JPS61151771A - 非同期信号同期化回路 - Google Patents

非同期信号同期化回路

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JPS61151771A
JPS61151771A JP59272989A JP27298984A JPS61151771A JP S61151771 A JPS61151771 A JP S61151771A JP 59272989 A JP59272989 A JP 59272989A JP 27298984 A JP27298984 A JP 27298984A JP S61151771 A JPS61151771 A JP S61151771A
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signal
clock
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latch circuit
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花輪 誠
Yoshiki Noguchi
孝樹 野口
Osamu Shinpo
新保 修
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Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はクロックに同期せず変化する入力信号を同期化
する回路方式に関する。
〔発明の背景〕
近年マイクロプロセッサ等論理LSiの動作速度が向上
し、今や10数M Hzまたは数10MHzのクロック
周波数で動作するものが出現し、LSi内部では信号遅
延時間は1 m s前後に短縮されてきた。一方、LS
i外部の信号遅延時間は実装技術が進歩したとはいえ数
Ionsのオーダーである。したがって、LSiの内部
回路においてLSi外部との信号の送受信を同期して行
うことが難しくなってきた。そのため、LSi外部から
の入力信号は非同期信号として扱わざるをえなくなり、
LSiの信号入力回路として非同期信号同期化回路が必
要となる。
一般に非同期信号のサンプリングは、クロックφ、と1
80°位相のずれた反転信号φ□で制御される2段のシ
フトレジスタを用いて行うことができる。しかし、2段
目のフリッププロップの出力はクロックex のリーデ
ィングエツジで不安定である。そこで、この信号をφ1
より遅れたクロックで再度ラッチすることにより、ツマ
シンサイクル間完全に有効な信号を作ることができる。
従来はT1より遅れたクロックとして18o°位相のず
れたφ1を用いていた。この例として1例えば米国特許
第4349873号の第11図に示されるものがある。
その第11図に示される回路を第1図に示す。
この回路は3組のラッチ回路1,2.3を直列に接続し
たものであり、ラッチ回路1,3はクロック信号φ1に
より制御され、ラッチ回路2はクロック信号T1 によ
り制御される。
クロック信号φ1と¥、とは互いに反転の関係を有する
信号である。したがって、外部信号をサンプリングして
から、ラッチ回路3から同期化信号を得るまでに半クロ
ツク周期を要することになる。
〔発明の目的〕
本発明の第1の目的はクロック周波数を速くすることな
く、外部信号のサンプリングから内部信号の確定までの
時間を短縮し、高速な非同期信号同期化回路を提供する
ことにある。
本発明の第2の目的は非同期信号を同期化するとき中間
値(High又はLowに確定されない値)を出力して
しまbないように構成した非同期信号同期化回路を提供
することにある。
〔発明の概要〕
本発明では、上記第1の目的を達するためにクロック4
φ1より180°未満位相のずれた新たなりロックφ、
を用い、非同期入力信号をクロックφ1によってラッチ
する第1のラッチ回路と、該第1のラッチ回路の出力信
号をクロックφ2によってラッチする第2のラッチ回路
と、該第2のラッチ回路の出力信号を該クロックφ1の
反転信号によってラッチする第3のラッチ回路と、該第
3のラッチ回路の出力信号を該クロックφ2の反転信号
によってラッチする第4のラッチ回路を設けた。これに
より、クロック周波数を速くすることなく同期化信号を
早く取り出すことができる。
又、上記第2の目的を達成するために、本発明ではクロ
ックφ1とφ1のラッチの間にクロックφ2で制御され
るラッチを追加し、クロック7□で内部信号が確定する
までにクロックφ1とφ2の2つのラッチによりフィー
ドバックループを構成して中間値のラッチを防止した。
つまり、各フィードバックループで保持する可能性のあ
る中間値は、ループを構成しているゲートの論理しきい
値によって個有の値であり、この値よりずれた信号が入
力されたとき出力信号は必ず論理的“O”または“1”
にするので、各フィードバックループで保持する可能性
のある中間値を異る値に設定しておくことにより、非同
期信号の中間値をラッチするのを防ぐことができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。
第1図は本発明を適用した非同期信号の同期化回路のブ
ロック図である。フリップフロップ102〜105は制
御信号人力Cがアサートされているとき入力データDを
出力端子Qへ伝え、ネゲートされているときは出力信号
Qを保持して出力するラッチ回路である。非同期信号同
期化回路の動作について第3図のタイムチャートを用い
て説明する。LSIチップの入力端子101より入力さ
れた入力信号110はタイミングクロックφ□によって
フリッププロップ102にラッチされ信号120を出力
する。フリッププロップ102はクロックφ1がHig
hの間入力信号110を素通しするので、この間の出力
値120は入力信号110によって変化し不定である。
信号120はクロックφ、より90″位相のずれたタイ
ミングクロックφ2によってフリップフロップ103に
再度ラッチされ信号130を出力する。この信号130
をクロックφ1の反転信号によってラッチした出力信号
140はタイムチャートに示したようにクロックφ□の
1サイクルの闇値を保持した信号になる。しかし、信号
140はクロックφ、のチー ゛リングエツジでは不安
定である。つまり、第2段目、第3段目のフリップフロ
ップ103,104によってゲート遅延があるため、ク
ロックφ□のテーリングエツジで信号120が確定して
も、信号140が確定するまでに時間を要するためであ
る。
そこで、信号140を再度クロックφ2の反転信号でラ
ッチすると、その出力信号150はタイムチャートに示
すように、クロックφ2の1サイクルの闇値を保持し、
かつ、クロックφ2のテーリングエツジから有効な値を
出力することができる。
第4図にフリップフロップ102〜105の一構成例を
示す、論理ゲート200は制御信号Cがアサートのとき
入力信号りの反転信号を出力し、ネゲートのときは出力
はハイインピーダンス状態になる。また、論理ゲート2
10は逆に制御信号Cがネゲートのときフリップフロッ
プの出力信号Qの反転信号を出力し、アサートされてい
るとき出力はハイインピーダンス状態になる。上記2種
類の論理ゲート200,210とインバータ220を第
4図のように接続すると、制御信号Cによって入力デー
タDをラッチするフリップフロップを構成することがで
きる。
以上説明したように1本実施例では、クロックφ1のテ
ーリングエツジで非同期信号をサンプリングして、クロ
ックφ2のテーリングエツジで内部信号を有効にするこ
とができる。つまり、非同期信号の同期化をクロックの
サイクルの174の時間で行うことができる。ここで、
90°位相のずれたクロックφ1.φ2は2倍の周波数
の親クロックを2分周することによって容易に生成する
ことができる。
このため、非同期転送バスの応答信号や割込要求信号等
の同期化入力に用いると好適である。
次に、非同期同期化回路が中間値を出力しないようにす
るための構成を述べる。
第5r!!iにフリップフロップのさらに詳細な回路構
成の一例を示す。回路素子301,302゜311.3
12,321はPチャネルMO3FETであり1回路素
子303,304,313,314゜322はNチャネ
ルMO5FETである。MOSFETは301゜302
.303,304は第4図の論理ゲート200を構成し
ており、 MOSFET311.312゜313.31
4は同様に論理ゲート210を構成している。また、M
OSFET321 、322はインバータ220を構成
している。第5図を用いてフリップフロップの動作を説
明する。先ず制御信号Cがアサート(High)される
と1回路素子302゜303はON状態となり論理ゲー
ト200はインバータと同じ働きをし、入力信号りの反
転信号を出力する。一方論理ゲート210は回路素子3
12゜313がOFF状態となるため出力はハイインピ
ーダンスである。したがって信号g330は入力信号り
の反転信号となり、インバータ220により再度反転さ
れて出力端子Qへ入力信号りを伝える。
次に制御信号Cがネゲート(Low)されると回路素子
302,303はOFF状態となり出力はハイインピー
ダンスとなる。一方論理ゲート210は回路素子312
,313がON状態となりインバータと同じ働きをし、
出力信号Qの反転信号を出力する。したがって信号線3
30は出力信号Qの反転信号となり、インバータ220
により再度反転され、出力信号Qが出力され、値が保持
される。
このフリップフロップにおいて、論理ゲート210のP
MO5FET311のゲート幅を通常の場合より大きく
すると、論理ゲート210の論理しきい値が高くなる。
したがって、制御信号Cがネゲートされて論理ゲート2
10とインバータ220によって構成されるフィードバ
ックループに中間値がラッチされる場合、論理ゲート2
10の入力である出力信号Qの値は、 PMO5FET
311のゲート幅を通常としたときよりも高い値で安定
する。
つまり、制御信号Cがアサートされているときに、通常
より高目の値が入力信号りに与えられたとき、このフリ
ップフロップは中間値をラッチし、その出力信号Qは通
常より高い値となる。また逆に、論理ゲート210のN
05FET 314のゲート幅を大きくすると、論理ゲ
ート210の論理しきい値が低くなる。したがってフィ
ードバックループに中間値がラッチされるとき、出力信
号Qの値は低い値となる。つまり、制御信号Cがアサー
トされているときに通常より低目の値が入力されたとき
イA に、このフリップフロップは中間量をラッチし、その出
力信号Qは通常より低い値となる。
またフリップフロップは中間値以外の値がラッチされた
場合、論理ゲート210とインバータ220によって構
成されるフィードバックループによって、出力信号Qは
完全にHighまたはLowに振幅させられる。
第2図の非同期信号同期化回路において、入力信号11
0をラッチする1段目のラッチ102として、PMO3
FET311のゲート幅を大きくしたフリップフロップ
を用い、その出力信号120をラッチする2段目のラッ
チ103として、N MO3FII!T314のゲート
幅を大きくしたフリップフロップを用いると中間値を必
ずHighまたはLowに振幅することができる。つま
り、1段目のラッチ102が中間値をラッチしたとして
も、そのときの出力信号120は通常のフリップフロッ
プによって生じる中間値より高目の値となり、低目の値
が入力されたときにだけ中間値をラッチする可能性があ
り、その他のときは出力信号を確定する2段目のフリッ
プフロップ103によって完全にHighに確定するこ
とができる。一方、2段目のラッチ103に中間値がラ
ッチされるのは、その入力信号120として低目の中間
値が入力される場合であるが、信号120を出力してい
る1段目のフリップフロップ102では中間値は高目の
値となり、その他の値の場合は、フィードバックループ
によって完全にHighまたはLowに確定されるため
、信号120として低目の中間値が出力されることはな
い。
したがって、1段目のフリップフロップ102が中間値
をラッチしたとき出力する値と、2段目のフリップフロ
ップ103が中間値をラッチするときの入力の値が異な
るように、各ブリップフロップを構成するゲートの論理
しきい値を制御することによって、1段目及び2段目の
フリップフロップ102,103がフィードバック状態
になるとその出力信号130は完全にHighまたはL
owの値に確定することができる。第2図の出力信号1
50はクロックφ2がネゲートされたときに信号140
を出力へ伝える。つまり、1段目及び2段目のラッチ1
02,103がフィードバック状態になってから出力信
号150が出力されるため、出力信号150は完全にH
ighまたはLowに確定した値を出力することができ
る6 以上の説明では、フリップフロップがラッチする可能性
のある中間値を制御するために、論理ゲート210のN
05FETのサイズを変更したが、この他、論理ゲート
200やインバータ220のMOSFETのサイズを変
更しても良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、サンプリング用の内部クロックの周波
数を速くすることなく、非同期信号のサンプリングから
同期化信号の確定までの時間を短縮することができる効
果がある。
また、1段目のラッチと2段目のラッチをフィードバッ
ク型にして、かつ、ラッチする可能性のイl ある中間値を異なる鵜に制御することにより、非同期信
号の同期化信号として完全にHighまたはLowに確
定した信号を取出すことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す図、第2図は本発明の一実施例で
ある非同期信号同期化回路のブロック図。 第3図は第2図の非同期信号同期化回路の動作タイムチ
ャート、第4図は第2図の回路に用いるフリップフロッ
プの論理図、第5図は第4図のフリップフロップ詳細回
路図である。 101・・・入力端子、110・・・非同期入力信号、
150・・・同期化出力信号、200,210・・・ク
ロックドインバータ、220・・・インバータ、301
゜302.311,312,321・・・PチャネルM
O3FET、’303. 304. 313. 314
. 322・・・NチャネルMO5FET。 茅4 図 第5 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、非同期信号を第1のクロックにより記憶する第1の
    ラッチ回路と、 該第1のラッチ回路の出力信号を第2のクロックにより
    記憶する第2のラッチ回路と、 該第2のラッチ回路の出力信号を該第1のクロックの反
    転クロックにより記憶する第3のラッチ回路と、 該第3のラッチ回路の出力信号を該第2のクロックの反
    転クロックにより記憶する第4のラッチ回路とを有し、 該第2のクロックは該第1のクロックと該第1のクロッ
    クの反転クロックの間のタイミングのクロックである非
    同期信号同期化回路。 2、第1項の非同期信号同期化回路において、該第1の
    ラッチ回路と該第2のラッチ回路は、夫々制御信号がネ
    ゲートされているとき内部で出力信号をフィードバック
    させ保持するラッチ回路であり、該第1のラッチ回路が
    中間値をラッチした時の出力信号の値と、該第2のラッ
    チ回路が中間値をラッチする場合の入力信号の値が異る
    ように、該第1、第2のラッチ回路を構成する論理ゲー
    トの論理しきい値をシフトさせた非同期信号同期化回路
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01149521A (ja) * 1987-12-04 1989-06-12 Fujitsu Ltd クリアパルス発生方式

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