JP4193284B2 - エラスティック回路および集積回路 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は第1のクロックに同期したデータを入力し、第2のクロックに同期したデータを出力する簡易的なエラスティック回路、およびそのエラスティック回路を備えた集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
システムLSIのような大規模集積回路では、一般に、受信したクロックをロジック回路内に分配するためにバッファによるクロックツリー回路を用いている。ロジック回路では、そのクロックツリー回路内で多段に接続されたバッファを経たクロックを用いて受信したデータの処理を行うのであるが、クロックツリー回路内のバッファ段数が多く、その遅延量がクロックの1/2周期を超えるようになると、設計段階において、クロックツリー回路に入力されるクロックとクロックツリー回路から出力されるクロックの位相関係は不定であるとみなし、それらのクロック間でのデータの送受信のためにエラスティック回路を設けておく必要がある。
【0003】
図6に従来のエラスティック回路を用いた集積回路の構成図を示す。
【0004】
エラスティック回路5は、メモリ回路51、書き込みアドレスカウンタ52、読み出しアドレスカウンタ53で構成される。
【0005】
書き込みアドレスカウンタ52にはクロックツリー回路60に入力される前のクロックがクロック端子21から入力される。読み出しアドレスカウンタ53のクロック入力Cにはロジック回路7で使用されるクロックC0、つまりクロックツリー回路60で多段のバッファを経たクロックC0が入力される。ロジック回路7にはクロックC0、C1がクロック入力端子41,42を経て入力される。
【0006】
書き込みアドレスカウンタ52のカウント値によりメモリ回路51内の記憶領域が指定され、そこに入力端子1から入力される入力データを記憶するとともに、読み出しアドレスカウンタ53のカウント値によりメモリ回路51内の記憶領域が指定され、そこに記憶されたデータが読み出され、出力端子3を介してロジック回路7に入力される。よって、ロジック回路7にはクロックツリー回路60で多段バッファを経たクロックC0,C1に位相同期したデータが入力されるのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回路では、カウンタは4進以上、メモリも4面以上を必要とすると言う問題点があった。従来のエラスティック回路を用いた場合であって、カウンタを3進とした場合のタイムチャートを図7に示す。以下、図7を用いて、図6の従来回路ではなぜカウンタは4進以上、メモリも4面以上必要かにつき説明する。
【0008】
図6におけるリセット入力端子22を介して外部から入力される1ビット幅の非同期リセット信号により、2つのカウント値が0となる場合を考える。書き込みアドレスカウント値がtw1で0になる場合というのは、図7のようにリセット信号が実線から点線の間(約2ビット幅分)のどこかにあるということである。
【0009】
このリセット信号で読み出しアドレスカウント値が0となる場合というのは、書き込みアドレスカウンタ(52)に入力されるクロックに対し読み出しアドレスカウンタ(53)に入力されるクロックの位相はどこにあるかわからないので、読み出しアドレスカウンタ(53)はtr1〜tr2の間のどこかの立ち上がりでリセットされるということである。
【0010】
ここで、書き込みアドレスカウント値が0の時に、メモリ回路(51)に書き込んだ#0を読み出しアドレスカウント値がいくつの時に読み出すかを考える。書き込みアドレスカウント値が0の時に、読み出しアドレスカウント値も0では#0が読み出せない。読み出しアドレスカウント値が1では、"読み出しアドレスカウンタ▲1▼"の場合、即ち入力されるクロックがtr1でカウント値が0となる場合にメモリ回路(51)内における書き込み読み出しタイミングがあまりにもクリティカルなので、確実に#0が読み出すことができなくなる。また、読み出しアドレスカウント値が2では、"読み出しアドレスカウンタ▲2▼"の場合、即ち入力されるクロックがtr2でカウント値が0となる場合にメモリ回路(51)内に次のデータが書き込まれようとしているため、これも確実に#0を読み出すことは困難となる。
【0011】
そこで、従来回路では、読み出しアドレスカウント値が2の時に確実に#0が読み出せるように、カウンタは4進以上必要となる。(ここで、メモリ回路51の容量もカウンタの進数に比例して増やす必要がある。)
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、請求項1記載の発明として、外部クロックに相当する第1のクロックに同期したデータを入力し、回路中の内部論理回路へ分配される内部クロックに相当する第2のクロックに同期したデータを出力するエラスティック回路において、第2のクロックで動作し読み出しアドレスカウント値を出力するN+1進(Nは自然数)の読み出しアドレスカウンタと、前記読み出しアドレスカウント値を入力し所定時間遅延させて出力する遅延回路と、前記遅延回路から出力される前記読み出しアドレスカウント値をロード入力とし、第1のクロックで動作することにより書き込みアドレスカウント値を出力するN+1進の書き込みアドレスカウンタと、入力されるデータを前記書き込みアドレスカウント値によって書き込み、書き込まれているデータを前記読み出しアドレスカウント値によって読み出すメモリ回路とを設けた。
【0013】
また、請求項2記載の発明として、前記エラスティック回路における遅延回路を、複数のフリップフロップで構成し、各段のフリップフロップの動作クロックをその後段に接続されるフリップフロップの動作クロックよりも位相が遅れたクロックを入力として動作するシフトレジスタで構成した。
【0014】
さらに、請求項3記載の発明として、前記エラスティック回路にさらに、1クロック周期よりも小さい遅延を持つバッファがS段(Sは自然数)直列接続されたクロックツリー回路であって、前記第1のクロックを入力し、全体の遅延量がN−1クロック周期(Nは自然数)以上でNクロック周期未満の前記第2のクロックを出力する前記クロックツリー回路を設けることにより集積回路を構成した。
【0015】
そしてさらに、請求項4記載の発明として、この集積回路における遅延回路を、後段に接続される前フリップフロップの動作クロックよりも位相が遅れたクロックで動作する複数のフリップフロップで構成し、前記バッファの所定の段からの出力を動作クロックとして入力し動作するように構成した。
【0016】
このような構成により、最小限のカウンタ進数及びメモリ容量で、かつ、外部からリセット信号を入力する必要がないエラスティック回路を実現でき、面積縮小およびローパワー化した集積回路を実現することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施例である集積回路を説明するためのブロック図である。以下、図面を用いて説明する。
【0018】
1はデータ入力端子、2は外部クロック入力端子、3はエラスティック回路5からのデータ出力端子、4はクロックツリー回路6からのクロック出力端子、7はロジック回路、11はメモリ回路、12は書き込みアドレスカウンタ、13は読み出しアドレスカウンタ、14〜16は遅延回路としてのレジスタを構成するデータフリップフロップ(以下、D-FFという)、17〜20はバッファである。
【0019】
データ入力端子1は、メモリ回路11のデータ入力Dに接続される。メモリ回路11の出力Qはデータ出力端子3に接続され、データ出力端子3はロジック回路7のデータ入力Dに接続される。外部クロック入力端子2は書き込みアドレスカウンタ12のクロック入力Cおよびクロックツリー回路6内のバッファ17の入力に接続される。書き込みアドレスカウンタ12の出力はメモリ回路11の書き込みアドレス入力WAに接続される。
【0020】
読み出しアドレスカウンタ13の出力Qはメモリ回路11の読み出しアドレス入力RAおよびD-FF16の入力Dに接続される。 D-FF16の出力QはD-FF15の入力Dに接続され、 D-FF15の出力QはD-FF14の入力Dに接続される。 D-FF14の出力Qは書き込みアドレスカウンタ12のデータ入力Dに接続される。D-FF14,15,16のクロック入力Cは、それぞれクロックツリー回路6内のバッファ17,18,19の出力が順次接続されている。クロックツリー回路6内では、バッファが17,18,19,20の順に直列に接続され、バッファ20の出力は読み出しアドレスカウンタ13のクロック入力Cおよびクロック出力端子4に接続され、端子4はロジック回路7のクロック入力Cに接続されている。
【0021】
ここで、図2は動作原理を説明するためのブロック図であり、図3はそのタイムチャートである。以下、これらの図面を用いて、動作原理を説明する。
【0022】
図2に示される2つのD-FF31,32が直列に接続されている回路においては、図3に示されるように、前段のD-FF31に入力されるクロックAよりも後段のD-FF32に入力されるクロックBの方が、1クロック周期よりも十分に小さい位相(例えば、バッファ1段の遅延時間分)だけ前にある場合、D-FF32はD-FF31の出力データを確実にラッチすることができる。
【0023】
図2におけるD-FF31とD-FF32の関係が、図1でいう読み出しアドレスカウンタ13とD-FF16、D-FF16とD-FF15、D-FF15とD-FF14、D-FF14と書き込みアドレスカウンタ12に相当し、ぞれぞれの後段の回路は前段の出力データを確実にラッチすることができる、つまり、読み出しアドレスカウンタ13のカウント値を書き込みアドレスカウンタ12へ確実に伝達できる。
【0024】
ここで、図1において、クロックツリー回路6内における最大遅延量が1クロック周期未満である場合、書き込みアドレスカウンタ12および読み出しアドレスカウンタ13は2進カウンタで実現できる。図4の(a)および(b)は、2進カウンタで実現した場合のそれぞれ、クロックツリー回路6内における遅延量が、0である場合のタイムチャートと、1クロック周期未満である場合のタイムチャートを示し、以下、図面を用いて説明する。
【0025】
図4に示されるように、クロックツリー回路6内のバッファ20が出力するクロックの立ち上がりエッジtr1で読み出しアドレスカウンタ13のカウント値が0になったとする。図4(a)に示されるように、クロックツリー回路6における遅延量がない場合(遅延量0)は、入力端子2に入力されるクロックの立ち上がりエッジtw1で書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0となる。読み出しアドレスカウンタ13の出力は、D-FF3段を介して書き込みアドレスカウンタ12に入力されるので、書き込みアドレスカウンタ12の出力は読み出しアドレスカウンタ13の出力に対して4ビット分遅れる。
【0026】
また、図4(b)に示されるように、クロックツリー回路6における遅延量が最大(1クロック周期未満)の場合は、入力端子2に入力されるクロックの立ち上がりエッジtw2で書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0となる。この場合、1クロック周期(1ビット)分だけ2つのカウンタの出力は近づき、書き込みアドレスカウンタ12に出力は読み出しアドレスカウンタ13の出力に対して3ビット分遅れる。
【0027】
従って、図4(a)および(b)に示されるように、書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0の時にメモリ回路に書き込まれたデータを、読み出しアドレスカウンタ13のカウント値が1(図中▲1▼で示す)の時に読み出すようにすれば、遅延量が0の時は、データの書き込みと読み出しのタイミングで1クロック程度の時間差があるため安定にデータを読み出すことができ、遅延量が最大の時も、書き込みタイミングの少し前(メモリ11内のデータが#0から#1に書き換わる前)で読み出されるので安定に読み出すことができる。
【0028】
図1において、クロックツリー回路6内における最大遅延量が1クロック周期以上2クロック周期未満である場合には、書き込みアドレスカウンタ12および読み出しアドレスカウンタ13は3進カウンタで実現できる。図5(a)および(b)は、3進カウンタで実現した場合のそれぞれ、クロックツリー回路6内における遅延量が、1クロック周期の場合のタイムチャートと、2クロック周期未満である場合のタイムチャートを示し、以下、図面を用いて説明する。
【0029】
図5に示されるように、クロックツリー回路6内のバッファ20が出力するクロックの立ち上がりエッジtr1で読み出しアドレスカウンタ13のカウント値が0になったとする。図5(a)に示されるように、クロックツリー回路6における遅延量が最小(1クロック周期)の場合は、入力端子2に入力されるクロックの立ち上がりエッジtw1で書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0となり、図5(b)に示されるように、遅延量が最大(2クロック周期未満)の場合は、tw2で書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0となる。
【0030】
従って、書き込みアドレスカウンタ12のカウント値が0の時にメモリ回路11に書き込まれたデータを、読み出しアドレスカウンタ13のカウント値が2(図中▲2▼で示す)の時に読み出すようにすれば、遅延量が最小の時は、データの書き込みと読み出しのタイミングで1クロック程度の時間差があるため安定にデータ#0を読み出すことができ、また、遅延量が最大の時も、書き込みタイミングの少し前(メモリ11内のデータが#0から#1に書き換わる前)で読み出されるので安定に読み出すことができる。さらに、遅延量が1クロック周期未満の場合も安定に読み出すことができる。
【0031】
このように、クロックツリー回路6の最大遅延量がN−1クロック周期以上(Nは自然数)でNクロック周期未満であれば、N+1進の書き込みアドレスカウンタおよび読み出しアドレスカウンタでエラスティク回路を構成することができる。
【0032】
以上のように本実施例によれば、読み出しアドレスカウンタ13の出力を所定遅延量をもって書き込みアドレスカウンタ12にロードしているので、入力端子2に入力される外部クロックとクロックツリー回路6によって遅延された内部クロックとの位相差を吸収できる。また、所定遅延量を与える遅延回路をD-FF14,15,16で構成し、それらD-FF14,15,16の動作クロックとして直列接続されたバッファ17,18,19からの出力を用いているので、後段のD-FFに入力される動作クロックよりも前段のD-FFに入力される動作クロックの方が位相が遅れることとなり、データを確実にラッチして出力することができる。
【0033】
なお、本実施例の説明では、クロックツリー回路6内のバッファを4段、エラスティック回路内のD-FFを3段とした場合について説明したが、クロック周期に対応した所定の遅延を与える遅延回路、例えば、バッファがM段(Mは自然数)であれば、 D-FFはM−1段以下とした構成であっても同様に機能する。また、読み出しアドレスカウンタ13のアドレス値が0の時に書き込みアドレスカウンタ12のアドレス値がNとなるようにタイミング設計を行うことで同様に機能する。
【0034】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、外部クロックに相当する第1のクロックに同期したデータを入力し、回路中の内部論理回路へ分配される内部クロックに相当する第2のクロックに同期したデータを出力するエラスティック回路において、読み出しアドレスカウンタからの出力を所定時間遅延させて書き込みアドレスカウンタにロード入力しているので、最小限のカウンタ進数およびメモリ容量で、かつ、外部からリセット信号を入力する必要がなくエラスティック回路を実現でき、面積縮小およびローパワー化された集積回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である集積回路を説明するためのブロック図である。
【図2】図1に示した集積回路の動作原理を説明するためのブロック図である。
【図3】図2のブロック図で示される集積回路のタイムチャートである。
【図4】図1に示した集積回路であって2進カウンタで実現した場合の、クロックツリー回路6内における最大遅延量が1クロック周期未満である場合の、タイムチャートである。
【図5】図1に示した集積回路であって3進カウンタで実現した場合の、クロックツリー回路6内における最大遅延量が1クロック周期以上2クロック周期未満である場合の、タイムチャートである。
【図6】従来のエラスティック回路を有する集積回路のブロック図である。
【図7】図6に示した集積回路のタイムチャートである。
【符号の説明】
1 データ入力端子 2 外部クロック入力端子
3 データ出力端子 4 クロック出力端子
5 エラスティック回路 7 ロジック回路
11 メモリ回路 12 書き込みアドレスカウンタ
13 読み出しアドレスカウンタ 14〜16 D-FF
17〜20 バッファ
Claims (3)
- 第1のクロックに同期したデータを入力し、第2のクロックに同期したデータを出力するエラスティック回路において、
前記第2のクロックで動作し読み出しアドレスカウント値を出力するN+1進(Nは自然数)の読み出しアドレスカウンタと、
前記読み出しアドレスカウント値を入力し所定時間遅延させて出力する遅延回路と、
前記遅延回路から出力される前記読み出しアドレスカウント値をロード入力とし、前記第1のクロックで動作することにより書き込みアドレスカウント値を出力するN+1進の書き込みアドレスカウンタと、
入力されるデータを前記書き込みアドレスカウント値によって書き込み、書き込まれているデータを前記読み出しアドレスカウント値によって読み出すメモリ回路とを備え、
前記遅延回路は、複数のフリップフロップから構成され、各段の前記フリップフロップの動作クロックはその後段に接続される前記フリップフロップの動作クロックよりも位相が遅れたクロックで動作するシフトレジスタであることを特徴としたエラスティック回路。 - 第1のクロックに同期したデータを入力し、第2のクロックに同期したデータを出力するエラスティック回路であって、前記第2のクロックで動作し読み出しアドレスカウント値を出力するN+1進(Nは自然数)の読み出しアドレスカウンタと、前記読み出しアドレスカウント値を入力し所定時間遅延させて出力する遅延回路と、前記遅延回路から出力される前記読み出しアドレスカウント値をロード入力とし、前記第1のクロックで動作することにより書き込みアドレスカウント値を出力するN+1進の書き込みアドレスカウンタと、入力されるデータを前記書き込みアドレスカウント値によって書き込み、書き込まれているデータを前記読み出しアドレスカウント値によって読み出すメモリ回路とを備えてなる前記エラスティック回路と、
1クロック周期よりも小さい遅延を持つバッファがS段(Sは自然数)直列接続されたクロックツリー回路であって、前記第1のクロックを入力し、全体の遅延量がN−1クロック周期(Nは自然数)以上でNクロック周期未満の前記第2のクロックを出力する前記クロックツリー回路を備えてなることを特徴とする集積回路。 - 請求項2記載の集積回路において、前記遅延回路は、後段に接続される前フリップフロップの動作クロックよりも位相が遅れたクロックで動作する複数のフリップフロップから構成され、前記バッファの所定の段からの出力を動作クロックとして入力し動作することを特徴とする集積回路。
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