JPH06502264A - 動的に切替え自在な多周波数クロック発生器 - Google Patents

動的に切替え自在な多周波数クロック発生器

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JPH06502264A
JPH06502264A JP3517594A JP51759491A JPH06502264A JP H06502264 A JPH06502264 A JP H06502264A JP 3517594 A JP3517594 A JP 3517594A JP 51759491 A JP51759491 A JP 51759491A JP H06502264 A JPH06502264 A JP H06502264A
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ゼイガー,エドワード
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 動的に切替え自在な多周波数クロ1り発生器発明の分野 本R11はマイクロプロセッサシステムに関し、特に、マイクロプロセッサに可 変周波数クロ1213号を供給するクロック制御回路に関する。
発明の背景 マイクロプロセッサベースシステムに関し、システムの制約に対応するために周 波数を変化させうるクロック信号を提供する様々な方法及び装置が使用されてい る。たとえば、マイクロプロセッサが相対的に低速度の周辺装置と通信しなけれ ばならない場合、周辺装置が要求するアクセス時間に対応するために、マイクロ プロセッサに供給されるクロック信号の周波数を低下することが望ましい。この 欅の用途のための可変周波数マイクロプロセッサクロック発生器は、Brans onへ発行された米国特許第4,819,184号に記載されている。
類似する機能はCompaqのDESKPRO386/20/ステムに取り入れ られており、このシステムでは、「オート」モードのとき、プロセッサは速度が 低下するディスケット動作の間を除いて全速で動作できる。このシステムは、他 のプロセッサシステムをノミュレートするために、いくつかの所定の周波数の中 の1つで動作することもできる。
CMOSアーキテクチャ又はCHMOSアー牛テアーキテクチャ製造されたマイ クロプロセッサに可変周波数クロック信号を供給することの特定の動機は、その ようなデバイスの電力a[がクロック周波数に比例するという点である。従って 、活動システム電力を減少させるためには、プロセッサに対するクロック周波数 をシステム性能の目標を維持することと矛盾しない最大限度まで低くするのが望 ましい。さらに、プロセッサがアイドル状態に入ってしまうと考えられる場合に は、プロセッサクロブタを完全に停止させることが望ましい。Harris82 C85CMOSスタティブククロック制vs装置/発生器は、外部発振器の全周 波数になるか又はその256分の1の周波数になり、あるいは停止できるクロッ ク信号を供給する。
従来の可変周波数クロック発生器は、通学、クロック周波数を動的に切替えると きに「グリブチ」を発生する0周波数1移に際しては、中間持続時間のクロック サイクルが発生することもある。このクロック周期がマイクロプロセッサで許容 される最小値より小さい場合、システム異常が起こりつる。
本発明の目的の1つは、どのクロックサイクルの持続時間も最も層い動作IR波 数のクロックサイクル持続時間と少なくとも等しくなるように周波数間で動的に 切替えできる可変周波数クロック発生器を提供することである。
発明の概要 本発明は、マイクロプロセッサにクロック信号を複数の周波数の中の1つの選択 可能な周波数で供給し、且つクロック信号のどのサイクルも最も高い周波数のサ イクル持続時間と少なくとも等しい持続時間を有するように、いずれかの周波数 からいずれかの周波数へ動的に切替えできる可変周波数クロック発生器を実現す る。制御インタフェース回路は相補入力クロック信号と、周波数選択信号と、ク ロック同期信号とを受信する。この回路は、クロック同期信号の受信に応答して 、入カクロフク信号と同期されるクロックセット信号を供給する。
クロック分子ノ器回路はシステムマスタークロックを分割して、1組の相補クロ ック信号を供給し、それぞれの相補クロック信号はマスタークロックと同期して いる。クロック分割器回路はクロックセット信号をも受信し、対応するクロック 信号のそれぞれを共通の位相をもって再始動する。従って、周波数を切換えると きに、クロ1り信号の「短い」サイクルは起こりえない。
位相発生器凹路は相補クロック信号及び周波数選択信号を受信し、選択された周 波数を有する対のクロック信号をプロセッサ入力端子ヘゲートする。
図面のlIi!車な説明 図1は、本発明を具現化したマイクロプロセフサンステムの機能プロ、りilI 図図2は、本発明の制御インタフェース回路の概略図である。
図3は、本発明のクロック分割器回路の概略図である。
図4は、本発明の位相クロック発生器回路の概略図である。
図5は、本発明の全周III数クロ1り発生器回路の概略図である。
図6は、本発明の動作を示すタイミング図である。
発明の詳細な説明 以下の説明中、本発明を完全に理解させるために、説明の便宜上、限定的な意味 をもたずに特定の回路、特定のタイミング関係などを挙げる。しかしながら、そ れらの特定の詳細な事績から逸脱する他の実施例においても本発明を実施しうる ことは当業者には明白であろう、また、別の場合には、無用な詳細によって本発 明の説明をわかりにククシないように、マイクロプロセッサシステムやデジタル 回路の周知の面の詳細な説明を省略する。
システムの概要 本発明は、電力消費が少なく且つ小型であることを必要とする用途に合わせて最 適化した設計のマイクロプロセッサにおいて採用されると有利である。そのよう な用途の中には、特に、一般にはラップトツブ及びノートブックと呼ばれている 型の小型パーソナルコンピュータがある。以下に、そのようなマイクロプロセッ サの一実施例を簡略に説明する、ただし、本発明がその特定のマイクロプロセッ サの設計に限定されず、実質的にどのような設計のプロセッサにも本発明を取り 入れられることを理解すべきである。
図1を#照すると、プロセッサシステム10が示されている。システム10はG ENCPUlCENIO及びGENVGAと指示されている3つの主要なプロセ ッサ構成要素を含む。GENCPUはCPU12と、メモリ制御装置14と、キ ャッシュ制御装置16と、ISAバス制御論理18と、複数の行バフフy20と を含む拡張中央処理H1lである。
説明する実施例においては、CPtJ12は、本発明の法人謬受入であるInt elcorporat ton が製造している38B” SX CPUである 。この説明を通して、レジスタ名、信号名などの388” SX CP[Jに関 連するいくつかの用語は、本発明を説明するために採用される。そのような用語 はマイクロプロセ、す設計の分野に従事する人には理解されるものであるので、 ここでは詳細には説明しない。CPUI 2の内部構造の詳細についてはN I ntel Corporationが発行番号240332として出版したr3 8B” SX MicroprocessorHardware Refere nce ManualJ及びその関連出版物を#照のこと。
GENIOは複数の並列ボート22と、デュアル直列ボー)24a、24bと、 リアルタイムクロックvtffi26と、デュアルプログラム可能割込み制御装 [128a、28bと、デュアルプログラム可能タイマー30a、30bと、デ ュアルDMA制御装f132a、32bと、メモリマツパ34とを含む単一チッ プ入出力装置である。
GENVGAは、VGAIK形MIIH!!! 36 k、どft)T−’)制 御装置38と、フラットパネル表示装置に封するインタフェース40とを含む単 一チップ図形インタフェースである。
プロセッサ装置の全ては互いに通信すると共に、ISAバス42を介して他のシ ステム構成要素(拡張スロフト、キーボード制all装置、ディスク制御装置な ど)と通信する。
システム10の3つの主要な構成要素の外にはシステムメモリ44と、オプンロ ンのキャッシュメモリ46と、オプシ璽ンのビデオメモリ48とがある。オプン ロンのPAL/DAC装置150は従来のVGAモニタとの間のビデオインタフ ェースを構成する。
クロック発生器の具体化 図2〜図5には、本発明によるクロック発生器回路の概略線図を示す。まず、図 2を参照して説明すると、入力信号EFIPH1及びEFIPH2は、CPUI 2に印加されるマスタークロブタ人力信号からそれぞれ取り出される重複しない 位相lのマスタークロック信号と、位相2のマスタークロック信号である。入力 信号EQCPUSYNは、位相lのマスタークロック信号の1サイクルに等しい 持続時間を有する正に向かうパルスである。この入力信号は全てのCPtJクロ ックfs号をマスタークロックと同期させると共に、クロック周波数遷移中にC PUクロック信号を再初期設定する。信号EQCPUSYNはD形フリップフロ ップ+02の入力端子に印加される。。フリップフロップ102は人力EFIP H2によりクロックされ、ANDゲート106へQ出力を供給する。ANDゲー ト106は人力として信号EFIPH1も受信し、ORゲート108へ出力を供 給入力信号EQCPUSTPは全てのCPtJクロフク信号を停止するための指 令信号である。この人力信号は位相1のマスタークロック信号EFIPH1と同 期される。人力信号EQCPUSTPはD型フリフプフロップ104の入力端子 に印加される。このフリツプフロツプも信号EFIPH2によりクロックされる 。
フリップフロップ104のQ出力はORゲート+08に第2の人力として印加さ れる。ORゲート108の出力である信号EQSETは、以下にさらに説明する ように、CPUクロック信号の全てを同期させるためにマスタークロックと同期 する正に向かうパルスである。
人力信号EQCDrVCOコ及びEQCDIVEIコは、本発明のクロック分割 器回路が発生する様々なCPUクロック信号の中の!つを選択するfR波数選択 信号である。それらの人力信号の0ずれについても、その状態の変化にはEQC PUSYNパルスが付Mして1.)る。入力EQCDIV [0] は、信号E FIPH2によりクロックされるD形フリップフロップ114の入力端子に印加 される。
フリップフロップ1】4のQ出力は、信号EFIPH1によりクロックされるD 形フリフプフロブプ116の入力端子に印加される。フリップフロ、プ116の Q出力である信号EQCPUD [0]は、信号εQSETを発生させるときの 遅延を補正するために、人力EQCD IV [0]に対して遅延している。同 様に、信号EQCPUD [1コを発生スルタメニ、入力信号EqCDIV[t ]はD形フリフプフロフプ+10及び112を介して遅延する。
次に図3を参照すると、本発明のクロック分割器回路が示されて(する。この回 路は、基本的には位相1の全てのクロック出力をローにさせ且つ位相2の全ての クロック出力をハイにさせるために、セット人力によって相補位相クロック信号 を発生するカウンタ回路である。信号EQSETはORゲート118の入力端子 に印加される。ORゲート118の第2の人力はマスター/スレープフリップフ ロフブ!24の出力端子から印加される。ORゲート118の出力はフリツブフ ロップ]20の入力端子に印加される。フリ7プフロツプ12(lび124のゲ ート人力端子は、CPU12に対するマスタークロックである人力信号EJEF ■に結合している。ORゲー)118の出力はインバータ122にも印加され、 インバータ122の出力はフリツプフロツプ124の入力端子に印加される。従 って、フリップフロップ+20及び124の出力である信号EQIXPH2及び EQIXPHIは、それぞれ人力EJEF lの周波数の二分の−の周波数を有 し、且つ互いに位相が180度ずれている相補位相クロック信号から構成される 。
信号EQI XPH2は排他的ORゲート126の入力端子に印加され、XOR ゲート+26の他方の入力はフリップフロップ130の出力端子からのフィード バックとして供給される。XORゲート+26の出力はORゲート128の入力 端子に印加され、ORゲート+28の他方の人力は人力信号EQSETにより供 給される。ORゲート128の出力は、人力EJEFIによりゲートされるフリ ップフロップ130の入力端子に印加されて、信号EQIXPH2の周波数の二 分の−1そして、EJEF[の周波数の四分の−の周波数を有する位相クロック 信号である出力信号EQ2XPH2を発生する。相補位相クロック信号EQ2X PHIは、ORゲート128の出力端子からインバータ132を介して人力を受 信するフリップフロップ+34の出力端子で発生する。
信号EQIXPH2及びEQ2XPH2はANDゲート136に入力として印加 され、ANDゲート136の出力は排他的ORゲート138に入力として印加さ れる。XORゲート+38の他方の人力はフリップフロップ+42の出力端子か らフィードバックされる。XORゲート138の出力は、入力として信号EQS ETをも受信するORゲート+40に入力として印加される。ORゲート140 の出力は信号EJEFIによりゲートされるフリップフロップ142の入力端子 に印加されて、EQ2XPH2の周波数の二分の−1すなわち、EJEFrの四 分の−の周波数の出力位相クロック信号EQ4XPH2を発生する。相補位相ク ロック信qEQ4xpHxは、ORゲート+40の出力端子からインバータ14 4を介して人力を受信するフリップフロップ146の出方端子で発生する。
信号EQIXPH2、EQ2XPH2及びEQ4XPH2はANDゲート148 に入力として印加される。先に説明した回路の段と同じように、ANDゲート1 48の出力は排他的ORゲート15oに印加され、このゲート150の出力はO Rゲート+52に印加される。ORゲート+52の出力は、EJEFrによりゲ ートされるフリップフロップ154の入力端子に印加されて、EJEFIの周波 数のへ分の−の周波数の出力クロック信号EQ8XPH2を発生する。相補位相 クロック信号EQ8XPHlは、ORゲート152がらインバータ156を介し て入力を受信するフリップフロップ158の出力端子で発生する。
このように、図3に示す回路はマスタークロツタ信号EJEFIの何分の−かの 周波数をもつ複数対の相補位相クロック信号を発生する。
次に図4をS照して説明すると、位相lのクロック信号EQIXPHI、EQ2 XPH1,EQ4XPHI及びEQ8XPH1はマルチプレクサI60の入力端 子に印加される。同様に、位相2のクロック信号EQIXPF(2、EQ2XP H2、EQ4XPH2及びEQ8XPH2はマルチプレクサ162の入力端子ニ 印加される。マルチプレクサ180及び162のセレクト線はフリップフロップ 184及び166の出力により駆動される。これらのフリップフロップは入力と して信号EQCPUD [01と、信号EQCPUD [1]をそれぞれ受信し 、マスタークロツタ信号EJEFIによりゲートされる。ゲート168及び17 0を介してそれぞれ緩衝されるマルチプレクサ+60及び162の出力はCPU 位相!クロブクブタPHIOと、CPU位相2クロブク信号PH20である。こ れらの信号は、CPUに供給されるときの相補位相クロック信号が重複しないこ とを保証するバック1(rIIJ示せず)に印加される。
信号EQCPUSYNはクロック信号の変化が指令されるたびに常に現れ、それ により、クロック分割器回路の全ての位相エクロブタ出力をローにさせると共に 、全ての位相2クロフク出力をハイにさせるので、PHIOとPH20771[ 補位相クロック信号の周波数遷移は、従来の可変周波数クロック発生器の障害と なっていたグリッチを伴わずに起こる。マルチプレクサ160及び162の出力 は全ての人力が同じ状態であるとき、すなわち、マルチプレクサ160に対する 全ての人力がロー状態であり且つマルチプレクサ1B2に対する全ての入力がハ イ状態であるときに選択される。
CPU位相クロフク信号PHIO及びPH20をEF1位相マスタークロック信 号EFIPH1及びEFTPH2と同期させるために、要求されるのは1つのE FI位相lクロフク周期にわたり入力信号EQCPUSYNをパルス化すること だけであるのは認められる。CPU10位相クロックを停止するときには、まず 、CPU位WJ’)ロブ9速度eEFI/41.:設定す6 (EQCD IV  [1] =ロー且つEQCD IV [0] =ハイ)。次に、1つのEF1 位相1クロツタ周期にわたり信号EQCPUSYNをパルス化し、入力信号EQ CPUSTOを活動状態に保持する。そこで、全ての位相lクロック信号はロー に保持され、全ての位桁2クロック信号はハイに保持される。CPU位相クロッ クはEQCPUSTP信号を除去し、クロツタ速度選択信号EQCDIV [0 1及びEQCD[VC1]を所望の値に戻し、1つのEFr位相lクロフクEQ CPUSYNパルスを印加することにより再開される。
図5は、全周波数CPUクロック信号を示す。先に図2〜図4に関連して説明し たように発生されるCPU位相クロック信号が全周波数クロックの周波数の二分 の−であることを理解すべきである。CPU10位相クロックに対応する全周波 数クロック信号は診断を目的とするときには不可欠である。全周波数クロック信 号は、CPU位相クロック信号を発生するために使用する方式に類似する方式で 発生される。
図5を参照して説明すると、入力信号EQCPUSTP2は先に説明した入力信 号EQCPUSTPに対応するが、EQCPUSTPに関して人カクロブタ信号 EFN’H2だけ遅延している。同様に、入力信号EQCPUSYN2は人力信 号EQCPUSYNに対応するが、EQCPUSYNに関して入力信号EFIP H2だけ遅延している。人力信号EFIF’HIOは先に説明した入力信号EF IPH1の早期出力バージ「ンである。信号EFIPHIO1PH20(位相ク ロック分割器回路のバッファ170から)及びEQCPUSYN2はANDゲー ト172の入力端子に印加される。ANDゲー)172の出力は、人力信号EQ CPUSTP2及CFEJ EF rと共に、ORゲート174に入力として印 加される。ORゲート+74の出力である信号EQCEFIは、通常、全周波数 クロック信号EJEFrであるが、クロック周波数の切替えが指令されるときに は、同期パルスによりハイ状態に維持される。
入力EQCPUSYN2はインバータ176に印加され、インバータ176の出 力はフリップフロップ+78の入力端子に印加される。遅延同期信号EQCPU SYN2Bを供給するためにフリップフロップ+78は信号EJEFIによりゲ ートされる。この信号はNANDゲート180、+84及び188のそれぞれに 人力として印加される。これらのゲートは、それぞれインバータI76の出力を も人力として受信する。rIIJ3のクロック分割器回路からの信号EQIXD %EQ2XD及びEQ4XD+tNANDゲー)180.184及び188に人 力トシてそれぞれ印加される。これらのゲートの出力は、それぞれ人力信号EJ EFIによりゲートされるフリップフロップ+82.18B及び190にそれぞ れ印加される。信号EQCEF lと、フリ7プフロブプ182.186及び1 90の出力とはマルチプレクサ192の入力端子に印加される。それら4つの信 号は、図4に示すようにマルチプレクサ160及び192に入力として印加され る位相クロック信号に対応する全周波数クロック信号であることが認められるで あろう。
図2に示す制御インタフェース回路からの周波数選択信号EQCPUD [0] 及びEQCPUD [1]はANDゲート200及び19Bにそれぞれ印加され る。それらのゲートのそれぞれはインバータ176の出力をも人力として受信す る。ANDゲート196及び200の圧力は、共に人力信号EJEFrによりゲ ートされるフリップフロップ198及び202にそれぞれ印加される。フリップ フロップ198及び202の出力は、後になってバック1194に印加される適 切な全周波数クロック信号を選択するために、マルチプレクサ192の行選択入 力端子に印加される。バック1】94の出力である信号EQCLK2は、本発明 でなければ従来の386T″″SXプロセツサにおいてCPU位相クロック信号 PH10及びPH20を取り出す元になると考えられるマスタークロツタ信号と 機能の上では等価の全周波数クロック信号である。
図6は、位相クロック周波数を1分割から2分割へ、2分割から4分割へ、4分 割から停止クロックモードへと切換え、そして、停止から1分割に戻るときの本 発明の動作を示すタイミング図を提示する。全ての位相クロック信号はそれぞれ のIl!波数遷移に先立ってEQCPUSYNパルスにより再始動され、それに より、信号PHIO及びPH20が遷移ごとに短いサイクル「グリッチ」を起こ さないように保証するということを特に認めるべきである。
開示の精神又は本質的特徴から逸脱せずに、以上説明した発明を他の特定の形態 でも実施しうることは認識されるであろう。従って、本発明は以上例示した詳細 により限定されるばかりではなく、添付の請求の範囲によって規定されるべきで あることがわかる。
国際調査報告 フロントページの続き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、 ES、 FR,GB、 GR,IT、 LU、 NL、 SE)、0A (BF、BJ、CF、CG、CI、CM、GA、GN、ML、MR,SN、TD 、TG)、AT、AU、 BB、 BG、 BR,CA、 CH,DE、 DK 、 ES。
Fl、GB、HU、JP、KP、KR,LK、LU、MC,MG、 MW、 N L、 No、PL、 RO,SD、 SE、5U (72)発明者 ミトラ、サンダリ アメリカ合衆国 95035 カリフォルニア州・ミルビタス・フラム コート ・776

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.マイクロプロセッサに周期性をもつCPUクロック信号を複数の周波数の中 の1つの選択できる周波数で供給すると共に、前記複数の周波数のいずれかから いずれかへ動的に切替える装置において、a)クロックセット信号を発生する制 御インタフェース手段と;b)前記制御インタフェース手段に動作の上で結合し 、前記複数の周波数で複数のクロック信号を発生するクロック分割器手段であっ て、前記クロックセット信号を受信し且つ前記複数のクロック信号の全てを共通 の位相によって再始動する手段を含むクロック分割器手段と; c)前記クロック分割器手段に動作の上で結合し、前記CPUクロック信号のい ずれのサイクルも、前記複数の周波数の中で最高の周波数のサイクル持続時間と 少なくとも等しい持続時間を有するように、前記CPUクロック信号として前記 複数のクロック信号の中の1つをその前記再始動のときに選択するマルチプレク サ手段とを具備する装置。 2.前記制御インタフェース手段は、クロック停止信号を受信し且つ前記クロッ クセット信号を前記CPUクロック信号を停止させる論理状態に保持させるクロ ック抑止手段を含む請求項1記載の装置。 3.前記CPUクロック信号の周波数の2倍に等しい周波数を有する全周波数ク ロック信号を供給する全周波数クロック発生手段をさらに具備する請求項1記載 の装置。 4.前記周期性をもつCPUクロック信号は一対の相補CPUクロック信号の一 方である請求項1記載の装置。 5.マイクロプロセッサに周期性をもつCPUクロック信号を複数の周波数の中 の1つの選択できる周波数で供給すると共に、前記CPUクロック信号のどのサ イクルも、前記複数の周波数の中の最高の周波数のサイクル持続時間と少なくと も等しい持続時間を有するように、前記複数の周波数のいずれかからいずれかへ 動的に切替える装置において、 a)第1の周波数を有する第1の入力クロック信号と、前記第1の周波数を有す るが、前記第1の入力クロック信号とは逆の位相の第2の入力クロック信号と、 周波数選択信号と、クロック同期信号とを受信する制御インタフェース手段であ って、遅延周波数選択信号を供給する遅延手段を含み、前記クロック同期信号の 受信に応答して、前記第1の入力クロック信号と同期してクロックセット信号を 供給する論理手段をさらに含む制御インタフェース手段と;b)マスタークロッ ク信号を受信し且つ前記複数の周波数で前記マスタークロック信号と同期する複 数のクロック信号を供給するクロック分割器手段であって、前記クロックセット 信号を受信し且つ前記複数のクロック信号の全てを共通の位相によって再始動す る論理手段を含むクロック分割器手段と;c)前記複数のクロック信号及び前記 遅延周波数選択信号を受信する位相発生器手段であって、前記遅延周波数選択信 号に応答して前記複数のクロック信号の中の1つを選択するマルチプレクサ手段 を含む位相発生器手段とを具備する装置6.前記複数の周波数のそれぞれは前記 マスタークロック信号の周波数の何分の一かである請求項5記載の装置。 7.前記制御インタフェース手段は、クロック停止信号を受信し且つ前記クロッ クセット信号を前記CPUクロック信号を停止させる論理状態に保持させるクロ ック抑止手段を含む請求項5記載の装置。 8.前記CPUクロック信号の周波数の2倍に等しい周波数を有する全周波数ク ロック信号を供給する全周波数クロック発生手段をさらに具備する請求項5記載 の装置。 9.前記周期性をもつCPUクロック信号は一対の相補CPUクロック信号の一 方である請求項5記載の装置。 10.マイクロプロセッサに周期性をもつCPUクロック信号を複数の周波数の 中の1つの選択可能な周波数で供給すると共に、前記複数の周波数のいずれかか らいずれかへ動的に切替える方法において、a)クロックセット信号を発生する 過程と;b)複数のクロック信号を前記複数の周波数で発生する過程と;c)前 記クロックセット信号の発生時に、前記複数のクロック信号の全てを共通の位相 によって再始動する過程と; d)前記CPUクロック信号のどのサイクルも、前記複数の周波数の中の最高の 周波数のサイクル持続時間と少なくとも等しい持続時間を有するように、前記C PUクロック信号として前記複数のクロック信号の中の1つをその前記再始動時 に選択する過程とから成る方法。 11.前記周期性をもつCPUクロック信号は1対の相補CPUクロック信号の 一方である請求項10記載の方法。
JP3517594A 1990-10-12 1991-10-11 動的に切替え自在な多周波数クロック発生器 Pending JPH06502264A (ja)

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