JPH06152347A - 多相クロック生成回路 - Google Patents

多相クロック生成回路

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JPH06152347A
JPH06152347A JP4303433A JP30343392A JPH06152347A JP H06152347 A JPH06152347 A JP H06152347A JP 4303433 A JP4303433 A JP 4303433A JP 30343392 A JP30343392 A JP 30343392A JP H06152347 A JPH06152347 A JP H06152347A
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phase
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pulse width
gate
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Shuichi Kawai
秀一 川井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電源電圧が変っても多相クロックの周期を変え
ることなく、各位相ごとに異るクロックパルス幅をもっ
た多相クロックを生成する。 【構成】基本クロックを入力して分周し、リセット信号
によりリセットされる従属接続されたFF1〜4を有
し、FF1の出力信号101とFF3の出力信号302
とをANDゲート10に入力し、その出力信号をクロッ
クφ0 とし、FF1の出力信号101を遅延回路7を介
して遅延させた信号701とFF3の出力信号301と
をANDゲート11に入力し、その出力をクロックφ1
とし、FF1の出力102を遅延回路6を介して遅延さ
せた信号601とFF3の出力信号301とをANDゲ
ート8に入力し、その出力信号をクロックφ2 とする。
FF1の出力信号102とFF3の出力信号301とを
ANDゲート9に入力し、その出力信号をφ3 として多
相クロック信号を得るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多相クロック生成回路に
関し、特にマイクロコンピュータ等のデジタル回路に用
いられる多相クロックを生成する多相クロック生成回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の多相クロック生成回路
は、図5に示す一例の様な回路が用いられていた。
【0003】図5によれば、基本クロックを入力して分
周し、リセット信号によりリセットされるフリップフロ
ップ(以下、FFと称す)1〜4を有し、FF1の出力
信号Q1 (101)とFF3の出力信号反転Q3 (30
2)をANDゲート10に入力し、その出力信号をクロ
ックφ0 とする。FF1の出力信号Q1 (101)とF
F3の出力信号Q3 (301)とをANDゲート11に
入力し、その出力信号をクロックφ1 とする。FF1の
出力信号反転Q1 とFF3の出力信号Q3 (301)と
をANDゲート8に入力し、その出力信号をφ2 とす
る。FF1の出力信号反転Q1 とFF3の出力信号反転
3 とをANDゲート9に入力し、その出力信号をφ3
として多相クロック信号を得るように構成されていた。
【0004】図6はその従来例の多相クロック生成回路
の動作を説明するためのタイミングチャートである。タ
イミングチャートから判るように、任意の周波数のクロ
ック信号から、その4倍の周期をもったクロックQ1
反転Q1 ,Q3 ,反転Q3 を生成する。それらのクロッ
クから、基本クロックの1周期分と同じパルス幅をも
ち、且つ基本クロックの1周期分ずつ位相の遅れた4相
のクロックφ0 ,φ1 ,φ2 ,φ3 を生成している。
【0005】次に、多相クロックがハイレベルの期間中
に動作する一例として4相クロック動作のマイクロコン
ピュータに、従来型の、全てのクロックのパルス幅が等
しい4相クロックを使用した場合について、実例データ
に基づいて説明する。
【0006】図7は、相補型MOS(CMOS)で作ら
れたマイクロコンピュータが、φ0,φ1 ,φ2 ,φ3
の4相クロック動作の中で、クロックφ1 とφ2 の期間
中に必要とする動作時間t1,t2と、そのときの電源
電圧との関係をグラフにした一例を示す図である。
【0007】この図7に示すグラフによれば、クロック
φ1 の期間中の必要動作時間t1とクロックφ2 期間中
の必要動作時間t2との比は、電源電圧が2Vから6V
の間ではほぼ3対2の割合である。しかし、必要動作時
間t1とt2の差分△t2V,△t5Vについて比較する
と、電源電圧5Vのときの差分△t5Vが約15nsec
であるのに対して、電源電圧2Vのときの差分△t2V
は約70nsecに増加する。つまり、電源電圧5V付
近では、4相クロックのパルス幅をクロックφ1 の必要
動作時t1である50nsecに合せたとすると、クロ
ックφ2 期間ではその必要時間t2が約35nsecで
あるため、クロックφ2 のパルス幅は約15nsecで
済むことになる。
【0008】しかし、電源電圧2V付近では、4クロッ
クのパルス幅をクロックφ1 期間の必要動作時間t1の
約200nsecに合せると、クロックφ2 期間の必要
動作時間t2は約130nsecであるため、クロック
φ2 のパルス幅は約70nsecとなり、増大すること
が判る。
【0009】これは、低電源電圧での動作時において、
マイクロコンピュータの動作速度が著しく低下する要因
の一つになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多相ク
ロック生成回路により生成された多相クロックは、電源
電圧等の動作条件によらず、各位相毎のクロックのパル
ス幅は全て等しい。他方、多相クロックを使用するデジ
タル回路は、一般的に電源電圧を低くした場合等、動作
条件によってはそのデジタル回路を動作させる為に必要
とする各位相毎のクロックのパルス幅は異なってくる。
【0011】しかしながら、従来の多相クロック生成回
路では、電源電圧が変ったときに、多相クロック全体の
クロック周期を変えずに、位相クロック毎に異なるパル
ス幅をもつ多相クロックを供給することは出来なかっ
た。
【0012】本発明の目的は、上述の欠点を除去するこ
とにより、多相クロック全体のクロックスピードを変え
ることなく、隣接する2相のうち、一方のクロックのパ
ルス幅が広く、他方のクロックのパルス幅は狭く設定さ
れた多相クロックを生成することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、マイク
ロコンピュータの任意の周波数の基本クロックを分周し
たクロックから前記基本クロックの1周期の整数倍のパ
ルス幅と整数倍の周期とをもち、且つ前記基本クロック
の1周期分ずつ相互に位相がずれた多相クロックを生成
する多相クロック生成回路において、前記分周したクロ
ックを所定の時間遅らせる遅延回路を用いて、低電圧動
作時においても前記多相クロック全体の周波数を変える
ことなく、前記多相クロックのうち、隣接する2相クロ
ックの一方のパルス幅を前記遅延回路による遅延時間分
だけ広げ、他方のクロックのパルス幅を前記遅延時間分
だけ狭める手段を有するとともに、前記マイクロコンピ
ュータの前記多相クロック生成回路および前記遅延回路
が同一基板上に形成されることにある。
【0014】また、前記遅延時間は、前記マイクロコン
ピュータが前記パルス幅を広げたクロックの期間中に必
要とする第1の必要動作時間と前記パルス幅を決めたク
ロックの期間中に必要とする第2の必要動作時間との差
の時間以内で、且つその差の1/2近辺の時間であって
もよい。
【0015】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0016】図1は、本発明の第1の実施例を示す回路
図であり、図2はその動作を説明するためのタイミング
チャートである。
【0017】図1によれば、基本クロックを入力して分
周し、リセット信号によりリセットされる従属接続され
たFF1〜4を有し、FF1の出力信号Q1 (101)
とFF3の出力信号反転Q3 (302)とをANDゲー
ト10に入力し、その出力信号をφ0 とする。FF1の
出力信号Q1 (101)を偶数個のインバータから成る
遅延回路7を介して所定の時間遅延させた信号701と
FF3の出力信号Q3(301)とをANDゲート11
に入力し、その出力信号をφ1 とする。FF1の出力信
号反転Q1 を偶数個のインバータから成る遅延回路6を
介して所定の時間遅延させた信号601とFF3の出力
信号Q3 (301)とをANDゲート8に入力し、その
出力信号をφ2 とする。FF1の出力信号反転Q1 (1
02)とFF3の出力信号反転Q3 (301)とをAN
Dゲート9に入力し、その出力信号をφ3 として多相ク
ロック信号を得るように構成されている。
【0018】図2は第1の実施例を説明するためのタイ
ミングチャートである。このタイミングチャートから判
るように、任意の周波数の基本クロックから、その4倍
の周期をもったクロックQ1 (101),反転Q1 (1
02),Q3 (301),反転Q3 (302)を用いて
パルス幅の異る4相のクロックφ0 ,φ1 ,φ2 ,φ3
を得ている。
【0019】次に、本発明の第1の実施例の多相クロッ
ク生成回路についてその動作を説明する。
【0020】図1に示すFF1〜4に図2に示すタイミ
ングで、リセット信号と基本クロックを入力し、分周さ
れたクロックQ1 (101),反転Q1 (102),Q
3 (301),反転Q3 (302)を得る。更にクロッ
クQ1 (101)を遅延回路7に入力し、図2に示すタ
イミングチャートのように基本クロックの1/4周期だ
け遅延された信号701を得る。
【0021】このクロックQ1 (101)と遅延された
信号701の論理積をとることによって位相差分(図2
のa)だけクロックφ1 のパルス幅が広くなる(図2の
1)。
【0022】一方、クロック反転Q1 (102)を遅延
回路6に入力し、図2に示すタイミングチャートのよう
に基本クロックの1/4周期だけ遅延された信号601
を得る。この遅延された信号601とクロックQ1 (1
02)の論理積をとることによって位相差分(図2の
a)だけクロックφ2 のパルス幅が狭まることになる
(図2のW2 )。
【0023】クロックφ0 とφ3 については、それぞれ
クロックQ1 (101)とクロック反転Q3 (302)
の論理積,クロック反転Q1 (102)とクロック反転
3(302)の論理積によって得られることは従来例
と同様である。
【0024】前述したように、それぞれ遅延回路6,7
の挿入されたクロックφ1 とφ2 の関係は、クロックφ
1 のパルス幅(図2のW1 )は基本クロックの1/4周
期分(図2のa)広くなっており、クロックφ2 のパル
ス幅(図2のW2 )は、基本クロックの1/4周期分
(図2のa)狭くなっている。
【0025】次に、4相クロック動作のCMOS構成に
よる1チップマイクロコンピュータに、本発明の多相ク
ロック生成回路を用いた場合の例を、実例データに基づ
き説明する。
【0026】図7は、1チップマイクロコンピュータの
クロックφ1 とφ2 の期間中に必要とする必要動作期間
t1,t2と、遅延回路6,7による遅延時間Dtと、
その電源電圧との関係をグラフにした一例である。説明
を容易にするために従来例で用いたグラフに遅延時間D
tを付加してある。
【0027】図7によれば、遅延回路6,7による遅延
時間Dtと、クロックφ1 とφ2 の期間中に必要とする
必要動作期間t1,t2との時間の比は、電源電圧によ
らずほぼ一定であることが判る。すなわちt1とt2と
Dtとの比は、ほぼ6対4対1の割合になっている。
【0028】上述の結果から、本発明の多相クロック生
成回路を付加するマイクロコンピュータを最も高速に動
作させ得る遅延回路6,7は、クロックφ1 とφ2 の期
間中に必要とする必要動作時間t1,t2の時間差△t
の1/2以上で時間差△tより小さい遅延時間をもった
遅延回路であればよい、ということが判る。
【0029】この遅延回路を用いることにより、マイク
ロコンピュータが動作可能な電源電圧範囲内で、クロッ
クφ1 とφ2 の期間中に必要とする必要動作時間t1,
t2の比に等しいクロックのパルス幅をもつ多相クロッ
クを、電源電圧に対応して自動生成する多相クロック生
成回路を得ることが出来る。
【0030】すなわち、本発明の多相クロック生成回路
を有するマイクロコンピュータのもつ回路遅延特性と、
本発明の多相クロック生成回路内の遅延回路6,7の遅
延特性との相似性を用いる利点はここにある。 次に、
本発明の第2の実施例について説明する。
【0031】図3は第2の実施例の回路図であり、図4
はその動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。
【0032】第1の実施例と異なるところは、遅延回路
6を削除し、遅延回路7の出力信号701をインバータ
12を介してその出力信号121をANDゲート8の一
方の入力信号としたことであり、それ以外は第1の実施
例と同様であるので詳細な説明は省略する。第2の実施
例は遅延回路を1つしか用いないため、実際にマイクロ
コンピュータを製品化する上でチップサイズ的にも、コ
スト的にも優れている。
【0033】なお、第1の実施例では遅延回路をφ1
φ2 の生成に適用した例で説明したが、クロックφ0
φ3 を含め多相クロックのそれぞれに適用することも可
能であり、第2の実施例も同様である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明の多相クロッ
ク生成回路は、低電圧動作時等、条件によって多相クロ
ックの各位相毎のクロックパルス幅をそれぞれ異なるパ
ルス幅にする必要がある場合、本多相クロック生成回路
の遅延回路の遅延量を制御することにより、本多相クロ
ック生成回路を内蔵するマイクロコンピュータの動作速
度に応じて、クロックのパルス幅を変化させることが可
能となる。従って、本回路により生成された多相クロッ
クを使用するマイクロコンピュータ等のデジタル回路を
最も高速に動作させ得る多相クロックを供給することが
可能となる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の多相クロック生成回路
の回路図である。
【図2】本発明の第1の実施例の動作を説明するための
タイミングチャートである。
【図3】本発明の第2の実施例の多相クロック生成回路
の回路図である。
【図4】本発明の第2の実施例の動作を説明するための
タイミングチャートである。
【図5】従来例の多相クロック生成回路の一例を示す回
路図である。
【図6】従来例の動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。
【図7】CMOS1チップマイクロコンピュータの回路
遅延実例データを示す図である。
【符号の説明】
1,2,3,4 フリップフロップ(FF) 101 FF1の出力信号Q1 102 FF1の出力信号反転Q1 301 FF3の出力信号Q3 302 FF3の出力信号反転Q3 6,7 遅延回路 8,9,10,11 ANDゲート 12 インバータ φ0 ,φ1 ,φ2 ,φ3 多相クロック Dt 遅延回路6,7による遅延時間特性 t1 マイクロコンピュータのφ1 クロック時間の必
要動作時間の特性 t2 マイクロコンピュータのφ2 クロック時間の必
要動作時間の特性 △t2V 電源電圧2Vにおけるt1とt2の必要動作
時間の時間差 Dt 遅延回路6,7による遅延時間の特性
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 5/13 4239−5J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロコンピュータの任意の周波数の
    基本クロックを分周したクロックから前記基本クロック
    の1周期の整数倍のパルス幅と整数倍の周期とをもち、
    且つ前記基本クロックの1周期分ずつ相互に位相がずれ
    た多相クロックを生成する多相クロック生成回路におい
    て、前記分周したクロックを所定の時間遅らせる遅延回
    路を用いて、低電圧動作時においても前記多相クロック
    全体の周波数を変えることなく、前記多相クロックのう
    ち、隣接する2相クロックの一方のパルス幅を前記遅延
    回路による遅延時間分だけ広げ、他方のクロックのパル
    ス幅を前記遅延時間分だけ狭める手段を有するととも
    に、前記マイクロコンピュータの前記多相クロック生成
    回路および前記遅延回路が同一基板上に形成されること
    を特徴とする多相クロック生成回路。
  2. 【請求項2】 前記遅延時間は、前記マイクロコンピュ
    ータが前記パルス幅を広げたクロックの期間中に必要と
    する第1の必要動作時間と前記パルス幅を狭めたクロッ
    クの期間中に必要とする第2の必要動作時間との差の時
    間以内で、且つその差の1/2近辺の時間であることを
    特徴とする請求項1に記載の多相クロック生成回路。
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