JPH0215710A - Metastable detection circuit - Google Patents

Metastable detection circuit

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JPH0215710A
JPH0215710A JP63165093A JP16509388A JPH0215710A JP H0215710 A JPH0215710 A JP H0215710A JP 63165093 A JP63165093 A JP 63165093A JP 16509388 A JP16509388 A JP 16509388A JP H0215710 A JPH0215710 A JP H0215710A
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JP
Japan
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logic
output
input
potential
circuit
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Application number
JP63165093A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Takeno
竹野 実
Hideyuki Mihashi
三橋 英幸
Hiroshi Matsunaga
博 松永
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Fujitsu Dai Ichi Communications Software Ltd
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Dai Ichi Communications Software Ltd
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To detect the metastable state of a signal to be tested by deciding outputting states of the multi-input gate circuit of a CMOS NAND gate element and the multi-input gate circuit of a CMOS OR gate element from outputs of the both gate circuits. CONSTITUTION:At a NOR 21, potential of logic '0' is previously inputted to #2-#m of the input terminal 23 except #1 after adjusting the value (m). At a NAND 22, potential of logic '1' is previously inputted to #2-#n of the input terminal 24 except #1 after adjusting the value (n). When the potential of the output OUT of an FF1 gets into the range between the lower and higher thresholds, the output OUT is fetched to each FF 4 and 5 by means of a clock CLK #2 which rises at the timing t3 lagging in phase from the rising timing of a clock t1 by prescribed time DELTAt. Therefore, the output of an EOR 6 rises from logic '0' to logic '1' after the timing t3 and the metastable state of the output OUT of the FF 1 can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概   要〕 フリップフロップのセットアツプ時間とホールド時間が
満足されない場合におけるその出力のメタステーブル状
態を検出するメタステーブル検出回路に関し、 メタステーブル検出回路の単一電源での動作を実現し、
CMO3−LSI内等への組み込みを容易にすることを
目的とし 各々1つの入力端子が被試験信号に接続され各々他の入
力端子の数を変化させることにより、前記被試験信号の
電位がメタステーブル状態となる場合の上側閾値及び下
側閾値の近傍を各々境界として各出力論理が変化するよ
うに設定がなされた第1及び第2の多入力ゲート回路と
、該第1及び第2の多入力ゲート回路の各出力論理を判
定して前記メタステーブル状態を検出する判定回路とを
有するように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a metastable detection circuit that detects the metastable state of the output of a flip-flop when its setup time and hold time are not satisfied. Realize the operation,
In order to facilitate integration into CMO3-LSI etc., one input terminal is connected to the signal under test and the number of other input terminals is changed to make the potential of the signal under test meta-stable. first and second multi-input gate circuits configured such that each output logic changes with boundaries near the upper and lower thresholds when the state is reached; and the first and second multi-input gate circuits. and a determination circuit that determines each output logic of the gate circuit to detect the metastable state.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、フリップフロップのセットアツプ時間とホー
ルド時間が満足されない場合におけるその出力のメタス
テーブル状態を検出するメタステーブル検出回路に関す
る。
The present invention relates to a metastable detection circuit that detects the metastable state of the output of a flip-flop when its setup time and hold time are not satisfied.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図(alに示すような例えばDタイプのフリップフ
ロップ1  (FFI、以下同じ)において、入力端子
りに入力する入力DAT八を、クロック端子CKに入力
するクロックCLKに同期させて取り込むにあたり、第
5図fblに示すように、入力信号DATAの入力タイ
ミングがFFIのセントアップ時間tsuとホールド時
間thoLdを満足しない状態となった場合に、FFI
の出力端子Qからの出力OUTが論理「O」 (例えば
電位的にOボルト)でも論理「1」 (例えば電位的に
3ボルト)でもない論理的に不確定な状態(例えば電位
的に0.8ボルト以上2ボルト以下の状態)になる。
For example, in a D-type flip-flop 1 (FFI, the same applies hereinafter) as shown in FIG. As shown in FIG. 5 fbl, when the input timing of the input signal DATA does not satisfy the cent-up time tsu and hold time thoLd of the FFI, the FFI
The output OUT from the output terminal Q of the is in a logically uncertain state (for example, 0 volts in potential), neither logic "O" (for example, 0 volts in potential) nor logic "1" (for example, 3 volts in potential). 8 volts or more and 2 volts or less).

上記のような状態はメタステーブル状態と呼ばれ、FF
Iの伝搬遅延時間の最大値を越えてしまうため、後段の
回路が誤動作を起こす可能性がある。従って、このよう
なメタステーブル状態を検出する回路を用意しておき、
メタステーブル状態が検出されるようなタイミングで入
力DATAが入力されないように動作させる必要がある
The above state is called a metastable state, and FF
Since the maximum value of the propagation delay time of I is exceeded, there is a possibility that the subsequent circuit will malfunction. Therefore, a circuit to detect such a metastable state is prepared,
It is necessary to operate so that input DATA is not input at a timing when a metastable state is detected.

第6図に従来のメタステーブル検出回路の構成を示し、
また、第7図にその動作タイミングチャート図を示す。
Figure 6 shows the configuration of a conventional metastable detection circuit,
Further, FIG. 7 shows the operation timing chart.

第6図において、まず、メタステーブル状態を検出しよ
うとするフリップフロップをFFIとする。
In FIG. 6, first, a flip-flop whose metastable state is to be detected is assumed to be FFI.

そして、バッファ9を介してFFIの入力端子りに入力
する入力DATAは、バッファ10を介してクロック端
子GKに入力するクロックCLK#1に従って、第7図
に示すようにその立ち上がりタイミングt1に同期して
FFIに取り込まれる。そして、上記タイミングtlが
FFIのセットアツプ時間tsuとホールド時間乞い。
The input DATA inputted to the input terminal of the FFI via the buffer 9 is synchronized with the rising timing t1 of the clock CLK#1 inputted to the clock terminal GK via the buffer 10 as shown in FIG. and imported into FFI. The above timing tl corresponds to the setup time tsu and hold time of the FFI.

Ldを満足しない場合(第5図(b)参照)、FFIの
正論理出力端子Qからの出力OUTは、第7図に示すよ
うにt2〜t4の間でメタステーブル状態となる。
If Ld is not satisfied (see FIG. 5(b)), the output OUT from the positive logic output terminal Q of the FFI is in a metastable state between t2 and t4 as shown in FIG.

出力OUTは、コンパレータ2及び3に入力する。コン
パレータ2には、電源電圧Vccのほかに参照電圧Vl
が入力している。ここで、システム全体の論理「1」の
電位を3ボルト、論理「0」の電位をOボルトとすれば
、コンパレータ2では例えば電源電圧Vccによって定
まる閾値電圧1.4ボルトと参照電圧V I =0.6
ボルトとが加算され、2.0ボルトの閾値電圧が設定さ
れる。一方、コンパレータ3では例えば電源電圧Vcc
によって定まる閾値電圧1.4ボルトと参照電圧V 2
 =−0,6ボルトとが加算され、0.8ボルトの閾値
電圧が設定される。
The output OUT is input to comparators 2 and 3. In addition to the power supply voltage Vcc, the comparator 2 also has a reference voltage Vl.
is inputting. Here, if the potential of the logic "1" of the entire system is 3 volts and the potential of the logic "0" is O volts, then in the comparator 2, for example, the threshold voltage determined by the power supply voltage Vcc is 1.4 volts and the reference voltage V I = 0.6
volts are added to set a threshold voltage of 2.0 volts. On the other hand, in the comparator 3, for example, the power supply voltage Vcc
Threshold voltage 1.4 volts determined by and reference voltage V 2
=-0.6 volts is added, and a threshold voltage of 0.8 volts is set.

これにより、第・7図に示す出力OUTが、例えばt2
以前のように論理「1」が確定している場合(電位的に
は3ボルト)には、コンパレータ2及び3においては出
力OUTが各閾値電圧2.0ボルト及び0.8ボルトを
共に上回るため、それらの各出力C#1及びC#2は同
じ論理rlJとなる。
As a result, the output OUT shown in FIG. 7 becomes, for example, t2
When the logic "1" is determined as before (potentially 3 volts), the output OUT of comparators 2 and 3 exceeds the respective threshold voltages of 2.0 volts and 0.8 volts. , their respective outputs C#1 and C#2 have the same logic rlJ.

同様に出力OUTが、例えばt4以後のように論理rO
Jが確定している場合(電位的にはOボルト)には、コ
ンパレータ2及び3においては出力OUTが各閾値電圧
2.0ボルト及び0.8ボルトを共に下回るため、これ
らの各出力C#1及びC#2は同じ論理「0」となる。
Similarly, the output OUT becomes logic rO, for example after t4.
When J is determined (O volts in terms of potential), the outputs OUT of comparators 2 and 3 are both below the respective threshold voltages of 2.0 volts and 0.8 volts, so each of these outputs C# 1 and C#2 have the same logic "0".

しかし、第7図のむ2〜t4の間でメタステプル状態と
なり、出力OUTの電位が0.8ボルト以上2.0ボル
ト以下となる場合には、コンパレータ21こおいては出
力0LJTが閾値電圧2.0ポル1−を下回るため出力
C#1は論理「0」となり、コンパレータ3においては
出力OUTが閾値電圧0゜8ボルトを上回るため出力C
#2は論理「0」となって、第7図に示すように各出力
C#1とC#2の論理が逆になる。
However, if a metastaple state occurs between 2 and t4 in FIG. 7, and the potential of the output OUT is 0.8 volts or more and 2.0 volts or less, the output 0LJT of the comparator 21 becomes the threshold voltage 2. .0pol1-, the output C#1 becomes logic "0", and in comparator 3, the output OUT exceeds the threshold voltage 0°8 volts, so the output C#1 becomes logic "0".
#2 becomes logic "0", and the logic of each output C#1 and C#2 is reversed as shown in FIG.

上記メタステーブル状態におけるC#1とC#2は2 
クロックHの立ち上がりタイミング(入力DATAのF
FIへのセットタイミング)から所定時間Δtだけ位相
がずれたタイミングL3に立ち上がるクロックCLK#
2  (バッファ13を介して人力する)がFF4及び
5の各クロック端子CKに入力することにより、上記タ
イミングL3において各入力端子りから各FF4及び5
に取り込まれる。
C#1 and C#2 in the above metastable state are 2
Rise timing of clock H (F of input DATA
Clock CLK# that rises at timing L3, which is out of phase by a predetermined time Δt from the set timing to FI
2 (manually inputted via the buffer 13) to each clock terminal CK of FF4 and 5, the clock signal from each input terminal to each FF4 and 5 is input at the above timing L3.
be taken in.

これにより、t3以後に排他論理和回路6  (EOR
6,以下同し)の出力が、第7図に示すように論理「0
」から論理「1」に立ち上がる。
As a result, exclusive OR circuit 6 (EOR
6, the same applies hereafter), the output becomes logic ``0'' as shown in Figure 7.
” rises to logic “1”.

続いて、上記EOR6の出力はFF7の入力端子りに入
力する。FF7は、始めはリセット端子Rに入力するク
リア信号CLによってクリアされており、負論理出力端
子間の出力は論理「1」となっているため、バッファ1
1を介した検出出力DETは論理「1」となり、同時に
バッファ12を介してアンド回路8  (AND8.以
下同じ)がオンとなって、へソファ14を介して入力す
るクロックCLK#3がFF7のクロック端子CKに入
力可能となっている。
Subsequently, the output of EOR6 is inputted to the input terminal of FF7. FF7 is initially cleared by the clear signal CL input to the reset terminal R, and the output between the negative logic output terminals is logic "1", so the buffer 1
1, the detection output DET becomes logic "1", and at the same time, the AND circuit 8 (AND8. hereinafter the same) is turned on via the buffer 12, and the clock CLK#3 input via the hesoplex 14 becomes the logic "1". It can be input to the clock terminal CK.

従って、前記t3において論理「1」となったEOR6
の出力は、クロックCLK#3が立ち上がるタイミング
t5でFF7に取り込まれ、これにより第7図に示すよ
うに、負論理出力端子間の出力が論理「0」に変化し、
バッファ11を介した検出出力DETは論理「0」とな
る。
Therefore, EOR6, which became logic "1" at t3,
The output of is taken into FF7 at timing t5 when clock CLK#3 rises, and as a result, as shown in FIG. 7, the output between the negative logic output terminals changes to logic "0",
The detection output DET via the buffer 11 becomes logic "0".

以上の動作により、論理「0」の検出出力DETとして
FFIの出力OUTのメタステーブル状態を検出するこ
とができる。この検出出力DETは、特には図示しない
表示回路(LED)等によってメタステーブル状態検出
の表示が行われる。
With the above operation, the metastable state of the output OUT of the FFI can be detected as the detection output DET of logic "0". This detection output DET is used to indicate that the metastable state has been detected by a display circuit (LED), etc., which is not particularly shown.

なお、FF7の負論理出力端子間の出力が論理「0」と
なると、バッファ12を介してAND 8がオフとなる
ためクロックCLK#3が入力されなくなる。従って、
それ以後出力OUTのメタステーブル状態が解消され、
EOR6の出力が論理「1」となってもF F7の状態
は変化せず、ユーザーがクリア信号CLを入力するまで
検出出力は論理「0」を維持する。
Note that when the output between the negative logic output terminals of FF7 becomes logic "0", AND8 is turned off via the buffer 12, so that the clock CLK#3 is no longer input. Therefore,
After that, the metastable state of the output OUT is resolved,
Even if the output of EOR6 becomes logic "1", the state of FF7 does not change, and the detection output maintains logic "0" until the user inputs the clear signal CL.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記に示したようなメタステーブル状態の検出を行おう
とするフリップフロップ回路は、近年ではLSI等の集
積回路内に多用されており、論理的に深い部分で用いら
れるため、その出力を出力ピンから直接には外部に取り
出せないことが多い。
Flip-flop circuits that attempt to detect metastable states as shown above have been widely used in integrated circuits such as LSIs in recent years, and because they are used in deep logical parts, their outputs are not connected to output pins. In many cases, it cannot be taken out directly.

従って、第6図に示したメタステーブル検出回路を集積
回路内部に構成してしまうことが考えられる。
Therefore, it is conceivable to configure the metastable detection circuit shown in FIG. 6 inside an integrated circuit.

しかし、第6図のような構成においては、コンパレータ
2及び3を動作させるために、電源電圧Vccのほかに
、2つの参照電圧Vl及び■2が必要であり、近年非常
に多くの種類が出回っている単一電源で動作するCMO
3−LS I内に構成するのは困難であるという問題点
を有していた。
However, in the configuration shown in Fig. 6, in order to operate the comparators 2 and 3, two reference voltages Vl and 2 are required in addition to the power supply voltage Vcc. CMO that operates from a single power supply
The problem is that it is difficult to configure it in a 3-LSI.

本発明は、メタステーブル検出回路の単一電源での動作
を実現し、CMO3−LS I内等への組み込みを容易
にすることを目的とする。
An object of the present invention is to realize the operation of a metastable detection circuit with a single power supply and to facilitate its incorporation into a CMO3-LSI or the like.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は2本発明のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of the present invention.

被試験信号15は、メタステーブル状態を発生しうる特
には図示しない例えばフリ・7プフロツプ回路の出力で
ある。
The signal under test 15 is the output of, for example, a flip-flop circuit (not shown) which can generate a metastable state.

第1の多入力ゲート回路18は、その1つの入力端子1
6#1に被試験信号15が入力し、他の入力端子16#
2から16#mの数を変化させるこにより、被試験信号
15がメタステーブル状態となる場合の上側閾値を境界
として、その出力論理が変化するように設定がなされて
いる。同回路18は、例えば1つの入力端子が被試験信
号15に接続され、他の入力端子は前記上側閾値以上の
電位にされ、被試験信号15の電位が前記上側閾値以上
の場合に論理「0」、前記上側閾値以下の場合に論理「
1」を出力するCMOSナンドゲート素子によって構成
される。
The first multi-input gate circuit 18 has one input terminal 1
The signal under test 15 is input to 6#1, and the other input terminal 16#
By changing the number from 2 to 16#m, the output logic is set to change with the upper threshold value at which the signal under test 15 is in a metastable state as the boundary. The circuit 18 has, for example, one input terminal connected to the signal under test 15, the other input terminals set to a potential equal to or higher than the upper threshold, and when the potential of the signal under test 15 is equal to or higher than the upper threshold, the logic is "0". ”, if it is less than or equal to the upper threshold, the logic “
It is composed of a CMOS NAND gate element that outputs "1".

第2の多入力ゲート回路19は、その1つの入力端子1
7#1に被試験・信号15が人力し、他の入力端子17
#2から17#nの数を変化させることにより、被試験
信号15がメタステーブル状態きなる場合の下側閾値を
境界として、その出力論理が変化するように設定がなさ
れている。同回路19は、例えば1つの入力端子が被試
験信号15に接続され、他の入力端子は前記下側閾値以
下の電位にされ、被試験信号15の電位が前記下側の閾
値以上の場合に論理「O」、前記下側閾値以下の場合に
論理「1」を出力するCMOSオアゲート素子によって
構成される。
The second multi-input gate circuit 19 has one input terminal 1
The signal under test 15 is input manually to 7#1, and the other input terminal 17
By changing the numbers #2 to 17#n, settings are made such that the output logic changes with the lower threshold value at which the signal under test 15 enters the metastable state as the boundary. For example, the circuit 19 has one input terminal connected to the signal under test 15, the other input terminals are set to a potential below the lower threshold, and when the potential of the signal under test 15 is above the lower threshold, It is constituted by a CMOS OR gate element which outputs a logic "O" and a logic "1" when the lower threshold value is below.

次に、判定回路20は前記第1及び第2の多大カゲート
回路18.19の各出力論理を判定して前記メタステー
ブル状態を検出する。同回路20は例えば前記第1及び
第2の多入力ゲート回路18.19の各出力を入力する
排他論理和素子と、該素子の出力をラッチするフリップ
フロップ回路等によって構成される。
Next, the determination circuit 20 determines each output logic of the first and second large-scale gate circuits 18 and 19 to detect the metastable state. The circuit 20 is composed of, for example, an exclusive OR element inputting each output of the first and second multi-input gate circuits 18 and 19, and a flip-flop circuit latching the output of the element.

〔作   用〕[For production]

上記構成において1.被試験信号15がメタステーブル
状態の場合、該信号15は前記下側閾値より高く前記上
側閾値より低い電位となっている。
In the above configuration 1. When the signal under test 15 is in a metastable state, the signal 15 has a potential higher than the lower threshold and lower than the upper threshold.

従って、被試験信号15がメタステーブル状態では、第
1の多入力ゲート回路18が例えば前記CMOSナンド
ゲート素子で、また、第2の多入力ゲート回路19が例
えば前記CMOSオアゲート素子の場合、これらは、各
々異なった論理rlJ及び論理「0」を出力する。
Therefore, when the signal under test 15 is in a metastable state, if the first multi-input gate circuit 18 is, for example, the CMOS NAND gate device, and the second multi-input gate circuit 19 is, for example, the CMOS OR gate device, these are as follows. Each outputs a different logic rlJ and logic "0".

続いて、上記出力状態は判定回路20によって検出され
、これにより被試験信号15のメタステーブル状態を検
出することができる。
Subsequently, the output state is detected by the determination circuit 20, thereby making it possible to detect the metastable state of the signal under test 15.

この場合、メタステーブル状態を検出するための複数の
閾値は、多入力ゲート回路18及び19の入力数を変更
することにより設定することができ、第1図の回路は単
一電源で動作させることが可能となる。
In this case, multiple threshold values for detecting a metastable state can be set by changing the number of inputs of the multi-input gate circuits 18 and 19, and the circuit in FIG. 1 can be operated with a single power supply. becomes possible.

したがって、被試験信号15を出力するフリップフロッ
プ回路等が、単一電源で動作するCMO3−LS I内
等に構成されていても、第1図の回路を上記LSI内に
容易に組み込むことが可能となる。
Therefore, even if the flip-flop circuit that outputs the signal under test 15 is configured in a CMO3-LSI that operates on a single power supply, the circuit shown in FIG. 1 can be easily incorporated into the LSI. becomes.

〔実  施  例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

第2図は、本発明の実施例の構成図である。なお、第6
図と同じ番号を付した回路は同じ働きをするものとする
FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention. In addition, the 6th
It is assumed that circuits with the same numbers as in the figure have the same function.

第1図において、まず、メタステーブル状態を検出しよ
うとするフリップフロップをFFIとする。
In FIG. 1, first, a flip-flop whose metastable state is to be detected is assumed to be FFI.

そして、バッファ9を介してFFIの入力端子りに入力
する入力DATAは、バッファ10を介してクロック端
子CKに入力するクロックCLK#1に従って、FFI
に取り込まれる。
The input DATA input to the input terminal of the FFI via the buffer 9 is input to the FFI input terminal according to the clock CLK#1 input to the clock terminal CK via the buffer 10.
be taken in.

FF1の正論理出力端子Qからの出力OUTは、0MO
5のノア回路21  <N0R21、以下同じ)の入力
端子23#1及びCMO3のナンド回路22  (NA
ND22、以下同じ)の入力端子24#1に入力する。
The output OUT from the positive logic output terminal Q of FF1 is 0MO
NAND circuit 21 of CMO3 (NOR circuit 21 <N0R21, the same applies hereafter) input terminal 23#1 and NAND circuit 22 of CMO3
It is input to the input terminal 24#1 of the ND22 (hereinafter the same).

N0R21において、#1以外の入力端子23#2〜#
mには論理rOJの電位が人力する。また、NAND2
2において、#1以外の入力端子24#2〜#nには論
理「1」の電位が入力する。
In N0R21, input terminals 23 #2 to # other than #1
The potential of the logic rOJ is applied to m. Also, NAND2
2, a potential of logic "1" is input to input terminals 24 #2 to #n other than #1.

N0R21及びNAND22の各出力C#3、C#4は
、各々バッファ13を介して各クロック端子CKに入力
するクロックCLK#2に従って、各入力端子りから各
FF4及び5に取り込まれる。
The outputs C#3 and C#4 of the N0R21 and NAND22 are taken into the FFs 4 and 5 from each input terminal in accordance with the clock CLK#2 inputted to each clock terminal CK via the buffer 13, respectively.

各FF4及び5の各正論理出力端子Qからの各出力は、
共に排他論理和回路6 (EOR6、以下同じ)に入力
し、その出力はFF7の入力端子りに入力する。F F
、7のクロック端子CKには、ハソファ14及びアンド
回路8 (AND8、以下同じ)を介してクロックCL
K#3が人力し1.AND8はバッファ12を介して人
力するFF7の負論理出力端子Qからの出力によって制
御される。
Each output from each positive logic output terminal Q of each FF4 and 5 is
Both are input to an exclusive OR circuit 6 (EOR6, the same applies hereinafter), and the output thereof is input to the input terminal of FF7. F F
, 7, the clock CL is connected to the clock terminal CK of the clock terminals CK through the hasher 14 and the AND circuit 8 (AND8, the same applies hereinafter).
K#3 is manually operated 1. AND8 is controlled by the output from the negative logic output terminal Q of FF7 which is manually input via the buffer 12.

また、FF7の負論理出力端子間からの出力は、バッフ
ァ11を介して検出出力DETとして出力され、特には
図示しない表示回路(L E D)等によってメタステ
ーブル状態検出の表示が行われる。
Further, the output from between the negative logic output terminals of the FF7 is outputted as a detection output DET via the buffer 11, and the detection of the metastable state is displayed by a display circuit (LED), etc. not shown.

上記構成の本発明の実施例の動作につき、第3図の動作
タイミングチャート図と第4図の動作特性図を用いて説
明を行う。
The operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be explained using the operation timing chart of FIG. 3 and the operation characteristic diagram of FIG. 4.

まず、入力DATAは第3図に示すように、クロックC
LK#1の立ち上がりタイミングLLに同量してFFI
に取り込まれる。そして、上記タイミングt1がFFI
のセットアツプ時間tsuとホールド時間t1゜、、を
満足しない場合(第5図(bl参照)、FF1の出力O
UTは第3図に示すようにL2〜t4の間でメタステー
ブル状態となる。
First, the input DATA is clocked C as shown in FIG.
FFI by the same amount at the rising timing LL of LK#1
be taken in. Then, the above timing t1 is FFI
If the set-up time tsu and hold time t1°, , are not satisfied (see Fig. 5 (bl)), the output O
As shown in FIG. 3, the UT is in a metastable state between L2 and t4.

上記出力OUTは0MO3のN0R21及びNAND2
2に入力するが、0MO3のN0R21及びNAND2
2において各入力端子23.24の数m、nと各出力C
#3、C#4の論理が変化する入力電位の閾値との間に
は、第4図に示すような関係がある。これより、N0R
21においては、mの値を調整した後#l以外の入力端
子23#2〜#mに論理「0」の電位を入力しておくこ
とにより、出力C#3について、入力端子23#lから
入力する出力OUTの電位がメタステーブル状態となる
電位の下側の閾値を境界にしてそれより高ければ論理「
0」、低ければ論理「1」となるように設定することが
できる。また、NAND22においては、nの値を調整
した後#l以外の入力端子24#2〜#nに論理「1」
の電位を入力しておくことにより、出力C#4について
、入力端子24#1から入力する出力OUTの電位がメ
タステーブル状態となる電位の上側の閾値を境界にして
それより高ければ論理「0」、低ければ論理「1」とな
るように設定することができる。
The above output OUT is 0MO3 N0R21 and NAND2
2, but N0R21 of 0MO3 and NAND2
2, the number m, n of each input terminal 23.24 and each output C
There is a relationship as shown in FIG. 4 between the input potential threshold at which the logic of #3 and C#4 changes. From now on, N0R
21, by inputting a logic "0" potential to the input terminals 23#2 to #m other than #l after adjusting the value of m, the output C#3 is changed from the input terminal 23#l. If the potential of the input output OUT is higher than the lower threshold of the potential for metastable state, the logic "
If it is low, it can be set to logic "1". In addition, in the NAND 22, after adjusting the value of n, logic "1" is applied to the input terminals 24#2 to #n other than #l.
By inputting the potential of the output C#4, if the potential of the output OUT input from the input terminal 24#1 is higher than the upper threshold of the potential at which the metastable state occurs, the logic "0" is set. ”, and if it is low, it can be set to logic “1”.

上記N0R21及びNAND22により、第3図に示す
出力OUTが、例えばt2以前のように論理「1」が確
定している場合には、N0R21およびNAND22に
おいては出力OUTがメタステーブル状態の電位の下側
の閾値及び上側の閾値を共に上回るため、それらの各出
力C#l及びC#2は同じ論理「0」となる。同様に出
力OUTが、例えばt4以後のように論理「0」が確定
している場合には、N0R21及びびNAND22にお
いては出力OUTが上記下側の閾値及び上側の閾値を共
に下回るため、それらの各出力C#1及びC#2は同じ
論理「1」となる。
When the output OUT shown in FIG. 3 is determined to be logic "1" by the N0R21 and NAND22, for example before t2, the output OUT is below the potential of the metastable state in the N0R21 and NAND22. Since both the threshold and the upper threshold are exceeded, their respective outputs C#l and C#2 will be the same logic "0". Similarly, when the output OUT is determined to be logic "0", for example after t4, the output OUT of N0R21 and NAND22 is below both the lower threshold and the upper threshold, so their Each output C#1 and C#2 becomes the same logic "1".

しかし、第3図のt2〜t4の間でメタステーブル状態
となり、出力OUTの電位が前記下側の閾値以上上側の
閾値以下となる場合には、N0R21においては出力O
UTが下側の閾値を上回るため出力C#3は論理「0」
となり、NAND27においては出力OUTが上側の閾
値を下回るため出力C#4は論理「1」となって、第3
図に示すように各出力C#3とC#4の論理が逆になる
However, if a metastable state occurs between t2 and t4 in FIG. 3, and the potential of the output OUT is greater than or equal to the lower threshold and less than or equal to the upper threshold, in N0R21, the output O
Since UT exceeds the lower threshold, output C#3 is logic “0”
In the NAND27, the output OUT is below the upper threshold, so the output C#4 becomes logic "1" and the third
As shown in the figure, the logic of each output C#3 and C#4 is reversed.

上記メタステーブル状態におけるC#1とC#2は、ク
ロックt1の立ち上がりタイミング(入力DATAのF
FIへのセットタイミング)から所定時間Δtだけ位相
がずれたタイミングt3に立ち上がるクロックCLK#
2により、各FF4及び5に取り込まれる。
C#1 and C#2 in the above metastable state are based on the rise timing of clock t1 (F of input DATA).
Clock CLK# that rises at timing t3, which is out of phase by a predetermined time Δt from the set timing to FI
2, it is taken into each FF4 and 5.

これにより、t3以、後にEOR6の出力が第3図に示
すように論理「0」から論理rlJに立ち上がる。
As a result, after t3, the output of EOR6 rises from logic "0" to logic rlJ as shown in FIG.

続いて、上記EOR6の出力はFF7の入力端子りに入
力する。FF’7は、始めはリセット端子Rに入力する
クリア信号CLによってクリアされており、負論理出力
端子Qの出力は論理rlJとなっているため、バッファ
11を介した検出出力DETは論理rlJとなり、同時
にバッファ12を介してアンド回路8 (AND8、以
下同じ)がオンとなって、バッファ14を介して入力す
るクロックCLK#3がFF7のクロック端子CKに入
力可能となっている。
Subsequently, the output of EOR6 is inputted to the input terminal of FF7. FF'7 is initially cleared by the clear signal CL input to the reset terminal R, and the output of the negative logic output terminal Q is the logic rlJ, so the detection output DET via the buffer 11 becomes the logic rlJ. At the same time, the AND circuit 8 (AND8, hereinafter the same) is turned on via the buffer 12, and the clock CLK#3 input via the buffer 14 can be input to the clock terminal CK of the FF7.

従って、前記t3において論理rlJとなったEOR6
の出力は、クロックCLK#3が立ち上がるタイミング
t5でFF7に取り込まれ、これにより第3図に示すよ
うに、負論理出力端子百の出力が論理「0」に変化し、
バッファ11を介した検出出力DETは論理「0」とな
る。
Therefore, EOR6, which became logical rlJ at t3,
The output of is taken into FF7 at timing t5 when clock CLK#3 rises, and as a result, as shown in FIG. 3, the output of negative logic output terminal 100 changes to logic "0".
The detection output DET via the buffer 11 becomes logic "0".

以上の動作により、論理「0」の検出出力DETとして
FFIの出力OUTのメタステーブル状態を検出するこ
とができる。この検出出力DETは、特には図示しない
表示回路(LED)等によってメタステーブル状態検出
の表示が行われる。
With the above operation, the metastable state of the output OUT of the FFI can be detected as the detection output DET of logic "0". This detection output DET is used to indicate that the metastable state has been detected by a display circuit (LED), etc., which is not particularly shown.

なお、FF7の負論理出力端子での出力が論理「0」と
なると、バッファ12を介してAND 8がオフとなる
ためクロックCL K # 3が入力されなくなる。従
って、それ以後出力0tJTのメタステーブル状態が解
消され、EOR6の出力が論理「1」となってもFF7
の状態は変化せず、ユーザーがクリア信号CLを入力す
るまで検出出力DETは論理「0」を維持する。
Note that when the output at the negative logic output terminal of FF7 becomes logic "0", AND8 is turned off via the buffer 12, so that the clock CLK #3 is no longer input. Therefore, after that, even if the metastable state of the output 0tJT is resolved and the output of EOR6 becomes logic "1", FF7
The state of DET remains unchanged and the detection output DET remains at logic "0" until the user inputs the clear signal CL.

以上示したように、第2図の本発明の実施例では、N0
R21が第6図の従来例のコンパレータ3、NAND2
2が同じくコンパレータ2と同等の動作(但し出力論理
は逆である)を行う。従って、第6図の従来例における
複数の参照電圧■1、V2が全く不用になる。これによ
り、第2図の回路全体を単一電源で動作させることが可
能となり、FFIが単一電源で動作するCMO3−LS
 I内に構成されていても、第2図のFFI以外の回路
もCMO3−LSI内に一緒に組み込むことが可能とな
る。
As shown above, in the embodiment of the present invention shown in FIG.
R21 is comparator 3 and NAND2 of the conventional example in FIG.
Similarly, comparator 2 performs the same operation as comparator 2 (however, the output logic is reversed). Therefore, the plurality of reference voltages 1 and V2 in the conventional example shown in FIG. 6 are completely unnecessary. This makes it possible to operate the entire circuit shown in Figure 2 with a single power supply, and allows the FFI to operate on a single power supply in CMO3-LS.
Even if it is configured within the CMO3-LSI, circuits other than the FFI shown in FIG. 2 can also be incorporated into the CMO3-LSI.

なお、多入力ゲート回路としては、CMO5のノア回路
又はナンド回路に限られず、オア回路またはアンド回路
等でも実現できる。更に、入力端子数で論理閾値が変化
するようなゲート回路であれば何でもよい。
Note that the multi-input gate circuit is not limited to the NOR circuit or NAND circuit of the CMO5, but can also be realized by an OR circuit, an AND circuit, or the like. Further, any gate circuit may be used as long as the logic threshold value changes depending on the number of input terminals.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、多入力ゲート回路の入力端子数を変化
させることにより、メタステーブル状態の上側及び下側
の閾値電位を設定することが可能となる。
According to the present invention, by changing the number of input terminals of the multi-input gate circuit, it is possible to set the upper and lower threshold potentials of the metastable state.

これにより、メタステーブル検出回路全体を単一電源で
動作させることが可能となり、被試験信号がCMO3−
LSI内等のものであっても、検出回路全体をCMO3
−LSI内に容易に組み込むことが可能となる。
This makes it possible to operate the entire metastable detection circuit with a single power supply, and the signal under test is
Even if it is inside an LSI, the entire detection circuit is CMO3
- It becomes possible to easily incorporate it into LSI.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のブロック図、 第2図は本発明の実施例の構成図、 第3図は、本発明の実施例の動作タイミングチャート図
、 第4図は、本発明の実施例の動作特性図、第5図(at
、 (blはメタステーブルの説明図、第6図は、従来
例の構成図、 第7図は、従来例の動作タイミングチャート図である。 15・・・被試験信号、 16.17・・・入力端子、 18・・・第1の多入力ゲート回路、 19・・・第2の多入力ゲート回路、 20・・・判定回路。 本発!!月の大だ4伊1のΦ月1乍タイミンク゛チャー
ト図第3図 入7′]殺m、n 本羽9月の’JJ&伊1の重月イ下T寺1生図第 図 FF フリラフ070、ツブ(FF) 動作タイミングチマート図 (b) メタステーアルの脱駅「図
FIG. 1 is a block diagram of the present invention; FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention; FIG. 3 is an operation timing chart of the embodiment of the present invention; FIG. 4 is an embodiment of the present invention. Figure 5 (at
, (bl is an explanatory diagram of metastable, FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example, and FIG. 7 is an operation timing chart of a conventional example. 15...signal under test, 16.17... Input terminal, 18... First multi-input gate circuit, 19... Second multi-input gate circuit, 20... Judgment circuit. This is the start!! The size of the month is 4 and 1. Timing Chart Diagram 3 Figure 7'] Murder m, n Honba September's 'JJ &I1's Shigetsuki Ishita T Temple 1 Life Chart Diagram FF Furiraffe 070, Tsubu (FF) Operation Timing Timer Chart (b ) Metastial escape station ``Fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)各々1つの入力端子(16#1、17#1)が被試
験信号(15)に接続され各々他の入力端子(16#2
〜#m、17#2〜#m)の数を変化させることにより
、前記被試験信号(15)の電位がメタステーブル状態
となる場合の上側閾値及び下側閾値の近傍を各々境界と
して各出力論理が変化するように設定がなされた第1及
び第2の多入力ゲート回路(18、19)と、 該第1及び第2の多入力ゲート回路(18、19)の各
出力論理を判定して前記メタステーブル状態を検出する
判定回路(20)とを有することを特徴とするメタステ
ーブル検出回路。 2)前記第1の多入力ゲート回路は、1つの入力端子が
前記被試験信号に接続され、他の入力端子は前記上側閾
値以上の電位にされ、前記被試験信号の電位が前記上側
閾値以上の場合に論理「0」、前記上側閾値以下の場合
に論理「1」を出力するCMOSナンドゲート素子によ
って構成され、前記第2の多入力ゲート回路は、1つの
入力端子が前記被試験信号に接続され、他の入力端子は
前記下側閾値以下の電位にされ、前記被試験信号の電位
が前記下側閾値以上の場合に論理「0」、前記下側閾値
以下の場合に論理「1」を出力するCMOSオアゲート
素子によって構成され、前記判定回路は前記CMOSナ
ンドゲート素子と前記CMOSオアゲート素子の各出力
論理が異なった場合に前記メタステーブル状態を検出す
ることを特徴とする請求項1記載のメタステーブル検出
回路。
[Claims] 1) Each one input terminal (16#1, 17#1) is connected to the signal under test (15) and each other input terminal (16#2
~#m, 17#2~#m), each output is set to the vicinity of the upper threshold and the lower threshold when the potential of the signal under test (15) is in a metastable state. The first and second multi-input gate circuits (18, 19) are set so that the logic changes, and each output logic of the first and second multi-input gate circuits (18, 19) is determined. and a determination circuit (20) for detecting the metastable state. 2) In the first multi-input gate circuit, one input terminal is connected to the signal under test, other input terminals are set at a potential higher than the upper threshold, and the potential of the signal under test is higher than the upper threshold. The second multi-input gate circuit is configured with a CMOS NAND gate element that outputs a logic "0" when the signal is below the upper threshold, and a logic "1" when the signal is below the upper threshold, and one input terminal is connected to the signal under test. and the other input terminals are set to a potential below the lower threshold, and a logic "0" is set when the potential of the signal under test is above the lower threshold, and a logic "1" is set when the potential of the signal under test is below the lower threshold. 2. The metastable device according to claim 1, wherein the metastable device is constituted by a CMOS OR gate device that outputs, and wherein the determination circuit detects the metastable state when the respective output logics of the CMOS NAND gate device and the CMOS OR gate device are different. detection circuit.
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