KR840001223B1 - 래치회로가 부착된 시프트 레지스터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

래치회로가 부착된 시프트 레지스터

제1도는 본 발명에 따른 래치회로가 부착된 시프트 레지스터의 주요부를 나타낸 회로도.

제2도는 제1도의 시프트 레지스터의 동작을 시간에 따라 설명하기 위한 신호파형,

제3도는 본 발명에 따른 다이나믹 인버터의 1 실시예의 회로도.

제4도는 본 발명의 시프트 레지스터에 1응용예인 직렬 연산논리장치를 포함하는 제어시스템을 나타낸도면.

제5도는 제4도의 직렬 연산논리장치의 일부인 1비트 연산논리장치의 구체적인 회로도.

제6도는 제4도의 1비트 연산 논리장치의 동작을 시간에 따라 설명하기 위한 신호파형.

제7도는 본 발명의 래치가 부착된 시프트 레지스터에 응용한 직렬 연산 논리장치로 포함하는 다른 시스템예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 시프트 레지스터에 관한 것이다. 특히 직렬 연산논리장치(Serial Arithmatic Logic Unit)에 적합한 래치회로가 부착된 시프트 레지스터에 관한 것이다. 직렬연산논리장치는 소요 비트수의 시프트 레지스터와 이 시프트레지스터의 최하위 비트에 접속되어 1사이클에 1비트분의 연산을 하여 그 결과를 상기 시프트 레지스터의 최상의 비트에 귀환하는 1비트 연산기로 이루어진다. 예를들면, 이 장치는 데이터 프로세서를 사용한 각종의 제어시스템에 있어서 제어신호의 ON,OFF의 타이밍등을 결정하기 위해 주변장치로서 응용된다.

이와 같은 용도에 사용되는 직렬연산 논리 장치는 시프트 레지스터에 목표값 데이터의 설정, 또는 시프트 레지스터에서 연산결과 데이터의독출을 행하기 위해 래치회로가 부착된 시프트 레지스터를 필요로 한다.

또, 직렬 연산 논리 장치 및 그 부속회로를 대규모 집적화하여 각종의 제어시스템을 범용(汎用)의 장치로 구성하는 경우에는, 상기 래치회로가 부착된 시프트레지스터를 소비 전력은 적은 대규모 집적화에 적합한 회로구성으로 할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 소비전력이 적은 대규모 집적화에 적합한 구조의 래치가 부착된 시프트 레지스터를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 서로 종속접속되는 시프트 레지스터의 각 비트를 스태틱 인버터(Static Inverter)와 스위치 소자와 다이나믹 인버터(Dynamic Inverter)와의 직렬회로로 구성하고 상기 시프트 레지스터의 각 비트마다 스태틱 인버터와 스위치 소자와 다이나믹 인버터와의 폐회로로 이루어지는 래치회로를 설치하여 시프트 레지스터의 스위치 소자와 래치의 스위치 소자와의 각 출력측 단자간을 데이터 전송용의 스위치 소자로 접속한다. 그리고 시프트 레지스터와 래치회로를 서로 반위상(Half Phase)편차의 타이밍으로 구동하므로써, 데이터 받는쪽의 스위치 소자가 상태에 있을때 데이터 전송용의 스위치 소자를 거쳐 시프트 레지스터와 래치간의 데이터 전송이 행하여 지도록한 것을 특징으로 한다. 전술한 본 발명의 또 다른 목적과 장점 및 동작방법 그리고 특징들은 첨부도면과 연관하여 다음의 상세한 명세서를 읽어보면 이해될 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 래치회로가 부착된 시프트 레지스터의 1비트분의 회로구성을 나타낸다.

1은 시프트 레지스터부, 2a는 래치부, 2b는 데이터 입출력부, 3은 데이터전송용 MOS스위치를 나타낸다. 시프트레지스터부(1)는 전반부가 스태틱 인버터(11)와 MOS 스위치(12)로 이루어지고, 후반부가 다이나믹 인버터(13)로서 이루어지며 상위 비트단에서 공급된신호(A₂′)를 스태틱 인버터(11)에서 받아 다이나믹 인버터(13)의 출력신호(A₂)를 하위 비트측의 시프트 레지스터부에 부여한다.

래치부(2a)는 상기 시프트 레지스터부와 마찬가지로 전반부가 스태틱 인버터(14)와 MOS 스위치(15)로 이루어지고, 후반부가 다이나믹 인버터(16)로 이루어지며, 이들의 요소는 다이나믹 인버터(16)의 출력신호(B₂)가 스태틱 인버터(14)에 귀환되도록 폐회로를 형성하고 있다.

데이터 입출력부(2b)는 MOS 스위치(17), 스태틱 인버터(18) 및 MOS 스위치(19),(20)의 직렬회로로 이루어지며 이 직렬회로는 래치부(2a)의 스태틱 인버터(14)에 병렬로 접속되고, MOS 스위치(19),(20)의 각 게이트는 독출 제어선(103)과 기입제어선(104)에 각각 접속되며, 이들 양 스위치의 결합점을 데이터선(102)에 접속한 회로구성으로 되어 있다.

데이터 전송용의 MOS 스위치(3)는 시프트 레지스터부(1)의 MOS 스위치(12)의 출력측과 래치부(2a)의 스위치(15)의 출력측간에 삽입되어 신호선(101)에 나타나는 제어신호인 세트신호(S) 또는 전송신호(M)에 의해 도통 제어된다.

제2도는 상기 회로의 동작을 시간에 따라 설명하기 위한신호 파형이다.

본 발명의 래치가 부착된 시프트 레지스터에서는 시프트 레지스터부와 래치부를 서로 반위상 편차의 타이밍으로 신호를 시프트 동작시킨다. 이 때문에 제3도에 나타낸 바와 같이 3개의 MOS 트랜지스터(21),(22),(23)로 이루어진 2상(phase)클럭구동형의 다이나믹 인버터를 사용한 경우, 제2도에 나타낸 4상의 클럭(ø₁~ø₄)으로써 래치측의 다이나믹 인버터(16)를 ø₁과 ø₂로서 구동하고, 시프트 레지스터측의 다이나믹 인버터(13)를 ø₃과 ø₄로서 구동한다.

또, 래치측의 MOS 스위치(15)를 ø₄로, 시프트 레지스터측의 MOS 스위치(12)를 ø₂로서 도통제어한다.

제3도는 본 발명에 따른 다이나믹 인버터의 일 실시예의 회로도이다. 다이나믹 인버터는 ø₁(ø₃)의 기간에서 출력측의 부유용량(25)을 프리 차지해두고, ø(ø₄)의 기간에 후반에서의 입력신호 B₁(A₁)의 반전신호인 B₂(A₂)를 출력한다.

다시 제1도 및 제2도에 의하여 시프트 레지스터부(1)에서의 시프트 동작을 설명한다. 스태틱 인버터(11)로부터 출력되어 ø₂동기로 MOS 스위치(12)를 통과한 신호(A₁)가 ø₄의 후반에서 다이나믹 인버터(13)의 출력측에 신호(A₂)로서 나타내져 제2도에서 화살표(a₁₂~a₆)로 나타낸 바와 같이 신호의 시프트 동작이 행해지게 된다.

래치부(2a)의 시프트 동작을 설명한다.

ø₄동기로 MOS 스위치(15)를 통과한 스태틱인버터(14)의 출력신호(B₁)자 ø₂의 후반에서 다이나믹 인버터(16)의 출력신호(B₂)로 되며 다시 인버터(14)에 입력되어 화살표(b₁~b₆)로 나타낸 바와 같이 신호가 시프트된다.

그리고 제2도의 A₁,A₂,B₁,B₂에 있어서 빗금으로 나타낸 부분은 신호의 직류레벨이 확정되어 있는 기간을 나타내며, 그 이외의 부분은 MOS 소자의 출력측 부유용량에 정보가 축적되어 있는 기간을 나타낸다. 다음으로 래치부(2a)에 기억된 신호를 시프트 레지스터부(1)에 전송하는 과정을 설명한다. 세트신호(S)는 클럭(ø₄)에 동기된 타이밍으로 부여된다.

이와 같이 하면 데이터 전송용의 MOS 스위치(3)와 래치측의 MOS 스위치(15)가 동시에 도통하고 제2도의 화살표(C₂)에 나타낸 바와 같이 래치 출력신호(B₁)가 시프트 레지스터의 다이나믹 인버터(13)에 입력된다. 이 경우 시프트 레지스터측의 MOS 스위치(12)는 OFF 상태가 되어 있으므로 스태틱 인버터(11)의 출력을 고쳐 커트할 필요는 없다.

반대로, 시프트레지스터부(1)의 정보클래치부(2a)에 전송하는 과정을 설명한다. 이제는 클럭(ø₂)에 동기한 전송 신호(M)에서 MOS 스위치(3)를 도통시킨다. 전송신호(M)가 “1”의 기간내에는 시프트 레지스터측의 스태틱 인버터(11)의 출력신호가 MOS 스위치(12),(3)를 통하여 화살표(C₅)로 나타낸바와 같이 출력신호(B₁) 대신에 래치측의 다이나믹 인버터(16)에 입력된다. 이 경우도 래치측의 MOS 스위치(15)가 OFF 상태에 있고, 스태틱 인버터(14)의 출력을 고쳐 카트할 필요는 없다.

외부 데이터선(102)에서 래치부(2a)에의 데이터 기입을 다음과 같다.

이때는 데이터 입출력부(2b)의 MOS 스위치(20)를 클럭(ø₄)에 등기한 타이트 신호(WRITE)로 도통시키면 좋다.

이 타이밍으로 MOS 스위치(20)가 도통하면 화살표(a₄)로 나타낸 바와 같이 데이터선(102)상의 신호가 다이나믹 인버터(16)의 출력신호(B₂) 대신에 스태틱 인버터(14)에 입력된다.

래치부(2a)에 기억된 데이터의 회부 데이터선(102)에의 독출을 설명한다.

클럭(ø₂)에 등기한리드신호(READ)에서 스위치(19)를 도통시켜 화살표(d₁)로 나타낸 바와 같이 데이터 입출력부(2b)의 스태틱 인버터(18)의 출력(L)을 데이터선(102)으로 취출한다. 이 경우 MOS 스위치(17)를 ø4등기로 매 사이클 도통시키는 것에 의해 화살표(ℓ₂),(ℓ₄),(ℓ₆)로 나타낸 바와 같이 래치 출력을 데이터 입력부의 스태틱 인버터(18)까지 항상 취출하여 둔다.

이상 1비트분의 회로구성과 동작이 관하여 설명하였으나, 본 발명의 래치회로가 부착된 시프트 레지스터와 레지스터는 상술한 1비트단을 소요비트분 종속접속하여 복수비트의 신호를 유지하는 시프트 레지스터를 구성하는 것이다.

상기 동작설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 래치회로가 부착된 시프트 레지스터는 시프트 레지스터와 래치회로와의 동작타이밍이 반위상의 편차를 가지고 양자간의 데이터 전송의 타이밍을 수신측의 스위치 소자의 기간에 일치시키는 것에 의해서 프트레지스터 및 래치의 각각의 신호 경로에 전용스위치 요소를 설치하지 않고 데이터 전송을 할 수 있다. 또, MOS 스위치가 2단 연속되는 신호경로 즉, MOS 스위치(12),(3) 또는 MOS 스위치(15),(3)로 이루어지는 경로에서는 각각의 MOS 스위치가 등기된 타이밍으로 도통하므로 충전분할에 의한 신호레벨의 변동이 없는 한편, 이들의 신호경과에서는 스태틱 인버터에 의해 안정된 입력신호가 부여되므로 회로 동작은 확실하다. 그리고 본 발명의 시프트 레지스터는 다이나믹 인버터를 사용하고 있으므로 소비 전력이 적으며 회로구성도 간단하므로 대규모 집적화에 특히 적합하다.

다음에 제4도를 참조하여 본 발명의 래치회로가 부착된 시프트 레지스터의 1응용예인 직렬 연산 논리 장치를 포함하는 제어시스템에 관하여 설명한다.

31은 상술한 1비트시프트 레지스터를 비트분 종속 접속하여 구성한 시프트 레지스터이다. 32는 상기 각 비트에 대응하는 상술한 래치부(2a)와 데이터 입출력부(2b)로 이루어지는 래치회로이다. 33은 상기 각비트 마다의 데이터 전송용 MOS 스위치(3)를 포함하는 신호선이다. 34는 상기 시프트 레지스터(31)의 최하위 비트에 접속되어 1 사이클에 1비트분의 연산을 행하여 결과를 시프트 레지스터의 최상위 비트에 귀환하는 1비트 연산논리장치이며 이러한 요소등에 의해 직렬연산논리 장치(30)가 구성된다.

또, 35는 상기 직렬연산 논리장치(30)에 연산지령을 부여하는 데이터 프로세서이다. 36은 상기 직렬 연산 논리 장치의 연산동작에 필요한 각종의클럭을 발생하는 클럭발생기이다. 37은 AND 게이트, 38은 플립플롭을 나타낸다.

데이터 프로 세서(35)에서 직렬연산논리장치(30)에 어떤 목표값 데이터를 부여하고, 직렬 연산 논리장치에서 이것을 처리함으로써 플립플롭(38)에서 상기한 목표값에 대응하는 펄스폭의 펄스출력(P_o)을 얻도록한 제어시스템으로 되어 있다. 즉, 데이터 프로세서(35)는 우선 목표값 데이터를 버스(39)를 거쳐 래치회로(32)에 설정하고, 이어서 연산개시 타이밍으로 세트신호를 출력한다.

이것에 의해 신호선(33)의 스위치가 도통하여 목표값 데이터가 래치회로(32)에서 시프트 레지스터(31)에 병렬적으로 전송됨과 동시에 플립플롭(38)이 세트된다. 1비트 연산논리장치(34)는 부여된 데이터의 최하위 비트의 신호가 시프트 레지스터(31)로부터 출력되는 타이밍(t_o)에서 데이터의 디크리먼트(Decrement) 처리를 행하여 시프트 레지스터의 데이터값이 0 (zero)이 아닌 동안은 플래그 신호 F=“1”을 출력하고, 데이터 값이 0이 된때 F=“0”을 출력한다.

따라서, 데이터의 최상위 비트가 시프트 레지스터(31)로 부터 출력되는 타이밍(t_n ^- ₁)에서 AND 게이트(37)에 의해 상기 연산 논리장치의 출력(F)을 플립플롭(38)의 리세트 단자에 취입하여, F=“0”이라면 플립플롭(38)을 리세트 한다.

이에 의해 플립플롭(38)의 출력펄스는 부여된 목표값에 대응한 펄스폭으로 된다.

제5도에 상기 1비트연산 논리장치(34)의 구체적인 회로예를 나타냈다.

제6도는 시간에 따른 각각의 상태를 나타내는 신호파형이다. X_i는 시프트 레지스터(31)로부터의 1비트째의 입력신호, X_out는 시프트 레지스터(31)의 최상위 비트에 귀환해야 할 출력신호, C_i는_i비트째의 캐리(Carry)신호를 나타낸다. 여기서 i-1비트째의 캐리신호를 C_i-1로 하면, 디크리먼트 연산에 있어서의 X_outC_i는 다음과 같은 논리식으로 주어진다.

제5도 회로에서는 시프트 레지스터로부터의 데이터의 최하위 비트 입력에 동기하여 1시프트 사이클 기간에 “1”이 되는 연산스타트 신호(t_o)와, 연산 지령신호(C_IN)와 외부로부터 AND 게이트(41)에 입력되면 그 출력이 NOR회로(43)로 부터 얻어진다.

t_o=“1”의 기간에 C_IN=“1”이라면, NOR회로 (43)의 출력

과 시프트 레지스터(31)로 부터의 입력신호(X_i)가 배타적 논리합회로(44)에 입력되어 인버터(45)에서 (1)식에 따른 1비트째의 연산결과(X_out)가 얻어진다. 또 상기 X_i와

은 NOR회로(46)에 입력되고 이것에 의해 (2)식에 따른 1비트째의 캐리 신호(C_i)가 얻어진다.

NOR 회로(46)의 출력은 AND 게이트(42)에 입력되어 이 AND 게이트는 t_o=“0”인때 즉, 2비트째 이후의

을 차차 출력하게 된다.

따라서 시프트 레지스터의 데이터가 한번 순환하는 동안 AND 게이트(42)의 출력에 근거하는 NOR 게이트(43)의 출력

에 의해 최상위 비트까지의 X_i,C_i의 연산이 순차적으로 실행된다.

연산 스타트 신호(t_o)는 N시프트 사이클마다 “1”이 되므로 신호(C_IN)가 “1”인 동안에는 언제나 상기 디크리먼트 동작이 반복되게 되는 것이다.

AND 게이트(47) NOR 회로(48), 인버터(50) MOS 스위치(49),(51)로 이루어지는 폐회로는 연산 결과를 나타낸 플래그 신호(F)를 기억하기 위한 래치를 구성하고 있다.

AND 게이트(47)는 인버터(53)를 거쳐 입력되는 신호(t_o)를 제어하여 t_o=“1”의 사이클에 있어서 인버터(50)로 부터 NOR 게이트(48)에의 신호의 궤환을 저지한다. 즉, 상기 래치는 t_o=“1”에 있어서 일단 F 값을 “0”으로한 후 F_i=F_i-1+X_out의 연산결과를 기억하는 것으로 한다. 따라서, 시프트 레지스터(31)의 데이터의 최상위 비트의 신호(X_i) (i=r-1)가 출력된 시점(t_n-1)에서 신호(F)의 상태를 판정하면 시프트 레지스터의 데이터가 영이 되었는지의 여부를 알수 있다.

제4도의 회로에서는 상기 플래그 신호(F)가 “0”이 된 때 플립플롭(38)을 리세트하고 펄스 출력(P_o)과 신호(C_IN)를 “0”으로 하는 것에 의해 다음의 사이클로부터 디크리먼트 처리를 금지하도록 구성되어 있다.

제7도는 직렬연산논리장치의 다른 응용예이다. 이는 일정시간내에 입력하는 펄스(P)의 수를 계수하는 시스템을 나타낸다. 이 회로는 디크리먼트 동작을 하는 제4도와 마찬가지의 직렬 연산 논리장치(30a)의 인크리먼트 동작을 하는 제2의 직렬연산 논리장치(30b)를 사용, 제1의 직렬연산 논리장치(30d)에 외부로 부터 목표값 데이터(D₁)를 부여하여 플립플롭(38)에서의 상기 목표값에 대응한 펄스폭을 가진 펄스(P_o)를 출력시킨다.

상기 펄스(P_o)는 AND 게이트(61)를 펄스폭에 상당하는 기간 만큼 개방하고, 이것에 의해 등기회로(60)로 부터의 출력신호(60S)가 제2의 직렬연산논리장치(30b)에 C_IN신호로서 입력된다.

동기회로(60)는 불규칙하게 발생하는 피계측펄스(P)를 제2의 직렬연산논리장치(30b)의 연산개시 타이밍(t_o)에 등기한 펄스로 변환하기 위한 것이다.

제2의 직렬연산 논리장치(30b)는 t_o의 타이밍에서 C_IN이 “1”인때만 시프트 레지스터(31b)의 내용을 인크리먼트 연산한다.

따라서, 지정한 시간폭의 경과후 제2의 직렬연산논리장치(30b)에 전송신호(M)를 부여하여 시프트 레지스터(31b)의 데이터를 래치회로(32b)에 전송하고, 그 후 래치회로(32b)의 내용을 외부로데이터(D₂)로서 독출함으로써 펄스(P)의 발생개수를 알 수 있다.

그리고 직렬 연산 장치를 사용하여 입력펄스의 폭을 계수하는 경우는 제7도의 제2의 직렬연산장치(30b)의 신호(C_IN)에 피측정 펄스를 입력하여 C_IN이 “1”기간 중에 카운트 동작하고, 카운트 데이터를 시프트 레지스터(31b)로 부터 래치(32b)로 전송시키면 좋다.

이상 본 발명의 래치회로가 부착된 시프트 레지스터는 직렬연산 장치에 특히 유효하지만 본 발명은 복수비트의 시프트 레지스터의 데이터를 부분적으로 외부로 취출하기도 하고 반대로, 시프트 레지스터에 순차입력된 데이터의 일부를 외부에서 부여된 데이터와 치환하는 용도에도 응용할 수 있으며 그 효과는 대단히 크다.

Claims (1)

1. 종속접속된 복수의 비트단으로 구성되는 시프트 레지스터에 있어서, 각 비트단은 제1의 스태틱 인버터(11)와, 제2의 다이나믹 인버터(13)와, 제1의 스태틱 인버터의 출력과 제2의 다이나믹 인버터의 입력을 연결하는 MOS 스위치(12)등을 포함하고, 이 시프트 레지스터와 병렬 데이터의 양방향의 데이터 전송을 행하기위한 래치회로는 각각 비트단에 대응하는 복수의 래치부(2a)로 구성되고, 각 래치부는 폐회로를 구성하는 스태틱 인버터(14), 다이나믹 인버터(16), 스태틱 인버터(14)의 출력과 다이나믹 인버터(16)의 입력을 연결하는 제2의 MOS 스위치(15)등으로 구성되고, 또한 시프트 레지스터 의비트단과 래치부(2a)의 다이나믹 인버터(13,16)의 각각의 입력사이를 제3의 MOS 스위치(3)로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 래치회로가 부착된 시프트 레지스터.

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