JPH06103451B2 - 電子回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電子回路装置の構成方法に係わり、特に複数の
回路ブロックより構成される電子回路装置の各回路ブロ
ックに、同一のクロックを位相のずれを生じさせずに分
配するための回路構成に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、電子回路装置がどんどん大型拡するに伴って、装
置全体をいくつかの回路ブロックに分割し、それら各回
路ブロックをある単一のクロックに同期させて装置全体
を動作させる構成方法が多く用いられるようになってき
た。

一方、電子回路を構成する半導体素子がどんどん高速化
するに伴い、電子回路装置の動作速度もどんどん速くな
り、それに伴って電子回路装置の動作タイミングの同期
をとるクロックの周波数もどんどん高くなり、装置内の
信号線を信号が伝播する際の伝播遅延が無視できなくな
って、各回路ブロック間での分配されたクロック位相の
ずれが問題になってきた。

第４図は従来例である。たとえば、複数の印刷基板（ボ
ード）上に半導体素子を実装して構成した電子回路装置
では、ボード間の配線は数10cm〜数ｍにもなる。電気信
号は信号配線の上を1n秒あたり30cmしか進めないから、
数10MHzを越える周波数のクロックは位相のずれを押え
ることはできない。そこで、現在では電子回路装置を小
型・高密度に構成する方向でこの問題を回避している
が、小型・高密度に構成すると、素子自身の発生する熱
を逃がすために冷却方法を考えなければならなず、実
際、自然空冷ですんでいたものを、ファンで風を送る強
制空冷や、パイプを張り巡らせ、水などの液体を循環す
る水冷など、より高価な冷却手段を取らざるを得なくな
ってきている。

〔発明の目的〕

本発明は上述した問題点を改良して、複数の回路ブロッ
クより構成される電子回路装置の各回路ブロックに位相
ずれのないクロックを分配する手段を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

複数の回路ブロックにクロック信号を分配する際に、ク
ロック発生器から始まって回路ブロック間を順番に一度
ずつ通るように巡りながら信号を伝える順方向経路の信
号線と、同じくクロック発生器から始まって順方向経路
の信号線にほぼ沿いながら順方向経路とまったく逆の順
序で同じ回路ブロックを巡りながら信号を伝える逆方向
経路の信号線とを使って、２つの信号線に同一のクロッ
ク信号を与えて分配する。これにより、各回路ブロック
では、すべての回路ブロックを一巡する経路のうち遠い
方の経路を伝わってくる信号と近い方の経路を伝わって
くる信号の両方を受取ることができる。

一方、各回路ブロックでは、可変周波数のクロック信号
発生器を持ち、それは全体に配られているクロックとほ
ぼ同じ周波数の信号を発生するようになっている。ま
た、位相比較を行なう位相比較器を２つ持っていて、そ
の一方は順方向経路の信号線から与えられるクロック信
号と、各回路ブロック内で独立に発生しているクロック
の位相のずれを、もう一方は逆方向経路の信号線から与
えられるクロック信号と、各回路ブロック内で独立に発
生しているクロックの位相のずれを、それぞれ比較して
いる。それぞれの比較器の出力信号を使って、その２つ
の位相比較器の位相差の和が最小になるように可変周波
数のクロック信号発生器を制御すると、独立に発生した
クロックの位相は、装置全体に配るために発生している
クロックの位相から、信号がすべでの回路ブロックを一
巡するのに必要な伝播遅延時間のちょうど半分の時間だ
け遅れた位相になり、電子回路装置内のブロックの位置
に関係なくすべてのブロックで同一の位相になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の回路ブロックより構成され、か
つ、それら回路ブロックが同一のクロックに同期して動
作する電子回路装置の各回路ブロックに、互いに位相ず
れを発生することなくクロック信号を分配することがで
きるため、装置を不必要に小型・高密度にしなくても、
大規模・高速な電子回路装置を構成することができる。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明する。第
１図は本発明を用いた場合の例で、６つの回路ブロック
から構成された電子回路装置を示している。６つの回路
ブロックのうち１つ（第１図の３）は装置全体へ分配す
るためのクロック信号を発生する回路を含んでおり、他
の５つの回路ブロックはクロック信号をもらってそれか
らある位相だけずれたクロックをそれぞれの回路中で発
生している。

図ではクロック信号の発生元である回路ブロック３か
ら、1-3、1-1、1-2、1-4、1-5と巡る順方向のクロック
信号伝達経路と、それとは逆に1-5、1-4、1-2、1-1、1-
3と巡る逆方向のクロック信号伝達経路とがあり、それ
ぞれの経路上をすこしずつ遅れながらクロック信号が伝
播していく。各回路ブロック中にはそれぞれのブロック
内へクロック信号を供給する可変周波数クロック発生器
と、そのクロック発生器の位相調節用誤差信号を発生す
る位相比較器があり、それぞれ、順方向信号伝達経路上
の信号とブロック内のクロック信号、逆方向信号伝達経
路上の信号とブロック内のクロック信号の位相を比較し
ている。その様子を第２図を使いながら説明する。

第２図は1-1、1-5の回路ブロックでのクロック信号の位
相関係を示したものである。まず、ブロック３で発生し
た装置全体へ分配するクロック信号ぱ第２図（ａ）の様
なもので、順方向信号伝達経路上、逆方向信号伝達経路
上をすこしずつ遅れながら伝わっていく。回路ブロック
1-1では、順方向信号伝達経路を伝わってくる信号の方
が逆方向信号伝達経路を伝わってくる信号よりいくらか
遅れが少なく、それぞれ第２図（ｂ）、第２図（ｃ）の
ようになる。回路ブロック1-1内で発生しているクロッ
クは（ｂ）、（ｃ）に対する位相のずれの和が最小にな
るように制御されるので、結局（ｂ）と（ｃ）のちょう
ど中間の位相になり、第２図（ｄ）のようになる。一
方、回路ブロック1-5では、逆方向信号伝達経路を伝わ
ってくる信号の方が順方向信号伝達経路を伝わってくる
信号よりかなり遅れが少なく、それぞれ第２図（ｆ）、
第２図（ｅ）のようになる。回路ブロック1-5内で発生
しているクロックは（ｅ）、（ｆ）に対する位相のずれ
の和が最小になるように制御されるので、結局（ｅ）と
（ｆ）のちょうど中間の位相になり、第２図（ｇ）のよ
うになる。

このように、順方向信号伝達経路上、逆方向信号伝達経
路上を伝わってくる信号に対する位相のずれの和を最小
にすることは、順方向信号伝達経路（または逆方向信号
伝達経路）の一周のちょうど中間の位置に伝わるまでの
位相遅れを作り出していることになるので、回路ブロッ
クの装置内で位置によらず、同じ位相のクロックを発生
することができる。第２図でもわかるように、回路ブロ
ック1-1内で発生したクロック信号（ｄ）と、回路ブロ
ック1-5内で発生したクロック信号（ｇ）とは位相が一
致している。

各回路ブロック内でのクロック信号作成の様子を第３図
を用いて説明する。各ブロックでは可変周波数クロック
発生器（3-2）で装置全体に分配されているクロックと
近い周波数クロック信号を発生している（3-5上の信
号）。このクロック信号を位相比較器（3-1-1・3-1-2）
で順・逆の各方向伝達経路から送られてくるクロック
（3-4-1・3-4-2上の信号）と位相を比較する。順方向経
路のクロックとの位相誤差信号（3-6-1上の信号）と逆
方向経路のクロックとの位相誤差信号（3-6-2上の信
号）は加算器（3-3）により加算されて、誤差信号（3-7
上の信号）として可変周波数クロック発生器に与えら
れ、ブロック内で生成するクロックの位相を制御する。

位相比較器の出力は比較した信号位相の進み・遅れによ
り、ある出力レベルから＋方向または一方向にずれた信
号となって現われる。順・逆方向信号伝達経路から送ら
れてくるクロックとそれぞれ位相を比較してその出力の
加算結果を誤差信号とすることは、順・逆方向伝達経路
から送られてくる２つのクロック位相の中間の位相のク
ロック信号との位相比較結果を誤差信号としていること
になり、可変周波数クロック発生器するクロック位相を
順・逆方向伝達経路から送られてくる２つのクロック位
相の中間になるよう制御することにほかならない。

位相比較器や信号加算器は集積回路化されて広く普及し
ている。例えば位相比較器用集積回路としては東芝製の
TC5081PやCMOS4500シリーズの4568Bなどが使用でき、信
号加算器には普及の演算増幅器（オペアンプ）の中から
速度・精度を考えて選べば問題なく使用できる。また可
変周波数クロック発生器としてはTTL74シリーズの74124
などが使用できる。

以上、ボード構成の装置を中心に説明してきたが、本発
明の適用範囲はボードに限らず、VLSIなどシステムが単
一のチップ上に実現されたものや、ひとつの建物内に分
散して設置される装置など、広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いた場合のクロック分配方式の回路
ブロック構成例を示す図、第２図は本方式を用いた場合
のクロックの位相関係を示す図、第３図は各ブロック内
のクロック信号を示す図、第４図は本発明を用いない場
合のクロック分配方式の例を示す図である。 第１図において、 1-1〜1-5……回路ブロック 2-1〜2-5……位相比較器、可変周波数クロック発生器な
どを含む部分 ３……装置全体へ分配するためのクロックを発生するク
ロック発生器を含む回路ブロック ４……順方向伝達経路のクロック信号線 ５……逆方向伝達経路のクロック信号線。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０４Ｌ 12/42 8838−5Ｋ Ｈ０４Ｌ 11/00 ３３０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の回路ブロックより構成され、かつ、
   それら回路ブロックが同一のクロックに同期して動作す
   る電子回路装置において、各回路ブロックに分配するべ
   きクロック信号を発生するクロック発生器と、クロック
   発生器を含む回路ブロックから始まってクロックを必要
   とする回路ブロックを順番に巡りながらクロック信号を
   伝える順方向経路の信号線と、前記クロック発生器を含
   む回路ブロックから始まって前記順方向経路と逆の順序
   で回路ブロックを巡りながらクロック信号を伝える逆方
   向経路の信号線と各回路ブロックに設けられた、位相比
   較を行なう位相比較器と、その２つの位相比較器の比較
   出力信号を加算する加算器と、その加算器の出力信号に
   より制御される可変周波数クロック信号発生器を備え、
   その可変周波数クロック信号発生器の信号位相を、前記
   順方向経路の信号線から与えられるクロック信号との位
   相差と、前記逆方向経路の信号線から与えられるクロッ
   ク信号との位相差の２つの位相差の和が最小になるよう
   制御して各回路ブロック内へ与えるクロック信号を生成
   することを特徴とする電子回路装置。