JPH04183116A - Synchronous counter - Google Patents

Synchronous counter

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JPH04183116A
JPH04183116A JP31346590A JP31346590A JPH04183116A JP H04183116 A JPH04183116 A JP H04183116A JP 31346590 A JP31346590 A JP 31346590A JP 31346590 A JP31346590 A JP 31346590A JP H04183116 A JPH04183116 A JP H04183116A
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JP
Japan
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ff5d
clock
counter
state
time
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JP31346590A
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Hiroshi Nagai
博 永井
Hirofumi Watanabe
浩文 渡邊
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Ando Electric Co Ltd
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Ando Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To distribute delay time of a combined circuit to speed up the operating frequency by providing the counter with a second flip-flop for delaying the result of a first combined circuit in synchronous with the operating frequency of clock. CONSTITUTION:The first combined circuit is constituted such that a carry to FF5D occurs when FF5D is in a state one clock preceding a state that a counter carry occurs, that is, the carry occurs when FF5A is at 'L', FF5B is at 'H', and FF5C is at 'H'. Carry to FF5D that is the output from the first combined circuit is delayed by one clock by FF3 so that the counter acts normally. Further, the carry to FF5D that is delayed by one clock is compared with the present state of FF5D input to the EX-OR4C that is a second combined circuit to prepare the next state for FF5D. By the next clock edge, the next state is read in FF5D to act as the counter.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、組み合わせ回路の遅延時間を分散し、動作
周波数を高速化する同期式カウンタについてのものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a synchronous counter that distributes the delay time of a combinational circuit and increases the operating frequency.

[従来の技術] 次に、従来技術による同期式カウンタの構成を第3図に
より説明する。第3図は4ビツトアツプカウンタの例で
あり、IBとICはANDゲート、2はインバータ、4
A〜4Cは排他的論理和回路(以下、EX−ORという
。)、5A〜5Dはフリップフロップ(以下、FFとい
う。)、6はクロック入力端子、7A〜7Dはカウンタ
出力端子であり、端子7Aに最下位ビット出力、端子7
Dに最上位ビット出力が出てくる。
[Prior Art] Next, the configuration of a synchronous counter according to the prior art will be explained with reference to FIG. Figure 3 is an example of a 4-bit up counter, where IB and IC are AND gates, 2 is an inverter, 4
A to 4C are exclusive OR circuits (hereinafter referred to as EX-OR), 5A to 5D are flip-flops (hereinafter referred to as FF), 6 is a clock input terminal, and 7A to 7D are counter output terminals. Least significant bit output to 7A, terminal 7
The most significant bit output appears at D.

第3図では、アップカウントするために、FF5A〜5
Dの下位ビットがすべてrHJになったとき、キャリー
が発生し、そのキャリーによってFF5A〜5Dを反転
する。
In Figure 3, in order to count up, FF5A~5
When all the lower bits of D become rHJ, a carry occurs, and FFs 5A to 5D are inverted by the carry.

第3図はFF5A〜5Dと組み合わせ回路で構成される
。FF5A〜5Dは前状態を記憶する。
FIG. 3 is composed of FFs 5A to 5D and a combination circuit. FF5A to 5D memorize the previous state.

組み合わせ回路はANDゲートIB・IC、インバータ
2、Ex−oR4A〜4Cで構成サレ、前状態から次状
態を準備する。
The combinational circuit is composed of AND gate IB/IC, inverter 2, and Ex-oR4A to 4C, and prepares the next state from the previous state.

FF5A〜5Dは同じクロックで動作する。FF5A〜
5Dの次状態は現在のFF5A〜5Dの状態から組み合
わせ回路で決定され、次のクロックに同期してFF5A
〜5Dに記憶される。
FF5A to 5D operate with the same clock. FF5A~
The next state of 5D is determined by the combinational circuit from the current state of FF5A to 5D, and FF5A is synchronized with the next clock.
- Stored in 5D.

FF5Dへのキャリーは、FF5A・5B・5Cの出力
の論理積であり、ANDゲートIB・ICを通過する。
The carry to FF5D is the AND of the outputs of FF5A, 5B, and 5C, and passes through AND gates IB and IC.

さらにFF5・Dの現状態と比較するEX−OR4Cを
通過し、合計3ゲートを通過する。
Furthermore, it passes through EX-OR4C, which is compared with the current state of FF5.D, and passes through three gates in total.

次に、第3図のタイムチャートを第4図により説明する
。第4図の22は入力クロック、11はFF5Aの出力
、13はANDゲートIBの出力、15はANDゲート
ICの出力、16はEX−OR4C(7)as力である
。また、T5AはFF5A(7)遅延時間、TlBがA
NDゲートIBの遅延時間、TloがANDゲー′トI
Cの遅延時間、T、。がEX−OR4Cの遅延時間であ
る。
Next, the time chart of FIG. 3 will be explained with reference to FIG. 4. In FIG. 4, 22 is the input clock, 11 is the output of FF5A, 13 is the output of AND gate IB, 15 is the output of AND gate IC, and 16 is the EX-OR4C (7) as power. Also, T5A is FF5A (7) delay time, TlB is A
The delay time of ND gate IB, Tlo is the delay time of AND gate I
The delay time of C, T,. is the delay time of EX-OR4C.

FF5Aに入力されるクロックのエツジT11から遅延
時間T5Aだけ遅れて出るFF5Aの出力11はAND
ゲートIB・ICを通り、時間T1B+T1cだけ遅れ
る。さらに、EX−OR4Cを通り、時間T4oだけ遅
れてFF5Dの入力端子に到達し、次のクロックのエツ
ジT12によってFF5Dに読み込まれる。このとき、
FF5Dへのデータ16が決定されてから、クロックの
エツジT12でFF5Dに入るまでの時間TBは、FF
5Dのセットアツプ時間T5D8以上なければならない
。
The output 11 of FF5A, which is delayed by the delay time T5A from the edge T11 of the clock input to FF5A, is AND.
It passes through gates IB and IC and is delayed by time T1B+T1c. Furthermore, it passes through EX-OR4C, reaches the input terminal of FF5D with a delay of time T4o, and is read into FF5D at edge T12 of the next clock. At this time,
The time TB from when data 16 to FF5D is determined until it enters FF5D at clock edge T12 is
The setup time of 5D must be T5D8 or more.

また、クロックのエツジT1□が入ってからFF5Dへ
のデータ16が終了するまでの時間T。は、FF5Dの
ホールド時間T5DHを満たさなければならない。
Also, the time T from when the clock edge T1□ is input until the end of data 16 to FF5D. must satisfy the hold time T5DH of FF5D.

このように、同期式カウンタの動作周波数は、FF5A
の遅延時間と組み合わせ回路の遅延時間TA =TSA
+TIB+T、。十T4cと、次段FF5Dのセットア
ツプ時間T5D3、ホールド時間T、DHで決まる。
In this way, the operating frequency of the synchronous counter is FF5A
delay time and delay time of combinational circuit TA = TSA
+TIB+T,. It is determined by T4c, set-up time T5D3, hold time T, and DH of the next stage FF5D.

次に、第3図のカウンタで動作周波数を上げた場合のタ
イムチャートを第5図により説明する。
Next, a time chart when the operating frequency is increased by the counter shown in FIG. 3 will be explained with reference to FIG.

第5図の21は入力クロックであり、その他は第4図と
同じである。第4図と第5図では、遅延時間TAが変わ
らないので、周波数が上がってクロックの周期が短くな
ると、FF5Dへのデータ16が決まってからクロック
のエッヂT、2がFF5Dに入るまでの時間TDが短く
なり、FF5Dのセットアツプ時間T5DSに対して時
間TDが短くなると、カウンタが誤動作する。
Reference numeral 21 in FIG. 5 is an input clock, and the rest is the same as in FIG. 4. In Figures 4 and 5, the delay time TA remains the same, so as the frequency increases and the clock period shortens, the time from when data 16 to FF5D is determined until clock edge T, 2 enters FF5D When TD becomes shorter and the time TD becomes shorter than the setup time T5DS of FF5D, the counter malfunctions.

[発明が解決しようとする課題] 第3図は、下位ビットからのキャリーを生成する組み合
わせ回路と、FF5A〜5Dの現状態とキャリーを比較
してFF5A〜5Dを反転させる第2の組み合わせ回路
から構成されている。カウンタのビット数を多くすると
、下位ビットからキャリーを生成する組み合わせ回路の
規模が大きくなり、多くのゲートを通過するので、遅延
時間が増え、動作周波数が低くなる。
[Problem to be Solved by the Invention] FIG. 3 shows a combination circuit that generates a carry from the lower bit, and a second combination circuit that compares the current state of FFs 5A to 5D and the carry and inverts FFs 5A to 5D. It is configured. When the number of bits in a counter is increased, the scale of the combinational circuit that generates a carry from the lower bits becomes larger and passes through many gates, which increases delay time and lowers the operating frequency.

この発明は、第3図の組み合わせ回路の遅延時間を分散
し、動作周波数を高速化する同期式カウンタの提供を目
的とする。
The object of the present invention is to provide a synchronous counter that disperses the delay time of the combinational circuit shown in FIG. 3 and increases the operating frequency.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するため、この発明では、第1の複数の
フリップフロップの状態から2クロック以上先の状態を
準備する第1の組み合わせ回路と、第1の組み合わせ回
路の結果をクロックに同期して遅らせる第2のフリップ
フロップと、第2のフリップフロップの出力から1クロ
ック先の状態を準備する第2の組み合わせ回路とを備え
る。
[Means for Solving the Problem] In order to achieve this object, the present invention provides a first combinational circuit that prepares a state two or more clocks ahead of the state of a first plurality of flip-flops; It includes a second flip-flop that delays the result of the circuit in synchronization with a clock, and a second combinational circuit that prepares a state one clock ahead from the output of the second flip-flop.

[作用コ 次に、この発明による同期式カウンタの構成を第1図に
より説明する。第1図は4ビツトアツプカウンタの例で
あり、IAはANDゲート、3はFFであり、その他は
第3図と同じものである。
[Operation] Next, the structure of the synchronous counter according to the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a 4-bit up counter, in which IA is an AND gate, 3 is an FF, and the others are the same as in FIG. 3.

すなわち、第1図は第3図にANI)ゲートIAとFF
3を追加したものであり、FF5Dの次状態準備する組
み合わせ回路である。− FF5Dへのキャリーは第3図のカウンタのキャリーの
発生する状態から1クロック前の状態、すなわち、FF
5AがrLJ、FF5BがrH,1、FF5CがrHJ
のとき、発生するように第1の組み合わせ回路を構成す
る。第1の組み合わせ回路はFF5Aのインバート出力
とFF5B出力とFF5C出力の論理積でANDゲート
IAとANDゲートICによって構成される。第1の組
み合わせ回路の出力であるF’F5Dへのキャリーは、
正常にカウンタが動作するように1クロック分をFF3
で遅らせる。そして、1クロック遅れたFF5Dへのキ
ャリーは第2の組み合わせ回路であるEX−OR4Cに
入力されFF5Dの現状態と比較され、FF5Dの次状
態を準備する。次のクロックのエツジによりFF5Dに
読み込まれることにより第1図はカウンタとして動作す
る。
That is, FIG. 1 is ANI) gate IA and FF in FIG. 3.
3 is added, and is a combinational circuit that prepares the next state of FF5D. - The carry to FF5D is the state one clock before the state in which the carry of the counter in Fig. 3 occurs, that is, the state of the FF5D.
5A is rLJ, FF5B is rH, 1, FF5C is rHJ
The first combinational circuit is configured so that when . The first combinational circuit is constituted by an AND gate IA and an AND gate IC, which is a logical product of the inverted output of FF5A, the output of FF5B, and the output of FF5C. The carry to F'F5D, which is the output of the first combinational circuit, is
FF3 for one clock so that the counter operates normally.
delay it. The carry to FF5D delayed by one clock is input to EX-OR4C, which is a second combinational circuit, and is compared with the current state of FF5D to prepare the next state of FF5D. By being read into FF5D at the edge of the next clock, the circuit shown in FIG. 1 operates as a counter.

次に、第1図のタイムチャートを第2図により説明する
。第2図の12はANDゲートIAの出力、14はFF
3の出力、TlAがANDゲートIAの遅延時間、T3
がFF3の遅延時間であり、その他は第5図と同じであ
る。
Next, the time chart of FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 2. 12 in Figure 2 is the output of AND gate IA, 14 is FF
3 output, TlA is the delay time of AND gate IA, T3
is the delay time of FF3, and the other details are the same as in FIG.

FF5Aに入力されるクロックのエッヂT11から遅延
時間T5Aだけ遅れて出力されたデータ11は、AND
ゲート1’A−ICによッテ時間T1A十T1Bだけ遅
れてFF3に到達する。このとき、FF3へのデータ1
3が決定されてからエッヂT、2までの時間T6はFF
3のセットアツプ時間を満足する。そして、次のエッヂ
T1□によりFF3に読み込まれ、FF3の遅延TBだ
け遅れて出力されたデータ14はEX−OR4Cによっ
て時間T4oだけ遅れてFF5Dに到達する。このとき
のデータ16が決定されてからエッヂT13までの時間
TFはFF5Dのセットアツプ時間を満足する。
Data 11, which is output after a delay time T5A from edge T11 of the clock input to FF5A, is ANDed.
The signal reaches FF3 with a delay of time T1A+T1B due to gate 1'A-IC. At this time, data 1 to FF3
The time T6 from when 3 is determined to edge T and 2 is FF
Satisfy the set-up time of 3. Then, the data 14 read into FF3 by the next edge T1□ and output with a delay of TB of FF3 reaches FF5D with a delay of time T4o by EX-OR4C. The time TF from when data 16 is determined to edge T13 at this time satisfies the setup time of FF5D.

このようにして、4ビツトアツプカウンタのFF5A〜
5D間のゲートは分割され、動作周波数を決定する要因
の1つである組み合わせ回路の遅延時間が分割され、動
作周波数の高速化がはかられる。
In this way, the 4-bit up counter FF5A~
The gates between the 5Ds are divided, and the delay time of the combinational circuit, which is one of the factors that determines the operating frequency, is divided, thereby increasing the operating frequency.

[発明の効果コ 例えば、ECLレベルの論理回路を用いて4ピントアツ
プカウンタを構成したとき、FFの遅延時間は3ns、
ANDゲートの遅延時間は2.5ns、EX−ORの遅
延時間は2. 5ns、  FFのセットアツプ時間は
2.5ns、ホールド時間は1.5ns程度である。
[Effects of the invention] For example, when a 4-pin up counter is configured using an ECL level logic circuit, the FF delay time is 3 ns,
The delay time of the AND gate is 2.5ns, and the delay time of the EX-OR is 2.5ns. The FF setup time is about 2.5ns, and the hold time is about 1.5ns.

第3図の最高動作周波数f m a xはFF間のゲー
ト数が最も多いFF5AからFF5D間の遅延時間で決
まり、最高動作周波数f m a xは次のようになる
。
The highest operating frequency fmax in FIG. 3 is determined by the delay time between FF5A and FF5D, which have the largest number of gates between FFs, and the highest operating frequency fmax is as follows.

fmax= (IXIO”)/ (3+2.5X2+2
. 5+2. 5+1. 5)=69MHz次に、第1
図の回路の最高動作周波数はFF5AからFF3間また
はFF5AからFF5C間で決まり、最高動作周波数f
 m a xは次のようになる。
fmax= (IXIO”)/ (3+2.5X2+2
.. 5+2. 5+1. 5) = 69MHz, then the first
The maximum operating frequency of the circuit in the figure is determined between FF5A and FF3 or between FF5A and FF5C, and the maximum operating frequency f
m a x is as follows.

fmax= (IXIO”)/ (3+2.5+2.5
+2.5+1.5)=83MHzこのように、第1図に
よれば、組み合わせ回路にFF3を追加したので、遅延
時間が分散され、約14MHzだけ第3図よりも高速化
される。なお、カウンタのビット数が増えても遅延時間
をそのぶん分散させれば動作周波数が低くなることはな
い。
fmax= (IXIO”)/ (3+2.5+2.5
+2.5+1.5)=83MHz Thus, according to FIG. 1, since the FF3 is added to the combinational circuit, the delay time is dispersed, and the speed is increased by about 14 MHz compared to that in FIG. 3. Note that even if the number of bits in the counter increases, the operating frequency will not decrease if the delay time is distributed accordingly.

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

第1図はこの発明による同期式カウンタの構成図、第2
図は第1図のタイムチャート、第3図は従来技術による
同期式カウンタの構成図、第4図は第3図のタイムチャ
ート、第5図は第3図のクロックが高速化されたときの
タイムチャートであ1A〜IC・・・・・・ANDゲー
ト、2・・団・インバータ、3・・・・・・FF(フリ
ップフロップ)、4A〜4C・・・・・・EX−OR(
排他的論理和回路)、5八〜5B・・・・・・FF、6
・・・・・・クロック入力端子、7A〜7D・・・・・
・カウンタ8力。 代理人  弁理士  小 俣 欽 司 第1図
Fig. 1 is a block diagram of a synchronous counter according to the present invention;
The figure shows the time chart of Fig. 1, Fig. 3 is a configuration diagram of a synchronous counter according to the prior art, Fig. 4 shows the time chart of Fig. 3, and Fig. 5 shows the case when the clock of Fig. 3 is sped up. In the time chart, 1A~IC...AND gate, 2...group/inverter, 3...FF (flip flop), 4A~4C...EX-OR(
exclusive OR circuit), 58-5B...FF, 6
...Clock input terminal, 7A to 7D...
・Counter 8 power. Agent Patent Attorney Kin Tsukasa Komata Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の複数のフリップフロップの状態から2クロッ
ク以上先の状態を準備する第1の組み合わせ回路と、 第1の組み合わせ回路の結果をクロックに同期して遅ら
せる第2のフリップフロップと、第2のフリップフロッ
プの出力から1クロック先の状態を準備する第2の組み
合わせ回路とを備えることを特徴とする同期式カウンタ
。
[Claims] 1. A first combinational circuit that prepares a state two or more clocks ahead of the state of the first plurality of flip-flops, and a second combinational circuit that delays the result of the first combinational circuit in synchronization with the clock. A synchronous counter comprising: a flip-flop; and a second combinational circuit that prepares a state one clock ahead from the output of the second flip-flop.
JP2313465A 1990-11-19 1990-11-19 Synchronous counter Expired - Lifetime JP3015454B2 (en)

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