、クロック入力信号38のクロック・サイクルに従って、出力xからの波形信号を1クロック・サイクルだけ遅らせる。本質において、クロック・デスキュー回路60は、レジスタのパイプライン集合がデータ・フロー信号に対して作用するのと全く同じように、波形生成器31の出力xからの波形信号に対して作用する。その結果、クロック出力信号39は、クロック入力信号38に対して非常に緊密にタイミングが合っていて、ほとんどスキューがない。
【0013】
クロック生成回路30にはクリティカルなタイミング経路が2つある。第1のクリティカルなタイミング経路は、AND論理ゲート34の1つの入力にあるインバータ(「あわ」で示されている)、AND論理ゲート34、およびOR論理ゲート37である。第2のクリティカルなタイミング経路は、AND論理ゲート35の1つの入力にあるバッファ(図示されていない)、AND論理ゲート35、およびOR論理ゲート37である。AND論理ゲート35の入力にあるバッファの目的は、AND論理ゲート34の入力にあるインバータのタイミングに合せるためである。AND論理ゲート36はクリティカルなタイミング経路ではない。クロック生成回路30の上記の2つのクリティカルな経路は、当業者が理解するように、NAND論理ゲートで実施することができる。
【0014】
図1、2のクロック生成回路に優るクロック生成回路30の1つの明らかな利点は、クリティカルなタイミング経路がはるかに短いことである。さらに、論理ゲート対34/37と論理ゲート対35/37の間の対称によって、クロック出力信号39に対して最小のパルス縮小が可能になる。さらに、クロック生成回路30は、クロック入力信号38のエッジのいずれか1つから得られる立上りエッジか立ち下がりエッジかいずれかのクロック出力信号39を出力することができる。唯一の条件は、波形生成器31の出力波形が、Dフリップフロップ32、33で半分のデューティ・サイクルの設定および保持時間を満たす必要があることである。これは、必要であれば、追加の組のパイプライン動作レジスタで容易に行うことができる。
【0015】
図4を参照して、本発明の代替実施形態によるクロック生成回路のブロック図を示す。図示のように、クロック生成回路40は、FSM41およびクロック・デスキュー回路50を含む。図2の2Xクロック周波数のようなクロック生成回路20の動作の代わりに、FSM41は1Xクロック周波数で動作して、2つの出力p、qの情報を別々に符号化し、その情報によって、クロック生成回路40は、クロック・サイクルごとに1つまたは2つのクロック・エッジを伝えることができるようになる。クロック・サイクルごとに、FSM41は出力pとqに2つの値を生成する。出力pは、クロック・サイクルの第1の半分の値を与え、出力qは同じクロック・サイクルの第2の半分の値を与える。あるいは、その逆もまた真である。出力pとqの値は、各クロック・サイクルで異なる可能性がある。
【0016】
クロック・デスキュー回路50は、2個のDフリップフロップ42〜43、3個の2入力AND論理ゲート44〜46、および1個の3入力OR論理ゲート47を含む。AND論理ゲート44〜46およびOR論理ゲート47の論理式は、次のようである。
( ̄cANDa)OR(cANDb)OR(bANDa)
ここで、aおよびbは、それぞれフリップフロップ42、43からの出力であり、cはクロック入力信号48である。図3のクロック・デスキュー回路60と同様に、クロック・デスキュー回路50はFSM41の出力aおよびbからの波形信号をクロック入力信号48でゲート制御して(または、それらの信号を結合して)、クロック出力信号49を生成する。クロック・デスキュー回路50は、クロック入力信号48のクロック・サイクルに従って、両方の出力aとbからの波形信号を1クロック・サイクルだけ遅らせる。クロック・デスキュー回路50は、レジスタのパイプライン集合がデータ・フロー信号に対して作用するのと全く同じように、FSM41の出力aとbからの波形信号に作用する。このようにして、クロック出力信号49は、サイクルごとに完全にFSM41の制御を受ける。その結果、クロック出力信号49は、クロック入力信号48に対して非常に緊密にタイミングが合っていて、ほとんどスキューがない。
【0017】
説明したように、本発明は、クロック・スキューを減少させた改良されたクロック生成回路を提供する。図3および4のデスキュー回路は、3個のAND論理ゲートおよび1個のOR論理ゲートで実現されるが、当業者が理解するように、デスキュー回路はまたNANDまたは他の論理ゲートでも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による第1のクロック生成回路のブロック図である。
【図2】従来技術による第2のクロック生成回路のブロック図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態によるクロック生成回路のブロック図である。
【図4】本発明の代替実施形態によるクロック生成回路のブロック図である。
【符号の説明】
10 クロック生成回路
11 有限状態機械(FSM)
12 Dフリップフロップ
13 マルチプレクサ
14 AND論理ゲート
15 OR論理ゲート
16 クロック入力信号
17 コントローラ
18 一経路分割
19 N経路分割
20 クロック生成回路
21 2Nカウンタ分割
22 遅延回路
23 XOR論理ゲート
30 クロック生成回路
31 波形生成器
32 Dフリップフロップ
33 Dフリップフロップ
34 2入力AND論理ゲート
35 2入力AND論理ゲート
36 2入力AND論理ゲート
37 3入力OR論理ゲート
38 クロック入力信号
39 クロック出力信号
40 クロック生成回路
41 FSM
42 Dフリップフロップ
43 Dフリップフロップ
44 2入力AND論理ゲート
45 2入力AND論理ゲート
46 2入力AND論理ゲート
47 3入力OR論理ゲート
48 クロック入力信号
49 クロック出力信号
50 クロック・デスキュー回路
60 クロック・デスキュー回路

Claims (1)

  1. 入力クロック信号によってクロック動作し、波形信号を生成する波形生成器と、
    前記波形生成器に接続され、出力クロック信号が前記入力クロック信号と緊密にタイミングが合うように、前記波形信号を前記入力クロック信号でゲート制御して出力クロック信号を生成するためのデスキュー回路とを備え
    前記デスキュー回路が、
    2つのフリップフロップと、
    ( ̄cANDa)OR(cANDb)OR(bANDa)の論理式を有し、ここでaとbが前記2つのフリップフロップからの出力であり、cが前記入力クロック信号である複数の論理回路とを含む、
    クロック生成回路。
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