JP3655812B2 - Decoding circuit, decoding method, and timing pulse generation circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイミングパルス生成回路等に用いられるデコード回路及びデコード方法とこれらを用いたタイミングパルス生成回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年LSIはプロセス微細化に伴う大規模化及び高速化により ますます消費電力を増加させている。LSIにおいて、カウンタ等の順序回路出力を利用したタイミングパルス生成回路等に用いられるデコード回路は、ANDやOR等の論理ゲートを組み合わせた回路によって構成される。
【0003】
例えば、図10に示されたタイミングパルス生成回路では、2ビット・バイナリアップ・カウンタ1と、その「1」、「0」出力をデコードする2入力ORゲート2からなるデコード回路と、リタイミング用フリップフロップ回路3を備えている。また特開平1−190128は、タイミング生成元となる順序回路に、複数のフリップフロップ回路を用いたシフトレジスタ構成のリングカウンタを利用し、その出力を論理演算回路に導入するデコード回路を開示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図10のタイミングパルス生成回路では、カウンタ1のQ0とQ1Bの出力遅延関係がQ0<<Q1Bの場合、すなわち図11のタイミングチャートに示されるように、クロック(CLK)に対してQ0とQ1Bとが互いに異なる遅延時間を生じるとき、2入力ORゲート2の出力にハザード(Q1B−Q0の遅延時間差に相当するの出力変化)が発生する。ハザードはCMOSプロセス・デバイスの場合、ゲート出力の変化により電力を消費するため、余分な電力を発生させてしまう。
【0005】
一方、特開平1−190128に開示されたリングカウンタを用いたデコード回路は位相ずれがなく上述のようなハザードが発生しない。しかしn個のタイミングを生成する場合にはn個のフリップフロップ回路を必要とする。フリップフロップ回路は消費電力が大きく、大規模なタイミングパルス生成回路に適用する場合には、多数のフリップフロップ回路の消費するトータルの電力は大きくなる。
【0006】
本発明はこの課題にかんがみ、ハザードがなく消費電力の少ないデコード回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のデコード回路は、少なくとも1つのn入力オアゲート(nは3以上の整数)を備えるデコード回路であって、入力信号のうち1つをクロック信号とし、該クロック信号は前段に配置されるカウンタの動作用クロックであり、他の入力信号は該カウンタからの出力である。また本発明のデコード方法は、n入力オアゲート(nは3以上の整数)にその前段のカウンタから入力するデータ信号間に遅延時間差があるとき、該オアゲートに該データ信号よりタイミングが先行する前記カウンタの動作用クロックを入力する。さらに本発明のタイミングパルス発生回路は、カウンタと、少なくとも1つのn入力オアゲート(nは3以上の整数)を備え、n入力オアゲートにはカウンタの動作クロックとカウンタ出力信号が入力する。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の基本構成例である。図1において、カウンタ1の出力QおよびQ1Bが入力されるORゲートは3入力ORゲート4である。この3入力ORゲート4には上記2つの信号のほかにカウンタ動作用のクロック(CLK)が入力する。3入力ORゲート4の出力はリタイミング用フリップフロップ回路3に入力する。
【0009】
図2は上記回路のタイミングチャートである。CLKに対して、1/2の周波数のQと1/4の周波数のQ1Bは異なる遅延時間で遅延し、Q1Bがより大きく遅延している。QとQ1Bの遅延時間差は3入力ORゲート4の出力信号にハザードを発生させるはずであるが、図2中に破線で示したハザード要因部分がCLKのHパルスで「1」にマスクされており、このためORゲート3の出力にはハザードが生じない。このとき上記遅延時間差部分を確実にマスクするためには、CLKがQとQ1Bより遅延しないことが必要であり、さらには遅延的に早いことが望ましい。
【0010】
図3は5入力ORゲートのデコード回路を有するタイミングパルス生成回路の例を示す。この回路は、CLK16周期中に一回「L」パルスを生成する。カウンタ1は4ビットのバイナリアップ・カウンタである。5入力ORゲート5にはカウンタ1の4つの出力Q0〜Q3とカウンタ動作用のCLKが入力する。5入力ORゲート5にはデコードされたパルスをリタイミングするリタイミング用フリップフロップ回路3が接続する。
【0011】
図4は、このタイミングパルス生成回路のタイミングチャートである。クロックの立ち上がりによって動作する4ビットのバイナリアップ・カウンタ動作をバス形式の0〜15の10進数表示(Q(3;0))で示す。カウンタ1は0〜15を1周期とし、繰り返しカウントする。カウンタ1のQ0〜Q3のビット毎の波形は図4の通りである。ここで、破線で示した部分が従来のデコード回路ではハザード要因となっていた。すなわち、Q0−Q1データの逆方向変化と、Q0<<Q1の遅延関係が成立した場合に、Q0とQ1が共に「0」となり、ハザードが発生する。この場合、従来のORゲート出力のチャートに縦線で表示されるようにハザードは最大7個発生する可能性がある。しかし本発明では、CLKの「H」パルス部分でハザード要因部分を「1」にマスクするため、ハザードは発生しない。上述のとおり、CLKがQ0〜Q3より先行する(すなわち遅延的に早い)ことが望ましい。
【0012】
図5は、図4の一部を拡大したものである。CLKに対し、Q0、Q1が互いに逆方向変化でかつ異なる遅延時間を有するとき、従来のOR回路ではハザードが発生するが、本発明ではCLK打ち抜きによって「1」にマスクされているためハザードが発生しない。
【0013】
次に本発明のデコード回路の参考例を示す。図6はデコード回路部分にNANDゲート6を用いたタイミングパルス生成回路の例を示す。このデコード回路は、データ変化点を反転CLKの「L」パルスでマスクするために、インバータ7を備える。また上述のようにCLKは他のデータより早いタイミングであることが望ましい。またインバータ7による遅延を相殺するために遅延ゲート8をカウンタ1のCLK入力部に備える。その他に、カウンタQ1〜Q0の「1」、「0」をNANDゲートでデコードするために、NANDゲートの入力にORゲートの場合とは異なるQ1とQ0Bを入力している。
【0014】
図7は上記タイミングパルス生成回路のタイムチャートである。インバータ7によって反転したクロックの「L」パルスが、Q0BとQ1の遅延時間差に基づくハザード要因部分(図中の破線で囲んだ部分)をマスクして、NAND出力にハザードは現れない。
【0015】
図8は、ORゲートが多段構成されたデコード回路を有するタイミングパルス生成回路の例を示す。このデコード回路は、CLKが入力する2個の3入力ORゲート9、10と1個の2入力ORゲート11からなる。4ビットのバイナリアップ・カウンタ1のQ0とQ1が一方の3入力ORゲート9に、Q2とQ4が他方の3入力ORゲート10に入力する。これら2つの3入力ORゲート9、10の出力が2入力ORゲート11に入力する。
【0016】
図9は、図8の回路のタイミングチャートである。Q0とQ1によるハザード要因部分およびQ2とQ3によるハザード要因部分(共に図9に破線で表示)はCLKの「H」パルスによりマスクされている。3入力ORゲート9、10で既にクロック打ち抜きされているため、その出力にはハザードがなく、2入力ORゲート11の出力にもハザードが発生しない。
【0017】
タイミングパルス生成回路で生成したタイミングパルスを、直接他のフリップフロップ回路のクロックに用いる場合、従来のタイミングパルス生成回路(例えば図10)ならば、デコード回路出力にハザードが存在するため、リタイミング用フリップフロップ回路が必要となる。しかし、本発明のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路は、デコード回路の出力にハザードが発生しないのでリタイミング用フリップフロップ回路が不要である。本発明のデコード回路は、常時電力を消費するリタイミング用フリップフロップ回路を必要としない点でもさらに、消費電力の低減に寄与する。
【0018】
なお、CMOSプロセス・デバイスでは、消費電力は(周波数)×(1MHz当たりの単位消費電力)×(ゲート数)×(動作率)で表せることが多い。図4に示された例において、動作率のみを比較すると、従来のORゲート出力の1→0の変化と0→1の変化が、1つのハザードでそれぞれ1回づつあると考えると、1周期当り変化は最大で16回ある。本発明のデコード回路を適用した場合、この変化は1周期当り2回であり、消費電力を最大で8分の1に低減できる効果が得られる。
【0019】
【発明の効果】
本発明では、タイミングパルス生成回路におけるデコード回路部を構成する論理回路にクロックを入力させ、入力する他の信号の遅延時間差の部分をクロックでマスクするので、ハザードが発生しない。このため、論理回路の動作に基づく余分な電力の消費を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の構成例を示すブロック図。
【図2】図1のタイミングパルス生成回路のタイミングチャート。
【図3】本発明の別のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の構成例を示すブロック図。
【図4】図1のタイミングパルス生成回路のタイミングチャート。
【図5】図4のタイミングチャートの一部を拡大したタイミングチャート。
【図6】 本発明の参考例のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の構成例を示すブロック図。
【図7】図6のタイミングパルス生成回路のタイミングチャート。
【図8】本発明の更に他のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の構成例を示すブロック図。
【図9】図8のタイミングパルス生成回路のタイミングチャート。
【図10】従来のデコード回路を用いたタイミングパルス生成回路の構成例を示すブロック図。
【図11】図10のタイミングパルス生成回路のタイミングチャート。
【符号の説明】
1 カウンタ
2、11 2入力ORゲート
3 リタイミング用フリップフロップ回路
4、9、10 3入力ORゲート
5 5入力ORゲート
6 NANDゲート
7 インバータ
8 遅延ゲート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a decoding circuit and a decoding method used in a timing pulse generation circuit and the like, and a timing pulse generation circuit using them.
[0002]
[Prior art]
In recent years, LSI power consumption has been increasing due to the increase in scale and speed associated with process miniaturization. In an LSI, a decode circuit used in a timing pulse generation circuit or the like that uses a sequential circuit output such as a counter is configured by a circuit that combines logic gates such as AND and OR.
[0003]
For example, in the timing pulse generation circuit shown in FIG. 10, a decoding circuit comprising a 2-bit binary up
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the timing pulse generation circuit of FIG. 10, when the output delay relationship between Q0 and Q1B of
[0005]
On the other hand, the decoding circuit using a ring counter disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-190128 has no phase shift and does not cause the above hazard. However, when generating n timings, n flip-flop circuits are required. The flip-flop circuit consumes a large amount of power, and when applied to a large-scale timing pulse generation circuit, the total power consumed by many flip-flop circuits is large.
[0006]
In view of this problem, an object of the present invention is to provide a decoding circuit that has no hazard and consumes less power.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A decoding circuit of the present invention that solves the above-described problem is a decoding circuit including at least one n-input OR gate (n is an integer of 3 or more), and one of the input signals is a clock signal , and the clock signal is The other operation signal is an output from the counter. In the decoding method of the present invention, when there is a delay time difference between the data signals input from the counter of the preceding stage in the n input OR gate (n is an integer of 3 or more), the OR gate has a timing preceding the data signal. Input the operation clock. Further, the timing pulse generation circuit of the present invention includes a counter and at least one n-input OR gate (n is an integer of 3 or more), and an operation clock of the counter and a counter output signal are input to the n-input OR gate.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a basic configuration example of a timing pulse generation circuit using a decoding circuit of the present invention. In FIG. 1, the OR gate to which the outputs Q and Q1B of the
[0009]
FIG. 2 is a timing chart of the above circuit. With respect to CLK, Q of 1/2 frequency and Q1B of 1/4 frequency are delayed by different delay times, and Q1B is delayed more greatly. The delay time difference between Q and Q1B should cause a hazard in the output signal of the 3-
[0010]
FIG. 3 shows an example of a timing pulse generation circuit having a 5-input OR gate decoding circuit. This circuit generates an “L” pulse once during CLK16 period.
[0011]
FIG. 4 is a timing chart of this timing pulse generation circuit. The 4-bit binary up counter operation that operates at the rising edge of the clock is indicated by a decimal number (Q (3; 0)) of 0 to 15 in the bus format. The
[0012]
FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. When Q0 and Q1 change in opposite directions with respect to CLK and have different delay times, hazards occur in the conventional OR circuit, but in the present invention, hazards occur because they are masked to "1" by CLK punching do not do.
[0013]
Next, a reference example of the decoding circuit of the present invention is shown. FIG. 6 shows an example of a timing pulse generation circuit using a
[0014]
FIG. 7 is a time chart of the timing pulse generation circuit. The “L” pulse of the clock inverted by the
[0015]
FIG. 8 shows an example of a timing pulse generation circuit having a decoding circuit having a multi-stage OR gate. This decoding circuit is composed of two 3-input OR gates 9 and 10 to which CLK is input and one 2-input OR gate 11. Q0 and Q1 of the 4-bit binary up
[0016]
FIG. 9 is a timing chart of the circuit of FIG. The hazard factor portion due to Q0 and Q1 and the hazard factor portion due to Q2 and Q3 (both indicated by broken lines in FIG. 9) are masked by the “H” pulse of CLK. Since the clock has already been punched out by the three-input OR gates 9 and 10, there is no hazard at the output, and no hazard occurs at the output of the two-input OR gate 11.
[0017]
When the timing pulse generated by the timing pulse generation circuit is directly used as a clock of another flip-flop circuit, the conventional timing pulse generation circuit (for example, FIG. 10) has a hazard in the output of the decoding circuit. A flip-flop circuit is required. However, the timing pulse generation circuit using the decoding circuit of the present invention does not require a retiming flip-flop circuit because no hazard occurs in the output of the decoding circuit. The decoding circuit of the present invention further contributes to reduction of power consumption in that a retiming flip-flop circuit that always consumes power is not required.
[0018]
In a CMOS process device, power consumption can often be expressed as (frequency) × (unit power consumption per 1 MHz) × (number of gates) × (operation rate). In the example shown in FIG. 4, when comparing only the operation rate, if it is considered that the change of the conventional OR
[0019]
【The invention's effect】
In the present invention, the clock is input to the logic circuit constituting the decode circuit portion in the timing pulse generation circuit, and the delay time difference portion of the other input signals is masked with the clock, so that no hazard is generated. For this reason, it is possible to suppress excessive power consumption based on the operation of the logic circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a timing pulse generation circuit using a decoding circuit of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of the timing pulse generation circuit of FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a timing pulse generation circuit using another decoding circuit of the present invention.
4 is a timing chart of the timing pulse generation circuit of FIG.
FIG. 5 is a timing chart in which a part of the timing chart of FIG. 4 is enlarged.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a timing pulse generation circuit using a decoding circuit according to a reference example of the present invention.
7 is a timing chart of the timing pulse generation circuit of FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a timing pulse generation circuit using still another decoding circuit of the present invention.
9 is a timing chart of the timing pulse generation circuit of FIG.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a timing pulse generation circuit using a conventional decoding circuit.
11 is a timing chart of the timing pulse generation circuit of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Counter 2, 11 2-input OR
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