KR0135488B1 - 동기카운터 및 그 캐리전파방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 다단카운터의 캐리 전파지연을 줄이도록 하는 동기카운터 및 그 캐리전파방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 동기카운터 및 그 캐리전파방법은, 카운터초기화신호를 제어입력하고 이 카운터초기화신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호를 캐리출력노드로 전송시키는 제1스위칭수단과, 상기 카운터초기신호를 제어입력하고 상기 카운터초기화신호가 활성화상태로 입력시에 외부 어드레스를 상기 캐리출력노드로 전송시키는 제2스위칭수단을 포함하는 멀티플렉서를 구비하고, 상기 외부어드레스 세팅시 상기 외부어드레스가 상기 동기카운터를 비경유하여 바로 캐리전파를 수행하도록 함을 특징으로 하는 동기카운터 및 그 캐리전파방법을 개시하였다. 이와 같은 본 발명에 의한 동기카운터 및 그 캐리전파방법은, 외부어드레스 세팅시 멀티플렉서를 통해 바로 캐리전파를 수행함에 의해, 고속의 캐리전파를 수행하는 장점이 있다. 그리고 고속의 시스템클럭에 대응하여 계수동작을 그에 상응하도록 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

동기카운터 및 그 캐리전파방법

제1도는 종래기술에 의한 동기식 단위카운터의 구성을 보여주는 회로도.

제2도는 제1도의 구성에 따른 동기카운터의 구성을 보여주는 회로도.

제3도는 제1도 및 제2도의 동작타이밍도.

제4도는 본 발명에 의한 단위카운터의 실시예구성을 보여주는 회로도.

제5도는 제4도의 멀티플렉서의 실시예를 보여주는 회로도.

제6도는 제4도의 구성에 따른 다단 동기카운터의 실시예를 보여주는 회로도.

제7도는 제4도 및 제6도의 동작타이밍도.

본 발명은 소정의 클럭(clock)입력에 응답하여 계수동작을 수행하는 동기카운터(synchronous counter)에 관한 것으로, 특히 다단카운터의 캐리(carry) 전파지연(propagation delay)을 줄이도록 하는 동기카운터 및 그 캐리전파방법에 관한 것이다.

동기카운터는, 통상적으로 잘 알려진 바와 같이, 일정한 주기를 가지는 클럭에 응답하는 다수개의 플립플럽등을 이용하여 엎(up) 또는 다운(down) 계수동작을 행하는 회로소자로서, 일반적인 집적회로는 물론 특히 어드레스신호를 입력하여 내부의 데이타억세스동작을 수행하는 메모리장치등에서 필수적인 구성요소로서 사용된다. 초기에는 단순한 형태로서, 앞단의 출력을 입력하고나서 동기클럭의 천이에 응답하여 다음단으로 출력을 발생시키는 것들이 있으나, 동작의 안정성과 효율을 개선시키기 위해 앞단에서 발생된 캐리신호를 이용하여 각 단에서 출력을 발생시키는 카운터들이 주로 많이 사용되고 있다. 그러한 캐리신호를 사용하는 카운터에 있어서는, 각 단에서 캐리신호의 천이에 소요되는 시간(carry ripple time)이 필요하기 때문에 이로 인한 전송시간의 소모가 단점으로 드러나게 된다. 그러한 문제를 해결하기 위하여 예컨대 미합중국 특허 3,943,478 또는 4,679,216에 개시된 동기식 이진 카운터에서는, 모든 앞단의 출력신호들을 누진적으로 게이팅하여 다음단의 입력 신호에 반영시키는 방식을 사용하고 있으나, 게이팅에 사용되는 낸드게이트들의 입력측이 카운팅의 각 단들이 반복될 수록 복잡하고 조밀해지기 때문에 카운터회로의 집적화에 불리하다.

이와 같이, 캐리신호의 전송속도는 동기클럭의 주기에 응답하는 동기카운터에서 카운터성능을 결정짓는 중요한 인자임을 알 수 있다. 특히, 그러한 동기 이진카운터가 고속동작의 다이나믹램등과 같은 반도체메모리장치에서 사용되는 경우에는, 어드레스 계수동작의 오동작과 신뢰성의 면에서 개선하지 않으면 안되는 해결요소들 중의 하나이다.

이와 관련하여 최근에 개시된 종래기술로서의 카운터로는, 본 출원인이 1993년 11월 8일자로 대한민국에 특허출원한 '93-23598'호(발명의 명칭: 동기식 이진카운터)에 개시된 카운터가 있다. 제1도는 상기 '93-23598'호에 개시된 단위카운터를 도시하고 있다. 그리고 제2도는 제1도에 도시된 단위카운터를 이용하여 다단카운터를 구현한 구성을 나타내고 있다. 그리고 제3도는 종래의 동기카운터의 타이밍도를 간략하게 보여주고 있다. 제1도에 도시된 단위카운터의 상세한 동작 및 그 타이밍은 상기 특허를 참조하기 바란다. 종래의 동기카운터의 구성에 따른 특징을 살펴본다. 제1도의 도면부호에서, CLK은 마스터(master)클럭이고, SET은 외부에서 카운터에 초기 어드레스를 주기 위한 신호이다. 그리고 Ai는 외부어드레스가 버퍼링(buffering)된 내부어드레스이다. 그리고 CAi는 카운터의 출력신호이고, carryi는 통상적인 카운터의 캐리를 나타낸다. 제3도의 t1시점에서 SET이 하이(high)로 되면, 트랜스미션게이트 10이 도통(turn-on)도어 어드레스 Ai가 제1도의 동기카운터 40의 내부로 입력된다. 그리고 SET이 하이이므로 노아게이트 4에 의해 N1이 로우(low)로 되어, 트랜스미션게이트 12는 비도통(turn-off)하고 트랜스미션게이트 16은 도통하게 된다. 그래서 어드레스 Ai는 제1래치회로 14에 래치(latch)되면서 트랜스미션게이트 16의 채널을 통해 제2래치회로 18에도 래치되어 CAi가 출력된다. 한편 제3도의 t2시점에서 SET이 로우로 되면 제2도의 최하단 단위카운터에서 carry-in이 Vcc로 연결되어 있어서, 제1도의 노아게이트 4에 의해 N1이 하이로 된다. 그래서 트랜스미션게이트 12가 도통되어 t1시점에서 인가된 CA0이 인터버 20에 의해 반전된 값이 제1래치회로 14에 래치된다. 그리고 트랜스미션게이트 16이 비도통하므로 CA0은 t1시점에서 인가한 값이 제2래치회로 18에 래치된다. 그리고 제3도의 t3시점에서 CLK가 하이로 되므로 N1이 로우로 되어, 트랜스미션게이트 12를 비도통하게 하고 트랜스미션게이트 16을 도통하게 한다. 제3도의 t2시점에서 반전된 CA0이 제2래치회로 18에 래치되어 있는 값을 반전시키고, 캐리발생 논리로 반전된 CA0이 입력된다. 제3도의 t1시점에서 어드레스를 받아들이라는 SET이 하이이므로 어드레스는 카운터를 통하여 초기카운터의 값 CAi를 세팅시키게 된다. 캐리를 만들기 위해 제2도에서 CA0,CA1을 낸드게이트 31 및 인버터 32를 통해 비교하여 carry1을 발생한다. 그리고 CA2의 반전된 값 그리고 carry1의 반전된 값을 노아게이트 34로 비교하여 carry2를 발생한다. 그리고 CA3, carry2를 낸드게이트 35 및 인버터 36으로 비교하여 carry3을 만든다. 그리고 그 이상의 스테이지에서도 동일한 방법으로 만들게 되는데, 예컨대 홀수(K)번째 캐리를 만들 때에는 CA(K), cary(k-1)을 낸드게이트 및 인버터로 비교하여 carryK를 만들고, 짝수(L)번째 캐리를 만들 때에는 CA(L)의 반전된 값, carry(L-1)의 반전된 값을 노아게이트로 비교하여 carryL을 만든다. 이와 같이 캐리전파는 제2도의 각 논리게이트들 및 그 로직에 의해 이루어진다. 한편 제2도를 참조하면 carry5를 빠르게 로우로 세팅시켜서 carry가 로우로 되는 시간을 줄이기 위하여 라인 45를 입력하는 낸드게이트 39를 사용하였다.

그러나 이와 같은 기술상에서는, 예컨대 시스템클럭이 150MHz와 같은 고속의 스피드에 대응하기 위해서는 carry전파가 빠르게 되어야 상위 비트카운터에서 정상적인 카운터 동작이 될 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 종래기술에서는 외부에서 어드레스를 카운터에 세팅시킬 때 카운터 내부를 세팅시킨 후 카운터에서 만들어진 출력이 carry발생 로직에 전파되므로 carry발생시점이 외부 어드레스로 카운터 내부를 세팅시키는 시간만큼 늦어지게 되는 바, 고속의 스피드에 적절히 대응할 수 없는 문제가 있어왔다.

따라서 본 발명의 목적은 고속의 시스템클럭 스피드에 적절하게 대응가능한 동기카운터 및 그 캐리전파방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 캐리전파지연을 최대한으로 단축하는 동기카운터 및 그 캐리전파방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 임의의 어드레스 입력에 대응하여 카운터내부의 세팅 동작과 독립적으로 캐리를 발생시킬 수 있도록 하는 동기카운터 및 그 캐리전파방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 동기카운터는, 카운터초기화신호를 제어입력하고 이 카운터초기화신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호를 캐리출력노드로 전송시키는 제1스위칭수단과, 상기 카운터초기화신호를 제어입력하고 상기 카운터초기화신호가 활성화상태로 입력시에 어드레스를 상기 캐리출력노드로 전송시키는 제2스위칭수단을 구비하는 동기카운터임을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 동기카운터의 캐리전파방법은, 카운터초기화신호를 제어입력하고 이 카운터초기화신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호를 캐리출력노드로 전송시키는 제1스위칭수단과, 상기 카운터초기화신호를 제어입력하고 상기 카운터초기화신호가 활성화상태로 입력시에 외부어드레스를 상기 캐리출력노드로 전송시키는 제2스위칭수단을 포함하는 멀티플렉서를 구비하고, 상기 외부어드레스 세팅시 상기 외부어드레스가 상기 동기카운터를 비경유하여 바로 캐리전파를 수행하도록 하는 동기카운터의 캐리전파방법임을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명될 것이다.

제4도는 본 발명에 의한 단위카운터의 실시예구성을 보여주는 회로도이다. 설명에 앞서 본 발명에 의한 동기카운터는 외부 어드레스세팅시 외부 어드레스가 카운터 내부를 거치지 않고 바로 캐리전파를 할 수 있도록 멀티플렉서를 구비하여 캐리발생 시점을 빠르게 개선하여 고속스피드의 동작특성을 수행함을 유의하여야 할 것이다. 제4도의 구성을 설명한다. 제4도의 구성은 도시된 구성을 제1도의 구성과 비교할 시에 용이하게 예측할 수 있는 바와 같이, 종래의 동기카운터의 구성에서 멀티플렉서 60을 더 구비하는 구성으로 된다. 이 멀티플렉서 60의 위치는, SET신호 및 어드레스 Ai의 입력경로상에, 그리고 카운터출력신호인 CAi의 출력경로상에 형성되어 있음을 도시된 구성으로 부터 용이하게 알 수 있다.

제5도는 제4도의 멀티플렉서 60의 실시예를 보여주는 회로도이다. 그 구성은, SET신호를 제어입력하고 이 SET신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호 CAi를 carryi 출력노드 88로 전송시키는 트랜스미션게이트 82와, SET신호를 제어입력하고 이 SET신호가 활성화상태로 입력시에 어드레스 Ai를 carryi 출력노드 88로 전송시키는 트랜스미션게이트 84로 이루어진다. 이들 트랜스미션게이트 82, 84는 SET신호의 입력에 대응하여 CAi 또는 Ai를 선택적으로 출력하도록 스위칭동작하는 수단으로 되며, 이는 다른 스위칭수단을 사용하여 무방하다.

제6도는 제4도의 구성에 따른 동기카운터 80을 다단으로 실시한 예를 보여주는 회로도이며, 제6도의 구성을 제5도를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 의한 동기카운터 80의 출력으로 되는 carryi는 CAi 또는 Ai로 될 수 있다.

제7도는 제4도 및 제6도의 동작타이밍도이다. 제7도에서 SET신호가 하이로 활성화되는 시점으로 부터 carry0 그리고 carry1신호가 각각 하이로 인에이블되는 시점을 특히 유의하여 살펴야 할 것이며, 이를 제3도의 타이밍도와 비교하여 살피면 본 발명의 효과를 용이하게 예측할 수 있을 것이다.

제4도, 제5도 및 제6도의 구성, 그리고 제7도의 타이밍도를 참조하여 본 발명에 의한 동기카운터 80의 동작특성을 상술하면 다음과 같다. 제4도 내지 제7도에서 각 입력신호들은 종래의 그것과 동일한 바 그에 대한 설명은 생략한다. 제7도의 T1시점에서 외부어드레스 A0를 받아 들일 때 SET가 하이로 되면, 제5도에서 트랜스미션게이트 84를 도통시키고, 트랜스미션게이트 82를 비도통시킨다. 그래서 외부어드레스 A0는 트랜스미션게이트 84의 채널을 통하여 carry0로 직접 전파된다. 제7도를 참조하면 SET의 하이 인에이블로부터 carry0이 바로 하이로 인에이블됨을 살 필 수 있을 것이다. 한편 T1시점에서 노아게이트 56에 의해 N2가 로우로 된다. 그러면 트랜스미션게이트 62는 비도통하고 트랜스미션게이트 66은 도통하여, 트랜스미션게이트 58을 통과한 어드레스 A0은 인버터 제1래치회로 64 및 도통하여, 트랜스미션게이트 58을 통과한 어드레스 A0은 인터버 제1래치회로 64 및 제2래치회로 68에 래치(latch)된다. 이때 제7도에서와 같이 CA0이 하이로 된다. 한편 제6도의 각 단위카운터 80들도 위와 동일한 방법으로 외부 어드레스를 받아서, 자에내에 구비되는 제5도와 같은 멀티플렉서 60을 통하여 트랜스미션게이트 84 한단만을 통하여 캐리발생 로직(이는 제6도의 인버터 I1,...I7과, 낸드게이트 NAND1,...,NAND4과, 노아게이트 NOR1,.,NOR3을 의미한다.)에 인가되므로 종래기술보다 카운터 내부를 통과하는 시간이 단축되도록 동작한다. 그리고 제7도의 T3시점과 같이 외부에서 어드레스를 인가하지 않을 때에는 SET이 로우로 되고 트랜스미션게이트 84는 비도통, 그리고 트랜스미션게이트 82는 도통하여 전술한 종래의 카운터동작과 동일하게 동작한다. 이와 같이 외부어드레스 세팅시 멀티플렉서 60을 통해 외부 어드레스가 카운터 내부를 거치지 않고 바로 캐리전파를 할 수 있게 된다. 이러한 방법을 통해 외부 어드레스인가시 캐리전파가 늦어서 고속의 스피드동작이 어려웠던 문제를 해결할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 동기카운터 및 그 캐리전파방법은, 외부어드레스 세팅시 멀티플렉서를 통해 바로 캐리전파를 수행함에 의해, 고속의 캐리전파를 수행하는 장점이 있다. 그리고 고속의 시스템클럭에 대응하여 계수동작을 그에 상응하도록 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 시스템클럭에 동기하여 동작하는 동기카운터에 이어서, 카운터초기화신호를 제어입력하고 이 카운터초기화신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호를 캐리출력노드로 전송시키는 제1스위칭수단과, 상기 카운터초기화신호를 제어입력하고 상기 카운터초기화신호가 활성화상태로 입력시에 어드레스를 상기 캐리출력노드로 전송시키는 제2스위칭수단을 구비하여, 외부 어드레스세팅시 동기카운터의 내부세팅없이 상기 어드레스가 상기 제2스위칭수단을 거쳐 직접으로 세팅되도록 함을 특징으로 하는 동기카운터.
2. 시스템클럭에 동기하여 동작하는 동기카운터의 캐리전파방법에 있어서, 카운터초기화신호를 제어입력하고 이 카운터초기화신호가 비활성화상태로 입력시에 카운터출력신호를 캐리출력노드로 전송시키는 제1스위칭수단과, 상기 카운터초기화신호를 제어입력하고 상기 카운터초기화신호가 활성화상태로 입력시에 외부어드레스를 상기 캐리출력노드로 전송시키는 제2스위칭수단을 포함하는 멀티플렉서를 구비하고, 상기 외부어드레스 세팅시 상기 외부어드레스가 상기 멀티플렉서를 통해 바로 캐리전파를 수행하도록 함을 특징으로 하는 동기카운터의 캐리전파방법.